KR20190089053A - 서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법 - Google Patents

서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법은, 충전 과정에서 모든 풀 브리지 서브모듈을 반폐쇄하는 반제어 충전 링크를 설정하여, 하프 브리지 서브모듈의 비제어 단계에서 하프 브리지 서브모듈의 전압을 높여 하프 브리지 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이의 동작 시작점에 도달시킴으로써,이로부터 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이의 동작 시작점을 향상시키고, 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이의 설계 난이도를 낮춘다. 또한, 충전 과정에서 모든 풀 브리지 서브모듈이 바이패스되는 반제어 충전 링크를 설정하여, 마찬가지로 상술한 목적을 달성할 수 있는, 또 다른 서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법을 공개한다.

Description

서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법
본 발명은 플렉시블 직류 송배전 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법에 관한 것이다.
플렉시블 직류는 전압원 컨버터를 사용하여, 유효 전력 및 무효 전력을 독립적으로 신속하게 제어할 수 있고, 이로부터 시스템 안정성을 향상시키고, 시스템 주파수 및 전압의 변동을 억제하며, 그리드 연결 시스템의 안정 상태 성능을 향상시킨다. 플렉시블 직류는 신에너지의 그리드 접속, 분산형 발전의 그리드 접속, 도서 지역 전원 공급, 도시 배전망 전원 공급 등 분야에서 비교적 큰 강점을 가진다. 컨버터는 플렉시블 직류 기술의 핵심 장비이며, 모듈화 멀티레벨 컨버터(modular multilevel converter, MMC)는 모듈화 디자인, 낮은 스위치 주파수, 우수한 고조파 성능 등 이점으로 인하여 현재 플렉시블 직류 공정에서 우선적인 해결수단이 된다.
현재 가동 중인 MMC 해결수단에 기반한 플렉시블 직류 공정은 하프 브리지 서브모듈 기반 모듈화 멀티레벨 컨버터(half bridge sub-module based modular multilevel converter, HB-MMC) 해결수단을 사용하는데, 컨버터 직류측에서 단락 고장이 발생할 경우, 교류 전원, 하프 브리지 서브모듈의 역병렬 다이오드 및 단락 고장 지점에는 단락 회로가 형성되나, 현 단계에서 고압 직류 차단기 기술 및 제조 공법이 아직 성숙되지 않았으므로, 교류 회로 차단기를 통해 고장 회로를 차단하고 또한 고장 전류가 자연적으로 0으로 감쇠되어야만 다시 작동할 수 있다. 따라서 상기 해결수단은 전원 공급을 복원시키는 지연 시간이 길어, 전원 공급 신뢰성을 감소시킨다.
컨버터에 직류 고장 제거 기능을 가지게 하기 위하여, 국내외 학자들은 다양한 신형 토폴로지(topology)를 제안하였다. 그 중에서 MMC의 제안자인 독일 학자 R.Marquart는, 서브모듈을 기본 출력 단위로 하는 광범위한 MMC 개념을 제안하였고 또한 풀 브리지 서브모듈(full bridge sub-module, FBSM) 등 신형 서브모듈 토폴로지를 제안하였다. 그러나, 풀 브리지 서브모듈 기반 모듈화 멀티레벨 컨버터(half bridge sub-module based modular multilevel converter, HB-MMC)는 스위칭 소자가 많고, 스위칭 소자 이용률이 높지 않아, 가동 소모가 크다. 이에 따라, 특허 WO2012103936A1에서는 하프 브리지 및 풀 브리지 서브모듈에 기반한 하이브리드 모듈화 멀티레벨 컨버터(HBFB-MMC) 해결수단을 제안하였는데, 이는 HB-MMC 및 FB-MMC의 이점을 겸비하고, 직류 고장 제거 기능을 갖는 동시에 FB-MMC 해결수단에 비해 스위칭 소자를 약 1/4로 감소시키므로, 상기 해결수단은 광범위한 응용 전망을 갖고 있다.
