1. 서 론

모듈형 멀티레벨 컨버터(modular multilevel converter; MMC)는 수 많은 전압 레벨을 가지는 전압원 컨버터 중의 하나로써, 고전압직류(HVDC) 전송 시스템을 위한 매우 큰 잠재적 가능성이 있는 컨버터 시스템이라 할 수 있다. 이러한 MMC는 Marquardt 등에 의해 고안 되었으며, 초기의 MMC는 하프-브릿지(half-bridge) 하위모듈 셀의 직렬연결 구조를 가진다^(1~3). MMC는 다음과 같은 장점 및 특징이 있다⁽⁴⁾. 첫째, MMC의 암은 하위모듈 셀의 직렬연결로 이루어져 있으므로, 손쉽게 출력 전압 레벨을 높일 수 있어서 직류단이 수십 kV에서 수백 kV에 이르는 송전급 전압 및 배전급 고전압에 적용이 용이하다. 일반적으로 송배전급 MMC는 수십에서 수백 개의 셀이 직렬로 연결되는 구조를 가지므로, 시스템의 스위칭 주파수는 하위모듈 캐패시터 전압 리플 허용범위를 고려하여 출력 주파수 부근까지 낮출 수 있으며, 이러한 경우에도 출력 전압 파형의 고조파 함유율은 매우 낮다. 따라서, 교류 단에 수동 필터의 크기를 대폭 줄일 수 있거나, 필터를 설치하지 않아도 된다. 둘째, MMC의 등가적인 직류 링크 캐패시터는 하위모듈에 분산되어 설치되는 형태로 2-레벨 또는 3-레벨 전압형 컨버터에서 초래될 수 있는 소자 단락 시 단일화 또는 집중된 직류단 캐패시터에 발생할 수 있는 여러 사고 가능성으로부터 비교적 자유로울 수 있다. 셋째, MMC의 낮은 스위칭 주파수로 인해 전력 스위치 소자에서 발생하는 스위칭 손실을 대폭 저감할 수 있다. 넷째, 하위모듈 셀의 고장 탈락 시, 해당 셀만 전기적으로 우회(bypass)시켜 전체 시스템에 큰 영향 없이 연속적인 정상 운전이 가능하다. 마지막으로, MMC의 교류 단에 상용 변압기를 사용할 수 있으므로 전체 시스템의 비용과 크기를 대폭 줄일 수 있다.

한편, 현대사회에서는 전기 수요가 폭발적으로 증가되고, 교류 계통에서 직류 계통으로 시스템 형태가 옮겨감에 따라, HVDC 전송의 수요가 증대되므로 전송 전압의 승압이 요구되는 실정이다. 이러한 승압 요구에 따라 상대적으로 절연 능력이 낮은 케이블 전송보다 가공선 전송이 검토되고 있으며, 케이블 매설이 불필요한 경우나 비용적인 문제가 더 중요한 경우에는 가공선 전송이 더 효율적이라 평가되고 있다. 하지만, 지중 케이블에 비해 가공선로의 경우에는 직류 단 사고에 쉽게 노출되므로 이에 대한 대처가 매우 중요하다. 직류 단 사고 대처 방안으로는 단순히 직류 단 사고를 교류 단과 분리시켜 직류 단 사고 전류의 파급 저지를 위한 DC fault blocking 방식과 직류 단 사고 상황 중에도 교류 단 전압 제어와 무효전력 공급이 가능한 DC fault ride through(FRT) 방식을 이용한 연속적인 운전 방식이 있다. 특히, 약한 계통(weak grid)이나 수동 교류 회로망에 연결이 유리하다는 장점이 있는 전압형 HVDC 시스템에서는 직류 단 사고 시에 DC FRT 능력은 매우 중요한 요소이다. 따라서, 직류 단 사고에 용이하게 대처할 수 있는 전압형 컨버터 시스템의 FRT 능력 확보의 필요성이 대두되고 있다. 기존 하프-브릿지 하위모듈 셀 기반의 MMC의 FRT 불능을 극복하고자 DC FRT 능력을 가진 여러 MMC 회로가 제안되고 있다^(5~11). 그 중 비대칭 혼합 MMC(asymmetric mixed MMC; ASYM-MMC) 회로는 ABB 사에서 교류 및 직류단 사고 시 과전압 현상을 최소화할 수 있는 회로로 처음 제안되었다⁽¹⁰⁾. 또한, ^(8~9)에서는 ASYM-MMC의 DC FRT와 사고 시 STATCOM 운영 방법에 대해서 제안하였다. ASYM-MMC는 MMC의 각 레그 내부의 하나의 암은 풀-브릿지 하위모듈 (full-bridge submodule; FBSM)로 이루어져있고, 나머지 하나의 암은 하프-브릿지 하위모듈 (half-bridge submodule; HBSM)로 이루어진 시스템이다. ASYM-MMC은 시스템의 불평형 현상 없이, 직류단 전압 합성 범위가 넓고 연속적이며, 시스템 비용면에서도 최적화할 수 있는 회로로 각광받고 있다^(8~9).

