KR102297765B1 - Method and Apparatus for Testing Submodule of MMC-HVDC System - Google Patents

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Abstract

본 실시예는, 상호 병렬연결된 제1 회로 및 제2 회로를 포함하되, 상기 제1 회로는 직렬연결된 제1 스위치 및 서브모듈 캐패시터를 포함하고, 상기 제2 회로는 제2 스위치를 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 서브모듈을 시험하는 장치에 있어서, 직류전원의 전류를 입력받아 교류전류를 생성하는 인버터; 상기 인버터의 출력 및 상기 서브모듈과 직렬로 연결되어 인덕터 전류가 흐르는 인덕터; 상기 인버터의 출력, 상기 서브모듈 및 상기 인덕터에 직렬 연결된 보조 캐패시터; 상기 보조 캐패시터의 전압이 일정하게 유지되도록 상기 보조 캐패시터의 양단에 보조 전원출력을 제공하는 보조 전원공급부; 및 상기 인버터를 제어하여 상기 직류전원의 회로적 연결을 제어하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여 상기 서브모듈 캐패시터의 회로적 연결을 제어하는 제어부를 포함하는 서브모듈 시험장치를 제공한다.This embodiment includes a first circuit and a second circuit connected in parallel to each other, wherein the first circuit includes a first switch and a sub-module capacitor connected in series, and the second circuit includes a second switch. An apparatus for testing a level converter sub-module, comprising: an inverter for receiving a current of a DC power supply and generating an AC current; an inductor connected in series with the output of the inverter and the sub-module through which an inductor current flows; an auxiliary capacitor connected in series to the output of the inverter, the sub-module, and the inductor; an auxiliary power supply unit for providing auxiliary power output to both ends of the auxiliary capacitor so that the voltage of the auxiliary capacitor is kept constant; and a control unit controlling the circuit connection of the DC power supply by controlling the inverter, and controlling the circuit connection of the sub-module capacitor by controlling the first switch and the second switch. do.

Description

MMC-HVDC 시스템의 서브모듈 시험 방법 및 장치{Method and Apparatus for Testing Submodule of MMC-HVDC System}Method and Apparatus for Testing Submodule of MMC-HVDC System

본 실시예는 MMC(Modular Multi-level Converter)-HVDC(High Voltage Direct Current) 시스템의 서브모듈(Submodule)을 시험하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.The present embodiment relates to a method and an apparatus for testing a submodule of a Modular Multi-level Converter (MMC)-HVDC (High Voltage Direct Current) system.

이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아니다.The content described below merely provides background information related to the present embodiment and does not constitute the prior art.

도 1은 한 암(arm)에 n 개의 서브모듈을 가지는 MMC-HVDC 시스템(100) 및 하프-브리지 구조의 단일 서브모듈(110)을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating an MMC-HVDC system 100 having n submodules in one arm and a single submodule 110 having a half-bridge structure.

MMC-HVDC 시스템(100)의 신뢰성을 확인하기 위해 MMC-HVDC 시스템(100)의 암에 사용되는 서브모듈(110)의 성능시험이 필수적이다. MMC-HVDC 시스템(100)의 한 암은 일반적으로 100 개 이상의 서브모듈(110)로 구성되기 때문에 MMC-HVDC 시스템(100)을 시험하기 위한 시험회로 구성의 시간과 비용적인 측면을 고려해서 단일 서브모듈(110)만 시험하거나 복수의 서브모듈(110)을 묶은 단위인 밸브(valve) 단위로 시험을 진행하는 것이 일반적이다.In order to confirm the reliability of the MMC-HVDC system 100 , a performance test of the sub-module 110 used in the arm of the MMC-HVDC system 100 is essential. Since one arm of the MMC-HVDC system 100 is generally composed of 100 or more sub-modules 110, considering the time and cost of the test circuit configuration for testing the MMC-HVDC system 100, a single sub-module It is common to test only the module 110 or perform the test in units of valves, which are units in which a plurality of sub-modules 110 are bundled.

MMC-HVDC 시스템의 각 암에 흐르는 전류인 암 전류를 모사(simulate)하기 위하여 시험회로에는 제2 고조파와 DC 오프셋 성분을 포함하는 전류를 생성하여 실제 MMC-HVDC시스템의 운전상태와 유사한 상황을 제공할 필요가 있다.In order to simulate the dark current, which is the current flowing through each arm of the MMC-HVDC system, a current including the second harmonic and DC offset component is generated in the test circuit to provide a situation similar to the operating state of the actual MMC-HVDC system. Needs to be.

이와 같이 제2 고조파와 DC 오프셋 성분을 포함하는 암 전류가 모사되어 생성됨에 있어서, 가능하면 스위칭 손실 및 암 전류의 왜곡이 최소화되는 것이 바람직하다.In this way, when the dark current including the second harmonic and the DC offset component is simulated and generated, switching loss and distortion of the dark current are preferably minimized if possible.

본 실시예는 MMC-HVDC 시스템의 서브모듈을 시험하는 데에 필요한 DC 오프셋 성분 및 제2 고조파 성분을 포함하는 암 전류를 선형적으로 모사한 시험전류를 생성하는 시험 회로를 제공하는 데에 주된 목적이 있다.The main purpose of this embodiment is to provide a test circuit that generates a test current that linearly simulates a dark current including a DC offset component and a second harmonic component necessary for testing a submodule of the MMC-HVDC system. There is this.

본 실시예에 따르면, 상호 병렬연결된 제1 회로 및 제2 회로를 포함하되, 상기 제1 회로는 직렬연결된 제1 스위치 및 서브모듈 캐패시터를 포함하고, 상기 제2 회로는 제2 스위치를 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 서브모듈을 시험하는 장치에 있어서, 직류전원의 전류를 입력받아 교류전류를 생성하는 인버터; 상기 인버터의 출력 및 상기 서브모듈과 직렬로 연결되어 인덕터 전류가 흐르는 인덕터; 상기 인버터의 출력, 상기 서브모듈 및 상기 인덕터에 직렬 연결된 보조 캐패시터; 상기 보조 캐패시터의 전압이 일정하게 유지되도록 상기 보조 캐패시터의 양단에 보조 전원출력을 제공하는 보조 전원공급부; 및 상기 인버터를 제어하여 상기 직류전원의 회로적 연결을 제어하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여 상기 서브모듈 캐패시터의 회로적 연결을 제어하는 제어부를 포함하는 서브모듈 시험장치를 제공한다.According to this embodiment, a first circuit and a second circuit connected in parallel to each other, wherein the first circuit includes a first switch and a sub-module capacitor connected in series, and the second circuit includes a second switch. An apparatus for testing a multi-level converter sub-module, comprising: an inverter for receiving a current of a DC power source and generating an AC current; an inductor connected in series with the output of the inverter and the sub-module through which an inductor current flows; an auxiliary capacitor connected in series to the output of the inverter, the sub-module, and the inductor; an auxiliary power supply unit for providing auxiliary power output to both ends of the auxiliary capacitor so that the voltage of the auxiliary capacitor is kept constant; and a control unit controlling the circuit connection of the DC power supply by controlling the inverter, and controlling the circuit connection of the sub-module capacitor by controlling the first switch and the second switch. do.

