초록
본 논문에서는 MMC(Modular Multilevel Converter) 시스템 개발시 필요한 등가 회로를 이용한 MMC 시뮬레이션 모델을 제안한다. MMC는 하프 브릿지 혹은 풀 브릿지 형태의 서브 모듈이 직렬로 수십 개에서 수백 개가 연결된 형태의 전력변환기로, 전압형 HVDC(High Voltage Direct Current)와 같은 고압 송전에 가장 적합한 토폴로지로 선택되어 상용화 되어 있다. MMC의 알고리즘 개발을 위해서는 전체 시스템의 시뮬레이션이 필수적이다. 그러나, 수백 혹은 수천 개의 스위칭 소자를 사용하여 MMC의 시뮬레이션 모델의 구성하거나 시뮬레이션을 수행하는 것은 사실상 불가능하다. 따라서 본 논문에서는 전압 레벨 증가 등의 확장성이 용이하고 MMC 변환기의 전압 전류의 동특성을 등가화하여 구현한 시뮬레이션 모델을 제안한다. 스위칭 신호와 암 전류의 방향으로부터 등가 회로의 전압과 전류식을 연산하고, 이를 Matlab/Simulink를 이용하여 등가 모델화한다. 개발된 모델의 타당성을 보이기 위하여 스위칭의 소자를 이용한 5 레벨의 MMC와 본 논문에서 제안하는 등가 모델 MMC의 시뮬레이션의 결과를 보인다. 두 모델의 전류 파형, 전압 파형 등이 일치함을 보임으로써 개발 모델의 타당성을 보이고자 한다.
This paper proposes a simulation model using an equivalent circuit for the development of an MMC system. The MMC has been chosen as the most suitable topology for high voltage power transmission, such as a voltage-type HVDC, and it has dozens to hundreds of sub-modules in the form of a half-bridge or full-bridge connected in series. A simulation study is essential for the development of an MMC algorithm. On the other hand, it is virtually impossible to construct and implement MMC simulation models, including hundreds or thousands of switching devices. Therefore, this paper presents an MMC equivalent model, which is easily expandable and implemented by modeling the dynamic characteristics. The voltage and current equation of the equivalent circuit was calculated using the direction of the arm current and switching signal. The model was implemented on Matlab/Simulink. In this paper, to show the validity of the model developed using Matlab/Simulink, the simulation results of a five-level MMC using the real switching element and the proposed equivalent model are shown. The validity of the proposed model was verified by showing that the current and voltage waveform in the two models match each other.