KR101918693B1 - 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템 및 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 고속 전력 조류 반전 제어 방법 - Google Patents

하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템 및 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 고속 전력 조류 반전 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템(hybrid back-to-back direct current transmission system)에 관한 것이다. 상기 시스템은 LCC 컨버터, 백-투-백 연결의 VSC 컨버터, 및 제1 전환 스위치, 제2 전환 스위치, 제3 전환 스위치 및 제4 전환 스위치를 포함한다. 상기 제1전환 스위치는 제1 교류 시스템과 상기 LCC 컨버터에 연결되고; 상기 제2 전환 스위치는 제1 교류 시스템과 상기 VSC 컨버터에 연결되며; 상기 제3 전환 스위치는 제2 교류 시스템과 상기 VSC 컨버터에 연결되며; 상기 제4 전환 스위치는 상기 제2교류 시스템과 상기 LCC 컨버터에 연결된다. 순방향 충전(forward power delivery)에서, 상기 제1 전환 스위치와 상기 제3 전환 스위치는 폐쇄되며, 역방향 충전(reverse power delivery)에서는, 상기 제2 전환 스위치와 제4 전환 스위치가 폐쇄된다. 이로 인해, 상기 VSC 컨버터는 모든 충전 방향에서 항상 반전 동작이 보장되어, 반전 동작시 상기 LCC 컨버터의 전류 실패 가능성(potential commutation failure)문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명은 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 고속 전력 조류 반전 제어 방법(fast power flow reversal control method)을 제공한다.

Description

하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템 및 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 고속 전력 조류 반전 제어 방법
본 발명은 파워 일렉트로닉스(전력 전자) 분야에 관한 것으로, 상세하게는, 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템 및 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 고속 전력 조류 반전 제어 방법에 관한 것이다.
초고압직류송전(High voltage direct current transmission, HVDC) 기술은 2개의 카테고리로 나눌 수 있다: 즉, 사이리스터(thyristor) 기반 선 전류형 컨버터(line commutated converter based HVDC, LCC-HVDC) 기술과 완전 제어전력전자소자 기반의 전압 소스 컨버터 기반 HVDC(voltage source converter based HVDC(VSC-HVDC) technology based on fully-controlled power electronic devices) 기술로 나눌 수 있다. LCC-HVDC는 저비용과 저손실을 구비한 성숙한 기술이다. 현재, 전세계에서 작동중인 직류 전송 방식은 LCC-HVDC 방식이다. 그러나, LCC-HVDC 방식은 인버터 측의 전류(轉流) 실패, 교류 시스템에 대한 과도한 의존, 다량의 무효 전력 흡수, 과도한 컨버터 변전소 면적 요구 등과 같은 면에서 여러 가지의 단점이 있다. HVDC technology 기술의 새로운 세대로서의 VSC-HVDC는 무효 및 유효 전력의 디커플링(분해) 제어, 무효 전력 보상의 필요성 제거, 적은 푸트 프린트(foot print: 임의의 장치를 설치하는 데 필요한 바닥의 형상과 면적), 전류 실패 등과 같은 여러 면에서 장점이 있다. 그러나, 현재, 고비용과 고손실 등과 같은 면에서 역시 단점도 있다. LCC-HVDC 및 VSC-HVDC 기술은 따라서 서로 결합하여, 일 측은 LCC 컨버터를 이용하고, 일 측은 VSC 컨버터를 이용하여, 하이브리드 직류 전송기술을 형성하는 것이다. 상기 하이브리드 직류 전송 기술은 LCC-HVDC의 성숙도(maturity), 저비용 및 저손실과 같은 장점 및 VSC-HVDC의 양호한 통제 성능, 적은 푸트 프린트, 전류 실패 부재 등과 같이 LCC-HVDC 와 VSC-HVDC 기술의 장점을 접목하면, 폭넓게 엔지니어링 분야에 적용될 수 있을 것이다.
