KR101096150B1 - Ｈｖｄｃ 제어기 및 이를 포함하는 ｈｖｄｃ 시스템 - Google Patents

Ｈｖｄｃ 제어기 및 이를 포함하는 ｈｖｄｃ 시스템 Download PDF

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장재원
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이성두
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Abstract

본 발명은 HVDC 제어기 및 이를 포함하는 HVDC 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 HVDC 시스템의 변압기를 제어하는 HVDC 제어기에 있어서, 정류기를 제어하는 점호 신호를 전송하며, 제1 변압기의 탭 스위치를 제어하는 제1 탭 제어 신호를 생성하는 제1 제어부 및 인버터를 제어하는 소호 신호를 전송하며, 제1 변압기의 탭 스위치를 제어하는 제2 탭 제어 신호를 생성하는 제2 제어부를 포함하되, 제1 제어부는 정류기의 출력단에서 인가되는 직류 전압과 설정된 직류 전압 사이의 전압차 및 점호 신호의 점호각과 설정된 점호각 사이의 점호각차를 이용하여 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 포함하는 제1 탭 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC 제어기 및 이를 포함하는 HVDC 시스템을 제공할 수 있다.

Description

ＨＶＤＣ 제어기 및 이를 포함하는 ＨＶＤＣ 시스템{CONTROLLER FOR HVDC AND HVDC SYSEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 HVDC 제어기 및 이를 포함하는 HVDC 시스템에 관한 것이다.
초고압 직류송전(High Voltage Direct Current; HVDC)은 발전소에서 생산되는 교류전력을 직류로 변환시켜 송전한 이후, 수전단에서 교류로 재 변환시켜 부하에 전력을 공급하는 방식이다. 이러한 HVDC 송전 방식은 교류 송전방식의 장점인 전압 승압을 통한 효율적이며 경제적인 전력 전송을 가능하게 하고, 교류 송전의 여러 가지 단점을 극복할 수 있다.
종래, HVDC 시스템은 직류 전압을 일정하게 유지해야 한다. 교류 전압의 변동이나 부하의 변동에 따른 전압강하를 보상하기 위하여 HVDC 시스템은 변압기의 1차측에 탭 절환기를 포함한다. 탭 절환기는 직류 전압차를 이용하여 탭 제어신호를 생성하는 방식, 점호각차를 이용하여 탭 제어신호를 생성하는 방식 또는 소호각차를 이용하여 탭 제어신호를 생성하는 방식을 사용하므로 정밀한 전압 또는 전류제어에 한계가 있다.
본 발명은 정류기의 직류 전압차와 소호각차를 동시에 고려하여 제1 변압기의 탭제어를 수행할 수 있는 HVDC 제어기 및 이를 포함하는 HVDC 시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명은 인버터의 직류 전압차와 점호각차를 동시에 고려하여 제2 변압기의 탭제어를 수행할 수 있는 HVDC 제어기 및 이를 포함하는 HVDC 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, HVDC 시스템의 변압기를 제어하는 HVDC 제어기에 있어서, 정류기를 제어하는 점호 신호를 전송하며, 제1 변압기의 탭 스위치를 제어하는 제1 탭 제어 신호를 생성하는 제1 제어부; 및 인버터를 제어하는 소호 신호를 전송하며, 제1 변압기의 탭 스위치를 제어하는 제2 탭 제어 신호를 생성하는 제2 제어부를 포함하되, 상기 제1 제어부는 상기 정류기의 출력단에서 인가되는 직류 전압과 설정된 직류 전압 사이의 전압차 및 상기 점호 신호의 점호각과 설정된 점호각 사이의 점호각차를 이용하여 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 포함하는 상기 제1 탭 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC 제어기를 제공할 수 있다.
상기 제1 제어부는 상기 점호 신호를 생성하는 정류기 제어부; 상기 제1 탭 제어 신호를 생성하는 제1 탭 제어부; 및 상기 점호 신호를 피드백 받아 상기 교류 전압과 배타적 NOR연산하여 출력하는 제1 신호처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 탭 제어부는 상기 점호각차가 설정된 각도 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 각도 이하이면 탭 업 신호를 생성할 수 있다.
