KR102488687B1 - 바이패스 스위치 및 그를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터 - Google Patents

바이패스 스위치 및 그를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터 Download PDF

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엘에스일렉트릭(주)
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Abstract

본발명의 실시예에 따른 바이패스 스위치는 내부에 공간이 형성된 하우징과 공간에 고정접점부가 위치된 고정단자와 고정접점부와 접촉되거나 분리되는 가동접점부가 공간에 이동 가능하게 위치된 가동단자와 가동단자를 이동시키는 무빙바디와 전원 인가시 상기 무빙바디를 고정접점부와 가동접점부가 접촉되는 방향으로 전진시키는 제1폭발형 구동기 및 전원 인가시 무빙바디를 고정접점부와 가동접점부가 분리되는 방향으로 후퇴시키는 제2폭발형 구동기를 포함할 수 있다.

Description

바이패스 스위치 및 그를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터{Bypass Switch and Modular Multi Level Converter having the same}
본 발명은 바이패스 스위치 및 그를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터에 관한 것으로서, 특히, 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 바이패스 스위치의 동작을 통한 사고전류 차단에 관한 것이다.
모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multi-Level Converter, MMC)는 다수의 서브 모듈(Sub-Module)을 이용하여 직류 전력을 교류 전력으로 변환하거나 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있는 장치이고, 각각의 서브 모듈을 충전, 방전, 바이패스 상태로 제어하여 동작할 수 있다.
모듈형 멀티레벨 컨버터에서는 다수의 서브 모듈을 제어하는 것이 전력 변환 동작에서 중요하고, 다수의 서브 모듈의 제어 동작이 출력 교류 전력의 형태 및 품질을 결정할 수 있고, 다수의 서브 모듈을 효율적으로 제어하는 것이 바람직하다.
모듈형 멀티레벨 컨버터에서는 전류를 바이패스시킬 수 있는 바이패스 스위치가 설치될 수 있다. 바이패스 스위치는 서브모듈 내에 포함될 수 있고, 서브모듈 내의 전기적인 또는 기계적이니 결함이 있거나 정상적인 동작을 하지 못한 것과 같이, 서브모듈의 고장 등 이상이 감지되면, 바이패스 스위치로 전류를 우회시켜 이상이 감지된 서브모듈을 단락시킬 수 있다.
바이패스 스위치는 고정 단자와 가동 단자를 포함할 수 있고, 서브 모듈에
이상이 감지되면 가동 단자를 고정 단자에 접점시켜 가동 단자 및 고정 단자를 통해 전류를 바이패스 스위치로 우회시킬 수 있다. 바이패스 스위치는 단시간내에 가동 단자와 고정단자의 접점되는 것이 바람직하고, 최초의 접점 이후에 가동 단자와 고정 단자의 접촉이 유지되는 것이 바람직하다.
그러나, 모듈형 멀티레벨 컨버터(Multi-Level Converter) 내에서 사용되는 바이패스 스위치는 서브 모듈의 이상 감지시, 1회 사용되고, 이후에는 가동 단자와 고정 단자의 접촉이 유지된 상태에서, 재사용되지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 사고전류 발생시 사고전류를 저감할 수 있는 바이패스 스위치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 바이패스 스위치의 활용도를 높일 수 있고, 안전성이 향상된 바이패스를 갖는 멀티레벨 컨버터를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 바이패스 스위치는 내부에 공간이 형성된 하우징; 상기 공간에 고정접점부가 위치된 고정단자와; 상기 고정접점부와 접촉되거나 분리되는 가동접점부가 상기 공간에 이동 가능하게 위치된 가동단자와; 상기 가동단자를 이동시키는 무빙바디와; 전원 인가시 상기 무빙바디를 상기 고정접점부와 상기 가동접점부가 접촉되는 방향으로 전진시키는 제1폭발형 구동기; 및 전원 인가시 상기 무빙바디를 상기 고정접점부와 상기 가동접점부가 분리되는 방향으로 후퇴시키는 제2폭발형 구동기를 포함할 수 있다.
바이패스 스위치는 복수개의 고정바디를 더 포함하며, 상기 제1 폭발형
구동기는 상기 복수개의 고정바디 중 어느 하나에 설치되고, 상기 제2 폭발형 구동기는 상기 복수개의 고정바디 중 다른 하나에 설치될 수 있다.
상기 복수개의 고정바디는 상기 제1폭발형 구동기가 설치되는 제1 고정바디와 상기 제2폭발형 구동기가 설치되는 제2 고정바디를 포함할 수 있다.
