KR101443854B1 - Modeling structure for switching device and method for electromagnetic transients program simulation using it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스위칭 소자 모델링 구조 및 이를 이용한 EMTP 시뮬레이션 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스위칭에 따른 손실을 EMTP 시뮬레이션 회로에 직접적으로 반영하여 입력과 출력의 전력을 측정하는 것으로 전력 시스템의 효율을 쉽게 계산할 수 있는 스위칭 소자 모델링 구조 및 이를 이용한 EMTP 시뮬레이션 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a switching device modeling structure and an EMTP simulation method using the switching device modeling structure. More specifically, the efficiency of the power system can be easily calculated by directly measuring the input and output power by reflecting the switching loss directly to the EMTP simulation circuit. And an EMTP simulation method using the same.
전력 계통은 전력 수급의 평형을 유지하면서 정상 상태에서 운전해야 하며, 예상되는 최대 외란에 견딜 수 있도록 설계되어야 한다. 일반적으로, 전력 계통의 외란은 과도 현상에 의해 발생하므로, 정상 조건보다 과도 조건으로 설비의 설계 조건을 결정해야 한다. 이러한 전력 계통의 과도 현상을 해석하기 위해 개발된 EMTP(Electro-Magnetic Transients Program)는 세계 각국에서 널리 사용되고 있는 수리 계산용 시뮬레이션 프로그램이다.The power system should be operated in steady state while maintaining equilibrium of power supply and supply, and designed to withstand the maximum possible disturbance. Generally, disturbances in the power system are caused by transient phenomena, so design conditions for the plant must be determined under transient conditions rather than normal conditions. EMTP (Electro-Magnetic Transients Program), developed to analyze the transient phenomenon of such power systems, is a simulation program for hydraulic calculations widely used in various countries around the world.
도 1은 종래의 EMTP 시뮬레이션에 적용되는 스위칭 소자 모델링 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a switching device modeling structure applied to a conventional EMTP simulation.
도 1을 참조하면, 종래의 EMTP 시뮬레이션은 스위치(1)의 역할을 하는 IGBT(2) 또는 다이오드(3)의 온(On)과 오프(Off), 즉 두 개의 상태에 대하여 각각 고정된 저항값을 이용하여 모델링된다. 이런 간단한 방법은 전력 시스템의 전기적 동작을 시뮬레이션하기에는 충분하지만 시스템의 효율이나 최대 정션 온도(junction temperature) 등을 예측하기에는 매우 부족하다. 기존의 방법은 매우 많은 파라미터를 요구하거나 시뮬레이션 상 회로에 직접적으로 반영되지 않고 손실 값을 계산하는데 그쳤다.Referring to FIG. 1, a conventional EMTP simulation is based on the ON and OFF states of the
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 스위칭 동작에 따라 직, 병렬 가변저항 값을 조절하여 시뮬레이션 타임 스텝에 따라 적절한 손실을 발생시켜 손쉽게 스위칭 손실에 의한 시스템의 효율 변화를 시뮬레이션할 수 있는 스위칭 소자 모델링 구조 및 이를 이용한 EMTP 시뮬레이션 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problem, and it is an object of the present invention to provide a switching device capable of easily and accurately simulating a change in efficiency of a system by switching losses, Modeling structure and an EMTP simulation method using the modeling structure.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 소자 모델링 구조는, EMTP 시뮬레이션에 적용되는 스위칭 소자 모델링 구조에 있어서, 스위칭 소자; 및 상기 스위칭 소자에 각각 직렬 및 병렬로 연결되는 한 쌍의 가변 저항 소자를 포함하되, 상기 가변 저항 소자의 저항값을 가변함에 따른 상기 스위칭 소자의 스위칭 시 발생하는 손실을 계산하여 상기 EMTP 시뮬레이션에 적용된다.According to an exemplary embodiment of the present invention, there is provided a switching device modeling structure applied to an EMTP simulation, the switching device modeling structure comprising: a switching device; And a pair of variable resistive elements connected in series and in parallel to the switching elements, wherein a loss occurring at the time of switching of the switching element as the resistance value of the variable resistive element is varied is applied to the EMTP simulation do.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법은, 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자에 각각 직렬 및 병렬로 연결되는 한 쌍의 가변 저항을 포함하는 스위칭 소자 모델링 구조를 형성하고, 상기 가변 저항의 저항값을 가변시키는 모델링 단계; 상기 스위칭 소자 모델링 구조에서, 상기 스위칭 소자의 전압, 전류, 정션 온도를 측정하는 측정 단계; 및 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따른 손실을 계산하는 연산 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an EMTP simulation method including forming a switching device modeling structure including a switching device and a pair of variable resistors connected in series and parallel to the switching device, A modeling step of varying a resistance value of the variable resistor; A measuring step of measuring a voltage, a current, and a junction temperature of the switching device in the switching device modeling structure; And an operation step of calculating a loss due to the switching operation of the switching element.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.
본 발명에 따르면, 기존 EMTP 시뮬레이션에서 사용하던 스위칭 신호를 그대로 사용하며 기존 모델이 제공하는 인터폴레이션 기능을 적용하고 스위칭에 따른 손실을 시뮬레이션 회로에 직접적으로 반영하여 입력과 출력의 전력을 측정함으로써 전력 시스템의 효율을 쉽게 계산할 수 있다.According to the present invention, the switching signal used in the existing EMTP simulation is used as it is, the interpolation function provided by the existing model is applied, and the loss due to the switching is directly reflected in the simulation circuit to measure the power of the input and output, Efficiency can be easily calculated.
도 1은 종래의 EMTP 시뮬레이션에 적용되는 스위칭 소자 모델링 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션에 적용되는 스위칭 소자 모델링 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 IGBT 소자의 스위칭 파형을 도시한 그래프이다.
도 4는 도 2의 스위칭 소자 모델링 구조가 적용된 회로에서 스위칭 손실을 계산하기 위해 필요한 값을 측정하는 프로세스를 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 IGBT 소자의 턴온 손실(turnon loss) 및 턴오프 손실(turnoff loss)을 도시한 그래프이다.
