KR101696510B1 - Inverter controlling system for compensating distortion of output voltage - Google Patents
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Abstract
출력전압의 왜곡 및 3차 고조파 전류의 발생을 방지할 수 있는 본 발명의 일 측면에 따른 인버터 제어 시스템은 각 상(Phase) 별로 직류 전압원을 포함하는 복수의 셀 인버터들; 상기 셀 인버터의 출력전압에 대한 기준전압을 시지연이 보상된 값으로 결정하는 주 제어기; 및 상기 시지연이 보상된 기준전압을 기초로 상기 직류 전압원의 전압을 추정하고, 상기 추정된 직류 전압원의 전압 및 상기 기준전압에 따라 PWM 신호를 생성하여 상기 셀 인버터에 출력하는 셀 제어기를 포함한다.An inverter control system according to an aspect of the present invention for preventing distortion of an output voltage and generation of a third harmonic current includes a plurality of cell inverters including a DC voltage source for each phase; A main controller for determining a reference voltage with respect to an output voltage of the cell inverter as a value compensated by a time series; And a cell controller for estimating a voltage of the DC voltage source based on the compensated reference voltage, generating a PWM signal according to the estimated DC voltage source voltage and the reference voltage, and outputting the PWM signal to the cell inverter.
Description
본 발명은 인버터 제어 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 출력전압 왜곡을 보상할 수 있는 인버터 제어 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an inverter control system, and more particularly, to an inverter control system capable of compensating for output voltage distortion and a control method thereof.
3상 전압원 인버터는 교류 전동기의 가변속 구동장치, 무정전 전원장치 및 정지형 무효전력 보상장치 등에 폭넓게 사용되고 있다. 이러한 3상 전압원 인버터는 직류 전압원의 전압을 공유하는 3상의 하프브릿지(Half-bridge) 형태의 인버터로 구성될 수 있고, 다단 멀티레벨 인버터와 같이 각 상의 직류 전압원의 전압이 독립적으로 구성될 수도 있다. 이와 같이, 직류 전압원의 전압을 상 간 공유하지 않는 구성은 전원 주파수에 2배에 해당하는 맥동성분이 나타나게 된다.Three-phase voltage source inverters are widely used in variable-speed drives of AC motors, uninterruptible power supplies and stationary reactive power compensation devices. Such a three-phase voltage source inverter may be configured as a three-phase half-bridge inverter sharing a voltage of a DC voltage source, and the voltage of each phase DC voltage source may be independently configured as a multi-stage multi-level inverter . As described above, in a configuration in which the voltage of the DC voltage source is not shared, the pulsation component corresponding to twice the power frequency appears.
도 1은 다단 멀티레벨 인버터가 정지형 무효전력 보상장치에 적용된 예를 보여주고 있다.1 shows an example in which a multi-stage multi-level inverter is applied to a stationary reactive power compensation device.
도 1을 참조하면, 종래의 정지형 무효전력 보상장치(100)는 전력계통(150)에 연결되어 전력계통(150)의 무효전력을 보상하는 역할을 수행하는 것으로서, 다단 멀티레벨 인버터(120), 리액터(160), 변압기(130) 및 스위칭기어(140)를 포함한다.1, the conventional stationary reactive
다단 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 복수의 셀 인버터들(122)을 포함한다.The multistage multi-level inverter 120 is composed of an
복수의 셀 인버터들(122)은 각각이 단위셀을 구성하는 것으로서, 서로 직렬로 연결된다. 그리고, 복수의 셀 인버터들(122)은 각 상(Phase) 별로 마련된 리액터(160)를 통해 변압기(130)에 연결되고, 변압기(130)는 스위칭기어(140)를 통해 전력계통(150)에 연결된다.The plurality of
한편, 각 셀 인버터(122)는 H-Bridge 형태의 인버터로 구성될 수 있으며, 직류 전압원으로 커패시터(125)가 병렬로 연결될 수 있다.Each of the
이러한 다단 멀티레벨 인버터(120)에서는 PWM 신호에 따라 각 셀 인버터(122)는 전압을 생성하고 전력계통(150)에 원하는 무효전력을 공급하게 된다.In this multi-level multi-level inverter 120, each
셀 인버터(122)의 커패시터 전압은 직류전압 성분 이외에 맥동전압 성분이 존재하는데, 상기 PWM 신호는 전력계통(150)에 원하는 전력을 공급하기 위한 기준전압 및 커패시터 전압의 크기를 고려하고, 맥동성분을 보상하여 생성된다.The capacitor voltage of the
PWM 신호 생성을 위해 보상되는 맥동성분의 값이 정확하지 않거나 보상되는 시점에 지연이 생긴다면 셀 인버터(122)의 출력전압이 상당히 왜곡되게 된다.If the value of the compensated pulsation component for PWM signal generation is not correct or is delayed at the time of compensation, the output voltage of the
이러한 출력전압의 왜곡으로 인하여, 종래의 다단 멀티레벨 인버터 제어 시스템(100)은 시스템 성능이 저하되고, 원치 않는 3차 고조파 전류를 발생시킨다는 문제점이 있다. Due to such distortion of the output voltage, the conventional multi-level multi-level
또한, 종래의 다단 멀티레벨 인버터 제어 시스템(100)은 3차 고조파 전류가 셀 인버터(122) 내부로 흐르게 되어 시스템의 전류이용률 및 효율을 저하시킨다는 다른 문제점이 있다.In addition, the conventional multistage multi-level
