KR101674392B1 - 계통 전원을 버퍼로 이용한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치 - Google Patents

계통 전원을 버퍼로 이용한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101674392B1
KR101674392B1 KR1020140173499A KR20140173499A KR101674392B1 KR 101674392 B1 KR101674392 B1 KR 101674392B1 KR 1020140173499 A KR1020140173499 A KR 1020140173499A KR 20140173499 A KR20140173499 A KR 20140173499A KR 101674392 B1 KR101674392 B1 KR 101674392B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
command value
converter
power supply
link stage
Prior art date
Application number
KR1020140173499A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160068998A (ko
Inventor
김태원
박태준
Original Assignee
재단법인 포항산업과학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 재단법인 포항산업과학연구원 filed Critical 재단법인 포항산업과학연구원
Priority to KR1020140173499A priority Critical patent/KR101674392B1/ko
Publication of KR20160068998A publication Critical patent/KR20160068998A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101674392B1 publication Critical patent/KR101674392B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

계통 전원을 버퍼로 이용한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치가 제공된다. 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치는, 직류 배전 시스템에 직류 전압을 공급하는 직류 링크단과, 풍력 발전기의 최대 전력 추종 제어를 통해 직류 링크단에 직류 전압을 공급하는 제1 컨버터와, 직류 링크단의 직류 전압의 크기와 미리 설정된 전압 지령치에 기초하여, 직류 링크단의 전압을 계통 전원으로 공급하거나 또는 계통 전원을 직류 링크단에 공급하는 제2 컨버터를 포함함으로써, 계통 전원을 버퍼로 사용하여 직류 배전 시스템에 안정적으로 직류 전압을 공급할 수 있으며, 시스템 구성 비용을 절감할 수 있다.

Description

계통 전원을 버퍼로 이용한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치{POWER SUPPLY OF DC DISTRIBUTION SYSTEM USING POWER GRID AS A BUFFER}
본 출원은, 계통 전원을 버퍼로 이용하여 DC 배전 시스템에 전원을 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전 시스템은, 다양한 형태의 풍차를 이용하여 바람 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 이 기계적 에너지로 발전기를 구동하여 전력을 얻어내는 신재생 에너지 시스템을 말한다.
상술한 풍력 발전 시스템의 경우 풍량에 따라 발전량이 일정하기 않고 변동이 매우 심하기 때문에, IDC(Internet Data Center) 센터와 같이 안정적인 직류 전원을 필요로 하는 직류 배전 시스템에 전원을 공급하기는 무리가 있다. 이를 해결하기 위해, 배터리와 같은 보조 에너지 저장 장치를 도입하는 방안이 있으나, 이러한 방안은 배터리 가격 부담으로 인해 경제성이 크게 떨어지는 문제점이 있다.
관련 문헌으로, 한국공개특허 제2010-0062486호('태양광/풍력 복합발전을 이용한 도로용 전원 공급시스템', 공개일: 2010년06월10일)이 있다.
한국공개특허 제2010-0062486호('태양광/풍력 복합발전을 이용한 도로용 전원 공급시스템', 공개일: 2010년06월10일)
본 출원은, 직류 배전 시스템에 안정적으로 직류 전압을 공급할 수 있으며, 시스템 구성 비용을 절감할 수 있는 계통 전원을 버퍼로 이용한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 직류 배전 시스템에 직류 전압을 공급하는 직류 링크단; 풍력 발전기의 최대 전력 추종 제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT)를 통해 상기 직류 링크단에 직류 전압을 공급하는 제1 컨버터; 및 상기 직류 링크단의 직류 전압의 크기와 미리 설정된 전압 지령치에 기초하여, 상기 직류 링크단의 전압을 계통 전원으로 공급하거나 또는 상기 계통 전원을 상기 직류 링크단에 공급하는 제2 컨버터를 포함하는 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 제2 컨버터는, 상기 직류 링크단의 직류 전압의 크기가 상기 전압 지령치보다 큰 경우 상기 직류 링크단의 직류 전압을 상기 계통 전원에 공급하며, 상기 직류 링크단의 직류 전압의 크기가 상기 전압 지령치보다 작은 경우 상기 계통 전압을 상기 직류 링크단에 공급함으로써, 상기 직류 링크단의 직류 전압을 상기 전압 지령치를 추종하도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 제1 컨버터는, 3-레벨 부스트 컨버터를 포함하며, 상기 제2 컨버터는, 계통 연계형 3-레벨 NPC(Neural Point clamped) 인버터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 전원 공급 장치는, 상기 3-레벨 부스트 컨버터에 포함된 인덕터에 흐르는 전류 지령치를 하기의 수학식 1:
