Won-Seok Jung, " 3-레벨 하이브리드 ANPC 인버터의 고장 허용 제어 운용에 따른 직류단 커패시터 수명 예측," 아주대학교 공학박사 학위 논문, 2024. > Paper

본 논문에서는 3-레벨 하이브리드 ANPC 인버터에서 고장 허용 제어를 운용할 경우 인버터의 중성점으로부터 발생되는 발열과 손실을 고려한 직류단 커패시터의 수명 예측 기법을 제시한다. 3-레벨 하이브리드 ANPC 인버터에 스위치 고장이 발생할 경우 고장 허용 제어를 사용하여 하드웨어적 이중화 없이 소프트웨어적 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 연결되어 있는 직류단 커패시터에 영향을 미치게 된다. 인버터의 중성점 전류에는 교류분의 리플 성분이 포함되어 있어 직류단 커패시터에 주울 열이 발생하게 되며 이 발열에 의해 중성점 전류의 제곱과 커패시터 내부 저항의 곱의 크기로 손실이 발생한다. 따라서 본 논문에서는 고장 허용 제어를 운용할 경우 중성점 전류의 상승에 의한 발열과 손실을 고려한 직류단 커패시터의 수명 예측 기법을 제시하기 위해 3-레벨 하이브리드 ANPC 인버터의 구성과 스위칭 동작 과정을 설명하고 반도체 스위치의 고장 매커니즘과 고장 허용 제어 방법을 소개한다. 제시하는 직류단 커패시터의 수명 예측 기법에 대한 타당성을 검증하기 위해 PSIM 툴을 활용한 시뮬레이션과 15 kW급 시작품을 제작하여 실증시험을 진행한다.