KR20170137272A - Current Control Methods for Single-Phase Voltage Source Inverters - Google Patents

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KR20170137272A
KR20170137272A KR1020160068999A KR20160068999A KR20170137272A KR 20170137272 A KR20170137272 A KR 20170137272A KR 1020160068999 A KR1020160068999 A KR 1020160068999A KR 20160068999 A KR20160068999 A KR 20160068999A KR 20170137272 A KR20170137272 A KR 20170137272A
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sampling
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곽상신
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중앙대학교 산학협력단
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    • HELECTRICITY
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    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Abstract

The present invention provides a current control method using a single-phase voltage source inverter, to reduce errors in the normal state current in comparison with an existing model prediction current control (MPCC) method. According to the present invention, the method comprises the following steps: (A) dividing a sampling cycle in two during a k^th sampling period; (B) multiplying an output current, and each output voltage of pre-voltage and post-voltage applying t = kT_s and t = kT_s +T_F^k by an inclination of an output current in a (k + 1)^th step, respectively; (C) calculating a second step future output current in a moment of (k + 2)^th sampling acquired by pre and post output voltage applied during T_F^k and T_L^k; (D) replacing an actual current in a moment of (k + 2)^th sampling with a reference current value; (E) determining whether or not T_F^(k + 1) is greater than zero and is smaller than a sampling period; (F) minimizing a current error to two moments from one sampling period when a determination result is correct; and (G) calculating the reference current value based on an application time of the pre-output voltage.

Description

단상 전압원 인버터를 이용한 전류 제어 방법{Current Control Methods for Single-Phase Voltage Source Inverters}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current control method using a single-

본 발명은 두 개의 출력 전압을 이용하여 단상의 출력 전류를 제어하기 위해 단상 전압원 인버터를 이용한 전류 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a current control method using a single-phase voltage source inverter to control a single-phase output current using two output voltages.

지난 수십 년 동안 양호한 출력 파형 품질 피드백 기반의 전류 제어 방법은 단상 및 3상 전압원 인버터(VSIS) 모두를 가장 중요한 연구 영역으로 간주되어 왔다. 특히, 별개의 펄스 폭 변조(PWM) 블록 및 비선형 히스테리시스 전류와의 전통적인 비례 적분(PI) 제어 방법이 단상 및 3상 전압원 인버터(VSIS)를 위해 널리 사용되어 왔다.For decades, good output waveform quality feedback based current control has been regarded as the most important research area for both single-phase and three-phase voltage source inverters (VSIS). In particular, separate pulse width modulation (PWM) blocks and traditional proportional-integral (PI) control methods with non-linear hysteresis currents have been widely used for single-phase and three-phase voltage source inverters (VSIS).

이러한 전통적인 전류 제어 방식에 더하여, 모델 예측 전류 제어(MPCC)에 있어서 독립적이지 않는 PWM 블록뿐만 아니라 제어 유연성을 가지는 단순함 때문에 3상 전압원 인버터를 위한 간단하고 효과적인 전류 제어 기술이 개발되어 왔다.In addition to these traditional current control schemes, simple and effective current control techniques for three-phase voltage source inverters have been developed due to simplicity with control flexibility as well as non-independent PWM blocks in model predictive current control (MPCC).

특히, MPCC 방법은 시스템 모델에 기초하여 현재의 향후 거동을 예측하고 다음 단계에 적용되는 최적의 출력 전압을 선택하기 위해 미리 정의된 비용 함수의 모든 예측된 전류 값을 판단한다. 그리고 각각의 PWM 블록뿐만 아니라 제어 유연성의 요구 없는 단순함 때문에 MPCC 방식은 다중 인버터 다상 인버터, 유효 전력 필터, 매트릭스 컨버터뿐만 아니라 3상 전압원 인버터 등과 같은 다양한 전력 변환기의 부하 전류를 제어하기 위해 사용되어 왔다.In particular, the MPCC method determines all predicted current values of the predefined cost function to predict the current future behavior based on the system model and to select the optimal output voltage to be applied to the next step. The MPCC method has been used to control the load current of various power converters such as a multi-inverter polyphase inverter, an active power filter, a matrix converter as well as a three-phase voltage source inverter due to the simplicity without requiring the control flexibility as well as the respective PWM block.

MPCC 방법에 의해 동작되는 다양한 3상 컨버터와 더불어, 3상 전압원 인버터에 사용된 것과 동일한 접근 방식에 기초하여 상기 단상 전압원 인버터에 대한 MPCC 방법을 유도하기 쉽다.In addition to the various three-phase converters operated by the MPCC method, it is easy to derive the MPCC method for the single-phase voltage source inverter based on the same approach used for the three-phase voltage source inverter.

