KR100514198B1 - 전력흐름의 안정된 반전을 포함하여 전송선로에서의 전력흐름을 제어하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

교류를 전송하는 전송선로(1)에서의 전력흐름은 전송선로전압의 리액티브 성분과 동상이거나 180°위상 어긋난 보상전압을 직렬로 전송선로에 삽입함으로써 제어된다. 보상전압은 전송선로상의 두개의 이격된 점에서 전압을 측정하여 상기 전송선로전압의 각을 결정하는 제어기(21)에 의해 동작되는 전압원 변환기(15)에 의해 생성된다. 이러한 전압 제어모드에서의 인버터(15)의 동작은 보상전압이 전송선로 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압과 180°위상 어긋날 때, 전력흐름을 증가하게 한다. 보상전압이 전송선로 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압과 동상일 때, 전력흐름은 보상되지 않는 값에서부터 먼저 감소하고, 보상전압이 보상없이 전송선로 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압과 동일할 때 0으로 줄어든다. 동일방향에서의 보상전압의 추가 증가는 전력흐름의 방향을 역으로 흐르게 한다.

Description

전력흐름의 안정된 반전을 포함하여 전송선로에서의 전력흐름을 제어하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING FLOW OF POWER IN A TRANSMISSION LINE INCLUDING STABLE REVERSAL OF POWER FLOW}

본 발명은 전송선에서의 전력흐름 제어에 관한 것으로, 특히, 전송선로 리액티브전압과 동상(同相)(in phase)이거나 180°위상 어긋난(out of phase) 전송선로에, 보상 전압을 삽입하기 위해 전압 제어 모드에서 동작되는 정지형 변환장치를 사용하여 안정된 역전류흐름을 이루도록 전력흐름을 제어하는 것에 관한 것이다.

교류전송선로를 통하여 흐르는 전력은 선로 임피던스, 수신 및 송신한 단부 전압의 크기, 및 이들 전압사이의 위상각의 함수이다. 전송선로의 임피던스는 유도성이다. 전력흐름은 전송선로와 직렬로 추가 유도성 리액턴스를 삽입함으로써 감소되며, 이로써, 양 단부사이의 전송라인의 실효리액턴스를 증가시킨다. 반면, 전력흐름은 전송선로와 직렬로 추가 용량성 리액턴스를 삽입함으로써 증가되며, 이로써, 양 단부사이의 전송선로의 실효리액턴스를 감소시킨다. 만약 보상 용량성 리액턴스가 전송선로 유도성 리액턴스보다 크다면, 두 단부사이의 전송선로의 실효리액턴스는 용량성이 되고, 전송선로의 전력흐름은 원래 흐름 방향의 역으로 흐를 것이다.

전통적으로, 전송선로의 전력흐름을 제어하기 위해, 고정식 또는 사이리스터 제어식 직렬 커패시턴스 및 인덕터를 사용함으로써 실효 선로 리액턴스가 제어된다. 최근, 고체상태 스위칭 변환기를 사용하는 새로운 전력흐름 컨트롤러가 제안되어 왔다. 이러한 전력흐름 컨트롤러는 "전송선로 동적 임피던스 보상 시스템" 제목의 미국특허 제5,198,746호에 설명되어 있다. 임피던스 보상 컨트롤러의 사용으로 인하여, 고체상태 전압원 인버터인 정지 동기화 직렬 보상기(SSSC)가 전송선로와 직렬로 다양한 양의 대략적인 사인곡선 전압을 삽입한다. 이러한 삽입된 전압은 선전류와의 대략적인 직각위상이 된다. 선전류와 동상이 되는 작은 부분의 삽입된 전류는 인버터내에 손실을 준다. 선전류와 직각위상이 되는 대부분의 삽입 전류는 전송선로와 직렬로 용량성 및 유도성 리액턴스를 에뮬레이트한다. 삽입된 전압원에 의해 삽입된 이러한 에뮬레이트된 다양한 리앤액턴스는 전송선로에서의 전력흐름에 영향을 준다.

