KR102532224B1 - 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템 및 제어 방법을 공개한다. 상기 제어 시스템은 플렉서블 직류 제어 보호 시스템 및 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템을 포함한다. 상기 제어 방법은 플렉서블 직류 제어 보호 시스템에 의해 플렉서블 직류 송전 시스템의 AC/DC 신호 및 장치 작동 상태를 수집하고, 교류 시스템에 고장이 발생되고 투입 및 종료 조건을 만족할 때 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템으로 직류 에너지 소비 투입 및 종료 지령과 과잉 전력 값을 송신하는 단계; 통신이 정상적인 경우, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템이 플렉서블 직류 제어 보호 시스템으로부터의 직류 에너지 소비 투입 및 종료 지령과 과잉 전력 값에 따라 직류 에너지 소비 장치의 상태에 기반하여 에너지 소비 전력을 투입하는 단계; 통신에 고장이 발생된 경우, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템이 수집한 직류 전압 및 전류 신호에 따라 필요시에 에너지 소비 전력을 투입하는 단계;를 포함한다. 이러한 기술 방안은 상이한 고장 유형과 제어 시스템의 통신 상태에 따라 필요한 에너지 소비 전력을 정확하게 투입하고, 고장 기간 동안 직류 전압을 안정적으로 제어하여 송전 시스템의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템 및 제어 방법
본 발명은 전력 시스템의 플렉서블 직류 송전 기술분야에 속한 것으로, 특히 해상 플렉서블 직류 송전 시스템의 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템 및 제어 방법에 관한 것이다.
직류 에너지 소비 장치는 신에너지를 고압 직류 송전하는 공정에서 매우 중요한 장치이다. 직류 에너지 소비 장치는 주로 신에너지를 직류 수송하는 시나리오에 적용된다. 송신단이 풍력발전소 등과 같은 신에너지인 경우, 수신단의 교류 시스템에 고장이 발생되면 수신단의 수송 전력이 먼저 되고 에너지가 직류 측에 누적되므로, 직류 전압의 상승을 초래하게 되고 장치의 작동 안전성에 해를 끼칠 수 있다. 직류 에너지 소비 장치를 수신단 컨버터 스테이션에 장착하는 것은 수신단에 교류 고장이 발생될 때 직류 에너지 소비 장치를 투입하여 시스템의 안정적인 작동을 확보하기 위한 것이다.
문헌(CN108258723 A)에서는 교류 측에 에너지 소비 장치를 투입함으로써, 직류 송전 회로에 고장이 발생될 때 교류 측에 제동 저항을 투입하여 과잉 전력을 소비하는 기술방안을 공개하였다. 이 기술방안은 육상 풍력발전소에 적용될 수 있다. 이 기술방안을 해상 플랫폼에 적용할 때에는 교류 에너지 소비 장치를 해상 송신단에 장착해야 하므로, 경제적으로 원가가 크게 증가하게 되어 해상 플렉서블 직류 송전 시스템에 적합하지 않는다.
문헌(CN107994613 B)에서는 에너지 소비 장치에 의해 직류 측의 전압을 검출하고 투입 및 종료하는지 여부를 판단하며, 직류 측의 전압이 1.15pu보다 클 때 투입하고, 0.9pu보다 작을 때 종료하는 기술방안을 공개하였다. 실제 공정에서, 밸브의 고장 또한 직류 측의 전압이 1.15pu보다 크거나 심지어 더 크는 것을 초래할 수 있는데, 이때 에너지 소비 장치를 투입하면 에너지 소비 장치가 대전류하에서 작업하게 된다. 따라서, 에너지 소비 장치에서 레벨이 더욱 높은 소자를 채택해야 하므로 장치 투자가 증가하게 된다. 따라서, 직류 전압만으로 고장 유형을 정확하게 판단할 수 없기 때문에 장치의 오작동을 초래할 수 있다.
문헌(CN107994613 B)에서는 AC/DC 전압을 검출하여 고장 유형을 판단하는 기술방안을 공개하였다. 그러나, 상기 고장 유형의 판단은 에너지 소비 모듈에 대한 제어에 사용되지 않고 MMC의 제어 모드의 전환에 사용된다.
상술한 바와 같이, 상기 문헌에서는 모두 직류 에너지 소비 장치의 투입 및 종료 오류를 방지하고 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과의 관계를 잘 처리하는 것을 언급하지 않았다.
