KR101644456B1 - 하이브리드 무효전력보상장치 및 제어방법 - Google Patents

하이브리드 무효전력보상장치 및 제어방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101644456B1
KR101644456B1 KR1020150191339A KR20150191339A KR101644456B1 KR 101644456 B1 KR101644456 B1 KR 101644456B1 KR 1020150191339 A KR1020150191339 A KR 1020150191339A KR 20150191339 A KR20150191339 A KR 20150191339A KR 101644456 B1 KR101644456 B1 KR 101644456B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reactive power
unit
power
tsc
mmc
Prior art date
Application number
KR1020150191339A
Other languages
English (en)
Inventor
윤광희
Original Assignee
(주)파워닉스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)파워닉스 filed Critical (주)파워닉스
Priority to KR1020150191339A priority Critical patent/KR101644456B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101644456B1 publication Critical patent/KR101644456B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • H02J3/1857—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters wherein such bridge converter is a multilevel converter
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/70—Regulating power factor; Regulating reactive current or power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

본 발명은 하이브리드 무효전력보상장치 및 제어방법에 관한 것이다.
본 발명에서는 싸이리스터(thyristor) 스위치 개폐에 따라 커패시터를 상기 계통에 연결하여 불연속적인 무효전력을 공급할 수 있는 하나 또는 복수개의 TSC를 포함하는 TSC부, 각 상 별로 다수 개의 서브모듈(submodule)을 직렬로 연결하여 구비하고, 상기 서브모듈 내의 스위치 제어에 의해 각 서브모듈 내의 커패시터를 상기 계통에 연결하여 전력을 공급하는 MMC부, 및 상기 TSC부의 상기 싸이리스터 스위치와 상기 MMC부의 상기 서브모듈 내의 스위치를 제어하여 상기 계통의 무효전력을 상쇄시키기 위한 무효전력을 생성하도록 하는 통합제어부를 포함하는 하이브리드 무효전력보상장치가 개시된다.
본 발명에 의하면, TSC와 MMC를 결합함으로써 특정 차수 고조파 발생을 방지하면서도 계통의 무효전력을 보상하기에 필요한 정확한 양을 제공하여 줌으로써, 무효전력에 의해 계통에서 발생하는 손실을 최소화할 수 있다. 또한 기존에 설치되어 있는 TSC를 활용하여 무효전력을 좀 더 정밀하게 상쇄시켜 줌으로써 적은 비용으로 최대한의 효과를 얻을 수 있다.

Description

하이브리드 무효전력보상장치 및 제어방법{Hybrid Reactive Power Compensator and Control Method thereof}
본 발명은 무효전력보상장치 및 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 TSC(Thyristor Switched Capacitor)에 의한 무효전력보상에 모듈러 멀티레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter; MMC)를 결합시킴으로써 무효전력 보상능력을 향상시킨 하이브리드 무효전력보상장치 및 제어방법에 관한 것이다.
유도성 리액턴스(L) 특성이 있는 부하나 전력설비에 교류 전력을 공급하면 코일에 전류의 흐름을 방해하는 역기전력이 발생한다. 이때 발생하는 역기전력은 원래 전압과 반대방향으로 작용하므로 전류의 흐름이 억제된다. 이 경우 전류와 전압의 위상이 달라지고 일정주기마다 전압과 전류의 음양이 교차하므로 양의 전력과 음의 전력이 상쇄되는 효과가 발생한다. 이처럼 서로 상쇄되는 효과에 의하여 아무런 일도 하지 않는 전력이 발생하게 되는데 이를 무효전력이라고 한다.
이러한 무효전력은 전력설비의 이용률을 저하하고, 전류의 원활한 흐름을 방해하여 전기회로에 추가적인 열을 발생시키고 전기적 손실을 초래한다. 또한, 무효전력이 크면 실제로 송전 되는 전력이 적게 되어 송전손실의 증가와 발전기, 변압기 등의 이용률이 감소한다. 따라서, 무효전력을 감소시킨다면 유효전력의 비율이 높아지게 되어 동일한 에너지가 수행하는 일의 양이 늘어나게 된다.
전력계통 전체로 보면 대부분의 무효전력이 유도성 리액턴스 (유도기, 전송기 코일성분)로 인하여 발생하고 있으며, 이로 인해 발생하는 무효전력을 보상하기 위하여 용량성 리액턴스를 부가하는 무효전력보상장치를 계통에 연결하고 있다. 종래 일반적으로 사용하고 있는 무효전력보상장치 중의 하나가 TSC(Thyristor Switched Capacitor)이다.
