KR20120001335A - 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치 및 그 제어 방법 Download PDF

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KR20120001335A
KR20120001335A KR1020100062070A KR20100062070A KR20120001335A KR 20120001335 A KR20120001335 A KR 20120001335A KR 1020100062070 A KR1020100062070 A KR 1020100062070A KR 20100062070 A KR20100062070 A KR 20100062070A KR 20120001335 A KR20120001335 A KR 20120001335A
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채영민
조준석
임정민
최규하
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(주) 이이시스
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Abstract

본 발명은 저주파 전류 리플 현상을 최소화시킬 수 있는 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류(DC/DC) 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치 및 그 제어 방법을 제공한다. 본 발명의 듀얼 루프 제어 장치는, 직류/직류 컨버터의 출력 전압(Vo)을 입력받아 전압 루프 피드백 이득(
Figure pat00099
)을 부가하여 검출 전압(
Figure pat00100
)을 생성하는 전압 루프 피드백 이득 처리 블럭, 직류/직류 컨버터의 출력 전류출력 전류(ILf)를 입력받아 전류 루프 피드백 이득(
Figure pat00101
)을 부가하여 검출 전류(
Figure pat00102
)를 생성하는 전류 루프 피드백 이득 처리 블럭, 상기 전압 루프 피드백 이득 처리 블럭에 의해 생성된 상기 검출 전압(
Figure pat00103
)과 레퍼런스 전압(
Figure pat00104
)의 값을 비교하여 레퍼런스 전류(
Figure pat00105
)를 계산하는 전압 루프 보상기, 및 상기 전류 루프 피드백 이득 처리 블럭에 의해 생성된 상기 검출 전류(
Figure pat00106
)와 상기 전압 루프 보상기에 의해 계산된 레퍼런스 전류(
Figure pat00107
)를 비교하여 제어 변수(
Figure pat00108
)를 계산하여, 상기 계산된 제어 변수를 직류/직류 컨버터에 제공하는 전류 루프 보상기를 포함한다.

Description

계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치 및 그 제어 방법{DUAL LOOP CONTROL APPARATUS FOR DC/DC CONVERTER OF GRID-CONNECTION TYPED FUEL CELL GENERATING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 직류/직류(DC/DC) 컨버터와 직류/교류(DC/AC) 인버터로 구성되는 계통연계형 연료전지 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 최종 단에 연결된 계통 및 교류부하에 의한 저주파 전류 리플 현상을 최소화시킬 수 있는 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류(DC/DC) 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치 및 그 제어 방법에 관한 것입니다.
일반적으로, 연료전지 발전 시스템(fuel cell electric power generating system)은 연료가 가지고 있는 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환하는 장치이다. 연료전지 발전 시스템은 전기화학적 산화반응과 환원반응에 의해 전자를 생성하고, 생성된 전자의 이동으로 인해 전기에너지를 발생시키는 발전 시스템이다.
연료전지의 종류는 그 연료의 유형에 따라 인산형 연료전지(phosphoric acid fuel cell), 알칼리형 연료전지(alkaline fuel cell), 고분자 전해질형 연료전지(proton exchange membrane fuel cell), 용융 탄산염형 연료전지(molten carbonate fuel cell), 고체 산화물형 연료전지(solid oxide fuel cell), 직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell) 등으로 분류될 수 있다.
이러한 연료전지는 적용 분야에 따라 상업용 연료전지, 가정용 연료전지, 전기 자동차에 사용되는 자동차용 연료전지, 휴대용 단말기나 노트북 등에 사용되는 소형 연료전지 등으로 분류될 수도 있다.
이러한 연료전지를 이용한 발전 시스템은 연료전지에 의해 발생된 전력을 부하 및 계통전원으로 공급하기 위하여 전력 변환 시스템을 필요로 한다. 연료전지 발전 시스템은 예를 들어, 연료전지, 직류/직류 컨버터, 직류/교류 인버터 및 부하로 구성될 수 있고, 계통연계형 연료전지 발전 시스템은 배전회사의 계통전원과 연결된다.
