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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 원충연
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수7
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2015
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해상 풍력 발전 시스템의 대용량화됨에 따라 기존 2-레벨 인버터의 스위치 소자의 전압과 전류의 용량 및 손실로 인한 설계의 문제를 해결하기 위하여 3-레벨 인버터의 연구가 진행 되었다. 대용량화 된 해상 풍력 발전 시스템은 높은 정격의 반도체용 스위칭 소자를 사용한다. 전력용 반도체 스위치 특성상 상승 시간과 하강 시간의 차이로 인하여 단락 현상이 발생할 수 있기 때문에 데드타임(Dead Time)을 인가함으로써 단락 현상을 막아준다. 그러나 이러한 Dead-time은 출력전류의 왜곡 및 전고조파 왜율을 상승시키는 원인이 되고, 왜곡된 출력전류 및 높은 전고조파 왜율로 인하여 시스템의 오작동을 일으킬 수 있는 요인이 된다.
기존 Dead-time 보상 방식은 전류의 방향에 따라 게이팅의 인가 시점을 조절하여 Dead-time에 의한 전압 오차를 보상하는 방식이다. 그러나 이 방식은 전류의 방향이 바뀌는 부분에서 전류의 스위칭 노이즈가 발생할 수 있고, 노이즈 전류 방향은 실제 Dead-time의 보상을 어렵게 하는 원인이 된다.
본 논문에서는 해상 풍력발전용 전력변환 장치에 사용되는 3-레벨 NPC 인버터의 회로 및 동작 특성을 분석하고, Dead-time에 의한 THD 상승을 저감을 위한 Zero Dead-time PWM 기법과 Zero Dead-time PWM의 스위칭 패턴을 생성하는 방법 및 이를 최적화 기법에 대하여 제안하였다. 제안하는 방법을 적용할 경우 Dead-time으로 인한 출력전류의 왜곡을 감소시키기 때문에 전고조파 왜율이 저감되는 효과 및 시스템의 안정성도 향상이 가능하다. 또한 기존 PWM기법과 다르게 Dead-time을 인가하지 않기 때문에 Dead-time 보상 방식을 이용하지 않아도 되는 장점을 갖는다. 이론적인 분석을 바탕으로 제안하는 Zero Dead-time PWM 기법을 설명하고, 제안하는 방법을 적용하기 위한 하드웨어를 구성하여 시뮬레이션 및 실험을 통하여 제안하는 기법의 타당성을 검증하였다.
기존 Dead-time 보상 방식은 전류의 방향에 따라 게이팅의 인가 시점을 조절하여 Dead-time에 의한 전압 오차를 보상하는 방식이다. 그러나 이 방식은 전류의 방향이 바뀌는 부분에서 전류의 스위칭 노이즈가 발생할 수 있고, 노이즈 전류 방향은 실제 Dead-time의 보상을 어렵게 하는 원인이 된다.
본 논문에서는 해상 풍력발전용 전력변환 장치에 사용되는 3-레벨 NPC 인버터의 회로 및 동작 특성을 분석하고, Dead-time에 의한 THD 상승을 저감을 위한 Zero Dead-time PWM 기법과 Zero Dead-time PWM의 스위칭 패턴을 생성하는 방법 및 이를 최적화 기법에 대하여 제안하였다. 제안하는 방법을 적용할 경우 Dead-time으로 인한 출력전류의 왜곡을 감소시키기 때문에 전고조파 왜율이 저감되는 효과 및 시스템의 안정성도 향상이 가능하다. 또한 기존 PWM기법과 다르게 Dead-time을 인가하지 않기 때문에 Dead-time 보상 방식을 이용하지 않아도 되는 장점을 갖는다. 이론적인 분석을 바탕으로 제안하는 Zero Dead-time PWM 기법을 설명하고, 제안하는 방법을 적용하기 위한 하드웨어를 구성하여 시뮬레이션 및 실험을 통하여 제안하는 기법의 타당성을 검증하였다.
목차
제1장 서 론 11.1 연구 배경 및 필요성 11.2 논문의 구성 5제2장 해상 풍력발전용 전력변환 장치 62.1 인버터의 기본 원리 72.1.1 3상 2-레벨 인버터 72.1.2 3상 멀티레벨 인버터 92.2 NPC(Neutral Point Clamped) 인버터의 회로 및 동작원리 132.2.1 3-레벨 NPC 시스템 모델 152.3 3상 양방향 3-레벨 AC/DC PWM 컨버터 192.3.1 3상 양방향 3-레벨 AC/DC PWM 컨버터의 수학적 모델링 212.4 DC-Link 커패시터 전압 불평형 252.4.1 옵셋인가 방식의 DC-Link 커패시터 전압 불평형 제어 262.5 Dead-time Effect 29제3장 해상 풍력발전 시스템의 제어기법 313.1 3상 3-레벨 AC/DC PWM 컨버터의 제어 313.2 3상 3-레벨 DC/AC PWM 인버터의 제어 333.3 3-레벨인버터의 PWM 기법 제어 353.3.1 정현파 PWM (SPWM : Sinusoidal PWM) 353.3.2 3차 고조파 PWM (THPWM : Third harmonic PWM) 373.3.3 공간 벡터 PWM (SVPWM : Space Vector PWM) 38제4장 제안한 알고리즘 414.1 Zero Dead-time PWM 기법 434.2 Zero Dead-time PWM 지령전압 생성 기법 454.3 Zero Dead-time PWM 최적화 기법 53제5장 시뮬레이션 555.1 시뮬레이션 파라미터 및 회로 555.2 3-레벨 NPC 전력변환 장치 585.3 SVPWM을 적용한 시뮬레이션 결과 595.4 Zero Dead-time PWM 기법을 적용한 시뮬레이션 결과 63제6장 하드웨어 구성 및 실험 706.1 제어보드 설계 726.2 3-레벨 NPC Module 설계 766.3 3-레벨 NPC back-to-back 인버터 설계 796.4 3-레벨 NPC 인버터 전압 파형 826.5 기존 SVPWM을 적용한 실험 결과 846.6 Zero Dead-time PWM 기법을 적용한 시뮬레이션 결과 86제7장 결론 91참고문헌 92Abstract 96
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