KR101442990B1 - 고전압직류송전 사이리스터 밸브를 위한 합성시험회로 - Google Patents

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Abstract

고전압직류송전(high voltage direct current, HVDC) 사이리스터 밸브인 사이리스터 밸브의 합성시험을 위한 합성시험회로가 개시된다. 공진회로는 상기 사이리스터 밸브에 상기 합성시험을 위해 순방향 직류전류, 역방향 직류전압 및 순방향 직류전압을 인가한다. 전류 생성부는 기준 전류 값 이상의 직류전류를 생성하여 상기 공진회로에 공급한다. 전압 생성부는 기준 전압 값 이상의 직류전압을 생성하여 상기 공진회로에 공급한다. 상기 공진회로는 상기 사이리스터 밸브의 게이트 드라이버를 충전하는 충전 보조밸브를 포함한다.

Description

고전압직류송전 사이리스터 밸브를 위한 합성시험회로{SNTHETIC TEST CIRCUIT FOR HVDC THYRISTOR VALVES}
본 발명의 기술 분야는 고전압직류송전(high voltage direct current, HVDC)에 사용되는 사이리스터(thyristor) 밸브를 테스트하는 합성시험회로에 관한 것이다.
고전압직류송전이란 전기 송전 방식의 하나이다. 고전압직류송전(HVDC)은 발전소에서 발전되는 고압의 교류전력을 전력변환기를 이용해 효율성 높은 고압의 직류전력으로 바꾸어 송전한다. 이후에 원하는 지역에서 다시 전력변환기를 통해 교류전력으로 다시 변환 시켜 공급하는 방식이 HVDC이다. HVDC는 고압교류송전에 비해 전력손실의 양이 적어 장거리 송전에 유리하다.
이러한 HVDC에서 사용되는 전력변환기의 밸브 형태는 사이리스터를 기반으로 하는 전류원 방식과 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar mode transitor, IGBT)를 기반으로 하는 전압원 방식으로 구분된다. 전류원 방식은 1980년대 초에 설치 되기 시작하며 지금까지도 상용으로 많이 설치되고 있다. 반면에 전압원 방식은 2000년대 초반에 상용으로 설치되기 시작하여 그 용량이 계속 증가하는 추세이나 아직 전류원에 비해 용량이 적어 주로 대단위 해상풍력 단지를 교류 전력망에 연계하는데 활용되고 있다.
HVDC에서 가장 중요한 요소가 되는 것 중에 하나는 교류를 직류로 그리고 직류를 교류로 변환하는 전력변환기이다. 이 전력변환기는 동작전압이 매우 높아 다수의 사이리스터가 직렬로 연결되어 하나의 밸브를 구성하고 있다. 이러한 밸브들은 전력변환기를 설치하기 전에 동작시 인가될 전압과 전력으로 동작을 확인하는 것이 필요하다. 그러나 동작시 인가될 전압과 전력으로 동작을 확인하기 위해서는 막대한 전력이 소모되며, 안전상 문제가 발생할 수 있다.
따라서 전력변환기의 동작 전압과 용량을 모의(simulation)하여 밸브를 테스트할 수 있는 장치가 필요하다. 이러한 장치를 합성시험회로라 한다. 합성시험회로는 밸브가 턴 온 될 때 인가되는 순방향 전류를 공급하는 전류 생성부와 턴 오프 될 때 인가되는 역방향 전압과 순방향 전압을 공급하는 전압 생성부를 포함한다.
실제 HVDC 밸브의 동작환경과 유사한 동작환경을 만들어 HVDC 밸브를 테스트하는 합성시험회로를 제공하는 것이다.
고전압직류송전(high voltage direct current, HVDC) 사이리스터 밸브의 합성시험을 위한 합성시험회로인 본 발명의 일 실시예에 따른 합성시험회로는
상기 사이리스터 밸브에 상기 합성시험을 위해 순방향 직류전류, 역방향 직류전압 및 순방향 직류전압을 인가하는 공진회로; 기준 전류 값 이상의 직류전류를 생성하여 상기 공진회로에 공급하는 전류 생성부; 및 기준 전압 값 이상의 직류전압을 생성하여 상기 공진회로에 공급하는 전압 생성부를 포함하고, 상기 공진회로는 상기 사이리스터 밸브의 게이트 드라이버를 충전하는 충전 보조밸브를 포함한다.
고전압직류송전(high voltage direct current, HVDC) 사이리스터 밸브의 합성시험을 위한 합성시험회로인 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 합성시험회로는 전류 생성부; 상기 전류 생성부의 일단에 연결되는 일단을 갖는 제1 보조밸브; 상기 제1 보조밸브의 타단에 연결되는 일단을 갖고 타단은 접지되는 상기 사이리스터 밸브; 상기 사이리스터 밸브의 일단에 연결되는 일단을 갖고 타단은 접지되는 충전 보조밸브; 상기 충전 보조밸브의 일단에 연결되는 일단을 갖고 타단은 접지되는 제1 커패시터; 상기 충전 보조밸브의 일단에 연결되는 일단을 갖는 제1 인덕터; 상기 제1 인덕터의 타단에 연결되는 일단을 갖는 제2 보조밸브; 상기 제1 인덕터의 타단에 연결되는 일단을 갖는 제3 보조밸브; 상기 제2 보조밸브의 타단과 상기 제3 보조밸브의 타단에 연결되는 일단을 갖고 타단은 접지되는 제2 커패시터; 상기 제2 커패시터의 일단에 연결되는 일단을 갖는 제2 인덕터; 상기 제2 인덕터의 타단에 연결되는 일단을 갖고 타단은 접지되는 제4 보조밸브; 상기 제4 보조밸브의 일단에 연결되는 일단을 갖는 제5 보조밸브; 및 상기 제5 보조밸브의 타단에 연결되는 전압 생성부를 포함한다.
