KR101946308B1 - 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법 - Google Patents

주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 태양광발전 시스템(photovoltaic system)의 필수적인 구성요소인 계통연계형 인버터(Grid-connected inverter)의 위상동기화(Phase Locked Loop ; PLL) 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 계통의 각 주기(line cycle)에 대하여 위상정보를 이용하여 인버터 출력전압의 주파수를 산출함으로 인해 정확도가 떨어지는 단점이 있었던 종래기술의 PLL 제어방법의 문제점을 개선하기 위해, 교류정현파의 순간 각주파수(angular frequency)를 이용하여 한 주기동안의 평균을 구하는 방식으로 인버터 출력전압의 주파수를 산출하도록 구성됨으로써, 종래의 PLL 방식에 비해 보다 정확도가 높은 주파수 검출성능을 가지는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법이 제공되며, 또한, 그러한 위상동기화 방법을 이용하여 인버터의 PLL 제어가 이루어지도록 구성됨으로써, 기존에 비해 인버터의 성능 및 효율을 개선하고, 그것에 의해, 전체적인 시스템의 성능 및 효율을 높일 수 있도록 구성되는 태양광발전 시스템이 제공된다.

Description

주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법{Method of phase locked loop to improve accuracy of frequency measurement for single phase photovoltaic system}
본 발명은 계통연계형(Grid-connected) 태양광발전 시스템(photovoltaic system ; 이하, 'PV 시스템'이라고도 함)의 필수적인 구성요소인 계통연계형 인버터에 대한 위상동기화(Phase Locked Loop ; PLL) 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 계통의 각 주기(line cycle)에 대하여 위상정보를 이용하여 인버터 출력전압의 주파수를 산출함으로 인해 정확도가 떨어지는 단점이 있었던 종래기술의 PLL 제어방법의 문제점을 개선하기 위해, 교류정현파의 순간 각주파수(angular frequency)를 이용하여 한 주기동안의 평균을 구하는 방식으로 인버터 출력전압의 주파수를 산출하도록 구성됨으로써, 종래의 PLL 방식에 비해 보다 정확도가 높은 주파수 검출성능을 가지는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 상기한 바와 같이 종래의 PLL 방식에 비해 보다 정확도가 높은 주파수 검출성능을 가지는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 이용하여 인버터의 PLL 제어가 이루어지도록 구성됨으로써, 기존에 비해 인버터의 성능을 개선하여 전체적인 시스템의 성능 및 효율을 높일 수 있도록 구성되는 태양광발전 시스템에 관한 것이다.
최근, 지구온난화와 같은 환경문제가 대두되면서 태양광발전과 같은 친환경적인 대체에너지에 대한 수요 및 관심이 증가하고 있으며, 이에 따라, 가정에서도 태양광 발전 시스템을 설치하여 스스로 전력을 생산하는 경우가 증가하고 있다.
또한, 최근에는, 지속적인 에너지 수요의 증가로 인해 단순히 자가발전만을 행하는 독립형 태양광발전 시스템을 벗어나, 태양전지를 통해 생산된 전력을 필요시에는 사용하고 남는 전기는 한전과 같은 전력회사로 송전하여 일반 가정에서도 전력의 생산 및 공급이 가능하도록 구성되는 계통연계형 태양광발전 시스템이 많이 사용되고 있다.
따라서 이러한 계통연계형 태양광발전 시스템을 이용하면 각각의 태양광발전 시스템이 전력공급을 대신해 주는 만큼 신규발전소를 건설하지 않아도 되므로 에너지 수급 및 환경보호에 있어서 매우 긍정적인 효과가 있을 것으로 기대되고 있다.
여기서, 상기한 바와 같은 태양광발전 시스템에 관한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 먼저, 한국 등록특허공보 제10-1208725호에 따르면, 태양광 모듈; 태양광 모듈에서 발전된 전기를 저장하는 축전지; 축전지의 전기를 교류전압으로 변환하는 인버터; 인버터로부터 공급된 전원을 상용전원 혹은 태양광 모듈에 선택적으로 절환시키는 스위칭 모듈; 상용전원과 인버터의 출측에 각각 연결되어 전원의 위상을 검출하는 제 1 및 제 2위상검출기; 제 1 및 제 2위상검출기로부터 입력되는 전원의 위상신호를 비교하여 상기 인버터로부터 출력되는 신호를 동기화시키는 컨트롤러; 및 태양광모듈, 축전지, 스위칭 모듈, 컨트롤러와 연결되고 축전지의 충방전 상태를 감지하여 충전량에 따라 스위칭 모듈을 제어하는 것에 의해 상용전원과 태양광발전 시스템의 전원을 부하측에 선택적으로 공급하는 시스템 제어부를 포함하여, 독립형 발전시스템과 상용전원간의 위상을 감지 제어하는 것에 의해 스위칭시 전원 및 부하에 발생할 수 있는 손상을 방지할 수 있도록 구성되는 태양광 발전 시스템이 제시된 바 있다.
아울러, 상기한 바와 같은 태양광발전 시스템에 관한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1727741호에 따르면, 외부로부터 입사되는 태양광을 집광하여 전기를 발생시키는 태양광 어레이; 태양광 어레이의 출력전원을 일정한 직류링크 전압으로 유지시키는 DC 컨버터; DC 컨버터에서 출력되는 직류전원을 교류전원으로 변화시키는 인버터; 인버터의 출력전원에서 고조파 성분을 제거하기 위해 각 상에 직렬로 연결되는 인덕터와 각 상에 병렬로 연결되는 커패시터와 각 상에 직렬로 연결되는 인덕터가 순차적으로 구비되는 LCL필터; 및 태양광 어레이의 출력전원에 근거하여 최대 전력점에서 동작하도록 제어하는 MPPT 제어기를 포함하여, 태양광 어레이에서 생산되는 출력전원을 일정한 직류링크 전압으로 유지하면서 선형화를 통해 MPPT 효율을 향상시킬 수 있도록 구성되는 3 레벨 부스트 컨버터가 구비된 고효율 태양광 인버터 시스템이 제시된 바 있다.
