KR102660122B1

KR102660122B1 - Modular multi-level converter and controlling method thereof

Info

Publication number: KR102660122B1
Application number: KR1020170017665A
Authority: KR
Inventors: 남태식
Original assignee: 엘에스일렉트릭(주)
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2024-04-24
Also published as: KR20180092200A

Abstract

모듈형멀티레벨컨버터는 각각 다수의 서브 모듈을 포함하는 다수의 아암과 다수의 아암 각각을 제어하는 다수의 구동부를 포함한다.
다수의 구동부 각각은 제1 서브모듈그룹과 제2 서브모듈그룹으로 구분하고, 상태차이값과 아암전류값을 바탕으로 제1 서브모듈그룹 및 상기 제2 서브모듈그룹 중 하나의 서브모듈그룹 내에 포함된 제1 서브모듈을 선택하고, 제1 서브모듈그룹 및 제2 서브모듈그룹 간의 상태 교환을 위해, 교환주기제어신호에 따라 선택된 제1 서브모듈과 인접한 제2 서브모듈과 선택된 제1 서브모듈이 포함되지 않는 서브모듈그룹 내에 포함된 제3 서브모듈을 선택한다.The modular multi-level converter includes a plurality of arms each including a plurality of sub-modules and a plurality of driving units that control each of the plurality of arms.
Each of the plurality of driving units is divided into a first submodule group and a second submodule group, and is included in one of the first submodule group and the second submodule group based on the state difference value and the arm current value. To select the first submodule and exchange the status between the first submodule group and the second submodule group, the selected first submodule and the second submodule adjacent to the selected first submodule according to the exchange cycle control signal are Select the third submodule included in the non-included submodule group.

Description

Modular multi-level converter and controlling method thereof}

본 발명은 모듈형 멀티레벨컨버터 및 그 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a modular multi-level converter and its control method.

고압직류송전(HVDC; High voltage direct-current transmission)은 장거리 송전, 비동기 계통 연계, 해저 케이블 사용 및 전력제어 가능 등의 장점을 가지고 있어서, 그 응용 사례가 꾸준히 증가하고 있다.High voltage direct-current transmission (HVDC) has advantages such as long-distance transmission, asynchronous grid connection, use of submarine cables, and power control, and its application cases are steadily increasing.

고압직류송전시스템은 송전측에서 교류전력을 직류전력으로 변환하여 송전하고 수요측에서 직류전력을 교류전력으로 변환하여 수용가에 공급한다.The high-voltage direct current transmission system converts alternating current power into direct current power on the transmission side and transmits it, and converts direct current power into alternating current power on the demand side and supplies it to consumers.

이에 따라, 고압직류송전시스템에서는 교류전력을 직류전력으로 또는 직류전력을 교류전력으로 변환하기 위해 컨버터가 필수적으로 구비된다.Accordingly, in a high-voltage direct current transmission system, a converter is essential to convert alternating current power into direct current power or direct current power into alternating current power.

이러한 컨버터는 각 상마다 2개의 아암(arm)이 구비된다. 또한, 각 아임에는 스위치가 구비된다.This converter is equipped with two arms for each phase. Additionally, each image is provided with a switch.

하지만, 해당 스위치가 고압에 견딜수 있는 내압에 한계가 있다.However, there is a limit to the voltage that the switch can withstand high pressure.

최근에는 각 아암에 다수의 서브모듈이 구비되어 각 서브모듈의 선택적인 스위칭 제어에 의해 고 전압에도 견딜 수 있는 모듈형 멀티레벨컨버터(Modular Multilevel Converter)가 제안되었다.Recently, a modular multilevel converter was proposed in which each arm is equipped with multiple submodules and can withstand high voltages through selective switching control of each submodule.

각 아암에 구비된 서브모듈의 개수는 컨버터의 처리 용량에 따라 결정되며, 많게는 수백 개까지도 구비될 수 있다. The number of submodules provided in each arm is determined depending on the processing capacity of the converter, and may be provided as many as hundreds.

이와 같이 구비된 다수의 서브모듈 각각의 커패시터의 전압 값은 운전 상황 등으로 고정되지 않고 가변된다. 아울러, 이들 서브모듈은 서로 다른 제조사에 의해 제조된 경우, 각 서브모듈의 커패시터의 규격이 다르므로 각 서브모듈의 커패시터 용량이 상이하여 결국 각 서브모듈의 커패시터의 전압이 달라질 수 있다. The voltage value of the capacitor of each of the plurality of submodules provided in this way is not fixed but varies depending on the driving situation. In addition, when these submodules are manufactured by different manufacturers, the capacitor specifications of each submodule are different, so the capacitor capacity of each submodule may be different, resulting in different voltages of the capacitors of each submodule.

이를 위해 모듈형 멀티레벨컨버터에서는 각 아암 내의 서브모듈 간의 전압을 균등하게 유지하여 주기 위한 밸런싱 제어를 수행한다. To this end, the modular multi-level converter performs balancing control to maintain equal voltage between submodules in each arm.

이러한 밸런싱 제어에서는 각 서브모듈의 커패시터 전압을 신속히 정렬(sorting)하는 것이 매우 중요하다. In this balancing control, it is very important to quickly sort the capacitor voltage of each submodule.

하지만, 종래의 전압 밸런싱 제어에서는 각 서브모듈의 온/오프 상태에 관계없이 각 아암에 포함된 모든 서브모듈을 일괄적으로 정렬함으로써, 정렬 과정에 많은 시간이 소요되게 되어 밸런싱 제어가 늦어지는 문제가 있었다.However, in the conventional voltage balancing control, all submodules included in each arm are aligned at once regardless of the on/off state of each submodule, so the alignment process takes a lot of time, causing the problem of slowing down balancing control. there was.

또한, 종래의 전압 밸런싱 제어에서는 이와 같이 정렬된 서브모듈의 온/오프 상태로의 빈번한 스위칭으로 인한 전력 손실이 발생되는 발생되는 문제가 있었다.Additionally, in the conventional voltage balancing control, there was a problem in that power loss occurred due to frequent switching between the on/off states of the aligned submodules.

아울러, 서브모듈의 빈번한 스위칭으로 인해 서브모듈의 수명이 단축되는 문제가 있었다.In addition, there was a problem that the lifespan of the submodule was shortened due to frequent switching of the submodule.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the above-mentioned problems and other problems.

본 발명의 다른 목적은 신속한 밸런싱 제어가 가능한 모듈형 멀티레벨컨버터 및 그 제어방법을 제공한다.Another object of the present invention is to provide a modular multi-level converter capable of rapid balancing control and a control method thereof.

본 발명의 또 다른 목적은 전력 손실을 줄일 수 있는 모듈형 멀티레벨컨버터 및 그 제어방법을 제공한다.Another object of the present invention is to provide a modular multi-level converter and its control method that can reduce power loss.

본 발명의 또 다른 목적은 서브모듈의 수명을 연장시킬 수 있는 모듈형 멀티레벨컨버터 및 그 제어방법을 제공한다.Another object of the present invention is to provide a modular multi-level converter and its control method that can extend the life of the submodule.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 모듈형 멀티레벨컨버터는, 각각 다수의 서브 모듈을 포함하는 다수의 아암; 및 상기 다수의 아암 각각을 제어하는 다수의 구동부를 포함한다. 상기 다수의 구동부 각각은 제1 서브모듈그룹과 제2 서브모듈그룹으로 구분한다. 상기 제1 서브모듈그룹은 제1 상태를 갖는 다수의 서브모듈을 포함하고, 상기 제2 서브모듈그룹은 제2 상태를 갖는 다수의 서브모듈을 포함한다. 상기 다수의 구동부 각각은 상태 차이값과 아암 전류값을 바탕으로 상기 제1 서브모듈그룹 및 상기 제2 서브모듈그룹 중 하나의 서브모듈그룹 내에 포함된 제1 서브모듈을 선택하고, 상기 제1 서브모듈그룹 및 상기 제2 서브모듈그룹 간의 상태 교환을 위해, 교환주기제어신호에 따라 상기 선택된 제1 서브모듈과 인접한 제2 서브모듈과 상기 선택된 제1 서브모듈이 포함되지 않는 서브모듈그룹 내에 포함된 제3 서브모듈을 선택한다.According to one aspect of the present invention to achieve the above or other objects, a modular multi-level converter includes a plurality of arms, each including a plurality of sub-modules; and a plurality of driving units that control each of the plurality of arms. Each of the plurality of driving units is divided into a first submodule group and a second submodule group. The first submodule group includes a plurality of submodules having a first state, and the second submodule group includes a plurality of submodules having a second state. Each of the plurality of driving units selects a first sub-module included in one sub-module group of the first sub-module group and the second sub-module group based on the state difference value and the arm current value, and the first sub-module is selected. For state exchange between the module group and the second submodule group, a second submodule adjacent to the selected first submodule and a submodule group that does not include the selected first submodule are included according to an exchange cycle control signal. Select the third submodule.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기와 같이 구성된 모듈형 멀티레벨컨버터의 제어 방법은, 상기 다수의 서브모듈 각각의 상태정보를 바탕으로 상기 다수의 서브모듈 각각을 상기 제1 서브모듈그룹 및 상기 제2 서브모듈그룹 중 하나의 서브모듈그룹에 정렬시키는 단계; 상태 차이값과 아암 전류값을 바탕으로 상기 제1 서브모듈그룹 및 상기 제2 서브모듈그룹 중 하나의 서브모듈그룹 내에 포함된 제1 서브모듈을 선택하는 단계; 상기 제1 서브모듈그룹 및 상기 제2 서브모듈그룹 간의 상태 교환을 위해, 교환주기제어신호에 따라 상기 선택된 제1 서브모듈과 인접한 제2 서브모듈과 상기 선택된 제1 서브모듈이 포함되지 않는 서브모듈그룹 내에 포함된 제3 서브모듈을 선택하는 단계; 및 상기 선택된 제1 내지 제3 서브모듈의 상태에 따른 게이트 제어신호를 생성하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, the control method of the modular multi-level converter configured as above includes controlling each of the plurality of submodules to the first submodule group and the first submodule based on the status information of each of the plurality of submodules. Sorting into one submodule group among two submodule groups; selecting a first submodule included in one submodule group of the first submodule group and the second submodule group based on the state difference value and the arm current value; For state exchange between the first submodule group and the second submodule group, a second submodule adjacent to the selected first submodule and a submodule not included in the selected first submodule according to an exchange cycle control signal. selecting a third submodule included in the group; and generating a gate control signal according to the status of the selected first to third submodules.

