KR102020323B1 - 모듈형 멀티 레벨 컨버터 및 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법 - Google Patents

모듈형 멀티 레벨 컨버터 및 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법 Download PDF

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Abstract

모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법은 아암 모듈에 포함되는 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보를 수신받고, n개의 서브 모듈을 m개의 서브 모듈 그룹으로 그룹화하고, n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보에서 m개의 서브 모듈 그룹 중 제1 서브 모듈 그룹에 포함된 서브 모듈 각각에 대한 제1 상태 정보를 수신받고, 메모리에 기 저장된 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보 중 제1 서브 모듈 그룹에 포함되지 않은 서브 모듈 각각에 대한 제2 상태 정보를 수신받고, 제1 상태 정보 및 제2 상태 정보를 이용하여 서브 모듈의 스위칭을 제어하며, 제1 상태 정보를 상기 메모리에 업데이트 한다.

Description

모듈형 멀티 레벨 컨버터 및 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법{A modular multi-level converter and method of controlling a voltage balancing in the modular multi-level converter}
본 발명은 모듈형 멀티 레벨 컨버터에 관한 것으로, 특히 전압 밸런싱 제어 방법에 관한 것이다.
고압 직류송전(HVDC: High Voltage Direct-Current transmission)은 교류 송전(HVAC: High Voltage Alternating-Current transmission)에 비하여 장거리 송전, 비동기 계통 연계, 해저 케이블 사용 및 전력제어 가능 등의 장점을 가지고 있어서, 그 응용 사례가 꾸준히 증가하고 있다.
고압 직류 송전 시스템은 송전 측에서 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 송전하고 수요 측에서 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 수용가에 공급한다.
이에 따라, 고압 직류 송전 시스템에서는 교류 전력을 직류 전력으로 또는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하기 위해 컨버터가 필수적으로 구비된다.
이러한 컨버터는 도 1에 도시한 바와 같이, 6개의 아암(arm, D1 내지 D6)으로 구성된다. 6개의 아암(D1 내지 D6)의 스위칭 제어에 의해 교류 전력이 직류 전력으로 변환된다.
각 아암(D1 내지 D6)에는 스위치가 구비된다. 하지만, 하나의 스위치가 견딜수 있는 내압에 한계가 있다.
이에 따라, 최근에는 각 아암(D1 내지 D6)에 다수의 서브 모듈이 구비되어 각 서브 모듈의 선택적인 스위칭 제어에 의해 고 전압에도 견딜 수 있는 모듈형 멀티 레벨 컨버터가 제안되었다.
각 서브 모듈은 2개의 IGBT(Insulating Gate Bipolar Transistor)와 캐패시터로 구성된다.
각 아암(D1 내지 D6)에 구비된 서브 모듈의 개수는 컨버터의 처리 용량에 따라 결정되며, 많게는 수백 개까지도 구비될 수 있다. 따라서, 이러한 서브 모듈을 선택적으로 스위칭 제어하는 것은 용이하지 않다.
특히, 서브 모듈에 구비된 캐패시터의 전압 값은 운전 상황 등으로 고정되지 않고 가변된다. 아울러, 수많은 서브 모듈은 서로 다른 제조사에 의해 제조된 경우, 각 서브 모듈의 캐패시터의 규격이 다를 수 있다. 따라서, 각 서브 모듈의 캐패시터의 캐패시턴스가 다르고, 이러한 캐패시터의 캐패시턴스의 다름에 기인하여 각 서브 모듈의 캐패시터의 캐패시턴스 전압이 달라질 수 있다. 캐패시터 전압은 캐패시터에 충전된 전압이다.
각 서브 모듈의 캐패시턴스의 용량이 다를 시에는 캐패시턴스에 충전되는 전압의 충전 시간이 다르기 때문에, 낮은 용량의 캐패시턴스를 갖는 서브 모듈의 스위칭 주파수(switching frequency)는 급격히 증가되고, 높은 용량의 캐패시턴스를 갖는 서브 모듈은 낮은 스위칭 주파수를 가지게 된다. 이와 같이 각 서브 모듈의 스위칭 주파수가 급격히 높아지거나 급격히 낮아지면, 서브 모듈에 구비된 IGBT의 수명이 짧아지는 문제가 있다.
