WO2020159011A1 - 고전압 대용량 전력변환장치용 스너버 - Google Patents

고전압 대용량 전력변환장치용 스너버 Download PDF

Info

Publication number
WO2020159011A1
WO2020159011A1 PCT/KR2019/006701 KR2019006701W WO2020159011A1 WO 2020159011 A1 WO2020159011 A1 WO 2020159011A1 KR 2019006701 W KR2019006701 W KR 2019006701W WO 2020159011 A1 WO2020159011 A1 WO 2020159011A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
module
capacitor
transformer
diode
secondary winding
Prior art date
Application number
PCT/KR2019/006701
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
서용석
시아막셔모하마디
박현철
Original Assignee
전북대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전북대학교산학협력단 filed Critical 전북대학교산학협력단
Publication of WO2020159011A1 publication Critical patent/WO2020159011A1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34Snubber circuits

Definitions

  • the present invention relates to a snubber for a power conversion device that is an inverter or a converter, and more particularly, to a snubber for limiting the rate of increase in current during turn-on of a semiconductor switching device such as IGCT in a large-capacity high-voltage power conversion device. It is about.
  • a general wind power generation system is a structure in which power generated from a wind turbine is connected to a system through a power conversion device, and a power conversion system having a rated capacity of the power generation system is required. Due to its characteristics, a large-capacity wind power generation system is operated with high voltage and current, and a power conversion device must also be designed to satisfy the conditions. Due to these characteristics, a multi-level power conversion system is applied.
  • IGCT requires a di/dt limiting inductor that satisfies the current rise rate characteristics of IGCT when switching on and an overvoltage protection circuit that limits transient voltage spikes when switching off.
  • a conventional snubber includes an inductor, a resistor, a capacitor, and a diode, and uses an inductor to limit an upward slope of a current when the semiconductor switch is on, and a resistor, a capacitor, when the semiconductor switch is off. Diodes are used to prevent transient voltage spikes.
  • the snubber having such a structure does not regenerate the energy accumulated in the inductor, causing additional power loss, and increasing the number of parts of the system.
  • the voltage applied to the diode included in the snubber is high, and a diode of the high voltage specification is required.
  • the diode of the high voltage specification is very expensive compared to the diode of the low voltage specification (for example, 10-50 times), the size is also large, there is a heavy problem.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art, and has an object to provide an efficient snubber circuit having the same di/dt limiting ability but a lower loss.
  • the present invention aims to reduce the voltage stress of the clamp diode during the switching of the IGCT, especially in the event of a transient, as a snubber circuit comprising a flyback transformer with multiple secondary windings.
  • the present invention is a snubber module, provided between a switch module including at least one semiconductor switch for converting power, and a DC-link capacitor module including a capacitor for smoothing DC voltage, and comprising at least one transformer.
  • a switch module including at least one semiconductor switch for converting power
  • a DC-link capacitor module including a capacitor for smoothing DC voltage
  • the transformer operates as an inductor using the mutual inductance of the transformer, current flowing through the semiconductor switch
  • a snubber module wherein the slope of is limited to a predetermined slope or less, and when the semiconductor switch is OFF, the magnetized energy stored in the transformer is transferred to the DC-link capacitor module of the power converter.
  • the present invention as a snubber, includes first and second snubber modules having the characteristics of the snubber module, wherein the first snubber module includes at least one first transformer module and at least one transformer.
  • a first diode module comprising a diode
  • the first transformer module comprises a secondary winding module including a primary winding and at least one secondary winding, one end of the primary winding of the first transformer module And the other end are respectively connected to the positive electrode of the switch module and the positive electrode of the DC-link capacitor module, and one end and the other end of the secondary winding module of the first transformer module are respectively positive and DC- of the DC-link capacitor module.
  • the 1-1 diode connected to the neutral point of the link capacitor module and included in the first diode module is between one end of the secondary winding module of the first transformer module and the anode of the DC-link capacitor module or the first transformer. It is provided between the other end of the secondary winding module of the module and the neutral point of the DC-link capacitor module, wherein the second snubber module is a second transformer module including at least one transformer and a second including at least one diode.
  • a diode module wherein the second transformer module includes a secondary winding module including a primary winding and at least one secondary winding, and one end and the other end of the primary winding of the second transformer module are respectively Connected to the negative electrode of the DC-link capacitor module and the negative electrode of the switch module, one end and the other end of the secondary winding module of the second transformer module are respectively negative of the DC-link capacitor module and neutral point of the DC-link capacitor module.
  • the 2-1 diode included in the second diode module is between the one end of the secondary winding module of the second transformer module and the negative electrode of the DC-link capacitor module, or the secondary winding of the second transformer module. It provides a snubber, characterized in that provided between the other end of the module and the neutral point of the DC-link capacitor module .
  • the primary winding of the 1-1 transformer included in the first transformer module and at least one secondary winding included in the secondary winding module are wound in opposite directions to each other, and the second 2- included in the second transformer module. It is preferable that the primary winding of the primary transformer and at least one secondary winding included in the secondary winding module are wound in opposite directions.
  • the cathode of the 1-1 diode is directly or indirectly connected to the anode of the DC-link capacitor module through the secondary side winding of the 1-1 transformer, and the anode of the 2-1 diode is directly or the second It is preferable to indirectly connect to the negative electrode of the DC-link capacitor module through the secondary winding of the 2-1 transformer.
  • the secondary winding module of each of the 1-1 transformer and the 2-1 transformer includes n windings, 2-1 windings to 2-n windings, and the DC-link capacitor module is between an anode and a neutral point.
  • the diode module includes n diodes 1-1 to 1-n diodes and 2-1 to 2-n diodes, respectively, and one end and the other end of the 2-j winding of the 1-1 transformer are Respectively, directly or indirectly through the 1-j diode, connected to the positive and negative poles of the 1-j DC capacitor, one end and the other end of the second 2-j winding of the 2-1 transformer being either directly or the Indirectly through the 2-j diode, the positive and negative electrodes of the 2-j DC capacitor are connected, and the positive electrode of the 1-1 DC capacitor and the negative electrode of the 1-n DC capacitor are respectively connected to the DC-link.
  • the negative electrode of the 1-p DC capacitor is connected to the positive electrode of the 1-q DC capacitor, the positive electrode of the 2-1 DC capacitor and the 2-n DC capacitor
  • the negative electrode of each constitutes a neutral point and a negative electrode of the DC-link capacitor module
  • the cathode of the 1-j diode is directly or indirectly connected to the anode of the 1-j DC capacitor through the 2-j winding of the 1-1 transformer, and the anode of the 2-j diode is directly Or it is preferable to be indirectly connected to the cathode of the second-j DC capacitor through the second-j winding of the 2-1 transformer.
  • the positive and negative electrodes further include a first auxiliary capacitor module connected to the positive and neutral points of the DC-link capacitor module, and a positive and negative electrode connected to the negative and neutral points of the DC-link capacitor module, further comprising a second auxiliary capacitor module.
  • the first and second auxiliary capacitor modules each include n first-first to first-n auxiliary capacitors, and second-second to second-n auxiliary capacitors connected in series, wherein the 1-1 transformer and the second
  • the 2-1 transformer includes n-2 secondary winding modules, which are n secondary winding modules, respectively, and the 2-n winding, wherein the first diode module and the second diode module are n diodes, respectively.
  • the second- j is connected to the anode and the cathode of the auxiliary capacitor
  • the anode of the 1-1 auxiliary capacitor and the cathode of the 1-n auxiliary capacitor respectively constitute the anode and the cathode of the first auxiliary capacitor module
  • the first- The negative electrode of the p auxiliary capacitor is connected to the positive electrode of the 1-q auxiliary capacitor
  • the positive electrode of the 2-1 auxiliary capacitor and the negative electrode of the 2-n auxiliary capacitor are respectively positive and negative of the first auxiliary capacitor module.
  • the negative electrode of the second 2-p auxiliary capacitor is connected to the positive electrode of the second-q
  • the cathode of the 1-j diode is directly or indirectly connected to the anode of the 1-j auxiliary capacitor through the 2-j winding of the 1-1 transformer, and the anode of the 2-j diode is directly Alternatively, it is preferable to be indirectly connected to the cathode of the second-j auxiliary capacitor through the second-j winding of the 2-1 transformer.
  • the first transformer module and the second transformer module each include m 1-1 to 1-m transformers and 2-1 to 2-m transformers, and the 1-1 to 1-m transformers are included. Between the primary windings of the and primary windings of the 2-1 to 2-m transformers are respectively connected in series, respectively of the 1-1 to 1-m and 2-1 to 2-m transformers.
  • the secondary winding module includes at least one secondary winding, and the DC-link capacitor modules are 1-1 to 1-m m DC capacitors connected in series between the positive and neutral points and between the neutral and negative electrodes, respectively.
  • DC capacitors 2-1 to 2-m DC capacitors, wherein the first diode module and the second diode module are each of m diodes 1-1 to 1-m diodes and 2-1 to A second 2-m diode, and one end and the other end of the secondary winding of the 1-j transformer are directly or indirectly through the 1-j diode, respectively, to the positive and negative poles of the 1-j DC capacitor.
  • the positive electrode of the -1 DC capacitor and the negative electrode of the 1-m DC capacitor respectively constitute the positive electrode and the neutral point of the DC-link capacitor module, and the negative electrode of the 1-p DC capacitor is the negative electrode of the 1-q DC capacitor.
  • the cathode of the 1-j diode is directly or indirectly connected to the anode of the 1-j DC capacitor through the secondary winding of the 1-j transformer, and the anode of the 2-j diode is either directly or the It is preferable to be indirectly connected to the negative electrode of the second-j DC capacitor through the secondary winding of the second-j transformer.
  • the positive and negative electrodes further include a first auxiliary capacitor module connected to the positive and neutral points of the DC-link capacitor module, and a positive and negative electrode connected to the negative and neutral points of the DC-link capacitor module, further comprising a second auxiliary capacitor module.
  • the first and second auxiliary capacitor modules each include m first-first to first-m auxiliary capacitors, and second-second to second-n auxiliary capacitors connected in series, wherein the first transformer module and the second The transformer module includes m 1-1 to 1-m transformers and 2-1 to 2-m transformers, respectively, between primary windings of the 1-1 to 1-m transformers and the second 2- The primary windings of the 1 to 2 m transformers are respectively connected in series, and the secondary winding module of each of the 1-1 to 1-m and 2-1 to 2 m transformers has at least one 2 And a secondary winding, wherein the first diode module and the second diode module each include m diodes 1-1 to 1-m diodes and 2-1 to 2-m diodes, respectively.
  • the one end and the other end of the secondary winding of the 1-j transformer are directly or indirectly connected to the positive and negative electrodes of the 1-j auxiliary capacitor, respectively, through the 1-j diode, and the 2 of the 2-j transformer.
  • One end and the other end of the secondary winding are directly or indirectly connected to the positive and negative electrodes of the second-j auxiliary capacitor, respectively, directly or indirectly through the second-j diode, and the positive and negative 1- of the 1-1 auxiliary capacitor are
  • the negative electrode of the m auxiliary capacitor constitutes the positive electrode and the negative electrode of the first auxiliary capacitor module, and the negative electrode of the first-p auxiliary capacitor is connected to the positive electrode of the first-q auxiliary capacitor, and the 2-1 auxiliary
  • the positive electrode of the capacitor and the negative electrode of the second 2-m auxiliary capacitor constitute the positive and negative electrodes of the first auxiliary capacitor module, respectively, and the negative electrode of the second 2-p auxiliary capacitor is connected to the positive electrode of the second 2-q auxiliary capacitor.
  • the cathode of the 1-j diode is directly or indirectly connected to the anode of the 1-j auxiliary capacitor through the secondary winding of the 1-j transformer, and the anode of the 2-j diode is directly or the It is preferable to be indirectly connected to the negative electrode of the second-j auxiliary capacitor through the secondary winding of the second-j transformer.
  • the present invention uses a plurality of secondary windings of the transformer, and by providing a diode for each secondary winding, it is possible to use a diode having a relatively low withstand voltage specification, thereby reducing the system price and reducing the system size. There is (see the second embodiment).
  • the DC-link capacitors When the transformer has a plurality of n secondary-side windings, the DC-link capacitors must also form n groups in series, and may be difficult to apply when using a conventional DC-link capacitor, that is, , There is a problem that can be a big limiting factor in constructing the DC-link capacitor, the present invention can secure a degree of freedom in the DC-link capacitor configuration by adding a relatively low voltage, small capacity auxiliary capacitor to the snubber It works (see the third embodiment).
  • the present invention has the effect of distributing the size of the high-voltage DC-link voltage to m transformers by employing a plurality of m transformers. Therefore, there is an effect that a relatively low-cost, small-sized, and lightweight core can be employed (see the fourth embodiment).
  • a plurality of low-voltage small-capacity transformers and low-voltage small-capacity auxiliary capacitors are provided to reduce system price, weight, and volume. There is an effect that can be reduced (see the fifth embodiment).
  • FIG. 1 shows an example of a power conversion device including a conventional snubber in a wind power generation system.
  • FIG. 2 shows a power conversion device including the first embodiment proposed in the present invention.
