KR101580020B1 - Controlling system for multilevel inverter and controlling method for the same - Google Patents

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Abstract

셀 인버터 간의 직류전압을 균일하게 제어할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 멀티레벨 인버터 제어 시스템은 복수의 셀 인버터들이 직렬로 연결된 멀티레벨 인버터; 계통에 목표 전류값을 출력하기 위한 전압 지령값을 산출하는 주제어기; 및 상기 전압 지령값의 위상 값 및 출력전압의 위상 지연 값을 검출하며, 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대하여 상기 위상 값에 상기 위상 지연 값을 보상하여 최종 전압 지령값을 산출하는 셀제어기를 포함한다.A multi-level inverter control system according to an aspect of the present invention which can uniformly control a DC voltage between cell inverters includes a multi-level inverter in which a plurality of cell inverters are connected in series; A main controller for calculating a voltage command value for outputting a target current value to the system; And a cell controller for detecting a phase value of the voltage command value and a phase delay value of the output voltage and calculating a final voltage command value by compensating the phase delay value for each of the plurality of cell inverters do.

Description

멀티레벨 인버터 제어 시스템 및 그 제어 방법{CONTROLLING SYSTEM FOR MULTILEVEL INVERTER AND CONTROLLING METHOD FOR THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a multi-level inverter control system,

멀티레벨 인버터 제어 시스템 및 그 제어 방법{CONTROLLING SYSTEM FOR MULTILEVEL INVERTER AND CONTROLLING METHOD FOR THE SAME}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a multi-level inverter control system,

멀티레벨 인버터는 각 상(Phase)마다 복수개의 단상 인버터(이하, "셀 인버터"라고 함)를 직렬로 연결하고, 각 셀 인버터 내에 저전압 전력용 반도체를 사용하여 고전압을 얻을 수 있는 고전압 대용량 인버터이다.A multi-level inverter is a high-voltage, large-capacity inverter that connects a plurality of single-phase inverters (hereinafter referred to as "cell inverters") for each phase in series and obtains a high voltage using a semiconductor for low-voltage power in each cell inverter .

전기로와 같이 무효전력이 급격히 변동하는 부하는 전력계통에 심한 전류 불평형을 일으킨다. 최근에는 무효전력을 보상하여 계통안정화를 구현하기 위한 무효전력 보상기(STATCOM: STATic asynchronous COMpensator, 이하 "STATCOM"이라 함)의 적용이 요구되고 있는데, 이러한 무효전력 보상기에 상술한 멀티레벨 인버터가 적용되고 있다.A load such as an electric furnace in which reactive power fluctuates abruptly causes a severe current imbalance in the power system. Recently, the application of a STATCOM (STATCOM) to compensate reactive power to realize system stabilization has been demanded. The above-described multi-level inverter is applied to the reactive power compensator have.

도 1은 종래의 멀티레벨 인버터 제어 시스템을 나타내는 도면이다.1 is a diagram showing a conventional multi-level inverter control system.

도 1을 참조하면, 종래의 멀티레벨 인버터 제어 시스템(100)은 계통(160)에 연결되어 계통(160)의 무효전력을 보상하는 역할을 수행하는 것으로서, 멀티레벨 인버터(120), 리액터(130), 변압기(140) 및 스위칭기어(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a conventional multi-level inverter control system 100 is connected to a system 160 to compensate for reactive power of the system 160, and includes a multi-level inverter 120, a reactor 130 ), A transformer 140, and a switching gear 150.

멀티레벨 인버터(120)는 계통(150)에 병렬 연결되어 계통(150)의 무효전력을 보상함으로써 계통(150)의 역률을 향상시킨다.The multi-level inverter 120 is connected in parallel to the system 150 to improve the power factor of the system 150 by compensating for the reactive power of the system 150.

멀티레벨 인버터(120)는, 도 1에 도시된 바와 같이, A상(120a), B상(120b), C상(120c)으로 구성된다. 한편, A상(120a), B상(120b), C상(120c) 각각은 서로 직렬 연결된 복수의 셀 인버터들(122)을 포함한다.The multi-level inverter 120 is composed of an A phase 120a, a B phase 120b, and a C phase 120c, as shown in Fig. The A phase 120a, the B phase 120b, and the C phase 120c each include a plurality of cell inverters 122 connected in series to each other.

복수의 셀 인버터들(122)은 각각이 단위셀을 구성하는 것으로서, 서로 직렬로 연결된다. 그리고, 복수의 셀 인버터들(122)은 각 상(Phase) 별로 마련된 리액터(130)를 통해 변압기(140)에 연결되고, 변압기(140)는 스위칭기어(150)를 통해 전력계통(160)에 연결된다.The plurality of cell inverters 122 constitute unit cells, and are connected in series with each other. The plurality of cell inverters 122 are connected to the transformer 140 through the reactor 130 provided for each phase and the transformer 140 is connected to the power system 160 through the switching gear 150 .

한편, 각 셀 인버터(122)는 H-Bridge 형태의 인버터로 구성될 수 있으며, 커패시터(125)가 병렬로 연결된다.Each of the cell inverters 122 may be an H-Bridge type inverter, and the capacitors 125 are connected in parallel.

이러한 멀티레벨 인버터는 커패시터(125)가 복수의 셀 인버터들(122) 각각에 독립적으로 연결되기 때문에 상 간의 전압 불평형뿐만 아니라, 같은 상에서도 셀 인버터(122) 간의 직류전압 불평형이 발생하게 된다.Since the capacitor 125 is independently connected to each of the plurality of cell inverters 122, the multi-level inverter generates the DC voltage imbalance between the cell inverters 122 in the same phase as well as the voltage unbalance between the phases.

셀 인버터(122) 간의 직류전압 불평형이 발생하는 원인은 다음과 같다. 첫째, 셀 인버터(122) 간의 전력손실 차이가 있으며, 둘째, 커패시터(125) 및 방전저항의 용량 차이가 있다. 그리고, 셋째, Phase-Shifted PWM(Puls Width Modulation)시 발생하는 출력전압의 위상 지연에 따른 셀 인버터(122) 간의 전력 역률 차이가 있다.The cause of the DC voltage imbalance between the cell inverters 122 is as follows. First, there is a power loss difference between the cell inverters 122. Second, there is a capacitance difference between the capacitor 125 and the discharge resistance. Third, there is a difference in the power factor between the cell inverters 122 due to the phase delay of the output voltage generated during the phase-shifted PWM (pulse width modulation).

상기된 원인들 중 직류전압의 불평형을 초래하는 가장 큰 원인은 출력전압의 위상 지연이다.Among the above-mentioned causes, the main cause of the imbalance of the DC voltage is the phase delay of the output voltage.

멀티레벨 인버터에서 PWM은 구현이 비교적 용이하고, 제어기의 모듈화가 가능한 Phase-Shifted PWM(이하, "PSPWM"라고 한다) 방법이 많이 적용되고 있다. Phase-Shifted PWM (hereinafter referred to as "PSPWM") method, which is relatively easy to implement in a multi-level inverter and can be modularized in a controller, is widely applied.

