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KR102064229B1 - Control method of single-phase npc multilevel pwm converter - Google Patents

Control method of single-phase npc multilevel pwm converter Download PDF

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KR102064229B1
KR102064229B1 KR1020180090400A KR20180090400A KR102064229B1 KR 102064229 B1 KR102064229 B1 KR 102064229B1 KR 1020180090400 A KR1020180090400 A KR 1020180090400A KR 20180090400 A KR20180090400 A KR 20180090400A KR 102064229 B1 KR102064229 B1 KR 102064229B1
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KR
South Korea
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voltage
capacitor
vector
clamping mode
controller
Prior art date
Application number
KR1020180090400A
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Korean (ko)
Inventor
송민섭
조인호
이재범
Original Assignee
한국철도기술연구원
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Publication date
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Abstract

The present invention relates to a single-phase NPC multilevel PWM converter control method. The method includes: a step in which a control part receives a voltage of each capacitor of an output terminal; a step in which the control part calculates a capacitor voltage deviation through the received voltage, and determines a clamping mode; a step in which the control part calculates a capacitor voltage deviation compensation value; a step in which the control part selects a reference vector in accordance with an area in which a command voltage vector is located, but selects at least three reference vectors from at least some areas; a step in which the control part calculates the duty of each of the reference vectors considering the determined clamping mode, the voltage deviation compensation value and the command voltage vector; and a step in which the control part controls the creation of a PWM signal in accordance with the calculated duty of each of the reference vectors.

Description

단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법{CONTROL METHOD OF SINGLE-PHASE NPC MULTILEVEL PWM CONVERTER}CONTROL METHOD OF SINGLE-PHASE NPC MULTILEVEL PWM CONVERTER}

본 발명은 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불연속 변조기법에 기반을 둔 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a single phase NPC multilevel PWM converter control method, and more particularly, to a single phase NPC multilevel PWM converter control method based on a discontinuous modulation technique.

철도차량과 같은 높은 DC-link 전압이 요구되는 전력변환장치의 경우, 스위칭 소자의 높은 전압 스트레스 및 높은 dv/dt의 문제점이 있어, 큰 내압의 IGBT를 주로 사용한다. 하지만 높은 내압의 스위칭 소자는 도통 전압이 커서 높은 도통 손실을 야기하며 또한 낮은 내압의 소자 대비 동특성이 떨어지는 단점이 있다. In the case of a power converter that requires a high DC-link voltage such as a railroad car, there are problems of high voltage stress and high dv / dt of a switching element, and therefore, a large breakdown voltage IGBT is mainly used. However, a high breakdown voltage switching element has a high conduction voltage, resulting in high conduction loss, and also has a disadvantage in that dynamic characteristics are inferior to low breakdown voltage elements.

이러한 문제점을 해결하기 위해, Neutral-Point-Clamped(NPC) 3레벨 컨버터에 대한 연구가 진행되어 왔다. 3레벨 컨버터의 경우 직렬 연결된 스위칭 소자로 인해 전압 스트레스가 절반으로 감소하고, 계단 형태의 전압 특성으로 고조파 함유율이 낮아져서 높은 전력 품질을 가지는 등의 장점이 있다.In order to solve this problem, research on the Neutral-Point-Clamped (NPC) three-level converter has been conducted. In the case of a three-level converter, the voltage stress is reduced by half due to the switching elements connected in series, and the harmonic content is lowered due to the stepped voltage characteristic, thereby having high power quality.

더 나아가 4레벨 이상의 멀티레벨 컨버터에 대한 연구도 진행되고 있으나, 기존의 3레벨 컨버터에서 사용되는 제어 기법을 4레벨 이상의 컨버터에 적용할 경우 출력단의 직렬 연결된 DC-link 캐패시터의 전압 편차를 제어하기 어렵다는 문제점이 있다.In addition, research on multi-level converters of four or more levels is being conducted. However, when the control technique used in the three-level converter is applied to four or more level converters, it is difficult to control the voltage variation of the DC-link capacitor connected in series at the output stage. There is a problem.

이에 별도로 추가되는 보상회로를 사용하거나, NPC 구조와 플라잉 캐패시터를 같이 활용한 하이브리드 타입의 컨버터에 대한 연구가 지속되고 있으나, 추가의 보상회로는 시스템의 복잡도를 높이고, 하이브리드 타입은 플라잉 캐패시터의 초기 전압을 세팅하기 위한 별도의 DC 전원을 필요로 하는 문제점이 있어서 산업계에 널리 활용되지 못하고 있는 실정이다.The research on hybrid type converters using additional compensation circuits or NPC structures and flying capacitors is ongoing. However, additional compensation circuits increase the complexity of the system, and hybrid type initial voltages of the flying capacitors. There is a problem that requires a separate DC power supply for setting the situation is not widely used in the industry.

한편 본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 10-2017-0077339호(2017.07.06)에 개시되어 있다.
Meanwhile, the background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0077339 (Jul. 06, 2017).

본 발명은 3레벨 이상의 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터에 적용 가능한 불연속 변조기법(Discontinuous PWM)을 제공하는데 그 목적이 있다.
It is an object of the present invention to provide a discontinuous modulation technique (Discontinuous PWM) applicable to three-level or more single-phase NPC multilevel PWM converter.

본 발명에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법은 제어부가 출력단의 각 캐패시터의 전압을 입력받는 단계; 상기 제어부가 입력된 전압을 통해 캐패시터 전압 편차를 계산하고, 클램핑 모드를 결정하는 단계; 상기 제어부가 캐패시터 전압 편차 보상치를 계산하는 단계; 상기 제어부가 기준벡터를 선정하는 단계로서, 지령전압 벡터가 위치한 영역에 따라 기준벡터를 선정하되, 적어도 일부의 영역에서 3개 이상의 기준벡터를 선정하도록 구성되는, 기준벡터를 선정하는 단계; 상기 제어부가 결정된 클램핑 모드, 상기 전압 편차 보상치 및 상기 지령전압 벡터를 고려하여, 선정된 각 기준벡터의 듀티를 계산하는 단계; 및 상기 제어부가 계산된 각 기준벡터의 듀티에 따라 PWM 신호 생성을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a single-phase NPC multilevel PWM converter, comprising: receiving, by a controller, a voltage of each capacitor of an output terminal; Calculating, by the controller, a capacitor voltage deviation based on the input voltage, and determining a clamping mode; Calculating, by the controller, a capacitor voltage deviation compensation value; Selecting a reference vector by the control unit, selecting a reference vector according to a region where a command voltage vector is located, and selecting three or more reference vectors in at least a portion of the region; Calculating, by the controller, the duty of each selected reference vector in consideration of the determined clamping mode, the voltage deviation compensation value, and the command voltage vector; And controlling the PWM signal generation according to the calculated duty of each reference vector.

본 발명에서 지령전압 벡터가 위치하는 영역은 적어도 3개의 구획으로 구분되되, 최외각 구획에서 선정되는 기준벡터의 개수는 그 다음 구획에서 선정되는 기준벡터의 개수 이하인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the region in which the command voltage vector is located is divided into at least three sections, and the number of reference vectors selected from the outermost section is less than or equal to the number of reference vectors selected from the next section.

본 발명에서 상기 제어부는 각 기준벡터를 나타내는 U, V 스위칭 쌍 중 클램핑된 스위칭 상태만을 이용하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the control unit is configured to use only the clamped switching state of the U, V switching pair representing each reference vector.

본 발명에서 상기 제어부는 직렬 연결된 캐패시터의 전압을 기준값과 비교하여 클램핑 모드를 결정하되, 짝수 레벨 컨버터의 경우 상기 직렬 연결된 캐패시터 중 정 가운데 위치한 캐패시터를 제외한 나머지 캐패시터들과 기준값을 비교하고, 홀수 레벨 컨버터의 경우 모든 캐패시터를 기준값과 비교하여 클램핑 모드를 결정하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the control unit determines the clamping mode by comparing the voltage of the capacitor connected in series with the reference value, in the case of an even level converter, compares the reference value with the remaining capacitors except the capacitor located in the center of the series connected capacitor, odd-numbered converter In this case, the clamping mode is determined by comparing all capacitors with a reference value.

본 발명에서 상기 제어부는 기준값과 비교되는 캐패시터의 전압 중 상기 기준값과의 차이가 큰 전압을 선정하고, 상기 기준값과 선정된 전압 사이의 차의 부호를 고려하여 클램핑 모드를 결정하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the controller selects a voltage having a large difference from the reference value among the voltages of the capacitor compared with the reference value, and determines the clamping mode in consideration of the sign of the difference between the reference value and the selected voltage.

본 발명에서 상기 제어부는 N레벨 컨버터의 경우 (N-2)개의 전압 편차 보상치를 계산하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the control unit calculates (N-2) voltage deviation compensation values in the case of an N-level converter.

본 발명에서 상기 제어부는 적어도 직렬 연결된 캐패시터 중 한쪽 끝단의 캐패시터의 전압과 나머지 캐패시터들의 평균전압의 차이를 보상하는 보상치 및 상기 직렬 연결된 캐패시터 중 다른쪽 끝단의 캐패시터의 전압과 나머지 캐패시터들의 평균전압의 차이를 보상하는 보상치를 계산하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the control unit is at least a compensation value for compensating for the difference between the voltage of the capacitor of one end of the series-connected capacitor and the average voltage of the remaining capacitors, the voltage of the capacitor of the other end of the series-connected capacitor and the average voltage of the remaining capacitors It is characterized by calculating a compensation value to compensate for the difference.