하이브리드 백-투-백 직류 전송을 적용하는데 있어, 전력 조류(흐름)(power flow)에 대한 양방향 충전을 고려해야 할 필요가 있다. 전력 조류의 순방향 및 역방향 충전의 경우, 상기 하이브리드 직류 전송의 인버터 측에서의 전류 실패 부재와 관련, 하이브리드 직류 전송 시스템의 구조를 최적화할 필요가 있으며, 이에 상응하는 전력 흐름 역방향 제어 방법을 디자인할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템 및 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 고속 전력 조류 반전 제어 방법을 제공하는 것이다. 상기 시스템에 따르면, 전환 스위치를 이용하여, VSC 컨버터가 전력 조류의 순방향 및 역방향 충전시 반전 동작을 항상 실시하게 되어, 반전 동작시 LCC 컨버터의 전류 실패(轉流失敗, commutation failure)가능성을 회피할 수 있다. 또한, 전환 스위치를 통해 고속 전력 조류 반전을 실현하는 제어 방법을 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 기술해결 방안을 이용한다:
백-투-백 연결의 LCC 컨버터와 VSC 컨버터와, 제1 내지 4 전환 스위치와 제1교류 시스템과 제2 교류 시스템의 버스바를 추가로 포함하는 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템에서, 상기 제1 교류 시스템의 버스바는 제1 전환 스위치의 일 측과 제2 전환 스위치의 일 측에 각각 연결되며, 제1 전환 스위치의 타 측은 LCC 컨버터와 제4 전환 스위치의 일 측에 각각 연결되고, 제1 전환 스위치의 타 측은 LCC 컨버터와 제4 전환 스위치의 일 측에 각각 연결되고, 제2 전환 스위치의 타 측은 VSC 컨버터와 제3 전환 스위치의 일 측에 각각 연결되고, 제2 교류 시스템의 버스바는 제3 전환 스위치의 타 측과 제4 전환 스위치의 타 측에 각각 연결되며;
순방향 전력 충전(power delivery)에서, 제1 및 제3 전환 스위치는 폐쇄되며, 제2 전환 스위치와 제4 전환 스위치는 개방되며;
역방향 전력 충전에서, 제1전환 스위치와 제3 전환 스위치는 개방되며, 제2 전환 스위치 및 제4 전환 스위치는 폐쇄되는 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템에서, 제1-4 전환 스위치 각각이 절연 스위치, 회로 차단기, 또는 절연 스위치와 회로 차단기의 결합일 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템에서, 최소 하나의 접지 점이 LCC 컨버터의 직류 측과 백-투-백 연결의 VSC 컨버터에 존재하거나, 최소 하나의 접지 점이 VSC 컨버터의 밸브 측에 존재할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, VSC 컨버터의 밸브 측에 최소 하나의 접지 점이 존재한다는 것은 상기 VSC 컨버터의 컨버터 변압기 밸브 측 교류장이 스타 리액턴스 중립 접지 저항(star reactance plus neutral ground resistance)에 의해 접지되거나, 상기 VSC 컨버터의 컨버터 변압기 밸브 측 와인딩(winding)이 중립 접지 저항에 의해 접지된다는 의미일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 전력 조류 반전 제어 방법을 제공하며, 상기 방법은:
(1) 전력 조류 반전 지시를 수신하면, (2)단계로 진행하거나, 아니면 (1) 단계에 잔류하고;
(2) 셧다운(shutdown) 명령을 발동하여 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 LCC 컨버터와 VSC컨버터가 폐쇄되도록 하고, (3)단계로 진행하며;
(3) 순방향 전력 충전에서 역방향 전력 충전으로 변경한 후, (4) 단계로 진행하거나, 역방향 전력 충전에서 순방향 전력 충전으로 진행하여, (5) 단계로 진행하며;
(4) 제1 전환 스위치 Q1, 제2 전환 스위치 Q2, 제3 전환 스위치 Q3 및 제4 전환 스위치 Q4를 개방하고, 일정 반전 지연(given reversal delay) 동안 기다린 후, 제2 전환 스위치 Q2 및 제4 전환 스위치 Q4를 폐쇄한 후, (6) 단계로 진행하며;
(5) 제1 전환 스위치 Q1, 제2 전환 스위치 Q2, 제3 전환 스위치 Q3 및 제4 전환 스위치 Q4를 개방하고, 일정 반전 지연(given reversal delay) 동안 기다린 후, 제1 전환 스위치 Q1 및 제3 전환 스위치 Q3를 폐쇄한 후, (6) 단계로 진행; 및
(6) 다시 상기 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템을 동작시키는 방법.
