KR101435287B1 - 인버터의 전압 리플 보상 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 인버터의 전압 리플 보상 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 인버터 제어기로부터 출력되어 인버터로 입력되는 기준 전압에 포함되어 있는 리플 성분을 제거함으로써, 인버터에서 출력되는 교류 전류 및 입력되는 직류 전류 파형의 왜곡을 방지하는 인버터의 전압 리플 보상 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명은 인버터의 전압 리플 보상 장치에 있어서, 인버터 제어를 위한 기준 전압을 입력받는 기준 전압 입력부; 상기 기준 전압 입력부가 입력받은 기준 전압에서 리플을 추출하는 리플 추출부; 상기 리플 추출부가 추출한 리플의 시간 지연을 보상하는 지연 보상부; 상기 지연 보상부에 의해 시간 지연이 보상된 리플을 기반으로 상기 인버터로 입력되는 기준 전압의 리플을 보상하는 리플 보상부; 및 상기 리플 보상부에 의해 리플이 보상된 기준 전압을 정지 좌표계로 변환하는 좌표계 변환부를 포함한다.

Description

인버터의 전압 리플 보상 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR COMPENSATING VOLTAGE RIPPLE OF INVERTER AND METHOD THEREOF}
본 발명은 인버터의 전압 리플 보상 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인버터 제어기로부터 출력되어 인버터로 입력되는 기준 전압(동기 좌표계 전압)에 포함되어 있는 리플 성분을 제거하는 기술에 관한 것이다.
연료전지 발전 시스템(BOP : Balance Of Plant)은 연료에 포함되어 있는 수소와 공기 중 산소의 전기화학적 반응을 통해서 전기를 생산하는 시스템이다. 화력 발전에 비하여 30% 이상의 발전용 연료를 절감할 수 있으며, 공해 물질의 배출이 거의 없어 점차 수요가 증대되고 있다.
도 1 은 일반적인 연료전지 발전 시스템의 일예시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 연료전지 발전 시스템(BOP)은 연료공급기(MBOP : Mechanical Balance Of Plant, 1A), 연료전지 스택(FC Stack : Fuel Cell Stack, 1B), 및 전력변환기(EBOP : Electrical Balance Of Power, 1C)로 구성된다.
먼저 연료공급기(1A)는 공기와 연료를 공급받아 공기로부터 산소를 추출하고 연료로부터는 수소를 추출하여 연료전지 스택(1B)으로 공급하고, 연료전지 스택(1B)은 수소와 산소의 전기화학적 반응을 통해서 직류 전류(DC)를 생성하며, 전력변환기(1C)는 직류 전류(DC)를 변환하여 최종적으로 이용가능한 교류 전류(AC)를 공급한다.
그리고 전력변환기(1C)는 연료전지 스택(1B)에서 생산된 직류전원을 한전과 같은 계통전원에 연결하는 전력변환 시스템으로서, 연료전지 발전 시스템의 성능을 판가름하는 매우 중요한 역할을 담당하고 있다. 전력변환기(1B)는 계통전원과 연계되어 운전하는 연계 운전 모드, 계통전원과 분리되어 독립적으로 부하로 전력을 공급하는 독립 운전 모드로 동작한다.
이러한 전력변환기(1C) 등과 같은 인버터를 제어하는데 사용되는 기준 전압에 옵셋(offset)이 발생할 경우, 기준 전압에 출력 주파수(일반적으로, 60Hz)에 해당하는 주파수 성분의 리플이 나타나게 되는데, 이는 인버터에서 출력되는 교류 전류 및 입력되는 직류 전류 파형을 왜곡시켜 변압기 등의 온도를 상승시키는 원인으로 작용한다.
이에, 기준 전압의 리플 성분을 제거할 수 있는 방안이 요구된다.
