KR101309290B1 - Apparatus and method for neutral-point voltage control of three-level neutral point clamped inverter using discontinuous pulse width modulation - Google Patents

Apparatus and method for neutral-point voltage control of three-level neutral point clamped inverter using discontinuous pulse width modulation Download PDF

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KR101309290B1 KR1020120049787A KR20120049787A KR101309290B1 KR 101309290 B1 KR101309290 B1 KR 101309290B1 KR 1020120049787 A KR1020120049787 A KR 1020120049787A KR 20120049787 A KR20120049787 A KR 20120049787A KR 101309290 B1 KR101309290 B1 KR 101309290B1
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이교범
이현희
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아주대학교산학협력단
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters

Abstract

PURPOSE: A neutral point voltage controller of 3-level NPC inverter is provided to increase efficiency of harmonic characteristic at high modulation index by applying a discontinuous voltage modulation method to voltage control. CONSTITUTION: A 3-level NPC inverter (100) comprises the following: a first direct current link capacitor (110), a second direct current link capacitor (120), switching elements (120, 140) comprising antiparallel diode, and clamping diode. A neutral point unbalance voltage calculation unit (200) calculates neutral point unbalanced voltage between the first and second direct current link capacitors. A discontinuous switching path controlling element (300) controls voltage by controlling discontinuous switching path according to the calculated unbalanced voltage. A DPWM signal generator (400) generates DPWM signals to output to the 3-level NPC inverter switching element in a discontinuous pulse wide method. The discontinuous pulse wide method reduces switching frequency by keeping the turn on state or turn off state instead of switching the state during the 60 degree path of which size is the biggest. [Reference numerals] (300) Discontinuous switching path controlling element; (400) DPWM signal generator; (AA) System voltage

Description

불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 ＮＰＣ 인버터의 중성점 전압 제어 장치 및 그 방법{Apparatus and method for Neutral-Point Voltage Control of three-level Neutral Point Clamped Inverter using Discontinuous Pulse Width Modulation} Apparatus and method for Neutral-Point Voltage Control of three-level Neutral Point Clamped Inverter using Discontinuous Pulse Width Modulation}

본 발명은 3-레벨 NPC(Neutral Point Clamped) 인버터에 관한 것으로, 상세하게는 3-레벨 NPC(Neutral Point Clamped) 인버터에서 중성점 전압을 제어하는 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-level neutral point clamped (NPC) inverter, and more particularly, to an apparatus for controlling a neutral point voltage in a three-level neutral point clamped (NPC) inverter and a control method thereof.

3-레벨 NPC(Neutral Point Clamped)인버터는 다이오드 클램프드 멀티레벨 인버터로서, 고압 직류 전송시스템, 무효 전력 보상기, 고압 가변속 전동기 구동 시스템과 같은 대전력, 고전압(또는 중전압) 응용 분야에서 사용될 수 있다.The 3-level Neutral Point Clamped (NPC) inverter is a diode clamped multilevel inverter that can be used in high power, high voltage (or medium voltage) applications such as high voltage direct current transmission systems, reactive power compensators, and high voltage variable speed motor drive systems. .

3-레벨 NPC 인버터는 구조적으로 직류링크 커패시터가 두 개로 분리되어 구성되기 때문에 두 커패시터 간의 전압 불균형 문제가 발생한다. 이러한 전압 불균형 문제는 직류링크 커패시터의 중성점 전압 변동을 가져오게 되어 3-레벨 NPC 인버터의 스위칭 소자와 직류링크 커패시터에 전압 스트레스를 가중시키고 출력전압 파형을 왜곡시킨다. Three-level NPC inverters have two DC link capacitors structurally, which causes voltage unbalance between the two capacitors. This voltage imbalance problem causes a neutral voltage variation of the DC link capacitor, which adds voltage stress to the switching element and the DC link capacitor of the three-level NPC inverter and distorts the output voltage waveform.

중성점 전압 변동은 큰 용량의 직류링크 커패시터를 사용하거나 추가적인 회로를 구성함으로써 해결할 수 있지만, 전체 시스템의 가격이나 크기를 고려할 경우 실질적인 적용이 어렵다.Neutral voltage fluctuations can be solved by using large capacity DC link capacitors or by configuring additional circuits, but practical application is difficult given the price or size of the overall system.

종래에는 NPC 인버터의 중성점 전압 변동 문제를 해결하기 위해 출력전압에 포함된 고조파를 저감시키거나 직류링크의 전압 이용률을 높이기 위한 PWM 방법의 개발 및 제어기법에 대한 것이 대부분이었다.Conventionally, in order to solve the neutral voltage fluctuation problem of the NPC inverter, most of the development and control method of the PWM method for reducing the harmonics included in the output voltage or increasing the voltage utilization of the DC link.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 3-레벨 NPC 인버터에서 중성점의 변동 시 스위칭 손실을 유지하며, 중성점 불평형 전압을 제어하는 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is the neutral point voltage control device and method of the three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation method that maintains the switching loss when the neutral point changes in the three-level NPC inverter, and controls the unbalance voltage neutral To provide.

본 발명의 일측면에 의하면, 직렬 연결된 제1 직류링크 커패시터와 제2 직류링크 커패시터, 역병렬 다이오드를 포함하는 스위칭 소자와 클램핑 다이오드를 포함하는 3-레벨 NPC 인버터; 상기 제1 직류링크 커패시터와 제2 직류링크 커패시터 사이의 중성점 불평형 전압을 계산하는 중성점 불평형 전압 계산부; 상기 계산된 전압 불평형 전압에 따라 P-타입 불연속 스위칭 구간을 증가시키거나 감소시킨 만큼 N-타입 불연속 스위칭 구간을 감소 또는 증가시키도록 불연속 스위칭 구간을 조절하여 중성점 불평형 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 불연속 스위칭 구간 조절부; 및 상기 불연속 스위칭 구간 조절부의 제어신호에 따라 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스위칭 소자에 출력될 지령전압을 불연속 펄스폭 변조 방식으로 스위칭하여 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스위칭 소자에 출력할 DPWM 신호를 발생시키는 DPWM 신호 발생부를 포함하는 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a three-level NPC inverter including a switching element including a first DC link capacitor, a second DC link capacitor, an anti-parallel diode and a clamping diode connected in series; A neutral point unbalanced voltage calculator configured to calculate a neutral point unbalanced voltage between the first DC link capacitor and the second DC link capacitor; Generating a control signal for controlling the neutral unbalance voltage by adjusting the discontinuous switching period to reduce or increase the N-type discontinuous switching period by increasing or decreasing the P-type discontinuous switching period according to the calculated voltage unbalance voltage. Discontinuous switching interval control unit; And generating a DPWM signal to be output to the switching element of the three-level NPC inverter by switching the command voltage to be output to the switching element of the three-level NPC inverter according to the control signal of the discontinuous switching section adjusting unit by the discrete pulse width modulation method. Provided is a neutral point voltage control apparatus for a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation scheme including a DPWM signal generator.

