KR101943001B1 - System and Method for controlling Initial charge of Asymmetric modular multilevel converter - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가장 큰 전압이 할당되는 HB-SM(Half-bridge submodule)부터 가장 낮은 전압이 할당되는 FB-SM(Full-bridge submodule)까지 서로 다른 기준 전압값으로 순차적 제어하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치 및 방법에 관한 것으로, Arm 내부에서의 SM들의 충전 순서를 정하고, 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하기 위한 순서를 정하는 우선순위 설정부;상기 우선순위 설정부에서 정해진 설정 순위에 따라 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하는 Arm 순차 충전제어부 및 정해진 설정 순위에 따라 Arm 내부에서의 SM들의 충전하도록 제어하는 SM 순차 충전제어부;충전 대상이 되는 SM의 전압과 기준전압을 비교하여 충전 또는 방전이 필요한지를 판단하는 기준전압 비교부;기준전압 비교부의 비교 결과에 따라 충방전을 실행하는 충방전 실행부;충방전 실행부에서 충전 대상이 되는 SM의 충방전이 이루어지면 다음 SM 또는 Arm의 충전이 이루어지도록 신호를 발생하는 신호 발생부;를 포함하는 것이다.The present invention relates to an asymmetrical modular multilevel converter for sequentially controlling different reference voltage values from a half-bridge submodule (HB-SM) to which a maximum voltage is allocated to a full-bridge submodule An apparatus for controlling an initial charge, the apparatus comprising: a priority setting unit for determining a charging order of SMs in an arm, determining a sequence for charging one arm and charging the remaining arm, An arm sequential charge controller for charging one arm and charging the remaining arms according to a predetermined set order and an SM sequential charge controller for controlling the SMs in the arm according to a predetermined set order, A reference voltage comparing unit for comparing the voltage and the reference voltage to determine whether charging or discharging is necessary; And a signal generating unit for generating a signal for charging the next SM or the arm when the charging and discharging of the SM to be charged is performed in the charge and discharge executing unit.

Description

비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치 및 방법{System and Method for controlling Initial charge of Asymmetric modular multilevel converter}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an asymmetric modular multilevel converter,

본 발명은 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터에 관한 것으로, 구체적으로 가장 큰 전압이 할당되는 HB-SM(Half-bridge submodule)부터 가장 낮은 전압이 할당되는 FB-SM(Full-bridge submodule)까지 서로 다른 기준 전압값으로 순차적 제어하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an asymmetrical modular multilevel converter, and more particularly, to an asymmetrical modular multilevel converter that has a different reference voltage from a half-bridge submodule (HB-SM) to which a highest voltage is allocated to a full-bridge submodule The present invention relates to an apparatus and method for initial charge control of an asymmetric modular multi-level converter that performs sequential control with a constant value.

일반적으로 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC:Modular Multilevel Converter)의 경우에는 파워반도체회로가 2개의 출력단자를 형성하는 다수의 서브모듈(sub-module)을 포함하고, 이들 다수의 서브모듈은 직렬로 연결된다.Generally, in the case of a modular multilevel converter (MMC), a power semiconductor circuit includes a plurality of sub-modules forming two output terminals, and the plurality of submodules are connected in series .

각 서브모듈은 예컨대 에너지저장부와 전력용 반도체를 포함한다.Each submodule includes, for example, an energy storage and a power semiconductor.

전력용 반도체는 파워반도체스위치 및 환류다이오드로 구성될 수 있으며, 예컨대 IGBT로 구현될 수 있다. 이러한 서브모듈은 다수의 전력용 반도체가 서로 연결됨으로써, 이른바 하프브릿지 또는 풀브릿지(Full-Bridge) 회로 등으로 구성된다.The power semiconductor may be composed of a power semiconductor switch and a reflux diode, for example, an IGBT. Such a submodule is composed of a so-called half bridge or full-bridge circuit by connecting a plurality of power semiconductors to each other.

또한, MMC 컨버터의 서브모듈에서는 두 출력단자에 에너지저장부의 전압, 영전압 또는 극성반전되는 에너지저장부 전압 중 하나가 나타난다.In addition, in the submodule of the MMC converter, one of the voltage of the energy storage part, the zero voltage or the polarity reversed energy storage voltage appears at the two output terminals.

이와 같은 종래 기술에서 하프브릿지 구조를 사용하여 각 모듈의 전압을 다르게 제어하는 경우에는, 막대한 크기의 순환전류가 발생하는 문제가 있으며, 풀브릿지 구조의 제어를 통해 이를 완전히 해결할 수 있다.In such a conventional technique, when the voltage of each module is controlled differently by using the half bridge structure, there is a problem that a circulating current of a huge size occurs, and this can be completely solved through control of the full bridge structure.

따라서, 새로운 멀티레벨 컨버터 제어에 관한 기술 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for development of a technique for controlling a new multilevel converter.

또한, 최근 고전압, 대용량의 전력산업이 확대됨에 따라, MMC에 대한 관심이 증대되고 있으며, 이와 관련한 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있다.In addition, as the electric power industry of high voltage and large capacity has recently been expanded, interest in MMC has been increasing, and many researches and developments have been made in this regard.

이 중에서도 AMMC(Asymmetric Modular Multilevel Converter)는 다양한 분야에서 MMC를 대체할 수 있는 획기적인 토폴로지이지만, 종래 기술의 MMC와 마찬가지로 초기충전이 되지 않은 상태에서 동작한다면, 큰 돌입 전류로 인해 시스템 내부의 소자가 파괴될 수 있으며, 심할 경우 시스템 자체가 붕괴될 수 있다.Among them, the AMMC (Asymmetric Modular Multilevel Converter) is an innovative topology that can replace MMC in various fields. However, as in the case of the conventional MMC, if it operates without initial charge, And in extreme cases the system itself may collapse.

즉, 각각의 SM(submodule)마다 서로 다른 캐패시터 전압값을 할당하여 모듈의 수 대비 기하급수적으로 많은 출력 전압 레벨을 구현하는 컨버터에서 종래 기술의 일반적인 MMC에서 사용하는 SM 전압 기준값과 동일한 크기의 전원압을 삽입하는 방식의 초기충전 방식을 그대로 이용하는 것은 어렵다.That is, in a converter that allocates different capacitor voltage values for each SM (submodule) to realize an exponentially larger output voltage level compared to the number of modules, the power voltage of the same magnitude as the SM voltage reference value used in the conventional MMC It is difficult to use the initial charging method of inserting the battery.

따라서, AMMC가 실제로 운영되기 위해서 반드시 필요한 초기충전 방식에 관한 기술의 개발이 필요하고, 바람직하게는 추가적인 외부장치가 필요 없이 시스템의 안정성을 확보할 수 있도록 하는 AMMC의 초기충전 기술의 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop an initial charging technique that is necessary for the AMMC to actually operate, and preferably to develop an AMMC initial charging technique that ensures the stability of the system without requiring additional external devices .

대한민국 공개특허 제10-2015-0028282호Korean Patent Publication No. 10-2015-0028282 대한민국 공개특허 제10-2014-0051810호Korean Patent Publication No. 10-2014-0051810 대한민국 공개특허 제10-2015-0085072호Korean Patent Publication No. 10-2015-0085072

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 문제를 해결하기 위한 것으로, 가장 큰 전압이 할당되는 HB-SM(Half-bridge submodule)부터 가장 낮은 전압이 할당되는 FB-SM(Full-bridge submodule)까지 서로 다른 기준 전압값으로 순차적 제어하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention solves the problem of the prior art asymmetric modular multilevel converter. The present invention is applicable to a full-bridge (FB-SM) in which the lowest voltage is allocated from a half-bridge submodule The present invention also provides an apparatus and method for controlling an initial charge of an asymmetric modular multilevel converter that sequentially controls a plurality of submodules with different reference voltage values.