본 발명에 따른 모듈형 멀티레벨컨버터 및 그 제어방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.The effects of the modular multi-level converter and its control method according to the present invention will be described as follows.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 온상태 서브모듈그룹과 오프상태서브모듈그룹으로 구분하고, 온상태 서브모듈그룹에서는 온상태를 갖는 서브모듈을 정렬시키고 오프상태 서브모듈그룹에서는 오프상태를 갖는 서브모듈을 정렬시킴으로써, 정렬시간을 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, the submodule group is divided into an on-state submodule group and an off-state submodule group, and in the on-state submodule group, submodules with an on state are arranged, and in the off-state submodule group, submodules with an on state are arranged. By aligning submodules, there is an advantage in that alignment time can be dramatically reduced.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 각각 서브모듈이 정렬된 온상태 서브모듈그룹과 오프상태 서브모듈그룹에서 온상태 또는 오프상태로 스위칭할 서브모듈을 선택함으로써, 스위칭 빈도를 줄여 전력 손실을 획기적으로 줄이고 서브모듈의 수명을 연장시킬 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, power loss is reduced by reducing the switching frequency by selecting a submodule to be switched to the on or off state from the on-state submodule group and the off-state submodule group in which the submodules are arranged, respectively. It has the advantage of being able to dramatically reduce the cost and extend the life of the submodule.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 온상태 서브모듈그룹 및 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 서브모듈 중에서 오래 동안 상태가 변하지 않았던 서브모듈의 상태를 교환하여 줌으로서, 리플을 방지하여 제품 품질을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.According to at least one of the embodiments of the present invention, by exchanging the states of submodules whose states have not changed for a long time among the submodules included in the on-state submodule group and the off-state submodule group, ripple is prevented and product quality is improved. It has the advantage of being able to improve.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다. Further scope of applicability of the present invention will become apparent from the detailed description that follows. However, since various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention may be clearly understood by those skilled in the art, the detailed description and specific embodiments such as preferred embodiments of the present invention should be understood as being given only as examples.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터를 보여준다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터에서 3상 아암 브릿지의 결선을 보여준다.
도 3은 각 아암에 포함된 서브 모듈의 회로도를 보여준다.
도 4는 구동부를 상세히 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 온상태 서브모듈와 오프상태 서브모듈을 도시한다.
도 7은 선택조건에 따라 서브모듈을 선택하는 모습을 보여준다.
도 8은 서브모듈의 교환을 제어하기 위한 교환주기제어신호를 도시한다.Figure 1 shows a modular multilevel converter according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the wiring of a three-phase arm bridge in a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows a circuit diagram of the submodules included in each arm.
Figure 4 is a block diagram showing the driving unit in detail.
Figure 5 is a flowchart for explaining a control method of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows an on-state submodule and an off-state submodule.
Figure 7 shows selecting a submodule according to selection conditions.
Figure 8 shows an exchange cycle control signal for controlling the exchange of submodules.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the attached drawings. However, identical or similar components will be assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and duplicate descriptions thereof will be omitted. The suffixes “module” and “part” for components used in the following description are given or used interchangeably only for the ease of preparing the specification, and do not have distinct meanings or roles in themselves. Additionally, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed descriptions will be omitted. In addition, the attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the attached drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited. , should be understood to include equivalents or substitutes.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터를 보여준다.Figure 1 shows a modular multilevel converter according to an embodiment of the present invention.

도 1를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터는 제어부(10), 다수의 구동부(12 내지 17) 및 다수의 아암모듈(20 내지 25)을 포함할 수 있다. 나중에 설명되겠지만, 각 아암모듈(20 내지 25)에는 다수의 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)이 구비될 수 있다.Referring to FIG. 1, a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention may include a control unit 10, a plurality of driving units 12 to 17, and a plurality of arm modules 20 to 25. As will be explained later, each arm module 20 to 25 may be equipped with a plurality of submodules SM_1 to SM_n.

다수의 구동부(12 내지 17)는 다수의 아암모듈(20 내지 25)과 각각 1대 1 대응으로 접속될 수 있다. The plurality of driving units 12 to 17 may be connected to the plurality of arm modules 20 to 25 in a one-to-one correspondence.

예컨대, 제1 구동부(12)는 제1 아암모듈(20)과 접속되어, 제1 아암모듈(20)의 관련정보가 제1 구동부(12)로 제공되고, 제1 구동부(12)에 의해 제1 아암모듈(20)의 관련정보를 바탕으로 생성된 다수의 게이트신호가 제1 아암모듈(20)로 제공될 수 있다. For example, the first driving unit 12 is connected to the first arm module 20, and related information of the first arm module 20 is provided to the first driving unit 12, and the first driving unit 12 A plurality of gate signals generated based on the related information of the arm module 20 may be provided to the first arm module 20.

또는, 관련정보를 바탕으로 제1 아암모듈(20)에 대한 제어신호가 생성되어 제1 아암모듈(20)로 전송되고, 제1 아암모듈(20)은 제1 아암모듈(20)에 대한 제어신호를 바탕으로 각 서브모듈(SM_1 내지 SMn)에 대한 게이트신호를 생성하고, 이 게이트신호에 응답하여 해당 서브모듈(SM_1 내지 SMn)이 스위칭될 수 있다.Alternatively, a control signal for the first arm module 20 is generated based on the related information and transmitted to the first arm module 20, and the first arm module 20 controls the first arm module 20. Based on the signal, a gate signal for each submodule (SM_1 to SMn) is generated, and the corresponding submodules (SM_1 to SMn) can be switched in response to this gate signal.

구체적으로, 제1 구동부(12)는 제어부(10)으로부터 제공된 기준전압값을 바탕으로 제1 아암모듈(20)에 포함된 다수의 서브모듈(SM_1 내지 SMn) 중 턴온 또는 턴오프될 서브모듈의 개수를 결정하고, 각 서브모듈(SM_1 내지 SMn)의 커패시터 전압의 대소 관계에 따라 서브모듈(SM_1 내지 SMn)을 정렬(sorting)하고, 상기 정렬된 서브모듈(SM_1 내지 SMn) 중에 상기 결정된 개수에 해당하는 서브모듈을 선택하며, 상기 선택된 서브모듈이 턴온 또는 턴오프되도록 제어할 수 있다.Specifically, the first driver 12 determines which submodule to be turned on or off among the plurality of submodules SM_1 to SMn included in the first arm module 20 based on the reference voltage value provided from the control unit 10. Determine the number, sort the submodules (SM_1 to SMn) according to the size relationship of the capacitor voltage of each submodule (SM_1 to SMn), and select the determined number among the sorted submodules (SM_1 to SMn). The corresponding submodule can be selected and the selected submodule can be controlled to turn on or turn off.

각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)에는 바이패스를 위한 바이패스 스위치(bypass switch)가 더 구비될 수 있다. 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)에 갑자기 과도한 전류가 유입되는 경우, 바이패스 스위치는 과도한 전류를 바이패스시켜 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)에 구비된 커패시터나 스위치, 예컨대 IGBT의 손상을 방지하여 줄 수 있다. 바이패스 스위치로 싸이리스터(thyristor)가 사용될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.Each submodule (SM_1 to SM_n) may further be provided with a bypass switch for bypass. When excessive current suddenly flows into each submodule (SM_1 to SM_n), the bypass switch bypasses the excessive current to prevent damage to the capacitor or switch, such as IGBT, provided in each submodule (SM_1 to SM_n). You can. A thyristor may be used as a bypass switch, but there is no limitation thereto.

나머지 구동부, 예컨대 제2 내지 제6 구동부(13 내지 17)는 제1 구동부(12)와 동일한 구조에 의해 동일한 동작을 수행할 수 있다.The remaining driving units, for example, the second to sixth driving units 13 to 17, have the same structure as the first driving unit 12 and may perform the same operation.

여기서, 각 아암모듈(20 내지 25)의 관련정보는 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보, 아암전류값(iarm(t)) 및 아암전압값(Varm(t))를 포함할 수 있다. 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보는 온/오프 상태정보(g(t)), 서브모듈전압(Vsm(t)), 바이패스정보 등을 포함할 수 있다. Here, the related information of each arm module (20 to 25) may include status information of each sub-module (SM_1 to SM_n), arm current value (iarm(t)), and arm voltage value (Varm(t)). . The status information of each submodule (SM_1 to SM_n) may include on/off status information (g(t)), submodule voltage (Vsm(t)), bypass information, etc.

서브모듈전압(Vsm(t))은 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)에 포함된 커패시터에 충전된 전압을 의미할 수 있다.The submodule voltage (Vsm(t)) may refer to the voltage charged in the capacitor included in each submodule (SM_1 to SM_n).

본 발명에서는 다수의 구동부(12 내지 17)가 개시되고 있지만, 하나의 구동부가 구비되고, 하나의 구동부에 의해 다수의 아암모듈(20 내지 25)가 제어될 수도 있다. Although a plurality of driving units 12 to 17 are disclosed in the present invention, one driving unit may be provided, and a plurality of arm modules 20 to 25 may be controlled by one driving unit.

제어부(10)는 다수의 구동부(12 내지 17)를 제어하는 한편, 다수의 구동부(12 내지 17)에 기준전압값을 제공한다. 각 아암모듈(20 내지 25)의 관련정보는 제어부(10)에도 제공될 수 있다. 제어부(10)는 각 아암모듈(20 내지 25)의 관련정보를 참고하여 기준전압값을 생성할 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.The control unit 10 controls the plurality of driving units 12 to 17 and provides reference voltage values to the plurality of driving units 12 to 17. Related information for each arm module 20 to 25 may also be provided to the control unit 10. The control unit 10 may generate a reference voltage value by referring to the related information of each arm module 20 to 25, but this is not limited.

다수의 구동부(12 내지 17)는 제어부(10)로부터 제공받은 기준전압값을 바탕으로 각 아암모듈(20 내지 25)에 포함된 다수의 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 온(on) 개수를 결정할 수 있다. 여기서, 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 온이라 함은 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 스위치를 턴온시켜 줌을 의미한다. 나중에 설명하겠지만, 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)에는 적어도 하나의 스위치, 예컨대 IGBT가 구비될 수 있다.The plurality of driving units 12 to 17 determine the number of ons of the plurality of submodules SM_1 to SM_n included in each arm module 20 to 25 based on the reference voltage value provided from the control unit 10. You can. Here, turning on each submodule (SM_1 to SM_n) means turning on the switch of each submodule (SM_1 to SM_n). As will be explained later, each submodule (SM_1 to SM_n) may be provided with at least one switch, for example, an IGBT.

