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평균 모델을 이용한 Z-소스 인버터의 제어
Control of the Z-Source Inverter using Average Model 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.19 no.3, 2014년, pp.290 - 296  

이광운 (Dept. of Electronic Engineering, Mokpo Nat'l Maritime Univ.)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a design strategy for the control of the Z-source inverter (ZSI). For the Z-network capacitor voltage control, the average current model is derived to describe the dynamics of the voltage control and the controller outputs the average current command for the capacitor. Z-network ...

주제어

#Z-source Inverter   #capacitor voltage control   #inductor current control  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 외부의 전압제어 루프와 내부의 전류 제어 루프로 구성된 Z-소스 인버터의 커패시터 전압제어기를 소신호 모델을 이용하지 않고서 Z-네트웍 인덕터 및 커패시터의 평균전압, 평균전류 모델을 이용하여 설계하는 방법에 대해서 제안하고자 한다. 제안된 설계 방식에서 전류 및 전압제어기의 이득들은 Z-네트웍 파라미터 및 제어 사양(대역 폭)에 의해서 직접 결정되기 때문에 설계 과정이 단순해지는 장점이 있다.

가설 설정

  • 식 (12)에 의해 얻어진 인덕터 전류 지령에 따라서 인덕터 전류 제어가 원만하게 이루어진다고 가정하면, 이것은 커패시터의 평균전류를 직접 제어하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 일반적으로 전압제어기의 대역폭은 전류 제어기의 대역폭보다 충분히 작은 값을 갖도록 설계되므로, 전압제어기 측면에서 전류제어기의 전달 함수는 1의 값을 갖는다고 가정할 수 있다.[5] 이러한 가정 하에 인덕터 전류제어를 포함하는 커패시터 전압제어 시스템의 구성은 그림 4와 같이 간략화하여 표현할수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Z-소스 인버터의 특징은? 인덕터와 커패시터로 구성된 Z-네트웍(Z-network) 기반의 Z-소스 인버터는 낮은 입력 전원에 대해 승압된 출력 전압을 얻을 수 있다는 특징으로 인하여 연료전지 또는 태양전지를 이용하는 전력변환 시스템 등에 이를 적용하고자 하는 연구가 활발히 진행되어 왔다.[1],[2]
기존의 소신호 모델 기반의 Z-소스 인버터 전압제어기 설계의 단점은? 기존의 소신호 모델 기반의 Z-소스 인버터 전압제어기 설계에서는 전달함수를 얻는 과정이 복잡하고, 제어 사양을 만족시키는 제어기 이득들을 구하는 과정이 직관적이지 못하다. 또한, 특정 동작 점에서 선형화를 통해 시스템의 전달함수를 구하기 때문에 동작 점이 크게 변동하는 경우 제어 특성이 저하될 가능성이 있다.
본 논문에서 Z-소스 인버터의 커 패시터 전압제어 방식을 제안하였다, 이에 대한 결과는 어떠한가? 제안한 방식은 소신호 모델을 이용하지 않기 때문에 설계 과정이 비교적 단순하고, 제어기 이득들을 쉽게 설정할 수 있는 특징이 있다. 향후, Z-소스 인버터의 전기적 용량을 키워 제안된 방식의 신뢰성 및 안정도를 평가하고, 기존의 소신호 모델 기반의 제어 방식과 비교하는 연구를 진행할 계획이다.
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참고문헌 (10)

  1. Y. Huang, M. Shen, F. Z. Peng, and J. Wang, "Z-Source Inverter for Residential Photovoltaic Systems," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 21, No. 6, pp. 1776-1782, Nov. 2006. 

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  2. T.-W. Chun, Q.-V. Tran, H.-G. Kim, "Control of Single-Phase Grid-Connected Photovoltaic System using a Z-Source Inverter," Transactions of Korean Institute of Power Electronics, Vol. 13, No. 5, pp. 369-375, Oct. 2008. 

  3. O. Ellabban, J. VanMierlo, and P. Lataire, "A DSP-Based Dual-Loop Peak DC-link Voltage Control Strategy of the Z-Source Inverter," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 29, No. 9, pp. 4088-4097, Jul. 2012. 

  4. V. P. Galigekere and M. K. Kazimierczuk, "Small-signal modeling of PWM Z-source converter by circuit-averaging technique," IEEE Int. Symp. Circuits Syst., pp. 1600-1603, 15-18 May, 2011. 

  5. S.-K. Sul, Control of Electric Machine Drive Systems, John Wiley & Sons, New Jersey, 2011. 

  6. M. Shen and F. Z. Peng, "Operation modes and characteristics of the Z source inverter with small inductance or low power factor," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 55, No. 1, pp. 89-96, Jan. 2008. 

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  7. Q.-V. Tran, T.-W. Chun, J.-R. Ahn, and H.-H. Lee, "Algorithms for Controlling Both the DC Boost and AC Output Voltage of Z-Source Inverter," IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 54, No. 5, pp. 2745-2750, Oct. 2007. 

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  8. W.-C. Lee and D.-S. Hyun, "Single sensor current control of a three-phase voltage-source PWM converter using predictive state observer," Transactions of Korean Institute of Power Electronics, Vol. 4, No. 3, pp. 249-256, Jun. 1999. 

  9. J.-I. Ha, "Voltage injection method for three-phase current reconstruction in PWM inverters using a single sensor," IEEE Trans. Power Electron., Vol. 24, No. 3, pp. 767-775, Mar. 2009. 

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  10. K.-W. Lee, "Design and Implementation of a Current Controller for Boost Converters Using a DSP," Transactions of Korean Institute of Power Electronics, Vol. 17, No. 3, pp. 259-265, Jun. 2012. 

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