KR102394970B1

KR102394970B1 - 컨버터 제어 방법 및 장치

Info

Publication number: KR102394970B1
Application number: KR1020207011361A
Authority: KR
Inventors: 자청 왕; 위 루; 난난 왕; 자오칭 후; 윈롱 동; 강 리; 총쉐 장
Original assignee: 엔알 일렉트릭 컴퍼니 리미티드; 엔알 엔지니어링 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2022-05-04
Also published as: CN109698514B; EP3703214B1; CN109698514A; KR20200058464A; RU2746921C1; JP6880320B2; US11374411B2; WO2019080834A1; CA3082983A1; EP3703214A1; US20210222673A1; JP2021500846A; EP3703214A4

Abstract

본 발명은 양극 연성 직류 전기 전송 시스템에 적용되는 아일랜딩 컨버터 과부하 제한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 직류 전기 전송 분야에 속한다. 아일랜딩 정상 상태 작동 시, 양극의 두 대의 컨버터가 모두 전압 - 주파수 드룹 제어 정책을 사용하고, 한 극의 컨버터가 과부하인 것을 탐지하기만 하면, 과부하 컨버터의 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 자동으로 유효 - 무효 전력 제어로 전환시켜, 과부하 제한 기능을 구현한다. 본 방법은 아일랜딩 작동 하의 양극 연성 직류 전기 전송 시스템 과부하 및 교류 전압과 주파수 안정 등 문제를 효과적으로 해결하였고, 아일랜딩 시스템을 직류 그리드에 적용시키는데 중요한 참조 가치가 있다.

Description

컨버터 제어 방법 및 장치

본 발명은 전력 시스템 연성 직류 전송 기술 분야에 관한 것으로서, 특히 컨버터 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.

연성 직류 전기 전송 기술은 대규모 재생 에너지 다중 도경 수집, 청결 에너지 고효율 이용 및 유연성 있는 소모를 구현하는 중요한 기술 수단이고, 아울러 또한 에너지 인터넷이 빠르게 발전할 수 있는 중요한 기술적 지원이다. 연성 직류 전기 전송 시스템을 이용하여 네트워킹, 아일랜딩 또는 약한 시스템 하의 안정적인 작동을 구현하는 것은, 재생 에너지 유연성 있는 네트워킹과 소모의 중요한 전제 조건이다.

현 단계에서 이미 작동에 투입된 연성 직류 전기 전송 공사는 일반적으로 한 대 또는 두 대의 컨버터가 교류 측에 병렬 연결시키는 구조를 사용하고, 시스템의 지속적인 작동 신뢰성 및 안정성의 요구를 고려하여, 두 대의 컨버터가 교류 측에서 병렬 연결되어 구성되는 양극 연성 직류 전기 전송 시스템은 중국 연성 직류 전기 전송 공사의 향후의 발전 방향이다.

연성 직류 전기 전송 시스템은 그 전력 전송의 유연성으로 인하여, 신 에너지 아일랜딩 또는 패시브 시스템에 접속되는 것이 더욱 적합하고, 이때 양극 연성 직류 전기 전송 시스템이 안정적인 교류 전압을 제공하는 것이 필요한 바, 안정적인 교류 전압 진폭과 주파수가 필요하기 때문에, 아일랜딩 신 에너지 측의 컨버터 스테이션은 일발적으로 전압 - 주파수 드룹 제어를 사용한다. 해당 방법을 사용하는 컨버터는, 교류 측에서 신 에너지 스테이션에서 컨버터로 입력된 전력을 제어할 수 없기 때문에, 신 에너지 스테이션에서 전송한 전력이 과잉되어 컨버터 과부하의 현상을 초래할 수 있으며, 이때 컨버트가 직류 그리드 측으로 전송하는 유효 전력을 빠르게 낮추어야 하고, 그렇지 않으면 직류 그리드 전압이 지나치게 높아 컨버터 폐쇄를 초래할 수 있고, 심각할 때에는 심지어 컨버터 및 직류 선로 상의 여러 가지 비싼 스위치 소자를 손상시킬 수 있다.

상기 문제를 고려하고, 아울러 현재 공사 응용에 적용되는 신 에너지 아일랜딩 약전류 그리드 또는 패시브 시스템이 접속하는 컨버터 제어 방법이 아직 성숙되지 않은 상황에 대하여, 공사에 적용될 수 있는 아일랜딩 제어와 과부하 제어가 결합된 기술 제어 방법을 설계하여야 한다.

본 발명은 컨버터 제어 방법 및 장치를 제공하여, 양극 연성 직류 전기 전송 시스템 중의 신 에너지 아일랜딩 약전류 그리드 또는 패시브 시스템의 전력 송출 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 기술방안은 하기와 같다.