본 발명은 각각의 SM뿐만 아니라 상단 Arm과 하단 Arm도 순서에 따라 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하기 위하여 Arm 내부에서 SM들의 충전 순서를 정할 수 있게 하는 우선순위 설정 수단을 포함하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention includes priority setting means for setting the charging order of the SMs in the arm so as to control not only the respective SM but also the upper arm and the lower arm so that one arm is charged first and the remaining Arm is charged in order The present invention provides an apparatus and method for controlling an initial charge of an asymmetric modular multilevel converter.

본 발명은 하나의 Arm이 모두 충전되면 다른 Arm이 충전될 수 있도록 하는 신호를 발생하는 신호 발생 수단을 포함하여 AMMC의 효과적인 초기충전 제어가 가능하도록 하여 고전압, 대용량의 전력산업에 효율적으로 적용할 수 있도록 한 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention includes a signal generating means for generating a signal that allows another arm to be charged when one arm is charged, thereby enabling efficient initial charging control of the AMMC, and thus can be efficiently applied to a high-voltage, large-capacity power industry And to provide an apparatus and method for controlling an initial charge of an asymmetric modular multilevel converter.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치는 n개의 FB-SM과 m개의 HB-SM을 갖는 상단 Arm과 n개의 FB-SM과 m개의 HB-SM을 갖는 하단 Arm이 VDC 입력 단자(+)와 VDC 입력 단자(-)사이에 구성되는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 초기충전 제어를 위하여, Arm 내부에서의 SM들의 충전 순서를 정하고, 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하기 위한 순서를 정하는 우선순위 설정부;상기 우선순위 설정부에서 정해진 설정 순위에 따라 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하는 Arm 순차 충전제어부 및 정해진 설정 순위에 따라 Arm 내부에서의 SM들의 충전하도록 제어하는 SM 순차 충전제어부;충전 대상이 되는 SM의 전압과 기준전압을 비교하여 충전 또는 방전이 필요한지를 판단하는 기준전압 비교부;기준전압 비교부의 비교 결과에 따라 충방전을 실행하는 충방전 실행부;충방전 실행부에서 충전 대상이 되는 SM의 충방전이 이루어지면 다음 SM 또는 Arm의 충전이 이루어지도록 신호를 발생하는 신호 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The initial charge controller of the asymmetrical modular multi-level converter according to the present invention for achieving the same purpose, the top of Arm and n FB-SM and m HB-SM having n FB-SM and m HB-SM If the lower arm has V DC Input terminals (+) and V DC In order to control the initial charge of the asymmetrical modular multilevel converter (AMMC) formed between the input terminals (-), the charging order of the SMs in the arm is determined, and one arm is charged first and the remaining arm is charged An arm sequential charge controller for charging one arm according to a set order determined by the priority setting unit and for charging the remaining arms, A reference voltage comparison unit for comparing the voltage of the SM to be charged with a reference voltage to determine whether charging or discharging is necessary, a charge / discharge execution for performing charge / discharge in accordance with the comparison result of the reference voltage comparison unit, When the charging / discharging of the SM to be charged is performed in the charge / discharge execution unit, the charging of the next SM or the arm is performed Signal generating unit for generating a; in that it comprises the features.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법은 n개의 FB-SM과 m개의 HB-SM을 갖는 상단 Arm과 n개의 FB-SM과 m개의 HB-SM을 갖는 하단 Arm이 VDC 입력 단자(+)와 VDC 입력 단자(-)사이에 구성되는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 초기충전 제어를 위하여, Arm 내부에서의 SM들의 충전 순서를 정하고, 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하기 위한 순서를 정하는 우선순위 설정 단계;상기 우선순위 설정 단계에서 정해진 설정 순위에 따라 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하는 Arm 순차 충전제어 단계;정해진 설정 순위에 따라 Arm 내부에서의 SM들의 충전하도록 제어하는 SM 순차 충전제어 단계;충전 대상이 되는 SM의 전압과 기준전압을 비교하여 충전 또는 방전이 필요한지를 판단하는 기준전압 비교 단계;기준전압 비교 단계의 비교 결과에 따라 충방전을 실행하는 충방전 실행 단계;충방전 실행 단계에서 충전 대상이 되는 SM의 충방전이 이루어지면 다음 SM 또는 Arm의 충전이 이루어지도록 신호를 발생하는 신호 발생 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The initial charging control method of an asymmetric modular multi-level converter according to the present invention for achieving the another object having a top Arm and n FB-SM and m HB-SM having n FB-SM and m HB-SM Lower arm is V DC Input terminals (+) and V DC In order to control the initial charge of the asymmetrical modular multilevel converter (AMMC) formed between the input terminals (-), the charging order of the SMs in the arm is determined, and one arm is charged first and the remaining arm is charged An Arm sequential charge control step of charging one arm in advance according to the set order determined in the priority setting step and charging the remaining arm according to a set order determined in the priority setting step, A reference voltage comparing step of comparing a voltage of the SM to be charged with a reference voltage to determine whether charging or discharging is necessary; a charging step of charging / discharging according to a comparison result of the reference voltage comparing step When the charging and discharging of the SM to be charged is performed in the charging / discharging execution step, the next SM or arm charging It is made so that the signal generating step of generating a signal, characterized in that it comprises a.

이와 같은 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치 및 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.The apparatus and method for initial charge control of the asymmetric modular multi-level converter according to the present invention have the following effects.

첫째, 가장 큰 전압이 할당되는 HB-SM(Half-bridge submodule)부터 가장 낮은 전압이 할당되는 FB-SM(Full-bridge submodule)까지 서로 다른 기준 전압값으로 순차적 제어하는 것에 의해 AMMC의 효율적인 초기충전 제어가 가능하다.First, efficient sequential control of the reference voltage from the HB-SM (half-bridge submodule) with the highest voltage to the FB-SM (full-bridge submodule) Control is possible.

둘째, Arm 내부에서 SM들의 충전 순서를 정할 수 있게 하는 우선순위 설정 수단을 구비하여 각각의 SM뿐만 아니라 상단 Arm과 하단 Arm도 순서에 따라 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하는 것이 가능하다.Secondly, the priority order setting means for setting the charging order of SMs in the arm is provided so that not only each SM but also the upper arm and the lower arm are charged so that one arm is charged first and the remaining arm is charged It is possible.

셋째, 하나의 Arm이 모두 충전되면 다른 Arm이 충전될 수 있도록 하는 신호를 발생하는 신호 발생 수단을 포함하여 AMMC의 효과적인 초기충전 제어가 가능하도록 하여 고전압, 대용량의 전력산업에 효율적으로 적용할 수 있도록 한다.Thirdly, it includes a signal generating means for generating a signal that allows the other arm to be charged when one arm is charged, thereby enabling effective initial charge control of the AMMC, so that it can be efficiently applied to the high voltage and large power industries do.

