KR101723094B1 - Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치 - Google Patents

Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고압전 직류송전(HVDC)시스템과 연계되는 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)의 서브모듈 제어기에 구동전원을 공급하도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전원장치는, 상호 간에 직렬연결된 MMC 컨버터의 서브모듈 내부에 DC전압을 저장하는 N개(N≥2,정수)의 에너지저장부와, 상기 N개의 에너지저장부에 브릿지 형태로 병렬로 연결된 다수의 전력용반도체를 포함하는 브릿지회로부; 및 상기 N개의 에너지저장부 중 n개(1≤n<N)의 직렬연결된 에너지저장부의 양단에 형성된 출력단자로부터 출력된 전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기로 공급하는 DC/DC컨버터를 포함한다.

Description

ＭＭＣ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치{POWER DEVICE FOR SUB-MODULE CONTROLLER OF MMC CONVERTER}
본 발명은 서브모듈 제어기용 전원장치에 관한 것으로서, 특히 고압전 직류송전(HVDC: High Voltage Direct Current)시스템과 연계되는 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC: Modular Multilevel Converter)의 서브모듈(sub-module) 제어기에 구동전원을 공급하도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치에 관한 것이다.
일반적으로, 초고압 직류송전(HVDC) 시스템에서는 발전소에서 생산되는 교류전력을 직류로 변환시켜 송전하고 수전단에서 교류로 재변환하여 부하에 전력을 공급하도록 한다. 이러한 HVDC 시스템은 전압승압을 통하여 효율적이고 경제적인 전력전송이 가능하고 이종계통 연계, 장거리 고효율 송전 등의 장점을 갖는다.
HVDC 시스템에는 전력송전 및 무효전력 보상을 위해 MMC 컨버터가 연계된다. 이러한 MMC 컨버터에는 다수의 서브모듈(sub-module)이 직렬로 연결된다. MMC 컨버터에서 서브모듈은 매우 중요한 요소로서 별도 마련된 제어기에 의해 제어되는데, 서브모듈의 고전압을 서브모듈 제어기의 구동전원으로 이용하기 위해서는 서브모듈 제어기에 필요한 저전압으로 변환하는 전원장치가 필요하다.
도 1에는 MMC 컨버터의 등가회로도이고, 도 2는 종래의 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치의 회로도이다. 주지된 바와 같이 MMC 컨버터는 1개 이상의 상모듈(phase module)(1)로 구성되고 각 상모듈(1)에는 다수의 서브모듈(10)이 직렬로 연결된다. 또한, 각 상모듈(1)은 직류전압측을 정(+) 및 부(-)의 직류전압 모선 P 및 N에 각각 접속시킨다. 이들 직류전압 P-N 모선 간에는 직류 고전압이 존재한다. 각각의 서브모듈(10)은 두 개의 접속단자(X1,X2)가 형성된다.
종래의 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치(20)는 에너지저장부(21)와 그 에너지저장부(21)에 다수의 직렬연결된 저항(22)이 병렬로 연결되고, 그 중 일부 저항에 DC/DC컨버터(23)가 연결된다.
이러한 서브모듈 제어기용 전원장치(20)가 HVDC 시스템에 연계된 MMC 컨버터에 적용되는 경우 에너지저장부(23)에 저장된 수~수십㎸의 고전압을 서브모듈 제어기에 필요한 수~수십V의 저전압으로 변환해야 한다. 이를 위해 종래는 에너지저장부(21)에 병렬로 연결된 다수의 저항(22)을 이용한 저항분압방식을 사용한다. 즉, 에너지저장부(21)에 충전된 전압을 서로 직렬로 연결된 다수의 저항(R1~R3) 중 일부 저항(R3)에 걸리는 전압으로 분압하여 저전압으로 변환하도록 한다.
