KR20160008753A - Switching control method of modular multilevel converter for voltage balancing of sub-module group - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 서브 모듈들을 그룹화하여 그룹별로 스위칭될 모듈 수를 할당하므로 각 서브 모듈의 전압 값을 소팅하는데 드는 시간을 대폭 줄일 수 있고, 최대 또는 최소 전압을 갖는 서브 모듈 그룹에 추가로 스위칭될 모듈을 할당하여 그룹간의 전압 밸런싱을 유지할 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a switching method of a modular multilevel converter, more specifically, by allocating the number of modules to be switched by groups by grouping submodules, time for sorting the voltage values of the submodules can be greatly reduced, The present invention relates to a switching method of a modular multilevel converter capable of maintaining voltage balancing among groups by allocating modules to be switched to a submodule group having a maximum or minimum voltage.
모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC:modular multilevel converter)는 전압을 충전 또는 방전할 수 있는 복수의 서브 모듈이 직결되어 복수레벨의 전압을 발생시킬 수 있는 컨버터이다.A modular multilevel converter (MMC) is a converter capable of generating a plurality of levels of voltage by directly connecting a plurality of submodules capable of charging or discharging a voltage.
도 1은 일반적인 모듈형 멀티레벨 컨버터를 보여주는 것으로 3상 모듈형 멀티레벨 컨버터이다.Figure 1 shows a typical modular multilevel converter, which is a three-phase modular multilevel converter.
도 1을 참조하면 일반적인 모듈형 멀티레벨 컨버터(10)는 각 상마다 서브 모듈(SM:Sub module) 또는 셀(cell)이라 불리는 단위 모듈 N개가 상암과 하암에 직결되며, 상암과 하암이 하나의 암(arm)을 구성한다.Referring to FIG. 1, in a general modular
또한, 도시하지는 않았으나 상기 서브 모듈들의 스위치를 온/오프하기 위한 스위칭 제어기가 포함된다.In addition, although not shown, a switching controller for turning on / off the switches of the submodules is included.
상기 서브 모듈의 공칭(nominal) 값은 전체 직류 단 전압을 n등분한 값이며, 한 암에서 출력되는 전압은 각 서브 모듈에서 출력되는 전압의 합과 같다.The nominal value of the submodule is the value obtained by dividing the total DC voltage by n, and the voltage output from one arm is equal to the sum of the voltages output from each submodule.
또한, 출력단(VDC)을 중심으로 상암과 하암이 연결되어 하나의 레그(leg)를 구성하게 되는데 각 암에는 전체 직류 단 전압원과 각 서브 모듈 간의 전압원 및 출력단의 전압원과 각 서브 모듈 간의 전압원의 충돌을 방지하기 위해 인덕터(LS)가 구비된다.In addition, the upper and lower arms are connected to the output terminal (V DC ) to constitute one leg. In each arm, a voltage source of the voltage source and the output terminal between the DC direct voltage source and each submodule, An inductor L S is provided to prevent collision.
이러한 인덕터(암 인덕터)는 각 서브 모듈들이 동일한 전류원을 공유할 수 있도록 하며, 전체 직류단의 단락(short-circuit) 사고 시, 암에 흐르는 단락 전류의 급격한 증가를 방지하는 역할을 한다.These inductors (arm inductors) allow each submodule to share the same current source, and prevent sudden increase in short-circuit current flowing through the arm in the event of a short-circuit in the entire DC stage.
또한, 상기 각 서브 모듈(11)은 하나의 전압원(11a,vc)과 하나의 스위치(11b)로 등가화할 수 있으며, 상기 스위치(11b)는 상기 전압원(11a)을 암에 연결하거나 바이패스를 형성하며, '온'될 경우, 전류의 방향에 따라 상기 전압원(11a)이 충전 또는 방전되게 한다.In addition, each of the
또한, 상기 각 서브 모듈(11)은 두 개의 스위치와 하나의 커패시터로 구성되는 하프 브리지(Half-bridge) 형태의 모듈(12)일 수 있고, 풀 브리지(full-bridge) 형태의 모듈일 수 있으나 하나의 전압원과 하나의 스위치로 등가화할 수 있는 어떠한 회로구성도 가능하다.Each of the
한편, 모듈형 멀티레벨 컨버터는 아래의 세 가지 조건을 만족하도록 스위칭이 이루어져야 한다.On the other hand, the modular multilevel converter must be switched to satisfy the following three conditions.
조건 1, 출력전압이 원하는 레벨전압을 발생시킬 수 있어야하고, 조건 2, 각 서브 모듈의 전압은 밸런싱(balancing)이 유지되어야 하며, 조건 3, 조건 1과 조건 2를 만족하면서 스위칭 변동이 최소화되어야 한다.Condition 1, the output voltage must be able to generate the desired level voltage, Condition 2, the voltage of each submodule must be balanced, and the switching variation must be minimized while satisfying Condition 3, Condition 1 and Condition 2 do.