직류 에너지 소비 장치는 직류 버스 전압과 에너지 소비 지선 전류를 검출할 수 있다. 종래에서는 단지 직류 전압을 통해 직류 에너지 소비 투입 조건을 판단하므로, 에너지 소비의 투입 오류를 더 쉽게 초래할 수 있고, 직류 에너지 소비 장치에 대한 요구가 높아진다. 아울러, 직류 버스 전압과 에너지 소비 지선 전류와 같은 2개의 정보만으로는 직류 시스템이 발생한 고장 유형을 정확하게 판단할 수 없을 뿐만 아니라, 소비해야 할 과잉 전력 값을 정확하게 알 수 없다. 에너지 소비 지선이 고장 유형을 정확하게 판단하고 과잉 전력 값을 계산하도록 하려면 플렉서블 직류 시스템의 다른 부분의 정보도 획득해야 하는데, 플렉서블 직류 제어 보호 시스템 자체가 고장 유형 및 과잉 전력 값을 정확하게 판단할 수 있고, 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템이 광섬유 링크 채널을 구비한다. 원가와 고유 광섬유 채널 등 공정의 실행 가능성 및 사용성을 고려하면, 플렉서블 직류 제어 보호 고장에 대한 판단 및 과잉 전력 값을 계산하는 능력을 이용하고 직류 에너지 소비 장치의 본체 제어를 결합하는 것은 경제적이면서 실행 가능한 더욱 바람직한 기술방안이다. 아울러, 제어 보호 시스템과의 통신에 고장이 발생될 때 직류 에너지 소비 장치의 지속적인 작동을 확보하기 위해, 본 발명에서는 통신 고장 발생 후의 직류 에너지 소비 장치의 로컬 제어 방법을 제공하여 플렉서블 직류 시스템의 송전 신뢰성을 확보한다.
본 발명은 상이한 고장 유형 및 제어 시스템의 통신 상태에 따라 필요한 에너지 소비 전력을 정확하게 투입하고, 고장 기간의 직류 전압을 안정적으로 제어하며, 송전 시스템의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 플렉서블 직류 제어 보호 시스템 및 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템을 포함하며,
상기 플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 플렉서블 직류 송전 시스템의 AC/DC 신호 및 장치 작동 상태를 수집하고, 교류 시스템에 고장이 발생되고 투입 및 종료 조건을 만족할 때 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템으로 직류 에너지 소비 투입 및 종료 지령과 과잉 전력 값을 송신하며;
상기 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 직류 에너지 소비 장치와 연결되어 직류 에너지 소비 장치의 상태를 수집하고, 필요에 따라 직류 에너지 소비 장치로 제어 명령을 송신하며;
통신이 정상적인 경우, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 플렉서블 직류 제어 보호 시스템이 송신한 직류 에너지 소비 투입 및 종료 지령과 과잉 전력 값을 수신하고, 직류 에너지 소비 장치의 상태에 따라 대응하는 에너지 소비 전력을 투입하며;
통신에 고장이 발생한 경우, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 수집한 직류 전압과 전류 신호에 따라 직류 에너지 소비 장치를 투입하는지 여부를 결정하고, 투입이 필요할 때 대응하는 에너지 소비 전력을 투입하는 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템을 제공한다.
상기 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 광섬유를 통해 통신한다.
상기 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 광섬유 또는 케이블을 통해 직류 에너지 소비 장치와 연결된다.
본 발명은 플렉서블 직류 제어 보호 시스템이 플렉서블 직류 송전 시스템의 AC/DC 신호 및 장치 작동 상태를 수집하고, 교류 시스템에 고장이 발생되고 투입 및 종료 조건을 만족할 때 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템으로 직류 에너지 소비 투입 및 종료 지령과 과잉 전력 값을 송신하는 단계(1);
통신이 정상적인 경우, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템이 플렉서블 직류 제어 보호 시스템으로부터의 직류 에너지 소비 투입 및 종료 지령과 과잉 전력 값에 따라 직류 에너지 소비 장치의 상태에 기반하여 대응하는 에너지 소비 전력을 투입하는 단계(2);
통신에 고장이 발생한 경우, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템이 수집한 직류 전압과 전류 신호에 따라 직류 에너지 소비 장치를 투입하는지 여부를 결정하고, 투입이 필요할 때 대응하는 에너지 소비 전력을 투입하는 단계;를 포함하는 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템의 제어 방법을 제공한다.
상기 단계(1)에서, 투입 및 종료 조건은 과잉 전력 값이 제1 에너지 소비 투입 설정 값보다 크며, 직류 전압이 에너지 소비 투입 설정 값보다 크거나 같고 시간
Figure 112022106053621-pct00001
을 유지하는 것이다.
