KR101221159B1 - 멀티레벨 컨버터의 제어방법 - Google Patents

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Abstract

멀티레벨 컨버터의 제어방법이 개시된다. 본 발명에 따른 멀티레벨 컨버터의 제어방법은 구비된 서브 모듈의 최대 전압 및 최소 전압을 추출하는 단계, 상기 서브 모듈의 상태 변화량을 판단하는 단계, 상기 서브 모듈의 전류 방향을 검지하는 단계 및 상기 서브 모듈의 상태 변화량 및 전류 방향에 따라 서브 모듈의 이후 상태를 결정하는 단계를 포함한다. 이에 의하여 전압 밸런싱 과정에서 서브 모듈의 개수가 증가해도 서브 모듈 값들을 정렬하는 시간을 효율적으로 줄일 수 있게 된다.

Description

멀티레벨 컨버터의 제어방법 {MULTILEVEL CONVERTER CONTROLLING METHOD}
본 발명은 멀티레벨 컨버터의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전압 밸런싱을 위한 스위칭 기법을 적용하여 처리 시간을 향상시킨 멀티레벨 컨버터의 제어방법에 관한 것이다.
멀티레벨 컨버터 시스템에서 일반적으로 사용되는 전압 밸런싱을 고려한 게이트 스위칭(gate switching) 기법을 이용한다. 종래의 전압 밸런싱은 모듈레이션 과정에서 투입된 정보와 해당 암(arm) 내부의 모든 서브 모듈에서 보내온 커패시터 전압의 정보를 전압의 크기에 따라 정렬을 수행한다. 이렇게 가공된 정보를 이용하여 서브 모듈을 선택하게 된다. 구체적으로 해당 암(arm)의 전류 정보에 따라 가장 높은 전압을 가진 서브 모듈 혹은 가장 낮은 전압을 가진 서브 모듈이 선택되는 매커니즘을 가진다.
종래의 전압 밸런싱 방법에 따르면 우선 몇 개의 서브 모듈이 온(ON) 신호를 낼 것인가를 결정하게 되면, 하나의 암 내부의 어떤 서브 모듈을 온으로 할것인지를 결정한다. 이때 일반적으로 각 서브 모듈들의 전압을 균등하게 분산하기 위하여 각 서브 모듈의 전압값들을 비교하여 정렬하는 소팅(sorting) 과정이 수행된다. 온(ON)에 해당하는 서브 모듈은 암 전류의 방향에 따라 충전과 방전이 이루어지므로, 암 전류가 양의 값을 가지면 가장 작은 전압을 가진 서브 모듈을 선택하고, 암 전류가 음의 값을 가지면 가장 큰 전압을 가진 서브 모듈을 선택하여 방전이 이루어지게끔 동작한다.
이와 같은 종래 기술의 동작 방법을 도 1에 도시하였다. 즉 ON 조건을 만족하는 서브 모듈의 수를 결정하고(S10), 서브 모듈을 전압값에 따라 소팅한다(S20). 이후 전류값의 부호를 판단하고(S30), 전류값의 부호가 양수이면(S30-YES), 가장 작은 전압을 선택하고(S40), 전류값의 부호가 음수이면(S30-NO), 가장 큰 전압을 선택한다(S50).
상기 종래 기술에 따르면 서브 모듈을 전압값에 따라 소팅하는 과정(S20)에서 가장 많은 시간이 소요된다. 특히 대용량 전력기기에 적용되는 모듈 기반의 멀티레벨 컨버터의 경우, 하나의 암에 150~200개 이상의 서브 모듈이 구비된다. 디지털 처리 과정은 크게 네 부분으로 나누게 되며, 서브 모듈의 전압값을 디지털 값으로 변환하는 과정, 변환된 서브 모듈 값들을 정렬하는 과정, 전류 방향에 따라 서브 모듈을 선택하는 과정, 그리고 선택된 서브 모듈의 게이트 신호로 적용하는 과정을 포함한다.
