NPC와 H-Bridge 컨버터의 부스트 벡터와 커패시터 전압의 해석 = Analysis of Capacitor Voltage and Boost Vector in Neutral-Point-Clamped

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Multi-level converter that is high-capacity electric power conversion system is used widely to electric motor drive system and FATCs(Flexible AC Transmission Systems). H-Bridge converter has been prevalently applied to shunt-type system because it can be easily expanded to the multi-level. In steady states, converter is normally operated in the range of 0.7∼0.8 of modulation index. Even though zero vectors are not imposed to high modulation index, DC-Link voltage is constant. It means that converter has another boost vector except for zero vectors among several vectors in 3-level converter. This paper has examined the principle of boost vector and investigated the difference between another boost vector and zero vectors in 3-level converter.In addition, this paper has analysed and compared the charging currents and the capacitor voltages of two topologies. The currents and voltages are related to reference voltage. Therefore, it proposed the calculation method for the voltage ripple and the charging current of each capacitor and compared various DC-Link voltage control methods through the simulation.

국문 초록 (Abstract)

대용량 전력변환기기인 멀티-레벨 컨버터는 전동기구동시스템 및 유연송전시스템 등에 널리 사용되고 있다. 이중 H-Bridge 컨버터는 캐스캐이드 형태를 사용하여 멀티-레벨로의 확장이 용이한 장점으로 인해 shunt형 기기로 점차 응용이 확대되고 있다. 정상 상태에서 대략 0.7∼0.8의 변조지수 범위에서 작동한다. 고변조지수에서는 부스트 벡터인 zero vector가 인가되지 않아도 DC-link 전압은 일정하게 유지된다. 이것은 3-레벨 컨버터의 여러 벡터 중 zero vector이외에도 또 다른 boost vector가 존재한다는 것을 의미한다. 본 논문은 boost vector의 원리를 살펴보고 3-레벨 컨버터에서 zero vector와 또 다른 boost vector와의 차이점을 고찰하였다. 또한 본 논문은 두 토폴로지의 충전 전류와 커패시터 전압을 해석하고 비교한다. 이 전압과 전류는 스위칭 상태와 기준전압과 관련되어 있고 이것을 이용하여 각 커패시터의 충전전류와 전압리플에 대한 계산 방법을 제안하였고 다양한 DC-Link 전압제어 방법을 시뮬레이션을 통해 비교하였다.