Figure 112014118417922-pat00001
에 따라 구하며(여기서,
Figure 112014118417922-pat00002
은 전류 지령치, Kopt는 상수, f는 상기 풍력 발전기의 터빈 회전수, Vs는 상기 풍력 발전기의 출력 전압의 크기임),
상기 구한 전류 지령치를 추종하도록 상하부 스위치의 PWM 신호를 생성하는 제1 컨버터 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 제1 컨버터 제어부는, 상기 PWM 신호의 듀티비가 50% 미만인 경우 상부 스위치 및 하부 스위치를 상보적으로 스위칭하며, 상기 PWM 신호의 듀티비가 50% 이상인 경우 적어도 상부 스위치와 하부 스위치가 동시에 턴온되는 구간이 존재하도록 상부 스위치 및 하부 스위치를 스위칭할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 제1 컨버터 제어부는, 상기 풍력 발전기의 터빈 회전수로부터 상기 수학식 1에 따라 전류 지령치를 구하는 최대 전력 추종 제어기; 상기 전류 지령치와 상기 인덕터에 흐르는 인덕터 전류의 오차로부터 펄스폭변조신호 생성을 위한 레퍼런스 신호를 생성하는 전류 제어기; 및 상기 레퍼런스 신호와 반송파를 비교하여 상부 스위치 및 하부 스위치의 스위칭 신호를 생성하는 펄스폭변조신호 생성부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 전원 공급 장치는, q축 전류 지령치를 0으로 설정한 후, 상기 계통 연계형 3-레벨 NPC 인버터의 상하부 스위치를 제어하는 제2 컨버터 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 상기 제2 컨버터 제어부는, 상기 직류 링크단의 직류 전압과 전압 지령치간의 오차로부터 d축 전류 지령치를 구하는 전압 제어기; 상기 d축 전류 지령치와 d축 전류간의 오차로부터 d축 전압 오차를 구하는 제1 전류 제어기; 상기 q축 전류 지령치와 q축 전류간의 오차로부터 q축 전압 오차를 구하는 제2 전류 제어기; 및 상기 d축 전압 오차, 상기 계통 전원의 크기, q축 전압으로부터 구한 d축 전압과 q축 전압 오차, d축 전압으로부터 구한 q축 전압에 3레벨 공간 벡터 변조(Space Vector Modulation, SVM) 알고리즘을 이용하여 상기 계통 연계형 3-레벨 NPC 인버터의 상하부 스위치의 PWM 신호를 생성하는 3레벨 NPC 공간벡터변조모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 풍력 발전기의 출력 전류를 저장하는 직류 링크단과 계통 전원을 연계하여 직류 링크단의 전압을 계통 전원으로 공급하거나 또는 계통 전원을 직류 링크단에 공급함으로써, 계통 전원을 버퍼로 사용하여 직류 배전 시스템에 안정적으로 직류 전압을 공급할 수 있으며, 시스템 구성 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 직류 배전 시스템을 위한 전원 공급 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 계통 전원을 버퍼로 이용한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치의 회로이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제1 컨버터 제어부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3-레벨 부스트 컨버터의 상하부 스위치 신호 및 인덕터 전류를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제2 컨버터 제어부의 구성도이다.
도 6은 계통 연계형 3-레벨 NPC 인버터의 출력을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 직류 배전 시스템을 위한 전원 공급 장치의 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치는 직류 배전 시스템(20)에 직류 전압을 공급하는 직류 링크단(130), 풍력 발전기(10), 풍력 발전기(10)의 최대 전력 추종 제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT)를 통해 직류 링크단(130)에 직류 전압을 공급하는 제1 컨버터(120), 계통 전원(30), 직류 링크단(130)의 직류 전압의 크기와 미리 설정된 전압 지령치에 기초하여, 직류 링크단(130)의 전압을 계통 전원(30)으로 공급하거나 또는 계통 전원(30)을 직류 링크단(130)으로 공급하는 제2 컨버터(140)를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 계통 전원(30)은 일종의 버퍼로 사용될 수 있다. 구체적으로, 제2 컨버터(140)는 직류 링크단(130)의 직류 전압의 크기가 전압 지령치보다 큰 경우 직류 링크단(130)의 직류 전압을 계통 전원(30)에 공급하며, 직류 링크단(130)의 직류 전압의 크기가 전압 지령치보다 작은 경우에는 계통 전압(30)을 직류 링크단(130)에 공급함으로써, 직류 링크단(130)의 직류 전압을 전압 지령치와 동일한 값을 가지도록 일정하게 유지할 수 있다.
