Cascaded Flying Capacitor Cell 멀티레벨 컨버터를 위한 계산 부하가 저감된 모델 예측 제어 연구

Abstract

본 논문은 Cascaded Flying Capacitor Cell(CFCC) 멀티레벨 컨버터의 입력 전류, DC-link 전압, 플라잉 커패시터 전압을 제어하면서도, 계산 부하가 저감된 모델 예측 제어 방법을 제안한다. CFCC 멀티레벨 컨버터는 용량을 증가시키기 쉽고 플라잉 커패시터와 스위치 셀을 최소화할 수 있는 장점이 있는 멀티레벨 컨버터이다. 하지만 제어 변수가 많아 제어 복잡성이 증가하는 단점이 있다. Finite Control Set-Model Predictive Control(FCS-MPC)는 간단하고 직관적인 구현과 높은 자유도를 특징으로 하는 제어 방법으로 위 컨버터를 제어하기에 적합하다. 하지만 컨버터의 많은 스위칭 상태가 때문에 제어 성능이 저하된다. 본 논문에서는 CFCC 멀티레벨 컨버터의 제어 연산을 줄이면서도 효과적으로 제어 변수를 제어할 수 있는 계층적 구조의 모델 예측 제어 방법을 제안한다. 계층적 구조는 입력 전류 모델 예측 제어, DC-link 전압 균형 제어, 플라잉 커패시터 전압 제어 순으로 진행되며, 적은 연산을 통해 스위칭 상태가 만족해야 하는 전압 레벨을 결정함으로써 고려해야하는 스위칭 상태를 저감할 수 있다. 본 논문에서는 Cascaded Flying Capacitor Cell 멀티레벨 컨버터와 기존 제어 방법에 대해 알아본다. 제안된 제어 방법은 9-레벨 CFCC 멀티레벨 컨버터를 기준으로 설계되며, 제어를 위한 수학적 모델링, 제안된 모델 예측 제어의 구조 및 특징에 대해 설명한다. 제안한 모델 예측 제어 방법에 대한 타당성을 검증하기 위해 시뮬레이션과 실험이 같이 수행되었다.