상기 불연속 스위칭 구간 조절부는 불연속 스위칭 구간의 크기를 조절함으로써 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스몰 공간 벡터의 스위칭을 증가 또는 감소시킬 수 있다.The discontinuous switching section adjusting unit may increase or decrease the switching of the small space vector of the three-level NPC inverter by adjusting the size of the discontinuous switching section.

상기 스몰 공간 벡터는 공간전압 벡터도 상에서 중복(redundancy) 스위칭 상태를 가지는 스몰 공간 벡터일 수 있다.The small space vector may be a small space vector having a redundancy switching state on the space voltage vector diagram.

상기 불연속 펄스폭 변조 방식은 60°불연속 펄스폭 변조방식(60°DPWM)일 수 있다.The discontinuous pulse width modulation method may be a 60 ° discontinuous pulse width modulation method (60 ° DPWM).

상기 60°불연속 펄스폭 변조방식은 상전압의 한 주기 중에 그 크기가 가장 큰 60°구간 동안 스위칭하지 않고 계속 턴온 상태로 있도록 하거나 턴오프 상태로 있록 함으로써 스위칭 주파수를 감소시킬 수 있다.The 60 ° discontinuous pulse width modulation scheme can reduce the switching frequency by keeping the signal turned on or off during the period of phase voltage without switching during the largest 60 ° period.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 직렬 연결된 제1 직류링크 커패시터와 제2 직류링크 커패시터, 역병렬 다이오드를 포함하는 스위칭 소자와 클램핑 다이오드를 포함하는 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 불평형 전압을 제어하는 방법으로서, 중성점 불평형 전압 계산부가 상기 제1 직류링크 커패시터와 제2 직류링크 커패시터 사이의 중성점 불평형 전압을 계산하는 단계; 불연속 스위칭 구간 조절부가 상기 계산된 전압 불평형 전압에 따라 P-타입 불연속 스위칭 구간을 증가시키거나 감소시킨 만큼 N-타입 불연속 스위칭 구간을 감소 또는 증가시키도록 불연속 스위칭 구간을 조절하여 중성점 불평형 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계; 및 DPWM 신호 발생부가 상기 불연속 스위칭 구간 조절부의 제어신호에 따라 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스위칭 소자에 출력될 지령전압을 불연속 펄스폭 변조 방식으로 스위칭하여 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스위칭 소자에 출력할 DPWM 신호를 발생시키는 를 포함하는 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of controlling a neutral unbalance voltage of a three-level NPC inverter including a clamping diode and a switching element including a first DC link capacitor, a second DC link capacitor, and an anti-parallel diode connected in series. A neutral point unbalance voltage calculator calculating a neutral point unbalance voltage between the first DC link capacitor and the second DC link capacitor; To control the neutral unbalance voltage by adjusting the discontinuous switching section to reduce or increase the N-type discontinuous switching section by increasing or decreasing the P-type discontinuous switching section according to the calculated voltage unbalance voltage. Generating a control signal for; And a DPWM signal generator to switch the command voltage to be output to the switching element of the three-level NPC inverter according to the control signal of the discontinuous switching period adjusting unit in a discontinuous pulse width modulation scheme to output the switching voltage to the switching element of the three-level NPC inverter. A neutral point voltage control method of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation scheme including generating a DPWM signal is provided.

상기 불연속 스위칭 구간 조절단계는 불연속 스위칭 구간의 크기를 조절함으로써 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스몰 공간 벡터의 스위칭을 증가 또는 감소시킬 수 있다.The discontinuous switching section adjusting step may increase or decrease the switching of the small space vector of the three-level NPC inverter by adjusting the size of the discontinuous switching section.

상기 스몰 공간 벡터는 공간전압 벡터도 상에서 중복(redundancy) 스위칭 상태를 가지는 스몰 공간 벡터일 수 있다.The small space vector may be a small space vector having a redundancy switching state on the space voltage vector diagram.

상기 불연속 스위칭 구간 조절단계는 상기 계산된 불평형 전압이 설정된 불평형 기준치보다 크고, 현재의 계산치가 이전의 계산치 이상인 경우 중성점에 유입되는 전류를 증가시키기 위해 P-타입 불연속 구간을 증가시키고, N-타입 불연속구간을 감소시키도록 조절하고, 상기 계산된 불평형 전압이 상기 설정된 불평형 기준치보다 크고, 현재의 계산치가 이전의 계산치보다 작은 경우 중성점에 유입되는 전류를 줄이기 위해 P-타입 불연속 구간을 감소시키고, N-타입 불연속구간을 증가시키도록 조절할 수 있다.The discontinuous switching interval adjustment step may increase the P-type discontinuity interval to increase the current flowing into the neutral point when the calculated unbalance voltage is larger than the set unbalance reference value, and the current calculated value is greater than the previously calculated value, and the N-type discontinuity. Reduce the interval, reduce the P-type discontinuity interval to reduce the current flowing into the neutral point when the calculated unbalance voltage is greater than the set unbalance threshold and the current calculated value is less than the previous calculated value, Can be adjusted to increase the type discontinuity.

본 발명에 의하면, 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어에 불연속 전압 변조 방식을 적용함으로써 스위칭 손실과 높은 변조지수에서 고조파특성이 우수한 장점을 얻을 수 있다.According to the present invention, by applying a discontinuous voltage modulation scheme to the neutral point voltage control of a three-level NPC inverter, it is possible to obtain an advantage of excellent harmonic characteristics at a switching loss and a high modulation index.