하지만, 이러한 종래의 전원장치(20)는 분압을 위한 저항(R1~R3)으로 인해 불필요한 손실이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 HVDC 시스템과 연계되는 MMC 컨버터의 다수의 서브모듈이 내부 고전압을 입력받아 서브모듈 제어기의 구동에 필요한 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기로 제어전원을 공급함에 있어서 불필요한 손실을 최소화하도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치는, 상호 간에 직렬연결된 MMC 컨버터의 서브모듈 내부에 DC전압을 저장하는 N개(N≥2,정수)의 에너지저장부와, 상기 N개의 에너지저장부에 브릿지 형태로 병렬로 연결된 다수의 전력용반도체를 포함하는 브릿지회로부; 및 상기 N개의 에너지저장부 중 n개(1≤n<N)의 직렬연결된 에너지저장부의 양단에 형성된 출력단자로부터 출력된 전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기로 공급하는 DC/DC컨버터를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치는, 상호 간에 직렬연결된 MMC 컨버터의 서브모듈 내부에 DC전압을 저장하는 N개(N≥2,정수)의 에너지저장부와, 상기 N개의 에너지저장부에 각각 병렬로 연결되고 상호간에 직렬로 연결된 다수의 전력용반도체를 포함하는 브릿지회로부; 상기 N개의 에너지저장부 중 n개(1≤n<N)의 직렬연결된 에너지저장부의 일단에 형성된 제1출력단자와, m개(n<m≤N)의 직렬연결된 에너지저장부의 일단에 형성된 제2출력단자 중 어느 하나를 스위칭하는 스위칭부; 및 상기 스위칭부의 스위칭에 따라 상기 제1출력단자 또는 제2출력단자를 통해 출력된 전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기로 공급하는 DC/DC컨버터를 포함하고, 상기 서브모듈의 입력전압이 0V부터 기설정된 최대전압(Vmax)의 범위로 증가하는 도중 상기 스위칭부는 상기 서브모듈 제어기의 초기기동시부터 기설정된 제1전압까지는 상기 제2출력단자(X4)로 스위칭하여 상기 m개의 직렬연결된 에너지저장부에 저장된 전압이 상기 DC/DC컨버터로 공급되도록 하고, 상기 제1전압에 도달한 이후에는 상기 제1출력단자(X3)로 스위칭을 변경하여 상기 n개의 직렬연결된 에너지저장부에 저장된 전압이 상기 DC/DC컨버터로 공급되도록 한다.
삭제
본 발명에서, 상기 브릿지회로부는 하프브릿지회로 또는 풀브릿지회로 중 선택된 어느 하나를 포함한다.
본 발명에 의하면 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치 내부의 각종 소자에서 발생하는 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 분압저항을 이용한 종래의 전원제어장치보다 훨씬 높은 효율을 유지할 수 있다.
도 1은 일반적인 MMC 컨버터의 등가회로도,
도 2는 종래의 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치의 회로도,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치의 회로도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치의 회로도.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치의 회로도이다.
본 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치(100)는 1개 이상의 상모듈(phase module)을 포함하는 MMC 컨버터에 적용된다. 상모듈은 서로 직렬연결된 다수의 서브모듈을 포함하며 직류전압측을 정(+) 및 부(-)의 직류전압 모선 P 및 N에 각각 접속시킨다. 다수의 서브모듈은 두 입력단자(X1,X2)를 통해 서로 직렬연결되며 DC전압을 내부에 상호 간에 직렬로 연결된 에너지저장부(111)에 저장한다. 이러한 서브모듈은 제어기(미도시)에 의해 동작이 제어되며, 본 발명에 따른 전원장치(100)는 이러한 에너지저장부(111)에 저장된 고전압(수~수십㎸)을 저전압(수~수십V)으로 변환하여 서브모듈 제어기의 구동전원으로 공급하도록 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 전원장치(100)는 브릿지회로부(110) 및 DC/DC컨버터(120)를 포함하여 구성된다.
브릿지회로부(110)는 N개의 에너지저장부(111) 및 다수의 전력용반도체(112)를 포함한다. N개(N≥2,정수)의 에너지저장부(111)는 상호간에 서로 직렬로 연결되고 DC전압을 저장한다. 다수의 전력용반도체(112)는 N개의 에너지저장부(111)에 브릿지 형태로 병렬로 연결된다. 본 실시 예에서 브릿지회로부(110)는 하프브릿지(half bridge) 회로 또는 풀브릿지(full bridge) 회로를 포함할 수 있다. 또한, 에너지저장부는 DC전압을 저장하는 소자로서 예컨대 커패시터 등으로 구현될 수 있고, 전력용반도체(112)는 전류의 흐름을 스위칭하는 소자로서 예컨대 IGBT, FET, 트랜지스터 등을 사용할 수 있다.
도 3a는 N개의 에너지저장부(111)와 다수의 전력용반도체(112)가 하프브릿지회로를 구성하는 예를 도시하고 도 3b는 N개의 에너지저장부(111)와 다수의 전력용반도체(112)가 풀브릿지회로를 구성하는 예를 도시하고 있다.
구체적으로, 도 3a에 도시된 하프브릿지회로의 일례에서는 N개의 에너지저장부(111)가 상호 간에 직렬로 연결되고, 상호 간에 직렬로 연결된 2개의 전력용반도체(112)가 이들 N개의 직렬연결된 에너지저장부(111)에 병렬로 연결되어 하프브릿지회로를 구성한다. 이러한 전력용반도체(112)는 턴온(turn-on)/턴오프(turn-off)제어가능한 파워반도체스위치(1121) 및 이에 병렬연결된 환류다이오드(1122)를 포함한다. 전력용반도체(112)는 제어부(미도시)의 제어신호에 의해 턴온/턴오프가 제어된다.
