KR102570150B1 - Pulse-width Modulation Method of three-phase three-level converter for minimizing the leakage current due to common mode voltage fluctuation and Power converting equipment thereeof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어 방법 및 그 전력 변환 장치에 관한 것으로서, 진폭변조지수( )와 컨버터의 동작주파수()가 입력되면, 3상 3-레벨 컨버터의 기준 상전압(, , )에 대한 적어도 하나 이상의 3상 전압 기준파 신호를 제공하는 3상 기준 명령전압 발생 단계; 상기 적어도 하나 이상의 3상 전압 기준파 신호를 입력받아 기준벡터( )를 발생하는 기준벡터 발생 단계; 상기 3상 3-레벨 컨버터의 직류 전원의 중간점(neutral point)으로 유입하는 중간점 전류(NP current)의 방향 제어 신호()의 부호에 따라 PPWM 동작 모드와 NPWM 동작 모드 중 어느 하나의 동작 모드를 결정하는 PWM 타입 선택 단계; 상기 PWM 타입 선택 단계에서 PPWM 동작 모드가 결정된 경우, 상기 기준벡터를 제공받아 상기 3상 3-레벨 컨버터의 PPWM을 위한 공간벡터 영역 중에서 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 상기 3상 3-레벨 컨버터의 PPWM 제어하기 위한 3개의 공간벡터(, , )를 결정하여 출력하는 PPWM 벡터 선택 단계; 상기 PWM 타입 선택 단계에서 NPWM 동작 모드가 결정된 경우, 상기 기준벡터를 제공받아 3상 3-레벨 컨버터의 NPWM을 위한 공간벡터 영역 중에 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 상기 3상 3-레벨 컨버터의 NPWM 제어하기 위한 3개의 공간벡터(, , )를 결정하여 출력하는 NPWM 벡터 선택 단계; 및 상기 3개의 공간벡터(, , )를 제공받아 각 3상에 대한 공간벡터의 순서와 지속시간을 결정한 후 각 상의 IGBT를 턴온/턴오프 하기 위한 게이팅 신호를 발생하는 게이팅 신호발생 단계를 포함하되, 상기 PWM 타입 선택 단계는, 의 부호를 판별한 신호가 이면 PPWM 동작 모드를 선택하고, 이면 NPWM 동작 모드를 선택하는, 방법을 제공하고자 한다.The present invention relates to a PWM control method of a 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuations and a power conversion device thereof, wherein the amplitude modulation index ( ) and the operating frequency of the converter ( ) is input, the reference phase voltage of the 3-phase 3-level converter ( , , ) 3-phase reference command voltage generation step of providing at least one or more 3-phase voltage reference wave signals for; The reference vector by receiving the at least one or more three-phase voltage reference wave signals ( ) Reference vector generation step of generating; Direction control signal of the neutral point current (NP current) flowing into the neutral point of the DC power of the three-phase three-level converter ( ) PWM type selection step of determining one of the PPWM operation mode and the NPWM operation mode according to the sign of ); When the PPWM operation mode is determined in the PWM type selection step, the reference vector is received and it is determined in which area the reference vector is placed among the space vector areas for the PPWM of the 3-phase 3-level converter. Three space vectors for controlling the PPWM of the level converter ( , , ) PPWM vector selection step of determining and outputting; When the NPWM operation mode is determined in the PWM type selection step, the reference vector is received and it is determined in which area of the space vector area for the NPWM of the 3-phase 3-level converter the reference vector is placed, and the 3-phase 3-level 3 space vectors to control the NPWM of the converter ( , , ) NPWM vector selection step of determining and outputting; And the three space vectors ( , , ) and determining the order and duration of space vectors for each of the three phases, and then generating a gating signal for turning on/off the IGBT of each phase, wherein the PWM type selection step, The signal that determines the sign of , select the PPWM operation mode, If so, it is intended to provide a method for selecting the NPWM operation mode.
Description
본 발명은 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어 방법 및 그 전력 변환 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a PWM control method of a 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to a common mode voltage change and a power conversion device therefor.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 일 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다. The information described in this section merely provides background information on an embodiment of the present invention and does not constitute prior art.
일반적으로 3-레벨 컨버터는 전력반도체 소자의 스위칭 기술을 이용하여 교류를 직류로 또는 직류를 교류로 변환하는 장치로서, PWM 동작시 교류측 출력전압을 (+), 0, (-)의 3가지로 제어한다.In general, a 3-level converter is a device that converts alternating current to direct current or direct current to alternating current by using the switching technology of a power semiconductor device. control with
도 1은 3상 3-레벨 컨버터를 사용하는 전력변환 시스템을 설명하기 위한 개념도이다. 1 is a conceptual diagram for explaining a power conversion system using a 3-phase 3-level converter.
도 1에 도시된 바와 같이, 3상 3-레벨 컨버터는 점선으로 둘러싸인 부분이며 개념적으로 3-접점 스위치(SPTT; Single-Pole Triple-Through Switch)가 각 상(phase) 마다 하나씩 3 개로 이루어져 동작할 수 있다.As shown in FIG. 1, the 3-phase 3-level converter is a part surrounded by a dotted line, and conceptually, a 3-contact switch (SPTT; Single-Pole Triple-Through Switch) consists of three, one for each phase, to operate. can
3-레벨 컨버터의 직류측에 2개의 직류 전원이 존재하고, 이 직류전원이 만드는 전압(Vp, Vnp, Vn)을 사용하여 적절한 스위칭 동작에 의하여 3상 교류전압(Va, Vb, Vc)을 발생하여 부하에 공급하고 있다. 이때, 대칭 3상의 교류전압을 얻기 위하여 3-레벨 컨버터에서 두 직류전원은 통상 Vdc/2가 되도록 한다.There are two DC power sources on the DC side of the 3-level converter, and three-phase AC voltages (Va, Vb, Vc) are generated by appropriate switching operations using the voltages (Vp, Vnp, Vn) generated by these DC power sources. and supply it to the load. At this time, in order to obtain a symmetric three-phase AC voltage, the two DC power supplies in the 3-level converter are normally V dc /2.
도 1에 개념적으로 보인 3-레벨 컨버터의 실제 회로의 토폴로지는 많은 종류가 연구되어 있는데, NPC(Neutral-Point Clamped) 토폴로지, TNPC(T-type Neutral-Point Clamped) 토폴로지, MNPC(Mixed Voltage Neutral-Point Clamped) 토폴로지, ANPC(Advanced Neutral-Point Clamped) 토폴로지 등이 있다.Many types of topology of the actual circuit of the 3-level converter conceptually shown in FIG. 1 have been studied, such as a Neutral-Point Clamped (NPC) topology, a T-type Neutral-Point Clamped (TNPC) topology, and a Mixed Voltage Neutral-Point Clamped (MNPC) topology. Point Clamped) topology and ANPC (Advanced Neutral-Point Clamped) topology.
다양한 토폴로지들은 비록 사용된 전력 반도체의 개수나 회로 구성 등이 다르더라도 기능적으로는 도 1과 동일한 기능을 수행한다. Various topologies functionally perform the same function as that of FIG. 1 even though the number of used power semiconductors or circuit configurations are different.
도 2는 누설전류를 포함하는 3상 3-레벨 컨버터 회로를 설명하는 도면이고, 도 3은 3상 3-레벨 컨버터 시스템에서의 누설전류를 표현하는 회로도이다.2 is a diagram illustrating a 3-phase 3-level converter circuit including leakage current, and FIG. 3 is a circuit diagram representing leakage current in a 3-phase 3-level converter system.
도 2에 도시된 바와 같이, 부하 임피던스(ZL)를 갖는 실제의 3상 3-레벨 NPC 토폴로지 컨버터 시스템은, 3상 3-레벨 컨버터에서 각 상마다 IGBT 스위치가 4개로 구성되지만 각 상에서 독립적으로 동작하는 스위치는 2개임에 유의한다. IGBT 스위치 상태 1을 온(on), 0을 오프(off)로 나타내면 , ()가 된다. 예로 들어, A-상의 경우 와 , 와 는 서로 상보적으로 스위칭 동작을 한다. As shown in FIG. 2, the actual three-phase 3-level NPC topology converter system with load impedance (Z L ) consists of four IGBT switches for each phase in the three-phase 3-level converter, but each phase is independently Note that there are two switches that operate. If IGBT switch state 1 is on and 0 is off, , ( ) becomes For example, in case of A-phase and , and perform switching operations complementary to each other.
도 3에 도시된 바와 같이, 는 P점 또는 N점으로부터 접지로 연결되는 기생 임피던스 성분으로 기생 저항(parasitic resistance, Rg)와 기생 커패시턴스(parasitic capacitance, Cg)의 직렬 연결로 구성되는 것을 보여주고 있다. 통상 ()는 Rg와 Cg의 합성임피던스로 누설전류(leakage current)의 통로가 된다.As shown in Figure 3, is a parasitic impedance component connected from point P or point N to the ground and is composed of a series connection of parasitic resistance (R g ) and parasitic capacitance (C g ). Normal ( ) is the combined impedance of R g and C g and becomes a passage for leakage current.
3상 3-레벨 컨버터에서 직류측의 O점을 기준으로 하는 각 상의 출력 상전압(phase voltage)은 하기 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.In the three-phase, three-level converter, the output phase voltage of each phase based on point O on the DC side can be expressed as in Equation 1 below.
도 3에는 접지로부터 와 를 통하여 3-레벨 컨버터의 N으로 흐르는 누설전류의 경로가 나타나 있다. 누설전류 는 교류성분이므로 를 구할 때 직류전원 의 영향은 없다고 볼 수 있으며 누설전류 는 하기 수학식 2와 같이 표현된다.3 from ground and The path of the leakage current flowing to N of the 3-level converter through is shown. leakage current is the alternating component, so DC power when obtaining It can be seen that there is no effect of leakage current Is expressed as in Equation 2 below.
수학식 2에서, 은 수학식 3으로 표현될 수 있고, 3상 3-레벨 컨버터에서 3상의 출력 상전압의 공통모드 전압(common mode voltage)이라고 한다. In Equation 2, Can be expressed by Equation 3, and is referred to as the common mode voltage of the output phase voltage of the three phases in the three-phase three-level converter.
3상 3-레벨 컨버터가 PWM 스위칭 동작을 하면 출력 상전압의 변동에 따라 공통모드 전압이 변동할 수 있다. 이러한 공통모드 전압의 변동은 기생 임피던스 성분()을 통하여 흐르는 공통모드 전류(common mode current) 또는 누설전류를 발생시키게 된다. 이러한 누설전류는 원래의 3상 전류(, , )에 더해져서 흐르므로 전류파형 왜곡, 전류 고조파 증가 등의 문제점이 있고, 전체 시스템의 효율을 저하시키는 문제점이 있다.When the 3-phase 3-level converter performs a PWM switching operation, the common mode voltage may fluctuate according to the fluctuation of the output phase voltage. The variation of this common mode voltage is a parasitic impedance component ( ) will generate a common mode current or leakage current flowing through it. This leakage current is the original three-phase current ( , , ), there are problems such as current waveform distortion and current harmonics increase, and there is a problem of lowering the efficiency of the entire system.
일반적으로 누설전류는 스위칭 주파수와 같은 정도의 높은 주파수로 동작하는 고주파 성분이므로 절연을 약화시키고 각종 부품의 수명을 단축시키는 요인이 된다. 상기한 수학식2에서 누설전류 를 감소시키기 위하여는 공통모드 전압 의 절대적인 크기를 감소시키는 것 뿐만 아니라, 주파수도 낮출 필요가 있음을 알 수 있다. 가장 이상적인 경우에는 공통모드 전압을 변동없이 일정하게 유지하여 공통모드 전압의 주파수를 영(0)으로 만드는 경우이며 이 경우 누설전류도 영(0)이 될 것으로 예상된다. In general, leakage current is a high-frequency component operating at a high frequency equal to the switching frequency, and thus becomes a factor that weakens insulation and shortens the lifespan of various components. Leakage current in Equation 2 above In order to reduce the common mode voltage It can be seen that it is necessary not only to reduce the absolute magnitude of , but also to lower the frequency. In the most ideal case, the frequency of the common mode voltage is made zero (0) by maintaining the common mode voltage constant, and in this case, the leakage current is also expected to be zero (0).
도 2에서 3상 3-레벨 컨버터로부터 두 직류 전압원의 중간점(neutral point), 즉 O점으로 유입하는 전류를 중간점 전류(neutral point current) 또는 간략히 NP 전류(NP current)라고 하는데 3상 3-레벨 컨버터의 동작에서 매우 중요한 제어대상 가운데 하나이다. 이는 NP 전류가 양(+)인 경우에, 상단의 전압원은 방전하는 상태가 되고 하단의 전압원은 충전하는 상태가 되기 때문이고, 반대로 NP 전류가 음(-)인 경우에 상단의 전압원은 충전, 하단의 전압원은 방전하는 상태가 되어서, 전류의 방향을 조절하면 두 전압원의 에너지 밸런스를 조절할 수 있기 때문이다. In FIG. 2, the current flowing from the 3-phase 3-level converter to the neutral point of the two DC voltage sources, that is, point O It is called neutral point current or simply NP current, and it is one of the very important control subjects in the operation of 3-phase 3-level converter. This is because when the NP current is positive (+), the voltage source at the top is in a state of discharging and the voltage source at the bottom is in a state of charging, and conversely, when the NP current is negative (-), the voltage source at the top is charging, The voltage source at the bottom is in a state of discharging, This is because the energy balance of the two voltage sources can be adjusted by adjusting the direction of the current.