또한, 3-레벨 NPC 인버터에서 중성점의 변동 시 스위칭 손실을 유지하며, 스몰 공간 벡터 스위칭의 불연속 구간을 조절함으로써 복잡한 수학적 모델링 없이 간단하게 중성점 불평형 전압을 제어하는 것이 구현 가능하며, 중성점 전압 변동 시 시스템의 신뢰성과 안정성을 향상시킬 수 있다.In addition, the 3-level NPC inverter maintains switching losses during fluctuations in the neutral point, and by controlling the discontinuity of small space vector switching, it is possible to simply control the neutral unbalance voltage without complicated mathematical modeling. It can improve the reliability and stability.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 장치에서 스위칭 상태에 따른 공간전압 벡터도이다.
도 3은 본 발명의 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 장치에서 지령 전압 스위칭 동작에 따른 중성점 전압의 상태를 보여준다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어를 위한 불연속 구간 조절을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 3-레벨 NPC 인버터에서 중성점 불평형 전압 상태별 불연속 구간 조절을 보여주는 표이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어에 의한 전압 출력 파형을 보여주는 그래프이다.1 is a block diagram of a neutral point voltage control device of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation method according to an embodiment of the present invention.
2 is a space voltage vector diagram according to a switching state in the neutral point voltage control apparatus of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation scheme according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the state of the neutral point voltage according to the command voltage switching operation in the neutral point voltage control device of the three-level NPC inverter using the discontinuous pulse width modulation method according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph illustrating neutral point voltage control of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation method according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are graphs for explaining the discontinuous section control for the neutral point voltage control of the three-level NPC inverter using the discontinuous pulse width modulation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a table illustrating discontinuous period control for each neutral state unbalanced voltage state in a three-level NPC inverter according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing voltage output waveforms by neutral point voltage control of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation scheme according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들을 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the embodiments described below, but may be embodied in other forms. In the drawings, the width, length, thickness, and the like of the components may be exaggerated for convenience. Like numbers refer to like elements throughout.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터 제어 장치의 구성도이다.1 is a block diagram of a three-level NPC inverter control device using a discontinuous pulse width modulation method according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 장치는 3-레벨 NPC 인버터(100), 중성점 불평형 전압 계산부(200), 불연속 스위칭 구간 조절부(300), DPWM 신호 발생부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, a neutral point voltage control apparatus of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation method according to an embodiment of the present invention may include a three-level NPC inverter 100, a neutral unbalance voltage calculator 200, It may be configured to include a discontinuous switching interval control unit 300, DPWM signal generator 400.

3-레벨 NPC 인버터(100)는 직렬 연결된 제1 직류링크 커패시터(110)와 제2 직류링크 커패시터(120)를 포함할 수 있다. 제1 직류링크 커패시터(110)와 제2 직류링크 커패시터(120)의 연결 노드는 중성점(Z)이 된다. 제1 직류링크 커패시터(110)의 전압을 Vdc1이라 하고, 제2 직류링크 커패시터(120)의 전압을 Vdc2라 한다.The three-level NPC inverter 100 may include a first DC link capacitor 110 and a second DC link capacitor 120 connected in series. The connection node of the first DC link capacitor 110 and the second DC link capacitor 120 becomes the neutral point Z. The voltage of the first DC link capacitor 110 is referred to as Vdc1 and the voltage of the second DC link capacitor 120 is referred to as Vdc2.

3-레벨 NPC 인버터(100)는 역병렬 다이오드를 포함하는 12개의 메인 스위칭 소자(Sa1 ~ Sc4)와 6개의 클램핑 다이오드(D1 ~ D6)를 포함할 수 있다. 직류링크의 양(positive)의 버스와 음(negative)의 버스에 연결된 스위칭 소자(Sa1, Sb1, Sc1, Sa4, Sb4, Sc4)를 외부 스위칭 소자라 하며, 직류링크의 중성점(Z)과 연결된 스위칭 소자(Sa2, Sb2, Sc2, Sa3, Sb3, Sc3)를 내부 스위칭 소자라 한다.The three-level NPC inverter 100 may include twelve main switching elements Sa1 to Sc4 including six antiparallel diodes and six clamping diodes D1 to D6. Switching elements Sa1, Sb1, Sc1, Sa4, Sb4, Sc4 connected to the positive bus and the negative bus of the DC link are called external switching elements, and are connected to the neutral point Z of the DC link. The elements Sa2, Sb2, Sc2, Sa3, Sb3, Sc3 are called internal switching elements.

3-레벨 NPC 인버터(100)는 각 상(leg)에 대하여 3가지의 스위칭 상태('P', 'O', 'N')가 존재한다. 스위칭 상태 'P'는 각 상(leg)의 상위 2개의 스위칭 소자들(130)이 턴-온이 되는 상태를 나타내며, 이때 폴전압은 Vdc1/2가 된다. The three-level NPC inverter 100 has three switching states 'P', 'O', and 'N' for each leg. The switching state 'P' indicates a state in which the upper two switching elements 130 of each leg are turned on, and the pole voltage is Vdc1 / 2.

반면 'N'상태는 하위 2개의 스위칭 소자들(140)이 턴-온이 되는 상태를 나타내며 폴전압은 -Vdc2/2가 된다. On the other hand, the 'N' state indicates a state in which the lower two switching elements 140 are turned on and the pole voltage is -Vdc2 / 2.

스위칭 상태 'O'는 2개의 내부 스위칭 소자들(Sa2, Sb2, Sc2, Sa3, Sb3, Sc3)이 턴-온이 되는 상태를 나타내며 출력단이 클램핑 다이오드를 통해 직류링크 중성점 'Z'와 연결이 되어 출력 폴전압이 0 이 된다. 따라서 3개의 상(leg)을 모두 고려하였을 경우 NPC 인버터는 모두 27개의 스위칭 상태를 가질 수 있다.The switching state 'O' indicates that two internal switching elements (Sa2, Sb2, Sc2, Sa3, Sb3, Sc3) are turned on, and the output terminal is connected to the DC link neutral point 'Z' through a clamping diode. The output pole voltage is zero. Therefore, when all three legs are considered, all NPC inverters may have 27 switching states.

중성점 불평형 전압 계산부(200)는 제1 직류링크 커패시터(110)의 전압 Vdc1과 제2 직류링크 커패시터(120)의 전압을 Vdc2의 차이인 불평형 전압을 계산한다.The neutral point unbalance voltage calculator 200 calculates an unbalanced voltage that is a difference between the voltage Vdc1 of the first DC link capacitor 110 and the voltage of the second DC link capacitor 120 Vdc2.

불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 중성점 불평형 전압 계산부(200)에 의해 계산된 중성점의 불평형 전압에 따라 불연속 구간을 넓혀주거나 좁히도록 조절한 제어 신호를 생성하여 DPWM 신호 발생부(400)에 출력한다.The discontinuous switching section adjusting unit 300 generates a control signal adjusted to widen or narrow the discontinuous section according to the unbalance voltage of the neutral point calculated by the neutral point unbalanced voltage calculator 200, and outputs the control signal to the DPWM signal generator 400. do.

이를 위해 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 중성점 불평형 전압 계산부(200)의 계산 결과에 따라 Vdc1>Vdc2 인 경우에는 후술될 P-타입 스몰 벡터 스위칭을 증가시키기 위해 지령전압의 최대가 되는 불연속구간을 넓혀주도록 조절하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다.To this end, the discontinuous switching period adjusting unit 300 is a discontinuous period which becomes the maximum of the command voltage to increase the P-type small vector switching to be described later when Vdc1> Vdc2 according to the calculation result of the neutral point unbalance voltage calculating unit 200. It is possible to generate a control signal for adjusting to widen.

불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 상대적으로 후술될 N-타입 스몰 벡터 스위칭을 줄이기 위해 넓힌 만큼 지령전압의 최소가 되는 부분의 불연속 구간을 좁혀주도록 조절하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.The discontinuous switching period adjusting unit 300 may generate a control signal for adjusting the discontinuous period of the portion which becomes the minimum of the command voltage as much as possible to reduce the N-type small vector switching to be described later.

한편, 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 중성점 불평형 전압 계산부(200)의 계산 결과가 Vdc1<Vdc2이면 Vdc1>Vdc2 와 반대로 불연속 구간을 조절할 수 있다. 즉, 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 후술될 P-타입 스몰 벡터 스위칭을 줄이기 위해 지령전압의 최대가 되는 불연속구간을 좁혀주도록 조절하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.On the other hand, the discontinuous switching period adjusting unit 300 may adjust the discontinuous period on the contrary to the Vdc1> Vdc2 if the calculation result of the neutral point unbalance voltage calculation unit 200 is Vdc1 <Vdc2. That is, the discontinuous switching period adjusting unit 300 may generate a control signal for adjusting to narrow the discontinuous period that becomes the maximum of the command voltage in order to reduce the P-type small vector switching to be described later.

불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 상대적으로 후술될 N-타입 스몰 벡터 스위칭을 증가시키기 위해 좁힌 만큼 지령전압의 최소가 되는 부분의 불연속 구간을 넓혀주도록 조절하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.The discontinuous switching period adjusting unit 300 may generate a control signal for controlling the widening of the discontinuous section of the portion which becomes the minimum of the command voltage as much as the N-type small vector switching to be described later.

DPWM 신호 발생부(400)는 3-레벨 NPC 인버터(100)의 스위칭 소자에 출력될 지령전압을 불연속 스위칭 구간 조절부(300)의 제어신호에 따라 스위칭하여 3-레벨 NPC 인버터(100)의 스위칭 소자에 출력할 DPWM 신호를 발생시킨다. 지령전압은 도시되지 않았지만 3-레벨 NPC 인버터 시스템 제어부에서 공급될 수 있다.The DPWM signal generator 400 switches the command voltage to be output to the switching element of the three-level NPC inverter 100 according to the control signal of the discontinuous switching section controller 300 to switch the three-level NPC inverter 100. Generates a DPWM signal to output to the device. Although not shown, the reference voltage may be supplied from a three-level NPC inverter system controller.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 장치에서 스위칭 상태에 따른 공간전압 벡터도이다.2 is a space voltage vector diagram according to a switching state in the neutral point voltage control apparatus of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation scheme according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, NPC 인버터의 27개 공간 전압 벡터를 보여준다. 공간 전압벡터는 그 크기에 따라 4개의 그룹(라지(Large), 미디움(Medium), 스몰(Small), 제로(Zero))으로 구분될 수 있다. 2 shows 27 spatial voltage vectors of an NPC inverter. The spatial voltage vectors may be classified into four groups (large, medium, small, and zero) according to their size.

중성점 전압변동의 관점에서 살펴 보았을 때, 제로 벡터(PPP, NNN, OOO)와 라지 벡터(PNP, PPN, NPN, NPP, NNP, PNN)는 인버터 출력단이 직류링크 중성점에 연결되지 않기 때문에 중성점 전압변동에 영향을 끼치지 않는다.From the point of view of the neutral voltage fluctuation, the zero vector (PPP, NNN, OOO) and large vector (PNP, PPN, NPN, NPP, NNP, PNN) have a neutral voltage fluctuation because the inverter output is not connected to the DC link neutral. Does not affect

한편, 도 2의 공간전압 벡터도 상에서 중복(redundancy) 스위칭 상태를 가지는 스몰 벡터(POO/ONN, PPO/OON, OPO/NON, OPP/NOO, OOP/NNO, POP/ONO)는 하나 이상의 출력단이 클램핑 다이오드를 통해 직류링크 중성점(Z)에 연결되기 때문에 중성점 전압변동의 주요한 원인이 된다. Meanwhile, the small vectors (POO / ONN, PPO / OON, OPO / NON, OPP / NOO, OOP / NNO, and POP / ONO) having redundancy switching states on the space voltage vector diagram of FIG. Since it is connected to the DC link neutral point (Z) through the clamping diode, it is a major cause of the neutral point voltage variation.

스몰 벡터(POO/ONN, PPO/OON, OPO/NON, OPP/NOO, OOP/NNO, POP/ONO)는 구성되는 스위칭 상태에 따라 P-타입 스몰 벡터와 N-타입 스몰 벡터로 나눌 수 있다. Small vectors (POO / ONN, PPO / OON, OPO / NON, OPP / NOO, OOP / NNO, POP / ONO) can be divided into P-type small vector and N-type small vector according to the configured switching state.

P-타입 스몰 벡터(POO, PPO, OPO, OPP, OOP, POP)는 스몰 벡터 스위칭 조합에서 P와 O 상태를 포함하는 경우이며, n-타입 스몰 벡터(ONN, OON, NON, NOO, NNO, ONO)는 N과 O 상태를 포함하는 경우이다. 그리고 중복성을 가지는 한 쌍의 P-타입과 N-타입 스몰 벡터(POO/ONN, PPO/OON, OPO/NON, OPP/NOO, OOP/NNO, POP/ONO)는 각각 같은 전압 레벨을 가지지만 중성점 전류의 방향은 서로 반대가 된다. 따라서 중성점에서의 전압변동 양상도 반대로 나타난다. 스몰 벡터(POO/ONN, PPO/OON, OPO/NON, OPP/NOO, OOP/NNO, POP/ONO)의 중복성을 이용하여 중성점에서의 전압변동을 제어할 수 있다.P-type small vectors (POO, PPO, OPO, OPP, OOP, POP) are cases that include P and O states in small vector switching combinations, and n-type small vectors (ONN, OON, NON, NOO, NNO, ONO) is a case including the N and O states. And a pair of redundancy P-type and N-type small vectors (POO / ONN, PPO / OON, OPO / NON, OPP / NOO, OOP / NNO, POP / ONO) have the same voltage level but The directions of the currents are reversed. Therefore, the voltage fluctuation at the neutral point is also reversed. The redundancy of the small vectors (POO / ONN, PPO / OON, OPO / NON, OPP / NOO, OOP / NNO, POP / ONO) can be used to control voltage fluctuations at the neutral point.

미디움 벡터(PON, OPN, NPO, ONP, PNO)는 부하가 클램핑 다이오드를 통해 중성점에 직접 연결되므로 중성점 전압변동에 영향을 미치지만 중성점에서 전류 방향은 결정되어 지지 않는다.Medium vectors (PON, OPN, NPO, ONP, PNO) affect the neutral voltage fluctuations because the load is directly connected to the neutral point through the clamping diode, but the current direction at the neutral point is not determined.

도 3은 본 발명의 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 장치에서 지령 전압 스위칭 동작에 따른 중성점 전압의 상태를 보여준다.Figure 3 shows the state of the neutral point voltage according to the command voltage switching operation in the neutral point voltage control device of the three-level NPC inverter using the discontinuous pulse width modulation method according to an embodiment of the present invention.

도 3의 (a)를 참조하면, 3-레벨 NPC 인버터의 스위칭 상태가 [PPP]일 때 중성점 전압 VZ에 아무런 영향을 주지 않는다. 스위칭 상태가 [OOO], [NNN]일 때도 마찬가지이다. Referring to FIG. 3A, when the switching state of the three-level NPC inverter is [PPP], the neutral point voltage V Z is not affected. The same applies when the switching state is [OOO] or [NNN].

도 3의 (b)를 참조하면 P 타입 스위칭 상태인 [P00]인 경우는 중성점 Z에 전류가 흘러들어 오는 것을 확인할 수 있다. 그러므로 중성점 전압 VZ가 증가한다.Referring to FIG. 3 (b), it can be seen that in the case of [P00] in the P-type switching state, a current flows into the neutral point Z. Therefore, the neutral point voltage V Z increases.

도 3의 (c)를 참조하면, N 타입 스위칭 상태인 [ONN]인 경우는 중성점 전류가 부하 쪽으로 흘러 들어가게 되어 중성점 전압이 낮아진다. Referring to FIG. 3C, in the case of [ONN] in the N-type switching state, the neutral point current flows toward the load, and the neutral point voltage is lowered.

도 3의 (d)를 참조하면, 스위칭 상태 [PON]일 때는 중성점의 전류가 들어오거나 나가기 때문에 인버터의 운전 상태에 따라 중성점 전압 VZ가 오르거나 내려간다. Referring to FIG. 3 (d), since the current at the neutral point enters or exits in the switching state [PON], the neutral point voltage V Z increases or decreases according to the operating state of the inverter.

도 3의 (e)를 참조하면, P 타입 스위칭 상태인 [PPN]는 인버터 출력단이 직류링크 중성점에 연결되지 않기 때문에 중성점 전압 VZ에 영향을 끼치지 않는다.Referring to FIG. 3E, [PPN] in the P type switching state does not affect the neutral point voltage V Z since the inverter output terminal is not connected to the DC link neutral point.

이와 같이 P 타입 스몰 벡터와 N 타입 스몰 벡터의 스위칭 시간을 조절함으로써 중성점 전압 제어가 가능하다. As such, the neutral point voltage can be controlled by adjusting the switching times of the P-type small vector and the N-type small vector.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어를 설명하기 위한 그래프이다.4 is a graph illustrating neutral point voltage control of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation method according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 불연속 펄스폭 변조 방식은 스위칭 손실을 저감시키기 위해 스위칭 횟수를 줄일 수 있도록 3상 스위칭 소자중에서 두 상만 스위칭하는 방식이다. 이를 위해 해당 상전류의 최대치 부근에서 스위칭을 하지 않는 불연속 스위칭을 수행한다. 예를 들어, 본 발명의 일실시예에서는 불연속 펄스폭 변조 방식은 60°불연속 펄스폭 변조방식(60°DPWM)이 사용될 수 있다. 이 방식은 상전압의 한 주기 중에 그 크기가 가장 큰 60°구간(1) 동안 스위칭하지 않고 계속 턴온 상태로 있도록 하거나 턴오프 상태로 있도록 함으로써 스위칭 주파수를 감소시킨다. 이렇게 하면 연속 펄스폭 변조 방식(PWM)에 비해 1/3주기 구간 동안 스위칭 주파수를 67% 정도 감소시킬 수 있다.Referring to FIG. 4, the discontinuous pulse width modulation method is a method of switching only two phases of a three-phase switching device to reduce the number of switching in order to reduce switching loss. To do this, discontinuous switching is performed without switching near the maximum value of the phase current. For example, in the embodiment of the present invention, the discrete pulse width modulation method may be a 60 ° discrete pulse width modulation method (60 ° DPWM). This method reduces the switching frequency by keeping it turned on or off during one period of the phase voltage without switching during the 60 ° section (1) where the magnitude is greatest. This reduces the switching frequency by 67% over a 1 / 3-period period compared to continuous pulse width modulation (PWM).

도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어를 위한 불연속 구간 조절을 설명하기 위한 그래프이다.5 and 6 are graphs for explaining the discontinuous section control for the neutral point voltage control of the three-level NPC inverter using the discontinuous pulse width modulation method according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 중성점 불평형 전압 계산부(200)의 계산 결과가 Vdc1>Vdc2 이므로, 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 P-타입 스몰 벡터(POO, PPO, OPO, OPP, OOP, POP) 스위칭을 증가시키기 위해 지령전압의 최대가 되는 불연속구간을 넓혀준다. 예를 들어, 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 지령전압의 최대가 되는 불연속구간을 60+θ만큼 넓혀준다. 여기에서 θ는 Vdc1과 Vdc2의 차이에 상응하는 값이다. 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 상대적으로 N-타입 스몰 벡터(ONN, OON, NON, NOO, NNO, ONO) 스위칭을 줄이기 위해 넓힌 만큼 지령전압의 최소가 되는 부분의 불연속 구간을 좁혀준다. 예를 들어, 지령전압의 최소가 되는 부분의 불연속 구간을 60-θ만큼 좁혀준다.Referring to FIG. 5, since the calculation result of the neutral unbalance voltage calculation unit 200 is Vdc1> Vdc2, the discontinuous switching interval control unit 300 is a P-type small vector (POO, PPO, OPO, OPP, OOP, POP). To increase the switching, widen the discontinuity to the maximum of the command voltage. For example, the discontinuous switching section adjusting unit 300 widens the discontinuous section that becomes the maximum of the command voltage by 60 + θ. Is the value corresponding to the difference between Vdc1 and Vdc2. The discontinuous switching section adjuster 300 narrows the discontinuous section of the portion which becomes the minimum of the reference voltage by widening in order to relatively reduce the N-type small vectors (ONN, OON, NON, NOO, NNO, ONO) switching. For example, the discontinuous section of the portion which becomes the minimum of the command voltage is narrowed by 60-θ.

