KR102266322B1 - Multi-level converter - Google Patents

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숭실대학교산학협력단
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Abstract

1차측 및 2차측이 변압기에 의해 절연된 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성되는 서브 모듈이 복수 개 마련되며, 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결되는 멀티 모듈 및 상기 멀티 모듈에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하는 제어 모듈을 포함하는 멀티 레벨 컨버터가 개시된다.A plurality of sub-modules comprising a bidirectional bridge power conversion circuit in which primary and secondary sides are insulated by a transformer are provided, and each secondary side of the plurality of sub-modules is serially connected to a multi-module and a switch element included in the multi-module A multi-level converter including a control module for controlling each is disclosed.

Description

멀티 레벨 컨버터{MULTI-LEVEL CONVERTER}Multi-Level Converter {MULTI-LEVEL CONVERTER}

본 발명은 멀티 레벨 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 서브 모듈을 포함하여 전력 변환을 수행하는 멀티 레벨 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-level converter, and more particularly, to a multi-level converter that performs power conversion by including a plurality of sub-modules.

모듈형 멀티 레벨 컨버터는 계통연계형 신재생에너지 발전장치, 초고압 직류 송전(HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT, HVDC) 장치 등의 계통연계 전력 조절기로서 널리 사용되고 있다.Modular multi-level converters are widely used as grid-connected power regulators such as grid-connected renewable energy generators and HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT (HVDC) devices.

종래의 모듈형 멀티 레벨 컨버터는 각각 전력 변환을 수행하는 복수의 서브 모듈을 포함하여 구성되는데, 각 서브 모듈은 절연을 위해 변압기를 필요로 한다.A conventional modular multi-level converter is configured to include a plurality of sub-modules each performing power conversion, and each sub-module requires a transformer for isolation.

예를 들면, 종래의 서브 모듈은 DC-DC 절연 컨버터 및 DC-AC 인버터를 캐스케이드 연결한 2단 전력 변환 구조를 채택할 수 있다. 이는 가격 및 크기 상승, 효율 감소, 신뢰성 감소의 문제점이 따르며, 고정 듀티비의 위상 천이 제어가 아닌 가변 듀티비를 갖는 PWM 제어 이므로 각 서브 모듈 간의 정밀한 전력 전달 제어가 어렵다.For example, a conventional sub-module may adopt a two-stage power conversion structure in which a DC-DC isolated converter and a DC-AC inverter are cascaded. This leads to problems of price and size increase, efficiency decrease, and reliability decrease, and since it is PWM control with variable duty ratio rather than phase shift control with fixed duty ratio, precise power transfer control between each sub-module is difficult.

본 발명의 일측면은 복수의 서브 모듈을 고주파수 변압기를 포함하는 단일 전력 변환 구조의 양방향 DC-AC 컨버터로 구성하고, 그 출력단을 직렬 연결하여 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력하는 멀티 레벨 컨버터를 제공한다.One aspect of the present invention provides a multi-level converter comprising a plurality of sub-modules as a bidirectional DC-AC converter of a single power conversion structure including a high-frequency transformer, and outputting a multi-level PWM voltage by connecting the output terminals in series. .

본 발명의 다른 측면은 복수의 서브 모듈로 구성되는 각 스트링을 3상 계통 또는 3상 모터에 연결하되, 3상에 각각 연결되는 스트링의 입력단을 연결하여 리플을 상쇄하는 멀티 레벨 컨버터를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a multi-level converter in which each string composed of a plurality of sub-modules is connected to a three-phase system or a three-phase motor, but the input terminals of the strings connected to the three phases are connected to cancel the ripple.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 멀티 레벨 컨버터는 변압기에 의해 절연되는 1차측 및 2차측에 능동 스위치 소자를 포함하여 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성되는 서브 모듈이 복수 개 마련되며, 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결된 양전압 레그(positive leg) 및 음전압 레그(negative leg)를 포함하는 멀티 모듈 및 상기 멀티 모듈에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하는 제어 모듈을 포함한다.The multi-level converter of the present invention for solving the above problem is provided with a plurality of sub-modules composed of a bidirectional bridge power conversion circuit including active switch elements on primary and secondary sides insulated by a transformer, and a plurality of sub-modules Each secondary side of the multi-module including a series-connected positive voltage leg (positive leg) and negative voltage leg (negative leg) and a control module for controlling the switch elements included in the multi-module, respectively.

한편, 상기 멀티 모듈은, 상기 복수의 서브 모듈에서 각각 1차측으로 입력되는 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환하여 2차측으로 출력하되, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간에 위상 차이를 갖고, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결되어 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력할 수 있다.On the other hand, the multi-module converts the DC voltage input to the primary side from each of the plurality of sub-modules into a square wave voltage and outputs it to the secondary side, and there is a phase difference between the outputs of the secondary side of the plurality of sub-modules. , each secondary side of the plurality of sub-modules may be connected in series to output a multi-level PWM voltage.

또한, 상기 제어 모듈은, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간의 위상 차이를 조절하여 상기 멀티 모듈의 전력 전달량을 제어할 수 있도록 상기 복수의 서브 모듈에 포함되는 스위치 소자의 동작 위상을 제어할 수 있다.In addition, the control module may control the operating phase of the switch element included in the plurality of sub-modules so as to control the amount of power transmission of the multi-module by adjusting the phase difference between the secondary-side outputs of the plurality of sub-modules. can

또한, 상기 멀티 모듈은, 1차측 및 2차측의 각 브릿지에 복수의 스위치 소자가 마련되며, 상기 제어 모듈에 의해 상기 복수의 스위치 소자가 고정 듀티로 위상 천이 제어되어 변압기를 중심으로 양방향으로 전력을 전달하는 상기 서브 모듈이 복수 개 마련될 수 있다.In addition, in the multi-module, a plurality of switch elements are provided on each bridge of the primary side and the secondary side, and the plurality of switch elements are phase-shifted at a fixed duty by the control module to control power in both directions around the transformer. A plurality of the sub-modules to be delivered may be provided.

