KR102614863B1 - 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템 - Google Patents

다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102614863B1
KR102614863B1 KR1020210102747A KR20210102747A KR102614863B1 KR 102614863 B1 KR102614863 B1 KR 102614863B1 KR 1020210102747 A KR1020210102747 A KR 1020210102747A KR 20210102747 A KR20210102747 A KR 20210102747A KR 102614863 B1 KR102614863 B1 KR 102614863B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
terminal
auxiliary
main
cell
direct current
Prior art date
Application number
KR1020210102747A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230020851A (ko
Inventor
설승기
고상기
최성휘
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 서울대학교산학협력단 filed Critical 서울대학교산학협력단
Priority to KR1020210102747A priority Critical patent/KR102614863B1/ko
Priority to EP21952946.8A priority patent/EP4254766A1/en
Priority to CN202180089026.6A priority patent/CN116806410A/zh
Priority to PCT/KR2021/016641 priority patent/WO2023013824A1/ko
Priority to JP2023539292A priority patent/JP2024501980A/ja
Priority to US18/271,225 priority patent/US20240088666A1/en
Publication of KR20230020851A publication Critical patent/KR20230020851A/ko
Priority to KR1020230178881A priority patent/KR20230174200A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102614863B1 publication Critical patent/KR102614863B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 출원의 실시예들은, 주 직류단(main DC link); 적어도 하나의 보조 직류단 - 상기 적어도 하나의 보조 직류단은 상기 주 직류단의 양극 단자와 연결된 양극 단자를 갖는 제1 보조 직류단 및 상기 주 직류단의 음극 단자와 연결된 음극 단자를 갖는 제2 보조 직류단 중 적어도 하나를 포함함; 및 직렬 연결되어 하나 이상의 레그를 이루는 복수의 셀을 포함하는, 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템에 관련된다.

Description

다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템{BI-DIRECTIONAL DC/AC POWER CONVERSION SYSTEM HAVING DC MULTIPLE DC LINKS}
본 출원은 직류-교류 전력 변환 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MMC(Modular Multi level Converter) 구조를 갖는 양방향 직류/교류 전력 변환 회로에서 주 직류단(main DC link) 양극에 연결된 셀들로 이루어진 제1 보조 직류단(Aux. DC link) 및/또는 상기 주 직류단 음극에 연결된 셀들로 이루어진 제2 보조 직류단을 포함하는, 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템에 관련된다.
종래의 화석연료 기반 선박에는 일정 주파수/전압 값의 교류 전력을 주로 사용하도록 구성된 독립된 전력 계통이 적용되었다.
전기 추진 선박에 선박 전력 계통의 주파수/전압 값이 고정된 종래의 화석연료 기반 선박의 전력 계통을 적용하면, 전기 추진 선박의 운항 속도에 따른 출력 변동 시 효율이 저하되는 단점이 있다.
이를 극복하기 위해 전기 추진 선박에는 직류 배전에 의한 가변속 엔진 발전 시스템이 개발 되어 전기 추진 선박용 전력 계통에 적용 되고 있다. 상기 가변속 엔진 발전 시스템에서는 가변속 발전기의 출력과 추진 전동기를 연결하기 위해 직류 교류 변환이 요구되고, 또한, 전기 추진 선박의 호텔 부하 및 기타 전기 부하에 전력 공급을 위해 일정 전압의 저전압 교류 전원 역시 요구된다.
최근에는, 연비 개선과 더불어, 매연 저감과 같은 환경 문제를 해결하기 위해 선박에 배터리와 같은 에너지 저장 장치를 장착하는 것에 대한 수요가 매우 증가하고 있다. 이러한 배터리 연계를 위해서는 전기 추진 선박용 전력 계통 내에 별도의 전력 변환기가 요구된다. 특히, 선박은 전기차와 같은 다른 모빌리티 애플리케이션 대비 부하의 전력 소모량이 매우 크기 때문에 대형 선박의 경우 대용량(수 MW 내지 수 십 MW) 전력 변환이 필수적이다. .
또한, 선박은 추진 부하에 대한 전력 수요뿐만이 아니라 호텔 부하, 기타 전력 부하에 대한 전력 수요로 인해, 여러 전압의 직류/교류 전력이 공존할 필요가 있다. 따라서, 공존하는 직류/교류 전력을 통합적으로 연계할 수 있는 전력 변환 회로가 요구된다.
Jae-Jung Jung et al., "Control Strategy for Improved Dynamic Performance of Variable-Speed Drives With Modular Multilevel Converter", IEEE JOURNAL OF EMERGING AND SELECTED TOPICS IN POWER ELECTRONICS, VOL. 03, NO. 2, JUNE 2015
본 출원의 실시예들에 따르면, 대용량의 전력 변환이 가능하고 그리고 공존하는 여러 전압의 직류/교류 전력을 연계할 수 있는, 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템을 제공하고자 한다.
