• Journal of Power Electronics
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• 제19권3호
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• pp.727-743
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• 2019

This paper presents a pulse-width modulation strategy to eliminate the common mode voltage (CMV) with reduced CMV spikes in multilevel inverters since a high CMV magnitude and its fast variations dv/dt result in bearing failure of motors, overvoltage at motor terminals, and electromagnetic interference (EMI). The proposed method only utilizes the zero CMV states in a space vector diagram and it is implemented by a carrier-based pulse-width modulation (CBPWM) method. This method is generalized for odd number levels of inverters including neutral-point-clamped (NPC) and cascaded H-bridge inverters. Then it is extended to the over-modulation mode. The over-modulation mode is implemented by using the two-limit trajectory principle to maintain linear control and to avoid look-up tables. Even though the CMV is eliminated, CMV spikes that can cause EMI and bearing current problems still exist due to the deadtime effect. As a result, the deadtime effect is analyzed. By taking the deadtime effect into consideration, the proposed method is capable of reducing CMV spikes. Simulation and experimental results verify the effectiveness of the proposed strategy.

• 전기학회논문지
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• 제67권7호
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• pp.846-853
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• 2018

In this paper, an improved model predictive control (MPC) method is proposed, which reduces the amount of calculations caused by the increased number of candidate voltage vectors with the increased voltage level in multi-level inverters. When the conventional MPC method is used for multi-level inverters, all candidate voltage vectors are considered to predict the next-step current value. However, in the case that the sampling time is short, increased voltage level makes it difficult to consider the all candidate voltage vectors. In this paper, the improved MPC method which can get a fast transient response is proposed with a small amount of the computation by adding new candidate voltage vectors that are set to find the optimal vector. As a result, the proposed method shows faster transient response than the method that considers the adjacent vectors and reduces the computational burden compared to the method that considers the whole voltage vector. the performance of the proposed method is verified through simulations and experiments.

• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제10권6호
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• pp.2277-2287
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• 2015

In recent times, multilevel inverters are given high priority in many large industrial drive applications. However, the reliability of multilevel inverters are mainly affected by the failure of power electronic switches. In this paper, open-switch and short-switch failure of multilevel inverters and its identification using a high performance diagnostic system is discussed. Experimental and simulation studies were carried out on five level cascaded H-Bridge multilevel inverter and its output voltage waveforms were analyzed at different switch fault cases and at different modulation index values. Salient frequency domain features of the output voltage signal were extracted using the discrete wavelet transform multi resolution signal decomposition technique. Real time application of the proposed fault diagnostic system was implemented through the LabVIEW software. Artificial neural network was trained offline using the Matlab software and the resultant network parameters were transferred to LabVIEW real time system. In the proposed system, it is possible to precisely identify the individual faulty switch (may be due to open-switch (or) short-switch failure) of multilevel inverters.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2013년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.536-537
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• 2013

전기로와 같은 고압, 대용량의 산업응용분야에서 전원 안정화를 목적으로 하는 변동부하에 의해 발생되는 정상분 및 역상분의 무효전력을 보상하기 위한 고성능의 STATCOM의 개발이 요구되었다. 본 논문에서는 POSCO ICT에서 개발한 22.9kV 5MVA STATCOM(static synchronous compensator)에 대해 기술하였다. 개발된 STATCOM은 다단 멀티레벨 컨버터(Cascaded Multilevel Converter) 방식으로 Delta 구성하였으며, 각상당 12개의 H-Bridge Inverter가 직렬로 구성되어 25 레벨의 전압을 출력한다.

• Journal of Power Electronics
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• 제16권5호
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• pp.1706-1715
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• 2016

In this paper, a single phase modified switched-diode topology for both symmetrical and asymmetrical cascaded multilevel inverters is presented. It consists of a Modified Switched-Diode Unit (MSDU) and a Twin Source Two Switch Unit (TSTSU) to produce distinct positive voltage levels according to the operating modes. An additional H-bridge synthesizes a voltage waveform, where the voltage levels of either polarity have less Total Harmonic Distortion (THD). Higher-level inverters can be built by cascading MSDUs. A comparative analysis is done with other topologies. The proposed topology results in reductions in the number of power switches, losses, installation area, voltage stress and converter cost. The Nearest Level Control (NLC) technique is employed to generate the gating signals for the power switches. To verify the performance of the proposed structure, simulation results are carried out by a PSIM under both steady state and dynamic conditions. Experimental results are presented to validate the simulation results.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제27권12호
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• pp.133-140
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• 2013

Cascaded H-Bridge multi-level inverters can be implemented through the series connection of single-phase modular power bridges. In recent years, multi-level inverters are becoming increasingly popular for high power applications due to its improved harmonic profile and increased power ratings. This paper presents a control method for balancing the dc-link voltage and ride-through enhancement, a modified pulse width-modulation Compensation algorithm of cascaded H-bridge multi-level inverters. During an under-voltage protection mechanism, causing the system to shut down within a few milliseconds after a power interruption in the main input sources. When a power interruption occurs finish, if the system is a large inertia restarting the load a long time is required. This paper suggests modifications in the control algorithm in order to improve the sag ride-through performance of ac inverter. The new proposed strategy recommends maintaining the DC-link voltage constant at the nominal value during a sag period, experimental results are presented.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.9-10
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• 2016

최근 급속한 산업 발달로 인하여 기존의 수 MW급 대용량 인버터가 산업용 팬, 컴프레서, 고속 철도 시스템 등 여러 분야에 사용되면서 이와 관련된 대용량 인버터 연구가 활발히 진행 중이다. 이런 대용량 인버터는 고효율과 직병렬의 구성된 전력용반도체 소자를 동시다발적으로 제어되어야하기 때문에 멀티레벨 인버터의 구조가 가장 적합하다. Cascaded H-bridge 멀티레벨 인버터는 커패시터와 다이오드를 사용하지 않고 스위치만으로 구성하며, 필터를 따로 구성하지 않아도 정현파와 유사하게 전압을 출력할 수 있다. 이로 인해 고주파 감소 및 각 셀을 직렬로 연결하여 입력전압보다 높은 출력전압을 얻을 수 있다. 또한, 스위칭 방법에 따라 동일한 Cascaded H-bridge 멀티레벨인버터 토폴로지에서도 각 THD와 온도에 따른 손실이 달라질 수 있다. Cascaded H-bridge 멀티레벨 인버터에서 이용하는 스위칭 방식은 첫 번째로 유니폴라 방식을 기본으로 한 Phase-shift가 있다. 이는 180도 위상차를 갖는 2개의 레퍼런스 파형과 위상천이가 된 캐리어 파형의 비교로 PWM (Pulse Width Modulation) 을 수행한다. 두 번째 방식으로는 Level-shift가 있다. 이는 캐리어 파형을 IPD (In-Phase Disposition) 방식으로 수직적으로 대역폭이 연속적이게 나열하여 레퍼런스 파형과 비교하는 PWM방식이다. 본 논문에서는 Phase-shift와 Level-shift 방식에 따른 Cascaded H-bridge 인버터와 NPC (Neutral Point Clamped) 인버터를 결합한 토폴로지에서의 온도에 따른 손실을 분석하고, 시뮬레이션을 통하여 비교 분석하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2012년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.293-294
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• 2012

본 논문에서는 H-브릿지 멀티레벨 인버터를 이용한 고전압 대용량 유도 전동기 구동을 위한 단순하고 강인한 속도 센서리스 제어를 소개하였다. H-브릿지 멀티레벨 인버터는 고전압 대용량화, 우수한 입출력 전력품질, 모듈화, 그리고 설치 조건 편의성으로 인해 고전압 대용량 유도 전동기 가변속 용도로 적용이 확대되고 있지만, V/F 운전시의 대표적인 단점인 저속 영역에서의 낮은 토오크, 무부하 혹은 경부하 조건의 전류 및 전동기 진동, 그리고 전동기 슬립에 의한 속도 변동은 대용량 유도 전동기의 인버터 적용에 걸림돌이 되고 있다. 따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위해 속도 센서가 필요 없으며 전동기 상수에 강인한 속도 센서리스 제어를 전류 및 슬립 보상을 적용하여 유도 전동기의 기동 토오크 증대, 경부하 진동 억제, 그리고 속도 제어 특성을 향상 시켰다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2016년도 전력전자학술대회 논문집
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• pp.415-416
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• 2016

본 논문은 입출력 전력품질이 우수하고 전압별 시리즈화가 용이한 Cascaded H-브릿지 멀티레벨 전력 회로를 적용한 고압 대용량 전동기 구동용 11,000V / 13,800V 고압인버터 개발에 관하여 기술하였다. 기존에 개발된 3,300V/200kVA - 6,600V/8,000kVA 고압인버터의 단상 인버터로 구성된 개별 파워 셀 전압 증대, 파워 셀의 직렬 갯수 추가, 입력 위상 전이 다권선 변압기 2차 권선수 확장, 그리고 분산 제어 기능을 확대하는 방식을 적용하여 전압을 증가시켰다. 실용량 제품의 제작 (11,000V/1,000kVA, 13,800V/2,400kVA) 및 실험을 통하여 개발된 11,000V/13,800V 고압인버터의 성능을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제25권6호
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• pp.802-808
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• 2019

직류전동기는 속도제어가 간단하고, 출력 토크특성이 우수한 장점으로 윈치나 카고 펌프 모터 등으로 선박에서 많이 사용되었으며, 전기추진선박이 도입된 초기에는 선박용 추진전동기로도 적용되었다. 하지만 브러시와 정류기와 같은 기계적 정류장치의 단점으로 인해 최근에는 직류전동기와 전기적인 특성은 매우 유사하지만 기계적인 정류장치를 설치하지 않고 반도체 소자를 이용한 전자적인 정류장치를 사용하는 브러시리스 직류전동기의 사용이 증가하고 있다. 기존의 브러시리스 직류전동기를 구동하기 위한 인버터 시스템은 2상여자방식을 사용하므로 역기전력파형이 사다리꼴모양으로 되며, 이로인해 전류가 흐르는 권선이 바뀌는 상전류 전환 구간에서 고조파와 토크리플이 발생하게 된다. 이러한 고조파와 토크리플을 저감하기 위한 다양한 방안이 연구되어 발표되었으며, 본 연구에서는 전력분석프로그램을 이용하여 브러시리스 직류전동기의 구동회로에 비례적분 속도전류제어기 알고리즘을 구현한 Cascaded H-Bridge 멀티레벨 인버터를 적용하였다. 모델링한 브러시리스 직류전동기의 시뮬레이션을 통해 제안하는 전동기의 구동방식을 적용하는 경우에 기존의 구동방식에 비해 전동기 입력측 전압파형 개선과 고조파 및 토크리플이 현저히 저감되는 결과를 확인할 수 있었다.