KR101725087B1 - Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치 - Google Patents

Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고전압 직류송전(HVDC) 시스템 및 정지형 동기 보상기(STATCOM)와 연계되는 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)의 서브모듈(sub-module)에 안정적인 전원공급을 제어하도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전원제어장치는, MMC 컨버터의 P-N 모선 사이에 연결된 적어도 하나의 제1저항; 상기 제1저항에 직렬로 연결된 제2저항; 상기 제2저항에 직렬로 연결된 스위치; 상기 제2저항 및 스위치의 직렬연결에 병렬로 연결된 제3저항; 상기 제3저항에 병렬로 연결된 제너다이오드; 및 상기 제너다이오드의 양단의 출력단자에 연결되어 상기 제너다이오드의 양단전압을 변환하여 서브모듈로 전달하는 DC/DC 컨버터; 를 포함하고, 상기 스위치의 온/오프(on/off) 스위칭에 따라 상기 제너다이오드로 흐르는 전류의 크기를 제어한다.

Description

ＭＭＣ 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치{POWER CONTROL DEVICE FOR SUB-MODULE OF MMC CONVERTER}
본 발명은 전원제어장치에 관한 것으로서, 특히 고전압 직류송전(HVDC) 시스템 및 정지형 동기 보상기(STATCOM)와 연계된 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC:Modular Multilevel Converter)의 서브모듈(sub-module)에 안정적인 전원공급을 제어하도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 초고압 직류송전(HVDC:High Voltage Direct Current)) 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. 또한, 정지형 동기 보상기(STATCOM:Static Synchronous Compensator)은 FACTS(Flexible AC Transmission System) 기기 중 하나의 부류로 전력계통에 연결되어 전력전송 용량을 증대시키고 기존 설비의 이용률을 극대화하기 위해 사용되는 전력전자 기반의 보상기기를 말한다. 이러한 STATCOM 시스템은 전압형 전력반도체를 사용하여 계통을 병렬로 보상함으로써 전압을 일정하게 유지시켜 계통을 안정화시키는 장점을 갖는다.
HVDC 시스템 또는 STATCOM에 MMC 컨버터가 연계될 수 있다. 이러한 MMC 컨버터에는 다수의 서브모듈(sub-module)이 직렬로 연결된다. MMC 컨버터에서 서브모듈은 매우 중요한 구성요소 중 하나이다. 따라서 다양한 환경에서도 서브모듈이 정상적으로 동작하도록 하기 위해 서브모듈에 안정적인 전원을 공급하는 것이 요구된다. 또한, MMC 컨버터에서 서브모듈은 전압을 변환하고 전력전송을 위한 전류의 통로가 된다. 이러한 서브모듈의 동작시 발생하는 손실은 서브모듈의 효율적인 동작에 악영향을 미치므로 이를 최소화하기 위한 노력이 계속되고 있다.
도 1에는 MMC 컨버터의 등가회로도이고, 도 2는 종래의 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치의 회로도이다. 주지된 바와 같이 MMC 컨버터는 1개 이상의 상모듈(phase module)(1)로 구성되고 각 상모듈(1)은 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 모선의 사이에는 고전압의 직류전압이 존재한다. 각각의 서브모듈(10)은 두 개의 접속단자(X1,X2)가 형성된다.
종래에 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치(20)는 서브모듈의 동작에 필요한 전원을 공급하기 위해 P-N 모선의 고전압(약 2~3㎸)을 저전압(약 300~400V)로 변환하도록 한다. 이때, HVDC 시스템의 특성상 고신뢰성을 유지하기 위해 저항(R)과 제너다이오드(Z)의 결합을 사용한다. 예컨대, P-N 모선 사이에 직렬로 연결된 다수의 저항(R1~R3) 중 특정 저항(R1,R2)을 활용하여 전류를 제한시키고 제너다이오드(Z)를 이용하여 저전압으로 변환하도록 한다.
하지만, 이러한 종래의 전원제어장치(20)는 전류제한을 위한 저항(R1,R2)에 발열로 인한 손실이 발생하는 문제점이 있고 이러한 발열은 소자의 신뢰성에 매우 밀접한 관련이 있어 전원제어장치 전체의 동작에 악영향을 미칠 수 있다. 이에, 발열을 방지하기 위한 방열판을 별도로 취부해야 하는 번거로움이 있다.