상기 무빙바디는 중심축과, 상기 중심축에 설치되고 상기 제1폭발형 구동기에 의해 전진되는 제1무빙플레이트와, 상기 중심축에 설치되고 상기 제2폭발형 구동기에 의해 후퇴되는 제2무빙플레이트를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 고정바디는 상기 제2고정바디와 상기 제1고정바디 사이에 상기 제1고정바디 및 제2고정바디 각각과 이격되어 배치되는 제3고정바디를 더 포함하고, 상기 제3고정바디는 상기 제2무빙플레이트에 인력을 작용하는 영구자석을 포함할 수 있다.
상기 제1 고정바디는 상기 제1무빙플레이트에 인력을 작용하는 영구자석을 포함할 수 있다.
상기 제1무빙플레이트와 제2무빙플레이트는 상기 무빙바디의 진퇴방향으로 이격될 수 있다.
바이패스 스위치는 상기 가동단자에 연결되는 이동전극을 더 포함하며, 상기 제2고정바디는 상기 제1고정바디와 제2고정바디 중 상기 이동전극과 가장 가까운 위치에 상기 이동전극과 이격되게 배치될 수 있다.
바이패스 스위치는 상기 고정단자에 연결된 고정전극; 및 상기 가동단자에 연결된 이동전극을 더 포함하고, 상기 무빙바디는 상기 가동단자와 이동전극 중 적어도 하나와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제2폭발형 구동기는 복수개이며, 복수개의 제2폭발형 구동기 각각은
상기 무빙바디의 이동방향과 직교한 방향으로 이격될 수 있다.
바이패스 스위치를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터는 복수개의 서브모듈; 및
상기 복수개의 서브모듈을 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 복수개의 서브모듈 각각은 복수개의 밸브 브릿지, 커패시터 및 바이패스 스위치를 포함하며, 상기 바이패스 스위치는 내부에 공간이 형성된 하우징; 상기 공간에 고정접점부가 위치된 고정단자와; 상기 고정접점부와 접촉되거나 분리되는 가동접점부가 상기 공간에 이동 가능하게 위치된 가동단자와; 상기 가동단자를 이동시키는 무빙바디와; 전원 인가시 상기 무빙바디를 상기 고정접점부와 상기 가동접점부가 접촉되는 방향으로 전진시키는 제1폭발형 구동기; 및 전원 인가시 상기 무빙바디를 상기 고정접점부와 상기 가동접점부가 분리되는 방향으로 후퇴시키는 제2폭발형 구동기를 포함하며, 상기 복수개의 서브모듈 중 오류 발생된 서브모듈은, 상기 제1폭발형 구동기로 전원을 인가하고, 상기 제2폭발형 구동기는 사고전류 발생시 인접한 타 서브모듈로부터 전원을 인가 받을 수 있다.
바이패스 스위치를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터는 상기 고정단자에 연결되는 고정전극과; 상기 가동단자에 연결되는 이동전극; 및 복수개의 고정바디를 더 포함하며, 상기 제1 폭발형 구동기는 상기 복수개의 고정바디 중 어느 하나에 설치되고, 상기 제2 폭발형 구동기는 상기 복수개의 고정바디 중 다른 하나에 설치될 수 있다.
상기 무빙바디는 상기 중심축과, 상기 중심축에 설치되고 상기 제1폭발형 구동기에 의해 전진되는 제1무빙플레이트와, 상기 중심축에 설치되고 상기 제2폭발형 구동기에 의해 후퇴되는 제2무빙플레이트를 포함할 수 있다.
상기 고정접점부와 상기 가동접점부가 접촉하여 바이패스된 서브모듈의
제2폭발형 구동기는 사고 전류가 발생하면 인접한 서브모듈에서 전원을 인가 받을 수 있다.
상기 제어기는 사고전류시 상기 인접한 서브모듈로 상기 제2폭발형 구동기의 동작신호를 송신할 수 있다.
본 발명의 바이패스 스위치는 제2폭발형 구동기로 전원이 인가되면 접점되어 있던 고정단자와 가동단자가 분리되면서 사고전류를 저감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 바이패스 스위치는 전류 우회 기능뿐만 아니라 사고전류 저감 기능을 할 수 있어, 그 활용도가 높은 이점이 있다.
또한, 사고전류 발생시 이를 저감시키기 위한 별도의 기구 없이 바이패스 스위치 자체가 사고전류를 저감할 수 있으므로, 구조가 간단하고 비용이 저렴한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정상시의 바이패스 스위치 내부 구조이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고정접점부와 가동접점부가 접촉되는 방향으로 전원을 인가받은 바이패스 스위치 내부 구조이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고정접점부와 가동접점부가 분리되는 방향으로 전원을 인가받은 바이패스 스위치 내부 구조이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 HVDC시스템에서 바이패스 스위치가 적용된 서브모듈이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 바이패스 스위치의 회로도로서, 도 5(a)는 본 발명의 실시예에 따른 대기모드 상태의 바이패스 스위치의 회로도 이고, 도
5(b)는 본 발명의 실시예에 따른 서브모듈 보호모드 상태의 바이패스 스위치 회로도 이며, 도 5(c)는 본 발명의 실시예에 따른 사고전류 저감모드 상태의 바이패스 스위치 회로도 이다.
이하, 본 발명과 관련된 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 도면의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램
인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 도면의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 도면의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 도면의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실
실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 바이패스와 그를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정상시의 바이패스 스위치 내부 구조이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 고정접점부와 가동접점부가 접촉되는 방향으로 전원을 인가받은 바이패스 스위치 내부 구조이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 고정접점부와 가동접점부가 분리되는 방향으로 전원을 인가받은 바이패스 스위치 내부 구조이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 바이패스 스위치(100)는 내부에 공간이 형성되는 하우징(106)과, 공간에 고정접점부(126)가 위치된 고정단자(108)와, 고정단자(108)에 연결된 고정전극(102)과, 고정접점부(126)와 접촉되거나 분리되는 가동접점부(130)가 공간에 이동 가능하게 위치된 가동단자(110)와, 가동단자(110)에 연결된 이동전극(104)과, 가동단자(110)와 이동전극(104) 중 적어도 하나와 연결된 무빙바디(122)를 포함 할 수 있다.
고정전극(102)과 이동전극(104)은 후술할 서브모듈(200)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 고정전극(102)이 양극(+)이면 이동전극(104)는 음극(-)일 수 있으며, 이동전극(104)이 양극(+)이면 고정전극(102)이 음극(-)일 수 있다.
서브모듈(200)은 IGBT(210), IGBT를 구동하는 IGBT구동 드라이버(미도시), 서브모듈(200) 작동에 필요한 전원을 공급하는 파워 서플라이(미도시) 등의 구성품을 포함 할 수있다.
고정단자(108)는 고정접점부(126)와 고정단자 연결부(124)로 구성되며,
고정단자 연결부(124)는 하우징(106)의 내부 공간에서 고정전극(102)과 연결되거나, 하우징(106)의 외부에서 고정전극(102)과 연결될 수 있다.
가동단자(110)는 고정접점부(126)와 붙거나 떨어지는 가동접점부(130) 와 이동 전극(104)과 연결되는 가동단자 연결부(128)로 구성 될 수 있다.
바이패스 스위치(100)는 복수개의 고정바디(112, 114, 116)와, 제1폭발형 구동기(118) 및 제2폭발형 구동기(120)를 포함할 수 있다.
제1폭발형 구동기(118)와 제2폭발형 구동기(120)는 내부에 피스톤(142, 144)를 포함할 수 있으며 제1폭발형 구동기(118)와 제2폭발형 구동기(120)의 동작시 생기는 폭발의 압력에 의해 피스톤(142, 144)이 이동할 수 있다.
제2폭발형 구동기(120)의 폭발의 압력은 제1폭발형 구동기(118)의 폭발의 압력보다 더 클 수 있다.
제1폭발형 구동기(118)는 전원 인가시 무빙바디(122)를 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 접촉되는 방향으로 전진시킬 수 있다. 제1폭발형 구동기(118)는 복수개의 고정바디(112, 114, 116) 중 어느 하나에 설치될 수 있다. 제1폭발형 구동기(118)에는 전원을 인가받는 전선(119)이 연결될 수 있고, 제1폭발형 구동기(118)는 전선(119)을 통해 전원이 인가되면 제1폭발형 구동기(118) 내부에 있던 피스톤(142)이 제1폭발형 구동기(118)가 동작하면서 생기는 압력에 의해 외부로 이동되어 무빙바디(122)를 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 접촉되는 방향으로 전진시킬 수 있다.
제2폭발형 구동기(120)는 전원 인가시 무빙바디(122)를 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 분리되는 방향으로 후퇴시킬 수 있다. 제2폭발형 구동기(120)는 복수개의 고정바디(112, 114, 116) 중 다른 하나에 설치될 수 있다. 제2폭발형
구동기(120)에는 전원을 인가받는 전선(121)이 연결될 수 있다. 제2폭발형 구동기(120)는 전선(121)을 통해 전원이 인가되면 제2폭발형 구동기(120) 내부에 있던 피스톤(144)은 제1폭발형 구동기(118)의 동작시 생기는 압력에 의해 외부로 이동되어 무빙바디(122)를 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 분리되는 방향으로 후퇴시킬 수 있다.
