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KR20220082406A - Moudlar multi-level converter and operating method for the same - Google Patents

Moudlar multi-level converter and operating method for the same Download PDF

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KR20220082406A
KR20220082406A KR1020200172287A KR20200172287A KR20220082406A KR 20220082406 A KR20220082406 A KR 20220082406A KR 1020200172287 A KR1020200172287 A KR 1020200172287A KR 20200172287 A KR20200172287 A KR 20200172287A KR 20220082406 A KR20220082406 A KR 20220082406A
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손금태
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엘에스일렉트릭(주)
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Abstract

본 개시의 실시 예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터는 복수 개의 서브 모듈을 포함하는 복수의 상 클러스터 및 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 상기 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.In the modular multi-level converter according to an embodiment of the present disclosure, when reactive power output from a plurality of phase clusters including a plurality of sub-modules and the modular multi-level converter is less than or equal to a reference power, a circulating current flows in the phase clusters It may include a processor that controls the

Description

모듈형 멀티레벨 컨버터 및 그의 동작 방법{MOUDLAR MULTI-LEVEL CONVERTER AND OPERATING METHOD FOR THE SAME}Modular multilevel converter and method of operation thereof

본 개시는 모듈형 멀티레벨 컨버터 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a modular multilevel converter and a method of operating the same.

산업이 발전하고 인구가 증가함에 따라 전력 수요는 급증하는데 반해, 전력생산에는 한계가 있다. As the industry develops and the population increases, the demand for electricity surges, but there is a limit to electricity production.

이에 따라, 생산지에서 생성된 전력을 손실 없이 안정적으로 수요지로 공급하기 위한 전력계통이 점차 중요해지고 있다. Accordingly, the power system for stably supplying power generated in the production area to the demand area without loss is becoming increasingly important.

전력조류와 계통전압, 안정도 향상을 위한 FACTS(Flexible AC Transmission System) 설비의 필요성이 대두되고 있다. FACTS 설비 중 3세대로 불리는 전력보상장치의 일종인 STATCOM(STATic synchronous COMpensator) 설비는 전력계통에 병렬로 병입되어 전력계통에서 필요로 하는 무효전력을 보상해 주고 있다. The need for FACTS (Flexible AC Transmission System) facilities to improve power flow, grid voltage and stability is emerging. Among the FACTS facilities, the STATCOM (STATic synchronous compensator) facility, a type of power compensation device called the third generation, is fed in parallel to the power system to compensate for the reactive power required by the power system.

도 1은 일반적인 전력계통시스템을 도시한다.1 shows a general power system system.

도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 전력계통시스템(10)은 전력생성원(20), 전력계통(30), 부하(40) 및 다수의 무효전력보상장치(50)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 1 , the general power system 10 may include a power generation source 20 , a power system 30 , a load 40 , and a plurality of reactive power compensation devices 50 .

전력생성원(20)은 전력을 생성하는 장소나 설비를 의미하는 것으로서, 전력을 생성하는 생산자로 이해될 수 있다. The power generation source 20 refers to a place or facility that generates power, and may be understood as a producer that generates power.

전력계통(30)은 전력생성원(20)에서 생성된 전력을 부하(40)로 송전하도록 하여 주는 전력선, 철탑, 피뢰기, 애자 등을 포함하는 일체의 설비를 의미할 수 있다. The power system 30 may mean any facility including a power line, a pylon, a lightning arrester, an insulator, and the like that transmits the power generated by the power generation source 20 to the load 40 .

부하(40)는 전력생성원(20)에서 생성된 전력을 소비하는 장소나 설비를 의미하는 것으로서, 전력을 소비하는 소비자로 이해될 수 있다.The load 40 means a place or facility that consumes power generated by the power generation source 20 , and may be understood as a consumer who consumes power.

무효전력보상장치(50)는 STATCOM으로서, 전력계통(30)에 연계되어 전력계통(30)으로 흐르는 전력 중에서 무효전력의 부족 시 이를 보상하여 주는 장치일 수 있다.The reactive power compensation device 50 is a STATCOM, and may be a device for compensating for a shortage of reactive power among the power flowing to the power system 30 in connection with the power system 30 .

무효전력보상장치(50)는 전력계통의 교류전력을 직류전력으로 변환하거나 직류전력을 교류전력으로 변환하여 줄 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터를 포함한다.The reactive power compensation device 50 includes a modular multi-level converter capable of converting AC power of the power system into DC power or converting DC power into AC power.

모듈형 멀티레벨 컨버터는 3상 각각에 대해 서로 직렬로 연결되는 복수 개의 서브 모듈로 이루어진 클러스터(cluster)를 포함한다. The modular multilevel converter includes a cluster consisting of a plurality of sub-modules connected in series to each other for each of the three phases.

도 2a는 스타 커넥션(star connection topology)을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 회로도이고, 도 2b는 델타 커넥션(delta connection topology)을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 회로도이다.FIG. 2A is a circuit diagram of a modular multilevel converter having a star connection topology, and FIG. 2B is a circuit diagram of a modular multilevel converter having a delta connection topology.

도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 3상 클러스터(52) 각각에 복수 개의 서브 모듈(54)이 서로 직렬로 연결되는 구조를 가진다.As shown in FIGS. 2A and 2B , each of the three-phase clusters 52 has a structure in which a plurality of sub-modules 54 are connected in series with each other.

모듈형 멀티레벨 컨버터에서는 서브 모듈의 스위칭 로스를 줄이기 위한 알고리즘이 사용되는데, 이는 서브 모듈의 스위칭이 필요 이상으로 일어나게 될 경우 발생하는 에너지 손실을 줄이기 위한 알고리즘이다.In the modular multi-level converter, an algorithm for reducing the switching loss of the sub-module is used, which is an algorithm for reducing the energy loss that occurs when the switching of the sub-module occurs more than necessary.

그러나, 모듈형 멀티레벨 컨버터의 출력이 저출력 구간일 때에는, 각 서브 모듈의 커패시터 충, 방전 기간이 짧아지게 되며, 각 서브 모듈의 충, 방전 시 발생하는 전압 변동의 차이가 스위칭 로스를 줄이기 위한 알고리즘에서 허용하는 차이보다 작게 변동된다.However, when the output of the modular multi-level converter is in the low output section, the capacitor charging and discharging period of each sub-module is shortened, and the difference in voltage fluctuations occurring during charging and discharging of each sub-module is an algorithm for reducing the switching loss. It fluctuates less than the allowable difference in

이로 인해, 모듈형 멀티레벨 컨버터가 저출력 구간일 때, 스위칭 되었던 서브 모듈만 계속해서 스위칭 되고, 스위칭 되지 않은 서브 모듈은 계속해서 스위칭 되지 않는 문제가 있다.For this reason, when the modular multi-level converter is in the low output section, there is a problem that only the switched sub-modules are continuously switched, and the non-switched sub-modules are not continuously switched.

