[논문]계통연계형 인버터의 고조파 전류저감을 위한 LLCL 필터에 관한 연구

안병웅; 홍창표; 김학원; 조관열; 임병국

doi:10.6113/tkpe.2014.19.1.64

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, the new LLCL filter is proposed for grid connected three-phase PWM inverter for passive damping. LLCL filter inserts a small inductor in the branch of the capacitor of the traditional LCL filter to compose a series resonant circuit to reduce the switching-frequency component on grid c...

In this paper, the new LLCL filter is proposed for grid connected three-phase PWM inverter for passive damping. LLCL filter inserts a small inductor in the branch of the capacitor of the traditional LCL filter to compose a series resonant circuit to reduce the switching-frequency component on grid current. Using LLCL filter, the switching-frequency current ripple components can be attenuated much better than the LCL filter, leading to a decrease in the total inductance. However, the resonance phenomena caused by zero impedance from the addition of LC branch in LLCL filter can be a big problem. Resonance phenomena of LLCL filter can be a source of grid system instability, so proper damping methods are required. However, it is difficult to apply a passive damping method in the conventional LLCL filter, because the damping resistor increase impedance of the LC branch. Therefore, switching frequency component of grid current can not much attenuated by low Q of LC series resonance effect. In this paper, a new LLCL filter is proposed to overcome the conventional LLCL filter with passive damping. The validity of the proposed method is proven by simulation and experimental result.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 논문에서는 PWM 주파수 성분의 고조파 저감 효과는 댐핑 저항이 없는 경우와 동일한 효과를 얻으면서, LLCL 필터의 공진을 효과적으로 억제하는 새로운 LLCL 필터를 제안한다. 또한 제안하는 새로운 LLCL필터의 PWM 스위칭 성분의 고조파 감쇄효과에 대해 시뮬레이션 및 실험을 실시하여 적용 가능성 및 그 효과를 입증 하였다.
본 논문에서는 PWM 주파수 고조파 저감효과는 댐핑 저항이 없는 경우와 동일한 효과를 얻으면서, LLCL 필터의 공진문제를 효과적으로 억제 할 수 있는 새로운 LLCL 필터를 제안하고, 그 타당성을 시뮬레이션을 통해 입증 하였다.
본 논문에서는 계통 연계형 인버터의 고조파 전류저감을 위한 새로운 LLCL 필터에 관해 제안하였다. 기존의 LLCL 필터의 경우 공진문제를 억제하기 위한 댐핑을 적용하였을 경우 LLCL 필터의 스위칭 고조파 감쇄효과를 얻지 못한다는 단점을 가지고 있는데, 이러한 단점을 해결하고자 PWM 주파수 고조파 감쇄 효과는 댐핑저항이 없는 경우와 동일한 효과를 얻으면서, LLCL 필터의 공진을 효과적으로 억제하는 새로운 LLCL 필터를 제안하였다.
519-1992 35차 이상 하모닉 규정에 만족하는 것을 확인하였다. 본 논문에서 제안된 새로운 LLCL 필터의 우수성을 보이기 위해 시뮬레이션과 실험을 수행하였으며. 그 결과 제안한 방법의 타당성과 성능 및 실용가치가 있음을 확인 하였다.