전압레벨이 '0'또는 'N'인 경우 상암의 서브 모듈이 모두 '온'되거나 '오프'되어야하므로 스위칭의 해는 유일하나 다른 전압레벨에서는 다양한 조합의 스위칭함수가 존재한다. 따라서, 이러한 스위칭 함수 중, 조건 2와 조건 3을 만족하는 스위칭 방식의 연구가 활발하다.If the voltage level is '0' or 'N', the submodule of the sagittal must be 'on' or 'off', so the solution of switching is only one, but there are various combinations of switching functions at different voltage levels. Therefore, among these switching functions, switching systems that satisfy Condition 2 and Condition 3 are actively studied.
또한, 조건 1을 만족시키기 위해서는 원하는 전압레벨의 수만큼 상암의 서브 모듈의 스위치가 '온'되어야한다.In order to satisfy the condition 1, the switch of the sub-module of the upper arm must be turned on by the number of the desired voltage level.
또한, 조건 2를 만족시키기 위해서는 충전 모드 또는 방전 모드에 따라 '온'되어야 하는 서브 모듈이 선택되어야 하고, 충전 모드에서는 서브 모듈들 중, 전압 값이 최소인 모듈을 포함하여, 순차적으로 큰 전압 값을 갖는 서브 모듈 순으로 스위치가 '온'되어야 한다.In order to satisfy the condition 2, a submodule to be turned on according to a charging mode or a discharging mode must be selected. In the charging mode, a submodule having a minimum voltage value, The switch must be turned 'on'
또한, 방전 모드에서는 전압 값이 최대인 서브 모듈을 포함하여 전압 값이 큰 순서로 서브 모듈의 스위치가 '온'되어야 한다.Also, in the discharge mode, the submodule switch must be turned on in order of the voltage value including the submodule having the maximum voltage value.
도 2는 종래의 스위칭 방법의 일례이다.2 is an example of a conventional switching method.
도 2를 참조하면, 종래의 스위칭 방법은 먼저, 지령치 전압레벨을 입력받고(S100), 현재 전압레벨과 지령치 전압레벨이 차이가 있는지 판단한다(S200).Referring to FIG. 2, the conventional switching method first receives a setpoint voltage level (S100), and determines whether there is a difference between a current voltage level and a setpoint voltage level (S200).
만약, 현재 전압레벨과 지령치 전압레벨의 차이가 없다면, 현재의 스위칭 상태를 유지하고(S30), 차이가 있을 경우, 충전 모드인지 방전 모드인지 판단한다(S40).If there is no difference between the current voltage level and the set value voltage level, the current switching state is maintained (S30). If there is a difference, the charging mode or the discharging mode is determined (S40).
이때 모드의 판단은 전류 또는 전압의 방향측정을 통해 이루어질 수 있고, 암 전류가 (+)일 경우 방전 모드이고, 암 전류가 (-)일 경우 충전 모드이다.In this case, the determination of the mode can be performed by measuring the direction of the current or voltage, the discharge mode when the dark current is positive, and the charging mode when the dark current is negative.
다음, 모든 서브 모듈의 전압 값을 읽어들이고, 전압 값이 큰 순서 또는 낮은 순서로 서브 모듈의 번호를 소팅(sorting)하며, 충전 모드일 경우, 전압 값이 가장 낮은 서브 모듈부터 오름차순으로 지령치 전압레벨만큼의 서브 모듈들의 스위치를 '온'하고 나머지 서브 모듈들의 스위치는 '오프'한다(S50).Next, the voltage values of all the submodules are read, and the number of the submodules is sorted in a descending order of the voltage value or in a descending order. In the case of the charging mode, the submodule having the lowest voltage value is read in ascending order from the setpoint voltage level The switches of the sub-modules are turned on and the switches of the remaining sub-modules are turned off (S50).
예를 들어, 지령치 전압레벨이 3레벨일 경우, 전압 값이 가장 낮은 서브 모듈을 포함하여 오름차순으로 세 개의 서브 모듈의 스위치를 '온'한다.For example, if the setpoint voltage level is three levels, the three submodules are switched on in ascending order, including the lowest voltage submodule.
만약, 방전 모드일 경우, 전압 값이 가장 높은 서브 모듈부터 내림차순으로 지령치 전압레벨만큼의 서브 모듈들의 스위치를 '온'하고, 나머지 서브 모듈은 '오프'한다(S60).In the discharge mode, the submodules of the set voltage level are turned on in the descending order from the submodule having the highest voltage value, and the remaining submodules are turned off (S60).