임피던스 보상 컨트롤러는 에너지 저장 시스템과 함께 동작된다면, 전송선로 저항에 대해 보상할 수 있다. 에너지 저장 시스템이 없고, SSSC가 사용될 때, 임피던스 보상 컨트롤러는 본질적으로 리액턴스 보상 컨트롤러가 된다. 리액턴스 보상 제어 방법은 인버터를 동작시키는데 사용되어, 전송선로와 직렬로 주입된 교류전압이 일정하게 비례하는 에뮬레이트된 리액턴스와 선전류와 비례하게 된다. 따라서, 리액턴스 보상 제어를 사용하여 동작하는 SSSC에 대해, 선전류가 요구된다. 이것은 전류가 매우 작기 때문에, 컨트롤러가 전송선로와 직렬로 높은 유도성 리액턴스를 에뮬레이트하는 것을 막는다. SSSC가, 전송선로와 직렬로 용량성 리액턴스를 에뮬레이팅함으로써 선전류를 지연시키는 교류전압을 삽입할 때, 선전류 뿐만아니라 전력흐름은 보상 레벨이 증가함에 따라서 증가하게 된다. 바람직하지 않은 특성의 리액턴스 보상 제어 방법은 전송선로에서 전력흐름이 반전되는 동안에 나타난다. 전송선로의 전력흐름을 역으로 흐르게 하기 위해, 컨트롤러는 용량성 리액턴스 제어 모드에서 동작해야 한다. 전력흐름이 역으로 흐르는 순간에, 전송선로의 유도성 리액턴스, 및 SSSC에 의해서 에뮬레이트된 용량성 리액턴스가 동일하게 되어, 전송선로의 전력흐름에서 불안정성을 생기게 한다. 또한, 용량성 리액턴스 보상은 SSSC의 등급에 의해 허용가능한 점까지 단지 증가될 수 있다. 이것을 초과할 경우, SSSC는 등급화된 동작조건에 도착되자마자 바이패스모드에서 동작할 것이다. 따라서, 상기 전력흐름 컨트롤러는 수동이든 능동이든 전송선로에서의 전력흐름을 반전시키는데 사용될 수 없다.

따라서, 전력흐름의 방향을 안정되게 반전시킬 수 있는, ac전송선로의 전력흐름을 제어하는 개선된 방법 및 장치가 필요하다.

본 발명의 완전한 이해는 첨부된 도면과 결합되어 읽혀질 때, 다음의 바람직한 실시예에로부터 얻어질 수 있다.

도 1은 기본적인 전력전송시스템의 단일선 다이어그램,

도 2는 전압제어모드에서 동작하는 SSSC에 의해 제공된 직렬보상을 구비한 기본적인 전송선로 시스템을 설명하는, 도 1과 유사한 단일선 시스템,

도 3a은 제로 보상을 가지고 도 2의 시스템의 동작을 설명하는 페이서도,

도 3b는 삽입된 전압이 전송선로 전압의 리액티브 성분과 동상일 때, 100% 유도성 보상으로 도 2의 시스템의 동작을 설명하는 페이서도,

도 3c는 전압이 전송선로 전압의 리액티브 성분과 동상인 삽입될 때, 무한 보상으로 도 2의 시스템 동작을 설명하는 페이서도,

도 3d는 삽입된 전압이 전송선로 전압의 리액티브성분과 동상일 때, 300% 용량성 보상으로 도2의 시스템 동작을 설명하는 페이서도,

도 3e는 삽입된 전압이 전송선로 전압의 리액티브성분과 180°위상 어긋날 때, 33% 용량성 보상으로 도2의 시스템 동작을 설명하는 페이서도,

도 4는 실효 및 보상 리액턴스, 및 전력흐름상의 본 발명에 따라서 보상전압의 삽입의 효과를 설명하는 다이어그램,

도 5는 전송선로의 저항을 고려하고, 직렬 전압제어 보상이 제공된 기초적인 전송선로 시스템의 단일선 다이어그램,

도 6은 전송선로의 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압과 동상이거나 180°위상 어긋난 다양한 레벨의 보상을 위하여, 도 5의 시스템의 전압제어동작을 설명하는 페이서도,

도 7은 본 발명에 따른 전압 제어 모드에서 동작되는 SSSC를 구현하는 대략 블록형식의 전송선로 시스템의 구조다이어그램,

도 8은 도 7의 시스템에 의해 구현된 동작의 전압제어 구조의 다이어그램.