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 맥동전압 성분을 포함한 직류 전압원의 전압을 정확하게 추정할 수 있는 인버터 제어 시스템 및 방법을 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.An object of the present invention is to provide an inverter control system and method capable of accurately estimating a voltage of a DC voltage source including a ripple voltage component.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 인버터 제어 시스템은 각 상(Phase) 별로 직류 전압원을 포함하는 복수의 셀 인버터들; 상기 셀 인버터의 출력전압에 대한 기준전압을 시지연이 보상된 값으로 결정하는 주 제어기; 및 상기 시지연이 보상된 기준전압을 기초로 상기 직류 전압원의 전압을 추정하고, 상기 추정된 직류 전압원의 전압 및 상기 기준전압에 따라 PWM 신호를 생성하여 상기 셀 인버터에 출력하는 셀 제어기를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an inverter control system including: a plurality of cell inverters including a DC voltage source for each phase; A main controller for determining a reference voltage with respect to an output voltage of the cell inverter as a value compensated by a time series; And a cell controller for estimating a voltage of the DC voltage source based on the compensated reference voltage, generating a PWM signal according to the estimated DC voltage source voltage and the reference voltage, and outputting the PWM signal to the cell inverter.
본 발명에 따르면, 기준전압 및 전류정보를 기초로 직류 전압원의 전압을 정확하게 추정함으로써 기준전압과 셀 인버터의 출력전압 간에 오차가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 시스템 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to prevent an error between the reference voltage and the output voltage of the cell inverter from being generated by accurately estimating the voltage of the DC voltage source based on the reference voltage and the current information, .
또한, 본 발명에 따르면, 출력전압의 왜곡이 발생하지 않기 때문에 3차 고조파 전류의 발생을 방지할 수 있고, 이에 따라 전류이용률 및 효율을 향상시킬 수 있다는 다른 효과가 있다.Further, according to the present invention, generation of the third harmonic current can be prevented because distortion of the output voltage does not occur, and thus the current utilization efficiency and efficiency can be improved.
또한, 본 발명에 따르면, 동기좌표축으로 변환된 정상분 전류, 역상분 전류 및 영상분 전류를 이용하여 전류의 실효값 및 진상/지상정보를 추정함으로써, 직류전압원의 전압을 보다 정확하게 추정할 수 있다는 또 다른 효과가 있다.Further, according to the present invention, it is possible to more accurately estimate the voltage of the DC voltage source by estimating the rms value and the phase / ground information of the current using the normal current, the reverse phase current and the image minute current converted into the synchronous coordinate axes There is another effect.
도 1은 다단 멀티레벨 인버터가 정지형 무효전력 보상장치에 적용된 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 커패시터 전압의 맥동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 지연시간에 따른 출력전압의 오차를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 전류정보 추정부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 도 4의 셀 제어기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 7은 종래의 인버터 제어 시스템에 따르는 경우 PWM 신호를 산출하는 시점에 센싱한 커패시터 전압과 실제 PWM 신호가 출력되는 시점의 커패시터 전압을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 시스템에 따르는 경우 PWM 신호를 산출하는 시점에 추정된 커패시터 전압과 실제 PWM 신호가 출력되는 시점의 커패시터 전압을 나타내는 그래프이다.1 is a diagram showing an example in which a multi-stage multi-level inverter is applied to a stationary reactive power compensation device.
2 is a view for explaining pulsation of a capacitor voltage.
3 is a diagram showing an error of an output voltage according to a delay time.
4 is a schematic view illustrating an inverter control system according to an embodiment of the present invention.
5 is a block diagram for explaining the current information estimating unit of FIG.
6 is a block diagram illustrating the cell controller of FIG.
7 is a graph showing a capacitor voltage sensed at the time of calculating the PWM signal when the conventional inverter control system is used and a capacitor voltage at the time when the actual PWM signal is outputted.
8 is a graph showing a capacitor voltage estimated at the time of calculating the PWM signal and a capacitor voltage at the time of outputting the actual PWM signal according to the inverter control system according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 인버터 제어 시스템(400)에 대한 설명에 앞서, 직류 전압의 맥동 및 맥동에 의한 출력 전압의 왜곡에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.Before describing the
도 2는 커패시터 전압의 맥동을 설명하기 위한 도면이다.2 is a view for explaining pulsation of a capacitor voltage.
