KR101862615B1 - Voltage source converter including hybrid active filter - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 전압형 컨버터는 교류전력을 직류전력으로 또는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전압형 컨버터로서, 제1 직류선로 및 제2 직류선로와 연결되는 적어도 하나의 밸브; 및 상기 밸브와 연결된 하이브리드 능동 필터를 포함하고, 상기 하이브리드 능동 필터는, 상기 밸브와 직렬로 결합된 직렬변압기; 상기 직렬변압기의 양단에 연결된 수동필터부; 순환전류 억제를 위한 보상전압을 상기 직렬변압기에 인가하는 전압형 인버터; 및 상기 전압형 인버터를 제어하는 제어기를 포함한다.A voltage-type converter according to an embodiment of the present invention is a voltage-type converter for converting AC power into DC power or DC power into AC power, comprising at least one valve connected to a first DC line and a second DC line; And a hybrid active filter coupled to the valve, wherein the hybrid active filter comprises: a series transformer coupled in series with the valve; A passive filter unit connected to both ends of the series transformer; A voltage-type inverter for applying a compensation voltage for suppressing a circulation current to the series transformer; And a controller for controlling the voltage-type inverter.

Figure R1020160122361
Figure R1020160122361

Description

하이브리드 능동 필터를 포함하는 전압형 컨버터{VOLTAGE SOURCE CONVERTER INCLUDING HYBRID ACTIVE FILTER}VOLTAGE SOURCE CONVERTER INCLUDING HYBRID ACTIVE FILTER "

본 발명은 하이브리드 능동 필터를 포함하는 전압형 컨버터에 관한 것이다.
The present invention relates to a voltage-type converter including a hybrid active filter.

HVDC 시스템은 사이리스터 밸브를 이용하는 전류형 HVDC 시스템과 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 소자를 이용하는 전압형 HVDC 시스템으로 구분된다.The HVDC system is classified into a current type HVDC system using a thyristor valve and a voltage type HVDC system using an IGBT (insulated gate bipolar mode transistor) element.

전류형 HVDC 시스템은 사이리스터 밸브를 정류하기 위해 발전기나 동기조상기와 같은 회전기기가 인버터 측 계통에 필요하며, 무효전력 보상을 위한 커패시터 뱅크가 인버터 측이나 정류기(rectifier) 측에 존재해야 한다. 특히, 전류형 HVDC 시스템은 고조파 왜곡을 발생시키기 때문에 이를 제거하기 위한 고조파 필터가 필수적으로 필요하다.In the current type HVDC system, a rotation device such as a generator or a synchronous shunt is required in the inverter side system to rectify the thyristor valve, and a capacitor bank for the reactive power compensation must be present on the inverter side or the rectifier side. In particular, since the current type HVDC system generates harmonic distortion, a harmonic filter is indispensably required to remove the harmonic distortion.

IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 전력용 반도체 소자를 이용한 전압형 HVDC 시스템은 유효전력과 무효전력을 동시에 제어 가능하고, 전류형 HVDC 시스템에 비해 고조파 필터의 크기가 상대적으로 작아 질 수 있다는 장점을 갖는다.A voltage-type HVDC system using an IGBT (Insulated Gate Bipolar mode Transistor) power semiconductor device is capable of controlling active power and reactive power at the same time, and has a merit that the size of a harmonic filter can be relatively reduced as compared with a current type HVDC system .

전압형 HVDC 시스템은 IGBT 소자를 이용하므로 스위칭 손실이 크다는 단점을 가지나, 최근에는 스위칭 손실이 전류형 HVDC 시스템에 근접하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터(Modular Multi-Level Convertor: MMC) 를 채용하는 전압형 HVDC 시스템이 연구되고 있다.Voltage-type HVDC systems have disadvantages of large switching loss due to the use of IGBT devices. In recent years, voltage-type HVDCs employing a modular multi-level converter (MMC) whose switching loss is close to current- System is being studied.

MMC는 고전압 구현이 용이하며, 스위칭 주파수 증가 없이 정현적인 출력파형을 만들 수 있다. 또한, 예비 모듈을 각 상에 장착하여 고장 발생에 대비할 수 있으므로 신뢰성이 우수하다. 그러나, 각 상마다 독립된 직류 전원을 갖는 회로적 특징으로 전원 주파수의 두 배에 해당하는 교류전력이 필연적으로 각 상에 존재하여 MMC 내에 순환전류가 발생한다.MMC is easy to implement at high voltages and can produce sinusoidal output waveforms without increasing switching frequency. In addition, since the spare module can be mounted on each phase to prepare for the occurrence of a failure, the reliability is excellent. However, a circuit characteristic having an independent DC power source for each phase has an AC power corresponding to twice the power frequency inevitably exists in each phase, thereby generating a circulating current in the MMC.

