KR102508013B1 - Multiport converter employing 3-legs full bridge converter and method for operating multiport converter - Google Patents
Multiport converter employing 3-legs full bridge converter and method for operating multiport converter Download PDFInfo
- Publication number
- KR102508013B1 KR102508013B1 KR1020220078745A KR20220078745A KR102508013B1 KR 102508013 B1 KR102508013 B1 KR 102508013B1 KR 1020220078745 A KR1020220078745 A KR 1020220078745A KR 20220078745 A KR20220078745 A KR 20220078745A KR 102508013 B1 KR102508013 B1 KR 102508013B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- converter
- switches
- full bridge
- inductor
- leg
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 11
- 238000011017 operating method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 8
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 8
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 27
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000002779 inactivation Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 230000002500 effect on skin Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000000415 inactivating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33561—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having more than one ouput with independent control
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
- H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
Abstract
Description
본 발명은 전력전자(Power Electronics) 기술을 기반으로 하는 양방향 DC/DC 컨버터 중 폴트(Fault) 상황에 대응 가능하며 전력 동조화 현상을 해결하기 위한, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 및 멀티포트 컨버터 운영방법에 관한 것이다.The present invention is capable of responding to a fault situation among bi-directional DC/DC converters based on power electronics technology and is a multi-port converter and multi-port converter to which a 3-leg full bridge converter is applied to solve the power synchronization phenomenon. It is about how to operate a port converter.
특히, 본 발명은, QAB 컨버터의 입력포트인 포트(port) 1과, 부하포트 중 포트 4 각각에 3-Legs Full Bridge 회로를 적용하여 QAB 컨버터를 구현 함으로써, 폴트 상황에 대응 가능하며 릴레이나 추가적인 컨버터 회로 없이 전력 비동조화 현상을 해결하는 구성을 포함하고 있다.In particular, the present invention implements a QAB converter by applying a 3-legs full bridge circuit to each of
최근에는 고전압 DC(Direct Current) 배전망 개발 필요성이 각광받고 있는 실정이다.Recently, the necessity of developing a high-voltage DC (Direct Current) distribution network is in the spotlight.
고전압 DC 배전망은, AC 전력망에 비해 표피효과 및 리액턴스 성분이 없어 효율이 좋으며, 태양광, 풍력 등 출력이 직류인 신재생 에너지와 활용할 수 있다는 장점이 있다.The high-voltage DC power distribution network is more efficient than the AC power grid because it has no skin effect and reactance components, and has the advantage that it can be used with new and renewable energy such as solar power and wind power that output direct current.
고전압 DC 배전망 기술은, 에너지의 효율적 활용을 위해 신재생에너지와 스마트 그리드의 고성능 전력 기술로서, 활발하게 진행되고 있다.High-voltage DC distribution network technology is actively progressing as a high-performance power technology of new renewable energy and smart grid for efficient use of energy.
QAB(Quad-Active-Bridge) 컨버터는, 여러 DC 전력기술 토폴로지 중 전기적 절연을 가지며 변압기 양단의 위상 차이를 이용하여 양방향 전력전달이 가능한 다수의 DAB 컨버터를 이용할 수 있다.A QAB (Quad-Active-Bridge) converter can use a number of DAB converters that have electrical isolation among various DC power technology topologies and can transmit power in both directions using a phase difference between both ends of a transformer.
QAB 컨버터는 구조적으로 하나의 변압기에 여러 포트가 연결되어 있다.The QAB converter structurally has several ports connected to one transformer.
QAB 컨버터는 포트 간 에너지 전달을 위해 변압기 양단에 인덕터가 모두 배치될 수 있다.QAB converters can have inductors placed across both transformers to transfer energy between ports.
도 1은 QAB 컨버터의 등가 인덕턴스 회로도이다.1 is an equivalent inductance circuit diagram of a QAB converter.
도 1(a)는 Four-Port QAB 컨버터의 등가 인덕턴스 회로도이다.1(a) is an equivalent inductance circuit diagram of a Four-Port QAB converter.
도 1(b)는 일부 포트의 인덕터를 제거한 형태의 등가 인덕턴스 회로도이다.1(b) is an equivalent inductance circuit diagram in which inductors of some ports are removed.
도 1(a)와 같이, Four-Port QAB 컨버터는, 하나의 변압기에 다수의 출력 포트가 연결되어 있고, 모든 출력 포트 간 권선이 연결되어 있어, 권선 간 커플링 현상을 발생시킬 수 있다.As shown in FIG. 1 (a), in the Four-Port QAB converter, a plurality of output ports are connected to one transformer, and windings between all output ports are connected, so that coupling between windings may occur.
Four-Port QAB 컨버터는, 권선 간 커플링 현상으로 인해, 임의의 출력 포트의 부하 변동이 다른 부하 포트에 영향을 미치는 전력 동조화 현상을 발생시킬 수 있다.In the Four-Port QAB converter, due to coupling between windings, a power synchronization phenomenon may occur in which a load variation of one output port affects another load port.
전력 동조화 현상은, 의도하지 않은 전력 전달 현상으로, 시스템의 다이내믹 반응성을 감소시키고 출력 전압 제어를 어렵게 만드는 단점으로 작용할 수 있다.The power synchronization phenomenon is an unintended power transfer phenomenon, and may act as a disadvantage of reducing the dynamic response of the system and making it difficult to control the output voltage.
이를 해소하고자, 도 1 (b)와 같이, 개선된 Four-Port QAB 컨버터는, 변압기 1차 측 인덕터를 제거하여, 출력 포트 간 전력 전달 경로를 없애 전력 동조화 현상을 막을 수 있다.In order to solve this problem, as shown in FIG. 1 (b), the improved Four-Port QAB converter can prevent the power synchronization phenomenon by removing the primary side inductor of the transformer and eliminating the power transmission path between output ports.
도 2는 기존의 Four-Port QAB 컨버터를 설명하기 위한 도이다2 is a diagram for explaining a conventional Four-Port QAB converter;
도 2(a)에서는 Grid-connected mode의 전력 흐름 방향(화살표)을 표현하고, 도 2(b)는 Islanding mode의 전력 흐름 방향(화살표)을 설명한다.FIG. 2(a) shows the power flow direction (arrow) in Grid-connected mode, and FIG. 2(b) explains the power flow direction (arrow) in Islanding mode.
Four-Port QAB 컨버터는 도 2(a)와 같이, 입력단으로부터 전력을 공급받아 정상적으로 동작하는 Grid-Connected Mode일 때, 1차측 인덕터가 없어도 전력 공급이 가능하다.As shown in FIG. 2(a), the Four-Port QAB converter can supply power even without a primary side inductor in Grid-Connected Mode, which operates normally by receiving power from the input terminal.
다만, 도 2(b)와 같이 입력단에 Open/Short처럼 Fault(사고) 상황이 발생하여 입력단이 아닌 출력 포트에 연결된 ESS로부터 전력을 전달하는 Islanding Mode로 전환될 시, Four-Port QAB 컨버터는 전력을 전달하기 위해 1차측 인덕터를 필요로 할 수 있다.However, as shown in FIG. 2(b), when a Fault (accident) situation such as Open/Short occurs at the input terminal and switches to Islanding Mode, which delivers power from the ESS connected to the output port, not the input terminal, the Four-Port QAB converter may require a primary-side inductor to deliver
Islanding Mode의 필요에 의해, 1차 측 인덕터가 존재함에 따라, Four-Port QAB 컨버터는 해당 토폴로지에 전력 동조화 현상이 발생한다는 단점이 존재한다. As the primary side inductor exists due to the need of islanding mode, the Four-Port QAB converter has a disadvantage that power synchronization phenomenon occurs in the topology.
따라서, 폴트(Fault) 상황에 대응 가능한 컨버터의 개선된 모델의 개발이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need to develop an improved converter model capable of responding to a fault situation.
본 발명의 실시예는, 폴트(Fault) 상황에 대응 가능하고, 릴레이나 추가적인 컨버터 회로 없이 전력 비동조화가 적용된 멀티포트 컨버터 토폴로지를 구현하는, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 및 멀티포트 컨버터 운영방법을 제공하는 것을 해결과제로 한다.An embodiment of the present invention is a multiport converter and multiport to which a 3-leg full bridge converter is applied, capable of responding to a fault situation, and implementing a multiport converter topology to which power desynchronization is applied without a relay or an additional converter circuit. The challenge is to provide a converter operating method.