상기 단계(1)에서, 과잉 전력 값의 계산 방식은
Figure 112022106053621-pct00002
이며, 그중
Figure 112022106053621-pct00003
는 과잉 전력 값이고,
Figure 112022106053621-pct00004
는 현재 직류 시스템 송신단의 수송 전력이고,
Figure 112022106053621-pct00005
는 고장 기간의 수신단 컨버터 스테이션의 실제 수송 전력이고,
Figure 112022106053621-pct00006
는 직류 케이블과 컨버터 스테이션의 손실이다.
상기 단계(2)에서, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 과잉 전력 값
Figure 112022106053621-pct00007
와 투입 지령을 수신받은 후 투입하는 에너지 소비 투입 기준 값(
Figure 112022106053621-pct00008
)을 계산하고(
Figure 112022106053621-pct00009
은 분할 가능한 최소 에너지 소비 전력), 그후 실시간 버스 전압과 에너지 소비 투입 기간의 제어 전압 간의 차이에 따라 비율 관계 또는 미세 조정 기준 값
Figure 112022106053621-pct00101
을 통해 정확한 에너지 소비 투입 값을 획득하고 대응하는 에너지 소비를 투입한다.
플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 고장이 없어진 것을 검출하면 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템으로 종료 지령을 송신하고, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템이 종료 지령을 수신받으면 직류 에너지 소비 장치가 에너지 소비를 종료하도록 제어한다.
상기 단계(2)에서, 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템의 통신에 고장이 발생된 경우, 직류 전압이 제2 에너지 소비 투입 설정 값
Figure 112022106053621-pct00010
보다 크거나 같고 일정한 시간
Figure 112022106053621-pct00011
이 지나면 직류 에너지 소비 장치가 투입되는데,
Figure 112022106053621-pct00012
가
Figure 112022106053621-pct00013
개의 에너지 소비 값에 대응하는 대응 관계에 따라 에너지 소비를 투입하며,
Figure 112022106053621-pct00014
은 정격 에너지 소비 값이고,
Figure 112022106053621-pct00015
은 에너지 소비 종료 설정 값이다.
상기 단계(2)에서, 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템의 통신에 고장이 발생된 경우, 직류 전압이 에너지 소비 종료 설정 값보다 작고 일정한 시간
Figure 112022106053621-pct00016
이 지나면 직류 에너지 소비 장치가 종료된다.
상술한 기술방안을 사용한 본 발명은 다음과 같은 효과를 가지고 있다.
(1) 플렉서블 직류 제어 보호와 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템이 정상적으로 통신하는 경우, 플렉서블 직류 제어 보호 시스템이 전체적으로 모니터링할 수 있는 특점을 충분히 이용하고 직류 에너지 소비 장치의 본체 제어를 결합함으로써, 직류 에너지 소비 장치를 정확하게 투입 및 종료하여 직류 에너지 소비 장치의 투입 및 종료 오류를 방지할 수 있고, 고장 발생 직후의 진동 과정을 방지하여 안정적인 상태에 더욱 빨리 도달할 수 있다.
(2) 통신 고장 발생 후 직류 에너지 소비 장치가 자기 적응 통신하는 로컬 제어 대책을 제출함으로써, 직류 에너지 소비 장치의 통신에 고장이 발생될 때 작동이 강제 종료되는 것을 방지하고 직류 송전 시스템이 정지되는 리스크를 감소할 수 있다.
도 1은 풍력 발전 송출 직류 시스템 및 본 발명에 따른 고장 범위의 모식도이다.
도 2는 풍력 발전 송출 직류 시스템에서 사용한 하나의 직류 에너지 소비 장치의 메인 회로도이다.
도 3은 본 발명에 따른 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템의 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 직류 에너지 소비 장치의 제어 흐름도이다.
이하, 첨부 도면을 통해 본 발명의 기술방안 및 효과를 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템을 포함하는 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템을 제공한다. 상기 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 광섬유를 통해 통신한다. 상기 플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 컨버터 스테이션의 직류 전압, 교류 전압, 직류 전류, 브릿지암 전압 및 브릿지암 전류 등 정보를 검출하고, 시스템의 상태, 고장 유형 및 상태를 판단한 후 과잉 전력 값을 계산하여 에너지 소비 투입을 결정하는 동시에, 에너지 소비 시스템으로 투입 및 종료 명령을 송신한다.
