KR102524800B1 - Moudlar multi-level converter and operating method for the same - Google Patents
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Abstract
본 개시의 실시 예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터는 복수 개의 서브 모듈을 포함하는 복수의 상 클러스터 및 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 상기 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.In the modular multi-level converter according to an embodiment of the present disclosure, when a plurality of phase clusters including a plurality of sub-modules and reactive power output from the modular multi-level converter is less than or equal to reference power, a circulating current flows through the phase clusters. It may include a processor that controls to
Description
본 개시는 모듈형 멀티레벨 컨버터 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a modular multilevel converter and an operating method thereof.
산업이 발전하고 인구가 증가함에 따라 전력 수요는 급증하는데 반해, 전력생산에는 한계가 있다. As the industry develops and the population increases, electricity demand soars, but electricity production is limited.
이에 따라, 생산지에서 생성된 전력을 손실 없이 안정적으로 수요지로 공급하기 위한 전력계통이 점차 중요해지고 있다. Accordingly, a power system for supplying power generated in a production area to a demand area stably without loss is becoming increasingly important.
전력조류와 계통전압, 안정도 향상을 위한 FACTS(Flexible AC Transmission System) 설비의 필요성이 대두되고 있다. FACTS 설비 중 3세대로 불리는 전력보상장치의 일종인 STATCOM(STATic synchronous COMpensator) 설비는 전력계통에 병렬로 병입되어 전력계통에서 필요로 하는 무효전력을 보상해 주고 있다. The need for FACTS (Flexible AC Transmission System) facilities to improve power flow, system voltage, and stability is emerging. STATCOM (STATic synchronous COMpensator), a type of power compensator called the 3rd generation among FACTS facilities, is fed in parallel to the power system and compensates for the reactive power required by the power system.
도 1은 일반적인 전력계통시스템을 도시한다.1 shows a general power system.
도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 전력계통시스템(10)은 전력생성원(20), 전력계통(30), 부하(40) 및 다수의 무효전력보상장치(50)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1, a general
전력생성원(20)은 전력을 생성하는 장소나 설비를 의미하는 것으로서, 전력을 생성하는 생산자로 이해될 수 있다. The
전력계통(30)은 전력생성원(20)에서 생성된 전력을 부하(40)로 송전하도록 하여 주는 전력선, 철탑, 피뢰기, 애자 등을 포함하는 일체의 설비를 의미할 수 있다. The
부하(40)는 전력생성원(20)에서 생성된 전력을 소비하는 장소나 설비를 의미하는 것으로서, 전력을 소비하는 소비자로 이해될 수 있다.The
무효전력보상장치(50)는 STATCOM으로서, 전력계통(30)에 연계되어 전력계통(30)으로 흐르는 전력 중에서 무효전력의 부족 시 이를 보상하여 주는 장치일 수 있다.The
무효전력보상장치(50)는 전력계통의 교류전력을 직류전력으로 변환하거나 직류전력을 교류전력으로 변환하여 줄 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터를 포함한다.The
모듈형 멀티레벨 컨버터는 3상 각각에 대해 서로 직렬로 연결되는 복수 개의 서브 모듈로 이루어진 클러스터(cluster)를 포함한다. The modular multilevel converter includes a cluster composed of a plurality of sub-modules connected in series with each other for each of the three phases.
도 2a는 스타 커넥션(star connection topology)을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 회로도이고, 도 2b는 델타 커넥션(delta connection topology)을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 회로도이다.2A is a circuit diagram of a modular multilevel converter having a star connection topology, and FIG. 2B is a circuit diagram of a modular multilevel converter having a delta connection topology.
도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 3상 클러스터(52) 각각에 복수 개의 서브 모듈(54)이 서로 직렬로 연결되는 구조를 가진다.As shown in FIGS. 2A and 2B , each of the three-
모듈형 멀티레벨 컨버터에서는 서브 모듈의 스위칭 로스를 줄이기 위한 알고리즘이 사용되는데, 이는 서브 모듈의 스위칭이 필요 이상으로 일어나게 될 경우 발생하는 에너지 손실을 줄이기 위한 알고리즘이다.In the modular multilevel converter, an algorithm for reducing switching loss of submodules is used, which is an algorithm for reducing energy loss that occurs when switching of submodules occurs more than necessary.
