KR101736585B1 - 고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법 - Google Patents

고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법 Download PDF

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Abstract

본 실시 예는 고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법에 관한 것이다.
본 실시 예에 따른 고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법은 복동조 필터(MTF)를 구성하는 입력 파라미터를 설정하는 단계; 상기 복동조 필터의 공진 주파수를 설정하는 단계; 상기 입력 파라미터와 상기 공진 주파수를 기초하여 상기 복동조 필터를 구성하는 적어도 하나의 L, C 조합 케이스를 추출하는 단계;상기 L, C조합 케이스에 고조파 저감을 위한 최적화를 수행하는 단계; 상기 최적화를 수행한 결과에 따라 결정된 L, C 조합 케이스를 추출하는 단계;를 포함한다.

Description

고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법{Multiple-Tuned Filter Design Method for HVDC system}
본 발명은 고압직류송전(HVDC: High Voltage Direct Current. 이하,'HVDC'라 칭함)시스템의 특성에 따른 복동조 필터(MTF: Multiple Tuned Filter, 이하,'MTF'라 칭함) 설계 방법에 관한 것이다.
HVDC시스템에서 고조파 필터는 컨버터 운전을 통한 전력 변환 시 발생하는 고조파가 AC계통으로 유입되는 것을 억제하며, 무효전력 소모에 따른 무효전력 공급원으로서의 역할도 수행한다. 대부분의 전류형 HVDC시스템은 12개의 펄스로 동작하기 때문에 11, 13, 23, 25차 등과 같은 12n±1의 특성 고조파를 발생시키며, 특히 11차와 13차 고조파의 크기가 크기 때문에 이를 감소시키기 위하여 11차 및 13차 필터를 사용한다.
전류형 HVDC시스템에서 컨버터는 대부분 12개의 펄스로 동작하며 현재 제주도에 설치되어 있는 80kV 60MW급 HVDC시스템 역시 두 개의 6펄스 그룹의 직렬 연결을 이용한 12펄스 컨버터로 구성되어 있다.
종래의 HVDC 시스템에서의 고조파 필터는 공개번호 10-2014-0130320에 의해 개시되고 있다.
HVDC시스템에서는 고조파 필터로써 Single Tuned Filter(STF) 또는Double Tuned Filter(DTF)가 광범위하게 사용되는데 이러한 필터의 설계를 위해서 필터의 직병렬 임피던스에 대한 식들이 이용될 수 있다.
필터 설계가 상기 필터에 포함된 수동 소자들을 설계 정격 내지 성능 등을 기준으로 수동적인 계산에 의하여 산출됨에 따라 정확하고 효율적이며, 정형화된 방식 내지 방법이 존재하지 아니한 문제점이 있다.
본 발명은 HVDC시스템의 특성에 따른 복동조 필터 및 Damped- type MTF설계 방법 및 설계 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
실시예의 고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법은 복동조 필터(MTF)를 구성하는 입력 파라미터를 선정하는 단계; 상기 복동조 필터의 공진 주파수를 설정하는 단계; 상기 입력 파라미터와 상기 공진 주파수를 기초하여 상기 복동조 필터를 구성하는 적어도 하나의 L, C 조합 케이스를 추출하는 단계; 상기 L, C조합 케이스에 고조파 저감을 위한 최적화를 수행하는 단계; 상기 최적화를 수행한 결과에 따라 결정된L, C 조합 케이스를 추출하는 단계; 를 포함한다.
제안되는 설계 방법을 통해서 효율성 및 고조파 저감을 고려하여 고조파 전압 규제치 및 고조파 전류 허용 레벨을 만족하는 최적의 R, L, C조합을 가지는 고압직류송전 시스템의 복동조 필터를 구현할 수 있다.
도 1은 일반적인 HVDC(High Voltage Direct Current)시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 고조파 필터가 삽입된 HVDC시스템에 해당하는 고조파 등가 모델을 나타내는 구성도이다.
도 3은 등가 회로 방식을 이용한 복동조 필터의 설계 방법을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 실시 예가 적용되는 복동조 필터의 필터 파라미터 설정 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 5 및 도 6은 본 실시 예에 따른 복동조 필터의 설계 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 HVDC(High Voltage Direct Current)시스템을 나타내는 구성도이다.
도 1을 참조하면, HVDC시스템은 80kV급 HVDC시스템에 설치될 수 있는 MTF(Multiple Tuned Filter)가 도시되어 있다. 상기 80kV급 HVDC시스템은 전형적인 양극 시스템을 가지고 있으며, 상기 80kV급 HVDC시스템의 특징으로는 두 개의 극이 동일한 12펄스 컨버터로 이루어져 있다.
이러한 HVDC의 컨버터는 규청치 이상의 고조파 전류를 발생시킬 수 있다. 따라서 필터링을 하지 않으면 고조파 전류는 교류 전압에 왜곡을 만들고 정상적인 시스템 운전에 방해를 줄 수 있다.
고조파 필터는 임피던스가 작은 병렬 선로를 형성하여 고조파 전류가 흘러나가게 함으로써 교류 전압의 왜곡을 수용할 수 있는 범위 이내로 만드는 역할을 할 수 있다.
12펄스 컨버터는 12n±1차의 특성 고조파를 갖는다. 따라서 필터가 필요한 고조파 성분은 11차, 13차, 23차 그리고 25차 성분일 수 있다. 그 이상 높은 차수의 고조파 성분은 고대역(High Pass)필터에 의해서 감쇄될 수 있다.
80kV급 HVDC시스템에서는 17Mvar의 무효전력을 보상하는 복동조 필터와 17Mvar의 무효전력을 보상하는 고대역 필터가 사용될 수 있다. 상기 복동조 필터는 한 개의 고전압 커패시터 뱅크(C1)와 저전압 공기 코어 리액터(L1)가 직렬로 연결되고, 저전압 커패시터 뱅크(C2)와 공기 코어 리액터(L2)가 병렬로 연결되어 있을 수 있다. 여기서, 고조파 필터는 60Hz에서 무효전력을 시스템에 공급하는 역할을 할 수 있다.
도 2는 고조파 필터가 삽입된 HVDC시스템에 해당하는 고조파 등가 모델을 나타내는 구성도이다.
도 2를 참조하면, 전류형 HVDC 컨버터는 AC계통으로부터 무효전력을 흡수하고, 고조파 필터를 통해 컨버터에 필요로 하는 무효전력을 공급해 줄 수 있다.
이러한 HVDC컨버터는 교류단에서 정전류 고조파 전원으로 모델링이 가능하고, 직류단에서는 정전압 고조파 전원으로 모델링이 가능하다. 고조파 필터는 HVDC컨버터에서 발생하는 고조파가 AC계통으로의 유입을 억제하는 역할을 하기 때문에 도 2에서와 같은 교류단 정전류 고조파 전원을 이용하여 고조파 등가 모델이 사용될 수 있다.
여기서 In은 HVDC 컨버터로부터 발생되는 고조파 전류이며, Ifn과 Isn은 각각 필터와 AC계통으로 유입되는 고조파 전류를 나타낸다. Zfn과 Zsn은 각각 AC계통의 고조파 임피던스를 나타내며, Vsn은 AC계통의 고조파 전압을 의미한다.
고조파 필터의 성능은 AC계통의 어드미턴스 값에 의존하며 이러한 계통의 어드미턴스는 실제 전력 계통의 상태에 따라 시변하기 때문에 주어진 주파수에서 정확한 어드미턴스 값을 취득하기는 어렵다 따라서, 고조파 필터 설게 시 어드미턴스 각을 경계로 하는 복소평면 상에서 주어진 주파수에 따른 어드미턴스를 구성하여 결정할 수 있다.
도 3은 등가 회로 방식을 이용한 복동조 필터의 설계 방법을 나타낸 예시도이다.
도 3을 참조하면, HVDC시스템에서 교류필터(또는 고조파 필터)를 설계할 때 고조파 왜형, 시스템 신뢰도, 비용 등을 고려할 필요성이 있다.
고조파 필터는 하나의 뱅크(bank)에 대응되는 비용이 발생하기 때문에 도 3(a)와 같이 두 개의 고조파를 제거하기 위해 두 개의 single tuned 필터(이하, 'STF'라 칭함)를 사용하는 것 보다 도 3(b) 또는 도 3(c)와 같이 하나의 필터 뱅크를 병렬로 연결하여 구현하는 것이 같은 수의 고조파를 제거하고자 할 때 공간을 적게 활용하기 때문에 경제적으로 유리하다. 이는 STF에 비해 MTF가 오직 한 개의 스위치기어로 요구되는 장점이 있기 때문이다.
또한 도 3(c)와 같이 병렬 LC공진 탱크에 병렬로 연결되는 댐핑 저항 R을 포함하는 Damped-type MTF의 형태도 사용될 수 있다.
등가회로 방식은 복동조 필터 설계 시 비교적 쉽게 접근할 수 있는 방법일 수 있다.
상기 복동조 필터 설계를 위해 우선적으로 총 보상해야 할 무효전력량을 각각의 STF에 균등히 분배 후 각 STF의 파라미터 값을 선정할 수 있다.
상기 STF의 파라미터 값 선정에 있어서, 우선적으로 필터에 인가되는 전압의 크기와 필터가 보상해야 할 무효전력량을 결정해야 할 수 있다.
이때 필터의 구조상 직렬 LC필터에서 커패시터와 인덕터가 직렬로 연결되어 있으므로 필터의 리액턴스는 커패시터의 리액턴스와 인덕터의 차가 될 수 있다.
한편 제거해야 할 h차의 고조파에서 필터 전체의 임피던스는 0의 값을 가져야 하므로 커패시터의 리액턴스는 인덕터의 리액턴스에 h의 제곱을 곱한 값과 같게 된다.
상술한 일반적인 복동조 필터의 설계 방법에 따르면 HVDC의 컨버터는 규정치 이상의 고조파 전류를 발생시키므로 고조파 필터를 설치하여 고조파 전류가 흘러나가게 함으로써 교류전압의 왜곡을 수용할 수 있는 범위 이내로 만드는 역할을 할 수 있다.
12펄스 컨버터는 12n±1의 특성 고조파를 가진다. 따라서 필터가 필요한 고조파 성분은 11차, 13차, 23차 그리고 25차 성분이며 그 이상 높은 차수의 고조파 성분은 고대역 필터에 의해 감쇄될 수 있다.
도 3의 (b)예시도와 같이 복동조 필터는 한 개의 고전압 커패시터 뱅크(C1)와 저전압 공기 코어 리액터(L1)가 직렬로 연결되고, 저전압 커패시터 뱅크(C2)과 공기 코어 리액터(L2)가 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 제거하고자 하는 고조파에 따라 저전압 커패시터 뱅크(C3)와 공기 코어 리액터(L3)를 병렬연결하여 구성하는 LC공진 탱크를 직렬로 복수 개 연결하여 구성할 수 있다.
고조파 필터는 60Hz에서 무효전력을 시스템에 공급하는 역할을 한다. 따라서 정류기와 인버터의 터미널은 컨버터와 교류 시스템 간에 서로 교환하는 유효전력에 비례하여 무효전력을 흡수하게 된다. 고조파 필터는 커패시터를 사용하기 때문에 컨버터에 필요한 무효전력을 공급할 수 있는 것이다. 필터로부터 무효전력이 충분하게 보상되지 않으면 터미널에서의 교류전압은 컨버터를 정상동작 시키기 위한 충분한 크기를 갖지 못할 수 있다.
한편, HVDC 컨버터는 직류단에서 정전압 고조파 전원으로, 교류단에서 정전류 고조파 전원으로 모델링 할 수 있다. HVDC 컨버터에서 발생하는 고조파가 계통으로 유입되는 것을 막는 것이 필터의 역할 중에 하나이기 때문에 교류단에서 고조파 분석을 위한 모델링이 요구된다.
여기서, 필터 및 상기 필터에 연결된 전력 계통(예를 들어, AC계통)은 임피던스로 표현 또는 모델링 될 수 있다.
도 2의 모델을 이용하여 컨버터에서 발생하는 고조파 전류가 계통으로 흘러 들어가는 정도와 이로 인한 전압의 고조파 특성을 파악한 뒤에 필터를 설계할 수 있다.
또한 필터 및 상기 필터에 연결되는 전력 계통과의 관계의 안정화 증대를 위하여 필터에서의 저항값 변경에 의한 용이한 구현이 가능하다.
도 4는 본 발명의 실시 예가 적용되는 복동조 필터의 파라미터 설정 및 설계 장치를 나타낸 구성도이다.
도 4를 참조하면, 필터 파라미터 설정 장치(100)는 입력부(110), 저장부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
입력부(110)는 복동조 필터에 해당하는 입력 파라미터 및 저항값을 입력 받는 역할을 할 수 있다.
입력부(110)는 사용자가 필터 파라미터 설정장치(100)의 동작 제어를 위한 입력 데이터를 발생시킬 수 잇다. 입력부(110)는 키패드, 돔스위치, 터치 패드, 조그 휠, 조그 스위치 등으로 구성될 수 있다.
또한 입력부(110)는 필터 파라미터 설정 장치(100)에 연결되는 모든 외부기기와 인터페이스 역할을 수행할 수 있다.
저장부(120)는 제어부(130)의 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수 있고, 입출력되는 데이터(입력 파라미터, 저항값) 및 제어부(130)에 의해 연산 및 산출되는 결과 데이터를 임시 저장하거나 최종 결과 데이터로 저장하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 또한 저장부(120)는 실시 예에 따라 개별 목적함수의 가중치 정보 및 필터 구성 요소인 L, C의 조합에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 또한 저장부(120)는 개별 목적함수의 가중치가 부여된 최적의 L, C 조합을 가지는 필터를 구성하기 위한 평가 정보 및 평가 횟수 정보를 저장할 수 있다.
제어부(130)는 필터 파라미터 설정 장치(100)에 실행되는 필터 파라미터 설정 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어하는 역할을 할 수 있다.
상기 제어부(130)는 마이크로 컨트롤러, 마이크로 프로세서의 형태로 구현될 수 있다. 제어부(130)는 상기 복동조 필터에 해당하는 공진 주파수 및 기 설정된 기준 값 내에서의 저항값을 설정할 수 있다. 또한 제어부(130)는 상기 입력 파라미터, 공진 주파수 및 저항값을 근거하여 상기 복동조 필터에 해당하는 파라미터값을 설정할 수 잇다.
제어부(130)는 개별 고조파 성분 또는 상기 전고조파 왜율이 기준치 레벨을 충족하는지 여부를 판단할 수 있고, 판단 결과에 따라 공진 주파수를 재설정할 수 있다.
제어부(130)는 부하 또는 계통이 복동조 필터에 연결됨에 따른 안전성 확보에 따라 저항값을 기 설정된 기준 범위 이내에서 설정하거나 재설정할 수 있다.
제어부(130)는 고조파 저감 목적함수를 구성하고, 상기 구성된 목적함수에 따라 고조파 전압을 최대로 저감하거나 고조파 전류를 최대로 저감할 수 있도록 하고, 그에 따른 가중치 부여 및 적합도 평가에 따른 복동조 필터설계가 가능하도록 할 수 있다.
상기한 바와 같은 구성에 기초하여 이하 도 5 및 도 6을 참조하여 본 실시 예에 따른 복동조 필터의 설계 방법을 상세히 설명한다.
도 5 및 도 6은 본 실시 예에 따른 복동조 필터의 설계 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 복동조 필터 설계에 있어서, 복동조 필터에 해당하는 입력 파라미터를 설정할 수 있다.(S510) 상세하게, 복동조 필터에 해당하는 최적의 필터 파라미터 설정에 있어서 MTF에 해당하는 입력 파라미터가 설정될 수 있다. 상기 입력 파라미터는 상기 MTF의 정격 내지 목표 성능과 관련된 파라미터가 될 수 있다. 또한 복동조 필터에 연결되는 부하 또는 계통의 정격 전압, 상기 복동조 필터에 의해 보상되어야 하는 무효 전력 및 필터링 주파수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 복동조 필터에 연결되는 부하 또는 계통은 HVDC시스템의 전력 계통일 수 있다. 상기 HVDC시스템의 전력 계통으로는 일 예로 AC계통일 수 있다.
그리고 상기 필터링 주파수는 상기 MTF에 의해 필터링 되어야 하는 주파수이며, 제1 필터링 주파수와 제1 필터링 주파수보다 큰 제2 필터링 주파수를 포함할 수 있다.
얘를 들어 필터링 대상 고조파 성분이 전술된 11차 및 13차 고조파 성분인 경우 상기 제1 필터링 주파수는 상기 11차 고조파 성분에 해당하는 주파수이고, 상기 제2 필터링 주파수는 상기 13차 고조파 성분에 해당하는 주파수일 수 있다.
복동조 필터 입력 파라미터가 설정되면 상기 복동조 필터의 공진 주파수를 설정할 수 있다.(S520) 상세하게, 상기 설정되는 공진 주파수는 공진 주파수의 초기값을 설정할 수 있으며 이러한 공진 주파수의 설정은 복동조 필터에서 필터링되어야 하는 필터링 주파수에 기초하여 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 공진 주파수는 상기 제1 필터링 주파수와 상기 제2 필터링 주파수 사이의 범위에 존재하는 주파수로 설정될 수 있다. 상세하게, 상기 공진주파수의 초기 값으로는 상기 제1 필터링 주파수로 설정될 수 있다.
공진 주파수 설정이 완료되면 상기 공진 주파수와 매칭될 필터의 임피던스를 구성하는 필터 파라미터가되는 L값과 C값을 연산할 수 있다.(S530)
예를 들어, 복동조 필터는 서로 직렬로 연결되는 제1 LC회로부, 제2 LC회로부 및 제3 LC회로부를 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 제1 LC회로부는 제1 커패시터와 제1 인덕터가 직렬로 연결되고, 제2 LC회로부는 제2 커패시터와 제2 인덕터가 병렬로 연결될 수 잇다. 그리고 제3 LC 회로부는 제3 커패시터와 제3 인덕터가 병렬 연결되는 구조를 가질 수 있다.
이러한 경우 상기 복동조 필터파라미터는 상기 제1 커패시터의 커패시턴스값, 상기 제1 인덕터의 인덕턴스값, 제2 커패시터의 커패시턴스값, 제2 인덕터의 인덕턴스 값, 제3 커패시터의 커패시턴스 값, 제3 인덕터의 인덕턴스값 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고 필터의 공진주파수는 상기 제2 LC회로부 및 제3 LC회로부에 해당하는 병렬 공진 주파수 일 수 있다.
상기 연산된 L과 C에 대한 필터 임피던스 특성을 확인하고(S540) 상기 확인된 필터 임피던스 특성에 따른 L값과 C값을 공진 주파수별로 조합하여 저장할 수 있다.(S550) 상세하게, 상기 확인된 필터 임피던스가 기 설정된 기준치 범위에 포함되는 경우들을 공진 주파수별 L값과 C값을 매칭하여 저장할 수 있다. 상기 공진 주파수별 L, C조합은 적어도 하나 또는 그 이상의 다양한 케이스(case)로 생성될 수 있다.
상기 공진 주파수에 대한 LC조합에 대하여 고조파 저감 다목적 최적화를 수행할 수 있다.(S560) 상세하게, 상기 고조파 저감 다목적 최적화는 상기 LC조합에 의해 생성된 복수의 조합 케이스들에 대하여 총 고조파 전압 왜형률(THD) 및 총 전류 수요 왜형률(TDD)을 고려한 최적의 필터 구성요소 조합을 선정하기 위한 동작을 수행할 수 있다. 상기 고조파 저감 다목적 최적화를 위한 동작은 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
고조파 저감 다목적 최적화를 위하여 고조파 저감 목적함수를 구성할 수 있다.(S610) 상세하게, 상기 고조파 저감 목적함수는 제1 목적함수와 제2 목적함수로 구성될 수 잇다.
제1 목적함수는 총 고조파 전압 왜형률(THD: Total Harmonic Distortion)을 최소로 하는 함수로, 고조파 전압을 최대로 저감할 수 있다.
제1 목적함수는 하기의 [수학식 1]과 [수학식 2]와 같이 구성될 수 있다.
Figure 112015074442023-pat00001
Figure 112015074442023-pat00002
여기서, i는 고조파 차수(Harmonic number), I1은 기본파 고조파 전류(The fundamental harmonic voltage), V1은 기본파 고조파 전압(The fundamental harmonic voltage), Vi는 i번째 고조파 차수 전압(The i-th harmonic voltage), Ysi는 i번째 고조파 차수에서 시스템 어드미턴스(The i-th harmonic admittance of the system), YMTPi는 i번째 고조파 차수에서 복동조 필터의 어드미턴스(The MTF's i-th harmonic admittance)이다.
즉, 제1 목적함수(F1)은 최소 총 고조파 전압 왜형률(THD)로서, 제2 차 고조파부터 제50차 고조파에 대한 고조파 전압을 기초하여 산출할 수 있다.
제2 목적함수는 총 전류 수요 왜형률(TDD: Total demand distortion of current)을 최소로 하는 함수로, 고조파 전류를 최대로 저감할 수 있다.
제2 목적함수는 하기의 [수학식 3]과 같이 구성될 수 있다.
Figure 112015074442023-pat00003
여기서, i는 고조파 차수(Harmonic number), I1은 기본파 고조파 전류(The fundamental harmonic voltage), Ii는 i번째 고조파 차수 전류(The i-th harmonic current)이다.
즉, 제2 목적함수(F2)는 최소 총 전류 수요 왜형률(TDD)로서, 제2차 고조파부터 제50차 고조파에 대한 고조파 전류를 기초하여 산출할 수 있다.
상기와 같이 산출된 총 고조파 전압 왜형률(THD)와 총 전류 수요 왜형률(TDD)를 포함하는 고조파 저감 목적함수가 구성되면 상기 목적함수에 적용할 제약 조건이 설정될 수 있다.(S620) 상세하게, 상기 제약 조건으로는 필터의 무효 전력 요구량이 선정될 수 있다. 또한 부가적인 제약 조건으로는 필터를 구성하는 R, L 및 C 각각에 대한 가격 및 개수에 기초하는 가격 정보 또는 손실 정보를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 가격정보 또는 손실 정보에 기초하여 최적의 L, C조합 케이스들에 대한 2차 필터링을 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이 개별 목적함수에 부가하여 적용할 제약 조건이 선정되면 상기 목적함수 각각에 대한 가중치를 선정할 수 있다.(S630) 상세하게, 상기 가중치(W)는 제1 목적함수(F1)에 적용될 제1 가중치(W1)와 제2 목적함수(F2)에 적용될 제2 가중치(W2)로 구성될 수 있다. 상기 가중치(W)는 하기의 [수학식 4]와 같이 제1 가중치(W1)와 제2 가중치(W2)의 합일 수 있다.
[수학식 4]
총 가중치(W)=제1 가중치(W1)+제2 가중치(W2)
바람직하게, 상기 총 가중치(W)는 제1 가중치(W1)와 제2 가중치(W2)의 합은 1일 수 있으며 고조파 전압 규제치 및 고조파 전류 허용 레벨에 따라 제1 목적함수(F1) 및 제2 목적함수(F2)각각에 적용되는 제1 가중치(W1) 및 제2 가중치(W2)의 비율을 가변될 수 있다.
예를 들어, 복동조 필터 설계에 있어서, 고조파 전압 규제만 존재하면 제1 목적함수에 적용하는 제1 가중치(W1)의비율을 "1", 제2 목적 함수에 적용하는 제2 가중치(W2)의비율을 "0"으로 설정할 수 있다. 또는 고조파 전류 허용 레벨만이 존재하면 제1 목적함수에 적용하는 제1 가중치(W1)의 비율을 "0", 제2 목적함수에 적용할 제2 가중치(W2)의 비율을 "1"로 설정할 수 있다. 즉, 제2 목적함수에 적용할 제2 가중치(W2)를 제1 가중치(W1)에 비해 높게 설정할 수 있다. 또는 고조파 전압 규제 및 고조파 전류 허용 레벨이 모두 존재하는 경우 상기 제1 목적함수 및 제2 목적함수 각각에 적용할 제1 가중치 및 제2 가중치의 비율을 동일하게 적용할 수 있다.
상기한 가중치의 적용율을 예를 들어 설명한 것으로 가중치 선정 기준 및 목적함수 각각의 가중도에 따라 상기 목적함수에 적용되는 가중치 비율은 가변되게 설정할 수 있다.
가중치가 적용된 제1 목적함수(F1)와 제2 목적함수(F2)에 대한 적합도를 평가할 수 있다.(S640) 상세하게, 제1 목적함수(F1)및 제2 목적함수(F2)에 고조파 전압 규제 및 고조파 전류 허용 레벨에 따라 적용된 제1 가중치(W1)와 제2 가중치(W2)를 적용하고 상기 가중치가 적용된 제1 목적함수 및 제2 목적함수에 대하여 단위를 통합하고, 그에 따른 적합도 평가를 실행할 수 있다.
상기 적합도 평가는 L, C 조합 케이스들에 대하여 각각의 목적함수 및 가중치를 부여한 상태에서 그 결과 값이 최소를 가지는 조합 케이스를 추출할 수 있다. 이때, L, C 조합 케이스들 중 적합도 평가 기준에 따라 최소값을 가지는 순서로 복수개의 L, C조합 케이스를 추출하고(1차 필터링), 기 설정된 제약 조건 중 가격 가격정보 또는 손실 정보에 의해 최적의 L, C조합 케이스를 추출하는 2차 필터링을 수행할 수 있다.
따라서 가중치가 부여된 제1 목적함수 및 제2 목적함수의 합으로 단일의 목적함수를 연산하여 최소값을 가지는 순서로 L, C 조합 케이스를 추출할 수 있다.
적합도 평가가 완료되면 R, L 및 C의 조합 케이스 산출 횟수가 기준 횟수를 초과하고 최소값의 적합도를 가지는 조합 케이스를 산출하면 다목적 최적화를 종료할 수 있다.(S650) 상기 산출 횟수는 R, L 및 C조합 케이스의 수일 수 있다.
따라서, 다목적 최적화 동작이 종료되면 추출된 L, C 조합 케이스에 대하여 복동조 필터에서 요구되는 성능, 규격 또는 설계 사양에 기초하여 부합되는지의 허용레벨 충족 여부를 판단할 수 있다.(S570)
상기 허용레벨 충족여부에 대한 판단에 대하여 미리 설정된 허용레벨에 충족하는 경우 상기 추출된 R, L, C 및 매칭된 공진주파수를 저장할 수 있다.(S580)
따라서 상기한 동작에 의해 조합된 저항값에 기초하여, 복동조 필터를 부하 또는 계통에 연결하게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

Claims (7)

  1. 복동조 필터(MTF)를 구성하는 입력 파라미터를 설정하는 단계;
    상기 복동조 필터의 공진 주파수를 설정하는 단계;
    상기 입력 파라미터와 상기 공진 주파수를 바탕으로 상기 복동조 필터를 구성하는 적어도 하나의 L, C 조합 케이스를 추출하는 단계;
    상기 추출된 적어도 하나의 L, C 조합 케이스 각각에 대해 총 고조파 전압 왜형률을 최소로 하는 제1 목적함수와 총 전류 수요 왜형률을 최소로 하는 제2 목적 함수를 산출하는 단계;
    상기 산출된 제1 목적 함수 및 제2 목적 함수에 기 설정된 가중치를 각각 부여하는 단계; 및
    상기 가중치가 부여된 제1 목적 함수 및 제2 목적 함수를 토대로 최적의 L, C조합 케이스를 추출하는 단계를 포함하는 고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최적의 L, C조합 케이스는 상기 가중치가 부여된 제1 목적 함수 및 제2 목적 함수의 합을 토대로 추출되는 고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가중치는
    제1 목적 함수에 적용하는 고조파 전압 규제치에 대한 제1 가중치와 제2 목적 함수에 적용하는 고조파 전류 허용 레벨에 대한 제2 가중치를 포함하는 고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 추출된 L, C 조합 케이스에 대하여 적합도 평가를 실행하는 단계;를 더 포함하는 고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 목적 함수 및 제2 목적 함수를 선정하고, 상기 제1 및 제2 목적 함수에 적용할 제약 조건을 설정하는 단계;를 더 포함하는 고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제약 조건은 필터의 무효전력 요구량 또는 필터를 구성하는 L, C 각각에 대한 가격 정보 또는 손실 정보를 포함하는 고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 추출된 최적의 L, C 조합 케이스에 저항(R)값을 조합하는 단계;를 더 포함하는 고압직류송전 시스템의 복동조 필터 설계 방법.
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