도 1은 전력 계통에 다수 개의 TSC가 연결된 것을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면 TSC(100)는 인덕터(110), 싸이리스터(Thyristor; 120) 및 커패시터(130)를 포함한다. 여기서 싸이리스터(120)는 스위치 기능을 하며, 필요한 경우에 제어장치의 신호를 받아 커패시터(130)를 계통에 연결하거나 계통으로부터 차단시킨다. 커패시터(130)가 계통에 연결되면 용량성 리액턴스를 공급하는 것이 된다. 인덕터(110)는 싸이리스터(120)에 의한 스위칭 동작 시 발생하는 돌입전류를 방지하기 위하여 추가된 것이다. 그리고 계통에 다수 개의 TSC(100)가 연결되어 있는 것은 보상하여야 할 무효전력의 크기에 따라 계통에 연결하는 커패시터(130)의 수를 달리할 필요가 있기 때문이다.
도 2는 TSC에 의해 보상할 수 있는 무효전력의 양을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면 TSC가 보상할 수 있는 무효전력의 양은 선형으로 증가하지 않고 최소단위 커패시터의 정격과 연결될 수 있는 TSC의 수에 따라 불연속적으로 증가하게 된다. 그러므로 보상하여야 할 무효전력의 양이 불연속선의 가운데에 있을 경우에는 정확한 양이 아닌 근접한 양으로 보상되어 무효전력의 완전한 제거가 가능하지 않았다.
다만, 기존의 TSC와 함께 좀 더 정확한 무효전력 보상을 가능하게 하는 설비로 TCR(Thyristor Controlled Reactor)이 있으나 TCR의 경우 싸이리스터 위상각 제어로 인해 특정 차수 고조파가 무조건 발생하여 이에 대한 대비로 수동 필터 또는 능동 필터가 추가적으로 필요하다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 MMC를 이용하여 TSC에 의한 불연속선 사이의 무효전력을 공급함으로써 전체적으로 계통의 무효전력을 거의 완전하게 상쇄시킬 수 있는 하이브리드 무효전력보상장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 3상의 전력을 공급하는 전력공급 계통의 하이브리드 무효전력보상장치는 싸이리스터(thyristor) 스위치 개폐에 따라 커패시터를 상기 계통에 연결하여 불연속적인 무효전력을 공급할 수 있는 하나 또는 복수개의 TSC를 포함하는 TSC부, 각 상 별로 다수 개의 서브모듈(submodule)을 직렬로 연결하여 구비하고, 상기 서브모듈 내의 스위치 제어에 의해 각 서브모듈 내의 커패시터를 상기 계통에 연결하여 전력을 공급하는 MMC부, 및 상기 TSC부의 상기 싸이리스터 스위치와 상기 MMC부의 상기 서브모듈 내의 스위치를 제어하여 상기 계통의 무효전력을 상쇄시키기 위한 무효전력을 생성하도록 하는 통합제어부를 포함할 수 있다.
여기서 상기 통합제어부는 상기 계통 상에서 측정된 전압(V)과 전류(I)로부터 계산된 유효전력(P)과 무효전력(Q)을 포함하는 피상전력(S=P+jQ)을 계산하는 전력계산부, 상기 TSC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qtp), 상기 MMC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qmp), 계산된 상기 무효전력(Q), 및 상기 TSC부가 제공할 수 있는 불연속적인 무효전력(nXc)을 바탕으로 제어 결과 상기 계통 상의 무효전력(Q)를 최소화하는 무효전력(Qt)을 생성할 수 있도록 상기 TSC부의 상기 싸이리스터 스위치를 제어하기 위한 신호를 생성하고, 보정된 피상전력(S'=P+j(Q+Qtp+Qmp-Qt))을 계산하는 TSC 제어부, 및 상기 MMC부가 상기 보정된 피상전력(S')의 무효전력(Q+Qtp+Qmp-Qt)을 상쇄할 수 있는 피상전력(SM)을 생성할 수 있도록 상기 MMC부를 제어하기 위한 신호를 생성하는 MMC 제어부를 포함할 수 있다.
그리고 상기 통합제어부의 상기 TSC 제어부는 상기 TSC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qtp), 상기 MMC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qmp), 및 계산된 상기 무효전력(Q)을 모두 더한 것을 상기 TSC부가 제공할 수 있는 최소단위 무효전력(Xc)으로 나눈 값을 사사오입 또는 버림하여 구한 정수값(N)을 이용하여 상기 계통 상의 무효전력(Q)를 최소화하는 무효전력(Qt)으로 결정하는 것일 수 있으며, 더 나아가, 상기 계통 상의 무효전력(Q)을 최소화하는 무효전력(Qt)은 상기 최소단위 무효전력(Xc)과 상기 정수값(N)의 곱으로 결정될 수 있다.