그러나, 모듈형 멀티레벨 컨버터의 출력이 저출력 구간일 때에는, 각 서브 모듈의 커패시터 충, 방전 기간이 짧아지게 되며, 각 서브 모듈의 충, 방전 시 발생하는 전압 변동의 차이가 스위칭 로스를 줄이기 위한 알고리즘에서 허용하는 차이보다 작게 변동된다.However, when the output of the modular multi-level converter is in the low-output range, the capacitor charging and discharging period of each sub-module is shortened, and the difference in voltage fluctuation generated during charging and discharging of each sub-module is an algorithm for reducing switching loss. fluctuates less than the difference allowed by
이로 인해, 모듈형 멀티레벨 컨버터가 저출력 구간일 때, 스위칭 되었던 서브 모듈만 계속해서 스위칭 되고, 스위칭 되지 않은 서브 모듈은 계속해서 스위칭 되지 않는 문제가 있다.For this reason, when the modular multilevel converter is in a low-output period, there is a problem in that only switched submodules are continuously switched and unswitched submodules are not continuously switched.
본 개시는 모듈형 멀티레벨 컨버터에서, 서브 모듈의 스위칭 주파수 불균형을 완화하기 위한 장치 및 그의 동작 방법을 제시하고자 한다.The present disclosure intends to propose a device and method for mitigating switching frequency imbalance of submodules in a modular multilevel converter and its operation method.
본 개시의 모듈형 멀티레벨 컨버터는 복수 개의 서브 모듈을 포함하는 복수의 상 클러스터 및 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 상기 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.The modular multi-level converter of the present disclosure includes a plurality of phase clusters including a plurality of sub-modules and a processor that controls circulating current to flow through the phase clusters when reactive power output from the modular multi-level converter is less than or equal to reference power. can include
상기 기준 전력은 0Mvar일 수 있다.The reference power may be 0Mvar.
상기 프로세서는 레퍼런스 생성부 및 비교부를 포함하고, 상기 비교부는 상기 레퍼런스 생성부에서 생성한 기준 전압을 상기 기준 전압을 제외한 나머지 입력 전압과 비교할 수 있다.The processor may include a reference generator and a comparator, and the comparator may compare the reference voltage generated by the reference generator with other input voltages excluding the reference voltage.
상기 레퍼런스 생성부는, 상기 복수의 상 클러스터 전압의 평균 전압 값을 상기 기준 전압으로 생성할 수 있다.The reference generator may generate an average voltage value of the plurality of phase cluster voltages as the reference voltage.
상기 프로세서는 저출력 감지부와 전압 생성부를 더 포함하고, 상기 저출력 감지부는 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 상기 전압 생성부가 생성하는 전압이 상기 비교부에 입력되도록 할 수 있다.The processor further includes a low power detector and a voltage generator, and the low power detector allows the voltage generated by the voltage generator to be input to the comparator when reactive power output from the modular multi-level converter is less than or equal to reference power. can
상기 비교부는 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 상기 전압 생성부가 생성한 전압을 더한 값을 상기 기준 전압과 비교할 수 있다.The comparator may compare a value obtained by adding the actually measured average voltage of each sub-module of each phase cluster and the voltage generated by the voltage generator to the reference voltage.
상기 비교부는 상기 기준 전압에서 상기 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값을 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 비교할 수 있다.The comparator may compare a value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage with the actually measured average voltage of the sub-modules of each phase cluster.
상기 비교부는 상기 기준 전압에서 상기 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값이 상기 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 차이가 있는 경우, 상기 각 상 클러스터에 제어 신호를 전송할 수 있다.The comparator may transmit a control signal to each phase cluster when a value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage is different from the actually measured average voltage of each sub-module of each phase cluster.
본 개시의 모듈형 멀티레벨 컨버터의 동작 방법은 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터의 출력에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인지 판단하는 단계 및 상기 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 복수의 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.A method of operating a modular multi-level converter of the present disclosure includes determining whether reactive power output from an output of the modular multi-level converter is equal to or less than a reference power, and when the reactive power is equal to or less than a reference power, a circulating current in a plurality of phase clusters It may include a step of controlling to flow.
상기 복수의 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 단계는, 레퍼런스 생성부에서 생성한 기준 전압에서 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값을 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 비교하는 단계를 포함할 수 있다.The step of controlling the circulating current to flow through the plurality of phase clusters includes comparing a value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage generated by the reference generator with the actually measured average voltage of the submodules of each phase cluster. steps may be included.