즉, 풍력 발전기(10)의 최대 전력 추종 제어를 통해 생산된 전압을 직류 링크단(130)에 저장하되, 직류 링크단(130)에 저장된 직류 전압의 크기가 전압 지령치보다 작은 경우는 제2 컨버터(140)의 제어를 통해 계통 전원(30)에서 이를 보충하도록 하며, 직류 링크단(130)에 저장된 직류 전압의 크기가 전압 지령치보다 큰 경우는 제2 컨버터(140)의 제어를 통해 계통 전원(30)으로 회생시킬 수 있다.
따라서, 에너지 흐름의 관점에서 보면, 풍력 발전기(10)에서 생산된 에너지는 계통 전원(30) 및 직류 배전 시스템(20)으로 공급되거나, 풍력 발전기(10)에서 생산된 에너지 및 계통 전원(30)에 의해 생산된 에너지가 직류 배전 시스템(20)에 공급되거나, 또는 계통 전원(30)에 의해 생산된 에너지가 모두 직류 배전 시스템(20)에 공급되는 형태로 제어됨으로써, 풍력 발전기(10)의 발전량에 능동적으로 대응하여 직류 배전 시스템(20)에 안정적인 직류 전압을 공급할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 제3 컨버터(21)는, 직류 링크단(130)의 직류 전압을 적절히 승강압하여 직류 배전 시스템(20)에 공급할 수 있다. 상술한 제3 컨버터(21)는 예를 들면 DC/DC 컨버터를 포함할 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 계통 전원을 버퍼로 이용한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치의 회로이다. 한편, 도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제1 컨버터 제어부의 구성도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3-레벨 부스트 컨버터의 상하부 스위치 신호 및 인덕터 전류를 도시한 도면이다. 도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 제2 컨버터 제어부의 구성도이며, 도 6은 계통 연계형 3-레벨 NPC 인버터의 출력을 도시한 도면이다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치의 회로를 상세하게 설명한다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하면, 풍력 발전기(10)로부터 출력되는 3상 전압(Wa, Wb, Wc)은 6개의 다이오드로 구성된 정류부(110)를 통해 맥류 형태로 정류된 후 입력 커패시터(Cin)에 저장될 수 있다.
입력 커패시터(Cin)에 저장된 전압은 제1 컨버터(120)에 의해 직류 배전 시스템(20)에 필요한 전압으로 승압될 수 있으며, 제1 컨버터 제어부(160)의 제어에 따라 제1 컨버터(120)는 풍력 발전기(10)의 최대 전력 추종 제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT)를 통해 직류 링크단(130)에 직류 전압을 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 상술한 제1 컨버터(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 3-레벨 부스트 컨버터로 구현될 수 있다. 3-레벨 부스트 컨버터는, 일반적으로 인덕터(Li), 다이오드(D), 2개의 스위치(ET1, EB1)로 구현될 수 있으며, 이러한 구성은 통상의 기술자에게 널리 알려진 사항이므로, 발명의 간명화를 위해 상세한 설명은 생략한다.
한편, 제1 컨버터 제어부(160)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 최대 전력 추종 제어기(MPPT)(210), 오차 연산부(201), 전류 제어기(220) 및 펄스폭변조(PWM) 신호 생성부(230)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 최대 전력 추종 제어기(MPPT)(210)는 3-레벨 부스트 컨버터에 포함된 인덕터에 흐르는 전류 지령치(
Figure 112014118417922-pat00003
)를 하기의 수학식 1:
Figure 112014118417922-pat00004
에 따라 구할 수 있다. 구해진 전류 지령치(
Figure 112014118417922-pat00005
)는 오차 연산부(201)로 전달될 수 있다. 여기서, Kopt는 상수, f는 풍력 발전기(10)의 터빈 회전수, Vs는 풍력 발전기(10)의 출력 전압의 크기일 수 있다.
한편, 상수(Kopt)는 하기의 수학식 2과 같다.