그리고 상기 MMC부에서 생성하는 상기 무효전력(Q+Qtp+Qmp-Qt)을 상쇄할 수 있는 피상전력(SM)은 유효전력을 포함하는 것일 수 있고, 상기 MMC부를 제어하기 위한 신호는 상기 무효전력(Q+Qtp+Qmp-Qt)을 상쇄할 수 있는 피상전력(SM)으로부터 구한 전압의 크기 및 상기 측정된 전압(V)과의 위상차를 포함할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일 측면에 따르면, 3상 전력 공급 계통의 무상전력을 보상하기 위한 제1항의 TSC부, MMC부, 통합제어부를 포함하는 하이브리드 무효전력보상장치를 제어하는 제어방법은 상기 계통 상에서 측정된 전압(V)과 전류(I)로부터 계산된 유효전력(P)과 무효전력(Q)을 포함하는 피상전력(S)를 계산하는 단계, 상기 TSC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qtp), 상기 MMC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qmp), 계산된 상기 무효전력(Q), 및 상기 TSC부가 제공할 수 있는 불연속적인 무효전력(nXc)을 바탕으로 제어 결과 상기 계통 상의 무효전력(Q)를 최소화하는 무효전력(Qt)을 계산하고, 상기 TSC부가 상기 무효전력(Qt)을 생성하도록 하는 제어신호를 생성하는 단계, 상기 TSC부에서 생성되는 무효전력(Qt), 상기 TSC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qtp), 상기 MMC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qmp), 및 상기 피상전력(S)을 바탕으로 보정된 피상전력(S')을 계산하는 단계, 및 상기 보정된 피상전력(S')을 바탕으로 상기 계통의 무효전력(Q)이 0에 근접하도록 하는 MMC부 제어신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 상기 TSC부가 생성할 수 있는 무효전력(Qt)을 계산하는 단계는 상기 TSC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qtp), 상기 MMC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qmp), 및 계산된 상기 무효전력(Q)을 모두 더한 것을 상기 TSC부가 제공할 수 있는 최소단위 무효전력(Xc)으로 나눈 값을 사사오입 또는 버림하여 구한 정수값(N)과 상기 최소단위 무효전력(Xc)를 곱하는 단계일 수 있으며, 상기 MMC부 제어신호를 생성하는 단계는 상기 보정된 피상전력(S')의 무효전력을 상쇄할 수 있는 피상전력(SM)으로부터 구한 전압의 크기 및 상기 측정된 전압(V)과의 위상차를 상기 MMC부 제어신호로 생성하는 단계일 수 있다.
본 발명에 의하면, TSC와 MMC를 결합함으로써 특정 차수 고조파 발생을 방지하면서도 계통의 무효전력을 보상하기에 필요한 정확한 양을 제공하여 줌으로써, 무효전력에 의해 계통에서 발생하는 손실을 최소화할 수 있다. 또한 기존에 설치되어 있는 TSC를 활용하여 무효전력을 좀 더 정밀하게 상쇄시켜 줌으로써 적은 비용으로 최대한의 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 전력 계통에 다수 개의 TSC가 연결된 것을 도시한 도면이다.
도 2는 TSC에 의해 보상할 수 있는 무효전력의 양을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 무효전력보상장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC부의 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 하프 브리지(Half Bridge)형태의 서브 모듈의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 6은 TSC부와 MMC부를 통합 제어하는 통합제어부의 블록도이다.
도 7은 TSC부의 싸이리스터 스위치 제어를 위한 TSC 제어부의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 무효전력보상장치에서 무효전력을 보상하기 위하여 통합제어부의 제어방법을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 무효전력보상장치를 제어하는 과정의 일 예를 도시한 도면이다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 비록 특정 실시 예로 설명하더라도 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 무효전력보상장치를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 무효전력보상장치는 TSC부(310), MMC부(320), 및 통합제어부(330)를 포함한다.
TSC부(310)는 다수 개의 TSC(311 내지 314)를 포함할 수 있으며 각 TSC가 가지고 있는 커패시터의 용량은 기본 단위에서 시작하여 1/2배씩 감소하는 용량을 가질 수 있다. 일 예로서 TSC부(310)가 4개의 TSC(311 내지 314)를 포함하는 경우 제 1 TSC(311)의 커패시터는 'C'의 용량을, 제 2 TSC(312)의 커패시터는 'C/2'의 용량을, 제 3 TSC(313)의 커패시터는 'C/4'의 용량을, 제 4 TSC(314)의 커패시터는 'C/8'의 용량을 가질 수 있다. 그러면 스위치 제어를 통하여 계통에 제공할 수 있는 무효전력의 양이 0부터 'C/15'의 용량을 가지는 커패시터에 의해 생성되는 양이 될 수 있다. 이때 계통에 제공할 수 있는 무효전력의 양은 선형이 아니고 불연속적이 된다. 즉, 상기한 예에서 0, 'Xc', '2 Xc', '3 Xc', ..., '15 Xc'의 값만을 가질 수 있다. 여기서 Xc는 커패시터의 용량이 'C'일 경우에 생성되는 무효전력 양이다.
