KR101721238B1 - Discontinuous voltage modulation based grid connected power inverter and method for the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치는 직류 전원에서 출력되는 직류 전압, 및 전류 제어기에서 출력되는 상전압 지령에 기초하여 제1 오프셋 전압을 발생하는 오프셋 전압 발생기; 위상 고정 루프와 전기적으로 연결되고, 상기 위상 고정 루프에서 출력되는, 계통의 위상각에 기초하여 n차 고조파(상기 n은 정수)를 발생하는 고조파 발생기; 및 상기 제1 오프셋 전압에 상기 n차 고조파를 주입하여 새로운 제2 오프셋 전압을 생성하고, 상기 상전압 지령에 상기 제2 오프셋 전압을 더하여 생성되는 극전압 지령에 기초하여, 인버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 출력하는 신호 제어부를 포함한다.The grid-connected power conversion apparatus based on the discontinuous voltage modulation method according to an embodiment of the present invention includes a DC voltage output from the DC power supply and an offset voltage for generating a first offset voltage based on a phase voltage command output from the current controller generator; A harmonic generator that is electrically connected to the phase locked loop and generates an nth-order harmonic (where n is an integer) based on a phase angle of the system output from the phase locked loop; And a control circuit for controlling the inverter circuit based on a polarity voltage command generated by adding the n-th order harmonic to the first offset voltage to generate a new second offset voltage and adding the second offset voltage to the phase voltage command And a signal controller for outputting a PWM signal.

Description

불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치 및 방법{DISCONTINUOUS VOLTAGE MODULATION BASED GRID CONNECTED POWER INVERTER AND METHOD FOR THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a grid-connected power conversion apparatus and method based on a discontinuous voltage modulation method,

본 발명의 실시예들은 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치 및 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a grid-based power conversion apparatus and method based on a discrete voltage modulation scheme.

계통 연계형 인버터는 기존의 전력 제어 시스템뿐만 아니라 최근 환경 문제로 각광받고 있는 신재생 에너지 발전 시스템 및 에너지 저장 시스템의 제어를 위한 필수적인 모듈이다.The grid-connected inverter is an essential module for the control of the renewable energy generation system and the energy storage system which are not only the conventional power control system but also the recent environmental problem.

최근 효율적인 전력 변환 장치의 운용을 위해서 고효율 인버터의 개발이 요구되고 있고, 토폴로지의 제한과 스위치 소자의 성능 한계로 인해 고효율 달성이 가능한 불연속 전압 변조 방식의 제어 방법이 많이 사용되고 있다.Recently, a high efficiency inverter has been required to operate an efficient power conversion device, and a discontinuous voltage modulation control method capable of achieving high efficiency due to a limitation of a topology and a performance limit of a switching device is widely used.

LC-필터 또는 LCL-필터를 사용하는 인버터에 불연속 전압 변조 방식을 적용할 경우, 출력 전류에 공진 전류가 발생하여 전류의 품질에 악영향을 미치는 문제가 발생한다. 따라서, 고효율이 가능하며 전류의 품질을 개선할 수 있는 인버터 제어 기법들이 필요하다.When a discontinuous voltage modulation method is applied to an inverter using an LC filter or an LCL filter, there arises a problem that a resonance current is generated in the output current and adversely affects the quality of the current. Therefore, there is a need for inverter control techniques capable of high efficiency and improving current quality.

한편, 기존의 출력 전류의 공진 문제를 저감하기 위한 방법은 수동 댐핑 기법 과 능동 댐핑 기법 방법으로 나뉜다.On the other hand, the conventional method for reducing the resonance problem of the output current is divided into the passive damping method and the active damping method.

상기 수동 댐핑 기법은 필터 커패시터에 댐핑 저항을 연결하여 구성할 수 있다. 이 방법은 전류의 공진을 저감할 수 있지만 댐핑 저항에 지속적인 손실이 발생하고 추가적인 방열 시스템이 요구된다.The passive damping technique can be constructed by connecting a damping resistor to the filter capacitor. This method can reduce the resonance of the current, but there is a continuous loss in the damping resistance and an additional heat dissipation system is required.

상기 능동 댐핑 기법은 디지털 필터를 사용한 소프트웨어를 통해 구성할 수 있다. 불연속 전압 변조 방식을 사용할 경우 발생하는 전류의 공진은 변조 신호가 불연속적으로 변하는 순간에 발생하기 때문에 공진 전류를 추출한 후 제어해야 하는 능동 댐핑 기법으로는 전류의 공진 문제를 해결할 수 없다.The active damping technique can be configured through software using a digital filter. Since the resonance of the current generated when the discontinuous voltage modulation method is used occurs at the moment when the modulation signal is discontinuously changed, the resonance problem of the current can not be solved by the active damping technique in which the resonance current should be extracted and controlled.

관련 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1027937호(발명의 명칭: 무변압기형 계통연계 태양광 발전 시스템의 전력변환장치, 등록일자: 2011년 04월 01일)가 있다.Related Prior Art Korean Patent Registration No. 10-1027937 entitled " Power Transducer in a Transformer-Type Grid-Connect Photovoltaic System ", Registered on Apr. 1, 2011) is available.

본 발명의 일 실시예는 불연속 전압 변조 방식의 오프셋 전압에 6차 고조파, 12차 고조파 등의 n차 고조파를 주입하여 출력 전압에 발생하는 고조파를 저감함으로써 출력 전류에 발생하는 공진 전류를 저감할 수 있는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치 및 방법을 제공한다.In an embodiment of the present invention, harmonic waves generated in an output voltage are reduced by injecting an n-th order harmonic such as a sixth harmonic wave or a twelfth harmonic wave into an offset voltage of a discontinuous voltage modulation method to reduce a resonance current generated in an output current A grid-connected power conversion apparatus and method based on a discontinuous voltage modulation method are provided.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치는 직류 전원에서 출력되는 직류 전압, 및 전류 제어기에서 출력되는 상전압 지령에 기초하여 제1 오프셋 전압을 발생하는 오프셋 전압 발생기; 위상 고정 루프와 전기적으로 연결되고, 상기 위상 고정 루프에서 출력되는, 계통의 위상각에 기초하여 n차 고조파(상기 n은 정수)를 발생하는 고조파 발생기; 및 상기 제1 오프셋 전압에 상기 n차 고조파를 주입하여 새로운 제2 오프셋 전압을 생성하고, 상기 상전압 지령에 상기 제2 오프셋 전압을 더하여 생성되는 극전압 지령에 기초하여, 인버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 출력하는 신호 제어부를 포함한다.The grid-connected power conversion apparatus based on the discontinuous voltage modulation method according to an embodiment of the present invention includes a DC voltage output from the DC power supply and an offset voltage for generating a first offset voltage based on a phase voltage command output from the current controller generator; A harmonic generator that is electrically connected to the phase locked loop and generates an nth-order harmonic (where n is an integer) based on a phase angle of the system output from the phase locked loop; And a control circuit for controlling the inverter circuit based on a polarity voltage command generated by adding the n-th order harmonic to the first offset voltage to generate a new second offset voltage and adding the second offset voltage to the phase voltage command And a signal controller for outputting a PWM signal.

