KR100334924B1 - High Voltage Direct Current System - Google Patents

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KR100334924B1
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Abstract

본 발명은 직류 송전 시스템에 관한 것으로, 전력을 소정의 거리로 송전할 때에 교류대신에 고압의 직류상태로 송전하기 위하여 소호능력을 가진 복수의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor) 및 복수의 게이트 턴오프 사이리스터(Gate Turn Off Thyrister)와 같은 반도체 소자(18)가 직병렬로 구성된 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 인버터(10) 및 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 컨버터(12)와, 강압을 위한 인버터용 변압기(14) 및 증압을 위한 컨버터용 변압기(16)와, 상기 반도체 소자(18)로 표시된 이 소자는 자체적으로 온-오프(On-Off) 능력을 가지고 있으며, 이 반도체 소자(18)는 자체적으로 다이오드를 가지고 있기 때문에 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 인버터(10)를 스위칭하지 않더라도 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 컨버터(12)의 입력전압을 정류한 전압을 인가시키는 콘덴서(20)가 포함된 것인 바, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 또는 게이트 턴오프 사이리스터와 같이 자기 소호능력이 있는 반도체 소자 등을 이용하여 무효전력 보상장치없이 전류(轉流)의 실패현상 및 고조파의 문제를 해결한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct current transmission system, comprising: a plurality of insulated gate bipolar transistors and a plurality of gates having an arc extinguishing power for transmitting power at a predetermined distance to a high voltage direct current state instead of an alternating current. An insulated gate bipolar transistor inverter 10 and an insulated gate bipolar transistor converter 12 in which a semiconductor device 18 such as a turn off thyrister is formed in series and in parallel, an inverter transformer 14 for step-down, and The converter transformer 16 for boosting, and this device, represented by the semiconductor device 18, has its own on-off capability, and the semiconductor device 18 has its own diode. Because of this, even if the insulated gate bipolar transistor inverter 10 is not switched, the insulated gate bipolar transistor converter 12 It includes a capacitor 20 for applying a rectified voltage of the input voltage of the current without a reactive power compensation device using a semiconductor device having a self-extinguishing capability, such as an insulated gate bipolar transistor or a gate turn-off thyristor It solves the problem of failure and harmonics in the flow.

Description

직류 송전 시스템{High Voltage Direct Current System}DC Transmission System {High Voltage Direct Current System}

본 발명은 직류 송전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력을 소정의 거리로 송전할 때에 교류대신에 고압의 직류상태로 송전하기 위하여 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 또는 게이트 턴오프 사이리스터와 같이 자기 소호능력이 있는 반도체 소자 등을 이용하여 무효전력 보상장치없이 전류(轉流)의 실패현상 및 고조파의 문제를 해결한 직류 송전 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a direct current transmission system. More particularly, the present invention relates to a direct current transmission system having a self-extinguishing capability, such as an insulated gate bipolar transistor or a gate turn-off thyristor, in order to transmit a high voltage direct current instead of an alternating current when power is transmitted at a predetermined distance. The present invention relates to a direct current transmission system that solves problems of current failure and harmonics without a reactive power compensation device using a semiconductor device.

발전기에서 출력되는 교류전압과 교류전류는 저전압 대전류이다. 이러한 형태의 전압과 전류는 전력 전송시에 대전류에 의한 도체 손실 때문에 고압이나 초고압 변압기를 이용하여 높은 전압을 유지하면서 저전류 형태로 장거리까지 전력을 송전하고 있다.AC voltage and AC current output from the generator are low voltage and large current. These types of voltages and currents transmit power over long distances in the form of low currents while maintaining a high voltage using high or ultra high voltage transformers due to conductor losses caused by large currents during power transfer.

그러나, 이러한 교류전력의 전송은 송전선과 대지 사이의 용량성 부하와 송전선에 존재하는 인덕턴스 때문에 장거리로 송전하는 데는 제한을 받는다. 따라서, 이와 같은 송전의 제한을 해소하기 위하여 직류 송전 시스템의 개발이 이루어졌고, 이러한 직류 송전은 교류송전에 비하여 절연내역이 감소하며, 송전선과 대지 사이에서 용량성 부하가 발생하지 않는다는 장점은 있으나, 교류를 직류로 변환시키는 전력 변환장치가 고가일 뿐만 아니라, 현재까지 개발된 초대용량 반도체 소자가 사이리스터이기 때문에 위상제어에 따른 무효전력이 발생하는 단점이 있었다.However, this transmission of AC power is limited to long distance transmission due to capacitive loads between the transmission line and the ground and inductances present in the transmission line. Therefore, the DC transmission system has been developed in order to remove the limitation of such transmission, and this DC transmission has an advantage that the insulation breakdown is reduced compared to the AC transmission, and the capacitive load does not occur between the transmission line and the ground. In addition to the expensive power converter for converting AC into direct current, there is a disadvantage in that reactive power is generated due to phase control because the ultracapacitive semiconductor devices developed to date are thyristors.