상기 제1 탭 제어부는 상기 전압차가 설정된 값 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 값 이하이면 탭 업 신호를 생성할 수 있다.
상기 제2 제어부는 상기 인버터의 전단에서 인가되는 직류 전압과 설정된 직류 전압의 전압차 및 상기 소호 신호의 소호각과 설정된 소호각의 소호각차를 이용하여 탭 업 신호 및 탭 다운 신호를 포함하는 상기 제2 탭 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 제2 제어부는 상기 소호 신호를 생성하는 인버터 제어부; 상기 제2 탭 제어 신호를 생성하는 제2 탭 제어부; 중첩각 및 상기 소호 신호를 피드백 받아 상기 교류 전압과 배타적 NOR연산하여 소호각 신호를 출력하는 제2 신호처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 탭 제어부는 상기 소호각차가 설정된 각도 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 각도 이하이면 탭 업 신호를 생성할 수 있다.
상기 제2 탭 제어부는 상기 전압차가 설정된 값 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 값 이하이면 탭 업 신호를 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 교류 전력을 생성하는 교류전원; 상기 교류전원에서 입력된 전력을 변압하며, 탭 스위치가 구비된 제1 변압기; 상기 제1 변압기에서 입력된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류기; 상기 정류기에서 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터; 상기 인버터에서 입력된 교류 전력을 3상 교류 전압으로 변환하며, 탭 스위치가 구비된 제2 변압기; 및 상기 정류기에 점호신호를 공급하고 상기 인버터에 점호신호를 공급하며, 상기 제1 변압기의 탭 스위치에 공급되는 제1 탭 제어신호와, 상기 제2 변압기의 탭 스위치에 공급되는 제2 탭 제어신호를 공급하는 HVDC 제어기를 포함하되, 상기 HVDC 제어기는 상기 정류기의 출력단으로부터의 직류 전압과 설정된 직류 전압 사이의 전압차 및 상기 점호 신호의 점호각과 설정된 점호각 사이의 점호각차를 이용하여 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 포함하는 상기 제1 탭 제어신호를 상기 제1 변압기에 공급하는 제1 제어부를 포함하는 HVDC 시스템을 제공할 수 있다.
상기 제1 제어부는 상기 점호 신호를 생성하는 정류기 제어부; 상기 제1 탭 제어 신호를 생성하는 제1 탭 제어부; 및 상기 점호 신호를 피드백 받아 레벨화된 교류 전압과 배타적 NOR 연산하여 상기 점호각 신호를 출력하는 제1 신호 처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 탭 제어부는 상기 점호각차가 설정된 각도 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 각도 이하이면 탭 업 신호를 생성할 수 있다.
상기 제1 탭 제어부는 상기 전압차가 설정된 값 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 값 이하이면 탭 업 신호를 생성할 수 있다.
상기 HVDC 제어기는 상기 인버터의 전단에서 인가되는 직류 전압과 설정된 직류 전압의 전압차와 상기 소호 신호의 소호각과 설정된 소호각의 소호각차를 이용하여 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 포함하는 상기 제2 탭 제어 신호를 생성하는 제2 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 제어부는 상기 인버터를 제어하는 인버터 점호 신호를 생성하는 인버터 제어부; 상기 제2 탭 제어 신호를 생성하는 제2 탭 제어부; 중첩각 및 상기 인버터 점호 신호를 수신하여 레벨화된 교류 전압과 배타적 NOR연산하여 상기 소호각 신호를 출력하는 제2 신호처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 탭 제어부는 상기 소호각차가 설정된 각도 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 각도 이하이면 탭 업 신호를 생성할 수 있다.
상기 제2 탭 제어부는 상기 전압차가 설정된 값 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 값 이하이면 탭 업 신호를 생성할 수 있다.
