KR20220132825A - HARMONIC CURRENT REDUCTION FILTER and DISTRIBUTION LINKAGE SYSTEM COMPRISING IT - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 LLCL 필터 구조를 가지는 고조파 전류 저감 필터에 관한 것으로, 특히, 에너지관리시스템(xEMS)과 배전운영시스템(DMS)의 안정적인 연계를 위한 고조파 전류 저감 필터에 관한 것이다.The present invention relates to a harmonic current reduction filter having an LLCL filter structure, and more particularly, to a harmonic current reduction filter for stable connection between an energy management system (xEMS) and a distribution operation system (DMS).
배전운영시스템(DMS)은 배전망의 최상위 시스템이며, 에너지관리시스템(xEMS)는 단일 혹은 공동 부하 객체를 관리하는 하위 시스템으로 배전운영시스템(DMS) 관점에서 보면, 에너지관리시스템(xEMS)와 배전운영시스템(DMS) 사이 계층에 존재한다고 볼 수 있다. The distribution management system (DMS) is the highest level system in the distribution network, and the energy management system (xEMS) is a subsystem that manages a single or common load object. It can be seen that it exists in the layer between the operating system (DMS).
따라서, 개별 능동부하를 배전운영시스템(DMS)에서 직접 관리해주기보다는 에너지관리시스템(xEMS)의 단계적 제어를 통해 효율적인 부하 제어를 가능하게 할 수 있다. 이러기 위해선 에너지관리시스템(xEMS)와 배전운영시스템(DMS)의 안정적인 계층적 연계가 필수적이다.Therefore, it is possible to enable efficient load control through stepwise control of the energy management system (xEMS) rather than directly managing individual active loads in the distribution management system (DMS). For this, stable hierarchical linkage between the energy management system (xEMS) and the distribution operation system (DMS) is essential.
도 14는 배전운영시스템과 에너지관리시스템의 제어관점에서의 시스템 구성을 나타낸 블록도이다.14 is a block diagram illustrating a system configuration from a control point of view of a distribution operating system and an energy management system.
배전 고객단의 에너지효율을 향상시키기 위한 에너지관리시스템(xEMS)(7)의 관리 요소로는 냉난방장치, 공조장치, 조명장치 및 전기장치등 다양하지만 이중 대표적인 전기장치의 관리 요소는 계통연계형 인버터(1000)가 있다. There are various management elements of the energy management system (xEMS) (7) to improve the energy efficiency of distribution customers, such as air conditioning, air conditioning, lighting, and electric devices. There is (1000).
이러한 계통연계형 PWM 인버터(1000)는 전력 레벨을 변경하는 과정에서의 전력장치 스위칭으로 인해 고조파가 발생하게 되고 이는 출력 전류에 포함되어 계통으로 흐르게 된다. 출력 전류에 포함되는 전류의 고조파 성분은 계통에 연계된 타 장비에 장애를 일이키는 원인이 되고, 이러한 고조파는 배전운영시스템(6)과 에너지관리시스템(7)의 계층적 연계 안정도를 저하시킨다. In such a grid-connected
일반적으로, 계통연계형 인버터(1000)의 출력 고조파를 저감하기 위하여 LCL 필터가 계통 연계형 인버터에 적용된다. LCL필터는 작은 인덕턴스 값으로 인하여 빠른 전류 제어 동특성을 얻을 수 있지만, PWM 스위칭 주파수 성분에 해당되는 고조파를 저감하기 위한 IEEE519 규제를 만족하기 위해서는 일정 인덕턴스 값 이상을 요구하게 되고, 이는 시스템의 부피와 재료비를 상승시키는 요인이 되었다.In general, an LCL filter is applied to the grid-connected inverter in order to reduce the output harmonics of the grid-connected
본 발명은 작은 부피 및 저렴한 비용으로 에너지관리시스템(xEMS)과 배전운영시스템(DMS)의 안정적인 계층적 연계를 수행하는 고조파 전류 저감 필터 및 이를 포함하는 배전 연계 시스템을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a harmonic current reduction filter that performs stable hierarchical connection between an energy management system (xEMS) and a distribution operation system (DMS) with a small volume and low cost, and a distribution linkage system including the same.
본 발명의 일 측면에 따른 고조파 전류 저감 필터는, 인버터측 필터 인덕터; 일단이 상기 인버터측 필터 인덕터에 연결되고, 타단이 계통에 연결된 계통측 필터 인덕터; 상기 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드와 접지 사이에 위치하며 공진을 억제하는 공진 억제 회로; 및 상기 접속 노드와 접지 사이에 상기 공진 억제 회로와 병렬로 위치하며 PWM 주파수 대역에서의 고조파를 감쇄시키는 고조파 감쇄 회로를 포함할 수 있다.A harmonic current reduction filter according to an aspect of the present invention includes an inverter-side filter inductor; a grid-side filter inductor having one end connected to the inverter-side filter inductor and the other end connected to the grid; a resonance suppression circuit positioned between a connection node of the inverter-side filter inductor and the grid-side filter inductor and a ground and suppressing resonance; and a harmonic attenuation circuit positioned in parallel with the resonance suppression circuit between the connection node and the ground to attenuate harmonics in a PWM frequency band.
여기서, 상기 공진 억제 회로는, 일단이 상기 접속 노드에 연결된 필터 캐패시터; 및 일단이 상기 필터 캐패시터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 댐핑 저항을 포함할 수 있다.Here, the resonance suppression circuit includes: a filter capacitor having one end connected to the connection node; and a damping resistor having one end connected to the other end of the filter capacitor and the other end connected to the ground.
여기서, 상기 고조파 감쇄 회로는, 일단이 상기 접속 노드에 연결되는 직렬공진 캐패시터; 및 일단이 상기 직렬공진 캐패시터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 직렬공진 인덕터를 포함할 수 있다.Here, the harmonic attenuation circuit may include: a series resonance capacitor having one end connected to the connection node; and a series resonance inductor having one end connected to the other end of the series resonance capacitor and the other end connected to the ground.
여기서, 상기 인버터측 필터 인덕터의 인덕턴스는, 기본주파수와 스위칭 주파수를 고려하여 PWM 인버터측 인덕터의 전류 리플률 및 DC Link 전압에 따라 결정될 수 있다.Here, the inductance of the inverter-side filter inductor may be determined according to the current ripple rate and the DC link voltage of the PWM inverter-side inductor in consideration of the fundamental frequency and the switching frequency.
여기서, 상기 인버터측 필터 인덕터의 인덕턴스는, 하기 수학식에 따라 선정될 수 있다.Here, the inductance of the inverter-side filter inductor may be selected according to the following equation.
(여기서, Vdc는 계통연계형 인버터의 DC Link 전압이고, fsw는 스위칭 주파수, ΔI는 전류 리플률)(Where V dc is the DC link voltage of the grid-connected inverter, f sw is the switching frequency, and ΔI is the current ripple rate)
여기서, 상기 필터 캐패시터의 캐패시턴스는, 연결되는 인버터 정격전력의 5%로 선정될 수 있다.Here, the capacitance of the filter capacitor may be selected to be 5% of the rated power of the connected inverter.
여기서, 상기 필터 캐패시터의 캐패시턴스는, 하기 수학식에 따라 선정될 수 있다.Here, the capacitance of the filter capacitor may be selected according to the following equation.