그러나 단상 전압원 인버터의 주요 한계는 단지 일곱 전압 벡터와 비교하여 새 개의 서로 다른 출력 전압을 생성 할 수 있다는 것이다.However, the main limitation of single-phase voltage-source inverters is that they can generate new, different output voltages compared to only seven voltage vectors.

출력 전압의 감소된 수는 3상 전압원 인버터에 비해서 높은 파형 품질 및 작은 전류 오차를 가지는 출력 전류를 달성하기 위해 증가된 샘플링 주파수를 필요로 단상 전압원 인버터에 의해 생성할 수 있다.The reduced number of output voltages can be generated by a single-phase voltage source inverter that requires an increased sampling frequency to achieve an output current having a higher waveform quality and smaller current error than a three-phase voltage source inverter.

그러나 제어기의 샘플링 주파수를 증가시키는 것은 증가된 계산량 부담 및 결과적으로 증가된 시스템 비용을 초래하는 것이 명백하다.However, it is clear that increasing the sampling frequency of the controller results in increased computational burden and consequently increased system cost.

공개특허공보 제10-2013-0031379호 (공개일자 : 2013.03.28)Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-2013-0031379 (published on March 31, 2013) 공개특허공보 제10-2010-0017597호 (공개일자 : 2010.02.16)Published Patent Publication No. 10-2010-0017597 (Published Date: Feb. 16, 2010)

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 하나의 샘플링주기에서 가변 인가 기간을 갖는 두 출력 전압을 이용하는 두 MPCC 방법은 단상 전압원 인버터(VSIS)의 출력 전류를 제어하는???? 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an MPCC method using two output voltages having a variable application period in one sampling period. ? The purpose of the method is to provide.

본 발명의 다른 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단상 전압원 인버터를 이용한 전류 제어 방법의 특징은 (A) k 번째 샘플링 기간 동안 샘플링 주기가 두 번으로 분할되는 단계와, (B)

Figure pat00001
번째 단계에서 출력 전류를
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
이 적용되는 전자 전압 및 후자 전압의 각 출력 전압에 출력 전류의 기울기를 각각 곱하여 산출하는 단계와, (C)
Figure pat00005
Figure pat00006
동안 인가되는 전자와 후자의 출력 전압에 의해 얻어지는 (k+2) 번째 샘플링 순간에 2 단계 미래 출력 전류를 산출하는 단계와, (D) 상기 (k + 2)번째 샘플링 순간에서의 실제 전류 값을 기준 전류 값으로 대체하는 단계와, (E) 상기
Figure pat00007
가 제로(zero)보다 크고, 샘플링 기간
Figure pat00008
보다 작은지 판단하는 단계와, (F) 상기 판단 결과 맞으면, 전류 오류가 하나의 샘플 주기에서 다음 수식
Figure pat00009
를 이용하여 두 순간으로 최소화시키는 단계와, (G) 상기 전자 출력 전압
Figure pat00010
의 인가 시간을 기반으로 기준 전류 값
Figure pat00011
을 산출하는 단계를 포함하여 이루어지며, 이때, 상기
Figure pat00012
Figure pat00013
는 각각 k 번째 샘플링 기간 동안 사용되는 전자 전압
Figure pat00014
및 후자 전압
Figure pat00015
에 적용되는 적용 기간을 나타내는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a current control method using a single-phase voltage source inverter, comprising: (A) dividing a sampling period into two during a k-th sampling period;
Figure pat00001
In the second stage,
Figure pat00002
And
Figure pat00003
Figure pat00004
(C) multiplying each of the output voltages of the electron voltage and the latter voltage to which the slope of the output current is applied,
Figure pat00005
And
Figure pat00006
(K + 2) < th > sampling instant obtained by the former and the latter output voltage during the (k + Replacing the reference current value with the reference current value, (E)
Figure pat00007
Is greater than zero, and the sampling period
Figure pat00008
(F) judging whether the current error is smaller than the current error,
Figure pat00009
(G) minimizing the electronic output voltage < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00010
The reference current value
Figure pat00011
, Wherein the step of calculating
Figure pat00012
And
Figure pat00013
Lt; RTI ID = 0.0 > k < / RTI >
Figure pat00014
And the latter voltage
Figure pat00015
And the application period to which the application is applied.

바람직하게 상기 (A) 단계는 수식

Figure pat00016
로 분할되며, 이때, 상기
Figure pat00017
는 샘플링 기간인 것을 나타내는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (A)
Figure pat00016
, And at this time,
Figure pat00017
Is a sampling period.

바람직하게 상기 (B) 단계에서의 두 출력 전류의 기울기(

Figure pat00018
Figure pat00019
)는 Preferably, the slope of the two output currents in the step (B)
Figure pat00018
And
Figure pat00019
)

수식

Figure pat00020
Figure pat00021
Figure pat00022
로 산출되며, 이때, 상기
Figure pat00023
는 기준 전류값이고, 상기
Figure pat00024
는 전자 전압을, 상기
Figure pat00025
는 후자 전압을 나타내는 것을 특징으로 한다.Equation
Figure pat00020
And
Figure pat00021
Figure pat00022
Is calculated,
Figure pat00023
Is the reference current value,
Figure pat00024
The electron voltage,
Figure pat00025
Is the second voltage.

