KR102286941B1 - 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치에 있어서, 불평형 부하(103)의 3상 부하전류를 검출하는 부하전류 검출부(111); 상기 부하전류 검출부(111)에서 검출된 3상 부하전류를 2상의 전류로 변환시키는 부하전류 변환부(115); 상기 부하전류 변환부(115)의 출력을 바탕으로 기준 전류값을 설정하는 전류값 설정부 및 통신부(116); 상기 전류값 설정부 및 통신부(116)의 출력을 바탕으로 전류를 제어하는 전류제어부(114); 상기 전류제어부(114)의 제어 명령에 따라서 보상전류(ic)를 공급하는 백터제어부(112)를 포함하며; 상기 백터제어부(112)는 태양전지 셀(Cell)(100)으로 공급받는 전기(電氣)에너지를 공급받으며; 상기 백터제어부(112)에서 공급한 보상전류(ic)는 누설변압기(110)를 통하여 불평형 부하(103)의 불평형 전력을 보상하며; 상기 전류제어부(114)는 관측기(120)를 사용하여 상기 부하전류 검출부(111)에서 검출된 3상 부하전류로부터 정상분 전류 
및 역상분 전류 
를 실시간으로 검출하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치를 제안한다.
Description
본 발명은 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치에 관한 것이다. 신재생에너지 발전에 있어서 비선형, 급변동 및 대용량 불평형 부하로 인하여 전력계통에 불평형이 발생하며, 고조파(Hormonic)가 증가하는 현상이 발생한다. 본 발명에서는 이러한 비선형, 급변동 및 대용량 불평형 부하로 인하여 발생하는 전력계통에 불평형을 혁신적으로 보상하는 장치에 관한 것이다.
기존의 불평형 보상장치에 관하여 다음의 특허발명이 공개되었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1212830호, 공고일 2012. 12. 14.(이하 [특허문헌1]이라함)에서는 3상 컨버터의 불평형 보상방법을 공개하였다. 상기 [특허문헌1]에서 공개하는 불평형 보상벙법은 3상의 평형계의 대칭분 전압을 산출하는 대칭분 산출공정, 불평형 보상공정, 중심 벡터 연산공정을 포함하는 불평형 보상방법을 특징으로 한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1172748호, 공고일 2012. 08. 14.(이하 [특허문헌2]이라함)에서는 교류전원장치의 3상 불평형 전압 출력 제어 장치 및 방법에 관한 것을 공개하였다. 상기 [특허문헌2]에서는 PI(비례-적분) 제어기에 학습기능을 부여하여 간편하고 정확하게 원하는 3상 불평형 출력을 생성할 수 있는 3상 불평형 전압 출력 제어 장치 및 방법에 관한 것을 특징으로 한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1606882호, 공고일 2016. 03. 28.(이하 [특허문헌3]이라함)에서는 무효전력보상장치 및 무효전력보상장치의 모듈간 전압 불평형 보상방법을 공개하였다. 상기 [특허문헌3]에서는 3상 부하에 발생하는 무효전력을 보상하는 보상전류를 출력하는 무효전력 보상장치에 관한 것으로서, 입력되는 출력전압 기준값에 따라, 각 상에 직렬연결되는 모듈인버터들의 개수를 조절하여 출력전압을 생성하는 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC: Modular Multilever Converter) 및 상기 모듈인버터들에 인가되는 각각의 모듈전압들의 불평형을 감지하여, 보상전압을 생성하는 전압 불평형 보상방법을 특징으로 한다.
하지만, 기존의 [특허문헌1] 내지 [특허문헌3]에서는 불평형 보상장치을 위하여 반드시 리액터가 필요하며, 리액터의 배치를 위하여 제작비용의 증대 및 제작공간이 일정(一定)으로 필요하다는 문제점이 있었다.
본 발명에서는 신재생에너지 발전의 불평형 보상장치에서 리액터(Rector)가 존재하지 않는 리액터리스 불평형 보상장치를 제안하고자 한다. 이를 위하여 불평형 부하전류에서를 정상분(positive sequence component)전류와 역상분(negative sequence component)전류로 실시간 분해하고, 이 역상분 전류를 PWM 컨버터가 공급하도록 제어하여 전원 측에서는 단지 부하의 정상분 전류만 공급하게 하는 것을 기술적 특징으로 한다. 본 발명에서는 (1)불평형 3상전류로부터 정상분 전류와 역상분 전류를 실시간으로 검출하는 방법, (2)부하의 역상분 전류를 상쇄하도록 PWM 컨버터를 제어하는 기술과 제어기 설계방법을 통하여 실질적으로 리액터(Rector)가 제거된 불평형 보상장치를 제공하고자 한다.
본 발명에서는 신재생에너지 발전의 불평형 보상장치에서 리액터(Rector)가 존재하지 않는 리액터리스 불평형 보상장치를 위하여 다음의 3가지 방법의 과제 해결 수단을 사용하였다. (1)일반변압기(105)와 리액터(106)를 결합한 누설변압기(110)을 사용하며, (2)불평형 3상전류로부터 정상분 전류와 역상분 전류를 실시간으로 검출하는 방법 및 (3)부하의 역상분 전류를 상쇄하도록 PWM 컨버터를 제어하는 기술과 제어기 설계방법을 불평형 보상장치를 적용하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명에서 제안하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치의 효과는 다음과 같다. 첫째, 일반변압기(105)와 리액터(106)를 결합한 누설변압기(110)를 사용하기 때문에 리액터(106)가 없는 리액터리스 불평형 보상장치를 제공하며, 둘째, 리액터(106)가 없기 때문에 변압기타입에 비해 가격이 저렴하며, 불평형 보상장치의 공간이 작아지는 장점이 있으며, 셋째, 전력품질이 향상되며, 불평형 전력이 해결되기 때문에 전력효율이 상승하는 효과가 있으며, 넷째, 불평형 3상전류로부터 정상분 전류와 역상분 전류를 실시간으로 검출 및 제어하기 때문에 향상된 제어특성을 갖는 특징적인 효과가 있다. 또한, 누설변압기를 사용하고, 직류측을 공유함으로써 순환전류 없이 다수의 서로 다른 용량의 PWM컨버터를 연결하여 구현할 수 있다.