본 출원의 일 측면에 따른 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템은: 양극 단자와 음극 단자를 갖는 주 직류단(main DC link); 적어도 하나의 보조 직류단 - 상기 적어도 하나의 보조 직류단은 상기 주 직류단의 양극 단자와 연결된 양극 단자를 갖는 제1 보조 직류단 및 상기 주 직류단의 음극 단자와 연결된 음극 단자를 갖는 제2 보조 직류단 중 적어도 하나를 포함함; 직렬 연결되어 하나 이상의 레그를 이루는 복수의 셀 - 각 셀은 반도체 기반 스위칭 소자를 포함하고 상기 하나 이상의 레그 각각은 상기 주 직류단에 병렬 연결됨; 및 각 레그에서 일부의 셀로 이루어진 암과 다른 일부의 셀로 이루어진 암 사이에 형성된, 상전류(phase current)를 출력 가능한 하나 이상의 상단자를 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 셀은 적어도 하나의 제1 셀, 적어도 하나의 제2 셀 및 복수의 제3 셀을 포함할 수도 있다. 상기 제1 보조 직류단은 상기 적어도 하나의 제1 셀로 이루어지고, 상기 제2 보조 직류단은 상기 적어도 하나의 제2 셀로 이루어진다. 상기 복수의 제3 셀은 각 레그에서 상기 제1 셀과 제2 셀 사이에 배치된다.
일 실시예에서, 상기 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템은 상기 제1 보조 직류단과 주 직류단은 양극 단자를 공유하거나, 또는 상기 제2 보조 직류단과 주 직류단은 음극 단자를 공유하도록 구성될 수도 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 셀은 3개의 출력단자를 포함할 수도 있다. 상기 3개의 출력단자 중 하나의 출력단자는 인접한 제3 셀과 직렬 연결되고, 상기 3개의 출력단자 중 다른 2개의 출력단자는 제1 보조 직류단의 양극 출력단자 및 음극 출력단자에 각각 연결될 수도 있다. 상기 제2 셀은 3개의 출력단자를 포함할 수도 있다. 상기 3개의 출력단자 중 하나의 출력단자는 인접한 제3 셀과 직렬 연결되고, 상기 3개의 출력단자 중 다른 2개의 출력단자는 제2 보조 직류단의 양극 출력단자 및 음극 출력단자에 각각 연결될 수도 있다. 상기 제1 셀 및 제2 셀에서 인접한 제3 셀과 직렬 연결되는 상기 하나의 출력단자는 각 셀 내 스위칭 소자의 직렬 연결 상에 위치한다.
일 실시예에서, 상기 제3 셀은 2개의 출력단자를 포함할 수도 있다. 상기 2개의 출력단자는 인접한 2개의 다른 제3 셀들의 일 출력단자에 각각 연결되거나, 인접한 다른 제3 셀의 일 출력단자 및 상기 제1 셀 또는 제2 셀의 일 출력단자에 각각 연결된다.
일 실시예에서, 상기 제3 셀은 상기 제1 셀 및 제2 셀과 상이한 임의의 회로 구조를 가질 수도 있다.
일 실시예에서, 상기 상단자는 연결되는, 전원 또는 부하를 포함한 N상 교류단과 연결될 수도 있다. 상기 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템은 상기 주 직류단, 제1 직류단 및 제2 직류단 중 하나 이상의 직류단 각각으로부터 상기 N상 교류단으로 전력을 공급하거나, 또는 상기 N상 교류단으로부터 상기 주 직류단, 제1 직류단 및 제2 직류단 중 하나 이상의 직류단 각각으로 전력을 공급하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템은 상기 복수의 레그 전부가 각 상단자를 통해 N상 교류단에 연결되면 상기 주 직류단과 상기 N상 교류단 사이의 전력 교환이 가능하도록 구성될 수도 있다. 상기 주 직류단과 N상 교류단 사이의 전력 공급은 연결된 레그의 개수와 동일한 값의 N상 전류로 수행된다.
일 실시예에서, 상기 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템은 상기 복수의 레그 중 일부가 각 상단자를 통해 N상 교류단에 연결되고 상기 복수의 레그 중 다른 일부가 상기 제1 보조 직류단 및 제2 보조 직류단 중 적어도 하나의 보조 직류단에 연결되면 상기 주 직류단과 N상 교류단 사이의 전력 교환 및 상기 적어도 하나의 보조 직류단과 상기 주 직류단 사이의 전력 교환이 가능하도록 구성될 수도 있다. 상기 주 직류단에서 출력 가능한 교류 상수는 상기 다른 일부의 레그의 개수에 대응하여 감소한 값이다.
일 실시예에서, 상기 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템은 상기 주 직류단 및 적어도 하나의 보조 직류단의 일부 또는 전부 각각은 서로 간에 전력을 직접 교환 가능하도록 구성될 수도 있다.
일 실시예에서, 상기 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템은 상기 주 직류단은 적어도 하나의 보조 직류단 각각에 가해지는 전압 보다 큰 전압이 가해질 수도 있다.
일 실시예에서, 상기 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템은 상기 제1 보조 직류단에 가해지는 전압과 제2 보조 직류단에 가해지는 전압의 총 합보다 더 큰 전압이 가해지도록 구성될 수도 있다.
본 출원의 다른 일 측면에 따른 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템은: 양극 단자와 음극 단자를 갖는 복수의 주 직류단(main DC link) - 상기 복수의 주 직류단은 중성점을 형성함; 적어도 하나의 보조 직류단 - 상기 적어도 하나의 보조 직류단은 상기 주 직류단의 양극 단자와 연결된 양극 단자를 갖는 제1 보조 직류단 및 상기 주 직류단의 음극 단자와 연결된 음극 단자를 갖는 제2 보조 직류단 중 적어도 하나를 포함함; 직렬 연결되어 하나 이상의 레그를 이루는 복수의 셀 - 각 셀은 반도체 기반 스위칭 소자를 포함하고 상기 하나 이상의 레그 각각은 해당 주 직류단에 병렬 연결됨; 및 각 레그에서 일부의 셀로 이루어진 암과 다른 일부의 셀로 이루어진 암 사이에 형성된, 상전류(phase current)를 출력 가능한 하나 이상의 상단자를 포함할 수도 있다.
