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문제 정의
- 본 논문에서는 UPS용 인버터의 강인한 디지털제어를 위하여 인버터 출력측 LC필터의 커패시터 전압과 전류의 2중 제어 루프로 구성된 새로운 제어기법을 제안한다. 인버터 출력전압은 출력측 LC필터의 커패시터 전압이기 때문에 전압과 전류의 2중제어루프에서 전류제어루프의 빠른 제어능력을 위하여 제안된 시스템은 인버터 출력측 LC필터의 커패시터 전압과 전류의 2중제어루프로 구성되며, 제안된 2중 제어 루프에서 전압제 어루프의 커 패시터 전압을 전류제어루프의 커패시터 전류의 위상중심으로 두고 2중 Deadbeat 제어를 수행하므로써 커패시터 전류의 위상지연이 보상되어 완전한 진상 전류제어를 수행한다.
제안 방법
- 구성된 새로운 제어기법을 제안한다. 인버터 출력전압은 출력측 LC필터의 커패시터 전압이기 때문에 전압과 전류의 2중제어루프에서 전류제어루프의 빠른 제어능력을 위하여 제안된 시스템은 인버터 출력측 LC필터의 커패시터 전압과 전류의 2중제어루프로 구성되며, 제안된 2중 제어 루프에서 전압제 어루프의 커 패시터 전압을 전류제어루프의 커패시터 전류의 위상중심으로 두고 2중 Deadbeat 제어를 수행하므로써 커패시터 전류의 위상지연이 보상되어 완전한 진상 전류제어를 수행한다. 또한 동기좌표계 상의 d-q성분간의 간섭을 제거하기 위해서 비간섭 제어루프를 전압과 전류의 2중 제어 루프 각각에 부가하여 전압.
- 또한 동기좌표계 상의 d-q성분간의 간섭을 제거하기 위해서 비간섭 제어루프를 전압과 전류의 2중 제어 루프 각각에 부가하여 전압. 전류제어시스템의 d-q축이 분리된 독립제어를 수행하므로써 과도상태 응답특성을 개선하며, Deadbeat 응답을 갖는 d-q축 각각의 전압 . 전류관측기를 이용하여 디지털 전압 .
- 전류관측기를 이용하여 디지털 전압 . 전류제어기의 Deadbeat 연산에서 지연시간을 보상하기 위한 예측제어를 수행한다. 외란에 의한 Deadbeat 제어의 성능저하를 개선하기 위해서 외란 관측기를 내부 전류루프에 부가하여 피드포워드 보상하므로써 외란에강인한 전류제어를 수행한다.
- 제안된 방식의 타당성을 평가하기 위하여 그림 7과 같이 5KVA의 UPS용 인버터를 제작하고, 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 시스템 파라메타는 표 1과 같다.
- 스위칭 소자인 IPMe미쯔비시사의 PM100DSA120을 사용하였으며, 제어기로는 32 비트 부동소수점 연산이 가능한 TMS320C32의 DSP를 이용하였다. 또한 샘플링 시간은 92.6 sec 이며, 실험에 사용된 각각의 이득은 MATLAB1- 이용하여 구한 다음 실제 실험에서는 오프라인으로 처리하였으며, 표 2와 같다.
- 제안된 시스템은 전압과 전류의 2중제어루프에서 전압제어시스템의 커패시터 전압을 전류제어시스템의 커패시터 전류의 위상중심으로 두고 2중 Deadbeat 제어를 수행하므로써커패시터 전류의 위상지연이 보상되어 커패시터 전류는 정확히 부하전류보다 90" 진상전류로 되며, Deadbeat 응답을 갖는 전압 . 전류관측기를 이용한 예측제어에 의하여 디지털 제어기의 연산지연시간이 보상되어 인버터 출력전압이 양호한 특성을 나타냄을 알 수 있다.