PSPWM 방법은 각 셀 인버터(122)의 캐리어(carrier)에 위상 차이를 주어 출력전압을 중첩하는 방법으로서, 셀 인버터(122)의 스위칭 주파수에 전압 레벨의 배에 해당하는 스위칭 주파수 효과를 얻을 수 있고, 이에 따라, 낮은 THD(Total Harmonics Distortion)에 높은 출력 전압을 얻을 수 있다는 장점이 있다.The PSPWM method is a method of superimposing an output voltage by giving a phase difference to a carrier of each cell inverter 122. A switching frequency effect corresponding to a voltage level of the switching frequency of the cell inverter 122 can be obtained , Thereby providing a high output voltage at low THD (Total Harmonics Distortion).

도 2는 Phase-Shifted PWM 방식에 따른 출력전압 위상을 개념적으로 보여주는 도면이다.2 is a diagram conceptually showing an output voltage phase according to a phase-shifted PWM method.

도 2에 도시된 바와 같이, 셀 인버터(122)의 출력전압(VC_real)은 전압 지령값(VC_ref)과 달리 실제 출력에 지연이 나타나고 있다.As shown in FIG. 2, the output voltage V C_real of the cell inverter 122 has a delay in the actual output, unlike the voltage command value V C_ref .

이러한 출력 지연은 셀 인버터(122) 마다 그 정도가 상이하므로, 결과적으로 셀 인버터(122) 간의 불균형을 초래한다. 이는 결과적으로 출력 상전압에 대한 위상지연도 초래하게 된다.Such an output delay is different for each cell inverter 122, resulting in an unbalance between the cell inverters 122. [ This results in a phase delay for the output phase voltage as well.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 셀 인버터 간의 직류전압 불평형을 보상할 수 있는 멀티레벨 인버터 제어 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and provides a multi-level inverter control system and a control method thereof that can compensate for DC voltage imbalance between cell inverters.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 멀티레벨 인버터 제어 시스템은, 복수의 셀 인버터들이 직렬로 연결된 멀티레벨 인버터; 계통에 목표 전류값을 출력하기 위한 전압 지령값을 산출하는 주제어기; 및 상기 전압 지령값의 위상 값, 및 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 출력전압의 위상 지연 값을 검출하고, 상기 위상 값에 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 상기 위상 지연 값을 보상하여 복수의 최종 전압 지령값을 산출하는 셀제어기를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-level inverter control system including: a multi-level inverter having a plurality of cell inverters connected in series; A main controller for calculating a voltage command value for outputting a target current value to the system; And a phase detector for detecting a phase value of the voltage command value and a phase delay value of an output voltage for each of the plurality of cell inverters and compensating for the phase delay value for each of the plurality of cell inverters, And a cell controller for calculating a final voltage command value of the battery.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따른 멀티레벨 인버터 제어 시스템은, 각 상(Phase) 별로 복수의 셀 인버터들이 직렬로 연결된 멀티레벨 인버터; 2상 동기좌표 상에서 계통에 목표 전류값을 출력하기 위한 전압 지령값을 산출하고, 상기 산출된 전압 지령값을 2상 정지좌표로 변환하는 주제어기; 및 상기 전압 지령값의 위상 값, 및 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 출력전압의 위상 지연 값을 검출하고, 상기 위상 값에 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 상기 위상 지연 값을 보상하여 복수의 최종 전압 지령값을 산출하며, 상기 복수의 최종 전압 지령값을 3상 정지좌표로 변환하여 각 셀 인버터를 제어하는 셀제어기를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a multi-level inverter control system including: a multi-level inverter having a plurality of cell inverters connected in series for each phase; A main controller for calculating a voltage command value for outputting the target current value to the system in the two-phase synchronous coordinate system and converting the calculated voltage command value into the two-phase stationary coordinate system; And a phase detector for detecting a phase value of the voltage command value and a phase delay value of an output voltage for each of the plurality of cell inverters and compensating for the phase delay value for each of the plurality of cell inverters, And a cell controller for controlling each of the cell inverters by converting the plurality of final voltage command values into three-phase stationary coordinates.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 멀티레벨 인버터 제어 방법은 2상 동기좌표 상에서 목표 전류값을 출력하기 위한 전압 지령값을 산출하고, 상기 산출한 전압 지령값을 2상 정지좌표로 변환하는 단계; 상기 2상 정지좌표로 변환한 전압 지령값의 위상 값을 검출하고, 상기 검출된 위상 값에 위상 지연 값을 보상하여 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 복수의 최종 전압 지령값을 산출하는 단계; 및 상기 복수의 최종 전압 지령값들을 3상 정지좌표로 변환하여 각 상(Phase) 별로 복수의 셀 인버터들을 제어하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a multi-level inverter, comprising: calculating a voltage command value for outputting a target current value on a two-phase synchronous coordinate system; Transforming the coordinates into coordinates; Calculating a plurality of final voltage command values for each of the plurality of cell inverters by detecting a phase value of the voltage command value converted into the two-phase stationary coordinate and compensating the phase delay value for the detected phase value; And controlling the plurality of cell inverters for each phase by converting the plurality of final voltage command values into three-phase stationary coordinates.

본 발명에 따르면, 멀티레벨 인버터에서 Phase-Shifted PWM에 따른 출력 전압의 위상지연을 개별 셀 별로 보상함으로써 셀 인버터 간의 전압 불균형을 보상할 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect that the voltage imbalance among the cell inverters can be compensated by compensating the phase delay of the output voltage according to the phase-shifted PWM in individual cells.

도 1은 종래의 멀티레벨 인버터 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 Phase-Shifted PWM 방식에 따른 출력 전압 위상을 개념적으로 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 인버터 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 셀제어기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티레벨 인버터 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 멀티레벨 인버터 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 인버터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
1 is a diagram showing a conventional multi-level inverter control system.
2 is a diagram conceptually showing an output voltage phase according to a phase-shifted PWM method.
3 is a diagram illustrating a multi-level inverter control system in accordance with an embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating the cell controller of FIG.
5 is a diagram illustrating a multi-level inverter control system according to another embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a multi-level inverter control system according to another embodiment of the present invention.
7 is a flowchart illustrating a method of controlling a multi-level inverter according to an embodiment of the present invention.

이하에서는, 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)에 대한 설명에 앞서, 멀티레벨 인버터에 대한 개략적인 설명을 하도록 한다.Prior to the description of the multilevel inverter control system 300, a description will be given of a multilevel inverter.

멀티레벨 인버터는 계통에 병렬 연결되어 계통의 무효전력을 보상한다. 이러한 멀티레벨 인버터는 A상, B상, C상으로 구성되고, 계통에 부하를 통해 연결된다.The multi-level inverter is connected in parallel to the system to compensate the reactive power of the system. These multilevel inverters are composed of phase A, phase B and phase C, and are connected to the system through a load.

한편, A상, B상, C상 각각은 직렬 연결된 복수의 셀 인버터들을 포함하고, 이를 직렬로 연결함으로써 고전압을 얻을 수 있다. 이러한 경우, 각각의 셀 인버터가 독립된 DC 전원을 가지므로 별도의 클램핑(Clamping) 회로 없이도 셀 인버터에 포함된 전력소자에 일정한 전압을 인가할 수 있을 뿐만 아니라, 상대적으로 저압의 셀 인버터의 출력전압이 더해져서 수 kV의 고압 출력을 얻을 수 있다.On the other hand, each of the A-phase, B-phase and C-phase includes a plurality of cell inverters connected in series, and a high voltage can be obtained by connecting them in series. In this case, since each cell inverter has an independent DC power source, a constant voltage can be applied to the power device included in the cell inverter without a separate clamping circuit, and the output voltage of the cell inverter of a relatively low voltage So that a high-voltage output of several kV can be obtained.

