KR20230027915A - 인버터의 데드타임 전향보상 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 계통연계형 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c )를 측정하는 단계; 상전류를 이용하여 고조파 보상 전압 지령(V ^* _{qs_5,7th} , V ^* _{ds_5,7th} )을 출력하는 단계; 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c ), 계통의 위상 정보 및 전류 지령(I ^* _qe , I ^* _de )을 이용하여 스위칭 인가 전압 지령(V ^* _qs , V ^* _ds )을 출력하는 단계; 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분(ΔV)을 이용하여 각 상의 전향 보상 성분(V _{a_5,7th_ff} , V _{b_5,7th_ff} , V _{c_5,7th_ff} )을 출력하는 단계 및 고조파 보상 전압 지령, 스위칭 인가 전압 지령 및 전향 보상 성분을 이용하여 인버터를 구성하는 스위치를 제어하는 단계를 포함하는 인버터의 데드타임 전향보상 방법을 개시한다. 본 발명에 따르면, 계통의 역률각의 크기에 따른 데드타임 보상에 따라 전력 효율이 높아진다.

Description

인버터의 데드타임 전향보상 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR FORWARD DEAD TIME COMPENSATION OF INVERTER}

본 발명은 인버터의 데드타임 전향보상 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 계통 연계형 인버터의 데드타임 전향보상 방법 및 장치에 관한 것이다.

제조 및 운송 등에 사용되는 동력 장치로 대표적인 것이 엔진과 모터이다. 전력 수급의 문제가 2차 전지의 기술 발전으로 인해 해결되면서, 전통적으로 강세를 보였던 엔진을 대체하려는 모터의 움직임이 자동차 분야에서 속도를 내고 있다. 즉 18세기 후반에 발명되어 수세기 동안 자동차 파워 트레인을 이끌었던 내연기관의 자리를 모체가 대체하려 하고 있다.

최근 모터를 응용하는 제품의 경향을 살펴보면, 탄소 배출과 관련하여 지구 환경 등의 사회적 문제를 바탕으로 에너지 절약을 위한 고효율화 제품이 주류를 이루고 있다. 고성능 대용량의 IGBT의 실용화로 인해 모터 제어 장치의 소형화 및 경량화가 진행되고 있다.

본 발명과 관련된 기술로서, 대한민국 등록 특허 제10-0662747호는, 전압형 PWM 인버터의 데드타임 보상 방법에 관한 기술을 개시하고 있지만, 인버터 출력 전류의 크기 및 인버터 지령 전압의 파형의 기울기만을 이용하고, 계통과 연계된 역률각을 고려하지 않는 점에서 계통연계형의 인버터에 적용되는 본 발명과 목적, 구성 및 효과 면에서 차이를 보인다.

KR 등록 특허 제10-0662747호 (2007.01.02 공고)

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 계통연계형 인버터의 데드타임 전향보상 방법 및 장치를 제공하는 하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 계통과 연계되어 역률각이 고려된 데드타임 전향보상 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 방법은, 계통연계형 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c )를 측정하는 단계; 상전류를 이용하여 고조파 보상 전압 지령(V ^* _{qs_5,7th} , V ^* _{ds_5,7th} )을 출력하는 단계; 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c ), 계통의 위상 정보 및 전류 지령(I ^* _qe , I ^* _de )을 이용하여 스위칭 인가 전압 지령(V ^* _qs , V ^* _ds )을 출력하는 단계; 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분(ΔV)을 이용하여 각 상의 전향 보상 성분(V _{a_5,7th_ff} , V _{b_5,7th_ff} , V _{c_5,7th_ff} )을 출력하는 단계 및 고조파 보상 전압 지령, 스위칭 인가 전압 지령 및 전향 보상 성분을 이용하여 인버터를 구성하는 스위치를 제어하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.

