[박사학위논문 초록소개] 7-레벨 H-Bridge 인버터를 이용한 순간전압강하 보상용 LIDVR 시스템

본 논문은 고압 대용량 전력변환 시스템인 7-레벨 H-Bridge 인버터를 배전선로에서 계통사고 및 부하증가로 인해 발생 되는 순간전압강하를 보상하는 Line Interactive Dynamic Voltage Restorer (LIDVR) 에 적용하여 이를 최적화시키기 위한연구이다. 멀티레벨 시스템은 3가지 토폴로지가 존재하며 이를 응용분야에 활용하기 위해서는 제어목적에 가장 적합한 방식을 결정해야 한다. 이를 위해서 멀티레벨 시스템의 회로 구성요소와 동작 특성에 대해 장단점을 상호 비교하였으며 H-Blidge 인버터가 고레벨로 확장시 회로 구성과 DC- 링크 커패시터 전압 균형에 있어서 다른 토폴로지에 비해 가장 유리하였다 H-Blidge 방식은 인버터로 동작시에는 전압 불균형의 문제가 발생하지 않으나 컨버터로 동작시에는 출력되는 레그전압의 스위칭 상태에 따라 커패시터간의 불균형의 문제가 발생하게 된다 . 커패시터간의 전압 불균형 문제는 전압 여유분을 필요로 하며 출력전압의 고조파 증가라는 악영향을 미치게 되므로 이에 대한 제어가 요구된다. 본 연구에서는 H-Bridge 컨버터에서 레그전압 리던던시를 이용하여 기존의 삼각파 캐리어를 재배치함으로써 각 스위치의 스위칭 주피수를 같게 하면서 스위치에 흐르는 전류의 실효값을 같게 하여 하나의 커패시터 전압을 궤환 받아 제어하더라도 개별 커패시터 전압 이 일정하게 유지되는 새로운 PWM 기법을 제안하였다. 이 방법에 의해 각 커패시터에 충방전되는 전류의 크기가 같게 되기 때문에 모든 커패시터들은 동일한 DC 전압값을 유지할 수 있게 하였다. 제안된 펄스 폭 변조 (Pulse Width Modulation : PWM) 기법과 멀티레벨 시스템에 사용될 수 있는 멀티캐리어 PWM기법들의 고조파 특성비교를 위하여 기존의 공간전압벡터 방식이 애난 부하 중성점 기준 상전압 방식의 고조파 자속을 이용하여 여러 레벨에서 간단하게 비교할 수 있는 방법을 제안하였으며 MATLAB/SIMULINK 를 이용하여 이를 모델링하여 시뮬레이션을 수행하였다. Phase Disposition (PD) PWM 방식과 제안된 Carriier Hedistribution (CR) PWM 기법이 소자의 통일한 스위칭 주파수조건하에서 전 변조지수에 대해 우수한 고조파특성을 보였다. 또한 2- 레벨에서 3- 레벨로 ,3 레벨에서 5 레벨로 증가시에 고조파가 현저하게 감소되나 5- 레벨 이상에는 다소 감소하는 것을 보였다 . LIDVR 시스템에서 DC- 링크 커패시터 전압을 일정하게 제어하면서 공통연결점 (Point of Common Coupling : PCC) 단에 일정 출력전압을 공급할 수 있는 제어기법을 제안하였다. LIDVR 의 경우 부하는 전원전압이 아닌 PCC 단 전압을 공 급 받기 때문에 위상각 변동에 대해서도 항상 일정한 값을 가지도록 제어기를 구성하였다 이를 위해 DC- 링크 전압 재어 기 출력의 무효성분은 커패시터 전압을 일정하게 유지하기 위한 지령값이 되며 유효성분은 정상시에서는 컨버터 자체의 손실성분을 보상하며 전압강하 및 상승시에는 부하에 유효전력을 공급하게 하였다. 제안된 PWM 기법과 제어 알고리즘을 600V-100A IGBT 를 이용한 300kVA 급 7-레벨 H-Bridge LIDVR 시스템에 적용하여 타당성을 입증하였다.