KR101283554B1 - Inverter system with filter automatically varying according to control mode - Google Patents

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KR101283554B1
KR101283554B1 KR1020130019953A KR20130019953A KR101283554B1 KR 101283554 B1 KR101283554 B1 KR 101283554B1 KR 1020130019953 A KR1020130019953 A KR 1020130019953A KR 20130019953 A KR20130019953 A KR 20130019953A KR 101283554 B1 KR101283554 B1 KR 101283554B1
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배영상
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데스틴파워 주식회사
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Abstract

PURPOSE: An inverter system having a filter structure automatically varied according to a control mode is provided to improve power quality by variably configuring a capacitor. CONSTITUTION: An inverter device (20) converts output of a direct current (DC) power supply into an alternating current (AC) power. A switching device switches output of the inverter device. A controller (40) operates the inverter device in a current control mode in a system (30) interconnected operation mode. The controller operates the inverter device in a voltage control mode in an independent operation. A variable filter includes at least one additional capacitor.

Description

제어 모드에 따라 자동으로 가변되는 필터 구조를 갖는 인버터 시스템{INVERTER SYSTEM WITH FILTER AUTOMATICALLY VARYING ACCORDING TO CONTROL MODE}INVERTER SYSTEM WITH FILTER AUTOMATICALLY VARYING ACCORDING TO CONTROL MODE}

본 발명은 전류 제어모드에서 전압 제어모드로 전환되는 인버터 시스템에 가변 필터를 구비한 것으로서, 보다 상세하게는 운전 제어 방식에 따라 출력 필터를 가변하여 운전 방식의 변경에 따른 전력품질의 저하를 방지하는 제어 모드에 따라 자동으로 가변되는 필터 구조를 갖는 인버터 시스템에 관한 것이다.The present invention is provided with a variable filter in the inverter system to switch from the current control mode to the voltage control mode, and more particularly, by varying the output filter in accordance with the operation control method to prevent the deterioration of power quality due to the change in the operation method. The present invention relates to an inverter system having a filter structure that automatically varies according to a control mode.

최근에 세계적으로 에너지 수요가 증가하는 추세에 있으며, 화석연료의 지속적 사용에 의한 지구 온난화와 같은 환경 문제와, 화석연료의 고갈, 고유가 등의 에너지 위기에 봉착하고 있다. 이에 따라 신재생 에너지를 이용하여 전력 기간산업의 패러다임을 변화시키는 많은 노력이 이루어지고 있다. 그 결과로 신재생 에너지를 중심으로 분산전원 시스템이 증가하였고, 나아가서 다수의 분산 전원과 부하로 구성되는 마이크로 그리드 시스템(Micro Grid System), 스마트 그리드(Smart Grid)로의 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 그리드 시스템에서 인버터 시스템은 대부분 평상시에 계통과 연계하여 전력을 부하에 공급하기도 하고, 남은 잉여전력은 계통에 공급해 불안전한 계통을 안정화 시키는 동시에 전력을 생산, 판매하기까지 한다. 또한 정전 시에는 부하를 단독으로 공급하는 독립형 인버터 시스템으로 전환을 하여 무순단으로 부하에 전력 공급을 유지한다. Recently, the global demand for energy is on the rise, and environmental problems such as global warming due to continuous use of fossil fuels, and energy crisis such as depletion of fossil fuels and high oil prices are encountered. Accordingly, many efforts are being made to change the paradigm of the power infrastructure industry by using renewable energy. As a result, the distributed power supply system has increased mainly on renewable energy, and further researches on the micro grid system and the smart grid composed of a plurality of distributed power supplies and loads are being actively conducted. In such a grid system, the inverter system usually supplies power to the load in connection with the grid in general, and the remaining surplus power is supplied to the grid to stabilize the unstable grid and to produce and sell power. In case of power failure, the inverter switches to a stand-alone inverter system that supplies the load alone to maintain power supply to the load without any interruption.

