단상 NPC 3레벨 PWM 컨버터에 응용 가능한 오프셋 전압 기반 불연속 변조 기법에 대한 연구 (A Study on Offset Voltage-Based Discontinuous Modulation Applicable to Single Phase Neutral-Point-Clamped Three-Level PWM Converter)

서지정보

· 발행기관 : 한국철도학회
· 수록지 정보 : 한국철도학회논문집 / 21권 / 1호 / 30 ~ 40페이지
· 저자명 : 송민섭

초록

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

영어초록

In this paper, we study a single-phase NPC three-level PWM converter for high-speed railway propulsionsystem using discontinuous pulse-width-modulation (DPWM) techniques to reduce the switching loss. Conventionaltwo-level PWM converters have a problem that their usable switching frequency is low due to their large power characteristics,resulting in a decrease in controllability and a deterioration in power quality due to a decrease in frequencycontrol bandwidth. To solve this problem, we apply the discontinuous modulation technique used in three-phase PWMinverters to a single-phase NPC three-level PWM converter. The proposed method, by adding the appropriate offsetvoltage, clamps the command pole voltage to the positive or negative DC rail for every half of the control voltageperiod. Therefore, when the same switching loss is assumed, the change of the switching state is halved and the controlperformance can be improved by doubling the frequency modulation index. Also, we analyzed the cause of the neutralpoint-voltage fluctuation of the DC link capacitor to quickly compensate for the voltage deviation during the voltagefluctuation. We verified the validity of the proposed discontinuous modulation scheme through simulation of 600kWsingle phase NPC three-level PWM converter and confirmed the excellence of our results by comparison with existingmethods.

참고자료

· 없음