KR101444732B1 - Grid converter and method thereof - Google Patents

Grid converter and method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101444732B1
KR101444732B1 KR1020130045362A KR20130045362A KR101444732B1 KR 101444732 B1 KR101444732 B1 KR 101444732B1 KR 1020130045362 A KR1020130045362 A KR 1020130045362A KR 20130045362 A KR20130045362 A KR 20130045362A KR 101444732 B1 KR101444732 B1 KR 101444732B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
axis
voltage
current
reference voltage
phase
Prior art date
Application number
KR1020130045362A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김홍주
권순만
천종민
Original Assignee
한국전기연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국전기연구원 filed Critical 한국전기연구원
Priority to KR1020130045362A priority Critical patent/KR101444732B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101444732B1 publication Critical patent/KR101444732B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14Arrangements for reducing ripples from dc input or output

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

The present invention relates to a control apparatus for reducing direct current link ripples when three-phase imbalance occurs at a grid-connected converter and a control method thereof, wherein the grid-connected converter comprises a power component extracting device for extracting an alternating current and a direct current component from a three phase alternating current power source; a reference voltage generating device for receiving the alternating current and the direct current component from the power component extracting device and generating alternating current and a direct current reference voltage; a space vector pulse modulation part for receiving the alternating current and the direct current reference voltage from the reference voltage generating device and adjusting voltage to be applied to a gate of an insulated gate bipolar transistor bridge; and the insulated gate bipolar transistor bridge for receiving gate voltage from a space vector pulse modulation control part and transforming the three phase alternating power source into direct current voltage. The present invention controls a ripple of direct current (DC) link voltage to be minimized even if three phase grid voltage is unbalanced, thereby controlling current, flowing in the insulated gate bipolar transistor (IGBT) bridge, under a set level.

Description

계통 연계형 컨버터 및 이의 제어방법 {Grid converter and method thereof}[0001] The present invention relates to a grid-connected converter and a control method thereof.

본 발명은 3상 교류 전원을 직류(DC) 전압으로 변환하는 계통 연계형 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 3상 불평형 상태에서도 안정적으로 동작이 가능한 계통 연계형 컨버터에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a grid-connected converter for converting a three-phase AC power source to a direct current (DC) voltage, and more particularly, to a grid-type converter capable of stably operating in a three-phase unbalanced state.

계통 연계형 컨버터는 3상 교류 계통 전압으로부터 직류(DC)링크라고 하는 캐패시터에 직류 전압을 형성하는 기기로 회생형 모터 구동 드라이버, 계통 연계형 풍력발전기 등 광범위하게 사용되는 구성품으로, 발전기나 전동기측 인버터는 직류(DC) 링크 전압을 사용하여 제어 목적을 달성하는 교류(AC) 전압의 진폭과 주파수를 생성하게 된다.A grid-connected converter is a device that forms a direct current voltage on a capacitor called a direct current (DC) link from three-phase ac system voltage. It is a component widely used such as a regenerative motor drive driver and a grid-connected wind turbine. The inverter uses a direct current (DC) link voltage to generate the amplitude and frequency of the alternating current (AC) voltage that achieves the control purpose.

도면 13도는 기존의 계통 연계형 컨버터 시스템의 구성도이다.FIG. 13 is a configuration diagram of a conventional grid-connected converter system.

종래의 계통 연계형 컨버터는 크게 3상 전원(10)으로부터 위상을 감지하는 피엘엘(Phase Locked Loop,20)과 스위칭을 통하여 직류(DC)링크 전압을 형성하는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bride,40), 직류(DC)링크의 전압 제어를 위한 전압 제어부(DC Link Voltage Control,50), 직류(DC)링크 캐패시터를 충전하기 위한 전류를 제어하는 전류 제어부(Current Control,60), 그리고 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bride,40)에 스위칭에 필요한 게이트 신호를 인가하는 PWM제어부(Pulse Width Modulation,70)으로 구성되어 있다. 여기서, 인덕터(30)은 DC 링크 전압을 승압하기 위해서 사용된다.The conventional grid-connected converter includes a phase locked loop 20 that detects a phase from a three-phase power supply 10 and an insulated gate bipolar transistor bridge (IGBT) 20 that forms a direct current (DC) Gate Bipolar Transistor (Bride) 40, a DC Link Voltage Control 50 for controlling the DC link voltage, a current control unit for controlling the current for charging the DC link capacitor, 60, and a PWM control section (Pulse Width Modulation) 70 for applying a gate signal required for switching to an insulated gate bipolar transistor (IGBT) bride 40. Here, the inductor 30 is used for boosting the DC link voltage.

이러한 기존의 계통 연계형 컨버터는 3상 전원이 평형한 상태를 가정하여 제어기를 구성하기 때문에 3상 불평형 조건에서 직류(DC)링크 전압의 리플이 크게 발생하면, 불평형 정도에 따라 제어가 불가능한 상황이 발생하기도 한다. 직류(DC) 링크 전압의 리플이 커지는 상황에서 직류(DC) 링크 전압이 목표 값보다 작아지면 캐패시터 전압을 충전하기 위해 계통측 컨버터는 계통에서 전력을 직류(DC) 링크 쪽으로 끌어 오며, 직류(DC) 링크 전압이 목표값보다 커지면 캐패시터 전압을 방전하기 위해 계통으로 전력을 보내는 동작을 하기 때문에 리플이 커지면 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor])로 과전류가 흘러 전력 소자가 파괴될 위험성이 커지며 소자를 보호하기 위한 보호동작 제어가 작동하여 제어가 중지되어 컨버터 동작의 가용성이 떨어진다.This conventional grid-connected converter assumes a state in which the three-phase power supply is balanced, and therefore, when the ripple of the DC link voltage is largely generated in the three-phase unbalance condition, . If the DC link voltage becomes less than the target value in the situation where the ripple of the DC link voltage becomes large, the system side converter draws the power from the system toward the DC (DC) link to charge the capacitor voltage, ) If the link voltage is greater than the target value, the power is sent to the system to discharge the capacitor voltage. Therefore, if the ripple increases, there is a risk that the overcurrent flows through the insulated gate bipolar transistor (IGBT) The protection operation control for protecting the device is activated and the control is stopped so that the availability of the converter operation is degraded.

또한, 직류(DC) 링크 전압을 이용하는 인버터의 제어에도 악영향을 미치는 문제점이 있다.
In addition, there is a problem that adversely affects the control of an inverter using a direct current (DC) link voltage.

한국등록특허 20-0416152Korean Registered Patent No. 20-0416152 한국공개특허 10-2009-0053009Korean Patent Publication No. 10-2009-0053009

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 3상 계통 전압 불평형이 발생하더라도 직류(DC) 링크 전압의 리플을 최소화하는 계통 연계형 컨버터를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a grid-connected converter that minimizes the ripple of a DC link voltage even if a three-phase system voltage imbalance occurs.

또한, 3상 계통 전압에 불평형이 발생하더라도 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT)에 흐르는 전류를 작게 제어함으로써, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT)에 과도한 전류가 흘러 전력소자를 파괴하는 것을 방지할 수 있는 계통 연계형 컨버터를 제공하고자 한다.In addition, even if an unbalance occurs in the three-phase system voltage, the current flowing through the insulated gate bipolar transistor bridge (IGBT) is controlled to be small so that an excessive current flows through the insulated gate bipolar transistor bridge (IGBT) To provide a grid-connected converter.

상기한 과제 해결을 위해, 본 발명에서는 3상 교류 전원에서 교류 및 직류 성분을 추출하는 전원 성분 추출기; 상기 전원 성분 추출기의 교류 및 직류 성분을 입력받아, 교류 및 직류의 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기; 상기 기준 전압 생성기로부터 교류 및 직류의 기준 전압을 입력받아, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지의 게이트에 인가할 전압을 조정하는 공간 벡터 펄스 변조부; 및 상기 공간 벡터 펄스 변조 제어부에서 출력한 게이트 전압을 입력받아 3상 교류 전원을 직류 전압으로 변환하는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지;를 포함하는 계통 연계형 컨버터를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a power component extractor for extracting an AC component and a DC component from a three-phase AC power source; A reference voltage generator receiving the AC and DC components of the power component extractor and generating a reference voltage of AC and DC; A space vector pulse modulator receiving the AC and DC reference voltages from the reference voltage generator and adjusting a voltage to be applied to the gate of the insulated gate bipolar transistor bridge; And an insulated gate bipolar transistor bridge that receives the gate voltage output from the space vector pulse modulation control unit and converts the three-phase alternating current power to a direct current voltage.

또한, 상기 전원 성분 추출기는 직류성분추출기와 교류성분추출기를 포함하며, 상기 직류성분추출기와 상기 교류성분추출기는 정지좌표변환기, 회전좌표변환기 및 직교류추출기를 포함하는 계통 연계형 컨버터를 제공한다.The power component extractor may include a DC component extractor and an AC component extractor, and the DC component extractor and the AC component extractor may include a static coordinate converter, a rotation coordinate converter, and a crossflow extractor.

또한, 상기 직교류추출기는 대역제거필터와 덧셈기를 포함하는 계통 연계형 컨버터를 제공한다.Further, the crossflow extractor provides a grid-connected converter including a band elimination filter and an adder.

또한, 상기 기준 전압 생성부는 비례적분제어기로 구성된 전압제어기와 d축 전류제어기, q축 전류제어기 및 덧셈기를 포함하는 계통 연계형 컨버터를 제공한다.Also, the reference voltage generator provides a grid-connected converter including a voltage controller composed of a proportional integral controller, a d-axis current controller, a q-axis current controller, and an adder.

또한, 본 발명은 3상 교류 전원에서 교류 및 직류 성분을 추출하는 단계; 상기 교류 및 직류 성분을 이용하여 교류 및 직류의 기준 전압을 생성하는 단계; 상기 기준 전압을 이용하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지의 게이트에 인가할 전압을 조정하는 단계;를 포함하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법을 제공한다.Further, the present invention provides a method of driving a three-phase AC power supply, comprising: extracting AC and DC components from a three-phase AC power supply; Generating an AC and a DC reference voltage using the AC and DC components; And adjusting a voltage to be applied to the gate of the insulated gate bipolar transistor bridge using the reference voltage.

또한, 3상 교류 전원에서 교류 및 직류 성분을 추출하는 단계 이전에, 3상 전원을 정지좌표계로 변환하고 회전좌표계로 변환하는 단계를 더 포함하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법을 제공한다.Also, before the step of extracting the AC and DC components from the three-phase AC power supply, the method further comprises a step of converting the three-phase power supply to the stationary coordinate system and converting the three-phase power to the rotating coordinate system.

또한, 3상 교류 전원에서 교류 및 직류 성분을 추출하는 단계는 3상 전원을 3상 전원의 주파수의 2배가 되는 차단주파수를 지닌 대역제거필터를 거쳐 직류 성분을 추출하고, 상기 직류 성분을 상기 3상 전원과 더하여 교류 성분을 추출하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법을 제공한다.The step of extracting the AC component and the DC component from the three-phase AC power source includes extracting a DC component through a band-elimination filter having a cut-off frequency that is twice the frequency of the three-phase power source, A method of controlling a grid-connected converter for extracting an AC component in addition to an upper power supply is provided.

또한, 교류 및 직류 성분을 이용하여 교류 및 직류의 기준 전압을 생성하는 단계는 상기 3상 전원에서 추출된 직류 성분을 이용하여 직류 기준값을 생성하고, 상기 3상 전원에서 추출된 교류 성분을 이용하여 교류 기준값을 생성하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법을 제공한다.The step of generating AC and DC reference voltages using the AC and DC components may include generating a DC reference value using the DC components extracted from the three phase power source and using the AC components extracted from the three- A method of controlling a grid-connected converter for generating an AC reference value is provided.

또한, 상기 직류 기준값을 생성하는 방법 중 q축 직류 PWM 기준전압을 생성하는 방법은 목표 직류 링크 전압과 직류 링크 센서의 전압값의 차를 비례적분하여 영(0)으로 만드는 q축 전류 기준값을 만들고, 상기 q축 전류 기준값과 상기 3상 전원에서 추출된 q축 직류 전류 성분간의 차를 비례적분하고, 피드포워드된 전원 값과 d축 직류 전류 성분이 q축에 영향을 미치는 리액터 값을 반영하여 q축 직류 PWM 기준 전압을 구하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법을 제공한다.Also, a method of generating the q-axis DC PWM reference voltage among the methods for generating the q-axis DC reference value is to generate a q-axis current reference value that makes the difference between the target DC link voltage and the voltage value of the DC link sensor proportional to zero , The q-axis current reference value and the q-axis DC current component extracted from the three-phase power source are proportionally integrated, and the q-axis current component extracted from the q- A method of controlling a grid-connected converter for obtaining a shaft DC PWM reference voltage is provided.

또한, 상기 직류 기준값을 생성하는 방법 중 d축 직류 PWM 기준전압을 생성하는 방법은 영(0)으로 설정된 d축 전류 기준값과 상기 3상 전원에서 추출된 d축 직류 전류 성분간의 차이를 비례적분하고 q축 직류 전류 성분이 d축에 영향을 미치는 리액터 값을 반영하여 d축 직류 PWM 기준전압을 구하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법을 제공한다.The method of generating the d-axis DC reference voltage among the methods for generating the d-axis reference value may include a method of proportionally integrating the difference between the d-axis current reference value set to zero (0) and the d-axis dc current component extracted from the three- The present invention provides a control method of a grid-connected converter for obtaining a d-axis DC PWM reference voltage by reflecting a reactor value of a q-axis DC current component affecting a d-axis.

또한, 상기 교류 기준값을 생성하는 방법 중 q축 교류 PWM 기준전압을 생성하는 방법은 목표 교류 링크 전압값을 영(0)으로 설정하고, 직류 링크 센서의 전압값과의 차를 비례적분하여 영(0)으로 만드는 q축 교류 기준값을 만들고, 상기 q축 교류 기준값과 상기 3상 전원에서 추출된 q축 교류 전류 성분간의 차를 비례적분하고, 피드포워드된 전원 값과 d축 교류 전류 성분이 q축에 영향을 미치는 리액터 값을 반영하여 q축 교류 PWM 기준 전압을 구하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법을 제공한다.Also, a method of generating the q-axis AC reference voltage among the methods of generating the q-axis reference value is characterized by setting the target ac link voltage value to zero and proportionally integrating the difference from the voltage value of the d- 0), and the difference between the q-axis AC reference value and the q-axis AC current component extracted from the three-phase power source is proportionally integrated, and the feed forward power value and the d- The present invention also provides a method of controlling a grid-connected converter that obtains a q-axis alternating-current PWM reference voltage by reflecting a reactor value affecting the q-axis ac PWM reference voltage.

또한, 상기 교류 기준값을 생성하는 방법 중 d축 교류 PWM 기준전압을 생성하는 방법은 영(0)으로 설정된 d축 교류 기준값과 상기 3상 전원에서 추출된 d축 교류 전류 성분간의 차이를 비례적분하고 q축 교류 전류 성분이 d축에 영향을 미치는 리액터 값을 반영하여 d축 교류 PWM 기준전압을 구하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법을 제공한다.The method for generating the d-axis alternating current PWM reference voltage among the methods for generating the alternating current reference value may comprise the steps of: integrating the difference between the d-axis alternating current reference value set to zero (0) and the d-axis alternating current component extracted from the three- there is provided a control method of a grid-connected converter for obtaining a d-axis ac PWM reference voltage by reflecting a reactor value that a q-axis ac current component affects a d-axis.

또한, 기준 전압을 이용하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지의 게이트에 인가할 전압을 조정하는 단계는 직류 링크에 목적하는 전압에 상기 3상 전원에서 추출된 직류 및 교류 성분 값을 더하여 직류 및 교류의 PWM 기준전압을 구하고, 직류 PWM 기준전압에 교류 PWM 기준전압을 더하여 최종 PWM 기준전압을 구한뒤, 이를 다시 정지좌표계로 변환하고 다시 3상 전원 값으로 변환하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법을 제공한다.The step of adjusting the voltage to be applied to the gate of the insulated gate bipolar transistor bridge using the reference voltage may include adding the DC and AC component values extracted from the three-phase power source to a voltage intended for the DC link, The present invention provides a method of controlling a grid-connected converter that obtains a voltage, obtains a final PWM reference voltage by adding an AC PWM reference voltage to a DC PWM reference voltage, converts the resulting PWM reference voltage to a stationary coordinate system,

또한, 상기 직류 PWM 기준전압에 교류 PWM 기준전압을 더하여 최종 PWM 기준전압을 생성하는 방법은 상기 직류 및 교류 PWM 기준 전압을 d축과 q축의 전압으로 나누고, 상기 직류 및 교류 PWM 기준전압을 d축과 q축 성분별로 더하여 d축과 q축별로 최종 PWM 기준전압을 생성하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법을 제공한다.
A method of generating a final PWM reference voltage by adding an AC PWM reference voltage to the DC PWM reference voltage includes dividing the DC and AC PWM reference voltages into voltages of a d axis and a q axis, And a q-axis component to generate a final PWM reference voltage for each of the d-axis and the q-axis.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 계통 연계형 컨버터 및 이의 제어방법에 의하면, 3상 계통 전압이 불평형일 경우에도 직류(DC) 링크 전압의 리플을 최소한으로 제어함으로써 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT)에 흐르는 전류를 일정 레벨 이하로 제어 가능하다. 따라서, 본 발명이 적용되지 않는 제어 방법에서 발생하는 과전류를 방지하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT) 전력 소자를 보호하고 제어 중단이 발생하지 않아 시스템의 가용성을 증대시킨다.As described above, according to the grid-connected converter and the control method thereof, even when the three-phase system voltage is unbalanced, the insulated gate bipolar transistor bridge (IGBT) can be minimized by controlling the ripple of the DC link voltage to the minimum, It is possible to control the current flowing through the resistor R to a predetermined level or less. Accordingly, the overcurrent generated in the control method to which the present invention is not applied is prevented to protect the insulated gate bipolar transistor bridge (IGBT) power device, and control disruption does not occur, thereby increasing the availability of the system.

또한, 계통 연계형 컨버터의 제어불능의 경우를 해소하여 가용성을 증가시킬 수 있다. 그러므로, 신뢰성 및 안정성이 높아지는 효과가 있다.Further, the case where the control of the grid-connected type converter can not be controlled can be solved and the availability can be increased. Therefore, reliability and stability are improved.

또한, 기존의 계통 연계형 컨버터에 최소한의 구성을 추가하므로 비용이 증가하지 않으면서도, 고효율, 소형화가 가능한 효과가 있다.
In addition, since a minimum configuration is added to the existing grid-connected converter, high efficiency and miniaturization can be achieved without increasing the cost.

도면 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따를 계통 연계형 컨버터의 블록도이다.
도면 2도는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge)의 내부 구성을 보여주는 도면이다.
도면 3도는 전원성분추출기의 내부의 전류성분추출기와 전압성분추출기의 작동을 보여주는 블럭 다이어그램도이다.
도면 4도는 도면 2의 전원성분추출기가 사용할 전압과 전류를 정의하는 도면이다.
도면 5도는 정지좌표변환기와 회전좌표변환기가 행렬(Matrix)식 또는 복소수(Complex Number) 벡터(Vector)를 이용하여 정지 좌표계(Stationary Reference Frame)로 변환하고 다시 이를 회전 좌표계(Rotating Reference Frame)으로 변환하는 과정을 보여주는 도면이다.
도면 6도는 평형상태인 3상 전원을 d-q 변환하였을 때의 파형이다.
도면 7도는 불평형 상태의 전류나 전압의 d-q 변환 결과를 보여주는 파형이다.
도면 8도는 d-q 변환 후의 교류(AC)성분과 직류(DC) 성분을 분리하는 역할을 수행하는 직교류추출기의 내부 구성 블럭도이다.
도면 9도는 d-q 변환된 전원이 직교류추출기를 거친 후의 직류(DC), 교류(AC)의 성분 값을 보여주는 도면이다.
도면 10도은 직류(DC) PWM 레퍼런스부의 구조를 보여주는 블록도이다.
도면 11도은 기준 전압 생성기의 AC PWM 레퍼런스부의 구조를 보여주는 블록도이다.
도면 12도는 공간 벡터 펄스 변조부(400)의 내부 구조도를 나타내는 블록도이다.
도면 13도는 기존의 계통 연계형 컨버터 시스템의 구성도이다.
도면 14도는 기존의 계통 연계형 컨버터 제어기의 동작을 보여주는 파형이다.
도면 15도는 3상 불평형 상태에서의 기존의 컨버터 제어기의 동작을 보여주는 도면이다.
도면 16도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 계통 연계형 컨버터가 3상 불평형 전원 상태에서 동작하였을 때의 동작 파형이다.
1 is a block diagram of a grid-connected converter according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an internal configuration of an insulated gate bipolar transistor bridge (IGBT).
3 is a block diagram showing the operation of the current component extractor and the voltage component extractor in the power component extractor.
4 is a view for defining a voltage and a current to be used by the power component extractor of FIG.
5, the still coordinate converter and the rotation coordinate converter are converted into a stationary reference frame by using a matrix or a complex number vector, and then converted into a rotating reference frame FIG.
6 is a waveform when the three-phase power source in the equilibrium state is dq converted.
7 is a waveform showing the result of dq conversion of the current or voltage in the unbalanced state.
8 is an internal block diagram of a cross flow extractor that separates an alternating current (AC) component and a direct current (DC) component after dq conversion.
FIG. 9 is a graph showing the values of DC (direct current) and AC (alternating current) components after the dq converted power has passed through the AC extractor.
FIG. 10 is a block diagram showing the structure of a direct current (DC) PWM reference unit.
FIG. 11 is a block diagram illustrating the structure of the AC PWM reference portion of the reference voltage generator.
12 is a block diagram showing the internal structure of the space vector pulse modulator 400. Referring to FIG.
FIG. 13 is a configuration diagram of a conventional grid-connected converter system.
14 is a waveform showing the operation of the conventional grid-connected converter controller.
FIG. 15 is a diagram illustrating operation of an existing converter controller in a three-phase unbalanced state.
FIG. 16 is an operation waveform when the grid-connected converter according to the preferred embodiment of the present invention operates in a three-phase unbalanced power supply state.

본 발명에서는 3상 전원의 불평형을 보상하는 제어기를 구성하여 3상 계통 전압 불평형에 따른 직류(DC) 링크 전압 리플을 줄이는 방법을 제안하고자 한다. 즉 3상 전압 센서의 값을 이용하여 이를 수학적인 변환과정을 통해 변환 결과를 직류 성분과 교류 성분으로 구분한다. 그리고, 이로부터 기준 전압을 생성하여 공간벡터변조부가 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지의 게이트에 인가하는 전압을 조절하여 직류(DC) 링크 전압의 리플을 최소한으로 줄이고자 한다.The present invention proposes a method of reducing the direct current (DC) link voltage ripple due to the three-phase system voltage imbalance by constituting a controller that compensates for the unbalance of the three-phase power source. That is, the conversion result is classified into a DC component and an AC component through a mathematical conversion process using the values of the three-phase voltage sensor. From this, a reference voltage is generated and the voltage applied to the gate of the insulated gate bipolar transistor bridge by the space vector modulation section is adjusted to minimize the ripple of the direct current (DC) link voltage.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and are herein described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

도면 1도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따를 계통 연계형 컨버터의 블록도이다. 1 is a block diagram of a grid-connected converter according to a preferred embodiment of the present invention.

본 발명의 계통 연계형 컨버터는 3상 계통의 위상을 감지하는 피엘엘(PLL;Phase Locked Loop,500), 3상 교류 전원을 직류 전압으로 변환하는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bride,100)와 3상 교류 전원으로부터 직류 및 교류 성분의 전압과 전류를 추출하는 전원성분추출기(200), 전원 성분 추출기가 생성한 d축과 q축의 전압과 전류를 입력받아 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기(300), 기준 전압 생성기(300)으로부터 직류(DC)와 교류(AC)의 기준 전압을 입력받아 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge,100)의 게이트에 인가할 전압 신호를 생성하여 (DC) 링크 전압을 조절하는 공간 벡터 펄스 변조부(400)로 구성되어 있다.The grid-connected converter of the present invention includes a phase locked loop (PLL) 500 for detecting the phase of a three-phase system, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) for converting a three- ] Bride, 100) and a three-phase AC power source, a power component extractor (200) for extracting voltage and current of DC and AC components, a voltage generator (DC) and alternating current (AC) from the reference voltage generator 300 and the reference voltage generator 300 and outputs the reference voltage to the gate of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) And a space vector pulse modulator 400 for generating a voltage signal to be applied and adjusting a (DC) link voltage.

절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge,100)는 스위칭을 통하여 직류(DC) 링크 전압을 형성한다. 이러한 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge,100)은 부하 쪽에서 전력이 필요할 때는 계통에서 직류(DC) 링크로 전력을 전해주고, 부하 쪽에서 전력이 직류(DC) 링크로 넘어 올 때도 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge,100)을 제어하여 계통으로 전력을 보내는 역할을 수행한다. An insulated gate bipolar transistor (IGBT) bridge 100 forms a direct current (DC) link voltage through switching. This insulated gate bipolar transistor (IGBT) bridge 100 transfers power from a system to a direct current (DC) link when power is required at the load side, And controls the insulated gate bipolar transistor (IGBT) bridge 100 to transmit power to the system.

그러나, 기존의 계통 연계형 컨버터는 부하와 계통 간의 전력을 이동시키는 과정에서 리플이 커지면, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge)로 과전류가 흘러 전력 소자가 파괴될 위험성이 있다.However, in the conventional grid-connected converter, when the ripple increases in the process of moving power between the load and the system, there is a risk that the overcurrent flows to the insulated gate bipolar transistor bridge (IGBT) .

이를 해결하기 위하여 본 발명은 3상 전원으로부터 직류 및 교류 성분을 추출하고, 이들의 기준전압을 생성하여 공간 벡터 펄스 변조부(400)가 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge,100)에 인가할 전압을 조절하도록 한다.In order to solve this problem, the present invention extracts direct current and alternating current components from a three-phase power source, generates these reference voltages, and controls the space vector pulse modulator 400 to generate an insulated gate bipolar transistor (IGBT) 100 are controlled.

도면 2도는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge,100)의 내부 구성을 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a view showing an internal configuration of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) bridge 100.

절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge,100)는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor],110)와 다이오드(Diode,120)을 조합을 1쌍으로 6개의 쌍으로 구성되어 있다. 각각의 3상 전원

Figure 112013035998316-pat00001
마다 1쌍은 다이오드의 애노드(Anode)가 3상 전원에 연결되고, 나머지 1쌍은 다이오드의 캐소드(Cathode)가 3상 전원에 연결된다. 이렇게 총 6쌍이 3상 전원에 연결된다. An insulated gate bipolar transistor (IGBT) bridge 100 includes a pair of insulated gate bipolar transistors (IGBTs) 110 and diodes 120, Consists of. Each three-phase power source
Figure 112013035998316-pat00001
One pair is connected to the anode of the diode to the three-phase power supply, and the other pair is connected to the three-phase power supply of the cathode of the diode. Thus, a total of six pairs are connected to the three-phase power supply.

절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor],110)은 다이오드(Diode,120)와 병렬로 연결되어 게이트 구동회로에서 인가되는 신호에 따라 다이오드(Diode,120)의 도통을 결정하게 목표전압을 형성하게 된다. An insulated gate bipolar transistor (IGBT) 110 is connected in parallel with a diode 120 to determine a conduction of a diode 120 according to a signal applied from a gate driving circuit, Respectively.

도면 3도는 전원성분추출기(200)의 내부의 전류성분추출기(210)와 전압성분추출기(220), 직류(DC)링크성분추출기(230)의 작동을 보여주는 블럭 다이어그램도이고, 도면 4도는 도면 2도의 전원성분추출기(200)기가 사용할 전압과 전류를 정의하는 도면이다.3 is a block diagram showing operations of a current component extractor 210, a voltage component extractor 220 and a DC link component extractor 230 in a power source component extractor 200, And a voltage and a current to be used by the power component extractor 200 of FIG.

도면 4에서

Figure 112013035998316-pat00002
는 3상 전원에서의 각 상의 전원을 나타내는 기호이고,
Figure 112013035998316-pat00003
은 중성점과 a상, b상 및 c상과의 상전압을 나타낸다. 그리고, 3상 교류 전원에서 나오는 선전류를
Figure 112013035998316-pat00004
, 직류(DC)링크 캐패시터 양단의 전압을
Figure 112013035998316-pat00005
, 부하단으로 빠지는 전류를
Figure 112013035998316-pat00006
이라고 정의한다. 여기서,
Figure 112013035998316-pat00007
은 각각
Figure 112013035998316-pat00008
에 대응되며,
Figure 112013035998316-pat00009
Figure 112013035998316-pat00010
에 대응될 수 있다.In FIG. 4
Figure 112013035998316-pat00002
Is a symbol representing the power of each phase in the three-phase power source,
Figure 112013035998316-pat00003
Represents the phase voltage between the neutral point and the phases a, b, and c. Then, the line current from the three-phase AC power source
Figure 112013035998316-pat00004
, The voltage across the DC (DC) link capacitor
Figure 112013035998316-pat00005
, The current that flows into the negative terminal
Figure 112013035998316-pat00006
. here,
Figure 112013035998316-pat00007
Respectively
Figure 112013035998316-pat00008
Respectively,
Figure 112013035998316-pat00009
The
Figure 112013035998316-pat00010
Lt; / RTI >

도면 3에서, 전원성분추출기(200)는 시변함수인 3상 전원을 정지좌표계로 변환하는 정지좌표변환기(211), 정지좌표계를 다시 회전좌표계로 변환하는 회전좌표변환기(212), d-q 변환된 전원으로부터 직류(DC)성분과 교류(AC)성분을 추출하는 직교류추출기(213)로 구성되어 있다. 3, the power component extractor 200 includes a stationary coordinate converter 211 for converting a three-phase power source, which is a time-varying function, into a stationary coordinate system, a rotational coordinate converter 212 for converting the stationary coordinate system into a rotational coordinate system, And a cross AC extractor 213 for extracting a direct current (DC) component and an alternating current (AC) component.

이러한 전원성분추출기(200)가 3상 전압과 전류를 인가받으면, 인가받은 3상 전압, 전류는 각각 전압성분추출기(220)와 전류성분추출기(210)으로 나누어져서 인가되게 된다. 전압성분추출기(220) 내로 인가된 3상 전압은 정지좌표변환기(211)와 회전좌표변환기(212)을 거쳐서 d-q축의 전압식으로 변환되게 된다. 마찬가지로 전류성분추출기(210)내로 인가된 3상 전류도 정지좌표변환기(211)와 회전좌표변환기(212)를 거쳐서 d-q축의 전류식으로 변환되게 된다. 이렇게 변환된 전압과 전류는 다시 직류(DC)와 교류(AC)성분을 검출하기 위하여 최종적으로 직교류추출기(213)으로 들어가게 된다. 또한, 직류(DC)링크성분추출기(230)는 직류(DC) 링크 캐패시터 양단의 전압을 받아들여 직류(DC) 링크쪽의 직류(DC) 성분과 교류(AC) 성분을 추출하는 역할을 한다. 이러한 직류(DC)링크성분추출기(230)는 직교류추출기(213)과 동일한 구조로 구성된다.When the power source extractor 200 receives the three-phase voltage and the current, the applied three-phase voltage and current are divided and applied to the voltage component extractor 220 and the current component extractor 210, respectively. The three-phase voltage applied to the voltage component extractor 220 is converted into a d-q-axis voltage equation via the stationary coordinate transformer 211 and the rotation coordinate transformer 212. Similarly, the three-phase current applied to the current component extractor 210 is also converted into a d-q-axis current equation through the stationary coordinate converter 211 and the rotational coordinate converter 212. The converted voltage and current are finally input to the AC extractor 213 to detect DC and AC components. The direct current (DC) link extractor 230 receives a voltage across the direct current (DC) link capacitor and extracts a direct current (DC) component and an alternating current (AC) component on the direct current (DC) link side. The direct current (DC) link component extractor 230 has the same structure as the crossflow extractor 213.

도면 3에서 3상 전원을 d-q좌표축으로 변환하는 이유는 3상 전원에서 나오는 성분값을 빠르게 해석하기 위함이다. 3상 전원을 발생시키는 발전기에서 두 권선간 자속의 쇄교 정도를 나타내는 상호 인덕턴스(Mutual Inductance)는 회전자 속도의 함수로서, 시변(Time Varying)함수이다. 이러한 시변 특성으로 인하여 3상 전원을 발생시키는 발전기는 아래의 수식 1과 같이 시변 계수를 갖는 미분 방정식(Time Varying Differential Equation)으로 표현된다. In Figure 3, the reason for converting the three-phase power source to the d-q coordinate axis is to quickly interpret the component values from the three-phase power source. The mutual inductance, which indicates the degree of linkage of magnetic flux between two windings in a generator generating three-phase power, is a time varying function as a function of the rotor speed. Due to this time-varying characteristic, a generator generating a three-phase power source is represented by a time variant differential equation having a time-varying coefficient as shown in Equation 1 below.

Figure 112013035998316-pat00011
(수식 1)
Figure 112013035998316-pat00011
(Equation 1)

여기서, 정지좌표변환기(211)와 회전좌표변환기(212)를 거치면 수식 1에서 시변 계수가 제거되어 그 해석을 쉽게 할 수 있다. 또한, 이러한 좌표 변환을 통하여 abc 3상으로 표현되는 발전기의 물리량들이 d와 q축으로 이루어진 직교 좌표계의 값으로 변환되는데, 이를 바탕으로 벡터 제어 기법을 도입하면 교류 발전기에서 나오는 전원 값을 빠르게 분석할 수가 있다. Here, the time-varying coefficient is removed from the equation (1) by passing through the stationary coordinate transformer 211 and the rotation coordinate transformer 212, so that the analysis can be easily performed. Also, by using these coordinate transformations, the physical quantities of the abc 3-phase generators are converted into the values of the orthogonal coordinate system composed of d and q axes. Based on this, the power control of the alternator can be quickly analyzed There is a number.

도면 5도는 정지좌표변환기(211)와 회전좌표변환기(212)가 행렬(Matrix)식 또는 복소수(Complex Number) 벡터(Vector)를 이용하여 정지 좌표계(Stationary Reference Frame)로 변환하고 다시 이를 회전 좌표계(Rotating Reference Frame)으로 변환하는 과정을 보여주는 도면이다.5, the stationary coordinate converter 211 and the rotational coordinate converter 212 convert the stationary reference frame into a stationary reference frame using a matrix or a complex number vector, Rotating Reference Frame). Referring to FIG.

정지좌표변환기(211)는 3상으로 표현된 식의 전원을 각주파수 ω로 회전하는 2상 좌표계로 표현하면 각 상태 변수들을 직류(DC)량으로 표현되기 때문에 다루기 편리하다.The stationary coordinate transformer 211 is convenient to handle because it expresses each state variable as a direct current (DC) quantity by expressing power of the equation represented by three phases as a two-phase coordinate system rotating at an angular frequency ω.

정지좌표변환기(211)의 변환식은 행렬(Matrix)로 표현하면 다음과 같다.The transformation formula of the stationary coordinate transformer 211 is expressed by a matrix as follows.

Figure 112013035998316-pat00012
(수식 2)
Figure 112013035998316-pat00012
(Equation 2)

여기서, 중성축 또는 영상분 축인 n을 제외하고 α와 β 값을 다시 회전좌표변환기(212)로 입력하게 되면,Here, if the values of [alpha] and [beta] are input to the rotation coordinate transformer 212 except for the neutral axis or the image axis n,

Figure 112013035998316-pat00013
(수식 3)
Figure 112013035998316-pat00013
(Equation 3)

식을 거쳐서, d-q축의 전압과 전류로 변환되게 된다.The voltage and current of the d-q axis are converted.

이렇게 d-q축의 회전좌표계로 변환된 전압과 전류값은 이제 직류(DC)값과 교류(AC)값을 추출하기 위하여 직교류추출기(213)으로 입력된다.The voltage and current values converted to the rotational coordinate system of the d-q axis are input to the AC extractor 213 to extract a DC value and an AC value.

도면 6도는 평형상태인 3상 전원을 d-q 변환하였을 때의 파형이다.6 is a waveform when the three-phase power source in a balanced state is d-q converted.

3상 평형상태일때는 도면에서 보는 바와 같이 6-2의 d축 값은 '0'이고 q축 값은 6-1과 같이 3상 전원의 피크 값인

Figure 112013035998316-pat00014
로 일정한 값을 갖는 것을 알 수 있다.In case of 3-phase equilibrium state, as shown in the figure, the d-axis value of 6-2 is '0' and the q-axis value is a peak value of 3-phase power
Figure 112013035998316-pat00014
As shown in Fig.

반면, 이와 다르게 불평형 상태에서의 3상 전원을 d-q 변환하였을 때의 파형을 나타내는 도면 7도를 보면, 불평형 상태의 전류나 전압의 d-q 변환 결과는 도면 6도와 같이 일정한 값을 가지지 않고 진동하는 파형을 가지는 것을 볼 수 있다. 즉, d축의 7-1은 '0'근처에서 리플을 가지며 진동하는 파형이고, q축은 7-2에서와 같이 크게 진동한다. On the other hand, FIG. 7 shows waveforms when the three-phase power source in the unbalanced state is converted to dq. The result of dq conversion of the unbalanced current or voltage shows a waveform that does not have a constant value as shown in FIG. Can be seen. That is, the d-axis 7-1 vibrates with ripple near '0', and the q-axis vibrates as in 7-2.

이와 같은, 리플은 직류(DC)링크의 전압값과 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor])에 흐르는 전류의 값을 발산하게 하는 원인이 된다. 따라서, 본 발명에서는 3상 평형 상태에서뿐만 아니라 3상 불평형 상태에서도 안정적인 동작이 가능한 계통 연계형 컨버터 및 그의 제어 방법을 제공하고자 한다.Such a ripple causes the value of the DC (DC) link and the value of the current flowing in the insulated gate bipolar transistor (IGBT) to diverge. Accordingly, the present invention provides a grid-connected converter and a control method thereof that can stably operate not only in a three-phase balanced state but also in a three-phase unbalanced state.

도면 8도는 d-q 변환 후의 교류(AC)성분과 직류(DC) 성분을 분리하는 역할을 수행하는 직교류추출기의 내부 구성 블럭도이다. 직교류추출기(213)는 그 내부에 대역제거필터(213-1)와 덧셈기(213-2)로 구성되어 있다8 is an internal block diagram of a cross flow extractor that separates an alternating current (AC) component and a direct current (DC) component after dq conversion. The crossflow extractor 213 is constituted by a band elimination filter 213-1 and an adder 213-2

이렇게 d-q 변환 후의 전원에서 다시 교류(AC)성분과 직류(DC) 성분을 분리하는 이유는 제어의 용이성을 위함이다. 반시계 방향으로

Figure 112013035998316-pat00015
로 회전하는
Figure 112013035998316-pat00016
축에서The reason why the alternating current (AC) component and the direct current (DC) component are separated again from the power source after the dq conversion is for ease of control. Counterclockwise
Figure 112013035998316-pat00015
Spinning
Figure 112013035998316-pat00016
On axis

Figure 112013035998316-pat00017
Figure 112013035998316-pat00017

Figure 112013035998316-pat00018
(수식 4)
Figure 112013035998316-pat00018
(Equation 4)

여기서,

Figure 112013035998316-pat00019
는 시계방향으로
Figure 112013035998316-pat00020
로 회전하는
Figure 112013035998316-pat00021
축에서의 음(negative sequence)의 값이다. 따라서 직교류추출기(213)의 대역제거필터(213-1)을 사용하여 수식 4의 음(negative sequence)의 값을 없애주면 직류(DC)성분과 교류(AC)성분으로 분류할 수 있다.here,
Figure 112013035998316-pat00019
Clockwise
Figure 112013035998316-pat00020
Spinning
Figure 112013035998316-pat00021
The value of the negative sequence in the axis. Therefore, if the negative sequence value of Equation 4 is removed by using the band elimination filter 213-1 of the crossflow extractor 213, it can be classified into a direct current (DC) component and an alternating current (AC) component.

직교류추출기(213)는 그 내부에 대역제거필터(213-1)와 덧셈기(213-2)로 구성되어 있다. d-q 변환된 전압

Figure 112013035998316-pat00022
가 중심주파수
Figure 112013035998316-pat00023
인 대역제거필터(Band Stop Filter,213-1)을 통과하면 직류(DC)성분을 얻을 수 있다. 이를 다시 덧셈기(213-2)를 통하여 처음 신호인
Figure 112013035998316-pat00024
에서 빼주면 교류(AC)성분을 얻을 수 있다. 여기서,
Figure 112013035998316-pat00025
는 3상 전원의 주파수이다. The crossflow extractor 213 is constituted by a band elimination filter 213-1 and an adder 213-2. dq converted voltage
Figure 112013035998316-pat00022
Center frequency
Figure 112013035998316-pat00023
A direct current (DC) component can be obtained through the band stop filter 213-1. Then, the adder 213-2 adds the first signal
Figure 112013035998316-pat00024
The AC component can be obtained. here,
Figure 112013035998316-pat00025
Is the frequency of the three-phase power supply.

d-q 변환된 전류로부터 직류(DC)와 교류(AC)를 추출하는 과정도 도면 8의 과정과 동일하다.The process of extracting direct current (DC) and alternating current (AC) from the d-q converted current is the same as the process of FIG.

본 발명에서 사용된 대역제거필터(213-1)의 전달함수 식 G(s)는 아래와 같다.The transfer function equation G (s) of the band elimination filter 213-1 used in the present invention is as follows.

Figure 112013035998316-pat00026
Figure 112013035998316-pat00026

그러나 위와 같은 전달함수는 본 발명의 일실시예에 따른 전달함수이고, 발명이 적용에 따라 여러 가지로 변환이 가능하다.However, the above transfer function is a transfer function according to an embodiment of the present invention, and the transfer function can be variously converted according to the application of the present invention.

도면 9도는 d-q 변환된 전원이 직교류추출기(213)를 거친 후의 직류(DC), 교류(AC)의 성분 값을 보여주는 도면이다.FIG. 9 is a diagram showing the values of components of direct current (DC) and alternating current (AC) after the d-q converted power has passed through the direct current AC extractor 213.

9-1은 직류(DC)성분이며, 9-2는 교류(AC)성분이다. 9-1 is a direct current (DC) component, and 9-2 is an alternating current (AC) component.

이제 앞에서 구한 이들 값들을 이용하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge,100)의 게이트에 인가할 전압을 결정하는 기준 전압 생성기(300)에 대하여 설명한다.Now, the reference voltage generator 300 for determining the voltage to be applied to the gate of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) bridge 100 will be described with reference to the above values.

도면 1도의 기준 전압 생성기(300)는 직류(DC) PWM 레퍼런스부(310), 교류(AC) PWM 레퍼런스부(320)로 구성되어 있다.The reference voltage generator 300 of FIG. 1 includes a direct current (DC) PWM reference unit 310 and an alternating current (AC) PWM reference unit 320.

도면 10도는 직류(DC) PWM 레퍼런스부(310)의 구조를 보여주는 블록도이다.10 is a block diagram illustrating the structure of a direct current (DC) PWM reference unit 310. Referring to FIG.

전원성분추출기(200)에서 추출된 d-q 변환된 전류와 전압이 직류(DC) PWM 레퍼런스부(310)로 입력되면 내부 연산 과정을 거쳐 d-q 축의 직류(DC)전압의 레퍼런스 전압

Figure 112013035998316-pat00027
,
Figure 112013035998316-pat00028
을 생성하게 된다. 여기서,
Figure 112013035998316-pat00029
,
Figure 112013035998316-pat00030
은 계통 연계형 컨버터가 변환하고자 하는 직류 전압의 목적 값이다.When the dq-converted current and voltage extracted from the power source component extractor 200 are input to the DC (direct current) PWM reference unit 310, an internal operation is performed to convert the reference voltage of the DC voltage of the dq axis
Figure 112013035998316-pat00027
,
Figure 112013035998316-pat00028
. here,
Figure 112013035998316-pat00029
,
Figure 112013035998316-pat00030
Is the target value of the DC voltage to be converted by the grid-connected converter.

직류(DC) PWM 레퍼런스부(310)에서

Figure 112013035998316-pat00031
,
Figure 112013035998316-pat00032
전압을 생성하는 과정은 다음과 같다.In the direct current (DC) PWM reference unit 310
Figure 112013035998316-pat00031
,
Figure 112013035998316-pat00032
The process of generating the voltage is as follows.

먼저, 직류(DC) 링크 레퍼런스 값

Figure 112013035998316-pat00033
(10-1), 직류(DC)링크의 센서 값
Figure 112013035998316-pat00034
(10-2)는 덧셈기(311)로 입력된 후, 비례적분제어기(Proportional-Integral Controller,312)로 입력되게 된다. 첫번째 비례적분제어기(Proportional-Integral Controller)를 전압제어기(312)라고 한다. 전압제어기(312)는
Figure 112013035998316-pat00035
의 신호를 적분(integral)하여 제어신호를 만든다. 이때, 전압제어기(312)의 전달함수는
Figure 112013035998316-pat00036
이다. 이러한 전압제어기(312)는
Figure 112013035998316-pat00037
Figure 112013035998316-pat00038
의 차이값을 0으로 만드는 q축의 전류 레퍼런스(10-4)를 구하게 된다. 이런 q축의 전류 레퍼런스(10-4)는 전원성분추출기(200)에서 생성한
Figure 112013035998316-pat00039
와 다시 덧셈기(311)에서 더해지고 그 결과 q축의 전류 레퍼런스(10-4)와
Figure 112013035998316-pat00040
차가 다시 q축 전류제어기(314)로 입력되어 적분 제어신호를 만든다. 이 전류제어기(314)에서 출력된 값은 d축에서 q축으로의 간섭분
Figure 112013035998316-pat00041
와 더해지고 여기에 전원전압 성분
Figure 112013035998316-pat00042
도 피드포워드 보상이 된다. 따라서, 전압제어기(312)에서 출력은 q축 전류의 기준 지령치가 되고, 실제 q축 전류와 비교된 편차가 q축 전류제어기(314)에 의해 q축 전압지령
Figure 112013035998316-pat00043
를 생성하게 되는 것이다. 이때, q축 전류제어기(314)의 전달함수는
Figure 112013035998316-pat00044
이다.First, the DC (DC) link reference value
Figure 112013035998316-pat00033
(10-1), the sensor value of the direct current (DC) link
Figure 112013035998316-pat00034
(10-2) is input to the adder 311 and then input to the proportional-integral controller 312. The proportional- The first proportional-integral controller is referred to as a voltage controller 312. The voltage controller 312
Figure 112013035998316-pat00035
And the control signal is integrated. At this time, the transfer function of the voltage controller 312 is
Figure 112013035998316-pat00036
to be. This voltage controller 312
Figure 112013035998316-pat00037
Wow
Figure 112013035998316-pat00038
The current reference (10-4) of the q-axis which makes the difference value of 0 is obtained. The current reference (10-4) of the q axis is generated by the power component extractor 200
Figure 112013035998316-pat00039
And the adder 311. As a result, the q-axis current reference 10-4 and the q-
Figure 112013035998316-pat00040
The difference is input to the q-axis current controller 314 to generate an integral control signal. The value output from the current controller 314 is the sum of the interference from the d axis to the q axis
Figure 112013035998316-pat00041
And the power voltage component
Figure 112013035998316-pat00042
Feed forward compensation. Therefore, the output from the voltage controller 312 becomes the reference command value of the q-axis current, and the deviation compared with the actual q-axis current is supplied to the q-axis current controller 314 by the q-
Figure 112013035998316-pat00043
. At this time, the transfer function of the q-axis current controller 314 is
Figure 112013035998316-pat00044
to be.

d축의 전류 레퍼런스(10-3)도 직류(DC) PWM 레퍼런스부(310)으로 입력되는데, 이 때의 값은 0이다. 이는 d축 전류는 유효한 전력을 발생시키지 않기 때문이다. d축 전류 지령과 실제 d축 전류

Figure 112013035998316-pat00045
의 편차는
Figure 112013035998316-pat00046
의 전달함수를 갖는 d축 전류제어기(313)에 입력되어 d축의 전압지령을 만든다. 이 과정에서 앞에서 살핀 바와 같이, q축에서 d축으로 간섭분
Figure 112013035998316-pat00047
가 더해져서, 최종적으로 d축 전압지령
Figure 112013035998316-pat00048
를 생성하게 된다.The d-axis current reference 10-3 is also input to the DC (DC) PWM reference unit 310, which has a value of zero. This is because the d-axis current does not generate effective power. d axis current command and actual d axis current
Figure 112013035998316-pat00045
The deviation of
Figure 112013035998316-pat00046
Axis current controller 313 having a transfer function of the d-axis voltage command. In this process, as we have already seen, the interference from the q axis to the d axis
Figure 112013035998316-pat00047
And finally, the d-axis voltage command
Figure 112013035998316-pat00048
.

이를 수식으로 간단히 살펴보면, 직류(DC) 링크 캐패시터의 전압은To simplify this by the equation, the voltage of the DC (DC) link capacitor is

Figure 112013035998316-pat00049
(수식 3)
Figure 112013035998316-pat00049
(Equation 3)

이다. 이 수식 3을 d-q축 변환하면,to be. When this equation (3) is d-q axis transformed,

Figure 112013035998316-pat00050
(수식 4)
Figure 112013035998316-pat00050
(Equation 4)

이 된다. .

수식 4에서

Figure 112013035998316-pat00051
를 0으로 제어하면 캐패시터 전압은
Figure 112013035998316-pat00052
에 의해서 결정된다. 따라서,
Figure 112013035998316-pat00053
의 목표값과 현재의
Figure 112013035998316-pat00054
값의 차이값을 0으로 만드는
Figure 112013035998316-pat00055
값을 비례 적분하여
Figure 112013035998316-pat00056
를 만든다. 그리고, 수식 4에서
Figure 112013035998316-pat00057
를 0으로 만드는 PI 제어기에서
Figure 112013035998316-pat00058
값을 계산하여 PWM 레퍼런스를 만든다. In Equation 4,
Figure 112013035998316-pat00051
Is controlled to be 0, the capacitor voltage becomes
Figure 112013035998316-pat00052
. therefore,
Figure 112013035998316-pat00053
Target value and current
Figure 112013035998316-pat00054
Make the difference value of the value 0
Figure 112013035998316-pat00055
By proportionally integrating the values
Figure 112013035998316-pat00056
. In Equation 4,
Figure 112013035998316-pat00057
To the PI controller
Figure 112013035998316-pat00058
Calculate the value to create the PWM reference.

도면 11도는 기준 전압 생성기(300)의 AC PWM 레퍼런스부(320)의 구조를 보여주는 블록도이다.11 is a block diagram illustrating the structure of the AC PWM reference unit 320 of the reference voltage generator 300. Referring to FIG.

AC PWM 레퍼런스부(320)도 DC PWM 레퍼런스부(310)과 동일한 구조로 이루어져 있다. 다만, d축 전류의 교류(AC) 성분인

Figure 112013035998316-pat00059
(11-1)와 q축 전류의 교류(AC)성분인
Figure 112013035998316-pat00060
(11-2), 직류(DC) 링크 전압의 교류(AC) 성분인
Figure 112013035998316-pat00061
(11-5)를 이용하여 d축 전류의 레퍼런스(11-3)과 직류(DC)링크 전압의 교류(AC)성분의 목표 값, 즉 레퍼런스 값을 0으로 하여
Figure 112013035998316-pat00062
(11-6)과
Figure 112013035998316-pat00063
(11-7)의 교류(AC) PWM 레퍼런스를 구한다.The AC PWM reference unit 320 has the same structure as the DC PWM reference unit 310. However, the AC component of the d-axis current
Figure 112013035998316-pat00059
(11-1) and the alternating current (AC) component of the q-axis current
Figure 112013035998316-pat00060
(11-2), the AC (DC) component of the DC (DC) link voltage
Figure 112013035998316-pat00061
(11-3) of the d-axis current and the AC value of the AC (DC) link voltage, that is, the reference value is set to 0
Figure 112013035998316-pat00062
(11-6) and
Figure 112013035998316-pat00063
(AC) PWM reference of the inverter 11-7.

도면 12도는 공간 벡터 펄스 변조부(400)의 내부 구조도를 나타내는 블록도이다.12 is a block diagram showing the internal structure of the space vector pulse modulator 400. Referring to FIG.

공간 벡터 펄스 변조부(400)은 d축에서의 교류(AC) 성분의 전압 레퍼런스인

Figure 112013035998316-pat00064
,
Figure 112013035998316-pat00065
에 직류(DC) 성분의 전압 레퍼런스 값인
Figure 112013035998316-pat00066
,
Figure 112013035998316-pat00067
를 더하는 덧셈기(311)과 회전좌표변환기의 역변환기(420), 정지좌표변환기의 역변환기(430), 공간벡터변조기(SVPWM[Space Vector Pulse Width Modulation], 410)으로 구성되어 있다.The spatial vector pulse modulator 400 receives the AC voltage component of the AC component in the d-
Figure 112013035998316-pat00064
,
Figure 112013035998316-pat00065
(DC) component voltage reference value
Figure 112013035998316-pat00066
,
Figure 112013035998316-pat00067
And an inverse transformer 420 of the rotation coordinate transformer, an inverse transformer 430 of the stationary coordinate transformer, and a space vector pulse width modulation (SVPWM) 410. The adder 311 adds the adder 311,

공간 벡터 펄스 변조부(400)에서 전원성분추출기(200)와는 반대로 공간벡터변조기(SVPWM[Space Vector Pulse Width Modulation],410)이 사용할 수 있도록 2상의 회전좌표계의 제어기 결과 값을 다시 3상으로 복원한다. 이를 위하여, 회전좌표계의 역변환과 정지좌표계의 역변환을 거쳐서 2상의 제어기 결과 값으로부터 3상의

Figure 112013035998316-pat00068
를 구한 다음, 공간벡터변조기(SVPWM[Space Vector Pulse Width Modulation],410)으로 인가된다. 공간벡터변조기(SVPWM[Space Vector Pulse Width Modulation],410)은 입력된
Figure 112013035998316-pat00069
값에 따라 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge,100)의 게이트에 인가할 전압을 조절하게 된다.The controller result values of the two-phase rotational coordinate system are restored to three phases so that the space vector pulse modulator 400 can use the space vector pulse modulator (SVPWM) 410 contrary to the power source component extractor 200 do. In order to achieve this, the inverse transformation of the rotational coordinate system and the inverse transformation of the stationary coordinate system are performed,
Figure 112013035998316-pat00068
And then applied to a space vector pulse width modulation (SVPWM) 410. Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM), 410,
Figure 112013035998316-pat00069
The voltage to be applied to the gate of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) bridge 100 is controlled according to the value of the gate voltage.

따라서, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge,100)의 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor],111)가 다이오드(Diode,120)을 통하여 도통하는 3상 교류 전원의 값을 조정하여 직류(DC) 링크 캐패시터의 전압값을 조절하게 되는 것이다. 즉, 부하쪽에서 직류(DC)링크 쪽으로 전류가 넘어와도, 여기서 발생한 리플값을 측정하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor] Bridge,110)의 게이트에 인가되는 신호를 능동적으로 조절하여 직류(DC) 링크의 전압을 일정하게 유지하도록 하게 하는 것이다. Accordingly, the insulated gate bipolar transistor (IGBT) 111 of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) bridge 100 is connected to a three-phase AC power source And the voltage value of the DC link capacitor is adjusted by adjusting the value of the DC link capacitor. That is, even if a current flows from the load side to the DC (direct current) link side, the ripple value generated here is measured to actively adjust the signal applied to the gate of the insulated gate bipolar transistor (IGBT) (DC) link voltage to be constant.

이러한 본 발명에 따른 계통 연계형 컨버터가 기존의 계통 연계형 컨버터에 비해 가지는 장점은 다음 그래프를 통하여 알 수 있다.The advantages of the grid-connected converter according to the present invention over the conventional grid-connected type converter are shown in the following graphs.

도면 14도는 도면 13도의 기존의 계통 연계형 컨버터가 3상 평형인 조건에서의 동작하였을 때의 결과를 나타내는 도면이다.14 is a diagram showing the results when the conventional grid-connected converter of FIG. 13 is operated under the condition of three-phase balance. FIG.

도면 14도에서 A 그래프는 직류(DC) 링크의 전압을 나타내는 그래프이고, B 그래프는 부하에서 직류(DC)링크로 들어오는 전류값을 나타내는 그래프이며, C 그래프는 인덕터(inductor) 전류, D 그래프는 3상 전원을 나타낸다. A, B, C 그래프에서 14-3 부분은 초기 과도 상태를 나타내는 것이므로 해석의 범주에 넣지 않으며, 이하 3상 평형상태에서 부하 측과 직류(DC)링크간의 전압과 전류의 관계를 살펴본다. D 그래프에서 각 상의 전원이 일정한 크기와 위상으로 평형을 이루어서 인가되고 있는 것을 볼 수 있다. 따라서 현재 계통 연계형 컨버터는 3상 평형의 상태에서 동작중인 것을 확인할 수 있다. 이러한 상태에서, B 그래프의 14-1 시점을 보면 부하의 전류가 일시적으로 증가하여 직류(DC) 링크 쪽으로 흘러 들어가는 것을 볼 수 있다. 그 결과, 직류(DC) 링크의 전압을 나타내는 A 그래프도 14-4 시점에서 일시적으로 상승하게 되지만 제어 동작에 의해 일정 시간 후에는 안정적인 값을 유지한다. C 그래프의 10-7 시점에서 인덕터(Inductor) 전류로 부하쪽에서 직류(DC) 링크 쪽으로 넘어오는 전류를 계통으로 보내는 동작 파형이다. 또한, B 그래프의 14-2 시점은 직류(DC) 링크 쪽에서 부하 쪽으로 전류가 흘러 나오는 것을 보여준다. 그 결과, A 그래프도 14-5 시점에서 일시적으로 직류(DC)링크 전압이 하강 하지만 제어 동작에 의해 일정 시간 후 원래의 값을 유지하는 것을 볼 수 있다. C 그래프의 10-8 시점은 인덕터(Inductor) 전류가 직류(DC)링크로 부하를 보내기 위한 파형이다. 위에서 살펴본 바와 같이, 3상 전원이 평형 상태에 있을 때에는 부하에서의 전류의 방향이 바뀌는 과도 상태에서도 직류(DC) 링크가 약 10[V] 정도의 변동 후 다시 일정한 값으로 제어됨을 알 수 있다.In FIG. 14, a graph A is a graph showing a voltage of a direct current (DC) link, a graph B is a graph showing a current value flowing into a direct current (DC) link from a load, a graph C shows an inductor current, 3-phase power supply. In the A, B, and C graphs, section 14-3 shows the initial transient state, so it is not included in the scope of analysis. In the following three-phase equilibrium state, the relationship between voltage and current between the load side and the DC link is examined. In the D graph, it can be seen that the power of each phase is equilibrated in a constant size and phase. Therefore, it can be confirmed that the grid-connected converter is operating in the state of three-phase equilibrium. In this state, when looking at point 14-1 of the B graph, it can be seen that the load current temporarily increases and flows into the direct current (DC) link. As a result, the graph A showing the voltage of the direct current (DC) link is temporarily raised at the time of 14-4, but it maintains a stable value after a certain time by the control operation. At the 10-7 point of the C graph, an inductor current is used to send the current from the load side to the DC link side to the system. Also, the 14-2 point of the B graph shows that the current flows from the DC (DC) link side to the load side. As a result, it can be seen that the DC (DC) link voltage temporarily drops at the time point A of FIG. 14-5, but the original value is maintained after a certain time by the control operation. At point 10-8 of the C graph, the inductor (Inductor) current is the waveform to send the load to the direct current (DC) link. As described above, when the three-phase power supply is in the equilibrium state, the DC link is controlled to a constant value after a variation of about 10 [V] even in a transient state in which the direction of the current in the load changes.

도면 15도는 3상 불평형 상태에서의 기존의 컨버터 제어기의 동작을 보여주는 도면이다. FIG. 15 is a diagram illustrating operation of an existing converter controller in a three-phase unbalanced state.

A, B, C 그래프는 도면 10에서와 마찬가지로 각각 직류(DC) 링크의 전압을 나타내는 그래프, 부하전류 그래프, 인덕터(inductor) 전류 그래프, 3상 전원의 그래프를 나타낸다. 도면 11에서 15-1 시점은 초기 과도 상태이므로 역시 해석의 범주에 넣지 않는다. D 그래프에서 각 상의 진폭과 위상이 일정하지 않으므로 인가되는 3상 전원이 불평형 상태인 것을 알 수 있다. 부하 전류의 그래프를 나타내는 B 그래프에서 15-2 시점에서 부하쪽에서 DC 링크 쪽으로 전류가 넘어오면, A 그래프의 15-5 시점에서는 DC 링크 쪽으로 넘어오는 전류 때문에 A 그래프의 15-5와 같이 DC 링크 전압이 일시적으로 상승한 후 작은 리플을 생성하면서 제어되지만, C그래프의 15-4 시점에서 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor])에 흐르는 전류가 도면 14도와 비교해서 더 커짐을 알 수 있다.The graphs A, B and C show graphs of the DC link voltage, load current graph, inductor current graph, and three-phase power graph, respectively, as shown in FIG. In FIG. 11, since the time point 15-1 is an initial transient state, it is not included in the category of interpretation. Since the magnitude and phase of each phase in the D graph are not constant, it can be seen that the applied three-phase power source is in an unbalanced state. When the current flows from the load side to the DC link side at point 15-2 in the graph B showing the load current graph, the current flowing to the DC link side at the point 15-5 of the A graph shows the DC link voltage The current flowing through the insulated gate bipolar transistor (IGBT) at the time point 15-4 of the C graph is larger than that of FIG. 14, although it is controlled while generating a small ripple after temporarily rising.

B 그래프의 15-3 시점에서 직류(DC) 링크로부터 부하로 전류가 넘어오면 A 그래프의 15-6과 같이 약 50[V] 정도의 전압변동으로 크게 진동하는 것을 볼 수 있다. 이와 더불어, 인덕터(inductor) 전류를 나타내는 C 그래프는 15-5 시점에서 크게 진동하는 것을 볼 수 있으며, 15-5 시점에서는 약 100[A] 정도의 전류가 흐르면서 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor])에 스트레스를 주게 된다. When the current flows from DC (DC) link to the load at 15-3 point of B graph, it can be seen that the voltage fluctuates to about 50 [V] like 15-6 of A graph. In addition, it can be seen that the C graph representing the inductor current oscillates largely at the time point 15-5, and at about 15-5, about 100 [A] current flows, and the insulated gate bipolar transistor (IGBT [Insulated Gate Bipolar Transistor].

따라서, 3상 전원이 불평형 상태에서는 DC 링크 전압의 작은 리플의 발생만으로도 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor])가 쉽게 파괴될 위험성이 있고 보호 모드의 동작으로 제어가 중단될 염려가 있다.Therefore, when the three-phase power supply is in an unbalanced state, there is a risk that the insulated gate bipolar transistor (IGBT [Insulated Gate Bipolar Transistor]) can be easily destroyed by only generating a small ripple of the DC link voltage, .

이에 반하여, 도면 16도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 계통 연계형 컨버터가 3상 불평형 전원 상태에서 동작하였을 때의 동작 파형이다.On the contrary, FIG. 16 is an operation waveform when the grid-connected converter according to the preferred embodiment of the present invention operates in a three-phase unbalanced power supply state.

D 그래프와 같은 3상 불평형 계통 전압 조건에서 16-2 시점 부분은 초기 과도 구간으로 해석에서 제외한다. 부하에서의 직류(DC) 링크로 넘어오는 전류를 나타내는 B 그래프의 16-5의 시점에서, A 그래프의 직류(DC) 링크 전압도 일시적으로 20[V]가 상승하게 된다. 그러나 일정시간 지난 후 700[V]로 일정하게 유지된다. In the three-phase unbalanced grid voltage conditions such as the D graph, the 16-2 point part is excluded from the analysis as the initial transient section. At point 16-5 of the B graph showing the current flowing to the DC link at the load, the DC link voltage of the A graph also temporarily increases by 20 [V]. However, it remains constant at 700 [V] after a certain time.

B 그래프에서 직류(DC) 링크에서 부하쪽으로 전류가 넘어가는 16-6 시점에서는 A 그래프의 직류(DC) 링크의 전압값이 40[V] 하강한다. 그러나, 일정 시간 후에 다시 700[V]로 일정하게 유지되어 리플이 크게 감소한 것을 알 수 있다.In the B graph, the voltage value of the direct current (DC) link of the A graph drops by 40 [V] at 16-6 when the current flows from the direct current (DC) link to the load. However, after a certain period of time, it is maintained at 700 [V] again, and the ripple is greatly reduced.

또한, 인덕터를 흐르는 전류를 나타내는 C 그래프도 일정한 범위 안에서 제어됨을 볼 수 있다. 이는 도면 15에서 C 그래프가 시간이 지나면서 큰 값으로 발산하는 것과는 다르다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 파형 값에 비추어 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 계통 연계형 컨버터가 3상 불평형 상태에서도 직류(DC)링크의 전압이나 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT[Insulated Gate Bipolar Transistor])에 흐르는 전류가 발산하지 않고 일정한 범위내에서 유지되도록 함으로써 안정적인 동작을 보장함을 확인할 수 있다.Also, it can be seen that the C graph indicating the current flowing through the inductor is controlled within a certain range. It can be seen that the C graph in FIG. 15 differs from the large value as it diverges over time. Therefore, in view of such waveform values, the grid-connected converter according to the preferred embodiment of the present invention is capable of controlling the voltage of the direct current (DC) link or the current flowing in the insulated gate bipolar transistor (IGBT [Insulated Gate Bipolar Transistor] It is ensured that stable operation is ensured.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들에 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙력된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.

10 : 3상 전원
20 : 피엘엘
30 : 인덕터
40 : 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지
50 : 전압 제어부
60 : 전류 제어부
70 : PWM 제어부
100 : 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지
110 : 절연 게이트 양극성 트랜지스터
120 : 다이오드
200 : 전원성분추출기
210 : 전류성분추출기
211 : 정지좌표변환기
212 : 회전좌표변환기
213 : 직교류추출기
213-1 : 대역제거필터
213-2 : 덧셈기
220 : 전압성분추출기
230 : 직류링크성분추출기
300 : 기준 전압 생성기
311 : 덧셈기
312 : 전압제어기
313 : d축 전류제어기
314 : q축 전류제어기
400 : 공간 벡터 펄스 변조부
410 : 공간벡터변조기
420 : 회전좌표변환기의 역변환기
430 : 정지좌표변환기의 역변환기
500 : 전원 위상 검출기
10: Three phase power
20: Piel el
30: Inductor
40: Isolation gate bipolar transistor bridge
50:
60:
70: PWM control section
100: Insulated gate bipolar transistor bridge
110: insulated gate bipolar transistor
120: Diode
200: Power component extractor
210: current component extractor
211: stationary coordinate transformer
212: Rotational coordinate converter
213: Crossflow extractor
213-1: band reject filter
213-2: adder
220: Voltage component extractor
230: DC link component extractor
300: Reference voltage generator
311: adder
312: Voltage controller
313: d axis current controller
314: q-axis current controller
400: space vector pulse modulation unit
410: space vector modulator
420: Inverse converter of the rotation coordinate converter
430: Inverse transformer of stationary coordinate transformer
500: Power phase detector

Claims (14)

3상 교류 전원에서 교류 및 직류 성분을 추출하는 전원 성분 추출기;
상기 전원 성분 추출기의 교류 및 직류 성분을 입력받아, 교류 및 직류의 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성기;
상기 기준 전압 생성기로부터 교류 및 직류의 기준 전압을 입력받아, 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지의 게이트에 인가할 전압을 조정하는 공간 벡터 펄스 변조부; 및
상기 공간 벡터 펄스 변조 제어부에서 출력한 게이트 전압을 입력받아 3상 교류 전원을 직류 전압으로 변환하는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지;
를 포함하고,
상기 전원 성분 추출기는 직류성분추출기와 교류성분추출기를 포함하며, 상기 직류성분추출기와 상기 교류성분추출기는 정지좌표변환기, 회전좌표변환기 및 직교류추출기를 포함하는 계통 연계형 컨버터.
A power component extractor for extracting AC and DC components from a three-phase AC power source;
A reference voltage generator receiving the AC and DC components of the power component extractor and generating a reference voltage of AC and DC;
A space vector pulse modulator receiving the AC and DC reference voltages from the reference voltage generator and adjusting a voltage to be applied to the gate of the insulated gate bipolar transistor bridge; And
An insulated gate bipolar transistor bridge receiving the gate voltage output from the space vector pulse modulation control unit and converting the three-phase alternating current power to a direct current voltage;
Lt; / RTI >
Wherein the power component extractor includes a DC component extractor and an AC component extractor, wherein the DC component extractor and the AC component extractor include a stationary coordinate transformer, a rotational coordinate transformer, and a crossflow extractor.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 직교류추출기는 대역제거필터와 덧셈기를 포함하는 계통 연계형 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein the crossflow extractor includes a band reject filter and an adder.
제1항에 있어서,
상기 기준 전압 생성기는 비례적분제어기로 구성된 전압제어기와 d축 전류제어기, q축 전류제어기 및 덧셈기를 포함하는 계통 연계형 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein the reference voltage generator includes a voltage controller configured as a proportional integral controller, a d-axis current controller, a q-axis current controller, and an adder.
3상 교류 전원에서 교류 및 직류 성분을 추출하는 단계;
상기 교류 및 직류 성분을 이용하여 교류 및 직류의 기준 전압을 생성하는 단계;
상기 기준 전압을 이용하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지의 게이트에 인가할 전압을 조정하는 단계;
를 포함하고,
3상 교류 전원에서 교류 및 직류 성분을 추출하는 단계는 3상 전원을 3상 전원의 주파수의 2배가 되는 차단주파수를 지닌 대역제거필터를 거쳐 직류 성분을 추출하고, 상기 직류 성분을 상기 3상 전원과 더하여 교류 성분을 추출하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법.
Extracting AC and DC components from a three-phase AC power source;
Generating an AC and a DC reference voltage using the AC and DC components;
Adjusting a voltage to be applied to the gate of the insulated gate bipolar transistor bridge using the reference voltage;
Lt; / RTI >
The step of extracting AC and DC components from a three-phase AC power supply includes extracting a DC component from a three-phase power supply through a band-elimination filter having a cutoff frequency that is twice the frequency of the three-phase power supply, And a control method of the grid-connected converter for extracting an AC component.
제5항에 있어서,
3상 교류 전원에서 교류 및 직류 성분을 추출하는 단계 이전에, 3상 전원을 정지좌표계로 변환하고 회전좌표계로 변환하는 단계를 더 포함하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법.
6. The method of claim 5,
Further comprising the step of converting the three-phase power source to a stationary coordinate system and converting the three-phase power source to a rotating coordinate system prior to the step of extracting the AC and DC components from the three-phase AC power source.
삭제delete 제5항에 있어서,
교류 및 직류 성분을 이용하여 교류 및 직류의 기준 전압을 생성하는 단계는 상기 3상 전원에서 추출된 직류 성분을 이용하여 직류 기준값을 생성하고, 상기 3상 전원에서 추출된 교류 성분을 이용하여 교류 기준값을 생성하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the step of generating the AC and DC reference voltages using the AC and DC components comprises generating a DC reference value using the DC components extracted from the three phase power source and using the AC components extracted from the three phase power source, Of the grid-connected converter.
제8항에 있어서,
상기 직류 기준값을 생성하는 방법 중 q축 직류 PWM 기준전압을 생성하는 방법은 목표 직류 링크 전압과 직류 링크 센서의 전압값의 차를 비례적분하여 영(0)으로 만드는 q축 전류 기준값을 만들고, 상기 q축 전류 기준값과 상기 3상 전원에서 추출된 q축 직류 전류 성분간의 차를 비례적분하고, 피드포워드된 전원 값과 d축 직류 전류 성분이 q축에 영향을 미치는 리액터 값을 반영하여 q축 직류 PWM 기준 전압을 구하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법.
9. The method of claim 8,
A method for generating a q-axis direct current PWM reference voltage among the methods for generating the direct current reference value comprises the steps of: q-axis current reference value for making the difference between the target direct link voltage and the voltage value of the direct link sensor proportional to zero, The q-axis DC current component extracted from the q-axis current reference value and the q-axis DC current component extracted from the q-axis current source are proportionally integrated, and the q-axis DC current component reflecting the feed- Control method of grid - connected converter for obtaining PWM reference voltage.
제8항에 있어서,
상기 직류 기준값을 생성하는 방법 중 d축 직류 PWM 기준전압을 생성하는 방법은 영(0)으로 설정된 d축 전류 기준값과 상기 3상 전원에서 추출된 d축 직류 전류 성분간의 차이를 비례적분하고 q축 직류 전류 성분이 d축에 영향을 미치는 리액터 값을 반영하여 d축 직류 PWM 기준전압을 구하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법.
9. The method of claim 8,
The method for generating the d-axis DC PWM reference voltage comprises the steps of proportionally integrating the difference between the d-axis current reference value set to zero (0) and the d-axis DC current component extracted from the three-phase power source, A method of controlling a grid-connected converter that obtains a d-axis DC PWM reference voltage by reflecting a reactor value of a DC current component affecting a d-axis.
제8항에 있어서,
상기 교류 기준값을 생성하는 방법 중 q축 교류 PWM 기준전압을 생성하는 방법은 목표 교류 링크 전압값을 영(0)으로 설정하고, 직류 링크 센서의 전압값과의 차를 비례적분하여 영(0)으로 만드는 q축 교류 기준값을 만들고, 상기 q축 교류 기준값과 상기 3상 전원에서 추출된 q축 교류 전류 성분간의 차를 비례적분하고, 피드포워드된 전원 값과 d축 교류 전류 성분이 q축에 영향을 미치는 리액터 값을 반영하여 q축 교류 PWM 기준 전압을 구하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법.
9. The method of claim 8,
A method of generating a q-axis ac PWM reference voltage is a method of generating a q-axis ac PWM reference voltage by setting a target ac link voltage value to zero and proportional-integrating a difference from a voltage value of the dc- Axis AC reference value and the q-axis alternating current component extracted from the three-phase power source is proportionally integrated, and the feed forward power value and the d-axis alternating current component affect the q-axis To obtain a q-axis alternating-current PWM reference voltage by reflecting the reactor value of the q-axis alternating-current PWM reference voltage.
제8항에 있어서,
상기 교류 기준값을 생성하는 방법 중 d축 교류 PWM 기준전압을 생성하는 방법은 영(0)으로 설정된 d축 교류 기준값과 상기 3상 전원에서 추출된 d축 교류 전류 성분간의 차이를 비례적분하고 q축 교류 전류 성분이 d축에 영향을 미치는 리액터 값을 반영하여 d축 교류 PWM 기준전압을 구하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법.
9. The method of claim 8,
The method of generating the d-axis ac PWM reference voltage comprises the steps of: integrating the difference between the d-axis ac reference value set to zero and the d-axis ac current component extracted from the three-phase power source, A method of controlling a grid-connected converter that obtains a d-axis ac PWM reference voltage by reflecting a reactor value of an ac current component affecting a d-axis.
제8항에 있어서,
기준 전압을 이용하여 절연 게이트 양극성 트랜지스터 브릿지의 게이트에 인가할 전압을 조정하는 단계는 직류 링크에 목적하는 전압에 상기 3상 전원에서 추출된 직류 및 교류 성분 값을 더하여 직류 및 교류의 PWM 기준전압을 구하고, 직류 PWM 기준전압에 교류 PWM 기준전압을 더하여 최종 PWM 기준전압을 구한뒤, 이를 다시 정지좌표계로 변환하고 다시 3상 전원 값으로 변환하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법.
9. The method of claim 8,
The step of adjusting the voltage to be applied to the gate of the insulated gate bipolar transistor bridge using the reference voltage includes adding the DC and AC component values extracted from the three-phase power source to the desired voltage on the DC link, A method of controlling a grid-connected converter that converts an AC PWM reference voltage to a DC PWM reference voltage to obtain a final PWM reference voltage, converts the PWM reference voltage to a still coordinate system, and then converts the same to a three-
제13항에 있어서,
상기 직류 PWM 기준전압에 교류 PWM 기준전압을 더하여 최종 PWM 기준전압을 생성하는 방법은 상기 직류 및 교류 PWM 기준 전압을 d축과 q축의 전압으로 나누고, 상기 직류 및 교류 PWM 기준전압을 d축과 q축 성분별로 더하여 d축과 q축별로 최종 PWM 기준전압을 생성하는 계통 연계형 컨버터의 제어 방법.

14. The method of claim 13,
A method of generating a final PWM reference voltage by adding an AC PWM reference voltage to the DC PWM reference voltage includes dividing the DC and AC PWM reference voltages into voltages of a d axis and a q axis, A method of controlling a grid-connected converter that generates a final PWM reference voltage for each of the d-axis and the q-axis in addition to the axis components.

KR1020130045362A 2013-04-24 2013-04-24 Grid converter and method thereof KR101444732B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130045362A KR101444732B1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Grid converter and method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130045362A KR101444732B1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Grid converter and method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101444732B1 true KR101444732B1 (en) 2014-09-30

Family

ID=51761179

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130045362A KR101444732B1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Grid converter and method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101444732B1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105244880A (en) * 2015-10-19 2016-01-13 深圳供电局有限公司 Method and system for suppressing direct-current voltage fluctuation of power quality adjusting device
KR20190028209A (en) * 2017-09-08 2019-03-18 한국전력공사 Apparatus and method for controlling cvcf ess capacity of stand-alone micro grid
KR20210047622A (en) 2019-10-22 2021-04-30 한국전력공사 SYSTEM PHASE DETECTING METHOD and GRID CONNECTED CONVERTER
CN117650708A (en) * 2023-11-15 2024-03-05 燕山大学 Control method for improving performance of new energy hydrogen production system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5504667A (en) 1993-09-07 1996-04-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Power conversion system
KR0163702B1 (en) * 1995-09-14 1999-04-15 김정국 Pwm converter and its controlling method
JP2000217367A (en) 1999-01-25 2000-08-04 Hitachi Ltd Current control circuit, inverter controller, inverter and power converter
US7492616B2 (en) 2005-03-25 2009-02-17 Lineage Power Corporation Modulation controller, method of controlling and three phase converter system employing the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5504667A (en) 1993-09-07 1996-04-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Power conversion system
KR0163702B1 (en) * 1995-09-14 1999-04-15 김정국 Pwm converter and its controlling method
JP2000217367A (en) 1999-01-25 2000-08-04 Hitachi Ltd Current control circuit, inverter controller, inverter and power converter
US7492616B2 (en) 2005-03-25 2009-02-17 Lineage Power Corporation Modulation controller, method of controlling and three phase converter system employing the same

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105244880A (en) * 2015-10-19 2016-01-13 深圳供电局有限公司 Method and system for suppressing direct-current voltage fluctuation of power quality adjusting device
KR20190028209A (en) * 2017-09-08 2019-03-18 한국전력공사 Apparatus and method for controlling cvcf ess capacity of stand-alone micro grid
KR102017306B1 (en) * 2017-09-08 2019-09-03 한국전력공사 Apparatus and method for controlling cvcf ess capacity of stand-alone micro grid
KR20210047622A (en) 2019-10-22 2021-04-30 한국전력공사 SYSTEM PHASE DETECTING METHOD and GRID CONNECTED CONVERTER
CN117650708A (en) * 2023-11-15 2024-03-05 燕山大学 Control method for improving performance of new energy hydrogen production system
CN117650708B (en) * 2023-11-15 2024-05-03 燕山大学 Control method for improving performance of new energy hydrogen production system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9531313B2 (en) Apparatus for controlling controlled variable of rotary machine to command value
JP4022630B2 (en) Power conversion control device, power conversion control method, and program for power conversion control
JP5542609B2 (en) Reactive power compensator
CN103378762A (en) Power regenerative converter and power conversion apparatus
JP6190967B2 (en) Power generation system
JPWO2016121237A1 (en) Inverter control device and motor drive system
KR101928435B1 (en) Power conversion apparatus and method for controlling the same
JP6671550B1 (en) Power conversion device, motor drive system and control method
US10505488B2 (en) Systems and method for controlling electrodynamic machines with a variable frequency drive
Lee et al. DC-link voltage design of high-bandwidth motor emulator for interior permanent-magnet synchronous motors
KR101444732B1 (en) Grid converter and method thereof
JP6226901B2 (en) Power generation system
US8829828B2 (en) Controller device for controlling a power converter device
JP2019115194A (en) Power converter control device
JP6293401B2 (en) Motor controller for air conditioner and air conditioner
JP7183322B2 (en) AC rotating machine controller
US12095395B2 (en) Power conversion apparatus
JP2017205017A (en) Motor control device of air conditioner, and air conditioner
Liu et al. Analysis of indirect rotor field oriented control-based induction machine performance under inaccurate field-oriented condition
CN107615641B (en) Power conversion device, secondary time constant measurement method, and speed control method for induction motor
KR101732028B1 (en) Wind power generator and method for controlling a compensation of unbalance voltage in linking point of system
US11196373B2 (en) Control device and control method for synchronous electric motor
JP6441880B2 (en) Inverter
KR102255276B1 (en) Inverter control apparatus
Gandomkar et al. Improvement of direct torque control in high power induction motors

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170919

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180919

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190918

Year of fee payment: 6