그림. 1. Bipolar 전압형 HVDC 전송 시스템과 ASYM-MMC의 구조도: (a) CASE I, (b) CASE II

Fig. 1. Bipolar VSC-HVDC system and configurations of ASYM-MMC: (a) CASE I, (b) CASE II

본 논문에서는 ASYM-MMC의 bipolar HVDC 시스템 적용을 가정하여, ASYM-MMC 시스템의 최적 회로 구성에 대해서 고찰한다. 즉, ASYM-MMC의 bipolar HVDC 시스템 적용에 있어 정상 운전시의 교류 단 변압기의 DC 바이어스 전압 인가 특성과 컨버터 측 교류 단 사고 시를 고려한 최적의 하위모듈 배치에 대해서 검토하였다. 본 논문의 구성은 다음과 같다. 2장에서는 ASYM-MMC 회로를 소개하고, 교류 및 직류 단 전압 합성 원리에 대해서 기술한다. 이를 바탕으로 교류 단 변압기의 DC 바이어스 전압 인가 특성에 대해서 고찰함으로써 최적의 하위모듈 배치 근거에 대해서 논의한다. 3장에서는 ASYM-MMC의 교류 단 사고 시 하위모듈 셀의 캐패시터 전압 크기를 비교하고 시뮬레이션 함으로써 최적의 하위모듈 배치 근거에 대해서 논의한다. 마지막으로 4장에서 결론을 맺는다.

2. 비대칭 혼합 MMC 회로 구성 및 원리

본 장에서는 그림 1의 bipolar 전압형 HVDC 전송 시스템을 목표로 한 ASYM-MMC 회로 구성과 원리에 대해서 기술한다. 먼저, 그림 1의 전체적인 bipolar HVDC 시스템에서 왼쪽의 MMC 2기는 직류단 전압을 합성하는 직류단 전압 제어 시스템(voltage regulator)으로 동작하며, 오른쪽의 MMC 2기는 요구 전력을 공급하는 급전 시스템(power dispatcher)으로 동작한다. 또한, 각각의 시스템은 접지를 기준으로 양의 전위를 가지는 극(positive pole)의 MMC와 접지를 기준으로 음의 전위를 가지는 극(negative pole)의 MMC로 이루어져 있다. DC FRT가 가능한 ASYM-MMC를 bipolar 전압형 HVDC 시스템에 사용함으로써, 직류단 Pole-to-Ground 사고 시에 사고가 발생한 극의 ASYM-MMC가 사고 모드로 동작하면서 STATCOM 기능을 통해 교류 계통에 무효전력을 공급하면, 나머지 정상 동작하는 극의 컨버터가 감당해야 할 무효전력 크기를 줄일 수 있다. 따라서, 사고로 인한 단극 운전 시에 해당 극의 전력전송 용량을 더 효율적으로 관리할 수 있다. ASYM-MMC는 원리적으로 상단과 하단 암의 하위모듈 형태가 다르다. 따라서, 하위모듈의 배치에 관한 합리적인 검토가 필요하다.