이는 곧 서브 모듈의 수명을 단축시키게 되므로, 서브 모듈의 캐패시터 전압을 일정하게 유지하도록 하는 기술이 절실이 필요하다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 서브 모듈의 캐패시터 전압이 가변되는 상황에서도 서브 모듈의 스위칭 주파수가 균등하게 유지되도록 하여 서브 모듈의 수명을 연장시킬 수 있는 모듈형 멀티 레벨 컨버터 및 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법을 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법은, 아암 모듈에 포함되는 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보를 수신받는 단계; 상기 n개의 서브 모듈을 m개의 서브 모듈 그룹으로 그룹화하는 단계; 상기 수신받은 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보에서 상기 m개의 서브 모듈 그룹 중 제1 서브 모듈 그룹에 포함된 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보를 수신받는 단계; 메모리에 기 저장된 상기 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보 중 상기 제1 서브 모듈 그룹에 포함되지 않은 서브 모듈 각각에 대한 제2 상태 정보를 수신받는 단계; 상기 제1 상태 정보 및 상기 제2 상태 정보를 이용하여 서브 모듈의 스위칭을 제어하는 단계; 및 상기 제1 상태 정보를 상기 메모리에 업데이트 하는 단계를 포함한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 측면에 따르면, 모듈형 멀티 레벨 컨버터는, 아암 모듈에 포함되는 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보가 저장되어 있는 메모리; 상기 아암 모듈로부터 상기 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보를 입력받는 입력부; 상기 n개의 서브 모듈을 m개의 서브 모듈 그룹으로 그룹화하여, 상기 입력받은 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보에서 상기 m개의 서브 모듈 그룹 중 제1 서브 모듈 그룹에 포함된 서브 모듈 각각에 대한 제1 상태 정보를 수신하고, 상기 메모리에 기 저장된 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보 중 상기 제1 서브 모듈 그룹에 포함되지 않은 서브 모듈 각각에 대한 제2 상태 정보를 수신하여 상기 제1 상태 정보 및 상기 제2 상태 정보를 이용하여 서브 모듈의 스위칭 제어를 결정하는 결정부를 포함한다.
본 발명에 따른 단말기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 가중치 정보를 각 서브 모듈의 서브 모듈 전압에 반영시켜 줌으로써, 아암 모듈 내의 다수의 서브 모듈 사이의 스위칭 주파수를 균등하게 유지시켜 주므로 각 서브 모듈의 스위치 및 서브 모듈의 수명을 연장시켜 주어 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 고전압 직류 송전 시스템에 구비된 일반적인 컨버터를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터을 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터에서 3상 아암 브릿지의 결선을 보여준다.
도 4는 아암에 포함된 서브 모듈의 회로도를 보여준다.
도 5는 도 2의 구동부를 보여준다.
도 6은 다수의 서브 모듈에 대한 그룹화를 보여준다.
도 7은 입력부에서 서브 모듈 그룹 별로 정보가 결정부로 전달되는 모습을 보여준다.
도 8은 각 상태 그룹별로 최소/최대 캐패시터 전압을 갖는 서브 모듈을 결정하는 모습을 보여준다.
도 9는 각 상태 그룹별로 찾아진 최소/최대 캐패시터 전압을 갖는 서브 모듈의 상태를 변경하는 모습을 보여준다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터을 보여준다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 멀티 레벨 컨버터는 제어부(10), 다수의 구동부(12 내지 17) 및 다수의 아암 모듈(20 내지 25)을 포함할 수 있다. 나중에 설명되겠지만, 각 아암 모듈(20 내지 25)에는 다수의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)이 구비될 수 있다.
다수의 구동부(12 내지 17)는 다수의 아암 모듈(20 내지 25)과 각각 1대 1 대응으로 연결될 수 있다.
예컨대, 제1 구동부(12)는 제1 아암 모듈(20)과 연결되어, 제1 아암 모듈(20)의 관련 정보가 제1 구동부(12)로 제공되고, 제1 구동부(12)에 의해 제1 아암 모듈(20)의 관련 정보를 바탕으로 생성된 다수의 게이트 신호가 제1 아암 모듈(20)로 제공될 수 있다.
각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)에는 싸이리스터(thyristor)가 구비되어 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)에 갑자기 과도한 전류가 유입되는 경우, 과도한 전류를 바이패스시켜 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)에 구비된 캐패시터나 스위치, 예컨대 IGBT의 손상을 방지할 수 있다.
나머지 구동부, 예컨대 제2 내지 제6 구동부(13, 14, 15, 16, 17)은 제1 구동부(12)와 동일한 동작을 수행할 수 있다.
여기서, 각 아암 모듈(20 내지 25)의 관련 정보는 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태 정보, 아암 전류(iarm(t)) 및 아암 전압(Varm(t))를 포함하고, 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태 정보는 온/오프 상태 정보(g(t)), 서브 모듈 전압(Vsm(t)), 바이패스 정보 등을 포함할 수 있다.
서브 모듈 전압(Vsm(t))은 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)에 포함된 캐패시터에 충전된 전압을 의미할 수 있다.
제어부(10)는 다수의 구동부(12 내지 17)를 제어하는 한편, 다수의 구동부(12 내지 17)에 기준 전압값을 제공한다.
다수의 구동부(12 내지 17)는 제어부(10)로부터 제공받은 기준 전압값을 바탕으로 각 아암 모듈(20 내지 25)에 포함된 다수의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 온(on) 개수를 결정할 수 있다. 여기서, 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 온이라 함은 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 스위치를 턴온시켜 줌을 의미한다. 나중에 설명하겠지만, 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)에는 적어도 하나의 스위치, 예컨대 IGBT가 구비될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 3상 아암 브릿지 결선에는 예컨대 6개의 아암 모듈(20 내지 25)이 구비될 수 있다.
각 아암 모듈(20 내지 25)은 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 스위칭 온/오프를 제어하고 각 구동부(12 내지 17)와 통신을 통해 정보를 주고 받을 수 있다.
