KR101819268B1 - Hvdc 시스템의 절체 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 HVDC 시스템은 제1 측정 시스템으로부터 편차 계산기로 제1 측정 데이터를 전송한다. 상기 제1 측정 시스템에서 제2 측정 시스템으로 절체가 진행되면, 상기 제2 측정 시스템으로부터 상기 편차 계산기로 제2 측정 데이터를 전송한다. 상기 편차 계산기에서 상기 제2 측정 데이터에 상기 제1 측정 데이터를 반영한 보정 데이터를 생성한다.

Description

HVDC 시스템의 절체 방법{ChangeOver Method of HVDC System}

본 발명은 HVDC 시스템에 있어서 측정 이중화에 따른 절체 충격 최소화 방법에 관한 발명이다.

직류 송전(High Voltage Direct Current; HVDC) 시스템을 제주와 해남 사이에 설치하여 제주와 해남의 전력 계통을 연계하고 있다.

초고압 직류 송전(HVDC) 방식이라 함은, 전기 송전 방식의 하나로서, 발전소에서 발전한 고압의 교류 전력을 직류전력으로 변환시켜 송전한 후, 원하는 수전 지역에서 다시 교류 전력으로 재 변환하는 공급 방식을 말한다.

직류송전 방식의 장점은 여러 가지가 꼽힌다.

우선 직류 전압은 교류 전압의 최대 값에 비해 크기가 약 70%에 불과해, 고압 직류 송전 시스템은 기기의 절연이 용이하고, 전압이 낮기 때문에 각 기기에 설치돼 있는 절연체의 수량 및 철탑의 높이를 줄일 수 있다.

상기 시스템은 동일한 전력을 보내는 경우 교류 방식에 비해 직류 방식이 송전 손실이 적기 때문에 송전 효율이 높아질 수 있는 것이 가장 큰 장점이다. 상기 시스템은 직류가 교류에 비해 2배 이상의 전류를 운송할 수 있다.

초고압 직류 송전 시스템은 물론 전선 사용량을 줄일 수 있고 송전선로의 면적을 줄일 수 있어 효과적이며 전압이나 주파수가 다른 두 교류 계통 사이에 연결해 계통의 안정도를 향상시킬 수도 있다.

상기 시스템은 송전 거리에 대한 제약이 없고 450Km가 넘는 육지 전력 전송이나 40Km가 넘는 해저를 통한 전력 전송에 있어서도 직류 송전 방식이 건설비가 저렴하다.

따라서 HVDC 전송 시스템은 신재생 에너지의 전력 시스템 연계 방안, 특히 대규모 해상풍력 발전단지의 전력 전송에 이용된다.

최근에는 중국, 인도 등의 경우 발전소와 전기 사용자 사이의 거리가 1000Km 이상이 되기 때문에 초고압 직류 송전 시스템의 보급이 급속하게 확장되고 있는 상황이다.

이러한 HVDC 시스템에 있어서, 제어기는 두 개의 측정 시스템, 즉 이중화 측정 시스템으로부터 측정 데이터를 입력받아, 데이터를 반영하여 제어동작을 수행한다.

종래의 측정 이중화 방법에 대해 설명하면, 두 개의 측정 시스템 중에서 하나의 측정 시스템은 활성화 측정 시스템, 다른 하나의 측정 시스템은 비활성화 측정 시스템으로 동작한다.

활성화 측정 시스템은 측정 데이터를 제어기로 전송하고, 제어기는 측정 데이터에 의한 제어 출력을 출력한다. 비활성화 측정 시스템이 활성화 측정 시스템으로 동작하게 되면, 측정 데이터를 제어기로 전송하는데, 제어기는 새로운 활성화 시스템에서 출력한 측정 데이터를 반영하여 제어 출력을 출력한다. 이때, 비활성화 측정 시스템이 전송한 측정 데이터와 활성화 측정 시스템이 전송한 측정 데이터 사이에서 편차가 발생하게 된다.

이에 따라, 제어기에서 출력하는 제어 출력에도 편차가 발생하게 된다. 이때, 제어 시스템은 이중화된 두 개의 측정 시스템의 각각의 측정 데이터를 동시에 사용하지 않으며, 측정 시스템간 서로의 독립성 보장을 위해 어떤 중간 값도 사용하지 않는다. 다만, 여러 기기 및 시스템의 조합으로 구성되는 HVDC 및 전력 시스템의 경우 이와 같은 측정 시스템간 편차를 없애는 것은 불가능하다. 즉, 측정 시스템의 이중화는 가능하지만 제어 시스템 출력 신호의 연속성을 보장할 수 없게 된다.

그와 같은 측정 데이터 값의 편차 수준이 제어 가능한 범위 이내라 하더라도, 이와 같은 제어 출력의 순간적인 변화는 전체 HVDC 시스템 및 HVDC 시스템 내의 각종 기기에 무리를 주며, 기기 수명을 단축시킬 수 있다.

본 발명은 HVDC 시스템의 절체 시에 발생하는 제어 출력 값의 편차를 최소화하고, 그로 인해 발생할 수 있는 기기의 충격 및 스트레스(stress)를 최소화 하는 절체 충격 최소화 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 절체 방법은 제1 측정 시스템으로부터 편차 계산기로 제1 측정 데이터를 전송하는 단계; 상기 제1 측정 시스템에서 제2 측정 시스템으로 절체가 진행되면, 상기 제2 측정 시스템으로부터 상기 편차 계산기로 제2 측정 데이터를 전송하는 단계; 및 상기 편차 계산기에서 상기 제2 측정 데이터에 상기 제1 측정 데이터를 반영한 보정 데이터를 생성하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 절체 방법에 있어서, 상기 보정 데이터는 상기 제1 측정 데이터와 상기 제2 측정 데이터 간의 편차와 시간이 지남에 따라 절대값이 작아지는 함수의 곱이 반영된다.

본 발명의 절체 충격 최소화 방법에 의해, HVDC 시스템의 절체 시에 측정 시스템 각각의 독립성을 보장하면서도 절체 시에 발생하는 제어 출력을 완화하여 제어기를 포함하는 HVDC 시스템에 가해지는 충격을 최소화하고 기기의 수명을 연장시킬 수 있다.

도 1은 HVCD 시스템의 전체적인 개략도 이다.
도 2는 HVDC 시스템의 이중화된 측정 시스템을 상세히 도시한 블록도 이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중화 측정 방법에 대한 흐름도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중화 측정 시스템을 나타낸 블록도 이다.

도 1은 HVDC 시스템의 전체적인 개략도이다.

도 1을 참조하면, HVDC 시스템은 교류 측 전원(AC Yard)(102), 변환용 변압기(CT.r)(103), 컨버터(converter)(valve)(104), 직류 측 전원(DC Yard)(105), 차단기(GIS)(101) 및 제어기(Control and Protection,C&P)(106)를 포함할 수 있다. 제어기(106)는 이들 구성요소들을 전체적으로 제어할 수 있다.

한편, HVDC 시스템 내에서 동일한 역할을 수행하는 시스템이 동작을 연속적으로 수행하기 위해 동일한 두 개의 시스템, 즉 제1 시스템을 포함하며, 현재 동작중인 하나의 시스템에서 서비스 제공 중에 시스템 오작동 등의 문제가 발생하면, 대기중인 또 하나의 예비 시스템에서 계속적으로 서비스를 제공할 수 있도록 운용하는 시스템이다.

이때 HVDC 시스템 중에서 두 시스템 각각은 액티브 모드(active mode)와 스탠바이 모드(standby mode)를 갖게 되는데 두 시스템이 논리적으로 결합되어 서로의 상태를 감시하면서 운용된다. 현재 동작 중인 상태의 시스템을 액티브 시스템(active system)이라고 하며, 대기 중인 시스템을 스탠바이 시스템(standby system)이라 부른다.

액티브 시스템은 시스템에서 실제 동작 중이며 활성화 상태에 있는, 즉 활성화 시스템이며, 연결된 모든 장치의 입출력 수행하고 연결된 모든 장치의 로직(logic)을 수행하며, 대기상태에 있는 스탠바이 시스템으로 동작중인 모든 정보를 제공한다.

스탠바이 시스템은 액티브 시스템으로 되기 위한 준비 상태, 즉 비활성화 상태로 대기하며, 액티브 시스템의 모든 데이터와 상태 정보를 동기화하여 바로 활성화 상태로 변경될 수 있도록 준비한다.

도 2는 HVDC 시스템을 상세히 도시한 블록도이다.

이처럼 HVDC를 포함한 전력 기기 및 기타 시스템에서 특정 필드의 데이터를 측정하는데 사용하는 측정 시스템의 안정화 및 유지보수를 위해 측정 시스템을 이중화하여 구성한다.

