KR101013082B1 - phase and frequency detector for controlling converter - Google Patents

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KR101013082B1
KR101013082B1 KR1020070100575A KR20070100575A KR101013082B1 KR 101013082 B1 KR101013082 B1 KR 101013082B1 KR 1020070100575 A KR1020070100575 A KR 1020070100575A KR 20070100575 A KR20070100575 A KR 20070100575A KR 101013082 B1 KR101013082 B1 KR 101013082B1
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홍용기
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Abstract

본 발명은 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기에 관한 것으로서, 컨버터 제어용 전압을 디지털신호로 변환하는 A/D변환부와, 상기 전압으로부터 위상을 계산하는 아크탄젠트계산부와, 상기 아크탄젠트계산부로부터 계측된 위상각을 이용하여 위상각 추정치 및 각속도 추정치를 연산하는 관측부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a phase and frequency detector for converter control, comprising: an A / D converter for converting a converter control voltage into a digital signal, an arc tangent calculator for calculating a phase from the voltage, and an arc tangent calculator; And a observer configured to calculate a phase angle estimate and an angular velocity estimate using the phase angle.

본 발명에 따르면 컨버터의 제어에 있어서 필요한 위상과 주파수를 안정적이고 빠르게 추정하여 전원에 포함되어 있는 노이즈의 영향을 제거하여 주파수의 변동에도 컨버터를 안정적으로 운전하게 하는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to stably and quickly estimate the phase and frequency required for the control of the converter to remove the influence of noise included in the power supply, thereby stably operating the converter even in the frequency fluctuation.

위상, 주파수, 컨버터 Phase, frequency, converter

Description

컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기 { phase and frequency detector for controlling converter }Phase and frequency detector for controlling converter

도 1은 본 발명에 따른 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기의 구성도이고,
도 2는 도 1의 관측부의 상세 구성도이고,1 is a block diagram of a phase and frequency detector for converter control according to the present invention,
2 is a detailed configuration diagram of the observation unit of FIG. 1;

도 3은 전원 전압의 벡터도이고,3 is a vector diagram of a power supply voltage;

도 4는 도 3을 기준으로 하는 전원의 3상 파형과 2상 변환파형의 위상 변환 상태를 도시한 도면이고,4 is a diagram illustrating a phase shift state of a three-phase waveform and a two-phase conversion waveform of a power supply based on FIG. 3;

삭제delete

도 5는 본 발명에 따른 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기가 적용된 컨버터의 구성도이다.5 is a configuration diagram of a converter to which a phase and frequency detector for converter control according to the present invention is applied.

*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ****** Explanation of symbols for main parts of drawing ***

100: 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기 100: Phase and frequency detector for converter control

110: A/D변환부 120: 상변환부110: A / D converter 120: phase converter

130: 아크탄젠트계산부 140: 관측부130: arc tangent calculation unit 140: observation unit

본 발명은 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 노이즈 등으로 인해 전원의 주파수가 변하더라도 위상과 주파수를 추정하여 컨버터를 제어하는 위상 및 주파수 검출기에 관한 것이다.The present invention relates to a phase and frequency detector for controlling a converter, and more particularly, to a phase and frequency detector for controlling a converter by estimating a phase and a frequency even if a frequency of a power source changes due to noise or the like.

일반적으로 컨버터(converter)는 직류전원장치로서, 이와 같은 컨버터는 전원의 위상을 기준으로 제어되어야 한다. In general, a converter is a DC power supply, and such a converter must be controlled based on the phase of the power supply.

따라서, 전원의 위상을 검지하는 기능을 필수적으로 사용하고 있으며, 그와 같은 전원의 위상검출방법에는 전원의 교류전압을 필터(filter) 등을 사용하여 정형하거나 위상 시프트(phase shift)의 방법으로 전원을 직접 신호로 사용하는 방법이나, 아날로그 비교기를 이용하여 전압이 '0'이 되는 점에서 펄스(pulse)를 발생하여 그 '0'이 되는 시점을 기준으로 카운터(counter)에 의해 위상을 검지하는 방법 또는 PLL 방법 등이 일반적으로 사용하고 있다. Therefore, the function of detecting the phase of the power supply is inevitably used. In the phase detection method of such a power supply, the AC voltage of the power supply is shaped using a filter or the like, or the phase shift method is used. Is used as a direct signal, or a pulse is generated at the point where the voltage becomes '0' using an analog comparator, and the phase is detected by the counter based on the point of time when the voltage becomes '0'. The method or the PLL method is generally used.

