KR101553765B1 - Method and system for preventing commutation failure in high-voltage direct current system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 HVDC(High-Voltage Direct Current) 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템에 있어서, 복수의 사이리스터(thyristor)로 구성되어 상기 복수의 사이리스터에 입력된 교류를 직류로 변환시키는 정류기(rectifier)와, 상기 정류기로부터 변환된 직류를 교류로 변환시키는 인버터를 포함하고, 상기 정류기는, 전류 제어기와 DC 선로 사고 발생 시 전류를 강제 지연하기 위한 강제 지연 신호(Forced Retard Signal) 중 최대값이 사이리스터 밸브의 점호각 신호로 입력되도록 제어되는 정류기 제어부와, 상기 인버터는, 소호각 제어기와 전류 제어기에 대응되는 점호 신호 중 최소값이 사이리스터 밸브의 점호각 신호로 입력되도록 제어되는 인버터 제어부를 통해 상기 소호각 제어기의 출력이 상기 전류 제어기의 출력을 추종하도록 함을 특징으로 한다.The present invention relates to a system for preventing a current failure in a high-voltage direct current (HVDC) system, comprising: a rectifier composed of a plurality of thyristors and converting an AC input to the plurality of thyristors into a direct current; And a rectifier for rectifying the maximum value of the forced retard signal for forcibly delaying the current when the current controller and the DC line accident occurs, And a controller for controlling the input of the starter angle controller and the current controller such that the minimum value of the starter signal is input to the throttle valve as a point angle signal of the thyristor valve, So as to follow the output of the current controller.

Figure R1020140014796
Figure R1020140014796

Description

HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR PREVENTING COMMUTATION FAILURE IN HIGH-VOLTAGE DIRECT CURRENT SYSTEM}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method and a system for preventing current failure in an HVDC system,

본 발명은 사이리스터(thyristor) 기반의 정류기 및 인버터를 이용한 HVDC(High-Voltage Direct Current) 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high-voltage direct current (HVDC) system using a thyristor-based rectifier and an inverter.

HVDC 시스템에서의 전력변환은 사이리스터의 순차적인 스위칭으로 동작하게 된다. 이때, 사이리스터의 동작시 finite time이 소요되며 이 시간이 길어질 경우 전류 실패로 이어지게 된다.The power conversion in the HVDC system operates on sequential switching of thyristors. At this time, finite time is required for operation of the thyristor, and if this time is prolonged, current failure occurs.

특히, 전류실패는 인버터측에서의 운전 소호각이 작기 때문에 빈번하게 발생하게 된다[1,2]. 이러한 전류실패가 발생할 경우 과전류로 인한 사이리스터의 소손, 보호계전기의 정정, 송전 전력의 변동 등 HVDC 시스템의 불안정성을 야기한다[3-9].In particular, current failures occur frequently due to the small operating angle at the inverter side [1,2] . Such a current failure causes the destabilization of the HVDC system, such as the burnout of the thyristor due to the overcurrent, the correction of the protection relay, and the variation of the transmission power [3-9] .

전류실패 발생 요인으로는 설계 시에 결정되는 변압기의 누설리액턴스와 운전 소호각 외에도 AC전압의 감소 및 DC전류의 상승으로 인한 영향을 받을 수 있는데, 이에 대한 다양한 연구가 진행되었다[10-12]. 그 중에서 DC 전류의 상승을 제한하기 위하여 스무딩 리액터를 크게하거나 AC고장으로인한 전압감소를 최소화하기 위하여 인버터측 SCR을 크게 하는 방법[13], 인버터측 변압기와 사이리스터 사이에 커패시터를 추가하는 CCC-HVDC[14-16] 등이 있지만 이는 설계 당시 고려해야 할 사항이므로 HVDC 운전 중에 발생할 수 있는 전류실패 방지를 위해서는 적합하지 않다.In addition to the leakage reactance and operating angle of the transformer, which are determined at the design stage, various causes of the current failure may be caused by the reduction of the AC voltage and the increase of the DC current [10-12] . In order to limit the increase of the DC current, a method of increasing the smoothing reactor or increasing the inverter side SCR to minimize the voltage decrease due to AC failure [13] , CCC-HVDC which adds a capacitor between the inverter side transformer and thyristor [14-16] . However, this is something to consider at the time of design and is not suitable for preventing current failure that may occur during HVDC operation.

특히, CCC-HVDC 방식은 과도한 전압스트레스로 인한 사이리스터의 소손 및 수명 단축을 야기시킬 수 있기 때문에 이를 해결하기 위한 연구들이 필요하다[17]. 이러한 방법들 외에 전류실패 방지를 위하여 다음과 같은 방법들이 제시되었다.In particular, the CCC-HVDC method can cause the thyristor to be burned out and shorten the lifetime due to excessive voltage stress, so studies are needed to solve this problem [17] . In addition to these methods, the following methods have been proposed to prevent current failure.

첫번째는 DC전류를 제한하는 방법인 VDCOL이다. 과전류를 방지하기 위하여 DC전압 또는 AC전압 상태에 따라 DC전류의 지령치를 낮추는 방식으로서 현재 가장 많이 사용되고 있는 방식이다[18-22]. 하지만 VDCOL을 설계는 AC System의 강도를 반영해야 하며[23], 전류변화를 반영하고 있지 않다는 문제점이 있다.The first is VDCOL, a way to limit DC current. In order to prevent the overcurrent, DC current or DC voltage command value is lowered according to the DC voltage or AC voltage state. This is the most widely used method [18-22] . However, the design of VDCOL should reflect the strength of AC system [23] , but it does not reflect current change.