(여기서, Prate는 인버터의 정격전력, Vg는 계통측 전압)(Where P rate is the rated power of the inverter, and V g is the grid-side voltage)
여기서, 상기 직렬공진 캐패시터의 캐패시턴스는, 상기 필터 캐패시터의 캐패시턴스의 1/10 크기를 가질 수 있다.Here, the capacitance of the series resonance capacitor may have a magnitude of 1/10 of the capacitance of the filter capacitor.
여기서, 상기 직렬공진 캐패시터의 캐패시턴스는, 상기 직렬공진 캐패시터와의 LC 직렬공진의 공진주파수를 PWM 주파수와 동일하게 하는 값을 가지도록, 하기 수학식에 따라 선정될 수 있다.Here, the capacitance of the series resonant capacitor may be selected according to the following equation to have a value that makes the resonant frequency of the LC series resonance with the series resonant capacitor equal to the PWM frequency.
(여기서, ωs는 PWM 스위칭 주파수)(where ω s is the PWM switching frequency)
여기서, 상기 계통측 필터 인덕터의 인덕턴스는, 하기 수학식에 따라 선정될 수 있다.Here, the inductance of the system-side filter inductor may be selected according to the following equation.
여기서, 상기 댐핑 저항의 저항값은, 하기 수학식에 따라 선정될 수 있다.Here, the resistance value of the damping resistor may be selected according to the following equation.
(여기서, fres는 공진주파수)(here, f res is the resonance frequency)
본 발명의 다른 측면에 따른 배전 연계 시스템은, 배전망을 최종적으로 관리하는 배전운영 시스템; 단일 혹은 공동 부하 객체를 관리하는 에너지관리 시스템; 및 상기 에너지관리 시스템에 구비된 계통연계형 인버터와 상기 배전망을 위한 배전 계통 사이에 위치하여, 상기 계통연계형 인버터에서 발생되는 고조파를 필터링하는 고조파 저감 필터를 포함하되, A distribution linkage system according to another aspect of the present invention includes a distribution operation system for finally managing a distribution network; an energy management system that manages a single or common load object; and a harmonic reduction filter positioned between the grid-connected inverter provided in the energy management system and the distribution system for the distribution network to filter harmonics generated from the grid-connected inverter,
상기 고조파 저감 필터는, 일단이 상기 계통연계형 인버터에 연결되는 인버터측 필터 인덕터; 일단이 상기 인버터측 필터 인덕터에 연결되고, 타단이 계통에 연결된 계통측 필터 인덕터; 및 상기 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드와 접지 사이에 위치하며, 공진 및 고조파를 억제시키는 공진/고조파 억제 블록을 포함할 수 있다.The harmonic reduction filter may include: an inverter-side filter inductor having one end connected to the grid-connected inverter; a grid-side filter inductor having one end connected to the inverter-side filter inductor and the other end connected to the grid; and a resonance/harmonic suppression block positioned between the connection node of the inverter-side filter inductor and the grid-side filter inductor and ground, and suppressing resonance and harmonics.
여기서, 상기 공진/고조파 억제 블록은, 일단이 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드에 연결된 필터 캐패시터; 일단이 상기 필터 캐패시터의 타단에 연결되는 필터 인덕터; 및 일단이 상기 필터 인덕터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 댐핑 저항을 포함할 수 있다.Here, the resonance/harmonic suppression block includes: a filter capacitor whose one end is connected to a connection node of the filter inductor on the inverter side and the filter inductor on the system side; a filter inductor having one end connected to the other end of the filter capacitor; and a damping resistor having one end connected to the other end of the filter inductor and the other end connected to the ground.
여기서, 상기 공진/고조파 억제 블록은, 상기 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드와 접지 사이에 위치하며 공진을 억제하는 공진 억제 회로; 및 상기 접속 노드와 접지 사이에 상기 공진 억제 회로와 병렬로 위치하며 PWM 주파수 대역에서의 고조파를 감쇄시키는 고조파 감쇄 회로를 포함할 수 있다.Here, the resonance/harmonic suppression block includes: a resonance suppression circuit located between a connection node of the inverter-side filter inductor and the grid-side filter inductor and a ground and suppressing resonance; and a harmonic attenuation circuit positioned in parallel with the resonance suppression circuit between the connection node and the ground to attenuate harmonics in a PWM frequency band.
여기서, 상기 공진/고조파 억제 블록은, 일단이 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드에 연결된 필터 캐패시터; 일단이 상기 필터 캐패시터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 댐핑 저항; 일단이 상기 접속 노드에 연결되는 직렬공진 캐패시터; 및 일단이 상기 직렬공진 캐패시터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 직렬공진 인덕터를 포함할 수 있다.Here, the resonance/harmonic suppression block includes: a filter capacitor whose one end is connected to a connection node of the filter inductor on the inverter side and the filter inductor on the system side; a damping resistor having one end connected to the other end of the filter capacitor and the other end connected to ground; a series resonance capacitor having one end connected to the connection node; and a series resonance inductor having one end connected to the other end of the series resonance capacitor and the other end connected to the ground.
상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 고조파 전류 저감 필터 및/또는 배전 연계 시스템을 실시하면, 에너지관리시스템(xEMS)과 배전운영시스템(DMS)의 안정적인 계층적 연계를 달성할 수 있는 이점이 있다.If the harmonic current reduction filter and/or the distribution linkage system according to the spirit of the present invention having the above configuration is implemented, there is an advantage in that it is possible to achieve stable hierarchical linkage between the energy management system (xEMS) and the distribution operation system (DMS). .
본 발명의 고조파 전류 저감 필터는, 계통연계형 인버터에서 발생하는 고조파 저감이 가능하여, 타 장비에 장애를 일으키는 원인을 미연에 차단하는 이점이 있다.The harmonic current reduction filter of the present invention is capable of reducing harmonics generated in the grid-connected inverter, and has the advantage of blocking in advance the cause of failure in other equipment.
본 발명의 고조파 전류 저감 필터는, 저감 필터 시스템의 부피와 제작비를 절감할 수 있는 이점이 있다.The harmonic current reduction filter of the present invention has the advantage of reducing the volume and manufacturing cost of the reduction filter system.
도 1은 계통연계형 인버터의 출력필터로 적용될 수 있는 통상적으로 사용되는 LLCL 필터의 구조를 나타낸 회로도.
도 2는 LLCL 필터의 주파수특성을 나타낸 보드선도.
도 3은 일반적인 LLCL 필터의 수동댐핑 모델링을 위한 회로도.
도 4는 수동댐핑을 적용한 LLCL 필터의 주파수특성을 나타낸 보드선도.
도 5는 제안하는 개선된 고조파 전류저감 LLCL 필터에 대한 모델링을 위한 회로도.
도 6은 도 5에서 제안하는 개선된 LLCL 필터의 주파수특성을 나타낸 보드선도.
도 7은 도 3의 회로 구성을 가지는 LLCL 필터의 시뮬레이션 결과 그래프.
도 8은 도 5에서 제안하는 개선된 LLCL 필터의 시뮬레이션 결과 그래프.
도 9는 도 3의 회로 구성을 가지는 LLCL 필터의 시뮬레이션 결과의 FFT 분석 그래프.