그리드 시스템에 적용되는 인버터는 기본적으로 전류제어 모드와 전압제어 모드를 모두 구비할 수 있다. 일반적으로 인버터는 계통과 연계 시에 전류제어 모드를 실시하며 전류원으로 전력을 공급하고, 계통의 단절 시 전압제어 모드로 전환을 하여 전압원으로 부하에 단독으로 전력을 공급한다. 이때, 인버터의 출력 필터는 계통과 단절 시에 적용되는 전압제어 모드에서 계통과 연계하여 운전을 실시하는 전류제어 모드에서와 비교하여 보다 큰 필터 커패시턴스를 필요로 한다. 왜냐하면, 계통과의 연계 시에는 계통 전압이 부하를 담당하지만, 단절 시에는 부하 전압을 인버터에서 담당해야 하므로 부하 급변 시 발생되는 인버터 출력전압의 왜곡을 방지해야 하기 때문이다. 그런데 종래 인버터 시스템은 전류제어 모드에서 전압제어 모드로 절체를 수행함에도 불구하고 하나의 필터 값으로 고정시키는 방식을 이용하고 있다.The inverter applied to the grid system may basically have both a current control mode and a voltage control mode. In general, the inverter executes the current control mode when connected to the grid, supplies power to the current source, and switches to the voltage control mode when the system is disconnected, and supplies power to the load by the voltage source alone. At this time, the output filter of the inverter requires a larger filter capacitance than in the current control mode in which the inverter operates in conjunction with the system in the voltage control mode applied when the system is disconnected from the system. This is because the grid voltage is responsible for the load in connection with the grid, but the inverter must be responsible for the load voltage in case of disconnection, thereby preventing distortion of the inverter output voltage generated when the load suddenly changes. However, the conventional inverter system uses a method of fixing a single filter value despite switching from the current control mode to the voltage control mode.

도 1은 종래 계통 연계 운전과 독립 운전이 모두 가능한 인버터 시스템을 예시한 토폴로지 블록도이다. 통상적으로 그리드 시스템에 적용되는 인버터 시스템은 계통 연계 시 부하와 계통 모두에 연결되고, 계통의 단절 시에는 부하에 단독으로 연결된다. 이러한 시스템은 그 크기와 규모에 따라 마이크로 그리드 또는 스마트 그리드로 구성할 수 있으며, 인버터 시스템의 입력 에너지원은 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지뿐만 아니라 배터리, 슈퍼 커패시터 등과 같은 저장용 에너지원이 될 수 있다.1 is a topology block diagram illustrating an inverter system capable of performing both conventional system linkage operation and independent operation. Inverter systems typically applied to grid systems are connected to both the load and the grid during grid linkage and to the load alone when the grid is disconnected. These systems can be configured as microgrids or smart grids, depending on their size and size, and the input energy sources of inverter systems can be renewable energy sources such as solar and wind power, as well as storage energy sources such as batteries and super capacitors. Can be.

도 1을 참조하면, 직류 전원(10)이 인버터 장치(20)로 전달되어 교류 전원으로 변환된다. 인버터 장치(20)의 출력은 IGBT 등과 같은 대전류용 스위칭 장치(미도시)에 의해 절체되어 계통(30)과 부하에 공급된다.Referring to FIG. 1, the DC power supply 10 is transferred to the inverter device 20 and converted into AC power. The output of the inverter device 20 is switched by a large current switching device (not shown) such as IGBT and supplied to the system 30 and the load.

이때, 인버터 장치(20)의 출력전압을 정현화하기 위하여 도 1에서와 같이 LC 필터(L1, C1)가 사용된다. LC 필터(L1, C1)는 인버터 장치(20)의 출력에서 PWM 스위칭 성분을 제거하고 정현파에 가까운 출력을 발생시켜 계통이나 부하에 안정적인 전력을 공급하도록 한다.At this time, in order to sine the output voltage of the inverter device 20, LC filters L1 and C1 are used as shown in FIG. The LC filters L1 and C1 remove the PWM switching component from the output of the inverter device 20 and generate an output close to the sine wave to supply stable power to the system or the load.

그런데 앞서 언급한 바와 같이 인버터 장치(20)가 계통과 연계 시 전류 제어모드로 동작하다가 계통과 단절되어 전압 제어모드로 변경되는 경우에 있어서, 전압 제어 시에는 더욱 큰 필터 커패시턴스가 요구된다. 충분한 필터 커패시턴스가 제공되지 않는다면 부하의 급변에 따른 인버터 출력전압의 과도현상이 발생되고 전력품질을 저하시키게 된다.However, as mentioned above, when the inverter device 20 operates in the current control mode when the inverter is connected to the grid, and is disconnected from the grid, the inverter device 20 changes to the voltage control mode. If not enough filter capacitance is provided, transients in the output voltage of the inverter due to sudden changes in the load will occur, resulting in poor power quality.