(발명의 개요)

이러한 요구는 전송선로의 전력흐름을 제어하는 정지 동기화 직렬보상기 (SSSC)의 전압제어를 구현하는 발명에 의해 충족된다. 전압 제어 모드에서, 컨트롤러는 전송선로와 직렬로, 보상전압을 삽입하도록 SSSC를 동작시킨다. 이러한 보상 전압은 전송선로의 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압과 동상이거나 180°위상 어긋나 있다. 보상 전압이 실효 리액턴스(전송선로 전압의 리액티브성분)에 걸쳐진 전압과 180°위상 어긋날 때, 보상전압은 보상없이 흐르는 방향으로 전력흐름을 증가시키는 용량성 리액턴스 보상을 제공한다. 보상전압이 전송선로 전압의 리액티브성분과 동상인 전송선로에 삽입될 때, 초기에, 보상전압은 전력흐름을 감소시키는 유도성 리액턴스 보상을 제공한다. 보상 전압이 실효 전송선로 리액턴스에 걸쳐진 전압과 동일하게 될 때, 전류 및 전력흐름은 0이 된다. 전송선로 전압의 리액티브와 동상인 주입된 보상전압의 추가 증가는 전력흐름의 반전을 생기게 한다. 따라서, 본 발명에 따라서, 안정된 역 전력흐름이 달성된다. 고체상태 인버터는 전송선로상의 두개의 이격된 점에서의 전압을 측정하고, 이들 두개의 전압차로서 전송선로의 전압을 계산하는 컨트롤러에 의해 전압 제어 모드에서 동작된다. 전송선로가 인덕턴스 및 저항을 가지기 때문에, 컨트롤러는 전송선로의 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압 또는 전송선로상의 두개의 점사이의 전압의 리액티브 성분을 찾기 위해 계산된 전송선로의 전압과 함께, 또한 전송선로 전류의 측정값, 및 두 점 사이의 전송선로 저항을 측정값을 사용한다.

본 발명은 안정된 역 전류흐름을 포함하여, ac 전송선로에서의 전력흐름을 제어하는 전압제어모드에 있는 SSSC와 같은 인버터를 동작하는 장치 및 방법을 포함한다.

도 1은 두개의 전압원(5,7)을 접속하는 인덕턴스(3)에 의해 대표되는 유도성 리액턴스(X_L)를 구비한 단순 전송선로(1)의 단일선 다이어그램을 도시한다. 제 1 전압원(5)으로부터 제 2 전압원(7)으로의 전력흐름(P)은 다음 식에 의해 표현된다.

여기서 V₁,V₂ 는 크기이며, δ₁, δ₂는 제 1 및 제 2 전압원(5,7)의 각 위상각이다. 간단히, 전압크기 및 위상각은 V=V₁=V₂, δ=δ₁-δ₂ 이 되도록 선택된다.

전송선로에서의 전력흐름제어의 종래 리액턴스 제어 방법은 리액턴스의 실효값을 제어하도록 전력선로에서의 리액턴스 보상을 에뮬레이트할 것을 요구한다. 유도성 리액턴스 보상을 에뮬레이트함으로써, 전력흐름이 감소된다. 용량성 리액턴스 보상을 에뮬레이트함으로써, 전력흐름이 증가된다. 용량성 리액턴스 보상이 선송선로의 유도성 리액턴스를 초과한다면, 전력이 역으로 흐를 수 있다. 그러나, 방향변화와 동시에, 전력흐름은 동시에 두개의 극단을 통과하여, 하나는 전송선로 실효 리액턴스가 거의 제로의 유도성일 때 매우 높은 양의 값을 가지며, 두번째것은 실효 리액턴스가 거의 제로의 용량성일 때 매우 높은 음의 값을 가진다. 리액턴스 제어에 의한 전송선로에서의 전력흐름을 반전시키기 위한 시도의 결과는 전송선로의 열적 제한을 초과하는 전류를 생성하는 공명이다.

