KR101374968B1 - 과전압 보호를 위한 방법 및 디바이스, 이러한 디바이스를 가진 전기 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전압에 영향을 받도록 구성된 전기 시스템 (104) 을 과전압 발생으로부터 보호하는 방법 및 디바이스 (102) 에 관한 것이다. 디바이스 (102) 는 복수의 서지 어레스터들 (106, 108) 을 포함하고, 전기 시스템 (104) 에서의 과전압 발생을 검출하는 검출 수단 (112) 을 포함한다. 복수의 서지 어레스터들 중의 서지 어레스터들 (106, 108) 은 직렬로 접속되고, 복수의 서지 어레스터들은 그라운드 (110) 에 접속가능한 제 1 서지 어레스터 (106) 및 보호받을 전기 시스템 (104) 에 접속가능한 제 2 서지 어레스터 (108) 를 포함한다. 디바이스 (102) 는 복수의 서지 어레스터들 중 적어도 하나의 서지 어레스터 (106, 108) 와 병렬로 접속된 스위칭 수단 (116) 을 포함하며, 스위칭 수단 (116) 은 과전압 발생이 검출되지 않을 때 개방하도록 구성되고, 과전압 발생 검출 시에 폐쇄하여 그 스위칭 수단 (116) 이 병렬로 접속되는 서지 어레스터 (106, 108) 를 단락시키도록 구성된다. 전기 시스템은 적어도 하나의 이러한 디바이스 (102) 를 포함한다.

Description

과전압 보호를 위한 방법 및 디바이스, 이러한 디바이스를 가진 전기 시스템{A METHOD AND A DEVICE FOR OVERVOLTAGE PROTECTION, AND AN ELECTRIC SYSTEM WITH SUCH A DEVICE}

본 발명은 전압에 영향을 받도록 구성된 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전압에 영향을 받도록 구성된 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하는 디바이스에 관한 것으로, 이 디바이스는 복수의 서지 어레스터들 (surge arresters) 을 포함하고, 전기 시스템에서의 과전압 발생을 검출하는 검출 수단을 포함한다. 본 발명은 또한 상기 언급된 바와 같은 디바이스를 포함하는 전기 시스템에 관한 것이다.

전기 시스템들에 대해 개선된 과전압 보호가 필요하며, 예를 들어, 전기 시스템들은 VSC-컨버터들 (VSC = Voltage Source Converter) 을 포함하고, 전기 시스템들은 선전류 (line-commutated) 컨버터들을 포함하며, 및/또는 전기 시스템들은 송전선들 (power transmission lines), 예를 들어 고전압 직류 (High Voltage Direct Current; HVDC) 송신 시스템들을 포함한다.

풍력 파크 (wind power park) 또는 윈드팜 (wind farm) 을 포함하는 전기 시스템은, 과전압이 특히 불리한 전기 시스템이다. 종래, 해상 (offshore) 윈드팜의 윈드 터빈들 (wind turbines) 은 제 1 VSC-컨버터에 접속되는 로컬 AC 버스에 접속되고, 제 2 VSC-컨버터가 육상 (onshore) AC 그리드에 접속되며, 해상 윈드팜에 의해 생성된 전력을 육상 AC 그리드에 송신하는 DC 링크가 제 1 VSC-컨버터와 제 2 VSC-컨버터 사이에 접속된다. 제 2 VSC-컨버터 및 AC 그리드를 포함하는, 인버터측의 AC-시스템에서의 3-상 폴트 (3-phase fault) 는, 제 1 VSC-컨버터 및 DC 링크를 포함하는, 정류기측에 높은 과전압을 야기할 것이며, 즉, 제 1 VSC-컨버터 및 DC 링크는 불리한 과전압에 영향을 받을 것이다. 결과적으로, 정류기측의 VSC-컨버터는 윈드 터빈들에 의해 생성된 전력을 수신하는 것이 가능하지 않을 수도 있고, 윈드 터빈들이 정지되어야 하며, 폴트가 정류, 또는 회복되면, 윈드 터빈들은 다시 시동되어야 하고, 이 프로세스는 전력 생성의 실질적인 감소를 야기한다.

WO 2008/131799 A1 은 윈드팜, 및 그 윈드팜으로부터 AC 그리드로의 전력의 송신을 위한 DC 링크를 포함하는 전기 시스템을 과전압으로부터 보호하기 위한 다수의 솔루션들을 개시하고 있으며, 여기서 DC 링크는 각 종단에서 VSC-컨버터에 접속된다. 일 솔루션에서는, 스위칭가능한 저항기로 구성되는 DC 초퍼 (chopper) 가 DC 링크에 접속된다. 다른 솔루션에서는, 윈드팜이 접속되는 로컬 AC 버스에서의 AC 전압이 정류기측의 VSC-컨버터를 제어함으로써 변경된다.

