KR20210004589A - Multi-level converter - Google Patents

Multi-level converter Download PDF

Info

Publication number
KR20210004589A
KR20210004589A KR1020190081241A KR20190081241A KR20210004589A KR 20210004589 A KR20210004589 A KR 20210004589A KR 1020190081241 A KR1020190081241 A KR 1020190081241A KR 20190081241 A KR20190081241 A KR 20190081241A KR 20210004589 A KR20210004589 A KR 20210004589A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sub
string
modules
module
secondary side
Prior art date
Application number
KR1020190081241A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102266322B1 (en
Inventor
박종후
아흐무드 아쉬라프
Original Assignee
숭실대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 숭실대학교산학협력단 filed Critical 숭실대학교산학협력단
Priority to KR1020190081241A priority Critical patent/KR102266322B1/en
Publication of KR20210004589A publication Critical patent/KR20210004589A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102266322B1 publication Critical patent/KR102266322B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/493Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode the static converters being arranged for operation in parallel
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

Disclosed is a multi-level converter which offsets ripples. The multi-level converter comprises: a multi-module in which a plurality of sub-modules formed of a two-way bridge power conversion circuit, wherein a primary side and a secondary side are insulated by a transformer, are provided, and each secondary side of the plurality of sub-modules is connected in series; and a control module controlling each of switching elements included in the multi-module.

Description

멀티 레벨 컨버터{MULTI-LEVEL CONVERTER}Multi-level converter {MULTI-LEVEL CONVERTER}

본 발명은 멀티 레벨 컨버터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복수의 서브 모듈을 포함하여 전력 변환을 수행하는 멀티 레벨 컨버터에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-level converter, and more particularly, to a multi-level converter for performing power conversion including a plurality of sub-modules.

모듈형 멀티 레벨 컨버터는 계통연계형 신재생에너지 발전장치, 초고압 직류 송전(HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT, HVDC) 장치 등의 계통연계 전력 조절기로서 널리 사용되고 있다.Modular multi-level converters are widely used as grid-connected power regulators such as grid-connected renewable energy generators and high voltage direct current transmission (HVDC) devices.

종래의 모듈형 멀티 레벨 컨버터는 각각 전력 변환을 수행하는 복수의 서브 모듈을 포함하여 구성되는데, 각 서브 모듈은 절연을 위해 변압기를 필요로 한다.The conventional modular multi-level converter includes a plurality of sub-modules each performing power conversion, and each sub-module requires a transformer for insulation.

예를 들면, 종래의 서브 모듈은 DC-DC 절연 컨버터 및 DC-AC 인버터를 캐스케이드 연결한 2단 전력 변환 구조를 채택할 수 있다. 이는 가격 및 크기 상승, 효율 감소, 신뢰성 감소의 문제점이 따르며, 고정 듀티비의 위상 천이 제어가 아닌 가변 듀티비를 갖는 PWM 제어 이므로 각 서브 모듈 간의 정밀한 전력 전달 제어가 어렵다.For example, the conventional sub-module may adopt a two-stage power conversion structure in which a DC-DC isolation converter and a DC-AC inverter are cascaded. This is accompanied by problems of increasing price and size, reducing efficiency, and reducing reliability, and it is difficult to control precise power transfer between each sub-module because it is PWM control with variable duty ratio rather than phase shift control with fixed duty ratio.

본 발명의 일측면은 복수의 서브 모듈을 고주파수 변압기를 포함하는 단일 전력 변환 구조의 양방향 DC-AC 컨버터로 구성하고, 그 출력단을 직렬 연결하여 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력하는 멀티 레벨 컨버터를 제공한다.An aspect of the present invention provides a multi-level converter that includes a plurality of sub-modules as a bidirectional DC-AC converter of a single power conversion structure including a high-frequency transformer, and outputs a multi-level PWM voltage by connecting the output terminals in series. .

본 발명의 다른 측면은 복수의 서브 모듈로 구성되는 각 스트링을 3상 계통 또는 3상 모터에 연결하되, 3상에 각각 연결되는 스트링의 입력단을 연결하여 리플을 상쇄하는 멀티 레벨 컨버터를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a multi-level converter that connects each string composed of a plurality of sub-modules to a three-phase system or a three-phase motor, and cancels ripple by connecting input terminals of strings each connected to three phases.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem of the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 멀티 레벨 컨버터는 변압기에 의해 절연되는 1차측 및 2차측에 능동 스위치 소자를 포함하여 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성되는 서브 모듈이 복수 개 마련되며, 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결된 양전압 레그(positive leg) 및 음전압 레그(negative leg)를 포함하는 멀티 모듈 및 상기 멀티 모듈에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하는 제어 모듈을 포함한다.In the multi-level converter of the present invention for solving the above problems, a plurality of sub-modules comprising a bidirectional bridge power conversion circuit including active switch elements are provided on the primary side and the secondary side insulated by a transformer, and a plurality of sub-modules And a multi-module including a positive leg and a negative leg connected in series to each of the secondary sides, and a control module respectively controlling switch elements included in the multi-module.

한편, 상기 멀티 모듈은, 상기 복수의 서브 모듈에서 각각 1차측으로 입력되는 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환하여 2차측으로 출력하되, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간에 위상 차이를 갖고, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결되어 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력할 수 있다.Meanwhile, the multi-module converts the DC voltage input to the primary side from the plurality of sub-modules into a voltage in the form of a square wave and outputs the converted voltage to the secondary side, and has a phase difference between the outputs of the secondary side of the plurality of sub-modules. , Each secondary side of the plurality of sub-modules is connected in series to output a multi-level PWM voltage.

또한, 상기 제어 모듈은, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간의 위상 차이를 조절하여 상기 멀티 모듈의 전력 전달량을 제어할 수 있도록 상기 복수의 서브 모듈에 포함되는 스위치 소자의 동작 위상을 제어할 수 있다.In addition, the control module may control an operation phase of a switch element included in the plurality of sub-modules so as to control a power transfer amount of the multi-module by adjusting a phase difference between the outputs of each secondary side of the plurality of sub-modules. I can.

또한, 상기 멀티 모듈은, 1차측 및 2차측의 각 브릿지에 복수의 스위치 소자가 마련되며, 상기 제어 모듈에 의해 상기 복수의 스위치 소자가 고정 듀티로 위상 천이 제어되어 변압기를 중심으로 양방향으로 전력을 전달하는 상기 서브 모듈이 복수 개 마련될 수 있다.In addition, in the multi-module, a plurality of switch elements are provided on each bridge of the primary side and the secondary side, and the plurality of switch elements are phase-shifted with a fixed duty by the control module, so that power is transmitted in both directions around the transformer. A plurality of sub-modules to be transmitted may be provided.