상기 복수의 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 단계는, 레퍼런스 생성부에서 생성한 기준 전압에서 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값을 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 차이가 있는 경우, 상기 각 상 클러스터에 제어 신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the step of controlling the circulating current to flow through the plurality of phase clusters, a value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage generated by the reference generator is different from the actually measured average voltage of the submodules of each phase cluster. If there is, the step of transmitting a control signal to each phase cluster may be further included.
본 개시에 따르면, 저출력 구간에서도 각 서브 모듈의 스위칭 주파수가 균등하게 제어되므로 특정 서브 모듈만 사용되어 제품의 수명이 단축되는 것을 극복할 수 있다.According to the present disclosure, since the switching frequency of each sub-module is uniformly controlled even in a low-output period, it is possible to overcome shortening of a product's lifespan due to the use of only a specific sub-module.
도 1은 일반적인 전력계통시스템을 도시한다.
도 2a는 스타 커넥션을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 회로도이다.
도 2b는 델타 커넥션을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구비한 전력계통시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 델타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구비한 전력계통시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터를 도시한 블록도이다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 프로세서를 상세히 도시한 블록도이다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 프로세서의 전압 생성부가 생성하는 전압의 파형을 나타낸 예시 도면이다.1 shows a general power system.
Figure 2a is a circuit diagram of a modular multilevel converter with a star connection.
Figure 2b is a circuit diagram of a modular multilevel converter with a delta connection.
Figure 3 shows a power system system having a modular multi-level converter of star connection according to the present invention.
Figure 4 shows a power system system having a modular multi-level converter of delta connection according to the present invention.
5 is a block diagram illustrating a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram showing in detail a processor of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present disclosure.
7 is an exemplary diagram illustrating a waveform of a voltage generated by a voltage generator of a processor according to an embodiment of the present disclosure.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar elements are given the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or used together in consideration of ease of writing the specification, and do not have meanings or roles that are distinct from each other by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the embodiment disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, the technical idea disclosed in this specification is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention , it should be understood to include equivalents or substitutes.
도 3은 본 발명에 따른 스타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구비한 전력계통시스템을 도시한다.Figure 3 shows a power system system having a modular multi-level converter of star connection according to the present invention.
도 3에 도시한 바와 같이, 스타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)가 전력계통(140)에 병렬로 병입되어 전력계통(140)에서 필요로 하는 무효전력을 보상해 줄 수 있다.As shown in FIG. 3 , the star connection
스타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)는 전력계통(140)의 3상 라인(142, 144, 146)에 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)가 개별적으로 연결될 수 있다. In the star connection
구체적으로, 제1 상 클러스터(130)는 전력계통(140)의 제1 상 라인(142)과 노드(n) 사이에 연결되고, 제2 상 클러스터(132)는 전력계통(140)의 제2 상 라인(144)과 노드(n) 사이에 연결되며, 제3 상 클러스터(134)는 전력계통(140)의 제3 상 라인(146)과 노드(n) 사이에 연결될 수 있다.Specifically, the
각 상 클러스터(130, 132, 134)는 서로 직렬로 연결되는 복수 개의 서브 모듈(136)을 포함할 수 있다. 각 서브 모듈(136)은 복수 개의 스위칭 소자, 이들 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 복수 개의 다이오드 및 커패시터를 포함할 수 있다. Each
전력계통(140)이 운용되는 경우, 각 서브 모듈(136)의 커패시터가 수시로 충전 또는 방전될 수 있다. When the
각 상 클러스터(130, 132, 134) 내에서 선택 또는 비선택되는 서브 모듈(136)의 개수에 따른 각 서브 모듈(136) 내의 커패시터의 전압의 합에 의해 교류무효전력이 생성되어 전력계통(140)에 보상될 수 있다 AC reactive power is generated by the sum of the voltages of the capacitors in each
서브 모듈(136)이 선택됨은 서브 모듈(136)이 활성화됨을 의미하고, 서브 모듈(136)이 비선택됨은 서브 모듈(136)이 비활성화됨을 의미할 수 있다.Selecting the
서브 모듈(136)이 선택되는 경우, 서브 모듈(136) 내의 복수 개의 스위칭 소자 중 특정 스위칭 소자가 턴온되어 커패시터의 전압이 출력될 수 있다. When the
서브 모듈(136)이 비선택되는 경우, 해당 서브 모듈(136) 내의 커패시터로 전류 흐름 통로(current flow path)가 형성되지 않고 해당 서브 모듈(136)이 바이패스(bypass)되어 해당 서브 모듈(136)의 커패시터의 전압이 출력되지 않게 된다. When the
도 4는 본 발명에 따른 델타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구비한 전력계통시스템을 도시한다.Figure 4 shows a power system system having a modular multi-level converter of delta connection according to the present invention.
