KR100248297B1 - Voltage source converter for thyristor phase control - Google Patents

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Abstract

본 발명은 교류-직류 정지형 전력 변환기에 관한 것으로서, 회생(regenerative) 제동(braking) 기능을 갖는 대 전력 전압원 인버터 시스템에 적용할 수 있는 효과적인 컨버터를 제공하기 위하여, 스위칭 소자로서 선-전류(line-commutated) 사이리스터를 채용하고, 제어 방법으로서 위상-제어에 의한 영(zero) 모드, 정류기(rectifier) 모드, 및 인버터(inverter) 모드의 양방향(bidirectional)출력 직류 전류 특성을 갖는 컨버터를 강구하여 양방향 전력 조류(flow) 능력 및 출력 직류 전압 제어(regulation)의 효과를 달성하고, 아울러 우수한 무효 전력 및 고조파 특성의 효과를 달성한 것으로, 본 발명은 특히 회생 제동 기능을 갖는 대 전력 전압원 인버터 시스템을 위한 컨버터, 및 전압원형(voltage source type) 고전압 직류 송전 시스템에 유용하다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an AC-DC stationary power converter, to provide an effective converter that can be applied to a large power voltage source inverter system having regenerative braking. Bidirectional power is adopted by adopting a commutated thyristor and a bidirectional output DC current characteristic of zero mode, rectifier mode, and inverter mode by phase-control as a control method. In order to achieve the effect of flow capability and output DC voltage regulation, and also to achieve the effect of excellent reactive power and harmonic characteristics, the present invention is particularly suitable for converters for large power voltage source inverter systems with regenerative braking functions. , And voltage source type high voltage direct current transmission systems.

Description

사이리스터 위상-제어 전압원 컨버터Thyristor Phase-Controlled Voltage Source Converters

본 발명은 대(large) 전력(power)의 교류-직류 정지형(static) 전력 변환기(converter)(이하, 교류-직류 정지형 전력 변환기를 컨버터라고 부름.)에 관한 것이며, 특히 직류 측에서 교류 측으로의 에너지 회수(recovery)를 위한 양방향(bidirectional) 전력 조류(flow) 능력을 갖는 새로운 사이리스터(thyristor) 위상-제어(phase-controlled) 전압원(voltage source) 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a large power AC-DC static power converter (hereinafter, referred to as an AC-DC static power converter), in particular from the DC side to the AC side. A new thyristor phase-controlled voltage source converter with bidirectional power flow capability for energy recovery.

천연 자원의 고갈과 환경 오염 문제가 심각해지면서 에너지 절약 기술의 중용성이 더욱 커지고 있다. 전동기(moter) 구동(drive)에 있어서 전동기와 부호의 운동 에너지를 회수하기 위한 회생(regenerative) 제동(braking)이 그러한 기술이며, 역시 더욱 중요한 기술로 부각되고 있다.As the depletion of natural resources and the problem of environmental pollution become serious, the importance of energy saving technology is increasing. In motor drives, regenerative braking for recovering the kinetic energy of the motor and the sign is such a technique, which is also emerging as a more important technique.

회생 제동을 수행하기 위해서는, 단방향(unidirectional) 전력 조류 능력만을 갖는 종래의 다이오우드 정류기로는 가능하지 않고, 컨버터가 양방향 전력 조류 능력을 가져야 한다. 전류원(current source) 인버터 시스템을 위한 PWM(Pulse Width Modulation) 전류원 컨버터(참고문헌 1-3)와 전압원 인버터 시스템을 위한 PWM 전압원 컨버터(참고문헌 3-6)가 바로 양방향 전력 조류 능력을 갖는 컨버터들이다. PWM 전류원 컨버터는 양극성(bipolar) 출력 직류 전압의 특성을 제공하는 컨버터로서, 출력 직류 전압의 극성을 절환(change)함에 의해 양방향 전력 조류를 수행하며, PWM 전압원 컨버터는 양방향(bidirectional) 출력 직류 전류의 특성을 제공하는 컨버터로서, 출력 직류 전류의 방향을 절환(change)함에 의해 양방향 전력 조류를 수행한다. PWM 전류원 컨버터와 PWM 전압원 컨버터는 다이오우드 정류기에 비해서 양방향 전력 조류 능력을 갖는다는 장점뿐만 아니라, 출력 직류 전압을 제어할 수 있고, 무효(reactive) 전력 및 고조파(harmonics) 문제를 최소화할 수 있다는 추가적인 장점을 갖는다. 그러나, 이 컨버터들은, BJT, FET, IGBT, 및 GTO 등과 같은 강제-전류(forced-commutated) 스위칭 소자(device)가 사용되어야 하기 때문에, 값이 비싸며 대 절력 구현이 어렵다는 문제점을 가지고 있다.In order to perform regenerative braking, it is not possible with a conventional diode rectifier with only unidirectional power flow capability, and the converter must have bidirectional power flow capability. Pulse Width Modulation (PWM) for current source inverter systems (ref. 1-3) and PWM voltage source converters (ref. 3-6) for voltage source inverter systems are converters with bidirectional power current capability. . A PWM current source converter is a converter that provides the characteristics of a bipolar output DC voltage, and performs bidirectional power current by changing the polarity of the output DC voltage, and the PWM voltage source converter performs a bidirectional output DC current. A converter providing the characteristics, it performs a bidirectional power flow by changing the direction of the output direct current. PWM current source converters and PWM voltage source converters have the advantage of bidirectional power current capability over diode rectifiers, as well as the added advantage of being able to control the output DC voltage and minimizing reactive power and harmonics problems. Has However, these converters have a problem that they are expensive and difficult to implement because of forced-commutated switching devices such as BJT, FET, IGBT, and GTO.

대 전력 응용에서는 종래의 선-전류(line-commutated) 사이리스터 위상-제어 전류원 컨버터 및 전류원 인버터 시스템이 주로 사용된다(참고문헌 3, 7). 선-전류 사이리스터는 턴(turn) 온(on) 밖에 제어되지 않는 불완전한 스위칭 소자이지만, 낮은 전력 손실(loss) 및 높은 전력 정격(rating)의 특성을 제공하기 때문에 대 전력에서는 거의 독보적인 지위를 갖는다. 그러나, 전류원 인버터 시스템은 그 용도에 제약이 있을 뿐만 아니라, 직류 측에 크고 무거운 리액터(reactor)를 요하며, 또한 사이리스터 위상-제어 전류원 컨버터는 입력 측에 큰 무효 전력과 고조파를 발생한다는 문제점이 있다. 전압원 인버터 시스템에서는 이중(dual) 컨버터(두 개의 사이리스터 위상-제어 전류원 컨버터가 직류 측을 서로 반대 극성으로 하여 병렬 연결된 것)가 사용될 수 있다. 그러나, 가격이 두 배가 되며, 역시 큰 무효 전력과 고조파를 발생한다는 문제점을 가지고 있다(참고문헌 6, 7).In high power applications, conventional line-commutated thyristor phase-controlled current source converters and current source inverter systems are mainly used (Refs. 3 and 7). Although pre-current thyristors are incomplete switching devices that are controlled only on turn on, they are nearly unrivaled in high power due to their low power loss and high power rating. . However, the current source inverter system is not only limited in its use, but also requires a large and heavy reactor on the DC side, and the thyristor phase-controlled current source converter has a problem of generating large reactive power and harmonics on the input side. . In a voltage source inverter system, a dual converter (in which two thyristor phase-controlled current source converters are connected in parallel with the DC sides opposite polarities) can be used. However, there is a problem that the price is doubled and also generates large reactive power and harmonics (Refs. 6 and 7).

