KR20160109366A - Modular Multilevel Converter - Google Patents

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KR20160109366A
KR20160109366A KR1020150033634A KR20150033634A KR20160109366A KR 20160109366 A KR20160109366 A KR 20160109366A KR 1020150033634 A KR1020150033634 A KR 1020150033634A KR 20150033634 A KR20150033634 A KR 20150033634A KR 20160109366 A KR20160109366 A KR 20160109366A
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이화춘
이진희
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엘에스산전 주식회사
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Abstract

A modular multilevel converter according to the present invention includes a plurality of sub modules including switching devices; and a controller which controls the switching devices included in the plurality of sub modules, respectively. The plurality of sub modules include two unidirectional control switch devices and two bidirectional control switch devices, and two capacitors. The two bidirectional control switch devices are connected to a contact point between the two unidirectional control switch devices and a contact point between the two capacitors, respectively, to form a neutral-point-clamped (NPC) shape. So, a level number can be increased by using a small number of switch devices.

Description

모듈형 멀티레벨 컨버터{Modular Multilevel Converter}[0001] MODULAR MULTILEVEL CONVERTER [0002]

본 발명은 모듈형 멀티레벨 컨버터에 관한 것으로서, 특히 초고압 직류 송전의 전압형 모듈형 멀티레벨 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a modular multilevel converter, and more particularly to a voltage modular multilevel converter for ultra high voltage direct current transmission.

초고압 직류 송전(HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT, HVDC)은 송전소가 발전소에서 생산되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환시켜서 송전한 후, 수전소에서 교류로 재변환시켜 전력을 공급하는 송전 방식을 말한다.HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT (HVDC) refers to a transmission system in which a transmission station transforms AC power generated by a power plant into DC power and supplies power by re-converting it from AC to AC.

HVDC 시스템은 해저 케이블 송전, 대용량 장거리 송전, 교류 계통 간 연계 등에 적용된다. 또한, HVDC 시스템은 서로 다른 주파수 계통 연계 및 비동기(asynchronism) 연계를 가능하게 한다. The HVDC system is applied to submarine cable transmission, large-capacity long-distance transmission, and linkage between AC systems. In addition, the HVDC system enables different frequency grid linkage and asynchronism linkage.

송전소는 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 즉, 교류 전력을 해저 케이블 등을 이용하여 전송하는 상황은 매우 위험하기 때문에, 송전소는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 수전소로 전송한다.Transformers convert AC power to DC power. In other words, it is very dangerous to transmit AC power using a submarine cable. Therefore, the power station converts the AC power into DC power and transmits it to the power plant.

한편, 종래의 모듈형 멀티레벨 컨버터에서는 송배전급의 응용에 이용하기 위하여 또는 레벨의 증가로 스위칭 손실과 고조파 필터를 줄여 시스템 효율을 증가시키기 위하여 레벨 수를 증가시킨다.Meanwhile, in the conventional modular multilevel converter, the number of levels is increased in order to increase the system efficiency by reducing the switching loss and the harmonic filter in order to be used in the transmission / distribution class application or by increasing the level.

종래의 모듈형 멀티레벨 컨버터는 2개의 IGBT를 사용하여 2레벨의 단극전압을 출력하는 하프 브릿지 방식과 4개의 IGBT를 사용하여 2레벨의 양극전압을 출력하는 풀 브릿지 방식이 사용되었다.The conventional modular multilevel converter uses a half bridge method of outputting two single-pole voltage using two IGBTs and a full bridge method of outputting two levels of an anode voltage using four IGBTs.

그러나, 종래의 하프 브릿지 방식과 풀 브릿지 방식은 2레벨의 전압만 출력할 수 있어 컨버터의 레벨 수를 증가시키는데 한계가 있다.However, in the conventional half bridge method and full bridge method, only two levels of voltage can be output, which limits the number of levels of the converter.

본 발명은 새로운 구조의 모듈형 멀티레벨 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a modular multilevel converter of a new structure.

본 발명은 적은 수의 스위치소자로 레벨 수를 증가시킬 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a modular multilevel converter capable of increasing the number of levels by a small number of switch elements.

본 발명은 스위칭 주파수를 저감하여 손실 감소시키고, 전고조파왜률(THd)을 감소시키며, 이를 통해 필터 용량을 감소시켜 시스템 효율을 증대할 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a modular multilevel converter capable of reducing the switching frequency and reducing the loss, reducing the total harmonic distortion (THd), thereby reducing the filter capacity and increasing the system efficiency.

본 발명에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터는 스위칭 소자를 포함하는 복수의 서브 모듈; 및 상기 복수의 서브 모듈에 포함된 스위칭 소자를 각각 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 복수의 서브 모듈은 2개의 단방향 제어 스위치 소자들과, 2개의 양방향 제어 스위치 소자들과, 2개의 커패시터들을 포함하고, 상기 2개의 양방향 제어 스위치 소자들은 상기 2개의 단방향 제어 스위치 소자들 사이의 접점과 상기 2개의 커패시터들 사이의 접점에 각각 연결되어 NPC(Neutral-Point-Clamped) 형태로 구비된다.A modular multilevel converter according to the present invention includes a plurality of submodules including switching elements; And a controller for respectively controlling switching elements included in the plurality of submodules, wherein the plurality of submodules includes two unidirectional control switch elements, two bidirectional control switch elements, and two capacitors , The two bidirectional control switch elements are connected to a contact between the two unidirectional control switch elements and a contact between the two capacitors and are provided in a NPC (Neutral-Point-Clamped) form.

본 발명은 새로운 구조의 모듈형 멀티레벨 컨버터를 제공할 수 있다.The present invention can provide a modular multi-level converter of a new structure.

본 발명은 적은 수의 스위치소자로 레벨 수를 증가시킬 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터를 제공할 수 있다.The present invention can provide a modular multilevel converter capable of increasing the number of levels with a small number of switch elements.

본 발명은 스위칭 주파수를 저감하여 손실 감소시키고, 전고조파왜률(THd)을 감소시키며, 이를 통해 필터 용량을 감소시켜 시스템 효율을 증대할 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터를 제공할 수 있다.The present invention can provide a modular multilevel converter capable of reducing the switching frequency to reduce the loss, reduce the total harmonic distortion (THd), thereby reducing the filter capacity and increasing the system efficiency.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC transmission) 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 모노폴라 방식의 고전압 직류 송전 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 바이폴라 방식의 고전압 직류 송전 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 트랜스포머와 3상 밸브 브릿지의 결선을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터의 구성 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터의 구성 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 서브 모듈의 연결을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 서브 모듈 구성의 예시도이다.
도 9 내지 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 서브 모듈의 동작을 설명하는 도면이다.1 is a view for explaining a configuration of a high voltage direct current transmission (HVDC transmission) system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram for explaining a configuration of a mono polar high voltage DC transmission system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining a configuration of a high-voltage DC transmission system of a bipolar system according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining connection of a transformer and a three-phase valve bridge according to an embodiment of the present invention.
5 is a configuration block diagram of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
6 is a configuration block diagram of a modular multi-level converter according to another embodiment of the present invention.
7 shows a connection of a plurality of submodules according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an exemplary configuration of a sub-module according to an embodiment of the present invention.
9 to 16 are diagrams for explaining the operation of the submodule according to the embodiment of the present invention.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.The thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터에 대해 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC transmission) 시스템을 보여준다.FIG. 1 shows a high voltage direct current transmission (HVDC transmission) system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 HVDC 시스템(100)은 발전 파트(101), 송전 측 교류 파트(110), 송전 측 직류 변전 파트(103), 직류 송전 파트(140), 수요 측 직류 변전 파트(105), 수요 측 교류 파트(170), 수요 파트(180), 및 제어 파트(190)를 포함한다. 송전 측 직류 변전 파트(103)는 송전 측 트랜스포머 파트(120), 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)를 포함한다. 수요 측 직류 변전 파트(105)는 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150), 수요 측 트랜스포머 파트(160)를 포함한다.1, the HVDC system 100 according to the embodiment of the present invention includes a power generation part 101, a transmission side AC part 110, a transmission side DC part 103, a DC transmission part 140, A demand side DC transmission part 105, a demand side AC part 170, a demand part 180, and a control part 190. The power transmission side DC transmission part 103 includes a transmission side transformer part 120 and a transmission side AC-DC converter part 130. The demand side DC power supply part 105 includes a demand side DC-AC converter part 150 and a demand side transformer part 160.