컨버터 제어 방법에서, 상기 컨버터가 두 대의 교류 측에서 병렬 연결 구조로 구성된 양극 시스템이며, 시스템이 안정적으로 작동할 때, 각 컨버터가 모두 전압 - 주파수 드룹 제어 정책을 사용하고, 그 중의 한 컨버터가 우선 과부하 시, 해당 컨버터 제어 방식을 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 자동으로 유효 - 무효 전력 제어로 전환시켜, 과부하에 대한 제한 기능을 구현하며, 해당 방법에는,

1) 컨버터의 교류 측 실제 측정 흡수 유효 P _s1 을 채집하고, 또한 과부하 제한 로직을 이용하여 유효 P _s1 이 한계를 초과하였는지 여부를 판단하고, 만일 P _s1 이 한계를 초과하였다면, 해당 컨버터가 과부하라 판단하고 또한 제어 모드 전환 로직으로 진입하며, 제어 모드 전환 로직이 본 컨버터 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 유효 - 무효 전력 제어로 조절하는 단계;

2) 컨버터 과부하를 탐지한 후, 해당 컨버터의 유효, 무효 참조값은 과부하 제한 로직이 처리하여 취득하고, 과부하 로직이 자동으로 유효 과부하 제한 참조값 P _{ref_oll} 과 무효 과부하 제한 참조값 Q _ref _{_} _oll 을 설정하여, 유효 - 무효 전력 제어의 명령으로 입력하는 단계;

3) 컨버터 과부하를 탐지한 후, 해당 컨버터가 사용하는 유효 - 무효 전력 제어가 컨버터 교류 측 전압 U _s. _abc 에 대하여 위상 잠금하는 것을 통하여, 내부 루프 전류 제어의 시스템 전압 위상 제어값 θ _ref 를 취득하는 단계;가 포함된다.

나아가, 상기 2) 단계에서, 각 컨버터가 흡수를 허용하는 최대 유효 전력은 P _lim 이고, 흡수를 허용하는 최대 무효 전력은 Q _lim 이며; 과부하 로직이 두 대의 컨버터 교류 측이 흡수한 총 유효P _all 을 채집하고, 본 컨버터 교류 측이 흡수한 유효 전력 P _s1 을 채집하며; 과부하 로직이 하기 두 가지 제어 로직 중의 하나를 사용하는 바, 즉

i) |P _s1 |＞|P _lim | 또한 |P _all -P _s1 |≤|P _lim |일 때, 본 컨버터의 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 유효 - 무효 전력 제어로 전환시키고, 유효 - 무효 전력 제어의 참조 입력 제한 P _lim 과 Q _lim 을 설정하여 전력 원선도를 만족시키고, 또한 참조 입력이

P _{ref_oll} =P _set =P _lim ;

Q _{ref_oll} =Q _set =Q _lim 을 만족시키며;

ii) |P _s1 |＞|P _lim | 또한 |P _all -P _s1 |≤|P _lim |일 때, 본 컨버터의 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 유효 - 무효 전력 제어로 전환시키고, 유효 - 무효 전력 제어의 참조 입력 제한 P _lim 과 Q _lim 을 설정하여 전력 원선도를 만족시키고, 또한 참조 입력이

P _{ref_oll} =P _set 또한 |P _set |＜|P _lim |;

Q _{ref_oll} =Q _set 또한 |Q _set |＜|Q _lim |를 만족시키며;

그 중에서 P _set 은 컨버터가 흡수한 유효 전력 설정값이고, Q _set 은 컨버터가 흡수한 무효 전력 설정값이다.

나아가, 본 컨버터의 과부하 제어 로직 i)에서, 본 컨버터가 과부하이고 또한 이미 유효 - 무효 전력 제어를 전환된 후, 본 컨버터 흡수 유효 설정값이 P _set =P _lim 이며, 이때 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터도 과부하, 즉 |P _all |＞2|P _lim |이면, 예비 방안을 사용하여 다른 한 컨버터 전력이 한계를 초과하지 않도록 확보한다.

나아가, 본 컨버터의 과부하 제어 로직 ii)에서, 본 컨버터가 과부하이고 또한 이미 유효 - 무효 전력 제어를 전환된 후, 본 컨버터 흡수 유효 설정값이 |P _set |＜|P _lim |이며, 이때 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터도 과부하이면,

(1) 만일 |P _all |≤2|P _lim |라면, 본 컨버터 유효 과부하 제한 참조값 P _{ref_oll} 을

P _ref _{_} _oll ≥P’ _set = P _set +(P _all -P _s1 -P _lim )로 조절하고 또한 | P _ref _{_} _oll |≤| P _lim |를 만족시켜야 하며;

(2) 만일 |P _all |＞2|P _lim |라면, 본 컨버터 유효 과부하 제한 참조값 P _ref _{_} _oll 을 최대값 P _lim 으로 조절하고, 그 후 만일 다른 한 컨버터가 여전히 과부하이면, 예비 방안을 사용하여 다른 한 컨버터 전력이 한계를 초과하지 않도록 확보한다.

나아가, 상기 예비 방안은 일부 팬 제거, 교류 측 에너지 소모 장치 투입, 직류 측 에너지 소모 장치 투입, 컨버터 병렬 연결 교류 입선 스위치 폐쇄 중의 한 가지 또는 여러 가지이다.

나아가, 과부하의 본 컨버터와 외부의 교환 전력이 이미 정상 범위로 회복되고 또한 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터가 과부하가 아닐 때, 하기 두 가지 처리 방식 중의 한 가지를 사용하는 바, 즉

a) 본 컨버터의 과부하 제한 로직을 종료하고, 본 컨버터 제어 모드를 유효 - 무효 전력 제어로 유지하고, 또한 유효 과부하 제한 참조값 P _ref _{_} _oll 이 컨버터가 교환을 허용하는 최대 유효 전력 P _lim 보다 작거나 같도록 설정하고, 무효 과부하 제한 참조값 Q _ref _{_} _oll 이 교환을 허용하는 최대 무효 전력 Q _lim 보다 작거나 같도록 설정하는 바, 즉

|P _{ref_oll} |≤|P _lim |;

|Q _{ref_oll} |≤|Q _lim |이며;

b) 본 컨버터의 과부하 제한 로직을 종료하고, 자동 또는 수동으로 본 컨버터 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로 전환시킨다.