[참고문헌 1] E.P. Wiechmann, P. D. Ziogas, and V. R. Stefanovic, "A novel bilateral power conversion scheme for variable frequency static power supplies," IEEE Trans. Industry Applications, vol. 21, no. 5, pp. 1226-1233, 1985.[Reference 1] E.P. Wiechmann, P. D. Ziogas, and V. R. Stefanovic, "A novel bilateral power conversion scheme for variable frequency static power supplies," IEEE Trans. Industry Applications, vol. 21, no. 5, pp. 1226-1233, 1985.

[참고문헌 2] T. Salzmann and A. Weschta, "Progress in voltage source inverters (VSIs) and current source inverters (CSIs) with modern semiconductor devices," in Proceedings of the IEEE IAS'87 Conference, pp. 577-583, 1987.[Ref. 2] T. Salzmann and A. Weschta, "Progress in voltage source inverters (VSIs) and current source inverters (CSIs) with modern semiconductor devices," in Proceedings of the IEEE IAS'87 Conference, pp. 577-583, 1987.

[참고문헌 3] B. K. Bose, "Power electronics - an emerging technology," in Proceedings of the IEEE IECON'88 Coference, pp. 501-508, 1988.[Reference 3] B. K. Bose, "Power electronics-an emerging technology," in Proceedings of the IEEE IECON'88 Coference, pp. 501-508, 1988.

[참고문헌 4] B. T.Ooi, J. C. Salmon, J. W. Dixon, and A. B. Kulkarni, "A three-phase controlled-current PWM converter with leading power factor," IEEE Trans. Industry Applications, vol. 23, no. 1, pp. 78-84, 1987.[Reference 4] B. T. Ooi, J. C. Salmon, J. W. Dixon, and A. B. Kulkarni, "A three-phase controlled-current PWM converter with leading power factor," IEEE Trans. Industry Applications, vol. 23, no. 1, pp. 78-84, 1987.

[참고문헌 5] M. Nishimoto, J. W. Dixon, A. B. Kulkarni, and B. T. Ooi, "An integrated controlled-current PWM rectifier chopper link for sliding mode position control," IEEE Trans. Industry Applications, vol. 23, no. 5, pp. 894-900, 1987.[Reference 5] M. Nishimoto, J. W. Dixon, A. B. Kulkarni, and B. T. Ooi, "An integrated controlled-current PWM rectifier chopper link for sliding mode position control," IEEE Trans. Industry Applications, vol. 23, no. 5, pp. 894-900, 1987.

[참고문헌 6] S. B. Dewan and R. Wu, "A microprocessor-based dual PWM converter fed four quadrant ac drive system," in Proceedings of the IEEE IAS'87 Conference, pp. 755-759, 1987.[Ref. 6] S. B. Dewan and R. Wu, "A microprocessor-based dual PWM converter fed four quadrant ac drive system," in Proceedings of the IEEE IAS'87 Conference, pp. 755-759, 1987.

[참고문헌 7] N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robbins, Power Electronics : converters, applications, and design - 2nd ed., John Wiley & Sons, Inc., 1995, pp. 138-153, 418-428, 460-468, 494-500.Ref. 7 N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robbins, Power Electronics: converters, applications, and design-2nd ed., John Wiley & Sons, Inc., 1995, pp. 138-153, 418-428, 460-468, 494-500.

본 발명은 회생 제동 기능을 갖는 대 전력 인버터 시스템에 있어서, 상기 종래의 사이리스터 위상-제어 전류원 컨버터 및 전류원 인버터 시스템이 갖는 단점들과 전압원 인버터 시스템을 위한 상기 종래의 이중(dual) 컨버터가 갖는 단점들을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 회생 제동 기능을 갖는 대 전력 전압원 인버터 시스템에 적용할 수 있는 컨버터로서, 선-전류 사이리스터를 채용하고, 출력 직류 전류의 방향 절환에 의한 양방향 전력 조류 능력을 가지며, 출력 전압 제어(regulation) 능력을 가지며, 무효 전력 및 고조파 특성이 상기 종래의 사이리스터 위상-제어 전류원 컨버터 또는 상기 종래의 이중(dual) 컨버터보다 우수한, 새로운 사이리스터 위상-제어 전압원 컨버터를 제공하는 것이다.Summary of the Invention The present invention is directed to a large power inverter system having a regenerative braking function, the disadvantages of the conventional thyristor phase-controlled current source converter and current source inverter system, and of the conventional dual converter for voltage source inverter system. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a converter that can be applied to a large power voltage source inverter system having a regenerative braking function, employing a line-current thyristor, and improving the bidirectional power flow capability by changing the direction of the output DC current. To provide a new thyristor phase-controlled voltage source converter having an output voltage regulation capability and having reactive power and harmonic characteristics superior to the conventional thyristor phase-controlled current source converter or the conventional dual converter. .

제1도는 본 발명의 전력 회로도.1 is a power circuit diagram of the present invention.

제2도는 본 발명의 영(zero) 모드에서의 제어 방법 및 작용을 나타낸 파형들.2 is a waveform showing a control method and operation in a zero mode of the present invention.

제3도는 본 발명의 정류기(rectifier) 모드에서의 제어 방법 및 작용을 나타낸 파형들.Figure 3 is a waveform showing the control method and operation in the rectifier mode of the present invention.

제4도는 본 발명의 인버터(inverter) 모드에서의 제어 방법 및 작용을 나타낸 파형들.Figure 4 is a waveform showing the control method and operation in the inverter mode of the present invention.

제5a,5b도 및 제5c도는 각각 제2도, 3, 및 4의 파형들에 대한 페이서(phasor)도.5A, 5B, and 5C are phasor diagrams for the waveforms of FIGS. 2, 3, and 4, respectively.

제6도는 순수한 정현파의 ia를 전제한V an의 동작 영역.6 is the operating region of V an assuming pure sinusoidal i a .

제7a도는 파형 해석을 위한 제1도의 등가 회로.FIG. 7A is an equivalent circuit of FIG. 1 for waveform analysis. FIG.

제7b도와 제7c도는 중첩 정리를 적용하기 위한 회로들.7B and 7C are circuits for applying the superposition theorem.

