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단상 계통연계 인버터의 SRF 전력제어 방법
A SRF Power Flow Control Method for Grid-Connected Single-Phase Inverter Systems 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.24 no.5, 2010년, pp.129 - 135  

박한얼 (서울산업대학교 철도전문대학원) ,  김은석 (이화전기) ,  송중호 (서울산업대학교 전기공학과)

초록
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화석에너지의 고갈과 환경오염 문제를 해결하기 위한 대안인 신재생 에너지를 이용하는 분산발전 시스템은 핵심 구성 요소인 PWM 인버터의 전력제어가 요구된다. 본 논문에서는 단상 계통연계 인버터 시스템의 전력제어를 위해 계통 임피던스를 고려한 SRF(synchronous-reference-frame) 전력제어 방법을 제안한다. 제안한 SRF 전력제어 방법은 복잡한 계통 임피던스의 추정 없이 계통 임피던스의 공칭값(nominal value)에 기반해 단상 인버터에 전압 기준값(reference)을 제공하여 독립운전 모드와 계통연계 모드에서 모두 운전이 가능함을 나타내었다. 또한, 유효전력과 무효전력의 독립적인 제어가 가능한 장점을 가진다. 계통을 포함하는 시뮬레이션을 통해 제안한 SRF 전력제어 방법의 타당성을 검증한다. 시뮬레이션 결과는 제안한 SRF 전력제어 방법을 통해 단상 계통연계 인버터 시스템의 전력 흐름을 적절히 제어할 수 있음을 보여주고 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

It is well known that distributed generation(DG) system using renewable energy is an alternative to solve the problems which result from the exhaustion of fossil fuel and the environmental pollution. A PWM inverter is required for a power flow control in the DG systems. This paper proposes a SRF pow...

주제어

#Power Flow Control   #Single-Phase Inverter   #Distributed Generation   #SRF  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 계통연계 인버터 시스템의 전력제어를 위해 계통 임피던스의 영향을 고려한 SRF 전력제어 방법을 제안한다. 제안한 SRF 전력제어 방법은 일반적인 PI 제어기를 이용하여 PWM 인버터를 위상의 지연이나 정상상태의 오차 없이 제어 가능하고 복잡한 계통 임피던스의 추정 없이 계통 임피던스의 공칭 값에 기반해 단상 인버터에 전압 기준값 제공하여 독립운전 모드와 계통연계 모드에서 모두 운전이 가능하다.
  • 본 논문에서는 분산발전을 위한 단상 계통연계 인버터의 SRF 전력제어 방법을 제안한다. 제안한 SRF 전력제어 방법은 단상 교류신호를 직류로 변환하여 제어하므로 단상 인버터를 위상의 지연이나 정상상태 오차 없이 제어 가능하고 복잡한 계통 임피던스의 추정 없이 계통 임피던스롤 고려한 유효전력과 무효전력의 독립적인 제어가 가능하다.

가설 설정

  • 2절에서 제안한 SRF 전력제어 방법에서 계통 임피던스는 X>>R 또는 R>>X 라는 가정을 가진다.
  • 독립운전 모드를 위한 분산발전 시스템은 그림 3과 같다. 전압원은 dc 전압원으로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전력제어 방법은 제어가 이루어지는 좌표계(reference-frame)의 관점에서 세 가지 형태로 분류할 수 있는데, 세 가지 형태는 무엇인가? 일반적으로 전력제어 방법은 제어가 이루어지는 좌표계(reference-frame)의 관점에서 세 가지 형태로 분류할 수 있다. 첫 번째는 naturalframe에서 제어가 이루어지는 방법으로 dead beat 제어기 또는 히스테리시스 제어기를 이용한 방법들이 주로 연구되었다[2-3]. 이러한 연구들은 sample delay의 보상을 통한 디지털 구현에 관한 연구와 히스테리시스 제어기의 constant switching frequency에 관한 연구에 집중된 한계를 보인다. 두 번째는 stationary-reference-frame 제어방법으로 PR(proportional-resonant) 제어기를 적용하여 일반적인 PI 제어기를 사용했을 때 생길 수밖에 없는 정상상태 오차를 보상하기 위한 연구가 많이 이루어졌다[4]. 마지막은 synchronous-reference-frame(SRF) 제어방법으로 교류 제어변수를 직류 값으로 다룰 수 있기 때문에 일반적인 PI 제어기를 사용하면서 d-q decoupling을 위한 제어루프를 추가하는 형태의 연구가 많이 이루어졌다[5]. 이러한 연구는 주로 3상 계통에서 이루어졌으나 실제 분산발전 시스템은 낮은 전력레벨을 가진 단상 시스템으로 구현되는 경우가 많으므로 단상 시스템의 적용에 관한 연구도 이루어졌다[6]. 또한, 전력제어 방법은 크게 계통 임피던스를 고려하지 않는 방식과 계통 임피던스를 고려하는 방식으로 나눌 수 있다.
계통 임피던스를 고려한 전력제어에 관한 연구의 단점은? 이에 비해 계통 임피던스를 고려하는 방식은 보다 신뢰성 있는 전력제어가 가능하며 상대적인 우수성을 지닌다. 계통 임피던스를 고려한 전력제어에 관한 연구는 계통 임피던스의 추정 알고리즘에 집중되었는데 이를 위해서는 복잡한 계통 임피던스 추정 알고리즘 제어 루프가 추가되어야 하는 단점을 가진다[7].
SRF 전력제어 방법의 장점은? 본 논문에서는 단상 계통연계 인버터 시스템의 전력제어를 위해 계통 임피던스를 고려한 SRF(synchronous-reference-frame) 전력제어 방법을 제안한다. 제안한 SRF 전력제어 방법은 복잡한 계통 임피던스의 추정 없이 계통 임피던스의 공칭값(nominal value)에 기반해 단상 인버터에 전압 기준값(reference)을 제공하여 독립운전 모드와 계통연계 모드에서 모두 운전이 가능함을 나타내었다. 또한, 유효전력과 무효전력의 독립적인 제어가 가능한 장점을 가진다.
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참고문헌 (9)

  1. S. Ko, S. Lee, H. Dehbonei, and C. Nayar, “Application of voltage- and current-controlled voltage source inverters for distributed generation systems”, IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 21, no. 3, pp. 782-792, 2006. 

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  2. F. Blaabjerg, R. Teodorescu, M. Lieserre, and A. Timbus, 

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  3. L. Malesani, P. Mattavelli, and P. Tomasin, “Improved constant-frequency hysteresis current control of VSI inverters with simple feedforward bandwidth prediction”, IEEE Trans .on Industry Applications, vol. 33, no. 5, pp. 

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  4. R. Teodorescue, F. Blaabjerg, M. Liserre, and P. Loh, 

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  5. R. Teodorescue, and F. Blaabjerg, “Flexible control of small wind turbines with grid failure detection operating in stand-alone and grid-connected mode”, IEEE Trans .on Power Electronics, vol. 19, no. 5, pp. 1323-1332, 2004. 

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  6. R. Kim, S. Choi, and J. Suh, “Instantaneous control of average power for grid tie inverter using single phase D-Q rotating frame with all pass filter”, in proc. of IEEE IECON 2004, pp. 274-279, 2004. 

    crossref

  7. A. Timbus, P. Rodriguez, R. Teodorescue, and M. 

    crossref

  8. K. Brabandre, B. Bolsens, J. Keybus, A. Woyte, J. Driesen, 

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  9. J. Guerrero, J. Matas, L. Vicuna, M. Castilla, and J. Miret, 

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