도 1은 불평형(비선형) 부하에서 전압/전류 파형 및 고조파(Harmonic) 분석파형
도 2는 보상된 전압/전류 파형 및 고조파(Harmonic) 분석 파형
도 3은 불평형(비선형) 부하 전류 보상 개념도
도 4는 기존에 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치
도 5는 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치(제1 실시예)
도 6은 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치(제2 실시예)
도 7은 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치(제3 실시예)
도 8은 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 부하 전류를 보상하는 제어부
도 9는 3상-2상 변환 좌표축과 전압벡터 도면
도 10은 전원의 상회전과 정/역 방향 동기속도로 회전하는 좌표축에 대하여
(a) 정상분 전류벡터
(b) 역상분 전류벡터
도 11은 관측기를 사용한 정상분/역상분 전류검출기
도 12는 전방향 평균필터(forward average filter)를 이용한 정상분/역상분 전류검출기
도 13은 역방향 평균필터(backward average filter)를 이용한 정상분/역상분 전류검출기
도 14는 전압형 컨버터의 1상당 등가회로
도 15는 정상분 전류와 역상분 전류를 제어하는 제어기의 블록도
도 16은 제작된 불평형(비선형) 보상장치
도 17는 제작된 누설변압기
도 2는 보상된 전압/전류 파형 및 고조파(Harmonic) 분석 파형
도 3은 불평형(비선형) 부하 전류 보상 개념도
도 4는 기존에 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치
도 5는 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치(제1 실시예)
도 6은 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치(제2 실시예)
도 7은 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치(제3 실시예)
도 8은 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 부하 전류를 보상하는 제어부
도 9는 3상-2상 변환 좌표축과 전압벡터 도면
도 10은 전원의 상회전과 정/역 방향 동기속도로 회전하는 좌표축에 대하여
(a) 정상분 전류벡터
(b) 역상분 전류벡터
도 11은 관측기를 사용한 정상분/역상분 전류검출기
도 12는 전방향 평균필터(forward average filter)를 이용한 정상분/역상분 전류검출기
도 13은 역방향 평균필터(backward average filter)를 이용한 정상분/역상분 전류검출기
도 14는 전압형 컨버터의 1상당 등가회로
도 15는 정상분 전류와 역상분 전류를 제어하는 제어기의 블록도
도 16은 제작된 불평형(비선형) 보상장치
도 17는 제작된 누설변압기
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 불평형(비선형) 부하에서 전압/전류 파형 및 고조파(Harmonic) 분석 파형을 나타낸다. 상기 불평형(비선형) 부하에서는 전류파형은 입력전류가 불연속적이며, 돌입전류에 가까운 펄스성 형태의 전류가 흐르게 되므로, 3차, 5차, 7차, 9차, 11차, 13차, 15차 등의 고조파가 성분이 증가하게 된다. 따라서 전류의 파형이 첨예하게 변화되므로 고조파가 발생하고 식(1)과 같이 전고조파 왜율(THD)은 기본파의 실효값에 대한 다른 모든 고주파의 실효값의 비로 나타낼 수 있다.
여기서
IH : 전고조파의 실효값
I1 : 기본파의 실효값
I : 입력 전류의 실효값
또한, 전고조파 왜율(THD)을 바탕으로 역률(PF)은 식(2)과 같이 정의된다.
따라서 역률이 나빠지는 이유는 입력단 전류 파형에 포함된 고조파(Harmonics) 성분의 증가가 주된 원인이다.
도 2는 보상된 전압/전류 파형 및 고조파(Harmonic) 분석 파형을 나타낸다.
상기 보상된 전압/전류 파형 및 고조파(Harmonic) 분석 파형을 살펴보면, 전류는 정현파(Sin파)로 개선되며, 3차, 5차, 7차, 9차, 11차, 13차, 15차 등의 고조파가 성분이 제거되므로 역률이 개선되는 효과가 있다.
도 3은 불평형(비선형) 부하 전류 보상 개념도를 나타낸다.
상기 불평형(비선형) 부하 전류 보상 개념도에서는 비선형 부하전류(iL)에 보상전류(ic)를 통급합을 통하여 정현파(Sin파)로 개선된 보상된 전류(is)로 개선시킬 수 있다.
도 4는 기존에 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치를 나타낸다.
상기 기존에 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치는 3상 전원부(90)로부터 3상 전원을 불평형 부하(103)에 공급하게 된다. 무엇보다 상기 불평형 부하(103)의 불평형 전력을 보상하기 위하여 태양전지 셀(Cell)(100)으로부터 발전된 직류(DC) 전력을 공급받아 불평형(비선형) 부하 보상장치(104)를 통하여 보상전류(ic)가 리액터(106) 및 일반변압기(105)를 통하여 보상되는 것을 특징으로 한다. 상기 기존에 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치에서는 수동필터(107)의 수동필터용 커패시터(107-1) 및 수동필터용 리액터(107-2)를 통하여 상기 불평형(비선형) 부하 보상장치(104)가 제대로 보상하지 못한 불평형 전력을 보상하는 역할을 수행하게 된다.
따라서 기존에 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치는 수동필터용 커패시터(107-1) 및 수동필터용 리액터(107-2)의 수동필터(107)가 존재하며, 리액터(106) 및 일반변압기(105)를 통하여 보상전류(ic)를 공급하는 특징이 있다. 따라서 수동필터(107)가 크며, 리액터(106)가 반드시 필요하기 때문에 상기 불평형(비선형) 보상장치의 크기가 크며, 비용이 상승되는 문제점이 있었다.
도 5는 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치(제1 실시예)를 나타낸다.
본 발명에서 상기 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치는 3상 전원부(90)로부터 3상 전원을 불평형 부하(103)에 공급하게 된다. 무엇보다 상기 불평형 부하(103)의 불평형 전력을 보상하기 위하여 태양전지 셀(Cell)(100)로부터 발전된 직류(DC) 전력을 공급받아 불평형(비선형) 부하 보상장치(104)를 통하여 보상전류(ic)가 누설변압기(110)를 통하여 보상되는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다. 상기 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치에서는 리액터(106) 및 일반변압기(105)가 결합된 누설변압기(110)를 사용하는 것이 가장 큰 특징이며, 이를 통하여 제조비용의 저감 및 전체 시스템의 공간을 매우 혁신적으로 줄일 수 있다. 더불어 불평형 3상전류로부터 정상분 전류와 역상분 전류를 실시간으로 검출하는 방법과 부하의 역상분 전류를 상쇄하도록 PWM 컨버터를 제어하는 제어기를 불평형 보상장치를 적용함을 통하여 상기 리액터(106)와 일반변압기(105)를 결합할 수 있었다. 더불어 향상된 제어기법을 통하여 수동필터(107)의 수동필터용 커패시터(107-1) 및 수동필터용 리액터(107-2)가 필요없이 향상된 불평형 부하(103)의 불평형 전력저감을 통하여 고조파를 저감시킬 수 있으며, 역률을 개선시킬 수 있는 향상된 장점이 있다.
도 6은 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치(제2 실시예)를 나타낸다.
본 발명에서 상기 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치는 3상 전원부(90)로부터 3상 전원을 불평형 부하(103)에 공급하게 된다. 무엇보다 상기 불평형 부하(103)의 불평형 전력을 보상하기 위하여 복수의 태양전지 셀(Cell)(100-1,100-2,100-3 등)로부터 발전된 직류(DC) 전력을 공급받아 복수의 불평형(비선형) 부하 보상장치(104-1,104-2,104-3 등)를 통하여 보상전류(ic)가 복수의 누설변압기(110-1,110-2,110-3 등)를 통하여 보상되는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다. 상기 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치에서는 리액터(106) 및 일반변압기(105)가 결합된 복수의 누설변압기(110-1,110-2,110-3 등)를 사용하는 것이 가장 큰 특징이며, 이를 통하여 제조비용의 저감 및 전체 시스템의 공간을 매우 혁신적으로 줄일 수 있다. 더불어 불평형 3상전류로부터 정상분 전류와 역상분 전류를 실시간으로 검출하는 방법과 부하의 역상분 전류를 상쇄하도록 PWM 컨버터를 제어하는 제어기를 불평형 보상장치를 적용함을 통하여 상기 리액터(106)와 일반변압기(105)를 결합할 수 있었다. 더불어 향상된 제어기법을 통하여 수동필터(107)의 수동필터용 커패시터(107-1) 및 수동필터용 리액터(107-2)가 필요없이 향상된 불평형 부하(103)의 불평형 전력저감을 통하여 고조파를 저감시킬 수 있으며, 역률을 개선시킬 수 있는 향상된 장점이 있다. 더불어 복수의 태양전지 셀(Cell)(100-1,100-2,100-3 등), 복수의 불평형(비선형) 부하 보상장치(104-1,104-2,104-3 등), 복수의 누설변압기(110-1,110-2,110-3 등)를 사용하여 상기 불평형(비선형) 보상장치에서 병렬운전이 가능하며, 이를 통하여 수 내지 수십 MW급 이상의 대용량(대전력)의 불평형 부하(103)에서도 용이하게 불평형 전력을 보상하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 7은 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치(제3 실시예)를 나타낸다.