본 개시는 모듈형 멀티레벨 컨버터에서, 서브 모듈의 스위칭 주파수 불균형을 완화하기 위한 장치 및 그의 동작 방법을 제시하고자 한다.The present disclosure intends to present an apparatus for alleviating a switching frequency imbalance of a sub-module in a modular multi-level converter and an operating method thereof.

본 개시의 모듈형 멀티레벨 컨버터는 복수 개의 서브 모듈을 포함하는 복수의 상 클러스터 및 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 상기 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.The modular multi-level converter of the present disclosure includes a plurality of phase clusters including a plurality of sub-modules and a processor for controlling a circulating current to flow in the phase cluster when reactive power output from the modular multi-level converter is less than or equal to a reference power may include

상기 기준 전력은 0Mvar일 수 있다.The reference power may be 0 Mvar.

상기 프로세서는 레퍼런스 생성부 및 비교부를 포함하고, 상기 비교부는 상기 레퍼런스 생성부에서 생성한 기준 전압을 상기 기준 전압을 제외한 나머지 입력 전압과 비교할 수 있다.The processor may include a reference generator and a comparator, and the comparator may compare the reference voltage generated by the reference generator with input voltages other than the reference voltage.

상기 레퍼런스 생성부는, 상기 복수의 상 클러스터 전압의 평균 전압 값을 상기 기준 전압으로 생성할 수 있다.The reference generator may generate an average voltage value of the plurality of phase cluster voltages as the reference voltage.

상기 프로세서는 저출력 감지부와 전압 생성부를 더 포함하고, 상기 저출력 감지부는 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 상기 전압 생성부가 생성하는 전압이 상기 비교부에 입력되도록 할 수 있다.The processor further includes a low-power detection unit and a voltage generator, wherein the low-output detection unit is configured to input the voltage generated by the voltage generator to the comparator when the reactive power output from the modular multi-level converter is less than or equal to a reference power can

상기 비교부는 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 상기 전압 생성부가 생성한 전압을 더한 값을 상기 기준 전압과 비교할 수 있다.The comparator may compare a value obtained by adding a actually measured average voltage of each sub-module of each phase cluster to the voltage generated by the voltage generator with the reference voltage.

상기 비교부는 상기 기준 전압에서 상기 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값을 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 비교할 수 있다.The comparator may compare a value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage with the actually measured average voltage of the sub-modules of each phase cluster.

상기 비교부는 상기 기준 전압에서 상기 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값이 상기 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 차이가 있는 경우, 상기 각 상 클러스터에 제어 신호를 전송할 수 있다.The comparator may transmit a control signal to each of the phase clusters when a value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage is different from the actually measured average voltage of the sub-modules of each phase cluster.

본 개시의 모듈형 멀티레벨 컨버터의 동작 방법은 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터의 출력에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인지 판단하는 단계 및 상기 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 복수의 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다.The operating method of the modular multi-level converter of the present disclosure includes the steps of determining whether reactive power output from the output of the modular multi-level converter is equal to or less than a reference power, and when the reactive power is equal to or less than the reference power, a circulating current in a plurality of phase clusters It may include the step of controlling the flow.

상기 복수의 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 단계는, 레퍼런스 생성부에서 생성한 기준 전압에서 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값을 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 비교하는 단계를 포함할 수 있다.The step of controlling the circulating current to flow through the plurality of phase clusters includes comparing the value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage generated by the reference generator with the actually measured average voltage of the sub-modules of each phase cluster. may include steps.

상기 복수의 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 단계는, 레퍼런스 생성부에서 생성한 기준 전압에서 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값을 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 차이가 있는 경우, 상기 각 상 클러스터에 제어 신호를 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.In the step of controlling the circulating current to flow through the plurality of phase clusters, the difference between the actual measured sub-module average voltage of each phase cluster and the value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage generated by the reference generator If there is, the method may further include transmitting a control signal to each of the phase clusters.

본 개시에 따르면, 저출력 구간에서도 각 서브 모듈의 스위칭 주파수가 균등하게 제어되므로 특정 서브 모듈만 사용되어 제품의 수명이 단축되는 것을 극복할 수 있다.According to the present disclosure, since the switching frequency of each sub-module is uniformly controlled even in the low-output section, it is possible to overcome the shortening of the lifespan of the product because only a specific sub-module is used.

도 1은 일반적인 전력계통시스템을 도시한다.
도 2a는 스타 커넥션을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 회로도이다.
도 2b는 델타 커넥션을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터의 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 스타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구비한 전력계통시스템을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 델타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구비한 전력계통시스템을 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터를 도시한 블록도이다.
도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 프로세서를 상세히 도시한 블록도이다.
도 7은 본 개시의 실시 예에 따른 프로세서의 전압 생성부가 생성하는 전압의 파형을 나타낸 예시 도면이다.
1 shows a general power system system.
Figure 2a is a circuit diagram of a modular multilevel converter with star connections.
Figure 2b is a circuit diagram of a modular multilevel converter with a delta connection.
3 shows a power system having a modular multi-level converter of star connection according to the present invention.
4 shows a power system system having a modular multi-level converter of delta connection according to the present invention.
5 is a block diagram illustrating a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
6 is a detailed block diagram illustrating a processor of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present disclosure.
7 is an exemplary diagram illustrating a waveform of a voltage generated by a voltage generator of a processor according to an embodiment of the present disclosure.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numbers regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "part" for components used in the following description are given or mixed in consideration of only the ease of writing the specification, and do not have distinct meanings or roles by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.

도 3은 본 발명에 따른 스타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구비한 전력계통시스템을 도시한다.3 shows a power system system having a modular multi-level converter of star connection according to the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 스타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)가 전력계통(140)에 병렬로 병입되어 전력계통(140)에서 필요로 하는 무효전력을 보상해 줄 수 있다.As shown in FIG. 3 , the modular multi-level converter 100 of the star connection is fed in parallel to the power system 140 to compensate for the reactive power required by the power system 140 .

스타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)는 전력계통(140)의 3상 라인(142, 144, 146)에 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)가 개별적으로 연결될 수 있다. In the modular multi-level converter 100 of the star connection, the first to third phase clusters 130 , 132 , 134 may be individually connected to the three-phase lines 142 , 144 , 146 of the power system 140 . .