이때, 전원의 전압 파형이 '0'이 되는 순간은 전원의 위상이 60°가 되는 점이며, 이를 기준으로 하여 제어순간의 위상을 계산하는 방법은 기본적으로 카운터 등 하드웨어에 의존하여 위상각을 검출하는 방법을 예로 들 수 있으며 이 경우 기준 클럭 펄스의 발생 등 복잡한 하드웨어가 요구된다. At this time, when the voltage waveform of the power supply becomes '0', the phase of the power supply becomes 60 °, and the method of calculating the phase of the control moment based on this is basically based on hardware such as a counter to detect the phase angle. For example, complex hardware, such as the generation of reference clock pulses, is required.

물론, 위상을 검지하는 위의 방법들은 현재 일반적으로 사용하고 있으며 위상검지장치의 오동작은 컨버터의 불안정을 야기시키거나 또는 컨버터의 소손을 확 대시키게 되는 문제점을 가지고 있다.Of course, the above methods for detecting phases are currently used in general, and a malfunction of the phase detection apparatus may cause instability of the converter or increase damage of the converter.

따라서 전원의 위상을 안정되고 빠르게 측정하는 방법이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for a method of stably and rapidly measuring a phase of a power supply.

또한, 통상적으로 컨버터의 제어에 있어서 주파수의 변동은 시스템의 불안을 수반하게 하는 요인이 될 수 있으므로, 이에 대하여도 전원의 주파수를 추정하여 전원의 주파수가 변동되더라도 사용할 수 있는 검지방법이 요구되고 있는 실정이다.In addition, in the control of the converter, the frequency fluctuation can be a factor that causes anxiety of the system. Therefore, a detection method that can be used even when the frequency of the power supply fluctuates by estimating the frequency of the power supply is required. It is true.

따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전원의 주파수가 변하더라도 그 위상과 주파수를 빠르고 안정되게 추정하여 컨버터의 제어를 위해 사용할 수 있는 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a phase and frequency detector for converter control that can be used to control the converter by quickly and stably estimating the phase and frequency even if the frequency of the power source changes. have.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은;
컨버터 제어용 전압인 3상 전압을 입력받아 디지털신호로 변환하는 A/D변환부와; 상기 디지털신호로 변환된 3상전압을 2상전압으로 변환하는 상변환부와; 상기 전압으로부터 위상을 계산하는 아크탄젠트계산부와; 상기 아크탄젠트계산부로부터 계측된 위상각(θ)과 위상각 추정치()의 오차(θ-

Figure 112009018987376-pat00103
)에 관측자 이득(P1)을 곱한 값에 각속도의 추정치(
Figure 112009018987376-pat00104
)를 더하고 적분하여 위상각 추정치(
Figure 112009018987376-pat00105
)를 연산하고, 상기 위상각(θ)과 위상각 추정치(
Figure 112009018987376-pat00106
)의 오차(θ-
Figure 112009018987376-pat00107
)에 관측자 이득(P2)을 곱한 값을 적분하여 각속도 추정치(
Figure 112009018987376-pat00108
)를 연산하는 관측부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention for achieving the above object;
An A / D converter for receiving a three-phase voltage as a converter control voltage and converting the signal into a digital signal; A phase converter for converting the three-phase voltage converted into the digital signal into a two-phase voltage; An arc tangent calculator for calculating a phase from the voltage; Phase angle θ and phase angle estimated value measured from the arc tangent calculator ( ) Error (θ-
Figure 112009018987376-pat00103
) Times the observer gain (P 1 ) multiplied by the estimated angular velocity (
Figure 112009018987376-pat00104
) And add and integrate the phase angle estimate (
Figure 112009018987376-pat00105
And calculate the phase angle θ and the phase angle estimate
Figure 112009018987376-pat00106
) Error (θ-
Figure 112009018987376-pat00107
) By multiplying the observer gain (P 2 ) by the angular velocity estimate (
Figure 112009018987376-pat00108
Observation unit for calculating the; characterized in that consists of.

삭제delete

여기서, 상기 A/D변환부는 3상 전압을 입력받고 디지털신호로 변환하며, 상 기 디지털신호로 변환된 3상전압은 상변환부에서 2상전압으로 변환되는 것을 특징으로 한다.Here, the A / D converter receives a three-phase voltage and converts it into a digital signal, and the three-phase voltage converted into the digital signal is converted into a two-phase voltage by the phase converter.

그리고, 상기 각속도 추정치(

Figure 112007071784097-pat00003
)는 계측된 위상각과 위상각 추정치(
Figure 112007071784097-pat00004
)의 오차(θ-
Figure 112007071784097-pat00005
)에 관측자 이득(P2)을 곱한 값을 적분하여서 구해지는 것을 특징으로 한다.And the angular velocity estimate (
Figure 112007071784097-pat00003
) Is the measured phase angle and phase angle estimate (
Figure 112007071784097-pat00004
) Error (θ-
Figure 112007071784097-pat00005
) Is obtained by integrating the value obtained by multiplying the observer gain (P 2 ).

