KR102276105B1 - Apparatus and method for selective harmonic compensation method for grid-connected inverter - Google Patents
Apparatus and method for selective harmonic compensation method for grid-connected inverter Download PDFInfo
- Publication number
- KR102276105B1 KR102276105B1 KR1020190166522A KR20190166522A KR102276105B1 KR 102276105 B1 KR102276105 B1 KR 102276105B1 KR 1020190166522 A KR1020190166522 A KR 1020190166522A KR 20190166522 A KR20190166522 A KR 20190166522A KR 102276105 B1 KR102276105 B1 KR 102276105B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- harmonic
- component
- harmonic component
- control target
- grid
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
- H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
-
- 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
- H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
-
- 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
- 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
-
- 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
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치에 관한 것이며, 선택적 고조파 보상 장치는, 3상 계통의 전류로부터 제어 대상이 되는 제어 대상 고조파 성분을 추출하는 추출부; 추출된 상기 제어 대상 고조파 성분을 직류 값으로 변환하고, 직류 값으로 변환된 변환 후 제어 대상 고조파 성분을 출력하는 좌표 변환부; 상기 변환 후 제어 대상 고조파 성분 이외의 잔여 성분 제거를 통하여 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 출력하는 잔여 성분 제거부; 및 비례 적분 제어기에 대한 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분의 보상을 위해, 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 상기 비례 적분 제어기의 입력으로 전달하는 고조파 보상부를 포함할 수 있다.It relates to a selective harmonic compensation device for a grid-connected inverter, the selective harmonic compensation device comprising: an extraction unit for extracting a control target harmonic component to be controlled from a current of a three-phase system; a coordinate conversion unit that converts the extracted harmonic component to be controlled into a DC value, and outputs a harmonic component to be controlled after conversion into a DC value; a residual component removing unit for outputting a control target harmonic component from which the residual component is removed through the removal of residual components other than the control target harmonic component after the conversion; and a harmonic compensator transmitting the control target harmonic component from which the residual component is removed to an input of the proportional integration controller to compensate for the control target harmonic component from which the residual component is removed.
Description
본원은 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치 및 방법에 관한 것이다.The present application relates to a selective harmonic compensation apparatus and method for a grid-connected inverter.
계통 연계형 인버터(grid-connected inverter)는 신재생 에너지원을 이용한 분산발전 시스템이 계통에 접속될 때 출력 전압을 제어하고 발전 효율을 최대로 유지하기 위한 기능 등을 수행한다.A grid-connected inverter controls an output voltage when a distributed power generation system using a renewable energy source is connected to the grid and performs a function to maintain power generation efficiency to the maximum.
하지만, 비선형 부하에 의해 계통 전압이 왜곡된 경우, 계통 연계형 인버터의 출력 전류에는 기본파 성분을 제외한 저차 고조파 전류가 발생하게 된다. 즉, 비선형 부하의 동작에 의해 왜곡된 계통 전압은 계통 연계형 인버터 출력 전류에 고조파 성분의 발생을 유발한다.However, when the grid voltage is distorted by the nonlinear load, a low-order harmonic current excluding the fundamental component is generated in the output current of the grid-connected inverter. That is, the grid voltage distorted by the operation of the non-linear load causes the generation of harmonics in the grid-connected inverter output current.
인버터의 출력 전류 품질이 악화될 경우 인버터는 또 다른 비선형 부하로써 동작하게 되어 계통에 악영향을 끼칠 수 있으므로, 인버터 출력 전류의 THD는 IEEE-1547 기준에 따라 5 % 미만으로 제한되어야 한다. 이처럼, IEEE-1547 표준에 의하면, 계통 연계형 인버터의 출력 전류 THD가 5 % 이내로 유지되어야 하기 때문에, 관련 분야에서는 저차 고조파 전류제어를 위한 정밀한 제어기법의 구현이 요구되고 있다.If the quality of the output current of the inverter deteriorates, the inverter operates as another non-linear load and may adversely affect the grid. Therefore, the THD of the inverter output current should be limited to less than 5% according to the IEEE-1547 standard. As such, according to the IEEE-1547 standard, since the output current THD of the grid-connected inverter must be maintained within 5%, the implementation of a precise control method for low-order harmonic current control is required in the related field.
도 1은 종래의 계통 연계형 인버터 시스템(1)의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of a conventional grid-connected inverter system (1).
도 1을 참조하면, 종래의 계통 연계형 인버터 시스템(1)은, 계통(2), 계통 연계형 인버터(3), 및 인버터(3)의 동작을 제어하기 위한 제어기(4)를 포함할 수 있다. 여기서, 계통(2)은 3상 계통을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a conventional grid-connected
종래의 계통 연계 인버터 시스템(1)에서는, 정류기 및 인버터 시스템(1) 등의 비선형 부하에 의하여 계통 전압이 왜곡될 경우, 계통 연계형 인버터(3)의 출력 전류에 고조파 성분이 포함되게 된다.In the conventional grid-connected
이러한 계통 연계형 인버터(3)에서 발생하는 출력 전류 내 고조파 성분을 저감하기 위해서는(감소시키기 위해서는), 종래에 추가적인 하드웨어 구성 또는 복잡한 제어 기법(내지 복잡한 연산 과정)을 필요로 하였다. 즉, 종래(기존)의 고조파 저감 기법에서는 인버터의 출력부에 하드웨어 필터를 추가하거나, 복잡한 제어 기법을 활용하여 고조파 성분을 제거한다.In order to reduce (reduce) the harmonic component in the output current generated by the grid-connected
그런데, 이처럼 추가적인 필터를 활용할 경우 전체 시스템의 구성 비용뿐만 아니라 무게와 크기가 증가하게 되며, 또한 추가적인 제어 기법을 활용한 고조파 저감 기법은 제어 과정이 복잡하거나 성능이 떨어지는 단점을 가지고 있다.However, when the additional filter is used, the weight and size as well as the configuration cost of the entire system increase. Also, the harmonic reduction technique using the additional control technique has a disadvantage in that the control process is complicated or the performance is poor.
다시 말해, 인버터(3)의 출력부에 하드웨어 필터를 추가하는 것은 시스템(1)의 구성 비용이나 부피 및 무게를 증가시키는 요인으로 작용하는 문제가 있다. 또한, 종래에 사용되었던 소프트웨어적 방식을 활용하여 고조파를 저감하는 방식의 경우에는, 제어 방식이 복잡하고 계통(2) 전압의 왜곡이 커지면 저차 고조파의 크기를 표준 이내로 저감시키지 못하는 단점이 있다.In other words, adding a hardware filter to the output of the
한편, 종래에 개발된 고조파 제어 기법은 비례 공진 제어기, 반복 제어기, 비례 적분 제어기 등 다양한 제어기를 활용하여 고조파 성분을 저감시킨다.Meanwhile, the conventionally developed harmonic control technique reduces harmonic components by using various controllers such as a proportional resonance controller, an iterative controller, and a proportional integral controller.
비례 공진 제어기를 통한 고조파 저감 기법은 정지 좌표계 상에서 교류 성분을 직접 제어하여 고조파 성분을 저감하는 방법으로서, 좌표변환 과정이 비교적 간단하다는 특징을 가지고 있다. 이는 효과적으로 고조파를 저감할 수 있으나, 특정 주파수 대역에서 매우 큰 제어기 이득을 가지므로 해당 주파수 대역의 고조파 성분뿐만 아니라 주변 신호까지 증폭시킬 수 있어 불안정성을 가지고 있다. The harmonic reduction technique through the proportional resonance controller is a method for directly controlling the AC component on the stationary coordinate system to reduce the harmonic component, and has a feature that the coordinate transformation process is relatively simple. This can effectively reduce harmonics, but since it has a very large controller gain in a specific frequency band, it can amplify not only the harmonic components of the corresponding frequency band but also the surrounding signals, so it has instability.
반복 제어기를 통한 고조파 제어 기법은 제어기의 구성이 간단하고 높은 품질의 전류를 출력할 수 있다는 장점을 가진 제어 기법을 의미한다. 그런데, 반복 제어기는 기준 전류의 스텝 변화에 대한 동적 응답 시간이 100 ms이상으로 다른 제어기에 비해 매우 느려 동적 응답 특성이 저하될 수 있다는 단점이 존재한다.The harmonic control technique through the iterative controller refers to a control technique that has the advantage of a simple controller configuration and high-quality current output. However, the repetitive controller has a disadvantage that the dynamic response time to the step change of the reference current is 100 ms or more, which is very slow compared to other controllers, so that the dynamic response characteristics may be deteriorated.
일예로, 종래의 문헌 [Q. Yan, X. Wu, X. Yuan, and Y. Geng, "An Improved Grid-Voltage Feedforward Strategy for High-Power Three-Phase Grid-Connected Inverters Based on the Simplified Repetitive Predictor," IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, no. 5, pp. 3880-3897, May 2016.]에는 계통 연계 인버터의 출력 전류에 포함된 고조파를 저감하기 위해 사용되는 반복 제어기의 지연을 보상하기 위한 반복 예측기에 관한 기술이 개시되어 있다.For example, the conventional literature [Q. Yan, X. Wu, X. Yuan, and Y. Geng, "An Improved Grid-Voltage Feedforward Strategy for High-Power Three-Phase Grid-Connected Inverters Based on the Simplified Repetitive Predictor," IEEE Trans. Power Electron., vol. 31, no. 5, pp. 3880-3897, May 2016.] discloses a technique related to an iterative predictor for compensating the delay of the iterative controller used to reduce harmonics included in the output current of a grid-connected inverter.
비례 적분 제어기를 통한 고조파 저감 기법은 직류 성분을 정상상태 오차 없이 제어할 수 있다는 장점이 있다. 이에, 비례 적분 제어기에 보상하고자 하는 고조파 성분을 직류 성분으로 입력하기 위해서는 3상 좌표계 상의 고조파를 d-q축 동기 좌표계상의 값으로 변환하여야 한다. 이때, 고조파 성분은 직류 값으로 변환될 수 있는 한편, 상대적으로 크기가 매우 큰 기본파 성분이 교류 성분으로 남아있게 된다.The harmonic reduction technique through the proportional integral controller has the advantage that the DC component can be controlled without a steady-state error. Accordingly, in order to input a harmonic component to be compensated to the proportional integral controller as a DC component, a harmonic on the three-phase coordinate system must be converted into a value on the d-q-axis synchronous coordinate system. In this case, the harmonic component may be converted into a DC value, while a relatively large fundamental wave component remains as an AC component.