본 발명에 따라서, 전력흐름은 전압제어 모드에서 SSSC를 동작시킴으로써 제어된다. 이러한 제어를 설명하는 하나의 라인 다이어그램이 도 2에 도시되어 있다. 보상 리액턴스를 전송선로 유도성 리액턴스(X_L)와 직렬로 에뮬레이트하는 대신에, 보상 전압원(9)에 의해 표시된 바와 같이, 보상 전압(V_q)은 전송선로(1)와 직렬로 삽입된다. 보상 전압은 보상없이 전송선로 유도성 리액턴스(X_L)에 걸쳐진 전압(V_x)과 동상이거나 180°위상 어긋나게 삽입될 수 있다. 전송선로 유도성 리액턴스(X_L)에 걸쳐진 전압(V_x)과 보상전압(V_q)의 벡터 합은 X_L-X_q(보상전압에 의해 에뮬레이트된 리액턴스)가 되는 실효 전송선로 리액턴스(X_eff)에 걸쳐진 전압(V_Xeff)이 된다. 전압 (V_Xeff)은 전압원(V₁,V₂)사이의 차에 의해 설정되고, 따라서, 일정한 상태가 된다. 따라서, 보상전압(V_q)을 조정함으로써, 전압(V_x)가 제어된다.

도 3a는 보상없이 도 2의 전송선로에서의 전류 및 전압을 설명하는 페이서도이다. 도 3b는 삽입된 전압이 전송선로 리액턴스에 걸쳐진 전압과 동상일 때, 100% 유도성 보상의 에뮬레이션을 설명한다. 100% 유도성 보상에 의해서, 삽입된 전압은 에뮬레이트된 유도성 리액턴스의 값이 보상없는 전송선로 유도성 리액턴스가 되도록 된다. 도시된 바와 같이, 이것은 전송선로에서의 전류를 감소시킨다. 무한 보상의 경우, 도 3c에 도시된 바와 같이, 삽입전압(V_q)은 보상없는 유도성 리액턴스에 걸쳐진 전압(V_x)과 동일하다. 보상전압이 추가로 증가된다면, 도 3d에 도시된 바와 같이, 보상없는 전압(V_x)의 값을 초과하고, 전압(V_x) 및 전류가 역이 된다. 따라서, 보상없는 전송선로 리액턴스에 걸쳐진 전압과 동상인 보상전압이 증가될 때, 전류는 제로로 감소하고, 보상없이 매끄럽게 방향을 역으로 한다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 전압(V_x)과 180°위상 어긋난 보상전압(V_q)의 삽입은 V_x를 증가시키며, 따라서 전류를 증가시킨다. 따라서 전압제어는 전력흐름을 증가시키고, 전력흐름을 감소시키거나, 심지어 전력흐름을 반전시키는데 사용될 수 있다. 전송선로(1)에서의 전력흐름의 표현은 전압보상의 항으로 쓸 수 있다.

따라서, V_Xeff= 2Vsin(δ/2)이기 때문에, 상기 수학식은

으로 다시 쓸 수 있다.

수학식 (1) 및 (3)으로부터 전송선로에서의 대각화된 전력흐름이

로 쓰여진다.

이러한 전력 표현은 V_q/V_Xeff=-1에서 제로값을 가져, 전력흐름(P_q)이 도 3c에 도시된 바와 같이 역으로 흐르는 순간에 절대적으로 안정화된다.

전송선로에서의 대각화된 전력흐름(P_q/P), 대각화된 실효 리액턴스(X_eff/X_L)전송선로의 대각화된 보상 리액턴스(X_q/X_L)상에서의 (전송선로 실효 리액턴스(X_eff)에 걸쳐진 전압(V_Xeff)과 동상이거나 180°위상 어긋난) 보상전압(V_q)의 효과는 도 4에 도시되어 있다. 보상전압이 전송선로 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압과 동상으로 삽입될 때, 실효 선인덕턴스는 보상전압(-V_q/V_Xeff)이 0>V_q/V_Xeff>-1동안 증가함에 따라서 단조증가하게 된다. 완벽하게 보상될 때, 즉 V_q/V_Xeff=-1 일때, 실효 선로 리액턴스는 무한대로 도달한다. 최종적으로, 실효선로 리액턴스는 보상전압(-V_q/V_Xeff)이 0<V_q/V_Xeff<-1 동안 증가함에 따라서 역방향으로 단조감소하게 된다. 보상전압이 전송선로 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압과 180°위상 어긋나게 삽입될 때, 실효 선로 리액턴스는 보상전압(V_q/V_Xeff)이 V_q/V_Xeff>0 동안 증가함에 따라서 단조감소하게 된다

여기서 만들어진 포인트는,

(1) SSSC는 전압 제어 모드에서 동작할 때 전송선로에서의 전력흐름을 제어하는 능력을 갖는다.

(2) 보상전압이 전송선로 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압과 동상으로 삽입될 때, 전력흐름이 역으로 바뀔 수 있다.

그러나, 방향변화와 동시에, 전력흐름(P_q)이 제로를 통과하고, 전송선로의 전력흐름(P_q)에서 절대적인 안정화를 갖는다. 천이주기동안, 전력흐름(P_q)이 역으로되고, 실효 리액턴스(X_eff)는 동시에 양단을 통과하여, 하나는 전송선로의 전력흐름(P_q)이 거의 양의 값의 제로 근처가 될 때 매우 높은 유도성이 되고, 다른 하나는 전력흐름(P_q)이 거의 음의 값의 제로 근처가 될 때 매우 높은 용량성이 된다. 사실상, 0>V_q/V_Xeff>-1인 영역에서, SSSC는 유도성 리액턴스 제어 모드에서 동작하는 리액턴스 보상기와 같은 역활을 한다. 나머지 영역에서는, SSSC는 용량성 리액턴스 제어 모드로 동작하는 리액턴스 보상기와 같은 역활을 한다.

도 5는 전압제어 모드에서 동작하는 SSSC를 구비한 전력전송 시스템의 단일선 다이그램이며, 전송선로 저항(11)을 고려한 것이다. 관련된 페이서도가 도 6에 도시되어 있다. 제 1 전압원(5)에서 제 2 전압원(7)으로의 전력을 전달하고, V_q=0으로 임의의 보상전압이 없으며, 3.7의 X_L/R비를 갖는 전송선로의 실시예를 고려하라. 전력흐름(P_q)을 증가시키기 위해서, SSSC는 전송선로 실효 리액턴스(X_eff)에 걸쳐진 전압(V_Xeff)과 180°위상 어긋나게 삽입된, 보상전압(V_q)을 갖는 동작제어 모드에서 동작되어야 한다. 50% 용량성 리액턴스 보상과 함께 결과적인 선 전류(50%)는 삽입된 전압과 직각위상을 생기게 한다. 50% 용량성 리액턴스 보상(X_q/X_L)과 동일한 선전류(50%)의 보상없는 선전류(0%)의 궤도가 도 6의 A에 도시되어 있다. 전압보상(V_q/V_Xeff)에서의 증가와 추가로, 동일한 방향으로, 전송선로의 전력흐름(P_q)만을 증가시킨다. 전력흐름(P_q)을 감소시키기 위해, 전압제어모드에서 동작하는 SSSC는 전송선로 실효 리액턴스(X_eff)에 걸쳐진 전압(V_Xeff)과 동상인 보상전압(V_q)을 삽입한다. 100% 유도성 리액턴스 보상과 함께 결과적인 선 전류(100%)는 삽입된 전압과 직각위상으로 래그한다. 100% 유도성 리액턴스 보상(X_q/X_L)과 동일한 선전류(50%)의 보상없는 I_0%로부터의 선전류의 궤도가 도 6의 B에 도시되어 있다. 삽입된 전압(V_q)이 전송선로 실효 리액턴스(X_eff)에 걸쳐진 전압(V_Xeff)과 동일할 때, 선전류(I)와 전력흐름이 C로 도시되어 있다. 이러한 점에서, 삽입된 전압원은 전송선로와 직렬로 무한의 유도성 리액턴스를 시뮬레이트한다. 동일한 방향으로 삽입된 보상전압의 추가 증가는 선전류 및 전력흐름이 역방향으로 증가하게 한다. 이러한 점에서, 전압원에 삽입된 보상은 매우 큰 유도성 리액턴스를 매우 큰 용량성 리액턴스로 바꾸는 역활을 한다. 역전류흐름동안의 역선전류의 궤도는 도 6의 D에 또한 도시되어 있다. 따라서, 전압 제어로 동작되는 SSSC는 설명된 바와 같이, 전력흐름(P_q)의 방향과 무관하게, 솔리드선의 궤도(A-D)에 의해 도시된 바와 같이 안전제한값내에서 선전류를 항상 유지시킨다.

도 7은 전송선로(1)에서의 전력흐름을 제어하는 SSSC의 전압제어를 구현하는 배치를 도시한다. 보상 전압원(9)은 역-병렬 접속 다이오드(19)에 의해 분로화된 게이트-턴-오프(GTO) 시리지스터(17)와 같은 자기 정류형 반도체 스위치를 사용한 SSSC(15)를 포함한다. 단순한 6 펄스 변환기 회로가 도 7에 도시된 반면, 미국특허 제5,343,139호에 도시된 48 펄스 변환기와 같은 실질적으로 더 높은 펄스 변환기가 사용될 수 있다. GTO의 점호각은 컨트롤러(21)에 의해 제어되어, 트랜스포머(25)를 통하여 전송선로(1)에 직렬로 삽입된 3상 보상전압을, dc전압원(23)을 가로지른 DC 전압(V_DC)으로부터 생성한다. 상기와 같이, 컨트롤러(21)는 삽입된 전압의 필요한 크기를 설정하도록 GTO(17)의 점호각을 조정한다. 제어기(21)는 보상전압(V_q)과, 전송선로 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압(V_Xeff)사이의 위상각을 결정하는 인버터각(Θ_INV)을 생성하는 인버터 각 발생기(27)를 포함한다. Θ_INV을 생성하기 위해, 인버터각 발생기(27)는 전류 트랜스포머(29)에 의해 검출되는 바와 같은 전송선로에서의 전류를 사용한다. 인버터각 발생기(27)는 또한, 전송선로(1)를 가로질러, 또는 전송선로의 일부분을 가로지른 실효전압의 입력으로서 사용한다. 따라서, 전압측정은 전위 트랜스포머(PT;31,33)에 의해 전송선로상의 두개의 이격된 점에서 수행된다. 인버터각 발생기(27)로의 추가 입력은 입력 디바이스(35)를 통하여 제공되는 바와 같이 PT(31,33)사이의 전송선로의 저항(R) 및 입력부(37)에 의해 제공되는 바와 같이 요구되는 전압 보상(V_q)이다.

컨트롤러(21)는 또한 바람직한 보상전압(V_q)의 크기의 입력에 응하여 최종 개별 점호 신호(Θ_INV(final))를 만드는 인버터각(Θ_INV)을 조정하는 점호각 발생기(39)를 포함한다. 점호각 발생기(39)는 또한 dc전압원(23)을 가로지른 전압(V_DC)을 피드백으로서 수신하여, 삽입된 3 상 전압(V_q)의 진폭을 설정하도록 GTO(17)의 점호를 조정한다.

도 8은 기준각(Θ_INV)을 생성하기 위해 인버터 각 발생기(27)에 의해 사용된 전압 보상 제어 구조(41)를 설명한다. 이러한 각은 PT(31)에 의해 제공된 송신된 말단 전압의 위상에 록된 위상이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 정지 프레임 트랜스포머(SFT)는 기준각(Θ_PLL)을 생성하도록 위상 동기 루프(45)에 적용된 직각위상 소자를 생성하는 송신 말단위상 a 및 c 전압(V_1a,V_1c)에 적용된다. 말단 전압을 송수신하는 위상(a) 및 위상(c) 성분은 47 및 49에서 각각 감산되어, a 및 c 전송선로 전압(V_1a,V_1c)을 생성한다. 정지 프레임 변환 선(51)은 전송전압의 직각위상성분을 생성하는데 사용된다. 이러한 직각위상 성분은 기준각(Θ_PLL)과 함께 53에서 사용되어, 전송전압(V_t), 및 전송선로 전압의 위상각(Θ_Vt)을 생성한다. 전송선로 전압의 위상각(Θ_Vt)은 55에서 기준위상각(Θ_PLL)에 추가된다. 결과적인 각은 전송선로 전압의 절대각이다.

상기와 같이, 전송선로전압은 선전류와 선저항 및 유도성 리액턴스의 함수이다. 전송선로전압의 리액티브 성분과 동상이거나 180°위상 어긋난 보상전압을 생성하기 위해, 저항으로 인한 실성분의 크기는 실성분의 각이 계산되도록 측정되어야 한다. 저항성분으로 인한 전압(V_R)은 전류(I)와, 전송선로의 저항(R)을 곱함으로써 57에서 측정된다. 전류(I)는 측정된 위상(a,c)으로부터, 59에서 SFT를 사용함으로써 전류(i_a,i_c)가 측정되어, 직각위상성분의 전류를 만들고, 그후 전류는 전류의 크기(I)를 계산하는데 사용된다. 전송선로 전압(V_t)의 크기 및 실성분의 전압(V_R)의 크기는 전송선로전압(V_t) 및 V_Xeff 사이의 위상(φ), 및 전송선로 전압의 실효 리액턴스 성분(V_Xeff)을 63에서 결정하는데 사용된다.

상기와 같이, 보상전압은 전송선로전압의 리액티브 성분과 동상이거나 180°위상 어긋나게 삽입된다. 보상전압이 전송선로전압의 리액티브 성분과 180°위상 어긋나게 삽입되는 경우에 대해, π레디안은 이러한 상황아래 65에서 φ추가된다. 이러한 상황에서, 보상전압(V_q)에 대한 세트 포인트 값은 스위치(67)에서 결정된 바와 같이 양의 값이 될 것이고, φ에 π를 더한 결과적인 각은 55로부터 가산 접합(69)으로 전송선로전압의 절대값에 추가되어, 보상전압이 전송선로에 삽입되는 각인 각(Θ_INV)을 생성한다. 보상전압이 전송선로 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압과 180°위상 어긋나게 삽입될 때, 선전류는 SSSC가 동일한 용량성 리액턴스로서 동작하도록 하는 삽입된 전압을 이끈다. 보상전압에 대한 세트 포인트가 증가함에 따라서, 선 전류및 이에 따른 전송선로의 전력흐름이 단조증가한다.

보상전압이 전송선로 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압과 동상으로 삽입될 때, V_q 의 세트 포인트값은 음의 값이 되어, 67에 의해 제어된 스위치가 도 8의 오른쪽으로 설정된다. 따라서, 각(φ) 단독으로 69에 있는 전송선로 전압각에 추가된다. 이러한 조건에서, 선전류는 먼저 보상전압을 래그하여, SSSC가 동일한 유도성 리액턴스로서 동작하게 한다. 보상전압 요구값 및 세트포인트 값이 계속해서 동일한 방향으로 증가할 때, 선전류, 및 이에 따른 전송선로에서의 전력흐름은 0을 향하여 감소한다. 보상전압 요구가 동일한 방향으로 추가로 증가될 수 있어서, 전송선로에서의 전력흐름의 반전을 초래한다. 선전류는 역으로 흐르고, 삽입된 전압을 유도하며, SSSC에서 동일한 용량성 리액턴스로서 나타나게 한다. 따라서, 도 8에 도시된 제어구조에서, 보상전압 요구(V_q)의 절대값은 71에서 생성된다. 보상전압의 이러한 절대값이 전송선로전압의 크기보다 작은 한, 73에서 결정된 바와 같이, φ는 69에 있는 전송선로 전압각에 직접 추가된다. 그러나, 보상전압요구의 크기가 전송선로 전압의 크기를 초과할 때, φ의 감지는 75에서 역으로 된다.

상기에서 설명된 바와 같이, SSSC 동작의 제안된 전압보상 제어 모드의 사용은 보상전압이 전송선로 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압과 180°위상 어긋나게 삽입될 때 항상 증가하는 전송선로의 전력흐름(P_q)을 생기게 한다. 또한, 전력흐름(P_q)은 보상전압이 전송선로 실효 리액턴스에 걸쳐진 전압과 동상으로 삽입될 때 보상되지 않은 값에서 먼저 감소한다. 추가로, 동일한 방향으로 삽입된 보상전압의 증가는 역방향으로 증가되기 전에 전력흐름(P_q)을 0으로 감소시킨다. 따라서, 전송선로에서의 전력흐름은 절대 안정적으로 역으로 바뀔 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 상세히 설명되어 있지만, 이들 상세한 설명의 다양한 변경 및 대안이 개시된 모든 교시의 면에서 개발될 수 있음을 당업자는 알것이다. 따라서, 개시된 특정 배치는 단지 설명을 위해 사용된 것이며, 본 발명을 제한하기 위해 사용된 것이 아니며, 본 발명의 범주는 이들의 모든 동등물 및 첨부된 청구항의 전범위로 주어질 것이다.

Claims (8)

1. 교류를 전송하는 전송선로(1)에서의 전력흐름을 제어하는 장치에 있어서,

   상기 전송선로(1)상의 두개의 이격된 점에서 제 1 전압 및 제 2 전압을 감지하는 수단(31,33);

   상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압 사이의 차로서 전송선로(1) 전압을 결정하는 수단(47,49);

   상기 전송선로(1) 전압의 리액티브 성분을 결정하는 수단(63); 및

   상기 전송선로(1) 전압의 상기 리액티브 성분과 동상이거나 또는 180°위상 어긋난 보상전압을 상기 전송선로(1)에 직렬로 삽입하고, 상기 전송선로(1)를 통하여 전력흐름에 소정의 변화를 초래하도록, 상기 보상전압의 크기를 설정하는 수단(37)을 포함하는 수단(15);을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보상전압을 삽입하는 상기 수단(15)은 상기 전송선로(1) 전압의 상기 리액티브 성분과 동상인 상기 보상전압을 삽입하는 수단을 포함하고, 상기 보상전압의 크기를 설정하는 상기 수단(37)은 상기 전송선로(1)에서의 전력흐름을 반전시키기 위하여 보상없이 상기 전송선로(1) 전압의 상기 리액티브 성분의 크기를 초과하도록 상기 보상전압의 크기를 설정하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 보상전압의 크기를 설정하는 상기 수단(37)은 전력흐름의 안정된 반전을 달성하기 위하여 보상없이 상기 전송선로(1)의 전압의 상기 리액티브 성분의 크기를 통하여 상기 보상전압의 크기를 증가시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 보상전압을 삽입하는 상기 수단(15)은 ac 출력부를 갖는 인버터, 상기 전송선로(1)와 직렬로 상기 보상전압을 삽입하도록 상기 ac 출력부를 상기 전송선로(1)에 연결하는 수단(25), 및 상기 보상전압을 생성하도록 상기 인버터를 제어하는 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 교류를 전송하는 전송선로(1)에서의 전력흐름을 제어하는 장치에 있어서,

   보상전압을 생성하는 인버터(15);

   상기 전송선로(1)에 직렬로 상기 보상전압을 삽입하는 수단(25);

   상기 전송선로(1)상의 이격된 점에서 제 1 전압 및 제 2 전압을 포함한 전송선로 파라미터를 측정하는 측정수단(29,31,33); 및

   상기 제 1 전압 및 상기 제 2 전압을 포함하는 상기 전송선로 파라미터로부터 상기 두점사이의 실효 전송선로 리액턴스에 걸쳐진 실효전압을 결정하는 수단(47,49), 및 상기 실효전압과 동상이거나 또는 대안적으로 180°위상 어긋난 상기 보상전압을 생성하도록 상기 인버터(15)를 동작시키는 제어 신호를 생성하는 수단(27)을 포함하는 제어 수단(21);을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 측정 수단(29,31,33)은 상기 전송선로(1)에서의 전류를 측정하는 수단(29)을 추가로 포함하며, 상기 실효전압을 결정하는 상기 수단(47,49)은 상기 제 1 전압 및 제 2 전압 사이의 차로서 전송선로 전압을 결정하는 수단, 상기 제 1 점 및 제 2 점 사이의 상기 전송선로(1)의 저항을 제공하는 수단(35), 및 상기 실효전압을 결정하기 위하여 상기 전류, 저항 및 상기 전송선로(1) 전압을 이용하는 수단(41)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 교류를 전송하는 전송선로(1)에서의 전력흐름을 제어하는 방법에 있어서,

   상기 전송선로(1)상의 두개의 이격된 점에서 전압을 측정하는 단계;

   상기 두개의 이격된 점에서 측정된 상기 전압 사이의 차로서 전송선로 전압을 결정하는 단계;

   상기 전송선로 전압의 리액티브 성분을 결정하는 단계;

   선택된 크기로, 상기 리액티브 성분과 동상이거나 또는 180°위상 어긋난 보상전압을 생성하는 단계; 및

   직렬로 상기 보상전압을 상기 전송선로(1)에 삽입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 보상전압을 생성하는 상기 단계는 상기 전송선로 전압의 상기 리액티브 성분과 동상인 상기 보상전압을 생성하는 단계, 상기 전송선로(1)의 전류를 제로로 떨어트리도록 상기 보상전압없이 상기 보상전압의 상기 크기를 상기 리액티브 성분의 크기로 증가시키는 단계, 및 상기 전송선로(1)에서의 상기 전류를 역으로 흐르게 하도록 상기 보상전압의 상기 크기를 더 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.