종래의 계통연계형 연료전지 발전 시스템은 그 전력 변환 모듈로서 태양광 발전 시스템의 전력 변환 토폴로지(topology)를 공유하고 있었다. 그러나, 태양전지는 고전압, 저전류의 출력 특성을 가지고 있지만, 연료전지는 낮은 임피던스 형태의 저전압, 고전류의 출력 특성을 가지고 있다.
이러한 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 경우, 교류 부하 특성 때문에 연료전지 출력에서 저주파 전류 리플 현상이 발생한다. 도 1은 종래의 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 인버터 회로를 도시한 것으로서, 인버터의 출력단에 연결되어 있는 교류 부하에 의해 연료전지 인버터의 입력단에 120Hz의 저주파 전류 리플이 발생하는 것을 예시하고 있다.
이러한 저주파 전류 리플 현상을 무시할 경우 연료전지의 출력 안정화가 저해되고 연료전지의 이용률이 감소하는 문제점이 야기되어, 연료전지 스택의 수명이 단축되고 연료전지 발전 시스템의 효율이 감소한다.
또한, 저주파 전류 리플 현상을 줄이기 위하여, 종래의 계통연계형 연료전지 발전 시스템에서는, DC/DC 컨버터의 입력단에 매우 큰 용량을 가지는 울트라 커패시터들을 연결하고, 전압만을 제어하는 싱글 루프 제어를 사용하는 방법이 알려져 있다. 그러나, 이러한 방법은 저주파 전류 리플을 줄일 수는 있지만, 계통연계형 연료전지 시스템을 구성하는 인버터의 부피 및 가격을 상승시키는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 기술적 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전류 제어 루프 및 전압 제어 루프를 결합시킨 듀얼 루프 제어를 이용하여 최종 단에 연결된 계통 및 교류부하에 의한 저주파 전류 리플 현상을 최소화시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치는, 직류/직류 컨버터의 출력 전압(Vo)을 입력받아 전압 루프 피드백 이득(
Figure pat00001
)을 부가하여 검출 전압(
Figure pat00002
)을 생성하는 전압 루프 피드백 이득 처리 블럭, 직류/직류 컨버터의 출력 전류출력 전류(ILf)를 입력받아 전류 루프 피드백 이득(
Figure pat00003
)을 부가하여 검출 전류(
Figure pat00004
)를 생성하는 전류 루프 피드백 이득 처리 블럭, 상기 전압 루프 피드백 이득 처리 블럭에 의해 생성된 상기 검출 전압(
Figure pat00005
)과 레퍼런스 전압(
Figure pat00006
)의 값을 비교하여 레퍼런스 전류(
Figure pat00007
)를 계산하는 전압 루프 보상기, 및 상기 전류 루프 피드백 이득 처리 블럭에 의해 생성된 상기 검출 전류(
Figure pat00008
)와 상기 전압 루프 보상기에 의해 계산된 레퍼런스 전류(
Figure pat00009
)를 비교하여 제어 변수(
Figure pat00010
)를 계산하여, 상기 계산된 제어 변수를 직류/직류 컨버터에 제공하는 전류 루프 보상기를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어 변수는 위상 쉬프트 방식의 직류/직류 컨버터에서는 위상 이동 각도이고, 트랜스포머 방식의 직류/직류 컨버터에서는 승압 듀티비이다.
본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치의 제어 방법은, 전압센서 및 전류센서를 통해 직류/직류 컨버터의 출력 전압(
Figure pat00011
)과 출력 전류(
Figure pat00012
)를 가져오는 단계, 상기 가져온 출력 전압 및 출력 전류의 값을 검출전압(
Figure pat00013
) 및 검출전류(
Figure pat00014
)의 값으로 저장하는 단계, 미리 저장되어 있던 전압 레퍼런스 값(
Figure pat00015
)을 불러와서, 전압 레퍼런스 값(
Figure pat00016
)과 검출전압(
Figure pat00017
)을 비교하여 전류 레퍼런스 값(
Figure pat00018
)을 계산하는 단계, 상기 검출전류(
Figure pat00019
)의 값을 가져와서 상기 전류 레퍼런스 값(
Figure pat00020
)과 비교하여 제어 변수(
Figure pat00021
)를 계산하는 단계, 및 상기 제어 변수를 이용하여 직류/직류 컨버터의 출력 전류의 값을 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 특징에 따르면, 계통연계형 연료전지 발전 시스템은, 연료의 전기화학적 반응에 의해 전기를 생산하여 전원을 공급하는 연료전지, 상기 연료전지로부터 전원을 공급받고, 상기 공급받은 전원의 전압 레벨을 저전압 레벨로부터 고전압 레벨로 변환시키는 직류/직류 컨버터, 상기 직류/직류 컨버터로부터 전원을 공급받아, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 단상 직류/교류 인버터, 상기 단상 직류/교류 인버터에 의해 변환된 교류 전원에 의해 동작하는 교류 부하, 및 상기 직류/직류 컨버터의 출력 전압(Vo) 및 출력 전류(ILf)를 이용하여 제어 변수(
Figure pat00022
)를 생성하고, 생성된 제어 변수(
Figure pat00023
)를 상기 직류/직류 컨버터(20)에 출력하는 듀얼 루프 제어기를 포함한다.
본 발명에 따르면, 전압 및 전류 루프를 갖는 듀얼 루프 제어기를 이용하여 직류/직류 컨버터에 제어 변수를 제공함으로써 계통연계형 연료전지 발전 시스템에서 저주파 전류 리플을 최소화할 수 있다.
특히, 본 발명은 저주파 전류 리플을 감소시키기 위하여 종래에 사용되던 울트라 커패시터들을 삽입하지 않음으로써 전체 시스템의 부피 증가 및 단가 상승을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 저주파 전류 리플을 최소화함으로써 연료전지의 출력 안정화와 이용률 증가를 달성할 수 있다.
도 1은 종래의 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 인버터로서, 인버터의 출력단에 연결되어 있는 교류 부하 60Hz에 의해 인버터 입력단에 발생하는 120Hz의 저주파 전류리플 현상을 나타내는 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 루프 제어기가 적용된 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 블럭도이다.
도 3은 도 2에 도시된 직류/직류 컨버터 및 듀얼 루프 제어기의 내부 구성을 도시하는 회로도이다.
도 4는 도 2에 도시된 직류/직류 컨버터 및 듀얼 루프 제어기의 내부 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 5는 도 4에 도시된 듀얼 루프 제어기 중에서 전류 루프 제어기의 내부 구성을 도시하는 블럭도이다.
도 6은 원-제로 투-폴 보상기(one-zero two-pole compensator)를 갖는 도 5에 도시된 전류 루프 제어기의 설계 결과를 도시하는 그래프이다.
도 7은 원-제로 투-폴 보상기를 갖는 도 4에 도시된 전압 루프 제어기의 설계 결과를 도시하는 그래프이다.
도 8 및 도 9는 종래 기술에 따른 저주파 전류 리플 발생의 결과와 본 발명에 따른 저주파 전류 리플 발생의 결과를 각각 도시한 파형도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 루프 제어기의 제어 방법을 도시하는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치 및 그 제어 방법에 대해 더욱 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 루프 제어기가 적용된 계통연계형 연료전지 발전 시스템을 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 계통연계형 연료전지 발전 시스템은 연료전지(10), 직류/직류 컨버터(20), 단상 DC/AC 인버터(30), AC 부하 및 듀얼 루프 제어기(40)를 포함한다.
직류/직류 컨버터(20)는 저전압 DC 버스 라인을 통해 연료전지(10)와 연결되고, 단상 DC/AC 인버터(30)는 고전압 DC 버스 라인을 통해 직류/직류 컨버터(20)와 연결된다. 단상 DC/AC 인버터(30)의 후단에는 AC 부하가 연결되어 있다.
직류/직류 컨버터(20)는 연료전지(10)의 전기화학적 반응에 의해 발생된 전원을 저전압 DC 버스 라인을 통해 공급받고, 트랜스포머의 권선 비율에 따라 입력된 전원의 전압 레벨을 저전압 레벨로부터 고전압 레벨로 변환시킨다.
단상 DC/AC 인버터(30)는 고전압 DC 버스라인을 통해 직류/직류 컨버터(20)에 의해 출력된 전원을 공급받고, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 AC 부하에 인가한다.
듀얼 루프 제어기(40)는 직류/직류 컨버터(20)의 출력 전압(Vo) 및 출력 전류(ILf)를 이용하여 제어 변수(
Figure pat00024
)를 생성하고, 생성된 제어 변수(
Figure pat00025
)를 직류/직류 컨버터(20)에 출력함으로써, 직류/직류 컨버터(20)가 저주파 전류 리플을 제어하기 위한 위상 이동 각도 또는 승압 듀티비를 결정하도록 한다.
도 3은 도 2에 도시된 직류/직류 컨버터 및 듀얼 루프 제어기의 내부 구성을 도시하는 회로도이다.
도 3에는 전압 및 전류 루프가 도시되어 있고, 이들 전압 및 전류 루프는 출력 제어 변환 함수를 가진다.
도 3에서,
Figure pat00026
는 직류/직류 컨버터(20)를 운용하는 방법 제어 변수로서, 위상 시프트(phase shift) 방식의 직류/직류 컨버터를 운용할 때에는 위상 이동 각도가 될 수 있고, 트랜스포머 타입의 직류/직류 컨버터를 운용할 때에는 승압 듀티비가 될 수 있다. 즉,
Figure pat00027
는 저주파 전류 리플을 제어하는 신호이다.
도 3에 도시된 회로는 2개의 제어 루프를 가지며, 외부의 전압 루프와 내부의 전류 루프로 구성되어 있다.
도 2의 직류/직류 컨버터(20)의 출력 전압은 직류 성분과 교류 성분을 가지고 있다. 외부의 전압 루프는 낮은 응답성(bandwidth)을 가지고 있어서, 출력 전압이 가지고 있는 직류 또는 교류 성분 중에서 교류 성분을 무시한다. 여기서, 외부의 전압 루프의 응답성은 낮을수록 좋다. 외부의 전압 루프는 레퍼런스 전압값과 비교하여 직류 성분을 가지는 레퍼런스 전류값을 설정한다.
도 2의 직류/직류 컨버터(20)의 출력 전류는 교류 성분을 가지고 출력한다. 내부의 전류 루프는 외부의 전압 루프와 반대로 높은 응답성을 가진다. 외부의 전압 루프는 낮은 응답성을 통해 전압의 교류 성분을 무시하지만, 내부의 전류 루프는 전류의 교류 성분을 측정하여 제어하기 위하여 높은 응답성을 가져야 한다. 내부의 전류 루프의 높은 응답성은 저주파 리플 주파수의 5배 이상 되는 주파수 값을 가진다. 내부의 전류 루프는 외부의 전압 루프에서 설정된 레퍼런스 전류값과 비교하여 저주파 전류 리플을 제어할 수 있는 듀티를 설정하여 저주파 전류 리플을 제어한다.
도 4는 도 2에 도시된 직류/직류 컨버터 및 듀얼 루프 제어기의 내부 구성을 도시하는 블럭도이다. 즉, 도 4는 도 3의 회로도를 블럭도로 표현한 것이다.
도 4에서
Figure pat00028
는 출력 제어 전압 변환 함수(406)이고,
Figure pat00029
는 출력 제어 전류 변환 함수(407)이다.
Figure pat00030
는 전압 루프 보상기(402)이고,
Figure pat00031
는 전류 루프 보상기(404)이다.
Figure pat00032
는 전압 루프 피드백 이득 처리 블럭(408)이고,
Figure pat00033
는 전류 루프 피드백 이득 처리 블럭(409)이다.
Figure pat00034
는 직류/직류 컨버터(20)의 출력 전압
Figure pat00035
을 측정하여
Figure pat00036
를 발생한다.
Figure pat00037
는 직류 성분과 교류 성분을 가지고 있다. 즉,
Figure pat00038
로 표현될 수 있다.