이러한 스위칭 방법은 최대 또는 최소 전압 값을 갖는 서브 모듈을 포함하여 스위칭이 가능하므로 리플을 최소화할 수 있으나 레벨수가 증가할 경우 전압 값을 소팅하기 위한 시간이 기하급수적으로 증가하여 스위칭 제어기의 연산에 큰 부담으로 작용한다.This switching method can minimize the ripple because the submodule having the maximum or minimum voltage value can be switched. However, when the number of levels increases, the time for sorting the voltage value exponentially increases, It acts as a burden.
더욱 자세하게는 한 암에 대해 전압 값을 소팅하기 위한 비교문의 수는 아래의 수학식 1과 같고, 상암 및 하암의 전압 값을 소팅하기 위한 비교문의 수는 아래의 수학식 2와 같다.More specifically, the number of comparison statements for sorting the voltage values for one arm is represented by Equation 1 below, and the number of comparison statements for sorting the voltage values of the upper and lower arms is represented by Equation 2 below.
여기서, N은 전체 서브 모듈의 개수이다.Here, N is the total number of submodules.
도 3는 종래의 스위칭 방법의 다른 예이다.3 is another example of a conventional switching method.
도 3을 참조하면, 종래의 스위칭 방법의 다른 예는 전압 밸런싱을 유지하면서 스위칭 주파수를 최소화하기 위한 것으로, 먼저, 지령치 전압레벨을 입력받고(S100), 현재 전압레벨과 지령치 전압레벨의 차이가 있는지 판단하여(S200), 차이가 없을 경우, 현재 스위칭 상태를 위치하고(S300), 차이가 있을 경우, 지령치 전압레벨이 현재 전압레벨보다 증가하는지 감소하는지 판단한다(S400).Referring to FIG. 3, another example of a conventional switching method is for minimizing the switching frequency while maintaining voltage balancing. First, a command voltage level is input (S100), and if there is a difference between a current voltage level and a setpoint voltage level If there is no difference, the current switching state is located (S300). If there is a difference, it is determined whether the command value voltage level is higher or lower than the current voltage level (S400).
전압 레벨이 증가할 경우, 충전 모드인지 방전 모드인지 판단하고(S500), 방전 모드일 경우, 스위치가 '온'된 서브 모듈들은 스위칭 상태를 그대로 유지하고, 스위치가 '오프'된 서브 모듈들 중, 전압 값이 최대인 서브 모듈을 포함하여 전압 값의 내림차순으로 전압 레벨 증가분만큼의 서브 모듈의 스위치를 '온'한다(S510).If the voltage level is increased, it is determined whether the charging mode or the discharging mode is selected (S500). In the case of the discharging mode, the submodules whose switches are turned on remain unchanged, , The switch of the submodules corresponding to the increase of the voltage level in the descending order of the voltage value including the submodule whose voltage value is the maximum is turned on (S510).
즉, 종래의 스위칭 방법의 일례와 비교하여 모든 서브 모듈의 스위칭을 '오프'한 후, 다시 '온'하는 것이 아니므로 스위칭 주파수를 최소화할 수 있다.That is, the switching frequency of the submodules can be minimized since the switching of all the submodules is not 'off' and then 'on' as compared with the conventional switching method.
또한, 충전 모드일 경우, 스위치가 '온'된 서브 모듈의 스위칭 상태는 그대로 유지하고, 스위치가 '오프'된 서브 모듈들 중, 전압 값이 최소인 서브 모듈을 포함하여 전압 값의 오름차순으로 전압 레벨 증가분만큼의 서브 모듈의 스위치를 '온'한다(S520).Also, in the charging mode, the switching state of the submodule in which the switch is turned on is maintained, and the submodule having the minimum voltage value among the submodules whose switches are 'off' The switch of the sub-module corresponding to the level increment is turned on (S520).
전압 레벨이 감소할 경우에는 충전 모드인지 방전 모드인지 판단하고(S600), 방전 모드일 경우, 스위치가 '온'된 서브 모듈들 중에서 전압 값이 최소인 서브 모듈을 포함하여 전압 값의 오름차순으로 전압 레벨의 변화분만큼의 서브 모듈의 스위치를 '오프'한다(S610).If the voltage level is decreased, it is determined whether the charging mode is the discharging mode or the discharging mode (S600). If the voltage level is lower than the voltage level of the submodule, The switch of the sub-module is turned off by the amount of change of the level (S610).
또한, 충전 모드일 경우, 스위치가 '온'된 서브 모듈들 중에서 전압 값이 최대인 서브 모듈을 포함하여 전압 값의 내림차순으로 전압 레벨의 변화분만큼 서브 모듈의 스위치를 '오프'한다(S620).In the charging mode, the switch of the submodule is turned off by a voltage level change in descending order of the voltage value including the submodule whose voltage value is the maximum among the submodules whose switches are turned on (S620) .
따라서, 전압 밸런싱은 유지하면서도 스위칭 횟수는 최소화할 수 있는 장점이 있다.Therefore, the number of switching times can be minimized while maintaining voltage balancing.
