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최근 신재생에너지 발전과 더불어 고효율, 저 EMI 기능을 갖는 인버터에 대한 수요가 증가하고 있으며, 스위치 소자의 가격이 저렴해짐에 따라 새로운 멀티레벨 인버터에 대한 토폴로지 연구가 활발히 이루어지고 있다. 또한 향후 계통안정화 측면에서 무효전력 제어가 가능하고 고효율 및 고품질 전력을 출력할 수 있는 멀티레벨 인버터에 대한 기술 확보가 요구되고 있다. 따라서 본 논문에서는 H-bridge 구조에 양방향 스위치를 조합한 새로운 13-Level 멀티레벨 인버터와 Buck-Boost 구조의 멀티레벨용 DC/DC ...

최근 신재생에너지 발전과 더불어 고효율, 저 EMI 기능을 갖는 인버터에 대한 수요가 증가하고 있으며, 스위치 소자의 가격이 저렴해짐에 따라 새로운 멀티레벨 인버터에 대한 토폴로지 연구가 활발히 이루어지고 있다. 또한 향후 계통안정화 측면에서 무효전력 제어가 가능하고 고효율 및 고품질 전력을 출력할 수 있는 멀티레벨 인버터에 대한 기술 확보가 요구되고 있다. 따라서 본 논문에서는 H-bridge 구조에 양방향 스위치를 조합한 새로운 13-Level 멀티레벨 인버터와 Buck-Boost 구조의 멀티레벨용 DC/DC 컨버터를 제안하고 두 전력변환기를 직렬로 연결한 고효율 멀티레벨 인버터 시스템을 구현하였다. 제안된 멀티레벨 인버터는 H-bridge 구조에서 양방향 스위치를 사용한 구조로 총 18개의 스위치 소자와 3개의 독립 DC 전원을 이용하여 인버터 출력 13-Level 상전압을 출력할 수 있다. 이 구조는 기존 태양광 멀티레벨 인버터에 비해 동일 스위치 소자에서 높은 레벨을 출력함으로서 우수한 출력 파형을 생성할 수 있으며 출력 단자가 중성점과 전기적으로 분리되어 시스템이 안정적이며 무효 전력을 효율적으로 제어 가능한 특징을 갖고 있다. 또한 제안된 토폴로지는 각 암마다 모듈화가 가능하여 스위칭 손실이나 열 문제 그리고 유지 보수가 용이한 특징을 갖고 있다. 제안된 멀티레벨 인버터에 독립적인 3개의 DC 전압을 공급해주기 위한 멀티레벨용 DC/DC 컨버터는 2대의 Buck-Boost 컨버터를 대칭으로 결합한 구조로 180° 위상차를 갖고 스위칭 함으로서 2배의 스위칭 주파수 효과를 갖고 있으며, 출력전압은 승·강압이 가능하나 입력전압대비 20% 출력을 발생하고 있다. 또한 인터리브 구조로 설계되어 인덕터 용량 및 사이즈를 줄이고, 전압·전류 리플을 감소시킬 수 있는 특징을 갖고 있다. 일반적으로 연계형 시스템에서는 인버터의 출력이 계통에 연결되어 있어 인버터를 전류제어 모드로 두고 컨버터를 전압제어 모드로 두어 시스템을 운용하게 된다. 하지만 본 연구에서는 제안된 컨버터와 인버터를 전류제어 모드로 사용함으로서 기존 연계형 시스템보다 고성능의 시스템을 구현하였다. 이를 구현하기 위해 제안된 인버터의 전류 지령치를 DC Link 전압의 종속함수로 둠으로서 언제나 최대 변조비를 갖는 고효율 멀티레벨 인버터를 구현하였다. 본 논문에서 제안한 고효율 멀티레벨 인버터 시스템은 기존 연계형 시스템 보다 높은 레벨수와 고효율을 위한 최대 변조비 알고리즘을 적용함으로서 고성능의 멀티레벨 인버터 시스템을 구현하였다. 따라서 태양광 발전과 계통 연계를 위한 새로운 인터페이스 회로에 적합하다고 사료된다.

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