도 6을 참조하면, 중성점 불평형 전압 계산부(200)의 계산 결과가 Vdc1<Vdc2 이므로, 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 Vdc1>Vdc2 와 반대로 불연속 구간을 조절한다. 즉, 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 P-타입 스몰 벡터(POO, PPO, OPO, OPP, OOP, POP) 스위칭을 줄이기 위해 지령전압의 최대가 되는 불연속구간을 좁혀준다. 예를 들어, 지령전압의 최대가 되는 불연속구간을 60-θ만큼 넓혀준다. 여기에서 θ는 Vdc1과 Vdc2의 차이에 상응하는 값이다. 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 상대적으로 N-타입 스몰 벡터(ONN, OON, NON, NOO, NNO, ONO) 스위칭을 증가시키기 위해 좁힌 만큼 지령전압의 최소가 되는 부분의 불연속 구간을 넓혀준다. 예를 들어, 지령전압의 최소가 되는 부분의 불연속 구간을 60+θ만큼 넓혀준다.Referring to FIG. 6, since the calculation result of the neutral point unbalance voltage calculation unit 200 is Vdc1 <Vdc2, the discontinuous switching period adjusting unit 300 adjusts the discontinuous section as opposed to Vdc1> Vdc2. That is, the discontinuous switching period adjusting unit 300 narrows the discontinuous period, which is the maximum of the command voltage, to reduce the P-type small vectors (POO, PPO, OPO, OPP, OOP, POP) switching. For example, increase the discontinuity section that becomes the maximum of the command voltage by 60-θ. Is the value corresponding to the difference between Vdc1 and Vdc2. The discontinuous switching section controller 300 widens the discontinuous section of the portion which becomes the minimum of the reference voltage as much as the N-type small vector (ONN, OON, NON, NOO, NNO, ONO) switching to increase the relatively narrow. For example, the discontinuous section of the portion which becomes the minimum of the command voltage is widened by 60 + θ.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 3-레벨 NPC 인버터에서 중성점 불평형 전압 상태별 불연속 구간 조절을 보여주는 표이다.FIG. 7 is a table illustrating discontinuous period control for each neutral state unbalanced voltage state in a three-level NPC inverter according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 일실시예에서 Verr은 계산된 불평형 전압으로 Vdc1 - Vdc2이고, err는 설정된 불평형 기준치로서 err=3V이고 θ=0.3°이다.Referring to FIG. 7, in one embodiment, Verr is Vdc1-Vdc2 as the calculated unbalanced voltage, and err is err = 3V and θ = 0.3 ° as the set unbalance reference value.

중성점 불평형 전압 계산부(200)의 계산 결과가 Verr>err, Verr(k)(현재의 계산치)>Verr(k-1)(이전의 계산치) 일때 전압 불평형 상황이 지속됨에 따라 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 중성점에 유입되는 전류를 증가시키기 위해 P-타입 불연속 구간 + θ를 설정하고, N-타입 불연속구간-θ를 설정한다. The discontinuous switching interval controller is maintained as the voltage unbalance condition continues when the neutral unbalance voltage calculator 200 calculates Verr> err, Verr (k) (current calculated value)> Verr (k-1) (previous calculated value). 300 sets the P-type discontinuity section + θ and sets the N-type discontinuity section -θ to increase the current flowing into the neutral point.

중성점 불평형 전압 계산부(200)의 계산 결과가 Verr>err, Verr(k)=Verr(k-1) 인 경우에도 전압 불평형 상황이 지속됨에 따라 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 중성점에 유입되는 전류를 증가시키기 위해 P-타입 불연속 구간 + θ를 설정하고, N-타입 불연속구간-θ를 설정한다.Even when the calculation result of the neutral point unbalanced voltage calculator 200 is Verr> err, Verr (k) = Verr (k-1), the discontinuous switching period adjusting unit 300 flows into the neutral point as the voltage unbalance condition continues. To increase the current, set the P-type discontinuity section + θ, and set the N-type discontinuity section -θ.

중성점 불평형 전압 계산부(200)의 계산 결과가 Verr>err, Verr(k)<Verr(k-1) 인 경우에는 기울기가 줄었으므로 이전에 실행된 상태로 계속적으로 제어할 경우 Verr가 반대방향으로 커질 수 있다. 따라서, 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 중성점 전류의 유입을 현재보다 줄이기 위해 P-타입 불연속구간-θ, N-타입 불연속구간+θ 로 제어한다.If the calculation result of the neutral point unbalance voltage calculation unit 200 is Verr> err, Verr (k) <Verr (k-1), the slope is reduced, and if the control is continuously performed in the previously executed state, Verr is in the opposite direction. Can be large. Therefore, the discontinuous switching section adjusting unit 300 controls the P-type discontinuity section-θ and the N-type discontinuity section + θ to reduce the inflow of the neutral point current.

중성점 불평형 전압 계산부(200)의 계산 결과가 한편, -err<Verr<err, Verr(k)>Verr(k-1) 일 경우 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 좀 더 정확하게 평형상태를 이루기 위해 중성점에 유입되는 전류를 증가시키기 위해 P-타입 불연속 구간 + θ를 설정하고, N-타입 불연속구간-θ를 설정한다. If the neutral point unbalanced voltage calculator 200 calculates -err <Verr <err, Verr (k)> Verr (k-1), the discontinuous switching section controller 300 is more accurately balanced. To increase the current flowing into the neutral point, set the P-type discontinuity section + θ, and set the N-type discontinuity section -θ.

중성점 불평형 전압 계산부(200)의 계산 결과가 -err<Verr<err, Verr(k)<Verr(k-1) 인 경우 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 좀더 정확하게 평형상태를 이루기 위해 중성점 전류의 유입을 현재보다 줄이기 위해 P-타입 불연속구간-θ, N-타입 불연속구간+θ 로 제어한다.When the calculation result of the neutral point unbalanced voltage calculator 200 is -err <Verr <err, Verr (k) <Verr (k-1), the discontinuous switching period adjuster 300 performs neutral current in order to achieve more accurate equilibrium. In order to reduce the inflow of P-type discontinuity section -θ, N-type discontinuity section + θ is controlled.

한편, 중성점 불평형 전압 계산부(200)의 계산 결과가 Verr<-err, Verr(k)>Verr(k-1) 일때 전압 불평형 상황이 지속됨에 따라 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 중성점에 유입되는 전류를 감소시키기 위해 P-타입 불연속 구간 - θ를 설정하고, N-타입 불연속구간+θ를 설정한다. On the other hand, when the voltage unbalance condition continues when the calculation result of the neutral point unbalanced voltage calculator 200 is Verr <-err, Verr (k)> Verr (k-1), the discontinuous switching period adjusting unit 300 flows into the neutral point. To reduce the current, the P-type discontinuity section-θ is set, and the N-type discontinuity section + θ is set.

중성점 불평형 전압 계산부(200)의 계산 결과가 Verr<-err, Verr(k)=Verr(k-1) 인 경우에도 전압 불평형 상황이 지속됨에 따라 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 중성점에 유입되는 전류를 감소시키기 위해 P-타입 불연속 구간 - θ를 설정하고, N-타입 불연속구간+θ를 설정한다.Even when the calculation result of the neutral point unbalanced voltage calculator 200 is Verr <-err, Verr (k) = Verr (k-1), as the voltage unbalance continues, the discontinuous switching section controller 300 flows into the neutral point. To reduce the current, the P-type discontinuity section-θ is set, and the N-type discontinuity section + θ is set.

중성점 불평형 전압 계산부(200)의 계산 결과가 Verr<-err, Verr(k)<Verr(k-1) 인 경우에는 기울기가 줄었으므로 이전에 실행된 상태로 계속적으로 제어할 경우 Verr가 반대방향으로 작아질 수 있다. 따라서, 불연속 스위칭 구간 조절부(300)는 중성점 전류의 유입을 현재보다 증가시키기 위해 P-타입 불연속구간+θ, N-타입 불연속구간-θ 로 제어한다.If the calculation result of the neutral point unbalance voltage calculation unit 200 is Verr <-err, Verr (k) <Verr (k-1), since the slope is reduced, if the control is continuously performed in a previously executed state, Verr is in the opposite direction. Can be made smaller. Therefore, the discontinuous switching section adjusting unit 300 controls the P-type discontinuity section + θ and the N-type discontinuity section-θ to increase the inflow of the neutral point current from the present.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어에 의한 전압 출력 파형을 보여주는 그래프이다.8 is a graph showing voltage output waveforms by neutral point voltage control of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation scheme according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 0.5초에 중성점 불평형 전압이 제어된다. Vdc1>Vdc2 이기 때문에 중성점에 유입되는 전류가 증가되어야 한다. 그러므로 지령전압의 불연속 스위칭 최대 양(+)의 구간이 넓어지고 최소 음(-)의 불연속 구간이 작아진다. 결국 중성점 전압 제어가 시작된 후 부터 전압 차가 서서히 줄어들고 약 0.57초에서 중성점 전압의 평형을 유지하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 8, the neutral unbalance voltage is controlled at 0.5 seconds. Since Vdc1> Vdc2, the current flowing into the neutral must be increased. Therefore, the range of maximum positive discontinuous switching of the command voltage becomes wider and the minimum negative discontinuous interval becomes smaller. As a result, the voltage difference gradually decreases after the neutral point voltage control is started, and the neutral point voltage is balanced at about 0.57 seconds.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the invention has been shown and described with reference to certain preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims and the claims.

100 : 3-레벨 NPC 인버터 110 : 제1 직류링크 커패시터
120 : 제2 직류링크 커패시터 130 : 상위 스위칭 소자
130 : 하위 스위칭 소자 200 : 중성점 불평형 전압 계산부
300 : 불연속 스위칭 구간 조절부 400 : DPWM 신호 발생부100: three-level NPC inverter 110: first DC link capacitor
120: second DC link capacitor 130: upper switching element
130: lower switching element 200: neutral unbalance voltage calculation unit
300: discontinuous switching section control unit 400: DPWM signal generator

Claims (9)

