KR101043573B1 - 3상 불평형시 ｓｖｃ의 불평형 전류를 개선하기 위한 ｓｖｃ 제어장치 - Google Patents

Abstract

기존의 PLL에 보조신호를 추가하여 단상사고 또는 과도상태에서 돌입전류에 의한 고조파 불안정을 저감시킬 수 있는 개선된 형태의 SVC 제어장치가 개시된다. 상기 SVC 제어장치는 일반적으로 사이리스터 소자와 상기 사이리스터 소자에 연결된 인덕턴스를 포함하는 SVC, 계통의 3상 전압을 측정하는 전압센서, 상기 측정된 3상 전압의 평균값을 구하는 평균값연산기, 상기 평균값과 기준전압을 비교하여 오차값을 산출하는 제 1 비교기, 상기 오차값을 증폭 및 보정하는 PI제어기, 상기 3상 전압을 기초로 각각의 상에 대한 6개의 점호 신호를 생성하는 PLL, 및 상기 PI제어기로 증폭되고 보정된 오차값과 점호 신호를 비교하여 온/오프 신호를 출력하는 제 2 비교기를 포함하고 상기 계통의 3상의 상전류를 측정하는 전류센서; 상기 전류센서로부터 수신된 상기 상전류간 불평형을 감지하여 상기 불평형에 대응하는 오차값을 산출하는 점호변조제어기를 포함한다.

Description

3상 불평형시 ＳＶＣ의 불평형 전류를 개선하기 위한 ＳＶＣ 제어장치{The modified SVC control devices to balance 3-phase currents at AC voltage unbalance}

본 발명은 SVC 제어 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 PLL에 보조신호를 추가하여 단상사고 또는 과도상태에서 돌입전류에 의한 고조파 불안정을 저감시킬 수 있는 개선된 형태의 SVC 제어장치에 관한 것이다.

현재 산업현장에서 사용되고 있는 송배전용 컨버터의 점호는 대부분 PLL (Phase-Locked Loop)을 사용하고 있다. 이 경우에 컨버터가 소용량인 경우는 상관이 없지만 HVDC(High Voltage Direct Current) 또는 SVC(Static Vars Compensatior) 등에 포함된것과 같은 대용량 컴포넌트인 경우 PLL이 계통에 고조파를 유발한다던지 제어에 영향을 미쳐서 계통의 조류에 부정적인 영향을 나타내게 하고 있다.

HVDC의 경우 PLL은 계통과 동기를 맞추어서 제어를 하기 때문에 전류에 포함 된 고조파가 상대적으로 적고 제어 정밀성이 높아지는 특징이 있다.

하지만 SVC는 정상상태에서는 상관이 없지만 단상사고와 같은 계통의 동요가 일어나는 경우 PLL의 동작에 의해서 비정상적으로 고조파가 커지는 단점을 갖는다.

따라서 이러한 단점을 해결할 수 있는 새로운 형태의 SVC 제어장치가 요구된다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서 본 발명의 일 목적은 기존의 PLL에 보조신호를 추가하여 단상 사고 또는 과도 상태에서의 돌입전류에 의한 고조파 불안정을 저감시킬 수 있는 개선된 형태의 SVC 제어장치를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 태양에 따라, SVC 제어장치가 제공되고 상기 SVC 제어장치는 사이리스터 소자와 상기 사이리스터 소자에 연결된 인덕턴스를 포함하는 SVC, 계통의 3상 전압을 측정하는 전압센서, 상기 측정된 3상 전압의 평균값을 구하는 평균값연산기, 상기 평균값과 기준전압을 비교하여 오차값을 산출하는 제 1 비교기, 상기 오차값을 증폭 및 보정하는 PI제어기, 상기 3상 전압을 기초로 각각의 상에 대한 6개의 점호 신호를 생성하는 PLL, 및 상기 PI제어기로 증폭되고 보정된 오차값과 점호 신호를 비교하여 온/오프 신호를 출력하는 제 2 비교기를 포함하고, 상기 계통의 3상의 상전류를 측정하는 전류센서; 상기 전류센서로부터 수신된 상기 상전류간 불평형을 감지하여 상기 불평형에 대응하는 오차값을 산출하는 점호변조제어기를 포함할 수 있다.

상기 점호변조제어기는 상기 각각의 상전류를 미분하여 상기 상전류의 전류변화량을 산출하는 미분기, 상기 산출된 전류변화량을 적분하여 상기 상전류의 총 변화량을 산출하는 적분기, 및 상기 전류 도통상태를 감시하여 감시된 상기 도통상태에 따라 상기 적분기를 제어하는 도통감시기를 포함할 수 있다.

상기 전류센서는 상기 계통의 출력단에 위치할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 SVC 제어장치는 기존의 PLL에 보조신호를 추가하여 단상사고 또는 과도상태에서의 돌입전류에 의한 고조파 불안정을 저감시킬 수 있다.