종래의 사이리스터를 이용한 직류 송전 시스템의 구성도를 참조하면, 교류전력을 직류전력으로 변환시키는 컨버터부(1)와, 직류전력을 교류전력으로 변환시키는 인버터부(2)와, 소정 크기의 교류전력을 승압시키는 컨버터용 변압기(3)와, 소정 크기의 교류전력을 강압시키는 인버터용 변압기(4)와, 고조파와 무효전력을 동시에 보상하기 위한 복수의 필터(5a-5d)와, 상기 컨버터부(1)와 인버터부(2)를 제어하는 콘트롤러(6)가 포함되어 있다.Referring to the configuration diagram of a conventional DC power transmission system using a thyristor, a converter unit 1 for converting AC power into DC power, an inverter unit 2 for converting DC power into AC power, and AC power having a predetermined size A converter transformer 3 for boosting the voltage, an inverter transformer 4 for stepping down AC power of a predetermined size, a plurality of filters 5a-5d for simultaneously compensating harmonics and reactive power, and the converter unit ( 1) and a controller 6 for controlling the inverter unit 2 is included.

또한, 복수의 사이리스터(SCR)가 포함된 컨버터부(1)와 인버터부(2)는 교류전압의 위상을 제어하기 때문에 제어된 위상으로부터 전류를 흐르게 하므로, 교류전압과 교류전류 사이에 역률와 고조파 문제가 발생하게 된다.In addition, since the converter unit 1 and the inverter unit 2 including the plurality of thyristors SCR control the phase of the AC voltage, the current flows from the controlled phase, thereby causing a power factor and harmonic problem between the AC voltage and the AC current. Will occur.

따라서, 복수의 사이리스터(SCR)가 구성된 컨버터부(1)의 전압을 높이기 위하여 컨버터용 변압기(3)를 이용하여 고압의 직류로 만들어 준다. 그리고 고압의 직류를 인버터부(2)를 이용하여 다시 교류로 만들고 계통에 적당한 교류전압으로 낮추기 위해서 강압용 변압기, 즉 인버터용 변압기(4)를 거쳐 계통에 연계될 수 있도록 한 것이다. 이러한 사이리스터를 이용한 전력 변환장치는 위상제어를 수행하므로 고조파 문제와 무효전력 문제를 유발하기 때문에 고조파와 무효전력을 보상하기 위한 복수의 필터(5a-5d)를 가지고 있는 것이다.Therefore, in order to increase the voltage of the converter unit 1 having a plurality of thyristors SCR, the converter transformer 3 is made into a high-voltage direct current. In order to make the high-pressure direct current to the alternating current by using the inverter unit (2) and to lower the AC voltage suitable for the system, it is to be connected to the system via a step-down transformer, that is, an inverter transformer (4). Since the power converter using the thyristor performs phase control, it causes harmonics and reactive power problems, and thus has a plurality of filters 5a-5d to compensate for harmonics and reactive power.

이와 같이 종래의 사이리스터를 이용한 직류 송전 시스템의 단점은, 첫 번째, 사이리스터 직류 송전 시스템은 부하가 증가함에 따라 부하의 60% 정도의 무효전력을 발생시키고 있기 때문에 직류 송전 시스템의 송전단과 수전단에서 어떤 조건에서 전압이 붕괴되는 전압 안정도 문제를 유발할 수 있기 때문에 무효전력을 보상하기 위한 동기 조상기나 무효전력 보상장치(Static Var Compensator; SVC)를 직류 송전 시스템의 송전단과 수전단에 설치해야 한다는 점이다.As described above, the disadvantage of the conventional DC power transmission system using a thyristor is that first, the thyristor DC power transmission system generates reactive power of about 60% of the load as the load increases. This can cause voltage stability problems in which the voltage collapses under conditions. Therefore, a synchronous shunt or static var compensator (SVC) for compensating reactive power must be installed at the transmission and reception terminals of the DC power transmission system.