HBFB-MMC 해결수단에 있어서, 서브모듈의 하이브리드 컨버터는 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 위상 유닛을 포함하고, 각 위상 유닛은 상부 브리지 암 및 하부 브리지 암을 포함하며, 상부 브리지 암 및 하부 브리지 암은 상호 직렬 연결된 적어도 하나의 하프 브리지 서브모듈, 적어도 하나의 풀 브리지 서브모듈 및 적어도 하나의 리액터(reactor)를 포함하고, 컨버터 교류측은 충전용 저항 및 그 바이패스 스위치, 인입 스위치를 통해 교류 전력망과 연결된다. 하프 브리지 서브모듈은 역병렬 다이오드를 구비한 두 개의 턴오프 가능 소자 및 하나의 에너지 저장 소자를 적어도 포함하고, 제1 턴오프 가능 소자의 음극과 제2 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제1 브리지를 구성하며, 제1 턴오프 가능 소자의 양극은 제1 브리지의 양극으로 사용되고, 제2 턴오프 가능 소자의 음극은 제1 브리지의 음극으로 사용되며, 제1 턴오프 가능 소자와 제2 턴오프 가능 소자의 연결점은 하프 브리지 서브모듈의 제1 종단점(terminal point)으로 사용되고, 제1 브리지의 음극은 하프 브리지 서브모듈의 제2 종단점으로 사용되며, 제1 브리지의 양극은 에너지 저장 소자의 양극과 서로 연결되고, 제1 브리지의 음극은 에너지 저장 소자의 음극과 서로 연결된다. 풀 브리지 서브모듈은 역병렬 다이오드를 구비한 네 개의 턴오프 가능 소자 및 하나의 에너지 저장 소자를 적어도 포함하고, 제1 턴오프 가능 소자의 음극과 제2 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제1 브리지를 구성하며, 제1 턴오프 가능 소자의 양극은 제1 브리지의 양극으로 사용되고, 제2 턴오프 가능 소자의 음극은 제1 브리지의 음극으로 사용되며, 제1 턴오프 가능 소자와 제2 턴오프 가능 소자의 연결점은 하프 브리지 서브모듈의 제1 종단점으로 사용되고, 제3 턴오프 가능 소자의 음극과 제4 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제2 브리지를 구성하며, 제3 턴오프 가능 소자의 양극은 제2 브리지의 양극으로 사용되고, 제4 턴오프 가능 소자의 음극은 제2 브리지의 음극으로 사용되며, 제3 턴오프 가능 소자와 제4 턴오프 가능 소자의 연결점은 풀 브리지 서브모듈의 제2 종단점으로 사용되고, 제1 브리지의 양극, 제2 브리지의 양극은 에너지 저장 소자의 양극과 서로 연결되며, 제1 브리지의 음극, 제2 브리지의 음극은 에너지 저장 소자의 음극과 서로 연결된다.
비제어(uncontrolled) 충전 시 모든 하프 브리지 서브모듈은 폐쇄되고, 모든 풀 브리지 서브모듈도 폐쇄된다. 하프 브리지 서브모듈의 비제어 충전시의 모식도는 도 5에 도시된 바와 같고, 전류가 제1 종단점으로부터 유입될 경우에는 하프 브리지 서브모듈의 에너지 저장 소자는 충전 회로에 연결되어, 에너지 저장 소자가 충전되고, 전류가 제1 종단점으로부터 유출될 경우에는 하프 브리지 서브모듈의 에너지 저장 소자는 충전 회로에 연결되지 않아, 에너지 저장 소자가 충전되지 않는다. 풀 브리지 서브모듈의 비제어 충전시의 모식도는 도 6에 도시된 바와 같고, 전류가 제1 종단점으로부터 유입될 때에는 풀 브리지 서브모듈의 에너지 저장 소자는 충전 회로에 연결되어, 에너지 저장 소자가 충전되고, 전류가 제1 종단점으로부터 유출될 때에는 풀 브리지 서브모듈의 에너지 저장 소자는 충전 회로에 연결되지 않아, 에너지 저장 소자가 충전되지 않는다. 풀 브리지 서브모듈의 충전 시간이 하프 브리지 서브모듈의 충전 시간의 약 두 배이므로, 비제어 충전 시 풀 브리지 서브모듈의 전압은 하프 브리지 서브모듈의 전압의 약 두 배이다. 그런데 고압인 경우에 서브모듈의 동작은 셀프 파워 서플라이에 의존해야 하고, 일반적인 경우 셀프 파워 서플라이의 작동 전압은 매우 낮아서는 안되는데, 낮을 경우 교류 비제어 충전 단계에서 하프 브리지 서브모듈은 제어되지 않으므로, 다음 단계의 전제어(full-controlled) 충전 프로세스를 수행할 수 없게 된다. 따라서 하프 브리지 서브모듈의 비제어 단계에서 하프 브리지 서브모듈의 전압을 높임으로써 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이의 동작 시작점을 향상시키고, 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이의 설계 난이도를 낮출 수 있도록 서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법을 설계할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 하프 브리지 및 풀 브리지 서브모듈 기반 모듈화 멀티레벨 컨버터의 교류 비제어 충전의 특징에 대하여, 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이의 작동 전압이 감소되지 않는 경우에 HBFB-MMC컨버터를 원활하게 충전시켜, 작동 과정을 완료하는, 서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명이 사용하는 기술적 해결수단은,
서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법으로서, 상기 충전 방법은 구체적으로,
컨버터가 비제어 충전 프로세스를 수행하는 단계 (1);
풀 브리지 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이가 파워를 공급받고, 파워를 성공적으로 공급받은 후 풀 브리지 서브모듈은 반폐쇄되고, 하프 브리지 서브모듈은 폐쇄되는 단계 (2);
컨버터가 반제어(half-controlled) 충전을 수행하며, 반제어 충전 완료 후 충전용 저항의 바이패스 스위치를 폐쇄하는 단계 (3); 및
컨버터가 전제어 충전 프로세스를 수행하는 단계 (4)를 포함한다.