본 실시예에 따르면, 상호 병렬연결된 제1 회로 및 제2 회로를 포함하되, 상기 제1 회로는 직렬연결된 제1 스위치 및 서브모듈 캐패시터를 포함하고 상기 제2 회로는 제2 스위치를 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 서브모듈을 시험하는 장치에서 서브모듈을 시험하는 방법에 있어서, 인버터에서 직류전원의 전류를 입력받아 교류전류를 생성하는 과정; 상기 인버터의 출력에 연결되는 인덕터에 인덕터 전류가 흐르는 과정; 상기 인버터의 출력 및 상기 인덕터에 직렬 연결된 보조 캐패시터의 전압이 일정하게 유지되도록 상기 보조 캐패시터의 양단에 보조 전원출력을 제공하는 과정; 및 상기 인버터를 제어하여 상기 직류전원의 회로적 연결을 제어하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여 상기 서브모듈 캐패시터의 회로적 연결을 제어하는 과정을 포함하되, 상기 서브모듈은 상기 인버터의 출력 및 상기 인덕터에 직렬로 연결되는 서브모듈 시험방법을 제공한다.According to this embodiment, including a first circuit and a second circuit connected in parallel to each other, wherein the first circuit includes a first switch and a sub-module capacitor connected in series, and the second circuit includes a second switch. A method for testing a sub-module in an apparatus for testing a level converter sub-module, the method comprising: generating an AC current by receiving a current of a DC power supply from an inverter; a process in which an inductor current flows through an inductor connected to an output of the inverter; providing an auxiliary power output to both ends of the auxiliary capacitor so that the output of the inverter and the voltage of the auxiliary capacitor connected in series to the inductor are kept constant; and controlling the circuit connection of the DC power supply by controlling the inverter, and controlling the circuit connection of the sub-module capacitor by controlling the first switch and the second switch, wherein the sub-module includes the A method for testing a submodule connected in series to an output of an inverter and the inductor is provided.

본 실시예에 의하면, MMC-HVDC 시스템의 서브모듈을 시험하기 위한 DC 오프셋 성분과 제2 고조파 성분을 포함하는 암 전류를 선형적으로 모사한 시험전류를 생성하는 효과가 있다.According to this embodiment, there is an effect of generating a test current that linearly simulates a dark current including a DC offset component and a second harmonic component for testing a submodule of the MMC-HVDC system.

또한, 암 전류를 모사되어 생성됨에 있어서 상대적으로 낮은 스위칭 주파수를 이용함으로써 스위칭 손실이 최소화된 시험회로를 제공하는 효과가 있다.In addition, there is an effect of providing a test circuit in which switching loss is minimized by using a relatively low switching frequency in simulating and generating a dark current.

도 1은 한 암(arm)에 n 개의 서브모듈을 가지는 MMC-HVDC 시스템 및 하프-브리지 구조의 단일 서브모듈을 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 서브모듈 시험장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 서브모듈 시험장치에서 발생하는 전류 및 전압의 파형을 도시한 도면이다.
도 4는 서브모듈 시험장치의 동작 모드에 따른 vo, vsm, vL의 값 및 iL의 기울기를 도시한 도면이다.
도 5는 서브모듈 시험장치에 부가적으로 구현될 수 있는 구성요소를 제어부와 함께 도시한 도면이다.
도 6은 모드 1인 경우 서브모듈 시험장치의 전류의 흐름을 도시한 도면이다.
도 7은 모드 2인 경우 서브모듈 시험장치의 전류의 흐름을 도시한 도면이다.
도 8은 모드 3 및 모드 5인 경우 서브모듈 시험장치의 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 9는 모드 4 및 모드 6인 경우 서브모듈 시험장치의 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 10은 모드 7인 경우 서브모듈 시험장치의 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 11은 모드 8인 경우 서브모듈 시험장치의 전류 흐름을 도시한 도면이다.
도 12는 본 실시예에 따른 서브모듈 시험장치의 성능을 검증하기 위한 파라미터를 도시한 도면이다.
도 13은 양의 DC 오프셋을 가지는 암 전류를 모사한 경우의 정상상태 시뮬레이션 파형을 도시한 도면이다.
도 14는 음의 DC 오프셋을 가지는 암 전류를 모사한 경우의 정상상태 시뮬레이션 파형을 도시한 도면이다.
1 is a diagram illustrating an MMC-HVDC system having n submodules in one arm and a single submodule having a half-bridge structure.
2 is a view showing the structure of the sub-module testing apparatus according to the present embodiment.
3 is a view showing waveforms of current and voltage generated in the sub-module test apparatus according to the present embodiment.
4 is a view showing the values of v o , v sm , v L and the slope of i L according to the operation mode of the sub-module test apparatus.
5 is a diagram illustrating components that can be additionally implemented in a sub-module testing apparatus together with a control unit.
6 is a view showing the flow of current of the sub-module test apparatus in the case of mode 1.
7 is a view showing the flow of current of the sub-module test apparatus in mode 2;
8 is a view showing the current flow of the sub-module test apparatus in mode 3 and mode 5;
9 is a view showing the current flow of the sub-module test apparatus in the case of mode 4 and mode 6.
10 is a view showing the current flow of the sub-module test apparatus in the case of mode 7.
11 is a view showing the current flow of the sub-module test device in the case of mode 8.
12 is a diagram illustrating parameters for verifying the performance of the sub-module test apparatus according to the present embodiment.
13 is a diagram illustrating a steady-state simulation waveform when a dark current having a positive DC offset is simulated.
14 is a diagram illustrating a steady-state simulation waveform when a dark current having a negative DC offset is simulated.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 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 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 2는 본 실시예에 따른 서브모듈 시험장치의 구조를 도시한 도면이다.2 is a view showing the structure of the sub-module test apparatus according to the present embodiment.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 서브모듈 시험장치(200)는 직류전원(210), 인버터(220), 인덕터(230), 보조 캐패시터(240), 보조 전원공급부(250) 및 제어부(260)를 전부 또는 일부 포함한다.As shown in FIG. 2 , the sub-module testing apparatus 200 according to this embodiment includes a DC power supply 210 , an inverter 220 , an inductor 230 , an auxiliary capacitor 240 , an auxiliary power supply unit 250 and All or part of the control unit 260 is included.

서브모듈(110)은 양단에 상호 병렬로 연결된 제1 회로 및 제2 회로를 포함한다. 여기서 제1 회로는 직렬연결된 제1 스위치(ST) 및 서브모듈 캐패시터(Csm)를 포함하고, 제2 회로는 제2 스위치(SB)를 포함한다. 또한, 서브모듈(110)의 각 스위치(ST, SB)에는 역병렬 다이오드(DT, DB)가 각각 병렬로 연결된다.The sub-module 110 includes a first circuit and a second circuit connected to each other in parallel at both ends. Here, the first circuit includes a first switch (S T ) and a sub-module capacitor (C sm ) connected in series, and the second circuit includes a second switch (S B ). In addition, each switch (S T , S B ) of the sub-module 110 anti-parallel diodes (D T , D B ) are connected in parallel, respectively.

인버터(220)는 풀브리지 형태로 구현되며 직류전원(210)의 출력전류를 입력받아 교류로 변환하여 교류전류 출력을 생성한다.The inverter 220 is implemented in the form of a full-bridge, receives the output current of the DC power supply 210 and converts it into an AC to generate an AC current output.

인버터(220)는 병렬로 연결된 제1 레그(leg) 및 제2 레그를 포함한다. 제1 레그는 동일한 방향으로 직렬 연결된 제1 스위치(S1) 및 제3 스위치(S3)를 포함하고, 제2 레그는 동일한 방향으로 직렬 연결된 제2 스위치(S2) 및 제4 스위치(S4)를 포함한다.The inverter 220 includes a first leg and a second leg connected in parallel. The first leg includes a first switch (S 1 ) and a third switch (S 3 ) connected in series in the same direction, and the second leg includes a second switch ( S 2 ) and a fourth switch (S) connected in series in the same direction. 4 ) is included.

제1 스위치(S1) 및 제3 스위치(S3) 사이의 접점과 제2 스위치(S2) 및 제4 스위치(S4) 사이의 접점으로부터 인버터(220)의 교류전류 출력이 생성된다.The AC current output of the inverter 220 is generated from the contact point between the first switch S 1 and the third switch S 3 and the contact point between the second switch S 2 and the fourth switch S 4 .

또한, 각 스위치(S1, S2, S3, S4)에는 역병렬 다이오드(D1, D2, D3, D4)가 각각 병렬로 연결된다.In addition, each switch (S 1 , S 2 , S 3 , S 4 ) has an anti-parallel diode ( D 1 , D 2 , D 3 , D 4 ) connected in parallel, respectively.