본 발명에서 상기 제어부는, 3개 이상의 기준벡터를 선정한 경우에, 선정된 기준벡터 중 0이 아니면서 0에 가장 가까운 기준벡터의 듀티를 먼저 계산하고, 이를 기준으로 하여 나머지 기준벡터들의 듀티를 계산하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, when three or more reference vectors are selected, the controller first calculates the duty of the reference vector closest to zero other than zero among the selected reference vectors, and calculates the duty of the remaining reference vectors based on the reference vectors. Characterized in that.

본 발명에서 상기 제어부는 상기 선정된 기준벡터 각각의 전압 크기, 상기 지령전압 벡터의 크기, 상기 전압 편차 보상치에 기초하여 기준이 되는 기준벡터의 듀티를 계산하는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the controller calculates the duty of the reference vector as a reference based on the voltage magnitude of each of the selected reference vectors, the magnitude of the command voltage vector, and the voltage deviation compensation value.

본 발명에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법은 다중인접 기준벡터 방식을 사용하여 캐패시터 전압 편차 제어를 가능하게 하는 효과가 있다.
The single-phase NPC multilevel PWM converter control method according to the present invention has the effect of enabling the capacitor voltage deviation control by using the multiple adjacent reference vector method.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4레벨 NPC 컨버터를 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 5레벨 NPC 컨버터를 나타낸 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4레벨 NPC 컨버터의 지령전압의 위치와 이에 따른 캐패시터의 충방전 상태를 나타낸 예시도이다.
도 4는 1번 영역의 지령전압에 따른 (U,V) 스위칭 상태 변화 및 스위칭 쌍의 듀티를 나타낸 예시도이다.
도 5는 종래의 제어 기법에 따라 4레벨 NPC 컨버터를 제어할 경우의 캐패시터 전압 편차 양상을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법이 수행되는 장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법에서의 기준벡터 선정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 dual-interlacing 모드를 위한 단상 NPC 4레벨 PWM 컨버터를 나타낸 회로도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법을 4레벨 NPC 컨버터에 적용한 경우의 동작 성능을 나타낸 예시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법을 5레벨 NPC 컨버터에 적용한 경우의 동작 성능을 나타낸 예시도이다.
1 is a circuit diagram illustrating a four-level NPC converter according to an embodiment of the present invention.
2 is a circuit diagram illustrating a five-level NPC converter according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view showing the position of the command voltage of the four-level NPC converter according to an embodiment of the present invention and the charge and discharge state of the capacitor according to it.
4 is an exemplary diagram illustrating a change in (U, V) switching state and duty of a switching pair according to the command voltage in the first region.
FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating a capacitor voltage deviation when a 4-level NPC converter is controlled according to a conventional control technique.
6 is a block diagram illustrating an apparatus in which a method of controlling a single-phase NPC multilevel PWM converter according to an embodiment of the present invention is performed.
7 is a flowchart illustrating a method of controlling a single-phase NPC multilevel PWM converter according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating selection of a reference vector in a method of controlling a single-phase NPC multilevel PWM converter according to an embodiment of the present invention.
9 is a circuit diagram illustrating a single-phase NPC four-level PWM converter for dual-interlacing mode.
FIG. 10 is an exemplary diagram illustrating an operation performance when a single-phase NPC multilevel PWM converter control method according to an embodiment of the present invention is applied to a four-level NPC converter.
FIG. 11 is an exemplary diagram illustrating an operation performance when a single-phase NPC multilevel PWM converter control method according to an embodiment of the present invention is applied to a five-level NPC converter.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, an embodiment of a single phase NPC multilevel PWM converter control method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or convention of a user or an operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4레벨 NPC 컨버터를 나타낸 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 5레벨 NPC 컨버터를 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram showing a four-level NPC converter according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a circuit diagram showing a five-level NPC converter according to an embodiment of the present invention.

즉, 본 발명에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법은 기존의 간단하고 강인한 NPC 컨버터 회로 구조에 적용될 수 있다. 이러한 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터는 도 1 및 도 2에서 볼 수 있듯이, 입력단의 전원 소스(Vs) 및 부스트 인덕터(L), 스위칭단의 직렬 연결된 스위치(Ux, Vx)와 클램핑 다이오드(Dux, Dvx) 및 출력단의 직렬 연결된 DC-link 캐패시터(Cx)로 구성된다. 여기서 x는 각 소자의 번호를 나타낸다.That is, the single-phase NPC multilevel PWM converter control method according to the present invention can be applied to the existing simple and robust NPC converter circuit structure. As shown in FIGS. 1 and 2, the single-phase NPC multilevel PWM converter has a power source (Vs) and a boost inductor (L) at the input stage, a series connected switch (Ux, Vx) and a clamping diode (Dux, Dvx) at the switching stage. ) And DC-link capacitor (Cx) connected in series at the output stage. Where x represents the number of each element.

좀 더 구체적으로, N레벨 NPC 컨버터의 경우 단위 스위치 leg당 2*(N-1)개의 스위치와 (N-1)*(N-2)개의 클램핑 다이오드를 가지며, N-1개의 출력 캐패시터로 구성된다. 4레벨 컨버터의 경우 U1과 U4, U2와 U5, U3와 U6는 서로 상보적이다. 즉, U1(U2, U3)이 켜지면 U4(U5, U6)가 꺼지고 반대의 경우도 마찬가지이다. 이는 V상에도 동일하게 적용된다. 따라서 Vu의 가능한 전압은 U1, U2, U3가 모두 켜졌을 때 Vdc, U1은 꺼지고 U2, U3가 켜졌을 때 Vdc*2/3, U1, U2는 꺼지고 U3만 켜졌을 때 Vdc/3, U1, U2, U3가 모두 꺼졌을 때 0V가 된다. Vv의 전압도 마찬가지이다. 여기서 Vdc는 부하 R에 인가되는 DC-link 전압이다.More specifically, an N-level NPC converter has 2 * (N-1) switches and (N-1) * (N-2) clamping diodes per unit switch leg and consists of N-1 output capacitors. do. For a four-level converter, U1 and U4, U2 and U5, U3 and U6 are complementary to each other. That is, when U1 (U2, U3) is turned on, U4 (U5, U6) is turned off and vice versa. The same applies to the V phase. Therefore, the possible voltages for Vu are Vdc, U1 when U1, U2 and U3 are all on, Vdc * 2/3, U1 and U2 when U2 and U3 are on and Vdc / 3, U1, when U3 is on and only U3 is on. When both U2 and U3 are off, it becomes 0V. The same applies to the voltage at Vv. Where Vdc is the DC-link voltage applied to the load R.

이러한 NPC 멀티레벨 컨버터는 직렬 연결된 캐패시터의 전압 보상이 중요한 설계 요소 중 하나이다. 적절하지 않은 스위칭 기법이나 소자의 미스 매칭 등으로 인해 DC-link 전압이 직렬 연결된 캐패시터에 균등하게 나눠지지 않으면, 스위치 소자에 인가되는 전압에서 비대칭이 발생하고 전압의 왜곡이 발생하여 스위치 소자의 수명이 짧아지고 전력 품질이 떨어지게 된다. 따라서 NPC 멀티레벨 컨버터의 경우 중성점 보상을 고려해서 설계하여야한다.In such NPC multilevel converters, voltage compensation of series connected capacitors is one of the important design elements. If the DC-link voltage is not divided evenly among the capacitors connected in series due to inadequate switching technique or mismatching of the device, asymmetry occurs in the voltage applied to the switch device and voltage distortion causes the life of the switch device. Shorter and lower power quality. Therefore, in case of NPC multilevel converter, the neutral point compensation should be designed.

3레벨 컨버터의 경우 캐패시터의 수가 2개이고 이들의 전압 편차를 보상하기 위한 기법은 기존에 많이 알려져 있다. 예를 들어, 연속 스위칭 기법의 경우 스위치 PWM Duty에 DC-Offset을 인가하는 방식, 불연속 스위칭 기법의 경우 클램핑 모드를 교번하는 방식 등의 방법으로 중성점 전압 보상이 가능하다. 하지만 캐패시터의 개수가 3개 이상으로 증가하는 4레벨 이상의 NPC 컨버터의 경우 기존의 방식으로는 캐패시터의 전압 편차가 보상되지 않는다.In the case of a three-level converter, the number of capacitors is two, and techniques for compensating for these voltage variations are well known. For example, in the case of the continuous switching technique, the neutral point voltage compensation can be performed by applying DC-Offset to the switch PWM duty, and in the case of the discontinuous switching technique, the clamping mode is alternated. However, in the case of four-level or higher NPC converters in which the number of capacitors increases to three or more, the voltage variation of the capacitors is not compensated by the conventional method.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 4레벨 NPC 컨버터의 지령전압의 위치와 이에 따른 캐패시터의 충방전 상태를 나타낸 예시도로서, 이를 참조하여 4레벨 이상의 NPC 컨버터의 전압 편차 보상에 관해 살펴보면 다음과 같다.3 is an exemplary view showing the position of the command voltage of the four-level NPC converter according to an embodiment of the present invention and the charge and discharge state of the capacitor according to the present invention. Same as

도 3에서 3E, -2E, -E, 0, E, 2E, 3E는 기준벡터를 의미하고, Vc*는 컨버터 입력전압 지령벡터를 의미하며, 기준벡터 밑에 표현한 괄호안의 숫자는 기준벡터를 표현할 수 있는 (U,V) 스위칭 쌍을 의미하고, C와 D는 각각 캐패시터의 충전, 방전 상태를 의미한다.In FIG. 3, 3E, -2E, -E, 0, E, 2E, and 3E mean a reference vector, Vc * means a converter input voltage command vector, and the numbers in parentheses below the reference vector can represent the reference vector. (U, V) switching pairs, and C and D respectively represent the charge and discharge state of the capacitor.