일 실시예에서, 상기 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템은 상기 제1 보조 직류단과 상기 2개의 주 직류단은 서로 다른 양극 단자를 각각 가지고, 상기 제2 보조 직류단과 상기 2개의 주 직류단은 서로 다른 음극 단자를 각각 가지며, 상기 제1 보조 직류단의 음극 단자와 상기 제2 보조 직류단의 양극 단자는 상기 중성점의 단자와 연결되도록 구성될 수도 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 보조 직류단의 음극 단자와 상기 제2 보조 직류단의 양극 단자는 상기 중성점의 단자일 수도 있다.
일 실시예에서, 2개의 주 직류단은 자신과 병렬 연결된 레그의 수에 대응한 상단자를 각각 포함할 수도 있다.
본 출원의 직류/교류 전력 변환 시스템을 사용하면, 다양한 직류 전압원과 전기 추진용 전동기를 별도의 변압기, 추가적인 전력 변환기 없이 쉽게 연결할 수 있다. 특히, 별도의 전력 변환기나 변압기 없이 가변하는 전압을 가지는 여러 직류 전원을 교류 출력에 연결할 수 있고 직류 전원간 또는 직류/교류간 양방향 전력 교환이 가능하다.
본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 위한 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1은, 본 출원의 특정 실시예들에 따른, 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템의 개략도이다.
도 2는, 본 출원의 일 실시예에 따른, 제1 타입 셀의 개략도이다.
도 3a 내지 도 3c는, 본 출원의 일 실시예에 따른, 제2 타입 셀의 개략도이다
도 4 및 도 5는, 본 출원의 다른 특정 실시예들에 따른, 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템의 개략도이다.
도 6은, 본 출원의 또 다른 특정 실시예에 따른, 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템의 개략도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.
그러나, 이는 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 명세서에서, “가진다,” “가질 수 있다,”“포함한다,” 또는 “포함할 수 있다” 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 단계, 부품, 요소 및/또는 성분 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재나 부가를 제외시키는 것이 아니다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
다양한 실시예에서 사용된 “제 1,”“제 2,”“첫째,”또는“둘째,”등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 제1 구성요소와 제2 구성요소는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 구성요소를 나타낼 수 있다.
본 출원의 실시예들에 따른 양방향 직류-교류 전력 변환 시스템(이하, 직류/교류 전력 변환 시스템)은 MMC(Modular Multi level Converter) 구조를 갖는 양방향 직류/교류 전력 변환 회로를 포함한다. 상기 MMC구조를 갖는 양방향 직류/교류 전력 변환 회로는 복수의 직류단을 포함한다.
도 1은, 본 출원의 특정 실시예들에 따른, 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템(이하, 직류/교류 전력 변환 시스템, 1000)은 MMC(Modular Multi level Converter) 구조를 갖는 양방향 직류/교류 전력 변환 회로를 포함한다. 상기 MMC구조를 갖는 양방향 직류/교류 전력 변환 회로는 주 직류단(main DC link)(1); 적어도 하나의 보조 직류단; 및 복수의 셀(200, 203, 205)을 포함한다. 특정 실시예들에서, 상기 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)은 제1 보조 직류단(3) 및 제2 보조 직류단(5)을 포함한다.
주 직류단(1)은 양극 단자(X1)와 음극 단자(X2)를 가진다. 상기 주 직류단(1)은 주 DC 전력을 제공하는 주 전원에 병렬로 연결된다. 예를 들어, 주 직류단(1)은 연료 전지 출력 직류단일 수도 있다. 선박에서 엔진에 의해 발전된 전력이 주 직류단(1)의 전력으로 사용될 수도 있다.
보조 직류단(3, 5)은 주 직류단(1)과 상이한 전력 단자로서, 예를 들어 교류 발전기 출력을 정류한 직류단, 또는 배터리 직류단일 수 있다.
보조 직류단(3, 5) 각각의 전압은 주 직류단(1)의 전압 보다 작다. 주 직류단(1)의 전압은 보조 직류단들(3 및 5)의 전압의 합 보다 클 수도 있다. 주 직류단(1)에 가해지는 전압은, 예를 들어 수천 V일 수도 있다. 반면, 보조 직류단(3, 5)에 가해지는 전압은, 예를 들어 1000 V 이하일 수도 있다.
셀(200, 203, 205)은 복수의 전력용반도체(210); 및 적어도 하나의 에너지저장부(220)를 포함한다. 전력용반도체(210)은 서로 직렬로 연결된다. 에너지저장부(220)는 DC 전력을 저장할 수도 있다. 복수의 전력용반도체(210)는 에너지저장부(들)(220)에 브릿지 형태로 병렬로 연결된다.
상기 전력용반도체(210)는 턴온(turn-on)/턴오프(turn-off) 제어가능한 파워반도체스위치(211) 및 이에 병렬연결된 환류다이오드(212)를 포함한다. 전력용반도체(210)는 제어부(미도시)의 제어신호에 의해 턴온/턴오프가 제어된다.
상기 셀(200, 203, 205)은 하프브릿지 회로, 풀브릿지 회로 구조를 가질 수도 있다. 셀 구조에 대해서는 아래의 도 2 및 도 3를 참조하여 보다 상세히 서술한다.