또한, 본 발명의 실시예는, 추가적인 회로나 컨버터 없이 3-Legs Full-Bridge 형태로 스위칭 Modulation을 통해 전력 비동조화 현상을 달성하는 것을 목적으로 한다.In addition, an embodiment of the present invention aims to achieve a power decoupling phenomenon through switching modulation in a 3-legs full-bridge form without an additional circuit or converter.
또한, 본 발명의 실시예는, 기계적인 소자인 릴레이 회로 및 추가 컨버터 부착 없이, Full-Bridge 구조 형태로 높은 전력 밀도를 달성하는 것을 목적으로 한다.In addition, an embodiment of the present invention aims to achieve high power density in the form of a Full-Bridge structure without attaching a relay circuit and an additional converter, which are mechanical elements.
또한, 본 발명의 실시예는, 3-Legs DAB 컨버터를 통해 Grid Connected Mode와 Islanding Mode에서 전력 비동조화 현상을 달성하여, 시스템의 안정도를 향상하는 것을 목적으로 한다.In addition, an embodiment of the present invention aims to improve the stability of the system by achieving a power decoupling phenomenon in Grid Connected Mode and Islanding Mode through a 3-Legs DAB converter.
또한, 본 발명의 실시예는, Full-Bridge와 동일한 구조로 제어 자유도가 같으며 ZVS를 달성하는 것을 목적으로 한다.In addition, the embodiment of the present invention aims to achieve ZVS with the same control degree of freedom with the same structure as the Full-Bridge.
또한, 본 발명의 실시예는, QAB 컨버터에 적용된 Port1과 Port4의 3-Legs DAB 컨버터의 Switching Modulation을 통해, Fault 사고에서도 장치 보호 및 일정하게 부하로 전력을 공급하는 것을 목적으로 한다.In addition, an embodiment of the present invention aims to protect devices and constantly supply power to a load even in a fault accident through Switching Modulation of the 3-Legs DAB converter of Port1 and Port4 applied to the QAB converter.
또한, 본 발명의 실시예는, 스위치와 인덕터의 LC 공진에 대한 영향을 적게 발생하는 것을 목적으로 한다.Further, an object of the embodiment of the present invention is to reduce the effect on the LC resonance of the switch and the inductor.
본 발명의 일실시예에 따른, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터는, 입력 포트와, n개(상기 n은 2 이상의 자연수)의 부하 포트를 포함하여 구성하는 멀티포트 DAB컨버터; 상기 입력 포트의 인덕터 L1과 결합되는 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터; 및 상기 n개의 부하 포트 중 ESS 포트의 인덕터 Ln 와 결합되는 ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a multiport converter to which a 3-leg full bridge converter is applied includes a multiport DAB converter including an input port and n load ports (where n is a natural number equal to or greater than 2); an input stage 3-leg full bridge converter coupled to the inductor L1 of the input port; and an ESS stage 3-leg full bridge converter coupled to an inductor Ln of an ESS port among the n load ports.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 운영 방법은, 입력 포트와, n개(상기 n은 2 이상의 자연수)의 부하 포트를 포함하여 구성하는 멀티포트 DAB컨버터를 마련하는 단계; 상기 입력 포트의 인덕터 L1에, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터를 결합하는 단계; 및 상기 n개의 부하 포트 중 ESS 포트의 인덕터 Ln에, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터를 결합하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, a method for operating a multiport converter to which a 3-leg full bridge converter is applied according to an embodiment of the present invention includes an input port and n (n is a natural number of 2 or more) multiport configured by including load ports. preparing a DAB converter; coupling an input stage 3-leg full bridge converter to the inductor L1 of the input port; and coupling an ESS stage 3-leg full bridge converter to an inductor Ln of an ESS port among the n load ports.
본 발명의 일실시예에 따르면, 폴트(Fault) 상황에 대응 가능하고, 릴레이나 추가적인 컨버터 회로 없이 전력 비동조화가 적용된 멀티포트 컨버터 토폴로지를 구현하는, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 및 멀티포트 컨버터 운영방법을 제공 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a multiport converter to which a 3-leg full bridge converter is applied, capable of responding to a fault situation, and implementing a multiport converter topology to which power desynchronization is applied without a relay or an additional converter circuit, and Multiport converter operation method can be provided.
또한, 본 발명에 의해서는, 추가적인 회로나 컨버터 없이 3-Legs Full-Bridge 형태로 스위칭 Modulation을 통해 전력 비동조화 현상을 달성 할 수 있다.In addition, according to the present invention, power decoupling can be achieved through switching modulation in the form of 3-legs full-bridge without additional circuits or converters.
또한, 본 발명에 의해서는, 기계적인 소자인 릴레이 회로 및 추가 컨버터 부착 없이, Full-Bridge 구조 형태로 높은 전력 밀도를 달성 할 수 있다.In addition, according to the present invention, high power density can be achieved in the form of a Full-Bridge structure without attaching a relay circuit and an additional converter, which are mechanical elements.
또한, 본 발명에 의해서는, 3-Legs DAB 컨버터를 통해 Grid Connected Mode와 Islanding Mode에서 전력 비동조화 현상을 달성하여, 시스템의 안정도를 향상 할 수 있다.In addition, according to the present invention, the stability of the system can be improved by achieving the power decoupling phenomenon in Grid Connected Mode and Islanding Mode through the 3-Legs DAB converter.
또한, 본 발명에 의해서는, Full-Bridge와 동일한 구조로 제어 자유도가 같으며 ZVS를 달성 할 수 있다.In addition, according to the present invention, the degree of freedom of control is the same with the same structure as the Full-Bridge, and ZVS can be achieved.
또한, 본 발명에 의해서는, QAB 컨버터에 적용된 Port1과 Port4의 3-Legs DAB 컨버터의 Switching Modulation을 통해, Fault 사고에서도 장치 보호 및 일정하게 부하로 전력을 공급 할 수 있다.In addition, according to the present invention, through switching modulation of the 3-legs DAB converter of Port1 and Port4 applied to the QAB converter, it is possible to protect the device and supply power to the load constantly even in the event of a fault.
또한, 본 발명에 의해서는, 스위치와 인덕터의 LC 공진에 대한 영향을 적게 발생 할 수 있다.In addition, according to the present invention, the effect on the LC resonance of the switch and the inductor can be reduced.
도 1은 QAB 컨버터의 등가 인덕턴스 회로도이다.
도 2는 기존의 Four-Port QAB 컨버터를 설명하기 위한 도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 QAB 컨버터를 예시하여 설명하기 위한 도이다.
도 5는 3-레그 DAB 컨버터를 예시하여 설명하기 위한 도이다.
도 6은 포트 1에서의 스위칭 Modulation을 나타낸다.
도 7은 인덕터와 스위치와의 병렬회로를 설명하기 위한 도이다.
도 8은 3-레그 DAB 컨버터의, Grid Connected Mode에서의 동작을 설명하기 위한 도이다.
도 9는 Grid Connected Mode 일 때의 Port 1과 Port 4의 스위칭 모듈레이션을 설명하기 위한 도이다.
도 10은 3-레그 DAB 컨버터의, Islanding Mode에서의 동작을 설명하기 위한 도이다.
도 11은 Islanding Mode일 때의 Port 1과 Port 4의 스위칭 모듈레이션을 설명하기 위한 도이다.
도 12는 3-레그 DAB 컨버터의 실험 사진이다.
도 13은 3-레그 DAB 컨버터의 시뮬레이션 파형도이다.
도 14는 3-레그 DAB 컨버터에 의한 전력 비동조화를 확인하기 위한 도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 운영 방법을 도시한 흐름도이다.1 is an equivalent inductance circuit diagram of a QAB converter.
2 is a diagram for explaining a conventional Four-Port QAB converter.
3 is a block diagram showing the configuration of a multiport converter to which a 3-leg full bridge converter is applied according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a QAB converter by way of example.
5 is a diagram for explaining a 3-leg DAB converter by way of example.
6 shows switching modulation at
7 is a diagram for explaining a parallel circuit of an inductor and a switch.
8 is a diagram for explaining the operation of a 3-leg DAB converter in Grid Connected Mode.
9 is a diagram for explaining switching modulation of
10 is a diagram for explaining the operation of a 3-leg DAB converter in islanding mode.
11 is a diagram for explaining switching modulation of
12 is an experimental photograph of a 3-leg DAB converter.
13 is a simulation waveform diagram of a 3-leg DAB converter.
14 is a diagram for confirming power desynchronization by a 3-leg DAB converter.
