KR102180639B1 - Apparatus of power decoupling control for dual converter to eliminate the low line frequency ripple, dc-ac power conversion system including the same - Google Patents

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Abstract

저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치 및 이를 포함하는 DC-AC 전력 변환 시스템이 개시된다.
저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치는, 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 입력 DC 소스 전압에서 저주파 리플 성분을 제거하기 위한 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서의 전력 변환의 제1 방향 전달함수의 제어값을 생성하는 리플 보상 루프 및 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서 발생하는 이중 라인 주파수 리플이 상기 듀얼 브릿지 컨버터와 상기 단상 인버터 간의 DC 링크 전압을 중심으로 진동하도록 하는 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서의 전력 변환의 제2 방향 전달함수의 제어값을 생성하는 평균 전압 제어 루프를 포함한다.Disclosed are an apparatus for controlling decoupling of a bidirectional converter for removing low-frequency ripple, and a DC-AC power conversion system including the same.
The device for controlling decoupling of a bidirectional converter for removing low-frequency ripple generates a control value of a first direction transfer function of power conversion in the dual active bridge converter to remove a low-frequency ripple component from the input DC source voltage of the dual active bridge converter. Transmitting the second direction of power conversion in the dual active bridge converter to cause the ripple compensation loop to oscillate around the DC link voltage between the dual bridge converter and the single phase inverter so that the dual line frequency ripple generated in the dual active bridge converter and It includes an average voltage control loop that generates the control values of the function.

Figure R1020190058567
Figure R1020190058567

Description

저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치 및 이를 포함하는 DC-AC 전력 변환 시스템{APPARATUS OF POWER DECOUPLING CONTROL FOR DUAL CONVERTER TO ELIMINATE THE LOW LINE FREQUENCY RIPPLE, DC-AC POWER CONVERSION SYSTEM INCLUDING THE SAME}A decoupling control device of a bidirectional converter for removing low-frequency ripple and a DC-AC power conversion system including the same.

본 발명은 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치 및 이를 포함하는 DC-AC 전력 변환 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프론트-엔드 컨버터의 입출력단에 존재하는 이중 라인 주파수 리플을 제거하기 위한 디커플링 제어 장치 및 이를 포함하는 DC-AC 전력 변환 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a decoupling control device of a bidirectional converter for removing low frequency ripple and a DC-AC power conversion system including the same, and more particularly, to a dual line frequency ripple present at the input/output terminal of the front-end converter. It relates to a decoupling control device and a DC-AC power conversion system including the same.

일반적으로 2단 단상 DC-AC 전력 변환 시스템은 1단의 프론트-엔드 컨버터와 2단의 리어-엔드 인버터로 구성될 수 있다. 여기서 리어-엔드 인버터의 순시 출력 전력은 라인 주파수의 두 배로 맥동하여, 1단의 프론트-엔드 컨버터의 양단에서는 이중 라인 주파수 리플이 발생한다.In general, a two-stage single-phase DC-AC power conversion system may be composed of a first-stage front-end converter and a second-stage rear-end inverter. Here, the instantaneous output power of the rear-end inverter pulsates at twice the line frequency, and a double line frequency ripple occurs at both ends of the first-stage front-end converter.

따라서 프론트-엔드 컨버터의 입력단에는 이중 라인 주파수 리플 성분 제거 및 전력 불일치의 균형을 잡아 DC 링크 전압을 일정하게 유지하기 휘한 전해 커패시터가 사용된다.Therefore, an electrolytic capacitor is used at the input terminal of the front-end converter to maintain a constant DC link voltage by removing the double line frequency ripple component and balancing power mismatch.

전해 커패시터는 높은 커패시터 값을 갖는 반면, 컨버터의 다른 구성요소들보다는 수명이 짧다. 아울러 저주파 라인 주파수 리플 성분은 커패시터의 노화를 가속화하기 때문에 저주파 리플을 제거하기 위한 전력 디커플링(PDT: Power Decoupling Technique) 제어가 실시되는 것이 일반적이다.While electrolytic capacitors have a high capacitor value, they have a shorter lifetime than other components of the converter. In addition, since the low frequency line frequency ripple component accelerates the aging of the capacitor, power decoupling technique (PDT) control to remove the low frequency ripple is generally performed.

전력 디커플링의 주 아이디어는 추가 회로의 도움을 받아 배터리와 같은 에너지 저장장치에 리플 전력을 주입하는 것인데, 이는 전체 시스템의 부피, 무게 및 비용을 증가시킨다는 문제점이 있다.The main idea of power decoupling is to inject ripple power into an energy storage device such as a battery with the help of an additional circuit, which has the problem of increasing the volume, weight and cost of the entire system.

예를 들면, 저주파 리플 전류를 줄이고 전해 커패시터의 사용을 생략하기 위해, DC 능동 필터를 사용하는 방법이 제안된 바 있다. 그러나, 리플 전류 주입을 위한 DC 초퍼를 필요로하기 때문에 부피 및 비용 증가를 초래한다.For example, in order to reduce the low-frequency ripple current and to omit the use of an electrolytic capacitor, a method of using a DC active filter has been proposed. However, it causes an increase in volume and cost because it requires a DC chopper for injecting ripple current.

다른 방법으로는 3상 DC-DC 컨버터의 전류 제어 루프를 사용하는 방법이 있는데, 출력단에서의 리플이 제어되지 않기 때문에 출력단에 에너지 버퍼로서의 커패시터가 필요하다는 단점이 있다.Another method is to use a current control loop of a three-phase DC-DC converter, which has a disadvantage in that a capacitor as an energy buffer is required at the output stage because ripple at the output stage is not controlled.

이에 추가 능동 소자 없이 DC 능동 필터를 이용한 방법이 제안된바 있다. 이는 절연 변압기의 중앙 탭에 디커플링 커패시터를 연결하고, 공통 모드 전압은 디커플링 맥동 전력 분리에 사용하는데, 변압기의 전류 정격이 크게 증가하여 손실이 발생한다는 문제점이 있다.Accordingly, a method using a DC active filter without an additional active element has been proposed. This connects the decoupling capacitor to the center tap of the isolation transformer, and the common mode voltage is used to separate the decoupling pulsating power, but there is a problem in that the current rating of the transformer is greatly increased, resulting in a loss.