또한, 셀 인버터의 개수에 따라 출력전압 및 전압레벨을 쉽게 조절할 수 있고, 셀 인버터의 개수가 증가할수록 정현파에 가까운 전압파형을 얻을 수 있다.Also, the output voltage and the voltage level can be easily adjusted according to the number of cell inverters, and a voltage waveform close to a sine wave can be obtained as the number of cell inverters increases.

한편, 셀 인버터는 독립적인 직류전원을 가지며, 출력전압의 위상에 따라 충전 또는 방전되는 커패시터를 포함한다.
On the other hand, the cell inverter has an independent DC power supply and includes a capacitor charged or discharged according to the phase of the output voltage.

이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 인버터 제어 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.3 is a schematic diagram illustrating a multi-level inverter control system according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 주제어기(310), 복수개의 셀제어기들(330a~330n) 및 복수개의 셀 인버터들(360a~360n)를 포함한다.3, a multi-level inverter control system 300 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a main controller 310, a plurality of cell controllers 330a to 330n, Cell < / RTI > inverters 360a through 360n.

주제어기(310)는 계통에 목표 전류값을 출력하기 위한 전압 지령값을 계산하여 셀제어기(330a~330n)로 출력한다. 주제어기(310)는 전압 지령값을 각 상 별로 동기를 맞추어서 CAN(Controller Area Network, 320) 통신을 통하여 복수개의 셀제어기(330a~330n)로 송수신할 수 있고, 이를 위해 CAN 드라이버를 포함할 수 있다.The main controller 310 calculates a voltage command value for outputting a target current value to the system, and outputs the voltage command value to the cell controllers 330a to 330n. The main controller 310 can transmit and receive a voltage command value to and from a plurality of cell controllers 330a to 330n through a CAN (Controller Area Network) communication in synchronism with each phase, and can include a CAN driver have.

이러한 주제어기(310)는 3상의 직류전압 평균값을 일정하게 제어하는 직류전압 제어기, 각 상의 전압이 직류전압 평균값을 갖도록 제어하는 상 보상 제어기, 부하전류를 검출하여 보상 기준값을 생성하는 부하전류 검출부, 및 출력전류를 제어하는 전류제어기로 구성될 수 있다.The main controller 310 includes a DC voltage controller for constantly controlling the DC voltage average of the three phases, a phase compensation controller for controlling the voltage of each phase to have a DC voltage average value, a load current detector for detecting a load current to generate a compensation reference value, And a current controller for controlling the output current.

상기 직류전압 제어기, 상 보상 제어기, 및 부하전류 검출부의 출력값은 전류제어기의 입력값이 되고, 전류제어기는 원하는 전류를 출력하기 위한 전압 지령값을 출력할 수 있다.The output values of the DC voltage controller, phase compensation controller, and load current detector are input to the current controller, and the current controller can output a voltage command value to output a desired current.

이때, 전류 제어기에서 출력되는 전압 지령값은 2상 동기좌표계

Figure 112013121264565-pat00001
,
Figure 112013121264565-pat00002
로 표현되며, 2상 정지좌표계
Figure 112013121264565-pat00003
,
Figure 112013121264565-pat00004
로 변환되어 각 상의 셀제어기(330a~330n)에 출력된다.At this time, the voltage command value output from the current controller is a 2-phase synchronous coordinate system
Figure 112013121264565-pat00001
,
Figure 112013121264565-pat00002
, And a two-phase stationary coordinate system
Figure 112013121264565-pat00003
,
Figure 112013121264565-pat00004
And output to the cell controllers 330a to 330n of the respective phases.

또한, 주제어기(310)는 각 상 별로 복수개의 셀 인버터들(360a~360n) 간의 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 동기화하기 위한 PWM 동기화 명령을 각 상의 셀제어기(330a~330n)로 전송한다.The main controller 310 also transmits a PWM synchronization command to each of the cell controllers 330a to 330n for synchronizing PWM (Pulse Width Modulation) control signals between the plurality of cell inverters 360a to 360n for each phase .

셀제어기(330a~330n)는 각 상마다 설치되어, 주제어기(310)로부터 수신한 전압 지령값에 상응하는 전압이 출력될 수 있도록 복수개의 셀 인버터들(360a~360n)을 제어한다.The cell controllers 330a to 330n are provided for each phase and control the plurality of cell inverters 360a to 360n so that a voltage corresponding to the voltage command value received from the main controller 310 can be output.

각 상(A상, B상, C상)에 포함된 셀제어기(330a~330n)는 그 특징이 동일 또는 유사하므로, 이하에서는 설명의 편의를 위해, A상의 셀제어기(330a)를 기준으로 설명하기로 한다.The cell controllers 330a to 330n included in each phase (A phase, B phase, C phase) have the same or similar characteristics. Therefore, for convenience of explanation, the cell controller 330a on the A side .

또한, 이하에서는 A상에 6개의 셀 인버터들을 포함하는 것을 가정하여 설명하고 있지만, 셀 인버터의 개수는 이에 한정되는 것이 아니다.In the following description, it is assumed that six cell inverters are included on the A phase. However, the number of cell inverters is not limited thereto.

셀제어기(330a)는 A상에 포함된 셀 인버터들(360a)의 동작을 제어한다.The cell controller 330a controls the operation of the cell inverters 360a included in A.

보다 구체적으로, 셀제어기(330a)는 주제어기(310)로부터 전압 지령값을 수신하고, 셀 인버터들(360a)의 직류전압을 센싱한다. 이때, 직류전압은 셀 인버터(360a)에 포함된 커패시터의 양단 전압이다.More specifically, the cell controller 330a receives the voltage command value from the main controller 310 and senses the DC voltage of the cell inverters 360a. At this time, the DC voltage is a voltage across the capacitor included in the cell inverter 360a.

셀제어기(330a)는 센싱한 직류전압과 전압 지령값을 이용하여 PWM 제어신호를 생성하여 셀 인버터들(360a)로 출력한다. 이때, PWM 제어신호는 셀 인버터들(360a)에 포함된 전력소자들의 구동을 위한 게이팅 신호일 수 있다.The cell controller 330a generates a PWM control signal using the sensed DC voltage and the voltage command value, and outputs the PWM control signal to the cell inverters 360a. At this time, the PWM control signal may be a gating signal for driving the power devices included in the cell inverters 360a.

셀제어기(330a)는 PSPWM 방법을 이용하여 PWM 제어신호를 생성한다. PSPWM 방법은 셀 인버터(122)의 캐리어(carrier)에 위상 차이를 주어 출력전압을 중첩하는 방법으로서, 멀티레벨 인버터의 제어기를 분산화, 모듈화시킬 수 있으며, 구현이 단순하다는 장점이 있다.The cell controller 330a generates a PWM control signal using the PSPWM method. The PSPWM method is a method of superposing an output voltage by giving a phase difference to a carrier of the cell inverter 122. The controller of the multilevel inverter can be decentralized and modularized, which is advantageous in that the implementation is simple.

그러나, 이러한 PSPWM 방법은 주제어기(310)의 전압 지령값과 셀 인버터의 실제 출력전압 간에 위상 차이가 발생하게 되고, 이에 따라, 피드백 제어시 전류 제어의 정확성이 떨어지게 되는 단점이 있다.However, such a PSPWM method has a disadvantage in that the phase difference between the voltage command value of the main controller 310 and the actual output voltage of the cell inverter occurs, and the accuracy of the current control is deteriorated in the feedback control.

