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KR101870749B1 - Control apparatus for grid connected type single stage forward-flyback inverter - Google Patents

Control apparatus for grid connected type single stage forward-flyback inverter Download PDF

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KR101870749B1
KR101870749B1 KR1020170032432A KR20170032432A KR101870749B1 KR 101870749 B1 KR101870749 B1 KR 101870749B1 KR 1020170032432 A KR1020170032432 A KR 1020170032432A KR 20170032432 A KR20170032432 A KR 20170032432A KR 101870749 B1 KR101870749 B1 KR 101870749B1
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KR
South Korea
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current
unit
voltage
output
pulse width
Prior art date
Application number
KR1020170032432A
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Korean (ko)
Inventor
김민성
김효신
김수아
이진수
위석민
석화수
Original Assignee
포항공과대학교 산학협력단
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to a technology capable of adjusting output power by simultaneously applying a current discontinuous mode and a current continuous mode to a grid-connected single stage flyback inverter and reducing a superharmonic distortion rate. A control device of the present invention comprises a control unit for tracking a grid voltage sensed from a system power source of a single stage flyback inverter unit to synchronize a current of a flyback converter unit and a voltage of the grid power source to have the same phase, and calculating a duty ratio of a pulse width modulation signal for switching switching elements of a single stage flyback converter unit on the basis of the summing result of a feedback current proportional to an error current which is a difference value between a synchronized output current and a reference output current and a running current updated while performing down-sampling and up-sampling on one cycle of error values.

Description

계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 제어 장치{CONTROL APPARATUS FOR GRID CONNECTED TYPE SINGLE STAGE FORWARD-FLYBACK INVERTER}[0001] CONTROL APPARATUS FOR GRID CONNECTED TYPE SINGLE STAGE FORWARD-FLYBACK INVERTER [0002]

본 발명은 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 구동을 제어하는 기술에 관한 것으로, 특히 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터에 전류불연속모드와 전류연속모드를 동시에 적용하여 출력파워를 조절하고 초고조파 왜곡률을 감쇄시킬 수 있도록 한 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a technique for controlling the driving of a grid-connected single-stage flyback inverter, and more particularly, to a grid-connected single-stage flyback inverter in which a current discontinuity mode and a current continuous mode are simultaneously applied to control output power, Stage fly-fly inverter that can attenuate the load of the single-stage fly-back inverter.

계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터는 태양광을 이용하여 전력을 생산하는 태양광 모듈과 같은 신재생 에너지원으로부터 발생한 직류전압을 교류전압으로 바꾸어 전력망에 공급하는 인버터의 일종으로서, 간단한 구조와 고효율을 갖는 특성이 있다.The grid-connected single-stage flyback inverter is a type of inverter that converts DC voltage generated from a renewable energy source such as a photovoltaic module that generates power using solar light into AC voltage and supplies it to the power grid. .

도 1은 종래 기술에 의한 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터에 구비되는 싱글스테이지 플라이백 인버터부의 회로도로서 이에 도시한 바와 같이 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터부(100A)는 플라이백 컨버터부(110), 언폴딩 브릿지 회로부(120), 출력필터(130) 및 계통전원(140)을 포함한다.FIG. 1 is a circuit diagram of a single-stage flyback inverter unit included in a grid-connected single-stage flyback inverter according to the related art. As shown in FIG. 1, the grid- Unfolding bridge circuitry 120, an output filter 130, and a grid power supply 140. [

플라이백 컨버터부(110)는 입력직류전원(VDC)을 정현파가 전파 정류된 형태의 전압으로 변환하여 출력한다. 이를 위해 플라이백 컨버터부(110)는 1차측 회로부와 2차측 회로부를 구비한다. The flyback converter unit 110 converts the input DC power (V DC ) into a voltage in the form of full wave rectification of a sinusoidal wave and outputs the converted voltage. To this end, the flyback converter unit 110 includes a primary side circuit unit and a secondary side circuit unit.

1차측 회로부는 입력직류전원(VDC)의 양측 입력단자의 사이에 연결된 입력커패시터(Cin), 상기 입력커패시터(Cin)를 통해 공급되는 입력전원을 스위칭하는 스위치(S1), 상기 스위치(S1)에 의해 스위칭되는 트랜스포머(T)의 일차코일(Np)을 구비한다. 스위치(S1)는 제어부(도면에 미표시)에 의해 스위칭 동작하여 입력직류전원(VDC)을 트랜스포머(T)의 2차측으로 전달하는 역할을 한다. The primary side circuit unit includes an input capacitor C in connected between both input terminals of the input DC power supply V DC , a switch S 1 for switching the input power supplied through the input capacitor C in , And a primary coil N p of the transformer T switched by the switch S1. The switch S1 performs a switching operation by a control unit (not shown in the drawing) to transmit the input DC power supply V DC to the secondary side of the transformer T. [

2차측 회로부는 상기 트랜스포머(T)의 이차코일(Ns) 및 다이오드(D)를 구비하여, 상기 스위치(S1)가 오프 상태일 때 상기 이차코일(Ns)을 통해 공급되는 교류전압(예: 정현파)을 전파 정류된 형태의 전압으로 변환하는 역할을 한다.A secondary side circuit is provided with a secondary coil (N s) and the diode (D) of the transformer (T), the switch (S1) when one off-state AC voltage is supplied through the secondary coil (N s) (for example, : Sine wave) into a full-wave rectified voltage.