실제 HVDC 밸브의 동작환경과 유사한 동작환경을 만들어 HVDC 밸브를 테스트 하는 합성시험회로를 제공하여 합성시험의 신뢰도를 높인다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성시험회로의 블락도를 보여준다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합성시험회로의 회로도를 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성시험회로의 동작을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 합성시험회로의 회로도를 보여준다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 합성시험회로의 동작을 보여주는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 합성 시험회로를 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성시험회로의 블락도를 보여준다. 합성시험회로(100)로는 3상 교류전압 생성부(110), 전류 생성부(130), 임펄스 전압 생성부(150), 전압 생성부(170), 공진회로(190) 및 제어부(195)를 포함한다. 전류 생성부(130)는 인버터(131), 평활부(133) 및 정류부(135)를 포함한다. 임펄스 전압 생성부(150)는 정류부(151)를 포함한다. 전압 생성부(170)는 정류부(171)를 포함한다.
3상 교류전압 생성부(110)는 3상 교류전압을 생성하여 전류 생성부(130), 임펄스 전압 생성부(150) 및 전압 생성부(170)에 3상 교류전압을 공급한다.
전류 생성부(130)는 3상 교류전압으로부터 일정한 기준 전류 값 이상의 직류전류를 생성하여 공진회로(190)에 공급한다. 이때 기준 전류 값은 합성시험을 하기 위해 필요한 전류 값이다. 구체적인 실시예에서 기준 전류 값은 1000A에서 3000A사이의 전류 값일 수 있다. 전류 생성부(130)는 동작 정격에 맞게 전압의 크기를 변압한다. 정류부(135)는 교류전압을 정류한다. 평활부(133)는 정류된 전류를 평활 한다. 인버터(131)는 평활된 전압을 교류전압으로 인버팅한다. 이에 따라 인버터(131)는 교류전류를 발생한다. 교류전류는 정류부(135)로부터 인버터(131)로 입력되는 전류와 합쳐져 고조파를 저감한다. 이를 통해 전류 생성부(130)는 직류전류를 공급한다.
임펄스 전압 생성부(150)는 3상 교류전압으로부터 임펄스 전압을 생성하여 공진회로에 공급한다. 정류부(151)는 3상 교류전압을 직류전압 정류하고 임펄스 전압 생성부(150)에 포함된 커패시터는 이를 평활하여 직류 전압을 생성한다. 방전 갭은 직류전압을 이용하여 임펄스 전압을 생성한다.
전압 생성부(170)는 3상 교류전압으로부터 일정한 기준 전압 값 이상의 직류전압을 생성하여 공진회로(190)에 공급한다. 이때 기준 전압 값은 합성 시험을 위해 필요한 전압 값이다. 구체적인 실시예에서 기준 전압 값은 15 KV부터 30KV 사이일 수 있다. 정류부(171)는 3상 교류전압을 직류전압 정류하고 전압 생성부(170)에 포함된 커패시터는 이를 평활하여 직류 전압을 생성한다.
공진회로(190)는 공진회로에 포함된 복수의 보조밸브들을 이용하여 합성 시험의 대상인 시험밸브에 순방향 직류전류, 역방향 직류전압 및 순방향 직류전압을 인가한다.
제어부(195)는 공진회로에 포함된 보조밸브들과 시험밸브의 턴 온과 턴 오프를 제어한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 합성시험회로의 회로도를 보여준다.