상기한 바와 같이, 종래, 태양광발전 시스템에 관한 여러 가지 기술내용들이 제시된 바 있으나, 상기한 바와 같은 종래기술의 내용들은 다음과 같은 문제점이 있는 것이었다.
즉, 일반적으로, 태양광발전 시스템들에는 태양광 모듈에서 생성되는 DC 전원을 일반 가정 등에서 사용 가능하도록 AC 전원으로 변환시키기 위한 인버터가 필수적으로 구성되며, 이러한 인버터의 동작을 제어하기 위하여는, 예를 들면, 위상동기화(Phase Locked Loop ; PLL)와 같은 제어방식이 적용될 수 있다.
또한, 태양광발전 시스템의 전체적인 성능 및 효율을 개선시키기 위하여는 상기한 바와 같은 인버터의 성능 및 효율을 개선하는 것이 중요하며, 이를 위해 PLL과 같은 기존의 인버터 제어방법에 대한 개선이 요구된다.
더 상세하게는, 일반적으로, 계통연계형 태양광발전 시스템에 있어서, 계통전압(grid voltage)과 인버터 출력전류 사이의 계통동기화(grid synchronization)를 위하여는 위상(phase), 주파수(frequency), 크기(magnitude) 등과 같은 계통전압 정보를 얻는 것이 매우 중요하며, 특히, PV 인버터 제어기에 사용되는 주파수 측정은, 단독운전 방지기능(anti-islanding function)과 같은 인버터 전류명령(inverter current command)을 위해 핵심적인 역할을 하므로 매우 중요하다.
여기서, 이러한 전압 정보를 검출하기 위해 상기한 바와 같은 PLL 기법이 널리 사용되고 있으며, 기존의 PLL 기법은, 계통의 한 주기의 주파수를 산출하기 위해 위상정보를 이용하여 샘플링된 주파수가 몇 개인지를 확인하여 주파수를 산출하는 방식으로, 이러한 방식은 샘플링 주파수가 얼마나 높으냐에 따라 계측되는 주파수의 정확도 및 성능이 좌우되나, 위상정보를 이용함으로 인해 정확도가 낮은 단점이 있었다.
이에, 상기한 바와 같이 계통의 한 주기에 대한 주파수를 산출하기 위해 위상정보를 이용함으로 인해 정확도가 떨어지는 단점이 있었던 종래기술의 PLL 기법들의 문제점을 개선하기 위하여는, 위상정보를 이용하지 않고 기존에 비해 보다 정확도가 높은 주파수 검출성능을 가지는 새로운 구성의 위상동기화 방법 및 그러한 방법을 이용하여 인버터 및 전체적인 시스템의 효율 및 성능을 개선시킬 수 있도록 구성되는 태양광발전 시스템을 제시하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제시되지 못하고 있는 실정이다.
[선행기술문헌]
1. 한국 등록특허공보 제10-1208725호 (2012.11.29.)
2. 한국 등록특허공보 제10-1727741호 (2017.04.11.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 태양광발전 시스템에 구비되는 계통연계형 인버터의 위상동기화(PLL) 방법에 있어서, 계통의 각 주기(line cycle)에 대하여 위상정보를 이용하여 인버터 출력전압의 주파수를 산출함으로 인해 정확도가 떨어지는 단점이 있었던 종래기술의 PLL 제어방법의 문제점을 개선하기 위해, 교류정현파의 순간 각주파수(angular frequency)를 이용하여 한 주기동안의 평균을 구하는 방식으로 인버터 출력전압의 주파수를 산출하도록 구성됨으로써, 종래의 PLL 방식에 비해 보다 정확도가 높은 주파수 검출성능을 가지도록 구성되는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기한 바와 같이 종래의 PLL 방식에 비해 보다 정확도가 높은 주파수 검출성능을 가지도록 구성되는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 이용하여 인버터의 PLL 제어가 이루어지도록 구성됨으로써, 기존에 비해 인버터의 성능 및 효율을 개선하는 동시에, 그것에 의해, 전체적인 시스템의 성능 및 효율을 높일 수 있도록 구성되는 태양광발전 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 계통연계형(Grid-connected) 태양광발전(photovoltaic ; PV) 시스템에 적용되는 인버터의 위상동기화(Phase Locked Loop ; PLL) 제어시, 계통의 각 주기(line cycle)에 대한 위상정보를 이용하여 인버터 출력전압의 주파수를 산출함으로 인해 정확도가 떨어지는 단점이 있었던 종래기술의 PLL 제어기 및 PLL 제어방법의 문제점을 개선할 수 있도록 구성되는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법에 있어서, 각각의 라인주기(line cycle)에 대하여 인버터 출력전압의 각주파수(angular frequency) 정보를 검출하는 처리가 수행되는 각주파수 정보 검출단계; 상기 각주파수 정보 검출단계에서 구해진 상기 각주파수 정보에 근거하여 인버터 출력전압에 대한 주파수(line frequency) 정보를 산출하는 처리가 수행되는 주파수정보 산출단계; 및 상기 주파수 정보 산출단계에서 산출된 상기 주파수 정보에 근거하여 위상동기화(Phase Locked Loop ; PLL) 제어를 행하는 처리가 수행되는 위상동기화 단계를 포함하는 처리과정이 상기 인버터의 제어기에 의해 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법이 제공된다.