인버터(220)는 후술하는 제어부(260)의 제어에 의하여 각 스위치(S1, S2, S3, S4)의 스위칭이 제어되어 교류전류 출력을 생성한다.The inverter 220 generates an AC current output by controlling the switching of each of the switches S 1 , S 2 , S 3 , and S 4 under the control of the controller 260 , which will be described later.

인버터(220)의 출력에는 인덕터(230), 보조 캐패시터(240) 및 서브모듈(110)이 직렬로 연결된다.An inductor 230 , an auxiliary capacitor 240 , and a sub-module 110 are connected in series to the output of the inverter 220 .

인덕터(230)의 양단에 인가되는 전압에 따라 인덕터 전류 iL이 흐른다. The inductor current i L flows according to the voltage applied to both ends of the inductor 230 .

보조 전원공급부(250)는 보조 캐패시터(240)의 전압이 일정하게 유지되도록 보조 캐패시터(240)에 보조 전원출력을 제공한다.The auxiliary power supply unit 250 provides an auxiliary power output to the auxiliary capacitor 240 so that the voltage of the auxiliary capacitor 240 is kept constant.

보조 전원공급부(250)는 직류전원(210)을 DC-DC 변환하여 보조 전원출력을 생성하고 생성된 보조 전원출력의 양 단자가 보조 캐패시터(240)의 양 단자에 병렬로 연결된다.The auxiliary power supply 250 converts the DC power 210 to DC-DC to generate an auxiliary power output, and both terminals of the generated auxiliary power output are connected in parallel to both terminals of the auxiliary capacitor 240 .

제어부(260)는 제1 스위치(ST) 및 제2 스위치(SB)를 스위칭하여 서브모듈 캐패시터(Csm)의 회로적 연결을 제어하고, 인버터(220)의 스위치(S1, S2, S3, S4)를 스위칭하여 직류전원(210)의 회로적 연결을 제어한다.The controller 260 controls the circuit connection of the sub-module capacitor C sm by switching the first switch S T and the second switch S B , and switches S 1 , S 2 of the inverter 220 . , S 3 , S 4 ) to control the circuit connection of the DC power supply 210 by switching.

이하, 본 실시예에 대한 설명에서 회로에 연결된다는 표현의 의미는 인덕터(230)의 인덕터 전류가 흐르도록 연결됨을 의미한다. 또한, 회로적 연결을 제어한다는 표현의 의미는 인덕터 전류가 흐르는 방향을 제어하거나 인덕터 전류가 흘르지 않도록 차단함을 의미한다.Hereinafter, in the description of the present embodiment, the expression connected to the circuit means that the inductor current of the inductor 230 is connected to flow. In addition, the expression of controlling the circuit connection means controlling the direction in which the inductor current flows or blocking the flow of the inductor current.

도 2의 회로에서 인덕터(230)에 흐르는 인덕터 전류 iL은 인덕터(230)의 양단 전압 vL에 의해 결정된다. vL의 크기는 인버터(220)의 출력 전압 vo와 서브모듈(110)의 출력 전압 vsm,o 및 서브모듈 캐패시터(Csm)의 전압 vaux에 의해 결정되므로 vL, vo, vsm,o 및 vaux 사이의 관계는 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.In the circuit of FIG. 2 , the inductor current i L flowing through the inductor 230 is determined by the voltage v L across the inductor 230 . The magnitude of v L is determined by the output voltage v o of the inverter 220 and the output voltage v sm,o of the sub-module 110 and the voltage v aux of the sub-module capacitor C sm , so v L , v o , v The relationship between sm, o and v aux can be expressed as in Equation (1).

Figure 112019124419678-pat00001
Figure 112019124419678-pat00001

보조 전원공급부(250)는 iL의 흐름으로 인하여 보조 캐패시터(240) Caux가 충·방전되는 경우 vaux를 일정하게 유지시키기 위한 출력을 발생한다.The auxiliary power supply unit 250 generates an output for maintaining v aux constant when the auxiliary capacitor 240 C aux is charged/discharged due to the flow of i L .

여기서, 보조 전원공급부(250)의 출력 vaux의 크기에 따라 인덕터 전류 iL의 모양이 달라질 수 있으며, 이에 대한 상세한 사항은 후술한다.Here, the shape of the inductor current i L may vary according to the size of the output v aux of the auxiliary power supply 250 , and details thereof will be described later.

도 3은 본 실시예에 따른 서브모듈 시험장치(200)에서 발생하는 전류 및 전압의 파형을 도시한 도면이다.3 is a diagram illustrating waveforms of current and voltage generated in the sub-module testing apparatus 200 according to the present embodiment.

도 3에서 iL은 실제 MMC-HVDC 시스템에 흐르는 암 전류를 선형화한 것으로서 vsm의 평균값 <vsm> 및 vaux의 평균값 <vaux>과 Vin의 관계를 수학식 2와 같이 설정하였을 때 얻을 수 있다.I L is the average value of v sm as a linearizing the dark current flowing in the actual MMC-HVDC system in Figure 3 <v sm> and v mean value of the aux <v aux> and the relationship between V in when set as shown in equation (2) can be obtained

Figure 112019124419678-pat00002
Figure 112019124419678-pat00002

다시 말해서, 제어부(260)는 vsm,o의 vL에 대한 영향을 상쇄시키기 위해 vsm,o의 평균 전압 <vsm>이 직류전원(210)의 입력전압 Vin의 크기와 같도록 제어한다.In other words, the control unit 260 controls the average voltage <v sm > of v sm,o to be equal to the magnitude of the input voltage V in of the DC power supply 210 in order to cancel the effect of v sm,o on v L . do.

또한, 보조 전원공급부(250)의 보조 전원출력 전압은 직류전원(210)의 전압 크기보다 작도록 설정된다. 예컨대, 수학식 2에서 알 수 있듯이 보조 전원공급부(250)의 보조 전원출력 전압의 크기가 직류전원(210)의 전압 크기의 3/4이 되도록 설정된다.In addition, the auxiliary power output voltage of the auxiliary power supply unit 250 is set to be smaller than the voltage level of the DC power source 210 . For example, as shown in Equation 2, the magnitude of the auxiliary power output voltage of the auxiliary power supply unit 250 is set to be 3/4 of the voltage level of the DC power supply 210 .

보조 전원공급부(250)의 보조 전원출력 전압이 직류전원(210)의 전압 크기보다 작도록 설정되는 경우, 직류전원(210) 및 보조 캐패시터(240)가 인버터(220)에 미치는 전류의 증감 방향은 직류전원(210)에 의하여 결정된다. 이에 대해서는 후술하는 8개의 동작 모드에 대한 설명에서 상술한다.When the auxiliary power output voltage of the auxiliary power supply unit 250 is set to be smaller than the voltage level of the DC power supply 210, the direction of increase or decrease of the current applied by the DC power supply 210 and the auxiliary capacitor 240 to the inverter 220 is It is determined by the DC power supply 210 . This will be described in detail in the description of the eight operation modes to be described later.

도 2의 회로의 동작은 서브모듈(110)의 각 스위치(ST, SB)의 동작과 인버터 전류 iL의 값에 따라 도 4와 같이 8개의 동작 모드로 나눌 수 있다.The operation of the circuit of FIG. 2 can be divided into eight operation modes as shown in FIG. 4 according to the operation of each switch ST and S B of the submodule 110 and the value of the inverter current i L .

도 4는 서브모듈 시험장치(200)의 동작 모드에 따른 vo, vsm, vL의 값 및 iL의 기울기의 방향을 도시한 도면이다.4 is a view showing the values of v o , v sm , v L and the direction of the inclination of i L according to the operation mode of the sub-module testing apparatus 200 .

도 4에 나타낸 동작모드에 따른 회로상의 전류의 흐름에 대해서는 이하의 설명에서 상술한다.The flow of current in the circuit according to the operation mode shown in FIG. 4 will be described in detail below.