이러한 TSC부(310)의 불연속성을 보완하기 위하여 MMC부(320)는 최대 'Xc' 의 무효전력을 제공하면서 전체 시스템적으로 제공 가능한 무효전력의 양을 선형적으로 만들어 줄 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC부(320)의 구성을 도시한 도면이다.
도 3의 경우에는 단상에서의 연결을 도시하고 있지만 도 4의 경우에는 3상에서의 연결을 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, MMC부(320)는 전력 계통의 3상에 맞추어서 3상으로 구성될 수 있으며 각 상은 상암(Upper Arm; 323)과 하암(Lower Arm; 325)을 포함하고, 각 암은 다수 개의 서브 모듈(Sub Module; 321)로 구성된다.
도 5는 하프 브리지(Half Bridge)형태의 서브 모듈(321)의 일 실시 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면 하프 브리지 형태의 서브 모듈(321)은 2개의 IGBT 스위치(511, 513)와 2개의 다이오우드(515, 517) 그리고 커패시터와 같은 에너지 저장 소자(519)로 이루어져 있다. MMC부(320)는 서브 모듈(321)내의 IGBT 스위치(511, 513)의 온/오프를 제어하여 사인파 형태의 AC 전력이 각 상의 AC 단자에 생성될 수 있도록 할 수 있다.
다시 도 4를 참조하면 MMC부(320)는 각 암의 서브 모듈(321)내의 IGBT 스위치(511, 513)의 온/오프를 제어하여 계통의 무효전력을 최소화할 수 있는 전력을 투입할 수 있다.
그러므로 TSC부(310)를 이용하여 목표하는 무효전력에 근접하는 무효전력을 생성하고, MMC부(320)를 이용하여 TSC부(310)로 해소하지 못한 무효전력 양만큼의 무효전력을 투입함으로써 전체적으로 무효전력을 최소화할 수 있다.
이처럼 TSC부(310)와 MMC부(320)를 통합 제어함으로써 계통에 존재하는 무효전력을 최소화할 수 있는 데 통합제어부(330)는 TSC부(310)와 MMC부(320)를 통합 제어하는 기능을 수행한다.
도 6은 TSC부(310)와 MMC부(320)를 통합 제어하는 통합제어부(330)의 블록도이다.
도 6을 참조하면 통합제어부(330)는 계통 상의 피상전력을 계산하는 전력계산부(331), 상기 피상전력을 받아 TSC부(310)의 싸이리스터 스위치를 제어하기 위한 신호를 생성하는 TSC 제어부(333), 및 TSC 제어부(333)에 의해 보정된 피상전력을 받아 무효전력을 최소화하도록 MMC부 제어신호를 생성하는 MMC 제어부(335)를 포함한다.
전력계산부(331)는 계통 상의 3상에 걸리는 전압(V)과 흐르는 전류(I)로부터 계통 상에 공급되는 전력의 피상전력(S)을 구한다. S=P+jQ로 표시될 수 있는데 여기서 P는 유효전력을 Q는 무효전력을 나타낸다. 전력의 손실을 최소화하기 위해서는 무효전력(Q)의 값을 최대한 0에 근접하게 만들어 주어야 한다. 그러기 위하여 통합제어부(330)는 TSC 제어부(333)에서 TSC부(310)에서 제공할 수 있는 무효전력의 불연속점들을 고려하여 계산된 무효전력(Q)에 가장 근접한 무효전력을 생성할 수 있도록 TSC부(310)의 싸이리스터 스위치에 대한 제어 신호를 생성한다. 이 경우에 TSC부(310) 및 MMC부(320)에서 이전 제어구간에서의 제어를 통하여 제공하고 있던 무효전력 또한 고려하여야 한다. 그리고 그 결과로 예상되는 보정된 피상전력(S')을 MMC 제어부(335)로 전송한다.
