KR102378390B1 - 3-Phase 4-wire grid-connected power conditioning system with active/reactive power control of each phase individually based on the 4-leg hardware - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전력 변환장치(PCS: Power Conditioning System)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 3상4선식 저압 수용가 전력계통 또는 도서 지역의 내연 발전 계통에서 ESS 기능과 부하 불평형에 대한 유/무효전력 보상기능을 동시에 수행하는 축전지에 연계된 3상 4선식 전력 변환장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device (PCS: Power Conditioning System), and more specifically, an ESS function and an active/reactive power compensation function for load imbalance in a 3-phase 4-wire low voltage consumer power system or an internal combustion power generation system in an island area It relates to a three-phase, four-wire power converter connected to a storage battery that simultaneously performs
태양광발전, 풍력발전 등과 같은 신재생 에너지 전원과 축전지와 같은 에너지 저장장치를 이용한 원격지용 독립형 하이브리드 전원시스템 구성에 있어서, 종래 기술은, 잉여전력의 흡수와 부족전력의 방전을 수행하기 위한 목적, 및 3상 전원의 각 상간의 부하의 불평형 문제를 해결하기 위한 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위해서, 1상의 태양광발전 인버터와 1상의 축전지용 인버터를 각 3개씩 이용하여 3상 전원시스템을 구성하였다. In the configuration of an independent hybrid power system for a remote location using a renewable energy power source such as solar power generation and wind power generation and an energy storage device such as a storage battery, the prior art is for the purpose of absorbing surplus power and discharging insufficient power, And in order to achieve at least one of the objectives of solving the problem of load imbalance between phases of the three-phase power source, a three-phase power system was constructed using three 1-phase photovoltaic inverters and three 1-phase storage battery inverters each. .
이러한 3상 전원시스템의 제어방식은 축전지용 인버터에 대해서 주파수-유효전력 드룹(Droop) 방식 및 전압-무효전력 드룹방식을 적용하였는데, 이는 전원주파수가 정격주파수보다 증가하면 유효전력을 설정된 비율(드룹 비율)에 따라 줄이고, 전원주파수가 정격주파수 보다 감소하면 유효전력 출력을 증가시키는 방식으로 제어를 수행하였고, 전압과 무효전력에 대해서도 이러한 드룹 방식을 적용하였다.For the control method of this three-phase power system, the frequency-active power droop method and the voltage-reactive power droop method were applied to the inverter for storage batteries, which means that when the power frequency increases than the rated frequency, the active power is set at a set ratio (droop). ratio), and control was performed by increasing the active power output when the power frequency decreased than the rated frequency, and this droop method was also applied to voltage and reactive power.
또한, 각 발전량이 충분하여 에너지 저장장치가 완전히 충전되었으며, 부하가 전력을 소비하고도 남는 경우에, 태양광발전이나 풍력발전은 그 출력을 제한하여야 하는데, 종래기술은 주파수가 일정 이상 증가하면 출력을 감소하도록 제어하였다.In addition, when the energy storage device is fully charged because the amount of each generation is sufficient and the load remains after consuming power, the output of solar power generation or wind power generation should be limited. was controlled to decrease.
이러한 종래기술에 따른 독립형 마이크로그리드 구성의 일례를 도 1에 도시하였다. 도 1을 참조하면, 태양전지(1)와 태양광 발전용 1상 인버터(2)로 구성되는 세트 3개를 이용하여 3상의 전원(6)을 구성하게 되며, 잉여전력을 충전하거나, 부족한 전력을 방전하기 위해 축전지(3)와 축전지용 1상 인버터(4)로 구성되는 세트 3개를 추가하여 전체 전력망을 구성한다.An example of the stand-alone microgrid configuration according to the prior art is shown in FIG. 1 . Referring to FIG. 1 , a three-
종래기술은 이런 방식으로 3상의 전력망(6)을 구성하여, 1상 또는 3상 부하(5)에 전력을 공급하고, 각 인버터(2, 4)는 전술한 드룹 방식에 의해 각 상별로 독립적으로 충전, 방전 또는 출력제한 운전을 하면서 각상의 전압과 주파수를 유지하게 된다. In the prior art, the three-
이러한 종래기술은 별도의 고속통신망을 통한 제어가 불필요한 장점이 있지만, 드룹 방식을 적용함으로써 전압과 주파수의 품질이 희생되며, 1상의 인버터 3개로 3상을 구성하기 때문에 전력용 반도체의 숫자 증가 등으로 설치비용이 증가하는 단점이 있다. This prior art has the advantage that it does not require control through a separate high-speed communication network, but by applying the droop method, the quality of voltage and frequency is sacrificed. The disadvantage is that the installation cost increases.
도 1에 도시된 종래기술의 문제점을 보완하는 방법으로, 도 2 및 도 3에 도시된, 3상4선식 인버터(100)를 이용하는 방법이 있다. 계통연계형으로 동작하는 이 인버터(100)의 인버팅부(40)는 각 상당 2개의 전력용 스위치, 즉 8개의 스위치로 구성되며 각 상은 연계용 리액터(80)를 통해서 3상 4선식 전원(50)에 연결된다. As a method of supplementing the problems of the prior art shown in FIG. 1 , there is a method using a three-phase, four-
센싱회로부(20)는 인버팅부(40)의 전류, 계통 전원(50)의 전압, 부하(60)의 전류(70)를 계측하게 된다. 제어회로부(10)는 센싱회로부(20)의 계측정보로부터 필요한 제어연산을 수행하고 그 결과를 구동회로부(30)로 출력하여 인버팅부(40)의 전력용 반도체스위치를 제어하게 된다. 이러한 기존의 3상4선식 인버터는 부하(60)의 전류불평형을 보상하거나 또는 능동필터로도 사용할 수 있다. The
일반적으로 3상 3-LEG 인버터의 전압이나 전류 제어에 있어서는 회전동기좌표계의 dq제어 기법을 적용한다. 불평형 전압 또는 전류에 대해서는 전압 또는 전류를 정상분과 역상분을 분리하여 개별적으로 제어한 후, 이를 다시 합성하여 스위칭하는 방식으로 보상하게 된다. In general, the dq control technique of the rotation synchronous coordinate system is applied to the voltage or current control of a 3-phase 3-LEG inverter. For an unbalanced voltage or current, the voltage or current is individually controlled by separating the normal component and the negative phase component, and then it is compensated by synthesizing them again and switching them.
동기적으로 회전하는 레퍼런스 프레임 dqo 변환을 기반으로 하는 PI제어기를 사용하며, 불평형 전류에서 정상분과 역상분을 나누고, 각 성분마다 개별 전류제어기를 설치한 후, 그 결과를 합성함으로써 이러한 문제를 부분적으로 극복할 수 있다. 그러나 3상 3-LEG 인버터 기반의 이러한 방법은 중성선의 전압을 제어할 수 없기 때문에 근본적인 문제점이 존재한다. This problem is partially solved by using a PI controller based on a synchronously rotating reference frame dqo transformation, dividing the positive and negative phase components in the unbalanced current, installing an individual current controller for each component, and then synthesizing the results. can overcome However, this method based on a three-phase 3-LEG inverter has a fundamental problem because the voltage of the neutral line cannot be controlled.
아울러, 수용가내에서 3상4선식 전원을 사용하는 경우, 1상 부하의 사용에 의한 부하불평형 상황이 발생하며, 이로 인해 3상전압의 평형이 깨지는 전압불평형 현상이 발생하는데, 이러한 현상은 각상 전력의 무효전력이 증가할수록 심해진다. 즉, 3상4선식 전원을 사용하는 수용가 내에서 각 상별로 불평형부하를 사용하는 경우 종래의 기술과 같이 상별 유효전력만 제어하여 전류의 크기를 평형화시킬 경우, 각 상별 무효전력의 차이에 의해 여전히 전압편차가 발생할 가능성이 존재한다.In addition, when a 3-phase 4-wire power supply is used in the consumer, a load imbalance situation occurs due to the use of a 1-phase load, which causes a voltage imbalance phenomenon in which the balance of the 3-phase voltage is broken. It gets worse as the reactive power of In other words, in the case of using an unbalanced load for each phase within a consumer using a 3-phase 4-wire type power source, as in the prior art, if the magnitude of the current is balanced by controlling only the active power for each phase as in the prior art, it is still There is a possibility that a voltage deviation may occur.
도 4는 도시 내 아파트 단지와 같은 저압수용가 전력계통에서 1상 불평형부하에 의해 발생하는 수전점의 유효전력 불균등으로 인한 수전전압 불균형 현상이 발생하는 경우, 또는 소규모 도서와 같은 독립형 마이크로그리드에서 발전기 가동시, 1상 불평형 부하로 구성된 마을부하로 인한 부하 유/무효전력 불평형으로 3상 발전기의 출력전압이 불평형이 되는 상황을 나타낸다.4 is a case in which the receiving voltage imbalance occurs due to the inequality of the active power of the receiving point caused by the 1-phase unbalanced load in the low voltage consumer power system such as an apartment complex in the city, or the generator operation in an independent microgrid such as a small island It shows the situation in which the output voltage of the 3-phase generator becomes unbalanced due to the load active/reactive power imbalance due to the village load composed of the city and 1-phase unbalanced loads.
이상과 같은 상황에서 앞서 언급한 불평형 전압문제를 해결하기 위하여, 도 3과 같은 3상 4-LEG 방식의 전력 변환 장치(PCS)가 제안되고 있지만, 현재 3상 4-LEG 방식의 전력 변환장치(PCS)를 이용하여 각상별 유/무효전력을 개별적으로 제어하여 3상 전력계통을 안정적으로 운용할 수 있는 PCS 제어 알고리즘이 미비한 상황이다.In order to solve the above-mentioned unbalanced voltage problem in the above situation, a three-phase 4-LEG type power conversion device (PCS) as shown in FIG. 3 has been proposed, but currently a three-phase 4-LEG type power conversion device ( The PCS control algorithm that can stably operate a three-phase power system by individually controlling active/reactive power for each phase using PCS) is insufficient.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 축전지에 연계된 전력 변환장치(PCS)로서, 3상4선식 4레그 인버터를 포함하여, 계통 연계 운전모드에서 1상부하에 의한 유/무효전력의 복합적 부하불평형, 및 이로 인한 상간전압의 불평형을 해소하여 규정 전압범위의 안정적인 전력을 공급할 수 있는 전력 변환장치를 제공하는 것이다. The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, as a power conversion device (PCS) linked to a storage battery, including a 3-phase 4-wire 4-leg inverter, valid / invalid by one-phase load in the grid-connected operation mode An object of the present invention is to provide a power converter capable of supplying stable power within a specified voltage range by resolving the complex load imbalance of power and the resulting phase-to-phase voltage imbalance.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 3상 4선식 4레그 인버터로 구성되고, 일단이 에너지 저장 장치에 연결되며, 타단이 상용전원 및 부하에 연결되어, 상용전원이 공급하는 전원을 입력받아 상기 에너지 저장 장치를 충전시키거나, 상기 에너지 저장 장치에 저장된 전원을 방전시켜 부하로 제공하는 인버팅부; 및 에너지 관리 시스템으로부터 각 상별 유효전력 기준값 및 무효전력 기준값을 수신하거나, 상기 에너지 관리 시스템으로부터 각 상별 역률 지령치를 수신하여 각 상별 유효전력 기준값 및 무효전력 기준값을 생성하고, 상용 전원이 공급하는 각 상의 전압값, 상기 인버팅부가 출력하는 각 상의 전류값, 및 상기 유효전력 기준값 및 상기 무효전력 기준값에 따라서 상기 인버팅부에 포함된 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하여, 3상의 각 상별로 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전과, 유효전력 및 무효 전력을 독립적으로 제어하는 제어기를 포함한다.A power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention for solving the above problems is composed of a three-phase, four-wire, four-leg inverter, one end is connected to the energy storage device, the other end is connected to commercial power and a load, an inverting unit receiving power supplied from commercial power to charge the energy storage device or discharging power stored in the energy storage device to provide a load; and receiving an active power reference value and reactive power reference value for each phase from the energy management system, or receiving a power factor command value for each phase from the energy management system to generate an active power reference value and reactive power reference value for each phase, and each phase supplied by commercial power By controlling the on/off of switching elements included in the inverting unit according to a voltage value, a current value of each phase output by the inverting unit, and the active power reference value and the reactive power reference value, the energy for each phase of three phases It includes a controller for independently controlling the charging and discharging of the storage device, and active power and reactive power.
또한, 상기 제어기는, 상용 전원의 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn)을 이용하여 상용전원과 동기화된 위상정보(θ_ut)를 생성하는 위상 정보 생성부; 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn), 각 상별 유효 전력 기준값 및 상기 위상 정보(θ_ut)를 각각 입력받아, 각 상별로 유효 전력을 제어하는 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*)를 출력하는 유효 전력 제어 모듈; 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상의 전류값(Ian,Ibn,Icn), 각 상별 무효 전력 기준값 및 상기 위상 정보(θ_ut)를 각각 입력받아, 각 상별로 무효 전력을 제어하는 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)를 출력하는 무효 전력 제어 모듈; 상기 에너지 관리 시스템으로부터 각 상별 유효전력 기준값 및 무효전력 기준값을 수신하거나, 상기 에너지 관리 시스템으로부터 각 상별 역률 지령치를 수신하여 각 상별 유효전력 기준값 및 무효전력 기준값을 생성하여 상기 유효 전력 제어 모듈 및 상기 무효 전력 제어 모듈로 각각 출력하는 기준값 생성부; 및 상기 유효전력 보상 기준 전류신호 및 상기 무효전력 보상 기준 전류신호에 따라서, 상기 인버팅부에 포함된 스위치들의 온/오프를 제어하기 위한 스위칭 제어신호(Sa,Sb,Sc,Sn)를 생성하여 상기 인버팅부로 출력하는 제어신호 변환부를 포함할 수 있다.In addition, the controller may include: a phase information generator configured to generate phase information θ_ut synchronized with commercial power using voltage values (Van, Vbn, Vcn) of each phase of the commercial power; Active power compensation standard for receiving the voltage values (Van, Vbn, Vcn) of the first phase, the second phase, and the third phase, the active power reference value for each phase, and the phase information (θ_ut), respectively, and controlling the active power for each phase an active power control module for outputting current signals (Va_d*, Vb_d*, Vc_d*); Reactive power compensation standard for receiving the current values (Ian, Ibn, Icn) of the first phase, the second phase and the third phase, the reactive power reference value for each phase, and the phase information (θ_ut), respectively, and controlling the reactive power for each phase a reactive power control module for outputting current signals (Va_q*, Vb_q*, Vc_q*); Receive the active power reference value and reactive power reference value for each phase from the energy management system, or receive the power factor command value for each phase from the energy management system to generate an active power reference value and reactive power reference value for each phase, the active power control module and the reactive power a reference value generator outputting each of the power control modules; And according to the active power compensation reference current signal and the reactive power compensation reference current signal, by generating a switching control signal (Sa, Sb, Sc, Sn) for controlling the on / off of the switches included in the inverting unit, It may include a control signal converting unit output to the inverting unit.
또한, 상기 유효 전력 제어 모듈은, 제 1 상 유효 전력 제어부, 제 2 상 유효 전력 제어부 및 제 3 상 유효전력 제어부를 포함하고, 상기 제 1 상 유효 전력 제어부, 상기 제 2 상 유효 전력 제어부 및 상기 제 3 상 유효전력 제어부 각각은, 상기 상용전원의 해당 상의 출력 전압(Van,Vbn,Vcn)을 입력받고, 90도 위상이 지연된 해당 상 전압의 α,β 성분(Va_αβ,Vb_αβ,Vc_αβ)을 출력하는 전역통과필터; 상기 전역통과필터로부터 해당 상 전압의 α,β 성분 (Va_αβ,Vb_αβ,Vc_αβ)을 입력받고, 상기 위상 정보(θ_ut)를 입력받아, 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 및 q축 전압 성분(Va_d,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q)을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부; 상기 d축 및 q축 전압 성분(Va_d,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q)과 상기 무효 전력 제어 모듈로부터 입력된 대응되는 상의 d축 및 q축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d,Ia_q,Ib_q,Ic_q)을 이용하여 해당 상의 유효 전력값(Pa,Pb,Pc)을 출력하는 유효전력 계산기; 상기 해당 상의 유효 전력값(Pa,Pb,Pc)과 상기 기준값 생성부로부터 입력된 유효 전력 기준값(Pa_ref,Pb_ref,Pc_ref) 간의 오차값을 입력받고, 입력된 오차값이 감소하도록 제어하는 유효전력 제어신호(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*)를 출력하는 유효전력 제어기; 및 상기 해당 상의 출력된 유효전력 제어신호(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*)와 상기 무효 전력 제어 모듈로부터 입력된 대응되는 상의 d축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d) 간의 오차를 입력받고, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 해당 상의 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*)를 생성하여 출력하는 d-전류 제어기를 포함할 수 있다.In addition, the active power control module includes a first phase active power control unit, a second phase active power control unit, and a third phase active power control unit, the first phase active power control unit, the second phase active power control unit and the Each of the third-phase active power control units receives the output voltage (Van, Vbn, Vcn) of the corresponding phase of the commercial power source, and outputs α, β components (Va_αβ, Vb_αβ, Vc_αβ) of the phase voltage delayed by 90 degrees an all-pass filter; The α,β component (Va_αβ, Vb_αβ, Vc_αβ) of the corresponding phase voltage is received from the all-pass filter, the phase information (θ_ut) is received, and the d-axis and q-axis voltage components (Va_d) are performed by performing rotation-synchronous coordinate system transformation. ,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q) a rotation synchronization coordinate system transforming unit that outputs; The d-axis and q-axis voltage components (Va_d, Vb_d, Vc_d, Va_q, Vb_q, Vc_q) and the corresponding phase d-axis and q-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d, Ia_q, Ib_q) input from the reactive power control module ,Ic_q) using the active power calculator to output the active power values (Pa, Pb, Pc) of the corresponding phase; Active power control for receiving an error value between the active power values of the corresponding phase (Pa, Pb, Pc) and the active power reference values (Pa_ref, Pb_ref, Pc_ref) input from the reference value generator, and controlling the input error value to decrease an active power controller for outputting signals (Ia_d*, Ib_d*, Ic_d*); and an error between the output active power control signals (Ia_d*, Ib_d*, Ic_d*) of the corresponding phase and the d-axis current component (Ia_d, Ib_d, Ic_d) of the corresponding phase input from the reactive power control module, and input It may include a d-current controller that generates and outputs the active power compensation reference current signals Va_d*, Vb_d*, Vc_d* of the corresponding phase to control the error to be reduced.
