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고조파 주입을 통한 Modular Multilevel Converter의 Cell 캐패시터 전압제어에 관한 연구 : Cell Capacitor Voltage Control of Modular Multilevel Converter Using Harmonic Wave Injection

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Authors

정성호

Advisor
설승기
Major
전기·컴퓨터공학부
Issue Date
2012-02
Publisher
서울대학교 대학원
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 전기·컴퓨터공학부, 2012. 2. 설승기.
Abstract
본 논문에서는 모듈형 다단 컨버터(Modular Multi-Level Converter)를 소개하고, 시스템 모델링을 통해 제어기 설계 방법을 서술하며, 셀(Cell)내부의 캐패시터 전압 맥동을 감소시키기 위한 2고조파 암(Arm)평균 전류 주입 방법을 제안한다.
최근 증가하는 풍력단지와 육지간의 연결, 다른 국가간의 계통연결을 위해 HVDC 전력 전송 시스템의 수요가 증가 하고 있다. 현재 기존의 2레벨 컨버터나 전류형 컨버터를 이용한 방법에서, MMLC를 이용한 HVDC전력전송 시스템으로 점차 바뀌고 있다. MMLC는 높은 레벨로의 손쉬운 확장성, 모듈화를 통한 시스템 단가의 절약, 셀의 고장에도 시스템을 멈추지 않고 수리 가능한 사고 대응능력 등으로 인해 HVDC 시스템에서 각광을 받고 있다. MMLC는 직렬 연결 H-브릿지 인버터에 존재하는 직류 전원 단이 없는 형태와 유사한데, 그로 인해 시스템의 부피를 줄일 수 있다는 큰 장점이 존재 한다. 하지만, 내부 에너지 레벨을 따로 제어 해야 하며, 출력 전원 주파수로 내부 에너지가 흔들리기 때문에 이를 줄이기 위한 연구가 필요하다.
본 논문에서는 캐패시터 전압 맥동 저감을 위해, 암 평균 전류를 직류 성분뿐만 아니라 2고조파 성분도 함께 제어 하는 방법을 제안한다. 이 방법은 암 평균 전류를 직류로 제어하는 방법에 비해 최대 60%의 캐패시터 전압 맥동 감소 효과를 얻을 수 있는 데, 특히 전압변조지수(MI)가 정격부근인 경우 출력 전류의 크기에 상관없이 60%의 캐패시터 전압 맥동 감소 효과가 있기 때문에 항상 정격 전압 변조지수 부근에서 동작하는 교류 전원 계통 연결형 시스템에 적용이 용이하다. 전압 맥동은 구동주파수와 모듈의 개수, 캐패시터 값에 반비례 하므로, 전압맥동 감소 알고리즘을 적용 하면, 시스템 제작 시 큰 부피와 원가를 차지하는 캐패시터 값을 줄일 수 있는 장점이 있다. 먼저 2고조파 주입을 통해 캐패시터 전압 맥동을 최소로 할 수 있는 조건을 시뮬레이션을 이용해 찾았다. 2고조파 주입을 통해 얻을 수 있는 최대 맥동 감소율을 부하조건에 따라 보였으며, 또한 2고조파 주입을 통해 얻을 수 있는 한계에 대해서 서술한다. 수식적 접근을 통해 전압 맥동을 줄일 수 있는 2고조파 주입전류의 크기를 제시하며, 맥동저감 효과비교를 통해 그 값의 타당성을 보인다. 모의 실험을 통해 그 영향을 검증하고, 10kW 급 MMLC 세트를 제작, 제안된 2고조파 주입의 유효성을 검증한다.
Language
kor
URI
https://hdl.handle.net/10371/155521

http://dcollection.snu.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000001308
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