도 6은 다이오드(diode) 소자의 스위칭 파형을 도시한 그래프이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 다이오드 소자의 역회복 전류(reverse recovery current) 및 역회복 시간(reverse recovery time)을 도시한 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 IGBT 소자의 전도 손실(conduction loss) 및 다이오드 소자의 전도 손실(conduction loss)을 도시한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 스위칭 소자 모델링 구조를 이용한 EMTP 시뮬레이션 방법의 순서도이다.
도 10은 도 9의 EMTP 시뮬레이션 방법의 상세 순서도이다.
도 11은 3kW PV PCS(Photo-Voltaic Power Conditioning System)의 구조도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법에 의한 도 11의 컨버터에서 하부에 위치한 IGBT 소자의 EMTP 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법에 의한 도 11의 컨버터에서 상부에 위치한 다이오드 소자의 EMTP 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법에 의한 도 11의 인버터에서 좌측 상부에 위치한 IGBT 소자 및 다이오드 소자의 EMTP 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법에 의한 시스템의 효율과 실험에 의한 시스템의 효율을 함께 도시한 그래프이다.1 is a diagram illustrating a switching device modeling structure applied to a conventional EMTP simulation.
2 is a diagram illustrating a switching device modeling structure applied to EMTP simulation according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing a switching waveform of the IGBT element.
4 is a diagram illustrating a process of measuring a value required for calculating a switching loss in a circuit to which the switching element modeling structure of FIG. 2 is applied.
5A and 5B are graphs showing the turnon loss and the turnoff loss of the IGBT device, respectively.
6 is a graph showing a switching waveform of a diode element.
7A and 7B are graphs showing reverse recovery current and reverse recovery time of diode elements, respectively.
8A and 8B are graphs showing the conduction loss of the IGBT device and the conduction loss of the diode device, respectively.
FIG. 9 is a flowchart of an EMTP simulation method using the switching device modeling structure of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.
10 is a detailed flowchart of the EMTP simulation method of FIG.
11 is a structural diagram of a 3 kW PV PCS (Photo-Voltaic Power Conditioning System).
FIG. 12 is a graph showing the results of EMTP simulation of an IGBT element located at the bottom in the converter of FIG. 11 by the EMTP simulation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a graph showing the results of EMTP simulation of a diode element located at an upper portion of the converter of FIG. 11 by the EMTP simulation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a graph showing EMTP simulation results of an IGBT element and a diode element located at the upper left in the inverter of FIG. 11 by the EMTP simulation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a graph showing the efficiency of the system by the EMTP simulation method and the efficiency of the system by the experiment according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. &Quot; comprises " and / or "comprising" when used in this specification is taken to specify the presence or absence of one or more other components, steps, operations and / Or additions.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션에 적용되는 스위칭 소자 모델링 구조를 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating a switching device modeling structure applied to EMTP simulation according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션에 적용되는 스위칭 소자 모델링 구조는, EMTP 시뮬레이션에 적용되는 스위칭 소자 모델링 구조로써, 스위칭 소자(10) 및 상기 스위칭 소자(10)에 각각 직렬 및 병렬로 연결되는 한 쌍의 가변 저항 소자(rs, rsh)를 포함하되, 상기 가변 저항 소자(rs, rsh)의 저항값을 가변함에 따른 상기 스위칭 소자(10)의 스위칭 시 발생하는 손실을 계산하여 상기 EMTP 시뮬레이션에 적용한다. 여기에서, 상기 스위칭 소자(10)는 IGBT(insulated-gate bipolar transistor) 소자(11) 또는 다이오드(diode) 소자(12)이다.Referring to FIG. 2, a switching device modeling structure applied to the EMTP simulation according to an embodiment of the present invention is a switching device modeling structure applied to EMTP simulation. The
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션에 적용되는 스위칭 소자 모델링 구조는 계산된 손실을 회로에 직접적으로 반영하기 위해 종래의 스위치 모델에 직렬 가변 저항 소자(rs)와 병렬 가변 저항 소자(rsh)를 연결한다. 이때, 직렬 가변 저항 소자(rs)와 병렬 가변 저항 소자(rsh)에 발생하는 손실을 계산(Loss Estimation, 20)하며, 직렬 가변 저항 소자(rs)는 전도 손실(conduction loss) 및 스위칭 턴온 손실(switching turnon loss)을 계산하기 위해 사용되고, 병렬 가변 저항 소자(rsh)는 스위칭 턴오프 손실(switching turnoff loss)을 계산하기 위해 사용된다. 구체적으로, 직렬 가변 저항 소자(rs)는 IGBT 소자(11)의 스위칭 턴온 손실(switching turnon loss) 및 전도 손실(conduction loss)과, 다이오드 소자(12)의 전도 손실(conduction loss)을 계산하기 위해 사용된다. 이때, 다이오드 소자(12)의 스위칭 턴온 손실(switching turnon loss)은 매우 작기 때문에 무시할 수 있다. 또한, 병렬 가변 저항 소자(rsh)는 IGBT 소자(11)의 스위칭 턴오프 손실(switching turnoff loss)과, 다이오드 소자의 스위칭 턴오프 손실(switching turnoff loss)을 계산하기 위해 사용된다.That is, the switching element modeling structure applied to the EMTP simulation according to an embodiment of the present invention includes a serial variable resistor (r s ) and a parallel variable resistor (R s ) in a conventional switch model r sh ). At this time, the loss occurring in the series variable resistance element r s and the parallel variable resistance element r sh is calculated (Loss Estimation, 20), and the serial variable resistance element r s is used for the conduction loss and the switching Is used to calculate the switching turnon loss, and the parallel variable resistive element r sh is used to calculate the switching turnoff loss. Calculating Specifically, the series variable resistor element (r s) is the switching turn-on losses (switching turnon loss) and conduction losses (conduction loss), a conduction loss (conduction loss) of the
이하에서는, IGBT 소자와 다이오드 소자의 손실들의 구체적인 계산 과정을 살펴 보도록 한다.Hereinafter, a specific calculation process of the losses of the IGBT element and the diode element will be described.
도 3은 IGBT 소자의 스위칭 파형을 도시한 그래프이다. 또한, 도 4는 도 2의 스위칭 소자 모델링 구조가 적용된 회로에서 스위칭 손실을 계산하기 위해 필요한 값을 측정하는 프로세스를 도시한 도면이다. 그리고, 도 5a 및 도 5b는 각각 IGBT 소자의 턴온 손실(turnon loss) 및 턴오프 손실(turnoff loss)을 도시한 그래프이다.3 is a graph showing a switching waveform of the IGBT element. 4 is a diagram illustrating a process of measuring a value required for calculating a switching loss in a circuit to which the switching element modeling structure of FIG. 2 is applied. 5A and 5B are graphs showing the turnon loss and the turnoff loss of the IGBT device, respectively.