제안 방법

LC에 의한 공진 문제 해결을 위해 적용한 수동 댐핑 방법이 LLCL 필터에 미치는 영향을 확인하기 위해 그림 4와 같이 LLCL 필터의 수동 댐핑 방법을 모델링 하였다. 그림 4에 키르히호프의 전압, 전류 법칙을 적용하여 전압, 전류 방정식을 구하면 식(3)과 같다.
2절에서 설명한바와 같이 일반적인 LLCL 필터의 경우 댐핑방법을 사용하기 쉽지 않다. 제안하는 새로운 LLCL 필터의 경우 기존의 필터 캐패시터와 병렬로 LC직렬 가지를 연결한 형태이다. 필터 캐패시터와 댐핑 저항이 직렬로 연결된 가지는 공진을 억제하는 효과를 얻고, 이와 병렬로 연결된 LC직렬 가지로는 LC직렬 공진을 이용해 PWM 주파수 대역에서의 고조파 감쇄 효과를 얻을 수 있다.
본 논문에서 제안한 새로운 LLCL 필터의 타당성을 검증하기 위하여 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션은 MATLAB/SIMULINK를 사용 하였다.
LLCL 필터의 실제 적용가능성 여부를 확인하기 위해 시뮬레이션과 동일한 조건에서 실험을 실시하였다.
본 논문에서는 계통 연계형 인버터의 고조파 전류저감을 위한 새로운 LLCL 필터에 관해 제안하였다. 기존의 LLCL 필터의 경우 공진문제를 억제하기 위한 댐핑을 적용하였을 경우 LLCL 필터의 스위칭 고조파 감쇄효과를 얻지 못한다는 단점을 가지고 있는데, 이러한 단점을 해결하고자 PWM 주파수 고조파 감쇄 효과는 댐핑저항이 없는 경우와 동일한 효과를 얻으면서, LLCL 필터의 공진을 효과적으로 억제하는 새로운 LLCL 필터를 제안하였다. FFT분석을 통해 스위칭 주파수에서의 THD감소로 IEEE Std.

이론/모형

본 논문에서 제안한 새로운 LLCL 필터의 타당성을 검증하기 위하여 시뮬레이션을 실시하였다. 시뮬레이션은 MATLAB/SIMULINK를 사용 하였다. 시뮬레이션 및 실험에서 사용된 3상 PWM 인버터의 파라미터와 필터 파라미터를 표 1에 나타내었다.

성능/효과

본 논문에서는 PWM 주파수 성분의 고조파 저감 효과는 댐핑 저항이 없는 경우와 동일한 효과를 얻으면서, LLCL 필터의 공진을 효과적으로 억제하는 새로운 LLCL 필터를 제안한다. 또한 제안하는 새로운 LLCL필터의 PWM 스위칭 성분의 고조파 감쇄효과에 대해 시뮬레이션 및 실험을 실시하여 적용 가능성 및 그 효과를 입증 하였다.
1) PWM 인버터 측 인덕터 L_i의 크기는 기본주파수와 스위칭 주파수를 고려하여 PWM 인버터 측 인덕터의 전류 리플률 및 DC Link 전압으로 결정 할 수 있다. 인버터 측 인덕터 설계 시 전류 리플률을 작게 선정하면 인덕터의 용량이 커지게 되고 공진주파수가 낮아져 제어기의 대역폭에 가까워진다.
그림 8은 기존의 LLCL 필터의 , 그림 9는 제안하는 LLCL 필터의 인버터 측 과 계통 측의 전류를 나타내고, 그림 10과 그림 11은 각각 기존의 LLCL 필터와 제안하는 LLCL 필터의 계통 측 전류의 FFT 분석 결과를 나타내었다. 그림 8과 그림 9의 시뮬레이션 결과에서 알 수 있듯이 기존의 LLCL 필터와 제안하는 LLCL 필터 모두 우수한 고조파 감쇄 효과를 갖는 것을 확인 할 수 있다. 하지만 그림 10의 기존 LLCL 필터의 계통 측 전류의 FFT 분석결과를 보면 공진을 억제하기 위해 적용한 댐핑에 의해 LC직렬 공진 또한 억제되어 LLCL 필터의 특징인 PWM 주파수 대역에서의 고조파 감쇄 효과를 얻지 못하는 것을 확인 할 수 있다.
하지만 그림 10의 기존 LLCL 필터의 계통 측 전류의 FFT 분석결과를 보면 공진을 억제하기 위해 적용한 댐핑에 의해 LC직렬 공진 또한 억제되어 LLCL 필터의 특징인 PWM 주파수 대역에서의 고조파 감쇄 효과를 얻지 못하는 것을 확인 할 수 있다. 하지만, 그림 11의 제안한 LLCL 필터의 경우 그림 10의 기존 LLCL 필터와는 다르게 필터 캐패시터와 댐핑 저항이 직렬로 연결된 가지에서는 공진을 효과적으로 억제하고, 이와 병렬로 연결된 LC 직렬공진 가지에서는 LC 직렬공진을 통한 PWM 주파수 대역에서의 고조파 감쇄효과를 갖는 것을 확인 할 수 있다.
그림 12는 기존 LLCL 필터의 계통 측 전류의 FFT 분석 결과이고, 그림 13은 제안하는 LLCL 필터의 계통 측 전류의 FFT 분석 결과이다. 그림 12의 기존 LLCL 필터의 전류 FFT 분석결과는 그림 10의 시뮬레이션 결과와 마찬가지로 공진을 억제하기 위해 적용한 댐핑에 의해 LC 직렬공진 또한 억제되어 PWM 스위칭 주파수 대역에서의 고조파 감쇄효과를 얻지 못하는 것을 알 수 있고, 그림 13의 제안하는 LLCL 필터의 전류 FFT 분셕결과 또한 그림 11의 시뮬레이션 결과와 마찬가지로 기존의 LLCL 필터와는 다르게 필터 캐패시터와 댐핑저항이 직렬로 연결된 가지에서는 공진을 효과적으로 억제하고, 이와 병렬로 연결된 LC 직렬 공진 가지에서는 LC 직렬 공진을 통한 PWM 주파수 대역에서의 고조파 감쇄효과를 갖는 것을 확인 할 수 있다.
FFT분석을 통해 스위칭 주파수에서의 THD감소로 IEEE Std. 519-1992 35차 이상 하모닉 규정에 만족하는 것을 확인하였다. 본 논문에서 제안된 새로운 LLCL 필터의 우수성을 보이기 위해 시뮬레이션과 실험을 수행하였으며.
본 논문에서 제안된 새로운 LLCL 필터의 우수성을 보이기 위해 시뮬레이션과 실험을 수행하였으며. 그 결과 제안한 방법의 타당성과 성능 및 실용가치가 있음을 확인 하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	LLCL 필터의 장점은?	이러한 단점을 보완하기 위해최근에 LLCL 필터가 연구되고 있다. LCL 필터를 기반으로 한 LLCL 필터의 경우 LCL 필터의 캐패시터 단에 직렬로 작은 인덕턴스를 갖는 인덕터를 직렬로 추가한 형태로, 캐패시터와 인덕터의 직렬공진을 이용하여 LCL 필터에 비해 PWM 스위칭 주파수 성분에 해당하는 고조파를 좀 더 효과적으로 저감 할 수 있고, LCL 필터에 비해 더 적은 계통 측 인덕터 용량으로도 LCL 필터와 유사한 고조파 감쇄 효과를 낼 수 있어, 시스템의 부피 및 재료비를 저감 시킬 수 있고, 이로 인해 빠른 동특성을 확보할 수 있는 장점을 가지고 있다고 보고된 바 있다[3].
	LCL 필터의 장점은?	최근, 이와 같은 문제를 해결하기 위해 상대적으로 작은 인덕턴스 값으로도 우수한 고조파 전류 저감 효과를 갖는 LCL 필터가 계통 연계 인버터에 적용 되는 추세에 있다[2]. 또한 LCL 필터는 작은 인덕턴스 값으로 인하여 빠른 전류 제어 동특성을 얻을 수 있는 장점이 있다. 하지만, LCL 필터의 경우도 PWM 스위칭 주파수 성분에 해당되는 고조파를 저감을 위한 IEEE 519 규제를 만족하기 위해서는 일정 인덕턴스 값 이상을 요구하게 되고, 이 또한 시스템의 부피와 재료비를 상승시키는 요인이 된다.
	LCL 필터 및 LLCL 필터를 갖는 인버터 시스템의 문제점은?	LCL 필터 및 LLCL 필터를 갖는 인버터 시스템은 추가된 LC로 인한 공진문제가 발생한다. 기존의 L 필터와는 다르게 LC가 추가됨으로 인하여 임피던스가 0이 되는 주파수가 존재하고, 이는 공진문제를 발생시키는 요인이 된다. 이러한 특정 주파수에서의 공진문제는 시스템 불안정의 원인이 되고, 또한 시스템에 연계된 타 장비에 고장을 유발시키는 원인이 된다. 따라서 공진을 억제하기 위한 댐핑(Damping)을 필요로 한다.

참고문헌 (9)

IEEE std. 519-1992-IEEE Recommended Practices and Requirement for Harmonic Control in Electrical Power Systems-IEEE Industry Applications Society/Power Engineering Socitey.
M. Liserre, F. Blaabjerg, and S. Hansen, "Design and Control of an LCL-filter based Three-phase Active Rectifier," IEEE Trans. On. Ind. Appl., Vol. 41, No. 5, 2005.
Weimin Wu, Yuanbin He, and Frede Blaabjerg, "An LLCL Power Filter for Single-Phase Grid-Tied Inverter," IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 25, No.2, pp. 782-789, Feb. 2012.
W. sun, X. Wu, P. Dai, and J. Zhou, "An Over View of Damping Methods for Three-phases PWM Rectifier," in Proc of IEEE ICIT, Chengdu, China, pp. 1-5, April 21-24, 2008.
P. K. Dahono, "A Control Method for DC-DC Converter that has an LCL output filter based on new virtual capacitor and resistor concept," in Proceedings of PESC'04, pp. 36-42, 2004.
V. Blasko and V. Kaura, "A novel control to actively damp resonance in input LC fulter of a three- phase voltage source converter," IEEE Trans. Ind. Applicat., Vol. 33, Mar.-Apr. 1997.ting, Tampa, Florida, pp. 542-550, Oct. 2006.

상세보기
Shiying Tang, Li Peng, Yong Kang, "Active Damping Method Using Grid-Side Current Feedback for Active Power Filters with LCL Filters," Journal of Power Electronics, Vol. 11, No. 3, pp. 311-318, May 2011.

원문보기 상세보기
June-Seok Lee, Hae-Gwang Jeong, Kyo-Beum Lee, "Active Damping for Wind Power Systems with LCL Filters Using a DFT," Journal of Power Electronics, Vol. 12, No. 2, pp. 326-331, Mar. 2012.

원문보기 상세보기
Byoung-Woong An, Hee-Keun Shin, Hag-Wone Kim, Kwan-Yuhl Cho, Byoung-Moon Han, "Active Damping of LCL filter for Three-phase PWM Inverter without Additional Hardware Sensors," Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, Vol. 18, No. 1, pp. 10-17, Feb. 2013.

원문보기 상세보기

이 논문을 인용한 문헌

LOADING...

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

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

[국내논문] 계통연계형 인버터의 고조파 전류저감을 위한 LLCL 필터에 관한 연구
A Study on LLCL Filter to Reduce Harmonic Current of Grid Connected Power Inverter 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

[국내논문] 계통연계형 인버터의 고조파 전류저감을 위한 LLCL 필터에 관한 연구 A Study on LLCL Filter to Reduce Harmonic Current of Grid Connected Power Inverter 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

Keyword

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

성능/효과

질의응답

참고문헌 (9)

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

활용도 분석정보

활용도 Top5 논문 더보기

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

[국내논문] 계통연계형 인버터의 고조파 전류저감을 위한 LLCL 필터에 관한 연구
A Study on LLCL Filter to Reduce Harmonic Current of Grid Connected Power Inverter 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper

활용도 Top5 논문