Figure pat00039
에 의해 발생된
Figure pat00040
를 전압 레퍼런스
Figure pat00041
와 비교함으로써, 현재 연료전지의 출력 전압을 알 수 있다. 전압 루프 보상기(402)는 현재 연료전지의 출력 전압을 계산하여 전류 루프의 레퍼런스로서 사용될 레퍼런스
Figure pat00042
를 계산한다.
Figure pat00043
의 특성이 존재한다. 전압 루프 보상기(402)는 전압 레퍼런스
Figure pat00044
와
Figure pat00045
의 값을 비교한다.
전압 레퍼런스는
Figure pat00046
Figure pat00047
의 값을 가진다. 전압 루프 보상기(402)의 전단에 위치된 오차 합성기(401)는
Figure pat00048
및 전압 레퍼런스
Figure pat00049
의 에러를 계산하여 전압 루프 보상기(402)에 입력한다. 즉,
Figure pat00050
와
Figure pat00051
의 에러는
Figure pat00052
로 표현될 수 있고, 이 에러값은
Figure pat00053
에 전달된다. 전압 루프 보상기(402)는 직류 성분과 교류 성분을 가지는 레퍼런스
Figure pat00054
를 계산한다.
Figure pat00055
로 표현되지만,
Figure pat00056
의 성분은 매우 적어 거의 없다고 볼 수 있다. 따라서,
Figure pat00057
로 근사화될 수 있다.
전류 루프는 직류/직류 컨버터(20)의 출력 측에서 가져온
Figure pat00058
와 전류 레퍼런스
Figure pat00059
를 비교하여 삼각파 또는 톱니파 모양의
Figure pat00060
을 계산하여 전류를 구성하는 교류 성분을 최소화한다.
도 5는 도 4에 도시된 블럭도에서 전류 루프만을 분리하여 도시한 것이다.
도 5에 도시된 전류 루프의 루프 이득은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00061
전류 루프는 원-제로 투-폴(one-zero two-pole) PID 제어기로서, 전류 루프에 대한 요구사항을 충분히 만족시킬 수 있다.
다음은 전류 보상기를 설계하는 가이드라인을 설명한다.
1. 첫 번째 폴(pole)에는 안정 상태 오류를 제거할 수 있는 원점(origin) 값을 선택한다.
2. 두 번째 폴(pole)에는 스위치 리플(switch ripple)과 고주파 노이즈(high frequency noise)를 감소시킬 수 있는 스위칭 주파수(switching frequency)의 절반 정도 되는 값을 선택한다.
3. 원-제로(one-zero)에는 제로(zero) 또는 오버슈트(overshoot)를 감소시키는 전원상태 공진 주파수(power state resonant frequency) 이하 값을 선택한다.
4. 적절한 응답성을 이득값으로 선택한다.
120㎐를 분리할 수 있는 5배의 주파수와 루프 이득(loop gain) 응답성을 고려하면, 전류 루프의 응답성은 600㎐ 이상을 선택할 수 있다. 위의 가이드라인을 기초로 하여 전류 루프 보상기를 설계하는 예는 다음과 같다.
즉, 제로(zero)는 370㎐, 폴(pole)의 값은 원점(origin)과 20㎑이고, 직류 이득(dc gain)은 552이다. 이 결과 667㎐의 전류 루프 응답성에서 70°위상 마진(margin)과 50㏈보다 큰 이득 마진을 가질 수 있다.
도 6은 원-제로 투-폴 보상기(one-zero two-pole compensator)를 갖는 도 5에 도시된 전류 루프 제어기의 설계 결과를 도시한 것이다.
다음으로, 도 4에 도시된 블럭도의 전압 루프에 대해 설명한다.
도 4에서 외부의 전압 루프에 대한 전압 루프 이득 전달 함수는 다음과 같다.
Figure pat00062
여기서,
Figure pat00063
는
Figure pat00064
로 표현될 수 있다.
전압 루프는 원-제로 투-폴 PID 제어기로서, 전압 루프에 대한 요구사항을 충분히 만족시킬 수 있다.