전류 생성부(130)는 3상 교류전압 생성부(110)에 의하여 교류전압이 인가되는 일단을 갖고 전류 생성부(130)의 타단은 공진회로(190)와 임펄스 전압 생성부(150)에 연결된다. 전류 생성부(130)는 구체적으로 다음과 같이 연결된다. 변압기(TR0)는 3상 교류전압 생성부(110)에 의하여 교류전압이 인가되는 일단을 갖는다. 변압기(TR1)의 일단은 변압기(TR0)의 타단에 연결된다. 변압기(TR2)의 일단은 변압기(TR0)의 타단에 연결된다. 전류 리액턴스(commutation reactance)(AC L1)의 일단은 변압기(TR1)의 타단에 연결된다. 전류 리액턴스(AC L2)의 일단은 변압기(TR2)의 타단에 연결된다. 인버터(131)와 정류부(135)는 6 펄스(pulse) 역병렬 접속(back to back) 형태로 연결된다. 구체적으로 인버터(131)와 정류부(135)는 다음과 같이 연결된다. 인버터(131)의 일단은 전류 리액턴스(AC L1)의 타단에 연결된다. 정류부(135)의 일단은 전류 리액턴스(AC L2)의 타단에 연결된다. 평활부(133)인 인덕터(Ls)는 인버터(131)의 타단에 연결되는 일단과 정류부(135)의 타단에 연결되는 타단을 갖는다. 인버터(131)가 포함하는 6개의 사이리스터(D7, D8, D9, D10, D11, D12)는 6 펄스 브리지 연결된다. 즉, 사이리스터(D10)의 일단은 접지되고 사이리스터(D7)의 일단은 사이리스터(D10)의 타단에 연결된다. 사이리스터(D11)의 일단은 접지되고 사이리스터(D8)의 일단은 사이리스터(D11)의 타단에 연결된다. 사이리스터(D12)의 일단은 접지되고 사이리스터(D9)의 일단은 사이리스터(D12)의 타단에 연결된다. 사이리스터(D7), 사이리스터(D7) 및 사이리스터(D9)의 타단은 인덕터(Ls)의 일단에 연결된다. 정류부(135)가 포함하는 6개의 사이리스터(D1, D2, D3, D4, D5, D6)는 6 펄스 브리지 연결된다. 즉, 사이리스터(D1)의 일단은 접지되고 사이리스터(D4)의 일단은 사이리스터(D1)의 타단에 연결된다. 사이리스터(D1)의 일단은 접지되고 사이리스터(D4)의 일단은 사이리스터(D1)의 타단에 연결된다. 사이리스터(D7), 사이리스터(D7) 및 사이리스터(D9)의 타단은 인덕터(Ls)의 타단에 연결된다.
임펄스 전압 생성부(150)는 3상 교류전압 생성부(110)에 의하여 교류전압이 인가되는 일단을 갖고, 임펄스 전압 생성부(150)의 타단은 공진회로(190)와 인버터(131)에 연결된다. 임펄스 전압 생성부(150)는 구체적으로 다음과 같이 연결된다. 변압기(TR3)는 3상 교류전압 생성부(110)에 의하여 교류전압이 인가되는 일단을 갖는다. 정류부(151)의 일단은 변압기(TR3)의 타단에 연결된다. 커패시터(CIG)의 일단은 정류부(151)의 타단에 연결되고 타단은 접지된다. 방전 갭(G2)의 일단은 커패시터(CIG)의 타단에 연결된다. 저항(RIG)의 일단은 방전 갭(G2)의 타단에 연결되고 타단은 접지된다. 방전 갭(G1)은 방전 갭(G2)의 타단과 저항(RIG)의 일단에 연결되는 일단과 공진회로(190)의 보조밸브(Va1)의 일단에 연결되는 타단을 갖는다.
전압 생성부(170)는 3상 교류전압 생성부(110)에 의하여 교류전압이 인가되는 일단을 갖고, 전압 생성부(170)의 타단은 공진회로(190)에 연결된다. 전압 생성부(170)는 구체적으로 다음과 같이 연결된다. 변압기(TR4)는 3상 교류전압 생성부(110)에 의하여 교류전압이 인가되는 일단을 갖는다. 정류부(171)의 일단은 변압기(TR4)의 타단에 연결되며 타단은 공진회로(190)의 보조밸브(Va2)에 연결된다. 커패시터(C2)의 일단은 보조밸브(Va2)의 타단에 연결되고 타단은 접지된다.
공진회로(190)의 일단은 인버터(131)에 연결되고 공진회로(190)의 타단은 전압 생성부(170)에 연결된다. 공진회로(190)는 구체적으로 다음과 같이 연결된다. 보조밸브(Va1)의 일단은 인버터(131)에 연결된다. 시험밸브(Vt)의 일단은 보조밸브(Va1)의 타단에 연결되고 타단은 접지된다. 커패시터(Ct)의 일단은 시험밸브(Vt)의 일단에 연결되고 타단은 접지된다. 인덕터(L1)의 일단은 커패시터(Ct)의 일단에 연결된다. 보조밸브(Va3)의 일단은 인덕터(L1)의 타단에 연결된다. 보조밸브(Va4)의 일단은 인덕터(L1)의 타단에 연결된다. 커패시터(Cs)의 일단은 보조밸브(Va3)와 보조밸브(Va4)의 타단에 연결되고 타단은 접지된다. 인덕터(L2)의 일단은 커패시터(Cs)의 일단에 연결된다. 보조밸브(Va5)의 일단은 인덕터(L2)의 타단에 연결되고 타단은 접지된다. 보조밸브(Va2)의 일단은 보조밸브(Va5)의 일단에 연결된다.
시험밸브(Vt)는 합성시험의 대상인 HVDC 밸브이다. 커패시터(Ct)는 시험밸브(Vt)가 실제 전력변환기에서 동작시 영향을 끼치는 기생용량을 모의하는 것이다. 보조밸브(Va1)은 시험밸브(Vt)에 전류를 인가한다. 보조밸브(Va2)는 손실로 감소된 Cs의 전압을 보충한다. 보조밸브(Va3), 보조밸브(Va4), 보조밸브(Va5), 인덕터(L1) 및 인덕터(L2)는 전류의 경로를 변경한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 공진회로(190)의 구체적인 동작에 대해서는 도 3을 통해 구체적으로 설명 하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 합성시험회로의 동작을 보여주는 흐름도이다.
