단상 NPC 3레벨 PWM 컨버터에 응용 가능한 오프셋 전압 기반 불연속 변조 기법에 대한 연구

초록

본 논문에서는 스위칭 손실 감소를 위해 불연속 변조 기법을 이용한 고속철도 추진제어장치용 단상 NPC 3레벨 PWM 컨버터에 대해 연구하였다. 기존 2레벨 PWM 컨버터는 대 전력 특성으로 인해 이용 가능한 스위칭 주파수가 낮고 그에 따른 주파수 제어 대역폭의 감소로 제어 속응성이 떨어지고 전력 품질이 떨어지는 문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 삼상 PWM 인버터에서 사용하는 불연속 변조 기법을 응용하여 단상 NPC 3레벨 PWM 컨버터에적용하였다. 제안한 방식은 적절한 오프셋 전압 추가를 통해 제어 전압 매 반주기마다 지령 극전압을 양 혹은 음의DC 레일에 클램핑시킨다. 따라서 동일 스위칭 손실을 가정했을 때 스위칭 상태 변화가 절반으로 감소되어 주파수 변조 지수를 2배 증가시킴으로써 제어 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, DC 링크 캐패시터의 중성점 변동 원인 분석을통해 전압 변동 시 전압 편차를 빠르게 보상할 수 있는 방안에 대해 연구하였다. 600kW급 단상 NPC 3레벨 PWM컨버터에 대한 시뮬레이션을 통해 제안한 불연속 변조 기법에 대한 타당성을 검증하고 기존 방식과 성능 비교를 통해우수성을 확인하였다.

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