종래 기술에서는, 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하기 위하여 전기 시스템에서의 과전압을 저감시키기 위해 서지 어레스터들을 이용하는 것이 알려져 있다. 예를 들어, WO 02/50972 A1 은 직류 전압을 교류 전압으로, 그리고 그 반대로 컨버팅하는 VSC-컨버터를 개시하고 있으며, 여기서 VSC-컨버터의 전류 밸브들 중 적어도 하나에는 그 전류 밸브와 병렬로 접속된 과전압 보호를 위한 회로가 제공되며, 이 회로는 서지 어레스터의 직렬 접속을 포함한다.

그러나, 종래 기술에 따른 전기 시스템, 예를 들어 윈드팜을 포함하는 상기 언급된 전기 시스템을 보호하는데 서지 어레스터가 이용되는 경우, 접속된 서지 어레스터의 보호 레벨, 또는 니-포인트 (knee-point) 전압이 전기 시스템에 적응되고, 전기 시스템의 고정된 최대 동작 전압으로 설정되며, 이것은 융통성 없는 과전압 보호를 야기한다.

따라서, 본 발명의 목적은 전기 시스템에 대해 개선된 과전압 보호를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 언급된 목적은 전압에 영향을 받도록 구성된 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하는 디바이스를 제공함으로써 달성되며, 이 디바이스는 복수의 서지 어레스터들 (surge arresters) 을 포함하고, 전기 시스템에서의 과전압 발생을 검출하는 검출 수단을 포함하며, 복수의 서지 어레스터들 중의 서지 어레스터들은 직렬로 접속되고, 복수의 서지 어레스터들은 그라운드에 접속가능한 제 1 서지 어레스터 및 보호받을 전기 시스템에 접속가능한 제 2 서지 어레스터를 포함하며, 이 디바이스는 복수의 서지 어레스터들 중 적어도 하나의 서지 어레스터와 병렬로 접속된 스위칭 수단을 포함하며, 그 스위칭 수단은 과전압 발생이 검출되지 않을 때 개방하도록 구성되고, 과전압 발생 검출 시에 폐쇄하여, 스위칭 수단이 병렬로 접속되는 서지 어레스터를 단락시키도록 구성된다.

본 발명에 따르면, 전기 시스템에서의 과전압의 검출 시에, 스위칭 수단은, 그 스위칭 수단이 병렬로 접속되는 서지 어레스터를 단락시킬 것이며, 이로써 전기 시스템에서의 에너지가 "흡수" 되고 과전압이 더 낮은 레벨 (lower level) 로 더욱 저감된다. 이로써, 전기 시스템의 과전압 보호가 효율적으로 개선된다. 본 발명에 따른 디바이스가 윈드팜 (wind farm) 을 수반하는 상기 언급된 예의 전기 시스템에 적용될 때, 윈드 터빈들 (wind turbines) 은, 대응하는 폴트 (fault) 가 발생하는 경우 정지될 필요가 없다. 대신에, 에너지가 새로 고안된 디바이스에 의해 흡수되고, 과전압이 더 낮은 레벨로 저감된다. 새로 고안된 디바이스는 여러 위치에서 시스템에 접속될 수 있고, 실시형태들의 상세한 설명에서, 여러 예들이 개시된다.

종래 기술에서 개시한 바와 같이 고정된 보호 레벨을 제공하는 서지 어레스터를 가질 때, 그 보호 레벨은 최대 연속 동작 전압에 의해 제한되고, 보호 레벨은 비교적 높다. 이것은 서지 어레스터에 대한 내구력 (wear) 을 증가시킨다. 본 발명에 따른 솔루션에서, 디바이스의 보호 레벨은 과전압 검출 시에 더 낮은 레벨로 "조정" 되고, 전기 시스템은, 과전압이 검출될 때 계속 동작할 수 있고, 서지 어레스터에 대한 내구력이 또한 감소된다. 전기 시스템의 다른 컴포넌트들은 또한 더 낮은 보호 레벨로 디멘져닝될 수 있는데, 이는 비용 절감을 제공한다.

스위칭 수단에 관한 "개방 (open)" 이라는 용어는, 스위칭 수단이 개방 또는 비-도전성 (non-conductive) 상태에 있다는 것을 의미하며, 이 상태에서, 스위칭 수단은 실질적으로 비-도전성이 있고 어떠한 전류도 도통시키지 않으며, 그 스위칭 수단은 턴 오프 (turn off) 되었다고 할 수 있다. 스위칭 수단에 관한 "폐쇄 (closed)" 라는 용어는, 스위칭 수단이 폐쇄 또는 도전성 상태에 있다는 것을 의미하며, 이 상태에서, 스위칭 수단은 도전성이 있고 전류를 도통시키며, 그 스위칭 수단은 턴 온 (turn on) 되었다고 할 수 있다.