제어부(195)는 보조밸브(Va3)와 보조밸브(Va4)에 연결된 커패시터(Cs)의 일단의 극성은 +극으로, 접지된 커패시터(Cs)의 타단의 극성은 -극으로 충전한다(S101).
3상 교류전압 생성부(110)는 교류전압을 생성한다(S102).
전류 생성부(130)는 교류전압으로부터 기준 전류 값 이상의 직류전류를 생성한다(S103). 구체적으로 변압기(TR1)과 변압기(TR2)는 교류전압을 승압한다. 정류부(135)는 교류전압을 정류한다. 인버터(131)는 정류된 전압을 직류전압으로 인버팅하여 일정한 크기의 전류를 공급한다.
전압 생성부(170)는 교류전압으로부터 기준 전압 값 이상인 직류전압을 생성한다(S105). 구체적으로 변압기(TR3)는 교류전압을 승압한다. 정류부(171)는 교류전압을 직류전압으로 정류하고 커패시터(C2)는 이를 평활하여 직류전압을 생성한다.
제어부(195)는 보조밸브(Va1)와 시험밸브(Vt)를 턴 온한다(S107). 제어부(195)는 보조밸브(Va1)와 시험밸브(Vt)를 턴 온하여 전류 생성부(130)가 생성한 직류전류를 시험밸브(Vt)에 인가한다. 이를 통해 제어부(195)는 시험밸브(Vt)에 기준 전류 값 이상의 직류전류가 인가되는 경우 시험밸브(Vt)가 정상 동작하는지 시험한다.
제어부(195)는 보조밸브(Va1)를 턴 오프하고 보조밸브(Va3)를 턴 온한다(S109). 제어부(195)는 보조밸브(Va1)를 턴 오프하고 보조밸브(Va3)를 턴 온하여 커패시터(Cs), 보조밸브(Va3), 인덕터(L1) 및 시험밸브(Vt)를 연결하는 전류 경로를 구성한다. 이를통해 제어부(195)는 커패시터(Cs)에 충전된 전압을 시험밸브(Vt)에 인가한다. 즉, 제어부(195)는 인덕터(L1)의 일단에 연결된 시험밸브(Vt)의 일단은 -극이고 접지된 시험밸브(Vt)의 타단은 +극인 전압을 인가한다. 이하에서는 시험밸브(Vt)의 일단의 극성이 +극이고 시험밸브(Vt)의 타단의 극성이 -극인 전압을 순방향 전압이라 하고, 시험밸브(Vt)의 일단의 극성이 -극이고 시험밸브(Vt)의 타단의 극성이 +극인 전압을 역방향 전압이라 한다. 이를 통해 제어부(195)는 시험밸브(Vt)에 역방향 전압이 인가되는 경우 시험밸브(Vt)가 정상 동작하는지 시험한다. 전류는 커패시터(Cs), 보조밸브(Va3), 인덕터(L1) 및 시험밸브(Vt)를 연결하는 전류 경로를 따라 공진한다. 이에 따라 커패시터(Cs)의 극성은 변경된다. 즉, 커패시터(Cs)의 일단의 극성은 -극으로 커패시터(Cs)의 타단의 극성은 +극으로 변경된다.
제어부(195)는 보조밸브(Va3)와 시험밸브(Vt)를 턴 오프한다(S111). 제어부(195)는 보조밸브(Va3)와 시험밸브(Vt)를 턴 오프하여 공진회로 내의 전류를 차단한다.
제어부(195)는 보조밸브(Va4)를 턴 온한다(S113). 제어부(195)는 보조밸브(Va4)를 턴 온하여 시험밸브(Vt)에 커패시터(Cs)에 충전된 전압을 인가한다. 즉, 제어부(195)는 인덕터(L1)의 일단에 연결된 시험밸브(Vt)의 일단은 -극이고 접지된 시험밸브(Vt)의 타단은 +극인 전압을 인가한다. 이하에서는 시험밸브(Vt)의 일단의 극성이 +극이고 시험밸브(Vt)의 타단의 극성이 -극인 전압을 순방향 전압이라 하고, 시험밸브(Vt)의 일단의 극성이 -극이고 시험밸브(Vt)의 타단의 극성이 +극인 전압을 역방향 전압이라 한다. 이를 통해 제어부(195)는 시험밸브(Vt)에 역방향 전압이 인가되는 경우 시험밸브(Vt)가 정상 동작하는지 시험한다.
제어부(195)는 보조밸브(Va5)를 턴 온한다(S115). 제어부(195)는 보조밸브(Va5)를 턴 온하여 커패시터(Cs), 보조밸브(Va5) 및 인덕터(L2)를 연결하는 전류 경로를 구성한다. 전류는 커패시터(Cs), 보조밸브(Va5) 및 인덕터(L2)를 연결하는 전류 경로에 따라 공진한다. 이에 따라 커패시터(Cs)의 극성이 변경된다. 즉, 커패시터(Cs)의 일단의 극성은 +극으로 커패시터(Cs)의 타단의 극성은 -극으로 변경된다.