또한, 고조파 보상 전압 지령(V ^* _{qs_5,7th} , V ^* _{ds_5,7th} )을 출력하는 단계는, 인버터의 상전류에 LPF 필터 및 좌표계 변환을 적용하여 고조파 성분을 dq축 성분으로 출력하는 단계; 인버터의 상전류와 상기 고조파 성분의 차이를 출력하는 단계; 및 차이의 값에 PI 제어기를 적용하여 고조파 보상 전압 지령을 출력하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.

또한, 스위칭 인가 지령 전압(V ^* _qs , V ^* _ds )을 출력하는 단계는, 인버터와 연계된 계통의 위상 정보를 출력하는 단계; 인버터의 상전류에 상기 계통의 위상 정보를 적용하는 단계; 및 계통의 위상 정보가 적용된 인버터의 상전류를 이용하여 스위칭 인가 전압 지령을 출력하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.

또한, 각 상의 전향 보상 성분을 출력하는 단계는, 데드타임에 의하여 발생되는 인버터의 출력 전압의 왜곡된 성분을 출력하는 단계; 전류 지령 성분을 이용하여 계통의 위상 정보에 역률각을 반영하는 단계; 및 출력 전압의 왜곡 성분 및 상기 계통의 위상 정보를 이용하여 상기 전향 보상 성분을 출력하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.

또한, 전향 보상 성분 중에서 A상의 성분은,

여기서, ΔV는 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분, θ _g 는 계통의 위상 정보, θ _pf 는 인버터 출력의 위상, 위의 수식을 통해 묘사되는 것을 특징으로 한다.

또한, 스위칭 인가 전압 지령을 출력하는 단계는, 전류 지령 및 상기 인버터의 상전류 성분 간의 에러를 출력하는 단계; 및 출력된 에러에 PI 제어기를 적용하여 스위칭 인가 전압 지령을 출력하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 장치는, 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c )를 측정하는 센서; 인버터의 상전류를 이용하여 고조파 보상 전압 지령(V ^* _{qs_5,7th} , V ^* _{ds_5,7th} )을 산출하는 제1 제어 모듈; 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c ) 및 전류 지령(I ^* _qe , I ^* _de )을 이용하여 스위칭 인가 전압 지령(V ^* _qs , V ^* _ds )을 산출하는 제2 제어 모듈; 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분(ΔV)을 이용하여 각 상의 전향 보상 성분(V _{a_5,7th_ff} , V _{b_5,7th_ff} , V _{c_5,7th_ff} )을 산출하는 제 3 제어 모듈 및 고조파 전압 지령, 지령 보상 전압 및 상기 전향 보상 성분을 이용하여 인버터를 구성하는 스위치를 제어하는 프로세서를 포함하도록 구성될 수 있다.

또한, 프로세서는, 데드타임에 의하여 발생되는 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분을 출력하고, 전류 지령 성분을 이용하여 계통의 위상 정보에 역률각을 반영하고, 상기 출력 전압의 왜곡 성분 및 상기 계통의 위상 정보를 이용하여 상기 전향 보상 성분을 출력하게, 상기 제3 제어 모듈을 제어하도록 구성될 수 있다.

기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.

본 발명에 의하면, 계통의 역률각의 크기에 따른 데드타임 보상에 따라 전력 효율이 높아진다.

또한, 계통 연계형 인버터의 역률각에 따른 데드타임 전향 보상으로 5차 및 7차 고조파의 발생이 줄어든다.

도 1은 계통연계 시스템의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 시스템의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따라 전류의 방향이 도시된 스위칭 회로이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 전류의 방향이 도시된 스위칭 회로이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 장치의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 장치의 제어도이다.
도 11은 계통 전압과 전류 위상차의 예시도이다.
도 12는 역률각 반영 여부에 따른 전류 파형의 예시도이다.
도 13은 전향 보상을 하지 않은 고조파 파형의 예시도이다.
도 14는 위상차를 반영하지 않은 전향 보상 파형의 예시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따라 위상차를 반영한 전향 보상 파형의 예시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 효과를 나타내는 표이다.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.

또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 계통연계 시스템의 예시도이다.