순환전류는 MMC의 전류 용량 및 커패시터 전압 리플을 증가시켜 전기적 스트레스를 가중시키므로 제거되어야 할 성분이다.
The circulating current is the component that must be removed because it increases the current capacity of the MMC and the capacitor voltage ripple to increase the electrical stress.

대한민국 공개특허공보 제10-2012-0058010호Korean Patent Publication No. 10-2012-0058010

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 하이브리드 능동 필터에 의해 순환전류를 억제하고 고조파 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 전압형 컨버터가 제공된다.
According to an embodiment of the present invention, a voltage-type converter capable of suppressing a circulating current and effectively removing a harmonic component by a hybrid active filter is provided.

본 발명의 일 실시 예에 따른 전압형 컨버터는, 교류전력을 직류전력으로 또는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전압형 컨버터로서, 제1 직류선로 및 제2 직류선로와 a상 교류 계통의 사이에 연결되어 각각 복수의 반도체 스위치 소자와 커패시터를 포함하는 복수의 a상 서브 모듈을 포함하는 a상 밸브; 상기 제1 직류선로 및 제2 직류선로와 b상 교류 계통의 사이에 연결되어 각각 복수의 반도체 스위치 소자와 커패시터를 포함하는 복수의 b상 서브 모듈을 포함하는 b상 밸브; 상기 제1 직류선로 및 제2 직류선로와 c상 교류 계통의 사이에 연결되어 각각 복수의 반도체 스위치 소자와 커패시터를 포함하는 복수의 c상 서브 모듈을 포함하는 c상 밸브; 및 상기 a상, b상 및 c상 밸브와 연결된 하이브리드 능동 필터를 포함하고, 상기 하이브리드 능동 필터는, 상기 a상, b상 및 c상 밸브와 각각 직렬로 결합된 a상, b상 및 c상 직렬변압기; 상기 a상, b상 및 c상 직렬변압기의 양단에 각각 연결된 a상, b상 및 c상 수동필터부; 순환전류 억제를 위한 a상, b상 및 c상 보상전압을 각각 상기 a상, b상 및 c상 직렬변압기에 인가하는 전압형 인버터; 및 상기 a상, b상 및 c상 직렬변압기의 a상, b상 및 c상 전압 또는 a상, b상 및 c상 전류의 상간 균형에 기초하여 상기 전압형 인버터를 제어하는 제어기를 포함한다.A voltage-type converter according to an embodiment of the present invention is a voltage-type converter that converts AC power into DC power or DC power into AC power. The converter includes a first DC line, a second DC line, An a-phase valve including a plurality of a-phase submodules connected to each other and including a plurality of semiconductor switch elements and capacitors; A b-phase valve including a plurality of b-phase submodules connected between the first direct current line and the second direct current line and the b-phase alternating current system and each including a plurality of semiconductor switch elements and a capacitor; A c-phase valve including a plurality of c-phase submodules connected between the first direct current line and the second direct current line and the c-phase alternating current system and each including a plurality of semiconductor switch elements and a capacitor; And a hybrid active filter coupled to the a-phase, b-phase, and c-phase valves, the hybrid active filter comprising: a, b, and c phases coupled in series with the a-, Series transformer; A-phase, b-phase and c-phase passive filter portions connected to both ends of the a-phase, b-phase and c-phase series transformers, respectively; A voltage-type inverter for applying the a-phase, b-phase, and c-phase compensation voltages for suppressing the circulating current to the a-phase, b-phase and c-phase series transformers, respectively; And a controller for controlling the voltage-type inverter based on an a-phase, b-phase and c-phase voltages of the a-phase, b-phase and c-phase series transformers or an interphase balance of a-phase, b-

본 발명의 일 실시 예에 따른 전압형 컨버터는 하이브리드 능동 필터에 의해 순환전류를 억제하고 고조파 성분을 효과적으로 제거할 수 있다.
The voltage-type converter according to an embodiment of the present invention can suppress the circulation current and effectively remove the harmonic components by the hybrid active filter.