제8도는 영(zero) 모드 동작에서의 파형들.8 shows waveforms in zero mode operation.

제9도는 영(zero) 모드 동작에서의 임계점을 나타낸 그림.Figure 9 shows the thresholds in zero mode operation.

제10도는 정류기(rectifier) 모드 동작에서의 파형들.10 shows waveforms in rectifier mode operation.

제11도는 인버터(inverter) 모드 동작에서의 파형들.11 shows waveforms in inverter mode operation.

제12도는 Vd가 일정하다는 조건에서의 최대 위상 제어각

Figure kpo00002
를 나타낸 그림.12 shows the maximum phase control angle under the condition that V d is constant.
Figure kpo00002
Figure showing.

제13도는V an의 동작 영역.13 shows the operating region of V an .

제14a도와 제14b도는 제어된(regulated) 직류 전압을 얻기 위한V an의 운전 궤적.14a and 14b show the operating trajectories of V an to obtain a regulated DC voltage.

제15a도와 제15b도는 제14a도에 대한V asn - V anI a의 운전 궤적.15a and 15b show the driving trajectories of V asn -V an and I a for FIG. 14a.

제16도는 본 발명의 무효 전력.16 is a reactive power of the present invention.

제17도는 본 발명의 입력 전류 고조파.17 is an input current harmonic of the present invention.

제18도는 제2도에 대한 실험 결과.FIG. 18 shows the experimental results for FIG. 2.

제19도는 제3도에 대한 실험 결과.FIG. 19 shows the experimental results for FIG. 3.

제20도는 제4도에 대한 실험 결과.20 is an experimental result of FIG.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, 및 Q6: 사이리스터들Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , Q 5 , and Q 6 : Thyristors

D1, D2, D3, D4, D5, 및 D6: 다이오우드들D 1 , D 2 , D 3 , D 4 , D 5 , and D 6 : Diodes

n : 3상 교류 전원의 중성점n: Neutral point of three-phase AC power

a, b, 및 c : 3상의 절점(node)들a, b, and c: three phase nodes

as, bs, 및 cs : 전원 측 3상의 절점(node)들as, bs, and cs: nodes on the power side three phases

o : 직류 측의 가상 중성점o: virtual neutral point on dc side

ia, ib, 및 ic: 교류 측 3상 전류i a , i b , and i c : alternating current three-phase current

id: 직류 전류i d : DC current

il: 부하 전류i l : load current

iG1, iG2, iG3, iG4, iG5, 및 iG6: 각각 Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, 및 Q6의 게이트 구동 전류들i G1 , i G2 , i G3 , i G4 , i G5 , and i G6 : gate drive currents of Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 , Q 5 , and Q 6 , respectively

Vd: 직류 전압V d : DC voltage

Figure kpo00003
: 위상 제어각
Figure kpo00003
Phase control angle

Figure kpo00004
: ia의 기본파 성분의 영점-통과(zero-crossing)각
Figure kpo00004
: Zero-crossing angle of the fundamental wave component of i a

k : 변환비(conversion factor)k: conversion factor

P : 교류 측 유효 전력P: AC side active power

Q : 교류 측 무효 전력Q: AC side reactive power

THD : 총 고조파 왜곡(total harmonic distortion)THD: total harmonic distortion

<발명의 구성><Construction of invention>

본 발명은 크게 전력 회로와 제어 방법으로 구성된다. 제1도에 본 발명의 전력 회로를 나타내었다. 제1도에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 전력 회로는 3상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 전력 변환기에 있어서,The present invention largely consists of a power circuit and a control method. 1 shows a power circuit of the present invention. As shown in FIG. 1, the power circuit of the present invention is a power converter that converts a three-phase AC voltage into a DC voltage.

(1) 양(positive) 단자(terminal)와, 상기 양(positive) 단자에 양극(anode)이 연결된 위쪽 사이리스터, 상기 위쪽 사이리스터의 음극(cathode)에 양극(anode)이 연결된 아래쪽 사이리스터, 상기 아래쪽 사이리스터의 음극(cathode)에 연결된 음(negative) 단자, 상기 위쪽 사이리스터의 양극(anode)과 음극(cathode)에 각각 음극(cathode)과 양극(anode)이 연결된 위쪽 다이오우드, 상기 아래쪽 사이리스터의 양극(anode)과 음극(cathode)에 각각 음극(cathode)과 양극(anode)이 연결된 아래쪽 다이오우드 및 상기 위쪽 사이리스터의 음극(cathode) 및 아래쪽 사이리스터의 양극(anode)에 연결된 교류 단자로 구성된 사이리스터 전압원 반-브리지 3개;(1) a positive thyristor, an upper thyristor having an anode connected to the positive terminal, a lower thyristor having an anode connected to a cathode of the upper thyristor, and a lower thyristor A negative terminal connected to a cathode of the upper thyristor, an anode of the upper thyristor, and an upper diode connected to a cathode and an anode of the cathode, respectively, and an anode of the lower thyristor Three thyristor voltage source half-bridges consisting of a lower diode with a cathode and an anode connected to and a cathode respectively, and an AC terminal connected to the cathode of the upper thyristor and the anode of the lower thyristor. ;

(2) 상기 3상 교류 전압의 각 상과 상기 3개의 사이리스터 전압원 반-브리지의 각 교류 단자 사이에 연결된 인덕터 3개;(2) three inductors connected between each phase of said three-phase alternating voltage and each alternating terminal of said three thyristor voltage source half-bridges;

(3) 상기 3개의 사이리스터 전압원 반-브리지의 양(positive) 단자들을 연결하는 출력 양(positive) 모선(bus);(3) an output positive bus connecting the positive terminals of the three thyristor voltage sources half-bridges;

(4) 상기 3개의 사이리스터 전압원 반-브리지의 음(negative) 단자들을 연결하는 출력 음(negative) 모선(bus); 및(4) an output negative bus connecting the negative terminals of the three thyristor voltage sources half-bridges; And

(5) 상기 출력 양(positive) 모선(bus)과 출력 음(negative) 모선(bus) 사이에 연결된 직류 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다. 제1도에는 직류 커패시터가 2개로 분리되어 있지만 실제로 이러한 분리가 필요한 것은 아니며, 제1도에서는 다만 발명의 작용을 설명하는 데에 필요한 직류 측의 가상 중성점 o를 나타내기 위해 직류 커패시터를 2개로 분리해서 표현한 것이다.(5) a direct current capacitor connected between the output positive bus and the output negative bus. In FIG. 1, two DC capacitors are separated, but this separation is not really necessary. In FIG. 1, DC capacitors are separated into two to show the virtual neutral point o of the DC side, which is only necessary to explain the operation of the invention. It is expressed.