15 is a flowchart illustrating a multiport converter operating method to which a 3-leg full bridge converter is applied according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, since various changes can be made to the embodiments, the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents or substitutes to the embodiments are included within the scope of rights.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in the examples are used only for descriptive purposes and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the embodiment belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description will be omitted.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터의 구성을 도시한 블록도이다.3 is a block diagram showing the configuration of a multiport converter to which a 3-leg full bridge converter is applied according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터(이하, '3-레그 DAB 컨버터(300)'라 약칭함)는, 멀티포트 DAB컨버터(310), 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320), 및 ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)를 포함하여 구성 할 수 있다.Referring to FIG. 3, a multiport converter to which a 3-leg full bridge converter is applied (hereinafter, abbreviated as '3-leg DAB converter 300') according to an embodiment of the present invention is a multiport DAB converter ( 310), an input stage 3-leg
멀티포트 DAB컨버터(310)는 입력 포트와, n개(상기 n은 2 이상의 자연수)의 부하 포트를 포함하여 구성할 수 있다. 여기서, 입력 포트는 컨버터의 1차측을 의미하고, 부하 포트는 컨버터의 2차측을 의미할 수 있다.The multi-port DAB converter 310 may include an input port and n load ports (where n is a natural number greater than or equal to 2). Here, the input port may mean the primary side of the converter, and the load port may mean the secondary side of the converter.
멀티포트 DAB컨버터(310)는, 상기 n이 3일 TAB(Triple-Active-Bridge)컨버터로 동작하고, 상기 n이 4일 때 QAB(Quadruple-Active-Bridge)컨버터로 동작할 수 있다.The multiport DAB converter 310 operates as a triple-active-bridge (TAB) converter when n is 3, and operates as a quadruple-active-bridge (QAB) converter when n is 4.
상기 n이 4일 때의 멀티포트 DAB컨버터(310)는 입력 포트에 1차측 인덕터(L1)를 포함 할 수 있다.The multiport DAB converter 310 when n is 4 may include a primary side inductor L 1 at an input port.
상기 n이 4일 때의 멀티포트 DAB컨버터(310)는 3개의 부하 포트를 구비하고, 이들 3개의 부하 포트 각각으로 2차측 인덕터(L2, L3, L4)를 포함할 수 있다. 또한, 멀티포트 DAB컨버터(310)는 3개의 부하 포트 중 최하단에 배치되는 ESS 포트의 2차측 인덕터(L4)를 ESS 포트 인덕터로 결정 함으로써, 입력 포트에 폴트가 발생하는 Islanding Mode 동작 시, 상기 결정된 ESS 포트 인덕터를 통해 ESS(Energy Storage System)로부터 전력을 공급받는 나머지 부하 포트로 전력 공급이 이루어지도록 할 수 있다.The multiport DAB converter 310 when n is 4 may include three load ports, and each of the three load ports may include secondary inductors L 2 , L 3 , and L 4 . In addition, the multi-port DAB converter 310 determines the secondary side inductor (L 4 ) of the ESS port disposed at the bottom among the three load ports as the ESS port inductor, so that during Islanding Mode operation in which a fault occurs in the input port, the above Power may be supplied to the remaining load ports receiving power from an Energy Storage System (ESS) through the determined ESS port inductor.
입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)는 상기 입력 포트의 인덕터 L1과 결합될 수 있다. 즉, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)는 멀티포트 DAB컨버터(310)의 입력 포트에서, 1차측 인덕터(L1)와 병렬적으로 결합되어 배치될 수 있다.The input stage 3-leg
입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)는, 3개의 상단 스위치(S1, S3, S5)와, 3개의 하단 스위치(S2, S4, S6)를 포함하여 구성될 수 있다.The input stage 3-leg
또한, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)는, 상기 n개의 부하 포트 중 ESS 포트의 인덕터 Ln 와 결합될 수 있다. 즉, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)는 ESS 포트 인덕터로 결정되는 ESS 포트의 인덕터(Ln)를 선택적으로 활성화/비활성화 하는 역할을 할 수 있다.In addition, the ESS stage 3-leg
ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)는, 3개의 상단 스위치(P1, P3, P5)와, 3개의 하단 스위치(P2, P4, P6)를 포함하여 구성될 수 있다.The ESS stage 3-leg
입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)와 ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)는, 멀티포트 DAB컨버터(310)의 mode 전환에 따라, 스위치들(S1~S6, P1~P6)에 대한 규정된 On/Off 동작을 하여, 부하 포트로의 전력 공급이 원활하게 이루어지도록 지원할 수 있다.The input stage 3-leg
Grid Connected Mode에서, 입력 포트인 Port 1에 결합되는 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)는 On 동작하고, ESS 포트인 Port 4에 결합되는 ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)는 Off 동작하여, Port 1에서, 부하 포트인 Port 2, 3, 4 각각으로 전력 공급이 이루어지도록 할 수 있다.In Grid Connected Mode, the input 3-leg full-
Islanding Mode에서, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)는 Off 동작하고, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)는 On 동작하여, ESS 포트를 통해 ESS로부터, 부하 포트인 Port 2, 3로 전력 공급이 이루어지도록 할 수 있다.In Islanding Mode, the input stage 3-leg
보다 구체적으로, Grid Connected Mode 일 때, 상기 입력 포트에서 상기 n개의 부하 포트로의 전력 전달시 전력 동조화 현상을 방지하기 위해, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)는, 스위치 S1, S6와 스위치 S2, S5를 상보적으로 On/Off 동작하고, 스위치 S3, S4를 Off로 유지 함으로써, 상기 인덕터 L1을 비활성화할 수 있다. 인덕터 L1의 비활성화를 통해, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)는 On 동작할 수 있다.More specifically, in Grid Connected Mode, in order to prevent a power synchronization phenomenon when power is transferred from the input port to the n load ports, the input 3-leg
입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)는, 스위치 S1, S6와 스위치 S2, S5를 서로 토글(toggle) 시켜 On/Off 동작하고, 스위치 S3, S4를 Off 동작하여, Grid Connected Mode 시의 전력 동조화 현상을 억제 할 수 있다.The input 3-leg
또한, Grid Connected Mode 일 때, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)는, 스위치 P1, P2를 off로 유지하고, 스위치 P3, P4, P5, P6를 상보적으로 On/Off 동작 함으로써, 상기 인덕터 Ln을 활성화 할 수 있다. 인덕터 Ln의 활성화를 통해, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)는 Off 동작할 수 있다.In addition, when in the Grid Connected Mode, the ESS stage 3-leg
즉, Grid Connected Mode에서, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)는 인덕터 L1을 비활성화하여 Off 동작하고, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)는, 인덕터 L4를 활성화하여 On 동작 함으로써, 상기 입력 포트에서 상기 n개의 부하 포트로의 전력 전달시 전력 동조화 현상을 방지할 수 있다.That is, in the Grid Connected Mode, the input stage 3-leg
전력 동조화 현상은 멀티포트 DAB컨버터(310)가 구조적으로 하나의 변압기에 여러 포트가 연결되고 있어, 권선 간 커플링 현상으로 인해 의도하지 않은 전력을 발생시켜 시스템의 다이내믹 반응성을 감소시키고 출력 전압 제어를 어렵게 만드는 현상을 지칭할 수 있다.The power synchronization phenomenon is that the multiport DAB converter 310 structurally connects several ports to one transformer, and generates unintended power due to coupling between windings, reducing the dynamic response of the system and controlling the output voltage. It can refer to a phenomenon that makes it difficult.
또한, 입력 포트에 폴트(Fault)가 발생하는 Islanding Mode 일 때, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)는, 상기 인덕터 L1을 활성화하여 전력 전달 경로를 형성 함으로써, 상기 폴트로부터 전력 장치를 보호할 수 있다.In addition, in islanding mode in which a fault occurs at the input port, the input 3-leg
입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)는, 스위치 S2, S4를 On으로 유지하고, 스위치 S1, S3, S5, S6을 Off로 유지 함으로써, 상기 인덕터 L1을 활성화 할 수 있다.The input 3-leg
또한, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)는, 스위치 P3, P4를 off로 유지하고, 스위치 P1, P2, P5, P6를 상보적으로 On/Off 동작 함으로써, 상기 인덕터 Ln을 비활성화할 수 있다.In addition, the ESS stage 3-leg
ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)는, 비활성화되는 인덕터 Ln 을 ESS 부하 포트로 정함으로써, ESS 포트 인덕터 Ln에 저장되는 전력이, 나머지의 부하 포트로 전달되도록 할 수 있다.The ESS stage 3-leg
3-레그 DAB 컨버터(300)는 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터(320)의 Off 동작과, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터(330)의 On 동작을 통해, Islanding Mode 시 EES 포트 인덕터로부터, 이전에 생산되어 저장했던 전력을 공급해 에너지 효율을 높일 수 있다.The 3-
본 발명의 일실시예에 따르면, 폴트(Fault) 상황에 대응 가능하고, 릴레이나 추가적인 컨버터 회로 없이 전력 비동조화가 적용된 멀티포트 컨버터 토폴로지를 구현하는, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 및 멀티포트 컨버터 운영방법을 제공 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a multiport converter to which a 3-leg full bridge converter is applied, capable of responding to a fault situation, and implementing a multiport converter topology to which power desynchronization is applied without a relay or an additional converter circuit, and Multiport converter operation method can be provided.