통상, NP 전류의 방향을 바꿀경우에 출력 상전압의 명령치에 옵셋을 주는 방법을 사용하기도 한다. 이때, 공통모드 전압 변동의 저감이 어려운 경우가 대부분 발생하게 되는 문제점이 있다. 반대의 경우, 공통모드 전압의 크기나 주파수 저감을 하다보면 NP 전류의 방향을 제어하는 것이 어려운 경우도 발생하는 문제점이 있다 In general, when the direction of the NP current is changed, a method of giving an offset to the command value of the output phase voltage is also used. At this time, there is a problem that most cases in which it is difficult to reduce the common mode voltage fluctuation occur. In the opposite case, when the magnitude or frequency of the common mode voltage is reduced, it is difficult to control the direction of the NP current.
현재까지, 대부분의 연구에서 3상 3-레벨 컨버터 시스템은 공통모드 전압의 저감 문제와 NP 전류의 방향성 제어 문제라는 두 가지 문제 중에서 어느 하나의 문제를 포기하거나, 성능저하를 감수하고 대부분 어느 한쪽의 문제 해결에만 집중하고 있다. 따라서, 향후 3-레벨 컨버터 시스템은 직류측 NP 전류의 방향 제어가 가능하면서 동시에 3상 3-레벨 컨버터의 공통모드 전압의 변동폭과 주파수를 낮추는 연구가 절실히 요구되고 있다. Up to now, in most studies, 3-phase 3-level converter systems have either given up on either one of the two problems of reducing the common mode voltage and controlling the directionality of the NP current, or at the cost of performance degradation, in most cases, one or the other. I'm just concentrating on solving the problem. Therefore, in the future, a 3-level converter system is capable of controlling the direction of the DC-side NP current and at the same time, there is an urgent need for research on reducing the variation width and frequency of the common mode voltage of the 3-phase 3-level converter.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어 방법및 그 전력 변환 장치는, 3상 3-레벨 컨버터에서 공통모드 전압의 변동을 최소화하여 누설전류를 최소화할 수 있고, 3상 3-레벨 컨버터의 직류측 전원을 구성하는 두 직류 전원의 에너지 밸런싱에 직접 관여된 중간점 전류(NP 전류)를 제어 가능하게 함과 동시에 3상 3-레벨 컨버터의 공통모드 전압의 변동폭과 주파수를 낮출 수 있는 방법을 제공하고자 한다. The present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and a PWM control method of a three-phase three-level converter and a power conversion device thereof minimizing leakage current due to common mode voltage fluctuations according to an embodiment of the present invention , The leakage current can be minimized by minimizing the fluctuation of the common mode voltage in the 3-phase 3-level converter, and the midpoint current directly involved in the energy balancing of the two DC power supplies constituting the DC-side power supply of the 3-phase 3-level converter It is intended to provide a method capable of controlling (NP current) and at the same time lowering the fluctuation width and frequency of the common mode voltage of a three-phase three-level converter.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.However, the technical problem to be achieved by the present embodiment is not limited to the technical problem as described above, and other technical problems may exist.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나의 프로세서를 포함하는 전력 변환 장치에 의해 수행되는, 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어 방법은, 진폭변조지수( )와 컨버터의 동작주파수()가 입력되면, 3상 3-레벨 컨버터의 기준 상전압(, , )에 대한 적어도 하나 이상의 3상 전압 기준파 신호를 제공하는 3상 기준 명령전압 발생 단계; 상기 적어도 하나 이상의 3상 전압 기준파 신호를 입력받아 기준벡터( )를 발생하는 기준벡터 발생 단계; 상기 3상 3-레벨 컨버터의 직류 전원의 중간점(neutral point)으로 유입하는 중간점 전류(NP currrnt)의 방향 제어 신호()의 부호에 따라 PPWM 동작 모드와 NPWM 동작 모드 중 어느 하나의 동작 모드를 결정하는 PWM 타입 선택 단계; 상기 PWM 타입 선택 단계에서 PPWM 동작 모드가 결정된 경우, 상기 기준벡터를 제공받아 상기 3상 3-레벨 컨버터의 PPWM을 위한 공간벡터 영역 중에서 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 상기 3상 3-레벨 컨버터의 PPWM 제어하기 위한 3개의 공간벡터(, , )를 결정하여 출력하는 PPWM 벡터 선택 단계; 상기 PWM 타입 선택 단계에서 NPWM 동작 모드가 결정된 경우, 상기 기준벡터를 제공받아 3상 3-레벨 컨버터의 NPWM을 위한 공간벡터 영역 중에 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 상기 3상 3-레벨 컨버터의 NPWM 제어하기 위한 3개의 공간벡터(, , )를 결정하여 출력하는 NPWM 벡터 선택 단계; 및 상기 3개의 공간벡터(, , )를 제공받아 각 3상에 대한 공간벡터의 순서와 지속시간을 결정한 후 각 상의 IGBT를 턴온/턴오프 하기 위한 게이팅 신호를 발생하는 게이팅 신호발생 단계를 포함하되, 상기 PWM 타입 선택 단계는, 의 부호를 판별한 신호가 이면 PPWM 동작 모드를 선택하고, 이면 NPWM 동작 모드를 선택하는, 방법을 제공하고자 한다.As a technical means for achieving the above technical problem, a three-phase 3-minimizing leakage current due to a common mode voltage change, performed by a power conversion device including at least one processor according to an embodiment of the present invention. The PWM control method of the level converter is the amplitude modulation index ( ) and the operating frequency of the converter ( ) is input, the reference phase voltage of the 3-phase 3-level converter ( , , ) 3-phase reference command voltage generation step of providing at least one or more 3-phase voltage reference wave signals for; The reference vector by receiving the at least one or more three-phase voltage reference wave signals ( ) Reference vector generation step of generating; The direction control signal of the neutral point current (NP currrnt) flowing into the neutral point of the DC power of the three-phase three-level converter ( ) PWM type selection step of determining one of the PPWM operation mode and the NPWM operation mode according to the sign of ); When the PPWM operation mode is determined in the PWM type selection step, the reference vector is received and it is determined in which area the reference vector is placed among the space vector areas for the PPWM of the 3-phase 3-level converter. Three space vectors for controlling the PPWM of the level converter ( , , ) PPWM vector selection step of determining and outputting; When the NPWM operation mode is determined in the PWM type selection step, the reference vector is received and it is determined in which area of the space vector area for the NPWM of the 3-phase 3-level converter the reference vector is placed, and the 3-phase 3-level 3 space vectors to control the NPWM of the converter ( , , ) NPWM vector selection step of determining and outputting; And the three space vectors ( , , ) and determining the order and duration of space vectors for each of the three phases, and then generating a gating signal for turning on/off the IGBT of each phase, wherein the PWM type selection step, The signal that determines the sign of , select the PPWM operation mode, If so, it is intended to provide a method for selecting the NPWM operation mode.
대안적으로, 상기 게이팅 신호발생 단계는, 상기 PPWM 벡터 선택 단계에서 출력되는 상기 3개의 공간벡터(, , )를 이용하여 상기 NP 전류를 양(+)이 되도록 제어하는 PPWM 제어 동작이 수행되도록 하고, 상기 NPWM 벡터 선택 단계에서 출력되는 상기 3개의 공간벡터(, , )를 이용하여 상기 NP 전류를 음(-)이 되도록 제어 가능한 NPWM 제어 동작이 수행되도록 하는 방법을 제공하고자 한다.Alternatively, the gating signal generating step may include the three space vectors output from the PPWM vector selection step ( , , ) to perform a PPWM control operation for controlling the NP current to be positive (+), and the three space vectors (output in the NPWM vector selection step) , , ) to provide a method for performing a controllable NPWM control operation so that the NP current becomes negative (-).
대안적으로, 상기 공간 벡터는, 크기에 따라 으로 표시된 영(0)벡터, 으로 표시된 스몰 벡터(small vector), 으로 표시된 미디엄 벡터(medium vector), 으로 표시된 라지 벡터(large vector)의 각 그룹으로 구분되는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the space vector depends on the magnitude The zero(0) vector denoted by , A small vector denoted by , The medium vector denoted by , It is characterized by being divided into each group of large vectors indicated by .
대안적으로, 상기 스몰 벡터는 상기 NP 전류의 제어에 사용될 수 있는 공간벡터인 것을 특징으로 한다.Alternatively, the small vector is characterized in that it is a space vector that can be used to control the NP current.
대안적으로, 상기 PPWM 제어시 공간벡터 영역은, 3개의 스몰 벡터(S)로 구성되는 SSS-PPWM, 2개의 스몰 벡터(S)와 1개의 라지 벡터(L)로 구성되는 SSL-PPWM, 1개의 스몰 벡터(S)와 2개의 미디엄 벡터(M)로 구성되는 SMM-PPWM, 스몰 벡터(S), 미디엄 벡터(M) 및 라지 벡터(L)로 구성되는 SML-PPWM으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Alternatively, when controlling the PPWM, the space vector area is SSS-PPWM composed of three small vectors (S), SSL-PPWM composed of two small vectors (S) and one large vector (L), 1 Characterized in that it consists of SMM-PPWM consisting of two small vectors (S) and two medium vectors (M), SML-PPWM consisting of small vectors (S), medium vectors (M) and large vectors (L) do.
대안적으로, 상기 PPWM 제어에 사용되는 공간벡터의 공통모드 전압은 0 또는 이고, 상기 공통모드 전압의 변동범위는 로 최소가 되는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the common mode voltage of the space vector used for the PPWM control is 0 or , and the variation range of the common mode voltage is It is characterized by being a minimum of
대안적으로, 상기 NPWM 제어시 공간벡터 영역은, 3개의 스몰 벡터(S)로 구성되는 SSS-NPWM, 2개의 스몰 벡터(S)와 1개의 라지 벡터(L)로 구성되는 SSL-NPWM, 1개의 스몰 벡터(S)와 2개의 미디엄 벡터(M)로 구성되는 SMM-NPWM, 스몰 벡터(S), 미디엄 벡터(M) 및 라지 벡터(L)로 구성되는 SML-NPWM으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Alternatively, when controlling the NPWM, the space vector area is SSS-NPWM composed of three small vectors (S), SSL-NPWM composed of two small vectors (S) and one large vector (L), 1 Characterized in that it consists of SMM-NPWM consisting of two small vectors (S) and two medium vectors (M), SML-NPWM consisting of small vectors (S), medium vectors (M) and large vectors (L) do.