각 상의 셀 인버터는 독립된 직류 전원을 사용하기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이, 순시전력의 출입으로 인하여 셀 인버터의 커패시터 전압은 직류성분과 각 주파수에 두배에 해당하는 맥동성분이 존재한다.As shown in FIG. 2, since the cell inverters of each phase use an independent DC power source, the capacitor voltage of the cell inverter has a direct current component and a pulsating component corresponding to twice the angular frequency due to the instantaneous power input and output.
이들의 관계를 수학식으로 나타내면 아래와 같다.These relations are expressed by the following equations.
상기 맥동 전력()에 의하여 커패시터의 직류 전압에도 맥동이 나타나게 된다. The pulsating power ( The pulse voltage is also induced in the DC voltage of the capacitor.
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복수의 셀 인버터들을 직렬로 연결하여 구성하는 다단 멀티레벨 인버터는 개별 제어기들 간에 충분한 절연을 확보하기 위하여 주제어기와 셀 제어기들 간에 통신을 통해 데이터를 주고 받도록 설계된다. 이러한 구성으로 인하여, 다단 멀티레벨 인버터를 제어하는 제어 시스템은 통신 속도와 통신 데이터 개수 등의 조건들로 인하여 시지연이 발생하게 되고, 이로 인하여 PWM 신호를 산출하는 시점과 PWM 신호를 출력하는 시점에서의 맥동 성분에 오차가 발생하게 된다.A multistage multilevel inverter configured by connecting a plurality of cell inverters in series is designed to transmit and receive data between the main controller and the cell controllers in order to secure sufficient insulation between the individual controllers. Due to such a configuration, the control system that controls the multi-level multi-level inverter generates a signal due to the conditions such as the communication speed and the number of communication data. Therefore, An error occurs in the pulsation component.
PWM 신호를 산출하는 시점과 PWM 신호를 출력하는 시점 간에 지연시간이 존재할 때 실제 셀 인버터에서 출력되는 출력전압의 오차()는 지연시간(Td)이 0이 되지 아니하는 한 0보다 큰 값을 가지게 된다. 이러한 출력전압의 오차()를 지연시간에 따라 나타내면 도 3과 같다.When there is a delay time between the time at which the PWM signal is calculated and the time at which the PWM signal is output, the error of the output voltage from the actual cell inverter Has a value larger than 0 as long as the delay time Td does not become zero. The error of this output voltage ) Is shown in FIG. 3 according to the delay time.
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도 3a는 지연시간(Td)이 1msec일 때 출력전압의 오차()를 나타내고, 도3b는 지연시간(Td)이 2msec일 때 출력전압의 오차()를 나타내며, 도3c는 지연시간(Td)이 3msec일 때 출력전압의 오차()를 나타낸다. 이때, 커패시터 전압의 맥동성분의 크기는 정격전류에서 커패시터 전압 평균값의 약 5% 이내가 되도록 셀 인버터의 직류측 커패시턴스 값을 선정하는 것으로 가정한다.FIG. 3A shows an error of the output voltage when the delay time Td is 1 msec FIG. 3B shows the error of the output voltage when the delay time Td is 2 msec 3C shows the error of the output voltage when the delay time Td is 3 msec. ). At this time, it is assumed that the magnitude of the ripple component of the capacitor voltage is selected so that the DC side capacitance value of the cell inverter is within 5% of the average value of the capacitor voltage at the rated current.
도 3a 내지 도 3c를 살펴보면, 출력전압의 오차()는 지연시간(Td)이 커질수록 그 값이 커지는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 3A to 3C, the error of the output voltage ) Becomes larger as the delay time Td becomes larger.
출력전압의 오차()로부터 발생하는 전류의 오차()는 기본주파수 전류성분과 3차 고조파 전류성분이 포함된다. 출력전압과 계통전압 사이의 리액터를 0.1pu로 설계하고 지연시간(Td)이 2msec일 때, 출력전압의 오차()는 0,034pu이며, 이로부터 발생하는 전류의 오차()는 기본주파수 전류성분이 0.34pu이다. 그리고, 전류의 오차()는 3차 고조파 전류성분이 0.11pu으로 무시할 없는 크기를 가진다.Output voltage error ( The error of the current generated from the ) Includes the fundamental frequency current component and the third harmonic current component. When the reactor between the output voltage and the grid voltage is designed as 0.1pu and the delay time (Td) is 2msec, the error of the output voltage ) Is 0.034pu, and the error of the current resulting therefrom ) Has a basic frequency current component of 0.34 pu. Then, the error of the current ) Has a harmonic current component of 0.11 pu which is negligible.
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결과적으로, PWM 신호를 산출하는 시점과 PWM 신호를 출력하는 시점 간의 지연시간이 발생하는 경우, 기준전압과 셀 인버터의 출력전압 간에 오차가 발생할 뿐만 아니라, 기본주파수 전류 이외에 원하지 않는 3차 고조파 전류도 발생하게 된다.As a result, when a delay time occurs between the time at which the PWM signal is calculated and the time at which the PWM signal is output, an error occurs not only between the reference voltage and the output voltage of the cell inverter but also an undesired third harmonic current .
이로 인하여, 인버터 제어 시스템은 실제 출력전압이 주제어기의 기준전압을 잘 추종한다는 가정에 기반하여 설계된 각종 제어기들의 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 불필요한 3차 고조파 전류가 셀 인버터 내부로 흐르게 되어 전체 시스템의 전류 이용률과 효율을 저하시킨다.
Therefore, the inverter control system not only degrades the performance of various controllers designed based on the assumption that the actual output voltage follows the reference voltage of the main controller, but also unnecessary third harmonic current flows into the cell inverter, It lowers current utilization and efficiency.
본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 시스템은 맥동성분을 포함하는 직류 전압원의 전압을 정확하게 추정함으로써 기준전압과 출력전압 간의 오차 및 3차 고조파 전류의 발생을 없앨 수 있다.The inverter control system according to an embodiment of the present invention can eliminate the error between the reference voltage and the output voltage and the generation of the third harmonic current by accurately estimating the voltage of the DC voltage source including the pulsating component.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 시스템을 개략적으로 보여주는 도면이다.4 is a schematic view illustrating an inverter control system according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 시스템(400)은 주 제어기(410), 셀 제어기(430), 및 복수의 셀 인버터들(440)을 포함한다. 도 4에서는 셀 인버터(440)가 복수 개로 구성되는 것으로 도시하고 있으나, 다른 일 실시예에 있어서는 셀 인버터(440)가 하나로 구성될 수도 있다. 즉, 도 4에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 실시예로서 복수의 셀 인버터들에 대한 제어를 설명하고 있지만, 하나의 셀 인버터에 대한 제어를 배제하는 것은 아니다.Referring to FIG. 4, an
먼저, 복수의 셀 인버터들(440) 각각은 전력 변환부(미도시) 및 직류 전압원(미도시)로 구성된다. 전력 변환부는 복수의 스위칭 소자를 포함하여, 복수의 스위칭 소자의 스위칭 동작에 의해 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.First, each of the plurality of
일 실시예에 있어서, 상기 스위칭 소자는 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 일 실시예에 있어서, 상기 복수의 스위칭 소자는 H-Bridge 또는 풀-브릿지(Full-bridge) 인버터의 형태로 배치될 수 있다.In one embodiment, the switching device may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar mode Transistor), but the present invention is not limited thereto. Also, in one embodiment, the plurality of switching elements may be arranged in the form of an H-bridge or a full-bridge inverter.
그리고, 직류 전압원은 전력 변환부에 병렬로 연결되며, 일 실시예에 있어서, 직류 전압원은 병렬로 연결된 커패시터를 포함할 수 있다. 커패시터에는 정전용량에 비례하는 전력이 충전될 수 있다. 이때, 커패시터 양단에서 측정되는 전압을 커패시터 전압이라 한다.The DC voltage source is connected to the power conversion unit in parallel, and in one embodiment, the DC voltage source may include a capacitor connected in parallel. The capacitor can be charged with power proportional to the capacitance. At this time, the voltage measured across the capacitor is referred to as a capacitor voltage.
이하에서는 직류 전압원의 전압과 커패시터 전압을 혼용해서 사용하고 있으나, 커패시터 전압은 직류 전압원의 일 예로 커패시터를 사용하는 경우 커패시터 양단에서 측정되는 전압을 나타내는 것으로서, 직류 전압원의 전압에 포함되는 의미이다.Hereinafter, the voltage of the DC voltage source and the capacitor voltage are used in combination, but the capacitor voltage is a voltage measured at both ends of the capacitor when a capacitor is used as an example of the DC voltage source, meaning that the voltage is included in the voltage of the DC voltage source.
다음, 주 제어기(410)는 셀 인버터들(440)의 각 상 별 기준전압(V*)을 산출한다. 일 실시예에 있어서, 주 제어기(410)는 3상의 커패시터 전압 평균값을 일정하게 제어하는 직류전압 제어기, 각 상의 전압이 커패시터 전압 평균값을 갖도록 제어하는 상 보상 제어기, 부하전류를 검출하여 보상 기준값을 생성하는 부하전류 검출부, 및 출력전류를 제어하는 전류제어기로 구성될 수 있다.Next, the
상기 직류전압 제어기, 상 보상 제어기, 및 부하전류 검출부의 출력값은 전류제어기의 입력값이 되고, 전류제어기는 원하는 전류를 출력하기 위한 기준전압(V*)을 생성할 수 있다.The output values of the direct current voltage controller, the phase compensation controller, and the load current detector become the input values of the current controller, and the current controller can generate the reference voltage V * for outputting the desired current.