또한, 상기 무효 전력 제어 모듈은, 제 1 상 무효 전력 제어부, 제 2 상 무효 전력 제어부 및 제 3 상 무효전력 제어부를 포함하고, 상기 제 1 상 무효 전력 제어부, 상기 제 2 상 무효 전력 제어부 및 상기 제 3 상 무효전력 제어부 각각은, 상기 인버팅부의 해당 상의 출력 전류(Ian,Ibn,Icn)를 입력받고, 90도 위상이 지연된 해당 상 전류의 α,β 성분(Ia_αβ,Ib_αβ,Ic_αβ)을 출력하는 전역통과필터; 상기 전역통과필터로부터 해당 상 전류의 α,β 성분(Ia_αβ,Ib_αβ,Ic_αβ)을 입력받고, 상기 위상 정보를 입력받아, 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 및 q축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d,Ia_q,Ib_q,Ic_q)을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부; 상기 d축 및 q축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d,Ia_q,Ib_q,Ic_q)과 상기 유효 전력 제어 모듈로부터 입력된 대응되는 상의 d축 및 q축 전압 성분(Va_d,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q)을 이용하여 해당 상의 무효 전력값(Qa,Qb,Qc)을 출력하는 무효전력 계산기; 상기 해당 상의 무효 전력값(Qa,Qb,Qc)과 상기 기준값 생성부로부터 입력된 무효 전력 기준값(Qa_ref,Qb_ref,Qc_ref)간의 오차값을 입력받고, 입력된 오차값이 감소하도록 제어하는 무효전력 제어신호(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*)를 출력하는 무효전력 제어기; 및 상기 해당 상의 출력된 무효전력 제어신호(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*)와 상기 대응되는 상의 q축 전류 성분(Ia_q,Ib_q,Ic_q)간의 오차를 입력받고, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 해당 상의 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)를 생성하여 출력하는 q-전류 제어기를 포함할 수 있다.In addition, the reactive power control module includes a first phase reactive power control unit, a second phase reactive power control unit and a third phase reactive power control unit, the first phase reactive power control unit, the second phase reactive power control unit and the Each of the third phase reactive power control units receives the output current (Ian, Ibn, Icn) of the corresponding phase of the inverting unit, and outputs α, β components (Ia_αβ, Ib_αβ, Ic_αβ) of the phase current delayed by 90 degrees an all-pass filter; Receives α and β components (Ia_αβ, Ib_αβ, Ic_αβ) of the corresponding phase current from the all-pass filter, receives the phase information, performs rotation synchronous coordinate system transformation, and performs d-axis and q-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d, Ia_q, Ib_q, Ic_q) to output a rotation synchronization coordinate system transformation unit; The d-axis and q-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d, Ia_q, Ib_q, Ic_q) and corresponding phase d-axis and q-axis voltage components (Va_d, Vb_d, Vc_d, Va_q, Vb_q) input from the active power control module , Vc_q) using a reactive power calculator to output the reactive power values (Qa, Qb, Qc) of the corresponding phase; Reactive power control to receive the error value between the reactive power value (Qa, Qb, Qc) of the corresponding phase and the reactive power reference value (Qa_ref, Qb_ref, Qc_ref) input from the reference value generator, and to control the input error value to decrease a reactive power controller for outputting signals (Ia_q*, Ib_q*, Ic_q*); And receiving an error between the output reactive power control signal (Ia_q*, Ib_q*, Ic_q*) of the corresponding phase and the q-axis current component (Ia_q, Ib_q, Ic_q) of the corresponding phase, and controlling the input error to decrease It may include a q-current controller that generates and outputs the reactive power compensation reference current signals Va_q*, Vb_q*, Vc_q* of the corresponding phase.
또한, 상기 위상 정보 생성부는, 상용 전원의 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn) 및 상기 위상 정보를 입력받아 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 전압(V_de)을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부; 및 상기 회전 동기 좌표계 변환부로부터 d축 전압(V_de)을 입력받아 상용전원과 동기화된 위상정보(θ_ut)를 생성하는 위상 고정 루프;를 포함할 수 있다.In addition, the phase information generator, a rotation synchronous coordinate system conversion unit that receives the voltage values (Van, Vbn, Vcn) of each phase of the commercial power and the phase information, performs rotation synchronous coordinate system transformation, and outputs a d-axis voltage (V_de) ; and a phase lock loop that receives the d-axis voltage V_de from the rotation synchronization coordinate system converter and generates phase information θ_ut synchronized with commercial power.
또한, 상기 위상정보(θ_ut)를 이용하여 상기 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*) 및 상기 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)에 대해서, 역d-q변환 및 역 α-β 변환을 순차적으로 수행하여, 3상 신호의 α성분(Va_α,Vb_α,Vc_α)을 생성하여 상기 제어신호 변환부로 출력하는 역변환부를 더 포함하고, 상기 제어신호 변환부는 상기 역변환부로부터 입력된 3상 신호의 α성분을 상기 인버팅부에 포함된 각 스위치의 스위칭 제어신호(Sa,Sb,Sc,Sn)로 변환하여 출력할 수 있다.In addition, with respect to the active power compensation reference current signal (Va_d*, Vb_d*, Vc_d*) and the reactive power compensation reference current signal (Va_q*, Vb_q*, Vc_q*) using the phase information (θ_ut), inverse Further comprising an inverse transform unit for sequentially performing dq transform and inverse α-β transform to generate α components (Va_α, Vb_α, Vc_α) of a three-phase signal and output it to the control signal converter, wherein the control signal converter includes the inverse transform The α component of the three-phase signal input from the unit may be converted into switching control signals (Sa, Sb, Sc, Sn) of each switch included in the inverting unit and output.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 변환 장치는 일반적인 3-LEG 구조에 중성점을 제어하기 위한 Neutral LEG가 추가되어 4개의 LEG를 갖는 구조를 채택함으로써, 4-LEG 하드웨어 기반에서 기존의 단상 d-q제어 방법을 조합하여 각 상의 출력전력을 독립적으로 개별 제어하여 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고 불평형부하 대응 운전을 안정적으로 제어할 수 있다.The power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention adopts a structure having four LEGs by adding a neutral LEG for controlling a neutral point to a general 3-LEG structure, thereby a conventional single-phase dq control method based on 4-LEG hardware By combining , the output power of each phase can be independently individually controlled to solve the problems of the prior art and to stably control the unbalanced load response operation.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4-LEG 전력 변환 장치(PCS)는 토폴로지상 3개의 단상 전력 변환 장치(PCS)와 동일하게 동작하므로, 단상 전력 변환 장치(PCS)의 제어 방식을 채택하였으며, 이를 통해 본 발명의 4-LEG 전력 변환 장치(PCS)는 각 상의 전류 또는 전압을 독립적으로 제어할 수 있다.In addition, since the three-phase 4-LEG power conversion device (PCS) according to the preferred embodiment of the present invention operates the same as the topology of the three single-phase power conversion devices (PCS), the control method of the single-phase power conversion device (PCS) is reduced. Adopted, through this, the 4-LEG power conversion device (PCS) of the present invention can independently control the current or voltage of each phase.