바람직하게 상기 (C) 단계는 수식

Figure pat00026
를 이용하여 2 단계 미래 출력 전류(
Figure pat00027
)를 산출하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step (C)
Figure pat00026
The second stage future output current (
Figure pat00027
). ≪ / RTI >

바람직하게 (k + 1)번째 단계에서 현재의 순간은 (k + 1) 번째 샘플링 주기에서 사용된 전자의 출력 전압

Figure pat00028
및 후자의 출력 전압
Figure pat00029
로 표현되며, 다음 수식
Figure pat00030
Figure pat00031
로 산출되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the current instant in the (k + 1) th stage is the output voltage of the electrons used in the (k + 1)
Figure pat00028
And the latter output voltage
Figure pat00029
And the following equation
Figure pat00030
And
Figure pat00031
.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 단상 전압원 인버터를 이용한 전류 제어 방법은 다음과 같은 효과가 있다.The current control method using the single-phase voltage source inverter according to the present invention as described above has the following effects.

첫째, 가변 지속 시간을 가진 두 개의 전압을 이용하여, 제안된 MPCC 방법은 단상 전압원 인버터에서 허용되는 오직 세 개의 특징적인 출력 전압에도 불구하고 종래의 MPCC 방법에 비해 정상 상태 전류의 오차를 줄이고, 샘플링 주파수를 증가시키지 않고 출력 전압 리플을 줄일 수 있다.First, using the two voltages with variable duration, the proposed MPCC method reduces the error of the steady-state current compared to the conventional MPCC method despite only three characteristic output voltages allowed in the single-phase voltage source inverter, The output voltage ripple can be reduced without increasing the frequency.

둘째, 제안 된 방법에서, 미래의 샘플링주기에 사용된 두 개의 출력 전압의 선택에 더하여 두 개의 선택된 전압의 지속 기간은 미래 샘플링 주기 안에서 현재의 에러를 최소화하고, 미래 샘플링 순간의 끝에 현재 에러를 제거하기 위한 최적화 프로세스에 포함된다.Second, in the proposed method, the duration of the two selected voltages in addition to the selection of the two output voltages used in the future sampling period minimizes the current error within the future sampling period, eliminates the current error at the end of the future sampling period To be included in the optimization process.

셋째, 일반적인 2V-MPCC 방법으로 불리는 한 제안된 방법은 단상 전압원 인버터의 두 전압에 의해 제조할 수 있는 모든 가능한 미래의 조합을 고려한다.Third, one proposed method, referred to as the generic 2V-MPCC method, considers all possible future combinations that can be produced by the two voltages of a single-phase voltage source inverter.

도 1 은 본 발명에 따른 일반적인 2V-MPCC 방법의 전체 구성을 나타낸 블록도
도 2 는 본 발명에 따른 일반적인 2V-MPPC 방법에서 매래 최적의 출력 전압과 최적의 지속 기간을 결정하기 위한 흐름도
도 3 은 본 발명에 따른 단상 전압원 인버터를 이용한 전류 제어 방법의 개념을 도시한 도면
도 4(a)(b)(c)는 9개의 전압 세트에 의해 얻어진 9개의 가능한 현재의 궤도를 나타낸 실시예
도 5 는 하나의 샘플링 기간 동안 기준 전류 변화의 기울기를 나타낸 도면
1 is a block diagram showing the overall configuration of a general 2V-MPCC method according to the present invention.
Figure 2 is a flow chart for determining the optimum output voltage and optimal duration in a typical 2V-MPPC method according to the present invention.
3 is a diagram showing a concept of a current control method using a single-phase voltage source inverter according to the present invention.
Figures 4 (a), (b) and (c) show nine possible current trajectories obtained by nine voltage sets
5 is a graph showing a slope of a reference current change during one sampling period

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 단상 전압원 인버터를 이용한 전류 제어 방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록하며 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.A preferred embodiment of a current control method using a single-phase voltage source inverter according to the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.

참고로, 제안된 방법은 일반적인 2V-MPCC 방법을 참조한다. 또한 하나의 샘플링 주기마다 샘플링 순간에 실제와 기준 전류의 전류 오차를 제거하기 위해 각각의 샘플링 기간에 따라 변경되는 변경 기간에 2개의 구간으로 분할한다. For reference, the proposed method refers to the general 2V-MPCC method. In addition, the sampling period is divided into two periods in a changing period which is changed in accordance with each sampling period in order to eliminate current errors of the actual and reference currents at the sampling instant every sampling period.