한편, 주 제어기(410)는 기준전압(V*)을 셀 제어기(430)에 송신하게 되는데, 이때, 주 제어기(410)와 셀 제어기(430) 간에 통신지연이 발생하게 된다. 이러한 통신지연에 따른 시지연 보상이 기준전압(V*)에 이루어지지 않으면, 셀 제어기(430)는 셀 인터버(440)에 대한 제어의 정확성이 떨어지게 된다. 이에 따라, 주 제어기(410)는 시지연이 보상된 기준전압(V*)을 산출함으로써, 셀 인터버(440)에 대한 제어의 정확성을 보장한다.Meanwhile, the
또한, 주 제어기(410)는 셀 제어기(430)에서 셀 인버터(440)의 커패시터 전압을 추정하기 위하여 요구되는 셀 인버터들(440)의 전류정보를 셀 제어기(430)에 송신한다. 상기 출력전류 정보는 전류의 실효값 및 위상 정보를 포함한다.The
일 실시예에 있어서, 주 제어기(410)는 셀 인버터들(440)의 전류를 센싱하고, 센싱한 신호를 이용하여 전류의 실효값 및 위상 정보를 획득할 수 있다. 주 제어기(410)는 센싱한 신호, 및 상기 센싱한 신호를 위상 지연시켜 획득한 가상 신호를 통해 전류의 실효값 및 위상 정보를 획득할 수 있다. In one embodiment, the
다른 일 실시예에 있어서, 주 제어기(410)는 동기좌표축으로 변환된 정상분 전류(, ), 역동기좌표축으로 변환된 역상분 전류(, ), 및 동기좌표축으로 변환된 영상분 전류(, )를 기초로 셀 인버터(440)의 전류의 실효값 및 위상 정보를 추정할 수 있다. 이때, 주 제어기(410)는 전류의 위상 정보로서, 전류의 진상/지상 정보를 추정할 수 있다.In another embodiment, the
보다 구체적으로 설명하면, 주 제어기(410)는 동기좌표축으로 변환된 정상분 전류(, ), 역동기좌표축으로 변환된 역상분 전류(, ), 및 동기좌표축으로 변환된 영상분 전류(, )를 기초로 각 상에 대한 전류 실효값을 추정할 수 있다.More specifically, the
페이서로 나타낸 정상분 전류()는 동기좌표축으로 변환한 정상분 전류(, )와 아래 수학식 9와 같은 관계를 가진다.Peak current (current) ) Is the normalized minute current ( , ) And the following equation (9).
또한, 페이서로 나타낸 역상분 전류()는 역동기좌표축으로 변환한 역상분 전류(, )와 아래 수학식 10과 같은 관계를 가진다.In addition, the reversed phase currents ( ) Is the inverse phase current converted into the inverse synchronous coordinate axis , ) And the following equation (10).
또한, 페이서로 나타낸 영상분 전류()는 동기좌표축으로 변환한 영상분 전류(, )와 아래 수학식 11과 같은 관계를 가진다.Also, the image minute current ( ) Is the image minute current ( , ) And the following Equation (11).
한편, 페이서로 나타낸 상전류들(, , )은 페이서로 나타낸 정상분 전류(), 역상분 전류(), 영상분 전류()와 수학식 12와 같은 관계를 가진다.On the other hand, , , ) Represents the normal current ( ), Reverse phase current ( ), Image minute current ( ) And Equation (12).
상술한 수학식 12에 수학식 9 내지 수학식 11을 적용하면, 페이서로 나타낸 상전류들(, , )은 동기좌표축으로 변환한 정상분 전류(, ), 역동기좌표축으로 변환한 역상분 전류(, ), 동기좌표축으로 변환한 영상분 전류(, )와 수학식 13와 같은 관계를 가짐을 알 수 있다.When Equations (9) to (11) are applied to Equation (12), the phase currents , , ) Is the normalized minute current converted to the synchronous coordinate axis , ), The reverse-phase current converted into the reverse synchronous coordinate axis ( , ), Image minute current converted to synchronous coordinate axis ( , ) And Equation (13).
수학식 13에 따라 A상의 전류()를 복소수로 표현하면, 실수값과 허수값은 수학식 14 및 수학식 15과 같다.According to Equation (13), the current of the phase A ) Is represented by a complex number, the real number value and the imaginary number value are expressed by the following equations (14) and (15).
B상의 전류()를 복소수로 표현하면, 실수값과 허수값은 수학식 16 및 수학식 17와 같다.Current on B phase ( ) Is represented by a complex number, the real number value and the imaginary number value are expressed by Equations (16) and (17).
C상의 전류()를 복소수로 표현하면, 실수값과 허수값은 수학식 18 및 수학식 19과 같다.Current on C phase ( ) Is represented by a complex number, the real and imaginary values are expressed by Equations (18) and (19).