도 10은 도 5에서 제안하는 개선된 LLCL 필터의 시뮬레이션 결과의 FFT 분석 그래프.
도 11은 일반적인 LLCL필터의 실험 결과 그래프.
도 12는 제안하는 개선된 LLCL 필터의 실험 결과 그래프.
도 13은 배전운영시스템과 에너지관리시스템의 전력관점에서의 시스템 구성을 나타낸 블록도.
도 14는 배전운영시스템과 에너지관리시스템의 제어관점에서의 시스템 구성을 나타낸 블록도.1 is a circuit diagram showing the structure of a commonly used LLCL filter that can be applied as an output filter of a grid-connected inverter.
2 is a Bode diagram showing the frequency characteristics of an LLCL filter.
3 is a circuit diagram for passive damping modeling of a general LLCL filter.
4 is a board diagram showing the frequency characteristics of an LLCL filter to which passive damping is applied.
5 is a circuit diagram for modeling the proposed improved harmonic current reduction LLCL filter.
6 is a board diagram showing the frequency characteristics of the improved LLCL filter proposed in FIG. 5;
7 is a graph of simulation results of an LLCL filter having the circuit configuration of FIG. 3;
8 is a graph of simulation results of the improved LLCL filter proposed in FIG. 5;
9 is an FFT analysis graph of a simulation result of an LLCL filter having the circuit configuration of FIG. 3;
10 is an FFT analysis graph of the simulation result of the improved LLCL filter proposed in FIG. 5;
11 is a graph of experimental results of a typical LLCL filter.
12 is a graph of experimental results of the proposed improved LLCL filter.
13 is a block diagram showing the system configuration from the power point of view of the distribution operating system and the energy management system.
14 is a block diagram showing the system configuration from a control point of view of a distribution operating system and an energy management system.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. The terms are only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.When a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it can be understood that other components may exist in between. .
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression may include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In this specification, the terms include or include are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and includes one or more other features or numbers, It may be understood that the possibility of the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded in advance.
또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.In addition, shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.
통상적으로 계통연계형 인버터의 출력필터는 계통연계형 인버터와 계통측 사이에 존재하고 이는 계통연계형 인버터에서 발생한 PWM 스위칭 주파수 대역의 고조파가 계통으로 전달되는 것을 방지한다. In general, the output filter of the grid-connected inverter exists between the grid-connected inverter and the grid side, and this prevents harmonics of the PWM switching frequency band generated in the grid-connected inverter from being transmitted to the grid.
도 1은 계통연계형 인버터의 출력필터로 적용될 수 있는 통상적으로 사용되는 LLCL 필터의 구조를 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram showing the structure of a commonly used LLCL filter that can be applied as an output filter of a grid-connected inverter.
도시한 LLCL 필터의 경우 캐패시터와 인덕터의 직렬 공진주파수를 PWM 스위칭 주파수와 동일하게 설계하여 PWM 스위칭 주파수 대역의 고조파를 저감시킬 수 있다.In the case of the illustrated LLCL filter, harmonics in the PWM switching frequency band can be reduced by designing the series resonance frequency of the capacitor and the inductor to be the same as the PWM switching frequency.
도시한 LLCL 필터의 주파수에 따른 임피던스 특성을 알아보기 위해 전압, 전류 방정식을 구하면 다음 수학식 1과 같다.In order to find out the impedance characteristics according to the frequency of the illustrated LLCL filter, the voltage and current equations are obtained as shown in Equation 1 below.
상기 수학식에서, vi(s)는 인버터 출력 전압을, vg(s)는 배전 계통측 전압을, ii(s)는 인버터 출력 전류를, ig(s)는 계통측 전류를 의미하며, 계통연계형 인버터 전압에 대한 계통 전류의 효과를 얻기 위하여 계통 전압은 중첩의 원리를 적용하여 0으로 하였다. 이를 바탕으로 계통연계형 인버터 전압에 대한 계통측 전류 응답을 주파수에 따라 나타내기 위한 LLCL 필터의 전달함수를 구하면 다음 수학식 2와 같다.In the above formula, v i (s) is the inverter output voltage, v g (s) is the distribution grid-side voltage, i i (s) is the inverter output current, i g (s) is the grid-side current, In order to obtain the effect of the grid current on the grid-connected inverter voltage, the grid voltage was set to zero by applying the principle of superposition. Based on this, the transfer function of the LLCL filter for expressing the grid-side current response to the grid-connected inverter voltage according to the frequency is obtained as shown in
도 2는 LLCL 필터의 주파수특성을 나타낸 보드선도이다.2 is a Bode diagram showing the frequency characteristics of the LLCL filter.
도시한 그래프는 전달함수 G(s)를 이용해 LLCL 필터의 주파수 특성의 보드선도를 그린 것이다.The graph shown is a Bode diagram of the frequency characteristics of the LLCL filter using the transfer function G(s).
도시한 보드선도와 같이 LLCL 필터는 LCL 필터와는 다르게 캐패시터와 인덕터의 직렬공진으로 인해 PWM 스위칭 주파수 대역에서의 이득이 마이너스 무한대의 값을 가지게 되고, 이는 PWM 스위칭 주파수 성분의 고조파를 감쇄하는 역할을 한다.Unlike the LCL filter, the LLCL filter has a negative infinity gain in the PWM switching frequency band due to the series resonance of the capacitor and the inductor as shown in the diagram of the board, which serves to attenuate the harmonics of the PWM switching frequency components. do.
한편, LCL필터를 기반으로한 LLCL 필터의 경우 LCL필터의 캐패시터단에 직렬로 작은 인덕턴스를 갖는 인덕터를 직렬로 추가한 형태로 캐패시터와 인덕터의 직렬공진을 이용해 LCL필터에 비해 PWM 스위칭 주파수 성분에 해당하는 고조파를 좀 더 효과적으로 저감할 수 있고, LCL필터에 비해 더 적은 계통측 인덕터 용량으로도 LCL필터와 유사한 고조파 감쇄 효과를 낼 수 있어, 시스템의 부피 및 재료비를 저감시킬 수 있다. 이로인해 빠른 동특성을 확보할 수 있는 장점을 가지고 있다.On the other hand, in the case of an LLCL filter based on an LCL filter, an inductor having a small inductance is added in series to the capacitor terminal of the LCL filter, and it corresponds to the PWM switching frequency component compared to the LCL filter by using the series resonance of the capacitor and the inductor. harmonics can be more effectively reduced, and even with a smaller system-side inductor capacity compared to the LCL filter, a harmonic attenuation effect similar to that of the LCL filter can be produced, thereby reducing the volume and material cost of the system. This has the advantage of securing fast dynamic characteristics.
그런데, LCL 필터와 마찬가지로, LLCL 필터는 추가된 계통측 인덕터와 캐패시터로 인해 공진 문제가 발생한다. 인덕터와 캐패시터 추가됨으로 인하여 임피던스가 0이 되는 구간이 존재하고, 이는 공진문제를 발생시키는 요인이 된다. 이러한 특정 주파수에서의 공진문제는 시스템 불안정의 원인이 되고, 시스템에 연계된 타 장비 및 배전운영시스템의 고장을 유발시키는 원인이 된다. However, like the LCL filter, the LLCL filter has a resonance problem due to the added system-side inductor and capacitor. There is a section in which the impedance becomes 0 due to the addition of the inductor and the capacitor, which causes a resonance problem. The resonance problem at such a specific frequency causes system instability and causes failure of other equipment and distribution operation systems connected to the system.