본 발명의 일측면은 두 개의 제어 루프를 포함하여 각 루프에서 입력 DC 소스 전압에서의 이중 라인 주파수 리플을 추출 및 보상하고, 출력을 제어하는 이중 라인 주파수 리플을 제거하기 위한 디커플링 제어 장치 및 이를 포함하는 DC-AC 전력 변환 시스템을 제공한다.One aspect of the present invention includes a decoupling control device for extracting and compensating for a double line frequency ripple in an input DC source voltage in each loop including two control loops, and removing a double line frequency ripple controlling an output, and the same It provides a DC-AC power conversion system.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치는, 1단의 듀얼 능동 브릿지 컨버터 및 2단의 단상 인버터로 구성되는 DC-AC 전력 변환 시스템에서 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 전력 디커플링(PDT: Power Decoupling Technique) 제어를 실시하는 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치에 있어서, 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 입력 DC 소스 전압에서 저주파 리플 성분을 제거하기 위한 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서의 전력 변환의 제1 방향 전달함수의 제어값을 생성하는 리플 보상 루프 및 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서 발생하는 이중 라인 주파수 리플이 상기 듀얼 브릿지 컨버터와 상기 단상 인버터 간의 DC 링크 전압을 중심으로 진동하도록 하는 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서의 전력 변환의 제2 방향 전달함수의 제어값을 생성하는 평균 전압 제어 루프를 포함한다.To solve the above problem, the decoupling control apparatus of a bidirectional converter for removing low-frequency ripple of the present invention includes the dual active bridge converter in a DC-AC power conversion system consisting of a single-stage dual active bridge converter and a two-stage single-phase inverter. In the decoupling control device of a bidirectional converter for removing low-frequency ripple that performs power decoupling (PDT) control of the dual active bridge, the dual active bridge for removing low-frequency ripple components from the input DC source voltage of the dual active bridge converter The ripple compensation loop generating the control value of the first direction transfer function of power conversion in the converter and the double line frequency ripple generated in the dual active bridge converter vibrate around the DC link voltage between the dual bridge converter and the single-phase inverter. And an average voltage control loop for generating a control value of a second direction transfer function of power conversion in the dual active bridge converter.

한편, 상기 리플 보상 루프는, 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 입력 DC 소스 전압과 입력 DC 소스의 레퍼런스 전압 간의 편차로부터 저주파 리플 성분을 검출하는 대역 통과 필터 및 상기 저주파 리플 성분을 제거하기 위한 제어값을 상기 제1 방향 전달함수의 제어값으로 생성하는 제1 PI 제어기를 포함할 수 있다.Meanwhile, the ripple compensation loop includes a band pass filter for detecting a low frequency ripple component from a deviation between an input DC source voltage of the dual active bridge converter and a reference voltage of the input DC source, and a control value for removing the low frequency ripple component. It may include a first PI controller that generates a control value of the first direction transfer function.

또한, 상기 대역 통과 필터는, 중심 주파수가 120Hz로 설계될 수 있다.In addition, the band pass filter may be designed with a center frequency of 120 Hz.

또한, 상기 제1 PI 제어기는, 상기 이중 라인 주파수 리플의 120Hz 성분 이외의 모든 성분을 제거하기 위한 제어값을 생성하도록 설계될 수 있다.In addition, the first PI controller may be designed to generate a control value for removing all components other than the 120Hz component of the double line frequency ripple.

또한, 상기 평균 전압 제어 루프는, 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 DC 링크 전압과 DC 링크 레퍼런스 전압 간의 편차를 제거하기 위한 상기 제2 방향 전달함수의 제어값을 생성하는 제2 PI 제어기를 포함할 수 있다.In addition, the average voltage control loop may include a second PI controller that generates a control value of the second direction transfer function for removing a deviation between a DC link voltage and a DC link reference voltage of the dual active bridge converter. .

또한, 상기 평균 전압 제어 루프는, 상기 이중 라인 주파수 리플이 상기 DC 링크 전압을 중심으로 진동할 수 있도록 상기 제2 방향 전달함수의 제어값과 상기 리플 보상 루프의 루프 이득의 편차를 제어값으로 하여 상기 제2 방향 전달함수를 제어할 수 있다.In addition, the average voltage control loop, the difference between the control value of the second direction transfer function and the loop gain of the ripple compensation loop so that the double line frequency ripple vibrates around the DC link voltage as a control value. The second direction transfer function may be controlled.

한편, 본 발명의 DC-AC 전력 변환 시스템은 입력 DC 소스 전압을 승압하여 DC 링크 전압으로 출력하는 듀얼 능동 브릿지 컨버터, 상기 DC 링크 전압으로부터 AC 계통 전압을 생성하는 단상 인버터 및 상기 입력 DC 소스 전압에서 저주파 리플 성분을 제거하기 위한 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서의 전력 변환의 제1 방향 전달함수의 제어값을 생성하고, 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서 발생하는 이중 라인 주파수 리플이 상기 DC 링크 전압을 중심으로 진동하도록 하는 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서의 전력 변환의 제2 방향 전달함수의 제어값을 생성하여 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 전력 디커플링(PDT: Power Decoupling Technique) 제어를 실시하는 디커플링 제어 장치를 포함한다.Meanwhile, the DC-AC power conversion system of the present invention includes a dual active bridge converter that boosts an input DC source voltage and outputs it as a DC link voltage, a single-phase inverter that generates an AC grid voltage from the DC link voltage, and the input DC source voltage. Generates a control value of the first direction transfer function of power conversion in the dual active bridge converter to remove the low frequency ripple component, and the dual line frequency ripple generated in the dual active bridge converter vibrates around the DC link voltage And a decoupling control device for controlling a power decoupling technique (PDT) of the dual active bridge converter by generating a control value of a second direction transfer function of power conversion in the dual active bridge converter.