제어부(195)는 보조밸브(Va4)와 보조밸브(Va5)를 턴 오프하고 보조 밸브(Va3)를 턴 온한다(S117). 제어부(195)는 보조밸브(Va4)와 보조밸브(Va5)를 턴 오프하고 보조 밸브(Va3)를 턴 온하여 시험밸브(Vt)에 커패시터(Cs)에 충전된 전압을 인가한다. 즉, 제어부(195)는 시험밸브(Vt)에 순방향 전압을 인가한다. 이를 통해 제어부(195)는 시험밸브(Vt)에 순방향 전압이 인가되는 경우 시험밸브(Vt)가 정상 동작하는지 시험한다.
제어부(195)는 보조밸브(Va2)를 턴 온한다(S119). 이상적이지 않은 실제 소자들에는 저항성분이 존재하므로 시간이 경과함에 따라 커패시터(Cs)의 인가된 전압은 초기상태보다 감소한다. 제어부(195)는 보조밸브(Va2)를 턴 온하여 커패시터(Cs)를 전압 생성부(170)가 생성한 전압으로 충전한다.
제어부(195)는 보조밸브(Va2)를 턴 오프한다(S121). 커패시터(Cs)가 완충된 경우, 제어부(195)는 보조밸브(Va2)를 턴 오프하여 커패시터(Cs)의 충전을 중단한다(S121). 커패시터(Cs)가 완충된 경우 제어부(195)는 제어부(195)는 보조밸브(Va1)와 시험밸브(Vt)를 턴 온하는(S107) 단계로 돌아가 시험밸브(Vt)에 대한 합성시험을 다시 진행할 수 있다.
위와 같이 동작하는 본 발명의 일 실시예에 따른 합성시험회로(100)의 시험밸브(Vt)는 시험밸브(Vt)의 게이트 드라이버가 충전되어야 동작할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 합성시험회로(100)는 제어부(195)가 보조밸브(Va1)와 시험밸브(Vt)를 턴 온하는 것으로 동작을 시작한다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 합성시험회로(100)의 전류 생성부(130)는 시험밸브(Vt)를 턴 온하기 위해 시험밸브(Vt)의 게이트 드라이버를 충전 시킬 수 있을 정도의 전압을 공급하여야 한다. 그 결과 전류 생성부(130)는 시험밸브(Vt)와 같은 전압 정격 및 전류 정격을 가져야 한다. 또한 전류 생성부(130)에 포함된 변압기(TR0), 변압기(TR1) 및 변압기(TR2)의 용량도 시험밸브의 전압 정격 및 전류 정격을 만족할 수 있을 정도로 충분히 커야 한다. 시험밸브(Vt)는 전력변환기에서 사용되므로 큰 전압 정격 및 전류 정격을 갖는다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 합성시험회로(100)의 전류 생성부(130)는 전류의 크기도 크고 전압의 크기도 큰 전력을 생성하여야 한다. 전류 생성부(130)의 전압 정격이 커짐에 따라 설치 면적 및 비용이 증가하고 합성시험회로(100)의 동작 제어가 복잡해진다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 전류 생성부(130)의 전압 정격을 줄일 수 있는 합성시험회로(100)가 필요하다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 합성시험회로의 회로도를 보여준다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 합성시험회로(300)는 도 2 내지 도 3의 실시예에서 공진회로(390)만 변경 된 것이다.
공진회로(390)의 일단은 인버터(131)에 연결되고 공진회로(190)의 타단은 전압 생성부(170)에 연결된다. 공진회로(190)는 구체적으로 다음과 같이 연결된다. 보조밸브(Va1)의 일단은 인버터(131)에 연결된다. 시험밸브(Vt)의 일단은 보조밸브(Va1)의 타단에 연결되고 타단은 접지된다. 충전 보조밸브(Vaux)의 일단은 보조밸브(Va1)의 타단과 시험밸브(Vt)의 일단에 연결되고 타단은 접지된다. 커패시터(Ct)의 일단은 시험밸브(Vt)의 일단에 연결되고 타단은 접지된다. 인덕터(L1)의 일단은 커패시터(Ct)의 일단에 연결된다. 보조밸브(Va3)의 일단은 인덕터(L1)의 타단에 연결된다. 보조밸브(Va4)의 일단은 인덕터(L1)의 타단에 연결된다. 커패시터(Cs)의 일단은 보조밸브(Va3)와 보조밸브(Va4)의 타단에 연결되고 타단은 접지된다. 인덕터(L2)의 일단은 커패시터(Cs)의 일단에 연결된다. 보조밸브(Va5)의 일단은 인덕터(L2)의 타단에 연결되고 타단은 접지된다. 보조밸브(Va2)의 일단은 보조밸브(Va5)의 일단에 연결된다.
충전 보조밸브(Vaux)는 턴 온하여 시험밸브(Vt)의 게이트 드라이버를 충전한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 공진회로(190)의 이러한 동작에 대해서는 도 3을 통해 구체적으로 설명 하도록 한다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 합성시험회로의 동작을 보여주는 흐름도이다.
3상 교류전압 생성부(110)는 교류전압을 생성한다(S301).
전류 생성부(130)는 교류전압으로부터 기준 전류 값 이상의 직류전류를 생성한다(S303). 구체적으로 변압기(TR1)과 변압기(TR2)는 교류전압을 승압한다. 정류부(135)는 교류전압을 정류한다. 인버터(131)는 정류된 전압을 직류전압으로 인버팅하여 일정한 크기의 전류를 공급한다.