상기 고조파 발생기는 상기 인버터 회로의 3상 계통 전압에 기초하여 상기 위상 고정 루프로부터 상기 계통의 위상각을 추정하고, 상기 계통의 위상각에 기초하여 상기 n차 고조파를 발생할 수 있다.The harmonic generator may estimate the phase angle of the system from the phase locked loop based on the three-phase system voltage of the inverter circuit and generate the n-th harmonic based on the phase angle of the system.

상기 고조파 발생기는 상기 계통의 위상각에 6배 하여 6차 고조파의 위상각을 발생할 수 있다.The harmonic generator may generate a phase angle of sixth harmonic by six times the phase angle of the system.

상기 신호 제어부는 상기 극전압 지령이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되는 60도 구간 중 처음과 마지막 15도 구간에 상기 6차 고조파를 주입하여 상기 제2 오프셋 전압을 생성할 수 있다.The signal control unit generates the second offset voltage by injecting the sixth harmonic in the first and last 15-degree intervals of the 60-degree interval in which the pole voltage command is fixed to the DC bus (+ DC bus or -DC-bus) can do.

상기 6차 고조파의 크기는 상기 디씨 버스의 전압 크기와 상기 상전압 지령 중 가장 큰 전압 크기의 차이 값일 수 있다.The magnitude of the sixth harmonic may be a difference between a voltage magnitude of the DC bus and a magnitude of a voltage of the phase voltage command.

상기 고조파 발생기는 상기 계통의 위상각에 12배 하여 12차 고조파의 위상각을 발생할 수 있다.The harmonic generator may generate a twelfth harmonic phase angle by twelve times the phase angle of the system.

상기 신호 제어부는 상기 극전압 지령이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되는 60도 구간 중 처음과 마지막 7.5도 구간에 상기 12차 고조파를 주입하여 상기 제2 오프셋 전압을 생성할 수 있다.The signal control unit generates the second offset voltage by injecting the twelfth harmonic in the first and the last 7.5 degree intervals of the 60 degree interval in which the pole voltage command is fixed to the DC bus (+ DC bus or -DC bus) can do.

상기 12차 고조파의 크기는 상기 디씨 버스의 전압 크기와 상기 상전압 지령 중 가장 큰 전압 크기의 차이 값일 수 있다.The size of the 12th harmonic may be a difference between a voltage magnitude of the DC bus and a magnitude of a voltage of the phase voltage command.

상기 신호 제어부는 상기 상전압 지령에 상기 제2 오프셋 전압을 더하여 상기 극전압 지령이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되도록 함으로써 상기 불연속 전압 변조 방식에 의해 일정 각도마다 불연속적으로 변하는 전압 구간을 연속적으로 변하는 전압 구간으로 변화시켜 상기 인버터 회로의 출력 전류에 발생하는 공진 전류를 저감시킬 수 있다.The signal control unit adds the second offset voltage to the phase voltage command to fix the pole voltage command to the DC bus (+ DC bus or -DC-bus), so that the disc voltage command is discontinuous Can be changed to a continuously varying voltage section to reduce the resonance current generated in the output current of the inverter circuit.

상기 인버터 회로는 상기 PWM 신호에 기초한 온 또는 오프 상태의 전환을 통해, 상기 직류 전압으로부터 입력되는 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 복수의 스위칭 소자; 및 인버터 및 계통 측 인덕터와 필터 커패시터를 구비하고, 상기 교류 전압으로부터 상기 복수의 스위칭 소자의 온 또는 오프 상태의 전환에 의한 고주파 성분을 제거하는 계통 연계 필터를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자는 상전압의 한 주기 중에 전압 크기가 가장 큰 60도 구간 동안 상기 온 또는 오프 상태의 전환을 위한 스위칭 동작을 수행하지 않음으로써 상기 온 또는 오프 상태 중 어느 하나를 유지하도록 할 수 있다.Wherein the inverter circuit includes: a plurality of switching elements for converting the direct-current voltage input from the direct-current voltage into an alternating-current voltage through the switching of an ON or OFF state based on the PWM signal; And a system interconnection filter having an inverter and a system side inductor and a filter capacitor and removing a high frequency component due to the switching of the on or off state of the plurality of switching elements from the AC voltage, It is possible to maintain either the ON state or the OFF state by not performing the switching operation for switching the on or off state during a 60-degree interval in which the voltage magnitude is greatest during one period of the voltage.

본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치의 제어 방법은 계통 연계형 전력 변환 장치의 오프셋 전압 발생기에서, 직류 전원에서 출력되는 직류 전압, 및 전류 제어기에서 출력되는 상전압 지령에 기초하여 제1 오프셋 전압을 발생하는 단계; 상기 계통 연계형 전력 변환 장치의 고조파 발생기에서, 위상 고정 루프에서 출력되는, 계통의 위상각에 기초하여 n차 고조파(상기 n은 정수)를 발생하는 단계; 상기 계통 연계형 전력 변환 장치의 신호 제어부에서, 상기 제1 오프셋 전압에 상기 n차 고조파를 주입하여 새로운 제2 오프셋 전압을 생성하는 단계; 및 상기 신호 제어부에서, 상기 상전압 지령에 상기 제2 오프셋 전압을 더하여 생성되는 극전압 지령에 기초하여, 인버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 출력하는 단계를 포함한다.A method of controlling a grid-connected power conversion apparatus based on a discontinuous voltage modulation method according to an embodiment of the present invention includes a DC voltage output from a DC power supply and a DC voltage output from a current controller Generating a first offset voltage based on the phase voltage command; Generating, in the harmonic generator of the grid-connected power converter, an n-th order harmonic (n is an integer) based on a phase angle of the system output from the phase locked loop; Generating a second offset voltage by injecting the n-th order harmonic into the first offset voltage in the signal controller of the grid-connected power converter; And outputting a PWM signal for controlling the inverter circuit based on a polarity voltage command generated by adding the second offset voltage to the phase voltage command in the signal controller.

상기 n차 고조파를 발생하는 단계는 상기 인버터 회로의 3상 계통 전압에 기초하여 상기 위상 고정 루프로부터 상기 계통의 위상각을 추정하는 단계; 및 상기 계통의 위상각에 기초하여 상기 n차 고조파를 발생하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein generating the n-th harmonic comprises: estimating a phase angle of the system from the phase locked loop based on a three-phase system voltage of the inverter circuit; And generating the n-th order harmonic based on the phase angle of the system.