구체적으로, 제1 상 클러스터(130)는 전력계통(140)의 제1 상 라인(142)과 노드(n) 사이에 연결되고, 제2 상 클러스터(132)는 전력계통(140)의 제2 상 라인(144)과 노드(n) 사이에 연결되며, 제3 상 클러스터(134)는 전력계통(140)의 제3 상 라인(146)과 노드(n) 사이에 연결될 수 있다.Specifically, the first phase cluster 130 is connected between the first phase line 142 and the node n of the power system 140 , and the second phase cluster 132 is the second phase of the power system 140 . It is connected between the phase line 144 and the node n, and the third phase cluster 134 may be connected between the third phase line 146 and the node n of the power system 140 .

각 상 클러스터(130, 132, 134)는 서로 직렬로 연결되는 복수 개의 서브 모듈(136)을 포함할 수 있다. 각 서브 모듈(136)은 복수 개의 스위칭 소자, 이들 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 복수 개의 다이오드 및 커패시터를 포함할 수 있다. Each phase cluster 130 , 132 , 134 may include a plurality of sub-modules 136 connected in series with each other. Each sub-module 136 may include a plurality of switching elements, a plurality of diodes and capacitors connected in parallel to the switching elements.

전력계통(140)이 운용되는 경우, 각 서브 모듈(136)의 커패시터가 수시로 충전 또는 방전될 수 있다. When the power system 140 is operated, the capacitor of each sub-module 136 may be charged or discharged at any time.

각 상 클러스터(130, 132, 134) 내에서 선택 또는 비선택되는 서브 모듈(136)의 개수에 따른 각 서브 모듈(136) 내의 커패시터의 전압의 합에 의해 교류무효전력이 생성되어 전력계통(140)에 보상될 수 있다 AC reactive power is generated by the sum of the voltages of capacitors in each sub-module 136 according to the number of sub-modules 136 selected or unselected in each phase cluster 130 , 132 , 134 , and the power system 140 ) can be compensated for

서브 모듈(136)이 선택됨은 서브 모듈(136)이 활성화됨을 의미하고, 서브 모듈(136)이 비선택됨은 서브 모듈(136)이 비활성화됨을 의미할 수 있다.Selection of the sub-module 136 may mean that the sub-module 136 is activated, and non-selection of the sub-module 136 may mean that the sub-module 136 is deactivated.

서브 모듈(136)이 선택되는 경우, 서브 모듈(136) 내의 복수 개의 스위칭 소자 중 특정 스위칭 소자가 턴온되어 커패시터의 전압이 출력될 수 있다. When the sub-module 136 is selected, a specific switching element among a plurality of switching elements in the sub-module 136 may be turned on to output the voltage of the capacitor.

서브 모듈(136)이 비선택되는 경우, 해당 서브 모듈(136) 내의 커패시터로 전류 흐름 통로(current flow path)가 형성되지 않고 해당 서브 모듈(136)이 바이패스(bypass)되어 해당 서브 모듈(136)의 커패시터의 전압이 출력되지 않게 된다. When the sub-module 136 is not selected, a current flow path is not formed with the capacitor in the corresponding sub-module 136 and the corresponding sub-module 136 is bypassed and the corresponding sub-module 136 is bypassed. ) of the capacitor is not output.

도 4는 본 발명에 따른 델타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구비한 전력계통시스템을 도시한다.4 shows a power system having a modular multi-level converter of delta connection according to the present invention.

도 4의 델타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터는 도 3의 스타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터와 커넥션 구조만 다를 뿐 그 구성에 있어서는 동일하다. 따라서, 델타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터의 설명에 있어서 스타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여하기로 한다.The modular multilevel converter of the delta connection of FIG. 4 differs from the modular multilevel converter of the star connection of FIG. 3 only in a connection structure, but the configuration is the same. Accordingly, in the description of the modular multilevel converter of the delta connection, the same reference numerals are given to the same components as the modular multilevel converter of the star connection.

도 4에 도시한 바와 같이, 델타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터(101)가 전력계통(140)에 병렬로 병입되어 전력계통(140)에서 필요로 하는 무효전력을 보상해 줄 수 있다. As shown in FIG. 4 , the modular multi-level converter 101 of the delta connection is fed in parallel to the power system 140 to compensate for the reactive power required by the power system 140 .

델타 커넥션의 모듈형 멀티레벨 컨버터(101)는 전력계통(140)의 3상 라인(142, 144, 146)에 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)가 연결될 수 있다. In the modular multi-level converter 101 of the delta connection, the first to third phase clusters 130 , 132 , and 134 may be connected to the three-phase lines 142 , 144 , 146 of the power system 140 .

구체적으로, 전력계통(140)의 3상 라인(142, 144, 146)은 제1 내지 제3 노드(n1, n2, n3)에 연결될 수 있다.Specifically, the three-phase lines 142 , 144 , and 146 of the power system 140 may be connected to the first to third nodes n1 , n2 , and n3 .

제1 상 클러스터(130)는 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이에 연결되고, 제2 상 클러스터(132)는 제2 노드(n2)와 제3 노드(n3) 사이에 연결되며, 제3 클러스터(134)는 제3 노드(n3)와 제1 노드(n1) 사이에 연결될 수 있다.The first phase cluster 130 is connected between the first node n1 and the second node n2 , and the second phase cluster 132 is connected between the second node n2 and the third node n3 . The third cluster 134 may be connected between the third node n3 and the first node n1 .

델타 커넥션을 구성하는 제1 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)의 세부 구성은 스타 커넥션을 구성하는 제1 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)와 동일한 세부 구성을 가질 수 있다. The detailed configuration of the first to third phase clusters 130, 132, 134 constituting the delta connection may have the same detailed configuration as the first to third phase clusters 130, 132, 134 constituting the star connection. .

이에 따라, 각 상 클러스터(130, 132, 134) 내의 서브 모듈(136)들의 선택 개수에 따라 원하는 교류전압의 파형 및 교류전류의 파형이 생성될 수 있다. Accordingly, a desired AC voltage waveform and AC current waveform may be generated according to the selected number of sub-modules 136 in each phase cluster 130 , 132 , 134 .

