KR101421017B1 - 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법에 관한 것으로서, 태양광 어레이로부터의 직류 전압을 교류전원으로 변환하여 계통전원에 공급하는 멀티레벨 인버터와, 상기 멀티레벨 인버터의 직류 링크 전압에 따라 상기 멀티레벨 인버터의 온/오프 동작을 결정하는 스위칭부와, 상기 멀티레벨 인버터의 정격출력에 따라 상기 스위칭부의 온/오프를 제어하는 제어부를 포함하는 태양광 인버터 시스템에 의해 수행되는 멀티 레벨 인버터의 전류 제어 방법에 있어서, 상기 제어부는 직류 링크 전압, 출력 전력, 정격 전력, 변조 지수, 직류 링크 전압의 중성점을 포함한 전류 제어용 파라미터를 검출하는 단계; 상기 전류 제어용 파라미터를 근거로 하여 변조모드 변경 조건에 해당하지 않으면, DPWM(Discontinous Pulse Width Modulation) 모드로 동작하여 제1 변조 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭부로 전송하는 단계; 상기 변조모드 변경 조건에 해당하면, SVPWM(Space Vector PWM) 모드로 동작하여 제2 변조 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭부로 전송하는 단계; 상기 제어부는 상기 멀티 레벨 인버터의 출력 전력이 설정 전력 미만일 경우에, 고조파 억제를 위한 PI 제어기와 공진 제어기를 동시에 적용하여 동작시키는 단계; 및 상기 제어부는 멀티 레벨 인버터의 출력 전력이 설정 전력 이상일 경우에, PI 제어기를 동작시키는 단계를 포함한다. 따라서, 본 발명은 인버터에 MNPC 토폴로지를 사용하여 스위칭 손실을 줄이고, DPWM 제어 알고리즘을 적용하여 스위칭 손실을 더욱 저감시킬 수 있어 에너지 변환 효율이 높아질 수 있고, 출력 전류의 전체 고조파 왜곡율(THD)를 저감시키고, SVPWM 제어 알고리즘을 DPWM 제어 알고리즘과 선택적으로 사용함으로써 중성 전압의 뷸균형이 방지되면서 직류 링크단의 중성 전압 제어가 용이하도록 할 수 있다.

Description

멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법{METHOD FOR CONTROLLING ELECTRIC CURRENT OF MULTI-LEVEL INVERTER}
본 발명은 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 멀티레벨 인버터의 효율을 개선하면서 고조파 왜율을 감소시킬 수 있는 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법에 관한 것이다.
태양광 발전에 있어서 현재 사용되고 있는 태양전지(Solar cell) 하나의 출력은 매우 작기 때문에 필요한 출력을 효율적으로 얻기 위해서 여러 개의 태양전지를 연결하여 태양전지 모듈(PV모듈 : Photovaltaic Module)을 구성하여 사용한다. 태양전지 모듈 하나에서 발생되는 전력은 1개의 태양전지에 비해 큰 용량을 가지지만, 소형 장치의 전원으로 이용이 가능할 뿐, 일반 상용전력 계통에 발전전력을 공급하기에는 전력량이 작아 무리가 따른다.
이 때문에 전력 계통에 연결하여 발전 전력을 송전하고자 하는 경우 몇 개의 태양전지 모듈을 한 그룹으로 연결하거나, 또는 이러한 그룹을 여러 개 병렬로 연결하여 태양전지 어레이(PV array)를 구성하고, 이를 통해 발전 및 송전에 필요한 전압 및 전력을 확보하도록 하고 있다. 이러한 전압 및 전력의 확보를 위해 태양전지 모듈을 직렬로 연결하여 스트링을 구성하고, 복수의 스트링을 하나의 그룹으로 하여 태양전지 어레이를 구성하는 것이 보편적이다.
이러한 멀티스트링 태양광 발전 시스템은 두 대의 인버터가 직류링크단에 병렬로 직접 연결되어, 항상 직류링크 전압을 공유하면서, 계통연계점에서 연결된다. 직류링크단을 공유하면 일사량이 낮은 수준에서 하나의 인버터만 운전하여 시스템의 발전효율을 높일 수 있다.
