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문제 정의
- 무부하, 경부하 영역에서도 별도의 출력 필터의 추가 없이 양호한 THD 특성을 얻을 수 있으며, 파형 개선 목적으로 이용되는 PWM용 변압기를 통해 부하로 전달되는 전력량을 줄일 수 있어 보다 효과적인 시스템 설계가 가능하다. 기존의 11레벨 PWM 인버터와의 비교를 통해 제안된 방식의 타당성을 검증하고, 시뮬레이션과 실험적 검증을 통해 태양광 발전 시스템용 인버터로서의 가능성을 확인하고자 한다.
- 따라서 본 논문에서는 기존의 11레벨 PWM 인버터의 문제점인 무부하, 경부하 조건에서의 THD를 개선시키기 위해 변압기 턴수비와 변형된 스위칭 함수를 이용하는 19레벨 PWM 인버터를 제안하고, 이를 독립형 태양광 발전 시스템에 적용하여 타당성을 검증하고자 한다. 제안된 멀티레벨 인버터는 외관상으로 기존의 11레벨형 PWM 인버터와 동일한 구조인 세 개의 풀-브리지 모듈과 3대의 변압기를 가진다.
- 본 논문에서는 새로운 19레벨형 PWM 인버터를 제안하고 이를 독립형 태양광 발전용 인버터로 이용함에 있어 그 가능성을 확인하였다. 제안된 인버터는 기존의 11레벨형 PWM 인버터와 비교하여 소자수의 증가 없이 출력전압 레벨 수를 약 2배 정도 증가시켜 보다 정현적인 양호한 출력전압을 얻을 수 있으며, 무부하, 경부하 부하조건에서도 부가적인 필터의 삽입 없이 5[%] 미만의 우수한 THD 특성을 가진다.
- 다르게 된다. 본 논문에서는 최대전력이 부하로 전달되는 경우를 고려하여 각 변압기의 용량을 선정하였다. 효율이 100[%]인 이상적인 변압기를 가정하고 턴수비에 따른 각 변압기의 일・이차측의 전압, 전류 관계식을 유도하여 정리하면 표 5와 같다.
- 그러나 스위칭 주파수가 높아지면 스위칭 손실이 증가하여 전력 변환 효율이 저하되는 단점을 가진다. 이러한 PWM 인버터의 문제점을 보완하기 위한 한 방법으로 본 논문에서는 멀티레벨 인버터를 태양광 발전용 인버터로 이용하고자 한다.
가설 설정
- V1의 기본 출력주파수는 Vout 의 주파수와 동일한 저주파 성분을 포함하게 되므로, 저주파 변압기가 요구되어 진다. 그림 2(b)의 제안하는 방식에서 V1 출력은 각 레벨 형성시 정부의 교번적인 동작을 반복하게 된다. 그림 2(a)의 V1 출력파형을 기준으로 볼 때, 0.
- 표 4는 기존 11레벨형 PWM 인버터와 제안하는 19레벨형 PWM 인버터의 스위칭 함수의 표현식을 나타낸다. 각 스위칭 함수는 C 언어를 이용하여 표현할 수 있으며 int형 변수인 경우를 가정한다. 표 2에서 %는 나머지 연산자(modules operator), 그리고 ∥은 논리합(logical operator OR)을 의미한다.
- 먼저 요구되는 주스위치의 개수만을 단순 비교하면 제안하는 방식이 3배만큼의 스위치 소자 절감효과가 있음을 알 수 있다. 그러나 각 회로방식에 따라 이용되는 스위치의 전류정격에 차이가 있으므로 동일한 비교를 위해 출력전류 조건이 4.5 [A]일 경우, 전류정격이 0.5 [A]인 스위치를 사용한다고 가정하고 스위치 수를 비교한다. 클램핑 다이오드 방식과 플라잉 커패시터 방식은 회로 구성상 모든 스위치의 전류정격이 동일하다.
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