KR100549059B1 - Unified power flow controller without series injection transformers - Google Patents

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한병문
백승택
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Abstract

본 발명은 직렬 주입 변압기가 없는 UPFC(Unified Power Flow Controller)를 제안하고자 하는 것이다. 상기 UPFC는 각 상마다 적어도 하나 이상의 풀브리지 모듈 쌍으로 구성되어 있으며, 각각의 상기 풀브리지 모듈 쌍은 각각 하나의 H-브리지 모듈로 구성된 적어도 하나의 직렬 인버터 및 적어도 하나의 병렬 인버터가 병렬로 연결되고, 상기 직렬 인버터 및 상기 병렬 인버터와 병렬로 연결된 직류링크커패시터를 구비하며, 상기 풀브리지 모듈 쌍들을 구성하는 적어도 하나 이상의 병렬 인버터들은 단상 다중 권선변압기를 통해 서로 직렬로 연결되어 있으며, 상기 풀브리지 모듈 쌍들을 구성하는 적어도 하나 이상의 직렬 인버터들은 선로에 직접 연결되는 것을 특징으로 한다.The present invention aims to propose a Unified Power Flow Controller (UPFC) without a series injection transformer. The UPFC consists of at least one pair of full bridge modules in each phase, and each pair of full bridge modules is connected in parallel with at least one series inverter and at least one parallel inverter each composed of one H-bridge module. And a DC link capacitor connected in parallel with the series inverter and the parallel inverter, wherein at least one parallel inverter constituting the full bridge module pairs is connected in series with each other through a single phase multiple winding transformer, and the full bridge At least one series inverter constituting the pair of modules is characterized in that directly connected to the line.

UPFC, 직렬 인버터, 병렬 인버터, 직렬 주입 변압기, 인버터UPFC, series inverter, parallel inverter, series injection transformer, inverter

Description

직렬 주입 변압기가 없는 일체화 전력 조류 제어 장치{UNIFIED POWER FLOW CONTROLLER WITHOUT SERIES INJECTION TRANSFORMERS}UNITED POWER FLOW CONTROLLER WITHOUT SERIES INJECTION TRANSFORMERS}

도 1은 종래의 기술에 따른 UPFC 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a UPFC system according to the prior art.

도 2는 도 1의 UPFC 시스템에서의 전압에 대한 벡터도.2 is a vector diagram of the voltage in the UPFC system of FIG.

도 3은 본 발명에 따른 UPFC 시스템의 구성도.3 is a block diagram of a UPFC system according to the present invention.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 병렬 인버터 및 직렬 인버터를 각각 도시한 회로도.4A and 4B are circuit diagrams respectively illustrating a parallel inverter and a series inverter according to the present invention.

도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 인버터의 스위칭 방식을 설명하기 위하여 도시한 그래프들.5A and 5B are graphs illustrating the switching scheme of the inverter according to the present invention.

도 6a 내지 도 6c는 다중브리지 인버터의 PWM 동작시 게이트 펄스 생성 원리를 설명하기 위하여 도시한 그래프 및 회로도.6A to 6C are graphs and circuit diagrams for explaining the principle of gate pulse generation during PWM operation of a multi-bridge inverter.

도 7a 내지 도 7c는 한 상의 인버터에 대한 출력 전압 및 고조파 분석을 설명하기 위하여 도시한 그래프 및 타이밍도. 7A-7C are graphs and timing diagrams for explaining output voltage and harmonic analysis for an inverter of one phase.

도 8은 본 발명에 따른 UPFC 시스템에 사용되는 직류전압 불평형 제어기를 도시한 블록도.8 is a block diagram showing a DC voltage unbalance controller used in the UPFC system according to the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 UPFC의 동작을 검증하기 위한 시뮬레이션에서 사용된 회로정수들을 나타낸 도표.9 is a table showing the circuit constants used in the simulation to verify the operation of the UPFC in accordance with the present invention.

도 10a 내지 도 10b는 본 발명에 따른 UPFC 시스템에서의 직렬인버터 제어기 및 병렬 인버터 제어기를 각각 도시한 블록도.10A to 10B are block diagrams respectively illustrating a serial inverter controller and a parallel inverter controller in an UPFC system according to the present invention.

도 11은 본 발명에 따른 UPFC의 동작(정상상태시)을 검증하기 위한 시뮬레이션에서 고려된 시나리오를 도시한 도표.FIG. 11 is a diagram illustrating a scenario considered in a simulation for verifying the operation (in a steady state) of the UPFC according to the present invention. FIG.

도 12a 내지 도 12g는 본 발명에 따른 UPFC의 동작(정상상태시)을 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프들.12A to 12G are graphs showing the results of simulating the operation (at normal state) of the UPFC according to the present invention.

도 13은 본 발명에 따른 UPFC에 있어서 선로 사고시의 단선도.Fig. 13 is a disconnected diagram at the time of a track accident in the UPFC according to the present invention.

도 14는 본 발명에 따른 UPFC에 있어서, 선로 사고시의 동작을 설명하는 흐름도.Fig. 14 is a flowchart for explaining the operation during a line accident in the UPFC according to the present invention.

도 15는 본 발명에 따른 UPFC의 동작(선로사고시)을 검증하기 위한 시뮬레이션에서 고려된 시나리오를 도시한 도표.FIG. 15 is a diagram illustrating a scenario considered in a simulation for verifying the operation (in case of a line accident) of the UPFC according to the present invention. FIG.

도 16a 내지 도 16c는 본 발명에 따른 UPFC의 동작(선로사고시)을 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프들.16A to 16C are graphs showing the results of simulating the operation (at the time of a line accident) of the UPFC according to the present invention.

도 17은 본 발명에 따른 UPFC를 실제 시스템으로 구현한 개념도.17 is a conceptual diagram of the UPFC according to the present invention implemented as a real system.

본 발명은 직렬 주입 변압기 없이 직렬 인버터가 선로에 직접 연결될 수 있는 Unified Power Flow Controller(이하, 'UPFC'라 한다)에 관한 것이다. The present invention relates to a Unified Power Flow Controller (hereinafter referred to as "UPFC") in which a series inverter can be directly connected to a line without a series injection transformer.

UPFC는 GTO 싸이리스터(Gate Turn-Off Thyristor)를 이용한 대용량 전압원 인버터식의 FACTS(Flexible AC Transmission System) 기기의 하나로서, 인버터 2대를 송전선로에 직, 병렬로 연결하여 전력 조류를 제어하는 기기이다. 이와 같은 UPFC는 전력 계통의 조류 제어, 과도 안정도, 저주파 공진 감쇠 등에 탁월한 효과가 기대되어 선진국에서 많은 연구가 진행되고 있다. UPFC is a FACTS (Flexible AC Transmission System) device of a large-capacity voltage source inverter type using GTO Thyristor (GTO Turn-Off Thyristor). It is a device that controls power flow by connecting two inverters directly and in parallel to the transmission line. to be. The UPFC is expected to have an excellent effect on current flow control, transient stability, and low frequency resonance attenuation in power systems.

