KR102522753B1 - 변압기 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1 차 및 2 차 권선 (12P, 12S) 을 갖는 변압기 (12) 및 상기 권선들 중 하나와 부하 (L) 사이에 직렬로 연결된 스위칭 블록들의 체인 링크 (14) 를 포함하는 변압기 장치 (10) 에 관한 것이며, 여기서 스위칭 블록들은 전압 기여 블록들의 제 1 세트 및 회로 차단기 블록들의 제 2 세트를 포함하고, 여기서 전압 기여 블록들의 제 1 세트는 오프셋 전압으로 변압기 (12) 에 의해 출력되는 전압을 조정하도록 구성되고, 회로 차단기 블록들의 제 2 세트는 체인 링크 (14) 를 통해 흐르는 전류를 차단하도록 구성된다.

Description

변압기 장치
본 발명은 전력 애플리케이션용 변압기 장치에 관한 것이다.
변압기는 송전, 배전, 발전과 같은 전력 애플리케이션들의 중요한 장비이다. 때때로 주어진 입력 전압에 대해 이러한 변압기의 출력 전압을 변경할 필요가 있다. 이러한 유형의 변경은 일반적으로 권선들 사이의 권선비를 변경하는 소위 탭 체인저를 사용하여 이루어진다.
탭 체인저 메커니즘은 일반적으로 구현에 비용이 많이 들고 또한 느리다.
이러한 관점에서, 변압기의 출력 전압이 영향을 받는 방식의 개선이 필요하다.
변압기를 다른 장비의 피스와 결합하는 하나의 방식이 US 2010/0220499 에 개시된다. 이 문헌은 변압기 권선의 일 단부에 직렬로 연결된 전력 전자 모듈 (PEM) 을 개시한다. PEM 은 전류 제한을 수행하고, 무효 전력 (reactive power) 을 제공하고, 역률을 제어하고, 전압 변동을 감소시킨다. PEM 은 하프 또는 풀-브리지 회로와 병렬로 연결된 필터 및 전류 리미터를 포함한다.
추가로 변압기를 전류 차단 기능과 같은 다른 기능과 결합하는 것은 종종 관심의 대상이 된다.
따라서, 특히 탭 체인저 단순화 또는 제거와 관련하여 해당 분야에서 개선의 여지가 있다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 출력 전압 적응 (전압의 크기 및/또는 위상) 을 위한 보다 간단한 기계적 구조로 전류 차단을 수행할 수 있는 변압기 장치를 제공하는 것이다.
이 목적은 1 차 및 2 차 권선을 갖는 변압기 및 상기 권선들 중 하나와 부하 사이에 직렬로 연결된 스위칭 블록들의 체인 링크를 포함하는 변압기 장치를 통해 달성된 제 1 양태를 따르는 것이며, 여기서 스위칭 블록들은 전압 기여 블록들의 제 1 세트 및 회로 차단기 블록들의 제 2 세트를 포함하고, 여기서 전압 기여 블록들의 제 1 세트는 오프셋 전압으로 변압기에 의해 출력된 전압을 조정하도록 구성되고, 회로 차단기 블록들의 제 2 세트는 체인 링크를 통해 흐르는 전류를 차단하도록 구성된다.
체인 링크는 변압기 권선의 제 1 단부에 연결될 수도 있고, 변압기 권선의 제 1 단부와 부하의 제 1 단부 사이에 연결되거나 연결가능할 수도 있다. 대안으로서, 체인 링크는 변압기 권선의 제 2 단부에 연결될 수도 있고, 변압기 권선의 제 2 단부와 부하의 제 2 단부 사이에 연결되거나 연결가능할 수도 있으며, 변압기 권선의 제 2 단부는 변압기 권선의 접지 단부일 수도 있다.
체인 링크가 변압기 권선의 제 1 단부에 연결될 때, 체인 링크는 이 권선의 제 2 단부에 대한 연결이 없고, 체인 링크가 변압기 권선의 제 2 단부에 연결될 때, 체인 링크는 이 권선의 제 1 단부에 대한 연결이 없다.
전압 기여 블록은 바이폴라 전압 기여 능력을 갖는 전압 기여 블록일 수도 있다. 따라서, 2 개의 상이한 극성들로 전압 기여를 제공할 수 있다. 이는 풀-브리지 전압 기여 블록을 사용하여 행해질 수도 있다. 전압 기여 블록은 제 1 에너지 저장 엘리먼트를 추가로 포함할 수도 있다. 옵션적으로, 제 2 에너지 저장 엘리먼트를 또한 포함할 수도 있다. 제 1 에너지 저장 엘리먼트는 커패시터와 같은 단기 에너지 공급을 위한 엘리먼트일 수도 있고, 제 2 에너지 저장 엘리먼트는 배터리 또는 수퍼커패시터와 같은 장기 에너지 공급을 위한 에너지 저장 엘리먼트일 수도 있다. 제 1 에너지 저장 엘리먼트는 무효 전력 주입 또는 인출에 사용될 수도 있고, 제 2 에너지 저장 엘리먼트는 유효 에너지 전력 주입 또는 회수에 사용될 수도 있다.