제2도, 3, 및 4에는 본 발명의 제어 방법과 그 작용 파형들을 나타내었다. 제2도, 3, 및 4는 가각 영(zero) 모드, 정류기 모드, 및 인버터 모드에 대한 것이다. 제2도, 3, 및 4에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 제어 방법은2, 3, and 4 show the control method of the present invention and its working waveforms. 2, 3, and 4 are for each zero mode, rectifier mode, and inverter mode. As shown in Figures 2, 3, and 4, the control method of the present invention

(1) 상기 3상 교류 전압 각 상의 위상각이 0일 때 그 상에 연결된 상기 사이리스터 전압원 반-브리지의 위쪽 사이리스터의 게이트 전류 펄스를 인가하고, 상기 3상 교류 전압 각 상의 위상각이

Figure kpo00005
일 때 그 상에 연결된 상기 사이리스터 전압원 반-브리지의 아래쪽 사이리스터의 게이트 전류 펄스를 인가하는 영(zero) 모드 제어방법;(1) when the phase angle of each phase of the three-phase alternating voltage is 0, a gate current pulse of an upper thyristor of the thyristor voltage source half-bridge connected thereon is applied, and the phase angle of each phase of the three-phase alternating voltage is
Figure kpo00005
A zero mode control method of applying a gate current pulse of a lower thyristor of the thyristor voltage source half-bridge connected thereon when the thyristor voltage source is connected thereto;

(2) 상기 3상 교류 전압 각 상의 위상각이 0보다 클 때 그 상에 연결된 상기 사이리스터 전압원 반-브리지의 위쪽 사이리스터의 게이트 전류 펄스를 인가하고, 상기 3상 교류 전압 각 상의 위상각이

Figure kpo00006
보다 클 때 그 상에 연결된 상기 사이리스터 전압원 반-브리지의 아래쪽 사이리스터의 게이트 전류 펄스를 인가하는 정류기(rectifier) 모드 제어 방법; 및(2) when the phase angle of each phase of the three-phase alternating voltage is greater than zero, a gate current pulse of an upper thyristor of the thyristor voltage source half-bridge connected thereon is applied, and the phase angle of each phase of the three phase alternating voltage is
Figure kpo00006
A rectifier mode control method for applying a gate current pulse of the lower thyristor of the thyristor voltage source half-bridge connected thereon when larger; And

(3) 상기 3상 교류 전압 각 상의 위상각이 0보다 작을 때 그 상에 연결된 상기 상기 사이리스터 전압원 반-브리지의 위쪽 사이리스터의 게이트 전류 펄스를 인가하고, 상기 3상 교류 전압 각 상의 위상각이

Figure kpo00007
보다 작을 때 그 상에 연결된 상기 사이리스터 전압원 반-브리지의 아래쪽 사이리스터의 게이트 전류 펄스를 인가하는 인버터(inverter) 모드 제어 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.(3) when the phase angle of each phase of the three-phase alternating voltage is less than zero, a gate current pulse of an upper thyristor of the thyristor voltage source half-bridge connected thereon is applied, and the phase angle of each phase of the three phase alternating voltage
Figure kpo00007
And an inverter mode control method for applying a gate current pulse of the lower thyristor of the thyristor voltage source half-bridge connected thereon when smaller.

<발명의 작용><Action of invention>

이하, 본 발명의 작용을 제1도, 2, 3, 및 4를 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the operation of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1, 2, 3, and 4. FIG.

제2도에서, wt=0이 되기 직전에는, α상 전류는 ia<0이며 다이오우드 D4를 통해서 흐르고 있다. 그리고

Figure kpo00008
t=0이 될 때, iG1의 게이트 전류 펄스를 사이리스터 Q1에 인가한다. 그러면, 직류 전압 Vd에 의해 Q1이 턴 온 되며 D4는 턴 오프 되어, 전압
Figure kpo00009
ao의 스위칭이 일어난다. ia<0인 동안에는 Q1은 계속 도통된다. 그러나, ia>0이 되면, Q1은 도통을 멈추고 D1이 도통되기 시작한다. 그러나,
Figure kpo00010
ao는 변하지 않는다. 다음으로,
Figure kpo00011
t=
Figure kpo00012
가 될 때, iG4의 게이트 전류 펄스를 사이리스터 Q4에 인가한다. 그러면, 직류 전압 Vd에 의해 Q4가 턴 온 되며 D1은 턴 오프 되어, 전압
Figure kpo00013
ao의 스위칭이 일어난다. ia>0인 동안에는 Q4는 계속 도통된다. 그러나, ia<0이 되면, Q4는 도통을 멈추고 D4가 도통되기 시작한다. 그러나 역시,
Figure kpo00014
ao는 변하지 않는다. 그러면, 동작의 한 주기가 끝나며,
Figure kpo00015
ao는 a상 전원 전압
Figure kpo00016
asn과 동 위상인 구형파가 된다. b상과 c상의 동작은 a상과 같으며, 다만 각각 2/3
Figure kpo00017
및 4/3
Figure kpo00018
만큼 위상 천이 된다. 그러면, 상전압
Figure kpo00019
an은 잘 알려진 6-펄스 파형을 이루며, 이 전압은 전원 전압
Figure kpo00020
asn과 함께 a상 전류 ia를 만든다.
Figure kpo00021
asn
Figure kpo00022
an이 동 위상이기 때문에 ia
Figure kpo00023
asn보다
Figure kpo00024
/2만큼 지연되며, 아무런 유효 전력 조류가 이루어지지 않는다. 그리고 직류 전류 id는 0의 평균값을 갖는다. 이것이 영(zero) 모드의 동작이다.In FIG. 2, just before wt = 0, the α phase current is ia <0 and flows through diode D 4 . And
Figure kpo00008
When t = 0, the gate current pulse of i G1 is applied to the thyristor Q 1 . Then, Q 1 is turned on by the DC voltage V d and D 4 is turned off,
Figure kpo00009
Switching of ao occurs. Q 1 continues to conduct while i a <0. However, when i a > 0, Q 1 stops conducting and D 1 begins to conduct. But,
Figure kpo00010
ao does not change. to the next,
Figure kpo00011
t =
Figure kpo00012
When is applied, the gate current pulse of i G4 is applied to the thyristor Q 4 . Then, Q 4 is turned on by the DC voltage V d and D 1 is turned off,
Figure kpo00013
Switching of ao occurs. Q 4 continues to conduct while i a > 0. However, when i a <0, Q 4 stops conducting and D 4 begins to conduct. But too,
Figure kpo00014
ao does not change. Then, one cycle of action ends
Figure kpo00015
ao is a phase power supply voltage
Figure kpo00016
A square wave is in phase with asn . Phase b and phase c are the same as phase a, except 2/3 each.
Figure kpo00017
And 4/3
Figure kpo00018
As much as the phase shift. Then, phase voltage
Figure kpo00019
an forms the well-known 6-pulse waveform, which is the supply voltage
Figure kpo00020
Create a phase current i a with asn .
Figure kpo00021
asn and
Figure kpo00022
Since an is in phase, i a
Figure kpo00023
than asn
Figure kpo00024
Delayed by / 2, and no active power flow occurs. DC current i d has an average value of zero. This is the operation in zero mode.