그러나, 이 경우에도 전압 레벨의 변화가 커질 경우, 전압 값을 소팅하기 위한 시간이 증가하는 단점이 있다.
However, also in this case, there is a disadvantage that the time for sorting the voltage value increases when the change in the voltage level becomes large.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 모듈의 전압값 비교를 위한 소팅의 횟수를 최소화하여 연산 시간을 단축할 수 있고 동시에 전압 밸런싱은 유지할 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법을 제공하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a switching method of a modular multilevel converter capable of shortening a calculation time and maintaining voltage balancing while minimizing the number of sorting operations for comparing voltage values of modules I have to.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하나의 스위치와 전압원으로 등가화되는 복수의 서브 모듈이 직결된 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC:Modular Multilevel Converter)의 스위칭 방법으로서, 상기 서브 모듈들을 동일한 개수의 서로 다른 서브 모듈들로 이루어지는 복수 개의 서브 모듈 그룹으로 구분하는 단계; 스위칭 제어기가 지령치 전압레벨을 입력받고, 현재 전압레벨과 지령치 전압레벨을 비교하는 단계; 상기 현재 전압레벨과 상기 지령치 전압레벨이 서로 동일할 경우 상기 스위칭 제어기는 상기 각 서브 모듈의 스위칭 상태를 현재 스위치 상태를 유지하고, 그렇지 않을 경우, 상기 지령치 전압레벨을 상기 서브 모듈 그룹의 개수로 나누어 나눈 몫을 각 서브 모듈 그룹의 스위칭될 모듈 수(이하, '스위칭 모듈 수'라 함)로 산출하는 단계; 및 상기 스위칭제어기가 상기 스위칭 모듈 수만큼 상기 각 서브 모듈 그룹 내의 스위치가 '온'되게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of switching a modular multilevel converter (MMC) in which a plurality of submodules equivalent to one switch and a voltage source are directly connected, Dividing a plurality of submodule groups into different submodules; The switching controller receiving the setpoint voltage level and comparing the current voltage level with the setpoint voltage level; The switching controller maintains the current switching state of each of the submodules when the current voltage level is equal to the set value voltage level and divides the commanded voltage level into the number of the submodule groups if not, Calculating a divided quotient by the number of modules to be switched (hereinafter, referred to as 'number of switching modules') of each sub-module group; And causing the switching controller to turn on the switches in each of the sub-module groups by the number of the switching modules.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 스위칭 모듈 수를 산출하는 단계는, 상기 지령치 전압레벨을 상기 서브 모듈 그룹의 개수로 나눈 나머지를 스위칭될 추가 모듈 수(이하, '추가 스위칭 모듈 수'라 함)로 산출하는 과정을 더 포함한다.In a preferred embodiment, the step of calculating the number of switching modules may include calculating a remainder obtained by dividing the command value voltage level by the number of the submodule groups by the number of additional modules to be switched (hereinafter, referred to as 'additional switching module number') . ≪ / RTI >
바람직한 실시예에 있어서, 상기 스위치를 '온'되게 하는 단계는, 합산 전압이 최대 또는 최소인 서브 모듈 그룹 내의 스위치가 상기 추가 스위칭 모듈 수만큼 추가로 더 '온'되게 한다.In a preferred embodiment, the step of turning the switch "on" causes the switch in the submodule group with the summed voltage being at the maximum or the minimum to be further 'turned on' by the number of additional switching modules.
바람직한 실시예에 있어서, 방전모드일 경우, 합산 전압이 최대인 최대 전압 서브 모듈 그룹 내의 스위치가 상기 추가 스위칭 모듈 수만큼 '온'되게 하고, 충전모드일 경우, 합산 전압이 최소인 최소 전압 서브 모듈 그룹 내의 스위치가 상기 추가 스위칭 모듈 수만큼 '온'되게 한다.In a preferred embodiment, in the discharge mode, the switches in the maximum voltage submodule group with the maximum summing voltage are ' ON ' the number of said further switching modules, and in the case of the charging mode, The switches in the group are turned on by the number of the additional switching modules.
또한, 본 발명은 상기 스위칭 방법을 수행하는 스위칭 제어기; 및 상기 스위칭 제어기에 의해 제어되는 모듈형 멀티레벨 컨버터;를 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터 장치를 더 제공한다.The present invention also provides a switching controller for performing the switching method. And a modular multi-level converter controlled by the switching controller.
또한, 본 발명은 상기 스위칭 제어기가 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 스위칭 방법을 수행하도록 기능하게 하는 스위칭 제어 프로그램이 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 더 제공한다.The present invention further provides a computer-readable recording medium having stored thereon a switching control program for causing the switching controller to perform the switching method according to any one of claims 1 to 4.
