[논문]MMC 기반 HVDC 시스템의 서브모듈 성능시험을 위한 5 Level 서브모듈 시험회로

조광래; 서병준; 허진용; 김학수; 노의철

MMC 기반 HVDC 시스템의 서브모듈 성능시험을 위한 5 Level 서브모듈 시험회로
5 Level Submodule Test Circuit for Submodule Performance Test of MMC-based HVDC System 원문보기

조광래 (부경대학교) , 서병준 (부경대학교) , 허진용 (부경대학교) , 김학수 (부경대학교) , 노의철 (부경대학교)

본 논문에서는 MMC (Modular Multilevel Converter) 기반 HVDC (High Voltage Direct Current) 시스템을 위한 서브모듈 시험회로를 제안한다. 서브모듈 시험회로는 MMC 기반 HVDC 시스템의 한 암(arm)의 전류를 모사한 서브모듈 시험전류를 만들어 서브모듈 성능시험을 하기 위한 것이다. 본 논문에서는 시험회로의 인덕턴스를 줄이기 위해 5 레벨 인버터를 사용한 새로운 방식의 회로를 제안한다. 시뮬레이션을 통하여 제안하는 서브모듈 시험회로의 타당성을 검증하였다.

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문제 정의

본 논문에서는 5 레벨 인버터를 사용하는 서브모듈 성능시험회로를 제안하였다. 제안하는 서브모듈 시험회로는 5 레벨 인버터를 사용하여 시험회로의 인덕턴스를 감소시켰고 시험회로의 제어기는 PI 제어기와 PR 제어기가 결합한 형태에 Feedforward 제어기를 추가함으로서 서브모듈 시험전류가 MMC 기반 HVDC 시스템의 암 전류와 더 유사해져서 서브모듈 시험에 적합한 조건을 제공한다.
본 논문에서는 서브모듈 성능시험의 신뢰도를 높이기 위하여 5 레벨 인버터를 사용한 서브모듈 시험회로를 제안하였으며 시뮬레이션을 통하여 타당성을 검증하였다.

제안 방법

본 논문에서는 5 레벨 인버터를 사용하는 서브모듈 성능시험회로를 제안하였다. 제안하는 서브모듈 시험회로는 5 레벨 인버터를 사용하여 시험회로의 인덕턴스를 감소시켰고 시험회로의 제어기는 PI 제어기와 PR 제어기가 결합한 형태에 Feedforward 제어기를 추가함으로서 서브모듈 시험전류가 MMC 기반 HVDC 시스템의 암 전류와 더 유사해져서 서브모듈 시험에 적합한 조건을 제공한다. 시뮬레이션을 통해 제안하는 서브모듈 시험회로의 타당성을 검증하였다.
그림 1은 제안하는 5 레벨 서브모듈 시험회로이다. 제안하는 서브모듈 시험회로는 5 레벨 인버터와 테스트 받을 메인 서브모듈, 이 둘과 직렬로 연결된 인덕터 그리고 보조 서브모듈로 이루어진다. 5 레벨 인버터는 하프-브릿지 컨버터와 NPC 컨버터가 결합된 형태이며 5 레벨의 전압을 출력하기 위해서 하프브릿지 컨버터는 동작에 따라 인버터의 출력 전압이 양의 값인지 음의 값인지를 결정하며 NPC 컨버터는 인버터의 출력 전압 레벨을 결정한다.

성능/효과

그림 4는 제안하는 서브모듈 시험회로의 출력 파형을 나타낸 것으로 서브모듈의 스위칭 패턴은 MMC 기반 HVDC 시스템의 서브모듈의 스위칭 패턴을 사용하였다. 서브모듈 시험전류 i_L이 MMC 기반 HVDC 시스템의 암 전류의 모양과 유사하고 서브모듈 커패시터 전압 v_SM과 v_aux모두 2000 [V]로 제어되는 것을 확인할 수 있다. 그림 5는 제안하는 서브모듈 시험회로의 시험전류와 5 레벨 인버터의 스위칭 패턴과 출력 전압을 나타낸 것으로 하프-브릿지 측 스위치 S₄, S₄’의 동작에 따라 출력 전압이 양의 값을 가지느냐 음의 값을 가지느냐를 결정하고 NPC 측 스위치 동작으로 출력 전압의 레벨을 결정하는 것을 확인할 수 있다.
제안하는 서브모듈 시험회로는 5 레벨 인버터를 사용하여 시험회로의 인덕턴스를 감소시켰고 시험회로의 제어기는 PI 제어기와 PR 제어기가 결합한 형태에 Feedforward 제어기를 추가함으로서 서브모듈 시험전류가 MMC 기반 HVDC 시스템의 암 전류와 더 유사해져서 서브모듈 시험에 적합한 조건을 제공한다. 시뮬레이션을 통해 제안하는 서브모듈 시험회로의 타당성을 검증하였다. 제안한 시험회로는 MMC 기반 HVDC 시스템의 서브모듈 및 밸브의 시험회로에 유용하게 사용될 것으로 기대된다.

후속연구

시뮬레이션을 통해 제안하는 서브모듈 시험회로의 타당성을 검증하였다. 제안한 시험회로는 MMC 기반 HVDC 시스템의 서브모듈 및 밸브의 시험회로에 유용하게 사용될 것으로 기대된다.

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