또한, HVDC 시스템과 연계되는 MMC 컨버터의 서브모듈은 입력전압이 매우 넓은 범위(0~3㎸)의 전압을 수용하게 되며, 이를 조합하여 MMC 컨버터를 구동시켜야 하므로 일반적으로 800V 이하에서 서브모듈의 전원이 모두 정상적으로 공급되어야 한다. 이러한 사유로 800V 영역에서 제어전원의 출력을 정상적으로 이루어지도록 전류제한 저항(R1,R2)을 선정하고 입력전압을 3㎸까지 올리게 되면 저항(R1,R2)에 큰 전류가 흐르게 되며, 이로 인해 손실이 증가되고 발열을 일으키는 원인이 된다.
이와 동시에 증가된 대부분의 전류가 제너다이오드(Z)로 유입되어 제너다이오드(Z)의 높은 발열을 유발하여 신뢰성에 매우 큰 영향을 미치게 된다. 그 이유는 일반적으로 R3의 선로저항값보다 제너다이오드(Z)의 저항값이 상대적으로 적기 때문이다.
전류제한용 저항(R1,R2)의 경우 방열판을 이용하여 방열이 원활히 이루어질 수 있지만, 제너다이오드(Z)의 경우는 방열판 등을 취부하는 것이 부피확장 등의 이유로 어려움이 발생하는 문제점이 있다.
따라서 해당 기술분야에서는 HVDC 시스템과 연계되는 MMC 컨버터의 서브모듈에서 추가적인 소자의 설치 없이 전류제한 저항에 손실을 최소화하도록 하면서 안정적인 전원제어가 가능하도록 하는 전원제어장치의 기술개발이 요구되고 있다.
본 발명은 HVDC 시스템 및 STATCOM과 연계되는 MMC 컨버터에서 고전압을 저전압으로 변환하여 MMC 컨버터의 서브모듈에 공급할 때 내부의 소자에 발열을 방지하고 손실을 최소화하도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전류제한용 저항에 직렬로 연결된 스위치소자의 온/오프 스위칭 동작에 따라 제너다이오드의 부담을 최소화하는 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치는,
1개 이상의 상모듈(phase module)을 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)에서 상기 상모듈을 구성하는 다수의 서브모듈(submodule)의 동작을 위한 전원공급을 제어하기 위한 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치에 있어서, 상기 MMC 컨버터의 P-N 모선 사이에 연결된 적어도 하나의 제1저항; 상기 제1저항에 직렬로 연결된 제2저항; 상기 제2저항에 직렬로 연결된 스위치; 상기 제2저항 및 스위치의 직렬연결에 병렬로 연결된 제3저항; 상기 제3저항에 병렬로 연결된 제너다이오드; 상기 제너다이오드의 양단의 출력단자에 연결되어 상기 제너다이오드의 양단전압을 변환하여 상기 서브모듈로 전달하는 DC/DC 컨버터; 및 상기 제너다이오드(150)에 흐르는 전류의 크기를 검출하는 전류검출부(180)를 포함하고, 상기 제3저항(140)의 저항값은 상기 제2저항(120)의 저항값보다 크고, 초기에 상기 스위치(130)를 오프(off)한 상태에서 상기 P-N 모선 간의 전압이 0에서 기설정된 최대전압(Vmax)까지 증가하고 상기 전류검출부(180)에서 검출한 상기 제너다이오드(150)의 전류크기에 따라 상기 스위치(130)를 교대로 온/오프 스위칭을 반복함으로써 상기 제2저항(120)으로의 전류의 공급/차단을 반복하도록 하여 상기 제너다이오드(150)로 흐르는 전류의 크기가 기설정된 기준치 이하로 유지되도록 제어하여 상기 MMC 컨버터의 P-N 모선의 입력전압을 상기 MMC 컨버터의 서브모듈용 저전압으로 변환하여 상기 변환된 저전압을 상기 서브모듈로 인가한다.
삭제
본 발명에서, 상기 P-N 모선 간의 전압은 0부터 기설정된 최대전압(Vmax)의 범위에서 증감한다.