각 아암 모듈(20 내지 25)에는 다수의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)이 구비될 수 있다.
본 발명에서는 각 아암 모듈(20 내지 25)에 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)이 구비되고 있지만, 각 아암 모듈(20 내지 25)에 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)보다 작거나 큰 서브 모듈이 구비될 수도 있다.
각 아암 모듈(20 내지 25) 내의 다수의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)은 서로 직렬로 연결될 수 있다.
각 아암 모듈(20 내지 25)은 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태 정보, 아암 전류(iarm(t)) 및 아암 전압(Varm(t))을 구동부(12 내지 17)로 제공할 수 있다.
도시되지 않았지만, 각 아암 모듈(20 내지 25)에 구비된 다수의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)은 일정 개수별로 그룹화되어 그룹 단위로 보드(board)에 실장될 수 있다. 도시되지 않았지만, 각 아암 모듈(20 내지 25)에는 그룹 단위의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)이 실장된 보드 이외에 통신 기능이나 제어 기능이 구비된 메인 모드가 구비될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 이러한 메인 보드에서 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태 정보를 취합하고 아암 전류(iarm(t)) 및 아암 전압(Varm(t))를 파악하고, 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태 정보, 아암 전류(iarm(t)) 및 아암 전압(Varm(t))을 구동부(12 내지 17)로 제공할 수 있다. 또한, 메인 보드는 구동부(12 내지 17)로부터 제공된 게이트 신호를 수신하고, 상기 게이트 신호를 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)로 제공하여, 상기 게이트 신호에 응답하여 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)을 턴온 또는 턴오프하도록 제어할 수 있다.
각 아암 모듈(20 내지 25)과 구동부(12 내지 17)는 광케이블로 연결되어, 광통신을 이용하여 정보를 주고받을 수 있다.
각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)은 하프 타입(half type) 서브 모듈(도 4a) 또는 풀 타입(full type) 서브 모듈(도 4b)일 수 있다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 하프 타입 서브 모듈은 2개의 스위치(S1, S2), 2개의 다이오드(D1, D2) 및 캐패시터(CM)를 포함할 수 있다.
각 다이오드(D1, D2)는 각 스위치(S1, S2)에 병렬 연결되어, 전류의 역류를 방지하여 스위치(S1, S2)의 오동작을 방지할 수 있다.
캐패시터(CM)는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)의 턴온시 입력되는 전압을 충전하고 제1 및 제2 스위치(S1, S2)의 턴오프시 상기 충전된 전압을 방전시키는 역할을 한다.
제1 및 제2 스위치(S1, S2)는 구동부(12 내지 17)에서 제공된 게이트 신호에 의해 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 제1 및 제2 스위치(S1, S2)가 터온될 때, 교류 전압이 캐패시터(CM)에 충전될 수 있다.
제1 및 제2 스위치(S1, S2) 각각은 IGBT일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 풀 타입 서브 모듈은 4개의 스위치(S1 내지 S4), 4개의 다이오드(D1 내지 D4) 및 캐패시터(CM)를 포함할 수 있다.
각 다이오드(D1 내지 D4)는 각 스위치(S1 내지 S4)에 병렬 연결될 수 있다.
예컨대, 제1 및 제4 스위치(S1, S4)가 턴온될 때, 정극성의 교류 전압이 캐패시터(CM)에 충전되고, 제2 및 제3 스위치(S2, S3)가 턴온될 때, 부극성의 교류 전압이 캐패시터(CM)에 충전될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
본 발명의 모듈형 멀티 레벨 컨버터에는 2개의 3상 아암 브릿지 결선이 구비될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이상과 같이 구성된 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 구동부(12 내지 17)의 동작 방법을 설명한다.
도 5에서는 설명의 편의를 위해, 구동부(12)를 대표로 도시하고 있지만, 다른 구동부들(13 내지 17) 또한 도 5와 동일한 구성 요소로 구성되어, 동일한 기능이 수행될 수 있다.
도 5를 참고하면, 구동부(12)는 입력부(110), 메모리(120), 가중치 산출부(140) 및 결정부(130)를 포함할 수 있다.
아울러, 구동부(12)는 차이 산출부(150) 및 상태 변환부(160)를 더 포함할 수 있다.
입력부(110)는 아암 모듈(20)로부터 제공된 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태 정보, 아암 전류(iarm(t)) 및 아암 전압(Varm(t))와 같은 관련 정보를 수신한다. 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 상태 정보는 온/오프 상태 정보(g(t)), 서브 모듈 전압(Vsm(t)), 바이패스 정보 등을 포함할 수 있다.
아암 전류(iarm(t)) 및 아암 전압(Varm(t)) 각각은 아암 모듈(20)에서 하나씩 생성되는데 반해, 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t)) 각각은 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 개수만큼 생성될 수 있다. 예컨대, 아암 모듈(20)에 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)이 구비되면, 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t)) 각각은 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 개수만큼 생성될 수 있다.