한편, 계통 연계 운전 시와 독립 운전 시에 제어모드를 달리하는 인버터 시스템에서, 위와 같은 문제점을 방지하기 위하여 전압 제어 시에 요구되는 필터 커패시턴스에 따라 LC 필터를 설계하는 경우가 있으나, 이는 전류 제어 시에 효율과 공진 등에서 불필요한 손실을 야기한다.On the other hand, in the inverter system that differs in the control mode in the system linkage operation and the independent operation, in order to prevent the above problems, the LC filter may be designed according to the filter capacitance required in the voltage control. This causes unnecessary losses in efficiency and resonance.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 계통 연계 운전과 독립 운전이 모두 가능한 인버터 시스템에서 제어모드에 따라 LC 필터의 커패시턴스를 달리하여 제어모드 절체 시의 과도현상을 억제하며 전압 제어모드에서의 부하 급변에 따른 전력품질 저하를 방지하고, 전류 제어모드에서도 불필요한 손실의 발생을 억제한 제어 모드에 따라 자동으로 가변되는 필터 구조를 갖는 인버터 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, in the inverter system capable of both system linkage operation and independent operation, by varying the capacitance of the LC filter in accordance with the control mode to suppress the transient phenomenon when switching the control mode and voltage control mode It is an object of the present invention to provide an inverter system having a filter structure that is automatically changed according to a control mode which prevents power quality deterioration due to a sudden load change in the control mode and suppresses unnecessary loss in a current control mode.

본 발명의 또 다른 목적은, 제어모드에 따라 인버터 장치의 스위칭 주파수를 가변하여 계통 또는 부하에 공급되는 전력품질을 향상시키는 것이다.Another object of the present invention is to improve the power quality supplied to the grid or load by varying the switching frequency of the inverter device according to the control mode.

본 발명의 일실시예에 따른 제어 모드에 따라 자동으로 가변되는 필터 구조를 갖는 인버터 시스템은, 직류 전원의 출력을 교류 전원으로 변환하는 인버터 장치와, 상기 인버터 장치의 출력을 스위칭 하여 계통 연계 운전과 독립 운전 간 절환을 수행하는 스위칭 장치와, 상기 인버터 장치의 출력을 정현화하기 위한 LC 필터를 포함하는 인버터 시스템에 있어서, 상기 인버터 장치를 계통 연계 운전 시에 전류 제어모드 또는 전압 제어모드로 동작시키고 독립 운전 시에 전압 제어모드로 동작시키는 컨트롤러; 상기 LC 필터의 커패시터에 병렬 연결되는 적어도 하나의 부가 커패시터를 포함하는 가변 필터; 및 상기 컨트롤러에 의해 제어되어 상기 부가 커패시터의 연결을 스위칭하며, 상기 인버터 장치가 전류 제어모드로 동작될 때는 개방되고 전압 제어모드로 동작될 때는 폐쇄되는 가변 필터 스위칭 수단을 포함한다.
Inverter system having a filter structure that is automatically variable according to the control mode according to an embodiment of the present invention, the inverter device for converting the output of the DC power source to the AC power source, and the output of the inverter device by switching the system linkage operation and An inverter system comprising a switching device for switching between independent operations and an LC filter for sineting the output of the inverter device, wherein the inverter device is operated in a current control mode or a voltage control mode during grid linkage operation and is independent. A controller for operating in a voltage control mode during operation; A variable filter comprising at least one additional capacitor connected in parallel to the capacitor of the LC filter; And variable filter switching means controlled by the controller to switch the connection of the additional capacitor, which is open when the inverter device is operated in the current control mode and closed when the inverter device is operated in the voltage control mode.

본 발명의 다른 실시예에 따른 제어 모드에 따라 자동으로 가변되는 필터 구조를 갖는 인버터 시스템은, 상기 컨트롤러는 전류 제어모드로 동작될 때와 전압 제어모드로 동작될 때 인버터 장치의 스위칭 주파수를 다르게 설정한다.
In an inverter system having a filter structure that is automatically changed according to a control mode according to another embodiment of the present invention, the controller sets a different switching frequency of the inverter device when the controller is operated in the current control mode and the voltage control mode. do.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어 모드에 따라 자동으로 가변되는 필터 구조를 갖는 인버터 시스템은, 상기 컨트롤러는 전류 제어모드로 동작될 때에 비교하여 전압 제어모드로 동작될 때 인버터 장치의 스위칭 주파수를 높게 설정한다.Inverter system having a filter structure that is automatically variable according to the control mode according to another embodiment of the present invention, the controller is compared to when operating in the current control mode the switching frequency of the inverter device when operating in the voltage control mode Set it high.

