AC-DC 컨버터를 입출력 병렬로 구동하게 되면 출력 용량을 확장시킬 수 있고, 신뢰도와 효율을 증가시킬 수 있다. 전기자동차 급속충전기, 신재생에너지 등 전력수요가 증대되지만 단일 컨버터의 용량은 제한적이기 때문에 컨버터 병렬 구동이 필요하다. 하지만 비절연형 컨버터를 병렬로 구동하게 되면 병렬 컨버터 사이로 영상분 순환 전류가 발생하여 시스템 성능을 감소시키기 때문에 영상분 순환 전류 저감이 필요하다.
그림 1. Conventional ZSCC reduction control block diagram.
그림 1은 기존 영상분 순환 전류 저감 기법의 제어 블록 다이어그램이다. 우선 영상분 순환 전류 PI 제어를 통해 영상분 순환 전류를 저감하고, PI 제어로 저감되지 않는 영상분 듀티 차이에 의한 영상분 순환 전류를 저감시키기 위해 마스터와 슬레이브의 영상분 듀티 차이를 추가적으로 보상하여 영상분 순환 전류를 저감시킨다. 이러한 기존 연구는 영상분 순환 전류를 효과적으로 저감시키지만 통신 방식에 대해 언급하지 않고 신호 지연에 대한 고려가 되지 않았기 때문에 비동기 통신과 같이 신호 지연이 발생하는 통신을 사용하는 병렬 구조에는 적용하기 어렵다는 한계점이 있다.
(a) (b)
그림 2. Waveform of zero sequence duty, zero sequence duty difference, compensation value:
(a) Conventional method, (b) Proposed Method.
그림 2.(a)는 앞서 설명한 것처럼 통신 신호 지연이 있는 상황에서의 영상분 듀티, 영상분 듀티차이, 보상값이다. 신호 지연으로 인해 잘못된 큰 보상값이 생성되고 이로 인해 보상 효과가 미비하거나 전체적인 제어가 불안정해질 수 있다. 따라서 그림 2.(b)와 같이 발생할 수 있는 신호 지연보다 긴 주기로 영상분 듀티 성분의 평균값을 계산하고, 이를 통해 영상분 듀티 성분 평균값의 차이를 보상하면 보다 안정적으로 보상을 진행할 수 있다. 이렇게 제안하는 듀티 평균 보상 방식으로 평균값의 차이를 보상하면 통신 신호 지연의 영향을 받지 않고 보상을 진행할 수 있다.
(a) (b)
그림 3. Duty average compensation method block diagram:
(a)Master controller, (b)Slave controller.
그림 3은 제안하는 듀티 평균 보상 기법의 제어 블록 다이어그램이다 그림 3.(a)의 마스터 제어기는 영상분 듀티 성분을 계산한 뒤 통신을 통해 슬레이브 제어기로 영상분 듀티 성분을 송신하고, 그림 3.(b)의 슬레이브 제어기는 슬레이브 제어기의 영상분 듀티 성분을 계산하고, 통신을 통해 마스터의 영상분 듀티 성분을 수신한 뒤, 발생할 수 있는 최대 신호 지연보다 긴 시간으로 영상분 듀티 성분들의 평균 값을 구하고, 이 차이를 보상하여 영상분 순환 전류를 저감한다. 이렇듯 제안하는 기법을 적용하여 발생할 수 있는 최대 신호 지연보다 긴 시간으로 영상분 듀티 성분의 평균을 구하고 그 차이를 보상하기 때문에 신호 지연의 영향을 받지 않고 영상분 듀티를 보상하여 순환 전률를 저감할 수 있다.
(a) (b)
그림 4. Simulation waveform of three-phase input current and ZSCC:
(a) Without proposed method, (b) With Proposed method
그림 4는 제안된 듀티 평균 보상 기법의 유효성을 검증하기 위해 제안하는 기법을 적용하지 않았을 때와 적용했을 때의 PSIM 시뮬레이션 결과를 비교한 것이다. 그림 4.(a)의 제안하는 기법을 적용하지 않았을 때와 비교해서 그림 4.(b) 제안하는 기법을 적용한 파형을 비교해보면 영상분 순환 전류가 효과적으로 저감되는 것을 확인할 수 있고, 이를 통해 제안하는 기법의 유효성을 검증하였다
그림 5. Comparison with and without proposed method.
그림 5는 진행한 시뮬레이션을 수치적으로 나타낸 그림이다. 수치적으로 비교 및 해석을 진행하면, 순환 전류의 최대값이 3.85A에서 1.21A로 저감되어 약 81% 저감되는 것을 확인할 수 있고, 실효값은 1.14A에서 0.23A로 저감되어 약 80% 저감되는 것을 확인할 수 있다.