두 번째는 전류실패 발생 시 소호각을 증가시키는 방식이다[24]. 이 방법은 전류실패가 발생한 이후에 대한 조치로서 고장으로 인한 AC전압 감소 이후 회복하는 과정에서 발생할 수 있는 전류실패에 대한 방지하는 데에 어려운 점이 있다.The second is to increase the Soho angle in case of current failure [24] . This method has difficulties in preventing current failures that may occur during recovery after AC voltage reduction due to failure as a measure for current failures.

이 외에도 전류실패의 발생원인에 대한 민감도 분석에 대한 연구가 진행되었지만 HVDC 시스템의 동적 특성을 반영하지 않았다는 한계가 있다. 따라서, 전류실패 방지를 위하여 HVDC 시스템의 동적 특성을 반영한 추가적인 연구가 필요하다.In addition, the sensitivity analysis for the cause of the current failure has been studied, but the limitation is not reflected in the dynamic characteristics of the HVDC system. Therefore, further study is needed to reflect the dynamic characteristics of HVDC system to prevent current failure.

본 발명은 복수의 사이리스터로 구성된 인버터 단에서 소호각 제어기의 출력이 전류 제어기의 출력을 추종하도록 하여 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 최소화하는 기술을 제공하고자 한다.The present invention aims to provide a technique for minimizing the current failure prevention of the HVDC system by causing the output of the Soho angle controller to follow the output of the current controller at the inverter stage composed of a plurality of thyristors.

본 발명의 일 견지에 따르면, HVDC(High-Voltage Direct Current)시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템에 있어서, 복수의 사이리스터(thyristor)로 구성되어 상기 복수의 사이리스터에 입력된 교류를 직류로 변환시키는 정류기(rectifier)와, 상기 정류기로부터 변환된 직류를 교류로 변환시키는 인버터를 포함하고, 상기 정류기는, 전류 제어기와 DC 선로 사고 발생 시 전류를 강제 지연하기 위한 강제 지연 신호(Forced Retard Signal) 중 최대값이 사이리스터 밸브의 점호각 신호로 입력되도록 제어되는 정류기 제어부와, 상기 인버터는, 소호각 제어기와 전류 제어기에 대응되는 점호 신호 중 최소값이 사이리스터 밸브의 점호각 신호로 입력되도록 제어되는 인버터 제어부를 통해 상기 소호각 제어기의 출력이 상기 전류 제어기의 출력을 추종하도록 함을 특징으로 한다.According to one aspect of the present invention, there is provided a system for preventing current failure in a high-voltage direct current (HVDC) system, comprising: a rectifier configured to include a plurality of thyristors, and a rectifier for converting the direct current converted from the rectifier into an alternating current, wherein the rectifier has a maximum value of a forced delay signal (Forced Retard Signal) for forcibly delaying the current when the current controller and the DC line accident occur, The throttle control apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the throttle valve is controlled by a throttle valve control signal. And the output of the SOHO angle controller follows the output of the current controller.

본 발명의 다른 견지에 따르면, HVDC(High-Voltage Direct Current)시스템의 전류 실패 방지를 위한 방법에 있어서, 출력 상 전압과 DC 전류를 측정하여 측정된 상 전압과 DC 전류 값이 기설정된 값 이하로 감소되는지 여부를 체크하는 과정과, 상기 모니터링부 체크 결과, 각 상 전압이 AC 계통 전압 이하로 감소된 경우 상기 각 상 전압 중 최대값과 최소값에 해당하는 전압에 대한 차 연산을 통해 최대 상 전압과 최소 상 전압 간의 위상변이를 산출하는 과정과, AC 계통 전압감소 및 DC 전류증가에 의한 누설리액턴스의 전압강하에 대응되는 오버랩 앵글(overlap angle)을 계산하는 과정과, 상기 DC 선로의 전류가 기설정된 전류 지령치 이하로 동작되는 경우 전류 제어기와 소호각 제어기의 각 점호각이 교차되는지 여부를 확인하고, 교차되는 경우 소호각 제어기의 출력이 전류 제어기의 출력을 추종하도록 제어하는 과정을 포함함을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for preventing current failure in a high-voltage direct current (HVDC) system, the method comprising: measuring an output phase voltage and a DC current, Calculating a difference between a maximum phase voltage and a maximum phase voltage by performing a difference operation on a voltage corresponding to a maximum value and a minimum value of each phase voltage when each phase voltage is decreased to be equal to or less than an AC system voltage, Calculating an overlap angle corresponding to a voltage drop of a leakage reactance due to an AC system voltage decrease and an increase in a DC current, calculating a phase shift between a minimum phase voltage and a minimum phase voltage, If it is operated below the current command value, it is checked whether or not each dot angle of the current controller and the SOHO angle controller intersects with each other. If crossed, the output of the SOHO angle controller And controlling the output of the current controller to follow the output of the current controller.

본 발명은 HVDC 시스템 운전의 안정성 향상 및 전류 실패 방지를 최소화하는 효과가 있다.The present invention has the effect of improving the stability of operation of the HVDC system and minimizing current failure prevention.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템에 있어서, 인버터 제어부의 구성을 보인 상세 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템에 있어서, 인버터 측의 제어기 구성을 도시한 블록도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 방법에 관한 전체 흐름도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a system for preventing current failure in an HVDC system according to an embodiment of the present invention; FIG.
FIG. 2 is a detailed block diagram illustrating a configuration of an inverter control unit in a system for preventing current failure in an HVDC system according to an embodiment of the present invention; FIG.
3 is a block diagram illustrating a controller configuration of an inverter side in a system for preventing current failure in an HVDC system according to an embodiment of the present invention.
4 is an overall flow diagram of a method for preventing current failure in an HVDC system in accordance with an embodiment of the present invention.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be appreciated that those skilled in the art will readily observe that certain changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. To those of ordinary skill in the art.