또한, 회전동기좌표계를 적용한 일반적인 계통연계모드 운전 즉, d-q제어는 3상 평형전류 및 전력제어에 적용하는 기법이므로 불평형 부하에 대한 보상기능을 수행할 수 없다. 불평형전류를 보상하거나 출력하기 위해서는 역상분을 분리하여 제어하는 별도의 제어기가 필요하며, 최종적으로 정상분 전류제어기와 역상분 전류제어기의 출력을 합산하여 제어해야 한다. 이와 같이 기존의 일반적인 d-q제어 알고리즘은 3상의 전력을 일괄로 제어할 수 밖에 없어 충전/방전 운전 중에 각상 전력의 크기를 달리 제어하는 것과 상별로 충전/방전모드를 달리 제어하는 것이 불가능 하였으나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 변환 장치는 4-Leg 방식의 구조를 채택하고, 각 상의 유/무효 전력을 달리 제어 할 수 있도록, d-q제어를 개별 상별로 각각 수행할 수 있다.In addition, since the general grid-connected mode operation to which the rotation synchronous coordinate system is applied, that is, the d-q control is a technique applied to the three-phase balanced current and power control, the compensation function for the unbalanced load cannot be performed. In order to compensate or output the unbalanced current, a separate controller that separates and controls the reverse phase is required, and finally, the outputs of the positive phase current controller and the negative phase current controller are summed and controlled. As such, the conventional general dq control algorithm has no choice but to control the power of three phases at once, so it was impossible to control the size of each phase differently during charge/discharge operation and to control the charge/discharge mode for each phase differently, but the present invention The power conversion device according to a preferred embodiment of , adopts a 4-leg type structure, and can perform dq control for each individual phase so that active/reactive power of each phase can be differently controlled.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 종래기술은 충전/방전 운전 중에 3상전력의 크기를 일괄로 제어할 수밖에 없었으나, 본 발명은 충전/방전 운전 중에, 각상 유효전력의 크기뿐 아니라, 각상 무효전력의 크기도 제어가 가능하며, 각 상별로 충전/방전모드를 달리 제어할 수도 있다. 이러한 각상의 유효전력과 무효전력을 각각 개별로 제어하는 기술을 이용하면 도서 지역의 발전소나 아파트 단지와 같이 많은 단상부하로 구성된 전력공급계통의 수전점에서 각상의 전력과 역율을 개별로 제어 할 수 있는 효과가 나타난다.In addition, as shown in FIG. 5, the prior art had no choice but to control the size of three-phase power at once during the charging/discharging operation, but the present invention provides not only the size of each phase active power, but also each phase during the charging/discharging operation. The size of reactive power can also be controlled, and the charging/discharging mode can be controlled differently for each phase. By using this technology to individually control the active and reactive power of each phase, the power and power factor of each phase can be individually controlled at the receiving point of the power supply system composed of many single-phase loads, such as power plants or apartment complexes in island areas. there appears to be an effect.
도 1은 종래 기술에 따른 독립형 3상 마이크로 그리드 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 3상 4선식 인버터의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 종래 기술을 보완하기 위한 3상 4-LEG 방식의 3상 4선식 인버터의 내부구성을 도시한 도면이다.
도 4는 도시 내 아파트 단지와 같은 저압수용가 전력계통에서 1상 불평형부하에 의해 발생하는 수전점의 유무효전력 불균등으로 인한 수전전압 불평형 현상이 발생하는 경우, 또는 소규모 도서와 같은 독립형 마이크로그리드에서 발전기 가동시, 1상 불평형 부하로 구성된 마을부하로 인한 부하 유/무효전력 불평형으로 3상 발전기의 출력전압이 불평형이 되는 운전 상황을 나타내는 도면이다.
도 5는 각 상의 전력을 일괄 제어하는 종래 기술의 d-q 제어방식과, 본 발명에 따른 유효 전력 및 무효 전력을 각 상별로 제어하는 각상 제어방식을 비교하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치에 포함된 제어기의 세부 구성을 도시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치가 적용된 독립형 마이크로 그리드 전원 시스템의 구성예를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing an example of a stand-alone three-phase micro-grid configuration according to the prior art.
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a three-phase, four-wire inverter for improving the problems of the prior art shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a view showing the internal configuration of a three-phase, four-wire inverter of a three-phase 4-LEG method to supplement the prior art shown in FIG. 1. Referring to FIG.
4 is a case in which the receiving voltage unbalance phenomenon occurs due to the inequality of the active and reactive power of the receiving point caused by the 1-phase unbalanced load in the low voltage consumer power system such as an apartment complex in the city, or a generator in an independent microgrid such as a small island It is a diagram showing the operation situation in which the output voltage of the 3-phase generator becomes unbalanced due to load active/reactive power imbalance due to the village load composed of 1-phase unbalanced load during operation.
5 is a diagram comparing the dq control method of the prior art for collectively controlling the power of each phase and the respective phase control method for controlling the active power and the reactive power for each phase according to the present invention.
6 is a diagram showing the overall configuration of a 3-phase 4-wire 4-LEG power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention.
7A and 7B are block diagrams showing a detailed configuration of a controller included in a 3-phase 4-wire 4-LEG power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a configuration example of an independent micro-grid power system to which a 3-phase 4-wire 4-LEG power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention is applied.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다. 6 is a diagram showing the overall configuration of a 3-phase 4-wire 4-LEG power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4레그 전력 변환 장치(1000)는 축전지와 같은 에너지 저장 장치에 연계된 것으로서, 직류단(110)과 연결되는 인버팅부(130), 인버팅부(130)의 출력에 배치되는 필터부(150,160), 인버팅부(130)와 필터부(150,160) 사이에 배치되어 인버팅부(130)에서 출력하는 각 상의 전류(140)를 측정하는 전류 측정부(미도시 됨), 상용 전원(220) 측에 설치되어 상용 전원(220) 각 상의 전압(200)을 측정하는 전압 측정부(미도시 됨) 및 제어기(270)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 6 , a three-phase, four-wire, four-legged
제어기(270)는 전류 측정부(미도시 됨)로부터 인버팅부(130)에서 출력하는 각 상의 출력 전류값(Ian,Ibn,Icn)(140)을 입력받고, 전압 측정부(미도시 됨)로부터 상용 전원(220)이 출력하는 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn)(200)을 입력받으며, 에너지 관리 시스템(613)으로부터 유효전력 기준값 및 무효전력 기준값, 또는 역률 지령치를 수신한다. 아울러, 제어기(270)는 입력된 값들을 이용하여 인버팅부(130)에 포함된 복수의 스위치들의 온/오프를 제어하는 제어신호(PWM 신호)를 생성하여 인버팅부(130)로 출력한다.The
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상4선식 4레그 전력 변환 장치(1000)에서, 직류단(110)에는 커패시터 뱅크가 연결되거나, 축전지 또는 축전지용 승강압 컨버터 등이 결합된 구조가 연결될 수 있으며, 직류단(110)에 연결되는 축전지 등은 계통연계형 운전 혹은 독립형 운전을 위한 충분한 크기의 직류전압이 인가되어야 하며 전력을 방출 혹은 흡수할 수 있어야 한다. In the 3-phase 4-wire 4-leg
본 발명의 인버팅부(130)는 3개의 레그로 구성되는 일반적인 3상 인버터(130a)에, 중성점용 암(130b)을 추가하여 4레그(leg)로 구성하였다. 이렇게 인버팅부(130)를 3상4선식 4레그로 구현함으로써, 각상의 유무효전력을 개별로 제어하여 수전점에서 전력의 평형을 유지함으로서 각 상간 전압의 불평형 문제를 해소할 수 있게 된다.The inverting
인버팅부(130)의 출력단에는 리액터(150)와 캐패시터(160)로 구성된 필터부(150,160)가 설치된다.
인버팅부(130)와 필터부(150,160) 사이에 설치된 전류측정부(미도시 됨)는 인버팅부(130)가 출력하는 각 상의 출력전류(Ian,Ibn,Icn)(140)를 측정하여 제어기(270)로 출력한다. 전압측정부(미도시 됨)는 상용전원(220)의 각 상의 전압(Van,Vbn,Vcn)(200)을 측정하여 제어기(270)로 출력한다.(도 6의 260 참조)A current measuring unit (not shown) installed between the inverting
또한, 상용전원(220)으로부터 부하(250)로 전력을 공급하는 경로에 병렬로 인버팅부(130)로부터 부하(250)로 전력을 공급하기 위해서, 필터부(150,160)의 출력라인이 상용전원(220)/부하(250)측으로 인출된다.In addition, in order to supply power from the inverting
제어기(270)는 에너지 관리 시스템(도 8의 613 참조)으로부터 수신되는 유효전력 기준값 및 무효전력 기준값, 또는 역률 지령치를 수신하고, 인버팅부(130)의 출력전류값(140)과, 상용전원(220)의 전압값(200)을 입력받아 내부의 연산을 통해 계통연계 운전 또는 전류제어를 시행하여 스위칭 제어신호(PWM 제어신호)(280)를 인버팅부(130)로 출력하여 인버팅부(130) 내부에 포함된 스위치들의 스위칭을 제어한다. The
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상용전원(220)은 일반적인 전력공급 기관에서 제공하는 전원일 수도 있고, 디젤발전기를 이용하여 생산한 전원일 수도 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력변환장치에 포함된 제어기의 세부구성을 도시하는 블록도이다.7A and 7B are block diagrams showing the detailed configuration of a controller included in a 3-phase 4-wire 4-LEG power converter according to a preferred embodiment of the present invention.