제2폭발형 구동기(120)의 전원 인가시 무빙바디(122)를 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 분리되는 방향으로 후퇴시키는 힘은 제1폭발형 구동기(118)의 전원 인가시 무빙바디(122)를 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 접촉되는 방향으로 전진 시키는 힘보다 강할 수 있다.
고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 접촉되는 방향은 제1방향(F)일 수 있으며, 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 분리되는 방향은 제2방향(R)일 수 있다. 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 접촉되는 방향과 무빙바디(122)의 전진 방향은 같으며 이는 제1방향(F)일 수 있다. 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 분리되는 방향과 무빙바디(122)의 후퇴 방향은 같으며 이는 제2방향(R)일 수 있다.
무빙바디(122)는 중심축(132)을 갖을 수 있다. 무빙바디(122)는 중심축(132)에 설치되고 제1폭발형 구동기(118)에 의해 전진되는 제1무빙플레이트(134)를 포함할 수 있다. 무빙바디(122)는 중심축(132)에 설치되고 제2폭발형 구동기(120)에 의해 후퇴되는 제2무빙플레이트(136)를 포함할 수 있다.
그리고, 제1무빙플레이트(134)와 제2무빙플레이트(136)는 무빙바디(122)의 진퇴방향(FR)으로 이격될 수 있다.
복수개의 고정바디(112, 114, 116)는 제1폭발형 구동기(118)가 설치된
제1고정바디와(112)와, 제2폭발형 구동기(120)가 설치된 제2고정바디(114)를 포함할 수 있다.
제1고정바디(112)는 제2고정바디(114)와 제1고정바디(112)중 이동전극(104)과 가장 먼 위치에 이동전극(104)과 이격되게 배치될 수 있다.
제2고정바디(114)는 제1고정바디(112)와 제2고정바디(114)중 이동전극(104)과 가장 가까운 위치에 이동전극(104)과 이격되게 배치될 수 있다.
제2고정바디(114)는 이동전극(104)의 위치와 무관하게 이동전극(104)과 사이에 틈을 갖을 수 있다.
외부로부터 전원을 인가 받는 제2폭발형 구동기(114)의 전선(121)은 제2고정바디(114)와 이동 전극(104) 사이의 틈에 위치되어 이동전극(104)에 의해 손상되지 않고 유지될 수 있다.
제1고정바디(112)는 제1무빙플레이트(134)에 인력을 작용하는 영구자석(미 도시)을 포함할 수 있다. 제1고정바디(112)의 영구자석은, 제1무빙플레이트(134)에 외력이 작용하지 않을 때, 제1무빙플레이트(134)를 제1고정바디(112)에 접촉되게 끌어당길 수 있다.
복수개의 고정바디(112, 114, 116)는 제2고정바디(114)와 제1고정바디(112) 사이에 제1고정바디(112) 및 제2고정바디(114) 각각과 이격되어 배치되는 제3고정바디(116)를 더 포함할 수 있다.
제3고정바디(116)는 제2무빙플레이트(136)에 인력을 작용하는 영구자석(미 도시)을 포함할 수 있다. 제3고정바디(116)의 영구자석은, 제2무빙플레이트(136)에 외력이 작용하지 않을 때, 제2무빙플레이트(136)를 제3고정바디(116)에 접촉되게 끌어당길 수 있다.
제1무빙플레이트(134)와 제1고정바디(112)는 영구자석에 의해서 접촉 되어 있을 수 있으며, 이를 통해, 무빙바디(122)가 고정되는 작용 효과가 있을 수 있으며, 제2무빙플레이트(136)와 제3고정바디(116)가 영구자석에 의해서 접촉되어 무빙바디(122)가 고정되는 작용 효과가 있을 수 있다.
그리고, 복수개의 고정바디(112, 114, 116)는 프레임(140)에 고정되어 있을 수 있다.
제2폭발형 구동기(136)는 복수개이며, 복수개의 제2폭발형 구동기(136) 각각은 무빙바디(122)의 진퇴방향(FR)과 직교한 방향(LR)으로 이격될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 바이패스 스위치가 적용된 모듈형 멀티레벨 컨버터이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 바이패스 스위치의 회로도로서, 도 5(a)는 본 발명의 실시예에 따른 대기모드 상태의 바이패스 스위치의 회로도 이고, 도 5(b)는 본 발명의 실시예에 따른 서브모듈 보호모드 상태의 바이패스 스위치 회로도 이며, 도 5(c)는 본 발명의 실시예에 따른 사고전류 저감모드 상태의 바이패스 스위치 회로도 이다.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 모듈형 멀티레벨 컨버터(300)는 복수개의 서브모듈(200)이 직렬로 연결되어 있는 복수개의 상 레그(302, 304, 306)로 이루어 질 수 있으며, 복수개의 상 레그(302, 304, 306)는 A상 레그(302). B상 레그(304), C상 레그(306)로 구성 될 수 있다.