여기서, 상기 각주파수 정보 검출단계는, 단일의 라인주기(line cycle) 동안 미리 정해진 일정 간격으로 상기 인버터 출력전압의 각주파수를 검출하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 주파수 정보 산출단계는, 상기 각주파수 정보 검출단계에서 검출된 상기 인버터 출력전압의 각주파수에 대하여 한 주기 동안의 평균을 구하는 것에 의해 상기 인버터 출력전압에 대한 주파수 정보를 산출하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 주파수 정보 산출단계는, 단일의 주기 동안의 각주파수를 합산하여 각주파수의 합을 구하는 단계; 상기 각주파수의 합을 한 주기 동안의 카운터 수로 나누어 평균 각주파수(average angular frequency) 정보를 생성하는 단계; 및 상기 평균 각주파수 정보에 미리 정해진 스케일링 인수(scaling factor)를 곱하는 것에 의해 상기 주파수 정보를 산출하는 단계를 포함하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 주파수 정보 산출단계에서, 상기 스케일링 인수는, 상기 인버터의 제어기에 구비된 마이크로컨트롤러의 샘플링 주파수 및 공칭주파수(nominal line frequency)와 전압의 크기를 포함하는 파라미터에 근거하여 결정되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 스케일링 인수는, 이하의 수학식을 이용하여, 각주파수와 전압의 크기 사이의 상관관계에 의해 단일의 값으로 결정되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
Figure 112018075849905-pat00001
(여기서, ω는 각주파수, Ts는 샘플링 주파수, v는 정현파 전압, Vm은 정현파의 크기를 각각 나타냄)
또한, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 이용하여 PLL 제어가 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템용 인버터가 제공된다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기에 기재된 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 이용하여 인버터의 PLL 제어가 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템이 제공된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 태양광발전 시스템에 구비되는 계통연계형 인버터의 위상동기화(PLL) 방법에 있어서, 교류정현파의 순간 각주파수(angular frequency)를 이용하여 한 주기동안의 평균을 구하는 방식으로 인버터 출력전압의 주파수를 산출하는 것에 의해 종래의 PLL 방식에 비해 보다 정확도가 높은 주파수 검출성능을 가지도록 구성되는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법이 제공됨으로써, 계통의 각 주기에 대하여 위상정보를 이용하여 인버터 출력전압의 주파수를 산출함으로 인해 정확도가 떨어지는 단점이 있었던 종래기술의 PLL 제어방법의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 종래의 PLL 방식에 비해 보다 정확도가 높은 주파수 검출성능을 가지도록 구성되는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 이용하여 인버터의 PLL 제어가 이루어지도록 구성됨으로써, 기존에 비해 인버터의 성능 및 효율을 개선하는 동시에, 그것에 의해, 태양광발전 시스템의 전체적인 성능 및 효율을 높일 수 있다.
도 1은 단상 태양광발전 시스템의 인버터에 대한 PLL 제어기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 PLL 제어기에 적용되는 아날로그 지연 전역통과필터의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 90도 위상 지연에 대한 디지털 전역통과 필터 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 단상 시스템에 대하여 산출된 기준 프레임을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 종래기술의 PLL 기법에서 PV 인버터 출력전압의 전원주파수를 산출하기 위해 수행되는 전체적인 처리과정을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 적용한 PLL 기법에서 PV 인버터 출력전압의 전원주파수를 산출하기 위해 수행되는 전체적인 처리과정을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 7은 계통연계 평가를 위한 단상 PV 마이크로 인버터의 시뮬레이션 회로 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7에 나타낸 시뮬레이션 회로에 대한 전기적 사양을 표로 정리하여 나타낸 도면이다.
도 9는 상용전원 주파수가 60Hz일 때 종래기술의 PLL 방법과 본 발명에 따른 PLL 방법에 의해 각각 얻어진 PV 인버터의 주요 파형을 나타내는 도면이다.
도 10은 상용전원 주파수가 60.5Hz일 때 종래기술의 PLL 방법과 본 발명에 따른 PLL 방법에 의해 각각 얻어진 PV 인버터의 주요 파형을 나타내는 도면이다.
도 11은 상용전원 주파수가 59.3Hz일 때 종래기술의 PLL 방법과 본 발명에 따른 PLL 방법에 의해 각각 얻어진 PV 인버터의 주요 파형을 나타내는 도면이다.
도 12는 종래기술의 PLL 방법과 본 발명에 따른 PLL 방법의 정확도에 대한 정량분석 결과를 표로 정리하여 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 태양광발전 시스템에 구비되는 계통연계형 인버터의 위상동기화(PLL) 방법에 있어서, 계통의 각 주기(line cycle)에 대하여 위상정보를 이용하여 인버터 출력전압의 주파수를 산출함으로 인해 정확도가 떨어지는 단점이 있었던 종래기술의 PLL 제어방법의 문제점을 개선하기 위해, 교류정현파의 순간 각주파수(angular frequency)를 이용하여 한 주기동안의 평균을 구하는 방식으로 인버터 출력전압의 주파수를 산출하도록 구성됨으로써, 종래의 PLL 방식에 비해 보다 정확도가 높은 주파수 검출성능을 가지도록 구성되는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법에 관한 것이다.
아울러, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 종래의 PLL 방식에 비해 보다 정확도가 높은 주파수 검출성능을 가지도록 구성되는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 이용하여 인버터의 PLL 제어가 이루어지도록 구성됨으로써, 기존에 비해 인버터의 성능 및 효율을 개선하는 동시에, 그것에 의해, 전체적인 시스템의 성능 및 효율을 높일 수 있도록 구성되는 태양광발전 시스템에 관한 것이다.