그러나, 멀티스트링 태양광 발전 시스템은 일사량이 증가하여 각각의 인버터가 운전하게 되는 경우에, 항상 DC 버스가 공통으로 연결되어 있기 때문에 하나의 어레이에서만 최대 전력점을 추종하므로, 각각의 어레이에서 최대 전력점을 추종하는 차이만큼 전체 효율이 낮아지게 되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 선행기술자료로써, 특허공개번호 제10-2013-0115719호를 보면 계통연계형 멀티스트링 태양광 인버터 시스템에 관한 기술내용이 공개되어 있다.
종래의 계통연계형 멀티스트링 태양광 인버터 시스템은, 태양광(PV) 어레이로부터의 직류 전압을 교류전원으로 변환하여 계통전원에 공급하는 복수의 인버터와, 복수의 인버터의 직류링크단 전압에 따라 복수의 인버터의 온/오프를 스위칭하는 스위칭부와, 복수의 인버터의 정격출력에 따라 스위칭부의 온/오프를 제어하는 제어부를 포함한다.
이러한 계통연계형 멀티스트링 태양광 인버터 시스템은 중성점 사이를 클램핑하여 3레벨의 출력으로 만드는 MNPC(Mixed Neutral Point Clamped) 토폴로지를 사용하는 인버터 구조로 형성되어 스위칭 손실을 줄일 수 있지만, 제어부의 펄스폭변조(Pulse Width Modulation, PWM) 제어에 의해 입력되는 직류전압을 교류전원으로 변환하는 SVPWM(Space Vector PWM) 기법을 사용하여 제어 동작을 수행하므로 기대만큼의 효율이 개선되지 않은 문제점이 있다.
이러한 SVPWM 기법을 사용하는 멀티스트링 태양광 인버터 시스템은 복잡한 제어기 복잡한 시스템의 수학적 모델링을 통해 설계된 제어기를 이용하는 해결하고 있어 부하에 따라 시스템의 수학적 모델링 성능에 차이가 발생할 수 있으며 제어기의 게인(gain) 등을 구하는 방법이 정확히 명시되어 있지 않아서 사용하는 데 있어 어려움이 있다.
한편, 멀티스트링 태양광 인버터 시스템이 새로운 공간 벡터 전압 변조 방법을 이용하게 되면 스위칭 시퀀스가 기존의 스위칭 시퀀스와 달라지며 이로 인해서 더 많은 스위칭이 요구되어 스위칭 손실이 발생할 수 있으며 벡터의 선택이 달라지므로 출력 전압의 THD(Total Harmonic Distortion, 전체 고조파 왜곡율)가 증가하게 되고, 결국 출력 전류의 THD를 증가시키는 문제점이 있다.
한국공개특허 제2013-0115719호 "계통연계형 멀티스트링 태양광 인버터 시스템"
본 발명은 인버터에 MNPC 토폴로지를 사용하여 스위칭 손실을 줄이고, DPWM 제어 알고리즘을 적용하여 스위칭 손실을 더욱 저감하면서 에너지 변환 효율이 높아지도록 하며, 출력 전류의 전체 고조파 왜곡율(THD)를 저감시키고, SVPWM 제어 알고리즘을 DPWM 제어 알고리즘과 선택적으로 사용함으로써 직류 링크단의 중성 전압 제어가 용이하도록하는 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법을 제공한다.
실시예들 중에서, 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법은, 태양광 어레이로부터의 직류 전압을 교류전원으로 변환하여 계통전원에 공급하는 멀티레벨 인버터와, 상기 멀티레벨 인버터의 직류 링크 전압에 따라 상기 멀티레벨 인버터의 온/오프 동작을 결정하는 스위칭부와, 상기 멀티레벨 인버터의 정격출력에 따라 상기 스위칭부의 온/오프를 제어하는 제어부를 포함하는 태양광 인버터 시스템에 의해 수행되는 멀티 레벨 인버터의 전류 제어 방법에 있어서, 상기 제어부는 직류 링크 전압, 출력 전력, 정격 전력, 변조 지수, 직류 링크 전압의 중성점을 포함한 전류 제어용 파라미터를 검출하는 단계; 상기 전류 제어용 파라미터를 근거로 하여 변조모드 변경 조건에 해당하지 않으면, DPWM(Discontinous Pulse Width Modulation) 모드로 동작하여 제1 변조 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭부로 전송하는 단계; 상기 변조모드 변경 조건에 해당하면, SVPWM(Space Vector PWM) 모드로 동작하여 제2 변조 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭부로 전송하는 단계; 상기 제어부는 상기 멀티 레벨 인버터의 출력 전력이 설정 전력 미만일 경우에, 고조파 억제를 위한 PI 제어기와 공진 제어기를 동시에 적용하여 동작시키는 단계; 및 상기 제어부는 멀티 레벨 인버터의 출력 전력이 설정 전력 이상일 경우에, PI 제어기를 동작시키는 단계를 포함한다.
상기 변조모드 변경 조건은, 상기 멀티 레벨 인버터의 출력 전력이 정격 전력의 5% 미만인 제1 조건, 변조 지수(MI)가 0.7 미만인 제2 조건, 또는 직류 링크 전압의 중성점을 기준으로 상부 전압과 하부 전압의 차가 50V 이상인 제3 조건 중 어느 하나의 조건인 것을 특징으로 한다.
상기 공진 제어기를 동작하는 단계는, 상기 DPWM 모드로 동작시 발생되는 전체 고조파 왜곡율(Total Harmonic Distortion, THD) 증가를 억제하기 위해 6고조파를 투입하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 변조 제어 신호를 생성하는 단계는, 상기 제어부가 중성 전압 제어기를 추가하고, 상기 중성 전압 제어기는 상기 직류 링크 전압의 중성점을 기준으로 상부 전압과 하부 전압의 차에 노치 필터를 적용하여 고조파를 제거하고, 비례 게인을 적용하는 비례 제어기를 통해 출력되는 출력값을 상기 제1 변조 제어 신호에 적용시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법은 인버터에 MNPC 토폴로지를 사용하여 스위칭 손실을 줄이고, DPWM 제어 알고리즘을 적용하여 스위칭 손실을 더욱 저감시킬 수 있어 에너지 변환 효율이 높아질 수 있으며, 출력 전류의 전체 고조파 왜곡율(THD)를 저감시키고, SVPWM 제어 알고리즘을 DPWM 제어 알고리즘과 선택적으로 사용함으로써 변조제어신호(PWM)가 연속되지 않더라도 출력 전류는 변화가 없어 출력 전력 품질을 개선할 수 있으며, 중성 전압 제어기의 출력값을 변조제어신호에 적용하여 중성 전압의 뷸균형이 방지되면서 직류 링크단의 중성 전압 제어가 용이하도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법을 설명하는 순서도이다.
도 3은 SVPWM 모드에서 DPWM 모드로 변환되는 파형을 설명하는 도면이다.
도 4는 공진 제어기를 추가한 삼상 인버터를 적용한 멀티레벨 인버터의 전류 제어 과정을 설명하는 도면이다.
도 5는 일반적인 중성 전압 제어를 위해 직류 오프셋 전압을 추가하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성 전압 제어를 위한 스위칭부의 도통 조절 제어 과정을 설명하는 도면이다.
도 7은 제1 변조 제어 신호를 생성하는 과정을 도식화화한 도면이다.
도 8은 제1 변조 제어 신호의 출력 파형을 시뮬레이션한 도면이다.
도 9는 중성 전압 제어기를 포함한 제1 변조 제어 신호를 생성하는 과정을 도식화화한 도면이다.
도 10은 직류 링크단의 중성 전압 제어기를 설명하는 도면이다.
도 11은 도 10의 중성 전압 제어기를 적용한 시뮬레이션 파형이 도시된 도면이다.
도 12는 노치 필터를 적용한 제1 변조 제어 신호의 출력 파형을 시뮬레이션한 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 인버터 시스템의 구성을 설명하는 도면이다.
도 1을 참고하면, 태양광 인버터 시스템은 태양광 어레이(110), 복수의 승압형 컨버터(111), 멀티레벨 인버터(120), 복수 개의 전력 트랜지스터들을 포함하는 스위칭부(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
승압형 컨버터(111)는 태양광 어레이(110)로부터의 직류 전압을 시스템에서 필요한 전압만큼 승압하여 멀티레벨 인버터(120)로 전달한다. 이러한 승압형 컨버터(111)는 3개의 태양광 어레이(110)와 3-레벨 인버터 구조의 경우에 3개의 승압형 컨버터가 설치되며, 승압형 컨버터의 출력이 3번째(W상) 인버터의 입력으로 연결된다. 따라서, 3개의 승압형 컨버터(111)의 출력이 하나의 인버터의 입력으로 모이기 때문에 상불균형 등의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 관리자는 차단기 교체를 통해 1개의 MMPT 또는 3개의 MMPT 구조를 선택하여 태양광 인버터 시스템을 설계할 수 있다.
멀티레벨 인버터(120)는 스위칭 손실을 줄이기 위한 MNPC 토폴로지를 사용하는 2-레벨 인터버 또는 3-레벨 인버터로 형성될 수 있다. 이러한 멀티레벨 인버터(120)는 태양광 어레이(110)로부터의 직류 전압을 교류전원으로 변환하여 계통전원(115)에 공급한다.
스위칭부(130)는 멀티레벨 인버터(120)의 직류 링크 전압에 따라 멀티레벨 인버터(120)의 온/오프 동작을 결정한다.
제어부(140)는 멀티레벨 인버터(120)의 정격출력에 따라 스위칭부(130)의 온/오프를 제어한다. 이러한 제어부(140)는 DPWM 모드와 SVPWM 모드의 변조 기법을 선택하여 제어할 수 있도록 MMPT 알고리즘, PI 제어기, 공진 제어기, 중성점 제어기 등의 각종 제어 알고리즘을 내장하고 있다.
한편, 도 1에서, Vpv1은 DC 입력 전압1, Vpv2는 DC 입력 전압2, Ipv1은 DC 입력 전류1, Ipv2은 DC 입력 전류2, Vearth1은 DC 입력 지락 전압1, Vearth2은 DC 입력 지락 전압2, Vdcp은 DC Link 전압(상), Vdcn은 DC Link 전압(하), Vrs은 계통 선간 전압(R-S), Vtr은 계통 선간 전압(T-R), Iou는 인버터 전류(U), Iov는 인버터 전류(V), Iow는 인버터 전류(W), Bs1..2는 시메트릭 승압 컨버터(Symmetric boost Converter) PWM1,2, IUs1..4는 인버터 U상 PWM, IVs1..4 는 인버터V상 PWM, IWs1..4는 인버터 W상 PWM이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법을 설명하는 순서도이고, 도 3은 SVPWM 모드에서 DPWM 모드로 변환되는 파형을 설명하는 도면이다.
도 2를 참고하면, 제어부(140)는 직류 링크 전압, 출력 전력, 정격 전력, 변조 지수, 직류 링크 전압의 중성점을 포함한 전류 제어용 파라미터를 검출한다.(S1)
제어부(140)는 전류 제어용 파라미터를 근거로 하여 멀티 레벨 인버터의 출력 전력이 정격 전력의 5% 미만인 제1 조건, 변조 지수(MI)가 0.7 미만인 제2 조건, 또는 직류 링크 전압의 중성점을 기준으로 상부 전압과 하부 전압의 차(Vdcn)가 50V 이상인 제3 조건 중 어느 하나의 조건에 해당하면 변조모드 변경 조건으로 한다.(S2, S3, S4)
이때, 변조 지수(MI)는
Figure 112014035947030-pat00001
이고, Vdcn=Abs(Vdcp-Vdcn)이다.
만일 제어부(140)는 변조모드 변경 조건에 해당하지 않으면, DPWM(Discontinous Pulse Width Modulation) 모드로 동작하여 제1 변조 제어 신호(DPWM 60)를 생성하여 스위칭부(130)로 전송한다.(S5)
그러나, 제어부(140)는 변조모드 변경 조건에 해당하면 SVPWM(Space Vector PWM) 모드로 동작하여 제2 변조 제어 신호를 생성하여스위칭부로 전송한다.(S6)
제어부(140)는 중성 전압의 제어가 용이해지도록 제1 변조 제어 신호(DPWM 60)를 사용하지만, 변조모드 변경 조건에 해당하면 SVPWM 모드로 변경된다. 이때, 도 3에 도시된 바와 같이, PWM이 연속되지 않더라도 출력 전류는 변화가 없음을 알 수 있다.
제어부(140)는 멀티 레벨 인버터(120)의 출력 전력이 설정 전력 미만일 경우에, 즉 출력 전력이 전체 용량의 50% 미만이면 고조파 억제를 위한 PI 제어기(141)와 공진 제어기(142)를 동시에 적용하여 동작시킨다.(S7, S8)
그러나, 제어부(140)는 멀티 레벨 인버터(120)의 출력 전력이 설정 전력 이상일 경우에, PI 제어기(141)만 동작시킨다.(S7, S9)
도 4는 공진 제어기를 추가한 삼상 인버터를 적용한 멀티레벨 인버터의 전류 제어 과정을 설명하는 도면이다.
도 4를 참고하면, 제어부(140)는 PI 제어기(141)와 공진 제어기(Proportion Resonant)(142)를 동시에 적용하여 THD를 개선한 것으로서, 제1 변조 제어 신호(DPWM60) 사용으로 발생되는 THD 증가를 억제하기 위하여 6고조파를 투입한다. 즉, MNPC 토폴로지를 사용하는 인버터는 일반적인 데드 타임(Dead Time) 보상 알고리즘 보다는 6고조파를 투입하여 해당 차수를 상쇄하는 것이 THD 개선에 효과적이다.
도 5는 일반적인 중성 전압 제어를 위해 직류 오프셋 전압을 추가하는 방식을 설명하는 도면이다.
도 5를 참고하면, DPWM 모드로 동작할 경우에, 태양광 인버터 시스템의 에너지 변환 효율은 높아지지만 중성 전압의 변동폭은 커지고 제어가 어려워지므로, 기존에는 출력에 단순히 DC 오프셋(offset) 전압을 추가하였다.
이러한 오프셋 전압을 인가하는 방법은 중성 전압을 제어하는데 효과가 적으며 출력 전류의 왜곡을 가져올 수 있는 단점이 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성 전압 제어를 위한 스위칭부의 도통 조절 제어 과정을 설명하는 도면이고, 도 7은 제1 변조 제어 신호를 생성하는 과정을 도식화화한 도면이며, 도 8은 제1 변조 제어 신호의 출력 파형을 시뮬레이션한 도면이고, 도 9는 중성 전압 제어기를 포함한 제1 변조 제어 신호를 생성하는 과정을 도식화화한 도면이다. 도 10은 직류 링크단의 중성 전압 제어기를 설명하는 도면이고, 도 11은 도 10의 중성 전압 제어기를 적용한 시뮬레이션 파형이 도시된 도면이며, 도 12는 노치 필터를 적용한 제1 변조 제어 신호의 출력 파형을 시뮬레이션한 도면이다.
도 6을 참고하면, 제어부(140)는 DC 오프셋 전압을 인가하여 중성 전압을 제어하는 것이 아니라 스위칭부(130)가 60도 구간동안 도통되는 것을 조절하여 제어하게 된다.
즉, 제1 변조 제어 신호(DPWM60)의 지령 전압을 만들기 위해, 제어부(140)는 전류 제어기를 통해서 계산된 삼상 출력 전압에서 최소값(MIN)과 최대값(MAX)의 절대값을 구하고, 계산 된 절대값을 이용하여 수학식 1과 같이 제1 변조 제어 신호(DPWM60)를 만든다.
수학식 1
Figure 112014035947030-pat00002
이때, |MAX| > |MIN|이면 해당 상의 상단 스위칭부, Ts동안 온 동작되고, |MAX| < |MIN|이면 해당 상의 상단 스위칭부, Ts동안 오프동작된다.
비례 공진 제어기를 포함한 인버터의 출력 전압 Command(Vas, Vbs, Vcs)는 도 7의 과정을 통해 제1 변조 젱어 신호(DPWM60)를 생성하게 되고, 도 8에 제1 변조 제어 신호(DPWM60)의 출력 파형의 시뮬레이션 결과가 나타나 있다.
도 9를 이용하여 중성 전압 제어기의 출력 값(MO)을 포함한 제1 변조 제어 신호(DPWM60)를 생성할 수 있다.
