KR20150075453A - Apparatus for compensating reactive power - Google Patents

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KR20150075453A
KR20150075453A KR1020130163428A KR20130163428A KR20150075453A KR 20150075453 A KR20150075453 A KR 20150075453A KR 1020130163428 A KR1020130163428 A KR 1020130163428A KR 20130163428 A KR20130163428 A KR 20130163428A KR 20150075453 A KR20150075453 A KR 20150075453A
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김태형
권병기
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Abstract

The present invention relates to an apparatus for compensating reactive power. The apparatus for compensating reactive power according to an embodiment of the present invention relates to the apparatus for compensating reactive power which compensates reactive power and an unbalanced current element occurring in three phase load: a three phase inverter which generates the reactive power and the unbalanced current element occurring in the three phase load and supplies the reactive power and the unbalanced current element to the three phase load; and an inverter voltage compensation unit which detects the unbalance of DC voltage applied to each phase of the three phase inverter and adjusts a zero sequence current of the three phase inverter.

Description

무효전력보상장치 {Apparatus for compensating reactive power}[0001] Apparatus for compensating reactive power [0002]

본 출원은 무효전력보상장치에 관한 것으로서, 특히 무효전력보상장치 내부의 상간전압의 불평형을 보상할 수 있는 무효전력보상장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reactive power compensating apparatus, and more particularly to a reactive power compensating apparatus capable of compensating for an imbalance of an interphase voltage within a reactive power compensating apparatus.

일반적으로 전기로(electric furnace)는 전기적 부하에서 일어날 수 있는 거의 모든 문제를 다 지니고 있는, 급전계통의 입장에서 보았을 때 최악의 부하라 할 수 있다. 아크의 발생으로 동작하는 전기로 부하는 원천적으로 불규칙성과 비선형성을 지닐 수 밖에 없으며, 일반적인 부하에 비하여 역률이 현저히 낮다. 따라서, 보조설비를 구비하여, 이러한 전기로에 의한 계통 전력 품질의 문제를 완화시킬 수 있다. In general, an electric furnace can be regarded as the worst in terms of the feeding system, which has almost all the problems that can occur in electrical loads. The electric furnace load, which is operated by the generation of an arc, has inherently irregularity and nonlinearity, and the power factor is significantly lower than a normal load. Therefore, an auxiliary equipment can be provided to alleviate the problem of the grid power quality caused by such an electric furnace.

최근에는 상기 보조설비로 STATCOM(Static Synchronous Compensator)을 이용하고 있으며, 상기 STATCOM은 고조파 발생량이 적어 계통에 문제를 발생시키지 않으며, 응답속도가 빠르고 정밀한 제어가 가능한 장점이 있다. 다만, 상기 STATCOM의 동작시에 내부에 상간 전압에 불평형이 발생할 수 있으며, 상기 상간전압 불균형에 의하여 STATCOM 전체가 불안정하게 될 수 있으며, 상기 STATCOM의 제어가능영역이 제한되어 전체적인 성능저하를 초래할 수 있다.
In recent years, STATCOM (Static Synchronous Compensator) has been used as the auxiliary equipment. The STATCOM has a merit that the generation amount of harmonics is small and no problem occurs in the system, and the response speed is fast and precise control is possible. However, in operation of the STATCOM, unbalance may occur in the phase-to-phase voltage, and the entire STATCOM may become unstable due to the phase-to-phase voltage imbalance, and the controllable region of the STATCOM may be limited, .

공개특허공보 10-2013-0011163 (2013.01.30)Patent Document 10-2013-0011163 (2013.01.30)

본 출원은, 무효전력보상장치 내부의 상간전압의 불평형을 보상할 수 있는 무효전력보상장치 및 무효전력보상장치의 상간전압 불평형 보상방법을 제공하고자 한다.
The present application is intended to provide a reactive power compensating apparatus and a method of compensating phase-to-phase voltage imbalance of a reactive power compensating apparatus capable of compensating for an imbalance between phases within a reactive power compensating apparatus.

본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치는, 3상 부하에 발생하는 무효전력 및 불평형 전류성분을 보상하는 무효전력 보상장치에 관한 것으로서, 상기 3상 부하에 발생하는 무효전력 및 불평형 전류성분을 보상하는 보상전류를 생성하여, 상기 3상 부하로 공급하는 3상 인버터; 및 상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 직류전압의 불평형을 감지하고, 상기 3상 인버터의 영상분 전류를 조절하는 인버터전압보상부를 포함할 수 있다. A reactive power compensating apparatus for compensating for reactive power and an unbalanced current component occurring in a three-phase load, the reactive power compensating apparatus comprising: a reactive power compensating unit for compensating for a reactive power and an unbalanced current component Phase inverter for generating a compensating current for compensating for the three-phase load; And an inverter voltage compensating unit for detecting an unbalance of a DC voltage applied to each phase of the three-phase inverter and controlling an image minute current of the three-phase inverter.

여기서 상기 3상 인버터는, 상기 3상 부하의 각 상에 대응하는 3개의 단상인버터들을 포함하고, 상기 단상인버터들 각각은 입력되는 제어신호에 따라 연결여부가 결정되는 복수개의 모듈인버터(HBI: H-bridge inverter)를 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC: Modular Multilevel Converter)일 수 있다. Here, the three-phase inverter includes three single-phase inverters corresponding to each phase of the three-phase load, and each of the single-phase inverters has a plurality of module inverters HBI: H a modular multilevel converter (MMC) including a bridge inverter.

여기서 상기 3상 인버터는, 상기 단상 인버터에 인가되는 직류전압과 상기 단상인버터들에 연결되는 상기 모듈인버터의 개수에 대응하여, 상기 보상전류를 생성할 수 있다. Here, the three-phase inverter can generate the compensation current corresponding to the DC voltage applied to the single-phase inverter and the number of the module inverters connected to the single-phase inverters.

여기서 상기 인버터전압보상부는, 상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 직류 전압의 평균값과 개별 상에서의 직류 전압의 오차값을 기초로 상기 직류전압의 불평형을 감지할 수 있다. Here, the inverter voltage compensator may sense an imbalance of the DC voltage based on an average value of the DC voltage applied to each phase of the three-phase inverter and an error value of the DC voltage on the individual phase.

여기서 상기 인버터전압보상부는, 상기 직류 전압의 오차값에 기 설정된 추종제어알고리즘을 적용하여 도출한 보상전력값에 대응하는 영상분 전류 기준값을 계산하고, 상기 영상분 전류 기준값에 따라 상기 영상분 전류를 조절할 수 있다. Here, the inverter voltage compensating unit may calculate an image minus current reference value corresponding to the derived compensation power by applying a predetermined tracking algorithm to the error value of the DC voltage, and calculate the image minus current according to the image minus current reference value, Can be adjusted.

여기서 상기 인버터전압보상부는,Here, the inverter voltage compensating unit includes:

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

를 이용하여, 상기 각 상에 인가되는 직류 전압의 평균값과 개별 상에서의 직류 전압의 오차값을 계산할 수 있다. It is possible to calculate the average value of the DC voltage applied to each phase and the error value of the DC voltage on the individual phases.

여기서 상기 인버터전압보상부는,Here, the inverter voltage compensating unit includes:

Figure pat00004
Figure pat00004

를 이용하여 상기 개별 상에서의 직류 전압의 오차값을 나타내는 오차벡터를 직교좌표계로 변환하며, 여기서,

Figure pat00005
및
Figure pat00006
는 상기 직교좌표로 표시한 오차벡터일 수 있다. The error vector representing the error value of the DC voltage on the individual phase is converted into an orthogonal coordinate system,
Figure pat00005
And
Figure pat00006
May be an error vector expressed by the Cartesian coordinates.

여기서 상기 인버터전압보상부는Here, the inverter voltage compensating unit

Figure pat00007
Figure pat00007

을 이용하여 상기 영상분 전류 기준값을 계산하며, 여기서,

Figure pat00008
및
Figure pat00009
는 직교좌표로 표시한 영상분 전류 기준값,
Figure pat00010
는 정상분 전압의 실효값,
Figure pat00011
는 역상분 전압의 실효값,
Figure pat00012
는 직교좌표로 표시한 정상분 전압,
Figure pat00013
는 직교좌표로 표시한 역상분 전압이고,
Figure pat00014
는 상기 추종제어알고리즘의 전달함수일 수 있다. Current reference value by using the image minus current reference value,
Figure pat00008
And
Figure pat00009
The reference current value of the image displayed in the Cartesian coordinates,
Figure pat00010
Is the rms value of the normal voltage,
Figure pat00011
Is the rms value of the reverse phase divided voltage,
Figure pat00012
Is the normal voltage expressed in Cartesian coordinates,
Figure pat00013
Is a reverse-phase divided voltage expressed in Cartesian coordinates,
Figure pat00014
May be a transfer function of the tracking control algorithm.

여기서 상기 인버터전압보상부는, 상기 보상전류 공급시 상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 역상분 전류를 이용하여, 상기 도출된 보상전력값을 전향보상할 수 있다. Here, the inverter voltage compensating unit may compensate the derived compensation power value by using a reverse phase current applied to each phase of the three-phase inverter at the time of supplying the compensation current.

여기서 상기 인버터전압보상부는Here, the inverter voltage compensating unit

Figure pat00015
Figure pat00015

Figure pat00016
Figure pat00016

를 이용하여 상기 역상분전류에 대응하는 전향보상제어값을 계산하고, 상기 전향보상제어값과 상기 보상전력값의 차를 계산하여 상기 보상전력값에 대한 전향보상을 수행하며, 여기서,

Figure pat00017
는 직교좌표로 표시한 상기 전향보상제어값,
Figure pat00018
는 직교좌표로 표시한 정상분 전류,
Figure pat00019
는 직교좌표로 표시한 역상분 전류일 수 있다. Calculates a forward compensation control value corresponding to the reverse phase divided current and calculates a difference between the forward compensation control value and the compensation power value to perform forward compensation on the compensation power value,
Figure pat00017
The forward compensation control value indicated by the Cartesian coordinates,
Figure pat00018
Is the normal current expressed in Cartesian coordinates,
Figure pat00019
May be a counter-current minute current expressed in Cartesian coordinates.

여기서 상기 인버터전압보상부는, 상기 역상분 전류 대신에, 역상분 전류 기준값을 이용하여 상기 전향보상제어값을 계산할 수 있다. Here, the inverter voltage compensating unit may calculate the forward compensation control value using the reverse phase divided current reference instead of the reverse phase divided current.

여기서 상기 인버터전압보상부는,Here, the inverter voltage compensating unit includes:

Figure pat00020
Figure pat00020

을 이용하여 상기 영상분 전류 기준값을 계산할 수 있다. The image minute current reference value can be calculated.

여기서 상기 인버터전압보상부는,Here, the inverter voltage compensating unit includes:

Figure pat00021
Figure pat00021

를 이용하여 상기 전향보상제어값을 계산하고, 상기 도출되는 보상전력값에 대한 전향보상을 수행할 수 있다.
To calculate the forward compensation control value, and to perform forward compensation on the derived compensation power value.

본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력 보상장치의 상간전압 불평형 보상방법은, 3상 계통과 3상 부하 사이에 연결되어 상기 3상 부하에 발생하는 무효전력 및 불평형 전류성분을 보상하는 무효전력 보상장치의 상간전압 불평형 보상방법에 관한 것으로서, 3상 인버터가 보상전류를 생성하여 상기 3상 부하에 발생하는 무효전력 및 불평형 전류성분을 보상할 때, 상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 직류전압의 불평형을 감지하는 불평형감지단계; 및 상기 3상 인버터 내부를 순환하는 영상분 전류의 크기를 조절하여, 상기 직류전압의 불평형을 해소하는 인버터전압보상단계를 포함할 수 있다. The method for compensating phase-to-phase voltage imbalance of a reactive power compensating apparatus according to an embodiment of the present invention is a method for compensating phase-to-phase voltage imbalance of a reactive power compensating apparatus for compensating for reactive power and unbalanced current components generated in a three- Phase inverter to compensate for the reactive power and the unbalanced current component generated in the three-phase load, a DC voltage applied to each phase of the three-phase inverter An unbalance sensing step of sensing an unbalance of the input signal; And an inverter voltage compensating step of adjusting the magnitude of the image minute current circulated in the three-phase inverter to eliminate an imbalance of the DC voltage.

여기서 상기 불평형감지단계는, 상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 직류전압의 평균값과 개별 상에서의 직류 전압의 오차값을 계산하고, 상기 오차값을 상기 개별 상에 대응하는 오차벡터로 표시하는 직류전압 오차 검출과정; 및 상기 오차벡터를 합성한 후 직교좌표계로 변환하여, 직교오차벡터를 생성하는 좌표변환과정을 포함할 수 있다. Wherein the unbalance sensing step comprises: calculating an average value of the DC voltage applied to each phase of the three-phase inverter and an error value of the DC voltage on the individual phase, and outputting the error value as an error vector corresponding to the individual phase Voltage error detection process; And a coordinate transformation step of generating an orthogonal error vector by combining the error vectors and then transforming the orthogonal coordinate system into an orthogonal coordinate system.

여기서 상기 인버터전압보상단계는, 상기 직교오차벡터에 기 설정된 추종제어알고리즘을 적용하여, 상기 직류전압의 불평형을 보상하기 위해 필요한 보상전력값을 계산하는 추종제어과정; 상기 보상전력값에 변환행렬을 적용하여, 상기 보상전력값에 대응하는 영상분 전류 기준값을 계산하는 변환행렬계산과정; 및 상기 영상분 전류 기준값에 따라, 상기 3상 인버터가 출력하는 영상분 전류의 크기를 조절하는 영상분전류조절과정을 포함할 수 있다. Wherein the inverter voltage compensating step comprises: a tracking control process of calculating a compensation power value required to compensate for the imbalance of the DC voltage by applying a tracking control algorithm preset to the orthogonal error vector; A transform matrix calculation step of applying a transform matrix to the compensation power value and calculating an image minute current reference value corresponding to the compensation power value; And adjusting a magnitude of the image minute current output from the three-phase inverter according to the image minute current reference value.

여기서 상기 인버터전압보상단계는, 상기 보상전류 공급시 상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 역상분 전류를 이용하여, 상기 보상전력값을 전향보상하는 전향보상과정을 더 포함할 수 있다. Here, the inverter voltage compensation step may further include a forward compensation process of deflecting the compensation power value using a reverse phase current applied to each phase of the three-phase inverter at the time of supplying the compensation current.

덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
In addition, the means for solving the above-mentioned problems are not all enumerating the features of the present invention. The various features of the present invention and the advantages and effects thereof will be more fully understood by reference to the following specific embodiments.

본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치 및 무효전력보상장치의 상간전압 불평형 보상방법에 의하면, 무효전력보상장치 내부의 상간 직류전압 불평형을 보상할 수 있다. 따라서, 직류전압의 상승시 발생할 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 커패시터 및 스위칭 소자의 파괴를 방지할 수 있으며, 직류전압의 하강시 발생할 수 있는 출력전압 제어불가능성을 해소할 수 있다. According to the method for compensating phase-to-phase voltage imbalance of the reactive power compensating apparatus and the reactive power compensating apparatus according to an embodiment of the present invention, the phase-to-phase DC voltage imbalance in the reactive power compensating apparatus can be compensated. Therefore, it is possible to prevent the destruction of the capacitor and the switching element of the modular multilevel converter that may occur when the direct current voltage rises, and the impossibility of the output voltage control that may occur when the direct current voltage drops.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치 및 무효전력보상장치의 상간전압 불평형 보상방법은, 전향보상제어를 수행할 수 있으므로, 상간 직류전압의 변동을 최소화할 수 있다.
In addition, the method of compensating phase-to-phase voltage imbalance of the reactive power compensating apparatus and the reactive power compensating apparatus according to an embodiment of the present invention can perform the forward compensation control, thereby minimizing the fluctuation of the direct-current voltage.

도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치를 나타내는 개략도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치의 상간 전압 불평형과 영상전류의 관계를 나타내는 벡터도이다.
도3 내지 도6은 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치에서의 인버터전압보상부의 동작을 나타내는 블록도이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치에 의한 직류전압 보상을 나타내는 그래프이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치에서 전향보상을 수행하는 경우의 직류전압 보상을 나타내는 그래프이다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치의 상간전압 불평형 보상방법을 나타내는 순서도이다. 1 is a schematic diagram showing a reactive power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a vector diagram illustrating a relationship between phase-to-phase voltage imbalance and image current in a reactive power compensator according to an embodiment of the present invention.
3 to 6 are block diagrams showing the operation of the inverter voltage compensating unit in the reactive power compensating apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph illustrating DC voltage compensation by the reactive power compensator according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph illustrating DC voltage compensation in the case of performing deflection compensation in the reactive power compensating apparatus according to an embodiment of the present invention.
9 is a flowchart illustrating a method of compensating phase-to-phase voltage imbalance of a reactive power compensating apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order that those skilled in the art can easily carry out the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to "include" an element means that it may include other elements, rather than excluding other elements, unless specifically stated otherwise.

도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치를 나타내는 개략도이다. 1 is a schematic diagram showing a reactive power compensation apparatus according to an embodiment of the present invention.

도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치(100)는 3상 인버터(10) 및 인버터전압보상부(20)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the reactive power compensating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may include a three-phase inverter 10 and an inverter voltage compensating unit 20.

이하, 도1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치(100)를 설명한다.
Hereinafter, a reactive power compensation apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도1에 도시한 바와 같이, 3상 계통전원(S)은 3상 부하(L)에 전력을 공급할 수 있다. 다만, 상기 3상 부하(L)가 전기로(electric furnace) 등과 같이 불규칙적이고 비선형적인 특성을 가지는 경우에는, 상기 3상 부하(L)는 불평형 부하로 동작할 수 있다. 즉, 상기 3상 부하(L)는, 각 상에서의 임피던스(impedance)가 상이할 수 있으며, 각 상에는 불평형 전류성분이 발생할 수 있다. 이 경우, 상기 3상 부하(L)가 델타 결선인 경우에는 상기 불평형 전류성분이 상기 3상 부하(L) 내부를 순환하면서 흐르게 되고, 상기 3상 부하(L)가 Y 결선인 경우에는 상기 불평형 전류성분이 중성선을 통하여 외부로 빠져나가게 된다. 즉, 상기 3상 부하(L)가 불평형 부하인 경우에는, 자체의 리액턴스 성분에 의한 무효전력 이외에, 상기 불평형전류성분에 의하여 역률이 현저하게 낮아지게 될 수 있다. 따라서, 상기 3상 부하(L)에 대한 계통 전력 품질의 문제를 완화하기 위하여, 무효전력보상장치(100)를 더 포함할 수 있다. 즉, 무효전력보상장치(100)를 3상 계통전원(S)과 3상 부하(L) 사이에 연결하여, 3상 계통전원(S)의 공급시 상기 3상 부하(L)에 발생할 수 있는 무효전력이나 불평형 전류성분을 상기 무효전력보상장치(100)가 보상하도록 할 수 있다.
As shown in Fig. 1, the three-phase system power supply S can supply electric power to the three-phase load L. However, when the three-phase load L has an irregular and non-linear characteristic such as an electric furnace, the three-phase load L can operate as an unbalanced load. That is, the three-phase load L may have different impedances at each phase, and an unbalanced current component may be generated in each phase. In this case, when the three-phase load L is a delta connection, the unbalanced current component circulates in the three-phase load L. When the three-phase load L is a Y connection, The current component is discharged to the outside through the neutral line. That is, when the three-phase load L is an unbalanced load, the power factor can be remarkably lowered due to the unbalanced current component in addition to the reactive power due to the reactance component of its own. Therefore, in order to alleviate the problem of the grid power quality with respect to the three-phase load L, the reactive power compensating apparatus 100 may be further included. That is, the reactive power compensating apparatus 100 is connected between the three-phase system power supply S and the three-phase load L so that the three- The reactive power compensating apparatus 100 can compensate for the reactive power or the unbalanced current component.

구체적으로, 상기 3상 무효전력보상장치(100)에 포함된 3상 인버터(10)는 상기 3상 계통전원(S)과 3상 부하(L) 사이에 Δ 결선 또는 Y 결선의 형태로 연결될 수 있다. 여기서, Vsa, Vsb, Vsc는 3상 계통전원(S)의 계통전압, isa, isb, isc는 계통에 흐르는 계통전류, iLa, iLb, iLc는 3상 부하(L)에 흐르는 부하전류를 의미하고, ica, icb, icc는 3상 인버터(10)가 출력하는 보상전류, Vca, Vcb, Vcc는 3상 인버터(10)의 출력전압을 의미한다. More specifically, the three-phase inverter 10 included in the three-phase reactive power compensating apparatus 100 may be connected in the form of delta wiring or Y wiring between the three-phase system power source S and the three-phase load L have. Here, V sa, V sb, V sc is a three-phase grid voltage of the system power source (S), i sa, i sb, i sc are lines passing through the grid current, i La, i Lb, i Lc is a three-phase load ( means the load current flowing in L) and, i ca, i cb, i cc three-phase inverter (compensation current 10) the output, V ca, V cb, V cc is the output voltage of the three-phase inverter 10 it means.

상기 3상 인버터(10)는, 상기 3상 부하(L)에 발생하는 무효전력 및 불평형 전류성분을 보상하는 보상전류를 생성할 수 있으며, 상기 생성한 보상전류를 상기 3상 부하(L)로 공급할 수 있다. 따라서, 상기 보상전류를 이용하여, 상기 3상 부하(L)에 발생하는 무효전력 내지는 불평형전류성분을 보상할 수 있으며, 계통의 역률을 향상시킬 수 있다. The three-phase inverter 10 can generate a compensation current for compensating for the reactive power and the unbalanced current component generated in the three-phase load L, and supplies the generated compensation current to the three-phase load L Can supply. Therefore, the compensation current can be used to compensate for the reactive power or the unbalanced current component generated in the three-phase load L, and the power factor of the system can be improved.

도1에 도시한 바와 같이, 상기 3상 인버터(10)는 상기 3상 부하(L)의 각 상에 대응하는 단상인버터(10a, 10b, 10c)들을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 단상인버터(10a, 10b, 10c)들 각각은, 입력되는 제어신호에 따라 직렬연결여부가 결정되는 복수개의 모듈인버터(M1 내지 Mn)를 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC: Modular Multilevel Converter)일 수 있다. 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터는 비교적 낮은 단가의 저압소자인 모듈인버터(M1 내지 Mn)의 조합으로 구현할 수 있으며, 상기 모듈인버터(M1 내지 Mn)의 개수를 조절하여 다양한 전압과 전류용량의 요구에 대응하는 것이 가능하다. 특히, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터는 복수개의 모듈인버터(M1 내지 Mn)를 중첩하여 보상전류를 생성하므로, 정현파에 가까운 형태의 보상전류를 생성할 수 있으며, 이 경우, 스위칭 주파수의 2배에 해당하는 주파수와 모듈인버터(M1 내지 Mn) 개수의 곱에 해당하는 고차 고조파가 발생하므로, 저차 고조파 발생에 따른 고조파 공진 등의 문제를 해소하는 것이 가능하다. As shown in FIG. 1, the three-phase inverter 10 may include single-phase inverters 10a, 10b, and 10c corresponding to respective phases of the three-phase load L. Each of the single-phase inverters 10a, 10b and 10c includes a modular multilevel converter (MMC) including a plurality of module inverters M1 to Mn, Converter. The modular multilevel converter can be realized by a combination of module inverters M1 to Mn which are low-voltage devices of a relatively low unit price, and can control the number of the module inverters M1 to Mn to cope with demands of various voltage and current capacities It is possible to do. In particular, the modular multi-level converter generates a compensation current by superimposing a plurality of module inverters (M1 to Mn) to generate a compensation current close to a sinusoidal wave. In this case, And the number of module inverters (M1 to Mn), so that it is possible to solve the problem of harmonic resonance due to the generation of lower harmonics.

구체적으로, 3상 인버터(10)는 3상 부하(L)의 각 상에 발생하는 불평형 전류성분을 측정할 수 있으며, 상기 각 상에 발생하는 불평형 전류성분을 보상하기 위하여 필요한 보상전류의 크기를 계산할 수 있다. 이후, 상기 필요한 크기의 보상전류를 생성하기 위하여, 각각의 단상인버터(10a, 10b, 10c)에 연결된 모듈인버터(M1 내지 Mn)의 개수를 설정할 수 있다. 여기서, 상기 모듈인버터는 하나의 스위치와 하나의 캐패시터가 병렬연결된 회로로 모델링할 수 있다. 즉, 상기 스위치가 닫힌 경우에는 상기 모듈인버터가 단락회로로 동작하고, 상기 스위치가 개방된 경우에는 상기 모듈인버터가 직렬연결된 캐패시터로 동작할 수 있다. 따라서, 상기 단상인버터 양단에 직류전압이 인가되면, 상기 단상인버터에 연결되는 커패시터의 개수에 대응하여 출력전압의 크기가 결정될 수 있다. 상기 단상인버터가 출력하는 보상전류의 크기는 상기 출력전압의 크기에 따라 달라지는 것이므로, 상기 제어신호에 따라 상기 보상전류의 크기를 조절하는 것이 가능하다. 즉, 상기 3상 인버터(10)는, 단상 인버터(10a, 10b, 10c)의 양단에 인가되는 직류전압과 상기 단상인버터(10a, 10b, 10c)에 직렬연결되는 상기 모듈인버터(M1 내지 Mn)의 개수에 대응하여, 상기 보상전류를 생성할 수 있다.
Specifically, the three-phase inverter 10 can measure the unbalanced current component generated in each phase of the three-phase load L, and the magnitude of the compensation current required to compensate for the unbalanced current component generated in each phase Can be calculated. Thereafter, the number of the module inverters M1 to Mn connected to the respective single-phase inverters 10a, 10b and 10c can be set in order to generate the compensation current of the required size. Here, the module inverter can be modeled as a circuit in which one switch and one capacitor are connected in parallel. That is, when the switch is closed, the module inverter operates as a short circuit, and when the switch is opened, the module inverter can operate as a capacitor connected in series. Accordingly, when a DC voltage is applied across both ends of the single-phase inverter, the magnitude of the output voltage can be determined according to the number of capacitors connected to the single-phase inverter. Since the magnitude of the compensation current output from the single-phase inverter varies depending on the magnitude of the output voltage, it is possible to adjust the magnitude of the compensation current according to the control signal. That is, the three-phase inverter 10 includes a DC voltage applied to both ends of the single-phase inverters 10a, 10b and 10c and the module inverters M1 to Mn connected in series to the single-phase inverters 10a, 10b and 10c, The compensation current can be generated in correspondence with the number of the currents.

다만, 상기 3상 인버터(10)가 정상적으로 동작하기 위해서는, 상기 3상 인버터(10)에 공급하는 직류전압이, 상기 3상 인버터(10)가 출력하는 상기 보상전류에 대응하는 출력전압에 비하여 충분히 높은 수준(예를들어, 출력전압의 최대값의 1.2~1.5배)으로 유지되어야 한다. 만약 직류전압이 변동하여 기 설정된 최소설정값 이하로 낮아지게 되면 모듈인버터(M1 내지 Mn)는 제어성을 상실하게 된다. 반대로, 상기 직류전압이 기 설정된 최대설정값 이상으로 높아지게 되면 3상 인버터(10)에서 출력하는 상기 출력전압이 과전압으로 위험한 수준에 이르게 될 수 있으며, 이 경우 상기 3상 인버터(10)의 동작이 중단될 수 있다. 즉, 3상 인버터(10)의 각 상간 직류전압의 크기 유지는 상기 3상 인버터(10)의 정상적인 동작을 위하여 필요한 기본적인 요소에 해당한다. However, in order for the three-phase inverter 10 to operate normally, the DC voltage to be supplied to the three-phase inverter 10 is sufficiently larger than the output voltage corresponding to the compensation current output from the three-phase inverter 10 Should be maintained at a high level (for example, 1.2 to 1.5 times the maximum value of the output voltage). If the DC voltage fluctuates and falls below a predetermined minimum set value, the module inverters M1 to Mn lose controllability. On the other hand, if the DC voltage becomes higher than the predetermined maximum set value, the output voltage output from the three-phase inverter 10 may reach a dangerous level due to the overvoltage. In this case, the operation of the three- Can be interrupted. That is, the maintenance of the magnitude of each phase-to-phase DC voltage of the three-phase inverter 10 corresponds to a basic factor required for the normal operation of the three-phase inverter 10.

앞서 살핀 바와 같이, 3상 인버터(10)는 3상 부하(L)에서 소모하는 무효전류 성분과 불평형 전류성분을 보상해주는 기능을 갖는다. 무효전류는 평균적으로 유효전력을 포함하지 않으므로 이론적으로 인버터를 통한 전력의 유출입이 없다. 불평형 전류성분 역시 3상을 합한 평균 유효전력이 0이기 때문에 전력의 유출입을 일으키지 않는다. 하지만, 3상에서 합산전력이 0이라 해도 각 상에 입출력되는 전력의 평균값이 0이 아닌 경우에는, 상기 3상 인버터(10)의 각 단상인버터(10a, 10b, 10c)에 상 불평형이 발생하게 된다. 구체적으로, 상기 3상 인버터(10)의 각 상에 발생하는 비대칭적인 내부손실과 파라미터 오차에 의하여도 상 불평형이 발생하지만, 주로 상기 단상인버터(10a, 10b, 10c) 사이의 불평형 전류 성분에 의하여 상 불평형이 발생할 수 있다. 즉, 모듈형 멀티레벨 컨버터가 부하전류의 불평형 성분을 보상하는 경우에는, 상기 3상 인버터(10)에서의 3상 유효전력의 합은 영이지만, 각 상에는 일정한 크기를 갖는 유효전력이 존재하게 된다. 따라서, 각 상의 직류전압은 불안정한 영역까지 상승하거나 하강할 수 있으며, 이로 인해 각 상의 직류전압에 심각한 불균형이 초래될 수 있다. 이는 무효전력보상장치(100) 전체를 불안정하게 만드는 원인이 될 수 있으며, 상기 3상 인버터(10)의 제어가능영역이 제한되어 상기 무효전력보상장치(100)의 전체적인 성능이 저하될 수 있다.
As discussed above, the three-phase inverter 10 has a function of compensating for the reactive current component and the unbalanced current component consumed in the three-phase load L. The reactive current on average does not include the active power, so there is no theoretical flow of power through the inverter. The unbalanced current component also does not cause the flow of power because the average effective power of the three phases is zero. However, if the average value of the power input to and output from each phase is not 0 even if the sum power is 0 at phase 3, phase unbalance occurs in each of the single-phase inverters 10a, 10b, and 10c of the three-phase inverter 10 . More specifically, due to the asymmetric internal loss and the parameter error generated in each phase of the three-phase inverter 10, the phase imbalance occurs. However, mainly due to the unbalance current component between the single-phase inverters 10a, 10b and 10c Phase imbalance may occur. That is, when the modular multilevel converter compensates for the unbalanced component of the load current, the sum of the three-phase active powers in the three-phase inverter 10 is zero, but active power having a constant magnitude exists in each phase . Thus, the DC voltage of each phase may rise or fall to an unstable region, which can result in a serious imbalance in the DC voltage of each phase. This may cause the whole of the reactive power compensating apparatus 100 to become unstable, and the controllable range of the three-phase inverter 10 may be limited, so that the overall performance of the reactive power compensating apparatus 100 may be degraded.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치(100)는, 상기 3상 인버터(10)의 각 상에 인가되는 직류전압의 불평형을 해소하기 위하여, 인버터전압보상부(20)의 구성을 더 포함할 수 있다. 상기 인버터전압보상부(20)는 상기 보상전류 공급시 상기 3상 인버터(10)의 각 상에 인가되는 직류전압의 불평형을 감지할 수 있으며, 상기 3상 인버터(10) 내부를 순환하는 영상분 전류의 크기를 조절하여 상기 직류전압의 불평형을 해소할 수 있다. Therefore, the reactive power compensating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a configuration of the inverter voltage compensating unit 20 to compensate for the unbalance of the DC voltage applied to each phase of the three-phase inverter 10 As shown in FIG. The inverter voltage compensating unit 20 can sense the unbalance of the DC voltage applied to each phase of the three-phase inverter 10 when the compensation current is supplied, The magnitude of the current can be adjusted to eliminate the unbalance of the DC voltage.

구체적으로, 도3 내지 도6은 상기 인버터전압보상부(20)의 동작을 나타내는 블록도로서, 이하 도3 내지 도6을 참조하여 상기 인버터전압보상부(20)의 동작을 설명한다. 여기서, 상기 인버터전압보상부(20)가 수행하는 기능을 각각의 블록으로 구별하여 나타낼 수 있으며, 상기 블록은 상기 인버터전압보상부(20) 내부에 하드웨어적인 구성 또는 소프트웨어적인 구성으로 구현되는 것일 수 있다.
3 to 6 are block diagrams showing the operation of the inverter voltage compensating unit 20, and the operation of the inverter voltage compensating unit 20 will be described with reference to FIGS. 3 to 6. FIG. Here, the functions performed by the inverter voltage compensating unit 20 may be represented by respective blocks, and the blocks may be implemented in a hardware configuration or a software configuration in the inverter voltage compensating unit 20 have.

먼저, 도3에 도시된 바와 같이, 직류전압오차검출블록(21)은, 상기 3상 인버터의 각 상, 즉 각각의 단상인버터(10a, 10b, 10c)에 인가되는 각각의 직류 전압의 크기(Vdc (a), Vdc (b), Vdc (c))를 입력받을 수 있으며, 상기 직류전압의 평균값과 개별 상에서의 직류 전압의 오차를 계산할 수 있다. 여기서, 상기 직류 전압의 오차가 모두 0이 아닌 경우에는 상기 직류전압의 불평형이 발생한 것으로 검출할 수 있다. 3, the DC voltage error detection block 21 detects the magnitude of each DC voltage applied to each phase of the three-phase inverter, that is, each of the single-phase inverters 10a, 10b, and 10c V dc (a) , V dc (b) , and V dc (c) ), and the average value of the direct current voltage and the error of the direct current voltage on the individual phase can be calculated. Here, when the errors of the DC voltage are not all 0, it can be detected that the DC voltage is unbalanced.

구체적으로, 상기 직류전압오착검출블록(21)은,Specifically, the DC voltage erroneous detection block 21,

Figure pat00022
,
Figure pat00022
,

Figure pat00023
,
Figure pat00023
,

Figure pat00024
를 이용하여, 상기 각 상에 인가되는 직류 전압의 평균값과 개별 상에서의 직류 전압 사이의 오차을 계산할 수 있다. 여기서, Vdc (a), Vdc (b), Vdc (c)는 a, b, c 상에서의 각각의 직류전압을 의미하고, ΔVdc (a), ΔVdc (b), ΔVdc (c)는 각 상에서의 직류전압 오차를 의미한다. 도2(a)에 도시한 바와 같이, 상기 직류 전압의 오차(ΔVdc (a), ΔVdc (b), ΔVdc(c))를 오차벡터로 표시할 수 있다.
Figure pat00024
, It is possible to calculate an error between the average value of the DC voltages applied to the respective phases and the DC voltage on the individual phases. Here, V dc (a), V dc (b), V dc (c) are a, b, means that each of the DC voltage on the c, ΔV dc (a), and ΔV dc (b), ΔV dc ( c) means a DC voltage error in each phase. As shown in Fig. 2 (a), the error (? Vdc (a) ,? Vdc (b) , and? Vdc (c) ) of the DC voltage can be expressed by an error vector.

이후, 좌표변환블록(22)에서는 상기 직류전압오차검출블록(21)에서 계산된 3상의 직류전압 오차(ΔVdc (a), ΔVdc (b), ΔVdc (c))를 벡터적으로 합성하여 직교좌표(2상)의 변수로 변환할 수 있다. 즉, 도2(a)에 도시된 바와 같이, 각 상에서 발생한 직류전압의 오차에 대응하는 오차벡터를 합성하면, 직교오차벡터

Figure pat00025
을 구할 수 있으며, 상기
Figure pat00026
는 실수축(Re)과 허수축(Im)을 가지는 직교좌표로 표시할 수 있다. 구체적으로, 좌표변환행렬
Figure pat00027
을 이용하여 3상에서 2상으로의 좌표변환을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 좌표변환행렬은 같은 평면 상에서 3개의 축으로 표현되는 벡터를 직각좌표상의 2개 축의 벡터로 표현하는 것일 수 있으며, 크기조정계수(2/3)를 이용하여 3상 벡터를 2상 벡터로 변환하는 과정에서 벡터크기를 일정하게 유지하도록 할 수 있다. Then, the coordinate transformation block 22, the synthesis of a direct current voltage error (ΔV dc (a), ΔV dc (b), ΔV dc (c)) on the three calculated by the direct current voltage error detection block 21 in the vector ever And can be converted into a variable of Cartesian coordinates (2-phase). That is, as shown in FIG. 2 (a), when error vectors corresponding to the errors of the DC voltages generated at the respective phases are synthesized, the orthogonal error vector
Figure pat00025
Can be obtained,
Figure pat00026
Can be expressed by Cartesian coordinates having a real axis Re and an imaginary axis Im. Specifically, the coordinate transformation matrix
Figure pat00027
Can be used to perform coordinate transformation from three phases to two phases. Here, the coordinate transformation matrix may be a vector expressed by three axes on the same plane as a vector of two axes on a rectangular coordinate, and a three-phase vector may be expressed as a two-phase vector using a scaling factor (2/3) It is possible to keep the vector size constant during the conversion.

따라서,

Figure pat00028
과 같이, 상기 좌표변환행렬에 상기 직류전압의 오차벡터를 적용하면
Figure pat00029
및
Figure pat00030
를 구할 수 있으며, 상기
Figure pat00031
및
Figure pat00032
는 2상으로 표현된 직류전압의 오차에 해당한다. 또한, 상기
Figure pat00033
및
Figure pat00034
는 상기 직교오차벡터
Figure pat00035
의 실수축(Re) 좌표 및 허수축(Im) 좌표에 대응한다.
therefore,
Figure pat00028
, When the error vector of the DC voltage is applied to the coordinate transformation matrix
Figure pat00029
And
Figure pat00030
Can be obtained,
Figure pat00031
And
Figure pat00032
Corresponds to the error of the DC voltage expressed in two phases. In addition,
Figure pat00033
And
Figure pat00034
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure pat00035
(Re) coordinate and imaginary axis (Im) coordinates of the coordinate system.

추종제어블록(23)은, 상기 직교좌표로 표시한 직교오차벡터

Figure pat00036
에 추종제어알고리즘을 적용하여, 상기 3상 인버터(10)의 직류전압 불평형을 보상하기 위해 필요한 보상전력값을 계산할 수 있다. 여기서, 상기 추종제어알고리즘은, 피드백 제어 등을 통하여 상기 직류전압 오차(
Figure pat00037
,
Figure pat00038
)가 0이 되도록 상기 보상전력값을 제어하는 것일 수 있다. 구체적으로는 상기 2상으로 표현된 직류전압 오차(
Figure pat00039
,
Figure pat00040
)에 각각 추종제어알고리즘의 전달함수 G(s)를 곱하여 상기 보상전력값을 구할 수 있다. 여기서, 상기 G(s)는 비례제어, 비례적분제어, 적분비례제어 등의 다양한 제어알고리즘에 대한 전달함수일 수 있으며, 이 경우 상기 직류전압 오차(
Figure pat00041
,
Figure pat00042
)를 보상하기 위해 필요한 보상전력값은 각각
Figure pat00043
및
Figure pat00044
로 표현될 수 있다.
The tracking control block 23 calculates the tracking error vector by using the orthogonal error vector
Figure pat00036
Phase inverter 10 to calculate the compensation power value required to compensate for the DC voltage imbalance of the three-phase inverter 10. Here, the follow-up control algorithm is a method in which the DC voltage error (
Figure pat00037
,
Figure pat00038
) To be zero. ≪ / RTI > Specifically, the DC voltage error represented by the two phases (
Figure pat00039
,
Figure pat00040
) Can be multiplied by the transfer function G (s) of the tracking control algorithm to obtain the compensation power value. Here, G (s) may be a transfer function for various control algorithms such as proportional control, proportional integral control, integral proportional control, etc. In this case, the DC voltage error
Figure pat00041
,
Figure pat00042
) ≪ / RTI > is < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00043
And
Figure pat00044
. ≪ / RTI >

상기 추종제어블록(23)에서 필요한 보상전력값을 계산한 이후에는, 변환행렬계산블록(24)에서 변환행렬을 생성할 수 있으며, 영상분 전류기준값계산블록(24-1)은 상기 생성한 변환행렬을 이용하여 상기 도출된 보상전력값에 대응하는 영상분 전류 기준값을 계산할 수 있다. 여기서, 상기 변환행렬은

Figure pat00045
에 해당하고,
Figure pat00046
는 정상분 전압의 실효값,
Figure pat00047
는 역상분 전압의 실효값,
Figure pat00048
는 직교좌표로 표시한 정상분 전압,
Figure pat00049
는 직교좌표로 표시한 역상분 전압에 해당한다. 여기서, 상기 정상분 전압 및 역상분 전압은 상기 3상 인버터(10)의 각 상에 인가되는 정상분 전압 및 역상분 전압을 의미한다. After calculating the necessary compensation power value in the tracking control block 23, the conversion matrix calculation block 24 can generate a conversion matrix, and the image minute current reference value calculation block 24-1 calculates The image minute current reference value corresponding to the derived compensation power value can be calculated using the matrix. Here, the transformation matrix is
Figure pat00045
Respectively,
Figure pat00046
Is the rms value of the normal voltage,
Figure pat00047
Is the rms value of the reverse phase divided voltage,
Figure pat00048
Is the normal voltage expressed in Cartesian coordinates,
Figure pat00049
Corresponds to a reverse phase voltage expressed in Cartesian coordinates. Herein, the normal voltage and the reverse phase voltage refer to a normal voltage and a reverse voltage applied to each phase of the three-phase inverter 10, respectively.

상기 변환행렬을 이용하면, Using the transformation matrix,

Figure pat00050
이 성립하므로, 상기 영상분전류기준값계산블록(24-1)은 직교좌표로 표시한 영상분 전류 기준값인
Figure pat00051
및
Figure pat00052
를 계산할 수 있다.
Figure pat00050
, The image minute current reference value calculation block 24-1 calculates the image minute current reference value
Figure pat00051
And
Figure pat00052
Can be calculated.

이후, 영상분전류제어블록(25)에서는, 상기 영상분 전류 기준값(

Figure pat00053
,
Figure pat00054
)을 이용하여, 상기 3상 인버터(10)가 생성하는 영상분 전류(i0)가 상기 영상분 전류 기준값(
Figure pat00055
,
Figure pat00056
)과 일치하도록 조절할 수 있다. 이 경우, 상기 3상 인버터(10) 내부의 상간 직류전압의 오차가 0이 되므로, 상기 3상 인버터(10)의 상간 직류전압 불평형을 해소할 수 있다. 구체적으로, 도2(b)에 도시된 바와 같이, 상기 영상분전류제어블록(25)이 출력하는 영상분 전류(
Figure pat00057
)를 직교좌표로 표시한 후, 3상 인버터(10)의 출력전압(
Figure pat00058
)에 각각 정사영하면, 상기 직류전압 불평형을 해소하기 위하여 각 상에 인가되는 영상분 전류(I0a, I0b, I0c)를 구할 수 있다. 이후, 상기 영상분 전류(I0a, I0b, I0c)를 각 상의 출력전압(
Figure pat00059
)의 크기와 곱하면 각 상에서 발생하는 유효전력의 크기를 구할 수 있다. 여기서, 상기 유효전력의 크기는 추종제어 블록(23)의 전달함수 G(s)에 의하여 결정되는 것으로서, 각 상의 유효전력 크기의 비율은 직류전압 오차(ΔVdc (a), ΔVdc (b), ΔVdc (c))의 비율과 같음을 확인할 수 있다.
Thereafter, in the image minute current control block 25, the image minute current reference value (
Figure pat00053
,
Figure pat00054
, The image minute current (i 0 ) generated by the three-phase inverter (10) is compared with the image minute current reference value
Figure pat00055
,
Figure pat00056
). ≪ / RTI > In this case, since the error of the phase-to-phase DC voltage inside the three-phase inverter 10 becomes zero, the phase-to-phase DC voltage imbalance of the three-phase inverter 10 can be solved. Specifically, as shown in FIG. 2 (b), the image minute current control block 25 outputs the image minute current
Figure pat00057
) Is expressed in the Cartesian coordinates, and then the output voltage of the three-phase inverter 10
Figure pat00058
, The image minute currents I 0a , I 0b and I 0c applied to the respective phases can be obtained in order to solve the DC voltage imbalance. Then, the image minute currents I 0a , I 0b , and I 0c are output to the output voltages of the respective phases
Figure pat00059
), The magnitude of the active power generated on each angle can be obtained. Here, the magnitude of the active power is determined by the transfer function G (s) of the tracking control block 23, and the ratio of the active power magnitudes of the respective phases is determined by the DC voltage errors? Vdc (a) and? Vdc (b) , And ΔV dc (c) , respectively.

추가적으로, 도4에 도시한 바와 같이, 전향보상블록(26)을 더 포함하여 상기 추종제어블록(23)이 출력하는 보상전력값에 대한 전향보상을 수행할 수 있다. 즉, 전향보상블록(26)은 상기 3상 인버터(10)에 인가되는 역상분 전류에 의하여 발생하는 전력을 계산하여, 이를 영상분 전류 기준값 계산에 반영하도록 할 수 있다. 구체적으로, 상기 전향보상블록(26)은, In addition, as shown in FIG. 4, the forward compensation block 26 may further include forward compensation for the compensation power value output from the tracking control block 23. That is, the forward compensation block 26 may calculate the power generated by the inverse phase current applied to the three-phase inverter 10, and reflect the calculated power to the image minute current reference value calculation. Specifically, the forward compensation block 26,

Figure pat00060
Figure pat00060

Figure pat00061
Figure pat00061

를 이용하여 상기 역상분전류에 대응하는 전향보상제어값(P0q, P0d)을 계산할 수 있으며, 상기 계산된 전향보상제어값(P0q, P0d)을 음의 부호로 상기 보상전력값에 더해주어, 상기 보상전력값에 대한 전향보상을 수행할 수 있다. 여기서,

Figure pat00062
는 직교좌표로 표시한 상기 전향보상제어값,
Figure pat00063
는 직교좌표로 표시한 정상분 전류,
Figure pat00064
는 직교좌표로 표시한 역상분 전류에 해당한다. (P 0q , P 0d ) corresponding to the inverse phase currents can be calculated using the calculated forward compensation control values (P 0q , P 0d ) as a negative sign and the calculated forward compensation control values And can perform forward compensation on the compensation power value. here,
Figure pat00062
The forward compensation control value indicated by the Cartesian coordinates,
Figure pat00063
Is the normal current expressed in Cartesian coordinates,
Figure pat00064
Corresponds to the reverse phase current expressed in Cartesian coordinates.

나아가, 도4에서는 전향보상블록(26)이 상기 3상 인버터(10)에서 측정한 역상분 전류(

Figure pat00065
)를 활용하여 상기 전향보상제어값(P0q, P0d)를 계산하고 있으나, 상기 측정한 역상분 전류값 대신에 미리 계산한 역상분 전류 기준값을 활용하는 것도 가능하다. 즉, 상기 전향보상제어값(P0q, P0d)를 계산하기 위하여 상기 역상분 전류(
Figure pat00066
)를 측정하는 경우에는, 전류의 센싱 및 디지털 제어 등의 과정에서 지연이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 이를 보완하기 위하여, 상기 역상분 전류의 측정값 대신에 역상분 전류 기준값을 미리 계산하여 활용할 수 있으며, 이 경우 검출에 의한 지연을 감소시킬 수 있으므로, 과도상태에서의 동작특성을 향상시키는 것이 가능하다.
Further, in Fig. 4, the forward compensation block 26 compares the reverse phase current Ia measured by the three-phase inverter 10
Figure pat00065
(P 0q , P 0d ) is calculated by using the reversed phase current control value (P 0q , P 0d ), but it is also possible to use the previously calculated reverse phase current reference value instead of the measured reverse phase current value. That is, in order to calculate the forward compensation control values P 0q and P 0d ,
Figure pat00066
A problem such as occurrence of a delay in the process of current sensing and digital control may arise. Therefore, in order to compensate for this, it is possible to calculate and use a reverse phase current reference value instead of the measured value of the reverse phase current. In this case, the delay due to detection can be reduced, It is possible.

이외에도, 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치의 인버터전압보상부(20)는, 정상전압(Vcp)의 크기가 역상전압(Vcn)의 크기보다 현저히 큰 경우에는, 상기 변환행렬의 계산이나 전향보상시의 전향보상제어값 계산을 간소화하는 것이 가능하다. 5 and 6, the inverter voltage compensating unit 20 of the reactive power compensating apparatus according to the embodiment of the present invention calculates the inverted voltage V cn of the magnitude of the normal voltage V cp , It is possible to simplify the calculation of the conversion matrix and the calculation of the forward compensation control value at the time of forward compensation.

구체적으로, 상기 변환행렬계산블록(24)은,

Figure pat00067
을 이용하여 상기 영상분 전류 기준값(i0q, i0d)을 계산할 수 있으며, 상기 전향보상블록(26)은,
Figure pat00068
를 이용하여 상기 전향보상제어값(P0q, P0d)을 계산할 수 있다. 이 경우, 영상분 전류 기준값(
Figure pat00069
) 계산시 연산시간을 감소시키는 등의 유리한 효과를 얻을 수 있다.
Specifically, the transformation matrix calculation block 24 calculates
Figure pat00067
(I 0q , i 0d ) by using the image minus current reference value (I 0q , i 0d ), and the forward compensation block (26)
Figure pat00068
To calculate the forward compensation control values P 0q and P 0d . In this case, the image minute current reference value (
Figure pat00069
It is possible to obtain an advantageous effect of reducing the calculation time at the time of calculation.

도7은 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치에 의한 직류전압 보상을 나타내는 그래프로서 전향보상없이 피드백 제어만을 수행하는 경우의 직류보상을 나타내는 그래프이다. 구체적으로, A시점에 역상분 전류 +0.3pu(정격의 30%)가 인가되면, 상기 인가되는 역상분 전류를 보상하기 위하여 3상 인버터는 보상전류를 출력하게 된다. 이 경우, 각 상에서의 입출력 전력 차이에 의하여 직류전압(Vdc (a), Vdc(b), Vdc (c))의 변동이 발생하게 되고, 이를 보상하기 위한 영상분 전류(i0d, i0q)가 출력될 수 있다. 즉, 상기 A시점 이후로 직류전압(Vdc (a), Vdc (b), Vdc (c))의 변동이 발생하지만 다시 일정하게 조절됨을 확인할 수 있다. 이는 -0.3pu의 역상분 전류가 입력되는 B시점과 다시 +0.3pu의 역상분 전류가 입력되는 C시점의 경우에도 마찬가지이다. 다만, 역상분 전류가 변동하는 구간에서 B상의 직류전압이 최대 240V까지 변동하는 것을 확인할 수 있다. FIG. 7 is a graph showing DC voltage compensation by the reactive power compensator according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a graph illustrating DC compensation when only feedback control is performed without forward compensation. Specifically, when a reverse phase current + 0.3 pu (30% of the rated current) is applied to the A point, the three-phase inverter outputs the compensation current to compensate for the reverse phase current applied thereto. In this case, the fluctuations of the direct current voltage (V dc (a), V dc (b), V dc (c)) is generated by the input power difference of each phase, the image minute current (i 0d to compensate for this, i 0q ) may be output. That is, it can be confirmed that the DC voltage (V dc (a) , V dc (b) , and V dc (c) This is also true in the case of the B point at which the reverse phase current of -0.3 pu is input and the C point at which the reverse phase current of + 0.3pu is input again. However, it can be confirmed that the DC voltage of the B phase fluctuates up to 240 V in the section where the reverse phase current is fluctuated.

반면에, 도8은 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치에서 전향보상을 추가적으로 수행하는 경우의 직류전압 보상을 나타내는 그래프이다. 이때, 도7의 경우와 동일한 조건으로 상기 역상분 전류를 발생시킬 수 있다. 즉, A시점에 역상분 전류 +0.3pu(정격의 30%)를 인가할 수 있으며, 3상 인버터는 상기 인가되는 역상분 전류를 보상하기 위하여 보상전류를 출력할 수 있다. 여기서, 상기 도7과 비교하면, 상기 전향보상을 수행하는 경우에는, 직류전압의 변동이 현저히 줄어들 수 있으며, 상기 역상분 전류가 변동하는 구간에서 직류전압의 최대값은 50V 이하인 것을 확인할 수 있다. 즉, 동일한 조건에서 피드백 제어방식만을 활용하는 것보다, 피드백 제어방식에 추가적으로 전향보상 제어를 추가하는 것이 우수한 성능을 갖는 것을 확인할 수 있다.
Meanwhile, FIG. 8 is a graph illustrating DC voltage compensation in the case where the forward compensation is additionally performed in the reactive power compensating apparatus according to the embodiment of the present invention. At this time, the reverse-phase current can be generated under the same condition as in Fig. That is, a reverse phase current of + 0.3pu (30% of the rated value) can be applied to the A point, and the three-phase inverter can output the compensation current to compensate the applied reverse phase current. 7, it can be seen that the fluctuation of the DC voltage can be remarkably reduced in the case of performing the forward compensation, and the maximum value of the DC voltage in the period in which the reverse phase current fluctuates is 50 V or less. In other words, it is confirmed that the addition of the forward compensation control to the feedback control method is superior to the use of the feedback control method only under the same condition.

도9는 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치의 상간전압 불평형 보상방법을 나타내는 순서도이다. 9 is a flowchart illustrating a method of compensating phase-to-phase voltage imbalance of a reactive power compensating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치의 상간전압 불평형보상방법은 불평형감지단계(S10) 및 인버터전압보상단계(S20)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9, the method of compensating phase-to-phase voltage imbalance of the reactive power compensating apparatus according to an embodiment of the present invention may include an unbalance sensing step S10 and an inverter voltage compensating step S20.

이하, 도9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 무효전력보상장치의 상간전압 불평형보상방법을 설명한다.
Hereinafter, a method of compensating phase-to-phase voltage imbalance of the reactive power compensating apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

불평형감지단계(S10)는, 3상 인버터가 보상전류를 생성하여 상기 3상 부하에 발생하는 무효전력 및 불평형 전류성분을 보상할 때, 상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 직류전압의 불평형을 감지할 수 있다. 구체적으로, 상기 불평형감지단계(S10)는, 직류전압 오차 검출과정(S11) 및 좌표변환과정(S12)을 포함할 수 있다. In the unbalance detection step S10, when the three-phase inverter generates the compensation current to compensate for the reactive power and the unbalanced current component generated in the three-phase load, the unbalance of the DC voltage applied to each phase of the three- Can be detected. More specifically, the unbalance sensing step S10 may include a DC voltage error detection step S11 and a coordinate conversion step S12.

먼저, 직류전압 오차 검출과정(S11)은, 상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 직류전압의 평균값과 개별 상에서의 직류 전압의 오차값을 계산하고, 상기 오차값을 상기 개별 상에 대응하는 오차벡터로 표시할 수 있다. 즉, 상기 직류전압 오차 검출과정(S11)은, 상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 각각의 직류전압의 크기를 입력받을 수 있으며, 상기 입력받은 직류전압의 크기에 대한 평균값을 구할 수 있다. 이후, 상기 직류전압의 평균값과 각 상에서의 직류전압의 차를 계산하여 상기 직류전압의 오차를 구할 수 있다. 구체적으로, First, the DC voltage error detection step S11 calculates an average value of the DC voltage applied to each phase of the three-phase inverter and an error value of the DC voltage on the individual phase, and outputs the error value to the error corresponding to the individual phase It can be displayed as a vector. That is, the DC voltage error detection step S11 may receive the magnitude of each DC voltage applied to each phase of the three-phase inverter, and obtain an average value of the magnitude of the DC voltage inputted thereto. Then, an error of the DC voltage can be calculated by calculating the difference between the average value of the DC voltage and the DC voltage at each phase. Specifically,

Figure pat00070
,
Figure pat00070
,

Figure pat00071
,
Figure pat00071
,

Figure pat00072
를 이용하여, 상기 각 상에 인가되는 직류 전압의 평균값과 개별 상에서의 직류 전압 사이의 오차값을 계산할 수 있다. 여기서, Vdc (a), Vdc (b), Vdc (c)는 a, b, c 상에서의 각각의 직류전압을 의미하고, ΔVdc (a), ΔVdc (b), ΔVdc (c)는 각 상에서의 직류전압 오차를 의미한다. 여기서, 상기 직류 전압의 오차는 도2(a)에 도시한 바와 같이 오차벡터로 표시할 수 있다.
Figure pat00072
It is possible to calculate an error value between the average value of the DC voltage applied to each phase and the DC voltage on the individual phases. Here, V dc (a), V dc (b), V dc (c) are a, b, means that each of the DC voltage on the c, ΔV dc (a), and ΔV dc (b), ΔV dc ( c) means a DC voltage error in each phase. Here, the error of the DC voltage can be expressed by an error vector as shown in Fig. 2 (a).

이후, 좌표변환과정(S12)은, 상기 오차벡터를 합성한 후 직교좌표계로 변환하여 직교오차벡터를 생성할 수 있다. 즉, 도2(a)에 도시된 바와 같이, 각 상에서 발생한 직류전압의 오차에 대응하는 오차벡터를 합성하면, 직교오차벡터

Figure pat00073
을 구할 수 있으며, 상기
Figure pat00074
는 실수축(Re)과 허수축(Im)을 가지는 직교좌표로 표시할 수 있다. 구체적으로, 좌표변환행렬을 이용하여 3상에서 2상으로의 좌표변환을 수행할 수 있으며,
Figure pat00075
과 같이, 좌표변환행렬에 상기 직류전압의 오차벡터를 적용하면, 2상으로 표현된 직류전압의 오차인
Figure pat00076
및
Figure pat00077
를 구할 수 있다. 여기서, 상기
Figure pat00078
및
Figure pat00079
가 모두 0이 아닌 경우에는 상기 직류전압의 불평형이 발생한 것으로 검출할 수 있다.
Thereafter, in the coordinate transformation step S12, an orthogonal error vector may be generated by combining the error vectors and then transforming them into a rectangular coordinate system. That is, as shown in FIG. 2 (a), when error vectors corresponding to the errors of the DC voltages generated at the respective phases are synthesized, the orthogonal error vector
Figure pat00073
Can be obtained,
Figure pat00074
Can be expressed by Cartesian coordinates having a real axis Re and an imaginary axis Im. Specifically, the coordinate transformation from 3 to 2 can be performed using the coordinate transformation matrix,
Figure pat00075
, When the error vector of the DC voltage is applied to the coordinate transformation matrix, an error of the DC voltage expressed in two phases
Figure pat00076
And
Figure pat00077
Can be obtained. Here,
Figure pat00078
And
Figure pat00079
It is possible to detect that the DC voltage is unbalanced.

인버터전압보상단계(S20)는, 상기 직류전압의 불평형이 검출되면, 상기 3상 인버터 내부를 순환하는 영상분 전류의 크기를 조절하여, 상기 직류전압의 불평형을 해소할 수 있다. 구체적으로, 상기 인버터전압보상단계(S20)는, 추종제어과정(S21), 전향보상과정(S22), 변환행렬계산과정(S23) 및 영상분전류조절과정(S24)을 포함할 수 있다.
The inverter voltage compensation step (S20) can eliminate the imbalance of the direct current voltage by adjusting the magnitude of the image minute current circulating in the three-phase inverter when the imbalance of the direct current voltage is detected. Specifically, the inverter voltage compensation step S20 may include a tracking control process S21, a forward compensation process S22, a conversion matrix calculation process S23, and an image minute current adjustment process S24.

먼저, 추종제어과정(S21)은, 상기 직교오차벡터에 기 설정된 추종제어알고리즘을 적용하여, 상기 직류전압의 불평형을 보상하기 위해 필요한 보상전력값을 계산할 수 있다. 구체적으로 상기 2상으로 표현된 직류전압 오차(

Figure pat00080
,
Figure pat00081
)에 각각 추종제어알고리즘의 전달함수 G(s)를 곱하여 상기 필요한 보상전력값을 구할 수 있다. 여기서, 상기 G(s)는 비례제어, 비례적분제어, 적분비례제어 등의 다양한 제어알고리즘에 대한 전달함수일 수 있으며, 상기 직류전압 오차(
Figure pat00082
,
Figure pat00083
)를 보상하기 위해 필요한 보상전력값은 각각
Figure pat00084
및
Figure pat00085
로 표현될 수 있다.
First, the tracking control process S21 may calculate a compensation power value required to compensate for the imbalance of the DC voltage by applying a predetermined tracking control algorithm to the orthogonal error vector. Specifically, the DC voltage error represented by the two phases (
Figure pat00080
,
Figure pat00081
) Can be multiplied by the transfer function G (s) of the tracking control algorithm to obtain the necessary compensation power value. Here, G (s) may be a transfer function for various control algorithms such as proportional control, proportional integral control, integral proportional control, etc., and the DC voltage error
Figure pat00082
,
Figure pat00083
) ≪ / RTI > is < RTI ID = 0.0 >
Figure pat00084
And
Figure pat00085
. ≪ / RTI >

변환행렬계산과정(S23)은, 상기 보상전력값에 변환행렬을 적용하여, 상기 보상전력값에 대응하는 영상분 전류 기준값을 계산할 수 있다. 구체적으로, 상기 변환행렬은

Figure pat00086
에 해당하고,
Figure pat00087
는 정상분 전압의 실효값,
Figure pat00088
는 역상분 전압의 실효값,
Figure pat00089
는 직교좌표로 표시한 정상분 전압,
Figure pat00090
는 직교좌표로 표시한 역상분 전압에 해당한다. 여기서, 상기 정상분 전압 및 역상분 전압은 상기 3상 인버터(10)의 각 상에 인가되는 정상분 전압 및 역상분 전압을 의미한다. The transformation matrix calculation process (S23) may calculate the image minute current reference value corresponding to the compensation power value by applying a transformation matrix to the compensation power value. Specifically, the transformation matrix is
Figure pat00086
Respectively,
Figure pat00087
Is the rms value of the normal voltage,
Figure pat00088
Is the rms value of the reverse phase divided voltage,
Figure pat00089
Is the normal voltage expressed in Cartesian coordinates,
Figure pat00090
Corresponds to a reverse phase voltage expressed in Cartesian coordinates. Herein, the normal voltage and the reverse phase voltage refer to a normal voltage and a reverse voltage applied to each phase of the three-phase inverter 10, respectively.

따라서, 상기 변환행렬을 이용하면, Thus, using the transformation matrix,

Figure pat00091
이 성립하므로, 직교좌표로 표시한 영상분 전류 기준값인
Figure pat00092
및
Figure pat00093
를 계산할 수 있다.
Figure pat00091
Therefore, the image minute current reference value represented by the Cartesian coordinates
Figure pat00092
And
Figure pat00093
Can be calculated.

이후, 영상분전류조절과정(S24)에서는, 상기 계산된영상분 전류 기준값에 따라, 상기 3상 인버터가 출력하는 영상분 전류의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 상기 3상 인버터가 생성하는 영상분 전류가 상기 영상분 전류 기준값(

Figure pat00094
,
Figure pat00095
)과 일치하도록 조절할 수 있으며, 이 경우, 상기 3상 인버터 내부의 상간 직류전압의 오차가 0이 되므로, 상기 3상 인버터의 상간 직류전압 불평형을 해소할 수 있다.
Thereafter, in the image minute current adjustment process (S24), the magnitude of the image minute current output from the three-phase inverter can be adjusted according to the calculated image minute current reference value. That is, if the image minute current generated by the three-phase inverter is smaller than the image minute current reference value
Figure pat00094
,
Figure pat00095
In this case, since the error of the phase-to-phase DC voltage inside the three-phase inverter becomes zero, the phase-to-phase DC voltage imbalance of the three-phase inverter can be solved.

추가적으로, 전향보상과정(S22)을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 보상전류 공급시 상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 역상분 전류를 이용하여, 상기 보상전력값을 전향보상할 수 있다. 따라서, 상기 3상 인버터에 인가되는 역상분 전류에 의하여 발생하는 전력을 계산한 후, 이를 영상분 전류 기준값 계산에 반영하도록 할 수 있다. 구체적으로, In addition, it may further include a forward compensation process (S22). That is, the compensating power value can be compensated for by using the counter-phase current applied to each phase of the three-phase inverter when the compensating current is supplied. Therefore, after the power generated by the inverse phase current applied to the three-phase inverter is calculated, it can be reflected in the calculation of the reference current value. Specifically,

Figure pat00096
Figure pat00096

Figure pat00097
Figure pat00097

를 이용하여 상기 역상분전류에 대응하는 전향보상제어값(P0q, P0d)을 계산할 수 있으며, 상기 계산된 전향보상제어값(P0q, P0d)을 음의 부호로 상기 보상전력값에 더해주어, 상기 보상전력값에 대한 전향보상을 수행할 수 있다. 여기서,

Figure pat00098
는 직교좌표로 표시한 상기 전향보상제어값,
Figure pat00099
는 직교좌표로 표시한 정상분 전류,
Figure pat00100
는 직교좌표로 표시한 역상분 전류에 해당한다. (P 0q , P 0d ) corresponding to the inverse phase currents can be calculated using the calculated forward compensation control values (P 0q , P 0d ) as a negative sign and the calculated forward compensation control values And can perform forward compensation on the compensation power value. here,
Figure pat00098
The forward compensation control value indicated by the Cartesian coordinates,
Figure pat00099
Is the normal current expressed in Cartesian coordinates,
Figure pat00100
Corresponds to the reverse phase current expressed in Cartesian coordinates.

나아가, 상기 3상 인버터에서 측정한 역상분 전류(

Figure pat00101
) 대신에 미리 계산한 역상분 전류 기준값을 활용하여, 상기 전향보상제어값을 산출하는 것도 가능하다. 즉, 상기 전향보상제어값(P0q, P0d)를 계산하기 위하여 상기 역상분 전류(
Figure pat00102
)를 측정하는 경우에는, 전류의 센싱 및 디지털 제어 등의 과정에서 지연이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 역상분 전류 기준값을 미리 계산하여 활용하여, 과도상태에서의 동작특성을 향상시킬 수 있다.
Further, the inverse phase currents measured in the three-phase inverter
Figure pat00101
), It is also possible to calculate the forward compensation control value using the previously calculated reverse phase divided current reference value. That is, in order to calculate the forward compensation control values P 0q and P 0d ,
Figure pat00102
A problem such as occurrence of a delay in the process of current sensing and digital control may arise. Therefore, it is possible to improve the operating characteristics in the transient state by preliminarily calculating and using the reverse phase divided current reference value.

이외에도, 앞서 살핀 바와 같이, 정상전압(Vcp)의 크기가 역상전압(Vcn)의 크기보다 현저히 큰 경우에는, 상기 변환행렬의 계산이나 전향보상시의 전향보상제어값 계산을 간소화하는 것이 가능하다. In addition, as described above, when the magnitude of the steady-state voltage (V cp ) is significantly larger than the magnitude of the reverse-phase voltage (V cn ), it is possible to simplify the calculation of the conversion matrix or the calculation of the forward- Do.

구체적으로, 상기 변환행렬계산과정(S23)에서,

Figure pat00103
을 이용하여 상기 영상분 전류 기준값(i0q, i0d)을 계산할 수 있으며, 상기 전향보상과정(S22)에서는,
Figure pat00104
를 이용하여 상기 전향보상제어값(P0q, P0d)을 계산할 수 있다. 이 경우, 영상분 전류 기준값(
Figure pat00105
) 계산시 연산시간을 감소시키는 등의 유리한 효과를 얻을 수 있다.
More specifically, in the transformation matrix calculation process (S23)
Figure pat00103
(I 0q , i 0d ) can be calculated using the image minus current reference value (I 0q , i 0d )
Figure pat00104
To calculate the forward compensation control values P 0q and P 0d . In this case, the image minute current reference value (
Figure pat00105
It is possible to obtain an advantageous effect of reducing the calculation time at the time of calculation.

본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100: 무효전력보상장치 10: 3상 인버터
10a, 10b, 10c: 단상인버터 20: 인버터전압보상부
S: 3상 계통 L: 3상 부하
f: 계통연계 필터 리액터
S10: 불평형감지단계 S11: 직류전압 오차 검출과정
S12: 좌표변환과정 S20: 인버터전압보상단계
S21: 추종제어과정 S22: 전향보상과정
S23: 변환행렬계산과정 S24: 영상분전류조절과정100: reactive power compensation device 10: three-phase inverter
10a, 10b, 10c: Single-phase inverter 20: Inverter voltage compensating unit
S: Three phase system L: Three phase load
f: Grid-connected filter reactor
S10: Unbalance detection step S11: DC voltage error detection process
S12: Coordinate transformation step S20: Inverter voltage compensation step
S21: following control process S22: forward compensation process
S23: conversion matrix calculation process S24: image minute current adjustment process

Claims (13)

3상 부하에 발생하는 무효전력 및 불평형 전류성분을 보상하는 무효전력 보상장치에 있어서,
상기 3상 부하에 발생하는 무효전력 및 불평형 전류성분을 보상하는 보상전류를 생성하여, 상기 3상 부하로 공급하는 3상 인버터; 및
상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 직류전압의 불평형을 감지하고, 상기 3상 인버터의 영상분 전류를 조절하는 인버터전압보상부를 포함하는 무효전력보상장치.
1. A reactive power compensation device for compensating for reactive power and an unbalanced current component occurring in a three-phase load,
A three-phase inverter for generating a compensation current for compensating for reactive power and an unbalanced current component generated in the three-phase load, and supplying the compensation current to the three-phase load; And
And an inverter voltage compensating unit for detecting an unbalance of a DC voltage applied to each phase of the three-phase inverter and adjusting an image minute current of the three-phase inverter.
제1항에 있어서, 상기 3상 인버터는
상기 3상 부하의 각 상에 대응하는 3개의 단상인버터들을 포함하고, 상기 단상인버터들 각각은 입력되는 제어신호에 따라 연결여부가 결정되는 복수개의 모듈인버터(HBI: H-bridge inverter)를 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC: Modular Multilevel Converter)인 무효전력보상장치.
2. The three-phase inverter according to claim 1, wherein the three-phase inverter
Phase inverters corresponding to respective phases of the three-phase load, and each of the single-phase inverters includes a plurality of H-bridge inverters (HBIs) connected or not to be connected according to an input control signal A reactive power compensation device which is a modular multilevel converter (MMC).
제2항에 있어서, 상기 3상 인버터는
상기 단상 인버터에 인가되는 직류전압과 상기 단상인버터들에 연결되는 상기 모듈인버터의 개수에 대응하여, 상기 보상전류를 생성하는 무효전력보상장치.
3. The three-phase inverter according to claim 2, wherein the three-phase inverter
Phase inverter, and generates the compensation current corresponding to the DC voltage applied to the single-phase inverter and the number of the module inverters connected to the single-phase inverters.
제1항에 있어서, 상기 인버터전압보상부는
상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 직류 전압의 평균값과 개별 상에서의 직류 전압의 오차값을 기초로 상기 직류전압의 불평형을 감지하는 무효전력보상장치.
2. The inverter according to claim 1, wherein the inverter voltage compensating unit
And detects an imbalance of the DC voltage based on an average value of the DC voltage applied to each phase of the three-phase inverter and an error value of the DC voltage on the separate phase.
제4항에 있어서, 상기 인버터전압보상부는
상기 직류 전압의 오차값에 기 설정된 추종제어알고리즘을 적용하여 도출한 보상전력값에 대응하는 영상분 전류 기준값을 계산하고, 상기 영상분 전류 기준값에 따라 상기 영상분 전류를 조절하는 무효전력 보상장치.
5. The inverter according to claim 4, wherein the inverter voltage compensating unit
Wherein the image minus current reference value is calculated based on the compensated power value obtained by applying a predetermined tracking algorithm to the error value of the DC voltage and the image minute current is adjusted according to the image minute current reference value.
제4항에 있어서, 상기 인버터전압보상부는
Figure pat00106

Figure pat00107

Figure pat00108

를 이용하여, 상기 각 상에 인가되는 직류 전압의 평균값과 개별 상에서의 직류 전압의 오차값을 계산하는 무효전력 보상장치.
5. The inverter according to claim 4, wherein the inverter voltage compensating unit
Figure pat00106

Figure pat00107

Figure pat00108

And calculates an average value of the DC voltage applied to each phase and an error value of the DC voltage on the individual phase.
제4항에 있어서, 상기 인버터전압보상부는
Figure pat00109

를 이용하여 상기 개별 상에서의 직류 전압의 오차값을 나타내는 오차벡터를 직교좌표계로 변환하며, 여기서,
Figure pat00110
및
Figure pat00111
는 상기 직교좌표로 표시한 오차벡터인 무효전력 보상장치.
5. The inverter according to claim 4, wherein the inverter voltage compensating unit
Figure pat00109

The error vector representing the error value of the DC voltage on the individual phase is converted into an orthogonal coordinate system,
Figure pat00110
And
Figure pat00111
Is an error vector expressed by the Cartesian coordinates.
제7항에 있어서, 상기 인버터전압보상부는
Figure pat00112

을 이용하여 상기 영상분 전류 기준값을 계산하며, 여기서,
Figure pat00113
및
Figure pat00114
는 직교좌표로 표시한 영상분 전류 기준값,
Figure pat00115
는 정상분 전압의 실효값,
Figure pat00116
는 역상분 전압의 실효값,
Figure pat00117
는 직교좌표로 표시한 정상분 전압,
Figure pat00118
는 직교좌표로 표시한 역상분 전압이고,
Figure pat00119
는 상기 추종제어알고리즘의 전달함수인 무효전력 보상장치.
8. The apparatus as claimed in claim 7, wherein the inverter voltage compensating unit
Figure pat00112

Current reference value by using the image minus current reference value,
Figure pat00113
And
Figure pat00114
The reference current value of the image displayed in the Cartesian coordinates,
Figure pat00115
Is the rms value of the normal voltage,
Figure pat00116
Is the rms value of the reverse phase divided voltage,
Figure pat00117
Is the normal voltage expressed in Cartesian coordinates,
Figure pat00118
Is a reverse-phase divided voltage expressed in Cartesian coordinates,
Figure pat00119
Is a transfer function of the tracking control algorithm.
제5항에 있어서, 상기 인버터전압보상부는
상기 보상전류 공급시 상기 3상 인버터의 각 상에 인가되는 역상분 전류를 이용하여, 상기 도출된 보상전력값을 전향보상하는 무효전력보상장치.
6. The apparatus of claim 5, wherein the inverter voltage compensating unit
And compensates the derived compensation power value by using a reverse phase current applied to each phase of the three-phase inverter when the compensation current is supplied.
제9항에 있어서, 상기 인버터전압보상부는
Figure pat00120

Figure pat00121

를 이용하여 상기 역상분전류에 대응하는 전향보상제어값을 계산하고, 상기 전향보상제어값과 상기 보상전력값의 차를 계산하여 상기 보상전력값에 대한 전향보상을 수행하며, 여기서,
Figure pat00122
는 직교좌표로 표시한 상기 전향보상제어값,
Figure pat00123
는 직교좌표로 표시한 정상분 전류,
Figure pat00124
는 직교좌표로 표시한 역상분 전류인 무효전력 보상장치.
10. The inverter according to claim 9, wherein the inverter voltage compensating unit
Figure pat00120

Figure pat00121

Calculates a forward compensation control value corresponding to the reverse phase divided current and calculates a difference between the forward compensation control value and the compensation power value to perform forward compensation on the compensation power value,
Figure pat00122
The forward compensation control value indicated by the Cartesian coordinates,
Figure pat00123
Is the normal current expressed in Cartesian coordinates,
Figure pat00124
Is a reverse-phase current expressed in Cartesian coordinates.
제10항에 있어서, 상기 인버터전압보상부는
상기 역상분 전류 대신에, 역상분 전류 기준값을 이용하여 상기 전향보상제어값을 계산하는 무효전력보상장치.
11. The apparatus as claimed in claim 10, wherein the inverter voltage compensating unit
And calculates the forward compensation control value using the reverse phase divided current reference value instead of the reverse phase divided current.
제8항에 있어서, 상기 인버터전압보상부는
Figure pat00125

을 이용하여 상기 영상분 전류 기준값을 계산하는 무효전력 보상장치.
9. The inverter according to claim 8, wherein the inverter voltage compensating unit
Figure pat00125

To calculate the image minute current reference value.
제12항에 있어서, 상기 인버터전압보상부는
Figure pat00126

를 이용하여 상기 전향보상제어값을 계산하고, 상기 도출되는 보상전력값에 대한 전향보상을 수행하는 무효전력 보상장치.13. The inverter according to claim 12, wherein the inverter voltage compensating unit
Figure pat00126

Calculates a forward compensation control value using the feedback control value, and performs forward compensation on the derived compensation power value.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101644455B1 (en) * 2015-12-31 2016-08-02 (주)파워닉스 Multi-Purpose Active Filter for Compensating Reactive Power and Harmonic Distortion
CN106385040A (en) * 2016-09-30 2017-02-08 浙江百固电气科技股份有限公司 Terminal voltage boosting device
KR20180106357A (en) * 2017-03-20 2018-10-01 엘에스산전 주식회사 Reactive power compensation device
CN108631341A (en) * 2018-05-17 2018-10-09 福建奥通迈胜电力科技有限公司 Distribution low-voltage side current three-phase imbalance appraisal procedure based on zero-sequence current
CN110212545A (en) * 2018-02-28 2019-09-06 北京天诚同创电气有限公司 Static reactive generator
CN112230080A (en) * 2020-09-17 2021-01-15 北京自动化控制设备研究所 Three-phase full-bridge inverter fault detection method
KR20210111522A (en) 2020-03-03 2021-09-13 엘지전자 주식회사 An emergency generating system and controlling method thereof
CN114336689A (en) * 2021-12-21 2022-04-12 徐州中矿大传动与自动化有限公司 Control method and system of high-voltage three-phase load unbalance compensation device
CN118054526A (en) * 2024-04-10 2024-05-17 深圳市德兰明海新能源股份有限公司 Charging and discharging control method of three-phase energy storage system

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018059672A1 (en) * 2016-09-28 2018-04-05 Abb Schweiz Ag Power unbalance compensation in ac/ac mmc
KR101819412B1 (en) 2017-01-19 2018-01-16 엘에스산전 주식회사 Inactive power compensator and method of controlling the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110065372A (en) * 2009-12-07 2011-06-15 가부시끼가이샤교산세이사꾸쇼 Unbalanced voltage compensation method, unbalanced voltage compensator, three-phase converter control method, and controller of three-phase converter
KR20120019652A (en) * 2010-08-26 2012-03-07 전력품질기술주식회사 High voltage reactive power compensator using many single-phase inverters for arc furnace
KR20120051912A (en) * 2010-11-15 2012-05-23 한국전기연구원 Apparatus for compensating asymmetric power signals and method thereof
KR20120096417A (en) * 2011-02-22 2012-08-30 가부시끼가이샤교산세이사꾸쇼 Method for controlling power factor of three-phase converter, method for controlling reactive power of three-phase converter, and controller of three-phase converter
KR20130011163A (en) 2011-07-20 2013-01-30 한양대학교 산학협력단 Appatatus and method for controlling static synchronous compensator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110065372A (en) * 2009-12-07 2011-06-15 가부시끼가이샤교산세이사꾸쇼 Unbalanced voltage compensation method, unbalanced voltage compensator, three-phase converter control method, and controller of three-phase converter
KR20120019652A (en) * 2010-08-26 2012-03-07 전력품질기술주식회사 High voltage reactive power compensator using many single-phase inverters for arc furnace
KR20120051912A (en) * 2010-11-15 2012-05-23 한국전기연구원 Apparatus for compensating asymmetric power signals and method thereof
KR20120096417A (en) * 2011-02-22 2012-08-30 가부시끼가이샤교산세이사꾸쇼 Method for controlling power factor of three-phase converter, method for controlling reactive power of three-phase converter, and controller of three-phase converter
KR20130011163A (en) 2011-07-20 2013-01-30 한양대학교 산학협력단 Appatatus and method for controlling static synchronous compensator

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101644455B1 (en) * 2015-12-31 2016-08-02 (주)파워닉스 Multi-Purpose Active Filter for Compensating Reactive Power and Harmonic Distortion
CN106385040A (en) * 2016-09-30 2017-02-08 浙江百固电气科技股份有限公司 Terminal voltage boosting device
KR20180106357A (en) * 2017-03-20 2018-10-01 엘에스산전 주식회사 Reactive power compensation device
CN110212545A (en) * 2018-02-28 2019-09-06 北京天诚同创电气有限公司 Static reactive generator
CN110212545B (en) * 2018-02-28 2021-06-22 北京天诚同创电气有限公司 Static var generator
CN108631341A (en) * 2018-05-17 2018-10-09 福建奥通迈胜电力科技有限公司 Distribution low-voltage side current three-phase imbalance appraisal procedure based on zero-sequence current
CN108631341B (en) * 2018-05-17 2021-12-21 福建奥通迈胜电力科技有限公司 Zero-sequence current-based three-phase unbalance evaluation method for distribution transformer low-voltage side current
KR20210111522A (en) 2020-03-03 2021-09-13 엘지전자 주식회사 An emergency generating system and controlling method thereof
CN112230080A (en) * 2020-09-17 2021-01-15 北京自动化控制设备研究所 Three-phase full-bridge inverter fault detection method
CN114336689A (en) * 2021-12-21 2022-04-12 徐州中矿大传动与自动化有限公司 Control method and system of high-voltage three-phase load unbalance compensation device
CN114336689B (en) * 2021-12-21 2023-12-15 江苏国传电气有限公司 Control method and system of high-voltage three-phase load unbalance compensation device
CN118054526A (en) * 2024-04-10 2024-05-17 深圳市德兰明海新能源股份有限公司 Charging and discharging control method of three-phase energy storage system

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