도 2에 도시한 바와 같이, 3상 아암 브릿지 결선에는 예컨대 6개의 아암모듈(20 내지 25)이 구비될 수 있다. As shown in FIG. 2, for example, six arm modules 20 to 25 may be provided in the three-phase arm bridge connection.

각 아암모듈(20 내지 25)은 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 스위칭 온/오프를 제어하고 각 구동부(12 내지 17)와 통신을 통해 정보를 주고 받을 수 있다. 예컨대, 각 아암모듈(20 내지 25)는 관련정보를 각 구동부(12 내지 17)로 제공하고, 각 구동부(12 내지 17)로부터 게이트신호를 수신할 수 있다. Each arm module (20 to 25) controls the switching on/off of each submodule (SM_1 to SM_n) and can exchange information with each driving unit (12 to 17) through communication. For example, each arm module 20 to 25 may provide related information to each driver 12 to 17 and receive a gate signal from each driver 12 to 17.

예컨대, 3상 아암 브릿지 결선에서, 제1 내지 제6 아암모듈(20 내지 25)은 제1 노드(n1) 내지 제5 노드(n5) 사이에 접속될 수 있다. For example, in a three-phase arm bridge connection, the first to sixth arm modules 20 to 25 may be connected between the first node n1 to the fifth node n5.

구체적으로, 제1 아암모듈(20)은 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이에 접속되고, 제2 아암모듈(21)은 제2 노드(n2)와 제5 노드(n5) 사이에 접속될 수 있다.Specifically, the first arm module 20 is connected between the first node (n1) and the second node (n2), and the second arm module 21 is connected between the second node (n2) and the fifth node (n5). can be connected in between.

제3 아암모듈(22)는 제1 노드(n1)와 제3 노드(n3) 사이에 접속되고, 제4 아암모듈(23)은 제3 노드(n3)와 제5 노드(n5) 사이에 접속될 수 있다.The third arm module 22 is connected between the first node (n1) and the third node (n3), and the fourth arm module 23 is connected between the third node (n3) and the fifth node (n5). It can be.

제5 아암모듈(24)는 제1 노드(n1)와 제4 노드(n4) 사이에 접속되고, 제6 아암모듈(25)은 제4 노드(n4)와 제5 노드(n5) 사이에 접속될 수 있다.The fifth arm module 24 is connected between the first node (n1) and the fourth node (n4), and the sixth arm module 25 is connected between the fourth node (n4) and the fifth node (n5). It can be.

각 아암모듈(20 내지 25)에는 다수의 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)이 구비될 수 있다. Each arm module (20 to 25) may be equipped with a plurality of submodules (SM_1 to SM_n).

본 발명에서는 각 아암모듈(20 내지 25)에 n개의 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)이 구비되고 있지만, 각 아암모듈(20 내지 25)에는 n개의 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)보다 작거나 큰 서브모듈이 구비될 수도 있다.In the present invention, each arm module (20 to 25) is provided with n submodules (SM_1 to SM_n), but each arm module (20 to 25) has submodules smaller or larger than the n submodules (SM_1 to SM_n). This may be provided.

각 아암모듈(20 내지 25) 내의 다수의 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)은 서로 직렬로 접속될 수 있다. A plurality of submodules (SM_1 to SM_n) within each arm module (20 to 25) may be connected to each other in series.

각 아암모듈(20 내지 25)은 관련정보, 즉 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보, 아암전류값(iarm(t)) 및 아암전압값(Varm(t))을 구동부(12 내지 17)로 제공할 수 있다. Each arm module (20 to 25) sends related information, that is, status information of each submodule (SM_1 to SM_n), arm current value (iarm(t)), and arm voltage value (Varm(t)) to the driving units 12 to 17. ) can be provided.

도시되지 않았지만, 각 아암모듈(20 내지 25)에 구비된 다수의 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)은 일정 개수별로 그룹화되어 그룹 단위로 보드(board)에 실장될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. Although not shown, a plurality of submodules (SM_1 to SM_n) provided in each arm module (20 to 25) may be grouped by a certain number and mounted on a board in groups, but this is not limited.

도시되지 않았지만, 각 아암모듈(20 내지 25)에는 그룹 단위의 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)이 실장된 보드 이외에 통신 기능이나 제어 기능이 구비된 메인 모드가 구비될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 이러한 메인 보드에서 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보를 취합하고 아암전류값(iarm(t)) 및 아암전압값(Varm(t))를 파악하고, 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보, 아암전류값(iarm(t)) 및 아암전압값(Varm(t))을 구동부(12 내지 17)로 제공할 수 있다. 또한, 메인 보드는 구동부(12 내지 17)로부터 제공된 게이트신호를 수신하고, 상기 게이트신호를 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)로 제공하여, 상기 게이트신호에 응답하여 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)을 턴온 또는 턴오프하도록 제어할 수 있다.Although not shown, each arm module (20 to 25) may be equipped with a main mode equipped with a communication function or control function in addition to a board on which group submodules (SM_1 to SM_n) are mounted, but this is not limited. On this main board, the status information of each submodule (SM_1 to SM_n) is collected, the arm current value (iarm(t)) and arm voltage value (Varm(t)) are determined, and the arm current value (iarm(t)) and arm voltage value (Varm(t)) are determined, and the Status information, arm current value (iarm(t)), and arm voltage value (Varm(t)) can be provided to the driving units 12 to 17. In addition, the main board receives the gate signal provided from the driving units 12 to 17, provides the gate signal to each submodule (SM_1 to SM_n), and operates each submodule (SM_1 to SM_n) in response to the gate signal. It can be controlled to turn on or off.

각 아암모듈(20 내지 25)과 구동부(12 내지 17)는 광케이블로 접속되어, 광통신을 이용하여 정보를 주고받을 수 있다.Each arm module (20 to 25) and the driving units (12 to 17) are connected with an optical cable, so that information can be exchanged using optical communication.

각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)은 하프 타입(half type) 서브모듈(도 3a) 또는 풀 타입(full type) 서브모듈(도 3b)일 수 있다.Each submodule (SM_1 to SM_n) may be a half type submodule (FIG. 3A) or a full type submodule (FIG. 3B).

도 3a에 도시한 바와 같이, 하프 타입 서브모듈은 2개의 스위치(S1, S2), 2개의 역병렬 다이오드(D1, D2) 및 커패시터(C_M)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 3A, the half-type submodule may include two switches (S1, S2), two anti-parallel diodes (D1, D2), and a capacitor (C _M ).

각 역병렬 다이오드(D1, D2)는 각 스위치(S1, S2)에 병렬 접속되어, 전류의 역류를 방지하여 스위치(S1, S2)의 오동작을 방지할 수 있다. Each anti-parallel diode (D1, D2) is connected in parallel to each switch (S1, S2) to prevent reverse flow of current, thereby preventing malfunction of the switches (S1, S2).

커패시터(CM)는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)의 턴온시 전압을 충전하고 제1 및 제2 스위치(S1, S2)의 턴오프시 상기 충전된 전압을 방전시키는 역할을 한다.The capacitor CM serves to charge the voltage when the first and second switches S1 and S2 are turned on and to discharge the charged voltage when the first and second switches S1 and S2 are turned off.

제1 및 제2 스위치(S1, S2)는 구동부(12 내지 17)에서 제공된 게이트신호에 의해 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 턴온될 때, 전압이 커패시터(CM)에 충전될 수 있다.The first and second switches S1 and S2 may be turned on or off by gate signals provided from the driving units 12 to 17. When the first and second switches S1 and S2 are turned on, voltage may be charged in the capacitor CM.

제1 및 제2 스위치(S1, S2) 각각은 IGBT일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.Each of the first and second switches S1 and S2 may be an IGBT, but this is not limited.

도 3b에 도시한 바와 같이, 풀 타입 서브모듈은 4개의 스위치(S1 내지 S4), 4개의 역병렬 다이오드(D1 내지 D4) 및 커패시터(C_M)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3B, the full-type submodule may include four switches (S1 to S4), four anti-parallel diodes (D1 to D4), and a capacitor (C _M ).

제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 직렬로 접속되고, 제3 및 제4 스위치(S3, S4)가 직렬로 접속될 수 있다. 제1 내지 제4 스위치(S1 내지 S4) 각각에 제1 내지 제4 역병렬 다이오드(D1 내지 D4)가 병렬 접속될 수 있다. The first and second switches S1 and S2 may be connected in series, and the third and fourth switches S3 and S4 may be connected in series. First to fourth anti-parallel diodes D1 to D4 may be connected in parallel to each of the first to fourth switches S1 to S4.

커패시터(C_M)는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)의 양단 및 제3 및 제4 스위치(S3, S4)의 양단에 접속될 수 있다. The capacitor C _M may be connected to both ends of the first and second switches S1 and S2 and both ends of the third and fourth switches S3 and S4.

예컨대, 제1 및 제4 스위치(S1, S4)가 턴온될 때, 정극성의 교류 전압이 커패시터(CM)에 충전되고, 제2 및 제3 스위치(S2, S3)가 턴온될 때, 부극성의 교류 전압이 커패시터(CM)에 충전될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.For example, when the first and fourth switches S1 and S4 are turned on, an alternating voltage of positive polarity is charged in the capacitor CM, and when the second and third switches S2 and S3 are turned on, an alternating voltage of negative polarity is charged. An alternating voltage may be charged to the capacitor (CM), but there is no limitation thereto.

본 발명의 모듈형 멀티레벨 컨버터에는 2개의 3상 아암 브릿지 결선이 구비될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. The modular multilevel converter of the present invention may be equipped with two three-phase arm bridge connections, but is not limited thereto.

이하에서는 각 구동부에 대해 상세히 설명한다.Below, each driving unit will be described in detail.

도 4는 구동부를 상세히 도시한 블록도이다.Figure 4 is a block diagram showing the driving unit in detail.

도 4에 도시된 구동부는 도 1에 도시된 다수의 구동부(12 내지 17) 중 하나의 구동부일 수 있다. The driving unit shown in FIG. 4 may be one of the plurality of driving units 12 to 17 shown in FIG. 1 .

설명의 편의를 위해 도 4에 도시된 구동부를 제1 구동부(12)로 간주하여 설명한다. For convenience of explanation, the driving unit shown in FIG. 4 will be described by considering it as the first driving unit 12.

도 4를 참조하면, 구동부(12)는 정렬부(30), 선택조건판단부(40), 교환주기설정부(50), 선택부(60) 및 게이트신호생성부(70)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 4, the driving unit 12 may include an alignment unit 30, a selection condition determination unit 40, an exchange cycle setting unit 50, a selection unit 60, and a gate signal generation unit 70. .

