PR Controller Based Current Control Scheme for Single-Phase Inter-Connected PV Inverter

Abstract

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. 요 약 최근 태양광 시스템에서는 기존의 태양광 시스템을 계통과 전원으로 상호 접속하는 것에 대한 연구에 관심 이 모아지고 있다. 단상, 삼상 시스템에 관계없이 태양광 시스템에서 태양광 인버터는 계통연계 동작에 중요한 역할 을 하기 때문에 전체 시스템에서 핵심요소로 고려된다. 태양광 인버터를 제어하기 위해서는 부하 전류 조절이 핵심요 소 중 하나이다. 일반적으로 태양광 인버터에서 이용되는 PI 제어기는 정상상태 오차와 왜란에 취약하다는 단점을 가 지고 있기 때문에 실제 시스템에 완벽하게 적용하기에는 무리가 있다. 특히, 이는 고주파영역에서의 PI와 PR 제어기 의 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.