상기 HVDC 시스템은 상기 제1 탭 제어신호를 인가 받아 상기 제1 변압기에 제공하는 제1 탭 전환부; 및 상기 제2 탭 제어신호를 인가 받아 상기 제2 변압기에 제공하는 제2 탭 전환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 직류 전압차와 점호각차 또는 직류 전압차와 소호각차를 이용하여 변압기의 탭 제어를 수행하므로 변압기 탭 제어의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, HVDC 시스템의 전력 전송 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 HVDC 시스템을 도시한 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 HVDC 제어기의 일 실시 예를 도시한 블록도.
도 3은 도 2에 도시된 제1 신호 처리부의 일 실시 예를 도시한 블록도.
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 제1 탭 제어부의 일 실시 예를 도시한 블록도들.
도 6은 도 2에 도시된 제2 신호 처리부의 일 실시 예를 도시한 블록도.
도 7 및 도 8은 도 2에 도시된 제2 탭 제어부의 일 실시 예를 도시한 블록도들.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 HVDC 제어기 및 이를 포함하는 HVDC 시스템에 관하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 HVDC 시스템을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 HVDC 시스템은 교류전원(10), 제1 변압기(20), 정류기(30), 인버터(40), 제2 변압기(50), 제1 탭 전환부(110), 제2 탭 전환부(120), 및 HVDC 제어기(100)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 교류전원(10)은 60Hz 또는 50Hz의 3상 교류 전력을 생성하여 전송한다.
제1 변압기(20)는 교류전원(10)에서 입력된 교류 전력을 승압하여 전송한다. 제1 변압기(20)는 제1 탭 전환부(110)에서 입력된 탭 구동신호에 따라 1차측 권선비를 조정하여 출력되는 전력의 전압 레벨을 변환할 수 있다. 제1 변압기(20)는 Y-Y, △-△, Y-△ 결선 방식이 사용될 수 있으며, 이들이 조합된 결선 방식이 사용될 수 있다. 제1 변압기(20)는 승압된 전압을 정류기(30)에 전송한다.
제1 변압기(20)는 탭 구동 신호에 의해 스위칭 되는 복수의 스위치를 포함할 수 있다.
정류기(30)는 입력된 3상 교류전원을 직류로 변환한다. 정류기(30)는 복수의 사이리스터 밸브를 포함할 수 있다. 정류기(30)는 HVDC 제어기(100)에서 입력된 점호 신호를 이용하여 사이리스터 밸브의 온/오프를 제어하여 교류 전압을 직류로 변환한다. 정류기(30)에서 변환된 직류 전원은 송전선을 통해 인버터(40)로 인가된다.
인버터(40)는 입력된 직류 전원을 교류로 변환하여 출력한다. 인버터(40)는 복수의 사이리스터 밸브를 포함할 수 있다. 인버터(40)는 HVDC 제어기(100)에서 공급된 소호 신호를 통해 사이리스터 밸브가 동작하여 직류 전원을 교류전원으로 변환하여 출력한다. 이때, 인버터(40)는 교류 변환된 전원을 제2 변압기(50)에 전송한다.
여기서, 정류기(30)와 인버터(40)는 쌍으로 형성될 수 있다. 즉, 정류기(30)에 구비된 사이리스터 밸브의 개수와 인버터(40)에 구비된 사이리스터의 개수가 동일하다. 또한, 정류기(30)에 구비된 사이리스터 밸브의 방향과 인버터(40)에 구비된 사이리스터 밸브의 방향은 서로 반대 방향으로 형성될 수 있다.
제2 변압기(50)는 인버터(40)에서 교류로 변환된 교류전원을 사용 전압으로 변환한다. 제2 변압기(50)는 제2 탭 전환부(120)에서 입력된 탭 구동신호에 따라 1차측 권선비를 조정하여 출력되는 전력의 전압 레벨을 변환할 수 있다. 제2 변압기(50)는 Y-Y, △-△, Y-△ 결선 방식이 사용될 수 있으며, 이들이 조합된 결선 방식이 사용될 수 있다. 제2 변압기(50)는 승압된 전압을 부하(60)에 전송한다.
제2 변압기(50)는 탭 구동 신호에 의해 스위칭되는 복수의 스위치를 포함할 수 있다.