전압 생성부(170)는 교류전압으로부터 기준 전압 값 이상의 직류전압을 생성한다(S305). 구체적으로 변압기(TR3)는 교류전압을 승압한다 정류부(171)는 교류전압을 직류전압으로 정류하고 커패시터(C2)는 이를 평활하여 직류전압을 생성한다.
제어부(195)는 다음의 동작들을 통하여 시험밸브(Vt)의 게이트 드라이버를 충전한다.
제어부(195)는 보조밸브(Va2)를 턴 온한다(S307). 제어부(195)는 보조밸브(Va2)를 턴 온하여 보조밸브(Va2), 인덕터(L2) 및 커패시터(Cs)를 연결하는 전류경로를 형성한다. 이를 통해 제어부(195)는 전압 생성부(170)가 생성한 전압을 인가한다. 커패시터(Cs)에 인가되는 전압의 극성은 전압 생성부(170)의 전압의 극성과 동일하다. 따라서 보조밸브(Va3)와 보조밸브(Va4)에 연결된 커패시터(Cs)의 일단의 극성은 +극으로, 접지된 커패시터(Cs)의 타단의 극성은 -극으로 충전된다.
제어부(195)는 보조밸브(Va2) 턴 오프하고 보조밸브(Va3)와 충전 보조밸브(Vaux)를 턴 온한다(309). 제어부(195)는 보조밸브(Va2) 턴 오프하고 보조밸브(Va3)와 충전 보조밸브(Vaux)를 턴 온하여 커패시터(Cs), 보조밸브(Va3), 인덕터(L1) 및 충전 보조밸브(Vaux)를 연결하는 전류 경로를 형성한다. 전류는 커패시터(Cs), 보조밸브(Va3), 인덕터(L1) 및 충전 보조밸브(Vaux)를 연결하는 전류 경로를 따라 공진한다. 전류의 공진에 따라 커패시터(Cs)에 충전된 전압은 충전 보조밸브(Vaux)에 인가된다. 충전 보조밸브(Vaux)와 시험밸브(Vt)는 병렬연결 관계에 있으므로 충전 보조밸브(Vaux)에 인가되는 전압은 시험밸브(Vt)의 게이트 드라이버를 충전 시킨다. 전류의 공진에 따라 커패시터(Cs)의 극성은 변경된다. 즉, 커패시터(Cs)의 일단의 극성은 -극으로 커패시터(Cs)의 타단의 극성은 +극으로 변경된다.
제어부(195)는 보조밸브(Va3)와 충전 보조밸브(Vaux)를 턴 오프하고 보조밸브(Va4)를 턴 온한다(S311). 제어부(195)는 보조밸브(Va3)와 충전 보조밸브(Vaux)를 턴 오프하고 보조밸브(Va4)를 턴 온하여 커패시터(Cs), 보조밸브(Va4), 커패시터(Ct), 및 인덕터(L1)을 연결하는 전류경로를 형성한다. 전류는 커패시터(Cs), 보조밸브(Va4), 커패시터(Ct), 및 인덕터(L1)을 통과하여 공진한다. 이에 따라 커패시터(Cs)의 극성은 변경된다. 즉, 커패시터(Cs)의 일단의 극성은 +극으로 커패시터(Cs)의 타단의 극성은 -극으로 변경된다. 도 2 내지 도 3의 실시예에서는 커패시터(Cs)가 방전하여 시험밸브(Vt)의 게이트 드라이버를 충전하는 경우, 커패시터(Ct)가 충전되어 보조밸브(Va4)를 턴 온 할 수 없다. 그러나 도 5 내지 도 6의 실시예는 커패시터(Cs)가 방전하여 시험밸브(Vt)의 게이트 드라이버를 충전하더라도 충전 보조밸브(Vaux)에 전류가 흘러 들어가 커패시터(Ct)가 충전되지 않으므로 보조밸브(Va4)를 턴 온할 수 있다.
제어부(195)는 보조밸브(Va4)를 턴 오프하고 보조밸브(Va5)를 턴 온한다(S313). 제어부(195)는 보조밸브(Va5), 인덕터(L2) 및 커패시터(Cs)를 연결하는 전류경로를 형성한다. 전류는 보조밸브(Va5), 인덕터(L2) 및 커패시터(Cs)를 통과하여 공진한다. 이에 따라 커패시터(Cs)의 극성이 변경된다. 즉, 커패시터(Cs)의 일단의 극성은 +극으로 커패시터(Cs)의 타단의 극성은 -극으로 변경된다. 제어부(195)는 시험밸브(Vt)의 게이트 드라이버가 완전히 충전되지 않은 경우 보조밸브(Va2) 턴 온하는 단계부터 반복하여 시험밸브(Vt)의 게이트 드라이버를 완전히 충전할 수 있다.
제어부(195)는 다음의 동작들을 통하여 시험밸브(Vt)를 시험한다.
제어부(195)는 보조밸브(Va5)를 턴 오프하고 보조 밸브(Va2)를 턴 온한다(S315). 제어부(195)는 보조밸브(Va5)를 턴 오프하고 보조 밸브(Va2)를 턴 온하여 커패시터(Cs)를 충전한다.
제어부(195)는 보조밸브(Va2)를 턴 오프하고 시험밸브(Vt)를 턴 온한다(S317). 제어부(195)는 보조밸브(Va2)를 턴 오프하고 시험밸브(Vt)를 턴 온하여 시험밸브(Vt)와 커패시터(Ct)를 연결하는 전류 경로를 형성한다. 이때 시험밸브(Vt)의 게이트 드라이버는 앞에서 기재한 과정을 통하여 충전되었으므로 제어부(195)는 시험밸브(Vt)를 턴 온할 수 있다.
제어부(195)는 보조밸브(Va1)를 턴 온한다(S319). 제어부(195)는 보조밸브(Va1)를 턴 온하여 전류 생성부(130)가 생성한 직류전류를 시험밸브(Vt)에 인가한다. 이를 통해 제어부(195)는 시험밸브(Vt)에 기준 전류 값 이상의 직류전류가 인가되는 경우 시험밸브(Vt)가 정상 동작하는지 시험한다.
제어부(195)는 보조밸브(Va1)를 턴 오프하고 보조밸브(Va3)를 턴 온한다(S321). 제어부(195)는 보조밸브(Va1)를 턴 오프하고 보조밸브(Va3)를 턴 온하여 커패시터(Cs), 보조밸브(Va3), 인덕터(L1) 및 시험밸브(Vt)를 연결하는 전류 경로를 구성한다. 제어부(195)는 커패시터(Cs)에 충전된 전압을 시험밸브(Vt)에 인가한다. 즉, 제어부(195)는 인덕터(L1)의 일단에 연결된 시험밸브(Vt)의 일단은 +극이고 접지된 시험밸브(Vt)의 타단은 -극인 전압을 인가한다. 이하에서는 시험밸브(Vt)의 일단의 극성이 +극이고 시험밸브(Vt)의 타단의 극성이 -극인 전압을 순방향 전압이라 하고, 시험밸브(Vt)의 일단의 극성이 -극이고 시험밸브(Vt)의 타단의 극성이 +극인 전압을 역방향 전압이라 한다. 전류는 커패시터(Cs), 보조밸브(Va3), 인덕터(L1) 및 시험밸브(Vt)를 연결하는 전류 경로를 따라 공진한다. 이를 통해 제어부(195)는 시험밸브(Vt)에 순방향 전압이 인가되는 경우 시험밸브(Vt)가 정상 동작하는지 시험한다. 한편 전류가 커패시터(Cs), 보조밸브(Va3), 인덕터(L1) 및 시험밸브(Vt)를 연결하는 전류 경로를 공진함에 따라 커패시터(Cs)의 극성은 변경된다. 즉, 커패시터(Cs)의 일단의 극성은 -극으로 커패시터(Cs)의 타단의 극성은 +극으로 변경된다.
제어부(195)는 시험밸브(Vt)와 보조밸브(Va3)를 턴 오프하고 보조밸브(Va4)를 턴 온한다(S323). 제어부(195)는 시험밸브(Vt)와 보조밸브(Va3)를 턴 오프하고 보조밸브(Va4)를 턴 온하여 시험밸브(Vt)에 커패시터(Cs)에 충전된 전압을 인가한다. 즉, 제어부(195)는 시험밸브(Vt)에 역방향 전압을 인가한다. 이를 통해 제어부(195)는 시험밸브(Vt)에 역방향 전압이 인가되는 경우 시험밸브(Vt)가 정상 동작하는지 시험한다.
제어부(195)는 보조밸브(Va4)를 턴 오프하고 보조밸브(Va5)를 턴 온한다(S325). 제어부(195)는 보조밸브(Va4)를 턴 오프하고 보조밸브(Va5)를 턴 온하여 커패시터(Cs), 보조밸브(Va5) 및 인덕터(L2)를 연결하는 전류 경로를 구성한다. 전류는 커패시터(Cs), 보조밸브(Va5) 및 인덕터(L2)를 연결하는 전류 경로에 따라 공진한다. 이에 따라 커패시터(Cs)의 극성이 변경된다. 즉, 커패시터(Cs)의 일단의 극성은 +극으로 커패시터(Cs)의 타단의 극성은 -극으로 변경된다.
제어부(195)는 보조밸브(Va5)를 턴 오프하고 보조밸브(Va2)를 턴 온한다(S327). 이상적이지 않은 실제 소자들에는 저항성분이 존재하므로 시간이 경과함에 따라 커패시터(Cs)의 인가된 전압은 초기상태보다 감소한다. 제어부(195)는 보조밸브(Va2)를 턴 온하여 커패시터(Cs)를 전압 생성부(170)가 생성한 전압으로 충전한다.
제어부(195)는 보조밸브(Va2)를 턴 오프한다(S121). 커패시터(Cs)가 완충된경우, 제어부(195)는 보조밸브(Va2)를 턴 오프하여 커패시터(Cs)의 충전을 중단한다(S121). 커패시터(Cs)가 완충된 경우 제어부(195)는 제어부(195)는 보조밸브(Va1)와 시험밸브(Vt)를 턴 온하는(S107) 단계로 돌아가 시험밸브(Vt)에 대한 합성시험을 다시 진행할 수 있다.

Claims (8)

  1. 고전압직류송전(high voltage direct current, HVDC) 사이리스터 밸브의 합성시험을 위한 합성시험회로에 있어서,
    상기 사이리스터 밸브에 상기 합성시험을 위해 순방향 직류전류, 역방향 직류전압 및 순방향 직류전압을 인가하는 공진회로;
    기준 전류 값 이상의 직류전류를 생성하여 상기 공진회로에 공급하는 전류 생성부; 및
    기준 전압 값 이상의 직류전압을 생성하여 상기 공진회로에 공급하는 전압 생성부를 포함하고,
    상기 공진회로는
    상기 사이리스터 밸브의 게이트 드라이버를 충전하는 충전 보조밸브를 포함하는
    합성시험회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공진회로는
    상기 전압 생성부로부터 상기 직류전압을 인가받아 충전하는 제1 커패시터와
    상기 충전 보조밸브와 상기 제1 커패시터를 연결하는 제1 인덕터를 더 포함하고,
    상기 충전 보조밸브를 턴 온하여 상기 제1 커패시터, 상기 제1 인덕터 및 상기 충전 보조밸브를 통과하는 전류가 공진하여 상기 사이리스터 밸브의 게이트 드라이버를 충전하는 제어부를 더 포함하는
    합성시험회로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공진회로는
    상기 제1 커패시터와 상기 제1 인덕터를 연결하는 제1 보조밸브를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 보조밸브를 턴 온하여 상기 제1 커패시터, 상기 제1인덕터, 상기 충전 보조밸브 및 상기 제1 보조밸브를 포함하는 전류경로를 전류가 공진하게 하여 상기 사이리스터 밸브의 게이트 드라이버를 충전하는
    합성시험회로.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공진회로는
    상기 제1 커패시터와 상기 제1 인덕터를 연결하는 제2 보조밸브와 상기 사이리스터 밸브의 기생용량을 모의하는 제2 커패시터를 더 포함하고,
    상기 제1 보조밸브에 인가되는 전압의 순방향과 상기 제2 보조밸브에 인가되는 전압의 순방향이 반대이고,
    상기 제어부는 상기 제2 보조밸브를 턴 온하여 상기 제2 커패시터, 상기 제1 인덕터, 상기 제2 보조밸브 및 상기 제1 커패시터를 포함하는 전류경로를 전류가 공진하게 하여 제1 커패시터의 극성을 변경하는
    합성시험회로.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 공진회로는
    상기 전류 생성부와 상기 제1 커패시터를 연결하는 제2 인덕터와
    상기 제2 인덕터와 그라운드를 연결하는 제3 보조밸브를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제3 보조밸브를 턴 온하여 상기 제1 커패시터, 제2 인덕터 및 제3 보조밸브를 포함하는 전류경로를 전류가 공진하게 하여 제1 커패시터의 극성을 변경하는
    합성시험회로.
  6. 고전압직류송전(high voltage direct current, HVDC) 사이리스터 밸브의 합성시험을 위한 합성시험회로에 있어서,
    전류 생성부;
    상기 전류 생성부의 일단에 연결되는 일단을 갖는 제1 보조밸브;
    상기 제1 보조밸브의 타단에 연결되는 일단을 갖고 타단은 접지되는 상기 사이리스터 밸브;
    상기 사이리스터 밸브의 일단에 연결되는 일단을 갖고 타단은 접지되는 충전 보조밸브;
    상기 충전 보조밸브의 일단에 연결되는 일단을 갖고 타단은 접지되는 제1 커패시터;
    상기 충전 보조밸브의 일단에 연결되는 일단을 갖는 제1 인덕터;
    상기 제1 인덕터의 타단에 연결되는 일단을 갖는 제2 보조밸브;
    상기 제1 인덕터의 타단에 연결되는 일단을 갖는 제3 보조밸브;
    상기 제2 보조밸브의 타단과 상기 제3 보조밸브의 타단에 연결되는 일단을 갖고 타단은 접지되는 제2 커패시터;
    상기 제2 커패시터의 일단에 연결되는 일단을 갖는 제2 인덕터;
    상기 제2 인덕터의 타단에 연결되는 일단을 갖고 타단은 접지되는 제4 보조밸브;
    상기 제4 보조밸브의 일단에 연결되는 일단을 갖는 제5 보조밸브; 및
    상기 제5 보조밸브의 타단에 연결되는 전압 생성부를 포함하는
    합성시험회로.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전류 생성부는
    6 펄스 브리지 형태의 인버터를 포함하고,
    상기 제1 보조밸브는 상기 인버터의 일단에 연결되는
    합성시험회로.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전류 생성부는
    상기 인버터에 역병렬 연결되는 6 펄스 브리지 형태의 정류부; 및
    상기 인버터일단에 연결되는 일단을 갖고 상기 정류부에 연결되는 타단을 갖는 평활부를 포함하는
    합성시험회로.
KR1020130123623A 2013-10-16 2013-10-16 고전압직류송전 사이리스터 밸브를 위한 합성시험회로 KR101442990B1 (ko)

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US14/323,837 US9500696B2 (en) 2013-10-16 2014-07-03 Test circuit for thyristor valve in HVDC system

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