상기 전력 조류 반전 제어 방법에서, 상기 일정 반전 지연의 특정 지연 시간은 시스템 분석에 근거하여 결정된다.
상기 방법을 적용함으로써, 본 발명의 유리한 효과는:
(1) 전환 스위치를 사용하여 VSC 컨버터가, 순방향 전력 충전 또는 역방향 전력 충전에서, 항상 반전 동작이 가능해져 반전 동작시 상기 LCC 컨버터의 전류 실패(轉流失敗, commutation failure)가능성 문제를 회피할 수 있고;
(2) 빠른 전력 조류 반전 과정이 단순화되며, 신뢰할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 구성도이며;
도 2는 본 발명에 따른 직류 측이 접지된 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템 토폴로지의 구성도이며;
도 3은 본 발명에 따른 중립 접지 LCC 컨버터와 임피던스 접지 VSC 컨버터를 구비한 하이브리드 백-투-백 직류 전송 토폴로지의 구성도이며;
도 4는 본 발명에 따른 중립 접지 LCC 컨버터와 컨버터 변압기 중립 접지 VSC 컨버터를 구비한 하이브리드 백-투-백 직유 전송 토폴로지의 구성도이며;
도 5는 본 발명에 따른 중립 접지 LCC 컨버터와 미접지 VSC 컨버터를 구비한 하이브리드 백-투-백 직류 전송 토폴로지의 구성도이며;
도 6은 본 발명에 따른 미접지 LCC 컨버터와 임피던스 접지 VSC 컨버터를 구비한 하이브리드 백-투-백 직류 전송 토폴로지의 구성도이며;
도 7은 본 발명에 따른 미접지 LCC 컨버터와 컨버터 변압기 중립 접지 VSC 컨버터를 구비한 하이브리드 백-투-백 직류 전송 토폴리지의 구성도이며;
도 8은 본 발명에 따른 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 전력 조류 반전 방법의 구성도이며;
상기에서: LCC는 LCC 컨버터; VSC는 VSC 컨버터; Q1∼Q4는 제1∼4 전환 스위치를 각각 나타내며; B1 및 B2는 각각 제1 및 제2 교류 시스템의 버스바를 나타낸다.
본 발명의 기술적인 해결 방법은 첨부하는 도면과 특정 실시 예를 참조로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 구성도이다.
상기 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템은 평활 리액터 L를 매개로 백-투-백 연결의 LCC 컨버터와 VSC 컨버터와, 제1-4 전환 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4)로 구성된 백-투-백 전송 토폴로지를 포함한다. 상기 제1 전환 스위치(Q1)은 일 측에서 제1 교류 시스템과 타 측에서 LCC 컨버터의 교류 측에 연결된 버스바(B1)에 연결되고; 제2 전환 스위치(Q2)는 일 측에서 제1 교류 시스템과 타 측에서 VSC 컨버터의 교류 측에 연결된 버스바(B1)에 연결되고; 제3 전환 스위치(Q3) 일 측에서 제2 교류 시스템에 연결되고, 타 측에서 VSC 컨버터의 교류 측에 연결된 버스바(B2)에 연결되고; 제4 전환 스위치는 일 측에서 제2 교류 시스템 및 타측에서 LCC의 교류 측에 연결된 버스바(B2)에 연결된다.
상기 설명된 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템에서, 제1 교류 시스템에서 제2 교류 시스템으로의 유효 전력 조류(흐름, flow)는 순방향 전력 충전(forward power delivery)으로 정의되며, 제2 교류 시스템에서 제1 교류 시스템으로의 유효 전력 조류는 역방향 전력 충전으로 정의된다.
순방향 전력 충전에서, 제1 전환 스위치(Q1)과 제3 전환 스위치(Q3)는 폐쇄되고, 제2 전환 스위치(Q2)와 제4 전환 스위치(Q4)는 개방된다. 역방향 전력 충전에서, 제1 전환 스위치(Q1)와 제3 전환 스위치(Q3)는 개방되고, 제2 전환 스위치(Q2)와 제4 전환 스위치(Q4)는 폐쇄된다.
