유니폴라 PWM 방식에 따른 계통연계형 인버터의 Zero-Crossing Distortion 특성 비교
Comparison of Zero-Crossing Distortion Characteristics in Grid-Connected Inverters using Unipolar PWM Method
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초록
단상 계통 연계형 인버터는 간단한 회로 구조와 높은 전력 밀도로 인해 산업에서 널리 활용되며, 고효율 달성이 용이한 UnipolarPWM (U-PWM) 기법이 많이 적용된다. U-PWM은 한 레그를 저주파로, 다른 레그를 고주파로 동작시켜 스위칭 손실을 줄이는 장점이 있지만, 영점 교차 왜곡(Zero Crossing Distortion, ZCD) 문제가 발생하는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 영점 교차점(Zero Crossing Point, ZCP) 부근에서 인덕터 전류의 오버슈트로 인한 ZCD 문제를 개선할 수 있는 Modified UnipolarPWM (MU-PWM) 기법을 적용하였다. 이를 검증하기 위해 3kW급 단상 계통 연계형 인버터를 제작하여 성능을 비교하였다. 실험결과, MU-PWM 적용 시 ZCP 부근에서 전류 오버슈트 억제로 ZCD이 개선되며, 효율 저하 없이 총 고조파 왜곡(Total HarmonicDistortion. T.H.D.)특성이 좋아져 계통 연계형 인버터의 성능 및 전력품질을 향상시키는 효과적인 기법임을 입증하였다.
Abstract
Single-phase grid-connected inverters are widely employed in industry due to their simple circuit topology andhigh power density. A commonly adopted control method is unipolar pulse-width modulation (U-PWM), whichfacilitates high efficiency by switching one leg at low frequency and the other at high frequency. However, U-PWMsuffers from zero crossing distortion (ZCD), primarily caused by the inductor current overshoot near the zerocrossing point (ZCP). To address this drawback, this paper proposes a modified unipolar PWM (MU-PWM) techniquedesigned to mitigate the ZCD issue. A 3 kW single-phase grid-connected inverter prototype was developed tovalidate the effectiveness of the proposed method. Experimental results demonstrate that MU-PWM suppresses thecurrent overshoot near the ZCP, thereby alleviating ZCD and improving total harmonic distortion (THD), allwithout compromising efficiency. These findings indicate that MU-PWM is an effective approach to enhancingboth the performance and power quality of single-phase grid-connected inverters.