KR102354374B1

KR102354374B1 - Hvdc 시스템의 서브모듈

Info

Publication number: KR102354374B1
Application number: KR1020150167448A
Authority: KR
Inventors: 김태진; 백주원; 강대욱
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2022-01-20
Also published as: KR20170062065A

Abstract

본 발명은 HVDC 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 서브모듈들을 직렬로 연결하여 고압 인버터 시스템을 구축하는 HVDC 시스템의 서브모듈에 관한 것이다.
본 발명은, 직육면체 형상을 가지는 하우징(100)과; 상기 하우징(100)의 하측에 설치되며 상면에 한 쌍 이상의 연결단자(211)들이 돌출된 외형이 직육면체 형상을 가지는 커패시터(210)와; 상기 커패시터(210)의 상면에 밀착되는 냉각플레이트(230)와; 상기 냉각플레이트(230)의 상면에 설치되는 한 쌍의 IGBT부(240)와; 상기 하우징(100)의 상부에서 전면으로 노출되도록 설치되어 상기 한 쌍의 IGBT부(240) 및 상기 커패시터(210)의 전기적 작동을 제어하는 제어부(220)와; 상기 하우징(100)의 상부에서 후면으로 돌출되도록 설치된 출력단자부(270)와; 상기 한 쌍의 IGBT부(240)의 상측에 설치되며 상기 연결단자(211)들과 한 쌍의 IGBT부(240)을 전기적으로 연결시키는 부스바(250)와; 상기 부스바(250)와 상기 출력단자부(270)를 전기적으로 연결하는 한 쌍의 출력단자연결부(260)를 포함하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 서브모듈을 개시한다.

Description

HVDC 시스템의 서브모듈{Submodule for HVDC system}

본 발명은 HVDC 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수의 서브모듈들을 직렬로 연결하여 고압 인버터 시스템을 구축하는 HVDC 시스템의 서브모듈에 관한 것이다.

HVDC 시스템은, 고압 직류 송전을 위한 시스템으로서, 작은 서브모듈들을 직렬로 연결하여 고압 인버터 시스템을 구축하는 시스템이다.

그리고 HVDC 시스템을 구성하는 서브모듈들은, 대용량 커패시터, IGBT 등이 내장된 하우징과, 하우징의 외측으로 노출되도록 설치된 출력단자들을 포함하여 구성된다.

여기서 상기 출력단자는, 다른 서브모듈들을 직렬로 연결되도록 하우징의 전면에 설치되어 각 서브모듈들 간의 연결 및 분리작업이 편리하게 구성됨이 일반적이다.

그러나, 종래의 서브모듈은, 서브모듈의 제어를 위한 제어부와 인접되어 출력단자 및 제어부와의 전기적 간섭에 의하여 오작동이 발생되는 문제점이 있다.

또한, 고전압의 출력단자들이 전면에 노출되어 감전 위험 등 전기적 안정성을 저해하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 컴팩트한 구조를 가짐과 아울러 전기적 안정성이 높은 HVDC 시스템의 서브모듈을 제공하는데 있다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명은, 직육면체 형상을 가지는 하우징(100)과; 상기 하우징(100)의 하측에 설치되며 상면에 한 쌍 이상의 연결단자(211)들이 돌출된 외형이 직육면체 형상을 가지는 커패시터(210)와; 상기 커패시터(210)의 상면에 밀착되는 냉각플레이트(230)와; 상기 냉각플레이트(230)의 상면에 설치되는 한 쌍의 IGBT부(240)와; 상기 하우징(100)의 상부에서 전면으로 노출되도록 설치되어 상기 한 쌍의 IGBT부(240) 및 상기 커패시터(210)의 전기적 작동을 제어하는 제어부(220)와; 상기 하우징(100)의 상부에서 후면으로 돌출되도록 설치된 출력단자부(270)와; 상기 한 쌍의 IGBT부(240)의 상측에 설치되며 상기 연결단자(211)들과 한 쌍의 IGBT부(240)을 전기적으로 연결시키는 부스바(250)와; 상기 부스바(250)와 상기 출력단자부(270)를 전기적으로 연결하는 한 쌍의 출력단자연결부(260)를 포함하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 서브모듈을 개시한다.