상기 계통의 위상각에 기초하여 상기 n차 고조파를 발생하는 단계는 상기 계통의 위상각에 6배 하여 6차 고조파의 위상각을 발생하는 단계; 또는 상기 계통의 위상각에 12배 하여 12차 고조파의 위상각을 발생하는 단계를 포함할 수 있다.Generating the n-th harmonic based on the phase angle of the system comprises: generating a sixth harmonic phase angle by six times the phase angle of the system; Or 12 times the phase angle of the system to generate a phase angle of the 12th harmonic.

상기 제2 오프셋 전압을 생성하는 단계는 상기 극전압 지령이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되는 60도 구간 중 처음과 마지막 15도 구간에 상기 6차 고조파를 주입하여 상기 제2 오프셋 전압을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The step of generating the second offset voltage may include injecting the sixth harmonic into the first and the last 15-degree intervals of the 60-degree interval in which the polar voltage command is fixed to the DC bus (+ DC bus or -DC-bus) And generating a second offset voltage.

상기 제2 오프셋 전압을 생성하는 단계는 상기 극전압 지령이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되는 60도 구간 중 처음과 마지막 7.5도 구간에 상기 12차 고조파를 주입하여 상기 제2 오프셋 전압을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the second offset voltage may include injecting the twelfth harmonic into the first and the last 7.5 degree intervals of the 60 degree interval in which the polar voltage command is fixed to the DC bus (+ DC bus or-DC bus) And generating a second offset voltage.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.The details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 불연속 전압 변조 방식의 오프셋 전압에 6차 고조파, 12차 고조파 등의 n차 고조파를 주입하여 출력 전압에 발생하는 고조파를 저감함으로써 출력 전류에 발생하는 공진 전류를 저감할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, an n-order harmonic such as a sixth harmonic or a twelfth harmonic is injected into an offset voltage of a discontinuous voltage modulation method to reduce a harmonic generated in an output voltage, thereby reducing a resonant current generated in an output current can do.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 출력 전류에 발생하는 공진 전류를 저감함으로써 계통 연계형 전력 변환 장치의 고효율이 가능하도록 하고, 나아가 출력 전류의 품질을 향상시킬 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the efficiency of the grid-connected power converter can be improved by reducing the resonance current generated in the output current, and further, the quality of the output current can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이다.
도 2는 도 1의 인버터 회로의 상세 구성을 도시한 회로도이다.
도 3은 도 1의 제어 회로의 상세 구성을 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 계통 연계 필터로 사용되는 LCL 필터의 등가 회로를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 새로운 제2 오프셋을 생성하기 위해 제1 오프셋 전압에 6차 고조파를 주입하는 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서, 시간 영역에서의 변조 신호(극전압 지령, 제2 오프셋 전압) 및 출력 전류를 나타낸 파형도이다.
도 7은 기존의 60도 불연속 전압 변조 방식과 본 발명의 일 실시예를 적용한 출력 전류의 THD 결과를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a grid-based power conversion apparatus based on a discontinuous voltage modulation method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the inverter circuit of Fig.
3 is a circuit diagram showing a detailed configuration of the control circuit of FIG.
4 is a diagram showing an equivalent circuit of an LCL filter used as a grid interconnect filter in an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a method of injecting a sixth harmonic into a first offset voltage to generate a new second offset in an embodiment of the present invention.
6 is a waveform diagram showing a modulation signal (polarity voltage command, second offset voltage) and an output current in the time domain in an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a comparison between a conventional 60-degree discontinuous voltage modulation method and a THD result of an output current according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of controlling a grid-connected power conversion apparatus based on a discontinuous voltage modulation method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치를 설명하기 위해 도시한 블록도이고, 도 2는 도 1의 인버터 회로(120)의 상세 구성을 도시한 회로도이며, 도 3은 도 1의 제어 회로(130)의 상세 구성을 도시한 회로도이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a grid-based power conversion apparatus based on a discontinuous voltage modulation method according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a detailed configuration of the inverter circuit 120 of FIG. 1 3 is a circuit diagram showing the detailed configuration of the control circuit 130 of FIG.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치(100)는 직류 전원(110), 인버터 회로(120), 및 제어 회로(130)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 3, the discontinuous voltage modulation type grid-connected power inverter 100 according to an embodiment of the present invention includes a DC power source 110, an inverter circuit 120, and a control circuit 130 ). ≪ / RTI >

상기 직류 전원(110)은 직류 전력을 출력하는 전원 소스(power source)로서, 예를 들어 태양 전지 등의 신재생 에너지 발전 장치를 포함할 수 있다. 앞선 예와 같은 경우, 상기 태양 전지는 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써 상기 직류 전력을 생성할 수 있다.The DC power source 110 may be a power source for outputting DC power and may include a renewable energy generation device such as a solar cell. In the case of the foregoing example, the solar cell can generate the direct current power by converting solar energy into electric energy.

상기 직류 전원(110)은 상기 생성된 직류 전력을 상기 인버터 회로(122)에 출력한다. 또한, 상기 직류 전원(110)은 상기 태양 전지에 의해 직류 전력을 생성하는 것에 한정되지 않으며, 예를 들어 연료전지, 축전지, 전기 이중층 컨덴서나 리튬 이온 전지 등에 의해서도 상기 직류 전력을 생성할 수 있다.The DC power supply 110 outputs the generated DC power to the inverter circuit 122. Also, the DC power supply 110 is not limited to generating the DC power by the solar cell. For example, the DC power may be generated by a fuel cell, a storage battery, an electric double layer condenser, a lithium ion battery, or the like.

또한, 상기 직류 전원(110)은 디젤 엔진 발전기, 마이크로 가스 터빈 발전기나 풍력 터빈 발전기 등에 의해 생성된 교류 전력을 직류 전력으로 변환해서 출력하는 장치에 의해서도 상기 직류 전력을 생성할 수 있다.Also, the DC power source 110 may generate the DC power by converting the AC power generated by the diesel engine generator, the micro gas turbine generator, the wind turbine generator, or the like into DC power and outputting the DC power.

상기 인버터 회로(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 스위칭 소자(210) 및 계통 연계 필터(220)를 포함하여 구성될 수 있다.The inverter circuit 120 may include a plurality of switching devices 210 and a grid interconnect filter 220 as shown in FIG.