따라서, 공진을 억제하기 위한 댐핑(Damping)을 필요로 한다. 일반적인 시스템의 경우 수동댐핑 방법을 주로 사용하는데, 수동댐핑 방법은 필터 캐패시터에 직렬 또는 계통 인덕터와 병렬로 저항을 연결하는 간단한 방법으로 추가된 인덕터와 캐패시터에 의한 공진 문제를 해결할 수 있다. 수동댐핑 방법은 LCL 필터에는 쉽게 적용가능하지만 LLCL 필터의 경우 제약이 따른다. Accordingly, damping is required to suppress resonance. In the case of a general system, passive damping method is mainly used. The passive damping method can solve the resonance problem caused by the added inductor and capacitor by simply connecting a resistor in series with the filter capacitor or in parallel with the system inductor. The passive damping method can be easily applied to the LCL filter, but there are limitations in the case of the LLCL filter.
LLCL 필터는 캐패시터와 인덕터의 직렬 공진으로 인해 PWM 스위칭 주파수 대역의 고조파를 감쇄 시키는 동작을 하게 되는데, 인덕터와 캐패시터에 의한 공진 문제를 해결하기 위해 적용한 수동댐핑 방법이 캐패시터와 인덕터의 직렬공진 품질계수 Q를 떨어뜨려 LLCL 필터의 특징인 PWM 스위칭 주파수 대역의 고조파 감쇄효과를 얻기 힘들다.The LLCL filter acts to attenuate the harmonics of the PWM switching frequency band due to the series resonance between the capacitor and the inductor. It is difficult to obtain the harmonic attenuation effect of the PWM switching frequency band, which is characteristic of the LLCL filter.
도 3은 LLCL 필터의 수동댐핑 모델링을 위한 회로도이다.3 is a circuit diagram for passive damping modeling of an LLCL filter.
도 1의 LLCL 필터에 수동댐핑을 적용했을 경우 문제점을 확인하기 위해 도면에서는 상기 LLCL 필터에 적용한 수동댐핑을 모델링한 것이다. 수동댐핑은 필터 캐패시터에 직렬 저항을 연결하는 방법으로 구성하였다In order to check the problem when passive damping is applied to the LLCL filter of FIG. 1 , the passive damping applied to the LLCL filter is modeled in the drawing. Passive damping was constructed by connecting a series resistor to the filter capacitor.
도면에서, Li는 인버터측 필터 인덕터를, Cf는 필터 캐패시터, Lf는 필터 인덕터, Lg는 계통측 필터 인덕터를, Rf는 댐핑 저항을 나타낸다.In the figure, L i denotes an inverter-side filter inductor, C f denotes a filter capacitor, L f denotes a filter inductor, L g denotes a grid-side filter inductor, and R f denotes a damping resistor.
도시한 고조파 전류 저감 필터는, 인버터측 필터 인덕터; 일단이 상기 인버터측 필터 인덕터에 연결되고, 타단이 계통에 연결된 계통측 필터 인덕터; 일단이 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드(N)에 연결된 필터 캐패시터; 일단이 상기 필터 캐패시터의 타단에 연결되는 필터 인덕터; 일단이 상기 필터 인덕터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 댐핑 저항을 포함할 수 있다.The illustrated harmonic current reduction filter includes an inverter-side filter inductor; a grid-side filter inductor having one end connected to the inverter-side filter inductor and the other end connected to the grid; a filter capacitor whose one end is connected to the connection node (N) of the inverter-side filter inductor and the system-side filter inductor; a filter inductor having one end connected to the other end of the filter capacitor; It may include a damping resistor having one end connected to the other end of the filter inductor and the other end connected to the ground.
수동댐핑을 적용한 LLCL 필터의 주파수에 따른 임피던스 특성을 알아보기 위해 전압, 전류 방정식을 구하면 다음 수학식 3과 같다.In order to find out the impedance characteristics according to the frequency of the LLCL filter to which passive damping is applied, the voltage and current equations are obtained as shown in
이를 바탕으로 인버터 전압에 대한 계통측 전류 응답을 주파수에 따라 나타내기 위한 수동댐핑을 적용한 LLCL 필터의 전달함수를 구하면 다음 수학식 4와 같다.Based on this, the transfer function of the LLCL filter to which passive damping is applied to represent the grid-side current response to the inverter voltage according to frequency is obtained as shown in Equation 4 below.
도 4는 수동댐핑을 적용한 LLCL 필터의 주파수특성을 나타낸 보드선도이다. 즉, 전달함수 G′(s)를 이용해 LLCL 필터의 주파수 특성을 가지는 보드선도를 그린 것이다.4 is a board diagram showing the frequency characteristics of an LLCL filter to which passive damping is applied. That is, the Bode diagram with the frequency characteristics of the LLCL filter is drawn using the transfer function G′(s).
도시한 보드선도에서 볼 수 있듯이 공진 문제를 해결하기 위한 수동댐핑에 의해 공진 주파수에서의 공진 현상은 억제된 것을 볼 수 있다. 하지만, LLCL 필터의 특징인 캐패시터와 인덕터의 직렬공진에 의한 PWM 주파수 대역의 고조파 감쇄효과를 얻기 힘들다.As can be seen from the illustrated board diagram, it can be seen that the resonance phenomenon at the resonance frequency is suppressed by passive damping to solve the resonance problem. However, it is difficult to obtain the harmonic attenuation effect of the PWM frequency band due to the series resonance of the capacitor and the inductor, which is a characteristic of the LLCL filter.
상술한 사정에 의한 LLCL 필터의 한계를 극복하고자, 도 1의 필터 캐패시터와 병렬로 LC 직렬가지를 추가하는 개선된 구조의 LLCL 필터를 적용할 수 있다.In order to overcome the limitation of the LLCL filter due to the above-described circumstances, the LLCL filter having an improved structure in which an LC series branch is added in parallel with the filter capacitor of FIG. 1 may be applied.
도 1의 LLCL 필터의 경우 공진문제를 억제하기 위한 댐핑을 적용하였을 경우 LLCL 필터의 스위칭 고조파 감쇄효과를 얻지 못한다는 단점을 가지고 있는 반면, 개선된 구조의 LLCL 필터는 이러한 단점을 해결하여, 도 1의 LLCL 필터와 동일한 효과를 얻으면서, LLCL 필터의 공진을 효과적으로 억제할 수 있다.In the case of the LLCL filter of FIG. 1, when damping to suppress the resonance problem is applied, the switching harmonic attenuation effect of the LLCL filter cannot be obtained, whereas the LLCL filter of the improved structure solves this disadvantage, It is possible to effectively suppress the resonance of the LLCL filter while obtaining the same effect as the LLCL filter.
도 5는 제안하는 개선된 고조파 전류저감 LLCL 필터에 대한 모델링을 위한 회로도이다.5 is a circuit diagram for modeling the proposed improved harmonic current reduction LLCL filter.