Figure 112014118417922-pat00006
여기서, ρ는 공기 밀도, R은 터빈의 직경, Copt는 최대전력계수, ηg는 발전기 효율, ηb는 기어박스 효율, p는 발전기 극수, , λopt는 최적 tip speed ratio일 수 있다.
오차 연산부(201)는 전류 지령치(
Figure 112014118417922-pat00007
)와 전류 센서(121)를 이용하여 측정한 인덕터(Li)에 흐르는 전류(Iin)의 오차를 연산하고, 연산된 오차를 전류 제어기(220)로 전달할 수 있다.
한편, 전류 제어기(220)는 오차 연산부(201)에서 전달받은 오차로부터 펄스폭변조신호 생성을 위한 레퍼런스 신호를 생성하고, 생성된 레퍼런스 신호를 펄스폭변조(PWM) 신호 생성부(230)로 전달할 수 있다. 상술한 전류 제어기는 일반적인 PI 제어기로 구현될 수 있다.
마지막으로, 펄스폭변조(PWM) 신호 생성부(230)는 전류 제어기(220)에서 전달받은 레퍼런스 신호와 반송파를 비교하여 상부 스위치(ET1) 및 하부 스위치(ET2)의 스위칭 신호를 생성할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 3-레벨 부스트 컨버터의 상하부 스위치 신호 및 인덕터 전류가 도시되어 있다. 도 4에서 (a)는 듀티비(DTs/Ts)가 50% 미만인 경우, (b)는 는 듀티비(DTs/Ts)가 50% 이상인 경우를 도시한 것이다. 즉, (a)의 경우 상부 스위치(ET1) 및 하부 스위치(ET2)가 상보적, 즉 동시에 탄온되는 구간이 존재하지 않도록 스위칭됨을 알 수 있으며, (b)의 경우는 적어도 상부 스위치(ET1) 및 하부 스위치(ET2)가 동시에 턴온되는 구간이 존재하도록 스위칭됨을 알 수 있다.
한편, 직류 링크단(130)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 커패시터(Cd1, Cd2)가 직렬 연결된 형태로 구현될 수 있으며, 제1 컨버터(120)에 의해 공급된 전압을 저장할 수 있다. 직류 링크단(130)에 저장된 전압은 직류 배전 시스템(20)에 공급될 수 있다.
그리고, 제2 컨버터(140)는 직류 링크단(130)의 직류 전압(Vdc)의 크기와 미리 설정된 전압 지령치(
Figure 112014118417922-pat00008
)에 기초하여, 직류 링크단(130)의 전압을 계통 전원(30)으로 공급하거나 또는 계통 전원(30)을 직류 링크단(130)으로 공급할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 상술한 제2 컨버터(140)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 계통 연계형 3-레벨 NPC(Neural Point clamped) 인버터로 구현될 수 있다. 계통 연계형 3-레벨 NPC(Neural Point clamped) 인버터는, 일반적으로 직렬 연결된 다수개의 2개의 스위치 소자(T1-T2, T3-T4, T5-T6, B1-B2, B3-B4, B5-B6)와 이들 사이를 연결하는 복수개의 다이오드(D)로 구현될 수 있으며, 이러한 구성은 통상의 기술자에게 널리 알려진 사항이므로, 발명의 간명화를 위해 상세한 설명은 생략한다.
한편, 제2 컨버터 제어부(170)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 오차 연산부(301 내지 306), 전압 제어기(310), 제1 전류 제어기(320), 제2 전류 제어기(330), 레벨 NPC 공간벡터변조모듈(340)을 포함할 수 있으며, 전압 제어기(310)를 통해 계통 전류의 유효 전류(
Figure 112014118417922-pat00009
) 성분의 크기를 결정하고, 동기좌표계 전류 제어기(320)를 통해 d축 전류(Id)를 제어할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 제2 컨버터 제어부(170)는 q축 전류 지령치(
Figure 112014118417922-pat00010
)를 0으로 설정한 후, 계통 연계형 3-레벨 NPC 인버터(140)의 상하부 스위치(T1 내지 T6, B1 내지 B6)를 스위칭한다. 즉, 무효분(
Figure 112014118417922-pat00011
)은 역률을 단위 역률로 맞추기 위해 0으로 제어되게 할 수 있다.