상기 복수의 스위칭 소자(210)는 인버터 회로(120)를 제어하기 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 신호에 기초한 온(on) 또는 오프(off) 상태의 전환을 통해, 상기 직류 전압으로부터 입력되는 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환할 수 있다.The plurality of switching devices 210 may be switched on or off based on a PWM (Pulse Width Modulation) signal for controlling the inverter circuit 120 so that the direct current The voltage can be converted into an AC voltage.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 스위칭 소자(210)는 상전압의 한 주기 중에 전압 크기가 가장 큰 60도 구간 동안 상기 온 또는 오프 상태의 전환을 위한 스위칭 동작을 수행하지 않음으로써 상기 온 또는 오프 상태 중 어느 하나를 유지하도록 할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the plurality of switching elements 210 do not perform a switching operation for switching the on or off state during a maximum period of 60 degrees during one period of a phase voltage, Or the OFF state of the second transistor.

다시 말해, 상기 복수의 스위칭 소자(210)는 상기 60도 구간 동안 3상 중에서 한 상만 스위칭 하지 않음으로써, 해당 한 상의 상태를 온 또는 오프 중 어느 하나만으로 유지하도록 할 수 있다.In other words, the plurality of switching elements 210 may not switch only one of the three phases during the 60-degree interval, thereby maintaining the state of the corresponding one of the switching elements 210 on or off.

본 발명의 일 실시예에서는 상기와 같은 스위칭 동작 제어를 통해 불연속 전압 변조 방식 기반으로 상기 전력 변환 장치(100)가 동작하도록 하며, 후술하는 상기 제어 회로(130)를 통해 오프셋 전압이 연속적으로 변하도록 제어함으로써 상기 인버터 회로(120)의 출력 전류의 공진 문제를 해결할 수 있다. 상기 제어 회로(130)에 대해서는 도 3을 참조하여 후술한다.In an embodiment of the present invention, the power conversion apparatus 100 is operated based on the discontinuous voltage modulation scheme through the switching operation control described above, and the offset voltage is continuously changed through the control circuit 130 The resonance problem of the output current of the inverter circuit 120 can be solved. The control circuit 130 will be described later with reference to Fig.

상기 계통 연계 필터(220)는 인버터 및 계통 측 인덕터(Li, Lg)와 필터 커패시터(Cf)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 계통 연계 필터(220)는 LCL 필터로 구현될 수 있다. 또 달리, 상기 계통 연계 필터(220)는 LC 필터로 구현될 수도 있다.The grid coupling filter 220 may include an inverter and a system side inductor L i , L g and a filter capacitor C f . That is, the grid link filter 220 may be implemented as an LCL filter. Alternatively, the grid coupling filter 220 may be implemented as an LC filter.

여기서, 상기 계통 연계 필터(220)로 사용되는 상기 LCL 필터의 등가 회로는 도 4와 같다. 즉, 상기 LCL 필터는 인버터 및 계통 측 인덕터(Li, Lg)와 필터 커패시터(Cf)로 표현될 수 있다. 상기 LCL 필터를 사용할 경우, L과 C에 의해서 공진 현상이 발생하고 공진 주파수(fresonant)를 중심으로 공진 대역이 형성된다.The equivalent circuit of the LCL filter used as the grid interconnect filter 220 is shown in FIG. That is, the LCL filter may be represented by an inverter and a system side inductor (L i , L g ) and a filter capacitor (C f ). When the LCL filter is used, a resonance phenomenon occurs by L and C, and a resonance band is formed around the resonance frequency (f resonant ).

본 발명의 일 실시예에 적용되는 불연속 전압 변조 방식에 의해 발생하는 고조파의 주파수가 상기 공진 대역과 겹치게 되면, 상기 인버터 회로(120)의 출력 전류가 공진하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 앞서 언급한 바와 같이 후술하는 상기 제어 회로(130)를 통해 상기 오프셋 전압이 연속적으로 변하도록 제어함으로써 상기 인버터 회로(120)의 출력 전류의 공진 문제를 해결할 수 있다.If the harmonic frequency generated by the discontinuous voltage modulation method applied to the embodiment of the present invention is overlapped with the resonance band, a problem that the output current of the inverter circuit 120 resonates may occur. Therefore, in one embodiment of the present invention, as described above, the offset voltage is continuously changed through the control circuit 130, which will be described later, to solve the resonance problem of the output current of the inverter circuit 120 .

상기 공진 주파수는 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.The resonance frequency can be expressed by Equation (1) below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112015064026918-pat00001
Figure 112015064026918-pat00001

여기서, fresonant는 공진 주파수, Li는 인버터 측 인덕터, Lg는 계통 측 인덕터, Cf는 필터 커패시터를 각각 나타낸다.Where f resonant is the resonant frequency, L i is the inverter side inductor, L g is the system side inductor, and C f is the filter capacitor.

상기 계통 연계 필터(220)는 상기 교류 전압으로부터 상기 복수의 스위칭 소자(210)의 온 또는 오프 상태의 전환에 의한 고주파 성분을 제거할 수 있다.The grid coupling filter 220 can remove high frequency components due to the switching of the on / off states of the plurality of switching elements 210 from the AC voltage.

상기 제어 회로(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 오프셋 전압 발생기(310), 고조파 발생기(320), 및 신호 제어부(330)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 상기 제어 회로(130)는 전류 제어기(301) 및 위상 고정 루프(PPL)(302)를 더 포함할 수 있다.The control circuit 130 may include an offset voltage generator 310, a harmonic generator 320, and a signal controller 330, as shown in FIG. In addition, the control circuit 130 may further include a current controller 301 and a phase locked loop (PPL) 302.

상기 오프셋 전압 발생기(310)는 직류 전원(110)에서 출력되는 직류 전압(Vdc), 및 상기 전류 제어기(301)에서 출력되는 상전압 지령(V* abcs)에 기초하여 제1 오프셋 전압을 발생한다.The offset voltage generator 310 generates a first offset voltage based on the DC voltage V dc output from the DC power supply 110 and the phase voltage command V * abcs output from the current controller 301 do.

여기서, 상기 상전압 지령은 정현파(사인파) 신호이다. 또한, 상기 제1 오프셋 전압(Voffset)은 도 5의 좌측과 같은 파형을 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 오프셋 전압(Voffset)은 불연속적으로 변화하는 파형을 가질 수 있다.Here, the phase voltage command is a sinusoidal (sinusoidal) signal. In addition, the first offset voltage V offset may have a waveform as shown on the left side of FIG. That is, the first offset voltage V offset may have a discontinuous waveform.

상기 고조파 발생기(320)는 상기 위상 고정 루프(302)와 전기적으로 연결되고, 상기 위상 고정 루프(302)에서 출력되는, 계통(3상 전력 계통)(101)의 위상각(θ)에 기초하여 n차 고조파(상기 n은 정수)를 발생한다.The harmonic generator 320 is electrically connected to the phase locked loop 302 and is connected to the phase locked loop 302 based on the phase angle? Of the system (three phase power system) order harmonic (n is an integer).