한편, 본 발명의 멀티 레벨 컨버터는 변압기에 의해 절연되는 1차측 및 2차측에 능동 스위치 소자를 포함하여 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성되는 서브 모듈이 복수 개 마련되며, 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결된 양전압 레그(positive leg) 및 음전압 레그(negative leg)를 포함하는 제1 스트링 내지 제3 스트링 및 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하는 제어 모듈을 포함하고, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은 각각 3상 계통의 각 상에 연결된다.On the other hand, the multi-level converter of the present invention includes a plurality of sub-modules composed of a bidirectional bridge power conversion circuit including active switch elements on the primary and secondary sides insulated by the transformer, and each secondary side of the plurality of sub-modules A control module for controlling the first to third strings including the series-connected positive and negative voltage legs and the switch elements included in the first to third strings, respectively. Including, the first string to the third string are each connected to each phase of the three-phase system.

한편, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링에 각각 포함되는 복수의 서브 모듈의 각 입력단이 서로 연결될 수 있다.Meanwhile, in the first string to the third string, input terminals of a plurality of sub-modules respectively included in the first string to the third string may be connected to each other.

또한, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링에 각각 연결된 3상 계통의 각 상의 리플 전압을 상쇄할 수 있다.In addition, the first string to the third string may cancel a ripple voltage of each phase of a three-phase system connected to the first string to the third string, respectively.

또한, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은, 상기 복수의 서브 모듈에서 각각 1차측으로 입력되는 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환하여 2차측으로 출력하되, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간에 위상 차이를 갖고, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결되어 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력할 수 있다.In addition, the first string to the third string converts a DC voltage input to a primary side from each of the plurality of sub-modules into a square wave voltage and outputs it to a secondary side, and each secondary side of the plurality of sub-modules There is a phase difference between the outputs, and each secondary side of the plurality of sub-modules is connected in series to output a multi-level PWM voltage.

또한, 상기 제어 모듈은, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간의 위상 차이를 조절하여 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링 각각의 전력 전달량을 제어할 수 있도록 상기 복수의 서브 모듈에 포함되는 스위치 소자의 동작 위상을 제어할 수 있다.In addition, the control module includes a switch included in the plurality of sub-modules to control a power transfer amount of each of the first string to the third string by adjusting a phase difference between the secondary outputs of the plurality of sub-modules. The operating phase of the device can be controlled.

또한, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은, 1차측 및 2차측의 각 브릿지에 복수의 스위치 소자가 마련되며, 상기 제어 모듈에 의해 상기 복수의 스위치 소자가 고정 듀티로 위상 천이 제어되어 변압기를 중심으로 양방향으로 전력을 전달할 수 있다.In addition, in the first string to the third string, a plurality of switch elements are provided on each bridge of the primary side and the secondary side, and the plurality of switch elements are phase-shifted at a fixed duty by the control module to control the transformer. Power can be transmitted in both directions to the center.

본 발명에 따르면, 복수의 서브 모듈이 단일 전력 변환 구조이고, 각 서브 모듈에 포함되는 변압기가 고주파수 변압기로 구성되어 전체적인 크기 감소 및 가격 저감 등의 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention, since a plurality of sub-modules have a single power conversion structure, and a transformer included in each sub-module is configured as a high-frequency transformer, effects such as overall size reduction and price reduction can be expected.

또한 각 서브 모듈을 고정 듀티로 위상 천이 제어하여 각 서브 모듈 간의 정밀한 전력 전달 제어가 가능하므로, 전력 전달의 고신뢰성을 보장할 수 있다.In addition, since the phase shift control of each sub-module with a fixed duty enables precise power transfer control between each sub-module, high reliability of power transfer can be ensured.

또한 단일 입력, 단일 출력 또는 다중 입력, 단일 출력 등 여러 모드에서 적용 가능하고, 단방향 또는 양방향 전력 전달이 가능하다.It is also applicable in multiple modes, such as single input, single output or multiple input, single output, and can deliver unidirectional or bidirectional power.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 서브 모듈을 상세히 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터를 보여주는 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing the sub-module shown in FIG. 1 in detail.
3 is a view showing a multi-level converter according to another embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0010] DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [0023] Reference is made to the accompanying drawings, which show by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the present invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein with respect to one embodiment may be embodied in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. In addition, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description set forth below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scope equivalents to those claimed. Like reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions throughout the various aspects.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically illustrating a multi-level converter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 독립적인 직류 전압을 멀티 레벨의 PWM 전압으로 변환하여 계통 또는 AC 부하로 출력할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention may convert an independent DC voltage into a multi-level PWM voltage and output it to a grid or an AC load.

또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 양방향 전력 전달이 가능한 컨버터로, 예컨대 배터리 충전에 적용될 수도 있다.Alternatively, the multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention is a converter capable of bidirectional power transfer, and may be applied to, for example, battery charging.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 독립적인 직류 전압을 멀티 레벨의 PWM 전압으로 변환하여 출력할 수 있다.The multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention may convert an independent DC voltage into a multi-level PWM voltage and output it.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 복수의 서브 모듈(100)로 구성되는 멀티 모듈을 포함할 수 있다.To this end, the multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention may include a multi-module composed of a plurality of sub-modules 100 .

