KR101717367B1 - 정적 무효전력 보상 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 장치는, 개폐됨에 따라 3상 교류에 의하여 발생하는 전력을 공급하는 복수의 캐패시터 뱅크;와 상기 복수의 캐패시터 뱅크를 개폐하는 복수의 양방향 사이리스터; 및 보상이 필요한 무효전력량을 계산하고, 상기 무효전력량에 대응하여 상기 복수의 캐패시터 뱅크를 개폐하도록 상기 복수의 양방향 사이리스터를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 복수의 캐패시터 뱅크는 와이 결선 형태로 연결된다.

Description

정적 무효전력 보상 장치 및 그 동작 방법{STATIC VAR COMPENSATOR APPARATUS AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 정적 무효전력 보상 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로서, 구체적으로 무효전력 보상을 위한 사이리스터 스위칭 캐패시터의 전력 계통 연결 구조를 변경하는 정적 무효전력 보상 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
전력을 전송할 때 직류 송전계통과 교류 송전계통 모두 무효전력의 보상을 필요로 한다. 무효전력이란 실제로는 아무 일도 하지 않고 열소비도 하지 않는 전력이다. 무효전력은 오직 전원과 전기 기기를 왕복할 뿐 에너지가 발생되지 않기 때문에 실제로는 이용될 수 없다. 무효전력 소비가 늘면 송전과정에서 전압이 지나치게 낮아져 정전이나 전력차단 상태가 생길 수 있다. 따라서 위와 같은 상황이 발생하는 것을 방지하기 위해 무효전력을 적절하게 보상해주는 것이 필요하다.
이를 위해 송전계통에서는 무효전력 보상 장치를 사용한다. 무효전력 보상 장치는 사이리스터 소자를 사용하여 무효전력을 보상하는 Static Var Compensator (SVC)와 Insulated Gate Bipolar mode Transistor(IGBT) 소자를 사용하는 Static Synchronous Compensator (STATCOM)로 나눌 수 있다.
일반적인 SVC 시스템은 무효전력을 공급하는 사이리스터 스위칭 캐패시터(Thyristor Switched Capacitor: TSC, 이하 "TSC")와 무효전력을 흡수하는 사이리스터 제어 리액터(Thyristor Controlled Reactor: TCR, 이하 "TCR")를 포함할 수 있다. SVC 시스템은 TSC와 TCR의 무효전력량을 조정하여 전력계통에 무효전력을 공급 또는 흡수하며, 이러한 기능을 통하여 전압, 역률 및 무효전력 제어를 하여 계통 조정을 수행함으로써 전력 계통의 안정성을 증대시키는 역할을 담당한다.
도 1은 종래의 SVC 시스템을 구성하는 TCR과 TSC의 전력계통 연결 회로도를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 SVC 시스템(100)은 TCR(110)과 TSC(120)를 포함할 수 있다.
TCR(110)은 3개의 양방향 사이리스터(111, 112, 113)와 3개의 리액터(114, 115, 116)로 구성된다.
3개의 양방향 사이리스터(111, 112, 113)와 3개의 리액터(114, 115, 116)는 델타 결선 구조로 AC 전력 계통(130)에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 3개의 양방향 사이리스터(111, 112, 113)와 3개의 리액터(114, 115, 116) 각각은 3상 교류를 발생시키는 3상 중 어느 하나의 상을 구성한다.
TCR(110)은 상기 3개의 양방향 사이리스터(111, 112, 113)을 온오프 시켜 AC 전력 계통(130)의 무효전력을 흡수한다.
TSC(120)는 3개의 양방향 사이리스터(121, 122, 123)와 3개의 캐패시터(124, 125, 126)로 구성된다.
3개의 양방향 사이리스터(121, 122, 123)와 3개의 캐패시터(124, 125, 126)는 델타 결선 구조로 AC 전력 계통(130)에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 3개의 양방향 사이리스터(121, 122, 123)와 3개의 캐패시터(124, 125, 126) 각각은 3상 교류를 발생시키는 3상 중 어느 하나의 상을 구성한다.