도 1은 종래의 기술에 따른 UPFC의 시스템을 도시한 구성도이다. 이하, 도 1을 참조하여 종래의 UPFC의 구성 및 동작을 개략적으로 설명한다. 1 is a block diagram showing a system of a UPFC according to the prior art. Hereinafter, a configuration and operation of a conventional UPFC will be described with reference to FIG. 1.

도 1에 도시된 바와 같이, UPFC는 병렬 인버터(100) 및 직렬 인버터(110)가 직류링크 커패시터들(120)을 통해 병렬로 연결되어 있다. 또한, 상기 병렬 인버터(100) 및 직렬 인버터(110)는 4개의 모듈로 구성된 3-레벨 인버터로서, 위상 제어 변압기(130)를 통해 병렬로 연결되어 있다. 전술한 구성을 갖는 UPFC는 출력 전압을 다중 펄스 형태로 형성되도록 함으로써, 저주파 고조파들을 제거한다. 또한, 각 모듈은 12개의 GTO 스위치로 구성되며, 각 스위치들은 반도체 스위치의 낮은 내압을 가지므로, 여러 개의 GTO 스위치가 직렬로 연결된 구조로 되어 있다. As shown in FIG. 1, in the UPFC, a parallel inverter 100 and a series inverter 110 are connected in parallel through DC link capacitors 120. In addition, the parallel inverter 100 and the series inverter 110 are three-level inverters composed of four modules, and are connected in parallel through a phase control transformer 130. The UPFC having the above-described configuration eliminates low frequency harmonics by allowing the output voltage to be formed in a multi-pulse form. In addition, each module is composed of 12 GTO switches, each switch has a low breakdown voltage of the semiconductor switch, so that several GTO switches are connected in series.

한편, UPFC의 구조는 STATCOM과 SSSC가 직류 링크 커패시터를 공유한 형태로 구성된다. 따라서, UPFC는 선로의 유ㆍ무효 전력을 직접 제어할 수 있게 된다. On the other hand, the structure of the UPFC is configured such that STATCOM and SSSC share a DC link capacitor. Accordingly, the UPFC can directly control the active and reactive power of the line.

UPFC의 병렬 인버터(100)는 두 가지의 기능을 갖고 있다. 하나는 직류 링크 커패시터를 통해서 직렬 인버터(110)에서 요구되는 유효 전력을 공급하는 것이다. 이는 직렬 인버터의 출력 전압의 변동을 최소화시키기 위하여 직류 링크 전압을 일정하게 유지하게 되는 기능이다. 또 다른 기능은 무효 전류를 제어함으로써 연결점의 전압 안정도를 향상시키는 것이다. UPFC's parallel inverter 100 has two functions. One is to supply the active power required by the series inverter 110 through a DC link capacitor. This function keeps the DC link voltage constant in order to minimize the variation of the output voltage of the series inverter. Another function is to improve the voltage stability of the connection point by controlling reactive current.

UPFC의 직렬 인버터(110)는 임의의 크기와 위상을 갖는 전압을 선로에 주입함으로써 독립적으로 유ㆍ무효 전력을 제어하는 기능을 갖는다. 직렬 인버터로의 주입 전압은 전력 계통에 대해 주파수는 같고 적절한 크기와 위상각을 가지며, 주입전압의 위상각은 인버터의 점호각(αpq)에 의해 결정되는데, 0<αpq<2π인 범위내에서 임의로 조정 가능하다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 주입 전압(Vpq)의 크기는 DC 링크전압의 크기를 제어하거나 Vpq의 최대치 범위내에서 직렬 인버터의 출력 전압의 소호각(ν)을 제어함으로써 조절된다. 계산된 주입 전압(Vpq)은 직렬로 결합된 변압기에 의해 송전단 전압(V)에 벡터적으로 합해져 수전단 전압(V+Vpq)을 생성한다. The series inverter 110 of the UPFC has a function of independently controlling the active and reactive power by injecting a voltage having an arbitrary magnitude and phase into the line. The injection voltage to the series inverter has the same frequency and proper magnitude and phase angle for the power system, and the phase angle of the injection voltage is determined by the firing angle (α pq ) of the inverter, in the range of 0 <α pq <2π. Can be adjusted arbitrarily. Also, as shown in FIG. 2, the magnitude of the injection voltage V pq is adjusted by controlling the magnitude of the DC link voltage or by controlling the arc angle ν of the output voltage of the series inverter within the maximum range of V pq . . The calculated injection voltage (V pq ) is vectorized by the transformer coupled in series to the power supply voltage (V) to generate the power receiving voltage (V + V pq ).

그런데, 현재 개발된 UPFC의 직류 전압은 대략 20kV이고, 이것은 전력 계통의 동작 전압보다 훨씬 낮은 전압이다. 이는 전력용 반도체 개술의 제약에 의한 것으로서, 실제 적용 가능한 GTO 싸이리스터의 최대 정격은 약 6000V이다. However, the DC voltage of the currently developed UPFC is approximately 20 kV, which is much lower than the operating voltage of the power system. This is due to the limitations of power semiconductors, and the maximum rating of the GTO thyristor that is actually applicable is about 6000V.

따라서, UPFC의 직류 링크 전압을 높이기 위해서 GTO 소자의 직렬 운용 기법이 제안되었다. 하지만, GTO 소자의 직렬 운용은 대단히 난이하고 직렬 운용이 가능한 소자수에도 많은 제약이 따른 문제점이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여, Renz B.A., Gyugyi L. 가 IEEE Trans. On Power Delivery, Vol.14, No. 4, pp.1374-1381, October 1999호에 "AEP Unified Power Flow Controller Performance" 라는 논문을 게재함으로써, 전력 계통과 원만한 결합을 위해 강압 변 압기를 사용하는 방법을 제안하였다. Therefore, in order to increase the DC link voltage of the UPFC, a series operation technique of the GTO device has been proposed. However, the serial operation of the GTO device is very difficult, and there are many problems in that the number of devices capable of serial operation is limited. In order to solve this problem, Renz B.A., Gyugyi L. On Power Delivery, Vol. 14, No. 4, pp. 1372-1381, October 1999, published a paper entitled "AEP Unified Power Flow Controller Performance" and proposed a method of using a step-down transformer for smooth coupling with a power system.

