다중 모듈형 UPS의 병렬 운전 시 외란 저감 성능 향상을 위한 정지 좌표계 상의 제어 기법에 관한 연구

Abstract

본 논문은 모듈형 UPS의 병렬 운전 시 전압 제어기의 외란 저감 성능을 향상시키기 위한 제어 기법을 제안한다. 모듈형 UPS의 단일 운전에서는 전압 제어기의 외란인 부하 전류를 전향 보상하여 외란 저감 성능을 향상시킬 수 있다. 하지만 모듈형 UPS의 병렬 운전 시 부하 전류를 전향 보상하면 순환 전류가 발생할 수 있다. 이로 인해 UPS 모듈 간에 부하 분담이 불균등해지고, 심각한 경우에는 병렬 운전이 불가능할 수 있다. 본 논문에서 모듈형 UPS의 병렬 운전 시 부하 전류 전향 보상 이득에 따른 순환 전류 임피던스를 통해 UPS 모듈 간에 흐르는 순환 전류의 발생 원인을 규명한다. 그리고 순환 전류 임피던스의 감소를 고려하여 부하 전류의 일부분을 전향 보상하는 제어 기법을 제안한다. 하지만 모듈형 UPS의 병렬 운전 시 순환 전류 임피던스를 고려한 부하 전류 전향 보상 기법은 모듈형 UPS의 단일 운전 시 부하 전류 전향 보상 기법보다 외란 저감 성능이 줄어든다. 그래서 줄어든 외란 저감 성능을 개선하기 위한 2 자유도 전압 제어기 구조의 전향 보상 기법을 추가로 제안한다. 이 기법은 전압 제어기의 명령 추종 성능을 유지하여 전압-전류 제어기 구조의 Cascade 제어 성능을 보장함과 동시에 전압 제어기의 외란 저감 성능을 향상시킨다. 제안된 전향 보상 기법의 유효성은 500 W 모듈형 이중 변환 UPS의 4 병렬 운전을 통해 얻은 실험 결과로 입증한다. |This paper proposes a control technique for improving the disturbance rejection performance of a voltage controller during the parallel operation of multi modular UPS. In a single operation of the modular UPS, it is possible to improve disturbance rejection performance by conducting the feed-forward compensation for the load current, which is the disturbance of the voltage controller. However, a circulating current may occur when the modular UPS operates in parallel with the feed-forward control compensates for the load current. As a result, load sharing between UPS modules becomes uneven, and in severe cases, the parallel operation may not be possible. In this paper, the circulating current impedance model according to the load current feed-forward compensation gain explains the circulating current occurrence during the modular UPS parallel operation. In addition, a control technique, which is the feed-forward compensation for a portion of the load current considering a decrease of circulating current impedance, is proposed. However, the load current feed-forward compensation technique that considers circulating current impedance deteriorates disturbance rejection performance compared to a single operation of modular UPS, which is possible to apply for the load current feedforward compensation regardless of circulating current impedance. Therefore, this paper proposes another feed-forward compensation technique with a 2-DOF voltage controller structure to improve the reduced disturbance rejection performance. This technique ensures the cascade control performance of the structure of the voltagecurrent controller by maintaining the voltage controller's reference tracking performance and improving the disturbance rejection performance of the voltage controller. The effectiveness of the proposed feed-forward compensation technique is demonstrated by experimental results obtained through the operation of the fourparallel connected the 500 W modular double conversion UPS.