- 그림 12는 그림 10(c)의 커패시터 전류와 그림 11(c), (d)의 커패시터 전류의 d축 및 q축 전류를 각각 확대한 파형을 나타낸다. 제안된 시스템은 진상전류에 의한 전류제어시스템의 빠른 제어능력과 비간섭제어로 동기좌표계 상에서 d-q성분간의 간섭을 제거하고, 외란관측기에 의한 부하전류 예측 피드포워드 보상으로 커패시터 전류와 d축 커패시터 전류는 h 시점에서 400psec 동안 진폭이 증가된 후 300 sec 이후에 정상상태로 되고, q 축 커패시터 전류는 70 psec 동안 감소된 후 630 psec 이후에 정상상태로 된다. 그림 13은 부하를 시점에서 50%(20 〔.
- 본 논문에서는 UPS용 인버터의 강인한 디지털제어를 위하여 인버터 출력측 LC필터에서 커패시터의 전압과 전류의 2 중제어 루프를 구성하였다. 전류제어 시스템에서 짧은 샘플링 주기동안 인버터 출력전류가 일정하다고 가정하면 커패시터 전류가 부하전류보다 진상이므로 부하전류의 변동분 만큼의 커패시터 전류를 Deadbeat 제어하므로써 진상 전류제어가 가능하여 전류제어시스템은 빠른 제어능력을 얻을 수 있다.
- 전류제어시스템의 d-q성분간의 간섭에 의한 과도 상태 응답 특성의 저하를 개선하기 위한 비간섭제어에 의하여 전압 . 전류제어루프의 d-q축이 분리된 독립제어를 d-q축 각각의 제어알고리즘으로 구현하고 이를 바탕으로 공간벡터 전압의 선택시간을 결정하였다, 또한 Deadbeat 응답을 갖는 전압.전류관측기를 이용한 예측제어를 수행하므로써 디지털 제어기의 연산지연 시간을 보상하였으며, 외란에 의한 Deadbeat 제어의 성능저하를 개선하기 위해서 외란 관측기를 내부 전류루프에 부가하여 부하전류 예측 피드포워드 보상을 수행한 결과, 정류기 부하에서도 인버터 출력파형이 2[%] 미만의 낮은 THD를 나타내며 외란에 강인한 것을 확인하였다.
대상 데이터
- 인버터 시스템은 de link 커패시터, IPM(Intelligent Power Module) 인버터 및 정현파 LC필터로 구성되어 있다. 스위칭 소자인 IPMe미쯔비시사의 PM100DSA120을 사용하였으며, 제어기로는 32 비트 부동소수점 연산이 가능한 TMS320C32의 DSP를 이용하였다. 또한 샘플링 시간은 92.
성능/효과
- 외란에 의한 Deadbeat 제어의 성능저하를 개선하기 위해서 외란 관측기를 내부 전류루프에 부가하여 피드포워드 보상하므로써 외란에강인한 전류제어를 수행한다. 제안된 시스템의 타당성을 평가하기 위하여 5KVA 의 UPS 용 인버터를 제작하고 DSP(TMS320C32)를 이용하여 실험한 결과, 외란에 강인하며 우수한 과도응답 특성과 출력전압의 낮은 THD를 확인하였다.
- Q]에서 10LQ]으로 부하저항을 감소) 변동했을 경우 동기 좌표계의 d-q축 커패시터 전류 지령치와 실제전류를 나타낸 파형으로써 파형 (a)는 d축 커패시터 전류 지령치, (b)는 d 축 커패시터 전류, (c)는 q축 커패시터 전류 지령치, 그리고 (d) 는 q축 커패시터 전류를 각각 나타낸다. d-q축 커패시터 전류 모두 지 령치를 잘 추종하는 것을 알 수 있으며, d축 커패시터 전류의 경우 약간의 undershoot가 있는 것을 알 수 있다. 그림 14는 부하를 h 시점에서 50%(20[0|에서 100]으로 부하저항을 감소) 변동했을 경우 비간섭 제어루프를 부가하지 않은 시스템의 실험결과로써 파형 (a)는 인버터의 u-v 선간출력전압, 파형 (b)와 (c)는 각각 동기좌표계의 d축과 q 축의 출력전압을 나타낸다.
- 전압. 전류관측기를 이용한 예측제어와 외란관측기에 의한 부하전류 예측 피드포워드 보상을 수행하지만 비간섭 제어루프를 부가하지 않으므로써 d-q 성분 간에 간섭이 존재하여 인버터 출력전압은 왜형이 증가되고부하변동 시에 2.3msec의 과도상태를 나타내며, d-q축 전압 모두 부하변동에 영향을 받는 것을 알 수 있다. 결론적으로 d-q성분간의 간섭은 Deadbeat 응답을 갖는 전압 .
- 3msec의 과도상태를 나타내며, d-q축 전압 모두 부하변동에 영향을 받는 것을 알 수 있다. 결론적으로 d-q성분간의 간섭은 Deadbeat 응답을 갖는 전압 . 전류관측기를 이용한 예측제어와 외란관측기에 의한 부하전류 예측 피드 포워드 보상의 과도상태 성능을 저하시키는 것을 알 수 있다.
- 결론적으로 d-q성분간의 간섭은 Deadbeat 응답을 갖는 전압 . 전류관측기를 이용한 예측제어와 외란관측기에 의한 부하전류 예측 피드 포워드 보상의 과도상태 성능을 저하시키는 것을 알 수 있다.
- 7[%〕이다. 외란관측기에 의한 부하전류 예측 피드포워드 보상을 수행한 결과, 정류기 부하에서도 제안된 시스템은 양호한 출력특성과 낮은 THD를 나타내며 외란에 강인한 것을 알 수 있다. 실험결과를 통하여 본 논문에서 제안한 UPS용 인버터 시스템은 부하의 변동이 나비 선형부하에 의한 외란에 강인하고, 인버터 출력전압이 빠른 동적 응답 특성 및 양호한 과도웅답 특성을 나타내며, 출력전압의 낮은 THD를 확인하였다.
- 외란관측기에 의한 부하전류 예측 피드포워드 보상을 수행한 결과, 정류기 부하에서도 제안된 시스템은 양호한 출력특성과 낮은 THD를 나타내며 외란에 강인한 것을 알 수 있다. 실험결과를 통하여 본 논문에서 제안한 UPS용 인버터 시스템은 부하의 변동이 나비 선형부하에 의한 외란에 강인하고, 인버터 출력전압이 빠른 동적 응답 특성 및 양호한 과도웅답 특성을 나타내며, 출력전압의 낮은 THD를 확인하였다.
- 루프를 구성하였다. 전류제어 시스템에서 짧은 샘플링 주기동안 인버터 출력전류가 일정하다고 가정하면 커패시터 전류가 부하전류보다 진상이므로 부하전류의 변동분 만큼의 커패시터 전류를 Deadbeat 제어하므로써 진상 전류제어가 가능하여 전류제어시스템은 빠른 제어능력을 얻을 수 있다. 그러나 LC 공진회로의 전류인 커패시터 전류는 필터 인덕턴스의 영향으로 정확히 진상전류가 되지 못한다, 따라서 전압제어 시스템에서 커패시터 전압을 전류제어시스템의 커패시터 전류의 위상중심으로 두고 2중 Deadbeat 제어를 수행하므로써 커패시터 전류의 위상지연 보상이 가능하여 커패시터 전류에 의한 진상전류제어가 가능하였으며, 동기좌표계 상에서 전압.
- 전류제어루프의 d-q축이 분리된 독립제어를 d-q축 각각의 제어알고리즘으로 구현하고 이를 바탕으로 공간벡터 전압의 선택시간을 결정하였다, 또한 Deadbeat 응답을 갖는 전압.전류관측기를 이용한 예측제어를 수행하므로써 디지털 제어기의 연산지연 시간을 보상하였으며, 외란에 의한 Deadbeat 제어의 성능저하를 개선하기 위해서 외란 관측기를 내부 전류루프에 부가하여 부하전류 예측 피드포워드 보상을 수행한 결과, 정류기 부하에서도 인버터 출력파형이 2[%] 미만의 낮은 THD를 나타내며 외란에 강인한 것을 확인하였다.
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