즉, 상기 고조파 발생기(320)는 상기 인버터 회로(120)의 3상 계통 전압(Vabc)에 기초하여 상기 위상 고정 루프(302)로부터 상기 계통(101)의 위상각(θ)을 추정하고, 상기 계통(101)의 위상각(θ)에 기초하여 상기 n차 고조파를 발생할 수 있다.That is, the harmonic generator 320 estimates the phase angle? Of the system 101 from the phase locked loop 302 based on the three-phase system voltage V abc of the inverter circuit 120, The n-th order harmonic can be generated based on the phase angle [theta] of the system 101. [

일 실시예로, 상기 고조파 발생기(320)는 상기 계통(101)의 위상각(θ)에 6배 하여 6차 고조파의 위상각을 발생할 수 있다.In one embodiment, the harmonic generator 320 may generate a phase angle of the sixth harmonic by six times the phase angle? Of the system 101.

다른 실시예로, 상기 고조파 발생기(320)는 상기 계통(101)의 위상각(θ)에 12배 하여 12차 고조파의 위상각을 발생할 수 있다.In another embodiment, the harmonic generator 320 may generate a twelfth order harmonic phase angle by twelve times the phase angle? Of the system 101.

상기 신호 제어부(330)는 상기 제1 오프셋 전압에 상기 n차 고조파를 주입하여 새로운 제2 오프셋 전압을 생성하고, 극전압 지령에 기초하여, 상기 인버터 회로(120)를 제어하기 위한 제어 신호인 PWM 신호를 출력할 수 있다.The signal controller 330 generates the second offset voltage by injecting the n-th harmonic into the first offset voltage, and generates a second offset voltage based on the polarity voltage command, A signal can be output.

여기서, 상기 극전압 지령(V* an, V* bn, V* cn)은 하기 수학식 2와 같이, 상기 상전압 지령(V* as, V* bs, V* cs)에 상기 제2 오프셋 전압(Voffset)을 더하여 생성될 수 있다.Here, the pole voltage commands V * an , V * bn , and V * cn may be obtained by multiplying the phase voltage commands V * as , V * bs , and V * cs by the second offset voltage (V offset ).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112015064026918-pat00002
Figure 112015064026918-pat00002

여기서, V* an, V* bn, V* cn은 극전압 지령, V* as, V* bs, V* cs은 상전압 지령, Voffset은 제2 오프셋 전압을 각각 나타낸다.V * an , V * bn , and V * cn represent the polarity voltage command, V * as , V * bs , V * cs represent the phase voltage command, and V offset represents the second offset voltage, respectively.

이때, 상기 n차 고조파는 상기 고조파 발생기(320)에 의해 6차 고조파로 발생될 수 있다. 이러한 경우, 상기 신호 제어부(330)는 도 5의 우측에 도시된 바와 같이, 상기 극전압 지령(V* abcn)이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되는 60도 구간 중 처음과 마지막 15도 구간에 상기 6차 고조파를 주입하여 상기 제2 오프셋 전압(Vnew_offset)을 생성할 수 있다.At this time, the n-th harmonic wave may be generated as a sixth harmonic wave by the harmonic generator 320. In this case, as shown in the right part of FIG. 5, the signal controller 330 sets the polarity voltage command V * abcn to the DC bus (DC bus or -DC-bus) And the sixth offset voltage V new_offset may be generated by injecting the sixth harmonic in the first and last 15 degrees intervals.

여기서, 상기 6차 고조파의 크기는 상기 디씨 버스의 전압 크기와 상기 상전압 지령(V* abcs) 중 가장 큰 전압 크기의 차이 값일 수 있다.Here, the magnitude of the sixth harmonic may be a difference between a voltage magnitude of the DC bus and a magnitude of a voltage of the phase voltage command (V * abcs ).

또한, 상기 제2 오프셋 전압(Vnew _offset)은 상기 6차 고조파의 주입에 따라, 불연속적으로 변하는 상기 제1 오프셋 전압(Voffset)과 달리, 연속적으로 변화하는 파형을 가질 수 있다. 상기 제2 오프셋 전압(Vnew _offset)은 하기 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.Further, unlike the second offset voltage (V new _offset) is the first offset voltage (V offset) according to the injection of the sixth-order harmonics, varied discontinuously, and can have a waveform that changes continuously. The second offset voltage (V new _offset) can be expressed as Equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112015064026918-pat00003
Figure 112015064026918-pat00003

여기서, Vnew _offset은 제2 오프셋 전압, Vdc는 직류 전압, V* as, V* bs는 상전압 지령, ω360은 360Hz의 각속도, t는 시간을 각각 나타낸다.Here, V new _offset a second offset voltage, V dc is the DC voltage, V * as, bs * V is the voltage command, 360 ω is the angular speed of 360Hz, t represents the time, respectively.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존에 상기 제1 오프셋 전압(Voffset)의 불연속적으로 변하는 순간에 발생하는 많은 전압의 고조파들을 저감할 수 있어 출력 전류에 발생하는 공진 전류를 저감할 수 있다.Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce harmonics of a large number of voltages generated at the instant when the first offset voltage V offset is discontinuously changed, thereby reducing the resonance current generated in the output current .

참고로, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 극전압 지령(V* abcn)은 도 6의 i)과 같이 나타날 수 있고, 상기 제2 오프셋 전압(Vnew _offset)은 도 6의 ii)와 같이 나타날 수 있으며, 상기 인버터 회로(120)의 출력 전류는 도 6의 iii)과 같이 나타날 수 있다. 특히, 도 6의 클램핑 모멘트에서(at the clamping moment), 기존에는 오프셋 전압의 불연속적인 변화로 인해 고조파가 많이 발생하여 출력 전류의 공진 문제가 발생하였지만, 본 발명의 일 실시예에 의하면 상기 제2 오프셋 전압(Vnew _offset)이 연속적으로 변함으로 인해 고조파의 발생이 저감된 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 상기 인버터 회로(120)의 출력 전류의 공진 문제를 해결할 수 있다.Note that, in one embodiment of the invention, such as the pole voltage command (V * abcn) is said second offset voltage (V new _offset) is ii of Figure 6, it can appear as i) in Fig. 6) And the output current of the inverter circuit 120 may be represented as iii) in FIG. In particular, in the clamping moment of FIG. 6, a harmonic is generated due to a discontinuous change of the offset voltage in the prior art, and a resonance problem of the output current occurs. However, according to the embodiment of the present invention, the offset voltage (V new _offset) may be due to change continuously confirmed that the generation of harmonics reduced, and can solve the problem of the output resonant current of the inverter circuit 120 through it.

