KR101302942B1 - 초고전압 직류 송전 시스템의 소호각 측정장치 - Google Patents

초고전압 직류 송전 시스템의 소호각 측정장치 Download PDF

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Abstract

초고전압 직류 송전(HVDC) 시스템의 소호각 측정장치가 개시된다. 복수의 사이리스터를 포함하는 사이리스터 밸브의 소호각을 측정하는 본 발명의 장치는, 복수의 사이리스터에 인가되는 전압에 따라 복수의 사이리스터의 상태신호를 검출하고, 복수의 사이리스터의 상태신호를 이용하여 사이리스터 밸브의 소호각을 검출한다.

Description

초고전압 직류 송전 시스템의 소호각 측정장치{APPARATUS FOR MEASURING EXTINCTION ANGLE IN HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT TRANSMISSION SYSTEM}
본 발명은 소호각 측정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초고전압 직류 송전 시스템에 적용되는 소호각 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 초고압 직류송전(High Voltage Direct Current; 이하, 'HVDC'라 함)란, 발전소에서 생산되는 교류(AC)전력을 직류(DC)전력으로 전환하여 송전한 후, 수전점에서 AC로 재변환하여 전력을 공급하는 방식을 말한다. 이러한 HVDC 송전 방식은 교류 송전방식의 장점인 전압 승압을 통한 효율적이며 경제적인 전력 전송을 가능하게 하고, 교류 송전의 여러 가지 단점을 극복할 수 있는 송전 방식이다.
HVDC 시스템은 사이리스터(thyristor) 밸브를 이용하는 전류형 HVDC 시스템과 IGBT 소자를 이용하는 전압형 HVDC 시스템으로 크게 구분할 수 있다. 전류형 HVDC 시스템은 전력 시스템에서 전류 및 전압의 제어에 사용되는 전력반도체 소자인 사이리스터를 이용하는 것으로, 손실율이 1%에 불과해 매우 경제적이므로, 주로 사용되고 있다.
이러한 HVDC 송전 시스템에서 AC를 DC로, DC를 AC로 변환하는 사이리스터 밸브는, 턴온(turn-on)되어 도통되다가 턴오프(turn-off)되면 사이리스터의 양단전압이 역전압이 되는데, 이 역전압 구간을 소호각이라 한다.
이러한 소호각의 정확한 측정은 HVDC 시스템의 소호각 제어 및 최소 소호각 보호를 위해 필수적으로 요구된다.
본 발명은 상기한 바와 같은 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 사이리스터의 양단의 전압을 측정하여 실제 소호각을 검출하기 위한, HVDC 시스템에서 소호각 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 복수의 사이리스터를 포함하는 사이리스터 밸브의 소호각을 측정하는 본 발명의 장치는, 복수의 사이리스터에 각각 연결되며, 복수의 사이리스터에 인가되는 전압에 따라 상기 복수의 사이리스터의 상태신호를 검출하는 복수의 밸브상태 진단부; 및 상기 복수의 밸브상태 진단부가 생성한 상기 복수의 사이리스터의 상태신호를 이용하여 상기 사이리스터 밸브의 소호각을 검출하는 소호각 검출부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 밸브상태 진단부는, 연결된 사이리스터에 인가되는 전압을 검출하는 검출부; 및 상기 검출부가 검출에 의해, 상기 사이리스터에 인가되는 전압이 역전압이 되는 경우, 역전압이 되었음을 알리는 상태신호(역전압 상태신호)를 포함하는 제1상태신호를 생성하고, 상기 사이리스터에 인가되는 전압이 증가하여 전압이 실질적으로 0이 되는 경우, 정전압으로 전환되었음을 알리는 상태신호(정전압 상태신호)를 포함하는 제2상태신호를 생성하는 상태신호 생성부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1상태신호 및 상기 제2상태신호는, 각각 상기 연결된 사이리스터의 상태를 알리는 상태신호, 상기 밸브상태 진단부의 상태를 알리는 상태신호 및 전원상태를 알리는 상태신호를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 소호각 검출부는, 복수의 상기 제1상태신호 및 상기 제2상태신호로부터 상기 역전압 상태신호 