도 1은 전압형 컨버터를 포함하는 HVDC 시스템의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 MMC의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 3은 하이브리드 능동 필터를 포함하는 MMC의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 4는 하이브리드 능동 필터의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 예에 따른 전압형 컨버터로 시뮬레이션을 수행한 파형도로서, 도 5는 도 3의 서브모듈 1에서 측정한 전류의 파형도이고, 도 6은 서브모듈 1에서 측정한 전압의 파형도이며, 도 7은 전압형 컨버터의 상부암과 하부암에서 측정한 전류의 파형도이다.1 is a block diagram illustrating an example of an HVDC system including a voltage-type converter.
2 is a block diagram showing an example of an MMC.
3 is a block diagram showing an example of an MMC including a hybrid active filter.
4 is a block diagram showing an example of a hybrid active filter.
FIG. 5 is a waveform diagram of currents measured by the submodule 1 of FIG. 3, and FIG. 6 is a waveform diagram of currents measured by the submodule 1 FIG. 7 is a waveform diagram of the current measured by the upper arm and the lower arm of the voltage-type converter. FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.However, the embodiments of the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. Further, the embodiments of the present invention are provided to more fully explain the present invention to those skilled in the art. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment.

또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
Also, to "include" an element means that it may include other elements, rather than excluding other elements, unless specifically stated otherwise.

도 1은 HVDC 시스템의 일 예를 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing an example of an HVDC system.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템은 제1 변압기(T1), 제1 컨버터(VSC1), 제2 컨버터(VSC2), 제2 변압기(T2)를 포함한다.Referring to FIG. 1, an HVDC system according to an embodiment of the present invention includes a first transformer T1, a first converter VSC1, a second converter VSC2, and a second transformer T2.

제1 변압기(T1)는 교류 계통과 연계되어 제1 교류전력을 변압하고, 제1 컨버터(VSC1)는 변압된 교류전력을 직류전력으로 변환한다. 변환된 직류전력은 제2 컨버터(VSC2)로 송전되고, 제2 컨버터(VSC2)는 상기 직류전력을 제2 교류전력으로 변환하고, 제2 변압기(T2)는 상기 제2 컨버터(VSC2)에서 변환된 교류전력을 변압한다.The first transformer T1 transforms the first AC power in association with the AC system, and the first converter VSC1 converts the transformed AC power into DC power. The converted DC power is transmitted to the second converter VSC2 and the second converter VSC2 converts the DC power to the second AC power and the second transformer T2 converts the DC power to the second converter VSC2, Transformed AC power.

제1 컨버터(VSC1)는 HVDC 시스템에서 정류기의 역할을 하고, 제2 컨버터(VSC2)는 HVDC 시스템에서 인버터의 역할을 한다. 제1 컨버터(VSC1) 및 제2 컨버터(VSC2)는 전압을 승압 또는 강압하는 전압형 컨버터(Voltage-Source Converter)일 수 있다. 일 예로, 제1 컨버터(VSC1) 및 제2 컨버터(VSC2)는 MMC(Modular Multi-Level Convertor)일 수 있고, 이에 대하여 도 2를 참조하여 설명하기로 한다.The first converter VSC1 serves as a rectifier in the HVDC system and the second converter VSC2 serves as an inverter in the HVDC system. The first converter VSC1 and the second converter VSC2 may be a voltage-source converter for stepping up or down the voltage. For example, the first converter VSC1 and the second converter VSC2 may be a modular multi-level converter (MMC), which will be described with reference to FIG.

이러한 전압형 컨버터의 출력 전압 파형에는 고조파 왜곡이 포함될 수 있고, 이러한 고조파 왜곡은 교류전력에 왜곡을 만들고 정상적인 시스템 운전이 방해될 수 있다.
The output voltage waveforms of these voltage-source converters can contain harmonic distortion, and such harmonic distortion can distort AC power and interfere with normal system operation.

도 2는 HVDC 시스템의 MMC의 일 예를 나타내는 블록도이다.2 is a block diagram showing an example of an MMC of the HVDC system.

MMC는 하나의 상(Phase)에 대응하는 제1 밸브(V1)를 포함한다. 다른 두 개의 상에 대응하는 제2 및 제3 밸브(V2, V3)는 제1 밸브(V1)와 동일한 형태로 이루어질 수 있으므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
The MMC includes a first valve (V1) corresponding to one phase. The second and third valves V2 and V3 corresponding to the other two phases may be formed in the same shape as the first valve V1, so that a duplicated description will be omitted.