또한, 본 발명에 의해서는, 추가적인 회로나 컨버터 없이 3-Legs Full-Bridge 형태로 스위칭 Modulation을 통해 전력 비동조화 현상을 달성 할 수 있다.In addition, according to the present invention, power decoupling can be achieved through switching modulation in the form of 3-legs full-bridge without additional circuits or converters.
또한, 본 발명에 의해서는, 기계적인 소자인 릴레이 회로 및 추가 컨버터 부착 없이, Full-Bridge 구조 형태로 높은 전력 밀도를 달성 할 수 있다.In addition, according to the present invention, high power density can be achieved in the form of a Full-Bridge structure without attaching a relay circuit and an additional converter, which are mechanical elements.
또한, 본 발명에 의해서는, 3-Legs DAB 컨버터를 통해 Grid Connected Mode와 Islanding Mode에서 전력 비동조화 현상을 달성하여, 시스템의 안정도를 향상 할 수 있다.In addition, according to the present invention, the stability of the system can be improved by achieving the power decoupling phenomenon in Grid Connected Mode and Islanding Mode through the 3-Legs DAB converter.
또한, 본 발명에 의해서는, Full-Bridge와 동일한 구조로 제어 자유도가 같으며 ZVS를 달성 할 수 있다.In addition, according to the present invention, the degree of freedom of control is the same with the same structure as the Full-Bridge, and ZVS can be achieved.
또한, 본 발명에 의해서는, QAB 컨버터에 적용된 Port1과 Port4의 3-Legs DAB 컨버터의 Switching Modulation을 통해, Fault 사고에서도 장치 보호 및 일정하게 부하로 전력을 공급 할 수 있다.In addition, according to the present invention, through switching modulation of the 3-legs DAB converter of Port1 and Port4 applied to the QAB converter, it is possible to protect the device and supply power to the load constantly even in the event of a fault.
또한, 본 발명에 의해서는, 스위치와 인덕터의 LC 공진에 대한 영향을 적게 발생 할 수 있다.In addition, according to the present invention, the effect on the LC resonance of the switch and the inductor can be reduced.
도 4는 QAB 컨버터를 예시하여 설명하기 위한 도이다.4 is a diagram for explaining a QAB converter by way of example.
도 4(a)에서는 양방향 전력 전달이 가능한 Dual-Active-Bridge(DAB) 컨버터에서, 다수의 포트를 갖도록 확장된 멀티포트 컨버터인 Quad-Active-Bridge(QAB) 컨버터를 나타낸다.4 (a) shows a Quad-Active-Bridge (QAB) converter, which is a multiport converter that is extended to have a plurality of ports in a Dual-Active-Bridge (DAB) converter capable of bidirectional power transfer.
도 4(b)에서는 입력 포트인 포트 1과 ESS 포트인 포트 4 각각에 3-Legs Full Bridge 회로(410, 420)를 적용하여 개선시킨 QAB 컨버터를 나타낸다.4(b) shows an improved QAB converter by applying 3-legs
포트 1에 적용되는 3-Legs Full Bridge 회로(410)는 상하단의 스위치 각 3개 S1, S3, S5 / S2, S4, S6을 포함하여 구성할 수 있다.The 3-Legs
포트 4에 적용되는 3-Legs Full Bridge 회로(420)는 상하단의 스위치 각 3개 P1, P3, P5 / P2, P4, P6을 포함하여 구성할 수 있다.The 3-Legs
QAB 컨버터는, 양방향 전력전달이 가능한 전력변환 토폴로지로서, 다양한 분산전원, 에너지저장장치(ESS), 태양광(PV)와 같은 신재생에너지 등의 다른 부하들과 연결이 가능하다.The QAB converter is a power conversion topology capable of bidirectional power transmission, and can be connected to other loads such as various distributed power sources, energy storage systems (ESS), and renewable energy such as solar power (PV).
QAB 컨버터는, 부하의 갑작스러운 전력 변환이 생기더라도 인덕터를 선택적으로 동작하도록 만든 비동조화 구조가 적용되었기 때문에, 다른 분산 전원 포트에 영향을 미치지 않으므로 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.Since the QAB converter adopts a non-coupling structure that allows the inductor to selectively operate even if a sudden power conversion of the load occurs, the stability of the system can be improved because it does not affect other distributed power ports.
도 5는 3-레그 DAB 컨버터를 예시하여 설명하기 위한 도이다.5 is a diagram for explaining a 3-leg DAB converter by way of example.
도 5와 같이, 본 발명에 따른 3-레그 DAB 컨버터(300)는, 폴트(Fault)에 대응 가능한 토폴로지를 구현하기 위해, 3-Legs Full Bridge 회로(510, 520)를 입력 포트(Port 1)와 부하 포트 중 ESS 포트(Port 4) 각각에 적용할 수 있다.As shown in FIG. 5, the 3-
3-레그 DAB 컨버터(300)는 추가적인 회로나 컨버터 없이, 3-Legs Full-Bridge 형태로 스위칭 Modulation을 통해 전력 비동조화 현상을 달성할 수 있다.The 3-
3-레그 DAB 컨버터(300)는, Common Leg 없이 Full Bridge와 동일한 형태로 동작하여, DoF(Degree of Freedom, 6축 자유도) 역시 동일할 수 있다.The 3-
3-레그 DAB 컨버터(300)는, Full Bridge 형태이기 때문에 사용되는 스위치로 ZVS(Zero Voltage Switching)를 달성할 수 있다.Since the 3-
ZVS는 높은 입력전압과 스위칭 주파수에서 스위치의 손실을 줄일 수 있는 한 가지 솔루션일수 있다.ZVS may be one solution to reduce losses in switches at high input voltages and switching frequencies.
도 6은 포트 1에서의 스위칭 Modulation을 나타낸다.6 shows switching modulation at
도 6(a)는 Grid-Connected Mode에서의 스위칭 Modulation을 보여준다.6(a) shows switching modulation in Grid-Connected Mode.
Grid-Connected Mode에서, 포트 1에 적용되는 3-Legs Full Bridge 회로의 스위치 S1/S6와 S2/S5는 상보적으로 On/Off 동작을 토글하며 수행하고, 스위치 S3/S4는 0(off)를 유지할 수 있다.In Grid-Connected Mode, switches S1/S6 and S2/S5 of the 3-Legs Full Bridge circuit applied to
도 6(b)는 Islanding Mode에서의 스위칭 Modulation을 보여준다.6(b) shows switching modulation in islanding mode.
Islanding Mode에서, 포트 1에 적용되는 3-Legs Full Bridge 회로의 스위치 S2/S4는 1(on)을 유지하고, S1/S3/S5/S6은 0(off)를 유지할 수 있다.In Islanding Mode, switches S2/S4 of the 3-Legs Full Bridge circuit applied to
3-레그 DAB 컨버터(300)는 Grid-Connected Mode와 Islanding Mode에 맞게, 도 6과 같이 스위칭 On/Off를 조절하여 전력 비동조화 현상을 달성할 수 있다.The 3-
도 7은 인덕터와 스위치와의 병렬회로를 설명하기 위한 도이다.7 is a diagram for explaining a parallel circuit of an inductor and a switch.
인덕터와 스위치와의 병렬회로에서는, 스위치를 On 하면 인덕터는 비활성(Off)되고, 반대로 스위치를 Off 하면 인덕터는 활성(On) 될 수 있다.In a parallel circuit between an inductor and a switch, when the switch is turned on, the inductor is deactivated (off), and when the switch is turned off, the inductor is activated (on).
인덕터와 스위치와의 병렬회로는, 도 7과 같이 인덕터와 스위치 2개를 병렬로 만들어 인덕터를 활성/비활성 하고 있다.In the parallel circuit of the inductor and the switch, as shown in FIG. 7, the inductor and the switch are made in parallel to activate/deactivate the inductor.