대안적으로, 상기 NPWM 제어에 사용되는 공간벡터의 공통모드 전압은 0 또는 이고, 공통모드 전압의 변동범위는 역시 로 최소가 되는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the common mode voltage of the space vector used for the NPWM control is 0 or , and the variation range of the common mode voltage is also It is characterized by being a minimum of
대안적으로, 상기 기준 벡터는, 상기 3상 3-레벨 컨버터의 출력측 A-상, B-상, C-상의 기준전압(, , )을 공간 벡터로 표현할 경우, 반경이 이고, 각속도()로 회전하는 원의 궤적으로 나타내는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the reference vector is the reference voltage of the output side A-phase, B-phase, C-phase of the 3-phase 3-level converter ( , , ) as a space vector, the radius is , and the angular velocity ( ) characterized in that it is represented by the trajectory of a rotating circle.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어 방법을 수행하기 위한 전력 변환 장치는, 진폭변조지수( )와 컨버터의 동작주파수()가 입력되면, 3상 3-레벨 컨버터의 기준 상전압(, , )에 대한 적어도 하나 이상의 3상 전압 기준파 신호를 제공하는 3상 기준 명령전압 발생기; 상기 적어도 하나 이상의 3상 전압 기준파 신호를 입력받아 기준벡터( )를 발생하는 기준벡터 발생기; 상기 3상 3-레벨 컨버터의 직류 전원의 중간점(neutral point)으로 유입하는 중간점(NP, Neutral Point) 전류의 방향 제어 신호()의 부호에 따라 PPWM 동작 모드와 NPWM 동작 모드 중 어느 하나의 동작 모드를 결정하는 PWM 타입 선택기; 상기 PWM 타입 선택기에서 PPWM 동작 모드가 결정된 경우, 상기 기준벡터를 제공받아 상기 3상 3-레벨 컨버터의 PPWM을 위한 공간벡터 영역 중에서 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 상기 3상 3-레벨 컨버터의 PPWM 제어하기 위한 3개의 공간벡터(, , )를 결정하여 출력하는 PPWM 벡터 선택기; 상기 PWM 타입 선택기서 NPWM 동작 모드가 결정된 경우, 상기 기준벡터를 제공받아 3상 3-레벨 컨버터의 NPWM을 위한 공간벡터 영역 중에 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 상기 3상 3-레벨 컨버터의 NPWM 제어하기 위한 3개의 공간벡터(, , )를 결정하여 출력하는 NPWM 벡터 선택기; 및 상기 3개의 공간벡터(, , )를 제공받아 각 3상에 대한 공간벡터의 순서와 지속시간을 결정한 후 각 상의 IGBT를 턴온/턴오프 하기 위한 게이팅 신호를 발생하는 게이팅 신호 발생기를 포함하되, 상기 PWM 타입 선택기는, 의 부호를 판별한 신호가 이면 PPWM 동작 모드를 선택하고, 이면 NPWM 동작 모드를 선택하는 전력 변환 장치를 제공하고자 한다. On the other hand, the power conversion device for performing the PWM control method of the 3-phase 3-level converter that minimizes the leakage current due to the common mode voltage fluctuation according to an embodiment of the present invention, the amplitude modulation index ( ) and the operating frequency of the converter ( ) is input, the reference phase voltage of the 3-phase 3-level converter ( , , ) a three-phase reference command voltage generator providing at least one three-phase voltage reference wave signal for; The reference vector by receiving the at least one or more three-phase voltage reference wave signals ( ) Reference vector generator for generating; The direction control signal of the neutral point (NP) current flowing into the neutral point of the DC power of the three-phase, three-level converter ( ) PWM type selector for determining one of the PPWM operation mode and the NPWM operation mode according to the sign of; When the PWM operation mode is determined by the PWM type selector, the reference vector is received and it is determined in which area the reference vector is placed among the space vector areas for the PPWM of the 3-phase 3-level converter. 3 space vectors to control the converter's PPWM ( , , ), a PPWM vector selector that determines and outputs; When the NPWM operation mode is determined in the PWM type selector, the reference vector is received and it is determined in which area of the space vector area for the NPWM of the 3-phase 3-level converter the reference vector is placed, and the 3-phase 3-level converter Three space vectors to control the NPWM of ( , , ) NPWM vector selector for determining and outputting; And the three space vectors ( , , ) and a gating signal generator for generating a gating signal for turning on/off the IGBT of each phase after determining the order and duration of the space vector for each of the three phases, wherein the PWM type selector, The signal that determines the sign of , select the PPWM operation mode, If so, it is intended to provide a power conversion device that selects an NPWM operation mode.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 본 발명은 공통모드 전압의 변동폭과 주파수를 낮춤으로써 3상 3-레벨 컨버터를 포함하는 시스템의 기생성분으로 흐르는 누설전류를 획기적으로 줄일 수 있고, 누설전류가 감소함에 따라 회로의 안전성 및 신뢰성이 높아지며 컨버터의 효율이 높아지고, 오랜시간 안정적인 동작이 가능하게 되는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 직류측 두 직류전원간의 에너지 밸런싱을 가능하게 하여 실제적 구성에서 직류측 전원을 대신하는 두 직류 커패시터의 전압 밸런싱 동작이 원활하게 함으로써 필요 이상으로 큰 커패시터를 사용하지 않아도 되는 효과가 있다.According to the problem solving means of the present invention described above, the present invention can drastically reduce leakage current flowing as a parasitic component of a system including a 3-phase 3-level converter by lowering the fluctuation width and frequency of the common mode voltage, and the leakage current As is reduced, the safety and reliability of the circuit increases, the efficiency of the converter increases, and stable operation is possible for a long time. In addition, the present invention enables energy balancing between two DC power sources on the DC side, so that the voltage balancing operation of the two DC capacitors replacing the DC power sources in a practical configuration is smooth, so that there is no need to use a larger capacitor than necessary. .
도 1은 3상 3-레벨 컨버터를 사용하는 전력변환 시스템을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 누설전류를 포함하는 3상 3-레벨 컨버터 회로를 설명하는 도면이다.
도 3은 3상 3-레벨 컨버터 시스템에서의 누설전류를 표현하는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어 방법을 수행하기 위한 전력 변환 장치를 설명하는 블록도이다.
도 5는 3상 3-레벨 인버터의 공간벡터를 모두 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PPWM 제어시의 공간벡터의 영역을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 NPWM 제어시의 공간벡터의 영역을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어방법을 설명하는 순서도이다.
도 9는 도 8에 의해 3상 3-레벨 컨버터의 출력 전압을 합성하기 위한 삼각형 내부의 벡터를 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조지수가 제1 범위인 경우의 PPWN 제어시 공간벡터 영역을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조지수가 제2 범위인 경우의 PPWN 제어시 공간벡터 영역을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조지수가 제3 범위인 경우의 PPWN 제어시 공간벡터 영역을 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조지수가 제1 범위인 경우의 NPWN 제어시 공간벡터 영역을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조지수가 제2 범위인 경우의 NPWN 제어시 공간벡터 영역을 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조지수가 제3 범위인 경우의 NPWN 제어시 공간벡터 영역을 설명하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 PPWM 제어시 동작파형()을 설명하는 도면이다.
도 17은 종래 기술의 일 실시예에 따른 SVPWM 제어시 동작파형()을 설명하는 도면이다. 1 is a conceptual diagram for explaining a power conversion system using a 3-phase 3-level converter.
2 is a diagram illustrating a 3-phase 3-level converter circuit including leakage current.
3 is a circuit diagram representing leakage current in a three-phase, three-level converter system.
4 is a block diagram illustrating a power conversion device for performing a PWM control method of a 3-phase 3-level converter for minimizing leakage current due to a common mode voltage change according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing all space vectors of a 3-phase 3-level inverter.
FIG. 6 is a diagram illustrating a region of a space vector during PPWM control according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a space vector region in NPWM control according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a PWM control method of a 3-phase 3-level converter for minimizing leakage current due to common mode voltage fluctuations according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram illustrating vectors inside a triangle for synthesizing output voltages of the 3-phase 3-level converter according to FIG. 8 .
10 is a diagram illustrating a space vector region in PPWN control when an amplitude modulation index is in a first range according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating a space vector region in PPWN control when an amplitude modulation index is in a second range according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram for explaining a space vector region when controlling PPWN when an amplitude modulation index is in a third range according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating a space vector region in NPWN control when an amplitude modulation index is in a first range according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram for explaining a space vector region in NPWN control when an amplitude modulation index is in a second range according to an embodiment of the present invention.
15 is a diagram for explaining a space vector region in NPWN control when an amplitude modulation index is in a third range according to an embodiment of the present invention.
16 is an operation waveform (when controlling PPWM according to an embodiment of the present invention) ) is a drawing explaining.
17 is an operation waveform during SVPWM control according to an embodiment of the prior art ( ) is a drawing explaining.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자(이하, 당업자)가 용이하게 실시할 수 있도록 본 개시의 실시예가 상세히 설명된다. 본 개시에서 제시된 실시예들은 당업자가 본 개시의 내용을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 따라서, 본 개시의 실시예들에 대한 다양한 변형들은 당업자에게 명백할 것이다. 즉, 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 실시예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail so that those skilled in the art (hereinafter, those skilled in the art) can easily practice with reference to the accompanying drawings. The embodiments presented in this disclosure are provided so that those skilled in the art can use or practice the contents of this disclosure. Accordingly, various modifications to the embodiments of the present disclosure will be apparent to those skilled in the art. That is, the present disclosure may be implemented in many different forms, and is not limited to the following embodiments.
본 개시의 명세서 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 도면 부호는 동일하거나 유사한 구성요소를 지칭한다. 또한, 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서, 도면에서 본 개시에 대한 설명과 관계없는 부분의 도면 부호는 생략될 수 있다.Same or similar reference numerals designate the same or similar elements throughout the specification of this disclosure. In addition, in order to clearly describe the present disclosure, reference numerals of parts not related to the description of the present disclosure may be omitted in the drawings.
본 개시에서 사용되는 "또는" 이라는 용어는 배타적 "또는" 이 아니라 내포적 "또는" 을 의미하는 것으로 의도된다. 즉, 본 개시에서 달리 특정되지 않거나 문맥상 그 의미가 명확하지 않은 경우, "x는 a 또는 b를 이용한다"는 자연적인 내포적 치환 중 하나를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 개시에서 달리 특정되지 않거나 문맥상 그 의미가 명확하지 않은 경우, "x는 a 또는 b를 이용한다" 는 x가 a를 이용하거나, x가 b를 이용하거나, 혹은 x가 a 및 b 모두를 이용하는 경우 중 어느 하나로 해석될 수 있다. The term “or” as used in this disclosure is intended to mean an inclusive “or” rather than an exclusive “or”. That is, unless otherwise specified in this disclosure, or where the meaning is not clear from the context, “x employs a or b” should be understood to mean one of the natural inclusive substitutions. For example, unless otherwise specified in this disclosure or where the meaning is unclear from the context, “x employs a or b” means that x employs a, x employs b, or x employs a and a. It can be interpreted as any one of the cases in which both of b are used.
본 개시에서 사용되는 "및/또는" 이라는 용어는 열거된 관련 개념들 중 하나 이상의 개념의 가능한 모든 조합을 지칭하고 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The term “and/or” as used in this disclosure should be understood to refer to and include all possible combinations of one or more of the listed related concepts.
본 개시에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는" 이라는 용어는, 특정 특징 및/또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 다만, "포함한다" 및/또는 "포함하는" 이라는 용어는, 하나 이상의 다른 특징, 다른 구성요소 및/또는 이들에 대한 조합의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms "comprises" and/or "comprising" as used in this disclosure should be understood to mean that certain features and/or elements are present. However, it should be understood that the terms "comprising" and/or "comprising" do not exclude the presence or addition of one or more other features, other elements, and/or combinations thereof.
본 개시에서 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상" 을 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Unless otherwise specified in this disclosure, or where the context clearly indicates that a singular form is indicated, the singular shall generally be construed as possibly including “one or more”.
본 개시에서 사용되는 "제 n(n은 자연수)" 이라는 용어는 본 개시의 구성요소들을 기능적 관점, 구조적 관점, 혹은 설명의 편의 등 소정의 기준에 따라 상호 구별하기 위해 사용되는 표현으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 본 개시에서 서로 다른 기능적 역할을 수행하는 구성요소들은 제 1 구성요소 혹은 제 2 구성요소로 구별될 수 있다. 다만, 본 개시의 기술적 사상 내에서 실질적으로 동일하나 설명의 편의를 위해 구분되어야 하는 구성요소들도 제 1 구성요소 혹은 제 2 구성요소로 구별될 수도 있다.The term "nth (n is a natural number)" used in the present disclosure can be understood as an expression used to distinguish the components of the present disclosure from each other according to a predetermined criterion such as a functional point of view, a structural point of view, or explanatory convenience. there is. For example, components performing different functional roles in the present disclosure may be classified as first components or second components. However, components that are substantially the same within the technical spirit of the present disclosure but should be distinguished for convenience of description may also be classified as first components or second components.
한편, 본 개시에서 사용되는 용어 "모듈(module)", 또는 "부(unit)" 는 컴퓨터 관련 엔티티(entity), 펌웨어(firmware), 소프트웨어(software) 혹은 그 일부, 하드웨어(hardware) 혹은 그 일부, 소프트웨어와 하드웨어의 조합 등과 같이 컴퓨팅 자원을 처리하는 독립적인 기능 단위를 지칭하는 용어로 이해될 수 있다. 이때, "모듈", 또는 "부"는 단일 요소로 구성된 단위일 수도 있고, 복수의 요소들의 조합 혹은 집합으로 표현되는 단위일 수도 있다. 예를 들어, 협의의 개념으로서 "모듈", 또는 "부"는 컴퓨팅 장치의 하드웨어 요소 또는 그 집합, 소프트웨어의 특정 기능을 수행하는 응용 프로그램, 소프트웨어 실행을 통해 구현되는 처리 과정(procedure), 또는 프로그램 실행을 위한 명령어 집합 등을 지칭할 수 있다. 또한, 광의의 개념으로서 "모듈", 또는 "부"는 시스템을 구성하는 컴퓨팅 장치 그 자체, 또는 컴퓨팅 장치에서 실행되는 애플리케이션 등을 지칭할 수 있다. 다만, 상술한 개념은 하나의 예시일 뿐이므로, "모듈", 또는 "부"의 개념은 본 개시의 내용을 기초로 당업자가 이해 가능한 범주에서 다양하게 정의될 수 있다.On the other hand, the term "module" or "unit" used in this disclosure refers to a computer-related entity, firmware, software or part thereof, hardware or part thereof , It can be understood as a term referring to an independent functional unit that processes computing resources, such as a combination of software and hardware. In this case, a “module” or “unit” may be a unit composed of a single element or a unit expressed as a combination or set of a plurality of elements. For example, as a narrow concept, a "module" or "unit" is a hardware element or set thereof of a computing device, an application program that performs a specific function of software, a process implemented through software execution, or a program. It may refer to a set of instructions for execution. Also, as a concept in a broad sense, a “module” or “unit” may refer to a computing device constituting a system or an application executed in the computing device. However, since the above concept is only an example, the concept of “module” or “unit” may be defined in various ways within a range understandable by those skilled in the art based on the content of the present disclosure.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어 방법을 수행하기 위한 전력 변환 장치를 설명하는 블록도이고, 도 5는 3상 3-레벨 인버터의 공간벡터를 모두 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PPWM 제어시의 공간벡터의 영역을 설명하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 NPWM 제어시의 공간벡터의 영역을 설명하는 도면이다. 4 is a block diagram illustrating a power conversion device for performing a PWM control method of a 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuations according to an embodiment of the present invention, and FIG. Figure 6 is a diagram showing space vectors of all phase 3-level inverters, Figure 6 is a diagram explaining the area of space vectors in PPWM control according to an embodiment of the present invention, Figure 7 is a diagram according to an embodiment of the present invention It is a diagram explaining the domain of space vectors in NPWM control.
