[논문]다병렬 직류배전 시스템의 DC전류 드룹 제어를 이용한 서로 다른 3상 AC/DC컨버터의 병렬운전기법

이희준; 홍석진; 현승욱; 강진욱; 김한수; 원충연

doi:10.5207/jieie.2015.29.6.042

다병렬 직류배전 시스템의 DC전류 드룹 제어를 이용한 서로 다른 3상 AC/DC컨버터의 병렬운전기법
The Parallel Operation of Each other three phase AC/DC Converter using DC Current Droop Control for Multi-parallel DC Distribution System 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.29 no.6, 2015년, pp.42 - 48

이희준 , 홍석진 (성균관대학교 대학원 태양광시스템협동과정) , 현승욱 (성균관대 대학원 전자전기컴퓨터공학과) , 강진욱 (성균관대 전자전기컴퓨터공학부) , 김한수 (LG전자 VC 연구소 전력전자연구파트) , 원충연

Abstract ▼ AI-Helper

DC distribution system is difficult to compose the single-system because of the capacity restriction of power semiconductors. Therefore, DC Distribution system needs parallel operation of AC/DC converters for increase to system capacity. However, this system generates the circulating current. This paper is reducing the circulating current and safely sharing the load using the proposed DC current droop control method when each other 3-phase AC/DC converter connected. This system confirms through the simulation and experiment. Also, when each other converter of parallel operate. it is compared the response characteristics

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 서로 다른 3상 AC/DC 컨버터의 다 병렬연결에서도 순환전류를 저감하고, 전압진동을 억제하기 위하여 드룹 제어를 제안하였다. 적용 된 드룹 제어는 3차 방정식을 이용하게 되며, 3차 방정식에서 사용된 계수 A의 값을 이용하여 기울기가 다른 함수 출력 값을 가지게 된다.
본 논문에서는 서로 다른 컨버터를 가지는 DC배전 시스템의 비선형 3차 방정식을 이용한 드룹 전류제어를 제안하였다. Slave 시스템은 q축 전류를 제어함으로써 출력 전류를 간접적으로 제어할 수 있다.

제안 방법

표 2는 시스템 파라미터를 나타낸다. 또한 전체적인 제어특성을 알아보기 위해서 Powersim을 이용하여 블록도와 DLL을 구성하였다.
뿐만 아니라, 제안한 방정식의 서로 다른 ‘A’ 계수를 가져감으로써 컨버터들은 서로 다른 제어 응답속도를 가지도록 하였다.
이론적 분석을 검증하기 위하여 시뮬레이션을 하였다. 표 2는 시스템 파라미터를 나타낸다.
그림 2는 제안된 시스템의 제어 알고리즘을 나타내고 있다. 제안된 시스템 제어 알고리즘은 직류배전 시스템의 병렬운전을 한다. 따라서 Slave시스템의 출력 전압은 Master시스템의 출력 전압과 동일하게 제어한 후 두 시스템을 연계하여야 한다.
제안된 직류 배전 시스템에서 사용된 AC/DC 컨버터는 3병렬로 구성되어 있으며, Master 시스템은 3-Level AC/DC PWM 컨버터와 Slave 시스템은 2-Level AC/DC PWM 컨버터로 구성되어 있다. 구성된 직류 배전 시스템에서 사용한 AC/DC 전력변환 장치는 입출력 필터부와 전력용 반도체 스위칭 소자를 이용한 전력변환 장치로 나뉜다.
제안한 드룹 전류제어를 이용하여 3병렬 AC/DC PWM 컨버터를 구성하고 병렬 운전을 수행하였다.

대상 데이터

초기충전 회로는 출력 커패시터(IC_vsc)가 방전되어 있을 때 초기 구동 시 커패시터로 입력되는 과전류를 방지하여 컨버터의 스위칭 소자의 소손을 방지한다. 입력필터는 일반적인 LC 필터보다 고조파 감쇄효과가 좋고 부피가 작은 LCL 필터를 적용하였다.