본 발명의 더욱 바람직한 해결수단으로서, 단계 (4)에서 전제어 충전은 구체적으로, 하프 브리지 서브모듈의 일부를 폐쇄하고, 하프 브리지 서브모듈의 일부를 바이패스하며; 풀 브리지 서브모듈의 일부를 반폐쇄하고, 풀 브리지 서브모듈의 일부를 바이패스하는 것이다.
본 발명의 더욱 바람직한 해결수단으로서, 상기 하프 브리지 서브모듈은 역병렬 다이오드를 구비한 두 개의 턴오프 가능 소자 및 하나의 에너지 저장 소자를 적어도 포함하고, 제1 턴오프 가능 소자의 음극과 제2 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제1 브리지를 구성하며, 제1 턴오프 가능 소자의 양극은 제1 브리지의 양극으로 사용되고, 제2 턴오프 가능 소자의 음극은 제1 브리지의 음극으로 사용되며, 제1 턴오프 가능 소자와 제2 턴오프 가능 소자의 연결점은 하프 브리지 서브모듈의 제1 종단점으로 사용되고, 제1 브리지의 음극은 하프 브리지 서브모듈의 제2 종단점으로 사용되며, 제1 브리지의 양극은 에너지 저장 소자의 양극과 서로 연결되고, 제1 브리지의 음극은 에너지 저장 소자의 음극과 서로 연결되며,
상기 풀 브리지 서브모듈은 역병렬 다이오드를 구비한 네 개의 턴오프 가능 소자 및 하나의 에너지 저장 소자를 적어도 포함하고, 제1 턴오프 가능 소자의 음극과 제2 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제1 브리지를 구성하며, 제1 턴오프 가능 소자의 양극은 제1 브리지의 양극으로 사용되고, 제2 턴오프 가능 소자의 음극은 제1 브리지의 음극으로 사용되며, 제1 턴오프 가능 소자와 제2 턴오프 가능 소자의 연결점은 하프 브리지 서브모듈의 제1 종단점으로 사용되고, 제3 턴오프 가능 소자의 음극과 제4 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제2 브리지를 구성하며, 제3 턴오프 가능 소자의 양극은 제2 브리지의 양극으로 사용되고, 제4 턴오프 가능 소자의 음극은 제2 브리지의 음극으로 사용되며, 제3 턴오프 가능 소자와 제4 턴오프 가능 소자의 연결점은 풀 브리지 서브모듈의 제2 종단점으로 사용되고, 제1 브리지의 양극, 제2 브리지의 양극은 에너지 저장 소자의 양극과 서로 연결되며, 제1 브리지의 음극, 제2 브리지의 음극은 에너지 저장 소자의 음극과 서로 연결된다.
본 발명의 더욱 바람직한 해결수단으로서，단계 (2)에서 풀 브리지 서브모듈의 반폐쇄는 구체적으로, 상기 풀 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자를 턴온하고 제2 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자, 제4 턴오프 가능 소자를 턴오프하거나 제1 턴오프 가능 소자, 제2 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자를 턴오프하고 제4 턴오프 가능 소자를 턴온하는 것이다.
본 발명의 더욱 바람직한 해결수단으로서，상기 하프 브리지 서브모듈의 바이패스는 구체적으로, 하프 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자를 턴오프하고 제2 턴오프 가능 소자를 턴온하는 것이다.
본 발명의 더욱 바람직한 해결수단으로서，상기 풀 브리지 서브모듈의 바이패스는, 풀 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자를 턴오프하고 제2 턴오프 가능 소자, 제4 턴오프 가능 소자를 턴온하거나 제1 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자를 턴온하고 제2 턴오프 가능 소자, 제4 턴오프 가능 소자를 턴오프하는 것이다.