도 7a 및 도 7b를 더 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어기(270)는 계통연계형 운전모드에서 동작하여 인버팅부(130)에서 출력되는 각 상의 전류를 개별로 제어한다.7A and 7B , the
제어기(270)는 유효전력 제어모듈(271), 무효전력 제어모듈(272), 위상정보 생성부(273), 역변환부(509), 제어신호 변환부(506), 및 기준값 생성부(274)를 포함한다.The
유효전력 제어모듈(271)은 제1상 유효전력 제어부(301,303,305,308,310), 제2상 유효전력 제어부(321,323,325,328,330) 및 제3상 유효전력 제어부(341,343,345,348,350)를 포함하고, 상기 제1상 유효전력 제어부, 상기 제2상 유효전력 제어부 및 상기 제3상 유효전력 제어부 각각은 전역통과필터(301,321,341), 회전동기좌표계 변환부(303,323,343), 유효전력 계산기(305,325,345), 유효전력 제어기(308, 328, 348), 및 d-전류 제어기(310,330,350)를 포함한다.The active
무효전력 제어모듈(272)은 제1상 무효전력 제어부(401,403,405,408,410), 제2상 무효전력 제어부(421,423,425,428,430) 및 제3상 무효전력 제어부(441,443,445,448,450)를 포함하고, 상기 제1상 무효전력 제어부, 상기 제2상 무효전력 제어부 및 상기 제3상 무효전력 제어부 각각은 전역통과필터(401, 421, 441), 회전동기좌표계 변환부(403, 423, 443), 무효전력 계산기(405, 425, 445), 무효전력 제어기(408, 428, 448), 및 q-전류 제어기(410,430,450)를 포함한다.The reactive
위상정보 생성부(273)는 회전동기좌표계 변환부(501) 및 위상고정루프(PLL)(503)를 포함한다. The
제어기(270)는 상용전원(220)이 정상적으로 동작하는 경우에, 축전지와 같은 에너지 저장장치로 충전전류를 유입시키거나 에너지 저장장치에서 부하(250)로 방전할 경우에 동작한다.The
전류제어를 위해서는 상용전원(220)과의 위상동기가 필요하게 되는데, 이를 위해서 위상고정루프(503)가 사용된다. 전압측정부(미도시 됨)에서 측정된 상용전원(220)의 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn)(500)이 회전동기좌표계 변환부(501)로 입력되고, 위상고정루프(503)는 회전동기좌표계 변환부(501)의 출력인 d축 전압(V_de)(502)를 이용하여 상용전원(220)과 동기화된 위상정보(θ_ut)(504)를 생성하여 회전동기좌표계 변환부들(501,303,323,343,403,423,443) 및 역변환부(509)로 출력한다.In order to control the current, phase synchronization with the
그러면, 회전동기좌표계 변환부(501)는 상용전원(220)의 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn)(500)과 위상정보(θ_ut)(504)를 이용하여 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 전압(V_de)(502)을 위상고정루프(503)로 출력한다.Then, the rotation synchronous coordinate
이 때, 유효전력 제어모듈(271)에 포함되는, 각상 전압에 대응되는 회전동기좌표계 변환부(303,323,343)는 상용전원(220)의 각상 전압(Van,Vbn,Vcn)(300,320,340) 및 위상고정루프(503)의 출력인 위상정보(θ_ut)(504)를 이용하여 각각 d축, q축 전압(304, 324, 344)을 출력한다.At this time, each phase voltage (Van, Vbn, Vcn) of the commercial power supply 220 (Van, Vbn, Vcn) (300, 320, 340) and the phase lock loop, the rotation synchronous coordinate system conversion unit (303, 323, 343) corresponding to each phase voltage included in the active
또한, 무효전력 제어모듈(272)에 포함되는, 각상 전류에 대응되는 회전동기좌표계 변환부(403,423,443)는 인버터 출력의 각상 전류(Ian,Ibn,Icn)(400,420,440) 및 위상고정루프(503)의 출력인 위상정보(θ_ut)(504)를 이용하여 각각 d축, q축 전류(404, 424, 444)를 출력한다.In addition, the rotation synchronous coordinate system conversion unit 403,423,443 corresponding to each phase current, included in the reactive
한편, 3상 제어에 사용되는 d-q제어를 단상제어에 적용시키기 위하여, 본 발명은 다음과 같이 전역통과필터인 APF(All Pass Filter) 기법을 적용한다. 즉, 교류입력 측의 3상 전압과 전류 신호는 디지털제어를 위해서는 좌표계-정지좌표계(αβ)-동기좌표계(dq)로의 변환과정을 거쳐야 한다. Meanwhile, in order to apply the dq control used in the three-phase control to the single-phase control, the present invention applies an APF (All Pass Filter) technique as an all-pass filter as follows. That is, the three-phase voltage and current signals on the AC input side are required for digital control. Coordinate system-stationary coordinate system (αβ)-synchronized coordinate system (dq) must be converted.
그러나, 각상 개별제어 방식에서는 전압, 전류 신호입력이 단상이므로 -αβ 컨버터를 사용할 수 없다. 여기서, 정지좌표계는 2상 α-β로 구성되며, 이 α-β는 서로 90ㅀ 위상차인 점을 이용해 정지좌표계로의 변환을 위해 a상 신호와 크기는 같고 위상만 90ㅀ 뒤지는 가상의 파형을 생성한 후 αβ-dq 컨버터의 입력에 인가시킨다. 즉, 기준신호와 크기는 같고 위상만 90ㅀ 뒤지는 가상의 신호를 만드는 전역통과필터를 사용하여 단상제어 d-q변환에 적용하였다. However, since the voltage and current signal input is single-phase in each phase individual control method, -The αβ converter cannot be used. Here, the stationary coordinate system is composed of two-phase α-β, and this α-β uses a point that is 90° out of phase with each other to generate a virtual waveform that has the same magnitude as the a-phase signal and lags 90° in phase for conversion to the stationary coordinate system. After generation, it is applied to the input of the αβ-dq converter. That is, an all-pass filter that creates a virtual signal that has the same magnitude as the reference signal and lags behind by 90° was used for single-phase control dq transformation.
여기서, 전역통과필터는 이득은 1이고 위상지연을 90도로 할 수 있는 필터이며, 통상 단상의 계통연계 인버터를 제어할 경우에 dqo 변환을 이용한 전류 혹은 전압제어기에 사용된다. 즉, 단상 전압 혹은 전류를 전역통과필터에 입력하면 90도 지연된 출력을 얻을 수 있고, 이는 성분이 되며, 위상정보를 이용하여 회전동기좌표계 dqo로 변환할 수 있다. 이와 같이, 단상도 3상처럼 직류성분으로 전압 혹은 전류제어기의 적용이 가능해지는 장점이 있다. Here, the all-pass filter is a filter that has a gain of 1 and a phase delay of 90 degrees, and is usually used in a current or voltage controller using dqo conversion when controlling a single-phase grid-connected inverter. That is, if a single-phase voltage or current is input to the all-pass filter, an output delayed by 90 degrees can be obtained, which is It becomes a component and can be converted into a rotation synchronization coordinate system dqo using phase information. In this way, there is an advantage that a voltage or current controller can be applied as a DC component like a single-phase three-phase.
이상과 같이, 전압측정부(미도시 됨)에서 측정된 각 상의 전압값(300, 320, 340)을 전역통과필터(301, 321, 341)에 입력하면 위상이 90도 지연된 각 신호를 얻을 수 있고, 이로부터 각상 전압의 성분(Va_αβ,Vb_αβ,Vc_αβ)(302, 322, 342)이 회전동기좌표계 변환부(303, 323, 343)로 입력된다. As described above, when the voltage values 300, 320, and 340 of each phase measured by the voltage measuring unit (not shown) are input to the all-
각 상 전압의 회전동기좌표계 변환부(303, 323, 343)에서는 위상각(θ_ut)(504)를 이용하여 d-q 변환을 수행함으로써, 각 상 전압에 대해서 d축 및 q축 성분을 연산하고, 각상의 전압피크치를 나타내는 q축 전압성분(Va_q,Vb_q,Vc_q)과 90도 뒤진 성분을 나타내는 d축 전압성분(Va_d,Vb_d,Vc_d)(304, 324, 344)을 출력한다. The rotation synchronous coordinate
한편, 인버팅부(130)에서 출력되고 인버터 출력전류 측정부(미도시 됨)에서 측정된 각상의 출력전류값(400, 420, 440)이 전역통과필터(401, 421, 441)에 입력되면 위상이 90도 지연된 각 신호를 얻을 수 있고, 이로부터 각상 전류의 성분(Ia_αβ,Ib_αβ,Ic_αβ)(402, 422, 442)이 회전동기좌표계 변환부(403, 423, 443)로 입력된다.On the other hand, when the output
각 상 전류의 회전동기좌표계 변환부(403,423,443)에서는 위상각(θ_ut)(504)를 이용하여 d-q 변환을 수행함으로써, 각 상 전류에 대해서 d축, q축, o축 성분을 연산하고, 각 상의 전류피크치를 나타내는 q축 전류성분(Ia_q,Ib_q,Ic_q)과 90도 뒤진 성분을 나타내는 d축 전류성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d) (404,424,444)을 출력한다. The rotation synchronous coordinate system conversion units 403,423 and 443 of each phase current perform dq transformation using the phase angle θ_ut 504 to calculate the d-axis, q-axis, and o-axis components for each phase current, and The q-axis current components (Ia_q, Ib_q, Ic_q) representing the current peak values and the d-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d) (404, 424, 444) representing the components lagged by 90 degrees are output.