상기 플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 전체 플렉서블 직류 송전의 제어 시스템으로서, 플렉서블 직류 송전 시스템의 교류 및 직류 신호, 장치 작동 상태를 수집하여 전체 시스템의 실시간 상태를 모니터링한다. 교류 시스템에 고장이 발생된 것이 모니터링되고, 과잉 전력 값이 에너지 소비 전력의 투입 설정 값보다 큰(
Figure 112022106053621-pct00017
) 것을 검출하며, 직류 전압이 에너지 소비 투입 설정 값(1)보다 크거나 같은(
Figure 112022106053621-pct00018
) 것을 만족하고 일정한 시간
Figure 112022106053621-pct00019
이 지나면, 플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템으로 투입 지령과 과잉 전력 값을 송신한다. 이때, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은
Figure 112022106053621-pct00020
와 투입 지령을 수신받고 투입하는 에너지 소비 투입 기준 값
Figure 112022106053621-pct00021
(
Figure 112022106053621-pct00022
은 분할 가능한 최소 에너지 소비 전력)을 계산한 후, 실시간 버스 전압과 에너지 소비 투입 기간의 제어 전압 간의 차이에 따라 비율 관계 또는 미세 조정 기준 값
Figure 112022106053621-pct00102
을 통해 투입하는 에너지 소비 값을 정확하게 획득하고 대응하는 에너지 소비를 투입한다. 플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 고장이 없어진 것을 검출하면 직류 에너지 소비 장치로 종료 지령을 송신한다. 직류 에너지 소비 장치는 종료 지령을 수신받은 후 에너지 소비를 종료한다.
상기 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 광섬유 또는 케이블을 통해 직류 에너지 소비 장치와 상호 연결된다. 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 직류 에너지 소비 장치의 상태를 수집하고 필요에 따라 직류 에너지 소비 장치로 제어 명령을 송신함으로써, 직류 에너지 소비 장치에 대한 모니터링 및 제어를 구현한다. 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 직류 전압과 에너지 소비 지선 전류를 검출한다. 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템의 통신에 고장이 발생된 경우, 직류 전압이 에너지 소비 투입 설정 값(2)보다 크거나 같고(
Figure 112022106053621-pct00023
) 일정한 시간
Figure 112022106053621-pct00024
이 지나면 직류 에너지 소비 장치가 투입되고,
Figure 112022106053621-pct00025
가
Figure 112022106053621-pct00026
(N은 정격 에너지 소비 값)개의 에너지 소비 값에 대응하는 대응 관계에 따라 에너지 소비를 투입한다.
플렉서블 직류 제어 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템의 통신에 고장이 발생된 경우, 직류 전압이 에너지 소비 종료 설정 값보다 작고(
Figure 112022106053621-pct00027
) 일정한 시간
Figure 112022106053621-pct00028
이 지나면 직류 에너지 소비 장치를 종료한다.
컨버터 스테이션의 교류 고장이 검출되면, 플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 과잉 전력 값과 직류 전압을 계산하며, 과잉 전력 값이 설정 값보다 크고 직류 전압이 상승하면 직류 에너지 소비 장치로 투입 지령을 송신한다. 이와 동시에, 제어 보호 시스템은 계산한 과잉 전력 값 또는 서브 모듈 수를 직류 에너지 소비 장치의 본체 제어 시스템으로 보낸다.
상기 과잉 전력 값의 계산 공식은 다음과 같다.
Figure 112022042358112-pct00029
식에서,
Figure 112022106053621-pct00030
는 과잉 전력 값이고,
Figure 112022106053621-pct00031
는 현재 직류 시스템 송신단의 수송 전력이고,
Figure 112022106053621-pct00032
는 고장 기간의 수신단 컨버터 스테이션의 실제 수송 전력이고,
Figure 112022106053621-pct00033
는 직류 케이블과 컨버터 스테이션의 손실이다.
Figure 112022106053621-pct00034
를 0으로 설정할 수도 있고, 에너지 소비 전력투입 설정 값에서 직류 케이블과 컨버터 스테이션의 손실을 고려한다.
정상적인 경우, 항상
Figure 112022106053621-pct00035
Figure 112022106053621-pct00036
, 즉
Figure 112022106053621-pct00037
Figure 112022106053621-pct00038
이다. 송신단의 교류 측에 고장이 발생된 경우,
Figure 112022106053621-pct00039
수송 용량에 한계가 있어
Figure 112022106053621-pct00040
의 상황이 발생될 수 있다. 또한, 직류 전압이 상승(
Figure 112022106053621-pct00041
)되므로 직류 에너지 소비 장치를 투입하여 과잉 전력 값을 소비해야 한다.