TSC(120)는 상기 3개의 양방향 사이리스터(121, 122, 123)을 온오프 시켜 AC 전력 계통(130)에 무효전력을 공급한다.
도 2는 도 1에 있어서 계통전압과 TSC의 구성에 의하여 인가되는 전압의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
델타 결선 구조는 사이리스터와 캐패시터 등의 구성요소를 연결하는 각 코일의 종단점을 차례로 연결하고, 각 코일의 연결점에서 한 선씩 끌어내어 전력 계통에 연결하는 방식이다. 델타 결선 구조에 의하여 구성된 회로는 120도의 위상차를 두고 교류가 연속적으로 발생하는 3상 교류를 발생시킨다.
도 2를 참조하면, 코일 X의 한 종단점 X2는 코일 Y의 한 종단점 Y1과 연결된다. 코일 Y의 다른 종단점 Y2는 코일 Z의 한 종단점 Z1에 연결되며, 코일 Z의 다른 종단점 Z2는 코일 X의 다른 종단점 X1과 연결된다.
또한, X2와 Y1의 연결점은 선로를 통하여 전력계통 L1에 연결되고, Y2와 Z1의 연결점은 선로를 통하여 전력계통 L2에 연결되며, X1과 Z2의 연결점은 선로를 통하여 전력계통 L3에 연결된다.
상 전압(Phase Voltage)(Up)은 3개의 코일 각각에 유도된 전압이다. 도 2에서 코일 X에 걸리는 상 전압은 U31, 코일 Y에 걸리는 상 전압은 U12, 코일 Z에 걸리는 상 전압은 U23 가 된다.
선간 전압은(Line Voltage)(UL)는 인접하는 선로간에 걸리는 전압이다. 도 2에서 선로 L1과 L2 사이에 걸리는 선간 전압은 U1~2, 선로 L2와 선로 L3간에 걸리는 선간 전압은 U2~3, 선로 L1과 선로 L3 간에 걸리는 선간 전압은 U1~3 가 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 델타(Δ) 결선 구조에서는 상 전압과 선간 전압이 서로 동일하다. 즉, Up = UL인 관계가 성립한다. 따라서, 전력 계통의 선간 전압이 TSC의 상 전압에 그대로 인가된다.
현재 SVC 시스템을 구성하는 TCR과 TSC는 델타 결선 구조로 구성되어 있다. TCR은 사이리스터에 인가되는 점호 신호를 조정하는 제어 특성 상 반드시 델타 결선 구조로 연결되어야 한다.
그러나, TSC의 경우, 상전압이 높아질수록 TSC에서 사용되는 양방향 사이리스터 소자의 개수는 증가하며, 이는 TSC의 단가 상승으로 연결된다. 또한, TSC의 상 전압이 높아질수록 캐패시터의 절연 레벨이 증가하게 되어 캐패시터 소자의 부피가 증가하고 이에 따라 TSC의 가격은 상승한다. 나아가, 이 경우 각 구성 기기의 인가 전압이 증가하게 되어 기기의 안정도는 감소하게 된다.
