KR102176532B1 - Controller, controlling method, and recording medium for grid synchronization - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 계통 동기화 제어를 위한 제어장치, 제어방법 및 기록매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 계통의 주파수를 동기화하기 위하여 목적주파수를 추정하는 제어 장치, 제어방법 및 기록매체에 관한 것이다.The present disclosure relates to a control device, a control method, and a recording medium for system synchronization control, and more particularly, to a control device, a control method, and a recording medium for estimating a target frequency to synchronize the frequency of the system.
전력계통 내 신재생 에너지원의 연계가 증가하면서 계통 안정성 측면에서 불확실성이 증가하고 있으므로, 개별 발전원 및 부하에서 처리되는 전력에 대한 능동적인 관리의 필요성이 증가하고 있다. 이러한 관리를 위해서는 각종 계통 연계 장치에서 계통의 주파수를 실시간으로 파악하여 그 변화 정도에 따라 미리 약속된 반응을 수행하도록 보완해야 할 필요가 있다. As the connection of new and renewable energy sources in the power system increases, uncertainty in terms of system stability is increasing, and thus the need for active management of power processed by individual power generation sources and loads is increasing. For such management, it is necessary to supplement the frequency of the system in real time in various system linkage devices to perform a predetermined response according to the degree of change.
또한, 전력 계통에 연계된 개별 전원 또는 부하가 계통 변화에 따른 특정 반응을 하기 위해서는 자체적으로 계통의 전압으로부터 주파수 또는 위상각을 추정하는 계통 동기화 방법을 갖추어야 한다. 하지만 실제 계통 전압은 왜곡으로 인해 크기와 주파수가 일정한 이상적인 정현파의 반복이 아닌 경우가 있어서 계통 동기화 방법의 구현이 단순하지 않다. 따라서, 다소 왜곡이 섞인 계통 전압에 대해서도 연속적인 계통 동기화를 이룰 수 있는 방법이 필요하다.In addition, in order for individual power sources or loads connected to the power system to perform a specific response according to system changes, a system synchronization method that estimates the frequency or phase angle from the voltage of the system must be provided. However, the actual grid voltage is not a repetition of an ideal sine wave with a constant size and frequency due to distortion, so the implementation of the grid synchronization method is not simple. Therefore, there is a need for a method capable of achieving continuous grid synchronization even for a grid voltage with some distortion.
본 개시에 따른 목적 주파수를 추정하는 방법은 시스템에 포함된 장치들이 공유하는 전압의 주파수를 동기화 하기 위한 것으로써, 미리 정해진 시간마다 전압을 측정하여 제 1 시간의 측정값인 제 1 전압 및 제 1 시간의 직전 시간인 제 2 시간의 측정값인 제 2 전압을 획득하는 단계, 제 1 전압 및 제 2 전압으로부터 d-q 성분을 추출하여, 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터를 획득하는 단계, 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터에 기초하여 제 1 시간의 차분 위상각을 획득하는 단계, 제 2 시간의 예상 주파수()를 획득하는 단계, 제 1 시간의 차분 위상각 및 제 2 시간의 예상 주파수에 기초하여 제 1 시간의 예상 주파수를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for estimating the target frequency according to the present disclosure is for synchronizing the frequency of voltages shared by devices included in the system, and measures the voltage at each predetermined time to measure the first voltage and the first voltage at the first time. Obtaining a second voltage that is a measurement value of a second time that is a time immediately before time, extracting dq components from the first voltage and the second voltage to obtain a first voltage vector and a second voltage vector, a first Obtaining a differential phase angle of the first time based on the voltage vector and the second voltage vector, the expected frequency of the second time ( ) Obtaining, obtaining an expected frequency of the first time based on the differential phase angle of the first time and the expected frequency of the second time.
본 개시에 따른 목적 주파수를 추정하는 방법의 제 1 시간의 차분 위상각을 획득하는 단계는, d-q 평면에서 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터가 이루는 각을 제 1 시간의 차분 위상각으로 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the method of estimating a target frequency according to the present disclosure, the step of obtaining the differential phase angle of the first time may include obtaining an angle formed by the first voltage vector and the second voltage vector in the dq plane as the differential phase angle of the first time. It characterized in that it comprises a step.
본 개시에 따른 목적 주파수를 추정하는 방법의 제 1 시간의 차분 위상각(을 획득하는 단계는, 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터의 내적 또는 외적 중 하나에 기초하여 제 1 차분 위상각(을 획득하는 단계 및 제 1 차분 위상각(을 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The differential phase angle of the first time in the method of estimating the target frequency according to the present disclosure ( The step of obtaining is, based on one of the inner product or the outer product of the first voltage vector and the second voltage vector, the first difference phase angle ( And the first difference phase angle ( The difference phase angle of the first time ( It characterized in that it comprises the step of determining.
본 개시에 따른 목적 주파수를 추정하는 방법의 제 1 시간의 차분 위상각(을 획득하는 단계는, 위상각 보상 함수에 기초하여 제 1 차분 위상각(을 보상하여 제 2 차분 위상각(을 획득하는 단계 및 제 2 차분 위상각(을 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The differential phase angle of the first time in the method of estimating the target frequency according to the present disclosure ( The step of obtaining is, based on the phase angle compensation function, the first difference phase angle ( By compensating for the second differential phase angle ( And the second differential phase angle ( The difference phase angle of the first time ( It characterized in that it comprises the step of determining.
본 개시에 따른 목적 주파수를 추정하는 방법의 제 1 시간의 차분 위상각(을 획득하는 단계는, 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()을 획득하는 단계; 제 1 시간의 제 2 차분 위상각()을 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()에 기초하여 보정하는 단계; 및 보정된 제 2 차분 위상각(을 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The differential phase angle of the first time in the method of estimating the target frequency according to the present disclosure ( The step of obtaining is the second differential phase angle of the second time ( Obtaining ); The second differential phase angle of the first time ( ) To the second differential phase angle of the second time ( ) Correcting based on; And the corrected second differential phase angle ( The difference phase angle of the first time ( It characterized in that it comprises the step of determining.
본 개시에 따른 목적 주파수를 추정하는 장치는 시스템에 포함된 장치들이 공유하는 전압의 주파수를 동기화 하기 위한 것으로써, 주파수를 추정하는 장치는 프로세서 및 메모리를 포함하고, 프로세서는 메모리에 저장된 명령어에 기초하여, 미리 정해진 시간마다 전압을 측정하여 제 1 시간의 측정값인 제 1 전압 및 제 1 시간의 직전 시간인 제 2 시간의 측정값인 제 2 전압을 획득하는 단계, 제 1 전압 및 제 2 전압으로부터 d-q 성분을 추출하여, 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터를 획득하는 단계, 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터에 기초하여 제 1 시간의 차분 위상각을 획득하는 단계, 제 2 시간의 예상 주파수()를 획득하는 단계, 제 1 시간의 차분 위상각 및 제 2 시간의 예상 주파수에 기초하여 제 1 시간의 예상 주파수를 획득하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.The apparatus for estimating a target frequency according to the present disclosure is for synchronizing frequencies of voltages shared by devices included in the system, and the apparatus for estimating the frequency includes a processor and a memory, and the processor is based on instructions stored in the memory. Thus, measuring the voltage at each predetermined time to obtain a first voltage that is a measured value of the first time and a second voltage that is a measured value of a second time that is a time immediately before the first time, the first voltage and the second voltage Extracting the dq component from, obtaining a first voltage vector and a second voltage vector, obtaining a differential phase angle of the first time based on the first voltage vector and the second voltage vector, and predicting the second time frequency( ), obtaining an expected frequency of the first time based on the differential phase angle of the first time and the expected frequency of the second time.