한편, 상기 디커플링 제어 장치는, 상기 입력 DC 소스 전압과 입력 DC 소스의 레퍼런스 전압 간의 편차로부터 저주파 리플 성분을 검출하고, 상기 저주파 리플 성분을 제거하기 위한 제어값을 상기 제1 방향 전달함수의 제어값으로 생성하는 리플 보상 루프 및 상기 DC 링크 전압과 DC 링크 레퍼런스 전압 간의 편차를 제거하기 위한 상기 제2 방향 전달함수의 제어값을 생성하고, 상기 이중 라인 주파수 리플이 상기 DC 링크 전압을 중심으로 진동할 수 있도록 상기 제2 방향 전달함수의 제어값과 상기 리플 보상 루프의 루프 이득의 편차를 제어값으로 하여 상기 제2 방향 전달함수를 제어하는 평균 전압 제어 루프를 포함할 수 있다.Meanwhile, the decoupling control device detects a low-frequency ripple component from a deviation between the input DC source voltage and a reference voltage of the input DC source, and provides a control value for removing the low-frequency ripple component as a control value of the first direction transfer function. And a control value of the second direction transfer function to remove a deviation between the DC link voltage and the DC link reference voltage, and the double line frequency ripple will vibrate around the DC link voltage. The second direction transfer function may be controlled by an average voltage control loop using a control value of the second direction transfer function and a difference between the loop gain of the ripple compensation loop as a control value.

또한, 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터는, 두 브릿지에 마련되는 스위칭 소자의 위상 천이 제어에 따라 이득이 결정될 수 있다.In addition, in the dual active bridge converter, a gain may be determined according to a phase shift control of switching elements provided in two bridges.

또한, 상기 디커플링 제어 장치는, 필요로하는 컨버터 이득을 얻기 위한 스위치 소자들의 위상 천이를 제어할 수 있다.In addition, the decoupling control device may control a phase shift of switch elements to obtain a required converter gain.

본 발명에 따르면 리플 전력 주입을 위한 추가 하드웨어를 요구하지 않으며, DC-AC 전력 변환 시스템의 2단을 구성하는 단상 인버터의 위상 동기 루프(PLL: Phase-Locked-Loop)로부터 이중 라인 주파수 리플의 위상 정보를 제공받지 않으므로, 단상 인버터의 제어와 독립적인 디커플링 제어가 가능하다. According to the present invention, it does not require additional hardware for ripple power injection, and the phase of the double line frequency ripple from the phase-locked loop (PLL) of the single-phase inverter constituting the second stage of the DC-AC power conversion system. Since no information is provided, control of single-phase inverters and independent decoupling control are possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치를 포함하는 DC-AC 전력 변환 시스템의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 듀얼 능동 브릿지 컨버터를 구성하는 각 소자들의 주요 파형을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 등가 회로를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치의 제어 블록도를 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4에 포함되는 리플 보상 루프를 상세히 보여주는 도면이다.
도 6은 도 4에 포함되는 평균 전압 제어 루프를 상세히 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치의 유효성을 검증하기 위한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다.1 is a diagram illustrating an example of a DC-AC power conversion system including a decoupling control device of a bidirectional converter for removing low-frequency ripple according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing main waveforms of elements constituting the dual active bridge converter shown in FIG. 1.
3 is a diagram showing an equivalent circuit of the dual active bridge converter shown in FIG. 1.
4 is a diagram illustrating a control block diagram of an apparatus for controlling decoupling according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing in detail the ripple compensation loop included in FIG. 4.
6 is a diagram showing in detail the average voltage control loop included in FIG. 4.
7 is a view showing a simulation result for verifying the effectiveness of the decoupling control apparatus according to an embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The detailed description of the present invention to be described below refers to the accompanying drawings, which illustrate specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in detail sufficient to enable a person skilled in the art to practice the present invention. It is to be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention in relation to one embodiment. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description to be described below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if appropriately described, is limited only by the appended claims, along with all scopes equivalent to those claimed by the claims. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions over several aspects.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치를 포함하는 DC-AC 전력 변환 시스템의 일 예를 보여주는 도면이다.1 is a diagram illustrating an example of a DC-AC power conversion system including a decoupling control device of a bidirectional converter for removing low-frequency ripple according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, DC-AC 전력 변환 시스템(1)은 2단 단상 DC-AC 전력 변환 시스템으로, 1단의 프론트-엔드 컨버터(10)와 2단의 리어-엔드 인버터(20)로 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, the DC-AC power conversion system 1 is a two-stage single-phase DC-AC power conversion system, consisting of a front-end converter 10 in a first stage and a rear-end inverter 20 in a second stage. Can be.

프론트-엔드 컨버터(10)는 전기적 절연 및 양방향 특성을 갖는 컨버터로, 이하의 설명에서는 듀얼 능동 브릿지(DAB: Dual Active Bridge) 컨버터(10)인 것을 예로 들어 설명한다. 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)는 8 개의 능동 스위치(S1 내지 S8), 고주파 변압기(TR), 누설 인덕터(Llk) 및 DC 링크 커패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 도 1에서 VDC 및 VDC_Link는 각각 입력 DC 소스 전압 및 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)와 단상 인버터(20) 간의 전압인 DC 링크 전압을 나타낸다. 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)는 입력 DC 소스 전압을 승압하여 DC 링크 전압으로 출력할 수 있다. 즉 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)는 저전압단 브릿지로부터 고전압단 브릿지로 전력을 전달할 수 있을 것이다. 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 동작에 대한 설명은 도 2를 참조하여 후술한다. The front-end converter 10 is a converter having electrical isolation and bidirectional characteristics. In the following description, a dual active bridge (DAB) converter 10 will be described as an example. The dual active bridge converter 10 may include eight active switches S 1 to S 8 , a high frequency transformer TR, a leakage inductor L lk , and a DC link capacitor. In FIG. 1, V DC and V DC_Link denote an input DC source voltage and a DC link voltage that is a voltage between the dual active bridge converter 10 and the single-phase inverter 20, respectively. The dual active bridge converter 10 may boost the input DC source voltage and output it as a DC link voltage. That is, the dual active bridge converter 10 may transfer power from the low voltage end bridge to the high voltage end bridge. A description of the operation of the dual active bridge converter 10 will be described later with reference to FIG. 2.

리어-엔드 인버터(20)는 프론트-엔드 컨버터(10)에 의해 승압되어 제공되는 DC 전압으로부터 AC 계통 전압을 생성하는 전압 소스 인버터(VSI: Voltage Source Inverter)로, 이하의 설명에서는 단상 인버터(20)인 것을 예로 들어 설명한다.The rear-end inverter 20 is a voltage source inverter (VSI: Voltage Source Inverter) that generates an AC grid voltage from a DC voltage boosted by the front-end converter 10 and provided. In the following description, a single-phase inverter 20 ), as an example.