본 발명에서는 TSC의 구조를 기존의 델타 결선 방식에서 와이 결선 방식으로 변경함으로써, TSC의 상전압 및 절연 레벨을 감소시켜 이로 인하여 TSC의 가격 하락과 기기의 안정성을 향상할 수 있는 정적 무효전력 보상 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재에 의해 제안되는 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 정적 무효전력 보상 장치에 의하면, 3상 교류에 의하여 발생하는 전력을 공급하는 복수의 캐패시터 뱅크; 와 상기 복수의 캐패시터 뱅크를 개폐하는 복수의 양방향 사이리스터; 및 보상이 필요한 무효전력량을 계산하고, 상기 무효전력량에 대응하여 상기 복수의 캐패시터 뱅크를 개폐하도록 상기 복수의 양방향 사이리스터를 제어하는 제어부를 포함하되, 상기 복수의 캐패시터 뱅크는 와이 결선 형태로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 정적 무효전력 보상 시스템은, 상기 무효전력을 흡수하는 사이리스터 제어 리액터; 와 상기 무효전력을 공급하는 사이리스터 스위칭 캐패시터를 포함하되, 상기 사이리스터 스위칭 캐패시터는, 와이 결선 형태로 연결되어 개폐됨에 따라 3상 교류에 의하여 발생하는 전력을 공급하는 복수의 캐패시터 뱅크와 상기 복수의 캐패시터 뱅크를 개폐하는 복수의 양방향 사이리스터 및 보상이 필요한 무효전력량을 계산하고, 상기 무효전력량에 대응하여 상기 복수의 캐패시터 뱅크를 개폐하도록 상기 복수의 양방향 사이리스터를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 와이 결선 형태로 연결되는 사이리스터 스위칭 캐패시터를 포함하는 정적 무효전력 보상 시스템의 동작 방법은, 보상이 필요한 무효전력량을 계산하는 단계; 와 상기 무효전력량에 대응하여, 무효전력을 흡수하거나 상기 사이리스터 스위칭 캐패시터를 통하여 무효전력을 공급하는 단계; 및 상기 정적 무효전력 보상 시스템로부터 발생하는 고조파를 흡수하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들에 의하면, TSC의 한 상에 인가되는 전압이 낮아지게 되어 TSC에 사용되는 사이리스터 소자의 개수를 감소시키고 TSC의 단가를 낮출 수 있다. 또한, TSC의 상 전압이 낮아지는 경우 TSC에 사용되는 캐패시터의 절연 레벨이 낮아지게 되어, 캐패시터 소자의 부피가 감소하고 이에 따른 가격을 감소시킬 수 있으며 설치 면적을 줄일 수 있다.
나아가 각 구성 기기의 인가 전압이 감소하게 되어 기기의 안정도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 SVC 시스템을 구성하는 TCR과 TSC의 전력계통 연결 회로도를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 있어서 계통전압과 TSC의 구성에 의하여 인가되는 전압의 상관 관계를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예예 의한 정적 무효전력 보상 장치의 구성을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 장치의 전력 계통 연결 회로도를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 장치를 와이 결선 형태로 연결하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 도 5에 있어서 선간 전압과 정적 무효전력 보상 장치의 구성에 의하여 인가되는 상 전압의 상관 관계를 설명하기 위한 도면
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 장치의 구성을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 방법을 도시한 도면.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 이하에서 기술되는 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경 및 삭제 등에 의해서 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예들을 용이하게 제안할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 해당 기술과 관련하여 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특별한 경우에는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 상세히 기재하였다. 그러므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 미리 밝혀둔다. 이하에서 기술하는 설명에 있어서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예예 의한 정적 무효전력 보상 장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 장치(300)는 복수의 캐패시터 뱅크(310), 복수의 양방향 사이리스터(320) 및 제어부(330)를 포함할 수 있다.
복수의 캐패시터 뱅크(310)는 개폐됨에 따라 3상 교류에 의하여 발생하는 전력을 공급한다.
캐패시터 뱅크(310)는 전기 에너지를 축적하기 위한 대용량 캐패시터로 복수개의 캐패시터를 포함할 수 있다. 캐패시터는 두 개의 전극과 상기 두 개의 전극 사이에 위치한 유전체로 구성되는 소자이며, 전기 에너지를 저장할 수 있다.
복수의 캐패시터(310)는 와이 결선 형태로 전력 계통과 연결될 수 있다.
상기 와이 결선 형태에 의하면, 3상 교류를 발생시키는 3개의 코일 각각의 한 종단을 하나로 연결하여 하나의 중성점을 만들고 상기 3개의 코일 각각의 다른 종단에 전력계통을 연결한다. 와이 결선 형태에 대해서는 도 5 및 도 6에 대한 설명에서 상세히 후술한다.
복수의 양방향 사이리스터(320)는 상기 복수의 캐패시터 뱅크(310)를 개폐한다.
