[논문]계통연계형 배터리 에너지저장장치용 양방향 DC-DC 컨버터의 무순단 절체를 위한 조건부 적분 안티-와인드업 연구

엄준용; 최성진; 이홍희

doi:10.6113/tkpe.2020.25.5.333

[국내논문] 계통연계형 배터리 에너지저장장치용 양방향 DC-DC 컨버터의 무순단 절체를 위한 조건부 적분 안티-와인드업 연구
Improved Conditional Integrator Anti-Windup Method for Seamless Transfer of Bidirectional DC-DC Converter in Grid-Connected Battery Energy Storage System 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.25 no.5, 2020년, pp.333 - 342

엄준용 (School of Electrical Engineering, University of Ulsan) , 최성진 (School of Electrical Engineering, University of Ulsan) , 이홍희 (School of Electrical Engineering, University of Ulsan)

Abstract ▼ AI-Helper

Power exchanges between the grid and the battery through a bidirectional DC-DC converter are essential for DC microgrid systems. In general, the battery is charged when the grid is connected, and the system is powered by the battery when the grid is disconnected. In this mode transition, the saturation of the voltage controller slows down output response and produces large transient errors in DC link voltage. To solve this problem, a novel anti-windup design is proposed to improve anti-windup performance further. The proposed method stabilizes DC bus voltage through a wider range of battery voltage with faster transition compared with that of conventional methods. The proposed method is verified through an experimental setup composed of a 125 W laboratory-scale DC microgrid system.

주제어

표/그림 (21)

그림 Fig. 1. Typical configuration of DC microgrid.
그림 Fig. 2. Bi-directional DC-DC converter (BDC) struc-ture.
그림 Fig. 3. Typical control structure with shared current controller.
그림 Fig. 4. Anti-windup with conditional integrator.
그림 Fig. 5. Anti-windup with tracking back calculation.
그림 Fig. 6. Bi-directional control scheme with proposed control structure. (a) System configuration, (b) Proposed control method.
그림 Fig. 7. Theoretical waveforms of mode transition from grid-connected mode to grid-isolation mode.
그림 Fig. 8. Mode transition operations. (a) Grid-connected, (b) Transition, (c) Grid-isolation.
그림 Fig. 9. Theoretical waveforms of mode transition from gridisolation mode to grid-connected mode.
그림 Fig. 10. Mode transition operations. (a) Grid-isolation, (b) Transition, (c) Grid-connected.
그림 Fig. 11. Simulation configuration.
그림 Fig. 12. Simulation results of conventional method from grid-connected mode to grid-isolation mode (Vb=29V).
그림 Fig. 13. Simulation results of conventional method from grid-isolation mode to grid-connected mode (Vb=29V).
표 TABLE I TEST PARAMETERS
그림 Fig. 14. Simulation results of proposed method from gridconnected mode to grid-isolation mode (Vb=29V).
그림 Fig. 15. Simulation result of proposed method from grid-isolation mode to grid-connected mode (Vb=29V).
그림 Fig. 17. Simulation result of proposed method mode from grid-isolation mode to grid-connected mode (Vb=24V).
그림 Fig. 16. Simulation result of proposed method mode from grid-connected mode to grid-isolation mode (Vb=24V).
그림 Fig. 18. The mode transition overshoot graph for each anti-windup method according to the ratio between predicted resistance and actual resistance ($V_b$=29V, $R_p$=20Ω).
그림 Fig. 19. Experimental result of proposed method from grid-connected mode to grid-isolation mode.
그림 Fig. 20. Experimental result of proposed method mode from grid-isolation mode to grid-connected mode.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무순단 절체를 위해 ESS에서 배터리 이외의 슈퍼 커패시터를 추가로 채용하여 3중 제어를 사용해 과도오차를 최소화하는 방법의 단점은?	무순단 절체를 위해 ESS에서 배터리 이외의 슈퍼 커패시터를 추가로 채용하여 3중 제어를 사용해 과도오차를 최소화하는 방법들도 제시되었지만[2]-[4], 이 방법들은 추가로 보조전원장치 및 전류, 전압센서가 필요하여 가격부담이 증가하고 제어가 복잡하다는 단점이 있다.
	추적역계산 방식이란?	그림 5의 추적역계산 방식은 경계값을 초과하는 PI제어기 출력이 발생하면, 제한기 통과 전과 통과 후의 값 차이에 누적방지이득 Ka를 곱해 오차에서 다시 빼 주는 방식이다[7]. 누적방지이득 Ka는 통상적으로 1/KP의 값을 사용한다[10].
	본 논문에서는 배터리와 연계된 마이크로그리드 시스템에서 독립형 ESS 시스템을 구축할 경우 비절연형 BDC를 통한 제어알고리즘 개선을 통해 직류버스의 무순단 절체 동작을 수행하는 제어기법을 제안하였다, 제안된 기법은 무엇이고, 이 기법의 장점은?	본 논문에서는 배터리와 연계된 마이크로그리드 시스템에서 독립형 ESS 시스템을 구축할 경우 비절연형 BDC를 통한 제어알고리즘 개선을 통해 직류버스의 무순단 절체 동작을 수행하는 제어기법을 제안하였다. 제안된 기법은 전류제어기를 공유하는 양방향 컨버터 제어방식에서 안티-와인드업으로 계통연결 운전모드 시 배터리 전압을 측정하여 추정한 인덕터 전류추정값을 조건부 적분의 초기값으로 주입하여 독립운전모드로 전환 시 직류버스전압의 과도오차를 최소화하는 방법으로, 제안된 방식을 통해 배터리전압의 변화에 영향 없이 직류버스의 무순단 절체 동작을 수행할 수 있다. 또한 제안된 방식은 전류제어기에 사용된 제한기가 안전을 위해서만 사용되며 제어기 동작에 관여하지 않기 때문에 제한기로 인한 시스템 성능 저하가 없다. 제안된 제어기법은 125W급 부하를 사용하는 축소한 직류 마이크로그리드 시스템을 구현하여 그 타당성을 실험을 통해 검증하였다.

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