과도 상태의 응답성을 개선한 Cascaded H-bridge 멀티레벨 인버터의 모델 예측 제어 기법

Abstract

본 논문은 cascaded H-bridge 멀티레벨 인버터의 빠른 응답 특성을 위한 모델 예측 전류 제어 기법을 제안한다. 일반적으로, cascaded H-bridge 멀티레벨 인버터는 PI 제어, 펄스 폭 변조 제어, 모델 예측 제어 기법 등이 사용된다. PI 제어 및 펄스 폭 변조 제어와 같은 방법은 동적 응답에 한계가 있지만, 모델 예측 제어 기법은 시스템의 부하 모델을 사용하여 빠른 응답 특성과 제어가 유연하다는 특징이 있다. 멀티레벨 인버터에 모델 예측 제어 기법을 적용하면 많은 전압 벡터로 인해 계산량이 많아진다. 따라서 기존에 계산량을 줄인 인접한 전압 벡터만을 적용한 모델 예측 제어 기법이 있으나, 이는 응답 특성이 저하된다. 본 논문에서는 응답 특성을 개선한 cascaded H-bridge 멀티레벨 인버터의 모델 예측 제어 기법을 제안한다. 제안하는 기법은 추정한 전압각을 통해 인버터의 공간 전압 벡터도를 12개의 영역으로 세분화하며, 지령 전압의 위치를 구분한다. 또한, 전압의 위치에 기반하여 추가 전압 벡터를 결정하고 이를 통해 제어에 적용되는 최적 전압 벡터와 스위칭 상태를 결정한다. 이와 같이 전압이 위치한 영역을 구분함으로써 추가 전압 벡터는 최적의 영역내에 포함되고 응답 특성이 개선된다. 제안하는 기법의 성능과 타당성은 시뮬레이션 결과와 실험 결과를 통해 검증한다.