제1 밸브(V1)는 제1 직류선로(DC cable1) 및 제2 직류선로(DC cable2) 사이에 연결된 상부 암(Arm-a1) 및 하부 암(Arm-a2)을 포함한다. 상기 상부 암(Arm1) 및 하부 암(Arm2)은 각각 직렬 연결된 N개의 복수의 서브 모듈들(SM1 내지 SMn)을 포함한다. 또한, 상기 서브 모듈들(SM1 내지 SMn)은 각각 복수의 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor)와 커패시터를 포함할 수 있다.The first valve V1 includes an upper arm Arm1 and a lower arm Arm2 connected between the first DC line DC1 and the second DC line DC2. The upper arm (Arm1) and the lower arm (Arm2) include N submodules (SM1 to SMn) connected in series. The submodules SM1 to SMn may include a plurality of IGBTs (insulated gate bipolar mode transistors) and capacitors.

일 예로, 도 2에는 두 개의 IGBT(S1, S2) 및 커패시터(CS)를 포함하는 하프 브리지형 서브 모듈을 도시하였다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고 풀 브리지형 서브 모듈, 클램프 더블형 서브 모듈 등 다양한 실시 예가 본 발명에 포함된다.As an example, FIG. 2 shows a half bridge type submodule including two IGBTs S1 and S2 and a capacitor CS. However, the present invention is not limited thereto, and various embodiments such as a full bridge type sub-module, a clamp double type sub-module, and the like are included in the present invention.

상기 하프 브리지 서브 모듈은 두 개의 IGBT(S1, S2), 각 IGBT와 역방향으로 연결된 다이오드(D1, D2), 및 두 개의 IGBT(S1, S2) 양단에 연결된 커패시터(CS)로 구성된다. 또한, 하나의 서브 모듈에 포함된 IGBT가 소손되는 경우 밸브가 소손된 IGBT를 포함하는 서브 모듈을 제외하고 동작할 수 있도록 경로를 바이패스하는 바이패스 스위치(SB)를 포함할 수 있다. 또한, 단락 등의 고장이 발생시 고장전류의 통로 역할을 하는 병렬 싸이리스터(SCR)를 포함할 수 있다.The half bridge submodule is composed of two IGBTs S1 and S2, diodes D1 and D2 connected in opposite directions to each IGBT and a capacitor CS connected across the two IGBTs S1 and S2. In addition, it may include a bypass switch SB for bypassing the path so that the IGBT included in one submodule can be operated except for a submodule including an IGBT whose valve is burned out when the IGBT is burned out. It may also include a parallel thyristor (SCR) that acts as a path for a fault current in the event of a fault such as a short circuit.

서브 모듈의 동작을 살피면, 상기 두 개의 IGBT 중 하나의 IGBT가 ON 동작시 다른 하나의 IGBT가 OFF 동작한다. 이러한 ON/OFF 동작과 전류방향에 따라 커패시터의 전압 또는 영 전압이 서브 모듈의 출력 터미널에 형성된다. Considering the operation of the sub-module, when one IGBT of the two IGBTs is ON, the other IGBT turns OFF. Depending on the ON / OFF operation and the current direction, the voltage or zero voltage of the capacitor is formed in the output terminal of the submodule.

이때, 직류선로(DC cable1, DC cable2)와 상기 서브 모듈의 커패시터 전압의 차이에 의하여 각각의 암에 전압 차이가 존재할 수 있고, 상기 전압 차이에서 교류 성분을 가지는 전류는 기본파 주파수의 두 배의 주파수(즉, 2차 고조파 성분)를 가지고 MMC 내부를 순환하는 순환전류이다.At this time, a voltage difference may exist in each arm due to a difference in capacitor voltage between the DC cable (DC cable1, DC cable2) and the submodule, and a current having an AC component in the voltage difference may be twice It is a circulating current that circulates inside the MMC with a frequency (i.e., a second harmonic component).

이하, 도 3을 참조하여 이러한 순환전류를 억제하기 위해 하이브리드 능동 필터를 채용한 전압형 컨버터의 일 예로서, 하이브리드 능동 필터를 포함하는 MMC를 설명하기로 한다.
Hereinafter, an MMC including a hybrid active filter will be described as an example of a voltage-type converter employing a hybrid active filter to suppress the circulation current with reference to FIG.