이때 첫 번째와 두 번째 과정, 즉 전압값을 디지털 값으로 변환하여 정렬하는 과정은 매우 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 서브 모듈의 개수가 증가하면 그에 비례해서 소요시간이 무한대로 커질 수 있게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전압 밸런싱 과정에서 서브 모듈 값들을 정렬하는 시간을 효율적으로 줄일 수 있는 멀티레벨 컨버터의 제어방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 컨버터의 제어방법은, 구비된 서브 모듈의 최대 전압 및 최소 전압을 추출하는 단계; 상기 서브 모듈의 상태 변화량을 판단하는 단계; 상기 서브 모듈의 전류 방향을 검지하는 단계; 및 상기 서브 모듈의 상태 변화량 및 전류 방향에 따라 서브 모듈의 이후 상태를 결정하는 단계;를 포함한다.
또한 상기 서브 모듈의 상태 변화량은, 상기 서브 모듈의 현재 샘플링 단계에서의 상태의 온(ON)의 개수에서 과거 샘플링 단계에서의 상태의 온(ON)의 개수를 뺀 값일 수 있다.
그리고 상기 결정하는 단계는, 상기 서브 모듈의 상태 변화량 값의 횟수만큼 반복하여 서브 모듈의 이후 상태를 결정할 수 있다.
또한 상기 결정하는 단계는, 서브 모듈의 이후 상태의 결정이 최초로 이루어지는 경우, 상기 최대 전압 혹은 최소 전압을 가진 서브 모듈 중 어느 하나의 이후 상태를 결정할 수 있다.
그리고 상기 결정하는 단계는, 상기 상태 변화량이 양수이고, 상기 전류 방향이 암의 전류 방향인 경우에는 상기 최대 전압을 갖는 서브 모듈을 오프 상태에서 온 상태로 바꾸고, 상기 전류 방향이 암의 전류와 반대 방향인 경우에는 상기 최소 전압을 갖는 서브 모듈을 오프 상태에서 온 상태로 바꾸도록 결정할 수 있다.
또한 상기 상태 변화량이 음수이고, 상기 전류 방향이 암의 전류 방향인 경우에는 상기 최대 전압을 갖는 서브 모듈을 온 상태에서 오프 상태로 바꾸고, 상기 전류 방향이 암의 전류와 반대 방향인 경우에는 상기 최소 전압을 갖는 서브 모듈을 온 상태에서 오프 상태로 바꾸도록 결정할 수 있다.
그리고 상기 결정하는 단계는, 상기 서브 모듈의 이후 상태의 결정이 맨 처음 수행되는 경우가 아니면, 상기 서브 모듈의 이후 상태를 랜덤하게 변화시키도록 결정할 수 있다.
또한 상기 최대 전압 및 최소 전압을 추출하는 단계 이전에, 상기 서브 모듈의 현재 상태를 온 상태와 오프 상태로 구분하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 구성에 따른 멀티레벨 컨버터의 제어방법에 의하면 전압 밸런싱 과정에서 서브 모듈의 개수가 증가해도 서브 모듈 값들을 정렬하는 시간을 효율적으로 줄일 수 있게 된다.
도 1은 종래 기술의 동작 방법을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 컨버터의 제어방법의 기본적인 흐름을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 컨버터의 제어방법의 흐름을 설명하는 도면, 그리고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 컨버터의 제어방법의 흐름을 설명하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 컨버터의 제어방법의 기본적인 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
우선 전력 기기의 목적에 따라 인가된 전압(100)을 측정한다. 측정된 전압은 모듈레이션(110)이 이루어지며, 이때 온(ON) 상태인 서브 모듈의 개수(121), 각 서브 모듈의 전압(123) 및 암 전류의 방향(125)을 측정하여 전압 밸런싱(130)을 수행한다. 마지막으로 각 서브 모듈을 제어하기 위한 게이트 신호(140)를 생성한다.
특히 본 발명에 있어서 전압 밸런싱(130) 과정은 온 상태의 서브 모듈 개수(121)와 각 서브 모듈의 전압(123), 그리고 암 전류의 방향(125)을 기초로 전압 밸런싱(130)을 수행한다는 점에 특징이 있다. 전압 밸런싱(130)의 구체적인 과정은 다음과 같다.
우선 이전 상태의 게이트 신호를 측정한다. 온 상태를 갖는 서브 모듈을 측정하고, 그 개수를 계산한다. 마찬가지로 오프 상태를 갖는 서브 모듈을 측정하고, 그 개수를 계산한다.
한편 온 상태를 갖는 각 서브 모듈의 전압을 측정하는데, 이때 최대 전압값을 갖는 서브 모듈과 최소 전압값을 갖는 서브 모듈을 추출한다. 이 과정은 우선 최대 전압값과 최소 전압값을 결정하고, 이에 해당하는 서브 모듈을 추출하면 된다.
이후 이전의 모듈레이션을 통한 온 상태를 가진 서브 모듈의 개수와 현재의 모듈레이션을 통한 온 상태의 서브 모듈의 개수의 차이를 구한다. 여기서 그 개수의 차이가 양수이면 온 상태를 가질 서브 모듈의 개수가 많음을 의미하는 것이며, 그 개수의 차이가 음수이면 온 상태를 가질 서브 모듈의 개수가 이전보다 적음을 의미한다.
그리고 그 차이의 수만큼 서브 모듈의 제어를 반복한다. 예를 들어, 그 차이가 n인 경우에는 서브 모듈의 제어를 n번 반복하게 되는데, 1번째에는 상기 결정한 최대 전압값을 갖는 서브 모듈 혹은 최소 전압값을 갖는 서브 모듈을 제어한다. 즉 1번째에는 상기 차이값의 부호를 판단한 후 암(arm) 전류의 방향을 참조하여, 최대 전압값을 갖는 서브 모듈 혹은 최소 전압값을 갖는 서브 모듈을 제어한다.
여기서 차이값이 양수이며, 암 전류의 방향으로 전류가 흐르는 경우에는 최소 전압값을 갖고 오프 상태인 서브 모듈을 온으로 바꾸도록 제어한다. 또한 차이값이 양수이며, 암 전류의 반대 방향으로 전류가 흐르는 경우에는 최대 전압값을 갖고 오프 상태인 서브 모듈을 온으로 바꾸도록 제어한다.
반대로 차이값이 음수이고 암 전류의 방향대로 전류가 흐르면, 온 상태이고 최대 전압값을 가진 서브 모듈을 오프 상태로 바꾸고, 차이값이 음수이고 암 전류의 반대 방향으로 전류가 흐르면, 온 상태이고 최소 전류값을 가졌던 서브 모듈을 오프 상태로 바꾼다.
다음 2번째, 3번째, … n번째로 반복하는 경우에는, 1번째와 같이 최대 전압값 혹은 최소 전압값을 가진 서브 모듈을 제어하는 것이 아니라, 구비된 서브 모듈 중 랜덤(random)으로 선별한 서브 모듈을 제어하게 된다.
구체적으로, 차이값이 양수이고, 암 전류 방향으로 전류가 흐르는 경우에는 오프 상태인 서브 모듈을 랜덤으로 선정해 온 상태로 바꾸도록 제어한다. 한편 차이값이 양수이고, 암 전류의 반대 방향으로 전류가 흐르는 경우에도 오프 상태인 서브 모듈을 랜덤으로 선정해 온 상태로 바꾸도록 제어한다.
반대로 차이값이 음수이고, 암 전류 방향으로 전류가 흐르는 경우에는 온 상태인 서브 모듈을 랜덤으로 선정해 오프 상태로 바꾸도록 제어한다. 한편 차이값이 음수이고, 암 전류의 반대 방향으로 전류가 흐르는 경우에도 온 상태인 서브 모듈을 랜덤으로 선정해 오프 상태로 바꾸도록 제어한다.
이렇게 차이값이 음수인 경우에는 온 상태인 서브 모듈을 오프 상태로 바꾸어 균형을 맞추고, 차이값이 양수인 경우에는 오프 상태인 서브 모듈을 온 상태로 바꾸어 균형을 맞추게 된다.
이렇게 n번의 과정이 끝나면 그 신호를 출력해 각각의 서브 모듈을 제어하게 된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 컨버터의 제어방법에 의하면 기존 방법에서와 같이 모든 서브 모듈을 전압 크기의 순서로 정렬하는 과정을 없앨 수 있게 되어, 전압 밸런싱 과정에서 서브 모듈의 개수가 증가해도 서브 모듈 값들을 정렬하는 시간을 효율적으로 줄일 수 있게 된다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 컨버터의 제어방법의 흐름을 설명하는 도면이다.