바람직하게는, 스위칭 수단은 바람직하게는, 2ms 보다 적은, 바람직하게는 대략 1ms 의 동작 시간, 또는 폐쇄 시간을 가진 고속 스위치 (fast switch) 의 형태로 존재한다. 당업자에게 알려져 있는 여러 적절한 스위칭 수단은 본 발명에 따른 디바이스, 예를 들어 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 GTO (Gate Turn-Off Thyristor) 와 같은 턴-오프 타입의 반도체 엘리먼트, 또는 타입 CapThor^TM 의 스위칭 디바이스용으로 이용될 수 있다. 검출 수단은 당업자에게 알려져 있는 종래의 검출 유닛 또는 장비의 형태로 존재할 수 있다. 각각의 서지 어레스터, 또는 조명 어레스터, 그 자체는 당업자에게 알려져 있는 다양한 적절한 방식으로 구조화될 수 있다.

복수의 서지 어레스터는 2 개 이상의 서지 어레스터들을 포함한다. 본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시형태에 따르면, 디바이스는 2 개의 서지 어레스터 유닛들을 포함한다.

본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시형태에 따르면, 검출 수단은 전기 시스템에 인가된 전압을 측정하는 측정 수단을 포함한다. 측정 수단은 당업자에게 알려져 있는 종래의 측정 유닛 또는 장비의 형태로 존재할 수 있다. 이 실시형태에 의해, 전기 시스템에 대한 과전압 보호가 더욱 개선된다.

본 발명에 따른 디바이스의 추가 바람직한 실시형태에 따르면, 디바이스는 스위칭 수단을 제어하는 제어 수단을 포함하며, 그 제어 수단은 검출 수단에 접속되고, 그 제어 수단은 스위칭 수단을 제어하여 과전압 발생의 검출 시에 폐쇄하도록 구성된다. 제어 수단은 적절한 프로세싱 수단, 예를 들어, CPU 를 포함하는 제어 유닛 또는 제어 디바이스의 형태로 존재할 수 있다. 이 실시형태에 의해, 전기 시스템에 대한 과전압 보호가 더욱 개선된다.

본 발명에 따른 디바이스의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 스위칭 수단이 병렬로 접속되는 서지 어레스터는, 복수의 서지 어레스터들 중의 다른 서지 어레스터들과 비교하여 더 낮은 니-포인트 (knee-point) 전압을 갖는다. 예를 들어, 스위칭 수단이 접속되는 서지 어레스터의 니-포인트 전압은 0.8p.u. (per unit) 의 정규화된 전압 값이 될 수 있으며, 다른 서지 어레스터는 1.0p.u. 의 니-포인트 전압을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 디바이스의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 제 1 서지 어레스터는 제 2 서지 어레스터와 비교하여 더 낮은 니-포인트 전압을 갖는다. 본 발명자들에 의해 수행된 테스트들은, 이 실시형태가 바람직한 과전압 보호를 제공한다는 것을 보여주었다.

제 1 서지 어레스터가 제 2 서지 어레스터와 비교하여 더 낮은 니-포인트 전압을 갖는, 본 발명에 따른 디바이스의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 제 1 서지 어레스터는 복수의 서지 어레스터들 중의 다른 서지 어레스터들과 비교하여 더 낮은 니-포인트 전압을 갖는다. 본 발명자들에 의해 수행된 테스트들은, 이 실시형태가 바람직한 과전압 보호를 제공한다는 것을 보여주었다.

본 발명에 따른 디바이스의 바람직한 실시형태에 따르면, 스위칭 수단은 제 1 서지 어레스터와 병렬로 접속된다. 스위칭 수단을 더 높은 전위 (higher potential) 에 놓인, 즉 전기 시스템에 더 가까운 서지 어레스터와 병렬로 접속시키는 대신에, 스위칭 수단을 그라운드에 접속가능한 제 1 서지 어레스터와 병렬로 접속시킴으로써, 스위칭 수단은 더 적은 절연을 요구한다. 이것에 의해, 스위칭 수단은 그의 구조가 덜 복잡해질 수 있고, 결과적으로 더 적은 비용이 들며, 이로써 전기 시스템의 과전압 보호가 더욱 개선된다.

본 발명의 상기 언급된 목적은 또한 전압에 영향을 받도록 구성된 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하는 방법을 제공함으로써 달성되며, 이 방법은, 복수의 서지 어레스터들을 직렬로 접속하는 단계; 복수의 서지 어레스터들 중 제 1 서지 어레스터를 그라운드에 접속하는 단계; 복수의 서지 어레스터들 중 제 2 서지 어레스터를 전기 시스템에 접속하는 단계; 전기 시스템에서의 과전압 발생을 검출하는 단계; 및 과전압 발생이 검출될 때, 복수의 서지 어레스터들 중 적어도 하나의 서지 어레스터를, 그 서지 어레스터와 병렬로 접속되는 스위칭 수단에 의하여 단락시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법에 의해, 전기 시스템에 대한 과전압 보호가 상기 언급된 이유로 효율적으로 개선된다.

본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시형태에 따르면, 이 방법은 과전압 발생이 검출되지 않을 때 스위칭 수단을 개방 상태로 유지하는 단계, 및 과전압 발생 검출 시에 스위칭 수단을 폐쇄하여 서지 어레스터를 단락시키는 단계를 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방법의 추가 바람직한 실시형태에 따르면, 이 방법은 과전압 발생 검출 시에 제 1 서지 어레스터를, 그 제 1 서지 어레스터와 병렬로 접속되는 스위칭 수단에 의하여 단락시키는 단계를 특징으로 한다.

본 발명에 따른 방법의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 과전압 발생을 검출하는 단계는, 전기 시스템에 인가된 전압을 측정하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법의 상기 언급된 실시형태들 각각의 명백한 기술적 효과들은 본 발명에 따른 디바이스의 대응하는 실시형태와 관련하여 상기 언급된 효과들에 대응한다.

또한, 본 발명은 전압에 영향을 받도록 구성된 전기 시스템을 제공하며, 이는 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하는 적어도 하나의 디바이스를 포함하며, 적어도 하나의 디바이스는 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 특징들, 또는 본 발명에 따른 디바이스의 상기 언급된 실시형태들 중 임의의 실시형태와 관련하여 설명된 특징들을 포함한다.

본 발명에 따른 전기 시스템의 바람직한 실시형태에 따르면, 전기 시스템은 디바이스가 접속되는 선전류 (line-commutated) 컨버터를 포함하고, 디바이스는 선전류 컨버터를 과전압 발생으로부터 보호하도록 구성된다. 디바이스는 선전류 컨버터에 직접 접속되거나, 또는 선전류 컨버터에, 예를 들어 시스템 컴포넌트 또는 유닛, 예를 들어 변압기를 통해 간접 접속될 수 있다.

본 발명에 따른 전기 시스템의 추가 바람직한 실시형태에 따르면, 전기 시스템은 디바이스가 접속되는 VSC-컨버터를 포함하고, 디바이스는 VSC-컨버터를 과전압 발생으로부터 보호하도록 구성된다. VSC 는 전압 소스 컨버터 (Voltage Source Converter) 를 의미한다. 디바이스는 VSC-컨버터에 직접 접속되거나, 또는 VSC-컨버터에, 예를 들어 시스템 컴포넌트 또는 유닛, 예를 들어 변압기 및/또는 인덕터/리액터를 통해 간접 접속될 수 있다.

본 발명에 따른 전기 시스템의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 전기 시스템은 디바이스가 접속되는 송전선 (power transmission line) 을 포함하고, 디바이스는 송전선을 과전압 발생으로부터 보호하도록 구성된다. 예를 들어, 정류기측 컨버터와 인버터측 컨버터 사이에 접속된 DC 링크는, 본 발명에 따른 디바이스가 접속될 수도 있는 송전선의 일 예이다. 디바이스는 송전선에 직접 접속되거나, 또는 송전선에, 예를 들어 시스템 컴포넌트 또는 유닛을 통해 간접 접속될 수 있다.

본 발명에 따른 디바이스는 또한 다른 전기 시스템들에도 적용될 수 있으며, 이 다른 전기 시스템들은 바람직하게는 송전용으로 이용된다. 전기 시스템은 바람직하게는 중간 및/또는 높은 전압, 예를 들어 10kV 내지 1000kV 에 영향을 받도록 구성된다.

본 발명에 따른 디바이스, 방법 및 전기 시스템의 추가 바람직한 실시형태들 및 본 발명이 가진 추가 이점들은 실시형태들의 상세한 설명으로부터 드러난다.

이제, 본 발명이 예시를 목적으로 첨부된 도면들을 참조하여 실시형태들을 예로 들어 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 디바이스의 일 실시형태를 예시한 개략 회로도이다.
도 2 내지 도 4 는 본 발명에 따른 전기 시스템의 실시형태들을 예시한 개략 회로도들이며, 여기서 전기 시스템은 2 개의 VSC-컨버터들을 포함한다.
도 5 및 도 6 은 본 발명에 따른 전기 시스템의 실시형태들을 예시한 개략 회로도들이며, 여기서 전기 시스템은 2 개의 선전류 (line-commutated) 컨버터들을 포함한다.
도 7 은 본 발명에 따른 방법의 일 실시형태를 예시한 개략 흐름도이다.

도 1 은 전압, 예를 들어, 10kV 내지 800kV 의 전압에 영향을 받도록 구성된 전기 시스템 (104) 을 본 발명에 따라 과전압으로부터 보호하는 디바이스 (102) 의 일 실시형태를 예시한다. 디바이스 (102) 는 직렬로 접속되는 2 개의 서지 어레스터들 (surge arresters) (106, 108) 을 포함한다. 제 1 서지 어레스터 (106) 는 그라운드 (110) 에 접속가능하고, 제 2 서지 어레스터 (108) 는 보호받을 전기 시스템 (104) 에 접속가능하다. 이 실시형태에서, 제 1 서지 어레스터 (106) 는 제 2 서지 어레스터 (108) 의 전압보다 낮은 니-포인트 (knee-point) 전압, 예를 들어, 1.0p.u 와 비교하여 0.8p.u. 를 갖는다. 디바이스 (102) 에는 디바이스 (102) 를 그라운드 (110) 에, 그리고 전기 시스템 (104) 에 각각 접속시키는 종래의 접속 수단이 제공될 수도 있다. 디바이스 (102) 의 각각의 서지 어레스터 (106, 108) 는 MOV (Metal Oxide Varistor) 라고도 명명되는, 산화 아연 서지 어레스터와 같은 종래의 타입의 것일 수도 있으며, 통상 매우 낮은 전류를 도통시키지만, 서지 어레스터 (106, 108) 에 걸리는 전압이 소정의 레벨을 초과하면, 실질적으로 증가된 전류를 도통시킬 것이다.

디바이스 (102) 는 전기 시스템에서의 과전압을 검출하는 검출 수단 (112) 을 포함하고, 그 검출 수단 (112) 은 당업자에게 알려져 있는 종래의 검출 유닛 또는 장비의 형태로 존재할 수도 있다. 검출 수단 (112) 은 전기 시스템 (104) 에 인가된 전압을 측정하기 위해 전기 시스템 (104) 에 접속가능한 측정 수단 (114) 을 포함한다. 측정 수단 (114) 은 당업자에게 알려져 있는 종래의 측정 유닛 또는 장비의 형태로 존재할 수도 있다.

디바이스 (102) 는 제 1 서지 어레스터 (106) 와 병렬로 접속된, 고속 스위치 (fast switch) 의 형태의 스위칭 수단 (116) 을 포함한다. 스위칭 수단 (116) 은, 과전압이 검출되지 않을 때 개방하도록 구성되고, 과전압 검출 시에 폐쇄하여 그 스위칭 수단 (116) 이 병렬로 접속되는 제 1 서지 어레스터 (106) 를 단락시키도록 구성된다. 바람직하게는, 스위칭 수단 (116) 은 대략 1ms 의 동작 시간을 가지며, 스위칭 수단 (116) 은 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 GTO (Gate Turn-Off Thyristor) 와 같은 턴-오프 타입의 반도체 엘리먼트, 또는 타입 CapThor^TM 의 스위칭 디바이스의 형태로 존재할 수 있다. 그러나, 다른 스위칭 수단이 가능하다.

디바이스 (102) 는 스위칭 수단 (116) 을 제어하는 제어 수단 (118) 을 포함하며, 제어 수단 (118) 은 검출 수단 (112) 과 스위칭 수단 (116) 양자에 접속된다. 제어 수단 (118) 은 스위칭 수단 (116) 을 제어하여, 과전압의 검출 시에 폐쇄하도록 구성되고, 스위칭 수단 (116) 을 제어하여 과전압이 검출되지 않을 때 개방하도록 구성된다. 제어 수단 (118) 은 적절한 프로세싱 수단, 예를 들어, CPU 를 포함하는 제어 유닛 또는 제어 디바이스의 형태로 존재할 수 있다. 디바이스 (102) 에는 또한 2 개 보다 더 많은 서지 어레스터들이 제공될 수도 있다.

도 2 는 전압에 영향을 받도록 구성되는 본 발명에 따른 전기 시스템의 제 1 실시형태를 예시하며, 전기 시스템은, 당업계에 알려져 있는 바와 같이, AC 그리드 (204) 에 접속된 윈드팜 (wind farm) (202) 을 포함한다. 해상 (offshore) 에 위치할 수 있는 윈드팜 (202) 은 복수의 윈드 터빈들 (wind turbines) (206) 을 포함하고, 제 1 변압기 (210) 및 제 1 인덕터/리액터 (212) 를 통해 제 1 VSC-컨버터 (214) 에 접속되는 로컬 AC 버스 (208) 에 커플링된다. 제 1 VSC-컨버터 (214) 는 DC 링크 (216) 를 통해 제 2 VSC-컨버터 (218) 에 접속되며, 제 2 VSC-컨버터 (218) 는 제 2 인덕터/리액터 (220) 및 제 2 변압기 (222) 를 통해 육상 (onshore) 에 위치할 수 있는 AC 그리드 (204) 에 접속된다. 제 1 VSC-컨버터 (214) 는 AC 를 DC 로 컨버팅하고, 제 2 VSC-컨버터 (218) 는 DC 를 AC 로 컨버팅한다. VSC-컨버터들 (214, 218) 은 당업자에게 알려져 있는 종래의 타입의 것일 수도 있으며, VSC-컨버터들 (214, 218) 의 기능은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 여기에 보다 면밀하게 설명되지 않는다.

전기 시스템은 또한 도 1 에 개시된 바와 같은 디바이스 (102) 를 포함한다. 도 2 의 전기 시스템에서, 디바이스 (102) 는 제 1 VSC-컨버터 (214) 를 과전압으로부터 보호하도록 구성된다. 도 2 에 도시된 본 발명에 따른 전기 시스템의 제 1 실시형태에서, 본 발명에 따른 디바이스 (102) 는 로컬 AC 버스 (208) 와 제 1 변압기 (210) 사이의 위치 A 에서 정류기측의 전기 시스템에 접속된다. AC 폴트 (falut) 가 AC 그리드 (204) 에서 발생하면, 정류기측은 디바이스 (102) 에 의해 검출되는 과전압에 영향을 받을 것이며, 디바이스 (102) 에서, 스위칭 수단 (116) 은, 그 스위칭 수단 (116) 이 병렬로 접속되는 서지 어레스터 (106) 를 단락시킬 것이며, 이로써 전기 시스템에서의 에너지가 "흡수" 되고 과전압이 더 낮은 레벨 (lower level) 로 저감된다. 이로써, 윈드 터빈들 (206) 은 정지될 필요가 없다.

도 3 은, 도 2 에 예시한 바와 같은 전기 시스템에 대응하지만, 도 1 에 개시한 바와 같은 디바이스 (102) 가 다르게 접속되는, 본 발명에 따른 전기 시스템의 제 2 실시형태를 예시한다. 도 3 에 도시된 전기 시스템의 제 2 실시형태에서, 제 1 변압기 (210) 와 제 1 인덕터/리액터 (212) 사이의 위치 B 에서 정류기측의 전기 시스템에는 본 발명에 따른 디바이스 (102) 가 대신 접속된다.

도 4 는, 도 2 에 예시한 바와 같은 전기 시스템에 대응하지만, 다르게 접속되는 도 1 에 개시한 바와 같은 2 개의 디바이스들 (102) 이 전기 시스템에 제공되는, 본 발명에 따른 전기 시스템의 제 3 실시형태를 예시한다. 도 4 에 도시된 전기 시스템의 제 3 실시형태에서, 본 발명에 따른 2 개의 디바이스들 (102) 은 위치 C 에서 DC 링크 (216) 에 접속된다. 그러나, 일부 경우에는, 위치 C 에서 단 하나의 디바이스 (102) 를 전기 시스템에 접속시키는 것이 충분할 수 있다.

본 발명에 따른 전기 시스템의 추가 양태들에 따르면, 제 2 인덕터/리액터 (220) 와 제 2 변압기 (222) 사이의 위치 D 에서, 또는 제 2 변압기 (222) 와 AC 그리드 (204) 사이의 위치 E 에서 본 발명에 따른 디바이스를 전기 시스템에 접속시키는 것이 또한 가능하다. 그러나, 디바이스 (102) 의 전기 시스템에의 접속을 위한 다른 위치들이 또한 가능할 수도 있다.

도 2 내지 도 4 에 예시한 바와 같은 전기 시스템의 제 1 실시형태, 제 2 실시형태 및 제 3 실시형태는 또한 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 도 2 의 제 1 실시형태에는 도 3 에 예시한 바와 같이 접속된 제 2 디바이스 (102) 가 추가될 수 있고, 또는 도 4 에 예시한 바와 같이 접속된 2 개의 디바이스들 (102) 이 추가될 수 있으며, 또는 일방이 도 3 에 예시한 바와 같이 접속되고 타방이 도 4 에 예시한 바와 같이 접속되는 디바이스들 (102) 이 추가될 수 있다. 도 3 의 제 2 실시형태에는 또한 도 4 에 예시한 바와 같이 접속된 디바이스들 (102) 이 추가될 수 있다.

도 5 는 전압에 영향을 받도록 구성되는 본 발명에 따른 전기 시스템의 제 4 실시형태를 예시한다. 도 5 의 전기 시스템은 도 2 에 예시한 바와 같은 전기 시스템에 대응하지만, 2 개의 VSC-컨버터들 (214, 218) 대신에 2 개의 선전류 (line-commutated) 컨버터들 (LCC) (502, 504) 을 포함하고, 2 개의 인덕터들/리액터들 (212, 220) 은 배제된다. 도 5 의 전기 시스템에서, 도 1 에 개시한 바와 같은 디바이스 (102) 는 로컬 AC 버스 (208) 와 제 1 변압기 (210) 사이의 위치 A 에서 정류기측의 전기 시스템에 접속된다. LCC-컨버터들 (502, 504) 은 당업자에게 알려져 있는 종래의 타입의 것일 수도 있으며, LCC-컨버터들 (502, 504) 의 기능은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 여기에 보다 면밀하게 설명되지 않는다.

도 6 은, 도 5 에 예시한 바와 같은 전기 시스템에 대응하지만, 다르게 접속되는 도 1 에 개시한 바와 같은 2 개의 디바이스들 (102) 이 전기 시스템에 제공되는, 본 발명에 따른 전기 시스템의 제 5 실시형태를 예시한다. 도 5 에 도시된 전기 시스템의 제 5 실시형태에서, 본 발명에 따른 2 개의 디바이스들 (102) 은 위치 C 에서 DC 링크 (216) 에 접속된다. 그러나, 일부 경우에는, 위치 C 에서 하나의 디바이스 (102) 를 전기 시스템에 접속시키는 것이 충분할 수 있다.

2 개의 LCC-컨버터들 (502, 504) 을 포함하는 전기 시스템의 추가 양태들에 따르면, 제 2 변압기 (222) 와 AC 그리드 (204) 사이의 위치 E 에서 본 발명에 따른 디바이스를 전기 시스템에 접속시키는 것이 또한 가능하다. 그러나, 디바이스 (102) 의 접속을 위한 다른 위치들이 또한 가능할 수도 있다. 도 5 및 도 6 에 예시한 바와 같은 전기 시스템의 제 4 실시형태 및 제 5 실시형태는 또한 결합될 수 있으며, 즉 도 5 의 제 4 실시형태에는 도 6 에 예시한 바와 같이 접속된 디바이스들 (102) 이 추가될 수 있다.

디바이스 (102) 의 전기 시스템에의 추가 대안의 접속들이 가능하며, 디바이스 (102) 가 더 적은, 또는 더 많은, VSC-컨버터들 또는 LCC-컨버터들을 포함하는 전기 시스템들에, 또는 임의의 VSC-컨버터들 또는 LCC-컨버터들 없이 다른 시스템들에 접속될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

도 7 은 전기 시스템을 과전압으로부터 보호하기 위해, 본 발명에 따른 방법의 일 실시형태를 예시한 개략 흐름도를 도시한다. 이 방법은 다음의 단계들을 포함한다 : 단계 701 에서, 2 개의 서지 어레스터들이 직렬로 접속되며, 그 2 개의 서지 어레스터들 중 제 1 서지 어레스터는 그라운드에 접속되고, 그 2 개의 서지 어레스터들 중 제 2 서지 어레스터는 보호받을 전기 시스템에 접속된다. 단계 702 에서, 전기 시스템에 인가된 전압이 측정된다. 단계 703 에서, 과전압 발생이 모니터링 및 검출된다. 과전압이 검출되면, 즉 전기 시스템에서의 전압이 소정의 레벨 또는 임계값을 초과하면, 단계 704 에서, 제 1 서지 어레스터는, 그 제 1 서지 어레스터와 병렬로 접속되는 스위칭 수단에 의하여, 스위칭 수단이 개방되어 있는 경우 스위칭 수단을 폐쇄함으로써 단락된다. 과전압이 검출되지 않으면, 단계 705 에서, 스위칭 수단이 폐쇄되어 있는 경우 스위칭 수단이 개방된다.

상기 언급한 바와 같이, 스위칭 수단에 관한 "개방" 이라는 용어는, 스위칭 수단이 개방 또는 비-도전성 (non-conductive) 상태에 있다는 것을 의미하고, "폐쇄" 라는 용어는, 스위칭 수단이 폐쇄 또는 도전성 상태에 있다는 것을 의미한다.

본 발명은 상기 예시된 실시형태들에 제한되는 것으로 의도되어서는 안되며, 첨부된 특허청구의 범위로부터의 일탈 없이, 당업자에 의해 다수의 방식으로 변경 및 변화될 수 있다.

Claims (16)