따라서, VSC 컨버터는, 순방향 전력 충전, 또는 역방향 전력 충전이건 간에, 수신 단에서 항상 반전 작동을 실시해, 반전 동작 시 LCC 컨버터의 전류 실패(轉流失敗, commutation failure)가능성 문제를 회피할 수 있다.
상기 설명한 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템에서, 제1 내지 제4 전환 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4) 각각은 절연 스위치, 회로 차단기 또는 절연 스위치와 회로 차단기의 결합일 수 있다. 상기 설명한 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템에서, 상기 연결은 직접 와이어나, 간접적으로 다른 스위치 수단으로 연결되고, 간접 연결은 다른 스위치가 폐쇄될 때 와이어를 매개를 통한 직접 연결에 상응할 수 있다.
평활 리액터 L을 매개로 한 백-투-백 연결의 LCC 컨버터와 VSC 컨버터로 구성된 상기 백-투-백 전송 토폴로지는 도 2 내지 도 7에 도시된 여러 형태 중 하나일 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 직류 측이 접지된 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템 토폴로지의 구성도이다. LCC 컨버터는 12-펄스 브리지 회로를 사용하며, 각 브리지 암(bridge arm)은 직렬 연결된 여러 사이리스터(thyristor)로 구성된다. 상기 LCC컨버터는 각각 Y0/Y/Δ 배열로 연결된 3 와인딩(winding)을 구비한 변압기를 통해 전송 단 교류 그리드에 연결된다. 상기 변압기는 전송 단 교류 시스템의 3상 교류에 대한 전압 레벨 변압을 가능케 하여, 요구되는 직류 전압 레벨에 응용된다. 서로 다른 변압기 2차 측 연결은 3상 교류에 12-펄스 브리지 사이리스터 컨버터의 상위 6-펄스 컨버터 브리지와 하위 6-펄스 컨버터 브리지에 30° 위상각 차이를 제공하여, 그리드로 유입되는 고조파 전류를 감축할 수 있다. 상기 VSC 컨버터는 각각 Y0/Δ 배열로 연결된 2개 와인딩를 구비한 변압기를 통해 수신 단 교류 그리드에 연결된다. 상기 LCC 컨버터와 VSC컨버터는 평활 리액터 L을 매개로 접지 점에 연결된 직류 측 퍼지티브 와이어(positive wire)와 네거티브 와이어(negative wire)에 백-투-백 연결된다.
도 3은 본 발명에 따른 중립 접지 LCC 컨버터와 임피던스 접지 VSC 컨버터를 구비한 하이브리드 백-투-백 직류 전송 토폴로지의 구성도이다.
상기 LCC 컨버터는 12-펄스 브리지 회로를 사용하며, 각 브리지 암(bridge arm)은 직렬 연결된 여러 사이리스터로 구성된다. 상기 12-펄스 브리지 컨버터의 상위 6-펄스 컨버터 브리지와 하위 6-펄스 컨버터 브리지 사이의 중간점은 접지점에 연결된다. 상기 LCC 컨버터는 각각 Y0/Δ 배열로 연결된 3 와인딩을 구비한 변압기를 통해 전송 단 교류 그리드에 연결된다.
상기 변압기는 전송 단 교류 시스템의 3상 교류에 대한 전압 레벨 변압을 가능케 하여, 요구되는 직류 전압 레벨에 응용된다. 서로 다른 변압기 2차 측 연결은 3상 교류에 12-펄스 브리지 사이리스터 컨버터의 상위 6-펄스 컨버터 브리지와 하위 6-펄스 컨버터 브리지에 30° 위상각 차이를 제공하여, 그리드로 들어가는 고조파 전류를 감축할 수 있다. 상기 VSC 컨버터는 각각 Y0/Δ 배열로 연결된 2개 와인딩를 구비한 변압기를 통해 수신 단 교류 그리드에 연결된다. 상기 VSC 컨버터 밸브 측은 스타 리액턴스 중립 접지 저항(star reactance plus neutral ground resistance)에 의해 접지된다.