두 번째는 사이리스터 컨버터와 인버터는 위상 제어시스템이기 때문에 교류측에는 전류 고조파 제거용 필터가 설치되어야 하고, 직류측에는 전압 고조파 제어용 필터가 설치되어야 한다.Second, since the thyristor converter and inverter are phase control systems, a filter for current harmonic rejection should be installed on the AC side, and a filter for voltage harmonic control on the DC side.

세 번째는 직류 송전 시스템은 사이리스터 위상지점에 따라 무효전력의 발생이 달라지기 때문에 위상 제어기의 제어범위가 좁다.Third, the DC power transmission system has a narrow control range of the phase controller because the generation of reactive power varies depending on the thyristor phase point.

네 번째는 직류 송전 시스템의 사이리스터는 자기 소호능력이 없기 때문에 송전단의 전압이 항상 존재해야 한다는 점과 수신단 전압이 어느 전압 이상으로 작아지면 전류(轉流) 실패를 유발한다는 점이다.Fourth, since the thyristor of the DC transmission system has no self-extinguishing capability, the voltage of the transmission stage must always exist, and if the receiving terminal voltage becomes smaller than a certain voltage, it causes a current failure.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출한 것으로, 무효전력 보상장치가 필요없는 직류 송전 시스템을 제공하기 위한 것으로, 이 직류 송전 시스템은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transisor; IGBT)나 게이트 턴오프 사이리스터(Gate Turn Off Thyrister; GTO)와 같이 자기 소호능력이 있는 소자를 이용하여 직류 송전 시스템의 컨버터와 인버터를 구성하였고, 본 발명은 기본적으로 PWM 제어방식을 채택하여 단위 역률제어가 가능하며, 무효전력과 유효전력을 미의로 제어할 수 있기 때문에 계통상황에 따라 무효전력 보상장치로써 이용할 수도 있고, 사이리스터와 같이 전류(轉流) 실패현상이 없으며, 고조파 문제를 해결하기 위한 것이 목적이다.The present invention has been made to solve the above problems, to provide a direct current transmission system that does not require a reactive power compensation device, the direct current transmission system is an Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) or gate A converter and an inverter of a direct current transmission system were constructed by using a device having a self-extinguishing capability such as a turn off thyrister (GTO). The present invention basically adopts a PWM control method to control unit power factor. In addition, since reactive power and active power can be controlled intentionally, it can be used as a reactive power compensation device according to the system situation, and there is no current failure like thyristors, and the purpose is to solve the harmonic problem. .

또한, 본 발명의 다른 목적은 속용성이 대단히 빠른 이상적인 발전기 시스템과 유사하여 발전기 시스템의 여자 시스템과 유사한 특성을 가지고 있는, 즉 계통의 전압이나 무효전력을 제어하는 무효전력 제어기와 발전기의 터빈 시스템 제어와 유사한 특성을 가지고 있는, 다시말해서, 계통의 주파수나 유효전력을 제어하는 유효전력 제어기를 가지고, 이러한 유효전력 제어기와 무효전력 제어기는 독립적으로 제어가 되며, 최종적으로 3상 전력으로 변환되어 계통에 주입하기 위한 것이다.In addition, another object of the present invention is similar to an ideal generator system with a very fast speed, and has characteristics similar to the excitation system of the generator system, that is, a reactive power controller for controlling the voltage or reactive power of the system and turbine system control of the generator. In other words, it has an active power controller that controls the frequency or active power of the system, which is similar to that of the active power controller and the reactive power controller is controlled independently, and finally converted to three-phase power to the system To inject.

도 1은 종래에 사이리스터를 이용한 직류 송전 시스템의 구성도,1 is a configuration diagram of a DC power transmission system using a thyristor conventionally;

도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자를 이용한 직류 송전 시스템의 구성도,2 is a configuration diagram of a DC power transmission system using a semiconductor device according to the present invention;

도 3은 본 발명의 소호능력을 갖는 직류 송전 시스템의 제어 블록도,3 is a control block diagram of a direct current power transmission system having an arc extinguishing ability of the present invention;

도 4는 본 발명의 소호능력을 갖는 직류 송전 시스템의 컨버터 제어 블록도,4 is a converter control block diagram of a direct current power transmission system having an arc extinguishing ability of the present invention;