서브 모듈(100)은 1차측 및 2차측이 변압기에 의해 절연된 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성될 수 있다. 서브 모듈(100)의 회로 구성과 관련하여 구체적인 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.The sub-module 100 may be configured as a bidirectional bridge power conversion circuit in which the primary side and the secondary side are insulated by a transformer. A detailed description of the circuit configuration of the sub-module 100 will be described later with reference to FIG. 2 .

서브 모듈(100)은 1차측 및 2차측의 브릿지에 마련되는 복수의 스위치 소자의 위상 천이 제어에 의해 1차측으로부터 2차측으로의 전력 변환을 가능하게 한다. 서브 모듈(100)에 마련되는 복수의 스위치 소자는 다이오드가 아닌 능동 스위치 소자, 예컨대 능동 트랜지스터로 마련될 수 있으며, 트랜지스터 구동회로를 포함할 수 있다. 따라서 서브 모듈(100)은 양방향 전력 전달이 가능한 컨버터, 예컨대 양방향 하프 브릿지, 양방향 풀 브릿지 또는 양방향 플라잉 캡(flying capacitor) 멀티레벨 컨버터로 2차측으로부터 1차측으로의 전력 변환 또한 가능하다. 이하에서는 서브 모듈(100)이 1차측으로부터 2차측으로 전력 변환을 수행하는 것을 대표로 예를 들어 설명한다.The sub-module 100 enables power conversion from the primary side to the secondary side by controlling the phase shift of a plurality of switch elements provided in the bridges of the primary side and the secondary side. The plurality of switch elements provided in the sub-module 100 may be provided as active switch elements, for example, active transistors, instead of diodes, and may include a transistor driving circuit. Accordingly, the sub-module 100 is a converter capable of bi-directional power transfer, for example, a bi-directional half-bridge, bi-directional full-bridge or bi-directional flying capacitor multi-level converter, and power conversion from the secondary side to the primary side is also possible. Hereinafter, the sub-module 100 performing power conversion from the primary side to the secondary side will be described as a representative example.

서브 모듈(100)의 1차측은 직류 전원과 연결될 수 있으며, 1차측 및 2차측의 브릿지에 마련되는 복수의 스위치 동작에 의해 2차측은 구형파 형태의 전압, 구체적으로는, 직류 전압을 초핑(chopping)한 형태의 PWM 전압을 출력할 수 있다.The primary side of the sub-module 100 may be connected to a DC power source, and the secondary side chops a square wave voltage, specifically, a DC voltage by a plurality of switch operations provided on the bridges of the primary side and the secondary side. ) can output one form of PWM voltage.

멀티 모듈은 이러한 서브 모듈(100)을 복수 개 포함하며, 복수의 서브 모듈(100)의 각 1차측은 독립적으로 분리하고, 복수의 서브 모듈(100)의 각 2차측을 직렬 연결하여 구성될 수 있다. The multi-module includes a plurality of such sub-modules 100, and each primary side of the plurality of sub-modules 100 is independently separated and each secondary side of the plurality of sub-modules 100 is connected in series. have.

예를 들면, 제1 서브 모듈(SM-P1)의 출력 전압선은 제2 서브 모듈(SM-P2)의 접지선에 접속될 수 있으며, 제n 서브 모듈(SM-Pn)의 출력 전압선은 계통 또는 AC 부하에 접속됨으로써, n개의 서브 모듈(100)의 출력이 직렬 연결될 수 있다.For example, the output voltage line of the first sub-module SM-P1 may be connected to the ground line of the second sub-module SM-P2, and the output voltage line of the n-th sub-module SM-Pn is connected to the grid or AC By being connected to the load, the outputs of the n sub-modules 100 may be connected in series.

따라서 멀티 모듈은 각 서브 모듈(100)로 독립적으로 입력되는 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 출력하되, 복수의 서브 모듈(100)의 출력이 더해져서 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력할 수 있다. 이때 복수의 서브 모듈(100)의 각 1차측은 동일한 크기의 직류 전압을 입력 받고, 복수의 서브 모듈(100)의 2차측 출력 간에는 위상 차이를 가질 수 있다.Therefore, the multi-module outputs a DC voltage independently input to each sub-module 100 as a square wave voltage, but the outputs of a plurality of sub-modules 100 are added to output a multi-level PWM voltage. In this case, each primary side of the plurality of sub-modules 100 may receive a DC voltage of the same magnitude as input, and a phase difference may exist between outputs of the secondary-side of the plurality of sub-modules 100 .

예를 들면, 멀티 모듈은 중성점(a)에 접속되는 양전압 레그(positive leg) 및 음전압 레그(negative leg)를 구축할 수 있다. 양전압 레그 및 음전압 레그에는 각각 복수의 서브 모듈(100)이 마련될 수 있으며, 복수의 서브 모듈(100) 간의 출력이 직렬 연결될 수 있다. 양전압 레그 및 음전압 레그는 상하 대칭 형태로 구성될 수 있다. 예컨대 양전압 레그에 n개의 서브 모듈(100)이 마련되는 경우, 음전압 레그 또한 n개의 서브 모듈(100)이 마련되어 교류 전압을 생성할 수 있을 것이다.For example, the multi-module may construct a positive leg and a negative leg connected to the neutral point (a). A plurality of sub-modules 100 may be provided in each of the positive voltage leg and the negative voltage leg, and outputs between the plurality of sub-modules 100 may be connected in series. The positive voltage leg and the negative voltage leg may be configured in a vertically symmetrical shape. For example, when n sub-modules 100 are provided in the positive voltage leg, n sub-modules 100 are also provided in the negative voltage leg to generate an AC voltage.