발전 파트(101)는 3상의 교류 전력을 생성한다. 발전 파트(101)는 복수의 발전소를 포함할 수 있다.The power generation part 101 generates three-phase AC power. The power generation part 101 may include a plurality of power plants.

송전 측 교류 파트(110)는 발전 파트(101)가 생성한 3상 교류 전력을 송전 측 트랜스포머 파트(120)와 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)를 포함하는 DC 변전소에 전달한다.The transmission side AC part 110 transfers the three-phase AC power generated by the power generation part 101 to the DC substation including the transmission side transformer part 120 and the transmission side AC-DC converter part 130.

송전 측 트랜스포머 파트(120)는 송전 측 교류 파트(110)를 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130) 및 직류 송전 파트(140)로부터 격리한다(isolate).The transmission side transformer part 120 isolates the transmission side AC part 110 from the transmission side AC-DC converter part 130 and the DC transmission part 140.

송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)는 송전 측 트랜스포머 파트(120)의 출력에 해당하는 3상 교류 전력를 직류 전력으로 변환한다.The transmission AC-DC converter part 130 converts the three-phase AC power corresponding to the output of the transmission side transformer part 120 into DC power.

직류 송전 파트(140)는 송전 측의 직류 전력을 수요 측으로 전달한다.The DC transmission part 140 transmits the DC power of the transmission side to the demand side.

수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150)는 직류 송전 파트(140)에 의해 전달된 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환한다.The demand side DC-AC converter part 150 converts the DC power delivered by the DC transmission part 140 into three-phase AC power.

수요 측 트랜스포머 파트(160)는 수요 측 교류 파트(170)를 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150)와 직류 송전 파트(140)로부터 격리한다.The demand side transformer part (160) isolates the demand side AC part (170) from the demand side DC - AC converter part (150) and the DC transmission part (140).

수요 측 교류 파트(170)는 수요 측 트랜스포머 파트(160)의 출력에 해당하는 3상 교류 전력을 수요 파트(180)에 제공한다.The demand side AC part 170 provides the demand part 180 with the three-phase AC power corresponding to the output of the demand side transformer part 160.

제어 파트(190)는 발전 파트(101), 송전 측 교류 파트(110), 송전 측 직류 변전 파트(103), 직류 송전 파트(140), 수요 측 직류 변전 파트(105), 수요 측 교류 파트(170), 수요 파트(180), 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130), 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150) 중 적어도 하나를 제어한다. 특히, 제어 파트(190)는 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)와 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150) 내의 복수의 밸브의 턴온 및 턴오프의 타이밍을 제어할 수 있다. 이때, 밸브는 싸이리스터 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT)에 해당할 수 있다.The control part 190 includes a power generation part 101, a power transmission side AC part 110, a power transmission side DC transmission part 103, a DC transmission part 140, a demand side DC transmission part 105, a demand side AC part 170, a demand part 180, a transmission side AC-DC converter part 130, and a demand side DC-AC converter part 150. Particularly, the control part 190 can control the timing of the turn-on and turn-off of the plurality of valves in the transmission side AC-DC converter part 130 and the demand side DC-AC converter part 150. At this time, the valve may correspond to a thyristor or an insulated gate bipolar transistor (IGBT).

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모노폴라 방식의 고전압 직류 송전 시스템을 보여준다.2 shows a mono polar high voltage DC transmission system according to an embodiment of the present invention.

특히, 도 2는 단일의 극의 직류 전력을 송전하는 시스템을 보여준다. 이하의 설명에서는 단일의 극은 양극(positive pole)임을 가정하여 설명하나 이에 한정될 필요는 없다.In particular, Figure 2 shows a system for transmitting a single pole DC power. In the following description, it is assumed that a single pole is a positive pole, but the present invention is not limited thereto.

송전 측 교류 파트(110)는 교류 송전 라인(111)과 교류 필터(113)를 포함한다.The power transmission side AC part 110 includes an AC transmission line 111 and an AC filter 113.

교류 송전 라인(111)은 발전 파트(101)가 생성한 3상의 교류 전력을 송전 측 직류 변전 파트(103)로 전달한다.The AC transmission line 111 transfers the three-phase AC power generated by the power generation part 101 to the transmission side DC transmission part 103.

교류 필터(113)는 직류 변전 파트(103)가 이용하는 주파수 성분 이외의 나머지 주파수 성분을 전달된 3상 교류 전력에서 제거한다.The AC filter 113 removes the remaining frequency components other than the frequency components used by the direct current transforming part 103 from the transmitted three-phase AC power.

송전 측 트랜스포머 파트(120)는 양극을 위하여 하나 이상의 트랜스포머(121)를 포함한다. 양극을 위하여 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)는 양극 직류 전력을 생성하는 교류-양극 직류 컨버터(131)를 포함하고, 이 교류-양극 직류 컨버터(131)는 하나 이상의 트랜스포머(121)에 각각 대응하는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(131a)를 포함한다.The transmission side transformer part 120 includes one or more transformers 121 for the positive polarity. The transmission AC-DC converter part 130 for the positive pole includes an AC-to-bipolar DC converter 131 for generating bipolar DC power, which is connected to one or more transformers 121 And corresponding one or more three-phase valve bridges 131a.

하나의 3상 밸브 브릿지(131a)가 이용되는 경우, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 교류 전력을 이용하여 6개의 펄스를 가지는 양극 직류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 그 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다.When one three-phase valve bridge 131a is used, the ac-to-bipolar DC converter 131 can generate bipolar DC power having six pulses using alternating current power. At this time, the primary coil and the secondary coil of the one transformer 121 may have a Y-Y-shaped connection and may have a Y-? -Shaped connection.

2개의 3상 밸브 브릿지(131a)가 이용되는 경우, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 교류 전력을 이용하여 12개의 펄스를 가지는 양극 직류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 2개 중 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, 나머지 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다. When two three-phase valve bridges 131a are used, the ac-to-bipolar DC converter 131 can generate bipolar DC power having twelve pulses using alternating current power. At this time, the primary coil and the secondary coil of one of the two transformers 121 may have a YY-shaped connection, and the primary coil and the secondary coil of the other transformer 121 may have a Y- It may have a connection.

3개의 3상 밸브 브릿지(131a)가 이용되는 경우, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 교류 전력을 이용하여 18개의 펄스를 가지는 양극 직류 전력을 생성할 수 있다. 양극 직류 전력의 펄스의 수가 많을수록, 필터의 가격이 낮아질 수 있다.When three three-phase valve bridges 131a are used, the ac-to-bipolar DC converter 131 can generate bipolar DC power having 18 pulses using alternating current power. The greater the number of positive pole DC power pulses, the lower the price of the filter.

직류 송전 파트(140)는 송전 측 양극 직류 필터(141), 양극 직류 송전 라인(143), 수요 측 양극 직류 필터(145)를 포함한다.The DC transmission part 140 includes a transmission side anode direct current filter 141, a cathode direct current transmission line 143, and a demand side anode direct current filter 145.

송전 측 양극 직류 필터(141)는 인덕터(L1)와 커패시터(C1)를 포함하며, 교류-양극 직류 컨버터(131)가 출력하는 양극 직류 전력을 직류 필터링한다.The transmission-side anode direct current filter 141 includes an inductor L 1 and a capacitor C 1 and DC-filters the anode direct current power output from the AC-anode DC converter 131.