따라서, 종래의 고조파 제어 기법(특히, 비례 적분 제어기를 통한 종래의 고조파 저감 기법)은 저역 통과 필터를 사용하여 잔여 교류 성분을 저감한다. 그러나 종래의 고조파 제어 기법에 적용되는 저역 통과 필터는 기본파 성분을 완전히 제거하지 못하며, 이로 인하여 비례 적분 제어기에 교류 성분이 입력되도록 하는 구조를 갖기 때문에, 이는 고조파 저감 성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 또 다른 고조파 발생의 원인이 될 수 있는 문제가 있다.Therefore, the conventional harmonic control technique (particularly, the conventional harmonic reduction technique using the proportional integral controller) uses a low-pass filter to reduce the residual AC component. However, the low-pass filter applied to the conventional harmonic control technique does not completely remove the fundamental component, and because of this, it has a structure that allows the AC component to be input to the proportional integral controller, which not only reduces the harmonic reduction performance, but also There are problems that can cause other harmonics to occur.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제어 과정에서 지연이 발생하는 반복 제어기를 통한 고조파 제어 기법과는 달리, 제어 과정에서 지연이 발생하지 않아 별도의 지연 보상 과정이 필요없는 비례 적분 제어기를 이용하여 고조파를 저감시킬 수 있도록 하는 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present application is intended to solve the problems of the prior art, and unlike the harmonic control technique through an iterative controller in which a delay occurs in the control process, there is no delay in the control process, so proportional integration does not require a separate delay compensation process An object of the present invention is to provide a selective harmonic compensation device and method for a grid-connected inverter that can reduce harmonics using a controller.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 추가적인 하드웨어 구성 및 복잡한 제어 기법(내지 복잡한 연산 과정)의 필요 없이 고조파 성분을 효과적으로 저감시킴으로써, 시스템의 구성 비용(가격)이나 부피 및 무게 측면에서 경쟁력을 가질 수 있도록 하는 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치 및 방법을 제공하려는 것을 목적으로 한다.The present application is intended to solve the problems of the prior art described above, and by effectively reducing harmonic components without the need for additional hardware configuration and complicated control techniques (or complicated calculation processes), in terms of configuration cost (price) or volume and weight of the system An object of the present invention is to provide a selective harmonic compensation device and method for a grid-connected inverter that can be competitive.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problems to be achieved by the embodiments of the present application are not limited to the technical problems as described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치는, 3상 계통의 전류로부터 제어 대상이 되는 제어 대상 고조파 성분을 추출하는 추출부; 추출된 상기 제어 대상 고조파 성분을 직류 값으로 변환하고, 직류 값으로 변환된 변환 후 제어 대상 고조파 성분을 출력하는 좌표 변환부; 상기 변환 후 제어 대상 고조파 성분 이외의 잔여 성분 제거를 통하여 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 출력하는 잔여 성분 제거부; 및 비례 적분 제어기에 대한 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분의 보상을 위해, 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 상기 비례 적분 제어기의 입력으로 전달하는 고조파 보상부를 포함할 수 있다.As a technical means for achieving the above technical problem, the selective harmonic compensation device for a grid-connected inverter according to an embodiment of the present application is an extraction unit for extracting a control target harmonic component from a current of a three-phase system ; a coordinate conversion unit that converts the extracted harmonic component to be controlled into a DC value, and outputs a harmonic component to be controlled after conversion into a DC value; a residual component removing unit for outputting a control target harmonic component from which the residual component is removed through the removal of residual components other than the control target harmonic component after the conversion; and a harmonic compensator transmitting the control target harmonic component from which the residual component is removed to an input of the proportional integration controller to compensate for the control target harmonic component from which the residual component is removed.
또한, 상기 추출부는, 상기 3상 계통과 상기 좌표 변환부의 사이에 배치되는 대역 통과 필터(band-pass filter)를 이용하여 상기 제어 대상 고조파 성분을 추출할 수 있다.Also, the extractor may extract the control target harmonic component using a band-pass filter disposed between the three-phase system and the coordinate converter.
또한, 상기 추출부는, 상기 3상 계통의 전류에 포함된 복수의 고조파 성분 중 어느 하나의 고조파 성분을 선택적으로 상기 제어 대상 고조파 성분으로서 추출할 수 있다.In addition, the extraction unit may selectively extract any one harmonic component from among a plurality of harmonic components included in the current of the three-phase system as the control target harmonic component.
또한, 상기 어느 하나의 고조파 성분은, 5차 고조파 성분 또는 7차 고조파 성분일 수 있다.In addition, any one harmonic component may be a 5th harmonic component or a 7th harmonic component.
또한, 상기 잔여 성분 제거부는, 상기 좌표 변환부와 상기 비례 적분 제어기 사이에 배치되는 저역 통과 필터(Low-pass Filter)에 상기 변환 후 제어 대상 고조파 성분을 통과시킴으로써 상기 잔여 성분을 제거할 수 있다.In addition, the residual component removing unit may remove the residual component by passing the control target harmonic component after the transformation through a low-pass filter disposed between the coordinate converting unit and the proportional integral controller.
또한, 상기 고조파 보상부는, 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 고려하여 지령 전압을 생성하는 상기 비례 적분 제어기; 및 생성된 상기 지령 전압을 기본파 전류 제어기의 출력에 보상하는 보상부를 포함할 수 있다.In addition, the harmonic compensator may include: the proportional integral controller for generating a command voltage in consideration of a control target harmonic component from which the residual component is removed; and a compensator for compensating the generated command voltage to the output of the fundamental wave current controller.
또한, 상기 보상부는, 생성된 상기 지령 전압을 dq축 정지좌표계상의 교류 값으로 역변환시키기 위한 지령 전압 좌표 변환부를 포함할 수 있다.In addition, the compensator may include a command voltage coordinate converter for inversely converting the generated command voltage into an AC value on a dq-axis stationary coordinate system.
또한, 상기 보상부에 의해 상기 계통 연계형 인버터의 출력 전류에 포함된 고조파가 저감될 수 있다.In addition, harmonics included in the output current of the grid-connected inverter may be reduced by the compensator.
한편, 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 방법은, (a) 추출부에서, 3상 계통의 전류로부터 제어 대상이 되는 제어 대상 고조파 성분을 추출하는 단계; (b) 좌표 변환부에서, 추출된 상기 제어 대상 고조파 성분을 직류 값으로 변환하고, 직류 값으로 변환된 변환 후 제어 대상 고조파 성분을 출력하는 단계; (c) 잔여 성분 제거부에서, 상기 변환 후 제어 대상 고조파 성분 이외의 잔여 성분 제거를 통하여 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 출력하는 단계; 및 (d) 고조파 보상부에서, 비례 적분 제어기에 대한 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분의 보상을 위해, 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 상기 비례 적분 제어기의 입력으로 전달하는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, the selective harmonic compensation method for a grid-connected inverter according to an embodiment of the present application, (a) extracting, in the extraction unit, a control target harmonic component to be controlled from the current of the three-phase system; (b) converting the extracted harmonic component to be controlled into a DC value, and outputting the harmonic component to be controlled after conversion into a DC value; (c) outputting, in the residual component removing unit, the control target harmonic component from which the residual component is removed through the removal of residual components other than the control target harmonic component after the conversion; and (d) transmitting, in the harmonic compensator, the control target harmonic component from which the residual component is removed to the input of the proportional integral controller, in order to compensate the control target harmonic component from which the residual component is removed for the proportional integral controller. may include.
또한, 상기 (a) 단계는, 상기 3상 계통과 상기 좌표 변환부의 사이에 배치되는 대역 통과 필터(band-pass filter)를 이용하여 상기 제어 대상 고조파 성분을 추출할 수 있다.In addition, in step (a), the control target harmonic component may be extracted using a band-pass filter disposed between the three-phase system and the coordinate converter.
또한, 상기 (a) 단계는, 상기 3상 계통의 전류에 포함된 복수의 고조파 성분 중 어느 하나의 고조파 성분을 선택적으로 상기 제어 대상 고조파 성분으로서 추출할 수 있다.In addition, in step (a), any one harmonic component among a plurality of harmonic components included in the current of the three-phase system may be selectively extracted as the control target harmonic component.
또한, 상기 (d) 단계는, (d1) 비례 적분 제어기에서, 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 고려하여 지령 전압을 생성하는 단계; 및 (d2) 보상부에서, 생성된 상기 지령 전압을 기본파 전류 제어기의 출력에 보상하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step (d) may include: (d1) generating, in the proportional integral controller, a reference voltage in consideration of a control target harmonic component from which the residual component has been removed; and (d2) compensating the generated command voltage to the output of the fundamental wave current controller by the compensator.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described problem solving means are merely exemplary, and should not be construed as limiting the present application. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may exist in the drawings and detailed description.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 제어 과정에서 지연이 발생하지 않아 별도의 지연 보상 과정이 필요없는 비례 적분 제어기를 이용하여 고조파를 저감시킬 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, it is possible to reduce harmonics by using a proportional integral controller that does not require a separate delay compensation process because a delay does not occur in the control process.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 추가적인 하드웨어 구성 및 복잡한 제어 기법(내지 복잡한 연산 과정)의 필요 없이, 대역 통과 필터를 이용하여 선택적으로 고조파 성분을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 이를 통해, 본원은 시스템의 구성 비용(가격)이나 부피 및 무게 측면에서 경쟁력을 가질 수 있도록 할 수 있다.According to the above-described problem solving means of the present application, it is possible to selectively reduce harmonic components effectively by using a bandpass filter without the need for additional hardware configuration and complicated control techniques (or complicated calculation processes). Through this, the present application can be competitive in terms of configuration cost (price) or volume and weight of the system.
다만, 본원에서 얻을 수 있는 효과는 상기된 바와 같은 효과들로 한정되지 않으며, 또 다른 효과들이 존재할 수 있다.However, the effects obtainable herein are not limited to the above-described effects, and other effects may exist.
도 1은 종래의 계통 연계형 인버터 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치의 개략적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 계통 연계형 인버터를 포함하는 일반적인 계통 연계형 인버터 시스템의 구성을 간략화하여 나타낸 도면이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치에서 고려되는 대역 통과 필터의 대역폭에 따른 보드 선도의 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 방법에 대한 동작 흐름도이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of a conventional grid-connected inverter system.
2 is a diagram schematically showing the overall configuration of a grid-connected inverter system according to an embodiment of the present application.
3 is a diagram schematically showing a schematic configuration of a selective harmonic compensation device for a grid-connected inverter according to an embodiment of the present application.
4 is a block diagram showing a schematic configuration of a selective harmonic compensation device for a grid-connected inverter according to an embodiment of the present application.
5 is a schematic diagram illustrating the configuration of a general grid-connected inverter system including a grid-connected inverter.
6 is a diagram illustrating an example of a Bode diagram according to the bandwidth of a bandpass filter considered in the selective harmonic compensation device for a grid-connected inverter according to an embodiment of the present application.
7 is an operation flowchart for a selective harmonic compensation method for a grid-connected inverter according to an embodiment of the present application.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present application pertains can easily implement them. However, the present application may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present application in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결" 또는 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is "connected" with another part, it is not only "directly connected" but also "electrically connected" or "indirectly connected" with another element interposed therebetween. "Including cases where
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when it is said that a member is positioned "on", "on", "on", "under", "under", or "under" another member, this means that a member is positioned on the other member. It includes not only the case where they are in contact, but also the case where another member exists between two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout this specification, when a part "includes" a component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본원은 추가적인 하드웨어 구성 및 복잡한 제어 기법(내지 복잡한 연산 과정)의 필요 없이 고조파 성분을 효과적으로 저감시켜 시스템의 구성 비용(가격)이나 부피, 무게 등이 감소되도록 할 수 있는 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치에 대하여 제안한다.The present application provides selective harmonics for grid-connected inverters that can effectively reduce harmonic components without the need for additional hardware configuration and complicated control techniques (or complex calculation processes) to reduce system configuration cost (price), volume, weight, etc. A compensation device is proposed.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터 시스템(100)의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3은 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치(10)의 개략적인 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4는 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치(10)의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.2 is a diagram schematically showing the overall configuration of the grid-connected
이하에서는 설명의 편의상, 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터 시스템(100)을 본 시스템(100)이라 하고, 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치(10)를 본 장치(10)라 하기로 한다.Hereinafter, for convenience of description, the grid-connected
먼저, 본 시스템(100) 및 본 장치(10)에 대한 구체적인 설명에 앞서, 도 5를 참조하여 일반적으로 계통 연계형 인버터(grid-connected inverter)에서의 고조파 발생원인 및 그 분석에 대한 설명을 설명하기로 한다.First, prior to a detailed description of the
도 5는 계통(21) 연계형 인버터(22)를 포함하는 일반적인 계통 연계형 인버터 시스템(200)의 구성을 간략화하여 나타낸 도면이다. 여기서, 계통 연계형 인버터 시스템(200)은 계통 연계형 인버터를 포함하는 전체 시스템을 의미하는 것으로서, 계통 연계 인버터 시스템, 3상 계통 시스템 등으로 달리 지칭될 수 있다.5 is a schematic diagram showing the configuration of a general grid-connected
도 5를 참조하면, 계통 연계형 인버터 시스템(200)은 계통(21) 및 계통과 연계된 인버터인 계통 연계형 인버터(22)를 포함할 수 있다. 여기서, 계통(21)은 3상 계통으로 달리 지칭될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the grid-connected
인버터(22)의 출력 전압, 3상 계통(21)의 전류, 및 3상 계통(21)의 전압은 각각 , , 및 와 같이 간략화하여 표현될 수 있다. 3상 계통(21)의 전압 및 전류는 각각 후술하는 설명에서 계통 전압, 계통 전류로 지칭될 수 있다.The output voltage of the
도 5에 도시된 것과 같은 계통 연계형 인버터 시스템(200)에서 계통측 필터 인덕터 및 저항에 걸리는 전압은 하기 식 1과 같이 나타낼 수 있다.In the grid-connected
[식 1][Equation 1]
여기서, 인버터(22)의 출력 전압 와 3상 계통(21)의 전압 를 기본파와 고조파 성분으로 분리하여 표현하는 경우, 하기 식 2와 같이 나타낼 수 있다.Here, the output voltage of the
[식 2][Equation 2]
또한, 상기 식 1을 기본파 성분과 고조파 성분으로 분리하여 표현하는 경우, 하기 식 3 및 식 4와 같이 나타낼 수 있다.In addition, in the case of expressing
[식 3][Equation 3]
[식 4][Equation 4]
3상 계통(21)의 전압(즉, 계통 전압)()이 이상적일 경우에는 상기 식 3과 같이 계통의 전압 및 전류 측에 고조파 성분이 발생하지 않는다. 하지만, 계통 전압이 왜곡되었을 때, 인버터(22)가 계통의 고조파 성분과 동일한 크기의 고조파 성분을 출력하지 않을 경우에는 저항과 인덕터 양단에 고조파 성분에 의한 전압강하가 발생하여 인버터(22)의 출력 전류에 고조파 성분이 포함되게 된다.Voltage of the three-phase grid 21 (i.e. grid voltage) ( ) is ideal, harmonic components do not occur on the voltage and current sides of the system as in
이때, 계통 전압의 왜곡에 의해 인버터(22)의 출력 전류에 포함되는 고조파 성분으로는 3차 고조파 성분, 5차 고조파 성분, 7차 고조파 성분 등의 복수개의 고조파 성분(복수 차수의 고조파 성분)이 포함될 수 있다.At this time, as the harmonic components included in the output current of the
이러한 고조파의 특성을 분석해 보면 다음과 같다. 고조파의 특성을 분석하기 위하여 3상 인버터(즉, 3상 계통 연계형 인버터)(22)에서 출력되는 전류는 푸리에 변환(Fourier Transform)을 이용하여 하기 식 5와 같이 전개(표현)할 수 있다.The characteristics of these harmonics are analyzed as follows. In order to analyze the characteristics of harmonics, the current output from the three-phase inverter (ie, three-phase grid-connected inverter) 22 can be expanded (expressed) as in
[식 5][Equation 5]
3상 좌표계에서 표현되는 상기 식 5를 파크 변환(Park’s transformation)을 활용하여 동기 좌표계 상에서 표현하면, 하기 식 6과 같이 나타낼 수 있다.If
[식 6][Equation 6]
단, 상기 식 6에서 알 수 있듯이, 3차 고조파를 포함하는 영상분의 고조파 성분은 3상 전류 평형 조건에서 하기 식 7과 식 8을 통하여 소거되는 것을 알 수 있다.However, as can be seen from Equation 6, it can be seen that the harmonic component of the zero-phase component including the third harmonic is canceled through Equations 7 and 8 below under the three-phase current balance condition.
달리 말하자면, 계통 전압의 왜곡에 의해 인버터(22)의 출력 전류에 포함되는 복수개의 고조파 성분(복수 차수의 고조파 성분) 중 3차 고조파 성분은, 3상 전류 평형 조건(3상 계통의 전류에 대한 평행 조건)에 따라 상기 식 7과 식 8과 같은 수식을 통하여 소거될 수 있다. 즉, 3차 고조파 성분은 식 7 및 식 8을 통해, 인버터(22)의 출력 전류에 영향을 미치지 않는 성분으로 작용(적용)될 수 있다.In other words, the third harmonic component among the plurality of harmonic components (multi-order harmonic components) included in the output current of the
[식 7][Equation 7]
[식 8][Equation 8]
이와 유사한 방식으로, 3상 인버터(22)의 출력 전류를 각각의 상순(Phase sequence)을 고려하여 abc 3상 좌표계 상에서 나타내면, 정상분 시퀀스를 가지는 고조파 전류와 역상분 시퀀스를 가지는 고조파 전류는 각각 하기 식 9 및 식 10과 같이 나타낼 수 있다. In a similar manner, if the output current of the three-
[식 9][Equation 9]
[식 10][Equation 10]
상기 식 9 및 식 10을 통해 알 수 있듯이, 인버터(22)의 출력 전류에 포함된 각각의 고조파(고조파 성분)는 차수에 따라 개별적인 특징을 가짐을 확인할 수 있다. 따라서, 각 차수의 고조파를 적절히 보상하기 위해서는 이들의 특성을 반드시 고려해야 할 필요가 있다.As can be seen from
이에 본 시스템(100) 및 본 장치(10)는, 이러한 고조파별 특성을 고려하여 각 차수의 고조파를 효과적으로 보상할 수 있도록 할 수 있는 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 기술에 대하여 제안한다. 본 시스템(100) 내지 본 장치(10)의 제어 알고리즘에 대한 보다 구체적인 설명은 다음과 같다.Accordingly, the
이하에서는 상술한 도 5를 참조하여 설명한 내용을 기반으로 본 시스템(100) 및 본 장치(10)에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다. 이때, 상술한 도 5를 참조하여 설명한 내용은 이하 생략된 내용이라 하더라도 본 시스템(100) 및 본 장치(10)에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.Hereinafter, the
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 시스템(100)은 계통(3상 계통, 21), 계통(21)과 연계된 인버터(계통 연계형 인버터, 22), 본 장치(10), 기본파 전류 제어기(30), 고조파 전류 제어기(혹은, 고조파 제어기)(15)를 포함할 수 있다. 본 장치(10)는 계통(21), 계통 연계형 인버터(22), 기본파 전류 제어기(30) 및 고조파 전류 제어기(15)와 연결되도록 배치될 수 있다.2 to 4 , the
본 시스템(100)은 계통 연계(연계형) 인버터 시스템, 본 장치(10)가 고려된 3상 계통 시스템 등으로 달리 표현될 수 있다. 본 장치(10)는 계통 연계형 인버터(22)를 위한 선택적 고조파 보상 장치(10)로서, 선택적 고조파 저감 장치, 선택적 고조파 제어기 등으로 달리 표현될 수 있다.The
일반적으로 기본파 전류 제어기(즉, 기본파 성분 전류 제어기)(30)는 계통(21)의 전압(계통 전압)이 왜곡되지 않은 이상적인 경우를 가정하여 시스템 제어를 수행한다. 따라서, 기본파 전류 제어기(30)가 왜곡된 계통(21)에 연계될 경우에는 인버터(22)의 출력 전류에 고조파 성분이 포함되게 된다.In general, the fundamental wave current controller (ie, the fundamental wave component current controller) 30 performs system control on the assumption that the voltage (system voltage) of the
계통 연계형 인버터(22)는 계통(21)과 발전원 사이의 공통 접속점에서 고품질의 전력을 공급하는 역할을 수행한다. IEEE-1547 표준에 의거하여, 계통 연계형 인버터(22)의 출력 전류의 종합고조파 왜형률(Total Harmonics Distortion, THD)은 5% 이내를 만족하여야 하며, 이를 위하여 인버터(22)의 출력 전류에 포함된 고조파 성분의 전류를 저감시켜야 할 필요가 있다. 다시 말해, 인버터(22)의 출력 전류에 포함된 고조파 성분 중 3차, 5차, 7차와 같은 고조파 성분은 크기가 크기 때문에 저감시켜야 할 필요가 있다.The grid-connected
이에 본원은 인버터(22)의 출력 전류에 포함되는 고조파 성분으로서 x 차 고조파를 효과적으로 저감시킬 수 있도록 하는 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치(본 장치, 10)에 대하여 제안한다. 특히 도 3에는 x차 고조파를 저감시키기 위한 본 장치(10)의 제어 블록도의 예, 즉 본 장치(10)에 의한 대역 통과 필터를 활용한 선택적 고조파 저감 기법의 제어 블록도의 예가 도시되어 있다.Accordingly, the present application proposes a selective harmonic compensation device (this device, 10) for a grid-connected inverter that can effectively reduce the x-th harmonic as a harmonic component included in the output current of the
여기서, 본 장치(10)에 의하여 저감되는 x차 고조파는 인버터(22)의 출력 전류에 포함된 복수의 고조파 성분 중 바람직하게 5차 고조파와 7차 고조파를 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 인버터(22)의 출력 전류에 포함된 복수의 고조파 성분 중 3차 고조파는 앞서 설명한 바와 같이 상기 식 7과 식 8을 통하여 소거될 수 있다.Here, the x-th harmonic reduced by the
본 장치(10)는 추출부(11), 좌표 변환부(12), 잔여 성분 제거부(13), 및 고조파 보상부(14)를 포함할 수 있다. 고조파 보상부(14)는 비례 적분 제어기(Proporional-Integral Controller, PI Controller)(14a) 및 보상부(14b)를 포함할 수 있다. 보상부(14b)는 지령 전압 좌표 변환부(14b')를 포함할 수 있다.The
추출부(11)는 3상 계통(21)의 전류()로부터 제어 대상이 되는 제어 대상 고조파 성분()을 추출할 수 있다. 본원에서 고조파 성분이라 함은 특히 고조파 전류 성분을 의미할 수 있다.The
추출부(11)는, 3상 계통(21)과 좌표 변환부(12)의 사이에 배치되는 대역 통과 필터(band-pass filter, BPF)(11a)를 이용하여 제어 대상 고조파 성분을 추출할 수 있다.The
추출부(11)는 3상 계통(21)의 전류에 포함된 복수의 고조파 성분 중 어느 하나의 고조파 성분을 선택적으로 제어 대상 고조파 성분으로서 추출할 수 있다. 여기서, 추출부(11)에 의해 추출되는 고조파 성분은 일예로 저차 고조파 성분일 수 있으며, 예시적으로 추출부(11)에 의해 추출되는 고조파 성분은 5차 고조파 성분 또는 7차 고조파 성분일 수 있다.The
즉, 추출부(11)는 3상 계통(21)의 전류를 BPF(11a)에 통과시킬 수 있으며, BPF(11a)를 통하여 3상 계통(21)의 전류에서 제어 대상이 되는 제어 대상 고조파 성분으로서 x 차(xth) 고조파 성분을 추출할 수 있다. 여기서, 추출부(11)는 x차 고조파 성분으로서 5차 고조파 성분과 7차 고조파 성분을 추출할 수 있다.That is, the
이때, 3상 계통(21)의 전류에는 5차 고조파 성분, 7차 고조파 성분 이외에 3차 고조파 성분도 포함되어 있을 수 있으나, 이러한 3차 고조파 성분은 앞서 설명한 바와 같이 상기 식 7과 식 8을 통하여 소거될 수 있으므로, 추출부(11)는 3차 고조파 성분을 별도로 추출하지 않을 수 있다.At this time, the current of the three-
구체적으로, 비례 적분 제어기(14a)에 제어의 대상(제어 대상)이 아닌 성분(예를 들어, 5차 고조파 성분이나 7차 고조파 성분 이외의 다른 고조파 성분)이 입력될 경우 고조파 전류 제어기(15)의 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 이러한 문제를 해소하기 위해, 본 장치(10)의 추출부(11)는 BPF(11a)를 이용하여 3상 계통(21)의 전류로부터 제어 대상인 고조파 성분(고조파 전류 성분)만을 제어 대상 고조파 성분으로서 추출할 수 있다.Specifically, when a component (for example, a harmonic component other than the 5th harmonic component or the 7th harmonic component) that is not a control target (control target) is input to the
추출부(11)는 BPF(11a)의 전달함수를 이용해 제어 대상 고조파 성분을 추출할 수 있으며, BPF(11a)의 전달함수는 하기 식 11과 같이 표현될 수 있다.The
[식 11][Equation 11]
여기서, B 와 는 각각 BPF(11a)의 대역폭과 중심 주파수를 나타낸다. BPF의 대역폭은 작게 설정될수록 고조파 성분에 대한 선별성이 증가할 수 있으며, 이는 실제 계통(21) 전압의 주파수 변화를 고려하여 적절히 선정해야 할 필요가 있다.Here, B and denotes a bandwidth and a center frequency of the
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치(10)에서 고려되는 대역 통과 필터(11a)의 대역폭에 따른 보드 선도의 예를 나타낸 도면이다. 즉, 도 6은 본 장치(10)에서 고조파의 선택적 추출을 위한 BPF(11a)의 대역폭에 따른 보드 선도를 나타낸다. 특히, 도 6에서 (a)는 5차 고조파 추출을 위한 대역 통과 필터(BPF, 11a)의 보드 선도를 나타내고, 도 6에서 (b)는 7차 고조파 추출을 위한 대역 통과 필터(BPF, 11a)의 보드선도를 나타낸다.6 is a diagram illustrating an example of a Bode diagram according to the bandwidth of the
도 6을 참조하면, 추출부(11)는 계통 전류에 포함된 복수의 고조파 중 5차 고조파나 7차 고조파를 선택적으로 추출할 수 있다. 이를 위해, 추출부(11)는 복수의 고조파 중 어느 차수의 고조파를 선택하여 추출할지에 따라, 실제 계통(11) 전압의 주파수(Frequency) 변화를 고려하여 본 장치(10)에 적용되는 BPF(11a)의 특성(예를 들어, 대역폭, 중심 주파수 등)을 결정(설정)할 수 있다.Referring to FIG. 6 , the
추출부(11)에 의해 제어 대상 고조파 성분()이 추출된 이후, 좌표 변환부(12)는 추출부(11)에서 추출된 제어 대상 고조파 성분을 직류 값으로 변환하고, 직류 값으로 변환 후 제어 대상 고조파 성분(, )을 출력할 수 있다.The harmonic component ( ) is extracted, the coordinate
BPF(11a)를 이용하여 추출된 고조파 전류(즉, 제어 대상 고조파 성분, 제어 대상 고조파 전류 성분)는 비례 적분 제어기(14a)를 통하여 정상상태 오차 없이 제어되기 위하여 직류 값으로의 변환이 필요하다. 따라서, 좌표 변환부(12)는 추출부(11)에서 추출된 제어 대상 고조파 성분(즉, BPF를 이용해 추출된 고조파 성분, 고조파 전류 성분, 고조파 전류)을 직류 값으로 변환하는 좌표 변환을 수행할 수 있다.The harmonic current extracted by using the
이때, 좌표 변환부(12)는 각 고조파 성분의 좌표 변환을 상순을 고려하여 수행할 수 있다. In this case, the coordinate
좌표 변환부(12)는 대표적으로 5차 고조파 성분이 역상분이므로, 제어 대상 고조파 성분이 5차 고조파 성분인 경우에, 좌표 변환을 통해 제어 대상 고조파 성분을 계통(21) 전압 각속도의 5배로 역회전하는 동기 좌표계 상의 직류 값으로 변환할 수 있다.Since the coordinate
한편, 좌표 변환부(12)는 7차 고조파 성분이 정상분이므로, 제어 대상 고조파 성분이 7차 고조파 성분인 경우에, 좌표 변환을 통해 제어 대상 고조파 성분을 계통(21) 전압 각속도의 7배로 회전하는 동기 좌표계 상의 직류 값으로 변환할 수 있다.On the other hand, since the 7th harmonic component is a normal component, the coordinate
좌표 변환부(12)에 의한 좌표 변환 과정은 하기 식 12 및 식 13과 같이 나타낼 수 있다.The coordinate transformation process by the coordinate
달리 표현하여, 추출부(11)에서 추출된 제어 대상 고조파 성분이 5차 고조파 성분인 경우, 좌표 변환부(12)는 추출된 5차 고조파 성분이 하기 식 12를 만족하도록 좌표 변환을 수행할 수 있다. 이를 통해, 좌표 변환부(12)는 직류 값으로 변환된 변환 후 제어 대상 고조파 성분으로서 직류 값으로 변환된 5차 고조파 성분(즉, 변환 후 5차 고조파 성분)을 출력할 수 있다.In other words, when the control target harmonic component extracted by the
마찬가지로, 추출부(11)에서 추출된 제어 대상 고조파 성분이 7차 고조파 성분인 경우, 좌표 변환부(12)는 추출된 7차 고조파 성분이 하기 식 13을 만족하도록 좌표 변환을 수행할 수 있다. 이를 통해, 좌표 변환부(12)는 직류 값으로 변환된 변환 후 제어 대상 고조파 성분으로서 직류 값으로 변환된 7차 고조파 성분(즉, 변환 후 7차 고조파 성분)을 출력할 수 있다.Similarly, when the control target harmonic component extracted by the
[식 12][Equation 12]
[식 13][Equation 13]
좌표 변환부(12)를 통해 직류 값으로의 변환이 이루어진 이후, 잔여 성분 제거부(13)는 변환 후 제어 대상 고조파 성분 이외의 잔여 성분 제거를 통하여 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분(, )을 출력할 수 있다. 여기서, 잔여 성분이라 함은 잔여 교류 성분을 의미할 수 있다.After the conversion to a DC value is performed through the coordinate
잔여 성분 제거부(13)는, 좌표 변환부(12)와 비례 적분 제어기(14) 사이에 배치되는 저역 통과 필터(Low-pass Filter, LPF)(13a)에 좌표 변환부(12)를 통해 출력된 변환 후 제어 대상 고조파 성분을 통과시킴으로써 잔여 성분을 제거할 수 있다.The residual
즉, 잔여 성분 제거부(13)는 좌표 변환부(12)를 통해 출력된 변환 후 제어 대상 고조파 성분 내에 제어 대상이 되는 제어 대상 고조파 성분(즉, 5차 고조파 성분과 7차 고조파 성분) 이외의 다른 고조파 성분이 존재하지 않도록, 변환 후 제어 대상 고조파 성분을 LPF(13a)에 통과시킬 수 있다. 이를 통해, 잔여 성분 제거부(13)는 LPF(13a)를 이용함으로써, 변환 후 제어 대상 고조파 성분 내에 포함되어 있는 잔여 성분(잔여 교류 성분)으로서 제어 대상이 되는 제어 대상 고조파 성분(즉, 5차 고조파 성분과 7차 고조파 성분) 이외의 다른 고조파 성분이 남아있지 않도록 이를 제거할 수 있다.That is, the residual
다시 말해, 잔여 성분 제거부(13)는, 좌표 변환부(12)에 의해 직류 값으로 변환된 고조파 성분(즉, 변환 후 제어 대상 고조파 성분) 외의 잔여 성분을 제거하기 위해, LPF(13a)를 좌표 변환부(12)에서 출력된 변환 후 제어 대상 고조파 성분에 적용시킬 수 있다.In other words, the residual
대역 통과 필터(BPF, 11a)가 적용되지 않은 일반적인 고조파 제어기(15)에 사용되는 저역 통과 필터는 고조파 성분 대비 큰 크기의 기본파 성분을 제거하기 위해 차단주파수를 매우 작게 설정하여 사용한다. 이와 같이 필터의 차단주파수가 작은 경우에는 이에 반비례하여 필터의 시정수가 큰 값을 가지게 된다. 이처럼, 큰 시정수를 가지는 필터는 응답특성이 매우 느려, 시스템(계통 연계형 인버터 시스템)에 적용될 경우 제어 성능을 악화시키게 된다.The low-pass filter used in the general
반면, 대역 통과 필터(BPF, 11a)가 적용된 선택적인 고조파 제어 기법을 수행하는 본 장치(10)에 따르면, 본 장치(10)는 고조파 성분 대비 큰 크기의 기본파 성분을 대부분 제거한 값이 저역 통과 필터(LPF, 13a)로 입력되게 하므로, 본 장치(10)에서는 과도하게 작은 차단주파수를 가지는 저역 통과 필터의 사용이 강제되지 않는다.On the other hand, according to the
달리 표현하자면, 본 장치(10)는 비교적 큰 크기의 기본파 성분을 대부분 제거한 값(즉, 5차 고조파 성분과 7차 고조파 성분만)이 저역 통과 필터(LPF, 13a)로 입력되게 함으로써, 종래기술에서와 같이 과도하게 작은 차단주파수를 가지는 저역 통과 필터의 사용이 필요 없도록 할 수 있는바, 결과적으로 시스템(계통 연계형 인버터 시스템)의 제어 성능을 악화시키는 요인(즉, 계통 전압의 왜곡을 만드는 요인)을 줄이는 데에 도움을 줄 수 있다.In other words, the
잔여 성분 제거부(13)를 통해 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분이 출력된 이후, 고조파 보상부(14)는 비례 적분 제어기(14a)에 대한 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분의 보상을 위해, 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 비례 적분 제어기(14a)의 입력으로 전달할 수 있다. 이를 통해, 고조파 보상부(14)는 추출부(11)에 의하여 선택적으로 추출된 제어 대상 고조파 성분이 잔여 성분의 제거가 이루어진 상태로 비례 적분 제어기(14a)에 보상되도록 할 수 있다.After the control target harmonic component from which the residual component is removed is outputted through the residual
고조파 보상부(14)는 비례 적분 제어기(14a) 및 보상부(14b)를 포함하고, 보상부(14b)는 지령 전압 좌표 변환부(14b')를 포함할 수 있다.The harmonic compensating
비례 적분 제어기(14a)는 잔여 성분 제거부(13)에서 출력된 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 고려하여 지령 전압을 생성할 수 있다. 이때, 비례 적분 제어기(14a)는 지령 값과 실제 고조파 성분의 차이를 0으로 제어하기 위한 지령 전압(전압 지령)을 생성할 수 있다.The proportional
보상부(14b)는 비례 적분 제어기(14a)에서 생성된 지령 전압을 기본파 전류 제어기(30)의 출력에 보상할 수 있다. 보상부(14b) 내 지령 전압 좌표 변환부(14b')는 비례 적분 제어기(14a)에서 생성된 지령 전압을 dq축 정지좌표계상의 교류 값으로 역변환시킨 후 기본파 전류 제어기(30)의 출력에 보상되도록 제공할 수 있다. 이러한 보상부(14b)에 의해 본 장치(10)에 포함된 계통 연계형 인버터(22)의 출력 전류에 포함된 고조파가 저감될 수 있다. 보다 구체적인 설명은 다음과 같다.The
대역 통과 필터(11a), 좌표 변환부(12)에 의한 좌표 변환, 및 저역 통과 필터(13a)를 거친 신호(즉, 잔여 성분 제거부를 통해 출력된 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분)(, )는 직류 값에 근사하게 됨에 따라, 비례 적분 제어기(14a)를 이용하여 오차가 거의 없이 지령 값으로 제어할 수 있다.A signal that has passed through the band-
고조파 보상부(14)는 잔여 성분 제거부(13)에서 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분이 출력된 이후, 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분에 대하여 각 고조파 성분의 dq축 전류 지령을 모두 0으로 설정하고, 지령 값(, )과 실제 고조파 성분(, )의 차이를 비례 적분 제어기(14a)로 입력시킬 수 있다.The
비례 적분 제어기(14a)는 지령 값과 실제 고조파 성분의 차이를 0으로 제어하기 위한 지령 전압을 생성한다. 비례 적분 제어기(14a)에 의해 생성된 지령 전압은 지령 전압 좌표 변환부(14b')에 의해 dq축 정지좌표계상의 교류 값으로 역변환된 후 기본파 전류 제어기(30)의 출력에 보상될 수 있다.The proportional
다시 말해, 지령 전압 좌표 변환부(14b')는 비례 적분 제어기(14a)에 의해 생성된 지령 전압을 입력으로 하고, 입력된 지령 전압을 dq축 정지좌표계상의 교류 값으로 역변환시킬 수 있다. 이후, 지령 전압 좌표 변환부(14b')는 역변환된 전압 값(, )을 기본파 전류 제어기(30)의 출력에 보상되도록 제공할 수 있다.In other words, the command voltage coordinate
지령 전압 좌표 변환부(14b')는, 본 장치(10, 선택적 고조파 제어기)의 출력 값인 출력 전압이 dq축 정지좌표계 상에 표현되도록 하기 위해, 비례 적분 제어기(14a)에 의해 생성된 지령 전압을 dq축 정지좌표계상의 교류 값으로 역변환시키는 좌표 변환 과정을 수행할 수 있다. 이때, 지령 전압 좌표 변환부(14b')는, 이러한 좌표 변환 과정을 상술한 식 12와 식 13과 같이 각각의 상순을 고려하여 수행할 수 있다.The command voltage coordinate
대표적으로 역상분의 5차 고조파 및 정상분의 7 차 고조파 저감을 위한 지령 전압(전압 지령)의 좌표 변환 식은 각각 하기 식 14와 식 15와 같이 나타낼 수 있다. 달리 말해, 지령 전압 좌표 변환부(14b')는 하기 식 14와 식 15를 이용하여, 비례 적분 제어기(14a)에 의해 생성된 지령 전압을 dq축 정지좌표계상의 교류 값으로 변환(역변환)시킬 수 있다.Representatively, the coordinate conversion equations of the reference voltage (voltage reference) for reducing the 5th harmonic of the inverse component and the 7th harmonic of the normal component can be expressed as
[식 14][Equation 14]
[식 15][Equation 15]
이후, 본 장치(10)를 통해 출력되는 출력 값(즉, 지령 전압 좌표 변환부에 의해 좌표 변환된 전압 값)은 기본파 전류 제어기(4)를 통해 출력되는 출력 값(달리 표현해, 기본파 전류 생성을 위한 지령 전압)과 더해져 계통 연계형 인버터(22)의 입력으로 제공될 수 있다. 이를 통해, 계통 연계형 인버터(22)는 입력된 값을 토대로 THD가 개선된 출력 전류를 출력할 수 있다.Thereafter, the output value output through the device 10 (that is, the coordinate-converted voltage value by the command voltage coordinate conversion unit) is the output value output through the fundamental wave current controller 4 (in other words, the fundamental wave current command voltage for generation) and may be provided as an input of the grid-connected
즉, 계통 연계형 인버터(22)는 해당 지령 전압(비례 적분 제어기에 의해 생성되어 좌표 변환된 값)과 기본파 전류 생성을 위한 지령 전압을 이용(비교)하여 출력 전류의 THD를 개선할 수 있다.That is, the grid-connected
계통 연계형 인버터(22)는 해당 지령 전압과 기본파 전류 생성을 위한 지령 전압의 비교에 따라, 고조파 성분이 저감(감소, 제거, 소거)된 출력 전류를 출력할 수 있도록 스위칭 동작이 이루어질 수 있다.The grid-connected
본 장치(10)는 계통 연계형 인버터 시스템(100)의 성능을 개선하기 위하여 대역 통과 필터(Band Pass Filter, BPF)(11a)를 이용해 특정 고조파만을 선택적으로 제어 및 보상할 수 있도록 하는 기술에 대하여 제안한다. 본 장치(10)는 BPF(11a)를 이용해 특정 고조파 성분(특히, 5차 고조파 성분과 7차 고조파 성분)을 추출한 뒤, 추출된 해당 고조파 성분만을 비례 적분 제어기(14a)에 입력되도록 함으로써 고조파 저감 성능을 증대(향상)시킬 수 있다.The
본 장치(10)는 대역 통과 필터(11a)를 이용한 선택적 고조파 저감 기법을 제공함으로써, 비교적 간단한 연산 과정만으로 계통 전류의 고조파 성분을 효과적으로 저감시킬 수 있다.By providing a selective harmonic reduction technique using the
본원은 본 장치(10)를 통해 대역 통과 필터(11a)를 이용한 선택적 고조파 저감 기법에 대하여 제안한다. 본 장치(10)는 추가적인 하드웨어 구성 및 복잡한 제어 기법의 필요없이, 대역 통과 필터(BPF)를 활용하여 선택적으로 특정 고조파 성분을 효과적으로 저감시킬 수 있다.The present application proposes a selective harmonic reduction technique using the band-
또한, 본 장치(10)는 소프트웨어로 구현된 디지털 필터를 이용하여 계통 연계 인버터(22)의 출력 전류로부터 고조파 성분 전류를 선택적으로 추출할 수 있다. 이러한 본 장치(10)는 추출된 해당 고조파 성분 전류의 특성에 따른 개별 제어기의 설계를 통해, 왜곡된 계통 전압 조건에서도 출력 전류의 THD를 5% 이하로 유지되도록 할 수 있다.Also, the
이에 따르면, 본 장치(10)에 적용되는 대역 통과 필터(BPF, 11a)는 수동 필터가 아닌, 소프트웨어로 구현되는 디지털 필터일 수 있다. 이러한 본 장치(10)는 디지털 필터의 적용을 통해 수동 필터의 사용시 가격 및 전체 시스템 부피가 증가하게 되는 문제를 해소할 수 있다.Accordingly, the band-
본 장치(10)는 계통 연계형 인버터(22)의 성능을 개선하기 위하여 BPF(11a)를 활용한 선택적 고조파 저감 기법을 통해, 전력 변환 시스템(즉, 계통 연계형 인버터 시스템, 100)의 출력 전류에 포함된 고조파를 효과적으로 저감(감소)시킬 수 있다. The
본 장치(10)에서는 각 고조파 전류 제어기(15)의 입력으로 BPF(11a)를 통해 추출된 고조파 성분만 이용하므로, 우수한 고조파 제어 성능을 제공할 수 있다.Since the
또한, 본 장치(10)는 추가적인 하드웨어 없이 선택적으로 고조파를 저감할 수 있어, 시스템의 생산 비용, 무게 및 부피 측면에서 경쟁력을 제공할 수 있다.In addition, the
본 장치(10)는 비례 적분 제어기를 사용하므로, 특정 주파수 대역의 신호에 대해 매우 큰 이득을 가지고 있는 공진 제어기에 비해 안정성이 뛰어난 효과가 있다. 또한, 본 장치(10)는 대역 통과 필터(11a)를 이용한 고조파 성분의 추출을 통해 보다 효과적으로 계통 연계형 인버터(3)에서 발생하는 출력 전류 내 고조파 성분을 저감시킬 수(줄일 수) 있다.Since the
본원은 본 장치(10)를 통해 계통 연계형 인버터(22)의 출력 전류 THD를 개선하기 위한 선택적 고조파 저감(보상) 기법에 대하여 제안한다.The present application proposes a selective harmonic reduction (compensation) technique for improving the output current THD of the grid-connected
계통 연계형 인버터는 계통 전압이 비선형부하 등에 의하여 왜곡될 경우, 이로 인하여 출력 전류 THD가 왜곡될 수 있다. 이처럼 왜곡된 출력 전류는 전체 시스템의 효율을 저감시킬뿐만 아니라, 시스템 구성요소의 조기 노화를 촉진할 수 있다.In the grid-connected inverter, when the grid voltage is distorted by a non-linear load, the output current THD may be distorted. This distorted output current can not only reduce the efficiency of the overall system, but also promote premature aging of system components.
이러한 문제를 해소하기 위해, 본 장치(10)는 대역 통과 필터를 이용한 선택적 고조파 저감(보상)을 통해, 계통 연계형 인버터(22)의 출력 전류의 THD를 상승시키는 성분들(즉, 5차, 7차 고조파 성분)을 저감시켜 결과적으로 계통 연계형 인버터(22) 및 본 시스템(100)의 성능을 개선할 수 있다.In order to solve this problem, the
종래의 고조파 저감 기법은 계통 연계형 인버터의 출력단에 추가적으로 필터를 설계하거나 복잡한 제어 기법을 활용하여 고조파 성분을 저감하였다.Conventional harmonic reduction technique reduces harmonic components by designing an additional filter at the output stage of the grid-connected inverter or using a complex control technique.
반면, 본원에서 제안하는 고조파 저감 기법(즉, 본 장치에 의한 고조파 저감 기법)은, 추가적인 하드웨어 성분 없이, 대역 통과 필터를 활용하여 특정 고조파 전류만(특정 고조파 전류 성분만)을 추출하여 해당 성분을 저감하는 방식으로 출력 전류의 THD를 개선할 수 있다.On the other hand, the harmonic reduction technique proposed in the present application (ie, the harmonic reduction technique by this device) uses a bandpass filter without additional hardware components to extract only a specific harmonic current (only a specific harmonic current component) to extract the corresponding component. The THD of the output current can be improved by reducing it.
즉, 본 장치(10)는 대역 통과 필터를 이용해 제어하고자 하는 대상이 되는 특정 고조파 성분(즉, 출력 전류에 포함되는 고조파 성분 중 저감시키고자 하는 고조파 성분인 5차와 7차 고조파 성분)만을 추출하고, 추출된 고조파 성분만이 직류 값에 근사하게 된 상태로 비례 적분 제어기(14a)에 입력되도록 함으로써, 해당 특정 고조파 성분이 비례 적분 제어기(14a)에 의해 거의 오차가 없이 정확히 제어되도록 할 수 있다. 이와 같은 비례 적분 제어기(14a)에 의해 생성된 지령 전압은, 계통 연계형 인버터(22)의 출력 전류에 있어서, 출력 전류에 포함된 고조파 성분들 중 특정 고조파 성분(5차와 7차 고조파 성분)을 저감(소거, 감소)시키기 위한 제어 신호로 작용(적용)될 수 있다.That is, the
즉, 본 장치(10)는, 기본파 전류 생성을 위한 지령 전압에 대하여, 본 장치(10) 내 비례 적분 제어기(14a)에 의해 생성되는 지령 전압이 출력 전류 내 고조파(5차, 7차 고조파)를 소거시키기 위해 생성되는 지령 전압으로서 조금씩 더해지도록 함으로써, 이를 통해 출력 전류 내 고조파가 효과적으로 저감되도록 할 수 있다.That is, in the
본 장치(10)는 대역 통과 필터를 활용하여 특정 고조파 전류만을 추출하여 해당 성분을 저감하는 방식으로 출력 전류의 THD를 개선할 수 있다. 이러한 본 장치(10)는 현재 각광받고 있는 계통 연계형 인버터를 위한 전력변환장치의 성능을 향상시키는 데에 효과적으로 적용될 수 있다. 또한, 본 장치(10)는 추가적인 하드웨어 구성 및 복잡한 연산 과정이 요구되지 않기 때문에, 시스템 설계 및 생산에 있어 가격 경쟁력을 높일 수 있다.The
본 장치(10)는 출력 전류의 THD가 5% 이내로 유지되어야 하는 IEEE-1547 기준을 필수적으로 만족해야 하는 계통 연계형 분산전원 발전 시스템 분야에 효과적으로 적용될 수 있다. 또한, 본 장치(10)는 EMI 및 공통 전압 노이즈 저감을 통하여 Back-to-Back 시스템을 활용한 전동기 구동 시스템의 계통측 전류 제어 성능을 개선할 수 있다.The
본 장치(10)는 고조파로 인한 계통 연계형 인버터의 출력 전류 왜곡 시, 추가적인 하드웨어 및 복잡한 연산과정 없이 고조파를 저감하여 출력 전류의 THD를 효과적으로 개선할 수 있다.When the output current of the grid-connected inverter is distorted due to harmonics, the
본 장치(10)는 신재생 에너지 및 에너지 저장 장치 등을 위한 계통 연계형 인버터에 적용이 가능하며, Back-to-Back 시스템을 활용한 모터 구동 시스템에 높은 활용도로 적용될 수 있다.The
전력 변환 장치의 출력전류 THD 개선을 위한 기존의 고조파 저감 기법은 추가적인 하드웨어 구성으로 인하여 전체 시스템의 제작비용뿐만 아니라, 부피 및 무게를 증가시키며, 복잡한 연산 과정을 수반하는 문제가 있었다. 반면, 본원은 복잡한 제어기법 혹은 추가적인 하드웨어 없이 비교적 간단한 연산 과정을 통하여 선택적으로 고조파를 저감할 수 있어, 시스템의 가격 경쟁력을 향상시키는 데에 기여할 수 있다.The existing harmonic reduction technique for improving the output current THD of the power converter has a problem in that it increases the volume and weight as well as the manufacturing cost of the entire system due to the additional hardware configuration, and involves a complicated calculation process. On the other hand, the present application can selectively reduce harmonics through a relatively simple calculation process without a complicated control method or additional hardware, thereby contributing to improving the price competitiveness of the system.
본 장치(10)는 태양광 발전, 에너지 저장 장치에 사용되는 전력 변환 장치의 성능 개선 및 경쟁력 향상에 기여할 수 있다. The
계통 연계형 인버터는 신재생 에너지원 및 에너지 저장 장치 등을 위한 인버터로 널리 활용되고 있다. 계통 연계형 인버터의 출력 전류는 IEEE-1547 표준에 의거하여 THD가 5 % 이내로 만족되어야 한다.Grid-connected inverters are widely used as inverters for renewable energy sources and energy storage devices. The output current of the grid-connected inverter must satisfy THD within 5% according to the IEEE-1547 standard.
2레벨 인버터와 비교하여 멀티 레벨 인버터는 스위치 소자의 개수가 많으며, 제어 기법이 복잡한 반면 출력 전류의 THD를 개선시킬 수 있다. 하지만 계통 전압이 이미 왜곡된 조건 하에서는 토폴로지의 변경만으로 출력 전류의 THD를 IEEE-1547 표준에 만족시키기 어려운 문제가 있다.Compared to the two-level inverter, the multi-level inverter has a large number of switch elements and the control technique is complicated, but the THD of the output current can be improved. However, under the condition that the grid voltage is already distorted, there is a problem that it is difficult to satisfy the THD of the output current to the IEEE-1547 standard only by changing the topology.
이에, 본 장치(10)는 계통 연계형 인버터의 출력전류가 고조파 성분으로 인하여 왜곡되는 경우에도, 복잡한 연산과정 없이 대역 통과 필터를 이용하여 선택적으로 특정 고조파 성분을 저감시킬 수 있다. 이러한 본원은 추가적인 하드웨어 구성 또는 복잡한 제어 기법이 요구되던 기존의 고조파 저감 기법과 달리, 단순한 연산 과정만으로 기본파를 제외한 고조파 전류를 저감할 수 있다.Accordingly, even when the output current of the grid-connected inverter is distorted due to the harmonic component, the
본원에서 제안하는 선택적 고조파 저감 기법(즉, 본 장치에 의한 선택적 고조파 저감/보상 기법)은 2레벨 인버터를 포함한 멀티 레벨 컨버터의 출력 전류의 THD를 개선할 수 있어, 현재 주목받고 있는 계통 연계형 인버터 시스템의 경쟁력을 높이는 데에 기여할 수 있다.The selective harmonic reduction technique proposed herein (ie, the selective harmonic reduction/compensation technique by the device) can improve the THD of the output current of a multi-level converter including a 2-level inverter, and thus the grid-connected inverter currently attracting attention It can contribute to increasing the competitiveness of the system.
본 장치(10)는, 계통 연계형 인버터의 출력 전류 왜곡 시, 대역 통과 필터를 활용한 선택적 고조파 저감 기법을 활용하여 출력 전류 THD를 개선할 수 있다.The
본 장치(10)는 특정 차수의 고조파 성분만을 선택적으로 추출한 뒤, 저역 통과 필터 및 비례 적분 제어기를 활용하여 각 차수별 고조파를 저감하기 위한 전압 지령을 생성할 수 있다. 본 장치(10) 내 비례 적분 제어기(14a)에 의해 생성된 지령 전압을 기초로, 계통 연계형 인버터(22)는 해당 전압 지령(즉, 비례 적분 제어기에 의해 생성된 지령 전압) 및 기본파 전류 생성을 위한 지령 전압을 이용하여 출력 전류의 THD를 개선(즉, THD가 개선된 출력 전류를 출력)할 수 있다.After selectively extracting only harmonic components of a specific order, the
이하에서는 상기에 자세히 설명된 내용을 기반으로, 본원의 동작 흐름을 간단히 살펴보기로 한다.Hereinafter, an operation flow of the present application will be briefly reviewed based on the details described above.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 방법에 대한 동작 흐름도이다.7 is an operation flowchart for a selective harmonic compensation method for a grid-connected inverter according to an embodiment of the present application.
도 7에 도시된 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 방법은 앞서 설명된 본 장치(10)에 의하여 수행될 수 있다. 따라서, 이하 생략된 내용이라고 하더라도 본 장치(10)에 대하여 설명된 내용은 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 방법에 대한 설명에도 동일하게 적용될 수 있다.The selective harmonic compensation method for the grid-connected inverter shown in FIG. 7 may be performed by the
도 7을 참조하면, 단계S11에서 추출부는, 3상 계통의 전류로부터 제어 대상이 되는 제어 대상 고조파 성분을 추출할 수 있다.Referring to FIG. 7 , in step S11, the extraction unit may extract a control target harmonic component to be controlled from the current of the three-phase system.
이때, 단계S11에서 추출부는, 3상 계통과 좌표 변환부의 사이에 배치되는 대역 통과 필터(band-pass filter)를 이용하여 제어 대상 고조파 성분을 추출할 수 있다.In this case, in step S11, the extraction unit may extract the control target harmonic component using a band-pass filter disposed between the three-phase system and the coordinate conversion unit.
또한, 단계S11에서 추출부는, 3상 계통의 전류에 포함된 복수의 고조파 성분 중 어느 하나의 고조파 성분을 선택적으로 제어 대상 고조파 성분으로서 추출할 수 있다.In addition, in step S11, the extraction unit may selectively extract any one harmonic component from among a plurality of harmonic components included in the current of the three-phase system as a control target harmonic component.
여기서, 추출되는 어느 하나의 고조파 성분은 5차 고조파 성분 또는 7차 고조파 성분일 수 있다.Here, any one harmonic component to be extracted may be a 5th harmonic component or a 7th harmonic component.
다음으로, 단계S12에 좌표 변환부는, 단계S11에서 추출된 제어 대상 고조파 성분을 직류 값으로 변환하고, 직류 값으로 변환된 변환 후 제어 대상 고조파 성분을 출력할 수 있다.Next, in step S12, the coordinate converter may convert the control target harmonic component extracted in step S11 into a DC value, and output the control target harmonic component after conversion into a DC value.
다음으로, 단계S13에서 잔여 성분 제거부는, 단계S12에서 출력되는 변환 후 제어 대상 고조파 성분 이외의 잔여 성분 제거를 통하여 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 출력할 수 있다.Next, in step S13 , the residual component removing unit may output the control target harmonic component from which the residual component is removed through the removal of residual components other than the control target harmonic component after conversion output in step S12 .
또한, 단계S13에서 잔여 성분 제거부는, 좌표 변환부와 비례 적분 제어기 사이에 배치되는 저역 통과 필터(Low-pass Filter)에 단계S12에서 출력되는 변환 후 제어 대상 고조파 성분을 통과시킴으로써 잔여 성분을 제거할 수 있다.In addition, in step S13, the residual component removing unit removes the residual component by passing the control target harmonic component output in step S12 through a low-pass filter disposed between the coordinate conversion unit and the proportional integral controller. can
다음으로, 단계S14에서 고조파 보상부는, 비례 적분 제어기에 대한 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분의 보상을 위해, 단계S13에서 출력되는 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 비례 적분 제어기의 입력으로 전달할 수 있다.Next, in step S14, the harmonic compensator receives the control target harmonic component from which the residual component is removed from the residual component output in step S13 as an input of the proportional integration controller in order to compensate the control target harmonic component from which the residual component is removed. can transmit
또한, 단계S14는, 비례 적분 제어기에서 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 고려하여 지령 전압을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 단계S14는 지령 전압을 생성하는 단계 이후에, 생성된 지령 전압을 보상부가 기본파 전류 제어기의 출력에 보상하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, step S14 may include generating the command voltage in consideration of the control target harmonic component from which the residual component is removed by the proportional integral controller. In addition, step S14 may include, after generating the command voltage, compensating the generated command voltage to the output of the fundamental wave current controller by the compensator.
이때, 보상하는 단계는, 지령 전압 좌표 변환부가 지령 전압을 생성하는 단계에서 생성된 지령 전압을 dq축 정지좌표계상의 교류 값으로 역변환시키는 단계를 포함할 수 있다. 이를 통해, 보상하는 단계는 지령 전압 좌표 변환부에 의해 역변환된 지령 전압을 기본파 전류 제어기의 출력에 보상할 수 있다.In this case, the compensating may include inversely converting the command voltage generated in the step of generating the command voltage by the command voltage coordinate converter into an AC value on the dq-axis stationary coordinate system. Through this, in the compensating step, the command voltage inversely transformed by the command voltage coordinate converting unit may be compensated to the output of the fundamental wave current controller.
보상하는 단계에 의해, 계통 연계형 인버터의 출력 전류에 포함된 고조파가 저감될 수 있다.By compensating, harmonics included in the output current of the grid-connected inverter may be reduced.
상술한 설명에서, 단계 S11 내지 S14는 본원의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다.In the above description, steps S11 to S14 may be further divided into additional steps or combined into fewer steps, according to an embodiment of the present application. In addition, some steps may be omitted as necessary, and the order between steps may be changed.
본원의 일 실시 예에 따른 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The selective harmonic compensation method for a grid-connected inverter according to an embodiment of the present application may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
또한, 전술한 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 방법은 기록 매체에 저장되는 컴퓨터에 의해 실행되는 컴퓨터 프로그램 또는 애플리케이션의 형태로도 구현될 수 있다.In addition, the selective harmonic compensation method for the above-described grid-connected inverter may be implemented in the form of a computer program or application executed by a computer stored in a recording medium.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present application is for illustration, and those of ordinary skill in the art to which the present application pertains will understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present application. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a dispersed form, and likewise components described as distributed may be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present application.
100: 계통 연계 인버터 시스템
10: 계통 연계형 인버터를 위한 선택적 고조파 보상 장치
11: 추출부
12: 좌표 변환부
13: 잔여 성분 제거부
14: 고조파 보상부
14a: 비례 적분 제어기
14b: 보상부
14b': 지령 전압 좌표 변환부100: grid-connected inverter system
10: Optional harmonic compensation device for grid-tied inverter
11: Extraction part
12: coordinate conversion unit
13: Residual component removal unit
14: harmonic compensation unit
14a: proportional integral controller
14b: Compensation Department
14b': command voltage coordinate conversion unit
Claims (11)
3상 계통의 전류로부터 제어 대상이 되는 제어 대상 고조파 성분을 추출하는 추출부;
추출된 상기 제어 대상 고조파 성분을 직류 값으로 변환하고, 직류 값으로 변환된 변환 후 제어 대상 고조파 성분을 출력하는 좌표 변환부;
상기 변환 후 제어 대상 고조파 성분 이외의 잔여 성분 제거를 통하여 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 출력하는 잔여 성분 제거부; 및
비례 적분 제어기에 대한 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분의 보상을 위해, 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 상기 비례 적분 제어기의 입력으로 전달하는 고조파 보상부,
를 포함하고,
상기 추출부는,
상기 3상 계통과 상기 좌표 변환부의 사이에 배치되는 대역 통과 필터(band-pass filter)를 이용하여 상기 제어 대상 고조파 성분을 추출하는 것인, 선택적 고조파 보상 장치.An optional harmonic compensation device for a grid-connected inverter, comprising:
an extraction unit for extracting a control target harmonic component to be controlled from the current of the three-phase system;
a coordinate conversion unit that converts the extracted harmonic component to be controlled into a DC value, and outputs a harmonic component to be controlled after conversion into a DC value;
a residual component removing unit for outputting a control target harmonic component from which the residual component is removed through the removal of residual components other than the control target harmonic component after the conversion; and
a harmonic compensator transmitting the control target harmonic component from which the residual component is removed to an input of the proportional integral controller for compensation of the control target harmonic component from which the residual component is removed to the proportional integral controller;
including,
The extraction unit,
The selective harmonic compensating apparatus of claim 1, wherein the control target harmonic component is extracted using a band-pass filter disposed between the three-phase system and the coordinate conversion unit.