예를 들어, 기존의 일반적인 제어 기법에 따를 때, 도 3에 도시한 것처럼 지령벡터가 영역 ②에 위치한 경우, 기준벡터는 E와 2E가 되고, E를 표현하는 (U,V) 스위칭 쌍은 (1,0), (2,1), (3,2)로 3개의 중복(redundancy)이 존재하며, (1,0)의 경우 캐패시터의 충방전 상태는 DDC로 캐패시터 1은 방전, 캐패시터 2는 방전, 캐패시터 3은 충전한다는 것을 의미한다. For example, according to the conventional general control technique, when the reference vector is located in the region ② as shown in FIG. 3, the reference vectors are E and 2E, and the (U, V) switching pair representing E is ( There are three redundancies of 1,0), (2,1), and (3,2) .In the case of (1,0), the charge / discharge state of the capacitor is DDC, and capacitor 1 is discharged and capacitor 2 is Discharge, capacitor 3 means to charge.

한편 기존의 공간벡터 변조방식은 지령전압의 위치에 따라 인접한 두 개의 기준벡터를 선택하여 지령전압의 크기를 스위칭 한 주기 동안 평균적으로 추종하게끔 스위칭 패턴을 결정한다. 예를 들어 지령벡터가 ①에 위치한 경우를 살펴보면 기준벡터는 2E와 3E이며, 이를 표현하는 (U,V)의 스위칭 쌍은 (2,0), (3,0), (3,1)이 되고, 이를 도 4처럼 스위칭 한 주기 동안 각 스위칭 쌍의 듀티(duty)를 조절하여 평균적으로 지령전압을 추종하도록 한다.Meanwhile, the conventional spatial vector modulation method selects two adjacent reference vectors according to the position of the command voltage to determine the switching pattern to follow the average of the command voltage during the switching period. For example, if the reference vector is located at ①, the reference vectors are 2E and 3E, and the switching pair of (U, V) representing this is (2,0), (3,0), (3,1) As shown in FIG. 4, the duty of each switching pair is adjusted during one switching period to follow the command voltage on average.

그러나 이러한 제어 기법에 따를 때, (U,V) 스위칭 상태가 (2,0), (3,0), (3,1)이면 캐패시터의 충방전 상태는 각각 DCC, CCC, CCD가 되며, 이에 따라 캐패시터 2는 항상 충전상태가 된다.However, according to this control technique, when the (U, V) switching state is (2,0), (3,0), (3,1), the charge / discharge state of the capacitor becomes DCC, CCC, CCD, respectively. Therefore, capacitor 2 is always in a charged state.

특히 역률을 1로 제어하는 PWM 컨버터의 경우 지령전압과 입력전류의 위상이 비슷하기 때문에 지령전압이 ①에 위치한 경우 입력 전류 및 캐패시터의 충방전 전류가 가장 크게 되고, 지령전압이 다른 영역에 위치하여 설령 캐패시터 2를 방전만 시키더라도(예를 들어, 지령전압이 ③에 위치한 경우) 이러한 편차를 완전히 제거할 수가 없다.Especially, in case of PWM converter controlling power factor to 1, the phase of command voltage and input current is similar, so when the command voltage is located at ①, the charge and discharge current of the input current and capacitor is the largest, and the command voltage is located in a different area. Even if capacitor 2 is discharged only (for example, when the reference voltage is located at ③), this deviation cannot be completely eliminated.

즉, 이러한 멀티레벨 컨버터의 특성으로 인해 기존의 공간벡터 변조방식대로 기준벡터를 인접한 두 가지 벡터로 선택하여 스위칭 상태를 구현하면 캐패시터의 전압 편차를 제거할 수가 없다. That is, due to the characteristics of the multilevel converter, when the reference vector is selected as two adjacent vectors according to the conventional spatial vector modulation method and the switching state is implemented, the voltage deviation of the capacitor cannot be removed.

도 5는 기존 방식대로 동작을 시켰을 경우의 캐패시터의 전압 편차 양상을 나타낸 것으로, Vs와 Is는 각각 입력 전압 및 입력 전류를 나타내며, Vdc는 DC-link 캐패시터의 전체 전압, Vdc1 ~ Vdc3은 캐패시터 1 ~ 3의 전압 양상을 나타낸다. 도 5에 도시된 것과 같이, 시간이 지날수록 Vdc2가 증가하여 전압 편차가 증가하게 된다.Figure 5 shows the voltage deviation of the capacitor when operating in the conventional manner, Vs and Is represents the input voltage and input current, respectively, Vdc is the total voltage of the DC-link capacitor, Vdc1 ~ Vdc3 is capacitor 1 ~ The voltage aspect of 3 is shown. As shown in FIG. 5, as time passes, Vdc2 increases to increase the voltage deviation.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법이 수행되는 장치를 나타낸 블록구성도로서, 제어부(100), 지령전압 출력부(200) 및 PWM 생성 및 데드타임(dead time) 보상부(300)로 구성된다.FIG. 6 is a block diagram illustrating an apparatus in which a method of controlling a single-phase NPC multilevel PWM converter according to an embodiment of the present invention is performed. The controller 100, the command voltage output unit 200, and PWM generation and dead time are shown. time) compensating unit 300.

지령전압 출력부(200)는 입력 전압, 입력 전류 및 DC-link 캐패시터의 전체 전압을 입력받아 지령전압(Vc*)을 출력한다. 이러한 지령전압 출력부(200)는 일반적인 dq 동기좌표계 기반 전압/전류 제어기로서, dq 변환 등을 수행하여 지령전압을 출력할 수 있으며, 종래에 사용되던 장치 및 제어 방식을 그대로 사용하면 되므로, 본 발명에서는 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.The command voltage output unit 200 receives the input voltage, the input current and the total voltage of the DC-link capacitor and outputs the command voltage Vc *. The command voltage output unit 200 is a general dq synchronous coordinate system-based voltage / current controller, and can output the command voltage by performing a dq conversion, etc., since the conventional device and control method can be used as it is, the present invention The detailed description thereof will be omitted.

제어부(100)는 후술할 본 발명에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법에 따라 기준벡터 듀티(duty)를 산출하고, 이에 따른 신호를 출력하여 PWM 생성 및 데드타임(dead time) 보상부(300)에서 PWM 신호가 출력되도록 할 수 있다.The control unit 100 calculates a reference vector duty according to the single-phase NPC multilevel PWM converter control method according to the present invention to be described later, and outputs a signal according to the PWM generation and dead time compensation unit 300. ) Can output a PWM signal.

PWM 생성 및 데드타임 보상부(300)는 제어부(100)에서 입력되는 신호에 따라 각 스위칭 듀티의 데드타임(dead time)을 보상하고 PWM 신호를 출력할 수 있다. 이러한 PWM 생성 및 데드타임(dead time) 보상부(300)의 경우에도 종래에 사용되던 장치 및 제어 방식을 그대로 사용하면 되므로, 본 발명에서는 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.The PWM generation and dead time compensator 300 may compensate for a dead time of each switching duty according to a signal input from the controller 100 and output a PWM signal. In the case of the PWM generation and dead time compensator 300, a conventional apparatus and a control method may be used as it is, and thus the detailed description thereof will be omitted.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법을 설명하기 위한 흐름도로서, 이를 참조하여 본 발명에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.7 is a flowchart illustrating a method for controlling a single-phase NPC multilevel PWM converter according to an embodiment of the present invention. A single-phase NPC multilevel PWM converter control method according to the present invention will be described in detail with reference to the following.

제어부(100)는 먼저 캐패시터 전압을 입력받는다(S10). 즉, 제어부(100)는 캐패시터 사이의 전압 편차를 해소하기 위해, 각 캐패시터의 전압 Vdc1. Vdc2, Vdc3을 입력받는다. 이때 각 캐패시터의 전압은 전압 측정 회로(센서) 등에 의해 측정될 수 있다.The controller 100 first receives a capacitor voltage (S10). That is, the control unit 100, in order to eliminate the voltage deviation between the capacitors, the voltage Vdc1. Input Vdc2, Vdc3. In this case, the voltage of each capacitor may be measured by a voltage measuring circuit (sensor) or the like.

이어서 제어부(100)는 캐패시터 전압 편차를 계산하고, 이에 따라 클램핑 모드를 결정한다(S20).Subsequently, the controller 100 calculates the capacitor voltage deviation, and accordingly determines the clamping mode (S20).

구체적으로, 제어부(100)는 복수의 캐패시터의 전압을 기준값과 비교하여 클램핑 모드를 결정한다.In detail, the controller 100 determines the clamping mode by comparing voltages of the plurality of capacitors with a reference value.

예를 들어 4레벨 컨버터의 경우, 제어부(100)는 Vdc1, Vdc3 중에서 기준값(Vdc_ref/3, N레벨의 경우 Vdc_ref/(N-1))과의 차이가 큰 전압을 선정한다. 여기서 Vdc_ref는 Vdc와 같다.For example, in the case of a four-level converter, the control unit 100 selects a voltage having a large difference from the reference value (Vdc_ref / 3, in the case of N level, Vdc_ref / (N-1)) among Vdc1 and Vdc3. Where Vdc_ref is equal to Vdc.

