KR101599234B1 - 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치 및 방법 - Google Patents

모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 저장부와 그 에너지 저장부에 병렬로 연결된 파워 반도체 회로를 갖는 다수의 서브모듈이 직렬로 연결된 모듈러 멀티레벨 컨버터에서 특정 서브모듈의 고장 발생 시에 상전류(phase current)를 그 고장 난 서브모듈로부터 바이패스(bypass)시켜 나머지 정상 서브모듈만으로 컨버터의 정상 동작이 가능하도록 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 MMC 바이패스 스위칭 장치는, 진공스위치(100); 이동접촉볼트의 타측에 부착되어 자기력에 의해 상기 진공스위치(100)의 단락 및 해제를 안내하는 영구자석(210); 상기 영구자석(210)을 전원의 인가에 따라 끌어당기거나 밀어내기 위한 자기력을 발생시키는 전자석부(220); 상기 전자석부에 N극 자기력 발생을 위한 전원 또는 S극 자기력 발생을 위한 전원을 인가하는 전원부(240); 상기 전원부로부터 N극 자기력 발생을 위한 전원 또는 S극 자기력 발생을 위한 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 스위칭 동작하는 스위칭부(230); 상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하도록 상기 영구자석(PM)을 고정시키기 위한 래치(250); 및 상기 스위칭부를 스위칭 제어하는 제어부(270)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치 및 방법{Modular multilevel converter bypass switching device and method}
본 발명은 모듈러 멀티레벨 컨버터(Modular multilevel converter, 이하 MMC)를 보호하기 위한 바이패스 스위칭 장치 및 방법에 관한 것으로써, 더욱 자세하게는 에너지 저장부와 그 에너지 저장부에 병렬로 연결된 파워 반도체 회로를 갖는 다수의 서브모듈이 직렬로 연결된 모듈러 멀티레벨 컨버터에서 특정 서브모듈의 고장 발생 시에 상전류(phase current)를 그 고장 난 서브모듈로부터 바이패스(bypass)시켜 나머지 정상 서브모듈만으로 컨버터의 정상 동작이 가능하도록 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 모듈라 멀티레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter, 이하 MMC)의 경우에는 파워 반도체 회로가 2 개의 출력단자를 형성하는 다수의 서브모듈(sub-module)을 포함하고 이들 다수의 서브모듈은 서로 직렬로 연결된다. 이러한 서브모듈은 예컨대 에너지저장부와, 다수의 파워 반도체 스위치 및 환류 다이오드로 이루어진 파워 반도체 회로를 포함하여 구성될 수 있다.
도 1a는 종래 MMC 컨버터의 구성을 나타낸 도면이다. 해당 컨버터는 1 개 이상의 상모듈(phase module)(1)로 구성되고 이들 각 상모듈(1)에는 다수의 서브모듈(10)이 직렬로 연결된다. 부하접속단자로서 교류전압측 단자(L1,L2,L3)는 3상 부하, 예컨대 3상 교류전력시스템에 접속될 수 있다.
도 1b는 종래 MMC 컨버터의 서브모듈(10)에 대한 등가회로의 일례를 나타낸 도면이다. 이러한 서브모듈(10)은 각각 에너지 저장부(11)와 그 에너지 저장부(11)에 병렬로 연결되고 턴오프 제어가 가능한 파워 반도체 스위치(12,13) 및 환류 다이오드(14,15)로 구성된 적어도 하나의 파워 반도체 회로(16)를 포함하여 구성될 수 있다. 이들 각 서브모듈(10)은 에너지 저장부(11)와 적어도 하나의 파워 반도체 회로(16)가 다르게 배치되어 다양한 구성으로 구현될 수도 있다. 이들 각각의 서브모듈(10)에는 제1접속단자(X1)와 제2접속단자(X2)가 형성된다.
또한, MMC 컨버터에는 특정 서브모듈(10)의 고장 발생시 상모듈(1)의 절선회로(Open Circuit) 방지를 위해 그 고장 난 서브모듈(10)은 단락이 된다. 이러한 단락에 의해 상전류를 고장 난 서브모듈(10)로부터 바이패스시켜 다른 정상의 서브모듈(10)에 의해 상모듈(1)이 정상적으로 동작되도록 한다. 서브모듈(10)의 단락을 위한 단락장치로서 예컨대 진공 스위치(100)가 구비된다. 이 진공 스위치(100)는 고장 발생 후 제어부(미도시)에 의해 수 msec 이내에 단락되도록 제어된다. 이로써 정상적인 운전에서는 서브모듈(10)의 파워 반도체 회로(16)를 통해 정상적인 전류가 통전되지만 특정 서브모듈(10)의 고장 시에는 그 고장 난 서브모듈(10)의 진공스위치(100)가 단락되어 상전류가 진공 스위치(100)를 통해 바이패스되도록 함으로써 상모듈(1)을 보호하게 된다.
도 1c는 이러한 진공 스위치(100)의 절단 측면도이고, 도 1d는 도 1c의 진공스위치(100)의 동작을 제어하는 제어장치의 측면도이다. 진공 스위치(100)는 진공 밀봉한 용기에 의해 내부가 진공 상태로 유지된다. 고정접촉볼트(111)에 고정접촉자(101)가 부설되고 이동접촉볼트(112)에는 이동접촉자(102)가 부설된다. 또한 고정접촉볼트(111)와 이동접촉볼트(112)에는 제1출력단자(X1) 및 제2출력단자(X2)가 각각 연결된다. 따라서, 고정접촉자(101)와 이동접촉자(102)의 접촉 및 분리에 의해 단락이 형성 및 해제된다.
진공 스위치(100)의 내부와 외부 간의 압력차에 의해 이동접촉볼트(112)에 종방향으로 유지력(20)이 발생하여 이동접촉자(102)를 고정접촉자(101) 방향으로 움직이게 한다. 이러한 유지력(20)은 내부의 금속벨로우즈(120)의 스프링 작용과, 진공 스위치(100)의 내부와 외부 간의 기압차에 의해 지원된다. 이에, 진공 스위치(100)에서의 단락을 해제하기 위해 유지력(20)에 반대로 작용하는 힘(24)이 필요하다. 이러한 반대의 힘(24)은 제어장치(30)에 의해 지원된다.
또한, 이상을 감지하는 제어장치(30)의 자체에 고장이 발생하거나, 코일을 구동하는 전원 자체의 이상 및 코일 자체가 끊어져 이상이 발생하면, 고정접촉자(101)와 이동접촉자(102)를 접점시켜 단락(close)시키지 못하는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제0478690호(등록일 : 2005년03월15일)
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 에너지 저장부와 그 에너지 저장부에 병렬로 연결된 파워 반도체 회로를 갖는 다수의 서브모듈이 직렬로 연결된 모듈러 멀티레벨 컨버터에서 특정 서브모듈의 고장 발생 시에 상전류(phase current)를 그 고장 난 서브모듈로부터 바이패스(bypass)시켜 나머지 정상 서브모듈만으로 컨버터의 정상 동작이 가능하도록 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치 및 방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 고정접촉볼트에 고정접촉자가 부설됨과 더불어 이동접촉볼트의 일측에 이동접촉자가 상기 고정접촉자와 마주하도록 부설되며, 고정접촉볼트와 이동접촉볼트에 제1접속단자(X1)와 제2접속단자(X2)가 각각 연결되어 있는 진공스위치; 상기 이동접촉볼트의 타측에 부착되어 자기력에 의해 상기 진공스위치(100)의 단락 및 해제를 안내하는 영구자석(PM); 상기 영구자석(PM)을 전원의 인가에 따라 끌어당기거나 밀어내기 위한 자기력을 발생시키는 전자석부; 상기 전자석부에 N극 자기력 발생을 위한 전원 또는 S극 자기력 발생을 위한 전원을 인가하는 전원부; 상기 전원부로부터 N극 자기력 발생을 위한 전원 또는 S극 자기력 발생을 위한 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 스위칭 동작하는 스위칭부; 상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하도록 상기 영구자석(PM)을 고정시키기 위한 래치; 및 상기 스위칭부를 스위칭 제어하는 제어부를 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치가 제공된다.
또한, 상기 진공 스위치는, 진공 밀봉한 용기에 의해 내부가 진공 상태로 유지되고, 다수의 서브모듈 중 특정 서브모듈의 고장 발생 시 고장난 서브모듈의 제1접속단자(X1)와 제2접속단자(X2) 사이를 단락시켜 상전류(Phase Current)를 고장난 서브모듈(10)로부터 바이패스시키게 된다.
또한, 상기 전자석부는, 상기 영구자석(PM)이 접촉 또는 분리되도록 고정 설치된 코어에 N극 자기력 발생을 위한 코일과 S극 자기력 발생을 위한 코일이 권선되어 있다.
또한, 상기 영구자석(PM)을 상기 전자석부로부터 밀어내려는 탄성력을 제공하는 제1 탄성부가 상기 전자석부와 상기 영구자석(PM)에 설치될 수 있다.
또한, 상기 제어부는 정상적인 상태에서 상기 스위칭부를 통해 상기 전원부로부터 상기 영구자석(PM)의 극성과 반대되는 극성을 갖는 자기력을 발생시키는 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 제어하여, 상기 전자석부가 상기 영구자석(PM)을 끌어당겨서 상기 이동접촉자가 상기 고정접촉자로부터 떨어져 이격된 상태가 되도록 하게 된다.
또한, 시스템의 이상 발생 시, 상기 제어부가 상기 전원부로부터 상기 영구자석의 극성과 동일한 극성의 자기력을 발생시키는 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 상기 스위칭부를 제어하여, 상기 전자석부의 척력과 상기 제1 탄성부의 탄성력의 합력에 의해 상기 영구자석을 밀어내어 상기 이동접촉자가 상기 고정접촉자에 접촉된 상태가 된다.
또한, 상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하도록 상기 영구자석(PM)을 고정시키기 위한 래치를 동작시키는 솔레노이드부 를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이동접촉자가 상기 고정접촉자로부터 이격된 상태를 유지하도록 상기 영구자석(PM)을 고정시킨 래치의 동작 상태를 해제하기 위한 탄성력을 제공하는 제2 탄성부를 더 포함할 수 있다.
또한, 시스템의 설치 시, 상기 영구자석을 기계적인 힘으로 상기 전자석부 측으로 이동시켜서 상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태가 되도록 하고, 상기 제2 탄성부의 탄성력에 반대되는 힘으로 상기 래치를 올린 후, 상기 제1 탄성부의 탄성력에 의해 상기 영구자석이 상기 고정접촉자(101) 측으로 이동하다가 상기 래치에 걸려 고정된 상태가 된다.
또한, 시스템이 설치된 후, 상기 제어부가 상기 전원부로부터 상기 영구자석의 극성과 반대되는 극성을 갖는 자기력을 발생시키는 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 상기 스위칭부를 제어하면, 상기 전자석부가 인력에 의한 자기력으로 상기 영구자석을 끌어당겨서 상기 영구자석이 상기 래치로부터 떨어져 상기 영구자석을 고정시키던 상기 래치가 상기 제2 탄성부의 탄성력에 의해 밀려나 상기 솔레노이드부 측으로 복원되서 대기 상태가 되게 된다.
그리고, 시스템의 점검 시, 상기 제어부가 상기 솔레노이드부를 구동하면, 상기 솔레노이드부의 동작에 따라 상기 래치가 상기 영구자석 측으로 상향으로 이동한 상태에서, 상기 전자석부의 자기력이 차단되면, 상기 영구자석이 상기 제1 탄성부의 탄성력에 의해 상기 고정접촉자(101) 측으로 이동하게 되고, 상기 영구자석이 상기 고정접촉자 측으로 이동하다가 상기 래치에 걸리게 되어 고정되며, 이 상태에서 상기 솔레노이드부가 전원 공급이 끊김에 따라 동작이 중단되어도 상기 이동접촉자는 상기 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하게 된다.
한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 고정접촉볼트에 고정접촉자가 부설됨과 더불어 이동접촉볼트의 일측에 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자와 마주하도록 부설되며, 고정접촉볼트와 이동접촉볼트에 제1접속단자(X1)와 제2접속단자(X2)가 각각 연결되어 있는 진공스위치 관과, 영구자석(PM), 제1 탄성부, 전자석부, 전원부, 스위칭부, 래치, 제2 탄성부, 솔레노이드부 및 제어부를 포함하는 시스템의 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 방법으로서, (a) 초기 시스템의 설치 시, 상기 영구자석이 기계적인 힘에 의해 상기 전자석부 측으로 이동되어, 상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태가 되는 단계; (b) 상기 제2 탄성부의 탄성력에 반대되는 힘에 의해 상기 래치가 올려진 후, 기계적인 힘이 제거되고, 상기 제1 탄성부의 탄성력에 의해 상기 영구자석이 상기 고정접촉자 측으로 이동하다가 상기 래치에 걸려 고정된 상태가 되는 단계; (c) 시스템이 설치된 후, 상기 제어부가 상기 전원부로부터 상기 영구자석의 극성과 반대되는 극성의 자기력을 발생시키는 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 상기 스위칭부를 제어하는 단계; (d) 상기 전자석부가 인력에 의한 자기력으로 상기 영구자석을 끌어당겨서 상기 영구자석이 상기 래치로부터 떨어져 상기 영구자석을 고정시키던 상기 래치가 상기 제2 탄성부의 탄성력에 의해 밀려나 상기 솔레노이드부 측으로 복원되는 단계; (e) 시스템의 이상 발생 시, 상기 제어부가 상기 전원부로부터 상기 영구자석의 극성(N극)과 동일한 극성(N극)의 자기력을 발생시키는 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 상기 스위칭부를 제어하는 단계; 및 (f) 상기 전자석부가 척력 및 상기 제1탄성부의 탄성에 의해 상기 영구자석을 밀어내어 상기 이동접촉자가 상기 고정접촉자에 접촉된 상태가 되는 단계를 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 방법이 제공된다.
또한, 상기 (d) 단계는, 상기 제어부가 상기 전원부로부터 상기 영구자석의 극성(N극)과 반대되는 극성(S극)을 갖는 자기력을 발생시키는 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 상기 스위칭부를 제어하게 됨에 따라, 상기 전자석부가 인력에 의한 자기력으로 상기 영구자석을 끌어당겨서 상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태가 된다.
또한, (g) 시스템의 점검 시에, 상기 제어부가 상기 솔레노이드부를 구동하여, 상기 솔레노이드부가 상기 래치를 상향으로 밀어내어, 상기 래치가 상기 영구자석 측 상향으로 이동한 상태가 되는 단계; 및 (h) 상기 전자석부의 자기력이 차단되면, 상기 영구자석이 상기 제1 탄성부의 탄성력에 의해 상기 고정접촉자 측으로 이동하다가 상기 래치에 걸려 고정되는 단계를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 (h) 단계는, 상기 솔레노이드부의 동작이 중단되어도, 상기 영구자석이 상기 래치에 걸린 상태로 있어 상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하게 된다.
본 발명에 의하면, 제어장치가 고장이 난 경우에 영구자석을 전자석으로부터 밀어내는 탄성력을 영구자석의 자기력보다 더 세게하여 고정접촉자와 이동접촉자를 단락(close)시킬 수 있다.
또한, 전자석의 코일에 전원을 인가하는 구성에 코일이 끊어지거나 고장이 발생한 경우에도 고정접촉자와 이동접촉자를 단락시킬 수 있다.
따라서, 제어장치의 고장이나 전원부에 고장이 발생하더라도 바이패스 스위칭 동작은 정상적으로 이루어지게 됨으로써 전체 시스템의 영향을 최소화 할 수 있다.
도 1a는 종래 MMC 컨버터의 구성을 나타낸 도면이고, 도 1b는 종래 MMC 컨버터의 서브모듈에 대한 등가회로의 일례를 나타낸 도면이다.
도 1c는 도 1b의 진공스위치 관에 대한 절단 측면도이고, 도 1d는 도 1c의 진공스위치 관에 대한 동작을 제어하는 제어장치의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치의 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MMC 바이패스 스위칭 방법에서 초기 시스템의 설치 시 동작 과정을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 MMC 바이패스 스위칭 방법에서 시스템의 이상 발생 시 동작 과정을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MMC 바이패스 스위칭 방법에서 시스템의 점검 시 동작 과정을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치 및 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치의 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치(200)는 진공 스위치(100), 영구자석(Permanent Magnet)(210), 전자석부(220), 스위칭부(230), 전원부(240), 래치(250), 솔레노이드부(260), 제어부(270), 제1 탄성부(280) 및 제2 탄성부(290)를 포함한다.
진공 스위치(100)는 전술한 바와 같이 고정접촉볼트(111)에 고정접촉자(101)가 부설됨과 더불어 이동접촉볼트(112)의 일측에 이동접촉자(102)가 고정접촉자(101)와 마주하도록 부설되며, 고정접촉볼트(111)와 이동접촉볼트(112)에 제1접속단자(X1)와 제2접속단자(X2)가 각각 연결되어 있다.
또한, 진공 스위치(100)는 진공 밀봉한 용기에 의해 내부가 진공 상태로 유지되고, 다수의 서브모듈 중 특정 서브모듈의 고장 발생 시 고장 난 서브모듈(10)의 제1접속단자(X1)와 제2접속단자(X2) 사이를 단락시켜 상전류(Phase Current)를 고장 난 서브모듈(10)로부터 바이패스시키게 된다.
영구자석(210)은 이동접촉볼트(112)의 타측에 부착되어 자기력에 의해 진공스위치(100)의 단락 및 해제를 안내한다.
전자석부(220)는 영구자석(PM)을 전원의 인가에 따라 끌어당기거나 밀어내기 위한 자기력을 발생시키게 된다. 여기서, 전자석부(220)는 영구자석(210)이 접촉 또는 분리되도록 고정 설치된 코어에 N극 자기력 발생을 위한 코일과 S극 자기력 발생을 위한 코일이 권선되어 있다.
스위칭부(230)는 전원부(240)로부터 N극 자기력 발생을 위한 전원 또는 S극 자기력 발생을 위한 전원이 전자석부(220)에 인가되도록 스위칭 동작을 실행한다.
전원부(240)는 전자석부(220)에 N극 자기력 발생을 위한 전원 또는 S극 자기력 발생을 위한 전원을 인가한다.
래치(250)는 초기에 전원이 없을 때 영구자석(210)을 전자석부(220) 측으로 이동시켜서 이동접촉자(102)가 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하기 위해 영구자석(210)을 걸림턱 형태로 고정시키게 된다.
솔레노이드부(260)는 시스템 점검 시에, 래치(250)에 대해 제2 탄성부(290)의 탄성력을 이기는 힘으로 밀어내어 영구자석(210)의 이동 시 걸릴 수 있도록 래치(250)를 돌출시키는 역할을 한다. 즉, 솔레노이드부(260)는 제2 탄성부(290)의 탄성력과 반대되는 동작을 통해 래치(250)를 밀어서 래치(250)가 영구자석(210)의 걸림턱 역할을 할 수 있도록 한다.
제어부(270)는 스위칭부(230)를 스위칭 제어하게 된다.
제1 탄성부(280)는 스프링 형태의 구조를 가지며, 영구자석(210)을 전자석부(220)로부터 밀어내려는 탄성력을 제공하고, 전자석부(220)와 영구자석(210) 간에 설치될 수 있다.
제2 탄성부(290)는 스프링 형태의 구조를 가지며, 영구자석(210)을 고정시킨 래치(250)의 걸림턱 역할을 해제하기 위한 탄성력을 제공한다.
또한, 제어부(270)는 정상적인 상태에서 스위칭부(230)를 통해 전원부(240)로부터 영구자석(210)의 극성(N극)과 반대되는 극성(S극)을 갖는 자기력을 발생시키는 전원이 전자석부(220)에 인가되도록 제어하여, 전자석부(220)가 영구자석(210)을 끌어당겨서 이동접촉자(102)가 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태가 되도록 하게 된다.
또한, 제어부(270)는 시스템의 이상 발생 시 스위칭부(230)를 통해 전원부(240)로부터 영구자석(210)의 극성(N극)과 동일한 극성(N극)을 갖는 자기력을 발생시키는 전원이 전자석부(220)에 인가되도록 제어하여, 전자석부(220)가 영구자석(210)을 밀어내어 이동접촉자(102)가 고정접촉자(101)에 접촉된 상태가 되도록 하게 된다.
또한, 시스템의 설치 시 기계적인 힘으로 영구자석(210)을 전자석부(220) 측으로 이동시켜서 이동접촉자(102)가 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태가 되도록 하고, 제2 탄성부(290)의 탄성력에 반대되는 힘으로 래치(250)를 올린 후, 제1 탄성부(280)의 탄성력에 의해 영구자석(210)이 고정접촉자(101) 측으로 이동하다가 래치(250)에 걸려 고정된 상태가 된다. 따라서, 이동접촉자(102)가 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태에서 시스템의 설치를 완료한다.
시스템이 설치된 후, 제어부(270)가 스위칭부(230)를 통해 전원부(240)로부터 영구자석(210)의 극성과 반대되는 극성을 갖는 자기력을 발생시키는 전원이 전자석부(220)에 인가되도록 제어하면, 전자석부(220)가 인력에 의한 자기력으로 영구자석(210)을 끌어당겨서 영구자석(210)이 래치(250)로부터 떨어지면 영구자석(210)을 고정시키던 래치(250)는 제2 탄성부(290)의 탄성력에 의해 밀려나 솔레노이드부(260) 측으로 복원되서 대기 상태가 된다.
그리고, 시스템의 점검 시, 제어부(270)가 솔레노이드부(260)를 구동하면, 솔레노이드부(260)의 동작에 따라 래치(250)가 영구자석(210) 측으로 상향으로 이동한 상태에서, 전자석부(220)의 자기력이 차단되면, 영구자석(210)은 제1 탄성부(280)의 탄성력에 의해 고정접촉자(101) 측으로 이동하게 되고, 영구자석(220)이 고정접촉자(101) 측으로 이동하다가 래치(250)에 걸리게 되어 고정되며, 이 상태에서 솔레노이드부(260)가 전원 공급이 끊김에 따라 동작이 중단되어도 이동접촉자(102)는 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하게 된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 MMC 바이패스 스위칭 방법에서 초기 시스템의 설치 시 동작 과정을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 MMC 바이패스 스위칭 시스템(200)은, 초기 시스템의 설치 시에 기계적인 힘으로 영구자석(210)을 전자석부(220) 측으로 이동시켜서 이동접촉자(102)가 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태가 된다(S310).
이때, 제2 탄성부(290)의 탄성력에 반대되는 힘으로 래치(250)를 올린 후, 기계적인 힘을 제거해 제1 탄성부(280)의 탄성력에 의해 영구자석(210)이 고정접촉자(101) 측으로 이동하다가 래치(250)에 걸려 고정된 상태가 된다(S320).
따라서, 이동접촉자(102)가 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태에서 시스템의 설치를 완료한다.
시스템이 설치된 후, 제어부(270)가 전원부(240)로부터 영구자석(210)의 극성과 반대되는 극성을 갖는 자기력을 발생시키는 전원이 전자석부(220)에 인가되도록 스위칭부(230)를 제어한다(S330).
이어, 전자석부(220)가 인력에 의한 자기력으로 영구자석(210)을 끌어당겨서 영구자석(210)이 래치(250)로부터 떨어지면 영구자석(210)을 고정시키던 래치(250)는 제2 탄성부(290)의 탄성력에 의해 밀려나 솔레노이드부(260) 측으로 복원된다(S340).
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 MMC 바이패스 스위칭 방법에서 시스템의 이상 발생 시 동작 과정을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 MMC 바이패스 스위칭 시스템(200)은, 정상적인 상태에서 제어부(270)가 전원부(240)로부터 영구자석(210)의 극성(N극)과 반대되는 극성(S극)을 갖는 자기력을 발생시키는 전원이 전자석부(220)에 인가되도록 스위칭부(230)를 제어한다(S410).
따라서, 전자석부(220)가 인력에 의한 자기력으로 영구자석(210)을 끌어당겨서 이동접촉자(102)가 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태가 된다(S420).
이후, 시스템의 이상 발생 시(S430-예), 제어부(270)는 전원부(240)로부터 영구자석(210)의 극성(N극)과 동일한 극성(N극)을 갖는 자기력을 발생시키는 전원이 전자석부(220)에 인가되도록 스위칭부(230)를 제어한다(S440).
따라서, 전자석부(220)가 척력과 제1 탄성부(280)의 탄성력의 합력에 의해 영구자석(210)을 밀어내게 되어 영구자석(210)에 연결된 이동접촉자(102)가 고정접촉자(101)에 접촉된 상태가 된다(S450).
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 MMC 바이패스 스위칭 방법에서 시스템의 점검 시 동작 과정을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 MMC 바이패스 스위칭 시스템(200)은, 시스템의 점검 시에, 먼저 제어부(270)가 솔레노이드부(260)를 구동한다(S510).
이에, 솔레노이드부(260)가 래치(250)를 상향으로 밀어내게 되어, 솔레노이드부(260)의 동작에 따라 래치(250)가 영구자석(210) 측의 상향으로 이동한 상태가 된다(S520).
이때, 전자석부(220)의 자기력이 차단되면(S530-예), 영구자석(210)이 제1 탄성부(280)의 탄성력에 의해 고정접촉자(101) 측으로 이동하게 된다(S540).
이어, 영구자석(220)이 고정접촉자(101) 측으로 이동하다가 래치(250)에 걸리게 되어 고정된다(S550). 이때, 영구자석(220)은 제1 탄성부(280)의 탄성력에 의해 래치(250)에 걸린 상태를 유지한다.
이 상태에서, 전원 공급이 끊김에 따라 솔레노이드부(260)의 동작이 중단되면(S560-예), 영구자석(210)이 래치(250)에 걸린 상태로 있기 때문에 이동접촉자(102)는 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 에너지 저장부와 그 에너지 저장부에 병렬로 연결된 파워 반도체 회로를 갖는 다수의 서브모듈이 직렬로 연결된 모듈러 멀티레벨 컨버터에서 특정 서브모듈의 고장 발생 시에 상전류(phase current)를 그 고장 난 서브모듈로부터 바이패스(bypass)시켜 나머지 정상 서브모듈만으로 컨버터의 정상 동작이 가능하도록 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치 및 방법을 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 에너지 저장부와 그 에너지 저장부에 병렬로 연결된 파워 반도체 회로를 갖는 다수의 서브모듈이 직렬로 연결된 모듈러 멀티레벨 컨버터에서 특정 서브모듈의 고장 발생 시에 상전류(phase current)를 그 고장 난 서브모듈로부터 바이패스(bypass)시켜 나머지 정상 서브모듈만으로 컨버터의 정상 동작이 가능하도록 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치 및 방법에 적용할 수 있다.
100 : 진공스위치 101 : 고정접촉자
102 : 이동접촉자 111 : 고정접촉볼트
112 : 이동접촉볼트 200 : MMC 바이패스 스위칭 장치
210 : 영구자석 210 : 전자석부
230 : 스위칭부 240 : 전원부
250 : 래치 260 : 솔레노이드부
270 : 제어부 280 : 제1 탄성부
290 : 제2 탄성부

Claims (15)

  1. 고정접촉볼트(111)에 고정접촉자(101)가 부설됨과 더불어 이동접촉볼트(112)의 일측에 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)와 마주하도록 부설되며, 고정접촉볼트(111)와 이동접촉볼트(112)에 제1접속단자(X1)와 제2접속단자(X2)가 각각 연결되어 있는 진공스위치(100);
    상기 이동접촉볼트(112)의 타측에 부착되어 자기력에 의해 상기 진공스위치(100)의 단락 및 해제를 안내하는 영구자석(PM);
    상기 영구자석(PM)을 전원의 인가에 따라 끌어당기거나 밀어내기 위한 자기력을 발생시키는 전자석부;
    상기 전자석부에 N극 자기력 발생을 위한 전원 또는 S극 자기력 발생을 위한 전원을 인가하는 전원부;
    상기 전원부로부터 N극 자기력 발생을 위한 전원 또는 S극 자기력 발생을 위한 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 스위칭 동작하는 스위칭부;
    상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하도록 상기 영구자석(PM)을 고정시키기 위한 래치; 및
    상기 스위칭부를 스위칭 제어하는 제어부;
    를 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 진공스위치(100)는 진공 밀봉한 용기에 의해 내부가 진공 상태로 유지되고, 다수의 서브모듈 중 특정 서브모듈의 고장 발생 시 고장난 서브모듈(10)의 제1접속단자(X1)와 제2접속단자(X2) 사이를 단락시켜 상전류(Phase Current)를 고장난 서브모듈(10)로부터 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자석부는, 상기 영구자석(PM)이 접촉 또는 분리되도록 고정 설치된 코어에 N극 자기력 발생을 위한 코일과 S극 자기력 발생을 위한 코일이 권선되어 있는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 영구자석(PM)을 상기 전자석부로부터 밀어내려는 탄성력을 제공하는 제1 탄성부가 상기 전자석부와 상기 영구자석(PM)에 설치된 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 정상적인 상태에서 상기 스위칭부를 통해 상기 전원부로부터 상기 영구자석(PM)의 극성과 반대되는 극성을 갖는 자기력을 발생시키는 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 제어하여, 상기 전자석부가 상기 영구자석(PM)을 끌어당겨서 상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    시스템의 이상 발생 시, 상기 제어부가 상기 전원부로부터 상기 영구자석의 극성과 동일한 극성의 자기력을 발생시키는 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 상기 스위칭부를 제어하여, 상기 전자석부의 척력과 상기 제1 탄성부의 탄성력의 합력에 의해 상기 영구자석을 밀어내어 상기 이동접촉자가 상기 고정접촉자에 접촉된 상태가 되는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하도록 상기 영구자석(PM)을 고정시키기 위한 래치를 동작시키는 솔레노이드부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하도록 상기 영구자석(PM)을 고정시킨 래치의 동작 상태를 해제하기 위한 탄성력을 제공하는 제2 탄성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    시스템의 설치 시, 상기 영구자석을 기계적인 힘으로 상기 전자석부 측으로 이동시켜서 상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태가 되도록 하고, 제2 탄성부의 탄성력에 반대되는 힘으로 상기 래치를 올린 후, 제1 탄성부의 탄성력에 의해 상기 영구자석이 상기 고정접촉자(101) 측으로 이동하다가 상기 래치에 걸려 고정된 상태가 되는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치.
  10. 청구항 7에 있어서,
    시스템이 설치된 후, 상기 제어부가 상기 전원부로부터 상기 영구자석의 극성과 반대되는 극성을 갖는 자기력을 발생시키는 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 상기 스위칭부를 제어하면, 상기 전자석부가 인력에 의한 자기력으로 상기 영구자석을 끌어당겨서 상기 영구자석이 상기 래치로부터 떨어져 상기 영구자석을 고정시키던 상기 래치가 제2 탄성부의 탄성력에 의해 밀려나 상기 솔레노이드부 측으로 복원되서 대기 상태가 되는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치.
  11. 청구항 7에 있어서,
    시스템의 점검 시, 상기 제어부가 상기 솔레노이드부를 구동하면, 상기 솔레노이드부의 동작에 따라 상기 래치가 상기 영구자석 측으로 상향으로 이동한 상태에서, 상기 전자석부의 자기력이 차단되면, 상기 영구자석이 제1 탄성부의 탄성력에 의해 상기 고정접촉자(101) 측으로 이동하게 되고, 상기 영구자석이 상기 고정접촉자 측으로 이동하다가 상기 래치에 걸리게 되어 고정되며, 이 상태에서 상기 솔레노이드부가 전원 공급이 끊김에 따라 동작이 중단되어도 상기 이동접촉자는 상기 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 장치.
  12. 고정접촉볼트(111)에 고정접촉자(101)가 부설됨과 더불어 이동접촉볼트(112)의 일측에 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)와 마주하도록 부설되며, 고정접촉볼트(111)와 이동접촉볼트(112)에 제1접속단자(X1)와 제2접속단자(X2)가 각각 연결되어 있는 진공스위치(100)와, 영구자석(PM), 제1 탄성부, 전자석부, 전원부, 스위칭부, 래치, 제2 탄성부, 솔레노이드부 및 제어부를 포함하는 시스템의 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 방법으로서,
    (a) 초기 시스템의 설치 시, 상기 영구자석이 기계적인 힘에 의해 상기 전자석부 측으로 이동되어, 상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태가 되는 단계;
    (b) 상기 제2 탄성부의 탄성력에 반대되는 힘에 의해 상기 래치가 올려진 후, 기계적인 힘이 제거되고, 상기 제1 탄성부의 탄성력에 의해 상기 영구자석이 상기 고정접촉자 측으로 이동하다가 상기 래치에 걸려 고정된 상태가 되는 단계;
    (c) 시스템이 설치된 후, 상기 제어부가 상기 전원부로부터 상기 영구자석의 극성과 반대되는 극성의 자기력을 발생시키는 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 상기 스위칭부를 제어하는 단계;
    (d) 상기 전자석부가 인력에 의한 자기력으로 상기 영구자석을 끌어당겨서 상기 영구자석이 상기 래치로부터 떨어져 상기 영구자석을 고정시키던 상기 래치가 상기 제2 탄성부의 탄성력에 의해 밀려나 상기 솔레노이드부 측으로 복원되는 단계;
    (e) 시스템의 이상 발생 시, 상기 제어부가 상기 전원부로부터 상기 영구자석의 극성과 동일한 극성의 자기력을 발생시키는 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 상기 스위칭부를 제어하는 단계; 및
    (f) 상기 전자석부가 척력 및 상기 제1 탄성부의 탄성에 의해 상기 영구자석을 밀어내어 상기 이동접촉자가 상기 고정접촉자에 접촉된 상태가 되는 단계;
    를 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 (d) 단계는, 상기 제어부가 상기 전원부로부터 상기 영구자석의 극성(N극)과 반대되는 극성(S극)을 갖는 자기력을 발생시키는 전원이 상기 전자석부에 인가되도록 상기 스위칭부를 제어하게 됨에 따라, 상기 전자석부가 인력에 의한 자기력으로 상기 영구자석을 끌어당겨서 상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 떨어져 이격된 상태가 된 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    (g) 시스템의 점검 시에, 상기 제어부가 상기 솔레노이드부를 구동하여, 상기 솔레노이드부가 상기 래치를 상향으로 밀어내어, 상기 래치가 상기 영구자석 측 상향으로 이동한 상태가 되는 단계; 및
    (h) 상기 전자석부의 자기력이 차단되면, 상기 영구자석이 상기 제1 탄성부의 탄성력에 의해 상기 고정접촉자 측으로 이동하다가 상기 래치에 걸려 고정되는 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 (h) 단계는, 상기 솔레노이드부의 동작이 중단되어도, 상기 영구자석이 상기 래치에 걸린 상태로 있어 상기 이동접촉자(102)가 상기 고정접촉자(101)로부터 이격된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터 바이패스 스위칭 방법.
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