도 1을 참조하면, 계통연계란 두 개 이상의 전력 시스템이 서로 연결되어 있어서 전력 시스템 간에 전력이 이동할 수 있는 구성을 포함하는 전력 시스템을 말한다. 계통연계 시스템은, 전압원으로 표현된 DC link, DC link에 연결된 인버터, 인버터에 연결된 부하 및 3상 전원을 포함하도록 구성될 수 있다. 전력은 DC link에서 부하 쪽의 방향으로, 부하에서 DC link 쪽의 방향, 즉 2개의 방향으로 흐르는 동작을 보일 수 있다.

인버터는 전류 및 전압을 제어하기 위해 2개 이상의 스위치를 이용할 수 있다. 그런데 서로 동시에 작동하지 않도록 구성된 2 개의 스위치의 동작 구간이 중첩되면 단락 사고가 발생하게 된다. 회로 단락에 따라 저항 성분이 없는 회로에는 이론 상 무한대에 가까운 전류가 흐르게 되고 회로가 파괴되는 현상이 발생할 수 있다. 단락 사고를 방지하기 위해 의도적으로 스위칭 동작이 중첩되지 않도록 변조 신호가 사용될 수 있다. 변조 신호에 의해 두 스위치가 모두 동작하지 않는 시간을 데드타임(dead time)이라 한다.

데드타임으로 인한 신호 변조로 인해 인버터의 출력에 변동이 발생할 수 있다. 의도치 않은 출력 변동은 고조파 형태의 출력으로 나타난다. 고조파 발생을 방지하기 않으면 소음, 발열이 발생하게 되고 출력 변조로 인한 오동작이 발생할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 데드타임 전향보상 방법은 전류 방향에 따라 적절한 보상 방법이 달라지는 것을 특징으로 한다.

전향보상이란, 수학적 계산을 통해 제어기의 최종 결과값을 예측, 제어 보상에 더하여 과도 상태를 개선하는 기법이다. 전향보상을 이용하면 피드백 제어를 통해 과도 상태를 거쳐 도달할 결과값이 미리 도출되기 때문에, 상대적으로 더 안정된 제어가 가능하다. 수학적 계산을 통해 왜곡된 수치가 파악되고, 이에 전향 보상이 적용되면 미연에 출력의 왜곡이 방지될 수 있다.

3상 평형을 이루는 인버터 구조에서 변조된 출력전압으로 인해 발생한 고조파의 일부는 상쇄될 수 있다. 즉 3의 배수를 가진 고조파 성분이 상쇄되고, 5차, 7차, 11차 등의 고조파가 발생한다. 이 고조파 중에서 가장 큰 성분을 가진 5차, 7차 고조파에 대하여 왜곡 전압 크기가 수학적으로 계산될 수 있다. 로우 패스 필터를 이용하여 전향 보상 성분이 생성되고, 제3 제어 모듈을 통해 전향 보상 성분이 생성되고, 최종 스위칭 지령에 반영될 수 있다. 전향 보상 성분의 반영을 통해 왜곡을 방지하는 스위칭 지령이 발생하여 전류 파형이 개선될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 방법의 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 인버터의 데드타임 전향보상 방법(S100)은, 계통연계형 인버터의 상전류 측정(S110), 상전류를 이용하는 고조파 전압 지령 출력(S120), 상전류, 계통의 위상 정보 및 전류 지령을 이용하여 스위치 인가 전압 지령 출력(S130), 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분을 이용하여 각 상의 전향 보상 성분 출력(S140) 및 고조파 보상 전압 지령, 스위칭 인가 전압 지령 및 전향 보상 성분을 이용하여 인버터를 구성하는 스위치 제어(S150)를 포함하도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 방법의 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 상전류를 이용하는 고조파 전압 지령 출력(S120)은 인버터의 상전류에 LPF 필터 및 좌표계 변환을 적용하여 고조파 성분을 dq축 성분으로 출력(S121), 인버터의 상전류와 고조파 성분의 차이를 출력(S122), 및 차이의 값에 PI 제어기를 적용하여 고조파 전압 보상 지령 출력 (S123)을 포함하도록 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 방법의 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 스위치 인가 전압 지령의 출력(S130)은 인버터와 연계된 계통의 위상 정보 출력(S131), 상전류에 계통의 위상 정보 적용(S132), 및 계통의 위상 정보가 적용된 인버터의 상전류를 이용하여 스위칭 인가 전압 지령 출력(S133)을 포함하도록 구성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 방법의 흐름도이다.