상기 부스바(250)는, 상기 연결단자(211)들과 한 쌍의 IGBT부(240)을 전기적으로 연결시키는 배선들이 내장되도록 몰딩된 몰딩플레이트를 포함할 수 있다.

상기 몰딩플레이트는, 상기 커패시터(210)의 상면과 간격을 두고 평행하게 설치되며, 상기 연결단자(211)에 의하여 지지될 수 있다.

상기 IGBT부(240)의 적어도 일부는, 상기 냉각플레이트(230)의 상면에 지지되어 설치되며, 상기 몰딩플레이트는, 상기 몰딩플레이트 내부의 배선과 상기 상기 IGBT부(240)의 전기적 연결을 위한 돌출단자(252)에 의하여 지지될 수 있다.

상기 몰딩플레이트는, 상기 하우징(100)의 전방 및 후방을 기준으로 양측에서 상기 한 쌍의 출력단자연결부(260)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 한 쌍의 출력단자연결부(260)는, 하단에 상기 몰딩플레이트의 배선과 전기적으로 연결되며, 상측으로 가면서 서로 간격이 좁아지는 제1구간부(261)와, 상기 제1구간부(261)의 상단에서 서로 평행하게 배치된 제2구간부(262)와, 상측으로 가면서 서로 간격이 확대되며 상단에는 제3구간부(263)를 가지는 금속플레이트부재로 이루어질 수 있다.

상기 IGBT부(240), 커패시터(210) 등의 오작동 등 신속한 전기차단을 위하여 상기 한 쌍의 제2구간부(262)들 사이에는, 상기 제어부(220)에 제어에 의하여 상기 한 쌍의 제2구간부(262)들을 전기적으로 연결하는 스위치부(290)가 설치될 수 있다.

상기 냉각플레이트(230)는, 내부에 냉매가 순환하는 냉매유로가 형성되며, 상기 냉매유로는, 상기 하우징(100)의 전면으로 돌출된 냉매유입구(231) 및 냉매배출구(232)와 연결될 수 있다.

상기 하우징(100)은, 전후방으로 선형이동되도록 하측에 설치된 가이드레일(310)를 따라서 이동되는 가이드부(330)가 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 HVDC 시스템의 서브모듈은, 커패시터를 하우징의 하측에 설치하고 커패시터 등의 제어를 위한 제어부 및 전기출력을 위한 출력단자부를 하우징의 전후방에 배치함으로써, 커패시터 등에서 발생되는 전자기가 제어부에 영향을 주는 것을 방지하여 장치의 오작동을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

특히, 종래에는 커패시터, IGBT 및 출력단자부들 간의 전기적 연결을 위한 배선의 설치시, 커패시터의 중앙부분에 단자가 설치되어 각 부재들 간의 간섭을 방지하기 위하여 배선이 절곡되는 등 배선 부분에 변형이 발생되고, 그 변형에 따라 전자기가 발생되는데, 본 발명은 이러한 배선의 변형을 최소화함으로써 배선 부근에서 발생되는 전자기에 의한 영향을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

도 1은, 본 발명에 따른 HVDC 시스템의 서브모듈의 일예를 보여주는 회로도이다.
도 2는, 도 1의 서브모듈의 구성을 보여주는 측면도이다.
도 3은, 도 2의 서브모듈의 전면을 보여주는 정면도이다.
도 4는, 도 2의 서브모듈 중 몰딩된 상태의 IGBT부를 보여주는 평면도이다.
도 5는, 도 2의 서브모듈 중 출력단자의 연결구조를 보여주는 측면도이다.

이하 본 발명에 따른 HVDC 시스템의 서브모듈에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 HVDC 시스템의 서브모듈은, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 직육면체 형상을 가지는 하우징(100)과; 하우징(100)의 하측에 설치되며 상면에 한 쌍 이상의 연결단자(211)들이 돌출된 외형이 직육면체 형상을 가지는 커패시터(210)와; 커패시터(210)의 상면에 밀착되는 냉각플레이트(230)와; 냉각플레이트(230)의 상면에 설치되는 한 쌍의 IGBT부(240)와; 하우징(100)의 상부에서 전면으로 노출되도록 설치되어 한 쌍의 IGBT부(240) 및 커패시터(210)의 전기적 작동을 제어하는 제어부(220)와; 하우징(100)의 상부에서 후면으로 돌출되도록 설치된 출력단자부(270)와; 한 쌍의 IGBT부(240)의 상측에 설치되며 연결단자(211)들과 한 쌍의 IGBT부(240)을 전기적으로 연결시키는 부스바(250)와; 부스바(250)와 상기 출력단자부(270)를 전기적으로 연결하는 한 쌍의 출력단자연결부(260)를 포함한다.