이러한 DC-AC 전력 변환 시스템(1)은 1단의 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 양단에서 이중 라인 주파수(double line frequency) 리플이 발생할 수 있으며, 특히 저주파 리플은 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)에 포함되는 커패시터의 노화를 가속화하기 때문에 결과적으로는 시스템 안정성을 저하시킬 수 있다.Such a DC-AC power conversion system 1 may generate a double line frequency ripple at both ends of the dual active bridge converter 10 of the first stage, and in particular, the low frequency ripple is applied to the dual active bridge converter 10. It accelerates the aging of the capacitors involved, which can consequently reduce system stability.

본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치(이하, 디커플링 제어 장치)(100)는 DC-AC 전력 변환 시스템(1)의 1단을 구성하는 양방향 컨버터인 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 저주파 리플을 제거하기 위한 전력 디커플링(PDT: Power Decoupling Technique) 제어를 실시할 수 있다.The decoupling control device (hereinafter, decoupling control device) 100 of a bidirectional converter for removing low-frequency ripple according to an embodiment of the present invention is a dual active converter constituting the first stage of the DC-AC power conversion system 1. Power Decoupling Technique (PDT) control for removing low-frequency ripple of the bridge converter 10 may be performed.

본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치(100)는 리플 보상 루프(110) 및 평균 전압 제어 루프(130)의 두 개의 루프로 구성될 수 있다. 리플 보상 루프(110)는 이중 라인 주파수 리플을 추출 및 보상할 수 있다. 평균 전압 제어 루프(130)는 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 출력을 제어할 수 있다.The decoupling control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may be configured with two loops of a ripple compensation loop 110 and an average voltage control loop 130. The ripple compensation loop 110 may extract and compensate for the double line frequency ripple. The average voltage control loop 130 may control the output of the dual active bridge converter 10.

도 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치(100)는 리플 전력 주입을 위한 추가 하드웨어를 요구하지 않으며, DC-AC 전력 변환 시스템(1)의 2단을 구성하는 단상 인버터(20)의 위상 동기 루프(PLL: Phase-Locked-Loop)로부터 이중 라인 주파수 리플의 위상 정보를 제공받지 않으므로, 단상 인버터(20)의 제어와 독립적인 디커플링 제어가 가능하다. As can be seen from FIG. 1, the decoupling control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention does not require additional hardware for injecting ripple power, and a single phase constituting the second stage of the DC-AC power conversion system 1 Since phase information of the double line frequency ripple is not provided from the phase-locked-loop (PLL) of the inverter 20, decoupling control independent from the control of the single-phase inverter 20 is possible.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치(100)와 관련한 구체적인 설명은 도 3 이하를 참조하여 후술한다.A detailed description of the decoupling control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described later with reference to FIG. 3.

도 2는 도 1에 도시된 듀얼 능동 브릿지 컨버터를 구성하는 각 소자들의 주요 파형을 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing main waveforms of elements constituting the dual active bridge converter shown in FIG. 1.

도 2를 참조하면, 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 일차측 스위치(Spri)인 제1 스위치(S1) 내지 제4 스위치(S4)와 이차측 스위치(Ssec)인 제5 스위치(S5) 내지 제8 스위치(S8)의 게이트 제어 신호를 확인할 수 있다. 또한 주어진 위상 시프트 조건 하에서의 누설 인덕터 전류(ilk) 및 전압(vlk)의 파형을 확인할 수 있다.2, a first switch (S 1 ) to a fourth switch (S 4 ) that is a primary switch (S pri ) of the dual active bridge converter 10 and a fifth switch (S sec ) that is a secondary switch (S sec ) Gate control signals of the S 5 ) to eighth switches S 8 may be checked. In addition, waveforms of the leakage inductor current (i lk ) and voltage (v lk ) under a given phase shift condition can be checked.

키르히호프 전압 방정식(Kirchhoff's voltage equation)을 이용하면, 누설 인덕터 전류(ilk)의 슬로프는 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.Using the Kirchhoff's voltage equation, the slope of the leakage inductor current i lk can be expressed as Equation 1 below.

Figure 112019051051916-pat00001
Figure 112019051051916-pat00001

수학식 1에서 Vpri는 1차측 전압, Vsec는 2차측 전압 및 Lk는 누설 인덕터의 인덕턴스를 나타낸다.In Equation 1, V pri is the primary side voltage, V sec is the secondary side voltage, and L k is the inductance of the leakage inductor.

도 2에서 스위칭 사이클의 반 주기는 0<θ<δ의 제1 구간 및 δ<θ<Π의 제2 구간으로 나뉠 수 있다.In FIG. 2, the half cycle of the switching cycle may be divided into a first section of 0<θ<δ and a second section of δ<θ<Π.

제1 구간(0<θ<δ) 및 제2 구간(δ<θ<Π)에서 각각 수학식 1을 풀면 아래 수학식 2 및 3을 얻을 수 있다.Equations 2 and 3 below can be obtained by solving Equation 1 in the first section (0<θ<δ) and the second section (δ<θ<Π), respectively.

Figure 112019051051916-pat00002
Figure 112019051051916-pat00002

Figure 112019051051916-pat00003
Figure 112019051051916-pat00003

수학식 2 및 3에서 n은 변압기의 턴비, T는 스위칭 반 주기, I1 및 I2는 각각 인덕터 전류 및 (δ/Πrads)는 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)를 구성하는 두 브릿지 간의 위상 천이에 의한 듀티를 의미한다.In Equations 2 and 3, n is the turn ratio of the transformer, T is the switching half period, I 1 and I 2 are the inductor currents, respectively, and (δ/Πrads) is the phase shift between the two bridges constituting the dual active bridge converter 10. By means of duty.

듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 평균 전류는 수학식 2 및 3을 평균내어 아래 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.The average current of the dual active bridge converter 10 can be expressed as Equation 4 below by averaging Equations 2 and 3.

Figure 112019051051916-pat00004
Figure 112019051051916-pat00004

듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 평균 전력은 수학식 4를 이용하여 아래 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.The average power of the dual active bridge converter 10 can be expressed as Equation 5 below by using Equation 4.

Figure 112019051051916-pat00005
Figure 112019051051916-pat00005

수학식 5를 참조하면, 출력 측으로 전달되는 전력과 듀티 사이클 함수 간의 관계를 확인할 수 있다.Referring to Equation 5, the relationship between the power delivered to the output side and the duty cycle function can be confirmed.

수학식 5로부터 누설 인덕턴스를 산출하는 방정식은 아래 수학식 6과 같이 나타낼 수 있으며, 수학식 6을 이용하여 최적의 전력 전달을 위한 누설 인덕턴스 값을 산출할 수 있을 것이다.The equation for calculating the leakage inductance from Equation 5 may be expressed as Equation 6 below, and the leakage inductance value for optimal power transfer may be calculated using Equation 6 below.

Figure 112019051051916-pat00006
Figure 112019051051916-pat00006

도 3은 도 1에 도시된 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 등가 회로를 보여주는 도면이다.3 is a diagram showing an equivalent circuit of the dual active bridge converter shown in FIG. 1.

본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치(100)는 상술한 것처럼 이중 라인 주파수 리플을 추출 및 보상하는 리플 보상 루프(110) 및 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 출력 전압을 제어하는 평균 전압 제어 루프(130)로 구성될 수 있다.As described above, the decoupling control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a ripple compensation loop 110 for extracting and compensating for a double line frequency ripple, and an average voltage control for controlling the output voltage of the dual active bridge converter 10 It may be configured as a loop 130.

이때 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치(100)는 제1 PI 제어기 및 제2 PI 제어기의 두 가지 PI 제어기를 포함할 수 있는데, 제1 PI 제어기는 이중 라인 주파수 리플을 보상하기 위한 것으로, 리플 보상 루프(110)에 포함되고, 제2 PI 제어기는 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 DC 링크 전압을 제어하기 위한 것으로, 평균 전압 제어 루프(130)에 포함될 수 있다.At this time, the decoupling control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may include two PI controllers, a first PI controller and a second PI controller, and the first PI controller is for compensating for dual line frequency ripple. , Included in the ripple compensation loop 110, and the second PI controller is for controlling the DC link voltage of the dual active bridge converter 10, and may be included in the average voltage control loop 130.

본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치(100)는 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 소신호 모델을 구성하여 저주파 리플 성분 제거 효율을 높이기 위한 제1 PI 제어기 및 제2 PI 제어기를 설계할 수 있다.The decoupling control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention can design a first PI controller and a second PI controller to increase the efficiency of removing low-frequency ripple components by configuring a small signal model of the dual active bridge converter 10. have.

도 3을 참조하면, 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 소신호 모델을 획득하기 위한 등가 회로를 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3, an equivalent circuit for obtaining a small signal model of the dual active bridge converter 10 can be confirmed.

듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)는 제어된 DC 전류 소스에 의해 모델링될 수 있으므로, 등가 회로는 제어된 DC 전류 소스, 커패시터 및 부하가 병렬 연결된 형태로 구성될 수 있다.Since the dual active bridge converter 10 can be modeled by a controlled DC current source, the equivalent circuit can be configured in a form in which a controlled DC current source, a capacitor, and a load are connected in parallel.

듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 출력 전류(IP2)는 수학식 4를 이용하여 아래 수학식 7과 같이 산출될 수 있다.The output current I P2 of the dual active bridge converter 10 may be calculated as shown in Equation 7 below using Equation 4.

Figure 112019051051916-pat00007
Figure 112019051051916-pat00007

수학식 7에서 음의 기호는 전류의 방향을 나타낸다. In Equation 7, a negative sign indicates the direction of the current.

수학식 7에 따르면 도 3에 도시된 전류 소스는 비선형적이기 때문에 선형방정식에 대한 동작점(δ0)에서 선형화하는 경우, 아래 수학식 8과 같이 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 이득을 나타낼 수 있다.According to Equation 7, since the current source shown in FIG. 3 is nonlinear, when linearizing at the operating point (δ 0 ) for the linear equation, the gain of the dual active bridge converter 10 can be expressed as in Equation 8 below. .

Figure 112019051051916-pat00008
Figure 112019051051916-pat00008

수학식 8에서 ω=2Πfs로, fs는 스위칭 주파수를 의미한다.In Equation 8, ω=2Πf s , f s denotes a switching frequency.

또한 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 선형화 된 소신호 모델 방정식은 아래 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.In addition, the linearized small signal model equation of the dual active bridge converter 10 can be expressed as Equation 9 below.

Figure 112019051051916-pat00009
Figure 112019051051916-pat00009

수학식 9에 따르면, 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 소신호 모델 방정식은 비례 함수로, 위상 천이(δ)가 작은 경우 높은 이득(G)을 갖고, 위상 천이(δ)가 큰 경우 낮은 이득(G)을 가짐을 확인할 수 있다. 즉, 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)는 두 브릿지 간의 위상 천이에 따라 이득이 결정되므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치(100)는 필요로하는 컨버터 이득을 얻기 위한 스위치 소자들의 위상 천이를 제어할 수 있을 것이다. According to Equation 9, the small signal model equation of the dual active bridge converter 10 is a proportional function, and when the phase shift (δ) is small, it has a high gain (G), and when the phase shift (δ) is large, the low gain ( It can be seen that it has G). That is, since the gain of the dual active bridge converter 10 is determined according to the phase shift between the two bridges, the decoupling control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention has a phase shift of switch elements to obtain a required converter gain. You will be able to control it.

도 3에서 출력 필터 및 부하 간의 전달 함수는 아래 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.In FIG. 3, the transfer function between the output filter and the load can be expressed as Equation 10 below.

Figure 112019051051916-pat00010
Figure 112019051051916-pat00010

수학식 10에서 RL은 등가 부하 저항 및 CDC_Link는 필터 커패시턴스를 의미한다.In Equation 10, R L represents the equivalent load resistance and C DC_Link represents the filter capacitance.

듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)는 양방향 컨버터로, 각 방향의 전달 함수는 수학식 8 및 10을 이용하여 아래 수학식 11 및 12와 같이 나타낼 수 있다.The dual active bridge converter 10 is a bidirectional converter, and a transfer function in each direction can be expressed as Equations 11 and 12 below using Equations 8 and 10.

Figure 112019051051916-pat00011
Figure 112019051051916-pat00011

Figure 112019051051916-pat00012
Figure 112019051051916-pat00012

이하 도 4 이하를 참조하여 이와 같은 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 소신호 모델 특성을 이용하여 설계되는 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a decoupling control apparatus according to an embodiment of the present invention designed using the small signal model characteristics of the dual active bridge converter 10 will be described in detail with reference to FIG. 4 below.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치의 제어 블록도를 보여주는 도면이고, 도 5는 도 4에 포함되는 리플 보상 루프를 상세히 보여주는 도면이며, 도 6은 도 4에 포함되는 평균 전압 제어 루프를 상세히 보여주는 도면이다.4 is a view showing a control block diagram of a decoupling control apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a view showing in detail the ripple compensation loop included in FIG. 4, and FIG. 6 is an average voltage included in FIG. It is a diagram showing in detail the control loop.

먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치(100)는 상술한 것처럼 이중 라인 주파수 리플을 추출 및 보상하는 리플 보상 루프(110) 및 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 출력 전압을 제어하는 평균 전압 제어 루프(130)로 구성될 수 있다.First, referring to FIG. 4, the decoupling control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a ripple compensation loop 110 for extracting and compensating a double line frequency ripple and a dual active bridge converter 10 as described above. It may be configured with an average voltage control loop 130 that controls the output voltage.

본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치(100)는 제1 PI 제어기(112) 및 제2 PI 제어기(132)의 두 가지 PI 제어기를 포함할 수 있다. The decoupling control apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may include two PI controllers, a first PI controller 112 and a second PI controller 132.

제1 PI 제어기(112)는 이중 라인 주파수 리플을 보상하기 위한 것으로, 리플 보상 루프(110)에 포함되고, 제2 PI 제어기(132)는 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 DC 링크 전압을 제어하기 위한 것으로, 평균 전압 제어 루프(130)에 포함될 수 있다.The first PI controller 112 is for compensating the dual line frequency ripple, and is included in the ripple compensation loop 110, and the second PI controller 132 controls the DC link voltage of the dual active bridge converter 10. For this purpose, it may be included in the average voltage control loop 130.

도 5를 참조하면, 리플 보상 루프(110)는 대역 통과 필터(111) 및 제1 PI 제어기(112)를 포함하여 수학식 12에 개시된 전달함수(GVDC)를 제어할 수 있다.Referring to FIG. 5, the ripple compensation loop 110 includes a band pass filter 111 and a first PI controller 112 to control the transfer function G VDC disclosed in Equation 12.

리플 보상 루프(110)는 대역 통과 필터(111)를 이용하여 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 입력 DC 소스 전압(VDC)과 입력 DC 소스의 레퍼런스 전압(VDC_Ref) 간의 편차로부터 저주파 리플 성분을 검출하고, 제1 PI 제어기(112)를 이용하여 저주파 리플 성분을 제거하기 위한 제어값을 생성하여 전달함수(GVDC)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 PI 제어기(112)는 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 위상 천이 동작점(δ)을 조작량으로 하여 전달함수(GVDC)를 제어할 수 있다. The ripple compensation loop 110 uses a band pass filter 111 to calculate a low-frequency ripple component from a deviation between the input DC source voltage (V DC ) of the dual active bridge converter 10 and the reference voltage (V DC_Ref ) of the input DC source. It detects and generates a control value for removing the low-frequency ripple component using the first PI controller 112 to control the transfer function (G VDC ). For example, the first PI controller 112 may control the transfer function G VDC by using the phase shift operating point δ of the dual active bridge converter 10 as an operation amount.

대역 통과 필터(111)의 전달 함수는 아래 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.The transfer function of the band pass filter 111 can be expressed as Equation 13 below.

Figure 112019051051916-pat00013
Figure 112019051051916-pat00013

수학식 13에서 ω는 공진 주파수를 나타내고, k는 감쇠 계수(damping factor)를 나타낸다.In Equation 13, ω represents a resonance frequency, and k represents a damping factor.

대역 통과 필터(111)의 중심 주파수는 일예로, 120Hz로 설계될 수 있으며, 감쇠 계수는 120Hz에서 높은 이득을 얻을 수 있도록 충분히 작은 값으로 선택될 수 있다.The center frequency of the band pass filter 111 may be designed to be 120 Hz, for example, and the attenuation coefficient may be selected to be sufficiently small to obtain a high gain at 120 Hz.

제1 PI 제어기(112)의 전달 함수는 아래 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.The transfer function of the first PI controller 112 can be expressed as Equation 14 below.

Figure 112019051051916-pat00014
Figure 112019051051916-pat00014

수학식 14에서 Kp는 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 비례 이득(proportional gain)을 나타내고, τ는 시간 상수를 나타낸다.In Equation 14, K p represents a proportional gain of the dual active bridge converter 10, and τ represents a time constant.

이때, 제1 PI 제어기(112)는 120Hz에서 더 높은 이득을 허용함으로써 이중 라인 주파수 리플의 120Hz 성분 이외의 모든 성분을 제거하도록 설계될 수 있다. At this time, the first PI controller 112 may be designed to remove all components other than the 120Hz component of the double line frequency ripple by allowing a higher gain at 120Hz.

리플 보상 루프(110)의 루프 이득은 아래 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.The loop gain of the ripple compensation loop 110 can be expressed as Equation 15 below.

Figure 112019051051916-pat00015
Figure 112019051051916-pat00015

도 6을 참조하면, 평균 전압 제어 루프(130)는 제2 PI 제어기(132)를 포함하여, 수학식 11에 개시된 전달함수(GVDC_Link)를 제어할 수 있다.Referring to FIG. 6, the average voltage control loop 130 may include the second PI controller 132 and control the transfer function G VDC_Link disclosed in Equation 11.

평균 전압 제어 루프(130)는 제2 PI 제어기(132)를 포함하여, 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 DC 링크 전압(VDC_link)과 DC 링크 레퍼런스 전압(VDC_link_Ref) 간의 편차를 제거하기 위한 제어값을 생성하되, 이중 라인 주파수 리플이 DC 링크 전압(VDC_link)을 중심으로 진동하도록 하는 제어값을 생성하여 전달함수(GVDC_Link)를 제어할 수 있다. 이를 위해 평균 전압 제어 루프(130)는 제2 PI 제어기(132)를 통해 생성하는 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 DC 링크 전압(VDC_link)과 DC 링크 레퍼런스 전압(VDC_link_Ref) 간의 편차를 제거하기 위한 제어값과 리플 보상 루프(110)의 루프 이득의 편차를 제어값으로 하여 이중 라인 주파수 리플이 DC 링크 전압(VDC_link)을 중심으로 진동하도록 전달함수(GVDC_Link)를 제어할 수 있다.The average voltage control loop 130 includes a second PI controller 132 and controls to remove a deviation between the DC link voltage V DC_link and the DC link reference voltage V DC_link_Ref of the dual active bridge converter 10 A value is generated, but the transfer function (G VDC_Link ) can be controlled by generating a control value that causes the double line frequency ripple to oscillate around the DC link voltage (V DC_link ). To this end, the average voltage control loop 130 removes the deviation between the DC link voltage (V DC_link ) and the DC link reference voltage (V DC_link_Ref ) of the dual active bridge converter 10 generated through the second PI controller 132. The transfer function (G VDC_Link ) can be controlled so that the double line frequency ripple vibrates around the DC link voltage (V DC_link ) by using the control value for and the deviation of the loop gain of the ripple compensation loop 110 as the control value.

예를 들면, 제2 PI 제어기(132)는 DC 링크 전압(VDC_Link)에서 120Hz의 리플을 허용할 수 있도록 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 출력을 제어할 수 있다. 따라서 제2 PI 제어기(132)의 대역폭은 120Hz 보다 낮게 선택될 수 있다.For example, the second PI controller 132 may control the output of the dual active bridge converter 10 to allow a ripple of 120 Hz in the DC link voltage (V DC_Link ). Accordingly, the bandwidth of the second PI controller 132 may be selected lower than 120Hz.

평균 전압 제어 루프(130)의 루프 이득은 아래 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.The loop gain of the average voltage control loop 130 can be expressed as Equation 16 below.

Figure 112019051051916-pat00016
Figure 112019051051916-pat00016

이와 같이 리플 보상 루프(110)는 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 입력 DC 소스 전압(VDC)에 저주파 리플 성분을 제거하기 위한 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 제1 방향 전달함수의 제어값을 생성하고, 평균 전압 제어 루프(130)는 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 이중 라인 주파수 리플이 DC 링크 전압(VDC_Link)을 중심으로 진동하도록 하는 듀얼 능동 브릿지 컨버터(10)의 제2 방향 전달함수의 제어값을 생성할 수 있다.In this way, the ripple compensation loop 110 adjusts the control value of the first direction transfer function of the dual active bridge converter 10 to remove the low-frequency ripple component from the input DC source voltage V DC of the dual active bridge converter 10. And the average voltage control loop 130 is a second direction transfer function of the dual active bridge converter 10 so that the dual line frequency ripple of the dual active bridge converter 10 vibrates around the DC link voltage (V DC_Link ) You can create a control value of

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치의 유리한 효과에 대해 설명한다.Hereinafter, advantageous effects of the apparatus for controlling decoupling according to an embodiment of the present invention will be described.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치의 유효성을 검증하기 위한 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다.7 is a view showing a simulation result for verifying the effectiveness of the decoupling control apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 디커플링 제어 장치의 유리한 효과를 검증하기 위해 도 1에 도시된 DC-AC 전력 변환 시스템(1)을 아래 표 1과 같은 사양으로 구성하였으며, 5KW의 전력 하에서 전력 변환의 시뮬레이션 결과는 도 7과 같다. In order to verify the advantageous effect of the decoupling control apparatus according to an embodiment of the present invention, the DC-AC power conversion system 1 shown in FIG. 1 was configured with the specifications shown in Table 1 below, and power conversion under 5KW power The simulation results are shown in FIG. 7.

Figure 112019051051916-pat00017
Figure 112019051051916-pat00017

도 7을 참조하면, DC 링크 전압(VDC_Link)은 이중 라인 주파수 리플 성분(60Vp-p)을 갖는데, 입력측의 DC 소스 전압(VDC)은 이중 라인 주파수 리플 성분이 6Vp-p로 검출된바, 본 발명의 일 실시예에 따른 저주파 리플 제거를 위한 양방향 디커플링 제어 장치에 의해 이중 라인 주파수 리플 성분이 수용 가능한 정도로 제거되었음을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7, the DC link voltage (V DC_Link ) has a double line frequency ripple component (60Vp-p), and the DC source voltage (V DC ) on the input side has a double line frequency ripple component detected as 6Vp-p. , It can be seen that the dual line frequency ripple component has been removed to an acceptable degree by the bi-directional decoupling control device for low-frequency ripple removal according to an embodiment of the present invention.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. I will be able to.

1: DC-AC 전력 변환 시스템
10: 듀얼 능동 브릿지 컨버터
20: 단상 인버터
100: 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치
110: 리플 보상 루프
130: 평균 전압 제어 루프1: DC-AC power conversion system
10: dual active bridge converter
20: single phase inverter
100: Decoupling control unit of bidirectional converter for low frequency ripple rejection
110: ripple compensation loop
130: average voltage control loop

Claims (10)

1단의 듀얼 능동 브릿지 컨버터 및 2단의 단상 인버터로 구성되는 DC-AC 전력 변환 시스템에서 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 전력 디커플링(PDT: Power Decoupling Technique) 제어를 실시하는 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치에 있어서,
상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 입력 DC 소스 전압에서 저주파 리플 성분을 제거하기 위한 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서의 전력 변환의 제1 방향 전달함수의 제어값을 생성하는 리플 보상 루프; 및
상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서 발생하는 이중 라인 주파수 리플이 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터와 상기 단상 인버터 간의 DC 링크 전압을 중심으로 진동하도록 하는 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서의 전력 변환의 제2 방향 전달함수의 제어값을 생성하는 평균 전압 제어 루프를 포함하며,
상기 리플 보상 루프는,
상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 입력 DC 소스 전압과 입력 DC 소스의 레퍼런스 전압 간의 편차로부터 저주파 리플 성분을 검출하는 대역 통과 필터; 및
상기 저주파 리플 성분을 제거하기 위한 제어값을 상기 제1 방향 전달함수의 제어값으로 생성하는 제1 PI 제어기를 포함하는 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치.In a DC-AC power conversion system consisting of one-stage dual active bridge converter and two-stage single-phase inverter, a two-way converter for removing low-frequency ripple that controls the power decoupling (PDT) of the dual active bridge converter. In the decoupling control device,
A ripple compensation loop for generating a control value of a first direction transfer function of power conversion in the dual active bridge converter for removing a low frequency ripple component from the input DC source voltage of the dual active bridge converter; And
A control value of a second direction transfer function of power conversion in the dual active bridge converter in which the dual line frequency ripple generated in the dual active bridge converter vibrates around the DC link voltage between the dual active bridge converter and the single-phase inverter Includes an average voltage control loop that generates
The ripple compensation loop,
A band pass filter for detecting a low frequency ripple component from a deviation between an input DC source voltage of the dual active bridge converter and a reference voltage of the input DC source; And
A decoupling control apparatus of a bidirectional converter for removing low-frequency ripple, comprising a first PI controller that generates a control value for removing the low-frequency ripple component as a control value of the first direction transfer function. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 대역 통과 필터는,
중심 주파수가 120Hz로 설계되는 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치.The method of claim 1,
The band pass filter,
Decoupling control device of bi-directional converter for low frequency ripple rejection with a center frequency of 120 Hz. 제3항에 있어서,
상기 제1 PI 제어기는,
상기 이중 라인 주파수 리플의 120Hz 성분 이외의 모든 성분을 제거하기 위한 제어값을 생성하도록 설계되는 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치.The method of claim 3,
The first PI controller,
Decoupling control apparatus of a bidirectional converter for removing low frequency ripple, which is designed to generate a control value for removing all components other than the 120Hz component of the double line frequency ripple. 제1항에 있어서,
상기 평균 전압 제어 루프는,
상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 DC 링크 전압과 DC 링크 레퍼런스 전압 간의 편차를 제거하기 위한 상기 제2 방향 전달함수의 제어값을 생성하는 제2 PI 제어기를 포함하는 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치.The method of claim 1,
The average voltage control loop,
Decoupling control device of a bidirectional converter for removing low-frequency ripple comprising a second PI controller that generates a control value of the second direction transfer function for removing a deviation between the DC link voltage of the dual active bridge converter and the DC link reference voltage . 제5항에 있어서,
상기 평균 전압 제어 루프는,
상기 이중 라인 주파수 리플이 상기 DC 링크 전압을 중심으로 진동할 수 있도록 상기 제2 방향 전달함수의 제어값과 상기 리플 보상 루프의 루프 이득의 편차를 제어값으로 하여 상기 제2 방향 전달함수를 제어하는 저주파 리플 제거를 위한 양방향 컨버터의 디커플링 제어 장치.The method of claim 5,
The average voltage control loop,
The second direction transfer function is controlled by using a difference between the control value of the second direction transfer function and the loop gain of the ripple compensation loop as a control value so that the double line frequency ripple oscillates around the DC link voltage. Decoupling control unit of bidirectional converter for low frequency ripple rejection. 입력 DC 소스 전압을 승압하여 DC 링크 전압으로 출력하는 듀얼 능동 브릿지 컨버터;
상기 DC 링크 전압으로부터 AC 계통 전압을 생성하는 단상 인버터; 및
상기 입력 DC 소스 전압에서 저주파 리플 성분을 제거하기 위한 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서의 전력 변환의 제1 방향 전달함수의 제어값을 생성하고, 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서 발생하는 이중 라인 주파수 리플이 상기 DC 링크 전압을 중심으로 진동하도록 하는 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터에서의 전력 변환의 제2 방향 전달함수의 제어값을 생성하여 상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 전력 디커플링(PDT: Power Decoupling Technique) 제어를 실시하는 디커플링 제어 장치를 포함하며,
상기 디커플링 제어 장치는,
상기 입력 DC 소스 전압과 입력 DC 소스의 레퍼런스 전압 간의 편차로부터 저주파 리플 성분을 검출하고, 상기 저주파 리플 성분을 제거하기 위한 제어값을 상기 제1 방향 전달함수의 제어값으로 생성하는 리플 보상 루프; 및
상기 DC 링크 전압과 DC 링크 레퍼런스 전압 간의 편차를 제거하기 위한 상기 제2 방향 전달함수의 제어값을 생성하고, 상기 이중 라인 주파수 리플이 상기 DC 링크 전압을 중심으로 진동할 수 있도록 상기 제2 방향 전달함수의 제어값과 상기 리플 보상 루프의 루프 이득의 편차를 제어값으로 하여 상기 제2 방향 전달함수를 제어하는 평균 전압 제어 루프를 포함하며,
상기 리플 보상 루프는,
상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터의 입력 DC 소스 전압과 입력 DC 소스의 레퍼런스 전압 간의 편차로부터 저주파 리플 성분을 검출하는 대역 통과 필터; 및
상기 저주파 리플 성분을 제거하기 위한 제어값을 상기 제1 방향 전달함수의 제어값으로 생성하는 제1 PI 제어기를 포함하는 DC-AC 전력 변환 시스템.A dual active bridge converter boosting the input DC source voltage and outputting the DC link voltage;
A single-phase inverter generating an AC grid voltage from the DC link voltage; And
A control value of a first direction transfer function of power conversion in the dual active bridge converter is generated to remove a low frequency ripple component from the input DC source voltage, and the double line frequency ripple generated in the dual active bridge converter is DC Decoupling control to control power decoupling (PDT) of the dual active bridge converter by generating a control value of the second direction transfer function of power conversion in the dual active bridge converter to vibrate around the link voltage Device,
The decoupling control device,
A ripple compensation loop for detecting a low frequency ripple component from a deviation between the input DC source voltage and a reference voltage of the input DC source, and generating a control value for removing the low frequency ripple component as a control value of the first direction transfer function; And
Generates a control value of the second direction transfer function to remove the deviation between the DC link voltage and the DC link reference voltage, and transfers the second direction so that the double line frequency ripple vibrates around the DC link voltage An average voltage control loop for controlling the second direction transfer function by using a control value of a function and a deviation of a loop gain of the ripple compensation loop as a control value,
The ripple compensation loop,
A band pass filter for detecting a low frequency ripple component from a deviation between an input DC source voltage of the dual active bridge converter and a reference voltage of the input DC source; And
DC-AC power conversion system comprising a first PI controller generating a control value for removing the low frequency ripple component as a control value of the first direction transfer function. 삭제delete 제7항에 있어서,
상기 듀얼 능동 브릿지 컨버터는,
두 브릿지에 마련되는 스위칭 소자의 위상 천이 제어에 따라 이득이 결정되는 DC-AC 전력 변환 시스템.The method of claim 7,
The dual active bridge converter,
A DC-AC power conversion system in which the gain is determined according to the phase shift control of switching elements provided in two bridges. 제9항에 있어서,
상기 디커플링 제어 장치는,
필요로하는 컨버터 이득을 얻기 위한 스위치 소자들의 위상 천이를 제어하는 DC-AC 전력 변환 시스템.The method of claim 9,
The decoupling control device,
A DC-AC power conversion system that controls the phase shift of switch elements to obtain the required converter gain.
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