본 발명의 제어 모드에 따라 자동으로 가변되는 필터 구조를 갖는 인버터 시스템에 따르면, 인버터 장치의 출력단에 연결되는 LC 필터의 커패시터를 인버터 장치의 제어모드에 따라 가변적으로 구성함으로써, 계통 연계 운전 시에 효율적인 운전이 가능한 동시에 독립 운전으로 절체되는 경우에도 과도상태에서 정상상태로 안정적인 복귀가 가능하며, 계통 연계 운전과 독립 운전 모두에서 전압 제어모드에서의 부하 급변에 따른 전력품질의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the inverter system having a filter structure that is automatically variable according to the control mode of the present invention, by configuring the capacitor of the LC filter connected to the output terminal of the inverter device variably according to the control mode of the inverter device, It is possible to operate stably from the transient state to the normal state even when the operation is possible and transfer to independent operation, and the effect of preventing the deterioration of the power quality due to the sudden change of the load in the voltage control mode in both the grid-linked operation and the independent operation. There is.

또한, 본 발명에 따르면, 전류 제어모드에서와 비교하여 전압 제어모드에서 인버터 장치의 스위칭 주파수를 높게 설정함으로써, 부하에 공급되는 전력품질을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, by setting the switching frequency of the inverter device higher in the voltage control mode than in the current control mode, there is an effect that can greatly improve the power quality supplied to the load.

도 1은 종래 인버터 시스템을 예시한 토폴로지 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 가변 필터 구조의 인버터 시스템을 예시한 토폴로지 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 3상 인버터 시스템을 예시한 토폴로지 블록도,
도 4는 본 발명에서 계통 연계 운전 시 계통전압과 인버터 출력전류의 파형을 보인 그래프,
도 5는 도 4의 예시와 LC 필터의 커패시턴스가 동일한 경우, 독립 운전 시 인버터 출력전압과 출력전류를 보인 비교 예시 그래프, 및
도 6은 본 발명에 따라 LC 필터의 커패시턴스를 가변한 경우, 독립 운전 시 인버터 출력전압과 출력전류를 보인 그래프이다.1 is a topology block diagram illustrating a conventional inverter system;
2 is a topology block diagram illustrating an inverter system of a variable filter structure according to the present invention;
3 is a topology block diagram illustrating a three phase inverter system according to the present invention;
4 is a graph showing a waveform of a grid voltage and an inverter output current during grid linkage operation in the present invention;
5 is a comparative example graph showing an inverter output voltage and an output current during independent operation when the capacitance of the LC filter is the same as the example of FIG. 4;
6 is a graph showing an inverter output voltage and an output current during independent operation when the capacitance of the LC filter is variable according to the present invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시예가 설명된다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대하여 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, specific embodiments according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

명세서 전체에 걸쳐 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 그리고 본 발명에 첨부된 도면은 설명의 편의를 위한 것으로서, 그 형상과 상대적인 척도는 과장되거나 생략될 수 있다.Parts having similar configurations and operations throughout the specification are denoted by the same reference numerals. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.

실시예를 구체적으로 설명함에 있어서, 중복되는 설명이나 당해 분야에서 자명한 기술에 대한 설명은 생략되었다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 기재된 구성요소 외에 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In describing the embodiments in detail, overlapping descriptions or descriptions of obvious technology in the art are omitted. Also, in the following description, when a section is referred to as "comprising " another element, it means that it may further include other elements in addition to the described element unless otherwise specifically stated.

또한, 명세서에 기재된 "~부", "~기", "~모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. Also, the terms "to", "to", "to", and "modules" in the specification mean units for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software . In addition, when a part is electrically connected to another part, it includes not only a case directly connected but also a case where the other parts are connected to each other in the middle.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. Terms including ordinals, such as first, second, etc., may be used to describe various elements, but the elements are not limited to these terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the second component may be referred to as a first component, and similarly, the first component may also be referred to as a second component.