또한, 하프브릿지회로의 두 전력용반도체(112) 중 어느 하나의 전력용반도체의 양단에 제1입력단자(X1)와 제2입력단자(X2)가 형성되어 다른 서브모듈들과 직렬 연결된다. 도면에 일례로 전력용반도체(112)가 2개로 예시되었으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 3b에 도시된 풀브릿지회로의 일례에서는 N개의 에너지저장부(111)가 상호간에 직렬로 연결되고, 상호간에 병렬로 연결된 두 쌍의 전력용반도체(112)의 직렬연결이 이들 N개의 직렬연결된 에너지저장부(111)에 병렬로 각각 연결되어 풀브릿지회로를 구성한다. 이러한 전력용반도체(112)는 제어부(미도시)의 제어신호에 의해 턴온/턴오프될 수 있다. 또한, 풀브릿지회로에서 각각 쌍을 이루는 전력용반도체(112)의 각 중성점에 제1입력단자(X1)와 제2입력단자(X2)가 각각 형성된다. 도면에는 일례로 전력용반도체(112)가 4개로 예시되었으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
DC/DC컨버터(120)는 N개의 에너지저장부(111) 중 일부인 n개(1≤n<N)의 직렬연결된 에너지저장부(111)의 양단의 전압을 저전압으로 변환하여 후단의 서브모듈 제어기로 공급한다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 일례에서는 설명의 편의상 N=5로 설정하여 각각 하프브릿지회로 및 풀브릿지회로를 구성하고 있다. 도시된 바와 같이, 하프브릿지회로는 5개의 에너지저장부(111)와 2개의 전력용반도체(112)를 포함하고 풀브릿지회로는 5개의 에너지저장부(111)와 4개의 전력용반도체(112)를 포함한다. DC/DC컨버터(120)는 5개의 에너지저장부(111) 중에 2개(n=2)의 직렬연결된 에너지저장부의 양단에 출력단자가 형성되고 상기 출력단자로부터 출력되는 전압을 공급받아 서브모듈 제어기(미도시)에 필요한 저전압으로 변환하여 출력한다. 상기에서 n=2는 물론 설명을 위한 일 예시이며 도 3의 (a)에서 n은 1~4 중 어느 하나가 될 수도 있다. 이러한 저전압 변환과정은 풀브릿지회로에도 동일하게 적용된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원장치(100)는 MMC 컨버터의 서브모듈의 내부에 제공된 다수의 에너지저장부(111)에 저장된 고전압을 이용하여 서브모듈 제어기의 구동전원으로 공급하되, 다수의 에너지저장부(111)에 저장된 고전압의 일부를 DC/DC컨버터(120)에서 공급받아 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기에의 구동전원으로 공급하도록 한다. 이로써 종래기술에서 저항분압을 이용함으로써 발생하는 발열 및 손실 문제를 해결할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원장치(200)는 브릿지회로부(210), 스위칭부(220) 및 DC/DC컨버터(230)를 포함하여 구성된다.
브릿지회로부(210)와 DC/DC컨버터(230)은 도 3의 브릿지회로부(110)와 DC/DC컨버터(120)와 동일하다. 따라서, 브릿지회로부(210)는 N개의 에너지저장부(211) 및 다수의 전력용반도체(212)를 이용하여 하프브릿지회로 또는 풀브릿지회로로 구현될 수 있다. 다만, 도 4에 도시된 전원장치(200)는 도 3에 도시된 전원장치(100) 비해 출력단자가 형성되는 위치가 일부 상이하다. 이를 하기에서 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 전원장치(200)는 브릿지회로부(210)와 DC/DC컨버터(230)에서 전류의 흐름을 스위칭하는 스위칭부(220)를 더 포함한다. 이러한 스위칭부(220)는 브릿지회로부(210) 내 N개의 에너지저장부(211) 중 n개(1≤n<N)의 직렬연결된 에너지저장부의 일단에 형성된 제1출력단자(X3)와, m개(n<m≤N)의 직렬연결된 에너지저장부의 일단에 형성된 제2출력단자(X4) 중 어느 하나를 DC/DC컨버터(230)와 연결되도록 스위칭한다.