도 5는 도 3의 유효 전력 제어기의 상세한 모듈을 나타낸 도면,5 shows a detailed module of the active power controller of FIG. 3;

도 6은 도 3의 무효 전력 제어기의 상세한 모듈을 나타낸 도면,6 illustrates a detailed module of the reactive power controller of FIG. 3;

도 7은 상변환기의 구성도.7 is a configuration diagram of a phase converter.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣♣ Explanation of symbols for the main parts of the drawing ♣

10: 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 컨버터10: Isolated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Converter

12: 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT) 인버터12: Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Inverter

14: 인버터용 변압기 16: 컨버터용 변압기14: inverter transformer 16: converter transformer

18: 반도체소자 20: 콘덴서18: semiconductor device 20: capacitor

22: 콘트롤러 30, 65: 자동 주파수 제어기22: controller 30, 65: automatic frequency controller

35, 60: 자동 유효전력 제어기 36, 69: 자동 무효전력 제어기35, 60: automatic active power controller 36, 69: automatic reactive power controller

37, 67: 교류-자동 전압 제어기 38: 직류-자동 전압 제어기37, 67: AC-automatic voltage controller 38: DC-automatic voltage controller

51, 57, 58: 3/2상 변환기 52, 53, 61, 63, 66, 68, 70: PI제어기51, 57, 58: 3 / 2-phase converter 52, 53, 61, 63, 66, 68, 70: PI controller

62: 컨버터 직류전압 제어기 72: 정지/회전 좌표계62: converter DC voltage controller 72: stop / rotation coordinate system

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여, 소호능력을 가진 복수의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor) 및 복수의 게이트 턴오프 사이리스터(Gate Turn Off Thyrister)와 같은 반도체 소자가 직병렬로 구성된 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 인버터 및 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 컨버터와, 강압을 위한 인버터용 변압기 및 증압을 위한 컨버터용 변압기와, 상기 반도체 소자로 표시된 이 소자는 자체적으로 온-오프(On-Off) 능력을 가지고 있으며, 이 반도체 소자는 자체적으로 다이오드를 가지고 있기 때문에 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 인버터를 스위칭하지 않더라도 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 컨버터의 입력전압을 정류한 전압을 인가시키는 콘덴서가 포함되어 이루어진 것이 특징이다.In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device such as a plurality of insulated gate bipolar transistors having an arc extinguishing power and a plurality of gate turn off thyristers. The gate bipolar transistor inverter and the insulated gate bipolar transistor converter, the inverter transformer for step-down and the transformer transformer for step-up, and this semiconductor device have on-off capability of their own, Since the semiconductor device has a diode in itself, the semiconductor device includes a capacitor for applying a voltage rectified from the input voltage of the isolated gate bipolar transistor converter even without switching the inverter.

또한, 본 발명은 유효전력에 관계되는 상위 제어기를 보면 계통의 주파수를 추종하게 하는 자동 주파수 제어기(Automatic Frequency Controller)와, 계통의 유효전력을 제어하는 자동 유효전력 제어기(Automatic Power Regulator)와, 직류 출력단의 전압을 제어하는 직류-자동 전압 제어기(Direct Current Automatic Voltage Regulator)와, 무효전력에 관계되는 상위 제어기를 보면 계통의 무효전력을 제어하는 자동 무효전력 제어기(Automatic Reactive Regulator)와, 계통의 전압을 제어하는 교류-자동 전압 제어기(Alternative Current Automatic Voltage Regulator)와, 직류-자동 전압 제어모드를 선택할 것인지 아니면 자동 주파수 제어모드/자동 유효전력 제어모드를 선택할 것인지를 논리 선택하는 모드 선택기가 구성된 것이 특징이다.In addition, the present invention is an automatic frequency controller (Automatic Frequency Controller) to follow the frequency of the system when looking at the upper controller related to the active power, an Automatic Power Regulator (Automatic Power Regulator) for controlling the active power of the system, DC Direct Current Automatic Voltage Regulator that controls the voltage at the output stage, Automatic Reactive Regulator that controls the reactive power of the system Alternating Current Automatic Voltage Regulator for controlling the voltage, and a mode selector for logic selection whether to select DC-Automatic Voltage Control Mode or Automatic Frequency Control Mode / Auto Active Power Control Mode. to be.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 따른 반도체 소자를 이용한 직류 송전 시스템의 구성도이다.2 is a block diagram of a DC power transmission system using a semiconductor device according to the present invention.