구체적으로, 오차 연산부(301)는 직류 링크단(130)의 직류 전압(Vdc)과 전압 지령치(
Figure 112014118417922-pat00012
)간의 오차를 구할 수 있다. 구해진 오차는 전압 제어기(310)로 전달될 수 있다.
전압 제어기(310)는 오차 연산부(301)로부터 전달된 오차로부터 d축 전류 지령치(
Figure 112014118417922-pat00013
)를 구할 수 있다. 상술한 전압 제어기(310)는, 예컨대 일반적인 PI 제어기로 구현될 수 있다.
다음, 오차 연산부(302)는 d축 전류 지령치(
Figure 112014118417922-pat00014
)와 d축 전류(Id)간의 오차를 구하며, 구한 오차는 제1 전류 제어기(320)로 전달될 수 있다.
제1 전류 제어기(320)는 오차 연산부(302)로부터 전달된 오차로부터 d축 전압 오차(Vd)를 구할 수 있으며, 구한 d축 전압 오차(△Vd)는 오차 연산부(303)로 전달될 수 있다. 상술한 제1 전류 제어기(320)는 일반적인 PI 제어기로 구현될 수 있다.
오차 연산부(303)는 계통 전원(30)의 크기(E)와 d축 전압 오차(△Vd)를 합산한 후 오차 연산부(304)로 전달하며, 오차 연산부(304)는 q축 전류(Iq)에 임피던스 성분(ωL)을 곱한 값을 가산하여 d축 전압(Vd)을 생성한다. 이후 생성된 d축 전압(Vd)은 3-레벨 NPC 공간벡터변조모듈(340)로 전달될 수 있다.
한편, 위에서 설명된 바와 같이, 단위 역률로 맞추기 위해 q축 전류 지령치(
Figure 112014118417922-pat00015
)는 0으로 설정되며, 오차 연산부(305)는 0으로 설정된 q축 전류 지령치(
Figure 112014118417922-pat00016
)와 q축 전류간의 오차를 구하며, 구한 오차는 제2 전류 제어기(330)로 전달될 수 있다.
제2 전류 제어기(330)는 오차 연산부(305)로부터 전달된 오차로부터 q축 전압 오차(△Vq)를 구할 수 있으며, 구한 q축 전압 오차(△Vq)는 오차 연산부(306)로 전달될 수 있다. 제1 전류 제어기(320)와 마찬가지로, 제2 전류 제어기(330)는 일반적인 PI 제어기로 구현될 수 있다.
오차 연산부(306)는 제2 전류 제어기(330)로부터 전달된 q축 전압 오차(△Vq)와 d축 전류(Id)에 임피던스 성분(-ωL)을 곱한 값을 가산하여 q축 전압(Vq)을 생성한다. 이후 생성된 q축 전압(Vq)은 3-레벨 NPC 공간벡터변조모듈(340)로 전달될 수 있다.
마지막으로, 3-레벨 NPC 공간벡터변조모듈(340)은, 오차 연산부(304)에서 전달받은 d축 전압(Vd)과 오차 연산부(306)에서 전달받은 q축 전압(Vq)에 3-레벨 공간 벡터 변조(Space Vector Modulation, SVM) 알고리즘을 이용하여 계통 연계형 3-레벨 NPC 인버터(140)의 상하부 스위치(T1 내지 T6, B1 내지 B6)의 PWM 신호를 생성할 수 있다.
도 6은 계통 연계형 3-레벨 NPC 인버터의 출력을 도시한 도면으로, (a)는 계통 전원(30)의 전압을, (b)는 계통 연계형 3-레벨 NPC 인버터(140)의 출력을, (c)는 계통 연계형 3-레벨 NPC 인버터(140)의 각상 전류(Ia, Ib, Ic)를 도시하고 있다.
한편, 도 2에서 미설명된 부호 150은 LC 필터이며, MC는 마그네틱 컨택터(Magnetic Contator), SPD(Surge Protection Device)는 서지 보호기를 도시한 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 의하면, 풍력 발전기의 출력 전류를 저장하는 직류 링크단과 계통 전원을 연계하여 직류 링크단의 전압을 계통 전원으로 공급하거나 또는 계통 전원을 직류 링크단에 공급함으로써, 계통 전원을 버퍼로 사용하여 직류 배전 시스템에 안정적으로 직류 전압을 공급할 수 있으며, 시스템 구성 비용을 절감할 수 있다.
