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MMC 기반 STATCOM 용 밸브의 성능시험 장치를 위한 새로운 토폴로지
New Topology for Valve Performance Test Equipment of MMC based STATCOM 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.22 no.1, 2017년, pp.82 - 88  

배종우 (Dept. of Smart Electricity Eng., Korea Polytechnic University) ,  정재헌 (Dept. of Electrical Eng., Pukyong Natinoal University) ,  노의철 (Dept. of Electrical Eng., Pukyong National University) ,  정용호 (HVDC Research Group, LS Industrial Systems) ,  백승택 (HVDC Research Group, LS Industrial Systems) ,  이진희 (HVDC Research Group, LS Industrial Systems) ,  김영우 (HVDC Research Group, LS Industrial Systems)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study proposes a new topology for the performance test of a valve consisting of a modular multilevel converter (MMC)-based static synchronous compensator (STATCOM). The conventional valve performance test equipment requires high-voltage AC source of several kV rating because the number of submo...

주제어

#Valve   #MMC-STATCOM   #Performance test  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 IEC 62927 에서 요구하는 MMC 기반의 STATCOM용 밸브의 성능시험회로를 제안하였다. PSCAD 시뮬레이션을 통하여 50 [MVA] 급 MMCSTATCOM 을 구성하는 서브모듈 스위치의 전류 패턴을 분석하였다.
  • 본 논문에서는 서브모듈 3 개만으로도 실제 시스템과 유사한 조건에서의 성능시험이 이루어질 수 있는 밸브시험장치의 토폴로지를 제안하고자 한다. 제안한 회로방식에 대한 동작원리를 소개하고 시뮬레이션과 축소모형에 대한 실험을 통해 그 타당성을 입증하고자 한다.
  • 본 논문에서는 서브모듈 3 개만으로도 실제 시스템과 유사한 조건에서의 성능시험이 이루어질 수 있는 밸브시험장치의 토폴로지를 제안하고자 한다. 제안한 회로방식에 대한 동작원리를 소개하고 시뮬레이션과 축소모형에 대한 실험을 통해 그 타당성을 입증하고자 한다.

가설 설정

  • 그림 7 은 시뮬레이션에 사용한 IGBT (Infineon: FZ3600R17HP4) 의 등가 턴-온 저항을 구하기 위해 사용한 턴-온 시 v-i 특성곡선이다. 정상 동작시 IGBT 의 접합점 온도를 150 [℃] 로 가정하였으며 0.85 [V], 0 [A] 지점과 1.9 [V], 2000 [A] 지점을 직선으로 연결하여 턴-온시의 등가 저항값을 구하였다. 동일한 방법으로 IGBT 모듈에 구성된 역병렬 다이오드(FWD)의 파라미터를 구하여 시뮬레이션에 반영하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
STATCOM을 구성하는 전력변환장치의 토폴로지로 멀티레벨 컨버터를 사용하는 이유는? STATCOM 을 구성하는 전력변환장치의 토폴로지는 기본적으로 멀티레벨 컨버터를 채용하고 있는 추세인데, 이는 레벨 수 증가에 따른 전압 스트레스 감소, 전력반도체 소자의 스위칭 주파수 감소, 발생 고조파 저감 등의 이점이 있기 때문이다[3]-[4]. 멀티레벨 컨버터 중에서 다이오드 클램프형이나 플라잉 커패시터형 보다는 H-bridge 인버터들의 캐스케이드 접속된 멀티레벨 컨버터가 경쟁력이 있는데 그 이유는 별도의 승압용 변압기가 필요 없어서 소형 경량화가 가능하고 가격 경쟁력이 있기 때문이다[5]-[6].
논문에서 제안한 MMC 기반의 STATCOM용 밸브의 성능시험회로의 장점은? - 서브 모듈 입출력 전류의 크기와 모양이 실제 STATCOM 동작 전류와 매우 유사함 - 성능시험시 시스템에 공급되는 전력은 IGBT 와 인덕터 및 선로에 의한 손실 성분만 공급하면 되기 때문에 성능시험설비의 소형경량화 및 저비용화가 가능함 - 손실 공급용 인버터의 DC 전압원의 크기가 수 ∼수십 [V] 에 불과함 - 다수의 서브모듈을 직렬연결한 밸브들을 병렬 연결하여 시험하는 기존 성능시험회로에서 요구하는 고전압 전원설비가 필요 없음
멀티레벨 컨버터 중 캐스케이드 접속된 멀티레벨 컨버터가 좋은 이유는? STATCOM 을 구성하는 전력변환장치의 토폴로지는 기본적으로 멀티레벨 컨버터를 채용하고 있는 추세인데, 이는 레벨 수 증가에 따른 전압 스트레스 감소, 전력반도체 소자의 스위칭 주파수 감소, 발생 고조파 저감 등의 이점이 있기 때문이다[3]-[4]. 멀티레벨 컨버터 중에서 다이오드 클램프형이나 플라잉 커패시터형 보다는 H-bridge 인버터들의 캐스케이드 접속된 멀티레벨 컨버터가 경쟁력이 있는데 그 이유는 별도의 승압용 변압기가 필요 없어서 소형 경량화가 가능하고 가격 경쟁력이 있기 때문이다[5]-[6]. 최근에는 MMC (Modular Multilevel Converter) 기반 STATCOM 에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다[7].
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참고문헌 (8)

  1. C. Duan, W. Fang, L. Jiang, and S. Niu, "FACTS devices allocation via sparse optimization," IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 31, No. 2, pp. 1308-1319, Mar. 2016. 

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  2. M. Sahraei-Ardakani and S. A. Blumsack, "Transfer capability improvement through market-based operation of series FACTS devices," IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 31, No. 5, pp. 3702-3714, Sep. 2016. 

    상세보기 crossref

  3. C. K. Lee, J. S. K. Leung, S. Y. R. Hui, and H. S. H. Chung, "Circuit-level comparison of STATCOM technologies," Journal of Power Electronics, Vol. 18, No. 4, pp. 1084-1092, Jul. 2003. 

  4. H. Akagi, S. Inoue, and T. Yoshii, "Control and performance of a transformerless cascade PWM STATCOM with star configuration," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 43, No 4, pp. 1041-1049, Jun./Aug. 2007. 

    상세보기 crossref

  5. Fang Z. Peng and Jin Wang, "A universal STATCOM with delta-connected cascade multilevel inverter," IEEE PESC'04, pp. 3529-3533, Jun. 2004. 

  6. R. E. Betz and T. Summerst, "Using a cascaded h-bridge STATCOM for rebalancing unbalanced voltages," 7th Internatonal Conference on Power Electronics, pp. 1219-1224, Oct. 2007. 

  7. J. I. Y. Ota, Y. Shibano, N. Niimura, and H. Akagi, "A phase-shifted-PWM D-STATCOM using a modular multilevel cascade converter (SSBC) - Part I: modeling, analysis, and design of current control," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 51, No. 1, pp. 279-288, Jan./Feb. 2015. 

    상세보기 crossref

  8. IEC Std., "IEC 62927 Ed.1: Voltage sourced converter (VSC) valves for static synchronous compensator (STATCOM) - Electrical Testing," IEC, 2015. 

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