계속해서, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법의 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1은 단상 태양광발전 시스템의 인버터에 대한 PLL 제어기의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 나타낸 PLL 제어기에 적용되는 아날로그 지연 전역통과필터(analog lagging all-pass filter)의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
여기서, 도 1 및 도 2를 참조하여 이하에 설명하는 본 발명의 실시예에 있어서, Vutility 및 Vds는 계통전압(utility voltage 또는 grid voltage), Vqs는 Vds에 대하여 90도 위상지연된 전압, Vde는 무효 전압성분(reactive voltage component), ωff는 초기(ff: Feed Forward) 주파수, θ는 실제 위상각,
Figure 112018075849905-pat00002
는 산출 주파수(estimated frequency),
Figure 112018075849905-pat00003
는 산출 위상각(estimated phase angle), Ri는 입력저항, Rf는 피드백저항, Vin은 입력전압, Vout은 출력전압을 각각 나타낸다.
또한, 일반적으로, 3상(three-phase) 시스템에서는 계통전압 벡터의 크기 및 각도로부터 계통전압 정보(utility voltage information)가 쉽게 얻어질 수 있는 반면, 단상(single phase) 시스템에 있어서는 계통전압 정보를 위해 제로 교차점(zero-crossing point)을 검출하는 방법이 사용되나, 제로 교차점 검출 방법은 노이즈에 민감하여 실질적으로 활용이 어려운 문제가 있다.
이에, 3상 전력계통망과는 달리, 단상 교류 전력계통망에 연계되는 분산발전용 인버터는, 역률 1의 계통연계 운전을 위해 계통의 한 위상에 90도 뒤지는 가상의 2상 전압을 만들어 내고, 이를 통해 위상을 동기화하는 기법이 요구된다.
즉, 상기한 바와 같은 이론을 적용하기 위해 단상 전압은 90도 어긋난 위상의 2상 전압을 가져야 하며, 이러한 개념에 근거하여, 단상 시스템의 PLL 제어는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 2상 발전기(two-phase generator)와 위상제어기(phase controller)를 포함하는 2단 구성으로 이루어진다.
더 상세하게는, 먼저, 도 1에 나타낸 2상 발전기에 있어서, Vqs는 Vds에 대한 90도 지연성분(lagging component)이고, Vqs를 산출하는 방법에는 여러 가지가 있으나, 본 발명에서는, 계통전압 Vutility에 대하여 90도 차이의 위상 성분을 얻기 위해 도 2에 나타낸 바와 같은 전역통과필터(위상천이필터)를 사용하였다.
여기서, 도 2에 나타낸 전역통과필터에 있어서, 크기감쇄(magnitude attenuation)를 없애기 위해 입력저항 Ri는 피드백저항 Rf와 동일하게 구성되며, 입력전압 Vin과 출력전압 Vout의 관계는 이하의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112018075849905-pat00004
여기서, 상기한 [수학식 1]에 있어서, f는 동작주파수, R과 C는 전역통과필터에서의 경계주파수를 결정하는 저항과 커패시턴스를 각각 나타낸다.
또한, 복소수 a + jb를 페이저로 표현할 때, 그 크기 C는
Figure 112018075849905-pat00005
이고, 페이저의 각 ∠θ는 tan-1(b/a)라 하면, 이하의 [수학식 2] 내지 [수학식 4] 에 나타낸 바와 같이, 출력전압 위상은 입력전압에 근거하여 [수학식 1]의 전달함수로 변경될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112018075849905-pat00006
즉, 상기한 [수학식 2]에 있어서, C1과 C2는 [수학식 1]에 나타낸 Vout/Vin 수식의 분자 및 분모의 복소수를 페이저로 표현할 때의 크기를 나타내고, θ1과 θ2는 각각의 페이저 각도를 나타낸다.
[수학식 3]
Figure 112018075849905-pat00007
[수학식 4]
Figure 112018075849905-pat00008
아울러, [수학식 4]에 이하의 [수학식 5]에 나타낸 바와 같이 쌍일차변환(bilinear transform)을 적용하면, 이산 전역통과 필터 방정식(discrete all-pass filter equation)은 이하의 [수학식 6] 및 [수학식 7]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112018075849905-pat00009
여기서, 상기한 [수학식 5]에 있어서, z는 이산시스템으로 변환한 변수이고, Ts는 이때의 이산시스템의 샘플링 주기(sampling period)이며, s는 연속적인 라플라스 전달함수의 변수를 각각 나타낸다.
[수학식 6]
Figure 112018075849905-pat00010
여기서, 상기한 [수학식 6]에 있어서, fs는 Ts의 역수로서 샘플링 주파수를 나타내고, β는 수식의 표현을 간략화하기 위해 정의된 변수이다.
[수학식 7]
Figure 112018075849905-pat00011
여기서, 상기한 [수학식 7]에 있어서, n은 현재시점의 이산순간을 나타내는 변수이고, [n-1]은 직전 샘플링에서의 이산순간을 나타내는 변수이다.
계속해서, 도 3을 참조하면, 도 3은 90도 위상 지연에 대한 디지털 전역통과 필터 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
더 상세하게는, 입력전압과 90도의 위상차를 얻기 위해서는 상기한 [수학식 3]에 의해 필터저항과 커패시턴스가 결정되어야 하며, 만약, 필터저항(R)이 1[㏀]이면 필터 커패시턴스(C)는 1.5315[㎌]이 되고, 그러한 경우, β는 0.963이며, 이는, 도 3에 나타낸 바와 같이, [수학식 7]에 근거하여 시뮬레이션될 수 있다.