본 출원은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
10: 풍력 발전기 20: 직류 배전 시스템
21:제3 컨버터 30: 계통 전원
110: 정류부 120: 제1 컨버터
121: 전류 센서 130: 직류 링크단
140: 제2 컨버터 150: LC 필터

Claims (8)

  1. 직류 배전 시스템에 직류 전압을 공급하는 직류 링크단;
    풍력 발전기의 최대 전력 추종 제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT)를 통해 상기 직류 링크단에 직류 전압을 공급하는 제1 컨버터;
    상기 직류 링크단의 직류 전압의 크기와 미리 설정된 전압 지령치에 기초하여, 상기 직류 링크단의 전압을 계통 전원으로 공급하거나 또는 상기 계통 전원을 상기 직류 링크단에 공급하는 제2 컨버터; 및
    상기 제1 컨버터의 동작을 제어하는 제1 컨버터 제어부를 포함하고,
    상기 제1 컨버터는, 3-레벨 부스트 컨버터를 포함하며,
    상기 제1 컨버터 제어부는 상기 3-레벨 부스트 컨버터에 포함된 인덕터의 전류 지령치를 추종하도록, 상기 풍력 발전기의 터빈 회전수 및 상기 풍력 발전기의 출력 전압의 크기에 기초하여 상기 3-레벨 부스트 컨버터의 상하부 스위치의 PWM 신호를 생성하는 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 컨버터는,
    상기 직류 링크단의 직류 전압의 크기가 상기 전압 지령치보다 큰 경우 상기 직류 링크단의 직류 전압을 상기 계통 전원에 공급하며,
    상기 직류 링크단의 직류 전압의 크기가 상기 전압 지령치보다 작은 경우 상기 계통 전원을 상기 직류 링크단에 공급함으로써, 상기 직류 링크단의 직류 전압이 상기 전압 지령치를 추종하도록 하는 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 컨버터는, 계통 연계형 3-레벨 NPC(Neural Point clamped) 인버터를 포함하는 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 컨버터 제어부는,
    상기 3-레벨 부스트 컨버터에 포함된 상기 인덕터에 흐르는 상기 전류 지령치를 하기의 수학식 1:
    Figure 112016077287901-pat00017

    에 따라 구하며(여기서,
    Figure 112016077287901-pat00018
    은 전류 지령치, Kopt는 상수, f는 상기 풍력 발전기의 터빈 회전수, Vs는 상기 풍력 발전기의 출력 전압의 크기임),
    상기 구한 전류 지령치를 추종하도록 상기 상하부 스위치의 상기 PWM 신호를 생성하는 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 컨버터 제어부는,
    상기 PWM 신호의 듀티비가 50% 미만인 경우 상부 스위치 및 하부 스위치를 상보적으로 스위칭하며,
    상기 PWM 신호의 듀티비가 50% 이상인 경우 적어도 상부 스위치와 하부 스위치가 동시에 탄온되는 구간이 존재하도록 상부 스위치 및 하부 스위치를 스위칭하는 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 컨버터 제어부는,
    상기 풍력 발전기의 터빈 회전수로부터 상기 수학식 1에 따라 전류 지령치를 구하는 최대 전력 추종 제어기;
    상기 전류 지령치와 상기 인덕터에 흐르는 인덕터 전류의 오차로부터 펄스폭변조신호 생성을 위한 레퍼런스 신호를 생성하는 전류 제어기; 및
    상기 레퍼런스 신호와 반송파를 비교하여 상부 스위치 및 하부 스위치의 스위칭 신호를 생성하는 펄스폭변조신호 생성부를 포함하는 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 전원 공급 장치는,
    q축 전류 지령치를 0으로 설정한 후, 상기 계통 연계형 3-레벨 NPC 인버터의 상하부 스위치를 제어하는 제2 컨버터 제어부를 포함하는 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 컨버터 제어부는,
    상기 직류 링크단의 직류 전압과 전압 지령치간의 오차로부터 d축 전류 지령치를 구하는 전압 제어기;
    상기 d축 전류 지령치와 d축 전류간의 오차로부터 d축 전압 오차를 구하는 제1 전류 제어기;
    상기 q축 전류 지령치와 q축 전류간의 오차로부터 q축 전압 오차를 구하는 제2 전류 제어기; 및
    상기 d축 전압 오차, 상기 계통 전원의 크기, q축 전압으로부터 구한 d축 전압과 q축 전압 오차, d축 전압으로부터 구한 q축 전압에 3레벨 공간 벡터 변조(Space Vector Modulation, SVM) 알고리즘을 이용하여 상기 계통 연계형 3-레벨 NPC 인버터의 상하부 스위치의 PWM 신호를 생성하는 3레벨 NPC 공간벡터변조모듈을 포함하는 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치.