이하, 복수개의 상 레그(302, 304, 306)는 동일한 서브모듈(200)로 이루어 질 수 있으며, 중복된 설명을 피하기 위해 하나의 서브모듈(200)로 설명 할 수 있다.
한편, 편의를 위해 상 레그(302, 304, 306)의 포함되어 있는 복수개의 서브모듈(200) 각각을 서브모듈(200A), 서브모듈(200B), 서브모듈(200C) 및 서브모듈(200D)로 구분 지어 설명 할 수 있다.
바이패스 스위치(100)를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터(300)는 복수개의 서브모듈(200), 및 복수개의 서브모듈(200)을 제어하는 제어기(미도시)를 포함할 수 있으며, 복수개의 서브모듈(200) 각각은 복수개의 밸브 브릿지(204, 206), 커패시터(208) 및 바이패스 스위치(100)를 포함할 수 있다.
복수개의 밸브 브릿지(204, 206)은 밸브(210)와 다이오드(212)의 역병렬로 연결될 수 있으며, 밸브(210)은 IGBT(insulated gate bipolar transistor)일 수 있다.
바이패스 스위치(100)는 내부에 공간이 형성된 하우징(106)을 갖을 수 있으며, 공간에 고정접점부(126)가 위치된 고정단자(108)와, 고정단자(108)에 연결된 고정전극(102)이 있고, 고정접점부(126)와 접촉되거나 분리되는 가동접점부(130)가 공간에 이동 가능하게 위치된 가동단자(128)가 있을 수 있다.
바이패스 스위치(100)는 가동단자(128)에 연결된 이동전극(104)이 있으며, 가동단자(128)와 이동전극(104) 중 적어도 하나와 연결된 무빙바디(122)가 있을 수 있다.
바이패스 스위치(100)는 복수개의 고정바디(112, 114, 116)와 복수개의 고정바디(112, 114, 116) 중 어느 하나에 설치되고, 전원 인가시 무빙바디(122)를 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 접촉되는 방향으로 전진시키는 제1폭발형 구동기(118)가 있으며, 또한, 복수개의 고정바디(112, 114, 116) 중 다른 하나에 설치되고, 전원 인가시 무빙바디(122)를 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 분리되는 방향으로 후퇴시키는 제2폭발형 구동기(120)를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하여, 바이패스 스위치(100)의 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 접촉되어 서브모듈을 동작시키지 않고 바이패스 하는 모듈은 도면에서 서브모듈(200B)에 해당 할 수 있으며, 바이패스 된 서브모듈(200B)와 인접한 서브모듈은 서브모듈(200A, 200C)에 해당 할 수 있으며, 바이패스 된 서브모듈(200B)과 인접하지 않은 서브모듈은 (200D)일 수 있다. 다만, 이는 본 발명의 실시 예를 편의상 구분 짓기 위한 도면부호 일 수 있으며 실시 예에 한정 짓지 않는다.
이하에서 설명의 편의를 위해, 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 접촉되어 있는 서브모듈은 바이패스 된 서브모듈(200B)로 명명 할 수 있으며, 인접한 서브모듈은 인접한 서브모듈(200A, 200C)로 명명 할 수 있다.
제어기(미도시)는 사고전류가 발생하면 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 바이패스 된 서브모듈(200B)의 인접한 서브모듈(200A, 200C)에서 바이패스 된 서브모듈(200B)로 전원을 공급 하도록 제어할 수 있다.
제2폭발형 구동기(120)는 인접한 서브모듈(200A, 200C)과 전선으로 연결되어 전원을 인가 받을 수 있다.
제어기는 사고전류시 인접한 서브모듈로 제2폭발형 구동기(120)의 동작신호를 송신할 수 있다.
즉, 사고전류시, 제어기(미도시)는 접속된 서브모듈(200B)의 인접한 서브모듈(200A, 200C)에서 접속된 서브모듈(200B)의 제2폭발형 구동기(120)로 전원을 인가하도록 인접한 서브모듈(200A, 200C)로 제2폭발형 구동기 동작신호를 송신한다.
복수개의 서브모듈(200)에 각각 포함되어 있는 제2폭발형 구동기(120)는 인접한 서브모듈(200A, 200C)과 전기적으로 연결되어 있어 사고전류가 발생하면 인접한 서브모듈(200A, 200C)로부터 전원을 공급받아 무빙바디(122)를 가압하여 제2방향(R)으로 무빙바디(122)를 움직이도록 할 수 있으며, 이를 통해서 고정접점부(126)와 가동접점부(130)를 분리되게 할 수 있다.
복수개의 서브모듈(200) 각각은 직렬로 연결되어 있을 수 있으며, 바이패스 스위치(100)를 포함하는 복수개의 서브모듈(200) 각각은 IGBT, IGBT구동 드라이버, 파워 서플라이 등의 구성품이 있을 수 있으며, 구성품 중 적어도 하나 고장시, 복수개의 서브모듈(200)을 제어하는 제어기(미도시)가 고정접점부(126)와 가동 접점부(130)가 접촉이 되도록 제1폭발형 구동기(118)에 전원을 인가 하도록 제어할 수 있으며, 전원이 인가되면 무빙바디(122)는 제1방향(F)으로 움직일 수 있다.
모듈형 멀티레벨 컨버터(300)에 사고 전류가 인가되면, 제어기(미도시)는 인접한 서브모듈에서 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 바이패스 된 서브모듈의 제2 폭발형 구동기(120)로 전원을 인가할 수 있으며, 전원이 인가되면 무빙바디(122)는 제2방향(R)으로 움직일 수 있다.
서브모듈의 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 접촉이 되어 있는 서브모듈(200)이 있어도 모듈형 멀티레벨 컨버터(300)는 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 접촉이 되어 있는 서브모듈(200)을 제외한 다른 서브모듈(200)의 동작을 통해 지속적으로 동작 할 수 있으며, 지속적으로 동작하던 중 큰 전류와 같은 사고전류가 발생하면, 바이패스 된 서브모듈(200B)에 인접한 서브모듈(200A, 200C)에서 접속된 서브모듈(200B)의 제2폭발형 구동기(120)로 전원을 인가하여 접촉이 되어있는 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 분리 시킬 수 있다.
이때, 하우징(106)의 공간은 진공상태(S)인 것이 바람직하며, 사고 전류 발생 시 제2 폭발형 구동기의 동작으로 인하여 바이패스 된 서브모듈(200B)의 고정접점부(126)와 가동접점부(130)가 분리되며, 분리되는 순간 하우징(106)의 공간에서 사고 전류에 대한 아크소호가 이루어 질 수 있으며, 아크소호를 통해 사고전류가 저감되면서, 모듈형 멀티레벨 컨버터(300) 전체의 사고전류를 저감 시킬 수 있는 작용 효과가 생기게 된다.
복수개의 서브모듈(100)에는 사고전류 발생시 사고전류를 우회 시키는 사이리스터(202)를 더 포함할 수 있다.
복수개의 밸브 브릿지(204, 206) 각각에는 제1밸브 브릿지(204)와 제2밸브 브릿지(206)로 구성 될 수 있으며, 제1밸브 브릿지(204)의 일단과 커패시터(208)의 일단이 연결 될 수 있으며, 제2밸브 브릿지(206)의 타단에 커패시터(208), 사이리스터(202) 및 바이패스 스위치(100)의 타단이 연결될 수 있고, 제1 밸브 릿지(204)의 타단은 제2밸브 브릿지(206), 사이리스터(202) 및 바이패스 스위치(100)의 일단이 연결 될 수 있다.
사이리스터(202)는 서브모듈(200)의 바이패스 동작을 수행 할 수 있으며, 사이리스터(202)가 정상동작이 어려울 시 바이패스 스위치(100)가 동작 할 수 있다.
이를 통해, 모듈형 멀티레벨 컨버터(300)의 안정성을 더욱 향상 시킬 수 있다.
또한, 제어기(미도시)는 벨브 브릿지(204, 206)를 구성하는 IGBT(insulated gate bipolar transistor)나 사이리스터(202)로부터 동작 신호를 수신하여, 동작 신호에 따른 제어 신호를 송신 할 수 있다.
정상전류가 흐를시, 모듈형 멀티레벨 컨버터(300)에서의 바이패스 스위치(100)는 제1폭발형 구동기(118)및 제2폭발형 구동기(120)로 전원이 인가되지 않는 바이패스 대기상태가 일 수 있으며, 이하에서는 이를 대기모드라 칭할 수 있다.
서브모듈(200)에 고장 발생시, 모듈형 멀티레벨 컨버터(300)의 바이패스 스위치(100)는 제1폭발형 구동기(118)로 전원을 인가하면 고정단자(108)와 가동단자(110)의 접촉을 통해 바이패스 스위치(100)로 전류를 우회시켜 서브모듈(200)로 전류가 유입되는 것을 차단할 수 있으며, 이하에서는 이를 서브모듈 보호모드로 칭할 수 있다.
사고전류가 흐를시, 모듈형 멀티레벨 컨버터(300)에서의 바이패스 스위치(100)는 제2폭발형 구동기(120)로 전원을 인가하면, 고정단자(108)와 가동단자(110)의 분리되고, 고정단자(108)와 가동단자(110)의 분리를 통해 사고전류는 아크소호 되며 저감된다. 사고전류가 저감되면 서브모듈(200)은 다시 정상 동작 할 수 있으며, 이하에서는 이를 사고전류 저감 모드라 칭할 수 있다.
대기모드는 도 1 및 도 5(a)를 참조하여, 모듈형 멀티레벨 컨버터(300)의 서브모듈 정상 동작시, 제1밸브 브릿지(204)와 제2밸브 브릿지(206)의 온/오프 동작을 통해서 커패시터(208)의 충 방전을 수행할 수 있으며, 정상전류가 서브모듈(200)로 인가되는 동안은 제어기는 바이패스 스위치(100)의 제1폭발형 구동기(118)및 재2폭발형 구동기(120)로 동작신호를 송신하지 않아 고정단자(108)와 가동단자(110)가 이격된 상태를 유지하도록 할 수 있다.
서브모듈 보호모드는 도 2 및 도 5(b)을 참조하여, 모듈형 멀티레벨 컨버터(300)의 서브모듈(200)은 IGBT, IGBT구동 드라이버, 파워 서플라이, 사이리스터, 커패시터 등의 구성품을 포함할 수 있으며, 서브모듈의 구성품 중 적어도 하나 고장이면, 제어기는 바이패스 스위치(100)의 제1폭발형 구동기(118)로 전원을 인가하여 무빙바디(122)를 고정단자(108)와 가동단자(110)가 접촉되는 방향으로 전진시킬 수 있다. 고정단자(108)와 가동단자(110)가 접촉이 되면 서브모듈(200)로 인가되는 전류가 바이패스 스위치(100)를 통해 우회되어 고장이 난 서브모듈(200)로 전류가 인가되는 것을 차단 할 수 있다. 제어기는 상기와 같은 서브모듈 보호모드시 제2폭발형 구동기(120)로 동작신호를 송신하지 않는다.
사고전류 저감모드는 도 3 및 도 5(c)을 참조하여, 모듈형 멀티레벨 컨버터(300)에 정상전류보다 큰 사고전류가 발생하면, 제어기(미도시)는 바이패스 스위치(100)의 제2폭발형 구동기(120)로 전원을 인가하여 무빙바디(122)를 고정단자(108)와 가동단자(110)가 분리되는 방향으로 후진시킬 수 있다. 고정단자(108)와 가동단자(110)가 분리 되면 사고전류는 하우징(106)의 내부에서 아크소호가 이루어져 저감되고 서브모듈(200)의 재사용이 가능 해 질 수 있다.
가동접점부(130)와 고정접점부(126)를 포함하는 하우징(106)은 진공상태(S)인 것이 바람직하다.
진공상태(S)에서 이루어지는 아크소호는 사고전류를 정상의 전류의 범위로 저감 시킬 수 있으며, 사고전류 저감모드의 아크소호를 통해 서브모듈(200)로 정상전류가 인가되면 모듈형 멀티레벨 컨버터(300)는 정상운전을 수행하게 될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
상기와 같이 기재된 실시 예들은 설명된 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.
100; 바이패스 스위치, 102; 고정 전극,
104; 이동 전극, 106; 하우징,
108; 고정단자, 110; 가동단자,
112; 제1고정바디, 114; 제2고정바디,
116; 제3고정바디, 118; 제1폭발형 구동기,
120; 제2폭발형 구동기, 124; 고정단자 연결부,
126; 고정 접점부, 128; 가동단자 연결부,
130; 가동 접점부, 140; 프레임,
134; 제1무빙 플레이트, 136; 제2무빙 플레이트,
F; 제1방향, R; 제2방향,
200; 서브모듈, 202; 바이패스 스위치,
204; 제1밸브 브릿지, 206; 제2밸브 브릿지,
208; 커패시터, S; 공간
132; 중심축, 210; 밸브,
212; 다이오드,

Claims (15)

  1. 내부에 공간이 형성된 하우징;
    상기 공간에 고정접점부가 위치된 고정단자와;
    상기 고정접점부와 접촉되거나 분리되는 가동접점부가 상기 공간에 이동 가능하게 위치된 가동단자와;
    상기 가동단자를 이동시키는 무빙바디와;
    전원 인가시 상기 무빙바디를 상기 고정접점부와 상기 가동접점부가 접촉되는 방향으로 전진시키는 제1폭발형 구동기; 및
    전원 인가시 상기 무빙바디를 상기 고정접점부와 상기 가동접점부가 분리되는 방향으로 후퇴시키는 제2폭발형 구동기를 포함하고,
    상기 무빙바디는
    중심축과,
    상기 중심축에 설치되고 상기 제1폭발형 구동기에 의해 전진되는 제1무빙플레이트와,
    상기 중심축에 설치되고 상기 제2폭발형 구동기에 의해 후퇴되는 제2무빙플레이트를 포함하는
    바이패스 스위치.
  2. 제 1항에 있어서,
    복수개의 고정바디를 더 포함하며,
    상기 제1 폭발형 구동기는 상기 복수개의 고정바디 중 어느 하나에 설치되고,
    상기 제2 폭발형 구동기는 상기 복수개의 고정바디 중 다른 하나에 설치되는
    바이패스 스위치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수개의 고정바디는
    상기 제1폭발형 구동기가 설치되는 제1 고정바디와
    상기 제2폭발형 구동기가 설치되는 제2 고정바디를 포함하는
    바이패스 스위치.
  4. 삭제
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 복수개의 고정바디는
    상기 제2고정바디와 상기 제1고정바디 사이에 상기 제1고정바디 및 제2고정바디 각각과 이격되어 배치되는 제3고정바디를 더 포함하고,
    상기 제3고정바디는
    상기 제2무빙플레이트에 인력을 작용하는 영구자석을 포함하는
    바이패스 스위치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 고정바디는
    상기 제1무빙플레이트에 인력을 작용하는 영구자석을 포함하는
    바이패스 스위치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1무빙플레이트와 제2무빙플레이트는
    상기 무빙바디의 진퇴방향으로 이격된
    바이패스 스위치.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 가동단자에 연결되는 이동전극을 더 포함하며,
    상기 제2고정바디는
    상기 제1고정바디와 제2고정바디 중 상기 이동전극과 가장 가까운 위치에 상기 이동전극과 이격되게 배치된
    바이패스 스위치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 고정단자에 연결된 고정전극; 및
    상기 가동단자에 연결된 이동전극을 더 포함하고,
    상기 무빙바디는
    상기 가동단자와 이동전극 중 적어도 하나와 연결되는 것을 특징으로 하는
    바이패스 스위치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제2폭발형 구동기는 복수개이며, 복수개의 제2폭발형 구동기 각각은 상기 무빙바디의 이동방향과 직교한 방향으로 이격된
    바이패스 스위치.
  11. 복수개의 서브모듈; 및
    상기 복수개의 서브모듈을 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 복수개의 서브모듈 각각은 복수개의 밸브 브릿지, 커패시터 및 바이패스 스위치를 포함하며,
    상기 바이패스 스위치는 내부에 공간이 형성된 하우징;
    상기 공간에 고정접점부가 위치된 고정단자와;
    상기 고정접점부와 접촉되거나 분리되는 가동접점부가 상기 공간에 이동 가능하게 위치된 가동단자와;
    상기 가동단자를 이동시키는 무빙바디와;
    전원 인가시 상기 무빙바디를 상기 고정접점부와 상기 가동접점부가 접촉되는 방향으로 전진시키는 제1폭발형 구동기; 및
    전원 인가시 상기 무빙바디를 상기 고정접점부와 상기 가동접점부가 분리되는 방향으로 후퇴시키는 제2폭발형 구동기를 포함하며,
    상기 복수개의 서브모듈 중 오류 발생된 서브모듈은, 상기 제1폭발형 구동기로 전원을 인가하고,
    상기 제2폭발형 구동기는 사고전류 발생시 인접한 타 서브모듈로부터 전원을 인가받는
    바이패스 스위치를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 고정단자에 연결되는 고정전극과;
    상기 가동단자에 연결되는 이동전극; 및
    복수개의 고정바디를 더 포함하며,
    상기 제1 폭발형 구동기는
    상기 복수개의 고정바디 중 어느 하나에 설치되고,
    상기 제2 폭발형 구동기는
    상기 복수개의 고정바디 중 다른 하나에 설치되는
    바이패스 스위치를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 무빙바디는
    중심축과,
    상기 중심축에 설치되고 상기 제1폭발형 구동기에 의해 전진되는 제1무빙플레이트와,
    상기 중심축에 설치되고 상기 제2폭발형 구동기에 의해 후퇴되는 제2무빙플레이트를 포함하는
    바이패스 스위치를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 고정접점부와 상기 가동접점부가 접촉하여 바이패스된 서브모듈의 제2폭발형 구동기는 사고 전류가 발생하면 인접한 서브모듈에서 전원을 인가 받는
    바이패스 스위치를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제어기는 사고전류시
    상기 인접한 서브모듈로 상기 제2폭발형 구동기의 동작신호를 송신하는
    바이패스 스위치를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터.
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