또한, 상기 위상각 추정치(

Figure 112009018987376-pat00109
)는 계측된 위상각(θ)과 위상각 추정치(
Figure 112009018987376-pat00007
)의 오차(θ-
Figure 112009018987376-pat00008
)에 관측자 이득(P1)을 곱한 값에 각속도의 추정치(
Figure 112009018987376-pat00009
)를 더하고 적분하여서 구해지는 것을 특징으로 한다.In addition, the phase angle estimate (
Figure 112009018987376-pat00109
) Is the measured phase angle (θ) and the phase angle estimate (
Figure 112009018987376-pat00007
) Error (θ-
Figure 112009018987376-pat00008
) Times the observer gain (P 1 ) multiplied by the estimated angular velocity (
Figure 112009018987376-pat00009
) By adding and integrating.

그리고, 상기 관측부는 위상각의 측정치(θ)에서 추정치(

Figure 112007071784097-pat00010
)의 오차(θ-
Figure 112007071784097-pat00011
)를 연산하는 감산기와, 그 오차(θ-
Figure 112007071784097-pat00012
)에 이득(P2)을 곱하는 제1곱셈기와, 상기 제1곱셈기에서 관측자 이득(P2)을 곱한 오차(θ-
Figure 112007071784097-pat00013
)를 적분하여 각속도 추정치(
Figure 112007071784097-pat00014
)를 연산하는 제1적분기와, 상기 감산기에서 연산된 오차(θ-
Figure 112007071784097-pat00015
)에 이득(P1)을 곱하는 제2곱셈기와, 상기 제2곱셈기에서 관측자 이득(P1)을 곱한 오차(θ-
Figure 112007071784097-pat00016
)와 제1적분기에서 연산된 각속도 추정치(
Figure 112007071784097-pat00017
)를 더하는 가산기와, 상기 가산기의 합산값을 적분하여 위상각 추정치(
Figure 112007071784097-pat00018
)를 연산하는 제2적분기로 구성되는 것을 특징으로 한다.The observation unit estimates the estimated value (
Figure 112007071784097-pat00010
) Error (θ-
Figure 112007071784097-pat00011
And a subtractor for calculating
Figure 112007071784097-pat00012
) Multiplies the gain P 2 by the gain P 2 , and the error multiplier (θ−) multiplied by the observer gain P 2 in the first multiplier.
Figure 112007071784097-pat00013
) To integrate the angular velocity estimate (
Figure 112007071784097-pat00014
A first integrator that calculates?) And an error?
Figure 112007071784097-pat00015
) And a second multiplier multiplying the gain P 1 by the multiplier and the observer gain P 1 in the second multiplier.
Figure 112007071784097-pat00016
) And the angular velocity estimate computed from the first integrator (
Figure 112007071784097-pat00017
And add the adder and the summation value of the adder to estimate the phase angle (
Figure 112007071784097-pat00018
It is characterized in that it consists of a second integrator that calculates a).

또한, 상기 관측부에서 연산된 위상각 추정치(

Figure 112007071784097-pat00019
) 및 각속도 추정치(
Figure 112007071784097-pat00020
)는 컨버터의 피드포드제어부로 입력되는 것을 특징으로 한다.In addition, the phase angle estimate calculated by the observation unit (
Figure 112007071784097-pat00019
) And angular velocity estimates (
Figure 112007071784097-pat00020
) Is input to the feed pod control unit of the converter.

이하, 본 발명에 따른 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기를 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the converter control phase and frequency detector according to the present invention will be understood by the embodiments described in detail.

이때, 도 1은 본 발명에 따른 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기의 구성도이고, 도 2는 도 1의 관측부의 상세 구성도이고, 도 3은 전원 전압의 벡터도이고, 도 4는 도 3을 기준으로 하는 전원의 3상 파형과 2상 변환파형의 위상 변환 상태를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기가 적용된 컨버터의 구성도이다.1 is a configuration diagram of a phase and frequency detector for controlling a converter according to the present invention, FIG. 2 is a detailed configuration diagram of an observation unit of FIG. 1, FIG. 3 is a vector diagram of a power supply voltage, and FIG. 4 is based on FIG. 3. FIG. 5 is a diagram showing a phase shift state of a three-phase waveform and a two-phase conversion waveform of a power supply. FIG. 5 is a configuration diagram of a converter to which a phase and frequency detector for converter control according to the present invention is applied.