Figure 112022106053621-pct00042
이고,
Figure 112022106053621-pct00043
는 수신단 스테이션의 직류 전압 설정 값보다 큰 것을 선택한다.
하기 표에서는 수신단 근단 교류 시스템의 상이한 금속성 고장 유형에 따른 직류 수송 전력의 상한치 및 에너지 소비 투입 및 종료 책략을 나타낸다.
고장 유형 수신단 컨버터 스테이션의 수송 능력 투입 책략
Figure 112022106053621-pct00044
Figure 112022106053621-pct00045
단상 금속성 접지 2/3 정격 전력 투입
이상 금속성 고장 1/3 정격 전력 투입
삼상 접지 금속성 고장 0 투입
고장이 제거되거나 고장이 없어지면, 제어 보호 시스템은 교류 시스템의 전압에 따라 고장이 없어졌는지 여부를 판단하고, 직류 에너지 소비 장치로 종료 지령을 송신하여 에너지 소비가 일부 상황에서 종료할 수 없거나 잘못 종료되는 것을 방지한다. 상기 직류 에너지 소비 장치는 전력 소자/모듈 및 에너지 소비 저항이 모두 분산 배치되는 분상형 직류 에너지 소비 장치이거나, 전력 소자/모듈이 분산 배치되고 에너지 소비 저항이 집중 배치되는 혼합형 직류 에너지 소비 장치이다. 상기 직류 에너지 소비 장치에 투입되는 모듈이 많을수록 소비하는 전력이 커지게 된다.
직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 항상 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과의 통신을 유지하고, 통신 상태를 검출한다. 통신이 정상적인 경우, 그 제어 방안은 다음과 같다.
직류 에너지 소비 장치의 본체는 플렉서블 직류 제어 보호 시스템의 투입 지령과 과잉 전력 값을 제어 및 수신한다. 에너지 소비가 투입되면 직류 에너지 소비 장치가 작동되고, 과잉 전력 값과 직류 전압에 따라 투입하는 서브 모듈 수를 결정함으로써, 직류 전압을 정격 전압 또는 어느 전압값으로 제어하여 시스템의 안정적인 작동을 확보한다.
직류 에너지 소비 장치의 본체는 플렉서블 직류 제어 보호 시스템의 에너지 소비 종료 지령을 제어 및 수신한다. 직류 에너지 소비 장치는 기설정된 속도에 따라 0될 때까지 투입하는 서브 모듈 수를 감소하여 전체 직류 에너지 소비 장치를 종료한다.
직류 에너지 소비 장치의 본체는 항상 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과의 통신을 유지하고, 통신 상태를 검출하도록 제어한다.
통신에 고장이 발생된 경우, 직류 에너지 소비 장치는 자동적으로 자기 제어를 시작하고, 직류 버스 전압을 검출한다. 버스 전압이 제1 역치보다 클 때, 제어 보호 장치가 작동되고, 전압을 제1 역치와 제2 역치 사이로 제어한다. 제2 역치는 직류 버스 전압의 정격값보다 크고 제1 역치보다 작다. 상기 제어 목표를 달성하기 위해, 직류 에너지 소비 장치의 본체의 제어 및 보호는 순 비례 제어 또는
Figure 112022106053621-pct00103
제어를 채택할 수 있다.
고장이 없어지면, 수신단 컨버터 스테이션의 직류 전압 제어 능력이 회복되고 직류 전압을 정격 전압으로 제어할 수 있어, 직류 전압을 제2 역치 이하로 감소시키고 직류 에너지 소비 장치의 자동 종료를 구현할 수 있다.
본 제어 책략은 통신 유무에 상관 없이 모두 자기 적응 제어를 구현할 수 있다. 통신할 때에는 플렉서블 직류 제어 보호 시스템의 글로벌 샘플링 장점을 충분히 발휘하고, 에너지 소비 투입 및 종료를 정밀하게 제어하며, 직류 전압을 안정하게 제어할 수 있다. 통신하지 않을 때, 에너지 소비 자기 적응 제어 책략을 채택하고 직류 전압의 제어를 구현한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 풍력 발전 송출 직류 송전 시스템은 해상 풍력발전소, 부스터국, 해상 플렉서블 직류 컨버터 스테이션(1), 직류 케이블, 직류 에너지 소비 장치(2), 육상 플렉서블 직류 컨버터 스테이션(3) 및 육상 교류 전력망(4)으로 구성된다. 그중, 직류 에너지 소비 장치(2)는 육상 플렉서블 직류 컨버터 스테이션(3)의 일측에 장착된다.