본 발명은 사이리스터 기반의 정류기 및 인버터를 이용한 HVDC(High-Voltage Direct Current) 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 사이리스터로 구성된 인버터 단에서 상기 복수의 사이리스터들의 전류 실패(commutation failure) 방지를 위해 AC 계통의 각 상 전압, DC 선로의 전류, 전류 제어기와 소호각 제어기에서 출력되는 점호각을 실시간으로 모니터링하여 상기 DC 선로의 전류가 기설정된 전류 지령치 이하로 동작 되는 경우 전류 제어기와 소호각 제어기의 각 점호각의 교차 여부에 따라 상기 전류 제어기와 소호각 제어기에 의한 각 출력의 차이를 0과 비교한 결과 및 상기 각 출력에 대한 오차를 비례ㆍ적분ㆍ미분 요소를 구성한 제어기, 지능형 제어기, 최적제어기, 강인제어기를 포함하는 다양한 형태의 제어기에 입력시킨 후 출력되는 결과를 스위칭하여 상기 소호각 제어기의 출력이 전류 제어기의 출력을 추종하도록 제어함으로써 HVDC 시스템 운전의 안정성 향상 및 전류 실패 방지를 최소화하는 기술을 제공하고자 한다.
The present invention relates to a HVDC (High-Voltage Direct Current) system using a thyristor-based rectifier and an inverter, and more particularly to a high-voltage direct current (HVDC) system using a thyristor-based rectifier and an inverter for preventing commutation failure of the plurality of thyristors at an inverter stage comprising a plurality of thyristors The current of the AC line, the current of the DC line, the current loop of the current controller, and the point angle detected by the small angle controller are monitored in real time. If the current of the DC line is operated below the preset current command value, An intelligent controller, an optimal controller, a controller, and a controller, which compares the difference between the respective outputs of the current controller and the Soo angle controller with 0 according to whether or not each of the dots is crossed, , Robust controller, and outputs the result to the controller So that the output of the SOHO controller follows the output of the current controller, thereby improving the stability of the HVDC system and minimizing current failure prevention.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템의 구성을 도 1 내지 도 3을 참조하여 자세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, a configuration of a system for preventing a current failure in an HVDC system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 to FIG.

우선, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a system for preventing current failure in an HVDC system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템은, 정류기(rectifier, 110) 및 인버터(inverter, 112)를 포함하는 것으로, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와 제어 알고리즘이 구비된 DSP, 밸브에 점호 신호를 발생시키는 디지털 입출력 회로 등을 포함하는 일반적인 HVDC 하드웨어 제어기(미도시)를 통해 상기 정류기(110) 제어기와 인버터(112) 제어기로 구성되는 HVDC 소프트웨어를 탑재한다.1, an HVDC system according to an embodiment of the present invention includes a rectifier 110 and an inverter 112. The HVDC system includes an A / D converter for converting an analog signal into a digital signal, (Not shown) including a DSP having an algorithm, a digital input / output circuit for generating a signal to the valve, and the like, and HVDC software configured by the controller of the rectifier 110 and the controller of the inverter 112 are mounted .

상기 정류기(110)은, 복수의 사이리스터(thyristor, 111)로 구성되어 상기 복수의 사이리스터(111)에 입력된 교류를 직류로 변환시킨다.The rectifier 110 is composed of a plurality of thyristors 111, and converts the alternating current input to the plurality of thyristors 111 into a direct current.

이때, 상기 정류기(110)는, 전류 제어기와 DC 선로 사고 발생 시 전류를 강제 지연하기 위한 강제 지연 신호(Forced Retard Signal) 중 최대값이 사이리스터 밸브의 점호각 신호로 입력되도록 제어되는 정류기 제어부를 포함한다.At this time, the rectifier 110 includes a rectifier controller which is controlled such that a maximum value of the current controller and a forced delay signal (Forced Retard Signal) for forcibly delaying the current when the DC line accident occurs is input to the throttle valve signal of the thyristor valve do.

상기 인버터(112)는 복수의 사이리스터(113)로 구성되어 정류기(110)로부터 변환된 직류를 교류로 변환시키는 것으로, 소호각 제어기와 전류 제어기에 대응되는 점호 신호 중 최소값이 사이리스터 밸브의 점호각 신호로 입력되도록 제어되는 인버터 제어부를 통해 상기 소호각 제어기의 출력이 상기 전류 제어기의 출력보다 클 경우 상기 소호각 제어기의 출력이 상기 전류 제어기의 출력을 추종하도록 한다.The inverter 112 converts a direct current converted from the rectifier 110 into an alternating current by a plurality of thyristors 113. The minimum value of the ignition signals corresponding to the small- The output of the SOHO controller follows the output of the current controller when the output of the SOHO controller is larger than the output of the current controller through the inverter control unit.

여기서, 도 2를 참조하면, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템에 있어서, 인버터 제어부의 구성을 보인 상세 블록도로서, 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 인버터 제어부(200)은 상 전압 검출부(210), DC 선로 전류 검출부(212), 모니터링부(214), 상 전압 산출부(216), 오버랩 앵글(overlap angle) 계산부, 점호각 처리부(220)을 포함한다.Referring to FIG. 2, FIG. 2 is a detailed block diagram illustrating a configuration of an inverter control unit in a system for preventing current failure in an HVDC system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 2, An inverter control unit 200 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a phase voltage detection unit 210, a DC line current detection unit 212, a monitoring unit 214, a phase voltage calculation unit 216, an overlap angle calculation unit, And a dot blur processing unit 220.

이 밖에 도 2에는 도시되어 있지 않지만, HVDC 시스템에 있어서 인버터 제어부는 전류의 오차에 대한 전류 제어기, 전압의 오차에 대한 전압 제어기, 전압 제어기와 전류 제어기의 점호 신호가 계통 전압과 동기되도록 하는 전압제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscilator), 점호신호가 점호 가능 범위를 넘어서지 않게 하는 출력 제한기, 상기 전류 제어기 또는 전압 제어기의 출력신호와 상기 전압제어 발진기의 신호를 비교하는 비교기, 전류 오차에 대한 점호값과 전압 오차에 대한 점호값 중에서 제어조건에 맞는 신호를 선택하는 최대/최소(Max/Min) 선택기를 더 포함한다.In addition, although not shown in FIG. 2, in the HVDC system, the inverter controller includes a current controller for the error of the current, a voltage controller for the voltage error, a voltage controller for synchronizing the ignition signal of the voltage controller and the current controller with the grid voltage A comparator for comparing the output signal of the current controller or the voltage controller with the signal of the voltage controlled oscillator, a comparator for comparing the output of the current controller or the voltage controller with the output of the voltage controlled oscillator, And a maximum / minimum (Max / Min) selector for selecting a signal that meets the control condition from among the command values for the voltage error.

상기 모니터링부(214)는 상 전압 검출부(210) 및 DC 선로 전류 검출부(212)로부터 출력되는 출력 상 전압(

Figure 112014012701897-pat00001
,
Figure 112014012701897-pat00002
,
Figure 112014012701897-pat00003
) 및 DC 선로 전류(
Figure 112014012701897-pat00004
)를 측정하여 측정된 상 전압(
Figure 112014012701897-pat00005
,
Figure 112014012701897-pat00006
,
Figure 112014012701897-pat00007
) 및 전류 값(
Figure 112014012701897-pat00008
)이 기설정된 값 이하로 감소되는지 여부를 체크한다.The monitoring unit 214 monitors the phase of the output phase voltage output from the phase voltage detection unit 210 and the DC line current detection unit 212
Figure 112014012701897-pat00001
,
Figure 112014012701897-pat00002
,
Figure 112014012701897-pat00003
) And DC line current (
Figure 112014012701897-pat00004
) And the measured phase voltage (
Figure 112014012701897-pat00005
,
Figure 112014012701897-pat00006
,
Figure 112014012701897-pat00007
) And the current value (
Figure 112014012701897-pat00008
) Is reduced to a predetermined value or less.

더욱 상세하게는, 본 발명에 따른 HVDC 시스템의 정상적인 운전점은 정류기(110)의 전류제어와 최소 점호각제어, 인버터(112)의 전류제어와 소호각 제어에 의해 결정되는 것으로, 이때, 과도한 DC 전류의 과도한 감소로 인하여 정류기(110)은 최소 점호각제어기, 인버터(112)은 전류 제어기로 동작될 수 있다. 그러나 이러한 동작점이 결정되기 전에 DC 선로 전류가 정류기(110)과 인버터(112) 모두에서 제어되도록 제어기가 동작하는 상태가 되면 AC 전압의 작은 변동에도 DC 선로 전류가 매우 급변할 수 있게 된다. 즉, AC 고장에 의해 전류전압의 변화로 인하여 DC전류의 감소/증가는 빈번하게 나타나게 된다. 이러한 현상은 전류실패의 발생률을 증가시키게 되므로, 상기 모니터링부(214)를 통해 모니터링되는 각 상 전압(

Figure 112014012701897-pat00009
,
Figure 112014012701897-pat00010
,
Figure 112014012701897-pat00011
) 이 최소한의 소호각 유지를 위한 AC 계통의 전압(
Figure 112014012701897-pat00012
) 이하로 감소 되는지 여부를 확인한다.More specifically, the normal operating point of the HVDC system according to the present invention is determined by the current control of the rectifier 110, the minimum firing angle control, the current control and the so-called angle control of the inverter 112, Due to the excessive reduction of the current, the rectifier 110 may operate as the minimum firing angle controller and the inverter 112 as the current controller. However, when the controller is operated so that the DC line current is controlled by both the rectifier 110 and the inverter 112 before the operating point is determined, the DC line current can be very rapidly changed even with a small fluctuation of the AC voltage. That is, the decrease / increase of the DC current frequently occurs due to the change of the current voltage due to the AC failure. This phenomenon increases the incidence of current failures, so that each phase voltage monitored through the monitoring unit 214
Figure 112014012701897-pat00009
,
Figure 112014012701897-pat00010
,
Figure 112014012701897-pat00011
) Is the voltage of the AC system for maintaining the minimum arc angle (
Figure 112014012701897-pat00012
) Or less.

상기 상 전압 산출부(216)는 모니터링부(214) 체크 결과, 각 상 전압(

Figure 112014012701897-pat00013
,
Figure 112014012701897-pat00014
,
Figure 112014012701897-pat00015
)이 기설정된 AC 계통 전압 이하로 감소된 경우 상기 각 상 전압 (
Figure 112014012701897-pat00016
,
Figure 112014012701897-pat00017
,
Figure 112014012701897-pat00018
) 중 최대값과 최소값에 해당하는 전압에 대한 차이를 계산하고, 이를 통해 최대 상 전압과 최소 상 전압 간의 위상변이를 하기의 수학식 1을 통해 산출한다.As a result of the monitoring by the monitoring unit 214, the phase voltage calculator 216 calculates phase voltages
Figure 112014012701897-pat00013
,
Figure 112014012701897-pat00014
,
Figure 112014012701897-pat00015
) Is less than or equal to the predetermined AC system voltage,
Figure 112014012701897-pat00016
,
Figure 112014012701897-pat00017
,
Figure 112014012701897-pat00018
), The phase difference between the maximum phase voltage and the minimum phase voltage is calculated by the following equation (1): " (1) "

Figure 112014012701897-pat00019
Figure 112014012701897-pat00019

즉, 본 발명에 따른 HVDC 시스템에서 인버터(112)의 경우 사이리스터가 역방향으로 연결되기 때문에 상 전압의 크기가 가장 작은 폴(pole)의 사이리스터가 턴온이 가능하다. 상기 인버터(112) 측의 사이리스터(113)의 구성과 같이 3상 전압이 크로싱(crossing)하는 순간의 위상 변화를 계산하기 위하여 3상에 대한 전압을 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.That is, in the HVDC system according to the present invention, since the thyristor is connected in the reverse direction in the inverter 112, the thyristor having the smallest phase voltage can be turned on. The voltage with respect to the three phases can be expressed by the following equation (2) in order to calculate the phase change at the moment when the three-phase voltage crosses as in the configuration of the thyristor 113 on the inverter 112 side.

Figure 112014012701897-pat00020
Figure 112014012701897-pat00020

이때, 3개의 각 상은 120°마다 최소값에서 크로싱(crossing)을 함으로써 사이리스터는 순차적으로 동작하게 되지만 3상의 전압이 불평형이 될 경우 3개의 각 상이 크로싱할 때 위상변이가 발생하게 된다.At this time, thyristors are sequentially operated by crossing each of the three phases at a minimum value every 120 degrees, but if the voltage of the three phases is unbalanced, the phase shift occurs when the three phases are crossed.

이러한 위상변이는 각 상이 서로 크로싱하는 부분으로부터 계산이 가능하고, a상과 b상의 전압은 0°부터 180°마다 크로싱하게 되며, a상의 전압이 고장으로 인하여 감소할 경우에는 크로싱 순간의 관계를 하기의 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.This phase shift can be calculated from the part where each phase intersects with each other, and the voltage of a phase and b phase crosses from 0 ° to 180 °. When the voltage of a phase decreases due to failure, (3) " (3) "

Figure 112014012701897-pat00021
Figure 112014012701897-pat00021

상기 오버랩 앵글 계산부(218)는 AC 계통 전압감소 및 DC 전류증가에 의한 누설리액턴스의 전압강하에 대응되는 오버랩 앵글(overlap angle)을 계산한다.The overlap angle calculation unit 218 calculates an overlap angle corresponding to the voltage drop of the leakage reactance due to AC system voltage reduction and DC current increase.

DC 선로 전류의 변화가 없을 시 누설리액턴스에 의한 전압강하는 동일하기 때문에 a상 전압감소로 인하여 오버랩 앵글이 증가하게 되는 것을 확인할 수 있다. 이로 인하여 소호각은 감소하게 되며 전류실패의 발생률도 점점 커지게 된다.When there is no change in the DC line current, the voltage drop due to the leakage reactance is the same, so that the overlap angle increases due to the decrease in the a-phase voltage. As a result, the angle of incidence decreases and the rate of occurrence of current failure increases.

전압감소 시 소호각이 감소되는 값에 대한 계산은 누설리액턴스로 인한 전압강하의 계산으로부터 가능하다. 상기의 수학식 2를 통하여 전류전압(

Figure 112014012701897-pat00022
)는 하기의 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.Calculation of the value at which the SOH angle is reduced at the time of voltage reduction is possible from the calculation of the voltage drop due to the leakage reactance. Through the above equation (2), the current voltage (
Figure 112014012701897-pat00022
) Can be expressed by the following equation (4).

Figure 112014012701897-pat00023
Figure 112014012701897-pat00023

또한, 키르히호프법칙에 의하여 a상과 b상에 연결되는 컨버터의 폴전압은 동일하게 되고, 이로부터 누설리액턴스에 의한 전압강하를 구하게 되면 수학식 5로 나타낼 수 있다.In addition, the pole voltage of the converter connected to the a-phase and the b-phase is made equal by the Kirchhoff's law, and the voltage drop due to the leakage reactance is obtained from the pole voltage.

Figure 112014012701897-pat00024
Figure 112014012701897-pat00024

수학식 5로부터 오버랩 앵글에 대하여 정리하면 수학식 6과 같이 구할 수 있다.From the equation (5), the overlap angle can be obtained as shown in equation (6).

Figure 112014012701897-pat00025
Figure 112014012701897-pat00025

DC전류의 증가 시 누설리액턴스에 의한 전압강하는 증가되기 때문에 오버랩 앵글이 증가하게 되고, 이로 인하여 소호각은 감소하게 되며 전류실패의 발생률도 점점 커지게 된다. DC전류 변화에 따른 누설리액턴스에 의한 전압강하는 하기 수학식 7에 의해 구할 수 있다.As the DC current increases, the voltage drop due to the leakage reactance increases, so that the overlap angle increases. As a result, the angle of incline decreases and the rate of current failure increases. The voltage drop due to the leakage reactance according to the DC current change can be obtained by the following equation (7).

Figure 112014012701897-pat00026
Figure 112014012701897-pat00026

상기 점호각 처리부(220)는 DC 선로의 전류가 기설정된 전류 지령치 이하로 동작되는 경우 전류 제어기와 소호각 제어기의 각 점호각이 교차되는 지 여부를 확인하고, 교차되는 경우 소호각 제어기의 출력이 전류 제어기의 출력을 추종하도록 제어한다.When the current of the DC line is operated to be equal to or less than a preset current command value, the firing angle processor 220 checks whether the angle of each of the current controller and the small angle controller crosses each other. So as to follow the output of the current controller.

여기서, 상기 점호각 처리부(220)는 상기 소호각 제어기의 출력(

Figure 112014012701897-pat00027
)이 상기 전류 제어기 출력 추종 시 필요한 소호각 필요량(
Figure 112014012701897-pat00028
), 상기 상 전압 산출부(216)로부터 산출된 위상변이량, 상기 오버랩 앵글 계산부(218)로부터 산출된 오버랩 앵글의 증가량(
Figure 112014012701897-pat00029
)을 모두 합하여 소호각 보정치(
Figure 112014012701897-pat00030
)로 설정한다.Here, the blind processing unit 220 receives the output of the SOHO angle controller (
Figure 112014012701897-pat00027
) Of the current controller output required to follow the current controller output
Figure 112014012701897-pat00028
), The phase shift amount calculated from the phase voltage calculation unit 216, the increment amount of the overlap angle calculated from the overlap angle calculation unit 218
Figure 112014012701897-pat00029
) Are summed to calculate the small correction value (
Figure 112014012701897-pat00030
).

또한, 상기 점호각 처리부(220)는 전류 제어기와 소호각 제어기의 각 출력에 대한 차이를 0과 비교한 결과와 상기 각 출력에 대한 오차를 전술한 다양한 형태의 제어기에 입력시킨 후 출력되는 결과를 각각 스위칭하여 소호각 제어기의 출력이 전류 제어기의 출력을 추종하도록 제어한다.
Also, the blind processing unit 220 inputs the result of comparing the difference between the outputs of the current controller and the SoHo controller to 0 and the error of each output to the controllers of various types described above, and then outputs the result And controls so that the output of the SOHO angle controller follows the output of the current controller.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템에 있어서, 인버터 측의 구성을 도시한 블록도이다.3 is a block diagram showing a configuration of an inverter side in a system for preventing current failure in an HVDC system according to an embodiment of the present invention.

도 3의 점선 영역을 참조하면, 본 발명은 전압감소로 인한 소호각 감소와 오버랩 앵글이 증가하는 부분에 전술한 다양한 형태의 제어기를 이용하여 인버터측 소호각 제어기가 전류 제어기의 출력을 추종하는 부분이 추가되었으며, 소호각 제어기의 출력(

Figure 112014012701897-pat00031
), 전류 제어기의 출력(
Figure 112014012701897-pat00032
)이 각각 비교기(30), 오차 출력기(31)로 각각 분기되어 입력되고, 상기 오차 출력기(31)의 오차를 전술한 다양한 형태의 제어기(32)를 통한 결과, 상기 비교기(30)의 결과를 각각 33에서 스위칭하여 상기 소호각 제어기의 출력(
Figure 112014012701897-pat00033
)이 전류 제어기의 출력(
Figure 112014012701897-pat00034
)을 추종하도록 제어된다.
Referring to the dotted line area in FIG. 3, the present invention is characterized in that the inverter-side SOHO angle controller follows the output of the current controller by using the above-described various types of controllers at the portion where the decrease of the SOHO angle due to the voltage decrease and the overlap angle increase, Has been added, and the output of the soho angle controller (
Figure 112014012701897-pat00031
), The output of the current controller
Figure 112014012701897-pat00032
Are input to the comparator 30 and the error output unit 31 respectively and the error of the error output unit 31 is obtained through the controller 32 of the various types described above and the result of the comparator 30 And outputs the output of the SOHO angle controller (
Figure 112014012701897-pat00033
) The output of this current controller
Figure 112014012701897-pat00034
).

이상 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템의 구성을 살펴보았다.The configuration of the system for preventing current failure of the HVDC system according to an embodiment of the present invention has been described.

이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 방법에 대해 도 4를 참조하여 자세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, a method for preventing current failure in the HVDC system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 방법에 관한 전체 흐름도이다.4 is an overall flowchart of a method for preventing current failure in an HVDC system according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 먼저 410 과정에서는 출력 상 전압 및 DC 선로 전류를 측정하고, 412 과정에서는 측정된 상 전압 및 전류 값이 기설정된 사이리스터의 최소 소호각에 대응되게 AC 계통 전압 이하로 감소되는지 여부를 체크한다.4, first, the output phase voltage and the DC line current are measured in step 410. In step 412, it is determined whether the measured phase voltage and current value are decreased to less than the AC system voltage corresponding to the minimum angle of the predetermined thyristor .

상기 체크 결과, 각 상 전압이 AC 계통 전압 이하로 감소된 경우 414 과정으로 이동하여 상기 각 상 전압 중 최대값과 최소값에 해당하는 전압에 대한 차이를 계산한다.As a result of the check, if the phase voltage is decreased to be equal to or less than the AC system voltage, the process moves to step 414 to calculate a difference between the maximum value and the minimum value of the phase voltages.

416 과정에서는 상기 414 과정의 계산을 통해 최대 상 전압과 최소 상 전압 간의 위상변이를 산출한다.In step 416, the phase shift between the maximum phase voltage and the minimum phase voltage is calculated through the calculation of step 414.

418 과정에서는 AC 계통 전압감소 및 DC 전류증가에 의한 누설리액턴스의 전압강하에 대응되는 오버랩 앵글(overlap angle)을 계산하고, 420 과정에서는 상기 DC 선로의 전류가 기설정된 전류 지령치 이하로 동작되는 지 여부를 확인하고, 기설정된 전류 지령치 이하인 경우 422 과정으로 이동하여 전류 제어기와 소호각 제어기의 각 점호각이 교차되는 지 여부를 확인한다.In step 418, an overlap angle corresponding to the voltage drop of the leakage reactance due to the AC system voltage decrease and the DC current increase is calculated. In step 420, whether or not the current of the DC line is less than or equal to a preset current command value If the current command value is equal to or less than the preset current command value, the process proceeds to step 422, and it is checked whether the current controller and the SOHO angle controller cross each other.

상기 확인 결과, 교차되는 경우 424 과정으로 이동하여 전류 제어기와 소호각 제어기의 각 출력을 0과 비교한 결과 및 상기 각 출력에 대한 오차를 전술한 다양한 형태의 제어기에 입력시킨 후 출력되는 결과를 각각 스위칭하여 소호각 제어기의 출력이 전류 제어기의 출력을 추종하도록 제어한다.
As a result of the checking, if it crosses, the process proceeds to step 424, and a result obtained by comparing the outputs of the current controller and the SoHo controller with 0 and an error with respect to each output are input to the controllers of various types described above, And controls so that the output of the SOHO angle controller follows the output of the current controller.

상기와 같이 본 발명에 따른 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템 및 이를 이용한 제공 방법에 관한 동작이 이루어질 수 있으며, 한편 상기한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 실시될 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.As described above, the operation of the system for preventing the current failure of the HVDC system according to the present invention and the method of providing the same can be performed. While the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments, Without departing from the scope of the invention. Accordingly, the scope of the present invention should not be limited by the illustrated embodiments, but should be determined by equivalents of the claims and the claims.

210: 상 전압 검출부 212: DC 선로 전류 검출부
214: 모니터링부 216: 상 전압 산출부
218: 오버랩 앵글 계산부 220: 점호각 처리부

Figure 112014012701897-pat00035
210: phase voltage detecting unit 212: DC line current detecting unit
214: monitoring section 216: phase voltage calculating section
218: overlap angle calculation unit 220:
Figure 112014012701897-pat00035

Claims (8)

HVDC(High-Voltage Direct Current)시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템에 있어서,
복수의 사이리스터(thyristor)로 구성되어 상기 복수의 사이리스터에 입력된 교류를 직류로 변환시키는 정류기(rectifier)와,
상기 정류기로부터 변환된 직류를 교류로 변환시키는 인버터(inverter)를 포함하고,
상기 정류기는,
전류 제어기와 DC 선로 사고 발생 시 전류를 강제 지연하기 위한 강제 지연 신호(Forced Retard Signal) 중 최대값이 사이리스터 밸브의 점호각 신호로 입력되도록 제어되는 정류기 제어부와,
상기 인버터는,
소호각 제어기와 전류 제어기에 대응되는 점호 신호 중 최소값이 사이리스터 밸브의 점호각 신호로 입력되도록 제어되는 인버터 제어부를 통해 상기 소호각 제어기의 출력이 상기 전류 제어기의 출력을 추종하도록 함을 특징으로 하고,
상기 인버터 제어부는,
출력 상 전압 및 DC 선로 전류를 측정하여 상 전압 및 전류 값이 기설정된 값 이하로 감소되는지 여부를 체크하는 모니터링부와,
상기 모니터링부 체크 결과, 각 상 전압이 AC 계통 전압 이하로 감소된 경우 상기 각 상 전압 중 최대값과 최소값에 해당하는 전압에 대한 차 연산을 통해 최대 상 전압과 최소 상 전압 간의 위상변이를 산출하는 상 전압 산출부와,
AC 계통 전압감소 및 DC 전류증가에 의한 누설리액턴스의 전압강하에 대응되는 오버랩 앵글(overlap angle)을 계산하는 오버랩 앵글 계산부와,
상기 DC 선로의 전류가 기설정된 전류 지령치 이하로 동작되는 경우 전류 제어기와 소호각 제어기의 각 점호각이 교차되는 지 여부를 확인하고, 교차되는 경우 소호각 제어기의 출력이 전류 제어기의 출력을 추종하도록 제어하는 점호각 처리부를 포함함을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템.
A system for preventing current failure in a High-Voltage Direct Current (HVDC) system,
A rectifier which is composed of a plurality of thyristors and converts AC inputted into the plurality of thyristors into DC,
And an inverter for converting the direct current converted from the rectifier into an alternating current,
The rectifier includes:
A rectifier controller which is controlled such that a maximum value of the current controller and a forced delay signal for forcibly delaying the current in the event of a DC line accident is input to the throttle valve signal of the thyristor valve,
The inverter includes:
And the output of the SOHO controller follows the output of the current controller through an inverter control unit which is controlled so that the minimum value among the ignition signals corresponding to the SOHO angle controller and the current controller is input as the firing angle signal of the thyristor valve.
The inverter control unit includes:
A monitoring unit for measuring an output phase voltage and a DC line current to check whether a phase voltage and a current value are reduced to a predetermined value or less;
As a result of the checking by the monitoring unit, if the phase voltage is decreased to be equal to or less than the AC system voltage, the phase shift between the maximum phase voltage and the minimum phase voltage is calculated through a difference operation between the maximum value and the minimum value of the phase voltages A phase voltage calculation unit,
An overlap angle calculation unit for calculating an overlap angle corresponding to a voltage drop of leakage reactance due to AC system voltage reduction and DC current increase;
If the current of the DC line is operated below the preset current command value, it is checked whether the current point of the current controller and the Soo angle controller cross each other. If the DC line is crossed, the output of the Soo angle controller follows the output of the current controller And a control unit for controlling the current of the HVDC system.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 점호각 처리부는,
상기 소호각 제어기의 출력이 상기 전류 제어기 출력 추종 시 필요한 소호각 필요량, 상기 상 전압 산출부로부터 산출된 위상변이량, 상기 오버랩 앵글 계산부로부터 산출된 오버랩 앵글의 증가량을 모두 합하여 초기 소호각 지령치에 추가적으로 설정함을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템.
The apparatus according to claim 1,
Wherein the output of the SOHO angle controller adds all of the required SOHO angles required for following the current controller output, the phase shift calculated by the phase voltage calculator, and the increment amount of the overlap angle calculated from the overlap angle calculator, Wherein the system is configured to prevent current failure in the HVDC system.
제1항에 있어서, 상기 점호각 처리부는,
전류 제어기와 소호각 제어기의 각 출력에 대한 차이를 0과 비교한 결과와 상기 각 출력에 대한 오차를 제어기에 입력시킨 후 출력되는 결과를 각각 스위칭하여 소호각 제어기의 출력이 전류 제어기의 출력을 추종하도록 제어함을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템.
The apparatus according to claim 1,
The difference between the outputs of the current controller and the SoHo controller is compared with zero and the result of inputting the error of each output to the controller and then the result of output is switched so that the output of the SoHo controller follows the output of the current controller Wherein the control unit is configured to control the current of the HVDC system.
제4항에 있어서, 상기 제어기는,
비례ㆍ적분ㆍ미분 요소를 구성한 제어기, 지능형 제어기, 최적제어기, 강인제어기를 포함함을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 시스템.
5. The apparatus of claim 4,
Wherein the controller includes a proportional, integral, and differential component controller, an intelligent controller, an optimal controller, and a robust controller.
HVDC(High-Voltage Direct Current)시스템의 전류 실패 방지를 위한 방법에 있어서,
출력 상 전압 및 DC 전류를 측정하여 측정된 상 전압 및 DC 전류 값이 기설정된 값 이하로 감소되는지 여부를 체크하는 과정과,
모니터링부 체크 결과, 각 상 전압이 기설정된 AC 계통 전압 이하로 감소된 경우 상기 각 상 전압 중 최대값과 최소값에 해당하는 전압에 대한 차 연산을 통해 최대 상 전압과 최소 상 전압 간의 위상변이를 산출하는 과정과,
AC 계통 전압감소 및 DC 전류증가에 의한 누설리액턴스의 전압강하에 대응되는 오버랩 앵글(overlap angle)을 계산하는 과정과,
DC 선로의 전류가 기설정된 전류 지령치 이하로 동작되는 경우 전류 제어기와 소호각 제어기의 각 점호각이 교차되는 지 여부를 확인하고, 교차되는 경우 소호각 제어기의 출력이 전류 제어기의 출력을 추종하도록 제어하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 방법.
A method for preventing current failure in a High-Voltage Direct Current (HVDC) system,
Measuring an output phase voltage and a DC current and checking whether the measured phase voltage and the DC current value are reduced to a predetermined value or less;
As a result of the monitoring part check, if the phase voltage is decreased to less than the preset AC system voltage, the phase shift between the maximum phase voltage and the minimum phase voltage is calculated through the difference calculation between the maximum value and the minimum value of the phase voltages And,
Calculating an overlap angle corresponding to a voltage drop of leakage reactance due to AC system voltage reduction and DC current increase;
If the current of the DC line is operated below the preset current command value, check whether each dot angle of the current controller and the SOHO angle controller cross each other, and if so, control so that the output of the SOHO angle controller follows the output of the current controller The method of claim 1, further comprising:
제6항에 있어서, 상기 소호각 제어기의 출력이 전류 제어기의 출력 추종은,
전류 제어기와 소호각 제어기의 각 출력에 대한 차이 0과 비교한 결과 및 상기 각 출력에 대한 오차를 제어기에 입력시킨 후 출력되는 결과를 스위칭하여 수행됨을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 방법.
7. The apparatus according to claim 6, wherein the output of the solenoid angle controller is an output follow-
And comparing the result of the comparison between the current controller and the Soo angle controller with a difference of 0, and inputting an error of each of the outputs to the controller, and then switching the result of the comparison to output the result. .
제7항에 있어서, 상기 제어기는,
비례ㆍ적분ㆍ미분 요소를 구성한 제어기, 지능형 제어기, 최적제어기, 강인제어기를 포함함을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전류 실패 방지를 위한 방법.
8. The apparatus of claim 7,
Wherein the controller includes a proportional, integral, and differential element controller, an intelligent controller, an optimal controller, and a robust controller.
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