성능/효과

각 시스템은 적용된 비선형 3차 방정식의 ‘A’계수에 따라 서로 다른 응답속도를 가지는 것을 확인 할 수 있다.
또한 그림 8과 같이 DC-link 전압은 일정하게 유지되고 3병렬로 연결된 컨버터의 병렬 운전과 안정적인 부하 분담함을 확인하였다.
또한 제안된 시스템의 경우 용량을 확대하기 위하여 시스템을 N개 병렬연결 시 서로 다른 컨버터에서도 운전이 가능함을 실험을 통하여 확인하였으며, 이론적 분석을 증명하기 위하여 시뮬레이션과 실험을 통하여 검증하였다.
시뮬레이션과 실험 결과와 같이 병렬 운전 시 각 시스템 사이에 발생하는 순환전류를 저감할 수 있었다. 뿐만 아니라, 제안한 방정식의 서로 다른 ‘A’ 계수를 가져감으로써 컨버터들은 서로 다른 제어 응답속도를 가지도록 하였다.
3-Level AC/DC 컨버터와 Slave 시스템 AC/DC 컨버터가 직류 배전전압을 공급하기 위하여 초기 충전 회로를 540V까지 충전 후 700V로 제어한다. 이후 드롭 제어를 통하여 병렬 제어와 부하를 연결하여 제어가 됨을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	변압기를 포함하는 교류 배전 시스템의 장단점은 무엇인가?	반면 변압기를 포함하는 교류 배전 시스템은 시스템의 단일 용량을 쉽게 증가시킬 수 있는 장점을 갖는 반면에 직류 배전 시스템은 전력용 반도체의 용량 제한으로 인하여, 시스템의 단일 용량을 증가시키기 어려운 단점을 갖는다. 이러한 이유로 직류배전 시스템은 용량 증가를 위하여 병렬제어 운전이 필요하다[3-4].
	교류시스템의 병렬운전의 장점은?	이러한 이유로 직류배전 시스템은 용량 증가를 위하여 병렬제어 운전이 필요하다[3-4]. 교류시스템의 병렬운전은 전압의 위상각, 회전 방향, 전압의 크기의 동기화 제어로 가능하며, 직류 시스템의 병렬운전은 전압의 크기 동기화 제어로 가능 하다. 교류시스템은 직류 시스템에 비하여 회로의 임피던스가 크므로, 병렬 연결 시 기존의 드룹 제어방식을 이용하여 쉽게 병렬제어가 가능하다.
	직류배전 시스템에서 병렬운전을 하기 위하여, Master 시스템의 용량은 Slave 시스템에 비하여 시스템의 용량이 커야 하는 이유는?	교류시스템은 직류 시스템에 비하여 회로의 임피던스가 크므로, 병렬 연결 시 기존의 드룹 제어방식을 이용하여 쉽게 병렬제어가 가능하다. 그러나 전압형 컨버터를 갖는 직류배전 시스템은 직류링크에 커패시터를 사용하여, 직류전압의 임피던스가 작으므로 병렬 운전 시 작은 전압차이에 의하여 두 시스템 사이에 큰 돌입전류를 발생시킬 수 있고, 병렬 시스템 사이에 제어진동을 발생시킬 수 있다[5-6]. 이러한 이유로 직류배전 시스템에서 병렬운전을 하기 위하여, Master 시스템의 용량은 Slave 시스템에 비하여 시스템의 용량이 커야 한다.

참고문헌 (8)

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Jenni Rekola "DC distribution and power electronics application in Smart Grids".
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Dong Dong, Fang Luo, Xuning Zhang, Dushan Boroyevich, Paolo Mattavelli, "Grid Interface Bidirectional Converter for Residential DC Distribution Systems-Part 2 : AC and DC Interface Design With Passive Components Minimization", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 28, No. 4, pp. 1667-1679, Apr, 2013.

상세보기
J. W. Kim, H. S. Choi, B. H. Cho, "A novel droop method for converter parallel operation", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 17, No. 1, pp. 25-32, Jan. 2002.

상세보기
Soo-Choel Shin, Hee-Jun Lee, Yun-Wook Park, Seok-Jin Hong, Chung-Yuen Won, "Parallel Operation Method using New Cubic Equation Droop Control of Three-Phase AC/DC PWM Converter for DC Distribution Systems", The Transactions of the Korean Institute of Power Electornics, Vol. 19, No. 3, June 2014.

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