멀티 모듈은 필요로 하는 전력 용량에 따라 서브 모듈(100)을 확장할 수도 있다. The multi-module may expand the sub-module 100 according to the required power capacity.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 이러한 멀티 모듈에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하기 위한 제어 모듈을 더 포함할 수 있다.The multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention may further include a control module for controlling each of the switch elements included in the multi-module.

제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. The control module may control a switching operation of a switch element included in each of the plurality of sub-modules 100 .

예를 들면, 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자의 게이팅 신호를 조절하여 각 스위치 소자의 듀티 및 위상 등을 제어할 수 있다.For example, the control module may control the duty and phase of each switch element by adjusting a gating signal of each of the switch elements included in the plurality of sub-modules 100 .

제어 모듈은 중앙 제어기 및 복수의 서브 제어기를 포함할 수 있다. The control module may include a central controller and a plurality of sub-controllers.

예를 들면, 중앙 제어기는 복수의 서브 제어기를 제어하고, 복수의 서브 제어기는 각각 자신이 담당한 하나의 서브 모듈(100)을 제어할 수 있다. For example, the central controller may control a plurality of sub-controllers, and each of the plurality of sub-controllers may control one sub-module 100 in charge of it.

본 실시예에서 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자가 위상 천이 방식으로 전력 변환을 수행하도록 제어할 수 있다. 이때 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자를 고정 듀티(예컨대, 50%)를 갖도록 제어할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 무효전력뿐만 아니라 유효전력의 전달이 가능하다.In the present embodiment, the control module may control the switch elements included in each of the plurality of sub-modules 100 to perform power conversion in a phase shift manner. In this case, the control module may control the switch elements included in each of the plurality of sub-modules 100 to have a fixed duty (eg, 50%). Accordingly, the multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention is capable of transmitting active power as well as reactive power.

또한 본 실시예에서 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)의 각 2차측에 마련되는 스위치 소자의 동작 위상을 서브 모듈(100) 별로 다르게 유지하도록 제어함으로써, 멀티 모듈에서의 멀티 레벨의 PWM 전압 출력이 가능하게 한다.In addition, in this embodiment, the control module controls to maintain different operating phases of the switch elements provided on each secondary side of the plurality of sub-modules 100 for each sub-module 100, thereby outputting multi-level PWM voltage in the multi-module. makes this possible

또한 본 실시예에서 제어 모듈은 본 실시예에서 제어 모듈은 필요로 하는 멀티 모듈의 전력 전달량을 근거로 하여 복수의 서브 모듈(100)에 포함되는 각 스위치 소자의 동작 위상을 제어할 수 있다. 이와 같은 경우 복수의 서브 모듈(100)의 각 2차측 출력 간의 위상 차이가 조절되어 멀티 모듈의 전력 전달량이 제어될 것이다.In addition, in the present embodiment, the control module may control the operating phase of each switch element included in the plurality of sub-modules 100 based on the power transmission amount of the multi-module required by the control module in the present embodiment. In this case, the phase difference between the secondary-side outputs of the plurality of sub-modules 100 is adjusted to control the amount of power transfer of the multi-modules.

도 2는 도 1에 도시된 서브 모듈을 상세히 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a view showing the sub-module shown in FIG. 1 in detail.

도 2를 참조하면, 서브 모듈(100)은 입력단(101), 1차측(110), 변압기(150) 및 2차측(120)으로 구성되는 양방향 브릿지 전력 변환 회로 토폴로지를 채택할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the sub-module 100 may adopt a bidirectional bridge power conversion circuit topology including an input terminal 101 , a primary side 110 , a transformer 150 , and a secondary side 120 .

서브 모듈(100)은 단일 DC-AC 전력 변환 회로로, 도 2에서는 1차측(110) 및 2차측(120)이 하프 브릿지 회로로 구성된 것을 예로 들어 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며 풀 브릿지 회로, 플라잉 캡 회로 등과 같이 직류 전압으로부터 구형파 형태의 전압 변환이 가능한 다양한 형태의 단일 DC-AC 전력 변환 회로로 구성될 수도 있다. 이하에서는 1차측(110) 및 2차측(120)이 하프 브릿지 회로로 구성된 것을 예로 들어 설명한다.The sub-module 100 is a single DC-AC power conversion circuit, and in FIG. 2, the primary side 110 and the secondary side 120 are illustrated as an example of a half-bridge circuit, but the present invention is not limited thereto. A single DC-AC power conversion circuit of various types capable of converting a DC voltage to a square wave type voltage, such as a flying cap circuit, may be configured. Hereinafter, a case in which the primary side 110 and the secondary side 120 are configured as a half-bridge circuit will be described as an example.

입력단(101)은 직류 전압원으로, 예컨대, 신재생발전원, 배터리 등에 해당할 수 있다.The input terminal 101 is a DC voltage source, and may correspond to, for example, a renewable power source, a battery, or the like.

1차측(110) 및 2차측(120)은 복수의 스위치 소자가 마련된 하프 브릿지 회로로, 변압기(150)에 의해 절연되며 복수의 스위치 소자의 위상 천이 제어에 의해 양방향 전력 전달이 가능하다.The primary side 110 and the secondary side 120 are half-bridge circuits in which a plurality of switch elements are provided, insulated by the transformer 150, and bidirectional power transmission is possible by controlling the phase shift of the plurality of switch elements.

1차측(110)은 입력단(101)과 연결되며, 하프 브릿지를 구성하는 레그의 상측 및 하측에 각각 스위치 소자가 마련될 수 있다. 1차측(110)은 스위치 소자가 마련된 하프 브릿지와 상측 및 하측에 커패시터가 마련된 레그가 병렬 연결된 상태로 입력단(101)과 연결될 수 있다. 여기서 커패시터는 DC 성분을 유지하는 역할을 한다.The primary side 110 is connected to the input terminal 101 , and a switch element may be provided above and below the legs constituting the half bridge, respectively. The primary side 110 may be connected to the input terminal 101 in a state in which a half-bridge provided with a switch element and a leg provided with a capacitor at upper and lower sides are connected in parallel. Here, the capacitor serves to maintain the DC component.

2차측(120)은 변압기(150)에 의해 1차측(110)과 절연되며, 하프 브릿지를 구성하는 레그의 상측 및 하측에 각각 스위치 소자가 마련될 수 있다. 2차측(120)은 스위치 소자가 마련된 하프 브릿지와 상측 및 하측에 커패시터가 마련된 레그가 병렬 연결된 상태로 변압기(150)의 2차단과 연결될 수 있다. 여기서 커패시터는 DC 성분을 유지하는 역할을 한다.The secondary side 120 is insulated from the primary side 110 by the transformer 150 , and a switch element may be provided above and below the legs constituting the half bridge, respectively. The secondary side 120 may be connected to the second end of the transformer 150 in a state in which a half-bridge provided with a switch element and a leg provided with a capacitor at upper and lower sides are connected in parallel. Here, the capacitor serves to maintain the DC component.

1차측(110) 및 2차측(120)에 마련된 복수의 스위치 소자는 능동 스위치로, 예를 들면, MOSFET 또는 IGBT 소자로 마련될 수 있다. 이에 따라 서브 모듈(100)은 양방향 전력 전달이 가능하다.The plurality of switch elements provided on the primary side 110 and the secondary side 120 may be active switches, for example, MOSFETs or IGBT elements. Accordingly, the sub-module 100 is capable of bidirectional power transmission.

변압기(150)는 1차측(110) 및 2차측(120)에 각각 연결되어 1차측(110) 및 2차측(120)을 절연할 수 있다. 본 실시예에서 변압기(150)는 고주파수(예컨대, 60Hz 이상)로 동작하는 변압기가 적용되어, 서브 모듈(100)의 크기를 작게 할 수 있다.The transformer 150 may be respectively connected to the primary side 110 and the secondary side 120 to insulate the primary side 110 and the secondary side 120 . In the present embodiment, a transformer operating at a high frequency (eg, 60 Hz or more) is applied to the transformer 150 to reduce the size of the sub-module 100 .

변압기(150) 및 2차측(120)에 접속되는 출력 전압선(102)은 다른 서브 모듈(100)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 출력 전압선(102)은 인접한 서브 모듈(SM-P2)의 접지선에 접속될 수 있으며, 마찬가지로 인접한 서브 모듈(SM-P2)의 출력 전압선은 또 다른 서브 모듈(SM-P3)의 접지선에 접속될 수 있다. The output voltage line 102 connected to the transformer 150 and the secondary side 120 may be connected to another sub-module 100 . For example, the output voltage line 102 may be connected to the ground line of the adjacent sub-module SM-P2, and similarly, the output voltage line of the adjacent sub-module SM-P2 is connected to the ground line of another sub-module SM-P3. can be connected to

이와 같은 서브 모듈(100)은 1차측(110) 및 2차측(120)에 마련되는 복수의 스위치 소자의 위상 천이 제어에 의해 양방향 전력 전달이 가능하다. 특히 1차측(110)으로부터 2차측(120)으로 전력 변환을 수행하는 경우, DC 전압을 초핑(chopping)한 PWM 형태의 전압으로 변환할 수 있을 것이다. The sub-module 100 is capable of bidirectional power transfer by controlling the phase shift of a plurality of switch elements provided on the primary side 110 and the secondary side 120 . In particular, when power conversion is performed from the primary side 110 to the secondary side 120 , the DC voltage may be converted into a chopped PWM type voltage.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 멀티 모듈을 구성하는 복수의 서브 모듈(100)을 브릿지 타입의 단일 양방향 DC-AC 컨버터로 구성하고, 그 출력단을 직렬 연결하여 멀티 레벨의 PWM 전압 출력이 가능하다. 이때 복수의 서브 모듈(100)이 단일 전력 변환 구조이고, 각 서브 모듈(100)에 포함되는 변압기(150)가 고주파수 변압기로 구성되어 전체적인 크기 감소 및 가격 저감 등의 효과를 기대할 수 있다.As described above, the multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention configures a plurality of sub-modules 100 constituting the multi-module as a single bidirectional DC-AC converter of a bridge type, and connects the output terminals in series to form a multi-level converter. Level PWM voltage output is possible. In this case, since the plurality of sub-modules 100 have a single power conversion structure, and the transformer 150 included in each sub-module 100 is configured as a high-frequency transformer, effects such as overall size reduction and price reduction can be expected.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터를 보여주는 도면이다.3 is a view showing a multi-level converter according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(2000)는 3상 계통 또는 3상 모터에 적용될 수 있다.Referring to FIG. 3 , a multi-level converter 2000 according to another embodiment of the present invention may be applied to a three-phase system or a three-phase motor.

본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(2000)는 3상 계통 또는 3상 모터의 각 상에 연결되는 제1 스트링 내지 제3 스트링을 포함할 수 있으며, 각 스트링은 독립적인 직류 전압을 멀티 레벨의 PWM 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. The multi-level converter 2000 according to another embodiment of the present invention may include a first string to a third string connected to each phase of a three-phase system or a three-phase motor, and each string multiplies an independent DC voltage. It can be output by converting to PWM voltage of the level.

이를 위해 제1 스트링 내지 제3 스트링은 각각 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)에 포함되는 멀티 모듈과 동일하게 구성될 수 있다. 제1 스트링 내지 제3 스트링은 동일한 구성을 가지므로 제1 스트링을 대표로 예를 들어 설명한다.To this end, each of the first string to the third string may be configured the same as the multi-module included in the multi-level converter 1000 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1 . Since the first to third strings have the same configuration, the first string will be described as an example.

제1 스트링은 복수의 서브 모듈(100)로 구성될 수 있다.The first string may be composed of a plurality of sub-modules 100 .

서브 모듈(100)은 1차측 및 2차측이 변압기에 의해 절연된 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성될 수 있다. 서브 모듈(100)의 회로 구성과 관련하여 구체적인 설명은 상술한 것으로 대체한다.The sub-module 100 may be configured as a bidirectional bridge power conversion circuit in which the primary side and the secondary side are insulated by a transformer. A detailed description with respect to the circuit configuration of the sub-module 100 is replaced with that described above.

서브 모듈(100)은 1차측 및 2차측의 브릿지에 마련되는 복수의 스위치 소자의 위상 천이 제어에 의해 1차측으로부터 2차측으로의 전력 변환을 가능하게 한다. 서브 모듈(100)에 마련되는 복수의 스위치 소자는 다이오드가 아닌 능동 스위치 소자, 예컨대 능동 트랜지스터로 마련될 수 있으며, 트랜지스터 구동회로를 포함할 수 있다. 따라서 서브 모듈(100)은 양방향 전력 전달이 가능한 컨버터, 예컨대 양방향 하프 브릿지, 양방향 풀 브릿지 또는 양방향 플라잉 캡(flying capacitor) 멀티레벨 컨버터로 2차측으로부터 1차측으로의 전력 변환 또한 가능하다. 이하에서는 서브 모듈(100)이 1차측으로부터 2차측으로 전력 변환을 수행하는 것을 대표로 예를 들어 설명한다.The sub-module 100 enables power conversion from the primary side to the secondary side by controlling the phase shift of a plurality of switch elements provided in the bridges of the primary side and the secondary side. The plurality of switch elements provided in the sub-module 100 may be provided as active switch elements, for example, active transistors, instead of diodes, and may include a transistor driving circuit. Accordingly, the sub-module 100 is a converter capable of bi-directional power transfer, for example, a bi-directional half-bridge, bi-directional full-bridge, or bi-directional flying capacitor multi-level converter, and power conversion from the secondary side to the primary side is also possible. Hereinafter, the sub-module 100 performing power conversion from the primary side to the secondary side will be described as a representative example.

서브 모듈(100)의 1차측은 직류 전원과 연결될 수 있으며, 1차측 및 2차측의 브릿지에 마련되는 복수의 스위치 동작에 의해 2차측은 구형파 형태의 전압, 구체적으로는, 직류 전압을 초핑(chopping)한 형태의 PWM 전압을 출력할 수 있다.The primary side of the sub-module 100 may be connected to a DC power source, and the secondary side chops a square wave voltage, specifically, a DC voltage by a plurality of switch operations provided on the bridges of the primary side and the secondary side. ) can output one form of PWM voltage.

제1 스트링은 이러한 서브 모듈(100)을 복수 개 포함하며, 복수의 서브 모듈(100)의 각 1차측은 독립적으로 분리하고, 복수의 서브 모듈(100)의 각 2차측을 직렬 연결하여 구성될 수 있다. The first string includes a plurality of such sub-modules 100, each primary side of the plurality of sub-modules 100 is independently separated, and each secondary side of the plurality of sub-modules 100 is connected in series. can

예를 들면, 제1 서브 모듈(SM-P1)의 출력 전압선은 제2 서브 모듈(SM-P2)의 접지선에 접속될 수 있으며, 제n 서브 모듈(SM-Pn)의 출력 전압선은 3상 계통 또는 3상 모터의 A 상에 접속됨으로써, n개의 서브 모듈(100)의 출력이 직렬 연결될 수 있다.For example, the output voltage line of the first sub-module SM-P1 may be connected to the ground line of the second sub-module SM-P2, and the output voltage line of the n-th sub-module SM-Pn is a three-phase system. Alternatively, by being connected to the A phase of the three-phase motor, the outputs of the n sub-modules 100 may be connected in series.

따라서 제1 스트링은 각 서브 모듈(100)로 독립적으로 입력되는 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 출력하되, 복수의 서브 모듈(100)의 출력이 더해져서 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력할 수 있다. 이때 복수의 서브 모듈(100)의 각 1차측은 동일한 크기의 직류 전압을 입력 받고, 복수의 서브 모듈(100)의 2차측 출력 간에는 위상 차이를 가질 수 있다.Therefore, the first string outputs a DC voltage independently input to each sub-module 100 as a square wave voltage, but the outputs of the plurality of sub-modules 100 are added to output a multi-level PWM voltage. In this case, each primary side of the plurality of sub-modules 100 may receive a DC voltage of the same magnitude as input, and a phase difference may exist between outputs of the secondary-side of the plurality of sub-modules 100 .

예를 들면, 제1 스트링은 중성점(a)에 접속되는 양전압 레그(positive leg) 및 음전압 레그(negative leg)를 구축할 수 있다. 양전압 레그 및 음전압 레그에는 각각 복수의 서브 모듈(100)이 마련될 수 있으며, 복수의 서브 모듈(100) 간의 출력이 직렬 연결될 수 있다. 양전압 레그 및 음전압 레그는 상하 대칭 형태로 구성될 수 있다. 예컨대 양전압 레그에 n개의 서브 모듈(100)이 마련되는 경우, 음전압 레그 또한 n개의 서브 모듈(100)이 마련되어 교류 전압을 생성할 수 있을 것이다.For example, the first string may construct a positive leg and a negative leg connected to the neutral point a. A plurality of sub-modules 100 may be provided in each of the positive voltage leg and the negative voltage leg, and outputs between the plurality of sub-modules 100 may be connected in series. The positive voltage leg and the negative voltage leg may be configured in a vertically symmetrical shape. For example, when n sub-modules 100 are provided in the positive voltage leg, n sub-modules 100 are also provided in the negative voltage leg to generate an AC voltage.