입력부(110)는 도 6에 도시한 바와 같이, n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)을 m개의 서브 모듈 그룹(Group_1 내지 Group_m)으로 그룹화하여, m개의 서브 모듈 그룹(Group_1 내지 Group_m) 중 하나의 서브 모듈 그룹에 포함된 s개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s)의 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))를 결정부(130)로 전달한다.
다른 실시예로서, 입력부(110)에 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 각각의 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))가 매 주기마다 갱신 및 저장되고, 결정부(130)가 상기 갱신된 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 각각의 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t)) 중에서 s개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s) 각각의 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))을 읽어들일 수도 있다. 예컨대, 각 서브 모듈 그룹(Group_1 내지 Group_m)은 16개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_16)로 구성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
만일 n이 256이고 각 서브 모듈 그룹(Group_1 내지 Group_m)이 16개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_16)로 구성되는 경우, 256개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_256)은 총 16개의 서브 모듈 그룹(Group_1 내지 Group_16)으로 그룹화될 수 있다.
예컨대, 제1 내지 제16 서브 모듈(SM_1 내지 SM_16)은 제1 서브 모듈 그룹(Group_1)으로 그룹화되고, 제17 내지 제32 서브 모듈(SM_17 내지 SM_32)은 제2 서브 모듈 그룹(Group_2)으로 그룹화될 수 있다. 이와 같은 방식에 의해 제241 내지 제256 서브 모듈(SM_241 내지 SM_256)은 제16 서브 모듈 그룹(Group_16)으로 그룹화될 수 있다.
입력부(110)는 일정 주기마다 입력되는 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)에 의해 그룹화된 m개의 서브 모듈 그룹(Group_1 내지 Group_m) 중 하나의 서브 모듈 그룹에 포함된 s개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s)을 결정부(130)로 전달할 수 있다.
다른 실시예로서, 전술한 바와 같이 결정부(130)가 입력부(110)에서 직접 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 각각의 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t)) 중에서 s개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s) 각각의 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))을 읽어들일 수도 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 예컨대, t1 시점에 아암 모듈(20)로부터 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 각각의 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))이 입력부(110)로 전달된다. 입력부(110)는 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)을 m개의 서브 모듈 그룹(Group_1 내지 Group_m)으로 그룹화한 다음, 제1 서브 모듈 그룹(Group_1)으로 그룹화된 제1 내지 제16 서브 모듈(SM_1 내지 SM_16) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))를 결정부(130)로 전달한다.
한편, 제1 서브 모듈 그룹(Group_1)으로부터 그룹화된 제1 내지 제16 서브 모듈(SM_1 내지 SM_16) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))은 메모리(120)에 전달되어 메모리(120)에 업데이트된다. 즉, 이전에 메모리(120)에 저장된 제1 서브 모듈 그룹(Group_1)에 포함된 제1 내지 제16 서브 모듈(SM_1 내지 SM_16) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t-Δt)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t-Δt))가 현재 메모리(120)에 전달된 제1 서브 모듈 그룹(Group_1)에 포함된 제1 내지 제16 서브 모듈(SM_1 내지 SM_16) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))으로 업데이트될 수 있다.
이어서, t2 시점에 아암 모듈(20)로부터 또 다른 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)이 입력부(110)로 전달된다. 입력부(110)는 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)을 m개의 서브 모듈 그룹(Group_1 내지 Group_m)으로 그룹화한 다음, 제2 서브 모듈 그룹(Group_2)으로 그룹화된 제17 내지 제32 서브 모듈(SM_17 내지 SM_32) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t))) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))을 결정부(130)로 전달한다. 한편, 제2 서브 모듈 그룹(Group_2)으로부터 그룹화된 제17 내지 제32 서브 모듈(SM_17 내지 SM_32) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))은 메모리(120)에 전달되어 메모리(120)에 업데이트된다. 즉, 이전에 메모리(120)에 저장된 제2 서브 모듈 그룹(Group_2)에 포함된 제17 내지 제32 서브 모듈(SM_17 내지 SM_32) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t-Δt)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t-Δt))가 현재 메모리(120)에 전달된 제2 서브 모듈 그룹(Group_2)에 포함된 제17 내지 제32 서브 모듈(SM_17 내지 SM_32) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))으로 업데이트될 수 있다.
이와 같은 방식에 의해, 예컨대, tm 시점에 아암 모듈(20)로부터 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)이 입력부(110)로 전달된다. 입력부(110)는 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)을 m개의 서브 모듈 그룹(Group_1 내지 Group_m)으로 그룹화한 다음, 제m 서브 모듈 그룹(Group_m)으로 그룹화된 제241 내지 제256 서브 모듈(SM_241 내지 SM_256) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))를 결정부(130)로 전달한다. 한편, 제m 서브 모듈 그룹(Group_m)으로부터 그룹화된 제241 내지 제256 서브 모듈(SM_241 내지 SM_256) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))은 메모리(120)에 전달되어 메모리(120)에 업데이트된다. 즉, 이전에 메모리(120)에 저장된 제m 서브 모듈 그룹(Group_m)에 포함된 제241 내지 제256 서브 모듈(SM_241 내지 SM_256) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t-Δt)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t-Δt))가 현재 메모리(120)에 전달된 제m 서브 모듈 그룹(Group_m)에 포함된 제241 내지 제256 서브 모듈(SM_241 내지 SM_256) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))으로 업데이트될 수 있다.