본 실시예에서는 도 2에 도시된 분산형 직류 에너지 소비 장치를 예로 하여 설명하였으나, 직류 에너지 소비 장치는 전력 소자/모듈이 분산 배치되고 에너지 소비 저항이 집중 배치되는 혼합형 직류 에너지 소비 장치일 수도 있다. 도 2에서, 직류 에너지 소비 장치는 복수개의 서브 모듈(5)이 직렬 연결된 것이고, 각 서브 모듈의 기본 구성 부분은 에너지 소비 저항(6), 에너지 저장 콘덴서(8) 및 제어 가능 소자(7)로 이루어진다. 제어 가능 소자(7)를 턴온시킴으로써 에너지 소비 저항을 투입하고 전력을 흡수한다. 완전히 제어가능한 소자(Q1)의 콜렉터(collector, C)는 다이오드(D2)의 캐소드(cathode)와 연결되고, 완전히 제어가능한 소자(Q1)의 이미터(emitter, E)는 다이오드의 애노드(anode)에 연결된다.
도 3은 에너지 소비 제어 시스템의 전체 구성 모식도이다. 본 발명에 따른 에너지 소비 제어는 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템으로 구성된다. 통신이 정상적인 경우, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 플렉서블 직류 제어 보호 시스템이 송신한 직류 에너지 소비 투입 및 종료 지령, 과잉 전력 값을 수신하고, 에너지 소비 투입 및 종료 명령과 과잉 전력 값에 따라 과잉 전력 값에 상당하는 에너지 소비 서브 모듈 수를 투입하여 직류 전압을 제어한다.
도 3에서, 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템이 정상적으로 통신하는 경우, 플렉서블 직류 제어 보호 시스템에 의해 에너지 소비를 투입하는지 여부 및 과잉 전력 값을 결정하여 직류 에너지 소비 장치의 투입 오류를 방지하고, 투입 값을 정확하게 계산하며, 직류 전압의 변동을 감소한다. 그 제어 방법은 도 4에 도시된 바와 같다. 플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 먼저 교류 고장이 발생하였는지 여부를 모니터링하는데, 교류 전압을 모니터링함으로써 교류 고장을 모니터링한다. 교류 고장이 발생되면, 플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 과잉 전력 값과 직류 전압을 계산한다. 과잉 전력 값이 설정 값보다 크고 직류 전압이 에너지 소비 투입 설정 값보다 크면, 직류 에너지 소비 장치로 투입 지령을 송신한다. 이와 동시에, 제어 보호 시스템은 과잉 전력 값 또는 서브 모듈 수를 계산하고 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템으로 송신한다.
직류 버스 전압의 제어 참고값은
Figure 112022106053621-pct00046
이고; 정상적으로 작동시 직류 정격 전압은
Figure 112022106053621-pct00047
이고; 시스템이 허용하거나 제어하고자 하는 직류 버스 전압의 작동 하한치는
Figure 112022106053621-pct00048
, 상한치는
Figure 112022106053621-pct00049
이고; 현재 직류 수송 전력은
Figure 112022106053621-pct00050
이고; 현재 직류 전압은
Figure 112022106053621-pct00051
이고; 직류 에너지 소비 장치가 현재 검출한 전류는
Figure 112022106053621-pct00052
이다. 직류 에너지 소비 장치의 서브 모듈 정격 수는 N이다. 서브 모듈의 평균 전압은
Figure 112022106053621-pct00053
이다. 하나의 서브 모듈이 에너지 소비에 투입된 경우, 그 소비 전력은
Figure 112022106053621-pct00054
이다.
상기 과잉 전력 값의 계산 공식은 다음과 같다.
Figure 112022042358112-pct00055
식에서,
Figure 112022106053621-pct00056
는 과잉 전력 값이고,
Figure 112022106053621-pct00057
는 현재 직류 시스템 송신단의 수송 전력이고,
Figure 112022106053621-pct00058
는 고장 기간의 수신단 컨버터 스테이션의 실제 수송 전력이고,
Figure 112022106053621-pct00059
는 직류 케이블과 컨버터 스테이션의 손실인데
Figure 112022106053621-pct00060
으로 설정할 수도 있고, 에너지 소비 전력 투입 설정 값에서 손실을 고려한다.