즉, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 상기한 바와 같이 하여 출력신호가 입력전압에 대하여 90도 위상지연을 가지게 됨을 알 수 있다.
계속해서, 계통전압 Vds 및 90도 위상지연된 전압 Vqs으로부터, 이하의 [수학식 8]에 나타낸 바와 같은 역 Park 변환(inverse Park's transformation)에 의해 기준프레임(reference frame)의 유효(active) 및 무효(reactive) 성분이 도출될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112018075849905-pat00012
여기서, 상기한 [수학식 8]에 있어서, Vde는 동기좌표계에서의 d축(무효분) 전압값, Vds는 정지좌표계에서의 d축(무효분) 전압값, Vqe는 동기좌표계에서의 q축(유효분) 전압값, Vqs는 정지좌표계에서의 q축(유효분) 전압값,
Figure 112018075849905-pat00013
는 산출된 위상각(estimated phase angle)을 각각 나타낸다.
[수학식 9]
Figure 112018075849905-pat00014
여기서, 상기한 [수학식 9]에 있어서, θ는 실제 위상각, Vm은 d축 전압 Vds 및 q축 전압 Vqs의 정현파의 크기를 각각 나타낸다.
또한, 도 4를 참조하면, 도 4는 단상 시스템에 대하여 산출된 기준좌표계(estimated reference frame)를 개략적으로 나타내는 도면이다.
즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기한 [수학식 8] 및 [수학식 9]는, 산출 위상각(estimated phase angle)
Figure 112018075849905-pat00015
및 산출 주파수(estimated frequency)
Figure 112018075849905-pat00016
에 근거하여 기준좌표계를 회전시킨(rotating) 것이다.
계속해서, 도 1에 나타낸 위상 제어기에 대하여 설명하면, 상기한 [수학식 9]에 나타낸 바와 같이, 무효 전압성분(reactive voltage component) Vde는, 산출된 위상각
Figure 112018075849905-pat00017
와 실제 위상각 θ가 동일해지도록 하기 위해 단일 역률(unity power factor)에 대하여 영(zero)으로 제어되어야 한다.
아울러, 도 1에 나타낸 위상 제어기에 있어서, 산출 위상각 오차를 제어하기 위해, PI 제어기(Proportional-Integral controller)를 이용하여 △ω가 얻어지며, △ω는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 산출 주파수
Figure 112018075849905-pat00018
및 산출 위상각
Figure 112018075849905-pat00019
를 얻기 위해 초기값 ωff에 더해진다.
다음으로, 디지털 PLL로부터 전원주파수(line frequency)를 측정하는 방법에 대하여 설명한다.
국내 및 국제적으로 그리드 코드(grid code)의 요구사항을 충족시키는 시스템 안전상태(safety status)를 평가하기 위하여는 PLL 제어기로부터의 정확한 전원주파수 정보가 매우 중요하며, 또한, 이러한 정보는, 예를 들면, 능동 주파수 변동 (Active Frequency Drift ; AFD) 방법과 같이, 단독운전 방지기능(anti-islanding function)과 같은 PV 인버터 제어기 명령을 생성하는 데에도 사용된다.
이에, 본 발명자들은, 후술하는 바와 같이, 전원주파수를 산출하기 위한 종래기술의 PLL 기술과 본 발명에 따른 방법을 각각 비교하여 그 결과를 제시하였다.
더 상세하게는, 먼저, 도 5를 참조하면, 도 5는 종래기술의 PLL 기법에서 PV 인버터 출력전압의 전원주파수를 산출하기 위해 수행되는 전체적인 처리과정을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 종래기술의 PLL 기법은, pll의 카운터를 샘플링 주기마다 업데이트하고(cnt_pll_i = cnt_pll_i + 1), d축 전압의 크기를 바탕으로 이 값이 0이 되도록 PI제어를 수행하여, 도출된 순간 각주파수의 변위값을 생성하며((dwr_vco = f(Vde)), 순간 각주파수의 변위값에 피드포워드(feedforward) 값, 즉, 계통주파수의 기본값 60Hz에 해당하는 각주파수를 더하여 순간 각주파수를 생성하고(wr_vco = wr_60 + dwr_vco), 계산된 순간 각주파수와 샘플링 주파수로부터 순간 증분위상을 계산하며(dwt_vco = wr_vco×Tsampling), 이를 순간 각주파수에 더하여 현재의 최종 위상값을 계산한다(wt_vco = wt_vco + dwr_vco).
이어서, 현재의 위상값이 한 주기인 2π를 넘었는지 확인하여(wt_vco ≥ 2π), 넘지 않았으면 상기한 동작을 반복 수행하고, 현재의 위상값이 한 주기인 2π를 넘었으면, 한 주기가 끝났음을 판단하여, 계산된 카운터수와 샘플링 주기를 바탕으로 현재의 한 주기 주파수를 계산하고(wt_vco = wt_vco - 2π; F_N = cnt_pll_i; freq = fsampling/F_N), 다음 주기의 주파수 계산을 위한 카운터 값은 초기화한다(cnt_pll_i = 0).
즉, 도 5에 나타낸 종래기술의 처리과정에 있어서, 위상정보를 산출하기 위해 도 1에 나타낸 바와 같이 각주파수(angular frequency) 정보(
Figure 112018075849905-pat00020
)도 사용되며, 위상정보에 근거하여, 도 5에 나타낸 바와 같이, 샘플링 주파수(fsampling)와 한 주기(line cycle) 동안의 카운터(F_N)의 수 사이의 관계에 의해 전원주파수가 산출된다.