이하 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 참조로 하는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있다.

도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 SVC 제어장치의 개략적인 회로도이고 도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 PLL의 개략적인 회로도이다.

도 1을 참조하면, SVC 제어장치(1)는 사이리스터 제어형 리액터(10)를 포함한다. 사이리스터 제어형 리액터(10)는 3상의 각 상의 제어를 담당하는 한 쌍의 서로 역방향으로 배치된 사이리스트 소자(10a, 10b)를 포함할 수 있다.

사이리스트 소자(10a, 10b)는 양방향 제어를 수행하여 전류값에 의해 사이리스트 소자(10a, 10b)와 직렬로 연결된 인덕턴스(11)에 흐르는 전류를 제어한다. 이렇게 함으로써 무효전력을 소모시키고 무효전력에 의해 AC계통(20)의 전압을 제어하도록 한다.

도 1에 도시된 SVC 제어장치(1)는 전압센서(30)에서 3상 전압의 값을 구하고 이 값을 평균값연산기(40)에 입력하여 3상 전압의 평균값을 구한다.

이렇게 구해진 평균값과 (도시안된) 기준전압발생기로부터의 기준전압(Vref)은 제 1 비교기(50)에 입력되고 제 1 비교기(50)는 평균값과 기준전압(Vref)을 비교하여 양자간의 오차값을 산출한다.

이렇게 산출된 오차값은 PI제어기(60)에 입력되고 PI제어기(60)는 오차값을 증폭 및 보정한다.

도 2에 그 구성이 명확하게 도시되어 있는 PLL(70)은 도 1에 도시된 바와 같이 AC계통(20)의 A상, B상, 및 C상의 3상 전압을 전압센서(30)로 측정하여 그 각각에 대하여 2개씩의 신호를 생성한다. 즉 A상에 대하여 2개, B상에 대하여 2개 그리고 C상에 대하여 2개의 신호를 생성하여 출력한다. 이렇게 출력된 6개의 신호는 사이리스터 제어형 리액터(10)에 포함된 6개의 사이리스터 소자(10a, 10b)를 점호하는 점호신호로서 작용한다. 보다 상세하게는 각각의 상의 한 쌍의 신호들은 각 각 사이리스터 소자(10a, 10b)의 각각을 점호하는 신호로 작용한다.

PI제어기(60)에 의해 증폭되고 보정된 오차값과 PLL(70)로부터의 신호는 6개의 제 2 비교기(80)로 수신되고 제 2 비교기(80)는 온/오프 신호를 출력한다.

이렇게 제 2 비교기(80)에서 출력된 온/오프 신호는 펄스발생기(90)를 통과하여 사이리스터 제어형 리액터(10)의 위상을 제어한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVC의 개략적인 회로도이다. 도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 SVC 제어장치(1)는 도 1에 도시된 종래의 SVC 제어장치(1)에 더하여 전류센서(95) 및 점호변조제어기(100)를 포함한다.

전류센서(95)는 SVC 제어장치(1)의 출력단에서 A상, B상, 및 C상의 전류(Ia, Ib, Ic)를 측정하고 측정된 상전류(Ia, Ib, Ic)를 점호변조제어기(100)에 전송한다. 점호변조제어기(100)는 SVC 제어장치(1)의 수신한 상전류(Ia, Ib, Ic)를 제 1 비교기(50)에 입력으로서 공급한다.

점호변조제어기(100)는 상기 수신된 각각의 상전류(Ia, Ib, Ic)간 불평형을 감지하고 불평형이 발생한 부분을 보정하여 사이리스터의 점호를 조절할 수 있도록 한다. 예컨대, 각각의 상전류(Ia, Ib, Ic)가 서로 완전한 평형을 이루고 있다면, 점호변조제어기(100)로부터의 출력은 0이되고 따라서 제 1 비교기(50)에 입력되는 값은 없으므로 이 부분에 대해서는 특별히 SVC를 통해 전력 제어를 수행할 필요가 없다.

하지만, 상전류(Ia, Ib, Ic) 중 적어도 어느 하나에 불평형, 예컨대 크기나 위상이 틀리게 된다면 점호변조제어기(100)로부터의 출력은 0이 아니고 소정의 오차값이 제 1 비교기(50)에 입력되게 된다. 따라서 이 경우는 이러한 상전류(Ia, Ib, Ic)의 오차만큼에 대한 전력제어를 수행할 수 있게 된다.

상기 실시예에서는 전류센서(90)를 계통의 출력단에 배치시키는 것으로 예시하였지만 이는 설명의 용이를 위한 것으로서 전류센서(90)는 계통의 송전단에 배치될 수도 있음을 이해할 것이다.