한편, 상기 n차 고조파는 상기 고조파 발생기(320)에 의해 12차 고조파로 발생될 수도 있다. 이러한 경우, 상기 신호 제어부(330)는 상기 극전압 지령(V* abcn)이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되는 60도 구간 중 처음과 마지막 7.5도 구간에 상기 12차 고조파를 주입하여 상기 제2 오프셋 전압(Vnew _offset)을 생성할 수 있다.The n-th order harmonic may be generated by the harmonic generator 320 in the twelfth order harmonic. In this case, the signal controller 330 sets the 12- th order voltage Vc * in the first and the last 7.5-degree intervals of the 60-degree interval in which the pole voltage command V * abcn is fixed to the DC bus (+ DC bus or -DC- It can be injected into the harmonic generating the second offset voltage (V new _offset).

여기서, 상기 12차 고조파의 크기는 상기 디씨 버스의 전압 크기와 상기 상전압 지령 중 가장 큰 전압 크기의 차이 값일 수 있다.Here, the size of the twelfth harmonic may be a difference between the voltage magnitude of the DC bus and the largest voltage magnitude of the phase voltage command.

또한, 상기 제2 오프셋 전압(Vnew _offset)은 상기 12차 고조파의 주입에 따라, 불연속적으로 변하는 상기 제1 오프셋 전압(Voffset)과 달리, 연속적으로 변화하는 파형을 가질 수 있다. 상기 제12차 고조파가 주입되는 경우, 상기 제2 오프셋 전압은 상기 수학식 3에서 "ω360t"를 "ω720t"로, "π/12, 3π/12, 4π/12" 등을 "π/24, 3π/24, 4π/24" 등으로 변경 적용하여 표현될 수 있다.Further, unlike the second offset voltage (V new _offset) is the first offset voltage (V offset) according to the injection of the 12 th harmonic, changes discontinuously, and can have a waveform that changes continuously. The case where the the 12th-order harmonic injection, the second offset voltage in the equation 3, "ω 360 t" a "ω 720 t" in, "π / 12, 3π / 12, 4π / 12" and " π / 24, 3π / 24, 4π / 24 ", and the like.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존에 상기 제1 오프셋 전압(Voffset)의 불연속적으로 변하는 순간에 발생하는 많은 전압의 고조파들을 저감할 수 있어 출력 전류에 발생하는 공진 전류를 저감할 수 있다.Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce harmonics of a large number of voltages generated at the instant when the first offset voltage V offset is discontinuously changed, thereby reducing the resonance current generated in the output current .

이를 위해, 상기 신호 제어부(330)는 상기 상전압 지령에 상기 제2 오프셋 전압을 더하여 상기 극전압 지령(V* abcs)이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되도록 함으로써, 상기 불연속 전압 변조 방식에 의해 일정 각도(60도)마다 불연속적으로 변하는 전압 구간을 연속적으로 변하는 전압 구간으로 변화시켜 상기 인버터 회로(120)의 출력 전류에 발생하는 공진 전류를 저감시킬 수 있다.To this end, the signal controller 330 adds the second offset voltage to the phase voltage command so that the pole voltage command V * abcs is fixed to the DC bus (-DC bus or -DC-bus) It is possible to reduce the resonance current generated in the output current of the inverter circuit 120 by varying the voltage section that varies discontinuously for every predetermined angle (60 degrees) by the discontinuous voltage modulation method to a continuously varying voltage section.

한편, 기존의 60도 불연속 전압 변조 방식과 본 발명의 일 실시예를 적용한 출력 전류의 THD(Total Harmonic Distortion)는 도 7과 같다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예를 적용한 출력 전류의 THD는 기존 60도 불연속 전압 변조 방식을 적용한 출력 전류의 THD에 비해 부하율(%) 전 구간에서 그 값이 더 작은 것을 확인할 수 있다.The conventional 60-degree discontinuous voltage modulation method and THD (Total Harmonic Distortion) of the output current according to an embodiment of the present invention are shown in FIG. That is, as shown in FIG. 7, the THD of the output current according to an embodiment of the present invention is smaller than the THD of the output current using the conventional 60-degree discontinuous voltage modulation method, .

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치의 제어 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating a method of controlling a grid-connected power conversion apparatus based on a discontinuous voltage modulation method according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 8을 참조하면, 단계(810)에서 상기 오프셋 전압 발생기(310)는 직류 전원의 직류 전압(Vdc), 및 상기 전류 제어기(301)에서 출력되는 상전압 지령(V* abcs)에 기초하여 제1 오프셋 전압(Voffset)을 발생한다.3 and 8, in step 810, the offset voltage generator 310 generates a DC voltage V dc of the DC power source and a phase voltage command V * abcs output from the current controller 301, And generates a first offset voltage V offset based on the first offset voltage V offset .

다음으로, 단계(820)에서 상기 고조파 발생기(320)는 상기 위상 고정 루프(302)에서 출력되는, 계통의 위상각(θ)에 기초하여 n차 고조파를 발생한다.Next, in step 820, the harmonic generator 320 generates an n-th order harmonic based on the phase angle? Of the system output from the phase locked loop 302.

이때, 상기 고조파 발생기(320)는 상기 인버터 회로의 3상 계통 전압에 기초하여 상기 위상 고정 루프(302)로부터 상기 계통의 위상각(θ)을 추정하고, 상기 계통의 위상각(θ)에 기초하여 상기 n차 고조파를 발생할 수 있다.At this time, the harmonic generator 320 estimates the phase angle? Of the system from the phase locked loop 302 based on the three-phase system voltage of the inverter circuit, Thereby generating the n-th order harmonic.

예를 들어, 상기 고조파 발생기(320)는 상기 계통의 위상각(θ)에 6배 하여 6차 고조파의 위상각을 발생할 수 있으며, 또 달리 상기 계통의 위상각(θ)에 12배 하여 12차 고조파의 위상각을 발생할 수도 있다.For example, the harmonic generator 320 can generate a phase angle of the sixth harmonic by six times the phase angle of the system. Alternatively, the harmonic generator 320 may twiddle the phase angle &thetas; It may also generate a phase angle of harmonics.

다음으로, 단계(830)에서 상기 신호 제어부(330)는 상기 제1 오프셋 전압(Voffset)에 상기 n차 고조파를 주입하여 새로운 제2 오프셋 전압(Vnew _offset)을 생성한다.Next, the signal control unit 330 in step 830 generates a new second offset voltage (V new _offset) is injected into the n-th harmonic to said first offset voltage (V offset).