넷째, 각각의 Arm 뿐만 아니라 Arm 내부의 SM에도 우선순위를 두어 전압크기에 따라 순차적으로 SM의 전압을 해당 기준값으로 제어하는 방식으로, 경제성 및 구조적인 측면에서 유리하다.Fourth, it is advantageous in economical and structural aspects to prioritize not only the respective arms but also the SMs in the arms so that the voltage of the SMs is sequentially controlled according to the voltage magnitudes.

다섯째, AMMC의 충전을 위하여 각각의 Arm, Arm 내부의 SM에도 우선순위를 두어 전압크기에 따라 순차적으로 SM의 전압을 해당 기준값으로 제어하는 방식으로, AMMC가 실제로 운영되기 위해서 반드시 필요한 초기충전을 하여 큰 돌입 전류로 인해 시스템 내부의 소자가 파괴되는 것을 억제한다.Fifth, in order to charge the AMMC, the SM in each arm and arm is prioritized so that the voltage of the SM is sequentially controlled according to the voltage level, and the initial charge necessary for the actual operation of the AMMC is performed This suppresses the breakdown of elements inside the system due to a large inrush current.

도 1은 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치의 구성 블록도
도 3은 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법을 나타낸 플로우 차트
도 4는 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어를 이용한 시뮬레이션 결과 그래프
도 5는 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어시의 Arm 전류 변화를 나타낸 그래프
도 6은 본 발명에 따른 HB-SM의 충방전 과정을 나타낸 구성도
도 7은 본 발명에 따른 FB-SM의 충방전 과정을 나타낸 구성도1 is a block diagram of an asymmetrical modular multi-level converter according to the present invention;
2 is a block diagram of an initial charge control apparatus of an asymmetric modular multilevel converter according to the present invention
3 is a flowchart showing an initial charge control method of an asymmetric modular multilevel converter according to the present invention;
4 is a graph showing a simulation result using an initial charge control of an asymmetric modular multilevel converter according to the present invention
5 is a graph showing changes in arm current during initial charge control of the asymmetric modular multi-level converter according to the present invention
FIG. 6 is a diagram showing a charging / discharging process of the HB-SM according to the present invention
7 is a diagram showing a charging / discharging process of the FB-SM according to the present invention

이하, 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치 및 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of an initial charge control apparatus and method of an asymmetric modular multilevel converter according to the present invention will be described in detail as follows.

본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치 및 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The features and advantages of the initial charge control device and method of the asymmetric modular multi-level converter according to the present invention will be apparent from the following detailed description of each embodiment.

도 1은 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an asymmetric modular multilevel converter according to the present invention.

그리고 도 2는 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치의 구성 블록도이다.And FIG. 2 is a configuration block diagram of an initial charge control apparatus of an asymmetric modular multilevel converter according to the present invention.

본 발명은 FB-SM(Full-bridge submodule)과 HB-SM(Half-bridge submodule)로 구성된 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(Asymmetric modular multilevel converter, AMMC) 의 초기충전을 위한 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a control apparatus and method for initial charging of an asymmetric modular multilevel converter (AMMC) composed of a full-bridge submodule (FB-SM) and a half-bridge submodule (HB-SM).

모듈러 멀티레벨 컨버터(Modular multilevel converter, MMC) 와는 달리 AMMC는 각각의 SM(submodule)이 서로 다른 값으로 제어되어야 하기 때문에 새로운 초기충전 방법이 요구된다.Unlike the modular multilevel converter (MMC), AMMC requires a new initial charging method because each SM (submodule) must be controlled to a different value.

본 발명에서는 가장 큰 전압이 할당되는 HB-SM부터 가장 낮은 전압이 할당되는 FB-SM까지 서로 다른 기준 전압값으로 순차적 제어하는 구성을 포함한다.The present invention includes a configuration in which HB-SMs to which the largest voltage is allocated and FB-SMs to which the lowest voltage is allocated are sequentially controlled with different reference voltage values.

각각의 SM뿐만 아니라 상단 Arm(10a)과 하단 Arm(10b)도 순서에 따라 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어한다.In addition to the respective SMs, the upper arm 10a and the lower arm 10b are also controlled to charge one arm first and then the remaining arm in order.

이와 같이 각각의 Arm 뿐만 아니라 Arm 내부의 SM에도 우선순위를 두어 전압크기에 따라 순차적으로 SM의 전압을 해당 기준값으로 제어하는 방식으로, 경제성 및 구조적인 측면에서 유리하고, AMMC가 실제로 운영되기 위해서 반드시 필요한 초기충전을 하여 큰 돌입 전류로 인해 시스템 내부의 소자가 파괴되는 것을 억제할 수 있도록 한다.In this way, priority is given not only to each arm, but also to the SM in the arm, so that the voltage of the SM is sequentially controlled according to the magnitude of the voltage to the corresponding reference value. This is advantageous in terms of economy and structure. It is necessary to perform initial charging to prevent the breakdown of elements inside the system due to a large inrush current.

이를 위하여, Arm 내부에서 SM들의 충전 순서를 정할 수 있게 하는 알고리즘을 갖고, 하나의 Arm이 모두 충전되면 다른 Arm이 충전될 수 있도록 하는 신호를 발생시키는 구성을 포함한다.To do this, it has an algorithm that allows the charging order of SMs in the arm to be determined, and generates a signal that allows another arm to be charged when one arm is charged.

도 1은 AMMC와 FB-SM, 그리고 HB-SM의 구조를 나타낸 것으로, (a)는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(Asymmetric modular multilevel converter, AMMC)를 나타낸 것이고, (b)는 FB-SM(Full-bridge submodule)의 구조를 나타낸 것이고, (c)는 HB-SM(Half-bridge submodule)의 구조를 나타낸 것이다.FIG. 1 shows the structure of AMMC, FB-SM and HB-SM, wherein (a) shows an asymmetric modular multilevel converter (AMMC) bridge submodule, and (c) shows the structure of a HB-SM (Half-bridge submodule).

본 발명이 적용되는 AMMC 시스템의 일 예는 VDC 입력 단자(+)와 VDC 입력 단자(-)사이에 n개의 FB-SM과 m개의 HB-SM이 구성되는 상단 Arm(10a)과, VDC 입력 단자(+)와 VDC 입력 단자(-)사이에 n개의 FB-SM과 m개의 HB-SM이 구성되는 하단 Arm(10b)을 갖는 구조이다.One example of an AMMC system to which the present invention is applied is V DC Input terminals (+) and V DC An upper arm 10a in which n FB-SMs and m HB-SMs are formed between input terminals (-) and V DC Input terminals (+) and V DC And a lower arm 10b in which n FB-SMs and m HB-SMs are formed between input terminals (-).

이와 같은 구조를 갖는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(Asymmetric modular multilevel converter, AMMC)의 초기충전 제어 장치는 도 2에서와 같이, Arm 내부에서의 SM들의 충전 순서를 정하고, 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하기 위한 순서를 정하는 우선순위 설정부(20)와, 우선순위 설정부(20)에서 정해진 설정 순위에 따라 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하는 Arm 순차 충전제어부(30)와, 우선순위 설정부(20)에서 정해진 설정 순위에 따라 Arm 내부에서의 SM들의 충전하도록 제어하는 SM 순차 충전제어부(40)와, 충전 대상이 되는 SM의 전압과 기준전압을 비교하여 충전 또는 방전이 필요한지를 판단하는 기준전압 비교부(50)와, 기준전압 비교부(50)의 비교 결과에 따라 충방전을 실행하는 충방전 실행부(60)와, 충방전 실행부(60)에서 충전 대상이 되는 SM의 충방전이 이루어지면 다음 SM 또는 Arm의 충전이 이루어지도록 신호를 발생하는 신호 발생부(70)를 포함한다.As shown in FIG. 2, the initial charge control device of the asymmetric modular multilevel converter (AMMC) having such a structure determines the charging order of the SMs in the arm, charges one arm first, And an arm sequential charge controller (not shown) for charging one arm and charging the other arm according to the set order determined by the priority setting unit 20 An SM sequential charging controller 40 for controlling the charging of the SMs in the arm according to the set order determined by the priority setting unit 20, A reference voltage comparator 50 for judging whether or not a discharge is required, a charge / discharge execution unit 60 for performing charge / discharge in accordance with the comparison result of the reference voltage comparison unit 50, And a signal generating unit 70 for generating a signal for charging the next SM or the arm when the charging and discharging of the SM to be charged is performed.

여기서, 기준전압 비교부(50)는 AMMC 시스템이 HB-SM이 m개, FB-SM이 n개일 경우에 첫 번째 HB-SM인

Figure 112019003853070-pat00001
에서부터 해당 HB-SM의 전압
Figure 112019003853070-pat00002
를 컨버터의 입력 DC전압 VDC를 HB-SM의 개수 m으로 등분한 기준전압
Figure 112019003853070-pat00003
를 비교하고,
Figure 112019003853070-pat00004
이 기준값
Figure 112019003853070-pat00005
과 다르다면 충전 또는 방전이 이루어지도록 한다.
여기서, l 은 충전 제어를 위한 HB-SM의 순서이고, VDC는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 DC측에 걸리는 DC전압이다.Here, the reference voltage comparator 50 compares the reference voltage of the first HB-SM when the AMMC system has m HB-SMs and n FB-SMs
Figure 112019003853070-pat00001
The voltage of the corresponding HB-SM
Figure 112019003853070-pat00002
The input DC voltage V DC of the converter is divided by the number m of HB-
Figure 112019003853070-pat00003
Respectively,
Figure 112019003853070-pat00004
This reference value
Figure 112019003853070-pat00005
The charging or discharging is performed.
Where l is the order of the HB-SM for charge control and V DC is the DC voltage across the DC side of the asymmetrical modular multilevel converter AMMC.

그리고 첫 번째 HB-SM의 초기충전이 완료된 후 l = l + 1의 신호가 발생하여 다음 HB-SM이 초기충전을 시작하고 모든 HB-SM이 순차적으로 기준 전압인

Figure 112017029966419-pat00006
로 동일한 값을 갖도록 하는 것이다.After the initial charge of the first HB-SM is completed, a signal of l = l + 1 is generated, and the next HB-SM starts the initial charge and all the HB-SMs sequentially receive the reference voltage
Figure 112017029966419-pat00006
To have the same value.

그리고 마지막 HB-SM인 m 번째 HB-SM의 커패시터 전압

Figure 112019003853070-pat00007
까지 초기 충전이 완료되면 다음으로 FB-SM을 충전하기 위해 신호 발생부(70)에서 k = 1 신호를 발생한다.And the capacitor voltage of the m < th > HB-SM, which is the last HB-SM
Figure 112019003853070-pat00007
The signal generator 70 generates a signal k = 1 in order to charge the FB-SM.

그리고 충방전 실행부(60)에서의 충.방전은 m 개의 HB-SM의 전압중에서 l 번째 HB-SM의 전압 VC,HB-SM(l)과 기준전압 그리고 해당 HB-SM을 포함하는 암(Arm)의 전류 i 를 통하여

Figure 112019003853070-pat00008
의 수식을 통해 이루어지는데, 좌변이 양수일 경우 해당 HB-SM은 온 상태(On state)로, 음수일 경우 오프 상태(Off state)로 제어된다.
여기서, 암(Arm)의 전류 i 는 VDC의 양의 단자 부분에서 컨버터 Arm으로 흘러들어가는 방향을 양의 전류 방향으로 정의되고, VDC는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 DC측에 걸리는 DC전압이다.The charging and discharging in the charge and discharge execution unit 60 is performed by the voltage V C, HB-SM (1) of the first HB-SM among the voltages of the HB-SMs, the reference voltage, Through the current i of the arm (arm)
Figure 112019003853070-pat00008
If the left side is a positive number, the corresponding HB-SM is in the On state and if it is negative, it is controlled in the Off state.
Here, the current i of the arm is defined as the direction of the positive current flowing from the positive terminal portion of V DC to the converter arm, and V DC is defined as the DC current flowing through the DC side of the asymmetric modular multilevel converter (AMMC) Voltage.

그리고 SM 순차 충전제어부(40)의 제어에 의해 모든 HB-SM의 충방전이 완료되면, n개의 FB-SM중에서 기준전압 비교부(50)에서 정해진 설정 순위에 따른 k 번째 FB-SM의 전압

Figure 112019003853070-pat00052
과 기준전압
Figure 112019003853070-pat00053
을 비교하여
Figure 112019003853070-pat00054
가
Figure 112019003853070-pat00055
와 다를 경우 해당 SM은 충전 또는 방전되도록 하고, 그렇지 않을 경우 기준값에 수렴된 상태이므로, 다음 FB-SM을 제어하기 위하여 신호 발생부(70)에서 k = k + 1 의 신호를 발생시킨다.
여기서, k는 충전 제어를 위한 FB-SM의 순서이고, VDC는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 DC측에 걸리는 DC전압이다.When all the HB-SMs are charged and discharged under the control of the SM sequential charge controller 40, the voltage of the k-th FB-SM according to the set order determined by the reference voltage comparator 50 among the n FB-
Figure 112019003853070-pat00052
And the reference voltage
Figure 112019003853070-pat00053
To compare
Figure 112019003853070-pat00054
end
Figure 112019003853070-pat00055
The signal generator 70 generates a signal of k = k + 1 in order to control the next FB-SM, since the SM is charged or discharged.
Where k is the order of the FB-SM for charge control and V DC is the DC voltage across the DC side of the asymmetric modular multilevel converter (AMMC).

FB-SM의 충방전 동작은

Figure 112017029966419-pat00011
에 의해 결정이 되며 충전되어야 할 경우에는 전류 (i)가 0 보다 클 때와 작을 경우로 나누어진다.The charging and discharging operation of FB-SM
Figure 112017029966419-pat00011
(I) is larger than 0 and smaller than 0 when it is to be charged.

전류가 0보다 클 경우, FB-SM은 포지티브 전압 모드(positive voltage mode) 로 동작하게 되며, 반대의 경우에는 네가티브 전압 모드(negative voltage mode)로 동작을 하게 된다.If the current is greater than zero, the FB-SM will operate in the positive voltage mode and vice versa.

해당 SM이 방전되어야 할 경우에는, 위와 같은 방식으로 전류(i)가 0 보다 클 때와 그렇지 않을 경우로 나누어진다.When the corresponding SM is to be discharged, the current i is divided into the case where the current i is larger than 0 and the case where the current i is not.

전류가 0보다 클 경우 해당 FB-SM은 네가티브 전압 모드(negative voltage mode)로 동작하게 되며, 반대의 경우에는 포지티브 전압 모드(positive voltage mode)로 동작을 하게 된다.When the current is greater than 0, the FB-SM operates in a negative voltage mode, and in the opposite case, it operates in a positive voltage mode.

