KR101584303B1 - Switching control method of modular multilevel converter for averaged switching and calculation time reducing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 스위칭될 서브 모듈의 연산에 걸리는 시간을 최소화할 수 있고, 서브 모듈의 스위칭 이용률이 평균화되게 하여 특정 서브 모듈에 이용률이 집중되지 않게 함으로써 컨버터의 수명을 증대시킬 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a switching method of a modular multilevel converter, and more particularly, it is possible to minimize a time required for an operation of a submodule to be switched, and to make a switching utilization ratio of submodules averaged, To a switching method of a modular multilevel converter capable of increasing the life of the converter.
모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC:modular multilevel converter)는 전압을 충전 또는 방전할 수 있는 복수의 서브 모듈이 직결되어 복수레벨의 전압을 발생시킬 수 있는 컨버터이다.A modular multilevel converter (MMC) is a converter capable of generating a plurality of levels of voltage by directly connecting a plurality of submodules capable of charging or discharging a voltage.
도 1은 일반적인 모듈형 멀티레벨 컨버터를 보여주는 것으로 3상 모듈형 멀티레벨 컨버터이다.Figure 1 shows a typical modular multilevel converter, which is a three-phase modular multilevel converter.
도 1을 참조하면 일반적인 모듈형 멀티레벨 컨버터(10)는 각 상마다 서브 모듈(SM:Sub module) 또는 셀(cell)이라 불리는 단위 모듈 N개가 상암과 하암에 직결되며, 상암과 하암이 하나의 암(arm)을 구성한다.Referring to FIG. 1, in a general modular
또한, 도시하지는 않았으나 상기 서브 모듈들의 스위치를 온/오프하기 위한 스위칭 제어기가 포함된다.In addition, although not shown, a switching controller for turning on / off the switches of the submodules is included.
상기 서브 모듈의 공칭(nominal) 값은 전체 직류 단 전압을 n등분한 값이며, 한 암에서 출력되는 전압은 각 서브 모듈에서 출력되는 전압의 합과 같다.The nominal value of the submodule is the value obtained by dividing the total DC voltage by n, and the voltage output from one arm is equal to the sum of the voltages output from each submodule.
또한, 출력단(VDC)을 중심으로 상암과 하암이 연결되어 하나의 레그(leg)를 구성하게 되는데 각 암에는 전체 직류 단 전압원과 각 서브 모듈 간의 전압원 및 출력단의 전압원과 각 서브 모듈 간의 전압원의 충돌을 방지하기 위해 인덕터(LS)가 구비된다.In addition, the upper and lower arms are connected to the output terminal (V DC ) to constitute one leg. In each arm, a voltage source of the voltage source and the output terminal between the DC direct voltage source and each submodule, An inductor L S is provided to prevent collision.
이러한 인덕터(암 인덕터)는 각 서브 모듈들이 동일한 전류원을 공유할 수 있도록 하며, 전체 직류단의 단락(short-circuit) 사고 시, 암에 흐르는 단락 전류의 급격한 증가를 방지하는 역할을 한다.These inductors (arm inductors) allow each submodule to share the same current source, and prevent sudden increase in short-circuit current flowing through the arm in the event of a short-circuit in the entire DC stage.
또한, 상기 각 서브 모듈(11)은 하나의 전압원(11a,vc)과 하나의 스위치(11b)로 등가화할 수 있으며, 상기 스위치(11b)는 상기 전압원(11a)을 암에 연결하거나 바이패스를 형성하며, '온'될 경우, 전류의 방향에 따라 상기 전압원(11a)이 충전 또는 방전되게 한다.In addition, each of the
또한, 상기 각 서브 모듈(11)은 두 개의 스위치와 하나의 커패시터로 구성되는 하프 브리지(Half-bridge) 형태의 모듈(12)일 수 있고, 풀 브리지(full-bridge) 형태의 모듈일 수 있으나 하나의 전압원과 하나의 스위치로 등가화할 수 있는 어떠한 회로구성도 가능하다.Each of the
한편, 모듈형 멀티레벨 컨버터는 아래의 세 가지 조건을 만족하도록 스위칭이 이루어져야 한다.On the other hand, the modular multilevel converter must be switched to satisfy the following three conditions.
조건 1, 출력전압이 원하는 레벨전압을 발생시킬 수 있어야하고, 조건 2, 각 서브 모듈의 전압은 밸런싱(balancing)이 유지되어야 하며, 조건 3, 조건 1과 조건 2를 만족하면서 스위칭 변동이 최소화되어야 한다.Condition 1, the output voltage must be able to generate the desired level voltage, Condition 2, the voltage of each submodule must be balanced, and the switching variation must be minimized while satisfying Condition 3, Condition 1 and Condition 2 do.
전압레벨이 '0'또는 'N'인 경우 상암의 서브 모듈이 모두 '온'되거나 '오프'되어야하므로 스위칭의 해는 유일하나 다른 전압레벨에서는 다양한 조합의 스위칭함수가 존재한다. 따라서, 이러한 스위칭 함수 중, 조건 2와 조건 3을 만족하는 스위칭 방식의 연구가 활발하다.If the voltage level is '0' or 'N', the submodule of the sagittal must be 'on' or 'off', so the solution of switching is only one, but there are various combinations of switching functions at different voltage levels. Therefore, among these switching functions, switching systems that satisfy Condition 2 and Condition 3 are actively studied.