본 발명에서 상기 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치는 3상 전원부(90)로부터 3상 전원을 불평형 부하(103)에 공급하게 된다. 무엇보다 상기 불평형 부하(103)의 불평형 전력을 보상하기 위하여 단일의 태양전지 셀(Cell)(100)로부터 발전된 직류(DC) 전력을 공급받아 복수의 불평형(비선형) 부하 보상장치(104-1,104-2,104-3 등)를 통하여 보상전류(ic)가 복수의 누설변압기(110-1,110-2,110-3 등)를 통하여 보상되는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다. 상기 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 보상장치에서는 리액터(106) 및 일반변압기(105)가 결합된 복수의 누설변압기(110-1,110-2,110-3 등)를 사용하는 것이 가장 큰 특징이며, 이를 통하여 제조비용의 저감 및 전체 시스템의 공간을 매우 혁신적으로 줄일 수 있다. 더불어 불평형 3상전류로부터 정상분 전류와 역상분 전류를 실시간으로 검출하는 방법과 부하의 역상분 전류를 상쇄하도록 PWM 컨버터를 제어하는 제어기를 불평형 보상장치를 적용함을 통하여 상기 리액터(106)와 일반변압기(105)를 결합할 수 있었다. 더불어 향상된 제어기법을 통하여 수동필터(107)의 수동필터용 커패시터(107-1) 및 수동필터용 리액터(107-2)가 필요없이 향상된 불평형 부하(103)의 불평형 전력저감을 통하여 고조파를 저감시킬 수 있으며, 역률을 개선시킬 수 있는 향상된 장점이 있다.
이렇게 단일의 태양전지 셀(Cell)(100)을 사용하는 경우, 계통의 고조파(Harmonic)의 저감 및 순환전류를 저감하기 때문에 상기 도 6(제2 실시예)와 비교하여 더욱 향상된 효과를 발휘할 수 있다. 무엇보다 상기 도 6(제2 실시예)과 같이 복수의 태양전지 셀(Cell)(100-1,100-2,100-3 등)을 사용하는 경우 실질적으로 상기 복수의 태양전지 셀(Cell)(100-1,100-2,100-3 등)에서 각각 발생하는 전압 및 전력이 불균일하며, 이로 인하여 계통의 고조파(Harmonic)가 발생되는 문제점이 있다.
따라서 도 7(제3 실시예)와 같은 방식은 단일의 태양전지 셀(Cell)(100)을 사용하기 때문에 상기 단일의 태양전지 셀(Cell)(100)에서 발생하는 출력전압은 일정(一定)하며, 이로 인하여 상기 복수의 불평형(비선형) 부하 보상장치(104-1,104-2,104-3 등)에서 출력되는 전압도 일정하기 때문에 상기 도 6(제2 실시예)와 비교하여 계통의 고조파(Harmonic)가 더욱 저감되는 장점이 있다. 더불어, 트랜스리스타입에서는 단일 태양전지 셀(Cell)구성에서는 순환전류가 발생할 수 있지만, 도 7(제3 실시예)에서는 상기 단일의 태양전지 셀(Cell)(100)에서 발생하는 출력전압이 일정(一定)하기 때문에 순환전류가 발생하지 않는 보다 향상된 특징이 있다.
따라서 도 7(제3 실시예)에서는 단일의 태양전지 셀(Cell)(100), 복수의 불평형(비선형) 부하 보상장치(104-1,104-2,104-3 등), 복수의 누설변압기(110-1,110-2,110-3 등)를 사용하여 상기 불평형(비선형) 보상장치에서 병렬운전이 가능하며, 이를 통하여 수 내지 수십 MW급 이상의 대용량(대전력)의 불평형 부하(103)에서도 용이하게 불평형 전력을 보상하며, 계통의 고조파(Harmonic)가 최소화되며, 복수의 불평형(비선형) 부하 보상장치(104-1,104-2,104-3 등)에서 순환전류가 발생하지 않는 보다 향상된 효과가 있다.
도 8은 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 부하 전류를 보상하는 제어부를 나타낸다. 상기 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 부하 전류를 보상하는 제어부는 3상 전원부(90)로부터 3상 전원을 불평형 부하(103)에 전력을 공급하는데, 실질적으로 불평형 전류를 보상하는 제어기이다. 상기 불평형 부하(103)에 공급되는 전류를 검출하는 부하전류 검출부(111)에서 3상 불평형 부하전류가 검출되며, 부하전류 변환부(115)에서는 검출된 3상의 부하 전류를 2상의 전류로 변환하게 된다. 또한, 상기 부하전류 변환부(115)의 출력을 받아서 전류값 설정부 및 통신부(116)에서는 최종적으로 보상하는 전류값을 설정하며, 제어용 컴퓨터(117)과 통신하게 하며, 필요한 경우 관리자가 이를 직접 전류값을 직접 설정할 수 있다. 보상전압 검출부(113-1) 및 보상전류 검출부(113-2)에서는 보상되는 전압 및 전류를 검출하고, 상기 보상전압 검출부(113-1) 및 보상전류 검출부(113-2)의 출력을 전압 및 전류 변환부(113)를 통하여 전류제어부(114)로 공급된다. 상기 전류제어부(114)는 상기 보상전압 검출부(113-1) 및 보상전류 검출부(113-2)의 변환된 전압 및 전류값과 상기 전류값 설정부 및 통신부(116)의 전류 설정값을 바탕으로 백터제어부(112)에서 상기 태양전지 셀(Cell)(100)에서 발생하는 태양광 전력을 변환시키며, 누설변압기(110)를 통하여 상기 불평형 부하(103)의 불평형 전력을 보상하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
상기 도 8은 제안된 신재생에너지 발전을 위한 불평형(비선형) 부하 전류를 보상하는 제어부에서는 상기 불평형 부하(103)의 3상(Phase) 전류를 실시간 측정하여 이를 정상분과 역상분으로 분해하고 보상기가 불평형 부하의 역상분 전류를 공급하여 불평형을 보상하는 방법이며, 상기 부하전류 변환부(115)에서 검출된 정상분 전류와 역상분 전류를 상기 전류제어부(114)를 통하여 백터제어부(112)를 제어하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
이를 통하여 리액터(106) 및 일반변압기(105)가 결합된 누설변압기(110)를 사용하여 수 내지 수십 MW급 이상의 대용량(대전력)의 불평형 부하(103)에서도 용이하게 불평형 전력을 보상하는 것을 특징으로 한다.