도 1 내지 도 4에 의하면 본 발명에 따른 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기(100)는 3상 전압(Va,Vb,Vc)을 디지털신호로 변환하는 A/D변환부(110)와, 상기 A/D변환부(110)로부터 디지털신호로 변환된 3상전압을 2상전압으로 변환하는 상변환부(120)와, 상기 상변환부(120)에서 변환된 2상전압으로부터 위상각(θ)을 연산하는 아크탄젠트(arctan)계산부(130), 상기 아크탄젠트계산부(130)로부터 입력된 위상각(θ)을 이용하여 위상각 추정치와 각속도 추정치를 연산하는 관측부(140)로 구성된다.And Figs. 1 to 4 according to the converter control the phase and frequency detector 100 according to the present invention is a three-phase voltages (V a, V b, V c) a conversion A / D converter 110 to a digital signal, A phase conversion unit 120 for converting the three-phase voltage converted from the A / D conversion unit 110 into a digital signal into a two-phase voltage, and a phase angle θ from the two-phase voltage converted by the phase conversion unit 120. An arc tangent calculation unit 130 for calculating a phase and an observation unit 140 for calculating a phase angle estimation value and an angular velocity estimation value using a phase angle θ input from the arc tangent calculation unit 130. .

이때, 본 발명에 따른 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기(100)는 DSP(Digital Signal Processor)를 이용하여 간단히 구현함으로써, 하드웨어의 구성을 최소화하고, 내부 연산을 통해 상변환을 통해 위상각을 계산한 후 위상각과 주파수를 추정하여 컨버터를 제어할 수 있게 된다.In this case, the converter control phase and frequency detector 100 according to the present invention is simply implemented by using a digital signal processor (DSP) to minimize the configuration of hardware, and after calculating the phase angle through phase conversion through internal calculations The converter can be controlled by estimating the phase angle and frequency.

한편, 상기 주파수는 각속도값으로부터 계산가능한 것으로, 각속도를 추정함으로써 주파수값으로 변환 가능함은 당연하다.On the other hand, the frequency can be calculated from the angular velocity value, it is natural that it can be converted into a frequency value by estimating the angular velocity.

이하, 본 발명에 따른 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기(100)의 각부 구성을 상세히 설명한다.Hereinafter, the components of the converter control phase and frequency detector 100 according to the present invention will be described in detail.

먼저, 상기 상변환부(120)는 입력된 3상 전압(Va,Vb,Vc)을 2상 전압(Vα,Vβ)으로 변환한다.First, the upper switching unit 120 converts the three-phase input voltages (V a, V b, V c) 2 to a voltage (V α, V β).

이와 같은 상변환부(120)는 다음과 같은 식 1을 통해 2상 전압(Vα,Vβ)을 연산하게 된다.The phase conversion unit 120 calculates two-phase voltages V α and V β through Equation 1 as follows.

Figure 112007071784097-pat00021
------------------ (식 1)
Figure 112007071784097-pat00021
------------------ (Equation 1)

이때, 상기 식 1은 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 순시전압 파형에 대한 위상에서 전압이 '0'이 되는 점은 비교기 등을 사용하여 α/β축을 기준으로 한 위상각의 측정이 가능한 점이 된다. 따라서, 상기 상변환부(120)의 내부 연산식인 식 1에 의하여 얻어진 2상 전압(Vα,Vβ)을 이용하여 위상각(θ)의 계산이 가능해 진다.At this time, in the equation 1, as shown in FIGS. 3 and 4, the point at which the voltage becomes '0' in the phase with respect to the instantaneous voltage waveform can be measured with reference to the α / β axis using a comparator or the like. It becomes a point. Therefore, it is possible to calculate the phase angle θ by using the two-phase voltages V α and V β obtained by Equation 1 which is an internal calculation formula of the phase converter 120.

한편, 상기 식 1을 통해 연산된 2상 전압(Vα,Vβ)은 아크탄젠트계산부(130)로 입력된다.Meanwhile, the two-phase voltages V α and V β calculated through Equation 1 are input to the arc tangent calculator 130.

이때, 상기 아크탄젠트계산부(130)는 상기 식 1을 통해 연산된 2상 전압(Vα,Vβ)을 이용하여 위상각(θ)을 계산하게 되며, 다음과 같은 식 2를 통해 연산하게 된다.At this time, the arc tangent calculator 130 calculates the phase angle θ by using the two-phase voltages V α and V β calculated through Equation 1, and calculates the following through Equation 2 as follows. do.

Figure 112007071784097-pat00022
------------------ (식 2)
Figure 112007071784097-pat00022
------------------ (Equation 2)

이와 같이 입력 전압의 위상각(θ)을 연산한 경우, 이를 이용하여 관측부(140)에서 위상각과 각속도를 추정할 수 있게 된다.As described above, when the phase angle θ of the input voltage is calculated, the phase angle and the angular velocity may be estimated by the observer 140.