여기서, 한 주기 후에 위상정보(wt_vco)는 한 주기 위상(one-line cycle phase) 2π와 정확히 일치하지 않으며, 이는 증가위상(incremental phase)(dwt_vco)이 충분히 작지 않기 때문이다.
또한, 샘플링 주파수가 마이크로컨트롤러의 성능에 의해 제한됨으로 인해 샘플링 주파수를 충분히 증가시키는 것이 어렵고, 즉, 이는 위상이 일치될 만큼 증가위상이 충분히 작지 않음을 의미한다.
따라서 한 주기 후의 위상정보 wt_vco와 2π 사이의 위상차에 의해 야기되는 오차의 양은 산출된 전원주파수 측정에 부정적인 영향을 미치게 되며, 이에, 종래기술의 PLL 기법의 전원주파수 측정은 낮은 정확도를 가지게 된다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 적용한 PLL 기법에서 PV 인버터 출력전압의 전원주파수를 산출하기 위해 수행되는 전체적인 처리과정을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 적용한 PLL 기법은, 도 5를 참조하여 상기한 종래기술의 PLL 기법과는 달리, 각주파수(angular frequency)를 이용하여 매 주기마다 주파수를 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.
더 상세하게는, 도 6에 나타낸 바와 같이, pll의 카운터를 샘플링 주기마다 업데이트하고(cnt_pll_i = cnt_pll_i + 1), d축 전압의 크기를 바탕으로 이 값이 0이 되도록 PI제어를 수행하여, 도출된 순간 각주파수의 변위값을 생성하며((dwr_vco = f(Vde)), 순간 각주파수의 변위값에 피드포워드(feedforward) 값, 즉, 계통주파수의 기본값 60Hz에 해당하는 각주파수를 더하여 순간 각주파수를 생성하고(wr_vco = wr_60 + dwr_vco), 현재의 순간 각주파수의 값을 한 주기가 끝날 때까지 계속해서 더하며(wr_vco_s = wr_vco_s + wr_vco), 이와 같이 하여 누적된 순간 각주파수와 샘플링 주파수로부터 순간 증분위상을 계산하고(dwt_vco = wr_vco×Tsampling), 이를 순간 각주파수에 더하여 현재의 최종 위상값을 계산한다(wt_vco = wt_vco + dwr_vco).
이어서, 현재의 위상값이 한 주기인 2π를 넘었는지 확인하여(wt_vco ≥ 2π), 넘지 않았으면 상기한 동작을 반복 수행하고, 현재의 위상값이 한 주기인 2π를 넘었으면, 한 주기가 끝났음을 판단하여, 누적된 각주파수의 값을 한 주기 동안의 카운터 수로 나누어 평균값을 도출하고, 이를 바탕으로 현재의 라인주기의 평균값을 계산하며, (wt_vco = wt_vco - 2π; F_N = cnt_pll_i; freq = wr_vco_s/F_N×k), 다음 주기의 주파수 계산을 위한 카운터 값은 초기화한다(cnt_pll_i = 0).
즉, 도 6에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 PLL 기법은, 단일의 주기 동안 입력전압에 대한 각주파수 wt_vco를 합산하여 각주파수의 합 wt_vco_s를 구하고, 한 주기 후, 각주파수의 합 wt_vco_s를 한 주기 동안의 카운터 수 F_N로 나누어 평균 각주파수(average angular frequency) 정보를 생성하는 점에서 도 5를 참조하여 상기한 종래기술의 PLL 기법과 차이점이 있다.
여기서, 이러한 평균 각주파수 정보는 적절한 스케일링 인수(scaling factor) k를 이용하여 전원주파수로 변환될 수 있으며, 스케일링 인수 k는 마이크로컨트롤러의 샘플링 주파수, 공칭(nominal) 전원주파수 등과 같은 몇 가지 파라미터에 연관된다.
더 상세하게는, 일반적으로, 각주파수(ω)와 정현파의 주파수(f)의 관계는 ω= 1/2πf과 같은 수학식의 형태로 나타낼 수 있으며, 상기한 [수학식 9]에 있어서, 실제 위상각 θ와 계산값
Figure 112018075849905-pat00021
이 같아지면 Vde가 0이 되도록 하는 비례적분(Proportional Integral ; PI) 제어가 수행되는데, 이때의 대응변수를 w 각주파수로 정의한 것이 도 5 및 도 6에 나타낸 수학식 dwr_vco = f(Vde) 이다.
따라서 이러한 시스템에 따라 상기한 스케일링 변수 k는 반드시 하나의 스켈일링 값으로 결정되며, 만약 그렇지 않다면 다양한 전력계통 주파수(60Hz, 60.5Hz, 59.3Hz)에서 하나의 스케링일 변수만을 가지고 정확한 주파수가 계측되지 않게 된다.
즉, 스케일링 변수 k는 상기한 [수학식 9]를 변형하여 설계할 수 있으며, 일반적으로, 정현파 전압 v = Vmsin(ωt)로 표현할 수 있고, 이는 v = Vmsin(ωt) = Vmsin(θ)로 나타낼 수 있으며, 여기서, Vm은 정현파의 크기, ω는 각주파수(단위 : rad/s), t는 시간(단위 : s(초)), θ는 위상각(단위 : rad) 이다.
따라서, 스케일링 인수 k는, 이하의 [수학식 10]에 나타낸 바와 같이, 각주파수 ω와 전압의 크기 사이의 상관관계로부터 정의될 수 있다.