본 발명의 일 실시예에 따라 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어 방법을 수행하기 위한 전력 변환 장치(100)는 데이터의 종합적인 처리 및 연산을 수행하는 하드웨어 장치 혹은 하드웨어 장치의 일부일 수도 있고, 통신 네트워크로 연결되는 소프트웨어 기반의 컴퓨팅 환경일 수도 있다. 예를 들어, 전력 변환 장치(100)는 집약적 데이터 처리 기능을 수행하고 자원을 공유하는 주체인 서버일 수도 있고, 서버와의 상호 작용을 통해 자원을 공유하는 클라이언트(client)일 수도 있다. 또한, 전력 변환 장치(100)는 복수의 서버들 및 클라이언트들이 상호 작용하여 데이터를 종합적으로 처리하는 클라우드 시스템(cloud system)일 수도 있다. 상술한 기재는 전력 변환 장치(100)의 종류와 관련된 하나의 예시일 뿐이므로, 전력 변환 장치(100)의 종류는 본 개시의 내용을 기초로 당업자가 이해 가능한 범주에서 다양하게 구성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a power conversion device 100 for performing a PWM control method of a 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuations performs comprehensive processing and calculation of data. It may be a hardware device or part of a hardware device, or may be a software-based computing environment connected through a communication network. For example, the power conversion device 100 may be a server that performs intensive data processing functions and shares resources, or may be a client that shares resources through interaction with the server. Also, the power conversion device 100 may be a cloud system in which a plurality of servers and clients interact to comprehensively process data. Since the above description is only one example related to the type of power conversion device 100, the type of power conversion device 100 can be configured in various ways within a range understandable by those skilled in the art based on the contents of the present disclosure.
본 발명의 일 실시예에 따른 전력 변환 장치(100)는 프로세서(processor), 메모리(memory), 및 통신 유닛(network unit)를 포함할 수 있다. 이러한 구성은 하나의 예시일 뿐이므로, 전력 변환 장치(100)는 컴퓨팅 환경을 구현하기 위한 다른 구성들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 구성들 중 일부만이 전력 변환 장치(100)에 포함될 수도 있다.The power conversion device 100 according to an embodiment of the present invention may include a processor, a memory, and a network unit. Since this configuration is just one example, the power conversion device 100 may include other configurations for implementing a computing environment. Also, only some of the above components may be included in the power conversion device 100 .
도 4를 참조하면, 전력 변환 장치(100)는 3상 기준 명령전압 발생기(110), 기준 벡터 발생기(120), PWM 타입 선택기(130), PPWM 벡터 선택기(140), NPWM 벡터 선택기(150), 게이팅 신호 발생기(160)를 포함하고 있지만, 이에 한정되지는 않는다. Referring to FIG. 4, the power converter 100 includes a three-phase reference command voltage generator 110, a reference vector generator 120, a PWM type selector 130, a PPWM vector selector 140, and an NPWM vector selector 150. , a gating signal generator 160, but is not limited thereto.
3상 기준 명령전압 발생기(110)는 진폭변조지수( )와 컨버터의 동작주파수에 해당하는 가 입력되면, 하기 수학식 4에 의해서 정해지는 3-레벨 컨버터의 기준 상전압( , , )이 정해지므로, 3개의 3상 전압 기준파 신호를 제공한다. The three-phase reference command voltage generator 110 has an amplitude modulation index ( ) and the operating frequency of the converter When is input, the reference phase voltage of the 3-level converter determined by Equation 4 below ( , , ) is determined, so three three-phase voltage reference wave signals are provided.
3상 3-레벨 인버터는 각 상마다 3가지 스위칭 상태를 가지므로 3상의 동작을 고려했을 때 3×3×3=27가지의 스위칭 상태를 갖는다. 27가지의 스위칭 상태의 각각을 2차원 평면(x-y 평면)에 하나의 벡터로 표현한 것을 공간벡터(space vector)라고 하는데, 수학식 5는 3상의 양을 2차원 평면에 매핑(mapping)하는 변환식이 될 수 있다. Since the 3-phase 3-level inverter has 3 switching states for each phase, it has 3 × 3 × 3 = 27 switching states when considering 3-phase operation. Each of the 27 switching states is expressed as a vector on a two-dimensional plane (x-y plane), which is called a space vector. It can be.
예를 들면, [PNN]이라는 스위칭 상태는 컨버터의 출력에서 A점은 P점에, B점은 N점에, C점은 N점에 연결되도록 한 스위칭 상태를 의미한다. 이 경우 O점을 기준으로 하는 각 상의 출력전압은 , , 가 되며, [PNN]의 스위칭 상태에 해당하는 공간벡터는 이 된다. For example, a switching state of [PNN] means a switching state in which point A is connected to point P, point B is connected to point N, and point C is connected to point N at the output of the converter. In this case, the output voltage of each phase based on point O is , , , and the space vector corresponding to the switching state of [PNN] is becomes
도 5에 도시된 바와 같이, 27가지의 스위칭 상태 중에 동일한 공간벡터를 갖는 스위칭 상태가 존재하므로 3상 3-레벨 인버터의 공간벡터는 모두 19가지가 된다. 도 5에 도시된 공간벡터는 크기에 따라 으로 표시된 영(0)벡터, 으로 표시된 스몰 벡터(small vector), 으로 표시된 미디엄 벡터(medium vector), 으로 표시된 라지 벡터(large vector)와 같이 4개의 그룹으로 나뉠 수 있다.As shown in FIG. 5, among 27 switching states, there are switching states having the same space vector, so the space vectors of the three-phase, three-level inverter are all 19. The space vector shown in FIG. 5 depends on the size The zero(0) vector denoted by , A small vector denoted by , The medium vector denoted by , It can be divided into four groups, such as the large vector indicated by .
3상 3-레벨 컨버터의 출력측 A-상, B-상, C-상의 기준전압 , , 라고 하면 통상 상기 수학식 4와 같이 표현된다.Reference voltage of A-phase, B-phase, C-phase on the output side of a 3-phase 3-level converter , , When it is said, it is usually expressed as in Equation 4 above.
수학식 4에서, 는 진폭 변조지수이며 는 출력 상전압의 기본파의 각주파수와 같다. 수학식 4를 수학식 5에 따라 공간벡터로 나타내면 반경 를 갖고, 각속도()로 회전하는 원의 궤적이 되는데, 이를 기준벡터(reference vector)라고 한다. 일례로, 도 5에서 기준벡터의 궤적이 점선의 원으로 표현될 수 있다.In Equation 4, is the amplitude modulation index and is equal to the angular frequency of the fundamental wave of the output phase voltage. If Equation 4 is expressed as a space vector according to Equation 5, the radius With , the angular velocity ( ), which is called the reference vector. As an example, in FIG. 5, the trajectory of the reference vector may be represented by a circle with a dotted line.
기준벡터 발생기(120)는 3개의 3상 전압 기준파 신호를 입력받아 수학식 5의 매핑 변환식에 따라 2개의 좌표값으로 정해지는 기준벡터 를 생성한다. 는 NP 전류의 방향 제어 신호이며 가 양(+)이면 를 기본파의 한사이클 동안 평균적으로 양(+)이 되도록, 음(-)이면 를 기본파의 한사이클 동안 평균적으로 양(+)이 되도록 제어한다. The reference vector generator 120 receives three three-phase voltage reference wave signals, and the reference vector determined by two coordinate values according to the mapping conversion equation of Equation 5. generate is the direction control signal of the NP current and is positive (+) to become positive (+) on average during one cycle of the fundamental wave, if negative (-) is controlled to be positive (+) on average during one cycle of the fundamental wave.
PWM 타입 선택기(130)는 신호의 부호를 판별한 신호를 입력받아 PPWM 동작을 할 것인지 NPWM 동작을 할 것인지를 결정한다. 즉, PWM 타입 선택기(130)에서 이면 PPWM 동작을, 이면 NPWM 동작을 수행한다.The PWM type selector 130 Receives the signal whose code has been determined, and decides whether to perform PPWM operation or NPWM operation. That is, in the PWM type selector 130 If , PPWM operation, If , NPWM operation is performed.
PPWM 벡터 선택기(140)는 기준벡터 발생기(120)로부터 기준벡터를 제공받아 도 6에 표시된 3상 3-레벨 컨버터의 PPWM을 위한 공간벡터 영역 중에서 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 해당영역의 삼각형을 이루는 3개의 공간벡터 , , 을 결정하여 출력한다. The PPWM vector selector 140 receives the reference vector from the reference vector generator 120 and determines in which area the reference vector is placed among the space vector areas for the PPWM of the 3-phase 3-level converter shown in FIG. 3 space vectors forming a triangle of , , Determine and output.
도 6은 3상 3-레벨 컨버터에서 공통모드의 전압 변동을 최소화 하면서 양(+)의 NP 전류가 흐르도록 하는 PPWM 제어 방법에 사용되는 공간벡터의 영역을 나타낸 것이다. PPWM 제어는 3개의 스몰 벡터로 구성되는 SSS-PPWM, 2개의 스몰 벡터와 1개의 라지 벡터로 구성되는 SSL-PPWM, 1개의 스몰 벡터와 2개의 미디엄 벡터로 구성되는 SMM-PPWM, 스몰, 미디엄, 라지 벡터 각각 1개씩으로 구성되는 SML-PPWM의 4 종류의 공간벡터 영역으로 구성된다. 6 shows a region of a space vector used in a PPWM control method for allowing a positive (+) NP current to flow while minimizing a common mode voltage fluctuation in a three-phase, three-level converter. The PPWM control consists of SSS-PPWM consisting of 3 small vectors, SSL-PPWM consisting of 2 small vectors and 1 large vector, SMM-PPWM consisting of 1 small vector and 2 medium vectors, small, medium, It is composed of 4 types of space vector domains of SML-PPWM each consisting of one large vector.
PWM 타입 선택기(130)에서 NPWM 제어가 선택된 경우, NPWM 벡터 선택기(150)는 기준벡터 발생기(120)로부터 기준벡터를 입력받아 도 7에 표시된 3상 3-레벨 컨버터의 NPWM을 위한 공간벡터 영역 중에 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 해당영역의 삼각형을 이루는 3개의 공간벡터 , , 을 결정하여 출력한다.When NPWM control is selected in the PWM type selector 130, the NPWM vector selector 150 receives the reference vector from the reference vector generator 120, and among the space vector areas for the NPWM of the 3-phase 3-level converter shown in FIG. By determining in which area the reference vector is located, three space vectors forming a triangle in the area , , Determine and output.
도 7은 3상 3-레벨 컨버터에서 공통모드의 전압 변동을 최소화 하면서 음(-)의 NP 전류가 흐르도록 하는 NPWM 제어 방법에 사용되는 공간벡터의 영역을 나타낸 것이다. NPWM 제어는 3개의 스몰 벡터로 구성되는 SSS-NPWM, 2개의 스몰 벡터와 1개의 라지 벡터로 구성되는 SSL-NPWM, 1개의 스몰 벡터와 2개의 미디엄 벡터로 구성되는 SMM-NPWM, 스몰, 미디엄, 라지 벡터 각각 1개씩으로 구성되는 SML-NPWM의 4 종류의 공간벡터 영역으로 구성된다. 7 shows a region of a space vector used in a NPWM control method for allowing a negative (-) NP current to flow while minimizing a common mode voltage fluctuation in a 3-phase 3-level converter. NPWM control consists of SSS-NPWM consisting of 3 small vectors, SSL-NPWM consisting of 2 small vectors and 1 large vector, SMM-NPWM consisting of 1 small vector and 2 medium vectors, small, medium, It is composed of four types of space vector domains of SML-NPWM, each consisting of one large vector.