도 4는 본 발명에 따른 중립 접지 LCC 컨버터와 컨버터 변압기 중립 접지 VSC 컨버터를 구비한 하이브리드 백-투-백 직유 전송 토폴로지의 구성도이다. 상기 LCC 컨버터는 12-펄스 브리지 회로를 사용하며, 각 브리지 암(bridge arm)은 직렬 연결된 여러 사이리스터로 구성된다.
상기 12-펄스 브리지 컨버터의 상위 6-펄스 컨버터 브리지와 하위 6-펄스 컨버터 브리지 사이의 중간점은 접지점에 연결된다. 상기 LCC 컨버터는 각각 Y0/Δ 배열로 연결된 3 와인딩을 구비한 변압기를 통해 전송 단 교류 그리드에 연결된다. 상기 LCC 컨버터는 각각 Y0/Y/Δ 배열로 연결된 3 와인딩을 구비한 변압기를 통해 전송 단 교류 그리드에 연결된다. 상기 변압기는 전송 단 교류 시스템의 3상 교류에 대한 전압 레벨 변압을 가능케 하여, 요구되는 직류 전압 레벨에 응용된다. 서로 다른 변압기 2차 측 연결은 3상 교류에 12-펄스 브리지 사이리스터 컨버터의 상위 6-펄스 컨버터 브리지와 하위 6-펄스 컨버터 브리지에 30° 위상각 차이를 제공하여, 그리드로 유입되는 고조파 전류를 감축할 수 있다. 상기 VSC 컨버터는 각각 Y0/Δ 배열로 연결된 2개 와인딩를 구비한 변압기를 통해 수신 단 교류 그리드에 연결된다. 상기 변압기의 밸브 측 중립점은 저항 접지 또는 직접 접지를 사용한다. 상기 LCC 컨버터와 VSC 컨버터는 평활 리액터 L을 매개로 백-투-백 연결된다.
도 5는 본 발명에 따른 중립 접지 LCC컨버터와 미접지 VSC 컨버터를 구비한 하이브리드 백-투-백 직류 전송 토폴로지의 구성도이다.
상기 LCC 컨버터는 12-펄스 브리지 회로를 사용하며, 각 브리지 암(bridge arm)은 직렬 연결된 여러 사이리스터로 구성된다. 상기 12-펄스 브리지 컨버터의 상위 6-펄스 컨버터 브리지와 하위 6-펄스 컨버터 브리지 사이의 중간점은 접지 점에 연결된다. 상기 LCC 컨버터는 각각 Y0/Δ 배열로 연결된 3 와인딩을 구비한 변압기를 통해 전송 단 교류 그리드에 연결된다. 상기 변압기는 전송 단 교류 시스템의 3상 교류에 대한 전압 레벨 변압을 가능케 하여, 요구되는 직류 전압 레벨에 응용된다. 서로 다른 변압기 2차 측 연결은 3상 교류에 12-펄스 브리지 사이리스터 컨버터의 상위 6-펄스 컨버터 브리지와 하위 6-펄스 컨버터 브리지에 30° 위상각 차이를 제공하여, 그리드로 들어가는 고조파 전류를 감축할 수 있다. 상기 VSC 컨버터는 각각 Y0/Δ 배열로 연결된 2개 와인딩를 구비한 변압기를 통해 수신 단 교류 그리드에 연결된다. 상기 VSC 컨버터 밸브 측은 스타 리액턴스 중립 접지 저항(star reactance plus neutral ground resistance)에 의해 접지된다. 상기 VSC 컨버터 측은 접지되지 않는다. 상기 LCC 컨버터와 VSC 컨버터는 평활 리액터 L을 매개로 백-투-백 연결된다.
도 6은 본 발명에 따른 미접지 LCC 컨버터와 임피던스 접지 VSC 컨버터를 구비한 하이브리드 백-투-백 직류 전송 토폴로지의 구성도이다.
상기 LCC 컨버터는 12-펄스 브리지 회로를 사용하며, 각 브리지 암(bridge arm)은 직렬 연결된 여러 사이리스터로 구성된다. 상기 LCC 컨버터는 각각 Y0/Δ 배열로 연결된 3 와인딩을 구비한 변압기를 통해 전송 단 교류 그리드에 연결된다. 상기 변압기는 전송 단 교류 시스템의 3상 교류에 대한 전압 레벨 변압을 가능케 하여, 요구되는 직류 전압 레벨에 응용된다. 서로 다른 변압기 2차 측 연결은 3상 교류에 12-펄스 브리지 사이리스터 컨버터의 상위 6-펄스 컨버터 브리지와 하위 6-펄스 컨버터 브리지에 30° 위상각 차이를 제공하여, 그리드로 들어가는 고조파 전류를 감축할 수 있다. 상기 LCC 컨버터는 접지되지 않는다. 상기 VSC컨버터는 각각 Y0/Δ 배열로 연결된 2개 와인딩를 구비한 변압기를 통해 수신 단 교류 그리드에 연결된다. 상기 VSC 컨버터 밸브 측은 스타 리액턴스 중립 접지 저항(star reactance plus neutral ground resistance)에 의해 접지된다. 상기 LCC 컨버터와 VSC 컨버터는 평활 리액터 L을 매개로 백-투-백 연결된다.
도 7은 본 발명에 따른 미접지 LCC컨버터와 컨버터 변압기 중립 접지 VSC 컨버터를 구비한 하이브리드 백-투-백 직류 전송 토폴리지의 구성도이다.
상기 LCC 컨버터는 12-펄스 브리지 회로를 사용하며, 각 브리지 암(bridge arm)은 직렬 연결된 다수의 사이리스터로 구성된다. 상기 LCC 컨버터는 각각 Y0/Δ 배열로 연결된 3 와인딩을 구비한 변압기를 통해 전송 단 교류 그리드에 연결된다. 상기 변압기는 전송 단 교류 시스템의 3상 교류에 대한 전압 레벨 변압을 가능케 하여, 요구되는 직류 전압 레벨에 응용된다. 서로 다른 변압기 2차 측 연결은 3상 교류에 12-펄스 브리지 사이리스터 컨버터의 상위 6-펄스 컨버터 브리지와 하위 6-펄스 컨버터 브리지에 30° 위상각 차이를 제공하여, 그리드로 들어가는 고조파 전류를 감축할 수 있다. 상기 VSC 컨버터는 각각 Y0/Δ 배열로 연결된 2개 와인딩를 구비한 변압기를 통해 수신 단 교류 그리드에 연결된다. 상기 변압기의 밸브 측 중립점은 저항 접지 또는 직접 접지를 사용한다. 상기 LCC컨버터와 VSC컨버터는 평활 리액터 L을 매개로 백-투-백 연결된다.
상기 도 8에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 전력 조류 반전 제어 방법은:
101단계: 전력 조류 반전 지시를 수신하면, 102단계로 진행하거나, 아니면 101 단계에 잔류하고;
102단계: 셧다운(shutdown) 명령을 발동하여 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 LCC 컨버터와 VSC 컨버터가 폐쇄되도록 하고;
104a 단계: 모든 전환 스위치를 개방하며, 즉, 제1, 제2, 제3 및 제4 전환 스위치(Q1, Q2, Q3, Q4) 전환 스위치를 개방하며;
104b 단계: 일정 반전 지연(given reversal delay) 동안 기다린 후;
104c 단계: 제2 전환 스위치(Q2) 및 제4 전환 스위치(Q4)를 폐쇄한 후, 106단계로 진행하며;
105a: 모든 전환 스위치를 개방하며, 즉, 제1 전환 스위치(Q1), 제2 전환 스위치(Q2), 제3 전환 스위치(Q3) 및 제4 전환 스위치(Q4)를 개방하고;
105b단계: 일정 반전 지연(given reversal delay) 동안 기다린 후;
105c 단계: 제1 전환 스위치(Q1) 및 제3 전환 스위치(Q3)를 폐쇄한 후, 106단계로 진행하고; 및
106단계: 다시 상기 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템을 동작시킨다.
상기 104b 및 105b 단계에서, 상기 일정 반전 지연의 특정 지연 시간은 시스템 분석에 근거하여 결정되며, 예를 들어, 컨버터 댐핑 회로의 방전 시간 및 교류 필터를 다시 사용하기 전 커패시터의 방전 시간을 고려하여 1초에서 60분으로 하는 것이 바람직하다.
상기 실시예는 본 발명의 기술 개념을 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니다. 본 발명의 기술 개념에 기초한 기술 해결 방안의 모든 변형예가 본 발명의 범위에 속한다.

Claims (5)

  1. 백-투-백 연결의 LCC 컨버터와 VSC 컨버터와, 제1 내지 제4 전환 스위치와 제1 교류 시스템과 제2 교류 시스템의 버스바를 추가로 포함하는 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템에서, 상기 제1 교류 시스템의 버스바는 제1 전환 스위치의 일 측과 제2 전환 스위치의 일 측에 각각 연결되며, 제1 전환 스위치의 타 측은 LCC 컨버터와 제4 전환 스위치의 일 측에 각각 연결되고, 제1 전환 스위치의 타 측은 LCC 컨버터와 제4 전환 스위치의 일 측에 각각 연결되고, 제2 전환 스위치의 타 측은 VSC 컨버터와 제3 전환 스위치의 일 측에 각각 연결되고, 제2 교류 시스템의 버스바는 제3 전환 스위치의 타 측과 제4전환 스위치의 타 측에 각각 연결되며;
    순방향 전력 충전(power delivery)에서, 제1 및 제3 전환 스위치는 폐쇄되며, 제2 전환 스위치와 제4 전환 스위치는 개방되며;
    역방향 전력 충전에서, 제1 전환 스위치와 제3 전환 스위치는 개방되며, 제2 전환 스위치 및 제4 전환 스위치는 폐쇄되는 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 제1 내지 제4 전환 스위치 각각이 절연 스위치, 회로 차단기, 또는 절연 스위치와 회로 차단기인 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 최소 하나의 접지점이 LCC 컨버터의 직류 측과 백-투-백 연결의 VSC 컨버터에 존재하거나, 최소 하나의 접지점이 VSC 컨버터 측에 존재하는 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템.
  4. 제3항에 있어서, VSC 컨버터 측에 최소 하나의 접지점이 존재한다는 것은 상기 VSC 컨버터의 컨버터 변압기 측 교류 장이 스타 리액턴스 중립 접지 저항(star reactance plus neutral ground resistance)에 의해 접지되거나, 상기 VSC 컨버터의 컨버터 변압기 측 와인딩(winding)이 중립 접지 저항에 의해 접지된다는 의미하는 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템.
  5. (1) 전력 조류 반전 지시를 수신하면, (2) 단계로 진행하거나, 아니면 (1) 단계에 잔류하고;
    (2) 셧다운(shutdown) 명령을 발동하여 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 LCC 컨버터와 VSC컨버터가 폐쇄되도록 하고, (3)단계로 진행하며;
    (3) 순방향 전력 충전에서 역방향 전력 충전으로 변경한 후, (4) 단계로 진행하거나, 역방향 전력 충전에서 순방향 전력 충전으로 진행하여, (5) 단계로 진행하며;
    (4) 제1 전환 스위치(Q1), 제2 전환 스위치(Q2), 제3 전환 스위치(Q3) 및 제4 전환 스위치(Q4)를 개방하고, 일정 반전 지연(given reversal delay) 동안 기다린 후, 제2 전환 스위치(Q2) 및 제4 전환 스위치(Q4)를 폐쇄한 후, (6) 단계로 진행하며;
    (5) 제1 전환 스위치(Q1), 제2 전환 스위치(Q2), 제3 전환 스위치(Q3) 및 제4 전환 스위치(Q4)를 개방하고, 일정 반전 지연(given reversal delay) 동안 기다린 후, 제1 전환 스위치(Q1) 및 제3 전환 스위치(Q3)를 폐쇄한 후, (6) 단계로 진행; 및
    (6) 다시 상기 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템을 동작시키는 방법을 포함하는 상기 1항의 하이브리드 백-투-백 직류 전송 시스템의 전력 조류 반전 제어 방법.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104600738B (zh) * 2015-01-21 2017-02-22 南京南瑞继保电气有限公司 一种高压直流输电串联阀组控制装置
CN105514957B (zh) * 2016-01-28 2017-12-22 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合背靠背直流输电系统及潮流反转控制方法
CN105932706B (zh) * 2016-05-31 2018-07-06 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种提高混合背靠背直流系统的协调控制方法
CN108736506B (zh) * 2018-08-02 2023-12-01 南方电网科学研究院有限责任公司 一种高压直流输电系统
CN109038589B (zh) * 2018-08-02 2020-05-05 中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司 一种多省区电网协调运行生产模拟方法
CN110071485B (zh) * 2019-04-22 2021-09-07 国网冀北电力有限公司 一种适用于多端柔性变电站的保护配置方法
CN110365036B (zh) * 2019-07-23 2020-12-18 许继电气股份有限公司 一种lcc-vsc直流输电系统的功率协调控制方法与装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104795834A (zh) 2015-04-29 2015-07-22 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合直流输电拓扑结构及控制方法

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH490753A (de) * 1968-08-09 1970-05-15 Bbc Brown Boveri & Cie Verfahren zur Energierichtungsumkehr bei Kupplungen von asynchronen Drehstromnetzen
SE514920C2 (sv) * 1997-03-24 2001-05-14 Abb Ab Elkraftanläggning med lik- och växelspänningsnät innefattande detektering av obalanstillstånd hos strömriktare
CN1881725A (zh) * 2005-06-15 2006-12-20 许继集团有限公司 高压直流输电系统中潮流反转保护方法
WO2007073256A1 (en) * 2005-12-21 2007-06-28 Abb Technology Ltd Hvdc system
JPWO2008136094A1 (ja) * 2007-04-24 2010-07-29 三菱電機株式会社 電気駆動システムおよびハイブリット駆動システム
SE0900830L (sv) * 2009-06-18 2009-06-29 Abb Technology Ag Styrning av en växelriktaranordning för att stödja ett växelströmssystem
US8767422B2 (en) * 2010-06-01 2014-07-01 Abb Technology Ag Interface arrangement between AC and DC systems using grounding switch
US9450412B2 (en) * 2010-12-22 2016-09-20 General Electric Company Method and system for control power in remote DC power systems
CN103683195B (zh) * 2012-09-11 2016-12-21 南京南瑞继保电气有限公司 静止变频器系统输出变压器变频差动保护方法
RU129721U1 (ru) * 2013-03-13 2013-06-27 Михаил Александрович Коваленко Асинхронный двунаправленный обратноходовой преобразователь постоянного напряжения
US9099936B2 (en) * 2013-03-14 2015-08-04 General Electric Company High voltage direct current (HVDC) converter system and method of operating the same
CN103337972B (zh) * 2013-05-22 2014-06-18 华中科技大学 一种混合型换流器及风力发电系统
CN104218543B (zh) * 2013-05-30 2016-12-28 南京南瑞继保电气有限公司 电流源型变流器差动保护方法
DK3039764T3 (da) * 2013-10-07 2020-03-02 Siemens Ag Anlæg til overførsel af elektrisk effekt
CN103972887B (zh) * 2014-05-19 2017-07-18 南京南瑞继保电气有限公司 一种适用于双回线路的统一潮流控制器
CN105098812B (zh) * 2014-05-22 2018-03-30 南京南瑞继保电气有限公司 一种三极柔性直流输电系统和方法
CN104578131B (zh) * 2015-01-08 2017-05-17 南京南瑞继保电气有限公司 一种直流输电自动潮流反转控制方法
CN104638665B (zh) * 2015-03-06 2017-10-17 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合直流输电系统潮流反转控制方法及装置
CN104852401B (zh) * 2015-06-02 2017-07-18 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合直流输电系统、控制方法及潮流反转控制方法
EP3317936B1 (en) * 2015-06-30 2018-12-12 ABB Schweiz AG Power transmission arrangement and method for operating a power transmission arrangement
CN105071425B (zh) * 2015-07-28 2017-08-25 国家电网公司 一种基于lcc和mmc的混合直流输电系统
CN205377273U (zh) * 2016-01-28 2016-07-06 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合背靠背直流输电系统
CN105514957B (zh) * 2016-01-28 2017-12-22 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合背靠背直流输电系统及潮流反转控制方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104795834A (zh) 2015-04-29 2015-07-22 南京南瑞继保电气有限公司 一种混合直流输电拓扑结构及控制方法

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