이하에서는 주제어기(310)의 전압 지령값과 셀 인버터의 실제 출력전압 간에 발생하는 위상 차이에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the phase difference occurring between the voltage command value of the main controller 310 and the actual output voltage of the cell inverter will be described in more detail.

셀제어기(330a)는 전압 지령값과 셀 인버터의 직류전압을 기초로 생성된 캐리어를 비교하여 PWM 제어신호를 생성한다. 이때, 전압 지령값은 복수의 셀 인버터들(360a)에 동일한 값으로 적용되는 반면, 복수의 셀 인버터들(360a) 각각에 대한 캐리어는 위상전이가 발생한다. 이에 따라, 복수의 셀 인버터들(360a) 각각에 대한 PWM 제어신호는 서로 다른 위상을 가지게 된다.The cell controller 330a compares carriers generated based on the voltage command value and the DC voltage of the cell inverter to generate a PWM control signal. At this time, the voltage command value is applied to the plurality of cell inverters 360a with the same value, while the carrier for each of the plurality of cell inverters 360a generates a phase transition. Accordingly, the PWM control signals for each of the plurality of cell inverters 360a have different phases.

예를 들어 구체적으로 설명하면, 셀제어기(330a)는 주제어기(310)로부터 CAN 통신(320)을 통해 수신된 동기화 명령에 동기하여 PWM 발생을 위한 내부 타이머(Timer)를 초기화시킬 수 있다.For example, the cell controller 330a can initialize an internal timer for PWM generation in synchronization with the synchronization command received from the main controller 310 via the CAN communication 320. [

셀제어기(330a)는 첫번째 셀인버터(#A01)에 대한 PWM 제어신호를 위상 지연없이 출력하지만, 두번째 셀 인버터(#A02)부터는 내부 타이머를 이용하여 위상을 지연시킨 후 PWM 제어신호를 출력할 수 있다.The cell controller 330a outputs the PWM control signal for the first cell inverter #A01 without a phase delay. However, after the second cell inverter #A02, the cell controller 330a delays the phase using the internal timer and outputs the PWM control signal have.

이에 따라, 셀제어기(330a)는 두번째 셀 인버터(#A02)에 대한 PWM 제어신호를 샘플링 주기의 1/6, 세번째 셀 인버터(#A03)에 대한 PWM 제어신호를 샘플링 주기의 2/6, 네번째 셀 인버터(#A04)에 대한 PWM 제어신호를 샘플링 주기의 3/6, 다섯째 셀 인버터(#A05)에 대한 PWM 제어신호를 샘플링 주기의 4/6, 여섯번째 셀 인버터(#A06)에 대한 PWM 제어신호를 샘플링 주기의 5/6만큼 위상을 지연시킨 후 출력할 수 있다.Accordingly, the cell controller 330a multiplies the PWM control signal for the second cell inverter #A02 by 1/6 of the sampling period, the PWM control signal for the third cell inverter #A03 by 2/6 of the sampling period, The PWM control signal for the cell inverter (#A04) is set to 3/6 of the sampling period, the PWM control signal for the fifth cell inverter (#A05) is set to 4/6 of the sampling period, the PWM for the sixth cell inverter (#A06) The control signal can be output after delaying the phase by 5/6 of the sampling period.

상술한 바와 같이 PWM 제어신호가 출력되면, 첫번째 셀 인버터(#A01)를 제외한 나머지 셀 인버터들(#A02~#A06)은 전압 지령값 보다 출력전압에 시지연이 발생하게 된다.As described above, when the PWM control signal is output, the cell inverters # A02 to # A06 except for the first cell inverter # A01 are caused to output a voltage value in excess of the voltage command value.

본 발명의 일 실시예에 따른 셀제어기(330a)는 출력전압에 발생하는 시지연을 해결하기 위하여 주제어기(310)에 의하여 산출된 전압 지령값에 위상 지연을 보상한다.The cell controller 330a according to an exemplary embodiment of the present invention compensates the phase delay for the voltage command value calculated by the main controller 310 to solve the signal delay occurring in the output voltage.

이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 셀제어기(330a)에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.Hereinafter, the cell controller 330a according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.

도 4는 도 3의 셀제어기를 설명하기 위한 블록도이다.4 is a block diagram illustrating the cell controller of FIG.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 셀제어기(330a)는 위상 값 검출부(410), 신호지연 값 산출부(420), 위상지연 값 산출부(430), 위상 값 보상부(440), 최종 전압지령값 산출부(450), 2상-3상 변환부(460) 및 PWM 제어신호 생성부(480)를 포함한다. 일 실시예에 있어서, 셀제어기(330a)는 셀 전압 보상부(470)를 더 포함할 수 있다.4, a cell controller 330a according to an exemplary embodiment of the present invention includes a phase value detector 410, a signal delay value calculator 420, a phase delay value calculator 430, a phase value compensator 440, a final voltage command value calculation unit 450, a 2-phase to 3-phase conversion unit 460, and a PWM control signal generation unit 480. In one embodiment, the cell controller 330a may further include a cell voltage compensation unit 470. [

위상 값 검출부(410)는 주제어기(310)로부터 수신한 전압 지령값의 제1 위상 값(θ)을 검출한다.The phase value detector 410 detects the first phase value? Of the voltage command value received from the main controller 310.

신호지연 값 산출부(420)는 복수의 셀 인버터들(360a)에 출력되는 PWM 제어신호들간의 신호 지연 값(θdelay)을 아래 수학식 1을 이용하여 산출한다.The signal delay value calculator 420 calculates the signal delay value? Delay between the PWM control signals output to the plurality of cell inverters 360a using Equation (1) below.

Figure 112013121264565-pat00005
Figure 112013121264565-pat00005

상기 θdelay는 신호 지연 값을 나타내고, 상기 Ts는 샘플링 시간을 나타내며, 상기 N은 하나의 상에서 직렬로 연결된 셀 인버터의 개수를 나타내고, 상기 ωe는 계통전압에 대한 각속도를 나타낸다. Wherein T represents the signal delay value, T s represents the sampling time, N represents the number of the cell inverters connected in series in one phase, and e represents the angular velocity with respect to the grid voltage.

상기 신호 지연 값은 PWM 제어신호 생성시 캐리어의 위상전이에 의하여 발생하는 것으로서, 샘플링 시간과 계통전압에 대한 각속도에 비례하여 증가한다.The signal delay value is generated by the phase transition of the carrier when generating the PWM control signal, and increases in proportion to the sampling time and the angular velocity with respect to the grid voltage.

위상지연 값 산출부(430)는 신호지연 값 산출부(420)에 의하여 산출된 신호 지연 값(θdelay)을 이용하여 복수의 셀 인버터들(360a) 각각에 대한 위상 지연 값(θcell(k)_delay)을 산출한다.The phase delay value calculator 430 calculates a phase delay value? Cell (k (k )) for each of the plurality of cell inverters 360a using the signal delay value? Delay calculated by the signal delay value calculator 420 ) _delay ).

보다 구체적으로, 위상지연 값 산출부(430)는 아래 수학식 2를 이용하여 위상 지연 값(θcell(k)_delay)을 산출한다.More specifically, the phase delay value calculator 430 calculates the phase delay value? Cell (k) _delay using Equation (2) below.