이와 같이 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)가 델타 커넥션으로 구성되는 경우, 제1 상 클러스터(130)에 걸리는 전압은 Vab이고, 제2 상 클러스터(132)에 걸리는 전압은 Vbc이며, 제3 상 클러스터(134)에 걸리는 전압은 Vca일 수 있다.As such, when the first to third phase clusters 130 , 132 , and 134 are configured with a delta connection, the voltage applied to the first phase cluster 130 is Vab, and the voltage applied to the second phase cluster 132 is Vbc, and the voltage applied to the third phase cluster 134 may be Vca.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터를 도시한 블록도이다.5 is a block diagram illustrating a modular multilevel converter according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)는 프로세서(110), 제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124) 및 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the modular multilevel converter 100 according to an embodiment of the present invention includes a processor 110 , first to third phase cluster controllers 120 , 122 , and 124 , and first to third phases. It may include three-phase clusters 130 , 132 , 134 .

제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)는 제a 상 내지 제c 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)로 명명될 수 있으며, 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)는 제a 상 내지 제c 상 클러스터(130, 132, 134)로 명명될 수 있다. The first to third phase cluster controllers 120, 122, and 124 may be referred to as a-th to c-th phase cluster controllers 120, 122, and 124, and the first to third phase clusters 130, 132 and 134 may be referred to as a-th to c-th phase clusters 130 , 132 , and 134 .

제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 각각은 도 3에 도시한 바와 같이, 서로 직렬로 연결되는 복수 개의 서브 모듈(136)을 포함하고, 각 서브 모듈(136)은 복수 개의 스위칭 소자, 이들 스위칭 소자와 병렬로 연결되는 복수 개의 다이오드 및 커패시터를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3 , each of the first to third phase clusters 130 , 132 , and 134 includes a plurality of sub-modules 136 connected in series with each other, and each sub-module 136 includes a plurality of sub-modules 136 . It may include a switching element, a plurality of diodes and a capacitor connected in parallel with the switching element.

제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124) 각각은 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)를 제어할 수 있다. 이와 달리, 하나의 클러스터 제어기가 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)를 제어할 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.Each of the first to third phase cluster controllers 120 , 122 , and 124 may control the first to third phase clusters 130 , 132 , and 134 . Alternatively, one cluster controller may control the first to third phase clusters 130 , 132 , and 134 , but the present invention is not limited thereto.

또한, 프로세서(110)와 제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124) 사이는 유선 통신 또는 무선 통신이 가능하다. 제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)와 상기 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 사이는 유선 또는 무선 통신이 가능하지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.In addition, wired communication or wireless communication is possible between the processor 110 and the first to third phase cluster controllers 120 , 122 , and 124 . Wired or wireless communication is possible between the first to third phase cluster controllers 120 , 122 , and 124 and the first to third phase clusters 130 , 132 and 134 , but the present invention is not limited thereto.

제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124) 각각은 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)를 제어하기 위한 제1 내지 제3 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. Each of the first to third phase cluster controllers 120 , 122 , and 124 may generate first to third switching control signals for controlling the first to third phase clusters 130 , 132 , and 134 , respectively. .

구체적으로, 제1 상 클러스터 제어기(120)는 제1 상 클러스터(130) 내의 각 서브 모듈(136)을 제어하기 위한 제1 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. 제2 상 클러스터 제어기(122)는 제2 상 클러스터(132) 내의 각 서브 모듈(136)을 제어하기 위한 제2 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. 제3 상 클러스터 제어기(124)는 제3 상 클러스터(134) 내의 각 서브 모듈(136)을 제어하기 위한 제3 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. Specifically, the first phase cluster controller 120 may generate a first switching control signal for controlling each sub-module 136 in the first phase cluster 130 . The second phase cluster controller 122 may generate a second switching control signal for controlling each sub-module 136 in the second phase cluster 132 . The third phase cluster controller 124 may generate a third switching control signal for controlling each sub-module 136 in the third phase cluster 134 .

제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)는 프로세서(110)로부터 제공된 지령 값 및/또는 제어신호를 바탕으로 제1 내지 제3 스위칭 제어신호를 생성할 수 있다. The first to third phase cluster controllers 120 , 122 , and 124 may generate first to third switching control signals based on a command value and/or a control signal provided from the processor 110 .

프로세서(110)는 제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)를 제어할 수 있다. 즉, 프로세서(110)는 제1 상 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)를 제어하기 위한 지령 값을 생성할 수 있다. The processor 110 may control the first to third phase cluster controllers 120 , 122 , and 124 . That is, the processor 110 may generate a command value for controlling the first to third phase cluster controllers 120 , 122 , and 124 .

구체적으로, 프로세서(110)는 전력계통(140)으로부터 획득된 전력 상황 정보 및/또는 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 각각의 상태 정보 및 각 상 클러스터(130, 132, 134) 내의 각 서브 모듈(136)의 상태 정보 등을 토대로 지령 값을 생성할 수 있다. 이와 같이 생성된 지령 값이 제1 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)로 전송될 수 있다. Specifically, the processor 110 includes the power status information obtained from the power system 140 and/or the first to third phase clusters 130, 132, 134, and the respective state information and the respective phase clusters 130, 132, 134), it is possible to generate a command value based on the status information of each sub-module 136 in the. The command value generated in this way may be transmitted to the first to third phase cluster controllers 120 , 122 , and 124 .

각 상 클러스터(130, 132, 134) 내의 각 서브 모듈(136)의 상태 정보는 각 서브 모듈(136)의 탈락 여부, 각 서브 모듈(136)의 전압 정보 등을 포함할 수 있다. State information of each sub-module 136 in each phase cluster 130 , 132 , 134 may include whether each sub-module 136 is dropped, voltage information of each sub-module 136 , and the like.

제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 각각의 상태 정보는 전압 및/또는 전류 정보일 수 있다. 예컨대, 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 각각의 상태 정보는 예컨대 제1상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 각각에서 검출된 전압 값(Vcan, Vcbn, Vccn)(Vab, Vbc, Vca) 및 전류 값(ica, icb, icc)(iab, ibc, ica)을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. State information of each of the first to third phase clusters 130 , 132 , and 134 may be voltage and/or current information. For example, the state information of each of the first to third phase clusters 130 , 132 , and 134 may include, for example, voltage values Vcan, Vcbn, and Vccn detected in each of the first to third phase clusters 130 , 132 and 134 . ) (Vab, Vbc, Vca) and current values (ica, icb, icc)(iab, ibc, ica).

프로세서(110)는 예컨대, 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 각각에서 검출된 전압 값 및 전류 값을 바탕으로 각 상 클러스터(130, 132, 134)에 대한 신호를 생성할 수 있다. The processor 110 may generate a signal for each phase cluster 130 , 132 , 134 based on, for example, the voltage value and the current value detected in each of the first to third phase clusters 130 , 132 , and 134 . can

프로세서(110)에서 생성한 지령 신호에 따라 제 1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 내의 각 서브 모듈(136)들이 스위칭 될 수 있다. Each of the sub-modules 136 in the first to third phase clusters 130 , 132 , and 134 may be switched according to the command signal generated by the processor 110 .

종래의 경우, 프로세서(110)는 각 상 클러스터(130, 132, 134)의 에너지가 균등하게 분배되도록 하는 에너지 밸런싱 제어를 통해, 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 간의 에너지를 균등하게 유지할 수 있다. 이는 공지 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.In the conventional case, the processor 110 controls the energy between the first to third phase clusters 130, 132, and 134 through energy balancing control such that the energy of each of the phase clusters 130, 132, and 134 is equally distributed. can be kept equal. Since this is a known technique, a detailed description thereof will be omitted.

한편, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)에서는 에너지 밸런싱 제어에 더하여, 서브 모듈(136)의 스위칭 로스를 줄이기 위한 알고리즘이 함께 사용되는데, 이는 서브 모듈(136)의 스위칭이 필요 이상으로 일어나게 될 경우 발생하는 에너지 손실(스위칭 손실)을 줄이기 위한 알고리즘이다.On the other hand, in the modular multi-level converter 100, in addition to the energy balancing control, an algorithm for reducing the switching loss of the sub-module 136 is used together, which occurs when the switching of the sub-module 136 occurs more than necessary. It is an algorithm to reduce the energy loss (switching loss).

그러나, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)의 출력이 저출력 구간일 때에는, 각 서브 모듈(136)의 커패시터 충·방전 기간이 짧아지게 되며, 각 서브 모듈(136)의 충·방전 시 발생하는 전압 변동의 차이가 스위칭 손실을 줄이기 위한 알고리즘에서 허용하는 차이보다 작게 변동된다.However, when the output of the modular multi-level converter 100 is in the low output section, the capacitor charging/discharging period of each sub-module 136 is shortened, and voltage fluctuations occurring during charging/discharging of each sub-module 136 . The difference of ? is fluctuated smaller than the difference allowed by the algorithm for reducing the switching loss.

이로 인해, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)가 저출력 구간일 때, 스위칭 되는 서브 모듈은 계속해서 스위칭 되고, 스위칭 되지 않는 서브 모듈은 계속해서 스위칭 되지 않는 문제가 있다. 즉, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)가 저출력 구간일 때에는, 복수 개의 서브 모듈(136)의 스위칭 주파수가 균등하게 제어되지 않는 문제가 있다.For this reason, when the modular multi-level converter 100 is in the low output section, there is a problem in that the switched sub-module is continuously switched, and the non-switched sub-module is not continuously switched. That is, when the modular multi-level converter 100 is in the low output section, there is a problem in that the switching frequencies of the plurality of sub-modules 136 are not uniformly controlled.

도 6은 본 개시의 실시 예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 프로세서를 상세히 도시한 블록도이다.6 is a detailed block diagram illustrating a processor of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present disclosure.

도 5 및 도 6을 참조하면, 프로세서(110)는 레퍼런스 생성부(112), 전압 생성부(114), 저출력 감지부(116) 및 비교부(118)를 포함할 수 있다. 5 and 6 , the processor 110 may include a reference generator 112 , a voltage generator 114 , a low-power detector 116 , and a comparator 118 .

도 6에서는 설명의 편의를 위해, 제1 상 클러스터(또는, a 상 클러스터) 제어를 위한 프로세서(110a)와 제2 상 클러스터(또는, b 상 클러스터) 제어를 위한 프로세서(110b)와 제3 상 클러스터(또는, c 상 클러스터) 제어를 위한 프로세서(110c)를 구분하여 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 제1 상 내지 제3 상 또는 a 상 내지 c 상에서 중복되는 설명은 생략한다.In FIG. 6 , for convenience of description, the processor 110a for controlling the first phase cluster (or a phase cluster), the processor 110b for controlling the second phase cluster (or the phase b cluster), and the third phase cluster Although the processor 110c for controlling the cluster (or the c-phase cluster) has been separately illustrated, the present invention is not limited thereto, and overlapping descriptions of the first to third phases or the a-phase to c are omitted.

제1 상 클러스터(또는, a 상 클러스터) 제어를 위한 프로세서(110a)는 제1 레퍼런스 생성부(112a), 제1 전압 생성부(114a), 제1 저출력 감지부(116a) 및 제1 비교부(118a)를 포함할 수 있다.The processor 110a for controlling the first phase cluster (or the a-phase cluster) includes a first reference generator 112a , a first voltage generator 114a , a first low-power detector 116a , and a first comparator (118a) may be included.

제2 상 클러스터(또는, b 상 클러스터) 제어를 위한 프로세서(110b)는 제2 레퍼런스 생성부(112b), 제2 전압 생성부(114b), 제2 저출력 감지부(116b) 및 제2 비교부(118b)를 포함할 수 있다.The processor 110b for controlling the second phase cluster (or b-phase cluster) includes a second reference generator 112b , a second voltage generator 114b , a second low-power detector 116b , and a second comparator (118b).

제3 상 클러스터(또는, c 상 클러스터) 제어를 위한 프로세서(110c)는 제3 레퍼런스 생성부(112c), 제3 전압 생성부(114c), 제3 저출력 감지부(116c) 및 제3 비교부(118c)를 포함할 수 있다.The processor 110c for controlling the third phase cluster (or c-phase cluster) includes a third reference generator 112c , a third voltage generator 114c , a third low-power detector 116c , and a third comparator. (118c).