및 상기 정전압 상태신호를 분리하는 복수의 분리부; 및 상기 복수의 분리부로부터 상기 역전압 상태신호 및 상기 정전압 상태신호를 수신하고, 상기 역전압 상태신호를 합산하여, 상기 사이리스터 밸브의 소호각을 검출하는 합산부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 복수의 밸브상태 진단부 및 상기 소호각 검출부는, 광케이블을 통해 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 밸브상태 진단부는, 상기 상태신호 생성부가 생성한 상기 제1상태신호 및 상기 제2상태신호를 광신호로 변환하는 광송신부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 소호각 검출부는, 상기 광케이블을 통해 전달되는 광신호를 상기 제1상태신호 및 상기 제2상태신호로 변환하여 상기 복수의 분리부에 전달하는 복수의 광수신부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 사이리스터의 양단에 걸리는 소호각을 측정하는 본 발명의 장치는, 상기 사이리스터에 인가되는 전압을 검출하는 검출부; 및 상기 검출부가 검출에 의해, 상기 사이리스터에 인가되는 전압이 역전압이 되는 경우, 역전압이 되었음을 알리는 상태신호를 포함하는 제1상태신호를 생성하고, 상기 사이리스터에 인가되는 전압이 증가하여 전압이 실질적으로 0이 되는 경우, 정전압으로 전환되었음을 알리는 상태신호를 포함하는 제2상태신호를 생성하는 상태신호 생성부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제1상태신호 및 제2상태신호를 네트워크를 통해 전송하는 송신부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 네트워크는 광네트워크이고, 상기 송신부는, 상기 제1상태신호 및 상기 제2상태신호를 광신호로 변환하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 본 발명은, 각 사이리스터의 소호각을 나타내는 상태신호를 생성하여, 이를 이용하여 소호각을 측정함으로써, 손쉽게 사이리스터 밸브의 소호각을 측정하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 소호각 측정을 위한 추가적인 디바이스 없이 소호각 측정이 가능하므로, 시스템을 간소화하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 소호각 측정장치의 일실시예 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따라 소호각이 측정되는 방식을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 3은 도 1의 검출부의 일실시예 상세 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 소호각 측정장치의 일실시예 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 소호각 측정장치는, 사이리스터 밸브(1)를 구성하는 복수의 사이리스터(10)의 소호각을 측정하기 위한 것으로서, 복수의 밸브상태 진단부(20) 및 소호각 검출부(30)를 포함한다.
본 발명의 설명에서, 사이리스터는 n(n은 자연수)개 존재하는 것으로 도시하고 설명하겠으며, 따라서, 각 사이리스터의 밸브상태를 진단하는 밸브상태 진단부(20) 역시 n개 구성되는 것임은 자명하다. 일반적인 HVDC 시스템에서는 예를 들어 12개의 사이리스터가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
복수의 밸브상태 진단부(20)는 소호각 검출부(30)에 광케이블(40)을 통하여 각각의 사이리스터(10)의 상태신호를 전송하고, 소호각 검출부(30)는 복수의 사이리스터(10)의 상태신호를 수신하여 소호각을 검출하고, 역시 광케이블(50)을 통해 검출한 소호각을 HVDC 시스템의 상위레벨의 제어부(도시되지 않음)로 전송한다.
본 발명에서는, 복수의 밸브상태 진단부(20)와 소호각 검출부(30)가 광케이블(40)을 통해 연결되어 있고, 소호각 검출부(30)와 상위 제어부(도시되지 않음) 역시 광케이블(40)을 통해 연결되어 있는 것을 예를 들어 설명하기로 한다. 이는 광전송이 원거리 전송 및 대역폭에 유리하기 때문이다.
그러나, 본 발명이 적용되는 네트워크가 광네트워크에 한정되는 것은 아니며, 광네트워크 이외의 유/무선 네트워크의 적용을 배제하지 않는 것으로 한다.
구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 복수의 밸브상태 진단부(20)는 각각 검출부(21), 상태신호 생성부(22) 및 광송신부(23)를 포함한다. 이하에서는, 복수의 사이리스터(10) 중, 첫번째 사이리스터(10-1)에 연결된 밸브상태 진단부(20-1)를 예를 들어 설명하기로 한다. 그러나, 이는 편의를 위한 것으로서, 다른 사이리스터 및 밸브상태 진단부의 동작 역시 다르지 않음은 자명하다.
검출부(21)는 사이리스터(10-1) 양단의 전압 등 사이리스터(10-1)의 상태를 검출한다. 검출부(21)는 예를 들어 전압센서이지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
사이리스터(10-1)가 턴온되어 도통하다가 턴오프되면 사이리스터(10-1) 양단의 전압은 역전압이 된다. 검출부(21)의 검출에 의해, 역전압이 발생하는 순간, 상태신호 생성부(22)는 역전압이 되었음을 알리는 신호를 포함하는 디지털 데이터인 상태신호를 생성한다.
상태신호는, 역전압이 되었음을 알리는 상태신호, 사이리스터(10-1)의 상태를 알리는 상태신호, 밸브상태 진단부(20-1)의 상태를 알리는 상태신호 및 전원상태를 알리는 상태신호를 포함한다. 다만, 상태신호 생성부(22)가 생성하는 상태신호가 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 복수의 상태신호는 상태신호 생성부(22)가 동시에 생성하는 것이 아니라, 소정의 시간간격을 두고 펄스형식으로 생성된다. 이 경우, 사이리스터(10-1)의 역전압이 발생하는 순간에, 역전압이 되었음을 알리는 상태신호가 우선적으로 생성되는 것이 바람직하다. 따라서, 역전압이 되었음을 알리는 상태신호가 생성되는 순간이 소호각의 시작시점이 된다. 이는 추후 도면을 참조로 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
또한, 상태신호 생성부(22)는 검출부(21)의 검출에 의해, 역전압이 정전압이 되기 위해 '0'이 되는 순간 또 다른 상태신호를 생성한다. 이때의 상태신호 역시, 정전압으로 전환되었음을 알리는 상태신호, 사이리스터(10-1)의 상태를 알리는 상태신호, 밸브상태 진단부(20-1)의 상태를 알리는 상태신호 및 전원상태를 알리는 상태신호를 포함한다. 다만, 상태신호 생성부(22)가 생성하는 상태신호가 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 복수의 상태신호는 상태신호 생성부(22)가 동시에 생성하는 것이 아니라, 소정의 시간간격을 두고 펄스형식으로 생성됨은 위에서 설명한 바와 같다. 이 경우, 사이리스터(10-1)의 전압이 0이 되는 순간에, 정전압으로 전환되었음을 알리는 상태신호가 우선적으로 생성되는 것이 바람직하다. 따라서, 정전압으로 전환되었음을 알리는 상태신호가 생성되는 순간이 개별 사이리스터(10-1)의 소호각의 종료시점이 된다.
광송신부(23)는 상태신호 생성부(22)가 생성한 디지털 신호인 상태신호를 광케이블(40)로 전송할 수 있도록 광신호로 변환한다. 즉, 광송신부(23)는 광인터페이스를 담당한다. 광송신부(23)의 상세 구성 및 동작에 대해서는 이미 널리 알려진 바와 같으므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따라 소호각이 측정되는 방식을 설명하기 위한 일예시도로서, 사이리스터(10-1)에 도통하는 전류(사이리스터 전류)와, 검출부(21)가 검출하는 사이리스터(10-1) 양단에 인가되는 전압(사이리스터 전압) 및 상태신호 생성부(22)가 생성하는 상태신호를 각각 나타낸 것이다.
도면에 도시된 바와 같이, 사이리스터(10-1)가 t1에 턴온되어 도통되다가, t2에서 턴오프되면, 턴오프되는 순간(t2)에 사이리스터(10-1)에는 역전압이 인가된다. 또한, 사이리스터(10-1)는 역전압에서 전압이 선형적으로 증가하여 소정 시간이 경과하면 t3에서 전압이 0이 되어 이후에는 정전압이 인가되는데, t2에서 t3까지의 시간을 각으로 환산한 것을 소호각(γ)이라고 한다.
상태신호 생성부(22)는 t2에서 사이리스터(10-1)의 상태신호(A)를 생성한다. 상태신호(A)는 역전압이 되었음을 알리는 상태신호(A1), 사이리스터(10-1)의 상태를 알리는 상태신호(A2), 밸브상태 진단부(20-1)의 상태를 알리는 상태신호(A3) 및 전원상태를 알리는 상태신호(A4)를 포함한다.
또한, 상태신호 생성부(22)는 t3에서 사이리스터(10-1)의 상태신호(B)를 생성한다. 상태신호(B)는 정전압으로 전환되었음을 알리는 상태신호(B1), 사이리스터(10-1)의 상태를 알리는 상태신호(B2), 밸브상태 진단부(20-1)의 상태를 알리는 상태신호(B3) 및 전원상태를 알리는 상태신호(B4)를 포함한다.
다만, 상태신호 생성부(22)가 생성하는 상태신호가 이에 한정되는 것이 아님은 이미 설명한 바와 같다.
광송신부(23)는 상태신호 생성부(22)가 생성한 상태신호(A, B)를 광케이블을 통해 소호각 검출부(30)로 전송한다.
한편, 도 1에서, 소호각 검출부(30)는 복수의 광수신부(31), 수집부(32) 및 광송신부(33)를 포함한다.
복수의 광수신부(31)는 복수의 밸브상태 진단부(20)로부터 광케이블(40)을 통해 수신하는 광신호를 각각 수신하여, 디지털 신호로 변환하여 수집부(32)에 전달한다. 수집부(32)는 상태신호를 수신하여, 사이리스터 밸브(1)의 소호각을 검출한다. 이를 도면을 참조로 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 도 1의 검출부의 일실시예 상세 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 소호각 측정장치의 수집부(32)는, 복수의 분리부(61) 및 합산부(62)를 포함한다.
복수의 분리부(61)는 광수신부(31)가 변환한 각 채널의 상태신호(A, B)를 수신하여, 소호각 관련 상태신호(A1, B1)를 분리한다. 소호각 관련 상태신호(A1, B1) 이외의 상태신호(A2~A4, B2~B4)에 대해서는, HVDC 시스템에서 사용가능하지만, 본 발명의 소호각 검출과는 무관하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하겠다.
A1 및 B1 상태신호는, 사이리스터 밸브(1)의 복수의 사이리스터(10) 중 하나의 사이리스터가 역전압이 되는 순간과 정전압으로 전환되는 순간을 알리는 상태신호이다.
합산부(62)는 복수의 분리부(61)에 의해 분리된 상태신호 중, 역전압이 되었음을 알리는 상태신호(A1)와 정전압으로 전환되었음을 알리는 상태신호(B1)를 합산하여, 사이리스터 밸브(1)의 소호각(C)을 검출한다. 소호각 신호(C)는 펄스형태로서, 상태신호 A1이 소호각의 시작(C1)을 나타내며, 상태신호 B1이 소호각의 종료(C2)를 나타낸다.
이와 같이 검출된 소호각(C)을 광송신부(33)가 광신호로 변환하여, 이를 HVDC 시스템의 상위 제어부(도시되지 않음)로 광케이블(50)을 통해 전송하여, 제어부가 소호각 제어 및 최소 소호각 보호 등에 사용하도록 할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 사이리스터 밸브 10: 사이리스터
20: 밸브상태 진단부 21: 검출부
22: 상태신호 생성부 23: 광송신부
30: 소호각 검출부 31: 광수신부
32: 수집부 33: 광송신부
40, 50: 광케이블

Claims (10)

  1. 복수의 사이리스터를 포함하는 사이리스터 밸브의 소호각을 측정하는 장치에 있어서,
    복수의 사이리스터에 각각 연결되며, 복수의 사이리스터에 인가되는 전압에 따라 상기 복수의 사이리스터의 상태신호를 검출하는 복수의 밸브상태 진단부; 및
    상기 복수의 밸브상태 진단부가 생성한 상기 복수의 사이리스터의 상태신호를 이용하여 상기 사이리스터 밸브의 소호각을 검출하는 소호각 검출부를 포함하고, 상기 밸브상태 진단부는,
    연결된 사이리스터에 인가되는 전압을 검출하는 검출부; 및
    상기 검출부의 검출에 의해, 상기 사이리스터에 인가되는 전압이 역전압이 되는 경우, 역전압이 되었음을 알리는 상태신호(역전압 상태신호)를 포함하는 제1상태신호를 생성하고, 상기 사이리스터에 인가되는 전압이 증가하여 전압이 0이 되는 경우, 정전압으로 전환되었음을 알리는 상태신호(정전압 상태신호)를 포함하는 제2상태신호를 생성하는 상태신호 생성부를 포함하는 측정장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1상태신호 및 상기 제2상태신호는,
    각각 상기 연결된 사이리스터의 상태를 알리는 상태신호, 상기 밸브상태 진단부의 상태를 알리는 상태신호 및 전원상태를 알리는 상태신호를 더 포함하는 측정장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 소호각 검출부는,
    복수의 상기 제1상태신호 및 상기 제2상태신호로부터 상기 역전압 상태신호 및 상기 정전압 상태신호를 분리하는 복수의 분리부; 및
    상기 복수의 분리부로부터 상기 역전압 상태신호 및 상기 정전압 상태신호를 수신하고, 상기 역전압 상태신호를 합산하여, 상기 사이리스터 밸브의 소호각을 검출하는 합산부를 포함하는 측정장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 복수의 밸브상태 진단부 및 상기 소호각 검출부는, 광케이블을 통해 연결되는 측정장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 밸브상태 진단부는,
    상기 상태신호 생성부가 생성한 상기 제1상태신호 및 상기 제2상태신호를 광신호로 변환하는 광송신부를 더 포함하는 측정장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 소호각 검출부는,
    상기 광케이블을 통해 전달되는 광신호를 상기 제1상태신호 및 상기 제2상태신호로 변환하여 상기 복수의 분리부에 전달하는 복수의 광수신부를 더 포함하는 측정장치.
  8. 사이리스터의 양단에 걸리는 소호각을 측정하는 장치에 있어서,
    상기 사이리스터에 인가되는 전압을 검출하는 검출부; 및
    상기 검출부가 검출에 의해, 상기 사이리스터에 인가되는 전압이 역전압이 되는 경우, 역전압이 되었음을 알리는 상태신호를 포함하는 제1상태신호를 생성하고, 상기 사이리스터에 인가되는 전압이 증가하여 전압이 0이 되는 경우, 정전압으로 전환되었음을 알리는 상태신호를 포함하는 제2상태신호를 생성하는 상태신호 생성부를 포함하는 측정장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1상태신호 및 제2상태신호를 네트워크를 통해 전송하는 송신부를 더 포함하는 측정장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 네트워크는 광네트워크이고, 상기 송신부는, 상기 제1상태신호 및 상기 제2상태신호를 광신호로 변환하는 측정장치.
KR1020120038293A 2012-04-13 2012-04-13 초고전압 직류 송전 시스템의 소호각 측정장치 KR101302942B1 (ko)

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