불평형 전압 조건하에서 Vector PI 제어기를 적용한 새로운 MMC-HVDC 컨버터 순환전류 제어 기법

Abstract

고압 직류 송전 시스템에 적용되는 모듈형 멀티레벨 컨버터 시스템은 각 상의 암전압 차이로 인해 순환전류가 발생한다. 불평형 전압 발생 시 순환전류는 2고조파의 정상분, 역상분 및 영상분 성분으로 나타나며 이를 제어하기 위해 공진 제어기를 적용한 방식이 주로 사용되었다. 하지만 이 방식은 계통 주파수 변동에 취약한 문제점을 갖는다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 준공진 제어기를 적용한 방식이 제안 되었다. 하지만 이 방식은 주파수 변동에 강인하게 설계하기 위해 공진 대역폭을 높이면 위상여유가 감소되는 특성을 보이고, 제어 주파수 대역 부근에 불필요한 이득을 가져 입력 대비 출력 값이 높게 나오는 문제점을 가진다. 본 논문은 이러한 문제점을 해결하기 위해 MMC 시스템의 순환전류 제어에 Vector PI 제어기를 적용하는 방식을 제안한다. 제안하는 제어 기법을 적용하면 공진 대역폭에 따른 위상여유의 변화가 없고, 제어 주파수 대역 부근의 불필요한 이득이 발생하지 않는다. 따라서 Vector PI 제어기를 순환전류 제어에 적용하면 주파수 변동에 강인하게 설계할 수 있다. 시뮬레이션을 통하여 기존의 준공진 제어기와 제안하는 제어 기법의 성능을 비교 검증하였다.