도 3은 하이브리드 능동 필터를 포함하는 MMC의 일 예를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram showing an example of an MMC including a hybrid active filter.

도 3을 참조하면, MMC는 제1 직류선로(DC cable1) 및 제2 직류선로(DC cable2) 사이에 연결된 적어도 하나의 밸브로서, 제1 밸브(V1)를 포함하고, 상기 제1 밸브(V1)는 하이브리드 능동 필터와 연결된다. . 제2 및 제3 밸브(V2, V3)는 제1 밸브(V1)와 동일한 형태로 이루어질 수 있으므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.3, MMC is at least one valve connected between a first DC line (DC cable1) and a second DC line (DC cable2), and includes a first valve (V1), and the first valve ) Is connected to the hybrid active filter. . The second and third valves V2 and V3 may be formed in the same shape as the first valve V1, so that a duplicate description will be omitted.

상기 하이브리드 능동 필터는 직렬변압기(110), 수동필터부(210), 전압형 인버터(300), 제어기(400)를 포함한다. 또한, 상기 하이브리드 능동 필터는 능동필터부(510)를 더 포함할 수 있다.
The hybrid active filter includes a series transformer 110, a passive filter unit 210, a voltage-type inverter 300, and a controller 400. The hybrid active filter may further include an active filter unit 510.

상기 직렬변압기(110)는 상기 제1 밸브(V1)와 직렬로 결합되어 보상 전압을 제1 밸브(V1)에 주입할 수 있다. 직렬변압기는 제1 밸브(V1)와 전압형 인버터(300)의 정격을 정합하고, 전압형 인버터(300)를 전원으로부터 분리하는 역할을 갖는다. The series transformer 110 may be coupled in series with the first valve V1 to inject a compensation voltage into the first valve V1. The series transformer has a role of matching the rating of the first valve (V1) and the voltage-type inverter (300) and separating the voltage-type inverter (300) from the power source.

직렬변압기(110)의 권수비는 시뮬레이션을 통한 최적화 과정을 통해 설정될 수 있다. 일반적으로 전압형 인버터(300)로부터 출력되는 보상전압(Vah, Vbh, Vch)은 밸브의 전압보다 작으므로, 전압형 인버터(300)측 권선수를 밸브측 권선수를 수 배 이상 크게 설정할 수 있다.The turn ratio of the series transformer 110 may be set through an optimization process through simulation. Generally, since the compensation voltages (Vah, Vbh, Vch) output from the voltage-type inverter 300 are smaller than the voltage of the valve, the voltage on the side of the voltage-type inverter 300 can be set several times or more .

MMC가 3개의 밸브를 포함하는 경우 직렬변압기(110) 결선형태는 3상 변압기 또는 단상 변압기 3개가 될 수 있다. 각각의 밸브에 결합된 단상 변압기 3개는 변압기의 상간 결합에 의한 보상전압의 왜곡을 방지할 수 있다.
If the MMC includes three valves, the series transformer 110 wiring configuration can be a three-phase transformer or three single-phase transformers. Three single-phase transformers coupled to each valve can prevent distortion of the compensation voltage due to phase-to-phase coupling of the transformer.

수동필터부(210)는 상기 직렬변압기(110)의 양단에 연결된다. 구체적으로, 제1 밸브(V1)의 상부 암(Arm-a1)과 상기 직렬변압기(110)의 사이, 및 1 밸브(V1)의 하부 암(Arm-a2)과 상기 직렬변압기(110)의 사이에 연결된 리액터들(La1, La2) 및 상기 리액터들과 병렬 연결된 커패시터(Ca1)를 포함할 수 있다.
The passive filter unit 210 is connected to both ends of the series transformer 110. Specifically, between the upper arm (Arm-a1) of the first valve (V1) and the series transformer 110, and between the lower arm (Arm-a2) of one valve (V1) and the series transformer 110 And capacitors Ca1 connected in parallel with the reactors.