본 발명의 더욱 바람직한 해결수단으로서，단계 (3)에서 상기 반제어 충전 완료 여부의 판단 기준은, 충전 전류가 설정값 Iset보다 작거나 직류 전압이 설정값 Uset보다 크되, Iset < 0.1 pu이고, Uset > 0.5 pu이다.
본 발명은 또한 서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법을 공개하며, 상기 충전 방법은 구체적으로,
컨버터가 비제어 충전 프로세스를 수행하는 단계 (1);
풀 브리지 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이가 파워를 공급받고, 파워를 성공적으로 공급받은 후 풀 브리지 서브모듈은 바이패스되고, 하프 브리지 서브모듈은 폐쇄되는 단계 (2);
하프 브리지 서브모듈의 평균 전압이 풀 브리지 서브모듈의 평균 전압보다 K배 클 경우, 모든 풀 브리지 서브모듈이 반폐쇄되고, 모든 하프 브리지 서브모듈이 폐쇄되며, 0.6 < K < 1.4인 단계 (3);
컨버터가 반제어 충전을 수행하며, 반제어 충전 완료 후 충전용 저항의 바이패스 스위치를 폐쇄하는 단계 (4);
컨버터가 반제어 충전 프로세스를 수행하는 단계 (5)를 포함한다.
본 발명의 더욱 바람직한 해결수단으로서，단계 (5)에서 전제어 충전은 구체적으로, 하프 브리지 서브모듈의 일부를 폐쇄하고, 하프 브리지 서브모듈의 일부를 바이패스하며; 풀 브리지 서브모듈의 일부를 반폐쇄하고, 풀 브리지 서브모듈의 일부를 바이패스하는 것이다.
본 발명의 더욱 바람직한 해결수단으로서，상기 하프 브리지 서브모듈은 역병렬 다이오드를 구비한 두 개의 턴오프 가능 소자 및 하나의 에너지 저장 소자를 적어도 포함하고, 제1 턴오프 가능 소자의 음극과 제2 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제1 브리지를 구성하며, 제1 턴오프 가능 소자의 양극은 제1 브리지의 양극으로 사용되고, 제2 턴오프 가능 소자의 음극은 제1 브리지의 음극으로 사용되며, 제1 턴오프 가능 소자와 제2 턴오프 가능 소자의 연결점은 하프 브리지 서브모듈의 제1 종단점으로 사용되고, 제1 브리지의 음극은 하프 브리지 서브모듈의 제2 종단점으로 사용되며, 제1 브리지의 양극은 에너지 저장 소자의 양극과 서로 연결되고, 제1 브리지의 음극은 에너지 저장 소자의 음극과 서로 연결되며,
상기 풀 브리지 서브모듈은 역병렬 다이오드를 구비한 네 개의 턴오프 가능 소자 및 하나의 에너지 저장 소자를 적어도 포함하고, 제1 턴오프 가능 소자의 음극과 제2 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제1 브리지를 구성하며, 제1 턴오프 가능 소자의 양극은 제1 브리지의 양극으로 사용되고, 제2 턴오프 가능 소자의 음극은 제1 브리지의 음극으로 사용되며, 제1 턴오프 가능 소자와 제2 턴오프 가능 소자의 연결점은 하프 브리지 서브모듈의 제1 종단점으로 사용되고, 제3 턴오프 가능 소자의 음극과 제4 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제2 브리지를 구성하며, 제3 턴오프 가능 소자의 양극은 제2 브리지의 양극으로 사용되고, 제4 턴오프 가능 소자의 음극은 제2 브리지의 음극으로 사용되며, 제3 턴오프 가능 소자와 제4 턴오프 가능 소자의 연결점은 풀 브리지 서브모듈의 제2 종단점으로 사용되고, 제1 브리지의 양극, 제2 브리지의 양극은 에너지 저장 소자의 양극과 서로 연결되며, 제1 브리지의 음극, 제2 브리지의 음극은 에너지 저장 소자의 음극과 서로 연결된다.
본 발명의 더욱 바람직한 해결수단으로서，단계 (3)에서 상기 풀 브리지 서브모듈의 반폐쇄는 구체적으로, 풀 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자를 턴온하고 제2 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자, 제4 턴오프 가능 소자를 턴오프하거나 제1 턴오프 가능 소자, 제2 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자를 턴오프하고 제4 턴오프 가능 소자를 턴온하는 것이다.