상기와 같은 요구에 부응하기 위하여, 본 발명은 인버터 제어기로부터 출력되어 인버터로 입력되는 기준 전압에 포함되어 있는 리플 성분을 제거함으로써, 인버터에서 출력되는 교류 전류 및 입력되는 직류 전류 파형의 왜곡을 방지하는 인버터의 전압 리플 보상 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 인버터의 전압 리플 보상 장치에 있어서, 인버터 제어를 위한 기준 전압을 입력받는 기준 전압 입력부; 상기 기준 전압 입력부가 입력받은 기준 전압에서 리플을 추출하는 리플 추출부; 상기 리플 추출부가 추출한 리플의 시간 지연을 보상하는 지연 보상부; 상기 지연 보상부에 의해 시간 지연이 보상된 리플을 기반으로 상기 인버터로 입력되는 기준 전압의 리플을 보상하는 리플 보상부; 및 상기 리플 보상부에 의해 리플이 보상된 기준 전압을 정지 좌표계로 변환하는 좌표계 변환부를 포함한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 인버터의 전압 리플 보상 방법에 있어서, 기준 전압 입력부가 인버터 제어를 위한 기준 전압을 입력받는 단계; 리플 추출부가 상기 입력받은 기준 전압에서 리플을 추출하는 단계; 지연 보상부가 상기 추출한 리플의 시간 지연을 보상하는 단계; 리플 보상부가 상기 시간 지연이 보상된 리플을 기반으로 상기 인버터로 입력되는 기준 전압의 리플을 보상하는 단계; 및 좌표계 변환부가 상기 리플이 보상된 기준 전압을 정지 좌표계로 변환하는 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명은, 인버터 제어기로부터 출력되어 인버터로 입력되는 기준 전압에 포함되어 있는 리플 성분을 제거함으로써, 인버터에서 출력되는 교류 전류 및 입력되는 직류 전류 파형의 왜곡을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 일반적인 연료전지 발전 시스템의 일예시도,
도 2 는 본 발명이 적용되는 인버터 제어 시스템의 일실시예 구성도,
도 3 은 본 발명에 따른 인버터의 전압 리플 보상 장치에 대한 일실시예 구성도,
도 4 는 본 발명에 따른 리플 추출부의 일실시예 상세 구성도,
도 5 는 본 발명에 따른 지연 보상부의 일실시예 상세 구성도,
도 6 은 본 발명에 따른 인버터의 전압 리플 보상 장치에 대한 일실시예 상세 구성도,
도 7 은 본 발명에 따른 인버터의 전압 리플 보상 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 8 은 본 발명에 따른 인버터의 전압 리플 보상 과정에 대한 일예시도,
도 9 는 본 발명에 따른 인버터의 전압 리플 보상 장치에 대한 다른 실시예 상세 구성도이다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 는 본 발명이 적용되는 인버터 제어 시스템의 일실시예 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되는 인버터 제어 시스템은, 인버터 제어기(10), 리플 보상 장치(20), 및 인버터(30)를 포함한다.
먼저, 인버터 제어기(10)는 인버터(30)를 제어하기 위한 기준 전압을 출력한다. 이때, 인버터(30)를 제어하기 위한 기준 전압은 주파수 성분(일예로, 출력 주파수에 해당하는 60Hz)을 포함하고 있어, 인버터(30)에서 출력되는 교류 전류 및 입력되는 직류 전류 파형을 왜곡시킨다.
이를 방지하기 위해, 본 발명에 따른 리플 보상 장치(20)는 인버터 제어기(10)로부터 인버터(30)로 입력되는 기준 전압에 포함되어 있는 리플 성분을 제거한다.
즉, 리플 보상 장치(20)는 인버터 제어기(10)로부터 인버터(30)로 입력되는 기준 전압을 BSF(Band Stop Filter), BPF(Band Pass Filter)를 순차적으로 통과시켜 리플(Voffset)을 추출하고, 기준 전압에서 상기 추출한 리플을 뺀 후 정지 좌표계로 변환하여 출력한다. 이때, BSF는 기준 전압에서 출력 주파수(보통 60Hz)의 2배 성분을 제거하고, BPF는 BSF를 통과한 기준 전압에서 출력 주파수에 해당하는 리플을 추출한다.
도 3 은 본 발명에 따른 인버터의 전압 리플 보상 장치에 대한 일실시예 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 인버터의 전압 리플 보상 장치는, 기준 전압 입력부(31), 리플 추출부(32), 지연 보상부(33), 리플 보상부(34), 및 좌표계 변환부(35)를 포함한다.