3-레그 DAB 컨버터(300)는, 이러한 인덕터와 스위치와의 병렬회로를 활용하여, 공진에 대한 영향을 적게 할 수 있다.The 3-
도 8은 3-레그 DAB 컨버터의, Grid Connected Mode에서의 동작을 설명하기 위한 도이다.8 is a diagram for explaining the operation of a 3-leg DAB converter in Grid Connected Mode.
도 8에 도시한 바와 같이, Grid Connected Mode에서, 3-레그 DAB 컨버터(300)는, Input Port인 Port 1에 적용되는 3-Legs Full Bridge 회로를 On 동작하고, EES Port인 Port 4에 적용되는 3-Legs Full Bridge 회로를 off 동작 함으로써, Port 1에서, Port 2, 3로 전력 공급이 이루어지도록 할 수 있다.As shown in FIG. 8, in the Grid Connected Mode, the 3-
이때, Port 1의 인덕터 L1은 비활성화되고, Port 4의 인덕터 L4는 활성화되어, 입력 포트에서 부하 포트로 전력 공급이 이루어지도록 할 수 있다.At this time, the inductor L 1 of
도 9는 Grid Connected Mode 일 때의 Port 1과 Port 4의 스위칭 모듈레이션을 설명하기 위한 도이다.9 is a diagram for explaining switching modulation of
Grid Connected Mode일 때, 전력은 Port 1에서 나머지 Port 2, 3, 4로 흐른다.In Grid Connected Mode, power flows from
3-레그 DAB 컨버터(300)는, Port 1에 대해 스위치 S3과 S4를 Off 시켜 인덕터 L1을 비활성화하고, 나머지 스위치 S1, S2, S5, S6를 상보적으로 동작을 하여 전력을 부하 포트로 전달한다.The 3-
3-레그 DAB 컨버터(300)는, Port 4에 대해 스위치 P1과 P2를 off 시켜 인덕터 L4 를 활성화하고, 나머지 스위치 P3, P4, P5, P6을 상보적으로 동작하여 전력이 전달되도록 할 수 있다.The 3-
3-레그 DAB 컨버터(300)는, Port 2와 Port 3에 대해, 기존의 DAB 컨버터와 동일하게 스위치 4개로 상보적인 On/Off 동작을 수행할 수 있다.The 3-
도 10은 3-레그 DAB 컨버터의, Islanding Mode에서의 동작을 설명하기 위한 도이다.10 is a diagram for explaining the operation of a 3-leg DAB converter in islanding mode.
Islanding Mode에서, Input Port인 Port 1은 사고(accident) 등으로 폴트가 발생하여 입력 전압 Vin이 0인 상태이다.In Islanding Mode,
3-레그 DAB 컨버터(300)는, Input Port인 Port 1에 적용되는 3-Legs Full Bridge 회로를 Off 동작하고, EES Port인 Port 4에 적용되는 3-Legs Full Bridge 회로를 on 동작시켜, EES Port를 통해 ESS로부터, Port 2, 3로 전력 공급이 이루어지도록 할 수 있다.The 3-
도 11은 Islanding Mode일 때의 Port 1과 Port 4의 스위칭 모듈레이션을 설명하기 위한 도이다.11 is a diagram for explaining switching modulation of
Islanding Mode 일 때, 3-레그 DAB 컨버터(300)는, 포트 1에 대해, 스위치 S2, S4만 On 동작하고 나머지 스위치 S1, S3, S5, S6을 Off 동작하여, 인덕터 L1을 활성화하여 전력 전달 Path를 형성할 수 있다.In the islanding mode, the 3-
3-레그 DAB 컨버터(300)는, 포트 4에 대해 스위치 P3와 P4를 Off 동작하여 인덕터 L4를 비활성화하고, 스위치 P1, P2, P5, P6를 상보적인 동작하여 전력이 전달되도록 할 수 있다.The 3-
도 12는 3-레그 DAB 컨버터의 실험 사진이다.12 is an experimental photograph of a 3-leg DAB converter.
도 12에서는 3-Legs DAB 컨버터(300)에 관한 시뮬레이션 회로도를 예시한다.12 illustrates a simulation circuit diagram of the 3-
3-레그 DAB 컨버터(300)는 총 2개의 Full-Bridge 포트, 2개의 3-Legs Full Bridge 컨버터 포트, 1개의 변압기를 포함하여 회로를 구성할 수 있다.The 3-
표 1에서는 3-레그 DAB 컨버터(300)의 시뮬레이션 스펙을 정리한다.Table 1 summarizes the simulation specifications of the 3-
도 13은 3-레그 DAB 컨버터의 시뮬레이션 파형도이다.13 is a simulation waveform diagram of a 3-leg DAB converter.
도 13에서는, Grid Connected Mode에서의, 3-레그 DAB 컨버터(300)의 시뮬레이션 파형을 보여준다.13 shows simulation waveforms of the 3-
도 13에서, 실선은 포트 1을, 점선은 로드 1을, 굵은 실선은 로드 2를, 굵은 점선은 ESS를 나타낸다.In FIG. 13 , the solid line indicates
3-레그 DAB 컨버터(300)는, Input Port 1으로부터 3개의 다른 부하 포트로, 각 1kW씩 총 3kW 전력을 전달할 수 있다.The 3-
Input Port 1의 인덕터 전류는 인덕터와 스위치를 병렬로 연결되었을 때 보다, LC 공진에 대한 영향이 적어, 파형이 깨짐 없이 나타날 수 있다.The inductor current of
도 14는 3-레그 DAB 컨버터에 의한 전력 비동조화를 확인하기 위한 도이다.14 is a diagram for confirming power desynchronization by a 3-leg DAB converter.
도 14(a)에 의해서는 Grid-Connected Mode에서의, Step Load시 전력 비동조화를 확인할 수 있다.14(a), power decoupling during step load in Grid-Connected Mode can be confirmed.
도 14(b)에 의해서는 Islanding Mode에서의, Step Load시 전력 비동조화를 확인할 수 있다.14(b), power decoupling during step load in islanding mode can be confirmed.
도 14에서는 Load1 부하를 1 kW에서 500 W, 및 500W에서 1kW로 변동시 다른 부하로의 영향을 확인한다.In FIG. 14, when the Load1 load is changed from 1 kW to 500 W and from 500 W to 1 kW, the effect of other loads is confirmed.
Step Load는 특정 부하가 흐르다 특정 시간이 되면 부하의 크기가 변동하는 시뮬레이션이다.Step Load is a simulation in which the size of a load fluctuates at a specific time after a specific load flows.
도 14에서 Load1의 부하를 1kW에서 500W와 500W에서 1kW로 변경하는 시뮬레이션을 하였지만 Load2의 출력전압은 변동없이 일정함을 확인할 수 있다. In FIG. 14, simulation was performed to change the load of Load1 from 1kW to 500W and from 500W to 1kW, but it can be seen that the output voltage of Load2 is constant without fluctuation.
이하, 도 15에서는 본 발명의 실시예들에 따른 3-레그 DAB 컨버터(300)의 운영 흐름을 상세히 설명한다.Hereinafter, an operating flow of the 3-
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 운영 방법을 도시한 흐름도이다.15 is a flowchart illustrating a method of operating a multiport converter to which a 3-leg full bridge converter is applied according to an embodiment of the present invention.
3-레그 DAB 컨버터(300)에서, 입력 포트와, n개(상기 n은 2 이상의 자연수)의 부하 포트를 포함하여 구성하는 멀티포트 DAB컨버터를 마련한다(1510). 여기서, 입력 포트는 컨버터의 1차측을 의미하고, 부하 포트는 컨버터의 2차측을 의미할 수 있다.In the 3-
멀티포트 DAB컨버터는, 상기 n이 3일 TAB(Triple-Active-Bridge)컨버터로 동작하고, 상기 n이 4일 때 QAB(Quadruple-Active-Bridge)컨버터로 동작할 수 있다.The multiport DAB converter operates as a triple-active-bridge (TAB) converter when n is 3, and operates as a quadruple-active-bridge (QAB) converter when n is 4.
상기 n이 4일 때의 멀티포트 DAB컨버터는 입력 포트에 1차측 인덕터(L1)를 포함 할 수 있다.The multiport DAB converter when n is 4 may include a primary inductor (L 1 ) at an input port.