한편, Yiqiang Chen, Mwinyiwiwa, B, Z. Wwolanski, Boon-Teck Ooi는 IEEE Trans. on Power Delivery, vol 12, No.2, pp.901-907, April 1997호에 "Regulating and Equalizing DC Capacitance Voltage in Multilevel STATCOM"라는 논문을 게재함으로써, 소자의 직렬 운용을 피하고 시스템의 동작 전압을 높이기 위하여 다중 레벨 인버터를 사용하는 것을 제안하였다. 하지만, 다중 레벨 인버터는 출력 전압의 형성이 복잡하고 역결합 다이오드를 많이 필요로 하는 문제점이 발생한다.Yiqiang Chen, Mwinyiwiwa, B, Z. Wwolanski, and Boon-Teck Ooi are the IEEE Trans. on Power Delivery, vol 12, No.2, pp.901-907, April 1997, published a paper entitled "Regulating and Equalizing DC Capacitance Voltage in Multilevel STATCOM" to avoid device series operation and increase the operating voltage of the system. It is proposed to use a multilevel inverter. However, the multi-level inverter has a problem in that the output voltage is complicated to form and requires a large number of reverse coupling diodes.

이러한 문제점을 보완하기 위하여, F.Z.Peng과 J.S.Lai는 IEEE/IAS Annual Meeting. pp.2541-2548, Orlando, FL, Oct. 8-12, 1995의 "A Multilevel Voltage-Source Inverter with Separate DC Sources for Static Var Generation" 및 IEEE/IAS Annual Meeting. pp.1009-1015, San Diego, CA, Oct. 6-10, 1996의 "Dynamic performance and control of a static var compensator using cascade multilevel inverter"라는 논문을 게재함으로써, 한 상당 5개의 단상 풀브리지로 구성한 다중 브리지 STATCOM을 제안하고 그 동작과 성능을 축소 모형을 통한 실험으로 분석하였다. In order to solve this problem, F.Z.Peng and J.S.Lai have reviewed the IEEE / IAS Annual Meeting. pp.2541-2548, Orlando, FL, Oct. 8A, 1995, "A Multilevel Voltage-Source Inverter with Separate DC Sources for Static Var Generation" and IEEE / IAS Annual Meeting. pp. 1009-1015, San Diego, CA, Oct. By publishing a paper entitled "Dynamic performance and control of a static var compensator using cascade multilevel inverter" by 6-10, 1996, we propose a multi-bridge STATCOM consisting of five equivalent single-phase full bridges and reduce its behavior and performance. The experiment was analyzed through.

본 출원인은 직렬 주입용 변압기없이 선로에 직접 결합이 가능하면서 단상 다중 변압기로 절연된 단상 풀브리지를 이용한 새로운 UPFC를 제안하고자 한다.The present applicant intends to propose a new UPFC using a single-phase full bridge that can be directly coupled to a line without a series injection transformer and insulated by a single-phase multiple transformer.

본 발명은 직렬 주입 변압기가 없이 직렬 인버터가 선로에 직접 결합되는 UPFC를 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a UPFC in which a series inverter is directly coupled to the line without a series injection transformer.

또한, 본 발명은 직렬 주입 변압기 없이 직렬 인버터가 선로에 직접 결합되면서 단상 다중 변압기로 절연된 단상 풀브리지를 이용한 UPFC를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide an UPFC using a single phase full bridge insulated by a single phase multiple transformer while the series inverter is directly coupled to the line without the series injection transformer.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은 각 상마다 적어도 하나 이상의 풀브리지 모듈 쌍으로 구성되어 있는 UPFC에 관한 것으로서, 각각의 상기 풀브리지 모듈 쌍은 직렬 인버터와 병렬 인버터가 병렬로 연결되어 구성되며, 상기 풀브리지 모듈 쌍들을 구성하는 적어도 하나 이상의 병렬 인버터들은 단상 다중 권선변압기를 통해 서로 직렬로 연결되어 있으며, 상기 풀브리지 모듈 쌍들을 구성하는 적어도 하나 이상의 직렬 인버터들은 선로에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 직렬주입변압기가 없는 UPFC이다. A feature of the present invention for achieving the above-described technical problem relates to a UPFC is composed of at least one pair of full bridge modules for each phase, each pair of full bridge modules are connected in parallel with a series inverter and a parallel inverter And at least one parallel inverter constituting the full bridge module pairs is connected in series with each other through a single-phase multiple winding transformer, and at least one series inverter constituting the full bridge module pairs is directly connected to a line. It is a UPFC without a series injection transformer.

여기서, 상기 직렬 인버터는 하나의 H-브리지 모듈로 구성되며, 상기 병렬 인버터도 하나의 H-브리지 모듈로 구성되는 것이 바람직하다.Here, the series inverter is composed of one H-bridge module, and the parallel inverter is preferably composed of one H-bridge module.

또한, 상기 UPFC는 상기 직렬 인버터의 일단과 선로 사이에 싸이리스터 스위치 및 차단기를 더 구비하고, 상기 싸이리스터 스위치는 선로에 흐르는 과전류를 바이패스시키고 상기 차단기를 동작시키는 것이 바람직하다.In addition, the UPFC further includes a thyristor switch and a breaker between one end of the series inverter and the line, and the thyristor switch preferably bypasses the overcurrent flowing in the line and operates the breaker.

또한, 상기 풀브리지 모듈 쌍은 상기 직렬인버터와 상기 병렬인버터의 사이에 직류링크커패시터를 더 구비하고, 상기 직류링크커패시터는 각 상당 3개씩 구비하는 것이 바람직하다.The full bridge module pair may further include a DC link capacitor between the serial inverter and the parallel inverter, and each of the DC link capacitors may include three equivalent DC link capacitors.

더 바람직하게는, 상기 직류링크커패시터는 전압불평형 제어기를 더 구비하여, 상기 직류 링크 커패시터 전압을 균등하게 하는 것이 좋다.More preferably, the DC link capacitor further includes a voltage unbalance controller to equalize the DC link capacitor voltage.

또한, 상기 직렬 인버터는 그 출력단에 LC 필터를 더 구비하고, 상기 LC 필터는 출력 파형에 함유된 고조파를 제거하는 것이 바람직하다.The series inverter further includes an LC filter at its output stage, and the LC filter preferably removes harmonics contained in the output waveform.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 UPFC의 구성 및 동작을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the configuration and operation of the UPFC according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 UPFC의 구성을 도시한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 UPFC는 각 상마다 적어도 하나 이상의 풀브리지 모듈 쌍으로 구성되어 있으며, 상기 UPFC를 구성하는 각 풀브리지 모듈 쌍(300)은 직류 링크 커패시터(330)를 통해 병렬 인버터(320)와 직렬 인버터(310)가 병렬로 연결되어 있다. 상기 병렬 인버터는 하나의 H-브리지 모듈로 구성되며, 각 풀브리지 모듈 쌍을 구성하는 병렬 인버터들은 절연을 목적으로 하는 단상 다중 권선 변압기(340)를 통해 직렬로 연결되어 있다. 또한, 상기 직렬 인버터도 하나의 H-브리지 모듈로 구성되는데, 각 풀브리지 모듈 쌍을 구성하는 직렬 인버터들은 선로(Line)에 직접 연결되어 있다. 3 is a block diagram showing the configuration of the UPFC according to the present invention. Referring to FIG. 3, the UPFC according to the present invention includes at least one pair of full bridge modules for each phase, and each pair of full bridge modules 300 constituting the UPFC is connected in parallel through a DC link capacitor 330. Inverter 320 and series inverter 310 are connected in parallel. The parallel inverter is composed of one H-bridge module, and the parallel inverters constituting each pair of full bridge modules are connected in series through a single-phase multiple winding transformer 340 for isolation. In addition, the series inverter is also composed of one H-bridge module, and the series inverters constituting each pair of full bridge modules are directly connected to a line.