측정 시스템을 이중화 하는 경우, HVDC 시스템은 한 개의 제어기(106)를 포함하며 한 개의 제어기(106)에 각각 측정한 측정 데이터를 전송하는 두 개의 이중화된 측정 시스템(107,108)을 포함한다.

상기와 같이, 이중화 시스템에서 활성화 상태를 가지는 활성화 시스템을 비활성화 상태로, 비활성화 상태를 가지는 비활성화 시스템을 활성화 상태로 전환시키는 과정을 절체(COL, Change over Logic)라고 한다.

이하 도 3 내지 도 5를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 이중화에 따른 절체 충격 최소화 방법을 설명한다.

본 발명에 있어서, 제어기(106)는 종래의 제어기(106)에 편차 계산기(109)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 편차 계산기(109)는 절체 동작 이전 마지막으로 제1 측정 시스템(107)에 의해 전송된 제1 측정 데이터를 제2 측정 데이터에 반영하기 위해서, 편차 계산기(109)는 제1 측정 데이터를 저장하기 위한 저장부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 측정 이중화에 따른 절체 충격 최소화 방법에 대한 흐름도이다.

도 3을 참고하면, 제1 측정 시스템(107)은 제1 측정 데이터를 편차 계산기(109)로 전송한다(S301).

도 4에 도시한 바와 같이, 제1 측정 시스템(107)이 활성화 상태로 동작하고, 제2 측정 시스템(108)은 비활성화 상태로서 대기 상태로 동작한다. 제1 측정 시스템(107)은 편차 계산기(109)로 제1 측정 데이터(A)를 전송한다. 도 4에서는 편차 계산기(109)가 제어기(106)와 별도로 구성되어 있지만, 편차 계산기(109)는 제어기(106)에 포함될 수도 있다.

다시 도 3을 참조하면, 편차 계산기(109)는 제1 측정 데이터를 수신한 후, 제1 측정 데이터를 저장부(미도시)에 저장한다(S302).

도 4에 도시한 바와 같이, 편차 계산기(109)는 제1 측정 데이터(A)와 동일한 값을 가지는 데이터(g(A))를 제어기(106)로 전송하고 제1 측정 데이터(A)를 저장부에 저장한다.

편차 계산기(109)로부터 데이터(g(A))를 전송 받은 후, 제어기(106)는 데이터(g(A))를 반영한 제어 출력(f(g(A)))을 출력한다.

다시 도 3을 참조하면, 제1 측정 시스템(107)이 활성화 시스템으로 동작 하던 도중, 제1 측정 시스템(107)에서 제2 측정 시스템(108)으로 절체가 발생하는 경우(S303), 제2 측정 시스템(108)은 제2 측정 데이터를 편차 계산기(109)로 전송한다(S304).

절체가 일어나는 이유의 예로, 활성화 측정 시스템에 오류가 발생한 경우 또는 활성화 측정 시스템에서 출력한 데이터에 오류가 감지된 경우가 포함되며, 이러한 경우 활성화 시스템은 비활성화 상태가 되고, 비활성화 시스템은 활성화 시스템이 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 절체가 수행되면, 제1 측정 시스템(107)은 활성화 상태에서 비활성화 상태로 전환되고, 제2 측정 시스템(108)은 비활성화 상태에서 활성화 상태로 전환될 수 있다. 이에 따라, 활성화 상태로 전환된 제2 측정 시스템(108)에서 측정 동작이 수행될 수 있다.

제2 측정 시스템(108)은 제2 측정 데이터(B)를 측정하여 편차 계산기(109)로 전송할 수 있다.

다시 도 5를 참조하면, 절체가 발생하고 제2 측정 시스템(108)에서 편차 계산기(109)로 제2 측정 데이터를 전송하면, 편차 계산기(109)는 제2 측정 데이터와 절체 이전에 제1 측정 시스템(107)으로부터 전송 받은 제1 측정 데이터를 모두 함께 반영한 보정 데이터를 제어기(106)로 전송한다(S305).

이하의 설명에서, 제1 측정 데이터는 절체 이전에 제1 측정 시스템(107)으로부터 전송 받은 마지막 측정데이터로서 설명되지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.

편차 계산기(109)에 대해 이하 상세히 설명한다.

편차 계산기(109)는 절체 동작 이전 마지막으로 제1 측정 시스템(107)에 의해 전송된 제1 측정 데이터를 제2 측정 데이터에 반영한 보정 데이터를 제어기(106)로 전송할 수 있다.

편차 계산기(109)는 절체 동작 이전 마지막으로 제1 측정 시스템(107)에 의해 전송된 제1 측정 데이터와 제2 측정 데이터의 편차에 시간이 지남에 따라 절대값이 작아지는 함수를 곱한 값을 제2 측정 데이터에 합산한 값을 보정 데이터로 하여 전송할 수 있다.

즉, 도 4의 제1 측정 시스템(107)에서 편차 계산기(109)로 전송하는 적어도 하나 이상의 제1 측정 데이터 중에서 절체 이전 마지막으로 전송한 제1 측정 데이터(A)값을 저장한 후, 저장한 제1 측정 데이터(A)와 제2 측정 데이터(B)의 차(A-B)에 지수함수(e^(-a*t))를 곱한 값((A-B)*e^(-a*t))에 제2 측정 데이터(B)의 값을 더한 값((A-B)*e^(-a*t) + B = g2(A,B))을 보정 데이터로 정의하여 제어기(106)로 전송할 수 있다.

종합하면,

편차 계산기(109)에서 제어기(106)로 전송하는 데이터 또는 보정 데이터 g(A,B)는

g(A,B) = A (t < tc, tc=절체종료시간)

(A-B)*e^(-a*t) + B (g2(A,B)) (tc < t), (a>0)

가 될 수 있다.

한편, 도 5를 참조하면, 절체 이후 제2 측정 시스템(108)에서 편차 계산기(109)로 제2 측정 데이터(B)를 전송하면, 편차 계산기(109)는 앞서 도 4에서 제1 측정 시스템(107)으로 부터 전송 받고 저장부에 저장한 제1 측정 데이터(A)와 제2 측정 데이터(B)를 함께 반영한 보정 데이터(g(A,B))의 값을 계산한다.

보정 데이터(g(A,B))의 값을 계산한 후, 편차 계산기(109)는 보정 데이터(g(A,B))를 제어기(106)로 전송한다.

다시 도 3을 참조하면, 제어기(106)에서 보정 데이터를 수신한 후, 제어기(106)는 보정 데이터를 반영한 보정 제어 출력을 출력한다(S306). 보정 데이터(g(A,B))를 수신하면, 제어기(106)는 보정 데이터(g(A,B))를 반영한 보정 제어 출력(f(g(A,B)))을 출력한다.

이로써, 이중화 측정 시스템 간에 절체가 발생하더라도, 제어기(106)가 제어 출력을 하기 전에, 편차 계산기(109)가 제2 측정 데이터와 절체 이전 제1 측정 데이터와의 편차를 반영한 보정 데이터를 제어기(106)로 전송함으로써, 제어기(106)는 제2 측정 데이터가 아닌 보정 데이터를 반영하여 제어 출력을 출력하게 되므로, 제어기(106)에 무리가 가지 않게 되며, 제어기(106)의 제어 출력이 짧은 시간에 점프(jump)하는 일이 발생하지 않으며, 제어 출력의 연속성이 유지될 수 있다.

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.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 제1 측정 시스템이 측정한 제1 측정 데이터를 편차 계산기로 전송하는 단계;
   상기 제1 측정 데이터에 오류가 감지되면 상기 제1 측정 시스템을 활성화 상태에서 비활성화 상태로 전환하고, 제2 측정 시스템을 비활성화 상태에서 활성화 상태로 전환하는 단계;
   상기 제2 측정 시스템이 측정한 제2 측정 데이터를 상기 편차 계산기로 전송하는 단계; 및
   상기 편차 계산기가 상기 제2 측정 데이터를 수신하면, 상기 제1 측정 데이터를 상기 제2 측정 데이터에 반영하여 보정 데이터를 생성하는 단계;
   를 포함하는 HVDC 시스템의 절체 방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 보정 데이터는 상기 제1 측정 데이터와 상기 제2 측정 데이터 간의 편차가 반영되는 HVDC 시스템의 절체 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 보정 데이터는 상기 제1 측정 데이터와 상기 제2 측정 데이터 간의 편차와 시간이 지남에 따라 절대값이 작아지는 함수의 곱이 반영되는 HVDC 시스템의 절체 방법.

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