한편, 본 발명의 멀티 레벨 컨버터는 변압기에 의해 절연되는 1차측 및 2차측에 능동 스위치 소자를 포함하여 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성되는 서브 모듈이 복수 개 마련되며, 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결된 양전압 레그(positive leg) 및 음전압 레그(negative leg)를 포함하는 제1 스트링 내지 제3 스트링 및 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하는 제어 모듈을 포함하고, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은 각각 3상 계통의 각 상에 연결된다.Meanwhile, in the multi-level converter of the present invention, a plurality of sub-modules including an active switch element and a bidirectional bridge power conversion circuit are provided on the primary side and the secondary side insulated by the transformer, and each secondary side of the plurality of sub-modules Control modules each controlling a first string to a third string including a positive leg and a negative leg connected in series, and a switch element included in the first string to the third string. And the first string to the third string are connected to each phase of the three-phase system.

한편, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링에 각각 포함되는 복수의 서브 모듈의 각 입력단이 서로 연결될 수 있다.Meanwhile, in the first string to the third string, input terminals of a plurality of sub-modules respectively included in the first string to the third string may be connected to each other.

또한, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링에 각각 연결된 3상 계통의 각 상의 리플 전압을 상쇄할 수 있다.Further, the first string to the third string may cancel a ripple voltage of each phase of a three-phase system connected to the first string to the third string, respectively.

또한, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은, 상기 복수의 서브 모듈에서 각각 1차측으로 입력되는 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환하여 2차측으로 출력하되, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간에 위상 차이를 갖고, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결되어 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력할 수 있다.In addition, the first to third strings convert a DC voltage input from the plurality of sub-modules to a primary side, respectively, into a voltage in the form of a square wave, and output the converted voltage to a secondary side, and each secondary side of the plurality of sub-modules It has a phase difference between the outputs, and each secondary side of the plurality of sub-modules is connected in series to output a multi-level PWM voltage.

또한, 상기 제어 모듈은, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간의 위상 차이를 조절하여 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링 각각의 전력 전달량을 제어할 수 있도록 상기 복수의 서브 모듈에 포함되는 스위치 소자의 동작 위상을 제어할 수 있다.In addition, the control module is a switch included in the plurality of sub-modules to control the amount of power delivered to each of the first string to the third string by adjusting a phase difference between the outputs of the secondary side of the plurality of sub-modules. The operating phase of the device can be controlled.

또한, 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은, 1차측 및 2차측의 각 브릿지에 복수의 스위치 소자가 마련되며, 상기 제어 모듈에 의해 상기 복수의 스위치 소자가 고정 듀티로 위상 천이 제어되어 변압기를 중심으로 양방향으로 전력을 전달할 수 있다.In addition, in the first string to the third string, a plurality of switch elements are provided on each bridge of the primary side and the secondary side, and the plurality of switch elements are phase shifted to a fixed duty by the control module to control the transformer. It can transmit power in both directions to the center.

본 발명에 따르면, 복수의 서브 모듈이 단일 전력 변환 구조이고, 각 서브 모듈에 포함되는 변압기가 고주파수 변압기로 구성되어 전체적인 크기 감소 및 가격 저감 등의 효과를 기대할 수 있다.According to the present invention, since a plurality of sub-modules have a single power conversion structure, and a transformer included in each sub-module is composed of a high-frequency transformer, effects such as overall size reduction and cost reduction can be expected.

또한 각 서브 모듈을 고정 듀티로 위상 천이 제어하여 각 서브 모듈 간의 정밀한 전력 전달 제어가 가능하므로, 전력 전달의 고신뢰성을 보장할 수 있다.In addition, since the phase shift control of each sub-module with a fixed duty enables precise power transfer control between each sub-module, high reliability of power transfer can be ensured.

또한 단일 입력, 단일 출력 또는 다중 입력, 단일 출력 등 여러 모드에서 적용 가능하고, 단방향 또는 양방향 전력 전달이 가능하다.In addition, it can be applied in multiple modes, such as single input, single output or multiple inputs, and single output, and can deliver unidirectional or bidirectional power.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 서브 모듈을 상세히 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터를 보여주는 도면이다.
1 is a schematic diagram of a multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating the sub-module shown in FIG. 1 in detail.
3 is a diagram illustrating a multi-level converter according to another embodiment of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The detailed description of the present invention to be described later refers to the accompanying drawings, which illustrate specific embodiments in which the present invention may be practiced. These embodiments are described in detail sufficient to enable a person skilled in the art to practice the present invention. It is to be understood that the various embodiments of the present invention are different from each other, but need not be mutually exclusive. For example, certain shapes, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the present invention in relation to one embodiment. In addition, it is to be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description to be described below is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention, if properly described, is limited only by the appended claims, along with all scopes equivalent to those claimed by the claims. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions over several aspects.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic diagram of a multi-level converter according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 독립적인 직류 전압을 멀티 레벨의 PWM 전압으로 변환하여 계통 또는 AC 부하로 출력할 수 있다.Referring to FIG. 1, the multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention may convert an independent DC voltage into a multi-level PWM voltage and output it to a system or an AC load.

또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 양방향 전력 전달이 가능한 컨버터로, 예컨대 배터리 충전에 적용될 수도 있다.Alternatively, the multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention is a converter capable of bidirectional power transfer, and may be applied to, for example, charging a battery.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 독립적인 직류 전압을 멀티 레벨의 PWM 전압으로 변환하여 출력할 수 있다.The multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention may convert an independent DC voltage into a multi-level PWM voltage and output it.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 복수의 서브 모듈(100)로 구성되는 멀티 모듈을 포함할 수 있다.To this end, the multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention may include a multi-module composed of a plurality of sub-modules 100.

서브 모듈(100)은 1차측 및 2차측이 변압기에 의해 절연된 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성될 수 있다. 서브 모듈(100)의 회로 구성과 관련하여 구체적인 설명은 도 2를 참조하여 후술한다.The sub-module 100 may be configured as a two-way bridge power conversion circuit in which the primary side and the secondary side are insulated by a transformer. A detailed description of the circuit configuration of the sub-module 100 will be described later with reference to FIG. 2.