도 4의 델타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터는 도 3의 스타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터와 커넥션 구조만 다를 뿐 그 구성에 있어서는 동일하다. 따라서, 델타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터의 설명에 있어서 스타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.The modular multilevel converter of the delta connection of FIG. 4 is the same as the modular multilevel converter of the star connection of FIG. 3 except for the connection structure. Therefore, in the description of the delta connection modular multilevel converter, the same reference numerals will be assigned to the same components as those of the star connection modular multilevel converter.
도 4에 도시한 바와 같이, 델타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터(101)가 전력계통(140)에 병렬로 병입되어 전력계통(140)에서 필요로 하는 무효전력을 보상해 줄 수 있다. As shown in FIG. 4 , the modular
델타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터(101)는 전력계통(140)의 3상 라인(142, 144, 146)에 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)가 연결될 수 있다. In the delta connection modular
구체적으로, 전력계통(140)의 3상 라인(142, 144, 146)은 제1 내지 제3 노드(n1, n2, n3)에 연결될 수 있다.Specifically, the three-
제1 상 클러스터(130)는 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이에 연결되고, 제2 상 클러스터(132)는 제2 노드(n2)와 제3 노드(n3) 사이에 연결되며, 제3 클러스터(134)는 제3 노드(n3)와 제1 노드(n1) 사이에 연결될 수 있다.The
델타 커넥션을 구성하는 제1 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)의 세부 구성은 스타 커넥션을 구성하는 제1 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)와 동일한 세부 구성을 가질 수 있다. The detailed configuration of the first to
이에 따라, 각 상 클러스터(130, 132, 134) 내의 서브 모듈(136)들의 선택 개수에 따라 원하는 교류전압의 파형 및 교류전류의 파형이 생성될 수 있다. Accordingly, desired AC voltage and AC current waveforms may be generated according to the selected number of
이와 같이 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)가 델타 커넥션으로 구성되는 경우, 제1 상 클러스터(130)에 걸리는 전압은 Vab이고, 제2 상 클러스터(132)에 걸리는 전압은 Vbc이며, 제3 상 클러스터(134)에 걸리는 전압은 Vca일 수 있다.In this way, when the first to
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터를 도시한 블록도이다.5 is a block diagram showing a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)는 프로세서(110), 제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124) 및 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5, a modular
제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)는 제a 상 내지 제c 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)로 명명될 수 있으며, 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)는 제a 상 내지 제c 상 클러스터(130, 132, 134)로 명명될 수 있다. The first to third
제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 각각은 도 3에 도시한 바와 같이, 서로 직렬로 연결되는 복수 개의 서브 모듈(136)을 포함하고, 각 서브 모듈(136)은 복수 개의 스위칭 소자, 이들 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 복수 개의 다이오드 및 커패시터를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, each of the first to
제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124) 각각은 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)를 제어할 수 있다. 이와 달리, 하나의 클러스터 제어기가 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)를 제어할 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.Each of the first to third
또한, 프로세서(110)와 제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124) 사이는 유선 통신 또는 무선 통신이 가능하다. 제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)와 상기 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 사이는 유선 또는 무선 통신이 가능하지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.In addition, wired communication or wireless communication is possible between the