Figure 112013121264565-pat00006
Figure 112013121264565-pat00006

상기 θcell(k)_delay는 K번째 셀 인버터의 위상 지연 값을 나타내고, 상기 K는 셀 인버터의 식별번호를 나타내고, 상기 θdelay는 신호 지연 값을 나타낸다. (K) _delay represents a phase delay value of a Kth cell inverter, K represents an identification number of a cell inverter, and? Delay represents a signal delay value.

이에 따라, A상에 포함된 6개의 셀 인버터들(360a) 각각에 대한 위상 지연 값(θcell(k)_delay)은 아래 수학식 3과 같이 산출될 수 있다.Accordingly, the phase delay value? Cell (k) _delay for each of the six cell inverters 360a included in the A phase can be calculated by Equation (3) below.

Figure 112013121264565-pat00007
Figure 112013121264565-pat00007

Figure 112013121264565-pat00008
Figure 112013121264565-pat00008

Figure 112013121264565-pat00009
Figure 112013121264565-pat00009

Figure 112013121264565-pat00010
Figure 112013121264565-pat00010

Figure 112013121264565-pat00011
Figure 112013121264565-pat00011

Figure 112013121264565-pat00012
Figure 112013121264565-pat00012

수학식 3에 따르면, 6개의 셀 인버터들에 대한 위상 지연 값(θcell(k)_delay)은 셀 인버터의 식별번호(K)에 비례하여 증가함을 알 수 있다.According to Equation (3), it can be seen that the phase delay value? Cell (k) _delay for the six cell inverters increases in proportion to the identification number (K) of the cell inverter.

위상 값 보상부(440)는 전압 지령값의 제1 위상 값(θ)에 위상지연 값 산출부(430)에 의하여 산출된 위상 지연 값을 보상하여 제2 위상 값(θK)을 산출한다. 제2 위상 값(θK)은 아래 수학식 4를 이용하여 산출된다.The phase value compensating unit 440 compensates the phase delay value calculated by the phase delay value calculating unit 430 to the first phase value? Of the voltage command value to calculate the second phase value? K. The second phase value [theta] K is calculated using the following equation (4).

Figure 112013121264565-pat00013
Figure 112013121264565-pat00013

이에 따라, A상에 포함된 6개의 셀 인버터들(360a) 각각에 대한 제2 위상 값(θK)은 아래 수학식 5와 같이 산출될 수 있다.Accordingly, the second phase value [theta] K for each of the six cell inverters 360a included in the A phase can be calculated by Equation (5) below.

Figure 112013121264565-pat00014
Figure 112013121264565-pat00014

Figure 112013121264565-pat00015
Figure 112013121264565-pat00015

Figure 112013121264565-pat00016
Figure 112013121264565-pat00016

Figure 112013121264565-pat00017
Figure 112013121264565-pat00017

Figure 112013121264565-pat00018
Figure 112013121264565-pat00018

Figure 112013121264565-pat00019
Figure 112013121264565-pat00019

수학식 5에 따르면, A상에 포함된 6개의 셀 인버터들(360a) 각각에 대한 위상 지연 값이 서로 상이함을 알 수 있다. 이에 따라, 제2 위상 값(θK) 역시 서로 상이하게 된다.According to Equation (5), it can be seen that the phase delay values for the six cell inverters 360a included in the phase A are different from each other. Accordingly, the second phase values? K are also different from each other.

최종 전압지령값 산출부(460)는 위상 값 보상부(450)에 의하여 산출된 제2 위상 값들을 기초로 복수의 최종 전압 지령값들을 산출한다.The final voltage command value calculation unit 460 calculates a plurality of final voltage command values based on the second phase values calculated by the phase value compensation unit 450. [

보다 구체적으로, 최종 전압지령값 산출부(460)는 2상 정지좌표 상의 전압 지령값

Figure 112013121264565-pat00020
,
Figure 112013121264565-pat00021
을 아래 수학식 6에 대입하여 복수의 셀 인버터들(360a) 각각에 대한 최종 전압 지령값
Figure 112013121264565-pat00022
,
Figure 112013121264565-pat00023
을 산출한다.More specifically, the final voltage command value calculation unit 460 calculates the final voltage command value
Figure 112013121264565-pat00020
,
Figure 112013121264565-pat00021
To the following equation (6) to calculate the final voltage command value < RTI ID = 0.0 >
Figure 112013121264565-pat00022
,
Figure 112013121264565-pat00023
.

Figure 112013121264565-pat00024
Figure 112013121264565-pat00024

Figure 112013121264565-pat00025
Figure 112013121264565-pat00025

수학식 6에 따르면, A상에 포함된 6개의 셀 인버터들(360a) 각각에 대한 제2 위상 값이 서로 상이함에 따라, 최종 전압 지령값

Figure 112013121264565-pat00026
,
Figure 112013121264565-pat00027
역시 서로 상이하게 된다.According to Equation (6), as the second phase values for the six cell inverters 360a included in the phase A are different from each other, the final voltage command value
Figure 112013121264565-pat00026
,
Figure 112013121264565-pat00027
Are also different from each other.

2상-3상 변환부(470)는 2상 정지좌표 상의 최종 전압 지령값

Figure 112013121264565-pat00028
,
Figure 112013121264565-pat00029
을 3상 정지좌표계
Figure 112013121264565-pat00030
로 변환한다.The 2-phase to 3-phase converter 470 converts the final voltage command value
Figure 112013121264565-pat00028
,
Figure 112013121264565-pat00029
To a three-phase stationary coordinate system
Figure 112013121264565-pat00030
.

셀 전압 보상부(470)는 A상에서 직렬로 연결된 복수의 셀 인버터들(360a) 각각의 직류전압을 균등하게 제어하기 위하여 셀 보상전압 기준값을 산출하여 최종 전압 지령값에 보상한다.The cell voltage compensating unit 470 calculates a cell compensation voltage reference value to compensate the final voltage instruction value in order to uniformly control the DC voltage of each of the plurality of cell inverters 360a connected in series on the A side.

보다 구체적으로, 셀 전압 보상부(470)는 복수의 셀 인버터들(360a)의 직류전압 평균값과 개별 셀 인버터의 직류전압을 비교하고, 그 차이에 대응하는 보상전력을 산출한다.More specifically, the cell voltage compensator 470 compares the DC voltage average value of the plurality of cell inverters 360a with the DC voltage of the individual cell inverter, and calculates the compensation power corresponding to the difference.

그리고, 셀 전압 보상부(470)는 보상전력을 전류센서에 의하여 센싱한 전류의 실효값으로 나눔으로써 셀 보상전압 크기를 산출하고, 산출된 셀 보상전압 크기에 상기 전류의 위상과 동상 또는 반대 위상인 셀 보상전압 지령값을 복수의 셀 인버터들(360a) 각각에 대하여 산출한다.The cell voltage compensating unit 470 calculates the cell compensation voltage magnitude by dividing the compensation power by the rms value of the current sensed by the current sensor, and calculates the cell compensation voltage magnitude by multiplying the calculated cell compensation voltage magnitude by the in- The in-cell compensation voltage command value is calculated for each of the plurality of cell inverters 360a.