상기 전력용반도체(210)는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), FET(Field effect transistor), 트랜지스터, gate turn-off 싸이리스터( Gate turn-off Thyristor, GTO, IGCT), 다이오드, 또는 기타 전류의 흐름을 스위칭하는 반도체 기반 스위칭 소자일 수도 있다. 에너지저장부(220)는 커패시터, 배터리, 연료전지 등일 수도 있다.
상기 복수의 셀(200, 203, 205)은 MMC 컨버터의 서브모듈(submodule)로 지칭될 수도 있다. 상기 복수의 셀(200, 203, 205)은 적어도 하나의 레그(Leg, 2)를 형성한다. 각 레그(2)에는 복수의 셀(200, 203, 205)이 직렬로 연결된다. 각 레그(2)는 보조 직류단(3)의 양극에 직접 연결되는 셀(203), 보조 직류단(5)의 음극에 직접 연결되는 셀(205) 및 이들(203, 205) 사이에 배치되는 셀(200)을 포함한다. 일 실시예에서, 보조 직류단(3)이 주 직류단(1)과 양극을 공유할 경우 셀(203)은 도 1에 도시된 바와 같이 주 직류단(1)의 양극에 직접 연결될 수도 있다. 보조 직류단(5)이 주 직류단(1)과 음극을 공유할 경우 셀(205)은 도 1에 도시된 바와 같이 주 직류단(1)의 음극에 직접 연결될 수도 있다.
전체 전력 변환 회로는 n개의 레그(2)를 포함할 수도 있다. 각 레그(2)는 주 직류단(1)에 공통으로 연결된다. 각 레그(2)의 일 단(terminal)은 상기 주 직류단(1)의 양극에 연결되고 타 단은 상기 주 직류단(1)의 음극에 연결된다.
각 레그(2)는 교류 상(phase)전류를 전달 가능한 상단자를 포함한다. 상단자는 각 레그(2) 내 암(22)과 암(22) 사이에 형성된다.
각 레그(2)에서 각 상단자로부터 상기 주 직류단의 양극까지 배치된 셀(들), 그리고 각 상단자로부터 상기 주 직류단의 음극까지 배치된 셀(들)은 각각 암(Arm, 22)으로 지칭된다. 즉, 각 레그(2)는 한 쌍의 암(Arm, 22)을 형성한다. 한 쌍의 암(22)은 동일한 레그(2) 상에서 직렬 연결된다.
도 1에 도시된 바와 같이 각 레그(2)로부터 상전류가 진행하는 상(phase)단자가 각각 연결된다. 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)은 n개의 레그(2)를 포함할 경우, 최대 N상 전류를 제공할 수도 있다.
보조 직류단(3)은 상기 적어도 하나의 셀(203)로 이루어진다.
일 실시예에서, 보조 직류단(3)의 양극은 주 직류단(1)의 양극과 연결될 수도 있다. 그러면, 각 레그에서 주 직류단 양극에 가장 가까운 셀(203)은 레그 내 셀들 중 주 직류단(1)의 양극에 직접 연결된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 보조 직류단(3)은 주 직류단(1)과 양극 단자(X1)를 공유하도록 형성될 수도 있다. 보조 직류단(3)은, 주 직류단(1)의 양극에 일 단이 연결된 셀(203)의 타 단에 연결된 음극 단자(X3)를 가진다.
보조 직류단(5)은 상기 적어도 하나의 셀(205)로 이루어진다.
일 실시예에서, 각 레그에서 주 직류단 음극에 가장 가까운 보조 직류단(5)의 음극은 주 직류단(1)의 음극과 연결될 수도 있다. 그러면, 셀(205)은 레그 내 셀들 중 주 직류단(1)의 음극에 직접 연결된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 보조 직류단(5)은 주 직류단(1)과 음극 단자(X2)를 공유하도록 형성될 수도 있다. 보조 직류단(5)은, 주 직류단(1)의 음극에 일 단이 연결된 셀(203)의 타 단에 연결된 양극 단자(X5)를 가진다.
복수의 셀(200, 203, 205)에서 보조 직류단(3, 5)에 직접 연결되는 셀(203, 205)과 그 사이의 셀(200)은 상이한 구조를 가질 수도 있다. 보조 직류단(3, 5)에 직접 연결되는 셀(203, 205)은 제1 타입 구조의 셀(이하, “제1 타입 셀”)이고, 그 사이의 셀(200)은 제2 타입 구조의 셀(이하, 제2 타입 셀)일 수도 있다. 보조 직류단(3, 5)에 직접 연결되는 셀(203, 205)은 그 사이의 셀(200)과 상이한 회로를 포함한다.
도 2는, 본 출원의 일 실시예에 따른, 제1 타입 셀의 개략도이다.
도 2를 참조하면, 상기 주 직류단(1)의 양극에 직접 연결되는 셀(203); 및 주 직류단(1)의 음극에 직접 연결되는 셀(205)은 3개의 출력단자(YL, YP, YN)를 포함한다. 상기 3개의 출력단자 중 하나의 단자(YL)는 다른 셀(200)과 직렬 연결되는 단자이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 단자(YL)는 전력용반도체(210)의 직렬 연결 상에 위치할 수도 있다. 셀(203, 205)은 단자(YL)를 통해 셀(200)과 연결되어 레그(2)를 형성한다.