제어부(140)는 제어 응답 특성이 오차율을 최소화 하기 위해서 V1(Vdcn), V2(Vdcp)의 차에 수학식 2와 같이 노치 필터(Notch Filter)를 적용하여 3,5,7차 고조파를 제거하고 비례 게인만 적용한 비례 제어기를 통해 출력 M0를 얻게 된다.
수학식 2
Figure 112014035947030-pat00003
도 12에 도시된 바와 같이, 중성 전압 제어기의 출력 값(MO)를 적용한 제1 변조 제어 신호(DPWM60)의 중성 전압 제어를 통해 얻은 파형으로 m_aug_a,b,c가 겹치지 않으며, mas또한 정현파로 출력되고 있는 것을 알 수 있다.
도 12를 참고하면, V1(Vdcn)으로 DC-Link의 하부전압, V2(Vdcp)로 DC-Link의 상부전압이다. delVDC은 V1과 V2의 차이며, 초기 과도 응답 이후에 중성 전압 제어가 잘 이루어지는 것을 확인 할 수 있다. delVDCfiltered는 노치 필터의 출력을 나타낸 것으로 3,5,7차 고조파가 제거된 것을 확인 할 수 있다. M0는 초기 과도 응답 이후에 0.03이내에서 유지되는 것을 확인할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 태양광 어레이 111 : 승압형 컨버터
120 : 멀티레벨 인버터 130 : 스위칭부
140 : 제어부

Claims (4)

  1. 태양광 어레이로부터의 직류 전압을 교류전원으로 변환하여 계통전원에 공급하는 멀티레벨 인버터와, 상기 멀티레벨 인버터의 직류 링크 전압에 따라 상기 멀티레벨 인버터의 온/오프 동작을 결정하는 스위칭부와, 상기 멀티레벨 인버터의 정격출력에 따라 상기 스위칭부의 온/오프를 제어하는 제어부를 포함하는 태양광 인버터 시스템에 의해 수행되는 멀티 레벨 인버터의 전류 제어 방법에 있어서,
    상기 제어부는 직류 링크 전압, 출력 전력, 정격 전력, 변조 지수 및 직류 링크 전압의 중성점을 기준으로 상부전압과 하부전압의 차이를 포함한 전류 제어용 파라미터를 검출하는 단계;
    상기 전류 제어용 파라미터를 근거로 하여 변조모드 변경 조건에 해당하지 않으면, DPWM(Discontinous Pulse Width Modulation) 모드로 동작하여 제1 변조 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭부로 전송하는 단계;
    상기 변조모드 변경 조건에 해당하면, SVPWM(Space Vector PWM) 모드로 동작하여 제2 변조 제어 신호를 생성하여 상기 스위칭부로 전송하는 단계;
    상기 제어부는 상기 멀티 레벨 인버터의 출력 전력이 설정 전력 미만일 경우에, 고조파 억제를 위한 PI 제어기와 공진 제어기를 동시에 적용하여 동작시키는 단계; 및
    상기 제어부는 멀티 레벨 인버터의 출력 전력이 설정 전력 이상일 경우에, PI 제어기를 동작시키는 단계를 포함하는 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변조모드 변경 조건은,
    상기 멀티 레벨 인버터의 출력 전력이 정격 전력의 5% 미만인 제1 조건, 변조 지수(MI)가 0.7 미만인 제2 조건, 또는 직류 링크 전압의 중성점을 기준으로 상부 전압과 하부 전압의 차가 50V 이상인 제3 조건 중 어느 하나의 조건인 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 공진 제어기를 동작하는 단계는,
    상기 DPWM 모드로 동작시 발생되는 전체 고조파 왜곡율(Total Harmonic Distortion, THD) 증가를 억제하기 위해 6고조파를 투입하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 변조 제어 신호를 생성하는 단계는,
    상기 제어부가 중성 전압 제어기를 추가하고, 상기 중성 전압 제어기는 상기 직류 링크 전압의 중성점을 기준으로 상부 전압과 하부 전압의 차에 노치 필터를 적용하여 고조파를 제거하고, 비례 게인을 적용하는 비례 제어기를 통해 출력되는 출력값을 상기 제1 변조 제어 신호에 적용시키는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터의 전류 제어 방법.
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