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AC-DC 컨버터를 입출력 병렬로 구동하게 되면 출력 용량을 확장시킬 수 있고, 신뢰도와 효율을 증가시킬 수 있다. 전기자동차 급속충전기, 신재생에너지 등 전력수요가 증대되지만 단일 컨버터의 용량은 제한적이기 때문에 컨버터 병렬 구동이 필요하다. 하지만 비절연형 컨버터를 병렬로 구동하게 되면 병렬 컨버터 사이로 영상분 순환 전류가 발생하여 시스템 성능을 감소시키기 때문에 영상분 순환 전류 저감이 필요하다.
그림 1. Conventional ZSCC reduction control block diagram.
그림 1은 기존 영상분 순환 전류 저감 기법의 제어 블록 다이어그램이다. 우선 영상분 순환 전류 PI 제어를 통해 영상분 순환 전류를 저감하고, PI 제어로 저감되지 않는 영상분 듀티 차이에 의한 영상분 순환 전류를 저감시키기 위해 마스터와 슬레이브의 영상분 듀티 차이를 추가적으로 보상하여 영상분 순환 전류를 저감시킨다. 이러한 기존 연구는 영상분 순환 전류를 효과적으로 저감시키지만 통신 방식에 대해 언급하지 않고 신호 지연에 대한 고려가 되지 않았기 때문에 비동기 통신과 같이 신호 지연이 발생하는 통신을 사용하는 병렬 구조에는 적용하기 어렵다는 한계점이 있다.
그림 2. Waveform of zero sequence duty, zero sequence duty difference, compensation value:
(a) Conventional method, (b) Proposed Method.
그림 2.(a)는 앞서 설명한 것처럼 통신 신호 지연이 있는 상황에서의 영상분 듀티, 영상분 듀티차이, 보상값이다. 신호 지연으로 인해 잘못된 큰 보상값이 생성되고 이로 인해 보상 효과가 미비하거나 전체적인 제어가 불안정해질 수 있다. 따라서 그림 2.(b)와 같이 발생할 수 있는 신호 지연보다 긴 주기로 영상분 듀티 성분의 평균값을 계산하고, 이를 통해 영상분 듀티 성분 평균값의 차이를 보상하면 보다 안정적으로 보상을 진행할 수 있다. 이렇게 제안하는 듀티 평균 보상 방식으로 평균값의 차이를 보상하면 통신 신호 지연의 영향을 받지 않고 보상을 진행할 수 있다.
(a) (b)
그림 3. Duty average compensation method block diagram:
(a)Master controller, (b)Slave controller.
그림 3은 제안하는 듀티 평균 보상 기법의 제어 블록 다이어그램이다 그림 3.(a)의 마스터 제어기는 영상분 듀티 성분을 계산한 뒤 통신을 통해 슬레이브 제어기로 영상분 듀티 성분을 송신하고, 그림 3.(b)의 슬레이브 제어기는 슬레이브 제어기의 영상분 듀티 성분을 계산하고, 통신을 통해 마스터의 영상분 듀티 성분을 수신한 뒤, 발생할 수 있는 최대 신호 지연보다 긴 시간으로 영상분 듀티 성분들의 평균 값을 구하고, 이 차이를 보상하여 영상분 순환 전류를 저감한다. 이렇듯 제안하는 기법을 적용하여 발생할 수 있는 최대 신호 지연보다 긴 시간으로 영상분 듀티 성분의 평균을 구하고 그 차이를 보상하기 때문에 신호 지연의 영향을 받지 않고 영상분 듀티를 보상하여 순환 전률를 저감할 수 있다.
(a) (b)
그림 4. Simulation waveform of three-phase input current and ZSCC:
(a) Without proposed method, (b) With Proposed method
그림 4는 제안된 듀티 평균 보상 기법의 유효성을 검증하기 위해 제안하는 기법을 적용하지 않았을 때와 적용했을 때의 PSIM 시뮬레이션 결과를 비교한 것이다. 그림 4.(a)의 제안하는 기법을 적용하지 않았을 때와 비교해서 그림 4.(b) 제안하는 기법을 적용한 파형을 비교해보면 영상분 순환 전류가 효과적으로 저감되는 것을 확인할 수 있고, 이를 통해 제안하는 기법의 유효성을 검증하였다
그림 5는 진행한 시뮬레이션을 수치적으로 나타낸 그림이다. 수치적으로 비교 및 해석을 진행하면, 순환 전류의 최대값이 3.85A에서 1.21A로 저감되어 약 81% 저감되는 것을 확인할 수 있고, 실효값은 1.14A에서 0.23A로 저감되어 약 80% 저감되는 것을 확인할 수 있다.
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