HVDC(High Voltage Direct Current) 시스템은 무효전력의 독립적인 제어가 가능하여 계통의 안정적인 연계가 가능하다. 또한, 멀티 터미널 DC grid 구성이 가능해 다수의 계통을 통합 연계할 수 있는 장점이 있다. HVDC 시스템은 단위 유닛인 서브모듈로 구성된 MMC(Modular Multi-level Converter) 구조를 갖으며 밸브 단위로 시스템이 구성된다. VSC(Voltage Source Converter) 밸브는 IEC 62501 기반의 규격을 바탕으로 하드웨어 설계의 건전성과 성능을 확인할 수 있다. 본 논문에서는 (주)효성이 개발중인 200MW 모듈형 멀티레벨 컨버터 밸브 단위의 성능과 설계의 건전성을 확인하기 위해 밸브단위 운전시험 회로를 구성하였으며, 운전 시험 결과를 분석하였다.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.18
no.3
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pp.270-278
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2013
This paper proposes a control method for high voltage direct current(HVDC) with modular multilevel converter (MMC) under unbalanced voltage conditions considering the submodule(SM)'s current capacity and circulating current. It is aimed to propose a control method in which the current peak value does not exceed the maximum value of HVDC-MMC by considering the current capacity of the SM under unbalance voltage conditions. And it analyzes the effect of the unbalanced voltage on circulating currents in MMC and then proposes a control method considering each component of circulating currents under unbalanced voltages. The effectiveness of the proposed controlling method is verified through simulation results using PSCAD/EMTDC.
This paper presents a novel integrated structure for a cascaded distribution static compensator (D-STATCOM) and distribution transformer for medium-voltage reactive power compensation. The cascaded multilevel converter is connected to a system via a group of special designed taps on the primary windings of the Dyn11 connection distribution transformer. The three-phase winding taps are symmetrically arranged and the connection point voltage can be decreased to half of the line-to-line voltage at most. Thus, the voltage stress for the D-STATCOM is reduced and a compromise between the voltage rating and the current rating can be achieved. The spare capacity of the distribution transformer can also be fully used. The working mechanism is explained in detail and a modified control strategy is proposed for reactive power compensation. Finally, both simulation and scaled-down prototype experimental results are provided to verify the feasibility and effectiveness of the proposed connection structure and control strategy.
Renewable energy is being spotlighted as the electric power generating source for the next generation. Due to an increase in renewable energy systems in the grid system, their impact on the grid has become non-negligible. Thus, many countries in the world, including Europe, present their own grid codes for grid power conversion devices. In order to experiment with these grid codes, grid fault test equipment is required. This paper proposes both equipment and a control method, which are constructed with a 7-level cascaded H-bridge converter, that are capable of generating various grid faults. In addition, the Pulse Width Modulation (PWM) method for multilevel converters is compared and analyzed. The proposed structure, the control method, and the PWM method are verified through simulation and experimental results.
In this study, we first briefly introduce the effect of circulating current control on the modulation signal of a modular multilevel converter (MMC). The maximum modulation index is also theoretically derived. According to the optimal modulation index analysis and the model in the continuous domain, different DC-side output impedance equivalent models of MMC with/without compensating component are derived. The DC-side impedance of MMC inverter station can be regarded as a series xR + yL + zC branch in both cases. The compensating component of the maximum modulation index is also related to the DC equivalent impedance with circulating current control. The frequency characteristic of impedance for MMC, which is observed from its DC side, is analyzed. Finally, this study investigates the prediction of the DC voltage ripple transfer between two-terminal MMC high-voltage direct current systems under unbalanced conditions. The rationality and accuracy of the impedance model are verified through MATLAB/Simulink simulations and experimental results.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.27
no.6
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pp.526-534
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2022
The modular multilevel converter (MMC) has been widely applied to various industrial areas because of its various advantages and structural characteristics. Therefore, many methods for synthesizing the output voltage of MMC have been studied. Among these methods, phase-shifted pulse width modulation (PSPWM) is frequently used in MMC systems because it has diverse merits, such as excellent output qualities even with a small number of cells and uniform power distribution among cells. In this study, the total harmonic distortion (THD) of the output voltage is analyzed in accordance with the number of cells in one arm of a single-delta bridge cell MMC in order to compare PSPWM methods in terms of the THD of the output voltage. The physical characteristics of the triangle and sawtooth carrier waves used for the PSPWM and the mathematical modeling of output voltage are introduced. Then, the obtained results are verified through real-time simulation of a 1 MW single-delta bridge cell MMC system.
The Modular Multilevel Converter (MMC) is particularly attractive for medium and high power applications such as High-Voltage Direct Current (HVDC) systems. In order to reach a high voltage, the number of cascaded submodules (SMs) is generally very large. Thus, in the applications with hundreds or even thousands of SMs such as MMC-HVDCs, the sorting algorithm of the conventional voltage balancing strategy is extremely slow. This complicates the controller design and increases the hardware cost tremendously. This paper presents a Two-Way Merge Sort (TWMS) strategy based on the prediction of the capacitor voltages under ideal conditions. It also proposes an innovative Insertion Sort Correction for the TWMS (ISC-TWMS) to solve issues in practical engineering under non-ideal conditions. The proposed sorting methods are combined with the features of the MMC-HVDC control strategy, which significantly accelerates the sorting process and reduces the implementation efforts. In comparison with the commonly used quicksort algorithm, it saves at least two-thirds of the sorting execution time in one arm with 100 SMs, and saves more with a higher number of SMs. A 501-level MMC-HVDC simulation model in PSCAD/EMTDC has been built to verify the validity of the proposed strategies. The fast speed and high efficiency of the algorithms are demonstrated by experiments with a DSP controller (TMS320F28335).
Kim, Chan-Ki;Belayneh, Negesse Belete;Park, Chang-Hwan;Kim, Jang-Mok
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.25
no.1
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pp.61-67
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2020
This study deals with the modulation index (MI) of a voltage source converter (VSC) HVDC system based on a modular multilevel converter (MMC). In the two-level converter, the purpose of the MI is to maximize the achievable AC voltage of the converter from a fixed DC voltage. Unlike that in a two-level converter, the MI in the MMC topology plays a role in making the converter a voltage source using a capacitor. The circulating current in the MMC distorts the AC voltage reference, and the distortion affects the MI. In addition, the AC network conditions, such as AC voltage variation and reactive power, affect the MI. Therefore, the MI should be optimized with consideration of internal and external factors. This study proposes a method to optimize the MI of an MMC HVDC system.
최근 세계적으로 전력계통의 대륙 간 연계나 신재생에너지, 분산전원의 계통 연계를 위해 HVDC(High voltage Direct Current)에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 대용량, 장거리 송전이 필요한 경우 HVAC에서의 전력손실과 송전거리의 한계를 극복하기 위하여 HVDC가 새로운 대안으로 떠오르고 있으며, LCC(Line commutated Converter)와 VSC(Voltage Source Converter)의 기술발전이 비약적으로 이뤄지고 있다. 특히, DC Grid화를 위해서 유럽에서는 해상풍력을 연계한 Windfarm을 DC Grid화 하는 프로젝트가 활발히 진행되고 있다. 이러한 신재생 에너지의 계통 연계를 위해서 DC Grid가 본격적으로 논의가 되고 있고 관련분야에서는 기술개발을 앞다퉈 진행하고 있는 상황이다. DC Grid 구현을 위해 VSC HVDC가 최근 주목받고 있으며, VSC로 연계된 DC Grid의 AC 계통과의 연계를 위해 가장 필요한 것이 바로 DC 차단기라고 할 수 있겠다. 본 논문에서는 DC Grid의 고장분석을 위한 기초연구로써 MMC(Modular Multilevel Converter) VSC를 기반으로 한 Point-to-Point HVDC Grid에서의 DC 고장에 대한 분석을 실시하였으며 그 특징을 분석하였다.
Moon S. H.;Nho E. C.;Kim I. D.;Kim H. G.;Chun T. W.
Proceedings of the KIPE Conference
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2002.07a
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pp.378-381
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2002
This paper describes a novel multilevel ad/dc power converter suitable for the protection of frequent output short-circuit. The output dc power of the proposed converter can be disconnected from the load within several hundred microseconds at the instant of short-circuit fault. The rising time of the dc load voltage is as small as several hundred microseconds, and there is no overshoot of the do voltage because the dc output capacitors keep undischarged state. Analysis and simulations are carried out to investigate the operation and usefulness of the proposed scheme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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