KR20200056281A - 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치 - Google Patents

계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치 Download PDF

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Abstract

계통 전압으로부터 상기 계통 전압의 위상을 추출하여 계통 전류의 기본 성분을 제어하는 기본 성분 제어부 및 디지털 록인 앰프를 포함하여 상기 계통 전압의 위상과는 독립적인 기준 신호를 생성하고, 상기 기준 신호를 이용하여 상기 계통 전류에 포함되는 고조파를 추출 및 보상하는 다중 고조파 제어부를 포함하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치가 개시된다.

Description

계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치{AN APPARATUS OF CURRENT CONTROL FOR HARMONIC COMPENSATION IN GRID CONNECTED INVERTER}
본 발명은 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 계통 연계 인버터를 제어하여 계통 전류에서 고조파 성분을 추출 및 보상하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치에 관한 것이다.
최근 화석 연료의 과도한 사용으로 인한 환경 문제에 대한 우려가 높아짐에 따라 신재생 에너지원에 기반한 분산 전원 시스템의 활용이 크게 증가하고 있다.
분산 전원 시스템의 상용 계통 연결에 있어서, 계통 연계 인버터(GCI: Grid Connected Inverter)는 신재생 에너지원으로부터 상용 계통 간의 전력 전달의 중요한 역할을 수행한다.
계통 연계 인버터는 스위칭 동작에 의해 DC 성분을 AC 성분으로 변환하기 때문에 순수 AC 성분 및 고조파(harmonics)를 출력하는데, 이러한 고조파 성분은 전력 품질 문제를 야기할 수 있다. IEEE 519 및 P1547과 같은 고조파 표준에서는 계통 연계 인버터의 총 고조파 왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)을 계통 연계 인버터의 출력 전류의 5% 이하로 규정하고 있다.
따라서 계통 연계 인버터는 고조파 보상을 위한 전류 제어가 반드시 적용되어야 한다.
계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 방법으로는 SRF(Stationary Reference Frame) 제어 방법 및 RRF(Rotatory Reference Frame) 제어 방법이 널리 알려져 있다. SRF 제어 방법은 αβ 프레임 제어라 할 수 있으며, RRF 제어 방법은 DQ 프레임 제어라 할 수 있다.
SRF 제어 방법 및 RRF 제어 방법은 모두 사인파의 계통 전압 조건 하에서는 우수한 성능을 나타내는 반면, 계통 전압에 고조파가 존재하는 경우에는 그 성능이 저하될 수 있다.
또한, SRF 제어 방법은 전류 제어기의 설계가 복잡하고, 계통의 주파수가 변하는 경우, 정상 상태 오차가 발생할 수 있으며, 유효 전력 및 무효 전력을 독립적으로 제어할 수 없다는 단점을 갖는다.
RRF 제어 방법은 SRF 제어 방법의 단점을 극복하기 위해 제안된 것으로, 예를 들면, d 축 및 q축의 각 전류 제어기(PI)는 PR(Proportional Resonant), SOGI 및 RC(Repetitive Controller)가 병렬로 부가될 수 있으며, 이는 특정 고조파를 검출하고 피드포워드 방식으로 보상하도록 구성될 수 있다.
RRF 제어 방법은 초기에는 삼상 시스템에 널리 사용되었으나 직교 신호 생성기(OSG: Orthogonal Signal Generator)를 사용하여 단상 계통 연결에 적용될 수도 있다. 여기서 직교 신호 생성기는 힐버트 변환(Hilbert transform), 시간 지연, 올-패스 필터 또는 SOGI(Second-Oredr Generalized Integrator) 등의 위상 천이 방법을 사용하여 구현될 수 있는데, 특히 계통 전류로부터 정확한 직교 신호를 추출하기 위해서는 SOGI 방법을 사용하는 것이 바람직하다.
그러나 상술한 것처럼 계통 전압에 고조파가 존재하거나 계통 연계 인버터의 비선형성으로 인해 계통 전류가 왜곡되는 경우, RRF 제어 방법 또한 그 성능이 저하될 수 있다.
본 발명의 일측면은 디지털 록인 앰프(DLA: Digital Lock-in Amplifier)를 이용하여 계통 전압과 독립적으로 고조파 성분을 추출하고, 피드 포워드 방식으로 고조파 성분을 보상하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치는 계통 전압으로부터 상기 계통 전압의 위상을 추출하여 계통 전류의 기본 성분을 제어하는 기본 성분 제어부 및 디지털 록인 앰프를 포함하여 상기 계통 전압의 위상과는 독립적인 기준 신호를 생성하고, 상기 기준 신호를 이용하여 상기 계통 전류에 포함되는 고조파를 추출 및 보상하는 다중 고조파 제어부를 포함한다.
한편, 상기 다중 고조파 제어부는, 디지털 록인 앰프를 포함하여 상기 계통 전류의 각 주파수 차수에서의 진폭 및 위상을 추출하는 복수의 고조파 제어 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 다중 고조파 제어부는, 상기 계통 전류에 포함되는 고조파의 진폭 및 위상을 추출하여 상기 계통 전류에 포함되는 고조파를 재구성할 수 있다.
또한, 상기 다중 고조파 제어부는, 각 주파수 차수에서의 단위 진폭 및 임의의 위상을 갖는 기준 신호 및 그 직교 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 다중 고조파 제어부는, 각 주파수 차수에서의 기준 신호 및 직교 신호를 상기 계통 전류에 곱하고 상기 디지털 록인 앰프의 저대역 통과 필터에 통과시켜 잔여 리플을 제거한 신호를 획득할 수 있다.
또한, 상기 다중 고조파 제어부는, 상기 디지털 록인 앰프의 저대역 통과 필터로부터 획득하는 신호를 이용하여 각 주파수 차수에서의 진폭 및 위상을 산출할 수 있다.
또한, 상기 계통 연계 인버터의 스위칭 동작을 위한 PWM 신호를 생성하는 PWM 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 PWM 유닛은, 상기 기본 성분 제어부의 출력 및 상기 다중 고조파 제어부의 출력이 더해진 값을 추종하기 위한 상기 PWM 신호를 생성할 수 있다.
또한, 상기 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치는, RRF(Rotatory Reference Frame) 에서 전류 제어를 실행할 수 있다.
또한, 상기 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치는, 피드 포워드 제어 방식으로 전류 제어를 실행할 수 있다.
본 발명에 따르면 디지털 록인 앰프(DLA)에 의해 정확한 고조파 성분을 검출할 수 있으며, 피드 포워드 방식으로 검출한 고조파 성분을 제거할 수 있다.
또한, 디지털 록인 앰프(DLA)를 이용하여 고조파 성분을 검출함으로써, 고조파 성분 검출을 위한 직교 신호 생성기(OSG: Orthogonal Signal Generator) 또는 변환 블록을 필요로 하지 않으므로, 기존의 장치에 비해 계산 부담이 적고 간단하게 구현할 수 있다.
또한, 디지털 록인 앰프(DLA)를 이용한 정확한 고조파 성분 검출로부터 고조파 표준에 따른 총 고조파 왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)(예컨대, 전체 출력의 5% 이하)을 달성할 수 있다.
도 1은 디지털 록인 앰프의 블록 다이어그램을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치의 전류 제어 방법을 간략히 보여주는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 발명의 계통 연계 인버터(GCI: grid-Connected Inverter)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치는 계통 연계 인버터(GCI)의 출력 전류에 포함되는 고조파(Harmonic)를 보상하기 위한 전류 제어를 실행할 수 있다.
일반적으로 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어는 크게 SRF(Stationary Reference Frame) 제어 및 RRF(Rotatory Reference Frame) 제어로 나뉠 수 있다. SRF 제어는 αβ 프레임 제어라 할 수 있으며, RRF 제어는 DQ 프레임 제어라 할 수 있다.
본 발명의 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치는 RRF 제어를 기반으로 한 전류 제어를 실행할 수 있다.
본 발명의 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치는 출력 전류의 고조파 성분 검출을 위한 디지털 록인 앰프(DLA: Digital Lock-in Amplifier) 및 고조파 성분 제거를 위한 피드 포워드(feedforward) 방식의 PI 제어기를 포함할 수 있다.
종래의 RRF 제어 기반의 전류 제어 장치는 정확한 고조파 성분 검출에 어렵다는 문제점을 가져 결과적으로는 고조파 제거에 있어서 완벽한 성능을 보이지 못한다.
본 발명의 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치는 디지털 록인 앰프(DLA)에 의해 정확한 고조파 성분을 검출할 수 있으며, 피드 포워드 방식으로 검출한 고조파 성분을 제거할 수 있다.
디지털 록인 앰프(DLA)는 잡음이 많은 환경에서도 소정의 주파수의 진폭 및 위상 정보를 추출하는 데에 우수한 성능을 보인다는 점에서 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 장치이다.
본 발명의 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치는 이러한 디지털 록인 앰프(DLA)를 이용하여 계통(Grid)의 왜곡된 전압 조건 하에서도 출력 전류의 정확한 고조파 성분의 추출이 가능하다.
도 1은 디지털 록인 앰프의 블록 다이어그램을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 디지털 록인 앰프(DLA)는 입력 신호(Vs)에서 소정의 주파수 성분을 추출하기 위해 먼저 위상 검출(PSD: Phase Sensitive Detection)단계를 수행할 수 있다. 위상 검출(PSD) 단계는 기준 신호(Vr) 및 이의 직교 신호(Vr')를 생성하고, 각각 입력 신호(Vs)와 곱하는 단계이다. 여기서 디지털 록인 앰프(DLA)는 기준 신호(Vr)를 내부적 또는 외부적으로 생성할 수 있다.
위상 검출(PSD) 단계에 의해 입력 신호(Vs)에서 기준 신호(Vr)와 동일한 주파수를 갖는 신호만이 남게 된다. 이하 수식을 이용하여 위상 검출(PSD) 단계에 대해 설명한다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
수학식 1 내지 3은 각각 입력 신호(Vs), 기준 신호(Vr) 및 기준 신호(Vr)의 직교 신호(Vr')를 나타낸다.
위상 검출(PSD) 단계에 의해 기준 신호(Vr) 및 직교 신호(Vr')는 각각 입력 신호(Vs)와 곱해질 수 있으며, 그 출력은 아래 수학식 4 및 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
Figure pat00005
수학식 4 및 5에서 알 수 있듯이, 위상 검출(PSD) 단계의 출력(x', y')은 입력 신호(Vs)의 주파수(ωs) 및 기준 신호(Vr)의 주파수(ωr)의 차(ωs-ωr), 및 입력 신호(Vs)의 주파수(ωs) 및 기준 신호(Vr)의 주파수(ωr)의 합(ωs+ωr)에서의 두 AC 신호로 이루어질 수 있다.
이에 따라 입력 신호(Vs)의 주파수(ωs) 및 기준 신호(Vr)의 주파수(ωr)가 동일하다고 가정하는 경우, 수학식 4 및 5를 이용하여 입력 신호(Vs)의 진폭 및 위상을 추출할 수 있다.
여기에서 저대역 통과 필터(LPF: Low Pass Filter)를 이용하는 경우, 순수 DC 신호를 획득할 수 있다.
이와 같은 디지털 록인 앰프(DLA)를 계통 연계 인버터(GCI)의 출력 전류의 고조파 성분(진폭 및 위상) 검출에 적용하는 경우, 종래의 RRF 제어 기반의 전류 제어 장치에 비해 구현이 간단하고, 계통(Grid)의 위상과는 독립적으로 고조파 성분 검출이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치는 이러한 디지털 록인 앰프(DLA)를 포함하여 RRF 제어 기반의 전류 제어 장치의 구현에 필요한 고조파 성분 검출을 위한 직교 신호 생성기(OSG: Orthogonal Signal Generator) 또는 변환 블록을 필요로 하지 않으므로, 기존의 장치에 비해 계산 부담이 적고 간단하게 구현할 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치(1)는 기본 성분 제어부(20) 및 다중 고조파 제어부(10)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치(1)는 기본 성분 제어부(20)를 통해 계통 전압(Vgrid)에 기반하여 계통 전류(Ig)의 기본 성분을 제어하고, 다중 고조파 제어부(10)를 통해 피드 포워드 방식으로 각 주파수 차수에서의 고조파를 추출 및 보상할 수 있다. 이때, 다중 고조파 제어부(10)에서 생성하는 (ωref, θref)의 기준 신호는 기본 성분 제어부(20)에서 추출하는 계통 전압(Vgrid)의 위상(θ)과는 독립적으로 생성할 수 있다.
도 2에서 계통 연계 인버터(GCI)는 LCL 필터(LCL Filter)를 통해 계통과 연결되는데, 여기서 LCL 필터는 계통 연계 인버터(GCI)의 공진 주파수가 낮을 때의 L 필터와 동일한 역할을 한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치(1)에서 LCL 필터(LCL Filter)의 영향은 무시하여도 무방하다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치(1)의 각 구성에 대해 상세히 설명한다.
기본 성분 제어부(20)는 종래의 RRF 제어 기반의 전류 제어 장치에 포함되는 PLL(Phase Locked Loop)에 해당하며, 계통 전압(Vgrid)의 위상(θ)을 추출할 수 있다.
예를 들면, 기본 성분 제어부(20)는 SOGI(second-Order Generalized Integrator)를 포함하여 계통 전압(Vgrid)의 직교 성분을 추출하고, 이를 d 축 및 q축으로 변환하며, PI 제어기를 이용하여 계통 전압(Vgrid)에서 각 주파수 차수에서의 위상(θ)을 추출할 수 있다.
도 2와 같은 기본 성분 제어부(20)의 루프 이득은 아래 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00006
수학식 6에서 Gi(s)는 기본 성분 제어부(20)의 전달함수를 의미하고, GPWM(s)는 s-도메인의 PWM 유닛의 전달함수를 의미한다. Gp(s)는 LCL 필터의 전달 함수를 의미한다.
다중 고조파 제어부(10)는 계통 전류(Ig)의 각 주파수 차수에서의 고조파를 추출 및 보상하기 위한 복수의 고조파 제어 유닛으로 구성될 수 있다. 이와 관련하여 계통 전류(Ig)가 왜곡되어 아래 수학식 7과 같은 홀수 고조파 성분을 갖고 있는 상태를 예로 들어 설명한다.
Figure pat00007
수학식 7에서 Iamp는 계통 전류(Ig)의 기본 전류의 크기, mnh는 피드백 전류에서의 고조파의 크기 및 n은 홀수 고조파의 차수를 나타낸다.
다중 고조파 제어부(10)를 구성하는 각 고조파 제어 유닛은 디지털 록인 앰프(DLA)의 구조를 채택하여 각 주파수 차수에서의 단위 진폭 및 임의의 위상을 갖는 기준 신호 및 그 직교 신호를 생성할 수 있다.
Figure pat00008
수학식 8은 다중 고조파 제어부(10)에서 생성하는 각 주파수 차수에서의 기준 신호(Inhref) 및 직교 신호(Inh'ref)를 나타내며, 수학식 8에서 k는 기준 신호의 순차를 나타낸다.
다중 고조파 제어부(10)는 각 주파수 차수에서의 기준 신호 및 그 직교 신호를 각각 계통 전류(Ig)와 곱할 수 있으며, 이는 아래 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00009
수학식 4 및 5에 따르면 수학식 9는 아래 수학식 10 및 11과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00010
Figure pat00011
다중 고조파 제어부(10)는 각 주파수 차수에서의 기준 신호의 주파수(kωs) 및 각 주파수 차수에서의 계통 전류의 주파수(nωs)가 동일하다고 가정하는 경우, 수학식 10 및 11을 이용하여 각 주파수 차수에서의 계통 전류의 진폭 및 위상을 추출할 수 있을 것이다.
다중 고조파 제어부(10)는 수학식 10 및 11의 신호를 저대역 통과 필터(LPF)에 통과시켜 DC 값에 중첩되어 있는 하위 고조파(sub harmonic) 성분을 제거할 수도 있다.
한편 상술한 것처럼 디지털 록인 앰프(DLA)는 순수 DC 성분을 추출하기 위한 저대역 통과 필터(LPF)를 포함할 수 있다. 이러한 저대역 통과 필터(LPF)의 전달 함수는 아래 수학식 12와 같이 산출할 수 있다.
Figure pat00012
수학식 12에서 n은 저대역 통과 필터(LPF)의 차수를 의미한다.
다중 고조파 제어부(10)는 고조파의 차수에 따라 이러한 저대역 통과 필터(LPF)의 차수(n) 및 그 컷오프 주파수를 설정할 수 있다.
예를 들면, 수학식 10 및 11에서 알 수 있듯이 3차 주파수의 진폭 및 위상 추출에 사용되는 가장 낮은 AC 성분은 120Hz이고, 5차 주파수의 진폭 및 위상 추출에 사용되는 가장 낮은 AC 성분은 240Hz이다. 이와 같은 경우, 저대역 통과 필터(LPF)는 120Hz 및 240Hz의 리플을 감쇄할 수 있도록 설계되어야 한다.
본 실시예에서 다중 고조파 제어부(10)는 3차 및 5차 주파수의 진폭 및 위상 추출을 위해 4차 저대역 통과 필터(LPF)를 설정하고, 그 컷오프 주파수를 10Hz 및 20Hz로 설정할 수 있다.
다중 고조파 제어부(10)는 아래 수학식 13과 같이 각 주파수 차수에서의 고조파를 재구성할 수 있다.
Figure pat00013
수학식 13은 다중 고조파 제어부(10)에 의해 재구성 된 고조파(mαnh)를 나타내며, Anh는 고조파의 진폭, θnh는 고조파의 위상 및 기준 신호의 위상 간의 차이를 의미한다.
수학식 10 및 11을 저대역 통과 필터(LPF)에 통과시키는 경우, 원하는 주파수 차수의 진폭 및 위상 정보가 있는 제로 주파수 또는 DC 값을 제외한 잔여 리플이 모두 제거되어 아래 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다. 따라서 다중 고조파 제어부(10)는 수학식 14로부터 각 주파수 차수에서의 진폭(Anh) 및 위상(θnh)을 아래 수학식 15 및 16과 같이 산출할 수 있다.
Figure pat00014
Figure pat00015
Figure pat00016
다중 고조파 제어부(10)는 수학식 15 및 16과 같이 산출한 각 주파수 차수에서의 진폭 및 위상을 수학식 13에 대입하여 각 주파수 차수에서의 고조파를 재구성할 수 있다.
이와 같이 다중 고조파 제어부(10)에 의해 재구성되는 각 주파수 차수에서의 고조파는 기본 성분 제어부(20)의 출력과 더해져서 피드 포워드 제어에 의해 보상될 수 있다. 이와 관련하여 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치의 전류 제어 방법을 간략히 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치(1)는 계통 연계 인버터(GCI)의 스위칭 동작을 위한 PWM 신호를 생성하는 PWM 유닛을 더 포함할 수 있다.
기본 성분 제어부(Gi(s))의 출력에서 다중 고조파 제어부(HC(s))의 출력(mh)과 더해질 수 있다. 이는 계통 연계 인버터(GCI)의 스위칭 동작을 제어하기 위한 PWM 신호를 생성하는 PWM 유닛으로 인가될 수 있으며, PWM 유닛은 기본 성분 제어부(Gi(s))의 출력에서 다중 고조파 제어부(HC(s))의 출력(mh)이 더해진 값을 추종하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라 계통 연계 인버터(GCI)로부터 출력되는 계통 전류(Ig)는 고조파 성분이 보상될 수 있을 것이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치(1)의 성능에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치(1)의 성능을 검증하기 위해 다음과 같은 조건 하에서 전류 제어를 실행하고 계통 전류의 총 고조파 왜곡(THD: Total Harmonic Distortion)을 측정하였다.
DC 전압(Vdc)=400V, 계통 전압(Vg)=220Vrms, 기본 주파수(fg)=60Hz, 스위칭 주파수(fsw)=10kHz 및 데드 타임(Td)=0.5us의 조건을 갖는 단상 계통 연계 인버터(GCI)를 구현하였으며, 고조파 보상기가 없는 RRF 방식의 전류 제어기(Conventional Current method), 종래의 고조파 보상기를 탑재한 RRF 방식의 전류 제어기(Conventional Harmonic method) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 제어 장치(Proposed Harmonic method)를 이용하여 계통 연계 인버터(GCI)의 전류 제어를 실시하였다.
Figure pat00017
Figure pat00018
표 1 및 표 2는 각각 1kW 및 5kW에서의 실험 결과를 정리한 표이다.
표 1 및 표 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치(1)는 다른 방식의 전류 제어기에 비해 모든 부하 범위 에서 총 고조파 왜곡(THD)이 4% 이하로 산출됨을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 계통 연계 인버터(GCI)의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치는 IEEE 519 및 P1547과 같은 고조파 표준에 따른 총 고조파 왜곡(THD)(예컨대, 전체 출력의 5% 이하)을 달성할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
1: 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치
10: 다중 고조파 제어부
20: 기본 성분 제어부

Claims (10)

  1. 계통 전압으로부터 상기 계통 전압의 위상을 추출하여 계통 전류의 기본 성분을 제어하는 기본 성분 제어부; 및
    디지털 록인 앰프를 포함하여 상기 계통 전압의 위상과는 독립적인 기준 신호를 생성하고, 상기 기준 신호를 이용하여 상기 계통 전류에 포함되는 고조파를 추출 및 보상하는 다중 고조파 제어부를 포함하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다중 고조파 제어부는,
    디지털 록인 앰프를 포함하여 상기 계통 전류의 각 주파수 차수에서의 진폭 및 위상을 추출하는 복수의 고조파 제어 유닛을 포함하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다중 고조파 제어부는,
    상기 계통 전류에 포함되는 고조파의 진폭 및 위상을 추출하여 상기 계통 전류에 포함되는 고조파를 재구성하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다중 고조파 제어부는,
    각 주파수 차수에서의 단위 진폭 및 임의의 위상을 갖는 기준 신호 및 그 직교 신호를 생성하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다중 고조파 제어부는,
    각 주파수 차수에서의 기준 신호 및 직교 신호를 상기 계통 전류에 곱하고 상기 디지털 록인 앰프의 저대역 통과 필터에 통과시켜 잔여 리플을 제거한 신호를 획득하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다중 고조파 제어부는,
    상기 디지털 록인 앰프의 저대역 통과 필터로부터 획득하는 신호를 이용하여 각 주파수 차수에서의 진폭 및 위상을 산출하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 계통 연계 인버터의 스위칭 동작을 위한 PWM 신호를 생성하는 PWM 유닛을 더 포함하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 PWM 유닛은,
    상기 기본 성분 제어부의 출력 및 상기 다중 고조파 제어부의 출력이 더해진 값을 추종하기 위한 상기 PWM 신호를 생성하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치는,
    RRF(Rotatory Reference Frame) 에서 전류 제어를 실행하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치는,
    피드 포워드 제어 방식으로 전류 제어를 실행하는 계통 연계 인버터의 고조파 보상을 위한 전류 제어 장치.
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