• Journal of Power Electronics
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• 제16권6호
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• pp.2076-2084
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• 2016

In this paper, a novel scheme to eliminate common-mode voltage (CMV) is proposed for three-level neutral-point clamped (NPC) inverters. In the proposed scheme, a low-power full-bridge converter is utilized to produce compensatory voltage for CMV, which is injected into an NPC inverter through a single-phase four-winding transformer. With the proposed circuit, the power range for applications is not limited, and the maximum modulation index of the inverter is not reduced. These features are suitable for high-power medium-voltage machine drives. The effectiveness of the proposed method is verified by simulation and experimental results.

• Journal of Power Electronics
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• 제14권3호
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• pp.531-540
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• 2014

A novel carrier-based PWM (CBPWM) strategy of a three-level NPC converter is proposed in this paper. The novel strategy can eliminate the low-frequency neutral point (NP) voltage oscillation under the entire modulation index and full power factor. The basic principle of the novel strategy is introduced. The internal modulation wave relationship between the novel CBPWM strategy and traditional SPWM strategy is also studied. All 64 modulation wave solutions of the CBPWM strategy are derived. Furthermore, the proposed CBPWM strategy is compared with traditional SPWM strategy regarding the output phase voltage THD characteristics, DC voltage utilization ratio, and device switching losses. Comparison results show that the proposed strategy does not cause NP voltage oscillation. As a result, no low-frequency harmonics occur on output line-to-line voltage and phase current. The novel strategy also has higher DC voltage utilization ratio (15.47% higher than that of SPWM strategy), whereas it causes larger device switching losses (4/3 times of SPWM strategy). The effectiveness of the proposed modulation strategy is verified by simulation and experiment results.

• 전력전자학회논문지
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• 제27권6호
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• pp.535-540
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• 2022

DC-link capacitors are reliability-critical components in a photovoltaic (PV) inverter. Typically, the lifetime of a DC-link capacitor is evaluated by considering the voltage and hot-spot temperature of the capacitor under the specific operating condition of the PV inverter. However, the output of the PV inverter is determined by solar irradiation and ambient temperature, which vary with the seasons; accordingly, the hot-spot temperature of the capacitor also changes. Therefore, the mission profile of the PV system should be considered to effectively evaluate the reliability of the DC-link capacitor. In this study, the reliability of the DC-link capacitor of a three-level NPC inverter is comparatively analyzed with and without considering the mission profiles of the PV system, where two mission profiles recorded in Arizona and Iza are considered. The accumulated damage of the DC-link capacitor is calculated based on the lifetime model by analyzing its thermal loading. Afterward, a reliability evaluation of the DC-link capacitor is performed at the component level and then at the system level by considering all capacitors by means of Monte Carlo analysis. Results reveal the importance of performing a mission-profile-based reliability evaluation during the design of high-reliability PV inverters to achieve the target reliability performance.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제6권5호
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• pp.595-604
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• 2011

A three-phase three-level shunt active filter controlled by fuzzy logic current controller which can compensate current harmonics generated by nonlinear loads is presented. Three-level inverters and fuzzy controllers have been successfully employed in several power electronic applications these past years. To improve the conventional pwm controller performance, a new control scheme based on fuzzy current controller is adopted for three-level (NPC) shunt active filter. The scheme is designed to improve compensation capability of APF by adjusting the current error using a fuzzy rule. The inverter current reference signals required to compensate harmonic currents use the synchronous reference detection method. This technique is easy to implement and achieves good results. To maintain the dc voltage across capacitor constant and reduce inverter losses, a proportional integral voltage controller is used. The simulation of global system control and power circuits is performed using Matlab-Simulink and SimPowerSystem toolbox. The results obtained in transient and steady states under various operating conditions show the effectiveness of the proposed shunt active filter based on fuzzy current controller compared to the conventional scheme.

• 전력전자학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.336-344
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• 2017

This paper presents the three-port DC-DC converter modeling and controller design procedure, which is part of the solid-state transformer (SST) to interface medium voltage AC grid to bipolar DC distribution network. Due to the high primary side DC link voltage, the proposed converter employs the three-level neutral point clamped (NPC) topology at the primary side and 2-two level half bridge circuits for each DC distribution network. For the proposed converter particular structure, this paper conducts modeling the three winding transformer and the power transfer between each port. A decoupling method is adopted to simplify the power transfer model. The voltage controller design procedure is presented. In addition, the output current sharing controller is employed for current balancing between the parallel-connected secondary output ports. The proposed circuit and controller performance are verified by experimental results using a 30 kW prototype SST system.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.434-435
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• 2010