또한, 조건 1을 만족시키기 위해서는 원하는 전압레벨의 수만큼 상암의 서브 모듈의 스위치가 '온'되어야한다.In order to satisfy the condition 1, the switch of the sub-module of the upper arm must be turned on by the number of the desired voltage level.
또한, 조건 2를 만족시키기 위해서는 충전 모드 또는 방전 모드에 따라 '온'되어야 하는 서브 모듈이 선택되어야 하고, 충전 모드에서는 서브 모듈들 중, 전압 값이 최소인 모듈을 포함하여, 순차적으로 큰 전압 값을 갖는 서브 모듈 순으로 스위치가 '온'되어야 한다.In order to satisfy the condition 2, a submodule to be turned on according to a charging mode or a discharging mode must be selected. In the charging mode, a submodule having a minimum voltage value, The switch must be turned 'on'
또한, 방전 모드에서는 전압 값이 최대인 서브 모듈을 포함하여 전압 값이 큰 순서로 서브 모듈의 스위치가 '온'되어야 한다.Also, in the discharge mode, the submodule switch must be turned on in order of the voltage value including the submodule having the maximum voltage value.
도 2는 종래의 스위칭 방법의 일례이다.2 is an example of a conventional switching method.
도 2를 참조하면, 종래의 스위칭 방법은 먼저, 지령치 전압레벨을 입력받고(S100), 현재 전압레벨과 지령치 전압레벨이 차이가 있는지 판단한다(S200).Referring to FIG. 2, the conventional switching method first receives a setpoint voltage level (S100), and determines whether there is a difference between a current voltage level and a setpoint voltage level (S200).
만약, 현재 전압레벨과 지령치 전압레벨의 차이가 없다면, 현재의 스위칭 상태를 유지하고(S30), 차이가 있을 경우, 충전 모드인지 방전 모드인지 판단한다(S40).If there is no difference between the current voltage level and the set value voltage level, the current switching state is maintained (S30). If there is a difference, the charging mode or the discharging mode is determined (S40).
이때 모드의 판단은 전류 또는 전압의 방향측정을 통해 이루어질 수 있고, 암 전류가 (+)일 경우 방전 모드이고, 암 전류가 (-)일 경우 충전 모드이다.In this case, the determination of the mode can be performed by measuring the direction of the current or voltage, the discharge mode when the dark current is positive, and the charging mode when the dark current is negative.
다음, 모든 서브 모듈의 전압 값을 읽어들이고, 전압 값이 큰 순서 또는 낮은 순서로 서브 모듈의 번호를 소팅(sorting)하며, 충전 모드일 경우, 전압 값이 가장 낮은 서브 모듈부터 오름차순으로 지령치 전압레벨만큼의 서브 모듈들의 스위치를 '온'하고 나머지 서브 모듈들의 스위치는 '오프'한다(S50).Next, the voltage values of all the submodules are read, and the number of the submodules is sorted in a descending order of the voltage value or in a descending order. In the case of the charging mode, the submodule having the lowest voltage value is read in ascending order from the setpoint voltage level The switches of the sub-modules are turned on and the switches of the remaining sub-modules are turned off (S50).
예를 들어, 지령치 전압레벨이 3레벨일 경우, 전압 값이 가장 낮은 서브 모듈을 포함하여 오름차순으로 세 개의 서브 모듈의 스위치를 '온'한다.For example, if the setpoint voltage level is three levels, the three submodules are switched on in ascending order, including the lowest voltage submodule.
만약, 방전 모드일 경우, 전압 값이 가장 높은 서브 모듈부터 내림차순으로 지령치 전압레벨만큼의 서브 모듈들의 스위치를 '온'하고, 나머지 서브 모듈은 '오프'한다(S60).In the discharge mode, the submodules of the set voltage level are turned on in the descending order from the submodule having the highest voltage value, and the remaining submodules are turned off (S60).
이러한 스위칭 방법은 최대 또는 최소 전압 값을 갖는 서브 모듈을 포함하여 스위칭이 가능하므로 리플을 최소화할 수 있으나 레벨수가 증가할 경우 전압 값을 소팅하기 위한 시간이 기하급수적으로 증가하여 스위칭 제어기의 연산에 큰 부담으로 작용한다.This switching method can minimize the ripple because the submodule having the maximum or minimum voltage value can be switched. However, when the number of levels increases, the time for sorting the voltage value exponentially increases, It acts as a burden.
도 3는 종래의 스위칭 방법의 다른 예이다.3 is another example of a conventional switching method.
도 3을 참조하면, 종래의 스위칭 방법의 다른 예는 전압 밸런싱을 유지하면서 스위칭 주파수를 최소화하기 위한 것으로, 먼저, 지령치 전압레벨을 입력받고(S100), 현재 전압레벨과 지령치 전압레벨의 차이가 있는지 판단하여(S200), 차이가 없을 경우, 현재 스위칭 상태를 위치하고(S300), 차이가 있을 경우, 지령치 전압레벨이 현재 전압레벨보다 증가하는지 감소하는지 판단한다(S400).Referring to FIG. 3, another example of a conventional switching method is for minimizing the switching frequency while maintaining voltage balancing. First, a command voltage level is input (S100), and if there is a difference between a current voltage level and a setpoint voltage level If there is no difference, the current switching state is located (S300). If there is a difference, it is determined whether the command value voltage level is higher or lower than the current voltage level (S400).