상기 각 구성요소들에 대해 살펴보면, 먼저 기준 전압 입력부(31)는 인버터 제어기(10)로부터 출력되어 인버터(30)를 제어하기 위한 기준 전압을 입력받는다.
다음으로, 리플 추출부(32)는 기준 전압 입력부(31)가 입력받은 기준 전압에서 출력 주파수의 2배 성분을 제거한 후 출력 주파수에 해당하는 리플을 추출한다.
다음으로, 지연 보상부(33)는 리플 보상시 위상 동기를 맞추기 위한 모듈로서, 리플 추출부(32)에 의해 발생한 시간 지연을 보상한다.
다음으로, 리플 보상부(34)는 지연 보상부(33)에 의해 시간 지연이 보상된 리플을 기반으로, 인버터 제어기(10)로부터 출력된 기준 전압의 리플을 보상한다.
다음으로, 좌표계 변환부(35)는 리플 보상부(34)에 의해 리플이 보상된 기준 전압을 정지 좌표계로 변환한다.
도 4 는 본 발명에 따른 리플 추출부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 리플 추출부(32)는 BSF(321) 및 BPF(322)를 포함한다.
BSF(321)는 인버터 제어기(10)로부터 출력된 기준 전압(v* dq)에서 출력 주파수(보통 60Hz)의 2배 성분(120Hz)을 제거한다.
BPF(322)는 BSF(321)에 의해 출력 주파수의 2배 성분이 제거된 기준 전압에서 출력 주파수에 해당하는 리플(voffset)을 추출한다.
도 5 는 본 발명에 따른 지연 보상부의 일실시예 상세 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지연 보상부(33)는 지연 보상기(331) 및 곱셈기(332)를 포함한다.
지연 보상기(331)는 리플 추출부(32)에 의해 발생한 시간 지연을 보상한다. 즉, 리플 보상을 위한 위상 동기를 맞춘다.
곱셈기(332)는 지연 보상기(331)에 의해 시간 지연이 보상된 리플에 보상값(상수)을 곱하여 최종 리플(v* comp)을 출력한다.
도 6 은 본 발명에 따른 인버터의 전압 리플 보상 장치에 대한 일실시예 상세 구성도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 인버터 제어기(10)로부터 출력되는 기준 전압(v* dq)은 리플 보상부(34) 및 리플 추출부(32)로 입력되고, 리플 추출부(32)에 의해 추출된 리플(voffset)은 지연 보상부(33)를 거쳐 리플 보상부(34)로 입력(v* comp)되어 기준 전압을 보상하는데 이용된다. 즉, 리플 보상부(34)는 인버터로 입력되는 기준 전압에서, 곱셈기(332)에 의해 보상값이 곱해진 최종 리플을 빼서 기준 전압의 리플을 보상한다.
이렇게 리플이 보상된 기준 전압(v* dq _ comp)은 좌표 변환부(35)에 의해 정지 좌표계로 변환되어 인버터(30)로 입력(v* αβ_ comp)된다.
여기서, 기준 전압(v* dq), 리플(voffset), 리플이 보상된 기준 전압(v* dq _ comp)은 일예로 도 8에 도시된 바와 같다.
도 7 은 본 발명에 따른 인버터의 전압 리플 보상 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 기준 전압 입력부(31)가 인버터 제어를 위한 기준 전압을 입력받는다(701).
이후, 리플 추출부(32)가 기준 전압 입력부(31)에 의해 입력받은 기준 전압에서 리플을 추출한다(702).
이후, 지연 보상부(33)가 리플 추출부(32)에 의해 발생한 시간 지연을 보상한다(703). 즉, 상기 추출된 리플의 시간 지연을 보상한다.
이후, 리플 보상부(34)가 지연 보상부(33)에 의해 시간 지연이 보상된 리플을 기반으로, 상기 인버터로 입력되는 기준 전압의 리플을 보상한다(704).
이후, 좌표계 변환부(35)가 리플 보상부(34)에 의해 리플이 보상된 기준 전압을 정지 좌표계로 변환한다(705).
