직류 컨버터제어

P_s= 3

2

{

^{v q s e}

(

^{- LLms}

)}

^{i q r e= - 32 LLms v q s ei q r e} (39) Q_s= 3

2 ω_eλ _{d s e}

(

^{λ d s e- LLs mi d r e}

)

(40)

식 (39)와 (40)은 회전자 측의 _q 축 전류와 _d 축 전류를 이용하여 고정자 측의 유효전력과 무효전력을 독립적으로 제어 가능함을 나타내 고 있다. 또한 유효율과 무효율은 아래 수식과 같이 나타낼 수 있기 때문에 이중여자 유도기는 발전뿐만 아니라 계통의 역률을 보정하기 위한 동기 조상설비로서도 이용 될 수 있음을 보여주고 있다.

cos θ = P_s

P_s²+ Q_s² (41)

sin θ = Q_s Ps2

+ Qs2 (42)

압을 일정하게 유지시키는 것이 필요하다. 이러한 기능을 하는 것이 바로 전압형 PWM 직류 컨버터 이다.

Fig. 18은 3상 전압형 PWM 직류 컨버터 시스템의 전력회로이다.

이 회로에서 6개의 IGBT, 6개의 역병렬 다이오드, 외부 삽입용 교류 입력측 리액터 L_s 및 평활용 캐패시터 C _d로 구성되어 있다.

이 전압형 PWM 직류 컨버터는 교류 입력측 리액터 L_s를 매개로 AC/DC 승압 기능에 의하여 직류 출력전압을 상승시키는 승압형 컨버 터이다.

Fig. 18 Configuration of PWM DC converter

V

a

V

b

V

c

~

~

~

V

as

V

cs

V

^bs

i

a

i

b

i

c

L

s

S

¹

S

₂

S

3

S

4

S

₅

S

₆

i

dc

i

C

i

_Load

C

d

V

_dc

+

−

Load

또한 IGBT 소자를 점호하는데 사용되는 PWM 파형은 기준신호와 피이드백된 직류출력 전압과의 오차를 이용해 입력단 전압 및 전류의 처리를 통해 만들어진 공간전압 벡터방식에 의해 발생된다. 평활용 캐 패시터 C d는 부하에 대해 일정한 직류 전압원의 역할을 하고 있으며 초기동작 시에는 다이오드 브리지 회로를 통해서 캐패시터 C_d에 ₆

V_as의 실효치 전압이 충전되고 충전이 끝나면 다이오드는 모두 역바

이어스 된다. 이 때 교류측 리액터의 승압기능에 의해 직류출력 측 캐 패시터의 양단 전압은 전압형 PWM 직류 컨버터의 전원 전압보다 높 은 전압을 가지기 때문에 어느 한 순간에 어떤 IGBT 소자 한쌍을 턴 -온 시키면 리액터 Ls에 걸리는 전위차 만 큼 전류가 리액터와 캐패 시터 사이를 흐른다.

3상 교류 전원으로 부터 교류 측 리액터 L_s를 매개로 전압형 PWM 직류 컨버터 입력단에 교류전력이 전달되며 그 교류전력은 전 압형 PWM 직류 컨버터에 의해서 직류전력으로 변환되어 출력 측 직 류전압 평활용 캐패시터 Cd에 에너지를 축적하며 부하에 이 에너지 를 공급한다. 만약 운전중에 부하가 감소하여 회생운전을 하는 경우는 일단 직류전압 평활용 캐패시터 C_d에 회생에너지를 축적한 후 전압 형 PWM 직류 컨버터의 IGBT 소자에 의해서 교류전력으로 변환되어 전원 측으로 회생에너지를 되돌려 준다.

Fig. 19 는 3상 전압형 PWM 직류 컨버터의 등가회로이다. 각 상의 전압은 다음 식을 만족한다.

V _{a b c s}= V _{L a b c}+ V _{C a b c} (43)

Fig. 19 Equivalent circuit of PWM DC onverter

~

~

~

~

~

~ v

as

v

bs

v

cs

i

a

i

b

i

c

v

La

v

Lb

v

Lc

+ + +

−

−

− v

ca

v

cb

v

cc

Idc

+

I_c I_Load

−

^d

C Load

또한 교류측 입력전류 i_abcs와 교류 입력측 리액터 L_s에 걸리는 전 압 V_Labc사이에는 다음과 같은 관계식이 성립된다.

V _{L a b c}= j ω_eL _si _{a b c s} (44)

여기서, ω_e : 전원 각주파수

식 (44)에서 알 수 있는 바와 같이 리액터 전압 V_Labc를 증대시키면 교류측 입력전류 iabcs가 증가하게 되며, 역으로 VLabc값이 음의 값으 로 감소하면 i_abcs의 방향이 반전되어 에너지가 직류부하에서 평활용 캐패시터 C_d와 IGBT 소자를 경유하여 교류 전원 측으로 반환되는 회생동작이 일어난다.

문서에서 이중 컨버터에 의한 가변속 풍력발전시스템의 운전특성에 관한 연구 (페이지 56-59)