제1 내지 제3 레퍼런스 생성부(112a, 112b, 112c)는 각 상 클러스터(130, 132, 134)의 평균 에너지 기준 전압 값을 생성할 수 있다. 예를 들어, 레퍼런스 생성부(112)는 각 상 클러스터(130, 132, 134) 내의 서브 모듈(136)의 커패시터 전압 값을 센싱하여 각 상 클러스터(130, 132, 134)의 평균 전압 값을 계산하고, 계산된 각 상 클러스터(130, 132, 134) 전압의 평균 전압 값을 기준 전압 값으로 생성할 수 있다. 즉, 제1 레퍼런스 생성부(112a), 제2 레퍼런스 생성부(112b), 제3 레퍼런스 생성부(112c)에서 출력하는 기준 전압 값은 동일할 수 있고, 기준 전압 값은 전체 서브 모듈(136)의 평균 커패시터 전압 값일 수 있다.The first to third reference generators 112a , 112b , and 112c may generate an average energy reference voltage value of each of the phase clusters 130 , 132 , and 134 . For example, the reference generator 112 senses the capacitor voltage value of the sub-module 136 in each phase cluster 130 , 132 , and 134 to calculate the average voltage value of each phase cluster 130 , 132 , 134 . , and an average voltage value of the calculated voltages of each of the phase clusters 130 , 132 , and 134 may be generated as a reference voltage value. That is, the reference voltage values output from the first reference generation unit 112a, the second reference generation unit 112b, and the third reference generation unit 112c may be the same, and the reference voltage value is the same for all sub-modules 136 . may be the average capacitor voltage value of

제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)는 펄스 파형 전압을 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)는 시스템 주파수의 제3 고조파를 생성할 수 있다. 만약, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)의 시스템 주파수가 60hz인 경우, 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)는 180hz 주파수의 펄스 파 전압을 생성할 수 있다. 이때, 제1 전압 생성부(114a)에서 생성하는 전압의 파형은 도 7의 (a)와 같은 형태일 수 있고, 제2 전압 생성부(114b)에서 생성하는 전압의 파형은 도 7의 (b)와 같은 형태일 수 있고, 제3 전압 생성부(114c)에서 생성하는 전압의 파형은 도 7의 (c)와 같은 형태일 수 있다.The first to third voltage generators 114a , 114b , and 114c may generate a pulse waveform voltage. For example, the first to third voltage generators 114a , 114b , and 114c may generate a third harmonic of the system frequency. If the system frequency of the modular multi-level converter 100 is 60hz, the first to third voltage generators 114a, 114b, and 114c may generate a pulse wave voltage having a frequency of 180hz. At this time, the waveform of the voltage generated by the first voltage generator 114a may have the same shape as in FIG. 7A , and the waveform of the voltage generated by the second voltage generator 114b is shown in FIG. 7B ), and the waveform of the voltage generated by the third voltage generator 114c may have the same shape as (c) of FIG. 7 .

제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)는 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 저출력 감지 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 기준 전력이 0 [Mvar] 인 경우, 제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)는 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)에서 출력되는 무효 전력이 0 [Mvar] 일 때, 저출력 감지 신호를 생성할 수 있다. 제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)가 생성하는 저출력 감지 신호는 0 또는 1일 수 있다. 제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)는 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 1을 출력하고, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 초과인 경우, 0을 출력할 수 있다. 이는 예시에 불과하며, 기준 전력은 실시 예에 따라 변경될 수 있다.The first to third low-power detection units 116a, 116b, and 116c may generate a low-output detection signal when the reactive power output from the modular multi-level converter 100 is less than or equal to the reference power. For example, when the reference power is 0 [Mvar], the first to third low-power detection units 116a, 116b, and 116c when the reactive power output from the modular multi-level converter 100 is 0 [Mvar] , it is possible to generate a low-power detection signal. The low-power detection signal generated by the first to third low-power detection units 116a, 116b, and 116c may be 0 or 1. The first to third low-power detection units 116a, 116b, and 116c output 1 when the reactive power output from the modular multi-level converter 100 is less than or equal to the reference power, and output from the modular multi-level converter 100 When the reactive power to be used exceeds the reference power, 0 may be output. This is only an example, and the reference power may be changed according to an embodiment.

제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)는 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)의 저출력을 감지하여 저출력 감지 신호를 생성함으로써, 상술한 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)의 출력 전압이 제1 내지 제3 비교부(117a, 117b, 117c)에 각각 입력되는 것을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)가 출력하는 신호가 1인 경우, 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)에서 출력하는 전압 값은 제1 내지 제3 비교부(117a, 117b, 117c)에 각각 전달될 수 있지만, 제1 내지 제3 저출력 감지부(116a, 116b, 116c)가 출력하는 신호가 0인 경우, 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)에서 출력하는 전압 값은 저출력 감지 신호인 0과 곱해져, 제1 내지 제3 비교부(117a, 117b, 117c)에 전달되지 않을 수 있다.The first to third low-power detection units 116a, 116b, and 116c detect the low output of the modular multi-level converter 100 and generate a low-output detection signal, thereby generating the above-described first to third voltage generators 114a, 114b. , 114c) may be adjusted to be input to the first to third comparators 117a, 117b, and 117c, respectively. For example, when the signal output from the first to third low-power detection units 116a, 116b, and 116c is 1, the voltage values output from the first to third voltage generators 114a, 114b, and 114c are Each of the first to third comparators 117a, 117b, and 117c may be transmitted, but when the signals output from the first to third low-power detection units 116a, 116b, and 116c are 0, the first to third voltages The voltage values output from the generators 114a, 114b, and 114c may be multiplied by 0, which is the low-output detection signal, and may not be transmitted to the first to third comparators 117a, 117b, and 117c.

제1 내지 제3 비교부(117a, 117b, 117c)는 제1 내지 제3 레퍼런스 생성부(112a, 112b, 112c)에서 생성된 기준 전압 값을 기준 전압 값을 제외한 나머지 입력 전압들과 비교할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 비교부(117a, 117b, 117c)는 기준 전압 값을 실제 측정된 제1 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값과 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)에서 입력된 전압 값의 합과 비교할 수 있다. 제1 내지 제3 비교부(117a, 117b, 117c)는 기준 전압 값이 실제 측정된 각 상 클러스터(130, 132, 134) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값과 제1 내지 제3 전압 생성부(114a, 114b, 114c)에서 입력된 전압 값의 합과 차이가 있는 경우, 제1 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)에 대한 제어 신호를 각각 생성할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 상 클러스터 제어기(120, 122, 124)에 대한 제어 신호는 제1 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)에 포함되어 있는 각 서브 모듈 내 스위칭 소자를 온/오프 시키는 신호일 수 있다.The first to third comparators 117a, 117b, and 117c may compare the reference voltage values generated by the first to third reference generators 112a, 112b, and 112c with input voltages other than the reference voltage value. . For example, the first to third comparators 117a, 117b, and 117c may compare the reference voltage value with the actually measured average voltage value of the first to third phase clusters 130, 132, and 134 sub-modules 136 and It may be compared with the sum of voltage values input from the first to third voltage generators 114a, 114b, and 114c. The first to third comparators 117a, 117b, and 117c include the average voltage value of each of the phase clusters 130, 132, and 134 submodule 136 for which the reference voltage value is actually measured, and the first to third voltage generators. When there is a difference from the sum of the voltage values input at 114a , 114b , and 114c , control signals for the first to third phase cluster controllers 120 , 122 , and 124 may be generated, respectively. For example, the control signals for the first to third phase cluster controllers 120, 122, and 124 turn on the switching elements in each sub-module included in the first to third phase clusters 130, 132, and 134. It may be a signal to turn off /off.

다음으로, 제1 상 클러스터 제어 방법을 중심으로, 본 개시의 실시 예에 따른 프로세서의 동작 방법을 설명한다.Next, an operating method of a processor according to an embodiment of the present disclosure will be described with a focus on the first phase cluster control method.

먼저, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)의 출력이 저출력이 아닌 경우, 제1 저출력 감지부(116a)는 0 값을 출력한다. 제1 전압 생성부(114a)는 도 7 (a)의 전압을 생성하지만, 저출력 감지부(116a)의 출력 값과 곱해져 이는 제1 비교부(117a)에 입력되지 않는다. 제1 비교부(117a)는 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값을 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값과 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값의 합을 비교한다. 또는, 제1 비교부(117a)는 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값에서 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값을 뺀 값과 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값을 비교할 수도 있다.First, when the output of the modular multi-level converter 100 is not the low output, the first low output detection unit 116a outputs a value of 0. The first voltage generator 114a generates the voltage of FIG. 7A , but is multiplied by the output value of the low-power detector 116a and is not input to the first comparator 117a. The first comparator 117a compares the reference voltage value generated by the first reference generator 112a with the actually measured average voltage value of the first phase cluster 130 sub-module 136 and the first voltage generator 114a ) and compare the sum of the input voltage values. Alternatively, the first comparator 117a subtracts the voltage value input from the first voltage generator 114a from the reference voltage value generated by the first reference generator 112a and the actual measured first phase cluster ( 130) The average voltage value of the sub-module 136 may be compared.

전술한 것처럼, 저출력이 아닌 경우, 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값은 0이 되므로, 제1 비교부(117a)는 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값을 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값만을 비교한다. 이 경우, 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값과 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값의 차이가 없으면 제1 상 클러스터 제어기(120)에는 제어 신호가 입력되지 않는다.As described above, when the output is not low, the voltage value input from the first voltage generator 114a becomes 0, so the first comparator 117a compares the reference voltage value generated by the first reference generator 112a. Only the actually measured average voltage value of the first phase cluster 130 sub-module 136 is compared. In this case, if there is no difference between the reference voltage value generated by the first reference generator 112a and the actual measured average voltage value of the first phase cluster 130 sub-module 136, the first phase cluster controller 120 is No control signal is input.

반대로, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)의 출력이 저출력인 경우, 제1 저출력 감지부(116a)는 1 값을 출력한다. 제1 전압 생성부(114a)는 도 7 (a)의 전압을 생성하며, 이는 제1 비교부(117a)에 입력된다. 제1 비교부(117a)는 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값을 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값과 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값을 더한 값과 비교한다. 제1 전압 생성부(114a)가 생성하는 전압이 도 7의 (a)와 같은 경우, a 블록 구간에서, 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값은 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값과 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값을 더한 값과 차이가 발생한다. 또는, 제1 비교부(117a)는 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값에서 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값을 뺀 값과 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값을 비교할 수도 있다. 마찬가지로, 제1 전압 생성부(114a)가 생성하는 전압이 도 7의 (a)와 같은 경우, a 블록 구간에서, 제1 레퍼런스 생성부(112a)에서 생성된 기준 전압 값에서 제1 전압 생성부(114a)에서 입력된 전압 값을 뺀 값은 실제 측정된 제1 상 클러스터(130) 서브 모듈(136)의 평균 전압 값과 차이가 발생한다. 즉, 제1 전압 생성부(114a)에서 생성되는 전압 값이 제1 비교부(117a)에 입력되는 a 구간에서, 제1 상 클러스터 제어기(120)에는 제어 신호가 입력된다.Conversely, when the output of the modular multi-level converter 100 is a low output, the first low output detection unit 116a outputs a value of 1. The first voltage generator 114a generates the voltage of FIG. 7A , which is input to the first comparator 117a. The first comparator 117a compares the reference voltage value generated by the first reference generator 112a with the actually measured average voltage value of the first phase cluster 130 sub-module 136 and the first voltage generator 114a ) and compare the input voltage value with the added value. When the voltage generated by the first voltage generator 114a is the same as that of FIG. 7A , in the block section a, the reference voltage value generated by the first reference generator 112a is the actually measured first phase cluster (130) A difference occurs from the sum of the average voltage value of the sub-module 136 and the voltage value input from the first voltage generator 114a. Alternatively, the first comparator 117a subtracts the voltage value input from the first voltage generator 114a from the reference voltage value generated by the first reference generator 112a and the actual measured first phase cluster ( 130) The average voltage value of the sub-module 136 may be compared. Similarly, when the voltage generated by the first voltage generator 114a is the same as that of FIG. A value obtained by subtracting the input voltage value from 114a is different from the actually measured average voltage value of the sub-module 136 of the first phase cluster 130 . That is, in section a in which the voltage value generated by the first voltage generator 114a is input to the first comparator 117a, a control signal is input to the first phase cluster controller 120 .

이와 같이, 제2 전압 생성부(114b)는 도 7의 (b)와 같은 전압을 생성하고, 제2 비교부(117b)는 도 7의 b 구간에서만 제2 상 클러스터 제어기(122)에 제어 신호를 전달하게 된다. 제3 전압 생성부(114c)는 도 7의 (c)와 같은 전압을 생성하고, 제3 비교부(117c)는 도 7의 c 구간에서만 제3 상 클러스터 제어기(124)에 제어 신호를 전달하게 된다.In this way, the second voltage generator 114b generates a voltage as shown in (b) of FIG. 7 , and the second comparator 117b sends a control signal to the second phase cluster controller 122 only in the section b of FIG. 7 . will convey The third voltage generator 114c generates a voltage as shown in (c) of FIG. 7 , and the third comparator 117c transmits a control signal to the third phase cluster controller 124 only in the section c of FIG. 7 . do.

이를 통해, 본 개시의 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)는 저출력 구간에서 인위적으로 제1 상 내지 제3 상 클러스터(130, 132, 134)에 제어 신호를 입력하여 강제적으로 순환 전류를 발생시킬 수 있고, 각 상 클러스터를 구성하는 서브 모듈의 스위칭 주파수가 균등하도록 제어할 수 있다.Through this, the modular multi-level converter 100 of the present disclosure can artificially input a control signal to the first to third phase clusters 130, 132, and 134 in the low output section to forcibly generate a circulating current, , it is possible to control so that the switching frequency of the sub-modules constituting each phase cluster is equal.

따라서, 본 개시에 따르면, 저출력 구간에서도 각 서브 모듈의 스위칭 주파수가 균등하게 제어되므로 특정 서브 모듈만 사용되어 제품의 수명이 단축되는 것을 극복할 수 있다.Therefore, according to the present disclosure, since the switching frequency of each sub-module is uniformly controlled even in the low-output section, it is possible to overcome the shortening of the lifespan of the product because only a specific sub-module is used.

이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. The above description is merely illustrative of the technical spirit of the present disclosure, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present disclosure by those of ordinary skill in the art to which the present disclosure pertains.

따라서, 본 개시에 개시된 실시 예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. Accordingly, the embodiments disclosed in the present disclosure are for explanation rather than limiting the technical spirit of the present disclosure, and the scope of the technical spirit of the present disclosure is not limited by these embodiments.

본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The protection scope of the present disclosure should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present disclosure.

100: 모듈형 멀티레벨 컨버터
110: 프로세서
112: 레퍼런스 생성부
114: 전압 생성부
116: 저출력 감지부
117: 비교부
100: modular multilevel converter
110: processor
112: reference generating unit
114: voltage generator
116: low power detection unit
117: comparison unit

Claims (11)

모듈형 멀티레벨 컨버터에 있어서,
복수 개의 서브 모듈을 포함하는 복수의 상 클러스터; 및
상기 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 상기 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 프로세서를 포함하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.
In the modular multilevel converter,
a plurality of phase clusters including a plurality of sub-modules; and
When the reactive power output from the modular multi-level converter is less than or equal to the reference power, comprising a processor for controlling the circulating current to flow in the phase cluster,
Modular multilevel converter.
청구항 1에 있어서,
상기 기준 전력은,
0 Mvar인,
모듈형 멀티레벨 컨버터.
The method according to claim 1,
The reference power is
0 Mvar,
Modular multilevel converter.
청구항 1에 있어서,
상기 프로세서는
레퍼런스 생성부 및 비교부를 포함하고,
상기 비교부는
상기 레퍼런스 생성부에서 생성한 기준 전압을 상기 기준 전압을 제외한 나머지 입력 전압과 비교하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.
The method according to claim 1,
the processor is
Includes a reference generating unit and a comparison unit,
The comparison unit
comparing the reference voltage generated by the reference generator with the remaining input voltages except for the reference voltage,
Modular multilevel converter.
청구항 3에 있어서,
상기 레퍼런스 생성부는,
상기 복수의 상 클러스터 전압의 평균 전압 값을 상기 기준 전압으로 생성하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.
4. The method according to claim 3,
The reference generator,
generating an average voltage value of the plurality of phase cluster voltages as the reference voltage,
Modular multilevel converter.
청구항 3에 있어서,
상기 프로세서는
저출력 감지부와 전압 생성부를 더 포함하고,
상기 저출력 감지부는
상기 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 상기 전압 생성부가 생성하는 전압이 상기 비교부에 입력되도록 하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.
4. The method according to claim 3,
the processor is
Further comprising a low-power detection unit and a voltage generator,
The low-power detection unit
When the reactive power output from the modular multi-level converter is less than or equal to the reference power, the voltage generated by the voltage generator is input to the comparator,
Modular multilevel converter.
청구항 5에 있어서,
상기 비교부는
실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 상기 전압 생성부가 생성한 전압을 더한 값을 상기 기준 전압과 비교하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.
6. The method of claim 5,
The comparison unit
Comparing a value obtained by adding the actually measured average voltage of each sub-module of each phase cluster to the voltage generated by the voltage generator with the reference voltage,
Modular multilevel converter.
청구항 5에 있어서,
상기 비교부는
상기 기준 전압에서 상기 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값을 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 비교하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.
6. The method of claim 5,
The comparison unit
Comparing the value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage with the average voltage of each sub-module of each phase cluster actually measured,
Modular multilevel converter.
청구항 7에 있어서,
상기 비교부는
상기 기준 전압에서 상기 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값이 상기 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 차이가 있는 경우,
상기 각 상 클러스터에 제어 신호를 전송하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터.
8. The method of claim 7,
The comparison unit
When a value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage is different from the actually measured average voltage of each sub-module of each phase cluster,
Transmitting a control signal to each phase cluster,
Modular multilevel converter.
모듈형 멀티레벨 컨버터의 동작 방법에 있어서,
상기 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 출력되는 무효 전력이 기준 전력 이하인지 판단하는 단계; 및
상기 무효 전력이 기준 전력 이하인 경우, 복수의 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 단계를 포함하는
모듈형 멀티레벨 컨버터의 동작 방법.
In the operating method of the modular multi-level converter,
determining whether reactive power output from the modular multi-level converter is less than or equal to a reference power; and
When the reactive power is less than or equal to the reference power, comprising the step of controlling a circulating current to flow in a plurality of phase clusters
How a modular multilevel converter works.
청구항 9에 있어서,
상기 복수의 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 단계는,
레퍼런스 생성부에서 생성한 기준 전압에서 전압 생성부에서 생성된 전압을 뺀 값을 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 비교하는 단계를 포함하는,
모듈형 멀티레벨 컨버터의 동작 방법.
10. The method of claim 9,
The step of controlling the circulating current to flow in the plurality of phase clusters,
Comprising the step of comparing the value obtained by subtracting the voltage generated by the voltage generator from the reference voltage generated by the reference generator with the average voltage of the sub-modules of each phase cluster actually measured,
How a modular multilevel converter works.
청구항 10에 있어서,
상기 복수의 상 클러스터에 순환 전류가 흐르도록 제어하는 단계는,
레퍼런스 생성부에서 생성한 기준 전압에서 전압 생성부에서 입력된 전압을 뺀 값을 실제 측정된 각 상 클러스터의 서브 모듈 평균 전압과 차이가 있는 경우,
상기 각 상 클러스터에 제어 신호를 전송하는 단계를 더 포함하는
모듈형 멀티레벨 컨버터의 동작 방법.
11. The method of claim 10,
The step of controlling the circulating current to flow in the plurality of phase clusters,
If the value obtained by subtracting the voltage input from the voltage generator from the reference voltage generated by the reference generator is different from the actual measured average voltage of the sub-modules of each phase cluster,
Further comprising the step of transmitting a control signal to the respective phase cluster
How a modular multilevel converter works.
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