점호변조제어기(100)에 대한 보다 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVC 제어장치(1)에 포함된 점호변조제어기(100)의 블록도이다. 도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 SVC 제어장치(1)에 포함된 점호변조제어기(100)는 미분기(101), 도통감시기(102), 적분기(103), 및 가산기(104)를 포함한다. 도시된 바와 같이 가산기(104)는 하나가 제공될 수 있고 각각의 상전류(Ia, Ib, Ic)에 대하여 하나의 미분기(101), 도통감시기(102), 및 적분기(103)가 제공될 수 있다.

미분기(101)는 각각의 상전류(Ia, Ib, Ic)를 미분하는 기능을 한다. 이러한 미분기(101)는 종래 알려진 OP-앰프로 구현된 미분기일 수 있고 기타 알려진 형태의 미분기일 수 있다. 미분기(101)는 각각의 상전류(Ia, Ib, Ic)를 미분함으로써 각각의 상전류(Ia, Ib, Ic)의 전류변화량을 알 수 있다.

도통감시기(102)는 전류 도통상태를 감시하여 전류가 도통상태인 경우 오프신호를 그리고 전류가 도통하지 않는 상태일 경우는 온신호를 출력한다. 따라서 도통감시기(102)는 그 출력값에 따라 출력단에 연결된 적분기(103)를 제어할 수 있다.

예컨대 출력값이 온신호일 경우는 적분기(103)를 리셋하여 적분기(103)를 동작하지 않도록 하고 출력값이 오프신호일 경우는 적분기(103)의 리셋 없이 적분기(103)를 그대로 동작하게 한다.

적분기(103)는 미분기(101)에 의해 미분된 상전류를 적분한다. 적분기(103) 또한 미분기(101)와 마찬가지로 종래 알려진 OP-앰프로 구현된 적분기일 수 있고 기타 알려진 형태의 적분기로 구현될 수 있다. 이러한 적분기(103)는 미분기(101)에 의해 알려진 각각의 전류변화량을 모두 적분함으로써 소정 시간에 따른 전류의 총변화량을 알 수 있도록 한다.

상기한 바와 같이 적분기(103)는 도통감시기(102)에 의해 제어되어 적분을 수행할 수 있다.

가산기(104)는 각각의 상에 대한 적분기(103)로부터의 출력값을 더하여 제 1 비교기(50)로 전달한다. 평상시, 예컨대 SVC 제어장치(1)가 정상적으로 동작하여 각각의 상전류(Ia, Ib, Ic)가 서로 상평형을 이루고 있을 때는 적분기(103)에 의해 출력되는 값, 즉 각각의 적분기(103)로부터의 출력값의 합은 0이 되지만 외부의 고장에 의해 전류의 불평형이 발생하는 경우에는 0이 아닌 오차값이 발생하고 이 값이 제 1 비교기(50)에 입력된다.

이와 같이 제 1 비교기(50)에 0이 아닌 값이 입력될 경우 해당분만큼 종래의 SVC에서 전력제어를 수행할 수 있도록 함으로써 단상사고 또는 과도상태에서의 돌입전류에 의한 고조파 불안정을 저감시킬 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이고 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

도 1은 종래기술에 따른 SVC 제어장치의 개략적인 회로도,

도 2는 종래기술에 따른 PLL의 개략적인 회로도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVC의 개략적인 회로도, 및

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVC 제어장치에 포함된 점호변조제어기의 블록도이다.

Claims (3)

1. 사이리스터 소자와 상기 사이리스터 소자에 연결된 인덕턴스를 포함하는 SVC, 계통의 3상 전압을 측정하는 전압센서, 측정된 상기 3상 전압의 평균값을 구하는 평균값연산기, 상기 평균값과 기준전압을 비교하여 오차값을 산출하는 제 1 비교기, 상기 오차값을 증폭 및 보정하는 PI제어기, 상기 3상 전압을 기초로 각각의 상에 대한 6개의 점호 신호를 생성하는 PLL, 및 상기 PI제어기로 증폭되고 보정된 오차값과 점호 신호를 비교하여 온/오프 신호를 출력하는 제 2 비교기를 포함하는 SVC 제어장치로서,

   상기 계통의 3상의 상전류를 측정하는 전류센서; 및

   상기 전류센서로부터 수신된 상기 상전류간 불평형을 감지하여 상기 불평형에 대응하는 오차값을 산출하는 점호변조제어기

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 SVC 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 점호변조제어기는,

   각각의 상기 상전류를 미분하여 상기 상전류의 전류변화량을 산출하는 미분기,

   산출된 상기 전류변화량을 적분하여 상기 상전류의 총변화량을 산출하는 적분기, 및

   각각의 상기 상전류의 도통상태를 감시하여 감시된 상기 도통상태에 따라 상기 적분기를 제어하는 도통감시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 SVC 제어장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전류센서는 상기 계통의 출력단에 위치하는 것을 특징으로 하는 SVC 제어장치.

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