본 발명의 더욱 바람직한 해결수단으로서，상기 하프 브리지 서브모듈의 바이패스는 구체적으로, 하프 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자를 턴오프하고 제2 턴오프 가능 소자를 턴온하는 것이다.
본 발명의 더욱 바람직한 해결수단으로서，상기 풀 브리지 서브모듈의 바이패스는 구체적으로, 풀 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자를 턴오프하고 제2 턴오프 가능 소자, 제4 턴오프 가능 소자를 턴온하거나 제1 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자를 턴온하고 제2 턴오프 가능 소자, 제4 턴오프 가능 소자를 턴오프하는 것이다.
본 발명의 더욱 바람직한 해결수단으로서，단계 (4)에서 상기 반제어 충전 완료 여부의 판단 기준은, 충전 전류가 설정값 Iset보다 작거나 직류 전압이 설정값 Uset보다 크되, Iset < 0.1 pu이고, Uset > 0.5 pu이다.
상술한 해결수단을 사용한 후, 본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다.
(1) 본 발명에 의해 제공된 충전 방법은, 하프 브리지 서브모듈의 비제어 단계에서 하프 브리지 서브모듈의 전압을 높일 수 있다.
(2) 본 발명에 의해 제공된 충전 방법은, 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이의 동작 시작점을 향상시키고, 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이의 설계 난이도를 낮출 수 있으며, 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이의 작동 전압이 감소되지 않는 경우에 HBFB-MMC컨버터를 원활하게 충전시켜, 작동 과정을 완료할 수 있다.
도1은 하프 브리지 및 풀 브리지 서브모듈 기반 하이브리드 모듈화 멀티레벨 컨버터를 도시한다.
도2는 플렉시블 직류 컨버터 스테이션의 단선도이다.
도3은 충전 흐름도 (1)이다.
도4는 충전 흐름도 (2)이다.
도5는 하프 브리지 서브모듈이 폐쇄되는 모식도이다.
도6은 풀 브리지 서브모듈이 폐쇄되는 모식도이다.
도7은 풀 브리지 서브모듈이 반폐쇄되는 모식도이다.
도8은 하프 브리지 서브모듈이 바이패스되는 모식도이다.
도9는 풀 브리지 서브모듈이 바이패스되는 모식도이다.
이하, 첨부된 도면 및 구체적인 실시예를 결합하여, 본 발명의 기술적 해결수단을 상세하게 설명하기로 한다.
하기 실시예에서 언급되는 서브모듈 하이브리드 컨버터는 도 1에 도시된 바와 같이, 하프 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자는 Q1h이고, 제2 턴오프 가능 소자는 Q2h이며, 풀 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자는 Q1f이고, 제2 턴오프 가능 소자는 Q2f이며, 제3 턴오프 가능 소자는 Q3f이고, 제4 턴오프 가능 소자는 Q4f이다.
서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 컨버터 교류측은 충전용 저항 및 그 바이패스 스위치, 인입 스위치를 통해 교류 전력망과 연결되고, 충전 단계는 도 3에 도시된 바와 같으며, 구체적으로는 다음과 같다.
(1) 인입 스위치(QF)를 닫아, 컨버터 밸브의 충전용 저항이 비제어 충전을 수행하도록 하며, 안정 상태 시 풀 브리지 서브모듈의 전압은 하프 브리지 서브모듈 전압의 약 두 배이고, 양자의 전압은 모두 비교적 낮은 편이다.
(2) 풀 브리지 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이가 파워를 성공적으로 공급받은 후, 모든 풀 브리지 서브모듈이 반폐쇄되고, 모든 하프 브리지 서브모듈이 폐쇄되며, 교류 전력망은 충전용 저항을 통해 하프 브리지 서브모듈과 풀 브리지 서브모듈을 더욱 충전하여 하프 브리지 서브모듈이 파워를 성공적으로 공급받도록 한다.
(3) 충전 전류가 설정값 Iset보다 작거나 직류 전압이 설정값 Uset보다 클 경우, 반제어 충전이 완료되어, 바이패스 스위치(QA)를 닫고 충전용 저항을 바이패스하되, 여기서 Iset < 0.1 pu이고，Uset > 0.5 pu이다.
(4) 전제어 충전 프로세스를 수행한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 풀 브리지 서브모듈 반폐쇄는 Q1f, Q2f, Q3f를 턴오프하고 Q4f를 턴온하거나, Q2f, Q3f, Q4f를 턴오프하고 Q1f를 턴온하는 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 하프 브리지 서브모듈 바이패스는 Q1h를 턴오프하고 Q2h를 턴온하는 것이며, 도 9에 도시된 바와 같이, 풀 브리지 서브모듈 바이패스는 Q1f, Q3f를 턴오프하고 Q2f, Qf4를 턴온하거나 Q2f, Q4f를 턴오프하고 Q1f, Q3f를 턴온하는 것이다.
전제어 충전은 두 가지 서브모듈의 전압 균형을 제어 목표로 하는바, 하프 브리지 서브모듈과 풀 브리지 서브모듈을 집중적으로 배열시키면, 종래의 문헌에 의해 제공된 전압 균형 전략과 스트로브 방법에 따라 작업하고, 하프 브리지 서브모듈과 풀 브리지 서브모듈을 조를 나누어 배열시키면, 종래의 문헌에 따라 각각 브리지 암 전체의 바이패스 개수를 할당한 다음, 종래의 문헌에 의해 제공된 전압 균형 전략과 스트로브 방법에 따라 작업한다.
서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 컨버터 교류측은 충전용 저항 및 그 바이패스 스위치, 인입 스위치를 통해 교류 전력망과 연결되고, 충전 단계는 도 4에 도시된 바와 같으며, 구체적으로는 다음과 같다.
(1) 인입 스위치(QF)를 닫아, 컨버터 밸브의 충전용 저항이 비제어 충전을 수행하도록 하며, 안정 상태 시 풀 브리지 서브모듈의 전압은 하프 브리지 서브모듈 전압의 약 두 배이고, 양자의 전압은 모두 비교적 낮은 편이다.
(2) 풀 브리지 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이가 파워를 성공적으로 공급받은 후, 모든 풀 브리지 서브모듈이 바이패스되고, 모든 하프 브리지 서브모듈이 폐쇄되며, 교류 전력망은 충전용 저항을 통해 하프 브리지 서브모듈과 풀 브리지 서브모듈을 더욱 충전하여 하프 브리지 서브모듈이 파워를 성공적으로 공급받도록 한다.
(3) 하프 브리지 서브모듈의 평균 전압이 풀 브리지 서브모듈의 평균 전압보다 K배 클 경우, 모든 풀 브리지 서브모듈이 반폐쇄되고 모든 하프 브리지 서브모듈이 폐쇄되되, 여기서 0.6 < K < 1.4이다.
(4) 충전 전류가 설정값Iset보다 작거나 직류 전압이 설정값 Uset보다 클 경우, 반제어 충전이 완료되어, 바이패스 스위치(QA)를 닫고 충전용 저항을 바이패스하되, 여기서 Iset < 0.1 pu이고，Uset > 0.5 pu이다.
(5) 전제어 충전 프로세스를 수행한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 풀 브리지 서브모듈 반폐쇄는 Q1f, Q2f, Q3f를 턴오프하고 Q4f를 턴온하거나, Q2f, Q3f, Q4f를 턴오프하고 Q1f를 턴온하는 것이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 하프 브리지 서브모듈 바이패스는 Q1h를 턴오프하고 Q2h를 턴온하는 것이며, 도 9에 도시된 바와 같이, 풀 브리지 서브모듈 바이패스는 Q1f, Q3f를 턴오프하고 Q2f, Qf4를 턴온하거나 Q2f, Q4f를 턴오프하고 Q1f, Q3f를 턴온하는 것이다.
전제어 충전은 두 가지 서브모듈의 전압 균형을 제어 목표로 하는바, 하프 브리지 서브모듈과 풀 브리지 서브모듈을 집중적으로 배열시키면, 종래의 문헌에 의해 제공된 전압 균형 전략과 스트로브 방법에 따라 작업하고, 하프 브리지 서브모듈과 풀 브리지 서브모듈을 조를 나누어 배열시키면, 종래의 문헌에 따라 각각 브리지 암 전체의 바이패스 개수를 할당한 다음, 종래의 문헌에 의해 제공된 전압 균형 전략과 스트로브 방법에 따라 작업한다.
상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호 범위는 이에 한정되는 것이 아니고, 본 발명에 의해 제안된 기술적 사상에 따라 기술적 수단을 기반으로 수행되는 임의의 변경은 모두 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.

Claims (14)

  1. 서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법으로서,
    상기 충전 방법은 구체적으로,
    컨버터가 비제어(uncontrolled) 충전 프로세스를 수행하는 단계 (1);
    풀 브리지 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이가 파워를 공급받고, 파워를 성공적으로 공급받은 후 풀 브리지 서브모듈은 반폐쇄되고 하프 브리지 서브모듈은 폐쇄되는 단계 (2);
    컨버터가 반제어 충전을 수행하며, 반제어 충전 완료 후 충전용 저항의 바이패스 스위치를 폐쇄하는 단계 (3); 및
    컨버터가 전제어(full-controlled) 충전 프로세스를 수행하는 단계 (4)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계 (4)에서 전제어 충전은 구체적으로, 하프 브리지 서브모듈의 일부를 폐쇄하고, 하프 브리지 서브모듈의 일부를 바이패스하며; 풀 브리지 서브모듈의 일부를 반폐쇄하고, 풀 브리지 서브모듈의 일부를 바이패스하는 것임을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하프 브리지 서브모듈은 역병렬 다이오드를 구비한 두 개의 턴오프 가능 소자 및 하나의 에너지 저장 소자를 적어도 포함하고, 제1 턴오프 가능 소자의 음극과 제2 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제1 브리지를 구성하며, 제1 턴오프 가능 소자의 양극은 제1 브리지의 양극으로 사용되고, 제2 턴오프 가능 소자의 음극은 제1 브리지의 음극으로 사용되며, 제1 턴오프 가능 소자와 제2 턴오프 가능 소자의 연결점은 하프 브리지 서브모듈의 제1 종단점으로 사용되고, 제1 브리지의 음극은 하프 브리지 서브모듈의 제2 종단점으로 사용되며, 제1 브리지의 양극은 에너지 저장 소자의 양극과 서로 연결되고, 제1 브리지의 음극은 에너지 저장 소자의 음극과 서로 연결되며;
    상기 풀 브리지 서브모듈은 역병렬 다이오드를 구비한 네 개의 턴오프 가능 소자 및 하나의 에너지 저장 소자를 적어도 포함하고, 제1 턴오프 가능 소자의 음극과 제2 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제1 브리지를 구성하며, 제1 턴오프 가능 소자의 양극은 제1 브리지의 양극으로 사용되고, 제2 턴오프 가능 소자의 음극은 제1 브리지의 음극으로 사용되며, 제1 턴오프 가능 소자와 제2 턴오프 가능 소자의 연결점은 하프 브리지 서브모듈의 제1 종단점으로 사용되고, 제3 턴오프 가능 소자의 음극과 제4 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제2 브리지를 구성하며, 제3 턴오프 가능 소자의 양극은 제2 브리지의 양극으로 사용되고, 제4 턴오프 가능 소자의 음극은 제2 브리지의 음극으로 사용되며, 제3 턴오프 가능 소자와 제4 턴오프 가능 소자의 연결점은 풀 브리지 서브모듈의 제2 종단점으로 사용되고, 제1 브리지의 양극, 제2 브리지의 양극은 에너지 저장 소자의 양극과 서로 연결되며, 제1 브리지의 음극, 제2 브리지의 음극은 에너지 저장 소자의 음극과 서로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    단계 (2)에서 상기 풀 브리지 서브모듈의 반폐쇄는 구체적으로, 상기 풀 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자를 턴온하고 제2 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자, 제4 턴오프 가능 소자를 턴오프하거나 제1 턴오프 가능 소자, 제2 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자를 턴오프하고 제4 턴오프 가능 소자를 턴온하는 것임을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 하프 브리지 서브모듈의 바이패스는 구체적으로, 하프 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자를 턴오프하고 제2 턴오프 가능 소자를 턴온하는 것임을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 풀 브리지 서브모듈의 바이패스는, 풀 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자를 턴오프하고 제2 턴오프 가능 소자, 제4 턴오프 가능 소자를 턴온하거나 제1 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자를 턴온하고 제2 턴오프 가능 소자, 제4 턴오프 가능 소자를 턴오프하는 것임을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    단계 (3)에서 상기 반제어 충전 완료 여부의 판단 기준은, 충전 전류가 설정값 Iset보다 작거나 직류 전압이 설정값 Uset보다 크되, Iset < 0.1 pu이고, Uset > 0.5 pu인 것을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  8. 서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법으로서,
    상기 충전 방법은 구체적으로,
    컨버터가 비제어 충전 프로세스를 수행하는 단계 (1);
    풀 브리지 서브모듈 기반 셀프 파워 서플라이가 파워를 공급받고, 파워를 성공적으로 공급받은 후 풀 브리지 서브모듈은 바이패스되고 하프 브리지 서브모듈은 폐쇄되는 단계 (2);
    하프 브리지 서브모듈의 평균 전압이 풀 브리지 서브모듈의 평균 전압보다 K배 클 경우, 모든 풀 브리지 서브모듈이 반폐쇄되고 모든 하프 브리지 서브모듈이 폐쇄되며, 0.6 < K < 1.4인 단계 (3);
    컨버터가 반제어 충전을 수행하며 반제어 충전 완료 후 충전용 저항의 바이패스 스위치를 폐쇄하는 단계 (4); 및
    컨버터가 반제어 충전 프로세스를 수행하는 단계 (5)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    단계 (5)에서 전제어 충전은 구체적으로, 하프 브리지 서브모듈의 일부를 폐쇄하고, 하프 브리지 서브모듈의 일부를 바이패스하며; 풀 브리지 서브모듈의 일부를 반폐쇄하고, 풀 브리지 서브모듈의 일부를 바이패스하는 것임을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 하프 브리지 서브모듈은 역병렬 다이오드를 구비한 두 개의 턴오프 가능 소자 및 하나의 에너지 저장 소자를 적어도 포함하고, 제1 턴오프 가능 소자의 음극과 제2 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제1 브리지를 구성하며, 제1 턴오프 가능 소자의 양극은 제1 브리지의 양극으로 사용되고, 제2 턴오프 가능 소자의 음극은 제1 브리지의 음극으로 사용되며, 제1 턴오프 가능 소자와 제2 턴오프 가능 소자의 연결점은 하프 브리지 서브모듈의 제1 종단점으로 사용되고, 제1 브리지의 음극은 하프 브리지 서브모듈의 제2 종단점으로 사용되며, 제1 브리지의 양극은 에너지 저장 소자의 양극과 서로 연결되고, 제1 브리지의 음극은 에너지 저장 소자의 음극과 서로 연결되며;
    상기 풀 브리지 서브모듈은 역병렬 다이오드를 구비한 네 개의 턴오프 가능 소자 및 하나의 에너지 저장 소자를 적어도 포함하고, 제1 턴오프 가능 소자의 음극과 제2 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제1 브리지를 구성하며, 제1 턴오프 가능 소자의 양극은 제1 브리지의 양극으로 사용되고, 제2 턴오프 가능 소자의 음극은 제1 브리지의 음극으로 사용되며, 제1 턴오프 가능 소자와 제2 턴오프 가능 소자의 연결점은 하프 브리지 서브모듈의 제1 종단점으로 사용되고, 제3 턴오프 가능 소자의 음극과 제4 턴오프 가능 소자의 양극은 서로 연결되어 제2 브리지를 구성하며, 제3 턴오프 가능 소자의 양극은 제2 브리지의 양극으로 사용되고, 제4 턴오프 가능 소자의 음극은 제2 브리지의 음극으로 사용되며, 제3 턴오프 가능 소자와 제4 턴오프 가능 소자의 연결점은 풀 브리지 서브모듈의 제2 종단점으로 사용되고, 제1 브리지의 양극, 제2 브리지의 양극은 에너지 저장 소자의 양극과 서로 연결되며, 제1 브리지의 음극, 제2 브리지의 음극은 에너지 저장 소자의 음극과 서로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    단계 (3)에서 상기 풀 브리지 서브모듈의 반폐쇄는 구체적으로, 풀 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자를 턴온하고 제2 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자, 제4 턴오프 가능 소자를 턴오프하거나 제1 턴오프 가능 소자, 제2 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자를 턴오프하고 제4 턴오프 가능 소자를 턴온하는 것임을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 하프 브리지 서브모듈의 바이패스는 구체적으로, 하프 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자를 턴오프하고 제2 턴오프 가능 소자를 턴온하는 것임을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  13. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 풀 브리지 서브모듈의 바이패스는 구체적으로, 풀 브리지 서브모듈의 제1 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자를 턴오프하고 제2 턴오프 가능 소자, 제4 턴오프 가능 소자를 턴온하거나 제1 턴오프 가능 소자, 제3 턴오프 가능 소자를 턴온하고 제2 턴오프 가능 소자, 제4 턴오프 가능 소자를 턴오프하는 것임을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    단계 (4)에서 상기 반제어 충전 완료 여부의 판단 기준은, 충전 전류가 설정값 Iset보다 작거나 직류 전압이 설정값 Uset보다 크되, Iset < 0.1 pu이고, Uset > 0.5 pu인 것을 특징으로 하는,
    서브모듈 기반 하이브리드 컨버터의 충전 방법.
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