이때, 상기 신호 제어부(330)는 상기 극전압 지령(V* abcn)이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되는 60도 구간 중 처음과 마지막 15도 구간에 상기 6차 고조파를 주입하여 상기 제2 오프셋 전압을 생성할 수 있다.At this time, the signal controller 330 sets the sixth harmonic ( Vdd ) in the first and last 15 degree intervals of the 60 degree interval in which the pole voltage command V * abcn is fixed to the DC bus (+ DC bus or- So as to generate the second offset voltage.

또 달리, 상기 신호 제어부(330)는 상기 극전압 지령(V* abcn)이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되는 60도 구간 중 처음과 마지막 7.5도 구간에 상기 12차 고조파를 주입하여 상기 제2 오프셋 전압을 생성할 수 있다.Alternatively, the signal controller 330 may control the polarity of the 12-th (n + 1 ) -th cycle in the first and the last 7.5-degree intervals of the 60-degree interval in which the pole voltage command V * abcn is fixed to the DC- And the second offset voltage may be generated by injecting harmonics.

다음으로, 단계(840)에서 상기 신호 제어부(330)는 상기 상전압 지령(V* abcs)에 상기 제2 오프셋 전압(Vnew _offset)을 더하여 생성되는 상기 극전압 지령(V* abcn)에 기초하여, 상기 인버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 출력한다.Next, based upon the signal control unit 330 is the pole voltage command (V * abcn) is generated by adding the second offset voltage (V new _offset) to the phase voltage command (V * abcs) in step 840, And outputs a PWM signal for controlling the inverter circuit.

본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.Embodiments of the present invention include computer readable media including program instructions for performing various computer implemented operations. The computer-readable medium may include program instructions, local data files, local data structures, etc., alone or in combination. The media may be those specially designed and constructed for the present invention or may be those known to those skilled in the computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floppy disks, and ROMs, And hardware devices specifically configured to store and execute the same program instructions. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only by the appended claims, and all equivalent or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.

101: 3상 전력 계통
110: 직류 전원
120: 인버터 회로
130: 제어 회로
210: 복수의 스위칭 소자
220: 계통 연계 필터
301: 전류 제어기
302: 위상 고정 루프
310: 오프셋 전압 발생기
320: 고조파 발생기
330: 신호 제어부
101: Three phase power system
110: DC power source
120: inverter circuit
130: control circuit
210: a plurality of switching elements
220: Grid filter
301: Current controller
302: phase locked loop
310: Offset voltage generator
320: Harmonic generator
330: Signal control section

Claims (15)