도 1 은 본 발명에 따른 일반적인 2V-MPCC 방법의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing the overall configuration of a general 2V-MPCC method according to the present invention.

도 1에서 도시하고 있는 것과 같이, 전체 구성은 1단계 라그레인지 추정부(one-step lagrange extrapolation)(10)와, 2단계 라그레인지 추정부(20)와, 미래 기준전류 예측부(predict future reference current)(30)와, 1단계 전류 예측부(predict one-step future current)(40)와, 계산부(50)와, 최소 비용 함수부(minimize cost function)(60)와, 2단계 전류 예측부(predict tow-step future current)(70)로 구성된다.1, the overall configuration includes a one-step lagrange extrapolation unit 10, a two-stage raglane estimation unit 20, a predictive future reference unit 20, current predictor 30, a predictive one-step future current 40, a calculator 50, a minimum cost function 60, a two-stage current prediction And a predict tow-step future current 70. [

그리고 도 2 는 본 발명에 따른 일반적인 2V-MPPC 방법에서 매래 최적의 출력 전압과 최적의 지속 기간을 결정하기 위한 흐름도로서, 지연 보상기술을 통해 불가피한 지연을 고려한다. 이처럼, 지연 보상 기술을 적용함으로써, 거의 하나의 샘플링 주기는 두 최적의 출력전압과 각각의 최적 지속 시간을 결정하는데 필요한 계산 및 예측을 위해 할당될 수 있다.And FIG. 2 is a flowchart for determining an optimum output voltage and an optimal duration in a conventional 2V-MPPC method according to the present invention, considering an unavoidable delay through a delay compensation technique. As such, by applying the delay compensation technique, almost one sampling period can be allocated for calculation and prediction necessary to determine the two optimal output voltages and their respective optimal durations.

도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.1 and 2, the following will be described in detail.

도 3 은 본 발명에 따른 단상 전압원 인버터를 이용한 전류 제어 방법의 개념을 도시한 도면으로서, 먼저 k 번째의 샘플링 기간 동안, 수학식 1에서 나타내고 있는 것과 같이 샘플링 주기가 두 번으로 분할된다(S10).FIG. 3 is a diagram illustrating a concept of a current control method using a single-phase voltage source inverter according to the present invention. First, during a k-th sampling period, a sampling period is divided into two as shown in Equation (1) .

Figure pat00032
Figure pat00032

이때, 상기

Figure pat00033
Figure pat00034
는 각각 k 번째 샘플링 기간 동안 사용되는 전자 전압
Figure pat00035
및 후자 전압
Figure pat00036
에 적용되는 적용 기간이다. 이때, 두 지속 시간은 제로(zero)보다 크고 샘플링 기간
Figure pat00037
보다 작아야 한다. 출력 전압은 단상 전압원 인버터에서 전자 전압 및 후자 전압을 사용할 수 있기 때문에, 2개의 출력 전압이 이루어진 9개의 가능한 세트가 단상 전압원 인버터에 존재한다.At this time,
Figure pat00033
And
Figure pat00034
Lt; RTI ID = 0.0 > k < / RTI >
Figure pat00035
And the latter voltage
Figure pat00036
. At this time, the two durations are greater than zero,
Figure pat00037
. Since the output voltage can use the electron voltage and the latter voltage in a single-phase voltage source inverter, there are nine possible sets of two output voltages in a single-phase voltage source inverter.

Figure pat00038
번째 단계에서 출력 전류는 각각
Figure pat00039
Figure pat00040
Figure pat00041
이 적용되는 전자 전압 및 후자 전압의 출력 전압을 가지며, 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다(S20).
Figure pat00038
In the second stage, the output current is
Figure pat00039
And
Figure pat00040
Figure pat00041
And the output voltage of the latter voltage can be expressed as Equation (2) (S20).

Figure pat00042
Figure pat00042

여기서,

Figure pat00043
Figure pat00044
는 각각 k 번째 샘플링 기간 동안 전자와 후자의 출력 전압에 의해 생성된 출력 전류의 기울기이고, 상기
Figure pat00045
는 기준 전류값이다. 도 4에서 표현되는
Figure pat00046
Figure pat00047
동안 출력 전류의 기울기는 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.here,
Figure pat00043
Wow
Figure pat00044
Is the slope of the output current generated by the former and the latter output voltage during the kth sampling period,
Figure pat00045
Is the reference current value. 4
Figure pat00046
And
Figure pat00047
The slope of the output current can be expressed by the following equation (3).

