KR101768087B1 - Hvdc 전력 상승 제어기 및 이를 포함하는 hvdc 시스템 - Google Patents

Hvdc 전력 상승 제어기 및 이를 포함하는 hvdc 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 전력 상승 제어기는 외란신호에 따라 전류지령치를 주제어기에 출력하는 지령출력부; 교류전압을 입력받고, 상기 교류전압을 정류 실패를 유발하는 최저전압과 비교하는 전압강하판단부; 및 직류전력을 입력받고, 상기 직류전력을 전류지령치에 대응하는 예상전력과 비교하는 전력추종판단부를 포함하고, 상기 지령출력부는 전압강하판단부 및 전력강하판단부의 비교 결과에 따라 상기 전류지령치를 조절할 수 있다.

Description

HVDC 전력 상승 제어기 및 이를 포함하는 HVDC 시스템{HVDC POWER INCREASE CONTROLLER AND HVDC SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 HVDC 전력 상승 제어기 및 l이를 포함하는 HVDC 시스템에 관한 것이다.
초고압 직류(High Voltage Direct Current, HVDC) 송전은 발전소에서 생산되는 교류전력을 직류로 변환시켜 송전한 이후, 수전단에서 교류로 다시 변환하여 부하에 전력을 공급하는 송전 방식이다. 이러한 HVDC 송전은 교류 송전의 장점인 전압 승압을 통한 효율적이고 경제적인 전력 전송을 가능하게 하고, 교류 송전의 여러가지 단점을 극복할 수 있다.
이러한 HVDC 송전 방식을 채용한 HVDC 시스템은 전력계통의 고장이나 과도상태로 인한 직류전력 변동에 대한 안정도를 유지하기 위해 HVDC 전력 상승 제어기를 포함한다.
이러한 HVDC 시스템에 대한 종래 기술로는 하기의 특허문헌을 참조하여 이해할 수 있다.
한국 공개특허공보 제 2013-0035766호
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 과부하 또는 발전기 탈락 등에 의한 고장시에 HVDC 시스템을 안정화시키고 운전 조건에 따라 변동하는 최대 직류전력점에 근접한 전력지령치를 출력하는 HVDC 전력 상승 제어기 및 이를 포함하는 HVDC 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 전력 상승 제어기는 외란신호에 따라 전류지령치를 주제어기에 출력하는 지령출력부; 교류전압을 입력받고, 상기 교류전압을 정류 실패를 유발하는 최저전압과 비교하는 전압강하판단부; 및 직류전력을 입력받고, 상기 직류전력을 전류지령치에 대응하는 예상전력과 비교하는 전력추종판단부를 포함하고, 상기 지령출력부는 전압강하판단부 및 전력강하판단부의 비교 결과에 따라 상기 전류지령치를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템은 제1 교류전력을 변압하는 제1 변압기; 상기 제1 변압기에서 변압된 교류전력을 제1 로컬 제어기의 제어에 따라 직류전력으로 변환하는 제1 컨버터; 상기 직류전력을 제2 로컬 제어기의 제어에 따라 제2 교류전력으로 변환하는 제2 컨버터; 상기 인버터에서 변환된 교류전력을 변압하는 제2 변압기; 상기 제1 로컬 제어기 및 상기 제2 로컬 제어기를 제어하는 주제어기; 및 외란신호 입력에 따라 스텝(step)파형을 가지는 전류지령치를 주제어기에 출력하는 HVDC 전력 상승 제어기를 포함하고, 상기 HVDC 전력 상승 제어기는 상기 제1 교류전력의 전압을 정류 실패를 유발하는 최저전압과 비교하고, 상기 직류전력을 전류지령치에 대응하는 예상전력과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 전류지령치를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 전력 상승 제어기 및 이를 포함하는 HVDC 시스템은, 과부하 또는 발전기 탈락 등에 의한 고장시에 발생하는 직류전력 변동에 대하여 최대전력점을 추종하는 전류지령치를 출력하여 계통을 효율적으로 안정화할 수 있고, 직류전력상승에 따른 정류 실패를 방지할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 HVDC 전력 상승 제어기의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 2는 전류지령치와 직류전력의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 HVDC 시스템이 불안정한 상태로 동작하는 일 예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 전력 상승 제어기를 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발며의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 직류전력 및 교류전압을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다.
또한, 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 HVDC 전력 상승 제어기의 일 예를 나타내는 블록도이고, 도 2는 전류지령치와 직류전력의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 HVDC 시스템이 불안정한 상태로 동작하는 일 예를 설명하기 위한 그래프이다.
도 1을 참조하면, HVDC 전력 상승 제어기(10)는 외란신호(S_d)에 따라 외란 감지 시점(t1 )에 커패시터의 투입 시점(t2)까지 램프(ramp) 파형의 형태로 증가하는 ΔI를 기준전류(Iref)에 더하여 전류지령치(Id)를 출력할 수 있다.
다만, HVDC 시스템에는 전송 가능한 직류전력에 대한 제한이 존재하고, 운전 조건에 따라 최대 직류전력점이 변동할 수 있다.
도 2를 참조하면, 전류지령치(Id) 대비 직류전력(Pd) 그래프를 확인할 수 있다.
최대전력점(a)보다 낮은 전류지령치(Id)를 가지는 운전점(예를 들어, b)에서 운전되는 경우 HVDC 시스템은 정상상태로 동작하고, 최대전력점(a)보다 낮은 전류지령치(Id)를 가지는 운전점(예를 들어, c)에서 운전되는 경우 HVDC 시스템은 불안정상태로 동작할 수 있다. 도 3을 참조하면, HVDC 시스템이 불안정한 상태로 동작하는 경우 교류전압(VA) 감소로 인한 정류실패가 발생하여 직류전력(Pd)의 순간적인 감쇄가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
다만, 안정한 상태를 유지하기 위해 낮은 전류지령치(Id)를 유지한다면 충분한 시스템 안정화 효율을 획득하기 어려울 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 전력 상승 제어기를 나타내는 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 에에 따른 HVDC 전력 상승 제어기(400)는 지령출력부(410), 전압강하판단부(420), 및 전력추종판단부(430)를 포함하고, 동기화기(440)를 더 포함할 수 있다.
지령출력부(410)는 외란신호(S_d)를 입력받고, 외란신호(S_d)에 따라 전류지령치(Id)를 주제어기 출력한다. 여기서, 전류지령치(Id)는 ΔI에 기준전류(Iref)가 더해진 값이 될 수 있음을 도 1을 참고하여 설명하였다.
또한, 상기 지령출력부(410)는 전압강하판단부(420) 및 전력추종판단부(430)의 비교 결과를 입력 받고 이에 따라 상기 전류지령치를 조절할 수 있다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이 전류지령치(Id)는 스텝(step)파형을 가질 수 있다. 전류지령치(Id)는 스텝(step)파형을 가지는 경우 전류지령치(Id)를 단계적으로 변경할 수 있으므로 램프(ramp)파형을 가지는 경우에 비하여 효율적으로 조절될 수 있다.
전압강하판단부(420)는 교류전압(VA)을 입력받고, 상기 교류전압(VA)을 정류 실패를 유발하는 최저전압과 비교한다. 여기서, 상기 전압강하판단부(420)는 교류전압(VA)을 직접 입력받거나, 교류전압(VA)에 대한 정보를 포함하는 교류전압신호(S_VA)를 입력 받을 수 있다.
전력추종판단부(430)는 직류전력(Pd)을 입력받고, 상기 직류전력(Pd)을 전류지령치에 대응하는 예상전력과 비교한다. 여기서, 전력추종판단부(430)는 직류전력(Pd)을 직접 입력받거나 직류전력(Pd)에 대한 정보를 포함하는 직류전력신호(S_Pd)를 입력 받을 수 있다.
동기화기(440)는 교류전압(VA) 및 직류전력(Pd)을 동기화하여 각각 전압강하판단부(420) 및 전력추종판단부(430)으로 출력할 수 있다.
또한, 지령출력부(410)는 교류전압(VA)이 상기 최저전압보다 크고 직류전력(Pd)이 상기 예상전력 보다 크거나 같은 조건을 만족하면 ΔI를 상승시켜 결과적으로 전류지령치(Id)를 상승시키고, 상기 조건을 만족하지 않으면 전류지령치(Id)를 현재(t)의 이전(t-Δt)의 값으로 복귀시킬 수 있다.
이에 따라, 지령출력부(410)는 전류지령치(Id)에 의한 직류전력이 예상전력을 정상적으로 추종하는지 확인할 수 있고, 정류 실패를 유발하는 최저전압 이상으로 교류전압(VA)을 유지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 전력 상승 제어기는 최대전력점을 추종하는 전류지령치를 출력할 수 있고 정류 실패를 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템은 제1 변압기(510), 제1 컨버터(520), 제2 컨버터(530), 제2 변압기(540), 주제어기(570), 및 HVDC 전력 상승 제어기(590)를 포함한다.
제1 변압기(510)는 제1 교류전력을 변압하고, 제1 컨버터(520)는 변압된 교류전력을 제1 로컬 제어기(550)의 제어에 따라 직류전력으로 변환한다.
또한, 제2 컨버터는 상기 직류전력을 제2 로컬 제어기(560)의 제어에 따라 제2 교류전력으로 변환하고, 제2 변압기(540)는 상기 제2 컨버터에서 변환된 교류전력을 변압한다.
주제어기(570)는 상기 제1 로컬 제어기 및 상기 제2 로컬 제어기를 제어하고, 이는 원격통신에 의해 수행될 수 있다.
HVDC 전력 상승 제어기(590)는 외란신호 입력에 따라 전류지령치(Id)를 주제어기(570)으로 출력할 수 있다. 여기서, 상기 전류지령치(Id)는 스텝(step)파형을 가질 수 있다. 구체적으로, HVDC 전력 상승 제어기는 상기 제1 교류전력의 전압을 정류 실패를 유발하는 최저전압과 비교하고, 상기 직류전력을 전류지령치에 대응하는 예상전력과 비교하여 비교 결과에 따라 상기 전류지령치(Id)를 조절하여 출력할 수 있다.
이를 위해, HVDC 시스템은 제1 교류전력의 전압 및 제2 교류전력의 전압을 검출하는 전압 감시부(580)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 직류전력은 제1 컨버터(520) 또는 제2 컨버터(530)를 포함하는 직류계통에서 검출될 수 있다.
또한, HVDC 전력 상승 제어기(590)는 상기 제1 교류전력의 전압 및 상기 직류전력을 동기화할 수 있다.
도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, HVDC 전력 상승 제어기(590)는 상기 제1 교류전력 또는 제2 교류전력의 전압(즉, 교류전압)이 상기 최저전압보다 크고 상기 직류전력(Pd)이 상기 예상전력 보다 크거나 같은 조건을 만족하면 전류지령치(Id)를 상승시키고, 상기 조건을 만족하지 않으면 전류지령치(Id)를 현재(t)의 이전(t-Δt)의 값으로 복귀시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 직류전력 및 교류전압을 나타내는 그래프이다.
도 6의 (a)를 참조하면, 단계적으로 상승하는 전류지령치(Id)에 따라 예상전력을 추종하는 직류전력(Pd)을 순간적인 감쇄 없이 안정적으로 상승되는 것을 확인할 알 수 있다.
또한 도 6의 (b)를 참조하면, 교류전압(VA)감소에 따른 정류 실패가 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
400, 590: HVDC 전력 상승 제어기
410: 지령출력부
420: 전압강하판단부
430: 전력추종판단부
440: 동기화기
510: 제1 변압기
520: 제1 컨버터
530: 제2 컨버터
540: 제2 변압기
550: 제1 로컬 제어기
560: 제2 로컬 제어기
570: 주제어기

Claims (7)

  1. 외란신호에 따라 전류지령치를 주제어기에 출력하는 지령출력부;
    교류전압을 입력받고, 상기 교류전압을 정류 실패를 유발하는 최저전압과 비교하는 전압강하판단부; 및
    직류전력을 입력받고, 상기 직류전력을 전류지령치에 대응하는 예상전력과 비교하는 전력추종판단부를 포함하고,
    상기 지령출력부는 전압강하판단부 및 전력추종판단부의 비교 결과에 따라, 상기 교류전압을 상기 최저전압 이상으로 유지하고 상기 직류전력이 최대전력점에 추종하도록 상기 전류지령치를 단계적으로 조절하는 HVDC 전력 상승 제어기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전류지령치는 스텝(step)파형을 가지는 HVDC 전력 상승 제어기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 교류전압 및 직류전력을 동기화하여 각각 상기전압강하판단부 및 전상기 전력추종판단부로 출력하는 동기화기를 더 포함하는 HVDC 전력 상승 제어기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지령출력부는 상기 교류전압이 상기 최저전압보다 크고 상기 직류전력이 상기 예상전력보다 크거나 같은 조건을 만족하면 전류지령치를 상승시키고, 상기 조건을 만족하지 않으면 전류지령치를 이전의 값으로 복귀시키는 HVDC 전력 상승 제어기.
  5. 제1 교류전력을 변압하는 제1 변압기;
    상기 제1 변압기에서 변압된 제1 교류전력을 제1 로컬 제어기의 제어에 따라 직류전력으로 변환하는 제1 컨버터;
    상기 직류전력을 제2 로컬 제어기의 제어에 따라 제2 교류전력으로 변환하는 제2 컨버터;
    상기 제2 컨버터에서 상기 제2 교류전력을 변압하는 제2 변압기;
    상기 제1 로컬 제어기 및 상기 제2 로컬 제어기를 제어하는 주제어기; 및
    외란신호 입력에 따라 스텝(step)파형을 가지는 전류지령치를 주제어기에 출력하는 HVDC 전력 상승 제어기를 포함하고,
    상기 HVDC 전력 상승 제어기는 상기 제1 교류전력의 전압을 정류 실패를 유발하는 최저전압과 비교하고, 상기 직류전력을 전류지령치에 대응하는 예상전력과 비교하여 비교 결과에 따라, 상기 제1 교류전력의 전압을 상기 최저전압 이상으로 유지하고 상기 직류전력이 최대전력점에 추종하도록 상기 전류지령치를 단계적으로 조절하는 HVDC 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 HVDC 전력 상승 제어기는 상기 제1 교류전력의 전압 및 상기 직류전력을 동기화하는 HVDC 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 HVDC 전력 상승 제어기는 상기 제1 교류전력 또는 제2 교류전력의 전압이 상기 최저전압보다 크고 상기 직류전력이 상기 예상전력보다 크거나 같은 조건을 만족하면 전류지령치를 상승시키고, 상기 조건을 만족하지 않으면 전류지령치를 이전의 값으로 복귀시키는 HVDC 시스템.

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