매끄러운 모드 전환을 위한 계통연계형 인버터의 정지좌표계 전압 제어 = Stationary Frame Voltage Control of Grid Connected Inverter for Seamless mode Transition

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 ESS(Energy Storage System)의 계통연계형 인버터의 매끄러운 모드전환이 가능한 제어방법을 제안하고자 한다. ESS는 배터리를 이용한 전력 관리 시스템으로써 배터리의 저장된 에너지를 통해 계통과 연계하여 부하 측에 전력을 공급할 뿐만 아니라 계통에 이상 발생 시에 UPS(Uninterruptible Power Supply)와 같이 부하 측에 단독으로 전력을 공급하는 기능을 수행한다. 이와 같이 DC 전압인 배터리와 AC 전압인 계통의 연계 운전이 가능하도록 계통연계형 인버터가 사용된다. 이러한 계통 연계형 인버터는 계통연계 운전에서는 전류제어를 실시하여 계통전력을 보조하고, 단독운전에서는 부하전압을 직접 제어하는 전압제어를 실시하게 된다. 이로 인해 계통연계 운전과 단독운전은 각각 다른 제어 형태를 요구한다. 이와 같이 다른 운전 상태 별 제어방식은 운전 상태 전환 시에 과도상태의 원인이 된다.
본 논문에서는 이러한 문제점을 해결이 가능한 제어방법을 제안하고자 한다. 제안하는 제어 방법은 복잡한 제어 방법을 사용하지 않고 계통 연계 운전과 단독운전이 과도상태 없이 매끄러운 모드 전환이 가능한 제어방법을 제안하고자 한다. 제안하는 제어방법은 계통연계 운전 시 직류 링크 전압 제어를 실시하여,BMS와 신재생 에너지 부분과 병렬로 연결된 직류 링크 단 전압을 제어함으로써 유기적인 제어가 가능하도록 하였다.
또한 단독 운전에서는 정지좌표계에서 비례-공진 제어기를 사용해 별도의 변환 기법을 사용하지 않고 출력 전압 제어가 가능하도록 하였다. 그리고 매끄러운 모드전환을 위하여 정상상태 캐패시터 전류를 전압제어기에 전향 보상하였고, 정상상태 인덕터 전압을 전류제어기 전향 보상하여 과도응답특성을 향상시켰다. 또한 단독운전으로 전환 시에 추정된 부하전류를 출력 전압제어기내에 공진제어기의 초기 값으로 보상하여 과도상태 없이 모드 전환이 가능하도록 설계하였다.
본 논문에서 제안하는 제어방법과 알고리즘의 효용성을 확인하기 위해 PSIM을 이용해 모의해석을 실시하였으며, 실용 가치를 확인하기 위해 시뮬레이션과 동일한 실험환경을 구축하여 실험을 진행하였다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 모드전환 시 발생되는 문제점 4
• 2.1 정전 인식 조건 4
• 2.2 운전 별 제어 방법 및 제어 대상 6
• 2.3 정지좌표계에서 이중루프 제어 9
• 2.3.1 계통연계 운전 시 직류 링크 전압 제어 10
• 2.3.2 단독 운전 시 출력 전압 제어 12
• 2.5 모드 전환 시 문제점 15
• Ⅲ. 매끄러운 모드 전환을 위한 제어방법 17
• 3.1 매끄러운 모드 전환을 위한 제안하는 전압 제어기 17
• 3.2 매끄러운 모드 전환을 위한 제안하는 전류 제어기 20
• 3.3 부하 전류 보상 알고리즘 22
• 3.4 위상 일치 알고리즘 26
• Ⅳ. 실험 결과 28
• 4.1 저 전압 현상 발생 시 모드 전환 29
• 4.2 정전 발생 시 모드 전환 31
• 4.3 복전 시 모드 전환 33
• Ⅴ. 결론 34
• 참고 문헌 35
• Abstract 37