상기 n이 4일 때의 멀티포트 DAB컨버터는 3개의 부하 포트를 구비하고, 이들 3개의 부하 포트 각각으로 2차측 인덕터(L2, L3, L4)를 포함할 수 있다. 또한, 멀티포트 DAB컨버터는 3개의 부하 포트 중 최하단에 배치되는 ESS 포트의 2차측 인덕터(L4)를 ESS 포트 인덕터로 결정 함으로써, 입력 포트에 폴트가 발생하는 Islanding Mode 동작 시, 상기 결정된 ESS 포트 인덕터를 통해 ESS(Energy Storage System)로부터 전력을 공급받는 나머지 부하 포트로 전력 공급이 이루어지도록 할 수 있다.The multiport DAB converter when n is 4 may include three load ports, and each of the three load ports may include secondary inductors L 2 , L 3 , and L 4 . In addition, the multi-port DAB converter determines the secondary side inductor (L 4 ) of the ESS port disposed at the bottom among the three load ports as the ESS port inductor, and when operating in Islanding Mode in which a fault occurs in the input port, the determined ESS port Power may be supplied to the remaining load ports receiving power from an ESS (Energy Storage System) through the inductor.
또한, 3-레그 DAB 컨버터(300)에서, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터를, 상기 입력 포트의 인덕터 L1과 결합한다(1520). 단계(1520)은 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터를, 멀티포트 DAB컨버터의 입력 포트에서, 1차측 인덕터(L1)와 병렬적으로 결합하여 배치하는 과정일 수 있다.In addition, in the 3-
입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터는, 3개의 상단 스위치(S1, S3, S5)와, 3개의 하단 스위치(S2, S4, S6)를 포함하여 구성될 수 있다.The input stage 3-leg full bridge converter may include three upper switches (S1, S3, and S5) and three lower switches (S2, S4, and S6).
또한, 3-레그 DAB 컨버터(300)에서, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터를, 상기 n개의 부하 포트 중 ESS 포트의 인덕터 Ln 와 결합한다(1530). 단계(1530)는, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터를 통해, ESS 포트 인덕터로 결정되는 ESS 포트의 인덕터(Ln)를 선택적으로 활성화/비활성화 하는 과정일 수 있다.In addition, in the 3-
ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터는, 3개의 상단 스위치(P1, P3, P5)와, 3개의 하단 스위치(P2, P4, P6)를 포함하여 구성될 수 있다.The ESS stage 3-leg full bridge converter may include three upper switches (P1, P3, P5) and three lower switches (P2, P4, P6).
입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터와 ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터는, 멀티포트 DAB컨버터의 mode 전환에 따라, 스위치들(S1~S6, P1~P6)에 대한 규정된 On/Off 동작을 하여, 부하 포트로의 전력 공급이 원활하게 이루어지도록 지원할 수 있다.The input stage 3-leg full bridge converter and the ESS stage 3-leg full bridge converter perform the prescribed On/Off operation for the switches (S1~S6, P1~P6) according to the mode conversion of the multiport DAB converter, It is possible to support smooth power supply to the load port.
Grid Connected Mode에서, 입력 포트인 Port 1에 결합되는 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터는 On 동작하고, ESS 포트인 Port 4에 결합되는 ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터는 Off 동작하여, Port 1에서, 부하 포트인 Port 2, 3, 4 각각으로 전력 공급이 이루어지도록 할 수 있다.In Grid Connected Mode, the input 3-leg full-bridge converter coupled to
Islanding Mode에서, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터는 Off 동작하고, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터는 On 동작하여, ESS 포트를 통해 ESS로부터, 부하 포트인 Port 2, 3로 전력 공급이 이루어지도록 할 수 있다.In Islanding Mode, the 3-leg full bridge converter at the input stage is off and the 3-leg full bridge converter at the ESS stage is on, so that power is supplied from the ESS through the ESS port to
보다 구체적으로, Grid Connected Mode 일 때, 상기 입력 포트에서 상기 n개의 부하 포트로의 전력 전달시 전력 동조화 현상을 방지하기 위해, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터는, 스위치 S1, S6와 스위치 S2, S5를 상보적으로 On/Off 동작하고, 스위치 S3, S4를 Off로 유지 함으로써, 상기 인덕터 L1을 비활성화할 수 있다. 인덕터 L1의 비활성화를 통해, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터는 On 동작할 수 있다.More specifically, in Grid Connected Mode, in order to prevent power synchronization when power is transferred from the input port to the n load ports, the input 3-leg full bridge converter includes switches S1 and S6 and switches S2 and S5 The inductor L 1 may be deactivated by performing On/Off operations complementaryly and maintaining the switches S3 and S4 at off positions. Through inactivation of the inductor L 1 , the input stage 3-leg full bridge converter can operate on.
입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터는, 스위치 S1, S6와 스위치 S2, S5를 서로 토글시켜 On/Off 동작하고, 스위치 S3, S4를 Off 동작하여, Grid Connected Mode 시의 전력 동조화 현상을 억제 할 수 있다.The input stage 3-leg full bridge converter operates On/Off by toggling switches S1 and S6 and switches S2 and S5, and operates switches S3 and S4 Off, thereby suppressing the power synchronization phenomenon in Grid Connected Mode. .
또한, Grid Connected Mode 일 때, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터는, 스위치 P1, P2를 off로 유지하고, 스위치 P3, P4, P5, P6를 상보적으로 On/Off 동작 함으로써, 상기 인덕터 Ln을 활성화 할 수 있다. 인덕터 Ln의 활성화를 통해, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터는 Off 동작할 수 있다.In addition, when in Grid Connected Mode, the ESS stage 3-leg full bridge converter maintains switches P1 and P2 off, and operates switches P3, P4, P5, and P6 complementary to each other, thereby reducing the inductor L n can be activated. Through the activation of the inductor L n , the ESS stage 3-leg full bridge converter can operate off.
즉, Grid Connected Mode에서, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터는 인덕터 L1을 비활성화하여 Off 동작하고, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터는, 인덕터 L4를 활성화하여 On 동작 함으로써, 상기 입력 포트에서 상기 n개의 부하 포트로의 전력 전달시 전력 동조화 현상을 방지할 수 있다.That is, in the Grid Connected Mode, the input 3-leg full-bridge converter deactivates the inductor L 1 to operate off, and the ESS stage 3-leg full-bridge converter activates the inductor L 4 to operate on, thereby When power is delivered to n load ports, a power synchronization phenomenon can be prevented.
전력 동조화 현상은 멀티포트 DAB컨버터가 구조적으로 하나의 변압기에 여러 포트가 연결되고 있어, 권선 간 커플링 현상으로 인해 의도하지 않은 전력을 발생시켜 시스템의 다이내믹 반응성을 감소시키고 출력 전압 제어를 어렵게 만드는 현상을 지칭할 수 있다.The power synchronization phenomenon is a phenomenon in which multiple ports are structurally connected to one transformer in a multiport DAB converter, and unintended power is generated due to coupling between windings, reducing the dynamic response of the system and making it difficult to control the output voltage. can refer to
또한, 입력 포트에 폴트(Fault)가 발생하는 Islanding Mode 일 때, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터는, 상기 인덕터 L1을 활성화하여 전력 전달 경로를 형성 함으로써, 상기 폴트로부터 전력 장치를 보호할 수 있다.In addition, in islanding mode in which a fault occurs at the input port, the input 3-leg full bridge converter activates the inductor L 1 to form a power transmission path, thereby protecting the power device from the fault. .
입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터는, 스위치 S2, S4를 On으로 유지하고, 스위치 S1, S3, S5, S6을 Off로 유지 함으로써, 상기 인덕터 L1을 활성화 할 수 있다.In the input stage 3-leg full bridge converter, the inductor L 1 may be activated by maintaining switches S2 and S4 at On and maintaining switches S1, S3, S5 and S6 at Off.
또한, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터는, 스위치 P3, P4를 off로 유지하고, 스위치 P1, P2, P5, P6를 상보적으로 On/Off 동작 함으로써, 상기 인덕터 Ln을 비활성화할 수 있다.In addition, in the ESS stage 3-leg full bridge converter, the inductor L n may be deactivated by holding switches P3 and P4 off and complementary On/Off operations of switches P1, P2, P5, and P6.
ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터는, 비활성화되는 인덕터 Ln 을 ESS 부하 포트로 정함으로써, ESS 포트 인덕터 Ln에 저장되는 전력이, 나머지의 부하 포트로 전달되도록 할 수 있다.In the ESS stage 3-leg full-bridge converter, power stored in the ESS port inductor L n may be transferred to the remaining load ports by setting the deactivated inductor L n as the ESS load port.