정렬부(30)는 특정 아암모듈, 예컨대 제1 아암모듈(20)에서 제공된 관련정보를 바탕으로 제1 아암모듈(20) 내에 포함된 다수의 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)을 정렬시킬 수 있다. The alignment unit 30 may align a plurality of submodules SM_1 to SM_n included in the first arm module 20 based on related information provided from a specific arm module, for example, the first arm module 20.

각 아암모듈(20 내지 25)의 관련정보는 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보, 아암전류값(iarm(t)) 및 아암전압값(Varm(t))를 포함할 수 있다. 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보는 온/오프 상태정보(g(t)), 서브모듈전압(Vsm(t)), 바이패스정보 등을 포함할 수 있다. Related information of each arm module (20 to 25) may include status information of each sub-module (SM_1 to SM_n), arm current value (iarm(t)), and arm voltage value (Varm(t)). The status information of each submodule (SM_1 to SM_n) may include on/off status information (g(t)), submodule voltage (Vsm(t)), bypass information, etc.

구체적으로, 정렬부(30)는 예컨대, 제1 아암모듈(20)에 포함된 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보를 바탕으로 온상태인 서브모듈(이하 온상태 서브모듈이라 함)과 오프상태인 서브모듈(이하 오프상태 서브모듈이라 함)을 구분할 수 있다. 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보에는 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)이 현재 온상태인지 또는 오프상태인지가 포함될 수 있다. Specifically, the alignment unit 30 may, for example, connect submodules that are in the on state (hereinafter referred to as on-state submodules) based on the status information of each submodule (SM_1 to SM_n) included in the first arm module 20. Submodules that are in an off state (hereinafter referred to as off-state submodules) can be distinguished. The status information of each submodule (SM_1 to SM_n) may include whether each submodule (SM_1 to SM_n) is currently in an on or off state.

도 6에 도시한 바와 같이, 온상태 서브모듈은 온상태 서브모듈그룹에 포함되고, 오프상태 서브모듈은 오프상태 서브모듈그룹에 포함될 수 있다. As shown in FIG. 6, the on-state submodule may be included in the on-state submodule group, and the off-state submodule may be included in the off-state submodule group.

온상태 서브모듈그룹은 제1 서브모듈그룹으로 정의되고, 오프상태 서브모듈그룹은 제2 서브모듈그룹으로 정의될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.The on-state submodule group may be defined as the first submodule group, and the off-state submodule group may be defined as the second submodule group, but this is not limited.

또한, 정렬부(30)는 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 서브모듈전압(Vsm(t))을 바탕으로 온상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 온상태 서브모듈과 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 오프상태 서브모듈을 정렬시킬 수 있다.In addition, the alignment unit 30 aligns a plurality of on-state submodules and off-state submodule groups included in the on-state submodule group based on the submodule voltage (Vsm(t)) of each submodule (SM_1 to SM_n). Multiple off-state submodules included can be aligned.

예컨대, 온상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 온상태 서브모듈이 최대전압을 갖는 온상태 서브모듈로부터 최소전압을 갖는 온상태 서브모듈의 순서로 정렬될 수 있다.For example, a plurality of on-state submodules included in the on-state submodule group may be arranged in the order from the on-state submodule with the maximum voltage to the on-state submodule with the minimum voltage.

예컨대, 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 오프상태 서브모듈이 최대전압을 갖는 오프상태 서브모듈로부터 최소전압을 갖는 오프상태 서브모듈의 순서로 정렬될 수 있다. For example, a plurality of off-state submodules included in an off-state submodule group may be arranged in the order from the off-state submodule with the maximum voltage to the off-state submodule with the minimum voltage.

도 6에 도시한 바와 같이, 제1 아암모듈(20)에 10개의 서브모듈이 포함되는 경우, 제1, 제2, 제7, 제9 및 제10 서브모듈(SM1, SM2, SM7, SM9, SM10)은 그 상태가 온상태이므로, 온상태 서브모듈그룹에 포함될 수 있다. 제3, 제4, 제5, 제6 및 제8 서브모듈(SM3, SM4, SM5, SM6, SM8)은 그 상태가 오프상태이므로, 오프상태 서브모듈그룹에 포함될 수 있다. As shown in FIG. 6, when the first arm module 20 includes 10 submodules, the first, second, seventh, ninth, and tenth submodules (SM1, SM2, SM7, SM9, SM10) is in the on state, so it can be included in the on state submodule group. Since the third, fourth, fifth, sixth, and eighth submodules (SM3, SM4, SM5, SM6, and SM8) are in the off state, they may be included in the off state submodule group.

도 6으로부터, 온상태 서브모듈그룹에서는 제2 서브모듈(SM2)의 서브모듈전압이 가장 크고, 제10 서브모듈(SM10)의 서브모듈전압이 가장 작음을 알 수 있다.From FIG. 6, it can be seen that in the on-state submodule group, the submodule voltage of the second submodule (SM2) is the highest, and the submodule voltage of the tenth submodule (SM10) is the lowest.

또한, 오프상태 서브모듈그룹에서는 제8 서브모듈(SM8)의 서브모듈전압이 가장 크고, 제5 서브모듈(SM5)의 서브모듈전압이 가장 작음을 알 수 있다.Additionally, in the off-state submodule group, it can be seen that the submodule voltage of the eighth submodule (SM8) is the highest, and the submodule voltage of the fifth submodule (SM5) is the lowest.

선택조건판단부(40)는 예컨대, 제1 아암모듈(20)에 포함된 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보 및 아암전류값(iarm(t))을 바탕으로 기 설정된 다수의 선택조건 중 어느 선택조건을 만족하는지를 판단하여 판단결과에 따라 선택된 특정 선택조건에 해당하는 선택제어신호를 생성할 수 있다.For example, the selection condition determination unit 40 may select a plurality of selection conditions preset based on the status information and arm current value (iarm(t)) of each sub-module (SM_1 to SM_n) included in the first arm module 20. It is possible to determine which of the selection conditions are satisfied and generate a selection control signal corresponding to the specific selection condition selected according to the judgment result.

각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보를 통해 온상태 서브모듈에 포함된 서브모듈의 개수가 파악될 수 있다. 아울러, 아암전류값(iarm(t))을 통해 전류방향이 파악될 수 있다. The number of submodules included in the on-state submodule can be identified through the status information of each submodule (SM_1 to SM_n). In addition, the current direction can be determined through the arm current value (iarm(t)).

예컨대, 현재 온상태 서브모듈에 포함된 서브모듈의 개수를 n_on(t)라고 하고, 이전 온상태 서브모듈에 포함된 서브모듈의 개수를 n_on(t-Δt)라고 하면, 그 차이(Diff, 이하 상태차이값이라 함)는 수학식 1과 같이 나타내어질 수 있다.For example, if the number of submodules included in the current on-state submodule is n _on (t), and the number of submodules included in the previous on-state submodule is n _on (t-Δt), then the difference (Diff , hereinafter referred to as the state difference value) can be expressed as Equation 1.

[수학식 1][Equation 1]

Diff= n_on(t) - n_on(t-Δt)Diff= n _on (t) - n _on (t-Δt)

수학식 1로부터, 예컨대 상태차이값이 0보다 큰 경우, 이는 이전보다 현재 온되어야 할 서브모듈이 증가된 것을 의미할 수 있다. 이러한 경우, 특정 오프상태 서브모듈이 온상태로 스위칭될 수 있다.From Equation 1, for example, if the state difference value is greater than 0, this may mean that the number of submodules to be turned on has increased compared to before. In this case, certain off-state submodules may be switched to the on state.

예컨대 상태차이값이 0보다 작은 경우, 이는 이전보다 현재 온되어야 할 서브모듈이 감소된 것을 의미할 수 있다. 이러한 경우, 특정 온상태 서브모듈이 오프상태로 스위칭될 수 있다. For example, if the state difference value is less than 0, this may mean that the number of submodules that need to be turned on has decreased compared to before. In this case, certain on-state submodules may be switched to the off-state.

예컨대, 상태차이값이 0인 경우, 온상태로 스위칭될 서브모듈은 존재하지 않게 된다.For example, if the state difference value is 0, there is no submodule to be switched to the on state.

전류방향에 따라 다수의 온상태 서브모듈 또는 다수의 오프상태 서브모듈 중 어떤 서브모듈을 온상태 또는 오프상태로 스위칭하기 위해 선택해야 하는지가 결정될 수 있다. Depending on the direction of the current, it may be determined which submodule among the plurality of on-state submodules or the plurality of off-state submodules should be selected for switching to the on or off state.

아암전류값(iarm(t))이 0보다 큰지 또는 작은지에 따라 전류방향이 결정될 수 있다.The current direction may be determined depending on whether the arm current value (iarm(t)) is greater or less than 0.

따라서, 상태차이값과 아암전류값(iarm(t))에 따라 표1과 같이 5가지 선택조건으로 구분될 수 있다.Therefore, depending on the state difference value and the arm current value (iarm(t)), it can be divided into five selection conditions as shown in Table 1.

선택조건1Selection condition 1 상태차이값이 0보다 크고, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 큰 경우When the state difference value is greater than 0 and the arm current value (iarm(t)) is greater than 0 선택조건2Selection condition 2 상태차이값이 0보다 크고, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 작은 경우When the state difference value is greater than 0 and the arm current value (iarm(t)) is less than 0 선택조건3Selection condition 3 상태차이값이 0보다 작고, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 큰 경우When the state difference value is less than 0 and the arm current value (iarm(t)) is greater than 0 선택조건4Selection condition 4 상태차이값이 0보다 작고, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 작은 경우When the state difference value is less than 0 and the arm current value (iarm(t)) is less than 0 선택조건5Selection condition 5 상태차이값이 0인 경우When the state difference value is 0

선택조건판단부(40)는 다수의 선택조건 중에서 선택된 특정 선택조건에 따른 선택제어신호를 생성할 수 있다. The selection condition determination unit 40 may generate a selection control signal according to a specific selection condition selected from a plurality of selection conditions.

예컨대, 선택제어신호는 3비트로 구성될 수 있다. For example, the selection control signal may consist of 3 bits.

예를 들어, 선택조건1이 선택되는 경우 001로 이루어진 선택제어신호가 생성되고, 선택조건2가 선택되는 경우, 010으로 이루어진 선택제어신호가 생성될 수 있다.For example, when selection condition 1 is selected, a selection control signal consisting of 001 may be generated, and when selection condition 2 is selected, a selection control signal consisting of 010 may be generated.

선택조건3이 선택되는 경우, 011로 이루어진 선택제어신호가 생성되고, 선택조건4가 선택되는 경우, 100으로 이루어진 선택제어신호가 생성될 수 있다.When selection condition 3 is selected, a selection control signal consisting of 011 may be generated, and when selection condition 4 is selected, a selection control signal consisting of 100 may be generated.

선택조건5가 선택되는 경우, 110으로 이루어진 선택제어신호가 생성될 수 있다.When selection condition 5 is selected, a selection control signal consisting of 110 may be generated.

정리하면, 다수의 선택조건에 따라 서로 상이한 디지털 신호레벨을 갖는 선택제어신호가 생성될 수 있다. In summary, selection control signals having different digital signal levels can be generated according to multiple selection conditions.

선택부(60)는 선택조건판단부(40)로부터 수신된 선택제어신호에 따라 특정 서브모듈을 선택할 수 있다.The selection unit 60 may select a specific submodule according to the selection control signal received from the selection condition determination unit 40.

예컨대, 도 7a에 도시한 바와 같이, 선택조건판단부(40)로부터 수신된 선택제어신호가 선택조건1에 대한 제어신호인 경우, 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 가장 낮은 전압을 갖는 서브모듈인 제5 서브모듈(SM5)이 선택될 수 있다. 나중에 제5 서브모듈(SM5)은 게이트신호생성부(70)에 의해 온상태로 스위칭될 수 있다. For example, as shown in FIG. 7A, when the selection control signal received from the selection condition determination unit 40 is a control signal for selection condition 1, the submodule with the lowest voltage included in the off-state submodule group The fifth submodule (SM5) may be selected. Later, the fifth submodule SM5 may be switched to the on state by the gate signal generator 70.

선택조건 1은 상태차이값이 0보다 크고, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 큰 경우이다.Selection condition 1 is when the state difference value is greater than 0 and the arm current value (iarm(t)) is greater than 0.

상태차이값이 0보다 크다는 것은 이전보다 현재 온되어야 할 서브모듈의 개수가 증가됨을 의미할 수 있다. 이를 위해, 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 오프상태 서브모듈 중에서 선택된 오프상태 서브모듈이 온 상태로 스위치될 수 있다. A state difference value greater than 0 may mean that the number of submodules that need to be turned on now increases compared to before. To this end, an off-state submodule selected from among a plurality of off-state submodules included in the off-state submodule group may be switched to the on state.

아울러, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 큼은 해당 아암모듈, 예컨대 제1 아암모듈(20)이 충전되어야 함을 의미할 수 있다. 이를 위해, 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 오프상태 서브모듈 중에서 전압값이 제일 작은 제5 서브모듈(SM5)이 선택되어 온상태로 스위칭될 수 있다. In addition, if the arm current value (iarm(t)) is greater than 0, it may mean that the corresponding arm module, for example, the first arm module 20, must be charged. To this end, the fifth submodule (SM5) with the smallest voltage value among the plurality of off-state submodules included in the off-state submodule group may be selected and switched to the on state.

예컨대, 도 7b에 도시한 바와 같이, 선택조건판단부(40)로부터 수신된 선택제어신호가 선택조건 2에 대한 제어신호인 경우, 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 가장 높은 전압을 갖는 서브모듈인 제8 서브모듈(SM8)이 선택될 수 있다. 나중에 제8 서브모듈(SM8)은 게이트신호생성부(70)에 의해 온상태로 스위칭될 수 있다. For example, as shown in Figure 7b, when the selection control signal received from the selection condition determination unit 40 is a control signal for selection condition 2, the submodule with the highest voltage included in the off-state submodule group The eighth submodule (SM8) may be selected. Later, the eighth submodule SM8 may be switched to the on state by the gate signal generator 70.

선택조건 2는 상태차이값이 0보다 크고, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 작은 경우이다.Selection condition 2 is when the state difference value is greater than 0 and the arm current value (iarm(t)) is less than 0.

상태차이값이 0보다 크다는 것은 이전보다 현재 온되어야 할 서브모듈의 개수가 증가됨을 의미할 수 있다. 이를 위해, 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 오프상태 서브모듈 중에서 선택된 오프상태 서브모듈이 온 상태로 스위치될 수 있다. A state difference value greater than 0 may mean that the number of submodules that must currently be turned on increases compared to before. To this end, an off-state submodule selected from among a plurality of off-state submodules included in the off-state submodule group may be switched to the on state.

아울러, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 작음은 해당 아암모듈, 예컨대 제1 아암모듈(20)이 방전되어야 함을 의미할 수 있다. 이를 위해, 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 오프상태 서브모듈 중에서 전압값이 제일 큰 제8 서브모듈(SM8)이 선택되어 온상태로 스위칭될 수 있다.In addition, if the arm current value (iarm(t)) is less than 0, it may mean that the corresponding arm module, for example, the first arm module 20, must be discharged. To this end, the eighth submodule (SM8) with the highest voltage value among the plurality of off-state submodules included in the off-state submodule group may be selected and switched to the on state.

예컨대, 도 7c에 도시한 바와 같이, 선택조건판단부(40)로부터 수신된 선택제어신호가 선택조건3에 대한 제어신호인 경우, 온상태 서브모듈그룹에 포함된 가장 높은 전압을 갖는 제2 서브모듈(SM2)이 선택될 수 있다. 나중에 제2 서브모듈(SM2)은 게이트신호생성부(70)에 의해 오프상태로 스위칭될 수 있다. For example, as shown in FIG. 7C, when the selection control signal received from the selection condition determination unit 40 is a control signal for selection condition 3, the second sub module with the highest voltage included in the on-state submodule group Module (SM2) may be selected. Later, the second submodule SM2 may be switched to the off state by the gate signal generator 70.

선택조건 3은 상태차이값이 0보다 작고, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 큰 경우이다.Selection condition 3 is when the state difference value is less than 0 and the arm current value (iarm(t)) is greater than 0.

상태차이값이 0보다 작다는 것은 이전보다 현재 온되어야 할 서브모듈이 감소됨을 의미할 수 있다. 이를 위해, 온상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 온상태 서브모듈 중에서 선택된 온상태 서브모듈이 오프 상태로 스위치될 수 있다. If the state difference value is less than 0, it may mean that the number of submodules that need to be turned on is reduced compared to before. To this end, an on-state submodule selected from among a plurality of on-state submodules included in the on-state submodule group may be switched to the off state.

아울러, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 큼은 해당 아암모듈, 예컨대 제1 아암모듈(20)이 충전되어야 함을 의미할 수 있다. 이를 위해, 온상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 온상태 서브모듈 중에서 전압값이 제일 큰 제2 서브모듈(SM2)이 선택되어 온상태로 스위칭될 수 있다.In addition, if the arm current value (iarm(t)) is greater than 0, it may mean that the corresponding arm module, for example, the first arm module 20, must be charged. To this end, the second submodule (SM2) with the highest voltage value among the plurality of on-state submodules included in the on-state submodule group may be selected and switched to the on state.

예컨대, 도 7d에 도시한 바와 같이, 선택조건판단부(40)로부터 수신된 선택제어신호가 선택조건4에 대한 제어신호인 경우, 온상태 서브모듈그룹에 포함된 가장 낮은 전압을 갖는 제10 서브모듈(SM10)이 선택될 수 있다. 나중에 제10 서브모듈(SM10)은 게이트신호생성부(70)에 의해 오프상태로 스위칭될 수 있다. For example, as shown in FIG. 7D, when the selection control signal received from the selection condition determination unit 40 is a control signal for selection condition 4, the 10th sub module with the lowest voltage included in the on-state submodule group Module SM10 may be selected. Later, the tenth submodule SM10 may be switched to the off state by the gate signal generator 70.

선택조건 4는 상태차이값이 0보다 작고, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 작은 경우이다.Selection condition 4 is when the state difference value is less than 0 and the arm current value (iarm(t)) is less than 0.

상태차이값이 0보다 작다는 것은 이전보다 현재 온되어야 할 서브모듈의 개수가 감소됨을 의미할 수 있다. 이를 위해, 온상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 온상태 서브모듈 중에서 선택된 온상태 서브모듈이 오프 상태로 스위치될 수 있다. If the state difference value is less than 0, it may mean that the number of submodules that need to be turned on is reduced compared to before. To this end, an on-state submodule selected from among a plurality of on-state submodules included in the on-state submodule group may be switched to the off state.

아울러, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 작음은 해당 아암모듈, 예컨대 제1 아암모듈(20)이 방전되어야 함을 의미할 수 있다. 이를 위해, 온상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 온상태 서브모듈 중에서 전압값이 제일 작은 제10 서브모듈(SM10)이 선택되어 오프상태로 스위칭될 수 있다.In addition, if the arm current value (iarm(t)) is less than 0, it may mean that the corresponding arm module, for example, the first arm module 20, must be discharged. To this end, the tenth submodule (SM10) with the smallest voltage value among the plurality of on-state submodules included in the on-state submodule group may be selected and switched to the off state.

도시되지 않았지만, 선택조건판단부(40)로부터 수신된 선택제어신호가 선택조건 5에 대한 제어신호인 경우, 온상태 서브모듈그룹 및 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 어떠한 서브모듈도 선택되지 않는다. 나중에 게이트신호생성부(70)에 의해 예컨대, 제1 아암모듈(20)에 포함된 다수의 서브모듈에 대해 어떠한 스위칭도 이루어지지 않게 되므로, 이전상태가 그대로 유지될 수 있다. Although not shown, if the selection control signal received from the selection condition determination unit 40 is a control signal for selection condition 5, no submodules included in the on-state submodule group and the off-state submodule group are selected. Since no switching is later performed on the plurality of sub-modules included in, for example, the first arm module 20 by the gate signal generator 70, the previous state can be maintained as is.

한편, 선택부(60)는 교환주기설정부(50)로부터 교환주기제어신호(도 8의 SC)가 수신되는 경우, 해당 교환주기제어신호(도 8의 SC)에 응답하여 교환을 위한 서브모듈을 선택할 수 있다. Meanwhile, when an exchange cycle control signal (SC in FIG. 8) is received from the exchange cycle setting unit 50, the selection unit 60 selects a submodule for exchange in response to the exchange cycle control signal (SC in FIG. 8). You can choose.

교환주기제어신호(도 8의 SC)가 수신되는 경우, 기 설정된 선택조건에 따라 교환을 위한 서브모듈이 온상태 서브모듈그룹 및 오프상태 서브모듈그룹 각각에서 선택될 수 있다.When an exchange cycle control signal (SC in FIG. 8) is received, a submodule for exchange can be selected from each of the on-state submodule group and the off-state submodule group according to preset selection conditions.

예컨대, 기 설정된 선택조건은 앞서 설명한 바와 같이 다수의 선택조건 중에서 선택된 특정 선택조건에 따라 제1 서브모듈(SM1)이 선택되는 경우, 예컨대 해당 제1 서브모듈(SM1)에 인접한 제2 서브모듈(SM2)과 그 제2 서브모듈(SM2)이 포함된 그룹과 다른 그룹에 포함된 제3 서브모듈(SM3)이 교환을 위한 서브모듈로 선택되도록 설정될 수 있다. 여기서, 인접이라 함은 물리적인 인접이 아니라 정렬부(30)에서의 서브모듈 정렬순서에 따른 인접일 수 있다.For example, the preset selection condition is, as described above, when the first submodule (SM1) is selected according to a specific selection condition selected from a plurality of selection conditions, for example, a second submodule adjacent to the first submodule (SM1) ( SM2) and the third submodule (SM3) included in a group different from the group containing the second submodule (SM2) may be set to be selected as a submodule for exchange. Here, adjacent may not be physical adjacent, but may be adjacent according to the submodule sorting order in the sorting unit 30.

이러한 선택조건은 미리 설정될 수 있다. 아울러, 이러한 선택조건은 고정되지 않고 변경 가능할 수 있다. These selection conditions can be set in advance. In addition, these selection conditions are not fixed and may be changeable.

이와 같이 교환을 위한 서브모듈의 선택은 교환주기설정부(50)로부터 교환주기제어신호(도 8의 SC)가 수신되는 경우에 한해 수행될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.In this way, selection of a submodule for exchange can be performed only when an exchange cycle control signal (SC in FIG. 8) is received from the exchange cycle setting unit 50, but this is not limited.

교환주기제어신호(SC)는 도 8에 도시한 바와 같이, 반주기(Ts/2)마다 1회씩 생성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.As shown in FIG. 8, the exchange cycle control signal (SC) may be generated once per half cycle (Ts/2), but this is not limited.

도 8에서는 1회의 교환주기제어신호(SC)가 턴온되는 서브모듈의 개수가 최대치가 되어 최대피크전압이 생성된 이후에 생성되는 것으로 도시하고 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.In FIG. 8, it is shown that one exchange cycle control signal (SC) is generated after the number of submodules turned on reaches the maximum and the maximum peak voltage is generated, but this is not limited.

한 주기(Ts)는 각 아암모듈(20 내지 25)에 포함된 다수의 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)이 스위칭주기(Sp)에 따라 스위칭되어 하나의 교류파형을 갖는 전압을 생성하는 주기일 수 있다.One period (Ts) may be a period in which a plurality of submodules (SM_1 to SM_n) included in each arm module (20 to 25) are switched according to the switching period (Sp) to generate a voltage having one alternating current waveform. .

스위칭주기(Sp)마다 온상태 서브모듈그룹 또는 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 서브모듈 중 온 또는 오프될 서브모듈이 선택되어 온상태 또는 오프상태로 스위칭될 수 있다. At each switching period (Sp), a submodule to be turned on or off may be selected from among a plurality of submodules included in the on-state submodule group or the off-state submodule group and switched to the on or off state.

이러한 경우, 온상태 서브모듈그룹 또는 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 다수의 서브모듈 중 적어도 하나 이상의 특정 서브모듈은 매스위칭주기(Sp)마다 이전상태가 변경되지 않고 그대로 유지된다. 이와 같이 특정 서브모듈이 변경되지 않고 이전상태로 장기간 유지되는 경우 리플이 점점 증가되는 문제가 있다.In this case, at least one specific submodule among the plurality of submodules included in the on-state submodule group or the off-state submodule group maintains its previous state without changing every mass switching period (Sp). In this way, if a specific submodule is maintained in its previous state for a long period of time without being changed, there is a problem in which the ripple gradually increases.

본 발명에서는 주기적으로, 온상태 서브모듈그룹 및 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 서브모듈 중에서 오래 동안 상태가 변하지 않았던 서브모듈의 상태를 교환하여 줌으로서, 리플을 방지하여 제품 품질을 향상시킬 수 있다.In the present invention, product quality can be improved by preventing ripple by periodically exchanging the states of submodules whose states have not changed for a long time among the submodules included in the on-state submodule group and the off-state submodule group. .

한편, 게이트신호생성부(70)는 선택부(60)에 의해 선택된 서브모듈을 스위칭시키기 위한 게이트제어신호를 생성할 수 있다.Meanwhile, the gate signal generation unit 70 may generate a gate control signal for switching the submodule selected by the selection unit 60.

예컨대, 선택된 서브모듈이 온상태로 스위칭하도록 선택되는 경우, 하이레벨을 갖는 게이트제어신호가 생성될 수 있다. 이러한 하이레벨을 갖는 게이트제어신호에 의해 서브모듈의 스위치가 턴온될 수 있다.For example, when the selected submodule is selected to switch to the on state, a gate control signal with a high level may be generated. The switch of the submodule can be turned on by this gate control signal having a high level.

예컨대, 선택된 서브모듈이 오프상태로 스위칭하도록 선택되는 경우, 로우레벨을 갖는 게이트제어신호가 생성될 수 있다. 이러한 로우레벨을 갖는 게이트제어신호에 의해 서브모듈의 스위치가 턴오프될 수 있다.For example, when the selected submodule is selected to switch to the off state, a gate control signal with a low level may be generated. The switch of the submodule can be turned off by the gate control signal having this low level.

교환주기제어신호(SC)는 도 8과 달리, 주기(Ts)마다 1회 생성될 수도 있고, 다수의 주기(Ts)마다 1회 생성될 수도 있다.Unlike FIG. 8, the exchange cycle control signal (SC) may be generated once per cycle (Ts) or once for multiple cycles (Ts).

아울러, 교환주기제어신호(SC)는 도 8과 달리, 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보가 지속적으로 파악되어 서브모듈이 특정 상태로 유지되는 정도에 따라 그 발생 주기가 가변적으로 변경될 수도 있다.In addition, unlike FIG. 8, the exchange cycle control signal (SC) has its occurrence cycle variably changed depending on the extent to which the status information of each submodule (SM_1 to SM_n) is continuously identified and the submodule is maintained in a specific state. It may be possible.

예컨대, 서브모듈이 특정 상태로 유지되는 정도가 길수록 교환주기제어신호(SC)의 발생주기는 짧아지고, 서브모듈이 특정 상태로 유지되는 정도가 짧아질수록 교환주기제어신호(SC)의 발생주기는 길어질 수 있다.For example, the longer the submodule is maintained in a specific state, the shorter the generation cycle of the exchange cycle control signal (SC), and the shorter the degree to which the submodule is maintained in a specific state, the shorter the generation cycle of the exchange cycle control signal (SC). can be long.

기 설정된 선택조건에 따른 교환을 위한 서브모듈의 선택 방법은 다음과 같다.The method of selecting submodules for exchange according to preset selection conditions is as follows.

예컨대, 도 6에서, 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 가장 낮은 전압을 갖는 제5 서브모듈(SM5)이 해당 선택조건에 부합하는 것으로 선택되는 경우, 제5 서브모듈(SM5)은 제어신호에 의해 온상태로 스위칭될 수 있다. 다시 말해, 제5 서브모듈(SM5)이 턴온될 수 있다. For example, in FIG. 6, when the fifth submodule (SM5) with the lowest voltage included in the off-state submodule group is selected as meeting the corresponding selection condition, the fifth submodule (SM5) is selected by a control signal. It can be switched to the on state. In other words, the fifth submodule SM5 may be turned on.

이러한 경우, 제5 서브모듈(SM5)과 인접한 제3 서브모듈(SM3)과 온상태 서브모듈그룹에 포함된 가장 높은 전압을 갖는 제2 서브모듈(SM2)이 서로 온/오프 상태를 교환 또는 변경하기 위한 서브모듈로서 선택될 수 있다. 이에 따라, 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 제3 서브모듈(SM3)은 온상태로 스위칭되고, 온상태 서브모듈그룹에 포함된 제2 서브모듈(SM2)은 오프상태로 스위칭될 수 있다. 다시 말해, 제3 서브모듈(SM3)은 턴온되고, 제2 서브모듈(SM2)은 턴오프될 수 있다 In this case, the third submodule (SM3) adjacent to the fifth submodule (SM5) and the second submodule (SM2) with the highest voltage included in the on-state submodule group exchange or change their on/off states with each other. It can be selected as a submodule to do this. Accordingly, the third submodule SM3 included in the off-state submodule group may be switched to the on state, and the second submodule SM2 included in the on-state submodule group may be switched to the off state. In other words, the third submodule SM3 may be turned on and the second submodule SM2 may be turned off.

이와 같이, 오프상태 서브모듈그룹에서 가장 낮은 전압을 갖는 제5 서브모듈(SM5)이 선택되었기에, 제3 서브모듈(SM3)과 온상태 서브모듈그룹에서 가장 높은 전압을 갖는 제2 서브모듈(SM2)이 교환을 위한 서브모듈로 선택된다.In this way, since the fifth submodule (SM5) with the lowest voltage in the off-state submodule group was selected, the third submodule (SM3) and the second submodule (SM2) with the highest voltage in the on-state submodule group were selected. ) is selected as the submodule for exchange.

만일 온상태 서브모듈그룹에서 가장 높은 전압을 갖는 제2 서브모듈(SM2)이 다수의 선택조건 중 하나의 선택조건에 의해 선택되어 오프상태로 스위칭되는 경우, 제2 서브모듈(SM2)과 인접한 제9 서브모듈(SM9)과 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 가장 낮은 전압을 갖는 제5 서브모듈(SM5)이 교환을 위한 서브모듈로 선택될 수 있다. If the second submodule (SM2) with the highest voltage in the on-state submodule group is selected by one selection condition among a plurality of selection conditions and is switched to the off state, the second submodule (SM2) adjacent to the second submodule (SM2) The 9th submodule (SM9) and the fifth submodule (SM5) with the lowest voltage included in the off-state submodule group may be selected as the submodule for exchange.

교환주기설정부(50)는 교환주기를 반영한 교환주기제어신호(SC)의 발생 시점을 설정할 수 있다. The exchange cycle setting unit 50 can set the generation time of the exchange cycle control signal (SC) reflecting the exchange cycle.

이러한 설정은 사용자에 의해 설정될 수도 있고, 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보를 바탕으로 자동으로 설정될 수도 있다.These settings may be set by the user, or may be set automatically based on the status information of each submodule (SM_1 to SM_n).

이상과 같이 구성된 모듈형멀티레벨 컨버터의 구동부(12 내지 17)의 동작 방법을 설명한다.A method of operating the driving units 12 to 17 of the modular multilevel converter configured as above will be described.

상기 구동부(12 내지 17)에서 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법이 구현될 수 있다.The voltage balancing control method of the modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention can be implemented in the driving units 12 to 17.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터의 제어 방법을 설명하기 위한 순서도이다.Figure 5 is a flowchart for explaining a control method of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.

도 4 및 도 5를 참조하면, 정렬부(30)는 각 아암모듈(20 내지 25)로부터 각 아암모듈(20 내지 25)의 관련정보를 수신할 수 있다(S111).Referring to Figures 4 and 5, the alignment unit 30 may receive related information of each arm module (20 to 25) from each arm module (20 to 25) (S111).

정렬부(30)는 온상태 서브모듈그룹 및 오프상태 서브모듈그룹으로 구분하고, 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보를 바탕으로 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)이 온상태인지 오프상태인지를 확인한 후 해당 서브모듈을 온상태 서브모듈그룹 및 오프상태 서브모듈그룹에 포함시킬 수 있다(S112).The alignment unit 30 divides the submodule group into an on-state submodule group and an off-state submodule group, and determines whether each submodule (SM_1 to SM_n) is in the on or off state based on the status information of each submodule (SM_1 to SM_n). After checking, the corresponding submodule can be included in the on-state submodule group and the off-state submodule group (S112).

이때, 온상태 서브모듈그룹 및 오프상태 서브모듈그룹 각각은 도 6에 도시한 바와 같이. 최대전압을 갖는 서브모듈로부터 최소전압을 갖는 서브모듈의 순서로 정렬될 수 있다. At this time, each of the on-state submodule group and the off-state submodule group is shown in FIG. 6. The submodules may be sorted in order from the submodule with the maximum voltage to the submodule with the minimum voltage.

이어서, 선택조건판단부(40)는 S113, S115, S117 및 S123에 의해 다수의 선택조건, 예컨대 선택조건1 내지 선택조건 5 중 어느 선택조건을 만족하는지를 판단할 수 있다.Subsequently, the selection condition determination unit 40 may determine which of a plurality of selection conditions, for example, selection conditions 1 to 5, is satisfied through S113, S115, S117, and S123.

구체적으로, 선택조건판단부(40)는 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보 및 아암전류값(iarm(t))를 바탕으로 선택조건1 내지 선택조건 5 중 어느 선택조건을 만족하는지를 판단할 수 있다Specifically, the selection condition determination unit 40 determines which of selection conditions 1 to 5 are satisfied based on the status information and arm current value (iarm(t)) of each submodule (SM_1 to SM_n). can do

예컨대, 각 서브모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태정보를 바탕으로 상태차이값(Diff)이 산출될 수 있다(수학식 1 참조). For example, the state difference value (Diff) can be calculated based on the state information of each submodule (SM_1 to SM_n) (see Equation 1).

따라서, 상태차이값(Diff) 및 아암전류값(iarm(t))을 바탕으로 다수의 선택조건 중 어느 선택조건이 부합하는지가 결정될 수 있다.Therefore, based on the state difference value (Diff) and the arm current value (iarm(t)), it can be determined which of the plurality of selection conditions satisfies.

먼저, 선택조건판단부(40)는 상태차이값이 0보다 큰 경우(S113), 아암전류값(iarm(t))이 0보다 큰지를 판단할 수 있다(S117).First, when the state difference value is greater than 0 (S113), the selection condition determination unit 40 can determine whether the arm current value (iarm(t)) is greater than 0 (S117).

아암전류값(iarm(t))이 0보다 큰 경우, 선택조건1이 만족될 수 있다. 이러한 경우, 선택부(60)는 오프상태서브모듈그룹에서 최소전압을 갖는 서브모듈을 선택할 수 있다(S119).If the arm current value (iarm(t)) is greater than 0, selection condition 1 can be satisfied. In this case, the selection unit 60 can select the submodule with the minimum voltage from the off-state submodule group (S119).

도 7a에 도시한 바와 같이, 오프상태 서브모듈그룹에서 최소전압을 갖는 제5 서브모듈(SM5)이 선택될 수 있다.As shown in FIG. 7A, the fifth submodule (SM5) with the minimum voltage may be selected from the off-state submodule group.

아암전류값(iarm(t))이 0보다 작은 경우, 선택조건2가 만족될 수 있다. 이러한 경우, 선택부(60)는 오프상태 서브모듈그룹에서 최대전압을 갖는 서브모듈을 선택할 수 있다(S121).If the arm current value (iarm(t)) is less than 0, selection condition 2 can be satisfied. In this case, the selection unit 60 can select the submodule with the maximum voltage from the off-state submodule group (S121).

도 7b에 도시한 바와 같이, 오프상태 서브모듈그룹에서 최대전압을 갖는 제8 서브모듈(SM8)이 선택될 수 있다.As shown in FIG. 7B, the eighth submodule (SM8) with the maximum voltage can be selected from the off-state submodule group.

선택조건판단부(40)는 상태차이값이 0보다 작은 경우, 아암전류값(iarm(t))이 0보다 큰지를 판단할 수 있다(S123).When the state difference value is less than 0, the selection condition determination unit 40 can determine whether the arm current value (iarm(t)) is greater than 0 (S123).

아암전류값(iarm(t))이 0보다 큰 경우, 선택조건 3이 만족될 수 있다. 이러한 경우, 선택부(60)는 온상태 서브모듈그룹에서 최대전압을 갖는 서브모듈을 선택할 수 있다(S125).If the arm current value (iarm(t)) is greater than 0, selection condition 3 can be satisfied. In this case, the selection unit 60 may select the submodule with the maximum voltage from the on-state submodule group (S125).

도 7c에 도시한 바와 같이, 온상태 서브모듈그룹에서 최대전압을 갖는 제2 서브모듈(SM2)이 선택될 수 있다.As shown in FIG. 7C, the second submodule (SM2) with the maximum voltage may be selected from the on-state submodule group.

아암전류값(iarm(t))이 0보다 작은 경우, 선택조건4가 만족될 수 있다. 이러한 경우, 선택부(60)는 온상태 서브모듈그룹에서 최소전압을 갖는 서브모듈을 선택할 수 있다(S127).If the arm current value (iarm(t)) is less than 0, selection condition 4 can be satisfied. In this case, the selection unit 60 may select the submodule with the minimum voltage from the on-state submodule group (S127).

도 7d에 도시한 바와 같이, 온상태 서브모듈그룹에서 최소전압을 갖는 제10 서브모듈(SM10)이 선택될 수 있다. As shown in FIG. 7D, the tenth submodule (SM10) with the minimum voltage may be selected from the on-state submodule group.

선택조건판단부(40)는 상태차이값이 0인지를 판단하고, 판단 결과 상태차이값이 0인 경우, 온 또는 오프시킬 어떠한 서브모듈도 선택되지 않도록 할 수 제어할 수 있다(S115). The selection condition determination unit 40 determines whether the state difference value is 0, and if the state difference value is 0 as a result of the determination, it can control so that no submodule to be turned on or off is selected (S115).

한편, 선택부(60)는 교환주기인지를 판단할 수 있다(S129).Meanwhile, the selection unit 60 can determine whether it is an exchange cycle (S129).

구체적으로, 교환주기설정부(50)는 일정 주기별로 교환주기제어신호(SC)를 생성하여 선택부(60)로 전달할 수 있다.Specifically, the exchange cycle setting unit 50 may generate an exchange cycle control signal (SC) at regular intervals and transmit it to the selection unit 60.

선택부(60)는 교환주기설정부(50)로부터 수신되는 교환주기제어신호(SC)를 통해 교환주기인지를 판단할 수 있다.The selection unit 60 can determine whether it is an exchange cycle through the exchange cycle control signal (SC) received from the exchange cycle setting unit 50.

교환주기제어신호(SC)가 수신되는 경우, 선택부(60)는 S131, S133, S135 및 S137를 수행하여 교환하기 위한 서브모듈을 선택할 수 있다.When the exchange cycle control signal (SC) is received, the selection unit 60 can select a submodule to be exchanged by performing steps S131, S133, S135, and S137.

구체적으로, 선택부(60)는 선택조건1에 따라 오프상태 서브모듈그룹에서 최소전압을 갖는 서브모듈이 선택되는 경우, 오프상태 서브모듈그룹의 두번째 최소전압을 갖는 서브모듈 및 온상태 서브모듈그룹의 최대전압을 갖는 서브모듈을 선택할 수 있다(S131).Specifically, when the submodule with the minimum voltage in the off-state submodule group is selected according to selection condition 1, the selection unit 60 selects the submodule with the second minimum voltage in the off-state submodule group and the on-state submodule group. The submodule with the maximum voltage can be selected (S131).

예컨대, 도 7a에서, 오프상태 서브모듈그룹에서 두번째 최소전압을 갖는 제3 서브모듈(SM3) 및 온상태 서브모듈그룹의 최대전압을 갖는 제2 서브모듈(SM2)이 선택될 수 있다.For example, in FIG. 7A, the third submodule SM3 having the second minimum voltage in the off-state submodule group and the second submodule SM2 having the maximum voltage in the on-state submodule group may be selected.

선택부(60)는 선택조건2에 따라 오프상태 서브모듈그룹에서 최대전압을 갖는 서브모듈이 선택되는 경우, 오프상태 서브모듈그룹의 두번째 최대전압을 갖는 서브모듈 및 온상태 서브모듈그룹의 최소전압을 갖는 서브모듈을 선택할 수 있다(S133).When the submodule with the maximum voltage in the off-state submodule group is selected according to selection condition 2, the selection unit 60 selects the submodule with the second maximum voltage in the off-state submodule group and the minimum voltage in the on-state submodule group. A submodule having can be selected (S133).

예컨대, 도 7b에서, 오프상태 서브모듈그룹에서 두번째 최대전압을 갖는 제4 서브모듈(SM4) 및 온상태 서브모듈그룹에서 최소전압을 갖는 제10 서브모듈(SM10)이 선택될 수 있다. For example, in FIG. 7B, the fourth submodule (SM4) having the second maximum voltage in the off-state submodule group and the tenth submodule (SM10) having the minimum voltage in the on-state submodule group may be selected.

선택부(60)는 선택조건3에 따라 온상태 서브모듈그룹에서 최대전압을 갖는 서브모듈이 선택되는 경우, 온상태 서브모듈그룹의 두번째 최대전압을 갖는 서브모듈 및 오프상태 서브모듈그룹의 최소전압을 갖는 서브모듈을 선택할 수 있다(S135).When the submodule with the maximum voltage in the on-state submodule group is selected according to selection condition 3, the selection unit 60 selects the submodule with the second maximum voltage in the on-state submodule group and the minimum voltage in the off-state submodule group. A submodule having can be selected (S135).

도 7c에서, 온상태 서브모듈그룹의 두번째 최대전압을 갖는 제9 서브모듈(SM9) 및 오프상태 서브모듈그룹의 최소전압을 갖는 제5 서브모듈(SM5)이 선택될 수 있다.In FIG. 7C, the ninth submodule (SM9) having the second maximum voltage of the on-state submodule group and the fifth submodule (SM5) having the minimum voltage of the off-state submodule group may be selected.

선택부(60)는 선택조건4에 따라 온상태 서브모듈그룹에서 최소전압을 갖는 서브모듈이 선택되는 경우, 온상태 서브모듈그룹의 두번째 최소전압을 갖는 서브모듈 및 오프상태 서브모듈그룹의 최대전압을 갖는 서브모듈을 선택할 수 있다(S137).When the submodule with the minimum voltage in the on-state submodule group is selected according to selection condition 4, the selection unit 60 selects the submodule with the second minimum voltage in the on-state submodule group and the maximum voltage in the off-state submodule group. You can select a submodule with (S137).

도 7d에서, 온상태 서브모듈그룹의 두번째 최소전압을 갖는 제7 서브모듈(SM7) 및 오프상태 서브모듈그룹의 최대전압을 갖는 제8 서브모듈(SM8)이 선택될 수 있다.In FIG. 7D, the seventh submodule (SM7) having the second minimum voltage of the on-state submodule group and the eighth submodule (SM8) having the maximum voltage of the off-state submodule group may be selected.

본 실시예에 따르면, 한 서브모듈에 집중적으로 스위칭이 일어나지 않고 균등하게 함으로써, 스위칭 장치 및 캐패시터를 최적으로 사용할 수 있다. 따라서, 멀티레벨 컨버터의 최적 설계를 통한 제품 단가를 낮출 수 있다.According to this embodiment, switching devices and capacitors can be optimally used by making switching evenly rather than intensively occurring in one submodule. Therefore, the product cost can be reduced through optimal design of the multilevel converter.

또한, 본 실시예에 따르면, 각 서브모듈의 스위칭이 균등하게 이루어지기 때문에, 단순히 평균적으로 스위칭 개수를 증대시키는 것이 아닌 균등하게 스위칭 수를 변경시킴으로써, 멀티레벨 컨버터의 수명을 연장시킬 수 있다.Additionally, according to this embodiment, since the switching of each submodule is performed equally, the lifespan of the multi-level converter can be extended by uniformly changing the number of switching numbers rather than simply increasing the number on average.

또한, 본 실시예에 따르면, 각 서브모듈이 한 상태로 오래도록 유지되지 않도록 주기적으로 온상태 서브모듈그룹에 포함된 서브모듈과 오프상태 서브모듈그룹에 포함된 서브모듈의 상태를 교환하여 줌으로써, 리플을 방지하여 제품 성능과 신뢰도를 증진시킬 수 있다.In addition, according to this embodiment, the states of the submodules included in the on-state submodule group and the submodules included in the off-state submodule group are periodically exchanged so that each submodule is not maintained in one state for a long time, thereby reducing the ripple effect. By preventing this, product performance and reliability can be improved.

아울러, 본 실시예에 따르면, 제어를 위한 디지털 프로세서의 정렬부분의 코드를 단순히 제안된 방법으로 대체하면 되기 때문에 별도의 하드웨어의 치환, 및 형상변경등 다른 추가적인 비용이 크게 필요하지 않다.In addition, according to this embodiment, the code of the alignment part of the digital processor for control can be simply replaced with the proposed method, so there is no significant need for additional costs such as replacement of separate hardware or change of shape.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.The above detailed description should not be construed as restrictive in any respect and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

10: 제어부
12 내지 17: 구동부
20 내지 25: 아암모듈
30: 정렬부
40: 선택조건판단부
50: 교환주기설정부
60: 선택부
70: 게이트신호생성부
SM_1 내지 SM_n: 서브모듈10: control unit
12 to 17: driving unit
20 to 25: arm module
30: Alignment section
40: Selection condition judgment unit
50: Exchange cycle setting unit
60: selection part
70: Gate signal generation unit
SM_1 to SM_n: Submodule

Claims

A plurality of arms each including a plurality of submodules; and
It includes a plurality of driving units that control each of the plurality of arms,
Each of the plurality of driving units,
Divided into a first submodule group and a second submodule group - the first submodule group includes a plurality of submodules having a first state, and the second submodule group includes a plurality of submodules having a second state. Contains modules -,
Selecting a first submodule included in one submodule group of the first submodule group and the second submodule group based on the state difference value and the arm current value,
For state exchange between the first submodule group and the second submodule group, a second submodule adjacent to the selected first submodule and a submodule not included in the selected first submodule according to an exchange cycle control signal. A modular multi-level converter that selects the third submodule included in the group.

According to paragraph 1,
The first state is an on state, and the second state is an off state.

According to paragraph 2,
The state difference value is a modular multi-level converter that is the difference between the number of submodules with an on state currently included in the first submodule group and the number of submodules with an on state previously included in the first submodule group. .

According to paragraph 3,
Each of the plurality of driving units,
an alignment unit that aligns each of the plurality of submodules into one of the first submodule group and the second submodule group based on status information of each of the plurality of submodules;
a selection condition determination unit that generates a selection control signal corresponding to a selection condition selected from among a plurality of preset selection conditions based on the state difference value and the arm current value;
a selection unit that selects the first submodule included in one of the first submodule group and the second submodule group according to the selection control signal; and
A modular multi-level converter including a gate signal generator that generates a gate control signal according to the state of the selected first submodule.

According to paragraph 4,
Each of the plurality of driving units,
A modular multi-level converter further comprising a setting unit for setting the exchange cycle control signal.

According to clause 5,
The selection part is,
When the exchange cycle control signal is received from the setting unit, a second submodule adjacent to the selected first submodule and a third submodule included in a submodule group that does not include the selected first submodule are selected. Modular multi-level converter.

According to clause 6,
The plurality of selection conditions include first to fifth selection conditions,
The first selection condition is when the state difference value is greater than 0 and the arm current value is greater than 0,
The second selection condition is when the state difference value is greater than 0 and the arm current value is less than 0,
The third selection condition is when the state difference value is less than 0 and the arm current value is greater than 0,
The fourth selection condition is when the state difference value is less than 0 and the arm current value is less than 0,
The fifth selection condition is a modular multi-level converter where the state difference value is 0.

In clause 7,
The selection part is,
If the selection control signal is a control signal for the first selection condition, select the submodule with the lowest voltage included in the second submodule group,
When the exchange cycle control signal is received from the setting unit, a modular multi-module for selecting a submodule adjacent to the selected submodule with the lowest voltage and a submodule with the highest voltage included in the first submodule group Level converter.

In clause 7,
The selection part is,
If the selection control signal is a control signal for the second selection condition, select the submodule with the highest voltage included in the second submodule group,
When the exchange cycle control signal is received from the setting unit, the modular multimedia selects the submodule adjacent to the selected submodule with the highest voltage and the submodule with the lowest voltage included in the first submodule group. Level converter.

In clause 7,
The selection part is,
When the selection control signal is a control signal for the third selection condition, selecting the submodule with the highest voltage included in the first submodule group,
When the exchange cycle control signal is received from the setting unit, the modular multimedia selects the submodule adjacent to the selected submodule with the highest voltage and the submodule with the lowest voltage included in the second submodule group. Level converter.

In clause 7,
The selection part is,
If the selection control signal is a control signal for the fourth selection condition, select the submodule with the lowest voltage included in the first submodule group,
When the exchange cycle control signal is received from the setting unit, a modular multi-function device selects a submodule adjacent to the selected submodule with the lowest voltage and a submodule with the highest voltage included in the second submodule group. Level converter.

According to paragraph 4,
The sorting unit,
A modular multi-level converter that aligns a plurality of submodules included in each of the first submodule group and the second submodule group according to voltage value magnitude.

According to paragraph 1,
Each of the plurality of driving units,
A modular multi-level converter that changes the on/off states of the selected second submodule and third submodule.

According to paragraph 1,
The exchange cycle control signal is generated once every half cycle,
The half cycle is half of one cycle,
The one cycle is a cycle in which the plurality of submodules included in each arm module are switched to generate a voltage having one alternating current waveform.

According to clause 14,
The exchange cycle control signal is a modular multi-level converter that is generated after the maximum peak voltage is generated by the maximum number of submodules turned on.

According to paragraph 1,
The exchange cycle control signal is a modular multi-level converter whose generation cycle is variably changed according to the degree to which the status information of each submodule is continuously identified and the submodule is maintained in a specific state.

In the control method of a modular multi-level converter including a plurality of arms each including a plurality of sub-modules and a plurality of driving units controlling each of the plurality of arms,
Aligning each of the plurality of submodules into one of a first submodule group and a second submodule group based on the status information of each of the plurality of submodules;
selecting a first submodule included in one submodule group of the first submodule group and the second submodule group based on the state difference value and the arm current value;
For state exchange between the first submodule group and the second submodule group, a second submodule adjacent to the selected first submodule and a submodule not included in the selected first submodule according to an exchange cycle control signal. selecting a third submodule included in the group; and
A control method of a modular multi-level converter comprising generating a gate control signal according to the states of the selected first to third submodules.

According to clause 17,
The step of selecting the first submodule is:
generating a selection control signal corresponding to a selection condition selected from among a plurality of preset selection conditions based on the state difference value and the arm current value; and
A method of controlling a modular multi-level converter comprising the step of selecting the first sub-module included in one of the first sub-module group and the second sub-module group according to the selection control signal.

According to clause 18,
The step of selecting the third submodule is,
When the exchange cycle control signal is received from the setting unit, selecting a second submodule adjacent to the selected first submodule and a third submodule included in a submodule group that does not include the selected first submodule. Control method of a modular multi-level converter including.

According to clause 17,
The exchange cycle control signal is generated once every half cycle,
The half cycle is half of one cycle,
The one cycle is a cycle in which the plurality of submodules included in each arm module are switched to generate a voltage having one alternating current waveform.