전압 레벨이 증가할 경우, 충전 모드인지 방전 모드인지 판단하고(S500), 방전 모드일 경우, 스위치가 '온'된 서브 모듈들은 스위칭 상태를 그대로 유지하고, 스위치가 '오프'된 서브 모듈들 중, 전압 값이 최대인 서브 모듈을 포함하여 전압 값의 내림차순으로 전압 레벨 증가분만큼의 서브 모듈의 스위치를 '온'한다(S510).If the voltage level is increased, it is determined whether the charging mode or the discharging mode is selected (S500). In the case of the discharging mode, the submodules whose switches are turned on remain unchanged, , The switch of the submodules corresponding to the increase of the voltage level in the descending order of the voltage value including the submodule whose voltage value is the maximum is turned on (S510).
즉, 종래의 스위칭 방법의 일례와 비교하여 모든 서브 모듈의 스위칭을 '오프'한 후, 다시 '온'하는 것이 아니므로 스위칭 주파수를 최소화할 수 있다.That is, the switching frequency of the submodules can be minimized since the switching of all the submodules is not 'off' and then 'on' as compared with the conventional switching method.
또한, 충전 모드일 경우, 스위치가 '온'된 서브 모듈의 스위칭 상태는 그대로 유지하고, 스위치가 '오프'된 서브 모듈들 중, 전압 값이 최소인 서브 모듈을 포함하여 전압 값의 오름차순으로 전압 레벨 증가분만큼의 서브 모듈의 스위치를 '온'한다(S520).Also, in the charging mode, the switching state of the submodule in which the switch is turned on is maintained, and the submodule having the minimum voltage value among the submodules whose switches are 'off' The switch of the sub-module corresponding to the level increment is turned on (S520).
전압 레벨이 감소할 경우에는 충전 모드인지 방전 모드인지 판단하고(S600), 방전 모드일 경우, 스위치가 '온'된 서브 모듈들 중에서 전압 값이 최소인 서브 모듈을 포함하여 전압 값의 오름차순으로 전압 레벨의 변화분만큼의 서브 모듈의 스위치를 '오프'한다(S610).If the voltage level is decreased, it is determined whether the charging mode is the discharging mode or the discharging mode (S600). If the voltage level is lower than the voltage level of the submodule, The switch of the sub-module is turned off by the amount of change of the level (S610).
또한, 충전 모드일 경우, 스위치가 '온'된 서브 모듈들 중에서 전압 값이 최대인 서브 모듈을 포함하여 전압 값의 내림차순으로 전압 레벨의 변화분만큼 서브 모듈의 스위치를 '오프'한다(S620).In the charging mode, the switch of the submodule is turned off by a voltage level change in descending order of the voltage value including the submodule whose voltage value is the maximum among the submodules whose switches are turned on (S620) .
따라서, 전압 밸런싱은 유지하면서도 스위칭 횟수는 최소화할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the number of switching times can be minimized while maintaining voltage balancing.
그러나, 이 경우에도 전압 레벨의 변화가 커질 경우, 전압 값을 소팅하기 위한 시간이 증가하는 단점이 있다.
However, also in this case, there is a disadvantage that the time for sorting the voltage value increases when the change in the voltage level becomes large.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 전압 레벨의 변화량에 관계없이 전압 값을 소팅하는 과정이 필요없어 계산시간을 줄일 수 있고, 스위칭 소자들의 평균적인 사용을 통해 컨버터의 수명을 증대시킬 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법을 제공하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to reduce the calculation time by eliminating the process of sorting the voltage value regardless of the voltage level change amount and to increase the life of the converter And to provide a switching method of a modular multilevel converter capable of reducing power consumption.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하나의 스위치와 전압원으로 등가화되는 복수의 서브 모듈이 직결된 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC:Modular Multilevel Converter)의 스위칭 방법으로서, 스위칭 제어기가 각 서브 모듈의 전압 값, 충전 또는 방전 모드 및 지령치 전압레벨을 읽어들이는 단계; 상기 스위칭 제어기가 스위칭이 시작될 서브 모듈의 번호인 기준 모듈 인덱스를 증가시키는 단계; 상기 스위칭 제어기가 모든 서브 모듈의 스위치를 '오프'하는 단계; 모드가 충전 모드일 경우, 상기 서브 모듈의 전압 값 중, 가장 낮은 전압 값을 갖는 서브 모듈의 번호인 최소 전압 모듈 인덱스를 검색하는 단계; 및 상기 최소 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스부터 상기 지령치 전압레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함될 경우, 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압레벨의 숫자만큼 순차적인 인덱스의 서브 모듈의 스위치를 '온'하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a switching method of a modular multilevel converter (MMC) in which a plurality of submodules equivalent to a single switch and a voltage source are directly connected, Reading a voltage value, a charging or discharging mode and a setpoint voltage level; Increasing a reference module index that is the number of the sub-module from which the switching controller will start switching; Turning the switches of all sub-modules "off"; Searching for a minimum voltage module index that is the number of the submodule having the lowest voltage value among the voltage values of the submodule when the mode is the charging mode; And when the minimum voltage module index is included in an index sequentially from the reference module index to the set value voltage level, a submodule switch of a submodule sequentially indexed by the number of the reference voltage level from the submodule of the reference module index, The method comprising the steps of: (a) turning on a plurality of modular multilevel converters,
바람직한 실시예에 있어서, 상기 기준 모듈 인덱스를 증가시키는 단계는 스위칭 신호의 생성을 위한 발진신호의 주기가 새롭게 시작할 경우에 수행된다.In a preferred embodiment, the step of increasing the reference module index is performed when a period of the oscillation signal for generation of the switching signal is newly started.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 최소 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스부터 상기 지령치 전압레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함되지 않을 경우, 상기 최소 전압 모듈 인덱스의 서브 모듈을 '온'하고, 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압레벨보다 '1'작은 숫자만큼 순차적인 인덱스의 서브 모듈의 스위치를 '온'하는 단계;가 포함된다.In a preferred embodiment, when the minimum voltage module index is not included in the index sequentially from the reference module index to the set value voltage level, the sub module of the minimum voltage module index is turned on, And turning on the submodules of the submodules sequentially indexed by a value smaller by '1' than the set value voltage level.