일 실시 예로서 TSC부(310)가 생성할 수 있는 무효전력의 최소단위가 커패시터의 용량이 'C'인 경우의 무효전력 값(Xc)의해 결정되고, 최대 생성할 수 있는 무효전력은 커패시터 'C/15' 용량에 의해 결정되는 경우 TSC 제어부(333)는 '(Q+Qtp+Qmp)/Xc'계산하여 사사오입형태로 얻어지는 0보다 크거나 같고 16보다 작은 정수값(N)을 이용하여 TSC부(310)의 싸이리스터 스위치를 제어할 수 있다. 여기서 Qtp는 기존에 이미 TSC부(310)에 의해 투입되고 있던 무효전력을 나타내고, Qmp는 기존에 이미 MMC부(320)에 의해 투입되고 있던 무효전력을 나타낸다. 그리고 이때 TSC부(310)에 의해 생성되는 무효전력(Qt)은 Xc와 N의 곱이 될 수 있다.
도 7은 TSC부(310)의 싸이리스터 스위치 제어를 위한 TSC 제어부(333)의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
도 7을 참조하면 TSC부(310)가 생성할 수 있는 무효전력의 최소단위(Xc)는 2Var이고, 계통 상에서 측정되고 있는 무효전력(Q)은 6.4Var, 그리고 TSC부(310)가 기존에 계통 상으로 공급하고 있던 무효전력(Qtp)는 4Var, MMC부(320)가 기존에 계통 상으로 공급하고 있던 무효전력(Qmp)는 1.8Var이다. 여기서 Var는 무효전력의 단위이다. 그러면 (Q+Qtp+Qmp)/Xc=6.1이고 사사오입하거나 버림하면 6의 값을 가지게 된다. TSC 제어부(333)는 6의 값을 이용하여 TSC부(310)의 싸이리스터 스위치 온/오프 제어를 할 수 있다. 일 예로서 상기에서 설명한 것처럼 TSC부(310)의 제 1 TSC가 Xc의 무효전력을 생성할 수 있고, 제 2 TSC가 2Xc의 무효전력을 생성할 수 있으며, 제 3 TSC가 4Xc의 무효전력을 생성할 수 있으며, 제 4 TSC가 8Xc의 무효전력을 생성할 수 있다고 할 때, TSC제어부(333)는 상기 결정된 6(비트로 표시하면 0110)을 이용하여 제 2 TSC와 제 3 TSC의 싸이리스터 스위치들은 온시키고 제 1 TSC와 제 4 TSC의 싸이리스터 스위치들은 오프시키도록 제어함으로써 TSC부(310)가 계통 상의 실제로 존재하는 무효전력(Q+Qtp+Qmp=12.2Var)에 가장 근접한 무효전력(Qt=12Var)을 생성할 수 있도록 할 수 있다. 그리고 TSC 제어부(333)는 상기 TSC부(310)가 생성한 무효전력을 고려하며 보정된 피상전력(S')인 P+j(Q+Qtp+Qmp-Qt)=P+j0.2를 MMC 제어부(335)로 전달한다.
MMC 제어부(335)는 상기 전송 받은 보정된 피상전력(S')을 바탕으로 무효전력이 최대한 0에 근접하는 전류를 공급할 수 있도록 MMC부(320)를 제어한다. MMC 제어부(335)는 계통 상에서 측정된 전압(V)과 위상이 차이가 나도록 전압을 공급할 수 있으므로 상기 전송 받은 보정된 피상전력(S')과 계통 상에서 측정된 전압(V)을 바탕으로 생성하고자 하는 전압의 양과 위상을 결정함으로써 MMC부(320)가 계통 상의 무효전력이 0에 근접하도록 하는 전력을 계통에 공급하도록 제어할 수 있다.
일 실시 예로서 도 7을 다시 참조하면, 계통 상의 무효전력은 TSC부(310)의 무효전력 공급에 의하여 0.2로 줄어들게 된다. 그러면 TSC 제어부(333)는 보정된 피상전력 S'=P+j0.2를 MMC 제어부(335)에 전달한다. MMC 제어부(335)는 전달 받은 보정된 피상전력(S')을 바탕으로 SM=0-j0.2의 피상전력을 생성할 수 있도록 제어할 수 있다. 또는 MMC부(320)가 계통에 유효전력을 공급하게 할 수도 있다. 다시 말하면 MMC 제어부(333)는 MMC부가 SM=a-j0.2의 피상전력을 생성할 수 있도록 제어할 수 있다. 이처럼 피상전력을 생성하면 무효전력은 0으로 만들면서 유효전력을 증가시킬 수 있다. 이 때 MMC제어부(333)가 MMC부(320)로 전달하는 제어 신호는 상기 MMC부(320)가 생성하여야 하는 피상전력(SM)으로부터 구한 전압의 크기와 계통에서 기 측정된 전압(V)과의 위상차일 수 있다.
상기와 같은 통합제어부(330)의 제어는 실시간으로 계통 상의 전압과 전류를 측정하여 실행되고, 통합제어부(330)에 의한 제어가 반영된 결과를 보고 다시 제어를 보정함으로써 최종적으로 계통 상에 존재하는 무효전력을 최소화할 수 있도록 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 무효전력보상장치에서 무효전력을 보상하기 위하여 통합제어부(330)의 제어방법을 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면 통합제어부(330)는 계통 상의 피상전력을 계산(S710)하고, 이 결과를 바탕으로 TSC부(310)가 상쇄할 수 있는 가장 근접한 무효전력량 계산(S720)하고, 그로부터 TSC부(310) 제어신호를 생성(S730)하고, 그 결과로부터 나타날 수 있는 계통 상의 피상전력을 다시 계산(S740)한다. 이를 바탕으로 MMC부(320)에서 무효전력을 보상하기 위한 제어신호를 생성(S750)한다. MMC부(320)의 제어 신호를 생성하기 위한 로직은 비례적분(Proportional Integral) 또는 비례공진(Proportional Resonant)방식일 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 무효전력보상장치를 제어하는 과정의 일 예를 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면 하이브리드 무효전력보상장치에 의한 보상이 이루어지기 전에 계통 상의 피상 전력(S; 810)은 송/배전설비와 부하에 존재하는 유도성 리액턴스에 의하여 유효전력(P)과 무효전력(Q)을 모두 가지고 있게 된다. 여기서 무효전력(Q)은 전력의 손실을 야기할 수 있으므로 최소화하여야 한다. 그래서 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 무효전력보상장치는 계통 상의 피상 전력(S; 810)에서 무효전력을 최소화하기 위한 보상작업을 수행하는데 먼저 통합제어부(330)는 TSC부(310)가 보상할 수 있는 최대 보상 무효전력을 계산하고 그에 따른 보상 결과를 산정한다. 도 8을 참고할 때 TSC부(310)에 의해 보상할 수 있는 최대 무효전력은 820과 같고 이 보상 결과로 S'의 피상전력을 갖게 된다. TSC부(310)는 커패시터의 뱅크라 볼 수 있기 때문에 불연속적으로만 무효전력을 보상할 수 있고 최종 목표하는 무효전력 보상이 이루어 지기는 힘들다. 그래서 통합제어부(330)는 TSC부(310)에 의한 무효 전력 보상 후 MMC부(320)를 이용하여 추가적인 무효전력 보상이 가능하도록 제어한다. 최종적으로 계통 상에 걸리는 피상전력이
Figure 112015129419444-pat00001
이 될 수 있도록 MMC제어부(333)는 MMC부(320)의 전력 생성을 제어한다. 여기서
Figure 112015129419444-pat00002
는 0에 아주 가까운 값으로 볼 수 있다. 다시 말하면 MMC제어부(333)는 MMC부(320)가 SM =S"-S'=(P"-P)-j(Q-Q')(840)의 피상전력을 생성할 수 있도록 제어 신호를 생성하여 MMC부(320)로 전달할 수 있다. 이 때 MMC제어부(333)가 MMC부(320)로 전달하는 제어 신호는 상기 MMC부(320)가 생성하여야 하는 피상전력(SM)으로부터 구한 전압의 크기와 계통에서 기 측정된 전압(V)과의 위상차일 수 있다.
이처럼 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 무효전력보상장치에 의한 무효전력 보상에 의하여 계통 상에 흐르는 무효전력을 최소화할 수 있고, 그에 따라 전력의 손실을 최소화할 수 있다. 또한 기존에 설치되어 있는 TSC를 활용하여 무효전력을 좀 더 정밀하게 상쇄시켜 줌으로써 적은 비용으로 최대한의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 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 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.

Claims (9)

  1. 3상의 전력을 공급하는 전력공급 계통의 무효전력보상장치에 있어서,
    싸이리스터(thyristor) 스위치 개폐에 따라 커패시터를 상기 계통에 연결하여 불연속적인 무효전력을 공급할 수 있는 하나 또는 복수개의 TSC를 포함하는 TSC부;
    각 상 별로 다수 개의 서브모듈(submodule)을 직렬로 연결하여 구비하고, 상기 서브모듈 내의 스위치 제어에 의해 각 서브모듈 내의 커패시터를 상기 계통에 연결하여 전력을 공급하는 MMC부; 및
    상기 TSC부의 상기 싸이리스터 스위치와 상기 MMC부의 상기 서브모듈 내의 스위치를 제어하여 상기 계통의 무효전력을 상쇄시키기 위한 무효전력을 생성하도록 하는 통합제어부;를 포함하되,
    상기 통합제어부는,
    상기 계통의 무효전력을 상쇄하기 위하여 상기 TSC부가 생성가능한 불연속적 무효전력 중에서 상기 계통의 무효전력에 가장 근접한 무효전력을 생성하도록 제어하고, 상기 계통의 무효전력에서 상기 TSC부가 생성한 무효전력을 뺀 만큼의 무효전력을 상기 MMC부가 생성하도록 제어하는,
    하이브리드 무효전력보상장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 통합제어부는,
    상기 계통 상에서 측정된 전압(V)과 전류(I)로부터 계산된 유효전력(P)과 무효전력(Q)을 포함하는 피상전력(S=P+jQ)을 계산하는 전력계산부;
    상기 TSC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qtp), 상기 MMC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qmp), 계산된 상기 무효전력(Q), 및 상기 TSC부가 제공할 수 있는 불연속적인 무효전력(nXc)을 바탕으로 제어 결과 상기 계통 상의 무효전력(Q)을 최소화하는 무효전력(Qt)을 생성할 수 있도록 상기 TSC부의 상기 싸이리스터 스위치를 제어하기 위한 신호를 생성하고, 보정된 피상전력(S'=P+j(Q+Qtp+Qmp-Qt))을 계산하는 TSC 제어부; 및
    상기 MMC부가 상기 보정된 피상전력(S')의 무효전력(Q+Qtp+Qmp-Qt)을 상쇄할 수 있는 피상전력(SM)을 생성할 수 있도록 상기 MMC부를 제어하기 위한 신호를 생성하는 MMC 제어부;
    를 포함하는,
    하이브리드 무효전력보상장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 통합제어부의 상기 TSC 제어부는,
    상기 TSC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qtp), 상기 MMC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qmp), 및 계산된 상기 무효전력(Q)을 모두 더한 것을 상기 TSC부가 제공할 수 있는 최소단위 무효전력(Xc)으로 나눈 값을 사사오입 또는 버림하여 구한 정수값(N)을 이용하여 상기 계통 상의 무효전력(Q)를 최소화하는 무효전력(Qt)으로 결정하는,
    하이브리드 무효전력보상장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 계통 상의 무효전력(Q)를 최소화하는 무효전력(Qt)은 상기 최소단위 무효전력(Xc)과 상기 정수값(N)의 곱으로 결정되는,
    하이브리드 무효전력보상장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 무효전력(Q+Qtp+Qmp-Qt)을 상쇄할 수 있는 피상전력(SM)은 유효전력을 포함하는 것인,
    하이브리드 무효전력보상장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 MMC부를 제어하기 위한 신호는 상기 무효전력(Q+Qtp+Qmp-Qt)을 상쇄할 수 있는 피상전력(SM)으로부터 구한 전압의 크기 및 상기 측정된 전압(V)과의 위상차를 포함하는,
    하이브리드 무효전력보상장치.
  7. 3상 전력 공급 계통의 무상전력을 보상하기 위한 제1항의 TSC부, MMC부, 통합제어부를 포함하는 하이브리드 무효전력보상장치를 제어하는 제어방법에 있어서,
    상기 계통 상에서 측정된 전압(V)과 전류(I)로부터 계산된 유효전력(P)과 무효전력(Q)을 포함하는 피상전력(S)를 계산하는 단계;
    상기 TSC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qtp), 상기 MMC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qmp), 계산된 상기 무효전력(Q), 및 상기 TSC부가 제공할 수 있는 불연속적인 무효전력(nXc)을 바탕으로 제어 결과 상기 계통 상의 무효전력(Q)를 최소화하는 무효전력(Qt)을 계산하고, 상기 TSC부가 상기 무효전력(Qt)을 생성하도록 하는 제어신호를 생성하는 단계;
    상기 TSC부에서 생성되는 무효전력(Qt), 상기 TSC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qtp), 상기 MMC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qmp), 및 상기 피상전력(S)을 바탕으로 보정된 피상전력(S')을 계산하는 단계; 및
    상기 보정된 피상전력(S')을 바탕으로 상기 계통의 무효전력(Q)이 0에 근접하도록 하는 MMC부 제어신호를 생성하는 단계;
    를 포함하는,
    하이브리드 무효전력보상장치 제어방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 TSC부가 생성할 수 있는 무효전력(Qt)을 계산하는 단계는,
    상기 TSC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qtp), 상기 MMC부가 상기 계통으로 기 제공하고 있던 무효전력(Qmp), 및 계산된 상기 무효전력(Q)을 모두 더한 것을 상기 TSC부가 제공할 수 있는 최소단위 무효전력(Xc)으로 나눈 값을 사사오입 또는 버림하여 구한 정수값(N)과 상기 최소단위 무효전력(Xc)를 곱하는 단계인,
    하이브리드 무효전력보상장치 제어방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 MMC부 제어신호를 생성하는 단계는,
    상기 보정된 피상전력(S')의 무효전력을 상쇄할 수 있는 피상전력(SM)으로부터 구한 전압의 크기 및 상기 측정된 전압(V)과의 위상차를 상기 MMC부 제어신호로 생성하는 단계인,
    하이브리드 무효전력보상장치 제어방법.