  • Figure 3 shows a power conversion device including a second embodiment proposed in the present invention.
  • FIG. 4 shows a power conversion device including a third embodiment proposed in the present invention.
  • FIG 5 shows a power conversion device including a fourth embodiment proposed in the present invention.
  • FIG. 6 shows a power conversion device including a fifth embodiment proposed in the present invention.
  • first and/or second may be used to describe various components, but the components are not limited to the terms. The above terms are only for the purpose of distinguishing one component from other components, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similar Thus, the second component may also be referred to as a first component.
  • the present invention is a snubber module (31000, 32000) that is more suitable for a high-voltage large-capacity power converter, and a switch module (10000) including at least one semiconductor switch for converting power.
  • the DC-link capacitor module (20,000) including a capacitor for smoothing the DC voltage includes transformer modules (31100, 32100) including at least one transformer (31110 ⁇ 311m0, 32110 ⁇ 321m0),
  • transformer modules (31100, 32100) including at least one transformer (31110 ⁇ 311m0, 32110 ⁇ 321m0) When at least one of the semiconductor switches included in the switch module 10000 is turned on, the transformers 31110 to 311m0 and 32110 to 321m0 operate as an inductor by using mutual inductance of the transformer, so that the semiconductor switch It may be characterized in that the slope of the current flowing through is limited to a predetermined slope or less, and when the semiconductor switch is OFF, the magnetized energy stored in the transformer is transferred to the DC-link capacitor module (20000) of the power converter. have.
  • the snubber or snubber module of the present invention is applied to a high-voltage large-capacity power conversion device, it means that the effect is better, and the protection scope of the present invention is not limited to a snubber used only for a high-voltage large-capacity power conversion device. Do.
  • the present invention as a snubber, includes first and second snubber modules 31000 and 32000 having the characteristics of the snubber module,
  • the first snubber module 31000 includes a first transformer module 31100 including at least one transformer and a first diode module 31200 including at least one diode, and the first transformer module (31100) includes a secondary winding module including one primary winding and at least one secondary winding, and one end and the other end of the primary winding of the first transformer module 31100 are respectively positive electrodes of the switch module.
  • the 1-1 diode 3110 connected to the neutral point G of the DC-link capacitor module 20000 and included in the first diode module 31200 is a secondary winding of the first transformer module 31100 It is provided between one end of the module and the positive electrode P2 of the DC-link capacitor module or between the other end of the secondary winding module of the first transformer module 31100 and the neutral point G of the DC-link capacitor module 20000.
  • the second snubber module 32000 includes a second transformer module 32100 including at least one transformer and a second diode module 32200 including at least one diode, and the second transformer module ( 32100) includes a secondary winding module including a primary winding and at least one secondary winding, and one end and the other end of the primary winding of the second transformer module 32100 are each of the DC-link capacitor module. Connected to the negative electrode N2 and the negative electrode of the switch module, one end and the other end of the secondary winding module of the second transformer module 32100 are the negative electrode N2 and the DC-link capacitor of the DC-link capacitor module, respectively.
  • the 2-1 diode 3210 connected to the neutral point G of the module 20000 and included in the second diode module 32200 includes one end of the secondary winding module of the second transformer module 32100 and the It is characterized in that provided between the cathode (N2) of the DC-link capacitor module or between the other end of the secondary winding module of the second transformer module 32100 and the neutral point (G) of the DC-link capacitor module (20000). Can.
  • the primary winding 31111 of the 1-1 transformer 31110 included in the first transformer module and at least one secondary winding included in the secondary winding module 31112 are wound in opposite directions to each other.
  • the primary winding 32111 of the 2-1 transformer 32110 included in the transformer module and at least one secondary winding included in the secondary winding module 32112 may be wound in opposite directions to each other. have.
  • the relative directions of the primary and secondary windings of the transformer are indicated on the circuit diagram as points. If a positive voltage is applied to the side indicated by the points of the primary winding, it means that a positive voltage is output to the side indicated by the points of the secondary winding of the transformer. .
  • the meaning that the primary side winding and the secondary side winding are wound in reverse means that the marked points of the primary and secondary windings in the transformer are opposite to each other to the left and right, respectively.
  • one end of the winding is a side marked with a dot on the winding, and the other end of the winding is expressed with a point not marked.
  • the inductor for limiting the current slope when the switch is turned on is not provided separately, instead of the inductor, the mutual inductance of the transformer is used, and when the turn is turned off, the transformer is electrically isolated for power transmission. By using it as a transformer, there is an effect that the system is simplified.
  • the cathode of the 1-1 diode 311210 is directly or indirectly connected to the anode P2 of the DC-link capacitor module through the secondary winding of the 1-1 transformer 31110, and the second 2-
  • the anode of 1 diode 3210 may be directly or indirectly connected to the negative electrode N2 of the DC-link capacitor module through the secondary winding of the 2-1 transformer 32110.
  • a snubber circuit and a system are simplified in that a separate switch or control is not required for regeneration of electric power, and there is an effect of lowering the material cost.
  • Figure 3 shows a power conversion device including a second embodiment proposed in the present invention.
  • the secondary winding module of each of the 1-1 transformer (31110) and the 2-1 transformer (32110) is n windings 2-1 windings to second 2- n-winding
  • the DC-link capacitor module 20000 is 1-1 to 1-n, which are DC capacitors connected in series n between the anode and the neutral point G and between the neutral point G and the cathode, respectively.
  • the first diode module 31200 and the second diode module 32200 are n diodes, respectively It includes a 1-1 to 1-n diode and a 2-1 to 2-n diode, one end and the other end of the second 2-j winding (31112-j) of the 1-1 transformer (31110) Respectively, directly or indirectly through the 1-j diode, connected to the positive and negative poles of the 1-j DC capacitor, and of the second 2-j winding 32112-j of the 2-1 transformer 32110.
  • the negative pole of each constitutes the positive pole (P2) and the neutral point (G) of the DC-link capacitor module
  • the negative pole of the first-p DC capacitor is connected to the positive pole of the first-q DC capacitor
  • the second The positive electrode of the -1 DC capacitor and the negative electrode of the second-n DC capacitor constitute the neutral point G and the negative electrode of the DC-link capacitor module 20000, respectively
  • the cathode of the 1-j diode is directly or indirectly connected to the anode of the 1-j DC capacitor 21j00 through the 2-j winding 31112-j of the 1-1 transformer 31110, ,
  • the anode of the second-j diode is directly or indirectly connected to the cathode of the second-j DC capacitor 22j00 through the second-j winding 32112-j of the 2-1 transformer 32110. It can be characterized by.
  • the voltage applied across the diode included in the snubber in the high voltage system is very high, so that the withstand voltage specification of the diode must be very high, and accordingly, the price of the diode is very high, It can be a major obstacle to reducing the system size.
  • a plurality of secondary windings of a transformer are used, and by providing a diode for each secondary winding, a diode having a relatively low withstand voltage specification can be used. It has the effect of lowering the price and reducing the system size.
  • the present invention shows a power conversion device including a third embodiment proposed in the present invention.
  • the positive electrode and the negative electrode is the DC- Further comprising a second auxiliary capacitor module 32300 connected to the negative (N2) and neutral point (G) of the link capacitor module
  • the first and second auxiliary capacitor modules are n first 1-1 to first connected in series, respectively -n auxiliary capacitors (31310 to 313n0), and 2-1 to 2-n auxiliary capacitors (32310 to 323n0), wherein the 1-1 transformer (31110) and the 2-1 transformer (32110) include
  • Each of the n-second winding module includes a 2-1 winding to a 2-n winding
  • the first diode module 31200 and the second diode module 32200 are each n diodes 1-1.
  • the negative electrode of the 1-p auxiliary capacitor is connected to the positive electrode of the 1-q auxiliary capacitor
  • the positive electrode of the 2-1 auxiliary capacitor and the negative electrode of the 2-n auxiliary capacitor are respectively the first 1 constitutes the anode and the cathode of the auxiliary capacitor module
  • the cathode of the 1-j diode is directly or indirectly connected to the anode of the 1-j auxiliary capacitor through the 2-j winding 31112-j of the 1-1 transformer 31110, and the cathode
  • the anode of the 2-j diode may be characterized in that it is directly or indirectly connected to the cathode of the second-j auxiliary capacitor through the second-j winding of the 2-1 transformer 32110.
  • n groups when the transformer has a plurality of n secondary-side windings as in the second embodiment, n groups must also be formed in series with a DC-link capacitor, using a conventional DC-link capacitor. In some cases, there may be a problem that may be a limiting factor in constructing a DC-link capacitor, such as being difficult to apply.
  • DC -It by adding a relatively low voltage, small capacity auxiliary capacitor to the snubber, DC -It has the effect of securing the degree of freedom in the configuration of the link capacitor.
  • the first transformer module 31100 and the second transformer module 32100 are each of m 1-1 to 1-m transformer and 2-1 to 2 It includes a -m transformer, the primary windings of the 1-1 to 1-m transformers and the primary windings of the 2-1 to 2-m transformers are connected in series, respectively, 1-1 to
  • the secondary winding module of each of the 1-m and 2-1 to 2-m transformers includes at least one secondary winding, and the DC-link capacitor module 20000 is between the positive electrode and the neutral point G, and 1-1 to 1-m DC capacitors (21100 to 21m00) and 2-1 to 2-m DC capacitors (22100 to 22m00), which are DC capacitors connected in series between the neutral point (G) and the cathode, respectively.
  • the first diode module 31200 and the second diode module 32200 each include m diodes 1-1 to 1-m diodes and 2-1 to 2-m diodes.
  • One end and the other end of the secondary winding of the 1-j transformer 311j0 are directly or indirectly connected to the positive and negative poles of the 1-j DC capacitor, respectively, through the 1-j diode
  • the One end and the other end of the secondary winding of the 2-j transformer 321j0 are directly or indirectly connected to the positive and negative poles of the second-j DC capacitor, respectively, through the second-j diode, and the first-1-1.
  • the positive electrode of the DC capacitor and the negative electrode of the 1-m DC capacitor constitute the positive electrode (P2) and the neutral point (G) of the DC-link capacitor module, respectively
  • the negative electrode of the 1-p DC capacitor is the first- q It is connected to the positive electrode of the DC capacitor
  • the positive electrode of the 2-1 DC capacitor and the negative electrode of the 2-m DC capacitor constitute a neutral point (G) and a negative electrode of the DC-link capacitor module 20000, respectively.
  • the cathode of the 1-j diode is directly or indirectly connected to the anode of the 1-j DC capacitor through the secondary winding of the 1-j transformer, and the anode of the 2-j diode is directly Alternatively, the second-j transformer may be indirectly connected to the negative electrode of the second-j DC capacitor through the secondary winding.
  • the transformer includes a plurality of secondary windings in a single primary winding.
  • the number of primary windings increases and the size of the core for configuring a plurality of secondary windings
  • the present invention has an effect of distributing the size of a high voltage DC-link voltage to m transformers by employing a plurality of m transformers. Therefore, there is an effect of adopting a relatively smaller, lighter, and smaller core.
  • the present invention provides a first auxiliary capacitor module in which a positive electrode and a negative electrode are connected to the positive electrode P2 and a neutral point G of the DC-link capacitor module, and a positive electrode and a negative electrode are the DC-link capacitor module Further comprising a second auxiliary capacitor module connected to the negative electrode (N2) and the neutral point (G) of, the first and second auxiliary capacitor module m first 1-1 to 1-m auxiliary capacitor (31310) each connected in series ⁇ 313m0), 2-1 to 2-n auxiliary capacitors (32310 to 323m0), wherein the first transformer module 31100 and the second transformer module 32100 are each of m first 1-1 to A 1-m transformer and a 2-1 to 2-m transformer, and between primary windings of the 1-1 to 1-m transformers and primary winding of the 2-1 to 2-m transformers Each of them is connected in series, and the secondary winding module of each of the 1-1 to 1-m and 2-1
  • One end and the other end of the secondary winding are directly or indirectly connected to the positive and negative electrodes of the second-j auxiliary capacitor, directly or indirectly through the second-j diode, respectively, and the positive electrode and the first of the 1-1 auxiliary capacitor.
  • the negative electrode of the -m auxiliary capacitor constitutes a positive electrode and a negative electrode of the first auxiliary capacitor module, respectively, and the negative electrode of the first-p auxiliary capacitor is connected to the positive electrode of the first-q auxiliary capacitor, and the second-1 Auxiliary capacitor positive and negative
  • the cathode of the 1-j diode is directly or indirectly connected to the anode of the 1-j auxiliary capacitor through the secondary winding of the 1-j transformer, and the anode of the 2-j diode is directly Alternatively, the second-j transformer may be indirectly connected to the negative electrode of the second-j auxiliary capacitor through the secondary winding.
  • the present invention is provided with a plurality of low-voltage small-capacity transformers and low-voltage small-capacity auxiliary capacitors, thereby eliminating the need to construct a high-voltage large-capacity transformer and a DC-link capacitor divided into a plurality of voltage units. It has the effect of reducing the volume.
  • the switch module 10000 may employ IGCT as a semiconductor switching element roll, and may be characterized in that it is a 3-level NPC type.
  • the present invention when the present invention is applied to a high-voltage large-capacity power converter employing IGCT, the difference in effect of the present invention is greater than that of a conventional snubber, and the advantages of the present invention are greater.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