일반적으로, 도 2에서 스위칭(Ssw)에 따라 IGBT 소자의 스위칭 파형은 도 3과 같다.Generally, the switching waveform of the IGBT element according to the switching Ssw in FIG. 2 is the same as that of FIG.
도 3을 참조하면, IGBT 소자의 스위칭 턴온 손실(turnon loss) 및 턴오프 손실(turnoff loss)은 대응하는 스위칭 시간 및 에 각각 발생한다. 이러한 스위칭 손실을 계산하도록 필요한 값을 시뮬레이션 상에서 측정해야 한다. 이는 다이오드 소자도 마찬가지이다. 손실의 계산에 스위칭 소자의 전압, 전류, 정션 온도(junction temperature) 등이 필요하다.Referring to FIG. 3, the switching turn-on loss and the turnoff loss of the IGBT device correspond to the corresponding switching times And Respectively. The values required to calculate this switching loss must be measured in a simulation. This also applies to diode elements. The voltage, current, junction temperature, etc. of the switching element are required to calculate the loss.
이를 위해, 도 4에 도시한 바와 같이, 스위칭 소자 모델링 구조는 손실의 계산에 필요한 파라미터들을 상기 시뮬레이션 상에서 측정하기 위해, 한 쌍의 에지 디텍터(30)와, 하나의 단안정부(40), 하나의 샘플앤홀드부(50)를 더 포함할 수 있다. 이를 이용하여 필요한 값을 구한 후 스위칭 동작에 따라 직, 병렬 가변 저항의 저항값을 조절하여 시뮬레이션 타임 스텝(time step)에 따라 적절한 손실을 발생시키게 된다. 여기에서, 샘플앤홀드부(50)는 연속적으로 변하는 신호를 샘플링(sampling)한 후 홀딩(holding)하며, 한 쌍의 에지 디텍터(30)는 스위칭의 On, Off를 검출하며, 단안정부(40)는 입력으로 짧은 펄스가 들어와도 일정한 시간(T) 동안 입력을 유지시켜 준다.4, the switching element modeling structure includes a pair of
다시 도 4를 참조하면, 전압 및 로부터 각각 턴온 전압(), 턴온 전류(), 턴오프 전압(), 턴오프 전류()를 측정할 수 있다. 스위칭 소자의 턴온 및 턴오프 동안 딜레이(delay)가 있고, 다이오드 소자의 역회복 시간(reverse recovery time, ) 동안 딜레이(delay)가 있다.Referring again to Figure 4, And Respectively. ), Turn-on current ), Turn-off voltage ( ), Turn-off current ( ) Can be measured. There is a delay during the turn-on and turn-off of the switching element, and the reverse recovery time of the diode element, ≪ / RTI >
아래의 표 1에 도 4의 각 함수의 입력 및 출력 정보가 표시되어 있다.Input and output information of each function of FIG. 4 is shown in Table 1 below.
정확한 스위치 전력 손실을 반영하기 위해 데이터시트(datasheet)에서 주어진 값을 이용하여 4차 폴리노미얼(fourth-order polynomials) 커브 피팅 방법을 이용하여 스위칭시 발생하는 에너지를 계산한다. 각각 정션온도를 고려하여 IGBT의 스위칭 턴온 손실, 스위칭 턴오프 손실, 전도 손실과 다이오드의 스위칭 턴오프 손실, 전도 손실을 고려한다. 전술한 바와 같이, 다이오드의 스위칭 턴온 손실은 무시할 수 있을 많큼 작으므로 고려하지 않는다.To reflect the exact switch power loss, we calculate the energy generated during switching using a fourth-order polynomials curve fitting method using the values given in the datasheet. Considering the junction temperature, we consider the IGBT switching turn-on loss, switching turn-off loss, conduction loss and diode switching turn-off loss, and conduction loss. As described above, the switching turn-on loss of the diode is negligible so small that it is not considered.
도 5a 및 도 5b에 각각 IGBT 소자의 턴온 손실(turnon loss) 및 턴오프 손실(turnoff loss)이 도시되어 있다.Figures 5A and 5B show turnon loss and turnoff loss of IGBT devices, respectively.
도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 스위칭 턴온 손실은 정격 전압 600V의 데이터시트로부터 쉽게 획득할 수 있다. 또한, 콜렉터 전류(collector current)가 40A에서 갑자기 변함을 알 수 있다. 실험 테스트에서 사용되는 3kW PV PCS(Photo-Voltaic Power Conditioning System)는 정격 전류 13.6A로 동작하므로, 상기 40A에서의 급격한 변화가 제안된 스위칭 소자 모델링 구조의 퍼포먼스(performance)를 확인하는데 문제가 되지 않는다.As shown in Figs. 5A and 5B, the switching turn- It can be easily obtained from the data sheet of 600V. It can also be seen that the collector current suddenly changes at 40A. Since the 3kW PV PCS (Photo-Voltaic Power Conditioning System) used in the experimental test operates at a rated current of 13.6A, the abrupt change at 40A is not a problem for confirming the performance of the proposed switching device modeling structure .
정션 온도(junction temperature) 가 25℃ 및 125℃인 경우, 스위칭 턴온 손실 을 근사화하기 위한 4차 폴리노미얼(fourth-order polynomials)은 다음의 수학식 1, 2로 표현된다.Junction temperature Is 25 DEG C and 125 DEG C, the switching turn-on loss The fourth-order polynomials are approximated by the following equations (1) and (2).
여기에서, 계수 는 다음의 수학식 3으로 표현된다. Here, Is expressed by the following equation (3).
이때, 는 25℃ 또는 125℃이다. 또한, 및 는 다음의 수학식 4, 5로 계산된다.At this time, Lt; RTI ID = 0.0 > 125 C. Also, And Is calculated by the following equations (4) and (5).
전력(power)은 전압(voltage)의 제곱(square)에 비례하므로, 상기 수학식 1 및 2는 턴온 전압 를 고려함에 의해 수정되며, 추정된 은 다음의 수학식 6과 같다.Since the power is proportional to the square of the voltage, the above equations (1) and (2) , And the estimated Is expressed by Equation (6).
게다가, 저항이 상기 의 예측을 위해 고려되어야 한다. 타임 스텝(time step) 가 EMTP 시뮬레이션에서 고정되므로, 스위칭 손실(switching loss)이 턴온 시간 및 턴오프 시간 동안 몇몇 타임 스텝들에서 발생한다. 그러므로, 한 번의 스위칭에서 고정된 저항값을 사용한다.In addition, Should be considered. Time step Is fixed in the EMTP simulation, switching losses occur in some time steps during the turn-on and turn-off times. Therefore, a fixed resistance value is used in one switching.
직렬 가변 저항 소자 는 병렬 가변 저항 소자의 최대값 및 스위치(switch)의 내부 온-상태 저항(internal on-state resistor)의 최소값으로 상기 에 의해 연산된다. 즉, 스위칭 턴온인 경우, 상기 는 다음과 같이 모델링된다.Series variable resistance element Lt; RTI ID = 0.0 > And the minimum value of the internal on-state resistance of the switch, . That is, in the case of switching on, Is modeled as follows.
마찬가지로, 스위칭 턴오프인 경우, 상기 수학식 6 및 7은 다음과 같이 모델링된다.Similarly, in the case of switching turn-off,
도 6은 다이오드(diode) 소자의 스위칭 파형을 도시한 그래프이다. 또한, 도 7a 및 도 7b는 각각 다이오드 소자의 역회복 전류(reverse recovery current) 및 역회복 시간(reverse recovery time)을 도시한 그래프이다.6 is a graph showing a switching waveform of a diode element. 7A and 7B are graphs showing the reverse recovery current and the reverse recovery time of the diode device, respectively.
IGBT 소자와 달리 다이오드 소자의 스위칭 상태는 전류의 방향에 의존한다. 도 2에 도시한 스위칭 소자 모델링 구조(10)에서 전류는 시뮬레이션 타임 스텝과 상관 없이 0(zero)이 될수 있다. 그러므로, 다이오드 소자의 동작 상태는 스위칭 소자 모델링 구조에서 정확하게 반영될 수 있다.Unlike the IGBT element, the switching state of the diode element depends on the direction of the current. In the switching
일반적으로, 다이오드 소자에서 턴온 손실(turnon loss)은 턴오프 손실(turnoff loss)에 비해 매우 작기 때문에 무시할 수 있다(1% 이하). 그러나, 턴오프 시간 동안에 역회복(reverse recovery) 동작이 상당한 손실을 일으킨다.Generally, the turnon loss in a diode device is negligible (less than 1%) because it is very small compared to the turnoff loss. However, the reverse recovery operation during the turn-off time causes significant losses.
도 7a 및 도 7b에 도시한 바와 같이, 데이터시트(datasheet)로부터 역회복 전류(reverse recovery current) 및 역회복 시간(reverse recovery time) 의 정보로 스위칭 손실이 추정된다. IGBT 소자와 마찬가지로, 4차 폴리노미얼(fourth-order polynomials)로 근사화한 다이오드의 특성 곡선은 다음의 수학식 10, 11로 표현된다. 여기에서, 역회복 전류는 40A보다 작다.As shown in FIGS. 7A and 7B, a reverse recovery current is generated from a data sheet, And reverse recovery time. The switching loss is estimated by the information of Like the IGBT device, the characteristic curve of the diode approximated by fourth-order polynomials is expressed by the following equations (10) and (11). Here, the reverse recovery current is smaller than 40A.
이때, 정션 온도(junction temperature) 가 25℃ 및 125℃이다.At this time, the
다이오드의 역회복에 따른 손실 에너지는 다음의 수학식 12와 같이 표현되며, 병렬 가변 저항 소자는 다음의 수학식 13과 같다.The loss energy due to the reverse recovery of the diode is expressed by the following Equation (12), and the parallel variable resistance element Is expressed by the following equation (13).
도 8a 및 도 8b는 각각 IGBT 소자의 전도 손실(conduction loss) 및 다이오드 소자의 전도 손실(conduction loss)을 도시한 그래프이다.8A and 8B are graphs showing the conduction loss of the IGBT device and the conduction loss of the diode device, respectively.
IGBT 소자 및 다이오드 소자의 전도 손실(conduction loss)의 비선형 특성들은 고정된 내부 온-상태 저항으로 종래의 스위칭 소자 모델링 구조로 온전히 획득될 수 없다. 이에 스위칭에 따른 전압 강하(voltage drop) 및 소자를 통과하는 전류 사이에 비선형 관계를 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 소자 모델링 구조로 예측한다. 이러한 비선형 관계는 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있다. 도 8a에 IGBT 소자의 콜렉터 전류(collector current)에 대한 콜렉터-이미터 포화 전압(collector-emitter saturation vlotage) 특성이 도시되어 있고, 도 8b에 다이오드 소자의 콜렉터-이미터 전압(collector-emitter vlotage)에 대한 콜렉터 회복 전류(collector recovery current) 특성이 도시되어 있다.The nonlinear characteristics of the conduction losses of the IGBT device and the diode device can not be obtained with the conventional switching device modeling structure as a fixed internal on-state resistance. The nonlinear relationship between the voltage drop due to the switching and the current passing through the device is predicted by the switching device modeling structure according to the embodiment of the present invention. This nonlinear relationship is shown in Figs. 8A and 8B. 8A shows the collector-emitter saturation voltage characteristic for the collector current of the IGBT device, and FIG. 8B shows the collector-emitter voltage characteristic of the diode device. Lt; / RTI > the collector recovery current characteristic is shown.
콜렉터-이미터 전압(collector-emitter vlotage) 는 전술한 4차 폴리노미얼(fourth-order polynomials)에 의해 근사화될 수 있으며, 다음의 수하식 14 및 15로 표현될 수 있다.Collector-emitter voltage (collector-emitter vlotage) Can be approximated by the above-described fourth-order polynomials, and can be expressed by the following
그러므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 소자 모델링 구조를 채택하여 스위칭에 따른 손실들을 계산하여 추정할 수 있고, 이를 EMTP 시뮬레이션에 적용할 수 있다.Therefore, by adopting the switching element modeling structure according to an embodiment of the present invention, loss due to switching can be calculated and estimated, and this can be applied to the EMTP simulation.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 스위칭 소자 모델링 구조를 이용한 EMTP 시뮬레이션 방법의 순서도이다.FIG. 9 is a flowchart of an EMTP simulation method using the switching device modeling structure of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법은, 스위칭 소자와, 상기 스위칭 소자에 각각 직렬 및 병렬로 연결되는 한 쌍의 가변 저항을 포함하는 스위칭 소자 모델링 구조를 형성하고, 상기 가변 저항의 저항값을 가변시키는 모델링 단계(S11), 상기 스위칭 소자 모델링 구조에서, 상기 스위칭 소자의 전압, 전류, 정션 온도를 측정하는 측정 단계(S13), 및 상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따른 손실을 계산하는 연산 단계(S15)를 포함한다.9, an EMTP simulation method according to an embodiment of the present invention includes forming a switching device modeling structure including a switching device and a pair of variable resistors connected in series and in parallel to the switching device, A measuring step S13 of measuring a voltage, a current, and a junction temperature of the switching device in the switching device modeling structure; and a measuring step S13 of measuring a voltage, And an operation step S15 for calculating the loss.
여기에서, 모델링 단계(S11)는 기존 EMTP 시뮬레이션의 스위칭 소자를 각각 직렬 및 병렬로 연결되는 한 쌍의 가변 저항을 포함하는 스위칭 소자로 교체한 것이다.In the modeling step S11, the switching elements of the existing EMTP simulation are replaced with switching elements each including a pair of variable resistors connected in series and in parallel.
또한, 측정 단계(S13)는 스위칭 소자 모델링의 오프 전류(off current)를 측정하며, 상기 스위칭 소자가 다이오드 소자인 경우, 역회복 전류(reverse recovery current) 및 역회복 시간(reverse recovery time)을 측정하고, 상기 스위칭 소자가 IGBT 소자인 경우, 상기 스위칭 소자 모델링의 온 전류(on current), 온 전압(on voltage), 오프 전압(off voltage)을 측정한다.The measuring step S13 measures the off current of the switching element modeling. When the switching element is a diode element, the reverse recovery current and the reverse recovery time are measured And when the switching device is an IGBT device, on-current, on-voltage, and off-voltage of the switching device modeling are measured.
그리고, 연산 단계(S15)는 스위칭 소자의 턴오프(turnoff) 시, 상기 다이오드의 소자의 경우에는 역회복 손실(reverse recovery loss)을 계산하며, 상기 IGBT 소자의 경우에는 스위칭 턴오프 손실(switching turnoff loss)을 계산하게 된다. 또한, 상기 스위칭 소자의 턴온(turnon) 시, 상기 다이오드의 소자의 경우에는 전도 손실(conduction loss)을 계산하며, 상기 IGBT 소자의 경우에는 스위칭 턴온 손실(switching turnon loss) 및 전도 손실(conduction loss)을 계산하게 된다.The operation step S15 calculates a reverse recovery loss in the case of the element of the diode when the switching element is turned off and a switching turnoff in the case of the IGBT element loss. In addition, when the switching device turns on, conduction loss is calculated in the case of the diode device. In the case of the IGBT device, switching turnon loss and conduction loss are calculated. .
이하에서는, 스위칭 소자의 종류 및 스위칭 손실 종류에 따라 손실을 계산하고 그 값을 가변 저항에 적용하는 상세한 과정을 살펴 보도록 한다.Hereinafter, a detailed process of calculating the loss according to the type of the switching device and the type of switching loss and applying the value to the variable resistor will be described.
도 10은 도 9의 EMTP 시뮬레이션 방법의 상세 순서도이다.10 is a detailed flowchart of the EMTP simulation method of FIG.
도 10을 참조하면, 도 2의 스위칭 소자 모델링 구조를 세팅하며(S21), 스위칭 소자(IGBT 소자 또는 다이오드 소자)의 전압, 전류, 정션 온도(junction temperature)를 측정한다(S22). 그런 후에, 스위칭 소자의 오프 전류(off current) 를 측정한 후(S23), 다이오드에 대해(S24, Yes), 상기 수학식 10 및 11에 의해 역회복 전류(reverse recovery current) 및 역회복 시간(reverse recovery time) 을 추정한다(S25). 그런 후에, IGBT 소자에 대해(S24, No), 온 전류(on current) , 온 전압(on voltage) , 오프 전압(off voltage) 을 측정한다(S26). Referring to FIG. 10, the switching element modeling structure of FIG. 2 is set (S21), and voltage, current, and junction temperature of a switching element (IGBT element or diode element) are measured (S22). Then, the off current of the switching element (S24, Yes), reverse recovery current is calculated according to Equations (10) and (11) for the diode (S24) And reverse recovery time. (S25). Thereafter, with respect to the IGBT element (S24, No), the on current , On voltage Off voltage, (S26).
그리고, 스위칭 소자의 턴온 시간(turnon time) 및 턴오프 시간(turnoff tiem)에서 동작하는지를 결정한다(S27, S28). 먼저, 다이오드 소자의 경우, 턴오프 시간에서 상기 수학식 12에 의해 역회복 스위칭 손실(reverse recovery switching loss) 을 계산한다(S40, S41, S42). 다음으로, IGBT 소자의 경우, 턴온 손실(turnon loss) 및 턴오프 손실(turnoff loss) 이 각각 상기 수학식 6 및 8에 의해 계산된다(S50, S51, S52; S60, S61, S62). 또한, 턴온 시간에서 전도 손실(conduction loss) 가 상기 수학식 14의 콜렉터-이미터 전압 에 의해 계산된다(S70, S71, S72). Then, it is determined whether the switching device operates in a turnon time and a turnoff time of the switching device (S27, S28). First, in the case of a diode device, a reverse recovery switching loss is calculated according to Equation (12) at a turn-off time, (S40, S41, S42). Next, in the case of the IGBT device, turnon loss And a turnoff loss. (S50, S51, S52; S60, S61, S62), respectively. In addition, conduction loss at turn-on time, Lt; RTI ID = 0.0 > (14) < / RTI & (S70, S71, S72).
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법에 따른 구체적인 시뮬레이션 결과를 살펴 보도록 한다.Hereinafter, a specific simulation result according to the EMTP simulation method according to an embodiment of the present invention will be described.
도 11은 3kW PV PCS(Photo-Voltaic Power Conditioning System)의 구조도이다. 11 is a structural diagram of a 3 kW PV PCS (Photo-Voltaic Power Conditioning System).
EMTP 시뮬레이션 방법에 따른 구체적인 시뮬레이션 결과를 테스트하기 위한 테스트 시스템인 3kW PV PCS(Photo-Voltaic Power Conditioning System)가 도 11에 도시되어 있다. 상기 3kW PV PCS는 DC/DC 컨버터(110) 및 PWM 인버터(120)를 포함하며, 직류 안정화 전원 역할을 하는 SMPS(130)와, 신호를 제어하는 DSP 컨트롤러(140)를 포함한다. 여기에서, 스위칭 주파수(switching frequency) 20kHz이다. 상기 도 11에 도시한 PV PCS를 이용하여 EMTP 시뮬레이션을 테스트한 결과가 도 12 내지 도 14에 도시되어 있다.A 3kW PV PCS (Photo-Voltaic Power Conditioning System), which is a test system for testing a specific simulation result according to the EMTP simulation method, is shown in Fig. The 3 kW PV PCS includes a DC /
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법에 의한 도 11의 컨버터에서 하부에 위치한 IGBT 소자의 EMTP 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다. 또한, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법에 의한 도 11의 컨버터에서 상부에 위치한 다이오드 소자의 EMTP 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다. 그리고, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법에 의한 도 11의 인버터에서 좌측 상부에 위치한 IGBT 소자 및 다이오드 소자의 EMTP 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.FIG. 12 is a graph showing the results of EMTP simulation of an IGBT element located at the bottom in the converter of FIG. 11 by the EMTP simulation method according to an embodiment of the present invention. 13 is a graph showing the results of EMTP simulation of a diode element located at an upper portion of the converter of FIG. 11 by the EMTP simulation method according to an embodiment of the present invention. FIG. 14 is a graph showing EMTP simulation results of an IGBT element and a diode element located at the upper left in the inverter of FIG. 11 by the EMTP simulation method according to an embodiment of the present invention.
정션 온도가 60℃인 경우, 도 11의 컨버터에서 하부에 위치한 IGBT 소자의 EMTP 시뮬레이션 결과가 도 12에 도시되어 있고, 도 11의 컨버터에서 상부에 위치한 다이오드 소자의 EMTP 시뮬레이션 결과가 도 13에 도시되어 있다. 이때, 스위치 신호(switch signal)는 듀티비(duty ratio) 0. 275이고, IGBT 소자의 턴온 신호(turnon signal)는 t=10μs에서 적용되었다.11, the EMTP simulation result of the IGBT element located at the bottom in the converter of FIG. 11 is shown in FIG. 12, and the EMTP simulation result of the diode element located at the top of the converter of FIG. 11 is shown in FIG. 13 have. At this time, the switch signal has a duty ratio of 275, and the turn-on signal of the IGBT device is applied at t = 10 μs.
도 12의 (a) 그래프에서, 시뮬레이션 타임 스텝이 0.3μs인 경우, t=10μs로부터 0.3μs의 딜레이 후에 의 전압이 떨어진다. 이에 반해, 시뮬레이션 타임 스텝이 2μs인 경우, 2μs의 딜레이를 보여 준다. 이것은 턴온 스위칭 시간(turnon switching time)이 주로 시뮬레이션 타임 스텝(simulation time step)에 의존함을 의미한다. 또한, IGBT 소자의 전류 및 전력 손실(전도 손실 및 스위칭 손실의 합)은 각각 도 12의 (b) 그래프 및 (c) 그래프에 도시되어 있다. 도 12의 (c) 그래프에서, 0.3μs 타임 스텝에서의 전력 손실 에너지는 스위칭 당 1.52mJ이고, 2μs 타임 스텝에서의 전력 손실 에너지는 스위칭 당 1.59mJ이며, 그 값이 매우 근사치에 있다. 반면에, IGBT 소자의 전류 및 전력 손실의 피크값은 시뮬레이션 타임 스텝에 따라 매우 상이함을 알 수 있다.In the graph of FIG. 12 (a), when the simulation time step is 0.3 占 퐏, after delay of 0.3 占 s from t = 10 占 s . On the other hand, if the simulation time step is 2μs, it shows a delay of 2μs. This means that the turnon switching time depends mainly on the simulation time step. The current and power loss (sum of conduction loss and switching loss) of the IGBT element are shown in the graph of FIG. 12 (b) and the graph of FIG. 12 (c), respectively. In the graph of FIG. 12 (c), the power loss energy in a 0.3 microsecond time step is 1.52 mJ per switching, and the power loss energy in a 2 microsecond time step is 1.59 mJ per switching, which is very close. On the other hand, the peak values of the current and power loss of the IGBT device are very different depending on the simulation time step.
IGBT 소자가 Off인 경우, 다이오드 소자를 통한 전압은 0(zero)이 된다. 도 13의 (a) 그래프에 도시한 바와 같이, 시뮬레이션 타임 스텝에 의존하는 딜레이 후에 IGBT 소자가 턴온하면, 다이오드 소자의 상태가 폐쇄(closed)에서 개방(open)으로 변경된다. 도 13의 (b) 그래프로부터 다이오드 소자가 완전히 턴오프되는 경우, 보간 기술(interpolation technique)에 의해 다이오드 소자의 전류가 정확히 0이 된다. 또한, 도 13의 (c) 그래프로부터 0.3μs 타임 스텝에서의 역회복 스위칭 손실 에너지가 0.71mJ이고, 2μs 타임 스텝에서의 역회복 스위칭 손실 에너지가 0.66mJ이다. 이로부터, 손실의 피크값은 시뮬레이션 타임 스텝에 따라 매우 상이하나, 역회복 스위칭 손실 에너지는 타임 스텝에 따라 근사한 값을 가짐을 알 수 있다.When the IGBT element is off, the voltage across the diode element is zero. As shown in the graph of FIG. 13 (a), when the IGBT element is turned on after the delay depending on the simulation time step, the state of the diode element is changed from closed to open. When the diode element is completely turned off from the graph of FIG. 13 (b), the current of the diode element becomes exactly zero by the interpolation technique. Also, from the graph of FIG. 13 (c), the reverse recovery switching loss energy in the 0.3 microsecond time step is 0.71 mJ, and the reverse recovery switching loss energy in the 2 microsecond time step is 0.66 mJ. From this, it can be seen that the peak value of the loss is very different according to the simulation time step, but the reverse recovery switching loss energy has an approximate value according to the time step.
도 11의 PWM 인버터(120)에서, 좌측 상부에 위치한 IGBT 소자 및 다이오드 소자의 전류 및 전력 손실이 도 14의 (a) 그래프 및 (b) 그래프에 각각 도시되어 있다.In the
도 14의 (a) 그래프에서, IGBT 소자를 흐르는 전류의 피크값은 그리드측(grid side)에 흐르는 전류의 반파형(half waveform)이고, 이것은 PV PCS의 출력이 된다. 또한, 도 14의 (b) 그래프에서, IGBT 소자의 전력 손실은 전류의 크기에 의존함을 알 수 있다. 그리고, 다이오드 소자에 대해서도 위상이 180도 변하여 전류가 흐르는 것을 제외하고 유사함을 알 수 있다. 그리고, 다이오드 소자에서 소비되는 전력 손실은 IGBT 소자의 전력 손실보다 작음을 알 수 있다.14 (a), the peak value of the current flowing through the IGBT element is a half waveform of the current flowing on the grid side, which is the output of the PV PCS. In the graph of FIG. 14 (b), it can be seen that the power loss of the IGBT device depends on the magnitude of the current. It is also seen that the diode element is similar except that the phase changes by 180 degrees and the current flows. It can be seen that the power loss consumed by the diode element is smaller than the power loss of the IGBT element.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법에 의한 시스템의 효율과 실험에 의한 시스템의 효율을 함께 도시한 그래프이다.FIG. 15 is a graph showing the efficiency of the system by the EMTP simulation method and the efficiency of the system by the experiment according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법에 의한 시스템의 효율을 도 11의 3kW PV PCS(Photo-Voltaic Power Conditioning System), 오실로스코프 등을 이용하여 검증할 수 있으며, 이에 대한 테스트 결과는 도 15에 도시되어 있다.The efficiency of the system by the EMTP simulation method according to an embodiment of the present invention can be verified by using a 3 kW PV PCS (Photo-Voltaic Power Conditioning System), an oscilloscope, etc., Respectively.
도 15를 참조하면, 160개의 측정값이 o로 표시되었으며, (325W에서) 79%에서 (3200W에서) 95% 사이의 효율(Efficiency)을 가짐을 알 수 있다. 종래의 모델링 구조에 의한 시뮬레이션 결과는 측정값과 매우 상이함을 알 수 있다. 이에 반해, 본 발명의 일 실시예에 따른 모델링 구조를 적용한 EMTP 시뮬레이션 결과는 측정값과 매우 유사한 결과를 나타냄을 알 수 있다.Referring to FIG. 15, 160 measured values are represented by o, and it can be seen that the efficiency is from 79% (at 325 W) to 95% (at 3200 W). It can be seen that the simulation result by the conventional modeling structure is very different from the measured value. In contrast, the EMTP simulation results using the modeling structure according to an embodiment of the present invention show very similar results to the measured values.
RMSE(root-mean-square error)를 사용하여 수치적인 비교를 할 수 있으며, 다음의 수학식 16과 같다.A numerical comparison can be made using root-mean-square error (RMSE), as shown in Equation 16 below.
여기에서, 은 샘플의 수(number of samples)이고, 은 실험에 의해 측정된 효율이고, 은 EMTP 시뮬레이션에 의한 효율이다.From here, Is the number of samples, Is the efficiency measured by the experiment, Is the efficiency by EMTP simulation.
또한, European efficiency가 비교 툴로 유용하다. 상기 European efficiency는 온종일 시간에 대해 변환 효율의 적분을 근사화하는 것을 목적으로 하며, 다음의 수학식 17으로 표현할 수 있다.In addition, European efficiency is useful as a comparison tool. The above-mentioned European efficiency aims at approximating the integration of the conversion efficiency for all-day time, and can be expressed by the following equation (17).
여기에서, 는 상기 European efficiency이고, 는 변환 효율(conversion efficiency)이고, 는 정격 전력 출력(rated power output)이다.From here, Is the European efficiency, Is the conversion efficiency, Is the rated power output.
상기 RMSE 및 European efficiency에 의한 종래 및 본 발명에 의한 EMTP 시뮬레이션의 에러는 아래의 표 2와 같다.Errors in the conventional and EMTP simulation according to the RMSE and European efficiency are shown in Table 2 below.
위의 표 2에 나타난 바와 같이, 종래의 EMTP 시뮬레이션에 비해, 본 발명에 의한 EMTP 시뮬레이션이 에러가 작음을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 EMTP 시뮬레이션이 실제 측정값과 매우 유사한 결과를 얻을 수 있다.As shown in Table 2 above, it can be confirmed that the error is small in the EMTP simulation according to the present invention, as compared with the conventional EMTP simulation. That is, the EMTP simulation according to the present invention can obtain a result very similar to the actual measured value.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 EMTP 시뮬레이션 방법은 소프트웨어 및 하드웨어에 의해 하나의 모듈로 구현 가능하며, 전술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 롬(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크 등의 자기적 매체, CD, DVD 등의 광학적 매체 및 인터넷을 통한 전송과 같은 캐리어 웨이브와 같은 형태로 구현된다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네크워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the EMTP simulation method according to an embodiment of the present invention can be implemented as one module by software and hardware, and the embodiments of the present invention described above can be implemented as a program that can be executed in a computer, And may be implemented in a general-purpose computer that operates the program using a recording medium having the program. The computer-readable recording medium is implemented in the form of a carrier wave such as a ROM, a floppy disk, a magnetic medium such as a hard disk, an optical medium such as a CD or a DVD, and a transmission through the Internet. In addition, the computer-readable recording medium may be distributed to a network-connected computer system so that computer-readable codes may be stored and executed in a distributed manner.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
10: 스위칭 소자 모델링 구조
11: IGBT 소자
12: 다이오드 소자10: Switching element modeling structure
11: IGBT element
12: Diode element
Claims (9)
상기 스위칭 소자 모델링 구조에서, 상기 스위칭 소자의 전압, 전류, 정션 온도를 측정하는 측정 단계; 및
상기 스위칭 소자의 스위칭 동작에 따른 손실을 계산하는 연산 단계를 포함하되,
상기 측정 단계는,
상기 스위칭 소자 모델링의 오프 전류(off current)를 측정하는 단계;
상기 스위칭 소자가 다이오드 소자인 경우, 역회복 전류(reverse recovery current) 및 역회복 시간(reverse recovery time)을 측정하는 단계; 및
상기 스위칭 소자가 IGBT 소자인 경우, 상기 스위칭 소자 모델링의 온 전류(on current), 온 전압(on voltage), 오프 전압(off voltage)을 측정하는 단계를 더 포함하는, EMTP 시뮬레이션 방법.A modeling step of forming a switching element modeling structure including a switching element and a pair of variable resistors connected in series and in parallel to the switching elements, respectively, and varying a resistance value of the variable resistors;
A measuring step of measuring a voltage, a current, and a junction temperature of the switching device in the switching device modeling structure; And
And calculating a loss due to the switching operation of the switching element,
Wherein the measuring step comprises:
Measuring an off current of the switching element modeling;
Measuring a reverse recovery current and a reverse recovery time when the switching device is a diode device; And
Further comprising the step of measuring an on current, an on voltage and an off voltage of the switching element modeling when the switching element is an IGBT element.
상기 연산 단계는,
상기 스위칭 소자의 턴오프(turnoff) 시, 상기 다이오드의 소자의 경우에는 역회복 손실(reverse recovery loss)을 계산하며, 상기 IGBT 소자의 경우에는 스위칭 턴오프 손실(switching turnoff loss)을 계산하는 단계를 더 포함하는, EMTP 시뮬레이션 방법.The method according to claim 6,
Wherein,
Calculating a reverse recovery loss in the case of the diode element when the switching element is turned off and calculating a switching turnoff loss in the case of the IGBT element, Further included is an EMTP simulation method.
상기 연산 단계는,
상기 스위칭 소자의 턴온(turnon) 시, 상기 다이오드의 소자의 경우에는 전도 손실(conduction loss)을 계산하며, 상기 IGBT 소자의 경우에는 스위칭 턴온 손실(switching turnon loss) 및 전도 손실(conduction loss)을 계산하는 단계를 더 포함하는, EMTP 시뮬레이션 방법.The method according to claim 6,
Wherein,
When the switching element turns on, conduction loss is calculated in the case of the diode element, and switching turnon loss and conduction loss in the case of the IGBT element are calculated Further comprising the steps of:
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101755793B1 (en) | 2015-06-16 | 2017-07-10 | 현대자동차주식회사 | Method of estimating converter junction temperature for vehicle |
KR20170119507A (en) * | 2016-04-19 | 2017-10-27 | 엘에스산전 주식회사 | Apparatus for determining parameter when estimating temperature of switching element in inverter |
CN108628182A (en) * | 2017-03-24 | 2018-10-09 | 中国电力科学研究院 | A kind of small step-length emulation mode of electro-magnetic transient and system |
CN110765584A (en) * | 2019-09-27 | 2020-02-07 | 清华四川能源互联网研究院 | Electromagnetic transient simulation algorithm, system, medium and equipment containing multi-switch element |
CN112327372A (en) * | 2020-11-17 | 2021-02-05 | 黄河勘测规划设计研究院有限公司 | Comprehensive detection method for internal hidden danger of long-distance linear engineering canal dike |
KR20230020282A (en) * | 2021-08-03 | 2023-02-10 | 연세대학교 산학협력단 | Electromagnetic transient simulation method and record medium |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09330135A (en) * | 1996-06-07 | 1997-12-22 | Denso Corp | Operation characteristic correction device for electronic circuit |
JP2010219585A (en) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Calsonic Kansei Corp | Switching circuit |
JP2013088146A (en) * | 2011-10-13 | 2013-05-13 | Advantest Corp | Testing device |
-
2014
- 2014-02-27 KR KR1020140023422A patent/KR101443854B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09330135A (en) * | 1996-06-07 | 1997-12-22 | Denso Corp | Operation characteristic correction device for electronic circuit |
JP2010219585A (en) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Calsonic Kansei Corp | Switching circuit |
JP2013088146A (en) * | 2011-10-13 | 2013-05-13 | Advantest Corp | Testing device |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
논문1 * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101755793B1 (en) | 2015-06-16 | 2017-07-10 | 현대자동차주식회사 | Method of estimating converter junction temperature for vehicle |
US10240983B2 (en) | 2015-06-16 | 2019-03-26 | Hyundai Motor Company | Method of estimating junction temperature of converter for vehicle |
KR20170119507A (en) * | 2016-04-19 | 2017-10-27 | 엘에스산전 주식회사 | Apparatus for determining parameter when estimating temperature of switching element in inverter |
KR102469942B1 (en) | 2016-04-19 | 2022-11-22 | 엘에스일렉트릭(주) | Apparatus for determining parameter when estimating temperature of switching element in inverter |
CN108628182A (en) * | 2017-03-24 | 2018-10-09 | 中国电力科学研究院 | A kind of small step-length emulation mode of electro-magnetic transient and system |
CN110765584A (en) * | 2019-09-27 | 2020-02-07 | 清华四川能源互联网研究院 | Electromagnetic transient simulation algorithm, system, medium and equipment containing multi-switch element |
CN112327372A (en) * | 2020-11-17 | 2021-02-05 | 黄河勘测规划设计研究院有限公司 | Comprehensive detection method for internal hidden danger of long-distance linear engineering canal dike |
CN112327372B (en) * | 2020-11-17 | 2023-04-18 | 黄河勘测规划设计研究院有限公司 | Comprehensive detection method for internal hidden danger of long-distance linear engineering canal dike |
KR20230020282A (en) * | 2021-08-03 | 2023-02-10 | 연세대학교 산학협력단 | Electromagnetic transient simulation method and record medium |
KR102571809B1 (en) | 2021-08-03 | 2023-08-25 | 연세대학교 산학협력단 | Electromagnetic transient simulation method and record medium |
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