KR1020150191339A 2015-12-31 2015-12-31 하이브리드 무효전력보상장치 및 제어방법 KR101644456B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150191339A KR101644456B1 (ko) 2015-12-31 2015-12-31 하이브리드 무효전력보상장치 및 제어방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150191339A KR101644456B1 (ko) 2015-12-31 2015-12-31 하이브리드 무효전력보상장치 및 제어방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101644456B1 true KR101644456B1 (ko) 2016-08-03

Family

ID=56708746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150191339A KR101644456B1 (ko) 2015-12-31 2015-12-31 하이브리드 무효전력보상장치 및 제어방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101644456B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060003140A (ko) * 2004-07-05 2006-01-10 엘에스산전 주식회사 전력품질 보상장치의 성능 검증용 평가값 발생장치 및 그방법
KR101152364B1 (ko) * 2010-11-29 2012-06-11 한국전력공사 Ｈｖｄｃ 시스템의 무효전력 보상 설비 제어 장치 및 이를 포함하는 ｈｖｄｃ 시스템
JP2012123450A (ja) * 2010-12-06 2012-06-28 Mitsubishi Electric Corp 無効電力補償装置
KR20150075454A (ko) * 2013-12-26 2015-07-06 주식회사 포스코 무효전력보상장치 및 무효전력보상장치의 모듈간 전압 불평형 보상방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060003140A (ko) * 2004-07-05 2006-01-10 엘에스산전 주식회사 전력품질 보상장치의 성능 검증용 평가값 발생장치 및 그방법
KR101152364B1 (ko) * 2010-11-29 2012-06-11 한국전력공사 Ｈｖｄｃ 시스템의 무효전력 보상 설비 제어 장치 및 이를 포함하는 ｈｖｄｃ 시스템
JP2012123450A (ja) * 2010-12-06 2012-06-28 Mitsubishi Electric Corp 無効電力補償装置
KR20150075454A (ko) * 2013-12-26 2015-07-06 주식회사 포스코 무효전력보상장치 및 무효전력보상장치의 모듈간 전압 불평형 보상방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9806630B2 (en) Power conversion device
KR102056252B1 (ko) Hvdc 시스템의 전력 손실 보정 방법
WO2015104922A1 (ja) 電力変換装置
US20230170822A1 (en) Power conversion device
JP6752401B1 (ja) 電力変換装置
Pires et al. HVDC transmission system using multilevel power converters based on dual three-phase two-level inverters
WO2017062097A1 (en) Solar power conversion system and method
WO2017062109A1 (en) Solar power conversion system and method
Mohanraj et al. A unified power quality conditioner for power quality improvement in distributed generation network using adaptive distributed power balanced control (ADPBC)
CN116613972A (zh) 电源转换器中的谐波干扰的减轻
CN108207118B (zh) 电力变换装置及其控制方法
US11336169B2 (en) Power conversion device
RU2521428C2 (ru) Фильтро-компенсирующее устройство высоковольтной передачи энергии постояннным током
JP6771707B1 (ja) 電力変換装置
González et al. Modular multilevel converter for large-scale photovoltaic generation with reactive power flow and unbalanced active power extraction capabilities
JP5904883B2 (ja) 変圧器多重電力変換装置
KR101644456B1 (ko) 하이브리드 무효전력보상장치 및 제어방법
CN103259281A (zh) 具有负序电流补偿机制的能量转换系统和方法
JP6517676B2 (ja) 電圧補償装置
CN104092225A (zh) 一种配电网综合补偿装置及其控制算法
KR102220587B1 (ko) Ｈｖｄｃ 시스템의 고조파 제거 장치 및 그 방법
RU2413350C1 (ru) Способ компенсации высших гармоник и коррекции коэффициента мощности сети
Sawant et al. Methods for multi-functional converter control in three-phase four-wire systems
Gadgune et al. Implementation of shunt APF based on Diode Clamped and Cascaded H-bridge multilevel inverter
CN111525591B (zh) 一种三相不平衡状态下的vsc控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200114

Year of fee payment: 5