직렬 연결된 제1 직류링크 커패시터와 제2 직류링크 커패시터, 역병렬 다이오드를 포함하는 스위칭 소자와 클램핑 다이오드를 포함하는 3-레벨 NPC 인버터;
상기 제1 직류링크 커패시터와 제2 직류링크 커패시터 사이의 중성점 불평형 전압을 계산하는 중성점 불평형 전압 계산부;
상기 계산된 전압 불평형 전압에 따라 P-타입 불연속 스위칭 구간을 증가시키거나 감소시킨 만큼 N-타입 불연속 스위칭 구간을 감소 또는 증가시키도록 불연속 스위칭 구간을 조절하여 중성점 불평형 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 불연속 스위칭 구간 조절부;
상기 불연속 스위칭 구간 조절부의 제어신호에 따라 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스위칭 소자에 출력될 지령전압을 불연속 펄스폭 변조 방식으로 스위칭하여 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스위칭 소자에 출력할 DPWM 신호를 발생시키는 DPWM 신호 발생부를 포함하며,
상기 불연속 펄스폭 변조 방식은 60°불연속 펄스폭 변조방식(60°DPWM)이며, 상기 60°불연속 펄스폭 변조방식은 상전압의 한 주기 중에 그 크기가 가장 큰 60°구간 동안 스위칭하지 않고 계속 턴온 상태로 있도록 하거나 턴오프 상태로 있도록 함으로써 스위칭 주파수를 감소시키는 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 장치.A three-level NPC inverter including a first DC link capacitor, a second DC link capacitor, a switching element including an anti-parallel diode, and a clamping diode connected in series;
A neutral point unbalanced voltage calculator configured to calculate a neutral point unbalanced voltage between the first DC link capacitor and the second DC link capacitor;
Generating a control signal for controlling the neutral unbalance voltage by adjusting the discontinuous switching period to reduce or increase the N-type discontinuous switching period by increasing or decreasing the P-type discontinuous switching period according to the calculated voltage unbalance voltage. Discontinuous switching interval control unit;
According to a control signal of the discontinuous switching section adjusting unit, the command voltage to be output to the switching element of the three-level NPC inverter is switched in a discrete pulse width modulation scheme to generate a DPWM signal to be output to the switching element of the three-level NPC inverter. A DPWM signal generator,
The discontinuous pulse width modulation method is a 60 ° discontinuous pulse width modulation method (60 ° DPWM), and the 60 ° discontinuous pulse width modulation method is continuously turned on without switching during a period of 60 °, which is the largest in a period of phase voltage. Neutral voltage control device of a three-level NPC inverter using a discrete pulse width modulation scheme that reduces the switching frequency by keeping it in a state or in a turn-off state. 청구항 1에 있어서,
상기 불연속 스위칭 구간 조절부는 불연속 스위칭 구간의 크기를 조절함으로써 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스몰 공간 벡터의 스위칭을 증가 또는 감소시키는 것을 특징으로 하는 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 장치.The method according to claim 1,
The discontinuous switching section adjusting unit adjusts the size of the discontinuous switching section to increase or decrease the switching of the small space vector of the three-level NPC inverter. The neutral point voltage of the three-level NPC inverter using the discontinuous pulse width modulation scheme controller. 청구항 2에 있어서,
상기 스몰 공간 벡터는 공간전압 벡터도 상에서 중복(redundancy) 스위칭 상태를 가지는 스몰 공간 벡터인 것을 특징으로 하는 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 장치.The method according to claim 2,
And the small space vector is a small space vector having a redundancy switching state on a space voltage vector diagram. The neutral point voltage control device of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation scheme. 삭제delete 삭제delete 직렬 연결된 제1 직류링크 커패시터와 제2 직류링크 커패시터, 역병렬 다이오드를 포함하는 스위칭 소자와 클램핑 다이오드를 포함하는 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 불평형 전압을 제어하는 방법으로서,
중성점 불평형 전압 계산부가 상기 제1 직류링크 커패시터와 제2 직류링크 커패시터 사이의 중성점 불평형 전압을 계산하는 단계;
불연속 스위칭 구간 조절부가 상기 계산된 전압 불평형 전압에 따라 P-타입 불연속 스위칭 구간을 증가시키거나 감소시킨 만큼 N-타입 불연속 스위칭 구간을 감소 또는 증가시키도록 불연속 스위칭 구간을 조절하여 중성점 불평형 전압을 제어하기 위한 제어신호를 생성하는 단계; 및
DPWM 신호 발생부가 상기 불연속 스위칭 구간 조절부의 제어신호에 따라 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스위칭 소자에 출력될 지령전압을 불연속 펄스폭 변조 방식으로 스위칭하여 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스위칭 소자에 출력할 DPWM 신호를 발생시키는 단계를 포함하며,
상기 불연속 펄스폭 변조 방식은 60°불연속 펄스폭 변조방식(60°DPWM)이며, 상기 60°불연속 펄스폭 변조방식은 상전압의 한 주기 중에 그 크기가 가장 큰 60°구간 동안 스위칭하지 않고 계속 턴온 상태로 있도록 하거나 턴오프 상태로 있도록 함으로써 스위칭 주파수를 감소시키는 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 방법.A method of controlling a neutral unbalance voltage of a three-level NPC inverter including a clamping diode and a switching element including a first DC link capacitor, a second DC link capacitor, an anti-parallel diode, and a series diode,
A neutral point unbalance voltage calculator calculating a neutral point unbalance voltage between the first DC link capacitor and the second DC link capacitor;
To control the neutral unbalance voltage by adjusting the discontinuous switching section to reduce or increase the N-type discontinuous switching section by increasing or decreasing the P-type discontinuous switching section according to the calculated voltage unbalance voltage. Generating a control signal for; And
The DPWM signal generation unit switches the command voltage to be output to the switching element of the three-level NPC inverter according to the control signal of the discontinuous switching section adjusting unit by the discrete pulse width modulation method and outputs the output voltage to the switching element of the three-level NPC inverter. Generating a signal,
The discontinuous pulse width modulation method is a 60 ° discontinuous pulse width modulation method (60 ° DPWM), and the 60 ° discontinuous pulse width modulation method is continuously turned on without switching for a period of 60 °, which is the largest in a period of phase voltage. A method of controlling the neutral point voltage of a three-level NPC inverter using a discrete pulse width modulation scheme that reduces the switching frequency by keeping it in a state or turning it off. 청구항 6에 있어서,
상기 불연속 스위칭 구간 조절단계는 불연속 스위칭 구간의 크기를 조절함으로써 상기 3-레벨 NPC 인버터의 스몰 공간 벡터의 스위칭을 증가 또는 감소시키는 것을 특징으로 하는 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 방법.The method of claim 6,
The discontinuous switching section adjusting step may include adjusting the size of the discontinuous switching section to increase or decrease the switching of the small space vector of the three-level NPC inverter. The neutral point of the three-level NPC inverter using the discontinuous pulse width modulation method may be used. Voltage control method. 청구항 7에 있어서,
상기 스몰 공간 벡터는 공간전압 벡터도 상에서 중복(redundancy) 스위칭 상태를 가지는 스몰 공간 벡터인 것을 특징으로 하는 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 방법.The method of claim 7,
The small space vector is a small space vector having a redundancy switching state on a space voltage vector diagram. The neutral point voltage control method of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation scheme. 청구항 6에 있어서,
상기 불연속 스위칭 구간 조절단계는 상기 계산된 불평형 전압이 설정된 불평형 기준치보다 크고, 현재의 계산치가 이전의 계산치 이상인 경우 중성점에 유입되는 전류를 증가시키기 위해 P-타입 불연속 구간을 증가시키고, N-타입 불연속구간을 감소시키도록 조절하고,
상기 계산된 불평형 전압이 상기 설정된 불평형 기준치보다 크고, 현재의 계산치가 이전의 계산치보다 작은 경우 중성점에 유입되는 전류를 줄이기 위해 P-타입 불연속 구간을 감소시키고, N-타입 불연속구간을 증가시키도록 조절하는 것을 특징으로 하는 불연속 펄스폭 변조 방식을 이용한 3-레벨 NPC 인버터의 중성점 전압 제어 방법.The method of claim 6,
The discontinuous switching interval adjustment step may increase the P-type discontinuity interval to increase the current flowing into the neutral point when the calculated unbalance voltage is larger than the set unbalance reference value, and the current calculated value is greater than the previously calculated value, and the N-type discontinuity. To reduce the interval,
If the calculated unbalanced voltage is larger than the set unbalanced reference value and the current calculated value is smaller than the previous calculated value, the P-type discontinuity section is reduced and the N-type discontinuity section is increased to reduce the current flowing into the neutral point. A neutral point voltage control method of a three-level NPC inverter using a discontinuous pulse width modulation method.
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