KR20210138984A - 3 Phase 4 wire grid-connected power conditioning system - Google Patents

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Abstract

The present invention discloses a 3-phase 4-wire power conversion device capable of individual power control of each phase based on 4-leg. The power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention adopts a structure having four LEGs by adding a neutral LEG for controlling a neutral point to a general 3-LEG structure, to combine the existing single-phase d-q control method based on 4-LEG hardware, so that the output power of each phase is individually controlled differently and independently. In addition, by using this technology, the present invention is capable of individually controlling the active power and reactive power of each phase. When using this, the power factor of each phase is individually controlled at the power receiving point of the power supply system composed of many single-phase loads, such as power plants or apartment complexes in island areas.

Description

4-Leg 기반 각 상 개별 전력제어가 가능한 3상 4선식 전력 변환 장치{3 Phase 4 wire grid-connected power conditioning system}3-phase 4-wire power conversion device capable of individual power control of each phase based on 4-leg {3 Phase 4 wire grid-connected power conditioning system}

본 발명은 전력 변환 장치(PCS: Power Conditioning System)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 3상 4선식 저압 수용가 전력계통 또는 도서 내연 발전 계통에서 ESS 기능과 부하 불평형 보상기능을 동시에 수행하는 축전지에 연계된 3상 4선식 전력 변환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power conversion device (PCS: Power Conditioning System), and more specifically, to a storage battery that simultaneously performs an ESS function and a load imbalance compensation function in a 3-phase 4-wire low-voltage consumer power system or an island internal combustion power generation system. It relates to a three-phase four-wire power conversion device.

태양광발전, 풍력발전 등과 같은 신재생 에너지 전원과 축전지와 같은 에너지 저장장치를 이용한 원격지용 독립형 하이브리드 전원시스템 구성에 있어서, 종래 기술은, 잉여 전력의 흡수와 부족 전력의 방전을 수행하기 위한 목적, 및 3상 전원의 각 상간의 부하의 불평형 문제를 해결하기 위한 목적 중 적어도 하나를 달성하기 위해서, 1상의 태양광발전 인버터와 1상의 축전지용 인버터를 각 3개씩 이용하여 3상 전원시스템을 구성하였다. In the configuration of an independent hybrid power system for a remote location using a renewable energy power source such as solar power generation and wind power generation and an energy storage device such as a storage battery, the prior art is for the purpose of absorbing surplus power and discharging insufficient power, And in order to achieve at least one of the objectives for solving the problem of load imbalance between phases of the three-phase power supply, a three-phase power system was constructed using three one-phase photovoltaic inverters and three one-phase storage battery inverters each. .

이러한 3상 전원 시스템의 제어방식은 축전지용 인버터에 대해서 주파수-유효전력 드룹(Droop) 방식 및 전압-무효전력 드룹 방식을 적용하였는데, 이는 전원 주파수가 정격주파수보다 증가하면 유효전력을 설정된 비율(드룹 비율)에 따라 줄이고, 전원 주파수가 정격주파수 보다 감소하면 유효전력 출력을 증가시키는 방식으로 제어를 수행하였고, 전압과 무효전력에 대해서도 이러한 드룹 방식을 적용하였다.For the control method of this three-phase power system, the frequency-active power droop method and voltage-reactive power droop method were applied to the inverter for storage batteries. ratio), and control was performed by increasing the active power output when the power frequency decreased than the rated frequency, and this droop method was also applied to voltage and reactive power.

또한, 각 발전량이 충분하여 에너지 저장장치가 완전히 충전되었으며, 부하가 전력을 소비하고도 남는 경우에, 태양광 발전이나 풍력 발전은 그 출력을 제한하여야 하는데, 종래 기술은 주파수가 일정 이상 증가하면 출력을 감소하도록 제어하였다.In addition, when the energy storage device is fully charged because the amount of each generation is sufficient and the load remains after consuming power, the output of solar power generation or wind power generation should be limited. was controlled to decrease.

이러한 종래 기술에 따른 독립형 마이크로그리드 구성의 일 예를 도 1에 도시하였다. 도 1을 참조하면, 태양전지(1)와 태양광 발전용 1상 인버터(2)로 구성되는 세트 3개를 이용하여 3상의 전원(6)을 구성하게 되며, 잉여전력을 충전하거나, 부족한 전력을 방전하기 위해 축전지(3)와 축전지용 1상 인버터(4)로 구성되는 세트 3개를 추가하여 전체 전력망을 구성한다.An example of such a stand-alone microgrid configuration according to the prior art is shown in FIG. 1 . Referring to FIG. 1 , a three-phase power source 6 is configured using three sets consisting of a solar cell 1 and a one-phase inverter 2 for photovoltaic power generation, and the surplus power is charged or insufficient power is used. In order to discharge the battery, three sets consisting of a storage battery (3) and a 1-phase inverter (4) for storage batteries are added to configure the entire power grid.

종래기술은 이런 방식으로 3상의 전력망(6)을 구성하여, 1상 또는 3상 부하(5)에 전력을 공급하고, 각 인버터(2, 4)는 전술한 드룹 방식에 의해 각 상별로 독립적으로 충전, 방전 또는 출력제한 운전을 하면서 각상의 전압과 주파수를 유지하게 된다. The prior art configures the three-phase power grid 6 in this way to supply power to a one-phase or three-phase load 5, and each inverter 2, 4 independently for each phase by the above-described droop method. The voltage and frequency of each phase are maintained while charging, discharging, or output-limited operation.

이러한 종래 기술은 별도의 고속 통신망을 통한 제어가 불필요한 장점이 있지만, 드룹 방식을 적용함으로써 전압과 주파수의 품질이 희생되며, 1상의 인버터 3개로 3상을 구성하기 때문에 전력용 반도체의 숫자 증가 등으로 설치 비용이 증가하는 단점이 있다. This prior art has the advantage that it does not require control through a separate high-speed communication network, but by applying the droop method, the quality of voltage and frequency is sacrificed. The disadvantage is that the installation cost increases.

도 1에 도시된 종래 기술의 문제점을 보완하는 방법이, 도 2 및 도 3에 도시된, 3상 4선식 인버터(100)를 이용하는 방식이다. 계통연계형으로 동작하는 이 인버터(100)의 인버팅부(40)는 각 상당 2개의 전력용 스위치, 즉 8개의 스위치로 구성되며 각 상은 연계용 리액터(80)를 통해서 3상 4선식 전원(50)에 연결된다. A method of supplementing the problems of the prior art shown in FIG. 1 is a method using a three-phase, four-wire inverter 100 shown in FIGS. 2 and 3 . The inverting unit 40 of this inverter 100 operating in a grid-connected type consists of two power switches, that is, eight switches, and each phase is a three-phase four-wire power supply ( 50) is connected.

센싱회로부(20)는 인버팅부(40)의 전류, 계통 전원(50)의 전압, 부하(60)의 전류(70)를 계측하게 된다. 제어회로부(10)는 센싱회로부(20)의 계측정보로부터 필요한 제어연산을 수행하고 그 결과를 구동회로부(30)로 출력하여 인버팅부(40)의 전력용 반도체 스위치를 제어하게 된다. 이러한 기존의 3상 4선식 인버터는 부하(60)의 전류 불평형을 보상하거나 또는 능동 필터형으로 사용할 수 있다. The sensing circuit unit 20 measures the current of the inverting unit 40 , the voltage of the system power supply 50 , and the current 70 of the load 60 . The control circuit unit 10 performs a necessary control operation from the measurement information of the sensing circuit unit 20 and outputs the result to the driving circuit unit 30 to control the power semiconductor switch of the inverting unit 40 . Such a conventional 3-phase 4-wire inverter can compensate for current imbalance of the load 60 or be used as an active filter type.

일반적으로 3상 3-LEG 인버터의 전압이나 전류 제어에 있어서는 회전동기좌표계의 dq 제어 기법을 적용한다. 불평형 전압 또는 전류에 대해서는 전압 또는 전류를 정상분과 역상분을 분리하여 개별적으로 제어한 후, 이를 다시 합성하여 스위칭 하는 방식으로 보상하게 된다. In general, the dq control technique of the rotation synchronous coordinate system is applied to the voltage or current control of a 3-phase 3-LEG inverter. For an unbalanced voltage or current, the voltage or current is separately controlled by separating the normal component and the negative phase component, and then it is compensated by synthesizing them again and switching them.

동기적으로 회전하는 레퍼런스 프레임 dqo 변환을 기반으로 하는 PI제어기를 사용하며, 불평형 전류에서 정상분과 역상분을 나누고, 각 성분마다 개별 전류제어기를 설치한 후, 그 결과를 합성함으로써 이러한 문제를 부분적으로 극복할 수 있다. 그러나 3상 3-LEG 인버터 기반의 이러한 방법은 중성선의 전압을 제어할 수 없기 때문에 근본적인 문제점이 존재한다. This problem is partially solved by using a PI controller based on a synchronously rotating reference frame dqo transformation, dividing the positive and negative phase components in the unbalanced current, installing an individual current controller for each component, and synthesizing the results. can overcome However, this method based on a three-phase 3-LEG inverter has a fundamental problem because the voltage of the neutral line cannot be controlled.

아울러, 종래 기술에 따른 수용가내에서 3상4선식 전원을 사용하는 경우, 1상 부하의 사용에 의한 부하 불평형 상황이 발생하며, 이로 인해 3상전압의 평형이 깨지는 전압불평형 현상이 발생한다.In addition, when a three-phase four-wire power supply is used in a consumer according to the prior art, a load unbalance situation occurs due to the use of a one-phase load, which causes a voltage unbalance phenomenon in which the three-phase voltage balance is broken.

도 4는 저압수용가 전력계통에서 1상 불평형부하에 의해 발생하는 수전점의 전력 불균등으로 인한 수전전압 불균형 현상 발생하는 경우, 또는 독립형 마이크로그리드에서 발전기 가동시 1상 불평형 부하로 인한 부하 불평형으로 3상 발전기의 출력전압이 불평형이 되는 상황을 나타낸다. Figure 4 is a three-phase load unbalance caused by a one-phase unbalanced load when a power reception voltage imbalance occurs due to power unevenness at the reception point caused by a 1-phase unbalanced load in a low-voltage consumer power system, or when a generator is operated in an independent microgrid. It indicates a situation in which the output voltage of the generator becomes unbalanced.

이상과 같은 상황에서 앞서 언급한 불평형 전압문제를 해결하기 위하여, 도 3과 같은 3상 4-LEG 방식의 전력 변환 장치(PCS)가 제안되고 있지만, 3상 4-LEG 방식의 전력 변환 장치(PCS)를 안정적으로 운용할 수 있는 제어 알고리즘이 미비한 문제점이 존재한다.In order to solve the above-mentioned unbalanced voltage problem in the above situation, a three-phase 4-LEG type power conversion device (PCS) as shown in FIG. 3 has been proposed, but a three-phase 4-LEG type power conversion device (PCS) ), there is a problem that the control algorithm that can operate stably is insufficient.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 축전지에 연계된 전력 변환 장치(PCS)로서, 3상 4선식 4레그 인버터를 포함하여, 독립형 운전 모드에서 1상 부하에 의한 부하 불평형, 및 이로 인한 상간 전압의 불평형을 해소하여 규정 전압 범위의 안정적인 전력을 공급할 수 있는 전력 변환 장치를 제공하는 것이다. The present invention is to solve the problems of the prior art described above, as a power conversion device (PCS) linked to a storage battery, including a 3-phase 4-wire 4-leg inverter, load imbalance due to 1-phase load in an independent operation mode, and to provide a power conversion device capable of supplying stable power within a specified voltage range by resolving the resulting imbalance of the phase voltage.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 변환 장치는, 3상 4선식 4레그 인버터로 구성되고, 일단이 에너지 저장 장치에 연결되며, 타단이 상용전원 및 부하에 연결되어, 상용전원이 공급하는 전원을 입력받아 상기 에너지 저장 장치를 충전시키거나, 상기 에너지 저장 장치에 저장된 전원을 방전시켜 부하로 제공하는 인버팅부; 및 상기 상용 전원이 공급하는 각 상의 전압값 및 상기 인버팅부가 출력하는 각 상의 전류값에 따라서 상기 인버팅부에 포함된 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하여, 3상의 각 상별로 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전을 독립적으로 제어하는 제어기를 포함한다.A power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention for solving the above problems is composed of a three-phase four-wire four-leg inverter, one end is connected to an energy storage device, the other end is connected to commercial power and a load, an inverting unit receiving power supplied from commercial power to charge the energy storage device or discharging power stored in the energy storage device to provide a load; and by controlling on/off of switching elements included in the inverting unit according to the voltage value of each phase supplied by the commercial power and the current value of each phase output by the inverting unit, the energy storage device for each phase of three phases Includes a controller that independently controls the charging and discharging of

또한, 상기 제어기는, 상용 전원의 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn)을 이용하여 상용전원과 동기화된 위상정보(θ_ut)를 생성하는 위상 정보 생성부; 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn) 및 상기 위상 정보(θ_ut)를 각각 입력받아, 각 상별로 유효 전력을 제어하는 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*)를 출력하는 유효 전력 제어 모듈; 제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상의 전류값(Ian,Ibn,Icn) 및 상기 위상 정보(θ_ut)를 각각 입력받아, 각 상별로 무효 전력을 제어하는 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)를 출력하는 무효 전력 제어 모듈; 및 상기 유효전력 보상 기준 제어신호 및 상기 무효전력 보상 기준 전류신호에 따라서, 상기 인버팅부에 포함된 스위치들의 온/오프를 제어하기 위한 스위칭 제어신호(Sa,Sb,Sc,Sn)를 생성하여 상기 인버팅부로 출력하는 제어신호 변환부를 포함할 수 있다.In addition, the controller may include: a phase information generator for generating phase information (θ_ut) synchronized with commercial power using voltage values (Van, Vbn, Vcn) of each phase of the commercial power; An active power compensation reference current signal (Va_d*, an active power control module that outputs Vb_d*,Vc_d*); Reactive power compensation reference current signal (Va_q*, a reactive power control module that outputs Vb_q*,Vc_q*); And according to the active power compensation reference control signal and the reactive power compensation reference current signal, by generating a switching control signal (Sa, Sb, Sc, Sn) for controlling the on / off of the switches included in the inverting unit, It may include a control signal converting unit output to the inverting unit.

또한, 상기 유효 전력 제어 모듈은, 제 1 상 유효 전력 제어부, 제 2 상 유효 전력 제어부 및 제 3 상 유효전력 제어부를 포함하고, 상기 제 1 상 유효 전력 제어부, 상기 제 2 상 유효 전력 제어부 및 상기 제 3 상 유효전력 제어부 각각은,In addition, the active power control module includes a first phase active power control unit, a second phase active power control unit and a third phase active power control unit, the first phase active power control unit, the second phase active power control unit and the Each of the third phase active power control unit,

상기 상용전원의 해당 상의 출력 전압(Van,Vbn,Vcn)을 입력받고, 90도 위상이 지연된 해당 상 전압의 α,β 성분(Va_αβ,Vb_αβ,Vc_αβ)을 출력하는 전역통과필터; 상기 전역통과필터로부터 해당 상 전압의 α,β 성분(Va_αβ,Vb_αβ,Vc_αβ)을 입력받고, 상기 위상 정보(θ_ut)를 입력받아, 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 및 q축 전압 성분(Va_d,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q)을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부; 상기 d축 및 q축 전압 성분(Va_d,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q)과 상기 무효 전력 제어 모듈로부터 입력된 대응되는 상의 d축 및 q축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d,Ia_q,Ib_q,Ic_q)을 이용하여 해당 상의 유효 전력값(Pa,Pb,Pc)을 출력하는 유효전력 계산기; 상기 해당 상의 유효 전력값(Pa,Pb,Pc)과 사전에 설정된 유효 전력 기준값(Pa_ref,Pb_ref,Pc_ref) 간의 오차값을 입력받고, 입력된 오차값이 감소하도록 제어하는 유효전력 제어신호(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*)를 출력하는 유효전력 제어기; 및 상기 해당 상의 출력된 유효전력 제어신호(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*)와 상기 무효 전력 제어 모듈로부터 입력된 대응되는 상의 d축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d) 간의 오차를 입력받고, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 해당 상의 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*)를 생성하여 출력하는 d-전류 제어기를 포함할 수 있다.an all-pass filter receiving the output voltages (Van, Vbn, Vcn) of the corresponding phases of the commercial power supply and outputting α, β components (Va_αβ, Vb_αβ, Vc_αβ) of the phase voltage delayed by 90 degrees; α, β components (Va_αβ, Vb_αβ, Vc_αβ) of the corresponding phase voltage are received from the all-pass filter, the phase information (θ_ut) is received, and the d-axis and q-axis voltage components (Va_d) are performed by performing rotation-synchronous coordinate system transformation , Vb_d, Vc_d, Va_q, Vb_q, Vc_q) for outputting a rotation synchronization coordinate system transformation unit; The d-axis and q-axis voltage components (Va_d, Vb_d, Vc_d, Va_q, Vb_q, Vc_q) and the corresponding phase d-axis and q-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d, Ia_q, Ib_q) input from the reactive power control module ,Ic_q) using an active power calculator for outputting the active power values (Pa, Pb, Pc) of the corresponding phase; An active power control signal (Ia_d*) for receiving an error value between the active power values of the corresponding phase (Pa, Pb, Pc) and a preset active power reference value (Pa_ref, Pb_ref, Pc_ref) and controlling the input error value to decrease ,Ib_d*,Ic_d*) an active power controller that outputs; and an error between the output active power control signal (Ia_d*, Ib_d*, Ic_d*) of the corresponding phase and the d-axis current component (Ia_d, Ib_d, Ic_d) of the corresponding phase input from the reactive power control module, and input It may include a d-current controller that generates and outputs the active power compensation reference current signals Va_d*, Vb_d*, Vc_d* of the corresponding phase to control the error to be reduced.

또한, 상기 무효 전력 제어 모듈은, 제 1 상 무효 전력 제어부, 제 2 상 무효 전력 제어부 및 제 3 상 무효전력 제어부를 포함하고, 상기 제 1 상 무효 전력 제어부, 상기 제 2 상 무효 전력 제어부 및 상기 제 3 상 무효전력 제어부 각각은, 상기 인버팅부의 해당 상의 출력 전류(Ian,Ibn,Icn)를 입력받고, 90도 위상이 지연된 해당 상 전류의 α,β 성분(Ia_αβ,Ib_αβ,Ic_αβ)을 출력하는 전역통과필터; 상기 전역통과필터로부터 해당 상 전류의 α,β 성분(Ia_αβ,Ib_αβ,Ic_αβ)을 입력받고, 상기 위상 정보를 입력받아, 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 및 q축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d,Ia_q,Ib_q,Ic_q)을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부; 상기 d축 및 q축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d,Ia_q,Ib_q,Ic_q)과 상기 유효 전력 제어 모듈로부터 입력된 대응되는 상의 d축 및 q축 전압 성분(Va_d,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q)을 이용하여 해당 상의 무효 전력값(Qa,Qb,Qc)을 출력하는 무효전력 계산기; 상기 해당 상의 무효 전력값(Qa,Qb,Qc)과 사전에 설정된 무효 전력 기준값(Qa_ref,Qb_ref,Qc_ref)간의 오차값을 입력받고, 입력된 오차값이 감소하도록 제어하는 무효전력 제어신호(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*)를 출력하는 무효전력 제어기; 및 상기 해당 상의 출력된 무효전력 제어신호(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*)와 상기 대응되는 상의 q축 전류 성분(Ia_q,Ib_q,Ic_q)간의 오차를 입력받고, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 해당 상의 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)를 생성하여 출력하는 q-전류 제어기를 포함할 수 있다.In addition, the reactive power control module includes a first phase reactive power control unit, a second phase reactive power control unit and a third phase reactive power control unit, the first phase reactive power control unit, the second phase reactive power control unit and the Each of the third phase reactive power control units receives the output current (Ian, Ibn, Icn) of the corresponding phase of the inverting unit, and outputs α, β components (Ia_αβ, Ib_αβ, Ic_αβ) of the phase current delayed by 90 degrees an all-pass filter; Receives α and β components (Ia_αβ, Ib_αβ, Ic_αβ) of the corresponding phase current from the all-pass filter, receives the phase information, performs rotation synchronous coordinate system transformation, and performs d-axis and q-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d, Ia_q, Ib_q, Ic_q) to output a rotation synchronization coordinate system transformation unit; The d-axis and q-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d, Ia_q, Ib_q, Ic_q) and the corresponding phase d-axis and q-axis voltage components (Va_d, Vb_d, Vc_d, Va_q, Vb_q) input from the active power control module , Vc_q) using a reactive power calculator for outputting the reactive power value (Qa, Qb, Qc) of the corresponding phase; Reactive power control signal (Ia_q*) for receiving an error value between the reactive power value of the corresponding phase (Qa, Qb, Qc) and a preset reactive power reference value (Qa_ref, Qb_ref, Qc_ref), and controlling the input error value to decrease ,Ib_q*,Ic_q*) a reactive power controller that outputs; And receiving the error between the output reactive power control signal (Ia_q*, Ib_q*, Ic_q*) of the corresponding phase and the q-axis current component (Ia_q, Ib_q, Ic_q) of the corresponding phase, and controlling the input error to decrease It may include a q-current controller that generates and outputs the reactive power compensation reference current signals Va_q*, Vb_q*, Vc_q* of the corresponding phase.

또한, 상기 위상 정보 생성부는, 상용 전원의 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn) 및 상기 위상 정보를 입력받아 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 전압(V_de)을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부; 및 기 회전 동기 좌표계 변환부로부터 d축 전압(V_de)을 입력받아 상용전원과 동기화된 위상정보(θ_ut)를 생성하는 위상 고정 루프;를 포함할 수 있다.In addition, the phase information generation unit, a rotation synchronous coordinate system conversion unit that receives the voltage values (Van, Vbn, Vcn) of each phase of the commercial power and the phase information, performs rotation synchronous coordinate system transformation, and outputs a d-axis voltage (V_de) ; and a phase lock loop that receives the d-axis voltage (V_de) from the rotation synchronization coordinate system converter and generates phase information (θ_ut) synchronized with commercial power.

또한, 상기한 전력 변환 장치는, 상기 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*) 및 상기 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)에 대해서, 역d-q변환 및 역α-β 변환을 순차적으로 수행하여 3상 신호를 상기 제어신호 변환부(Space Vector PWM)로 출력하는 역변환부를 더 포함하고, 상기 제어신호 변환부는 상기 역변환부로부터 입력된 3상 신호를 상기 인버팅부에 포함된 각 스위치의 스위칭 제어신호(Sa,Sb,Sc,Sn)로 변환하여 출력할 수 있다.In addition, the power conversion device, the active power compensation reference current signal (Va_d*, Vb_d*, Vc_d*) and the reactive power compensation reference current signal (Va_q*, Vb_q*, Vc_q*) with respect to the inverse dq conversion, and an inverse transform unit for sequentially performing inverse α-β transformation and outputting a three-phase signal to the control signal converting unit (Space Vector PWM), wherein the control signal converting unit converts the three-phase signal input from the inverse transform unit to the It can be converted into a switching control signal (Sa, Sb, Sc, Sn) of each switch included in the inverting unit and output.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 변환 장치는 일반적인 3-LEG 구조에 중성점을 제어하기 위한 Neutral LEG가 추가되어 4개의 LEG를 갖는 구조를 채택함으로써, 4-LEG 하드웨어 기반에서 기존의 단상 d-q제어 방법을 조합하여 각 상의 출력전력을 독립적으로 개별 제어하여 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고 불평형부하 대응 운전을 안정적으로 제어할 수 있다.The power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention adopts a structure having four LEGs by adding a neutral LEG for controlling a neutral point to a general 3-LEG structure, thereby a conventional single-phase dq control method based on 4-LEG hardware. By combining , the output power of each phase can be independently individually controlled to solve the problems of the prior art and to stably control the unbalanced load response operation.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4-LEG 전력 변환 장치(PCS)는 토폴로지상 3개의 단상 전력 변환 장치(PCS)와 동일하게 동작하므로, 단상 전력 변환 장치(PCS)의 제어 방식을 채택하였으며, 이를 통해 본 발명의 4-LEG 전력 변환 장치(PCS)는 각 상의 전류 또는 전압을 독립적으로 제어할 수 있다.In addition, since the three-phase 4-LEG power conversion device (PCS) according to the preferred embodiment of the present invention operates the same as the topology of the three single-phase power conversion devices (PCS), the control method of the single-phase power conversion device (PCS) is reduced. Adopted, through this, the 4-LEG power conversion device (PCS) of the present invention can independently control the current or voltage of each phase.

또한, 회전동기좌표계를 적용한 일반적인 계통연계모드 운전 즉, d-q제어는 3상 평형 전류 및 전력제어에 적용하는 기법이므로 불평형 부하에 대한 보상 기능을 수행할 수 없다. 불평형 전류를 보상하거나 출력하기 위해서는 역상분을 분리하여 제어하는 별도의 제어기가 필요하며, 최종적으로 정상분 전류제어기와 역상분 전류제어기의 출력을 합산하여 제어해야 한다. 이와 같이 기존의 일반적인 d-q제어 알고리즘은 3상의 전력을 일괄로 제어할 수 밖에 없어 충전/방전 운전 중에 각상 전력의 크기를 달리 제어하는 것과 상별로 충전/방전모드를 달리 제어하는 것이 불가능 하였으나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전력 변환 장치는 각 상의 전력을 달리 제어 할 수 있도록 4-Leg 방식의 구조를 채택하고, 이를 d-q제어 기반에서 각각 제어 할 수 있다.In addition, since the general grid-connected mode operation to which the rotation synchronous coordinate system is applied, that is, the d-q control is a technique applied to the three-phase balanced current and power control, the compensation function for the unbalanced load cannot be performed. In order to compensate or output the unbalanced current, a separate controller that separates and controls the reverse phase is required, and finally, the outputs of the positive-phase current controller and the negative-phase current controller must be summed and controlled. As such, the conventional dq control algorithm has no choice but to control the power of three phases in a batch, so it was impossible to control the size of each phase power differently during charge/discharge operation and to control the charge/discharge mode for each phase differently, but the present invention The power conversion device according to a preferred embodiment of , adopts a structure of a 4-leg scheme so as to control the power of each phase differently, and can control each of them based on dq control.

또한, 이러한 기술을 이용하여, 본 발명은 각상의 유효전력과 무효전력을 각각 개별로 제어가 가능하며, 이를 이용하면 도서 지역의 발전소나 아파트 단지와 같이 많은 단상부하로 구성된 전력공급계통의 수전점에서 각상의 역율을 개별로 제어 할 수 있는 효과도 나타난다.In addition, by using this technology, the present invention can control the active power and reactive power of each phase individually, and by using this, the power receiving point of the power supply system composed of many single-phase loads, such as a power plant or an apartment complex in an island area There is also the effect that the power factor of each phase can be individually controlled.

도 1은 종래 기술에 따른 독립형 3상 마이크로 그리드 구성의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 3상 4선식 인버터의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 종래 기술을 보완하기 위한 3상 4-LEG 방식의 3상 4선식 인버터의 내부구성을 도시한 도면이다.
도 4는 연계 운전 상황에서 2상의 전류는 충전, 1상의 전류는 방전하는 극단적인 불평형 운전상태를 표시한 도면이다.
도 5는 종래기술에 따른 d-q 제어방식과, 본 발명에 따른 각상 제어방식의 기능을 비교한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치에 포함된 제어기의 세부 구성을 도시하는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치가 적용된 독립형 마이크로 그리드 전원 시스템의 구성예를 도시한 도면이다.
1 is a diagram showing an example of a stand-alone three-phase micro-grid configuration according to the prior art.
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of a three-phase, four-wire inverter for improving the problems of the prior art shown in FIG. 1 .
FIG. 3 is a view showing the internal configuration of a three-phase, four-wire inverter of a three-phase 4-LEG method to supplement the prior art shown in FIG. 1. Referring to FIG.
4 is a diagram showing an extreme unbalanced driving state in which the current of two phases is charged and the current of one phase is discharged in a linked operation situation.
5 is a diagram comparing the functions of the dq control method according to the prior art and the respective phase control method according to the present invention.
6 is a view showing the overall configuration of a 3-phase 4-wire 4-LEG power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention.
7 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a controller included in a 3-phase 4-wire 4-LEG power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a configuration example of an independent micro-grid power system to which a 3-phase 4-wire 4-LEG power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention is applied.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다. 6 is a view showing the overall configuration of a 3-phase 4-wire 4-LEG power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4레그 전력 변환 장치(1000)는 축전지와 같은 에너지 저장 장치에 연계된 것으로서, 직류단(110)과 연결되는 인버팅부(130), 인버팅부(130)의 출력에 배치되는 필터부(150,160), 인버팅부(130)와 필터부(150,160) 사이에 배치되어 인버팅부(130)에서 출력하는 각 상의 전류를 측정하는 전류 측정부(140), 상용 전원(220) 측에 설치되어 상용 전원(220) 각 상의 전압을 측정하는 전압 측정부(200) 및 제어기(270)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 6 , a three-phase, four-wire, four-leg power conversion device 1000 according to a preferred embodiment of the present invention is connected to an energy storage device such as a storage battery, and an inverting unit connected to the DC terminal 110 ( 130), the filter units 150 and 160 disposed at the output of the inverting unit 130, and are disposed between the inverting unit 130 and the filter unit 150 and 160 to measure the current of each phase output from the inverting unit 130 It is installed on the side of the current measuring unit 140, the commercial power supply 220, and is configured to include a voltage measuring unit 200 and a controller 270 for measuring the voltage of each phase of the commercial power supply 220.

제어기(270)는 전류 측정부(140)로부터 인버팅부(130)에서 출력하는 각 상의 출력 전류값(Ian,Ibn,Icn)을 입력받고, 전압 측정부(200)로부터 상용 전원(220)이 출력하는 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn)을 입력받는다. 아울러, 제어기(270)는 입력된 값들을 이용하여 인버팅부(130)에 포함된 복수의 스위치들의 온/오프를 제어하는 제어신호(PWM 신호)를 생성하여 인버팅부(130)로 출력한다.The controller 270 receives the output current values Ian, Ibn, Icn of each phase output from the inverting unit 130 from the current measuring unit 140 , and the commercial power supply 220 is supplied from the voltage measuring unit 200 . Voltage values (Van, Vbn, Vcn) of each phase to be output are received. In addition, the controller 270 generates a control signal (PWM signal) for controlling the on/off of the plurality of switches included in the inverting unit 130 by using the input values and outputs the generated control signal (PWM signal) to the inverting unit 130 . .

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4레그 인버터(100)에서, 직류단(110)에는 커패시터 뱅크가 연결되거나, 축전지 또는 축전지 및 축전지용 승강압 컨버터 등이 결합된 구조가 연결될 수 있으며, 직류단(110)에 연결되는 축전지 등은 계통 연계형 운전 혹은 독립형 운전을 위한 충분한 크기의 직류전압이 인가되어야 하며 전력을 방출 혹은 흡수할 수 있어야 한다. In the 3-phase 4-wire 4-leg inverter 100 according to the preferred embodiment of the present invention, a capacitor bank is connected to the DC terminal 110, or a structure in which a storage battery or a storage battery and a step-up converter for storage batteries are combined may be connected. , a storage battery connected to the DC terminal 110 must be applied with a DC voltage of sufficient magnitude for grid-connected operation or stand-alone operation, and must be capable of emitting or absorbing power.

본 발명의 인버팅부(130)는 3개의 레그로 구성되는 일반적인 3상 인버터(130a)에, 중성점용 암(130b)을 추가하여 4레그(leg)로 구성하였다. 이렇게 인버팅부(130)를 3상 4선식 4레그로 구현함으로써, 3상 전압의 중성점을 조절할 수 있고, 이에 따라서 각 상간 전압의 불평형 문제를 해소할 수 있게 된다.The inverting unit 130 of the present invention is composed of 4 legs by adding an arm 130b for a neutral point to a general three-phase inverter 130a composed of three legs. By implementing the inverting unit 130 as a three-phase, four-wire, four-leg type in this way, the neutral point of the three-phase voltage can be adjusted, thereby solving the problem of unbalance of voltages between phases.

인버팅부(130)의 출력단에는 리액터(150)와 캐패시터(160)로 구성된 필터부(150,160)가 설치된다. Filter units 150 and 160 composed of a reactor 150 and a capacitor 160 are installed at the output end of the inverting unit 130 .

인버팅부(130)와 필터부(150,160) 사이에 설치된 전류 측정부(140)는 인버팅부(130)가 출력하는 각 상의 출력 전류(Ian,Ibn,Icn)를 측정하여 제어기(270)로 출력한다. 전압 측정부(200)는 상용전원(220)의 각 상의 전압(Van,Vbn,Vcn)을 측정하여 제어기(270)로 출력한다. The current measuring unit 140 installed between the inverting unit 130 and the filter units 150 and 160 measures the output currents Ian, Ibn, and Icn of each phase output by the inverting unit 130 to the controller 270 . print out The voltage measuring unit 200 measures the voltages (Van, Vbn, Vcn) of each phase of the commercial power supply 220 and outputs it to the controller 270 .

또한, 상용 전원(220)으로부터 부하(250)로 전력을 공급하거나, 인버팅부(130)로부터 부하(250)로 전력을 공급하기 위해서, 필터부(150,160)의 출력라인이 상용전원(220)/부하(250)측으로 인출된다.In addition, in order to supply power from the commercial power source 220 to the load 250 , or to supply power from the inverting unit 130 to the load 250 , the output lines of the filter units 150 and 160 are connected to the commercial power source 220 . It is withdrawn to the /load 250 side.

제어기(270)는 인버팅부(130)의 출력전류값(140)과, 상용 전원(220)의 전압값(200)을 입력받아 내부의 연산을 통해 계통연계 운전 또는 전류제어를 시행하여 스위칭 제어 신호(PWM 제어 신호)(280)를 인버팅부(130)로 출력하여 인버팅부(130) 내부에 포함된 스위치들의 스위칭을 제어한다. The controller 270 receives the output current value 140 of the inverting unit 130 and the voltage value 200 of the commercial power supply 220, and performs a grid-connected operation or current control through internal calculation to control the switching. A signal (PWM control signal) 280 is output to the inverting unit 130 to control switching of switches included in the inverting unit 130 .

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상용 전원(220)은 일반적인 전력 공급 기관에서 제공하는 전원일 수도 있고, 디젤 발전기를 이용하여 생산한 전원일 수도 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the commercial power source 220 may be power provided by a general power supply organization, or may be power produced using a diesel generator.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치에 포함된 제어기의 세부 구성을 도시하는 블록도이다. 7 is a block diagram illustrating a detailed configuration of a controller included in a 3-phase 4-wire 4-LEG power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 제어기(270)는 계통연계형 운전모드에서 동작하여 인버팅부(130)에서 출력되는 각 상의 전류를 개별로 제어하는 전류제어부(508) 및 제어신호 변환부(506)를 포함하여 구성된다. The controller 270 according to the preferred embodiment of the present invention operates in the grid-connected operation mode to individually control the current of each phase output from the inverting unit 130. The current control unit 508 and the control signal conversion unit 506 ) is included.

전류제어부(508)는 유효 전력 제어 모듈, 무효 전력 제어 모듈 및 위상 정보 생성부를 포함한다.The current control unit 508 includes an active power control module, a reactive power control module, and a phase information generation unit.

유효 전력 제어 모듈은 제 1 상 유효 전력 제어부(301,303,305,308,310), 제 2 상 유효 전력 제어부(321,323,325,328,330) 및 제 3 상 유효전력 제어부(341,343,345,348,350)를 포함하고, 상기 제 1 상 유효 전력 제어부, 상기 제 2 상 유효 전력 제어부 및 상기 제 3 상 유효전력 제어부 각각은 전역통과필터(301, 321, 341), 회전 동기 좌표계 변환부(303, 323, 343), 유효 전력 계산기(305,325,345), 유효 전력 제어기(308, 328, 348), 및 d-전류 제어기(310,330,350)를 포함한다.The active power control module includes a first phase active power control unit 301,303,305,308,310, a second phase active power control unit 321,323,325,328,330, and a third phase active power control unit 341,343,345,348,350, the first phase active power control unit, the second phase Each of the active power control unit and the third phase active power control unit includes all-pass filters 301, 321, 341, rotation synchronous coordinate system transformation units 303, 323, 343, active power calculators 305, 325, 345, active power controller 308, 328 , 348 , and d-current controllers 310 , 330 , 350 .

무효 전력 제어 모듈은 제 1 상 무효 전력 제어부(401,403,405,408,410), 제 2 상 무효 전력 제어부(421,423,425,428,430) 및 제 3 상 무효전력 제어부(441,443,445,448,450)를 포함하고, 상기 제 1 상 무효 전력 제어부, 상기 제 2 상 무효 전력 제어부 및 상기 제 3 상 무효전력 제어부 각각은 전역통과필터(401, 421, 441), 회전 동기 좌표계 변환부(403,423,443), 무효 전력 계산기(405,425,445), 무효 전력 제어기(408,428,448), 및 q-전류 제어기(410,430,450)를 포함한다.The reactive power control module includes a first phase reactive power control unit (401,403,405,408,410), a second phase reactive power control unit (421,423,425,428,430) and a third phase reactive power control unit (441,443,445,448,450), the first phase reactive power control unit, the second phase Each of the reactive power control unit and the third phase reactive power control unit is an all-pass filter (401, 421, 441), a rotation synchronization coordinate system transformation unit (403,423,443), a reactive power calculator (405,425,445), a reactive power controller (408,428,448), and q- current controllers 410 , 430 , and 450 .

위상정보 생성부는 회전동기 좌표계 변환부(501) 및 위상 고정 루프(PLL)(503)를 포함한다. The phase information generating unit includes a rotation synchronization coordinate system transformation unit 501 and a phase locked loop (PLL) 503 .

전류제어부(508)는 상용전원(220)이 정상적으로 동작하는 경우에, 축전지와 같은 에너지 저장장치로 충전전류를 유입시키거나 에너지 저장장치에서 부하(250)로 방전할 경우에 동작한다.The current control unit 508 operates when the commercial power source 220 operates normally, and when charging current is introduced into an energy storage device such as a storage battery or when the energy storage device is discharged from the energy storage device to the load 250 .

전류제어를 위해서는 상용전원(220)과의 위상동기가 필요하게 되는데, 이를 위해서 위상고정루프(503)가 사용된다. 전압 측정부(200)에서 측정된 상용 전원(220)의 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn)(500)이 회전 동기 좌표계 변환부(501)로 입력되고, 위상고정루프(503)는 회전 동기 좌표계 변환부(501)의 출력인 d축 전압(V_de)(502)를 이용하여 상용전원(220)과 동기화된 위상정보(θ_ut)(504)를 생성하여 회전 동기 좌표계 변환부들(501,303,323,343,403,423,443)로 출력한다.In order to control the current, phase synchronization with the commercial power source 220 is required, and for this, a phase locked loop 503 is used. Voltage values (Van, Vbn, Vcn) 500 of each phase of the commercial power source 220 measured by the voltage measuring unit 200 are input to the rotation synchronous coordinate system conversion unit 501, and the phase locked loop 503 is rotated The phase information (θ_ut) 504 synchronized with the commercial power supply 220 is generated using the d-axis voltage (V_de) 502 that is the output of the synchronous coordinate system transformation unit 501 to the rotation synchronous coordinate system transformation units 501,303,323,343,403,423,443. print out

그러면, 회전 동기 좌표계 변환부(501)는 상용 전원(220)의 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn)(500)과 위상정보(θ_ut)(504)를 이용하여 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 전압(V_de)(502)을 위상고정루프(503)로 출력한다.Then, the rotation synchronization coordinate system transformation unit 501 performs rotation synchronization coordinate system transformation using the voltage values (Van, Vbn, Vcn) 500 and the phase information (θ_ut) 504 of each phase of the commercial power supply 220, The d-axis voltage (V_de) 502 is output to the phase locked loop 503 .

이 때, 각상 전압의 회전 동기 좌표계 변환부(303,323,343)는 상용전원(220)의 각상 전압(Van,Vbn,Vcn)(300,320,340) 및 위상고정루프(503)의 출력인 위상정보(θ_ut)(504)를 이용하여 각각 d축, q축 전압(304, 324, 344)을 출력한다.At this time, the rotation synchronization coordinate system conversion unit 303,323,343 of each phase voltage is the phase information (θ_ut) 504 that is the output of each phase voltage (Van, Vbn, Vcn) (300, 320, 340) of the commercial power supply 220 and the phase lock loop 503 ) to output the d-axis and q-axis voltages 304, 324, and 344, respectively.

또한, 각상 전류의 회전 동기 좌표계 변환부(403,423,443)는 상용전원(220)의 각상 전류(Ian,Ibn,Icn)(400,420,440) 및 위상고정루프(503)의 출력인 위상정보(θ_ut)(504)를 이용하여 각각 d축, q축 전류(404, 424, 444)를 출력한다.In addition, the rotation synchronization coordinate system conversion unit 403,423,443 of each phase current is the output of each phase current (Ian, Ibn, Icn) (400,420,440) of the commercial power supply 220 and the phase lock loop 503 (θ_ut) (504) Outputs the d-axis and q-axis currents 404, 424, and 444 using .

한편, 3상 제어에 사용되는 d-q제어를 단상 제어에 적용시키기 위하여, 본 발명은 다음과 같이 전역통과필터인 APF(All Pass Filter) 기법을 적용한다. 즉, 교류입력 측의 3상 전압과 전류 신호는 디지털 제어를 위해서는

Figure pat00001
좌표계-정지좌표계(αβ)-동기좌표계(dq)로의 변환 과정을 거쳐야 한다. Meanwhile, in order to apply the dq control used in the three-phase control to the single-phase control, the present invention applies an APF (All Pass Filter) technique as an all-pass filter as follows. That is, the three-phase voltage and current signals on the AC input side are required for digital control.
Figure pat00001
Coordinate system-stationary coordinate system (αβ)-synchronized coordinate system (dq) must be converted.

그러나, 각상 개별제어 방식에서는 전압, 전류 신호입력이 단상이므로

Figure pat00002
-αβ 컨버터를 사용할 수 없다. 여기서, 정지좌표계는 2상 α-β로 구성되며, 이 α-β는 서로 90도 위상차인 점을 이용해 정지좌표계로의 변환을 위해 a상 신호와 크기는 같고 위상만 90도 뒤지는 가상의 파형을 생성한 후 αβ-dq 컨버터의 입력에 인가시킨다. 즉, 기준신호와 크기는 같고 위상만 90도 뒤지는 가상의 신호를 만드는 전역통과필터를 사용하여 단상 제어 d-q 변환에 적용하였다. However, since the voltage and current signal input is single-phase in each phase individual control method,
Figure pat00002
-αβ converter cannot be used. Here, the stationary coordinate system is composed of two-phase α-β, and this α-β uses a point that is 90 degrees out of phase with each other to convert to a stationary coordinate system. After generation, it is applied to the input of the αβ-dq converter. That is, an all-pass filter that creates a virtual signal that has the same magnitude as the reference signal and lags 90 degrees in phase is used and applied to the single-phase controlled dq transform.

여기서, 전역통과필터는 이득은 1이고 위상지연을 90도로 할 수 있는 필터이며, 통상 단상의 계통연계 인버터를 제어할 경우에 dqo 변환을 이용한 전류 혹은 전압제어기에 사용된다. 즉, 단상 전압 혹은 전류를 전역통과필터에 입력하면 90도 지연된 출력을 얻을 수 있고, 이는

Figure pat00003
성분이 되며, 위상정보를 이용하여 회전동기좌표계 dqo로 변환할 수 있다. 이와 같이, 단상도 3상처럼 직류성분으로 전압 혹은 전류제어기의 적용이 가능해지는 장점이 있다. Here, the all-pass filter is a filter that has a gain of 1 and a phase delay of 90 degrees, and is usually used in a current or voltage controller using dqo conversion when controlling a single-phase grid-connected inverter. That is, if a single-phase voltage or current is input to the all-pass filter, an output delayed by 90 degrees can be obtained, which is
Figure pat00003
It becomes a component and can be converted into a rotation synchronization coordinate system dqo using phase information. In this way, there is an advantage that a voltage or current controller can be applied as a DC component like a single-phase three-phase.

이상과 같이, 전압 측정부(200)에서 측정된 각 상의 전압값(300, 320, 340)을 전역통과필터(301, 321, 341)에 입력하면 위상이 90도 지연된 각 신호를 얻을 수 있고, 이로부터 각상 전압의

Figure pat00004
성분(Va_αβ,Vb_αβ,Vc_αβ)(302, 322, 342)이 회전 동기 좌표계 변환부(303, 323, 343)로 입력된다. As described above, when the voltage values 300, 320, 340 of each phase measured by the voltage measuring unit 200 are input to the all-pass filters 301, 321, 341, each signal having a phase delayed by 90 degrees can be obtained, From this, each phase voltage
Figure pat00004
Components (Va_αβ, Vb_αβ, Vc_αβ) 302 , 322 , 342 are input to the rotation synchronization coordinate system transformation units 303 , 323 , 343 .

각 상 전압의 회전 동기 좌표계 변환부(303, 323, 343)에서는 위상각(θ_ut)(504)를 이용하여 d-q 변환을 수행함으로써, 각 상 전압에 대해서 d축, q축, o축 성분을 연산하고, 각 상의 전압 피크치를 나타내는 q축 전압 성분(Va_q,Vb_q,Vc_q)과 90도 뒤진 성분을 나타내는 d축 전압성분(Va_d,Vb_d,Vc_d) (304, 324, 344)을 출력한다. The rotation synchronous coordinate system transformation units 303 , 323 , and 343 of each phase voltage perform dq transformation using the phase angle θ_ut 504 to calculate the d-axis, q-axis, and o-axis components for each phase voltage. Then, the q-axis voltage components (Va_q, Vb_q, Vc_q) representing the voltage peak values of each phase and the d-axis voltage components (Va_d, Vb_d, Vc_d) (304, 324, 344) representing the components lagging by 90 degrees are output.

한편, 인버팅부(130)에서 출력되고 인버터 출력전류 측정부(140)에서 측정된 각상의 출력전류값(400, 420, 440)을 전역통과필터(401, 421, 441)에 입력하면 위상이 90도 지연된 각 신호를 얻을 수 있고, 이로부터 각상 전류의

Figure pat00005
성분(402, 422, 442)이 회전 동기 좌표계 변환부(403, 423, 443)로 입력된다. On the other hand, when the output current values 400, 420, 440 of each phase output from the inverting unit 130 and measured by the inverter output current measuring unit 140 are input to the all-pass filters 401, 421, 441, the phase is changed Each signal delayed by 90 degrees can be obtained, from which the
Figure pat00005
The components 402 , 422 , and 442 are input to the rotation synchronization coordinate system transformation units 403 , 423 , 443 .

각 상 전류의 회전 동기 좌표계 변환부(403,423,443)에서는 위상각(θ_ut)(504)를 이용하여 d-q 변환을 수행함으로써, 각 상 전류에 대해서 d축, q축, o축 성분을 연산하고, 각 상의 전류 피크치를 나타내는 q축 전류 성분(Ia_q,Ib_q,Ic_q)과 90도 뒤진 성분을 나타내는 d축 전류성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d) (404,424,444)을 출력한다. The rotation synchronous coordinate system transformation units 403,423 and 443 of each phase current perform dq transformation using the phase angle θ_ut 504 to calculate the d-axis, q-axis, and o-axis components for each phase current, and The q-axis current components (Ia_q, Ib_q, Ic_q) representing the current peak values and the d-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d) (404, 424, 444) representing the components lagged by 90 degrees are output.

이 각 상의 출력전압 피크치의 직류성분인 q축 성분과 d축 성분(304, 324, 344) 및 출력전류 피크치의 직류성분인 q축 성분과 d축 성분(404, 424, 444)은 유효전력 계산기(305,325,345)와 무효전력 계산기(405,425,445)를 거쳐 유효전력 검출량(Pa,Pb,Pc)(306, 326, 346)와 무효전력 검출량(Qa,Qb,Qc)(406,426,446)를 생성한다. 이 신호들은 각 상의 유효전력 기준신호(Pa_ref,Pb_ref,Pc_ref)(307, 327, 347) 및 각상 무효전력 기준신호(Qa_ref,Qb_ref,Qc_ref)와 비교된 후 그 오차값이 각 상의 유효전력 제어기(308, 328, 348)와 각상 무효전력 제어기(408, 428, 448)로 출력되고, 이때 각 제어기의 역할은 다음과 같다. The q-axis component and d-axis component (304, 324, 344), which are the DC components of the peak output voltage of each phase, and the q-axis component and the d-axis component (404, 424, 444), which are the DC components of the output current peak value, are the active power calculator. (305,325,345) and reactive power calculator (405,425,445) to generate active power detection amount (Pa, Pb, Pc) (306, 326, 346) and reactive power detection amount (Qa, Qb, Qc) (406,426,446). These signals are compared with the active power reference signals (Pa_ref, Pb_ref, Pc_ref) (307, 327, 347) of each phase and the reactive power reference signals (Qa_ref, Qb_ref, Qc_ref) of each phase, and then the error value is determined by the active power controller ( 308, 328, 348) and each phase reactive power controller (408, 428, 448), the role of each controller is as follows.

각 상의 유효전력 제어기들(308, 328, 348)는 내부에 비례적분(PI)제어기를 이용하여 각 상마다 계산된 유효전력 검출량(Pa,Pb,Pc)(306, 326, 346)과 유효전력 기준치(Pa_ref,Pb_ref,Pc_ref)(307, 327, 347) 간의 오차를 입력받고, 각 상의 유효전력 검출량이 유효전력 기준치와 일치하도록 제어하는, 즉, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 유효전력 제어신호들(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*)(309,329,349)을 생성하여 d-전류 제어기(310,330,350)로 각각 출력한다.Active power controllers 308, 328, 348 of each phase using a proportional integral (PI) controller inside the active power detection amount (Pa, Pb, Pc) (306, 326, 346) and active power calculated for each phase An active power control signal that receives an error between the reference values (Pa_ref, Pb_ref, Pc_ref) (307, 327, 347) and controls the detected amount of active power in each phase to match the active power reference value, that is, controls the input error to decrease s (Ia_d*, Ib_d*, Ic_d*) 309, 329, and 349 are generated and output to the d-current controllers 310, 330, and 350, respectively.

각 상의 무효전력 제어기들(408, 428, 448)는 내부에 비례적분(PI)제어기를 이용하여 각 상마다 계산된 무효전력 검출량(Qa,Qb,Qc)(406,426,446)과 무효전력 기준치(Qa_ref,Qb_ref,Qc_ref)(407,427,447) 간의 오차를 입력받고, 각 상의 무효전력 검출량이 무효전력 기준치와 일치하도록 제어하는, 즉, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 무효전력 제어신호들(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*)(409,429,449)을 생성하여 q-전류 제어기(410,430,450)로 출력한다.Reactive power controllers 408, 428, 448 of each phase using a proportional integral (PI) controller inside the reactive power detection amount (Qa, Qb, Qc) (406, 426, 446) calculated for each phase (406, 426, 446) and reactive power reference value (Qa_ref, Reactive power control signals (Ia_q*, Ib_q*, Ic_q*) (409,429,449) is generated and output to the q-current controllers (410,430,450).

각 상의 d-전류 제어기(310,330,350)는 내부에 비례적분(PI)제어기를 이용하여 각 상마다 계산된 유효전력 제어신호들(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*)(309,329,349)과 실제 출력 전류 검출량(Ia_d,Ib_d,Ic_d) 간의 오차를 입력받고, 각 상의 실제 출력전류 검출량(Ia_d,Ib_d,Ic_d)이 유효전력 제어신호들(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*) (309,329,349)와 일치하도록 제어하는, 즉, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 각 상의 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*)(311,331,351)를 생성하여 dq-αβ-abc 역변환부(509)로 출력한다.The d-current controllers 310, 330, and 350 of each phase have active power control signals (Ia_d*, Ib_d*, Ic_d*) (309, 329, 349) calculated for each phase using an internal proportional integral (PI) controller and the actual output current detection amount ( Ia_d, Ib_d, Ic_d) receive an error, and control the actual output current detection amount (Ia_d, Ib_d, Ic_d) of each phase to match the active power control signals (Ia_d*, Ib_d*, Ic_d*) (309,329,349), That is, the active power compensation reference current signals Va_d*, Vb_d*, Vc_d* (311, 331, 351) of each phase controlled to reduce the input error are generated and output to the dq-αβ-abc inverse transform unit 509 .

각 상의 q-전류 제어기(410,430,450)는 내부에 비례적분(PI)제어기를 이용하여 각 상마다 계산된 무효전력 제어신호들(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*)(409,429,449)과 실제 출력전류 검출량(Ia_q,Ib_q,Ic_q) 간의 오차를 입력받고, 각 상의 실제 출력전류 검출량(Ia_q,Ib_q,Ic_q)이 무효전력 제어신호들(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*) (409,429,449)과 일치하도록 제어하는, 즉, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 각 상의 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)(411,431,451)를 생성하여 dq-αβ-abc 역변환부(509)로 출력한다.The q-current controllers (410, 430, 450) of each phase use the proportional integral (PI) controller inside the reactive power control signals (Ia_q*, Ib_q*, Ic_q*) calculated for each phase (409, 429, 449) and the actual output current detection amount ( Ia_q, Ib_q, Ic_q) receive the error between the input, and control the actual output current detection amount (Ia_q, Ib_q, Ic_q) of each phase to match the reactive power control signals (Ia_q*, Ib_q*, Ic_q*) (409,429,449), That is, the reactive power compensation reference current signals (Va_q*, Vb_q*, Vc_q*) 411,431,451 of each phase controlled to reduce the input error are generated and output to the dq-αβ-abc inverse transform unit 509 .

역변환부(509)는 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*)(311,331,351) 및 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)(411,431,451)에 대해서, 역d-q변환 및 역α-β 변환을 순차적으로 수행하여 3상 신호를 제어신호 변환부(Space Vector PWM)(506)로 출력한다.Inverse conversion unit 509 for active power compensation reference current signal (Va_d*, Vb_d*, Vc_d*) (311,331,351) and reactive power compensation reference current signal (Va_q*, Vb_q*, Vc_q*) (411,431,451), inverse dq Transformation and inverse α-β transformation are sequentially performed to output a three-phase signal to a control signal converter (Space Vector PWM) 506 .

제어신호 변환부(Space Vector PWM)(506)는 역변환부(509)로부터 입력된 3상 신호를 인버팅부(130)의 4 레그에 포함된 각 스위치의 스위칭 제어신호(PWM 신호)(Sa,Sb,Sc,Sn)(507)로 변환한 후, 인버팅부(130)의 각 레그에 포함된 스위칭 소자로 출력한다.The control signal converting unit (Space Vector PWM) 506 converts the three-phase signal input from the inverting unit 509 into the switching control signal (PWM signal) of each switch included in the 4 legs of the inverting unit 130 (Sa, Sb, Sc, Sn) (507), and then output to the switching element included in each leg of the inverting unit (130).

도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치가 적용된 독립형 마이크로 그리드 전원 시스템의 구성예를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a configuration example of an independent micro-grid power system to which a 3-phase 4-wire 4-LEG power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention is applied.

도 8을 참조하면, 도서지역이나 상용전력망이 연계되지 않는 원격지의 전력공급 시스템으로서, 축전지와 같은 에너지 저장장치(607, 608)와 디젤발전기(600)로 구성된 독립형 마이크로그리드 전원 시스템을 구현할 수 있고, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치는 특히 축전지(607)에 연계된 전력 변환 장치(608)에 적용할 수 있으며, 이 경우 디젤발전기(600)와 상용 전원은 서로 대체되어 적용될 수 있다.Referring to FIG. 8, as a power supply system in remote areas not connected to island regions or commercial power grids, an independent microgrid power system composed of energy storage devices 607 and 608 such as storage batteries and a diesel generator 600 can be implemented. , the 3-phase 4-wire 4-LEG power conversion device according to a preferred embodiment of the present invention is particularly applicable to the power conversion device 608 connected to the storage battery 607, in this case the diesel generator 600 and commercial power source can be applied in place of each other.

이러한 구성에서는 통상 디젤발전기(600)의 부하율이 낮으면 연료효율이 낮아지므로 연료효율을 최대화하기 위해 정격부하 부근으로 운전하도록 부하(609)에 전력을 공급함과 동시에 배터리에 충전운전을 수행한다. 이때 부하측에 불평형부하가 인가되는 경우 전력 변환 장치는 이를 보상하도록 각상의 전력량을 달리하며 축전지(607)의 충전량을 조절해 주어야 하며, 이때 전력 변환 장치(608) 및 발전기 제어장치(610), 디지털 전력량계(611)는 통신망(612)으로 에너지관리시스템(613)과 연결되어 정보의 수집과 제어가 가능하도록 구성될 수 있다. In this configuration, when the load ratio of the diesel generator 600 is low, the fuel efficiency is lowered. In order to maximize fuel efficiency, power is supplied to the load 609 to operate near the rated load and at the same time, the battery is charged. At this time, when an unbalanced load is applied to the load side, the power conversion device varies the amount of power in each phase to compensate for this, and the charge amount of the storage battery 607 must be adjusted. At this time, the power conversion device 608 and the generator control device 610, digital The watt-hour meter 611 may be configured to be connected to the energy management system 613 through a communication network 612 to enable collection and control of information.

에너지 관리시스템(613)은 각상의 부하량 정보를 전력량계(611)로부터 읽어서 디젤발전기(600) 출력에 각상별 적정의 부하가 인가되도록 축전지(607)로의 충전량을 결정하여 축전지용 전력 변환 장치(608)로 각상별 충전명령을 출력할 수 있다. 이러한 운전방식으로 축전지(607)의 설치 용량을 최적화할 수 있고 디젤발전기(600)의 운전 연료효율을 극대화하는 동시에 발전기 출력의 부하량을 평형화 시킬 수 있다. The energy management system 613 reads the load amount information of each phase from the watt-hour meter 611 and determines the amount of charge to the storage battery 607 so that an appropriate load for each phase is applied to the output of the diesel generator 600, and the storage battery power conversion device 608 can output the charge command for each phase. With this operation method, the installed capacity of the storage battery 607 can be optimized, the fuel efficiency of the operation of the diesel generator 600 can be maximized, and the load amount of the generator output can be balanced.

부하가 증가하여 발전기의 용량을 초과하는 경우에, 전력 변환 장치(608)는 축전지(607)로부터 전력을 방전하는 운전을 하게 된다. 이때 부하(609)는 1상과 3상이 혼재하며 따라서 상간 부하의 불평형이 발생하게 되는데, 본 발명의 전력 변환 장치(608)는 이러한 조건에서도 전술한 바와 같이 이를 보상하도록 각상의 전력량을 달리하며 방전 할 수 있으며, 필요시 어느 상은 충전 어느 상은 방전과 같은 극단적인 불평형 보상 운전 시에도 전력의 흡수 및 방출을 안정적으로 할 수 있다. When the load increases to exceed the capacity of the generator, the power conversion device 608 operates to discharge power from the storage battery 607 . At this time, the load 609 is a mixture of one-phase and three-phase, and thus an imbalance of the load between the phases occurs. and, when necessary, one phase can be charged and one phase can be stably absorbed and released even during extreme unbalance compensation operation such as discharging.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, with respect to the present invention, the preferred embodiments have been looked at. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the present invention.

1000 : 3상 4선식 4-LEG 전력 변환 장치
110 : 직류단 130 : 인버팅부
140 : 전류 측정부 150 : 리액터
160 : 커패시터
200 : 전압 측정부 210 : 계통 차단기
220 : 상용 전원 250 : 부하
270 : 제어기
301, 321, 341, 401, 421, 441 : 전역통과필터
303, 323, 343, 403, 423, 443 : 회전 동기 좌표계 변환부
305, 325, 345 : 유효전력 계산기
308, 328, 348 : 유효전력 제어기
310, 330, 350 : d-전류 제어기
405, 425, 445 : 무효전력 계산기
408, 428, 448 : 무효전력 제어기
410, 430, 450 : q-전류 제어기
506 : 제어신호 변환부 (SVPWM)
508 : 전류 제어기
509 : 역변환부
610 : 발전기 제어 장치 613 : 에너지 관리 시스템
1000: 3-phase 4-wire 4-LEG power converter
110: DC link 130: inverting unit
140: current measuring unit 150: reactor
160: capacitor
200: voltage measuring unit 210: system breaker
220: commercial power 250: load
270: controller
301, 321, 341, 401, 421, 441: all-pass filter
303, 323, 343, 403, 423, 443: rotation synchronization coordinate system transformation unit
305, 325, 345: Active Power Calculator
308, 328, 348: active power controller
310, 330, 350: d-current controller
405, 425, 445: reactive power calculator
408, 428, 448: reactive power controller
410, 430, 450: q-current controller
506: control signal conversion unit (SVPWM)
508: current controller
509: inverse transform unit
610: generator control unit 613: energy management system

Claims (6)

3상 4선식 4레그 인버터로 구성되고, 일단이 에너지 저장 장치에 연결되며, 타단이 상용전원 및 부하에 연결되어, 상용전원이 공급하는 전원을 입력받아 상기 에너지 저장 장치를 충전시키거나, 상기 에너지 저장 장치에 저장된 전원을 방전시켜 부하로 제공하는 인버팅부; 및
상기 상용 전원이 공급하는 각 상의 전압값 및 상기 인버팅부가 출력하는 각 상의 전류값에 따라서 상기 인버팅부에 포함된 스위칭 소자들의 온/오프를 제어하여, 3상의 각 상별로 상기 에너지 저장 장치의 충전 및 방전을 독립적으로 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
Consists of a three-phase, four-wire, four-leg inverter, one end connected to an energy storage device, and the other end connected to commercial power and a load to receive power supplied by commercial power to charge the energy storage device, or to an inverting unit discharging the power stored in the storage device and providing it to a load; and
By controlling the on/off of the switching elements included in the inverting unit according to the voltage value of each phase supplied by the commercial power and the current value of each phase output by the inverting unit, the energy storage device for each phase of the three phases A power conversion device comprising a controller for independently controlling charging and discharging.
제 1 항에 있어서, 상기 제어기는
상용 전원의 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn)을 이용하여 상용전원과 동기화된 위상정보(θ_ut)를 생성하는 위상 정보 생성부;
제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn) 및 상기 위상 정보(θ_ut)를 각각 입력받아, 각 상별로 유효 전력을 제어하는 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*)를 출력하는 유효 전력 제어 모듈;
제 1 상, 제 2 상 및 제 3 상의 전류값(Ian,Ibn,Icn) 및 상기 위상 정보(θ_ut)를 각각 입력받아, 각 상별로 무효 전력을 제어하는 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)를 출력하는 무효 전력 제어 모듈; 및
상기 유효전력 보상 기준 제어신호 및 상기 무효전력 보상 기준 전류신호에 따라서, 상기 인버팅부에 포함된 스위치들의 온/오프를 제어하기 위한 스위칭 제어신호(Sa,Sb,Sc,Sn)를 생성하여 상기 인버팅부로 출력하는 제어신호 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
The method of claim 1, wherein the controller is
a phase information generator for generating phase information (θ_ut) synchronized with commercial power using voltage values (Van, Vbn, Vcn) of each phase of the commercial power;
An active power compensation reference current signal (Va_d*, an active power control module that outputs Vb_d*,Vc_d*);
Reactive power compensation reference current signal (Va_q*, a reactive power control module that outputs Vb_q*,Vc_q*); and
According to the active power compensation reference control signal and the reactive power compensation reference current signal, by generating a switching control signal (Sa, Sb, Sc, Sn) for controlling the on/off of the switches included in the inverting unit, Power conversion device comprising a control signal conversion unit output to the inverting unit.
제 2 항에 있어서, 상기 유효 전력 제어 모듈은
제 1 상 유효 전력 제어부, 제 2 상 유효 전력 제어부 및 제 3 상 유효전력 제어부를 포함하고,
상기 제 1 상 유효 전력 제어부, 상기 제 2 상 유효 전력 제어부 및 상기 제 3 상 유효전력 제어부 각각은,
상기 상용전원의 해당 상의 출력 전압(Van,Vbn,Vcn)을 입력받고, 90도 위상이 지연된 해당 상 전압의 α,β 성분(Va_αβ,Vb_αβ,Vc_αβ)을 출력하는 전역통과필터;
상기 전역통과필터로부터 해당 상 전압의 α,β 성분(Va_αβ,Vb_αβ,Vc_αβ)을 입력받고, 상기 위상 정보(θ_ut)를 입력받아, 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 및 q축 전압 성분(Va_d,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q)을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부;
상기 d축 및 q축 전압 성분(Va_d,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q)과 상기 무효 전력 제어 모듈로부터 입력된 대응되는 상의 d축 및 q축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d,Ia_q,Ib_q,Ic_q)을 이용하여 해당 상의 유효 전력값(Pa,Pb,Pc)을 출력하는 유효전력 계산기;
상기 해당 상의 유효 전력값(Pa,Pb,Pc)과 사전에 설정된 유효 전력 기준값(Pa_ref,Pb_ref,Pc_ref) 간의 오차값을 입력받고, 입력된 오차값이 감소하도록 제어하는 유효전력 제어신호(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*)를 출력하는 유효전력 제어기; 및
상기 해당 상의 출력된 유효전력 제어신호(Ia_d*,Ib_d*,Ic_d*)와 상기 무효 전력 제어 모듈로부터 입력된 대응되는 상의 d축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d) 간의 오차를 입력받고, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 해당 상의 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*)를 생성하여 출력하는 d-전류 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
The method of claim 2, wherein the active power control module is
a first phase active power control unit, a second phase active power control unit, and a third phase active power control unit;
Each of the first phase active power control unit, the second phase active power control unit and the third phase active power control unit,
an all-pass filter receiving the output voltages (Van, Vbn, Vcn) of the corresponding phases of the commercial power supply and outputting α, β components (Va_αβ, Vb_αβ, Vc_αβ) of the phase voltage delayed by 90 degrees;
The α and β components (Va_αβ, Vb_αβ, Vc_αβ) of the corresponding phase voltage are received from the all-pass filter, the phase information (θ_ut) is received, and the d-axis and q-axis voltage components (Va_d) are performed by performing rotation-synchronous coordinate system transformation. , Vb_d, Vc_d, Va_q, Vb_q, Vc_q) to output a rotation synchronization coordinate system transforming unit;
The d-axis and q-axis voltage components (Va_d, Vb_d, Vc_d, Va_q, Vb_q, Vc_q) and the corresponding phase d-axis and q-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d, Ia_q, Ib_q) input from the reactive power control module ,Ic_q) using an active power calculator for outputting the active power values (Pa, Pb, Pc) of the corresponding phase;
An active power control signal (Ia_d*) for receiving an error value between the active power values of the corresponding phase (Pa, Pb, Pc) and a preset active power reference value (Pa_ref, Pb_ref, Pc_ref) and controlling the input error value to decrease ,Ib_d*,Ic_d*) an active power controller that outputs; and
An error between the output active power control signal (Ia_d*, Ib_d*, Ic_d*) of the corresponding phase and the d-axis current component (Ia_d, Ib_d, Ic_d) of the corresponding phase input from the reactive power control module is received, and the input Power conversion device comprising a d-current controller for generating and outputting the active power compensation reference current signal (Va_d*, Vb_d*, Vc_d*) of the corresponding phase to control the error to decrease.
제 2 항에 있어서, 상기 무효 전력 제어 모듈은
제 1 상 무효 전력 제어부, 제 2 상 무효 전력 제어부 및 제 3 상 무효전력 제어부를 포함하고,
상기 제 1 상 무효 전력 제어부, 상기 제 2 상 무효 전력 제어부 및 상기 제 3 상 무효전력 제어부 각각은,
상기 인버팅부의 해당 상의 출력 전류(Ian,Ibn,Icn)를 입력받고, 90도 위상이 지연된 해당 상 전류의 α,β 성분(Ia_αβ,Ib_αβ,Ic_αβ)을 출력하는 전역통과필터;
상기 전역통과필터로부터 해당 상 전류의 α,β 성분(Ia_αβ,Ib_αβ,Ic_αβ)을 입력받고, 상기 위상 정보를 입력받아, 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 및 q축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d,Ia_q,Ib_q,Ic_q)을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부;
상기 d축 및 q축 전류 성분(Ia_d,Ib_d,Ic_d,Ia_q,Ib_q,Ic_q)과 상기 유효 전력 제어 모듈로부터 입력된 대응되는 상의 d축 및 q축 전압 성분(Va_d,Vb_d,Vc_d,Va_q,Vb_q,Vc_q)을 이용하여 해당 상의 무효 전력값(Qa,Qb,Qc)을 출력하는 무효전력 계산기;
상기 해당 상의 무효 전력값(Qa,Qb,Qc)과 사전에 설정된 무효 전력 기준값(Qa_ref,Qb_ref,Qc_ref)간의 오차값을 입력받고, 입력된 오차값이 감소하도록 제어하는 무효전력 제어신호(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*)를 출력하는 무효전력 제어기; 및
상기 해당 상의 출력된 무효전력 제어신호(Ia_q*,Ib_q*,Ic_q*)와 상기 대응되는 상의 q축 전류 성분(Ia_q,Ib_q,Ic_q)간의 오차를 입력받고, 입력된 오차가 감소하도록 제어하는 해당 상의 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)를 생성하여 출력하는 q-전류 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
The method of claim 2, wherein the reactive power control module is
Comprising a first phase reactive power control unit, a second phase reactive power control unit and a third phase reactive power control unit,
Each of the first phase reactive power control unit, the second phase reactive power control unit and the third phase reactive power control unit,
an all-pass filter that receives the output currents (Ian, Ibn, Icn) of the corresponding phase of the inverting unit and outputs α, β components (Ia_αβ, Ib_αβ, Ic_αβ) of the phase current delayed by 90 degrees;
Receives α and β components (Ia_αβ, Ib_αβ, Ic_αβ) of the corresponding phase current from the all-pass filter, receives the phase information, performs rotation synchronous coordinate system transformation, and performs d-axis and q-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d, Ia_q, Ib_q, Ic_q) to output a rotation synchronization coordinate system transformation unit;
The d-axis and q-axis current components (Ia_d, Ib_d, Ic_d, Ia_q, Ib_q, Ic_q) and the corresponding phase d-axis and q-axis voltage components (Va_d, Vb_d, Vc_d, Va_q, Vb_q) input from the active power control module , Vc_q) using a reactive power calculator for outputting the reactive power values (Qa, Qb, Qc) of the corresponding phase;
Reactive power control signal (Ia_q*) for receiving an error value between the reactive power value of the corresponding phase (Qa, Qb, Qc) and a preset reactive power reference value (Qa_ref, Qb_ref, Qc_ref), and controlling the input error value to decrease ,Ib_q*,Ic_q*) a reactive power controller that outputs; and
Receives an error between the output reactive power control signal (Ia_q*, Ib_q*, Ic_q*) of the corresponding phase and the q-axis current component (Ia_q, Ib_q, Ic_q) of the corresponding phase, and controls the input error to decrease Power conversion device comprising a q-current controller to generate and output the reactive power compensation reference current signal (Va_q*, Vb_q*, Vc_q*) of the phase.
제 2 항에 있어서, 상기 위상 정보 생성부는
상용 전원의 각 상의 전압값(Van,Vbn,Vcn) 및 상기 위상 정보를 입력받아 회전 동기 좌표계 변환을 수행하여 d축 전압(V_de)을 출력하는 회전 동기 좌표계 변환부; 및
상기 회전 동기 좌표계 변환부로부터 d축 전압(V_de)을 입력받아 상용전원과 동기화된 위상정보(θ_ut)를 생성하는 위상 고정 루프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
The method of claim 2, wherein the phase information generating unit
a rotation synchronous coordinate system transformation unit that receives voltage values (Van, Vbn, Vcn) of each phase of commercial power and the phase information, performs rotation synchronous coordinate system transformation, and outputs a d-axis voltage (V_de); and
and a phase lock loop that receives the d-axis voltage (V_de) from the rotation synchronization coordinate system converter and generates phase information (θ_ut) synchronized with commercial power.
제 2 항에 있어서,
상기 유효전력 보상 기준 전류신호(Va_d*,Vb_d*,Vc_d*) 및 상기 무효전력 보상 기준 전류신호(Va_q*,Vb_q*,Vc_q*)에 대해서, 역d-q변환 및 역α-β 변환을 순차적으로 수행하여 3상 신호를 상기 제어신호 변환부(Space Vector PWM)로 출력하는 역변환부를 더 포함하고,
상기 제어신호 변환부는 상기 역변환부로부터 입력된 3상 신호를 상기 인버팅부에 포함된 각 스위치의 스위칭 제어신호(Sa,Sb,Sc,Sn)로 변환하여 출력하는 것을 특징으로 하는 전력 변환 장치.
3. The method of claim 2,
For the active power compensation reference current signal (Va_d*, Vb_d*, Vc_d*) and the reactive power compensation reference current signal (Va_q*, Vb_q*, Vc_q*), inverse dq transformation and inverse α-β transformation are sequentially performed Further comprising an inverse transform unit for outputting a three-phase signal to the control signal converting unit (Space Vector PWM) by performing,
The control signal converter converts the three-phase signal input from the inverse converter into a switching control signal (Sa, Sb, Sc, Sn) of each switch included in the inverting part and outputs the converted signal.
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