또한, 본 발명은 상기 스위칭 방법을 수행하도록 기능하게 하는 스위칭 제어 프로그램이 임베디드된 스위칭 제어기를 더 제공한다.
In addition, the present invention further provides a switching controller in which a switching control program that functions to perform the switching method is embedded.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.
본 발명의 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법에 의하면, 서브 모듈을 그룹화하여 스위칭될 모듈의 개수를 할당하므로 모듈 간의 전압값 비교를 위한 소팅의 횟수를 줄여 연산 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.According to the switching method of the modular multilevel converter of the present invention, since the number of modules to be switched is allocated by grouping the submodules, there is an advantage that the number of times of sorting for comparing the voltage values between the modules is reduced and the operation time can be shortened.
또한, 본 발명의 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법에 의하면, 방전 모드에서는 최대 전압 서브 모듈 그룹에 스위칭될 모듈의 수를 추가로 할당하고, 충전 모드에서는 최소 전아 서브 모듈 그룹에 스위칭될 모듈의 수를 추가로 할당하므로 그룹간의 전압 밸런싱은 유지할 수 있는 장점이 있다.
Further, according to the switching method of the modular multilevel converter of the present invention, the number of modules to be switched to the maximum voltage submodule group is further allocated in the discharge mode, and the number of modules to be switched to the minimum number of submodule groups The voltage balancing between the groups can be maintained.
도 1은 일반적인 모듈형 멀티레벨 컨버터를 보여주는 도면,
도 2는 종래의 스위칭 방법의 일례를 보여주는 흐름도,
도 3은 종래의 스위칭 방법의 다른 예를 보여주는 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 방법의 그룹 구분을 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 방법의 흐름도이다.1 is a diagram illustrating a typical modular multilevel converter,
2 is a flowchart showing an example of a conventional switching method,
3 is a flowchart showing another example of a conventional switching method;
4 is a view for explaining a grouping of a switching method according to an embodiment of the present invention,
5 is a flowchart of a switching method according to an embodiment of the present invention.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
본 발명의 스위칭 방법은 도 1에서 도시한 모듈형 멀티레벨 컨버터(10)의 서브 모듈들(11)을 스위칭하기 위한 것이다.The switching method of the present invention is for switching the
또한, 본 발명의 스위칭 방법은 상기 서브 모듈(11)의 스위치(11b)로 스위칭 신호를 출력하는 스위칭 제어기(도시하지 않음)에 의해 수행되고, 상기 스위칭 제어기는 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(10)와 함께 하나의 모듈형 멀티레벨 컨버터 장치로 제공될 수 있다.The switching method of the present invention is performed by a switching controller (not shown) that outputs a switching signal to the
또한, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터 장치는 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(10)의 암 전압 또는 암 전류의 방향 및 서브 모듈의 전압 값을 측정하기 위한 센서장치가 포함될 수 있다.The modular multilevel converter device may also include a sensor device for measuring the direction of the dark or dark current of the modular
또한, 상기 스위칭 제어기에는 본 발명의 스위칭 방법을 수행하기 위한 스위칭 제어 프로그램이 임베디드될 수 있고, 상기 스위칭 제어 프로그램은 상기 스위칭 제어기를 기능시켜 본 발명의 스위칭 방법이 수행되게 한다.In addition, the switching controller may include a switching control program for performing the switching method of the present invention, and the switching control program may function as the switching controller to perform the switching method of the present invention.
또한, 상기 스위칭 제어 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장되어 제공될 수 있다.Also, the switching control program may be stored in a computer-readable recording medium.
또한, 상기 스위칭 제어 프로그램은 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등이 단독 또는 조합으로 구성된 프로그램일 수 있고, 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라, 인터프리터 등을 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 고급 언어 코드로 짜여진 프로그램일 수 있다.The switching control program may be a program consisting of a program command, a local data file, a local data structure, etc., alone or in combination, and may be executed by a computer using an interpreter or the like, It can be a program written in a high-level language code.
또한, 상기 기록매체는 상기 기록매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되어 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 분야에서 통상의 지식을 가진 자에서 공지되어 사용 가능할 것일 수 있으며, 예를 들면, 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD, DVD와 같은 광 기록 매체, 자기 및 광 기록을 겸할 수 있는 자기-광 기록 매체, 롬, 램, 플래시 메모리 등 단독 또는 조합에 의해 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치일 수 있다.In addition, the recording medium may be those designed or configured specifically for the present invention or may be known and used by those having ordinary skill in the computer software. For example, the recording medium may be a hard disk, a floppy disk, A magnetic recording medium such as a tape, an optical recording medium such as a CD and a DVD, a magnetic-optical recording medium capable of combining magnetic and optical recording, a ROM, a RAM, a flash memory, etc., Hardware device.
또한, 상기 스위칭 제어 프로그램은 서버 시스템에 저장되어 인트라넷이나 인터넷 등의 통신망을 통해 클라이언트 시스템으로 전송될 수 있다.The switching control program may be stored in a server system and transmitted to a client system through a communication network such as an intranet or the Internet.