제어부(100)는 선정된 전압이 Vdc1이면서 기준값과 Vdc1의 차(Vdc_ref/3 - Vdc1)가 0보다 크면 upper 클램핑 모드를 선택한다. 반면 제어부(100)는 그 차가 0보다 작으면 lower 클램핑 모드를 선택한다. 또한 제어부(100)는 선정된 전압이 Vdc3이면서 기준 값과 Vdc3의 차(Vdc_ref/3 - Vdc3)가 0보다 크면 lower 클램핑 모드를 선택하고, 그 차이가 0보다 작으면 upper 클램핑 모드를 선택한다. 클램핑 모드에 따른 캐패시터의 충방전 양상을 분석했을 때 upper 클램핑 모드의 경우 Vdc1을 증가시키고 Vdc3를 감소시키는 경향이 있고, lower 클램핑 모드에서는 Vdc1을 감소시키고 Vdc3을 증가시키는 경향이 있기 때문이다.The controller 100 selects the upper clamping mode when the selected voltage is Vdc1 and the difference between the reference value and Vdc1 (Vdc_ref / 3-Vdc1) is greater than zero. On the other hand, the control unit 100 selects the lower clamping mode when the difference is less than zero. In addition, the controller 100 selects the lower clamping mode when the selected voltage is Vdc3 and the difference between the reference value and Vdc3 (Vdc_ref / 3-Vdc3) is greater than zero, and selects the upper clamping mode when the difference is smaller than zero. When analyzing the charging and discharging pattern of the capacitor according to the clamping mode, the upper clamping mode tends to increase Vdc1 and decrease Vdc3, and the lower clamping mode tends to decrease Vdc1 and increase Vdc3.

이를 확장하여 N레벨 캐패시터의 경우 N이 짝수일 때에는 직렬 연결된 캐패시터 중 정 가운데 위치한 캐패시터를 제외하고, 그 캐패시터보다 상위에 위치한 캐패시터들, 또 하위에 위치한 캐패시터들을 모두 기준값과 비교하여 클램핑 모드를 결정한다. N이 홀수일 때에는 모든 캐패시터를 기준값과 비교하여 상위, 하위 포지션으로 구분하여 클램핑 모드를 결정한다.In the case of N-level capacitors, when N is even, the clamping mode is determined by comparing all of the capacitors located above the capacitor and the capacitors located below the capacitor with the reference value when N is an even number. . When N is odd, all the capacitors are compared with the reference value to determine the clamping mode by dividing the upper and lower positions.

기준값과 비교한 캐패터의 전압 중 그 차이가 가장 큰 전압값을 선별하고, 클램핑 모드에 따른 캐패시터의 충방전 양상을 고려하여 해당 전압값에 대한 캐패시터의 위치가 상위인지 또는 하위인지 기준값과 해당 전압값의 차의 부호에 따라 클램핑 모드를 결정할 수 있다.Select the voltage value that has the largest difference among the voltages of the capacitors compared to the reference value, and consider the capacitor's position according to the clamping mode according to the clamping mode. The clamping mode can be determined according to the sign of the difference of the values.

이후 제어부(100)는 캐패시터 전압 편차 보상치를 계산한다(S30). 즉, 제어부(100)는 캐패시터 사이의 전압 편차에 비례하는 보상 제어를 수행하여, 그 출력으로 기준벡터의 Duty 보상치를 계산한다.Thereafter, the controller 100 calculates a capacitor voltage deviation compensation value (S30). That is, the controller 100 performs compensation control proportional to the voltage deviation between the capacitors, and calculates the duty compensation value of the reference vector as the output.

예를 들어, 4레벨 컨버터에서는 캐패시터가 3개 있으므로 2개의 보상 제어가 필요하다. 2개의 전압 편차 보상을 구현하는 방식에는 다양한 방식이 있으나, 본 실시예에서는 (Vdc1+Vdc2)/2와 Vdc3의 차이를 보상하는 제어와 Vdc1과 (Vdc2+Vdc3)/2의 차이를 보상하는 제어를 수행한다. 이는 기준벡터 중 외각 기준벡터 (0, 3E)를 제외한 중간 벡터 (E, 2E)만이 캐패시터 사이의 전압 편차를 발생시키기 때문이다. 즉, 각 중간 벡터에 해당하는 캐패시터 충방전 모드를 이용하여 전압 편차 보상하는 것이 보다 직관적이고, 일반적인 고차원 멀티레벨로 확장하기에도 용이하다.For example, a four-level converter has three capacitors, requiring two compensation controls. There are various methods of implementing two voltage deviation compensation, but in this embodiment, a control to compensate for the difference between (Vdc1 + Vdc2) / 2 and Vdc3 and a control to compensate for the difference between Vdc1 and (Vdc2 + Vdc3) / 2. Do this. This is because only the intermediate vector (E, 2E) except the outer reference vector (0, 3E) among the reference vectors generates a voltage deviation between the capacitors. That is, it is more intuitive to compensate for the voltage deviation by using the capacitor charge / discharge mode corresponding to each intermediate vector, and it is also easy to expand to the general high-dimensional multilevel.

다시 말해, 제어부(100)는 직렬 연결된 캐패시터 중 한쪽 끝단의 캐패시터의 전압과 나머지 캐패시터들(즉, 한쪽 끝단의 캐패시터만 제외한 캐패시터들)의 평균전압의 차이를 보상하는 보상치, 직렬 연결된 캐패시터 중 다른쪽 끝단의 캐패시터의 전압과 나머지 캐패시터들(즉, 다른쪽 끝단의 캐패시터만 제외한 캐패시터들)의 평균전압의 차이를 보상하는 보상치를 포함하는 보상치를 계산할 수 있다.In other words, the controller 100 compensates for a difference between the voltage of the capacitor at one end of the capacitors connected in series and the average voltage of the remaining capacitors (ie, capacitors except the capacitor at one end), the other of the capacitors connected in series. A compensation value including a compensation value for compensating for the difference between the voltage of the capacitor at one end and the average voltage of the remaining capacitors (that is, capacitors except the capacitor at the other end) can be calculated.

다만 멀티레벨의 레벨이 높아질수록 이러한 보상치 이외의 추가 보상치를 계산하여야 한다. 즉, N레벨 컨버터의 경우 (N-2) 개의 전압 편차 보상 파라미터가 필요하며, 이에 대한 더 자세한 설명은 후술하기로 한다.However, as the level of the multilevel increases, additional compensation values other than these compensation values should be calculated. That is, in the case of the N-level converter (N-2) voltage deviation compensation parameters are required, a more detailed description thereof will be described later.

이러한 전압 편차 보상 제어는 비례적분 제어 방식으로 수행될 수 있으며, 제어부(100)에서 수행되는 소프트웨어적인 방식이나 제어부(100) 내에 구비 편차 보상기(비례적분 제어기)를 통해 구현될 수 있다.The voltage deviation compensation control may be performed by a proportional integral control method, and may be implemented through a software method performed by the controller 100 or a deviation compensator (proportional integral controller) included in the controller 100.

이때 보상 편차 파라미터(캐패시터 전압 편차 보상치)는 다음과 같이 표현할 수 있다.In this case, the compensation deviation parameter (capacitor voltage deviation compensation value) may be expressed as follows.

Figure 112018076654359-pat00001
Figure 112018076654359-pat00001

여기서 PI는 비례적분 제어기를 의미하고 괄호안의 첫 번째 값을 기준으로 두 번째 값과의 차이를 비례적분 계산을 통해 출력한다. 또한 dcomp12_3은 (Vdc1+Vdc2)/2와 Vdc3의 차이를 보상하는 제어 파라미터이고, dcomp1_23은 Vdc1과 (Vdc2+Vdc3)/2의 차이를 보상하는 제어 파라미터이다.PI means the proportional integral controller and outputs the difference from the second value based on the first value in parentheses through the proportional integral calculation. In addition, dcomp12_3 is a control parameter to compensate for the difference between (Vdc1 + Vdc2) / 2 and Vdc3, and dcomp1_23 is a control parameter to compensate for the difference between Vdc1 and (Vdc2 + Vdc3) / 2.

이어서 제어부(100)는 지령전압 위치에 따른 기준벡터 듀티를 계산한다(S40).Subsequently, the controller 100 calculates a reference vector duty according to the command voltage position (S40).

먼저 제어부(100)는 지령전압 벡터의 위치에 따라 기준벡터를 선정하도록 구성되는데, 본 발명에서 제어부(100)는 지령전압 벡터의 위치에 인접한 2개의 기준벡터만을 선택하는 것이 아니라, 인접한 여러 개의 기준벡터를 선택할 수 있도록 구성된다. 이는 다중인접 기준벡터(Multi-Neighboring Reference Vector, MNRV) 방식으로 표현할 수 있으며, 이에 따라 제어부(100)는 적어도 일부의 영역에서 3개 이상의 기준벡터를 선정하도록 구성된다.First, the control unit 100 is configured to select a reference vector according to the position of the command voltage vector. In the present invention, the control unit 100 does not select only two reference vectors adjacent to the position of the command voltage vector. It is configured to select a vector. This may be represented by a multi-neighboring reference vector (MNRV) method, and accordingly, the control unit 100 is configured to select three or more reference vectors in at least a portion of the region.