1. 전압에 영향을 받도록 구성된 전기 시스템 (104) 을 과전압 발생으로부터 보호하는 디바이스 (102) 로서,
   상기 디바이스 (102) 는 복수의 서지 어레스터들 (surge arresters) (106, 108) 을 포함하고, 상기 전기 시스템 (104) 에서의 과전압 발생을 검출하는 검출 수단 (112) 을 포함하며,
   상기 복수의 서지 어레스터들 중의 상기 서지 어레스터들 (106, 108) 은 직렬로 접속되며, 상기 복수의 서지 어레스터들은 그라운드 (110) 에 접속가능한 제 1 서지 어레스터 (106) 및 보호받을 상기 전기 시스템 (104) 에 접속가능한 제 2 서지 어레스터 (108) 를 포함하며, 상기 디바이스 (102) 는 상기 제 1 서지 어레스터 (106) 와 병렬로 접속된 스위칭 수단 (116) 을 포함하고, 상기 스위칭 수단 (116) 은, 과전압 발생이 검출되지 않을 때 개방하도록 구성되고, 과전압 발생 검출 시에 폐쇄하여 상기 제 1 서지 어레스터 (106) 를 단락시키도록 구성되며,
   상기 제 1 서지 어레스터 (106) 는 상기 복수의 서지 어레스터들 중의 다른 서지 어레스터들 (106, 108) 과 비교하여 더 낮은 니-포인트 (knee-point) 전압, 및 상기 제 2 서지 어레스터 (108) 와 비교하여 더 낮은 니-포인트 전압을 가지며, 상기 제 1 서지 어레스터의 니-포인트 값은 0.8p.u. 의 정규화된 전압 값이고, 상기 제 2 서지 어레스터의 니-포인트 값은 1.0p.u. 의 정규화된 전압 값인 것을 특징으로 하는 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하는 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 검출 수단 (112) 은 상기 전기 시스템에 인가된 전압을 측정하는 측정 수단 (114) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하는 디바이스.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 디바이스 (102) 는, 상기 스위칭 수단 (116) 을 제어하는 제어 수단 (118) 을 포함하며, 상기 제어 수단 (118) 은 상기 검출 수단 (112) 에 접속되며, 상기 제어 수단 (118) 은 상기 스위칭 수단 (116) 을 제어하여 과전압 발생의 검출 시에 폐쇄하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하는 디바이스.
4. 전압에 영향을 받도록 구성된 전기 시스템 (104) 으로서,
   상기 전기 시스템 (104) 을 과전압 발생으로부터 보호하는 적어도 하나의 디바이스 (102) 를 포함하며,
   상기 적어도 하나의 디바이스 (102) 는 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 특징들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 전기 시스템 (104) 은, 상기 디바이스 (102) 가 접속되는 선전류 (line-commutated) 컨버터 (502, 504) 를 포함하며, 상기 디바이스 (102) 는 상기 선전류 컨버터 (502, 504) 를 과전압 발생으로부터 보호하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 시스템.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 전기 시스템 (104) 은, 상기 디바이스 (102) 가 접속되는 VSC-컨버터 (214, 218) 를 포함하며, 상기 디바이스 (102) 는 상기 VSC-컨버터 (214, 218) 를 과전압 발생으로부터 보호하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 시스템.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 전기 시스템 (104) 은, 상기 디바이스 (102) 가 접속되는 송전선 (power transmission line) (216) 을 포함하며, 상기 디바이스 (102) 는 상기 송전선 (216) 을 과전압 발생으로부터 보호하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 시스템.
8. 전압에 영향을 받도록 구성된 전기 시스템 (104) 을 과전압 발생으로부터 보호하는 방법으로서,
   

   

   복수의 서지 어레스터들 (surge arresters) (106, 108) 을 직렬로 접속하는 단계 (701);
   

   

   상기 복수의 서지 어레스터들 중 제 1 서지 어레스터 (106) 를 그라운드에 접속하는 단계 (701);
   

   

   상기 복수의 서지 어레스터들 중 제 2 서지 어레스터 (108) 를 상기 전기 시스템에 접속하는 단계 (701);
   

   

   상기 전기 시스템 (104) 에서의 과전압 발생을 검출하는 단계 (703); 및
   

   

   과전압 발생이 검출될 때, 상기 제 1 서지 어레스터 (106) 를, 상기 제 1 서지 어레스터 (106) 와 병렬로 접속되는 스위칭 수단 (116) 에 의하여 단락시키는 단계 (704) 로서, 상기 제 1 서지 어레스터 (106) 는 상기 복수의 서지 어레스터들 중의 다른 서지 어레스터들 (106, 108) 과 비교하여 더 낮은 니-포인트 (knee-point) 전압을 갖고, 상기 제 2 서지 어레스터 (108) 와 비교하여 더 낮은 니-포인트 전압을 가지며, 상기 제 1 서지 어레스터의 니-포인트 값은 0.8p.u. 의 정규화된 전압 값이고, 상기 제 2 서지 어레스터의 니-포인트 값은 1.0p.u. 의 정규화된 전압 값인, 상기 단락시키는 단계 (704) 를 포함하는, 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하는 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   과전압 발생이 검출되지 않을 때 상기 스위칭 수단을 개방 상태로 유지하는 단계 (705), 및 과전압 발생 검출 시에 상기 스위칭 수단을 폐쇄하여 상기 서지 어레스터 (106, 108) 를 단락시키는 단계 (704) 를 특징으로 하는 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하는 방법.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    과전압 발생 검출 시에 상기 제 1 서지 어레스터 (106) 를, 상기 제 1 서지 어레스터 (106) 와 병렬로 접속되는 상기 스위칭 수단 (116) 에 의하여 단락시키는 단계 (704) 를 특징으로 하는 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하는 방법.
11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 과전압 발생을 검출하는 단계는, 상기 전기 시스템 (104) 에 인가된 전압을 측정하는 단계 (702) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 시스템을 과전압 발생으로부터 보호하는 방법.
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