서브 모듈(100)은 1차측 및 2차측의 브릿지에 마련되는 복수의 스위치 소자의 위상 천이 제어에 의해 1차측으로부터 2차측으로의 전력 변환을 가능하게 한다. 서브 모듈(100)에 마련되는 복수의 스위치 소자는 다이오드가 아닌 능동 스위치 소자, 예컨대 능동 트랜지스터로 마련될 수 있으며, 트랜지스터 구동회로를 포함할 수 있다. 따라서 서브 모듈(100)은 양방향 전력 전달이 가능한 컨버터, 예컨대 양방향 하프 브릿지, 양방향 풀 브릿지 또는 양방향 플라잉 캡(flying capacitor) 멀티레벨 컨버터로 2차측으로부터 1차측으로의 전력 변환 또한 가능하다. 이하에서는 서브 모듈(100)이 1차측으로부터 2차측으로 전력 변환을 수행하는 것을 대표로 예를 들어 설명한다.The sub-module 100 enables power conversion from the primary side to the secondary side by controlling the phase shift of a plurality of switch elements provided in the bridges of the primary side and the secondary side. The plurality of switch elements provided in the sub-module 100 may be provided with an active switch element, such as an active transistor, not a diode, and may include a transistor driving circuit. Accordingly, the sub-module 100 is capable of converting power from the secondary side to the primary side with a converter capable of bidirectional power transfer, such as a bidirectional half bridge, a bidirectional full bridge, or a bidirectional flying capacitor multilevel converter. Hereinafter, a representative example of the submodule 100 performing power conversion from the primary side to the secondary side will be described.

서브 모듈(100)의 1차측은 직류 전원과 연결될 수 있으며, 1차측 및 2차측의 브릿지에 마련되는 복수의 스위치 동작에 의해 2차측은 구형파 형태의 전압, 구체적으로는, 직류 전압을 초핑(chopping)한 형태의 PWM 전압을 출력할 수 있다.The primary side of the sub-module 100 may be connected to a DC power supply, and the secondary side chopping a voltage in the form of a square wave, specifically, a DC voltage by the operation of a plurality of switches provided on the bridges of the primary and secondary sides. ) One type of PWM voltage can be output.

멀티 모듈은 이러한 서브 모듈(100)을 복수 개 포함하며, 복수의 서브 모듈(100)의 각 1차측은 독립적으로 분리하고, 복수의 서브 모듈(100)의 각 2차측을 직렬 연결하여 구성될 수 있다. The multi-module includes a plurality of such sub-modules 100, and each primary side of the plurality of sub-modules 100 is independently separated, and each secondary side of the plurality of sub-modules 100 is connected in series. have.

예를 들면, 제1 서브 모듈(SM-P1)의 출력 전압선은 제2 서브 모듈(SM-P2)의 접지선에 접속될 수 있으며, 제n 서브 모듈(SM-Pn)의 출력 전압선은 계통 또는 AC 부하에 접속됨으로써, n개의 서브 모듈(100)의 출력이 직렬 연결될 수 있다.For example, the output voltage line of the first sub-module SM-P1 may be connected to the ground line of the second sub-module SM-P2, and the output voltage line of the n-th sub-module SM-Pn is a grid or AC By being connected to the load, the outputs of the n sub-modules 100 may be connected in series.

따라서 멀티 모듈은 각 서브 모듈(100)로 독립적으로 입력되는 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 출력하되, 복수의 서브 모듈(100)의 출력이 더해져서 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력할 수 있다. 이때 복수의 서브 모듈(100)의 각 1차측은 동일한 크기의 직류 전압을 입력 받고, 복수의 서브 모듈(100)의 2차측 출력 간에는 위상 차이를 가질 수 있다.Accordingly, the multi-module outputs a DC voltage independently input to each sub-module 100 as a voltage in the form of a square wave, but the outputs of the plurality of sub-modules 100 are added to output a multi-level PWM voltage. At this time, each primary side of the plurality of sub-modules 100 may receive a DC voltage having the same magnitude, and may have a phase difference between outputs of the secondary side of the plurality of sub-modules 100.

예를 들면, 멀티 모듈은 중성점(a)에 접속되는 양전압 레그(positive leg) 및 음전압 레그(negative leg)를 구축할 수 있다. 양전압 레그 및 음전압 레그에는 각각 복수의 서브 모듈(100)이 마련될 수 있으며, 복수의 서브 모듈(100) 간의 출력이 직렬 연결될 수 있다. 양전압 레그 및 음전압 레그는 상하 대칭 형태로 구성될 수 있다. 예컨대 양전압 레그에 n개의 서브 모듈(100)이 마련되는 경우, 음전압 레그 또한 n개의 서브 모듈(100)이 마련되어 교류 전압을 생성할 수 있을 것이다.For example, the multi-module may build a positive leg and a negative leg connected to the neutral point (a). A plurality of sub-modules 100 may be provided in each of the positive voltage leg and the negative voltage leg, and outputs between the plurality of sub-modules 100 may be connected in series. The positive voltage leg and the negative voltage leg may be configured in a vertically symmetrical shape. For example, when n sub-modules 100 are provided in the positive voltage leg, the negative voltage leg may also be provided with n sub-modules 100 to generate an AC voltage.

멀티 모듈은 필요로 하는 전력 용량에 따라 서브 모듈(100)을 확장할 수도 있다. The multi-module may expand the sub-module 100 according to the required power capacity.

본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 이러한 멀티 모듈에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하기 위한 제어 모듈을 더 포함할 수 있다.The multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention may further include a control module for controlling each of the switch elements included in the multi-module.

제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. The control module may control a switching operation of switch elements included in each of the plurality of sub-modules 100.

예를 들면, 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자의 게이팅 신호를 조절하여 각 스위치 소자의 듀티 및 위상 등을 제어할 수 있다.For example, the control module may control a duty and a phase of each switch element by controlling a gating signal of a switch element included in each of the plurality of sub-modules 100.

제어 모듈은 중앙 제어기 및 복수의 서브 제어기를 포함할 수 있다. The control module may include a central controller and a plurality of sub-controllers.

예를 들면, 중앙 제어기는 복수의 서브 제어기를 제어하고, 복수의 서브 제어기는 각각 자신이 담당한 하나의 서브 모듈(100)을 제어할 수 있다. For example, the central controller may control a plurality of sub-controllers, and each of the plurality of sub-controllers may control one sub-module 100 in charge of itself.