주 제어기(410)는 아래 수학식 20를 이용하여 A상 전류()에 대한 실효값()을 추정할 수 있다.The
또한, 주 제어기(410)는 수학식 21을 이용하여 B상 전류()에 대한 실효값()을 추정할 수 있다.Further, the
또한, 주 제어기(410)는 수학식 22을 이용하여 C상 전류()에 대한 실효값()을 추정한다.Also, the
그리고, 주 제어기(410)는 동기좌표축으로 변환된 정상분 전류(, ), 역동기좌표축으로 변환된 역상분 전류(, ), 및 동기좌표축으로 변환된 영상분 전류(, )를 기초로 각 상에 대한 전류의 진상/지상 정보를 추정할 수 있다.Then, the
주 제어기(410)는 A상 전압의 페이서가 이므로, =0을 기준으로 진상/지상 정보를 추정할 수 있다. 이에 따라, 주 제어기(410)는 가 양의 값인 경우 A상의 전류를 진상으로 추정하고, 반면, 가 음의 값인 경우 A상의 전류를 지상으로 추정할 수 있다.The
주 제어기(410)는 B상 전압의 페이서가 이므로, = 을 기준으로 진상/지상 정보를 추정할 수 있다. 이에 따라, 주 제어기(410)는 가 보다 작은 경우 B상의 전류를 진상으로 추정하고, 반면, 가 보다 큰 경우 B상의 전류를 지상으로 추정할 수 있다.The
주 제어기(410)는 C상 전압의 페이서가 이므로, =- 을 기준으로 진상/지상 정보를 추정할 수 있다. 이에 따라, 주 제어기(410)는 가 - 보다 작은 경우 C상의 전류를 진상으로 추정하고, 반면, 가 - 보다 큰 경우 C상의 전류를 지상으로 추정할 수 있다. The
한편, 주 제어기(410)는 CAN(Controller Area Network, 420) 통신을 통하여 기준전압(V*) 및 전류정보를 셀 제어기(430)에 송신한다.Meanwhile, the
다음, 셀 제어기(430)는 각 상마다 설치되어, 주 제어기(410)로부터 수신한 기준전압(V*)이 출력될 수 있도록 셀 인버터(440)를 제어한다.Next, the
셀 제어기(430)는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어신호를 생성하여 셀 인버터(440)가 기준전압(V*)에 상응하는 전압을 출력하도록 제어한다. 이때, PWM 제어신호는 기준전압(V*)과 셀 인버터(440)의 커패시터 전압을 사용하여 생성된다. 상기 커패시터 전압(Vdc)은 각 셀 인버터(440)에 포함된 커패시터에 걸리는 전압을 나타낸다.The
종래에는 셀 인버터(440)의 커패시터 전압을 센싱하고, 센싱한 값과 기준전압(V*)을 사용하여 PWM 제어신호를 생성하는 반면, 본 발명에 따른 셀 제어기(430)는 주제어기(410)로부터 수신한 기준전압(V*) 및 전류정보를 이용하여 셀 인버터(440)의 커패시터 전압을 추정하고, 추정된 커패시터 전압 값을 이용하여 PWM 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.The
인버터 제어 시스템(400)이 정지형 무효전력 보상장치에 적용되는 경우, 상 전류의 위상은 항상 상 전압과 90도의 위상관계를 가진다. 이것은 셀 인버터에서 각 상에 흐르는 전류가 시스템 손실을 보상하는 약간의 유효전력 성분을 제외하고는 대부분 무효전력 성분을 가지기 때문이다.When the
인버터 제어 시스템(400)에서 각 상의 커패시터 전압은 직류성분(, , )과 맥동성분(, , )을 포함한다.In the
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셀 제어기(430)는 커패시터 전압의 맥동성분(, , )을 추정하기 위하여 기준전압(V*) 및 전류정보를 이용한다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 5를 참조하여 후술하도록 한다.The
이하에서는 설명의 편의를 위하여, 셀 제어기(430)가 A상에 포함된 복수의 셀 인버터들의 커패시터 전압을 추정하는 것만을 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 셀 제어기(430)는 A상, B상, C상 각각에 연결되어, 연결된 상에 대한 커패시터 전압을 추정한다.Hereinafter, the
도 5는 도 4의 셀 제어기를 설명하기 위한 블록도이다.5 is a block diagram for explaining the cell controller of FIG.
도 5를 참조하면, 셀 제어기(430)는 위상 산출부(510), 직류전압 추정부(520), 및 PWM 신호 생성부(530)을 포함한다.Referring to FIG. 5, the
먼저, 위상 산출부(510)는 주제어기(410)로부터 수신한 기준전압(V*)을 기초로 a상 커패시터 전압의 맥동성분()에 대한 위상을 산출한다.First, the
a상의 기준전압은 아래 수학식 26와 같다.The reference voltage on a is shown in Equation 26 below.
상기 a상의 기준전압을 전역 통과 필터를 통과시켜 위상 지연시키면 아래 수학식 27이 된다.When the reference voltage of the a phase is passed through the global pass filter to delay the phase, the following equation (27) is obtained.
위상 산출부(510)는 a상의 기준전압, 및 위상 지연된 기준전압을 이용하여 a상 커패시터 전압의 맥동성분()에 대한 위상을 산출한다. a상 커패시터 전압의 맥동성분()에 대한 위상()은 아래 수학식 28과 같다.The
상술한 바와 같이, 위상 산출부(510)는 기준전압을 기초로 맥동성분에 대한 위상을 산출하게 된다. 이때, 맥동성분에 대한 위상 산출에 이용되는 기준전압은 이미 주 제어기(410)와 셀 제어기(430) 간의 통신지연에 따른 시지연이 보상된 값이기 때문에, 이를 기초로 산출된 맥동성분에 대한 위상 역시 시지연이 보상된 값이 산출되게 된다.As described above, the
다음, 직류전압 추정부(520)는 a상 커패시터 전압을 추정한다. 보다 구체적으로, 직류전압 추정부(520)는 위상 산출부(510)에 의하여 산출된 맥동성분()에 대한 위상(), a상의 기준전압의 크기(), 전류정보를 이용하여 a상 커패시터 전압()을 추정한다.Next, the
a상의 기준전압의 크기()는 아래 수학식 29을 이용하여 산출된다.The magnitude of the reference voltage on a ( ) Is calculated by using the following expression (29).
인버터 제어 시스템에서 각 상의 커패시터 전압에 수학식 28 및 수학식 29를 적용하면, 아래 수학식 30이 도출된다.Applying equations (28) and (29) to the capacitor voltage of each phase in the inverter control system leads to Equation (30) below.
직류전압 추정부(520)는 수학식 30을 이용하여 이용하여 a상 커패시터 전압()을 추정한다. 직류전압 추정부(520)는 주제어기(410)로부터 수신한 a상의 전류정보, 즉, 전류 실효값()과 진상/지상 정보(), 그리고, a상의 기준전압(, )을 수학식 19에 대입하여 a상 커패시터 전압()을 산출할 수 있다.The DC
한편, 직류전압 성분()은 센싱한 커패시터 전압의 평균값으로 산출될 수 있다.On the other hand, the DC voltage component ( ) Can be calculated as an average value of the sensed capacitor voltage.
다음, PWM 신호 생성부(530)는 직류전압 추정부(520)에 의하여 추정된 커패시터 전압과 기준전압을 이용하여 PWM 제어신호를 생성한다. PWM 제어신호를 생성하는 기술은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Next, the PWM
도 6a는 종래의 인버터 제어 시스템에 따르는 경우 PWM 신호를 산출하는 시점에 센싱한 커패시터 전압(610)과 실제 PWM 신호가 출력되는 시점의 실제 커패시터 전압(620)을 나타내고, 도 6b는 커패시터 전압들(610, 620) 간의 오차를 나타낸다.6A shows a capacitor voltage 610 sensed at the time of calculating the PWM signal when the conventional inverter control system is used and an actual capacitor voltage 620 at the time when the actual PWM signal is output. FIG. 6B shows the capacitor voltages 610 and 620, respectively.
도 6a 및 도 6b를 살펴보면, 종래의 인버터 제어 시스템은 PWM 신호를 산출하는 시점에 센싱한 커패시터 전압(610)과 PWM 신호가 출력되는 시점의 실제 커패시터 전압(620)의 오차가 발생한다. 6A and 6B, in the conventional inverter control system, an error occurs between the capacitor voltage 610 sensed at the time when the PWM signal is calculated and the actual capacitor voltage 620 at the time when the PWM signal is output.
이에 따라, 종래의 인버터 제어 시스템은 출력전압의 왜곡뿐만 아니라, 기본주파수 전류 이외에 원하지 않는 3차 고조파 전류도 발생시키는 문제점이 있다.Accordingly, the conventional inverter control system has a problem that not only the distortion of the output voltage but also an undesired third harmonic current occur in addition to the fundamental frequency current.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 시스템에 따르는 경우 PWM 신호를 산출하는 시점에 추정된 커패시터 전압(710)과 실제 PWM 신호가 출력되는 시점의 실제 커패시터 전압(720)을 나타내고, 도 7b는 커패시터 전압들(710, 720) 간의 오차를 나타낸다.7A shows the
도 7a 및 도 7b를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 시스템(400)은 종래와 다르게 PWM 신호를 산출하는 시점에 추정된 커패시터 전압(710)과 PWM 신호가 출력되는 시점의 실제 커패시터 전압(20) 간의 오차가 거의 발생하지 않는다.7A and 7B, the
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 인버터 제어 시스템(400)은 출력전압의 왜곡되지 않으며 3차 고조파 전류도 발생되지 않는다.Accordingly, the
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 (8)
상기 셀 인버터의 출력전압에 대한 기준전압을 시지연이 보상된 값으로 결정하는 주 제어기; 및
상기 시지연이 보상된 기준전압을 기초로 상기 직류 전압원의 전압을 추정하고, 상기 추정된 직류 전압원의 전압 및 상기 기준전압에 따라 PWM 신호를 생성하여 상기 셀 인버터에 출력하는 셀 제어기를 포함하는 인버터 제어 시스템.A plurality of cell inverters including a DC voltage source for each phase;
A main controller for determining a reference voltage with respect to an output voltage of the cell inverter as a value compensated by a time series; And
And a cell controller for estimating a voltage of the DC voltage source based on the compensated reference voltage, generating a PWM signal according to the voltage of the estimated DC voltage source and the reference voltage, and outputting the PWM signal to the cell inverter system.