이 각상 출력전압 피크치의 직류성분인 q축 성분과 d축 성분(304, 324, 344) 및 출력전류 피크치의 직류성분인 q축 성분과 d축 성분(404, 424, 444)은 각각 유효전력 계산기(305,325,345)와 무효전력 계산기(405,425,445)로 입력되고, 유효전력 계산기(305,325,345)와 무효전력 계산기(405,425,445)는 각각 유효전력 검출량(Pa,Pb,Pc)(306, 326, 346)과 무효전력 검출량(Qa,Qb,Qc)(406,426,446)를 생성하여 출력한다. The q-axis components and d-axis components (304, 324, 344), which are the DC components of the peak output voltage of each phase, and the q-axis components and the d-axis components (404, 424, 444), which are the DC components of the output current peak value, are the active power calculators, respectively. (305,325,345) and the reactive power calculator (405,425,445), the active power calculator (305,325,345) and the reactive power calculator (405,425,445) are active power detection amount (Pa, Pb, Pc) (306, 326, 346) and reactive power detection amount, respectively (Qa, Qb, Qc) (406, 426, 446) is generated and output.
유효전력 검출량(Pa,Pb,Pc)(306, 326, 346)과 무효전력 검출량(Qa,Qb,Qc)(406,426,446)은, 기준값 생성부(274)로부터 입력되는 각 상의 유효전력 기준값(Pa_ref,Pb_ref,Pc_ref)(307, 327, 347) 및 각 상의 무효전력 기준값(Qa_ref,Qb_ref,Qc_ref)(407, 427, 447)과 각각 비교된 후 그 오차값이 각 상의 유효전력 제어기(308, 328, 348)와 각 상의 무효전력 제어기(408, 428, 448)로 출력되고, 이때 각 제어기의 역할은 다음과 같다. Active power detection amounts (Pa, Pb, Pc) (306, 326, 346) and reactive power detection amounts (Qa, Qb, Qc) (406, 426, 446) are the active power reference values (Pa_ref, After comparing with Pb_ref, Pc_ref) (307, 327, 347) and reactive power reference values (Qa_ref, Qb_ref, Qc_ref) (407, 427, 447) of each phase, respectively, the error value is determined by the
각 상의 유효전력 제어기들(308, 328, 348)은 내부에 비례적분(PI)제어기를 이용하여 각 상마다 계산된 유효전력 검출량(Pa,Pb,Pc)(306, 326, 346)과 유효전력 기준값(Pa_ref,Pb_ref,Pc_ref)(307, 327, 347) 간의 오차를 입력받고, 각 상의 유효전력 검출량이 유효전력 기준값과 일치하도록 제어하는, 즉, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 유효전력 제어신호들(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*)(309,329,349)을 생성하여 각각 출력한다.
각 상의 무효전력 제어기들(408, 428, 448)은 내부에 비례적분(PI)제어기를 이용하여 각 상마다 계산된 무효전력 검출량(Qa,Qb,Qc)(406,426,446)과 무효전력 기준값(Qa_ref,Qb_ref,Qc_ref)(407,427,447) 간의 오차를 입력받고, 각 상의 무효전력 검출량이 무효전력 기준값과 일치하도록 제어하는, 즉, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 무효전력 제어신호들(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*)(409,429,449)을 생성하여 각각 출력한다.Reactive power controllers (408, 428, 448) of each phase using a proportional integral (PI) controller inside the reactive power detection amount (Qa, Qb, Qc) (406, 426, 446) calculated for each phase (406, 426, 446) and reactive power reference value (Qa_ref, Reactive power control signals (Ia_q*, Ib_q*, Ic_q*) (409, 429, 449) is generated and outputted, respectively.
각 상의 d-전류 제어기(310,330,350)는 내부에 비례적분(PI)제어기를 이용하여 각 상마다 계산된 유효전력 제어신호들(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*)(309,329,349)과 실제 출력전류 검출량(Ia_d,Ib_d,Ic_d) 간의 오차를 입력받고, 각 상의 실제 출력전류 검출량(Ia_d,Ib_d,Ic_d)이 유효전력 제어신호들(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*) (309,329,349)와 일치하도록 제어하는, 즉, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 각 상의 유효전력보상 기준전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*)(311,331,351)를 생성하여 역변환부(509)에 포함된 각 상의 dq-αβ역변환부(312,332,352)로 출력한다.The d-
각 상의 q-전류 제어기(410,430,450)는 내부에 비례적분(PI)제어기를 이용하여 각 상마다 계산된 무효전력 제어신호들(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*)(409,429,449)과 실제 출력전류 검출량(Ia_q,Ib_q,Ic_q) 간의 오차를 입력받고, 각 상의 실제 출력전류 검출량(Ia_q,Ib_q,Ic_q)이 무효전력 제어신호들(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*) (409,429,449)과 일치하도록 제어하는, 즉, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 각 상의 무효전력보상 기준전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)(411,431,451)를 생성하여 역변환부(509)에 포함된 각 상의 dq-αβ역변환부(312, 332, 352)로 출력한다.The q-
역변환부(509)에 포함된 각 상의 dq-αβ역변환부(312, 332, 352)는 위상고정루프(503)의 출력인 위상정보(θ_ut)(504)를 이용하여 유효전력보상 기준전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*)(311,331,351) 및 무효전력보상 기준전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)(411,431,451)에 대해서, dq-αβ 역변환을 수행하여 3상신호의 α성분(Va_α,Vb_α,Vc_α)(313,333,353)을 생성하여 제어신호 변환부(Offset PWM)(506)로 출력한다. 한편 이 과정에서 역변환부(312,332,352)에서 같이 생성되는 3상 신호의 β성분(Va_β,Vb_β,Vc_β)(314,334,354)은 사용하지 않는다.The dq-αβ
제어신호 변환부(Offset PWM)(506)는 역변환부(509)로부터 입력된 3상신호의 α성분(Va_α,Vb_α,Vc_α)을 인버팅부(130)의 4레그에 포함된 각 스위치의 스위칭 제어신호(PWM 신호)(Sa,Sb,Sc,Sn)(507)로 변환한 후, 인버팅부(130)의 각 레그에 포함된 스위칭 소자로 출력한다.The control signal conversion unit (Offset PWM) 506 converts the α component (Va_α, Vb_α, Vc_α) of the three-phase signal input from the
한편, 기준값 생성부(274)는 에너지관리시스템(613)으로부터 각 상별 유효전력 기준값(Pa_ref,Pb_ref,Pc_ref)(307,327,347)과 무효전력 기준값 (Qa_ref,Qb_ref,Qc_ref)(407,427,447)을 수신하여 유효전력 제어모듈(271) 및 무효전력 제어 모듈(272)로 출력할 수 있다.On the other hand, the
또한, 기준값 생성부(274)는 각 상별 역율(P.F.) 지령치를 에너지관리시스템(613)으로부터 입력받아 역율-유.무효전력 변환기(P.F.-PQ)(274-1)에서 각 상별 유효전력 기준값(Pa_ref,Pb_ref,Pc_ref)(307,327,347)과 무효전력 기준값 (Qa_ref,Qb_ref,Qc_ref)(407,427,447)으로 변환하여 유효전력 제어모듈(271) 및 무효전력 제어 모듈(272)로 출력할 수 있다.In addition, the reference
역율-유.무효전력 변환기(P.F.-PQ)(274-1)는 에너지관리시스템(613)으로부터 각 상별 역율 지령치에 대한 명령을 입력받고, 이를 아래의 일반 수학식에 따라서 각 상별 유효전력 기준값 및 무효전력 기준값으로 변환한다.The power factor-active/reactive power converter (PF-PQ) 274-1 receives a command for the power factor command value for each phase from the
피상전력 : Apparent power:
역률(P.F.) : Power Factor (PF):
유효전력 : Active Power:
무효전력 : Reactive Power:
여기서, 피상전력(S)은 본 발명의 바 람직한 실시예에 따른 전력 변환 장치의 하드웨어 구성에 따라서 사전에 정의된 값이므로, 역율-유.무효전력 변환기(P.F.-PQ)(274-1)는 에너지관리시스템(613)으로부터 수신된 각 상별 역율 지령치와 사전에 결정된 피상전력(S)을 이용하여 유효전력 기준값 및 무효전력 기준값을 생성할 수 있다.Here, since the apparent power (S) is a predefined value according to the hardware configuration of the power conversion device according to the preferred embodiment of the present invention, power factor-active/reactive power converter (PF-PQ) (274-1) may generate an active power reference value and a reactive power reference value using the power factor command value for each phase received from the
이상과 같이 에너지관리시스템(613)에서 직접 입력을 받거나, 역율-유/무효전력 변환 과정에 의해 발생한 결과 값인 각 상의 유효전력 기준값(Pa_ref,Pb_ref,Pc_ref)(307, 327, 347)와 각 상의 무효전력 기준값(Qa_ref,Qb_ref,Qc_ref)(407, 427, 447)는 유효전력 제어모듈(271) 및 무효전력 제어모듈(272)에 기준값으로 입력된다.As described above, the active power reference value (Pa_ref, Pb_ref, Pc_ref) (307, 327, 347) of each phase, which is a result value that is directly input from the
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치가 적용된 독립형 마이크로 그리드 전원 시스템의 구성예를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a configuration example of an independent micro-grid power system to which a 3-phase 4-wire 4-LEG power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention is applied.
