[논문]온라인 무정전전원장치의 병렬운전 제어기술

조준석; 강병희; 고재석; 최규하; 김진홍; 정석언

온라인 무정전전원장치의 병렬운전 제어기술
Parallel Operation Control Technique of On-line UPS System 원문보기

조준석 (건국대학교 전기공학과) , 강병희 (건국대학교 전기공학과) , 고재석 (건국대학교 전기공학과) , 최규하 (건국대학교 전기공학과) , 김진홍 (국제전기(주)) , 정석언 (국제전기(주))

The parallel operation system of UPS is used to increase reliability of power source at critical load. But parallel UPS system has a few defects, impedance is different from each other and circulating current occurs between UPSs, due to line impedance and parameter variation, though controlled by the same synchronization signal. According to such characteristic of parallel UPS, balanced load-sharing control is the most important technique in parallel UPS operation. In this paper, a novel power deviation compensation algorithm is proposed. it is composed of voltage controller to compensate power deviation that be calculated by using active and reactive current deviation between inverters on synchronous d-q reference frame.

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문제 정의

그러므로 출력 임피던스를 증가시키지 않고 비선형 부하에서도 낮은 출력 THD를 가짐과 동시에 UPS의 전류분담을 원활히 수행하여 전류편자를 저감할 수 있는 제어기의 설계가 병렬운전의 핵심 기술이다. 따라서 본 논문에서는 UPS의 병렬운전을 위해 UPS 장치의 출력전류와 부하전류의 편차로부터 유효전력과 무효전력을 추출하여 인버터의 제어 위상각과 출력전압의 크기를 제어하는 전력편차 보상기법을 사용한 동기좌표축 전압제어기를 설계하고자 한다.
본 논문에서는 UPS의 용량증대 및 신뢰성을 향상시키기 위한 인버터 병렬운전에 있어서 UPS 시스템의 구성 및 제어방법들을 살펴보았다. 또한 출력임피던스가 낮은 대용량 UPS 시스템을 병 렬운전하기 위하여 부하전류분담제어 방법으로 전력 편차 제어방식을 적용하였으며 동기좌표축상의 전압제어기를 설계하였다.

제안 방법

무효성분으로 나타난다. 그러므로 본 제어에서는 전압, 전류의 실효치를 계산하여 전력 편차를 검출하지 않고 순시적으로 d, q죽의 유효 성분과 무효성분을 분리하여 보상할 전력편차를 계산한다. 그림 3의 병렬제어 알고리즘은 부하단에서 검출한 부하전류/。와 각각의 인버터 출력전류 A, h 를 동기좌표계로 변환하여 기준 동기위상에 대해서 d축 변수인 무효성분과 q축 변수인 유효성분으로 추출하는 구조를 보여준다.
발생한다. 그러므로 출력전압 μ2와 전류 오차 0를 사용하여 유효전력 성분 4P 와 무효전력 성분 zJQ로 분리하여 유효전력 성분은 위상제어 루프에 보상하고 무효전력 성분은 출력전압제어 루프에 보상하여 평형전류가 흐르도록 부하분담제어를 수행한다. 즉 각 UPS는 인버터 출력전류가 동일하도록 전압과 주파수를 제어하여 PWM 파형을 발생시킴으로써 정밀한 부하분담이 이루어진다.
구성 및 제어방법들을 살펴보았다. 또한 출력임피던스가 낮은 대용량 UPS 시스템을 병 렬운전하기 위하여 부하전류분담제어 방법으로 전력 편차 제어방식을 적용하였으며 동기좌표축상의 전압제어기를 설계하였다. 향후 제안한 제어알고리즘은 실험을 통하여 성능을 입증하여야 할 것이다.
본 논문에서 제안한 병렬제어 알고리즘을 검증하기 위해 표 1과 같이 시스템 파라미터를 설정하여 시뮬레이션을 수행하였다. UPS 시스템은 lOOkVA 용량을 기준으로 RL부하를 사용하여 역률 0.
본 논문에서는 3상 PLL(phase lock loop)을 이용하여 전원의 위상각을 검출하고, 그 위상각에 맞추어 UPS의 출력전압을 d-q 동기 좌표 변환하여 제어하는 기법을 적용하였다. 특히 각 인버터의 d축을 기준으로 위상각을 계산하므로 그림 2와 같이 출력 임피던스가 다를 경우 출력전압을 기준으로 서로 다른 동기좌표계를 가지게 된다.
mla 일반적으로 사용되는 전력 편차 제어방식은 병렬제어반과 UPS제어기의 조합으로 구성되며, 중앙의 병렬제어반은 바이패스 전원과 일치하는 동기신호를 발생하여 각각의 독립된 병렬제어기에 동기펄스를 인가하여 주파수와 위상검출을 가능하게 한다. 이 제어방식은 유효전력과 무효전력의 편차를 제어하여 전류분담을 실현하는 방법이므로 모든 UPS가 총 부하전류 을 검출하고 병렬연결되어 운전하고 있는 인버터 개수 m으로 나누어 각각의 UPS 시스템이 분담해야 할 평형 전류 L/m을 계산하며 기준전류로 설정한다. 또한 각각의 UPS가 자신의 부하전류를 검출하여 기준전류와의 오차를 계산하게 되며 이 전류가 UPS 사이에 흐르는 순환전류, /가 된다.
8의 위상차를 가지고 있으며 인버터 2는 순환전류와 부하전류를 동시에 공급해야 하므로 E와 같이 상대적으로 큰 불평형 전류가 흐르게 된다. 전류분담제어를 위해서는 각 인버터 전압의 위상각을 기준으로 하는 유효전력과 무효전력의 편차를 다음식과 같이 검출한다.

이론/모형

나타낸다. 병렬운전 알고리즘은 앞서 언급한 전력 편차 제어기법을 dq축에 적용하여 구현하고자 한다. 인버터 제어는 3상 전압, 전류변수를 동기 좌표계 dq변수로 변환하여 제어기를 구성하며 이때 사용되는 기준 동기신호는 병렬반 동기회로가 바이패스의 전압을 검출하여 발생시킨다.

성능/효과

그림과 같이 UPS2의 투입과 동시에 전류분담제어가 정상적으로 수행됨을 볼 수 있다. 또한 그림 5는 (a) 병렬 UPS 출력전류를 동시에 나타내고 있으며 (b) 는 UPS1의 전류편차로 계산된 유효전력편차 /R과 무효전력편차 JQj (c)는 UPS2의 유효전력 편차 과 무효전력편차 ZQ를 보여주고 있으며, 본 논문에서 제안한 전류편차 알고리즘의 보상 특성이 우수함을 입증하고 있다.
위와같이 본 논문에서 제안하는 동기좌표죽 변수로 전력편차를 보상하게 되면 실효치 제어방식에 비해 간단한 구조로 부하분담 제어알고리즘을 구현할 수 있는 장점을 지닌다.

후속연구

또한 출력임피던스가 낮은 대용량 UPS 시스템을 병 렬운전하기 위하여 부하전류분담제어 방법으로 전력 편차 제어방식을 적용하였으며 동기좌표축상의 전압제어기를 설계하였다. 향후 제안한 제어알고리즘은 실험을 통하여 성능을 입증하여야 할 것이다.

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