[수학식 10]
Figure 112018075849905-pat00022
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 단지 하나의 예(example case)를 이용하여 스케일링 인수 k가 용이하게 설계될 수 있으며, 종래기술의 방법과 달리, 본 발명의 방법은 wt_vco와 2π 사이의 위상차에 의해 야기되는 위상 오차와 관련이 없다.
즉, 본 발명의 방법에 따르면, 위상오차는 카운터의 수에만 영향을 미치고 그 영향은 무시될 수 있으므로, 따라서 평균 각주파수 정보는 전원주파수를 산출하는 데 있어서 매우 신뢰성이 높다고 할 수 있다.
계속해서, 도 7 내지 도 12를 참조하여, 상기한 바와 같이 하여 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법의 성능을 검증하기 위해 시뮬레이션을 수행한 결과에 대하여 설명한다.
먼저, 도 7 및 도 8을 참조하면, 도 7은 계통연계(grid-connection) 평가를 위한 단상 PV 마이크로 인버터의 시뮬레이션 회로 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 8은 도 7에 나타낸 시뮬레이션 회로에 대한 전기적 사양(electrical specification)을 표로 정리하여 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은, 350[W] 계통연계 PV 마이크로 인버터 장치를 이용하여 시뮬레이션을 수행하는 것에 의해, 종래기술의 PLL 방법과 본 발명의 방법에 따른 PLL 방법의 정확도에 대한 비교, 분석을 수행하였다.
또한, IEEE Std. 1547과 같이, 관련된 국제규격에 따라 정상 주파수 범위(normal frequency range)는 59.3[Hz]에서 60.5[Hz]로 결정되었고, 이러한 정상 주파수 범위를 통하여, 종래기술의 PLL 방법과 본 발명에 따른 PLL 방법에 의해 각각 얻어진 측정 전원주파수 정보를 도 9 내지 도 11에 나타내었다.
즉, 도 9 내지 도 11을 참조하면, 도 9는 상용전원 주파수(utility frequency)가 60Hz일 때 종래기술의 PLL 방법과 본 발명에 따른 PLL 방법에 의해 각각 얻어진 PV 인버터의 주요 파형(key waveforms)을 나타내는 도면이고, 도 10은 상용전원 주파수가 60.5Hz일 때 종래기술의 PLL 방법과 본 발명에 따른 PLL 방법에 의해 각각 얻어진 PV 인버터의 주요 파형을 나타내는 도면이며, 도 11은 상용전원 주파수가 59.3Hz일 때 종래기술의 PLL 방법과 본 발명에 따른 PLL 방법에 의해 각각 얻어진 PV 인버터의 주요 파형을 각각 나타내는 도면이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 계통전압원(grid voltage source)이 60Hz에서 동작할 때, PV 인버터 출력전류는 PV 인버터 출력전압과 동일 위상(in-phase)으로 제어되며, 종래기술의 PLL 방법과 본 발명에 따른 PLL 방법에 의해 각각 측정된 전원주파수는 60.096[Hz] 및 60.003[Hz]이다.
또한, 종래기술의 PLL 방법에 의한 전원주파수의 측정오차는 -0.048[Hz]에서 +0.096[Hz] 까지 변화하는 반면, 본 발명에 따른 PLL 방법에 의한 전원주파수의 측정오차는 -0.004[Hz]에서 +0.003[Hz] 까지 변화하는 것을 확인할 수 있다.
상기한 바와 같은 결과로부터, 본 발명에 따른 PLL 방법은 종래기술의 PLL 방법에 비해 10배 이상 낮은 측정오차를 나타내는 것임을 알 수 있으며, 마찬가지로, 도 10 및 도 11에 있어서도, 본 발명에 따른 PLL 방법은 종래기술의 PLL 방법에 비해 더욱 높은 정확도를 나타내는 것임을 확인할 수 있다.
아울러, 도 12를 참조하면, 도 12는 종래기술의 PLL 방법과 본 발명에 따른 PLL 방법의 정확도에 대한 정량분석(quantitative analysis) 결과를 표로 정리하여 나타낸 도면이다.
따라서 상기한 바와 같은 내용들로부터, 본 발명에 따른 PLL 방법은 종래기술의 PLL 방법에 비해 측정오차를 대략 80배 가량 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
더욱이, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 PLL 방법을 이용하는 것에 의해 보다 정확한 전원주파수 측정이 가능해지므로, 이를 통하여, 단독운전 방지기능과 같이 보다 정확한 제어명령의 생성이 가능해진다.