양방향 사이리스터(320)는 두 개의 사이리스터가 역병렬 형태로 접속되어 있으며, 이에 의해 스위치 온 상태에서 양쪽 방향으로 전류를 흘릴 수 있다.
사이리스터는 PNPN 접합의 4층 구조 반도체 소자로서, ON/OFF로 스위칭되어 전류를 흐르게 하거나 차단한다. 애노드가 캐소드에 대하여 플러스인 경우, 게이트에 적당한 전류를 흘리면 도통하고, 일단 도통하면 애노드 전압을 0으로 하지 않는 이상 OFF 되지 않는다
제어부(330)는 보상이 필요한 무효전력량을 계산하고, 상기 무효전력량에 대응하여 상기 복수의 캐패시터 뱅크(310)를 개폐하도록 상기 복수의 양방향 사이리스터(320)를 제어한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 장치의 전력 계통 연결 회로도를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 장치는, 정적 무효전력 보상 장치에 인가되는 상 전압을 줄이기 위하여 와이 결선 형태로 전력 계통과 연결한다
도 4를 참조하면, 복수의 캐패시터 뱅크(411, 412, 413)와 복수의 양방향 사이리스터(421, 422, 423)를 연결하는 3개의 코일들이 와이 형태로 배열되어 있다. 또한, 상기 3개의 코일 각각의 한 종단은 하나로 연결되어 하나의 중성점을 구성하고, 상기 3개의 코일 각각의 다른 종단은 AC 전력 계통에 연결된다.
도 4에서는 편의상 3개의 캐패시터 뱅크(411, 412, 413)와 3개의 양방향 사이리스터(421, 422, 423)만을 도시하였지만, 이는 시스템 설계에 따라 얼마든지 달라질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 장치를 와이 결선 형태로 연결하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
좌측에 도시된 (a)를 참조하면, 각 코일의 한 종단점 U2, V2, W2는 중성점(또는 공통점: N)(510)에서 연결된다. 각 코일의 다른 종단점 U1, V1, W1 으로부터는 각각 1개씩의 선을 끌어내어 각각 선로 L1, L2 및 L3에 연결한다. 이에 의하여, 3상 교류가 발생한다.
U1 과 V1 사이, V1 과 W1 사이, W1 과 U1 사이의 전압을 선간 전압(UL)이라 한다. 이 경우, 선간 전압(UL)은 각각 U12, U23, U31이 된다.
U1, V1, W1과 중성점(N)(510)사이의 전압을 상 전압(Up) 이라 한다. 이 경우, 상 전압(Up)은 각각 U1N, U2N, U3N이 된다.
우측에 도시된 (b)에 3상 교류의 각 상에 걸리는 상 전압이 도시되어 있다. 기존의 델타 결선 구조에 의하면, 선간 전압이 그대로 상 전압에 인가된다는 것을 앞서 살펴보았다. 그러나, 본 발명에 의하여 복수의 캐패시터들을 와이 결선 형태로 연결하게 되면, 상기 상 전압은 선간 전압보다 낮아지게 된다. 이하, 도 6을 참조하여 상 전압이 강하되는 원리를 설명한다.
도 6은 도 5에 있어서 선간 전압과 정적 무효전력 보상 장치의 구성에 의하여 인가되는 상 전압의 상관 관계를 설명하기 위한 도면이다.
좌측에 도시된 (a)를 참조하면, 3상의 상 전압은 각각 U1N, U2N, U3N 이고, 선간 전압은 각각 U12, U23, U31 이다.
이 경우, 벡터 계산에 의하여 U31 = U1N - U3N 인 관계가 성립한다.
즉, U1N = U31 + U3N 이 된다.
이에 기초하여, 우측의 도 (b)에서 벡터 연산과 cosine 함수를 사용하여 선간 전압과 상 전압의 관계를 도출할 수 있다.
우측의 도 (b)를 참조하면, 선간 전압(UL: U12, U23, U31)과 상 전압(Up: U1N, U2N, U3N)의 관계는 아래의 [식 1]과 같다.
