KR102260937B1 - 계통 연계형 태양광 발전 및 ess용 전력변환장치의 제어장치 - Google Patents

계통 연계형 태양광 발전 및 ess용 전력변환장치의 제어장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102260937B1
KR102260937B1 KR1020200169611A KR20200169611A KR102260937B1 KR 102260937 B1 KR102260937 B1 KR 102260937B1 KR 1020200169611 A KR1020200169611 A KR 1020200169611A KR 20200169611 A KR20200169611 A KR 20200169611A KR 102260937 B1 KR102260937 B1 KR 102260937B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
unit
pwm
thd
output current
value
Prior art date
Application number
KR1020200169611A
Other languages
English (en)
Inventor
강병관
김혜천
Original Assignee
디아이케이(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 디아이케이(주) filed Critical 디아이케이(주)
Priority to KR1020200169611A priority Critical patent/KR102260937B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102260937B1 publication Critical patent/KR102260937B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46—Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0009—Devices or circuits for detecting current in a converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/539—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency
    • H02M7/5395—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters with automatic control of output wave form or frequency by pulse-width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 전류 THD(Total Harmonic Distortion) 또는 전류 THD와 방열판 온도를 검출하여 추가적인 설비없이 전력변환장치의 제어가 가능하도록 함으로써 전력변환장치의 효율적인 운영을 통해 발전 효율을 향상시킴과 더불어 제품의 수명을 상승시키도록 한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치에 관한 것으로서, 전력변환장치의 출력 전류를 측정하는 전류 측정부와, 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전력변환장치의 출력 전류의 THD를 연산하는 전류 THD 연산부와, 상기 전력변환장치의 방열판 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 전류 THD 연산부를 통해 연산된 전류 THD 및 상기 온도 검출부에서 검출된 온도 정보를 전달받아 상기 전력변환장치를 SVPWM 또는 DPWM 방식으로 운전할지를 판단하는 PWM 판단부와, 상기 PWM 판단부를 통해 판단한 근거로 PWM 변조를 실시하는 PWM 변조부와, 상기 PWM 변조부에서 변조된 PWM을 전달받아 적합한 PWM을 출력하는 PWM 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치{Grid-connected type photovoltaic power generation and power conversion device control device for ESS}
본 발명은 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 특히 THD(Total Harmonic Distortion) 또는 전류 THD와 방열판 온도를 검출하여 전력변환장치의 효율적인 운영을 통해 발전 효율을 향상시킴과 더불어 제품의 수명을 상승시키도록 한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전은 태양전지를 이용하여 빛을 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 방식으로서, 태양전지를 이용하여 실제 수요부하에 필요한 전력을 생산하여 공급하는 발전 시스템이다.
이러한 태양광 발전 시스템은 태양전지, 태양광 인버터, ESS용 PCS(Power Conditioning System)과 같은 전력변환장치를 포함하며, 태양 전지가 광을 전달받아 직류 전압을 생산하고, 상기 태양전지로부터 생산된 직류 전압은 인버터를 통해 상용 주파수의 교류 전압으로 변환하여 전력 계통에 전송한다. 이때 상기 축전지는 상기 태양전지로부터 생산된 직류 전압을 저장하고 있다가 수요부하의 필요에 따라 공급한다. 상기 태양전지로부터 생산된 전력과 축전지에 저장된 전력 그리고 계통으로 받은 전력 등은 인버터, PCS와 같은 전력변환장치를 통해 전력계통으로 공급하거나 전력계통에서 전력을 축전지에 저장할 수 있다.
그런데, 상기 태양광 인버터, ESS용 PCS와 같은 전력변환장치는 방수, 방진을 고려하여 폐쇄된 공간에 배치되기 때문에 내부에서 발생된 열이 외부로 방출되지 못하여 내부의 온도가 상승하게 된다. 따라서, 전력변환장치의 정상적인 동작을 위하여 적정한 온도를 유지시켜 줄 필요성이 있으며 냉각팬(또는 송풍팬)을 사용하여 온도를 제어하는 것이 일반적이다.
기본적으로 전력변환장치는 스위칭 소자의 발열을 고려해 방열 장치가 설계되며, 특히 방수, 방진을 고려해 폐쇄된 공간에 전력변환장치가 배치되기 때문에 전력변환장치 내부에서 발생된 열을 외부로 방출하기 위해 송풍팬을 사용하고 있다.
다만, 주변 온도가 너무 높거나 팬이 고장나거나, 다른 방열 부품의 노화 등으로 인해 처음 설계할 때보다 방열 성능이 저하되면 발열로 인한 문제가 발생할 수 있다. 특히 방열 성능이 저하되었을 때 전력변환장치의 출력이 높은 경우 발열로 인한 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 전류 THD(Total Harmonic Distortion) 또는 전류 THD와 방열판 온도를 검출하여 추가적인 설비없이 전력변환장치의 제어가 가능하도록 함으로써 전력변환장치의 효율적인 운영을 통해 발전 효율을 향상시킴과 더불어 제품의 수명을 상승시키도록 한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치는 전력변환장치의 출력 전류를 측정하는 전류 측정부와, 상기 전류 측정부를 통해 측정된 전력변환장치의 출력 전류의 THD를 연산하는 전류 THD 연산부와, 상기 전력변환장치의 방열판 온도를 검출하는 온도 검출부와, 상기 전류 THD 연산부를 통해 연산된 전류 THD 및 상기 온도 검출부에서 검출된 온도 정보를 전달받아 상기 전력변환장치를 SVPWM 또는 DPWM 방식으로 운전할지를 판단하는 PWM 판단부와, 상기 PWM 판단부를 통해 판단한 근거로 PWM 변조를 실시하는 PWM 변조부와, 상기 PWM 변조부에서 변조된 PWM을 전달받아 적합한 PWM을 출력하는 PWM 출력부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어방법은 전력변환장치의 출력 전류를 측정하는 단계; 상기 측정된 전력변환장치의 출력 전류의 THD를 연산하는 단계; 상기 전력변환장치의 방열판 온도를 검출하는 단계; 상기 연산된 전류 THD 및 상기 검출된 온도 정보를 전달받아 상기 전력변환장치를 SVPWM 또는 DPWM 방식으로 운전할지를 판단하는 단계; 상기 판단한 근거로 PWM 변조를 실시하는 단계; 상기 변조된 PWM을 전달받아 적합한 PWM을 출력하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치는 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 전류 THD 또는 전류 THD와 방열판 온도를 검출하여 추가적인 설비없이 전력변환장치의 제어가 가능하도록 함으로써 전력변환장치의 효율적인 운영을 통해 발전 효율을 향상시킴과 더불어 제품의 수명을 상승시킬 수 있다.
도 1은 CPWM 방법 대비 스위칭 손실 함수에 대한 역률각(φ)과 오프셋 신호 위상(ψ)를 변수로 가지는 함수를 3차원 그래프로 나타낸 도면
도 2는 본 발명에 의한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치를 개략적으로 나타낸 구성도
도 3은 도 2의 PWM 판단부에 대한 동작을 설명하기 위한 순서도
도 4는 도 2의 PWM 변조부를 보다 구체적으로 나타낸 구성도
도 5는 도 4의 오프셋 신호 생성부를 보다 구체적으로 나타낸 구성도
도 6은 도 5의 오프셋 신호 위상 결정부의 동작을 설명하기 위한 순서도
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치를 개략적으로 나타낸 구성도
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 의한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치 및 그 제어방법은 전력변환장치를 구동하는 다양한 펄스폭 변조(Pulse-Width Modulation: PWM) 방법이 있으며, 그 중 불연속 펄스폭 변조(Discontinuous Pulse-Width Modulation: DPWM) 방법을 통해 스위칭 손실을 저감하여 전력변환장치의 스위칭 소자의 발열을 줄일 수 있다.
단, DPWM 방법은 기존 연속적인 펄스폭 변조(Continuous Pulse-width Modulation: CPWM)에 비해 상대적으로 스위칭 횟수가 줄어들기 때문에 출력 전류의 전고조파 왜율(Total Harmonic Distortion: THD)이 높아지는 단점을 가지고 있다.
한편, 계통 연계형 전력변환장치는 계통에 악영향을 끼치지 않도록 엄격한 출력 전류 THD 기준을 가지고 있다.
따라서 DPWM 방법의 스위칭 손실 저감 효과에도 불구하고 필터의 크기, 비용 등의 문제 때문에 DPWM 방법보다 공간 벡터 펄스폭 변조(Space Vector Pulse-Width Modulation: SVPWM) 방법이 더 널리 사용되고 있다.
이를 해결하기 위해 본 발명은 스위칭 소자의 방열판 온도를 근거로 기준 온도보다 높은 경우 DPWM 방법을 적용하여 스위칭 손실을 줄여 스위칭 소자의 발열을 저감하는 방법을 제안하였다. 다만, DPWM 방법을 사용하였을 때 전류 THD가 높아지는 문제가 있기 때문에 출력전류의 THD를 고려하여 DPWM 방법을 적용하여야 한다.
주로 전력변환장치의 출력이 높은 경우 발열로 인한 문제가 발생할 가능성이 높아지며, 일반적으로 전력변환장치의 출력이 높을수록 출력 전류의 THD가 낮아지기 때문에 출력 전류 THD 기준에 비해 큰 마진을 가질 것이며 이런 경우 발열 문제 해결을 위해 DPWM 방법 적용이 가능하다.
하지만, 계통의 전압이 불안정하거나, 부품의 고장 및 노화로 인해 전류 THD 기준에 비해 마진이 부족한 상황에서 발열 문제로 인해 DPWM 방법을 적용할 땐, 전류 THD에 유리한 DPWM 방법을 적용하여 발열 감소량(스위칭 손실 저감 효과)은 줄어들지만 THD 증가량은 최소화하는 방법을 적용할 수 있어야 한다.
한편, DPWM 방법은 일반적으로 오프셋(offset) 신호를 이용하여 계산 복잡도를 줄이고, 삼각파 형태의 캐리어 신호와 비교하는 방법으로 비교적 간단하게 구현된다. 여기서, DPWM 방법을 구현하기 위한 오프셋 신호의 위상(ψ)에 따라 스위칭 손실과 출력 전류 THD가 다르게 나타난다.
또한, 오프셋 신호의 위상값의 변화가 없더라도 전력변환장치의 역률각(φ)에 따라 스위칭 손실 및 출력 전류 THD가 다르게 나타난다. 스위칭 손실은 기존 CPWM 방법 대비 스위칭 손실 비율로 아래의 수학식 1로 정리가 가능하다.
Figure 112020132297932-pat00001
즉, CPWM 방법 대비 스위칭 손실 함수(Switching Loss Function)는 역률각(φ)과 오프셋 신호 위상(ψ)을 변수로 가지는 함수이다. 이를 3차원 그래프로 정리하면 도 1처럼 나타난다.
이때 상기 스위칭 손실과 달리, 역률각(φ)과 오프셋 신호 위상(ψ)의 변화와 출력 전류 THD의 관계는 필터 사양, 제어 장치 사양 등에 따라 복잡한 상관관계를 가지기 때문에 일반화하여 수학식으로 정리하는데 어려움을 가진다.
하지만, 전술한 바와 같이 상황에 따라 출력 전류 THD에 유리한 DPWM 방식의 적용이 필요한 경우도 있기 때문에 본 발명에서는 섭동 및 관측(Perturbation and Observation: P&O) 방식을 통해 출력 전류 THD 개선하는 방법을 제안한다.
즉, 초기 시작은 발열 문제 해결을 위해 계산된 역률각과 스위칭 손실 함수를 활용하여 스위칭 손실을 최소화하는 오프셋 신호 위상각을 계산하여 DPWM 방식을 구현하며, 이후 출력 전류 THD 개선이 필요한 상황에서 오프셋 신호 위상각을 출력 전류 THD가 개선되는 방향으로 조금씩 변화시키는 DPWM 방법이다.
또한, 본 발명은 SVPWM 방법을 사용할 때보다 DPWM 방법을 사용하면 전체적으로 전력변환장치 효율이 높아지기 때문에 발열 문제가 없더라도 전류 THD 기준보다 마진이 큰 상황에서 이를 적용하여 전력변환장치의 효율적인 운용이 가능하며, 발열을 낮추어 전체적인 제품의 수명을 상승시키는 효과를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 3은 도 2의 PWM 판단부에 대한 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명에 의한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 전력변환장치의 출력 전류를 측정하는 전류 측정부(110)와, 상기 전류 측정부(110)를 통해 측정된 전력변환장치의 출력 전류의 THD를 연산하는 전류 THD 연산부(120)와, 상기 전력변환장치의 방열판 온도를 검출하는 온도 검출부(130)와, 상기 전류 THD 연산부(120)를 통해 연산된 전류 THD 및 상기 온도 검출부(130)에서 검출된 온도 정보를 전달받아 상기 전력변환장치를 SVPWM 또는 DPWM 방식으로 운전할지를 판단하는 PWM 판단부(140)와, 상기 PWM 판단부(140)를 통해 판단한 근거로 PWM 변조를 실시하는 PWM 변조부(150)와, 상기 PWM 변조부(150)에서 변조된 PWM을 전달받아 적합한 PWM을 출력하는 PWM 출력부(160)를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 PWM 판단부(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 온도 검출부(130)에서 검출된 온도 값과 상기 전류 THD 연산부(120)에서 연산된 출력 전류 THD 값을 전달받아 이전 PWM 방법에 따라 SVPWM 또는 DPWM 방식으로 전력변환장치의 구동을 판단한다.
먼저, 이전 PWM 방법이 SVPWM 방법 일 땐, 우선 온도 기준 값(Temp1)과 측정된 온도 값(Temp)을 비교하고, 상기 출력 전류 THD 기준 값(THD1)과 측정된 출력 전류 THD 값(ITHD)을 비교하여 측정된 온도 값(Temp)과 출력 전류 THD 값(ITHD)이 상기 온도 기준 값(Temp1)보다 크고 출력 전류 THD 기준 값(THD1)보다 작다는 것을 만족하는 경우에 DPWM 방법을 사용한다.
이때 상기 측정된 온도 값(Temp) 및 출력 전류 THD 값(ITHD) 중 상기 온도 기준 값(Temp1)과 출력 전류 기준 값(THD1)과 비교하여 하나라도 만족하지 않을 경우 즉, 상기 측정된 온도 값(Temp)이 온도 기준 값(Temp1)보다 작거나 출력 전류 THD 값(ITHD)이 출력 전류 기준 값(THD1)보다 클 경우에 SVPWM 방법으로 동작한다.
또한, 이전 PWM 방법이 DPWM 방법인 경우엔 우선 THD 기준 값(THD2)과 측정된 출력 전류 THD 값(ITHD)을 비교하고, 출력 전류 THD 기준 값(THD1)과 측정된 출력 전류 THD 값(ITHD)을 비교하여 측정된 출력 전류 THD 값(ITHD)과 온도 값(Temp)이 상기 출력 전류 THD 기준 값(THD2)보다 작고 온도 기준 값(Temp2)보다 크다는 것을 만족하는 경우에 DPWM 방법을 사용한다.
이때 상기 측정된 온도 값(Temp) 및 출력 전류 THD 값(ITHD) 중 상기 온도 기준 값(Temp2)과 출력 전류 기준 값(THD2)과 비교하여 하나라도 만족하지 않을 경우 즉, 상기 측정된 온도 값(Temp)이 온도 기준 값(Temp2)보다 작거나 출력 전류 THD 값(ITHD)이 출력 전류 기준 값(THD2) 보다 클 경우에 SVPWM 방법으로 동작한다.
여기서, 상기 출력 전류 기준 값인 THD1과 THD2는 전력변환장치의 사양 및 제품 특성에 따라 다르게 적용될 수 있으며, 상기 온도 기준 값인 Temp1과 Temp2도 같은 이유로 다르게 적용될 수 있다. 이와 같이 네 가지 기준 값들을 적절하게 설정하여 DPWM 방법 적용 구간이 히스테리시스 특성을 가지게 되어 DPWM 방법 적용 구간 조절이 가능하다.
이와 같이 본 발명은 상기 온도 검출부(130)에서 측정하는 전력변환장치의 방열판 온도와 출력 전류를 측정하고 전류 THD 연산부(120)를 통해 나온 결과를 바탕으로 상기 PWM 판단부(140)에서 SVPWM 방법으로 운전할 지, DPWM 방법으로 운전할 지를 판단한다. 이때 PWM 방법에 따라 이를 구현하기 위한 PWM 변조부(150)를 거치고, 적합한 PWM을 출력한다.
도 4는 도 2의 PWM 변조부를 보다 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 4에서와 같이, 상기 PWM 변조부(150)는 제어 전압 입력부(151), 최대·최소 전압 검출부(152), 오프셋 신호 생성부(153), 제어 전압 연산부(154) 및 모듈레이션 신호 출력부(155)를 포함하여 이루어진다.
상기 제어 전압 입력부(151)는 전압 제어 값을 입력받고, 상기 최대·최소 전압 검출부(152)는 상기 제어 전압 입력부(151)를 통해 입력된 전압 제어 값을 전달받아 3상 제어 전압 신호(Va, Vb, Vc) 중 최대 전압(Vmax)과 최소 전압(Vmin)을 검출한다.
상기 오프셋 신호 생성부(153)는 상기 최대·최소 전압 검출부(152)에서 검출된 최대 전압(Vmax)과 최소 전압(Vmin)을 이용하여 PWM 방법에 따른 적절한 오프셋 신호를 생성하며, 상기 제어 전압 연산부(154)는 제어 전압 제어 값과 상기 오프셋 신호 생성부(153)에서 생성된 오프셋 신호를 연산하여 출력한다.
상기 모듈레이션 신호 출력부(155)는 상기 제어 전압 연산부(154)를 통해 전달받은 제어 전압 제어 값과 오프셋 신호를 더한 값을 전달받아 모듈레이션 신호를 출력한다.
도 5는 도 4의 오프셋 신호 생성부를 보다 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 오프셋 신호 생성부(153)는 제어 전압 입력부(153-1), 역률각 연산부(153-2), 오프셋 신호 위상 결정부(153-3), 오프셋 신호 연산부(153-4) 및 오프셋 신호 출력부(153-5)를 포함하여 구성된다.
상기 오프셋 신호 생성부(153)에서 출력되는 오프셋 신호에 따라 PWM 방법이 구현이 된다. SVPWM 방법과 DPWM 방법을 구현하기 위한 수식이 오프셋 신호 연산부(153-4)에서 적용되어 계산되며, 그 수학식은 아래의 수학식 2와 같다.
Figure 112020132297932-pat00002
여기서, PWM 방법에 따라 μ의 값이 변하게 되며, SVPWM 방법의 경우 μ는 0.5이며, DPWM 방법의 경우 μ는 1 또는 0으로 주기적으로 변하는 값을 가진다.
SVPWM 방법의 경우 최대·최소 전압만 입력받아 오프셋 신호 연산부(153-4)에서 μ=0.5를 대입하여 아래와 같은 수학식 3으로 바로 오프셋 신호를 연산한다.
Figure 112020132297932-pat00003
한편, DPWM 방법의 경우 μ는 1 또는 0으로 주기적으로 바뀌며, 그 주기는 제어 전압 주기의 1/3이다. 즉, 계통에 연계되는 전력변환장치의 경우 계통 전압 주파수(60Hz)의 3배의 주파수와 같다.
따라서 μ는 180Hz의 1 또는 0의 값을 가지는 구형파이며, 이 파형의 위상이 오프셋 신호의 위상(Ψ)을 의미한다. 상황에 따라 적합한 오프셋 신호의 위상을 구하기 위해 SVPWM 방법과 달리 DPWM 방법은 제어 전압 입력부(153-1), 역률각 연산부(153-2)와 오프셋 신호 위상 결정부(153-3)를 통해 이를 구한다.
여기서, 역률각은 상기 제어 전압 입력부(153-1)에서 입력 받은 제어 전압 지령의 d축 성분 값(Vd,ctrl)과 q축 성분 값(Vq,ctrl)을 이용하여 구할 수 있다. 이는 전력변환장치 출력단과 계통 사이 필터를 거치기 전 전압 값이며, 계통 연계형 전력변환장치는 계통의 역률을 1에 근사하게 제어를 하기 때문에 계통 전압과 전력변환장치 전류는 거의 동일한 위상으로 가정할 수 있으므로 전력변환장치 출력단 전압의 위상을 통해 전력변환장치의 역률을 추정하여 근사한 값을 구할 수 있다. 상기 역률각 연산부(153-2)에서 아래와 같은 수학식 4로 역률각을 계산한다.
Figure 112020132297932-pat00004
상기 오프셋 신호 위상 결정부(153-3)에서는 수학식 4에서 산출된 역률각을 스위칭 손실 함수에 대입하여 스위칭 손실 함수가 최소값을 가지는 오프셋 신호의 위상을 계산한다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이 출력 전류 THD에 유리한 DPWM 방법을 구현하기 위한 P&O 방법을 통한 오프셋 신호의 위상 변경이 이뤄지며, 이러한 일련의 과정을 설명하면 다음과 같다.
즉, 도 6은 도 5의 오프셋 신호 위상 결정부의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 스위칭 손실 함수가 최소값을 가지는 오프셋 신호의 위상을 계산하여 오프셋 신호의 위상(Ψ)을 구한다. 출력 전류의 THD를 측정하고 연산을 통해 현재 오프셋 신호의 위상으로 DPWM 방법이 운전될 때 출력 전류의 THD(ITHD)를 측정 및 연산을 통해 구한다.
다음으로 구해진 출력 전류 THD(ITHD)와 기준 값(ITHD,ref)을 비교한다. 여기서, 상기 기준값(ITHD,ref)은 위의 THD2보다 작거나 같은 값이어야 하며, 임의로 조절이 가능한 값이다. 출력 전류 THD(ITHD)가 기준 값(ITHD,ref)보다 작으면 출력 전류 THD(ITHD) 개선이 필요하지 않기 때문에 계속 스위칭 손실 함수가 최소가 되는 오프셋 신호 위상으로 운전한다. 출력 전류 THD(ITHD)가 기준 값(ITHD,ref)보다 크면 오프셋 신호의 위상을 변경하여 출력 전류 THD(ITHD)의 변화를 관측하여 출력 전류 THD(ITHD)를 최소화하는 P&O 알고리즘으로 동작한다.
이와 같이 본 발명에 의한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치 및 그 제어방법은 방열판 온도뿐만 아니라 출력 전류 THD(ITHD)를 고려하여 상황에 맞는 PWM 방법을 적용한다.
따라서 본 발명에 의한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치 및 그 제어방법은 전력변환장치가 특정 상황에서 DPWM 방법으로 운전할 때 THD를 최소화하는 DPWM 방법으로 운전할 수 있는 P&O 방법을 가지는 개선된 제어 장치이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의한 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치는 도 7에 도시된 바와 같이, 방열판의 온도를 제외하고 전류 THD를 기준으로 하여 마진이 클 때 전력변환장치가 DPWM 방법으로 운전하여 방열을 개선할 수 있다.
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.
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.
110 : 전류 측정부 120 : 전류 THD 연산부
130 : 온도 검출부 140 : PWM 판단부
150 : PWM 변조부 160 : PWM 출력부

Claims (10)

  1. 전력변환장치의 출력 전류를 측정하는 전류 측정부와,
    상기 전류 측정부를 통해 측정된 전력변환장치의 출력 전류의 THD를 연산하는 전류 THD 연산부와,
    상기 전력변환장치의 방열판 온도를 검출하는 온도 검출부와,
    상기 전류 THD 연산부를 통해 연산된 전류 THD 및 상기 온도 검출부에서 검출된 온도 정보를 전달받아 상기 전력변환장치를 SVPWM 또는 DPWM 방식으로 운전할지를 판단하는 PWM 판단부와,
    상기 PWM 판단부를 통해 판단한 근거로 PWM 변조를 실시하는 PWM 변조부와,
    상기 PWM 변조부에서 변조된 PWM을 전달받아 적합한 PWM을 출력하는 PWM 출력부를 포함하여 구성되고, 상기 PWM 변조부는
    전압 제어 값을 입력받는 제어 전압 입력부와,
    상기 제어 전압 입력부를 통해 입력된 전압 제어 값을 전달받아 3상 제어 전압 신호 중 최대 전압과 최소 전압을 검출하는 최대·최소 전압 검출부와,
    상기 최대·최소 전압 검출부에서 검출된 최대 전압과 최소 전압을 이용하여 PWM 방식에 따른 적절한 오프셋 신호를 생성하는 오프셋 신호 생성부와,
    상기 제어 전압 제어 값과 상기 오프셋 신호 생성부에서 생성된 오프셋 신호를 연산하여 출력하는 제어 전압 연산부와,
    상기 제어 전압 연산부를 통해 전달받은 제어 전압 제어 값과 오프셋 신호를 더한 값을 전달받아 모듈레이션 신호를 출력하는 모듈레이션 신호 출력부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 PWM 판단부는 상기 온도 검출부에서 검출된 온도 값과 상기 전류 THD 연산부에서 연산된 출력 전류 THD 값을 전달받아 이전 PWM 방법에 따라 SVPWM 또는 DPWM 방식으로 전력변환장치의 구동을 판단하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 이전 PWM 방법이 SVPWM 방법 일 때 온도 기준 값과 측정된 온도 값을 비교하고, 상기 출력 전류 THD 기준 값과 측정된 출력 전류 THD 값을 비교하여 측정된 온도 값과 출력 전류 THD 값이 상기 온도 기준 값보다 크고 출력 전류 THD 기준 값보다 작으면 DPWM 방식으로 구동하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 측정된 온도 값 및 출력 전류 THD 값 중 상기 온도 기준 값과 출력 전류 기준 값과 비교하여 상기 측정된 온도 값이 온도 기준 값보다 작거나 출력 전류 THD 값이 출력 전류 기준 값보다 클 경우에 SVPWM 방법으로 구동하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 이전 PWM 방법이 DPWM 방법인 경우엔 THD 기준 값과 측정된 출력 전류 THD 값을 비교하고, 출력 전류 THD 기준 값과 측정된 출력 전류 THD 값을 비교하여 측정된 출력 전류 THD 값과 온도 값이 상기 출력 전류 THD 기준 값보다 작고 온도 기준 값보다 클 경우 DPWM 방식으로 구동하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 측정된 온도 값 및 출력 전류 THD 값 중 상기 온도 기준 값과 출력 전류 기준 값과 비교하여 상기 측정된 온도 값이 온도 기준 값보다 작거나 출력 전류 THD 값이 출력 전류 기준 값 보다 클 경우에 SVPWM 방식으로 구동하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 오프셋 신호 생성부는 제어 전압 입력부, 역률각 연산부, 오프셋 신호 위상 결정부, 오프셋 신호 연산부 및 오프셋 신호 출력부를 포함하여 구성되고, 상기 오프셋 신호 생성부에서 출력되는 오프셋 신호에 따라 PWM 방법이 구현이 되며,
    상기 오프셋 신호 위상 결정부는 스위칭 손실 함수가 최소값을 가지는 오프셋 신호의 위상을 계산하여 오프셋 신호의 위상을 구하고, 출력 전류 THD 개선이 필요한 경우, 출력 전류의 THD를 측정하고 연산을 통해 현재 오프셋 신호의 위상으로 DPWM 방법이 운전될 때 출력 전류의 THD를 측정 및 연산을 통해 구하며, 다음으로 구해진 출력 전류 THD와 기준 값을 비교하여 출력 전류 THD가 기준 값보다 작으면 계속 스위칭 손실 함수가 최소가 되는 오프셋 신호 위상으로 운전하고, 출력 전류 THD가 기준 값보다 크면 오프셋 신호의 위상을 변경하여 출력 전류 THD의 변화를 관측하여 출력 전류 THD를 최소화하는 P&O 알고리즘으로 동작하는 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치.
  9. 전력변환장치의 출력 전류를 측정하는 전류 측정부와,
    상기 전류 측정부를 통해 전력변환장치의 출력 전류 THD를 연산하는 전류 THD 연산부와,
    상기 전류 THD 연산부를 통해 연산된 전류 THD 정보를 전달받아 상기 전력변환장치를 SVPWM 또는 DPWM 방식으로 운전할지를 판단하는 PWM 판단부와,
    상기 PWM 판단부를 통해 판단한 근거로 PWM 변조를 실시하는 PWM 변조부와,
    상기 PWM 변조부에서 변조된 PWM을 전달받아 적합한 PWM을 출력하는 PWM 출력부를 포함하여 구성되고, 상기 PWM 변조부는
    전압 제어 값을 입력받는 제어 전압 입력부와,
    상기 제어 전압 입력부를 통해 입력된 전압 제어 값을 전달받아 3상 제어 전압 신호 중 최대 전압과 최소 전압을 검출하는 최대·최소 전압 검출부와,
    상기 최대·최소 전압 검출부에서 검출된 최대 전압과 최소 전압을 이용하여 PWM 방식에 따른 적절한 오프셋 신호를 생성하는 오프셋 신호 생성부와,
    상기 제어 전압 제어 값과 상기 오프셋 신호 생성부에서 생성된 오프셋 신호를 연산하여 출력하는 제어 전압 연산부와,
    상기 제어 전압 연산부를 통해 전달받은 제어 전압 제어 값과 오프셋 신호를 더한 값을 전달받아 모듈레이션 신호를 출력하는 모듈레이션 신호 출력부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 계통 연계형 태양광 발전 및 ESS용 전력변환장치의 제어장치.
  10. 삭제
KR1020200169611A 2020-12-07 2020-12-07 계통 연계형 태양광 발전 및 ess용 전력변환장치의 제어장치 KR102260937B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200169611A KR102260937B1 (ko) 2020-12-07 2020-12-07 계통 연계형 태양광 발전 및 ess용 전력변환장치의 제어장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200169611A KR102260937B1 (ko) 2020-12-07 2020-12-07 계통 연계형 태양광 발전 및 ess용 전력변환장치의 제어장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102260937B1 true KR102260937B1 (ko) 2021-06-04

Family

ID=76391473

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200169611A KR102260937B1 (ko) 2020-12-07 2020-12-07 계통 연계형 태양광 발전 및 ess용 전력변환장치의 제어장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102260937B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230024000A (ko) * 2021-08-11 2023-02-20 연세대학교 산학협력단 인버터 제어 장치 및 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150047322A (ko) * 2013-10-24 2015-05-04 삼성중공업 주식회사 저부하 조건에서의 전류 고조파왜율 조절을 위한 컨버터 제어 방법 및 장치
KR102097766B1 (ko) * 2019-07-16 2020-04-06 스마트론파워(주) 전원공급장치의 과 온도 보호 회로 및 보호 방법
KR20200132544A (ko) * 2019-05-17 2020-11-25 엘지전자 주식회사 전력 변환 장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150047322A (ko) * 2013-10-24 2015-05-04 삼성중공업 주식회사 저부하 조건에서의 전류 고조파왜율 조절을 위한 컨버터 제어 방법 및 장치
KR20200132544A (ko) * 2019-05-17 2020-11-25 엘지전자 주식회사 전력 변환 장치
KR102097766B1 (ko) * 2019-07-16 2020-04-06 스마트론파워(주) 전원공급장치의 과 온도 보호 회로 및 보호 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230024000A (ko) * 2021-08-11 2023-02-20 연세대학교 산학협력단 인버터 제어 장치 및 방법
KR102587326B1 (ko) * 2021-08-11 2023-10-10 연세대학교 산학협력단 인버터 제어 장치 및 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101993379B1 (ko) 전동기를 구동하는 인버터의 출력전압을 제어하는 방법 및 장치.
EP2923438B1 (en) Multilevel converter
KR102009509B1 (ko) 3상 인버터의 옵셋 전압 생성 장치 및 방법
WO2014167714A1 (ja) 電力変換装置、およびそれを備えたモータ駆動装置、およびそれを備えた送風機、圧縮機、およびそれらを備えた空気調和機、冷蔵庫、ならびに冷凍機
KR100999244B1 (ko) 저주파 리플전류 제거를 위한 전력변환장치, 방법 및 기록매체
EP3522355A1 (en) Control device for direct power converter
US10097006B2 (en) Control device for power converter, control program and power conversion device
KR102009512B1 (ko) 3상 인버터의 옵셋 전압 생성 장치 및 방법
KR20140091958A (ko) 전동기를 구동하는 인버터의 출력전압을 제어하는 방법 및 장치.
US10601343B1 (en) Power conversion system with PWM carrier transition smoothing and autotuning
EP3522358B1 (en) Inverter control device
JP6280976B2 (ja) インバータ
KR102260937B1 (ko) 계통 연계형 태양광 발전 및 ess용 전력변환장치의 제어장치
KR20140031763A (ko) 회생형 인버터 장치 및 단위 전력 셀을 이용한 인버터 장치
KR101478634B1 (ko) 전력 변환기의 방열 능력 극대화를 위한 선택적 스위칭 방법, 그 방법이 적용되는 에너지 저장 장치, 및 전력 변환 장치
KR101382946B1 (ko) 태양광 발전 시스템 및 그 제어방법
JP2019030042A (ja) 電力変換装置
Yeganeh et al. Dynamic Performance Optimization of Single-Phase Inverter based on Model Predictive Control
KR101861986B1 (ko) 인버터 제어장치
CN105446413A (zh) 一种光伏逆变器及其最大功率点跟踪方法和装置
KR101326494B1 (ko) 인버터의 전압 변조방식 전환을 통한 ｉｇｂｔ 도통손실 저감 방법
CN111355413A (zh) 根据平均整流电压来调整电动机的减速
JP6441880B2 (ja) インバータ
Chergui Improved control of a photovoltaic pumping system by DTC-SVM to optimize the water flow
KR101628506B1 (ko) 모터제어장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant