LC Filter Design Considering Voltage Control Performance and PWM Inverter Size for Dynamic Voltage Restorers

동적전압보상기(DVR)의 전압제어특성과 인버터 용량을 고려한 출력필터 설계방법

  • 김효성 (공주대학 전기전자공학부) ;
  • 김장환 (서울대 전기컴퓨터공학부) ;
  • 설승기 (서울대 전기컴퓨터공학부)
  • Published : 2005.04.01

Abstract

The cutoff frequency of a LC output filter for Dynamic Voltage Restorers (DVR) limits the control bandwidth of a DVR system while it attenuates the inverter switching ripples. For a selected cutoff frequency of a LC output filter, infinite number of L-C combinations is possible. Although different L-C combination has different filter characteristics, the filter design on L-C combination has been depended on field experiences without clear analysis. This paper proposes a design criterion and design examples for the L-C filter combination considering the control characteristics and the size of DVRs. An experimental DVR system based on the proposed LC output filter design methodology is built and tested.

LC출력필터는 동적전압보상기(DVR)의 인버터 스위칭에 따른 전압리플을 억제하는 반면에, 전압제어 밴드폭에 제한을 가져온다. 이러한 두 조건을 만족시키기 위한 LC출력펄터의 컷오프 주파수 설계에 대하여는 지금까지 많은 연구가 이루어져 왔다. 그러나 적절히 설계 되어진 필터의 컷오프 주파수에 대하여 무한히 많은 수의 L-C 조합이 가능하며 그에 따라 서로 다른 특성이 나타나지만, 지금까지 분명한 해석적인 기초가 없이 현장의 경험에 의존한 설계를 하여 왔다. 본 논문은 DVR의 크기를 최소화 하면서 우수한 제어성능을 유지할 수 있는 LC출력필터의 설계 방법을 제안한다. 제안된 LC출력필터의 설계에 기초한 DVR 시스템을 구성하여 실험에 의하여 이론을 증명한다.

Keywords

References

  1. M.H.J. Bollen, Understanding Power Quality Problems: Voltage Sags and Interruptions, IEEE press, New York, 1999
  2. A. Campos, G. Joos, P. Ziogas, J. Lindsay, 'Analysis and Design of a Series Voltage Compensator for Three-Phase Unbalanced Sources', IEEE Trans. on Ind. Electron.,Vol. 39, No. 2, pp. 159-167, 1992 https://doi.org/10.1109/41.166737
  3. M. Vilathgamuwa, A. A. D. Ranjith Perera, S. S. Choi, 'Performance Improvement of the Dynamic Voltage Restorer With Close-Loop Load Voltage and Current-Mode Control,' IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 17, No. 5, pp. 824-834, 2002 https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.802189
  4. John Godsk Nielsen, 'Design and Control of a Dynamic Voltage Restorer,' Doctoral Thesis at Aalborg University in Denmark, March 2002
  5. M.J. Newman, D.G. Holmes, J.G. Nielsen, and F. Blaabjerg, 'A dynamic Voltage Restorer (DVR) with Selective Harmonic Compensation at Medium Voltage Level,' Conference Records on IAS '03/IEEE, CD ROM , Oct. 2003
  6. T. Kawabata, T. Miyashita, Y. Yamamoto, 'Digital Control of Three-Phase PWM Inverter with LC Filter,' IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 6, No.1, pp.62-72, 1991 https://doi.org/10.1109/63.65004
  7. M. J. Ryan, R. D. Lorenz, 'A High Performance Sine Wave Inverter Controller with Capacitor Current Feedback and 'Back-EMF' Decoupling,' Conference Records on PESC '95/IEEE, pp.507-513, 1995
  8. 김효성, 이상준, 설승기, '동적전압보상기의 과도특성을 개선하기 위한 디지털방식의 전향제어기 설계,' 전력전자학회논문지, 제 9권, 제 3호, pp. 275-284, 2004년 6월