3-레그 DAB 컨버터(300)는 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터의 Off 동작과, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터의 On 동작을 통해, Islanding Mode 시 EES 포트 인덕터로부터, 이전에 생산되어 저장했던 전력을 공급해 에너지 효율을 높일 수 있다.The 3-
본 발명의 일실시예에 따르면, 폴트(Fault) 상황에 대응 가능하고, 릴레이나 추가적인 컨버터 회로 없이 전력 비동조화가 적용된 멀티포트 컨버터 토폴로지를 구현하는, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 및 멀티포트 컨버터 운영방법을 제공 할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, a multiport converter to which a 3-leg full bridge converter is applied, capable of responding to a fault situation, and implementing a multiport converter topology to which power desynchronization is applied without a relay or an additional converter circuit, and Multiport converter operation method can be provided.
또한, 본 발명에 의해서는, 추가적인 회로나 컨버터 없이 3-Legs Full-Bridge 형태로 스위칭 Modulation을 통해 전력 비동조화 현상을 달성 할 수 있다.In addition, according to the present invention, power decoupling can be achieved through switching modulation in the form of 3-legs full-bridge without additional circuits or converters.
또한, 본 발명에 의해서는, 기계적인 소자인 릴레이 회로 및 추가 컨버터 부착 없이, Full-Bridge 구조 형태로 높은 전력 밀도를 달성 할 수 있다.In addition, according to the present invention, high power density can be achieved in the form of a Full-Bridge structure without attaching a relay circuit and an additional converter, which are mechanical elements.
또한, 본 발명에 의해서는, 3-Legs DAB 컨버터를 통해 Grid Connected Mode와 Islanding Mode에서 전력 비동조화 현상을 달성하여, 시스템의 안정도를 향상 할 수 있다.In addition, according to the present invention, the stability of the system can be improved by achieving the power decoupling phenomenon in Grid Connected Mode and Islanding Mode through the 3-Legs DAB converter.
또한, 본 발명에 의해서는, Full-Bridge와 동일한 구조로 제어 자유도가 같으며 ZVS를 달성 할 수 있다.In addition, according to the present invention, the degree of freedom of control is the same with the same structure as the Full-Bridge, and ZVS can be achieved.
또한, 본 발명에 의해서는, QAB 컨버터에 적용된 Port1과 Port4의 3-Legs DAB 컨버터의 Switching Modulation을 통해, Fault 사고에서도 장치 보호 및 일정하게 부하로 전력을 공급 할 수 있다.In addition, according to the present invention, through switching modulation of the 3-legs DAB converter of Port1 and Port4 applied to the QAB converter, it is possible to protect the device and supply power to the load constantly even in the event of a fault.
또한, 본 발명에 의해서는, 스위치와 인덕터의 LC 공진에 대한 영향을 적게 발생 할 수 있다.In addition, according to the present invention, the effect on the LC resonance of the switch and the inductor can be reduced.
실시예에 따른 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 운영 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드 뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The multi-port converter operating method to which the 3-leg full bridge converter according to the embodiment is applied may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. Program commands recorded on the medium may be specially designed and configured for the embodiment or may be known and usable to those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic media such as floptical disks. - includes hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter, as well as machine language codes such as those produced by a compiler. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 운영 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.Software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the foregoing, which configures a processing device to operate as desired or processes independently or collectively. The device can be commanded. Software and/or data may be any tangible machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device, intended to be interpreted by or provide instructions or data to a processing device. , or may be permanently or temporarily embodied in a transmitted signal wave. The software may be distributed on networked computer systems and stored or executed as a multiport converter operating method applied to a distributed 3-leg full bridge converter. Software and data may be stored on one or more computer readable media.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 운영 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 운영 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described with limited drawings, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques are performed in a different order than the described multiport converter operating method to which the three-leg full bridge converter is applied, and/or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. - Appropriate results can be achieved even if the leg full bridge converter is combined or combined in a different form from the multiport converter operating method, or replaced or substituted by other components or equivalents.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims are within the scope of the following claims.
300 : 3-레그 DAB 컨버터
310 : 멀티포트 DAB컨버터
320 : 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터
330 : ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터300 : 3-Leg DAB Converter
310: multiport DAB converter
320: input stage 3-leg full bridge converter
330: ESS stage 3-leg full bridge converter
Claims (13)
상기 인덕터 L1과 병렬로 결합되고, 3개의 상단 스위치(S1, S3, S5)와, 3개의 하단 스위치(S2, S4, S6)를 포함하여 구성되는 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터; 및
상기 n개의 부하 포트 중 최하단에 배치되는 ESS 포트의 인덕터 Ln 와 병렬로 결합되고, 3개의 상단 스위치(P1, P3, P5)와, 3개의 하단 스위치(P2, P4, P6)를 포함하여 구성되는 ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터
를 포함하고,
Grid Connected Mode 일 때, 상기 입력 포트에서 상기 n개의 부하 포트로의 전력 전달시 전력 동조화 현상을 방지하기 위해,
상기 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터는,
스위치 S1, S6와 스위치 S2, S5를 상보적으로 On/Off 동작하고, 스위치 S3, S4를 Off로 유지 함으로써, 상기 인덕터 L1을 비활성화하고,
상기 ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터는,
스위치 P1, P2를 off로 유지하고, 스위치 P3, P4, P5, P6를 상보적으로 On/Off 동작 함으로써, 상기 인덕터 Ln을 활성화하는,
3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터.A multiport DAB converter including an input port including a primary inductor L 1 and n load ports each including secondary inductors L 2 to L n (where n is a natural number equal to or greater than 2);
An input stage 3-leg full bridge converter coupled in parallel with the inductor L 1 and including three upper switches (S1, S3, and S5) and three lower switches (S2, S4, and S6); and
It is coupled in parallel with the inductor L n of the ESS port disposed at the bottom of the n load ports and includes three upper switches (P1, P3, P5) and three lower switches (P2, P4, P6) ESS stage 3-leg full bridge converter
including,
In Grid Connected Mode, in order to prevent power synchronization when power is transferred from the input port to the n load ports,
The input stage 3-leg full bridge converter,
Switches S1 and S6 and switches S2 and S5 are operated on/off complementarily, and switches S3 and S4 are kept off to disable the inductor L 1 ,
The ESS stage 3-leg full bridge converter,
The inductor L n is activated by holding the switches P1 and P2 off and turning on / off the switches P3, P4, P5, and P6 complementarily,
Multiport converter with 3-leg full bridge converter.
상기 입력 포트에 폴트(Fault)가 발생하는 Islanding Mode 일 때,
상기 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터는,
상기 인덕터 L1을 활성화하여 전력 전달 경로를 형성 함으로써, 상기 폴트로부터 전력 장치를 보호하는,
3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터.According to claim 1,
In islanding mode where a fault occurs in the input port,
The input stage 3-leg full bridge converter,
Protecting the power device from the fault by activating the inductor L 1 to form a power transmission path,
Multiport converter with 3-leg full bridge converter.
상기 입력 포트에 폴트(Fault)가 발생하는 Islanding Mode 일 때,
상기 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터는,
스위치 S2, S4를 On으로 유지하고, 스위치 S1, S3, S5, S6을 Off로 유지 함으로써, 상기 인덕터 L1을 활성화하고,
상기 ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터는,
스위치 P3, P4를 off로 유지하고, 스위치 P1, P2, P5, P6를 상보적으로 On/Off 동작 함으로써, 상기 인덕터 Ln을 비활성화하는,
3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터.According to claim 1,
In islanding mode where a fault occurs in the input port,
The input stage 3-leg full bridge converter,
The inductor L 1 is activated by holding the switches S2 and S4 ON and the switches S1, S3, S5 and S6 OFF,
The ESS stage 3-leg full bridge converter,
Deactivating the inductor L n by holding the switches P3 and P4 off and complementary On/Off operations of the switches P1, P2, P5, and P6,
Multiport converter with 3-leg full bridge converter.
상기 멀티포트 DAB컨버터는,
상기 n이 3일 때 TAB(Triple-Active-Bridge)컨버터로 동작하고, 상기 n이 4일 때 QAB(Quadruple-Active-Bridge)컨버터로 동작하는,
3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터.According to claim 1,
The multiport DAB converter,
When n is 3, it operates as a TAB (Triple-Active-Bridge) converter, and when n is 4, it operates as a QAB (Quadruple-Active-Bridge) converter.
Multiport converter with 3-leg full bridge converter.