이러한 과정을 통해 인버터에서 출력되는 교류 전류 및 입력되는 직류 전류 파형의 왜곡을 방지할 수 있다.
상술한 실시예에서는 동기 좌표계에서 보상을 수행하는 과정에 대해 설명했지만, 도 9에 도시된 바와 같이 정지 좌표계에서도 보상을 수행할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같은 본 발명의 방법은 컴퓨터 프로그램으로 작성이 가능하다. 그리고 상기 프로그램을 구성하는 코드 및 코드 세그먼트는 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다.　또한, 상기 작성된 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(정보저장매체)에 저장되고, 컴퓨터에 의하여 판독되고 실행됨으로써 본 발명의 방법을 구현한다. 그리고 상기 기록매체는 컴퓨터가 판독할 수 있는 모든 형태의 기록매체를 포함한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
31 : 기준 전압 입력부 32 : 리플 추출부
33 : 지연 보상부 34 : 리플 보상부
35 : 좌표계 변환부

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 인버터 제어를 위한 기준 전압을 입력받는 기준 전압 입력부;
    상기 기준 전압 입력부가 입력받은 기준 전압에서 리플을 추출하는 리플 추출부;
    상기 리플 추출부가 추출한 리플의 시간 지연을 보상하는 지연 보상부;
    상기 지연 보상부에 의해 시간 지연이 보상된 리플을 기반으로 상기 인버터로 입력되는 기준 전압의 리플을 보상하는 리플 보상부; 및
    상기 리플 보상부에 의해 리플이 보상된 기준 전압을 정지 좌표계로 변환하는 좌표계 변환부를 포함하되,
    상기 리플 추출부는,
    상기 기준 전압에서 인버터의 출력 주파수의 2배 성분을 제거하는 제 1 필터와, 상기 제 1 필터에 의해 인버터의 출력 주파수의 2배 성분이 제거된 기준 전압에서 인버터의 출력 주파수에 해당하는 리플을 추출하는 제 2 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 인버터의 전압 리플 보상 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지연 보상부는,
    상기 제 2 필터에 의해 추출된 리플의 시간 지연을 보상하는 지연 보상기; 및
    상기 지연 보상기에 의해 시간 지연이 보상된 리플에 보상값을 곱하여 최종 리플을 출력하는 곱셈기
    를 포함하는 인버터의 전압 리플 보상 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 리플 보상부는,
    상기 인버터로 입력되는 기준 전압에서, 상기 곱셈기에 의해 보상값이 곱해진 최종 리플을 빼서 상기 인버터로 입력되는 기준 전압의 리플을 보상하는 것을 특징으로 하는 인버터의 전압 리플 보상 장치.
  5. 삭제
  6. 기준 전압 입력부가 인버터 제어를 위한 기준 전압을 입력받는 단계;
    리플 추출부가 상기 입력받은 기준 전압에서 리플을 추출하는 단계;
    지연 보상부가 상기 추출한 리플의 시간 지연을 보상하는 단계;
    리플 보상부가 상기 시간 지연이 보상된 리플을 기반으로 상기 인버터로 입력되는 기준 전압의 리플을 보상하는 단계; 및
    좌표계 변환부가 상기 리플이 보상된 기준 전압을 정지 좌표계로 변환하는 단계를 포함하되,
    상기 리플 추출 단계는,
    상기 기준 전압에서 인버터의 출력 주파수의 2배 성분을 제거하는 단계와, 상기 인버터의 출력 주파수의 2배 성분이 제거된 기준 전압에서 인버터의 출력 주파수에 해당하는 리플을 추출하는 단계를 포함하는 인버터의 전압 리플 보상 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 지연 보상 단계는,
    상기 추출된 리플의 시간 지연을 보상하는 단계; 및
    상기 시간 지연이 보상된 리플에 보상값을 곱하여 최종 리플을 출력하는 단계
    를 포함하는 인버터의 전압 리플 보상 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 리플 보상 단계는,
    상기 인버터로 입력되는 기준 전압에서 상기 최종 리플을 빼서 상기 인버터로 입력되는 기준 전압의 리플을 보상하는 것을 특징으로 하는 인버터의 전압 리플 보상 방법.
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