전압 교란 극복을 위한 적응형 PLL 기술을 적용한 전력 전자 변압기

      이 논문에서는 배전망을 위한 새로운 유연한 전력 분배 장치인 PET가 제안되며, 네트워크와 부하 간의 에너지 교환 메커니즘이 밝혀집니다. 30 kW 600 VAC/220 VAC/110 VDC 중주파수 격리 프로토타입이 개발되고 시연되었습니다. 또한, 특히 그리드 전압 변동 조건 하에서의 배전망 응용을 위한 PET의 주요 제어 전략이 제시됩니다. 더 나아가, 연결된 3상 PET와 관련된 안정성 문제는 임피던스 기반 분석으로 논의되고 검증되었습니다. PET 프로토타입은 테스트되었으며, 전압 변동 내구 기능을 통과하였습니다. 

1.소개

     배전변압기는 전력 배전망에서 가장 중요하고 일반적인 장비로, 전압 변환과 전압 격리를 담당합니다. 전통적인 배전변압기는 매우 신뢰성이 있지만, 크고 무겁습니다. 일차 측과 이차 측 사이의 고조파를 격리할 수 없으며, 가능한 고장 문제를 모니터링하고 보호하기 위해 추가 장비가 필요합니다. 오늘날 이러한 단점은 학계와 산업계에서 실제적인 관심사입니다. 따라서 전력전자 기반 변압기, 즉 전력전자 변압기, 지능형 범용 변압기, 고체 변압기, 스마트 변압기, 에너지 라우터 등은 최근 10년 동안 특히 항공우주, 철도 견인, 스마트 그리드, 에너지 인터넷 응용 분야에서 점점 더 주목받고 있습니다. 그들의 초기 사용은 비용과 효율성이 크기와 무게보다 두 번째로 고려되는 특수 응용 분야일 수 있습니다.

2.PET의 구조 및 사양

    다중 와인딩 중주파수 격리 DC/DC 컨버터에 대해 고정된 스위칭 주파수 오픈 루프 제어 방법이 채택되었습니다. 이를 DC 변압기라고 하며, 규제되지 않은 출력 전압을 제공합니다. 규제 요구사항을 줄이고 입력 전압 범위를 좁히면, 필터 초크가 제거되어도 표준 규제 변압기보다 높은 효율과 큰 출력 전력을 얻을 수 있습니다. 3상 인버터는 세 가지 동일한 모듈식 단일 상 전체 다리 H4 인버터로 구성되며, 내부 불균형 부하 수정 능력이 우수하거나, 3상 인버터에 추가적인 제어 방법이 필요할 수 있습니다. AC 출력 전압은 이중 루프 컨트롤러로 규제되며, 외부 루프는 전압의 RMS 값을, 내부 루프는 전압의 순간 값을 규제합니다. 또한, 양극성 SPWM 제어 전략은 반응 전력을 지원하는 데 도움이 됩니다.

3.전압 변동 내구를 위한 PET의 주요 전략

     전압 변동 조건 하에서 작동하는 PET에 있어서 관측 가능성과 제어 가능성이 필수적입니다. 그리드 전압의 주파수와 위상각을 정확하고 빠르게 감지하는 것은 참조 신호의 올바른 생성과 유틸리티 코드 준수, 특히 고조파, 전압 저하, 주파수 변동, 위상 점프 등의 일반적인 유틸리티 왜곡 조건 하에서尤为重要的是，在电网电压扰动下运行的PET，其可观测性和可控性是必不可少的。准确快速地检测电网电压的频率和相角对于确保正确生成参考信号以及应对公用事业规范至关重要，尤其是在谐波、电压暂降、频率变化和相位跳变等常见公用事业失真条件下。动态变化的电网电压应考虑快速控制问题。因此，本文研究了PET的两种关键策略，包括锁相环（PLL）设计方法、控制原理和三相PWM整流器的小信号模型。还讨论了与并网三相PET相关的稳定性问题。

4.결론

        본 논문에서는 배전망을 위한 새로운 유연한 전력 분배 장치인 PET가 제안되었습니다. 3상 인버터의 DC/DC 격리는 하나의 컴팩트한 다중 와인딩 변압기를 통해 구현되어 시스템 복잡성을 줄였습니다. PET의 그리드 코드 문제, 예를 들어 전압 변동 내구 및 고조파 공진 등은 이전에는 경험하지 못한 문제에 집중하여, 왜곡된 그리드 조건 하에서의 주요 PLL 설계 방법, 제어 원칙, 소신호 모델, 3상 PWM 정류기의 입력 어드미턴스 등을 자세히 설명합니다. 이는 PET를 사용하는 전력전자 기반 전력 시스템에서의 고조파 공진을 이해하는 데 도움이 됩니다.

출처: IEEE Xplore

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