KR20190112222A - Apparatus for Hybrid Uninterruptible Power Supplying for EV Using Robust Tracking Control - Google Patents

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이영일
청시본
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신용재
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Abstract

Disclosed are a hybrid uninterruptible power supplying device using robust tracking control and an uninterruptible power supplying method. The hybrid uninterruptible power supplying device comprises: a bidirectional charging unit including a filter unit filtering a high frequency with regard to alternating current (AC) power of an external power system including an inductor and a three-phase converter including at least one IGBT switch to convert three-phase AC voltage into direct current (DC) voltage and charging a battery from the external power system or transferring the power from the battery to the external power system; a measurement unit measuring the voltage of the battery and three-phase current and three-phase voltage of the bidirectional charging unit; and a control unit referring to a measurement result of the measurement unit and a power transferring direction of the bidirectional charging unit to output a control signal of controlling current of the inductor.

Description

강인추종제어를 이용한 하이브리드형 무정전 전원장치{Apparatus for Hybrid Uninterruptible Power Supplying for EV Using Robust Tracking Control}Hybrid Uninterruptible Power Supply for EV Using Robust Tracking Control

본 발명은 강인추종제어를 이용한 하이브리드형 무정전 전원장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid type uninterruptible power supply using robust tracking control.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the present embodiment and do not constitute a prior art.

일상적으로 사용되는 상용전원의 정전 및 전압 변동에 민감한 산업용 첨단 장비, 컴퓨터, 사무용기기 등 다양한 디지털 정보기기의 사용이 증가하면서 무정전전원장치(UPS, Uninterrupted Power Supply)에 대한 수요가 증가하고 있다.The demand for uninterrupted power supplies (UPS) is increasing due to the increasing use of various digital information devices, such as industrial high-tech equipment, computers, and office equipment, which are sensitive to power failures and voltage fluctuations of commercial power.

무정전 전원장치의 주요 기능은 선형 및 비선형 부하와 부하변동에 상관없이 일정 주파수 및 일정전압의 교류 전원을 공급하는 것이며, 이를 위해서는 무정전 전원장치에 포함된 커패시터의 출력전압이 모든 부하 및 부하변동에 대해서 안정되고 우수한 제어성능과 고조파 억제성능을 가져야 한다. 무정전 전원장치의 부하는 대부분 컴퓨터와 같은 직류부하(DC load)의 다이오드 전파 정류기로서, 이런 비선형 부하들은 고조파를 발생시키기 때문에 전압과 전류가 왜곡되므로 무정전 전원장치는 다양한 부하가 걸리는 경우에도 깨끗한 정현파 전압을 공급할 수 있는 성능이 요구된다.The main function of an uninterruptible power supply is to supply AC power with a constant frequency and a constant voltage regardless of linear and nonlinear loads and load fluctuations. It should have stable and excellent control performance and harmonic suppression performance. The load of the uninterruptible power supply is a diode full-wave rectifier of a DC load such as a computer, and since these nonlinear loads generate harmonics, the voltage and current are distorted, so the uninterruptible power supply has a clean sinusoidal voltage even under various loads. The ability to supply is required.

따라서, 무정전 전원장치 적용시, 제어입력 전압제한과 부하변동 하에서 다른 상태변수들을 일정한 수준으로 유지하면서 출력전압을 적절히 제어하는 것은 매우 중요하다. 일반적으로 무정전 전원장치의 출력전압은 전류제어 루프인 내부루프(inner-loop)와 전압제어 루프인 외부루프(outer-loop)를 포함하는 이중루프 방식(dual-loop strategy)으로 제어된다. Therefore, when applying the uninterruptible power supply, it is very important to properly control the output voltage while maintaining other state variables at a constant level under control input voltage limitation and load fluctuation. In general, the output voltage of the uninterruptible power supply is controlled by a dual-loop strategy including an inner loop, which is a current control loop, and an outer loop, which is a voltage control loop.

이와 관련된 종래기술을 살펴보면, 내부루프의 전류제어기는 폐루프 성능(closed-loop performance)에 중요한 영향을 미치므로, 전류제어기 설계를 위해 비례적분(proportional-integral, PI) 제어, 데드비트(deadbeat) 제어 등 다양한 제어기법이 적용되었다. 한편, 외부루프의 전압제어기는 전통적인 비례적분 제어기법이 적용되었다.Looking at the related art, the internal loop current controller has an important effect on closed-loop performance, so that proportional integral (PI) control and deadbeat control are required for the current controller design. Various control methods such as control have been applied. On the other hand, the voltage controller of the outer loop is applied with the traditional proportional integral control method.

본 발명은, 무정전 전원장치의 출력을 제어하기 위한 방법으로서, 강인추종 제어를 통한 이중루프 제어 방법 제공하는 데 주된 목적이 있다.The present invention has a main object as a method for controlling the output of an uninterruptible power supply, and provides a double loop control method through robust tracking control.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 인덕터를 포함하여 외부전력계통의 교류전원에 대한 고주파를 필터링하는 필터부 및 적어도 1개 이상의 IGBT 스위치를 포함하여 3상 교류전압을 직류전압으로 변환하는 3상 컨버터를 포함하고, 상기 외부전력계통으로부터 배터리를 충전하거나 상기 배터리로부터 상기 외부전력계통으로 전력을 전달하는 양방향 충전부; 상기 배터리의 전압, 상기 양방향 충전부의 3상 전류 및 3상 전압을 측정하는 측정부; 및 상기 측정부의 측정 결과 및 상기 양방향 충전부의 전력 전달 방향을 참조하여, 상기 인덕터의 전류를 제어하는 제어 신호를 출력하는 제어부를 포함하는 하이브리드형 무정전 전원장치를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, a three-phase converter for converting a three-phase AC voltage into a DC voltage, including an inductor including a filter unit for filtering high frequency to the AC power of the external power system and at least one IGBT switch A bidirectional charging unit configured to charge a battery from the external power system or to transfer power from the battery to the external power system; A measuring unit measuring a voltage of the battery, a three-phase current and a three-phase voltage of the bidirectional charging unit; And a controller configured to output a control signal for controlling a current of the inductor by referring to a measurement result of the measurement unit and a power transfer direction of the bidirectional charging unit.

상기 전기차용 하이브리드형 무정전 전원장치의 실시예들은 다음의 특징들을 하나 이상 더 포함할 수 있다.Embodiments of the hybrid type uninterruptible power supply for an electric vehicle may further include one or more of the following features.

상기 제어부는, 상기 양방향 충전부가 상기 배터리를 충전하는 동작을 수행하는 경우에, 이중루프 제어를 수행하되, 강인추종제어를 이용한 내부루프 제어를 통해 상기 인덕터의 전류를 제어하고 외부루프 제어를 통해 배터리 충전 전류 또는 충전 전압을 일정하게 유지하기 위한 상기 인덕터 전류의 기준 값을 생성하고, 상기 양방향 충전부가 상기 배터리를 방전하는 동작을 수행하는 경우에, 상기 외부전력계통에 전달되는 전력에 대한 기준 전력값을 설정하고, 상기 기준 전력값을 공급하기 위한 상기 제어 신호를 출력한다.When the bidirectional charging unit charges the battery, the controller performs double loop control, but controls the current of the inductor through an internal loop control using robust tracking control and a battery through an external loop control. A reference power value for power delivered to the external power system when a reference value of the inductor current is generated to maintain a constant charge current or charge voltage, and the bidirectional charging unit discharges the battery; Set and output the control signal for supplying the reference power value.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 인덕터를 포함하여 외부전력계통의 교류전원에 대한 고주파를 필터링하는 필터부 및 적어도 1개 이상의 IGBT 스위치를 포함하여 3상 교류전압을 직류전압으로 변환하는 3상 컨버터를 포함하고, 외부전력계통으로부터 배터리를 충전하거나 배터리로부터 외부전력계통으로 전력을 전달하는 양방향 충전부가 양방향으로 충전을 제어하는 방법으로서, 배터리의 전압, 양방향 충전부의 3상 전류 및 3상 전압을 측정하는 과정; 및 측정된 배터리의 전압 및 양방향 충전부의 전력 전달 방향을 참조하여, 상기 양방향 충전부의 필터부에 포함된 인덕터의 전류를 제어하는 제어 신호를 출력하는 제어하는 과정을 포함하는 하이브리드형 무정전 전원장치의 제어 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, a three-phase converter for converting a three-phase AC voltage into a DC voltage, including an inductor including a filter unit for filtering high frequency to the AC power of the external power system and at least one IGBT switch And a bidirectional charging unit which charges the battery from an external power system or transfers power from the battery to the external power system to control charging in both directions, and measures the voltage of the battery, the three-phase current and the three-phase voltage of the battery. Process of doing; And outputting a control signal for controlling the current of the inductor included in the filter unit of the bidirectional charging unit by referring to the measured voltage of the battery and the power transfer direction of the bidirectional charging unit. Provide a method.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 무정전 전원장치의 출력 제어를 위해 강인제어방법을 이용함으로써, 출력을 안정적으로 제어하는 효과를 갖는다. As described above, according to the present embodiment, by using the robust control method for output control of the uninterruptible power supply, the output can be stably controlled.

또한, 양방향 충전부의 3상 AC-DC 컨버터와 배터리 간의 인터페이스로 DC-DC 컨버터를 사용하지 않고 강인 제어를 이용함으로써, 기존의 정전류-정전압 충전 모드를 통해 배터리의 고속 충전 성능을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, by using robust control without using a DC-DC converter as an interface between the three-phase AC-DC converter and the battery of the bi-directional charging, it is possible to provide fast charging performance of the battery through the existing constant current-constant voltage charging mode There is.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 L 필터 및 컨버터를 구비한 양방향 충전부를 포함하는 양방향 전력 전달 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 무정전 전원장치의 강인추종제어 방법에서의 배터리 방전 모드 제어를 설명하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 무정전 전원장치의 강인추종제어 방법에서의 배터리 CV 충전 모드 제어를 설명하는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 무정전 전원장치의 강인추종제어 방법에서의 배터리 CC 충전 모드 제어를 설명하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 무정전 전원장치의 회로도이다.
1 is a view schematically illustrating a bidirectional power transfer system including a bidirectional charging unit having an L filter and a converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating battery discharge mode control in a robust tracking control method of a hybrid type uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating battery CV charging mode control in a robust tracking control method of a hybrid type UPS.
4 is a block diagram illustrating battery CC charging mode control in a robust tracking control method of a hybrid type UPS.
5 is a circuit diagram of a hybrid type uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are assigned to the same components as much as possible even though they are shown in different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '~부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, in describing the component of this invention, terms, such as 1st, 2nd, A, B, (a), (b), can be used. These terms are only for distinguishing the components from other components, and the nature, order or order of the components are not limited by the terms. Throughout the specification, when a part is said to include, 'include' a certain component, which means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated. . In addition, the terms '~', 'module', etc. described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention.

본 발명은 3 상 AC-DC 컨버터와 배터리 간의 인터페이스로 DC-DC 컨버터를 사용하지 않고 강인 추종 제어를 통해 제어하는 방법을 제안한다. 본 실시예에 의한 하이브리드형 무정전 전원장치에 의해 배터리는 전압이 권장 최대 전압에 도달 할 때까지 정전류로 충전된 다음 배터리가 소모 한 전류가 잔류 값까지 떨어질 때까지 전압을 일정하게 유지한다. 반대로, 방전 작동 모드 동안, 배터리에 저장된 에너지는 전력망으로 다시 전달 될 수 있다. The present invention proposes a method of controlling through robust tracking control without using a DC-DC converter as an interface between a three-phase AC-DC converter and a battery. By the hybrid type uninterruptible power supply according to the present embodiment, the battery is charged with constant current until the voltage reaches the recommended maximum voltage, and then the voltage is kept constant until the current consumed by the battery drops to the residual value. Conversely, during discharge mode of operation, energy stored in the battery can be transferred back to the power grid.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 충전 및 방전의 경우 모두 적분 동작을 수행하는 상태 피드백을 이용한 강인 제어는 dq-동기 프레임에서 이루어진다. 이러한 강인 제어의 안정화 이득 세트는 선형 행렬 부등식(LMI) 기반 최적화에 의해 결정되므로 L 필터의 파라 메트릭 불확실성이 발생할 때 정상 상태로의 수렴 시간이 최소화되게 된다. Further, in one embodiment of the present invention, robust control using state feedback for performing the integral operation for both charging and discharging is done in the dq-sync frame. The set of stabilizing gains of this robust control is determined by linear matrix inequality (LMI) based optimization, which minimizes the convergence time to steady state when parametric uncertainty in the L filter occurs.

또한, 본 발명의 일 실시예에서, 충전 제어의 경우 외부 루프 PI 컨트롤러를 사용하여 CC 및 CV 제어에 대한 DC 전류 및 DC 전압을 각각 유지하고, 외부전력계통 전압 위상 각을 얻기 위해 기존의 위상 동기 루프(PLL)를 이용한다.In addition, in one embodiment of the present invention, in the case of charge control, an external loop PI controller is used to maintain the DC current and the DC voltage for CC and CV control, respectively, and to obtain an existing phase synchronization to obtain an external power system voltage phase angle. Use a loop (PLL).

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 L 필터 및 컨버터를 구비한 양방향 충전부를 포함하는 양방향 전력 전달 시스템을 간략히 도시한 도면이다. 1 is a view schematically illustrating a bidirectional power transfer system including a bidirectional charging unit having an L filter and a converter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 전체 시스템은 외부전력계통(110), 양방향 충전부 및 배터리(140)를 포함하여 구성된다. 양방향 충전부는 필터부(120), 3상 컨버터부(130)를 포함한다. 필터부(120)는 3개의 인덕터(inductor)를 포함한다. 3상 컨버터부(130)는 적어도 하나 이상의 IGBT 스위치로 이루어져 필터부(120)를 통과한 교류전원을 직류전원으로 변환한다.Referring to FIG. 1, the entire system includes an external power system 110, a bidirectional charging unit, and a battery 140. The bidirectional charging unit includes a filter unit 120 and a three-phase converter unit 130. The filter unit 120 includes three inductors. The three-phase converter unit 130 is composed of at least one IGBT switch to convert the AC power passing through the filter unit 120 into DC power.

본 발명의 양방향 충전부는 양방향으로 전력 전달이 가능한 구성이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서, 양방향 충전부는 외부전력계통(110) 및 배터리(140)와 연결되어, 외부전력계통(110)으로부터 입력받은 교류 전력을 직류로 변환하여 배터리(140)에 공급할 수 있으며, 배터리(140)로부터 입력된 직류 전력의 크기를 변환하여 외부전력계통(110)으로 출력할 수 있다. 또한, 양방향 충전부는 외부전력계통(110)으로의 전력 전달 및 배터리 충전을 위하여 강인 제어를 수행하며, 구체적으로, 3상 컨버터부(130)에 포함된 IGBT 스위치의 게이트에 제어신호가 인가되어 양방향 전력 전달을 수행하게 된다.Bidirectional charging unit of the present invention is a configuration capable of power transfer in both directions. That is, in one embodiment of the present invention, the bi-directional charging unit is connected to the external power system 110 and the battery 140 to convert the AC power input from the external power system 110 to DC to supply to the battery 140. The DC power input from the battery 140 may be converted and output to the external power system 110. In addition, the bidirectional charging unit performs robust control for power transfer to the external power system 110 and battery charging. Specifically, the bidirectional charging unit is controlled by applying a control signal to the gate of the IGBT switch included in the three-phase converter unit 130. Power transfer will be performed.

배터리(140)는 플러그인 하이브리드 차량 또는 전기 차량 등과 같이 전기적 에너지로 구동되는 친환경 차량에서 전기 모터 등으로 고전력의 직류를 제공하기 위한 구성이다. 배터리(140)는 차량에 내장된 충전 장치를 통해 외부전력계통(110)으로부터 제공되는 전력을 입력받아 충전될 수 있다. 또한, 배터리(140)는 차량의 운행 시 저장했던 전력을 출력하여 차량의 구동 모터에 전력을 공급할 수 있다,The battery 140 is a component for providing a high power direct current to an electric motor or the like in an eco-friendly vehicle driven by electrical energy, such as a plug-in hybrid vehicle or an electric vehicle. The battery 140 may be charged by receiving power provided from the external power system 110 through a charging device built in the vehicle. In addition, the battery 140 may output power stored when the vehicle is driven to supply power to the driving motor of the vehicle.

도 1에 도시된 양방향 충전부를 포함한 양방향 전력 전달 시스템에서, 선전류를 abc-축으로 표현하면 다음과 같다.In the bidirectional power transfer system including the bidirectional charging unit illustrated in FIG. 1, the line current is expressed by the abc-axis as follows.

Figure pat00001
(1)
Figure pat00001
(One)

여기서,

Figure pat00002
이고,
Figure pat00003
은 외부전력계통(110)의 최대 출력 전압이고, 3상 컨버터부(130)의 스위치는
Figure pat00004
와 같이 표시된다. here,
Figure pat00002
ego,
Figure pat00003
Is the maximum output voltage of the external power system 110, the switch of the three-phase converter 130
Figure pat00004
Is displayed as:

(1)에서 abc-축으로 표현된 역학관계는, 다음과 같이 dq-축으로 변환될 수 있다.The dynamics represented by the abc-axis in (1) can be converted to the dq-axis as follows.

Figure pat00005
(2)
Figure pat00005
(2)

이 때,

Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
,
Figure pat00011
이고, ω는 AC 전압 공급원의 각주파수이다.At this time,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
,
Figure pat00011
Is the angular frequency of the AC voltage source.

dq-프레임에서의 인덕터 전류

Figure pat00012
및 제어 입력 신호
Figure pat00013
는 다음과 같은 관계를 만족한다. Inductor Current in dq-Frame
Figure pat00012
And control input signal
Figure pat00013
Satisfies the following relationship:

Figure pat00014
(3)
Figure pat00014
(3)

Figure pat00015
(4)
Figure pat00015
(4)

여기서,

Figure pat00016
,
Figure pat00017
이다.here,
Figure pat00016
,
Figure pat00017
to be.

한편, (2)에서의 배터리 전압

Figure pat00018
은 다음과 같은 역학관계를 만족한다.On the other hand, the battery voltage in (2)
Figure pat00018
Satisfies the following dynamics:

Figure pat00019
(5)
Figure pat00019
(5)

이 때,

Figure pat00020
(6)At this time,
Figure pat00020
(6)

이고,

Figure pat00021
는 컨버터 전류,
Figure pat00022
는 배터리로의 출력 전류이다.ego,
Figure pat00021
Is the converter current,
Figure pat00022
Is the output current to the battery.

제어 입력 변수

Figure pat00023
는 다음과 같이 제한된 범위를 갖는다.Control input variables
Figure pat00023
Has a limited range as follows.

Figure pat00024
(7)
Figure pat00024
(7)

또한, (2)의 관계식은 샘플링주기 h를 이용해 다음과 같이 나타낼 수 있다.In addition, the relational expression of (2) can be expressed as follows using the sampling period h.

Figure pat00025
(8)
Figure pat00025
(8)

여기서,

Figure pat00026
,
Figure pat00027
,
Figure pat00028
,
Figure pat00029
이고,
Figure pat00030
,
Figure pat00031
이다.here,
Figure pat00026
,
Figure pat00027
,
Figure pat00028
,
Figure pat00029
ego,
Figure pat00030
,
Figure pat00031
to be.

이하에서는, 시스템의 불확실성 및 오프셋이 없는(offset-free) 제어에 대해 설명한다.The following describes the uncertainty and offset-free control of the system.

먼저, L 및 R이 다음과 같은 제한된 범위를 갖는다고 가정한다.First, assume that L and R have the following limited ranges.

Figure pat00032
(9a)
Figure pat00032
(9a)

Figure pat00033
(9b)
Figure pat00033
(9b)

여기서, 행렬 ( A , B ) 는 1 / L과 1 / R의 불변 값 ( A i , B i ) (i = 1,2,3,4)의 가능한 4 가지 조합에 해당하고, 행렬 ( A , B ) 는 다음과 같이 정의 된 폴리토픽 불확실성 집합 Ψ에 속한다.Here, the matrix ( A , B ) corresponds to four possible combinations of invariant values ( A i , B i ) (i = 1,2,3,4) of 1 / L and 1 / R, and the matrix ( A , B ) belongs to the polytopic uncertainty set Ψ defined as

Figure pat00034
(10)
Figure pat00034
10

시스템의 불확실성은 설정에 따라 다양한 값으로 나타날 수 있지만 (9)의 범위 내에 있어야 한다. 따라서, 시스템의 불확실성 범위는 다음과 같이 정의된다.Uncertainty of the system may vary depending on the setting but must be within the range of (9). Therefore, the uncertainty range of the system is defined as follows.

Figure pat00035
(11a)
Figure pat00035
(11a)

Figure pat00036
(11b)
Figure pat00036
(11b)

여기서,

Figure pat00037
Figure pat00038
는 각각 필터 저항과 인덕턴스의 공칭값(nominal value)이며 μμ (> 1)는 튜닝 파라미터로 간주한다. here,
Figure pat00037
Wow
Figure pat00038
Are the nominal values of filter resistance and inductance, respectively, and μμ (> 1) is regarded as the tuning parameter.

외부전력계통(110)에 공급될 기준 전력을 기반으로, 기준 전력을 공급하기 위한 제어부의 인덕터 전류 기준 신호를

Figure pat00039
라 하면, 제어 법칙에 따라 다음과 같이 나타낼 수 있다.Based on the reference power to be supplied to the external power system 110, the inductor current reference signal of the controller for supplying the reference power
Figure pat00039
In this case, it can be expressed as follows according to the control law.

Figure pat00040
(12)
Figure pat00040
(12)

여기서, K 는 상태 피드백 이득 L 은 적분기 이득이다. (12)의 적분기로부터, 폐루프 시스템이 안정적이라면 기준 신호 x ref 와 외부전력계통(110) 전류 x 의 정상 상태에서의 오차는 0이다. 기준 신호 x ref 는 동작 모드에 따라 다르게 정의된다. 즉, 기준 신호 x ref 는 충전 모드에서는 외부 루프 제어기에 의해 생성되고, 방전 모드에서는 주어진 기준 전력으로부터 계산된다. Where K is the state feedback gain And L is the integrator gain. From the integrator of (12), if the closed loop system is stable, the error in the steady state of the reference signal x ref and the external power system 110 current x is zero. The reference signal x ref is defined differently according to the operation mode. That is, the reference signal x ref is generated by the outer loop controller in the charging mode and calculated from the given reference power in the discharge mode.

선형 행렬 부등식(Linear Matrix Inequality, LMI)를 이용하여, 상태 피드백 이득 K 및 적분기 이득 L 을 안정화시키게 되면, (8) 및 (12)로부터 다음과 같은 관계를 얻을 수 있다. When the state feedback gain K and the integrator gain L are stabilized by using the linear matrix inequality (LMI), the following relationship can be obtained from (8) and (12).

Figure pat00041
(13)
Figure pat00041
(13)

이 때,

Figure pat00042
이고,
Figure pat00043
이고,
Figure pat00044
이고,
Figure pat00045
이고,
Figure pat00046
이다.At this time,
Figure pat00042
ego,
Figure pat00043
ego,
Figure pat00044
ego,
Figure pat00045
ego,
Figure pat00046
to be.

제어 입력 u (k) 은 다음과 같이 다시 표현될 수 있다.The control input u ( k ) can be represented as follows.

Figure pat00047
Figure pat00048
(14)
Figure pat00047
Figure pat00048
(14)

안정화 상태에서의 이득 F 을 얻기 위해, D (k) = 0 라고 가정하면, 외부 루프 시스템은 다음과 같이 나타낼 수 있다.To obtain the gain F in the stabilized state, assuming D ( k ) = 0, the outer loop system can be expressed as

Figure pat00049
(15)
Figure pat00049
(15)

(15)에 나타난 폐루프 시스템은 다음과 같은 양의 정의 행렬 W 이 존재하는 경우 안정하다고 할 수 있다.The closed loop system shown in (15) can be said to be stable when the following positive definition matrix W exists.

Figure pat00050
,
Figure pat00051
(16)
Figure pat00050
,
Figure pat00051
(16)

Figure pat00052
(17)
Figure pat00052
(17)

Schur 보정(Schur complement) 및 불확실성 집합(10) 내지 (17)을 적용하여, 다음을 얻을 수 있다. By applying Schur complement and uncertainty sets 10 to 17, the following can be obtained.

Figure pat00053
, (i = 1,……,4), (18)
Figure pat00053
, (i = 1, ……, 4), (18)

이 때,

Figure pat00054
,
Figure pat00055
,
Figure pat00056
,
Figure pat00057
,
Figure pat00058
, (i = 1, 2, 3, 4)이다.At this time,
Figure pat00054
,
Figure pat00055
,
Figure pat00056
,
Figure pat00057
,
Figure pat00058
, (i = 1, 2, 3, 4).

즉, (15)의 폐루프 시스템은(18)이 성립하고 대칭 양의 확률 행렬

Figure pat00059
,
Figure pat00060
및 행렬
Figure pat00061
가 존재할 때, 점근적으로 안정하게 된다. 이 때의 안정 이득은 다음과 같이 주어진다.In other words, the closed loop system of (15) is a symmetric positive probability matrix with (18)
Figure pat00059
,
Figure pat00060
And matrices
Figure pat00061
When present, it becomes asymptotically stable. The stable gain at this time is given by:

Figure pat00062
(19)
Figure pat00062
(19)

Figure pat00063
를 가정하거나, 다음을 가정한다.
Figure pat00063
Or assume the following.

Figure pat00064
Figure pat00065
(20)
Figure pat00064
Figure pat00065
20

αα가 작은 값으로 주어지면, z는 빠르게 원점으로 수렴할 것으로 예상된다. 따라서, MATLAB 툴박스와 같은 프로그램을 이용하여 다음과 같은 최적화 문제의 해를 구하여 수렴 시간이 최소화되는 최적의 이득을 얻을 수 있다.Given αα as a small value, z is expected to converge quickly to the origin. Therefore, by using a program such as the MATLAB toolbox, the following optimization problem can be solved to obtain an optimal gain that minimizes convergence time.

(18) 및 (20)가 주어졌을 때

Figure pat00066
(21)Given (18) and (20)
Figure pat00066
(21)

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 무정전 전원장치의 강인추종제어 방법에서의 배터리 방전 모드 제어를 설명하는 블록도이다. FIG. 2 is a block diagram illustrating battery discharge mode control in a robust tracking control method of a hybrid type uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.

외부전력계통(110)에 전력을 공급하는 동작을 할 때에는 원하는 전력공급량을 설정치로 획득하고 이를 계통에 공급되는 인덕터 전류 값으로 수정한 다음 강인제어를 적용한다.When the power is supplied to the external power system 110, the desired power supply amount is obtained as a set value, and the modified power is applied to the inductor current value supplied to the system, and then robust control is applied.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 무정전 전원장치의 강인추종제어 방법에서의 배터리 방전 모드는 상태연산부(210), 강인제어부(220), 공간벡터펄스폭변조부(230), AC/DC 충전 장치(240), 측정부(250) 및 회전좌표계변환부(260)를 통해 구현된다.The battery discharge mode in the robust tracking control method of the hybrid type uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention includes a state calculation unit 210, a robust control unit 220, a space vector pulse width modulator 230, and AC / DC charging. The device 240, the measurement unit 250, and the rotation coordinate system conversion unit 260 are implemented.

상태연산부(210)는 외부전력계통(110)에 기준 전력을 공급하기 위해 (21)과 같은 최적화 연산을 수행한다.The state calculator 210 performs an optimization operation as shown in FIG. 21 to supply reference power to the external power system 110.

강인제어부(220)는 측정부(250)로부터 배터리 전압 및 충전 장치 내부의 3상 전류 및 3상 전압을 이용하여 제어 신호를 출력한다. 강인제어부(220)는 방전 제어 모드에서 배터리 충전 장치가 외부전력계통(110)에 일정한 기준 전력

Figure pat00067
을 전달할 수 있도록 3상 컨버터부(130)의 스위칭 동작을 제어한다. The robust control unit 220 outputs a control signal from the measurement unit 250 using the battery voltage and the three-phase current and three-phase voltage inside the charging device. The robust control unit 220 has a reference power constant in the battery charging device to the external power system 110 in the discharge control mode.
Figure pat00067
To control the switching operation of the three-phase converter unit 130 to deliver.

공간벡터펄스폭변조부(230)는 제어입력을 입력받아 양방향 충전부의 3상 컨버터부(130)에 실제 제어 신호(control signal)를 출력한다. 공간벡터 펄스폭변조부(230)와 출력 전력 제어에 이용되는 여러 측정신호 및 제어신호의 프레임간 좌표변환을 위한 회전좌표계변환부(260)에 관한 내용은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 공지의 기술이므로, 이에 관한 상세한 설명은 생략한다.The space vector pulse width modulator 230 receives a control input and outputs an actual control signal to the three-phase converter 130 of the bidirectional charging unit. The spatial vector pulse width modulator 230 and the rotation coordinate system transform unit 260 for transforming coordinates between frames of various measurement signals and control signals used for output power control are well known in the art. Since the description of the, detailed description thereof will be omitted.

이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 강인제어부(220)에서 기준 전력

Figure pat00068
을 전달하기 위한 기준 신호
Figure pat00069
를 출력하기 위한 계산 과정을 설명한다.Hereinafter, the reference power in the robust control unit 220 according to an embodiment of the present invention
Figure pat00068
Reference signal to convey
Figure pat00069
It describes the calculation process for outputting the.

αβ-프레임으로 표현된 외부전력계통(110)의 순간 유효 전력 및 무효 전력은 다음과 같다.The instantaneous active power and reactive power of the external power system 110 represented by αβ -frame are as follows.

Figure pat00070
(22)
Figure pat00070
(22)

여기서,

Figure pat00071
αβ-프레임에서의 외부전력계통(110) 전류,
Figure pat00072
αβ-프레임에서의 외부전력계통(110) 전압이고,
Figure pat00073
는 외부전력계통(110) 유효 전력,
Figure pat00074
는 외부전력계통(110) 무효 전력이다.here,
Figure pat00071
Is the current of the external power system 110 in the αβ -frame ,
Figure pat00072
Is the voltage of the external power system 110 in the αβ -frame ,
Figure pat00073
The external power system 110 active power,
Figure pat00074
Is the external power system 110 reactive power.

이를 dq-프레임으로 변환하면 다음과 같이 표현된다.If you convert it to a dq-frame, it is expressed as

Figure pat00075
(23)
Figure pat00075
(23)

Figure pat00076
는 dq-프레임에서의 외부전력계통(110) 전류,
Figure pat00077
는 dq-프레임에서의 외부전력계통(110) 전압이다. (23)으로부터, 외부전력계통(110) 전류는 다음과 같이 계산된다.
Figure pat00076
Is the current of the external power system 110 in the dq-frame,
Figure pat00077
Is the external power system 110 voltage in the dq-frame. From 23, the external power system 110 current is calculated as follows.

Figure pat00078
(24)
Figure pat00078
(24)

또는, 다음과 같이 나타낼 수 있다.Or, it can be represented as follows.

Figure pat00079
(25)
Figure pat00079
(25)

단위 역률을 유지하기 위해서, 무효 전력을 제거하여 다시 기준 신호를 계산하면, 다음과 같다.In order to maintain the unit power factor, the reactive power is removed and the reference signal is calculated again.

Figure pat00080
(26)
Figure pat00080
(26)

여기서,

Figure pat00081
이다.here,
Figure pat00081
to be.

기준 신호

Figure pat00082
를 이용하여 충전 장치는 일정한 전력
Figure pat00083
을 외부전력계통(110)에 전달할 수 있다. 즉, 음의 기준 전력을 생성하여 배터리에서 외부전력계통(110)로 향하는 역전류를 만들어낼 수 있다. 기준 전력이 양의 값이라면 배터리를 충전할 수 있다. 더욱이, (25)의
Figure pat00084
Figure pat00085
를 조정함으로써 유효 전력 및 무효 전력을 직접 조정할 수 있으며, 기준 신호를 얻을 수 있다.Reference signal
Figure pat00082
Charging device using constant power
Figure pat00083
It can be delivered to the external power system 110. That is, a negative reference power may be generated to generate a reverse current from the battery to the external power system 110. If the reference power is positive, the battery can be charged. Moreover, of (25)
Figure pat00084
And
Figure pat00085
By adjusting, the active power and reactive power can be directly adjusted, and a reference signal can be obtained.

이하에서는 배터리 충전 과정에 대해 설명한다.Hereinafter, a battery charging process will be described.

본 실시예에서, 배터리 충전 프로세스를 수행하기 위해서, 정전류 모드에 정전압 모드가 후행된다. 배터리는 전압이 권장 최대 전압에 이를 때까지 정전류로 충전되다가, 배터리가 소모한 전류가 일정 잔류값까지 떨어지게 되면 전압이 일정하게 유지되도록 한다. 본 실시예에 따른 충전 모드에서 이중 루프 제어 전략은 정전류-정전압 충전 모드에 적용된다. 즉, 외부 루프 제어는 CV 또는 CC 제어 목표에 따라 적절한 기준 신호 x ref 를 생성하고, 내부 루프 제어(12)를 통해 기준 신호 x ref 를 따르는 (8)에서의 x 를 도출한다.In this embodiment, in order to perform the battery charging process, the constant voltage mode is followed by the constant current mode. The battery charges with a constant current until the voltage reaches the recommended maximum voltage, allowing the voltage to remain constant when the current consumed by the battery drops to a certain residual value. In the charging mode according to the present embodiment, the double loop control strategy is applied to the constant current-constant voltage charging mode. That is, the outer loop control generates an appropriate reference signal x ref according to the CV or CC control target, and derives x at (8) following the reference signal x ref via the inner loop control 12.

충전시에는

Figure pat00086
를 일정하게 유지하거나(CC)
Figure pat00087
를 일정하게 유지하는(CV) 제어를 이중루프 제어를 통해서 수행한다. 즉 인덕터 전류를 제어하는 내부 루프의 강인제어를 설계하고 원하는 배터리 전류와 전압을 얻기 위해서 인덕터 전류의 설정치를 만들어 내는 외부 PID 제어기를 구성한다. At the time of charge
Figure pat00086
Is kept constant (CC)
Figure pat00087
Control is maintained through double loop control. In other words, we design robust control of the inner loop that controls the inductor current and construct an external PID controller that generates the set value of the inductor current to obtain the desired battery current and voltage.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 무정전 전원장치의 강인추종제어 방법에서의 배터리 CV 충전 모드 제어를 설명하는 블록도이다. 3 is a block diagram illustrating battery CV charging mode control in a robust tracking control method of a hybrid type UPS.

본 발명의 일 실시예에 따른 3상 하이브리드형 무정전 전원장치의 강인추종제어 방법에서의 배터리 CV 충전 모드에서 CV 충전 모드는 PI제어부(310), 강인제어부(320), 공간벡터펄스폭변조부(330), AC/DC 충전 장치(340), 측정부(350) 및 회전좌표계변환부(360)를 통해 구현된다.In the CV charging mode of the battery in the robust tracking control method of the three-phase hybrid uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention, the CV charging mode may include a PI controller 310, a robust controller 320, and a space vector pulse width modulator ( 330, the AC / DC charging device 340, the measuring unit 350, and the rotary coordinate system conversion unit 360 are implemented.

이하에서는 정전압 충전을 위한 외부 루프 PI 제어에 대해 설명한다. 외부 루프 제어의 출력

Figure pat00088
은 다음과 같다.Hereinafter, the outer loop PI control for constant voltage charging will be described. Output of outer loop control
Figure pat00088
Is as follows.

Figure pat00089
(27)
Figure pat00089
(27)

여기서,

Figure pat00090
는 배터리 충전을 위한 기준 정전압이고,
Figure pat00091
는 출력 전압이다. 또한, 앞서 설명한 내부 루프 제어가 충분히 빠르기 때문에, 어떤 기준 전류
Figure pat00092
에 대하여 다음과 같이 가정할 수 있다.here,
Figure pat00090
Is the reference constant voltage for battery charging,
Figure pat00091
Is the output voltage. Also, because the internal loop control described earlier is fast enough, some reference current
Figure pat00092
Can be assumed as follows.

Figure pat00093
(28)
Figure pat00093
(28)

(5) 내지 (28)을 통해서, 다음과 같은 식을 도출할 수 있다.Through (5) to (28), the following equation can be derived.

Figure pat00094
(29)
Figure pat00094
(29)

Figure pat00095
(30)
Figure pat00095
(30)

이득

Figure pat00096
Figure pat00097
은 다항식(30)의 특성을 고려하여 다음과 같이 표현할 수 있다.benefit
Figure pat00096
And
Figure pat00097
In consideration of the properties of the polynomial (30) can be expressed as follows.

Figure pat00098
(31)
Figure pat00098
(31)

특정 값

Figure pat00099
Figure pat00100
를 도입하여 다음과 같이 표현할 수 있다.Specific value
Figure pat00099
And
Figure pat00100
By introducing, we can express

Figure pat00101
(32)
Figure pat00101
(32)

Figure pat00102
(33)
Figure pat00102
(33)

도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 전압이 기준 전류

Figure pat00103
를 생성하는 출력 루프 제어부로 피드백된다. 제어부에서는 기존의 PLL(Phased-Locked Loop)를 이용하여 외부전력계통(110) 전압의 위상각을 얻는다.As shown in Figure 3, the battery voltage is the reference current
Figure pat00103
Is fed back to the output loop control unit to generate the. The control unit obtains the phase angle of the voltage of the external power system 110 using the conventional PLL (Phased-Locked Loop).

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 무정전 전원장치의 강인추종제어 방법에서의 배터리 CC 충전 모드 제어를 설명하는 블록도이다. 4 is a block diagram illustrating battery CC charging mode control in a robust tracking control method of a hybrid type UPS.

본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 무정전 전원장치의 강인추종제어 방법에서의 배터리 CC 충전 모드는 PI제어부(410), 강인제어부(420), 공간벡터펄스폭변조부(430), AC/DC 충전 장치(440), 측정부(450) 및 회전좌표계변환부(460)를 통해 구현된다.The battery CC charging mode in the robust tracking control method of the hybrid type uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention includes a PI controller 410, a robust controller 420, a space vector pulse width modulator 430, and AC / DC. The charging device 440, the measuring unit 450, and the rotation coordinate system conversion unit 460 are implemented.

정전류 충전 단계에서 배터리 팩은 전압이 권장 최대 전압에 도달 할 때까지 고정 전류로 충전 된 다음 정전압 충전 단계로 전환된다. 이 정전류 충전 모드의 제어를 위해 외부 루프 PI를 사용하여 상기에서 설명한 CV 충전과 동일한 개념으로 내부 루프 강인 제어를 위한 기준 신호

Figure pat00104
를 생성한다. 제안된 CC 충전 제어의 제어 구조는 도 4에 도시된 바와 같다.In the constant current charging phase, the battery pack is charged with a constant current until the voltage reaches the recommended maximum voltage and then switched to the constant voltage charging phase. Reference signal for inner loop robust control with the same concept as CV charging described above using outer loop PI for control of this constant current charge mode.
Figure pat00104
Create The control structure of the proposed CC charging control is as shown in FIG.

도 3을 참조하여 설명한 CV 충전 모드 제어 구조 및 도 4에 도시된 바와 같은 CC 충전 모드 제어는 외부 루프 피드백 값이 각각 CC 및 CV 충전 모드 인 경우를 제외하고는 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.Since the CV charging mode control structure described with reference to FIG. 3 and the CC charging mode control as shown in FIG. 4 are the same except that the outer loop feedback values are the CC and CV charging modes, respectively, detailed description thereof will be omitted.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 무정전 전원장치의 회로도이다.5 is a circuit diagram of a hybrid type uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 무정전 전원장치는 강인추종 제어를 수행하는 3상 인버터부를 추가로 포함하여 구성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드형 무정전 전원장치는 상기에서 설명한 것과 같은 강인추종 제어를 통해 무정전 전원장치에 연결된 부하에 전압을 공급하거나 배터리를 충전하고, 배터리의 전력을 부하에 제공할 수 있다.Referring to the drawings, the hybrid type uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention further comprises a three-phase inverter unit for performing robust tracking control. Hybrid type uninterruptible power supply according to an embodiment of the present invention can supply voltage to the load connected to the uninterruptible power supply or charge the battery, and provide the power of the battery to the load through the robust tracking control as described above. .

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present embodiment, and those skilled in the art to which the present embodiment belongs may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Therefore, the present embodiments are not intended to limit the technical idea of the present embodiment but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present embodiment.

110: 외부전력계통
120: 필터부
130: 3상 컨버터부
140: 배터리
110: external power system
120: filter unit
130: three-phase converter
140: battery

Claims (10)

인덕터를 포함하여 외부전력계통의 교류전원에 대한 고주파를 필터링하는 필터부 및 적어도 1개 이상의 IGBT 스위치를 포함하여 3상 교류전압을 직류전압으로 변환하는 3상 컨버터를 포함하고, 상기 외부전력계통으로부터 배터리를 충전하거나 상기 배터리로부터 상기 외부전력계통으로 전력을 전달하는 양방향 충전부;
상기 배터리의 전압, 상기 양방향 충전부의 3상 전류 및 3상 전압을 측정하는 측정부; 및
상기 측정부의 측정 결과 및 상기 양방향 충전부의 전력 전달 방향을 참조하여, 상기 인덕터의 전류를 제어하는 제어 신호를 출력하는 제어부
를 포함하는 하이브리드형 무정전 전원장치.
And a three-phase converter for converting a three-phase AC voltage into a DC voltage, including a filter unit for filtering a high frequency of an AC power source of an external power system, including an inductor, and at least one IGBT switch. A bidirectional charging unit for charging a battery or transferring power from the battery to the external power system;
A measuring unit measuring a voltage of the battery, a three-phase current and a three-phase voltage of the bidirectional charging unit; And
A control unit for outputting a control signal for controlling the current of the inductor with reference to the measurement results of the measurement unit and the power transfer direction of the bidirectional charging unit
Hybrid type uninterruptible power supply comprising a.
제 1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 양방향 충전부가 상기 배터리를 충전하는 동작을 수행하는 경우에, 이중루프 제어를 수행하되, 강인추종제어를 이용한 내부루프 제어를 통해 상기 인덕터의 전류를 제어하고 외부루프 제어를 통해 배터리 충전 전류 또는 충전 전압을 일정하게 유지하기 위한 상기 인덕터의 전류에 대한 기준 값을 생성하고,
상기 양방향 충전부가 상기 배터리를 방전하는 동작을 수행하는 경우에, 상기 외부전력계통에 전달되는 전력에 대한 기준 전력값을 설정하고, 상기 기준 전력값을 공급하기 위한 상기 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 무정전 전원장치.
The method of claim 1,
The control unit,
When the bidirectional charging unit performs the operation of charging the battery, the dual loop control is performed, but the current of the inductor is controlled through an internal loop control using robust tracking control and a battery charging current or charging through an external loop control. Generate a reference value for the current of the inductor to keep the voltage constant,
When the bidirectional charging unit discharges the battery, the reference power value for the power delivered to the external power system is set, and the control signal for supplying the reference power value is output. Hybrid uninterruptible power supply.
제 2항에 있어서,
상기 양방향 충전부가 상기 배터리를 방전하는 동작을 수행하는 경우에, αβ-프레임으로 표현된 상기 외부전력계통의 순간 유효 전력 및 무효 전력이
Figure pat00105
와 같이 주어지고,
Figure pat00106
αβ-프레임에서의 외부전력계통 전류,
Figure pat00107
αβ-프레임에서의 외부전력계통 전압이고,
Figure pat00108
는 외부전력계통 유효 전력,
Figure pat00109
는 외부전력계통 무효 전력일 때,
Figure pat00110

Figure pat00111
,
Figure pat00112
는 dq-프레임에서의 외부전력계통 전류이고,
Figure pat00113
는 dq-프레임에서의 외부전력계통 전압이고,
상기 기준 전력값
Figure pat00114
을 전달하기 위한 상기 제어 신호
Figure pat00115
를 위와 같은 수식을 만족하도록 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 무정전 전원장치.
The method of claim 2,
When the bidirectional charging unit performs the operation of discharging the battery, the instantaneous active power and the reactive power of the external power system represented by αβ -frame
Figure pat00105
Given by
Figure pat00106
Is the external power system current in αβ -frame ,
Figure pat00107
Is the external power system voltage in αβ -frame ,
Figure pat00108
External power system active power,
Figure pat00109
Is the reactive power of external power system,
Figure pat00110

Figure pat00111
,
Figure pat00112
Is the external power system current in the dq-frame,
Figure pat00113
Is the external power system voltage in dq-frame,
The reference power value
Figure pat00114
The control signal for transmitting
Figure pat00115
Hybrid type uninterruptible power supply, characterized in that the output to satisfy the above formula.
제 2항에 있어서,
상기 양방향 충전부가 상기 배터리를 충전하는 동작을 수행하는 경우에,
abc-프레임에서, 상기 양방향 충전부의 내부 전류가 다음과 같은 수식을 만족하고,
Figure pat00116

여기서,
Figure pat00117
이고,
Figure pat00118
은 상기 외부전력계통의 최대 출력 전압이고, 상기 3상 컨버터의 스위치는
Figure pat00119
로 주어지고,
abc-축으로 표현된 역학관계는, 다음과 같이 dq-축으로 변환되어,
Figure pat00120

Figure pat00121
,
Figure pat00122
,
Figure pat00123
,
Figure pat00124
,
Figure pat00125
,
Figure pat00126
이고, ω는 AC 전압 공급원의 각주파수일 때,
dq-프레임에서의 인덕터 전류
Figure pat00127
및 제어 입력 신호
Figure pat00128

Figure pat00129

Figure pat00130
이며,
여기서,
Figure pat00131
,
Figure pat00132
와 같이 주어지고,
상기 배터리의 전압
Figure pat00133

Figure pat00134

Figure pat00135
일 때,
여기서,
Figure pat00136
는 컨버터 전류,
Figure pat00137
는 배터리로의 출력 전류이고,
샘플링주기 h를 이용하여, 상기 양방향 충전부의 역학관계를 나타내면
Figure pat00138
와 같고,
여기서,
Figure pat00139
,
Figure pat00140
,
Figure pat00141
,
Figure pat00142
이고,
Figure pat00143
,
Figure pat00144
이고,
상기 외부전력계통에 공급될 상기 기준 전력값을 기반으로, 상기 기준 전력값을 공급하기 위한 상기 제어 신호를
Figure pat00145
라 하면,
Figure pat00146
와 같이 주어지고,
여기서, K 는 상태 피드백 이득 L 은 적분기 이득이고,
상기 제어부는,
상기 내부루프 제어를 통해 위와 같은 수식을 만족하도록 상기 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 무정전 전원장치.
The method of claim 2,
When the bidirectional charging unit performs an operation for charging the battery,
In the abc-frame, the internal current of the bidirectional charging unit satisfies the following formula,
Figure pat00116

here,
Figure pat00117
ego,
Figure pat00118
Is the maximum output voltage of the external power system, the switch of the three-phase converter
Figure pat00119
Given by
The dynamics represented by the abc-axis are converted to the dq-axis as
Figure pat00120

Figure pat00121
,
Figure pat00122
,
Figure pat00123
,
Figure pat00124
,
Figure pat00125
,
Figure pat00126
Ω is the angular frequency of the AC voltage source,
Inductor Current in dq-Frame
Figure pat00127
And control input signal
Figure pat00128
Is
Figure pat00129

Figure pat00130
Is,
here,
Figure pat00131
,
Figure pat00132
Given by
Voltage of the battery
Figure pat00133
silver
Figure pat00134

Figure pat00135
when,
here,
Figure pat00136
Is the converter current,
Figure pat00137
Is the output current to the battery,
By using the sampling period h, if the dynamic relationship of the two-way charging section
Figure pat00138
Is the same as
here,
Figure pat00139
,
Figure pat00140
,
Figure pat00141
,
Figure pat00142
ego,
Figure pat00143
,
Figure pat00144
ego,
The control signal for supplying the reference power value based on the reference power value to be supplied to the external power system
Figure pat00145
Say,
Figure pat00146
Given by
Where K is the state feedback gain And L is the integrator gain,
The control unit,
Hybrid type uninterruptible power supply, characterized in that for outputting the control signal to satisfy the above equation through the internal loop control.
제 4항에 있어서,
외부 루프 제어의 출력
Figure pat00147

Figure pat00148
와 같이 주어지고,
여기서,
Figure pat00149
는 배터리의 충전을 위한 기준 정전압이고,
Figure pat00150
는 배터리의 출력 전압이고,
Figure pat00151
과 가정하여,
Figure pat00152

Figure pat00153
와 같이 주어질 때,
여기서,
Figure pat00154
Figure pat00155
Figure pat00156
와 같은 수식을 만족하고,
Figure pat00157
,
Figure pat00158
이며,
상기 배터리의 전압이
Figure pat00159
를 생성하도록 상기 제어부로 피드백되고, 상기 제어부에서는 PLL(Phased-Locked Loop)를 이용하여 상기 외부전력계통의 전압 위상각을 얻을 때,
상기 제어부는,
상기 외부루프 제어를 통해 위와 같은 수식을 만족하도록 상기 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 무정전 전원장치.
The method of claim 4, wherein
Output of outer loop control
Figure pat00147
this
Figure pat00148
Given by
here,
Figure pat00149
Is the reference constant voltage for charging the battery,
Figure pat00150
Is the output voltage of the battery,
Figure pat00151
Assuming,
Figure pat00152

Figure pat00153
When given as
here,
Figure pat00154
And
Figure pat00155
silver
Figure pat00156
Satisfy a formula such as
Figure pat00157
,
Figure pat00158
Is,
The voltage of the battery
Figure pat00159
Is fed back to the control unit to generate a voltage, and the control unit obtains a voltage phase angle of the external power system using a phase-locked loop (PLL).
The control unit,
Hybrid uninterruptible power supply, characterized in that for outputting the control signal to satisfy the above equation through the external loop control.
인덕터를 포함하여 외부전력계통의 교류전원에 대한 고주파를 필터링하는 필터부 및 적어도 1개 이상의 IGBT 스위치를 포함하여 3상 교류전압을 직류전압으로 변환하는 3상 컨버터를 포함하고, 외부전력계통으로부터 배터리를 충전하거나 배터리로부터 외부전력계통으로 전력을 전달하는 양방향 충전부가 양방향으로 충전을 제어하는 방법으로서,
배터리의 전압, 양방향 충전부의 3상 전류 및 3상 전압을 측정하는 과정; 및
측정된 배터리의 전압 및 양방향 충전부의 전력 전달 방향을 참조하여, 상기 양방향 충전부의 필터부에 포함된 인덕터의 전류를 제어하는 제어 신호를 출력하는 제어하는 과정
을 포함하는 하이브리드형 무정전 전원장치의 무정전 전원 공급 방법.
And a three-phase converter for converting a three-phase AC voltage into a DC voltage, including at least one IGBT switch, and a filter unit for filtering a high frequency of an AC power source of an external power system including an inductor. As a method for controlling the charging in both directions to charge the two-way charging unit or to transfer power from the battery to the external power system,
Measuring the voltage of the battery, the three-phase current and the three-phase voltage of the bidirectional charging unit; And
A process of outputting a control signal for controlling the current of the inductor included in the filter unit of the bidirectional charging unit by referring to the measured voltage of the battery and the power transfer direction of the bidirectional charging unit;
Uninterruptible power supply method of a hybrid uninterruptible power supply comprising a.
제 6항에 있어서,
상기 제어하는 과정은,
상기 양방향 충전부가 상기 배터리를 충전하는 동작을 수행하는 경우에, 이중루프 제어를 수행하되, 강인추종제어를 이용한 내부루프 제어를 통해 상기 인덕터의 전류를 제어하고 외부루프 제어를 통해 배터리 충전 전류 또는 충전 전압을 일정하게 유지하기 위한 상기 인덕터의 전류에 대한 기준 값을 생성하고,
상기 양방향 충전부가 상기 배터리를 방전하는 동작을 수행하는 경우에, 상기 외부전력계통에 전달되는 전력에 대한 기준 전력값을 설정하고, 상기 기준 전력값을 공급하기 위한 상기 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 무정전 전원장치의 제어 방법.
The method of claim 6,
The control process,
When the bidirectional charging unit performs the operation of charging the battery, the dual loop control is performed, but the current of the inductor is controlled through an internal loop control using robust tracking control and a battery charging current or charging through an external loop control. Generate a reference value for the current of the inductor to keep the voltage constant,
When the bidirectional charging unit discharges the battery, the reference power value for the power delivered to the external power system is set, and the control signal for supplying the reference power value is output. Hybrid type uninterruptible power supply control method.
제 7항에 있어서,
상기 양방향 충전부가 상기 배터리를 방전하는 동작을 수행하는 경우에, αβ-프레임으로 표현된 상기 외부전력계통의 순간 유효 전력 및 무효 전력이
Figure pat00160
와 같이 주어지고,
Figure pat00161
αβ-프레임에서의 외부전력계통 전류,
Figure pat00162
αβ-프레임에서의 외부전력계통 전압이고,
Figure pat00163
는 외부전력계통 유효 전력,
Figure pat00164
는 외부전력계통 무효 전력일 때,
Figure pat00165

Figure pat00166
,
Figure pat00167
는 dq-프레임에서의 외부전력계통 전류이고,
Figure pat00168
는 dq-프레임에서의 외부전력계통 전압이고,
상기 제어하는 과정은,
상기 기준 전력값
Figure pat00169
을 전달하기 위한 상기 제어 신호
Figure pat00170
를 위와 같은 수식을 만족하도록 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 무정전 전원장치의 제어 방법.
The method of claim 7, wherein
When the bidirectional charging unit performs the operation of discharging the battery, the instantaneous active power and the reactive power of the external power system represented by αβ -frame
Figure pat00160
Given by
Figure pat00161
Is the external power system current in αβ -frame ,
Figure pat00162
Is the external power system voltage in αβ -frame ,
Figure pat00163
External power system active power,
Figure pat00164
Is the reactive power of external power system,
Figure pat00165

Figure pat00166
,
Figure pat00167
Is the external power system current in the dq-frame,
Figure pat00168
Is the external power system voltage in dq-frame,
The control process,
The reference power value
Figure pat00169
The control signal for transmitting
Figure pat00170
Control method of a hybrid type uninterruptible power supply, characterized in that the output to satisfy the above formula.
제 7항에 있어서,
상기 양방향 충전부가 상기 배터리를 충전하는 동작을 수행하는 경우에,
abc-프레임에서, 상기 양방향 충전부의 내부 전류가 다음과 같은 수식을 만족하고,
Figure pat00171

여기서,
Figure pat00172
이고,
Figure pat00173
은 상기 외부전력계통의 최대 출력 전압이고, 상기 3상 컨버터의 스위치는
Figure pat00174
로 주어지고,
abc-축으로 표현된 역학관계는, 다음과 같이 dq-축으로 변환되어,
Figure pat00175

Figure pat00176
,
Figure pat00177
,
Figure pat00178
,
Figure pat00179
,
Figure pat00180
,
Figure pat00181
이고, ω는 AC 전압 공급원의 각주파수일 때,
dq-프레임에서의 인덕터 전류
Figure pat00182
및 제어 입력 신호
Figure pat00183

Figure pat00184

Figure pat00185
이며,
여기서,
Figure pat00186
,
Figure pat00187
와 같이 주어지고,
상기 배터리의 전압
Figure pat00188

Figure pat00189

Figure pat00190
일 때,
여기서,
Figure pat00191
는 컨버터 전류,
Figure pat00192
는 배터리로의 출력 전류이고,
샘플링주기 h를 이용하여, 상기 양방향 충전부의 역학관계를 나타내면
Figure pat00193
와 같고,
여기서,
Figure pat00194
,
Figure pat00195
,
Figure pat00196
,
Figure pat00197
이고,
Figure pat00198
,
Figure pat00199
이고,
상기 외부전력계통에 공급될 상기 기준 전력값을 기반으로, 상기 기준 전력값을 공급하기 위한 상기 제어 신호를
Figure pat00200
라 하면,
Figure pat00201
와 같이 주어지고,
여기서, K 는 상태 피드백 이득 L 은 적분기 이득이고,
상기 제어하는 과정은,
상기 내부루프 제어를 통해 위와 같은 수식을 만족하도록 상기 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 무정전 전원장치의 제어 방법.
The method of claim 7, wherein
When the bidirectional charging unit performs an operation for charging the battery,
In the abc-frame, the internal current of the bidirectional charging unit satisfies the following formula,
Figure pat00171

here,
Figure pat00172
ego,
Figure pat00173
Is the maximum output voltage of the external power system, the switch of the three-phase converter
Figure pat00174
Given by
The dynamics represented by the abc-axis are converted to the dq-axis as
Figure pat00175

Figure pat00176
,
Figure pat00177
,
Figure pat00178
,
Figure pat00179
,
Figure pat00180
,
Figure pat00181
Ω is the angular frequency of the AC voltage source,
Inductor Current in dq-Frame
Figure pat00182
And control input signal
Figure pat00183
Is
Figure pat00184

Figure pat00185
Is,
here,
Figure pat00186
,
Figure pat00187
Given by
Voltage of the battery
Figure pat00188
silver
Figure pat00189

Figure pat00190
when,
here,
Figure pat00191
Is the converter current,
Figure pat00192
Is the output current to the battery,
By using the sampling period h, if the dynamic relationship of the two-way charging section
Figure pat00193
Is the same as
here,
Figure pat00194
,
Figure pat00195
,
Figure pat00196
,
Figure pat00197
ego,
Figure pat00198
,
Figure pat00199
ego,
The control signal for supplying the reference power value based on the reference power value to be supplied to the external power system
Figure pat00200
Say,
Figure pat00201
Given by
Where K is the state feedback gain And L is the integrator gain,
The control process,
The control method of the hybrid type uninterruptible power supply, characterized in that for outputting the control signal to satisfy the above equation through the internal loop control.
제 9항에 있어서,
외부 루프 제어의 출력
Figure pat00202

Figure pat00203
와 같이 주어지고,
여기서,
Figure pat00204
는 배터리의 충전을 위한 기준 정전압이고,
Figure pat00205
는 배터리의 출력 전압이고,
Figure pat00206
과 가정하여,
Figure pat00207

Figure pat00208
와 같이 주어질 때,
여기서,
Figure pat00209
Figure pat00210
Figure pat00211
와 같은 수식을 만족하고,
Figure pat00212
,
Figure pat00213
이며,
상기 제어하는 과정은,
상기 배터리의 전압이
Figure pat00214
를 생성하도록 피드백되고, PLL(Phased-Locked Loop)를 이용하여 상기 외부전력계통의 전압 위상각을 얻을 때, 상기 외부루프 제어를 통해 위와 같은 수식을 만족하도록 상기 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 무정전 전원장치의 제어 방법.
The method of claim 9,
Output of outer loop control
Figure pat00202
this
Figure pat00203
Given by
here,
Figure pat00204
Is the reference constant voltage for charging the battery,
Figure pat00205
Is the output voltage of the battery,
Figure pat00206
Assuming,
Figure pat00207

Figure pat00208
When given as
here,
Figure pat00209
And
Figure pat00210
silver
Figure pat00211
Satisfy a formula such as
Figure pat00212
,
Figure pat00213
Is,
The control process,
The voltage of the battery
Figure pat00214
It is fed back to generate a, and when using the PLL (Phased-Locked Loop) to obtain the voltage phase angle of the external power system, and outputs the control signal to satisfy the above equation through the external loop control Control method of hybrid uninterruptible power supply.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220025509A (en) * 2020-08-24 2022-03-03 한국에너지기술연구원 Charging/discharging device that performs adaptive control according to battery status and control method thereof

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20220025509A (en) * 2020-08-24 2022-03-03 한국에너지기술연구원 Charging/discharging device that performs adaptive control according to battery status and control method thereof

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