양극 직류 송전 라인(143)는 양극 직류 전력의 전송을 위한 하나의 DC 라인을 가지고, 전류의 귀환 통로로는 대지가 이용할 수 있다. 이 DC 라인 상에는 하나 이상의 스위치가 배치될 수 있다.The bipolar DC transmission line 143 has one DC line for transmission of the bipolar DC power, and the bipolar DC transmission line 143 can be used as a return path of current. One or more switches may be placed on this DC line.

수요 측 양극 직류 필터(145)는 인덕터(L2)와 커패시터(C2)를 포함하며, 양극 직류 송전 라인(143)을 통해 전달된 양극 직류 전력을 직류 필터링한다.The demand side anode direct current filter 145 includes an inductor L2 and a capacitor C2 and DC filters the anode direct current power transmitted through the anode direct current transmission line 143. [

수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150)는 양극 직류-교류 컨버터(151)를 포함하고, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(151a)를 포함한다.The demand side dc-ac converter part 150 includes a bipolar dc-ac converter 151 and the bipolar dc-ac converter 151 includes one or more three-phase valve bridges 151a.

수요 측 트랜스포머 파트(160)는 양극을 위하여 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(151a)에 각각 대응하는 하나 이상의 트랜스포머(161)를 포함한다.The demand side transformer part 160 includes one or more transformers 161 each corresponding to one or more three-phase valve bridges 151a for the anode.

하나의 3상 밸브 브릿지(151a)가 이용되는 경우, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 양극 직류 전력을 이용하여 6개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 그 하나의 트랜스포머(161)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다.When one three-phase valve bridge 151a is used, the bipolar DC-to-AC converter 151 can generate AC power having six pulses using bipolar DC power. At this time, the primary coil and the secondary coil of the one transformer 161 may have a Y-Y-shaped connection and may have a Y-? -Shaped connection.

2개의 3상 밸브 브릿지(151a)가 이용되는 경우, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 양극 직류 전력을 이용하여 12개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 2개 중 하나의 트랜스포머(161)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, 나머지 하나의 트랜스포머(161)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다. When two three-phase valve bridges 151a are used, the bipolar DC-to-AC converter 151 can generate AC power having 12 pulses using bipolar DC power. At this time, the primary coil and the secondary coil of one of the two transformers 161 may have a YY-shaped connection, and the primary coil and the secondary coil of the other transformer 161 may have a Y- It may have a connection.

3개의 3상 밸브 브릿지(151a)가 이용되는 경우, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 양극 직류 전력을 이용하여 18개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 교류 전력의 펄스의 수가 많을수록, 필터의 가격이 낮아질 수 있다.When three three-phase valve bridges 151a are used, the bipolar DC-to-AC converter 151 can generate AC power having 18 pulses using bipolar DC power. The greater the number of pulses of AC power, the lower the price of the filter.

수요 측 교류 파트(170)는 교류 필터(171)와 교류 송전 라인(173)을 포함한다.The demand side AC part 170 includes an AC filter 171 and an AC transmission line 173.

교류 필터(171)는 수요 파트(180)가 이용하는 주파수 성분(예컨데, 60Hz) 이외의 나머지 주파수 성분을, 수요 측 직류 변전 파트(105)가 생성하는 교류 전력에서 제거한다.The AC filter 171 removes the frequency components other than the frequency component (for example, 60 Hz) used by the demand part 180 from the AC power generated by the demand side DC power supply part 105.

교류 송전 라인(173)은 필터링된 교류 전력을 수요 파트(180)에 전달한다.The AC transmission line 173 delivers the filtered AC power to the demand part 180.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 방식의 고전압 직류 송전 시스템을 보여준다.3 shows a bipolar high voltage DC transmission system according to an embodiment of the present invention.

특히, 도 3은 2개의 극의 직류 전력을 송전하는 시스템을 보여준다. 이하의 설명에서는 2개의 극은 양극(positive pole)과 음극(negative pole)임을 가정하여 설명하나 이에 한정될 필요는 없다.In particular, Figure 3 shows a system for transmitting two pole DC power. In the following description, it is assumed that the two poles are a positive pole and a negative pole, but the present invention is not limited thereto.

송전 측 교류 파트(110)는 교류 송전 라인(111)과 교류 필터(113)를 포함한다.The power transmission side AC part 110 includes an AC transmission line 111 and an AC filter 113.

교류 송전 라인(111)은 발전 파트(101)가 생성한 3상의 교류 전력을 송전 측 변전 파트(103)로 전달한다.The AC transmission line 111 transfers the three-phase AC power generated by the power generation part 101 to the power transmission side transformation part 103.

교류 필터(113)는 변전 파트(103)가 이용하는 주파수 성분 이외의 나머지 주파수 성분을 전달된 3상 교류 전력에서 제거한다.The AC filter 113 removes the remaining frequency components other than the frequency components used by the transmission part 103 from the transmitted three-phase AC power.

송전 측 트랜스포머 파트(120)는 양극을 위한 하나 이상의 트랜스포머(121)를 포함하고, 음극을 위한 하나 이상의 트랜스포머(122)를 포함한다. 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)는 양극 직류 전력을 생성하는 교류-양극 직류 컨버터(131)와 음극 직류 전력을 생성하는 교류-음극 직류 컨버터(132)를 포함하고, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 양극을 위한 하나 이상의 트랜스포머(121)에 각각 대응하는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(131a)를 포함하고, 교류-음극 직류 컨버터(132)는 음극을 위한 하나 이상의 트랜스포머(122)에 각각 대응하는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(132a)를 포함한다.The transmission side transformer part 120 includes at least one transformer 121 for the anode and at least one transformer 122 for the cathode. The transmission AC-DC converter part 130 includes an AC-positive DC converter 131 for generating positive DC power and an AC-negative DC converter 132 for generating negative DC power. An AC-to-DC converter 131 includes one or more three-phase valve bridges 131a each corresponding to one or more transformers 121 for an anode and the ac-to-cathode DC converter 132 corresponds to one or more transformers 122 for a cathode, respectively One or more three-phase valve bridges 132a.

양극을 위하여 하나의 3상 밸브 브릿지(131a)가 이용되는 경우, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 교류 전력을 이용하여 6개의 펄스를 가지는 양극 직류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 그 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다.When one three-phase valve bridge 131a is used for the anode, the ac-to-bipolar DC converter 131 can generate bipolar DC power having six pulses using alternating current power. At this time, the primary coil and the secondary coil of the one transformer 121 may have a Y-Y-shaped connection and may have a Y-? -Shaped connection.

양극을 위하여 2개의 3상 밸브 브릿지(131a)가 이용되는 경우, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 교류 전력을 이용하여 12개의 펄스를 가지는 양극 직류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 2개 중 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, 나머지 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다. When two three-phase valve bridges 131a are used for the positive pole, the ac-to-bipolar DC converter 131 can generate bipolar DC power with twelve pulses using alternating current power. At this time, the primary coil and the secondary coil of one of the two transformers 121 may have a YY-shaped connection, and the primary coil and the secondary coil of the other transformer 121 may have a Y- It may have a connection.

양극을 위하여 3개의 3상 밸브 브릿지(131a)가 이용되는 경우, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 교류 전력을 이용하여 18개의 펄스를 가지는 양극 직류 전력을 생성할 수 있다. 양극 직류 전력의 펄스의 수가 많을수록, 필터의 가격이 낮아질 수 있다.When three three-phase valve bridges 131a are used for the anode, the ac-to-bipolar DC converter 131 can generate bipolar DC power having 18 pulses using alternating current power. The greater the number of positive pole DC power pulses, the lower the price of the filter.

음극을 위하여 하나의 3상 밸브 브릿지(132a)가 이용되는 경우, 교류-음극 직류 컨버터(132)는 6개의 펄스를 가지는 음극 직류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 그 하나의 트랜스포머(122)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다.If one three-phase valve bridge 132a is used for the cathode, the ac-to-cathode DC converter 132 can produce negative DC power with six pulses. At this time, the primary coil and the secondary coil of the one transformer 122 may have a Y-Y-shaped connection and may have a Y-? -Shaped connection.

음극을 위하여 2개의 3상 밸브 브릿지(132a)가 이용되는 경우, 교류-음극 직류 컨버터(132)는 12개의 펄스를 가지는 음극 직류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 2개 중 하나의 트랜스포머(122)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, 나머지 하나의 트랜스포머(122)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다. When two three-phase valve bridges 132a are used for the cathode, the AC-to-negative DC converter 132 is capable of generating negative DC power having twelve pulses. At this time, the primary coil and the secondary coil of one of the two transformers 122 may have a YY-shaped connection, and the primary coil and the secondary coil of the other transformer 122 may have a Y- It may have a connection.

음극을 위하여 3개의 3상 밸브 브릿지(132a)가 이용되는 경우, 교류-음극 직류 컨버터(132)는 18개의 펄스를 가지는 음극 직류 전력을 생성할 수 있다. 음극 직류 전력의 펄스의 수가 많을수록, 필터의 가격이 낮아질 수 있다.When three three-phase valve bridges 132a are used for the cathode, the AC-to-negative DC converter 132 can generate negative DC power with eighteen pulses. The greater the number of negative DC power pulses, the lower the price of the filter.

직류 송전 파트(140)는 송전 측 양극 직류 필터(141), 송전 측 음극 직류 필터(142), 양극 직류 송전 라인(143), 음극 직류 송전 라인(144), 수요 측 양극 직류 필터(145), 수요 측 음극 직류 필터(146)를 포함한다.The DC transmission part 140 includes a transmission side anode direct current filter 141, a transmission side cathode direct current filter 142, a cathode direct current transmission line 143, a cathode direct current transmission line 144, a demand side anode direct current filter 145, And a demand side cathode direct current filter 146.

송전 측 양극 직류 필터(141)는 인덕터(L1)와 커패시터(C1)를 포함하며, 교류-양극 직류 컨버터(131)가 출력하는 양극 직류 전력을 직류 필터링한다.The transmission-side anode direct current filter 141 includes an inductor L 1 and a capacitor C 1 and DC-filters the anode direct current power output from the AC-anode DC converter 131.

송전 측 음극 직류 필터(142)는 인덕터(L3)와 커패시터(C3)를 포함하며, 교류-음극 직류 컨버터(132)가 출력하는 음극 직류 전력을 직류 필터링한다.The power supply side cathode direct current filter 142 includes an inductor L3 and a capacitor C3 and DC-filters the cathode direct current power output from the AC-negative DC converter 132. [

양극 직류 송전 라인(143)는 양극 직류 전력의 전송을 위한 하나의 DC 라인을 가지고, 전류의 귀환 통로로는 대지가 이용할 수 있다. 이 DC 라인 상에는 하나 이상의 스위치가 배치될 수 있다.The bipolar DC transmission line 143 has one DC line for transmission of the bipolar DC power, and the bipolar DC transmission line 143 can be used as a return path of current. One or more switches may be placed on this DC line.

음극 직류 송전 라인(144)는 음극 직류 전력의 전송을 위한 하나의 DC 라인을 가지고, 전류의 귀환 통로로는 대지가 이용할 수 있다. 이 DC 라인 상에는 하나 이상의 스위치가 배치될 수 있다.The cathode DC transmission line 144 has one DC line for transmission of the cathode DC power, and the earth can be used as the return path of the electric current. One or more switches may be placed on this DC line.

수요 측 양극 직류 필터(145)는 인덕터(L2)와 커패시터(C2)를 포함하며, 양극 직류 송전 라인(143)을 통해 전달된 양극 직류 전력을 직류 필터링한다.The demand side anode direct current filter 145 includes an inductor L2 and a capacitor C2 and DC filters the anode direct current power transmitted through the anode direct current transmission line 143. [

수요 측 음극 직류 필터(146)는 인덕터(L4)와 커패시터(C4)를 포함하며, 음극 직류 송전 라인(144)을 통해 전달된 음극 직류 전력을 직류 필터링한다.The demand side cathode direct current filter 146 includes an inductor L 4 and a capacitor C 4 and DC-filters the cathode direct current power transmitted through the cathode direct current transmission line 144.

수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150)는 양극 직류-교류 컨버터(151)와 음극 직류-교류 컨버터(152)를 포함하고, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(151a)를 포함하고, 음극 직류-교류 컨버터(152)는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(152a)를 포함한다.AC converter 151 includes a positive DC-to-AC converter 151 and a negative DC-to-AC converter 152 and the bipolar DC-to-AC converter 151 includes one or more three-phase valve bridge 151a, , And cathode DC-to-AC converter 152 includes one or more three-phase valve bridges 152a.

수요 측 트랜스포머 파트(160)는 양극을 위하여 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(151a)에 각각 대응하는 하나 이상의 트랜스포머(161)를 포함하고, 음극을 위하여 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(152a)에 각각 대응하는 하나 이상의 트랜스포머(162)를 포함한다.The demand side transformer part 160 includes one or more transformers 161 each corresponding to one or more three-phase valve bridges 151a for the anode and one or more transformers 161 corresponding to one or more three-phase valve bridges 152a And one or more transformers 162.

양극을 위하여 하나의 3상 밸브 브릿지(151a)가 이용되는 경우, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 양극 직류 전력을 이용하여 6개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 그 하나의 트랜스포머(161)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다.When one three-phase valve bridge 151a is used for the anode, the anode DC-to-AC converter 151 can generate AC power having six pulses using the anode DC power. At this time, the primary coil and the secondary coil of the one transformer 161 may have a Y-Y-shaped connection and may have a Y-? -Shaped connection.

양극을 위하여 2개의 3상 밸브 브릿지(151a)가 이용되는 경우, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 양극 직류 전력을 이용하여 12개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 2개 중 하나의 트랜스포머(161)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, 나머지 하나의 트랜스포머(161)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다. When two three-phase valve bridges 151a are used for the anode, the anode DC-to-AC converter 151 can generate AC power having 12 pulses using the anode DC power. At this time, the primary coil and the secondary coil of one of the two transformers 161 may have a YY-shaped connection, and the primary coil and the secondary coil of the other transformer 161 may have a Y- It may have a connection.

양극을 위하여 3개의 3상 밸브 브릿지(151a)가 이용되는 경우, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 양극 직류 전력을 이용하여 18개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 교류 전력의 펄스의 수가 많을수록, 필터의 가격이 낮아질 수 있다.When three three-phase valve bridges 151a are used for the positive pole, the positive pole dc-to-AC converter 151 can generate ac power having eighteen pulses using positive pole dc power. The greater the number of pulses of AC power, the lower the price of the filter.

음극을 위하여 하나의 3상 밸브 브릿지(152a)가 이용되는 경우, 음극 직류-교류 컨버터(152)는 음극 직류 전력을 이용하여 6개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 그 하나의 트랜스포머(162)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다.When one three-phase valve bridge 152a is used for the cathode, the cathode DC-to-AC converter 152 can generate AC power having six pulses using cathode DC power. At this time, the primary coil and the secondary coil of the one transformer 162 may have a Y-Y-shaped connection and may have a Y-? -Shaped connection.

음극을 위하여 2개의 3상 밸브 브릿지(152a)가 이용되는 경우, 음극 직류-교류 컨버터(152)는 음극 직류 전력을 이용하여 12개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 2개 중 하나의 트랜스포머(162)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, 나머지 하나의 트랜스포머(162)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다. When two three-phase valve bridges 152a are used for the cathode, the cathode DC-to-AC converter 152 can generate AC power having 12 pulses using cathode DC power. At this time, the primary coil and the secondary coil of one of the two transformers 162 may have a YY-shaped connection, and the primary coil and the secondary coil of the other transformer 162 may have Y- It may have a connection.

음극을 위하여 3개의 3상 밸브 브릿지(152a)가 이용되는 경우, 음극 직류-교류 컨버터(152)는 음극 직류 전력을 이용하여 18개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 교류 전력의 펄스의 수가 많을수록, 필터의 가격이 낮아질 수 있다.When three three-phase valve bridges 152a are used for the cathode, the cathode DC-to-AC converter 152 can generate AC power with eighteen pulses using cathode DC power. The greater the number of pulses of AC power, the lower the price of the filter.

수요 측 교류 파트(170)는 교류 필터(171)와 교류 송전 라인(173)을 포함한다.The demand side AC part 170 includes an AC filter 171 and an AC transmission line 173.

교류 필터(171)는 수요 파트(180)가 이용하는 주파수 성분(예컨데, 60Hz) 이외의 나머지 주파수 성분을, 수요 측 직류 변전 파트(105)가 생성하는 교류 전력에서 제거한다.The AC filter 171 removes the frequency components other than the frequency component (for example, 60 Hz) used by the demand part 180 from the AC power generated by the demand side DC power supply part 105.

교류 송전 라인(173)은 필터링된 교류 전력을 수요 파트(180)에 전달한다.The AC transmission line 173 delivers the filtered AC power to the demand part 180.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머와 3상 밸브 브릿지의 결선을 보여준다.4 shows a connection of a transformer and a three-phase valve bridge according to an embodiment of the present invention.

특히, 도 4는 양극을 위한 2개의 트랜스포머(121)와 양극을 위한 2개의 3상 밸브 브릿지(131a)의 결선을 보여준다. 음극을 위한 2개의 트랜스포머(122)와 음극을 위한 2개의 3상 밸브 브릿지(132a)의 결선, 양극을 위한 2개의 트랜스포머(161)와 양극을 위한 2개의 3상 밸브 브릿지(151a)의 결선, 음극을 위한 2개의 트랜스포머(162)와 음극을 위한 2개의 3상 밸브 브릿지(152a)의 결선, 양극을 위한 1개의 트랜스포머(121)와 양극을 위한 1개의 3상 밸브 브릿지(131a), 양극을 위한 1개의 트랜스포머(161)와 양극을 위한 1개의 3상 밸브 브릿지(151a)의 결선 등은 도 4의 실시예로부터 용이하게 도출할 수 있으므로, 그 도면과 설명은 생략한다.Particularly, Fig. 4 shows the connection of two transformers 121 for the anode and two three-phase valve bridges 131a for the anode. The connection of two transformers 122 for a negative electrode and two three-phase valve bridges 132a for a negative electrode, connection of two transformers 161 for an anode and two three-phase valve bridges 151a for an anode, Two transformers 162 for the negative pole and two three-phase valve bridges 152a for the negative pole, one transformer 121 for the positive pole and one three-phase valve bridge 131a for the positive pole, And the connection of one transformer 161 for one pole and one three-phase valve bridge 151a for the positive pole can be easily derived from the embodiment of Fig. 4, and therefore the illustration and description thereof are omitted.

도 4에서, Y-Y 형상의 결선을 가지는 트랜스포머(121)를 상측 트랜스포머, Y-Δ 형상의 결선을 가지는 트랜스포머(121)를 하측 트랜스포머, 상측 트랜스포머에 연결되는 3상 밸브 브릿지(131a)를 상측 3상 밸브 브릿지, 하측 트랜스포머에 연결되는 3상 밸브 브릿지(131a)를 하측 3상 밸브 브릿지라고 부르도록 한다.4, a transformer 121 having a YY-shaped wiring is referred to as an upper transformer, a transformer 121 having a Y-shaped wiring is referred to as a lower transformer, a three-phase valve bridge 131a connected to an upper transformer is referred to as an upper three- The three-phase valve bridge 131a connected to the valve bridge and the lower transformer is referred to as a lower three-phase valve bridge.

상측 3상 밸브 브릿지와 하측 3상 밸브 브릿지는 직류 전력을 출력하는 2개의 출력단인 제1 출력단(OUT1)과 제2 출력단(OUT2)을 가진다. The upper three-phase valve bridge and the lower three-phase valve bridge have a first output OUT1 and a second output OUT2, which are two output terminals for outputting DC power.

상측 3상 밸브 브릿지는 6개의 밸브(D1-D6)를 포함하고, 하측 3상 밸브 브릿지는 6개의 밸브(D7-D12)를 포함한다.The upper three-phase valve bridge includes six valves D1-D6, and the lower three-phase valve bridge includes six valves D7-D12.

밸브(D1)는 제1 출력단(OUT1)에 연결되는 캐소드와 상측 트랜스포머의 2차측 코일의 제1 단자에 연결되는 애노드를 가진다.The valve D1 has a cathode connected to the first output OUT1 and an anode connected to the first terminal of the secondary coil of the upper transformer.

밸브(D2)는 밸브(D5)의 애노드에 연결되는 캐소드와 밸브(D6)의 애노드에 연결되는 애노드를 가진다.The valve D2 has a cathode connected to the anode of the valve D5 and an anode connected to the anode of the valve D6.

밸브(D3)는 제1 출력단(OUT1)에 연결되는 캐소드와 상측 트랜스포머의 2차측 코일의 제2 단자에 연결되는 애노드를 가진다.The valve D3 has a cathode connected to the first output OUT1 and an anode connected to the second terminal of the secondary coil of the upper transformer.

밸브(D4)는 밸브(D1)의 애노드에 연결되는 캐소드와 밸브(D6)의 애노드에 연결되는 애노드를 가진다.The valve D4 has a cathode connected to the anode of the valve D1 and an anode connected to the anode of the valve D6.

밸브(D5)는 제1 출력단(OUT1)에 연결되는 캐소드와 상측 트랜스포머의 2차측 코일의 제3 단자에 연결되는 애노드를 가진다.The valve D5 has a cathode connected to the first output OUT1 and an anode connected to the third terminal of the secondary coil of the upper transformer.

밸브(D6)는 밸브(D3)의 애노드에 연결되는 캐소드를 가진다.The valve D6 has a cathode connected to the anode of the valve D3.

밸브(D7)는 밸브(D6)의 애노드에 연결되는 캐소드와 하측 트랜스포머의 2차측 코일의 제1 단자에 연결되는 애노드를 가진다.The valve D7 has a cathode connected to the anode of the valve D6 and an anode connected to the first terminal of the secondary coil of the lower transformer.

밸브(D8)는 밸브(D11)의 애노드에 연결되는 캐소드와 제2 출력단(OUT2)에 연결되는 애노드를 가진다.The valve D8 has a cathode connected to the anode of the valve D11 and an anode connected to the second output OUT2.

밸브(D9)는 밸브(D6)의 애노드에 연결되는 캐소드와 하측 트랜스포머의 2차측 코일의 제2 단자에 연결되는 애노드를 가진다.The valve D9 has a cathode connected to the anode of the valve D6 and an anode connected to the second terminal of the secondary coil of the lower transformer.

밸브(D10)는 밸브(D7)의 애노드에 연결되는 캐소드와 제2 출력단(OUT2)에 연결되는 애노드를 가진다.The valve D10 has a cathode connected to the anode of the valve D7 and an anode connected to the second output OUT2.

밸브(D11)는 밸브(D6)의 애노드에 연결되는 캐소드와 하측 트랜스포머의 2차측 코일의 제3 단자에 연결되는 애노드를 가진다.The valve D11 has a cathode connected to the anode of the valve D6 and an anode connected to the third terminal of the secondary coil of the lower transformer.

밸브(D12)는 밸브(D9)의 애노드에 연결되는 캐소드와 제2 출력단(OUT2)에 연결되는 애노드를 가진다.The valve D12 has a cathode connected to the anode of the valve D9 and an anode connected to the second output OUT2.

한편, 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150)는 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Mulit-Level Converter, 200)로 구성될 수 있다. On the other hand, the demand side DC-AC converter part 150 may be configured as a modular MULTI-LEVEL CONVERTER 200.

모듈형 멀티레벨 컨버터(200)는 복수의 서브 모듈(210)을 이용하여 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.The modular multi-level converter 200 can convert DC power to AC power using a plurality of sub-modules 210.

도 5 및 6을 참고하여 모듈형 멀티레벨 컨버터(200)의 구성을 설명한다.The configuration of the modular multi-level converter 200 will be described with reference to Figs. 5 and 6. Fig.

도 5 및 6은 모듈형 멀티레벨 컨버터(200)의 구성 블록도이다.FIGS. 5 and 6 are block diagrams of the configuration of the modular multi-level converter 200. FIG.

모듈형 멀티레벨 컨버터(200)는 중앙 제어기(250), 복수의 서브 제어기(230), 복수의 서브 모듈(210)을 포함한다.The modular multilevel converter 200 includes a central controller 250, a plurality of sub-controllers 230, and a plurality of sub-modules 210.

중앙 제어기(250)는 복수의 서브 제어기(230)를 제어하고, 각각의 서브 제어기(230)는 자신과 연결된 각각의 서브 모듈(210)을 제어할 수 있다.The central controller 250 controls a plurality of sub-controllers 230, and each sub-controller 230 can control each sub-module 210 connected thereto.

이때, 도 5에서와 같이, 하나의 서브 제어기(230)는 하나의 서브 모듈(210)과 연결되고, 그에 따라 상기 중앙 제어기(250)를 통해 전송되는 제어 신호를 기준으로 자신과 연결된 하나의 서브 모듈(210)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다.5, one sub-controller 230 is connected to one sub-module 210, and one sub-controller 210 connected to the sub-controller 210 based on a control signal transmitted through the central controller 250 The switching operation of the module 210 can be controlled.

또한, 이와 다르게, 도 6에서와 같이 하나의 서브 제어기(230)는 복수의 서브 모듈(210)과 연결되고, 그에 따라 상기 중앙 제어기(250)를 통해 전송되는 복수의 제어 신호를 이용하여 상기 자신과 연결된 복수의 서브 모듈(210)에 대한 각각의 제어 신호를 확인하고, 상기 확인한 제어 신호를 기준으로 상기 복수의 서브 모듈(210)을 각각 제어할 수 있다.6, one sub-controller 230 is connected to a plurality of sub-modules 210, and by using the plurality of control signals transmitted through the central controller 250, Module 210 connected to the plurality of sub-modules 210, and controls the plurality of sub-modules 210 based on the checked control signal.

도 7을 참고하여, 모듈형 멀티레벨 컨버터(200)에 포함되는 복수의 서브 모듈(210)의 연결을 설명한다.Referring to FIG. 7, the connection of the plurality of sub-modules 210 included in the modular multi-level converter 200 will be described.

도 7은 3상 모듈형 멀티레벨 컨버터(200)에 포함되는 복수의 서브 모듈(210)의 연결을 나타낸다.FIG. 7 shows a connection of a plurality of sub-modules 210 included in the three-phase modular multilevel converter 200.

도 7을 참고하면, 복수의 서브 모듈(210)은 직렬로 연결될 수 있으며, 하나의 상(Phase)의 양극 또는 음극에 연결된 복수의 서브 모듈(210)을 하나의 암(Arm)을 구성할 수 있다.Referring to FIG. 7, a plurality of submodules 210 may be connected in series, and a plurality of submodules 210 connected to one positive electrode or negative electrode of a phase may constitute one arm have.

3상 모듈형 멀티레벨 컨버터(200)는 일반적으로 6개의 암(Arm)으로 구성될 수 있으며, A, B, C인 3상 각각에 대해 양극과 음극으로 구성되어 6개의 암(Arm)으로 구성될 수 있다.The three-phase modular multilevel converter 200 can generally be composed of six arms and is composed of six arms consisting of an anode and a cathode for each of the three phases A, B, .

이에 따라, 3상 모듈형 멀티레벨 컨버터(200)는 A상 양극에 대한 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 제1 암(221), A상 음극에 대한 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 제2 암(222), B상 양극에 대한 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 제3 암(223), B상 음극에 대한 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 제4 암(224), C상 양극에 대한 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 제5 암(225), C상 음극에 대한 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 제6 암(226)으로 구성될 수 있다.Accordingly, the three-phase modular multilevel converter 200 includes a first arm 221 composed of a plurality of submodules 210 for the A-phase anode, and a plurality of sub-modules 210 for the A-phase anode A third arm 223 composed of a plurality of submodules 210 for the B-phase anode, and a fourth arm 224 composed of a plurality of submodules 210 for the B- A fifth arm 225 composed of a plurality of submodules 210 for the C-phase anode, and a sixth arm 226 composed of a plurality of submodules 210 for the C-phase cathode .

그리고 하나의 상(Phase)에 대한 복수의 서브 모듈(210)은 레그(Leg)를 구성할 수 있다.And a plurality of submodules 210 for one phase can constitute a leg.

이에 따라, 3상 모듈형 멀티레벨 컨버터(200)는 A상에 대한 복수의 서브 모듈(210)을 포함하는 A상 레그(227)과, B상에 대한 복수의 서브 모듈(210)을 포함하는 B상 레그(228), C상에 대한 복수의 서브 모듈(210)을 포함하는 C상 레그(229)로 구성될 수 있다.Accordingly, the three-phase modular multilevel converter 200 includes an A-phase leg 227 including a plurality of sub-modules 210 for phase A and a plurality of sub-modules 210 for phase B A B-phase leg 228, and a C-phase leg 229 including a plurality of submodules 210 for C-phase.

그래서 제1 암(221) 내지 제 6암(226)은 각각 A, B, C상 레그(227, 228, 229)에 포함된다.Thus, the first arm 221 to the sixth arm 226 are included in the A, B, and C-phase legs 227, 228, and 229, respectively.

구체적으로, A상 레그(227)에는 A상의 양극 암인 제1 암(221)과 음극 암인 제2 암(222)이 포함되며, B상 레그(228)에는 B상의 양극 암인 제3 암(223)과 음극 암인 제4 암(224)가 포함된다. 그리고 C상 레그(229)에는 C상의 양극 암인 제5 암(225)과 음극 암인 제6 암(226)이 포함된다.Specifically, the A-phase leg 227 includes a first arm 221, which is a cathode arm of A phase, and a second arm 222, which is a cathode arm. A third arm 223, which is a B phase anode arm, And a fourth arm 224 which is a cathode arm. The C-phase leg 229 includes a fifth arm 225, which is a C-phase anode arm, and a sixth arm 226, which is a cathode arm.

또한, 복수의 서브 모듈(210)은 극성에 따라 양극 암(Arm, 227)과 음극 암(Arm, 228)을 구성할 수 있다.In addition, the plurality of sub modules 210 can constitute a cathode arm (arm) 227 and a cathode arm (arm) 228 according to the polarity.

구체적으로 도 7을 참고하면, 모듈형 멀티레벨 컨버터(200)에 포함되는 복수의 서브 모듈(210)은 중성선(n)을 기준으로 양극에 대응하는 복수의 서브 모듈(210)과 음극에 대응하는 복수의 서브 모듈(210)로 분류할 수 있다. 7, a plurality of submodules 210 included in the modular multilevel converter 200 are divided into a plurality of submodules 210 corresponding to the positive electrodes and a plurality of submodules 210 corresponding to the negative electrodes And can be classified into a plurality of sub-modules 210.

그래서 모듈형 멀티레벨 컨버터(200)는 양극에 대응하는 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 양극 암(227), 음극에 대응하는 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 음극 암(228)로 구성될 수 있다.Thus, the modular multi-level converter 200 includes a cathode arm 227 composed of a plurality of submodules 210 corresponding to an anode, and a cathode arm 228 composed of a plurality of submodules 210 corresponding to a cathode Lt; / RTI >

이에 따라, 양극 암(227)은 제1 암(221), 제3 암(223), 제5 암(225)로 구성될 수 있고, 음극 암(228)은 제2 암(222), 제4 암(224), 제6 암(226)으로 구성될 수 있다.The anode arm 227 may be composed of a first arm 221, a third arm 223 and a fifth arm 225 and the cathode arm 228 may be composed of a second arm 222, The arm 224, and the sixth arm 226. [

이어서 도 8을 참고하여, 서브 모듈(210)의 구성을 설명한다.Next, the configuration of the sub module 210 will be described with reference to FIG.

도 8은 서브 모듈(210)의 구성에 대한 예시도이다.8 is an exemplary view of the configuration of the submodule 210. FIG.

도 8을 참고하면, 상기 서브 모듈(210)은 2개의 단방향 제어 스위치 소자들(210a,210b)와 2개의 양방향 제어 스위치 소자들(210c,210d), 그리고 2개의 커패시터들(210e,210f)을 포함한다.8, the sub-module 210 includes two unidirectional control switch elements 210a and 210b, two bidirectional control switch elements 210c and 210d, and two capacitors 210e and 210f. .

상기 단방향 제어 스위치 소자들(210a,210b)은 제1 스위치 소자(210a)와 제2 스위치 소자(210b)를 포함하고, 이미터-컬렉터 접합부들 양단에 역병렬 다이오드를 갖는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 같은 전력 반도체들이 될 수 있다. 여기서 전력 반도체는 전력 장치용 반도체 소자를 말하며, 전력의 변환이나 제어용에 최적화될 수 있다. 그리고 전력 반도체는 밸브 장치라고 하기도 한다. 상기 역병렬 다이오드의 애노드는 이미터에 결합된다.The unidirectional control switch elements 210a and 210b include a first switch element 210a and a second switch element 210b and an insulated gate bipolar transistor (IGBT) 210b having an anti-parallel diode at both ends of the emitter- ). ≪ / RTI > Here, a power semiconductor refers to a semiconductor device for a power device, and can be optimized for power conversion and control. Power semiconductors are also called valve devices. The anode of the anti-parallel diode is coupled to the emitter.

상기 제1 스위치 소자(210a)와 제2 스위치 소자(210b) 사이의 접점은 상위 서브 모듈(210)과 직렬 연결되어 전류(icell)가 입력된다.The contact between the first switch element 210a and the second switch element 210b is connected in series with the upper submodule 210 to input a current i cell .

상기 양방향 제어 스위치 소자들(210c,210d)은 제3 스위치 소자(210c)와 제4 스위치 소자(210d)를 포함하고, 이미터-컬렉터 접합부들 양단에 역병렬 다이오드를 갖는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)와 같은 전력 반도체들이 될 수 있다. 상기 역병렬 다이오드의 애노드는 이미터에 결합된다. The bidirectional control switch elements 210c and 210d include a third switch element 210c and a fourth switch element 210d and an insulated gate bipolar transistor IGBT having emitter- ). ≪ / RTI > The anode of the anti-parallel diode is coupled to the emitter.

상기 양방향 제어 스위치 소자들(210c,210d)은 상기 제3 스위치 소자(210c)와 제4 스위치 소자(210d)의 이미터들을 함께 결합함으로써 형성될 수 있다. 상기 양방향 제어 스위치 소자들(210c,210d)의 컬렉터들은 상기 2개의 단방향 제어 스위치 소자들(210a,210b) 사이와 상기 2개의 커패시터들(210e,210f) 사이에 연결된다.The bidirectional control switch elements 210c and 210d may be formed by coupling the emitters of the third switch element 210c and the fourth switch element 210d together. The collectors of the bidirectional control switch elements 210c and 210d are coupled between the two unidirectional control switch elements 210a and 210b and between the two capacitors 210e and 210f.

상기 2개의 커패시터 중 제 1커패시터(210e)는 상기 제1 스위치 소자(210a)의 컬렉터와 상기 제4 스위치 소자(210d)의 컬렉터 사이에 연결되고, 상기 제 2커패시터(210e)는 상기 제2 스위치 소자(210b)의 이미터와 상기 제4 스위치 소자(210d)의 컬렉터 사이에 연결된다.The first capacitor 210e of the two capacitors is connected between the collector of the first switch element 210a and the collector of the fourth switch element 210d and the second capacitor 210e is connected between the collector of the first switch element 210a and the collector of the fourth switch element 210d, And is connected between the emitter of the device 210b and the collector of the fourth switch device 210d.

상기 서브 모듈(210)은 NPC(Neutral-Point-Clamped) 형태가 될 수 있다.The sub-module 210 may be in a Neutral-Point-Clamped (NPC) mode.

도 9 내지 도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 서브 모듈의 동작을 설명하는 도면이다.9 to 16 are diagrams for explaining the operation of the submodule according to the embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 상기 제1,2,3,4 스위치 소자(210a,210b,210c,210d)가 모두 열리고 전류(icell)가 양의 값인 경우, 상위 서브 모듈(210)로부터의 전류는 제1 스위치 소자(210a)의 역병렬 다이오드와, 제1,2 커패시터(210e,210f)를 지나 하위 서브 모듈(210)로 흐른다. 이 경우 전압(vx)은 vc가 된다.9, when all of the first, second, third and fourth switch elements 210a, 210b, 210c and 210d are opened and the current i cell is positive, the current from the upper sub- Flows through the anti-parallel diode of the first switch element 210a and the first and second capacitors 210e and 210f to the lower sub-module 210. In this case, the voltage (v x ) becomes v c .

도 10을 참조하면, 상기 제1,2,3,4 스위치 소자(210a,210b,210c,210d)가 모두 열리고 전류(icell)가 음의 값인 경우, 하위 서브 모듈(210)로부터의 전류는 제2 스위치 소자(210b)의 역병렬 다이오드를 지나 상위 서브 모듈(210)로 흐른다. 이 경우 전압(vx)은 0가 된다.10, when all of the first, second, third and fourth switching elements 210a, 210b, 210c and 210d are opened and the current i cell is negative, the current from the lower sub- Passes through the anti-parallel diode of the second switch element 210b and flows to the upper sub-module 210. [ In this case, the voltage (v x ) becomes zero.

도 11을 참조하면, 상기 제1 스위치 소자(210a)가 닫히고, 상기 제2,3,4 스위치 소자(210b,210c,210d)가 모두 열리고 전류(icell)가 양의 값인 경우, 상위 서브 모듈(210)로부터의 전류는 제1 스위치 소자(210a)의 역병렬 다이오드와, 제1,2 커패시터(210e,210f)를 지나 하위 서브 모듈(210)로 흐른다. 이 경우 전압(vx)은 vc가 된다.11, when the first switch device 210a is closed and the second, third and fourth switch devices 210b, 210c and 210d are all opened and the current i cell is a positive value, The current from the first switch 210 flows to the lower sub-module 210 through the anti-parallel diode of the first switch 210a and the first and second capacitors 210e and 210f. In this case, the voltage (v x ) becomes v c .

도 12를 참조하면, 상기 제3 스위치 소자(210c)가 닫히고, 상기 제1,2,4 스위치 소자(210a,210b,210d)가 모두 열리고 전류(icell)가 양의 값인 경우, 상위 서브 모듈(210)로부터의 전류는 제3 스위치 소자(210c)와, 제4 스위치 소자(210d)의 역병렬 다이오드와, 제2 커패시터(210f)를 지나 하위 서브 모듈(210)로 흐른다. 이 경우 전압(vx)은 vc/2가 된다.12, when the third switch element 210c is closed and the first, second and fourth switch elements 210a, 210b and 210d are all opened and the current i cell is a positive value, The current from the second switch 210 flows to the lower submodule 210 through the third switch element 210c, the anti-parallel diode of the fourth switch element 210d, and the second capacitor 210f. In this case, the voltage (v x ) becomes v c / 2.

도 13을 참조하면, 상기 제2 스위치 소자(210b)가 닫히고, 상기 제1,3,4 스위치 소자(210a,210c,210d)가 모두 열리고 전류(icell)가 양의 값인 경우, 상위 서브 모듈(210)로부터의 전류는 제2 스위치 소자(210b)를 지나 하위 서브 모듈(210)로 흐른다. 이 경우 전압(vx)은 0가 된다.13, when the second switch device 210b is closed and the first, third, and fourth switch devices 210a, 210c, and 210d are all opened and the current i cell is a positive value, The current from the first switch element 210 flows to the lower sub-module 210 through the second switch element 210b. In this case, the voltage (v x ) becomes zero.

도 14를 참조하면, 상기 제1 스위치 소자(210a)가 닫히고, 상기 제2,3,4 스위치 소자(210b,210c,210d)가 모두 열리고 전류(icell)가 음의 값인 경우, 하위 서브 모듈(210)로부터의 전류는 제1,2 커패시터(210e,210f)와 제1 스위치 소자(210a)를 지나 상위 서브 모듈(210)로 흐른다. 이 경우 전압(vx)은 vc가 된다.14, when the first switch device 210a is closed and the second, third, and fourth switch devices 210b, 210c, and 210d are all opened and the current i cell is a negative value, The current from the first capacitor 210 flows to the upper submodule 210 through the first and second capacitors 210e and 210f and the first switch device 210a. In this case, the voltage (v x ) becomes v c .

도 15를 참조하면, 상기 제4 스위치 소자(210d)가 닫히고, 상기 제1,2,3 스위치 소자(210a,210b,210c)가 모두 열리고 전류(icell)가 음의 값인 경우, 하위 서브 모듈(210)로부터의 전류는 제2 커패시터(210f)와 제4 스위치 소자(210d)와, 제3 스위치 소자(210c)의 역병렬 다이오드를 지나 상위 서브 모듈(210)로 흐른다. 이 경우 전압(vx)은 vc/2가 된다.15, when the fourth switch element 210d is closed and the first, second and third switch elements 210a, 210b and 210c are all opened and the current i cell is a negative value, The current from the second switch 210 flows to the upper submodule 210 through the second capacitor 210f, the fourth switch element 210d and the anti-parallel diode of the third switch element 210c. In this case, the voltage (v x ) becomes v c / 2.

도 16을 참조하면, 상기 제2 스위치 소자(210b)가 닫히고, 상기 제1,3,4 스위치 소자(210a,210c,210d)가 모두 열리고 전류(icell)가 음의 값인 경우, 하위 서브 모듈(210)로부터의 전류는 제2 스위치 소자(210b)의 역병렬 다이오드를 지나 상위 서브 모듈(210)로 흐른다. 이 경우 전압(vx)은 0가 된다.16, when the second switch element 210b is closed and the first, third, and fourth switch elements 210a, 210c, and 210d are all opened and the current i cell is a negative value, The current from the second switching device 210 flows through the anti-parallel diode of the second switching device 210b to the upper submodule 210. [ In this case, the voltage (v x ) becomes zero.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터는 각 서브 모듈(210)이 4개의 스위치 소자로 3레벨의 전압을 출력할 수 있다. 따라서, 종래의 하프 브릿지 방식이나 풀 브릿지 방식에 비해 전압 레벨을 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 결과적으로 본 발명은 스위칭 주파수를 저감하여 손실을 감소시킬 수 있으며, 전고조파왜률(THd)을 감소시키며, 이를 통해 필터 용량을 감소시켜 시스템 효율을 증대할 수 있는 장점 있다.As described above, in the modular multilevel converter according to the present invention, each sub-module 210 can output three levels of voltage with four switch elements. Therefore, the voltage level can be increased as compared with the conventional half bridge method or full bridge method. As a result, the present invention can reduce the switching frequency to reduce the loss, reduce the total harmonic distortion (THd), and reduce the filter capacity, thereby increasing system efficiency.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

100; HVDC 시스템, 101; 발전파트, 110; 송전 측 교류 파트, 103; 송전 측 직류 변전 파트, 140; 직류 송전 파트, 105; 수요 측 직류 변전 파트, 170; 수요 측 교류 파트, 180; 수요 파트, 190; 제어파트100; HVDC system, 101; Development Parts, 110; Transmission side AC part, 103; A power transmission side DC transmission part, 140; DC transmission part, 105; Demand Side DC Substation, 170; Demand side AC part, 180; Demand Part, 190; Control part

Claims (7)

스위칭 소자를 포함하는 복수의 서브 모듈; 및
상기 복수의 서브 모듈에 포함된 스위칭 소자를 각각 제어하는 제어기를 포함하고,
상기 복수의 서브 모듈은 2개의 단방향 제어 스위치 소자들과, 2개의 양방향 제어 스위치 소자들과, 2개의 커패시터들을 포함하고,
상기 2개의 양방향 제어 스위치 소자들은 상기 2개의 단방향 제어 스위치 소자들 사이의 접점과 상기 2개의 커패시터들 사이의 접점에 각각 연결되어 NPC(Neutral-Point-Clamped) 형태로 구비되는 모듈형 멀티레벨 컨버터.A plurality of submodules including switching elements; And
And a controller for respectively controlling switching elements included in the plurality of submodules,
Said plurality of submodules comprising two unidirectional control switch elements, two bidirectional control switch elements and two capacitors,
Wherein the two bidirectional control switch elements are respectively connected to a contact between the two unidirectional control switch elements and a contact point between the two capacitors in a NPC (Neutral-Point-Clamped) manner. 제 1항에 있어서,
상기 2개의 단방향 제어 스위치 소자들은 제1 스위치 소자와 제2 스위치 소자를 포함하고, 상기 제1 스위치 소자 및 제2 스위치 소자는 각각 이미터-컬렉터 접합부들 양단에 역병렬 다이오드를 갖는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터인 모듈형 멀티레벨 컨버터.The method according to claim 1,
Wherein the two unidirectional control switch elements comprise a first switch element and a second switch element, the first switch element and the second switch element each comprising an insulated gate bipolar transistor having an anti-parallel diode at both ends of the emitter- In modular multilevel converters. 제 1항에 있어서,
상기 2개의 단방향 제어 스위치 소자들 사이의 접점은 상위 서브 모듈과 연결되는 모듈형 멀티레벨 컨버터.The method according to claim 1,
Wherein the contacts between the two unidirectional control switch elements are connected to the upper submodule. 제 1항에 있어서,
상기 2개의 양방향 제어 스위치 소자들은 제3 스위치 소자와 제4 스위치 소자를 포함하고, 상기 제3 스위치 소자 및 제4 스위치 소자는 각각 이미터-컬렉터 접합부들 양단에 역병렬 다이오드를 갖는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터인 모듈형 멀티레벨 컨버터.The method according to claim 1,
Wherein the two bidirectional control switch elements comprise a third switch element and a fourth switch element, the third switch element and the fourth switch element each comprise an insulated gate bipolar transistor having an anti-parallel diode at each end of the emitter- In modular multilevel converters. 제 1항에 있어서,
상기 2개의 양방향 제어 스위치 소자들은 각각의 이미터들이 서로 연결되는 모듈형 멀티레벨 컨버터.The method according to claim 1,
Wherein the two bi-directional control switch elements are each coupled to each other. 제 2항에 있어서,
상기 2개의 커패시터들은 제1 커패시터와 제2 커패시터를 포함하고, 상기 제1 커패시터는 상기 제1 스위치 소자의 컬렉터와 연결되고, 상기 제2 커패시터는 상기 제2 스위치 소자의 이미터와 연결되는 모듈형 멀티레벨 컨버터.3. The method of claim 2,
Wherein the two capacitors include a first capacitor and a second capacitor, the first capacitor is connected to the collector of the first switch element, and the second capacitor is connected to the emitter of the second switch element, Multilevel converters. 제 6항에 있어서,
상기 제2 스위치 소자와 상기 제2 커패시터 사이의 접점은 하위 서브 모듈과 연결되는 모듈형 멀티레벨 컨버터.The method according to claim 6,
And the contact between the second switch element and the second capacitor is connected to the lower sub-module.
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