또한, 상기 클라이언트 시스템은 퍼스널 컴퓨터뿐만 아니라 스마트 폰, 태블릿 PC와 같은 스마트 기기, 임베디드 시스템을 포함한다.
In addition, the client system includes not only a personal computer but also a smart device such as a smart phone, a tablet PC, and an embedded system.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a switching method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위칭 방법은 먼저, 상기 스위칭 제어기가 상기 서브 모듈들을 서브 모듈 그룹으로 구분한다(S1000).Referring to FIG. 5, in the switching method according to an embodiment of the present invention, the switching controller divides the submodules into submodule groups (S1000).
또한, 상기 서브 모듈 그룹은 동일한 개수의 서로 다른 서브 모듈들로 이루어진 그룹이다.Also, the submodule group is a group of the same number of different submodules.
도 4를 참조하여 예를 들면, 상암과 하암에 각각 'n'개의 서브 모듈이 존재할 경우, 1, 2, 3번 서브모듈을 제1 서브 모듈 그룹(GP1), 4, 5, 6번 서브모듈을 제2 서브 모듈 그룹(GP2), 7, 8, 9번 서브모듈을 제3 서브 모듈 그룹(GP3),... n-2, n-1, n번 서브모듈을 제n 서브 모듈 그룹(GPn)으로 구분할 수 있다.Referring to FIG. 4, for example, when there are 'n' submodules in each of the upper and lower arms, the first, second and third submodules are divided into first submodule group (G P1 ), fourth, Module is divided into a second sub-module group (G P2 ), seventh, eighth and ninth sub-modules as a third sub-module group (G P3 ), ... n-2, n-1, And a module group (G Pn ).
또한, 도 4에서는 3개의 서브모듈을 하나의 서브 모듈 그룹으로 구분한 것을 예시하였으나 그룹 내 서브모듈의 개수는 제한이 없다.In FIG. 4, three submodules are divided into one submodule group, but the number of submodules in the group is not limited.
다음, 상기 스위칭 제어기가 지령치 전압 레벨을 입력받는다(S2000).Next, the switching controller receives the command voltage level (S2000).
또한, 상기 스위칭 제어기는 미리 저장된 데이터 베이스에서 상기 지령치 전압 레벨을 읽어들일 수 있고, 사용자로부터 입력받을 수 있다.In addition, the switching controller may read the setpoint voltage level from a previously stored database and receive input from a user.
또한, 상기 지령치 전압 레벨은 변화되어야하는 목표 전압치이다.In addition, the command voltage level is a target voltage value to be changed.
다음, 상기 스위칭 제어기는 현재 전압레벨과 상기 지령치 전압 레벨을 서로 비교하여 동일한지 상이한지 여부를 판단한다(S3000).Next, the switching controller compares the current voltage level with the set value voltage level to determine whether the same value is present (S3000).
만약, 현재 전압레벨과 상기 지령치 전압 레벨이 서로 동일할 경우 현재 서브 모듈의 스위칭 상태를 유지한다(S4000).If the current voltage level and the set value voltage level are equal to each other, the switching state of the current submodule is maintained (S4000).
그러나 현재 전압레벨과 상기 지령치 전압 레벨이 서로 상이할 경우 스위칭 모듈 수와 추가 스위칭 모듈 수를 계산한다(S5000).However, if the current voltage level and the set value voltage level are different from each other, the number of switching modules and the number of additional switching modules are calculated (S5000).
또한, 상기 스위칭 모듈 수는 각 서브 모듈 그룹에서 스위칭되어야할 스위치의 개수를 의미하고, 상기 추가 스위칭 모듈 수는 상기 스위칭 모듈 수 이외에 추가로 스위칭되어야할 스위치 개수를 의미한다.In addition, the number of switching modules means the number of switches to be switched in each sub-module group, and the number of additional switching modules means the number of switches to be further switched in addition to the number of switching modules.
또한, 상기 스위칭 모듈 수는 상기 지령치 전압 레벨을 상기 서브 모듈 그룹의 전체 개수로 나눈 몫으로 계산되고 상기 추가 스위칭 모듈의 수는 상기 지령치 전압 레벨을 상기 서브 모듈 그룹의 전체 개수로 나눈 나머지로 계산된다.Also, the number of switching modules is calculated as a quotient of dividing the command value voltage level by the total number of the submodule groups, and the number of the additional switching modules is calculated as a remainder obtained by dividing the commanded voltage level by the total number of the submodule groups .
예를 들어, 전체 서브 모듈 그룹의 개수가 3개이고, 상기 지령치 전압 레벨이 10레벨일 경우, 10을 3으로 나눈 몫 '3'이 상기 스위칭 모듈 수로 산출되고, 나머지 '1'이 상기 추가 스위칭 모듈 수로 산출된다.For example, if the total number of submodule groups is 3, and the command value voltage level is 10 level, a quotient of 3 divided by 3 is calculated by the number of switching modules, and the remaining one is calculated by the additional switching module Water.
다음, 충전 모드인지 방전모드인지 판단하여(S6000), 방전모드일 경우, 상기 각 서브 모듈 그룹 내에서 상기 스위칭 모듈 수만큼의 스위치를 '온'되게 한다(S7000).Next, it is determined whether the mode is the charging mode or the discharging mode (S6000). If the mode is the discharging mode, the switches corresponding to the number of the switching modules are turned on in each submodule group (S7000).
이때, 서브 모듈 전체의 스위치를 '오프'하고, 각 서브 모듈 그룹별로 서브 모듈의 전압을 소팅하여 전압이 큰 순으로 상기 스위칭 모듈 수만큼 '온'한다.At this time, the switches of the submodules as a whole are turned off and the voltages of the submodules are sorted for each submodule group, and the voltages are turned on in the order of the number of the switching modules.
이 경우, 서브 모듈 전압의 소팅을 위한 비교문의 개수는 아래의 수학식 3과 같다.In this case, the number of comparison statements for sorting the sub-module voltages is expressed by Equation 3 below.
여기서, k는 서브 모듈 그룹의 전체 개수, g는 각 서브 모듈 그룹 내의 서브 모듈 개수이다. 또한, 여기서 2를 곱하는 이유는 상암 및 하암에 대한 전체 비교문의 개수를 산출하기 위함이다.Here, k is the total number of submodule groups and g is the number of submodules in each submodule group. Here, the reason for multiplying by 2 is to calculate the total number of comparison of Sangam and Haam.
그러나, 서브 모듈 전체의 스위치를 '오프'하지않고 도 3에 도시한 종래의 방법과 같이 전압 레벨의 증가와 감소를 판단하여 스위치가 '온' 또는 '오프'된 모듈만을 스위칭하여 지령치 전압레벨을 출력할 수 있다.However, instead of turning off the switches of the submodules as a whole, it is judged whether the voltage level is increased or decreased as in the conventional method shown in FIG. 3, and only the module that the switch is turned on or off is switched to set the setpoint voltage level Can be output.
또한, 상기 추가 스위칭 모듈 수가 산출된 경우에는 상기 서브 모듈 그룹들 중, 합산 전압이 최대인 최대 전압 서브 모듈 그룹의 스위치를 상기 추가 스위칭 모듈 수만큼 추가로 '온'되게 한다.When the number of additional switching modules is calculated, the switch of the maximum voltage submodule group having the maximum sum voltage among the submodule groups is further turned on by the number of the additional switching modules.
또한, 상기 최대 전압 서브 모듈 그룹의 스위치가 추가로 '온'되는 이유는 그룹간의 전압 밸런싱을 유지하기 위함이다.Also, the reason why the switches of the maximum voltage submodule group are further turned on is to maintain voltage balancing among the groups.
이 경우, 상기 서브 모듈 그룹들의 합산 전압의 크기를 서로 비교하기 위한 비교문의 개수는 아래의 수학식 4와 같다.In this case, the number of comparison statements for comparing the magnitudes of the summed voltages of the submodule groups is expressed by Equation (4) below.
또한, 서브 모듈 그룹 내의 서브 모듈 간과 서브 모듈 그룹간의 전압 소팅을 위한 전체 비교문의 개수는 아래의 수학식 5와 같이 수학식 3의 비교문의 개수와 수학식 4의 비교문 개수를 곱한 값이 된다.The number of total comparison statements for voltage sorting between submodules in the submodule group and the submodule group is obtained by multiplying the number of comparison statements in Equation (3) by the number of comparison statements in Equation (4) as shown in Equation (5) below.
즉, 수학식 2에서 보인 비교문의 개수와 비교하여 비교문의 개수를 매우 줄일 수 있으므로 전압 소팅에 걸리는 시간을 매우 단축할 수 있는 것이다.That is, since the number of comparison statements can be greatly reduced compared with the number of comparison statements shown in Equation (2), the time required for voltage sorting can be greatly shortened.
만약, 충전 모드인지 방전모드인지 판단하는 단계(S6000)에서, 충전모드일 경우, 상기 각 서브 모듈 그룹 내에서 상기 스위칭 모듈 수만큼의 스위치를 '온'되게 하고(S8000), 상기 추가 스위칭 모듈 수가 존재할 경우, 합산 전압이 최소인 최소 전압 서브 모듈 그룹의 스위치를 상기 추가 스위칭 모듈 수만큼 추가로 '온'되게 하여 전압 밸런싱을 유지한다.
If it is determined in step S6000 that the charging mode is the discharging mode or the discharging mode, the number of switches in each submodule group is set to 'on' (S8000) If present, the switch of the minimum voltage submodule group with the lowest summed voltage is further 'on' by the number of additional switching modules to maintain voltage balancing.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the present invention. Various changes and modifications will be possible.
10:모듈형 멀티레벨 컨버터 11:서브 모듈
11a:전압원 11b:스위치10: Modular multilevel converter 11: Submodule
11a:
Claims (7)
상기 서브 모듈들을 동일한 개수의 서로 다른 서브 모듈들로 이루어지는 복수 개의 서브 모듈 그룹으로 구분하는 단계;
스위칭 제어기가 지령치 전압레벨을 입력받고, 현재 전압레벨과 지령치 전압레벨을 비교하는 단계;
상기 현재 전압레벨과 상기 지령치 전압레벨이 서로 동일할 경우 상기 스위칭 제어기는 상기 각 서브 모듈의 스위칭 상태를 현재 스위치 상태를 유지하고, 그렇지 않을 경우, 상기 지령치 전압레벨을 상기 서브 모듈 그룹의 개수로 나누어 나눈 몫을 각 서브 모듈 그룹의 스위칭될 모듈 수(이하, '스위칭 모듈 수'라 함)로 산출하는 단계; 및
상기 스위칭제어기가 상기 스위칭 모듈 수만큼 상기 각 서브 모듈 그룹 내의 스위치가 '온'되게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법.
A switching method of a modular multilevel converter (MMC) in which a plurality of submodules equivalent to one switch and a voltage source are directly connected,
Dividing the submodules into a plurality of submodule groups having the same number of different submodules;
The switching controller receiving the setpoint voltage level and comparing the current voltage level with the setpoint voltage level;
The switching controller maintains the current switching state of each of the submodules when the current voltage level is equal to the set value voltage level and divides the commanded voltage level into the number of the submodule groups if not, Calculating a divided quotient by the number of modules to be switched (hereinafter, referred to as 'number of switching modules') of each sub-module group; And
And causing the switching controller to turn on the switches in each of the submodule groups by the number of the switching modules.
상기 스위칭 모듈 수를 산출하는 단계는,
상기 지령치 전압레벨을 상기 서브 모듈 그룹의 개수로 나눈 나머지를 스위칭될 추가 모듈 수(이하, '추가 스위칭 모듈 수'라 함)로 산출하는 과정을 포함하는 특징으로 하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the step of calculating the number of switching modules comprises:
And calculating a remainder obtained by dividing the command value voltage level by the number of the submodule groups by the number of additional modules to be switched (hereinafter referred to as 'additional switching module number'). .
상기 스위치를 '온'되게 하는 단계는,
합산 전압이 최대 또는 최소인 서브 모듈 그룹 내의 스위치가 상기 추가 스위칭 모듈 수만큼 추가로 더 '온'되게 하는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법.
3. The method of claim 2,
The step of turning the switch "on"
Wherein the switch in the submodule group with the summed voltage being at the maximum or the minimum is further 'on' by the number of said additional switching modules.
방전모드일 경우, 합산 전압이 최대인 최대 전압 서브 모듈 그룹 내의 스위치가 상기 추가 스위칭 모듈 수만큼 '온'되게 하고,
충전모드일 경우, 합산 전압이 최소인 최소 전압 서브 모듈 그룹 내의 스위치가 상기 추가 스위칭 모듈 수만큼 '온'되게 하는 것을 특징으로 하는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 스위칭 방법.
The method of claim 3,
In the discharge mode, the switch in the maximum voltage submodule group with the maximum summed voltage is turned on by the number of the additional switching modules,
Wherein in the charge mode, the switch in the minimum voltage submodule group with the lowest summed voltage is turned on by the number of said additional switching modules.
상기 스위칭 제어기에 의해 제어되는 모듈형 멀티레벨 컨버터;를 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터 장치.
A switching controller for performing the switching method according to any one of claims 1 to 4; And
And a modular multilevel converter controlled by the switching controller.
A switching control program for causing a switching controller to function to perform the switching method according to any one of claims 1 to 4.
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| KR1020140088834A KR20160008753A (en) | 2014-07-15 | 2014-07-15 | Switching control method of modular multilevel converter for voltage balancing of sub-module group |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106887946A (en) * | 2017-04-10 | 2017-06-23 | 哈尔滨理工大学 | Reactive power compensator based on modularization multi-level converter |
| CN109067222A (en) * | 2018-08-07 | 2018-12-21 | 西安西电电力系统有限公司 | A kind of IGBT control method based on MMC-HVDC |
| CN109672240A (en) * | 2018-12-19 | 2019-04-23 | 山东大学 | Plug-in hybrid-electric car charging system, method and application |
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-
2014
- 2014-07-15 KR KR1020140088834A patent/KR20160008753A/en not_active Application Discontinuation
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