본 논문에서는 배전급 고전압(1kV~7.2kV) 계통 연계가 가능한 새로운 3 병렬 3 레벨 NPC(Neutral-Point-Clamped) 컨버터/인버터 회로방식을 제안한다. 이 회로방식은 정격 용량의 1/3 크기를 가지는 NPC 컨버터/인버터 모듈을 3 병렬로 구성하면서 직류단 캐패시터를 병렬 연결하여 중성점 전위 변동을 저감할 수 있는 특징을 가진다. 제안된 3 병렬 3 레벨 NPC 컨버터/인버터는 기존의 NPC 컨버터의 장점을 가지면서 동시에 용량 확장이 가능하고, 하나의 모듈이 고장 상태가 되더라도 부분 운전이 가능하여 시스템의 신뢰성을 증대시킬 수 있다. 본 논문에서는 제안된 중성점 전압 제어 전략을 실험을 통하여 검증한다. 정밀한 중성점 전압 제어를 위한 중성점 전류 제어 방법이 3병렬 구조에서 안정적으로 동작함을 컴퓨터 모의 실험을 통해 검증한다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2017년도 전력전자학술대회
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• pp.235-236
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• 2017

본 논문에서는 저압 직류 배전 시스템에 사용되는 3-레벨 NPC DAB 컨버터의 중성점 전압 제어를 위한 향상된 스위칭 알고리즘을 제안한다. 3-레벨 NPC DAB 컨버터는 구조상 정격전압 감소를 위해 중성점을 기준으로 DC-link 단에 두 개의 캐패시터가 사용되기 때문에 중성점으로 들어오는 전류에 불균형이 발생하며 중성점 전압이 흔들리는 문제점이 나타난다. 중성점 전압이 흔들릴 경우 불균형한 전압이 변압기에 형성되며 이로 인해 전류 Offset과 실효 전류의 증가에 따른 전력 손실증가 등 전체적인 컨버터의 동작에 악영향을 준다. 따라서 본 논문에서는 3-레벨 NPC DAB 컨버터의 동작원리 및 기존 스위칭 패턴을 분석하고, 향상된 스위칭 패턴을 적용시켜 중성점 전압을 제어하는 알고리즘의 타당성을 모의시험을 통해 검증하고자 한다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.131-132
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• 2016

3-레벨 중성점 다이오드 클램프(NPC) 컨버터는 high-power medium voltage(MV)에서 많이 응용된다. 하지만 3-레벨 중성점 다이오드 클램프(NPC) 컨버터는 각 스위치 소자에서 손실이 불균형하게 발생하게 되어 스위치 소자 간 성능이 불균형하게 된다. 따라서 본 논문에서는 단상 3-레벨 중성점 다이오드 클램프(NPC) 컨버터의 기존 모델 예측 제어의 스위칭 패턴을 분석 및 스위칭 순환방식을 이용한 효율적인 스위칭 상태를 갖는 모델 예측 제어를 제안한다. 이를 통해 PI 제어기 기반의 펄스 폭 변조 방법과 기존 모델 예측 제어 방법의 손실 비교를 통하여 제안하는 모델 예측 제어 성능을 검증한다.

• 전력전자학회논문지
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• 제14권4호
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• pp.333-342
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• 2009

중성점 클램핑 방식(Neutral Point Clamped) 인버터로 알려져 있는 3레벨 NPC 인버터는 그 구조적 특성상 직류-링크(DC-link) 중성점(Neutral Point)에서 전압이 변동한다. 지금까지 많은 논문에서 이 문제에 대한 연구가 진행되었고 다양한 형태의 해결책들이 제시되었다. 그러나 인버터 내부에서 고장이 발생하여 그에 따른 고장허용제어가 NPC 인버터 시스템에 적용되었을 경우 중성점 전압변동은 정상 운전 시 나타나는 전압변동과 다르게 나타나기 때문에 고장허용 제어에 따른 중성점 전압변동에 대한 분석이 필요하다. 본 논문에서는 삼각파 비교 변조방법을 시스템에 적용하였을 경우 정상운전과 고장 발생 과 고장허용 제어 적용 시 직류-링크 중성점 전압 변동이 어떤 양상으로 나타나는지 분석하고 고장허용 제어에 의한 NPC 인버터의 고장검출 시간과 커패시터의 용량 사이의 관계를 고찰하였다. 시뮬레이션과 실험 결과를 이용하여 이론적 분석의 타당성을 검증하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제13권1호
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• pp.22-32
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• 2008

본 논문에서는 전철 구동용 견인 전동기의 구동을 위한 과변조 영역에서의 NPC형 3-레벨 인버터의 출력전압 선형화 기법을 제안한다. 과변조 영역은 Modulation Index: MI에 따라서 2가지 모드로 나누었으며 과변조영역 I에서는 퓨리에 시리즈를 통한 기본파성분의 크기로 유도된 reference angle을 사용하였다. 과변조영역 II에서는 과변조영역 I과 같은 방법으로 holding angle을 구하여 사용하였다. 이 두 가지 과변조기법을 통하여 PWM 인버터 출력전압을 1펄스 모드까지 선형적으로 획득할 수 있다.