3상 태양광 T-type 인버터의 모델링 및 제어기 설계 : 기존 제어기법과 개선된 MPC 제어기법의 비교 = Modeling and Controller Design of Three-Phase Solar T-Type Inverter: Comparison of Conventional Control Method and Improved MPC Control Method

국문 초록 (Abstract)

제 목 : 3상 태양광 T-type 인버터의 모델링 및 제어기 설계: 기존 제어기법과 개선되 MPC 제어기법의 비교 본 논문에서는 고전압화 추세에 따라 3상 T-type 인버터를 선정하여 태양광 발전 시스템과 계통연계 시스템 간의 호환성을 증대시키고, 제어 응답 속도와 안정성을 위한 개선 방법을 제안한다. T-type 인버터는 고전압에 적합하며, 낮은 전력 손실을 제공하는 장점을 가지고 있으나, 복잡한 동작 구간으로 인해 비선형 시스템 제어에서 불안정성을 야기할 수 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구는 MPPT Algorithm을 적용한 Double loop의 제어 시스템을 설계하였으며, Inner loop에 Deadbeat 제어방식을 적용하여 시스템의 성능을 향상시켰다. 제어기의 구조로는 최대 전력점 추적(MPPT) 알고리즘을 사용하여 태양광 시스템의 출력 전력을 최대로 유지하고, Outer loop에서는 PI (Proportional-Integral) 제어기를 통해 태양광 Array의 전압을 안정적으로 제어한다. Inner loop는 모델 예측 제어(MPC)를 적용하여 매우 빠른 응답 속도를 구현하며, 예측 정확성을 향상시키고 비선형 시스템에서 발생할 수 있는 제어 불안정성을 개선하였다. 이러한 MPC 방식은 이전의 PWM 기반 PI 제어방식과 비교했을 때 고조파 왜곡 (THD)을 효과적으로 줄이고, 빠른 응답 특성을 제공하여, 기존 제어방식에 비해 시스템의 성능이 더 좋다. 본 연구에서는 태양광 T-type 인버터의 스위칭 동작에 따른 상태 공간 모델링을 구하고, 이를 통해 제어기 설계를 한다. 제안된 MPC 기반 제어방식은 시스템의 비선형성과 복잡한 제어구조에서도 높은 안정성을 유지하며, 태양광 발전 시스템의 전력 변환의 효율성을 크게 향상시켰다. 따라서, 기존의 PI 제어방식과 비교했을 때 더욱 높은 전력 변환의 효율과 신뢰성을 제공하며, 고출력 및 고전압 응용에 적합한 인버터 설계를 제안한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 태양광 T-type 인버터 모델링 및 제어기 설계 3
• 2.1 스위치 동작에 따른 상태 공간 방정식 및 모델링 3
• 2.2 Small Signal 해석 및 모델링 15
• 2.3 제어기 구조 23
• 2.3.1 PI 제어기 설계 25
• 2.3.2 Deadbeat 제어기 설계 30
• 2.3.3 입력 캐패시터의 전압 Balancing 36
• Ⅲ. 시뮬레이션 및 실험 결과 39
• 3.1 전류에 대한 PI 제어와 Deadbeat 제어의 파형 비교 39
• 3.2 태양광 T-type 인버터의 시뮬레이션 및 실험 파형 48
• Ⅳ. 결 론 52
• 참 고 문 헌 53
• Abstract 56