PR제어기를 이용한 단상 계통 연계형 태양광 인버터 설계

Abstract

최근 태양광 시스템에서는 기존의 태양광 시스템을 계통과 전원으로 상호 접속하는 것에 대한 연구에 관심이 모아지고 있다. 단상, 삼상 시스템에 관계없이 태양광 시스템에서 태양광 인버터는 계통연계 동작에 중요한 역할을 하기 때문에 전체 시스템에서 핵심요소로 고려된다. 태양광 인버터를 제어하기 위해서는 부하 전류 조절이 핵심요소 중 하나이다. 일반적으로 태양광 인버터에서 이용되는 PI 제어기는 정상상태 오차와 왜란에 취약하다는 단점을 가지고 있기 때문에 실제 시스템에 완벽하게 적용하기에는 무리가 있다. 특히, 이는 고주파영역에서의 PI와 PR 제어기의 성능을 비교해보면 알 수 있다. 이 논문에서 제시된 PR 제어기는 무한 이득을 교류 기본파 성분에 넣을 수 있기 때문에 PR 제어기는 회전좌표계의 PI 제어기에서 사용되는 디커플링 기법과 복잡한 변환 없이 제로 정상상태오차에 도달할 수 있다. 그렇기 때문에 이 논문에서는 PI 제어기를 대체하는 이론적 분석을 통해 PR 제어기를 설계하였다. 논문에 제시되어 있는 이론을 바탕으로 한 PR 제어기를 고정 소수점 연산방식의 32비트 마이크로컨트롤러 DSP320F2812를 기반으로 한 3kW 프로토타입 태양광 인버터에 적용, 평가하였다. 또한 태양광 인버터의 제어 성능을 시뮬레이션과 실험결과를 통하여 보여주고 검증하였다. Nowadays, the PV systems have been focused on the interconnection between the power source and the grid. The PV inverter, either single-phase or three-phase, can be considered as the core of the whole system because of an important role in the grid-interconnecting operation. An important issue in the inverter control is the load current regulation. In the literature, the Proportional+Integral (PI) controller, normally used in the current-controlled Voltage Source Inverter (VSI), cannot be a satisfactory controller for an ac system because of the steady-sate error and the poor disturbance rejection, especially in high-frequency range. By comparison with the PI controller, the Proportional+Resonant (PR) controller can introduce an infinite gain at the fundamental ac frequency; hence can achieve the zero steady-state error without requiring the complex transformation and the dq-coupling technique. In this paper, a PR controller is designed and adopted for replacing the PI controller. Based on the theoretical analyses, the PR controller based control strategy is implemented in a 32-bit fixed-point TMS320F2812 DSP and evaluated in a 3kW experimental prototype Photovoltaic (PV) power conditioning system (PCS). Simulation and experimental results are shown to verify the performance of implemented control scheme in PV PCS.