[논문]병렬 삼상 부스트 컨버터에서 일반화된 순환전류 제어 방법

임창순; 이귀준; 김래영; 현동석

doi:10.6113/tkpe.2011.16.3.250

병렬 삼상 부스트 컨버터에서 일반화된 순환전류 제어 방법
Generalized Circulating Current Control Method in Parallel Three-Phase Boost Converters 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.16 no.3, 2011년, pp.250 - 257

임창순 (한양대 대학원 전기공학과) , 이귀준 (한양대 대학원 전기공학과) , 김래영 (한양대 전기제어생체공학부) , 현동석 (한양대 전기제어생체공학부)

초록
AI-Helper

본 논문은 병렬 삼상 부스트 컨버터에서 Interleaved PWM에 의해 발생하는 고 주파수 순환전류를 효과적으로 저감시키기 위해서, AC 입력단에 연결되는 삼상 결합 인덕터의 특성을 분석하였다. 제시된 삼상 결합 인덕터 분석은 삼상 결합 인덕터의 구조와 전압 방정식의 해석을 통하여 이루어졌다. 그리고 이것을 바탕으로 기존의 저 주파수 평균화 모델에 삼상 결합 인덕터를 추가하여, 고 주파수 순환전류와 저 주파수 순환전류를 동시에 저감시킬 수 있는 새로운 형태의 평균화 모델을 제안하였다. 새로운 평균화 모델의 영상성분을 이용하면, 삼상 결합 인덕터와 라인 인덕터의 순환전류에 대한 총 인덕턴스를 각각 구해 비교 할 수 있다. 시뮬레이션과 실험결과를 토대로 병렬 삼상 부스트 컨버터에서 사용되는 삼상 결합 인덕터의 유용성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper analyzes characteristic of the three-phase coupled inductor connected to ac source to effectively mitigate the high-frequency circulating current generated in parallel three-phase boost converters. The three-phase coupled inductor analysis presented in this paper uses the three-phase coupled inductor structure and voltage equations. Based on this analysis, the three-phase coupled inductor is added to the conventional low-frequency averaged model. As a result, the novel averaged model which can reduce the low and high-frequency circulating current simultaneously is developed. Using the zero-sequence component of the novel averaged model, each total inductance to the circulating current of the three-phase coupled inductor and line inductor can be obtained. Simulation and experiment results verify the usefulness of three-phase coupled inductor in parallel three-phase boost converters.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

따라서, 본 논문에서는 삼상 결합 인덕터 분석을 통해 삼상 결합 인덕터의 순환전류 저감 원리에 대해 증명하였으며, 삼상 결합 인덕터의 전압 방정식을 이용해 누설 인덕턴스(Leakage Inductance)와 상호 인덕턴스(Mutual Inductance)가 각각 상 전류와 순환전류의 인덕턴스임을 제시하였다. 또한, 기존의 저 주파수 순환전류를 위한 평균화 모델에 삼상 결합 인덕터를 추가하여, 고 주파수 순환전류와 저 주파수 순환전류를 동시에 저감시킬 수 있는 새로운 모델을 제안하였다.
본 논문에서는 병렬 Interleaved 컨버터에서 발생하는 고 주파수 순환전류를 효과적으로 저감시키기 위해 서, 입력 단에 연결되는 삼상 결합 인덕터의 특성을 분석하였다. 삼상 결합 인덕터의 순환전류 저감 원리에 대해 증명하였으며, 삼상 결합 인덕터의 전압 방정 식을 이용해 누설 인덕턴스와 상호 인덕턴스가 각각상 전류와 순환전류의 인덕턴스임을 제시하였다.

제안 방법

기존의 병렬 삼상 부스트 컨버터 평균화 모델에 삼상 결합 인덕터 전압 방정식(14)-(16)을 이용하여 새로운 병렬 삼상 부스트 컨버터 평균화 모델을 그림 3과같이 제안하였다. 기존의 평균화 모델은 저 주파수 순환전류만 저감 시킬 수 있었지만, 새로운 평균화 모델은 고 주파수 순환전류와 저 주파수 순환전류를 동시에 저감 시킬 수 있는 모델이다.
따라서, 본 논문에서는 삼상 결합 인덕터 분석을 통해 삼상 결합 인덕터의 순환전류 저감 원리에 대해 증명하였으며, 삼상 결합 인덕터의 전압 방정식을 이용해 누설 인덕턴스(Leakage Inductance)와 상호 인덕턴스(Mutual Inductance)가 각각 상 전류와 순환전류의 인덕턴스임을 제시하였다. 또한, 기존의 저 주파수 순환전류를 위한 평균화 모델에 삼상 결합 인덕터를 추가하여, 고 주파수 순환전류와 저 주파수 순환전류를 동시에 저감시킬 수 있는 새로운 모델을 제안하였다. 새로운 모델의 영상성분을 이용하면, 삼상 결합 인덕 터(Three-Phase Coupled Inductor)와 라인 인덕터 (Line Inductor)의 순환전류에 대한 총 인덕턴스를 각각 구해 비교할 수 있다.
따라서, 본 논문에서는 삼상 결합 인덕터 분석을 통해 삼상 결합 인덕터의 순환전류 저감 원리에 대해 증명하였으며, 삼상 결합 인덕터의 전압 방정식을 이용해 누설 인덕턴스(Leakage Inductance)와 상호 인덕턴스(Mutual Inductance)가 각각 상 전류와 순환전류의 인덕턴스임을 제시하였다. 또한, 기존의 저 주파수 순환전류를 위한 평균화 모델에 삼상 결합 인덕터를 추가하여, 고 주파수 순환전류와 저 주파수 순환전류를 동시에 저감시킬 수 있는 새로운 모델을 제안하였다. 새로운 모델의 영상성분을 이용하면, 삼상 결합 인덕 터(Three-Phase Coupled Inductor)와 라인 인덕터 (Line Inductor)의 순환전류에 대한 총 인덕턴스를 각각 구해 비교할 수 있다.
병렬 삼상 부스트 컨버터에서 순환전류 제어기와 삼상 결합 인덕터의 영향을 살펴보기 위해 시뮬레이션을 수행하였고, 시뮬레이션 및 실험에 사용된 조건은 표 2와 같다. 그림 6은 병렬 삼상 부스트 컨버터의 상전 류와 순환전류 시뮬레이션 파형을 보여준다.
또한, 기존의 저 주파수 순환전류를 위한 평균화 모델에 삼상 결합 인덕터를 추가하여, 고 주파수 순환전류와 저주파수 순환전류를 동시에 저감시킬 수 있는 새로운 모델을 제안하였다. 새로운 모델의 영상성분을 이용하 면, 삼상 결합 인덕터와 라인 인덕터의 순환전류에 대한 총 인덕턴스를 각각 구해 비교할 수 있다. 시뮬레이션과 실험을 통해 고 주파수 순환전류는 삼상 결합 인덕터에 의해서만 저감이 되고, 저 주파수 순환전류는 순환전류 제어기와 삼상 결합 인덕터에 의해 저감이 되는 것을 확인하였다.
새로운 모델의 영상성분을 이용하면, 삼상 결합 인덕 터(Three-Phase Coupled Inductor)와 라인 인덕터 (Line Inductor)의 순환전류에 대한 총 인덕턴스를 각각 구해 비교할 수 있다. 시뮬레이션과 실험결과를 토대로 병렬 삼상 부스트 컨버터에서 사용되는 삼상 결합 인덕터의 유용성을 검증하였다.

대상 데이터

실험은 1.5kW급 프로토타입 컨버터 2개를 이용하여 만든 3kW 병렬 삼상 부스트 컨버터로 수행하였고, 제어기는 TMS320VC33 DSP를 이용하여 구현하였다. 그림 7은 실험실에 설치된 병렬 삼상 부스트 컨버터 실험 장치를 보여준다.
하지만, 시스템 불균형에 의한 저 주파수 순환전류와 Interleaved PWM에 의한 고 주파수 순환전류가 동시에 발생한다. 이러한 순환전류를 저감시키기 위해서 순환전류 제어기와 삼상 결합 인덕터를 사용하였다. 그 결과, 실험 파형은 앞선 시뮬레이션 파형과 일치하는 동작 특성을 보여준다.

이론/모형

따라서, 영상 성분을 포함한 병렬 삼상 부스트 컨버터를 모델링하기 위하여, Phase-Leg Averaging Technique이 사용 되었다 ^[10].

성능/효과

이러한 순환전류를 저감시키기 위해서 순환전류 제어기와 삼상 결합 인덕터를 사용하였다. 그 결과, 실험 파형은 앞선 시뮬레이션 파형과 일치하는 동작 특성을 보여준다.
본 논문에서는 병렬 Interleaved 컨버터에서 발생하는 고 주파수 순환전류를 효과적으로 저감시키기 위해 서, 입력 단에 연결되는 삼상 결합 인덕터의 특성을 분석하였다. 삼상 결합 인덕터의 순환전류 저감 원리에 대해 증명하였으며, 삼상 결합 인덕터의 전압 방정 식을 이용해 누설 인덕턴스와 상호 인덕턴스가 각각상 전류와 순환전류의 인덕턴스임을 제시하였다. 또한, 기존의 저 주파수 순환전류를 위한 평균화 모델에 삼상 결합 인덕터를 추가하여, 고 주파수 순환전류와 저주파수 순환전류를 동시에 저감시킬 수 있는 새로운 모델을 제안하였다.
그림 8은 병렬 삼상 부스트 컨버터의 상전류와 순환전류 실험 파형을 보여준다. 시뮬레이션과 마찬가지로 실험 파형에서 Interleaved PWM에 의해 전체 상 전류(i_a1+i_a2) 리플이 상 전류(i_a1, i_a2)리플 보다 상당히 저감 된 것을 확인 할 수 있었다. 하지만, 시스템 불균형에 의한 저 주파수 순환전류와 Interleaved PWM에 의한 고 주파수 순환전류가 동시에 발생한다.
새로운 모델의 영상성분을 이용하 면, 삼상 결합 인덕터와 라인 인덕터의 순환전류에 대한 총 인덕턴스를 각각 구해 비교할 수 있다. 시뮬레이션과 실험을 통해 고 주파수 순환전류는 삼상 결합 인덕터에 의해서만 저감이 되고, 저 주파수 순환전류는 순환전류 제어기와 삼상 결합 인덕터에 의해 저감이 되는 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	병렬 삼상 컨버터 시스템의 가장 큰 문제점은?	하지만 이러한 병렬 삼상 컨버터 시스템에서 나타나는 가장 큰 문제점은 순환전류(Circulating Current)의 발생인데, 순환전류는 크게 저 주파수 순환전류(LowFrequency Circulating Current)와 고 주파수 순환전류 (High-Frequency Circulating Current)로 나눌 수 있다. 저 주파수 순환전류는 컨버터들 사이에 발생하는 불균형(라인 인덕턴스 차이, 듀티비 차이 등)에 의해서 발생하게 되고, 고 주파수 순환전류는 Interleaved PWM 방법을 적용하였을 때 발생하게 된다.
	병렬 삼상 부스트 컨버터의 장점은?	병렬 삼상 부스트 컨버터(Parallel Three-Phase Boost Converters)는 고전력, 모듈성, 고효율성, 작은 전류리플 등의 많은 장점을 가지고 있어, UPS (Uninterruptible Power Supplies), Motor Drives, PFC(Power Factor Correction)등 여러 응용분야에서 사용량이 증가되고 있다 [1-5] .
	저 주파수 순환전류를 줄이기 위한 가장 간단한 방법은 입력(AC Source)단에 변압기를 달거나, 각각의 컨버터(모듈)에 분리된 입력 단을 사용하는 방법인데, 이 방법들의 문제점은?	저 주파수 순환전류를 줄이기 위한 가장 간단한 방법은 입력(AC Source)단에 변압기를 달거나, 각각의 컨버터(모듈)에 분리된 입력 단을 사용하는 방법이다[6-8] . 하지만 이러한 해결책들은 시스템에 추가적인 하드웨어를 달아야 하기 때문에 전체 시스템의 부피, 무게, 비용 등을 증가시킨다. 이에 대한 대안으로 외부에 추가적으로 하드웨어를 사용하지 않은 여러 순환전류 제어 방법들이 제안 되고 있다 [9-11] .

참고문헌 (12)

Y. Sato and T. Kataoka, "Simplified control strategy to improve ac-input-current waveform of parallel-connected current-type PWM rectifiers," Proc. Inst. Elect. Eng., Vol. 142, pp. 246-254, July 1995.
J. W. Dixon and B. T. Ooi, "Series and parallel operation of hysteresis current-controlled PWM rectifiers," IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 25, no. 4, pp. 644-651, 1989.

상세보기
K. Matsui, "A pulsewidth modulated inverter with parallel-connected transistors by using current sharing reactors,"in Conf. Rec. IEEE-IAS Annu. Meeting, 1985, pp. 1015-1019.
S. Ogasawara, J. Takagaki, H. Akagi, and A. Nabae, "A novel control scheme of duplex current-controlled PWM inverters," in Conf. Rec . IEEE-IAS Annu. Meeting, 1987, pp. 330-337.
K. Xing, F. C. Lee, D. Boroyevich, Z. Ye, and S. K. Mazumder, "The circulating current in paralleled three-phase boost PFC rectifiers," IEEE Trans. Power Electron., vol. 14, no. 5, pp. 250-256, Sep. 1999.

상세보기
C. S. Lee et al., "Parallel UPS with an instantaneous current sharing control," in Proc. 24th Annu. Conf. IEEE Ind. Electron. Soc., vol. 1, 1998, pp. 568-573.
Y. Komatsuzaki, "Cross current control for parallel operating three-phase inverter," in Proc. 25th Annu. IEEE Power Electron. Spec.Conf., 1994, pp. 943-950.
T. Kawabata and S. Higashino, "Parallel operation of voltage source inverters," IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 24, no. 2, pp. 281-287, 1988.

상세보기
S. K. Mazumder "A novel discrete control strategy for independent stabilization of parallel three-phase boost converters by combining space-vector modulation with variable-structure control," IEEE Trans. Power Electron., vol. 18, pp. 1070, Jul. 2003

상세보기
Z. Ye , D. Boroyevich , J.-Y. Choi and F. C. Lee"Control of circulating current in two parallel three-phase boost rectifiers," IEEE Trans. Power Electron., vol. 17, pp. 609, Sep. 2002.

상세보기
K. Xing, F. C. Lee, D. Borojevic, Z. Ye, and S. Mazumder, "Interleaved PWM with discontinuous space-vector modulation," IEEE Trans. Power Electron., vol. 14, no. 5, pp. 906-917, Sep. 1999.

상세보기
L. Asiminoaei, E. Aeloiza, P. N. Enjeti, and F. Blaabjerg, "Shunt active-power-filter topology based on parallel interleaved inverters," IEEE Trans.Ind. Electron., vol. 55, no. 3, pp. 1175-1189, Mar. 2008.

상세보기

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증