본 실시예에서 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자가 위상 천이 방식으로 전력 변환을 수행하도록 제어할 수 있다. 이때 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자를 고정 듀티(예컨대, 50%)를 갖도록 제어할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 무효전력뿐만 아니라 유효전력의 전달이 가능하다.In this embodiment, the control module may control switch elements included in each of the plurality of sub-modules 100 to perform power conversion in a phase shift method. In this case, the control module may control the switch elements included in each of the plurality of sub-modules 100 to have a fixed duty (eg, 50%). Accordingly, the multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention can transmit active power as well as reactive power.

또한 본 실시예에서 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)의 각 2차측에 마련되는 스위치 소자의 동작 위상을 서브 모듈(100) 별로 다르게 유지하도록 제어함으로써, 멀티 모듈에서의 멀티 레벨의 PWM 전압 출력이 가능하게 한다.In addition, in this embodiment, the control module controls the operation phase of the switch elements provided on each secondary side of the plurality of sub-modules 100 to be maintained differently for each sub-module 100, thereby outputting multi-level PWM voltages in the multi-modules. Makes this possible.

또한 본 실시예에서 제어 모듈은 본 실시예에서 제어 모듈은 필요로 하는 멀티 모듈의 전력 전달량을 근거로 하여 복수의 서브 모듈(100)에 포함되는 각 스위치 소자의 동작 위상을 제어할 수 있다. 이와 같은 경우 복수의 서브 모듈(100)의 각 2차측 출력 간의 위상 차이가 조절되어 멀티 모듈의 전력 전달량이 제어될 것이다.In addition, in the present embodiment, the control module may control the operation phase of each switch element included in the plurality of sub-modules 100 based on the amount of power transmission required by the control module in the present embodiment. In this case, the phase difference between the secondary outputs of the plurality of sub-modules 100 is adjusted to control the amount of power transmitted by the multi-modules.

도 2는 도 1에 도시된 서브 모듈을 상세히 보여주는 도면이다.FIG. 2 is a diagram illustrating the sub-module shown in FIG. 1 in detail.

도 2를 참조하면, 서브 모듈(100)은 입력단(101), 1차측(110), 변압기(150) 및 2차측(120)으로 구성되는 양방향 브릿지 전력 변환 회로 토폴로지를 채택할 수 있다.Referring to FIG. 2, the sub-module 100 may adopt a two-way bridge power conversion circuit topology composed of an input terminal 101, a primary side 110, a transformer 150, and a secondary side 120.

서브 모듈(100)은 단일 DC-AC 전력 변환 회로로, 도 2에서는 1차측(110) 및 2차측(120)이 하프 브릿지 회로로 구성된 것을 예로 들어 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며 풀 브릿지 회로, 플라잉 캡 회로 등과 같이 직류 전압으로부터 구형파 형태의 전압 변환이 가능한 다양한 형태의 단일 DC-AC 전력 변환 회로로 구성될 수도 있다. 이하에서는 1차측(110) 및 2차측(120)이 하프 브릿지 회로로 구성된 것을 예로 들어 설명한다.The sub-module 100 is a single DC-AC power conversion circuit, and FIG. 2 illustrates that the primary side 110 and the secondary side 120 are configured as a half-bridge circuit, but is not limited thereto, and a full bridge circuit, It may be composed of a single DC-AC power conversion circuit of various types capable of converting a voltage in the form of a square wave from a DC voltage, such as a flying cap circuit. Hereinafter, an example in which the primary side 110 and the secondary side 120 are configured with a half bridge circuit will be described.

입력단(101)은 직류 전압원으로, 예컨대, 신재생발전원, 배터리 등에 해당할 수 있다.The input terminal 101 is a DC voltage source, and may correspond to, for example, a renewable power source or a battery.

1차측(110) 및 2차측(120)은 복수의 스위치 소자가 마련된 하프 브릿지 회로로, 변압기(150)에 의해 절연되며 복수의 스위치 소자의 위상 천이 제어에 의해 양방향 전력 전달이 가능하다.The primary side 110 and the secondary side 120 are half-bridge circuits in which a plurality of switch elements are provided, are insulated by the transformer 150, and bidirectional power can be transmitted by controlling the phase shift of the plurality of switch elements.

1차측(110)은 입력단(101)과 연결되며, 하프 브릿지를 구성하는 레그의 상측 및 하측에 각각 스위치 소자가 마련될 수 있다. 1차측(110)은 스위치 소자가 마련된 하프 브릿지와 상측 및 하측에 커패시터가 마련된 레그가 병렬 연결된 상태로 입력단(101)과 연결될 수 있다. 여기서 커패시터는 DC 성분을 유지하는 역할을 한다.The primary side 110 is connected to the input terminal 101, and switch elements may be provided on the upper side and the lower side of the leg constituting the half bridge, respectively. The primary side 110 may be connected to the input terminal 101 in a state in which a half bridge provided with a switch element and a leg provided with a capacitor at the upper and lower sides are connected in parallel. Here, the capacitor serves to maintain the DC component.

2차측(120)은 변압기(150)에 의해 1차측(110)과 절연되며, 하프 브릿지를 구성하는 레그의 상측 및 하측에 각각 스위치 소자가 마련될 수 있다. 2차측(120)은 스위치 소자가 마련된 하프 브릿지와 상측 및 하측에 커패시터가 마련된 레그가 병렬 연결된 상태로 변압기(150)의 2차단과 연결될 수 있다. 여기서 커패시터는 DC 성분을 유지하는 역할을 한다.The secondary side 120 is insulated from the primary side 110 by the transformer 150, and switch elements may be provided on the upper and lower sides of the legs constituting the half bridge, respectively. The secondary side 120 may be connected to the secondary end of the transformer 150 in a state in which a half bridge provided with a switch element and a leg provided with a capacitor at the upper and lower sides are connected in parallel. Here, the capacitor serves to maintain the DC component.

1차측(110) 및 2차측(120)에 마련된 복수의 스위치 소자는 능동 스위치로, 예를 들면, MOSFET 또는 IGBT 소자로 마련될 수 있다. 이에 따라 서브 모듈(100)은 양방향 전력 전달이 가능하다.The plurality of switch elements provided on the primary side 110 and the secondary side 120 may be an active switch, for example, a MOSFET or an IGBT element. Accordingly, the submodule 100 can transmit power in both directions.

