연쇄형 H-브릿지 전자전력변환기의 분리된 DC 링크 구조를 위한 개별 DC 전압 균형 제어

     이 논문에서는 분리된 DC 링크 구조를 가진 전자전력변환기에 대한 전체적인 개별 DC 전압(고전압 및 저전압 DC 링크 전압 포함) 균형 전략을 제안한다. 이 전략은 각 전력 모듈의 격리 및 출력 단계를 통과하는 활성 전력을 조정하여 DC 전압 균형 능력을 향상시킨다. 이 전략을 통해 다른 전력 모듈 간에 불균형(예: 구성 요소 매개변수 불일치 또는 일부 고전압 또는/및 저전압 DC 링크가 재생 가능 에너지 소스 또는/및 DC 부하와 연결되는 경우)이 발생할 때 고전압 및 저전압 DC 링크를 잘 균형화할 수 있다. 제안된 전략은 실험적 검증을 통해 분석되고 지원된다.

1.소개

    전자전력변환기(EPT), 또한 고체 변압기(SST) 또는 전력전자 변압기(PET)라고도 불리는 것은 미래의 전력망에서 핵심 구성 요소로 여겨져 왔다. 이를 통해 재생 가능 에너지 통합, 주 전력망과 AC/DC 마이크로그리 연결, 출력 전압 조절, 고조파 억제, 무효 전력 보상 및 고장 격리 등 많은 고급 기능을 제공한다.

고전압 고출력 응용 분야에서 사용되는 세 단계 EPT의 경우, 캐스케이드 H-브릿지 EPT, 모듈형 다중 레벨 컨버터(MMC) EPT, 클램핑 다중 레벨 EPT 등의 유망한 구조가 연구되었다. 2012년에는 16.67 Hz 선형 전력 변압기를 대체하여 부피를 줄이고 효율성을 향상시키기 위해 15kV 1.2MVA 단상 캐스케이드 H-브릿지 트랙션 EPT가 기차에 설치되었다. 2015년에는 분배 전력망에 10kV/400V 500kVA 삼상 캐스케이드 H-브릿지 EPT가 설치되어 고품질 전력 공급을 제공하였다.

2.분리된 DC 링크 구조를 가진 EPT

    그림 는 분리된 DC 링크 구조를 가진 삼상 EPT의 주 회로를 보여준다. 이것은 입력 시리즈-출력 병렬 구성으로, 각 상당에      n     PM이 있다. 세 단계는 입력 단계, 격리 단계 및 출력 단계이다. 그림에서 두 개의 AC 포트와 여섯 개의 DC 포트가 있다. 각 상의 PM 1에는 서로 다른 전압 수준의 재생 가능 에너지 소스 및 DC 부하를 연결하기 위한 고전압 DC 포트와 저전압 DC 포트가 있다.

3.제안된 전체적인 개별 DC 전압 균형 전략

    재생 가능 에너지 소스와 DC 부하가 EPT의 DC 포트(A_H 및 A_L 포트, 예: Fig. 1 참조)와 연결되거나 구성 요소 매개변수 불일치가 발생할 때, 서로 다른 PM 사이에 전력 불균형이 발생하게 된다. 만약 이 전력 불균형이 DC 전압 균형 제어기의 조정 능력을 초과하면, DC 전압이 불균형 상태가 된다. 본 섹션에서는 재생 가능 에너지 소스와 DC 부하 시나리오를 예로 분석한다. 

4.제안된 전체적인 개별 DC 전압 균형 전략의 실현

    제안된 전략은 두 부분으로 구성된다: 격리 단계에서의 개별 고전압 DC 링크 균형 전략과 출력 단계에서의 개별 저전압 DC 링크 균형 전략.

5.결론

     이 논문에서는 분리된 DC 링크 구조를 가진 EPT에 대한 전체적인 개별 DC 전압 균형 전략을 제안하였다. 세 가지 전체적인 개별 DC 전압 균형 전략의 DC 전압 균형 능력이 분석되고 순위가 매겨졌다. 순위 결과는 제안된 전략이 가장 강력한 DC 전압 균형 능력을 가지고 있음을 나타내었다. 이 결론은 실험적 검증을 통해 지원되었다. 실험 결과는 구성 요소 매개변수 불일치가 심하거나 전체 전력 중 DC 전력 비율이 큰 경우에도 제안된 전략을 사용하면 개별 고전압 및 저전압 DC 링크가 잘 균형화될 수 있음을 보여주었다. 실제로, 제안된 전략을 사용하면 PM을 통과하는 전력이 최대 허용 전력 내에 있는 한, 심각한 불균형 조건에서도 개별 고전압 및 저전압 DC 링크를 균형화할 수 있다.

출처: IEEE Xplore.

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