Figure 112015080534561-pat00001
[식 1]
여기서
Figure 112015080534561-pat00002
이므로, 상 전압(Up)은 선간 전압(UL)에 비하여 1/1.73으로 줄어든다. 이에 의하여 정적 무효전력 보상 장치에 인가되는 상 전압을 감소시킬 수 있다.
기존 방법대로 TSC를 델타 결선 형태로 전력 계통에 연결하게 되면, TSC 한 상(phase)에 인가되는 상 전압에는 선간 전압이 그대로 인가된다.
그러나, 본 실시예에서 제안하는 대로 TSC를 와이 결선 형태로 전력 계통에 연결하게 되면, TSC 한 상에 인가되는 전압은 1/1.73으로 감소시킬 수 있다.
3상 교류를 구성하는 한 상에 인가되는 상 전압이 높아질수록 정적 무효전력 보상 장치가 사용해야 하는 사이리스터 소자의 개수는 늘어난다. 또한, 한 상에 인가되는 상 전압이 높아질수록 캐패시터의 절연 레벨이 증가하여 캐패시터 소자의 부피가 늘어난다.
따라서, 본 실시예에 의하여 와이 결선 형태로 전력 계통에 연결하는 것으로 TSC의 구성을 변경하는 경우, 사이리스터 소자의 개수 및 캐패시터 소자의 부피를 줄이고, 이에 의하여 TSC의 단가를 하락시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 장치(300)는 복수의 캐패시터 뱅크(310), 복수의 양방향 사이리스터(320), 제어부(330) 및 고조파 필터(710)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 캐패시터 뱅크(310), 복수의 양방향 사이리스터(320) 및 제어부(330)는 도 3에서 설명한 구성 요소들과 동일 및 유사한 기능을 수행하므로, 이하에서는 중복되는 내용은 생략한다.
고조파 필터(710)는 특정 고조파를 흡수함으로써, 정적 무효전력 보상 장치(300)의 구동 시 발생할 수 있는 고조파를 필터링한다. 상기 정적 무효전력 보상 장치(300)의 특성에 따라, 고조파 필터(710)는 복수 개가 포함될 수도 있다.
상기 고조파 필터(710)는 수동형 필터 또는 능동형 필터일 수 있다. 수동형 필터(passive filter)는 리액터, 캐패시터와 저항으로 구성되며, 능동형 필터(active filter)는 능동 소자로 구성된다.
고조파 필터(710)는 복수의 캐패시터 뱅크(310)의 일단에 연결될 수 있다.
이 경우, 고조파 필터(710)와 복수의 캐패시터 뱅크(310) 사이에는 스위치가 삽입될 수 있다. 스위치는 기계적 스위치 또는 트랜지스터 일 수 있으며, 트랜지스터인 경우 MOSFET 또는 IGBT 등의 소자일 수 있다.
한편, 스위치는 복수의 고조파 필터(710)들 각각에 별도로 삽입될 수도 있다.
스위치는 개폐됨에 따라 고조파 필터(710)로 전력 전송을 하거나 전력 전송을 차단한다.
제어부(330)는 정적 무효전력 보상 장치(300)의 구동으로 발생하는 고조파량을 계산하고, 계산된 고조파량에 기초하여 고조파를 필터링하도록 고조파 필터(710)를 제어할 수 있다.
구체적으로, 제어부(330)는 앞서 설명한 스위치를 개폐함으로써 고조파 필터(710)로의 전력 전송을 제어하고 동시에 발생한 고조파를 흡수하도록 고조파 필터(710)를 제어할 수 있다.
고조파의 대부분은 TCR에서 발생하기 때문에, SVC 시스템에 포함되는 기존의 TSC는 고조파 필터를 포함하지 않는다. TSC는 별도의 고조파 필터 없이, 단지 부분적인 고조파를 상쇄하기 위하여 일반적으로 델타 결선 형태로 배열된다.
그러나, 본 발명의 다른 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 장치는 와이 결선 형태로 전력 계통에 연결되며 고조파 필터를 포함한다.
이에 의하면, 기존에 TSC에 병렬로 연결되어 TSC와는 별도로 존재하던 고조파 필터를 TSC에 통합하여 구성함으로써 SVC 시스템의 부피를 줄이고 상기 SVC 시스템이 차지하는 면적을 감소시킬 수 있다.
또한, TSC가 고조파 필터의 기능을 수행하므로, 기존의 SVC 시스템에서 고조파 필터를 추가로 설치함으로써 발생하는 비용을 줄일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 시스템은 SVC 시스템으로 구현될 수 있다. 상기 SVC 시스템은 선로에 병렬로 연결되며, 캐패시터 뱅크 또는 캐패시터와 리액터를 조합한 것을 사이리스터로 고속 개폐하여 무효전력을 발생 또는 흡수하여 무효전력을 조정한다. 이를 위해 SVC 시스템은 TCR(810)과 TSC(820)를 포함할 수 있다.
한편, SVC 시스템은 시스템 설계에 따라, 기계적 스위칭 보상기(미도시), 기계적 스위칭 캐패시터(미도시) 및 변압기를 더 포함할 수 있다.
TCR(810)은 사이리스터를 온오프시켜 AC 전력 계통의 무효전력을 흡수한다. 구체적으로, TCR(810)은 전력 계통으로부터 전달되는 무효 전력이 일정 수준보다 높은 경우, 일정 수준을 초과하는 양만큼을 흡수할 수 있다.
이를 위해, TCR(810)은 리액터에 흐르는 전류의 위상을 제어한다. 이 경우, 리액터에 흐르는 전류가 왜곡되어 고조파가 발생한다. 따라서, TCR(810)에서 발생하는 고조파를 필터링할 수 있는 고조파 필터가 필요하며, 본 실시예에서는 이러한 고조파 필터가 TSC(820) 내부에 구현되어 있다.
TSC(820)는 3상 어셈블리로서, 와이 결선 형태로 전력 계통에 연결될 수 있다.
TSC(820)는 사이리스터 ON/OFF 제어 방식을 통하여 캐패시터를 개폐함으로써 AC 전력 계통에 무효전력을 공급한다. 구체적으로, TSC(820)는 전력 계통으로부터 전달되는 무효 전력이 일정 수준보다 낮은 경우, 일정 수준을 미달하는 양만큼을 공급할 수 있다.
이를 위해, TSC(820)는 직렬로 연결되는, 양방향 사이리스터(821, 822, 823)와 캐패시터 뱅크(824, 825, 826) 및 고조파 필터(827, 828, 829)를 포함한다.
캐패시터 뱅크(824, 825, 826)의 개폐는 양방향 사이리스터(821, 822, 823)의 온/오프에 의해 행해진다.
또한, TSC(820)는 소형 리액터(831, 832, 833)를 더 포함할 수 있다. 소형 리액터는 개폐 과도현상의 제한, 병렬 연결된 다른 무효전력보상기와 전력계통으로부터 발생하는 고조파 여파와 돌입전류의 제동을 위해서 사용된다.
고조파 필터(827, 828, 829)는 SVC 시스템의 구동간에 발생할 수 있는 고조파(harmonic)을 필터링한다. SVC 시스템의 특성에 따라, SVC 시스템은 복수의 고조파 필터(827, 828, 829)를 포함할 수도 있다.
상기 고조파 필터(827, 828, 829)는 복수의 캐패시터 뱅크(824, 825, 826)의 일단에 연결될 수 있다. 이 경우, 고조파 필터(827, 828, 829)와 복수의 캐패시터 뱅크(824, 825, 826) 사이에는 스위치가 삽입될 수 있다. 또는, 스위치는 복수의 고조파 필터(827, 828, 829)들 각각의 내부에 별도로 삽입될 수도 있다. 스위치는 개폐됨에 따라 고조파 필터(827, 828, 829)로 전력 전송을 하거나 전력 전송을 차단한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 정적 무효전력 보상 방법을 도시한 도면이다.
정적 무효전력 보상 장치(300)는 전력 계통으로부터 교류 전력을 수신한다(S901).
정적 무효전력 보상 장치(300)는 보상이 필요한 무효 전력량을 계산한다(S902). 이 경우, 상기 무효전력 보상 장치(300)는 수신된 교류 전력 및 부하 특성에 기초하여 무효 전력량을 판단할 수 있다.
정적 무효전력 보상 장치(300)는 상기 무효전력량에 대응하여 복수의 캐패시터 뱅크를 개폐한다(S903).
정적 무효전력 보상 장치(300)는 무효전력을 공급한다(S904).
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110, 810: TCR 120, 820: TSC
130: AC 전력 계통 300: 정적 무효전력 보상 장치
310: 캐패시터 뱅크 320: 양방향 사이리스터
330: 제어부 710: 고조파 필터
821, 822, 823: 양방향 사이리스터 824, 825, 826: 캐패시터 뱅크
827, 828, 829: 고조파 필터

Claims (7)

  1. 정적 무효전력 보상 장치에 포함되는 사이리스터 스위칭 캐패시터(TSC)에 있어서,
    3상 교류에 의하여 발생하는 전력을 공급하는 복수의 캐패시터 뱅크;
    상기 복수의 캐패시터 뱅크를 개폐하는 복수의 양방향 사이리스터; 및
    보상이 필요한 무효전력량을 계산하고, 상기 무효전력량에 대응하여 상기 복수의 캐패시터 뱅크를 개폐하도록 상기 복수의 양방향 사이리스터를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 복수의 캐패시터 뱅크는 와이 결선 형태로 연결되는 사이리스터 스위칭 캐패시터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 와이 결선 형태는,
    상기 3상 교류를 발생시키는 3개의 코일 각각의 한 종단을 하나로 연결하여 하나의 중성점을 만들고 상기 3개의 코일 각각의 다른 종단에 전력계통을 연결하는 사이리스터 스위칭 캐패시터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 양방향 사이리스터 각각은,
    두 개의 사이리스터가 역병렬 형태로 접속되고 온오프됨에 따라 양방향으로 전류를 도통시키는 사이리스터 스위칭 캐패시터.
  4. 제1항에 있어서,
    고조파를 흡수하는 고조파 필터를 더 포함하며,
    상기 고조파 필터는 상기 복수의 캐패시터 뱅크의 일단에 연결되는 사이리스터 스위칭 캐패시터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 와이 결선 형태는,
    상기 복수의 캐패시터 뱅크 각각의 일단을 하나로 연결하여 하나의 중성점을 만들고 상기 복수의 캐패시터 뱅크 각각의 타단이 전력 계통에 각각 연결되는 사이리스터 스위칭 캐패시터.
  6. 정적 무효전력 보상 시스템에 있어서,
    상기 무효전력을 흡수하는 사이리스터 제어 리액터; 와
    상기 무효전력을 공급하는 사이리스터 스위칭 캐패시터를 포함하되,
    상기 사이리스터 스위칭 캐패시터는,
    와이 결선 형태로 연결되어 개폐됨에 따라 3상 교류에 의하여 발생하는 전력을 공급하는 복수의 캐패시터 뱅크와 상기 복수의 캐패시터 뱅크를 개폐하는 복수의 양방향 사이리스터 및 보상이 필요한 무효전력량을 계산하고, 상기 무효전력량에 대응하여 상기 복수의 캐패시터 뱅크를 개폐하도록 상기 복수의 양방향 사이리스터를 제어하는 제어부를 포함하는 정적 무효전력 보상 시스템.
  7. 와이 결선 형태로 연결되는 사이리스터 스위칭 캐패시터를 포함하는 정적 무효전력 보상 시스템의 동작 방법에 있어서,
    보상이 필요한 무효전력량을 계산하는 단계; 와
    상기 무효전력량에 대응하여, 무효전력을 흡수하거나 상기 사이리스터 스위칭 캐패시터를 통하여 무효전력을 공급하는 단계; 및
    상기 정적 무효전력 보상 시스템로부터 발생하는 고조파를 흡수하는 단계를 포함하는 정적 무효전력 보상 시스템의 동작 방법.
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