제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124) 각각은 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)를 제어하기 위한 제1 내지 제3 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. Each of the first to third
구체적으로, 제1 상 클러스터 제어기(120)는 제1 상 클러스터(130) 내의 각 서브 모듈(136)을 제어하기 위한 제1 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. 제2 상 클러스터 제어기(122)는 제2 상 클러스터(132) 내의 각 서브 모듈(136)을 제어하기 위한 제2 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. 제3 상 클러스터 제어기(124)는 제3 상 클러스터(134) 내의 각 서브 모듈(136)을 제어하기 위한 제3 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. Specifically, the first-
제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)는 프로세서(110)로부터 제공된 지령 값 및/또는 제어신호를 바탕으로 제1 내지 제3 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. The first to third
프로세서(110)는 제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)를 제어할 수 있다. 즉, 프로세서(110)는 제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)를 제어하기 위한 지령 값을 생성할 수 있다. The
구체적으로, 프로세서(110)는 전력계통(140)으로부터 획득된 전력 상황 정보 및/또는 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 각각의 상태 정보 및 각 상 클러스터(130, 132, 134) 내의 각 서브 모듈(136)의 상태 정보 등을 토대로 지령 값을 생성할 수 있다. 이와 같이 생성된 지령 값이 제1 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)로 전송될 수 있다. Specifically, the
각 상 클러스터(130, 132, 134) 내의 각 서브 모듈(136)의 상태 정보는 각 서브 모듈(136)의 탈락 여부, 각 서브 모듈(136)의 전압 정보 등을 포함할 수 있다. Status information of each sub-module 136 in each
제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 각각의 상태 정보는 전압 및/또는 전류 정보일 수 있다. 예컨대, 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 각각의 상태 정보는 예컨대 제1상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 각각에서 검출된 전압 값(Vcan, Vcbn, Vccn)(Vab, Vbc, Vca) 및 전류 값(ica, icb, icc)(iab, ibc, ica)을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. State information of each of the first to
프로세서(110)는 예컨대, 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 각각에서 검출된 전압 값 및 전류 값을 바탕으로 각 상 클러스터(130, 132, 134)에 대한 신호를 생성할 수 있다. The
프로세서(110)에서 생성한 지령 신호에 따라 제 1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 내의 각 서브 모듈(136)들이 스위칭 될 수 있다. Each sub-module 136 in the first to
종래의 경우, 프로세서(110)는 각 상 클러스터(130, 132, 134)의 에너지가 균등하게 분배되도록 하는 에너지 밸런싱 제어를 통해, 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 간의 에너지를 균등하게 유지할 수 있다. 이는 공지 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.In the conventional case, the
한편, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)에서는 에너지 밸런싱 제어에 더하여, 서브 모듈(136)의 스위칭 로스를 줄이기 위한 알고리즘이 함께 사용되는데, 이는 서브 모듈(136)의 스위칭이 필요 이상으로 일어나게 될 경우 발생하는 에너지 손실(스위칭 손실)을 줄이기 위한 알고리즘이다.Meanwhile, in the modular
그러나, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)의 출력이 저출력 구간일 때에는, 각 서브 모듈(136)의 커패시터 충·방전 기간이 짧아지게 되며, 각 서브 모듈(136)의 충·방전 시 발생하는 전압 변동의 차이가 스위칭 손실을 줄이기 위한 알고리즘에서 허용하는 차이보다 작게 변동된다.However, when the output of the modular
이로 인해, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)가 저출력 구간일 때, 스위칭 되는 서브 모듈은 계속해서 스위칭 되고, 스위칭 되지 않는 서브 모듈은 계속해서 스위칭 되지 않는 문제가 있다. 즉, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)가 저출력 구간일 때에는, 복수 개의 서브 모듈(136)의 스위칭 주파수가 균등하게 제어되지 않는 문제가 있다.For this reason, when the modular
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 프로세서를 상세히 도시한 블록도이다.6 is a block diagram showing in detail a processor of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present disclosure.
도 5 및 도 6을 참조하면, 프로세서(110)는 레퍼런스 생성부(112), 전압 생성부(114), 저출력 감지부(116) 및 비교부(118)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 5 and 6 , the
도 6에서는 설명의 편의를 위해, 제1 상 클러스터(또는, a 상 클러스터) 제어를 위한 프로세서(110a)와 제2 상 클러스터(또는, b 상 클러스터) 제어를 위한 프로세서(110b)와 제3 상 클러스터(또는, c 상 클러스터) 제어를 위한 프로세서(110c)를 구분하여 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 상 내지 제3 상 또는 a 상 내지 c 상에서 중복되는 설명은 생략한다.In FIG. 6 , for convenience of description, a
제1 상 클러스터(또는, a 상 클러스터) 제어를 위한 프로세서(110a)는 제1 레퍼런스 생성부(112a), 제1 전압 생성부(114a), 제1 저출력 감지부(116a) 및 제1 비교부(118a)를 포함할 수 있다.The
제2 상 클러스터(또는, b 상 클러스터) 제어를 위한 프로세서(110b)는 제2 레퍼런스 생성부(112b), 제2 전압 생성부(114b), 제2 저출력 감지부(116b) 및 제2 비교부(118b)를 포함할 수 있다.The
제3 상 클러스터(또는, c 상 클러스터) 제어를 위한 프로세서(110c)는 제3 레퍼런스 생성부(112c), 제3 전압 생성부(114c), 제3 저출력 감지부(116c) 및 제3 비교부(118c)를 포함할 수 있다.The
제1 내지 제3 레퍼런스 생성부(112a, 112b, 112c)는 각 상 클러스터(130, 132, 134)의 평균 에너지 기준 전압 값을 생성할 수 있다. 예를 들어, 레퍼런스 생성부(112)는 각 상 클러스터(130, 132, 134) 내의 서브 모듈(136)의 커패시터 전압 값을 센싱하여 각 상 클러스터(130, 132, 134)의 평균 전압 값을 계산하고, 계산된 각 상 클러스터(130, 132, 134) 전압의 평균 전압 값을 기준 전압 값으로 생성할 수 있다. 즉, 제1 레퍼런스 생성부(112a), 제2 레퍼런스 생성부(112b), 제3 레퍼런스 생성부(112c)에서 출력하는 기준 전압 값은 동일할 수 있고, 기준 전압 값은 전체 서브 모듈(136)의 평균 커패시터 전압 값일 수 있다.The first to
제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)는 펄스 파형 전압을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)는 시스템 주파수의 제3 고조파를 생성할 수 있다. 만약, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)의 시스템 주파수가 60hz인 경우, 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)는 180hz 주파수의 펄스 파 전압을 생성할 수 있다. 이때, 제1 전압 생성부(114a)에서 생성하는 전압의 파형은 도 7의 (a)와 같은 형태일 수 있고, 제2 전압 생성부(114b)에서 생성하는 전압의 파형은 도 7의 (b)와 같은 형태일 수 있고, 제3 전압 생성부(114c)에서 생성하는 전압의 파형은 도 7의 (c)와 같은 형태일 수 있다.The first to
제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)는 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 저출력 감지 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 기준 전력이 0 [Mvar] 인 경우, 제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)는 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)에서 출력되는 무효 전력이 0 [Mvar] 일 때, 저출력 감지 신호를 생성할 수 있다. 제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)가 생성하는 저출력 감지 신호는 0 또는 1일 수 있다. 제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)는 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 1을 출력하고, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 초과인 경우, 0을 출력할 수 있다. 이는 예시에 불과하며, 기준 전력은 실시 예에 따라 변경될 수 있다.The first to third low
제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)는 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)의 저출력을 감지하여 저출력 감지 신호를 생성함으로써, 상술한 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)의 출력 전압이 제1 내지 제3 비교부(117a, 117b, 117c)에 각각 입력되는 것을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)가 출력하는 신호가 1인 경우, 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)에서 출력하는 전압 값은 제1 내지 제3 비교부(117a, 117b, 117c)에 각각 전달될 수 있지만, 제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)가 출력하는 신호가 0인 경우, 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)에서 출력하는 전압 값은 저출력 감지 신호인 0과 곱해져, 제1 내지 제3 비교부(117a, 117b, 117c)에 전달되지 않을 수 있다.The first to third low
제1 내지 제3 비교부(117a, 117b, 117c)는 제1 내지 제3 레퍼런스 생성부(112a, 112b, 112c)에서 생성된 기준 전압 값을 기준 전압 값을 제외한 나머지 입력 전압들과 비교할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 비교부(117a, 117b, 117c)는 기준 전압 값을 실제 측정된 제1 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값과 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)에서 입력된 전압 값의 합과 비교할 수 있다. 제1 내지 제3 비교부(117a, 117b, 117c)는 기준 전압 값이 실제 측정된 각 상 클러스터(130, 132, 134) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값과 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)에서 입력된 전압 값의 합과 차이가 있는 경우, 제1 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)에 대한 제어 신호를 각각 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)에 대한 제어 신호는 제1 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)에 포함되어 있는 각 서브 모듈 내 스위칭 소자를 온/오프 시키는 신호일 수 있다.The first to
다음으로, 제1 상 클러스터 제어 방법을 중심으로, 본 개시의 실시 예에 따른 프로세서의 동작 방법을 설명한다.Next, a method of operating a processor according to an embodiment of the present disclosure will be described, focusing on the first-phase cluster control method.
먼저, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)의 출력이 저출력이 아닌 경우, 제1 저출력 감지부(116a)는 0 값을 출력한다. 제1 전압 생성부(114a)는 도 7 (a)의 전압을 생성하지만, 저출력 감지부(116a)의 출력 값과 곱해져 이는 제1 비교부(117a)에 입력되지 않는다. 제1 비교부(117a)는 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값을 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값과 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값의 합을 비교한다. 또는, 제1 비교부(117a)는 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값에서 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값을 뺀 값과 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값을 비교할 수도 있다.First, when the output of the modular
전술한 것처럼, 저출력이 아닌 경우, 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값은 0이 되므로, 제1 비교부(117a)는 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값을 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값만을 비교한다. 이 경우, 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값과 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값의 차이가 없으면 제1 상 클러스터 제어기(120)에는 제어 신호가 입력되지 않는다.As described above, when the output is not low, since the voltage value input from the
반대로, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)의 출력이 저출력인 경우, 제1 저출력 감지부(116a)는 1 값을 출력한다. 제1 전압 생성부(114a)는 도 7 (a)의 전압을 생성하며, 이는 제1 비교부(117a)에 입력된다. 제1 비교부(117a)는 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값을 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값과 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값을 더한 값과 비교한다. 제1 전압 생성부(114a)가 생성하는 전압이 도 7의 (a)와 같은 경우, a 블록 구간에서, 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값은 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값과 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값을 더한 값과 차이가 발생한다. 또는, 제1 비교부(117a)는 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값에서 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값을 뺀 값과 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값을 비교할 수도 있다. 마찬가지로, 제1 전압 생성부(114a)가 생성하는 전압이 도 7의 (a)와 같은 경우, a 블록 구간에서, 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값에서 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값을 뺀 값은 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값과 차이가 발생한다. 즉, 제1 전압 생성부(114a)에서 생성되는 전압 값이 제1 비교부(117a)에 입력되는 a 구간에서, 제1 상 클러스터 제어기(120)에는 제어 신호가 입력된다.Conversely, when the output of the modular
이와 같이, 제2 전압 생성부(114b)는 도 7의 (b)와 같은 전압을 생성하고, 제2 비교부(117b)는 도 7의 b 구간에서만 제2 상 클러스터 제어기(122)에 제어 신호를 전달하게 된다. 제3 전압 생성부(114c)는 도 7의 (c)와 같은 전압을 생성하고, 제3 비교부(117c)는 도 7의 c 구간에서만 제3 상 클러스터 제어기(124)에 제어 신호를 전달하게 된다.As such, the
이를 통해, 본 개시의 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)는 저출력 구간에서 인위적으로 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)에 제어 신호를 입력하여 강제적으로 순환 전류를 발생시킬 수 있고, 각 상 클러스터를 구성하는 서브 모듈의 스위칭 주파수가 균등하도록 제어할 수 있다.Through this, the modular
따라서, 본 개시에 따르면, 저출력 구간에서도 각 서브 모듈의 스위칭 주파수가 균등하게 제어되므로 특정 서브 모듈만 사용되어 제품의 수명이 단축되는 것을 극복할 수 있다.Therefore, according to the present disclosure, since the switching frequency of each sub-module is uniformly controlled even in a low power period, it is possible to overcome the shortening of a product's lifespan due to the use of only a specific sub-module.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely an example of the technical idea of the present disclosure, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present disclosure.
따라서, 본 개시에 개시된 실시 예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. Therefore, the embodiments disclosed in this disclosure are not intended to limit the technical idea of the present disclosure but to explain, and the scope of the technical idea of the present disclosure is not limited by these embodiments.
본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The protection scope of the present disclosure should be construed by the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present disclosure.
100: 모듈형 멀티레벨 컨버터
110: 프로세서
112: 레퍼런스 생성부
114: 전압 생성부
116: 저출력 감지부
117: 비교부100: modular multilevel converter
110: processor
112: reference generating unit
114: voltage generator
116: low power detection unit
117: comparison unit
Claims (11)
복수 개의 서브 모듈을 포함하는 복수의 상 클러스터; 및
상기 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 출력되는 무효 전력의 절댓값이 기준 전력 이하인 경우, 상기 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 프로세서를 포함하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.In the modular multilevel converter,
a plurality of phase clusters comprising a plurality of submodules; and
And a processor for controlling the circulating current to flow in the phase cluster when the absolute value of the reactive power output from the modular multilevel converter is less than or equal to the reference power.