인가된 게이트 전류 펄스들이 제3도에 보인 것과 같이 위상 제어각

Figure kpo00025
만큼 지연(delay)되면, 전압
Figure kpo00026
ao
Figure kpo00027
asn에 비해
Figure kpo00028
만큼 지연된다. 그러면, 전류 ia는 왼쪽으로 천이 되어 양(positive)의 전력 조류가 형성된다. 그리고 직류 전류 id는 양의 평균값을 갖는다. 이것이 정류기(rectifier) 모드의 동작이다. 역으로, 인가된 게이트 전류 펄스들이 제4도에 보인 것과 같이 위상 제어각
Figure kpo00029
만큼 전진(advance)되면, 전압
Figure kpo00030
ao
Figure kpo00031
asn에 비해
Figure kpo00032
만큼 전진된다. 그러면, 전류 ia는 오른쪽으로 천이 되어 음(negative)의 전력 조류가 형성된다. 그리고 직류 전류 id는 음의 평균값을 갖는다. 이것이 인버터(inverter) 모드의 동작이다.Phase control angle as applied gate current pulses as shown in FIG.
Figure kpo00025
When delayed, voltage
Figure kpo00026
ao is
Figure kpo00027
compared to asn
Figure kpo00028
Delayed by. The current i a then transitions to the left to form a positive power flow. And the direct current i d has a positive mean value. This is the operation in rectifier mode. Conversely, the phase control angle as applied gate current pulses are shown in FIG.
Figure kpo00029
As advanced, the voltage
Figure kpo00030
ao is
Figure kpo00031
compared to asn
Figure kpo00032
As advanced. The current i a then transitions to the right to form a negative power current. DC current i d has a negative average value. This is the operation of the inverter mode.

제5a,b도 및 제5c도에 각각 제2도, 3, 및 4의 페이서도를 보였다. 제5a,b도 및 제5c도에서,V asn,V an, 및I a는 각각

Figure kpo00033
asn,
Figure kpo00034
ao의 기본파 성분, 및 ia의 기본파 성분이다. 그리고
Figure kpo00035
1은 ia의 기본파 성분의 영점-통과(zero-crossing)각이다.I aV asn-V an에 비해
Figure kpo00036
/2만큼 지연되며,V asn에 비해서는
Figure kpo00037
1만큼 지연된다.Figures 5a, b and 5c show pacers 2, 3, and 4, respectively. In Figures 5a, b and 5c, V asn , V an , and I a are respectively
Figure kpo00033
asn ,
Figure kpo00034
fundamental wave component of ao and fundamental wave component of i a . And
Figure kpo00035
1 is the zero-crossing angle of the fundamental wave component of i a . I a is compared to V asn - V an
Figure kpo00036
Delayed by / 2, compared to V asn
Figure kpo00037
1 is delayed by.

<동작 영역><Operation area>

본 발명의 동작에는 전류(commutation)가 실패(fail)하지 않기 위한 동작 영역이 있다. 제2도, 3, 및 4에서,

Figure kpo00038
t=
Figure kpo00039
에서 게이트 펄스 전류 iG1이 사이리스터 Q1에 인가될 때 전류(commutation)가 실패하지 않기 위해서는 전류 ia는 음(negative)이어야 한다. 마찬가지로,
Figure kpo00040
t=
Figure kpo00041
+
Figure kpo00042
에서 게이트 펄스 전류 iG4가 사이리스터 Q4에 인가될 때 역시 전류(commutation)가 실패하지 않기 위해서는 전류 ia는 양(positive)이어야 한다.In the operation of the present invention there is an operating region in which the commutation does not fail. In Figures 2, 3, and 4,
Figure kpo00038
t =
Figure kpo00039
In order for the commutation not to fail when the gate pulse current i G1 is applied to the thyristor Q 1 , the current i a must be negative. Likewise,
Figure kpo00040
t =
Figure kpo00041
+
Figure kpo00042
When the gate pulse current i G4 is applied to the thyristor Q 4 , the current i a must be positive so that the commutation does not fail.

지금, 편의상 전류 ia가 순수한 정현파라고 전제하면, 위의 조건은 전류 ia

Figure kpo00043
an에 비해 지연되어야 한다는 것과 동일하다. 그러면, 위의 조건은 제6도에 보인 것과 같은 페이서도로 표현될 수 있다. 제6도에서, 원(circle) 안의 어둡게 칠해진 부분이V an의 동작 영역이다. 그러나, ia의 실제의 모양은 정현파가 아니기 때문에 실제의 동작 영역을 구하기 위해서는 파형 해석이 필요하다.If the premise that now, for the sake of convenience current i a pure sine wave, the condition of the above, the current i a
Figure kpo00043
Equivalent to delaying over an . Then, the above condition can be expressed as a pacer as shown in FIG. In FIG. 6, the darkened portion in the circle is the operating region of V an . However, since the actual shape of i a is not a sine wave, waveform analysis is required to obtain the actual operating area.

제7a도에 파형 해석을 위한 제1도의 등가 회로를 나타내었다. 제7a도에서

Figure kpo00044
an은 컨버터에 의해 발생된 전압이다. 제7b도와 7c에는 제7a도의 회로에 중첩(superposition) 정리를 적용하기 위한 회로들을 나타내었다. 중첩 정리에 의해 전류 ia는 i1과 i2의 차로서 주어진다.FIG. 7A shows an equivalent circuit of FIG. 1 for waveform analysis. In Figure 7a
Figure kpo00044
an is the voltage generated by the converter. 7b and 7c show circuits for applying superposition theorem to the circuit of FIG. 7a. By superposition theorem, the current i a is given as the difference between i 1 and i 2 .

제8도에 영(zero) 모드 동작에서의 파형들을 나타내었다. 제8도에서 i1의 파형은 i1이 고정(fixed) 전원에 의한 전류이기 때문에 변하지 않는다. 그러나, i2의 파형은 직류 전압 Vd가 증가함에 따라 크기가 증가한다. 제9도에 그것을 보였다. 그러면, i2의 첨두가 i1의 꼭대기에 도달될 때가 전류(commutation)가 실패하지 않기 위한 임계점이 되는데, 왜냐하면 i2가 첨두가 될 때는 사이리스터에 게이트 펄스가 인가될 때이며, 그 때 i2가 i1보다 크면 전류(commutation)가 실패하기 때문이다. i2가 임계점에 도달될 때의 직류 전압 Vd의 최대치는 다음과 같이 주어진다.8 shows waveforms in zero mode operation. In the eighth waveform in Figure i 1 is not changed since the current i 1 is caused by the fixed (fixed) power. However, the waveform of i 2 increases in magnitude as the DC voltage V d increases. Showed it on ninth degree. Then, when the peak of i 2 reaches the top of i 1, the threshold is for the commutation not to fail, because when i 2 becomes the peak, a gate pulse is applied to the thyristor, where i 2 becomes If it is larger than i 1 , the commutation fails. The maximum value of the DC voltage V d when i 2 reaches the critical point is given as follows.