MMC의 교류 및 직류 단의 전압 합성 원리상 상단 및 하단 암의 합성 전압은 각각 (1), (2)와 같다.

여기서, $v_{xu}^{*}$와 $v_{xl}^{*}$은 각각 상단과 하단 암의 합성 암 전압 지령이며, $v_{dc U_{-}p}^{*}$과 $v_{dc U_{-}n}^{*}$은 각각 상단과 하단 암 전압 지령의 직류 성분을 나타낸다. 그리고, $v_{xs}^{*}$는 교류 단 상 전압 지령, $v_{xo}^{*}$는 시스템 균형 제어를 위한 레그 전압 지령을 나타낸다. $v_{xo}^{*}$는 다른 성분에 비해 크기가 작으며, 본 논문에서는 직류 및 교류 단 합성에 대해서 중점을 두어 논의를 전개하므로 레그 전압 성분은 무시 가능하다. ASYM-MMC는 FBSM으로 이루어진 암과 HBSM으로 이루어진 암이 하나의 레그를 구성하는 형태이므로, 암 전압을 합성하는 원리가 각 암에 따라 다르다. FBSM은 음(negative)의 전압 합성이 가능하며, HBSM은 음의 전압 합성이 불가능하다. 따라서, FBSM으로 이루어진 암의 암 전압의 직류 성분($v_{dc U_{-}FBSM}^{*}$)을 제어하여, 식(3)과 같이 ASYM-MMC의 전체 직류 단 전압($v_{dc U}^{*}$)을 제어할 수 있다. 즉, HBSM으로 이루어진 암의 암 전압의 직류 성분($v_{dc U_{-}HBSM}^{*}$)은 고정시키고, FBSM으로 이루어진 암의 암 전압의 직류 성분을 제어함으로써 ASYM-MMC의 전체 직류 단 전압을 제어하는 방식이다.

이러한 원리를 그림 1의 bipolar HVDC 시스템에 적용한다고 가정하였을 때, 본 논문에서 제안하는 ASYM-MMC 하위모듈 배치는 다음과 같다. 양극(bipole) 중에 접지를 기준으로 양의 전위를 가지는 극(positive pole)의 ASYM-MMC는 상단 암을 FBSM으로 하단 암을 HBSM으로 구성하고, 양극 중에 접지를 기준으로 음의 전위를 가지는 극(negative pole)의 ASYM-MMC는 상단 암을 HBSM으로 하단 암을 FBSM으로 구성한다. 이러한 구조로 인해서 네 개의 교류단 변압기들에 걸리는 직류 전압(DC bias voltage in AC transformer)은 (3)와 같은 HBSM의 출력 특성에 따라, 직류단 전압 변경 시에도 고정된 직류 성분의 값을 가진다는 장점이 있다. 또한, 이러한 구조는 교류단의 2차 측(컨버터 측)의 사고에 따른 컨버터 게이팅 차단 시, 사고로 인한 하위모듈 내 소자에 걸리는 과전압 문제를 최소화 할 수 있다는 장점을 가진다. 이는 3장에서 자세하게 다룬다.

3. ASYM-MMC의 교류 출력 단 사고를 고려한 하위모듈 최적 배치

그림. 2. 교류단 busbar 사고 개념도: (a) w상 접지 사고 예시, (b) 등가 회로도

Fig. 2. Conceptual circuit of the busbar single line-to-ground fault at AC side of MMC: (a) w-phase single line-to-ground fault example, (b) equivalent circuit of AC bus and converter.