도 8을 참조하면, 도서지역이나 상용전력망이 연계되지 않는 원격지의 전력공급 시스템으로서, 축전지와 같은 에너지저장장치(607, 608)와 디젤발전기(600)로 구성된 독립형 마이크로그리드 전원시스템을 구현할 수 있고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상4선식 4-LEG 전력변환장치는 특히 축전지(607)에 연계된 전력변환장치(608)에 적용할 수 있으며, 이 경우 디젤발전기(600)와 상용전원은 서로 대체되어 적용될 수 있다.Referring to FIG. 8 , as a power supply system in remote areas that are not connected to island regions or commercial power grids, an independent microgrid power system composed of
이러한 구성에서는 통상 디젤발전기(600)의 부하율이 낮으면 연료효율이 낮아지므로 연료효율을 최대화하기 위해 정격부하 부근으로 운전하도록 부하(609)에 전력을 공급함과 동시에 배터리에 충전운전을 수행한다. 이때 부하측에 불평형부하가 인가되는 경우 전력변환장치는 이를 보상하도록 각상의 전력량을 달리하며 축전지(607)의 충전량을 조절해 주어야 하며, 이때 전력변환장치(608) 및 발전기 제어장치(610), 디지털 전력량계(611)는 통신망(612)으로 에너지관리시스템(613)과 연결되어 정보의 수집과 제어가 가능하도록 구성될 수 있다. In this configuration, when the load ratio of the
에너지관리시스템(613)은 각상의 부하량 정보를 전력량계(611)로부터 읽어서 디젤발전기(600) 출력에 각상별 적정의 부하가 인가되도록 축전지(607)로의 충/방전량을 결정하여 축전지용 전력변환장치(608)로 각상별 충/방전 유효전력과 각상별 무효전력 명령을 출력할 수 있다. 이러한 운전방식으로 축전지(607)의 설치용량을 최적화할 수 있고 디젤발전기(600)의 운전 연료효율을 극대화하는 동시에 발전기 출력 부하량의 유효전력을 상별로 평형화 시킴은 물론, 역율을 1로 유지시킬 수 있다. The
부하가 증가하여 발전기의 용량을 초과하는 경우에, 전력변환장치(608)는 축전지(607)로부터 전력을 방전하는 운전을 하게 된다. 이때 부하(609)는 1상과 3상이 혼재하며 따라서 상간 부하의 불평형이 발생하게 되는데, 본 발명의 전력변환장치(608)는 이러한 조건에서도 전술한 바와 같이 이를 보상하도록 각상의 유/무효전력량을 달리하며 방전 할 수 있으며, 필요시 어느 상은 충전 어느 상은 방전과 같은 극단적인 불평형 보상 운전 시에도 전력의 흡수 및 방출을 안정적으로 할 수 있다. When the load increases to exceed the capacity of the generator, the
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been looked at with respect to preferred embodiments thereof. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.
1000 : 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치
110 : 직류단 130 : 인버팅부
150 : 리액터
160 : 커패시터
210 : 계통 차단기
220 : 상용 전원 250 : 부하
270 : 제어기
271 : 유효전력 제어모듈 272 : 무효전력 제어모듈
273 : 위상정보 생성부 274 : 기준값 생성부
301, 321, 341, 401, 421, 441 : 전역통과필터
303, 323, 343, 403, 423, 443 : 회전 동기 좌표계 변환부
305, 325, 345 : 유효전력 계산기
308, 328, 348 : 유효전력 제어기
310, 330, 350 : d-전류 제어기
405, 425, 445 : 무효전력 계산기
408, 428, 448 : 무효전력 제어기
410, 430, 450 : q-전류 제어기
506 : 제어신호 변환부
509 : 역변환부
610 : 발전기 제어 장치 613 : 에너지 관리 시스템1000: 3-phase 4-wire 4-LEG power converter
110: DC link 130: inverting unit
150 : Reactor
160: capacitor
210: grid breaker
220: commercial power 250: load
270: controller
271: active power control module 272: reactive power control module
273: phase information generation unit 274: reference value generation unit
301, 321, 341, 401, 421, 441: all-pass filter
303, 323, 343, 403, 423, 443: rotation synchronization coordinate system transformation unit
305, 325, 345: Active Power Calculator
308, 328, 348: active power controller
310, 330, 350: d-current controller
405, 425, 445: reactive power calculator
408, 428, 448: reactive power controller
410, 430, 450: q-current controller
506: control signal conversion unit
509: inverse transform unit
610: generator control unit 613: energy management system
Claims (6)
에너지 관리 시스템으로부터 각 상별 유효전력 기준값 및 무효전력 기준값을 수신하거나, 상기 에너지 관리 시스템으로부터 각 상별 역률 지령치를 수신하여 각 상별 유효전력 기준값 및 무효전력 기준값을 생성하고, 상용 전원이 공급하는 각 상의 전압값, 상기 인버팅부가 출력하는 각 상의 전류값, 및 상기 유효전력 기준값 및 상기 무효전력 기준값에 따라서 상기 인버팅부에 포함된 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하여, 3상의 각 상별로 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전과, 유효전력 및 무효 전력을 독립적으로 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 제어기는
상용 전원의 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn)을 이용하여 상용전원과 동기화된 위상정보(θ_ut)를 생성하는 위상 정보 생성부;
제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn), 각 상별 유효 전력 기준값 및 상기 위상 정보(θ_ut)를 각각 입력받아, 각 상별로 유효 전력을 제어하는 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*)를 출력하는 유효 전력 제어 모듈;
제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상의 전류값(Ian,Ibn,Icn), 각 상별 무효 전력 기준값 및 상기 위상 정보(θ_ut)를 각각 입력받아, 각 상별로 무효 전력을 제어하는 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)를 출력하는 무효 전력 제어 모듈;
상기 에너지 관리 시스템으로부터 각 상별 유효전력 기준값 및 무효전력 기준값을 수신하거나, 상기 에너지 관리 시스템으로부터 각 상별 역률 지령치를 수신하여 각 상별 유효전력 기준값 및 무효전력 기준값을 생성하여 상기 유효 전력 제어 모듈 및 상기 무효 전력 제어 모듈로 각각 출력하는 기준값 생성부; 및
상기 유효전력 보상 기준 전류신호 및 상기 무효전력 보상 기준 전류신호에 따라서, 상기 인버팅부에 포함된 스위치들의 온/오프를 제어하기 위한 스위칭 제어신호(Sa,Sb,Sc,Sn)를 생성하여 상기 인버팅부로 출력하는 제어신호 변환부를 포함하고,
상기 유효 전력 제어 모듈은
제 1 상 유효 전력 제어부, 제 2 상 유효 전력 제어부 및 제 3 상 유효전력 제어부를 포함하고,
상기 제 1 상 유효 전력 제어부, 상기 제 2 상 유효 전력 제어부 및 상기 제 3 상 유효전력 제어부 각각은,
상기 상용전원의 해당 상의 출력 전압(Van,Vbn,Vcn)을 입력받고, 90도 위상이 지연된 해당 상 전압의 α,β 성분(Va_αβ,Vb_αβ,Vc_αβ)을 출력하는 전역통과필터;
상기 전역통과필터로부터 해당 상 전압의 α,β 성분(Va_αβ,Vb_αβ,Vc_αβ)을 입력받고, 상기 위상 정보(θ_ut)를 입력받아, 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 및 q축 전압 성분(Va_d,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q)을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부;
상기 d축 및 q축 전압 성분(Va_d,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q)과 상기 무효 전력 제어 모듈로부터 입력된 대응되는 상의 d축 및 q축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d,Ia_q,Ib_q,Ic_q)을 이용하여 해당 상의 유효 전력값(Pa,Pb,Pc)을 출력하는 유효전력 계산기;
상기 해당 상의 유효 전력값(Pa,Pb,Pc)과 상기 기준값 생성부로부터 입력된 유효 전력 기준값(Pa_ref,Pb_ref,Pc_ref) 간의 오차값을 입력받고, 입력된 오차값이 감소하도록 제어하는 유효전력 제어신호(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*)를 출력하는 유효전력 제어기; 및
상기 해당 상의 출력된 유효전력 제어신호(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*)와 상기 무효 전력 제어 모듈로부터 입력된 대응되는 상의 d축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d) 간의 오차를 입력받고, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 해당 상의 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*)를 생성하여 출력하는 d-전류 제어기를 포함하고,
상기 무효 전력 제어 모듈은
제 1 상 무효 전력 제어부, 제 2 상 무효 전력 제어부 및 제 3 상 무효전력 제어부를 포함하고,
상기 제 1 상 무효 전력 제어부, 상기 제 2 상 무효 전력 제어부 및 상기 제 3 상 무효전력 제어부 각각은,
상기 인버팅부의 해당 상의 출력 전류(Ian,Ibn,Icn)를 입력받고, 90도 위상이 지연된 해당 상 전류의 α,β 성분(Ia_αβ,Ib_αβ,Ic_αβ)을 출력하는 전역통과필터;
상기 전역통과필터로부터 해당 상 전류의 α,β 성분(Ia_αβ,Ib_αβ,Ic_αβ)을 입력받고, 상기 위상 정보를 입력받아, 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 및 q축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d,Ia_q,Ib_q,Ic_q)을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부;
상기 d축 및 q축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d,Ia_q,Ib_q,Ic_q)과 상기 유효 전력 제어 모듈로부터 입력된 대응되는 상의 d축 및 q축 전압 성분(Va_d,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q)을 이용하여 해당 상의 무효 전력값(Qa,Qb,Qc)을 출력하는 무효전력 계산기;
상기 해당 상의 무효 전력값(Qa,Qb,Qc)과 상기 기준값 생성부로부터 입력된 무효 전력 기준값(Qa_ref,Qb_ref,Qc_ref)간의 오차값을 입력받고, 입력된 오차값이 감소하도록 제어하는 무효전력 제어신호(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*)를 출력하는 무효전력 제어기; 및
상기 해당 상의 출력된 무효전력 제어신호(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*)와 상기 대응되는 상의 q축 전류 성분(Ia_q,Ib_q,Ic_q)간의 오차를 입력받고, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 해당 상의 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)를 생성하여 출력하는 q-전류 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.Consists of a three-phase, four-wire, four-leg inverter, one end connected to an energy storage device, and the other end connected to commercial power and a load to receive power supplied by commercial power to charge the energy storage device, or to an inverting unit discharging the power stored in the storage device and providing it to a load; and
Receive the active power reference value and reactive power reference value for each phase from the energy management system, or receive the power factor command value for each phase from the energy management system to generate the active power reference value and reactive power reference value for each phase, and voltage of each phase supplied by commercial power value, the current value of each phase output by the inverting unit, and the on/off control of the switching elements included in the inverting unit according to the active power reference value and the reactive power reference value to store the energy for each phase of three phases Comprising a controller for independently controlling the charging and discharging of the device, active power and reactive power,
the controller
a phase information generator for generating phase information (θ_ut) synchronized with commercial power using voltage values (Van, Vbn, Vcn) of each phase of the commercial power;
