KR102028328B1 - 계통 연계형 인버터 제어장치 - Google Patents

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Abstract

계통 연계형 인버터 제어장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예의 장치는, 직류단 전원전압의 크기와 피상전력의 크기에 따라 옵셋전압을 변경하여 전압지령을 생성함으로써, 계통 연계형 인버터 시스템의 효율을 증대하거나 전류 THD의 개선을 도모한다.

Description

계통 연계형 인버터 제어장치{APPARATUS FOR CONTROLLING GRID-CONNECTED INVERTER}
본 발명은 계통 연계형 인버터 제어장치에 관한 것이다.
계통 연계형 인버터는 풍력, 태양광, 에너지 저장장치 등의 분야에서 널리 사용되는 전력변환 장치로서, 그 사용이 점차 증대되고 있는 추세이다. 특히, 수십 kW 이상의 중용량 또는 대용량 전력변환 장치는 신재생 에너지의 사용증대에 따라 점차 계통 안정화 등의 용도로 그 영역을 확대하고 있다.
종래 계통 연계형 인버터는 옵셋(offset) 전압을 이용하여 공간벡터 펄스폭변조(pulse width modulation, PWM) 방식으로 제어되며, 이러한 방식은 출력전류의 전고조파 왜율(total harmonic distortion; THD)를 개선하는 장점이 있다.
그러나, 이 경우, 옵셋 전압을 일정하게 유지하면서 전력용 반도체의 모든 스위치가 스위칭되므로, 스위칭 손실이 증가되어 시스템의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 출력전압의 크기에 따라 옵셋 전압을 변경하여, 시스템의 효율증가를 도모하는 계통 연계형 인버터 제어장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 직류(DC) 전압원으로부터 입력되는 전압을 수신하는 직류단 커패시터와, 복수의 전력용 반도체로 구성되는 스위칭부를 포함하는 계통 연계형 인버터를 제어하기 위한 본 발명의 일실시예의 장치는, 상기 인버터의 출력전압과 출력전류로부터 유효전력 및 무효전력을 결정하는 제1결정부; 유효전력지령 및 무효전력지령과, 상기 제1결정부에서 결정된 유효전력 및 무효전력을 이용하여, 전류지령을 생성하는 전력 제어부; 상기 전류지령으로부터 상기 인버터가 합성할 전압을 생성하는 전류 제어부; 상기 전류 제어부로부터 수신한 전압으로부터, 상기 인버터에 인가할 전압지령을 생성하는 전압 생성부; 및 상기 전압지령을 이용하여 상기 인버터의 상기 스위칭부를 제어할 펄스폭변조(PWM) 신호를 생성하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 전압 생성부는, 상기 전류 제어부의 출력전압의 크기를 결정하는 제2결정부; 상기 제1결정부에서 결정된 유효전력 및 무효전력을 이용하여 피상전력을 결정하는 제3결정부; 상기 제2결정부가 결정한 출력전압의 크기와 상기 직류단 커패시터의 전압, 상기 피상전력을 이용하여, 상기 전류 제어부의 출력전압에 옵셋전압을 인가하여 전압지령을 출력하는 인가부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 전압 생성부는, 상기 인가부의 출력인 전압지령을 소정 크기로 제한하는 과변조부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 과변조부가 제한하는 소정 크기는 상기 직류단 커패시터의 전압의 1/2일 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제2결정부는, 3상인 상기 전류 제어부의 출력전압을 동기좌표계 상의 d축 및 q축 전압으로 변환하여, 상기 전류 제어부의 출력전압의 크기를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 인가부는, 3상인 상기 전류 제어부의 출력전압의 최대값과 최소값을 이용하여 제1옵셋전압을 결정하는 제4결정부; 상기 직류단 커패시터의 전압을 이용하여 제2옵셋전압을 결정하는 제5결정부; 상기 피상전력과 전압변조지수를 이용하여, 상기 제1 및 제2옵셋전압 중 하나를 선택하는 선택부; 및 상기 선택부의 선택에 따라 선택된 옵셋전압을 상기 상기 전류 제어부의 출력전압의 크기에 인가하여 전압지령을 결정하는 제6결정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 선택부는, 상기 전압변조지수가 미리 선정된 가변변수보다 크고, 상기 피상전력이 미리 선정된 기준보다 큰 경우에는, 상기 제2옵셋전압을 선택할 수 있으며, 이때, 상기 제어부는, 불연속 PWM 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 선택부는, 상기 전압변조지수가 미리 선정된 가변변수보다 작거나, 상기 피상전력이 미리 선정된 기준보다 작은 경우에는, 상기 제1옵셋전압을 선택할 수 있으며, 이때 상기 제어부는, 공간벡터 PWM 제어를 수행할 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 직류단 전원전압의 크기와 피상전력의 크기에 따라 옵셋전압을 변경하여 전압지령을 생성함으로써, 계통 연계형 인버터 시스템의 효율을 증대하게 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명이 적용되는 계통 연계형 인버터 시스템을 설명하기 위한 일실시예 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 제어장치를 설명하기 위한 상세 구성도이다.
도 3은 종래 전압 생성부의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 제어장치의 전압 생성부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 5는 도 4의 옵셋전압 인가부의 일실시예 상세 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 계통 연계형 인버터 시스템을 설명하기 위한 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 계통 연계형 인버터 시스템은, 계통 연계형 인버터(1)와 제어장치(2)로 구성되며, 인버터(1)는 직류(direct current; DC) 전압원(11), 직류단(DC 링크) 커패시터(12), 스위칭부(13), 출력필터(14), 변압기(15), 제1 내지 제3전압검출부(17, 19, 20) 및 전류검출부(18)를 포함하고, 본 발명의 제어장치(2)는 제1 내지 제3전압검출부(17, 19, 20)와 전류검출부(18)로부터 신호를 수신하여 인버터(1)를 제어할 수 있다. 다만, 본 발명의 일실시예에서, 설명의 편의를 위하여 제어장치(2)가 인버터(1)의 외부에 배치되는 것으로 도시하고 설명하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 인버터(1)의 내부에 설치될 수도 있다.
DC 전압원(11)은 배터리 또는 태양광 어레이(photovoltaic array)와 같은 전압원이다. 본 발명의 일실시예의 DC 전압원(11)은, DC 승압장치(DC boost converter)를 포함할 수도 있다.
직류단 커패시터(12)는 DC 전압원(11)으로부터 인가되는 DC 전압의 맥동을 저감하고, 전압을 축적하여 순간적인 정전시 전원을 공급할 수 있다.
스위칭부(13)는 공급되는 DC 전압을 AC 전압으로 변환하는 장치로서, 복수의 전력용 반도체(13a 내지 13f)를 포함할 수 있다. 전력용 반도체(13a 내지 13f)는 예를 들어 절연 게이트 쌍극성 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transistor, IGBT), 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(metal oxide silicon field-effect transister, MOSFET) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 전력용 반도체가 사용될 수 있다.
출력필터(14)는 스위칭부(13)로부터 출력되는 전류의 THD를 저감하며, 예를 들어 LC(인덕터-커패시터) 필터일 수도 있고, LCL(인덕터-커패시터-인덕터) 필터일 수도 있다.
변압기(15)는 계통과 본 발명의 인버터 시스템의 전기적 절연(galvanic isolation)을 제공하고, 3상 전원(16)을 계통에 제공할 수 있다. 또한 계통의 전원을 스위칭부(13)의 입력전원으로 제공하기 위해 변환할 수 있다. 다만, 변압기(15)의 배치는 선택적일 수 있다.
제1전압측정부(17)는 직류단 커패시터(12) 양단의 전압을 측정할 수 있다. 제1전압측정부(17)는 직류단 커패시터(12)의 전압을 측정하도록 배치되어 있으나, DC 전압원(11)의 양단 전압을 측정하도록 배치될 수도 있으며, 양자 모두 배치될 수도 있다.
전류측정부(18)는 스위칭부(13)의 출력인 상전류를 측정하기 위한 것으로서, 출력필터(14)와 변압기(15) 사이에 배치되어 있으나, 스위칭부(13)와 출력필터(14) 사이에 배치될 수도 있으며, 양자 모두 배치될 수도 있을 것이다.
제2 및 제3전압측정부(19, 20)는, 출력전압을 측정하기 위한 것이며, 스위칭부(13)의 3상 전압을 모두 측정할 수도 있고, 2상 전압을 측정할 수도 있다. 이때, 제2 및 제3전압측정부(19, 20)는, 출력필터(14)와 변압기(15)의 출력전압을 모두 측정하는 것으로 도시되고 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것으로서, 이 중 어느 하나에 선택적으로 배치되어 출력전압을 측정할 수도 있을 것이다.
본 발명의 제어장치(2)는, 위와 같이 구성되는 계통 연계형 인버터 시스템을 제어하기 위한 것으로서, 제1전압측정부(17)와 전류측정부(18), 제2 및 제3전압측정부(19, 20)로부터 인버터 시스템의 현재 상태를 수신하여, 스위칭부(13)를 제어하기 위한 신호를 출력할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 제어장치(2)를 설명하기 위한 상세 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제어장치(2)는, 전력 제어부(21), 전류 제어부(22), 전압 생성부(23) 및 전력 결정부(24)와, PWM 제어부(25)를 포함할 수 있다.
전력 제어부(21)는 유효전력(active power; P)지령과 무효전력(reactive power; Q)지령을 수신하고, 전력 결정부(24)에서 결정된 출력 유효 및 무효전력을 수신하여, 전류 제어부(22)의 전류지령을 생성할 수 있다.
전류 제어부(22)는 전력 제어부(21)에서 생성된 전류지령과 측정된 실제 전류로부터 인버터(1)가 합성하여야 할 3상의 전압을 생성할 수 있다.
전압 생성부(23)는 전류 제어부(22)의 출력인 전압을 수신하여, 합성가능한(synthesizable) 전압을 생성하는 것으로서, 실제 계통 연계형 인버터(1)에 인가할 전압지령을 생성할 수 있다.
PWM 제어부(25)는 전압 생성부(23)로부터 전압지령을 수신하여 PWM 신호를 인버터(1)의 스위칭부(13)에 제공하며, 해당 PWM 신호에 의해 스위칭부(13)의 전력용 반도체가 스위칭될 수 있다.
전력 결정부(24)는 계통 연계형 인버터(1)의 출력전압과 출력전류로부터 현재 출력되고 있는 유효 및 무효전력을 결정하여, 전력 제어부(21)로 전달할 수 있다.
이하에서는, 위와 같은 구성의 제어장치(2)에서 종래 전압 생성부의 구성을 설명한 후, 이와 대비하여 본 발명의 전압 생성부(23)의 동작을 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 종래 전압 생성부의 상세 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 종래의 전압 생성부(230)는, 옵셋전압 인가부(231)와 과변조부(232)를 포함할 수 있다.
옵셋전압 인가부(231)는, 전류 제어부(22)로부터 3상의 지령전압(Vas.ref, Vbs.ref, Vcs.ref)으로부터 옵셋전압(offset voltage)을 결정하여, 3상의 지령전압에 옵셋전압을 더하여 수정된 지령전압(Van.ref, Vbn.ref,Vcn.ref)을 출력할 수 있다.
옵셋전압을 이용한 공간벡터 PWM을 이용할 경우, 옵셋전압은 다음 수학식 1과 같이 결정될 수 있다.
Figure 112015036070534-pat00001
이때, Vmax는 3상의 지령전압(Vas.ref, Vbs.ref, Vcs.ref) 중 최대값이고, Vmin은 3상의 지령전압(Vas.ref, Vbs.ref, Vcs.ref) 중 최소값이다. 이와 같이 결정된 옵셋전압으로부터, 지령전압 수정부(231)의 출력은 다음 수학식 2 내지 4와 같이 결정될 수 있다.
Figure 112015036070534-pat00002
Figure 112015036070534-pat00003
Figure 112015036070534-pat00004
상전압에 옵셋전압이 인가되어도, 최종 출력되는 선간전압은 변화하지 않는다. 이와 같은 옵셋전압의 인가에 의해 인버터(1)에 인가되는 출력전류의 THD를 개선할 수 있는 장점이 있다.
과변조부(232)는 Van.ref가 0.5×Vdc보다 클 경우 Van.ref 대신 0.5×Vdc를 출력하고, -0.5×Vdc보다 작을 경우 -0.5×Vdc를 출력하며, Van.ref가 0.5×Vdc와 -0.5×Vdc 사이인 경우 Van.ref를 그대로 출력하게 하는 것이다. 이는 Vbn.ref와 Vcn.ref에도 동일하게 적용할 수 있다. 이때 Vdc은 직류단 커패시터(12)의 전압이다.
위와 같은 종래의 전압 생성부(230)는 옵셋전압을 이용한 공간벡터 PWM 방식을 채용하며, 옵셋전압을 일정하게 인가하여 전압지령을 생성함으로써 출력전류의 THD를 개선할 수 있지만, 항상 스위칭부(13)의 모든 스위치가 스위칭을 하여야 하므로 스위칭 손실이 증가되어 시스템의 효율이 저하되는 단점이 있었다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 출력전압의 크기에 따라 옵셋전압을 변경함으로써 스위칭 손실을 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 제어장치의 전압 생성부(23)의 일실시예 상세 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 전압 생성부(23)는, 전압크기 결정부(41), 옵셋전압 인가부(42), 과변조부(43) 및 피상전력 결정부(44)를 포함할 수 있다.
전압크기 결정부(41)는 전류 제어부(22)의 출력 전압의 크기를 결정할 수 있다. 과변조부(43)는 옵셋전압 인가부(42)의 출력을 직류단 커패시터(12)의 전압의 반에 해당하는 크기로 제한하는 것으로서, 도 3의 과변조부(232)의 동작과 동일하다. 즉, 과변조부(43)는 옵셋전압 인가부(42)의 출력이 0.5×Vdc보다 클 경우 옵셋전압 인가부(42)의 출력 대신 0.5×Vdc를 출력하고, -0.5×Vdc보다 작을 경우 -0.5×Vdc를 출력하며, 옵셋전압 인가부(42)의 출력이 0.5×Vdc와 -0.5×Vdc 사이인 경우 옵셋전압 인가부(42)의 출력을 그대로 출력하게 할 수 있다. 이때 Vdc은 직류단 커패시터(12)의 전압이다.
옵셋전압 인가부(42)는 전압크기 결정부(41)로부터 수신한 전류제어부(22)의 출력전압의 크기와, 직류단 커패시터(12)의 전압(Vdc), 계통 연계형 인버터(1)에 요구되는 피상전력(Sref)과 3상의 출력전압을 수신하여, 옵셋전압을 새로 결정하고, 이를 전류제어부(22)의 3상의 출력전압에 인가할 수 있다.
또한, 피상전력 결정부(44)는, 전력 결정부(24)로부터 수신하는 유효전력 및 무효전력으로부터 피상전력을 결정할 수 있다.
이하, 도 2 및 도 4를 참조로 본 발명의 전압 생성부(23)의 구성을 구체적으로 설명한다.
전류 제어부(22)의 3상 출력전압은 다음 수학식 5 내지 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015036070534-pat00005
Figure 112015036070534-pat00006
Figure 112015036070534-pat00007
이때, ω는 계통 주파수(grid frequency)를 의미하며, 전압크기 결정부(41)는 수학식 5 내지 7의 정현파의 크기인 Vm을 구하는 것이다.
전압크기 결정부(41)는 3상 출력전압을 다음 수학식에 의해 정지좌표계(stationary reference frame) 상의 d축 및 q축 전압으로 변환할 수 있다.
Figure 112015036070534-pat00008
Figure 112015036070534-pat00009
또한, 전압크기 결정부(41)는 수학식 8 및 9의 정지좌표계 상의 전압을 동기좌표계(synchronous reference frame) 상의 d축 및 q축 전압으로 변환할 수 있다. 이와 같이 변환된 동기좌표계 상의 d축 및 q축 전압은 3상 교류성분이 서로 직교한 직류로 표현되기 때문에 시스템 해석이 간단해지는 장점이 있다.
Figure 112015036070534-pat00010
Figure 112015036070534-pat00011
위로부터, 전압의 크기는 다음 수학식 12와 같이 구할 수 있다.
Figure 112015036070534-pat00012
한편, 도 2의 전력결정부(24)가 결정하는 유효전력 및 무효전력은 다음과 같다.
Figure 112015036070534-pat00013
Figure 112015036070534-pat00014
위 수학식 13과 수학식 14로부터 피상전력 결정부(44)는 피상전력을 수학식 15에 의해 결정할 수 있다.
Figure 112015036070534-pat00015
도 5는 도 4의 옵셋전압 인가부(42)의 일실시예 상세 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 옵셋전압 인가부(42)는, 제1 및 제2옵셋전압 결정부(51, 52), 옵셋전압 선택부(53) 및 전압지령 출력부(54)를 포함할 있다.
제1 및 제2옵셋전압 결정부(51, 52)가 각각 구한 옵셋전압을, 옵셋전압 선택부(53)가 선택하여, 전류 제어부(22)로부터 인가되는 전압에 선택한 옵셋을 인가하여 최종 전압지령을 출력하는 것이다. 이하에서는 제1옵셋전압 결정부(51)가 결정한 옵셋전압을 '제1옵셋전압'이라 하고, 제2옵셋전압 결정부(52)가 결정한 옵셋전압을 '제2옵셋전압'이라 하기로 한다.
제1옵셋전압 결정부(51)는 다음 수학식 16에 의해 제1옵셋전압을 결정할 수 있다.
Figure 112015036070534-pat00016
이때 Vmax는 Vas.ref, Vbs.ref, Vcs.ref의 최대값이고, Vmin은 Vas.ref, Vbs.ref, Vcs.ref의 최소값이다.
또한, 제2옵셋전압 결정부(52)는 다음 수학식 17에 의해 제2옵셋전압을 결정할 수 있다.
Figure 112015036070534-pat00017
이때, Vas.real, Vbs.real, Vcs.real은 다음 수학식 18 내지 20에 의해 정의되는 것이다.
Figure 112015036070534-pat00018
Figure 112015036070534-pat00019
Figure 112015036070534-pat00020
이때, bound 함수는 다음과 같이 정의되는 것이다.
Figure 112015036070534-pat00021
또한, 수학식 18 내지 20의 k2는 사용자에 의해 설정되는 값으로서, 다음 수학식 22의 범위를 가질 수 있다.
Figure 112015036070534-pat00022
위 수학식 22의 MI는 전압변조지수(modulation index; MI)로서, 다음 수학식 23과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112015036070534-pat00023
옵셋전압 선택부(53)는 제1 및 제2옵셋전압 중 어느 하나를 선택하는 것으로서, 전압변조지수와 피상전력의 크기에 따라 제1 및 제2옵셋전압 중 어느 하나를 선택할 수 있다.
즉, 옵셋전압 선택부(53)는 전압변조지수가 사용자가 선정한 가변변수인 k1보다 크고, 피상전력이 미리 선정한 Smin보다 큰 경우에는 수학식 17의 제2옵셋전압을 선택할 수 있고, 그 외의 경우(즉, 전압변조지수가 k1보다 작거나, 또는 피상전력이 Smin보다 작은 경우)에는 제1옵셋전압을 선택할 수 있다. 이를 정리하면 다음 수학식 24와 같다.
Figure 112015036070534-pat00024
따라서, 전압지령 결정부(54)가 출력하는 전압지령은, 다음 수학식 25 내지 27에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112015036070534-pat00025
Figure 112015036070534-pat00026
Figure 112015036070534-pat00027
PWM 제어부(25)는, 이와 같이 결정된 전압지령을 이용하여 PWM 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는, 전압변조지수가 k1보다 작거나 요구되는 피상전력이 작을 경우 수학식 16과 같이 종래 사용되던 최대값과 최소값을 이용하는 옵셋전압을 이용하여 공간벡터 PWM으로 전압을 합성하도록 인버터(1)에 제공할 수 있고, 요구되는 피상전력이 일정 값보다 큰 경우 옵셋전압을 수학식 17과 같이 변경하여 불연속 PWM(Discontinuous PWM; DPWM)으로 전환할 수 있다.
이때 수학식 22를 만족하는 k2는 불연속 PWM의 값을 결정하게 되므로, k2가 작아질수록 60도 DPWM에 가까워짐을 알 수 있다.
종래의 옵셋전압을 이용한 공간벡터 PWM 제어는, 계통 연계형 인버터의 출력전류의 THD를 감소시키는 반면, 인버터의 스위칭부의 스위칭손실이 증가하여 시스템 효율이 저감되는 단점이 존재하였다.
수학식 17의 옵셋 전압을 이용하여 DPWM을 수행할 경우 DPWM의 특성상 스위칭 손실이 줄어들어 전체 시스템 효율이 증가하는 효과를 기대할 수 있으나, 출력전류의 THD이 증가하는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명에서 제안하는 PWM 제어부(25)는, 요구되는 피상전력이 큰 경우에는 상대적으로 THD가 개선되며 피상전력이 커질수록 손실의 절대값이 커지는 점을 고려하여, 피상전력이 큰 경우에는 제안된 옵셋전압을 이용하여 일정 구간동안 스위칭부(13)의 전력용 반도체의 일부 스위치가 스위칭을 하지 않는 DPWM 제어를 수행하며, 또한 요구되는 피상전력이 작은 경우에는 THD에 의한 왜곡을 방지하기 위해 기존의 옵셋전압을 이용한 공간벡터 PWM 제어를 수행하는 것으로 한다. PWM 제어부(25)의 공간벡터 PWM 및 DPWM 제어방식에 대해서는, 이미 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 사항이며, 본 발명과 큰 관계가 없으므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 계통 연계형 인버터(1)의 경우 계통전압이 일정하게 유지되는 조건에서 출력전압의 크기는 변동이 없으나, 배터리, 태양광 모듈과 같은 DC 전압원(11)이 연결된 직류단 커패시터(12) 전압의 가변으로 인해 전압변조지수(MI)가 변동할 수 있다.
본 발명의 제어장치는 이러한 점을 고려한 것으로서, 전압변조지수(MI)가 작은 경우에는 직류단 커패시터(12) 전압이 상대적으로 높기 때문에 전류에 고조파 성분이 함유되기 쉽다. 따라서 전압변조지수(MI)가 작은 경우에는 THD 지수가 좋은 종래 옵셋전압을 이용하여 공간벡터 PWM 제어를 수행하고, 전압변조지수(MI)가 높아지는 경우에는 새로운 옵셋전압을 이용하여 DPWM 제어를 수행하여, 효율 측면에서의 개선을 이루도록 한다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
41: 전압크기 결정부 42: 옵셋전압 인가부
43: 과변조부 44: 피상전력 결정부

Claims (10)

  1. 직류(DC) 전압원으로부터 입력되는 전압을 수신하는 직류단 커패시터와, 복수의 전력용 반도체로 구성되는 스위칭부를 포함하는 계통 연계형 인버터를 제어하기 위한 장치에 있어서,
    상기 인버터의 출력전압과 출력전류로부터 유효전력 및 무효전력을 결정하는 제1결정부;
    유효전력지령 및 무효전력지령과, 상기 제1결정부에서 결정된 유효전력 및 무효전력을 이용하여, 전류지령을 생성하는 전력 제어부;
    상기 전류지령으로부터 상기 인버터가 합성할 전압을 생성하는 전류 제어부;
    상기 전류 제어부로부터 수신한 전압으로부터, 상기 인버터에 인가할 전압지령을 생성하는 전압 생성부; 및
    상기 전압지령을 이용하여 상기 인버터의 상기 스위칭부를 제어할 펄스폭변조(PWM) 신호를 생성하는 제어부를 포함하며, 상기 전압 생성부는,
    상기 전류 제어부의 출력전압의 크기를 결정하는 제2결정부;
    상기 제1결정부에서 결정된 유효전력 및 무효전력을 이용하여 피상전력을 결정하는 제3결정부;
    상기 제2결정부가 결정한 출력전압의 크기와 상기 직류단 커패시터의 전압, 상기 피상전력을 이용하여, 상기 전류 제어부의 출력전압에 옵셋전압을 인가하여 전압지령을 출력하는 인가부를 포함하는 제어장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 전압 생성부는,
    상기 인가부의 출력인 전압지령을 소정 크기로 제한하는 과변조부를 더 포함하는 제어장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 과변조부가 제한하는 소정 크기는 상기 직류단 커패시터의 전압의 1/2인 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2결정부는,
    3상인 상기 전류 제어부의 출력전압을 동기좌표계 상의 d축 및 q축 전압으로 변환하여, 상기 전류 제어부의 출력전압의 크기를 결정하는 제어장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 인가부는,
    3상인 상기 전류 제어부의 출력전압의 최대값과 최소값을 이용하여 제1옵셋전압을 결정하는 제4결정부;
    상기 직류단 커패시터의 전압을 이용하여 제2옵셋전압을 결정하는 제5결정부;
    상기 피상전력과 전압변조지수를 이용하여, 상기 제1 및 제2옵셋전압 중 하나를 선택하는 선택부; 및
    상기 선택부의 선택에 따라 선택된 옵셋전압을 상기 상기 전류 제어부의 출력전압의 크기에 인가하여 전압지령을 결정하는 제6결정부를 포함하는 제어장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 선택부는,
    상기 전압변조지수가 미리 선정된 가변변수보다 크고, 상기 피상전력이 미리 선정된 기준보다 큰 경우에는, 상기 제2옵셋전압을 선택하는 제어장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어부는,
    불연속 PWM 제어를 수행하는 제어장치.
  9. 제6항에 있어서, 선택부는,
    상기 전압변조지수가 미리 선정된 가변변수보다 작거나, 상기 피상전력이 미리 선정된 기준보다 작은 경우에는, 상기 제1옵셋전압을 선택하는 제어장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제어부는,
    공간벡터 PWM 제어를 수행하는 제어장치.
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