본 발명에서, 상기 P-N 모선 간의 전압이 0V에서 제1전압의 범위에서는 상기 스위치를 오프(off)시켜 상기 제2저항으로 전류가 흐르지 않도록 한다.
본 발명에서, 상기 P-N 모선 간의 전압이 상기 제1전압에서 상기 최대전압의 범위에서는 상기 스위치를 온(on)시켜 상기 제2저항에 전류가 흐르도록 한다.
본 발명에서, 상기 제1전압은 상기 제너다이오드로 흐르는 전류의 크기에 따라 결정된다.
삭제
본 발명에서, 상기 스위치의 온/오프 스위칭의 듀티비(duty ratio)를 가변하여 상기 제너다이오드로 흐르는 전류가 기설정된 기준치 이하로 유지되도록 한다.
본 발명에 의하면 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치 내부의 각종 소자에서 발생하는 손실을 최소화할 수 있고, 발열을 방지하므로 제너다이오드의 방열판 등과 같은 별도의 장치를 취부할 필요가 없다.
또한, 본 발명에 의하면 전원제어장치에 사용되는 제너다이오드의 부담을 줄일 수 있으므로 제너다이오드의 크기를 최대한 줄일 수 있어 소형화 및 경량화가 가능하다.
도 1은 일반적인 MMC 컨버터의 등가회로도,
도 2는 종래의 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치의 회로도,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치의 회로도,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치에서 서브모듈의 전원제어 과정을 설명하기 위한 전류흐름의 개요도.
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 3은 본 발명의 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치의 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치(100)는 1개 이상의 상모듈(phase module)을 포함하는 MMC 컨버터에서 상모듈을 구성하는 다수의 서브모듈을 동작시키기 위해 전원을 공급한다. 이를 위하여 본 발명에 따른 전원제어장치(100)는 각 상모듈이 접속된 정(+) 및 부(-)의 P 모선과 N 모선 사이에 걸리는 고전압을 서브모듈의 동작에 필요한 저전압으로 변환하여 공급하도록 한다. 이러한 MMC 컨버터는 HVDC 시스템 및 STATCOM에 연계된다.
본 발명의 전원제어장치(100)는 MMC 컨버터의 P-N 모선 사이에 연결된 적어도 하나의 제1저항 R4(110)과 제1저항 R4(110)에 직렬로 연결된 제2저항 R5(120)을 포함한다. 제1저항(110)은 하나 이상의 저항이 직렬로 연결된다. 제2저항(120)에는 스위치(130)가 직렬로 연결된다. 스위치(130)는 기계적 스위치(mechanical switch)나 릴레이접점 스위치, 반도체스위치소자 등으로 다양하게 구현될 수 있다. 반도체 스위치소자로는 예컨대 IGBT, FET 등을 사용할 수 있고, 기계적 스위치나 릴레이접점 스위치가 적용되는 경우에는 전류의 흐름을 제한하는 역방향 다이오드가 직렬로 연결됨이 바람직하다. 이러한 스위치(130)의 온/오프(on/off) 스위칭동작은 제어부(미도시)에 의해 제어된다. 스위치(130)는 제2저항(120)과 직렬로 연결되므로 온/오프 스위칭동작에 따라 제2저항(120)으로 전류가 공급되거나 차단된다.
또한, 본 발명의 전원제어장치(100)는 제2저항(120)과 스위치(130)의 직렬연결에 병렬로 연결된 제3저항 R6(140)을 포함하고, 이러한 제3저항(140)에 병렬로 각각 연결된 제너다이오드(150) 및 커패시터(160)를 포함한다. 제너다이오드(150)는 N 모선에서 P 모선으로의 정방향에서는 일반 다이오드와 동일한 특성을 보이며 전류가 흐르지만 역방향 전압에서는 전류가 흐르지 않다가(매우 작은 누설전류는 흐름) 제너문턱전압(Zener Knee Voltage)를 넘어서게 되면 제너항복이 일어나서 역방향 바이어스가 되면서 전류가 역방향으로 흐르게 된다. 따라서, 도면에서 P 모선에서 N 모선 방향으로 낮은 전류는 역방향으로 흐르지 못하지만 역방향 바이어스가 발생하면 P 모선에서 N 모선 방향으로 역방향 전류가 흐르게 된다. 커패시터(160)은 정전압을 유지하는 역할을 한다.