상기 3개의 단자 중 다른 2개의 단자(YP, YN)는 해당 보조 직류단(3, 5)의 양극/음극에 연결되는 단자이다. 예를 들어, 셀(203)의 단자(YP)는 보조 직류단(3)의 양극 단자(X1)에 연결된다. 셀(203)의 단자(YN)는 보조 직류단(3)의 음극 단자(X3)에 연결된다. 셀(205)의 단자(YP)는 보조 직류단(5)의 양극 단자(X5)에 연결된다. 셀(205)의 단자(YN)는 보조 직류단(5)의 음극 단자(X2)에 연결된다.
도 3a 내지 도 3c는, 본 출원의 일 실시예에 따른, 제2 타입 셀의 개략도이다
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 셀(203, 205) 사이의 셀(200)은 2개의 출력단자(YL1, YL2)를 포함한다. 상기 2개의 단자(YL1, YL2) 각각은 다른 셀(200)의 단자들(YL1, YL2)에 각각 연결되거나, 셀(203 및 205)의 단자(YL); 및 다른 셀(200)의 단자(YL1 또는 YL2)에 연결된다.
일 실시예에서, 셀(200)은 도 2의 셀(203, 205)의 회로와 상이한 회로 구조를 가질 수도 있다. 특히, 셀(200)은 도 2의 구조를 제외한 임의의 구조의 회로로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3c의 셀(200)은 하프 브릿지 회로 또는 풀 브릿지 회로 이외에, 직류와 교류를 연결하는 여러 스위칭 회로 구조를 가질 수도 있다. 결국, 셀(200)은 높은 회로 구성 자유도를 가진다.
각 직류단(1, 3, 5)은, 직류/교류 전력 변환부(미도시)를 통해 가변전압/가변주파수의 교류 부하 또는 교류 전원, 또는 일정전압/일정주파수의 상용 주파수의 교류 부하 또는 교류 전원과 연결될 수도 있다. 상기 직류/교류 전력 변환부는 통상의 직류/교류 전력 변환 회로로서, 예를 들어 인버터, SFC(static frequency converter), 교류 변압기를 포함할 수도 있다. 상기 직류/교류 전력 변환부는 고전압 전력을 연결된 구성요소(부하 또는 전원)에 대응하는 저전압 전력으로 변환한다.
주 직류단(1)은 상대적으로 전력 소모량이 큰 부하, 예를 들어 쓰러스터 모터, 추진 모터와 같은 선박 추진용 부하에 전력을 공급할 수도 있다.
또한, 보조 직류단(3, 5)은 상기 추진용 부하와 상이한 교류 부하들, 예를 들어 호텔 부하(hotel load)에 전력을 공급할 수도 있다. 보조 직류단(3, 5)은 교류 부하들에 정격 전력을 공급하기 위해, 인버터, SFC(static frequency converter), 교류 변압기와 병렬 연결될 수도 있다. 이러한 별도의 보조 직류단(3, 5)에 직류 전원 장치(배터리, 연료전지, 교류 발전기의 정류된 출력, 인버터를 통한 교류 전원의 직류단)가 연결되면, 도 1의 회로는 추가적인 전력 변환이 가능한 회로로서 구현된다.
상기 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)은 각 레그(2)의 상단/하단 암(22)이 연결된 부분(예컨대, 상단자)로부터 교류 전류를 출력할 수도 있다.
n개의 레그 중 일부 또는 전부는 상단자를 통해 N상 교류단과 연결될 수도 있다. N상에서 N의 값은 레그(2)의 개수(즉 n의 값)와 동일하거나 그 보다 작을 수도 있다.
전술한 바와 같이, 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)은 N개의 레그(2)를 포함할 경우 최대 N상(phase)의 교류 전류를 출력할 수도 있다. N 상의 교류 전류는 연결된 교류단(미도시)으로 공급된다. 상기 N상의 교류단은 추진용 부하로서 N상 교류 추진 전동기를 포함할 수도 있다. N상 교류 출력은 N상의 교류 추진 전동기와 연결되어 선박을 추진하는데 사용된다.
또한, 도 1에서 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)의 N상의 교류 출력은 주 직류단(1), 및 보조 직류단(3, 5) 중 하나 이상의 직류단 각각과 전력 교환이 가능하다. 상기 복수의 직류단 중 하나 이상의 직류단 각각(예컨대, 1, 3 또는 5)으로부터 N 상의 교류단으로 전력을 공급하거나, 또는 N상의 교류단으로부터 상기 복수의 직류단 중 하나 이상의 직류단 각각(예컨대, 1, 3 또는 5)으로 전력을 공급할 수도 있다.
일 실시예에서, 주 직류단(1)은 N상 교류 출력을 공급받는 N상 부하를 포함한 N상 교류단(미도시)과 연결될 수도 있다. 상기 복수의 레그 전부가 각 상단자를 통해 N상 교류단에 연결되면 상기 주 직류단과 N상 교류단 사이의 전력 교환이 가능하다. 이 전력 교환은 주 직류단(1)으로부터 N상 교류단으로의 전력 공급 또는 상기 N상 교류단으로부터 상기 주 직류단(1)으로의 전력 공급을 포함한다.
일 실시예예서, 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)은 n개의 레그(2) 중 일부는 보조 직류단(3, 5)과 전력을 교환하는 목적으로 사용되어, N상 교류단으로 교류 출력을 공급하지 않도록 구성될 수도 있다. 상기 주 직류단과 N상 교류단 사이의 전력 교환 및 상기 적어도 하나의 보조 직류단과 상기 주 직류단 사이의 전력 교환이 가능하다.
이 경우, 주 직류단(1)에서 출력 가능한 교류 상수는 모든 레그(2)가 연결된 경우 대비 상기 다른 일부의 레그의 개수에 대응하여 감소한다. 예를 들어 연결되지 않은 다른 일부 레그(2)의 출력 비중만큼 감소한다.
또한, 각 직류단(1, 3 또는 5)은 N상의 교류단의 개입 없이 서로 간에 전력을 직접 교환할 수도 있다. 주 직류단(1)이 연결되지 않더라도, 보조 직류단(3, 5)이 서로 간에 전력을 교환할 수도 있다. 보조 직류단(3, 5) 중 어느 하나만이 N상 교류단에 전력을 공급하거나, 또는 보조 직류단(3, 5) 전부가 N상 교류단에 전력을 공급할 수도 있다.
각 전류단(1, 3, 5)의 전압은 서로 독립적으로 제어될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 상기 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)은 복수의 보조 직류단을 갖는 것으로 제한되지 않는다. 다른 특정 실시예들에서, 상기 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)은 주 직류단(1)과 단일 보조 직류단(3) 또는 5를 포함하도록 변경될 수도 있다.
도 4 및 도 5는, 본 출원의 다른 특정 실시예들에 따른, 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템의 개략도이다.
상기 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)은 도 4에 도시된 바와 같이, 주 직류단(1); 및 상기 주 직류단(1)의 양극 단자(X1)에 연결된 셀(203)을 포함한 보조 직류단(3)을 포함할 수도 있다.
또는, 상기 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)은 도 5에 도시된 바와 같이, 주 직류단(1); 및 상기 주 직류단(1)의 음극 단자(X2)에 연결된 셀(205)을 포함한 보조 직류단(5)을 포함할 수도 있다.
도 6은, 본 출원의 또 다른 특정 실시예에 따른, 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템의 개략도이다.
도 6을 참조하면, 상기 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)은 2개의 주 직류단(1) 및 2개의 보조 직류단(3, 5)을 포함할 수도 있다. 도 6의 시스템(1000)은 도 4 및 도 5의 시스템(1000)의 조합으로 구현될 수도 있다. 도 6에서 주 직류단(1)은 양극, 중성점(XN), 음극을 가지는 양방향(Bipolar) 직류단으로 구성된다. 2개의 직류단(1)은 각각의 양극 단자 및 음극 단자로 중성점(XN)을 형성한다.
도 6의 시스템(1000)에서 상기 제1 보조 직류단(3)과 주 직류단(1)은 양극 단자를 공유하지 않고 각각의 다른 양극 단자(X1, X3)를 가진다. 상기 제2 보조 직류단(5)과 주 직류단(1)은 음극 단자를 공유하지 않고 각각의 다른 음극 단자(X2, X5)를 가진다.
상기 제1 보조 직류단(3)의 음극 단자와 상기 제2 보조 직류단의 양극 단자는 상기 중성점(XN)의 단자와 연결되어 동일한 전위를 가진다.
일 실시예에서, 상기 제1 보조 직류단(3)의 음극 단자와 상기 제2 보조 직류단(5)의 양극 단자는 상기 중성점(XN)의 단자일 수도 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 2개의 주 배전단(1)이 공유하는 단자(XN)가 제1 보조 직류단(3)의 음극 단자, 제2 보조 직류단(5)의 양극 단자 및 시스템(1000)의 중성점으로 각각 기능하도록, 은 2개의 주 직류단(1) 및 2개의 보조 직류단(3, 5)이 구성될 수도 있다.
이 경우 도 6의 시스템(1000)은 도 1, 도 4 및 도 5의 시스템(1000)과 비교하여 동일한 절연 내력에 대해 2배의 전력 변환 용량을 가질 수 있다.
이와 같이, 상기 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)은 다중 직류단에 의해 수 MW ~수 십 MW의 직류 또는 교류 전력을 상호 변환하고 동시에 여러 개의 직류 전원이 연결되도록 구성된다. 상기 직류/교류 전력 변환 시스템(1000)은 다양한 회로를 포함한 셀(200)을 포함할 수 있어, 다양한 전압, 전력에 대응하여 유연한 시스템 설계가 가능하다. 특히 선박과 같이 독립된 전력 계통에서, 다양한 전압의 직/교류 전압 및 선박 크기에 따른 다양한 용량의 전력 연계에 유용하다.
나아가, 주 직류단(1)과 더불어 적어도 하나의 보조 직류단(3, 5)을 포함하므로, 주 직류단(1) 또는 보조 직류단(3, 5)이 전력 공급 불능 상태에 놓이더라도 로드 쉐딩(load shedding)과 같은 공급 장애 문제를 최소화할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 주 직류단
2: 레그
3, 5: 보조 직류단
22: 암
200, 203, 205: 셀

Claims (16)

  1. 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템에 있어서,
    양극 단자와 음극 단자를 갖는 주 직류단(main DC link);
    적어도 하나의 보조 직류단 - 상기 적어도 하나의 보조 직류단은 상기 주 직류단의 양극 단자와 연결된 양극 단자를 갖는 제1 보조 직류단 및 상기 주 직류단의 음극 단자와 연결된 음극 단자를 갖는 제2 보조 직류단 중 적어도 하나를 포함함;
    직렬 연결되어 하나 이상의 레그를 이루는 복수의 셀 - 각 셀은 반도체 기반 스위칭 소자를 포함하고 상기 하나 이상의 레그 각각은 상기 주 직류단에 병렬 연결됨; 및
    각 레그에서 일부의 셀로 이루어진 암과 다른 일부의 셀로 이루어진 암 사이에 형성된, 상전류(phase current)를 출력 가능한 하나 이상의 상단자를 포함하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 셀은 적어도 하나의 제1 셀, 적어도 하나의 제2 셀 및 복수의 제3 셀을 포함하고,
    상기 제1 보조 직류단은 상기 적어도 하나의 제1 셀로 이루어지고,
    상기 제2 보조 직류단은 상기 적어도 하나의 제2 셀로 이루어지며,
    상기 복수의 제3 셀은 각 레그에서 상기 제1 셀과 제2 셀 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 보조 직류단과 주 직류단은 양극 단자를 공유하거나, 또는 상기 제2 보조 직류단과 주 직류단은 음극 단자를 공유하도록,
    구성된 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 셀은 3개의 출력단자를 포함하고,
    상기 3개의 출력단자 중 하나의 출력단자는 인접한 제3 셀과 직렬 연결되고,
    상기 3개의 출력단자 중 다른 2개의 출력단자는 제1 보조 직류단의 양극 출력단자 및 음극 출력단자에 각각 연결되고,
    상기 제2 셀은 3개의 출력단자를 포함하고,
    상기 3개의 출력단자 중 하나의 출력단자는 인접한 제3 셀과 직렬 연결되고,
    상기 3개의 출력단자 중 다른 2개의 출력단자는 제2 보조 직류단의 양극 출력단자 및 음극 출력단자에 각각 연결되고,
    상기 제1 셀 및 제2 셀에서 인접한 제3 셀과 직렬 연결되는 상기 하나의 출력단자는 각 셀 내 스위칭 소자의 직렬 연결 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제3 셀은 2개의 출력단자를 포함하고,
    상기 2개의 출력단자는 인접한 2개의 다른 제3 셀들의 일 출력단자에 각각 연결되거나, 인접한 다른 제3 셀의 일 출력단자 및 상기 제1 셀 또는 제2 셀의 일 출력단자에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 셀은 상기 제1 셀 및 제2 셀과 상이한 임의의 회로 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 상단자는 연결되는, 전원 또는 부하를 포함한 N상 교류단과 연결되고,
    상기 주 직류단, 제1 직류단 및 제2 직류단 중 하나 이상의 직류단 각각으로부터 상기 N상 교류단으로 전력을 공급하거나, 또는 상기 N상 교류단으로부터 상기 주 직류단, 제1 직류단 및 제2 직류단 중 하나 이상의 직류단 각각으로 전력을 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 레그 전부가 각 상단자를 통해 N상 교류단에 연결되면 상기 주 직류단과 상기 N상 교류단 사이의 전력 교환이 가능하고,
    상기 주 직류단과 N상 교류단 사이의 전력 공급은 연결된 레그의 개수와 동일한 값의 N상 전류로 수행되는 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 레그 중 일부가 각 상단자를 통해 N상 교류단에 연결되고 상기 복수의 레그 중 다른 일부가 상기 제1 보조 직류단 및 제2 보조 직류단 중 적어도 하나의 보조 직류단에 연결되면 상기 주 직류단과 N상 교류단 사이의 전력 교환 및 상기 적어도 하나의 보조 직류단과 상기 주 직류단 사이의 전력 교환이 가능하고,
    상기 주 직류단에서 출력 가능한 교류 상수는 상기 다른 일부의 레그의 개수에 대응하여 감소하는 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 주 직류단 및 적어도 하나의 보조 직류단의 일부 또는 전부 각각은 서로 간에 전력을 직접 교환 가능한 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 주 직류단은 적어도 하나의 보조 직류단 각각에 가해지는 전압 보다 큰 전압이 가해지는 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 주 직류단은 상기 제1 보조 직류단에 가해지는 전압과 제2 보조 직류단에 가해지는 전압의 총 합보다 더 큰 전압이 가해지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  13. 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템에 있어서,
    양극 단자와 음극 단자를 갖는 제1 주 직류단(main DC link) 및 제2 주 직류단- 상기 제1 주 직류단 및 상기 제2 주 직류단은 중성점을 형성함;
    적어도 하나의 보조 직류단 - 상기 적어도 하나의 보조 직류단은 상기 제1 주 직류단의 음극 단자와 연결된 음극 단자를 갖는 제1 보조 직류단 및 상기 제2 주 직류단의 양극 단자와 연결된 양극 단자를 갖는 제2 보조 직류단 중 적어도 하나를 포함함;
    직렬 연결되어 하나 이상의 레그를 이루는 복수의 셀 - 각 셀은 반도체 기반 스위칭 소자를 포함하고 상기 하나 이상의 레그 각각은 해당 주 직류단에 병렬 연결됨; 및
    각 레그에서 일부의 셀로 이루어진 암과 다른 일부의 셀로 이루어진 암 사이에 형성된, 상전류(phase current)를 출력 가능한 하나 이상의 상단자를 포함하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 보조 직류단과 상기 제1 주 직류단은 서로 다른 양극 단자를 각각 가지고,
    상기 제2 보조 직류단과 상기 제2 주 직류단은 서로 다른 음극 단자를 각각 가지며,
    상기 제1 보조 직류단의 음극 단자와 상기 제2 보조 직류단의 양극 단자는 상기 중성점의 단자와 연결되도록,
    구성되는 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 보조 직류단의 음극 단자와 상기 제2 보조 직류단의 양극 단자는 상기 중성점의 단자인 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 주 직류단 및 상기 제2 주 직류단은 자신과 병렬 연결된 레그의 수에 대응한 상단자를 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템.
KR1020210102747A 2021-08-04 2021-08-04 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템 KR102614863B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210102747A KR102614863B1 (ko) 2021-08-04 2021-08-04 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템
EP21952946.8A EP4254766A1 (en) 2021-08-04 2021-11-15 Bidirectional dc/ac power conversion system having multiple dc links
CN202180089026.6A CN116806410A (zh) 2021-08-04 2021-11-15 具有多个dc链路的双向dc/ac电力转换系统
PCT/KR2021/016641 WO2023013824A1 (ko) 2021-08-04 2021-11-15 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템
JP2023539292A JP2024501980A (ja) 2021-08-04 2021-11-15 マルチ直流リンクを有する双方向直流／交流電力変換システム
US18/271,225 US20240088666A1 (en) 2021-08-04 2021-11-15 Bidirectional DC/AC Power Conversion System Having Multiple DC Links
KR1020230178881A KR20230174200A (ko) 2021-08-04 2023-12-11 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210102747A KR102614863B1 (ko) 2021-08-04 2021-08-04 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230178881A Division KR20230174200A (ko) 2021-08-04 2023-12-11 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230020851A KR20230020851A (ko) 2023-02-13
KR102614863B1 true KR102614863B1 (ko) 2023-12-19

Family

ID=85156043

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210102747A KR102614863B1 (ko) 2021-08-04 2021-08-04 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템
KR1020230178881A KR20230174200A (ko) 2021-08-04 2023-12-11 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230178881A KR20230174200A (ko) 2021-08-04 2023-12-11 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20240088666A1 (ko)
EP (1) EP4254766A1 (ko)
JP (1) JP2024501980A (ko)
KR (2) KR102614863B1 (ko)
CN (1) CN116806410A (ko)
WO (1) WO2023013824A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018133950A (ja) 2017-02-17 2018-08-23 株式会社東芝 電力変換装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014166081A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Hitachi Appliances Inc モータ制御装置、およびそれを用いた空気調和機
KR101689824B1 (ko) * 2014-11-20 2016-12-27 한국전기연구원 모듈라 멀티레벨 컨버터 및 그 서브모듈
KR101668431B1 (ko) * 2016-05-02 2016-10-24 주식회사 효원파워텍 모듈형 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 전압 추정 방법 및 장치
WO2017208789A1 (ja) * 2016-06-02 2017-12-07 三菱電機株式会社 電力変換システム
KR102275748B1 (ko) * 2019-06-12 2021-07-13 중앙대학교 산학협력단 모듈러 멀티레벨 컨버터 제어 시스템
KR102266322B1 (ko) * 2019-07-05 2021-06-16 숭실대학교산학협력단 멀티 레벨 컨버터
KR20210057488A (ko) * 2019-11-12 2021-05-21 한국전기연구원 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 전류 및 전압 제어방법 및 이를 수행하는 제어모듈

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018133950A (ja) 2017-02-17 2018-08-23 株式会社東芝 電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024501980A (ja) 2024-01-17
KR20230020851A (ko) 2023-02-13
EP4254766A1 (en) 2023-10-04
KR20230174200A (ko) 2023-12-27
WO2023013824A1 (ko) 2023-02-09
CN116806410A (zh) 2023-09-26
US20240088666A1 (en) 2024-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2289163B1 (en) A voltage source converter
JP5113078B2 (ja) 多数の電圧レベルを切換えるためのスイッチギアセル及び変換器回路
CN108702105B (zh) 用于模块化多电平换流器的双子模块和包括该双子模块的模块化多电平换流器
JP5977287B2 (ja) マルチレベルインバータ
US9479075B2 (en) Multilevel converter system
JP5824111B2 (ja) マルチレベルインバータ
KR101373170B1 (ko) 컨버터
JP2002247862A (ja) 電力変換装置
KR100970566B1 (ko) 전력회생이 가능한 ｈ-브리지 방식의 멀티레벨 컨버터
WO2012037964A1 (en) Series - connected dc / dc converter for controlling the power flow in a hvdc power transmission system
KR101791290B1 (ko) 멀티레벨 고압 인버터
Khoshkbar-Sadigh et al. Thermal and performance comparison of active neutral-point-clamped (anpc) and dual flyingcapacitor anpc (dfc-anpc) inverters
CN111555651A (zh) 多电平飞跨电容器转换器模块
CN111525583A (zh) 一种调压变压器及潮流控制系统
EP2993777B1 (en) Multilevel converter
KR102614863B1 (ko) 다중 직류단을 가지는 양방향 직류/교류 전력 변환 시스템
US9325273B2 (en) Method and system for driving electric machines
CN106505899B (zh) 中点箝位三电平单极电流模块
JP2015095926A (ja) 電力変換システムおよび電力変換システムの初充電方法
Davis et al. A novel floating capacitor voltage control technique for 9-level T-type inverter with reduced device count
Alaei et al. Sparse AC/AC modular multilevel converter
Foti et al. Reduced switch count asymmetric 13-Level voltage source inverter
CN113904555A (zh) 电力电子变压器的功率模组电路及电力电子变压器
CN218386923U (zh) 一种具有独立输出与并联输出切换的岸电稳压电源
CN219372306U (zh) 一种五相四电平混合箝位变换器

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant