KR20030087340A - dirct current(D.C) power supply system used of revivable 3-level PWM converter, for electromotive car - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 회생용 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회생용 3레벨 컨버터(converter)에의한 안정적인 전압 공급작용으로서, 전동차량간의 이격거리를 줄이고, 전동차량 운행에 따른 안전성을 상승되도록 함과 동시에, 회생시 남는 전력은 전원으로 환원 되도록 하여 유용한 에너지 활용기능을 행할수 있도록 한 회생용 3레벨 전력변환기를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC power supply system for an electric vehicle using a regenerative three-level PWM converter. More particularly, the present invention relates to a stable voltage supply action by a regenerative three-level converter. The present invention relates to an electric vehicle DC power supply system using a regenerative three-level power converter that reduces power, increases safety due to electric vehicle operation, and at the same time, regenerates power remaining in the regeneration to power. .
일반적으로 널리 이용되고 있는 종래의 전동차량 직류(DC)전원 공급시스템(초퍼장치를 이용한 방식 또는 인버터 방식등)은 급전계통인 삼상 교류전원을 직류전력으로 정류하고, 이와같이 정류된 직류전력을 급전선을 통해 전동차량에 공급토록하므로서 이루어지게 되는 것인바;Conventional electric vehicle DC power supply systems (such as a chopper device or inverter method), which are widely used in general, rectify three-phase AC power as a feed system into DC power, and convert the rectified DC power into a power supply line. Will be made by supplying to the electric vehicle through;
이에, 전동차량이 회생 제동중이거나 정차역에 도착할때, 또는 하향 경사로를 주행하는 경우에 있어서는, 회생된 에너지에 의해 직류모선의 전압을 상승시키게 되는 것이다.Therefore, when the electric vehicle is regenerative braking, when it arrives at the station or when driving downhill, the voltage of the DC bus is increased by the regenerated energy.
하지만, 상기 회생된 에너지는 전동차량의 급전계통에 제한된 전압만 상승시키고 남는 에너지는 회생시키지 못하게 되는 것으로서, 이에 에너지를 다른 전동차에 의해 소모하지 않을 경우, 직류모선의 전압은 계속높아지며 전동차량 시스템의 각종기기에 악영향을 미치게 되는 것이었다.However, the regenerated energy increases only a limited voltage in the power supply system of the electric vehicle and does not regenerate the remaining energy. If the energy is not consumed by another electric vehicle, the voltage of the DC bus continues to increase and the electric motor system of the electric vehicle system It was to adversely affect the various devices.
또한, 상기 직류 모선의 전압이 DC1,500[V]인 국내 지하철의 경우, 회생에너지가 급전계통으로 회생되지 않음에 따라 회생에너지에 의해 직류모선의 전압을 상승시키게 되고, 또한, 직류모선의 전압이 운전상한 전압인 직류 1,800[V]를 초과하게 되면 각 전동차에서 회생된 에너지를 저항을 통하여 방출되게 하여 막대한 에너지를 소모되게 하는 것이었던바;In addition, in the case of the domestic subway with the DC bus voltage of DC1,500 [V], the regenerative energy is not regenerated into the feed system, so the voltage of the DC bus is increased by the regenerative energy, and the voltage of the DC bus is also increased. When the upper limit of the operating voltage of DC 1,800 [V] was exceeded, the energy regenerated in each electric vehicle was discharged through the resistor to consume enormous energy;
이에, 회생 전동차량 도입에 따른 급전 시스템으로서 회생에너지를 유효하게 이용하고, 회생 실효를 저감시키기 위한 시스템 구성의 개발을 절실한 해결과제로 남게 하는 것이었다Therefore, the effective use of the regenerative energy as a power supply system according to the introduction of the regenerative electric vehicle, and the development of a system configuration for reducing the regenerative effectiveness remains an urgent task.
한편. 또 다르게 전동차량 급전시스템의 일반적인 정류방식은. 도 1로 도시된 바와같이 3상전원, 변압기, 정류기, 차단기, 급전선의 구성을 채택한 방식으로서, 이는 전동차량의 전원으로 공급되는 교류(AC) 전력을 변압기와 3상 브릿지 정류회로에 의해 직류(DC) 전력으로 변환되게 하여, 이를 전동차량의 급전선에 공급하게 되는 것으로;Meanwhile. Alternatively, the general rectification method of electric vehicle power supply system. As shown in FIG. 1, a three-phase power source, a transformer, a rectifier, a circuit breaker, and a feeder line are adopted. The AC power supplied to the electric vehicle power is converted into a direct current by a transformer and a three-phase bridge rectifier circuit. DC) to be converted into electric power, thereby supplying it to the feeder of the electric vehicle;
이때, 교류를 직류로 변환함에 있어서는, 상기 정류회로를 최초에 6펄스 정류기, 그 이후에는 12펄스 정류기 방식을 채용토록 하여 이루어지게 하는 것이었 다.At this time, in converting AC into direct current, the rectifier circuit was initially adapted to adopt a 6-pulse rectifier and then a 12-pulse rectifier.
하지만, 상기 전동차량의 급전용으로 이용되는 종래의 6펄스 정류기 방식은, 통상 직류(DC)전력에 리플을 많이 포함하고 있는 것으로. 이는 운행되는 전동차량과 전동차량 사이의 이격거리가 가까울 경우 전압변동을 크게하여 전동차량의 보호장치를 동작되게하고, 이와같은 전동차량 보호장치의 동작으로서 운전중인 전동차량을 순간정지시키게 하는 문제점을 주는 것이었으며;However, the conventional six-pulse rectifier system used for power supply of the electric vehicle usually includes a lot of ripple in direct current (DC) power. This is because when the separation distance between the running vehicle and the electric vehicle is close, the voltage variation is increased to operate the protection device of the electric vehicle, and the operation of the electric vehicle protection device such as the operation of stopping the electric vehicle in operation as a problem. Giving;
또 다르게, 상기 전동차량의 급전용으로 이용되는 종래의 12펄스 정류기 방식은 전술한 6펄스 정류기 방식에 비해 어느정도 리플을 줄일수 있지만 운전중인 차량의 시격이 가까울 경우, 여전히 전압변동을 크게하여 전동차량의 신뢰성을 저하시키고, 전압회생 또한 불가하게 되는 상당한 차량운전상의 문제점을 갖게하는것이었다.In addition, the conventional 12-pulse rectifier method used for power supply of the electric vehicle can reduce the ripple to some extent compared to the above-mentioned 6-pulse rectifier method, but when the speed of the driving vehicle is close, the electric vehicle is still increased by increasing the voltage fluctuation. It is to reduce the reliability of the motor and to cause a considerable problem in driving the vehicle, which makes voltage regeneration impossible.
한편, 상기 전동차량으로 전력을 공급함에 있어 발생되는 종래 정류방식의 문제점을 보완한 것으로서, 근래에는 실리콘 제어 정류기(SCR: silicon controlled rectifier)를 이용한 급전방식 또한 일부 이용되고 있는 실정이다.On the other hand, as a supplement to the problems of the conventional rectification method generated when supplying power to the electric vehicle, in recent years, a power supply method using a silicon controlled rectifier (SCR) has also been used.
그러나, 상기 실리콘 제어 정류기를 이용한 급전방식은, 전력반도체 소자의 한계성으로 인해, 정전압제어와 완벽한 회생제어를 수행하지 못하고, 상당한 고조파를 발생되게 하는 것으로서, 이는 전자기기의 신뢰성에 악영향을 미치게 되는 등 전동차량 운전에 있어, 매우 비효율적인 문제점을 그대로 상존되게 하는 것이었다.However, the power feeding method using the silicon-controlled rectifier does not perform constant voltage control and perfect regenerative control due to the limitations of the power semiconductor element, and generates considerable harmonics, which adversely affects the reliability of the electronic device. In the operation of electric vehicles, the problem of very inefficiency remained.
따라서, 본 발명은 전동차량으로 전력을 공급함에 있어 발생되는 종래 정류방식의 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로;Therefore, the present invention was devised to solve the general problems of the conventional rectification method generated in supplying power to the electric vehicle;
본 발명의 목적은 전동차량의 운전중 발생되는 잉여분의 직류전력을 교류모선으로 회생토록 함과 동시에 고조파를 저감시키고, 또한, 상기 회생되는 전력을 고효율로 제어할수 있도록 한 회생용 3레벨 피더블유엠 컨버터를 이용한 전동차 직류(DC)전원 공급 시스템을 제공함에 있는 것이다.An object of the present invention is to regenerate the excess DC power generated during the operation of the electric vehicle to the AC bus and at the same time to reduce the harmonics, and to control the regenerative power with high efficiency, three-level feed-through converter for regenerative It is to provide a DC power supply system using an electric vehicle.
한편, 본 발명의 또 다른 목적으로는 회생용 3레벨 컨버터에 의한 안정적인 전압 공급작용으로서, 전동차량간의 이격거리를 줄이고, 전동차량 운행에 따른 안전성을 상승되도록 함과 동시에, 회생시 남는 전력은 전원으로 환원 되도록 하여 유용한 에너지 활용기능을 행할수 있도록 한 회생용 3레벨 피더블유엠 컨버터를 이용한 전동차 직류(DC)전원 공급 시스템을 제공함에 있는 것이다.On the other hand, another object of the present invention is to provide a stable voltage supply by the regenerative three-level converter, to reduce the separation distance between the electric vehicle, to increase the safety according to the operation of the electric vehicle, and at the same time the power remaining during the regeneration It is to provide an electric vehicle DC power supply system using a regenerative three-level feeder UEM converter to perform a useful energy utilization function to be reduced to.
이에, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;Thus, the specific means of the present invention for achieving the above object;
전원공급수단인 3상 교류전원과, 전압조절 수단인 변압기와, 교류전력에서 직류전력을 얻기위한 정류기와, 전기회로의 개폐수단인 차단기와, 전동차량에 전력을 공급하는 급전선으로 이루어진 전동차량 직류전원 공급 시스템에 있어서;Electric vehicle DC consisting of a three-phase AC power supply as a power supply means, a transformer as a voltage control means, a rectifier for acquiring DC power from AC power, a circuit breaker as an opening / closing means for an electric circuit, and a feeder line for supplying electric power to an electric vehicle. A power supply system;
상기, 정류기를 고역율의 순변환과 역변환 기능을 갖는 3레벨 피더블유엠(PWM : 펄스폭 변조) 컨버터로 구성하여, 전동차량의 전원으로 공급되는 교류전력을 직류전력으로 공급,회생 되도록 함으로서 달성된다.The rectifier is achieved by supplying and regenerating the AC power supplied to the electric vehicle's power source by DC power by constructing a three-level PWM (PWM) converter having a high power factor forward conversion and an inverse conversion function. .
도 1은 종래 전동차 직류전원 공급시스템과 본 발명에 따른 직류전원 공급시스템의 비교 구성도1 is a comparative configuration of a conventional DC power supply system and a DC power supply system according to the present invention
도 2는 본 발명에 따른 회생용 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템의 회로구성도2 is a circuit configuration diagram of a DC power supply system for an electric vehicle using a regenerative three-level FMB converter according to the present invention.
도 3은 본 발명에 적용되는 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 등가회로도FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a three-level dual PWM converter according to the present invention.
도 4는 본 발명에 적용되는 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 벡터도FIG. 4 is a vector diagram of a three-level flexible PWM converter according to the present invention.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 회로 구성도Figure 5 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예 구성을 이용한 운전 회로도6 is a driving circuit diagram using another embodiment configuration of the present invention;
도 7은 본 발명에 의한 동작상황을 시뮬레이션 결과도7 is a simulation result of the operating situation according to the present invention
이하, 본 발명에 따른 회생용 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of an electric vehicle DC power supply system using a regenerative three-level FMB converter according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 종래 전동차 직류전원 공급시스템과 본 발명에 따른 직류전원 공급시스템의 비교 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 회생용 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템의 회로구성도이며, 도 3은 본 발명에 적용되는 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 등가회로도이고, 도 4는 본 발명에 적용되는 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 벡터도로서 그 구성을 살펴보면;1 is a comparative configuration diagram of a conventional DC power supply system and a DC power supply system according to the present invention, Figure 2 is a circuit of a DC power supply system for an electric vehicle using a regenerative three-level FEM converter according to the present invention FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a three-level FEM converter applied to the present invention, and FIG. 4 is a vector diagram of a three-level FEM converter applied to the present invention.
전원공급수단인 3상 교류전원과, 전압조절 수단인 변압기와, 교류전력에서 직류전력을 얻기위한 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터와, 전기회로의 개폐수단인 차단기와, 전동차량에 전력을 공급하는 급전선을 상호 연계토록 함으로서 구성되는 것이다.It supplies power to three-phase AC power supply as a power supply means, a transformer as a voltage regulating means, a three-level PWM converter for obtaining DC power from AC power, a circuit breaker as a means of opening and closing an electric circuit, and an electric vehicle. It is configured by interconnecting feeders.
이때, 상기 3상 교류전원은 전동차량을 운전하기 위한 통상의 에너지 공급원으로서, 이와같은 3상 교류전원은 발전기의 구동에 의해 전기에너지를 발생되도록하여, 이를 전동차량에 송전되게하는 일반적 구성을 취하는 것이다.At this time, the three-phase AC power source is a conventional energy supply source for driving the electric vehicle, such a three-phase AC power source to take the general configuration to generate electric energy by driving the generator, so that it is transmitted to the electric vehicle. will be.
또한, 상기 변압기는 전술한 3상 교류전원으로 부터 교류 전력을 받아 전자 유도작용에 의해 다른 회로에 전력을 공급토록 하는 통상의 정지기기로서, 이와같은 변압기를 본 발명에 적용함에 있어서는 도 2로 도시된 바와같이 전력공급용 변압기와 컨버터용 변압기로 구비되게 함이 바람직하다.In addition, the transformer is a conventional stop device that receives the AC power from the above-described three-phase AC power source to supply power to other circuits by electromagnetic induction action, which is shown in Figure 2 in applying such a transformer to the present invention. It is desirable to be provided with a power supply transformer and a converter transformer as shown.
또한, 상기 3레벨 피더블유엠 (PWM) 컨버터는 사용전력을 고역율로 순변환 및 역변환되게하여 전력을 공급토록 하는 제어방식으로서, 이와같은 3레벨 피더블유엠 (PWM) 컨버터는 도 2로 도시된 바와같이 리액터를 사이에 두고 교류전원과 결합하는 구조를 취하도록 함이 바람직하다.In addition, the three-level PWM converter is a control method for supplying power by forward-converting and inversely converting power to a high power factor, such a three-level PWM converter is illustrated in FIG. 2. As described above, it is preferable to take a structure in which a reactor is interposed therebetween and connected to an AC power source.
이때, 상기와 같은 구조를 갖는 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터는 입력전류를 정현적으로 제어할 수 있는 기능으로서 입력전류의 저차 고조파 성분을 감소시키고, 입력전압과 동상으로 입력전류를 제어하여 역률을 좋게 함은 물론. 직류(DC) 전압을 승압 시킬 수 있고 , 또한 부하의 변동에 대해 일정하게 유지 할 수 있으 며, 상기 부하 측의 잉여전력을 직류(DC )전압의 변동 없이 교류 전원측으로 회생시킬 수 있는 작용을 행하게 되는 것이다.At this time, the three-level PWM converter having the structure as described above is a function capable of controlling the input current sinusoidally, reducing the lower harmonic components of the input current, and controlling the input current by the input voltage and the in phase to power factor. Of course. It can boost the DC voltage and keep constant against load fluctuations, and perform the function of regenerating the surplus power of the load side to the AC power supply side without changing the DC voltage. Will be.
또한, 상기 차단기는 전동차량 운전을 위해 공급되는 전력을 필요에 따라 제어하는 수단으로서, 이와같은 차단기는 전기회로의 개폐나 접속상태를 변경토록 하는 통상의 구성을 취하는 것이다.In addition, the breaker is a means for controlling the power supplied for the operation of the electric vehicle as necessary, such a breaker has a conventional configuration to change the opening and closing of the electric circuit or the connection state.
또한, 상기 급전선은 철도차량 운전에 필요한 전력을 공급하는 수단으로서, 이와같은, 급전선은 통상 변전소로부터 전력을 공급하기 위해 도 1로 도시된 바와같이 전차선과 평행하게 설치되는 전선(궤전선)구조로 형성하는 것이다.In addition, the feed line is a means for supplying the power required for the operation of the railway vehicle, such a feed line is formed of a wire (coupling line) structure is installed in parallel with the tram line as shown in Figure 1 for supplying power from the substation. It is.
따라서, 상기 3상 교류전원과, 변압기와, 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터와, 차단기와, 급전선등 일련의 회로적 연결관계로 이루어지는 본 발명에 따른 회생용 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템은;Therefore, the regenerative three-level PWM converter according to the present invention includes a three-phase AC power supply, a transformer, a three-level PWM converter, a circuit breaker, and a power supply line. The electric vehicle DC power supply system using;
최초 3상 교류전원을 통해 교류전원을 공급하게 되면, 변압기를 통해 상기 공급되는 교류전원을 전자기유도작용에 의해 본 발명의시스템에 적합한 교류전압으로 변환하게 되고, 이와같이 변환된 교류전압은 본 발명의 요지 구성인 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터에 의해 직류전압으로 변환되어, 차단기에 의한 회로 단속관계로서 급전선을 통해 전동차량 운전에 필요한 직류(DC) 1500V와 직류(DC) 750V의 전력을 선택적으로 공급하게 되는 것이다.When the AC power is supplied through the first three-phase AC power, the AC power supplied through the transformer is converted into an AC voltage suitable for the system of the present invention by an electromagnetic induction action. It is converted into DC voltage by 3 level PWM converter, which is the main structure, and selectively selects DC (DC) 1500V and DC (750V) 750V power required for electric vehicle operation through feeder line as a circuit breaker relationship by circuit breaker. Will be supplied.
이때, 본 발명에 적용되는 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터는 상기 3상 교류전원에 설치되어 있는 변압기의 설비용량에 유효하게 사용할 수 있는 조건으로 운전되는 것으로, 이에 본 발명에 적용되는 3레벨 피더블유엠 (PWM) 컨버터는 3상 교류전원의 전압과 전류를 동위상으로 유지하는 역률 1의 운전 상태를 유지되도록 함이 바람직하다At this time, the three-level PWM converter applied to the present invention is operated under conditions that can be effectively used for the facility capacity of the transformer installed in the three-phase AC power source. WM converter is preferably to maintain the operating state of the power factor 1 to maintain the voltage and current of the three-phase AC power source in phase.
또한 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터는 자체적으로 변환용량에 대하여 각 소자에 흐르는 전류값을 가장 적은 상태로 유지되게 하므로 전력용 반도체 소자를 가장 유효하게 사용하는 이상적인 운전방법을 제공하게 되는 것이다.In addition, the three-level PWM converter maintains the minimum current value flowing in each device with respect to the conversion capacity, thereby providing an ideal operation method that most effectively uses the power semiconductor device.
즉, 이를 구체적으로 살펴보면;That is, look at it in detail;
전원측은 유도성이기 때문에 스위치의 역병렬 다이오드를 통해 전류는 순간적으로 환류하며 도통하던 스위치를 소호시키고. 또한 스위칭 소자는 피더블유엠 (PWM) 변조방식으로 전류의 크기와 위상을 제어하고, 전원전류를 정현파에 가깝게 하여 고조파성분을 제거하여 고역률 운전이 되도록 하며, 부하측 전압 Vdc가 일정하게 유지되도록 전원전류 is를 제어하게 되는 것으로, 이에 도 3은 전원전압es, 3레벨 컨버터의 교류측 입력전압을Vc 라고 했을 때의 전원과 3레벨 컨버터의 등가회로를 나타내는 것이고, 도 4는 3레벨 컨버터로 흐르는 전류 is를 전원전압 es와 동상으로 유지할 경우의 전원전압과 전류벡터를 나타내는 것이다.Since the power side is inductive, current flows back through the switch's anti-parallel diodes to extinguish the conducting switch. In addition, the switching element controls the magnitude and phase of the current by the PWM modulation method, closes the power current to the sine wave, removes harmonic components, and operates at high power factor, and maintains the load side voltage V dc to be constant. to be control of the current i s, in Figure 3 the power supply voltage e s, will when said AC-side input voltage of the three-level converter Vc power and an equivalent circuit of a three-level converter, 4 is 3-level converter This figure shows the power supply voltage and current vector when the current i s flowing in is kept in phase with the power supply voltage e s .
또한, 도 4는 정상상태시 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 구동운전과 회생운전시의 전압 및 전류 벡터도로서, 전원과 변환기사이에 있는 교류리액터의 전압강하를 전원과 90도의 위상차를 유지하고 있다.FIG. 4 is a voltage and current vector diagram of the driving and regenerative operation of the three-level PWM converter in a steady state. The voltage drop of the AC reactor between the power supply and the converter maintains a phase difference of 90 ° from the power supply. Doing.
교류측 입력전압Vc는 전원전압es에 대하여 a만큼의 위상차를 가지며 이 a각을 제어함으로서 교류측 입력전압Vc와 리액터 전압VL을 제어할 수 있다.The AC side input voltage Vc has a phase difference of a with respect to the power source voltage e s , and the AC side input voltage Vc and the reactor voltage V L can be controlled by controlling the angle a.
따라서, 전원전압es와 전원전류is는 동상이 되어 고역률운전이 이루어진다. 만약 교류측 입력전압 Vc가 전원전압 es보다 지상이면 전원측에서 3레벨 컨버터로 전력이 전달되어 순변환특성(구동운전)을 갖게되며,또 다르게 교류측 입력전압 Vc가 es보다 진상이면 반대로 3레벨 컨버터에서 전원으로 전력이 공급되는 회생운전이이루어지게 되는 것이다.Therefore, the power supply voltage e s and the power supply current i s become in phase and high power factor operation is performed. If the AC through the input voltage Vc is delivered power to the three-level converter in the power supply side when the ground than the power supply voltage e s will have a net conversion characteristics (driving operation), alternatively if the ac side input voltage Vc is the fast than e s contrary 3 A regenerative operation is performed in which power is supplied from the level converter to the power supply.
그러므로, 3레벨 컨버터의 교류측 입력전압Vc는 전원전압es에서 리액터 전압을 뺀 전압 벡터를 유지하여야 한다. 즉 도 4의 벡터도를 항상 직각 3각형으로 유지하도록 하여야 하는 것이다.Therefore, the AC input voltage Vc of the three-level converter must maintain the voltage vector subtracted from the reactor voltage from the supply voltage e s . That is, the vector diagram of FIG. 4 should always be maintained as a right triangle.
또한, 교류전류는 리액터와 리액터 양단전압에 의하여 결정되며 리액터전압은 전원전압과 3레벨 컨버터의 교류측 입력전압의 차가되므로,이에 교류전류는 컨버터의 피더블유엠(PWM) 변조율과 변조파의 위상 및 직류전압에 의하여 제어 가능하게 되는 것이다.In addition, the AC current is determined by the voltage between the reactor and the reactor, and since the reactor voltage is the difference between the power supply voltage and the AC input voltage of the three-level converter, the AC current corresponds to the PWM modulation rate of the converter and the phase of the modulation wave. And it becomes controllable by DC voltage.
또한 도3의 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터 등가회로도와 도 4의 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 벡터도로 부터In addition, the equivalent circuit of the three-level PWM converter of FIG. 3 and the vector diagram of the three-level PWM converter of FIG.
이므로Because of
가 되는 것으로. 이때, α는 전원전압es와 입력전압 Vc의 위상차이고, 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 변환전력은 교류측에서의 입력전력이므로To be. At this time, α is the phase difference between the power supply voltage e s and the input voltage Vc.
이 되는 것이다.It will be.
또한, 상기 식(1-3)와 식(1-4)을 정리하면 다음식(1-5)가 성립되는 것으로In addition, summarizing the above formulas (1-3) and (1-4) to the following formula (1-5)
이에, 상기 식(1-5)는 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 변환전력을 나타낸 식으로서, 이를 식(1-3)와 식(1-4)을 함께 고려하면 변환용량은 교류리액터의 인덕턴스의 크기와 위상각 α에 의하여 결정됨을 알 수 있는 것이다.Therefore, Equation (1-5) represents the conversion power of the three-level PWM converter. Considering Equation (1-3) and Equation (1-4) together, the conversion capacity of the AC reactor is It can be seen that it is determined by the magnitude of the inductance and the phase angle α.
한편, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 회로 구성도로서, 이와같은 또 다른 실시예로서의 본 발명은 절연게이트 양극성 트랜지스터(IGBT)로 구성된 2대의 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 구조로 이루어지게 되는 것이다.FIG. 5 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention. The present invention as still another embodiment of the present invention has a structure of two three-level PWM converters composed of insulated gate bipolar transistors (IGBTs). Will be done.
이에, 또 다른 실시예로서의 본 발명은, 입력변압기에 2대의 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터가 연결되어 3레벨 인버터가 출력할수 있는 19개 출력전압벡테는 0, ±Vdc/6, ±Vdc/3, ±Vdc/2로서 총 7개의 준위를 갖게되며, 스위칭 상태가 변화하였을 때의 스위칭함수(Vsn)의 변화율, dVsn/dt는 ±Vdc/6로 기존 3레벨 인버터의 경우에 비하여 1/2이되는 것이다. 그러므로 전압분담이 적어 장치의 신뢰성이 향상되고, 정현파 전류제어가 가능하므로 고조파 저감을 할 수 있게 되는 것이다.Thus, as another embodiment of the present invention, two three-level PWM converters are connected to the input transformer, and the 19 output voltage vectors that the three-level inverter can output are 0, ± Vdc / 6, and ± Vdc / 3. , ± Vdc / 2, which has a total of seven levels, and the rate of change of the switching function (Vsn) when the switching state changes, dVsn / dt is ± Vdc / 6, which is 1/2 of that of the conventional three-level inverter. Will be. Therefore, since the voltage sharing is small, the reliability of the device is improved and the sine wave current control is possible, so that harmonics can be reduced.
이상, 본 발명에 따른 회생용 3레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템은 전동차량의 운전중 발생되는 잉여분의 직류전력을 교류모선으로 회생토록 함과 동시에 고조파를 저감시키고, 또한, 상기 회생되는 전력을 고효율로 제어할수 있도록 한 것이며;As described above, the electric vehicle DC power supply system using the regenerative three-level FWM converter according to the present invention allows the excess DC power generated during the operation of the electric vehicle to be regenerated by an AC bus, and at the same time, reduces harmonics. To control the regenerative power with high efficiency;
또 다르게 레벨 컨버터에 의한 안정적인 전압 공급작용으로서, 전동차량간의 이격거리를 줄이고, 전동차량 운행에 따른 안전성을 상승되도록 함과 동시에, 회생시 남는 전력은 전원으로 환원 되도록 하여 유용한 에너지 활용기능을 행할수 있도록 한 것으로, 국가적인 차원에 있어 매우 유용한 기대효과를 제공하게 되는 것이다.In addition, as a stable voltage supply action by the level converter, it is possible to reduce the separation distance between the electric vehicles, increase the safety according to the operation of the electric vehicles, and at the same time, the remaining power during regeneration is reduced to the power source to perform useful energy utilization functions. It would provide very useful expectations at the national level.
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