도 9는 3상-2상 변환 좌표축과 전압벡터 도면을 나타내며, 도 10은 전원의 상회전과 정/역 방향 동기속도로 회전하는 좌표축에 대하여 도 10(a) 정상분 전류벡터, 도 10(b) 역상분 전류벡터 도면을 나타낸다.
무엇보다 3상 전원은 평형되어 있다고 가정한다면, 식(3) 같이 정지좌표계의 
축을 
상과 일치시킨다. 전압벡터는 도 9와 같이 정지좌표계에서 2축성분인 
로 표시되고, 각속도 
[rad/s]로 상회전의 방향으로 회전하게 된다.
불평형 부하전류에 대하여는 정상분 전류와 역상분 전류의 두 벡터가 있으므로, 도 10의
와 
에서와 같이, 서로 반대방향으로 회전하는 
좌표계에 정상분 전류를, 
좌표계에 역상분 전류를 표시할 수 있다. 따라서 회전하는 두 좌표계에 대하여, 도 9에서 전압벡터가 
축에 일치 된 
의 순간에, 도 10과 같이 
축과 
축이
축에 일치하는 좌표계로 설정할 수 있다. 이로 인하여 전류벡터는 3상의 선전류(
)가 입력되고, 식(4)에 의하여 정지좌표계의 2축 성분(
)으로 변환되며, 부하전류
는, 정상분 전류 
와 역상분 전류는 
를 포함하게 할 수 있다.
상기 정상분 전류는 도 10의 
와 같이 
로 나타냈으며, 좌표축 
축과 함께 상회전방향의 동기속도로 회전한다. 역상분 전류는 도 10의 
와 같이 좌표축 
축과 함께 상회전 반대방향의 동기속도로 회전하는 
이다. 정지좌표계(
축)와 각각의 
좌표계, 
좌표계는, 도 10으로부터 식(5)와 식(6)의 관계를 갖고 상호 변환시킬 수 있다.
따라서 도 9의 3상-2상 변환 좌표축과 전압벡터 도면은 전기적으로 120도 간격으로 ω의 각속도로 회전하는 a,b,c상을 a-axis(a-축), b-axis(b-축), c-axis(c-축)으로 설정하며, 
좌표계로 변환하게 된다.
도 10에서는
좌표계에서
회전좌표계 및 
회전좌표계로 이동시키는 것을 나타낸다. 이는 전원의 상회전과 정/역 방향 동기속도로 회전하는 좌표축에 대하여 도 10(a) 정상분 전류벡터, 도 10(b) 역상분 전류벡터를 나타낸다.
본 발명에서는 불평형 부하(103)의 3상(Phase) 전류를 실시간 측정하여 이를 도 10(a) 정상분 전류벡터, 도 10(b) 역상분 전류벡터로 분해하는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 11은 관측기를 사용한 정상분/역상분 전류검출기를 나타낸다.
상기 도 11의 관측기를 사용한 정상분/역상분 전류검출기에서는 제1 3상-2상 변환부(abc-
변환부)(121)를 통하여 3상의 a,b,c상의 전압을 2상의
좌표계로 변환하게 된다. 보다 구체적으로 부하전류 검출부(111)를 통하여 측정된 부하전류 
를 정지좌표계(
좌표계)의 전류벡터 
로 변환하는 3상/2상 변환기를 나타낸다. 관측기(120)의 구성은 관측기 이득행렬(L)(122), 적분기(123), 상태행렬(A)(124) 및 출력행렬(C)(125)로 구성되어 있다. 상기 관측기(120)의 출력인 상태벡터는 정지좌표계의 전류벡터 
이며, 상기 관측기(120)의 출력인 상태벡터로부터 제1 정상분 전류 변환부(
-
변환부)(126) 및 제1 역상분 전류 변환부(
-
변환부)(127)에 의해서 각각 
과 
좌표계로 변환되어 상기 제1 정상분 전류 변환부(
-
변환부)(126)는 정상분 전류 
를 출력하며, 상기 제1 역상분 전류 변환부(
-
변환부)(127)는 역상분 전류 
를 출력하는 것을 기술적 특징으로 한다.
무엇보다 상기 도 11의 관측기를 사용한 정상분/역상분 전류검출기에서 상기 관측기(120)의 이득행렬 
은 상태추정오차의 수렴속도를 고려하여 설계하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는 극(Pole)지정 방식을 이용하여 
을 계산하는데 추정오차가 전원주파수(60Hz)의 1/4 주기 이내에 수렴하도록 기준다항식을 설계하는 방법을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
따라서 본 발명에서 극(Pole)지정 방식을 이용하여 
을 계산하는데 추정오차가 전원주파수(60Hz)의 1/4 주기 이내에 수렴하기 때문에 빠른 응답특성이 가능하며, 더불어 상기 리액터(106)와 일반변압기(105)를 결합한 누설변압기(110)를 사용하여 보상전류(ic)를 공급할 수 있는 특징이 있으며, 이를 통하여 리액터(106)가 제거되었기 때문에 제조비용이 저감되며, 불평형 보상장치의 제작 공간이 줄어들며, 리액터리스 불평형 보상장치를 형성할 수 있는 매우 향상된 효과가 있다.
상기 식(4)와 같이 전류벡터는 정상분 전류 
와 역상분 전류 
로 표현되고, 이 변수를 상태벡터 
로 정의한다. 식(5)과 식(6)의 양변을 미분하여 정리하면 식(7)의 상태방정식을 얻을 수 있다.
상기 식(7) 모델에 대한 관측기(120)로 다음 식(8)로 고려한다. 변수에서 "^"부호는 추정값을 표기할 수 있다.
여기서 
는 전원의 각주파수이며, 관측기 이득행렬 
은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
상기 관측기의 상태 출력으로부터 정지좌표계의 정상분 
및 역상분 
를 얻을 수 있으며, 이제 본 발명에서는 관측기의 상태추정 수렴속도를 고려하여 이득행렬 
을 설계하는 방법을 제시한다. 상기 식(8)의 관측기의 추정오차의 수렴성은 행렬 
의 고유치의 위치에 관계된다. 이러한 관측기를 설계하는 것은 관측기 오차의 폐루프 특성다항식 
이 원하는 수렴특성을 갖는 4차 목표특성다항식 
과 같아지도록 (즉, 
이도록) 
을 구하는 것과 등가적이다. 이제 문제는 원하는 수렴속도를 갖는 
를 선정하는 것과 그러한 
을 구하는 것이다.
설계된 본 발명의 해당 시스템의 예로서 목표다항식은 다음 식(10) 및 식(11)을 이용하여 구할 수 있다.
여기서, 
는 관측기의 추정오차가 
로 수렴하는 시간이다. 예를 들어, 
의 1/4 주기를 수렴시간으로 원한다면 
[sec]이다. 
가 선택되면 관측기 이득행렬을 계산해야 하는데 행렬 
의 미지수가 8개이고 파라미터는 4개이기 때문에 단순한 선형방정식으로는 구할 수 없다. 그렇지만 이런 목적으로 개발된 Matlab의 극지정 공식 "place"를 이용하여 식(12)에 의하여 구할 수 있다. 
을
의 근 벡터라 하면 다음 코드로 해를 얻는다.
도 12는 전방향 평균필터(forward average filter)를 이용한 정상분/역상분 전류검출기를 나타내며, 도 13은 역방향 평균필터(backward average filter)를 이용한 정상분/역상분 전류검출기를 나타낸다.
상기 도 12와 상기 도 13은 좌표변환을 바탕으로 평균필터, 역변환 등을 이용하여 정상분과 역상분 전류를 검출하는 방법이다. 
좌표계에 나타낸 불평형 전류를 
좌표계로 변환하면, 정상분 전류와, 전원 주파수의 2배로 진동하는 역상분이 포함되어 나타난다. 반대방향으로 회전하는 
좌표계로 변환하면, 역상분 전류와, 전원 주파수의 2배로 진동하는 정상분이 포함되어 나타난다.
상기 불평형 전류 
는 식(13)과 같이 정상분 전류 
와 역상분 전류 
를 포함하고 있다. 식(13)의 정지좌표계로 표시한 전류를, 
좌표계로 변환하면 식(14)와 같고, 
좌표계로 변환하면 식(15)와 같이 된다. 이들을 도 12와 함께 고찰하면, 정상분 전류가 출력 될 
축에 진동하는 역상 전류성분이 나타나고, 식(15)와 같이 역상분 전류가 출력 될 
축에 진동하는 정상 전류성분이 나타나고 있다.
식(14)와 식(15)의, 우변 제2항으로 된, 전원 주파수의 2배로 진동을 하는 성분을 소거하기 위하여, 
축의 평균값 
를, 
축의 평균값 
를 취한다. 이 평균값을 가진 각각의 좌표계에서 정지좌표계로 변환한, 
와 
는, 평균값으로 추정한 정지좌표계의 정상성분과 역상성분의 전류가 된다. 정상성분과 역상성분의 전류가 추정이 되면, 
, 
이므로 식(16)에 의하여, 정상분 전류 
와 역상분 전류 
으로 분리한다. 이것을 상기 도 12와 상기 도 13에 보인 것처럼 
축과 
축으로 된, 회전하는 두 좌표계로 변환하여, 각각 
와 
를 출력할 수 있다.
상기 
와 
의 평균값은 
축과 
축으로 된, 회전하는 두 좌표계에서 각각 계산을 할 수 있다. 이 평균값을 구하는 방법은 도 12와 도 13에 보인 두 가지 방법을 제시한다. 도 12의 방법은 정지좌표계의 
에서, 
좌표계 및 
좌표계의 두 좌표계로 좌표변환을 한 다음, 필터를 사용하여 평균값을 구한다. 도 13의 방법은 
와 
를 필터의 입력으로 사용하기 때문에 좌표변환을 하지 않는다.
따라서 상기 도 12의 전방향 평균필터(forward average filter)를 이용한 정상분/역상분 전류검출기에서는 정,역 두 방향의 동기속도로 회전하는 
좌표계와 
좌표계에서, 상기 2배의 전원주파수로 진동하는 반대성분을 제거하기 위해, 필터를 이용 평균값 정상성분 
과 역상성분 
을 추정하여, 
좌표계의 불평형 부하전류 
에서 이들을 빼면 정상분 전류 
와 역상분 전류 
로 분리할 수 있다. 이것을 각각 
좌표계와 
좌표계로 변환하여 
및 
를 검출하는 것을 기술적 특징으로 한다.
따라서 제2 3상-2상 변환부(abc-
변환부)(131)를 통하여 3상의 a,b,c상의 전압을 2상의 
좌표계로 변환하게 된다. 보다 구체적으로 부하전류 검출부(111)를 통하여 측정된 부하전류 
를 정지좌표계(
좌표계)의 전류벡터 
로 변환하는 3상/2상 변환기를 나타낸다.
상기 2상의 
좌표계로 변환된 전류벡터
는 전방향 평균필터부(130)를 통하여 
좌표계와 
좌표계로 변환하게 된다. 상기 전방향 평균필터부(130)는 제2 역상분 전류 변환부(
-
변환부)(132) - 제1 전방향 평균필터(134)를 통하여 평균값 정상성분 
을 출력하며, 동시에 제2 정상분 전류 변환부(
-
변환부) - 제2 전방향 평균필터(135)를 통하여 평균값 역상성분 
을 추정하게 된다.
상기 평균값 정상성분 
은 제1 감산부의 제1 감산기(138-1) - 제3 정상분 전류 변환부(
-
변환부)(139)를 통하여 최종적으로 
좌표계로 변환된 
를 출력한다. 또한 상기 평균값 역상성분 
은 제1 감산부의 제2 감산기(138-2) - 제3 역상분 전류 변환부(
-
변환부)(140)를 통하여 최종적으로 
좌표계로 변환된 
을 출력한다.
따라서 상기 도 12의 전방향 평균필터(forward average filter)를 이용한 정상분/역상분 전류검출기는 입력된 정지좌표계의 부하전류 
를 
좌표계와 
좌표계로 변환하고, 두 좌표계에서 필터를 사용하여 평균값을 구하여 정지좌표계의 
와 
를 추정하며, 최종적으로 
좌표계로 변환된 
및 
좌표계로 변환된 
을 추종하는 것을 기술적 특징으로 한다.
이를 통하여 더불어 상기 리액터(106)와 일반변압기(105)를 결합한 누설변압기(110)를 사용하여 보상전류(ic)를 공급할 수 있는 특징이 있다. 따라서 리액터(106)가 제거되었기 때문에 제조비용이 저감되며, 불평형 보상장치의 제작 공간이 줄어들며, 리액터리스 불평형 보상장치를 형성할 수 있는 매우 향상된 효과가 있다.
도 13은 역방향 평균필터(backward average filter)를 이용한 정상분/역상분 전류검출기에서는 제11 3상-2상 변환부(abc-
변환부)(151)를 통하여 3상의 a,b,c상의 전압을 2상의 
좌표계로 변환하게 된다. 보다 구체적으로 부하전류 검출부(111)를 통하여 측정된 부하전류 
를 정지좌표계(
좌표계)의 전류벡터 
로 변환하는 3상/2상 변환기를 나타낸다.
상기 2상의 
좌표계로 변환된 전류벡터 
는 제22 정상분 전류 변환부(
-
변환부)(155) - 제2 역방향 평균필터(158) - 제11 정상분 전류 변환부(
-
변환부)(154) - 제22 역상분 전류 변환부(
-
변환부)(156)를 통하여 
좌표계로 변환된 
을 추종한다.
또한, 제22 역상분 전류 변환부(
-
변환부)(156) - 제1 역방향 평균필터(157) - 제11 역상분 전류 변환부(
-
변환부)(153) - 제22 정상분 전류 변환부(
-
변환부)(155)를 통하여 
좌표계로 변환된 
를 추종하게 된다.
상기 도 12에서는 전방향 평균필터(forward average filter)가 사용되며, 상기 도 13에서는 역방향 평균필터(backward average filter)를 사용하여 정상분과 역상분 전류를 검출하는 방법을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
상기 도 13의 역방향 평균필터(backward average filter)를 이용한 정상분/역상분 전류검출기에서는 정상분 전류와 역상분 전류로 부터 평균값을 얻는 방법이며, 정지좌표계의 추정값 
와 
를 구하고 이를 바탕으로 최종적으로 
좌표계로 변환된 
및 
좌표계로 변환된 
을 추종하는 것을 기술적 특징으로 한다.
이를 통하여 더불어 상기 리액터(106)와 일반변압기(105)를 결합한 누설변압기(110)를 사용하여 보상전류(ic)를 공급할 수 있는 특징이 있다. 따라서 리액터(106)가 제거되었기 때문에 제조비용이 저감되며, 불평형 보상장치의 제작 공간이 줄어들며, 리액터리스 불평형 보상장치를 형성할 수 있는 매우 향상된 효과가 있다.
도 14는 전압형 컨버터의 1상당 등가회로를 나타낸다. 상기 전압형 컨버터의 1상당 등가회로는 궁극적으로 전원전압(V)(161)과 불평형(비선형) 부하 보상장치의 출력전압(e)(163) 사이에 리액턴스 전압(VL)이 배치되는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 15는 정상분 전류와 역상분 전류를 제어하는 제어기의 블록도를 나타낸다.
전류제어부(114)의 세부적인 설명은 전압 및 전류 변환부(113)으로부터 검출된 보상전압[Vc(abc)] 및 검출된 보상전류[ic(abc)]를 검출하며, 상기 검출된 보상전압[Vc(abc)] 및 검출된 보상전류[ic(abc)]는 전류제어부(114)를 통하여 백터제어부(112)를 통하여 보상전류(ic)를 발생하는 것을 기술적 특징으로 한다.
상기 검출된 보상전류[ic(abc)]는 전류 분해부(Current Decomposer)(176)를 통하여 정상분 및 역상분 전류 보상부의 감산기(170-1,171-1), 제1,2 PI 제어부(172,173)를 거치고, 각각 제11 
전류 변환부(
-
변환부)(174) 및 제22 
전류 변환부(
-
변환부)(175)를 토하여 계산부(177)의 가산기(177-1)에서 상기 제11 
전류 변환부(
-
변환부)(174) 및 제22 
전류 변환부(
-
변환부)(175)의 결과값이 더해진다.
아울러 검출된 보상전압[Vc(abc)]은 제11 3상-2상 변환부(abc-
변환부)(178)을 통하여 계산부(177)의 감산기(177-2)에서 상기 계산부(177)의 가산기(177-1)의 결과를 감산함을 통하여 최종적으로 상기 백터제어부(112)의 지령되는 전류값을 계산하게 되며, 이를 통하여 최종적인 보상전류(ic)를 발생하는 것을 가장 큰 기술적 특징으로 한다.
본 발명에서는 상기 도 15의 정상분 전류와 역상분 전류를 제어하는 제어기를 통하여 정상분 전류와 역상분 전류를 각각 제어할 수 있으며, 최종적으로 정지좌표계에서 전압벡터를 계산한다. 또한 상기 계산된 전압벡터를 바탕으로 공간벡터변조(SVPWM)방법으로 상기 백터제어부(112)를 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다.
전원에 흐르는 전류는, 리액터전압에 의하여, 목적하는 크기의 전류가 되도록 할 수 있으므로 상기 도 14의 회로에서 리액터전압을 제어하는 제어기를 구성한다. 리액턴스전압을 
축과 
축의 전압으로 나타내고, 두 좌표계에서 식(17)과 같이 각각의 제어기를 구성한다.
상기 도 14에서, 컨버터의 교류측 전압 
는 변환기의 직류전압과 PWM 변조율로 결정되므로 제어기에 의하여 전압과 위상을 자유롭게 변화시킬 수 있다. 전력변환기 교류측 전압 
는 식(18)과 같이, 전원전압 
와, 전류를 제어하기 위한 리액턴스전압 
에 의하여 결정된다. 상기 식(18)의 
, 
및 
을 정지좌표계의 두 축성분 
축으로 나타내었을 때, 식(19)와 같이 표현된다. 상기 식(19)과 같이 리액턴스전압은, 정상분 전류를 제어하는 정상성분의 전압과, 역상분 전류를 제어하는 역상성분의 전압을 포함하게 된다.
PWM 컨버터의 전류제어는 도 15에서 정상분 전류 보상부(170)는 정상분 전류를 제어하고, 역상분 전류 보상부(171)는 역상분 전류를 제어할 수 있다. 도 15의 계산부(177)은 정상분 전류 보상부(170) 및 역상분 전류 보상부(171)의 출력인 정상성분과 역상성분의 전압과 검출된 전원전압으로 식(19)를 계산하는 블록이다. 정지좌표계에서 계산된 이 전압으로 공간벡터변조기에 의하여 백터제어부(112)를 구동할 수 있다.
도 15와 같이 정상분 전류와 역상분 전류를 제어하는 기능은 전원전압의 불평형 교류측 리액터의 불균형에도 안정된 운전을 가능하게 하여 PWM 컨버터에 각상의 리액턴스가 다른 누설변압기의 사용도 가능한 특징을 갖는다.
누설변압기(110)를 불평형 부하 보상장치는, 교류전원과의 절연이 되어 직류측은 전기적 절연을 하지 않아도 된다. 이 경우 PWM 컨버터는 직류측을 공유하는 병렬운전이므로 교류/직류 전력변환에 있어서 두 대 이상의 컨버터를 병렬로 연결하여 운전하는 대용량화가 가능한 향상된 장점을 가지게 된다.
또한 본 발명에서 제안하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치의 경우, 전류제어부(114)에서 정상분 전류와 역상분 전류를 모두 고려하여 제어할 수 있지만, 필요에 따라서 역상분 전류 = 0으로 설정하고 제어할 수 있는 것을 기술적 특징으로 한다. 상기 역상분 전류 = 0으로 설정하고 제어하는 경우 전류제어부(114)의 구조가 상당히 간단해지면, 제어에 필요한 연산량도 줄어들기 때문에 제어기 프로세서의 계산 부담이 저감되는 상당한 효과가 있다.
도 16은 제작된 불평형(비선형) 보상장치를 나타내며, 도 17은 제작된 누설변압기를 나타낸다. 상기 제작된 불평형(비선형) 보상장치에서는 리액터(106) 및 일반변압기(105)가 결합된 누설변압기(110)를 사용하기 때문에, 리액터(106)가 생략된 리액터리스 불평형 보상장치를 완성할 수 있다. 이를 통하여 첫째, 일반변압기(105)와 리액터(106)를 결합한 누설변압기(110)를 사용하기 때문에 리액터(106)가 없는 리액터리스 불평형 보상장치를 제공하며, 둘째, 리액터(106)가 없기 때문에 가격이 저렴하며, 불평형 보상장치의 공간이 작아지는 장점이 있으며, 셋째, 전력품질이 향상되며, 불평형 전력이 해결되기 때문에 전력효율이 상승하는 효과가 있으며, 넷째, 불평형 3상전류로부터 정상분 전류와 역상분 전류를 실시간으로 검출 및 제어하기 때문에 향상된 제어특성을 갖는 특징적인 효과를 가지게 된다.