예를 들어, Vc*가 영역 ①에 위치한 경우에 제어부(100)는 기준벡터로 E, 2E, 3E를 선택한다. E를 선택하게 되면 (U,V) 스위칭 쌍으로 (1,0), (3,2)를 선택할 수 있는데, 이 스위칭 벡터(DDC, CDD)는 캐패시터 2를 방전하는 역할을 수행할 수 있다. 따라서 2E, 3E와 더불어 E를 기준벡터로 이용하면 캐패시터 2의 전압이 상승하는 것을 억제할 수 있고, E, 2E, 3E의 벡터 인가 시간을 적절히 조절하여 지령벡터의 크기도 평균적으로 추종할 수 있다.For example, when Vc * is located in the region ①, the controller 100 selects E, 2E, and 3E as reference vectors. When E is selected, (1,0) and (3,2) can be selected as the (U, V) switching pairs, and the switching vectors DDC and CDD may serve to discharge the capacitor 2. Therefore, when E is used as the reference vector together with 2E and 3E, the voltage of capacitor 2 can be suppressed from rising, and the vector of the E, 2E, and 3E can be properly adjusted to follow the magnitude of the command vector on average. .

또한 제어부(100)는 스위칭 중복의 개수를 줄이고, 스위칭 손실을 최소화하기 위해 클램핑된 스위칭 상태를 사용할 수 있다. 이는 기준벡터를 표현 가능한 (U,V) 스위칭 쌍 중에서 (3,x), (x,3), (0,x), (x,0)만을 사용하는 것을 의미한다. (3,x)는 U상을 양의 DC 레일로 클램핑한 것을 의미하고, (x,3)는 V상을 양의 DC 레일로 클램핑한 것을 의미한다. 마찬가지로 (0,x), (x,0)는 각각 U상, V상을 음의 DC 레일로 클램핑한다는 것을 의미한다.In addition, the controller 100 may use the clamped switching state to reduce the number of switching duplications and minimize switching losses. This means that only (3, x), (x, 3), (0, x), and (x, 0) are used among (U, V) switching pairs that can represent reference vectors. (3, x) means that the U phase is clamped with a positive DC rail, and (x, 3) means that the V phase is clamped with a positive DC rail. Similarly, (0, x) and (x, 0) mean that the U and V phases are clamped to the negative DC rail, respectively.

구체적으로, 제어부(100)는 아래에 표현된 테이블에 따라 기준벡터를 선택할 수 있다.In detail, the controller 100 may select a reference vector according to a table expressed below.

Figure 112018076654359-pat00002
Figure 112018076654359-pat00002

예를 들어 Upper 클램핑 모드를 선택한 경우 지령전압이 영역 ②에 위치했을 때의 기준벡터를 0, E, 2E, 3E로 선택하고, 이를 스위칭 쌍 (3,0), (3,1), (3,2), (3,3), (3,2), (3,1), (3,0)의 조합으로 표현할 수 있다.For example, when the upper clamping mode is selected, the reference vector when the command voltage is located in the region ② is selected as 0, E, 2E, 3E, and this is a switching pair (3,0), (3,1), (3 It can be expressed by a combination of (2), (3,3), (3,2), (3,1), and (3,0).

이때 영역 ①과 ⑥, 영역 ②와 ⑤, 영역 ③과 ④는 각각 서로 대칭적(symmetric)이며, upper 클램핑 모드와 lower 클램핑 모드는 충방전 양상이 서로 수평적으로 대칭된다. 예를 들어 (3,1) 벡터와 (2,0) 벡터는 각각 upper 클램핑, lower 클램핑 모드에서 2E 기준벡터를 표현하는 스위칭 쌍이지만 캐패시터의 충방전 양상은 CCD, DCC로 서로 수평 대칭이 된다.At this time, the regions ① and ⑥, the regions ② and ⑤, the regions ③ and ④ are symmetric with each other, and the charge and discharge modes are horizontally symmetric with respect to the upper clamping mode and the lower clamping mode. For example, (3,1) and (2,0) vectors are switching pairs representing 2E reference vectors in the upper clamping and lower clamping modes, respectively, but the charge and discharge patterns of the capacitors are horizontally symmetrical with the CCD and DCC.

이러한 기준벡터의 선정 및 스위칭 쌍의 선정은 미리 설계되어 저장된 테이블을 제어부(100)가 읽어 와서, 지령전압 벡터의 위치에 따라 기준벡터 및 이에 따른 스위칭 쌍을 선정하도록 하는 방식으로 수행될 수 있다. The selection of the reference vector and the selection of the switching pair may be performed in such a manner that the controller 100 reads a table designed in advance and selects the reference vector and the corresponding switching pair according to the position of the command voltage vector.

이어서 제어부(100)는 선택된 기준벡터 중 하나를 기준으로 두고 각 기준벡터의 듀티를 계산한다. 예를 들어, 지령전압이 영역 ①에 위치한 경우에, 제어부(100)는 기준벡터로 E, 2E, 3E를 선택하고, E 벡터를 기준으로 두어 2E, 3E 벡터의 듀티를 아래의 수식에 따라 계산한다.Subsequently, the controller 100 calculates the duty of each reference vector based on one of the selected reference vectors. For example, when the command voltage is located in the region ①, the control unit 100 selects E, 2E, and 3E as reference vectors, and calculates the duty of the 2E and 3E vectors according to the following equation based on the E vector. do.

Figure 112018076654359-pat00003
Figure 112018076654359-pat00003

여기서 dE, d2E, d3E는 각각 E, 2E, 3E 벡터의 듀티를 의미하고 VE, V2E, V3E는 각각 E, 2E, 3E의 전압 크기로, 각각 Vdc_ref/3, Vdc_ref*2/3, Vdc_ref와 같다.Where dE, d2E, and d3E are the duty of the E, 2E, and 3E vectors, respectively, and VE, V2E, and V3E are the voltage magnitudes of E, 2E, and 3E, respectively, equal to Vdc_ref / 3, Vdc_ref * 2/3, and Vdc_ref, respectively. .

즉, 제어부(100)는 3개 이상의 기준벡터를 선정한 경우에, 선정된 기준벡터 중 0이 아니면서 0에 가장 가까운 기준벡터의 듀티를 먼저 계산하고, 이를 기준으로 하여 나머지 기준벡터들의 듀티를 계산할 수 있다.That is, when three or more reference vectors are selected, the controller 100 first calculates the duty of the reference vector closest to zero other than zero among the selected reference vectors, and calculates the duty of the remaining reference vectors based on this. Can be.

상기 수식은 상기 단계(S20)에서 결정된 클램핑 모드에 따라 적용되며, 지령 전압 벡터 Vc*의 크기를 만족시키는 기준 벡터들의 듀티를 계산하면서 전압 편차를 보상하는 PI 제어의 출력 (dcomp12_3 또는 dcomp1_23)을 변화시켜 기준벡터 2E의 듀티를 전체 캐패시터의 전압 편차를 감소시키는 방향으로 조절하는 수식이다. 예를 들어, upper 클램핑 모드에서 (Vdc1+Vdc2)/2 > Vdc3일 경우 dcomp12_3이 증가하여 d2E가 감소한다. Upper 클램핑 모드에서 d2E는 스위칭 쌍 (3,1)의 Duty이고 ,이 스위칭 쌍은 Vdc1, Vdc2는 충전시키고 Vdc3은 방전시키는 역할을 한다. 따라서 감소된 d2E에 따라 Vdc1, Vdc2는 감소하고 Vdc3는 증가하며, 음의 피드백에 따라 dcomp12_3가 안정화되고 캐패시터 전압 편차도 안정화 된다. Lower 클램핑 모드에서도 같은 방식으로 제어가 수행된다.The equation is applied according to the clamping mode determined in step S20, and the output of the PI control (dcomp12_3 or dcomp1_23) compensating for the voltage deviation is calculated while calculating the duty of the reference vectors satisfying the magnitude of the command voltage vector Vc *. By adjusting the duty of the reference vector 2E in the direction of reducing the voltage deviation of the entire capacitor. For example, when (Vdc1 + Vdc2) / 2> Vdc3 in the upper clamping mode, dcomp12_3 increases to decrease d2E. In the upper clamping mode, d2E is the duty of the switching pair (3,1), which charges Vdc1 and Vdc2 and discharges Vdc3. As a result of the reduced d2E, Vdc1 and Vdc2 decrease and Vdc3 increase. As a result of negative feedback, dcomp12_3 stabilizes and capacitor voltage deviation stabilizes. Control is performed in the same way in the lower clamping mode.

한편 지령전압 벡터가 영역 ②에 위치한 경우에 제어부(100)는 기준벡터들로0, E, 2E, 3E를 선택한다. 영역 ②의 기준 벡터 범위를 영역 ①보다 넓게 선정하는 이유는 영역 ①, ②의 공통되는 기준 벡터를 늘려서 영역 이동시 부드러운 전환을 이루기 위함이다.On the other hand, when the command voltage vector is located in the region ②, the controller 100 selects 0, E, 2E, and 3E as reference vectors. The reason why the reference vector range of the region ② is selected to be wider than that of the region ① is to increase the common reference vectors of the regions ① and ② to achieve a smooth transition when moving the region.

즉, 지령전압 벡터가 위치하는 영역은 적어도 3개의 구획으로 구분되되, 최외각 구획(4레벨일 경우 영역 ①)에서 선정되는 기준벡터의 개수는 그 다음 구획(4레벨일 경우 영역 ②)에서 선정되는 기준벡터의 개수보다 작거나 같을 수 있다.That is, the region where the command voltage vector is located is divided into at least three sections, and the number of reference vectors selected in the outermost section (area ① at 4 levels) is selected from the next section (area ② at 4 levels). It may be less than or equal to the number of reference vectors.

이때, 각각의 기준벡터의 듀티는 아래의 수식에 따라 계산된다.At this time, the duty of each reference vector is calculated according to the following equation.

Figure 112018076654359-pat00004
Figure 112018076654359-pat00004

즉, 제어부(100)는 E 벡터를 기준으로 두고, 0, 2E, 3E 벡터의 듀티를 상기 수식에 따라 계산한다. 여기서 d0, dE, d2E, d3E는 각각 0, E, 2E, 3E 벡터의 듀티를 의미하고 V0, VE, V2E, V3E는 각각 0, E, 2E, 3E의 전압 크기로, 0, Vdc_ref/3, Vdc_ref*2/3, Vdc_ref를 의미한다.That is, the controller 100 calculates the duty of the 0, 2E, and 3E vectors according to the above equation based on the E vector. Where d0, dE, d2E, and d3E are the duty of the vectors 0, E, 2E, and 3E, respectively, and V0, VE, V2E, and V3E are the voltage magnitudes of 0, E, 2E, and 3E, respectively, 0, Vdc_ref / 3, Vdc_ref * 2/3 means Vdc_ref.

한편 상술한 대칭성에 따라, 지령벡터가 영역 ⑤, ⑥에 해당될 때의 기준벡터와 기준벡터들의 Duty는 각각 영역 ②, ①과 동일하게 결정된다.Meanwhile, according to the symmetry described above, the reference vector and the duty of the reference vectors when the command vector corresponds to the regions ⑤ and ⑥ are determined to be the same as the regions ② and ①, respectively.

마지막으로, 영역 ③, ④는 전류량이 상대적으로 작으므로, 두 개의 인접 기준벡터(Two Neighboring Reference Vector, TNRV)를 사용하는 DPWM(Discontinuous PWM) 변조방식을 통해 결정할 수 있다. 구체적인 기준벡터의 듀티는 아래의 수식에 따라 계산된다.Finally, since regions ③ and ④ have relatively small amounts of current, they can be determined through DPWM (Discontinuous PWM) modulation using two neighboring reference vectors (TNRVs). The duty of the concrete reference vector is calculated according to the following equation.

Figure 112018076654359-pat00005
Figure 112018076654359-pat00005

여기서 Vcu*와 Vcv*는 각각 지령전압(Vc*)로부터 나눠진 U, V상의 지령 전압을 의미한다.Here, Vcu * and Vcv * refer to the command voltages on U and V divided by the command voltage Vc *, respectively.

이후 제어부(100)는 PWM 생성 및 데드타임 보상부(300)를 통해 PWM 신호를 출력한다(S50).Thereafter, the control unit 100 outputs a PWM signal through the PWM generation and dead time compensation unit 300 (S50).

즉, 지령전압이 위치한 영역에 따라 기준벡터 및 그 듀티가 결정되면, 제어부(100)는 PWM 신호가 생성되도록 할 수 있다. 이때 PWM 신호의 생성은 기존의 방식과 같이 수행될 수 있으므로, 도 4와 같이 dead-time을 고려한 후, 유효 전압이 가운데 위치한 공간벡터 변조방식처럼 PWM 신호를 gate로 출력하면 된다.That is, when the reference vector and its duty are determined according to the region where the command voltage is located, the controller 100 may generate a PWM signal. In this case, since the PWM signal generation can be performed as in the conventional method, after considering the dead-time as shown in FIG. 4, the PWM signal may be output to the gate as in the space vector modulation method in which the effective voltage is located.

한편 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법에서의 기준벡터 선정을 설명하기 위한 흐름도이다.8 is a flowchart illustrating selection of a reference vector in a method of controlling a single-phase NPC multilevel PWM converter according to an embodiment of the present invention.

상술한 4레벨에서의 MNRV DPWM은 일반적인 N레벨 NPC 컨버터로 확장가능하다. 즉, 각 멀티레벨별로 DC-link 캐패시터의 전압 변동을 분석하여 지령 전압의 위치에 따라 MNRV 범위를 선정하고 캐패시터 전압 편차 보상 파라미터를 설계하면 된다.The MNRV DPWM at four levels described above can be extended to a general N level NPC converter. That is, by analyzing the voltage variation of the DC-link capacitor for each multi-level, the MNRV range can be selected according to the position of the command voltage, and the capacitor voltage deviation compensation parameter can be designed.

도 8은 3레벨, 4레벨, 5레벨, 6레벨 NPC PWM 컨버터에 대해서 제안한 MNRV DPWM을 적용하기 위해 지령전압 범위에 따라 선택된 MNRV을 나타낸다.FIG. 8 shows MNRVs selected according to the command voltage range to apply the proposed MNRV DPWM for the 3 level, 4 level, 5 level and 6 level NPC PWM converters.

다만, 3레벨에서는 두 개의 인접 기준벡터를 활용하는 방식으로 구현이 가능하고, 5레벨의 경우 예를 들면, 지령전압 벡터가 영역 ①, ②에 속할 경우 MNRV는 E ~ 4E, 영역 ③에 속할 경우 MNRV는 0 ~ 3E, 영역 ④에 대해서는 0, E를 기준벡터로 사용할 수 있으며, 나머지 영역(⑤ ~ ⑧)은 대칭성에 의해 결정될 수 있다.However, at the 3rd level, it can be implemented by utilizing two adjacent reference vectors.For 5th level, for example, if the command voltage vector belongs to the areas ① and ②, the MNRV belongs to E to 4E and the area ③. MNRV may be 0 to 3E, 0 and E may be used as reference vectors for the region ④, and the remaining regions ⑤ to ⑧ may be determined by symmetry.

또한 6레벨의 경우에는 지령전압 벡터가 영역 ①, ②에 속할 경우 MNRV는 2E ~ 5E, 영역 ③, ④에 속할 경우 MNRV는 0 ~ 4E, 영역 ⑤에 속할 경우에는 0, E를 기준벡터로 사용할 수 있으며, 나머지 영역은 대칭성에 의해 결정될 수 있다.In case of the 6th level, when the command voltage vector belongs to the areas ① and ②, MNRV is from 2E to 5E, and if it belongs to the areas ③ and ④, MNRV is from 0 to 4E and 0 and E are used as reference vectors. The remaining area can be determined by symmetry.

구체적으로, 지령전압 위치별로 MNRV를 선택하는 일반적인 룰은 다음과 같다. 캐패시터 전압 편차를 제어하기 위한 보상 파라미터는 N레벨의 경우 (N-2)개가 필요하다. 이러한 보상 파라미터는 기준 계단 전압(기준벡터)의 캐패시터의 충방전 상태로부터 결정되는데 서로 독립적인 모든 보상 파라미터들이 포함되도록 MNRV를 선정해야 지령전압 벡터의 위치에 상관없이 온전히 캐패시터 전압 편차를 제어할 수 있다.Specifically, the general rule for selecting the MNRV for each command voltage position is as follows. Compensation parameters for controlling the capacitor voltage deviation require (N-2) N levels. These compensation parameters are determined from the charge / discharge state of the capacitor of the reference step voltage (reference vector), and MNRV should be selected to include all compensation parameters independent of each other so that the capacitor voltage deviation can be completely controlled regardless of the position of the command voltage vector. .

먼저 기준 계단 전압에 따라 캐패시터의 충방전 상태를 분석해보면 다음과 같다. N레벨의 경우 최대 계단 전압은 (N-1)*E이고 이때의 캐패시터 충방전 상태는 클램핑 모드에 관계없이 CC…CC로써 모든 캐패시터가 충전된다. 한단계 아래 계단 전압은 (N-2)*E이고 이때의 캐패시터 충방전 상태는 upper 클램핑 모드의 경우 CC…CD이고 lower 클램핑 모드에서는 DC…CC로써 최외각 캐패시터가 방전 모드로 바뀌게 된다. Upper 클램핑 모드는 DC-link 단 가장 아래 위치한 캐패시터, lower 클램핑 모드에서는 DC-link 단 가장 위에 위치한 캐패시터가 충전에서 방전 모드로 바뀐다. 그 다음 아래 계단 전압은 (N-3)*E 이고 이때의 캐패시터 충방전 상태는 upper 클램핑 모드는 CC…CDD이고, lower 클램핑 모드에서는 DDC…CC가 된다. 즉 계단 전압이 하나씩 작아질 때마다 upper 클램핑 모드에서는 DC-link 단 하단부터, lower 클램핑 모드에서는 DC-link 단 상단부터 하나씩 캐패시터 충방전 상태가 충전에서 방전으로 바뀌는 것을 알 수 있다.First, the charge and discharge states of the capacitor are analyzed according to the reference step voltage as follows. In the case of N level, the maximum step voltage is (N-1) * E, and the capacitor charge / discharge state at this time is CC… regardless of the clamping mode. CC charges all capacitors. The step voltage down one step is (N-2) * E and the capacitor charge / discharge state is CC… in the upper clamping mode. CD and DC in lower clamping mode. With CC, the outermost capacitor is put into discharge mode. In the upper clamping mode, the capacitor located at the bottom of the DC-link stage, and in the lower clamping mode, the capacitor located at the top of the DC-link stage changes from charging to discharging mode. The next step down voltage is (N-3) * E and the capacitor charge / discharge state is the upper clamping mode is CC…. CDD, DDC… in lower clamping mode. CC becomes. That is, whenever the stair voltage decreases one by one, the capacitor charge / discharge states change from charging to discharging one by one from the bottom of the DC-link stage in the upper clamping mode and one from the top of the DC-link stage in the lower clamping mode.

이를 모든 계단 전압에 대해서 적용하면, 두 계단 전압의 합이 (N-1)*E가 되는 계단 전압 쌍이 존재하고 이 두 계단 전압의 upper 클램핑 모드와 lower 클램핑 모드의 캐패시터 충방전 모드는 서로 부호가 다를 뿐, 같은 캐패시터 전압 보상 파라미터와 관계되어 있다.If this applies to all step voltages, there is a step voltage pair where the sum of the two step voltages is (N-1) * E, and the capacitor charge / discharge modes of the upper clamping mode and the lower clamping mode of these two stepping voltages are It is different but related to the same capacitor voltage compensation parameter.

즉, 두 계단 전압은 서로 cross opposite coupling 되어 있고, 전체 계단 전압에서 독립적인 캐패시터 충방전 상태는 (N-2)개가 존재한다. 가운데 계단 전압을 기준으로 좌우로 수평 대칭되는 전압 벡터들의 캐패시터 충방전 상태가 서로 연관되어 있으므로, 독립적인 충방전 상태는 가운데 기준 계단 전압 (N이 홀수일 때 (N-1)/2*E, N이 짝수일 때 (N/2-1)*E, N/2*E) 좌우로 하나의 영역만 고려하면 된다. 따라서 지령전압 벡터가 위치한 영역별로 캐패시터의 전압편차를 제거하기 위해 필요한 서로 독립적인 Duty 보상 파리미터 (N-2)개가 포함되게끔 MNRV를 설정하면 된다.That is, the two step voltages are cross oppositely coupled to each other, and there are (N-2) capacitor charge / discharge states that are independent of the entire step voltage. Since the capacitor charge / discharge states of voltage vectors horizontally symmetrical from left to right with respect to the center step voltage are related to each other, the independent charge / discharge state is the center reference step voltage ((N-1) / 2 * E, When N is even (N / 2-1) * E, N / 2 * E), only one region needs to be considered. Therefore, MNRV can be set to include independent duty compensation parameters (N-2) which are necessary to remove the voltage deviation of the capacitor for each region where the command voltage vector is located.

예를 들어 5레벨의 경우 2E 기준으로 대칭점에 위치한 E의 upper 클램핑 모드와 3E의 lower 클램핑 모드의 캐패시터 충방전 상태가 각각 CDDD, DCCC로써 서로 부호만 다를 뿐 Vdc1과 (Vdc2+Vdc3+Vdc4)/3의 전압 편차를 조절하는 역할을 한다. 마찬가지로 E의 lower 클램핑 모드와 3E의 upper 클램핑 모드의 충방전 상태가 각각 DDDC, CCCD로써 부호가 다를 뿐 (Vdc1+Vdc2+Vdc3)/3과 Vdc4의 전압 편차를 조절하는 역할을 한다. 그리고 2E의 upper 클램핑 모드와 lower 클램핑 모드의 충방전 상태가 각각 CCDD, DDCC로 부호가 반대되어 (Vdc1+Vdc2)/2와 (Vdc3+Vdc4)/2의 전압 편차에 관계된 것을 확인할 수 있다.For example, in case of level 5, the capacitor charge / discharge states of the upper clamping mode of E and the lower clamping mode of 3E located at the symmetry point of 2E are CDDD and DCCC, respectively, except that the signs are different from each other, except that Vdc1 and (Vdc2 + Vdc3 + Vdc4) / It controls the voltage deviation of 3. Likewise, the charge and discharge states of the lower clamping mode of E and the upper clamping mode of 3E have different signs with DDDC and CCCD, respectively, to control the voltage deviation of (Vdc1 + Vdc2 + Vdc3) / 3 and Vdc4. In addition, the charge and discharge states of the upper clamping mode and the lower clamping mode of 2E are reversed by CCDD and DDCC, respectively, and thus the voltage deviations of (Vdc1 + Vdc2) / 2 and (Vdc3 + Vdc4) / 2 are related.

5레벨의 경우 캐패시터 전압 편차를 제어하는 보상 파라미터는 3개가 필요하고 서로 독립적인 3개의 보상 파라미터는 Vdc1과 (Vdc2+Vdc3+Vdc4)/3의 CDDD(DCCC), (Vdc1+Vdc2+Vdc3)/3과 Vdc4의 CCCD(DDDC), (Vdc1+Vdc2)/2과 (Vdc3+Vdc4)/2의 CCDD(DDCC)에 관계된 것으로써 이를 모두 사용하여야만 지령전압 벡터의 위치에 상관없이 캐패시터 전압 편차를 온전히 제어할 수 있다.For level 5, three compensation parameters to control capacitor voltage deviation are required, and three independent compensation parameters are CDDD (DCCC) and (Vdc1 + Vdc2 + Vdc3) / of Vdc1 and (Vdc2 + Vdc3 + Vdc4) / 3. It is related to CCCD (DDDC) of 3 and Vdc4, CCDD (DDCC) of (Vdc1 + Vdc2) / 2 and (Vdc3 + Vdc4) / 2, and all of them must be used to ensure that the capacitor voltage deviation is completely maintained regardless of the position of the reference voltage vector. Can be controlled.

따라서 지령전압 벡터가 영역 ①, ②에 속할 경우 기준벡터 2E, 3E를 필수적으로 포함해야 독립된 3개의 보상 파라미터를 다 활용할 수 있으므로 MNRV의 범위는 2E, 3E를 포함한 E ~ 4E가 되어야한다. 한편 지령전압 벡터가 영역 ③에 위치한 경우 서로 독립적인 3개의 보상 파라미터를 다 활용하기 위해서 E, 2E를 반드시 포함해야 하므로 전체 MNRV의 범위는 E, 2E를 포함한 0 ~ 3E가 되어야 한다.Therefore, if the command voltage vector belongs to the areas ① and ②, the reference vectors 2E and 3E must be included in order to use all three independent compensation parameters, so the MNRV must be in the range of E to 4E including 2E and 3E. On the other hand, if the command voltage vector is located in the region ③, E and 2E must be included in order to utilize all three compensation parameters independent of each other, so the total MNRV must be in the range of 0 to 3E including E and 2E.

기준벡터 중 최외각 벡터 (0, (N-1)*E)는 캐패시터 전압 편차에 영향을 주지 않으므로, 캐패시터 전압 편차 보상 파라미터는 최외각 벡터를 제외한 나머지 가운데 위치한 기준 벡터들의 서로 독립된 캐패시터 충방전 상태로부터 결정된다. 5레벨의 경우 독립된 충방전 상태는 CDDD(DCCC), CCDD(DDCC), CCCD(DDDC)로써 3가지가 존재하고 식(1)와 유사하게 PI 제어기를 통해 전압 편차에 비례하는 보상 파라미터를 설계할 수 있다.Since the outermost vector (0, (N-1) * E) of the reference vectors does not affect the capacitor voltage deviation, the capacitor voltage deviation compensation parameter is independent of the capacitor charge / discharge states of the reference vectors located in the center except the outermost vector. Is determined from. In case of 5th level, there are three independent charge / discharge states: CDDD (DCCC), CCDD (DDCC), CCCD (DDDC), and similarly to equation (1), a compensation parameter proportional to voltage deviation can be designed through PI controller. Can be.

도 9는 dual-interlacing 모드를 위한 단상 NPC 4레벨 PWM 컨버터를 나타낸 회로도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법을 4레벨 NPC 컨버터에 적용한 경우의 동작 성능을 나타낸 예시도이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법을 5레벨 NPC 컨버터에 적용한 경우의 동작 성능을 나타낸 예시도이다.FIG. 9 is a circuit diagram illustrating a single-phase NPC four-level PWM converter for dual-interlacing mode, and FIG. 10 is an operating performance when a single-phase NPC multilevel PWM converter control method according to an embodiment of the present invention is applied to a four-level NPC converter. FIG. 11 is an exemplary diagram illustrating an operation performance when the single-phase NPC multilevel PWM converter control method according to an embodiment of the present invention is applied to a 5-level NPC converter.

이러한 단상 NPC PWM 멀티레벨 컨버터의 경우 stand-alone 모드에서 동작될 수도 있으나, 도 9에 도시한 회로도와 같이 dual-interlacing 모드에서 동작될 수도 있다. 이러한 dual-interlacing 모드는, 입력을 둘로 나눠서 각 부스트(boost) 인덕터의 전류를 지그재그(zig-zag)로 어긋나게 제어함으로써, 전체 입력 전류의 리플을 줄일 수 있다. 다만 stand-alone 모드와 dual-interlacing 모드에 대한 내용은 이미 널리 알려진 기술에 해당하므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.The single-phase NPC PWM multilevel converter may be operated in a stand-alone mode, but may also be operated in a dual-interlacing mode as shown in FIG. 9. The dual-interlacing mode can reduce the ripple of the entire input current by dividing the input into two to control the current of each boost inductor by zigzag. However, since the details of the stand-alone mode and the dual-interlacing mode correspond to well-known technologies, detailed descriptions thereof will be omitted.

도 10은 본 발명에 따른 제어방법을 4레벨 NPC 컨버터에 적용한 것으로, dual-interlacing 모드로 동작하고 있으며 각각의 파형은 Vs 및 Is; Vdc, Vdc1, Vdc2, Vdc3; 확대된 Vdc1, Vdc2, Vdc3; 전압 편차 보상 출력 (dcomp1_23, dcomp12_3); 클램핑 모드 1, 2; Carrier 1, 2, 3 (전송파 1, 2, 3), Vg_U1, Vg_U2, Vg_U3 (U상의 upper 스위치에 해당하는 PWM 지령 변조전압), Vg_V1, Vg_V2, Vg_V3 (V상의 upper 스위치에 해당하는 PWM 지령 변조전압); Vuo, Vvo (U, V상 leg 전압); Vuv에 해당한다. 10 is applied to the control method according to the present invention to a four-level NPC converter, operating in a dual-interlacing mode, each waveform is Vs and Is; Vdc, Vdc1, Vdc2, Vdc3; Expanded Vdc1, Vdc2, Vdc3; Voltage deviation compensation outputs dcomp1_23 and dcomp12_3; Clamping modes 1 and 2; Carrier 1, 2, 3 (transmission wave 1, 2, 3), Vg_U1, Vg_U2, Vg_U3 (PWM command voltage corresponding to upper switch on U), Vg_V1, Vg_V2, Vg_V3 (PWM command corresponding to upper switch on V) Modulation voltage); Vuo, Vvo (U, V phase leg voltage); Corresponds to Vuv.

시뮬레이션 결과를 분석해보면 Vs 및 Is의 역률은 0.99이상이고, Is의 THD는 약 8% 수준이며, 캐패시터 전압 편차의 양상에 따라 클램핑 모드가 전원전압 반주기마다 교번되어 U상만 스위칭을 하고 V상은 스위칭이 억제된 것을 확인할 수 있다. 전압 편차 보상 출력 값으로 결정된 dcomp 파라미터에 의해 각 영역별 기준 벡터들의 스위칭 듀티가 보정되어 기대하던 컨버터 지령 전압 및 캐패시터 전압 편차 (12V 내외)가 유지되고 있음을 확인할 수 있다.According to the simulation results, the power factor of Vs and Is is over 0.99, the THD of Is is about 8%, and according to the pattern of capacitor voltage deviation, the clamping mode is alternated every half of the power voltage so that only U phase is switched and V phase is switched. It can be confirmed that it is suppressed. The switching duty of the reference vectors for each region is corrected by the dcomp parameter determined as the voltage deviation compensation output value, thereby confirming that the expected converter command voltage and capacitor voltage deviation (about 12V) are maintained.

또한 도 11은 본 발명에 따른 제어방법을 5레벨 NPC 컨버터에 적용한 것으로, 5레벨에서는 DC-link 캐패시터가 4개이므로 전압 편차 보상기가 3개가 필요하여 보상 파라미터가 3개이며, 캐패시터 전압 편차는 약 12V 내외로 잘 제어가 되고 있고, 컨버터 입력 전압 Vuv를 관찰하면 0, E, 2E, 3E, 4E로 5단계 step으로 구분이 되는 것을 확인할 수 있다.In addition, Figure 11 is applied to the control method according to the present invention to a five-level NPC converter, in the five-level capacitor is four DC-link capacitors, three voltage deviation compensator is required, three compensation parameters, the capacitor voltage deviation is approximately It is well controlled around 12V, and if you observe the converter input voltage Vuv, you can see that it is divided into 5 steps by 0, E, 2E, 3E, and 4E.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and those skilled in the art to which the art belongs can make various modifications and other equivalent embodiments therefrom. Will understand. Therefore, the technical protection scope of the present invention will be defined by the claims below.

100: 제어부
200: 지령전압 출력부
300: PWM 생성 및 데드타임 보상부
100: control unit
200: command voltage output unit
300: PWM generation and dead time compensation

Claims (9)

제어부가 출력단의 각 캐패시터의 전압을 입력받는 단계;
상기 제어부가 입력된 전압을 통해 캐패시터 전압 편차를 계산하고, 클램핑 모드를 결정하는 단계;
상기 제어부가 캐패시터 전압 편차 보상치를 계산하는 단계;
상기 제어부가 기준벡터를 선정하는 단계로서, 지령전압 벡터가 위치한 영역에 따라 기준벡터를 선정하되, 적어도 일부의 영역에서 3개 이상의 기준벡터를 선정하도록 구성되는, 기준벡터를 선정하는 단계;
상기 제어부가 결정된 클램핑 모드, 상기 전압 편차 보상치 및 상기 지령전압 벡터를 고려하여, 선정된 각 기준벡터의 듀티를 계산하는 단계; 및
상기 제어부가 계산된 각 기준벡터의 듀티에 따라 PWM 신호 생성을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 제어부는 각 기준벡터를 나타내는 U, V 스위칭 쌍 중 클램핑된 스위칭 상태만을 이용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법.
Receiving, by the controller, a voltage of each capacitor of the output terminal;
Calculating, by the controller, a capacitor voltage deviation based on the input voltage, and determining a clamping mode;
Calculating, by the control unit, a capacitor voltage deviation compensation value;
Selecting a reference vector by the controller, selecting a reference vector according to a region in which a command voltage vector is located, and selecting three or more reference vectors in at least a portion of the region;
Calculating, by the controller, the duty of each selected reference vector in consideration of the determined clamping mode, the voltage deviation compensation value, and the command voltage vector; And
And controlling the PWM signal generation according to the calculated duty of each reference vector by the controller.
And the control unit is configured to use only the clamped switching state among the U and V switching pairs representing each reference vector.
제1항에 있어서,
지령전압 벡터가 위치하는 영역은 적어도 3개의 구획으로 구분되되, 최외각 구획에서 선정되는 기준벡터의 개수는 그 다음 구획에서 선정되는 기준벡터의 개수 이하인 것을 특징으로 하는 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법.
The method of claim 1,
The region in which the command voltage vector is located is divided into at least three sections, and the number of reference vectors selected in the outermost section is less than or equal to the number of reference vectors selected in the next section. .
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어부는 직렬 연결된 캐패시터의 전압을 기준값과 비교하여 클램핑 모드를 결정하되, 짝수 레벨 컨버터의 경우 상기 직렬 연결된 캐패시터 중 정 가운데 위치한 캐패시터를 제외한 나머지 캐패시터들과 기준값을 비교하고, 홀수 레벨 컨버터의 경우 모든 캐패시터를 기준값과 비교하여 클램핑 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법.
The method of claim 1,
The control unit determines the clamping mode by comparing the voltage of the capacitor connected in series with a reference value, in the case of an even level converter, compares the reference value with the remaining capacitors except for the capacitor located in the center of the capacitor connected in the series, and in the case of an odd level converter A method of controlling a single-phase NPC multilevel PWM converter, characterized in that the clamping mode is determined by comparing a capacitor with a reference value.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 기준값과 비교되는 캐패시터의 전압 중 상기 기준값과의 차이가 큰 전압을 선정하고, 상기 기준값과 선정된 전압 사이의 차의 부호를 고려하여 클램핑 모드를 결정하는 것을 특징으로 하는 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법.
The method of claim 4, wherein
The control unit selects a voltage having a large difference from the reference value among the voltages of the capacitor compared with the reference value, and determines the clamping mode in consideration of the sign of the difference between the reference value and the selected voltage. PWM converter control method.
제1항에 있어서,
상기 제어부는 N레벨 컨버터의 경우 (N-2)개의 전압 편차 보상치를 계산하는 것을 특징으로 하는 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법.
The method of claim 1,
And the control unit calculates (N-2) voltage deviation compensation values in the case of an N-level converter.
제6항에 있어서,
상기 제어부는 적어도 직렬 연결된 캐패시터 중 한쪽 끝단의 캐패시터의 전압과 나머지 캐패시터들의 평균전압의 차이를 보상하는 보상치 및 상기 직렬 연결된 캐패시터 중 다른쪽 끝단의 캐패시터의 전압과 나머지 캐패시터들의 평균전압의 차이를 보상하는 보상치를 계산하는 것을 특징으로 하는 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법.
The method of claim 6,
The control unit compensates for the difference between the voltage of the capacitor at one end of the capacitor connected in series and the average voltage of the remaining capacitors, and the difference between the voltage of the capacitor at the other end of the capacitor connected in series and the average voltage of the remaining capacitors. Single-phase NPC multi-level PWM converter control method characterized in that for calculating the compensation value.
제1항에 있어서,
상기 제어부는, 3개 이상의 기준벡터를 선정한 경우에, 선정된 기준벡터 중 0이 아니면서 0에 가장 가까운 기준벡터의 듀티를 먼저 계산하고, 이를 기준으로 하여 나머지 기준벡터들의 듀티를 계산하는 것을 특징으로 하는 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법.
The method of claim 1,
The controller, when selecting three or more reference vectors, first calculates the duty of the reference vector closest to zero other than zero among the selected reference vectors, and calculates the duty of the remaining reference vectors based on the reference vector. Single phase NPC multilevel PWM converter control method.
제8항에 있어서,
상기 제어부는 상기 선정된 기준벡터 각각의 전압 크기, 상기 지령전압 벡터의 크기, 상기 전압 편차 보상치에 기초하여 기준이 되는 기준벡터의 듀티를 계산하는 것을 특징으로 하는 단상 NPC 멀티레벨 PWM 컨버터 제어방법.
The method of claim 8,
The control unit calculates the duty of the reference vector as a reference based on the voltage magnitude of each of the selected reference vector, the magnitude of the command voltage vector, and the voltage deviation compensation value. .
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