일반적으로 3상 PWM AC/DC 컨버터는 정상상태 에러 제거 및 빠른 과도응답 특성을 얻기 위해 동기 좌표계상으로 모델링하여 제어한다. 그러나 이와 같은 제어기는 입력전압이 평형일 경우를 전제조건으로 하므로, 입력전원이 불평형인 경우 입력전류와 출력전압에 고조파 성분이 나타나게 된다. 본 논문에서는 전원전압을 동기좌표계상의 정/역상 분으로 분석한 후 두 축(D, Q)의 역기전력 보상성분을 전원전압의 상태에 따라 적절하게 가변하고, 무효 전력과 고조파 전력 성분을 선택적으로 제거함으로써 입출력 시스템의 역률 및 고조파 성분을 효과적으로 보상하기 위한 간단하면서도 효과적인 제어기법을 제안하고, 시뮬레이션과 실험을 통하여 검증하였다.
본 연구에서는 3상 비 대칭이며 왜형된 전원 시스템하에도 탁월한 고조파 및 무효전력 보상 특성을 갖는 순시전력이론을 다루고 있다. 제안된 알고리즘은 불평형 전원전압의 정상분을 검출하고 이를 바탕으로 순시보상전력을 계산한다. 전원전압이 왜형되고 블평형인 정상상태와 과도상태에서 전력전자전용 시뮬레이터인 PSIM에 의해 정상분 전압 검출이 없는 종전의 순시전력이론과 제안된 이론을 비교하였으며 그 타당성을 검토하였다.
동력 및 전등 전열용으로 사용하는 3상 4선식 저압배전시스템에서는 전원측 및 부하측에 연결된 전력사용기기의 영향으로 전압불평형이 발생한다. 전압불평형을 줄이기 위해 설계 및 사용시 부하의 분배를 최적화시키고 있지만, 사용조건과 운전패턴에 따라 완전한 전압평형을 유지하기는 매우 어렵다. 이와 같이 3상 4선식 배전시스템에서 전압불평형은 몇 배의 전류불평형으로 이어져 유도전동기의 경우에 기기의 손실 및 소음증가, 토크 및 속도의 감소와 더불어 비선형 기기의 경우에 고조파의 증가에도 영향을 미칠 수 있다. 전압불평형의 변화에 따라 토크 및 속도의 변동이 발생할 경우 정밀제어나 일정한 속도를 요구하는 설비에서는 심각한 문제를 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 전압불평형율에 따라 유도전동기의 토크 및 각속도 특성변화를 측정 분석 하였다.
본 논문에서는 인버터를 구동하는 용도의 직류전원장치에 대한 제어 알고리즘 개발을 목표로 하고 있으며, 구동과 회생기능을 갖는 전압형 PWM 컨버터에서 운전시 전원의 불평형을 보상하는 제어방법을 제안한다. 교류전원에 대하여 컨버터가 항상 평형상태를 유지하는 방법은 전류제어 루프에 의하여 불평형 상태를 보상하는 방법을 사용하였으며, 불평형의 제어는 전력변환기의 구성면에 있어서 각상의 리액턴스가 같지 않은 누설변압기 등의 사용을 가능하게 하므로 제안된 전력변환기의 하드웨어와 제어 알고리즘은 장치의 소형화와 효율향상에 기여할 것이다.
본 연구에서는 인버터를 구동하는 용도의 직류전원장치에 대한 제어 알고리즘 개발을 목표로 하고 있으며, 구동과 회생기능을 갖는 전압형 PWM 컨버터에서 운전시 전원의 불평형을 보상하는 제어방법을 제안하고자 한다. 이를 위해 전력회생기능을 갖는 정류기에 대하여 기존 다이오드 및 SCR을 이용한 정류방식과의 비교를 통해 본 제어방식의 우수성을 시뮬레이션과 실험을 통해 입증하고자 한다. 전력변환기가 항상 평형상태를 유지하기 위해 전류제어 루프에 의하여 불평형 상태를 보상하는 방법을 사용하였으며, 통상적으로 전력변환기의 구성시 각상의 리액턴스가 같지 않은 누설변압기 등의 사용을 가능하게 하므로 제안된 전력변환기의 리액턴스가 불평형상태가 되어도 운전시 항상 평형상태로 유지되어 시스템을 안정적으로 구동 시킬 수 있는 제어기법의 설계를 통해 어떤 환경에서도 장치의 안정된 구동특성을 확인하고자 하였다.
본 논문은 3상 입력전원의 불평형과 고조파문제를 대칭 좌표계를 통해 각각 정상분과 역상분으로 분리하여 동기 회전 좌표계 상에서 보상할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 동기 회전 좌표계 상에서 보상이 이루어지므로 UPQC와 같은 다양한 목적의 능동전력필터에 쉽게 적용될 수 있다 제안된 알고리즘의 타당성을 뒷받침하기 위해 시뮬레이션을 수행 하였다.
커패시터 필터를 갖는 3 상 다이오드 정류회로는 입력전압의 불평형에 매우 민감한 특성을 가지고 있다. 이러한 정류회로는 그 동작의 비선형성으로 인해 작은 전압의 불평형에도 입력전류에는 큰 불평형이 나타날 수 있으며 이로 인해 전원품질에 악영향을 미친다. 본 논문에서는 이러한 불평형 증폭특성을 이론적으로 규명하고 불평형 정도에 따른 정류회로의 동작모드에 따라 재반 입력전류의 특성에 대한 모델을 도출하였다. 본 논문의 결과는 각종 전력변환 장치의 입력부로서 널리 사용되는 커패시터 필터형 3상 다이오드 정류회로를 최적 설계하는 데에 중요한 해석적 기초를 제공하고 있다.
분산전원을 계통에 연계하여 운용하는 경우 계통연계 인버터가 사용되며 계통에 주입되는 유효전력과 무효전력의 크기를 조절하기 위해 인버터의 출력전류를 제어하게 된다. 그러나 계통전압이 불평형 상태이거나 계통 임피던스에 변동이 있을 경우 계통연계 인버터의 출력전류 제어 성능이 떨어지는 문제가 발생한다. 본 논문에서는 계통전압의 불평형 상태와 계통 임피던스 변동에 강인한 계통연계 인버터의 새로운 전류제어 기법을 제안한다. 제안된 기법은 외란관측기 기반 제어기를 사용하여 계통전압의 불평형 혹은 계통 임피던스 변화와 같은 외란의 영향을 보상한다. 제안된 기법의 강인성과 성능이 시뮬레이션을 통해 입증된다.
본 논문은 3레벨 정류기와 직렬 입력, 병렬 출력 LLC 컨버터가 연결된 전원 장치의 DC-Link 전압 불평형 제어에 관해 분석한다. 일반적으로 380Vac 입력을 가지는 3레벨 부스트 기반 정류기는 출력 전압을 700Vdc 이상으로 제어한다. 또한, 3레벨 컨버터는 두 개의 직렬 출력 커패시터를 가지며, 불균형 해소를 위한 제어 또는 물리적 불평형 해소 소자가 요구된다. 스위칭 신호를 공유하는 두 개의 LLC 컨버터가 연결된 시스템에 DC-Link 불평형 전압 제어가 적용되면 전력의 쏠림 현상이 발생한다. 본 논문은 제시된 시스템에서 전력의 쏠림 현상에 대해 그 원인을 분석하고 실험으로 검증한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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