도 5는 서브모듈 시험장치(200)에 부가적으로 구현될 수 있는 구성요소를 제어부(260)와 함께 도시한 도면이다.FIG. 5 is a diagram illustrating components that can be additionally implemented in the submodule testing apparatus 200 together with the control unit 260 .

도 5에 도시한 바와 같이, 서브모듈 시험장치(200)는 평균전압 산출부(510)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5 , the sub-module testing apparatus 200 may further include an average voltage calculating unit 510 .

평균전압 산출부(510)는 서브모듈(110)의 양단 전압 값 vsm을 수신하여 평균값 <vsm>을 산출한다.The average voltage calculating unit 510 receives the voltage value v sm at both ends of the submodule 110 and calculates the average value <v sm >.

제어부(260)는 레퍼런스 전압 vsm,ref와 <vsm>를 수신하고 vsm,ref와 <vsm>의 차이에 따라 서브모듈(110)의 각 스위치(ST, SB) 및 인버터(220)의 각 스위치(S1 ~ S4)의 스위칭을 제어한다.The control unit 260 receives the reference voltage v sm,ref and <v sm >, and according to the difference between v sm,ref and <v sm >, each switch S T , S B of the submodule 110 and the inverter ( 220) of each switch (S 1 ~ S 4 ) to control the switching.

제어부(260)는 인덕터 전류 iL의 크기에 따라 서브모듈(110)의 각 스위치(ST, SB) 및 인버터(220)의 각 스위치(S1 ~ S4)의 스위칭을 제어한다.The control unit 260 controls the switching of each of the switches S T and S B of the sub-module 110 and each of the switches S 1 to S 4 of the inverter 220 according to the magnitude of the inductor current i L .

제어부(260)는 인덕터 전류 iL에 대한 히스테리시스 제어를 수행한다. 여기서 히스테리시스 제어란, 미리 설정된 인덕터 전류 iL의 하단 피크점 ipeak (-) 및 상단 피크점 ipeak(+) 사이에서 인덕터 전류 iL이 움직이도록 제어하는 것을 의미한다.The controller 260 performs hysteresis control on the inductor current i L . Here, the hysteresis control means controlling the inductor current i L to move between the lower peak point i peak (-) and the upper peak point i peak (+) of the preset inductor current i L .

제어부(260)가 iL의 크기 및 <vsm>의 값에 따라 서브모듈(110)의 각 스위치(ST, SB) 및 인버터(220)의 각 스위치(S1 ~ S4)의 스위칭을 제어하는 동작에 대한 상세한 사항은 후술한다.The control unit 260 switches each switch (S T , S B ) of the sub-module 110 and each switch (S 1 ~ S 4 ) of the inverter 220 according to the size of i L and the value of <v sm > The details of the operation of controlling , will be described later.

도 6 내지 도 11은 서브모듈 시험장치(200)의 동작모드(모드 1 ~ 모드 8)에서 서브모듈 시험장치(200)의 전류의 흐름을 나타낸 도면이다.6 to 11 are diagrams illustrating the flow of current of the sub-module testing device 200 in the operation mode (mode 1 to mode 8) of the sub-module testing device 200 .

서브모듈 시험장치(200)는 동작모드(모드 1 ~ 모드 8)를 주기적으로 반복하면서 동작한다.The sub-module test apparatus 200 operates while periodically repeating the operation modes (Mode 1 to Mode 8).

이하, 도 3 내지 도 11을 함께 참조하면서 서브모듈 시험장치(200)의 동작모드(모드 1 ~ 모드 8)에 대하여 설명한다.Hereinafter, operation modes (modes 1 to 8) of the sub-module test apparatus 200 will be described with reference to FIGS. 3 to 11 together.

도 6 내지 도 11에서, 인덕터 전류는 회로 상의 진하게 그려진 부분의 경로를 통하여 흐르며, 인덕터 전류가 흐르는 방향은 회로 상에 진하게 그려진 경로 상에 표시된 진한 화살표 방향으로 전류가 흐른다.6 to 11 , the inductor current flows through the path of the shaded portion on the circuit, and the direction in which the inductor current flows is the direction of the dark arrow indicated on the darkened path on the circuit.

참고로, 도 3에서 ST 및 SB가 온이 되는 것으로 도시된 경우는 제어부(260)의 제어에 의해 스위치 ST 및 SB가 온으로 스위칭되는 경우만 의미하는 것이 아니라 스위치 ST 및 SB에 각각 병렬로 연결된 역병렬 다이오드 DT 및 DB를 경유하여 전류가 흐르는 경우를 도시한 경우도 포함된다.For reference, the case shown to be a a S T and S B from Figure 3 does not mean only when the switch S T and S B switched on under the control of the controller 260, switch S T and S A case in which current flows through antiparallel diodes D T and D B respectively connected in parallel to B is also included.

또한, 실질적으로 서브모듈(110)의 양단 전압 vsm의 값은 그 크기의 변화폭이 평균값인 <vsm>의 값에 비해 크지 않고, 또한 서브모듈 캐패시터(Csm)의 전압 vaux은 그 평균값 <vaux>의 크기에 비해 변화폭이 작으므로, 도 6 내지 도 11에 대한 설명에서는 수학식 3과 같이 가정하여 설명한다. In addition, substantially the value of the voltage v sm at both ends of the sub-module 110 is not large compared to the value of <v sm > whose amplitude is an average value, and the voltage v aux of the sub-module capacitor C sm is the average value. Since the range of change is small compared to the size of <v aux >, it is assumed that Equation 3 is used in the description of FIGS. 6 to 11 .

Figure 112019124419678-pat00003
Figure 112019124419678-pat00003

(1) (One) 모드mode 1: [t 1: [t 1One ~t~t 22 ] 구간, S] section, S TT 온, on, SS BB // SS 1One ~S~S 44 오프off , i, i LL 상승. Increase.

도 6은 모드 1인 경우 서브모듈 시험장치(200)의 전류의 흐름을 도시한 도면이다.6 is a view showing the flow of current of the sub-module test apparatus 200 in the case of mode 1.

도 3에 도시한 바와 같이, 인덕터 전류 iL이 계속 감소하다가 하단 피크점에 도달하는 t1 시점에 서브모듈 시험장치(200)는 모드 1에 진입한다.As shown in FIG. 3 , the sub-module test apparatus 200 enters mode 1 at the time t 1 when the inductor current i L continues to decrease and reaches the lower peak point.

이때, 제어부(260)는 직류전원(210)이 서브모듈 캐패시터 Csm 및 보조 캐패시터(240) Caux에 회로적으로 연결되도록 제어한다. 여기서, 연결된 회로 상에서 직류전원(210)의 극성이 보조 캐패시터(240)의 극성과 동일한 방향이 된다.At this time, the control unit 260 controls the DC power supply 210 to be circuitly connected to the sub-module capacitor C sm and the auxiliary capacitor 240 C aux . Here, the polarity of the DC power supply 210 is in the same direction as the polarity of the auxiliary capacitor 240 on the connected circuit.

모드 1에 진입하기 위해, 제어부(260)는 인버터 스위치 S1 ~ S4는 오프, 서브모듈 스위치 ST는 ON, 서브모듈 스위치 SB는 OFF가 되도록 스위칭하여 인덕터 전류 iL이 역병렬 다이오드 D1, 직류전원(210), 역병렬 다이오드 D4, 보조 캐패시터(240) Caux, 서브모듈 캐패시터 Csm 및 서브모듈 스위치 ST를 경유하여 역방향으로 흐르도록 제어한다.In order to enter mode 1, the control unit 260 switches the inverter switches S 1 to S 4 to be OFF, the submodule switch S T is ON, and the submodule switch S B is OFF to switch the inductor current i L to the antiparallel diode D 1, and controls so that the direct current power source 210, anti-parallel diode D 4, the auxiliary capacitor (240) C aux, submodule capacitor C sm and the sub-modules via the switch S T to flow in the reverse direction.

제어부(260)의 스위칭에 의하여 서브모듈 스위치 ST가 온이 되고 서브모듈 스위치 SB가 오프가 되면 vsm,o = vsm이 된다. When the sub-module switch S T is turned on and the sub-module switch S B is turned off by the switching of the control unit 260 , v sm,o = v sm .

제어부(260)의 스위칭에 의하여 인버터 스위치 S1 ~ S4가 모두 오프됨으로써 역병렬 다이오드 D1 및 D4를 경유하여 직류전원(210)이 회로에 연결되므로 vo = Vin이 된다. 또한, Vin = vsm = vsm,o이므로 서로 반대 방향의 극성을 갖는 vo와 vsm,o는 서로 상쇄되어 인덕터 전압 vL=vaux가 된다. 따라서, 인덕터 전류 iL은 [t1~t2] 구간에서 수학식 4와 같이 상승한다. Since all inverter switches S 1 to S 4 are turned off by the switching of the controller 260 , the DC power supply 210 is connected to the circuit via the anti-parallel diodes D 1 and D 4 , so that v o = V in . In addition, since V in = v sm = v sm,o , v o and v sm,o having opposite polarities cancel each other to become inductor voltage v L = v aux . Therefore, the inductor current i L rises as in Equation 4 in the period [t 1 to t 2 ].

Figure 112019124419678-pat00004
Figure 112019124419678-pat00004

여기서, L은 인덕터(230)의 인덕턴스를 나타낸다.Here, L represents the inductance of the inductor 230 .

(2) (2) 모드mode 2: [t 2: [t 22 ~t~t 33 ] 구간, S] section, S TT /S/S 22 ~S~S 44 오프off , , SS BB // SS 1One 온, i on, i LL 상승. Increase.

도 7은 모드 2인 경우 전류의 흐름을 도시한 도면이다.7 is a diagram illustrating the flow of current in mode 2;

도 3에 도시한 바와 같이, 인덕터 전류 iL이 (-)인 상태로부터 0에 도달하는 t2 시점에 서브모듈 시험장치(200)는 모드 2에 진입한다.As shown in FIG. 3 , the sub-module test apparatus 200 enters mode 2 at the time t 2 when the inductor current i L reaches 0 from the negative state.

이때, 제어부(260)는 직류전원(210) 및 서브모듈 캐패시터 Csm가 보조 캐패시터(240) Caux로부터 회로적으로 차단되도록 제어한다.At this time, the controller 260 controls the DC power supply 210 and the sub-module capacitor C sm to be circuitly cut off from the auxiliary capacitor 240 C aux .

모드 2에 진입하기 위해, 제어부(260)는 인버터 스위치 S1를 온으로 전환시키고 서브모듈 스위치 ST는 오프, 서브모듈 스위치 SB는 온이 되도록 스위칭하여, 인덕터 전류 iL이 서브모듈 스위치 SB, 보조 캐패시터(240) Caux, 역병렬 다이오드 D2 및 인버터 스위치 S1을 경유하여 순방향으로 흐르도록 제어한다.In order to enter mode 2, the control unit 260 switches the inverter switch S 1 on, the sub-module switch S T is off, and the sub-module switch S B is on, so that the inductor current i L is the sub-module switch S B , the auxiliary capacitor 240 C aux , the antiparallel diode D 2 and the inverter switch S 1 to control the flow in the forward direction.

이때, vsm,o는 0 [V]가 되고 vo는 0 [V]가 되므로, vL=vaux가 되어 인덕터 전류 iL은 [t2~t3] 구간에서 수학식 5와 같이 상승한다.At this time, v sm,o becomes 0 [V] and v o becomes 0 [V], so v L = v aux and the inductor current i L rises as in Equation 5 in the [t 2 ~t 3 ] section. do.

Figure 112019124419678-pat00005
Figure 112019124419678-pat00005

(3) (3) 모드mode 3: [t 3: [t 33 ~t~t 44 ] 구간, S] section, S TT // SS BB // SS 1One ~S~S 33 오프off , S, S 44 온, i on, i LL 하강. descent.

도 8은 모드 3인 경우 전류의 흐름을 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a flow of current in mode 3;

도 3에 도시한 바와 같이, 인덕터 전류 iL이 증가하다가 상단 피크점에 도달하는 t3 시점에 서브모듈 시험장치(200)는 모드 3에 진입한다.As shown in FIG. 3 , the sub-module test apparatus 200 enters mode 3 at the time t 3 when the inductor current i L increases and reaches the upper peak point.

이때, 제어부(260)는 서브모듈 캐패시터 Csm는 보조 캐패시터(240) Caux와 회로적으로 연결되고 직류전원(210)은 보조 캐패시터(240) Caux로부터 회로적으로 차단되도록 제어한다.At this time, the controller 260 controls the sub-module capacitor C sm to be circuitly connected to the auxiliary capacitor 240 C aux and the DC power 210 to be circuitly cut off from the auxiliary capacitor 240 C aux .

모드 3에 진입하기 위해, 제어부(260)는 인버터 스위치 S1 ~ S3은 오프, 인버터 스위치 S4는 온, 서브모듈 스위치 ST 및 SB는 오프가 되도록 스위칭하여, 인덕터 전류 iL이 역병렬 다이오드 DT, 서브모듈 캐패시터 Csm, 보조 캐패시터(240) Caux, 인버터 스위치 S4, 직류전원(210) 및 역병렬 다이오드 D3을 경유하여 순방향으로 흐르도록 제어한다.To enter mode 3, the control unit 260 switches the inverter switches S 1 to S 3 to be off, the inverter switch S 4 to be on, and the submodule switches S T and S B to be off, so that the inductor current i L is reversed. Parallel diode D T , sub-module capacitor C sm , auxiliary capacitor 240 C aux , inverter switch S 4 , DC power 210 and anti-parallel diode D 3 are controlled to flow in the forward direction.

이때, vsm,o는 vsm과 같고 vo는 0 [V]가 되므로, vL=vaux-vsm이 되어 인덕터 전류 iL은 [t3~t4] 구간에서 수학식 6과 같이 하강한다.At this time, v sm,o is the same as v sm and vo becomes 0 [V], so v L =v aux -v sm becomes and the inductor current i L falls as in Equation 6 in the [t 3 ~t 4 ] section. do.

Figure 112019124419678-pat00006
Figure 112019124419678-pat00006

(4) (4) 모드mode 4: [t 4: [t 44 ~t~t 55 ] 구간, S] section, S TT /S/S 1One ~S~S 44 오프off , , SS BB 온, i on, i LL 하강. descent.

도 9는 모드 4인 경우 전류의 흐름을 도시한 도면이다.9 is a diagram illustrating the flow of current in mode 4;

도 3에 도시한 바와 같이, 모드 3에 진입한 후 제1 기설정 시간이 경과하는 t4 시점에 서브모듈 시험장치(200)는 모드 4에 진입한다.As shown in FIG. 3 , the sub-module testing apparatus 200 enters the mode 4 at the time t 4 when the first preset time elapses after entering the mode 3 .

이때, 제어부(260)는 직류전원(210)이 보조 캐패시터(240) Caux와 회로적으로 연결되고 서브모듈 캐패시터 Csm는 보조 캐패시터(240) Caux로부터 회로적으로 차단되도록 제어한다.At this time, the control unit 260 controls the DC power supply 210 to be circuitly connected to the auxiliary capacitor 240 C aux and the sub-module capacitor C sm to be circuitly cut off from the auxiliary capacitor 240 C aux .

모드 4에 진입하기 위해, 제어부(260)는 인버터 스위치 S1 ~ S4를 오프, 서브모듈 스위치 ST를 오프 및 서브모듈 스위치 SB를 온이 되도록 스위칭하여, 인덕터 전류 iL이 서브모듈 스위치 SB, 보조 캐패시터(240) Caux, 역병렬 다이오드 D2, 직류전원(210) 및 역병렬 다이오드 D3을 경유하여 순방향으로 흐르도록 제어한다.To enter mode 4, the control unit 260 switches the inverter switches S 1 to S 4 to be off, the sub-module switch S T is turned off, and the sub-module switch S B is to be on, so that the inductor current i L is the sub-module switch S B , auxiliary capacitor 240 C aux , anti-parallel diode D 2 , DC power 210 and anti-parallel diode D 3 are controlled to flow in the forward direction.

이때, vsm,o는 0 [V]가 되고 vo는 -Vin이 되므로, vL=vaux-Vin이 되어 인덕터 전류 iL은 [t4~t5] 구간에서 수학식 7과 같이 하강한다.Here, v sm, o is 0 [V] is in the v o is -V, v L = v aux is -V in the inductor current i L is [t 4 ~ t 5] Equation (7) in the interval since the go down together

Figure 112019124419678-pat00007
Figure 112019124419678-pat00007

(5) (5) 모드mode 5: [t 5: [t 55 ~t~t 66 ] 구간, S] section, S TT /S/S BB /S/S 1One ~S~S 33 오프, S off, S 44 온, i on, i LL 하강. descent.

모드 4로 진입한 후 제2 기설정 시간이 경과하면 모드 5로 진입한다. 여기서 제2 기설정 시간은 iL의 한 주기의 1/4의 값을 가질 수도 있고, 실시예에 따라서는 인덕터 전류 iL이 하단 피크값으로부터 상단 피크값에 도달하는 시간 등일 수도 있다.After entering mode 4, when the second preset time elapses, mode 5 is entered. Wherein the second preset time may be or the like, the time to reach the top of the peak value from a may have a value of 1/4 of the period, and thus the inductor current i L is the lower peak value to an embodiment of the i L.

제어부(260)는 모드 5에서와 동일한 상태로 인버터 스위치(S1 ~ S4) 및 서브모듈 스위치(ST, SB)를 스위칭한다.The control unit 260 switches the inverter switches (S 1 to S 4 ) and the sub-module switches (S T , S B ) in the same state as in mode 5 .

따라서, 전류 iL은 [t5~t6] 구간에서 수학식 8과 같이 하강한다.Therefore, the current i L falls as in Equation 8 in the period [t 5 ~ t 6 ].

Figure 112019124419678-pat00008
Figure 112019124419678-pat00008

(6) (6) 모드mode 6: [t 6: [t 66 ~t~t 77 ] 구간, S] section, S TT /S/S 1One ~S~S 44 오프, S off, S BB 온, i on, i LL 하강. descent.

모드 5로 진입한 후 제1 지속기간이 경과하면 모드 6으로 진입한다.After entering mode 5, when the first duration elapses, mode 6 is entered.

제1 지속기간은 제어부(260)에 의해 설정되는 값이다. 제1 지속기간이 기설정 초기값으로 설정된 후, 제어부(260)는 레퍼런스 전압 vsm,ref와 서브모듈(110)의 평균전압 <vsm> 사이의 차이에 따라 제1 지속기간을 업데이트 한다.The first duration is a value set by the controller 260 . After the first duration is set to the preset initial value, the controller 260 updates the first duration according to a difference between the reference voltage v sm,ref and the average voltage <v sm > of the sub-module 110 .

예를 들어, 제1 지속기간이 초기값으로서 제2 기설정 시간과 같은 값을 같도록 설정된 후, 제어부(260)는 레퍼런스 전압 vsm,ref가 서브모듈(110)의 평균전압 <vsm> 보다 큰 경우에는 제1 지속기간을 증가시킨다. 만일, 레퍼런스 전압 vsm,ref가 서브모듈(110)의 평균전압 <vsm> 보다 작은 경우에는 제1 지속기간을 감소시킨다.For example, after the first duration is set to have the same value as the second preset time as the initial value, the controller 260 determines that the reference voltage v sm,ref is the average voltage of the submodule 110 <v sm > If greater, the first duration is increased. If the reference voltage v sm,ref is less than the average voltage <v sm > of the sub-module 110 , the first duration is decreased.

따라서, 인덕터(230)에 흐르는 인덕터 전류 iL이 상단 피크점에 도달한 후에 모드 3 및 모드 5로 스위칭이 되는 시간은, 제어부(260)에 의해 서브모듈 캐패시터 Csm의 평균 전압 값 <vsm>과 레퍼런스 전압값 vsm,ref의 차이에 따라 결정되는 것이다.Therefore, the time for switching to mode 3 and mode 5 after the inductor current i L flowing through the inductor 230 reaches the upper peak point is the average voltage value of the sub-module capacitor C sm <v sm by the controller 260 . It is determined according to the difference between > and the reference voltage value v sm,ref.

모드 6에 진입하기 위해, 제어부(260)는 모드 4에서와 동일한 상태로 인버터 스위치(S1 ~ S4) 및 서브모듈 스위치(ST, SB)를 스위칭한다.In order to enter mode 6, the control unit 260 switches the inverter switches S 1 to S 4 and the sub-module switches S T and S B in the same state as in mode 4.

따라서, 전류 iL은 [t6~t7] 구간에서 수학식 9와 같이 하강한다.Therefore, the current i L falls as in Equation 9 in the [t 6 ~ t 7 ] section.

Figure 112019124419678-pat00009
Figure 112019124419678-pat00009

(7) 모드 7: [t(7) Mode 7: [t 77 ~t~t 88 ] 구간, S] section, S TT /S/S BB /S/S 1One /S/S 44 오프, S off, S 22 /S/S 33 온, i on, i LL 하강. descent.

도 10은 모드 7인 경우의 전류의 흐름을 도시한 도면이다.10 is a diagram illustrating a flow of current in mode 7;

도 3에 도시한 바와 같이, 인덕터 전류 iL이 (+)인 상태로부터 0에 도달하는 t7 시점에 서브모듈 시험장치(200)는 모드 7에 진입한다.As shown in FIG. 3 , the sub-module test apparatus 200 enters mode 7 at the time t 7 when the inductor current i L reaches 0 from the (+) state.

이때, 제어부(260)는 직류전원(210)이 보조 캐패시터(240) Caux와 회로적으로 연결되고 서브모듈 캐패시터 Csm는 보조 캐패시터(240) Caux로부터 회로적으로 차단되도록 제어한다.At this time, the control unit 260 controls the DC power supply 210 to be circuitly connected to the auxiliary capacitor 240 C aux and the sub-module capacitor C sm to be circuitly cut off from the auxiliary capacitor 240 C aux .

모드 7에 진입하기 위해, 제어부(260)는 인버터 스위치 S1 및 S4를 오프, 인버터 스위치 S2 및 S3을 온, 서브모듈 스위치 ST 및 SB를 오프가 되도록 스위칭하여, 인덕터 전류 iL이 인버터 스위치 S3, 직류전원(210), 인버터 스위치 S2, 보조 캐패시터(240) Caux 및 역병렬 다이오드 DB를 경유하여 역방향으로 흐르도록 제어한다.In order to enter mode 7, the control unit 260 switches the inverter switches S 1 and S 4 to be off, the inverter switches S 2 and S 3 to be on, and the submodule switches S T and S B to be off, so that the inductor current i L is controlled to flow in the reverse direction via the inverter switch S 3 , the DC power supply 210 , the inverter switch S 2 , the auxiliary capacitor 240 C aux and the antiparallel diode D B .

이때, vsm,o는 0 [V]가 되고 vo는 -Vin이 되므로, vL=vaux-Vin이 되어 인덕터 전류 iL은 [t7~t8] 구간에서 수학식 10과 같이 하강한다.Here, v sm, o is 0 [V] is in the v o is -V, v L = v aux is -V in the inductor current i L is Equation (10) in the interval [t 7 ~ t 8] Since the go down together

Figure 112019124419678-pat00010
Figure 112019124419678-pat00010

(8) 모드 8: [t(8) Mode 8: [t 88 ~t~t 99 ] 구간, S] section, S TT /S/S 33 온, S on, S BB /S/S 1One /S/S 22 /S/S 44 오프, i off, i LL 하강. descent.

도 11은 모드 8인 경우의 전류의 흐름을 도시한 도면이다.11 is a diagram illustrating a flow of current in mode 8. FIG.

도 3에 도시한 바와 같이, 모드 6에 진입한 후 제3 기설정 시간이 경과하는 t8 시점에 서브모듈 시험장치(200)는 모드 8에 진입한다.As shown in FIG. 3 , the sub-module test apparatus 200 enters the mode 8 at the time t 8 when the third preset time elapses after entering the mode 6 .

여기서 제3 기설정 시간은 iL의 한 주기의 1/4의 값을 가질 수도 있고, 실시예에 따라서는 인덕터 전류 iL이 하단 피크값으로부터 상단 피크값에 도달하는 시간 등 실시예에 따라 다양한 값을 가질 수 있다.Here, the third preset time may have a value of 1/4 of one cycle of i L , and according to an embodiment, the inductor current i L may vary depending on the embodiment, such as the time from the lower peak value to the upper peak value. can have a value.

이때, 제어부(260)는 서브모듈 캐패시터 Csm가 보조 캐패시터(240) Caux와 회로적으로 연결되고 직류전원(210)은 보조 캐패시터(240) Caux로부터 회로적으로 차단되도록 제어한다.At this time, the controller 260 controls the sub-module capacitor C sm to be circuitly connected to the auxiliary capacitor 240 C aux and the DC power 210 to be circuitly cut off from the auxiliary capacitor 240 C aux .

모드 8에 진입하기 위해, 제어부(260)는 인버터 스위치 S1, S2 및 S4를 오프, 인버터 스위치 S3을 온, 서브모듈 스위치 ST를 온, 서브모듈 스위치 SB를 오프가 되도록 스위칭하여, 인덕터 전류 iL이 인버터 스위치 S3, 역병렬 다이오드 D4, 보조 캐패시터(240) Caux, 서브모듈 캐패시터 Csm 및 서브모듈 스위치 ST를 경유하여 역방향으로 흐르도록 제어한다.In order to enter mode 8, the controller 260 switches the inverter switches S 1 , S 2 and S 4 off, the inverter switch S 3 turns on, the sub-module switch S T on, and the sub-module switch S B to be off. and controls the inductor current i L to flow in the reverse direction by way of the inverter switches S 3, the antiparallel diode D 4, the auxiliary capacitor (240) C aux, submodule capacitor C sm and the sub-module switch S T.

이때, vsm,o는 vsm이 되고 vo는 0 [V]가 되므로, vL=vaux-vsm이 되어 인덕터 전류 iL은 [t8~t9] 구간에서 수학식 11과 같이 하강한다.At this time, v sm,o becomes v sm and v o becomes 0 [V], so v L =v aux -v sm becomes and the inductor current i L becomes as in Equation 11 in the section [t 8 ~ t 9 ] descend

Figure 112019124419678-pat00011
Figure 112019124419678-pat00011

이상에서 서브모듈 시험장치(200)의 동작모드를 살펴본 바와 같이, 제어부(260)는 인덕터 전류 iL이 하단 피크점으로부터 상단 피크점까지 증가하는 모드 1 및 모드 2의 구간에서는 직류전원(210) 및 서브모듈 캐패시터(Csm)가 인덕터(230)에 함께 회로적으로 연결되거나 직류전원(210) 및 서브모듈 캐패시터(Csm) 모두 인덕터(230)에 회로적으로 연결되지 않도록 제어한다.As described above in the operation mode of the sub-module test apparatus 200, the control unit 260 controls the DC power supply 210 in the sections of mode 1 and mode 2 in which the inductor current i L increases from the lower peak point to the upper peak point. And the sub-module capacitor (C sm ) is circuitly connected to the inductor 230 or both the DC power supply 210 and the sub-module capacitor (C sm ) are controlled not to be circuitly connected to the inductor 230 .

또한, 제어부(260)는 인덕터 전류 iL이 감소하는 모드 3 내지 및 모드 8의 구간에서는 직류전원(210) 및 서브모듈 캐패시터(Csm) 중 하나는 인덕터(230)에 연결되고 직류전원(210) 및 서브모듈 캐패시터(Csm) 중 다른 하나는 인덕터(230)로부터 차단되도록 제어한다.In addition, the control unit 260 is one of the DC power supply 210 and the sub-module capacitor (C sm ) is connected to the inductor 230 in the sections of modes 3 to and mode 8 in which the inductor current i L decreases, and the DC power supply 210 ) and the other of the sub-module capacitor (C sm ) is controlled to be cut off from the inductor 230 .

또한, 제어부(260)는 인덕터 전류 iL이 증가하는 구간에서 직류전원(210)이 회로적으로 연결되도록 제어하는 경우(즉, 모드 1)에서는 보조 캐패시터(240) Caux의 극성과 동일한 방향으로 연결되도록 제어하나, 인덕터 전류 iL이 감소하는 구간에서 직류전원(210)이 회로적으로 연결되도록 제어하는 경우(즉, 모드 4, 6, 7)에서는 보조 캐패시터(240) Caux의 극성과 반대 방향으로 연결되도록 제어한다.In addition, when the control unit 260 controls the DC power supply 210 to be circuitly connected in the section in which the inductor current i L increases (that is, in mode 1), in the same direction as the polarity of the auxiliary capacitor 240 C aux . In the case of controlling to be connected, but controlling the DC power supply 210 to be circuitly connected in the section where the inductor current i L decreases (ie, modes 4, 6, 7), the polarity of the auxiliary capacitor 240 C aux is opposite to the polarity control to connect in the right direction.

도 12는 본 실시예에 따른 서브모듈 시험장치(200)의 성능을 검증하기 위한 파라미터를 도시한 도면이다.12 is a diagram illustrating parameters for verifying the performance of the submodule testing apparatus 200 according to the present embodiment.

본 실시예에 따른 서브모듈 시험장치(200)의 성능을 검증하기 위해 도 12에 도시된 파라미터를 적용하여 시뮬레이션을 수행하였다.In order to verify the performance of the submodule test apparatus 200 according to the present embodiment, a simulation was performed by applying the parameters shown in FIG. 12 .

도 13은 양의 DC 오프셋을 가지는 암 전류를 모사한 경우의 정상상태 시뮬레이션 파형을 도시한 도면이고, 도 14는 음의 DC 오프셋을 가지는 암 전류를 모사한 경우의 정상상태 시뮬레이션 파형을 도시한 도면이다.13 is a view showing a steady-state simulation waveform when a dark current having a positive DC offset is simulated, and FIG. 14 is a view showing a steady-state simulation waveform when a dark current having a negative DC offset is simulated. am.

도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 시뮬레이션 파형을 보면 서브모듈 캐패시터의 평균 전압 vsm이 일정하게 제어되면서 DC 오프셋과 제2 고조파 성분을 포함하는 MMC-HVDC 시스템의 암 전류를 선형적으로 근사화한 iL이 왜곡 없이 출력되는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 13 and 14 , looking at the simulation waveform, the dark current of the MMC-HVDC system including the DC offset and the second harmonic component is linearly approximated while the average voltage v sm of the sub-module capacitor is constantly controlled. It can be seen that one i L is output without distortion.

또한, 종래에는 60 Hz의 암 전류를 모사함에 있어서 수십 kHz 단위의 스위칭이 필요했던 데 반해, 본 실시예에서는 180 ~ 200 Hz 정도의 스위칭만으로 암 전류가 모사 가능하므로 스위칭에 따른 손실을 종래에 비해 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, while conventionally, switching in units of several tens of kHz is required to simulate a dark current of 60 Hz, in this embodiment, a dark current can be simulated only by switching of about 180 to 200 Hz, so the loss due to switching is reduced compared to the prior art. This has the effect of greatly reducing it.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of this embodiment, and various modifications and variations will be possible by those skilled in the art to which this embodiment belongs without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are intended to explain rather than limit the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the equivalent range should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.

