3-레벨 하이브리드 ANPC 인버터의 고장 허용 제어 운용에 따른 직류단 커패시터 수명 예측

Abstract

본 논문에서는 3-레벨 하이브리드 ANPC 인버터에서 고장 허용 제어를 운용 할 경우 인버터의 중성점으로부터 발생되는 발열과 손실을 고려한 직류단 커패 시터의 수명 예측 기법을 제시한다. 3-레벨 하이브리드 ANPC 인버터에 스위치 고장이 발생할 경우 고장 허용 제어를 사용하여 하드웨어적 이중화 없이 소프 트웨어적 알고리즘 방식으로 시스템 운영을 지속할 수 있다. 고장 허용 제어 방식은 고장 스위치를 제외하고 대체 경로를 설정하는 제어 방식과 인버터의 3상 출력 전압 중 스위치 고장이 발생한 상의 전압을 제한하고 나머지 2상의 전압 크기를 보상하는 전압 변조 방식으로 구분된다. 전압 변조 방식은 스위치 고장이 발생한 상의 출력 전압을 제한하기 위해서 중성점 전류를 사용하는 영 전압 지령 횟수를 상승시키는데 중성점 전류의 상승은 인버터에 직접적으로 연 결되어 있는 직류단 커패시터에 영향을 미치게 된다. 인버터의 중성점 전류에 는 교류분의 리플 성분이 포함되어 있어 직류단 커패시터에 주울 열이 발생하 게 되며 이 발열에 의해 중성점 전류의 제곱과 커패시터 내부 저항의 곱의 크 기로 손실이 발생한다. 따라서 본 논문에서는 고장 허용 제어를 운용할 경우 중성점 전류의 상승에 의한 발열과 손실을 고려한 직류단 커패시터의 수명 예 측 기법을 제시하기 위해 3-레벨 하이브리드 ANPC 인버터의 구성과 스위칭 동작 과정을 설명하고 반도체 스위치의 고장 매커니즘과 고장 허용 제어 방법 을 소개한다. 제시하는 직류단 커패시터의 수명 예측 기법에 대한 타당성을 검 증하기 위해 PSIM 툴을 활용한 시뮬레이션과 15 kW급 시작품을 제작하여 실증 시험을 진행한다.