우선 (t-Δt) 시간에서의 게이트 신호를 판단한다(105). 이는 서브 모듈의 바로 직전 상태를 알 수 있게 한다. 즉, 바로 직전의 서브 모듈의 온/오프 상태를 알 수 있다. 구비된 각각의 서브 모듈의 온/오프 상태를 판단하면, 온 상태인지 오프 상태인지로 구분한다(121-2, 121-3). 이렇게 오프 상태와 온 상태를 미리 나누어 판단하는 이유는 서브 모듈의 빠른 제어를 위함이다.
오프 상태와 온 상태로 나뉘어진 각 서브 모듈은 이후 그 개수의 총합이 구해진다(121-1, 121-4). 즉 직전의 게이트 신호(105)를 이용해 온 상태인 서브 모듈이 몇 개인지, 오프 상태인 서브 모듈이 몇 개인지를 정한다.
이후 온 상태인 서브 모듈 중에서 가장 높은 전압을 가진 서브 모듈과 가장 낮은 전압을 가진 서브 모듈을 판단한다(S122-1). 오프 상태인 서브 모듈에 대해서도 마찬가지로 최대 전압을 가진 서브 모듈과 가장 낮은 전압을 가진 서브 모듈을 판단한다(S122-2).
여기까지의 과정을 초기화 과정(initialization step)이라 칭하며, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티레벨 컨버터의 제어방법의 기본이 되는 과정이다.
초기화 과정이 진행된 이후부터는 도면을 달리하여 도 4에 그 과정을 상세히 도시하였다. 도 4에 도시된 바와 같이 우선 온 상태를 가지게 될 서브 모듈의 개수(Number of ON condition gate at t(n))를 구한다(S200). 온 상태를 가질 서브 모듈의 개수가 구해지면, 도 3의 초기화 단계에서 계산된 바로 직전 온 상태를 가진 서브 모듈의 개수를 뺀다(S210). 그 차이값(diff)은 몇 개의 서브 모듈의 상태를 제어할지를 판단하는 기초가 되며, 온 상태를 가질 서브 모듈의 개수가 이전보다 많으면 차이값(diff)는 양수, 적으면 차이값(diff)은 음수를 나타낸다.
이후 단계에서는 서브 모듈의 상태 변화를 수행할 횟수를 정한다(S220). 구체적으로 서브 모듈의 상태 변화를 수행하는 횟수는 온 상태를 가지게 될 서브 모듈의 차이값(diff)만큼 이루어지게 된다. 즉 온 상태를 가지게 될 서브 모듈의 개수가 10개이고, 직전 상태에서 온 상태를 가진 서브 모듈의 개수가 7이라면 3개의 서브 모듈에 대해 상태 변화를 수행해야 하므로, 총 3번 서브 모듈의 제어가 이루어진다.
그리고 제일 먼저 이루어지는 제어 단계에 해당하는 경우(S230-Yes) S260 단계가 수행된다. 하지만 그 이후의 제어 단계(S230-No)라면 S270 단계가 수행된다.
우선 S260단계에 대해서 설명하면, 우선 차이값(Diff)의 부호를 판단하고, 차이값(Diff)이 양수라면(S261-Yes), 다시 서브 모듈에 흐르는 전류(i)를 판단한다. 만약 전류(i)가 암의 전류 방향으로 흐르는 경우라면(S262-Yes) 오프 상태인 서브 모듈을 제어하되, 초기화 단계에서 찾은 최소 전압의 서브 모듈을 제어한다(S263). 이때 최소 전압의 서브 모듈은 오프 상태에서 온 상태로 변화하도록 제어된다.
반대로 서브 모듈에 흐르는 전류(i)가 암의 전류와 반대 방향으로 흐르는 경우라면(S262-No), 마찬가지로 오프 상태인 서브 모듈을 제어하되, 이때에는 초기화 단계에서 찾은 최대 전압의 서브 모듈을 제어한다(S264). 즉, 최대 전압의 서브 모듈이 온 상태를 갖도록 제어한다.
반대로 차이값(Diff)이 음수인 경우(S261-No)라면 이와 반대로 동작한다. 즉 차이값(Diff)이 음수라고 판단된 경우(S261-No), 서브 모듈에 흐르는 전류의 방향을 감지하고, 만약 암 전류와 동일한 방향으로 전류가 흐르면(S265-Yes), 온 상태였던 서브 모듈을 오프 상태로 제어한다(S266). 이때 오프 상태로 제어되는 서브 모듈은 상기 초기화 단계에서 찾은 최대 전압의 서브 모듈이다.
반대로 서브 모듈에 흐르는 전류의 방향이 암 전류와 반대 방향이라면(S265-No), 온 상태였던 서브 모듈을 오프 상태로 제어한다(S267). 이때 오프 상태로 제어되는 서브 모듈은 상기 초기화 단계에서 찾은 최소 전압의 서브 모듈이다.
이렇게 가장 처음에는 최대 전압을 갖는 서브 모듈 혹은 최소 전압을 갖는 서브 모듈을 제어한다.
이후 차이값(Diff)이 2 이상인 경우에는 다시 S220 단계로 돌아간다. 여기서 s는 상기 서브 모듈의 제어가 반복되는 횟수를 나타내는 것으로 S280 단계에서는 s의 값을 1만큼 상승시켜 이후 서브 모듈의 제어는 2회째 제어임을 의미한다.
다시 S220 단계로 돌아가 아직도 차이값(Diff) 보다 작은 경우라면(S220-Yes), S230 단계로 이동한다. 하지만 이 단계는 첫 회째 단계가 아니므로(S230-No), S270 단계로 이동하게 된다.
여기서도 마찬가지로 차이값(Diff)과 전류(i)의 방향을 기초로 서브 모듈을 제어하게 되지만, 여기서는 최대 전압 혹은 최소 전압을 갖는 서브 모듈이 아니라, 이를 제외한 모듈 중에서 랜덤으로 선택된 서브 모듈을 제어한다.
차이값이 양수이고(S271-Yes), 서브 모듈에 흐르는 전류의 방향이 암 전류와 동일한 경우에는(S272-Yes), 오프 상태인 서브 모듈을 랜덤으로 선택하여 온 상태로 제어하며(S273), 서브 모듈에 흐르는 전류의 방향이 암 전류에 반대 방향인 경우에도(S272-No) 역시 오프 상태인 서브 모듈을 랜덤으로 선택하여 온 상태로 제어한다(S274).
반대로 차이값이 음수이고(S271-No), 서브 모듈에 흐르는 전류의 방향이 암 전류와 동일한 경우에는(S275-Yes), 온 상태인 서브 모듈을 랜덤으로 선택하여 오프 상태로 제어하며(S276), 서브 모듈에 흐르는 전류의 방향이 암 전류에 반대 방향인 경우에도(S275-No) 역시 온 상태인 서브 모듈을 랜덤으로 선택하여 오프 상태로 제어한다(S276).
이와 같은 과정이 끝나면 다시 s를 1만큼 올리고 S220 단계로 돌아간다. 만약 s가 차이값(Diff)보다 작은 경우에는(S220-Yes), 다시 S230 단계를 거쳐 S270 단계를 수행하며, S220 단계를 만족하지 않으면(S220-No), 즉 차이값과 s값이 같아진 경우에는 앞의 과정에서 각 서브 모듈을 제어하기 위한 신호를 통합해(S240), 새로이 게이트 신호(Gate Signal)를 출력한다(S250). 이러한 게이트 신호에 의하여 각 서브 모듈은 온/오프 상태를 바꾸게 된다. 그리고 다시 도 3의 초기화 과정과 도 4의 게이트 신호의 출력 과정이 반복되며, 서브 모듈을 제어하게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 전압 밸런싱 과정에서 가장 시간이 많이 소요되는 모든 서브 모듈의 전압 정렬 과정을 생략할 수 있고, 가장 큰 전압값과 가장 작은 전압값만을 계산하여 빠르게 서브 모듈을 제어할 수 있게 되어 스위칭이 균등하게 분산될 수 있다. 이러한 시간 절약은 메모리 사용 및 기능 추가에 보다 유연하게 대처할 수 있는 환경을 제공하며, 제품의 기능과 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 또한 계산 속도가 빠른 비싼 디지털 프로세서를 사용하지 않고 가격이 저렴한 프로세서를 사용해도 동일한 효과를 도모할 수 있기에 제품 단가를 줄일 수 있는 효과도 기대해 볼 수 있다.
상기한 바에서, 다양한 실시예에서 설명한 각 구성요소 및/또는 기능은 서로 복합적으로 결합하여 구현될 수 있으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (8)

  1. 구비된 서브 모듈의 최대 전압 및 최소 전압을 추출하는 단계;
    상기 서브 모듈의 상태 변화량을 판단하는 단계;
    상기 서브 모듈의 전류 방향을 검지하는 단계; 및
    상기 서브 모듈의 상태 변화량 및 전류 방향에 따라 서브 모듈의 이후 상태를 결정하는 단계;를 포함하는 멀티레벨 컨버터의 제어방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서브 모듈의 상태 변화량은,
    상기 서브 모듈의 현재 샘플링 단계에서의 상태의 온(ON)의 개수에서 과거 샘플링 단계에서의 상태의 온(ON)의 개수를 뺀 값인 것을 특징으로 하는 멀티레벨 컨버터의 제어방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 서브 모듈의 상태 변화량 값의 횟수만큼 반복하여 서브 모듈의 이후 상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 컨버터의 제어방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    서브 모듈의 이후 상태의 결정이 최초로 이루어지는 경우, 상기 최대 전압 혹은 최소 전압을 가진 서브 모듈 중 어느 하나의 이후 상태를 결정하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 컨버터의 제어방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 상태 변화량이 양수이고, 상기 전류 방향이 암의 전류 방향인 경우에는 상기 최대 전압을 갖는 서브 모듈을 오프 상태에서 온 상태로 바꾸고, 상기 전류 방향이 암의 전류와 반대 방향인 경우에는 상기 최소 전압을 갖는 서브 모듈을 오프 상태에서 온 상태로 바꾸도록 결정하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 컨버터의 제어방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 상태 변화량이 음수이고, 상기 전류 방향이 암의 전류 방향인 경우에는 상기 최대 전압을 갖는 서브 모듈을 온 상태에서 오프 상태로 바꾸고, 상기 전류 방향이 암의 전류와 반대 방향인 경우에는 상기 최소 전압을 갖는 서브 모듈을 온 상태에서 오프 상태로 바꾸도록 결정하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 컨버터의 제어방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    상기 서브 모듈의 이후 상태의 결정이 맨 처음 수행되는 경우가 아니면, 상기 서브 모듈의 이후 상태를 랜덤하게 변화시키도록 결정하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 컨버터의 제어방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 최대 전압 및 최소 전압을 추출하는 단계 이전에, 상기 서브 모듈의 현재 상태를 온 상태와 오프 상태로 구분하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티레벨 컨버터의 제어방법.


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EP12198427.2A EP2611022B1 (en) 2011-12-30 2012-12-20 Method of cell voltage balancing in a modular multilevel converter
JP2012285386A JP5856046B2 (ja) 2011-12-30 2012-12-27 マルチレベルコンバータの制御方法
CN201210587624.9A CN103187895B (zh) 2011-12-30 2012-12-28 控制多电平变换器的方法
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101380079B1 (ko) * 2013-05-28 2014-04-01 연세대학교 산학협력단 멀티레벨 컨버터의 제어방법
KR101608280B1 (ko) 2014-07-15 2016-04-01 전남대학교산학협력단 하프 레벨 그룹을 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법
KR102086530B1 (ko) * 2018-11-14 2020-03-09 한국전기연구원 모듈러 멀티레벨 컨버터 서브모듈의 커패시터 전압 조정 방법 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9099938B2 (en) * 2011-12-16 2015-08-04 Empower Micro Systems Bi-directional energy converter with multiple DC sources
CN103078539B (zh) * 2013-01-15 2015-02-11 南京南瑞继保电气有限公司 一种模块化多电平换流器的充电方法
KR101550787B1 (ko) 2013-11-05 2015-09-07 한국전기연구원 멀티 레벨 컨버터의 펄스 폭 변조 방법
KR101521546B1 (ko) * 2013-11-05 2015-05-28 한국전기연구원 모둘라 멀티 레벨 컨버터의 변조 방법
CN104218833A (zh) * 2014-05-26 2014-12-17 长沙理工大学 一种灵活的模块化多电平换流器子模块电容均压调制方法
KR101584303B1 (ko) * 2014-07-15 2016-01-22 전남대학교산학협력단 연산시간을 단축할 수 있고 스위칭 이용률을 평균화할 수 있는 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법
US10732685B2 (en) 2015-02-27 2020-08-04 Ge Energy Power Conversion Technology Limited System and method for operating power converters
KR102020323B1 (ko) * 2015-07-02 2019-11-04 엘에스산전 주식회사 모듈형 멀티 레벨 컨버터 및 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법
US10079558B2 (en) 2016-04-08 2018-09-18 American Superconductor Corporation Switching scheme for static synchronous compensators using cascaded H-bridge converters
US10193340B2 (en) 2017-03-15 2019-01-29 American Superconductor Corporation Multi-level cascaded H-bridge STATCOM circulating cooling fluid within enclosure

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5986909A (en) 1998-05-21 1999-11-16 Robicon Corporation Multiphase power supply with plural series connected cells and failed cell bypass
US5999427A (en) 1997-08-22 1999-12-07 Asea Brown Boveri Ag Invertor with suppression of interference currents
KR20080109242A (ko) * 2007-06-12 2008-12-17 현대자동차주식회사 다모듈 dc-dc 컨버터의 운전 방법
US7508147B2 (en) 2005-05-19 2009-03-24 Siemens Energy & Automation, Inc. Variable-frequency drive with regeneration capability

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5642275A (en) * 1995-09-14 1997-06-24 Lockheed Martin Energy System, Inc. Multilevel cascade voltage source inverter with seperate DC sources
US6459596B1 (en) * 2000-08-18 2002-10-01 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for a Reduced parts-counts multilevel rectifier
PL2100364T3 (pl) * 2006-12-08 2019-05-31 Siemens Ag Sterowanie modułowym przetwornikiem prądu z rozdzielonym magazynowaniem energii
CN101584109B (zh) * 2007-01-17 2012-07-04 西门子公司 多级变流器的相模块的控制
KR20090100655A (ko) * 2008-03-20 2009-09-24 엘에스산전 주식회사 멀티 레벨 인버터
CN102859861B (zh) * 2009-07-31 2016-01-20 阿尔斯通技术有限公司 可配置的混合转换器电路
JP5455055B2 (ja) * 2010-02-26 2014-03-26 国立大学法人東京工業大学 電力変換器
JP5452330B2 (ja) * 2010-04-12 2014-03-26 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP5537235B2 (ja) * 2010-04-13 2014-07-02 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP5606846B2 (ja) * 2010-09-15 2014-10-15 株式会社東芝 電力変換装置
CN102170123B (zh) * 2011-03-16 2014-05-21 中国电力科学研究院 模块化多电平柔性直流输电系统的阀基控制设备时序方法
CN102130452A (zh) * 2011-03-16 2011-07-20 中国电力科学研究院 控制系统、阀基控制设备和子模块一体化方法
CN102130619B (zh) * 2011-03-21 2014-07-02 中国电力科学研究院 一种模块化多电平变流器的均压控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5999427A (en) 1997-08-22 1999-12-07 Asea Brown Boveri Ag Invertor with suppression of interference currents
US5986909A (en) 1998-05-21 1999-11-16 Robicon Corporation Multiphase power supply with plural series connected cells and failed cell bypass
US7508147B2 (en) 2005-05-19 2009-03-24 Siemens Energy & Automation, Inc. Variable-frequency drive with regeneration capability
KR20080109242A (ko) * 2007-06-12 2008-12-17 현대자동차주식회사 다모듈 dc-dc 컨버터의 운전 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101380079B1 (ko) * 2013-05-28 2014-04-01 연세대학교 산학협력단 멀티레벨 컨버터의 제어방법
KR101608280B1 (ko) 2014-07-15 2016-04-01 전남대학교산학협력단 하프 레벨 그룹을 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법
KR102086530B1 (ko) * 2018-11-14 2020-03-09 한국전기연구원 모듈러 멀티레벨 컨버터 서브모듈의 커패시터 전압 조정 방법 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체
WO2020101320A1 (ko) * 2018-11-14 2020-05-22 한국전기연구원 모듈러 멀티레벨 컨버터 서브모듈의 커패시터 전압 조정 방법 및 상기 방법을 실행시키기 위한 컴퓨터 판독 가능한 프로그램을 기록한 기록 매체

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