Figure pat00048
Figure pat00048

Figure pat00049
Figure pat00049

제안된 방법에서 출력 전류의 두 단계 예측은 불가피한 제어 지연을 보상하기 위해 사용된다. 따라서 도 4에서와 같이,

Figure pat00050
Figure pat00051
동안 인가되는 전자와 후자의 출력 전압에 의해 얻어지는 (k+2) 번째 샘플링 순간에 2 단계 미래 출력 전류는 다음 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다(S40). In the proposed method, two-stage prediction of the output current is used to compensate for the unavoidable control delay. Therefore, as shown in FIG. 4,
Figure pat00050
Wow
Figure pat00051
(K + 2) th sampling instant obtained by the former and the latter output voltage can be expressed by the following Equation 4 (S40).

Figure pat00052
Figure pat00052

또한, 상기 (k + 1)번째 단계에서 현재의 순간은 (k + 1) 번째 샘플링 주기에서 사용된 전자의 출력 전압

Figure pat00053
및 후자의 출력 전압
Figure pat00054
로 표현되며, 다음 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.Also, the current instant in the (k + 1) th stage is the output voltage of the electrons used in the (k + 1)
Figure pat00053
And the latter output voltage
Figure pat00054
And can be expressed by the following equation (5).

Figure pat00055
Figure pat00055

Figure pat00056
Figure pat00056

제안된 일반의 2V-MPCC 방법에 의해, 상기 수학식 4의 실제 출력 전류는 (K + 1) 번째 샘플링 기간의 끝에서 기준 전류와 동일하게 된다. 그 결과, 상기 수학식 4에서 (k + 2)번째 샘플링 순간에서의 실제 전류값은 수학식 6에서 나타내고 있는 것과 같이 기준 값에 의해 대체된다.According to the proposed general 2V-MPCC method, the actual output current of Equation (4) becomes equal to the reference current at the end of the (K + 1) th sampling period. As a result, the actual current value at the (k + 2) th sampling instant in Equation (4) is replaced by the reference value as shown in Equation (6).

Figure pat00057
Figure pat00057

전 시간

Figure pat00058
을 계산하기 위해 수학식 4에서 실제 출력 전류는 상기 기준 전류와 동일하게 된다. 또한,
Figure pat00059
에서의 전류값에 의해 지정 될 수 있으며, 이는 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.All time
Figure pat00058
The actual output current in Equation (4) becomes equal to the reference current. Also,
Figure pat00059
Which can be expressed by Equation (7). &Quot; (7) "

Figure pat00060
Figure pat00060

아래의 수학식 8은 전 시간

Figure pat00061
에 대한 이차 형태를 갖는 상기 수학식 5 ~ 수학식 7에 기초하여 얻어진다. 따라서 전 시간
Figure pat00062
는 다음 수학식 8에 의해 계산된다.The following equation (8)
Figure pat00061
(5) to (7) having a quadratic form with respect to the above equation (5). Therefore,
Figure pat00062
Is calculated by the following equation (8).

Figure pat00063
Figure pat00063

따라서 상기 수학식 1, 2, 5, 6을 사용하여 계산하여, 출력 전압

Figure pat00064
Figure pat00065
로 설정된 소정의 샘플링 주기의 끝에서 제로 전류 오류가 발생하는 (k + 1) 번째 샘플링 주기 동안 전 출력 전압
Figure pat00066
을 적용하는 인가 기간
Figure pat00067
이 될 수 있다. 그리고 전자 전압
Figure pat00068
의 인가 기간이 결정되면, 후자 전압
Figure pat00069
의 나머지 시간은 자동으로 수학식 1로부터 결정될 수 있다.Therefore, by calculating using Equations 1, 2, 5, and 6,
Figure pat00064
And
Figure pat00065
(K + 1) < th > sampling period at which a zero current error occurs at the end of a predetermined sampling period set at
Figure pat00066
Application period to apply
Figure pat00067
. Then,
Figure pat00068
Is determined, the latter voltage
Figure pat00069
Can be determined automatically from Equation (1).

따라서 (k + 1)번째 샘플링 기간에 사용되는 두 개의 미래 전압의 인가 시간

Figure pat00070
Figure pat00071
는 상기 선택된 전자 및 후자의 출력 전압에 따라 결정될 수 있다. 그리고 시간 간격
Figure pat00072
에 대한 두 값은 전자 및 후자 전압으로 선택된 두 전압의 상태로 상기 수학식 8에 의해 얻어진다. 적절한 동작을 위해, 간격
Figure pat00073
은 제로(zero)보다 크고, 샘플링 기간
Figure pat00074
보다 작아야 한다(S50).Therefore, the application time of the two future voltages used in the (k + 1)
Figure pat00070
And
Figure pat00071
May be determined according to the selected output voltage of the former and the latter output voltage. And time interval
Figure pat00072
Are obtained by the above equation (8) in the states of the two voltages selected by the former and latter voltages. For proper operation,
Figure pat00073
Is greater than zero, and the sampling period < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00074
(S50).

따라서 제로(zero)와 샘플링 기간

Figure pat00075
는 수학식 8에서 계산된 두 값 사이에 선택된다. 이때, 두 전압 상태가 하나의 샘플링 기간에 사용되는 것으로 결정되면, 수학식 8에서 계산된 하나의 값은 마이너스 또는 결정되는 샘플링 기간
Figure pat00076
보다 클 수 있다.Therefore, the zero and the sampling period
Figure pat00075
Is selected between the two values calculated in Equation (8). At this time, if it is determined that two voltage states are used in one sampling period, one value calculated in Equation (8) is negative or determined in a sampling period
Figure pat00076
.

도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, (k + 2) 번째 샘플링 순간에 9개의 가능한 전압 세트 중 어느 세트가 실제 출력 전류에 사용하는 것이 더 적절한 프로그램 시간을 얻을 수 있는지 주목하여야 한다.It should be noted that, as shown in Fig. 4, which of the nine possible voltage sets at the (k + 2) th sampling instant uses the actual output current to obtain a more appropriate program time.

도 4(a)(b)(c)는 9개의 전압 세트에 의해 얻어진 9개의 가능한 현재의 궤도를 나타낸 실시예이다. Figures 4 (a), (b) and (c) illustrate nine possible current trajectories obtained by nine voltage sets.

도 4(a)에서 도시하고 있는 것과 같이, 전압 세트(-Vdc,-Vdc) 및 (-Vdc,0)에 의해 생성된 출력 전류는 임의의 값

Figure pat00077
Figure pat00078
으로 (k + 1) 번째 순간에 기준에 도달할 수 없다.As shown in Fig. 4 (a), the output currents generated by the voltage sets (-Vdc, -Vdc) and (-Vdc, 0)
Figure pat00077
And
Figure pat00078
, The reference can not be reached at the (k + 1) th instant.

또한, 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 이용된 출력 전압에 따라 미래 (k + 1)번째 샘플링 주기 내부에 서로 다른 출력 전류 동작에 즉각적인 (k + 2) 번째 샘플링 결과에 전류 오류가 이루어지지 않는 몇 가지 가능한 전압을 설정한다.Also, as shown in FIG. 4, the current error does not occur in the instantaneous (k + 2) th sampling result in different output current operations within the future (k + 1) Set some possible voltages.

결과적으로, 제안된 발명은 샘플링 주기 안에 작은 미래의 출력 전류 궤도를 생성할 뿐만 아니라, 샘플링 주기의 끝에서 전류 에러를 제거하기 위해 설정된 가장 좋은 미래 전압을 선택한다.As a result, the proposed invention not only generates a small future output current trajectory within the sampling period, but also selects the best future voltage set to eliminate the current error at the end of the sampling period.

전류 오류의 관점에서 최적의 세트를 선택하기 위한 목적으로, 제안된 방법에서 비용 함수는 전류 오류가 하나의 샘플 주기에서 두 순간으로 최소화되는 방식으로 다음 수학식 9로 정의된다(S60).For the purpose of selecting the optimal set in terms of current error, the cost function in the proposed method is defined by the following equation (9) in such a manner that the current error is minimized from one sample period to two instants (S60).

Figure pat00079
Figure pat00079

샘플링 순간

Figure pat00080
는 전자 및 후자 출력 전압에 따라 변화하기 때문에, 미래의 출력 전류는 두 전압의 전환점인 하나의 변하는 순간 및 다음 샘플링 순간인 하나의 고정된 순간에 상기 수학식 9에서 비용 함수가 평가된다.Sampling moment
Figure pat00080
The cost function is evaluated in Equation (9) above at one fixed instant at which the future output current is a turning point of the two voltages and at the next instant of sampling.

기준 전류가 충분히 작은 샘플링 기간 동안 동일한 것으로 간주될 수 있다고 가정하면, 상기 수학식 9에 의해 획득된 비용 함수 값이 샘플링 기간

Figure pat00081
동안 전류의 오류에 의해 구성된 영역에 비례한다. 이 비용 함수의 정당화는 두 전압의 전환점은 물론 다음 샘플링 순간에 정의된다(S70).Assuming that the reference current can be regarded as the same during a sufficiently small sampling period, the cost function value obtained by Equation (9)
Figure pat00081
Is proportional to the area configured by the current error. The justification of this cost function is defined at the next sampling instant as well as at the turning point of the two voltages (S70).

실제 출력 전류와 가변 순간

Figure pat00082
에서의 기준 전류를 비교하기 위해, 순간 t에서의 기준 전류도 필요하다. 따라서 가변 순간
Figure pat00083
에서의 기준 전류값은 다음 수학식 10과 같이 계산된다.Actual output current and variable instantaneous
Figure pat00082
In order to compare the reference current at t, the reference current at instant t is also needed. Therefore,
Figure pat00083
The reference current value is calculated by the following equation (10).

Figure pat00084
Figure pat00084

이때,

Figure pat00085
이다.At this time,
Figure pat00085
to be.

이에 따라, 상기 기준 전류 값

Figure pat00086
은 전자 출력 전압
Figure pat00087
의 인가 시간이 산출되면 얻을 수 있다(S80).Accordingly, the reference current value
Figure pat00086
The electronic output voltage
Figure pat00087
(S80). ≪ / RTI >

수학식 7인 비용 함수의 기초에서 두 샘플링 순간 사이에 작은 전류 에러를 생성하는 두 개의 출력 전압과 최적의 지속 시간의 최적 미래 세트는 다음 샘플링에서 제로 전류 오류를 생성하기 위해 여러 후보 중 선택될 수 있다.The optimal future set of two output voltages and optimal duration producing a small current error between the two sampling instants on the basis of the cost function of equation (7) can be selected from among several candidates to generate a zero current error in the next sampling have.

결과적으로, 제안된 2V-MPCC 방법은 샘플링 순간 사이의 전류 오류를 최소화하기 위해 다음 단계에서 최적의 출력 전압 및 최적 인가 간격을 예측할 수 있다.As a result, the proposed 2V-MPCC method can predict the optimal output voltage and optimal application interval in the next step to minimize the current error between sampling instants.

본 발명의 방법은 일반적으로 샘플링 순간에 기준 전류에 대한 실제 전류와 일치할 수 있지만, 샘플링 기간에 현재의 에러는 기준 전류에 큰 단계 변화와 같은 일시적인 상태에서 제로가 될 수 없다.The method of the present invention may generally correspond to the actual current for the reference current at the instant of sampling, but the current error during the sampling period can not be zero in a transient state such as a large step change to the reference current.

도 5 는 하나의 샘플링 기간 동안 기준 전류 변화의 기울기를 나타낸 도면으로, 기울기는 전체 샘플링 기간 동안 인가한 출력 전압에 의해 생성된 실제 전류의 최대 기울기보다 크다.5 is a graph showing the slope of the reference current change during one sampling period, wherein the slope is larger than the maximum slope of the actual current generated by the output voltage applied during the entire sampling period.

도 5에서 도시하고 있는 것과 같이, 샘플링 기간 동안 적용된 출력 전압은 (k + 2)번째 순간에 전류 에러를 완전히 무효화할 수 없다.As shown in Fig. 5, the output voltage applied during the sampling period can not completely invalidate the current error in the (k + 2) th instant.

다음 샘플링 순간에 제로가 아닌 현재의 에러와 같은 일시적인 상태의 경우, 제안된 일반적인 2V-MPCC의 방법의 비용 함수에 기초하여 상기 샘플링 기간 동안 단지 하나의 출력 전압을 이용하는 단일 전압 기반의 종래 MPCC 방법과 동일하다.In the case of a transient state such as a non-zero current error at the next sampling instant, a single voltage based conventional MPCC method using only one output voltage during the sampling period based on the cost function of the proposed general 2V-MPCC method same.

제안된 방법은 순간적인 상태에서 단일 전압 기반 MPCC 방법과 동일하게 동작하기 때문에 결과적으로 제안된 방법은 단일 전압 기반 MPCC 방법의 신속한 순간적인 응답에 대한 손상을 초래하지 않는다.The proposed method operates in the same manner as the single voltage based MPCC method in the instantaneous state, so that the proposed method does not cause any damage to the instantaneous response of the single voltage based MPCC method.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

Claims (5)

(A) k 번째 샘플링 기간 동안 샘플링 주기가 두 번으로 분할되는 단계와,
(B)
Figure pat00088
번째 단계에서 출력 전류를
Figure pat00089
Figure pat00090
Figure pat00091
이 적용되는 전자 전압 및 후자 전압의 각 출력 전압에 출력 전류의 기울기를 각각 곱하여 산출하는 단계와,
(C)
Figure pat00092
Figure pat00093
동안 인가되는 전자와 후자의 출력 전압에 의해 얻어지는 (k+2) 번째 샘플링 순간에 2 단계 미래 출력 전류를 산출하는 단계와,
(D) 상기 (k + 2)번째 샘플링 순간에서의 실제 전류값을 기준 전류값으로 대체하는 단계와,
(E) 상기
Figure pat00094
가 제로(zero)보다 크고, 샘플링 기간
Figure pat00095
보다 작은지 판단하는 단계와,
(F) 상기 판단 결과 맞으면, 전류 오류가 하나의 샘플 주기에서 다음 수식
Figure pat00096
를 이용하여 두 순간으로 최소화시키는 단계와,
(G) 상기 전자 출력 전압
Figure pat00097
의 인가 시간을 기반으로 기준 전류 값
Figure pat00098
을 산출하는 단계를 포함하여 이루어지며,
이때, 상기
Figure pat00099
Figure pat00100
는 각각 k 번째 샘플링 기간 동안 사용되는 전자 전압
Figure pat00101
및 후자 전압
Figure pat00102
에 적용되는 적용 기간을 나타내는 것을 특징으로 하는 단상 전압원 인버터를 이용한 전류 제어 방법.
(A) dividing the sampling period into two during the k-th sampling period,
(B)
Figure pat00088
In the second stage,
Figure pat00089
And
Figure pat00090
Figure pat00091
Calculating a slope of the output current by multiplying each of the output voltages of the electron voltage and the latter voltage to be applied,
(C)
Figure pat00092
And
Figure pat00093
Stage future output current at a (k + 2) th sampling instant obtained by the former and the latter output voltage;
(D) replacing the actual current value at the (k + 2) th sampling instant with the reference current value,
(E)
Figure pat00094
Is greater than zero, and the sampling period
Figure pat00095
Determining whether the difference is smaller than a predetermined value,
(F) If the result of the determination is correct,
Figure pat00096
To minimize to two moments,
(G) The electronic output voltage
Figure pat00097
The reference current value
Figure pat00098
And a step of calculating,
At this time,
Figure pat00099
And
Figure pat00100
Lt; RTI ID = 0.0 > k < / RTI >
Figure pat00101
And the latter voltage
Figure pat00102
And the application time period is applied to the current control method using the single-phase voltage source inverter.
제 1 항에 있어서, 상기 (A) 단계는
수식
Figure pat00103
로 분할되며,
이때, 상기
Figure pat00104
는 샘플링 기간인 것을 나타내는 것을 특징으로 하는 단상 전압원 인버터를 이용한 전류 제어 방법.
The method of claim 1, wherein the step (A)
Equation
Figure pat00103
Lt; / RTI >
At this time,
Figure pat00104
Is a sampling period. ≪ RTI ID = 0.0 > A < / RTI >
제 1 항에 있어서,
상기 (B) 단계에서의 두 출력 전류의 기울기(
Figure pat00105
Figure pat00106
)는
수식
Figure pat00107
Figure pat00108
Figure pat00109
로 산출되며,
이때, 상기
Figure pat00110
는 기준 전류값이고, 상기
Figure pat00111
는 전자 전압을, 상기
Figure pat00112
는 후자 전압을 나타내는 것을 특징으로 하는 단상 전압원 인버터를 이용한 전류 제어 방법.
The method according to claim 1,
The slope of the two output currents in the step (B)
Figure pat00105
And
Figure pat00106
)
Equation
Figure pat00107
And
Figure pat00108
Figure pat00109
Lt; / RTI >
At this time,
Figure pat00110
Is the reference current value,
Figure pat00111
The electron voltage,
Figure pat00112
And the second voltage is the second voltage.
제 1 항에 있어서, 상기 (C) 단계는
수식
Figure pat00113
를 이용하여 2 단계 미래 출력 전류(
Figure pat00114
)를 산출하는 것을 특징으로 하는 단상 전압원 인버터를 이용한 전류 제어 방법.
2. The method of claim 1, wherein step (C)
Equation
Figure pat00113
The second stage future output current (
Figure pat00114
) Is calculated by multiplying the current value by the current value.
제 4 항에 있어서,
상기 (k + 1)번째 단계에서 현재의 순간은 (k + 1) 번째 샘플링 주기에서 사용된 전자의 출력 전압
Figure pat00115
및 후자의 출력 전압
Figure pat00116
로 표현되며,
다음 수식
Figure pat00117

Figure pat00118
로 산출되는 것을 특징으로 하는 단상 전압원 인버터를 이용한 전류 제어 방법.
5. The method of claim 4,
The current instant in the (k + 1) th stage is the output voltage of the electrons used in the (k + 1)
Figure pat00115
And the latter output voltage
Figure pat00116
Lt; / RTI >
The following formula
Figure pat00117
And
Figure pat00118
And a current control method using a single-phase voltage source inverter.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108631638A (en) * 2018-05-18 2018-10-09 龙岩学院 A kind of improved model forecast Control Algorithm of single-phase inverter
CN113258837A (en) * 2021-06-07 2021-08-13 中国矿业大学 Robust model prediction current control method and device for permanent magnet synchronous motor

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108631638A (en) * 2018-05-18 2018-10-09 龙岩学院 A kind of improved model forecast Control Algorithm of single-phase inverter
CN108631638B (en) * 2018-05-18 2020-01-21 龙岩学院 Improved model prediction control method of single-phase inverter
CN113258837A (en) * 2021-06-07 2021-08-13 中国矿业大学 Robust model prediction current control method and device for permanent magnet synchronous motor
CN113258837B (en) * 2021-06-07 2022-10-21 中国矿业大学 Robust model prediction current control method and device for permanent magnet synchronous motor

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