Modular multilevel converter.
상기 기준 전력은,
0 Mvar인,
모듈형 멀티레벨 컨버터.The method of claim 1,
The reference power is,
0 Mvar,
Modular multilevel converter.
상기 프로세서는
레퍼런스 생성부, 전압 생성부 및 비교부를 포함하고,
상기 비교부는
상기 레퍼런스 생성부에서 생성한 기준 전압을 상기 복수의 상 클러스터 각각의 평균 전압과 상기 전압 생성부에서 출력되는 펄스 파 전압의 합과 비교하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.The method of claim 1,
The processor
Including a reference generator, a voltage generator and a comparison unit,
the comparison unit
comparing the reference voltage generated by the reference generator with the sum of the average voltage of each of the plurality of phase clusters and the pulse wave voltage output from the voltage generator;
Modular multilevel converter.
상기 레퍼런스 생성부는,
상기 복수의 상 클러스터 전압의 평균 전압 값을 상기 기준 전압으로 생성하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.The method of claim 3,
The reference generator,
Generating an average voltage value of the plurality of phase cluster voltages as the reference voltage,
Modular multilevel converter.
상기 프로세서는
저출력 감지부를 더 포함하고,
상기 저출력 감지부는
상기 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 출력되는 무효 전력의 절댓값이 기준 전력 이하인 경우, 상기 전압 생성부가 출력하는 펄스 파의 전압이 상기 비교부에 입력되도록 하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.The method of claim 3,
The processor
Further comprising a low power detection unit,
The low power sensor
When the absolute value of the reactive power output from the modular multilevel converter is less than or equal to the reference power, the voltage of the pulse wave output by the voltage generator is input to the comparator,
Modular multilevel converter.
상기 비교부는
실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 상기 전압 생성부가 출력한 펄스 파의 전압을 더한 값을 상기 기준 전압과 비교하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.The method of claim 5,
the comparison unit
Comparing a value obtained by adding the actually measured submodule average voltage of each phase cluster and the voltage of the pulse wave output by the voltage generator to the reference voltage,
Modular multilevel converter.
상기 비교부는
상기 기준 전압에서 상기 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값을 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 비교하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.The method of claim 5,
the comparison unit
comparing a value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage with the actually measured average voltage of the sub-module of each phase cluster;
Modular multilevel converter.
상기 비교부는
상기 기준 전압에서 상기 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값이 상기 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 차이가 있는 경우,
상기 각 상 클러스터에 제어 신호를 전송하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.The method of claim 7,
the comparison unit
When a value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage is different from the actually measured average voltage of the sub-module of each phase cluster,
Transmitting a control signal to each phase cluster,
Modular multilevel converter.
상기 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 출력되는 무효 전력의 절댓값이 기준 전력 이하인지 판단하는 단계; 및
상기 무효 전력의 절댓값이 기준 전력 이하인 경우, 복수의 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 단계를 포함하는
모듈형 멀티레벨 컨버터의 동작 방법.In the operating method of the modular multilevel converter,
determining whether an absolute value of reactive power output from the modular multilevel converter is less than or equal to reference power; and
Controlling a circulating current to flow in a plurality of phase clusters when the absolute value of the reactive power is less than or equal to the reference power
Operation method of modular multi-level converter.
상기 복수의 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 단계는,
레퍼런스 생성부에서 생성한 기준 전압에서 전압 생성부에서 출력된 펄스 파의 전압을 뺀 값을 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 비교하는 단계를 포함하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터의 동작 방법.The method of claim 9,
The step of controlling the circulating current to flow through the plurality of phase clusters,
Comprising the step of comparing a value obtained by subtracting the voltage of the pulse wave output from the voltage generator from the reference voltage generated by the reference generator with the actually measured average voltage of the submodules of each phase cluster,
Operation method of modular multi-level converter.
상기 복수의 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 단계는,
레퍼런스 생성부에서 생성한 기준 전압에서 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값이 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 차이가 있는 경우,
상기 각 상 클러스터에 제어 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는
모듈형 멀티레벨 컨버터의 동작 방법.
The method of claim 10,
The step of controlling the circulating current to flow through the plurality of phase clusters,
If the value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage generated by the reference generator differs from the actually measured average voltage of each phase cluster sub-module,
Transmitting a control signal to each phase cluster
Operation method of modular multi-level converter.
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