한편, 본 발명에 따른 UPFC는 상기 직렬 인버터의 일단과 선로 사이에 싸이리스터 스위치와 차단기를 더 구비함으로써, 선로에 사고가 발생시 직렬 인버터를 선로로부터 분리시킬 수 있는 바이패스 기능을 갖는다. 만약 선로에 과전류가 흐르면, 상기 과전류는 싸이리스터 스위치에 의해 바이패스된 후 기계적인 차단기가 동작된다. 그런데, 사고 전류의 최대치가 직렬 인버터 스위치의 최대 전류 용량보다 작을 경우에는 싸이리스터 스위치에 의한 바이패스 기능을 이용하는 것 보다 인버터의 제어를 통한 바이패스 기능을 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 직렬 인버터는 교류단에서 단락회로를 만듬으로써 두 가지의 가능한 바이패스 기능을 갖게 되는데, 그 첫번째는 직렬 인버터의 상단 스위치 두개를 동시에 턴온시키는 것이며, 다른 하나는 직렬 인버터의 하단 스위치 두개를 동시에 턴온시키는 것이다. Meanwhile, the UPFC according to the present invention further includes a thyristor switch and a breaker between one end of the series inverter and the line, so that the series inverter can be separated from the line when an accident occurs in the line. If overcurrent flows in the line, the overcurrent is bypassed by the thyristor switch and then the mechanical breaker is operated. However, when the maximum value of the fault current is smaller than the maximum current capacity of the series inverter switch, the bypass function through the control of the inverter may be applied rather than the bypass function by the thyristor switch. Therefore, the series inverter according to the present invention has two possible bypass functions by making a short circuit at the AC stage, the first of which turns on two upper switches of the series inverter at the same time, and the other is the lower switch of the series inverter. Turn both on at the same time.

이하, 도 4a, 도 4b, 도 5a 및 도 5b를 참조하여, 본 발명에 따른 UPFC의 인버터의 구조 및 스위칭 방식을 설명한다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 UPFC의 병렬측과 직렬측에 각각 연결되는 병렬 인버터 및 직렬 인버터를 각각 도시한 회로도들이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 병렬 인버터 및 직렬 인버터는 각 상당 3개의 단상 H-브리지 인버터 모듈로 구성된다. Hereinafter, a structure and a switching method of an inverter of the UPFC according to the present invention will be described with reference to FIGS. 4A, 4B, 5A, and 5B. 4A and 4B are circuit diagrams illustrating a parallel inverter and a series inverter respectively connected to the parallel side and the serial side of the UPFC according to the present invention, respectively. 4A and 4B, the parallel inverter and the series inverter each consist of three equivalent single-phase H-bridge inverter modules.

도 5a 및 도 5b는 상기 인버터의 스위칭 방식을 설명하기 위하여 각각의 단상 풀브리지 인버터의 스위치가 동작하는 방식을 도표화한 것들이다. 도 5b는 인버터 스위치인 S1, S2, S3, S4의 동작을 출력 전압의 크기가 Vdc, 0, -Vdc인 경우로 나누어서 설명하고 있으며, 각각의 상태에 대한 스위칭 동작을 도 5a에 도표화하여 나타내고 있다. 5A and 5B are diagrams illustrating a method of operating a switch of each single-phase full bridge inverter to explain the switching method of the inverter. FIG. 5B illustrates the operation of the inverter switches S1, S2, S3, and S4 by dividing the output voltages into Vdc, 0, and -Vdc. FIG. 5A shows the switching operation for each state. .

도 6a 내지 도 6c는 다중 브리지 인버터의 PWM 동작시의 게이트 펄스 생성 원리를 나타낸 것이다. 도 6a는 도 4b의 제1 인버터의 게이트 펄스를 생성하기 위한 캐리어와 기준 신호를 도시하고 있다. 도 6a를 참조하면, 캐리어 T1과 T2의 주파수는 360Hz이며, 서로 180도의 위상차를 갖는다. 또한, 나머지 두 개의 인버터 게이트 펄스를 생성하기 위한 캐리어는 각각 120도의 위상차를 갖는다. 도 6b는 전 술한 기준 신호와 캐리어 신호를 이용하여 게이트 펄스를 생성하기 위한 논리 회로를 도시한 회로도이다. 도 6b에서, 캐리어 T1과 T2는 인버터 모듈의 게이트 펄스를 생성하기 위한 입력으로 사용된다. 도 6c는 스위치 S1, S2, S3, S4에 공급되는 네 개의 게이트 펄스와 인버터 모듈 INV1의 출력 전압, 기준 신호 Vref를 도시한 타이밍도이다. 도 6c를 통해, 스위치 S1 내지 S4의 스위칭 방식이 도 5a의 스위칭 상태를 만족하면서 동작하고 있음을 알 수 있다. 한편, 인버터 모듈 INV2 의 게이트 펄스는 동일한 과정을 통해서 생성된다. 6A to 6C illustrate a gate pulse generation principle during PWM operation of a multi-bridge inverter. FIG. 6A illustrates a carrier and a reference signal for generating a gate pulse of the first inverter of FIG. 4B. Referring to FIG. 6A, the frequencies of the carriers T1 and T2 are 360 Hz and have a phase difference of 180 degrees from each other. In addition, the carriers for generating the remaining two inverter gate pulses each have a phase difference of 120 degrees. 6B is a circuit diagram illustrating a logic circuit for generating a gate pulse using the above-described reference signal and carrier signal. In FIG. 6B, the carriers T1 and T2 are used as inputs for generating gate pulses of the inverter module. 6C is a timing diagram showing four gate pulses supplied to the switches S1, S2, S3, and S4, the output voltage of the inverter module INV1, and the reference signal Vref. 6C, it can be seen that the switching schemes of the switches S1 to S4 operate while satisfying the switching state of FIG. 5A. On the other hand, the gate pulse of the inverter module INV2 is generated through the same process.