도 2는 본 발명에 따른 가변 필터 구조의 인버터 시스템을 예시한 토폴로지 블록도이고, 도 3은 본 발명에 따른 3상 인버터 시스템을 예시한 토폴로지 블록도이다. 2 is a topology block diagram illustrating an inverter system of a variable filter structure according to the present invention, and FIG. 3 is a topology block diagram illustrating a three-phase inverter system according to the present invention.

도 2를 참조하면, 직류 전원(10)의 출력이 인버터 장치(20)로 전달되어 교류 전원으로 변환된다. 직류 전원(10)은 태양광이나 풍력 등의 신재생 에너지원이거나, 배터리 또는 슈퍼 커패시터 등의 저장용 에너지원일 수 있다. 또한, 직류 전원(10)은 배터리를 관리하는 BMS(Battery Management System)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the output of the DC power supply 10 is transferred to the inverter device 20 and converted into AC power. The DC power supply 10 may be a renewable energy source such as solar light or wind power, or a storage energy source such as a battery or a super capacitor. In addition, the DC power supply 10 may include a battery management system (BMS) for managing a battery.

본 발명에서 인버터 장치(20)는 계통 연계 운전과 독립 운전이 모두 가능하다. 통상 그러하듯이 인버터 시스템은 계통 연계 시 부하와 계통(30) 모두에 연결되고, 계통(30)의 단절 시에는 부하에 단독으로 연결된다. 인버터 시스템은 크기와 규모에 따라 마이크로 그리드 또는 스마트 그리드로 구성된다.In the present invention, the inverter device 20 is capable of both grid linkage operation and independent operation. As usual, the inverter system is connected to both the load and the grid 30 when the grid is linked, and is connected to the load alone when the grid 30 is disconnected. The inverter system consists of a microgrid or a smart grid, depending on size and scale.

인버터 장치(20)는 계통(30)과 단절되는 경우 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 등과 같은 스위칭 장치(도시 안됨)에 의해 부하에 단독으로 연결되어 독립 운전을 실시한다. 컨트롤러(40)는 계통 연계 운전 시 인버터 장치(20)를 전류 제어모드로 동작시키며, 독립 운전 시 전압 제어모드로 동작시킨다. 또는, 컨트롤러(40)는 계통 연계 운전 시에도 인버터 장치(20)를 전압 제어모드로 동작시킬 수 있다.When the inverter device 20 is disconnected from the system 30, the inverter device 20 is independently connected to the load by a switching device (not shown) such as an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) or the like to perform independent operation. The controller 40 operates the inverter device 20 in the current control mode during grid linkage operation, and operates in the voltage control mode during independent operation. Alternatively, the controller 40 may operate the inverter device 20 in a voltage control mode even in a system linkage operation.

예컨대, 계통 연계 운전 시에 인버터 장치(20)를 전류 제어모드로 동작시키는 것은, 전압 제어모드 동작에 비해 계통의 상황에 대응하여 빠른 제어응답이 가능하다. 한편, 독립 운전으로 전환 시에 전압 제어모드로 절체될 때 과도상태가 발생된다.For example, operating the inverter device 20 in the current control mode during grid linkage operation enables quick control response corresponding to the system situation compared to the voltage control mode operation. On the other hand, a transient state occurs when switching to the voltage control mode when switching to independent operation.

다른 예로서, 계통 연계 운전 시에 인버터 장치(20)를 전압 제어모드로 동작시키는 것은, 제어응답은 느리지만, 계통 연계 운전과 독립 운전의 전환을 무순단으로 빠르게 가져갈 수 있다.As another example, operating the inverter device 20 in the voltage control mode during grid linkage operation may slow down the control response but quickly switch between grid linkage operation and independent operation.

인버터 장치(20)의 출력단에는 인덕터(L1)와 커패시터(C1)가 병렬 연결된 LC 필터가 설치된다. LC 필터는 인버터 장치(20)의 출력에서 PWM 스위칭 성분을 제거하고 정현파에 가까운 출력을 발생시킨다.At the output terminal of the inverter device 20 is provided an LC filter in which the inductor L1 and the capacitor C1 are connected in parallel. The LC filter removes the PWM switching component from the output of the inverter device 20 and generates an output close to the sine wave.

이때, 본 발명의 가변 필터 구조의 인버터 시스템은, LC 필터에 병렬 연결되는 부가 커패시터(Cadd_1, Cadd_n)를 더 포함한다. 부가 커패시터(Cadd_1, Cadd_n)는 LC 필터의 커패시터(C1)에 병렬 연결되어 가변 필터를 구성한다. 부가 커패시터(Cadd_1, Cadd_n)는 하나로 구성될 수도 있으며, 용량 부담을 줄이기 위하여 복수개가 병렬 연결되는 회로 구조를 가질 수도 있다.In this case, the inverter system of the variable filter structure of the present invention further includes additional capacitors C add_1 and C add_n connected in parallel to the LC filter. The additional capacitors C add_1 and C add_n are connected in parallel to the capacitor C1 of the LC filter to form a variable filter. The additional capacitors C add_1 and C add_n may be configured as one, or may have a circuit structure in which a plurality of capacitors are connected in parallel to reduce the capacity burden.

도 2를 참조하면, 부가 커패시터(Cadd_1, Cadd_n)는 가변 필터 스위칭 수단(SWadd_1, SWadd_n)에 의해 LC 필터에 연결되거나 분리된다. 가변 필터 스위칭 수단(SWadd_1, SWadd_n)은 컨트롤러(40)에 의해 제어되어 인버터 장치(20)의 출력 커패시턴스를 가변시킨다.Referring to FIG. 2, the additional capacitors C add_1 and C add_n are connected to or separated from the LC filter by the variable filter switching means SW add_1 and SW add_n . The variable filter switching means SW add_1 , SW add_n are controlled by the controller 40 to vary the output capacitance of the inverter device 20.

보다 상세하게는, 컨트롤러(40)는 인버터 장치(20)가 전류 제어모드로 동작되는 경우(즉, 계통과 연계하여 운전하는 경우) 가변 필터 스위칭 수단(SWadd_1, SWadd_n)을 개방(open)시킨다. 따라서 인버터 출력은 LC 필터(L1, C1)에 의해 정현화되며, 출력 커패시턴스를 낮은 값으로 유지하여 LC 공진에 의한 손실을 방지하고 효율적인 운전을 가능하게 한다.More specifically, the controller 40 opens the variable filter switching means SW add_1 , SW add_n when the inverter device 20 is operated in the current control mode (that is, when operating in conjunction with the grid). Let's do it. Therefore, the inverter output is sine by the LC filters L1 and C1, and the output capacitance is kept at a low value, thereby preventing loss due to LC resonance and enabling efficient operation.

컨트롤러(40)는 인버터 장치(20)가 전압 제어모드로 동작되는 경우(즉, 계통 연계 운전 시 전압 제어모드를 선택하는 경우 또는 계통과 단절되어 독립 운전하는 경우) 가변 필터 스위칭 수단(SWadd_1, SWadd_n)을 폐쇄(closed)시킨다. 이때 가변 필터는 커패시터 C1과 부가 커패시터(Cadd_1, Cadd_n)가 조합되어 커패시턴스가 증가하게 된다. 따라서 전압 제어모드로 전환되는 과정에서 과도상태를 빠르게 안정화시키고, 부하 급변에 따르는 전력품질의 저하를 방지할 수 있게 된다.When the inverter device 20 is operated in the voltage control mode (that is, when the voltage control mode is selected during grid linkage operation or when the inverter 40 is disconnected from the grid and operates independently), the variable filter switching means SW add_1 , SW add_n ) is closed. In this case, in the variable filter, the capacitor C1 and the additional capacitors C add_1 and C add_n are combined to increase capacitance. Therefore, it is possible to quickly stabilize the transient state in the process of switching to the voltage control mode, and to prevent the degradation of the power quality due to the sudden load change.

나아가, 컨트롤러(40)는 인버터 장치(20)가 전류 제어모드로 동작될 때와 전압 제어모드로 동작될 때 스위칭 주파수를 다르게 설정한다. 바람직하게는, 전압 제어모드로 동작될 때 인버터 장치(20)의 스위칭 주파수를 높게 설정한다. 이에 따라 독립 운전 시에 부하에 공급되는 전력품질을 더욱 향상시킬 수 있다.Further, the controller 40 sets the switching frequency differently when the inverter device 20 is operated in the current control mode and when it is operated in the voltage control mode. Preferably, the switching frequency of the inverter device 20 is set high when operating in the voltage control mode. Accordingly, it is possible to further improve the power quality supplied to the load during independent operation.