게이팅 신호 발생기(160)는 3상 3-레벨 컨버터를 제어하기 위한 3개의 공간벡터 , , 을 입력받아 3상 각각의 벡터의 순서와 지속시간을 정한 후 수학식 6에 따라 적절한 각 상의 IGBT를 턴온/턴오프하기 위한 게이팅 신호를 발생한다. 여기서, 수학식 6은 발명의 배경이 되는 기술에 기재된 수학식 1과 동일하다. The gating signal generator 160 uses three space vectors for controlling the 3-phase 3-level converter. , , After determining the order and duration of each vector of the three phases, a gating signal for turning on/off the IGBT of each phase is generated according to Equation 6. Here, Equation 6 is the same as Equation 1 described in the background art of the invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어방법을 설명하는 순서도이고, 도 9는 도 8에 의해 3상 3-레벨 컨버터의 출력 전압을 합성하기 위한 삼각형 내부의 벡터를 설명하는 도면이다.8 is a flowchart illustrating a PWM control method of a 3-phase 3-level converter for minimizing leakage current due to common mode voltage fluctuations according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a 3-phase 3-level It is a diagram explaining the vector inside the triangle to synthesize the output voltage of the converter.
도 8을 참조하면, 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어 방법은, 3상 기준 명령 전압 발생기(110)에 진폭변조지수( )와 컨버터의 동작주파수()가 입력되면, 3상 3-레벨 컨버터의 기준 상전압(, , )에 대한 3개의 3상 전압 기준파 신호를 발생한다(S1).Referring to FIG. 8 , in a PWM control method of a 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuations, the amplitude modulation index (amplitude modulation index) ) and the operating frequency of the converter ( ) is input, the reference phase voltage of the 3-phase 3-level converter ( , , ) Generates three three-phase voltage reference wave signals for (S1).
기준벡터 발생기(120)는 3개의 3상 전압 기준파 신호를 입력받아 기준벡터( )를 발생한다(S2).The reference vector generator 120 receives the three three-phase voltage reference wave signals and receives the reference vector ( ) is generated (S2).
PWM 타입 선택기(130)는 중간점 전류(NP current)의 방향 제어 신호()의 부호를 판별한 신호에 따라 PPWM 동작 모드와 NPWM 동작 모드 중 어느 하나의 동작 모드를 결정한다(S3).The PWM type selector 130 is a direction control signal (NP current) ), one of the PPWM operation mode and the NPWM operation mode is determined according to the signal determined (S3).
PWM 타입 선택기(130)는 의 부호를 판별한 신호가 이면 PPWM 동작 모드를 선택하고(S4, S5), 이면 NPWM 동작 모드를 선택한다(S6, S7).The PWM type selector 130 The signal that determines the sign of , select the PPWM operation mode (S4, S5), , the NPWM operation mode is selected (S6, S7).
PPWM 동작 모드가 결정된 경우, PPWM 벡터 선택기(140)는 기준벡터를 제공받아 3상 3-레벨 컨버터의 PPWM을 위한 공간벡터 영역 중에서 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어하기 위한 3개의 공간벡터(, , )를 결정하여 출력한다(S8).When the PPWM operation mode is determined, the PPWM vector selector 140 receives the reference vector and determines in which area the reference vector is located among the space vector areas for the PPWM of the 3-phase 3-level converter. 3 space vectors for PWM control of ( , , ) is determined and output (S8).
NPWM 동작 모드가 결정된 경우, NPWM 벡터 선택기(150)는 기준벡터를 제공받아 3상 3-레벨 컨버터의 NPWM을 위한 공간벡터 영역 중에 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 상기 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어하기 위한 3개의 공간벡터(, , )를 결정하여 출력한다(S8).When the NPWM operation mode is determined, the NPWM vector selector 150 receives the reference vector and determines in which area of the space vector area for the NPWM of the 3-phase 3-level converter the reference vector is located, Three space vectors for PWM control of the converter ( , , ) is determined and output (S8).
게이팅 신호 발생기(160)는 3개의 공간벡터(, , )를 제공받아 각 3상에 대한 공간벡터의 순서와 지속시간을 결정한 후 각 상의 IGBT를 턴온/턴오프 하기 위한 게이팅 신호를 발생한다(S9).The gating signal generator 160 uses three space vectors ( , , ), and after determining the order and duration of space vectors for each of the three phases, a gating signal for turning on/off the IGBT of each phase is generated (S9).
도 9에 도시된 바와 같이, 기준벡터 가 임의의 3개의 벡터 , , 이 만드는 삼각형 내부에 있을 때 기준벡터 는 3개 벡터( , , )의 선형조합(linear combination)으로 표현할 수 있음이 수학적으로 증명되어 있다. 3상 3-레벨 컨버터의 교류측 출력 폴전압은 27가지의 이산적인 상태(discrete state), 즉 27개의 공간벡터만을 갖는다. 그러므로 임의의 크기의 출력전압을 발생하기 위하여 적어도 3개의 스위칭 상태를 사용하여 한 스위칭 주기 동안 출력전압의 평균이 기준전압과 같도록 출력전압을 합성한다.As shown in Figure 9, the reference vector is an arbitrary set of 3 vectors , , The reference vector when inside the triangle created by is three vectors ( , , It has been mathematically proven that it can be expressed as a linear combination of ). The AC side output pole voltage of the 3-phase 3-level converter has 27 discrete states, that is, only 27 space vectors. Therefore, in order to generate an output voltage of an arbitrary size, at least three switching states are used to synthesize the output voltage so that the average of the output voltage is equal to the reference voltage during one switching period.
도 9에서, 벡터 가 3개의 벡터 , , 이 만드는 삼각형 내부에 있는지 판별하기 위해, , , , 의 좌표를 각각 , , , 라고 할 때 하기 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.In Fig. 9, the vector 3 vectors , , to determine if it is inside the triangle it creates, , , , the coordinates of each , , , When it is said, it can be expressed as in Equation 7 below.
수학식 7을 계산한 결과(P)가 하기 수학식 8과 같이 D1, D2, D3가 모두 0보다 크다면, P가 참(true)이므로 는 , , 이 만드는 삼각형 내부에 존재하게 된다. If the result (P) of calculating Equation 7 is as shown in Equation 8 below, if D 1 , D 2 , and D 3 are all greater than 0, then P is true. Is , , It will exist inside the triangle it creates.
수학식 8에서 는 논리적 AND를 의미한다.in Equation 8 means a logical AND.
하기 표 1은 3상 3-레벨 컨버터의 모든 공간벡터를 공통모드 전압의 크기와 1사이클 동안 NP 전류에 대한 효과에 따라 분류한 것이다. 표 1을 참조하여 공간벡터의 특징을 정리하면 다음과 같다.Table 1 below classifies all space vectors of the three-phase, three-level converter according to the magnitude of the common mode voltage and the effect on the NP current during one cycle. Referring to Table 1, the characteristics of space vectors are summarized as follows.
첫째, 공통모드 전압은 부터 까지의 범위에 7레벨에 걸쳐서 존재하고, 각 레벨 사이의 간격은 이다. 이는 공통모드 전압의 최소 변동 범위가 임을 의미한다. First, the common mode voltage is from It exists over 7 levels in the range up to, and the interval between each level is am. This means that the minimum fluctuation range of the common mode voltage is means that
둘째, NP 전류의 제어에 사용될 수 있는 공간벡터는 오직 스몰 벡터뿐이다. Second, space vectors that can be used to control the NP current are only small vectors.
셋째, 공통모드 전압이 같은 공간벡터의 갯수가 가장 많은 경우는 공통모드 전압이 영(0)인 경우이며 Z0[OOO]의 영벡터와 미디엄 벡터를 포함하여 7개의 공간벡터가 여기에 속한다. Third, the case in which the number of space vectors having the same common mode voltage is the highest is when the common mode voltage is zero (0), and seven space vectors including the zero vector and medium vector of Z 0 [OOO] belong to this group.
본 발명에서 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어에 사용되는 공간벡터는 NP 전류를 양(+)이 되도록 제어 가능한 PPWM 제어와, 음(-)이 되도록 제어 가능한 NPWM 제어로 분류할 수 있다. 표 2는 PPWM 제어와 NPWM 제어에 사용되는 공간벡터의 묶음을 점선으로 표시한 것이다.In the present invention, the space vector used for PWM control of the 3-phase 3-level converter can be classified into PPWM control that can control the NP current to be positive (+) and NPWM control that can be controlled to be negative (-). Table 2 shows the PPWM control and the bundle of space vectors used for NPWM control with dotted lines.
PPWM 제어에는 양(+)의 NP 전류 제어가 가능한 3개의 스몰 벡터 S11[POO], S13[OPO], S15[OOP]와 NP 전류 제어능력이 없는 9개의 공간벡터, 즉 미디엄 벡터 6개, 라지벡터 3개(L32[PPN], L34[NPP], L36[PNP]) 총 12개의 공간벡터가 사용되는데 PPWM 제어에 사용되는 공간벡터의 공통모드 전압은 0 또는 가 되어 공통모드 전압의 변동범위는 로 최소가 된다.PPWM control includes three small vectors S 11 [POO], S 13 [OPO], and S 15 [OOP] capable of positive NP current control, and 9 space vectors without NP current control capability, namely medium vector 6 , 3 large vectors (L 32 [PPN], L 34 [NPP], L 36 [PNP]) A total of 12 space vectors are used, and the common mode voltage of the space vector used for PPWM control is 0 or , and the variation range of the common mode voltage is becomes a minimum with
마찬가지로. NPWM 제어에는 음(+)의 NP 전류 제어가 가능한 3개의 스몰 벡터 S12[OON], S14[NOO], S16[ONO]와 NP 전류 제어능력이 없는 9개의 공간벡터, 즉 미디엄 벡터 6개, 라지벡터 3개(L31[PNN], L33[NPN], L35[NNP]) 총 12개의 공간벡터가 사용되는데 NPWM 제어에 사용되는 공간벡터의 공통모드 전압은 0 또는 가 되어 공통모드 전압의 변동범위는 역시 로 최소가 된다.Likewise. NPWM control includes three small vectors S 12 [OON], S 14 [NOO], and S 16 [ONO] capable of negative NP current control and 9 space vectors without NP current control capability, namely medium vector 6 , 3 large vectors (L 31 [PNN], L 33 [NPN], L 35 [NNP]) A total of 12 space vectors are used, and the common mode voltage of the space vector used for NPWM control is 0 or and the fluctuation range of the common mode voltage is also becomes a minimum with
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조지수가 제1 범위인 경우의 PPWN 제어시 공간벡터 영역을 설명하는 도면이다. 10 is a diagram illustrating a space vector region in PPWN control when an amplitude modulation index is in a first range according to an embodiment of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이, 진폭변조지수()가 제1 범위인 인 경우, 즉 가 1/3 보다 작은 경우에 기준벡터의 궤적이 만드는 원은 3개의 스몰 벡터 S11[POO], S13[OPO], S15[OOP]가 만드는 삼각형 내부에 놓이게 되므로, 이 3개의 스몰 벡터만으로 기준벡터를 합성할 수 있다. As shown in FIG. 10, the amplitude modulation index ( ) is the first range If , that is If is less than 1/3, the circle made by the trajectory of the reference vector lies inside the triangle made by the three small vectors S 11 [POO], S 13 [OPO], and S 15 [OOP], so these three small vectors A reference vector can be synthesized only with
이와 같이, PPWM 가운데 3개의 스몰 벡터만으로 구현되는 PWM 제어 방법을 'SSS-PPWM'이라고 명명하기로 하고, SSS-PPWM의 특징은 다음과 같다. In this way, the PWM control method implemented with only three small vectors among the PPWM is named 'SSS-PPWM', and the characteristics of the SSS-PPWM are as follows.
첫째, 3개의 스몰 벡터 S11[POO], S13[OPO], S15[OOP]가 공통모드 전압이 로 모두 같으므로 공통모드 전압의 변동이 영(0)이되어 누설전류를 완전히 영(0)으로 제거할 수 있다. First, three small vectors S 11 [POO], S 13 [OPO], and S 15 [OOP] have common mode voltages Since all of them are the same, the variation of the common mode voltage becomes zero (0), and the leakage current can be completely eliminated to zero (0).
둘째, SSS-PPWM에 이용되는 3개의 스몰 벡터는 모두 양(+)의 NP 전류가 흐르도록 하는 벡터이므로 스위칭 전 주기동안 NP 전류의 방향이 항상 양(+)의 방향을 유지할 수 있다. Second, since all three small vectors used in SSS-PPWM are vectors that allow positive (+) NP current to flow, the direction of NP current can always maintain a positive (+) direction during the entire period of switching.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조지수가 제2 범위인 경우의 PPWN 제어시 공간벡터 영역을 설명하는 도면이다. 11 is a diagram illustrating a space vector region in PPWN control when an amplitude modulation index is in a second range according to an embodiment of the present invention.