이때, 해당 셀 인버터의 직류전압이 직류전압 평균값 보다 높은 경우, 셀 전압 보상부(470)는 셀 보상전압 크기에 전류 위상과 반대 위상인 셀 보상전압 지령값을 산출한다.At this time, when the DC voltage of the corresponding cell inverter is higher than the DC voltage average value, the cell voltage compensator 470 calculates the cell compensation voltage command value that is opposite in phase to the current phase to the cell compensation voltage magnitude.

반면, 해당 셀 인버터의 직류전압이 직류전압 평균값 보다 낮은 경우, 셀 전압 보상부(470)는 셀 보상전압 크기에 전류 위상과 동상인 셀 보상전압 지령값을 산출한다.On the other hand, when the DC voltage of the corresponding cell inverter is lower than the DC voltage average value, the cell voltage compensator 470 calculates the cell compensation voltage command value that is in phase with the current phase in the cell compensation voltage magnitude.

셀 전압 보상부(470)는 최종 전압 지령값에 셀 보상전압 지령값을 보상하여 출력한다.The cell voltage compensation unit 470 compensates the cell compensation voltage command value to the final voltage command value and outputs the compensated voltage compensation value.

PWM 제어신호 생성부(480)는 최종 전압 지령값과 복수의 셀 인버터들(360a)의 직류전압을 이용하여 PWM 제어신호를 생성한다.The PWM control signal generator 480 generates a PWM control signal using the final voltage command value and the DC voltage of the plurality of cell inverters 360a.

보다 구체적으로, PWM 제어신호 생성부(480)는 셀 인버터의 직류전압에 상응하는 크기를 가지는 캐리어를 생성하고, 상기 생성된 캐리어와 최종 전압 지령값을 비교하여 PWM 제어신호를 생성한다.More specifically, the PWM control signal generator 480 generates a carrier having a magnitude corresponding to the DC voltage of the cell inverter, and compares the generated carrier with a final voltage command value to generate a PWM control signal.

PWM 제어신호 생성부(480)는 A상에 포함된 복수의 셀 인버터들(360a) 각각에 대하여 복수의 캐리어들을 생성하는데, 상기 복수의 캐리어들은 상기 수학식 1에 의하여 산출되는 신호 지연 값 만큼 위상 지연이 발생한다.The PWM control signal generator 480 generates a plurality of carriers for each of the plurality of cell inverters 360a included in the A phase, and the plurality of carriers are phase-shifted by the signal delay value calculated by Equation (1) A delay occurs.

PWM 제어신호 생성부(480)는 PWM 제어신호를 셀 인버터(360a)에 출력하여 셀 인버터(360a)의 동작을 제어한다.The PWM control signal generator 480 outputs the PWM control signal to the cell inverter 360a to control the operation of the cell inverter 360a.

다시 도 3을 참조하면, 복수개의 셀 인버터들(360a~360n)은 각각이 단위셀을 구성하는 것으로서, 서로 직렬로 연결된다. 즉, 멀티레벨 인버터는 각 상 별로 복수개의 셀 인버터들(360a~360n)을 직렬로 연결함으로써 고전압을 얻게 된다.Referring again to FIG. 3, the plurality of cell inverters 360a to 360n constitute unit cells, and are connected in series with each other. That is, the multi-level inverter obtains a high voltage by connecting a plurality of cell inverters 360a to 360n in series for each phase.

일 실시예에 있어서, 복수개의 셀 인버터들(360a~360n)은 IGBT(Insulated Gate Bipolar Mode Transistor)로 구성된 단상의 H-Bridge 인버터에 해당할 수 있다.In one embodiment, the plurality of cell inverters 360a to 360n may correspond to a single-phase H-bridge inverter configured with an IGBT (Insulated Gate Bipolar Mode Transistor).

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.

예컨대, 도 3에서는 셀제어기(330a)와 셀 인버터(360a)가 1:n(예컨대, 1:6)으로 연결되어, 하나의 셀제어기(330a)가 복수의 셀 인버터들(360a)을 제어하는 것으로 도시하고 있다. 그러나, 변형된 실시예에 있어서는, 도 5에 도시된 바와 같이, 셀제어기(330a)와 셀 인버터(360a)가 1:1로 연결되어, 하나의 셀제어기(330a)가 하나의 셀 인버터(360a)만을 제어할 수도 있을 것이다.For example, in FIG. 3, the cell controller 330a and the cell inverter 360a are connected by 1: n (for example, 1: 6), and one cell controller 330a controls the plurality of cell inverters 360a Respectively. However, in the modified embodiment, as shown in FIG. 5, the cell controller 330a and the cell inverter 360a are connected at a ratio of 1: 1, and one cell controller 330a is connected to one cell inverter 360a ). ≪ / RTI >

또한, 도 3에서는 각 상(Phase)에 포함된 복수의 셀 인버터들(360a)을 하나의 셀제어기(330a)에서 제어하는 것으로 도시하고 있다. 그러나, 변형된 실시예에 있어서는, 도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 상에 복수의 셀제어기(330a)가 포함될 수도 있을 것이다. 예컨대, 하나의 상에 2개의 셀제어기(330a)가 포함되고, 각 셀제어기(330a) 별로 6개의 셀 인버터(360a)가 연결될 수 있다.
In FIG. 3, a plurality of cell inverters 360a included in each phase are controlled by one cell controller 330a. However, in the modified embodiment, as shown in FIG. 6, a plurality of cell controllers 330a may be included on one upper layer. For example, two cell controllers 330a may be included in one phase, and six cell inverters 360a may be connected to each cell controller 330a.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 인버터 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating a method of controlling a multi-level inverter according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 먼저, 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 계통에 목표 전류값을 출력하기 위한 전압 지령값을 계산한다(S701). 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 전류 제어기를 통해 2상 동기좌표 상에서 원하는 전류를 출력하기 위한 전압 지령값을 산출한다. Referring to FIG. 7, first, the multi-level inverter control system 300 calculates a voltage command value for outputting a target current value to the system (S701). The multi-level inverter control system 300 calculates a voltage command value for outputting a desired current on the two-phase synchronous coordinate through the current controller.

다음, 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 2상 동기좌표 상의 전압 지령값을 2상 정지좌표로 변환하여 각 셀제어기에 출력한다(S702).Next, the multi-level inverter control system 300 converts the voltage command value on the two-phase synchronous coordinate into the two-phase stationary coordinate and outputs it to each cell controller (S702).

다음, 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 상기 전안 지령값의 제1 위상값, 및 복수의 셀 인버터들(360) 각각에 대한 위상 지연 값을 검출한다(S703).Next, the multi-level inverter control system 300 detects a first phase value of the draft command value and a phase delay value for each of the plurality of cell inverters 360 (S703).

위상 지연 값을 검출하기 위하여, 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 샘플링 시간(Ts), 하나의 상에서 직렬로 연결된 셀 인버터의 개수(N), 및 계통전압에 대한 각속도(ωe)를 기초로 신호 지연값을 산출한다. 이때, 신호 지연값은 셀 인버터의 개수(N)에 반비례하고, 샘플링 시간(Ts)과 각속도(ωe)에 비례하는 값을 가진다. 이를 수학식으로 나타내면 수학식 1과 같다.In order to detect the phase delay value, the multi-level inverter control system 300 is based on the sampling time T s , the number N of serially connected cell inverters in one phase and the angular speed ω e on the grid voltage Lt; / RTI > At this time, the signal delay value is inversely proportional to the number N of the cell inverters, and has a value proportional to the sampling time T s and the angular velocity ω e . This can be expressed by the following equation (1).

멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 상기 산출된 신호 지연값을 이용하여 복수의 셀 인버터들(360) 각각에 대하여 서로 다른 위상 지연 값을 산출한다. 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 상기 신호 지연값에 비례하고, 신호 지연값에 대한 배수가 순차적으로 증가하도록 위상 지연 값을 산출한다. 이때, 상기 배수는 셀 인버터의 식별번호(K)-1에 상응할 수 있다. 이를 수학식으로 나타내면 수학식 2와 같다.The multi-level inverter control system 300 calculates different phase delay values for each of the plurality of cell inverters 360 using the calculated signal delay value. The multi-level inverter control system 300 calculates the phase delay value in proportion to the signal delay value and sequentially increases the multiple of the signal delay value. At this time, the multiple may correspond to the identification number (K) -1 of the cell inverter. This can be expressed by the following equation (2).

다음, 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 전압 지령값의 제1 위상 값에 상기 위상 지연 값을 보상하여 복수의 셀 인버터들(360) 각각에 대한 복수의 최종 전압 지령값을 산출한다(S704 및 S705).Next, the multi-level inverter control system 300 calculates a plurality of final voltage command values for each of the plurality of cell inverters 360 by compensating the phase delay value for the first phase value of the voltage command value (S704 and S705).

멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 전압 지령값의 제1 위상 값에 복수의 셀 인버터들(360) 각각에 대하여 위상 지연 값을 보상한 제2 위상 값들을 계산한다. 그리고, 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 전압 지령값의 크기 및 제2 위상 값을 최종 전압 지령값으로 결정한다.The multi-level inverter control system 300 calculates second phase values that compensate the phase delay value for each of the plurality of cell inverters 360 in the first phase value of the voltage command value. The multi-level inverter control system 300 determines the magnitude of the voltage command value and the second phase value as the final voltage command value.

다음, 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 2상 정지좌표 상의 최종 전압 지령값을 3상 정지좌표로 변환한다(S706).Next, the multilevel inverter control system 300 converts the final voltage command value on the two-phase stationary coordinate into the three-phase stationary coordinate (S706).

다음, 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 최종 전압 지령값과 복수의 셀 인버터들(360)의 직류전압을 이용하여 PWM 제어신호를 생성하고, 생성된 PWM 제어신호를 셀 인버터로 출력한다(S707).Next, the multi-level inverter control system 300 generates a PWM control signal using the final voltage command value and the DC voltage of the plurality of cell inverters 360, and outputs the generated PWM control signal to the cell inverter (S707 ).

보다 구체적으로, 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 셀 인버터의 직류전압에 상응하는 크기를 가지는 캐리어를 생성하고, 상기 생성된 캐리어와 최종 전압 지령값을 비교하여 PWM 제어신호를 생성한다.More specifically, the multi-level inverter control system 300 generates a carrier having a magnitude corresponding to the DC voltage of the cell inverter, and compares the generated carrier with a final voltage command value to generate a PWM control signal.

멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 복수의 셀 인버터들(360) 각각에 대하여 복수의 캐리어들을 생성하는데, 상기 복수의 캐리어들은 상기 수학식 1에 의하여 산출되는 신호 지연 값 만큼 위상 지연이 발생한다.The multi-level inverter control system 300 generates a plurality of carriers for each of the plurality of cell inverters 360, and the plurality of carriers generates a phase delay by a signal delay value calculated by Equation (1).

이에 따라, 복수의 셀 인버터들 각각에 출력되는 PWM 제어신호들 역시 신호 지연 값 만큼의 위상 지연이 발생하게 된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 인버터 제어 시스템(300)은 최종 전압 지령값에 이미 지연되는 위상 값을 보상하고 있기 때문에 셀 인버터의 출력전압에는 위상 지연이 발생하지 않게 된다.Accordingly, the PWM control signals output to each of the plurality of cell inverters also have phase delay as much as the signal delay value. However, since the multi-level inverter control system 300 according to the embodiment of the present invention compensates for the phase value that has already been delayed to the final voltage command value, no phase delay occurs in the output voltage of the cell inverter.

상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims It can be understood that

Claims (9)

