단상하프브릿지 구조를 갖는 계통연계형 인버터의 필터인덕터 설계

Filter Design for Utility Interactive Inverters using Single-Phase Half-Bridge Topology

  • 김효성 (공주대 전기전자제어공학부)
  • 발행 : 2007.10.20

초록

본 논문은 단상하프브릿지 구조를 갖는 계통연계형 전압형 PWM 인버터를 위한 필터설계를 목적으로 한다. 단상하프브릿지 전압형 PWM 인버터의 교류출력단 전압과 계통전압의 관계를 분석하여 필터 인덕터에 순시적으로 인가되는 전압의 특징적인 관계를 정성적 및 정량적으로 파악하였다. 또한 교류출력단 전압의 분석을 기초로 하여 필터인덕터에 흐르는 스위칭리플전류의 크기를 정량적으로 구하였다. 이러한 분석을 기초로 하여 계통주입전류의 기본파성분에 대한 스위칭리플전류의 비율을 평가함수로 하는 필터인덕터의 설계법을 제시하였다. 제안된 설계방법을 시뮬레이션 및 실험을 통하여 검증한다.

This paper deals with filter design for utility-interactive voltage-sourced PWM inverters built by single-phase half-bridge topology. By analyzing the relation between utility voltage and the ac output voltage of single-phase half-bridge inverters, the instantaneous voltage applied on the filter inductor is deduced qualitatively and quantitatively. Moreover, switching ripple current through the filter inductor is calculated from the filter inductor voltage. Based on the above mentioned analysis, filter design method is proposed by evaluating the percentage of the switching ripple current against the rated fundamental current. Proposed filter design method is verified by simulation and experiment.

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참고문헌

  1. F.Blaabjerg, Z.Chen, 'Power Electronics as an Enabling Technology for Renewable Energy Integration,' Journal of Power Electronics, The Korean Institute of Power Electronics, vol.3, no.2, pp. 81-89, 2003, April
  2. Yaosuo Xue; Liuchen Chang, Sren Baekhj Kjaer, J. Bordonau; T. Shimizu, 'Topologies of single-phase inverters for small distributed power generators: an overview', IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 19, pp 1305-1314, 2004, Sept https://doi.org/10.1109/TPEL.2004.833460
  3. Qingrong Zeng; Liuchen Chang; 'Study of advanced current control strategies for three-phase grid-connected pwm inverters for distributed generation', in Proc. 2005 IEEE Conference on Control Applications, pp 1311–1316, 2005, Aug
  4. Zhilei Yao, Zan Wang, Lan Xiao, Yangguang Yan, 'A novel control strategy for grid-interactive inverter in grid-connected and stand-alone modes', Applied Power Electronics Conference and Exposition., APEC '06, pp. 5, 2006, March
  5. IEEE Standard P1547 Std: Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems
  6. Twining and D. G. Holmes, 'Grid current regulation of a three-phase voltage source inverter with an LCL input filter', IEEE Transactions on Power Electronics., vol. 18, pp.888-895, 2003, May https://doi.org/10.1109/TPEL.2003.810838
  7. T.CY.Wang, Z.Ye, G.Sinha, X.Yuan, 'Output Filter Design for a Grid-interconnected Three-Phase Inverter, 'Conference Records on PESC'03, vol.2, pp.779-784, 2003, June
  8. M. Prodanovic and T. C. Green, 'Control and filter design of three-phase inverters for high power quality grid connection', IEEE Transactions on Power Electronics., vol. 18, pp. 373-380, 2003, Jan https://doi.org/10.1109/TPEL.2002.807166
  9. M.Liserre, F.Blaabjerg, S.Hansen, 'Design and Control of An LCL Filter Based Active Rectifier,' IEEE Trans. on Ind. App., vol.38, no.2, pp.299-307, 2001, Sept/Oct
  10. 로재석, 최재호,'교류 입력측 LCL 필터 구조 전압형 PWM 컨버티의 설계,' 전력전자학회 논문지 제7권 제5 호, pp.490-498, 2002. 10
  11. 이동규, 김동수, 최병조, '입력 필터와 스위치 모드 전력 변환기의 상호 작용 해석 및 검증,' 2005년도 전력전자 학술대회 논문집, pp. 275-278, 2005. 7
  12. 오성철, 정교범, '직류송전 인버터의 필터 최적설계를 위한 해석 및 목적함수의 선정,' 전력전자학회 논문지 제6 권 제1호, pp. 82-89, 2001
  13. 엄준현, 정영국, 임영철, 김광헌, 'Zero Ripple (Z.R) 필터를 갖는 Harmonic Reducer (H.R) 컨버터,' 전력전자학회 창립 10주년 기념 추계학술대회 논문집, pp. 47-50. 2006. 11