전압형 인버터(300)는 순환전류 억제를 위한 보상전압(Vah, Vbh, Vch)을 상기 직렬변압기에 인가한다. 상기 전압형 인버터(300)는 제어기(400)로부터의 제어신호에 의해 스위칭 제어된다. 도 3에 도시된 바와 같이 세 개의 상에 대응하는 보상전압(Vah, Vbh, Vch)을 출력하고, 각 상에 대응하여 상보적으로 동작하는 스위치(T1 내지 T8)의 스위칭 상태에 따라 8개의 동작모드를 가질 수 있다.
The voltage-type inverter 300 applies the compensation voltages Vah, Vbh and Vch for suppressing the circulation current to the series transformer. The voltage-type inverter 300 is switched and controlled by a control signal from the controller 400. As shown in FIG. 3, the compensation voltages Vah, Vbh and Vch corresponding to the three phases are outputted, and eight operations are performed according to the switching states of the switches T1 to T8, Mode.

제어기(400)는 인버터의 스위치(T1 내지 T8)에 제어신호를 출력한다. 이를 위해 제어기는 밸브측(즉, 직렬변압기의 1차측)의 전압 및 전류를 입력받을 수 있다. 제어기(400)에 대하여 도 4를 참조하여 보다 자세히 설명하기로 한다.
The controller 400 outputs control signals to the switches T1 to T8 of the inverter. To this end, the controller can receive the voltage and current on the valve side (i.e., the primary side of the series transformer). The controller 400 will be described in more detail with reference to FIG.

능동필터부(510)는 직렬변압기(110) 전압형 인버터(300) 사이에 연결된다. 상기 능동필터부(510)는 전압형 인버터(300)가 출력하는 보상전압의 스위칭 리플성분을 제거하는 역할을 한다. 구체적으로, 능동필터부(510)는 인덕터와 커패시터를 포함하는 LC 저역통과필터가 될 수 있다.The active filter unit 510 is connected between the series transformer 110 voltage-type inverters 300. The active filter unit 510 removes the switching ripple component of the compensation voltage output from the voltage-based inverter 300. Specifically, the active filter unit 510 may be an LC low-pass filter including an inductor and a capacitor.

이에 따라, 직렬변압기(110)의 누설 인덕턴스에 고조파 성분의 전압이 유기되는 것을 방지할 수 있다.
Accordingly, it is possible to prevent the voltage of the harmonic component from being induced in the leakage inductance of the series transformer 110.

도 4는 하이브리드 능동 필터의 일 예를 나타내는 블록도이다.4 is a block diagram showing an example of a hybrid active filter.

도 4를 참조하면, 하이브리드 능동 필터는 각각 상위 암과 하위 암을 가지는 세 개의 밸브에 결합되어 있다.Referring to FIG. 4, the hybrid active filter is coupled to three valves each having an upper arm and a lower arm.

제어기(400)는 보상기(410) 및 비교기(420)를 포함할 수 있다.The controller 400 may include a compensator 410 and a comparator 420.

상기 보상기(410)는 직렬변압기(110, 120, 130)의 1차측의 전압(Va, Vb, Vc) 및 전류(Ia, Ib, Ic)를 입력 받아 보상기준전압(Vca, Vcb, Vcc)를 출력할 수 있다. The compensator 410 receives the compensated reference voltages Vca, Vcb and Vcc by receiving the voltages Va, Vb and Vc and the currents Ia, Ib and Ic on the primary side of the series transformers 110, 120 and 130, Can be output.

일 예로, 보상기(410)는 상기 1차측의 전압(Va, Vb, Vc)의 기본파 균형 전압을 계산한 후 상기 1차측의 전류(Ia, Ib, Ic)와 연산하여 유효전력 및 무효전력을 획득할 수 있다. 이후, 상기 유효전력 및 무효전력에 기초하여 보상을 위한 전압 성분을 계산하고, 1차측의 전압(Va, Vb, Vc)과 기본파 균형 전압의 차이에 상기 보상을 위한 전압 성분을 합하여 보상기준전압(Vca, Vcb, Vcc)을 출력할 수 있다.For example, the compensator 410 calculates the fundamental wave balance voltage of the primary side voltages Va, Vb, and Vc and then calculates the primary side wave balance voltage to calculate the active power and the reactive power Can be obtained. Thereafter, a voltage component for compensation is calculated based on the active power and the reactive power, and the voltage component for compensation is added to the difference between the primary side voltage (Va, Vb, Vc) (Vca, Vcb, Vcc).

상기 비교기(420) 보상기준전압(Vca, Vcb, Vcc)을 삼각파와 비교하고, 비교결과를 전압형 인버터(300)를 제어하는 제어신호로서 출력할 수 있다.The comparator 420 compares the compensated reference voltages Vca, Vcb, and Vcc with the triangular wave, and outputs the comparison result as a control signal for controlling the voltage-type inverter 300.