도 11에 도시된 바와 같이, 진폭변조지수()가 제2 범위인인 경우, 기준벡터의 궤적이 만드는 원은 3개의 라지 벡터 L32[PPN], L34[NPP], L36[PNP]가 만드는 삼각형 내부에 놓이게 된다. 그런데 기준벡터의 한 사이클 동안에 기준 벡터의 궤적은 SSS-PPWM의 영역과 SSL-PPWM의 영역을 번갈아 통과하게 된다. As shown in FIG. 11, the amplitude modulation index ( ) is the second range In the case of , the circle formed by the trajectory of the reference vector lies inside the triangle formed by the three large vectors L 32 [PPN], L 34 [NPP], and L 36 [PNP]. However, during one cycle of the reference vector, the trajectory of the reference vector alternately passes through the SSS-PPWM area and the SSL-PPWM area.
예를 들면, 구간 동안은 SSS-PPWM 영역에, 구간 동안은 SSL-PPWM 영역에 기준벡터가 놓이게 된다. SSL-PPWM 영역은 2개의 스몰 벡터와 1개의 라지 벡터로 형성되는 삼각형으로 이루어지며 다음과 같은 특징을 갖는다. For example, During the section, in the SSS-PPWM area, During the interval, the reference vector is placed in the SSL-PPWM area. The SSL-PPWM area consists of a triangle formed by two small vectors and one large vector and has the following characteristics.
첫째, 2개의 스몰 벡터와 1개의 라지 벡터는 공통모드 전압이 로 모두 같으므로 공통모드 전압의 변동이 영(0)이되어 누설전류를 완전히 영(0)으로 제거할 수 있다. 따라서, 진폭변조지수가 인 경우 기준벡터의 궤적은 SSS-PPWM과 SSL-PPWM의 영역을 번갈아 통과하지만 어느 경우나 공통모드 전압의 변동이 없으므로 누설전류를 완전히 제거할 수 있다. First, the two small vectors and one large vector are common mode voltages Since all of them are the same, the variation of the common mode voltage becomes zero (0), and the leakage current can be completely eliminated to zero (0). Therefore, the amplitude modulation index is In case of , the trajectory of the reference vector alternately passes through the regions of SSS-PPWM and SSL-PPWM, but in either case there is no change in common mode voltage, so leakage current can be completely eliminated.
둘째, SSL-PPWM에서 두 스몰 벡터를 선택하는 동안에는 양(+)의 NP 전류를 흐르게 하고 라지 벡터를 선택하는 동안은 NP 전류가 영(0)이 되지만 평균적으로 양(+)의 NP 전류가 흐르게 만드는 NP 전류 제어성을 갖는다.Second, while selecting two small vectors in SSL-PPWM, positive (+) NP current flows, and while selecting large vectors, NP current becomes zero (0), but positive (+) NP current flows on average. It has NP current controllability that makes
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조지수가 제3 범위인 경우의 PPWN 제어시 공간벡터 영역을 설명하는 도면이다. 12 is a diagram for explaining a space vector region when controlling PPWN when an amplitude modulation index is in a third range according to an embodiment of the present invention.
도 12에 도시된 바와 같이, 진폭변조지수()가 제3 범위인 인 경우, 기준벡터의 궤적은 3종류의 PWM 영역을 번갈아 통과하게 된다. 예를 들면 구간 동안은 SMM-PPWM 영역에, 구간 동안은 SML-PPWM 영역에, 구간 동안은 SSL-PPWM 영역에 기준벡터가 놓이게 된다. As shown in FIG. 12, the amplitude modulation index ( ) is the third range In this case, the trajectory of the reference vector alternately passes through three types of PWM areas. For example During the section, in the SMM-PPWM area, During the section, in the SML-PPWM area, During the interval, the reference vector is placed in the SSL-PPWM area.
SMM-PPWM 영역은 1개의 스몰 벡터와 2개의 미디엄 벡터로 형성되는 삼각형으로 이루어지며 기준벡터는 한 사이클 동안 서로 다른 SMM-PPWM 영역을 3번 지나게 된다. SMM-PPWM은 다음과 같은 특징을 갖는다. The SMM-PPWM area consists of a triangle formed by one small vector and two medium vectors, and the reference vector passes through different SMM-PPWM areas three times during one cycle. SMM-PPWM has the following characteristics.
첫째, 1개의 스몰 벡터는 공통모드 전압이 이지만 2개의 미디엄 벡터는 공통모드 전압이 영(0)이므로 한 주기의 스위칭 구간 동안 공통모드 전압은 0과 사이에서 변동하게 된다. 따라서 기준벡터가 SMM-PPWM 영역을 통과하는 동안은 최소한의 누설전류가 발생하게 된다. First, one small vector is the common mode voltage However, since the common mode voltage of the two medium vectors is zero (0), the common mode voltage during the switching period of one cycle is 0 and fluctuates between Therefore, a minimum leakage current occurs while the reference vector passes through the SMM-PPWM region.
둘째, SMM-PPWM에서 스몰 벡터를 선택하는 동안은 양(+)의 NP 전류를 흐르게 하고 미디엄 벡터를 선택하는 동안은 NP 전류가 영(0)이 되지만 평균적으로 양(+)의 NP 전류가 흐르게 할 수 있다.Second, in SMM-PPWM, positive (+) NP current flows while small vectors are selected, and while medium vectors are selected, NP current becomes zero (0), but positive (+) NP current flows on average. can do.
SML-PPWM 영역은 각 1개씩의 스몰, 미디엄, 라지 벡터로 형성되는 삼각형으로 이루어지며 기준벡터는 한 사이클 동안 서로 다른 SML-PPWM 영역을 6번 지나게 된다. SML-PPWM은 다음과 같은 특징을 갖는다. The SML-PPWM area is composed of triangles formed by each small, medium, and large vector, and the reference vector passes through different SML-PPWM areas 6 times during one cycle. SML-PPWM has the following characteristics.
첫째, 스몰 벡터와 라지 벡터는 공통모드 전압이 이지만 미디엄 벡터는 공통모드 전압이 영(0)이므로 한 주기의 스위칭 구간 동안 공통모드 전압은 0과 사이에서 변동하게 된다. 따라서 기준벡터가 SML-PPWM 영역을 통과하는 동안은 최소한의 누설전류가 발생하게 된다. First, the small vector and large vector are common mode voltages However, since the common mode voltage of the medium vector is zero (0), the common mode voltage during the switching period of one cycle is 0 and fluctuates between Therefore, the minimum leakage current occurs while the reference vector passes through the SML-PPWM region.
둘째, SML-PPWM에서 스몰 벡터를 선택하는 동안은 양(+)의 NP 전류를 흐르게 하고 라지 벡터와 미디엄 벡터를 선택하는 동안은 NP 전류가 영(0)이 되지만 평균적으로 양(+)의 NP 전류가 흐르게 할 수 있다. Second, in SML-PPWM, positive (+) NP current flows while small vectors are selected, and NP current becomes zero (0) while large and medium vectors are selected, but on average, positive (+) NP current can flow.
진폭변조지수가 인 경우, 기준벡터는 3종류의 PWM 영역을 번갈아 통과하게 되는데 누설전류의 측면에서 SSL-PPWM 영역을 통과할 때는 누설전류가 영(0)이지만 나머지 SMM-PPWM과 SML-PPWM 영역을 통과할 때는 만큼의 공통모드 전압의 변동으로 인한 누설전류가 발생한다. 그러나 기본파의 한 사이클을 놓고 볼 때 SSL-PPWM 구간 만큼 누설전류가 제거되므로 전체적으로 누설전류의 저감효과가 최대화 된다.Amplitude Modulation Index , the reference vector alternately passes through the three types of PWM areas. In terms of leakage current, when passing through the SSL-PPWM area, the leakage current is zero (0), but when passing through the remaining SMM-PPWM and SML-PPWM areas, Leakage current is generated due to the variation of the common mode voltage. However, considering one cycle of the fundamental wave, the leakage current is removed as much as the SSL-PPWM section, so the overall leakage current reduction effect is maximized.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조지수가 제1 범위인 경우의 NPWN 제어시 공간벡터 영역을 설명하는 도면이다. 13 is a diagram illustrating a space vector region in NPWN control when an amplitude modulation index is in a first range according to an embodiment of the present invention.
도 13에 도시된 바와 같이, 진폭변조지수()가 제1 범위인 인 경우, 즉 진폭변조지수가 1/3 보다 작은 경우에 기준벡터의 궤적이 만드는 원은 3개의 스몰 벡터 S12[OON], S14[NOO], S16[ONO]가 만드는 삼각형 내부에 놓이게 되므로 단지 이 3개의 스몰 벡터만으로 기준벡터를 합성할 수 있다. As shown in FIG. 13, the amplitude modulation index ( ) is the first range , that is, when the amplitude modulation index is less than 1/3, the circle made by the trajectory of the reference vector lies inside the triangle made by the three small vectors S 12 [OON], S 14 [NOO], and S 16 [ONO] Therefore, the reference vector can be synthesized with only these three small vectors.
이와 같이, NPWM 가운데 3개의 스몰 벡터만으로 구현되는 PWM 제어 방법을 SSS-NPWM이라고 명명하기로 하고, SSS-NPWM의 특징은 다음과 같다. In this way, the PWM control method implemented with only three small vectors among the NPWM is named SSS-NPWM, and the characteristics of SSS-NPWM are as follows.
첫째, 3개의 스몰 벡터 S12[OON], S14[NOO], S16[ONO]가 공통모드 전압이 로 모두 같으므로 공통모드 전압의 변동이 영(0)이되어 누설전류를 완전히 영(0)으로 제거할 수 있다. First, the three small vectors S 12 [OON], S 14 [NOO], and S 16 [ONO] are Since all of them are the same, the variation of the common mode voltage becomes zero (0), and the leakage current can be completely eliminated to zero (0).
둘째, SSS-NPWM에 이용되는 3개의 스몰 벡터는 모두 음(-)의 NP 전류가 흐르도록 하는 벡터이므로 스위칭 전 주기동안 NP 전류의 방향이 항상 음(-)의 방향을 유지할 수 있다.Second, since the three small vectors used in SSS-NPWM are all vectors that allow negative (-) NP current to flow, the direction of NP current can always maintain a negative (-) direction during the entire period of switching.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조지수가 제2 범위인 경우의 NPWN 제어시 공간벡터 영역을 설명하는 도면이다. 14 is a diagram for explaining a space vector region in NPWN control when an amplitude modulation index is in a second range according to an embodiment of the present invention.
도 14에 도시된 바와 같이, 진폭변조지수()가 제2 범위인 인 경우, 기준벡터의 궤적이 만드는 원은 3개의 라지 벡터 L31[PNN], L33[NPN], L35[NNP]가 만드는 삼각형 내부에 놓이게 된다. 그런데 기준벡터의 한 사이클 동안 기준 벡터의 궤적은 SSS-NPWM의 영역과 SSL-NPWM의 영역을 번갈아 통과하게 된다. As shown in FIG. 14, the amplitude modulation index ( ) is the second range , the circle created by the locus of the reference vector lies inside the triangle formed by the three large vectors L 31 [PNN], L 33 [NPN], and L 35 [NNP]. However, during one cycle of the reference vector, the trajectory of the reference vector alternately passes through the SSS-NPWM area and the SSL-NPWM area.
예를 들면 구간 동안은 SSS-NPWM 영역에, 구간 동안은 SSL-NPWM 영역에 기준벡터가 놓이게 된다. SSL-NPWM 영역은 2개의 스몰 벡터와 1개의 라지 벡터로 형성되는 삼각형으로 이루어지며 다음과 같은 특징을 갖는다. For example During the section, in the SSS-NPWM area, During the interval, the reference vector is placed in the SSL-NPWM area. The SSL-NPWM area consists of a triangle formed by two small vectors and one large vector and has the following characteristics.
첫째, 2개의 스몰 벡터와 1개의 라지 벡터는 공통모드 전압이 로 모두 같으므로 공통모드 전압의 변동이 영(0)이되어 누설전류를 완전히 영(0)으로 제거할 수 있다. 따라서, 진폭변조지수가 인 경우, 기준벡터의 궤적은 SSS-NPWM과 SSL-NPWM의 영역을 번갈아 통과하지만 어느 경우나 공통모드 전압의 변동이 없으므로 누설전류를 완전히 제거할 수 있다. First, the two small vectors and one large vector are common mode voltages Since all of them are the same, the variation of the common mode voltage becomes zero (0), and the leakage current can be completely eliminated to zero (0). Therefore, the amplitude modulation index is In the case of , the trajectory of the reference vector alternately passes through the regions of SSS-NPWM and SSL-NPWM, but in either case there is no change in common mode voltage, so leakage current can be completely eliminated.
둘째, SSL-NPWM에서 두 스몰 벡터를 선택하는 동안은 음(-)의 NP 전류를 흐르게 하고 라지 벡터를 선택하는 동안은 NP 전류가 영(0)이 되지만 평균적으로 음(-)의 NP 전류가 흐르게 만들 수 있다.Second, while selecting two small vectors in SSL-NPWM, the negative (-) NP current flows, and while selecting the large vector, the NP current becomes zero (0), but the average negative (-) NP current can make it flow.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조지수가 제3 범위인 경우의 NPWN 제어시 공간벡터 영역을 설명하는 도면이다. 15 is a diagram for explaining a space vector region in NPWN control when an amplitude modulation index is in a third range according to an embodiment of the present invention.
도 15에 도시된 바와 같이, 진폭변조지수()가 제3 범위인 인 경우, 기준벡터의 궤적은 3종류의 PWM 영역을 번갈아 통과하게 된다. As shown in FIG. 15, the amplitude modulation index ( ) is the third range In this case, the trajectory of the reference vector alternately passes through three types of PWM areas.
예를 들면 구간 동안은 SMM-NPWM 영역에, 구간 동안은 SML-NPWM 영역에, 구간 동안은 SSL-NPWM 영역에 기준벡터가 놓이게 된다. SMM-NPWM 영역은 1개의 스몰 벡터와 2개의 미디엄 벡터로 형성되는 삼각형으로 이루어지며 기준벡터는 한 사이클 동안 서로 다른 SMM-NPWM 영역을 3번 지나게 된다. For example During the section, in the SMM-NPWM area, During the section, in the SML-NPWM area, During the interval, the reference vector is placed in the SSL-NPWM area. The SMM-NPWM area consists of a triangle formed by one small vector and two medium vectors, and the reference vector passes through different SMM-NPWM areas three times during one cycle.
SMM-NPWM은 다음과 같은 특징을 갖는다. SMM-NPWM has the following characteristics.
첫째, 1개의 스몰 벡터는 공통모드 전압이 이지만 2개의 미디엄 벡터는 공통모드 전압이 영(0)이므로 한 주기의 스위칭 구간 동안 공통모드 전압은 0과 사이에서 변동하게 된다. 따라서, 기준벡터가 SMM-NPWM 영역을 통과하는 동안은 최소한의 누설전류가 발생하게 된다. First, one small vector is the common mode voltage However, since the common mode voltage of the two medium vectors is zero (0), the common mode voltage during the switching period of one cycle is 0 and fluctuates between Therefore, a minimum leakage current occurs while the reference vector passes through the SMM-NPWM region.
둘째, SMM-NPWM에서 스몰 벡터를 선택하는 동안은 음(-)의 NP 전류를 흐르게 하고 미디엄 벡터를 선택하는 동안은 NP 전류가 영(0)이 되지만 평균적으로 음(-)의 NP 전류가 흐르게 만들 수 있다.Second, while selecting a small vector in SMM-NPWM, a negative (-) NP current flows, and while a medium vector is selected, the NP current becomes zero (0), but the average negative (-) NP current flows. can be made
SML-NPWM 영역은 각 1개씩의 스몰, 미디엄, 라지 벡터로 형성되는 삼각형으로 이루어지며 기준벡터는 한 사이클 동안 서로 다른 SML-NPWM 영역을 6번 지나게 된다. SML-NPWM은 다음과 같은 특징을 갖는다. The SML-NPWM area is composed of triangles formed by each small, medium and large vector, and the reference vector passes through different SML-NPWM areas 6 times during one cycle. SML-NPWM has the following characteristics.
첫째, 스몰 벡터와 라지 벡터는 공통모드 전압이 이지만 미디엄 벡터는 공통모드 전압이 영(0)이므로 한 주기의 스위칭 구간 동안 공통모드 전압은 0과 사이에서 변동하게 된다. 따라서 기준벡터가 SML-NPWM 영역을 통과하는 동안은 최소한의 누설전류가 발생하게 된다. First, the small vector and large vector are common mode voltages However, since the common mode voltage of the medium vector is zero (0), the common mode voltage during the switching period of one cycle is 0 and fluctuates between Therefore, a minimum leakage current occurs while the reference vector passes through the SML-NPWM region.
둘째, SML-NPWM에서 스몰 벡터를 선택하는 동안은 음(-)의 NP 전류를 흐르게 하고 라지 벡터와 미디엄 벡터를 선택하는 동안은 NP 전류가 영(0)이 되지만 평균적으로 음(-)의 NP 전류가 흐르게 만들 수 있다.Second, while small vectors are selected in SML-NPWM, negative (-) NP current flows, and while large and medium vectors are selected, the NP current becomes zero (0), but on average, negative (-) NP current can flow.
진폭변조지수가 인 경우 기준벡터는 3종류의 PWM 영역을 번갈아 통과하게 되는데 누설전류의 측면에서 SSL-NPWM 영역을 통과할 때는 누설전류가 영(0)이지만 나머지 SMM-NPWM과 SML-NPWM 영역을 통과할 때는 만큼의 공통모드 전압의 변동으로 인한 누설전류가 발생한다. 그러나 기본파의 한 사이클을 놓고 볼 때 SSL-NPWM 구간 만큼 누설전류가 제거되므로 전체적으로 누설전류의 저감효과가 최대화 된다.Amplitude Modulation Index In case of , the reference vector alternately passes through the three types of PWM areas. In terms of leakage current, when passing through the SSL-NPWM area, the leakage current is zero (0), but when passing through the remaining SMM-NPWM and SML-NPWM areas, Leakage current is generated due to the variation of the common mode voltage. However, when looking at one cycle of the fundamental wave, the leakage current is removed as much as the SSL-NPWM section, so the overall leakage current reduction effect is maximized.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 PPWM 제어시 동작파형()을 설명하는 도면이고, 도 17은 종래 기술의 일 실시예에 따른 SVPWM 제어시 동작파형()을 설명하는 도면이다. 16 is an operation waveform (when controlling PPWM according to an embodiment of the present invention) ), and FIG. 17 is an operation waveform during SVPWM control according to an embodiment of the prior art ( ) is a drawing explaining.
본 발명의 일 실시예에 따른 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어 방법에 대해 시뮬레이션을 수행하면 다음과 같다.A simulation is performed for a PWM control method of a three-phase, three-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuations according to an embodiment of the present invention.
요소는 시뮬레이션에서 LC-필터와 Y-연결된 3상 저항부하( Ω)로 대치된다. LC-필터에서 인덕터의 인덕턴스 mH이고 커패시터는 -결선되어 있으며 ㎌이다. 또 기생 요소인 Ω, ㎌으로 설정하였다. 직류측 전압 V, 스위칭 주파수는 12 kHz이다(도 2의 3상 3-레벨 컨버터 회로 참조). The element is a Y-connected 3-phase resistive load with an LC-filter in the simulation ( Ω) is replaced by Inductance of an inductor in an LC-filter mH and the capacitor is - is wired It is ㎌. Another parasitic factor Ω, It was set to ㎌. DC side voltage V, the switching frequency is 12 kHz (see 3-phase 3-level converter circuit in FIG. 2).
도 16에 도시된 바와 같이, 공통모드 전압 의 파형을 보면 공통모드 전압의 변동범위가 가 됨을 확인할 수 있다. 또한, SSL-PPWM이 이루어지는 구간 동안에는 공통모드 전압이 33 V로 일정하게 유지되어 그 구간동안 누설전류가 영(0)이 됨을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 16, the common mode voltage Looking at the waveform of , the fluctuation range of the common mode voltage is It can be confirmed that In addition, it can be confirmed that the common mode voltage is constantly maintained at 33 V during the section in which the SSL-PPWM is performed, and the leakage current becomes zero (0) during the section.
도 17에 도시된 바와 같이, 공간벡터 PWM(SVPWM: sapce vector PWM)을 적용하면, 공통모드 전압의 변동범위는 영(0)을 중심으로 위쪽으로 아래쪽으로 가 되어 공통모드 전압의 변동범위가 가 된다. As shown in FIG. 17, when space vector PWM (SVPWM) is applied, the variation range of the common mode voltage is upward with zero (0) as the center. downward , and the variation range of the common mode voltage is becomes
도 16 및 도 17을 비교해 보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어 방법이 공통모드 전압의 변동범위가 1/4배로 감소함을 확인할 수 있고, 누설전류를 살펴보면 SVPWM인 경우 기본파의 전주기 동안 약 0.6 V의 피크치를 유지하지만 본 발명에서 제안된 PWM 제어 방법에서는 약 0.2 V의 피크치를 갖고 일부 구간에서는 영(0)을 유지하여 SVPWM의 경우보다 대폭 감소함을 확인할 수 있다.Comparing FIGS. 16 and 17 , the PWM control method of a 3-phase 3-level converter for minimizing leakage current due to common mode voltage fluctuations according to an embodiment of the present invention reduces the common mode voltage fluctuation range by 1/4 times. It can be confirmed that the leakage current decreases, and in the case of SVPWM, a peak value of about 0.6 V is maintained during the entire period of the fundamental wave, but in the PWM control method proposed in the present invention, it has a peak value of about 0.2 V and is zero (0) in some sections. ), it can be confirmed that it is significantly reduced compared to the case of SVPWM.
이와 같이, 본 발명에서는 낮은 진폭변조지수일 때, 즉 진폭변조지수 가 일 때는 공통모드 전압의 변동을 영(0)으로 유지하여 누설전류를 완전히 제거하며, 일정 크기 이상의 진폭변조지수일 때, 즉 일 때는 공통모드 전압의 변동의 절대적인 크기와 주파수를 최소화하여 누설전류를 최소화할 수 있고, 3상 3-레벨 컨버터에서 직류측 NP 전류의 방향 제어가 가능하면서 동시에 3상 3-레벨 컨버터의 공통모드 전압의 변동폭과 주파수를 낮출 수 있다. As such, in the present invention, when the amplitude modulation index is low, that is, the amplitude modulation index go When , the leakage current is completely removed by maintaining the variation of the common mode voltage at zero (0), and when the amplitude modulation index is greater than a certain size, that is, , it is possible to minimize the leakage current by minimizing the absolute size and frequency of the common mode voltage fluctuation, and it is possible to control the direction of the DC-side NP current in the 3-phase 3-level converter, and at the same time, the common mode of the 3-phase 3-level converter The voltage fluctuation range and frequency can be lowered.
따라서, 본 발명은 3상 3-레벨 컨버터 시스템에서 공통모드 전압의 변동 최소화를 구현함으로써 누설전류를 감소시킬수 있을 뿐만 아니라, 출력전류 파형의 왜곡을 제거하고, 출력전류 파형의 고조파성분이 감소되며, 컨버터의 제어성능이 향상될 뿐만 아니라 안전성, 신뢰성 및 수명이 향상될 수 있다. Therefore, the present invention not only reduces leakage current by implementing minimization of variation in common mode voltage in a 3-phase 3-level converter system, but also eliminates distortion of the output current waveform, reduces harmonic components of the output current waveform, Not only the control performance of the converter can be improved, but also the safety, reliability and lifespan can be improved.