도 4에 도시된 일례에서는 설명의 편의상 N=5로 설정된 하프브릿지회로의 예시도를 나타낸다. 이러한 하프브릿지회로는 5개의 에너지저장부(211)와 2개의 전력용반도체(212)를 포함한다. 물론 도 3에서와 같이 브릿지회로부(210)는 풀브릿지회로로 구성될 수도 있다. 이때, 제1출력단자(X3)는 5개의 에너지저장부(211) 중 2개(n=2)의 직렬연결된 에너지저장부의 일단에 형성되고, 다른 제2출력단자(X4)는 5개(m=N=5)의 직렬연결된 에너지저장부의 일단에 형성되어 있다. 물론, 상기한 n=2, m=5(N)는 설명을 위한 일 예시이며, 다른 예로서 n=1~4 중 어느 하나가 될 수 있으며, m도 2~5 중 어느 하나가 될 수 있다. 다만, m은 n보다 큰 것이 바람직하다. 왜냐하면 기동 초기에 낮은 DC전압에서는 상대적으로 고전압이 충전된 m개의 에너지저장부의 전압을 DC/DC컨버터(230)에서 저전압으로 변환하도록 하고, 이후에 일정한 시간이 경과한 후 높은 DC전압에서는 상대적으로 저전압이 충전된 n개의 에너지저장부의 전압을 DC/DC컨버터(230)에서 저전압으로 변환하기 위한 것이다.
여기서, 스위칭부(220)는 5개의 에너지저장부(211) 중 2개의 직렬연결된 에너지저장부의 일단에 형성된 제1출력단자(X3)와, 5개의 직렬연결된 에너지저장부의 일단에 형성된 제2출력단자(X4) 중 어느 한 출력단자가 DC/DC컨버터(230)와 연결되도록 스위칭한다. 이때, 바람직하게는 초기에 제2출력단자(X4)를 DC/DC컨버터(230)와 연결하도록 스위칭하고, 이후에 일정시점에서 제1출력단자(X3)를 DC/DC컨버터(230)와 연결하도록 스위칭한다. 구체적으로, 본 실시 예에 따른 전원장치(200)가 MMC 컨버터에 적용되는 경우 서브모듈의 DC전압은 0V부터 기설정된 최대전압(Vmax)의 범위로 증감한다. 전원장치(200)의 초기 기동시부터 기설정된 제1전압까지는 제2출력단자(X4)로 스위칭하여 상대적으로 더 많은 개수의 직렬연결된 에너지저장부에 저장된 전압, 즉 상대적으로 더 큰 전압이 DC/DC컨버터(230)로 공급되도록 함으로써 빨리 안정적인 전원공급이 이루어지도록 하고, 제1전압 이후에는 제1출력단자(X3)로 스위칭을 변경하여 상대적으로 더 작은 개수의 직렬연결된 에너지저장부에 저장된 전압, 즉 상대적으로 더 작은 전압이 DC/DC컨버터(230)로 공급되도록 함으로써 고전압에 의한 회로의 부담을 줄이도록 한다. DC/DC컨버터(230)에서는 이와 같이 공급된 전압을 서브모듈 제어기의 구동에 필요한 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기로 공급하게 된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 전원장치(200)는 MMC 컨버터의 서브모듈의 내부에 제공된 다수의 에너지저장부(211)에 저장된 고전압을 이용하여 서브모듈 제어기의 구동전원으로 공급하되, 초기 기동시에는 상대적으로 더 많은 에너지저장부(211)에 저장된 고전압을 DC/DC컨버터(120)에서 공급받아 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기에의 구동전원으로 공급하도록 하고, 일정시점 이후부터는 상대적으로 더 적은 에너지저장부(211)에 저장된 저전압을 DC/DC컨버터(120)에서 공급받아 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기에의 구동전원으로 공급하도록 한다. 이로써 종래기술에서 저항분압을 이용함으로써 발생하는 발열 및 손실 문제를 해결할 수 있게 된다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110,210 : 에너지저장부 120,230 : DC/DC컨버터
220 : 스위칭부

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 상호 간에 직렬연결된 MMC 컨버터의 서브모듈 내부에 DC전압을 저장하는 N개(N≥2,정수)의 에너지저장부와, 상기 N개의 에너지저장부에 각각 병렬로 연결되고 상호간에 직렬로 연결된 다수의 전력용반도체를 포함하는 브릿지회로부;
    상기 N개의 에너지저장부 중 n개(1≤n<N)의 직렬연결된 에너지저장부의 일단에 형성된 제1출력단자와, m개(n<m≤N)의 직렬연결된 에너지저장부의 일단에 형성된 제2출력단자 중 어느 하나를 스위칭하는 스위칭부; 및
    상기 스위칭부의 스위칭에 따라 상기 제1출력단자 또는 제2출력단자를 통해 출력된 전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기로 공급하는 DC/DC컨버터; 를 포함하고,
    상기 서브모듈의 입력전압이 0V부터 기설정된 최대전압(Vmax)의 범위로 증가하는 도중 상기 스위칭부는 상기 서브모듈 제어기의 초기기동시부터 기설정된 제1전압까지는 상기 제2출력단자(X4)로 스위칭하여 상기 m개의 직렬연결된 에너지저장부에 저장된 전압이 상기 DC/DC컨버터로 공급되도록 하고, 상기 제1전압에 도달한 이후에는 상기 제1출력단자(X3)로 스위칭을 변경하여 상기 n개의 직렬연결된 에너지저장부에 저장된 전압이 상기 DC/DC컨버터로 공급되도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 브릿지회로부는 하프브릿지회로 또는 풀브릿지회로 중 선택된 어느 하나를 포함하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020141838A3 (ko) * 2019-01-02 2020-11-05 효성중공업 주식회사 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101774978B1 (ko) * 2015-12-31 2017-09-05 주식회사 효성 Ｈｖｄｃ용 ｍｍｃ의 리던던시 제어방법
CN108233747B (zh) 2016-12-16 2020-12-04 台达电子企业管理（上海）有限公司 模块化电源系统
CN106533234A (zh) * 2016-12-23 2017-03-22 东南大学 一种基于模块化多电平变流器的复合型储能系统
KR101943882B1 (ko) * 2016-12-26 2019-01-30 효성중공업 주식회사 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원장치
KR101943884B1 (ko) * 2017-06-02 2019-01-30 효성중공업 주식회사 Ｍｍｃ 컨버터 및 그의 서브모듈
KR20190080628A (ko) * 2017-12-28 2019-07-08 효성중공업 주식회사 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치
US11279265B2 (en) 2018-09-06 2022-03-22 Honda Motor Co., Ltd System and method for counteracting vibrations within a vehicle
EP3996263A4 (en) * 2019-07-01 2022-07-06 Mitsubishi Electric Corporation POWER CONVERSION DEVICE
CN111641344B (zh) * 2020-05-27 2022-06-10 南京航空航天大学 一种模块化多电平变流器子模块电容能量回收及预充电一体化装置
CN114142753B (zh) * 2021-11-26 2023-06-23 国网湖北省电力有限公司电力科学研究院 一种mmc型能量路由器子模块电容电压纹波抑制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4969614B2 (ja) * 2009-07-21 2012-07-04 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP2013255422A (ja) * 2010-03-15 2013-12-19 Hitachi Ltd 電力変換装置
JP5483231B2 (ja) 2009-03-16 2014-05-07 国立大学法人東京工業大学 電圧均一回路
US20140167726A1 (en) 2011-07-08 2014-06-19 Peter Eckert Energy storage arrangement and alternating load consumer

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3180571B2 (ja) * 1994-08-09 2001-06-25 三菱電機株式会社 半導体スイッチのゲートドライブ回路
JP5449893B2 (ja) 2009-07-21 2014-03-19 株式会社日立製作所 電力変換装置
DE102011075576A1 (de) 2011-05-10 2012-11-15 Siemens Aktiengesellschaft Umrichteranordnung
US9564808B2 (en) 2012-12-12 2017-02-07 Mitsubishi Electric Corporation Electric power conversion device
KR101410731B1 (ko) 2013-02-13 2014-06-24 한국전기연구원 고압직류송전용 모듈형 멀티레벨 컨버터의 순환전류 억제 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5483231B2 (ja) 2009-03-16 2014-05-07 国立大学法人東京工業大学 電圧均一回路
JP4969614B2 (ja) * 2009-07-21 2012-07-04 株式会社日立製作所 電力変換装置
JP2013255422A (ja) * 2010-03-15 2013-12-19 Hitachi Ltd 電力変換装置
US20140167726A1 (en) 2011-07-08 2014-06-19 Peter Eckert Energy storage arrangement and alternating load consumer

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020141838A3 (ko) * 2019-01-02 2020-11-05 효성중공업 주식회사 Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈
GB2594190A (en) * 2019-01-02 2021-10-20 Hyosung Heavy Ind Corp Submodules of MMC converter
GB2594190B (en) * 2019-01-02 2023-11-01 Hyosung Heavy Ind Corp Submodule of MMC converter
US11817767B2 (en) 2019-01-02 2023-11-14 Hyosung Heavy Industries Corporation Control power for submodules of a MMC converter

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EP3242389A1 (en) 2017-11-08
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KR20160080024A (ko) 2016-07-07

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