상기 인덕터 L1에, 3개의 상단 스위치(S1, S3, S5)와, 3개의 하단 스위치(S2, S4, S6)를 포함하여 구성되는, 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터를 병렬로 결합하는 단계;
상기 n개의 부하 포트 중 최하단에 배치되는 ESS 포트의 인덕터 Ln에, 3개의 상단 스위치(P1, P3, P5)와, 3개의 하단 스위치(P2, P4, P6)를 포함하여 구성되는, ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터를 병렬로 결합하는 단계;
Grid Connected Mode 일 때, 상기 입력 포트에서 상기 n개의 부하 포트로의 전력 전달시 전력 동조화 현상을 방지하기 위해,
상기 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터에서, 스위치 S1, S6와 스위치 S2, S5를 상보적으로 On/Off 동작하고, 스위치 S3, S4를 Off로 유지 함으로써, 상기 인덕터 L1을 비활성화하는 단계; 및
상기 ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터에서, 스위치 P1, P2를 off로 유지하고, 스위치 P3, P4, P5, P6를 상보적으로 On/Off 동작 함으로써, 상기 인덕터 Ln을 활성화하는 단계
를 포함하는, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 운영 방법.A multiport DAB converter configured by including an input port including a primary inductor L 1 and n load ports each including secondary inductors (L 2 to L n ) (where n is a natural number equal to or greater than 2) is provided. doing;
coupling an input stage 3-leg full bridge converter in parallel to the inductor L 1 , including three upper switches (S1, S3, and S5) and three lower switches (S2, S4, and S6);
An ESS stage composed of three upper switches (P1, P3, P5) and three lower switches (P2, P4, P6) in the inductor L n of the ESS port disposed at the bottom among the n load ports. combining three-leg full bridge converters in parallel;
In Grid Connected Mode, in order to prevent power synchronization when power is transferred from the input port to the n load ports,
Deactivating the inductor L 1 by turning on/off switches S1 and S6 and switches S2 and S5 in a complementary manner and maintaining switches S3 and S4 in an off state in the input 3 -leg full bridge converter; and
In the ESS stage 3-leg full bridge converter, activating the inductor L n by keeping switches P1 and P2 off and complementary on/off switches P3, P4, P5, and P6.
Including, a multiport converter operating method applied with a 3-leg full bridge converter.
상기 입력 포트에 폴트(Fault)가 발생하는 Islanding Mode 일 때,
상기 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터에서, 상기 인덕터 L1을 활성화하여 전력 전달 경로를 형성 함으로써, 상기 폴트로부터 전력 장치를 보호하는 단계
를 더 포함하는, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 운영 방법.According to claim 7,
In islanding mode where a fault occurs in the input port,
In the input stage 3-leg full bridge converter, activating the inductor L 1 to form a power transmission path, thereby protecting the power device from the fault
Further comprising, a multiport converter operating method applied with a 3-leg full bridge converter.
상기 입력 포트에 폴트(Fault)가 발생하는 Islanding Mode 일 때,
상기 입력단 3-레그 풀브릿지 컨버터에서, 스위치 S2, S4를 On으로 유지하고, 스위치 S1, S3, S5, S6을 Off로 유지 함으로써, 상기 인덕터 L1을 활성화하는 단계; 및
상기 ESS단 3-레그 풀브릿지 컨버터에서, 스위치 P3, P4를 off로 유지하고, 스위치 P1, P2, P5, P6를 상보적으로 On/Off 동작 함으로써, 상기 인덕터 Ln을 비활성화하는 단계
를 더 포함하는, 3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 운영 방법.According to claim 7,
In islanding mode where a fault occurs in the input port,
In the input 3-leg full bridge converter, activating the inductor L 1 by maintaining switches S2 and S4 at On and maintaining switches S1, S3, S5 and S6 at Off; and
In the ESS stage 3-leg full bridge converter, deactivating the inductor L n by holding switches P3 and P4 off and complementary On / Off operations of switches P1, P2, P5, and P6
Further comprising, a multiport converter operating method applied with a 3-leg full bridge converter.
상기 멀티포트 DAB컨버터는,
상기 n이 3일 때 TAB(Triple-Active-Bridge)컨버터로 동작하고, 상기 n이 4일 때 QAB(Quadruple-Active-Bridge)컨버터로 동작하는,
3-레그 풀브릿지 컨버터가 적용된 멀티포트 컨버터 운영 방법.According to claim 7,
The multiport DAB converter,
When n is 3, it operates as a TAB (Triple-Active-Bridge) converter, and when n is 4, it operates as a QAB (Quadruple-Active-Bridge) converter.
How to operate multiport converter with 3-leg full bridge converter.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220078745A KR102508013B1 (en) | 2022-06-28 | 2022-06-28 | Multiport converter employing 3-legs full bridge converter and method for operating multiport converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220078745A KR102508013B1 (en) | 2022-06-28 | 2022-06-28 | Multiport converter employing 3-legs full bridge converter and method for operating multiport converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102508013B1 true KR102508013B1 (en) | 2023-03-09 |
Family
ID=85511682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220078745A KR102508013B1 (en) | 2022-06-28 | 2022-06-28 | Multiport converter employing 3-legs full bridge converter and method for operating multiport converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102508013B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101883562B1 (en) * | 2016-10-26 | 2018-07-30 | 한국전력공사 | Apparatus and method for controling phase current of dab converter |
| KR20200056275A (en) * | 2018-11-14 | 2020-05-22 | 숭실대학교산학협력단 | A two-stage power conversion converter |
| US20210155100A1 (en) * | 2018-04-10 | 2021-05-27 | University Of Maryland, College Park | Vehicle on-board charger for bi-directional charging of low/high voltage batteries |
-
2022
- 2022-06-28 KR KR1020220078745A patent/KR102508013B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101883562B1 (en) * | 2016-10-26 | 2018-07-30 | 한국전력공사 | Apparatus and method for controling phase current of dab converter |
| US20210155100A1 (en) * | 2018-04-10 | 2021-05-27 | University Of Maryland, College Park | Vehicle on-board charger for bi-directional charging of low/high voltage batteries |
| KR20200056275A (en) * | 2018-11-14 | 2020-05-22 | 숭실대학교산학협력단 | A two-stage power conversion converter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zheng et al. | SiC-based 5-kV universal modular soft-switching solid-state transformer (M-S4T) for medium-voltage DC microgrids and distribution grids | |
| Jakka et al. | Dual-transformer-based asymmetrical triple-port active bridge (DT-ATAB) isolated DC–DC converter | |
| Buticchi et al. | A quadruple active bridge converter for the storage integration on the more electric aircraft | |
| Biswas et al. | Small signal modeling and decoupled controller design for a triple active bridge multiport DC–DC converter | |
| US11005289B2 (en) | Switching systems and methods for use in uninterruptible power supplies | |
| Zhou et al. | Interleaved bi-directional Dual Active Bridge DC-DC converter for interfacing ultracapacitor in micro-grid application | |
| JP2008506345A (en) | Bi-directional energy conversion system | |
| US20200153354A1 (en) | Controlling voltage in ac power lines | |
| Costa et al. | Quadruple Active Bridge DC-DC converter as the basic cell of a modular Smart Transformer | |
| Ko et al. | Smart transformer universal operation | |
| Buticchi et al. | Multi-port DC/DC converter for the electrical power distribution system of the more electric aircraft | |
| Xu et al. | Coupled-Inductor-Based dual active bridge converter with soft switching capability and low component count | |
| KR102508013B1 (en) | Multiport converter employing 3-legs full bridge converter and method for operating multiport converter | |
| CN107579593B (en) | Energy supply system of high-voltage direct-current circuit breaker | |
| KR102508019B1 (en) | Multiport converter combined cascading common leg fsbb converter and relay circuit employing power decoupling, and method for operating multiport converter | |
| Giuliani et al. | GaN-based triple active bridge for avionic application | |
| KR102634001B1 (en) | Multiport based dab converter for modularization and fault conditions and operating method of multiport dab converter | |
| KR101249385B1 (en) | Bidirectional dc/dc converter system of transformer series construction and driving method thereof | |
| Silversides et al. | A high density converter for mid feeder voltage regulation of low voltage distribution feeders | |
| Achanta et al. | Cascaded quadruple active bridge structures for multilevel DC to three-phase AC conversion | |
| Tayebi et al. | Control design of a dual-input LLC converter for PV-battery applications | |
| Sepehr et al. | High-voltage isolated multioutput power supply for multilevel converters | |
| Agamy et al. | A high power medium voltage resonant dual active bridge for DC distribution networks | |
| CN107134802B (en) | Medium-voltage three-port flexible multi-state switch topology based on power electronic transformer | |
| Li et al. | Medium frequency soft switching DC/DC converter for HVDC transmission system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |