[논문]새로운 가상 임피던스 선정기법 기반의 적응 드룹을 이용한 직류배전용 AC/DC 컨버터의 병렬운전

이윤성; 강경민; 최봉연; 김미나; 이훈; 원충연

새로운 가상 임피던스 선정기법 기반의 적응 드룹을 이용한 직류배전용 AC/DC 컨버터의 병렬운전
Novel Adaptive Virtual Impedance-based Droop Control for Parallel Operation of AC/DC Converter for DC Distribution 원문보기

이윤성 (성균관대학교) , 강경민 (성균관대학교) , 최봉연 (성균관대학교) , 김미나 (성균관대학교) , 이훈 (성균관대학교) , 원충연 (성균관대학교)

The AC/DC converter, which connects the AC grid to the DC grid in the microgrid, is a critical component in power sharing and stable operation. Sometimes the AC/DC converters are connected in parallel to increase the transmission and reception capacity. When connected in parallel, circulating current is generated due to line impedance difference or sensor error. As a result of circulating current, there is deterioration and loss in particular PCS(Power Conversion System). In this paper, we propose droop control with novel adaptive virtual impedance for reducing circulating current. Feasibility of proposed algorithm is verified by PowerSIM simulation.

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

문제 정의

본 논문에서는 큰 전압 보상값을 갖는 기존 2차 제어를 적용한 droop 제어의 단점을 보완하기 위해 전압 보상 값이 크지 않은 적절한 가상 임피던스를 선정하기 위한 알고리즘과 이를 이용한 AC/DC 컨버터의 병렬운전을 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션을 통해 제안하는 알고리즘을 적용한 droop 제어가 두 컨버터의 출력 전압 차이를 줄여주고 순환전류가 저감됨을 확인하였다.
큰 2차 제어 보상값이 필요한 기존의 가상 임피던스 기반의 droop 제어방식을 보완하기 위해 새로운 가상 임피던스 선정 방식을 제안한다. 그림 3은 제안하는 가상 임피던스 선정기법의 순서도이다.

성능/효과

그림 2에서 i_o1과 i_o2의 크기가 다를 때 순환전류가 발생하게 되는데 이를 이용하여 더 큰 전류가 흐르는 컨버터의 가상 임피던스를 증가시켜 두 컨버터의 출력전류의 차이를 최소화하였다. 또한 i_o1과 i_o2의 차이가 일정값 이하일 때는 가상 임피던스를 고정하여 불필요한 가상 임피던스의 상승을 줄이고 이를 통해 2차 제어 보상값을 적절하게 유지하였다.
제안하는 기법을 적용하면, 2차 제어를 통해 두 컨버터의 출력 전압을 일정하게 유지할 수 있고, 부하가 증가하여도 순화전류를 일정값 내로 유지할 수 있다. 또한, 알고리즘을 통해 구해진 가상 임피던스가 일정 수준으로 유지되는 것을 확인할 수 있다.
4(a)는 각각 제안하는 가상 임피던스 선정기법을 적용한 droop제어 적용 전과 후의 출력 전압을 나타내고 4(b)는 출력 전류, 4(c)는 알고리즘을 통해 구해진 가상 임피던스를 나타낸다. 새로운 가상 임피던스 선정 방식을 적용하지 않은 그래프에서는 부하가 증가할수록 병렬 연결된 두 컨버터의 출력 전압의 편차가 커지는 것을 확인할 수 있고 순환전류 또한 증가함을 확인할 수 있다. 제안하는 기법을 적용하면, 2차 제어를 통해 두 컨버터의 출력 전압을 일정하게 유지할 수 있고, 부하가 증가하여도 순화전류를 일정값 내로 유지할 수 있다.
본 논문에서는 큰 전압 보상값을 갖는 기존 2차 제어를 적용한 droop 제어의 단점을 보완하기 위해 전압 보상 값이 크지 않은 적절한 가상 임피던스를 선정하기 위한 알고리즘과 이를 이용한 AC/DC 컨버터의 병렬운전을 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션을 통해 제안하는 알고리즘을 적용한 droop 제어가 두 컨버터의 출력 전압 차이를 줄여주고 순환전류가 저감됨을 확인하였다. 또한, 적절한 가상 임피던스 선정을 통해 2차 제어의 보상값을 줄여 안정성을 확보할 수 있다.
새로운 가상 임피던스 선정 방식을 적용하지 않은 그래프에서는 부하가 증가할수록 병렬 연결된 두 컨버터의 출력 전압의 편차가 커지는 것을 확인할 수 있고 순환전류 또한 증가함을 확인할 수 있다. 제안하는 기법을 적용하면, 2차 제어를 통해 두 컨버터의 출력 전압을 일정하게 유지할 수 있고, 부하가 증가하여도 순화전류를 일정값 내로 유지할 수 있다. 또한, 알고리즘을 통해 구해진 가상 임피던스가 일정 수준으로 유지되는 것을 확인할 수 있다.

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