제1 스트링은 필요로 하는 전력 용량에 따라 서브 모듈(100)을 확장할 수도 있다. The first string may extend the sub-module 100 according to the required power capacity.

이와 같은 제1 스트링의 출력단은 3상 계통 또는 3상 모터의 A 상에 연결될 수 있으며, 제2 스트링의 출력단은 B 상, 제3 스트링의 출력단은 C 상에 연결될 수 있다.The output terminal of the first string may be connected to the A phase of the three-phase system or the three-phase motor, the output terminal of the second string may be connected to the B phase, and the output terminal of the third string may be connected to the C phase.

제1 스트링 내지 제3 스트링의 입력단은 서로 연결될 수 있다. 구체적으로는 제1 스트링에 포함되는 n개의 서브 모듈 중 n 번째 서브 모듈, 제2 스트링에 포함되는 n개의 서브 모듈 중 n 번째 서브 모듈 및 제3 스트링에 포함되는 n개의 서브 모듈 중 n 번째 서브 모듈의 입력단이 서로 연결될 수 있다. 이는 3상 계통의 각 상의 리플 전압을 상쇄하기 위함이다. Input terminals of the first string to the third string may be connected to each other. Specifically, an n-th sub-module among n sub-modules included in the first string, an n-th sub-module among n sub-modules included in the second string, and an n-th sub-module among n sub-modules included in the third string input terminals of may be connected to each other. This is to offset the ripple voltage of each phase of the three-phase system.

예를 들면 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(2000)에서 60Hz의 전압을 출력하는 경우, A 상, B 상 및 C 상에서는 120Hz의 리플 전압이 발생할 것이다. 이때 각 상에 연결되는 제1 스트링 내지 제3 스트링의 입력단을 연결하여 각 상의 리플 전압을 상쇄할 수 있다.For example, when the multi-level converter 2000 according to another embodiment of the present invention outputs a voltage of 60 Hz, a ripple voltage of 120 Hz will be generated in phases A, B, and C. In this case, the ripple voltage of each phase may be canceled by connecting the input terminals of the first to third strings connected to each phase.

본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(2000)는 이러한 제1 스트링 내지 제3 스트링에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하기 위한 제어 모듈을 더 포함할 수 있다.The multi-level converter 2000 according to another embodiment of the present invention may further include a control module for controlling each of the switch elements included in the first to third strings.

제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. The control module may control a switching operation of a switch element included in each of the plurality of sub-modules 100 .

예를 들면, 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자의 게이팅 신호를 조절하여 각 스위치 소자의 듀티 및 위상 등을 제어할 수 있다.For example, the control module may control the duty and phase of each switch element by adjusting a gating signal of each of the switch elements included in the plurality of sub-modules 100 .

제어 모듈은 중앙 제어기 및 복수의 서브 제어기를 포함할 수 있다. The control module may include a central controller and a plurality of sub-controllers.

예를 들면, 중앙 제어기는 복수의 서브 제어기를 제어하고, 복수의 서브 제어기는 각각 자신이 담당한 하나의 서브 모듈(100)을 제어할 수 있다. For example, the central controller may control a plurality of sub-controllers, and each of the plurality of sub-controllers may control one sub-module 100 in charge of it.

본 실시예에서 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자가 위상 천이 방식으로 전력 변환을 수행하도록 제어할 수 있다. 이때 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자를 고정 듀티(예컨대, 50%)를 갖도록 제어할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(2000)는 무효전력뿐만 아니라 유효전력의 전달이 가능하다.In the present embodiment, the control module may control the switch elements included in each of the plurality of sub-modules 100 to perform power conversion in a phase shift manner. In this case, the control module may control the switch elements included in each of the plurality of sub-modules 100 to have a fixed duty (eg, 50%). Accordingly, the multi-level converter 2000 according to another embodiment of the present invention can transmit active power as well as reactive power.

또한 본 실시예에서 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)의 각 2차측에 마련되는 스위치 소자의 동작 위상을 서브 모듈(100) 별로 다르게 유지하도록 제어함으로써, 각 스트링에서의 멀티 레벨의 PWM 전압 출력이 가능하게 한다.In addition, in the present embodiment, the control module outputs multi-level PWM voltages in each string by controlling the operation phases of the switch elements provided on the secondary sides of the plurality of sub-modules 100 to be differently maintained for each sub-module 100 . makes this possible

또한 본 실시예에서 제어 모듈은 본 실시예에서 제어 모듈은 필요로 하는 각 스트링의 전력 전달량을 근거로 하여 복수의 서브 모듈(100)에 포함되는 각 스위치 소자의 동작 위상을 제어할 수 있다. 이와 같은 경우 복수의 서브 모듈(100)의 각 2차측 출력 간의 위상 차이가 조절되어 각 스트링의 전력 전달량이 제어될 것이다.In addition, in the present embodiment, the control module may control the operating phase of each switch element included in the plurality of sub-modules 100 based on the amount of power transmission of each string required by the control module in the present embodiment. In this case, the phase difference between the secondary-side outputs of the plurality of sub-modules 100 is adjusted to control the amount of power transmission of each string.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. will be able

1000: 멀티 레벨 컨버터
100: 서브 모듈1000: multi-level converter
100: sub module

Claims (10)

변압기에 의해 절연되는 1차측 및 2차측에 능동 스위치 소자를 포함하여 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성되는 서브 모듈이 복수 개 마련되며, 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결된 양전압 레그(positive leg) 및 음전압 레그(negative leg)를 포함하는 멀티 모듈; 및
상기 멀티 모듈에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하는 제어 모듈을 포함하고,
상기 멀티 모듈은,
1차측 및 2차측의 각 브릿지에 복수의 스위치 소자가 마련되며, 상기 제어 모듈에 의해 상기 복수의 스위치 소자가 고정 듀티로 위상 천이 제어되어 변압기를 중심으로 양방향으로 전력을 전달하는 상기 서브 모듈이 복수 개 마련되는 멀티 레벨 컨버터.A plurality of sub-modules composed of a bidirectional bridge power conversion circuit including an active switch element on primary and secondary sides insulated by a transformer are provided, and each secondary side of the plurality of sub-modules is connected in series with a positive leg (positive leg) ) and a multi-module comprising a negative voltage leg (negative leg); and
A control module for controlling each of the switch elements included in the multi-module,
The multi-module is
A plurality of switch elements are provided in each bridge of the primary side and the secondary side, and the plurality of switch elements are phase shifted at a fixed duty by the control module, and the sub-modules transmit power in both directions around a transformer. Multi-level converters are provided. 제1항에 있어서,
상기 멀티 모듈은,
상기 복수의 서브 모듈에서 각각 1차측으로 입력되는 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환하여 2차측으로 출력하되, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간에 위상 차이를 갖고, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결되어 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력하는 멀티 레벨 컨버터.According to claim 1,
The multi-module is
Each of the plurality of sub-modules converts the DC voltage input to the primary side into a square wave voltage and outputs it to the secondary side, but has a phase difference between the secondary-side outputs of the plurality of sub-modules, A multi-level converter in which each secondary is connected in series to output a multi-level PWM voltage. 제2항에 있어서,
상기 제어 모듈은,
상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간의 위상 차이를 조절하여 상기 멀티 모듈의 전력 전달량을 제어할 수 있도록 상기 복수의 서브 모듈에 포함되는 스위치 소자의 동작 위상을 제어하는 멀티 레벨 컨버터.3. The method of claim 2,
The control module is
A multi-level converter for controlling an operating phase of a switch element included in the plurality of sub-modules so as to control the amount of power transmission of the multi-module by adjusting a phase difference between the secondary-side outputs of the plurality of sub-modules. 삭제delete 변압기에 의해 절연되는 1차측 및 2차측에 능동 스위치 소자를 포함하여 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성되는 서브 모듈이 복수 개 마련되며, 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결된 양전압 레그(positive leg) 및 음전압 레그(negative leg)를 포함하는 제1 스트링 내지 제3 스트링; 및
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하는 제어 모듈을 포함하고,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은 각각 3상 계통의 각 상에 연결되고,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은,
1차측 및 2차측의 각 브릿지에 복수의 스위치 소자가 마련되며, 상기 제어 모듈에 의해 상기 복수의 스위치 소자가 고정 듀티로 위상 천이 제어되어 변압기를 중심으로 양방향으로 전력을 전달하는 상기 서브 모듈이 복수 개 마련되는 멀티 레벨 컨버터.A plurality of sub-modules composed of a bidirectional bridge power conversion circuit including active switch elements on primary and secondary sides insulated by a transformer are provided, and each secondary side of the plurality of sub-modules is connected in series with a positive leg (positive leg) ) and a first string to a third string including a negative voltage leg; and
A control module for controlling each of the switch elements included in the first string to the third string,
The first string to the third string are each connected to each phase of the three-phase system,
The first string to the third string,
A plurality of switch elements are provided on each bridge of the primary side and the secondary side, and the plurality of switch elements are phase-shifted at a fixed duty by the control module, so that the sub-modules transmit power in both directions around a transformer. A multi-level converter provided. 제5항에 있어서,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링에 각각 포함되는 복수의 서브 모듈의 각 입력단이 서로 연결되는 멀티 레벨 컨버터.6. The method of claim 5,
The first string to the third string,
A multi-level converter in which input terminals of a plurality of sub-modules respectively included in the first string to the third string are connected to each other. 제6항에 있어서,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링에 각각 연결된 3상 계통의 각 상의 리플 전압을 상쇄하는 멀티 레벨 컨버터.7. The method of claim 6,
The first string to the third string,
A multi-level converter for canceling a ripple voltage of each phase of a three-phase system respectively connected to the first string to the third string. 제5항에 있어서,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은,
상기 복수의 서브 모듈에서 각각 1차측으로 입력되는 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환하여 2차측으로 출력하되, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간에 위상 차이를 갖고, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결되어 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력하는 멀티 레벨 컨버터.6. The method of claim 5,
The first string to the third string,
Each of the plurality of sub-modules converts the DC voltage input to the primary side into a square wave voltage and outputs it to the secondary side, but has a phase difference between the secondary-side outputs of the plurality of sub-modules, A multi-level converter in which each secondary is connected in series to output a multi-level PWM voltage. 제8항에 있어서,
상기 제어 모듈은,
상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간의 위상 차이를 조절하여 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링 각각의 전력 전달량을 제어할 수 있도록 상기 복수의 서브 모듈에 포함되는 스위치 소자의 동작 위상을 제어하는 멀티 레벨 컨버터.9. The method of claim 8,
The control module is
Controlling the operating phase of the switch element included in the plurality of sub-modules so as to control the amount of power transmitted to each of the first string to the third string by adjusting the phase difference between the secondary-side outputs of the plurality of sub-modules multi-level converter. 삭제delete
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