언폴딩 브릿지 회로부(120)는 상기 플라이백 컨버터부(110)로부터 공급되는 정현파가 전파정류된 형태의 전압을 교류전압으로 바꾸어 계통전원(140)에 연계시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 언폴딩 브릿지 회로부(120)는 상기 플라이백 컨버터부(110)의 출력단 사이에 직렬연결된 스위치(S2,S3),(S4,S5)를 각기 구비한다.The unfolding bridge circuit unit 120 converts the voltage of the sine wave supplied from the flyback converter unit 110 into a full-wave rectified voltage to an AC voltage and links it to the system power supply 140. To this end, the unfolding bridge circuit unit 120 includes switches S2, S3, S4 and S5 connected in series between the output terminals of the flyback converter unit 110, respectively.

언폴딩 브릿지 회로부(120)에서 계통전원(140)에 정극성의 정현파가 인가될 때 스위치(S2)와 스위치(S5)가 온되고, 스위치(S3)와 스위치(S4)가 오프되어 정현파가 전파정류된 전압 중에서 반주기의 전압이 그대로 출력된다. 그러나 상기 계통전원(140)에 부극성의 정현파가 인가될 때는 스위치(S3)와 스위치(S4)가 온되고, 스위치(S2)와 스위치(S5)가 오프되어 상기 전파정류된 전압 중에서 나머지 반주기가 부극성 전압으로 변환되어 출력된다.The switch S2 and the switch S5 are turned on and the switch S3 and the switch S4 are turned off when a positive sinusoidal wave is applied to the system power supply 140 in the unfolding bridge circuit unit 120, The half-period voltage is output as it is. However, when a negative sinusoidal wave is applied to the system power supply 140, the switches S3 and S4 are turned on and the switches S2 and S5 are turned off so that the remaining half of the full- Converted to a negative voltage and output.

출력필터(130)는 상기 언폴딩 브릿지 회로부(120)로부터 출력되는 전압 및 전류의 리플을 감쇄시키는 역할을 한다. 이를 위해, 상기 출력필터(130)는 상기 언폴딩 브릿지 회로부(120)의 양측 출력단자 사이에 연결된 커패시터(Cf) 및 상기 커패시터(Cf)의 일측 단자와 계통전원(140)의 일측 단자 사이에 연결된 인덕터(Lf)를 구비하며, 상기 커패시터(Cf)의 타측 단자는 상기 계통전원(140)의 타측 단자에 연결된다.The output filter 130 serves to attenuate the ripple of the voltage and current output from the unfolding bridge circuit unit 120. The output filter 130 includes a capacitor C f connected between the output terminals of the unfolding bridge circuit unit 120 and one terminal of the capacitor C f and one terminal of the system power supply 140. comprising an inductor (L f), and connected to, the other terminal of said capacitor (C f) is connected to the other terminal of the power grid 140. the

계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터는 신재생 에너지원에서 발생하는 직류전원의 전기 에너지를 온전히 전력망에 공급하기 위하여, 출력파워를 조절할 수 있는 수단을 구비하여야 한다. 또한 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터는 전력망의 품질을 해치지 않도록 일정치 이하의 전고조파 왜곡률을 가지고 있어야 한다. 이와 같은 출력파워 조절과 왜곡률 감쇄를 위해 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터는 제어 장치를 구비하게 되며, 이 제어 장치에는 주로 피드백(Feedback) 제어 방법과 피드포워드(Feedforward) 제어 방법이 적용된다.The grid-connected single-stage flyback inverter should be equipped with means for regulating the output power to supply the electric energy of the DC power source generated from the renewable energy source to the power grid in its entirety. In addition, the grid-connected single-stage flyback inverter must have a full harmonic distortion rate below a certain level to avoid harming the quality of the power grid. In order to control the output power and to reduce the distortion rate, the grid-connected single-stage flyback inverter is provided with a control device, and a feedback control method and a feedforward control method are mainly applied to the control device.

계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 동작모드에는 전류연속모드와 전류불연속모드가 있는데, 동일한 회로로 출력파워를 높이다 보면 필연적으로 동작모드가 전류불연속모드에서 전류연속모드로 변경된다. There are current continuous mode and current discontinuous mode in the operation mode of the grid-connected single-stage flyback inverter. Inevitably, when the output power is increased by the same circuit, the operation mode is changed from the current discontinuous mode to the current continuous mode.

도 2는 종래 기술에 의한 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터에 기준듀티 및 에러전류를 이용한 비례적분제어(Proportional- integral controller) 기법이 적용된 경우의 출력전류를 나타낸 그래프이다.2 is a graph showing an output current when a proportional-integral controller using a reference duty and an error current is applied to a grid-connected single-stage flyback inverter according to the related art.

그런데, 종래 기술에 의한 싱글스테이지 플라이백 인버터는 전류연속모드에서 출력파워를 조절하거나 왜곡률을 감쇄하는데 어려움이 있어 부득이 전류불연속모드로만 동작하도록 설계되어 있다. 이로 인하여, 종래 기술에 의한 싱글스테이지 플라이백 인버터는 다룰 수 있는 출력파워의 범위가 제한되는 문제점이 있다.However, the conventional single stage flyback inverter is designed to operate only in the current discontinuous mode due to difficulty in adjusting the output power or attenuating the distortion rate in the current continuous mode. As a result, the conventional single stage flyback inverter has a problem that the range of the output power that can be handled is limited.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 전류불연속모드와 전류연속모드에서 기준듀티 전압, 계통전원에 공급되는 출력전류와 기준전류의 차이에 해당되는 에러전류를 이용하여, 싱글 스테이지 플라이백 컨버터부의 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어신호의 듀티비를 결정할 수 있도록 하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a grid-type single-stage flyback inverter that uses a reference duty voltage in an electric current discontinuity mode and a current continuous mode, The duty ratio of the switching control signal for controlling the switching operation of the switching element of the single-stage flyback converter unit can be determined.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 제어 장치는 입력직류전원을 전파 정류된 형태의 전압으로 변환하는 플라이백 컨버터부 및 상기 플라이백 컨버터부로부터 공급되는 전파정류된 전압을 교류전압으로 바꾸어 계통전원에 연계시키는 언폴딩 브릿지 회로부를 구비한 싱글스테이지 플라이백 인버터부; 상기 계통전원으로부터 센싱된 계통전압을 추적하여 상기 플라이백 컨버터부의 전류와 상기 계통전원의 전압이 같은 위상을 가질 수 있도록 동기화시키고, 동기화된 출력전류와 기준 출력전류의 차이값인 에러전류에 비례하는 피드백전류와 한 주기의 에러값들에 대하여 다운 샘플링 및 업 샘플링을 수행하면서 업데이트한 러닝전류의 합산결과를 근거로 듀티비를 산출하는 제어부; 상기 듀티비가 반영된 펄스폭변조신호를 이용하여 상기 플라이백 컨버터부에 구비된 제1스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 게이트 드라이버; 및 상기 제어부에 의해 동기화된 기준듀티를 이용하여 생성된 펄스폭변조신호에 따라 상기 언폴딩 브릿지 회로부에 구비된 제2 내지 제5 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 언폴딩 게이트 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control apparatus for a grid-connected single-stage flyback inverter, including a flyback converter unit for converting an input DC power source into a full-wave rectified voltage, Stage flywheel inverter unit having an unfolding bridge circuit unit for converting the full-wave rectified voltage into an alternating-current voltage and connecting it to the system power supply; A system voltage sensing unit for monitoring a system voltage sensed from the system power supply so as to synchronize the current of the flyback converter unit with the voltage of the system power supply so as to have the same phase, A control unit for calculating a duty ratio based on the sum of the updated running currents while performing downsampling and upsampling on feedback currents and error values of one cycle; A switch gate driver for controlling a switching operation of a first switch provided in the flyback converter unit using a pulse width modulation signal in which the duty ratio is reflected; And an unfolding gate driver for controlling switching operations of the second to fifth switches provided in the unfolding bridge circuit unit according to the pulse width modulation signal generated using the reference duty synchronized by the controller. do.

본 발명은 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 전류불연속모드와 전류연속모드에서 기준듀티 전압, 계통전원에 공급되는 출력전류와 기준전류의 차이에 해당되는 에러전류를 이용하여, 싱글 스테이지 플라이백 컨버터부의 스위칭 소자의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어신호의 듀티비를 결정함으로써, 출력파워를 적절히 조절하고 초고조파 왜곡률을 줄일 수 있는 효과가 있다. Stage flyback converter using the error current corresponding to the difference between the reference duty current and the reference current in the current discontinuous mode and the current continuous mode of the grid-connected single-stage flyback inverter, The duty ratio of the switching control signal for controlling the switching operation of the switching element of the sub-unit is determined, so that the output power can be appropriately adjusted and the ultrahigh harmonic distortion ratio can be reduced.

도 1은 종래 기술에 의한 싱글스테이지 플라이백 인버터부의 회로도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 출력전류를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 제어 장치의 블록도이다.
도 4는 도 3에서 비반복 제어부 및 반복학습 제어부의 상세 블록도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다운샘플드 반복학습 제어방식이 적용된 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 출력전류를 나타낸 그래프이다.
1 is a circuit diagram of a conventional single stage flyback inverter unit.
2 is a graph showing output currents of a conventional single-stage flyback inverter of a grid-connected type.
3 is a block diagram of a control apparatus for a grid-connected single-stage flyback inverter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a detailed block diagram of the non-repetitive control unit and the repetitive learning control unit in FIG.
FIG. 5 is a graph showing output currents of a grid-connected single-stage flyback inverter to which the downsampled iterative learning control method according to the present invention is applied.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 제어 장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터(100)는 싱글스테이지 플라이백 인버터부(100A) 및 제어장치부(100B)를 구비한다.FIG. 3 is a block diagram of a control apparatus for a grid-connected single stage flyback inverter according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the grid-connected single stage flyback inverter 100 includes a single stage flyback inverter unit 100A And a control unit 100B.

싱글스테이지 플라이백 인버터부(100A)는 플라이백 컨버터부(110), 언폴딩 브릿지 회로부(120), 출력필터(130) 및 계통전원(140)을 구비하여, 도 1과 동일하게 동작한다. The single stage flyback inverter unit 100A includes a flyback converter unit 110, an unfolding bridge circuit unit 120, an output filter 130, and a system power supply 140, and operates in the same manner as in FIG.

즉, 플라이백 컨버터부(110)는 입력직류전원(VDC)을 정현파가 전파 정류된 형태의 전압으로 변환하여 출력한다. 이를 위해 플라이백 컨버터부(110)는 1차측 회로부와 2차측 회로부를 구비한다. That is, the flyback converter unit 110 converts the input DC power (V DC ) into a voltage in the form of full wave rectification of the sinusoidal wave and outputs it. To this end, the flyback converter unit 110 includes a primary side circuit unit and a secondary side circuit unit.