Active power compensation standard for receiving the voltage values (Van, Vbn, Vcn) of the first phase, the second phase and the third phase, the active power reference value for each phase, and the phase information (θ_ut), respectively, and controlling the active power for each phase an active power control module for outputting current signals (Va_d*, Vb_d*, Vc_d*);
Reactive power compensation standard for receiving the current values (Ian, Ibn, Icn) of the first phase, the second phase and the third phase, the reactive power reference value for each phase, and the phase information (θ_ut), respectively, and controlling the reactive power for each phase a reactive power control module for outputting current signals (Va_q*, Vb_q*, Vc_q*);
Receive the active power reference value and reactive power reference value for each phase from the energy management system, or receive the power factor command value for each phase from the energy management system to generate an active power reference value and reactive power reference value for each phase, the active power control module and the reactive power a reference value generator outputting each of the power control modules; and
According to the active power compensation reference current signal and the reactive power compensation reference current signal, a switching control signal (Sa, Sb, Sc, Sn) for controlling the on/off of the switches included in the inverting unit is generated, and the It includes a control signal conversion unit for outputting to the inverting unit,
The active power control module is
a first phase active power control unit, a second phase active power control unit, and a third phase active power control unit;
Each of the first phase active power control unit, the second phase active power control unit and the third phase active power control unit,
an all-pass filter that receives the output voltages (Van, Vbn, Vcn) of the corresponding phase of the commercial power source and outputs α, β components (Va_αβ, Vb_αβ, Vc_αβ) of the phase voltage delayed by 90 degrees;
The α and β components (Va_αβ, Vb_αβ, Vc_αβ) of the corresponding phase voltage are received from the all-pass filter, the phase information (θ_ut) is received, and the d-axis and q-axis voltage components (Va_d) are performed by performing rotation-synchronous coordinate system transformation. ,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q) a rotation synchronization coordinate system transforming unit that outputs;
The d-axis and q-axis voltage components (Va_d, Vb_d, Vc_d, Va_q, Vb_q, Vc_q) and the corresponding phase d-axis and q-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d, Ia_q, Ib_q) input from the reactive power control module ,Ic_q) using the active power calculator to output the active power values (Pa, Pb, Pc) of the corresponding phase;
Active power control for receiving an error value between the active power values of the corresponding phase (Pa, Pb, Pc) and the active power reference values (Pa_ref, Pb_ref, Pc_ref) input from the reference value generator, and controlling the input error value to decrease an active power controller for outputting signals (Ia_d*, Ib_d*, Ic_d*); and
The error between the output active power control signals (Ia_d*, Ib_d*, Ic_d*) of the corresponding phase and the d-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d) of the corresponding phase input from the reactive power control module are received, and the input and a d-current controller for generating and outputting active power compensation reference current signals (Va_d*, Vb_d*, Vc_d*) of the corresponding phase to control the error to decrease,
The reactive power control module is
Comprising a first phase reactive power control unit, a second phase reactive power control unit and a third phase reactive power control unit,
Each of the first phase reactive power control unit, the second phase reactive power control unit and the third phase reactive power control unit,
an all-pass filter receiving the output currents (Ian, Ibn, Icn) of the corresponding phase of the inverting unit and outputting α, β components (Ia_αβ, Ib_αβ, Ic_αβ) of the phase current delayed by 90 degrees;
Receives α and β components (Ia_αβ, Ib_αβ, Ic_αβ) of the corresponding phase current from the all-pass filter, receives the phase information, performs rotation synchronous coordinate system transformation, and performs d-axis and q-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d, Ia_q, Ib_q, Ic_q) to output a rotation synchronization coordinate system transformation unit;
The d-axis and q-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d, Ia_q, Ib_q, Ic_q) and corresponding phase d-axis and q-axis voltage components (Va_d, Vb_d, Vc_d, Va_q, Vb_q) input from the active power control module , Vc_q) using a reactive power calculator to output the reactive power values (Qa, Qb, Qc) of the corresponding phase;
Reactive power control to receive the error value between the reactive power value (Qa, Qb, Qc) of the corresponding phase and the reactive power reference value (Qa_ref, Qb_ref, Qc_ref) input from the reference value generator, and to control the input error value to decrease a reactive power controller for outputting signals (Ia_q*, Ib_q*, Ic_q*); and
The corresponding phase receives the error between the output reactive power control signal (Ia_q*, Ib_q*, Ic_q*) of the corresponding phase and the q-axis current component (Ia_q, Ib_q, Ic_q) of the corresponding phase, and controls the input error to decrease Power conversion device comprising a q-current controller to generate and output the reactive power compensation reference current signal (Va_q*, Vb_q*, Vc_q*) of the phase.
상용 전원의 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn) 및 상기 위상 정보를 입력받아 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 전압(V_de)을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부; 및
상기 회전 동기 좌표계 변환부로부터 d축 전압(V_de)을 입력받아 상용전원과 동기화된 위상정보(θ_ut)를 생성하는 위상 고정 루프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.The method of claim 2, wherein the phase information generator
a rotation synchronous coordinate system transformation unit that receives voltage values (Van, Vbn, Vcn) and the phase information of each phase of the commercial power supply, performs rotation synchronous coordinate system transformation, and outputs a d-axis voltage (V_de); and
and a phase lock loop that receives the d-axis voltage (V_de) from the rotation synchronization coordinate system converter and generates phase information (θ_ut) synchronized with commercial power.
상기 위상정보(θ_ut)를 이용하여 상기 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*) 및 상기 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_ q*,Vb_q*,Vc_q*)에 대해서, 역d-q변환 및 역 α-β 변환을 순차적으로 수행하여, 3상 신호의 α성분(Va_α,Vb_α,Vc_α)을 생성하여 상기 제어신호 변환부로 출력하는 역변환부를 더 포함하고,
상기 제어신호 변환부는 상기 역변환부로부터 입력된 3상 신호의 α성분을 상기 인버팅부에 포함된 각 스위치의 스위칭 제어신호(Sa,Sb,Sc,Sn)로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.3. The method of claim 2,
With respect to the active power compensation reference current signal (Va_d*, Vb_d*, Vc_d*) and the reactive power compensation reference current signal (Va_ q*, Vb_q*, Vc_q*) using the phase information (θ_ut), inverse dq Further comprising an inverse transform unit that sequentially performs the transformation and inverse α-β transformation to generate α components (Va_α, Vb_α, Vc_α) of the three-phase signal and output it to the control signal converting unit,
The control signal converter converts the α component of the three-phase signal input from the inverse converter into switching control signals (Sa, Sb, Sc, Sn) of each switch included in the inverting part and outputs the converted power conversion device.
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KR1020210062654A KR102378390B1 (en) | 2021-05-14 | 2021-05-14 | 3-Phase 4-wire grid-connected power conditioning system with active/reactive power control of each phase individually based on the 4-leg hardware |
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