따라서 본 발명에서는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치에 있어서, 불평형 부하(103)의 3상 부하전류를 검출하는 부하전류 검출부(111); 상기 부하전류 검출부(111)에서 검출된 3상 부하전류를 2상의 전류로 변환시키는 부하전류 변환부(115); 상기 부하전류 변환부(115)의 출력을 바탕으로 기준 전류값을 설정하는 전류값 설정부 및 통신부(116); 상기 전류값 설정부 및 통신부(116)의 출력을 바탕으로 전류를 제어하는 전류제어부(114); 상기 전류제어부(114)의 제어 명령에 따라서 보상전류(ic)를 공급하는 백터제어부(112)를 포함하며; 상기 백터제어부(112)는 태양전지 셀(Cell)(100)으로 공급받는 전기(電氣)에너지를 공급받으며; 상기 백터제어부(112)에서 공급한 보상전류(ic)는 누설변압기(110)를 통하여 불평형 부하(103)의 불평형 전력을 보상하며; 상기 전류제어부(114)는 관측기(120)를 사용하여 상기 부하전류 검출부(111)에서 검출된 3상 부하전류로부터 정상분 전류 
및 역상분 전류 
를 실시간으로 검출하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치를 제안하고자 한다.
본 발명은 이 분야의 통상의 지식을 가진자가 다양한 변형에 의하여 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치에 적용시킬 수 있으며, 기술적으로 용이하게 변형시키는 기술의 범주도 본 특허의 권리범위에 속하는 것으로 인정해야 할 것이다.
90 : 3상 전원부
100 : 태양전지 셀(Cell)
100-1 : 제1 태양전지 셀(Cell)
100-2 : 제2 태양전지 셀(Cell)
100-3 : 제3 태양전지 셀(Cell)
103 : 불평형 부하 또는 비선형 부하(Nonlinear Load)
104 : 불평형(비선형) 부하 보상장치
104-1 : 제1 불평형(비선형) 부하 보상장치
104-2 : 제2 불평형(비선형) 부하 보상장치
104-3 : 제3 불평형(비선형) 부하 보상장치
105 : 일반변압기
106 : 리액터
107 : 수동필터
107-1 : 수동필터용 커패시터
107-2 : 수동필터용 리액터
110 : 누설변압기
110-1 : 제1 누설변압기
110-2 : 제2 누설변압기
110-3 : 제3 누설변압기
111 : 부하전류 검출부
112 : 백터제어부
113 : 전압 및 전류 변환부
113-1 : 보상전압 검출부
113-2 : 보상전류 검출부
114 : 전류제어부
115 : 부하전류 변환부
116 : 전류값 설정부 및 통신부
117 : 제어용 컴퓨터
118 : 변압기 공극(Air Gap)
120 : 관측기
120-1 : 관측기의 감산기
120-2 : 관측기의 가산기
121 : 제1 3상-2상 변환부(abc-
변환부)
122 : 관측기 이득행렬(L)
123 : 적분기
124 : 상태행렬(A)
125 : 출력행렬(C)
126 : 제1 정상분 전류 변환부(
-
변환부)
127 : 제1 역상분 전류 변환부(
-
변환부)
130 : 전방향 평균필터부
131 : 제2 3상-2상 변환부(abc-
변환부)
132 : 제2 역상분 전류 변환부(
-
변환부)
133 : 제2 정상분 전류 변환부(
-
변환부)
134 : 제1 전방향 평균필터
135 : 제2 전방향 평균필터
136 : 제1
전류 변환부(
-
변환부)
137 : 제2
전류 변환부(
-
변환부)
138 : 제1 감산부
138-1 : 제1 감산부의 제1 감산기
138-2 : 제1 감산부의 제2 감산기
139 : 제3 정상분 전류 변환부(
-
변환부)
140 : 제3 역상분 전류 변환부(
-
변환부)
150 : 역방향 평균필터부
151 : 제11 3상-2상 변환부(abc-
변환부)
152 : 제11 감산부
152-1 : 제11 감산부의 제1 감산기
152-2 : 제11 감산부의 제2 감산기
153 : 제11 역상분 전류 변환부(
-
변환부)
154 : 제11 정상분 전류 변환부(
-
변환부)
155 : 제22 정상분 전류 변환부(
-
변환부)
156 : 제22 역상분 전류 변환부(
-
변환부)
157 : 제1 역방향 평균필터
158 : 제2 역방향 평균필터
161 : 전원전압(V)
162 : 리액턴스 전압(VL)
163 : 불평형(비선형) 부하 보상장치의 출력전압(e)
170 : 정상분 전류 보상부
170-1 : 정상분 전류 보상부의 감산기
171 : 역상분 전류 보상부
171-1 : 역상분 전류 보상부의 감산기
172 : 제1 PI 제어부
173 : 제2 PI 제어부
174 : 제11
전류 변환부(
-
변환부)
175 : 제22
전류 변환부(
-
변환부)
176 : 전류 분해부(Current Decomposer)
177 : 계산부
177-1 : 계산부의 가산기
177-2 : 계산부의 감산기
178 : 제11 3상-2상 변환부(abc-
변환부)
: 제1 관측기 행렬
: 제2 관측기 행렬
: 이득행렬
: 이득행렬의 전치행렬(Transposition Matrix: 행과 열을 바꾸어 놓은 행렬)
ic : 보상전류
is : 보상된 전류
iL : 불평형(비선형) 부하전류
iL(abc) : 검출된 불평형(비선형) 부하전류
ic(abc) : 검출된 보상전류
Vc(abc) : 검출된 보상전압
100 : 태양전지 셀(Cell)
100-1 : 제1 태양전지 셀(Cell)
100-2 : 제2 태양전지 셀(Cell)
100-3 : 제3 태양전지 셀(Cell)
103 : 불평형 부하 또는 비선형 부하(Nonlinear Load)
104 : 불평형(비선형) 부하 보상장치
104-1 : 제1 불평형(비선형) 부하 보상장치
104-2 : 제2 불평형(비선형) 부하 보상장치
104-3 : 제3 불평형(비선형) 부하 보상장치
105 : 일반변압기
106 : 리액터
107 : 수동필터
107-1 : 수동필터용 커패시터
107-2 : 수동필터용 리액터
110 : 누설변압기
110-1 : 제1 누설변압기
110-2 : 제2 누설변압기
110-3 : 제3 누설변압기
111 : 부하전류 검출부
112 : 백터제어부
113 : 전압 및 전류 변환부
113-1 : 보상전압 검출부
113-2 : 보상전류 검출부
114 : 전류제어부
115 : 부하전류 변환부
116 : 전류값 설정부 및 통신부
117 : 제어용 컴퓨터
118 : 변압기 공극(Air Gap)
120 : 관측기
120-1 : 관측기의 감산기
120-2 : 관측기의 가산기
121 : 제1 3상-2상 변환부(abc-
122 : 관측기 이득행렬(L)
123 : 적분기
124 : 상태행렬(A)
125 : 출력행렬(C)
126 : 제1 정상분 전류 변환부(
127 : 제1 역상분 전류 변환부(
130 : 전방향 평균필터부
131 : 제2 3상-2상 변환부(abc-
132 : 제2 역상분 전류 변환부(
133 : 제2 정상분 전류 변환부(
134 : 제1 전방향 평균필터
135 : 제2 전방향 평균필터
136 : 제1
137 : 제2
138 : 제1 감산부
138-1 : 제1 감산부의 제1 감산기
138-2 : 제1 감산부의 제2 감산기
139 : 제3 정상분 전류 변환부(
140 : 제3 역상분 전류 변환부(
150 : 역방향 평균필터부
151 : 제11 3상-2상 변환부(abc-
152 : 제11 감산부
152-1 : 제11 감산부의 제1 감산기