이와 같은 동작을 통해 k = n일 경우까지 모든 SM들이 동작을 하게 되며, n번째 FB-SM 까지 모두 충전 또는 방전이 완료되면 하나의 Arm에 대한 모든 초기 충전이 완료한 것이고, 다른 하나의 Arm을 충전하기 위해서는 다시 시작(Start) 단계로 돌아가 다음 Arm을 제어한다.Through this operation, all the SMs are operated until k = n . When all of the charging or discharging to the n- th FB-SM is completed, all the initial charging for one arm is completed. To charge, go back to the start step and control the next arm.

본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.An initial charging control method of the asymmetric modular multilevel converter according to the present invention will be described in detail as follows.

도 3은 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법을 나타낸 플로우 차트이다.3 is a flowchart illustrating an initial charge control method of an asymmetric modular multilevel converter according to the present invention.

본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법은 크게, Arm 내부에서의 SM들의 충전 순서를 정하고, 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하기 위한 순서를 정하는 우선순위 설정 단계와, 우선순위 설정 단계에서 정해진 설정 순위에 따라 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하는 Arm 순차 충전제어 단계와, 우선순위 설정부에서 정해진 설정 순위에 따라 Arm 내부에서의 SM들의 충전하도록 제어하는 SM 순차 충전제어 단계와, 충전 대상이 되는 SM의 전압과 기준전압을 비교하여 충전 또는 방전이 필요한지를 판단하는 기준전압 비교 단계와, 기준전압 비교 단계의 비교 결과에 따라 충방전을 실행하는 충방전 실행 단계와, 충방전 실행 단계에서 충전 대상이 되는 SM의 충방전이 이루어지면 다음 SM 또는 Arm의 충전이 이루어지도록 신호를 발생하는 신호 발생 단계를 포함한다.The initial charging control method of the asymmetric modular multilevel converter according to the present invention includes a priority order setting step of determining the charging order of the SMs in the arm and controlling the order of charging one arm and charging the remaining arm, An Arm sequential charge control step of charging one arm according to the set order determined in the priority setting step and charging the remaining arm; A reference voltage comparison step of comparing the voltage of the SM to be charged with a reference voltage to determine whether charging or discharging is necessary; and a charging step of charging / discharging according to the comparison result of the reference voltage comparing step And the charging and discharging of the SM to be charged in the charging and discharging execution step are performed, And a signal generating step for generating a signal for charging the SM or the arm.

도 3의 AMMC의 초기 충전 알고리즘은 AMMC 시스템이 HB-SM이 m개, FB-SM이 n개일 경우를 나타낸 것이다.The initial charging algorithm of the AMMC of FIG. 3 shows the case where the AMMC system has m HB-SM and n FB-SM.

SM의 초기전압이 기준전압 값보다 높을 경우까지 고려하여 이와 같을 경우 방전을 통해 기준값으로 수렴할 수 있도록 구성된다.The initial voltage of SM is considered to be higher than the reference voltage value, and in such a case, it is configured to converge to the reference value through discharging.

Figure 112017029966419-pat00012
에서 시작되며(S301), 우선적으로 해당 HB-SM의 전압
Figure 112017029966419-pat00013
를 기준전압
Figure 112017029966419-pat00014
와 비교한다.(S302)
Figure 112017029966419-pat00012
(S301), and the voltage of the corresponding HB-SM
Figure 112017029966419-pat00013
The reference voltage
Figure 112017029966419-pat00014
(S302)

Figure 112017029966419-pat00015
이 기준값
Figure 112017029966419-pat00016
과 다르다면 해당 알고리즘을 통해 충전 또는 방전을 한다.(S303)
Figure 112017029966419-pat00015
This reference value
Figure 112017029966419-pat00016
The charging or discharging is performed through the corresponding algorithm (S303)

충.방전은

Figure 112017029966419-pat00017
의 수식을 통해 이루어지는데, 좌변이 양수일 경우 해당 HB-SM은 온 상태(On state)로(S304), 음수일 경우 오프 상태(Off state)로 제어된다.(S305)Charging and discharging
Figure 112017029966419-pat00017
The HB-SM is controlled to be in an On state (S304) if the left side is a positive value and to be in an Off state when the left side is a negative value (S305).

그리고 첫 번째 HB-SM의 초기충전이 완료된 후 l = l + 1의 신호가 발생하여 다음 HB-SM이 초기충전을 시작하고 알고리즘에 따라 모든 HB-SM이 순차적으로 기준 전압인

Figure 112017029966419-pat00018
로 동일한 값을 갖게 된다.(S306)After the initial charge of the first HB-SM is completed, a signal of l = l + 1 is generated. Then, the next HB-SM starts the initial charge and all the HB-
Figure 112017029966419-pat00018
(S306)

마지막

Figure 112017029966419-pat00019
까지 초기 충전이 완료되면(S307) 다음으로 FB-SM을 충전하기 위해 k = 1 신호가 발생된다.(S308)Last
Figure 112017029966419-pat00019
(S307). Next, a k = 1 signal is generated to charge the FB-SM (S308).

충전 과정은 HB-SM 의 경우와 유사한 과정을 통하여 진행된다.The charging process is similar to that of HB-SM.

Figure 112017029966419-pat00020
가
Figure 112017029966419-pat00021
와 다를 경우(S309), 해당 SM은 충전 또는 방전되어야 하며, 그렇지 않을 경우 기준값에 수렴된 상태이므로, 다음 SM을 제어하기 위하여 k = k + 1 의 신호를 발생시킨다.(S310)
Figure 112017029966419-pat00020
end
Figure 112017029966419-pat00021
(S309), the corresponding SM must be charged or discharged. If not, the signal is converged to the reference value, so that a signal of k = k + 1 is generated to control the next SM (S310)

FB-SM의 동작은

Figure 112017029966419-pat00022
에 의해 결정이 되며(S311), 충전되어야 할 경우에는 전류 (i)가 0보다 클 때와 작을 경우로 나누어진다.The operation of FB-SM
Figure 112017029966419-pat00022
(S311). When the current is to be charged, the current is divided into a case where the current i is greater than zero and a case where the current i is less than zero.

전류가 0보다 클 경우, FB-SM은 포지티브 전압 모드(positive voltage mode) 로 동작하게 되며(S312), 반대의 경우에는 네가티브 전압 모드(negative voltage mode)로 동작을 하게 된다.(S313)When the current is greater than 0, the FB-SM operates in a positive voltage mode (S312), and in the opposite case, operates in a negative voltage mode (S313)

해당 SM이 방전되어야 할 경우에는, 위와 같은 방식으로 전류(i)가 0 보다 클 때와 그렇지 않을 경우로 나누어진다.When the corresponding SM is to be discharged, the current i is divided into the case where the current i is larger than 0 and the case where the current i is not.

전류가 0보다 클 경우 해당 FB-SM은 네가티브 전압 모드(negative voltage mode)로 동작하게 되며, 반대의 경우에는 포지티브 전압 모드(positive voltage mode)로 동작을 하게 된다.When the current is greater than 0, the FB-SM operates in a negative voltage mode, and in the opposite case, it operates in a positive voltage mode.

이와 같은 동작을 통해 k = n일 경우까지 모든 SM들이 동작을 하게 되며(S314), n번째 FB-SM 까지 모두 충전 또는 방전이 완료되면(S315) 종료(STOP) 신호를 통해 알고리즘이 마무리된다.Through this operation, all the SMs are operated until k = n (S314). When the charging or discharging to the n- th FB-SM is completed (S315), the algorithm is completed through the end (STOP) signal.

도 6은 본 발명에 따른 HB-SM의 충방전 과정을 나타낸 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 FB-SM의 충방전 과정을 나타낸 구성도이다.FIG. 6 is a block diagram showing a charge / discharge process of the HB-SM according to the present invention, and FIG. 7 is a block diagram illustrating a charging / discharging process of the FB-SM according to the present invention.

이와 같은 과정을 통해 하나의 Arm에 대한 모든 초기 충전이 완료하였으며, 다른 하나의 Arm을 충전하기 위해서는 다시 시작(Start) 단계로 돌아가 다음 Arm을 제어하면 된다.In this way, all the initial charge for one arm has been completed. To charge the other arm, return to the start step and control the next arm.

이렇게 2번의 동작을 통해 해당 AMMC 시스템을 정상 동작을 위한 모든 준비가 완료된다.Thus, all preparations for the normal operation of the corresponding AMMC system are completed through the two operations.

도 4는 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어를 이용한 시뮬레이션 결과 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어시의 Arm 전류 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 4 is a graph showing a simulation result using an initial charge control of an asymmetric modular multilevel converter according to the present invention, and FIG. 5 is a graph showing changes in an arm current during initial charge control of an asymmetric modular multilevel converter according to the present invention.

위의 시뮬레이션을 위하여 예시로 사용된 AMMC는 1개의 HB-SM (m = 1), 5개의 FB-SM (n = 5) 개가 사용되었다.For the above simulation, one HB-SM ( m = 1) and five FB-SM ( n = 5) were used for the AMMC used as an example.

시뮬레이션 결과 HB-SM는 32kV, 그리고 나머지 5개의 FB-SM은 순차적으로 16kV, 8kV, 4kV, 2kV, 1kV의 값을 갖는다.Simulation results show that HB-SM has 32kV, and the remaining 5 FB-SMs have values of 16kV, 8kV, 4kV, 2kV, and 1kV, respectively.

또한, Upper arm이 우선적으로 충전된 후 Lower arm이 올바르게 충전되는 것도 확인할 수 있다.Also, it can be confirmed that the lower arm is properly charged after the upper arm is charged first.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치 및 방법은 가장 큰 전압이 할당되는 HB-SM(Half-bridge submodule)부터 가장 낮은 전압이 할당되는 FB-SM(Full-bridge submodule)까지 서로 다른 기준 전압값으로 순차적 제어하는 구성을 포함하는 것이다.The apparatus and method for initial charge control of an asymmetric modular multilevel converter according to the present invention may be implemented as a half-bridge submodule (HB-SM) in which the largest voltage is allocated, a full-bridge submodule To a different reference voltage value.

본 발명은 각각의 SM뿐만 아니라 상단 Arm과 하단 Arm도 순서에 따라 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하기 위하여 Arm 내부에서 SM들의 충전 순서를 정할 수 있게 하는 우선순위 설정 수단을 포함하고, 하나의 Arm이 모두 충전되면 다른 Arm이 충전될 수 있도록 하는 신호를 발생하는 신호 발생 수단을 포함하여 AMMC의 효과적인 초기충전 제어가 가능하도록 하여 고전압, 대용량의 전력산업에 효율적으로 적용할 수 있도록 한 것이다.The present invention includes priority setting means for setting the charging order of the SMs in the arm so as to control not only the respective SM but also the upper arm and the lower arm so that one arm is charged first and the remaining Arm is charged in order And a signal generating means for generating a signal for allowing the other arm to be charged when one arm is fully charged, thereby enabling effective initial charging control of the AMMC, so that it can be efficiently applied to the high voltage and large power industries It is.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It is therefore to be understood that the specified embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense and that the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description and that all such differences falling within the scope of equivalents thereof are intended to be embraced therein It should be interpreted.

10a. 상단 Arm 10b. 하단 Arm
20. 우선순위 설정부 30. Arm 순차 충전제어부
40. SM 순차 충전제어부 50. 기준 전압 비교부
60. 충방전 실행부 70. 신호 발생부10a. Upper Arm 10b. Lower Arm
20. Priority setting section 30. Arm sequential charge control section
40. SM sequential charge control unit 50. Reference voltage comparison unit
60. Charge / discharge execution unit 70. Signal generation unit

Claims (16)

n개의 FB-SM과 m개의 HB-SM을 갖는 상단 Arm과 n개의 FB-SM과 m개의 HB-SM을 갖는 하단 Arm이 VDC 입력 단자(+)와 VDC 입력 단자(-)사이에 구성되는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 초기충전 제어를 위하여,
Arm 내부에서의 SM들의 충전 순서를 정하고, 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하기 위한 순서를 정하는 우선순위 설정부;
상기 우선순위 설정부에서 정해진 설정 순위에 따라 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하는 Arm 순차 충전제어부 및 정해진 설정 순위에 따라 Arm 내부에서의 SM들의 충전하도록 제어하는 SM 순차 충전제어부;
충전 대상이 되는 SM의 전압과 기준전압을 비교하여 충전 또는 방전이 필요한지를 판단하는 기준전압 비교부;
기준전압 비교부의 비교 결과에 따라 충방전을 실행하는 충방전 실행부;
충방전 실행부에서 충전 대상이 되는 SM의 충방전이 이루어지면 다음 SM 또는 Arm의 충전이 이루어지도록 신호를 발생하는 신호 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치. n number of FB-SM and m of the upper having a HB-SM Arm and n FB-SM and the bottom of Arm having m number HB-SM is V DC Input terminals (+) and V DC For initial charge control of the asymmetrical modular multilevel converter (AMMC) configured between the input terminals (-),
A priority setting unit for determining a charging order of the SMs in the arm, determining a procedure for charging one arm first and charging the remaining arm;
An Arm sequential charge controller for charging one arm and charging the remaining arms according to a set order determined by the priority setting unit, and an SM sequential charge controller for controlling the charging of the SMs in the arm according to a predetermined set order;
A reference voltage comparing unit comparing the voltage of the SM to be charged with a reference voltage to determine whether charging or discharging is necessary;
A charge / discharge executing section for performing charge / discharge in accordance with the comparison result of the reference voltage comparing section;
And a signal generator for generating a signal for charging the next SM or the arm when the charging and discharging of the SM to be charged is performed in the charging and discharging execution unit. . 제 1 항에 있어서, 상기 기준전압 비교부는, 첫 번째 HB-SM인
Figure 112019003853070-pat00023
에서부터 해당 HB-SM의 전압
Figure 112019003853070-pat00024
과 컨버터의 입력 DC전압 VDC를 HB-SM의 개수 m으로 등분한 기준전압
Figure 112019003853070-pat00056
를 비교하고,
Figure 112019003853070-pat00026
이 기준값
Figure 112019003853070-pat00027
과 다르다면 충전 또는 방전이 이루어지도록 하고, l 은 충전 제어를 위한 HB-SM의 순서이고, VDC는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 DC측에 걸리는 DC전압인 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치.The reference voltage comparison unit according to claim 1, wherein the reference voltage comparison unit comprises:
Figure 112019003853070-pat00023
The voltage of the corresponding HB-SM
Figure 112019003853070-pat00024
And the input DC voltage V DC of the converter is divided by the number of HB-SM m ,
Figure 112019003853070-pat00056
Respectively,
Figure 112019003853070-pat00026
This reference value
Figure 112019003853070-pat00027
, Charging or discharging is performed, and l The order of the HB-SM for charge control, and V DC is the DC voltage across the DC side of the asymmetrical modular multilevel converter (AMMC). 제 2 항에 있어서, 첫 번째 HB-SM의 초기충전이 완료된 후 l = l + 1의 신호가 발생하여 다음 HB-SM이 초기충전을 시작하고 모든 HB-SM이 순차적으로 기준 전압인
Figure 112017029966419-pat00028
로 동일한 값을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치.3. The method of claim 2, wherein after the initial charge of the first HB-SM is completed, a signal of l = l + 1 is generated and the next HB-SM starts initial charge and all HB-
Figure 112017029966419-pat00028
Wherein the initial value of the asymmetric modular multilevel converter is set to the same value as the initial charge control value. 제 2 항에 있어서, 마지막 HB-SM인 m 번째 HB-SM의 커패시터 전압
Figure 112019003853070-pat00029
까지 초기 충전이 완료되면 다음으로 FB-SM을 충전하기 위해 신호 발생부에서 k = 1 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치.3. The method according to claim 2, wherein the capacitor voltage of the m < th > HB-SM,
Figure 112019003853070-pat00029
Wherein the signal generator generates a k = 1 signal to charge the FB-SM next when the initial charge is completed. 제 1 항에 있어서, 상기 충방전 실행부에서,
충.방전은 m 개의 HB-SM의 전압중에서 l 번째 HB-SM의 전압 V C,HB-SM (l)과 기준전압 그리고 해당 HB-SM을 포함하는 암(Arm)의 전류 i 를 통하여
Figure 112019003853070-pat00030
의 조건으로 이루어지고, 좌변이 양수일 경우 해당 HB-SM은 온 상태(On state)로, 음수일 경우 오프 상태(Off state)로 제어되고,
암(Arm)의 전류 i 는 VDC의 양의 단자 부분에서 컨버터 Arm으로 흘러들어가는 방향을 양의 전류 방향으로 정의되고, VDC는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 DC측에 걸리는 DC전압인 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치.The charge / discharge control device according to claim 1,
Charge and discharge, through a current i of the arm (Arm), including the l-th voltage V C of the HB-SM, SM-HB (l) and the reference voltage and the HB-SM from the voltage of the m number HB-SM
Figure 112019003853070-pat00030
When the left side is a positive number, the corresponding HB-SM is in the On state and when it is negative, it is controlled in the Off state.
The current i of the arm is defined as the direction of positive current flowing from the positive terminal portion of V DC to the converter arm and V DC is the DC voltage across the DC side of the asymmetric modular multilevel converter AMMC Wherein the initial charge control of the asymmetric modular multi-level converter is performed by the first charge control unit. 제 1 항에 있어서, 상기 SM 순차 충전제어부의 제어에 의해 모든 HB-SM의 충방전이 완료되면, n개의 FB-SM중에서 기준전압 비교부에서 정해진 설정 순위에 따른 k 번째 FB-SM의 전압
Figure 112019003853070-pat00057
과 기준전압
Figure 112019003853070-pat00058
을 비교하여
Figure 112019003853070-pat00031
가
Figure 112019003853070-pat00032
와 다를 경우 해당 SM은 충전 또는 방전되도록 하고,
그렇지 않을 경우는 다음 FB-SM을 제어하기 위하여 신호 발생부에서 k = k + 1 의 신호를 발생시키고,
k 는 충전 제어를 위한 FB-SM의 순서이고, VDC는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 DC측에 걸리는 DC전압인 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치.The method according to claim 1, wherein, when charging and discharging of all the HB-SMs are completed by the control of the SM sequential charge control unit, the voltage of the kth FB-SM according to the set order determined by the reference voltage comparing unit among n FB-
Figure 112019003853070-pat00057
And the reference voltage
Figure 112019003853070-pat00058
To compare
Figure 112019003853070-pat00031
end
Figure 112019003853070-pat00032
The corresponding SM is charged or discharged,
If not, the signal generator generates a signal of k = k + 1 to control the next FB-SM,
k is the order of the FB-SM for charge control, and V DC is the DC voltage across the DC side of the asymmetric modular multilevel converter (AMMC). 제 6 항에 있어서, FB-SM의 충방전 동작은
Figure 112017029966419-pat00033
에 의해 결정이 되며 충전되어야 할 경우에는 전류 (i)가 0 보다 클 때와 작을 경우로 나누어 전류가 0보다 클 경우, FB-SM은 포지티브 전압 모드(positive voltage mode) 로 동작하게 되며, 반대의 경우에는 네가티브 전압 모드(negative voltage mode)로 동작을 하게 되는 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치.7. The method of claim 6, wherein the charging and discharging operations of the FB-
Figure 112017029966419-pat00033
The FB-SM operates in the positive voltage mode when the current is greater than 0, when the current i is greater than or less than 0, and when the current is greater than 0, the FB-SM operates in the positive voltage mode, And a negative voltage mode in the case of an asymmetric modular multilevel converter. 제 7 항에 있어서, FB-SM이 방전되어야 할 경우에는 전류(i)가 0보다 클 때와 그렇지 않을 경우로 나누어,
전류가 0보다 클 경우 해당 FB-SM은 네가티브 전압 모드(negative voltage mode)로 동작하게 되며, 반대의 경우에는 포지티브 전압 모드(positive voltage mode)로 동작을 하게 되는 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 장치.8. The method of claim 7, wherein when the FB-SM is to be discharged, dividing the current (i)
Wherein the FB-SM operates in a negative voltage mode when the current is greater than 0, and operates in a positive voltage mode if the current is greater than zero. Lt; / RTI > n개의 FB-SM과 m개의 HB-SM을 갖는 상단 Arm과 n개의 FB-SM과 m개의 HB-SM을 갖는 하단 Arm이 VDC 입력 단자(+)와 VDC 입력 단자(-)사이에 구성되는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 초기충전 제어를 위하여,
Arm 내부에서의 SM들의 충전 순서를 정하고, 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하기 위한 순서를 정하는 우선순위 설정 단계;
상기 우선순위 설정 단계에서 정해진 설정 순위에 따라 하나의 Arm을 먼저 충전하고 나머지 Arm을 충전하도록 제어하는 Arm 순차 충전제어 단계;
정해진 설정 순위에 따라 Arm 내부에서의 SM들의 충전하도록 제어하는 SM 순차 충전제어 단계;
충전 대상이 되는 SM의 전압과 기준전압을 비교하여 충전 또는 방전이 필요한지를 판단하는 기준전압 비교 단계;
기준전압 비교 단계의 비교 결과에 따라 충방전을 실행하는 충방전 실행 단계;
충방전 실행 단계에서 충전 대상이 되는 SM의 충방전이 이루어지면 다음 SM 또는 Arm의 충전이 이루어지도록 신호를 발생하는 신호 발생 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법. n number of FB-SM and m of the upper having a HB-SM Arm and n FB-SM and the bottom of Arm having m number HB-SM is V DC Input terminals (+) and V DC For initial charge control of the asymmetrical modular multilevel converter (AMMC) configured between the input terminals (-),
Determining a charging order of the SMs in the arm, determining a sequence for controlling one arm to be charged first and remaining arm to charge;
An arm sequential charge control step of charging one arm first and the remaining arm according to the set order determined in the priority setting step;
An SM sequential charge control step of controlling the charging of SMs in the arm according to a predetermined set order;
A reference voltage comparing step of comparing a voltage of the SM to be charged with a reference voltage to determine whether charging or discharging is necessary;
A charge / discharge execution step of performing charge / discharge in accordance with the comparison result of the reference voltage comparison step;
And a signal generating step of generating a signal for charging the next SM or arm when the charging and discharging of the SM to be charged is performed in the charge and discharge execution step . 제 9 항에 있어서, 상기 기준전압 비교 단계는,
첫 번째 HB-SM인
Figure 112019003853070-pat00034
에서부터 해당 HB-SM의 전압
Figure 112019003853070-pat00035
과 컨버터의 입력 DC전압 VDC를 HB-SM의 개수 m으로 등분한 기준전압
Figure 112019003853070-pat00036
를 비교하고,
Figure 112019003853070-pat00037
이 기준값
Figure 112019003853070-pat00038
과 다르다면 충전 또는 방전이 이루어지도록 하고,
l 은 충전 제어를 위한 HB-SM의 순서이고, VDC는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 DC측에 걸리는 DC전압인 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법.10. The method of claim 9,
The first HB-SM
Figure 112019003853070-pat00034
The voltage of the corresponding HB-SM
Figure 112019003853070-pat00035
And the input DC voltage V DC of the converter is divided by the number of HB-SM m ,
Figure 112019003853070-pat00036
Respectively,
Figure 112019003853070-pat00037
This reference value
Figure 112019003853070-pat00038
Charging or discharging is performed,
l is The order of the HB-SM for charge control, and V DC is the DC voltage across the DC side of the asymmetric modular multilevel converter (AMMC). 제 10 항에 있어서, 첫 번째 HB-SM의 초기충전이 완료된 후 l = l + 1의 신호가 발생하여 다음 HB-SM이 초기충전을 시작하고 모든 HB-SM이 순차적으로 기준 전압인
Figure 112017029966419-pat00039
로 동일한 값을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법.11. The method of claim 10, wherein after the initial charging of the first HB-SM is completed, a signal of l = l + 1 is generated and the next HB-SM starts initial charging and all the HB-
Figure 112017029966419-pat00039
Wherein the initial value of the asymmetric modular multi-level converter is set to the same value. 제 10 항에 있어서, 마지막 HB-SM인 m 번째 HB-SM의 커패시터 전압
Figure 112019003853070-pat00040
까지 초기 충전이 완료되면 다음으로 FB-SM을 충전하기 위해 신호 발생 단계에서 k = 1 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법.11. The method according to claim 10, wherein the capacitor voltage of the m < th > HB-SM,
Figure 112019003853070-pat00040
When the initial charging is completed, the signal generating step generates a signal k = 1 in order to charge the FB-SM next. 제 9 항에 있어서, 상기 충방전 실행 단계에서,
충.방전은 m 개의 HB-SM의 전압중에서 l 번째 HB-SM의 전압 V C,HB-SM (l)과 기준전압 그리고 해당 HB-SM을 포함하는 암의 전류 i 를 통하여
Figure 112019003853070-pat00041
의 조건으로 이루어지고, 좌변이 양수일 경우 해당 HB-SM은 온 상태(On state)로, 음수일 경우 오프 상태(Off state)로 제어되고,
암(Arm)의 전류 i 는 VDC의 양의 단자 부분에서 컨버터 Arm으로 흘러들어가는 방향을 양의 전류 방향으로 정의되고, VDC는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 DC측에 걸리는 DC전압인 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법.10. The method according to claim 9, wherein in the charge /
Charge and discharge, through a current i of the arm containing the l-th voltage V C of the HB-SM, SM-HB (l) and the reference voltage and the HB-SM from the voltage of the m number HB-SM
Figure 112019003853070-pat00041
When the left side is a positive number, the corresponding HB-SM is in the On state and when it is negative, it is controlled in the Off state.
The current i of the arm is defined as the direction of positive current flowing from the positive terminal portion of V DC to the converter arm and V DC is the DC voltage across the DC side of the asymmetric modular multilevel converter AMMC Wherein the asymmetric modular multi-level converter is configured to control the initial charge of the asymmetric modular multi-level converter. 제 9 항에 있어서, 상기 SM 순차 충전제어 단계의 제어에 의해 모든 HB-SM의 충방전이 완료되면,
n개의 FB-SM중에서 기준전압 비교 단계에서 정해진 설정 순위에 따른 k 번째 FB-SM의 전압
Figure 112019003853070-pat00059
과 기준전압
Figure 112019003853070-pat00060
을 비교하여
Figure 112019003853070-pat00042
가
Figure 112019003853070-pat00043
와 다를 경우 해당 SM은 충전 또는 방전되도록 하고,
그렇지 않을 경우는 다음 FB-SM을 제어하기 위하여 신호 발생 단계에서 k = k + 1 의 신호를 발생시키고,
k 는 충전 제어를 위한 FB-SM의 순서이고, VDC는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터(AMMC)의 DC측에 걸리는 DC전압인 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법.10. The method according to claim 9, wherein, when charging and discharging of all the HB-SMs are completed by the control of the SM sequential charging control step,
the voltage of the kth FB-SM according to the set order determined in the reference voltage comparing step among the n FB-SMs
Figure 112019003853070-pat00059
And the reference voltage
Figure 112019003853070-pat00060
To compare
Figure 112019003853070-pat00042
end
Figure 112019003853070-pat00043
The corresponding SM is charged or discharged,
Otherwise, in order to control the next FB-SM, a signal of k = k + 1 is generated in a signal generating step,
k is the order of the FB-SM for charge control, and V DC is the DC voltage across the DC side of the asymmetric modular multilevel converter (AMMC). 제 14 항에 있어서, FB-SM의 충방전 동작은
Figure 112017029966419-pat00044
에 의해 결정이 되며 충전되어야 할 경우에는 전류 (i)가 0 보다 클 때와 작을 경우로 나누어 전류가 0보다 클 경우, FB-SM은 포지티브 전압 모드(positive voltage mode) 로 동작하게 되며, 반대의 경우에는 네가티브 전압 모드(negative voltage mode)로 동작을 하게 되는 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법.15. The method of claim 14, wherein the charging and discharging operations of the FB-
Figure 112017029966419-pat00044
The FB-SM operates in the positive voltage mode when the current is greater than 0, when the current i is greater than or less than 0, and when the current is greater than 0, the FB-SM operates in the positive voltage mode, And a negative voltage mode in the case of an asymmetric modular multilevel converter. 제 15 항에 있어서, FB-SM이 방전되어야 할 경우에는 전류(i)가 0보다 클 때와 그렇지 않을 경우로 나누어,
전류가 0보다 클 경우 해당 FB-SM은 네가티브 전압 모드(negative voltage mode)로 동작하게 되며, 반대의 경우에는 포지티브 전압 모드(positive voltage mode)로 동작을 하게 되는 것을 특징으로 하는 비대칭 모듈러 멀티레벨 컨버터의 초기충전 제어 방법.
16. The method of claim 15, wherein when the FB-SM is to be discharged, dividing the current (i)
Wherein the FB-SM operates in a negative voltage mode when the current is greater than 0, and operates in a positive voltage mode if the current is greater than zero. Lt; / RTI >
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101629397B1 (en) 2015-12-03 2016-06-13 연세대학교 산학협력단 Apparatus and Method for Controlling of Asymmetric Modular Multilevel Converter
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