높은 결함 허용 능력을 가진 다재다능한 3단계 FC-NPC 컨버터: 스위치 결함 탐지 및 격리 및 안전한 결함 후 작동

이 논문은 혼합 결함 허용 컨버터 토폴로지에 대해 다룬다. 이는 전통적인 3상 3단계 중성점 고정(3L-NPC) 컨버터와 네 번째 3단계 플라잉 커패시터(3L-FC) 다리를 연결하여 수행된다. 3L-FC 다리는 3L-NPC 중성점 전압을 적극적으로 균형 잡는다. 정상 작동 모드에 대해, 이 논문은 이 두 가지 다른 토폴로지를 연결하는 데 필요한 필터의 수학적 설계를 제안한다. 실험적으로, 그리고 기존의 3L-NPC 컨버터의 분리 커패시터 덕분에, 이 필터는 단지 하나의 소형 유도기만 추가하면 된다. 3L-NPC의 전력 스위치에 결함이 발생할 경우, 이 논문에서는 각 다리에 두 개의 퓨즈와 하나의 사이리스터만을 기반으로 하는 하드웨어 재구성 기술을 제안하여 안전한 결함 후 작동 회복을 가능하게 한다. 이는 간단한 결함 탐지 방법과 결함 다리 격리 및 해당 위상 결함 후 중성점 연결을 결합한 새로운 기술 덕분에 가능하다. 또한, 결함 작동 모드에서 전력 시스템 가용성을 보장하기 위해 재구성된 컨버터의 전용 필드 프로그래머블 게이트 배열(FPGA) 기반 제어가 합성된다. 컨버터 결함 허용 능력은 결함 탐지 및 격리 및 결함 후 작동 단계의 시뮬레이션 결과와 원래의 전체 실험 검증을 통해 다루어지며, 15kW 프로토타입 컨버터에서 수행된다.