본 장에서는 2장에 이어서 ASYM-MMC의 교류 출력 단 사고를 고려한 하위모듈의 최적 배치에 대하여 검토한다. 2장에서 언급하였듯이, ASYM-MMC의 상단 및 하단 암은 각각 단일 HBSM과 단일 FBSM들로 이루어지므로, 하위모듈의 배치에 관한 합리적인 검토가 필요하다. 본 장에서는 ⁽¹⁰⁾에서 논의한 컨버터 측 교류 출력 단 사고 시를 고려한 하위모듈 과전압 정도에 대한 접근법을 바탕으로, 최적의 ASYM-MMC의 하위모듈 배치에 대하여 기술하고 제안한다. 교류 단 사고에 대한 Fault Ride-Through (FRT) 방법은 일반적으로 교류 송배전 라인 사고에 주로 적용된다. 하지만, 교류 계통의 송전 및 배전 라인의 사고가 아닌 컨버터 측 교류 단 사고(또는 busbar fault)는 매우 심각한 사고이므로, 보통 영속적 사고(permanent fault)로 분류되며 이러한 사고에 대해서는 일반적으로 FRT 보다는 시스템의 정지 후 사고 복구가 이루어진다. 일반적으로 HVDC 시스템의 교류단 변압기의 1차측(교류 계통 측)의 중성점은 접지되어 있다. 그림 2에서 보듯이, w상이 단상 접지 사고가 발생하면 그와 동시에 u상과 v상의 전압은 변압기에 의해서 선간 전압을 가지게 된다. 즉, 사고 시에 컨버터 측 교류 전압의 최대치는 (4)와 같이 나타낼 수 있다. 분석의 편의를 위하여 변압기의 변압비는 1:1로 가정한다.

컨버터 측 교류단 사고 감지 후, 수 ms 내에 컨버터의 게이팅은 차단 되고, 이후 수십 ms (약 3~5cycle) 내에 교류 차단기(ACCB)가 작동한다. 따라서, 컨버터의 사고 보호(fault protection)를 위하여 교류단 사고를 고려한 시스템 파라미터 설계가 필요하고, 본 장에서는 본 논문에서 이러한 설계 관점에서 중점적인 비교 대상인 ASYM-MMC의 bipolar HVDC 시스템에 대한 적용에 있어서, FBSM과 HBSM의 상단 암과 하단 암 배치에 대하여 비교하여, 최적의 시스템 구성에 대하여 제안한다.

검증을 위해, PSIM 시뮬레이션을 수행하였다. 암 당 6개의 하위모듈을 가지는 ASYM-MMC를 모의하였다. 시뮬레이션 제정수는 표 1과 같다. 그림 2와 같이, 컨버터 측 교류 단 중 w상의 접지 사고를 모의하였다. 표 1의 제정수와 같이, 직류 단 전압은 100kV이고, MMC 교류단 선간 전압 rms는 50kV이다. 본 시뮬레이션에서는 편의를 위하여 $L_{a}$과 $L_{s}$의 값을 동일하게 설정하였다. 시뮬레이션으로 모의된 사고 후 차단 시퀀스는 다음과 같다. 0.2초에서 w상 접지 사고가 발생하고, 1ms 이후에 컨버터의 게이팅이 차단된다. 사고 발생 이후 3 cycle이 지난 시점에서 교류차단기(ACCB)가 작동하여 교류 단을 분리한다고 가정하였다.

3.1 접지점 쪽의 암에 FBSM, 고압단 쪽의 암에 HBSM을 배치하는 구조 (Case I)

그림 3은 양극(bipole) 중에 접지를 기준으로 양의 전위를 가지는 극(positive pole)의 ASYM-MMC는 상단 암이 HBSM으로 하단 암이 FBSM으로 이루어져 있다. 한편, 양극 중에 접지를 기준으로 음의 전위를 가지는 극(negative pole)의 ASYM-MMC는 상단 암이 FBSM으로, 하단 암이 HBSM으로 이루어져 있다.

