하프·풀-브리지 셀을 이용한 독립형 태양광 멀티레벨 인버터 = Half and Full-Bridge Cell based Stand-Alone Photovoltaic Multi-Level Inverter

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A new multilevel PWM inverter using a half-bridge and full-bridge cells is proposed for the use of stand-alone photovoltaic inverters. The configuration of the proposed multilevel PWM inverter is based on a prior 11-level shaped PWM inverter. Among three full-bridge cells employed in the prior inverter, one cell is substituted by a half-bridge cell. Owing to this simple alteration, the proposed inverter has three promising merits. First it increases the number of output voltage levels resulted in high quality output voltages. Second, it reduces two power switching devices by means of employing a half-bridge cell. Third, it reduces power imposed on a transformer connected with the half-bridge unit. That is to say, most power is transferred to loads via cascaded transformers connected with low switching inverters, which are used to synthesize the fundamental output voltage levels whereas the output of a transformer linked to a high switching inverter is used to improve the final output voltage waves; thus, it is desirable in the point of the improvement of the system efficiency. By comparing to the prior 11-level PWM inverter, it assesses the performance of the proposed inverter as a stand-alone photovoltaic inverter. The validity of the proposed inverter is verified by computer-aided simulations and experimental results.

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 하프․풀-브리지 셀을 이용하는 새로운 멀티레벨 인버터를 제안하고 독립형 태양광 인버터로서의 가능성을 평가한다. 기본 회로 구조는 기존의 11-레벨형 PWM 인버터에 기초하며 세 개의 풀-브리지 모듈 중 하나의 모듈을 하프-브리지 구조로 대체한다. 이 간단한 회로 구조의 변경으로 제안된 멀티레벨 인버터는 세 가지의 장점을 가지게 된다. 첫째, 출력 전압 레벨 수의 증가를 통해 보다 정현적인 출력 전압 파형을 형성 시킬 수 있다. 둘째, 풀-브리지 모듈 대신 하프-브리지 셀을 이용하므로 두 개의 전력 스위치를 줄일 수 있다. 셋째, 쵸핑용으로 이용되는 인버터와 결합된 변압기에 의해 부하로 전달되는 전력량을 저감 시킬 수 있어 전체 효율 개선에 유리하다. 즉, 대부분의 전력은 저주파 스위칭 동작으로 기본 출력전압을 형성하는 인버터와 이와 결합된 변압기에 의해 부하단으로 전달되고, 고주파 스위칭을 하는 쵸핑용 인버터와 이와 결합된 변압기를 통한 출력은 최종 출력전압을 보다 정현화 하기 위한 목적으로 사용되도록 한다. 기존의 11-레벨형 PWM 인버터와 비교를 통해 제안하는 인버터를 평가하고, 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험 결과를 통해 독립형 태양광 인버터로서의 가능성을 입증한다.

참고문헌 (Reference)

1 "태양광발전시스템에서의 전력전자 기술" 8 (8): 26-29, 2003.8

2 "태양광 발전(Photovoltaic) 기술 동향" 8 (8): 27-34, 2003년6월.

3 "출력 전압 파형 개선을 위한 새로운 11 레벨 PWM 인버터" 8 (8): 99-106, 2003년4월.

4 "변압기 직렬 결합을 이용한 새로운 멀티레벨 인버터" 8 (8): 9-16, 2003년2월.

5 "Residential photovoltaic energy storage system" 45 (45): 385-394, 1998.06

6 "Power Electronics Handbook" Academic Press 539-562, 2001.

7 "Multilevel power conversion-an overview of topologies and modulation strategies" 1-14, 1998.

8 "Multilevel Inverters" 49 (49): 724-738, 2002.

9 "Multilevel Converters-A New Breed of Power Converters" 32 (32): 509-517, 1996

10 "Multicell converters for single-phase grid connected photovoltaic systems" 66 (66): 325-335, 1999.

11 "Multi-level converters a real solution to medium/high-voltage drives?" 21-26, 1998.

12 "Implementation of a DSP-controlled photovoltaic system with peak power tracking" 45 (45): 99-107, feb.1998.

13 "Cascaded H-bridge multilevel converter for grid connected photovoltaic generators with independent maximum power point tracking of each solar array" 731-735, 2003.

14 "Advanced Topologies and Modulation Strategies for Multilevel Inverters" 1013-1018, 1996.

15 "A novel multilevel DC-AC converter for applications in renewable energy systems" 49 (49): 1048-1057, oct.2002.