또한, 본 발명의 전원제어장치(100)는 제너다이오드(150)와 커패시터(160)의 양단 출력단자에 연결되어 제너다이오드(150)의 양단전압을 입력받아 후단의 서브모듈에 필요한 저전압의 동작전압으로 변환한 후 서브모듈로 제공하는 DC/DC 컨버터(170)를 포함한다. 이때, DC/DC 컨버터(170)로 입력되는 전압은 스위치(130)의 온/오프 스위칭동작에 따라 변한다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에서 상기한 전원제어장치(100)는 제너다이오드(150)로 흐르는 전류를 검출하는 전류검출부(180)를 포함할 수도 있다. 이러한 전류검출부(180)는 다양한 형태로 전류를 검출할 수 있다. 예컨대, 도면에서와 같이 전류센서를 이용하거나 또는 제너다이오드(150)에 직렬로 연결된 저항(미도시)의 양단에 걸리는 전압을 이용하여 전류를 검출할 수 있다. 이러한 전류검출부(180)에서 검출된 전류값은 제어부(미도시)로 입력된다. 그러면 제어부는 수신된 전류값을 이용하여 스위치(130)의 온/오프(on/off) 스위칭을 제어하여 제너다이오드(150)에 흐르는 전류의 크기를 조절하도록 한다. 본 발명의 전반에 걸쳐 스위치(130)의 온(on)은 선로를 단락(short)시켜 전류를 도통시킨다는 것을 의미하고 오프(off)는 선로를 개방(open)시켜 전류흐름을 차단한다는 것을 의미한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치에서 서브모듈의 전원제어 과정을 설명하기 위한 전류흐름의 개요도이다.
도 4의 (a)는 저전압 구간에서 스위치(130)가 오프(off)된 상태에서의 전류흐름을 도시하고, 도 4의 (b)는 고전압 구간에서 스위치(130)가 온(on)된 상태에서의 전류흐름을 도시한다. 본 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치(100)는 스위치(130)의 온/오프(on/off) 스위칭동작에 따라 제너다이오드(150)로 흐르는 전류의 크기를 조절함으로써 제너다이오드(150)의 부담을 줄이도록 한다. 본 실시 예에 적용되는 MMC 컨버터의 P-N 모선 간에 걸리는 고전압은 0V에서 기설정된 최대전압(Vmax)까지 증감한다. 설명의 편의상 최대전압(Vmax)을 일례로 3㎸로 예를 들어 설명하기로 한다. 따라서, 본 실시 예에서 전원제어장치(100)는 MMC 컨버터의 P-N 모선 간의 고전압, 예컨대 0V에서 3㎸까지 입력전압을 공급받아 서브모듈에 필요한 300~400V의 저전압으로 변환하여 서브모듈에 공급하도록 한다.
이를 위해, 도 4의 (a)와 같이 본 발명에 따른 전원제어장치(100)는 초기에 스위치(130)를 오프(off)시켜 선로를 개방(open)함으로써 제2저항(120)으로 전류가 흐르지 않도록 한 상태에서 P-N 모선 사이의 입력전압이 0에서 1500V(제1전압이라 함)까지 계속 증가시킨다. 이 구간(저전압 구간)에서는 스위치(130)가 오프(off) 상태이므로 제2저항(120)에는 전류가 흐르지 않아 제2저항(120)에서 발생되는 손실을 줄일 수 있다. 따라서, 제1저항(110)을 통해 공급되는 공급전류 I10는 I11와 I14로 나뉜다. 본 실시 예에서는 제3저항(140)은 제2저항(120)보다 훨씬 큰 것을 사용한다. 따라서, 공급전류 I10는 대부분 I11가 되며, 이는 다시 I12과 I13로 나뉜다. 입력전압이 이러한 0~1500V의 저전압 구간에서는 I12 전류의 크기가 크지 않기 때문에 제너다이오드(150)에 부담을 주지 않는다. 여기서, 제1전압인 1500V는 임의로 설정 및 변경이 가능하며, 본 실시 예에서는 제너다이오드(150)에 부담을 주지 않도록 하는 I12 전류의 크기에 의해 설정된다. 만약 입력전압이 증가하여 1500V 이상이 되면 I10가 커지면서 I12도 커지므로 제너다이오드(150)에 부담을 주게 된다.
이를 방지하기 위하여, 도 4의 (b)와 같이 P-N 모선 간의 입력전압이 1500V에 도달한 이후부터 스위치(130)를 온(on)시켜 제2저항(120)으로 전류가 흐르도록 한다. 따라서, P-N 모선 간의 입력전압이 1500~3000V인 구간(고전압 구간)에는 스위치(130)가 온(on)되어 선로가 단락(short)됨으로써 제2저항(120)에 전류가 흐르게 되고 제1저항(110)으로 공급되는 공전전류 I10는 I11, I14, I15로 나뉜다. 이때, 제3저항(140)은 제2저항(120)보다 훨씬 크므로 공급전류 I10는 대부분 I11과 I15가 되며, I11는 다시 I12와 I13으로 나뉜다. 이처럼 P-N 모선의 입력전압이 1.5~3㎸인 고전압 구간에서는 공급전류 I10이 제2저항(120)으로 일부(I15)가 나눠지므로 제너다이오드(150)으로 공급되는 I12 전류의 크기를 줄일 수 있어 제너다이오드(150)에 부담을 주지 않는다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에서는 P-N 모선 간의 입력전압이 0에서 3㎸(최대전압 Vmax)까지 증가하는 동안, 제너다이오드(150)에 부담을 주는 임계전압인 1.5㎸(제1전압)에 도달하기 전까지는 스위치(130)를 오프(off)시켜 제2저항(120)으로 전류(I15)가 흐르지 않도록 하고, 입력전압이 1.5㎸에 도달한 이후에 스위치(130)를 온(on)시켜 제2저항(120)으로 전류(I15)가 흐르도록 한다. 이를 통해 입력전압이 0~1.5㎸인 저전압 구간에서는 스위치(130)를 오프(off)시켜도 공급전류 I10의 크기가 작으므로 I12도 작아서 제너다이오드(150)에 부담을 주지 않으며, 입력전압이 1.5~3㎸인 고전압 구간에서는 공급전류 I0가 저전압 구간에 비해 상대적으로 더 크지므로 스위치(130)를 온(on)시켜 공급전류 I10가 제2저항(120)으로 일부(I15)가 흐르게 하여 제너다이오드(150)로 흐르는 전류(I12)의 크기를 줄여 제너다이오드(150)에 부담을 주지 않도록 한다. 즉, 1.5㎸에서 3㎸로 계속 증가하는 동안 I15의 크기는 증가함으로써 I12는 일정한 크기를 넘지 않도록 한다.
이후에, 최대전압(Vmax)인 3㎸에서 다시 제1전압이 1.5㎸로 감소하는 동안에도 스위치(130)를 온(on) 상태로 계속 유지시켜 공급전류 I10가 제2저항(120)으로도 일부(I15) 나눠져서 흐르게 함으로써 제너다이오드(150)로 흐르는 전류의 크기를 줄여 제너다이오드(150)에 부담을 줄이도록 하고, 입력전압이 제1전압인 1.5㎸ 이하가 되면 입력전압이 낮으므로 스위치(130)를 오프(off)시켜 제2저항(120)으로 흐르는 전류를 차단하여도 제2저항(120)에서의 손실을 줄일 수 있고, I11을 일정하게 유지시키도록 한다. 상기한 제1전압은 입력전압이 0에서 3㎸까지 증감하는 동안 제너다이오드(150)에 부담을 주는 임계전압이 된다. 따라서, 제1전압을 기준으로 스위치(130)를 온/오프함으로써 제2저항(120)에서 발생하는 손실을 감소시키고 제너다이오드(150)에 부담을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 전원제어장치(100)가 전류검출부(180)를 더 포함하는 경우, 제어부는 초기에 스위치(130)를 오프(off)한 상태에서 P-N 모선 간의 전압이 0V에서 최대전압(Vmax)까지 증가하는 동안 제너다이오드(150)로 흐르는 전류(I12)를 전류검출부(180)에서 검출하고, 그 검출된 전류(I12)의 크기에 따라 스위치(130)를 교대로 온/오프(on/off) 스위칭시켜 제2저항(120)으로의 전류의 공급/차단을 반복하도록 한다. 구체적으로, 스위치(130)의 온/오프 스위칭의 듀티비(duty ratio)를 가변하여 제너다이오드(150)로 흐르는 전류(I12)가 기설정된 기준치 이하로 유지되도록 한다. 이는 제어부에서 스위치(130)의 온/오프의 듀티비를 적절히 조절하여 제2저항(120)으로 전류(I15)를 공급/차단함을 반복함으로써 제너다이오드(150)로 흐르는 전류(I12)의 양을 조절할 수 있도록 하는 것이다. 이처럼 제너다이오드(150)로 흐르는 전류(I12)의 크기를 실제로 측정하여 그 측정된 전류(I12)의 크기에 따라 스위치(150)의 온/오프(on/off) 스위칭 동작을 수행하기 때문에 제1전압을 기준으로 스위치(150)를 온/오프(on/off) 스위칭 동작을 수행하는 것보다 제너다이오드(150)로 흐르는 전류(I12)의 양을 더 양호하게 조절할 수 있으며, 이는 양호하게 제너다이오드(150)의 부담을 줄일 수 있다.