도 7a 내지 도 7c는 한 상의 출력 전압 형성과 고조파 분석 결과를 설명하기 위한 도면들이다. 도 7a는 다중브리지 인버터의 각 출력전압 V1, V2, V3 및 최종적으로 선로에 주입하는 VA를 나타내고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 도 6a에 도시된 캐리어는 출력전압 V1을 형성하기 위한 게이트 펄스를 생성하는데 사용된다. 즉, 3 쌍의 캐리어들은 서로 120도의 위상차를 갖는다. 각각의 캐리어 주파수가 360 Hz이고 총 6개의 캐리어가 존재하므로 약 3kHz의 스위칭 효과가 발생한다. 그러므로, 인버터 모듈의 수가 N개라면 출력전압은 N×360 [Hz]의 스위칭 효과를 가질 수 있다. 도 7b는 1 개의 인버터 모듈 출력전압과 3개의 인버터가 직렬로 연결된 출력 전압의 스펙트럼 분석 결과를 도시한 그래프이다. 도 7b를 참조하면, 1 개의 인버터 모듈 출력전압에는 많은 수의 고조파들이 포함되어 있지만, 3개의 인버터가 직렬로 연결된 출력전압에는 고조파가 적게 포함되어 있다. 도 7c는 인버터 모듈 수에 따른 출력 전압의 THD 분석을 나타낸 그래프이다. 도 7c를 참조하면, 인버터 모듈의 수가 증가하면 출력 전압의 THD는 감소함을 알 수 있다. 동일한 수의 인버터 모듈에서 변조비(MI)가 0.4보다 작아질 경우 비교적 THD가 커짐을 확인할 수 있다. 따라서, 변조비의 동작 영역은 0.5~1.0 사이가 바람직하다. 7A to 7C are diagrams for describing output voltage formation and harmonic analysis results of one phase. FIG. 7A shows each output voltage V1, V2, V3 of the multi-bridge inverter, and VA which is finally injected into the line. As described above, the carrier shown in FIG. 6A is used to generate a gate pulse for forming the output voltage V1. That is, the three pairs of carriers have a phase difference of 120 degrees with each other. Each carrier frequency is 360 Hz and there are six carriers in total, resulting in a switching effect of about 3 kHz. Therefore, if the number of inverter modules is N, the output voltage can have a switching effect of N × 360 [Hz]. 7B is a graph illustrating a spectrum analysis result of one inverter module output voltage and three inverters connected in series. Referring to FIG. 7B, a large number of harmonics are included in one inverter module output voltage, but less harmonics are included in an output voltage in which three inverters are connected in series. 7C is a graph showing the THD analysis of the output voltage according to the number of inverter modules. Referring to FIG. 7C, it can be seen that as the number of inverter modules increases, the THD of the output voltage decreases. In the same number of inverter modules, if the modulation ratio MI is smaller than 0.4, it can be seen that the THD becomes relatively large. Therefore, the operating range of the modulation ratio is preferably between 0.5 and 1.0.

본 발명에 따른 UPFC는 각 상당 3개의 직류 링크 커패시터를 구비하고 있다. 각 커패시터는 H-브리지 모듈을 통해서 서로 절연되어 있기 때문에, 불평형 전압이 발생한다. 뷸균등한 커패시터의 누설 전류, 인버터의 데드 타임, 과도와 외란시의 비대칭 동작 등과 같은 다양한 원인에 의해 직류 링크 커패시터 전압이 불균등하게 되고, 이에 따라 출력 전압에 높은 수준의 고조파가 함유된다. 이와 같은 인버터 출력 전압의 고조파 레벨을 감소시키기 위하여, 직류 링크 커패시터 전압을 균등하게 유지하여야 한다. The UPFC according to the present invention has three equivalent DC link capacitors each. Since each capacitor is isolated from each other through the H-bridge module, an unbalanced voltage occurs. The DC link capacitor voltage is uneven due to various causes such as uneven capacitor leakage current, inverter dead time, asymmetrical operation during transients and disturbances, and the output voltage contains high levels of harmonics. In order to reduce this harmonic level of the inverter output voltage, the DC link capacitor voltage should be kept equal.

도 8은 직류 커패시터의 전압 불평형 제어기의 구조를 도시한 것이다. 또한, 각 상이 서로 커패시터를 공유하고 있지 않기 때문에, 각 상 분리 제어를 수행할 수 있게 된다. 제어기의 동작은 병렬 인버터가 연결되어 있는 모선단의 전압을 측정하여 Phase-Locked Loop를 거쳐 선로 전압에 동기된 θ를 발생하고, 이 θ는 각 상에 맞게 조정된다. 한 상의 직류 커패시터 전압을 측정하여 그 값을 3으로 나누어 평균값을 구한다. 평균값은 각 직류 커패시터의 전압과 비교되고 PI제어기를 거친 후 위상각 보정 Δα가 구해진다. 위상각 보정 Δα는 병렬 인버터 제어기의 출력값인 α와 더해지고 사인 발생기를 통해 기준 신호 Ref1, Ref2, Ref3를 생성한다. 다른 상의 직류 커패시터 불평형 제어기도 동일한 과정을 반복 수행한다. 8 shows the structure of a voltage unbalance controller of a direct current capacitor. In addition, since each phase does not share a capacitor with each other, each phase separation control can be performed. The operation of the controller measures the voltage at the bus terminal connected to the parallel inverter and generates θ synchronized with the line voltage through the phase-locked loop, which is adjusted for each phase. Measure the DC capacitor voltage of one phase and divide the value by 3 to find the average value. The average value is compared with the voltage of each DC capacitor, and after passing through the PI controller, the phase angle correction Δα is obtained. The phase angle correction [Delta] [alpha] is added to [alpha], the output value of the parallel inverter controller, and generates reference signals Ref1, Ref2, Ref3 through a sine generator. The dc capacitor unbalance controller on the other phase repeats the same process.

본 발명에 따른 다중 브리지 인버터로 구성된 UPFC의 동작을 검증하기 위해 서 EMTDC로 시뮬레이션을 실시하였다. 전체 시스템의 시뮬레이션 모델은 도 3과 같다. 전력 계통은 1기 무한 모선으로 모델링하였고 선로 인덕턴스는 집중 선로정수로 모델링하였다. 시뮬레이션에서 사용된 회로 정수는 도 9에 도시된 바와 같다. In order to verify the operation of the UPFC composed of a multi-bridge inverter according to the present invention, a simulation was performed with EMTDC. The simulation model of the entire system is shown in FIG. The power system is modeled as a single infinite bus and the line inductance is modeled as a concentrated line constant. The circuit constant used in the simulation is as shown in FIG.

도 10a 및 도 10b는 시뮬레이션에서 사용된 UPFC 제어기의 구조를 보여주기 위한 것으로서, 각각 자동조류제어를 수행하는 직렬 인버터와 병렬 인버터의 제어기를 나타내고 있다. 정상 상태시 직류 신호로 나타나는 제어양을 이용하여 선로 전류를 조절하는 벡터 제어로 자동조류제어를 수행한다. 기준 유ㆍ무효 전력 성분인 iq *와 id *는 요구되는 유ㆍ무효 전력인 PRef와 QRef로 결정된다. 이 기준 성분은 측정된 선로 전류의 iq와 id 성분과 비교되고 직렬 인버터 출력 전압의 크기와 위상각을 결정하는 Vpq와 ρ를 생성한다. 병렬 인버터의 제어기에서 출력 전압의 크기는 직류 전압의 크기에 의존하고 출력 전압의 위상각만을 제어한다. 제어기의 외부 제어 루프는 선로측 모선단 전압을 조절하고 또한 직류 전압을 제어한다. 요구되는 무효성분을 보상하는데 필요한 값으로 직류 전압이 형성될 때까지 외부제어기는 선로측 모선단 전압에 대해서 인버터 출력 전압의 위상각 α를 가변한다. 10A and 10B illustrate the structure of the UPFC controller used in the simulation, and show the controllers of the serial inverter and the parallel inverter, respectively, which perform automatic algae control. Automatic algae control is performed by vector control to control the line current using the control amount indicated by the DC signal in the steady state. The reference active and reactive power components i q * and i d * are determined by P Ref and Q Ref , which are required active and reactive power. This reference component is compared with the i q and i d components of the measured line current and produces Vpq and ρ that determine the magnitude and phase angle of the series inverter output voltage. In the controller of the parallel inverter, the magnitude of the output voltage depends on the magnitude of the DC voltage and only controls the phase angle of the output voltage. The external control loop of the controller regulates the line side bus terminal voltage and also controls the DC voltage. The external controller varies the phase angle α of the inverter output voltage with respect to the line side bus terminal voltage until a DC voltage is formed to the value necessary to compensate for the required reactive component.

시뮬레이션에서 고려된 시나리오는 도 11에 나타난 바와 같이, 총 시뮬레이션 진행시간은 5.5초로 설정하였으며, 유효 전력 P의 기준값은 초기에 250 [MW]로 설정하였으며, 1.5초, 2.5초, 3.5초에 기준값을 변경하였다. 또한, 무효 전력 Q의 기준값은 초기에 0[MVar]로 설정하였고, 2.5초, 3.5초, 4.5초에 기준값을 변경하였다. 유효 전력과 무효 전력의 기준값인 PRef와 QRef를 스텝 변화시킴으로써, 본 발명 에 따른 UPFC의 동특성을 확인하였다. In the scenario considered in the simulation, as shown in FIG. 11, the total simulation run time was set to 5.5 seconds, and the reference value of the active power P was initially set to 250 [MW], and the reference values were set at 1.5 seconds, 2.5 seconds, and 3.5 seconds. Changed. In addition, the reference value of reactive power Q was initially set to 0 [MVar], and the reference value was changed in 2.5 second, 3.5 second, and 4.5 second. The step characteristics of P Ref and Q Ref , which are reference values of active power and reactive power, were changed to confirm the dynamic characteristics of the UPFC according to the present invention.

도 12a 내지 도 12g는 본 발명에 따른 UPFC 시스템의 동특성을 분석하기 위하여 EMTDC로 시뮬레이션한 결과를 나타낸 것이다. 도 12a 및 도 12b는 스텝으로 변하는 유ㆍ무효 전력의 기준값 PRef와 QRef에 대해서 UPFC의 추종 성능을 나타내고 있다. 직렬 인버터가 송전선로에 적정한 전압을 주입함으로써 유ㆍ무효 전력의 기준값 PRef와 QRef에 따라 선로의 유ㆍ무효 전력 P와 Q를 제어하고 있음을 알 수 있다. 도 12c는 병렬 인버터가 STATCOM 동작을 함으로써 모선단 전압을 일정하게 유지시키고 있음을 나타낸 것이다. 도 12d는 UPFC의 A상 직류 커패시터 전압을 보여주고 있다. PWM 스위칭으로 인해서 전압편차가 발생하였지만 각 커패시터 전압이 균일함을 알 수 있다. 도 12e는 병렬 인버터의 출력전압을 나타낸 것이다. 병렬 인버터는 각 인버터 모듈이 결합 변압기로 연결되어 있기 때문에 출력 전압의 파형이 도 12h에 도시된 직렬 인버터의 출력 전압 파형보다 고조파 함유율이 더 낮음을 알 수 있다. 직력 인버터의 출력단에 LC 필터를 추가한다면 출력 파형에 함유된 고조파는 제거될 수 있을 것이다. 도 12f는 직류 전압 Vdc1, Vdc2, Vdc3와 평균 직류전압 Vdc*의 변화를 나타낸 것이다. 각 직류 커패시터 전압은 초기에 평형상태라고 가정하였고 임의로 1.4초에 직류 전압의 불평형을 만들었다. 도 12g는 도 8에 도시된 직류 전압 불평형 제어기의 최종 출력값인 기준 신호 Ref1, Ref2, Ref3의 파형을 도시한 것이다. 다른 직류 전압에 비해 직류 전압 Vdc2의 불평형이 더 크기 때문에 보정 위상각 Δα2 가 크게 나타난다. 따라서, 도 12g에서 알 수 있는 바와 같이, 직류 전압이 불평형 상태에서 평형 상태를 이루게 되면 기준 신호 Ref1, Ref2, Ref3의 위상은 거의 동상이 된다. 12A to 12G show simulation results of EMTDC to analyze dynamic characteristics of the UPFC system according to the present invention. 12A and 12B show the tracking performance of the UPFC with respect to the reference values P Ref and Q Ref of the active and reactive power which change in steps. It can be seen that the series inverter controls the active and reactive power P and Q of the line according to the reference values P Ref and Q Ref of the active and reactive power by injecting an appropriate voltage into the transmission line. 12c shows that the parallel inverter maintains a constant bus terminal voltage by performing a STATCOM operation. 12d shows the voltage of the A phase DC capacitor of the UPFC. Although voltage deviation occurred due to PWM switching, it can be seen that each capacitor voltage is uniform. 12E shows the output voltage of the parallel inverter. In the parallel inverter, since each inverter module is connected to the coupling transformer, it can be seen that the waveform of the output voltage has a lower harmonic content than the output voltage waveform of the series inverter shown in FIG. 12H. By adding an LC filter to the output of the series inverter, the harmonics contained in the output waveform can be eliminated. 12f shows the change of the DC voltages Vdc1, Vdc2, Vdc3 and the average DC voltage Vdc * . Each DC capacitor voltage was initially assumed to be in equilibrium and randomly unbalanced the DC voltage at 1.4 seconds. FIG. 12G illustrates waveforms of reference signals Ref1, Ref2, and Ref3 which are final output values of the DC voltage unbalance controller shown in FIG. 8. Since the unbalance of DC voltage Vdc2 is larger than other DC voltages, the correction phase angle Δα 2 is large. Therefore, as can be seen in FIG. 12G, when the DC voltage is in an unbalanced state, the phases of the reference signals Ref1, Ref2, and Ref3 are almost in phase.

한편, 선로 사고시에 본 발명에 따른 UPFC의 보호 회로의 동작을 확인하기 위하여 도 13에 도시된 단선도와 같이 시뮬레이션을 실시하였다. UPFC가 설치된 앞단의 선로에서 3상 지락사고가 발생하였을 경우를 가정하였으며, 도 13에 도시된 바와 같이 선로의 P와 Q의 측정점은 UPFC가 설치된 바로 전 지점에서 측정하였다. 송전선로에서 사고가 발생하였을 때 제안하는 UPFC는 도 14에 도시된 바와 같은 보호 회로의 동작으로 인해서 사고 전류로부터 병렬과 직렬 인버터를 보호한다. 과전류 검출기는 과전류를 검출하고 보호 신호를 발생시키고, 이 신호는 직렬 인버터의 제어를 정상 상태 제어에서 과도 상태 제어로 전환시키는 역할을 한다. 처음에 과전류를 바이패스시키기 위하여 모든 풀브리지의 상단 스위치를 동시에 턴온시킨 후에 기계적 차단기를 닫는다. 선로 전압 검출기는 사고로 인해서 발생할 수 있는 선로의 저전압을 검출하고 병렬 인버터의 게이트 펄스를 차단하기 위하여 보호 신호를 발생시킨다. 선로의 사고가 제거되고 병렬 인버터가 정상적으로 동작하면 기계적인 차단기를 수동으로 열어서 직렬 인버터를 동작시킨다. 이때, 직렬 인버터는 사고전에 자동조류제어모드로 동작하던 제어기의 유ㆍ무효 전력의 기준값을 감지하고 있기 때문에 사고 제거후에 상기 기준값으로 정상 복귀하는 동작을 수행한다. Meanwhile, in order to confirm the operation of the protection circuit of the UPFC according to the present invention in the event of a line accident, a simulation was performed as shown in FIG. 13. It was assumed that a three-phase ground fault occurred on the front track where the UPFC was installed. As shown in FIG. 13, the measuring points of P and Q of the track were measured at the point immediately before the UPFC was installed. The proposed UPFC protects the parallel and series inverters from the fault current due to the operation of the protection circuit as shown in FIG. 14 when an accident occurs in the transmission line. The overcurrent detector detects overcurrent and generates a protection signal, which serves to switch the control of the series inverter from steady state control to transient control. Initially turn on the top switch of all full bridges at the same time to bypass the overcurrent, then close the mechanical breaker. The line voltage detector detects a low voltage on the line that may be caused by an accident and generates a protection signal to block the gate pulse of the parallel inverter. If the line fault is eliminated and the parallel inverter operates normally, the series inverter is operated by manually opening the mechanical breaker. At this time, since the serial inverter senses a reference value of active and reactive power of the controller operating in the automatic current control mode before the accident, the series inverter performs an operation of returning to the reference value normally after the accident is eliminated.

선로에 3상 지락 사고가 발생하였을 때, UPFC의 보호 제어기가 정상적으로 동작하는 것을 확인하기 위해서 도 15에 도시된 바와 같은 시뮬레이션 시나리오로 시뮬레이션을 실시하였다. 시간 0~0.6초 동안 병렬 인버터는 무효 전력 제어모드(Iq모드)를 수행하고, 직렬 인버터는 전압 주입 모드(Vpq 모드)로 동작한다. 시간 0.6~1.2초 동안 병렬 인버터는 자동전압제어모드(Vref 모드)로 동작하고, 직렬 인버터는 자동조류제어모드(P, Q 모드)로 동작한다. 1.2초에 사고가 발생하고 1.3초에 사고가 제거된 후 1.45초에 직렬 인버터를 다시 선로에 투입한다. When a three-phase ground fault occurred on the track, simulation was performed in a simulation scenario as shown in FIG. 15 to confirm that the protection controller of the UPFC operates normally. The parallel inverter performs the reactive power control mode (Iq mode) and the series inverter operates in the voltage injection mode (Vpq mode) for time 0 to 0.6 seconds. The parallel inverter operates in the automatic voltage control mode (Vref mode) and the series inverter operates in the automatic current control mode (P, Q mode) for 0.6 ~ 1.2 seconds. After 1.2 seconds of accident and 1.3 seconds of elimination, the series inverter is returned to the track at 1.45 seconds.

도 16a 내지 도 16c는 선로에 사고가 발생하였을 때의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도표들이다. 도 16a는 선로 전류의 변화를 나타낸 그래프이다. 선로에 사고가 발생하였을 때 선로 전류가 2.4kA까지 상승하는 것을 알 수 있다. 도 16b는 UPFC가 동작할 때 선로의 유ㆍ무효 전력 변화를 나타낸 그래프이다. 도 16b에 도시된 바와 같이, 사고로 인해서 과도 상태가 발생하지만 본 발명에 따른 UPFC는 도 13의 보호 회로 동작으로 인해서 영향을 받지 않음을 알 수 있다. 도 16c는 A상을 구성하고 있는 3개의 풀브리지 인버터 중에서 하나의 인버터에 나타나는 직류 커패시터 전압을 도시한 그래프이다. 도 16c를 참조하면, 약간의 과도 상태가 나타나기는 하지만 UPFC의 보호 회로 동작으로 인하여 전압이 안정적인 값으로 제한되고 있음을 알 수 있다. 16A to 16C are diagrams showing simulation results when an accident occurs on a track. 16A is a graph showing a change in line current. It can be seen that the line current rises to 2.4kA when an accident occurs on the track. 16B is a graph showing a change in active and reactive power of a line when the UPFC operates. As shown in FIG. 16B, it can be seen that a transient state occurs due to an accident, but the UPFC according to the present invention is not affected by the protection circuit operation of FIG. 13. FIG. 16C is a graph showing a DC capacitor voltage appearing in one inverter among three full bridge inverters configuring the A phase. Referring to FIG. 16C, although a slight transient state appears, it can be seen that the voltage is limited to a stable value due to the protection circuit operation of the UPFC.

도 17은 본 발명에 따른 시스템을 실시스템으로 구현하기 위한 일실시예를 도시한 개념도로서, 상업용으로 이용가능한 소자들로 구성하고자 한다. 이하, 도 17에 도시된 실시스템을 구체적으로 설명한다. H-브리지의 인버터 소자는 현재 상업용으로 이용 가능한 고전력 GTO인 미츠비시사의 FG6000AU-120D가 고려되는데, 이 소자의 정격 전압은 6kV(직류 전압은 4.8kV)이고, 정격 전류는 6kA(평균정격전류 1.5kA)이다. 소자의 안정성을 고려하면, 시스템 설계시 적용 가능한 소자의 정격은 4kV의 직류 정격 전압과 1.25kA의 평균 정격 전류로 산정할 수 있다. FIG. 17 is a conceptual diagram illustrating an embodiment for implementing a system according to the present invention as a real system, and is intended to include commercially available elements. Hereinafter, the real system shown in FIG. 17 will be described in detail. H-Bridge's inverter devices are currently considered commercially available high-power GTO's FG6000AU-120D from Mitsubishi, whose rated voltage is 6kV (DC voltage 4.8kV) and rated current is 6kA (average rated current 1.5kA). )to be. Considering the stability of the device, the applicable device rating in system design can be estimated with a DC rated voltage of 4kV and an average rated current of 1.25kA.

또한, UPFC의 공칭 전압이 138kV이고, 인버터의 용량은 150MVA라고 가정하고, 각 상에 필요한 H-브리지가 6쌍이라고 가정하며, 직렬측의 최대 주입 전압이 동작 전압(상전압 40kV)의 50%라고 가정한다. 또한, 단상 다중 권선 변압기의 1차측과 2차측의 권선비는 24:1이다. 각 H-브리지 인버터가 담당하는 RMS 전압은 3.33kV이다. 두 개의 GTO가 안정적으로 견딜 수 있는 직류 정격 전압이 4kV이므로 각 H-브리지는 충분히 3.33kV의 전압을 견딜 수가 있다. In addition, assuming that the nominal voltage of the UPFC is 138kV, the inverter capacity is 150MVA, the H-bridges required for each phase are 6 pairs, and the maximum injection voltage on the series side is 50% of the operating voltage (phase voltage 40kV). Assume that In addition, the winding ratio of the primary side and the secondary side of the single phase multiple winding transformer is 24: 1. The RMS voltage of each H-bridge inverter is 3.33 kV. The DC rated voltage, which the two GTOs can reliably withstand, is 4kV, so each H-bridge can withstand a voltage of 3.33kV.

도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예에서의 UPFC는 각 상당 12쌍의 H-브리지 모듈로 구성되어 있다. H-브리지가 총 36쌍으로 이루어져 있고 각 쌍은 8개의 GTO로 구성되어 있으므로, 전체적으로 사용되는 GTO의 갯수는 288개이다. As shown in Fig. 17, the UPFC in the embodiment according to the present invention is composed of each equivalent pair of H-bridge modules. Since the H-bridge consists of a total of 36 pairs and each pair consists of 8 GTOs, the total number of GTOs used is 288.

본 발명에 따른 UPFC 시스템은 단상 다중 권선 변압기로 절연된 단상 풀브리지 인버터를 이용한 새로운 개념의 UPFC 시스템이다. 본 발명에 따른 UPFC 시스템의 동적 성능은 EMTDC 시뮬레이션으로 분석하였으며 시뮬레이션 모델은 UPFC 시스템이 1기 무한 모선 전력 계통인 138kV 송전선로에 연결되어 있는 것으로 가정하였다. The UPFC system according to the present invention is a new concept of UPFC system using a single phase full bridge inverter insulated by a single phase multiple winding transformer. The dynamic performance of the UPFC system according to the present invention was analyzed by EMTDC simulation, and the simulation model assumes that the UPFC system is connected to a 138kV transmission line, which is a first infinite bus power system.

종래의 UPFC 시스템에서는 직렬주입변압기를 반드시 구비하여야 하였으며, 상기 직렬주입변압기는 낮은 포화영역과 누설 임피던스를 갖도록 설계를 하여야 했기 때문에 매우 중요한 요소로 간주되었다. 하지만, 본 발명에 따른 UPFC 시스템은 직렬 주입 변압기가 없는 새로운 개념의 UPFC를 제안하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 UPFC 시스템은 직렬 주입 변압기없이 선로에 직접 연결이 가능할 뿐만 아니라 인버터의 브리지 수를 증가시킴으로써 유연하게 동작 전압을 높일 수 있게 된다. In the conventional UPFC system, a series injection transformer must be provided. Since the series injection transformer has to be designed to have a low saturation region and a leakage impedance, it is regarded as a very important factor. However, the UPFC system according to the present invention proposes a new concept of UPFC without a series injection transformer. Accordingly, the UPFC system according to the present invention can be directly connected to a line without a series injection transformer and can flexibly increase the operating voltage by increasing the number of bridges of the inverter.

Claims (8)

각 상마다 적어도 하나 이상의 풀브리지 모듈 쌍으로 구성되어 있으며, Each phase consists of at least one full bridge module pair, 각각의 상기 풀브리지 모듈 쌍은 각각 하나의 H-브리지 모듈로 구성된 적어도 하나의 직렬 인버터 및 적어도 하나의 병렬 인버터가 병렬로 연결되고, 상기 직렬 인버터 및 상기 병렬 인버터와 병렬로 연결된 직류링크커패시터를 구비하며,Each of the full bridge module pairs includes at least one series inverter and at least one parallel inverter each configured as one H-bridge module, connected in parallel, and a DC link capacitor connected in parallel with the series inverter and the parallel inverter. , 상기 풀브리지 모듈 쌍들을 구성하는 적어도 하나 이상의 병렬 인버터들은 단상 다중 권선변압기를 통해 서로 직렬로 연결되어 있으며,At least one parallel inverter constituting the full bridge module pairs are connected in series with each other through a single-phase multiple winding transformer, 상기 풀브리지 모듈 쌍들을 구성하는 적어도 하나 이상의 직렬 인버터들은 선로에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 직렬주입변압기가 없는 UPFC.And at least one series inverter constituting the full bridge module pairs is directly connected to a line. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 UPFC는 상기 직렬 인버터의 일단과 선로 사이에 싸이리스터 스위치 및 차단기를 더 구비하고, 상기 싸이리스터 스위치는 선로에 흐르는 과전류를 바이패스시키고 상기 차단기를 동작시키는 것을 특징으로 하는 직렬주입변압기가 없는 UPFC.The apparatus of claim 1, wherein the UPFC further includes a thyristor switch and a breaker between one end of the series inverter and a line, wherein the thyristor switch bypasses overcurrent flowing in the line and operates the breaker. UPFC without series injection transformer. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 직류링크커패시터는 각 상당 3개씩 구비하는 것을 특징으로 하는 직렬주입변압기가 없는 UPFC.The UPFC without a series injection transformer according to claim 1, wherein the DC link capacitors are provided with three corresponding DC link capacitors. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 직류링크커패시터는 전압불평형 제어기를 더 구비하여, 상기 직류 링크 커패시터 전압을 균등하게 하는 것을 특징으로 하는 직렬주입변압기가 없는 UPFC.7. The UPFC of claim 1 or 6, wherein the DC link capacitor further includes a voltage imbalance controller to equalize the DC link capacitor voltage. 제1항에 있어서, 상기 직렬 인버터는 그 출력단에 LC 필터를 더 구비하고, 상기 LC 필터는 출력 파형에 함유된 고조파를 제거하는 것을 특징으로 하는 직렬주입변압기가 없는 UPFC.2. The UPFC of claim 1, wherein the series inverter further includes an LC filter at its output stage, and the LC filter removes harmonics contained in the output waveform.
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