본 발명은 소호능력을 가진, 예를 들면, 복수의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor) 및 복수의 게이트 턴오프 사이리스터(Gate Turn Off Thyrister)와 같은 반도체 소자를 이용하였고, 이러한 반도체 소자를 직병렬로 이루어진 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 인버터(10)와, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 컨버터(12)가 구성되고, 그리고 강압을 위한 인버터용 변압기(14) 및 증압을 위한 컨버터용 변압기(16)를 가지고 있다.The present invention utilizes semiconductor devices such as a plurality of insulated gate bipolar transistors and a plurality of gate turn off thyristers having an arc extinguishing capability, such as The insulated gate bipolar transistor inverter 10 and the insulated gate bipolar transistor converter 12 which are formed in parallel are comprised, and it has the inverter transformer 14 for step-down, and the converter transformer 16 for step-up.

반도체 소자(18)로 표시된 이 소자는 자체적으로 온-오프(On-Off) 능력을 가지고 있으며, 이 반도체 소자(18)는 자체적으로 다이오드를 가지고 있기 때문에 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 스위칭하지 않더라도 직류 송전 시스템의 출력단에 부착되어 있는 콘덴서(20)의 양단에는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 컨버터(12)의 입력전압을 정류한 전압이 인가된다. 이때, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 스위칭하면 컨버터용 변압기(16)에 있는 인덕턴스를 3상 교번적으로 순간 단락시키면 인덕턴스에 걸리는 전압을 콘덴서(20)에 보내줌으로써 다이오드에 의해서 정류된 전압보다 높은 전압으로 직류전압을 승압할 수 있다. 상기 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 스위칭시키는 조건은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 컨버터(12)의 직류출력 전압이 유효전류에 비례하기 때문에 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 컨버터(12)의 앞단에 3상의 선전류를 벡터적으로 3상 분할하여 유효전류와 무효전류로 나누어 유효전류가 직류 출력전압의 함수가 되도록 제어하고, 무효전류는 역률 1을 유지하던가 아니면 계통의 교류전압을 추종하도록 제어한다.This device, represented by semiconductor device 18, has its own on-off capability, and since the semiconductor device 18 has its own diode, it does not switch an isolated gate bipolar transistor, even if it does not switch the DC power transmission system. A voltage obtained by rectifying the input voltage of the insulated gate bipolar transistor converter 12 is applied to both ends of the capacitor 20 attached to the output terminal of the insulated gate bipolar transistor converter 12. At this time, when the insulated gate bipolar transistor is switched, when the inductance in the converter transformer 16 is short-circuited alternately in three phases, a voltage applied to the inductance is sent to the condenser 20 to direct a voltage higher than the voltage rectified by the diode. The voltage can be boosted. Since the DC output voltage of the insulated gate bipolar transistor converter 12 is proportional to the effective current, the condition for switching the insulated gate bipolar transistor is a vector-phase three-phase line current in front of the insulated gate bipolar transistor converter 12. By dividing into active current and reactive current, the active current is controlled to be a function of DC output voltage, and the reactive current is controlled to maintain the power factor 1 or follow the AC voltage of the system.

도 3은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터를 이용한 소호능력을 갖는 직류 송전 시스템의 제어 블록도로, 유효전력에 관계되는 상위 제어기를 보면 계통의 주파수를 추종하게 하는 자동 주파수 제어기(Automatic Frequency Controller)(30)와, 계통의 유효전력을 제어하는 자동 유효전력 제어기(Automatic Power Regulator)(35), 그리고 직류 출력단의 전압을 제어하는 직류-자동 전압 제어기(Direct Current Automatic Voltage Regulator)(38)로 구성되어 있다. 한편, 무효전력에 관계되는 상위 제어기를 보면 계통의 무효전력을 제어하는 자동 무효전력 제어기(Automatic Reactive Regulator)(36), 그리고 계통의 전압을 제어하는 교류-자동 전압 제어기(Alternative Current Automatic Voltage Regulator)(37)가 있다. 유효전력에 관계하는 제어기는 D축 전류 지령치로 환산되고, 무효전력에 관계하는 제어기의 출력은 Q축 전류 지령치로 환산된다. 지령된 D축 지령치와 Q축 지령치를 2/3상 변환식을 이용해서 3상 지령값으로 변환하고, 3상 지령값을 펄스폭 변조 인버터/컨버터로 보낸다.3 is a control block diagram of a DC power transmission system having an arc extinguishing capability using an insulated gate bipolar transistor, wherein an automatic frequency controller 30 which tracks the frequency of a system in view of an upper controller related to active power; It consists of an automatic active power controller (35) for controlling the active power of the system, and a direct current automatic voltage regulator (38) for controlling the voltage of the DC output terminal. On the other hand, the upper controller related to the reactive power, the automatic reactive regulator 36 for controlling the reactive power of the grid, and the alternating current automatic voltage regulator for controlling the voltage of the grid There is 37. The controller related to the active power is converted to the D-axis current command value, and the output of the controller related to the reactive power is converted to the Q-axis current command value. The commanded D-axis command value and Q-axis command value are converted into three-phase command values using a 2/3 phase conversion formula, and the three-phase command values are sent to the pulse width modulation inverter / converter.

도 3에서는 전력을 보내는 컨버터나 전력을 받는 인버터에서 동시에 적용되는 사항이나 컨버터가 직류-자동 전압 제어모드를 선택하면 인버터는 자동 주파수 제어모드나 자동 유효전력 제어모드를 선택한다. 그리고 교류-자동 전압 제어모드를 선택할 것인지 아니면 자동 무효전력 제어모드를 선택할 것인지 하는 문제는 큰 문제없이 임의로 선택하면 된다.In FIG. 3, when the converter or the inverter receiving the power is applied at the same time or the converter selects the DC-automatic voltage control mode, the inverter selects the automatic frequency control mode or the automatic active power control mode. The problem of selecting an AC-automatic voltage control mode or an automatic reactive power control mode can be arbitrarily selected without any major problem.

또한, 도 3의 논리 선택인 모드 선택기(39)는 직류-자동 전압 제어모드를 선택할 것인지 아니면 자동 주파수 제어모드/자동 유효전력 제어모드를 선택할 것인지를 선택하는 선택기로써 컨버터가 직류-자동 전압 제어모드이고, 인버터가 자동 주파수 제어모드/자동 유효전력 제어모드인 경우에 고장이나 기타 다른 외적인 요인에 따라 제어모드를 바꾸고 싶을 때에 컨버터는 자동 주파수 제어모드/자동 유효전력 제어모드, 그리고 인버터는 직류-자동 전압 제어모드로 모드변경을 할 수 있다. 모드 선택기(39)의 내부 로직은 직류-자동 전압 제어모드의 출력값과 자동 주파수 제어모드/자동 유효전력 제어모드의 출력값 중에서 최소값/최대값을 선택하게 된다. 최대값과 최소값은 환경과 설계기준에 의존한다.In addition, the mode selector 39, which is a logic selection of FIG. 3, is a selector for selecting whether to select a DC-automatic voltage control mode or an automatic frequency control mode / auto active power control mode. If the inverter is in the automatic frequency control mode / auto active power control mode and you want to change the control mode according to the fault or other external factors, the converter is in the auto frequency control mode / auto active power control mode, and the inverter is DC-automatic. The mode can be changed in the voltage control mode. The internal logic of the mode selector 39 selects the minimum value / maximum value between the output value of the DC-automatic voltage control mode and the output value of the automatic frequency control mode / auto active power control mode. Maximum and minimum values depend on the environment and design criteria.

도 4는 소호능력을 갖는 직류 송전 시스템의 컨버터 제어 블록도로, 도 3의 2축/3상 변환기(41)로부터 유효전류 Iqref와 무효전류 Idref의 지령치가 인가되면, 실제 계통의 선전류(Ia, Ib, Ic)(50)로부터 3/2상 변환기(51)를 거친 실제의 유효전류 Iq와 무효전류 Id를 피드백하여 지령값과 오차값을 PI제어기(52)를 거쳐 실제의 상전압(Va, Vb, Vc)(54)을 3/2상 변환한 값과 더해지고, 이 값을 3/2상 변환기(58)를 거쳐 펄스폭 변조기(59)의 지령값(A, B, C)을 만든다.FIG. 4 is a converter control block diagram of a DC power transmission system having an arc extinguishing ability. When a command value of the active current Iqref and the reactive current Idref is applied from the two-axis / 3-phase converter 41 of FIG. 3, the line currents Ia, Ib, Ic) 50 feeds back the actual active current Iq and the reactive current Id, which have passed through the 3 / 2-phase converter 51, so that the command value and the error value are passed through the PI controller 52, and the actual phase voltage Va, Vb, Vc) 54 is added to the 3/2 phase conversion value, and this value is made through the 3/2 phase converter 58 to generate the command values A, B, C of the pulse width modulator 59. .

도 5는 도 3의 유효 전력 제어기의 상세한 모듈을 나타낸 것으로, 유효전력 제어기의 입력은 유효전력 지령치로 표현되는 Pref 지령치와 주파수 지령치로 표현되는 f-ref 지령치 2개가 있다. 보통 3상 계통 시스템에서는 주파수나 위상은 유효전력과 관계가 있기 때문에 주파수의 변동은 유효전력의 변동으로 생각할 수 있다.FIG. 5 shows a detailed module of the active power controller of FIG. 3. The inputs of the active power controller include two Pref reference values expressed as active power command values and two f-ref command values expressed as frequency command values. In a three-phase system, frequency or phase is related to active power, so the variation of frequency can be thought of as the variation of active power.

따라서, 유효전력 제어기에는 PI제어기(61)를 가지고 있는 유효전력 제어기(60)와, PI제어기(66)를 가지고 있는 주파수 제어기(65)가 있으며, PI제어기를 가지고 있는 컨버터의 직류전압은 유효전력으로 볼 수 있기 때문에 PI제어기(63)를 가진 컨버터 직류전압 제어기(62), 그리고 컨버터 직류전압 제어기의 출력과 유효전력 제어기와 주파수 제어기에서 나오는 출력되는 값을 계통조건에 따라 선택하는 최소 선택기(64)가 있다.Therefore, the active power controller includes an active power controller 60 having a PI controller 61 and a frequency controller 65 having a PI controller 66. The DC voltage of the converter having the PI controller is the active power. Since the converter DC voltage controller 62 having the PI controller 63 and the output of the converter DC voltage controller and the output values from the active power controller and the frequency controller, the minimum selector 64 can be selected according to the system conditions. There is).

도 6은 도 3의 무효 전력 제어기의 상세한 모듈을 나타낸 것으로, 무효전력 제어기의 입력은 무효전력 지령치로 표현되는 Qref 지령치와, 계통의 주파수 지령치로 표현되는 Vac ref 지령치 2개가 있다. 보통 3상 계통 시스템에서는 계통의 3상 교류전압은 무효전력과 관계가 있기 때문에 계통의 3상 교류전압의 변동은 무효전력의 변동으로 생각할 수 있다. 따라서, 무효전력 제어기는 PI제어기(70)를 가지고 있는 무효전력 제어기(69)와 3상 교류 계통 전압을 제어하는 PI제어기(68)를 갖는 교류전압 제어기(67)가 있다.FIG. 6 shows a detailed module of the reactive power controller of FIG. 3. Inputs of the reactive power controller include a Qref reference value expressed as a reactive power command value and two Vac ref command values expressed as a system frequency command value. Usually, in a three-phase system, the three-phase AC voltage of the system is related to the reactive power, so the variation of the three-phase AC voltage of the system can be thought of as a change in the reactive power. Accordingly, the reactive power controller includes an reactive power controller 69 having a PI controller 70 and an AC voltage controller 67 having a PI controller 68 for controlling a three-phase AC grid voltage.

도 7은 상변환기의 구성도로, 3상을 2상으로 바꾸는 로직을 나타낸 것으로, 3상을 90도 위상차가 있는 정지형 2상으로 변환하고, 다시 각속도에 따른 회전형 2상으로 변환한다. 즉 입력된 3상은 3/2상 변환기(72)를 거쳐 정지/회전 좌표계(74)를 통해 2상으로 변환되어 출력된다.7 is a configuration diagram of a phase converter, and shows logic for changing three phases to two phases. The three phases are converted into a stationary two phases having a 90 degree phase difference, and then converted into a rotating two phases according to the angular velocity. That is, the input three phases are converted into two phases through the stop / rotation coordinate system 74 through the 3 / 2-phase converter 72 and output.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 무효전력 보상장치가 필요없이 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터나 게이트 턴오프 사이리스터와 같이 자기 소호능력이 있는 반도체 소자를 이용하여 직류 송전 시스템의 컨버터와 인버터를 구성하였고, PWM 제어방식을 채택하여 단위 역률제어가 가능하며, 무효전력과 유효전력을 미의로 제어할 수 있기 때문에 계통상황에 따라 무효전력 보상장치로써 이용할 수도 있고, 사이리스터와 같이 전류(轉流) 실패현상이 없으며, 고조파 문제를 해결한 효과가 있다.As described above, the present invention configures a converter and an inverter of a DC power transmission system using a semiconductor element having self-extinguishing capability such as an insulated gate bipolar transistor or a gate turn-off thyristor without requiring a reactive power compensation device, and PWM control. It is possible to control unit power factor by adopting the method, and it can be used as reactive power compensation device according to the system situation because reactive power and active power can be controlled in aesthetic manner, and there is no current failure like thyristors. This has the effect of solving the harmonic problem.

Claims (3)

소호능력을 가진 복수의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor) 및 복수의 게이트 턴오프 사이리스터(Gate Turn Off Thyrister)와 같은 반도체 소자(18)가 직병렬로 구성된 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 인버터(10) 및 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 컨버터(12)와,An insulated gate bipolar transistor inverter 10 in which a semiconductor device 18 such as a plurality of insulated gate bipolar transistors having an arc extinguishing power and a plurality of gate turn off thyristers is formed in parallel and in parallel; An insulated gate bipolar transistor converter 12, 강압을 위한 인버터용 변압기(14) 및 증압을 위한 컨버터용 변압기(16)와,An inverter transformer 14 for step-down and a converter transformer 16 for step-up, 상기 반도체 소자(18)로 표시된 이 소자는 자체적으로 온-오프(On-Off) 능력을 가지고 있으며, 이 반도체 소자(18)는 자체적으로 다이오드를 가지고 있기 때문에 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 인버터(10)를 스위칭하지 않더라도 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 컨버터(12)의 입력전압을 정류한 전압을 인가시키는 콘덴서(20)가 포함되어 이루어진 공지의 직류송전시스템에 있어서,This device, represented by the semiconductor device 18, has its own on-off capability, and since the semiconductor device 18 has its own diode, it switches the insulated gate bipolar transistor inverter 10. In the well-known DC power transmission system comprising a capacitor 20 for applying a voltage rectified to the input voltage of the insulated gate bipolar transistor converter 12, 상기 직류송전시스템의 계통의 주파수나 유효전력을 제어하는 유효전력에 관계되는 상위 제어기를 보면 계통의 주파수를 추종하게 하는 자동 주파수 제어기(30)와,Automatic frequency controller 30 to follow the frequency of the system when looking at the upper controller related to the active power for controlling the frequency or active power of the system of the DC power transmission system; 계통의 유효전력을 제어하는 것으로서 PI제어기(61)를 가지고 있는 유효전력 제어기(60)와, PI제어기(66)를 가지고 있는 주파수 제어기(65)와, PI제어기(63)를 가진 컨버터 직류전압 제어기(62)와, 컨버터 직류전압 제어기의 출력과 유효전력 제어기와 주파수 제어기에서 나오는 출력되는 값을 계통조건에 따라 선택하는 최소 선택기(64)가 포함되어 이루어진 자동 유효전력 제어기(35)와,An active power controller 60 having a PI controller 61, a frequency controller 65 having a PI controller 66, and a converter DC voltage controller having a PI controller 63 as controlling the active power of the system. An automatic active power controller 35 comprising a 62, a minimum selector 64 for selecting the output of the converter DC voltage controller and the value output from the active power controller and the frequency controller according to the system conditions; 직류 출력단의 전압을 제어하는 직류-자동 전압 제어기(38)와,A DC-automatic voltage controller 38 for controlling the voltage at the DC output stage; 무효전력에 관계되는 상위 제어기를 보면 계통의 무효전력을 제어하는 자동 무효전력 제어기(36)와,Looking at the upper controller related to the reactive power, the automatic reactive power controller 36 for controlling the reactive power of the system, 계통의 전압을 제어하는 교류-자동 전압 제어기(37)와,AC-automatic voltage controller 37 for controlling the voltage of the system, 직류-자동 전압 제어모드를 선택할 것인지 아니면 자동 주파수 제어모드/자동 유효전력 제어모드를 선택할 것인지를 논리 선택하는 모드 선택기(39)가 포함된 것을 특징으로 하는 직류 송전 시스템.And a mode selector (39) for logically selecting whether to select a DC-automatic voltage control mode or an automatic frequency control mode / automatic active power control mode. 삭제delete 삭제delete
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