변압기(150)는 1차측(110) 및 2차측(120)에 각각 연결되어 1차측(110) 및 2차측(120)을 절연할 수 있다. 본 실시예에서 변압기(150)는 고주파수(예컨대, 60Hz 이상)로 동작하는 변압기가 적용되어, 서브 모듈(100)의 크기를 작게 할 수 있다.The transformer 150 may be connected to the primary side 110 and the secondary side 120 respectively to insulate the primary side 110 and the secondary side 120. In this embodiment, the transformer 150 is applied with a transformer operating at a high frequency (eg, 60 Hz or higher), so that the size of the sub-module 100 can be reduced.

변압기(150) 및 2차측(120)에 접속되는 출력 전압선(102)은 다른 서브 모듈(100)에 연결될 수 있다. 예를 들면, 출력 전압선(102)은 인접한 서브 모듈(SM-P2)의 접지선에 접속될 수 있으며, 마찬가지로 인접한 서브 모듈(SM-P2)의 출력 전압선은 또 다른 서브 모듈(SM-P3)의 접지선에 접속될 수 있다. The output voltage line 102 connected to the transformer 150 and the secondary side 120 may be connected to another sub-module 100. For example, the output voltage line 102 may be connected to the ground line of the adjacent sub-module SM-P2, and similarly, the output voltage line of the adjacent sub-module SM-P2 is the ground line of another sub-module SM-P3. Can be connected to.

이와 같은 서브 모듈(100)은 1차측(110) 및 2차측(120)에 마련되는 복수의 스위치 소자의 위상 천이 제어에 의해 양방향 전력 전달이 가능하다. 특히 1차측(110)으로부터 2차측(120)으로 전력 변환을 수행하는 경우, DC 전압을 초핑(chopping)한 PWM 형태의 전압으로 변환할 수 있을 것이다. The sub-module 100 can transmit power in both directions by controlling a phase shift of a plurality of switch elements provided on the primary side 110 and the secondary side 120. In particular, when power conversion is performed from the primary side 110 to the secondary side 120, the DC voltage may be converted into a chopped PWM type voltage.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)는 멀티 모듈을 구성하는 복수의 서브 모듈(100)을 브릿지 타입의 단일 양방향 DC-AC 컨버터로 구성하고, 그 출력단을 직렬 연결하여 멀티 레벨의 PWM 전압 출력이 가능하다. 이때 복수의 서브 모듈(100)이 단일 전력 변환 구조이고, 각 서브 모듈(100)에 포함되는 변압기(150)가 고주파수 변압기로 구성되어 전체적인 크기 감소 및 가격 저감 등의 효과를 기대할 수 있다.As described above, in the multi-level converter 1000 according to an embodiment of the present invention, a plurality of sub-modules 100 constituting a multi-module are configured as a single bidirectional DC-AC converter of a bridge type, and the output terminals thereof are serially connected to Level PWM voltage output is possible. At this time, since the plurality of sub-modules 100 have a single power conversion structure, and the transformer 150 included in each sub-module 100 is configured as a high-frequency transformer, effects such as overall size reduction and cost reduction can be expected.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터를 보여주는 도면이다.3 is a diagram illustrating a multi-level converter according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(2000)는 3상 계통 또는 3상 모터에 적용될 수 있다.Referring to FIG. 3, a multi-level converter 2000 according to another embodiment of the present invention may be applied to a three-phase system or a three-phase motor.

본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(2000)는 3상 계통 또는 3상 모터의 각 상에 연결되는 제1 스트링 내지 제3 스트링을 포함할 수 있으며, 각 스트링은 독립적인 직류 전압을 멀티 레벨의 PWM 전압으로 변환하여 출력할 수 있다. The multilevel converter 2000 according to another embodiment of the present invention may include a first string to a third string connected to each phase of a three-phase system or a three-phase motor, and each string multiplies an independent DC voltage. It can be converted into a level PWM voltage and output.

이를 위해 제1 스트링 내지 제3 스트링은 각각 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(1000)에 포함되는 멀티 모듈과 동일하게 구성될 수 있다. 제1 스트링 내지 제3 스트링은 동일한 구성을 가지므로 제1 스트링을 대표로 예를 들어 설명한다.To this end, each of the first string to the third string may be configured in the same manner as the multi-module included in the multi-level converter 1000 according to the embodiment of the present invention illustrated in FIG. 1. Since the first string to the third string have the same configuration, the first string will be described as a representative example.

제1 스트링은 복수의 서브 모듈(100)로 구성될 수 있다.The first string may include a plurality of sub-modules 100.

서브 모듈(100)은 1차측 및 2차측이 변압기에 의해 절연된 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성될 수 있다. 서브 모듈(100)의 회로 구성과 관련하여 구체적인 설명은 상술한 것으로 대체한다.The sub-module 100 may be configured as a two-way bridge power conversion circuit in which the primary side and the secondary side are insulated by a transformer. A detailed description of the circuit configuration of the sub-module 100 is replaced with the above.

서브 모듈(100)은 1차측 및 2차측의 브릿지에 마련되는 복수의 스위치 소자의 위상 천이 제어에 의해 1차측으로부터 2차측으로의 전력 변환을 가능하게 한다. 서브 모듈(100)에 마련되는 복수의 스위치 소자는 다이오드가 아닌 능동 스위치 소자, 예컨대 능동 트랜지스터로 마련될 수 있으며, 트랜지스터 구동회로를 포함할 수 있다. 따라서 서브 모듈(100)은 양방향 전력 전달이 가능한 컨버터, 예컨대 양방향 하프 브릿지, 양방향 풀 브릿지 또는 양방향 플라잉 캡(flying capacitor) 멀티레벨 컨버터로 2차측으로부터 1차측으로의 전력 변환 또한 가능하다. 이하에서는 서브 모듈(100)이 1차측으로부터 2차측으로 전력 변환을 수행하는 것을 대표로 예를 들어 설명한다.The sub-module 100 enables power conversion from the primary side to the secondary side by controlling the phase shift of a plurality of switch elements provided in the bridges of the primary side and the secondary side. The plurality of switch elements provided in the sub-module 100 may be provided with an active switch element, such as an active transistor, not a diode, and may include a transistor driving circuit. Accordingly, the sub-module 100 is capable of converting power from the secondary side to the primary side with a converter capable of bidirectional power transfer, such as a bidirectional half bridge, a bidirectional full bridge, or a bidirectional flying capacitor multilevel converter. Hereinafter, a representative example of the submodule 100 performing power conversion from the primary side to the secondary side will be described.

서브 모듈(100)의 1차측은 직류 전원과 연결될 수 있으며, 1차측 및 2차측의 브릿지에 마련되는 복수의 스위치 동작에 의해 2차측은 구형파 형태의 전압, 구체적으로는, 직류 전압을 초핑(chopping)한 형태의 PWM 전압을 출력할 수 있다.The primary side of the sub-module 100 may be connected to a DC power supply, and the secondary side chopping a voltage in the form of a square wave, specifically, a DC voltage by the operation of a plurality of switches provided on the bridges of the primary and secondary sides. ) One type of PWM voltage can be output.

제1 스트링은 이러한 서브 모듈(100)을 복수 개 포함하며, 복수의 서브 모듈(100)의 각 1차측은 독립적으로 분리하고, 복수의 서브 모듈(100)의 각 2차측을 직렬 연결하여 구성될 수 있다. The first string includes a plurality of such sub-modules 100, and each primary side of the plurality of sub-modules 100 is independently separated, and each secondary side of the plurality of sub-modules 100 is connected in series. I can.

예를 들면, 제1 서브 모듈(SM-P1)의 출력 전압선은 제2 서브 모듈(SM-P2)의 접지선에 접속될 수 있으며, 제n 서브 모듈(SM-Pn)의 출력 전압선은 3상 계통 또는 3상 모터의 A 상에 접속됨으로써, n개의 서브 모듈(100)의 출력이 직렬 연결될 수 있다.For example, the output voltage line of the first sub-module SM-P1 may be connected to the ground line of the second sub-module SM-P2, and the output voltage line of the n-th sub-module SM-Pn is a three-phase system. Alternatively, by being connected to the A phase of the three-phase motor, the outputs of the n submodules 100 may be connected in series.

따라서 제1 스트링은 각 서브 모듈(100)로 독립적으로 입력되는 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 출력하되, 복수의 서브 모듈(100)의 출력이 더해져서 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력할 수 있다. 이때 복수의 서브 모듈(100)의 각 1차측은 동일한 크기의 직류 전압을 입력 받고, 복수의 서브 모듈(100)의 2차측 출력 간에는 위상 차이를 가질 수 있다.Accordingly, the first string outputs a DC voltage independently input to each sub-module 100 as a voltage in the form of a square wave, but the outputs of the plurality of sub-modules 100 are added to output a multi-level PWM voltage. At this time, each primary side of the plurality of sub-modules 100 may receive a DC voltage having the same magnitude, and may have a phase difference between outputs of the secondary side of the plurality of sub-modules 100.

예를 들면, 제1 스트링은 중성점(a)에 접속되는 양전압 레그(positive leg) 및 음전압 레그(negative leg)를 구축할 수 있다. 양전압 레그 및 음전압 레그에는 각각 복수의 서브 모듈(100)이 마련될 수 있으며, 복수의 서브 모듈(100) 간의 출력이 직렬 연결될 수 있다. 양전압 레그 및 음전압 레그는 상하 대칭 형태로 구성될 수 있다. 예컨대 양전압 레그에 n개의 서브 모듈(100)이 마련되는 경우, 음전압 레그 또한 n개의 서브 모듈(100)이 마련되어 교류 전압을 생성할 수 있을 것이다.For example, the first string may form a positive leg and a negative leg connected to the neutral point (a). A plurality of sub-modules 100 may be provided in each of the positive voltage leg and the negative voltage leg, and outputs between the plurality of sub-modules 100 may be connected in series. The positive voltage leg and the negative voltage leg may be configured in a vertically symmetrical shape. For example, when n sub-modules 100 are provided in the positive voltage leg, the negative voltage leg may also be provided with n sub-modules 100 to generate an AC voltage.

제1 스트링은 필요로 하는 전력 용량에 따라 서브 모듈(100)을 확장할 수도 있다. The first string may expand the submodule 100 according to the required power capacity.

이와 같은 제1 스트링의 출력단은 3상 계통 또는 3상 모터의 A 상에 연결될 수 있으며, 제2 스트링의 출력단은 B 상, 제3 스트링의 출력단은 C 상에 연결될 수 있다.The output terminal of the first string may be connected to the A phase of the three-phase system or the three-phase motor, the output terminal of the second string may be connected to the B phase, and the output terminal of the third string may be connected to the C phase.

제1 스트링 내지 제3 스트링의 입력단은 서로 연결될 수 있다. 구체적으로는 제1 스트링에 포함되는 n개의 서브 모듈 중 n 번째 서브 모듈, 제2 스트링에 포함되는 n개의 서브 모듈 중 n 번째 서브 모듈 및 제3 스트링에 포함되는 n개의 서브 모듈 중 n 번째 서브 모듈의 입력단이 서로 연결될 수 있다. 이는 3상 계통의 각 상의 리플 전압을 상쇄하기 위함이다. Input terminals of the first string to the third string may be connected to each other. Specifically, the n-th sub-module among n sub-modules included in the first string, the n-th sub-module among n sub-modules included in the second string, and the n-th sub-module among n sub-modules included in the third string The input terminals of can be connected to each other. This is to offset the ripple voltage of each phase of the three-phase system.

예를 들면 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(2000)에서 60Hz의 전압을 출력하는 경우, A 상, B 상 및 C 상에서는 120Hz의 리플 전압이 발생할 것이다. 이때 각 상에 연결되는 제1 스트링 내지 제3 스트링의 입력단을 연결하여 각 상의 리플 전압을 상쇄할 수 있다.For example, when the multi-level converter 2000 according to another embodiment of the present invention outputs a voltage of 60 Hz, a ripple voltage of 120 Hz will occur in the A phase, B phase, and C phase. In this case, the ripple voltage of each phase may be canceled by connecting the input terminals of the first string to the third string connected to each phase.

본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(2000)는 이러한 제1 스트링 내지 제3 스트링에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하기 위한 제어 모듈을 더 포함할 수 있다.The multi-level converter 2000 according to another embodiment of the present invention may further include a control module for controlling each of the switch elements included in the first string to the third string.

제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. The control module may control a switching operation of switch elements included in each of the plurality of sub-modules 100.

예를 들면, 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자의 게이팅 신호를 조절하여 각 스위치 소자의 듀티 및 위상 등을 제어할 수 있다.For example, the control module may control a duty and a phase of each switch element by controlling a gating signal of a switch element included in each of the plurality of sub-modules 100.

제어 모듈은 중앙 제어기 및 복수의 서브 제어기를 포함할 수 있다. The control module may include a central controller and a plurality of sub-controllers.

예를 들면, 중앙 제어기는 복수의 서브 제어기를 제어하고, 복수의 서브 제어기는 각각 자신이 담당한 하나의 서브 모듈(100)을 제어할 수 있다. For example, the central controller may control a plurality of sub-controllers, and each of the plurality of sub-controllers may control one sub-module 100 in charge of itself.

본 실시예에서 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자가 위상 천이 방식으로 전력 변환을 수행하도록 제어할 수 있다. 이때 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)에 각각 포함되는 스위치 소자를 고정 듀티(예컨대, 50%)를 갖도록 제어할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 다른 실시예에 따른 멀티 레벨 컨버터(2000)는 무효전력뿐만 아니라 유효전력의 전달이 가능하다.In this embodiment, the control module may control switch elements included in each of the plurality of sub-modules 100 to perform power conversion in a phase shift method. In this case, the control module may control the switch elements included in each of the plurality of sub-modules 100 to have a fixed duty (eg, 50%). Accordingly, the multi-level converter 2000 according to another embodiment of the present invention can transmit active power as well as reactive power.

또한 본 실시예에서 제어 모듈은 복수의 서브 모듈(100)의 각 2차측에 마련되는 스위치 소자의 동작 위상을 서브 모듈(100) 별로 다르게 유지하도록 제어함으로써, 각 스트링에서의 멀티 레벨의 PWM 전압 출력이 가능하게 한다.In addition, in the present embodiment, the control module controls the operation phase of the switch elements provided on each secondary side of the plurality of sub-modules 100 to be maintained differently for each sub-module 100, thereby outputting multi-level PWM voltages in each string. Makes this possible.

또한 본 실시예에서 제어 모듈은 본 실시예에서 제어 모듈은 필요로 하는 각 스트링의 전력 전달량을 근거로 하여 복수의 서브 모듈(100)에 포함되는 각 스위치 소자의 동작 위상을 제어할 수 있다. 이와 같은 경우 복수의 서브 모듈(100)의 각 2차측 출력 간의 위상 차이가 조절되어 각 스트링의 전력 전달량이 제어될 것이다.In addition, in the present embodiment, the control module may control the operation phase of each switch element included in the plurality of sub-modules 100 based on the amount of power transfer of each string required by the control module in the present embodiment. In this case, the phase difference between the secondary outputs of the plurality of sub-modules 100 is adjusted to control the amount of power delivered to each string.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments, those skilled in the art will understand that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. I will be able to.

1000: 멀티 레벨 컨버터
100: 서브 모듈
1000: multi-level converter
100: sub module

Claims (10)

변압기에 의해 절연되는 1차측 및 2차측에 능동 스위치 소자를 포함하여 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성되는 서브 모듈이 복수 개 마련되며, 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결된 양전압 레그(positive leg) 및 음전압 레그(negative leg)를 포함하는 멀티 모듈; 및
상기 멀티 모듈에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하는 제어 모듈을 포함하는 멀티 레벨 컨버터.
A plurality of sub-modules consisting of a bidirectional bridge power conversion circuit including an active switch element are provided on the primary side and the secondary side insulated by the transformer, and a positive leg in which each secondary side of the plurality of sub-modules is connected in series. ) And a multi-module including a negative leg; And
A multi-level converter comprising a control module for controlling each of the switch elements included in the multi-module.
제1항에 있어서,
상기 멀티 모듈은,
상기 복수의 서브 모듈에서 각각 1차측으로 입력되는 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환하여 2차측으로 출력하되, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간에 위상 차이를 갖고, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결되어 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력하는 멀티 레벨 컨버터.
The method of claim 1,
The multi-module,
The DC voltage input from each of the plurality of sub-modules to the primary side is converted into a voltage in the form of a square wave and output to the secondary side, but has a phase difference between the outputs of the secondary side of the plurality of sub-modules, A multi-level converter that outputs multi-level PWM voltage by connecting each secondary side in series.
제2항에 있어서,
상기 제어 모듈은,
상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간의 위상 차이를 조절하여 상기 멀티 모듈의 전력 전달량을 제어할 수 있도록 상기 복수의 서브 모듈에 포함되는 스위치 소자의 동작 위상을 제어하는 멀티 레벨 컨버터.
The method of claim 2,
The control module,
A multi-level converter for controlling an operation phase of a switch element included in the plurality of sub-modules so as to control a power transfer amount of the multi-module by adjusting a phase difference between the secondary outputs of the plurality of sub-modules.
제1항에 있어서,
상기 멀티 모듈은,
1차측 및 2차측의 각 브릿지에 복수의 스위치 소자가 마련되며, 상기 제어 모듈에 의해 상기 복수의 스위치 소자가 고정 듀티로 위상 천이 제어되어 변압기를 중심으로 양방향으로 전력을 전달하는 상기 서브 모듈이 복수 개 마련되는 멀티 레벨 컨버터.
The method of claim 1,
The multi-module,
A plurality of switch elements are provided in each bridge of the primary and secondary sides, and the plurality of switch elements are phase shifted with a fixed duty by the control module, and a plurality of sub-modules that transmit power in both directions around a transformer are provided. A multi-level converter is provided.
변압기에 의해 절연되는 1차측 및 2차측에 능동 스위치 소자를 포함하여 양방향 브릿지 전력 변환 회로로 구성되는 서브 모듈이 복수 개 마련되며, 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결된 양전압 레그(positive leg) 및 음전압 레그(negative leg)를 포함하는 제1 스트링 내지 제3 스트링; 및
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링에 포함되는 스위치 소자를 각각 제어하는 제어 모듈을 포함하고,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은 각각 3상 계통의 각 상에 연결되는 멀티 레벨 컨버터.
A plurality of sub-modules consisting of a bidirectional bridge power conversion circuit including an active switch element are provided on the primary side and the secondary side insulated by the transformer, and a positive leg in which each secondary side of the plurality of sub-modules is connected in series. ) And a first string to a third string including a negative leg; And
A control module for controlling each of the switch elements included in the first string to the third string,
The first string to the third string are each connected to each phase of a three-phase system multi-level converter.
제5항에 있어서,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링에 각각 포함되는 복수의 서브 모듈의 각 입력단이 서로 연결되는 멀티 레벨 컨버터.
The method of claim 5,
The first string to the third string,
A multi-level converter in which input terminals of a plurality of sub-modules respectively included in the first string to the third string are connected to each other.
제6항에 있어서,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링에 각각 연결된 3상 계통의 각 상의 리플 전압을 상쇄하는 멀티 레벨 컨버터.
The method of claim 6,
The first string to the third string,
A multi-level converter for canceling a ripple voltage of each phase of a three-phase system connected to the first string to the third string, respectively.
제5항에 있어서,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은,
상기 복수의 서브 모듈에서 각각 1차측으로 입력되는 직류 전압을 구형파 형태의 전압으로 변환하여 2차측으로 출력하되, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간에 위상 차이를 갖고, 상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측이 직렬 연결되어 멀티 레벨의 PWM 전압을 출력하는 멀티 레벨 컨버터.
The method of claim 5,
The first string to the third string,
The DC voltage input from each of the plurality of sub-modules to the primary side is converted into a voltage in the form of a square wave and output to the secondary side, but has a phase difference between the outputs of the secondary side of the plurality of sub-modules, A multi-level converter that outputs multi-level PWM voltage by connecting each secondary side in series.
제8항에 있어서,
상기 제어 모듈은,
상기 복수의 서브 모듈의 각 2차측 출력 간의 위상 차이를 조절하여 상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링 각각의 전력 전달량을 제어할 수 있도록 상기 복수의 서브 모듈에 포함되는 스위치 소자의 동작 위상을 제어하는 멀티 레벨 컨버터.
The method of claim 8,
The control module,
Controlling an operation phase of a switch element included in the plurality of sub-modules so as to control a power transfer amount of each of the first string to the third string by adjusting a phase difference between the secondary outputs of the plurality of sub-modules Multi-level converter.
제5항에 있어서,
상기 제1 스트링 내지 상기 제3 스트링은,
1차측 및 2차측의 각 브릿지에 복수의 스위치 소자가 마련되며, 상기 제어 모듈에 의해 상기 복수의 스위치 소자가 고정 듀티로 위상 천이 제어되어 변압기를 중심으로 양방향으로 전력을 전달하는 상기 서브 모듈이 복수 개 마련되는 멀티 레벨 컨버터.
The method of claim 5,
The first string to the third string,
A plurality of switch elements are provided in each bridge of the primary and secondary sides, and the plurality of switch elements are phase shifted with a fixed duty by the control module, and a plurality of sub-modules that transmit power in both directions around a transformer are provided. A multi-level converter is provided.
KR1020190081241A 2019-07-05 2019-07-05 Multi-level converter KR102266322B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190081241A KR102266322B1 (en) 2019-07-05 2019-07-05 Multi-level converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190081241A KR102266322B1 (en) 2019-07-05 2019-07-05 Multi-level converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210004589A true KR20210004589A (en) 2021-01-13
KR102266322B1 KR102266322B1 (en) 2021-06-16

Family

ID=74142963

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190081241A KR102266322B1 (en) 2019-07-05 2019-07-05 Multi-level converter

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102266322B1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023287010A1 (en) * 2021-07-13 2023-01-19 숭실대학교산학협력단 Multilevel converter
WO2023013824A1 (en) * 2021-08-04 2023-02-09 서울대학교산학협력단 Bidirectional dc/ac power conversion system having multiple dc links
KR20230043505A (en) * 2021-09-24 2023-03-31 부경대학교 산학협력단 Bidirectional Modular Structures for DC-AC Multilevel Power Converter

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070195557A1 (en) * 2006-02-21 2007-08-23 Ut-Battelle Llc Triple voltage DC-to-DC converter and method
KR20160007887A (en) * 2014-07-08 2016-01-21 엘지이노텍 주식회사 Converter
KR20160149255A (en) * 2014-05-26 2016-12-27 지멘스 악티엔게젤샤프트 Modular converter system for an electric supply network
WO2018066087A1 (en) * 2016-10-05 2018-04-12 株式会社日立製作所 Power conversion device and method for controlling power conversion device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070195557A1 (en) * 2006-02-21 2007-08-23 Ut-Battelle Llc Triple voltage DC-to-DC converter and method
KR20160149255A (en) * 2014-05-26 2016-12-27 지멘스 악티엔게젤샤프트 Modular converter system for an electric supply network
KR20160007887A (en) * 2014-07-08 2016-01-21 엘지이노텍 주식회사 Converter
WO2018066087A1 (en) * 2016-10-05 2018-04-12 株式会社日立製作所 Power conversion device and method for controlling power conversion device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023287010A1 (en) * 2021-07-13 2023-01-19 숭실대학교산학협력단 Multilevel converter
WO2023013824A1 (en) * 2021-08-04 2023-02-09 서울대학교산학협력단 Bidirectional dc/ac power conversion system having multiple dc links
KR20230020851A (en) * 2021-08-04 2023-02-13 서울대학교산학협력단 Bi-directional dc/ac power conversion system having dc multiple dc links
KR20230043505A (en) * 2021-09-24 2023-03-31 부경대학교 산학협력단 Bidirectional Modular Structures for DC-AC Multilevel Power Converter

Also Published As

Publication number Publication date
KR102266322B1 (en) 2021-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9479061B2 (en) DC to DC converter assembly
US9362848B2 (en) Hybrid AC/DC converter for HVDC applications
US9148065B2 (en) Bidirectional DC-DC converter
EP2446527B1 (en) Converter
EP2628238B1 (en) Arrangement for transmitting power between a dc power line and an ac power line
US9722505B2 (en) Wind power conversion system with plural first converting circuits and a second converting circuit
US9344010B2 (en) Power electronic converter
KR101723094B1 (en) Power device for sub-module controller of mmc converter
US20130170255A1 (en) Apparatus for controlling the electric power transmission in a hvdc power transmission system
EP2781014B1 (en) Ac/dc multicell power converter for dual terminal hvdc connection
WO2010145689A1 (en) Converter
EP3633843B1 (en) Current converter and driving method therefor
KR102266322B1 (en) Multi-level converter
WO2013185825A1 (en) Multiline hvdc station with mmc and csc inputs
US10886858B1 (en) Modular multi-level converter pre-chargers
WO2012041380A1 (en) Modular converter with reduced protection requirements that prevents damage to components by extinguishing fault currents.
US20160352239A1 (en) Power electronic converter
US9602024B2 (en) DC/AC converter, power generation plant and operating method for a DC/AC converter
WO2014082661A1 (en) Phase converter with transformer coupled cells, hv ac/dc converter and associated method
WO2014154265A1 (en) Hybrid power converter with modular multilevel strings (m2lc) in neutral point clamping topology
US11444553B2 (en) Electrical power conversion system and associated method
CN212435577U (en) Power converter apparatus with fault current turn-off capability
JP7230633B2 (en) power converter
EP2740205A1 (en) A dc to dc converter assembly

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant