Journal of IKEEE (전기전자학회논문지)

Institute of Korean Electrical and Electronics Engineers (한국전기전자학회)
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A Selective Voltage Balancing Scheme of a Modular Multilevel DC-DC Converter for Solid-State Transformers

반도체 변압기용 모듈형 멀티레벨 DC-DC 컨버터의 선택적인 전압 균형 제어

  • Lee, Eui-Jae (Dept. of Electrical and Computer Engineering, Ajou University) ;
  • Kim, Seok-Min (Dept. of Electrical and Computer Engineering, Ajou University) ;
  • Lee, Kyo-Beum (Dept. of Electrical and Computer Engineering, Ajou University)
  • Received : 2019.06.05
  • Accepted : 2019.06.26
  • Published : 2019.06.30
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Abstract

This paper proposes the selective voltage balancing scheme of a modular multilevel DC-DC converter for solid-state transformers. In general, the sub-module capacitor voltage can be controlled uniformly by individual feedback controllers, however computation time increases according to the number of modules. The voltage balance control scheme in this paper can reduce the computation time by selecting and controlling sub-module of maximum/minimum voltage momentarily. The performance of the proposed selective voltage balancing scheme is verified by simulation.

본 논문은 반도체 변압기용 모듈형 멀티레벨 DC-DC 컨버터의 서브모듈 커패시터 전압 균형 제어 기법을 제안한다. 일반적으로 서브모듈 커패시터 전압은 개별적인 피드백 제어기에 의해 균등하게 제어할 수 있으나 모듈 개수에 따라 연산 시간이 증가한다. 본 논문에서 제안하는 전압 균형 제어 기법은 순시적으로 최대/최소 전압 값의 서브모듈만을 선택 및 제어하여 연산 시간을 저감할 수 있다. 시뮬레이션을 통해 제안하는 방법의 성능 및 타당성에 대한 검증을 진행한다.

Keywords

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Fig. 1. Topology of a modular multilevel DC-DC converter. 그림 1. 모듈형 멀티레벨 DC-DC 컨버터 토폴로지

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Fig. 2. Sub-module structure. 그림 2. 서브모듈 구조

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Fig. 3. Mode of operation in sub-module. 그림 3. 서브모듈 동작 모드

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Fig. 4. Conventional voltage balancing controller. 그림 4. 일반적인 전압 균형 제어기

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Fig. 5. Principle of voltage balancing scheme.그림 5. 전압 균형 제어 원리

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Fig. 6. Algorithm for detecting the Max/Min value. 그림 6. 최대/최소값 검출 알고리즘

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Fig. 7. Proposed voltage balancing controller. 그림 7. 제안하는 전압 균형 제어기

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Fig. 8. Voltage controller of modular multilevel DC-DC converter. 그림 8. 모듈형 멀티레벨 DC-DC 컨버터의 전압 제어기

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Fig. 9. Simulation waveform of proposed voltage balancing scheme. (a) Capacitor voltages of sub-module. (b) Max/Min Capacitor voltage. 그림 9. 제안한 전압 균형 제어 시뮬레이션 파형 (a) 서브 모듈 커패시터 전압 (b) 최대/최소 커패시터 전압

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Fig. 10. Simulation results of proposed voltage balancing scheme. (a) Capacitor voltage of sub-module. (b) Arm current. (c) Sub-module number of Max/Min capacitor voltage. (d) Offset reference of 4th sub-module. 그림 10. 제안한 전압 균형 제어 시뮬레이션 결과 (a) 서브모듈 커패시터 전압 (b) 암 전류 (c) 최대/최소 커패시터 전압 서브모듈 (d) 4번 서브모듈의 오프셋 지령

Table 1. Output reference of voltage balancing scheme. 표 1. 전압 균형 제어기의 출력 지령값

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Table 2. Simulation parameters. 표 2. 시뮬레이션 조건

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References

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