상기 추출부는,
상기 3상 계통의 전류에 포함된 복수의 고조파 성분 중 어느 하나의 고조파 성분을 선택적으로 상기 제어 대상 고조파 성분으로서 추출하는 것인, 선택적 고조파 보상 장치.According to claim 1,
The extraction unit,
Selective harmonic compensation device that selectively extracts any one harmonic component among a plurality of harmonic components included in the current of the three-phase system as the control target harmonic component.
상기 어느 하나의 고조파 성분은, 5차 고조파 성분 또는 7차 고조파 성분인 것인, 선택적 고조파 보상 장치.4. The method of claim 3,
Any one of the harmonic components is a 5th harmonic component or a 7th harmonic component, the selective harmonic compensation device.
상기 잔여 성분 제거부는,
상기 좌표 변환부와 상기 비례 적분 제어기 사이에 배치되는 저역 통과 필터(Low-pass Filter)에 상기 변환 후 제어 대상 고조파 성분을 통과시킴으로써 상기 잔여 성분을 제거하는 것인, 선택적 고조파 보상 장치.According to claim 1,
The residual component removal unit,
The selective harmonic compensation apparatus of claim 1, wherein the residual component is removed by passing the control target harmonic component after the transformation through a low-pass filter disposed between the coordinate transformation unit and the proportional integral controller.
상기 고조파 보상부는,
상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 고려하여 지령 전압을 생성하는 상기 비례 적분 제어기; 및
생성된 상기 지령 전압을 기본파 전류 제어기의 출력에 보상하는 보상부,
를 포함하는 것인, 선택적 고조파 보상 장치.According to claim 1,
The harmonic compensator,
the proportional integral controller for generating a command voltage in consideration of a control target harmonic component from which the residual component has been removed; and
a compensating unit compensating the generated command voltage to the output of the fundamental wave current controller;
A selective harmonic compensation device comprising a.
상기 보상부는,
생성된 상기 지령 전압을 dq축 정지좌표계상의 교류 값으로 역변환시키기 위한 지령 전압 좌표 변환부를 포함하는 것인, 선택적 고조파 보상 장치.7. The method of claim 6,
The compensation unit,
and a command voltage coordinate converter for inversely converting the generated command voltage into an AC value on a dq-axis stationary coordinate system.
상기 보상부에 의해 상기 계통 연계형 인버터의 출력 전류에 포함된 고조파가 저감되는 것인, 선택적 고조파 보상 장치.8. The method of claim 7,
The harmonics included in the output current of the grid-connected inverter by the compensator is reduced, the selective harmonic compensation device.
(a) 추출부에서, 3상 계통의 전류로부터 제어 대상이 되는 제어 대상 고조파 성분을 추출하는 단계;
(b) 좌표 변환부에서, 추출된 상기 제어 대상 고조파 성분을 직류 값으로 변환하고, 직류 값으로 변환된 변환 후 제어 대상 고조파 성분을 출력하는 단계;
(c) 잔여 성분 제거부에서, 상기 변환 후 제어 대상 고조파 성분 이외의 잔여 성분 제거를 통하여 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 출력하는 단계; 및
(d) 고조파 보상부에서, 비례 적분 제어기에 대한 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분의 보상을 위해, 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 상기 비례 적분 제어기의 입력으로 전달하는 단계,
를 포함하고,
상기 (a) 단계는,
상기 3상 계통과 상기 좌표 변환부의 사이에 배치되는 대역 통과 필터(band-pass filter)를 이용하여 상기 제어 대상 고조파 성분을 추출하는 것인, 선택적 고조파 보상 방법.A selective harmonic compensation method for a grid-connected inverter, comprising:
(a) in the extraction unit, extracting a control target harmonic component to be controlled from the current of the three-phase system;
(b) converting the extracted harmonic component to be controlled into a DC value, and outputting the harmonic component to be controlled after conversion into a DC value;
(c) outputting, in the residual component removing unit, the control target harmonic component from which the residual component is removed through the removal of residual components other than the control target harmonic component after the conversion; and
(d) in the harmonic compensator, for compensating the control target harmonic component from which the residual component is removed to the proportional integral controller, transferring the control target harmonic component from which the residual component is removed to the input of the proportional integral controller;
including,
The step (a) is,
The selective harmonic compensation method of extracting the control target harmonic component using a band-pass filter disposed between the three-phase system and the coordinate converter.
상기 (d) 단계는,
(d1) 비례 적분 제어기에서, 상기 잔여 성분이 제거된 제어 대상 고조파 성분을 고려하여 지령 전압을 생성하는 단계; 및
(d2) 보상부에서, 생성된 상기 지령 전압을 기본파 전류 제어기의 출력에 보상하는 단계,
를 포함하는 것인, 선택적 고조파 보상 방법.10. The method of claim 9,
Step (d) is,
(d1) generating, in the proportional integral controller, a reference voltage in consideration of a control target harmonic component from which the residual component is removed; and
(d2) compensating, in the compensating unit, the generated command voltage to the output of the fundamental wave current controller;
Including, a selective harmonic compensation method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190166522A KR102276105B1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Apparatus and method for selective harmonic compensation method for grid-connected inverter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190166522A KR102276105B1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Apparatus and method for selective harmonic compensation method for grid-connected inverter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210075448A KR20210075448A (en) | 2021-06-23 |
KR102276105B1 true KR102276105B1 (en) | 2021-07-12 |
Family
ID=76599534
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190166522A KR102276105B1 (en) | 2019-12-13 | 2019-12-13 | Apparatus and method for selective harmonic compensation method for grid-connected inverter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR102276105B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115811045A (en) * | 2022-12-28 | 2023-03-17 | 卧龙电气集团辽宁荣信电气传动有限公司 | Model prediction-based specific subharmonic compensation control method and device |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101213333B1 (en) | 2011-08-05 | 2012-12-18 | 아주대학교산학협력단 | Apparatus and method of controlling output of a single phase grid connected inverter |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101381599B1 (en) * | 2012-01-31 | 2014-04-04 | 아주대학교산학협력단 | Circuitary and method for compensation of harmonic distortion for grid-connected inverter system using a proportion resonant controller |
KR101822004B1 (en) * | 2015-09-25 | 2018-01-29 | 한국전력공사 | Apparatus for detecting resonance frequency of grid-connected inverter and method thereof |
-
2019
- 2019-12-13 KR KR1020190166522A patent/KR102276105B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101213333B1 (en) | 2011-08-05 | 2012-12-18 | 아주대학교산학협력단 | Apparatus and method of controlling output of a single phase grid connected inverter |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Shenjian Zou et al., Suppressing the side effect of the grid background harmonics on grid inverter with selective harmonic elimination PWM, 2014 PEACE, (2014.11.8.)* |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20210075448A (en) | 2021-06-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8649195B2 (en) | Hybrid space vector PWM schemes for interleaved three-phase converters | |
EP2214301B1 (en) | Power conversion systems and methods for controlling harmonic distortion | |
JP6019770B2 (en) | Bidirectional insulation type DC-DC converter control device | |
Xing et al. | Model predictive control for parallel three‐level T‐type grid‐connected inverters in renewable power generations | |
KR101421017B1 (en) | Method for controlling electric current of multi-level inverter | |
Trentin et al. | Performance evaluation of high-voltage 1.2 kV silicon carbide metal oxide semi-conductor field effect transistors for three-phase buck-type PWM rectifiers in aircraft applications | |
CN109889130B (en) | Harmonic current control method of asymmetric six-phase permanent magnet synchronous motor | |
de Azevedo Borges et al. | Finite set model predictive control of grid connected split-source inverters | |
Wang et al. | Elimination of zero sequence circulating currents in paralleled three‐level T‐type inverters with a model predictive control strategy | |
Hakemi et al. | Very high gain three‐phase indirect matrix converter with two Z‐source networks in its structure | |
KR102276105B1 (en) | Apparatus and method for selective harmonic compensation method for grid-connected inverter | |
US20200328697A1 (en) | Control method and apparatus for single-phase five-level converter | |
Abarzadeh et al. | A modified static ground power unit based on active natural point clamped converter | |
Haq et al. | A sinusoidal pulse width modulation (SPWM) technique for capacitor voltage balancing of nested I-type four-level inverter | |
Bhanuchandar et al. | A new single modulating and single carrier‐based predictive current control technique for single‐phase quadruple boost multilevel inverter topology | |
KR101789913B1 (en) | Power conversion device for preventing a circulating current and method of driving the same | |
Shi et al. | High-performance complex controller for high-power converters with low pulse ratios | |
Mao et al. | Multi-level 2-quadrant boost choppers for superconducting magnetic energy storage | |
Xue et al. | Improved model predictive control with reduced DC-link capacitor RMS current for back-to-back converter-fed PMSM drives | |
Pushparani et al. | Simulation and Analysis of SVHM Technique for DCMLI under Transient Conditions with Non-Linear Loads | |
Zabaleta et al. | A tuning procedure for the current regulator loops in multiple three-phase permanent magnet machines with low switching to fundamental frequency ratio | |
Espinoza et al. | Multi-level three-phase current source inverter based AC drive for high performance applications | |
Gannamraju et al. | Sequential model predictive control of quasi Z‐source inverter with fixed frequency operation | |
KR102288216B1 (en) | Apparatus and method for pmsm drive control using torque predictive control | |
Tsai et al. | An edge-aligned modulation technique to suppress leakage current in the back-to-back neutral-point clamped converter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |