KR101720112B1 - 선로 전류를 차단 또는 제한하는 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

선로의 전류를 차단하거나 제한하는 장치 및 그의 제어 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 장치는 전류 차단 분기(29) 및 브리지 분기를 포함한다. 브리지 분기는 브리지 분기는 네 개의 동일한 제1 내지 제4 전류 정류 분기에 의해 형성되는 두 대의 제1 및 제2 브리지 암을 포함하고, 상기 네 개의 전류 정류 분기는 두 개씩 직렬로 연결되며, 상기 형성된 두 대의 브리지 암은 병렬로 연결되고, 상기 두 대의 브리지 암은 모두 병렬로 상기 전류 차단 분기에 연결되며, 상기 두 대의 브리지 암의 중간점들은 각각 선로의 양 끝단에 연결되고, 각각의 상기 전류 정류 분기는 직렬로 연결된 최소 하나의 고속 격리 스위치 및 최소 하나의 양방향 전력 반도체 스위치를 포함한다. 본 발명에 따른 장치는 양방향의 전류를 턴 오프 할 수 있다.

Description

선로 전류를 차단 또는 제한하는 장치 및 그의 제어 방법 {apparatus for limiting current of circuit or breaking current, and control method thereof}
본 발명은 선로 전류를 차단 또는 제한하는 장치 및 상기 장치를 제어하는 방법에 관한 것이다.
고전압의 직류(DC) 회로 차단기는 다단 직류(DC) 전력 송신 시스템의 중요 장치 중 하나이다. 다단 고전압 DC 전력 송신 시스템은 높은 전압 레벨과 작은 선로 임피던스를 가지고 있으며, 일단 선로에 단락 장애가 발생하면 DC 전력 송신 네트워크와 교류(AC) 네트워크가 즉시 작용하게 되고, 따라서, 장애는 빠르게 해결될 수 있다. 따라서, 고전압 DC 회로 차단기는 장애의 지속시간을 단축하거나 고장전류가 최대한으로 확장되는 것을 억제하여 장애가 교류/직류 전력 송신 네트워크에 미치는 영향을 줄이기 위하여, 가능한 한 신속하게 작동할 필요가 있다.
고전압 직류 회로 차단기는 전력 송신 선로에 직렬로 연결되어 있기 때문에, 전력 송신 선로상의 전력 흐름 방향은 불확실할 수 있으며, 전류 역시 일 방향 또는 양방향으로 흐를 수 있다. 따라서, 회로 차단기는 양방향의 직류 전류를 차단할 수 있는 역량을 가지고 있을 필요가 있다.
중국특허출원번호 CN102780200A는 직류 전류를 차단하는 종래의 고전압 직류 회로 차단기를 사용하며, 상기 종래의 고전압 직류 회로 차단기는 다음의 세 부분으로 구성되어 있다: 교류 회로 차단기(AC circuit breaker); LC 오실레이션 루프(LC oscillation loop); 및 전력 소비 소자(power-consuming element). 교류 회로가 오픈된 이후, 아크(arc)가 생성된다. 아크의 전압은 LC 오실레이션 루프와 함께 진동한다. 진동 전류의 최고값(peak value)이 직류 전류의 진폭에 도달하면, 직류 전류는 완전히 취소될 수 있으며, 이로 인해 부호 변환점(zero-crossing point)이 회로 차단기의 포트에서 나타나게 되어 아크는 소멸하게 되고 직류 전류를 턴 오프(turn off) 하는 목적을 성취하게 된다. 이러한 차단 방법은 전력 반도체 소자(power semiconductor device)를 포함하고 있지 않으며, 특정 방향을 지향하지 않으므로, 양방향의 전류를 차단할 수 있으며, 정상 동작 중 손실(loss)이 적게 발생한다.
그러나, 종래의 고전압 직류 회로 차단기는 수십 밀리세컨드(millisecond)의 긴 아크소멸시간(arc-extinguishing time)이 요구되어, 다단 직류 전력 송신 시스템에서 요구되는 빠른 장애 격리의 요건을 충족하지 못한다.
직류고장전류를 빠르게 격리하고 고전력 송신을 효율적으로 유지하기 위해서, 중국특허출원번호 CN102687221A는 전력송신선로 및 분배선로의 전류를 단락(short-circuiting)시키는 장치 및 방법과 전류를 제한하는 구성을 개시하고 있으며, 여기서 상기 장치는 주 회로 차단기(primary circuit breaker), 고속 스위치(high-speed switch), 보조 회로 차단기(auxiliary circuit breaker) 및 비선형의 저항 전력 소비 소자(non-linear resistance power-consuming element)를 포함한다.
정상 작동 모드에서는, 선로의 전류는 보조 루프(auxiliary loop)를 통해서 흐르며, 전도 손실(conduction loss)은 적다; 고장 모드에서는, 전류는 주 회로 차단기로 스위칭 되고, 최종적으로 전력 소비 소자에 흡수되어, 전류를 차단하게 된다. 고전압 직류 차단 장치가 고장 전류를 턴 오프 한 뒤에, 주 회로 차단기는 수백 킬로볼트(kilovolts)의 전압을 수용한다. 하나의 전류 방향에 직렬로 연결된 전력 반도체 소자의 수는 수백에 달한다. 전력 반도체 소자는 단 하나의 방향으로만 통전될 수 있다; 따라서, 양방향의 고장 전류를 턴 오프하기 위해서는, 고전압 직류 차단 장치의 주 회로 차단기의 기본 직렬 유닛은 전력 반도체 소자의 두 개의 역 직렬(anti-series) 또는 역 병렬(anti-parallel) 구조를 도입하게 되며, 주 회로 차단기의 전력 반도체 소자의 수는 두 배가 된다.
전류가 제1전류방향에서 차단되면, 제2전류방향의 전력 반도체 소자는 전류를 차단하거나 전압을 수용하는 유용한 효과를 전혀 누리지 못한다. 즉, 주 회로 차단기의 이용률은 단지 50%에 지나지 않는다. 전력 반도체 소자의 비용이 전체 장치의 비용의 큰 부분을 차지하게 됨에 따라, 양방향의 전류를 차단하는 기능을 제공하는 것은 전체 장치의 비용을 크게 증가시키게 되었다. 주 회로 차단기의 제2전류방향의 전력 반도체 소자의 구성은 유용한 효과를 가지지 아니하며, 전류가 제1전류방향에서 턴 오프 되었을 때 생성되는 과전압 및 과전류는 제2전류방향의 전력 반도체 소자에 역효과를 미치게 된다.
만일 제2전류방향의 전력 반도체 소자 및 제1전류방향의 전력 반도체 소자가 역 병렬 방식(anti-parallel manner)으로 연결되어 있다면, 전류가 제1전류방향에서 턴 오프되었을 때 발생하는 과전압은 제2전류방향의 전력 반도체 소자에 적용되고, 그 전압은 제2전류방향의 전력 반도체 소자에 대한 역방향 전압(reverse voltage)가 되어 장치에 손상을 초래하게 된다; 만일 역 병렬 다이오드(anti-parallel diodes)를 구비한 제2전류방향의 전력 반도체 소자와 역 병렬 다이오드(anti-parallel diodes)를 구비한 제1전류방향의 전력 반도체가 역 병렬 방식(anti-parallel manner)으로 연결되어 있다면, 전류가 제1전류방향에서 턴 오프되었을 때 발생한 갑자기 증가한 전류가 제2전류방향의 전력 반도체 소자의 환류다이오드(free-wheeling diode)로 흐르게 되어 소자의 내용연한(service life)를 감소시키게 된다.
제2전류방향의 전력 반도체 소자의 구성은 또한 주 회로 차단기의 구조적인 디자인 및 전기적인 디자인에도 역효과를 미친다. 제1전류방향의 전력 반도체 소자의 방향은 일관되게 배치되어, 구조적인 디자인과 전기적인 디자인이 일관성을 가지도록 한다. 제2전류방향의 전력 반도체 소자의 배치는 방향 배치의 원래의 일관성을 파괴하여 소자의 배치, 설치 및 배선을 더욱 어렵게 한다.
중국특허출원번호 CN102687221A의 보조 회로 차단기에서는, 초고속의 기계적인 스위치가 주 회로 차단기에 병렬로 연결되어 있으나, 상기 초고속의 기계적 스위치는 주 회로 차단기를 보호하기 위해서 장치를 완벽하게 격리시킬 수 없으며, 주 회로 차단기가 분명한 중단점(breakpoint)를 가지지 않아 수리 및 유지보수가 어렵다.
본 발명의 목적은, 양방향의 선로 전류에 적합한, 선로의 전류를 차단하거나 제한하는 장치 및 그의 제어방법을 제공하여, 장치의 비용을 획기적으로 절감하고, 빠른 차단 속도와 낮은 손실을 확보하여, 장치 내의 소자 배치, 설치 및 배선의 어려움을 감소시키는 것이다.
상기의 목적을 성취하기 위해서, 본 발명은 하기와 같은 해결 수단을 도입한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선로 전류를 제한 또는 차단하는 장치가 제공되며, 하나의 차단기 또는 직렬로 연결된 최소 두 대의 차단기를 포함하고, 각각의 상기 차단기는 병렬로 연결된 하나의 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(solid-state direct current (DC) circuit breaker) 및 하나의 비선형 저항(non-linear resistance)을 포함하는, 전류 차단 분기를 포함하고, 브리지 분기(bridge branch)를 더 포함하며, 상기 브리지 분기는 네 개의 동일한 제1 내지 제4 전류 정류 분기(current commutation branch)에 의해 형성되는 두 대의 제1 및 제2 브리지 암(bridge arm)을 포함하고, 상기 네 개의 전류 정류 분기는 두 개씩 직렬로 연결되며, 상기 형성된 두 대의 브리지 암은 병렬로 연결되고, 상기 두 대의 브리지 암은 모두 병렬로 상기 전류 차단 분기에 연결되며, 상기 두 대의 브리지 암의 중간점들은 각각 선로의 양 끝단에 연결되고, 각각의 상기 전류 정류 분기는 직렬로 연결된 최소 하나의 고속 격리 스위치 및 최소 하나의 양방향 전력 반도체 스위치를 포함하며, 상기 제1브리지 암의 상기 중간점으로부터 전류가 인입되어 연속적으로 상기 제1 브리지 암의 상기 제1전류 정류 분기, 상기 전류 차단 분기 및 상기 제2브리지 암의 상기 제4 전류 정류 분기를 통해 흐르는 방향은 제1 전류 방향으로 정의되고, 상기 제2브리지 암의 상기 중간점으로부터 전류가 인입되어 연속적으로 상기 제2 브리지 암의 상기 제3전류 정류 분기, 상기 전류 차단 분기 및 상기 제1브리지 암의 상기 제2 전류 정류 분기를 통해 흐르는 방향은 제2 전류 방향으로 정의되며, 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기의 배치 방향은 상기 제1 및 제2 전류 방향과 동일할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 양방향 전력 반도체 스위치는 두 개의 역 병렬로 연결된 제1 및 제2 전력 반도체 소자에 의하여 형성되며, 상기 제2 전력 반도체 소자는 턴-온 및 턴-오프 능력을 보유하고,
상기 제1 전류 정류 분기의 상기 제1 전력 반도체 소자, 상기 제2 전류 정류 분기의 상기 제2 전력 반도체 소자, 상기 제3 전류 정류 분기의 상기 제2 전력 반도체 소자 및 상기 제4전류 정류 분기의 상기 제1 전력 반도체 소자는 상기 제1 전류방향과 같은 방향을 지향하며, 상기 제1 전류 정류 분기의 상기 제2 전력 반도체 소자, 상기 제2 전류 정류 분기의 상기 제1 전력 반도체 소자, 상기 제3 전류 정류 분기의 상기 제1 전력 반도체 소자 및 상기 제4전류 정류 분기의 상기 제2 전력 반도체 소자는 상기 제2 전류방향과 같은 방향을 지향할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 전류 정류 분기는 최소 하나의 제2 양방향 전력 반도체 스위치를 더 포함하며, 상기 제2 양방향 전력 반도체 스위치는 상기 양방향 전력 반도체 스위치와 동일한 구성을 가지며 상기 양방향 전력 반도체 스위치와 병렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전력 반도체 소자는 턴-온 및 턴-오프 능력을 보유하고 있지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기는 최소 하나의 직렬로 연결된 전력 반도체 소자를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 본 발명에 따른 장치를 제어하여 전류를 차단하는 방법이 제공되며, 상기 전류 차단 방법은, 상기 장치는 선로의 전류 경로에 직렬로 연결되고, 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기는 닫혀 있으며, 상기 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치 및 상기 양방향 전력 반도체 스위치는 닫혀 있는 상태에서, 만일 상기 선로의 전류를 턴-오프 하는 지시 신호가 수신되면, 상기 선로의 상기 전류의 방향을 결정하는 단계; 및 만일 상기 선로의 상기 전류의 방향이 상기 제1전류방향이면, 하기의 동작을 순차적으로 수행하는 단계: 상기 제2 및 제3 전류 정류 분기의 상기 양방향 전력 반도체 스위치들의 제2 전력 반도체 소자들을 동시에 턴-오프 하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기로 정류하는 동작; 이후, 상기 제2 및 제3 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치들을 동시에 턴-오프 하는 동작; 이 후, 상기 전류 차단 분기의 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기를 턴-오프하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기의 상기 비선형 저항으로 정류하는 동작; 및 상기 제1 및 제4 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치들을 턴-오프 하여 전체 차단 과정을 완료하는 동작; 또는 만일 상기 선로의 상기 전류의 방향이 상기 제2전류방향이면, 하기의 동작을 순차적으로 수행하는 단계: 상기 제1 및 제4전류 정류 분기의 상기 양방향 전력 반도체 스위치들의 제2 전력 반도체 소자들을 동시에 턴-오프 하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기로 정류하는 동작; 이후, 상기 제1 및 제4 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치들을 동시에 턴-오프 하는 동작; 이후, 상기 전류 차단 분기의 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기를 턴-오프하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기의 상기 비선형 저항으로 정류하는 동작; 및 상기 제2 및 제3 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치들을 턴-오프 하여 전체 차단 과정을 완료하는 동작;을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 장치를 제어하여 전류를 제한하는 방법이 제공되며, 상기 전류 제한 방법은, 상기 장치는 선로의 전류 경로에 직렬로 연결되고, 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기는 닫혀 있으며, 상기 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치 및 상기 양방향 전력 반도체 스위치는 닫혀 있는 상태에서, 만일 상기 선로의 전류를 제한하는 지시 신호가 수신되면, 상기 선로의 상기 전류의 방향을 결정하는 단계; 및 만일 상기 선로의 상기 전류의 방향이 상기 제1전류방향이면, 하기의 동작을 순차적으로 수행하는 단계: 상기 제2 및 제3 전류 정류 분기의 상기 양방향 전력 반도체 스위치들의 제2 전력 반도체 소자들을 동시에 턴-오프 하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기로 정류하는 동작; 이후, 상기 제2 및 제3 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치들을 동시에 턴-오프 하는 동작; 및 이후, 상기 전류 차단 분기의 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기 중 최소 하나를 턴-오프하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기의 상기 비선형 저항 중 최소 하나로 정류하는 동작; 또는 만일 상기 선로의 상기 전류의 방향이 상기 제2전류방향이면, 하기의 동작을 순차적으로 수행하는 단계: 기 제1 및 제4 전류 정류 분기의 상기 양방향 전력 반도체 스위치들의 제2 전력 반도체 소자들을 동시에 턴-오프 하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기로 정류하는 동작; 이후, 상기 제1 및 제4 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치들을 동시에 턴-오프 하는 동작; 및 이후, 상기 전류 차단 분기의 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기 중 최소 하나를 턴-오프하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기의 상기 비선형 저항 중 최소 하나로 정류하여 상기 선로의 상기 전류를 제한하는 동작;을 포함할 수 있다.
상기와 같은 해결 수단에 의하여, 본 발명은 하기와 같은 측면에서 유리한 효과를 가진다:
낮은 전도 손실: 선로가 정상적으로 작동할 때는, 전류 정류 분기는 전류 차단 분기를 우회할 수 있으며, 선로의 전류는 임피던스가 거의 0(zero)에 가까운 고속 격리 스위치 및 낮은 전도 전압 강하를 가진 소수의 전력 반도체 소자로 구성된 전류 정류 분기를 통하여 흘러간다. 전류 차단 분기가 보다 높은 전도 전압 강하를 요구하기 때문에, 전류 차단 분기를 통해서는 거의 전류가 흐르지 않게 되며, 따라서, 장치의 전체 손실은 매우 낮아지게 된다.
종래의 고전압 직류 회로 차단기와 비교하여, 차단 속도가 향상된다. 전류 차단을 구현하기 위해서 사용되는 전력 반도체 소자는 높은 속도를 가지고 있다. 일반적으로, 전력 반도체 소자의 차단 속도는 수십 밀리세컨드(milliseconds)로서 무시할 수 있는 수준이다. 장치의 전체 차단 시간은 주로 고속 격리 스위치의 차단 시간에 의해 결정된다. 현재로서는, 고속 격리 스위치의 차단 시간은 1-3 ms 에 달할 수 있다. 따라서, 장치의 전체 차단 시간은 대략 3-5 ms로 예측할 수 있으며, 이는 종래의 고전압 직류 회로 차단기의 차단 속도보다 훨씬 빠른 것이다.
양 방향의 전류 차단은 낮은 비용으로 구현된다. 본 발명에 따른 전류 차단 분기는 같은 방향으로 직렬 연결된 전력 스위치로 구성되며, 전력 정류 분기는 양 방향으로 흐르는 선로의 전류를 전류 차단 분기를 통하여 같은 방향으로 흐르도록 한다.
전류가 제1전류방향으로 흐르면, 전류 정류 분기(A, D)의 전력 반도체 소자(7)들은 제1전류방향과 동일한 방향을 지향하고, 전류 정류 분기(B, C)의 전력 반도체 소자(8)들은 턴-오프 되어, 전류 정류 분기(A,D)의 전력 반도체 소자(7)들은 제1전류방향의 방향의 역방향을 지향하게 되어 차단 상태(cut-off state)에 놓이게 되고, 전류 차단 분기를 통해 흐르는 전류의 방향은 노드(1)에서 노드(2)로 흐르게 된다.
전류가 제2전류방향으로 흐르면, 전류 정류 분기(B, C)들은 제2전류방향과 동일한 방향을 지향하고, 전류 정류 분기(A, D)의 전력 반도체 소자(8)들은 턴-오프 되어, 전류 정류 분기(A,D)의 전력 반도체 소자(7)들은 제2전류방향의 방향의 역방향을 지향하게 되어 차단 상태(cut-off state)에 놓이게 되고, 전류 차단 분기를 통해 흐르는 전류의 방향은 노드(1)에서 노드(2)로 흐르게 된다.
선로의 전류가 다른 방향으로 흐르는 경우에도, 전류 차단 분기를 통해서 흐르는 전류는 같은 방향으로 흐르는 것을 알 수 있다. 전류 정류 분기는 소수의 전력 반도체 소자 및 네 그룹의 고속 격리 스위치들을 포함한다. 전력 반도체 소자의 수가 적기 때문에, 비용은 적게 든다. 고속 격리 스위치는 전류가 없을 때는 열리고, 아크(arc)를 없앨 필요가 없으며, 전압을 격리하는 기능만이 제공되기 때문에, 비용이 적게 든다.
따라서, 중국특허출원번호 CN102687221A와 비교하여, 전체 비용은 획기적으로 절감되면서, 전력 반도체 소자의 이용률은 향상되게 된다; 또한, 양방향 기능을 구현할 때에 있어서의 중국특허출원번호 CN102687221A의 결점을 회피할 수 있다.
고품질의 격리 및 유지 기능: 본 발명에 따른 전류 정류 분기의 고속 격리 스위치는 전류가 차단된 이후에 열린다. 따라서, 장치 내의 모든 전력 반도체 소자는 완벽하게 격리될 수 있고, 안전하고 신뢰성 있는 시설 수리 및 유지보수가 가능하며, 장치에 부가적인 격리 나이프 스위치(isolation knife switch)를 설치할 필요가 없어진다. 따라서, 비용을 절감할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 장치의 연결을 도시한 개략도이다.
도 2는 제1 전류방향과 전력 반도체 소자의 방향과의 연관성을 도시한 도면이다.
도 3은 제2전류방향과 전력 반도체 소자의 방향과의 연관성을 도시한 도면이다.
도 4은 정상 모드에서의 전류 정류 분기를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선로(44)의 전류를 제한 또는 차단하는 장치(20)는 전류 차단 분기(29) 및 브리지 분기(bridge branch)를 포함하며, 그의 상세한 구조 및 기능은 하기에 설명하기로 한다.
전류 차단 분기(29)는 최소 하나 이상의 직렬로 연결된 차단기(breaking unit)를 포함하며, 전류 차단 분기(29)의 양 끝단은 노드(1)과 노드(2)에 각각 연결된다. 각각의 차단기는 하나의 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(solid-state direct current (DC) circuit breaker)(9) 및 하나의 비선형 저항(non-linear resistance)(13)을 포함하며, 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9)는 최소 하나 이상의 직렬로 연결된 전력 반도체 소자(5)로 구성되고, 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9)의 배치 방향은 노드(1)과 노드(2)로부터의 전류 방향과 같다.
브리지 분기는 네 개의 전류 정류 분기(A, B, C, D)로 구성된 두 대의 브리지 암(bridge arm)을 포함하며, 구체적인 연결 관계는 다음과 같다: 전류 정류 분기(A)와 전류 정류 분기(B)는 직렬로 연결되어 제1브리지 암을 구성하고, 브리지 암의 중간점(3)은 선로(44)의 일 끝단에 연결된다; 전류 정류 분기(C)와 전류 정류 분기(D)는 직렬로 연결되어 제2브리지 암을 구성하고, 브리지 암의 중간점(3)은 선로(44)의 다른 일 끝단에 연결된다; 그리고, 상기 두 대의 브리지 암은 병렬로 연결되며, 상기 두 대의 브리지 암은 모두 전류 차단 분기(29)와 병렬로 연결된다.
각각의 전류 정류 분기는 직렬로 연결된 최소 하나 이상의 고속 격리 스위치(6) 및 최소 하나 이상의 양방향 전력 반도체 스위치(10)를 포함한다.
전류 정류 분기(A) 와 전류 정류 분기(D)의 양방향 전력 반도체 스위치(10)들은 각각 제1전류방향(14)의 전력 반도체 소자(7) 및 이와 병렬로 연결된 제2전류방향(15)의 전력 반도체 소자(8)를 포함하며, 전류 방향과 전력 반도체 소자의 방향의 연관성은 도 2에 도시되어 있다. 또한, 전력 반도체 소자(8)은 턴-온 및 턴-오프 능력을 가지고 있다.
전류 정류 분기(B) 와 전류 정류 분기(C)의 양방향 전력 반도체 스위치(10)들은 각각 제2전류방향(15)의 전력 반도체 소자(7) 및 이와 병렬로 연결된 제1전류방향(14)의 전력 반도체 소자(8)를 포함하며, 전류 방향과 전력 반도체 소자의 방향의 연관성은 도 3에 도시되어 있다. 또한, 전력 반도체 소자(8)은 턴-온 및 턴-오프 능력을 가지고 있다.
실제로는, 전류 정류 분기(A,B,C,D) 각각은 앞서 말한 기존의 전류 정류 분기(A,B,C,D)의 전력 반도체 스위치(10)와 병렬로 연결되는 최소 하나 이상의 전력 반도체 스위치(10)를 더 포함할 수 있다. 병렬로 연결된 다수의 분기를 포함하는 구성으로 인하여, 장치(20)의 전류 수용 능력은 향상될 수 있다.
각각의 전류 정류 분기는 전류 차단 분기(29)의 저항보다 작은 저항을 가지고 있다. 여기서, "저항"이라는 용어는 통전된 전력 반도체 소자를 통과하여 흐르는 전류에 대한 저항을 의미한다. 달리 말하면, 전류 정류 분기는 전류 차단 분기(29)의 전도 전압 강하(conduction voltage drop) 보다 낮은 전도 전압 강하를 가지고 있다.
장치(20)에서는, 전류 차단 분기(29)는 전류 정류 분기의 전압 차단 능력보다 높은 전압 차단 능력을 가지고 있으며, 전류 차단 분기(29)는 선로의 단향 전류(unidirectional current)를 차단할 수 있는 능력이 있다.
높은 차단 전압이 전류 차단 분기(29)의 양 끝단 사이에서, 즉, 전류가 차단된 이후 노드(1)과 노드(2)의 사이에서 발생하기 때문에, 예를 들어, 수백에서 수천 볼트에 달하는 높은 전압이 고전압 직류 전력 송신 시스템에서 발생할 수 있기 때문에, 전류 차단 분기(29)는 동시에 동작하여 차단 전압을 군등하게 수용하기 위한, 많은 수의 직렬로 연결된 전력 반도체 소자(5)를 포함한다.
따라서, 전류 차단 분기(29)는 전류 정류 분기의 전압 차단 능력보다 높은 전압 차단 능력을 가진다.
본 발명에 따르면, 각각의 전류 정류 분기(A, B, C, D)는 정상 모드(normal mode)와 차단 모드(breaking mode)를 포함하는 두 개의 작동 모드를 가진다.
정상 모드에서는, 즉, 시스템이 정상적으로 작동하고 있는 동안에는, 선로의 정상 전류는 장치(20)을 통해서 흐른다; 이 경우, 전류 정류 분기(A,B,C,D)의 전력 반도체 소자(8)는 온 상태(on-state)에 진입하도록 제어될 수 있으며, 선로의 정상 전류는 전류 정류 분기(A,B,C,D)를 통해서 흐른다.
도 4에 도시된 바와 같이, 선로의 정상 전류는 전류 정류 분기(A,C) 및 전류 정류 분기(B,D)를 통해서 흐르며, 전류 정류 분기(A,B,C,D)가 전류 차단 분기(29)의 전도 전압 강하보다 낮은 전도 전압 강하를 가지고 있기 때문에, 전류 차단 분기(29)는 우회되어, 전류 차단 분기(29)를 통해서는 거의 전류가 흐르디 않게 되고, 전류 정류 분기(A,C) 및 전류 정류 분기(B,D)는 균등하게 선로의 전류를 수용하여, 전류는 양방향으로 모두 흐를 수 있다.
선로의 전류가 제1전류방향(14)로 흐르는 경우에는, 전류의 일부는 전류 정류 분기(A)의 전력 반도체 소자(7) 및 전류 정류 분기(C)의 전력 반도체 소자(8)을 통해서 흐르고, 전류의 나머지 부분은 전류 정류 분기(B)의 전력 반도체 소자(8) 및 전류 정류 분기(D)의 전력 반도체 소자(7)을 통해서 흐른다; 선로의 전류가 제2전류방향(15)로 흐르는 경우에는, 전류의 일부는 전류 정류 분기(A)의 전력 반도체 소자(8) 및 전류 정류 분기(C)의 전력 반도체 소자(7)을 통해서 흐르고, 전류의 나머지 부분은 전류 정류 분기(B)의 전력 반도체 소자(7) 및 전류 정류 분기(D)의 전력 반도체 소자(8)을 통해서 흐른다.
전류 정류 분기는 적은 수의 소자를 사용하여 구현될 수 있고 작은 저항을 가지고 있기 때문에, 선로(44)에 연결된 장치(20)는 작은 부가 손실을 생성한다.
차단 모드에서는, 전류 정류 분기(A,B,C,D)의 전력 반도체 소자(8)는 선로(44)의 전류 방향에 따라 선택적으로 턴-오프 될 수 있다.
전력 반도체 소자(8)가 턴-오프 된 이후에, 양방향 전력 반도체 스위치(10)은 단방향의 통전 능력만을 가진 전력 반도체 소자가 된다.
전력 반도체 소자의 단방향 통전 속성에 의하여, 전류 차단 분기(29)를 통과하여 흐르는 두 개의 방향을 가진 선로의 전류는 같은 방향으로 흐르게 된다.
이러한 방법으로, 전류 차단 분기(29)의 전력 반도체 소자(5)는 단 하나의 배치 방향만을 가질 수 있으며, 전력 반도체 소자의 수는 반으로 줄어들 수 있다.
고속 격리 스위치(6)의 주된 기능은 전압을 격리하는 것이다. 높은 차단 전압이 전류 차단 분기(29)가 전류를 차단한 이후에 노드(1)과 노드(2) 사이에서 발생하며, 전압은 전류 정류 분기로 인가되고, 고속 격리 스위치(6)는 높은 차단 전압을 수용할 수 있으며, 전류 정류 분기의 전력 반도체 소자들은 작은 차단 전압만을 수용할 필요가 있게 된다.
요컨대, 정상 작동 중에는, 전류 정류 분기는 전류 차단 분기(29)를 우회하여 장치(20)의 작동 손실을 줄일 수 있다; 전류가 턴-오프 될 필요가 있을 경우에는, 전류 정류 분기는 전류 정류 기능을 제공하여 전류를 전류 차단 분기(29)를 향하는 일 방향으로 전환한다; 이러한 전환은 전력 반도체 소자(8)을 간단하게 온/오프 제어하여 구현할 수 있으며, 부가적인 하드웨어 비용이 들지 않는다.
본 발명은 또한 상기 장치(20)를 제어하는 방법을 제공하며, 상기 장치(20)는 선로의 전류 경로(44)에 직렬로 연결되고, 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9)는 닫혀 있으며, 상기 전류 정류 분기(A, B, C, D)의 상기 고속 격리 스위치(6) 및 상기 양방향 전력 반도체 스위치(10)는 닫혀 있는 상태에서, 상기 제어 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다: 만일 상기 선로(44)의 전류를 턴-오프하는 지시 신호가 수신되면, 상기 선로(44)의 상기 전류의 방향을 결정하는 단계; 및 만일 상기 선로의 상기 전류의 방향이 상기 제1전류방향(14)이면, 하기의 동작을 순차적으로 수행하는 단계: 상기 전류 정류 분기(B,C)의 상기 양방향 전력 반도체 스위치(10)들의 제2 전력 반도체 소자(8)들을 동시에 턴-오프 하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기(29)로 정류하는 동작; 이후, 상기 전류 정류 분기(B,C)의 상기 고속 격리 스위치(6)들을 동시에 턴-오프 하는 동작 (여기서, 전류의 방향이 도 2에 도시된 바와 같은 제1전류방향(14)이면, 전류 정류 분기(B,C)는 상기 전류 차단 분기(29)가 전류를 차단하였을 때 발생되는 높은 차단 전압을 수용하게 된다. 따라서, 상기 전류 차단 분기(29)가 전류를 차단하기 이전에, 상기 전류 정류 분기(B,C)의 상기 고속 격리 스위치(6)들은 분기들의 전력 반도체 소자들이 높은 차단 전압에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해서 반드시 분리되어야 한다. 또한, 전류 정류 분기(A,D)는 전류 차단 분기(29)와 직렬로 연결되어 차단 전류가 이를 통과하여 흐르게 하지만 높은 차단 전압을 수용하지 않으며, 닫힌 상태(closed state)로 유지되어야 한다.); 이후, 상기 전류 차단 분기(29)의 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9)를 턴-오프하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기(29)의 상기 비선형 저항(13)으로 정류하는 동작; 및 상기 전류 정류 분기(A,D)의 상기 고속 격리 스위치(6)들을 턴-오프 하여 전체 차단 과정을 완료하는 동작; 또는 만일 상기 선로의 상기 전류의 방향이 상기 제1전류방향(15)이면, 하기의 동작을 순차적으로 수행하는 단계: 상기 전류 정류 분기(A,D)의 상기 양방향 전력 반도체 스위치(10)들의 제2 전력 반도체 소자(8)들을 동시에 턴-오프 하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기(29)로 정류하는 동작; 이후, 상기 전류 정류 분기(A,D)의 상기 고속 격리 스위치(6)들을 동시에 턴-오프 하는 동작 (여기서, 전류의 방향이 도 3에 도시된 바와 같은 제2전류방향(15)이면, 전류 정류 분기(A,D)는 상기 전류 차단 분기(29)가 전류를 차단하였을 때 발생되는 높은 차단 전압을 수용하게 된다. 따라서, 상기 전류 차단 분기(29)가 전류를 차단하기 이전에, 상기 전류 정류 분기(A,D)의 상기 고속 격리 스위치(6)들은 분기들의 전력 반도체 소자들이 높은 차단 전압에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해서 반드시 분리되어야 한다. 또한, 전류 정류 분기(B,C)는 전류 차단 분기(29)와 직렬로 연결되어 차단 전류가 이를 통과하여 흐르게 하지만 높은 차단 전압을 수용하지 않으며, 닫힌 상태(closed state)로 유지되어야 한다.); 이후, 상기 전류 차단 분기(29)의 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9)를 턴-오프하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기(29)의 상기 비선형 저항(13)으로 정류하는 동작; 및 상기 전류 정류 분기(B,C)의 상기 고속 격리 스위치(6)들을 턴-오프 하여 전체 차단 과정을 완료하는 동작.
본 발명은 또한 상기 장치(20)를 제어하여 선로(44)의 전류를 제한하는 방법을 제공하며, 상기 장치(20)는 선로의 전류 경로(44)에 직렬로 연결되고, 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9)는 닫혀 있으며, 상기 전류 정류 분기(A, B, C, D)의 상기 고속 격리 스위치(6) 및 상기 양방향 전력 반도체 스위치(10)는 닫혀 있는 상태에서, 상기 제어 방법은 다음과 같은 단계들을 포함한다: 만일 상기 선로(44)의 전류를 제한하는 지시 신호가 수신되면, 상기 선로(44)의 상기 전류의 방향을 결정하는 단계; 및 만일 상기 선로의 상기 전류의 방향이 상기 제1전류방향(14)이면, 하기의 동작을 순차적으로 수행하는 단계: 상기 전류 정류 분기(B,C)의 상기 양방향 전력 반도체 스위치(10)들의 제2 전력 반도체 소자(8)들을 동시에 턴-오프 하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기(29)로 정류하는 동작; 이후, 상기 전류 정류 분기(B,C)의 상기 고속 격리 스위치(6)들을 동시에 턴-오프 하는 동작; 및 이후, 특정한 숫자(솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9) 중 최소 하나)의 상기 전류 차단 분기(29)의 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9)를 턴-오프하여 상기 전류를 특정한 숫자(비선형 저항(13) 중 최소 하나)의 상기 전류 차단 분기(29)의 상기 비선형 저항(13)으로 정류하는 동작; 또는 만일 상기 선로의 상기 전류의 방향이 상기 제2전류방향(15)이면, 하기의 동작을 순차적으로 수행하는 단계: 상기 전류 정류 분기(A, D)의 상기 양방향 전력 반도체 스위치(10)들의 제2 전력 반도체 소자(8)들을 동시에 턴-오프 하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기(29)로 정류하는 동작; 이후, 상기 전류 정류 분기(A,D)의 상기 고속 격리 스위치(6)들을 동시에 턴-오프 하는 동작; 및 이후, 특정한 숫자(솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9) 중 최소 하나)의 상기 전류 차단 분기(29)의 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9)를 턴-오프하여 상기 전류를 특정한 숫자(비선형 저항(13) 중 최소 하나)의 상기 전류 차단 분기(29)의 상기 비선형 저항(13) 중 최소 하나로 정류하여 상기 선로(44)의 상기 전류를 제한하는 동작.
상기의 특정한 숫자는 최초 전류값(initial current value)과 목표 한계값(target limit value)에 의해 결정된다.
본 발명에 의한 상기 장치의 구체적인 구현은 실시예를 통해 설명된다.
장치(20)는 +200 kV 또는 -200kV 의 고전압 직류 전력 송신 선로(44)의 양방향 전류를 제한 또는 차단할 수 있도록 설계되며, 2 kA 의 전류 차단 용량 및 전류 제한 용량을 가지도록 설계된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 장치(20)은 전류 차단 분기(29) 및 전류 정류 분기(A,B,C,D)를 포함한다. 전류 차단 분기(29)는 병렬로 연결된 하나의 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9) 및 하나의 비선형 저항(13)으로 각각 구성된 두 개의 구조물을 포함하며, 여기서, 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9)는 최소 하나 이상의 단방향 전력 반도체 소자(5)를 포함한다.
본 실시예에서는, 전류 차단 분기(29)는 최소 400 kV 이상의 차단 전압을 수용할 수 있어야 하며, 여유분을 고려하여, 600 kV 이상의 차단 전압을 수용할 수 있도록 설계된다. 두 개의 4. 5kV/l. 6kA IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 병렬로 연결되어 단위 장치로서 기능하며, 턴-오프 순간에 발생할 수 있는 불균등 전압(non-uniform voltage)을 고려하여, 일정한 여유분이 장치의 저항을 설계할 때 고려될 필요가 있다. 두 그룹으로 분할된 총 200개의 단위 장치가 직렬로 연결될 필요가 있으며, 각각의 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(9)는 직렬로 연결된 100개의 단위 장치를 포함하고, 모든 IGBT는 같은 방향으로 배치된다.
장치(20)은 전류 정류 분기(A,B,C,D)를 더 포함하고, 전류 정류 분기(A,B)는 제1브리지 암을 구성하고, 제1브리지 암의 중간점(3)은 선로(44)의 일 끝단에 연결되며, 전류 정류 분기(C,D)는 제2브리지 암을 구성하고, 제2브리지 암의 중간점(4)은 선로(44)의 다른 일 끝단에 연결된다. 두 개의 브리지 암은 모두 전류 차단 분기(29)에 병렬로 연결된다.
장치(20)에는 총 네 개의 전류 정류 분기가 필요하며, 각각의 전류 정류 분기는 같은 구성요소를 보유한다. 각각의 전류 정류 분기는 최소 하나 이상의 양방향 전력 반도체 스위치(10) 및 최소 하나의 고속 격리 스위치(6)를 포함하며, 고속 격리 스위치(6)는 600 kV의 차단 전압을 수용하며 빠르게 동작할 수 있어야 한다.
양방향 전력 반도체 스위치(10)는 역 병렬 다이오드(anti-parallel diode)를 포함하는 IGBT로 구성된다. 양방향 전력 반도체 스위치(10)는 단지 작은 용량의 차단 전압을 수용하기만 하면 된다. 하나의 역 병렬 다이오드를 포함하는 4.5 kV/1.6 kA IGBT가 사용되어 양방향 전략 반도체 스위치(10)를 구성할 수 있으며, 총 세 개의 양방향 전력 반도체 스위치(10)가 요구된다. 구성요소들의 배치 방향은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같다.
상기의 실시예들은 단지 본 발명의 기술적 해결 수단을 설명하기 위해 사용되었으며, 본 발명의 범위를 제한하려는 의도에서 사용된 것이 아니다. 본 명세서를 읽고, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 지닌 사람이라면 상기의 실시예들에 기반하여 본 발명에 다양한 수정 및 변형을 가할 수 있을 것이나, 이러한 수정 및 변형 역시 청구항에 의해 정의되는 본 발명의 보호범위에 속한다.

Claims (7)

  1. 선로 전류를 제한 또는 차단하는 장치에 있어서,
    하나의 차단기 또는 직렬로 연결된 최소 두 대의 차단기를 포함하고, 각각의 상기 차단기는 병렬로 연결된 하나의 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기(solid-state direct current (DC) circuit breaker) 및 하나의 비선형 저항(non-linear resistance)을 포함하는, 전류 차단 분기를 포함하고,
    브리지 분기(bridge branch)를 더 포함하며, 상기 브리지 분기는 네 개의 동일한 제1 내지 제4 전류 정류 분기(current commutation branch)에 의해 형성되는 두 대의 제1 및 제2 브리지 암(bridge arm)을 포함하고, 상기 네 개의 전류 정류 분기는 두 개씩 직렬로 연결되며, 상기 형성된 두 대의 브리지 암은 병렬로 연결되고, 상기 두 대의 브리지 암은 모두 병렬로 상기 전류 차단 분기에 연결되며, 상기 두 대의 브리지 암의 중간점들은 각각 선로의 양 끝단에 연결되고, 각각의 상기 전류 정류 분기는 직렬로 연결된 최소 하나의 고속 격리 스위치 및 최소 하나의 양방향 전력 반도체 스위치를 포함하며,
    상기 제1브리지 암의 상기 중간점으로부터 전류가 인입되어 연속적으로 상기 제1 브리지 암의 상기 제1전류 정류 분기, 상기 전류 차단 분기 및 상기 제2브리지 암의 상기 제4 전류 정류 분기를 통해 흐르는 방향은 제1 전류 방향으로 정의되고, 상기 제2브리지 암의 상기 중간점으로부터 전류가 인입되어 연속적으로 상기 제2 브리지 암의 상기 제3전류 정류 분기, 상기 전류 차단 분기 및 상기 제1브리지 암의 상기 제2 전류 정류 분기를 통해 흐르는 방향은 제2 전류 방향으로 정의되며, 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기의 배치 방향은 상기 제1 및 제2 전류 방향과 동일한 선로 전류를 제한 또는 차단하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양방향 전력 반도체 스위치는 두 개의 역 병렬로 연결된 제1 및 제2 전력 반도체 소자에 의하여 형성되며, 상기 제2 전력 반도체 소자는 턴-온 및 턴-오프 능력을 보유하고,
    상기 제1 전류 정류 분기의 상기 제1 전력 반도체 소자, 상기 제2 전류 정류 분기의 상기 제2 전력 반도체 소자, 상기 제3 전류 정류 분기의 상기 제2 전력 반도체 소자 및 상기 제4전류 정류 분기의 상기 제1 전력 반도체 소자는 상기 제1 전류방향과 같은 방향을 지향하며,
    상기 제1 전류 정류 분기의 상기 제2 전력 반도체 소자, 상기 제2 전류 정류 분기의 상기 제1 전력 반도체 소자, 상기 제3 전류 정류 분기의 상기 제1 전력 반도체 소자 및 상기 제4전류 정류 분기의 상기 제2 전력 반도체 소자는 상기 제2 전류방향과 같은 방향을 지향하는, 선로 전류를 제한 또는 차단하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    각각의 전류 정류 분기는 최소 하나의 제2 양방향 전력 반도체 스위치를 더 포함하며, 상기 제2 양방향 전력 반도체 스위치는 상기 양방향 전력 반도체 스위치와 동일한 구성을 가지며 상기 양방향 전력 반도체 스위치와 병렬로 연결되는, 선로 전류를 제한 또는 차단하는 장치.


  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기는 최소 하나의 직렬로 연결된 전력 반도체 소자를 포함하는, 선로 전류를 제한 또는 차단하는 장치.
  6. 제2항의 장치를 제어하여 전류를 차단하는 방법에 있어서,
    상기 장치는 선로의 전류 경로에 직렬로 연결되고, 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기는 닫혀 있으며, 상기 제1 내지 제4 전류 정류 분기 각각의 상기 고속 격리 스위치 및 상기 양방향 전력 반도체 스위치는 닫혀 있는 상태에서,
    만일 상기 선로의 전류를 턴-오프 하는 지시 신호가 수신되면, 상기 선로의 상기 전류의 방향을 결정하는 단계; 및
    만일 상기 선로의 상기 전류의 방향이 상기 제1전류방향이면, 하기의 동작을 순차적으로 수행하는 단계:
    상기 제2 및 제3 전류 정류 분기의 상기 양방향 전력 반도체 스위치들의 제2 전력 반도체 소자들을 동시에 턴-오프 하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기로 정류하는 동작;
    이후, 상기 제2 및 제3 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치들을 동시에 턴-오프 하는 동작;
    이후, 상기 전류 차단 분기의 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기를 턴-오프하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기의 상기 비선형 저항으로 정류하는 동작; 및
    상기 제1 및 제4 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치들을 턴-오프 하여 전체 차단 과정을 완료하는 동작; 또는
    만일 상기 선로의 상기 전류의 방향이 상기 제2전류방향이면, 하기의 동작을 순차적으로 수행하는 단계:
    상기 제1 및 제4전류 정류 분기의 상기 양방향 전력 반도체 스위치들의 제2 전력 반도체 소자들을 동시에 턴-오프 하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기로 정류하는 동작;
    이후, 상기 제1 및 제4 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치들을 동시에 턴-오프 하는 동작;
    이후, 상기 전류 차단 분기의 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기를 턴-오프하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기의 상기 비선형 저항으로 정류하는 동작; 및
    상기 제2 및 제3 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치들을 턴-오프 하여 전체 차단 과정을 완료하는 동작;을 포함하는 전류 차단 방법.
  7. 제2항의 장치를 제어하여 전류를 제한하는 방법에 있어서,
    상기 장치는 선로의 전류 경로에 직렬로 연결되고, 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기는 닫혀 있으며, 상기 제1 내지 제4 전류 정류 분기 각각의 상기 고속 격리 스위치 및 상기 양방향 전력 반도체 스위치는 닫혀 있는 상태에서,
    만일 상기 선로의 전류를 제한하는 지시 신호가 수신되면, 상기 선로의 상기 전류의 방향을 결정하는 단계; 및
    만일 상기 선로의 상기 전류의 방향이 상기 제1전류방향이면, 하기의 동작을 순차적으로 수행하는 단계:
    상기 제2 및 제3 전류 정류 분기의 상기 양방향 전력 반도체 스위치들의 제2 전력 반도체 소자들을 동시에 턴-오프 하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기로 정류하는 동작;
    이후, 상기 제2 및 제3 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치들을 동시에 턴-오프 하는 동작; 및
    이후, 상기 전류 차단 분기의 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기 중 최소 하나를 턴-오프하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기의 상기 비선형 저항 중 최소 하나로 정류하는 동작; 또는
    만일 상기 선로의 상기 전류의 방향이 상기 제2전류방향이면, 하기의 동작을 순차적으로 수행하는 단계:
    상기 제1 및 제4 전류 정류 분기의 상기 양방향 전력 반도체 스위치들의 제2 전력 반도체 소자들을 동시에 턴-오프 하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기로 정류하는 동작;
    이후, 상기 제1 및 제4 전류 정류 분기의 상기 고속 격리 스위치들을 동시에 턴-오프 하는 동작; 및
    이후, 상기 전류 차단 분기의 상기 솔리드 스테이트 직류 회로 차단기 중 최소 하나를 턴-오프하여 상기 전류를 상기 전류 차단 분기의 상기 비선형 저항 중 최소 하나로 정류하여 상기 선로의 상기 전류를 제한하는 동작;을 포함하는 전류 제한 방법.
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