다음은 전압 보상기를 설계하는 가이드라인을 설명한다.
1. 첫 번째 폴(pole)에는 안정 상태 오류를 제거할 수 있는 원점(origin) 값을 선택한다.
2. 두 번째 폴(pole)에는 전형적으로 높은 주파수를 가지는 전원상태 등가 직렬 저항(ESR : equivalent series resistance)을 선택한다.
3. 제로(zero)에는 인덕터 전류 루프에 따른 보상기 전압 루프 폴의 전원 스테이지 제로(power stage zero)의 주위 값을 선택한다.
4. 적절한 응답성을 이득값으로 선택한다.
리플 감소의 특수 목적을 위해서는 안정성 마진 이외에도 루프 이득 응답성을 결정하는데 고려해야 할 사항이 있다. 설계된 루프 이득 곡선은 120㎐에서 우리가 완화하려고 하는 리플 주파수를 충분히 감쇠할 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 120㎐를 분리할 수 있는 1/5배 주파수보다 작은 응답성이 필요하다. 그러나 이 리플을 안전하게 감쇠하여 분리할 수 있는 느슨한 조건의 시간은 주어지지 않는다. 더 좋은 설계 규칙은 120㎐에서 루프 이득값을 모니터링하여 설계에서 충분히 감쇠하는 결과를 얻는 것이다. 20㏈ 감쇠보다 많고 120㎐에서 40㏈ 감쇠할 수 있는 값을 우선적으로 제안한다.
설계 가이드라인에 따라서 제로(zero)는 2.15㎐, 폴(pole)은 원점과 48㎑를 선택한다.
이 제로(zero)와 폴(pole)을 가지고 루프 이득(loop gain) 응답성은 120㎐에서 20㏈ 감쇠를 가져올 목적으로 12㎐보다 적어야 한다. 여기서, 부하 쪽에서 리플 억제를 충분히 하기 위해서 2㎐ 응답성은 120㎐에서 37㏈ 감쇠를 제안하기 위해서 설계 과정에서 가져온다. 또한 이 설계는 70° 위상 마진보다 큰 전압 루프와 50㏈보다 큰 이득 마진을 가져온다. 선택된 응답성에 기초하여, 전압 루프 직류 이득은 30으로 계산될 수 있다.
도 7은 원-제로 투-폴 보상기를 갖는 도 4에 도시된 전압 루프 제어기의 설계 결과를 도시하는 그래프이다.
도 7은 전압 루프 제어기에 대한 설계 결과이다.
도 8 및 도 9는 종래 기술에 따른 저주파 전류 리플 발생의 결과와 본 발명에 따른 저주파 전류 리플 발생의 결과를 각각 도시한 파형도이다.
도 8의 그래프와 도 9의 그래프를 비교하면, 위에서 설명된 설계 가이드라인에 따라 설계하였을 때, 입력단의 저주파 전류 리플이 종래 기술에 본 발명에서는 대폭 감소한다는 것을 알 수 있다. 즉, 이러한 비교를 통해, 앞에서 설명한 전압 및 전류 루프를 갖는 듀얼 루프 제어기와 그 설계 가이드라인의 적합성을 입증할 수 있다.
다음으로, 도 10을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 루프 제어기의 제어 방법에 대해 설명한다.
먼저, 단계(S10)에서는, 전압센서, 전류센서를 통해 직류/직류 컨버터의 출력 전압
Figure pat00065
와 출력 전류
Figure pat00066
를 가져온다. 단계(S20)에서는, 상기 단계(S10)에서 가져온 값을
Figure pat00067
및
Figure pat00068
의 값에 저장한다.
다음으로, 단계(S30)에서는, 미리 저장되어 있던 전압 레퍼런스 값
Figure pat00069
을 불러와서, 전압 레퍼런스 값
Figure pat00070
와 상기 단계(S20)의
Figure pat00071
을 비교하여 전류 레퍼런스 값
Figure pat00072
를 계산한다.
단계(S40)에서는, 상기 단계(S20)에서 저장된
Figure pat00073
의 값을 가져와서 이전 단계에서 생성된 전류 레퍼런스 값
Figure pat00074
과 비교하여 제어 변수
Figure pat00075
를 계산하고, 그 다음 단계(S50)에서는 이 제어 변수를 이용하여 출력 전류의 값을 제어한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자, 즉 당업자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 연료전지 20 : 직류/직류 컨버터
30 : 단상 DC/AC 인버터 40 : 듀얼 루프 제어기

Claims (4)

  1. 직류/직류 컨버터의 출력 전압(Vo)을 입력받아 전압 루프 피드백 이득(
    Figure pat00076
    )을 부가하여 검출 전압(
    Figure pat00077
    )을 생성하는 전압 루프 피드백 이득 처리 블럭;
    직류/직류 컨버터의 출력 전류출력 전류(ILf)를 입력받아 전류 루프 피드백 이득(
    Figure pat00078
    )을 부가하여 검출 전류(
    Figure pat00079
    )를 생성하는 전류 루프 피드백 이득 처리 블럭;
    상기 전압 루프 피드백 이득 처리 블럭에 의해 생성된 상기 검출 전압(
    Figure pat00080
    )과 레퍼런스 전압(
    Figure pat00081
    )의 값을 비교하여 레퍼런스 전류(
    Figure pat00082
    )를 계산하는 전압 루프 보상기; 및
    상기 전류 루프 피드백 이득 처리 블럭에 의해 생성된 상기 검출 전류(
    Figure pat00083
    )와 상기 전압 루프 보상기에 의해 계산된 레퍼런스 전류(
    Figure pat00084
    )를 비교하여 제어 변수(
    Figure pat00085
    )를 계산하여, 상기 계산된 제어 변수를 직류/직류 컨버터에 제공하는 전류 루프 보상기를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어 변수는 위상 쉬프트 방식의 직류/직류 컨버터에서는 위상 이동 각도이고, 트랜스포머 방식의 직류/직류 컨버터에서는 승압 듀티비인 것을 특징으로 하는 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치.
  3. 전압센서 및 전류센서를 통해 직류/직류 컨버터의 출력 전압(
    Figure pat00086
    )과 출력 전류(
    Figure pat00087
    )를 가져오는 단계;
    상기 가져온 출력 전압 및 출력 전류의 값을 검출전압(
    Figure pat00088
    ) 및 검출전류(
    Figure pat00089
    )의 값으로 저장하는 단계;
    미리 저장되어 있던 전압 레퍼런스 값(
    Figure pat00090
    )을 불러와서, 전압 레퍼런스 값(
    Figure pat00091
    )과 검출전압(
    Figure pat00092
    )을 비교하여 전류 레퍼런스 값(
    Figure pat00093
    )을 계산하는 단계;
    상기 검출전류(
    Figure pat00094
    )의 값을 가져와서 상기 전류 레퍼런스 값(
    Figure pat00095
    )과 비교하여 제어 변수(
    Figure pat00096
    )를 계산하는 단계; 및
    상기 제어 변수를 이용하여 직류/직류 컨버터의 출력 전류의 값을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 연료전지 발전 시스템의 직류/직류 컨버터를 위한 듀얼 루프 제어 장치의 제어 방법.
  4. 연료의 전기화학적 반응에 의해 전기를 생산하여 전원을 공급하는 연료전지;
    상기 연료전지로부터 전원을 공급받고, 상기 공급받은 전원의 전압 레벨을 저전압 레벨로부터 고전압 레벨로 변환시키는 직류/직류 컨버터;
    상기 직류/직류 컨버터로부터 전원을 공급받아, 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 단상 직류/교류 인버터;
    상기 단상 직류/교류 인버터에 의해 변환된 교류 전원에 의해 동작하는 교류 부하; 및
    상기 직류/직류 컨버터의 출력 전압(Vo) 및 출력 전류(ILf)를 이용하여 제어 변수(
    Figure pat00097
    )를 생성하고, 생성된 제어 변수(
    Figure pat00098
    )를 상기 직류/직류 컨버터(20)에 출력하는 듀얼 루프 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 연료전지 발전 시스템.
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