다중인접 기준벡터 불연속 변조기법을 이용한 NPC 멀티레벨 추진시스템

초록

철도차량 추진시스템과 같은 고전압 대전력 시스템의 전력 품질과 효율을 높이기 위해서 멀티레벨 컨버터에대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 철도차량에 적합한 Neutral-Point-Clamped (NPC) 멀티레벨 컨버터는 제어의 복잡성과 DC-link 캐패시터 전압 불균형의 문제로 3레벨 까지가 현실적인 한계로 알려져 있다. 최근 4레벨 이상의 고차원NPC 멀티레벨 컨버터에 적용 가능한 다중인접 기준벡터(Multi-Neighboring Reference Vector, MNRV) 불연속 변조기법(Discontinuous PWM, DPWM)이 제안되었다. 지령 전압의 위치에 따라 여러 개의 기준 벡터와 duty 보상 파라미터를 이용하여 지령 전압의 크기를 만족시킴과 동시에 캐패시터 전압 편차를 최소화하였다. 본 연구에서는 4레그MNRV DPWM를 기반으로 스코트 변압기를 이용하여 단상 전력 시스템을 3상 전력 시스템으로 확대 적용할 수 있는새로운 전력 변환 기법에 대해 연구하였다. 제안한 방식은 고차원의 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터, 고정전압-고정주파수 인버터, 가변전압-가변주파수 인버터에 적용 가능하여 철도차량과 같은 고전압 대전력 시스템에 응용 가능하다. 또한, 기존 2레벨 방식 대비 더 나은 전력 품질과 넓은 운전범위에서 높은 효율을 특징으로 한다. 제안한 MNRV DPWM기반 NPC 멀티레벨 추진시스템의 동작 특성과 효율을 분석하기 위해 여러가지 조건의 시뮬레이션을 수행하여 제안한 방법의 효용성을 검증하였다.

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