바람직한 실시예에 있어서, 모드가 방전 모드일 경우, 상기 서브 모듈의 전압 값 중, 가장 높은 전압 값을 갖는 서브 모듈의 번호인 최대 전압 모듈 인덱스를 검색하는 단계; 상기 최데 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스부터 상기 지령치 전압레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함될 경우, 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압레벨의 숫자만큼 순차적인 인덱스의 서브 모듈의 스위치를 '온'하는 단계;를 포함한다.In a preferred embodiment, if the mode is the discharge mode, searching for a maximum voltage module index that is the number of the submodule having the highest voltage value among the voltage values of the submodule; When the minimum voltage module index is included in the index sequentially from the reference module index to the set value voltage level, the switch of the submodule having the index sequentially sequential from the submodule of the reference module index by the number of the set value voltage level is turned on &Quot;
바람직한 실시예에 있어서, 상기 최대 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스부터 상기 지령치 전압레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함되지 않을 경우, 상기 최대 전압 모듈 인덱스의 서브 모듈을 '온'하고, 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압레벨보다 '1'작은 숫자만큼 순차적인 인덱스의 서브 모듈의 스위치를 '온'하는 단계;가 포함된다.In a preferred embodiment, when the maximum voltage module index is not included in the index sequentially from the reference module index to the set value voltage level, the sub module of the maximum voltage module index is turned on, And turning on the submodules of the submodules sequentially indexed by a value smaller by '1' than the set value voltage level.
또한, 본 발명은 상기 스위칭 방법을 수행하는 스위칭 제어기; 및 상기 스위칭 제어기에 의해 제어되는 모듈형 멀티레벨 컨버터;를 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터 장치를 더 제공한다.The present invention also provides a switching controller for performing the switching method. And a modular multi-level converter controlled by the switching controller.
또한, 본 발명은 상기 스위칭 제어기가 상기 스위칭 방법을 수행하도록 기능하게 하는 스위칭 제어 프로그램이 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 더 제공한다.The present invention further provides a computer-readable recording medium having a switching control program stored therein for causing the switching controller to perform the switching method.
또한, 본 발명은 상기 스위칭 방법을 수행하도록 기능하게 하는 스위칭 제어 프로그램이 임베디드된 스위칭 제어기를 더 제공한다.
In addition, the present invention further provides a switching controller in which a switching control program that functions to perform the switching method is embedded.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.
본 발명의 스위칭 방법에 의하면, 최대 전압 값 또는 최소 전압 값을 갖는 서브 모듈만을 검색하면 되므로 전압 값을 소팅하는 과정이 필요없어 스위칭될 모듈을 선택하는 연산시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.According to the switching method of the present invention, only the submodule having the maximum voltage value or the minimum voltage value can be searched. Therefore, there is no need to process the voltage value, and the calculation time for selecting a module to be switched can be reduced.
또한, 본 발명의 스위칭 방법에 의하면, 기준 모듈 인덱스가 지속적으로 변화되어 스위칭 소자들의 평균적인 사용이 가능하므로 컨버터의 수명을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
Further, according to the switching method of the present invention, since the index of the reference module is continuously changed, the switching elements can be used on average, and thus the life of the converter can be increased.
