DQ 프레임 단상 인버터의 슬라이딩 모드 제어

Abstract

현재 지구의 화석연료의 유한성과 에너지 수요에 대한 가격 폭등, 지구 온난화에 따라 신재생 에너지 기술 이산화탄소 감축 등의 기술에 대해 연구가 활발히 진행 중이다. 이런 이유로 소형 분산 발전시스템은 전력사용에 대한 요구가 증가하고 있다. 소형 분산 발전시스템은 다른 에너지 소스를 사용하는 이점을 가지고 있는 풍력이나 태양광 같은 경우 보통 최종사용자에게 근접하게 구축되어야 한다. 이러한 시스템에서는, 시스템 내의 전력전자변환기를 통해 소스 측으로부터 부하 측으로 분배시켜준다. 중/저 전력 애플리케이션에서 직류(DC)에 연결된 소스와 교류(AC) 에 연결된 부하간에 유일한 인터페이스로 단상 인버터가 종종 쓰여지고 있다[4]. 계통 유입 전력을 제어하는 방법으로는 크게 두 가지가 있는데 인버터 출력 전압 제어와 계통 전류 제어방법이 있다. 출력전압 제어는 전압의 크기와 위상으로 각각 무효전력과 유효전력을 제어 할 수 있는 장점이 있지만 단점으로 계통 임피던스를 정확히 알아야 한다. 반면 계통 전류 제어 방법은 전류 파형에 관심이 있어 전력 제어에 어려움을 가지고 있다. 본 논문에서는 단상 인버터에 가상의 회로를 도입하여 주로 삼상 컨버터 분석 및 제어기 설계이용에 잘 알려진 DQ 변환을 하는 방법을 쓰고 있다. 단상 인버터의 평균 모델을 구하기 위해 DQ 변환 제어방법을 이용해 해석하였다. 일반적으로 슬라이딩 모드 제어기는 비선형 부하 운전시의 낮은 출력전압 왜곡에서 큰 동적 응답을 제공한다. 또한, 외부 전압 유입과 불확실한 부하에 대해 강인한 특성을 가지고 있기 때문에 채터링 현상을 최소화 한다면 좋은 응답 특성을 가져올 수 있다. 본 논문에서는 계통 전력을 제어하기 위해 새로운 슬라이딩 모드 제어기를 설계하여 제안하였고 이전에 설계된 PI 제어기와의 성능을 비교 분석하였다. 시뮬레이션을 통해 불확실한 계통 임피던스의 값과 부하의 변동에 대해 제안한 슬라이딩 모드 제어기의 유용성과 타당성을 검증하였다.