이상, 상기한 바와 같은 내용으로부터 본 발명의 실시예에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 구현할 수 있으며, 즉, 도 13을 참조하면, 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법은, 크게 나누어, 각각의 라인주기(line cycle)에 대하여 인버터 출력전압의 각주파수(angular frequency) 정보를 검출하는 단계(S10)와, 검출된 각주파수 정보에 근거하여 인버터 출력전압에 대한 주파수(line frequency) 정보를 산출하는 단계(S20) 및 산출된 주파수 정보에 근거하여 위상동기화(PLL) 제어를 수행하는 단계(S30)를 포함하는 일련의 처리과정이, 계통연계형 태양광발전(PV) 시스템의 인버터에 대한 PLL 제어를 수행하는 제어기에 의해 수행되도록 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 각 단계의 구체적인 동작은 도 1 내지 도 12를 참조하여 상기에 설명한 내용을 참조하여 구현될 수 있으며, 즉, 상기한 각주파수 정보 검출단계(S10)는, 단일의 라인주기(line cycle) 동안 미리 정해진 일정 간격으로 인버터 출력전압의 각주파수를 각각 검출하고, 또한, 주파수 정보 산출단계(S20)는, 각주파수 정보 검출단계(S10)에서 검출된 인버터 출력전압의 각주파수에 대하여 한 주기 동안의 평균을 구하는 것에 의해 인버터 출력전압에 대한 주파수 정보를 산출하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
더 상세하게는, 상기한 주파수 정보 산출단계(S20)는, 단일의 주기 동안 검출된 각주파수(wt_vco)를 합산하여 각주파수의 합(wt_vco_s)을 구하고, 각주파수의 합을 한 주기 동안의 카운터 수로 나누어 평균 각주파수(average angular frequency) 정보를 생성하며, 이와 같이 하여 구해진 평균 각주파수 정보에 미리 정해진 스케일링 인수(scaling factor)(k)를 곱하는 것에 의해 주파수 정보를 산출하는 처리가 수행되도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기한 바와 같이 하여 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 이용하여 PLL 제어가 수행되도록 인버터 제어기를 구성함으로써, PLL 제어의 주파수검출 정확도가 개선된 인버터 및 태양광발전 시스템을 용이하게 구현할 수 있으며, 그것에 의해, 인버터 뿐만 아니라 태양광발전 시스템의 전체적인 성능 및 효율을 향상시킬 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 구현할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 구현하는 것에 의해, 본 발명에 따르면, 태양광발전 시스템에 구비되는 계통연계형 인버터의 위상동기화(PLL) 방법에 있어서, 교류정현파의 순간 각주파수(angular frequency)를 이용하여 한 주기동안의 평균을 구하는 방식으로 인버터 출력전압의 주파수를 산출하는 것에 의해 종래의 PLL 방식에 비해 보다 정확도가 높은 주파수 검출성능을 가지도록 구성되는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법이 제공됨으로써, 계통의 각 주기에 대하여 위상정보를 이용하여 인버터 출력전압의 주파수를 산출함으로 인해 정확도가 떨어지는 단점이 있었던 종래기술의 PLL 제어방법의 문제점을 해결할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 상기한 바와 같이 종래의 PLL 방식에 비해 보다 정확도가 높은 주파수 검출성능을 가지도록 구성되는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 이용하여 인버터의 PLL 제어가 이루어지도록 구성됨으로써, 기존에 비해 인버터의 성능 및 효율을 개선하는 동시에, 그것에 의해, 태양광발전 시스템의 전체적인 성능 및 효율을 높일 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 따라서 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.

Claims (8)

  1. 계통연계형(Grid-connected) 태양광발전(photovoltaic ; PV) 시스템에 적용되는 인버터의 위상동기화(Phase Locked Loop ; PLL) 제어시, 계통의 각 주기(line cycle)에 대한 위상정보를 이용하여 인버터 출력전압의 주파수를 산출함으로 인해 정확도가 떨어지는 단점이 있었던 종래기술의 PLL 제어기 및 PLL 제어방법의 문제점을 개선할 수 있도록 구성되는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법에 있어서,
    각각의 라인주기(line cycle)에 대하여 인버터 출력전압의 각주파수(angular frequency) 정보를 검출하는 처리가 수행되는 각주파수 정보 검출단계;
    상기 각주파수 정보 검출단계에서 검출된 상기 인버터 출력전압의 각주파수에 대하여 한 주기 동안의 평균을 구하는 것에 의해 상기 인버터 출력전압에 대한 주파수(line frequency) 정보를 산출하는 처리가 수행되는 주파수정보 산출단계; 및
    상기 주파수 정보 산출단계에서 산출된 상기 주파수 정보에 근거하여 위상동기화(Phase Locked Loop ; PLL) 제어를 행하는 처리가 수행되는 위상동기화 단계를 포함하는 처리과정이 상기 인버터의 제어기에 의해 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 각주파수 정보 검출단계는,
    단일의 라인주기(line cycle) 동안 미리 정해진 일정 간격으로 상기 인버터 출력전압의 각주파수를 검출하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 주파수정보 산출단계는,
    상기 각주파수 정보 검출단계에서 구해진 한 주기 동안의 상기 인버터 출력전압의 각주파수를 합산하여 각주파수의 합을 구하는 단계;
    상기 각주파수의 합을 한 주기 동안의 카운터 수로 나누어 평균 각주파수(average angular frequency) 정보를 생성하는 단계; 및
    상기 평균 각주파수 정보에 미리 정해진 스케일링 인수(scaling factor)를 곱하는 것에 의해 상기 주파수 정보를 산출하는 단계를 포함하는 처리가 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 주파수정보 산출단계에서, 상기 스케일링 인수는,
    상기 인버터의 제어기에 구비된 마이크로컨트롤러의 샘플링 주파수 및 공칭주파수(nominal line frequency)와 전압의 크기를 포함하는 파라미터에 근거하여 결정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 스케일링 인수는,
    이하의 수학식을 이용하여, 각주파수와 전압의 크기 사이의 상관관계에 의해 단일의 값으로 결정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법.

    Figure 112018075849905-pat00023


    (여기서, ω는 각주파수, Ts는 샘플링 주파수, v는 정현파 전압, Vm은 정현파의 크기를 각각 나타냄)
  7. 청구항 1항, 청구항 2항, 청구항 4항 내지 청구항 6항 중 어느 한 항에 기재된 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 이용하여 PLL 제어가 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 계통연계형 태양광발전 시스템용 인버터.
  8. 청구항 1항, 청구항 2항, 청구항 4항 내지 청구항 6항 중 어느 한 항에 기재된 주파수검출 정확도 개선을 위한 단상 태양광발전 시스템의 위상동기화 방법을 이용하여 인버터의 PLL 제어가 이루어지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 태양광발전 시스템.
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