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 : 제1저항 120 : 제2저항
130 : 스위치 140 : 제3저항
150 : 제너다이오드 160 : 커패시터
170 : DC/DC 컨버터 180 : 전류검출부

Claims (8)

1개 이상의 상모듈(phase module)을 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)에서 상기 상모듈을 구성하는 다수의 서브모듈(submodule)의 동작을 위한 전원공급을 제어하기 위한 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치에 있어서,
상기 MMC 컨버터의 P-N 모선 사이에 연결된 적어도 하나의 제1저항(110);
상기 제1저항(110)에 직렬로 연결된 제2저항(120);
상기 제2저항(120)에 직렬로 연결된 스위치(130);
상기 제2저항(120)와 스위치(130)의 직렬연결에 병렬연결된 제3저항(140);
상기 제3저항(140)에 병렬로 연결된 제너다이오드(150);
상기 제너다이오드(150)의 양단에 연결되어 상기 제너다이오드(150)의 양단전압을 저전압으로 변환하여 상기 서브모듈로 제공하는 DC/DC 컨버터(170); 및
상기 제너다이오드(150)에 흐르는 전류의 크기를 검출하는 전류검출부(180)를 포함하고,
상기 제3저항(140)의 저항값은 상기 제2저항(120)의 저항값보다 크고, 초기에 상기 스위치(130)를 오프(off)한 상태에서 상기 P-N 모선 간의 전압이 0에서 기설정된 최대전압(Vmax)까지 증가하고 상기 전류검출부(180)에서 검출한 상기 제너다이오드(150)의 전류크기에 따라 상기 스위치(130)를 교대로 온/오프 스위칭을 반복함으로써 상기 제2저항(120)으로의 전류의 공급/차단을 반복하도록 하여 상기 제너다이오드(150)로 흐르는 전류의 크기가 기설정된 기준치 이하로 유지되도록 제어하여 상기 MMC 컨버터의 P-N 모선의 입력전압을 상기 MMC 컨버터의 서브모듈용 저전압으로 변환하여 상기 변환된 저전압을 상기 서브모듈로 인가하는 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 P-N 모선 간의 전압은 0부터 기설정된 최대전압(Vmax)의 범위에서 증감함을 특징으로 하는 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치.
제3항에 있어서,
상기 P-N 모선 간의 전압이 0V에서 제1전압인 저전압 구간에서는 상기 스위치(130)를 오프(off)시켜 상기 제2저항(120)으로 전류가 흐르지 않도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치.
제4항에 있어서,
상기 P-N 모선 간의 전압이 상기 제1전압에서 상기 최대전압(Vmax)인 고전압 구간에서는 상기 스위치(130)를 온(on)시켜 상기 제2저항(120)에 전류가 흐르도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치.
제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 제1전압은 상기 제너다이오드(150)로 흐르는 전류의 크기에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 스위치(130)의 온/오프 스위칭의 듀티비(duty ratio)를 가변하여 상기 제너다이오드로 흐르는 전류가 기설정된 기준치 이하로 유지되도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈용 전원제어장치.
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