상기 제어신호는 상기 전압형 인버터(300)의 윗 단의 스위치(T1, T3, T5)가 온 동작하면 경우 이에 대응하는 전압형 인버터(300)의 아랫 단의 스위치(T2, T4, T6)가 오프 동작하도록 할 수 있다.When the switches T1, T3, and T5 at the upper ends of the voltage-driven inverter 300 are turned on, the control signals are applied to the switches T2, T4, and T6 at the lower ends of the voltage- Off operation.

또한, 상기 전압형 인버터(300)에서 출력되는 보상전압은 각각의 밸브에 대응하는 리플필터부(510, 520, 530)을 통해 대응하는 직렬변압기(110, 120, 130)에 인가될 수 있다.
The compensation voltage output from the voltage-based inverter 300 may be applied to the corresponding series transformers 110, 120, and 130 through the ripple filter units 510, 520, and 530 corresponding to the respective valves.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 예에 따른 전압형 컨버터로 시뮬레이션을 수행한 파형도로서, 도 5는 도 3의 서브모듈 1에서 측정한 전류의 파형도이고, 도 6은 서브모듈 1에서 측정한 전압의 파형도이며, 도 7은 전압형 컨버터의 상부암에서 측정한 전류의 파형도이다.FIG. 5 is a waveform diagram of currents measured by the submodule 1 of FIG. 3, and FIG. 6 is a waveform diagram of currents measured by the submodule 1 FIG. 7 is a waveform diagram of the current measured in the upper arm of the voltage-type converter. FIG.

도 5를 참조하면, 하이브리드 능동 필터가 동작을 시작하는 시점(ta) 이후에 서브모듈 1(SM1, 도 3)에서 측정한 전류가 2차 고조파가 제거된 파형을 보이는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that the current measured in the sub-module 1 (SM1, FIG. 3) after the time (ta) at which the hybrid active filter starts to operate shows a waveform in which the second harmonic is removed.

도 6을 참조하면, 하이브리드 능동 필터가 동작을 시작하는 시점(tb) 이후에 서브모듈 1(SM1, 도 3)에서 측정한 전압이 2차 고조파가 제거된 파형을 보이는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the voltage measured at the sub-module 1 (SM1, FIG. 3) after the time tb at which the hybrid active filter starts operation shows a waveform in which the second harmonic is removed.

도 7을 참조하면, 하이브리드 능동 필터가 동작을 시작하는 시점(tc) 이후에 전압형 컨버터의 3개의 밸브 각각의 상부암에 흐르는 전류가 2차 고조파가 제거된 파형을 보이는 것을 확인할 수 있다.
Referring to FIG. 7, it can be seen that the current flowing through the upper arm of each of the three valves of the voltage-type converter shows a waveform in which the second harmonic is removed after the time tc at which the hybrid active filter starts to operate.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the particular forms disclosed. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

T1: 제1 변압기
VSC1: 제1 컨버터
VSC2: 제2 컨버터
T2: 제2 변압기
MMC: 모듈형 멀티 레벨 컨버터
V1, V2, V3: 제1 내지 제3 밸브
110, 120, 130: 직렬변압기
210, 220, 230: 수동필터부
300: 전압형 인버터
400: 제어기
510, 520, 530: 리플필터부T1: first transformer
VSC1: first converter
VSC2: second converter
T2: second transformer
MMC: Modular Multilevel Converter
V1, V2, V3: First to third valves
110, 120, 130: a series transformer
210, 220, and 230:
300: Voltage type inverter
400: controller
510, 520, and 530:

Claims (7)

교류전력을 직류전력으로 또는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 전압형 컨버터로서,
제1 직류선로 및 제2 직류선로와 a상 교류 계통의 사이에 연결되어 각각 복수의 반도체 스위치 소자와 커패시터를 포함하는 복수의 a상 서브 모듈을 포함하는 a상 밸브;
상기 제1 직류선로 및 제2 직류선로와 b상 교류 계통의 사이에 연결되어 각각 복수의 반도체 스위치 소자와 커패시터를 포함하는 복수의 b상 서브 모듈을 포함하는 b상 밸브;
상기 제1 직류선로 및 제2 직류선로와 c상 교류 계통의 사이에 연결되어 각각 복수의 반도체 스위치 소자와 커패시터를 포함하는 복수의 c상 서브 모듈을 포함하는 c상 밸브; 및
상기 a상, b상 및 c상 밸브와 연결된 하이브리드 능동 필터를 포함하고,
상기 하이브리드 능동 필터는,
상기 a상, b상 및 c상 밸브와 각각 직렬로 결합된 a상, b상 및 c상 직렬변압기;
상기 a상, b상 및 c상 직렬변압기의 양단에 각각 연결된 a상, b상 및 c상 수동필터부;
순환전류 억제를 위한 a상, b상 및 c상 보상전압을 각각 상기 a상, b상 및 c상 직렬변압기에 인가하는 전압형 인버터; 및
상기 a상, b상 및 c상 직렬변압기의 a상, b상 및 c상 전압 또는 a상, b상 및 c상 전류의 상간 균형에 기초하여 상기 전압형 인버터를 제어하는 제어기;
를 포함하는 전압형 컨버터.
1. A voltage-type converter for converting AC power into DC power or DC power into AC power,
An a-phase valve including a plurality of a-phase submodules connected between a first direct current line and a second direct current line and an a-phase ac system, each of the a-phase submodules including a plurality of semiconductor switch elements and a capacitor;
A b-phase valve including a plurality of b-phase submodules connected between the first direct current line and the second direct current line and the b-phase alternating current system and each including a plurality of semiconductor switch elements and a capacitor;
A c-phase valve including a plurality of c-phase submodules connected between the first direct current line and the second direct current line and the c-phase alternating current system and each including a plurality of semiconductor switch elements and a capacitor; And
And a hybrid active filter connected to said a-phase, b-phase and c-phase valves,
The hybrid active filter includes:
A-phase, b-phase and c-phase series transformers coupled in series with the a-phase, b-phase and c-phase valves, respectively;
A-phase, b-phase and c-phase passive filter portions connected to both ends of the a-phase, b-phase and c-phase series transformers, respectively;
A voltage-type inverter for applying the a-phase, b-phase, and c-phase compensation voltages for suppressing the circulating current to the a-phase, b-phase and c-phase series transformers, respectively; And
A controller for controlling the voltage-type inverter based on an a-phase, b-phase and c-phase voltages of the a-phase, b-phase and c-phase series transformers or an interphase balance of a-phase, b-phase and c-phase currents;
/ RTI >
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 하이브리드 능동 필터는,
상기 a상, b상 및 c상 직렬 변압기와 상기 전압형 인버터 사이에 각각 연결되는 a상, b상 및 c상 리플필터부를 더 포함하는 전압형 컨버터.
The hybrid active filter according to claim 1,
And a-phase, b-phase, and c-phase ripple filter portions respectively connected between the a-phase, b-phase and c-phase series transformers and the voltage-type inverter.
제4항에 있어서, 상기 a상, b상 및 c상 리플필터부는 각각
상기 a상, b상 및 c상 보상전압의 스위칭 리플성분을 제거하는 LC 저역통과필터인 전압형 컨버터.
5. The fuel cell system according to claim 4, wherein the a-phase, b-phase, and c-
And an LC low-pass filter that removes switching ripple components of the a-phase, b-phase, and c-phase compensation voltages.
제1항에 있어서,
상기 a상, b상 및 c상 밸브는 각각 상부 암(arm) 및 하부 암을 포함하고,
상기 a상, b상 및 c상 직렬변압기는 각각 상기 상부 암 및 상기 하부 암 사이에서 결합된 전압형 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein the a-phase, b-phase, and c-phase valves each include an upper arm and a lower arm,
And the a-phase, b-phase, and c-phase series transformers are coupled between the upper arm and the lower arm, respectively.
제1항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 a상, b상 및 c상 직렬변압기의 1차측 전압 및 전류를 입력받아 보상기준전압을 출력하는 보상기; 및
상기 보상기준전압을 삼각파와 비교하고 비교결과를 상기 전압형 인버터를 제어하는 제어신호로서 출력하는 비교기;
를 포함하는 전압형 컨버터.2. The apparatus of claim 1,
A compensator for receiving a voltage and a current on a primary side of the a-phase, b-phase and c-phase series transformers and outputting a compensated reference voltage; And
A comparator for comparing the compensation reference voltage with a triangular wave and outputting a comparison result as a control signal for controlling the voltage-type inverter;
/ RTI >
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