1차측 회로부는 입력직류전원(VDC)의 양측 입력단자의 사이에 연결된 입력커패시터(Cin), 상기 입력커패시터(Cin)를 통해 공급되는 입력전원을 스위칭하는 스위치(S1), 상기 스위치(S1)에 의해 스위칭되는 트랜스포머(T)의 일차코일(Np)을 구비한다. 스위치(S1)는 제어부(220)에 의해 스위칭 동작하여 입력직류전원(VDC)을 트랜스포머(T)의 2차측으로 전달하는 역할을 한다. The primary side circuit unit includes an input capacitor C in connected between both input terminals of the input DC power supply V DC , a switch S 1 for switching the input power supplied through the input capacitor C in , And a primary coil N p of the transformer T switched by the switch S1. The switch S1 is switched by the control unit 220 to transmit the input DC power V DC to the secondary side of the transformer T. [

2차측 회로부는 상기 트랜스포머(T)의 이차코일(Ns) 및 다이오드(D)를 구비하여, 상기 스위치(S1)가 오프 상태일 때 상기 이차코일(Ns)을 통해 공급되는 교류전압(예: 정현파 전압)을 전파 정류된 형태의 전압으로 변환하는 역할을 한다.A secondary side circuit is provided with a secondary coil (N s) and the diode (D) of the transformer (T), the switch (S1) when one off-state AC voltage is supplied through the secondary coil (N s) (for example, : Sinusoidal voltage) into a full-wave rectified voltage.

언폴딩 브릿지 회로부(120)는 상기 플라이백 컨버터부(110)로부터 공급되는 정현파가 전파정류된 형태의 전압을 교류전압으로 바꾸어 계통전원(vg)에 연계시키는 역할을 한다. 이를 위해 상기 언폴딩 브릿지 회로부(120)는 상기 플라이백 컨버터부(110)의 출력단 사이에 직렬연결된 스위치(S2,S3),(S4,S5)를 각기 구비한다.Unfolding bridge circuit 120 serves to change the voltage of the sine wave supplied from the flyback converter 110, to form the full-wave rectification AC voltage associated with the power system (v g). To this end, the unfolding bridge circuit unit 120 includes switches S2, S3, S4 and S5 connected in series between the output terminals of the flyback converter unit 110, respectively.

언폴딩 브릿지 회로부(120)에서 계통전원(140)에 정극성의 정현파가 인가될 때 스위치(S2)와 스위치(S5)가 온되고, 스위치(S3)와 스위치(S4)가 오프되어 정현파가 전파정류된 전압 중에서 반주기의 전압이 그대로 출력된다. 그러나 상기 계통전원(140)에 부극성의 정현파가 인가될 때는 스위치(S3)와 스위치(S4)가 온되고, 스위치(S2)와 스위치(S5)가 오프되어 상기 전파정류된 전압 중에서 나머지 반주기가 부극성 전압으로 변환되어 출력된다.The switch S2 and the switch S5 are turned on and the switch S3 and the switch S4 are turned off when a positive sinusoidal wave is applied to the system power supply 140 in the unfolding bridge circuit unit 120, The half-period voltage is output as it is. However, when a negative sinusoidal wave is applied to the system power supply 140, the switches S3 and S4 are turned on and the switches S2 and S5 are turned off so that the remaining half of the full- Converted to a negative voltage and output.

출력필터(130)는 상기 언폴딩 브릿지 회로부(120)로부터 출력되는 전압 및 전류의 리플을 감쇄시키는 역할을 한다.The output filter 130 serves to attenuate the ripple of the voltage and current output from the unfolding bridge circuit unit 120.

제어장치부(100B)는 제1저역필터(210A) 및 제2저역필터(210B), 제어부(220), 스위치 게이트 드라이버(230) 및 언폴딩 게이트 드라이버(240)를 구비한다.The control unit 100B includes a first low pass filter 210A and a second low pass filter 210B, a control unit 220, a switch gate driver 230 and an unfolding gate driver 240.

제1저역필터(210A)는 계통전원(140)으로부터 센싱된 계통전압(vg)을 저역 필터링한다.The first low pass filter 210A low-pass filters the system voltage v g sensed from the system power supply 140.

제2저역필터(210B)는 계통전원(140)으로부터 센싱된 출력전류(iLf)를 저역필터링한다.The second low-pass filter 210B low-pass filters the output current i Lf sensed from the system power supply 140.

제어부(220)는 상기 저역필터링된 계통전압과 출력전류를 공급받아 그 출력전류와 기준전류의 차이에 해당되는 에러전류를 구하고 이를 이용하여, 상기 플라이백 컨버터부(110)의 스위칭 동작을 제어하는 스위칭 제어신호의 듀티비를 결정한다. The control unit 220 receives the low-pass filtered system voltage and the output current, calculates an error current corresponding to the difference between the output current and the reference current, and controls the switching operation of the flyback converter unit 110 Thereby determining the duty ratio of the switching control signal.

이를 위해, 제어부(220)는 제1아날로그 디지털 변환기(221A) 및 제2아날로그 디지털 변환기(221B), 위상고정루프(PLL)(222), 라인주파수 스위칭부(223), 출력전류 계산부(224), 제1합산기(225A) 및 제2합산기(225B), 비반복(Non-iterative) 제어부(226), 메모리부(227), 반복학습 제어부(Iterative Learning Controller)(228) 및 펄스폭변조신호 발생기(PWM generator)(229)를 구비한다.The control unit 220 includes a first analogue digital converter 221A and a second analogue digital converter 221B, a phase locked loop (PLL) 222, a line frequency switching unit 223, an output current calculator 224 A non-iterative control unit 226, a memory unit 227, an iterative learning controller 228, and a first adder 225A, a second adder 225B, a second adder 225B, a non-iterative control unit 226, And a modulation generator (PWM generator) 229.

제1아날로그 디지털 변환기(221A)는 상기 제1저역필터(210A)에 의해 저역필터링된 아날로그의 계통전압(vg)을 디지털신호로 변환한다.A first analog-to-digital converter (221A) to convert a first low-pass filter (210A) low grid voltage (v g) of the filtered analog by a digital signal.

제2아날로그 디지털 변환기(221B)는 상기 제2저역필터(210B)에 의해 저역필터링된 아날로그의 출력전류(iLf)를 디지털신호로 변환한다.The second analog-to-digital converter 221B converts the analog output current (i Lf ) low-pass filtered by the second low-pass filter 210B into a digital signal.

위상고정루프(222)는 상기 제1아날로그 디지털 변환기(221A)를 통해 공급되는 디지털신호로 변환된 계통전압이 0V가 될 때를 추적하여 플라이백 컨버터부(110)의 전류와 계통전원(140)의 전압이 같은 위상을 가질 수 있도록 동기화 시켜주는 역할을 한다. 예를 들어, 상기 위상고정루프(222)는 노치 필터(notch filter)를 이용하여 60Hz의 신호를 추출한 후 에러값을 이용하여 계속적으로 위상값을 고정시키는 방식으로 동기화 기능을 수행할 수 있다. The phase locked loop 222 tracks when the system voltage converted into the digital signal supplied through the first analog-to-digital converter 221A becomes 0 V and outputs the current of the flyback converter unit 110 to the system power supply 140. [ So that they can be synchronized with each other. For example, the phase locked loop 222 may perform a synchronization function by extracting a 60 Hz signal using a notch filter, and then continuously fixing the phase value using an error value.

라인주파수 스위칭부(223)는 상기 위상고정루프(222)로부터 공급되는 기준듀티전압을 소정 주파수(예: 50KHz)의 제1 삼각파형과 비교하여 그에 따른 듀티비를 갖는 펄스폭변조신호들을 출력한다.The line frequency switching unit 223 compares the reference duty voltage supplied from the phase locked loop 222 with a first triangular waveform of a predetermined frequency (e.g., 50 KHz) and outputs pulse width modulated signals having a duty ratio corresponding thereto .

출력전류 계산부(224)는 상기 위상고정루프(222)로부터 공급되는 전류로부터 출력전류 y(k)를 계산한다. The output current calculation section 224 calculates an output current y (k) from the current supplied from the phase locked loop 222. [

삭제delete

제1합산기(225A)는 상기 출력전류 계산부(224)로부터 공급되는 출력전류 y(k)와 기준 출력전류 y_d(k)의 차이값인 에러전류 e(k)를 구하여 출력한다. The first summer 225A calculates and outputs an error current e (k) which is a difference between the output current y (k) supplied from the output current calculator 224 and the reference output current y_d (k).

비반복 제어부(226)는 제1합산기(225A)의 출력신호를 바탕으로 고정전류 uff(k) 및 피드백전류 ufb(k)를 출력한다. 이를 위해 비반복 제어부(226)는 공칭듀티전압 출력부(226A) 및 비례 제어기(proportional controller)(226B)를 구비한다. The non-repetitive control unit 226 outputs the fixed current u ff (k) and the feedback current u fb (k) on the basis of the output signal of the first summer 225A. To this end, the non-repetitive control section 226 includes a nominal duty voltage output section 226A and a proportional controller 226B.

공칭듀티전압 출력부(226A)는 도 4에서와 같이 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터(100)의 입출력전압 및 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터(100)의 파라메타에 따라 주기별로 고정된 고정전류 uff(k)를 출력한다.As shown in FIG. 4, the nominal duty voltage output section 226A outputs the nominal duty voltage output 226A, which is a fixed constant current for each cycle according to the input / output voltage of the grid-connected single-stage flyback inverter 100 and the parameters of the grid- u ff (k).

비례 제어기(226B)는 도 4에서와 같이 상기 제1합산기(225A)에서 출력되는 에러전류 e(k)에 비례하는 피드백전류 ufb(k)를 출력하여 전류오차가 줄어들게 하는 역할을 한다. The proportional controller 226B outputs the feedback current u fb (k) proportional to the error current e (k) output from the first summer 225A as shown in FIG. 4, thereby reducing the current error.

메모리부(227)는 제1합산기(225A)에서 출력되는 에러전류 e(k)를 이용하여 한 주기의 에러값들을 저장한다. 반복학습 제어부(228)는 상기 메모리부(227)에 저장된 한 주기의 에러값들을 다운 샘플링(down-sampling) 및 업 샘플링(up-sampling)하여 업데이트(update)하고, 그 업데이트 결과에 따른 러닝전류 ui(k)를 출력한다. 공칭듀티전압 출력부(226A)는 싱글스테이지 플라이백 인버터부(100A)의 연속동작모드에서 원활하게 동작하지 않는데, 이때 반복학습 제어부(228)는 반복학습 과정을 통해 원하는 출력전류를 생성하는 역할을 한다. The memory unit 227 stores error values of one period using the error current e (k) output from the first summer 225A. The iterative learning control unit 228 down-samples and up-samples the error values of one cycle stored in the memory unit 227 and updates the learning values according to the update result. u i (k). The nominal duty voltage output unit 226A does not operate smoothly in the continuous operation mode of the single stage flyback inverter unit 100A. The iterative learning control unit 228 plays a role of generating a desired output current through an iterative learning process do.

이를 위해 반복학습 제어부(228)는 도 4에서와 같이 상기 한 주기의 에러값들을 다운 샘플링하는 다운샘플링부(228A), 상기 다운샘플링부(228A)에 의해 다운샘플링된 에러값들을 저장하는 한 쌍의 메모리(228B),(228C), 상기 한 쌍의 메모리(228B), (228C)에 저장된 에러값들을 대상으로 반복학습을 수행하여 원하는 출력전류를 생성하는 학습제어 연산부(228D) 및 상기 학습제어 연산부(228D)에서 출력되는 출력전류를 업 샘플링하여 상기 러닝전류 ui(k)를 출력하는 업샘플링부(228E)를 구비한다.4, the repetition learning control unit 228 includes a downsampling unit 228A for downsampling the error values of the one cycle, a pair of error correction units 228A and 228B for storing error values downsampled by the downsampling unit 228A, A learning control arithmetic operation unit 228D for generating a desired output current by performing iterative learning on error values stored in the memory 228B, 228C, and the pair of memories 228B, 228C, And an up-sampling unit 228E for up-sampling the output current outputted from the calculating unit 228D and outputting the running current u i (k).

통상의 반복학습제어기 사용 시 학습과정에서 특히 초기에 에러가 순간적으로 커지는 문제가 발생한다. 이는 높은 한계 전압치를 갖는 전력반도체 소자를 사용하게 하며, 자연스럽게 전력반도체 소자의 드레인-소스 저항값이 높아져 회로의 전력변환효율이 낮아지는 단점이 있다. 따라서 반복학습제어기 사용시에 에러의 단조감소특성을 만족시키는 것은 매우 중요하다.There is a problem that the error grows instantaneously in the course of learning in the case of using the normal iterative learning controller. This causes a power semiconductor device having a high limit voltage value to be used, and the drain-source resistance value of the power semiconductor device is naturally increased, which lowers the power conversion efficiency of the circuit. Therefore, it is very important to satisfy the monotone reduction characteristic of errors when using the iterative learning controller.

통상의 반복학습제어기는 이와 함께 동작하는 비례제어기의 이득값을 키워서 출력전류 에러의 단조감소특성을 만족시킬 수 있다, 하지만 연속전도모드에서 동작하는 싱글스테이지 플라이백 인버터부(100A)는 시스템의 동역학을 분석했을 때 매우 작은 값의 우반면 영점이 존재하며, 이로 인해 싱글스테이지 플라이백 인버터에서는 비례제어기의 이득값을 키울 수 없는 한계점이 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위해서 상기 반복학습 제어부(228)에서 상기와 같이 다운샘플드 반복학습 제어를 수행하여, 에러의 단조감소특성이 만족되도록 하였다.However, in the single stage flyback inverter section 100A operating in the continuous conduction mode, the dynamics of the system can be reduced, There is a limit in that the gain of the proportional controller can not be increased in the single stage flyback inverter. In order to overcome this limitation, the iterative learning control unit 228 performs the downsampled iterative learning control as described above so that the monotone reduction property of the error is satisfied.

또한, 다운샘플드 반복학습 제어기는 통상의 반복학습제어기에 비해 더 적은 용량의 메모리를 이용해서 구현 가능하므로 회로 구성단가를 낮출 수 있는 장점이 있다.In addition, since the downsampled iterative learning controller can be implemented using a smaller capacity memory than a normal iterative learning controller, it has an advantage that the cost of the circuit configuration can be reduced.

제2합산기(225B)는 상기 공칭듀티전압 출력부(226A)로부터 공급되는 고정전류 uff(k), 비례 제어기(226B)로부터 공급되는 피드백전류 ufb(k) 및 반복학습 제어부(228)로부터 공급되는 러닝전류 ui(k)를 합산하여 그에 따른 합산전류 uc(k)를 출력한다. 여기서, 상기 고정전류 uff(k)는 기준듀티(Nominal duty)에 관련된 전류이다. 상기 제2합산기(225B)에 공급되는 상기 고정전류 uff(k), 피드백전류 ufb(k) 및 러닝전류 ui(k)를 상기와 같은 과정을 통해 각기 생성함으로써, 제어장치부(100B)를 싱글스테이지 플라이백 인버터부(100A)의 전류불연속모드와 전류연속모드에 동시에 적용하여 출력파워를 조절하고 초고조파 왜곡률을 감쇄시킬 수 있다.The second summing unit 225B receives the fixed current u ff (k) supplied from the nominal duty voltage output unit 226A, the feedback current u fb (k) supplied from the proportional controller 226B and the repetitive learning control unit 228, And outputs a sum current u c (k) corresponding to the sum of the running currents u i (k). Here, the fixed current u ff (k) is a current related to a nominal duty. By generating the fixed current u ff (k), the feedback current u fb (k), and the running current u i (k) supplied to the second summer 225B through the above-described process, 100B can be simultaneously applied to the current discontinuous mode and the current continuous mode of the single stage flyback inverter unit 100A to adjust the output power and attenuate the ultrahigh harmonic distortion rate.

펄스폭변조신호 발생기(229)는 상기 제2합산기(225B)로부터 공급되는 합산전류 uc(k)에 상응되는 펄스폭을 갖는 펄스폭변조신호를 출력한다.The pulse width modulation signal generator 229 outputs a pulse width modulation signal having a pulse width corresponding to the sum current u c (k) supplied from the second summer 225B.

스위치 게이트 드라이버(230)는 상기 펄스폭변조신호 발생기(229)에서 출력되는 상기 펄스폭변조신호를 적절히 가공하여 그에 따른 소정 주파수의 펄스폭변조신호(PWM1)를 상기 플라이백 컨버터부(110)의 스위치(S1)의 게이트에 출력한다. 이에 따라, 상기 스위치(S1)가 상기 펄스폭변조신호(PWM1)에 의해 스위칭 동작한다.The switch gate driver 230 appropriately processes the pulse width modulated signal output from the pulse width modulated signal generator 229 and outputs the pulse width modulated signal PWM1 having a predetermined frequency to the flyback converter unit 110 And outputs it to the gate of the switch S1. As a result, the switch S1 is switched by the pulse width modulation signal PWM1.

언폴딩 게이트 드라이버(240)는 상기 라인주파수 스위칭부(223)로부터 공급되는 상기 펄스폭변조신호들을 적절히 가공하여 그에 따른 소정 주파수(예: 50KHz)의 펄스폭변조신호(PWM2-PWM5)를 상기 언폴딩 브릿지 회로부(120)의 스위치(S2-S5)의 게이트에 출력한다. 이에 따라, 상기 스위치(S2-S5)가 상기 펄스폭변조신호(PWM2-PWM5)에 의해 스위칭 동작한다.The unfolding gate driver 240 appropriately processes the pulse width modulation signals supplied from the line frequency switching unit 223 and outputs a pulse width modulation signal PWM2-PWM5 having a predetermined frequency (e.g., 50 KHz) To the gates of the switches S2-S5 of the folding bridge circuit unit 120. [ Thus, the switches S2 to S5 are switched by the pulse width modulation signals PWM2 to PWM5.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 다운샘플드 반복학습 제어방식이 적용된 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 출력 전류를 나타낸 그래프이다.Meanwhile, FIG. 5 is a graph showing output currents of a grid-connected single-stage flyback inverter to which the downsampled iterative learning control method according to the present invention is applied.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다. Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, it should be understood that the scope of the present invention is not limited thereto. These embodiments are also within the scope of the present invention.

100 : 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터
100A : 싱글스테이지 플라이백 인버터부
100B : 제어장치부 110 : 플라이백 컨버터부
120 : 언폴딩 브릿지 회로부 130 : 출력필터
140 : 계통전원 210A,210B : 저역필터
221A,221B:아날로그 디지털 변환기 222 : 위상고정루프
223 : 라인주파수 스위칭부 224 : 출력전류 계산부
225A : 제1합산기 225B : 제2합산기
226 : 비반복 제어부 226A : 공칭듀티전압 출력부
226B : 비례제어기 227 : 메모리부
228 : 반복학습 제어부 229 : 펄스폭변조신호 발생기
230 : 스위치 게이트 드라이버 240 : 언폴딩 게이트 드라이버
100: Grid-connected single stage flyback inverter
100A: Single stage flyback inverter unit
100B: control unit 110: flyback converter unit
120: unfolding bridge circuit part 130: output filter
140: system power supply 210A, 210B: low-pass filter
221A, 221B: analog-to-digital converter 222: phase locked loop
223: Line frequency switching unit 224: Output current calculation unit
225A: first adder 225B: second adder
226: non-repetitive control section 226A: nominal duty voltage output section
226B: Proportional controller 227:
228: Repetition learning control section 229: Pulse width modulation signal generator
230: Switch gate driver 240: Unfolding gate driver

Claims (6)

입력직류전원을 전파 정류된 형태의 전압으로 변환하는 플라이백 컨버터부 및 상기 플라이백 컨버터부로부터 공급되는 전파정류된 전압을 교류전압으로 바꾸어 계통전원에 연계시키는 언폴딩 브릿지 회로부를 구비한 싱글스테이지 플라이백 인버터부;
상기 계통전원으로부터 센싱된 계통전압을 추적하여 상기 플라이백 컨버터부의 전류와 상기 계통전원의 전압이 같은 위상을 가질 수 있도록 동기화시키고, 동기화된 출력전류와 기준 출력전류의 차이값인 에러전류에 비례하는 피드백전류와 한 주기의 에러값들에 대하여 다운 샘플링 및 업 샘플링을 수행하면서 업데이트한 러닝전류의 합산결과를 근거로 듀티비를 산출하는 제어부;
상기 듀티비가 반영된 펄스폭변조신호를 이용하여 상기 플라이백 컨버터부에 구비된 제1스위치의 스위칭 동작을 제어하는 스위치 게이트 드라이버; 및
상기 제어부에 의해 동기화된 기준듀티를 이용하여 생성된 펄스폭변조신호에 따라 상기 언폴딩 브릿지 회로부에 구비된 제2 내지 제5 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 언폴딩 게이트 드라이버를 포함하되,
상기 제어부는
상기 계통전압이 0V가 될 때를 추적하여 상기 플라이백 컨버터부의 전류와 상기 계통전원의 전압이 같은 위상을 가질 수 있도록 동기화시키는 위상고정루프;
상기 위상고정루프로부터 공급되는 전류로부터 출력전류를 계산하는 출력전류 계산부;
상기 출력전류와 기준 출력전류의 차이값인 상기 에러전류를 구하는 제1합산기;
상기 제1합산기의 출력신호를 바탕으로 고정전류와 피드백전류를 출력하는 비반복 제어부;
한 주기의 에러값들을 다운 샘플링 및 업 샘플링하여 업데이트하고 그 업데이트 결과에 따른 러닝전류를 출력하는 반복학습 제어부;
상기 고정전류, 상기 피드백전류 및 상기 러닝전류를 합산하여 그에 따른 합산전류를 출력하는 제2합산기; 및
상기 합산전류를 바탕으로 상기 듀티비가 반영된 펄스폭변조신호를 생성하는 펄스폭변조신호 발생기를 구비한 것을 특징으로 하는 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 제어 장치.
Stage flyer having a flyback converter unit for converting an input DC power supply into a full-wave rectified voltage, and an unfolding bridge circuit unit for converting the full-wave rectified voltage supplied from the flyback converter unit to an AC voltage to be connected to a system power supply. Back inverter;
A system voltage sensing unit for monitoring a system voltage sensed from the system power supply so as to synchronize the current of the flyback converter unit with the voltage of the system power supply so as to have the same phase, A control unit for calculating a duty ratio based on the sum of the updated running currents while performing downsampling and upsampling on feedback currents and error values of one cycle;
A switch gate driver for controlling a switching operation of a first switch provided in the flyback converter unit using a pulse width modulation signal in which the duty ratio is reflected; And
And an unfolding gate driver for controlling switching operations of the second to fifth switches provided in the unfolding bridge circuit unit according to the pulse width modulation signal generated using the reference duty synchronized by the controller,
The control unit
A phase locked loop for tracking when the system voltage becomes 0V and synchronizing the current of the flyback converter unit and the voltage of the system power supply to have the same phase;
An output current calculation unit for calculating an output current from a current supplied from the phase locked loop;
A first summing unit for obtaining the error current which is a difference between the output current and the reference output current;
A non-repetitive control unit for outputting a fixed current and a feedback current based on an output signal of the first summer;
An iterative learning control unit for downsampling and upsampling the error values of one cycle for updating and outputting a running current according to the update result;
A second summing unit for summing the fixed current, the feedback current, and the running current to output a sum current corresponding thereto; And
And a pulse width modulation signal generator for generating a pulse width modulation signal reflecting the duty ratio based on the sum current.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 위상고정루프는
목적한 주파수의 신호를 추출하기 위하여 노치 필터를 구비한 것을 특징으로 하는 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 제어 장치.
The method of claim 1, wherein the phase locked loop
And a notch filter is provided for extracting a signal of a desired frequency.
제1항에 있어서, 상기 비반복 제어부는
상기 고정전류를 출력하는 공칭듀티전압 출력부; 및
상기 피드백전류를 출력하는 비례 제어기를 구비한 것을 특징으로 하는 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 제어 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the non-repetitive control unit
A nominal duty voltage output unit for outputting the fixed current; And
And a proportional controller for outputting the feedback current. 2. The control apparatus for a single-stage fly-by-wire inverter according to claim 1,
제1항에 있어서, 상기 반복학습 제어부는
상기 한 주기의 에러값들을 다운 샘플링하는 다운샘플링부;
상기 다운샘플링부에 의해 다운샘플링된 에러값들을 저장하는 한 쌍의 메모리;
상기 한 쌍의 메모리에 저장된 에러값들을 대상으로 반복학습을 수행하여 원하는 출력전류를 생성하는 학습제어 연산부; 및
상기 학습제어 연산부에서 출력되는 출력전류를 업 샘플링하여 상기 러닝전류를 출력하는 업샘플링부를 구비한 것을 특징으로 하는 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 제어 장치.
2. The apparatus of claim 1, wherein the iterative learning control unit
A downsampling unit for downsampling the error values of the period;
A pair of memories for storing downsampled error values by the downsampling unit;
A learning control operation unit for generating a desired output current by performing iterative learning on error values stored in the pair of memories; And
And an up-sampling unit for up-sampling an output current outputted from the learning control operation unit and outputting the running current.
제1항에 있어서, 상기 제어부는
상기 위상고정루프로부터 공급되는 기준듀티전압을 소정 주파수의 삼각파형과 비교하여 그에 따른 듀티비를 갖는 펄스폭변조신호들을 생성하고, 상기 펄스폭변조신호들을 상기 언폴딩 게이트 드라이버에 출력하는 라인주파수 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 계통연계형 싱글스테이지 플라이백 인버터의 제어 장치.
The apparatus of claim 1, wherein the control unit
Generating a pulse width modulated signal having a duty ratio by comparing the reference duty voltage supplied from the phase locked loop with a triangular waveform having a predetermined frequency and outputting the pulse width modulated signals to the unfolding gate driver; Stage flywheel type inverter. 2. The system according to claim 1, further comprising:
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