상하암 독립 스위칭 방법과 센서오차 보상기법을 적용한 대용량 계통연계형 태양광 인버터의 고조파 저감

Abstract

본 논문은 고조파 저감을 통한 대용량 계통연계형 태양광 인버터의 특성개선에 관한 것이다. 대용량 계통연계형 인버터의 경우에는 중, 소용량 인버터에 비하여 보다 높은 안전성, 고성능 및 고신뢰성이 요구된다. 따라서 가능한 한 인버터에서 발생하는 고조파를 억제하여야 한다.

계통연계형 태양광 인버터의 구동에 있어서 직류전원 단락을 방지하기 위하여 삽입되는 데드타임의 영향으로 발생되는 고조파 및 왜곡을 근본적으로 차단할 수 있는 방법으로서 지령전류의 극성 정보를 이용하는 스위칭 방법을 제안하였다. 제안하는 스위칭 방법은 실제전류를 검출하는 것이 아니기 때문에 전류 극성이 전환되는 시점에서의 채터링 등의 문제가 전혀 없다. 또한, 전류 극성이 전환되는 경우에 있어서는 데드타임을 인가하기는 하나 스위칭 패턴 상 실제 적용되는 데드타임은 거의 없기 때문에 전류 극성 전환 시의 왜형도 거의 발생하지 않는다. 이와 더불어 상암 소자와 하암 소자를 독립적으로 구동하기 때문에 암단락의 가능성을 극히 낮출 수 있어 시스템의 신뢰성을 매우 높일 수 있다. 또한, 계통연계형 태양광 인버터의 경우 계통전압의 정확한 위상검출이 필요하다. 그러나 계통전압 검출 시 사용하는 센서에는 센서 고유의 오차가 존재하며 이로 인해 온도나 습도 등 사용 환경에 따라 검출 값이 변한다. 따라서 이에 대한 대책을 강구하지 않는 경우 출력전류에 고조파 성분이 발생하여, 연계되는 전력계통에 악영향을 미치게 되는 등 전체 시스템의 성능저하를 초래하게 된다. 이에 본 논문에서는 계통전압의 위상검출 시 주파수 추종이 가능한 적응형 노치필터를 적용하여 센서의 검출오차를 보정하는 방법을 제안하였다.

한편 계통전압에 고조파가 포함되어 있는 경우 인버터 출력전류에 고조파가 발생하므로 이에 대한 대책으로서 계통에 포함되는 고조파를 실시간으로 분석하여 이를 보상하는 방법이 있다. 통상적으로 동기좌표계를 이용하는 방법이 많이 사용된다. 그러나 동기좌표계를 이용하는 통상적인 방법으로 여러 차수의 고조파를 보상하는 경우에는 제어기에 많은 부담을 주어 연산시간의 지연을 초래한다. 이에 본 논문에서는 제어기의 부담을 줄이기 위하여 비교적 연산이 간단한 비례공진 제어기를 이용하여 고조파의 여러 주파수를 성분별로 보상하는 단순화된 출력전류 고조파 보상 제어기를 이용한 계통부하 고조파 보상방법을 제안하였다.

본 논문에서는 제안한 고조파 저감의 방법들을 출력이 계통에 미치는 영향이 매우 큰 대용량 계통연계형 태양광 인버터에 적용하여 시뮬레이션 및 실험결과를 통하여 제안한 방법의 타당성과 유용성을 검증하였다.