LCL Filter Design for Medium Power Grid-Connected Inverter

본 논문에서는 중전력 응용 분야에 적합한 계통 연계 인버터용 LCL 필터 설계를 위한 구조적 접근 방식을 제안한다. 중전력 수준에서는 전력 반도체의 열적 스트레스 감소를 위해 높은 스위칭 주파수의 적용이 제한된다. 그러나 높은 스위칭 주파수 없이 중전력 구간에서 LCL 필터를 설계하는 것은 여러 요인들로 인해 어려움을 수반한다. 제안된 LCL 필터 설계 방법은 인버터 측 인덕턴스는 허용 가능한 리플 전류를 기준으로 산정하고, 필터 커패시터는 역률 변동 한계를 고려하여 결정한다. 또한, 계통 측 인덕턴스는 인버터 측 인덕턴스와의 비율(μ)에 따른 무효 전류 성분을 최소화하도록 설정된다. 스위칭 주파수와 공진 주파수의 비율은 안정적인 제어 루프 동작을 갖도록 설계된다. 설계된 LCL 필터의 성능은 총 고조파 왜곡(THD) 2%로 IEEE 519 표준을 만족하며, THD 계산을 통해 해당 설계가 계통 규정 요건을 충족함을 검증하였다. 또한, 제안된 필터 파라미터는 PLECS 기반 시뮬레이션 및 200kW급 계통 연계형 인버터의 HIL(Hardware-In-the-Loop) 실험을 통해 검증하였다.