나아가, 3) 단계에서, 내부 루프 전류 제어기는 전류 벡터 제어를 사용한다.

컨버터 제어 장치에서, 상기 컨버터가 두 대의 교류 측에서 병렬 연결 구조로 구성된 양극 시스템이며, 상기 장치에는 안정 작동 제어 유닛, 과부하 판단 유닛, 제어 방식 전환 유닛이 포함되고, 그 중에서,

안정 작동 제어 유닛은, 시스템이 안정적으로 작동할 때, 각 컨버터를 제어하여 모두 전압 - 주파수 드룹 제어 정책을 사용하도록 하며;

과부하 판단 유닛은, 본 컨버터가 과부하인지 여부를 판단하고, 본 컨버터가 과부하 시 과부하 판단 유닛은 제어 방식 전환 유닛으로 진입하며;

제어 방식 전환 유닛은, 과부하 컨버터의 제어 방식을 전압 - 주파수 드룹 제어에서 자동으로 유효 - 무효 전력 제어로 전환시키며;

상기 과부하 판단 유닛에는 유효 채집 서브 유닛, 유효 한계 초과 판단 서브 유닛이 포함되고, 그 중에서,

유효 채집 서브 유닛은, 컨버터의 교류 측 실제 측정 흡수 유효 P _s1 을 채집하고, 또한 유효 한계 초과 판단 서브 유닛으로 출력하며;

유효 한계 초과 판단 서브 유닛은, 과부하 제한 로직을 이용하여 유효 P _s1 이 한계를 초과하였는지 여부를 판단하고, 만일 P _s1 이 한계를 초과하였다면, 해당 컨버터가 과부하라 판단하고 또한 제어 모드 전환 유닛으로 진입하며;

상기 제어 방식 전환 유닛에는 유효 무효 참조값 설정 서브 유닛, 시스템 전압 위상 제어값 계산 유닛이 포함되고, 그 중에서,

유효 무효 참조값 설정 서브 유닛은, 컨버터 과부하를 탐지한 후, 해당 컨버터의 유효, 무효 참조값은 과부하 제한 로직이 처리하여 취득하고, 과부하 로직이 자동으로 유효 과부하 제한 참조값 P _ref _{_} _oll 과 무효 과부하 제한 참조값 Q _ref _{_} _oll 을 설정하여, 유효 - 무효 전력 제어의 명령으로 입력하며;

시스템 전압 위상 제어값 계산 유닛은, 컨버터 과부하를 탐지한 후, 해당 컨버터가 사용하는 유효 - 무효 전력 제어가 컨버터 교류 측 전압 U _s. _abc 에 대하여 위상 잠금하는 것을 통하여, 내부 루프 전류 제어의 시스템 전압 위상 제어값 θ _ref 를 취득한다.

나아가, 상기 유효 무효 참조값 설정 서브 유닛에는 또한 최대 유효 무효 전력 설정 유닛, 총 유효 채집 유닛, 참조 입력 제한 유닛이 포함되고, 그 중에서,

최대 유효 무효 전력 설정 유닛은, 각 컨버터의 흡수를 허용하는 최대 유효 전력을 P _lim 으로 설정하고, 흡수를 허용하는 최대 무효 전력을 Q _lim 으로 설정하며;

총 유효 채집 유닛은, 두 대의 컨버터 교류 측이 흡수한 총 유효 P _all 을 채집하여, 참조 입력 제한 유닛으로 출력하며;

참조 입력 제한 유닛은 참조 입력 제한 유닛1 또는 참조 입력 제한 유닛2의 구조를 사용하는 바, 즉

상기 참조 입력 제한 유닛1은, |P _s1 |＞|P _lim | 또한 |P _all -P _s1 |≤|P _lim |일 때, 본 컨버터의 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 유효 - 무효 전력 제어로 전환시키고, 유효 - 무효 전력 제어의 참조 입력 제한P _lim 과 Q _lim 을 설정하여 전력 원선도를 만족시키고, 또한 참조 입력이

P _{ref_oll} =P _set =P _lim ;

Q _{ref_oll} =Q _set =Q _lim 을 만족시키며;

상기 참조 입력 제한 유닛2는, |P _s1 |＞|P _lim | 또한 |P _all -P _s1 |≤|P _lim |일 때, 본 컨버터의 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 유효 - 무효 전력 제어로 전환시키고, 유효 - 무효 전력 제어의 참조 입력 제한 P _lim 과 Q _lim 을 설정하여 전력 원선도를 만족시키고, 또한 참조 입력이

P _{ref_oll} =P _set 또한 |P _set |＜|P _lim |;

Q _{ref_oll} =Q _set 또한 |Q _set |＜|Q _lim |를 만족시키며;

나아가, 상기 참조 입력 제한 유닛1에서, 본 컨버터가 과부하이고 또한 이미 유효 - 무효 전력 제어를 전환된 후, 본 컨버터 흡수 유효 설정값이 P _set =P _lim 이며, 이때 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터도 과부하, 즉 |P _all |＞2|P _lim |이면, 예비 방안을 사용하여 다른 한 컨버터 전력이 한계를 초과하지 않도록 확보한다.

