철도차량용 지능형 변압기 손실 저감을 위한 Dual Active Bridge 컨버터의 Modulation 기법 연구

Abstract

철도차량용 구동 시스템의 주 변압기를 지능형 변압기로 대체하는 것은 철도차량의 효율을 높이기 위한 효과적인 방법이다. 지능형 변압기는 고전압 입력단을 저전압 직류단으로 변환하는 정류단 모듈과, 변환된 복수의 저전압 직류단 전압을 직/병렬로 연결하여 저전압 직류 출력 전압을 제어하는 Dual Active Bridge (DAB) 컨버터 모듈로구성된다. DAB 컨버터는 고주파 변압기를 사이에 두고 양 측 Full-Bridge 컨버터의 전압 합성 방법에 따라 전력이 양방향으로 전달될 수 있다. 이 때, 양 측 Full-Bridge 컨버터의 전압 합성 방법에 따라 고주파 변압기로 흐르는 전류의형태가 달라지게 되며, 이는 효율에 직접적인 영향을 미치게 된다. 본 논문은 중/저 전력 조건에서 DAB 컨버터의 효율을 개선하기 위한 새로운 modulation 방법을 제안한다. 제안하는 modulation 방법은 DAB 컨버터 내에 발생할 수있는 무효 전력을 0으로 제어하도록 하며, 출력단 컨버터를 다이오드 정류기와 유사한 동작을 하도록 함으로써, 스위칭 손실을 최소화하도록 하였다. 제안된 modulation 방법을 통한 손실 저감은 900Vdc의 직류단 전압을 갖는 DAB 컨버터에 대한 시뮬레이션 결과를 통해 검증하였다.

Smart transformers are effective at reducing the weight and increasing the efficiency of traction systems forrailroad applications. A smart transformer generally consists of rectifier modules and the Dual-Active-Bridge (DAB)converter modules. The efficiency of the smart transformer depends on not only the electrical characteristics, but alsoon the control method of the converter modules. Especially, a DAB converter has a high order degree of freedom ofvoltage modulation to control the power transferred through the high frequency transformer, and a voltage modulationmethod, are very critical for the efficiency of the DAB converter. This paper proposes a new voltage modulation methodfor the DAB converter to increase the efficiency in the low/medium power transfer condition. The proposed modulationmethod controls the reactive power in the high frequency transformer, making it zero. And, the switching loss is dra-matically reduced by using the received converter module as a diode rectifier. The feasibility of the proposed modula-tion method is verified by computer simulation of the 900Vdc DAB converter power control.