제1 탭 전환부(110)는 HVDC 제어기(100)에서 입력된 탭업 또는 탭 다운 신호를 포함하는 제1 탭 제어 신호를 인가 받아 제1 변압기(20)에 제1 탭 스위치 구동 신호를 전송한다.
제2 탭 전환부(120)는 HVDC 제어기(100)에서 입력된 탭업 또는 탭 다운 신호를 포함하는 제2 탭 제어 신호를 인가 받아 제2 변압기(50)에 제2 탭 스위치 구동 신호를 전송한다.
HVDC 제어기(100)는 정류기(30)에 포함된 사이리스터 밸브를 구동시키는 점호 신호를 생성하여 정류기(30)에 공급한다. 또한, HVDC 제어기(100)는 인버터(40)에 포함된 사이리스터 밸브를 구동하는 점호 신호를 생성하여 인버터(40)에 공급한다.
또한, HVDC 제어기(100)는 제1 탭 제어 신호를 생성하여 제1 탭 전환부(110)에 공급하고, 제2 탭 제어 신호를 생성하여 제2 탭 전환부(120)에 공급한다.
HVDC 제어기(100)는 제1 직류 전압(VDCR), 제1 직류 전류(IDCR), 제2 직류 전압(VDCI), 제2 직류 전류(IDCI), 제1 교류 전압(VACR), 제2 교류 전압(VACI)을 인가받아 상기의 제1 탭 제어 신호와 제2 탭 제어 신호를 생성한다.
여기서, 제1 직류 전압(VDCR)은 정류기(30)에서 출력되는 직류 전압이고, 제1 직류 전류(IDCR)는 정류기(30)에서 출력되는 직류 전류 이다. 제2 직류 전압(VDCI)은 송전선로를 통과한 후 인버터(40)에 전단에서의 직류 전압이고, 제2 직류 전류(IDCI)는 인버터(40)의 전단에서의 직류 전류이다. 그리고 제1 교류 전압(VDCR)은 교류전원(10)측에서 계기용 변성기(130)로부터 입력되는 3상 교류 전압이며, 제2 교류 전압(VACI)은 제2 변압기(50)의 출력단측에 위치한 계기용 변압기(160)에서 입력된 3상 교류 전압이다.
HVDC 제어기(100)는 설정된 직류 전압과 입력된 직류 전압의 전압차와 설정된 점호각 신호와 피드백된 점호각 신호와의 점호각차를 이용하여 제1 탭 제어 신호를 출력할 수 있다.
또한, HVDC 제어기(100)는 설정된 직류 전압과 입력된 직류 전압의 전압차와 설정된 소호각 신호와 피드백된 소호각 신호와의 소호각차를 이용하여 제2 탭 제어 신호를 출력할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 HVDC 제어기에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이하의 설명에서는 탭 제어 신호에 관하여 더 상세히 설명하나, HVDC 제어기는 점호 신호와 소호 신호를 생성하는 것을 기본적으로 수행하는 것으로 간주하여 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 HVDC 제어기의 일 실시 예를 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, HVDC 제어기(100)는 제1 제어부(200) 및 제2 제어부(300)를 포함할 수 있다.
제1 제어부(200)는 정류기(30)에 점호 신호를 공급하고, 제1 탭 전환부(110)에 제1 탭 제어신호를 공급할 수 있다. 제1 제어부(200)는 정류기 제어부(210), 제1 탭 제어부(230), 제1 신호 처리부(220) 및 인터페이스(240)를 포함할 수 있다.
정류기 제어부(210)는 정류기(30)에 인가되는 점호 신호를 생성한다. 정류기 제어부(210)는 교류전원(10)측에서 입력되는 3상 교류 전압과 정류기(30)의 출력에서 입력되는 제1 직류 전류(IDCR)를 이용하여 점호 신호를 생성하여 정류기(30)에 공급한다.
인터페이스부(240)는 정류기 제어부(210)에서 출력되는 점호 신호를 모니터링 할 수 있으며, 정류기 제어부(210)에 설정값들을 전송할 수 있다.