도 5를 참조하면, 각 상의 전향 보상 성분의 출력(S140)은, 데드타임에 의하여 발생되는 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분 산출(S141), 전류 지령 성분을 이용하는 계통 위상에 역률각 반영(S142), 및 출력 전압의 왜곡 성분 및 계통 위상 정보를 이용하여 전향 보상 성분 출력(S143)을 포함하도록 구성될 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 방법(S100)을 실행하는 장치(100)를 포함하는 시스템에 대해 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 시스템의 블록도이다.

도 6을 참조하면, 인버터의 데드타임 전향보상 시스템은, 제어부에 해당하는 인버터의 데드타임 전향보상 장치(100), 인버터(200), 전원(300) 및 부하(400)를 포함하도록 구성될 수 있다.

전향 보상에 전류가 끼치는 영향에 대해 알아보면, 데드타임 보상의 목적은 데드타임의 영향으로 인해 왜곡된 전압을 제거하는 것이다. 따라서 출력 전압을 0으로 만드는 시점에 데드타임을 부여하는 것이 가장 이상적이다. 출력 전압이 0이 되는 시점은 전류의 방향에 따라 결정될 수 있다. 인버터에서 계통 방향을 양의 방향이라 가정하면, 스위치의 스위칭에 따라 전류의 방향이 결정된다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 데드타임 전향 보상에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따라 전류의 방향이 도시된 스위칭 회로이다.

도 7을 참조하면, 전류의 방향이 양의 방향인 경우, 스위치 1이 ON일 때, 출력 전압의 부호가 (+), 스위치 2가 OFF일 때 출력 전압이 0, 스위치 2가 OFF일 때 데드타임으로 인한 출력 왜곡이 없다.

도 8을 참조하면, 전류의 방향이 음의 방향인 경우, 스위치 2가 ON일 때 출력 전압의 부호가 (-), 스위치 1이 OFF일 때 출력 전압이 0, 스위치 1이 OFF일 때 데드타임으로 인한 출력 왜곡이 없다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 데드타임 전향 보상 방법은 전류의 방향에 따라 보상 방법이 달라지는 것을 특징으로 한다. 즉 데드타임 전향 보상은 전류와 전압 사이의 역률각에 따라 달라질 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시 예에 따른 역률각이 고려된 데드타임 전향보상에 대해 설명하기로 한다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 장치의 블록도이다.

도 9를 참조하면, 인버터의 데드타임 전향보상 장치(100)는 도 6에 도시된 시스템에서 인버터(200)를 제어하는 장치에 해당한다. 인버터의 데드타임 전향보상 장치(100)는 센서(110), 제1 제어 모듈(120), 제2 제어 모듈(130), 제3 제어 모듈(140) 및 제어 모듈들을 제어하는 프로세서(150)를 포함하도록 구성될 수 있다.

센서(110)는 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c )를 측정하는 기능을 갖는다.

제1 제어 모듈(120)은 인버터의 상전류를 이용하여 고조파 보상 전압 지령(V ^* _{qs_5,7th} , V ^* _{ds_5,7th} )을 출력하는 기능을 갖는다.

제2 제어 모듈(130)은 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c ) 및 전류 지령(I ^* _qe , I ^* _de )을 이용하여 스위칭 인가 전압 지령(V ^* _qs , V ^* _ds )을 출력하는 기능을 갖는다.

제2 제어 모듈(140)은 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분(ΔV)을 이용하여 각 상의 전향 보상 성분(V _{a_5,7th_ff} , V _{b_5,7th_ff} , V _{c_5,7th_ff} )을 출력하는 기능을 갖는다.

프로세서(150)는 고조파 전압 지령, 지령 보상 전압 및 상기 전향 보상 성분을 이용하여 인버터를 구성하는 스위치를 제어하는 기능을 갖는다.

도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 장치의 제어도이다.

도 10을 참조하면, 프로세서(150)에 의해 제어되는 센서(110), 제1 제어 모듈(120), 제2 제어 모듈(130) 및 제3 제어 모듈(140)의 동작이 묘사되어 있다. 이하 인버터의 데드타임 전향보상 장치(100)의 각 구성요소에 의해 실행되는 데드타임 전향보상에 대해 설명하기로 한다.

인버터의 데드타임 전향보상 장치(100)는 센서(110)를 통해 계통연계형 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c )를 측정할 수 있다.

인버터의 데드타임 전향보상 장치(100)는 제1 제어 모듈(120)을 통해 상전류를 이용하여 고조파 보상 전압 지령(V ^* _{qs_5,7th} , V ^* _{ds_5,7th} )을 출력할 수 있다. 구체적으로 인버터의 데드타임 전향보상 장치(100)는 인버터의 상전류에 LPF 필터 및 좌표계 변환을 적용하여 고조파 성분을 dq축 성분으로 출력하고, 인버터의 상전류와 상기 고조파 성분의 차이를 출력하고, 그리고 차이의 값에 PI 제어기를 적용하여 고조파 보상 전압 지령을 출력할 수 있다.

인버터의 데드타임 전향보상 장치(100)는 제2 제어 모듈(130)을 통해 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c ), 계통의 위상 정보 및 전류 지령(I ^* _qe , I ^* _de )을 이용하여 스위칭 인가 전압 지령(V ^* _qs , V ^* _ds )을 출력할 수 있다. 구체적으로 인버터의 데드타임 전향보상 장치(100)는 인버터와 연계된 계통의 위상 정보를 출력하고, 인버터의 상전류에 상기 계통의 위상 정보를 적용하고, 그리고 계통의 위상 정보가 적용된 인버터의 상전류를 이용하여 스위칭 인가 전압 지령을 출력할 수 있다.

또한, 인버터의 데드타임 전향보상 장치(100)는 전류 지령 및 상기 인버터의 상전류 성분 간의 에러를 출력하고, 그리고 출력된 에러에 PI 제어기를 적용하여 스위칭 인가 전압 지령을 출력할 수 있다.

인버터의 데드타임 전향보상 장치(100)는 제3 제어 모듈(140)을 통해 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분(ΔV)을 이용하여 각 상의 전향 보상 성분(V _{a_5,7th_ff} , V _{b_5,7th_ff} , V _{c_5,7th_ff} )을 출력할 수 있다. 구체적으로 인버터의 데드타임 전향보상 장치(100)는 데드타임에 의하여 발생되는 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분을 출력하고, 전류 지령 성분을 이용하여 계통의 위상 정보에 역률각을 반영하고, 그리고 출력 전압의 왜곡 성분 및 상기 계통의 위상 정보를 이용하여 상기 전향 보상 성분을 출력할 수 있다.

또한, 전향 보상 성분 중에서 A상의 성분은,

이고, 여기서, ΔV는 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분, θ _g 는 계통의 위상 정보, θ _pf 는 인버터 출력의 위상이다.

최종적으로 인버터의 데드타임 전향보상 장치(100)는 프로세서(150)를 통해 고조파 보상 전압 지령, 스위칭 인가 전압 지령 및 전향 보상 성분을 이용하여 인버터를 구성하는 스위치를 제어할 수 있다.

도 10을 참조하면, 제 1 제어 모듈(120), 제2 제어 모듈(130), 제3 제어 모듈(140) 및 프로세서(150)는 전류 및 전압에 관한 데이터를 처리함에 있어서 데이터 변환 과정을 통해 데이터를 이종의 좌표축을 이용하여 표현할 수 있다. 예를 들어 각종 전류 및 전압의 데이터는 3상 성분, dq축 성분 및 ds축 성분 간에 변환될 수 있다.

계통연계형 인버터는 계통의 전압과 전류의 위상차가 발생될 수 있다.

도 11은 계통 전압과 전류 위상차의 예시도이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터의 데드타임 전향보상 시스템에서 계통 전압과 전류의 위상차가 묘사되어 있다.

도 12는 역률각 반영 여부에 따른 전류 파형의 예시도이다.

도 12를 참조하면, 상단 그래프는 역률각이 반영되지 않은 전향 보상 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 하단 그래프는 역률각이 반영된 전향 보상 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 두 결과는 FFT(fast fourier transform) 기능을 이용하여 시각적으로 확인될 수 있다.

도 13은 전향 보상을 하지 않은 고조파 파형의 예시도이다.

도 13을 참조하면, 전향 보상을 하지 않은 고조파 파형이 묘사되어 있다. 도 13의 실시 예에서 추가적인 전향 보상이 없기 때문에, 5차 및 7차 고조파가 발생하는 것을 확인할 수 있다.

도 14는 위상차를 반영하지 않은 전향 보상 파형의 예시도이다.

도 14를 참조하면, 위상차를 반영하지 않은 전향 보상 파형이 묘사되어 있다. 도 14의 실시 예에서 위상차가 고려되지 않았기 때문에 전향 보상이 적절히 이루어지지 않아서 고조파 성분이 증가함을 확인할 수 있다.

도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따라 위상차를 반영한 전향 보상 파형의 예시도이다.

도 15를 참조하면, 위상차를 반영한 전향 보상 파형이 묘사되어 있다. 도 15의 실시 예에서 전향 보상에 역률각이 반영되었기 때문에 무효 전류 성분이 있음에도 적절한 보상이 이루어져서 고조파가 감소한 것을 확인할 수 있다.

도 13 내지 도 15를 비교하면 전향 보상을 하지 않은 도 13의 파형보다 위상차를 반영하지 않은 도 14의 전향 보상의 파형에 더 많은 고조파가 발생함을 확인할 수 있다. 고조파 발생 비율을 통계적으로 살펴보면 다음과 같다.

도 16은 본 발명의 일 실시 예에 따른 효과를 나타내는 표이다.

도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시 에에 따른 데드타임 전향보상의 결과로 나타난 고조파 성분이 표로 표현되어 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따라 역률각이 반영된 전향보상의 고조파의 비율은, 역률각이 미반영의 고조파 비율보다 5차 고조파에 대해서는 83%, 7차 고주파에 대해서는 91%가 감소하는 효과가 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 계통의 역률각의 크기에 따른 데드타임 보상에 따라 전력 효율이 높아진다.

또한, 계통 연계형 인버터의 역률각에 따른 데드타임 전향 보상으로 5차 및 7차 고조파의 발생이 줄어든다.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.

100: 인버터의 데드타임 전향보상 장치
110: 센서
120: 제1 제어 모듈
130: 제2 제어 모듈
140: 제3 제어모듈

Claims (8)

1. 계통연계형 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c )를 측정하는 단계;
   상기 상전류를 이용하여 고조파 보상 전압 지령(V ^* _{qs_5,7th} , V ^* _{ds_5,7th} )을 출력하는 단계;
   상기 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c ), 계통의 위상 정보 및 전류 지령(I ^* _qe , I ^* _de )을 이용하여 스위칭 인가 전압 지령(V ^* _qs , V ^* _ds )을 출력하는 단계;
   인버터의 출력 전압의 왜곡 성분(ΔV)을 이용하여 각 상의 전향 보상 성분(V _{a_5,7th_ff} , V _{b_5,7th_ff} , V _{c_5,7th_ff} )을 출력하는 단계 및
   상기 고조파 보상 전압 지령, 스위칭 인가 전압 지령 및 전향 보상 성분을 이용하여 인버터를 구성하는 스위치를 제어하는 단계를 포함하도록 구성되는,
   인버터의 데드타임 전향보상 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 고조파 보상 전압 지령(V ^* _{qs_5,7th} , V ^* _{ds_5,7th} )을 출력하는 단계는,
   상기 인버터의 상전류에 LPF 필터 및 좌표계 변환을 적용하여 고조파 성분을 dq축 성분으로 출력하는 단계;
   인버터의 상전류와 상기 고조파 성분의 차이를 출력하는 단계; 및
   상기 차이의 값에 PI 제어기를 적용하여 고조파 보상 전압 지령을 출력하는 단계를 포함하도록 구성되는,
   인버터의 데드타임 전향보상 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 스위칭 인가 지령 전압(V ^* _qs , V ^* _ds )을 출력하는 단계는,
   상기 인버터와 연계된 계통의 위상 정보를 출력하는 단계;
   상기 인버터의 상전류에 상기 계통의 위상 정보를 적용하는 단계; 및
   계통의 위상 정보가 적용된 인버터의 상전류를 이용하여 스위칭 인가 전압 지령을 출력하는 단계를 포함하도록 구성되는,
   인버터의 데드타임 전향보상 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 각 상의 전향 보상 성분을 출력하는 단계는,
   데드타임에 의하여 발생되는 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분을 출력하는 단계;
   전류 지령 성분을 이용하여 계통의 위상 정보에 역률각을 반영하는 단계; 및
   상기 출력 전압의 왜곡 성분 및 상기 계통의 위상 정보를 이용하여 상기 전향 보상 성분을 출력하는 단계를 포함하도록 구성되는,
   인버터의 데드타임 전향보상 방법.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 전향 보상 성분 중에서 A상의 성분은,
   

   

   
   여기서, ΔV는 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분, θ _g 는 계통의 위상 정보, θ _pf 는 인버터 출력의 위상,
   위의 수식을 통해 묘사되는 것을 특징으로 하는,
   인버터의 데드타임 전향보상 방법.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 스위칭 인가 전압 지령을 출력하는 단계는,
   전류 지령 및 상기 인버터의 상전류 성분 간의 에러를 출력하는 단계; 및
   출력된 에러에 PI 제어기를 적용하여 스위칭 인가 전압 지령을 출력하는 단계를 포함하도록 구성되는,
   인버터의 데드타임 전향보상 방법.
7. 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c )를 측정하는 센서;
   상기 인버터의 상전류를 이용하여 고조파 보상 전압 지령(V ^* _{qs_5,7th} , V ^* _{ds_5,7th} )을 산출하는 제1 제어 모듈;
   상기 인버터의 상전류(I _a , I _b , I _c ) 및 전류 지령(I ^* _qe , I ^* _de )을 이용하여 스위칭 인가 전압 지령(V ^* _qs , V ^* _ds )을 산출하는 제2 제어 모듈;
   인버터의 출력 전압의 왜곡 성분(ΔV)을 이용하여 각 상의 전향 보상 성분(V _{a_5,7th_ff} , V _{b_5,7th_ff} , V _{c_5,7th_ff} )을 산출하는 제 3 제어 모듈 및
   상기 고조파 전압 지령, 지령 보상 전압 및 상기 전향 보상 성분을 이용하여 인버터를 구성하는 스위치를 제어하는 프로세서를 포함하도록 구성되는,
   인버터의 데드타임 전향보상 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 프로세서는,
   데드타임에 의하여 발생되는 인버터의 출력 전압의 왜곡 성분을 출력하고, 전류 지령 성분을 이용하여 계통의 위상 정보에 역률각을 반영하고, 상기 출력 전압의 왜곡 성분 및 상기 계통의 위상 정보를 이용하여 상기 전향 보상 성분을 출력하게, 상기 제3 제어 모듈을 제어하도록 구성되는,
   인버터의 데드타임 전향보상 장치.

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