도 3은 3상 인버터 시스템에 본 발명에 따른 가변 필터 구조가 적용된 것을 예시한 것으로서, 인버터 장치(20)의 PWM 스위칭 출력단에 각 상선별로 가변 필터가 설치된 상태를 보여준다. 도 3의 예시에서도 인버터 장치(20)가 독립 운전 시 전압 제어모드로 동작될 때, 가변 필터 스위칭 수단(SWadd_1)이 폐쇄되며, 이에 따라 부가 커패시터(Cadd_1)가 병렬로 연결되어 인버터 출력 커패시턴스를 증가시킨다.3 illustrates that the variable filter structure according to the present invention is applied to a three-phase inverter system, and shows a state in which a variable filter is installed for each phase line in the PWM switching output terminal of the inverter device 20. In the example of FIG. 3, when the inverter device 20 is operated in the voltage control mode during the independent operation, the variable filter switching means SW add_1 is closed, and accordingly, the additional capacitor C add_1 is connected in parallel to the inverter output capacitance. To increase.

이하에서는 도 3에 예시된 3상 인버터 시스템 상에서 전압 제어모드로 운전 시 과도상태에서 정상상태로 안정적으로 복귀되는 것을 모의 실험한 결과를 그래프를 참조하여 설명한다. 단, 계통 연계 운전 시에는 인버터 장치를 전류 제어모드로 동작시키고, 독립 운전 시에는 인버터 장치를 전압 제어모드로 동작시키는 경우를 실험하였다.Hereinafter, a simulation result of stably returning from a transient state to a steady state when operating in a voltage control mode on the three-phase inverter system illustrated in FIG. 3 will be described with reference to a graph. However, the experiment was conducted to operate the inverter device in the current control mode during grid linkage operation and to operate the inverter device in the voltage control mode during standalone operation.

도 4는 본 발명에서 계통 연계 운전 시 계통전압과 인버터 출력전류의 파형을 보인 그래프로서, 500kW 급의 계통 연계 시스템에서의 모의실험 결과를 보여준다. 도 4를 참조하면, 계통 측에서 측정한 전압과 인버터 출력 전류가 모두 안정된 정현파를 보여주고 있다.Figure 4 is a graph showing the waveform of the grid voltage and the inverter output current during grid linkage operation in the present invention, shows the simulation results in the grid linkage system of 500kW class. Referring to FIG. 4, both the voltage measured at the grid side and the inverter output current show stable sinusoidal waves.

도 5는 도 4의 예시와 LC 필터의 커패시턴스가 동일한 경우, 독립 운전 시 인버터 출력전압과 출력전류를 보인 비교 예시 그래프이다. 즉, 본 발명에서 가변 필터를 동작시키지 않은 상태로서, 도 1에 예시된 종래 인버터 시스템이 독립 운전되는 경우와 동일한 상황을 모의 실험한 결과를 보여준다. 도 5를 참조하면, 독립 운전 시에 부하가 제로에서 500kW로 급변하면서, 인버터 출력전압과 전류에서 과도상태가 발생되며, 정상상태로 복귀가 어렵거나 불가능한 것을 확인할 수 있다.FIG. 5 is a comparative example graph showing an inverter output voltage and an output current during independent operation when the capacitance of the LC filter and the example of FIG. 4 are the same. In other words, the present invention simulates the same situation as the case where the conventional inverter system illustrated in FIG. Referring to FIG. 5, while the load suddenly changes from zero to 500 kW during independent operation, a transient state occurs in the inverter output voltage and current, and it may be confirmed that it is difficult or impossible to return to the normal state.

도 6은 본 발명에 따라 LC 필터의 커패시턴스를 가변한 경우, 독립 운전 시 인버터 출력전압과 출력전류를 보인 그래프이다. 즉, 본 발명에서 가변 필터가 스위칭 접속되어 인버터 출력 커패시턴스가 증가된 경우를 모의 실험한 결과이다. 도 6을 참조하면, 인버터 출력전압과 전류에서 과도상태가 즉각적으로 정상상태로 복귀되는 결과를 확인할 수 있다.6 is a graph showing an inverter output voltage and an output current during independent operation when the capacitance of the LC filter is variable according to the present invention. That is, it is a result of the simulation of the case where the inverter filter capacitance is increased by switching the variable filter in the present invention. Referring to FIG. 6, it can be seen that the transient state immediately returns to the normal state in the inverter output voltage and current.