이와 같이 m번을 주기로 하여, m개의 시점마다 입력된 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)로부터 그룹화된 m개의 서브 모듈 그룹(Group_1 내지 Group_m) 중 하나의 서브 모듈 그룹에 포함된 s개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))이 1회씩 결정부(130)와 메모리(120)로 입력될 수 있다.
따라서, m번의 주기 동안 m개의 서브 모듈 그룹(Group_1 내지 Group_m) 각각은 적어도 한번은 결정부(130)나 메모리(120)로 전달될 수 있다. 메모리(120)에서는 m번의 주기 동안 적어도 한번 전달된 서브 모듈 그룹에 포함된 s개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))가 현재 메모리(120)에 저장된 이전에 전달된 서브 모듈 그룹에 포함된 s개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t-Δt)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t-Δt))을 대체하여 업데이트될 수 있다.
한편, 입력부(110)는 아암 모듈(20)로부터 전달된 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))를 가중치 산출부(140)로 전달할 수 있다.
가중치 산출부(140)는 입력부(110)로부터 전달된 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))를 바탕으로 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 각각에 대한 가중치 정보(Vvirtual(t))를 산출하여 결정부(130)로 전달할 수 있다.
가중치 산출부(140)와 결정부(130)은 서로 다른 연산 모듈로 구성될 수 있다. 예컨대, 가중치 산출부(140)는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)로 구성되고, 결정부(130)는 DSP(Digital Signal Processor)로 구성될 수 있다.
FPGA는 병렬 연산 처리가 가능하다. 이에 따라, 가중치 산출부(140)로 입력된 전달된 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))은 병렬 처리가 가능하므로, 가중치 산출부(140)에 부하(load)가 크게 걸리지 않게 된다.가중치 정보(Vvirtual(t))는 전압값으로 나타내어지고, 예컨대 양의 전압 값, 음의 전압값 또는 0일 수 있다. 가중치 정보(Vvirtual(t))가 양의 전압 값인 경우, 결정부(130)로 전달된 해당 서브 모듈 전압(Vsm(t))에 더해질 수 있다. 가중치 정보(Vvirtual(t))가 음의 전압 값인 경우, 결정부(130)로 전달된 해당 서브 모듈 전압(Vsm(t))에서 감산될 수 있디. 가중치 정보(Vvirtual(t))가 0인 경우, 결정부(130)로 전달된 해당 서브 모듈 전압(Vsm(t))이 그대로 유지될 수 있다.
가중치 산출부(140)에서 가중치 정보(Vvirtual(t))를 산출하기 위해 다양한 알고리즘이 사용될 수 있지만, 이러한 알고리즘을 널리 공지된 기술이다.
예컨대 RLS(recursive least square) 알고리즘이 사용될 수 있다. 이러한 알고리즘은 정격으로 정해진 캐패시턴스 값에 의한 에너지 변동 관계(정격 용량과 역률 그리고 전압 리플(ripple) 관계)를 기준으로 변화된(추정된) 캐패시터에서의 에너지량을 계산하여 그 부족분 또는 여유분을 산출할 수 있다. 에너지 변동과 캐패시턴스 사이의 관계를 통해 가변되는 캐패시턴스와 동일하게 맞추기 위한 가중치 정보(Vvirtual(t))가 산출될 수 있다.
이러한 가중치 정보(Vvirtual(t))가 결정부(130)에 전달된 해당 서브 모듈 전압(Vsm(t))에 가감됨으로써, 아암 모듈(20) 내의 다수의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 사이의 스위칭 주파수가 균등하게 유지될 수 있다.
결정부(130)는 입력부(110)로부터 전달된 하나의 서브 모듈 그룹에 포함된 s개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s) 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t))과 메모리(120)에 저장된 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 중 입력부(110)로부터 입력되는 s개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s)을 제외한 나머지 서브 모듈 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t-Δt)) 및 서브 모듈 전압(Vsm(t-Δt))을 수신한다.
결정부(130)는 상기 수신된 하나의 서브 모듈 그룹에 포함된 s개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s) 각각에 대한 서브 모듈 전압(Vsm(t)) 및 입력부(110)로부터 입력되는 s개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s)을 제외한 나머지 서브 모듈 각각에 대한 서브 모듈 전압(Vsm(t-Δt))에 가중치 산출부(140)로부터 전달된 가중치 정보(Vvirtual(t))를 반영한다.
가중치 산출부(140)로부터 산출된 가중치 정보(Vvirtual(t))는 n개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 각각에 대응하여 생성될 수 있다.
예컨대, 가중치 정보(Vvirtual(t))가 양의 전압 값인 경우 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 서브 모듈 전압(Vsm(t), Vsm(t-Δt))에 더해지고, 가중치 정보(Vvirtual(t))가 음의 전압 값인 경우 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 서브 모듈 전압(Vsm(t), Vsm(t-Δt))에서 감산되며, 가중치 정보(Vvirtual(t))가 0인 경우 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 서브 모듈 전압(Vsm(t), Vsm(t-Δt))이 그대로 유지될 수 있다.