교류 고장이 모니터링되고, 과잉 전력 값이 에너지 소비 전력 투입 설정 값보다 큰(
Figure 112022106053621-pct00061
) 것을 검출하며 직류 전압이 상승(
Figure 112022106053621-pct00062
)되면, 플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 에너지 소비에 투입하는 지령을 송신하고 과잉 전력 값을 직류 에너지 소비 장치로 송신한다. 직류 에너지 소비 장치가
Figure 112022106053621-pct00063
와 투입 지령을 수신받으면, 투입하는 서브 모듈 수(
Figure 112022106053621-pct00064
)를 계산하여 기초 지령을 획득한다. 이후, 직류 전압과 정격 전압 간의 차이에 기반하여 미세 조정한 지령에 따라(비율 관계 또는
Figure 112022106053621-pct00104
제어일 수 있음) 정확한 전력 지령을 획득한다.
플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 고장이 없어진 것을 검출하면 직류 에너지 소비 장치로 종료 지령을 송신한다. 직류 에너지 소비 장치는 종료 지령을 수신받은 후 투입하는 서브 모듈이 0될 때까지 일정한 속도로 감소하고 종료한다.
상기 식에서,
Figure 112022042358112-pct00065
은 0 내지 0.8배의 플렉서블 직류 정격 전력을 채택하고,
Figure 112022042358112-pct00066
는 1.02 내지 1.5배의 직류 정격 전압을 채택한다. Udcmax는 1.05 내지 1.5배의 정격 직류 전압을 채택하고, Udcmin은 0.7 내지 0.95배의 정격 직류 전압을 채택한다.
플렉서블 직류 제어 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템의 통신에 고장이 발생된 경우, 그 제어 방식은 다음과 같다(도 4 참조).
통신이 중단되면, 직류 에너지 소비 장치는 제어 보호 장치로부터 고장 정보 판단을 수신할 수 없다. 고장이 발생되면 직류 전압이 상승하게 된다. 이때, 직류 에너지 소비 장치는 직류 버스 전압
Figure 112022106053621-pct00067
을 모니터링한다. 직류 전압이
Figure 112022106053621-pct00068
보다 크고 일정한 시간
Figure 112022106053621-pct00069
이 지나면 직류 에너지 소비 장치가 작동되고,
Figure 112022106053621-pct00070
가
Figure 112022106053621-pct00071
개의 서브 모듈에 대응하는 대응 관계에 따라(그중, N개의 서브 모듈이 모두 투입 시 직류 에너지 소비 장치의 소비 전력이 직류 시스템의 정격 수송 전력과 같음) 상기 방법을 통해 고장 기간에 직류 전압을
Figure 112022106053621-pct00072
내지
Figure 112022106053621-pct00073
사이에 제어할 수 있다. 고장이 없어지면, 수신단의 직류 전압 제어 스테이션의 전력 수송 능력이 회복되고 직류 전압이 저하된다. 전압이
Figure 112022106053621-pct00074
로 저하되고 일정한 시간
Figure 112022106053621-pct00075
이 지나면 직류 에너지 소비 장치가 종료된다.
Figure 112022042358112-pct00076
는 1.02 내지 1.5배의 직류 정격 전압을 채택하고,
Figure 112022042358112-pct00077
은 1.01 내지 1.3배의 직류 정격 전압을 채택하며,
Figure 112022042358112-pct00078
은 0.5ms 내지 500ms를 채택한다.
Figure 112022042358112-pct00079
는 0.5ms 내지 500ms를 채택하고,
Figure 112022042358112-pct00080
은 0.5ms 내지 500ms를 채택한다.
상기 실시예는 본 발명의 기술 사상을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 보호 범위를 한정하기 위한 것이 아니다. 본 발명에 의해 제출한 기술 사상을 따라 기술방안을 토대로 실시한 모든 변동은 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 플렉서블 직류 제어 보호 시스템 및 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템을 포함하며,
    상기 플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 플렉서블 직류 송전 시스템의 AC/DC 신호 및 장치 작동 상태를 수집하고, 교류 시스템에 고장이 발생되고 투입 및 종료 조건을 만족할 때 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템으로 직류 에너지 소비 투입 및 종료 지령과 과잉 전력 값을 송신하며;
    상기 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 직류 에너지 소비 장치와 연결되어 직류 에너지 소비 장치의 상태를 수집하고 필요에 따라 직류 에너지 소비 장치로 제어 명령을 송신하며;
    플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템 사이의 통신이 정상적인 경우, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 플렉서블 직류 제어 보호 시스템이 송신한 직류 에너지 소비 투입 및 종료 지령과 과잉 전력 값을 수신하고, 직류 에너지 소비 장치의 상태에 따라 대응하는 에너지 소비 전력을 투입하며;
    플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템 사이의 통신에 고장이 발생되어 통신이 중단된 경우, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 수집한 직류 전압과 전류 신호에 따라 직류 에너지 소비 장치를 투입하는지 여부를 결정하고, 투입이 필요할 때 대응하는 에너지 소비 전력을 투입하는 것을 특징으로 하는 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 광섬유를 통해 통신하는 것을 특징으로 하는 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 광섬유 또는 케이블을 통해 직류 에너지 소비 장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템.
  4. 플렉서블 직류 제어 보호 시스템이 플렉서블 직류 송전 시스템의 AC/DC 신호 및 장치 작동 상태를 수집하고, 교류 시스템에 고장이 발생되고 투입 및 종료 조건을 만족할 때 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템으로 직류 에너지 소비 투입 및 종료 지령과 과잉 전력 값을 송신하는 단계(1);
    플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템 사이의 통신이 정상적인 경우, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템이 플렉서블 직류 제어 보호 시스템이 송신한 직류 에너지 소비 투입 및 종료 지령과 과잉 전력 값에 따라 직류 에너지 소비 장치의 상태에 기반하여 대응하는 에너지 소비 전력을 투입하는 단계(2);
    플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템 사이의 통신에 고장이 발생하여 통신이 중단된 경우, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템이 수집한 직류 전압과 전류 신호에 따라 직류 에너지 소비 장치를 투입하는지 여부를 결정하고, 투입이 필요할 때 대응하는 에너지 소비 전력을 투입하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항에 따른 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템의 제어 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단계(1)에서, 투입 및 종료 조건은 과잉 전력 값이 제1 에너지 소비 투입 설정 값보다 크며, 직류 전압이 에너지 소비 투입 설정 값보다 크거나 같고 시간
    Figure 112022106053621-pct00081
    을 유지하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 단계(1)에서 과잉 전력 값의 계산 방식은
    Figure 112022106053621-pct00082
    이며, 그중
    Figure 112022106053621-pct00083
    는 과잉 전력이고,
    Figure 112022106053621-pct00084
    는 현재 직류 시스템 송신단의 수송 전력이고,
    Figure 112022106053621-pct00085
    는 고장 기간의 수신단 컨버터 스테이션의 실제 수송 전력이고,
    Figure 112022106053621-pct00086
    는 직류 케이블과 컨버터 스테이션의 손실인 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 단계(2)에서, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템은 과잉 전력
    Figure 112022106053621-pct00087
    과 투입 지령을 수신받은 후 투입하는 에너지 소비 투입 기준 값
    Figure 112022106053621-pct00088
    을 계산하고, 그 후 실시간 버스 전압과 에너지 소비 투입 기간의 제어 전압 간의 차이에 따라 비율 관계 또는 미세 조정 기준 값
    Figure 112022106053621-pct00105
    을 통해 정확한 에너지 소비 투입 값을 획득하고 대응하는 에너지 소비를 투입하되,
    Figure 112022106053621-pct00106
    는 분할 가능한 최소 에너지 소비 전력인 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    플렉서블 직류 제어 보호 시스템은 고장이 없어진 것을 검출하면 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템으로 종료 지령을 송신하고, 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템이 종료 지령을 수신받으면 직류 에너지 소비 장치가 에너지 소비를 종료하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 단계(2)에서 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템의 통신에 고장이 발생된 경우, 직류 전압이 제2 에너지 소비 투입 설정 값
    Figure 112022106053621-pct00090
    보다 크거나 같고 일정한 시간
    Figure 112022106053621-pct00091
    이 지나면 직류 에너지 소비 장치가 투입되고, 0개의 서브 모듈 수에 대응하는
    Figure 112022106053621-pct00107
    값으로부터 N개의 서브 모듈 수에 대응하는
    Figure 112022106053621-pct00108
    값까지의 관계에 따라 에너지 소비를 투입하며,
    Figure 112022106053621-pct00094
    은 직류 에너지 소비 장치의 서브 모듈 정격 수이고,
    Figure 112022106053621-pct00095
    은 에너지 소비 종료 설정 값인 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 단계(2)에서 플렉서블 직류 제어 보호 시스템과 직류 에너지 소비 장치의 제어 시스템의 통신에 고장이 발생된 경우, 직류 전압이 에너지 소비 종료 설정 값보다 작고 일정한 시간
    Figure 112022106053621-pct00096
    이 지나면 직류 에너지 소비 장치를 종료하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
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