위에서 개시된 발명은 기본적인 사상을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 변형예가 가능하다. 즉, 위의 실시예들은 모두 예시적으로 해석되어야 하며, 한정적으로 해석되지 않는다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예가 아니라 첨부된 청구항에 따라 정해져야 하며, 첨부된 청구항에 한정된 구성요소를 균등물로 치환한 경우 이는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 보아야 한다.The invention described above is susceptible to various modifications within the scope not impairing the basic idea. In other words, all of the above embodiments should be interpreted by way of example and not by way of limitation. Therefore, the scope of protection of the present invention should be determined in accordance with the appended claims rather than the above-described embodiments, and should be construed as falling within the scope of the present invention when the constituent elements defined in the appended claims are replaced by equivalents.

10 : 직류 전원 20 : 인버터 장치
30 : 계통(또는 부하) 40 : 컨트롤러10: DC power supply 20: inverter device
30: system (or load) 40: controller

Claims (3)

직류 전원의 출력을 교류 전원으로 변환하는 인버터 장치와, 상기 인버터 장치의 출력을 스위칭 하여 계통 연계 운전과 독립 운전 간 절환을 수행하는 스위칭 장치와, 상기 인버터 장치의 출력을 정현화하기 위한 LC 필터를 포함하는 인버터 시스템에 있어서,
상기 인버터 장치를 계통 연계 운전 시에 전류 제어모드 또는 전압 제어모드로 동작시키고 독립 운전 시에 전압 제어모드로 동작시키는 컨트롤러;
상기 LC 필터의 커패시터에 병렬 연결되는 적어도 하나의 부가 커패시터를 포함하는 가변 필터; 및
상기 컨트롤러에 의해 제어되어 상기 부가 커패시터의 연결을 스위칭하며, 상기 인버터 장치가 전류 제어모드로 동작될 때는 개방되어 상기 LC 필터의 커패시터에 의해 인버터 출력이 필터링 되도록 하고, 상기 인버터 장치가 전압 제어모드로 동작될 때는 폐쇄되어 상기 LC 필터의 커패시터에 상기 부가 커패시터가 병렬 연결된 상태로 인버터 출력이 필터링 되도록 하는 가변 필터 스위칭 수단
을 포함하는 제어 모드에 따라 자동으로 가변되는 필터 구조를 갖는 인버터 시스템.An inverter device that converts the output of the DC power source to an AC power source, a switching device that switches the output of the inverter device to switch between grid-linked operation and independent operation, and an LC filter for sine output of the inverter device. In the inverter system,
A controller configured to operate the inverter device in a current control mode or a voltage control mode during grid linkage operation and in a voltage control mode during independent operation;
A variable filter comprising at least one additional capacitor connected in parallel to the capacitor of the LC filter; And
Controlled by the controller to switch the connection of the additional capacitor, open when the inverter device is operated in the current control mode to allow the inverter output to be filtered by the capacitor of the LC filter, and the inverter device to the voltage control mode. Variable filter switching means closed when operated so that the inverter output is filtered with the additional capacitor connected in parallel to the capacitor of the LC filter
Inverter system having a filter structure that is automatically changed according to the control mode comprising a. 제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는 전류 제어모드로 동작될 때와 전압 제어모드로 동작될 때 인버터 장치의 스위칭 주파수를 다르게 설정하는 것을 특징으로 하는 제어 모드에 따라 자동으로 가변되는 필터 구조를 갖는 인버터 시스템.The method of claim 1,
And the controller automatically sets the switching frequency of the inverter device differently when operating in the current control mode and when operating in the voltage control mode. 제2항에 있어서,
상기 컨트롤러는 전류 제어모드로 동작될 때에 비교하여 전압 제어모드로 동작될 때 인버터 장치의 스위칭 주파수를 높게 설정하는 것을 특징으로 하는 제어 모드에 따라 자동으로 가변되는 필터 구조를 갖는 인버터 시스템.The method of claim 2,
And the controller automatically sets the switching frequency of the inverter device when operating in the voltage control mode as compared to when operating in the current control mode.
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