Figure kpo00045
Figure kpo00045

위 식에서 Vs는 전원 전압

Figure kpo00046
asn의 크기이다. 지금, 변환비(conversion factor) k를 다음과 같이 도입하는 것이 편리하다.Where V s is the supply voltage
Figure kpo00046
The size of asn Now, it is convenient to introduce the conversion factor k as follows.

Figure kpo00047
Figure kpo00047

위 식에서 V1은 컨버터 전압

Figure kpo00048
asn의 기본파 성분이다. 그리고, V1은 직류 전압 Vd와 항상 다음과 같은 관계에 있다.Where V 1 is the converter voltage
Figure kpo00048
The fundamental wave component of asn . And V 1 always has the following relationship with the DC voltage V d .

Figure kpo00049
Figure kpo00049

그러면, 변환비 k의 최대값은 위 식들로부터 다음과 같이 구해진다.Then, the maximum value of the conversion ratio k is obtained from the above equations as follows.

Figure kpo00050
Figure kpo00050

만약

Figure kpo00051
asn의 파형이 순수한 정현파라면, k의 최대값은 1이 된다. 그러나 실제로는,
Figure kpo00052
asn에 있는 고조파 때문에 변환비 k는 1이 되지 못한다.if
Figure kpo00051
If the waveform of asn is a pure sine wave, then the maximum value of k is 1. But in reality,
Figure kpo00052
Because of the harmonics in asn , the conversion ratio k is not equal to one.

제10도와 제11도에는 각각 정류기 모드와 인버터 모드 동작에서의 파형들을 나타내었다. 제10도와 제11도에서 i1의 파형은 변하지 않으며, i2의 파형도 Vd가 일정하다는 조건에서는 변하지 않는다. 다만, i2의 파형은 위상각에 따라서 천이 된다. 그러면, 위상 제어각

Figure kpo00053
를 이동시켜서 i2의 첨두가 i1과 만나는 점이 전류(commutation)가 실패하지 않기 위한 임계점이다. 제12도에 그것을 나타내었다. i2가 임계점에 도달될 때의 최대 위상 제어각
Figure kpo00054
는 다음과 같이 주어진다.10 and 11 show waveforms in rectifier mode and inverter mode operation, respectively. 10 and 11, the waveform of i 1 does not change, and the waveform of i 2 does not change under the condition that V d is constant. However, the waveform of i 2 changes according to the phase angle. Then, phase control angle
Figure kpo00053
Moved to a critical point for the peak of the i 2 it is not the point is a current (commutation) of intersection with i 1 fails. It is shown in FIG. phase control angle when i 2 reaches the critical point
Figure kpo00054
Is given by

Figure kpo00055
Figure kpo00055

위 식은 원(circular) 함수이며 직각 좌표에서는 다음과 같이 쓰여진다.The above equation is a circular function and in rectangular coordinates it is written as

Figure kpo00056
Figure kpo00056

위 식에서 x=kcos(

Figure kpo00057
)이며 y=ksin(
Figure kpo00058
)이다. 제13도에 이 조건을 나타내었다. 원(circle) 안의 어둡게 칠해진 부분이V an의 동작 영역이다. 비교를 위해서, 순수한 정현파를 전제한 제6도의 원을 점선으로 나타내었다.Where x = kcos (
Figure kpo00057
) And y = ksin (
Figure kpo00058
)to be. This condition is shown in FIG. The darkened area in the circle is the operating region of V an . For comparison, the circle of FIG. 6 assuming pure sinusoids is indicated by a dotted line.

<특성><Characteristic>

위에서 설명된 것과 같이 본 발명은 제13도에 나타낸 영역에서 동작 가능하다. 그러면, 우리는 원하는 특성을 얻기 위해서V an의 운전 궤적을 선택 또는 설계할 수 있다. 우리가 제어된(regulated) 출력 직류 전압을 얻기를 위한다면,V an의 크기는 일정하게 제어되어야 한다. 그러면,V an의 운전 궤적은 제14a도와 제14b도에 굵은 선으로 나타낸 것과 같이 호(arc)를 이룬다. 제14a도와 제14b도는 각각 변환비 k 가 0.8 및 0.85일때의 운전 궤적의 예이다.V an이 운전 궤적을 추종하도록 하기 위해서

Figure kpo00059
an을 직접 제어할 필요는 없다. 다만, 위상 제어각
Figure kpo00060
제어에 의해 유효 전력을 증가 또는 감소시켜 직류 전압 Vd를 원하는 값으로 제어(regulate)함으로써 충분하다. 그러면,V an은 자동적으로 운전 궤적을 추종하며 전력 조류의 크기와 방향도 역시 부하 조건에 따라 자동적으로 제어된다.As described above, the present invention is operable in the area shown in FIG. We can then select or design the operating trajectories of V an to achieve the desired characteristics. If we want to get a regulated output DC voltage, the magnitude of V an must be controlled constantly. Then, the driving trajectory of V an is arced as shown by the thick line in FIG. 14A and FIG. 14B. 14A and 14B are examples of driving trajectories when the conversion ratio k is 0.8 and 0.85, respectively. To make V an follow the driving trajectory
Figure kpo00059
You do not need to control an directly. Phase control angle
Figure kpo00060
It is sufficient by regulating the DC voltage V d to a desired value by increasing or decreasing the active power by the control. V an then automatically follows the driving trajectory and the magnitude and direction of the power current is also automatically controlled according to the load conditions.

<양방향 전력 조류 및 출력 직류 전압 제어(regulation)>Bi-Directional Power Flow and Output DC Voltage Regulation

이상에서 설명된 것과 같이 본 발명은 스위칭 소자로서 선-전류(line-commutated) 사이리스터를 채용하고, 제어 방법으로서 위상-제어에 의해 영(zero) 모드, 정류기(rectifier) 모드, 및 인버터(inverter) 모드의 양방향 출력 직류 전류 특성을 제공함으로써 양방향 전력 조류를 가능하게 하는 효과를 가지며, 아울러 전력 조류의 제어를 통해서 출력 직류 전압의 제어(regulation)를 가능하게 하는 효과를 갖는다.As described above, the present invention employs a line-commutated thyristor as the switching element, and zero-mode, rectifier mode, and inverter by phase-control as a control method. By providing the bidirectional output DC current characteristics of the mode has the effect of enabling the bidirectional power flow, and also has the effect of enabling the regulation of the output DC voltage through the control of the power flow.

<무효 전력의 감소><Reduction of reactive power>

제15a도 와 제15b도에 제14a도에 대한V asn-V anI a의 운전 궤적을 나타내었다. 제15b도에 보인 것과 같이 본 발명은 항상 지상의 무효 전력을 발생한다. 그러나, 본 발명의 무효 전력은 종래의 사이리스터 위상-제어 전류원 컨버터 또는 이중(dual)컨버터보다 대부분의 운전 조건에서 적은데, 제16도에 그것을 나타내었다. (제16도에서, k=0.85에서 상정된 인덕터는 k=0.8에서 상정된 인덕터와 같은 것이 아니고, 최대 유효 전력 특성을 같게 하기 위해 적절히 줄인 것이다. 같은 인덕터를 상정하면 무효 전력이 줄어들지만 최대 유효 전력도 역시 줄어든다.)Figures 15a and 15b show the operating trajectories of V asn - V an and I a for Figure 14a. As shown in FIG. 15B, the present invention always generates reactive power on the ground. However, the reactive power of the present invention is less at most operating conditions than conventional thyristor phase-controlled current source converters or dual converters, as shown in FIG. (In Fig. 16, the inductor assumed at k = 0.85 is not the same as the inductor assumed at k = 0.8, and is appropriately reduced to equalize the maximum active power characteristic. Assuming the same inductor, the reactive power is reduced but the maximum effective Power is also reduced.)

<고조파의 감소><Reduction of harmonics>

본 발명에서는, 비록 입력 전류 ia의 모양이 부하 조건에 따라 크게 변하지만, 그 고조파 성분은 Vd또는 k가 일정하다는 조건하에서는 부하 조건에 관계없이 일정하다. 제8도, 제10도, 및 제11도이 그것을 분명하게 보여준다. 제17도에는 본 발명의 입력 전류 ia의 총 고조파 왜곡(totla harmonic distortion) THD를 k의 함수로 나타내었다. THD는 최대

Figure kpo00061
에서의 ia의 파형 및 다음의 정의로부터 얻은 것이다.In the present invention, although the shape of the input current i a varies greatly depending on the load condition, the harmonic component is constant regardless of the load condition under the condition that V d or k is constant. 8, 10, and 11 clearly show this. Figure 17 shows the total harmonic distortion THD of the input current i a of the present invention as a function of k. THD up
Figure kpo00061
From the waveform of i a in and the following definition:

Figure kpo00062
Figure kpo00062

비교를 위해서, 종래의 사이리스터 위상-제어 전류원 컨버터 또는 이중(dual) 컨버터의 THD도 점선으로 나타내었다. 제17도에서 보인 것과 같이 본 발명의 입력 전류의 고조파는 종래의 사이리스터 위상-제어 전류원 컨버터 또는 이중(dual) 컨버터보다 현저하게 적다. 본 발명의 THD는 k가 0.8일 때에는 10%를 넘지 않으며 k가 0.85일 때에는 13%를 넘지 않는다.For comparison, the THD of a conventional thyristor phase-controlled current source converter or dual converter is also indicated by dotted lines. As shown in FIG. 17, the harmonics of the input current of the present invention are significantly less than that of conventional thyristor phase-controlled current source converters or dual converters. The THD of the present invention does not exceed 10% when k is 0.8 and does not exceed 13% when k is 0.85.

<k값에 대해서><About k value>

제16도와 제17도에는 0.8에서 0.85까지의 변환비 k에 대한 특성을 나타내었다. k값이 작아지면 입력 전류의 고조파도 작아지지만 무효 전력은 커진다. 한편, k가 약 0.88이상이 되면 k값이 커질수록 무효 전력 및 입력 전류의 고조파 특성이 모두 나빠진다. 결과적으로, 좋은 성능을 얻기 위한 k의 영역으로서는 0.8~0.85 근방이 추천된다.16 and 17 show the characteristics of the conversion ratio k from 0.8 to 0.85. As the value of k decreases, the harmonics of the input current also decrease, but the reactive power increases. On the other hand, when k is about 0.88 or more, the larger the value of k, the worse the harmonic characteristics of the reactive power and the input current. As a result, around 0.8 to 0.85 is recommended as the area of k for obtaining good performance.

<실험 결과><Experiment result>

제18도, 제19도, 및 제20도에 각각 제2도, 제3도, 및 제4도에 대한 실험 결과를 보였다. 실험에 사용된 컨버터는 실험용으로 제작된 소 전력의 것이다. 제18도, 제19도, 및 제20도의 결과들은 본 발명의 동작을 잘 확인해 준다.Experimental results for FIGS. 2, 3, and 4 are shown in FIGS. 18, 19, and 20, respectively. The converters used in the experiments were of small power designed for experimentation. The results of FIGS. 18, 19, and 20 well confirm the operation of the present invention.

<적용><Application>

이상에서 설명된 것과 같이 본 발명은 양방향 전력 조류의 능력을 가지며, 출력 직류 전압은 원하는 값으로 제어될 수 있다. 본 발명의 무효 전력과 고조파는 종래의 사이리스터 위상-제어 전류원 컨버터 또는 이중(dual) 컨버터보다 훨씬 적다. 결국, 본 발명은 특히 대 전력에서 회생 제동 기능을 갖는 전압원 인버터 시스템을 위한 컨버터로서 유용할 것으로 기대된다.As described above, the present invention has the capability of bidirectional power flow, and the output DC voltage can be controlled to a desired value. The reactive power and harmonics of the present invention are much less than conventional thyristor phase-controlled current source converters or dual converters. Consequently, the present invention is expected to be particularly useful as a converter for voltage source inverter systems with regenerative braking at high power.

본 발명은 선-전류(line-commutated) 인버터로서도 동작할 수 있기 때문에 전압원형(voltage source type) 고전압 직류(HVDC : High Voltage Direct Current) 송전 시스템(참고문헌 8, 9)에 사용될 수 있다. 전압원형 고전압 직류 송전 시스템은 종래의 전류원형 고전압 직류 송전 시스템에 비해 특히 다-터미널(multi-terminal)구성에서 이점을 갖는다.Since the present invention can also operate as a line-commutated inverter, it can be used in a voltage source type high voltage direct current (HVDC) transmission system (Refs. 8 and 9). The voltage source high voltage direct current transmission system has advantages over the conventional current source high voltage direct current transmission system in particular in a multi-terminal configuration.

[참고문헌 8] B. T. Ooi and X. Wang, "Voltage angle lock loop control of the boost type PWM converter for HVDC application," IEEE Trans. Power electronics, vol. 5, no. 2, pp. 229-235, 1990.[Reference 8] B. T. Ooi and X. Wang, "Voltage angle lock loop control of the boost type PWM converter for HVDC application," IEEE Trans. Power electronics, vol. 5, no. 2, pp. 229-235, 1990.

[참고문헌 9] B. T. Ooi, "Pulse width modulation power transmission system," U. S. Patent No. 4,941,079, 1990.[Reference 9] B. T. Ooi, "Pulse width modulation power transmission system," U. S. Patent No. 4,941,079, 1990.

Claims (1)

3상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 전력 변환기에 있어서,In a power converter that converts a three-phase AC voltage into a DC voltage, (1) 양(positive) 단자와, 상기 양(positive) 단자에 양극(anode)이 연결된 위쪽 사이리스터, 상기 위쪽 사이리스터의 음극(cathode)에 양극(anode)이 연결된 아래쪽 사이리스터, 상기 아래쪽 사이리스터의 음극(cathode)에 연결된 음(negative) 단자, 상기 위쪽 사이리스터의 양극(anode)과 음극(cathode)에 각각 음극(cathode)과 양극(anode)이 연결된 위쪽 다이오우드, 상기 아래쪽 사이리스터의 양극(anode)과 음극(cathode)에 각각 음극(cathode)과 양극(anode)이 연결된 아래쪽 다이오우드, 및 상기 위쪽 사이리스터의 음극(cathode) 및 아래쪽 사이리스터의 양극(anode)에 연결된 교류 단자로 구성된 사이리스터 전압원 반-브리지 3개;(1) a positive thruster, an upper thyristor having an anode connected to the positive terminal, a lower thyristor having an anode connected to a cathode of the upper thyristor, and a negative electrode of the lower thyristor ( A negative terminal connected to the cathode, an upper diode connected to a cathode and an anode of the upper thyristor anode and a cathode, respectively an anode and a cathode of the lower thyristor three thyristor voltage source half-bridges each having a cathode connected to a cathode and an anode, and an AC terminal connected to a cathode of the upper thyristor and an anode of a lower thyristor; (2) 상기 3상 교류 전압의 각 상과 상기 3개의 사이리스터 전압원 반-브리지의 각 교류 단자 사이에 연결된 인덕터 3개;(2) three inductors connected between each phase of said three-phase alternating voltage and each alternating terminal of said three thyristor voltage source half-bridges; (3) 상기 3개의 사이리스터 전압원 반-브리지의 양(positive) 단자들을 연결하는 출력 양(positive) 모선(bus);(3) an output positive bus connecting the positive terminals of the three thyristor voltage sources half-bridges; (4) 상기 3개의 사이리스터 전압원 반-브리지의 음(negative) 단자들을 연결하는 출력 음(negative) 모선(bus);(4) an output negative bus connecting the negative terminals of the three thyristor voltage sources half-bridges; (5) 상기 출력 양(positive) 모선(bus)과 출력 음(negative) 모선(bus) 사이에 연결된 직류 커패시터;(5) a direct current capacitor connected between the output positive bus and the output negative bus; (6) 상기 3상 교류 전압 각 상의 위상각이 0일 때 그 상에 연결된 상기 사이리스터 전압원 반-브리지의 위쪽 사이리스터의 게이트 전류 펄스를 인가하고, 상기 3상 교류 전압 각 상의 위상각이
Figure kpo00063
일 때 그 상에 연결된 상기 사이리스터 전압원 반-브리지의 아래쪽 사이리스터의 게이트 전류 펄스를 인가하는 영(zero) 모드 제어방법;
(6) When the phase angle of each phase of the three-phase alternating voltage is 0, a gate current pulse of an upper thyristor of the thyristor voltage source half-bridge connected thereon is applied, and the phase angle of each phase of the three-phase alternating voltage is
Figure kpo00063
A zero mode control method of applying a gate current pulse of a lower thyristor of the thyristor voltage source half-bridge connected thereon when the thyristor voltage source is connected thereto;
(7) 상기 3상 교류 전압 각 상의 위상각이 0보다 클 때 그 상에 연결된 상기 사이리스터 전압원 반-브리지의 위쪽 사이리스터의 게이트 전류 펄스를 인가하고, 상기 3상 교류 전압 각 상의 위상각이
Figure kpo00064
보다 클 때 그 상에 연결된 상기 사이리스터 전압원 반-브리지의 아래쪽 사이리스터의 게이트 전류 펄스를 인가하는 정류기(rectifier) 모드 제어 방법; 및
(7) When the phase angle of each phase of the three-phase alternating voltage is greater than zero, a gate current pulse of an upper thyristor of the thyristor voltage source half-bridge connected thereon is applied, and the phase angle of each phase of the three phase alternating voltage is
Figure kpo00064
A rectifier mode control method for applying a gate current pulse of the lower thyristor of the thyristor voltage source half-bridge connected thereon when larger; And
(8) 상기 3상 교류 전압 각 상의 위상각이 0보다 작을 때 그 상에 연결된 상기 사이리스터 전압원 반-브리지의 위쪽 사이리스터의 게이트 전류 펄스를 인가하고, 상기 3상 교류 전압 각 상의 위상각이
Figure kpo00065
보다 작을 때 그 상에 연결된 상기 사이리스터 전압원 반-브리지의 아래쪽 사이리스터의 게이트 전류 펄스를 인가하는 인버터(inverter) 모드 제어 방법을 포함하는 것을 특징으로 하는 사이리스터 위상-제어 전압원 컨버터.
(8) when the phase angle of each phase of the three-phase alternating voltage is less than zero, a gate current pulse of an upper thyristor of the thyristor voltage source half-bridge connected thereon is applied, and the phase angle of each phase of the three phase alternating voltage
Figure kpo00065
And an inverter mode control method for applying a gate current pulse of the lower thyristor of the thyristor voltage source half-bridge connected thereon when smaller.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1189997C (en) * 1997-11-10 2005-02-16 富士电机株式会社 Multi-phase voltage changer
AU2001247594A1 (en) * 2000-03-20 2001-10-03 Baldor Electric Company Method and apparatus for direct synchronous rectification in a pulse-width modulated motor controller
SE518639C2 (en) * 2000-05-16 2002-11-05 Abb Ab Apparatus for converting AC voltage to DC voltage and method for controlling it
KR100899698B1 (en) * 2002-11-08 2009-05-28 주식회사 포스코 Method for regulating converter out voltage by using pulse counter of dynamic break unit
DE102006015031A1 (en) * 2006-03-31 2007-10-11 Siemens Ag Method for reducing the reactive power demand of a fundamental-frequency switched line-side converter during idling and at low motor load
CN102890209B (en) * 2012-09-25 2015-07-22 许继电气股份有限公司 Continuous current operation testing device of multi-level converter half-bridge type sub-module
CN102944768B (en) * 2012-09-25 2015-03-04 许继电气股份有限公司 Continuous current running test method for half-bridge sub-modules of multilevel converter
US9762136B2 (en) 2012-11-27 2017-09-12 Abb Schweiz Ag Thyristor based voltage source converter
US9667167B2 (en) 2014-07-15 2017-05-30 General Electric Company Systems and methods for power conversion with direct current fault ride-through capability
KR101698275B1 (en) 2015-09-08 2017-01-19 엘에스산전 주식회사 Static var compensator apparatus and operating method thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59123478A (en) * 1982-12-28 1984-07-17 Toshiba Corp Controller for voltage type inverter
US5177677A (en) * 1989-03-08 1993-01-05 Hitachi, Ltd. Power conversion system
JP2760666B2 (en) * 1991-03-15 1998-06-04 株式会社東芝 Method and apparatus for controlling PWM converter

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