고조파 신호주입 기반 단상 3레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 균형제어 방법 Neutral-point Voltage Balancing Method Based on Harmonic Voltage Injection for Single-phase Three-level NPC Inverter원문보기
최근 직류배전 시스템과 에너지자립에 대한 연구의 증가로 전력변환시스템의 고압, 대용량화가 요구되고 있다. 이러한 요구에 의해 다양한 방식의 고압, 대용량 인버터를 구현하는 방식들이 연구되었다. 그 중에서 ...
국문초록 고조파 신호주입 기반 단상 3레벨 NPC인버터의 중성점 전압 균형제어 방법
최근 직류배전 시스템과 에너지자립에 대한 연구의 증가로 전력변환시스템의 고압, 대용량화가 요구되고 있다. 이러한 요구에 의해 다양한 방식의 고압, 대용량 인버터를 구현하는 방식들이 연구되었다. 그 중에서 멀티레벨 인버터 방식은 고압 대용량 전력변환에 적합한 회로구조 중 하나이다. 3레벨 NPC 인버터에서 직류링크 커패시터의 전압 불균형은 중요한 문제이다. 이 논문에서는 공통 옵셋 전압을 통해 직류링크 커패시터 전압 불균형을 보상하는 방법을 제안한다. 옵셋 전압은 커패시터 사이의 중성점 전압차와 계통전압 주파수의 2차 고조파 성분으로 구성된다. 직류링크 전압 균형제어 방법을 위해 단상 3레벨 NPC 인버터의 이론적인 분석을 수행하였고, 제안하는 직류링크 전압오차 보상방법을 수식적으로 해석하였다. 또한 2차고조파 옵셋신호를 주입하는 방법을 단상 NPC 인버터 1모듈과 3모듈에서 발생한 직류링크 전압 오차를 보상하기 위해 각각 적용하였다. 제안된 커패시터 전압오차 보상방법은 추가적인 하드웨어 구성을 필요로 하지 않기 때문에 손실과 비용증가가 발생하지 않으며, 옵셋전압을 계산하는 과정에서 필요한 계산이 복잡하지 않아 간단하게 구현이 가능하다. 모의실험과 실제실험을 위해서 단상 3레벨 NPC 인버터 모듈의 설계와 하드웨어 최적화를 수행하였다. 제안한 2 고조파 신호주입 방법의 효과는 모의실험과 실제실험을 통해 검증하였다.
주제어 : 반도체변압기, NPC인버터, 중성점 전압, 옵셋신호, 2고조파, 전압보상
국문초록 고조파 신호주입 기반 단상 3레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 균형제어 방법
최근 직류배전 시스템과 에너지자립에 대한 연구의 증가로 전력변환시스템의 고압, 대용량화가 요구되고 있다. 이러한 요구에 의해 다양한 방식의 고압, 대용량 인버터를 구현하는 방식들이 연구되었다. 그 중에서 멀티레벨 인버터 방식은 고압 대용량 전력변환에 적합한 회로구조 중 하나이다. 3레벨 NPC 인버터에서 직류링크 커패시터의 전압 불균형은 중요한 문제이다. 이 논문에서는 공통 옵셋 전압을 통해 직류링크 커패시터 전압 불균형을 보상하는 방법을 제안한다. 옵셋 전압은 커패시터 사이의 중성점 전압차와 계통전압 주파수의 2차 고조파 성분으로 구성된다. 직류링크 전압 균형제어 방법을 위해 단상 3레벨 NPC 인버터의 이론적인 분석을 수행하였고, 제안하는 직류링크 전압오차 보상방법을 수식적으로 해석하였다. 또한 2차고조파 옵셋신호를 주입하는 방법을 단상 NPC 인버터 1모듈과 3모듈에서 발생한 직류링크 전압 오차를 보상하기 위해 각각 적용하였다. 제안된 커패시터 전압오차 보상방법은 추가적인 하드웨어 구성을 필요로 하지 않기 때문에 손실과 비용증가가 발생하지 않으며, 옵셋전압을 계산하는 과정에서 필요한 계산이 복잡하지 않아 간단하게 구현이 가능하다. 모의실험과 실제실험을 위해서 단상 3레벨 NPC 인버터 모듈의 설계와 하드웨어 최적화를 수행하였다. 제안한 2 고조파 신호주입 방법의 효과는 모의실험과 실제실험을 통해 검증하였다.
ABSTRACT Neutral-point Voltage Balancing Method Based on Harmonic Voltage Injection for Single-phase Three-level NPC Inverter
Kang Kyoung-Pil Department of Electrical Engineering Graduate School of Konkuk University
Recently, the increase of the study on the DC distribu...
ABSTRACT Neutral-point Voltage Balancing Method Based on Harmonic Voltage Injection for Single-phase Three-level NPC Inverter
Kang Kyoung-Pil Department of Electrical Engineering Graduate School of Konkuk University
Recently, the increase of the study on the DC distribution system and the energy independence has demanded the high voltage and large capacity of the power conversion system. In response to these demands, a variety of high voltage and large capacity inverter topologies have been studied. Among these topologies, the multi-level inverter method is one of the circuit structures suitable for high-voltage and large-capacity power conversion. The voltage imbalance problem of a DC link capacitor in a three-level NPC inverter is a major issue. In this paper, DC link capacitor voltage compensate method through the common offset voltage is proposed. The offset voltage consists of the neutral-point voltage difference of the DC link capacitors and the second harmonic of the grid voltage frequency. For the DC link voltage balancing control, theoretical analysis of single-phase thee-level NPC inverter was performed. And the proposed DC link voltage error compensation method was formally analyzed. Also, the proposed method is applied to compensate the DC link voltage error which generated in the single-phase NPC inverter module. The proposed compensation method does not require any additional hardware configuration or complicated calculation. For the simulations and experiments, the system design and hardware optimization were performed. The effect of the proposed second harmonic injection method is verified through the simulations and experiments.
Keyword : SST, NPC inverter, neutral-point, offset signal injection, harmonic, voltage compensate
ABSTRACT Neutral-point Voltage Balancing Method Based on Harmonic Voltage Injection for Single-phase Three-level NPC Inverter
Kang Kyoung-Pil Department of Electrical Engineering Graduate School of Konkuk University
Recently, the increase of the study on the DC distribution system and the energy independence has demanded the high voltage and large capacity of the power conversion system. In response to these demands, a variety of high voltage and large capacity inverter topologies have been studied. Among these topologies, the multi-level inverter method is one of the circuit structures suitable for high-voltage and large-capacity power conversion. The voltage imbalance problem of a DC link capacitor in a three-level NPC inverter is a major issue. In this paper, DC link capacitor voltage compensate method through the common offset voltage is proposed. The offset voltage consists of the neutral-point voltage difference of the DC link capacitors and the second harmonic of the grid voltage frequency. For the DC link voltage balancing control, theoretical analysis of single-phase thee-level NPC inverter was performed. And the proposed DC link voltage error compensation method was formally analyzed. Also, the proposed method is applied to compensate the DC link voltage error which generated in the single-phase NPC inverter module. The proposed compensation method does not require any additional hardware configuration or complicated calculation. For the simulations and experiments, the system design and hardware optimization were performed. The effect of the proposed second harmonic injection method is verified through the simulations and experiments.
Keyword : SST, NPC inverter, neutral-point, offset signal injection, harmonic, voltage compensate
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