직류 전원에서 출력되는 직류 전압, 및 전류 제어기에서 출력되는 상전압 지령에 기초하여 제1 오프셋 전압을 발생하는 오프셋 전압 발생기;
위상 고정 루프와 전기적으로 연결되고, 상기 위상 고정 루프에서 출력되는, 계통의 위상각에 기초하여 n차 고조파(상기 n은 자연수)를 발생하는 고조파 발생기; 및
상기 제1 오프셋 전압에 상기 n차 고조파를 주입하여 새로운 제2 오프셋 전압을 생성하고, 상기 상전압 지령에 상기 제2 오프셋 전압을 더하여 생성되는 극전압 지령에 기초하여, 인버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 출력하는 신호 제어부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치.
An offset voltage generator for generating a first offset voltage based on a DC voltage output from the DC power supply and a phase voltage command output from the current controller;
A harmonic generator that is electrically connected to the phase locked loop and generates an nth-order harmonic (where n is a natural number) based on a phase angle of the system output from the phase locked loop; And
A second offset voltage is generated by adding the n-th harmonic to the first offset voltage, and a second offset voltage is generated by adding the second offset voltage to the phase voltage command to generate a PWM A signal control unit
And a second power supply connected between the first power supply and the second power supply.
제1항에 있어서,
상기 고조파 발생기는
상기 인버터 회로의 3상 계통 전압에 기초하여 상기 위상 고정 루프로부터 상기 계통의 위상각을 추정하고, 상기 계통의 위상각에 기초하여 상기 n차 고조파를 발생하는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치.
The method according to claim 1,
The harmonic generator
Estimating a phase angle of the system from the phase locked loop based on the three-phase system voltage of the inverter circuit, and generating the n-th harmonic based on the phase angle of the system. Grid - connected power converter.
제2항에 있어서,
상기 고조파 발생기는
상기 계통의 위상각에 6배 하여 6차 고조파의 위상각을 발생하는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치.
3. The method of claim 2,
The harmonic generator
And a phase angle of a sixth harmonic is generated by six times the phase angle of the system.
제3항에 있어서,
상기 신호 제어부는
상기 극전압 지령이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되는 60도 구간 중 처음과 마지막 15도 구간에 상기 6차 고조파를 주입하여 상기 제2 오프셋 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치.
The method of claim 3,
The signal control unit
And the sixth offset voltage is generated by injecting the sixth harmonic in the first and last 15-degree intervals of the 60-degree interval in which the pole voltage command is fixed to the DC bus (+ DC bus or -DC-bus) Based on a discrete voltage modulation scheme.
제4항에 있어서,
상기 6차 고조파의 크기는
상기 디씨 버스의 전압 크기와 상기 상전압 지령 중 가장 큰 전압 크기의 차이 값인 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치.
5. The method of claim 4,
The size of the sixth harmonic is
Wherein the difference between the voltage magnitude of the DC bus and the maximum voltage magnitude of the phase voltage command is a difference value between the voltage magnitude of the DC bus and the phase voltage command.
제2항에 있어서,
상기 고조파 발생기는
상기 계통의 위상각에 12배 하여 12차 고조파의 위상각을 발생하는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치.
3. The method of claim 2,
The harmonic generator
And a twelfth-order harmonic phase angle is generated by 12 times the phase angle of the system.
제6항에 있어서,
상기 신호 제어부는
상기 극전압 지령이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되는 60도 구간 중 처음과 마지막 7.5도 구간에 상기 12차 고조파를 주입하여 상기 제2 오프셋 전압을 생성하는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치.
The method according to claim 6,
The signal control unit
And the 12th-order harmonic is injected into the first and the last 7.5-degree intervals of the 60-degree interval in which the polar voltage command is fixed to the DC bus (+ DC bus or -DC-bus), thereby generating the second offset voltage Based on a discrete voltage modulation scheme.
제7항에 있어서,
상기 12차 고조파의 크기는
상기 디씨 버스의 전압 크기와 상기 상전압 지령 중 가장 큰 전압 크기의 차이 값인 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치.
8. The method of claim 7,
The size of the twelfth order harmonic
Wherein the difference between the voltage magnitude of the DC bus and the maximum voltage magnitude of the phase voltage command is a difference value between the voltage magnitude of the DC bus and the phase voltage command.
제1항에 있어서,
상기 신호 제어부는
상기 상전압 지령에 상기 제2 오프셋 전압을 더하여 상기 극전압 지령이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되도록 함으로써 상기 불연속 전압 변조 방식에 의해 일정 각도마다 불연속적으로 변하는 전압 구간을 연속적으로 변하는 전압 구간으로 변화시켜 상기 인버터 회로의 출력 전류에 발생하는 공진 전류를 저감시키는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치.
The method according to claim 1,
The signal control unit
And the second offset voltage is added to the phase voltage command so that the pole voltage command is fixed to the DC bus (+ DC bus or -DC-bus), whereby the voltage section discontinuously changing at every predetermined angle by the discontinuous voltage modulation method To a continuously varying voltage section to reduce the resonance current generated in the output current of the inverter circuit, based on the discontinuous voltage modulation method.
제1항에 있어서,
상기 인버터 회로는
상기 PWM 신호에 기초한 온 또는 오프 상태의 전환을 통해, 상기 직류 전압으로부터 입력되는 상기 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 복수의 스위칭 소자; 및
인버터 및 계통 측 인덕터와 필터 커패시터를 구비하고, 상기 교류 전압으로부터 상기 복수의 스위칭 소자의 온 또는 오프 상태의 전환에 의한 고주파 성분을 제거하는 계통 연계 필터
를 포함하고,
상기 복수의 스위칭 소자는
상전압의 한 주기 중에 전압 크기가 가장 큰 60도 구간 동안 상기 온 또는 오프 상태의 전환을 위한 스위칭 동작을 수행하지 않음으로써 상기 온 또는 오프 상태 중 어느 하나를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치.
The method according to claim 1,
The inverter circuit
A plurality of switching elements for converting the direct-current voltage input from the direct-current voltage into an alternating-current voltage through the switching of the on or off state based on the PWM signal; And
An inductor and a system side inductor and a filter capacitor, and a grid interconnect filter for removing high frequency components due to the switching of the on / off states of the plurality of switching elements from the AC voltage,
Lt; / RTI >
The plurality of switching elements
Wherein the switching operation for switching the on state or the off state is not performed during one cycle of the phase voltage during the maximum 60 degree interval so that either the on state or the off state is maintained. A system - based grid - connected power converter.
계통 연계형 전력 변환 장치의 오프셋 전압 발생기에서, 직류 전원에서 출력되는 직류 전압, 및 전류 제어기에서 출력되는 상전압 지령에 기초하여 제1 오프셋 전압을 발생하는 단계;
상기 계통 연계형 전력 변환 장치의 고조파 발생기에서, 위상 고정 루프에서 출력되는, 계통의 위상각에 기초하여 n차 고조파(상기 n은 자연수)를 발생하는 단계;
상기 계통 연계형 전력 변환 장치의 신호 제어부에서, 상기 제1 오프셋 전압에 상기 n차 고조파를 주입하여 새로운 제2 오프셋 전압을 생성하는 단계; 및
상기 신호 제어부에서, 상기 상전압 지령에 상기 제2 오프셋 전압을 더하여 생성되는 극전압 지령에 기초하여, 인버터 회로를 제어하기 위한 PWM 신호를 출력하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치의 제어 방법.
Generating a first offset voltage based on a DC voltage output from a DC power supply and a phase voltage command output from a current controller in an offset voltage generator of a grid-connected power conversion apparatus;
Generating a n-th order harmonic (n is a natural number) based on a phase angle of the system, output from the phase locked loop, in the harmonic generator of the grid-connected power converter;
Generating a second offset voltage by injecting the n-th order harmonic into the first offset voltage in the signal controller of the grid-connected power converter; And
Outputting a PWM signal for controlling the inverter circuit based on a polarity voltage command generated by adding the second offset voltage to the phase voltage command in the signal control section
And a control unit for controlling the power of the grid-connected power conversion apparatus based on the discontinuous voltage modulation method.
제11항에 있어서,
상기 n차 고조파를 발생하는 단계는
상기 인버터 회로의 3상 계통 전압에 기초하여 상기 위상 고정 루프로부터 상기 계통의 위상각을 추정하는 단계; 및
상기 계통의 위상각에 기초하여 상기 n차 고조파를 발생하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치의 제어 방법.
12. The method of claim 11,
The step of generating the n-
Estimating a phase angle of the system from the phase locked loop based on a three-phase system voltage of the inverter circuit; And
Generating the n-th order harmonic based on the phase angle of the system
And a control unit for controlling the power of the grid-connected power conversion apparatus based on the discontinuous voltage modulation method.
제12항에 있어서,
상기 계통의 위상각에 기초하여 상기 n차 고조파를 발생하는 단계는
상기 계통의 위상각에 6배 하여 6차 고조파의 위상각을 발생하는 단계; 또는
상기 계통의 위상각에 12배 하여 12차 고조파의 위상각을 발생하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치의 제어 방법.
13. The method of claim 12,
The step of generating the n-th order harmonic based on the phase angle of the system
Generating a sixth harmonic phase angle by multiplying the phase angle of the system by six; or
Generating a twelfth harmonic phase angle by twelve times the phase angle of the system
And a control unit for controlling the power of the grid-connected power conversion apparatus based on the discontinuous voltage modulation method.
제13항에 있어서,
상기 제2 오프셋 전압을 생성하는 단계는
상기 극전압 지령이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되는 60도 구간 중 처음과 마지막 15도 구간에 상기 6차 고조파를 주입하여 상기 제2 오프셋 전압을 생성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치의 제어 방법.
14. The method of claim 13,
The step of generating the second offset voltage
Generating the second offset voltage by injecting the sixth harmonic in the first and last 15-degree intervals of the 60-degree interval in which the polar voltage command is fixed to the DC bus (+ DC bus or -DC-bus)
And a control unit for controlling the power of the grid-connected power conversion apparatus based on the discontinuous voltage modulation method.
제13항에 있어서,
상기 제2 오프셋 전압을 생성하는 단계는
상기 극전압 지령이 디씨 버스(+DC-bus 또는 -DC-bus)에 고정되는 60도 구간 중 처음과 마지막 7.5도 구간에 상기 12차 고조파를 주입하여 상기 제2 오프셋 전압을 생성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 불연속 전압 변조 방식 기반의 계통 연계형 전력 변환 장치의 제어 방법.
14. The method of claim 13,
The step of generating the second offset voltage
Generating the second offset voltage by injecting the twelfth order harmonic into the first and the last 7.5 degree intervals of the 60 degree interval in which the pole voltage command is fixed to the DC bus (+ DC bus or -DC-bus)
And a control unit for controlling the power of the grid-connected power conversion apparatus based on the discontinuous voltage modulation method.
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US20140097808A1 (en) 2012-10-09 2014-04-10 Delta-Q Technologies Corp. Digital controller based detection methods for adaptive mixed conduction mode power factor correction circuit

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