나아가, 상기 참조 입력 제한 유닛2에서, 본 컨버터가 과부하이고 또한 이미 유효 - 무효 전력 제어를 전환된 후, 본 컨버터 흡수 유효 설정값이 |P _set |＜|P _lim |이며, 이때 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터도 과부하이면,

진일보로, 상기 장치에는 또,

과부하의 본 컨버터와 외부의 교환 전력이 이미 정상 범위로 회복되고 또한 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터가 과부하가 아닌지 여부를 결정하고, 만일 상기 조건을 만족될 때 과부하 제한 종료 로직 유닛으로 진입하는 과부하 회복 결정 유닛이 포함되며;

과부하 제한 종료 로직 유닛은 과부하 제한 종료 로직 유닛1 또는 과부하 제한 종료 로직 유닛2의 구조를 사용하는 바, 즉

상기 부하 제한 종료 로직 유닛1은, 본 컨버터의 과부하 제한 로직을 종료하고, 본 컨버터 제어 모드를 유효 - 무효 전력 제어로 유지하고, 또한 유효 과부하 제한 참조값 P _ref _{_} _oll 이 컨버터가 교환을 허용하는 최대 유효 전력 P _lim 보다 작거나 같도록 설정하고, 무효 과부하 제한 참조값 Q _ref _{_} _oll 이 교환을 허용하는 최대 무효 전력 Q _lim 보다 작거나 같도록 설정하는 바, 즉

|P _{ref_oll} |≤|P _lim |;

|Q _{ref_oll} |≤|Q _lim |이며;

상기 부하 제한 종료 로직 유닛2는, 본 컨버터의 과부하 제한 로직을 종료하고, 자동 또는 수동으로 본 컨버터 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로 전환시킨다.

상기 방안을 사용한 후, 본 발명의 유익한 효과는 하기와 같다.

(1) 본 발명의 상기 컨버터 제어 방법은, 컨버터 아일랜딩 작동 하에 과부하 발생 시, 빠르게 과부하 로직으로 전환되어 컨버터 교류 측의 전력 증가를 제한하여, 아일랜딩 제어의 컨버터가 전력을 제어할 수 없어 초래되는 직류 전력망 전압이 빠르게 높아지는 것을 방지하고, 컨버터 및 기타 여러 가지 장치의 안전하고 안정적인 작동을 확보한다.

(2) 본 발명의 상기 컨버터 제어 방법은, 과부하의 컨버터 전력이 정상 범위로 회복된 후, 과부하 로직을 종료할 수 있고, 그 후 유연성 있게 본 컨버터의 제어 모드를 선택하여 계속하여 유효 - 무효 전력 제어에서 작동할 수도 있고, 또한 전압 - 주파수 드룹 제어로 전환될 수도 있으며, 또한 여러 가지 제어 모드는 모두 과부하 회복 후의 아일랜딩 시스템의 안정적인 작동을 확보할 수 있다.

(3) 본 발명의 상기 컨버터 제어 방법은, 제어 사상이 간단하고, 공사 응용에 더욱 적합하며, 신 에너지 아일랜딩 또는 패시브 등 약한 시스템이 직류 전력망에 접속되는데 중요한 참조 가치가 있다.

도1은 참 양극 토폴로지 구조 도면.
도2는 신 에너지 아일랜딩 풍력 발전소에 접속된 양극 연성 직류 전기 전송 시스템 토폴로지 도면.
도3은 아일랜딩 컨버터 과부하 제어 로직 블럭도.
도4는 컨버터 제어 시스템 구조도.

아래 도면을 참조하여 본 발명의 실시 방법에 대하여 상세한 설명을 진행하는 바, 본 실시 방법은 본 발명의 기술 방안을 전제 조건으로 하여 실시하고, 상세한 실시 방식과 구체적인 조작 과정을 제공하나, 본 발명의 보호 범위는 하기 실시예에 제한되지 않는다.

본 발명은 컨버터 제어 방법으로서, 컨버터는 두 대의 교류 측 병렬 연결 구조이고, 구체적인 토폴로지는 도1에 도시된 바와 같으며, 각 컨버터가 컨버터의 한 극을 구성하고, 두 컨버터가 양극 연성 직류 시스템을 구성한다. 도2에 도시된 바와 같은 아일랜딩 작동 실시예에서, 두 컨버터 교류 버스 측과 신 에너지 아일랜딩 풍력 발전소가 연결되고, 신 에너지 아일랜딩의 안정적인 작동을 확보하기 위하여, 양극 연성 직류 시스템 중의 각 극의 컨버터는 모두 전압 - 주파수 드룹 제어를 사용하고 또한 신 에너지 아일랜딩 풍력 발전소로 안정적인 교류 전압 진폭과 주파수를 공급한다.

도2 중의 양극 연성 직류 전기 전송 시스템 중의 각 컨버터는 모두 풍력 발전소에서 제공하는 유효 전력을 흡수하며, 두 컨버터를 컨버터1과 컨버터2로 명명한다. 본 실시예에서 컨버터가 교류 측으로부터 전력을 흡수하는 것을 양으로 하고, 또한 전력값은 단위값으로 표시하며, 단위값의 기준값은 단일 컨버터의 정격 용량이고, 컨버터 교류 측이 흡수한 유효 제한값을 P _lim 으로 설정한다. 안정적으로 작동하는 기간에, 컨버터1의 교류 측의 실제 측정 흡수 유효 P _s1 ＜P _lim 이고, 컨버터2의 교류 측의 실제 측정 흡수 유효 P _s2 ＜P _lim 이다.