결정부(130)는 상기 가중치 정보(Vvirtual(t))가 반영된 s개의 서브 모듈 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s)의 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t)) 및 입력부(110)로부터 입력되는 s개의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_s)을 제외한 나머지 서브 모듈 각각에 대한 온/오프 상태 정보(g(t-Δt)) 를 바탕으로 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)을 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)과 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)으로 그룹화한다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)에 대한 온/오프 상태 정보(g(t), g(t-Δt))를 통해 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 온/오프 상태를 파악할 수 있다. 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)이 온 상태라 함은 각서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 내의 스위치가 턴온된 상태임을 의미하고, 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)이 오프 상태라 함은 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 내의 스위치가 턴오프된 상태임을 의미할 수 있다.
이에 따라, 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 온/오프 상태 정보(g(t), g(t-Δt))를 바탕으로 온 상태인 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)이 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)으로 그룹화될 수 있다.
마찬가지로, 도 8b에 도시한 바와 같이, 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 온/오프 상태 정보(g(t), g(t-Δt))를 바탕으로 오프 상태인 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)이 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)으로 그룹화될 수 있다.
앞서 설명한 바와 달리, 먼저 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)을 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)과 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)으로 그룹화한 다음, 해당 서브 모듈 그룹에 포함된 각 서브 모듈의 서브 모듈 전압(Vsm(t), Vsm(t-Δt))에 가중치 산출부(140)로부터 전달된 가중치 정보(Vvirtual(t))가 반영될 수도 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
결정부(130)는 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 포함된 다수의 서브 모듈의 서브 모듈 전압(Vsm(t), Vsm(t-Δt)) 중에서 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈을 결정한다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 포함된 서브 모듈의 서브 모듈 전압(Vsm(t), Vsm(t-Δt))이 각각 3V, 3V, 6V, 5V, 1V, ..., 4V, 5V, 9V라고 하면, 1V가 최소 전압이 되고 9V가 최대 전압이 되므로 1V를 갖는 서브 모듈이 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에서의 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈로 결정되고 9V를 갖는 서브 모듈이 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에서의 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈로 결정될 수 있다.
결정부(130)는 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 포함된 다수의 서브 모듈의 서브 모듈 전압 중에서 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈을 결정한다.
도 8b에 도시한 바와 같이, 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-state SM group)에 포함된 서브 모듈의 서브 모듈 전압(Vsm(t), Vsm(t-Δt))이 각각 4V, 7V, 2V, 2V, 4V, ..., 8V, 1V, 4V라고 하면, 1V가 최소 전압이 되고 8V가 최대 전압이 되므로 1V를 갖는 서브 모듈이 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-state SM group)에서의 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈로 결정되고 8V를 갖는 서브 모듈이 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-state SM group)에서의 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈로 결정될 수 있다.
이와 같이 결정된 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(max)) 그리고 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-state SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(max))을 상태 변환부(160)로 전달한다.
차이 산출부(150)는 제어부(10)로부터 전달된 기준 전압(Vref(t))과 아암 모듈(20)로부터 전달된 아암 전압(Varm(t))을 비교하여 그 차이 값(Diff(t))을 산출한다.
아암 전압(Varm(t))은 아암 모듈(20)로부터 입력부(110)를 경유하여 전달될 수 있다.
예컨대, 기준 전압으로부터 아암 전압(Varm(t))을 감산하여 차이 값(Diff(t))이 산출될 수 있다.
예컨대, 기준 전압이 아암 전압(Varm(t))보다 크면 양(+)의 차이 값(Diff(t))이 산출될 수 있다. 양(+)의 차이 값(Diff(t))은 현재 오프 상태인 특정 서브 블록을 온 상태로 활성화시킴을 의미할 수 있다. 예컨대, 특정 서브 블록의 스위치가 현재 턴오프 상태인 경우, 차이 값(Diff(t))이 양(+)이면 특정 서브 블록의 스위치가 턴온 상태로 변경될 수 있다.
예컨대, 기준 전압이 아암 전압(Varm(t))보다 작으면, 음(-)의 차이 값(Diff(t))이 산출될 수 있다. 음(-)의 차이 값(Diff(t))은 현재 온 상태인 특정 서브 블록을 오프 상태로 활성화시킴을 의미할 수 있다. 예컨대, 특정 서브 블록의 스위치가 현재 턴온 상태인 경우, 차이 값(Diff(t))이 음(-)이면 특정 서브 블록의 스위치가 턴오프 상태로 변경될 수 있다.
상태 변환부(160)는 아암 모듈(20)로부터 전달된 아암 전류(iarm(t)) 및 차이 산출부(150)로부터 전달된 차이 값(Diff(t))을 수신한다.
아울러, 상태 변환부(160)는 결정부(130)로부터 전달된 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(max)) 그리고 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(max))을 수신한다.
상태 변환부(160)는 차이 값(Diff(t)) 및 아암 전류(iarm(t))를 바탕으로 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(max)) 그리고 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(max)) 중 적어도 하나의 상태를 변경시킬 수 있다.
도 9는 각 상태 그룹별로 찾아진 최소/최대 캐패시터 전압을 갖는 서브 모듈의 상태를 변경하는 모습을 보여준다.
도 9에서, 아암 전류(iarm(t))가 0보다 큰 것은 순방향 전류를 의미하고, 아암 전류(iarm(t))가 0보다 작은 것은 역방향 전류를 의미할 수 있다. 이는 달리 표현하면, 아암 전류(iarm(t))가 0보다 큰 것은 서브 모듈에 충전됨을 의미하고, 아암 전류(iarm(t))가 0보다 작은 것은 서브 모듈이 방전됨을 의미할 수 있다.
도 9a에 도시한 바와 같이, 차이 값(Diff(t))과 아암 전류(iarm(t)) 모두 0보다 큰 경우, 상태 변환부(160)는 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(max)) 그리고 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(max)) 중 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(min))을 오프 상태에서 온 상태로 변경시킬 수 있다. 이에 따라, 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(min))에 포함된 스위치는 원래 턴오프되어야 하지만, 해당 서브 모듈이 온 상태로 변경되었으므로 해당 스위치는 턴온될 수 있다.
도 9b에 도시한 바와 같이, 차이 값(Diff(t))은 0보다 작고 아암 전류(iarm(t))가 0보다 큰 경우, 상태 변환부(160)는 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(max)) 그리고 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(max)) 중 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(max))을 온 상태에서 오프 상태로 변경시킬 수 있다. 이에 따라, 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(max))에 포함된 스위치는 원래 턴온되어야 하지만, 해당 서브 모듈은 오프 상태로 변경되었으므로 해당 스위치는 턴 오프될 수 있다.
도 9c에 도시한 바와 같이, 차이 값(Diff(t))은 0이고 아암 전류(iarm(t))가 0보다 큰 경우, 상태 변환부(160)는 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(max))을 온 상태에서 오프 상태로 변경시키는 한편, 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(min))을 오프 상태에서 온 상태로 변경시킬 수 있다.
도 9d에 도시한 바와 같이, 차이 값(Diff(t))이 0보다 크지만 아암 전류(iarm(t))가 0보다 작은 경우, 상태 변환부(160)는 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(max)) 그리고 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(max)) 중 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 대한 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(max))을 오프 상태에서 온 상태로 변경시킬 수 있다. 이에 따라, 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 대한 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(max))에 포함된 스위치는 원래 턴오프되어야 하지만, 해당 서브 모듈이 온 상태로 변경되었으므로 해당 스위치는 턴온될 수 있다.
도 9e에 도시한 바와 같이, 차이 값(Diff(t)) 및 아암 전류(iarm(t)) 모두 0보다 작은 경우, 상태 변환부(160)는 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(max)) 그리고 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(min))과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(max)) 중 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(min))을 온 상태에서 오프 상태로 변경시킬 수 있다. 이에 따라, 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(min))에 포함된 스위치는 원래 턴온되어야 하지만, 해당 서브 모듈은 오프 상태로 변경되었으므로 해당 스위치는 턴 오프될 수 있다.
도 9f에 도시한 바와 같이, 차이 값(Diff(t))은 9이고 아암 전류(iarm(t))는 0보다 작은 경우, 상태 변환부(160)는 온 상태 서브 모듈 그룹(on-state SM group)에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMon-state(min))을 온 상태에서 오프 상태로 변경시키는 한편, 오프 상태 서브 모듈 그룹(off-stat SM group)에 대한 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈(SMoff-state(max))을 오프 상태에서 온 상태로 변경시킬 수 있다.
이상에서 설명된 n, m 및 s는 자연수일 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 가중치 정보(Vvirtual(t))를 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 서브 모듈 전압에 반영시켜 줌으로써, 아암 모듈(20) 내의 다수의 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n) 사이의 스위칭 주파수를 균등하게 유지시켜 주므로 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 스위치 및 각 서브 모듈(SM_1 내지 SM_n)의 수명을 연장시켜 주어 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10: 제어부
12 내지 17: 구동부
20 내지 25: 아암 모듈
SM_1 내지 SM_n: 서브 모듈
110: 입력부
120: 메모리
130: 결정부
140: 가중치 산출부
150: 차이 산출부
160: 상태 변환부

Claims (13)

  1. 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법에 있어서,
    아암 모듈에 포함되는 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보를 수신받는 단계;
    상기 n개의 서브 모듈을 m개의 서브 모듈 그룹으로 그룹화하는 단계;
    상기 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보를 바탕으로 상기 n개의 서브 모듈 각각에 대한 가중치 정보를 산출하는 단계;
    상기 수신받은 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보에서 상기 m개의 서브 모듈 그룹 중 제1 서브 모듈 그룹에 포함된 서브 모듈 각각에 대한 제1 상태 정보를 수신받는 단계;
    메모리에 기 저장된 상기 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보 중 상기 제1 서브 모듈 그룹에 포함되지 않은 서브 모듈 각각에 대한 제2 상태 정보를 수신받는 단계;
    상기 제1 상태 정보, 상기 제2 상태 정보, 및 상기 산출된 가중치 정보를 이용하여 서브 모듈의 스위칭을 제어하는 단계; 및
    상기 제1 상태 정보를 상기 메모리에 업데이트 하는 단계를 포함하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 상태 정보 각각은 온/오프 상태 정보 및 서브 모듈 전압을 포함하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 서브 모듈의 스위칭을 제어하는 단계는,
    상기 가중치 정보를 상기 제1 상태 정보에 포함된 서브 모듈 전압 및 상기 제2 상태 정보에 포함된 서브 모듈 전압에 반영하는 단계를 포함하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 서브 모듈의 스위칭을 제어하는 단계는,
    상기 가중치가 반영된 n개의 서브 모듈을 온 상태 서브 모듈 그룹과 오프 상태 서브 모듈 그룹으로 그룹화하는 단계; 및
    상기 온 상태 서브 모듈 그룹에 포함된 서브 모듈들 중 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈과 최대 서브 모듈을 갖는 서브 모듈 그리고 상기 오프 상태 서브 모듈 그룹에 포함된 서브 모듈들 중 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈과 최대 서브 모듈을 갖는 서브 모듈을 결정하는 단계를 더 포함하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 m개의 서브 모듈 그룹에 포함된 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보는 m번을 주기로 하여 수신되는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 m번의 주기 동안 상기 m개의 서브 모듈 그룹 각각에 포함된 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보가 1회씩 수신되는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    차이 값 정보 및 상기 아암 모듈의 아암 전류를 바탕으로 상기 온 상태 서브 모듈 그룹에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈 그리고 오프 상태 서브 모듈 그룹에 대한 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈과 최대 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈 중 적어도 하나의 상태를 변경시키는 단계를 더 포함하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차이 값 정보는 제어부로부터 전달된 기준 전압과 상기 아암 모듈의 아암 전압 사이의 차이 값인 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법.
  10. 아암 모듈에 포함되는 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보가 저장되어 있는 메모리;
    상기 아암 모듈로부터 상기 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보를 입력받는 입력부;
    상기 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보를 바탕으로 상기 n개의 서브 모듈 각각에 대한 가중치 정보를 산출하는 가중치 산출부; 및
    상기 n개의 서브 모듈을 m개의 서브 모듈 그룹으로 그룹화하여, 상기 입력받은 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보에서 상기 m개의 서브 모듈 그룹 중 제1 서브 모듈 그룹에 포함된 서브 모듈 각각에 대한 제1 상태 정보를 수신하고,
    상기 메모리에 기 저장된 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보 중 상기 제1 서브 모듈 그룹에 포함되지 않은 서브 모듈 각각에 대한 제2 상태 정보를 수신하고,
    상기 제1 상태 정보, 상기 제2 상태 정보, 및 상기 산출된 가중치 정보를 이용하여 서브 모듈의 스위칭 제어를 결정하는 결정부를 포함하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 상태 정보 각각은 온/오프 상태 정보 및 서브 모듈 전압을 포함하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 결정부는,
    상기 가중치 정보를 상기 제1 상태 정보에 포함된 서브 모듈 전압 및 상기 제2 상태 정보에 포함된 서브 모듈 전압에 반영하고, 상기 가중치가 반영된 n개의 서브 모듈을 온 상태 서브 모듈 그룹과 오프 상태 서브 모듈 그룹으로 그룹화하여, 상기 온 상태 서브 모듈 그룹에 포함된 서브 모듈들 중 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈과 최대 서브 모듈을 갖는 서브 모듈 그리고 상기 오프 상태 서브 모듈 그룹에 포함된 서브 모듈들 중 최소 서브 모듈 전압을 갖는 서브 모듈과 최대 서브 모듈을 갖는 서브 모듈을 결정하는 모듈형 멀티 레벨 컨버터.
  13. 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법에 있어서,
    아암 모듈에 포함되는 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보를 수신받는 단계;
    상기 n개의 서브 모듈을 m개의 서브 모듈 그룹으로 그룹화하는 단계;
    상기 수신받은 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보에서 상기 m개의 서브 모듈 그룹 중 제1 서브 모듈 그룹에 포함된 서브 모듈 각각에 대한 제1 상태 정보를 수신받는 단계;
    메모리에 기 저장된 상기 n개의 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보 중 상기 제1 서브 모듈 그룹에 포함되지 않은 서브 모듈 각각에 대한 제2 상태 정보를 수신받는 단계;
    상기 제1 상태 정보 및 상기 제2 상태 정보를 이용하여 서브 모듈의 스위칭을 제어하는 단계; 및
    상기 제1 상태 정보를 상기 메모리에 업데이트 하는 단계를 포함하고,
    상기 m개의 서브 모듈 그룹 중 어느 하나의 서브 모듈 그룹에 포함된 서브 모듈 각각에 대한 상태 정보는 m번을 주기로 하여 수신되는 모듈형 멀티 레벨 컨버터의 전압 밸런싱 제어 방법.
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