본 개시에 따른 목적 주파수를 추정하는 장치의 프로세서는 메모리에 저장된 명령어에 기초하여, d-q 평면에서 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터가 이루는 각을 제 1 시간의 차분 위상각으로 획득하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.The processor of the apparatus for estimating the target frequency according to the present disclosure performs the step of acquiring the angle formed by the first voltage vector and the second voltage vector in the dq plane as a difference phase angle of a first time based on an instruction stored in a memory. Characterized in that.
본 개시에 따른 목적 주파수를 추정하는 장치의 프로세서는 메모리에 저장된 명령어에 기초하여, 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터의 내적 또는 외적 중 하나에 기초하여 제 1 차분 위상각(을 획득하는 단계, 및 제 1 차분 위상각(을 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.The processor of the apparatus for estimating a target frequency according to the present disclosure includes a first differential phase angle (1st difference phase angle) based on one of the inner product or the outer product of the first voltage vector and the second voltage vector, based on an instruction stored in a memory. Obtaining, and a first differential phase angle ( The difference phase angle of the first time ( It characterized in that performing the step of determining.
본 개시에 따른 목적 주파수를 추정하는 장치의 프로세서는 메모리에 저장된 명령어에 기초하여, 위상각 보상 함수에 기초하여 제 1 차분 위상각(을 보상하여 제 2 차분 위상각(을 획득하는 단계 및 제 2 차분 위상각(을 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.The processor of the apparatus for estimating the target frequency according to the present disclosure includes a first differential phase angle ( By compensating for the second differential phase angle ( And the second differential phase angle ( The difference phase angle of the first time ( It characterized in that performing the step of determining.
본 개시에 따른 목적 주파수를 추정하는 장치의 프로세서는 메모리에 저장된 명령어에 기초하여, 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()을 획득하는 단계, 제 1 시간의 제 2 차분 위상각()을 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()에 기초하여 보정하는 단계 및 보정된 제 2 차분 위상각(을 상기 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 한다.The processor of the apparatus for estimating the target frequency according to the present disclosure is based on the instruction stored in the memory, the second differential phase angle of the second time ( ), the second differential phase angle of the first time ( ) To the second differential phase angle of the second time ( ) Based on the correction and the corrected second differential phase angle ( The difference phase angle of the first time ( It characterized in that performing the step of determining.
또한, 상술한 바와 같은 목적 주파수를 추정하는 방법을 구현하기 위한 프로그램은 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.In addition, a program for implementing the method for estimating the target frequency as described above may be recorded on a computer-readable recording medium.
도 1 은 실제 3상 계통(시스템) 전압의 변화 양상을 나타낸다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 주파수 추정 장치를 나타낸 도면이다.
도 3는 본 개시의 일 실시예에 따라 계통 전압을 동기화 시키기 위한 장치의 블록도를 나타낸다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 주파수 추정 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 주파수 추정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 6은 본 개시의 d-q 좌표를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라 주파수를 추정하는 블록도를 나타낸다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 주파수 추정 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 backward, forward, trapezoid를 설명하는 도면이다.1 shows a change pattern of an actual three-phase system (system) voltage.
2 is a diagram illustrating a frequency estimation apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
3 is a block diagram of an apparatus for synchronizing a grid voltage according to an embodiment of the present disclosure.
4 is a flowchart illustrating an operation of a frequency estimation apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
5 is a block diagram illustrating a frequency estimation apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
6 is a diagram for explaining dq coordinates of the present disclosure.
7 is a block diagram illustrating a frequency estimation according to an embodiment of the present disclosure.
8 is a graph showing a frequency estimation result according to an embodiment of the present disclosure.
9 is a diagram illustrating backward, forward, and trapezoid according to an embodiment of the present disclosure.
개시된 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.Advantages and features of the disclosed embodiments, and a method of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below together with the accompanying drawings. However, the present disclosure is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in a variety of different forms, and only these embodiments make the present disclosure complete, and those skilled in the art to which the present disclosure pertains. It is only provided to inform the person of the scope of the invention completely.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. The terms used in the present specification will be briefly described, and the disclosed embodiments will be described in detail.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다. The terms used in the present specification have selected general terms that are currently widely used as possible while considering functions in the present disclosure, but this may vary according to the intention or precedent of a technician engaged in a related field, the emergence of new technologies, and the like. In addition, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning of the terms will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the terms used in the present disclosure should be defined based on the meaning of the term and the contents of the present disclosure, not the name of a simple term.
본 명세서에서의 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다.In this specification, expressions in the singular include plural expressions, unless the context clearly specifies that they are singular. In addition, plural expressions include expressions in the singular unless explicitly specified as plural in context.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless otherwise stated.
또한, 명세서에서 사용되는 "부"라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어 구성요소를 의미하며, "부"는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 "부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.In addition, the term "unit" used in the specification refers to a software or hardware component, and "unit" performs certain roles. However, "unit" is not meant to be limited to software or hardware. The “unit” may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors. Thus, as an example, "unit" refers to components such as software components, object-oriented software components, class components, and task components, processes, functions, properties, procedures, Includes subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, database, data structures, tables, arrays and variables. The functions provided within the components and "units" may be combined into a smaller number of components and "units" or may be further separated into additional components and "units".
본 개시의 일 실시예에 따르면 "부"는 프로세서 및 메모리로 구현될 수 있다. 용어 "프로세서" 는 범용 프로세서, 중앙 처리 장치 (CPU), 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서 (DSP), 제어기, 마이크로제어기, 상태 머신 등을 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 몇몇 환경에서는, "프로세서" 는 주문형 반도체 (ASIC), 프로그램가능 로직 디바이스 (PLD), 필드 프로그램가능 게이트 어레이 (FPGA) 등을 지칭할 수도 있다. 용어 "프로세서" 는, 예를 들어, DSP 와 마이크로프로세서의 조합, 복수의 마이크로프로세서들의 조합, DSP 코어와 결합한 하나 이상의 마이크로프로세서들의 조합, 또는 임의의 다른 그러한 구성들의 조합과 같은 처리 디바이스들의 조합을 지칭할 수도 있다.According to an embodiment of the present disclosure, the "unit" may be implemented with a processor and a memory. The term “processor” is to be interpreted broadly to include general purpose processors, central processing units (CPUs), microprocessors, digital signal processors (DSPs), controllers, microcontrollers, state machines, and the like. In some circumstances, “processor” may refer to an application specific application (ASIC), programmable logic device (PLD), field programmable gate array (FPGA), and the like. The term “processor” refers to a combination of processing devices, such as, for example, a combination of a DSP and a microprocessor, a combination of a plurality of microprocessors, a combination of one or more microprocessors in combination with a DSP core, or any other such configuration. You can also refer to it.
용어 "메모리" 는 전자 정보를 저장 가능한 임의의 전자 컴포넌트를 포함하도록 넓게 해석되어야 한다. 용어 메모리는 임의 액세스 메모리 (RAM), 판독-전용 메모리 (ROM), 비-휘발성 임의 액세스 메모리 (NVRAM), 프로그램가능 판독-전용 메모리 (PROM), 소거-프로그램가능 판독 전용 메모리 (EPROM), 전기적으로 소거가능 PROM (EEPROM), 플래쉬 메모리, 자기 또는 광학 데이터 저장장치, 레지스터들 등과 같은 프로세서-판독가능 매체의 다양한 유형들을 지칭할 수도 있다. 프로세서가 메모리로부터 정보를 판독하고/하거나 메모리에 정보를 기록할 수 있다면 메모리는 프로세서와 전자 통신 상태에 있다고 불린다. 프로세서에 집적된 메모리는 프로세서와 전자 통신 상태에 있다.The term "memory" should be interpreted broadly to include any electronic component capable of storing electronic information. The term memory refers to random access memory (RAM), read-only memory (ROM), non-volatile random access memory (NVRAM), programmable read-only memory (PROM), erase-programmable read-only memory (EPROM), electrical May refer to various types of processor-readable media such as erasable PROM (EEPROM), flash memory, magnetic or optical data storage, registers, and the like. The memory is said to be in electronic communication with the processor if it can read information from and/or write information to the memory. The memory integrated in the processor is in electronic communication with the processor.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the embodiments. In addition, in the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly describe the present disclosure.
도 1 은 실제 3상 계통(시스템) 전압의 변화 양상을 나타낸다.1 shows a change pattern of an actual three-phase system (system) voltage.
도 1 은 abc 좌표계에 표시된 Va, Vb, Vc를 나타낼 수 있다. abc 좌표계는 가로축이 시간을 나타내고, 세로축이 전압값을 나타낼 수 있다. abc 좌표계에서 Va, Vb, Vc 사이의 위상의 차이는 동일 시각에 Va, Vb, Vc이 서로 다른 전압값을 가지는 것에 기초하여 추정할 수 있다. 또한 abc 좌표계에서 주파수의 차이는 Va, Vb, Vc 의 전압값의 주기에 기초하여 추정할 수 있다.1 may represent Va, Vb, and Vc displayed in the abc coordinate system. In the abc coordinate system, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage values. The phase difference between Va, Vb, and Vc in the abc coordinate system may be estimated based on the fact that Va, Vb, and Vc have different voltage values at the same time. In addition, the difference in frequency in the abc coordinate system can be estimated based on the period of voltage values of Va, Vb, and Vc.
도 1을 참조하면, T1 이후의 Va, Vb, Vc 파형과 같이, 실제 계통 전압은 전압의 크기와 주파수가 이상적인 정현파를 이루지 못하는 사고가 발생할 수 있다. 도 1 의 Va, Vb, Vc와 같이 왜곡된 정현파를 가지는 계통(시스템) 전압을 가지는 경우, 시스템에 연결된 장치들이 수월하게 동기화 하지 못하므로 시스템에 포함된 장치들이 유기적으로 동작하지 못하는 문제점이 있다.Referring to FIG. 1, like waveforms Va, Vb, and Vc after T1, an accident may occur in which the magnitude and frequency of the actual grid voltage do not form an ideal sine wave. In the case of having a system (system) voltage having a distorted sine wave such as Va, Vb, and Vc of FIG. 1, there is a problem in that the devices included in the system cannot operate organically because devices connected to the system cannot easily synchronize.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 해결책이 제시되고 있으며 이에 대하여 아래에서 설명한다.Various solutions have been proposed to solve this problem and will be described below.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 주파수 추정 장치를 나타낸 도면이다.2 is a diagram illustrating a frequency estimation apparatus according to an embodiment of the present disclosure.
주파수 추정 장치(100)는 프로세서(210) 및 메모리(220)를 포함할 수 있다. 프로세서(210)는 메모리(220)에 저장된 명령어들을 수행할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 메모리(220)에 저장되어 있는 명령어에 기초하여 계통의 주파수를 동기화하기 위하여 목적주파수를 추정할 수 있다. 또한 주파수 추정 장치(100)는 목적 주파수를 추정하여 계통에 포함된 장치들의 전압을 동기화 시킬 수 있다.The
이하, 주파수 추정 장치(100)의 동작에 대하여 이하에서 보다 자세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the
도 3 는 본 개시의 일 실시예에 따라 계통 전압을 동기화 시키기 위한 장치의 블록도를 나타낸다.3 is a block diagram of an apparatus for synchronizing a grid voltage according to an embodiment of the present disclosure.
도 3 은 PLL(phase-locked loop)에 의해 계통 전압을 동기화 시키는 방법을 나타낸다.3 shows a method of synchronizing the grid voltage by a phase-locked loop (PLL).
주파수 추정 장치(100)는 d-q 도메인 변화부(310)를 포함할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)가 단상 또는 3상 계통 전압(Vabc)을 abc 좌표계에서 동기좌표계로 변환하기 위해서는 추정된 위상각을 사인(sine)과 코사인(cosine) 함수에 대입한 연산을 거칠 수 있다. abc 좌표계에 따른 계통 전압(Vabc)은 도 1 에 나타난 3상 전압과 같을 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 식 (1)을 이용하여 abc 좌표계를 정지좌표계로 변환할 수 있다. 또한 주파수 추정 장치(100)는 식 (2)를 사용해 정지 좌표계를 동기 좌표계로 변환할 수 있다.The
...식 (1) ...Equation (1)
... 식 (2) ... equation (2)
주파수 추정 장치(100)의 d-q 도메인 변화부(310)의 출력은 d축의 전압값(Vd)과 q축의 전압값(Vq)을 포함하는 전압 벡터일 수 있다. The output of the d-q
주파수 추정 장치(100)는 차분 위상 추정부(320)를 포함할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 차분 위상 추정부(320)를 이용하여 전압 벡터로부터 상 계통 전압(Vabc)의 시간에 따른 차분 위상을 추정할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 d-q 도메인으로 변환된 상 계통 전압인 전압 벡터에 아크탄젠트(arctan)를 취하여 상 계통 전압(Vabc)의 시간에 따른 차분 위상을 추정할 수 있다. 도 3을 참조하면 차분 위상각의 추정값은 로 나타낼 수 있다. The
추정된 차분 위상()은 주파수 추정 장치(100)에 포함된 제 1 증폭부(330) 및 제 2 증폭부(340)에 입력될 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 제 1 적분부(350)를 이용하여 제 2 증폭부(340)에 의하여 증폭된 차분 위상을 시간에 대하여 적분할 수 있다. 또한 주파수 추정 장치(100)는 제 1 증폭부(330)의 출력 및 제 1 적분부(350)에 의한 출력을 더하여 추정된 주파수()를 획득할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 추정된 주파수()를 출력할 수 있다.Estimated differential phase ( ) May be input to the
주파수 추정 장치(100)는 제 2 적분부(370)를 더 포함할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 제 2 적분부(370)를 이용하여 추정된 주파수()를 적분하여 추정된 위상()을 획득할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 추정된 위상()을 출력할 수 있다.The
도 3에 따른 주파수 추정 장치(100)는 하나의 장치로 주파수() 및 위상()을 모두 추정할 수 있는 효과가 있다. The
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 주파수 추정 장치의 동작을 나타낸 흐름도이다. 또한 도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 주파수 추정 장치를 나타낸 블록도이다. 또한 도 6은 본 개시의 d-q 좌표를 설명하기 위한 도면이다.4 is a flowchart illustrating an operation of a frequency estimation apparatus according to an embodiment of the present disclosure. 5 is a block diagram illustrating a frequency estimation apparatus according to an embodiment of the present disclosure. 6 is a diagram for describing d-q coordinates of the present disclosure.
주파수 추정 장치(100)는 미리 정해진 시간마다 전압을 측정하여 제 1 시간의 측정값인 제 1 전압 및 제 1 시간의 직전 시간인 제 2 시간의 측정값인 제 2 전압을 획득하는 단계(410)를 수행할 수 있다. 제 1 전압 및 제 2 전압은 abc 좌표계에서 제 1 시간 및 제 2 시간의 전압값일 수 있다. The
주파수 추정 장치(100)는 제 1 시간의 측정값인 제 1 전압을 측정할 수 있다. 제 1 전압은 주파수 추정 장치(100)가 가장 최근에 측정한 전압일 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 제 1 시간의 직전 시간인 제 2 시간에 측정된 제 2 전압을 메모리에 미리 저장하고 있을 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 메모리로부터 제 2 시간에 측정된 제 2 전압을 획득할 수 있다.The
주파수 추정 장치(100)는 미리 정해진 주기()마다 계통 전압(Vg)을 측정할 수있다. 미리 정해진 주기를 샘플 주기라고 할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 미리 정해진 주기()를 메모리에 저장하고 있을 수 있다. 또한 주파수 추정 장치(100)는 미리 정해진 주기()를 메모리로부터 획득할 수 있다. 계통 전압은 단상 또는 3상일 수 있다. 제 1 시간은 제 2 시간으로부터 한 샘플 주기()가 지난 후를 나타낼 수 있다.The
주파수 추정 장치(100)는 d-q 추출부(510)를 포함할 수 있다. d-q 추출부(510)는 제 1 전압 및 제 2 전압으로부터 d-q 성분을 추출하여, 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터를 획득하는 단계(420)를 수행할 수 있다. The
주파수 추정 장치(100)는 식 (1) 또는 식 (2) 중 적어도 하나를 이용하여 제 1 전압 및 제 2 전압으로부터 d-q 성분을 추출할 수 있다. 또한 주파수 추정 장치(100)는 제 1 전압으로부터 추출된 d-q 성분에 기초하여 제 1 전압 벡터를 획득할 수 있다. 또한 주파수 추정 장치(100)는 제 2 전압으로부터 추출된 d-q 성분에 기초하여 제 2 전압 벡터를 획득할 수 있다. The
제 1 전압은 가장 최근에 측정된 전압값이고, 주파수 추정 장치(100)는 제 1 전압으로부터 d-q 성분을 추출하여 제 1 전압 벡터를 획득할 수 있다. 또한, 주파수 추정 장치(100)는 제 2 전압을 제 1 시간의 직전 시간인 제 2 시간에 측정하여 메모리에 저장하고 있을 수 있다. 또한 주파수 추정 장치(100)는 제 2 전압에 기초하여 제 2 전압 벡터를 획득하여, 제 2 전압 벡터를 미리 메모리에 저장하고 있을 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 제 2 전압 벡터를 메모리로부터 획득할 수 있다.The first voltage is the most recently measured voltage value, and the
도 6을 참조하면, 그래프의 가로축은 d축의 전압값을 나타낸다. 또한 그래프의 세로축은 q축의 전압값을 나타낸다. d-q 평면에서 제 1 전압 벡터는 와 같을 수 있다. 또한 d-q 평면에서 제 2 전압 벡터는 와 같을 수 있다. 여기서 k는 자연수이다. k는 k-1으로부터 하나의 샘플 주기()가 지났음을 의미할 수 있다.6, the horizontal axis of the graph represents the voltage value of the d-axis. In addition, the vertical axis of the graph represents the voltage value of the q-axis. The first voltage vector in the dq plane is Can be the same as Also in the dq plane the second voltage vector is Can be the same as Where k is a natural number. k is one sample period from k-1 ( ) May mean past.
제 1 전압 벡터()의 d축 값은 Vd[k]일 수 있다. 또한 제 1 전압 벡터()의 q 축 값은 Vq[k]일 수 있다. 제 2 전압 벡터()의 d축 값은 Vd[k-1]일 수 있다. 또한 제 2 전압 벡터()의 q 축 값은 Vq[k-1]일 수 있다.First voltage vector ( The d-axis value of) may be Vd[k]. Also the first voltage vector ( The q-axis value of) may be Vq[k]. The second voltage vector ( The d-axis value of) may be Vd[k-1]. Also the second voltage vector ( The q-axis value of) may be Vq[k-1].
다시 도 5를 참조하면, 주파수 추정 장치(100)는 차분 위상각 추정부(520)를 포함할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)의 차분 위상각 추정부(520)는 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터에 기초하여 제 1 시간의 차분 위상각을 획득하는 단계(430)를 수행할 수 있다.Referring back to FIG. 5, the
주파수 추정 장치(100)는 d-q 평면에서 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터가 이루는 각을 제 1 시간의 차분 위상각으로 획득하는 단계를 수행할 수 있다. The
주파수 추정 장치(100)는 아크탄젠트를 이용하여 제 1 시간의 차분 위상각을 획득할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 제 1 전압 벡터()의 d축 값은 Vd[k]일 수 있다. 또한 제 1 전압 벡터()의 q 축 값은 Vq[k]일 수 있다. 제 1 전압 벡터()가 d축과 이루는 각은 일 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 제 1 전압 벡터()에 아크탄젠트를 취하여 을 획득할 수 있다. 동일한 방식으로 주파수 추정 장치(100)는 제 2 전압 벡터()에 아크탄젠트를 취하여 을 획득할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 와 의 차분을 제 1 시간의 차분 위상각()으로 결정할 수 있다.The
또한, 주파수 추정 장치(100)는 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터의 외적 또는 내적을 이용하여 제 1 시간의 차분 위상각()을 획득할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 제 1 차분 위상각() 또는 제 2 차분 위상각()에 기초하여 제 1 시간의 차분 위상각()을 결정할 수 있다.In addition, the
제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터 사이의 외적은 식 (3)과 같다.The cross product between the first voltage vector and the second voltage vector is given by Equation (3).
... 식 (3) ... Equation (3)
주파수 추정 장치(100)가 전압을 측정하는 주기를 충분히 짧게 하는 경우, 위상각의 변화가 매우 작으므로 일 수 있다.When the
따라서, 주파수 추정 장치(100)는 제 1 시간의 차분 위상각()을 획득하기 위하여 식 (4)에 기초하여 제 1 차분 위상각()을 획득하는 단계를 수행할 수 있다. Therefore, the
...식 (4) ...Equation (4)
또한, 주파수 추정 장치(100)는 제 1 차분 위상각()을 제 1 시간의 차분 위상각()으로 결정하는 단계를 수행할 수 있다. 여기서, 는 제 1 전압 벡터의 q축 전압값을 나타내고, 는 제 1 전압 벡터의 d축 전압값을 나타내고, 는 제 2 전압 벡터의 q축 전압값을 나타내고, 는 제 2 전압 벡터의 d축 전압값을 나타내고, 는 제 1 전압 벡터의 크기를 나타내고, 는 제 2 전압 벡터의 크기를 나타낼 수 있다. 또한, 와 는 미리 정해둔 상수 값일 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 메모리로부터 및 를 획득할 수 있다. 또한 주파수 추정 장치(100)는 외부의 장치 또는 사용자의 입력으로부터 유무선으로 메모리로부터 및 를 획득할 수 있다.In addition, the
제 1 차분 위상각()은 실제 제 1 시간의 차분 위상각()과 다소 차이가 있을 수 있으나, 그 차이는 무시할 정도로 작을 수 있다.The first difference phase angle ( ) Is the difference phase angle of the actual first time ( ), but the difference may be negligibly small.
또한, 주파수 추정 장치(100)는 위상각 보상 함수에 기초하여 제 1 차분 위상각()을 보상하여 제 2 차분 위상각()을 획득하는 단계를 수행할 수 있다. 제 2 차분 위상각()은 제 1 차분 위상각()보다 제 1 시간의 차분 위상각()를 정확하게 추정한 값일 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 제 2 차분 위상각()을 제 1 시간의 차분 위상각()으로 결정하는 단계를 수행할 수 있다.In addition, the
또한, 주파수 추정 장치(100)는 제 1 시간의 제 2 차분 위상각() 및 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()에 기초하여, 제 1 시간의 차분 위상각()을 결정하는 단계를 수행할 수 있다. In addition, the
여기서, 주파수 추정 장치(100)는 제 2 시간의 제 1 차분 위상각()을 보상 함수를 이용하여 보상하여 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()을 획득할 수 있다. 또한, 주파수 추정 장치(100)는 제 2 시간의 제 1 전압 벡터 및 제 2 시간의 제 2 전압 벡터의 외적 또는 내적을 이용하여 제 2 시간의 제 1 차분 위상각()을 획득할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 식 (4)를 이용하여 제 2 시간의 제 1 차분 위상각()을 획득할 수 있다. 이에 대해서는 제 1 시간의 제 1 차분 위상각()을 획득하는 과정과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.Here, the
본 개시의 일 실시예에 따르면, 주파수 추정 장치(100)는 위상각 보상 함수를 테이블로 저장하고 있을 수 있다. 예를 들어 주파수 추정 장치(100)는 제 1 차분 위상각()에 따른 제 2 차분 위상각()을 값을 저장하고 있을 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 테이블 및 제 1 차분 위상각()에 기초하여 제 2 차분 위상각()을 결정할 수 있다. According to an embodiment of the present disclosure, the
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 주파수 추정 장치(100)는 위상각 보상 함수를 1차 또는 2차식으로 정의할 수 있다. 예를 들어 위상각 보상함수는 식 (5)와 같이 주어질 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, the
= f() = * ...식 (5) = f( ) = * ...Equation (5)
여기서 는 미리 정해진 실수로써, 주파수 추정 장치(100)는 메모리에 를 저장하고 있을 수 있다. 는 에 기초하여 변화하는 값일 수 있다. 또는 는 고정된 상수일 수 있고, 이 1일 경우 는 곧바로 로 결정될 수 있다.here Is a predetermined real number, and the
본 개시의 다른 실시예에 따르면, 주파수 추정 장치(100)는 식 (6)과 같이 위상각 보상 함수를 arcsin으로 정의할 수 있다.According to another embodiment of the present disclosure, the
= f() = * arcsin()...식 (6) = f( ) = * arcsin( )...Equation (6)
여기서 는 미리 정해진 실수로써, 주파수 추정 장치(100)는 메모리에 를 저장하고 있을 수 있다. 는 고정된 상수일 수 있다. here Is a predetermined real number, and the
주파수 추정 장치(100)가 arcsin 실질적으로 계산하는 경우 프로세서의 연산 부담이 커질 수 있다. 따라서 주파수 추정 장치(100) arcsin에 대응 테이블을 저장하고 있을 수 있다. 즉, 주파수 추정 장치(100)는 복수의 제 1 차분 위상각()을 arcsin에 적용한 값들을 메모리에 저장할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 테이블에 기초하여 제 1 차분 위상각()에 대응하는 제 2 차분 위상각()을 획득할 수 있다.When the
주파수 추정 장치(100)는 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()을 획득하는 단계를 수행할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 제 1 시간의 제 2 차분 위상각()과 동일한 방식으로 제 1 시간 이전인 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()을 획득할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()을 메모리에 저장하고 있을 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()을 메모리로부터 획득할 수 있다.The
주파수 추정 장치(100)는 제 1 시간의 제 2 차분 위상각()을 상기 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()에 기초하여 아래 식 (7)과 같이 보정하는 단계를 수행할 수 있다. The
... 식 (7) ... Equation (7)
와 은 미리 정해진 상수일 수 있다. Wow May be a predetermined constant.
또한 주파수 추정 장치(100)는 보정된 제 2 차분 위상각(을 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 수행할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 와 의 값 중 하나가 1이고 하나가 0이면, 제 1 시간의 제 2 차분 위상각() 또는 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()을 곧바로 제 1시간의 차분 위상각()으로 결정할 수 있다. In addition, the
주파수 추정 장치(100)는 제 1 차분 위상각() 또는 제 2 차분 위상각() 또는 제 2 시간의 1 차분 위상각() 또는 제 2 시간의 제 2 차분 위상각() 중 하나 이상에 기초하여 제 1 시간의 차분 위상각()으로 결정할 수 있다. 예컨대, 제 2 차분 위상각()이 제 1 차분 위상각()보다 정확한 값이므로, 주파수 추정 장치(100)는 제 2 차분 위상각()을 이용하여 제 1 시간의 예상 주파수를 정확하게 추정할 수 있다. 제 1 차분 위상각()을 획득하는 과정은 제 2 차분 위상각()을 획득하는 과정보다 단순하므로, 주파수 추정 장치(100)는 프로세서의 연산 능력을 적게 사용할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 제 1 차분 위상각()을 이용하여 빠르게 제 1 시간의 예상 주파수를 추정할 수 있다.The
다시 도 4를 참조하면, 주파수 추정 장치(100)는 제 2 시간의 예상 주파수()를 획득하는 단계(440)를 수행할 수 있다. 제 2 시간의 예상 주파수()는 직전 주기에서 미리 계산된 주파수이거나 주파수 추정 장치(100)의 동작을 시작하기 위한 초기 값일 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 제 2 시간의 예상 주파수()를 메모리로부터 획득할 수 있다.Referring again to FIG. 4, the
주파수 추정 장치(100)는 주파수 추정부(530)를 포함할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)의 주파수 추정부(530)는 제 1 시간의 차분 위상각() 및 제 2 시간의 예상 주파수()에 기초하여 제 1 시간의 예상 주파수()를 획득하는 단계(450)를 수행할 수 있다.The
구체적으로, 주파수 추정 장치(100)는 아래 식 (8)에 기초하여 제 1 시간의 예상 주파수()를 획득하는 단계를 수행할 수 있다.Specifically, the
...식 (8) ...Equation (8)
여기서 는 제 2 시간의 예상 주파수를 나타내고, 는 미리 결정된 상수를 나타내고, 는 제 1 시간의 차분 위상각을 나타내고, 는 미리 정해진 시간을 나타낸다. 여기서 미리 정해진 실수로써, 주파수 추정 장치(100)는 메모리로부터 를 획득할 수 있다. 는 주파수 추정의 반응성을 조절하기 위한 상수일 수 있다. 또한, 는 이미 설명한 바와 같이 주파수 추정 장치(100)가 계통 전압을 측정하는 샘플 주기를 나타낸다. 는 제 1 시간과 제 2 시간 사이의 시간을 의미할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 메모리로부터 미리 설정된 를 획득할 수 있다.here Represents the expected frequency of the second time, Represents a predetermined constant, Represents the differential phase angle of the first time, Represents a predetermined time. here As a predetermined real number, the
또한, 주파수 추정 장치(100)는 아래 식 (8-1)에 기초하여 제 1 시간의 예상 주파수()를 획득하는 단계를 수행할 수 있다.In addition, the
...식 (8-1) ...Equation (8-1)
식 (8-1)은 식 (8)에 기초하여 획득된 식일 수 있다. 및 는 미리 결정된 상수를 나타낸다. 및 는 미리 정해진 실수로써, 주파수 추정 장치(100)는 메모리로부터 및 를 획득할 수 있다. 또한 는 이고, 는일 수 있다. Equation (8-1) may be an equation obtained based on Equation (8). And Represents a predetermined constant. And Is a predetermined real number, and the
주파수 추정 장치(100)는 사용자의 입력 또는 를 수정할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 주파수 추정 장치(100)는 미리 정해진 알고리즘에 기초하여 자동으로 또는 를 수정할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 를 작게 할수록 정확하게 주파수를 추정할 수 있다. 또한 주파수 추정 장치(100)는 를 크게 할수록 빠르게 주파수를 추정할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 작게 할수록 정확하고 빠르게 주파수를 추정할 수 있다. 또한 주파수 추정 장치(100)는 크게 할수록 프로세서의 연산 부담을 줄일 수 있다.The
주파수 추정 장치(100)는 메모리로부터 획득된 제 2 시간의 예상 주파수() 및 식 (7)에 의하여 획득된 제 1 시간의 차분 위상각(을 식 (8) 또는 식 (8-1)에 적용하여 제 1 시간의 예상 주파수()를 획득할 수 있다.The
또한 추정된 제 1 시간의 예상 주파수()는 다음 주기의 제 2 시간의 예상 주파수로 이용되기 위하여, 주파수 추정 장치(100)는 메모리에 제 1 시간의 예상 주파수()를 저장할 수 있다. 또한 주파수 추정 장치(100)는 제 1 시간의 예상 주파수()를 d-q 추출부(510)에 피드백(541)할 수 있다. Also the estimated frequency of the estimated first time ( ) Is used as the predicted frequency of the second time of the next period, the
식 (8)은 이하와 같은 방법에 기초하여 획득될 수 있다. 위상각은 주파수의 적분이다. 수치적분에 포함되는 backward, forward, trapezoid 방법 중 backward 방법에 의해 이산 영역에서 위상각은 식 (9)과 같이 표현될 수 있다.Equation (8) can be obtained based on the following method. The phase angle is the integral of the frequency. The phase angle in the discrete domain can be expressed as Equation (9) by the backward method among the backward, forward, and trapezoid methods included in numerical integration.
... 식 (9) ... Equation (9)
또한 주파수 추정 장치(100)는 식 (9)과 함께 주파수를 추정하는 피드백 장치를 이용하여 식 (8)을 획득할 수 있다. 주파수를 추정하는 피드백 장치는 도 7과 함께 설명한다.In addition, the
여기서는 backward 방법에 대하여 기재하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Here, although the backward method is described, it is not limited thereto.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 backward, forward, trapezoid를 설명하는 도면이다.9 is a diagram illustrating backward, forward, and trapezoid according to an embodiment of the present disclosure.
Forward 방법에 의하면, 식 (9)은 식 (9-1)과 같이 변경될 수 있다.According to the forward method, Equation (9) can be changed as Equation (9-1).
... 식 (9-1) ... Equation (9-1)
또한 trapezoid 방법에 의하면 식 (9)은 식 (9-2)과 같이 변경될 수 있다.Also, according to the trapezoid method, Equation (9) can be changed as Equation (9-2).
... 식 (9-2) ... Equation (9-2)
주파수 추정 장치(100)는 식 (9) 대신 식 (9-1) 또는 식 (9-2)을 사용할 수 있다.The
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라 주파수를 추정하는 블록도를 나타낸다.7 is a block diagram illustrating a frequency estimation according to an embodiment of the present disclosure.
주파수 추정 장치(100)는 제 3 적분부(710)를 포함할 수 있다. 도 7에 나타난 회로는 제 3 적분부(710)를 이용한 피드백 장치이다. The
예를 들어 주파수 추정 장치(100)는 원본 주파수( )에서 추정 주파수()를 차감한 값을 제 3 적분부(710)에 입력할 수 있다. 제 3 적분부(710)는 오차에 기초하여 수정된 추정 주파수()를 출력할 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 이러한 과정을 원본 주파수()와 추정 주파수()가 동일할 때까지 반복할 수 있다. For example, the
이러한 과정을 식으로 나타내면 식 (10)과 같다.This process is expressed as Equation (10).
... 식 (10) ... equation (10)
식 (9) 및 식 (10)을 이용하면 식 (8)이 획득될 수 있다. 주파수 추정 장치(100)는 식 (8)에 기초하여 제 1 시간의 예상 주파수()를 신속하고 정확하게 추정할 수 있다.Using equations (9) and (10), equation (8) can be obtained. The
도 4에 따라 주파수 추정 장치(100)가 제 1 시간의 예상 주파수()를 획득하는 방식과 도 3에 따라 주파수 추정 장치(100)가 예상 주파수()를 획득하는 과정은 아래와 같은 차이가 있다. According to FIG. 4, the
도 3에 의한 주파수 추정 장치(100)의 추정 방식을 식으로 나타내면 식 (11)과 식 (12)과 같다.When the estimation method of the
... 식 (11) ... equation (11)
... 식 (12) ... equation (12)
식 (11) 및 식 (12)은 분모가 s의 이차식이다. 따라서, 주파수 추정 장치(100)는 예상 주파수()를 획득하기 위하여 2차 적분부를 이용하여야한다. 2차 적분부는 주파수 추정 장치(100)의 연산 능력을 많이 소모할 수 있다. 또한 도 7을 참조하면 주파수 추정 장치(100)는 식 (8)은 1차 적분부를 이용하여 주파수를 추정할 수 있다. 따라서 주파수 추정 장치(100)는 식 (8)을 이용하여 식 (12)보다 빠르게 제 1 시간의 예상 주파수()를 획득할 수 있다.Equations (11) and (12) are quadratic with denominator s. Therefore, the
또한, 식 (11)과 식 (12)를 참조하면, 주파수 추정 장치(100)는 주파수() 및 위상()을 추정하기 위하여 동일한 제어이득(kpp 또는 kip)의 영향을 받을 수 있다. 따라서 주파수 추정 장치(100)가 위상각과 주파수에 대해서 다른 추정 응답성을 갖기 위해서는 도 3과 같은 추가적인 PLL(Phase Lock Loop) 시스템을 더 가져야할 수 있다. In addition, referring to equations (11) and (12), the
추가적인 PLL을 사용한다면, 주파수 추정 장치(100)는, 식 (2)와 같은, 많은 처리 자원이 소요되는 사인과 코사인을 추가적으로 더 사용해야 하는 것이다. 또한, 주파수 추정 장치(100)는 PI(Proportional-Integral)+I(Integral) 구성을 위한 적분 연산도 2개를 더 추가해야 한다. 또한 식 (11)의 전달함수 분자에서 s의 1차항은 위상각의 램프(ramp) 변화를 정상상태 오차없이 추정하기 위해 반드시 필요하지만, 식 (12)의 전달함수 분자에서 보이는 s의 1차항은 주로 스텝(step) 변화를 보이는 주파수 추정에서 필수적이지 않으며 경우에 따라 주파수 추정의 진동(oscillation) 오차를 일으킬 수 있다. 따라서 주파수 추정 장치(100)는 식 (8)을 이용하여 보다 간단하게 주파수를 추정하고, 주파수 추정 장치(100)의 프로세싱 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.If an additional PLL is used, the
주파수 추정 장치(100)는 계통 동기화 시 유/무효 전력을 정밀하게 제어하기 위하여 추정된 위상각이 필요할 수 있다. 하지만 계통과 전원/부하를 연결하는 차단기의 ON/OFF를 조절하는 응용분야에서는, 계통의 변화를 주파수를 통해서 감지하게 되므로, 주파수 추정 장치(100)는 위상을 추정할 필요가 없을 수 있다. 따라서, 식 (8)을 이용하는 경우, 주파수 추정 장치(100)는 PLL을 추가적으로 사용할 필요도 없고 주파수 추정만 단독으로 구현할 수 있으므로 장치 구현의 효율성을 높일 수 있다.The
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 주파수 추정 결과를 나타낸 그래프이다.8 is a graph showing a frequency estimation result according to an embodiment of the present disclosure.
도 8을 참조하면, 세로축은 주파수를 나타내고, 가로축은 시간을 나타낸다. 도 8의 그래프(810)를 참조하면, 계통의 주파수(붉은색라인)가 60Hz에서 55Hz로 스텝(step) 변화되었다. 이 때, 도 8은 계통 전압(Vg)의 변화 및 추정 전압(Vd, Vq)의 변화를 나타낸다. 그래프(821)는 계통의 주파수가 변경되기 전에 계통 전압(Vg)의 변화를 나타낸다. 주파수 변경 전 주파수는 60Hz이므로 1/60s에 계통 전압(Vg)의 하나의 주기가 모두 나타남을 확인할 수 있다. 마찬가지로 그래프(831)는 계통의 주파수가 변경되기 전에 추정 전압(Vd, Vq)을 나타낸다. 주파수 변경 전 주파수는 60Hz이므로 1/60s에 추정 전압(Vd, Vq)의 하나의 주기가 모두 나타남을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, the vertical axis represents frequency and the horizontal axis represents time. Referring to the
그래프(822)를 참조하면 계통 전압(Vg)은 55Hz로 변경되었음을 볼 수 있다. 계통 전압(Vg)의 주파수가 느려지면서 계통 전압의 한 주기가 1/60초 안에 다 포함되지 않는다. 하지만 그래프(832)를 참조하면 추정 전압(Vd, Vq)은 아직 55hz에 도달하지 못하였음을 볼 수 있다. Referring to the graph 822, it can be seen that the grid voltage Vg has been changed to 55 Hz. As the frequency of the grid voltage (Vg) decreases, one cycle of the grid voltage is not included in 1/60 seconds. However, referring to the
그래프(823) 및 그래프(833)를 참조하면 계통 전압(Vg)과 추정 전압(Vd, Vq)이 모두 55Hz로 변경되었음을 확인할 수 있다. Referring to the
계통 전압(Vg)의 느려진 주파수를, 주파수 추정 장치(100)는 식 (8)에 의해 추종할 수 있다. 추종 속도는 식 (8)의 제어 이득인 kf를 통해 조절 가능하다. 도 8을 참조하면, 주파수 추정 장치(100)는 의도한 대로 추종 반응이 1Hz의 대역폭을 갖도록 결과가 나타났다.The
이제까지 다양한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, we have looked at the center of various embodiments. Those of ordinary skill in the art to which the present disclosure pertains will appreciate that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative point of view rather than a limiting point of view. The scope of the present invention is shown in the claims rather than the above description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.Meanwhile, the above-described embodiments of the present invention can be written as a program that can be executed in a computer, and can be implemented in a general-purpose digital computer that operates the program using a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes a storage medium such as a magnetic storage medium (for example, ROM, floppy disk, hard disk, etc.) and an optical reading medium (for example, CD-ROM, DVD, etc.).
Claims (10)
미리 정해진 시간마다 전압을 측정하여 제 1 시간의 측정값인 제 1 전압 및 제 1 시간의 직전 시간인 제 2 시간의 측정값인 제 2 전압을 획득하는 단계;
상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압으로부터 d-q 성분을 추출하여, 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터를 획득하는 단계;
상기 제 1 전압 벡터 및 상기 제 2 전압 벡터 사이의 각인 상기 제 1 시간의 차분 위상각을 획득하는 단계;
상기 제 2 시간의 예상 주파수()를 획득하는 단계;
상기 제 1 시간의 차분 위상각에 제 2 상수(Kb)를 곱한 값과 상기 제 2 시간의 예상 주파수에 제 1 상수(Ka)를 곱한 값의 합에 기초하여 제 1 시간의 예상 주파수를 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 추정 방법.
In the method of estimating the target frequency to synchronize the frequency of the voltage shared by devices included in the system,
Measuring a voltage at every predetermined time to obtain a first voltage that is a measured value of a first time and a second voltage that is a measured value of a second time that is a time immediately before the first time;
Extracting a dq component from the first voltage and the second voltage to obtain a first voltage vector and a second voltage vector;
Acquiring a differential phase angle of the first time, which is an angle between the first voltage vector and the second voltage vector;
The expected frequency of the second time ( Obtaining );
Obtaining an expected frequency of the first time based on the sum of a value obtained by multiplying the difference phase angle of the first time by a second constant (Kb) and the product of multiplying the expected frequency of the second time by a first constant (Ka) Frequency estimation method comprising the step.
상기 제 1 시간의 차분 위상각을 획득하는 단계는,
d-q 평면에서 상기 제 1 전압 벡터 및 상기 제 2 전압 벡터가 이루는 각을 제 1 시간의 차분 위상각으로 획득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 추정 방법.
The method of claim 1,
The step of obtaining the difference phase angle of the first time,
and acquiring an angle formed by the first voltage vector and the second voltage vector in a dq plane as a differential phase angle of a first time.
상기 제 1 시간의 차분 위상각(을 획득하는 단계는,
상기 제 1 전압 벡터 및 상기 제 2 전압 벡터의 내적 또는 외적 중 하나에 기초하여 제 1 차분 위상각(을 획득하는 단계; 및
상기 제 1 차분 위상각(을 상기 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 추정 방법.
The method of claim 1,
The difference phase angle of the first time ( The step of obtaining
A first differential phase angle based on one of the inner product or the outer product of the first voltage vector and the second voltage vector ( Obtaining a; And
The first difference phase angle ( The difference phase angle of the first time ( Frequency estimation method comprising the step of determining.
상기 제 1 시간의 차분 위상각(을 획득하는 단계는,
위상각 보상 함수에 기초하여 제 1 차분 위상각(을 보상하여 제 2 차분 위상각(을 획득하는 단계; 및
상기 제 2 차분 위상각(을 상기 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 추정 방법.
The method of claim 3,
The difference phase angle of the first time ( The step of obtaining
Based on the phase angle compensation function, the first difference phase angle ( By compensating for the second differential phase angle ( Obtaining a; And
The second differential phase angle ( The difference phase angle of the first time ( Frequency estimation method comprising the step of determining.
상기 제 1 시간의 차분 위상각(을 획득하는 단계는,
제 2 시간의 제 2 차분 위상각()을 획득하는 단계;
상기 제 1 시간의 제 2 차분 위상각()을 상기 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()에 기초하여 보정하는 단계; 및
상기 보정된 제 2 차분 위상각(을 상기 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 추정 방법.
The method of claim 4,
The difference phase angle of the first time ( The step of obtaining
The second differential phase angle of the second time ( Obtaining );
The second differential phase angle of the first time ( ) To the second differential phase angle of the second time ( ) Correcting based on; And
The corrected second differential phase angle ( The difference phase angle of the first time ( Frequency estimation method comprising the step of determining.
상기 주파수를 추정하는 장치는 프로세서 및 메모리를 포함하고,
상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 명령어에 기초하여,
미리 정해진 시간마다 전압을 측정하여 제 1 시간의 측정값인 제 1 전압 및 제 1 시간의 직전 시간인 제 2 시간의 측정값인 제 2 전압을 획득하는 단계;
상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압으로부터 d-q 성분을 추출하여, 제 1 전압 벡터 및 제 2 전압 벡터를 획득하는 단계;
상기 제 1 전압 벡터 및 상기 제 2 전압 벡터의 사이의 각인 상기 제 1 시간의 차분 위상각을 획득하는 단계;
상기 제 2 시간의 예상 주파수()를 획득하는 단계;
상기 제 1 시간의 차분 위상각에 제 2 상수(Kb)를 곱한 값과 상기 제 2 시간의 예상 주파수에 제 1 상수(Ka)를 곱한 값의 합에 기초하여 제 1 시간의 예상 주파수를 획득하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 주파수 추정 장치.
In the device for estimating a target frequency to synchronize the frequency of the voltage shared by devices included in the system,
The apparatus for estimating the frequency includes a processor and a memory,
The processor based on the instruction stored in the memory,
Measuring a voltage at every predetermined time to obtain a first voltage that is a measured value of a first time and a second voltage that is a measured value of a second time that is a time immediately before the first time;
Extracting a dq component from the first voltage and the second voltage to obtain a first voltage vector and a second voltage vector;
Acquiring a differential phase angle of the first time, which is a stamp between the first voltage vector and the second voltage vector;
The expected frequency of the second time ( Obtaining );
Obtaining an expected frequency of the first time based on the sum of a value obtained by multiplying the difference phase angle of the first time by a second constant (Kb) and the product of multiplying the expected frequency of the second time by a first constant (Ka) Frequency estimation apparatus, characterized in that to perform the step.
상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 명령어에 기초하여,
d-q 평면에서 상기 제 1 전압 벡터 및 상기 제 2 전압 벡터가 이루는 각을 제 1 시간의 차분 위상각으로 획득하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 주파수 추정 장치.
The method of claim 6,
The processor based on the instruction stored in the memory,
and acquiring an angle formed by the first voltage vector and the second voltage vector in a dq plane as a differential phase angle of a first time.
상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 명령어에 기초하여,
상기 제 1 전압 벡터 및 상기 제 2 전압 벡터의 내적 또는 외적 중 하나에 기초하여 제 1 차분 위상각(을 획득하는 단계; 및
상기 제 1 차분 위상각(을 상기 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 주파수 추정 장치.
The method of claim 6,
The processor based on the instruction stored in the memory,
A first differential phase angle based on one of the inner product or the outer product of the first voltage vector and the second voltage vector ( Obtaining a; And
The first difference phase angle ( The difference phase angle of the first time ( Frequency estimation apparatus, characterized in that performing the step of determining.
상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 명령어에 기초하여,
위상각 보상 함수에 기초하여 제 1 차분 위상각(을 보상하여 제 2 차분 위상각(을 획득하는 단계; 및
상기 제 2 차분 위상각(을 상기 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 주파수 추정 장치.
The method of claim 8,
The processor based on the instruction stored in the memory,
Based on the phase angle compensation function, the first difference phase angle ( By compensating for the second differential phase angle ( Obtaining a; And
The second differential phase angle ( The difference phase angle of the first time ( Frequency estimation apparatus, characterized in that performing the step of determining.
상기 프로세서는 상기 메모리에 저장된 명령어에 기초하여,
제 2 시간의 제 2 차분 위상각()을 획득하는 단계;
상기 제 1 시간의 제 2 차분 위상각()을 상기 제 2 시간의 제 2 차분 위상각()에 기초하여 보정하는 단계; 및
상기 보정된 제 2 차분 위상각(을 상기 제 1 시간의 차분 위상각(으로 결정하는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는 주파수 추정 장치.
The method of claim 9,
The processor based on the instruction stored in the memory,
The second differential phase angle of the second time ( Obtaining );
The second differential phase angle of the first time ( ) To the second differential phase angle of the second time ( ) Correcting based on; And
The corrected second differential phase angle ( The difference phase angle of the first time ( Frequency estimation apparatus, characterized in that performing the step of determining.
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KR1020190113872A KR102176532B1 (en) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | Controller, controlling method, and recording medium for grid synchronization |
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---|---|---|---|---|
JP2004361124A (en) * | 2003-06-02 | 2004-12-24 | Tm T & D Kk | Frequency measuring apparatus |
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KR101451008B1 (en) * | 2013-03-08 | 2014-10-15 | 주식회사 엘지유플러스 | Controller, controlling method, and recording medium for grid synchronization |
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KR101451008B1 (en) * | 2013-03-08 | 2014-10-15 | 주식회사 엘지유플러스 | Controller, controlling method, and recording medium for grid synchronization |
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