만일 풍력 발전소가 부단히 출력을 증가하고 또한 컨버터1이 우선 과부하되도록 하면, 컨버터1의 제어 방식은 도3에 도시된 바와 같은 과부하 제어 블럭도이며: 컨버터1의 제어 모드(control mode)가 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 자동으로 유효 - 무효 전력 제어로 전환되고, 컨버터2는 여전히 전압 - 주파수 드룹 제어를 유지한다. 이때 컨버터1 교류 측이 흡수할 수 있는 최대 유효 전력은 P _lim 은 컨버터1의 정격 용량인 바, 즉 P _lim =1pu이고, 전력 원선도에 의해 유효가 P _lim 일 때 교환이 허용된 최대 무효 전력이 Q _lim 인 것을 산출한다. 컨버터1의 유효 과부하 제한 참조값을 P _ref _{_} _oll1 =P _set1 = 0.5pu＜P _lim 으로 설정하고, 무효 과부하 제한 참조값을 Q _{ref_oll1} =Q _set1 = 0pu로 설정하면, 컨버터1이 실제 측정한 교류 측이 흡수한 유효 전력은 최종적으로 P _s1 =0.5pu로 안정된다. 이때 컨버터2는 여전히 전압 - 주파수 드룹 제어를 유지하고, 컨버터1이 과부하이고 또한 과부하 로직을 실행한 후, 계속하여 컨버터2가 하기 세 가시 작업 상황에서 작동하는 것을 고려하고 또한 각각 본 실시예의 과부하 로직 제어 방식을 소개하면 하기와 같다.

(1) 교류 측이 흡수한 총 유효 P _all ＝1.5pu≤2pu

이때 컨버터2가 흡수한 유효 전력이 1pu이고 또한 과부하가 아니며, 컨버터1은 과부하 로직을 종료하고 또한 제어 모드를 유효 - 무효 전력 제어로부터 전압 - 주파수 드룹 제어로 전환시킬 수 있다.

(2) 컨버터2가 과부하이고 또한 교류 측이 흡수한 총 유효 P _all ＝1.9pu≤2pu

이때 컨버터2가 흡수한 유효 전력이 1.4pu이고 또한 과부하이며, 컨버터1은 과부하 로직을 유지하는 바, 즉 유효 - 무효 전력 제어를 유지하고 또한 컨버터1의 유효 과부하 제한 참조값을 P _ref _{_} _oll1 =P _set1 +(P _all -P _s1 -P _lim )=0.5+(1.9-0.5-1)=0.9pu＜P _lim 로 조절하며, 컨버터2가 흡수하는 유효 전력이 1pu로 감소된다. 두 컨버터가 안정적으로 된 후, 컨버터1 교류 측 실제 측정 흡수 유효 P _s1 =0.9pu이고, 컨버터2 교류 측 실제 측정 흡수 유효 P _s2 =1pu이다. 이때 컨버터1은 과부하 로직을 종료할 수 있고, 또한 컨버터1의 제어 모드는 유효 - 무효 전력 제어로부터 전압 - 주파수 드룹 제어로 전환될 수 있다.

(3) 컨버터2가 과부하이고 또한 교류 측이 흡수한 총 유효 P _all ＝2.1pu＞2pu

이때 컨버터2가 흡수한 유효 전력이 1.6pu이고 또한 과부하이며, 컨버터1은 과부하 로직을 유지하는 바, 즉 유효 - 무효 전력 제어를 유지하고 또한 컨버터1의 유효 과부하 제한 참조값 P _ref _{_} _oll1 =P _lim ₌ 1pu을 조절하며, 조절 후 컨버터2가 흡수하는 유효 전력이 1.1pu로 감소될 수 있고, 그 기간에 만일 팬이 동시에 출력을 감소시킨다면, 컨버터2 교류 측이 흡수하는 유효 전력 P _s2 가 정상 전력 범위로 회복되고 또한 안정을 유지하면, 컨버터1이 과부하 로직을 종료할 수 있고, 또한 컨버터1의 제어 모드는 유효 - 무효 전력 제어로부터 전압 - 주파수 드룹 제어로 전환될 수 있고, 그렇지 않으면 교류 측 전력 소모 장치를 투입한 후 일부 팬을 제거하여야, 컨버터 교류 측이 흡수하는 총 유효 P _all 이 2pu 이하로 낮아지도록 한다.