그림 3(a)는 양 극(positive pole)에 사용되는 ASYM-MMC의 회로이다. 사고 후 게이팅이 차단되면, 그림 3(a)와 같이 교류단 전압이 음의 최대 값을 가질 때, 하단 암 내의 FBSM의 캐패시터 전압의 합에 의해 사고 암 전류가 차단된다($V_{m} <\sum_{i}^{N}v^{lower}_{FBSMi}$). 따라서, 다이오드의 역전압에 의해서 하단 암에 걸리는 최대 전압은 (5)와 같다. 또한, 직류단 전압은 정격으로 유지되고 있으므로, 상단 암 전압은 (6)과 같이 직류 단 전압에 하단 암 전압을 뺀 값이다.

(5)

$V_{dc U_{-}n}\approx -V_{m}$

(6)

$V_{dc U_{-}p}\approx V_{dc U}+V_{m}$

그림. 3. 컨버터 측 교류단 사고 시, 게이팅 차단 모드 이후의 ASYM-MMC 등가 회로도 (Case I): (a) 양의 극(positive pole)을 위한 회로. (b) 음의 극(negative pole)을 위한 회로

Fig. 3. Equivalent ASYM-MMC circuit during AC busbar fault after power switch blocking (Case I): (a) equivalent ASYM-MMC for positive pole, (b) equivalent ASYM-MMC for negative pole

한편, 그림 3(b)는 음 극(negative pole)에 사용되는 ASYM- MMC 회로이다. 접지를 기준으로 양 극의 ASYM-MMC와 대칭적인 구조이므로 그림 3(b)에 표시한 사고 암 전류의 흐름으로 볼 때, 양 극의 ASYM-MMC와 원리가 동일하다. 그림 4는 그림 3(a)의 ASYM-MMC의 컨버터 측 교류단의 w상 접지 사고를 모의한 시뮬레이션 결과 파형이다. 사고 후 교류단이 분리되기 전까지 MMC측 교류단 전압과 교류단 전압에 의한 캐패시터 전압의 변화를 고찰한다. 사고가 발생하면, 그림 2와 식(4)와 같이 사고가 발생하지 않은 계통의 상전압은 $\sqrt{3}$배 증가한다. 따라서, u, v상의 접지에 대한 전압은 그림 4의 두 번째 파형과 같이, 70.7kV(=50kV×$\sqrt{3}$)의 상 전압 최대치를 가진다.

그림. 4. ASYM-MMC의 w상 접지 사고 시뮬레이션 결과 파형 (Case I)

Fig. 4. Simulation results of w-phase busbar single line-to-ground fault (Case I)

사고 후 교류 단이 분리되기 전까지 MMC측 교류 단 전압과 교류 단 전압에 의한 캐패시터 전압의 변화를 고찰한다. 하단 암 내의 FBSM의 캐패시터 전압의 합에 의하여 사고 전류가 차단되므로 하단 암의 캐패시터 전압의 변동은 거의 없다. 한편, 상단 암의 전류는 캐패시터를 지나므로 상단 암의 캐패시터를 충전시킨다. 상단 암에 걸리는 최대 전압은 (7)과 같고, 이는 6개의 하위모듈 캐패시터에 걸리므로 그림 4의 네 번째 파형과 같이, u상의 상단 암의 캐패시터 전압은 (7)에 의하여, 28.45kV의 값을 가진다. 이는 셀 캐패시터 정격 전압의 1.71배의 값에 해당한다.

(7)

\begin{align*} v_{HBSM}^{upper}\approx V_{dc U_{-}p}/N\\ =(V_{dc U}+V_{m})/N=(100+70.7)/6=28.45[k V] \end{align*}

3.2 접지점 쪽의 암에 HBSM, 고압단 쪽의 암에 FBSM을 배치하는 구조 (Case II)

그림. 5. 컨버터 측 교류단 사고 시, 게이팅 차단 모드 이후의 ASYM-MMC 등가 회로도 (Case II): (a) 양의 극(positive pole)을 위한 회로. (b) 음의 극(negative pole)을 위한 회로

Fig. 5. Equivalent ASYM-MMC circuit during AC busbar fault after power switch blocking (Case II): (a) equivalent ASYM-MMC for positive pole, (b) equivalent ASYM-MMC for negative pole

그림 5는 양극(bipole) 중에 접지를 기준으로 양의 전위를 가지는 극(positive pole)의 ASYM-MMC는 상단 암이 FBSM으로 하단 암이 HBSM으로 이루어져 있다. 한편, 양극 중에 접지를 기준으로 음의 전위를 가지는 극(negative pole)의 ASYM-MMC는 상단 암이 HBSM으로, 하단 암이 FBSM으로 이루어져 있다. 그림 5(a)는 양 극(positive pole)에 사용되는 ASYM-MMC의 회로이다. 사고 후 게이팅이 차단되면, 그림 5(a)와 같이 교류 단 전압이 음의 최대 값을 가질 때, 하단 암 내의 HBSM의 사이리스터와 IGBT의 역병렬 다이오드를 통하여 큰 전류가 흐른다. 이 사고 전류는 단지 회로의 임피던스 크기에 의해서만 제한될 수 있다. 이때의 하단 암에 걸리는 전압($V_{dc U_{-}n}$)은 (8)과 같이 근사하여 나타낼 수 있다. 또한, 직류 단 전압은 정격으로 유지되고 있으므로, 상단 암 전압은 (9)와 같이 직류 단 전압에서 하단 암 전압을 뺀 값이다.

(8)

$V_{dc U_{-}n}\approx -V_{m}\dfrac{L_{a}}{L_{s}+L_{a}}$

(9)

$V_{dc U_{-}p}\approx V_{dc U}+V_{m}\dfrac{L_{a}}{L_{s}+L_{a}}$

식(8)과 (9)에서 보듯이, 암 임피던스($L_{a}$)와 교류단 등가 임피던스($L_{s}$)에 의해서 상단 및 하단 암에 걸리는 전압의 크기가 달라진다. 한편, 그림 5(b)는 음 극(negative pole)에 사용되는 ASYM-MMC 회로이다. 접지를 기준으로 양 극의 ASYM-MMC와 대칭적인 구조이므로 그림 5(b)에 표시한 사고 암 전류의 흐름으로 볼 때, 양 극의 ASYM-MMC와 원리가 동일하다. 그림 6은 그림 5의 ASYM-MMC의 컨버터 측 교류단의 w상 접지 사고를 모의한 시뮬레이션 결과 파형이다. 사고 후 교류 단이 분리되기 전까지 MMC측 교류 단 전압과 교류 단 전압에 의한 캐패시터 전압의 변화를 고찰한다. 교류단과 직류단의 전위차에 의해서 그림 5와 같이, 하단 암의 전류는 캐패시터를 지나지 않고 다이오드를 통하여 흐르므로 하단 암의 캐패시터 전압의 변화는 거의 없다. 한편, 상단 암의 전류는 캐패시터를 지나므로 상단 암의 캐패시터를 충전시킨다. 상단 암에 걸리는 최대 전압은 (10)과 같고, 이는 6개의 하위모듈 캐패시터에 걸리므로 그림 6의 네번째 파형과 같이, u상의 상단 암의 캐패시터 전압은 (10)에 의하여, 22.56kV의 값을 가진다. 이는 셀 캐패시터 정격 전압의 1.35배의 값을 가진다.

그림. 6. ASYM-MMC의 w상 접지 사고 시뮬레이션 결과 파형 (Case II)

Fig. 6. Simulation results of w-phase busbar single line-to-ground fault (Case II)

앞서 언급하였듯이, 본 시뮬레이션에서는 편의를 위하여 표 1에서와 같이 $L_{a}$과 $L_{s}$의 값을 동일하게 설정하였다.

(10)

\begin{align*} v_{FBSM}^{upper} & \approx V_{dc U_{-}p}/N\\ & =\left(V_{dc U}+V_{m}\dfrac{L_{a}}{L_{s}+L_{a}}\right)/N\\ & =\left(100+70.7\times\dfrac{1}{2}\right)/6=22.56[k V] \end{align*}

ASYM-MMC의 bipole 구조 중 Case I과 Case II를 비교하였을 때, 컨버터 측 교류단 사고 시에 Case II의 구조가 사고 보호 측면에서 매우 유리하다. Case I의 경우에는 사고 시에 순간적으로 충전되는 캐패시터 전압이 기준 전압의 2배 가까운 값을 가지므로 MMC 설계 시 비용 증가를 유발한다. 따라서, ASYM-MMC는 Case II의 구조인 접지점 쪽의 암에 HBSM, 고압단 쪽의 암에 FBSM을 배치하는 것이 합리적인 구성이라 할 수 있다.

또, ASYM-MMC는 HBSM로만 이루어진 기존 MMC와 달리 컨버터 자체의 직류 단 사고 대처 능력이 존재하므로 암 인덕턴스의 크기를 최소화할 수 있다. 따라서, 상단 암에 걸리는 암 전압의 크기를 줄여서 과전압 현상을 더욱 완화시킬 수 있다는 추가적인 장점이 있다. 즉, 암 임피던스($L_{a}$)가 교류단 등가 임피던스($L_{s}$)에 비해 상대적으로 작은 값을 가지도록 설계할 수 있으므로 (8)과 (9)에 의해 상단 암에 걸리는 전압을 최소화 할 수 있다. 이는 본 장의 시뮬레이션 조건 ($L_{a}=L_{s}$)에 비해서 상단 암의 캐패시터 전압에 충전되는 전압의 크기를 큰 폭으로 줄일 수 있다. 이러한 점에서 ASYM-MMC가 DC FRT 기능 외에도 사고 보호 측면에서 유리하다고 할 수 있다. 결론적으로, bipolar HVDC에서의 ASYM-MMC의 적용에는 Case II의 배치를 따르는 것이 합당하다는 추가적인 근거를 도출하였다.

4. 결 론

ASYM-MMC 회로는 bipolar HVDC 계통 구성을 위한 monopole 시스템의 컨버터 회로이다. 본 회로는 기존의 하프-브릿지 하위모듈로 이루어진 MMC와 풀-브릿지 하위모듈로 구성된 MMC의 절충 회로로, 하위모듈들이 하프-브릿지와 풀-브릿지의 혼합 형태로 이루어져 있다. 따라서, 컨버터 시스템 비용과 운용 손실 면에서 하프-브릿지 기반 MMC와 풀-브릿지 기반 MMC의 사이 값을 가진다. 하지만, ASYM-MMC 회로는 직류단 전압 제어가 가능하므로, 직류단 사고와 그 회복에 있어서도 유연한 대처가 가능하다는 큰 장점을 가진다. 본 컨버터는 하나의 레그 내의 하나의 암은 하프-브릿지 회로로, 나머지 하나의 암은 풀-브릿지 회로로 이루어진다. 따라서, ASYM-MMC 회로의 하위모듈 최적 배치에 대한 고려가 매우 중요하다. 본 논문에서는 ASYM-MMC의 bipolar HVDC 시스템 적용에 있어 정상 운전시의 교류 단 변압기의 DC 바이어스 전압 인가 특성과 컨버터 측 교류 단 사고 시를 고려한 최적의 하위모듈 배치에 대해서 검토하였다. 그 결과, ASYM-MMC의 bipolar HVDC 시스템 적용 시에는 HBSM을 bipole 시스템의 직류단의 접지 또는 저압 단에 배치하고, FBSM을 양과 음의 고압 단에 배치하는 것이 합리적이라는 근거를 이론적 회로 모델링과 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 도출하였다.