본 발명은 인버터 또는 컨버터인 전력변환장치용 스너버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대용량 고전압 전력변환장치에서 IGCT 등의 반도체 스위칭 소자의 턴-온시 전류의 상승률을 제한하기 위한 스너버(snubber)에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 스너버에 의한 손실을 줄일 수 있는 효과, 스너버 다이오드로서 저전압 다이오드를 사용할 수 있는 효과, DC-링크 커패시터의 수정이나 제한 없이 스너버를 적용할 수 있는 효과가 있다.

Description

고전압 대용량 전력변환장치용 스너버
본 발명은 인버터 또는 컨버터인 전력변환장치용 스너버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대용량 고전압 전력변환장치에서 IGCT 등의 반도체 스위칭 소자의 턴-온시 전류의 상승률을 제한하기 위한 스너버(snubber)에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 풍력발전용량이 수십 MW이상으로 대용량화 되면서 해상 풍력 발전소에 대한 개발도 크게 증가하고 있다. 일반적인 풍력발전 시스템은 풍력 터빈으로부터 생산된 전력이 전력변환장치를 통해 계통과 연계되는 구조로 발전시스템의 정격용량의 전력 변환 시스템이 요구된다. 대용량 풍력 발전 시스템은 그 특성상 높은 전압과 전류로 운용되고 전력 변환 장치 역시 해당 조건을 만족하도록 설계 되어야 한다. 이러한 특성으로 인해 멀티 레벨 전력 변환 시스템이 적용되고 있다. 이에 더해 대용량 고전압 멀티 레벨 전력 변환 시스템의 경우 전류 용량 및 DC-link전압 정격을 만족시키기 위한 전력용 반도체의 선택 또한 중요한 요소로 대두되었으며, 최근에 개발 된 IGCT 및 press-pack 다이오드는 보다 높은 전압에서 이용 가능하여 산업전반에서 채택하여 사용하고 있다.
IGCT는 스위칭 온 동작 시 IGCT의 전류상승률 특성을 만족시키는 di/dt 제한 인덕터와 스위칭 오프 시 과도 전압 스파이크를 제한하는 과전압 보호 회로를 필요로 한다.
도 1은 종래의 스너버(30)를 포함한 전력변환장치(100)를 도시하였다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 스너버는 인덕터, 저항, 커패시터, 다이오드를 포함하고, 반도체 스위치가 온 될 때 인덕터를 이용해서 전류의 상승 기울기를 제한하고, 반도체 스위치가 오프 될 때 저항, 커패시터, 다이오드를 이용해서 과도 전압 스파이크가 발생하는 것을 방지한다. 그런데, 이러한 구조의 스너버는 인덕터에 축적된 에너지를 회생하지 않는 점에서 추가적인 전력 손실이 발생시키고, 시스템의 부품 수를 증가시키는 문제가 있다. 나아가, 고전압 전력변환장치인 경우에, 스너버에 포함된 다이오드에 인가되는 전압이 높아서, 고전압 사양의 다이오드가 필요한데, 고전압 사양의 다이오드는 저전압 사양의 다이오드에 비해서 가격이 매우 높고(예를 들어, 10~50배), 사이즈도 크고, 무거운 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동일한 di/dt 제한 능력을 가지지만 보다 낮은 손실을 갖는 효율적인 스너버 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 다수의 2차측 권선을 갖는 플라이백 변압기를 포함하는 스너버 회로로, 특히 과도현상 시 IGCT의 스위칭 동안 클램프 다이오드의 전압 스트레스를 감소시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 스너버 모듈로서, 전력을 변환하기 위한 적어도 하나의 반도체 스위치를 포함하는 스위치 모듈과, 직류 전압을 평활하기 위한 커패시터를 포함한 DC-링크 커패시터 모듈사이에 구비되고, 적어도 하나의 변압기를 포함하는 변압기 모듈을 포함하며, 상기 스위치 모듈에 포함된 반도체 스위치 중 적어도 하나가 ON되면, 상기 변압기가 상기 변압기의 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 이용하여 인덕터로 동작함으로써, 상기 반도체 스위치를 통해서 흐르는 전류의 기울기를 소정의 기울기 이하로 제한하고, 상기 반도체 스위치가 OFF되면, 상기 변압기에 저장된 자화 에너지를 상기 전력변환장치의 DC-링크 커패시터 모듈로 전달하는 것을 특징으로 하는 스너버 모듈을 제공한다.
본 발명은, 스너버로서, 상기 스너버 모듈의 특징을 갖는 제 1, 2 스너버 모듈을 포함하고, 상기 제 1 스너버 모듈은 적어도 하나의 변압기를 포함하는 제 1 변압기 모듈과, 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 제 1 다이오드 모듈을 포함하고, 상기 제 1 변압기 모듈은 1차측 권선과 적어도 하나의 2차측 권선을 포함하는 2차측 권선 모듈을 포함하고, 상기 제 1 변압기 모듈의 1차측 권선의 일단 및 타단은 각각 상기 스위치 모듈의 양극 및 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극에 연결되며, 상기 제 1 변압기 모듈의 2차측 권선 모듈의 일단 및 타단은 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극 및 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 중성점과 연결되고, 상기 제 1 다이오드 모듈에 포함된 제 1-1 다이오드는 상기 제 1 변압기 모듈의 2차측 권선 모듈의 일단과 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극사이 또는 상기 제 1 변압기 모듈의 2차측 권선 모듈의 타단과 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 중성점 사이에 구비되며, 상기 제 2 스너버 모듈은 적어도 하나의 변압기를 포함하는 제 2 변압기 모듈과 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 제 2 다이오드 모듈을 포함하며, 상기 제 2 변압기 모듈은, 1차측 권선과 적어도 하나의 2차측 권선을 포함하는 2차측 권선 모듈을 포함하고, 상기 제 2 변압기 모듈의 1차측 권선의 일단 및 타단은 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극 및 상기 스위치 모듈의 음극에 연결되며, 상기 제 2 변압기 모듈의 2차측 권선 모듈의 일단 및 타단은 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극 및 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 중성점과 연결되고, 상기 제 2 다이오드 모듈에 포함된 제 2-1 다이오드는 상기 제 2 변압기 모듈의 2차측 권선 모듈의 일단과 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극사이 도는 상기 제 2 변압기 모듈의 2차측 권선 모듈의 타단과 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 중성점 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 스너버를 제공한다.
상기 제 1 변압기 모듈에 포함된 제 1-1 변압기의 1차측 권선과 2차측 권선 모듈에 포함된 적어도 하나의 2차측 권선은 서로 반대 방향으로 감겨져 있고, 상기 제 2 변압기 모듈에 포함된 제 2-1 변압기의 1차측 권선과 2차측 권선 모듈에 포함된 적어도 하나의 2차측 권선은 서로 반대 방향으로 감겨져 있는 것이 바람직하다.
상기 제 1-1 다이오드의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-1 변압기의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극과 연결되며, 상기 제 2-1 다이오드의 애소드는 직접 또는 상기 제 2-1 변압기의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극과 연결된 것이 바람직하다.
상기 제 1-1 변압기 및 상기 제 2-1 변압기 각각의 2차측 권선 모듈은 n개의 권선인 제 2-1 권선 내지 제 2-n 권선을 포함하고, 상기 DC-링크 커패시터 모듈은 양극과 중성점 사이 및 중성점과 음극사이에 각각 n개의 직렬로 연결된 DC 커패시터인 제 1-1 내지 제 1-n DC 커패시터, 제 2-1 내지 제 2-n DC 커패시터를 포함하며 상기 제 1 다이오드 모듈 및 상기 제 2 다이오드 모듈은 각각 n개의 다이오드인 제 1-1 내지 제 1-n 다이오드 및 제 2-1 내지 제 2-n 다이오드를 포함하고, 상기 제 1-1 변압기의 제 2-j 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 1-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 1-j DC 커패시터의 양극 및 음극에 연결되고, 상기 제 2-1 변압기의 제 2-j 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 2-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 2-j DC 커패시터의 양극 및 음극에 연결되며, 상기 제 1-1 DC 커패시터의 양극과 상기 제 1-n DC 커패시터의 음극이 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극과 중성점을 구성하고, 상기 제 1-p DC 커패시터의 음극은 상기 제 1-q DC 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-1 DC 커패시터의 양극과 상기 제 2-n DC 커패시터의 음극이 각각 DC-링크 커패시터 모듈의 중성점과 음극을 구성하고, 상기 제 2-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 2-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 여기서, n>1, 1≤j≤n, 1≤p<n, q=p+1 인 것이 바람직하다.
상기 제 1-j 다이오드의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-1 변압기의 제 2-j 권선을 통해 간접적으로 상기 제 1-j DC 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-j 다이오드의 애노드는 직접 또는 상기 제 2-1 변압기의 제 2-j 권선을 통해 간접적으로 상기 제 2-j DC 커패시터의 음극과 연결된 것이 바람직하다.
양극 및 음극이 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극 및 중성점과 연결된 제 1 보조 커패시터 모듈, 및양극 및 음극이 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극 및 중성점과 연결된 제 2 보조 커패시터 모듈을 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 보조 커패시터 모듈은 각각 직렬 연결된 n개의 제 1-1 내지 제 1-n 보조 커패시터, 제 2-1 내지 제 2-n 보조 커패시터를 포함하며, 상기 제 1-1 변압기 및 상기 제 2-1 변압기은 각각 n개의 2차측 권선 모듈인 제 2-1 권선 내지 제 2-n 권선을 포함하고, 상기 제 1 다이오드 모듈 및 상기 제 2 다이오드 모듈은 각각 n개의 다이오드인 제 1-1 내지 제 1-n 다이오드 및 제 2-1 내지 제 2-n 다이오드를 포함하고, 상기 제 1-1 변압기의 제 2-j 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 1-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 1-j 보조 커패시터의 양극 및 음극에 연결되고, 상기 제 2-1 변압기의 제 2-j 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 2-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 2-j 보조 커패시터의 양극 및 음극에 연결되며, 상기 제 1-1 보조 커패시터의 양극과 상기 제 1-n 보조 커패시터의 음극이 각각 상기 제 1 보조 커패시터 모듈의 양극 및 음극을 구성하고, 상기 제 1-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 1-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-1 보조 커패시터의 양극과 상기 제 2-n 보조 커패시터의 음극이 각각 상기 제 1 보조 커패시터 모듈의 양극 및 음극을 구성하며, 상기 제 2-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 2-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 여기서, n>1, 1≤j≤n, 1≤p<n, q=p+1 인 것이 바람직하다.
상기 제 1-j 다이오드의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-1 변압기의 제 2-j 권선을 통해 간접적으로 상기 제 1-j 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-j 다이오드의 애노드는 직접 또는 상기 제 2-1 변압기의 제 2-j 권선을 통해 간접적으로 상기 제 2-j 보조 커패시터의 음극과 연결된 것이 바람직하다.
상기 제 1 변압기 모듈 및 상기 제 2 변압기 모듈은 각각 m개의 제 1-1 내지 제 1-m 변압기 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기를 포함하고, 제 1-1 내지 제 1-m 변압기의 1차측 권선들간 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기의 1차측 권선들간이 각각 직렬로 연결되며, 제 1-1 내지 제 1-m 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기 각각의 2차측 권선 모듈은 적어도 하나의 2차측 권선을 포함하고, 상기 DC-링크 커패시터 모듈은 양극과 중성점 사이 및 중성점과 음극사이에 각각 m개의 직렬로 연결된 DC 커패시터인 제 1-1 내지 제 1-m DC 커패시터, 제 2-1 내지 제 2-m DC 커패시터를 포함하며 상기 제 1 다이오드 모듈 및 상기 제 2 다이오드 모듈은 각각 m개의 다이오드인 제 1-1 내지 제 1-m 다이오드 및 제 2-1 내지 제 2-m 다이오드를 포함하며, 상기 제 1-j 변압기의 2차측 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 1-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 1-j DC 커패시터의 양극 및 음극에 연결되고, 상기 제 2-j 변압기의 2차측 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 2-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 2-j DC 커패시터의 양극 및 음극에 연결되며, 상기 제 1-1 DC 커패시터의 양극과 상기 제 1-m DC 커패시터의 음극이 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극과 중성점을 구성하고, 상기 제 1-p DC 커패시터의 음극은 상기 제 1-q DC 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-1 DC 커패시터의 양극과 상기 제 2-m DC 커패시터의 음극이 각각 DC-링크 커패시터 모듈의 중성점과 음극을 구성하고, 상기 제 2-p DC 커패시터의 음극은 상기 제 2-q DC 커패시터의 양극과 연결되며, 여기서, n>1, 1≤j≤m, 1≤p<m, q=p+1 인 것이 바람직하다.
상기 제 1-j 다이오드의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-j 변압기의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 제 1-j DC 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-j 다이오드의 애노드는 직접 또는 상기 제 2-j 변압기의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 제 2-j DC 커패시터의 음극과 연결된 것이 바람직하다.
양극 및 음극이 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극 및 중성점과 연결된 제 1 보조 커패시터 모듈, 및양극 및 음극이 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극 및 중성점과 연결된 제 2 보조 커패시터 모듈을 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 보조 커패시터 모듈은 각각 직렬 연결된 m개의 제 1-1 내지 제 1-m 보조 커패시터, 제 2-1 내지 제 2-n 보조 커패시터를 포함하며, 상기 제 1 변압기 모듈 및 상기 제 2 변압기 모듈은 각각 m개의 제 1-1 내지 제 1-m 변압기 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기를 포함하고, 제 1-1 내지 제 1-m 변압기의 1차측 권선들간 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기의 1차측 권선들간이 각각 직렬로 연결되며, 제 1-1 내지 제 1-m 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기 각각의 2차측 권선 모듈은 적어도 하나의 2차측 권선을 포함하고, 상기 제 1 다이오드 모듈 및 상기 제 2 다이오드 모듈은 각각 m개의 다이오드인 제 1-1 내지 제 1-m 다이오드 및 제 2-1 내지 제 2-m 다이오드를 포함하며, 상기 제 1-j 변압기의 2차측 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 1-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 1-j 보조 커패시터의 양극 및 음극에 연결되고, 상기 제 2-j 변압기의 2차측 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 2-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 2-j 보조 커패시터의 양극 및 음극에 연결되며, 상기 제 1-1 보조 커패시터의 양극과 상기 제 1-m 보조 커패시터의 음극이 각각 상기 제 1 보조 커패시터 모듈의 양극 및 음극을 구성하고, 상기 제 1-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 1-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-1 보조 커패시터의 양극과 상기 제 2-m 보조 커패시터의 음극이 각각 상기 제 1 보조 커패시터 모듈의 양극 및 음극을 구성하고, 상기 제 2-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 2-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 여기서, n>1, 1≤j≤m, 1≤p<m, q=p+1 인 것이 바람직하다.
상기 제 1-j 다이오드의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-j 변압기의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 제 1-j 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-j 다이오드의 애노드는 직접 또는 상기 제 2-j 변압기의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 제 2-j 보조 커패시터의 음극과 연결된 것이 바람직하다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하나, 이러한 실시예의 기재는 본 발명의 실시를 예시하기 위한 것일 뿐 이러한 실시예의 기재에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 동일한 전류 기울기 제한 능력을 가지지만, 변압기를 이용해서 전력의 적어도 일부를 DC-링크 커패시터로 회생시킴으로써, 스너버에 의한 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
(2) 전력의 회생을 위해서 별도의 스위치나 제어가 필요하지 않은 점에서 스너버 회로 및 시스템이 간단해지고, 재료비를 낮출 수 있는 효과가 있다.
(3) 스위치의 턴 온 시 전류 기울기 제한을 위한 인덕터를 별도로 구비하지 않고, 인덕터 대신 변압기의 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 이용하고, 턴 오프시 상기 변압기를 전기적으로 절연된 전력 전송을 위한 변압기로서 사용함으로써, 시스템이 간단해지는 효과가 있다.
(4) 전력의 회생을 위해서 별도의 스위치나 제어가 필요하지 않은 점에서 스너버 회로 및 시스템이 간단해지고, 재료비를 낮출 수 있는 효과가 있다.
(5) 고전압 시스템에서 스너버에 포함된 다이오드 양단에 인가되는 전압이 매우 높아서, 다이오드의 내압 사양이 매우 높아야 하고, 따라서, 다이오드의 가격이 매우 높아지고, 시스템 크기를 줄이는데 큰 장애 요소가 될 수 있는데, 본 발명은 변압기의 2차측 권선을 복수 개 사용하고, 각 2차측 권선 별로 다이오드를 구비함으로써, 상대적으로 낮은 내압 사양을 갖는 다이오드를 이용가능 하므로, 시스템 가격을 낮추고, 시스템 사이즈 축소할 수 있는 효과가 있다(제 2 실시예 참조).
(6) 변압기가 복수인 n개의 2차측 권선을 구비한 경우, DC-링크 커패시터도 직렬로 n개의 군을 형성하여야 하는데, 종래의 구비된 DC-링크 커패시터를 이용하는 경우 적용이 어려울 수 있고, 즉, DC-링크 커패시터를 구성하는데 큰 제한 요소가 될 수 있는 문제가 있는데, 본 발명은 상대적으로 낮은 전압, 소용량의 보조 커패시터를 스너버에 부가함으로써, DC-링크 커패시터 구성에 자유도를 확보할 수 있는 효과가 있다(제 3 실시예 참조).
(7) 변압기는 단일 1차측 권선에 복수의 2차측 권신이 포함하는 경우, 고전압 시스템에서 1차측 권선 횟수 증가와 다수의 2차측 권선을 구성하기 위한 코어의 크기가 커짐으로써, 무게, 크기, 재료비 측면에서 불리한 문제가 있을 수 있는데, 본 발명은 복수인 m개의 변압기를 채용함으로써, 고전압인 DC-링크 전압의 크기를 m개의 변압기에 분배할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 상대적으로 저가의, 사이즈가 작고, 가벼운 코어를 채용할 수 있는 효과가 있다(제 4 실시예 참조).
(8) 고압 대용량 변압기와 다수의 전압단위로 구분되는 DC-링크 커패시터를 구성해야되는 문제를 해소하기 위하여, 저압 소용량 변압기와 저압 소용량의 보조 커패시터를 다수 개 구비함으로써, 시스템 가격, 무게, 부피를 축소할 수 있는 효과가 있다(제 5 실시예 참조).
도 1은 풍력 발전 시스템에서 종래 스너버를 포함한 전력변환장치를 구비의 일례를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에서 제안된 제 1 실시예를 포함한 전력변환장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에서 제안된 제 2 실시예를 포함한 전력변환장치를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에서 제안된 제 3 실시예를 포함한 전력변환장치를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에서 제안된 제 4 실시예를 포함한 전력변환장치를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에서 제안된 제 5 실시예를 포함한 전력변환장치를 도시한 것이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1 및 /또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다. 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있다거나 또는 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 ~사이에와 바로 ~사이에 또는 ~에 인접하는과 ~에 직접 인접하는 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다. 본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
[제 1 내지 5 실시예 공통 사항]
도 2 내지 6은 각각 본 발명에서 제안된 제 1 내지 5 실시예를 포함한 전력변환장치를 도시한 것이다. 도 2 내지 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명은, 고전압 대용량 전력변환장치에 더욱 적합한 스너버 모듈(31000, 32000)로서, 전력을 변환하기 위한 적어도 하나의 반도체 스위치를 포함하는 스위치 모듈(10000)과, 직류 전압을 평활하기 위한 커패시터를 포함한 DC-링크 커패시터 모듈(20000)사이에 구비되고, 적어도 하나의 변압기(31110~311m0, 32110~321m0)를 포함하는 변압기 모듈(31100, 32100)을 포함하며, 상기 스위치 모듈(10000)에 포함된 반도체 스위치 중 적어도 하나가 ON되면, 상기 변압기(31110~311m0, 32110~321m0)는 상기 변압기의 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 이용하여 인덕터로 동작함으로써, 상기 반도체 스위치를 통해서 흐르는 전류의 기울기를 소정의 기울기 이하로 제한하고, 상기 반도체 스위치가 OFF되면, 상기 변압기에 저장된 자화 에너지를 상기 전력변환장치의 DC-링크 커패시터 모듈(20000)로 전달하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다만, 본 발명의 스너버 또는 스너버 모듈을 고전압 대용량 전력변환장치에 적용하면 더욱 효과가 좋다는 의미이지, 본 발명의 보호범위를 고전압 대용량 전력변환장치에만 사용하는 스너버로 한정하는 것이 아님은 자명하다.
이러한 특징으로 인하여, 동일한 전류 기울기 제한 능력을 가지지만, 변압기를 이용해서 전력의 적어도 일부를 DC-링크 커패시터로 회생시킴으로써, 스너버에 의한 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은, 스너버로서, 상기 스너버 모듈의 특징을 갖는 제 1, 2 스너버 모듈(31000, 32000)을 포함하고,
*상기 제 1 스너버 모듈(31000)은 적어도 하나의 변압기를 포함하는 제 1 변압기 모듈(31100)과, 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 제 1 다이오드 모듈(31200)을 포함하며, 상기 제 1 변압기 모듈(31100)은 하나의 1차측 권선과 적어도 하나의 2차측 권선을 포함하는 2차측 권선 모듈을 포함하고, 상기 제 1 변압기 모듈(31100)의 1차측 권선의 일단 및 타단은 각각 상기 스위치 모듈의 양극(P1) 및 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극(P2)에 연결되며, 상기 제 1 변압기 모듈(31100)의 2차측 권선 모듈의 일단 및 타단은 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극(P2) 및 상기 DC-링크 커패시터 모듈(20000)의 중성점(G)과 연결되고, 상기 제 1 다이오드 모듈(31200)에 포함된 제 1-1 다이오드(31210)는 상기 제 1 변압기 모듈(31100)의 2차측 권선 모듈의 일단과 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극(P2)사이 또는 상기 제 1 변압기 모듈(31100)의 2차측 권선 모듈의 타단과 상기 DC-링크 커패시터 모듈(20000)의 중성점(G)사이에 구비되며,
상기 제 2 스너버 모듈(32000)은, 적어도 하나의 변압기를 포함하는 제 2 변압기 모듈(32100)과 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 제 2 다이오드 모듈(32200)을 포함하며, 상기 제 2 변압기 모듈(32100)은, 1차측 권선과 적어도 하나의 2차측 권선을 포함하는 2차측 권선 모듈을 포함하고, 상기 제 2 변압기 모듈(32100)의 1차측 권선의 일단 및 타단은 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극(N2) 및 상기 스위치 모듈의 음극에 연결되며, 상기 제 2 변압기 모듈(32100)의 2차측 권선 모듈의 일단 및 타단은 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극(N2) 및 상기 DC-링크 커패시터 모듈(20000)의 중성점(G)과 연결되고, 상기 제 2 다이오드 모듈(32200)에 포함된 제 2-1 다이오드(32210)는 상기 제 2 변압기 모듈(32100)의 2차측 권선 모듈의 일단과 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극(N2)사이 도는 상기 제 2 변압기 모듈(32100)의 2차측 권선 모듈의 타단과 상기 DC-링크 커패시터 모듈(20000)의 중성점(G)사이에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제 1 변압기 모듈에 포함된 제 1-1 변압기(31110)의 1차측 권선(31111)과 2차측 권선 모듈(31112)에 포함된 적어도 하나의 2차측 권선은 서로 반대 방향으로 감겨져 있고, 상기 제 2 변압기 모듈에 포함된 제 2-1 변압기(32110)의 1차측 권선(32111)과 2차측 권선 모듈(32112)에 포함된 적어도 하나의 2차측 권선은 서로 반대 방향으로 감겨져 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 변압기의 1, 2차측 권선의 상대적 방향은 점으로서 회로도에 표시하는데, 1차측 권선의 점이 표시된 쪽에 양의 전압이 인가되면 변압기 2차측 권선의 점이 표시된 쪽에 양의 전압이 출력되는 것을 의미한다. 본 발명에서 1차측 권선과 2차측 권선이 반대로 감겨있다는 의미는 도 2 내지 6에서, 변압기에서 1차측과 2차측 권선의 표기된 점이 각각 서로 좌측 및 우측으로 서로 반대방향임을 의미한다. 설명의 편의상, 가급적, 권선의 일단은 권선에서 점이 표시된 측이고, 권선의 타단은 점이 표시되지 않은 측이라 표현하였다.
이러한 특징으로 인하여, 스위치의 턴 온 시 전류 기울기 제한을 위한 인덕터를 별도로 구비하지 않고, 인덕터 대신 변압기의 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 이용하고, 턴 오프시 상기 변압기를 전기적으로 절연된 전력 전송을 위한 변압기로서 사용함으로써, 시스템이 간단해지는 효과가 있다.
상기 제 1-1 다이오드(31210)의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-1 변압기(31110)의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극(P2)과 연결되며, 상기 제 2-1 다이오드(32210)의 애소드는 직접 또는 상기 제 2-1 변압기(32110)의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극(N2)과 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 전력의 회생을 위해서 별도의 스위치나 제어가 필요하지 않은 점에서 스너버 회로 및 시스템이 간단해지고, 재료비를 낮출 수 있는 효과가 있다.
[제 2 실시예]
도 3은 본 발명에서 제안된 제 2 실시예를 포함한 전력변환장치를 도시한 것이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명은, 상기 제 1-1 변압기(31110) 및 상기 제 2-1 변압기(32110) 각각의 2차측 권선 모듈은 n개의 권선인 제 2-1 권선 내지 제 2-n 권선을 포함하고, 상기 DC-링크 커패시터 모듈(20000)은 양극과 중성점(G) 사이 및 중성점(G)과 음극사이에 각각 n개의 직렬로 연결된 DC 커패시터인 제 1-1 내지 제 1-n DC 커패시터(21100~21n00), 제 2-1 내지 제 2-n DC 커패시터(22100~22n00)를 포함하며 상기 제 1 다이오드 모듈(31200) 및 상기 제 2 다이오드 모듈(32200)은 각각 n개의 다이오드인 제 1-1 내지 제 1-n 다이오드 및 제 2-1 내지 제 2-n 다이오드를 포함하고, 상기 제 1-1 변압기(31110)의 제 2-j 권선(31112-j)의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 1-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 1-j DC 커패시터의 양극 및 음극에 연결되고, 상기 제 2-1 변압기(32110)의 제 2-j 권선(32112-j)의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 2-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 2-j DC 커패시터의 양극 및 음극에 연결되며, 상기 제 1-1 DC 커패시터의 양극과 상기 제 1-n DC 커패시터의 음극이 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극(P2)과 중성점(G)을 구성하고, 상기 제 1-p DC 커패시터의 음극은 상기 제 1-q DC 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-1 DC 커패시터의 양극과 상기 제 2-n DC 커패시터의 음극이 각각 DC-링크 커패시터 모듈(20000)의 중성점(G)과 음극을 구성하고, 상기 제 2-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 2-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 여기서, n>1, 1≤j≤n, 1≤p<n, q=p+1 인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제 1-j 다이오드의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-1 변압기(31110)의 제 2-j 권선(31112-j)을 통해 간접적으로 상기 제 1-j DC 커패시터(21j00)의 양극과 연결되며, 상기 제 2-j 다이오드의 애노드는 직접 또는 상기 제 2-1 변압기(32110)의 제 2-j 권선(32112-j)을 통해 간접적으로 상기 제 2-j DC 커패시터(22j00)의 음극과 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 종래 기술이나, 제 1 실시예의 경우 고전압 시스템에서 스너버에 포함된 다이오드 양단에 인가되는 전압이 매우 높아서, 다이오드의 내압 사양이 매우 높아야 하고, 따라서, 다이오드의 가격이 매우 높아지고, 시스템 크기를 줄이는데 큰 장애 요소가 될 수 있는데, 본 발명은 변압기의 2차측 권선을 복수 개 사용하고, 각 2차측 권선 별로 다이오드를 구비함으로써, 상대적으로 낮은 내압 사양을 갖는 다이오드를 이용가능 하므로, 시스템 가격을 낮추고, 시스템 사이즈 축소할 수 있는 효과가 있다.
[제 3 실시예]
