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[국내논문] 고속전철 추진시스템을 위한 멀티레벨 전력변환기의 제어기법 및 SVPWM 모델링
Modeling of SVPWM and Control Method for Driving Systems of High-speed Trains by using Multi-level Power Converters 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.23 no.12, 2009년, pp.136 - 145  

이동명 (홍익대학교 전자전기공학부) ,  홍찬희 ((주)브이씨텍 연구소)

초록
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고속 철도 추진시스템의 고속화 및 급전시스템의 전력 품질향상을 위한 연구가 현재 활발히 진행되고 있으며 이를 위한 멀티레벨 전력변환기를 적용한 고속전철 추진시스템의 연구가 필요하다. 본 논문은 멀티레벨 전력변환기의 제어기법 및 공간전압벡터 변조기법(Space Vector PWM, SVPWM)의 모델을 제안한다. 단상 컨버터 제어방식으로는 널리 사용되고 있는 순시치 전류제어 방식을 대신하여, 과도상태 개선 및 제어 속응성을 향상시키기 위하여 동기좌표계에서의 전류 제어 방식을 사용한 제어기법을 적용하였으며, 단상 멜티레벨 컨버터 및 3레벨 인버터에 적용되는 SVPWM기법시뮬레이션 모델을 제안하고 인버터 축소모델을 통하여 모델링의 타당성을 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper proposes control methods and simulation models of a driving system, which consists of converters and inverters, for high speed trains employing multi-level power converters. The control method of a single phase three-level converter for high-speed trains is designed to use DC values inste...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 전동기를 구동하는 인버터의 경우도 국내 고속철도 시스템은 2레벨 방식을 사용하고 있으며 고조파 특성 등이 우수한 3레벨에 대한 연구가 필요하다. 따라서 본 논문에서는 3레벨 인버터의 SVPWM기법 모델을 제안하며, 축소 모델 실험을 통해 모델링의 타당성을 보인다.
  • 그러나 이러한 방식은 두 대의 컨버터가 변압기를 통하여 자기적으로 결합되어 있어 한 쪽의 스위칭이 다른 쪽의 컨버터의 전압제어 특성에 영향을 미치는 간섭현상이 일어난다. 따라서 본 논문에서는 이러한 컨버터 출력간의 간섭 현상을 제거하기 위해서 2레벨에 비하여 고조파의 특성이 우수한 3레벨 단상 컨버터를 단독으로 운전하는 구조와 이의 PWM기법을 제안한다. 일반적으로 컨버터의 DC링크 전압제어는 컨버터 입력단 인덕터 혹은 변압기 누설 리액턴스를 인덕터로 이용하는 경우에는 변압기 전류의 순시치 제어를 통해 이루진다.

가설 설정

  • 본 연구의 컨버터는 서론에서 언급하였듯이 그림 1 (a)의 2레벨 병렬운전을 대신하여 그림 1 (b)의 3레벨 컨버터의 단독 운전을 행한 구조이다. 그림 1 (b)의 3레벨 컨버터의 폴 전압은 3가지이다. 즉, 한 상의 첫 번째, 두 번째 스위치가 동시에 온일 때 (1로 표시) 폴 전압은 1/2Vdc, 두 번째와 세 번째 스위치가 동시에 온 일 때 (0으로 표시) 0[V], 그리고 세 번째, 네 번째 스위치가 온인 경우 (-1로 표기) -1/2Vdc이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
철도 시스템의 추진 시스템은 무엇으로 구성되어 있는가? 철도 시스템의 추진 시스템은 컨버터와 인버터로 구성되어 있으며, 2레벨 시스템이 주로 이용되고 있다. 컨버터의 제어 방식은 일반적으로 두 대의 2레벨 단상컨버터를 병렬로 연결하고 두 컨버터간의 스위칭 시점을 반주기 어긋나게 운전하여 고조파를 감소 시키는 기법을 사용한다[1].
버터의 제어 방식으로 무엇을 사용하는가? 철도 시스템의 추진 시스템은 컨버터와 인버터로 구성되어 있으며, 2레벨 시스템이 주로 이용되고 있다. 컨버터의 제어 방식은 일반적으로 두 대의 2레벨 단상컨버터를 병렬로 연결하고 두 컨버터간의 스위칭 시점을 반주기 어긋나게 운전하여 고조파를 감소 시키는 기법을 사용한다[1]. 그러나 이러한 방식은두 대의 컨버터가 변압기를 통하여 자기적으로 결합되어 있어 한 쪽의 스위칭이 다른 쪽의 컨버터의 전압제어 특성에 영향을 미치는 간섭현상이 일어난다.
일반적으로 사용되는 컨버터의 제어 방식의 문제점은 무엇인가? 컨버터의 제어 방식은 일반적으로 두 대의 2레벨 단상컨버터를 병렬로 연결하고 두 컨버터간의 스위칭 시점을 반주기 어긋나게 운전하여 고조파를 감소 시키는 기법을 사용한다[1]. 그러나 이러한 방식은두 대의 컨버터가 변압기를 통하여 자기적으로 결합되어 있어 한 쪽의 스위칭이 다른 쪽의 컨버터의 전압제어 특성에 영향을 미치는 간섭현상이 일어난다. 따라서 본 논문에서는 이러한 컨버터 출력간의 간섭 현상을 제거하기 위해서 2레벨에 비하여 고조파의 특성이 우수한 3레벨 단상 컨버터를 단독으로 운전 하는 구조와 이의 PWM기법을 제안한다.
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참고문헌 (5)

  1. G. W. Chang et al., 'Modelling characteristics and harmonic currents generated by high-speed railway traction drive converters', IEEE Trans. on Power Delivery, Vol.19, No.2, pp. 766-773, 2004 

  2. J. I. Leon et al., 'New space vector modulation technique for single-phase multilevel converters', IEEE Inter. Sympo. on Indust. Elect. pp. 617-622, 2007 

  3. Y. H. Lee, 'Optimization of a NPC 3-level Inverter System', Hanyang Univ. Dissertation, 2001 

  4. D. Y. Kim et al., 'High performance control of IPMSM using fuzzy-neuro SV-PWM', KIIEE Autumn Annual Conference, pp. 311-314, 2008 

  5. A. Kocalmis, and S. Sunter, 'Simulation of a space vector PWM controller for a three-level voltage-fed inverter motor drive', IECON, pp. 1915-1920, 2006 

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