도 1은 일반적인 모듈형 멀티레벨 컨버터를 보여주는 도면,
도 2는 종래의 스위칭 방법의 일례를 보여주는 흐름도,
도 3은 종래의 스위칭 방법의 다른 예를 보여주는 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 방법의 흐름도이다.1 is a diagram illustrating a typical modular multilevel converter,
2 is a flowchart showing an example of a conventional switching method,
3 is a flowchart showing another example of a conventional switching method;
4 is a flowchart of a switching method according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
본 발명의 스위칭 방법은 도 1에서 도시한 모듈형 멀티레벨 컨버터(10)의 서브 모듈들(11)을 스위칭하기 위한 것이다.The switching method of the present invention is for switching the
또한, 본 발명의 스위칭 방법은 상기 서브 모듈(11)의 스위치(11b)로 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 제어기(도시하지 않음)에 의해 수행되고, 상기 스위칭 제어기는 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(10)와 함께 하나의 모듈형 멀티레벨 컨버터 장치로 제공될 수 있다.The switching method of the present invention is performed by a switching controller (not shown) that outputs a switching signal to the
또한, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터 장치는 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(10)의 암 전압 또는 암 전류의 방향 및 서브 모듈의 전압 값을 측정하기 위한 센서장치가 포함될 수 있다.The modular multilevel converter device may also include a sensor device for measuring the direction of the dark or dark current of the modular
또한, 상기 스위칭 제어기에는 본 발명의 스위칭 방법을 수행하기 위한 스위칭 제어 프로그램이 임베디드될 수 있고, 상기 스위칭 제어 프로그램은 상기 스위칭 제어기를 기능시켜 본 발명의 스위칭 방법이 수행되게 한다.In addition, the switching controller may include a switching control program for performing the switching method of the present invention, and the switching control program may function as the switching controller to perform the switching method of the present invention.
또한, 상기 스위칭 제어 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.Also, the switching control program may be stored in a computer-readable recording medium.
또한, 상기 스위칭 제어 프로그램은 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등이 단독 또는 조합으로 구성된 프로그램일 수 있고, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라, 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드로 짜여진 프로그램일 수 있다.The switching control program may be a program consisting of a program command, a local data file, a local data structure, etc., alone or in combination, and may be executed by a computer using an interpreter or the like, It can be a program written in a high-level language code.
또한, 상기 기록매체는 상기 기록매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되어 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 지식을 가진 자에서 공지되어 사용 가능할 것일 수 있으며, 예를 들면, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD, DVD와 같은 광 기록 매체, 자기 및 광 기록을 겸할 수 있는 자기-광 기록 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등 단독 또는 조합에 의해 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치일 수 있다.In addition, the recording medium may be those designed or configured specifically for the present invention or may be known and used by those having ordinary skill in the computer software. For example, the recording medium may be a hard disk, a floppy disk, A magnetic recording medium such as a tape, an optical recording medium such as a CD and a DVD, a magnetic-optical recording medium capable of combining magnetic and optical recording, a ROM, a RAM, a flash memory, etc., Hardware device.
또한, 상기 스위칭 제어 프로그램은 서버 시스템에 저장되어 인트라넷이나 인터넷 등의 통신망을 통해 클라이언트 시스템으로 전송될 수 있다.The switching control program may be stored in a server system and transmitted to a client system through a communication network such as an intranet or the Internet.
또한, 상기 클라이언트 시스템은 퍼스널 컴퓨터뿐만 아니라 스마트 폰, 태블릿 PC와 같은 스마트 기기, 임베디드 시스템을 포함한다.
In addition, the client system includes not only a personal computer but also a smart device such as a smart phone, a tablet PC, and an embedded system.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a switching method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 방법은 먼저, 상기 스위칭 제어기가 상기 서브 모듈들의 전압 값, 충전 또는 방전 모드, 지령치 전압레벨을 읽어 들인다(S1000).Referring to FIG. 4, in step S1000, the switching controller reads a voltage value, a charging or discharging mode, and a setpoint voltage level of the submodules according to an embodiment of the present invention.
또한, 상기 서브 모듈들의 전압 값은 상기 센서 장치에서 측정되어 상기 스위칭 제어기로 전송됨으로써 읽어 들일 수 있고, 상기 충전 또는 방전 모드는 상기 센서 장치에서 전송되는 암 전류 방향 또는 암 전압 방향으로 판단할 수 있다.Also, the voltage value of the submodules can be read by being measured by the sensor device and transmitted to the switching controller, and the charging or discharging mode can be determined as the dark current direction or the dark voltage direction transmitted from the sensor device .
또한, 상기 지령치 전압 레벨은 사용자로부터 입력받거나 상기 스위칭 제어기에 미리 저장될 수 있다.The setpoint voltage level may be input from a user or stored in advance in the switching controller.
다음, 기준 모듈 인덱스를 '1' 증가 시킨다(S2000).Next, the reference module index is incremented by '1' (S2000).
또한, 상기 기준 모듈 인덱스는 스위칭이 시작될 서브 모듈의 번호이다.Also, the reference module index is the number of a submodule to be switched.
예를 들어, 상암에 여섯 개의 서브 모듈이 구비될 경우, 상기 서브 모듈은 '0'부터 '5'까지의 모듈 번호를 갖고, 상기 기준 모듈 인덱스는 '0'에서 '5'사이의 번호 중 어느 하나일 수 있다.For example, when six submodules are provided in the sangam, the submodule has a module number from '0' to '5', and the reference module index is one of the numbers from '0' to '5' It can be one.
이는 알고리즘이 반복적으로 수행될 때, 상기 기준 모듈 인덱스의 번호를 지속적으로 시프트시켜 스위칭의 평균화를 꾀하기 위함이다.This is for the purpose of averaging the switching by continuously shifting the number of the reference module index when the algorithm is repeatedly performed.
또한, 상기 기준 모듈 인덱스는 '1'이외에 '2','3'만큼 증가될 수 있음은 물론이다.In addition, the reference module index may be increased by '2' and '3' in addition to '1'.
또한, 상기 기준 모듈 인덱스의 증가는 스위칭 신호의 생성을 위한 삼각파, 톱니파와 같은 발진신호의 주기가 새롭게 시작할 경우에만 이루어질 수 있다.Also, the increase in the reference module index can be made only when a period of an oscillation signal such as a triangle wave or a sawtooth wave for generating a switching signal newly starts.
다시 말해서 상기 발신신호의 한 주기 내에서는 상기 기준 모듈 인덱스는 변화되지 않을 수 있다.In other words, the reference module index may not be changed within one period of the origination signal.
다음, 상기 스위칭 제어기가 모든 서브모듈의 스위치를 '오프'한다(S3000).Next, the switching controller turns off all the sub-modules (S3000).
다음, 모드가 충전 모드, 즉, 암 전류가 (+)일 경우, 상기 서브 모듈의 전압 값 중, 가장 낮은 전압 값을 갖는 서브 모듈의 번호인 최소 전압 모듈 인덱스를 검색한다(S5000).Next, when the mode is the charging mode, that is, when the dark current is positive, the minimum voltage module index that is the number of the submodule having the lowest voltage value among the voltage values of the submodule is searched (S5000).
다음, 상기 최소 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스를 포함하여 상기 지령치 전압 레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함되는지 판단하고(S5100), 포함될 경우, 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압 레벨만큼 순차적인 서브 모듈의 스위치를 '온'한다(S5200).Next, it is determined whether the minimum voltage module index includes the reference module index and included in a sequential index equivalent to the set value voltage level (S5100). If the minimum voltage module index is included in the index, Quot; on " (S5200).
예를 들어, 상기 기준 모듈 인덱스가 '0', 상기 지령치 전압 레벨이 '3', 모드가 충전 모드, 상기 최소 전압 모듈 인덱스가 '2'라고 하면, 상기 최소 전압 모듈 인덱스는 상기 기준 모듈 인덱스 '0'에서 상기 지령치 전압 레벨 '3'만큼의 순차적인 인덱스인 '0', '1', '2'번의 서브 모듈에 포함되므로, 상기 기준 모듈 인덱스인 '0'번 서브 모듈부터 '1'번 ,'2'번 서브 모듈까지 세 개(지령치 전압 레벨이 '3'이므로)까지 스위치를 '온'한다.For example, when the reference module index is' 0 ', the command value voltage level is' 3', the mode is a charge mode, and the minimum voltage module index is' 2 ', the minimum voltage module index is' 0 ',' 1 ', and' 2 ', which are sequential indexes of the set value voltage level' 3 ', from the reference module index' 0 ' , '3' to '2' sub module (because the setpoint voltage level is '3').
또한, 예를 들어, 서브 모듈의 개수가 '6'이라면, '0', '1', '2', '3', '4', '5'까지의 전압 모듈 인덱스가 존재하고, 상기 지령치 전압레벨은 '4', 상기 최소 전압 모듈 인덱스는 '1', 상기 기준 모듈 인덱스가 '4'일 경우, 상기 기준 모듈 인덱스 '4'부터 상기 지령치 전압레벨 '4'만큼의 순차적인 인덱스 '4', '5', '0', '1'에 상기 최소 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스인 '4'번 서브 모듈부터 '5', '0', '1'까지의 네 개의 서브 모듈의 스위치를 '온'한다.For example, if the number of submodules is '6', there is a voltage module index of '0', '1', '2', '3', '4', '5' 4 'from the reference module index' 4 'when the voltage level is' 4', the minimum voltage module index is' 1 'and the reference module index is' 4' The minimum voltage module index of the four submodules '4', '5', '0', '1', '5', '0' Switch on.
또한, 순차적인 인덱스란 순차적인 서브 모듈의 번호를 의미하며, 서브 모듈의 개수가 '6'이라면, '0', '1', '2', '3', '4', '5', '0', '1', '2', '3', '4', '5'...로 반복되는 번호이다.If the number of submodules is '6', '0', '1', '2', '3', '4', '5' The numbers are repeated as '0', '1', '2', '3', '4', '5' ...
또한, 인덱스 '5'번의 서브 모듈 다음에 '0'번의 서브 모듈을 '온'하기 위해서는 아래의 관계식 1와 같이 스위치가 제어된다.Further, in order to turn on the submodule '0' after the index '5' submodule, the switch is controlled as shown in the following relational expression 1.
[관계식 1][Relation 1]
즉, 서브 모듈의 개수가 '6', 지령치 전압레벨이 '4', 최소 전압 모듈 인덱스가 '1', 기준 모듈 인덱스가 '4'일 경우, J는 '4', '5', '6', '7'이 되고, 각 J를 서브 모듈의 개수 '6'으로 나눈 나머지 '4', '5', '0', '1'번의 서브 모듈 스위치를 '온'한다.That is, if the number of submodules is 6, the setpoint voltage level is 4, the minimum voltage module index is 1, and the reference module index is 4, J is 4, 5, 6 4 ',' 5 ',' 0 ', and' 1 'are turned on by dividing each J by the number of submodules' 6'.
한편, 상기 최소 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스를 포함하여 상기 지령치 전압 레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함되지 않을 경우, 상기 최소 전압 모듈 인덱스의 서브 모듈을 '온'하고, 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압레벨보다 '1'작은 숫자만큼의 순차적인 인덱스의 서브 모듈 스위치를 '온'한다(S5300).On the other hand, if the minimum voltage module index includes the reference module index and is not included in the sequential index equivalent to the set value voltage level, the submodule of the minimum voltage module index is turned on and the submodule of the reference module index The submodule switch of the sequential index by a number smaller by '1' than the set value voltage level is turned on (S5300).
예를 들어, 서브 모듈의 개수가 '6'이고, 상기 지령치 전압레벨은 '3', 상기 최소 전압 모듈 인덱스는 '3', 상기 기준 모듈 인덱스가 '5'일 경우, 상기 최소 전압 모듈 인덱스는 상기 기준 모듈 인덱스 '5'부터 상기 지령치 전압레벨 '3'만큼의 순차적인 인덱스 '5', '0', '1'에 포함되지 않는다.For example, when the number of submodules is '6', the command voltage level is '3', the minimum voltage module index is '3', and the reference module index is '5' Is not included in the sequential indexes '5', '0', '1' from the reference module index '5' to the setpoint voltage level '3'.
이 경우, 상기 최소 전압 모듈 인덱스 '3'번의 서브 모듈을 포함하여 세 개의 서브 모듈을 '온'하여야 하므로, 최소 전압 모듈 인덱스 '3'번의 서브 모듈을 '온'하고, 상기 기준 모듈 인덱스 '5'번 서브 모듈과 '0'번 서브 모듈을 '온'한다.In this case, since the three submodules including the submodule of the minimum voltage module index '3' must be 'on', the submodule of the minimum voltage module index '3' is turned on and the reference module index '5' 'And' 0 'are turned on.
또한, 상기 최소 전압 모듈 인덱스의 서브 모듈을 포함하여 상기 기준 모듈 인덱스부터 상기 지령치 전압레벨보다 '1'작은 숫자만큼의 순차적인 인덱스까지 서브 모듈의 스위치를 '온'하는 방법은 아래의 관계식 2와 같이 표현할 수 있다.Also, a method of turning on a submodule switch from the reference module index including the submodule of the minimum voltage module index to a sequential index by a number smaller by '1' than the setpoint voltage level is as follows: Can be expressed together.
[관계식 2][Relation 2]
여기서, Min은 상기 최소 전압 모듈 인덱스이다.Where Min is the minimum voltage module index.
따라서, 충전 모드일 때, 최소 전압 모듈을 포함하여 서브 모듈의 스위치를 '온'할 수 있으므로 전압 벨런싱을 유지할 수 있고, 임의의 서브 모듈을 '온'하되 스위칭이 시작되는 기준 모듈 인덱스가 순차적인 다음 인덱스로 지속적으로 시프트되므로 스위치의 사용률을 평균화, 즉, 고른 사용이 가능하여 컨버터의 수명을 향상시킬 수 있다.Therefore, when in the charging mode, the voltage module can maintain the voltage balancing because it can turn on the switch of the submodule including the minimum voltage module, and if any submodule is 'on' but the reference module index, Since it is continuously shifted to the next index, the utilization of the switch can be averaged, that is, it can be used evenly, thereby improving the life of the converter.
또한, 충전 모드인지 방전 모드인지 판단하는 단계(S4000)에서 방전 모드로 판단될 경우, 최대 전압 값을 갖는 모듈을 포함하여 스위칭되어야 하므로 최대 전압 모듈 인덱스를 검색한다(S6000).If it is determined in step S4000 that the charging mode or the discharging mode is selected, the maximum voltage module index is searched in step S6000.
다음, 상기 최대 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스부터 상기 지령치 전압 레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함되는지 판단하고(S6100), 포함될 경우, 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압 레벨만큼 순차적인 서브 모듈의 스위치를 '온'한다(S6200). Then, it is determined whether the maximum voltage module index is included in the index sequentially from the reference module index to the set value voltage level (S6100). If the maximum voltage module index is included in the sub module, The switch of the module is turned 'on' (S6200).
이 경우는 충전 모드에서 상기 최소 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스부터 상기 지령치 전압 레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함될 경우의 스위칭 방법(S5200)과 실질적으로 동일하다.This case is substantially the same as the switching method (S5200) in the case where the minimum voltage module index is included in the sequential index from the reference module index to the set value voltage level in the charging mode.
그러나, 상기 최대 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스부터 상기 지령치 전압 레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함되지 않을 경우, 상기 최대 전압 모듈 인덱스의 서브 모듈을 '온'하고, 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압레벨보다 '1'작은 숫자만큼의 순차적인 인덱스의 서브 모듈 스위치를 '온'한다(S6300).However, if the maximum voltage module index is not included in the index sequentially from the reference module index to the set value voltage level, the sub module of the maximum voltage module index is turned on and the sub module of the reference module index The submodule switch of the sequential index by a number smaller by '1' than the set value voltage level is turned on (S6300).
이는 최대 전압 모듈 인덱스의 서브 모듈을 포함하여 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 지령치 레벨 전압만큼의 모듈들을 '온'하기 위함이다.This is to turn on the modules as many as the setpoint level voltage from the submodule of the reference module index including the submodule of the maximum voltage module index.
또한, 상기 최대 전압 모듈 인덱스의 서브 모듈을 포함하여 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압레벨보다 '1'작은 숫자만큼의 순차적인 인덱스의 서브 모듈의 스위치를 '온'하는 방법은 아래의 관계식 3과 같이 표현할 수 있다.Also, a method of turning on a submodule of a submodule having a sequential index by a number less than '1' from the submodule of the reference module index, including the submodule of the maximum voltage module index, Expression 3 can be expressed as:
[관계식 3][Relation 3]
여기서, Max는 상기 최대 전압 모듈 인덱스이다.
Here, Max is the maximum voltage module index.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the present invention. Various changes and modifications will be possible.
10:모듈형 멀티레벨 컨버터 11:서브 모듈
11a:전압원 11b:스위치10: Modular multilevel converter 11: Submodule
11a:
Claims (8)
스위칭 제어기가 각 서브 모듈의 전압 값, 충전 또는 방전 모드 및 지령치 전압레벨을 읽어들이는 단계;
상기 스위칭 제어기가 스위칭이 시작될 서브 모듈의 번호인 기준 모듈 인덱스를 증가시키는 단계;
상기 스위칭 제어기가 모든 서브 모듈의 스위치를 '오프'하는 단계;
모드가 충전 모드일 경우, 상기 서브 모듈의 전압 값 중, 가장 낮은 전압 값을 갖는 서브 모듈의 번호인 최소 전압 모듈 인덱스를 검색하는 단계; 및
상기 최소 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스부터 상기 지령치 전압레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함될 경우, 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압레벨의 숫자만큼 순차적인 인덱스의 서브 모듈의 스위치를 '온'하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법.
A switching method of a modular multilevel converter (MMC) in which a plurality of submodules equivalent to one switch and a voltage source are directly connected,
Reading a voltage value, a charge or discharge mode and a setpoint voltage level of each sub-module;
Increasing a reference module index that is the number of the sub-module from which the switching controller will start switching;
Turning the switches of all sub-modules "off";
Searching for a minimum voltage module index that is the number of the submodule having the lowest voltage value among the voltage values of the submodule when the mode is the charging mode; And
When the minimum voltage module index is included in an index sequentially from the reference module index to the reference voltage level, a switch of a submodule having an index sequentially from the submodule of the reference module index by the number of the setpoint voltage level is turned on ≪ / RTI > further comprising the steps of:
상기 기준 모듈 인덱스를 증가시키는 단계는 스위칭 신호의 생성을 위한 발진신호의 주기가 새롭게 시작할 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of increasing the reference module index is performed when a period of the oscillation signal for generating the switching signal newly starts.
상기 최소 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스부터 상기 지령치 전압레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함되지 않을 경우, 상기 최소 전압 모듈 인덱스의 서브 모듈을 '온'하고, 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압레벨보다 '1'작은 숫자만큼 순차적인 인덱스의 서브 모듈의 스위치를 '온'하는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The submodule of the minimum voltage module index is turned on when the minimum voltage module index is not included in the index sequentially from the reference module index to the set value voltage level, Turning on a submodule of a sequentially indexed number by a number less than the voltage level by one.
모드가 방전 모드일 경우, 상기 서브 모듈의 전압 값 중, 가장 높은 전압 값을 갖는 서브 모듈의 번호인 최대 전압 모듈 인덱스를 검색하는 단계;
상기 최대 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스를 포함하여 상기 지령치 전압레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함될 경우, 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압레벨의 숫자만큼 순차적인 인덱스의 서브 모듈의 스위치를 '온'하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법.
The method of claim 3,
Searching for a maximum voltage module index which is the number of the submodule having the highest voltage value among the voltage values of the submodule when the mode is the discharging mode;
Wherein when the maximum voltage module index includes the reference module index and is included in a sequential index equivalent to the set value voltage level, a switch of submodules sequentially indexed by the number of the reference voltage level from the submodule of the reference module index And a step of turning on the switching device in response to the switching signal.
상기 최대 전압 모듈 인덱스가 상기 기준 모듈 인덱스부터 상기 지령치 전압레벨만큼의 순차적인 인덱스에 포함되지 않을 경우, 상기 최대 전압 모듈 인덱스의 서브 모듈을 '온'하고, 상기 기준 모듈 인덱스의 서브 모듈부터 상기 지령치 전압레벨보다 '1'작은 숫자만큼 순차적인 인덱스의 서브 모듈의 스위치를 '온'하는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법.
5. The method of claim 4,
The submodule of the maximum voltage module index is turned on when the maximum voltage module index is not included in the index sequentially from the reference module index to the set value voltage level, Turning on a submodule of a sequentially indexed number by a number less than the voltage level by one.
상기 스위칭 제어기에 의해 제어되는 모듈형 멀티레벨 컨버터;를 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터 장치.
A switching controller for performing the switching method of claim 5; And
And a modular multilevel converter controlled by the switching controller.
A switching control program for causing a switching controller to perform the switching method of claim 5.
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|---|---|---|---|
| KR1020140088855A KR101584303B1 (en) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Switching control method of modular multilevel converter for averaged switching and calculation time reducing |
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