전압 기여 블록들의 제 1 세트는 90 도 위상각에서의 포지티브 또는 네거티브 전압 기여, 즉 ±π/2 의 위상각에서의 전압 기여를 부하 전류에 제공하도록 제어가능할 수도 있다. 이는 무효 전력을 주입 또는 인출하기 위해 행해질 수도 있고, 이러한 주입 및 인출은, 예를 들어 전압 기여 블록이 제 1 에너지 저장 엘리먼트만을 포함하는 경우, 제 1 에너지 저장 엘리먼트를 사용하여 수행될 수도 있다.
대안적으로, 전압 기여 블록들의 제 1 세트는 부하 전류에 대해 0 - 360 도의 범위로 포지티브 또는 네거티브 전압 기여를 제공하도록 제어가능할 수도 있다. 이는 제 2 에너지 저장 엘리먼트를 이용하여 유효 전력을 주입 또는 인출하기 위해 행해질 수도 있다.
전압 기여 블록들의 제 1 세트는 무효 전력 보상을 제공하도록 제어가능할 수도 있다. 따라서, 무효 전력을 주입 또는 인출하도록 제어가능할 수도 있다. 일부 실현에서 또한 유효 전력을 주입 또는 인출하도록 제어가능할 수도 있다.
전압 기여 블록들의 제 1 세트는 변압기에 의해 출력된 전압에서 고조파 및/또는 플리커를 조절하도록 추가로 제어가능할 수도 있다.
회로 차단 블록들의 제 2 세트는 고장의 검출에 기초하여 체인 링크를 통한 전류를 차단하도록 차례로 제어가능할 수도 있다.
블록들 중 적어도 일부는 추가적으로 셀들로 그룹화될 수도 있고, 여기서 각각의 셀은 적어도 하나의 전압 기여 블록 및 적어도 하나의 회로 차단 블록을 포함한다.
체인 링크에 사용되는 전압 기여 블록들의 수는 크기 제어 또는 전압 위상 제어를 위해 대응하는 변압기 권선에 걸친 전압에 실행될 원하는 전압 범위의 전압 조정에 대해 선택될 수도 있다. 회로 차단기 블록들의 수는 원하는 전류 차단 레벨을 달성하기 위해 차례로 선택될 수도 있다.
변압기는 1 차 및 2 차 권선들을 갖는 1 차 측면 및 2 차 측면을 포함하는 3 상 변압기일 수도 있으며, 각각의 측면은 3 개의 권선들을 포함하고, 측면 상에 권선들이 있는 것과 동일한 수의 체인 링크들이 존재하고, 각각의 체인 링크는 측면들 중 일 측면의 대응하는 권선에 연결된다.
상기 언급된 일 측면은 와이형으로 연결될 수도 있으며, 여기서 각각의 체인 링크는 일 측면의 대응하는 권선의 제 1 단부에 연결되고, 각각의 권선의 제 2 단부는 중립에 연결된다. 대안적으로, 상기 언급된 일 측면은 델타형으로 연결될 수도 있으며, 여기서 각각의 체인 링크는 일 측면의 대응하는 권선의 제 1 단부에 연결되고, 각각의 권선의 제 2 단부는 다른 권선의 체인 링크에 연결된다.
변압기 장치는 체인 링크의 스위칭 블록들을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 추가로 포함할 수도 있으며, 그 제어는 스위칭 블록들 내의 스위치들의 제어일 수도 있다.
본 발명은 다수의 이점들을 갖는다. 본 발명은 전류 차단 기능이 결합된 변압기의 전압들을 적응시키기 위한 콤팩트한 구조를 제공한다. 본 발명은 또한, 탭 체인저를 단순화하거나 제거할 수도 있다는 점에서 전압들을 조정하기 위해 사용된 기계적 구조의 단순화를 가능하게 한다. 본 발명은 또한, 탭 체인저를 사용하는 것에 비해 더 빠른 전압 조정이 실행되게 한다. 또한, 본 발명은 변압기의 지속적인 임피던스 조절을 가능하게 한다. 변압기 장치는 부하로의 포지티브 또는 네거티브 무효 전력 주입 및 플리커 및 고조파 조절과 같은 몇몇 매력적인 추가 목적들을 위해 추가적으로 사용될 수 있다.
본 발명은 하기에서 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 변압기, 스위칭 블록들의 체인 링크 및 체인 링크를 제어하는 제어 유닛을 포함하는 변압기 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2 는 체인 링크에서 사용되는 제 1 타입의 스위칭 블록을 개략적으로 도시한다.
도 3 은 체인 링크에서 사용되는 제 2 타입의 스위칭 블록을 개략적으로 도시한다.
도 4 는 변압기 장치의 등가 회로를 개략적으로 도시한다.
도 5 는 등가 회로에서의 전압들 및 전류들의 페이저들을 도시한다.
도 6 은 제 1 및 제 2 타입의 스위칭 블록들을 결합하는 것을 통해 형성된 셀을 개략적으로 도시한다.
도 7 은 체인 링크에 셀들이 장착된 도 1 의 변압기 장치를 도시한다.
도 8 은 체인 링크의 대안적인 배치를 갖는 변압기 장치를 도시한다.
도 9 는 제 1 타입의 스위칭 셀의 변형을 도시한다.
도 10 은 변압기 장치의 와이-와이형으로 연결된 3 상 구현을 도시한다.
도 11 은 변압기 장치의 와이-델타형으로 연결된 3 상 구현을 도시한다.
본 발명은 발전, 송전 및 배전 등의 전기 전력 애플리케이션들에 사용하기 위한 변압기 장치에 관한 것이다.
도 1 은 변압기 장치 (10) 의 일 구현을 개략적으로 도시한다. 이러한 구현은 단상 구현이다. 나중에 알 수 있는 바와 같이, 변압기 장치의 3 상 구현을 제공하는 것도 가능하다.
변압기 장치 (10) 는 서로 자기적으로 결합된 제 1 권선 및 제 2 권선을 갖는 변압기 (12) 를 포함하며, 이 경우 제 1 권선은 또한 1 차 권선 (12P) 이고, 제 2 권선은 2 차 권선 (12S) 이다. 변압기 장치 (10) 는 또한 스위칭 블록들의 체인 링크 CL (14) 를 포함하고, 각각의 스위칭 블록은 적어도 하나의 스위치를 포함한다. 체인 링크 (14) 는 권선들 중 하나와 직렬로 연결되고, 이 경우 2 차 권선 (12S) 과 직렬로 연결된다. 2 차 권선은 2 개의 단부들을 가질 수 있으며, 여기서 제 1 단부는 체인 링크 (14) 를 통해 부하 (L) 의 제 1 단부에 연결되고, 제 2 단부는 부하 (L) 의 제 2 단부에 연결된다. 2 차 권선 (12S) 의 제 1 단부는 고전위 단부일 수도 있고, 2 차 권선 (12S) 의 제 2 단부는 저전위 단부일 수도 있다. 이 경우, 2 차 권선 (12S) 의 제 2 단부는 또한 접지에 연결되고, 따라서 이는 또한 접지 단부로 고려된다. 이에 의해, 2 차 권선 (12S) 의 제 2 단부 또한 접지 단부이다. 또한, 체인 링크는 2 차 권선 (12S) 의 제 1 단부와 부하 (L) 의 제 1 단부 사이에도 연결된다. 체인 링크 (14) 는 이 경우에 또한 제 1 및 제 2 단부를 가질 수도 있으며, 여기서 제 1 단부는 2 차 권선 (12S) 의 제 1 단부에 연결되고 제 2 단부는 부하의 제 1 단부에 연결된다.
변압기 장치 (10) 는 또한 스위칭 블록들을 제어하도록 구성된 제어 유닛 (CU) (16) 을 포함하며, 특히 스위칭 블록들의 스위치들을 제어하도록 구성된다. 제어 유닛 (16) 은 컴퓨터로 구현될 수도 있다. 이는 제어 기능을 구현하는 컴퓨터 명령들을 포함하는 연관된 프로그램 메모리를 갖는 프로세서로서 또한 구현될 수도 있다. 제어 유닛 (16) 은 ASIC (Application-Specific Integrated circuit) 또는 FPGA (Field-Programmable Gate Array) 와 같은 하나 이상의 전용 회로로 추가적으로 구현될 수도 있다.
체인 링크의 스위칭 블록들은 제 1 및 제 2 타입일 수도 있고, 여기서 제 1 타입의 스위칭 블록은 커패시터로부터와 같은 적어도 하나의 에너지 저장 엘리먼트로부터 전압 기여들을 제공하는 타입일 수도 있다. 따라서, 이러한 제 1 타입의 스위칭 블록은 전압 기여 블록이다. 제 2 타입의 스위칭 블록은 체인 링크를 통해 흐르는 전류를 차단하는 타입일 수도 있다. 전류 차단은 전통적으로 회로 차단기를 사용하여 수행된다. 이러한 이유로, 상기 제 2 타입의 스위칭 블록은 회로 차단기 블록으로 지칭될 수도 있다.
도 2 는 전압 기여 블록 (SBA) 의 일 구현을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 상기 블록은 전자 스위치들의 제 1 및 제 2 스트링을 포함하고, 각각의 스트링은 2 개의 전자 스위치들을 포함하고, 스트링의 중간점은 스위칭 블록의 연결 단자를 제공한다. 제 1 스트링의 중간점은 제 1 접속 단자를 제공하고, 제 2 스트링의 중간점은 블록의 제 2 접속 단자를 제공한다. 커패시터 (CAP) 형태의 제 1 에너지 저장 엘리먼트는 제 1 및 제 2 스트링들과 병렬로 연결된다. 풀-브리지 블록인 이러한 타입의 블록은 2 개의 상이한 극성들 중 하나를 갖는 제 1 에너지 저장 엘리먼트의 전압 또는 제로의 전압 기여를 제공하도록 제어될 수 있다. 이에 의해 전압 기여 블록은 또한 바이폴라 전압 기여 능력을 갖는다.
도 3 은 회로 차단기 블록 (SBB) 의 일 구현을 도시한다. 회로 차단기 블록 (SBB) 은 제 1 접속 단자를 제공하는 제 1 단부 및 제 2 접속 단자를 제공하는 제 2 단부를 갖는다. 이는 또한, 접속 단자들 사이에 연결된 기계적 스위치 (MS) 를 포함한다. 메인 차단기 (MB) 는 기계식 스위치와 병렬로 연결되고, 메인 차단기는 하나 이상의 전자식 스위치들로 구성된다. 또한, 저항과 직렬인 커패시터를 포함하는 스너버 스트링이 있으며, 스너버 스트링은 메인 차단기 및 기계적 스위치와 병렬로 연결된다. 마지막으로, 스너버 스트링, 메인 차단기 및 기계적 스위치와 병렬로 연결된 서지 피뢰기 (surge arrester) 가 있다. 기계적 스위치는 통상적으로 정상 상태 동작 동안 폐쇄된다. 전류 중단이 필요할 때, 기계적 스위치는 전형적으로 메인 차단기로 전류를 정류 (commutate) 하기 위해 먼저 개방된다. 메인 차단기의 개방 다음에 전류가 서지 피뢰기로 정류되게 하고, 여기서 냉각된다.
블록들 내의 스위치들은 역병렬 다이오드들을 갖거나 갖지 않는 트랜지스터들에 의해 구성될 수도 있다. 이러한 이유로, 트랜지스터들은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터들 (IGBT들), 바이 모드 절연 게이트 트랜지스터들 (BIGT들), 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터들 (MOSFET들) 및 접합 전계 효과 트랜지스터들 (JFET들) 일 수도 있다. 스위치들에 사용되는 반도체는 또한 실리콘 또는 실리콘 카바이드 또는 넓은 밴드갭 반도체, 예컨대 갈륨 나이트라이드 반도체일 수도 있다.
양자의 타입의 블록들은 체인 링크에서 캐스케이드로 연결될 수도 있고, 상기 체인 링크 내의 제 1 스위칭 블록의 제 1 연결 단자는 변압기 2 차 권선의 제 2 단부에 연결되고, 제 1 블록의 제 2 연결 단자는 제 2 블록의 제 1 연결 단자에 연결되며, 상기 체인 링크 내의 나머지 블록들은 동일한 방식으로 서로 연결된다.
체인 링크에서 전압 기여 블록들의 제 1 세트가 존재할 수도 있고, 여기서 이들 전압 기여 블록들은 부비동 파형과 같은 전압 파형을 형성하도록 제어 유닛에 의해 제어될 수도 있다. 이는 포지티브 또는 네거티브 극성을 갖는 커패시터 전압들을 바이패스하거나 삽입하기 위해 전압 기여 블록들의 스위치들을 제어하는 것을 통해 행해질 수도 있다. 이에 의해, 변압기의 2 차 권선에 걸친 전압이 조정되는 오프셋 전압 (ΔV) 를 제공하는 파형을 생성할 수 있다. 따라서, 전압 기여 블록들의 제 1 세트는 변압기에 의해 출력된 전압에 포지티브 또는 네거티브일 수도 있는 오프셋 전압을 추가하도록 구성된다. 이에 의해, 체인 링크는 전압원을 형성하는 것으로 고려될 수도 있다. 오프셋 전압은 변압기에 의해 출력되는 전압의 분율이 되도록 설정될 수도 있으며, 이 분율은 상한을 가질 수도 있다. 분율은 일 예로서 변압기에 의해 출력되는 전압의 최대 30% 일 수도 있다. 그러나, 분율은 또한 최대 20%, 15% 또는 심지어 10% 와 같이 더 낮을 수도 있다.
변압기 장치의 하나의 정상 상태 무고장 동작이 이제 설명될 것이다.
도 4 는 변압기 장치의 등가 회로를 개략적으로 도시한다. 등가 회로에서 알 수 있는 바와 같이, 제 1 접합부에서 전압원 (VS) 의 제 1 단부에 연결되는 제 1 리액턴스 (Xt) (변압기 단락 회로 리액턴스를 나타냄) 가 존재한다. 전압원 (VS) 의 제 2 단부는 차례로 제 2 리액턴스 (XS) 의 제 1 단부에 연결된 제 2 접합부에 있고, 여기서 제 2 리액턴스 (XS) (시스템 라인 리액턴스를 나타냄) 의 제2 단부는 등가 회로의 출력을 제공한다. 등가 회로의 출력에는 제 1 또는 부하 전압 (Vload) 이 있다. 제 1 접합부와 접지 사이에는 제 2 전압 (V2) 이 존재하고, 제 2 접합부와 접지 사이에는 전압원 (VS) 의 출력 전압 (Vout) 이 존재한다.
도 4 에서 알 수 있는 바와 같이, 전압원 (VS) 은 부하 전류, 즉 변압기 장치에 연결된 부하에 공급되는 전류와 비교하여, 플러스/마이너스 90 도, 즉 ±π/2 로 시프트된 오프셋 전압 (ΔV) 을 제공한다. 오프셋 전압 (ΔV) 은 변압기에 의해 출력된 전압인 제 2 전압 (V2) 의 분율 (k1) 일 수도 있다. ±π/2 의 사용된 위상각 때문에, 오프셋 전압 (ΔV) 은 체인 링크에 의해 삽입되는 등가 임피던스로 보일 수도 있으며, 이 임피던스는 커패시턴스 또는 인덕턴스일 수도 있다. 인덕턴스 또는 커패시턴스의 삽입은 변압기의 권선비 및/또는 전압의 위상 시프트를 변경하는 제한된 탭 체인저 동작에 어느 정도 대응한다
따라서, 전압 오프셋은 부하 전류에 대해 특정 위상 시프트를 갖는 전압 오프셋일 수도 있고, 따라서 ±π/2 일 수도 있다.
도 5 는 등가 회로에서의 전압과 전류 사이의 관계의 페이저 다이어그램을 도시한다. 변압기 출력 전압 (V2) 은 수직 페이저 부하 전류 (Iload) 곱하기 제 1 리액턴스 (Xt) 에 의해 설정된 양 (β1) 으로 부하 전압 (Vload) 으로부터 위상 쉬프트되고, 출력 전압 (Vout) 은 수직 페이저 부하 전류 (Iload) 곱하기 제 2 리액턴스 (XS) 에 의해 설정된 양 (δ1) 으로 부하 전압 (Vload) 으로부터 위상 쉬프트된다. 또한, 리액턴스는 (예에서) 동일하게 사이징되고, 따라서 위상각 (β1 및 δ1) 은 동일하지만, 이는 필수요건이 아닌 것을 알 수 있다. 오프셋 전압 페이저 (ΔV) 는 페이저들 (Iload*Xt 및 Iload* XS) 과 반대 방향을 갖는다. 또한 이는 2 개의 페이저들의 합계와 사이즈가 동일하다.
제어 유닛 (16) 의 제어 하에 구현될 수도 있는 앞서 언급된 연산을 통해, 변압기의 지속적인 임피던스 조절이 가능하다. 추가로, 탭 체인저를 이용하지 않거나 보다 간단한 구현의 탭 체인저를 이용하여 전압 변화를 제공할 수 있다. 이에 의해, 변압기의 구현이 단순화될 수도 있고, 전체 장치가 더 저렴해질 수도 있다. 더욱이, 전압 위상 및/또는 크기를 적응시키기 위한 체인 링크의 사용을 통해, 전압 변화 동작은 탭 체인저가 사용될 필요가 있는 경우보다 훨씬 더 빠를 수도 있다.
전압 기여 블록들의 제 1 세트는 부하로의 포지티브 또는 네거티브 무효 전력 주입을 위해 추가적으로 사용될 수 있다.
또한 회로 차단기 기능성을 포함함으로써, 예를 들어 고장으로 인한 변압기 장치를 연결해제할 때 또는 유지보수가 필요하기 때문에, 회로 차단기로서 체인 링크를 동작시키는 것이 가능하다. 이에 의해, 회로 차단기 블록들의 제 2 세트는 체인 링크를 통해 흐르는 전류를 차단하도록 구성될 수도 있다. 이러한 이유로, 제어 유닛은 체인 링크가 연결된 위상의 고장과 같은 고장의 검출에 기초하여 체인 링크를 통한 전류를 차단하도록 회로 차단기 블록들의 제 2 세트를 제어하도록 구성될 수도 있다.
전술한 바와 같이, 체인 링크는 전압 기여 블록들 및 회로 차단기 블록들을 모두 포함한다. 최대 크기의 오프셋 전압에 대해 필요한 만큼 많은 전압 기여 블록이 있을 수 있다는 것을 인식해야 한다. 따라서, 사용되는 전압 기여 블록들의 수는 변압기 출력 전압을 변경하기 위해 사용되는 대응하는 변압기 권선에 걸친 변압기 전압에 부가될 전압 기여의 원하는 전압 범위에 대해 설정될 수도 있으며, 전압기 출력 전압은 이 경우, 2 차 변압기 권선에 걸친 변압기 전압이다. 회로 차단기 블록들의 수는 결국 최대 사이즈의 부하 전류를 차단하기 위해 요구되는 블록들의 수일 수도 있다. 따라서, 그 수는 원하는 전류 차단 레벨을 달성하기 위해 요구되는 수일 수도 있다.
도 6 에서 알 수 있는 바와 같이, 전압 기여 블록은 회로 차단 블록과 결합되어 풀 브리지 회로 차단기 (FBCB) 셀을 구성할 수도 있다. FBCB 셀은 적어도 하나의 전압 기여 블록 및 적어도 하나의 회로 차단기 블록을 포함할 수도 있다. 필요한 전압 기여 블록과 회로 차단기 블록의 수에 따라, 다른 것보다 일 타입의 일 초과의 블록을 가질 수 있다.
도 7 에서 알 수 있는 바와 같이, 체인 링크는 다수의 FBCB 셀들로 구성될 수 있다. 또한, 전압 기여 및 전류 차단 요구들에 따라 FBCB 셀을 체인 링크의 전압 기여 블록 및/또는 회로 차단기 블록과 결합하는 것이 가능하다.
다수의 가능한 추가 변형들이 존재한다. 예를 들어 도 8 에서 알 수 있는 바와 같이, 체인 링크 (14) 는 대신에 2 차 변압기 권선 (12S) 의 접지 연결부에 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 체인 링크 (14) 는 2 차 권선 (12S) 의 제 2 접지 단부와 부하 (L) 의 제 2 단부 사이에 연결된다. 다른 가능한 대안은 변압기의 1 차 측에 체인 링크를 배치하는 것이다.
추가의 변형에서, 각각의 전압 기여 블록은 제 1 에너지 저장 엘리먼트에 더하여 제 2 에너지 저장 엘리먼트를 포함하고, 여기서 제 2 에너지 저장 엘리먼트는 제 1 에너지 저장 엘리먼트와 병렬로 연결될 수 있다. 제 1 에너지 저장 엘리먼트가 커패시터인 경우, 제 2 에너지 저장 엘리먼트는 배터리, 수퍼커패시터 또는 장기 에너지 전달을 위한 일부 다른 엘리먼트일 수 있다. 이러한 전압 기여 블록 구현은 도 9 에 개략적으로 도시되며, 여기서 제 1 에너지 저장 엘리먼트는 커패시터 (CAP) 이고 제 2 에너지 저장 엘리먼트는 배터리 (BAT) 이다. 이러한 타입의 전압 기여 블록은 ±π/2 이외의 다른 각도의 전압 오프셋을 출력 전류에 제공하는데 사용될 수 있다. 위상 시프트는 가능한 각도들의 전체 스펙트럼, 즉 0 - ±π 범위에 있을 수도 있고, 이에 의해 유효 전력 주입 및 인출에 또한 사용될 수도 있다. 유효 전력 주입 (포지티브 또는 네거티브) 은 주입된 전압의 전체 제어 범위를 제공하고, 독립적인 전압 크기 및 전압 위상 시프트가 제공될 수 있다.
제 2 에너지 저장 엘리먼트 없이 구현될 수 있는 다른 변형은, 제어 유닛의 제어 하에서, 전압 기여 블록들의 제 1 세트를 사용하여 고조파 및/또는 플리커 전압 조절을 제공하는 것이다. 이는 임의의 추가 필터들의 필터링 요건을 완화시키는 이점을 갖는다.
체인 링크는 변압기에 사용되는 인클로저 내에 배치될 수도 있으며, 인클로저는 변압기 탱크일 수도 있다. 따라서, 체인 링크 및 변압기는 변압기 탱크 내에 함께 제공될 수도 있다. 대안으로서, 체인 링크는 별개의 인클로저 내에 제공될 수도 있다.
변압기 장치는 1 차 및 2 차 권선을 갖는 1 차 측면 및 2 차 측면을 포함하는 3 상 변압기 장치일 수 있다. 따라서, 모든 위상에 대해 권선 쌍 (12A, 12B 및 12C) 이 존재한다. 이에 의해, 변압기는 3 개의 1 차 권선 (12AP, 12BP, 12CP) 및 3 개의 2 차 권선 (12AS, 12BS, 12CS) 을 갖는다. 또한, 측면의 권선의 수와 동일한 수의 체인 링크가 있으며, 각각의 체인 링크는 측면들 중 하나의 대응하는 권선에 연결되고, 이 경우 하나의 측면은 2 차 측면이다. 이는 도 10 및 도 11 에 개략적으로 도시된다. 이 경우에, 제 1 위상 a 에 대해 2 차 권선 (12AS) 과 직렬로 연결된 제 1 체인 링크 (14A), 제 2 위상 b 에 대해 2 차 권선 (12BS) 과 직렬로 연결된 제 2 체인 링크 (14B), 및 제 3 위상 c 에 대해 2 차 권선 (12CS) 과 직렬로 연결된 제 3 체인 링크 (14C) 가 존재한다. 이들 체인 링크들 (14A, 14B, 14C) 은 예에서 2 차 권선들의 제 1 단부에 연결된다.
도 10 에서, 변압기 (12) 는 와이-와이형 연결을 갖는다. 따라서, 1 차 권선들 (12AP, 12BP, 및 12CP) 의 제 1 단부는 개별 위상 A, B, C 에 각각 연결되고, 각각의 1 차 권선 (12AP, 12BP, 및 12CP) 의 제 2 측면은 중립 (N) 에 연결된다. 이 경우에, 각각의 체인 링크 (14A, 14B 및 14C) 는 또한 대응하는 2 차 권선 (12AS, 12BS 및 12CS) 의 제 1 단부에 연결된 제 1 단부 및 대응하는 위상 a, b, c 에 연결된 제 2 단부를 갖는 한편, 2 차 권선 (12AS, 12BS 및 12CS) 의 제 2 단부는 상호연결되고 중립 (n) 에 연결된다.
도 11 에서, 변압기는 와이-델타형으로 연결된다. 1 차 권선들 (12AP, 12BP, 12CP) 은 이에 따라 도 10 에서와 동일한 방식으로 연결된다. 또한, 체인 링크들 (14A, 14B, 및 14C) 은 도 10 에서와 동일한 방식으로 각각 대응하는 위상에 연결된다. 그러나, 각각의 2 차 권선 (12AS, 12BS 및 12CS) 의 제 2 단부는 이 경우에 다른 권선 또는 다른 위상의 체인 링크에 연결된다. 따라서, 제 1 위상 a 에 대한 2 차 권선 (12AS) 의 제 2 단부는 제 2 체인 링크 (14B) 의 제 2 단부에 연결되고, 제 2 위상 b 에 대한 2 차 권선 (12BS) 의 제 2 단부는 제 3 체인 링크 (14C) 의 제 2 단부에 연결되고, 제 3 위상 c 에 대한 2 차 권선 (12CS) 의 제 2 단부는 제 1 체인 링크 (14A) 의 제 2 단부에 연결된다.
전술한 설명으로부터, 본 발명은 다수의 방식으로 변경될 수 있다는 것이 명백하다. 따라서, 본 발명은 다음의 청구범위에 의해서만 제한된다는 것이 실현될 수 있다.

Claims (14)

1 차 및 2 차 권선 (12P, 12S) 을 갖는 변압기 (12) 및 상기 2 차 권선들 (12S) 중 하나에 연결되고 상기 권선들 중 하나와 부하 (L) 사이에 직렬로 연결가능한 스위칭 블록들의 체인 링크 (14) 를 포함하는 변압기 장치 (10) 로서,
상기 스위칭 블록들은 전압 기여 블록들 (SBA) 의 제 1 세트 및 회로 차단기 블록들 (SBB) 의 제 2 세트를 포함하고,
상기 전압 기여 블록들 (SBA) 의 제 1 세트는 오프셋 전압 (ΔV) 으로 상기 변압기 (12) 에 의해 출력된 전압 (V2) 을 조정하도록 구성되고, 상기 회로 차단기 블록들 (SBB) 의 제 2 세트는 상기 체인 링크 (14) 를 통해 흐르는 전류 (Iload) 를 차단하도록 구성되며,
블록들 중 적어도 일부는 셀들로 그룹화되고, 각각의 셀은 적어도 하나의 전압 기여 블록 (SBA) 및 적어도 하나의 회로 차단기 블록 (SBB) 을 포함하는, 변압기 장치 (10).
제 1 항에 있어서,
상기 체인 링크 (14) 는 변압기 권선 (12S) 의 제 1 단부에 연결되고, 상기 변압기 권선 (12S) 의 상기 제 1 단부와 상기 부하의 제 1 단부 사이에 연결가능한, 변압기 장치 (10).
제 1 항에 있어서,
상기 체인 링크 (14) 는 변압기 권선 (12S) 의 제 2 단부에 연결되고, 상기 변압기 권선 (12S) 의 상기 제 2 단부와 상기 부하 (L) 의 제 2 단부 사이에 연결가능하며, 상기 변압기 권선의 상기 제 2 단부는 접지 단부인, 변압기 장치 (10).
제 1 항에 있어서,
상기 전압 기여 블록은 단기 에너지 공급을 위한 제 1 에너지 저장 엘리먼트 (CAP) 를 갖는 바이폴라 전압 기여 블록인, 변압기 장치 (10).
제 4 항에 있어서,
상기 전압 기여 블록들의 제 1 세트는 상기 제 1 에너지 저장 엘리먼트를 사용하여 무효 전력 (reactive power) 을 주입 또는 인출하기 위해 부하 전류에 90 도 위상각으로 포지티브 또는 네거티브 전압 기여를 제공하도록 제어가능한, 변압기 장치 (10).
제 4 항에 있어서,
상기 바이폴라 전압 기여 블록은 장기 에너지 공급을 위한 제 2 에너지 저장 엘리먼트 (BAT) 를 포함하는, 변압기 장치 (10).
제 6 항에 있어서,
상기 전압 기여 블록들의 제 1 세트는 상기 제 2 에너지 저장 엘리먼트를 사용하여 유효 전력을 주입 또는 인출하기 위해 부하 전류에 0-360 도 범위로 포지티브 또는 네거티브 전압 기여를 제공하도록 제어가능한, 변압기 장치 (10).
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전압 기여 블록들의 제 1 세트는 상기 변압기에 의해 출력된 전압의 고조파 및/또는 플리커를 조절하도록 제어가능한, 변압기 장치 (10).
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회로 차단기 블록들의 제 2 세트는 고장의 검출에 기초하여 상기 체인 링크를 통한 전류를 차단하도록 제어가능한, 변압기 장치 (10).
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전압 기여 블록들 (SBA) 의 수는 크기 제어 또는 전압 위상 제어를 위해 대응하는 변압기 권선 (12S) 에 걸쳐 상기 전압 (V2) 에 실행될 원하는 전압 범위의 전압 조정 (ΔV) 에 대해 선택되고, 상기 회로 차단기 블록들의 수는 원하는 전류 차단 레벨을 달성하기 위해 선택되는, 변압기 장치 (10).
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
변압기 (12A, 12B, 12C) 는 1 차 및 2 차 권선들 (12AP, 12BP, 12CP, 12AS, 12BS, 12CS) 을 갖는 1 차 측면과 2 차 측면을 포함하는 3 상 변압기이고, 각각의 측면은 3 개의 권선들을 포함하고, 측면들 중 일 측면의 대응하는 권선 (12AS, 12BS, 12CS) 에 각각 연결된 동일한 수의 체인 링크들 (14A, 14B, 14C) 이 존재하는, 변압기 장치 (10).
제 11 항에 있어서,
상기 일 측면은 와이형으로 연결되고, 각각의 체인 링크 (14A, 14B, 14C) 는 상기 일 측면의 대응하는 권선 (12AS, 12BS, 12CS) 의 제 1 단부에 연결되고, 각각의 권선 (12AS, 12BS, 12CS) 의 제 2 단부는 중립 (n) 에 연결되는, 변압기 장치 (10).
제 12 항에 있어서,
상기 일 측면은 델타형으로 연결되고, 상기 각각의 체인 링크 (14A, 14B, 14C) 는 상기 일 측면의 상기 대응하는 권선 (12AS, 12BS, 12CS) 의 제 1 단부에 연결되고, 상기 각각의 권선 (12AS, 12BS, 12CS) 의 제 2 단부는 다른 권선의 체인 링크에 연결되는, 변압기 장치 (10).
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 체인 링크 (14) 의 스위칭 블록들을 제어하도록 구성된 제어 유닛 (16) 을 더 포함하는, 변압기 장치 (10).
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