복수의 셀 인버터들이 직렬로 연결된 멀티레벨 인버터;
목표 전류값을 출력하기 위한 전압 지령값을 산출하는 주제어기; 및
상기 전압 지령값의 제1 위상 값, 및 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 출력전압의 위상 지연 값을 검출하고, 상기 제1 위상 값에 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 상기 위상 지연 값을 보상한 제2 위상 값을 산출하고, 상기 제2 위상 값을 기초로 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 복수의 최종 전압 지령값을 산출하는 셀제어기를 포함하되,
상기 셀제어기는, 상기 제1 위상 값과 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 상기 위상 지연 값을 합한 값으로 상기 제2 위상 값을 산출하고,
상기 셀제어기는, 상기 복수의 셀 인버터들의 직류전압 평균값 및 상기 복수의 셀 인버터들 각각의 직류전압을 비교하여 그 차이를 보상하는 보상전압 값을 산출하고, 상기 산출된 보상전압 값을 상기 최종 전압 지령값에 합하여 각 셀 인버터에 출력함으로써 무효전력이 보상되도록 하는 셀 전압 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터 제어 시스템.
A multi-level inverter in which a plurality of cell inverters are connected in series;
A main controller for calculating a voltage command value for outputting a target current value; And
A first phase value of the voltage command value and a phase delay value of an output voltage for each of the plurality of cell inverters is detected and the phase delay value for each of the plurality of cell inverters is set to the first phase value And a cell controller for calculating a compensated second phase value and calculating a plurality of final voltage command values for each of the plurality of cell inverters based on the second phase value,
Wherein the cell controller calculates the second phase value by adding the first phase value and the phase delay value to each of the plurality of cell inverters,
Wherein the cell controller compares a DC voltage average value of the plurality of cell inverters and a DC voltage of each of the plurality of cell inverters to calculate a compensation voltage value for compensating the difference and outputs the calculated compensation voltage value to the final voltage And a cell voltage compensating unit for compensating the reactive power by outputting the sum to the respective cell inverters in addition to the command value.
각 상(Phase) 별로 복수의 셀 인버터들이 직렬로 연결된 멀티레벨 인버터;
2상 동기좌표 상에서 목표 전류값을 출력하기 위한 전압 지령값을 산출하고, 상기 산출된 전압 지령값을 2상 정지좌표로 변환하는 주제어기; 및
상기 전압 지령값의 제1 위상 값, 및 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 출력전압의 위상 지연 값을 검출하고, 상기 제1 위상 값에 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 상기 위상 지연 값을 보상한 제2 위상 값을 산출하고, 상기 제2 위상 값을 기초로 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 복수의 최종 전압 지령값을 산출하며, 상기 복수의 최종 전압 지령값을 3상 정지좌표로 변환하여 각 셀 인버터를 제어하는 셀제어기를 포함하되,
상기 셀제어기는, 상기 제1 위상 값과 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 상기 위상 지연 값을 합한 값으로 상기 제2 위상 값을 산출하고,
상기 셀제어기는, 상기 복수의 셀 인버터들의 직류전압 평균값 및 상기 복수의 셀 인버터들 각각의 직류전압을 비교하여 그 차이를 보상하는 보상전압 값을 산출하고, 상기 산출된 보상전압 값을 상기 최종 전압 지령값에 합하여 각 셀 인버터에 출력함으로써 무효전력이 보상되도록 하는 셀 전압 보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터 제어 시스템.
A multilevel inverter in which a plurality of cell inverters are connected in series for each phase;
A main controller for calculating a voltage command value for outputting the target current value on the two-phase synchronous coordinate, and converting the calculated voltage command value into the two-phase stationary coordinate; And
A first phase value of the voltage command value and a phase delay value of an output voltage for each of the plurality of cell inverters is detected and the phase delay value for each of the plurality of cell inverters is set to the first phase value Calculates a plurality of final voltage command values for each of the plurality of cell inverters based on the second phase value, and outputs the plurality of final voltage command values as three-phase stationary coordinates And a cell controller for controlling each of the cell inverters,
Wherein the cell controller calculates the second phase value by adding the first phase value and the phase delay value to each of the plurality of cell inverters,
Wherein the cell controller compares a DC voltage average value of the plurality of cell inverters and a DC voltage of each of the plurality of cell inverters to calculate a compensation voltage value for compensating the difference and outputs the calculated compensation voltage value to the final voltage And a cell voltage compensating unit for compensating the reactive power by outputting the sum to the respective cell inverters in addition to the command value.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 셀제어기는,
수학식
Figure 112015055561169-pat00031
을 이용하여 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 출력되는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호들 간의 신호 지연 값을 산출하고, 상기 수학식에서 θdelay는 상기 신호 지연 값을 나타내고, 상기 Ts는 샘플링 시간을 나타내고, 상기 N은 하나의 상에서 직렬로 연결된 셀 인버터의 개수를 나타내는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터 제어 시스템.
3. The apparatus of claim 1 or 2, wherein the cell controller comprises:
Equation
Figure 112015055561169-pat00031
Wherein the signal delay value between the PWM (Pulse Width Modulation) control signals output to each of the plurality of cell inverters is calculated using the following equation, wherein θ delay represents the signal delay value, and T s represents a sampling time And N denotes the number of cell inverters connected in series in one phase.
제3항에 있어서, 상기 셀제어기는,
수학식
Figure 112015055561169-pat00032
을 이용하여 각 셀 인버터에 대한 상기 위상 지연 값을 산출하고, 상기 수학식에서 상기 θcell(k)_delay는 K번째 셀 인버터의 상기 위상 지연 값을 나타내고, 상기 K는 셀 인버터의 식별번호를 나타내고, 상기 θdelay는 상기 신호 지연 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터 제어 시스템.
4. The apparatus of claim 3, wherein the cell controller comprises:
Equation
Figure 112015055561169-pat00032
(K) _delay represents the phase delay value of the Kth cell inverter, K represents an identification number of the cell inverter, And the? Delay represents the signal delay value.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 셀제어기는,
Figure 112015055561169-pat00033
,
Figure 112015055561169-pat00034
를 이용하여 상기 최종 전압 지령값을 산출하며, 상기
Figure 112015055561169-pat00035
,
Figure 112015055561169-pat00036
는 상기 전압 지령값을 나타내고, 상기
Figure 112015055561169-pat00037
,
Figure 112015055561169-pat00038
는 K번째 셀 인버터에 대한 최종 전압 지령값을 나타내며,
Figure 112015055561169-pat00039
는 K번째 셀 인버터에 대한 제2 위상 값을 나타내는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터 제어 시스템.
3. The apparatus of claim 1 or 2, wherein the cell controller comprises:
Figure 112015055561169-pat00033
,
Figure 112015055561169-pat00034
To calculate the final voltage command value,
Figure 112015055561169-pat00035
,
Figure 112015055561169-pat00036
Represents the voltage command value,
Figure 112015055561169-pat00037
,
Figure 112015055561169-pat00038
Represents the final voltage command value for the Kth cell inverter,
Figure 112015055561169-pat00039
Is a second phase value for a Kth cell inverter.
삭제delete 2상 동기좌표 상에서 목표 전류값을 출력하기 위한 전압 지령값을 산출하고, 상기 산출한 전압 지령값을 2상 정지좌표로 변환하는 단계;
상기 2상 정지좌표로 변환한 전압 지령값의 제1 위상 값을 검출하고, 상기 검출된 제1 위상 값에 위상 지연 값을 보상한 제2 위상 값을 산출하고, 상기 제2 위상 값을 기초로 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 대한 복수의 최종 전압 지령값을 산출하는 단계; 및
상기 복수의 최종 전압 지령값들을 3상 정지좌표로 변환하여 각 상(Phase) 별로 복수의 셀 인버터들을 제어하는 단계를 포함하되,
상기 복수의 최종 전압 지령값을 산출하는 단계에서 상기 제2 위상 값은 상기 제1 위상 값과 상기 위상 지연 값을 합한 값으로 산출되고,
상기 복수의 최종 전압 지령값을 산출하는 단계는 상기 복수의 셀 인버터들의 직류전압 평균값 및 상기 복수의 셀 인버터들 각각의 직류전압을 비교하여 그 차이를 보상하는 보상전압 값을 산출하는 단계, 및 상기 산출된 셀 보상전압 값을 상기 최종 전압 지령값에 합하여 상기 복수의 셀 인버터에 출력함으로써 무효전력이 보상되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터 제어 방법.
Calculating a voltage command value for outputting the target current value on the two-phase synchronous coordinate, and converting the calculated voltage command value into the two-phase stationary coordinate;
A first phase value of the voltage command value converted into the two-phase stationary coordinate is calculated, a second phase value obtained by compensating the phase delay value to the detected first phase value is calculated, Calculating a plurality of final voltage command values for each of the plurality of cell inverters; And
And controlling the plurality of cell inverters for each phase by converting the plurality of final voltage command values into three-phase stationary coordinates,
Wherein the second phase value is calculated as a sum of the first phase value and the phase delay value in the step of calculating the plurality of final voltage command values,
Wherein the calculating of the plurality of final voltage command values comprises: comparing a DC voltage average value of the plurality of cell inverters and a DC voltage of each of the plurality of cell inverters and calculating a compensation voltage value for compensating the difference; And compensating the reactive power by outputting the calculated cell compensation voltage value to the plurality of cell inverters by summing the calculated cell compensation voltage value with the final voltage command value.
제7항에 있어서, 상기 복수의 최종 전압 지령값을 산출하는 단계는,
수학식
Figure 112015055561169-pat00040
을 이용하여 상기 복수의 셀 인버터들 각각에 출력되는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호들 간의 신호 지연 값을 산출하는 단계를 포함하고,
상기 수학식에서 θdelay는 상기 신호 지연 값을 나타내고, 상기 Ts는 샘플링 시간을 나타내고, 상기 N은 하나의 상에서 직렬로 연결된 셀 인버터의 개수를 나타내는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터 제어 방법.
8. The method according to claim 7, wherein the calculating of the plurality of final voltage command values comprises:
Equation
Figure 112015055561169-pat00040
And calculating a signal delay value between PWM (Pulse Width Modulation) control signals output to each of the plurality of cell inverters,
Wherein, in the equation, θ delay represents the signal delay value, T s represents a sampling time, and N represents a number of cell inverters connected in series in one phase.
제8항에 있어서,
상기 위상 지연 값은 상기 신호 지연 값의 배수에 해당하고, 각 셀 인버터의 식별번호와 비례하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 인버터 제어 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the phase delay value corresponds to a multiple of the signal delay value and is proportional to the identification number of each cell inverter.
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