도면에서, Li는 인버터측 필터 인덕터를, Cf1는 필터 캐패시터, Cf2는 직렬공진 캐패시터, Lf는 필터 인덕터(명확한 구분을 위해 직렬공진 인덕터라 칭하기도 함), Lg는 계통측 필터 인덕터를, Rf는 댐핑 저항을 나타낸다.In the drawing, L i is the inverter-side filter inductor, C f1 is the filter capacitor, C f2 is the series resonant capacitor, L f is the filter inductor (sometimes referred to as series resonant inductor for clarity), L g is the grid-side filter The inductor, R f represents the damping resistance.
도시한 고조파 전류 저감 필터는, 인버터측 필터 인덕터(10); 일단이 상기 인버터측 필터 인덕터(10)에 연결되고, 타단이 계통에 연결된 계통측 필터 인덕터(20); 일단이 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드(N)에 연결된 필터 캐패시터(30); 일단이 상기 필터 캐패시터(30)의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 댐핑 저항(40); 일단이 상기 접속 노드(N)에 연결되는 직렬공진 캐패시터(50); 및 일단이 상기 직렬공진 캐패시터(50)의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 직렬공진 인덕터(60)를 포함할 수 있다.The illustrated harmonic current reduction filter includes an inverter-
상기 필터 캐패시터(30)와 상기 댐핑 저항(40)은 일종의 공진 억제 회로를 구성하며, 상기 접속 노드(N)와 접지 사이에 위치하며 공진을 억제할 수 있다.The
상기 직렬공진 캐패시터(50)와 상기 직렬공진 인덕터(즉, 필터 인덕터)(60)는, 일종의 고조파 감쇄 회로를 구성하며, 상기 접속 노드와 접지 사이에 상기 공진 억제 회로와 병렬로 LC직렬가지를 연결한 형태로 위치하며 PWM 주파수 대역에서의 고조파를 감쇄시킬 수 있다.The series
정리하면, 제안하는 개선된 고조파 전류저감 LLCL 필터의 경우 일반적인 필터 캐패시터와 병렬로 LC 직렬가지를 연결한 형태이다. 필터 캐패시터(30)와 댐핑 저항(40)이 직렬로 연결된 가지는 공진을 억제하는 효과를 얻고, 이와 병렬로 연결된 LC직렬 가지로는 LC직렬 공진을 이용해 PWM 주파수 대역에서의 고조파 감쇄 효과를 얻을 수 있다.In summary, in the case of the proposed improved harmonic current reduction LLCL filter, the LC series branch is connected in parallel with a general filter capacitor. A branch in which the
도 5에서 제안하는 개선된 고조파 전류저감 LLCL 필터의 주파수 특성을 알아보기 위해 전달함수를 구하면 다음 수학식 5와 같다.In order to investigate the frequency characteristics of the improved harmonic current reduction LLCL filter proposed in FIG. 5, the transfer function is obtained as shown in
도 6은 도 5에서 제안하는 개선된 LLCL 필터의 주파수특성을 나타낸 보드선도이다.6 is a board diagram showing the frequency characteristics of the improved LLCL filter proposed in FIG. 5 .
도 6에서는 전달함수 G"(s)를 이용해 제안하는 개선된 고조파 전류저감 LLCL 필터의 주파수 특성을 나타낸 것이다. 도 6에서 볼 수 있듯이 기존의 LLCL 필터와는 다르게 댐핑을 적용하여도 공진주파수에서는 공진 억제 효과를 가지면서 병렬로 연결된 캐패시터와 인덕터의 LC 직렬 공진을 억제하지 않아 PWM 주파수 대역의 고조파 감쇄효과를 갖는 것을 확인할 수 있다.6 shows the frequency characteristics of the improved harmonic current reduction LLCL filter proposed using the transfer function G"(s). As can be seen in FIG. 6, even if damping is applied differently from the existing LLCL filter, the resonance frequency is It can be confirmed that it has a harmonic attenuation effect in the PWM frequency band by not suppressing the LC series resonance of a capacitor and an inductor connected in parallel while having a suppression effect.
도 5에서 제안하는 개선된 고조파 전류저감 LLCL 필터의 경우 기존의 필터 캐패시터와 병렬로 LC직렬가지를 연결한 형태로, 에너지관리시스템과 배전운영시스템의 안정적인 연계 및 PWM 스위칭 고조파의 효율적인 고조파 전류저감을 위해선 최적화된 설계를 하는 것이 중요하다.In the case of the improved harmonic current reduction LLCL filter proposed in FIG. 5, the LC series branch is connected in parallel with the existing filter capacitor. For this, it is important to have an optimized design.
계통연계형 인버터측 인덕터 Li의 크기는 기본주파수와 스위칭 주파수를 고려하여 PWM 인버터측 인덕터(10)의 전류 리플률 및 DC Link 전압으로 결정할 수 있다. 인버터측 인덕터(10) 설계시 전류 리플률을 작게 선정하면 인덕터의 용량이 커지게 되고 공진주파수가 낮아져 제어기의 대역폭에 가까워진다. 또한, 전류 리플률을 크게 선정하면 인버터측 인덕터의 용량이 작아지게 되고, 이에 따라 공진주파수가 증가하게 되어 스위칭 주파수 대역에 가까워진다. 이로 인해 스위칭 주파수 대역에서의 공진 문제가 발생하게 된다. 따라서 공진주파수가 전류제어기의 대역폭과 스위칭 주파수 사이에 적절히 놓이도록 전류 리플률을 5%～30% 정도 선정하는 것이 적절하고, 선정된 전류 리플률과 스위칭주파수 및 DC Link 전압 등을 고려하여 PWM 인버터측 인덕터의 인덕턴스는 다음 수학식 6과 같이 선정할 수 있다.The size of the grid-connected inverter-side inductor Li can be determined by the current ripple rate and the DC link voltage of the PWM inverter-
여기서, Vdc는 계통연계형 인버터의 DC Link 전압이고, fsw는 스위칭 주파수, ΔI는 전류 리플률이다.Here, V dc is the DC Link voltage of the grid-connected inverter, f sw is the switching frequency, and ΔI is the current ripple rate.
필터 캐패시터 Cf1의 크기는 일반적으로 필터 캐패시터에 유입되는 무효전력을 적절한 역률을 유지하기 위해서 인버터 정격전력의 5%로 선정할 수 있으며, 그려면 다음 수학식 7과 같다.In general, the size of the filter capacitor C f1 can be selected as 5% of the rated power of the inverter in order to maintain an appropriate power factor for the reactive power flowing into the filter capacitor, and to do so,
여기서, Prate는 인버터의 정격전력, Vg는 계통측 전압을 나타낸다.Here, P rate is the rated power of the inverter, and V g is the grid-side voltage.
한편, LC직렬공진 가지의 캐패시터 Cf2의 크기는 필터 캐패시터 Cf1의 1/10 크기로 설계한다. 이는 필터 캐패시터 Cf1 가지와 LC 직렬공진 가지의 임피던스 차이로 인해 공진주파수 영역에서는 Cf1 가지를 통해 공진문제를 해결하고, PWM 스위칭 주파수 영역에서는 Cf2 가지를 통해 전류가 흐르게 되어 LC 직렬공진을 통해 PWM 스위칭 주파수 대역의 고조파를 효과적으로 감쇄시키는 역할을 하기위해 Cf1의 1/10 크기로 설계하고 이는 다음 수학식 8과 같다.Meanwhile, The size of the capacitor C f2 of the LC series resonance branch is designed to be 1/10 the size of the filter capacitor C f1 . This solves the resonance problem through the C f1 branch in the resonance frequency domain due to the difference in impedance between the filter capacitor C f1 branch and the LC series resonance branch, and the current flows through the C f2 branch in the PWM switching frequency domain through the LC series resonance. In order to effectively attenuate the harmonics of the PWM switching frequency band, it is designed to have a size of 1/10 of C f1 , which is shown in
LC직렬공진 가지의 인덕터 Lf의 경우 LC 직렬공진을 통해 PWM 주파수 대역의 고조파를 감쇄시키는 효과를 보기 위해 LC 직렬공진의 공진주파수를 PWM 주파수와 동일하게 설계하고, 이는 다음 수학식 9와 같다.In the case of the inductor L f of the LC series resonance branch, the resonance frequency of the LC series resonance is designed to be the same as the PWM frequency to see the effect of attenuating the harmonics of the PWM frequency band through the LC series resonance, which is shown in Equation 9 below.
여기서, ωs는 PWM 스위칭 주파수를 나타낸다.Here, ω s represents the PWM switching frequency.
그리드측 인덕터 Lg의 경우 PWM 스위칭에 의한 영향을 최소화하기 위하여 PWM에 의한 전류 리플 감쇄율로부터 결정할 수도 있다. 그러나, PWM 스위칭 주파수 성분의 전류 감쇄율로 결정하는 LCL 필터와는 다르게 LLCL 필터는 PWM 스위칭 주파수의 2배에 해당하는 주파수 성분의 전류 감쇄율로 결정하고, 이는 다음 수학식 10과 같다.In the case of the grid-side inductor L g , it may be determined from the current ripple attenuation rate by PWM in order to minimize the effect of PWM switching. However, unlike the LCL filter, which is determined by the current decay rate of the PWM switching frequency component, the LLCL filter is determined by the current decay rate of the frequency component corresponding to twice the PWM switching frequency, which is expressed in
댐핑 저항 Rf 값은 공진주파수에서의 커패시터 리액턴스의 1/3로 설계하고, 이는 다음 수학식 11과 같다.The damping resistor R f value is designed to be 1/3 of the capacitor reactance at the resonance frequency, which is expressed in Equation 11 below.
여기서 fres는 공진주파수를 나타낸다.Here, f res represents the resonance frequency.
상술한 방법으로 도 5에서 제안하는 개선된 LLCL 필터를 설계하고 계통연계형 3상 PWM 인버터 출력단의 각상(U,V,W상)에 적용하여 효과를 얻을 수 있다.The effect can be obtained by designing the improved LLCL filter proposed in FIG. 5 by the above method and applying it to each phase (U, V, W phase) of the output stage of the grid-connected 3-phase PWM inverter.
도 5에서 제안하는 개선된 고조파 전류저감 LLCL 필터의 타당성을 검증하기 위하여 시뮬레이션 및 실험을 실시하였다. 시뮬레이션 및 실험에서 사용된 3상 PWM 인버터의 파라미터와 필터 파라미터를 표 1에 나타내었다.Simulations and experiments were conducted to verify the feasibility of the improved harmonic current reduction LLCL filter proposed in FIG. 5 . Table 1 shows the parameters and filter parameters of the 3-phase PWM inverter used in simulations and experiments.
도 7은 도 3의 회로 구성을 가지는 LLCL 필터의 시뮬레이션 결과이며, 도 8은 도 5에서 제안하는 개선된 LLCL 필터의 시뮬레이션 결과이다.7 is a simulation result of the LLCL filter having the circuit configuration of FIG. 3 , and FIG. 8 is a simulation result of the improved LLCL filter proposed in FIG. 5 .
도 9는 도 3의 회로 구성을 가지는 LLCL 필터의 시뮬레이션 결과의 FFT 분석을 나타내며, 도 10은 도 5에서 제안하는 개선된 LLCL 필터의 시뮬레이션 결과의 FFT 분석을 나타낸다.9 shows an FFT analysis of a simulation result of the LLCL filter having the circuit configuration of FIG. 3 , and FIG. 10 shows an FFT analysis of a simulation result of the improved LLCL filter proposed in FIG. 5 .
도 7은 일반적인 LLCL 필터의, 도 8은 개선된 LC 직렬 공진 가지를 가지는 LLCL 필터의 인버터측과 계통측의 전류를 나타내고, 도 9와 도 10은 각각 일반적인 LLCL 필터와 개선된 LC 직렬 공진 가지를 가지는 LLCL 필터의 계통측 전류의 FFT 분석 결과를 나타내었다.7 shows the current of the inverter side and the grid side of the LLCL filter having an improved LC series resonance branch, and FIG. 9 and FIG. 10 show the general LLCL filter and the improved LC series resonance branch, respectively. The branch shows the FFT analysis result of the grid-side current of the LLCL filter.
도 7과 도 8의 시뮬레이션 결과에서 알 수 있듯이 일반적인 LLCL 필터와 제안하는 개선된 LLCL 필터 모두 우수한 고조파 감쇄 효과를 갖는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 도 9의 일반적인 LLCL 필터의 계통측 전류의 FFT 분석 결과를 보면 공진을 억제하기 위해 적용한 댐핑에 의해 LC 직렬 공진 또한 억제되어 LLCL 필터의 특징인 PWM 주파수 대역에서의 고조파 감쇄 효과를 얻지 못하는 것을 확인 할 수 있다. 하지만, 도 10의 개선된 LLCL 필터의 경우 도 9의 일반적인 LLCL 필터와는 다르게 필터 캐패시터와 댐핑 저항이 직렬로 연결된 가지에서는 공진을 효과적으로 억제하고, 이와 병렬로 연결된 LC 직렬 공진 가지에서는 LC 직렬공진을 통한 PWM 주파수 대역에서의 고조파 감쇄효과를 갖는 것을 확인할 수 있다.As can be seen from the simulation results of FIGS. 7 and 8 , it can be confirmed that both the general LLCL filter and the proposed improved LLCL filter have excellent harmonic attenuation effects. However, looking at the FFT analysis result of the grid-side current of the general LLCL filter in FIG. 9 , the LC series resonance is also suppressed by the damping applied to suppress the resonance, so that the harmonic attenuation effect in the PWM frequency band, which is a characteristic of the LLCL filter, is not obtained. can check However, in the case of the improved LLCL filter of FIG. 10, unlike the general LLCL filter of FIG. 9, resonance is effectively suppressed in the branch in which the filter capacitor and the damping resistor are connected in series, and in the LC series resonance branch connected in parallel, the LC series resonance is suppressed. It can be confirmed that it has a harmonic attenuation effect in the PWM frequency band.
도 11은 일반적인 LLCL 필터의 실험 결과이며, 도 12는 제안하는 개선된 LLCL 필터의 실험 결과이다.11 is an experimental result of a general LLCL filter, and FIG. 12 is an experimental result of the proposed improved LLCL filter.
LLCL 필터의 실제 적용가능성 여부를 확인하기 위해 시뮬레이션과 동일한 조건에서 실험을 실시하였다. 도 11는 일반적인 LLCL 필터의 계통측 전류의 FFT 분석 결과이고, 도 12는 LC 직렬 공진 가지를 가지는 LLCL 필터의 계통측 전류의 FFT 분석 결과이다. In order to confirm the practical applicability of the LLCL filter, an experiment was conducted under the same conditions as the simulation. 11 is an FFT analysis result of the system side current of a general LLCL filter, and FIG. 12 is an FFT analysis result of the system side current of an LLCL filter having an LC series resonance branch.
도 11의 일반적인 LLCL 필터의 전류 FFT 분석결과는 도 9의 시뮬레이션 결과와 마찬가지로 공진을 억제하기 위해 댐핑에 의해 LC 직렬공진 또한 억제되어 PWM 스위칭 주파수 대역에서의 고조파 감쇄효과를 얻지 못하는 것을 알 수 있고, 도 12의 제안하는 개선된 LLCL 필터의 전류 FFT 분셕결과 또한 도 10의 시뮬레이션 결과와 마찬가지로 기존의 LLCL 필터와는 다르게 필터 캐패시터와 댐핑 저항이 직렬로 연결된 가지에서는 공진을 효과적으로 억제하고, 이와 병렬로 연결된 LC 직렬 공진 가지에서는 LC 직렬 공진을 통한 PWM 주파수 대역에서의 고조파 감쇄효과를 갖는 것을 확인할 수 있다.The current FFT analysis result of the general LLCL filter of FIG. 11 shows that, like the simulation result of FIG. 9, the LC series resonance is also suppressed by damping to suppress the resonance, so it can be seen that the harmonic attenuation effect in the PWM switching frequency band cannot be obtained. The current FFT division result of the improved LLCL filter proposed in FIG. 12 also effectively suppresses resonance in the branch in which the filter capacitor and the damping resistor are connected in series, unlike the conventional LLCL filter, similar to the simulation result of FIG. It can be confirmed that the LC series resonance branch has a harmonic attenuation effect in the PWM frequency band through the LC series resonance.
도 13은 배전운영시스템과 에너지관리시스템의 전력관점에서의 시스템(즉, 배전 연계 시스템) 구성을 나타낸 블록도이다. 제어관점에서의 시스템 구성에 있어서도, 본 발명의 사상에 따른 고조파 저감 필터가 적용된다면, 도 14와 같다.13 is a block diagram illustrating the configuration of a system (ie, a distribution linkage system) from a power point of view of a distribution operation system and an energy management system. In the system configuration from the control point of view, if the harmonic reduction filter according to the spirit of the present invention is applied, it is as shown in FIG. 14 .
도시한 배전 연계 시스템은, 배전망을 최종적으로 관리하는 배전운영 시스템(6); 단일 혹은 공동 부하 객체를 관리하는 에너지관리 시스템(7); 및 상기 에너지관리 시스템(7)에 구비된 계통연계형 인버터(1000)와 상기 배전망을 위한 배전 계통 사이에 위치하여, 상기 계통연계형 인버터(1000)에서 발생되는 고조파를 필터링하는 고조파 저감 필터(100)를 포함한다.The illustrated distribution linkage system includes a
여기서, 상기 고조파 저감 필터(100)는, 본 발명의 사상에 따라, 일단이 상기 계통연계형 인버터에 연결되는 인버터측 필터 인덕터; 일단이 상기 인버터측 필터 인덕터에 연결되고, 타단이 계통에 연결된 계통측 필터 인덕터; 및 상기 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드와 접지 사이에 위치하며, 공진 및 고조파를 억제시키는 공진/고조파 억제 블록을 포함한다.Here, the
상기 고조파 저감 필터(100)가 도 3의 회로 구성을 따르는 경우, 상기 공진/고조파 억제 블록은, 일단이 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드에 연결된 필터 캐패시터; 일단이 상기 필터 캐패시터의 타단에 연결되는 필터 인덕터; 및 일단이 상기 필터 인덕터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 댐핑 저항을 포함할 수 있다.When the
상기 고조파 저감 필터(100)가 도 5의 회로 구성을 따르는 경우, 상기 공진/고조파 억제 블록은, 일단이 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드에 연결된 필터 캐패시터; 일단이 상기 필터 캐패시터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 댐핑 저항; 일단이 상기 접속 노드에 연결되는 직렬공진 캐패시터; 및 일단이 상기 직렬공진 캐패시터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 직렬공진 인덕터를 포함할 수 있다.When the
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains should understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics thereof, so the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. only do The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .
10 : 인버터측 필터 인덕터
20 : 계통측 필터 인덕터
30 : 필터 캐패시터
40 : 댐핑 저항
50 : 직렬공진 캐패시터
60 : 직렬공진 인덕터10: Inverter side filter inductor
20: grid side filter inductor
30: filter capacitor
40: damping resistance
50: series resonance capacitor
60: series resonance inductor
Claims (15)
일단이 상기 인버터측 필터 인덕터에 연결되고, 타단이 계통에 연결된 계통측 필터 인덕터;
상기 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드와 접지 사이에 위치하며 공진을 억제하는 공진 억제 회로; 및
상기 접속 노드와 접지 사이에 상기 공진 억제 회로와 병렬로 위치하며 PWM 주파수 대역에서의 고조파를 감쇄시키는 고조파 감쇄 회로
를 포함하는 고조파 전류 저감 필터.
inverter side filter inductor;
a grid-side filter inductor having one end connected to the inverter-side filter inductor and the other end connected to the grid;
a resonance suppression circuit positioned between a connection node of the inverter-side filter inductor and the grid-side filter inductor and a ground and suppressing resonance; and
A harmonic attenuation circuit located in parallel with the resonance suppression circuit between the connection node and the ground and attenuating harmonics in a PWM frequency band
A harmonic current reduction filter comprising a.
상기 공진 억제 회로는,
일단이 상기 접속 노드에 연결된 필터 캐패시터; 및
일단이 상기 필터 캐패시터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 댐핑 저항
을 포함하는 고조파 전류 저감 필터.
According to claim 1,
The resonance suppression circuit,
a filter capacitor having one end connected to the access node; and
Damping resistor having one end connected to the other end of the filter capacitor and the other end connected to ground
A harmonic current reduction filter comprising a.
상기 고조파 감쇄 회로는,
일단이 상기 접속 노드에 연결되는 직렬공진 캐패시터; 및
일단이 상기 직렬공진 캐패시터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 직렬공진 인덕터
를 포함하는 고조파 전류 저감 필터.
3. The method of claim 2,
The harmonic attenuation circuit,
a series resonance capacitor having one end connected to the connection node; and
A series resonant inductor having one end connected to the other end of the series resonant capacitor and the other end connected to the ground
A harmonic current reduction filter comprising a.
상기 인버터측 필터 인덕터의 인덕턴스는,
기본주파수와 스위칭 주파수를 고려하여 PWM 인버터측 인덕터의 전류 리플률 및 DC Link 전압에 따라 결정되는 고조파 전류 저감 필터.
4. The method of claim 3,
The inductance of the filter inductor on the inverter side is,
A harmonic current reduction filter determined by the current ripple rate and DC link voltage of the PWM inverter side inductor considering the fundamental frequency and switching frequency.
상기 인버터측 필터 인덕터의 인덕턴스는,
하기 수학식에 따라 선정되는 고조파 전류 저감 필터.
(여기서, Vdc는 계통연계형 인버터의 DC Link 전압이고, fsw는 스위칭 주파수, ΔI는 전류 리플률)
4. The method of claim 3,
The inductance of the filter inductor on the inverter side is,
A harmonic current reduction filter selected according to the following equation.
(Where V dc is the DC link voltage of the grid-connected inverter, f sw is the switching frequency, and ΔI is the current ripple rate)
상기 필터 캐패시터의 캐패시턴스는, 연결되는 인버터 정격전력의 5%로 선정되는 고조파 전류 저감 필터.
4. The method of claim 3,
The capacitance of the filter capacitor is a harmonic current reduction filter selected to be 5% of the rated power of the connected inverter.
상기 필터 캐패시터의 캐패시턴스는,
하기 수학식에 따라 선정되는 고조파 전류 저감 필터.
(여기서, Prate는 인버터의 정격전력, Vg는 계통측 전압)
6. The method of claim 5,
The capacitance of the filter capacitor is
A harmonic current reduction filter selected according to the following equation.
(Where P rate is the rated power of the inverter, and V g is the grid-side voltage)
상기 직렬공진 캐패시터의 캐패시턴스는,
상기 필터 캐패시터의 캐패시턴스의 1/10 크기를 가지는 고조파 전류 저감 필터.
According to claim 7,
The capacitance of the series resonance capacitor is
A harmonic current reduction filter having a magnitude of 1/10 of the capacitance of the filter capacitor.
상기 직렬공진 캐패시터의 캐패시턴스는,
상기 직렬공진 캐패시터와의 LC 직렬공진의 공진주파수를 PWM 주파수와 동일하게 하는 값을 가지지도록, 하기 수학식에 따라 선정되는 고조파 전류 저감 필터.
(여기서, ωs는 PWM 스위칭 주파수)
9. The method of claim 8,
The capacitance of the series resonance capacitor is
A harmonic current reduction filter selected according to the following equation to have a value that makes the resonance frequency of the LC series resonance with the series resonance capacitor equal to the PWM frequency.
(where ω s is the PWM switching frequency)
상기 계통측 필터 인덕터의 인덕턴스는,
하기 수학식에 따라 선정되는 고조파 전류 저감 필터.
10. The method of claim 9,
The inductance of the system-side filter inductor is,
A harmonic current reduction filter selected according to the following equation.
상기 댐핑 저항의 저항값은,
하기 수학식에 따라 선정되는 고조파 전류 저감 필터.
(여기서, fres는 공진주파수)
11. The method of claim 10,
The resistance value of the damping resistor is,
A harmonic current reduction filter selected according to the following equation.
(here, f res is the resonance frequency)
단일 혹은 공동 부하 객체를 관리하는 에너지관리 시스템; 및
상기 에너지관리 시스템에 구비된 계통연계형 인버터와 상기 배전망을 위한 배전 계통 사이에 위치하여, 상기 계통연계형 인버터에서 발생되는 고조파를 필터링하는 고조파 저감 필터
를 포함하되,
상기 고조파 저감 필터는,
일단이 상기 계통연계형 인버터에 연결되는 인버터측 필터 인덕터;
일단이 상기 인버터측 필터 인덕터에 연결되고, 타단이 계통에 연결된 계통측 필터 인덕터; 및
상기 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드와 접지 사이에 위치하며, 공진 및 고조파를 억제시키는 공진/고조파 억제 블록
을 포함하는 배전 연계 시스템.
a distribution operation system that ultimately manages the distribution network;
an energy management system that manages a single or common load object; and
A harmonic reduction filter that is located between the grid-connected inverter provided in the energy management system and the distribution system for the distribution network, and filters harmonics generated from the grid-connected inverter
including,
The harmonic reduction filter,
an inverter-side filter inductor having one end connected to the grid-connected inverter;
a grid-side filter inductor having one end connected to the inverter-side filter inductor and the other end connected to the grid; and
Resonance/harmonic suppression block located between the connection node of the inverter-side filter inductor and the grid-side filter inductor and ground, and suppressing resonance and harmonics
A distribution linkage system comprising a.
상기 공진/고조파 억제 블록은,
일단이 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드에 연결된 필터 캐패시터;
일단이 상기 필터 캐패시터의 타단에 연결되는 필터 인덕터; 및
일단이 상기 필터 인덕터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 댐핑 저항
을 포함하는 배전 연계 시스템.
13. The method of claim 12,
The resonance / harmonic suppression block,
a filter capacitor whose one end is connected to a connection node of the filter inductor on the inverter side and the filter inductor on the system side;
a filter inductor having one end connected to the other end of the filter capacitor; and
Damping resistor having one end connected to the other end of the filter inductor and the other end connected to ground
A distribution linkage system comprising a.
상기 공진/고조파 억제 블록은,
상기 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드와 접지 사이에 위치하며 공진을 억제하는 공진 억제 회로; 및
상기 접속 노드와 접지 사이에 상기 공진 억제 회로와 병렬로 위치하며 PWM 주파수 대역에서의 고조파를 감쇄시키는 고조파 감쇄 회로
를 포함하는 배전 연계 시스템.
13. The method of claim 12,
The resonance / harmonic suppression block,
a resonance suppression circuit positioned between a connection node of the inverter-side filter inductor and the grid-side filter inductor and a ground and suppressing resonance; and
A harmonic attenuation circuit located in parallel with the resonance suppression circuit between the connection node and the ground and attenuating harmonics in the PWM frequency band
A distribution linkage system comprising a.
상기 공진/고조파 억제 블록은,
일단이 인버터측 필터 인덕터와 상기 계통측 필터 인덕터의 접속 노드에 연결된 필터 캐패시터;
일단이 상기 필터 캐패시터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 댐핑 저항;
일단이 상기 접속 노드에 연결되는 직렬공진 캐패시터; 및
일단이 상기 직렬공진 캐패시터의 타단에 연결되고, 타단이 접지에 연결되는 직렬공진 인덕터
를 포함하는 배전 연계 시스템.
13. The method of claim 12,
The resonance / harmonic suppression block,
a filter capacitor whose one end is connected to a connection node of the filter inductor on the inverter side and the filter inductor on the system side;
a damping resistor having one end connected to the other end of the filter capacitor and the other end connected to ground;
a series resonance capacitor having one end connected to the connection node; and
A series resonant inductor having one end connected to the other end of the series resonant capacitor and the other end connected to the ground
A distribution linkage system comprising a.
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|---|---|---|---|---|
| CN114221560A (en) * | 2021-11-03 | 2022-03-22 | 中冶南方（武汉）自动化有限公司 | PWM rectifier LLCL filter design structure and method |
| KR102589589B1 (en) * | 2022-11-29 | 2023-10-17 | 주식회사 이엔에스 | Resonance reduction device for grid-connected power converter and method therefor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200130528A (en) | 2019-05-08 | 2020-11-19 | (주)제이에스 시스템 | Automatic equipment failure prediction system in smart factory |
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2021
- 2021-03-24 KR KR1020210037850A patent/KR20220132825A/en unknown
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