상기 직류 전압원의 전압은 맥동전압 성분을 포함하고,
상기 셀 제어기는,
상기 기준전압과, 상기 기준전압을 위상 지연시킨 가상전압을 이용하여 상기 맥동전압 성분을 추정하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the voltage of the DC voltage source includes a ripple voltage component,
The cell controller includes:
Wherein the pulse voltage component is estimated using the reference voltage and a virtual voltage obtained by phase-delaying the reference voltage.
상기 맥동전압 성분의 위상은 을 이용하여 산출되고, 상기 는 상기 기준전압을 나타내고, 상기 는 상기 기준전압을 90도 위상 지연시킨 가상전압을 나타내는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 시스템.3. The method of claim 2,
The phase of the ripple voltage component is Is calculated using the equation Represents the reference voltage, Is a virtual voltage obtained by delaying the reference voltage by 90 degrees.
상기 주 제어기는, 동기좌표축으로 변환된 정상분 전류(, ), 역동기좌표축으로 변환된 역상분 전류(, ), 및 동기좌표축으로 변환된 영상분 전류(, )를 기초로 전류 정보를 추정하고,
상기 셀 제어기는, 상기 시지연이 보상된 기준전압 및 상기 추정된 전류 정보를 기초로 상기 직류 전압원의 전압을 추정하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the main controller is configured to convert the normalized minute current , ), A reverse phase current transformed to an inverse synchronous coordinate axis ( , ), And the image minute current ( , The current information is estimated based on the current information,
Wherein the cell controller estimates the voltage of the DC voltage source based on the estimated reference voltage and the estimated current information.
과 을 이용하여 A상 전류(), B상 전류(), 및 C상 전류()를 추정하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 시스템.5. The apparatus of claim 4,
and Phase current (< RTI ID = 0.0 > ), B-phase current ( ), And C-phase current ( Of the inverter control system.
상기 전류 정보는 상기 전류의 실효값을 포함하고,
상기 주 제어기는, 을 이용하여 각 상 전류의 실효값()을 추정하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 시스템.5. The method of claim 4,
Wherein the current information includes an effective value of the current,
The main controller includes: The rms value of each phase current ( Of the inverter control system.
상기 전류 정보는 상기 전류에 대한 진상/지상 정보를 포함하고,
상기 주 제어기는, 가 양의 값이면 A상의 전류를 진상으로 추정하고, 가 음의 값이면 상기 A상의 전류를 지상으로 추정하며, 가 보다 작으면 B상의 전류를 진상으로 추정하고, 가 보다 크면 상기 B상의 전류를 지상으로 추정하며, 가 - 보다 작으면 C상의 전류를 진상으로 추정하고, 가 - 보다 크면 상기 C상의 전류를 지상으로 추정하는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 시스템.5. The method of claim 4,
Wherein the current information includes phase / ground information for the current,
The main controller includes: Is a positive value, the current of the phase A is estimated as a phase, The current of the phase A is estimated as the ground, end The current of the phase B is estimated as a true phase, end Lt; RTI ID = 0.0 > B-phase < / RTI > In addition, The current of the phase C is estimated as a phase, In addition, And estimates the current of the C phase to the ground.
상기 직류 전압원의 전압은 맥동전압 성분을 포함하고,
상기 셀 제어기는,
상 전류의 위상이 상 전압과 90도의 위상관계를 가지는 경우, 각 상의 맥동전압 성분은 을 이용하여 추정되고, 상기 은 맥동전압을 나타내고, 상기 는 상기 전류의 진상/지상 정보를 나타내고, 상기 는 상기 전류의 실효값을 나타내며, 상기 는 상기 기준전압을 나타내고, 는 상기 기준전압을 위상 지연시킨 가상전압을 나타내고, 상기 는 상기 직류 전압원의 전압의 기본주파수를 나타내고, 상기 는 상기 직류 전압원의 정전용량을 나타내고, 상기 는 상기 직류 전압원의 전압에 포함된 직류전압 성분을 나타내는 것을 특징으로 하는 인버터 제어 시스템.5. The method of claim 4,
Wherein the voltage of the DC voltage source includes a ripple voltage component,
The cell controller includes:
When the phase of the phase current has a phase relationship of 90 degrees with the phase voltage, the ripple voltage component of each phase is Is estimated using the equation Represents the ripple voltage, Represents the current / ground information of the current, Represents an effective value of the current, Represents the reference voltage, Represents a virtual voltage obtained by phase-delaying the reference voltage, Represents the fundamental frequency of the voltage of the DC voltage source, Represents the capacitance of the DC voltage source, And wherein the inverter control system comprises a DC voltage component included in the voltage of the DC voltage source.
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