Circuit DQ Modeling and Analysis of Operating Characteristics for Hybrid Cascade Five-level PWM Rectifier

하이브리드 Cascade 5-레벨 PWM 정류기의 회로 DQ모델링 및 동작특성 해석

This paper presents circuit DQ modeling and analysis of operating characteristics of hybrid cascade multilevel PWM rectifier, especially five-level, without isolation transformers. The circuit DQ transformation changes the original three-phase time varying circuit to stationary equivalent one by employing the synchronously rotating transformation matrix. As a result of circuit DQ modeling, the operating characteristics and some useful design relationships for the system are obtained with ease. That is, the analytic equations for DC voltages and active/reactive power supplied by source with respect to control variables are Presented. Moreover, the DC voltages for the multilevel output generation may be directly built up from AC utility source and the important control equation ensuring 5-level output voltage is obtained. Finally, to confirm the validity of the analysis, MATLAB simulations are carried out and the simulation results show good agreements between analytic predictions and the simulated waveforms.

본 논문은 절연변압기를 사용하지 않는 하이브리드 멀티레벨 PWM 정류기(특히 5-레벨)의 회로 DQ 모델링 및 동작특성 해석에 대한 연구이다. 회로 DQ 변환은 동기속도로 회전하는 변환 행렬을 사용함으로써 3상 시변 회로를 정지된 등가회로로 변환한다. 이러한 회로 DQ 변환을 통해 얻은 등가회로를 사용하여 시스템의 동작 특성 및 유용한 설계식들을 보다 쉽게 얻을 수 있다. 즉, 각 DC 커패시터 전압 및 전원이 공급하는 유효전력, 무효전력과 제어변수의 해석적인 식들을 보이고, 나아가 멀티레벨 출력을 얻기 위한 각 DC 전압들을 AC 전원으로부터 직접 build-up 할 수 있음을 제시한다. 또한 5-레벨 출력전압을 보장하기 위한 제어식을 유도한다. 끝으로, 이러한 모델링 및 해석의 타당성을 검증하기 위하여 MATLAB을 사용한 모의 실험을 행하고, 해석적인 예측과 모의실험으로 얻어진 파형의 일치성을 확인하였다.