이때, 전원 전압이 입력시에 노이즈(noise)가 존재하지 않는 이상적인 전원이 투입되는 경우 즉, 전원의 위상각(θ)과 각속도(ω) 관계와 전원의 주파수는 변동이 없다면 다음과 같은 식 3과 같이 미분값(

Figure 112007071784097-pat00023
,
Figure 112007071784097-pat00024
)을 얻을 수 있게 된다.At this time, when an ideal power source with no noise is input when the power supply voltage is input, that is, when the phase angle θ and the angular velocity ω relationship of the power supply and the frequency of the power supply do not change, Equation 3 Differential value (
Figure 112007071784097-pat00023
,
Figure 112007071784097-pat00024
) Can be obtained.

Figure 112007071784097-pat00025
------------------ (식 3)
Figure 112007071784097-pat00025
------------------ (Equation 3)

이 경우 'y'값은 출력가능한 측정값을 의미하는 것으로, 위상각(θ)만 측정이 가능함을 알 수 있게 된다.In this case, the 'y' value means an outputable measurement value, and it can be seen that only the phase angle θ can be measured.

한편, 상기 식 2에 의하여 위상각(θ)은 측정이 가능하지만, 전원 전압이 노이즈를 포함하고 있어 파형이 일그러지게 되면 오차를 수반하게 되므로 이 대책으로 관측부(140)는 일종의 필터(filter) 역할을 하므로 상기 식 3에 별도의 관측자 이득값(P1,P2)을 이용하여 위상각(θ)과 각속도(ω)를 추정(

Figure 112007071784097-pat00026
,
Figure 112007071784097-pat00027
)한다. On the other hand, the phase angle θ can be measured by Equation 2, but since the power supply voltage contains noise, and the waveform is distorted, an error is accompanied. Thus, the observation unit 140 is a kind of filter. Therefore, the phase angle θ and the angular velocity ω are estimated using the separate observer gain values P 1 and P 2 in Equation 3 above.
Figure 112007071784097-pat00026
,
Figure 112007071784097-pat00027
)do.

이와 같은 관측자 이득(P1,P2)를 상기 식 3에 부가하는 경우 다음과 같은 식 4를 통해 위상각(θ)과 각속도(ω)를 추정(

Figure 112007071784097-pat00028
,
Figure 112007071784097-pat00029
)할 수 있게 된다.When the observer gains P 1 and P 2 are added to Equation 3, the phase angle θ and the angular velocity ω are estimated using Equation 4 as follows.
Figure 112007071784097-pat00028
,
Figure 112007071784097-pat00029
You can do it.

Figure 112007071784097-pat00030
------------------ (식 4)
Figure 112007071784097-pat00030
------------------ (Equation 4)

이때, 상기 '

Figure 112007071784097-pat00031
'는 추정 위상각이고, '
Figure 112007071784097-pat00032
'는 추정 각속도이다. 또한, 상기 출력값인 '
Figure 112007071784097-pat00033
'는 추정 위상각(
Figure 112007071784097-pat00034
)의 미분값이고, '
Figure 112007071784097-pat00035
'는 추정 각속도(
Figure 112007071784097-pat00036
)의 미분값이다.At this time, the '
Figure 112007071784097-pat00031
'Is the estimated phase angle,
Figure 112007071784097-pat00032
'Is the estimated angular velocity. In addition, the output value '
Figure 112007071784097-pat00033
'Is the estimated phase angle (
Figure 112007071784097-pat00034
) Is the derivative of
Figure 112007071784097-pat00035
'Is the estimated angular velocity (
Figure 112007071784097-pat00036
Is the derivative of).

한편, 이와 같은 미분값(

Figure 112007071784097-pat00037
,
Figure 112007071784097-pat00038
)은 다음과 같은 식 5를 이용하여 적분하여 줌으로서 위상각(θ)과 각속도(ω)에 대한 추정치(
Figure 112007071784097-pat00039
,
Figure 112007071784097-pat00040
)를 얻을 수 있게 된다.On the other hand, this derivative value (
Figure 112007071784097-pat00037
,
Figure 112007071784097-pat00038
) Is integrated by using Equation 5 below to estimate phase angle (θ) and angular velocity (ω).
Figure 112007071784097-pat00039
,
Figure 112007071784097-pat00040
) Can be obtained.

Figure 112007071784097-pat00041
------------------ (식 5)
Figure 112007071784097-pat00041
------------------ (Equation 5)

즉, 각속도 추정치(

Figure 112009018987376-pat00042
)는 계측된 위상각(θ)과 위상각 추정치(
Figure 112009018987376-pat00043
)의 오차(θ-
Figure 112009018987376-pat00044
)에 관측자 이득(P2)을 곱한 값을 적분하여 얻게 되며, 위상각 추정치(
Figure 112009018987376-pat00110
)는 계측된 위상각(θ)과 위상각 추정치(
Figure 112009018987376-pat00046
)의 오차(θ-
Figure 112009018987376-pat00047
)에 관측자 이득(P1)을 곱한 값에 각속도의 추정치(
Figure 112009018987376-pat00048
)를 더하고 적분하여 얻게 된다. That is, the angular velocity estimate (
Figure 112009018987376-pat00042
) Is the measured phase angle (θ) and the phase angle estimate (
Figure 112009018987376-pat00043
) Error (θ-
Figure 112009018987376-pat00044
) Is obtained by integrating the observer gain (P 2 ) and the phase angle estimate (
Figure 112009018987376-pat00110
) Is the measured phase angle (θ) and the phase angle estimate (
Figure 112009018987376-pat00046
) Error (θ-
Figure 112009018987376-pat00047
) Times the observer gain (P 1 ) multiplied by the estimated angular velocity (
Figure 112009018987376-pat00048
) By adding and integrating.

상기 식 5의 연산은 도 2에 도시한 바와 같은 관측부의 구성을 이루게 된다.The calculation of Equation 5 forms a configuration of the observation unit as shown in FIG.

즉, 관측부(140)는 계측된 위상각(θ)에서 위상각 추정치(

Figure 712009003170112-pat00049
)의 오차(θ-
Figure 712009003170112-pat00050
)를 연산하는 감산기(141)와, 그 오차(θ-
Figure 712009003170112-pat00051
)에 이득(P2)을 곱하는 제1곱셈기(142)와, 상기 제1곱셈기(142)에서 관측자 이득(P2)을 곱한 오차(θ-
Figure 712009003170112-pat00052
)를 적분하여 각속도 추정치(
Figure 712009003170112-pat00053
)를 연산하는 제1적분기(143)와, 상기 감산기(141)에서 연산된 오차(θ-
Figure 712009003170112-pat00054
)에 이득(P1)을 곱하는 제2곱셈기(144)와, 상기 제2곱셈기(144)에서 관측자 이득(P1)을 곱한 오차(θ-
Figure 712009003170112-pat00055
)와 제1적분기(143)에서 연산된 각속도 추정치(
Figure 712009003170112-pat00056
)를 더하는 가산기(145)와, 상기 가산기(145)의 합산값을 적분하여 위상각 추정치(
Figure 712009003170112-pat00057
)를 연산하는 제2적분기(146)로 구성된다.That is, the observation unit 140 estimates the phase angle from the measured phase angle θ (
Figure 712009003170112-pat00049
) Error (θ-
Figure 712009003170112-pat00050
And a subtractor 141 for calculating
Figure 712009003170112-pat00051
) Is a first multiplier 142 multiplying the gain P 2 by the first multiplier 142 and an error θ− multiplied by the observer gain P 2 in the first multiplier 142.
Figure 712009003170112-pat00052
) To integrate the angular velocity estimate (
Figure 712009003170112-pat00053
A first integrator 143 that calculates < RTI ID = 0.0 > and < / RTI >
Figure 712009003170112-pat00054
) Multiplies the gain P 1 by the second multiplier 144, and the second multiplier 144 multiplies the observer gain P 1 by the error θ−.
Figure 712009003170112-pat00055
) And the estimated angular velocity calculated by the first integrator 143 (
Figure 712009003170112-pat00056
And add the sum of the adder 145 and the sum of the adder 145 to estimate the phase angle (
Figure 712009003170112-pat00057
It is composed of a second integrator 146 that calculates.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기(100)는 도 5에 도시한 바와 같이 전압형 컨버터에 적용될 수 있다.Converter control phase and frequency detector 100 according to the present invention having such a configuration can be applied to a voltage converter as shown in FIG.

이때, 전압형 컨버터는 그 출력과 리액턴스의 양단전압 및 전원전압은 다음과 같은 식 6에 의하여 제어된다. At this time, in the voltage converter, the output voltage and the both ends of the reactance and the power supply voltage are controlled by the following Equation 6.

Figure 112007071784097-pat00058
------------------ (식 6)
Figure 112007071784097-pat00058
------------------ (Equation 6)

이때, 'E'는 전력변환기(210)의 전압이고, 'V'는 전원의 전압이며, '

Figure 112007071784097-pat00059
'는 제어기에서 설정한 전류에 따르는 리액턴스 강하값이고, '
Figure 112007071784097-pat00060
'는 정상상태의 전력변환기(210)의 전압값이고,'
Figure 112007071784097-pat00061
'는 전류제어기에서의 설정전류와 전류의 오차에 의한 PI제어값이며, '
Figure 112007071784097-pat00062
'는 설정전류이며, '
Figure 112007071784097-pat00063
'는 검출전류값이다.At this time, 'E' is the voltage of the power converter 210, 'V' is the voltage of the power supply, '
Figure 112007071784097-pat00059
'Is the reactance drop according to the current set by the controller,
Figure 112007071784097-pat00060
'Is the voltage value of the power converter 210 in the steady state,'
Figure 112007071784097-pat00061
'Is the PI control value due to the set current and current error in the current controller.
Figure 112007071784097-pat00062
'Is the set current,'
Figure 112007071784097-pat00063
Is the detection current value.

이를 구현하기 위해 전압형 컨버터는 전압제어기(212)와, 제1 및 제2전류제어기(214,215)와 제1 및 제2공간벡터변조기(216,217) 및 전력변환기(210)로 구성된다. To implement this, the voltage converter includes a voltage controller 212, first and second current controllers 214 and 215, first and second space vector modulators 216 and 217, and a power converter 210.

상기 전압제어기(212)는 설정전류(

Figure 112007071784097-pat00064
q)를 연산한다. The voltage controller 212 is a set current (
Figure 112007071784097-pat00064
q )

또한, 본 발명에 따른 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기(100)에서 연산된 위상각 추정치(

Figure 112007071784097-pat00065
)는 제1공간벡터변조기(216)에서 전류검출기(230)의 출력을 d-q좌표의 전류(id,iq)로 변환하는 계산을 하게 된다.In addition, the phase angle estimate calculated in the converter control phase and frequency detector 100 according to the present invention (
Figure 112007071784097-pat00065
Is calculated by converting the output of the current detector 230 from the first space vector modulator 216 to the current i d , i q of the dq coordinate.

한편, 상기 제1공간벡터변조기(216)에서 d-q좌표로 변환된 전류(id,iq)와 설정전류(

Figure 112007071784097-pat00066
d,
Figure 112007071784097-pat00067
q)와의 오차는 제1 및 제2전류제어기(214,215)에서 연산되어 '
Figure 112007071784097-pat00068
'와 '
Figure 112007071784097-pat00069
'를 출력한다. On the other hand, the current (i d , i q ) and the set current (converted by the dq coordinate in the first space vector modulator 216)
Figure 112007071784097-pat00066
d ,
Figure 112007071784097-pat00067
q ) is calculated by the first and second current controllers 214 and 215,
Figure 112007071784097-pat00068
'Wow '
Figure 112007071784097-pat00069
Output '

또한, 피드포드제어부(218)는 식 5의 '

Figure 112007071784097-pat00070
'으로 정상상태의 전압을 계산하며 리액턴스전압의 계산식에 포함된 전류에 의하여 피드포드 제어를 하게 된다. 이때, 상기 피드포드제어부(218)는 본 발명에 따른 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기(100)에서 연산된 각속도 추정치(
Figure 112007071784097-pat00071
)에 의하여 상기 리액턴스 전압(
Figure 112007071784097-pat00072
)을 계산하며, 상기 정상상태의 전압(
Figure 112007071784097-pat00073
)은 제1 및 제2전류제어기(214,215)의 출력(
Figure 112007071784097-pat00074
,
Figure 112007071784097-pat00075
)과 함께 계산하여 전압(Vd,Vq)를 계산한다.In addition, the feed pod control unit 218 is a '
Figure 112007071784097-pat00070
The steady-state voltage is calculated by ', and the feed pod is controlled by the current included in the reactance voltage calculation formula. At this time, the feed pod control unit 218 is an angular velocity estimate calculated by the converter control phase and frequency detector 100 according to the present invention (
Figure 112007071784097-pat00071
By the reactance voltage (
Figure 112007071784097-pat00072
) And the steady state voltage (
Figure 112007071784097-pat00073
) Outputs the first and second current controllers 214 and 215.
Figure 112007071784097-pat00074
,
Figure 112007071784097-pat00075
And calculate the voltage (V d , V q ).

상기 전압(Vd,Vq)은 제2공간벡터변조기(217)로 입력되며 본 발명에 따른 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기(100)에서 연산된 위상각 추정치(

Figure 712009003170112-pat00076
)으로 정지좌표계로 변환하는 연산을 하며 SVPWM(Space Vector Pulse Width Modulatioon: 공간 벡터 PWM)(219)에서 변조출력되어 전력변환기(210)를 구동하게 된다.The voltages V d and V q are input to the second spatial vector modulator 217 and the phase angle estimates calculated by the converter control phase and frequency detector 100 according to the present invention (
Figure 712009003170112-pat00076
) Is converted into a static coordinate system and modulated and output from the SVPWM (Space Vector PWM) 219 to drive the power converter 210.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변 형 실시가 가능한 것이다.Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and the scope of the present invention extends to the scope of the present invention to be substantially equivalent to the embodiment of the present invention. Various modifications can be made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따르면 컨버터의 제어에 있어서 필요한 위상과 주파수를 안정적이고 빠르게 추정하여 전원에 포함되어 있는 노이즈의 영향을 제거하여 주파수의 변동에도 컨버터를 안정적으로 운전하게 하는 효과가 있다.As can be seen from the above description, according to the present invention, it is possible to stably and quickly estimate the phase and frequency required for the control of the converter to remove the influence of noise included in the power supply so that the converter can be stably operated even in the case of frequency fluctuations. It works.

Claims (6)

컨버터 제어용 전압인 3상 전압을 입력받아 디지털신호로 변환하는 A/D변환부와; An A / D converter for receiving a three-phase voltage as a converter control voltage and converting the signal into a digital signal; 상기 디지털신호로 변환된 3상전압을 2상전압으로 변환하는 상변환부와; A phase converter for converting the three-phase voltage converted into the digital signal into a two-phase voltage; 상기 2상전압으로부터 위상을 계산하는 아크탄젠트계산부와; An arc tangent calculator for calculating a phase from the two-phase voltage; 상기 아크탄젠트계산부로부터 계측된 위상각(θ)과 위상각 추정치(
Figure 712009003170112-pat00111
)의 오차(θ-
Figure 712009003170112-pat00112
)에 관측자 이득(P1)을 곱한 값에 각속도의 추정치(
Figure 712009003170112-pat00113
)를 더하고 적분하여 위상각 추정치(
Figure 712009003170112-pat00077
)를 연산하고, 상기 위상각(θ)과 위상각 추정치(
Figure 712009003170112-pat00114
)의 오차(θ-
Figure 712009003170112-pat00115
)에 관측자 이득(P2)을 곱한 값을 적분하여 각속도 추정치(
Figure 712009003170112-pat00078
)를 연산하는 관측부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기.Phase angle θ and phase angle estimated value measured from the arc tangent calculator (
Figure 712009003170112-pat00111
) Error (θ-
Figure 712009003170112-pat00112
) Times the observer gain (P 1 ) multiplied by the estimated angular velocity (
Figure 712009003170112-pat00113
) And add and integrate the phase angle estimate (
Figure 712009003170112-pat00077
And calculate the phase angle θ and the phase angle estimate
Figure 712009003170112-pat00114
) Error (θ-
Figure 712009003170112-pat00115
) By multiplying the observer gain (P 2 ) by the angular velocity estimate (
Figure 712009003170112-pat00078
Observation unit for calculating a; phase and frequency detector for converter control, characterized in that consisting of. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 관측부는 위상각의 측정치(θ)에서 추정치(
Figure 112007071784097-pat00086
)의 오차(θ-
Figure 112007071784097-pat00087
)를 연산하는 감산기와, 그 오차(θ-
Figure 112007071784097-pat00088
)에 이득(P2)을 곱하는 제1곱셈기와, 상기 제1곱셈기에서 관측자 이득(P2)을 곱한 오차(θ-
Figure 112007071784097-pat00089
)를 적분하여 각속도 추정치(
Figure 112007071784097-pat00090
)를 연산하는 제1적분기와, 상기 감산기에서 연산된 오차(θ-
Figure 112007071784097-pat00091
)에 이득(P1)을 곱하는 제2곱셈기와, 상기 제2곱셈기에서 관측자 이득(P1)을 곱한 오차(θ-
Figure 112007071784097-pat00092
)와 제1적분기에서 연산된 각속도 추정치(
Figure 112007071784097-pat00093
)를 더하는 가산기와, 상기 가산기의 합산값을 적분하여 위상각 추정치(
Figure 112007071784097-pat00094
)를 연산하는 제2적분기로 구성되는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기.The observation unit estimates the measured value (
Figure 112007071784097-pat00086
) Error (θ-
Figure 112007071784097-pat00087
And a subtractor for calculating
Figure 112007071784097-pat00088
) Multiplies the gain P 2 by the gain P 2 , and the error multiplier (θ−) multiplied by the observer gain P 2 in the first multiplier.
Figure 112007071784097-pat00089
) To integrate the angular velocity estimate (
Figure 112007071784097-pat00090
A first integrator that calculates?) And an error?
Figure 112007071784097-pat00091
) And a second multiplier multiplying the gain P 1 by the multiplier and the observer gain P 1 in the second multiplier.
Figure 112007071784097-pat00092
) And the angular velocity estimate computed from the first integrator (
Figure 112007071784097-pat00093
And add the adder and the summation value of the adder to estimate the phase angle (
Figure 112007071784097-pat00094
A phase and frequency detector for converter control, characterized in that it comprises a second integrator that calculates. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 관측부에서 연산된 위상각 추정치(
Figure 112007071784097-pat00095
) 및 각속도 추정치(
Figure 112007071784097-pat00096
)는 컨버터의 피드포드제어부로 입력되는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어용 위상 및 주파수 검출기.The phase angle estimate calculated by the observation unit (
Figure 112007071784097-pat00095
) And angular velocity estimates (
Figure 112007071784097-pat00096
) Is a phase and frequency detector for converter control, which is input to the feed pod control unit of the converter.
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