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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 한병문
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 명지대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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본 논문에서는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 효율적인 운전 방법에 대해 기술한다. 먼저 예비 모듈을 출력전압 레벨 형성에 참여시킴으로써 얻을 수 있는 장점에 대해 살펴보고, 예비 모듈의 출력전압 레벨 형성 중에 전압 형성 모듈의 고장 발생 시 운전 방법을 소개한다.
또한, MMC의 출력전압을 형성하기 위한 모듈레이션 기법을 크게 Staircase 방식과 PWM 방식으로 구분하여, 시뮬레이션을 통해 Staircase 방식인 NLC(Nearest Level Control), SHE(Selected Harmonic Elimination)과 PWM 방식인 LSC(Level-Shifted MultiCarrier), PSC(Phase-Shifted MultiCarrier)의 특성을 비교/검토하였다.
그리고 레벨 모듈형 멀티레벨 컨버터는 기존 방식으로 동작하는 레벨 모듈형 멀티레벨 컨버터에 비해 서브모듈 커패시터 평균 전압이 낮게 동작하는데, 이러한 동작 특성을 이용하여 평균 스위칭 주파수를 저감시키기 위한 방법으로 연속 스위칭 회피 NLC 방식, 스위칭 주파수 조정 NLC 방식, 최대 맥동전압 제한 NLC 방식을 적용하여 운전하는 방법에 대해 소개한다.
본 논문에서 제안하는 스위칭 저감 방법은 예비 모듈의 출력전압 레벨 형성에 따른 서브모듈 커패시터 평균 전압의 저감 동작을 이용한다. 예비 모듈의 출력전압 레벨 형성을 통해 서브모듈 커패시터의 평균 전압을 저감시키고 이에 따라 제안하는 모듈형 멀티레벨 컨버터( 레벨)의 서브모듈 커패시터 허용 가능 맥동률은 증가한다. 서브모듈 커패시터의 맥동률은 스위칭 주파수에 반비례하는데, 증가된 허용 가능 맥동률로 동작하도록 평균 스위칭 주파수를 저감하여 운전할 수 있다. 또한 제안하는 스위칭 저감 방법에서는 서브모듈 커패시터 전압의 동작 제한 값을 설정하여 스위칭 주파수의 저감 또는 서브모듈 커패시터의 용량 저감에 따른 맥동전압 증가 시 서브모듈 커패시터의 전압이 제한 값을 넘지 않도록 추가적인 스위칭 동작을 추가하여 시스템의 동작 안정성을 확보하였다. 서브모듈 커패시터 전압의 동작 제한 값의 설정에 따라 제안하는 모듈형 멀티레벨 컨버터( 레벨)에서 고장 모듈이 발생하여 서브모듈 커패시터의 평균 전압이 상승하더라도 서브모듈 커패시터 전압의 동작 제한 값에 의해 추가적인 스위칭이 증가하여 서브모듈 커패시터의 맥동률이 저감되어 안정적인 동작의 연속성이 보장된다.
본 논문에서는 위에서 기술한 내용들의 검증을 위해 1000V의 직류단 전압, 암당 서브모듈의 개수가 12개인 10kVA급 모듈형 멀티레벨 컨버터를 시뮬레이션 모의하여 결과를 분석하였다. 또한 시뮬레이션과 동일한 파라미터로 하드웨어를 제작하여 그 결과를 통해 타당성을 검증하였다.
또한, MMC의 출력전압을 형성하기 위한 모듈레이션 기법을 크게 Staircase 방식과 PWM 방식으로 구분하여, 시뮬레이션을 통해 Staircase 방식인 NLC(Nearest Level Control), SHE(Selected Harmonic Elimination)과 PWM 방식인 LSC(Level-Shifted MultiCarrier), PSC(Phase-Shifted MultiCarrier)의 특성을 비교/검토하였다.
그리고 레벨 모듈형 멀티레벨 컨버터는 기존 방식으로 동작하는 레벨 모듈형 멀티레벨 컨버터에 비해 서브모듈 커패시터 평균 전압이 낮게 동작하는데, 이러한 동작 특성을 이용하여 평균 스위칭 주파수를 저감시키기 위한 방법으로 연속 스위칭 회피 NLC 방식, 스위칭 주파수 조정 NLC 방식, 최대 맥동전압 제한 NLC 방식을 적용하여 운전하는 방법에 대해 소개한다.
본 논문에서 제안하는 스위칭 저감 방법은 예비 모듈의 출력전압 레벨 형성에 따른 서브모듈 커패시터 평균 전압의 저감 동작을 이용한다. 예비 모듈의 출력전압 레벨 형성을 통해 서브모듈 커패시터의 평균 전압을 저감시키고 이에 따라 제안하는 모듈형 멀티레벨 컨버터( 레벨)의 서브모듈 커패시터 허용 가능 맥동률은 증가한다. 서브모듈 커패시터의 맥동률은 스위칭 주파수에 반비례하는데, 증가된 허용 가능 맥동률로 동작하도록 평균 스위칭 주파수를 저감하여 운전할 수 있다. 또한 제안하는 스위칭 저감 방법에서는 서브모듈 커패시터 전압의 동작 제한 값을 설정하여 스위칭 주파수의 저감 또는 서브모듈 커패시터의 용량 저감에 따른 맥동전압 증가 시 서브모듈 커패시터의 전압이 제한 값을 넘지 않도록 추가적인 스위칭 동작을 추가하여 시스템의 동작 안정성을 확보하였다. 서브모듈 커패시터 전압의 동작 제한 값의 설정에 따라 제안하는 모듈형 멀티레벨 컨버터( 레벨)에서 고장 모듈이 발생하여 서브모듈 커패시터의 평균 전압이 상승하더라도 서브모듈 커패시터 전압의 동작 제한 값에 의해 추가적인 스위칭이 증가하여 서브모듈 커패시터의 맥동률이 저감되어 안정적인 동작의 연속성이 보장된다.
본 논문에서는 위에서 기술한 내용들의 검증을 위해 1000V의 직류단 전압, 암당 서브모듈의 개수가 12개인 10kVA급 모듈형 멀티레벨 컨버터를 시뮬레이션 모의하여 결과를 분석하였다. 또한 시뮬레이션과 동일한 파라미터로 하드웨어를 제작하여 그 결과를 통해 타당성을 검증하였다.
목차
표 목차 ⅲ그림 목차 ⅳ국문초록 ⅶ제 1 장 서 론 1제 2 장 모듈형 멀티레벨 컨버터 32.1 모듈형 멀티레벨 컨버터 32.2 멀티레벨 컨버터의 전압 변조 기법 122.3 서브모듈 커패시터 전압 균형 알고리즘 21제 3 장 MMC 모듈레이션 별 동작 분석을 위한 시뮬레이션 233.1 20MW급 시스템 부하 테스트 시뮬레이션 모델 구성 233.2 네 가지 Case 모델에 의한 각 기법 별 특성 분석 24제 4 장 10kVA MMC(Modular Multilevel Converter) 시뮬레이션 414.1 연속 스위칭 회피 NLC 방식 434.2 스위칭 주파수 조정 NLC 방식 454.3 최대 맥동 전압 제한 NLC 방식 50제 5 장 10kVA MMC(Modular Multilevel Converter) 하드웨어 565.1 실험 장치의 구성 및 실험 환경 565.2 각 레벨 별 MMC 시스템 동작 특성 분석 625.3 스위칭 주파수 조정 NLC 방식 65 5.4 최대 맥동전압 제한 NLC 방식 67제 6 장 결 론 70참고문헌 71Abstract 74
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