상기 실시예의 구체적인 제어 방법을 참조하여, 도4에 도시된 바와 같은 컨버터1의 제어 시스템 구조를 설계하며, 본 시스템은 안정 작동 제어 유닛, 과부하 판단 유닛, 제어 방식 전환 유닛, 과부하 회복 결정 유닛으로 구성된다. 안정 작동 제어 유닛은 각 컨버터 안정 작동의 전압 - 주파수 드룹 제어 정책을 구현하고, 과부하 판단 유닛은 컨버터가 과부하인지 여부를 탐지하고 또한 유효 채집 서브 유닛과 유효 한계 초과 판단 서브 유닛이 집적되어 있으며, 유효 채집 서브 유닛은 컨버터1 교류 측 실제 측정 흡수 유효 P _s1 을 측정하고, 유효 한계 초과 판단 서브 유닛은 P _s1 ＞P _lim 을 탐지한 후, 컨버터1이 과부하인 것을 판단하고, 제어 방식 전환 유닛으로 진입한다. 제어 방식 전환 유닛은 유효 무효 참조값 설정 서브 유닛과 시스템 전압 위상 제어 계산 서브 유닛으로 구성되고, 컨버터1의 전압 - 주파수 드룹 제어 정책으로부터 유효 - 무효 제어 정책으로의 전환을 완성한다. 본 실시예에서, 유효 무효 참조값 설정 서브 유닛이 참조 입력 제한 서브 유닛2의 처리 방식을 통하여 유효 - 무효 제어 정책의 유효 무효 참조값 P _ref _{_} _oll1 =P _set1 = 0.5pu＜P _lim 을 취득하고, 무효 과부하 제한 참조값 Q _ref _{_} _oll1 =Q _set1 = 0pu를 취득하면, 컨버터1이 실제 측정한 교류 측이 흡수한 유효 전력은 최종적으로 P _s1 =0.5pu로 안정된다. 이때 컨버터2는 여전히 전압 - 주파수 드룹 제어를 유지하고, 컨버터1이 과부하이고 또한 과부하 로직을 실행한 후, 총 유효 채집 서브 유닛이 교류 측이 흡수한 총 유효 P _all ＝1.9pu인 것을 탐지하며, 이때 만일 참조 입력 제한 유닛이 컨버터2가 흡수한 유효 전력 과부하를 흡수한 것을 탐지하면, 여기에서 컨버터2가 유효 1.4pu를 흡수한 것으로 가정하면, 컨버터1은 과부하 로직을 유지하고, 참조 입력 제한 서브 유닛이 컨버터1의 유효 과부하 제한 참조값을 P _ref _{_} _oll1 =P _set1 +(P _all -P _s1 -P _lim )=0.5+(1.9-0.5-1)=0.9pu＜P _lim 으로 조절하며, 컨버터2가 흡수하는 유효 전력이 1pu로 낮아진다. 두 컨버터가 안정적으로 된 후, 컨버터1 교류 측 실제 측정 흡수 유효 P _s1 =0.9pu이고, 컨버터2 교류 측 실제 측정 흡수 유효 P _s2 =1pu이다. 컨버터1이 시스템을 제어하여 과부하 회복 결정 서브 유닛으로 진입하고, 과부하 제한 종료 로직 유닛2를 실행하여, 컨버터1의 제어 모드는 유효 - 무효 전력 제어로부터 전압 - 주파수 드룹 제어로 전환시킨다.

상기 실시예는 단지 본 발명의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이로써 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명에 개시된 기술 사상에 따라 기술 방안의 기초 상에서 진행하는 모든 수정은 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다 할 것이다.

Claims

컨버터 제어 방법에서, 상기 컨버터가 두 대의 교류 측에서 병렬 연결 구조로 구성된 양극 시스템인 컨버터 제어 방법에 있어서, 시스템이 안정적으로 작동할 때, 각 컨버터가 모두 전압 - 주파수 드룹 제어 정책을 사용하고, 그 중의 한 컨버터가 우선 과부하 시, 해당 컨버터 제어 방식을 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 자동으로 유효 - 무효 전력 제어로 전환시켜, 과부하에 대한 제한 기능을 구현하며, 해당 방법에는,
1) 컨버터의 교류 측 실제 측정 흡수 유효 P _s1 을 채집하고, 또한 과부하 제한 로직을 이용하여 유효 P _s1 이 한계를 초과하였는지 여부를 판단하고, 만일 P _s1 이 한계를 초과하였다면, 해당 컨버터가 과부하라 판단하고 또한 제어 모드 전환 로직으로 진입하며, 제어 모드 전환 로직이 본 컨버터 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 유효 - 무효 전력 제어로 조절하는 단계;
2) 컨버터 과부하를 탐지한 후, 해당 컨버터의 유효, 무효 참조값은 과부하 제한 로직이 처리하여 취득하고, 과부하 제한 로직이 자동으로 유효 과부하 제한 참조값 P _ref _{_} _oll 과 무효 과부하 제한 참조값 Q _ref _{_} _oll 을 설정하여, 유효 - 무효 전력 제어의 명령 입력으로 하는 단계;
3) 컨버터 과부하를 탐지한 후, 해당 컨버터가 사용하는 유효 - 무효 전력 제어가 컨버터 교류 측 전압 U _s. _abc 에 대하여 위상 잠금하는 것을 통하여, 내부 루프 전류 제어의 시스템 전압 위상 제어값 θ _ref 를 취득하는 단계;가 포함되는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
제1항에 있어서, 상기 2) 단계에서, 각 컨버터가 흡수를 허용하는 최대 유효 전력은 P _lim 이고, 흡수를 허용하는 최대 무효 전력은 Q _lim 이며; 과부하 로직이 두 컨버터 교류 측이 흡수한 총 유효 P _all 을 채집하고, 본 컨버터 교류 측이 흡수한 유효 전력 P _s1 을 채집하며; 과부하 로직이 하기 두 가지 제어 로직 중의 하나를 사용하는 바, 즉
i) |P _s1 |＞|P _lim | 또한 |P _all -P _s1 |≤|P _lim |일 때, 본 컨버터의 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 유효 - 무효 전력 제어로 전환시키고, 유효 - 무효 전력 제어의 참조 입력 제한 P _lim 과 Q _lim 을 설정하여 전력 원선도를 만족시키고, 또한 참조 입력이
P _{ref_oll} =P _set =P _lim ;
Q _{ref_oll} =Q _set =Q _lim 을 만족시키며;
ii) |P _s1 |＞|P _lim | 또한 |P _all -P _s1 |≤|P _lim |일 때, 본 컨버터의 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 유효 - 무효 전력 제어로 전환시키고, 유효 - 무효 전력 제어의 참조 입력 제한 P _lim 과 Q _lim 을 설정하여 전력 원선도를 만족시키고, 또한 참조 입력이
P _ref _{_} _oll = P _set 또한 | P _set |＜| P _lim |;
Q _ref _{_} _oll = Q _set 또한 | Q _set |＜| Q _lim |를 만족시키며;
그 중에서 P _set 은 컨버터가 흡수한 유효 전력 설정값이고, Q _set 은 컨버터가 흡수한 무효 전력 설정값인 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
제2항에 있어서, 본 컨버터의 과부하 제어 로직 i)에서, 본 컨버터가 과부하이고 또한 이미 유효 - 무효 전력 제어를 전환된 후, 본 컨버터 흡수 유효 설정값이 P _set = P _lim 이며, 이때 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터도 과부하, 즉 |P _all |＞2|P _lim |이면, 예비 방안을 사용하여 다른 한 컨버터 전력이 한계를 초과하지 않도록 확보하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
제2항에 있어서, 본 컨버터의 과부하 제어 로직 ii)에서, 본 컨버터가 과부하이고 또한 이미 유효 - 무효 전력 제어를 전환된 후, 본 컨버터 흡수 유효 설정값이 |P _set |＜|P _lim |이며, 이때 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터도 과부하이면,
(1) 만일 |P _all |≤2|P _lim |라면, 본 컨버터 유효 과부하 제한 참조값 P _{ref_oll} 을
P _ref _{_} _oll ≥P’ _set = P _set +(P _all -P _s1 -P _lim )로 조절하고 또한 | P _ref _{_} _oll |≤| P _lim |를 만족시켜야 하며;
(2) 만일 |P _all |＞2|P _lim |라면, 본 컨버터 유효 과부하 제한 참조값 P _ref _{_} _oll 을 최대값 P _lim 으로 조절하고, 그 후 만일 다른 한 컨버터가 여전히 과부하이면, 예비 방안을 사용하여 다른 한 컨버터 전력이 한계를 초과하지 않도록 확보하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 예비 방안은 일부 팬 제거, 교류 측 에너지 소모 장치 투입, 직류 측 에너지 소모 장치 투입, 컨버터 병렬 연결 교류 입선 스위치 폐쇄 중의 한 가지 또는 여러 가지인 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
제1항에 있어서, 과부하의 본 컨버터와 외부의 교환 전력이 이미 정상 범위로 회복되고 또한 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터가 과부하가 아닐 때, 하기 두 가지 처리 방식 중의 한 가지를 사용하는 바, 즉
a) 본 컨버터의 과부하 제한 로직을 종료하고, 본 컨버터 제어 모드를 유효 - 무효 전력 제어로 유지하고, 또한 유효 과부하 제한 참조값 P _ref _{_} _oll 이 컨버터가 교환을 허용하는 최대 유효 전력 P _lim 보다 작거나 같도록 설정하고, 무효 과부하 제한 참조값 Q _ref _{_} _oll 이 교환을 허용하는 최대 무효 전력 Q _lim 보다 작거나 같도록 설정하는 바, 즉
|P _{ref_oll} |≤|P _lim |;
|Q _{ref_oll} |≤|Q _lim |이며;
b) 본 컨버터의 과부하 제한 로직을 종료하고, 자동 또는 수동으로 본 컨버터 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로 전환시키는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
제1항에 있어서, 3) 단계에서, 내부 루프 전류 제어기는 전류 벡터 제어를 사용하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 방법.
컨버터 제어 장치에서, 상기 컨버터가 두 대의 교류 측에서 병렬 연결 구조로 구성된 양극 시스템인 컨버터 제어 장치에 있어서, 상기 장치에는 안정 작동 제어 유닛, 과부하 판단 유닛, 제어 방식 전환 유닛이 포함되고, 그 중에서,
안정 작동 제어 유닛은, 시스템이 안정적으로 작동할 때, 각 컨버터를 제어하여 모두 전압 - 주파수 드룹 제어 정책을 사용하도록 하며;
과부하 판단 유닛은, 본 컨버터가 과부하인지 여부를 판단하고, 본 컨버터가 과부하 시 과부하 판단 유닛은 제어 방식 전환 유닛으로 진입하며;
제어 방식 전환 유닛은, 과부하 컨버터의 제어 방식을 전압 - 주파수 드룹 제어에서 자동으로 유효 - 무효 전력 제어로 전환시키며;
상기 과부하 판단 유닛에는 유효 채집 서브 유닛, 유효 한계 초과 판단 서브 유닛이 포함되고, 그 중에서,
유효 채집 서브 유닛은, 컨버터의 교류 측 실제 측정 흡수 유효 P _s1 을 채집하고, 또한 유효 한계 초과 판단 서브 유닛으로 출력하며;
유효 한계 초과 판단 서브 유닛은, 과부하 제한 로직을 이용하여 유효 P _s1 이 한계를 초과하였는지 여부를 판단하고, 만일 P _s1 이 한계를 초과하였다면, 해당 컨버터가 과부하를 판단하고 또한 제어 모드 전환 유닛으로 진입하며;
상기 제어 방식 전환 유닛에는 유효 무효 참조값 설정 서브 유닛, 시스템 전압 위상 제어값 계산 유닛이 포함되고, 그 중에서,
유효 무효 참조값 설정 서브 유닛은, 컨버터 과부하를 탐지한 후, 해당 컨버터의 유효, 무효 참조값은 과부하 제한 로직이 처리하여 취득하고, 과부하 로직이 자동으로 유효 과부하 제한 참조값 P _ref _{_} _oll 과 무효 과부하 제한 참조값 Q _ref _{_} _oll 을 설정하여, 유효 - 무효 전력 제어의 명령으로 입력하며;
시스템 전압 위상 제어값 계산 유닛은, 컨버터 과부하를 탐지한 후, 해당 컨버터가 사용하는 유효 - 무효 전력 제어가 컨버터 교류 측 전압 U _s. _abc 에 대하여 위상 잠금하는 것을 통하여, 내부 루프 전류 제어의 시스템 전압 위상 제어값 θ _ref 를 취득하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
제8항에 있어서, 상기 유효 무효 참조값 설정 서브 유닛에는 또한 최대 유효 무효 전력 설정 유닛, 총 유효 채집 유닛, 참조 입력 제한 유닛이 포함되고, 그 중에서,
최대 유효 무효 전력 설정 유닛은, 각 컨버터의 흡수를 허용하는 최대 유효 전력을 P _lim 으로 설정하고, 흡수를 허용하는 최대 무효 전력을 Q _lim 으로 설정하며;
총 유효 채집 유닛은, 두 컨버터 교류 측이 흡수한 총 유효 P _all 을 채집하여, 참조 입력 제한 유닛으로 출력하며;
참조 입력 제한 유닛은 참조 입력 제한 유닛1 또는 참조 입력 제한 유닛2의 구조를 사용하는 바, 즉
상기 참조 입력 제한 유닛1은, |P _s1 |＞|P _lim | 또한 |P _all -P _s1 |≤|P _lim |일 때, 본 컨버터의 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 유효 - 무효 전력 제어로 전환시키고, 유효 - 무효 전력 제어의 참조 입력 제한 P _lim 과 Q _lim 을 설정하여 전력 원선도를 만족시키고, 또한 참조 입력이
P _{ref_oll} =P _set =P _lim ;
Q _{ref_oll} =Q _set =Q _lim 을 만족시키며;
상기 참조 입력 제한 유닛2는, |P _s1 |＞|P _lim | 또한 |P _all -P _s1 |≤|P _lim |일 때, 본 컨버터의 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로부터 유효 - 무효 전력 제어로 전환시키고, 유효 - 무효 전력 제어의 참조 입력 제한 P _lim 과 Q _lim 을 설정하여 전력 원선도를 만족시키고, 또한 참조 입력이
P _{ref_oll} =P _set 또한 |P _set |＜|P _lim |;
Q _{ref_oll} =Q _set 또한 |Q _set |＜|Q _lim |를 만족시키며;
그 중에서 P _set 은 컨버터가 흡수한 유효 전력 설정값이고, Q _set 은 컨버터가 흡수한 무효 전력 설정값인 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
제9항에 있어서, 상기 참조 입력 제한 유닛1에서, 본 컨버터가 과부하이고 또한 이미 유효 - 무효 전력 제어를 전환된 후, 본 컨버터 흡수 유효 설정값이 P _set =P _lim 이며, 이때 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터도 과부하, 즉 |P _all |＞2|P _lim |이면, 예비 방안을 사용하여 다른 한 컨버터 전력이 한계를 초과하지 않도록 확보하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
제9항에 있어서, 상기 참조 입력 제한 유닛2에서, 본 컨버터가 과부하이고 또한 이미 유효 - 무효 전력 제어를 전환된 후, 본 컨버터 흡수 유효 설정값이 |P _set |＜|P _lim |이며, 이때 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터도 과부하이면,
(1) 만일 |P _all |≤2|P _lim |라면, 본 컨버터 유효 과부하 제한 참조값 P _{ref_oll} 을
P _ref _{_} _oll ≥P’ _set = P _set +(P _all -P _s1 -P _lim )로 조절하고 또한 | P _ref _{_} _oll |≤| P _lim |를 만족시켜야 하며;
(2) 만일 |P _all |＞2|P _lim |라면, 본 컨버터 유효 과부하 제한 참조값 P _ref _{_} _oll 을 최대값 P _lim 으로 조절하고, 그 후 만일 다른 한 컨버터가 여전히 과부하이면, 예비 방안을 사용하여 다른 한 컨버터 전력이 한계를 초과하지 않도록 확보하는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.
제8항에 있어서, 상기 장치에는 또한,
과부하의 본 컨버터와 외부의 교환 전력이 이미 정상 범위로 회복되고 또한 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터가 과부하가 아닌지 여부를 결정하고, 만일 과부하의 본 컨버터와 외부의 교환 전력이 이미 정상 범위로 회복되고 또한 본 컨버터 교류 측과 병렬 연결된 다른 한 컨버터가 과부하가 아닐 때 과부하 제한 종료 로직 유닛으로 진입하는 과부하 회복 결정 유닛이 포함되며;
과부하 제한 종료 로직 유닛은 과부하 제한 종료 로직 유닛1 또는 과부하 제한 종료 로직 유닛2의 구조를 사용하는 바, 즉
상기 부하 제한 종료 로직 유닛1은, 본 컨버터의 과부하 제한 로직을 종료하고, 본 컨버터 제어 모드를 유효 - 무효 전력 제어로 유지하고, 또한 유효 과부하 제한 참조값 P_{ref_oll} 이 컨버터가 교환을 허용하는 최대 유효 전력 P_lim 보다 작거나 같도록 설정하고, 무효 과부하 제한 참조값 Q_{ref_oll} 이 교환을 허용하는 최대 무효 전력 Q_lim 보다 작거나 같도록 설정하는 바, 즉
|P_{ref_oll}|≤|P_lim|;
|Q_{ref_oll}|≤|Q_lim|이며;
상기 부하 제한 종료 로직 유닛2는, 본 컨버터의 과부하 제한 로직을 종료하고, 자동 또는 수동으로 본 컨버터 제어 모드를 전압 - 주파수 드룹 제어로 전환시키는 것을 특징으로 하는 컨버터 제어 장치.