KR1020140173499A 2014-12-05 2014-12-05 계통 전원을 버퍼로 이용한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치 KR101674392B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140173499A KR101674392B1 (ko) 2014-12-05 2014-12-05 계통 전원을 버퍼로 이용한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140173499A KR101674392B1 (ko) 2014-12-05 2014-12-05 계통 전원을 버퍼로 이용한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160068998A KR20160068998A (ko) 2016-06-16
KR101674392B1 true KR101674392B1 (ko) 2016-11-10

Family

ID=56354594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140173499A KR101674392B1 (ko) 2014-12-05 2014-12-05 계통 전원을 버퍼로 이용한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101674392B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100181957A1 (en) * 2008-09-19 2010-07-22 Christoph Goeltner Solar powered, grid independent EV charging system
KR101249939B1 (ko) * 2011-12-28 2013-04-03 창원대학교 산학협력단 Ｅｄｌｃ를 포함하는 백 투 백 컨버터 및 이를 적용한 풍력발전시스템

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100062486A (ko) 2008-12-02 2010-06-10 백용현 태양광/풍력 복합발전을 이용한 도로용 전원 공급시스템
KR101113508B1 (ko) * 2010-05-06 2012-02-29 성균관대학교산학협력단 태양광 ｐｃｓ 일체형 양방향 배터리 충방전 시스템 및 방법
KR101225198B1 (ko) * 2011-06-03 2013-01-22 (주)인텍에프에이 계통 연계형 전력 변환 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100181957A1 (en) * 2008-09-19 2010-07-22 Christoph Goeltner Solar powered, grid independent EV charging system
KR101249939B1 (ko) * 2011-12-28 2013-04-03 창원대학교 산학협력단 Ｅｄｌｃ를 포함하는 백 투 백 컨버터 및 이를 적용한 풍력발전시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160068998A (ko) 2016-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Vitorino et al. An effective induction motor control for photovoltaic pumping
Qin et al. Benchmark of AC and DC active power decoupling circuits for second-order harmonic mitigation in kilowatt-scale single-phase inverters
Jain et al. A single-stage photovoltaic system for a dual-inverter-fed open-end winding induction motor drive for pumping applications
KR102243121B1 (ko) 전력 변환 장치 및 3상 교류 전원 장치
CN102170241B (zh) 用于单级功率变换系统的系统与方法
US8564261B2 (en) Power converting apparatus, grid interconnection apparatus and grid interconnection system
Liu et al. Quasi-Z-Source inverter based PMSG wind power generation system
US10447070B2 (en) Solar energy system with built-in battery charger and its method
US9948211B2 (en) System and method for controlling the operating area of an inverter coupled to an alternative energy source
KR20130100285A (ko) 영상 덤프 저항에 연결된 중성점을 갖는 ｈｖｄｃ 컨버터
US11183946B2 (en) Integrated rectifier-generator system for AC-to-DC conversion
US9473044B2 (en) Power inverter implementing phase skipping control
JP6280976B2 (ja) インバータ
WO2012157329A1 (ja) 集電箱
JP7145881B2 (ja) 三相Ｖｉｅｎｎａ整流器を制御するための方法
Mirzahosseini et al. A lifetime improved single phase grid connected photovoltaic inverter
Dubey et al. Solar power based water pump employing Z-source inverter for PMSM drive
Pulikanti et al. Control of five-level flying capacitor based active-neutral-point-clamped converter for grid connected wind energy applications
JP2014090563A (ja) パワーコンディショナー
CN106961226B (zh) 一种六开关的微逆变器交流侧功率耦合电路
KR101674392B1 (ko) 계통 전원을 버퍼로 이용한 직류 배전 시스템의 전원 공급 장치
KR101484064B1 (ko) 신재생 에너지의 전력제어장치
Sharma et al. An autonomous wind energy conversion system with permanent magnet synchronous generator
Wang et al. Single phase VSI with reduced-size DC-link capacitor
Buasarello et al. Battery storage system with active filtering function based on the conservative power theory for wind generators

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant