[논문]분산전원용 계통연계형 PCS의 전류제어기 비교

박종형; 조택현; 김흥근; 전태원; 노의철; 차헌녕

doi:10.6113/tkpe.2012.17.3.274

분산전원용 계통연계형 PCS의 전류제어기 비교
Comparison of Current Controllers of Grid-connected PCS for Distributed Resources 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.17 no.3, 2012년, pp.274 - 280

박종형 (Dept. of Electrical Engineering, Kyungpook Nat'l Univ.) , 조택현 (Energy Environment Research, Marine Research Institute, Samsung Heavy Industries Co. LTD.) , 김흥근 (Dept. of Electrical Engineering, Kyungpook Nat'l Univ.) , 전태원 (Dept. of Electrical Engineering, University of Ulsan) , 노의철 (Dept. of Electrical Engineering, PuKyong Nat'l Univ.) , 차헌녕 (Dept. of Electrical Engineering, Kyungpook Nat'l Univ.)

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, three current controllers for a grid-connected PCS using an LCL filter are compared and analyzed. Current controllers discussed in this paper are linear controllers such as PI (proportional-integral), PR (proportional-resonant), and DB (deadbeat) controller. Both transient and steady state responses of each controller are compared through both simulation and experiment. Although the DB controller has the fastest transient response and the lowest THD in the steady state, the DB controller has two cycles delay of current response in the steady state and has the stability problem which can be occurred due to variation of the system parameters. On the one hand the responses of PR controller are not much different from that of DB controller but the other hand that are not only strong to noise of grid current but also have smaller THD than PI controller. Considering the response time and stability issue of three controllers, the PR controller has the best performance among three controllers and thus can be strongly recommended as a current controller for a grid-connected PCS.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 대용량 태양광 발전을 위한 1단 전력 변환 구조의 계통연계형 PWM인버터에 적합한 전류제어기에 관한 연구를 수행하였다. 세 가지 종류의 전류 제어기를 비교· 해석하였고 각각의 제어기를 설계하여 시뮬레이션 및 실험을 통해 특성을 확인하였다.

가설 설정

제어부는 C 코드로 작성하여 DLL 파일을 연계하였으며, DLL 파일에는 인버터의 출력 전류를 제어하는 전류제어기 코드가 작성되어있다. 최대전력점 추적은 수행하지 않고 직류 링크단을 임의의 전압원으로 가정하여 전류제어기의 특성 비교를 위한 시뮬레이션을 수행하였다.

제안 방법

각각의 좌표계를 사용한 세 제어기의 전류제어 특성을 비교·분석하였다.
위상고정루프를 위해 계통의 선간 전압을 측정하고, 전류 제어를 위해 계통 주입 전류를 측정한다. 그리고 직류 링크단의 전압 제어를 위해 직류 링크 전압을 측정한다.
계통연계 실험을 위한 구성은 시뮬레이션과 같다. 먼저 전류제어 특성을 확인하기 위하여 직류 링크단에 300 V직류 전압원을 연결하였고 각 전류 제어기의 정상상태 파형과 과도상태 응답, 총고조파 왜율를 측정하였다. 직류 링크단의 전력은 3상 PWM 인버터와 LCL 필터를 거쳐 계통으로 주입된다.
본 논문에서는 대표적으로 소개된 선형제어기인 비례-적분, 비례-공진, 데드비트 제어기를 대상으로 각각의 제어기 해석과 설계 방법에 관하여 논의하고 제어기의 과도상태에서의 응답속도와 오버슈트, 정상상태에서의 총고조파 왜율과 정상상태 오차를 서로 비교하였다. 특히, 정상분 전류 보상을 위한 동기좌표계 비례-적분 제어기와 역상분 전류 보상을 위한 동기좌표계 비례-적분 제어기의 통합 기능을 정지좌표계 비례-공진 제어기로 구현할 수 있음을 보였으며 데드비트 제어기의 근궤적을 이용한 강인한 제어기 설계에 관하여 논의하였고 모의실험과 실험을 통하여 검증하였다.
세 가지 종류의 전류 제어기를 비교· 해석하였고 각각의 제어기를 설계하여 시뮬레이션 및 실험을 통해 특성을 확인하였다.
시뮬레이션은 PSIM을 이용하여 이루어졌으며 직류 전압원과 3상 인버터, LCL 필터, 제어부, PWM 발생부, 전압 전류 센싱부, 전류 실효치 계산부 그리고 총고조파 왜율 계산부로 구성하였다. 제어부는 C 코드로 작성하여 DLL 파일을 연계하였으며, DLL 파일에는 인버터의 출력 전류를 제어하는 전류제어기 코드가 작성되어있다.
직류 링크단의 전력은 3상 PWM 인버터와 LCL 필터를 거쳐 계통으로 주입된다. 위상고정루프를 위해 계통의 선간 전압을 측정하고, 전류 제어를 위해 계통 주입 전류를 측정한다. 그리고 직류 링크단의 전압 제어를 위해 직류 링크 전압을 측정한다.
본 논문에서는 대표적으로 소개된 선형제어기인 비례-적분, 비례-공진, 데드비트 제어기를 대상으로 각각의 제어기 해석과 설계 방법에 관하여 논의하고 제어기의 과도상태에서의 응답속도와 오버슈트, 정상상태에서의 총고조파 왜율과 정상상태 오차를 서로 비교하였다. 특히, 정상분 전류 보상을 위한 동기좌표계 비례-적분 제어기와 역상분 전류 보상을 위한 동기좌표계 비례-적분 제어기의 통합 기능을 정지좌표계 비례-공진 제어기로 구현할 수 있음을 보였으며 데드비트 제어기의 근궤적을 이용한 강인한 제어기 설계에 관하여 논의하였고 모의실험과 실험을 통하여 검증하였다.

대상 데이터

메인 프로세서는 TI사의 TMS320F2812 DSP 프로세서를 사용하였다. 그림 11은 정격운전 시 정상상태 전류 파형으로서 전력분석기(PM3000A)를 이용하여 측정한 출력전류의 THD는 표 1과 같은데 데드비트 제어기를 사용한 경우가 가장 작으며 비례-적분 제어기의 경우가 가장 크다.

이론/모형

데드비트 제어기는 파라미터 변동에 민감하여 안정도 문제를 야기할 수도 있으므로 이를 극복하기 위해서 Matlab을 이용한 직접설계 방법으로 데드비트 제어기를 설계하여 시뮬레이션과 실험을 하였다.
극점이 단위원 경계에 존재하기 때문에 조금의 파라미터 변화에도 단위원을 벗어나 불안정 상태가 야기될 수도 있다. 본 논문에서는 이 문제를 해결하기 위하여 Matlab을 이용한 직접 설계 방식을 사용하였다. 식 (17)의 파라미터 값과 샘풀링 주기는 알고 있는 값이므로 a, b값을 구할 수 있다.
식 (17)의 파라미터 값과 샘풀링 주기는 알고 있는 값이므로 a, b값을 구할 수 있다. 즉, 근 궤적을 그린 후 단위원에 위치한 극점을 원의 내부로 이동하여 0.5인 점에 위치시켜 안정성을 확보하였으며, 그때의 a, b 값은 Matlab을 통해 구한다.

성능/효과

그리고 비례-공진 제어기는 정지좌표계에 설치되므로 좌표변환이 필요 없어 저가의 DSP를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 계통 불평형시 역상분 전류도 보상할 수 있다. 또한 전류의 THD가 작으므로 단독 운전 검출을 위해 널리 사용되는 위상 변위법에서 데드타임의 자유도가 큰 장점도 있어 계통연계형 PWM인버터의 전류 제어기로 비례-공진 제어기가 가장 적합하다고 판단된다.
전류제어기의 비교실험결과 데드비트 제어기가 과도상태 응답이 가장 우수하고 낮은 총고조파 왜율을 나타냈다. 그러나 데드비트 제어기는 출력 필터의 파라미터 변동에 민감하고, 계통 연계점의 상황에 따라 인버터 측에서 바라보는 부하를 예측할 수 없기 때문에 계통연계형 인버터에는 사용하기가 곤란하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	공진 제어기란?	공진 제어기는 그림 5에서 보는 바와 같이 공진주파수에서 개루프 이득이 무한대이며 위상지연이 없는 제어기를 말한다.
	비례-적분 제어기란?	산업계에서 가장 대표적으로 사용되는 비례-적분 제어기는 지령과 출력의 오차에 대한 비례 값과 적분 값을 더해서 출력으로 내보내는 제어기이다. 제어 대상이 교류신호인 경우 정상상태 오차와 위상지연이 발생하기 때문에 abc-dq 좌표변환을 통해 직류화하여 제어하게 된다.
	제어 대상이 교류신호인 경우 비례-적분 제어기는 어떻게 제어하는가?	산업계에서 가장 대표적으로 사용되는 비례-적분 제어기는 지령과 출력의 오차에 대한 비례 값과 적분 값을 더해서 출력으로 내보내는 제어기이다. 제어 대상이 교류신호인 경우 정상상태 오차와 위상지연이 발생하기 때문에 abc-dq 좌표변환을 통해 직류화하여 제어하게 된다. 따라서, 동기좌표계를 이용한 전류제어를 위해 먼저 abc-dq 좌표변환이 선행되어야 하며, 이를 위한 위상고정루프(PLL)의 성능이 보장되어야 한다.

참고문헌 (8)

Hyun-Woo Seo, Jung-Min Kwon, Bong-Hwan Kwon, "Transformerless Three-Phase Line-connected Photovoltaic PCS," KIPE Trans., Vol. 12, no. 5, pp. 355-363, Oct. 2007
Wu Libo, Zhao Zhengming, "A Single-Stage Three-Phase Grid-Connected Photovoltaic System With Modified MPPT Method and Reactive Power Compensation," IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 22, No. 4, pp. 881-886, Dec. 2007.

상세보기
Teodorescu, R. "Proportional-resonant controllers and filters for grid-connected voltage-source converters," in IEE proceedings of Electric Power Applications, Vol. 153, No. 5, pp. 750-762, Sep. 2006.
Espi Huerta, J.M "A synchronous Reference Frame Robust predictive Current Control for Three-Phase Grid-Connected Inverters," IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 57, No. 3, pp. 954-962, Mar. 2010.

상세보기
Adrian Timbus, Frede Blaabjerg, "Evaluation of Current Controllers for Distributed Power Generation Systems," IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 24, No. 3, pp. 654-664, Mar. 2009.

상세보기
Dannehl J, Friedrich Wilhelm Fuchs, "Investiga- tion of Active Damping Approaches for PI-Based Current Control of Grid-Connected, Pulse Width Modulation Converters With LCL Filters," IEEE Trans. on Industry Application, Vol. 46, No. 4, pp. 1509-1517, Jul./Aug. 2010.

상세보기
Osman Kukrer, "Discrete-Time Current Control of Voltage-Fed Three-Phase PWM Inverter," IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 11, No. 2, pp. 260-269, Mar. 1996.
Eun-Soo Jung, Hak-Jun Lee, Seung-Ki Sul, "Implementation of a Fast Current Controller using FPGA," KIPE Trans., Vol. 12, No. 4, pp. 339-345, Aug. 2007.

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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].

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