또한, 본 발명은 3상 3-레벨 컨버터의 직류측 전원을 구성하는 두 직류 전원의 에너지 밸런싱에 직접 관여된 중간점 전류(NP 전류)를 제어 가능하게 함으로써, 직류측 두 직류 전압원 대신 커패시터를 사용한 경우 전압 밸런싱이 가능해지고, 양극성 직류 배전에 응용될 경우에 전압 밸런서 또는 인터링킹 컨버터로 기능할 수 있으며, 직류 전압 불평형을 개선할 수 있으며, 그로 인해 교류측 전압의 고조파 성분을 줄일 수 있다.In addition, the present invention makes it possible to control the midpoint current (NP current) directly involved in the energy balancing of the two DC power supplies constituting the DC power supply of the three-phase 3-level converter, thereby using a capacitor instead of the two DC voltage sources on the DC side. In this case, voltage balancing becomes possible, and when applied to bipolar DC distribution, it can function as a voltage balancer or interlinking converter, improve DC voltage unbalance, and thereby reduce harmonic components of AC-side voltage.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
100 : 켬퓨팅 장치
110 : 3상 기준전압 명령 발생기
120 : 기준벡터 발생기
130 : PWM 타입 선택기
140 : PPWM 벡터 선택기
150 : NPWM 벡터 선택기
160 : 게이팅 신호 발생기100: computing device
110: 3-phase reference voltage command generator
120: reference vector generator
130: PWM type selector
140: PPWM vector selector
150: NPWM vector selector
160: gating signal generator
Claims (10)
진폭변조지수( )와 컨버터의 동작주파수()가 입력되면, 3상 3-레벨 컨버터의 기준 상전압(, , )에 대한 적어도 하나 이상의 3상 전압 기준파 신호를 제공하는 3상 기준 명령전압 발생 단계;
상기 적어도 하나 이상의 3상 전압 기준파 신호를 입력받아 기준벡터( )를 발생하는 기준벡터 발생 단계;
상기 3상 3-레벨 컨버터의 직류 전원의 중간점(neutral point)으로 유입하는 중간점 전류(NP current)의 방향 제어 신호()의 부호에 따라 PPWM 동작 모드와 NPWM 동작 모드 중 어느 하나의 동작 모드를 결정하[[는]]되, 의 부호를 판별한 신호가 이면 PPWM 동작 모드를 선택하고, 이면 NPWM 동작 모드를 선택하는 PWM 타입 선택 단계;
상기 PWM 타입 선택 단계에서 PPWM 동작 모드가 결정된 경우, 상기 기준벡터를 제공받아 상기 3상 3-레벨 컨버터의 PPWM을 위한 공간벡터 영역 중에서 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 상기 중간점 전류를 양(+)이 되도록 상기 3상 3-레벨 컨버터의 PPWM 제어하기 위한 3개의 공간벡터(, , )를 결정하여 출력하는 PPWM 벡터 선택 단계;
상기 PWM 타입 선택 단계에서 NPWM 동작 모드가 결정된 경우, 상기 기준벡터를 제공받아 3상 3-레벨 컨버터의 NPWM을 위한 공간벡터 영역 중에 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 상기 중간점 전류가 음(-)이 되도록 상기 3상 3-레벨 컨버터의 NPWM 제어하기 위한 3개의 공간벡터(, , )를 결정하여 출력하는 NPWM 벡터 선택 단계; 및
상기 3개의 공간벡터(, , )를 제공받아 각 3상에 대한 공간벡터의 순서와 지속시간을 결정한 후 각 상의 IGBT를 턴온/턴오프 하기 위한 게이팅 신호를 발생하는 게이팅 신호발생 단계를 포함하되,
상기 PPWM 제어에 사용되는 공간벡터의 공통모드 전압은 0 또는 이고, 상기 공통모드 전압의 변동범위는 로 최소가 되고,
상기 NPWM 제어에 사용되는 공간벡터의 공통모드 전압은 0 또는 이고, 공통모드 전압의 변동범위는 역시 로 최소가 되는 것인,
공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어방법. A PWM control method of a 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuation, performed by a power conversion device including at least one processor, comprising:
Amplitude Modulation Index ( ) and the operating frequency of the converter ( ) is input, the reference phase voltage of the 3-phase 3-level converter ( , , ) 3-phase reference command voltage generation step of providing at least one or more 3-phase voltage reference wave signals for;
The reference vector by receiving the at least one or more three-phase voltage reference wave signals ( ) Reference vector generation step of generating;
Direction control signal of the neutral point current (NP current) flowing into the neutral point of the DC power of the three-phase three-level converter ( ) Determines one of the PPWM operation modes and NPWM operation modes according to the sign of [[to]], The signal that determines the sign of , select the PPWM operation mode, a PWM type selection step of selecting an NPWM operation mode if it is;
When the PPWM operation mode is determined in the PWM type selection step, the reference vector is received and it is determined in which region the reference vector is located among the space vector regions for the PPWM of the 3-phase 3-level converter, thereby calculating the midpoint current. Three space vectors for controlling the PPWM of the 3-phase 3-level converter to be positive (+) , , ) PPWM vector selection step of determining and outputting;
When the NPWM operation mode is determined in the PWM type selection step, the reference vector is received and it is determined in which area of the space vector area for the NPWM of the 3-phase 3-level converter the reference vector is placed, so that the midpoint current is negative. Three space vectors for controlling the NPWM of the three-phase 3-level converter to be (-) ( , , ) NPWM vector selection step of determining and outputting; and
The three space vectors ( , , ) and determining the order and duration of space vectors for each of the three phases, and then generating a gating signal for turning on/off the IGBT of each phase,
The common mode voltage of the space vector used for the PPWM control is 0 or , and the variation range of the common mode voltage is is the minimum,
The common mode voltage of the space vector used for the NPWM control is 0 or , and the variation range of the common mode voltage is also which is the minimum
PWM control method of 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuation.
상기 게이팅 신호발생 단계는,
상기 PPWM 벡터 선택 단계에서 출력되는 상기 3개의 공간벡터(, , )를 이용하여 상기 NP 전류를 양(+)이 되도록 제어하는 PPWM 제어 동작이 수행되도록 하고,
상기 NPWM 벡터 선택 단계에서 출력되는 상기 3개의 공간벡터(, , )를 이용하여 상기 NP 전류를 음(-)이 되도록 제어 가능한 NPWM 제어 동작이 수행되도록 하는 것인,
공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어방법. According to claim 1,
The gating signal generating step,
The three space vectors output in the PPWM vector selection step ( , , ) to perform a PPWM control operation for controlling the NP current to be positive (+),
The three space vectors output in the NPWM vector selection step ( , , ) to perform a controllable NPWM control operation so that the NP current becomes negative (-),
PWM control method of 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuation.
상기 공간 벡터는,
크기에 따라 으로 표시된 영(0)벡터, 으로 표시된 스몰 벡터(small vector), 으로 표시된 미디엄 벡터(medium vector), 으로 표시된 라지 벡터(large vector)의 각 그룹으로 구분되는 것인,
공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어방법. According to claim 1,
The space vector is,
according to size The zero(0) vector denoted by , A small vector denoted by , The medium vector denoted by , Which is divided into each group of large vectors represented by
PWM control method of 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuation.
상기 스몰 벡터는 상기 NP 전류의 제어에 사용될 수 있는 공간벡터인 것인,
공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어방법. According to claim 3,
The small vector is a space vector that can be used to control the NP current,
PWM control method of 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuation.
상기 PPWM 제어시 공간벡터 영역은,
3개의 스몰 벡터(S)로 구성되는 SSS-PPWM, 2개의 스몰 벡터(S)와 1개의 라지 벡터(L)로 구성되는 SSL-PPWM, 1개의 스몰 벡터(S)와 2개의 미디엄 벡터(M)로 구성되는 SMM-PPWM, 스몰 벡터(S), 미디엄 벡터(M) 및 라지 벡터(L)로 구성되는 SML-PPWM으로 구성되는 것인,
공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어방법. According to claim 4,
In the case of the PPWM control, the space vector area is
SSS-PPWM consisting of 3 small vectors (S), SSL-PPWM consisting of 2 small vectors (S) and 1 large vector (L), 1 small vector (S) and 2 medium vectors (M ) Consisting of SMM-PPWM, small vector (S), medium vector (M) and large vector (L), which consists of SML-PPWM,
PWM control method of 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuation.
상기 NPWM 제어시 공간벡터 영역은,
3개의 스몰 벡터(S)로 구성되는 SSS-NPWM, 2개의 스몰 벡터(S)와 1개의 라지 벡터(L)로 구성되는 SSL-NPWM, 1개의 스몰 벡터(S)와 2개의 미디엄 벡터(M)로 구성되는 SMM-NPWM, 스몰 벡터(S), 미디엄 벡터(M) 및 라지 벡터(L)로 구성되는 SML-NPWM으로 구성되는 것인,
공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어방법. According to claim 4,
In the case of the NPWM control, the space vector area is
SSS-NPWM consisting of three small vectors (S), SSL-NPWM consisting of two small vectors (S) and one large vector (L), one small vector (S) and two medium vectors (M ) consisting of SMM-NPWM, small vector (S), medium vector (M) and large vector (L), which consists of SML-NPWM,
PWM control method of 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuation.
상기 기준 벡터는,
상기 3상 3-레벨 컨버터의 출력측 A-상, B-상, C-상의 기준전압(, , )을 공간 벡터로 표현할 경우, 반경이 이고, 각속도()로 회전하는 원의 궤적으로 나타내는 것인,
공통모드 전압 변동에 의한 누설전류를 최소화하는 3상 3-레벨 컨버터의 PWM 제어방법. According to claim 1,
The reference vector is
Reference voltages of A-phase, B-phase, and C-phase on the output side of the 3-phase 3-level converter ( , , ) as a space vector, the radius is , and the angular velocity ( ), which is represented by the trajectory of a rotating circle,
PWM control method of 3-phase 3-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuation.
진폭변조지수( )와 컨버터의 동작주파수()가 입력되면, 3상 3-레벨 컨버터의 기준 상전압(, , )에 대한 적어도 하나 이상의 3상 전압 기준파 신호를 제공하는 3상 기준 명령전압 발생기;
상기 적어도 하나 이상의 3상 전압 기준파 신호를 입력받아 기준벡터( )를 발생하는 기준벡터 발생기;
상기 3상 3-레벨 컨버터의 직류 전원의 중간점(neutral point)으로 유입하는 중간점(NP, Neutral Point) 전류의 방향 제어 신호()의 부호에 따라 PPWM 동작 모드와 NPWM 동작 모드 중 어느 하나의 동작 모드를 결정하[[는]]되, 의 부호를 판별한 신호가 이면 PPWM 동작 모드를 선택하고, 이면 NPWM 동작 모드를 선택하는 PWM 타입 선택기;
상기 PWM 타입 선택기에서 PPWM 동작 모드가 결정된 경우, 상기 기준벡터를 제공받아 상기 3상 3-레벨 컨버터의 PPWM을 위한 공간벡터 영역 중에서 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 상기 중간점 전류가 양(+)이 되도록 상기 3상 3-레벨 컨버터의 PPWM 제어하기 위한 3개의 공간벡터(, , )를 결정하여 출력하는 PPWM 벡터 선택기;
상기 PWM 타입 선택기서 NPWM 동작 모드가 결정된 경우, 상기 기준벡터를 제공받아 3상 3-레벨 컨버터의 NPWM을 위한 공간벡터 영역 중에 어느 영역에 기준벡터가 놓여있는지 판별하여, 상기 중간점 전류가 음(-)이 되도록 상기 3상 3-레벨 컨버터의 NPWM 제어하기 위한 3개의 공간벡터(, , )를 결정하여 출력하는 NPWM 벡터 선택기; 및
상기 3개의 공간벡터(, , )를 제공받아 각 3상에 대한 공간벡터의 순서와 지속시간을 결정한 후 각 상의 IGBT를 턴온/턴오프 하기 위한 게이팅 신호를 발생하는 게이팅 신호 발생기를 포함하되,
상기 PPWM 제어에 사용되는 공간벡터의 공통모드 전압은 0 또는 이고, 상기 공통모드 전압의 변동범위는 로 최소가 되고,
상기 NPWM 제어에 사용되는 공간벡터의 공통모드 전압은 0 또는 이고, 공통모드 전압의 변동범위는 역시 로 최소가 되는 것인,
전력 변환 장치. A power conversion device for performing a PWM control method of a three-phase three-level converter that minimizes leakage current due to common mode voltage fluctuations,
Amplitude Modulation Index ( ) and the operating frequency of the converter ( ) is input, the reference phase voltage of the 3-phase 3-level converter ( , , ) a three-phase reference command voltage generator providing at least one three-phase voltage reference wave signal for;
The reference vector by receiving the at least one or more three-phase voltage reference wave signals ( ) Reference vector generator for generating;
The direction control signal of the neutral point (NP) current flowing into the neutral point of the DC power of the three-phase, three-level converter ( ) Determines one of the PPWM operation modes and NPWM operation modes according to the sign of [[to]], The signal that determines the sign of , select the PPWM operation mode, PWM type selector for selecting NPWM operation mode if ;
When the PWM type selector determines the PPWM operation mode, it receives the reference vector and determines in which area the reference vector is located among the space vector areas for the PPWM of the 3-phase 3-level converter, so that the midpoint current is positive. Three space vectors for controlling the PPWM of the 3-phase 3-level converter to be (+) , , ), a PPWM vector selector that determines and outputs;
When the NPWM operation mode is determined in the PWM type selector, the reference vector is received and it is determined in which area the reference vector is placed among the space vector areas for the NPWM of the 3-phase 3-level converter, so that the midpoint current is negative ( -) Three space vectors for controlling the NPWM of the three-phase three-level converter ( , , ) NPWM vector selector for determining and outputting; and
The three space vectors ( , , ) and determining the order and duration of space vectors for each of the three phases, and then generating a gating signal for turning on/off the IGBT of each phase,
The common mode voltage of the space vector used for the PPWM control is 0 or , and the variation range of the common mode voltage is is the minimum,
The common mode voltage of the space vector used for the NPWM control is 0 or , and the variation range of the common mode voltage is also which is the minimum
power converter.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230036241A KR102570150B1 (en) | 2023-03-21 | 2023-03-21 | Pulse-width Modulation Method of three-phase three-level converter for minimizing the leakage current due to common mode voltage fluctuation and Power converting equipment thereeof |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100430930B1 (en) | 2000-02-25 | 2004-05-12 | 가부시끼가이샤 도시바 | Pwm controlled power conversion device |
| JP2012095485A (en) * | 2010-10-28 | 2012-05-17 | Toyota Central R&D Labs Inc | Rotary electric machine control system |
| KR20170051943A (en) * | 2015-11-03 | 2017-05-12 | 주식회사 윌링스 | Switch control method and device of three-phase three-level inverter for elimination of the leakage current and dc side voltage balancing |
| KR101928001B1 (en) * | 2018-08-30 | 2018-12-12 | 주식회사 에코스 | Three-phase three-level converter and its control method to realize low-frequency common-mode voltage and DC-side neutral point current control |
-
2023
- 2023-03-21 KR KR1020230036241A patent/KR102570150B1/en active IP Right Grant
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| KR101928001B1 (en) * | 2018-08-30 | 2018-12-12 | 주식회사 에코스 | Three-phase three-level converter and its control method to realize low-frequency common-mode voltage and DC-side neutral point current control |
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