152-2 : 제11 감산부의 제2 감산기
153 : 제11 역상분 전류 변환부(
154 : 제11 정상분 전류 변환부(
155 : 제22 정상분 전류 변환부(
156 : 제22 역상분 전류 변환부(
157 : 제1 역방향 평균필터
158 : 제2 역방향 평균필터
161 : 전원전압(V)
162 : 리액턴스 전압(VL)
163 : 불평형(비선형) 부하 보상장치의 출력전압(e)
170 : 정상분 전류 보상부
170-1 : 정상분 전류 보상부의 감산기
171 : 역상분 전류 보상부
171-1 : 역상분 전류 보상부의 감산기
172 : 제1 PI 제어부
173 : 제2 PI 제어부
174 : 제11
175 : 제22
176 : 전류 분해부(Current Decomposer)
177 : 계산부
177-1 : 계산부의 가산기
177-2 : 계산부의 감산기
178 : 제11 3상-2상 변환부(abc-
ic : 보상전류
is : 보상된 전류
iL : 불평형(비선형) 부하전류
iL(abc) : 검출된 불평형(비선형) 부하전류
ic(abc) : 검출된 보상전류
Vc(abc) : 검출된 보상전압
Claims (12)
- 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치에 있어서,
불평형 부하(103)의 3상 부하전류를 검출하는 부하전류 검출부(111);
상기 부하전류 검출부(111)에서 검출된 3상 부하전류를 2상의 전류로 변환시키는 부하전류 변환부(115);
상기 부하전류 변환부(115)의 출력을 바탕으로 기준 전류값을 설정하는 전류값 설정부 및 통신부(116);
상기 전류값 설정부 및 통신부(116)의 출력을 바탕으로 전류를 제어하는 전류제어부(114);
상기 전류제어부(114)의 제어 명령에 따라서 보상전류(ic)를 공급하는 백터제어부(112)를 포함하며;
상기 백터제어부(112)는 태양전지 셀(Cell)(100)으로 공급받는 전기(電氣)에너지를 공급받으며;
상기 백터제어부(112)에서 공급한 보상전류(ic)는 누설변압기(110)를 통하여 불평형 부하(103)의 불평형 전력을 보상하며;
상기 전류제어부(114)는 관측기(120)를 사용하여 상기 부하전류 검출부(111)에서 검출된 3상 부하전류로부터 정상분 전류및 역상분 전류
를 실시간으로 검출하되,
상기 관측기(120)의 수학적인 모델인 식(A)인 것을 특징으로 하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치
식(A)
여기서,: 3상-2상 변환부(abc-
변환부)에 의해
좌표측 전류로 변환된 전류값
: 제1 관측기 행렬
: 제2 관측기 행렬
: 이득행렬
- 삭제
- 청구항 제1항에 있어서,
이득행렬의 전치행렬(Transposition Matrix)
는 식(B)와 같은 구조로 되어있는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치
식(B)
- 청구항 제3항에 있어서,
상기 관측기(120)의 상태추정 오차가 전원주파수의 1/4주기 이내에 수렴하는 상기 이득행렬인 것을 특징으로 하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치
- 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치에 있어서,
불평형 부하(103)의 3상 부하전류를 검출하는 부하전류 검출부(111);
상기 부하전류 검출부(111)에서 검출된 3상 부하전류를 2상의 전류로 변환시키는 부하전류 변환부(115);
상기 부하전류 변환부(115)의 출력을 바탕으로 기준 전류값을 설정하는 전류값 설정부 및 통신부(116);
상기 전류값 설정부 및 통신부(116)의 출력을 바탕으로 전류를 제어하는 전류제어부(114);
상기 전류제어부(114)의 제어 명령에 따라서 보상전류(ic)를 공급하는 백터제어부(112)를 포함하며;
상기 백터제어부(112)는 태양전지 셀(Cell)(100)으로 공급받는 전기(電氣)에너지를 공급받으며;
상기 백터제어부(112)에서 공급한 보상전류(ic)는 누설변압기(110)를 통하여 불평형 부하(103)의 불평형 전력을 보상하되,
상기 부하전류 검출부(111)에서 검출된 3상 부하전류로부터 정상분 전류및 역상분 전류
를 분리하기 위하여, 좌표변환과 평균필터 및 역변환을 이용하여 정상성분과 역상성분을 추정는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치
- 청구항 제5항에 있어서,
상기 전류제어부(114)는 전방향 평균필터(forward average filter)를 사용하여 상기 부하전류 검출부(111)에서 검출된 3상 부하전류로부터 정상분 전류및 역상분 전류
를 실시간으로 검출하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치
- 삭제
- 청구항 제5항에 있어서,
상기 전류제어부(114)는 역방향 평균필터(backward average filter)를 사용하여 상기 부하전류 검출부(111)에서 검출된 3상 부하전류로부터 정상분 전류및 역상분 전류
를 실시간으로 검출하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치
- 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치에 있어서,
불평형 부하(103)의 3상 부하전류를 검출하는 부하전류 검출부(111);
상기 부하전류 검출부(111)에서 검출된 3상 부하전류를 2상의 전류로 변환시키는 부하전류 변환부(115);
상기 부하전류 변환부(115)의 출력을 바탕으로 기준 전류값을 설정하는 전류값 설정부 및 통신부(116);
상기 전류값 설정부 및 통신부(116)의 출력을 바탕으로 전류를 제어하는 전류제어부(114);
상기 전류제어부(114)는 상기 부하전류 검출부(111)에서 검출된 3상 부하전류로부터 정상분 전류및 역상분 전류
를 실시간으로 검출하여 불평형 전력을 보상하되,
상기 전류제어부(114)는 상태추정 오차가 전원주파수의 1/4주기 이내에 수렴하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치
- 청구항 제9항에 있어서,
상기 전류제어부(114)의 제어 명령에 따라서 보상전류(ic)를 공급하는 백터제어부(112);
상기 백터제어부(112)에서 공급한 보상전류(ic)는 누설변압기(110)를 통하여 불평형 부하(103)의 불평형 전력을 보상하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치
- 청구항 제10항에 있어서,
상기 누설변압기(110)는 전기적으로 일반변압기(105)와 리액터(106)가 결합된 구조이며, 변압기 공극(Air Gap)(118)이 존재하는 것을 특징으로 하는 신재생에너지 발전을 위한 리액터리스 불평형 보상장치
- 삭제
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| KR20030080614A (ko) * | 2002-04-09 | 2003-10-17 | 정정웅 | 온라인 무정전 전원장치의 병렬 제어기 |
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|---|---|
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