여기서, 상기 HVDC 시스템의 서브모듈은, 복수개로 직렬로 연결됨으로써 HVDC 시스템을 구축하는 서브모듈로서 HVDC 시스템의 사양에 따라서 다양한 구성이 가능하다.

상기 하우징(100)은, 직육면체 형상을 가지며, 커패시터(210), 냉각플레이트(230), IGBT부(240), 제어부(220), 출력단자부(270), 부스바(250) 및 출력단자연결부(260) 등이 설치되는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

예로서, 상기 하우징(100)은, 프레임부재들 및 플레이트부재들에 의하여 형성될 수 있으며, 내부에 설치된 구성의 적어도 일부가 외부로 노출되도록 개구될 수 있으며, 전기적 연결을 위하여 적어도 일부가 절연부재에 의하여 형성될 수 있다.

상기 커패시터(210)는, 하우징(100)의 하측에 설치되며 상면에 한 쌍 이상의 연결단자(211)들이 돌출되며, 외형이 직육면체 형상을 가지는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

예로서, 상기 커패시터(210)는, 하우징(100)의 내측 저면 바닥에 설치될 수 있으며, 하우징(100)은, 컴팩트한 구성을 위하여 커패시터(210)의 길이 및 폭에 대응되는 크기를 가짐이 바람직하다.

한편 상기 커패시터(210)는, 후술하는 한 쌍의 IGBT부(240)와의 전기적 연결을 위하여 한 쌍의 이상의 연결단자(211)들이 상면에 돌출되어 설치된다.

상기 한 쌍의 이상의 연결단자(211)들은, 회로소자인 커패시터(210)의 단자로서 한 쌍 이상으로 구성될 수 있다.

여기서 상기 한 쌍의 이상의 연결단자(211)들은, 후술하는 냉각플레이트(230), IGBT부(240) 등의 설치에 간섭받는 것을 방지하기 위하여 중앙부분 보다는 도 2에 도시된 바와 같이, 길이방향에서 단부, 바람직하게는 하우징(100)의 후방에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 냉각플레이트(230)는, 커패시터(210)의 상면에 밀착되어 커패시터(210)를 냉각시키기 위한 구성으로서, 상측에 설치된 한 쌍의 IGBT부(240) 등과 함께 컴팩트한 구성을 위하여 플레이트 구조를 가짐이 바람직하다.

그리고, 상기 냉각플레이트(230)는, 냉각방식에 따라서 다양한 구조를 가질 수 있다.

예로서, 상기 냉각플레이트(230)는, 내부에 물과 같은 냉매가 순환하는 냉매유로가 형성되며, 냉매유로는, 하우징(100)의 전면으로 돌출된 냉매유입구(231) 및 냉매배출구(232)와 연결될 수 있다.

상기 한 쌍의 IGBT부(240)는, 냉각플레이트(230)의 상면에 설치되어 서브모듈의 회로를 구성하는 구성으로서 설계 조건에 따라서 그 숫자, 소자가 결정된다.

한편 상기 IGBT부(240)의 적어도 일부는, 냉각플레이트(230)의 상면에 지지되어 설치될 수 있다.

상기와 같이, IGBT부(240)의 적어도 일부가 냉각플레이트(230)의 상면에 지지되어 설치되면 커패시터(210) 및 IGBT부(240)를 모두 냉각할 수 있는 이점이 있다.

상기 제어부(220)는, 하우징(100)의 상부에서 전면으로 노출되도록 설치되어 한 쌍의 IGBT부(240) 및 커패시터(210)의 전기적 작동을 제어하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

예로서, 상기 제어부(220)는, 하우징(100)의 상부에서 전면으로 노출된 부분이 하우징(100)과 함께 전면을 형성하는 구조를 가질 수 있다.

아울러, 상기 제어부(220)는, 서브모듈의 작동, 기능 등의 선택 등을 위하여 스위치, 외부 기기와의 연결을 위한 잭, 통신모듈, 조작버튼 등이 설치될 수 있다.

한편 상기 제어부(220)는, 전기적 간섭이 심한 커패시터(100), 출력단자부(270)와 최대한 멀리 설치됨에 따라서 안정적 작동이 가능한 이점이 있다.

그리고 상기 제어부(220)는, 출력단자부(270) 등과 전기적으로 연결됨으로써 작동전원을 공급받을 수 있다.

상기 출력단자부(270)는, 하우징(100)의 상부에서 후면으로 돌출되도록 설치된 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

예로서, 상기 출력단자부(270)는, 한 쌍으로 설치되며, 금속플레이트 부재로서 하우징(100)의 상부에서 후면으로 돌출되고 후술하는 외부 연결단자(321)와 전기적으로 연결된다.

상기 부스바(250)는, 한 쌍의 IGBT부(240)의 상측에 설치되며 연결단자(211)들과 한 쌍의 IGBT부(240)을 전기적으로 연결시키는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

상기 부스바(250)는, 연결단자(211)들과 한 쌍의 IGBT부(240)을 전기적으로 연결시키는 배선들이 내장되도록 몰딩된 몰딩플레이트를 포함할 수 있다.

상기와 같이 부스바(250)가 몰딩플레이트로 구성됨으로써 내부에 형성된 배선과 제어부(220), 출력단자부(270) 등과의 전자기전 간섭을 배제할 수 있는 이점이 있다.

또한 상기 부스바(250)가 몰딩플레이트로 구성됨으로써 복잡한 배선을 간소화하여 서브모듈의 조립 및 보수가 용이한 이점이 있다.

한편, 상기 몰딩플레이트는, 커패시터(210)의 상면과 간격을 두고 평행하게 설치될 수 있다.

이때, 상기 몰딩플레이트는, 연결단자(211)에 의하여 지지될 수 있다.

그리고, 상기 IGBT부(240)의 적어도 일부는, 냉각플레이트(230)의 상면에 지지되어 설치될 수 있는데, 이때, 몰딩플레이트는, 몰딩플레이트 내부의 배선과 IGBT부(240)의 전기적 연결을 위한 돌출단자(252)에 의하여 지지될 수 있다.

한편 상기 몰딩플레이트는, 하우징(100)의 전방 및 후방을 기준으로 양측에서 한 쌍의 출력단자연결부(260)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 한 쌍의 출력단자연결부(260)는, 부스바(250)와 출력단자부(270)를 전기적으로 연결하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

예로서, 상기 한 쌍의 출력단자연결부(260)는, 하단에 몰딩플레이트의 배선과 전기적으로 연결되며, 상측으로 가면서 서로 간격이 좁아지는 제1구간부(261)와, 제1구간부(261)의 상단에서 서로 평행하게 배치된 제2구간부(262)와, 상측으로 가면서 서로 간격이 확대되며 상단에는 제3구간부(263)를 가지는 금속플레이트부재로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 구조에 의하여, 각 부재의 전기적 연결을 위한 배선을 최소화함으로써 서브모듈의 조립 등이 편리한 이점이 있다.

한편, 상기 IGBT부(240), 커패시터(210) 등의 오작동 등 신속한 전기차단을 위하여 한 쌍의 제2구간부(262)들 사이에는, 제어부(220)에 제어에 의하여 한 쌍의 제2구간부(262)들을 전기적으로 연결하는 스위치부(290)가 설치될 수 있다.

상기 스위치부(290)는, IGBT부(240), 커패시터(210) 등의 오작동 등 신속한 전기차단이 필요한 경우 제어부(220)의 제어에 의하여 한 쌍의 제2구간부(262)들을 전기적으로 연결하는 구성으로서 다양한 구성이 가능하다.

예로서, 상기 스위치부(290는, 제어부(220)의 제어에 의하여 한 쌍의 제2구간부(262)들을 전기적으로 연결하는 구성으로, SCR(사이리스터) 등이 사용될 수 있다.

한편 상기와 같은 구성을 가지는 서브모듈은, 출력단자부(270)가 외부에 설치된 외부 연결단자(321)와 전기적으로 연결되는데 출력단자부(270)가 후면에 설치됨에 따라서 출력단자부(270) 및 외부 연결단자(321) 간의 보다 편리한 결합구조가 바람직하다.

여기서 외부 연결단자(321)는, 인접한 서브모듈과 직렬 연결을 위한 외부 배선구조물로서 별도의 지지부재(322)에 고정되어 설치될 수 있다.

이에, 상기 하우징(100)은, 전후방으로 선형이동되도록 하측에 설치된 가이드레일(310)를 따라서 이동되는 가이드부(330)가 설치될 수 있다.

상기와 같은 구성에 의하여, 상기 하우징(100) 전후방 이동에 의하여 출력단자부(270) 및 외부 연결단자(321)에 전기적으로 결합되거나 분리될 수 있다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

100 : 하우징 210 : 커패시터
220 : 제어부 230 : 냉각플레이트
240 : IGBT부 250 : 부스바
260 : 출력단자연결부 270 : 출력단자부

Claims

직육면체 형상을 가지는 하우징(100)과;
상기 하우징(100)의 하측에 설치되며 상면에 한 쌍 이상의 연결단자(211)들이 돌출된 외형이 직육면체 형상을 가지는 커패시터(210)와;
상기 커패시터(210)의 상면에 밀착되는 냉각플레이트(230)와;
상기 냉각플레이트(230)의 상면에 설치되는 한 쌍의 IGBT부(240)와;
상기 하우징(100)의 상부에서 전면으로 노출되도록 설치되어 상기 한 쌍의 IGBT부(240) 및 상기 커패시터(210)의 전기적 작동을 제어하는 제어부(220)와;
상기 하우징(100)의 상부에서 후면으로 돌출되도록 설치된 출력단자부(270)와;
상기 한 쌍의 IGBT부(240)의 상측에 설치되며 상기 연결단자(211)들과 한 쌍의 IGBT부(240)을 전기적으로 연결시키는 부스바(250)와;
상기 부스바(250)와 상기 출력단자부(270)를 전기적으로 연결하는 한 쌍의 출력단자연결부(260)를 포함하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 서브모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 부스바(250)는, 상기 연결단자(211)들과 한 쌍의 IGBT부(240)을 전기적으로 연결시키는 배선들이 내장되도록 몰딩된 몰딩플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 서브모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 몰딩플레이트는, 상기 커패시터(210)의 상면과 간격을 두고 평행하게 설치되며, 상기 연결단자(211)에 의하여 지지되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 서브모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 IGBT부(240)의 적어도 일부는, 상기 냉각플레이트(230)의 상면에 지지되어 설치되며,
상기 몰딩플레이트는, 상기 몰딩플레이트 내부의 배선과 상기 상기 IGBT부(240)의 전기적 연결을 위한 돌출단자(252)에 의하여 지지되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 서브모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 몰딩플레이트는, 상기 하우징(100)의 전방 및 후방을 기준으로 양측에서 상기 한 쌍의 출력단자연결부(260)와 각각 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 서브모듈.
청구항 2에 있어서,
상기 한 쌍의 출력단자연결부(260)는,
하단에 상기 몰딩플레이트의 배선과 전기적으로 연결되며, 상측으로 가면서 서로 간격이 좁아지는 제1구간부(261)와,
상기 제1구간부(261)의 상단에서 서로 평행하게 배치된 제2구간부(262)와,
상측으로 가면서 서로 간격이 확대되며 상단에는 제3구간부(263)를 가지는 금속플레이트부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 서브모듈.
청구항 6에 있어서,
상기 한 쌍의 제2구간부(262)들 사이에는, 상기 제어부(220)에 제어에 의하여 상기 한 쌍의 제2구간부(262)들을 전기적으로 연결하는 스위치부(290)가 설치된 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 서브모듈.
청구항 1에 있어서,
상기 냉각플레이트(230)는, 내부에 냉매가 순환하는 냉매유로가 형성되며, 상기 냉매유로는, 상기 하우징(100)의 전면으로 돌출된 냉매유입구(231) 및 냉매배출구(232)와 연결된 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 서브모듈.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 하우징(100)은,
전후방으로 선형이동되도록 하측에 설치된 가이드레일(310)를 따라서 이동되는 가이드부(330)가 설치된 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 서브모듈.