제1 신호 처리부(220)는 정류기(30)의 점호각 신호(α_feedback)를 출력한다. 제1 신호 처리부(220)는 교류전원(10)측에서 입력된 3상 교류 전압을 측정하고, 정류기 제어부(210)에서 입력된 점호 신호를 배타적 NOR 연산하여 점호각 신호(α_feedback)를 출력한다.
제1 탭 제어부(230)는 제1 탭 제어 신호를 생성한다. 제1 탭 제어부(230)는 직류 전압차와 점호각차를 이용하여 제1 탭 제어 신호를 생성한다. 직류 전압차는 정류기측에서 입력되는 제1 직류 전압과 설정된 제1 설정 전압의 차이값이고, 점호각차는 설정된 점호각 신호(α_op)와 피드백된 점호각 신호(α_feedback) 사이의 차이값이다. 이때, 제1 탭 제어부(230)는 직류 전압차에 점호각차를 가산하여 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 생성하거나, 점호각차에 직류 전압차를 가산하여 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 생성할 수 있다.
제1 탭 제어부(230)에 대한 설명은 도 4 및 도 5를 참조하여 상세히 하기로 한다.
제2 제어부(300)는 인버터(40)에 소호 신호를 공급하고, 제2 탭 전환부(120)에 제2 탭 제어신호를 공급할 수 있다. 제2 제어부(300)는 인버터 제어부(310), 제2 탭 제어부(330), 제2 신호 처리부(320) 및 인터페이스(340)를 포함할 수 있다.
인버터 제어부(310)는 인버터(40)에 인가되는 점호 신호를 생성한다. 인버터 제어부(310)는 전류의 오차를 적분하여 전류를 제어하고, 소호각오차를 적분하여 소호각을 제어한다. 이때, 전류제어와 소호각 제어를 위한 점호 신호를 삼각파와 비교하여 제어조건에 맞는 신호를 선택하여 점호 신호를 출력한다.
인터페이스부(340)는 인버터 제어부(310)에서 출력되는 점호 신호를 모니터링 할 수 있으며, 인버터 제어부(310)에 설정값들을 전송할 수 있다.
제2 신호 처리부(320)는 인버터(40)의 소호각 신호(γ_feedback)를 출력한다. 제2 신호 처리부(320)는 인버터 출력측으로부터 입력된 3상 교류 전압과, 점호 신호 및 유지각 신호를 배타적 NOR 연산하여 소호각 신호(γ_feedback)를 출력한다. 제2 신호 처리부(320)에 대한 설명은 도 6을 참조하여 다시 하기로 한다.
제2 탭 제어부(330)는 제2 탭 제어 신호를 생성한다. 제2 탭 제어부(330)는 직류 전압차와 소호각차를 이용하여 제2 탭 제어 신호를 생성한다. 직류 전압차는 인버터 입력측에서 입력되는 제2 직류 전압(VDCI)과 설정된 제2 설정 전압(VDOP)의 차이값이고, 소호각차는 설정된 소호각 신호(γ_op)와 피드백된 소호각 신호(γ_feedback) 사이의 차이값이다. 이때, 제2 탭 제어부(330)는 전압차에 소호각차을 가산하여 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 생성하거나, 소호각차에 직류 전압차를 가산하여 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 생성할 수 있다.
제2 탭 제어부(330)에 대한 설명은 도 7 및 도 8을 참조하여 상세히 하기로 한다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 신호 처리부의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1 신호 처리부(220)는 교류전압 검출부(221), 신호 레벨기(222), 카운터(223) 및 배타적 NOR 게이트(224)를 포함할 수 있다. 교류전압 검출부(221)는 입력된 3상 교류 전압(VACR)을 검출하여 신호 레벨기(222)에 제공한다.
신호 레벨기(222)는 입력된 교류 전압을 0V 레벨을 기준으로 양의 구간은 0(low)으로, 음의 구간은 1(high)로 검출하여 구형파를 만든다.
카운터(223)는 정류기 제어부(210)에서 입력된 점호 펄스를 카운팅한다. 이때, 카운터(223)는 쉬프트 레지스터를 이용하여 입력된 점호 신호를 순차적으로 쉬프트시켜 출력한다.
배타적 NOR 게이트(224)는 신호 레벨기(222)에서 입력된 신호와 카운터(223)에서 입력된 신호를 배타적 NOR 연산하여 점호각 신호(α_feedback)로 출력한다. 출력된 점호각 신호(α_feedback)는 제1 탭 제어부(230)에 제공된다.
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 제1 탭 제어부의 일 실시 예를 도시한 블록도들이다.
도 4는 전압차를 기준으로 점호각차를 이용하여 탭 업 신호와 탭 다운 신호를 미세 조정하는 회로를 예를 들어 설명하기로 한다. 도 4를 참조하면, 정류기에서 입력된 직류 전압(VDCR)과 설정된 직류 전압(VDOP)의 차이값을 계산한다. 이어서, 피드백된 점호각 신호(α_feedback) 및 설정된 점호각 신호(α_op)의 점호각차를 가산하여 제1 탭 신호 판단부(231)에 제공한다. 제1 탭 신호 판단부(231)는 점호각차가 기준값 범위를 벗어나면 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 제1 탭 제어신호로 출력한다. 예를 들면, 제1 탭 신호 판단부(231)는 점호각차가 3도 이상일 경우 탭 다운 신호를 출력하고, -3도 이하일 경우 탭 업 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 점호각차는 3도를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 시스템에 따라 달라질 수 있다.
도 5는 점호각차를 기준으로 전압차를 이용하여 탭 업 신호와 탭 다운 신호를 미세 조정하는 회로를 예를 들어 설명하기로 한다. 도 5를 참조하면, 피드백된 점호각 신호(α_feedback)와 설정된 점호각 신호(α_op)의 차이값을 계산한다. 이어서, 정류기의 출력단으로부터 입력된 직류 전압(VDCR) 및 설정된 직류 전압(VDOP) 사이의 전압차와 가산하여 기준값 범위를 벗어나면 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 제1 탭 전환부(110)에 출력한다. 예를 들면, 제2 탭 신호 판단부(232)는 전압차가 0.03PU 이상일 경우 탭 다운 신호를 출력하고, -0.03PU 이하일 경우 탭 업 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 전압차는 0.03PU를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 시스템에 따라 달라질 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 제2 신호 처리부의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
교류전압 검출부(321), 신호 레벨기(322), 카운터(323), 중첩각 계산부(325) 및 배타적 NOR 게이트(324)를 포함할 수 있다.
교류전압 검출부(321)는 인버터에서 출력된 3상 교류 전압(VACI)을 검출하여 신호 레벨기(322)에 제공한다.
신호 레벨기(322)는 교류전압 검출부(321)로부터 입력된 교류 전압을 0V 레벨을 기준으로 양의 구간은 0(low)으로, 음의 구간은 1(high)로 검출하여 구형파를 만든다.
카운터(323)는 정류기 제어부(210)에서 입력된 점호 펄스를 카운팅한다. 이때, 카운터(323)는 쉬프트 레지스터를 이용하여 입력된 점호 신호를 순차적으로 쉬프트시켜 출력한다.
중첩각 계산부(325)는 di/dt를 계산하여 배타적 NOR 게이트(324)에 전송한다.
배타적 NOR 게이트(324)는 신호 레벨기(322)에서 출력된 신호, 카운터(323)에서 출력된 신호 및 중첩각 계산부(325)에서 출력된 신호를 배타적 NOR 연산하여 결과를 출력한다. 출력된 결과는 반전되어 제2 탭 제어부(330)에 제공된다.
도 7 및 도 8은 도 2에 도시된 제2 탭 제어부의 일 실시 예를 도시한 블록도들이다.
도 7은 전압차를 기준으로 점호각차를 이용하여 탭 업 신호와 탭 다운 신호를 미세 조정하는 회로를 예를 들어 설명하기로 한다. 도 7를 참조하면, 인버터 전단에서 입력된 직류 전압(VDCI)과 설정된 직류 전압(VDOP)의 차이값을 계산한다. 이어서, 계산된 값과 피드백된 소호각 신호(γ_feedback) 및 설정된 소호각 신호(γ_op)를 연산하여 제3 탭 신호 판단부(333)에 제공한다.
제3 탭 신호 판단부(333)는 소호각차가 기준값 범위를 벗어나면 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 제2 탭 제어신호로 출력한다. 예를 들면, 제3 탭 신호 판단부(333)는 소호각차가 3도 이상일 경우 탭 다운 신호를 출력하고, -3도 이하일 경우 탭 업 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 소호각차는 3도를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 시스템에 따라 달라질 수 있다.
도 8은 소호각차를 기준으로 전압차를 이용하여 탭 업 신호와 탭 다운 신호를 미세 조정하는 회로를 예를 들어 설명하기로 한다. 도 8을 참조하면, 피드백된 소호각 신호(γ_feedback)와 설정된 소호각 신호(γ_op)오차를 계산한다. 이어서, 인버터의 전단으로부터 입력된 직류 전압(VDCI) 및 설정된 직류 전압(VDOP)을 계산된 오차에 가산하여 기준값 범위를 벗어나면 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 제1 탭 전환부(110)에 출력한다. 예를 들면, 제4 탭 신호 판단부(334)는 전압차가 0.03PU 이상일 경우 탭 다운 신호를 출력하고, -0.03PU 이하일 경우 탭 업 신호를 출력할 수 있다. 여기서, 전압차는 0.03PU를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 시스템에 따라 달라질 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 HVDC 제어기 및 이를 포함하는 HVDC 시스템은 전압차와 점호각차를 이용하여 제1 변압기의 탭제어 신호를 생성할 수 있고, 전압차와 소호각차를 이용하여 제2 변압기의 탭제어 신호를 생성할 수 있다. 이에 따라 변압기를 미세 조정하여 직류 전압 안정도를 증가시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 교류전원
20: 제1 변압기
30: 정류기
40: 인버터
50: 제2 변압기
60: 부하
100: HVDC 제어기
110: 제1 탭 전환부
120: 제2 탭 전환부
200: 제1 제어부
210: 정류기 제어부
220: 제1 신호 처리부
221, 321: 교류전압 검출부
222, 322; 신호 레벨기
223, 323: 카운터
224, 324: 배타적 NOR
230: 제1 탭 제어부
231: 제1 탭신호 판단부
232: 제2 탭신호 판단부
240: 인터페이스
300: 제2 제어부
310: 인버터 제어부
320: 제2 신호 처리부
325: 중첩각 계산부
330: 제2 탭 제어부
333: 제3 탭신호 판단부
334: 제3 탭신호 판단부
340: 인터페이스

Claims (17)

  1. HVDC 시스템의 변압기를 제어하는 HVDC 제어기에 있어서,
    정류기를 제어하는 점호 신호를 전송하며, 제1 변압기의 탭 스위치를 제어하는 제1 탭 제어 신호를 생성하는 제1 제어부; 및
    인버터를 제어하는 소호 신호를 전송하며, 제1 변압기의 탭 스위치를 제어하는 제2 탭 제어 신호를 생성하는 제2 제어부를 포함하되,
    상기 제1 제어부는
    상기 정류기의 출력단에서 인가되는 직류 전압과 설정된 직류 전압 사이의 제1 전압차 및 상기 점호 신호의 점호각과 설정된 점호각 사이의 점호각차를 이용하여 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 포함하는 상기 제1 탭 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC 제어기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 제어부는
    상기 점호 신호를 생성하는 정류기 제어부;
    상기 제1 탭 제어 신호를 생성하는 제1 탭 제어부; 및
    상기 점호 신호를 피드백 받아 교류 전원측에서 인가되는 교류 전압과 배타적 NOR연산하여 출력하는 제1 신호 처리부를 더 포함하는 HVDC 제어기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 탭 제어부는
    상기 점호각차가 설정된 각도 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 각도 이하이면 탭 업 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC 제어기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 탭 제어부는
    상기 제1 전압차가 설정된 값 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 값 이하이면 탭 업 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC 제어기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 제어부는
    상기 인버터의 전단에서 인가되는 직류 전압과 설정된 직류 전압의 제2 전압차 및 상기 소호 신호의 소호각과 설정된 소호각의 소호각차를 이용하여 탭 업 신호 및 탭 다운 신호를 포함하는 상기 제2 탭 제어 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC 제어기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 제어부는
    상기 소호 신호를 생성하는 인버터 제어부;
    상기 제2 탭 제어 신호를 생성하는 제2 탭 제어부;
    중첩각 및 상기 소호 신호를 피드백 받아 교류 전원측에서 인가되는 교류 전압과 배타적 NOR연산하여 소호각 신호를 출력하는 제2 신호 처리부를 더 포함하는 HVDC 제어기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 탭 제어부는
    상기 소호각차가 설정된 각도 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 각도 이하이면 탭 업 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC 제어기.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 탭 제어부는
    상기 제2 전압차가 설정된 값 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 값 이하이면 탭 업 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC 제어기.
  9. 교류 전력을 생성하는 교류전원;
    상기 교류전원에서 입력된 전력을 변압하며, 탭 스위치가 구비된 제1 변압기;
    상기 제1 변압기에서 입력된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류기;
    상기 정류기에서 변환된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터;
    상기 인버터에서 입력된 교류 전력을 3상 교류 전압으로 변환하며, 탭 스위치가 구비된 제2 변압기; 및
    상기 정류기에 점호 신호를 공급하고 상기 인버터에 소호 신호를 공급하며, 상기 제1 변압기의 탭 스위치에 공급되는 제1 탭 제어신호와, 상기 제2 변압기의 탭 스위치에 공급되는 제2 탭 제어신호를 공급하는 HVDC 제어기를 포함하되,
    상기 HVDC 제어기는
    상기 정류기의 출력단으로부터의 직류 전압과 설정된 직류 전압 사이의 제1 전압차 및 상기 점호 신호의 점호각과 설정된 점호각 사이의 점호각차를 이용하여 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 포함하는 상기 제1 탭 제어신호를 상기 제1 변압기에 공급하는 제1 제어부를 포함하는 HVDC 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 제어부는
    상기 점호 신호를 생성하는 정류기 제어부;
    상기 제1 탭 제어 신호를 생성하는 제1 탭 제어부; 및
    상기 점호 신호를 피드백 받아 레벨화된 교류 전압과 배타적 NOR 연산하여 상기 점호 신호를 출력하는 제1 신호 처리부를 더 포함하는 HVDC 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 탭 제어부는
    상기 점호각차가 설정된 각도 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 각도 이하이면 탭 업 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제1 탭 제어부는
    상기 제1 전압차가 설정된 값 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 값 이하이면 탭 업 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 HVDC 제어기는
    상기 인버터의 전단에서 인가되는 직류 전압과 설정된 직류 전압의 제2 전압차와 상기 소호 신호의 소호각과 설정된 소호각의 소호각차를 이용하여 탭 업 신호 또는 탭 다운 신호를 포함하는 상기 제2 탭 제어 신호를 생성하는 제2 제어부를 더 포함하는 HVDC 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 제어부는
    상기 인버터를 제어하는 인버터 소호 신호를 생성하는 인버터 제어부;
    상기 제2 탭 제어 신호를 생성하는 제2 탭 제어부;
    중첩각 및 상기 인버터 소호 신호를 수신하여 레벨화된 교류 전압과 배타적 NOR연산하여 상기 소호 신호를 출력하는 제2 신호 처리부를 더 포함하는 HVDC 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 탭 제어부는
    상기 소호각차가 설정된 각도 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 각도 이하이면 탭 업 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 탭 제어부는
    상기 제2 전압차가 설정된 값 이상이면 탭 다운 신호를 생성하고, 설정된 값 이하이면 탭 업 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 탭 제어신호를 인가 받아 상기 제1 변압기에 제공하는 제1 탭 전환부; 및
    상기 제2 탭 제어신호를 인가 받아 상기 제2 변압기에 제공하는 제2 탭 전환부를 더 포함하는 HVDC 시스템.
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