도 4는 본 발명에서 제안된 제 3 실시예를 포함한 전력변환장치를 도시한 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명은, 양극 및 음극이 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극(P2) 및 중성점(G)과 연결된 제 1 보조 커패시터 모듈(31300), 및양극 및 음극이 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극(N2) 및 중성점(G)과 연결된 제 2 보조 커패시터 모듈(32300)을 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 보조 커패시터 모듈은 각각 직렬 연결된 n개의 제 1-1 내지 제 1-n 보조 커패시터(31310~313n0), 제 2-1 내지 제 2-n 보조 커패시터(32310~323n0)를 포함하며, 상기 제 1-1 변압기(31110) 및 상기 제 2-1 변압기(32110)은 각각 n개의 2차측 권선 모듈인 제 2-1 권선 내지 제 2-n 권선을 포함하고, 상기 제 1 다이오드 모듈(31200) 및 상기 제 2 다이오드 모듈(32200)은 각각 n개의 다이오드인 제 1-1 내지 제 1-n 다이오드 및 제 2-1 내지 제 2-n 다이오드를 포함하고, 상기 제 1-1 변압기(31110)의 제 2-j 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 1-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 1-j 보조 커패시터의 양극 및 음극에 연결되고, 상기 제 2-1 변압기(32110)의 제 2-j 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 2-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 2-j 보조 커패시터의 양극 및 음극에 연결되며, 상기 제 1-1 보조 커패시터의 양극과 상기 제 1-n 보조 커패시터의 음극이 각각 상기 제 1 보조 커패시터 모듈의 양극 및 음극을 구성하고, 상기 제 1-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 1-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-1 보조 커패시터의 양극과 상기 제 2-n 보조 커패시터의 음극이 각각 상기 제 1 보조 커패시터 모듈의 양극 및 음극을 구성하며, 상기 제 2-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 2-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 여기서, n>1, 1≤j≤n, 1≤p<n, q=p+1 인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제 1-j 다이오드의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-1 변압기(31110)의 제 2-j 권선(31112-j)을 통해 간접적으로 상기 제 1-j 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-j 다이오드의 애노드는 직접 또는 상기 제 2-1 변압기(32110)의 제 2-j 권선을 통해 간접적으로 상기 제 2-j 보조 커패시터의 음극과 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 제 2 실시예와 같이 변압기가 복수인 n개의 2차측 권선을 구비한 경우, DC-링크 커패시터도 직렬로 n개의 군이 형성되어야 하는데, 종래의 구비된 DC-링크 커패시터를 이용하는 경우에는 적용이 어려울 수 있는 등 DC-링크 커패시터를 구성하는데 제한 요소가 될 수 있는 문제가 경우에 따라 있을 수 있는데, 본 발명은 상대적으로 낮은 전압, 소용량의 보조 커패시터를 스너버에 부가함으로써, DC-링크 커패시터 구성에 자유도를 확보할 수 있는 효과가 있다.
[제 4 실시예]
도 5는 본 발명에서 제안된 제 4 실시예를 포함한 전력변환장치를 도시한 것이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명은, 상기 제 1 변압기 모듈(31100) 및 상기 제 2 변압기 모듈(32100)은 각각 m개의 제 1-1 내지 제 1-m 변압기 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기를 포함하고, 제 1-1 내지 제 1-m 변압기의 1차측 권선들간 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기의 1차측 권선들간이 각각 직렬로 연결되며, 제 1-1 내지 제 1-m 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기 각각의 2차측 권선 모듈은 적어도 하나의 2차측 권선을 포함하고, 상기 DC-링크 커패시터 모듈(20000)은 양극과 중성점(G) 사이 및 중성점(G)과 음극사이에 각각 m개의 직렬로 연결된 DC 커패시터인 제 1-1 내지 제 1-m DC 커패시터(21100~21m00), 제 2-1 내지 제 2-m DC 커패시터(22100~22m00)를 포함하며 상기 제 1 다이오드 모듈(31200) 및 상기 제 2 다이오드 모듈(32200)은 각각 m개의 다이오드인 제 1-1 내지 제 1-m 다이오드 및 제 2-1 내지 제 2-m 다이오드를 포함하며, 상기 제 1-j 변압기(311j0)의 2차측 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 1-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 1-j DC 커패시터의 양극 및 음극에 연결되고, 상기 제 2-j 변압기(321j0)의 2차측 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 2-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 2-j DC 커패시터의 양극 및 음극에 연결되며, 상기 제 1-1 DC 커패시터의 양극과 상기 제 1-m DC 커패시터의 음극이 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극(P2)과 중성점(G)을 구성하고, 상기 제 1-p DC 커패시터의 음극은 상기 제 1-q DC 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-1 DC 커패시터의 양극과 상기 제 2-m DC 커패시터의 음극이 각각 DC-링크 커패시터 모듈(20000)의 중성점(G)과 음극을 구성하고, 상기 제 2-p DC 커패시터의 음극은 상기 제 2-q DC 커패시터의 양극과 연결되며, 여기서, n>1, 1≤j≤m, 1≤p<m, q=p+1 인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1-j 다이오드의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-j 변압기의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 제 1-j DC 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-j 다이오드의 애노드는 직접 또는 상기 제 2-j 변압기의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 제 2-j DC 커패시터의 음극과 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 제 2, 3 실시예의 경우 변압기는 단일 1차측 권선에 복수의 2차측 권신이 포함하는데, 고전압 시스템에서 1차측 권선 횟수 증가와 다수의 2차측 권선을 구성하기 위한 코어의 크기가 커짐으로써, 무게, 크기, 재료비 측면에서 불리한 문제가 있을 수 있는데, 본 발명은 복수인 m개의 변압기를 채용함으로써, 고전압인 DC-링크 전압의 크기를 m개의 변압기에 분배할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 상대적으로 더욱 저가의, 사이즈가 작고, 가벼운 코어를 채용할 수 있는 효과가 있다.
[제 5 실시예]
도 6은 본 발명에서 제안된 제 5 실시예를 포함한 전력변환장치를 도시한 것이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명은, 양극 및 음극이 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극(P2) 및 중성점(G)과 연결된 제 1 보조 커패시터 모듈, 및양극 및 음극이 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극(N2) 및 중성점(G)과 연결된 제 2 보조 커패시터 모듈을 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 보조 커패시터 모듈은 각각 직렬 연결된 m개의 제 1-1 내지 제 1-m 보조 커패시터(31310~313m0), 제 2-1 내지 제 2-n 보조 커패시터(32310~323m0)를 포함하며, 상기 제 1 변압기 모듈(31100) 및 상기 제 2 변압기 모듈(32100)은 각각 m개의 제 1-1 내지 제 1-m 변압기 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기를 포함하고, 제 1-1 내지 제 1-m 변압기의 1차측 권선들간 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기의 1차측 권선들간이 각각 직렬로 연결되며, 제 1-1 내지 제 1-m 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기 각각의 2차측 권선 모듈은 적어도 하나의 2차측 권선을 포함하고, 상기 제 1 다이오드 모듈(31200) 및 상기 제 2 다이오드 모듈(32200)은 각각 m개의 다이오드인 제 1-1 내지 제 1-m 다이오드 및 제 2-1 내지 제 2-m 다이오드를 포함하며, 상기 제 1-j 변압기(311j0)의 2차측 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 1-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 1-j 보조 커패시터의 양극 및 음극에 연결되고, 상기 제 2-j 변압기(321j0)의 2차측 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 2-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 2-j 보조 커패시터의 양극 및 음극에 연결되며, 상기 제 1-1 보조 커패시터의 양극과 상기 제 1-m 보조 커패시터의 음극이 각각 상기 제 1 보조 커패시터 모듈의 양극 및 음극을 구성하고, 상기 제 1-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 1-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-1 보조 커패시터의 양극과 상기 제 2-m 보조 커패시터의 음극이 각각 상기 제 1 보조 커패시터 모듈의 양극 및 음극을 구성하고, 상기 제 2-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 2-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 여기서, n>1, 1≤j≤m, 1≤p<m, q=p+1 인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제 1-j 다이오드의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-j 변압기의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 제 1-j 보조 커패시터의 양극과 연결되며, 상기 제 2-j 다이오드의 애노드는 직접 또는 상기 제 2-j 변압기의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 제 2-j 보조 커패시터의 음극과 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 본 발명은 저압 소용량 변압기와 저압 소용량의 보조 커패시터를 다수 개 구비함으로써, 고압 대용량 변압기와 다수의 전압단위로 구분되는 DC-링크 커패시터를 구성할 필요가 없으므로, 시스템 가격, 무게, 부피를 축소할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 스위치 모듈(10000)은, IGCT를 반도체 스위칭 소자롤 채용하고, 3-레벨 NPC 타입인 것을 특징으로 할 수 있다.
이러한 특징으로 인하여, 본 발명은 IGCT를 채용한 고전압 대용량 전력변환장치에 적용할 때, 종래의 스너버에 비해서 본 발명의 효과의 차이가 더욱 커지고, 본 발명의 장점이 더욱 크다.
[부호의 설명]
1 : 전원
2 : 발전기
10 : 스위치 모듈
20 : DC-링크 커패시터 모듈
30 : 스너버
100 : 전력 변환 장치
10000 : 스위치 모듈
20000 : DC-링크 커패시터 모듈
21100 : 제 1-1 DC 커패시터
21n00 : 제 1-n DC 커패시터
22100 : 제 2-1 DC 커패시터
22n00 : 제 2-n DC 커패시터
30000 : 스너버
31000 : 제 1 스너버 모듈
31100 : 제 1 변압기 모듈
31110 : 제 1-1 변압기
31120 : 제 1-2 변압기
311m0 : 제 m 변압기
31111 : 제 1-1 변압기의 1차측 권선
31112 : 제 1-1 변압기의 2차측 권선 모듈
31112-1 : 제 1-1 변압기의 2차측 제 1 권선
31112-n : 제 1-1 변압기의 2차측 제 1 권선
31200 : 제 1 다이오드 모듈
31210 : 제 1-1 다이오드
31300 : 제 1 보조 커패시터 모듈
31310 : 제 1-1 보조 커패시터
313n0 : 제 1-n 보조 커패시터
32000 : 제 2 스너버 모듈
32100 : 제 2 변압기 모듈
32110 : 제 2-1 변압기
32120 : 제 2-2 변압기
321m0 : 제 m 변압기
32111 : 제 2 변압기의 1차측 권선
32112 : 제 2 변압기의 2차측 권선 모듈
32200 : 제 2 다이오드 모듈
32210 : 제 2-1 다이오드
32300 : 제 2 보조 커패시터 모듈
32310 : 제 2-1 보조 커패시터
323n0 : 제 2-n 보조 커패시터

Claims (10)

  1. 스너버 모듈로서,
    전력을 변환하기 위한 적어도 하나의 반도체 스위치를 포함하는 스위치 모듈과, 직류 전압을 평활하기 위한 커패시터를 포함한 DC-링크 커패시터 모듈사이에 구비되고,
    적어도 하나의 변압기를 포함하는 변압기 모듈을 포함하며,
    상기 스위치 모듈에 포함된 반도체 스위치 중 적어도 하나가 ON되면, 상기 변압기가 상기 변압기의 상호 인덕턴스(mutual inductance)를 이용하여 인덕터로 동작함으로써, 상기 반도체 스위치를 통해서 흐르는 전류의 기울기를 소정의 기울기 이하로 제한하고,
    상기 반도체 스위치가 OFF되면, 상기 변압기에 저장된 자화 에너지를 상기 DC-링크 커패시터 모듈로 전달하는 것
    을 특징으로 하는 스너버 모듈.
  2. 스너버로서,
    제 1 항의 특징을 갖는 제 1 스너버 모듈 및 제 2 스너버 모듈을 포함하고,
    상기 제 1 스너버 모듈은 적어도 하나의 변압기를 포함하는 제 1 변압기 모듈과, 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 제 1 다이오드 모듈을 포함하고,
    상기 제 1 변압기 모듈은 1차측 권선과 적어도 하나의 2차측 권선을 포함하는 2차측 권선 모듈을 포함하고, 상기 제 1 변압기 모듈의 1차측 권선의 일단 및 타단은 각각 상기 스위치 모듈의 양극 및 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극에 연결되며, 상기 제 1 변압기 모듈의 2차측 권선 모듈의 일단 및 타단은 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극 및 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 중성점과 연결되고, 상기 제 1 다이오드 모듈에 포함된 제 1-1 다이오드는 상기 제 1 변압기 모듈의 2차측 권선 모듈의 일단과 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극사이 또는 상기 제 1 변압기 모듈의 2차측 권선 모듈의 타단과 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 중성점 사이에 구비되며,
    상기 제 2 스너버 모듈은 적어도 하나의 변압기를 포함하는 제 2 변압기 모듈과 적어도 하나의 다이오드를 포함하는 제 2 다이오드 모듈을 포함하며,
    상기 제 2 변압기 모듈은, 1차측 권선과 적어도 하나의 2차측 권선을 포함하는 2차측 권선 모듈을 포함하고, 상기 제 2 변압기 모듈의 1차측 권선의 일단 및 타단은 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극 및 상기 스위치 모듈의 음극에 연결되며, 상기 제 2 변압기 모듈의 2차측 권선 모듈의 일단 및 타단은 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극 및 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 중성점과 연결되고, 상기 제 2 다이오드 모듈에 포함된 제 2-1 다이오드는 상기 제 2 변압기 모듈의 2차측 권선 모듈의 일단과 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극사이 도는 상기 제 2 변압기 모듈의 2차측 권선 모듈의 타단과 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 중성점 사이에 구비되는 것
    을 특징으로 하는 스너버.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 변압기 모듈에 포함된 제 1-1 변압기의 1차측 권선과 2차측 권선 모듈에 포함된 적어도 하나의 2차측 권선은 서로 반대 방향으로 감겨져 있고,
    상기 제 2 변압기 모듈에 포함된 제 2-1 변압기의 1차측 권선과 2차측 권선 모듈에 포함된 적어도 하나의 2차측 권선은 서로 반대 방향으로 감겨져 있는 것
    을 특징으로 하는 스너버.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1-1 다이오드의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-1 변압기의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극과 연결되며,
    상기 제 2-1 다이오드의 애소드는 직접 또는 상기 제 2-1 변압기의 2차측 권선을 통해 간접적으로 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극과 연결된 것
    을 특징으로 하는 스너버.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1-1 변압기 및 상기 제 2-1 변압기 각각의 2차측 권선 모듈은 n개의 권선인 제 2-1 권선 내지 제 2-n 권선을 포함하고,
    상기 DC-링크 커패시터 모듈은 양극과 중성점 사이 및 중성점과 음극사이에 각각 n개의 직렬로 연결된 DC 커패시터인 제 1-1 내지 제 1-n DC 커패시터, 제 2-1 내지 제 2-n DC 커패시터를 포함하며
    상기 제 1 다이오드 모듈 및 상기 제 2 다이오드 모듈은 각각 n개의 다이오드인 제 1-1 내지 제 1-n 다이오드 및 제 2-1 내지 제 2-n 다이오드를 포함하고,
    상기 제 1-1 변압기의 제 2-j 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 1-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 1-j DC 커패시터의 양극 및 음극에 연결되고,
    상기 제 2-1 변압기의 제 2-j 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 2-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 2-j DC 커패시터의 양극 및 음극에 연결되며,
    상기 제 1-1 DC 커패시터의 양극과 상기 제 1-n DC 커패시터의 음극이 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극과 중성점을 구성하고, 상기 제 1-p DC 커패시터의 음극은 상기 제 1-q DC 커패시터의 양극과 연결되며,
    상기 제 2-1 DC 커패시터의 양극과 상기 제 2-n DC 커패시터의 음극이 각각 DC-링크 커패시터 모듈의 중성점과 음극을 구성하고, 상기 제 2-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 2-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며,
    여기서, n>1, 1≤j≤n, 1≤p<n, q=p+1 인 것
    을 특징으로 하는 스너버.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1-j 다이오드의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-1 변압기의 제 2-j 권선을 통해 간접적으로 상기 제 1-j DC 커패시터의 양극과 연결되며,
    상기 제 2-j 다이오드의 애노드는 직접 또는 상기 제 2-1 변압기의 제 2-j 권선을 통해 간접적으로 상기 제 2-j DC 커패시터의 음극과 연결된 것
    을 특징으로 하는 스너버.
  7. 제 3 항에 있어서,
    양극 및 음극이 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극 및 중성점과 연결된 제 1 보조 커패시터 모듈, 및
    양극 및 음극이 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극 및 중성점과 연결된 제 2 보조 커패시터 모듈을 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 보조 커패시터 모듈은 각각 직렬 연결된 n개의 제 1-1 내지 제 1-n 보조 커패시터, 제 2-1 내지 제 2-n 보조 커패시터를 포함하며,
    상기 제 1-1 변압기 및 상기 제 2-1 변압기은 각각 n개의 2차측 권선 모듈인 제 2-1 권선 내지 제 2-n 권선을 포함하고,
    상기 제 1 다이오드 모듈 및 상기 제 2 다이오드 모듈은 각각 n개의 다이오드인 제 1-1 내지 제 1-n 다이오드 및 제 2-1 내지 제 2-n 다이오드를 포함하고,
    상기 제 1-1 변압기의 제 2-j 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 1-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 1-j 보조 커패시터의 양극 및 음극에 연결되고,
    상기 제 2-1 변압기의 제 2-j 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 2-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 2-j 보조 커패시터의 양극 및 음극에 연결되며,
    상기 제 1-1 보조 커패시터의 양극과 상기 제 1-n 보조 커패시터의 음극이 각각 상기 제 1 보조 커패시터 모듈의 양극 및 음극을 구성하고, 상기 제 1-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 1-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며,
    상기 제 2-1 보조 커패시터의 양극과 상기 제 2-n 보조 커패시터의 음극이 각각 상기 제 1 보조 커패시터 모듈의 양극 및 음극을 구성하며, 상기 제 2-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 2-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며,
    여기서, n>1, 1≤j≤n, 1≤p<n, q=p+1 인 것
    을 특징으로 하는 스너버.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1-j 다이오드의 캐소드는 직접 또는 상기 제 1-1 변압기의 제 2-j 권선을 통해 간접적으로 상기 제 1-j 보조 커패시터의 양극과 연결되며,
    상기 제 2-j 다이오드의 애노드는 직접 또는 상기 제 2-1 변압기의 제 2-j 권선을 통해 간접적으로 상기 제 2-j 보조 커패시터의 음극과 연결된 것
    을 특징으로 하는 스너버.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 변압기 모듈 및 상기 제 2 변압기 모듈은 각각 m개의 제 1-1 내지 제 1-m 변압기 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기를 포함하고,
    제 1-1 내지 제 1-m 변압기의 1차측 권선들간 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기의 1차측 권선들간이 각각 직렬로 연결되며,
    제 1-1 내지 제 1-m 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기 각각의 2차측 권선 모듈은 적어도 하나의 2차측 권선을 포함하고,
    상기 DC-링크 커패시터 모듈은 양극과 중성점 사이 및 중성점과 음극사이에 각각 m개의 직렬로 연결된 DC 커패시터인 제 1-1 내지 제 1-m DC 커패시터, 제 2-1 내지 제 2-m DC 커패시터를 포함하며
    상기 제 1 다이오드 모듈 및 상기 제 2 다이오드 모듈은 각각 m개의 다이오드인 제 1-1 내지 제 1-m 다이오드 및 제 2-1 내지 제 2-m 다이오드를 포함하며,
    상기 제 1-j 변압기의 2차측 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 1-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 1-j DC 커패시터의 양극 및 음극에 연결되고,
    상기 제 2-j 변압기의 2차측 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 2-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 2-j DC 커패시터의 양극 및 음극에 연결되며,
    상기 제 1-1 DC 커패시터의 양극과 상기 제 1-m DC 커패시터의 음극이 각각 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극과 중성점을 구성하고, 상기 제 1-p DC 커패시터의 음극은 상기 제 1-q DC 커패시터의 양극과 연결되며,
    상기 제 2-1 DC 커패시터의 양극과 상기 제 2-m DC 커패시터의 음극이 각각 DC-링크 커패시터 모듈의 중성점과 음극을 구성하고, 상기 제 2-p DC 커패시터의 음극은 상기 제 2-q DC 커패시터의 양극과 연결되며,
    여기서, n>1, 1≤j≤m, 1≤p<m, q=p+1 인 것
    을 특징으로 하는 스너버.
  10. 제 3 항에 있어서,
    양극 및 음극이 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 양극 및 중성점과 연결된 제 1 보조 커패시터 모듈, 및
    양극 및 음극이 상기 DC-링크 커패시터 모듈의 음극 및 중성점과 연결된 제 2 보조 커패시터 모듈을 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 보조 커패시터 모듈은 각각 직렬 연결된 m개의 제 1-1 내지 제 1-m 보조 커패시터, 제 2-1 내지 제 2-n 보조 커패시터를 포함하며,
    상기 제 1 변압기 모듈 및 상기 제 2 변압기 모듈은 각각 m개의 제 1-1 내지 제 1-m 변압기 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기를 포함하고,
    제 1-1 내지 제 1-m 변압기의 1차측 권선들간 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기의 1차측 권선들간이 각각 직렬로 연결되며,
    제 1-1 내지 제 1-m 및 제 2-1 내지 제 2-m 변압기 각각의 2차측 권선 모듈은 적어도 하나의 2차측 권선을 포함하고,
    상기 제 1 다이오드 모듈 및 상기 제 2 다이오드 모듈은 각각 m개의 다이오드인 제 1-1 내지 제 1-m 다이오드 및 제 2-1 내지 제 2-m 다이오드를 포함하며,
    상기 제 1-j 변압기의 2차측 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 1-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 1-j 보조 커패시터의 양극 및 음극에 연결되고,
    상기 제 2-j 변압기의 2차측 권선의 일단 및 타단은 각각 직접 또는 상기 제 2-j 다이오드를 통해 간접적으로, 상기 제 2-j 보조 커패시터의 양극 및 음극에 연결되며,
    상기 제 1-1 보조 커패시터의 양극과 상기 제 1-m 보조 커패시터의 음극이 각각 상기 제 1 보조 커패시터 모듈의 양극 및 음극을 구성하고, 상기 제 1-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 1-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며,
    상기 제 2-1 보조 커패시터의 양극과 상기 제 2-m 보조 커패시터의 음극이 각각 상기 제 1 보조 커패시터 모듈의 양극 및 음극을 구성하고, 상기 제 2-p 보조 커패시터의 음극은 상기 제 2-q 보조 커패시터의 양극과 연결되며,
    여기서, n>1, 1≤j≤m, 1≤p<m, q=p+1 인 것
    을 특징으로 하는 스너버.
PCT/KR2019/006701 2019-01-29 2019-06-04 고전압 대용량 전력변환장치용 스너버 WO2020159011A1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190011318A KR102153422B1 (ko) 2019-01-29 2019-01-29 고전압 대용량 전력변환장치용 스너버
KR10-2019-0011318 2019-01-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020159011A1 true WO2020159011A1 (ko) 2020-08-06

Family

ID=71840363

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2019/006701 WO2020159011A1 (ko) 2019-01-29 2019-06-04 고전압 대용량 전력변환장치용 스너버

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102153422B1 (ko)
WO (1) WO2020159011A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11206136A (ja) * 1998-01-06 1999-07-30 Fuji Electric Co Ltd スナバエネルギー回生回路
WO2009011374A1 (ja) * 2007-07-18 2009-01-22 Murata Manufacturing Co., Ltd. 絶縁型dc-dcコンバータ
US20110299210A1 (en) * 2010-06-02 2011-12-08 Anmax Lightning Technology Corp. Serially connected surge suppression optimization device
KR20140128703A (ko) * 2013-04-29 2014-11-06 전북대학교산학협력단 능동형 스너버 회로
JP2015220767A (ja) * 2014-05-14 2015-12-07 三菱電機株式会社 電圧変換回路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11206136A (ja) * 1998-01-06 1999-07-30 Fuji Electric Co Ltd スナバエネルギー回生回路
WO2009011374A1 (ja) * 2007-07-18 2009-01-22 Murata Manufacturing Co., Ltd. 絶縁型dc-dcコンバータ
US20110299210A1 (en) * 2010-06-02 2011-12-08 Anmax Lightning Technology Corp. Serially connected surge suppression optimization device
KR20140128703A (ko) * 2013-04-29 2014-11-06 전북대학교산학협력단 능동형 스너버 회로
JP2015220767A (ja) * 2014-05-14 2015-12-07 三菱電機株式会社 電圧変換回路

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200093946A (ko) 2020-08-06
KR102153422B1 (ko) 2020-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010087608A2 (en) Charge equalization apparatus and method for series-connected battery string
JP7505031B2 (ja) カスケード型マルチポートコンバータ及び三相中電圧入力システム
WO2013100515A1 (ko) 전압원 컨버터를 보호하기 위한 보호 회로
WO2014104836A1 (ko) 컨버터
CN206302343U (zh) 直流变换器的拓扑电路以及海上风场场内直流集电***
WO2018221906A1 (ko) Mmc 컨버터 및 그의 서브모듈
WO2022068531A1 (zh) 一种级联式多端口变换器及三相中压输入***
WO2021010570A1 (ko) 전력변환 시스템의 dc-dc 컨버터
WO2021049720A1 (ko) 다중 구조 변압기를 위한 전압 밸런싱 회로를 가지는 공진형 컨버터
EP2905885B1 (en) DC/DC converter
CN102904420A (zh) 多端口变流器
WO2018221907A1 (ko) Mmc 컨버터 및 그의 서브모듈
WO2018105808A1 (ko) Dc-dc 컨버터
EP0989717A2 (en) A power feed for a submarine communications system
US11476671B2 (en) Wind power converting device
WO2013027949A2 (ko) 전력 변환 장치
WO2016171325A1 (ko) 자려식 액티브 클램프를 적용한 플라이백 컨버터
WO2020159011A1 (ko) 고전압 대용량 전력변환장치용 스너버
WO2007084039A1 (en) A converter
WO2019059510A1 (ko) 인버터 시스템
WO2023124114A1 (zh) 一种自取能混合式直流断路器及其应用方法
WO2022114575A1 (ko) 배터리 충/방전용 dc-dc 컨버터
CN115622220A (zh) 供电单元和环路供电***
WO2023200103A1 (ko) 전력변환 시스템의 dc-dc 컨버터
WO2023287010A1 (ko) 멀티 레벨 컨버터

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19913171

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19913171

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1