100: MMC-HVDC 시스템 110: 서브모듈
200: 서브모듈 시험장치 210: 직류전원
220: 인버터 230: 인덕터
240: 보조 캐패시터 250: 보조 전원공급부
260: 제어부 510: 평균전압 산출부
100: MMC-HVDC system 110: submodule
200: sub-module test device 210: DC power
220: inverter 230: inductor
240: auxiliary capacitor 250: auxiliary power supply
260: control unit 510: average voltage calculation unit

Claims (11)

상호 병렬연결된 제1 회로 및 제2 회로를 포함하되, 상기 제1 회로는 직렬연결된 제1 스위치 및 서브모듈 캐패시터를 포함하고, 상기 제2 회로는 제2 스위치를 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 서브모듈을 시험하는 장치에 있어서,
직류전원의 전류를 입력받아 교류전류를 생성하는 인버터;
상기 인버터의 출력 및 상기 서브모듈과 직렬로 연결되어 인덕터 전류가 흐르는 인덕터;
상기 인버터의 출력, 상기 인덕터, 및 상기 서브모듈의 출력과 루프(loop)를 형성하는 보조 캐패시터;
상기 보조 캐패시터의 전압이 일정하게 유지되도록 상기 보조 캐패시터의 양단에 보조 전원출력을 제공하는 보조 전원공급부; 및
상기 인버터를 제어하여 상기 직류전원의 회로적 연결을 제어하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여 상기 서브모듈 캐패시터의 회로적 연결을 제어하는 제어부
를 포함하는 서브모듈 시험장치.
A modular multi-level converter sub-module comprising a first circuit and a second circuit connected in parallel to each other, wherein the first circuit includes a first switch and a sub-module capacitor connected in series, and the second circuit includes a second switch In the device to be tested,
an inverter that receives a current from a DC power supply and generates an AC current;
an inductor connected in series with the output of the inverter and the sub-module through which an inductor current flows;
an auxiliary capacitor forming a loop with the output of the inverter, the inductor, and the output of the sub-module;
an auxiliary power supply unit for providing auxiliary power output to both ends of the auxiliary capacitor so that the voltage of the auxiliary capacitor is kept constant; and
A control unit controlling the circuit connection of the DC power supply by controlling the inverter, and controlling the circuit connection of the sub-module capacitor by controlling the first switch and the second switch
A sub-module test device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 보조 전원공급부는,
상기 직류전원을 DC-DC 변환하여 상기 보조 전원출력을 생성하여 상기 보조 전원출력의 양단을 상기 보조 캐패시터의 양단에 병렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 서브모듈 시험장치.
According to claim 1,
The auxiliary power supply unit,
The sub-module testing apparatus, characterized in that by converting the DC power to DC-DC to generate the auxiliary power output, both ends of the auxiliary power output are connected in parallel to both ends of the auxiliary capacitor.
제1항에 있어서,
상기 보조 전원출력의 전압은,
상기 직류전원의 전압 크기보다 작도록 설정하는 것을 특징으로 하는 서브모듈 시험장치.
According to claim 1,
The voltage of the auxiliary power output is
Sub-module testing apparatus, characterized in that it is set to be smaller than the voltage level of the DC power.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인덕터 전류가 하단 피크점에 도달한 경우, 상기 직류전원이 상기 서브모듈 캐패시터 및 상기 보조 캐패시터에 직렬로 연결되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서브모듈 시험장치.
According to claim 1,
The control unit is
and controlling the DC power supply to be connected in series to the sub-module capacitor and the auxiliary capacitor when the inductor current reaches a lower peak point.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인덕터 전류의 값이 (-)인 상태로부터 0에 도달하는 경우, 상기 직류전원 및 상기 서브모듈 캐패시터가 상기 보조 캐패시터와의 연결이 차단되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서브모듈 시험장치.
According to claim 1,
The control unit is
When the value of the inductor current reaches 0 from a negative state, the sub-module testing apparatus according to claim 1, wherein the DC power supply and the sub-module capacitor are controlled so that the connection with the auxiliary capacitor is cut off.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인덕터에 흐르는 인덕터 전류가 상단 피크점에 도달한 후, 기설정 시간동안 상기 서브모듈 캐패시터는 상기 보조 캐패시터와 연결되고 상기 직류전원은 상기 보조 캐패시터로부터 차단되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서브모듈 시험장치.
According to claim 1,
The control unit is
After the inductor current flowing through the inductor reaches the upper peak point, the sub-module capacitor is connected to the auxiliary capacitor for a preset time, and the DC power is controlled to be cut off from the auxiliary capacitor. .
제6항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 서브모듈 캐패시터의 평균 전압 값과 레퍼런스 전압값의 차이에 따라 상기 기설정 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는 서브모듈 시험장치.
7. The method of claim 6,
The control unit is
and determining the preset time according to a difference between an average voltage value of the sub-module capacitor and a reference voltage value.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인덕터 전류의 값이 (+)인 상태로부터 0에 도달하는 경우, 상기 직류전원의 연결방향이 반대방향으로 전환되어 상기 보조 캐패시터와 연결되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서브모듈 시험장치.
According to claim 1,
The control unit is
When the value of the inductor current reaches 0 from the (+) state, the connection direction of the DC power is switched to the opposite direction, and the sub-module test apparatus is controlled to be connected to the auxiliary capacitor.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인덕터 전류가 증가하는 구간에서는 상기 직류전원 및 상기 서브모듈 캐패시터가 상기 인덕터에 함께 연결되거나 상기 직류전원 및 상기 서브모듈 캐패시터 모두 상기 인덕터에 연결되지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서브모듈 시험장치.
According to claim 1,
The control unit is
In a section in which the inductor current increases, the DC power supply and the sub-module capacitor are controlled to be connected to the inductor together or both the DC power and the sub-module capacitor are not connected to the inductor.
제9항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 인덕터 전류가 감소하는 구간에서는 상기 직류전원 및 상기 서브모듈 캐패시터 중 하나는 상기 인덕터에 연결되고 다른 하나는 상기 인덕터로부터 차단되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서브모듈 시험장치.
10. The method of claim 9,
The control unit is
In a section in which the inductor current decreases, one of the DC power supply and the sub-module capacitor is connected to the inductor and the other is controlled to be cut off from the inductor.
상호 병렬연결된 제1 회로 및 제2 회로를 포함하되, 상기 제1 회로는 직렬연결된 제1 스위치 및 서브모듈 캐패시터를 포함하고, 상기 제2 회로는 제2 스위치를 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 서브모듈을 시험하는 장치에서 서브모듈을 시험하는 방법에 있어서,
인버터에서 직류전원의 전류를 입력받아 교류전류를 생성하는 과정;
상기 인버터의 출력 및 상기 서브모듈과 직렬로 연결되는 인덕터에 인덕터 전류가 흐르는 과정;
상기 인버터의 출력, 상기 인덕터, 및 상기 서브모듈의 출력과 루프(loop)를 형성하는 보조 캐패시터의 전압이 일정하게 유지되도록 상기 보조 캐패시터의 양단에 보조 전원출력을 제공하는 과정; 및
상기 인버터를 제어하여 상기 직류전원의 회로적 연결을 제어하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하여 상기 서브모듈 캐패시터의 회로적 연결을 제어하는 과정
을 포함하는 서브모듈 시험방법.
A modular multi-level converter sub-module comprising a first circuit and a second circuit connected in parallel to each other, wherein the first circuit includes a first switch and a sub-module capacitor connected in series, and the second circuit includes a second switch A method for testing a submodule in a device to be tested, comprising:
A process of generating an AC current by receiving a current of a DC power supply from an inverter;
an inductor current flowing through an output of the inverter and an inductor connected in series with the sub-module;
providing an auxiliary power output at both ends of the auxiliary capacitor so that the voltage of the output of the inverter, the inductor, and the auxiliary capacitor forming a loop with the output of the sub-module is kept constant; and
A process of controlling the circuit connection of the DC power supply by controlling the inverter, and controlling the circuit connection of the sub-module capacitor by controlling the first switch and the second switch
Submodule test method including
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