KR102566804B1 - Fault current clampling device for medium voltage direct current - Google Patents

Fault current clampling device for medium voltage direct current Download PDF

Info

Publication number
KR102566804B1
KR102566804B1 KR1020210082958A KR20210082958A KR102566804B1 KR 102566804 B1 KR102566804 B1 KR 102566804B1 KR 1020210082958 A KR1020210082958 A KR 1020210082958A KR 20210082958 A KR20210082958 A KR 20210082958A KR 102566804 B1 KR102566804 B1 KR 102566804B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
current
main
fault current
clamping
fault
Prior art date
Application number
KR1020210082958A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20230001043A (en
Inventor
노대석
이후동
태동현
한병길
신건
Original Assignee
한국기술교육대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기술교육대학교 산학협력단 filed Critical 한국기술교육대학교 산학협력단
Priority to KR1020210082958A priority Critical patent/KR102566804B1/en
Publication of KR20230001043A publication Critical patent/KR20230001043A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102566804B1 publication Critical patent/KR102566804B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02Details
    • H02H3/06Details with automatic reconnection
    • H02H3/066Reconnection being a consequence of eliminating the fault which caused disconnection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

방사형 중압 직류배전시스템(MVDC) 배전계통에 있어서 메인 컨버터의 탈락을 방지하기 위해 사고전류를 제한할 수 있는 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치가 개시된다. 컨버터측에서 소비자측으로 인가되는 전류의 전송 경로를 제공하는 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치는. 메인 통전부, 전류 클램핑부 및 스위칭 모듈을 포함한다. 상기 메인 통전부는 메인 컨버터와 메인 차단기 사이 또는 섹션 컨버터와 로컬 차단기 사이에 배치되고, 직렬 연결된 복수의 메인 스위치들을 포함한다. 상기 전류 클램핑부는 상기 메인 통전부에 병렬 연결되고, 직렬 연결된 복수의 전류 클램핑 스위치들과 마지막 전류 클램핑 스위치의 후단에 직렬 연결된 클램핑 저항을 포함한다. 상기 스위칭 모듈은 상기 메인 통전부에 인가되는 DC 전류가 급격히 증가하여 사고전류가 발생되는 것으로 체크되면, 상기 메인 통전부의 동작을 오프시키고 상기 전류 클램핑부의 동작을 온시켜 상기 사고전류가 상기 전류 클램핑부로 강제로 흐르게 하여 상기 사고전류를 제한한다. Disclosed is a fault current clamping device for a medium voltage direct current distribution system capable of limiting fault current in order to prevent a main converter from falling off in a radial medium voltage direct current distribution system (MVDC) distribution system. A fault current clamping device for a medium voltage DC distribution system that provides a transmission path for current applied from the converter side to the consumer side. It includes a main conducting part, a current clamping part and a switching module. The main conducting unit includes a plurality of main switches disposed in series between the main converter and the main circuit breaker or between the section converter and the local circuit breaker. The current clamping part includes a plurality of current clamping switches connected in parallel and serially connected to the main conducting part and a clamping resistor connected in series to a rear end of the last current clamping switch. The switching module turns off the operation of the main conducting part and turns on the operation of the current clamping part, when it is checked that the DC current applied to the main conducting part increases rapidly and the fault current is generated, so that the fault current is reduced by the current clamping The fault current is limited by forcibly flowing to the negative.

Description

중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치{FAULT CURRENT CLAMPLING DEVICE FOR MEDIUM VOLTAGE DIRECT CURRENT}Fault current clamping device for medium voltage DC distribution system {FAULT CURRENT CLAMPLING DEVICE FOR MEDIUM VOLTAGE DIRECT CURRENT}

본 발명은 중압 직류배전시스템(Medium Voltage Direct Current, 이하 MVDC)용 사고전류 클램핑 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사형 MVDC 배전계통에서 메인 컨버터의 탈락을 방지하기 위해 사고전류를 제한하는 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a fault current clamping device for medium voltage direct current (MVDC), and more particularly, to a medium voltage direct current distribution system for limiting fault current to prevent a main converter from falling out in a radial MVDC distribution system. It relates to a fault current clamping device for a system.

일반적으로, 중압 직류배전시스템(Medium Voltage Direct Current, 이하 MVDC)의 배전계통은 방사형(radial), 환상형(loop), BTB(back- to-back), 다중터미널(multi-terminal) 등의 형태로 분류되며, 운영자의 필요와 목적에 따라 다양하게 구성될 수 있다. 여기서, 방사형 배전계통은 기존의 AC 배전계통과 유사하고 사고해석이 용이하여, MVDC 배전계통을 구성하는 측면에서 채택할 가능성이 높은 형태로 알려지고 있다. In general, the distribution system of a medium voltage direct current (MVDC) is in the form of radial, loop, BTB (back-to-back), multi-terminal, etc. , and can be configured in various ways according to the needs and purposes of the operator. Here, the radial distribution system is known as a form that is highly likely to be adopted in terms of constituting an MVDC distribution system because it is similar to the existing AC distribution system and is easy to analyze accidents.

도 1은 일반적인 방사형 MVDC 배전계통의 구성을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining the configuration of a general radial MVDC distribution system.

도 1을 참조하면, 일반적인 방사형 MVDC 배전계통에서는 메인 컨버터(AC-DC, DC-DC)와 수 ms로 동작하는 보호기기가 설치되어 운용된다. 지선에 사고가 발생하는 경우, 메인 컨버터에 흐르는 전류의 크기가 과부하 내량을 초과하여 메인 컨버터가 탈락할 가능성이 있다. 메인 컨버터에 내장된 보호기능, 즉, 하드웨어(H/W) 및 소프트웨어(S/W)은 반도체 소자들을 보호하기 위해, 센서로부터 측정된 파라메터가 보호 범위를 벗어나면 수 ms 이내에 순시적으로 동작하기 때문이다. Referring to FIG. 1, in a typical radial MVDC distribution system, a main converter (AC-DC, DC-DC) and a protection device operating in several ms are installed and operated. When an accident occurs in the branch line, the magnitude of the current flowing through the main converter may exceed the overload tolerance and the main converter may drop out. The protection function built into the main converter, that is, hardware (H/W) and software (S/W), in order to protect semiconductor devices, operates instantaneously within several ms when the parameter measured by the sensor is out of the protection range. Because.

따라서, MVDC 배전선로의 간선이나 지선에 설치된 보호기기들은 사고구간 판별과 보호 협조 동작을 수행할 시간적인 여유가 없게 되어, 정전구간이 확대될 가능성이 있다. 즉, MVDC 보호 협조 방식은 메인 컨버터의 민감한 동작특성으로 인해, 기존의 AC 배전계통에서 채용하고 있는 협조시간차와 T-C 곡선(반한시)을 이용한 협조방법을 동일하게 적용하기 어려운 실정이다. Therefore, protection devices installed on the trunk line or branch line of the MVDC distribution line do not have enough time to perform fault section determination and protection coordination operation, and there is a possibility that the blackout section may be expanded. That is, due to the sensitive operating characteristics of the main converter, the MVDC protection coordination method is difficult to equally apply the cooperation method using the coordination time difference and the T-C curve (inverse time) employed in the existing AC distribution system.

따라서, 사고전류로부터 메인 컨버터의 급격한 탈락을 방지하고, 보호기기의 협조시간차를 확보하기 위한 새로운 방식의 보호 협조 방안이 요구된다.Therefore, there is a need for a new method of protection cooperation to prevent the main converter from being rapidly disconnected from the fault current and to secure a time difference between protection devices.

도 2는 방사형 MVDC 배전계통에서의 선로사고 특성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서, F1 지점의 선로사고는 메인 컨버터의 직하의 간선에서 발생한 것이고, F2는 간선의 말단에서 발생한 선로사고이고, F3와 F4는 지선의 직하와 말단에서 발생한 선로사고를 나타낸다. 2 is a diagram for explaining line fault characteristics in a radial MVDC distribution system. In FIG. 2 , the line fault at point F1 occurs on the trunk line directly below the main converter, F2 is a line fault that occurs at the end of the trunk line, and F3 and F4 indicate line faults that occur directly below and at the end of the branch line.

도 2를 참조하면, 방사형 MVDC 배전계통의 선로사고는 F1 지점이나 F2 지점의 간선사고와 F3 지점이나 F4 지점의 지선사고로 분류할 수 있으며, 사고지점의 위치에 따라 간선용 메인 컨버터와 지선용 섹션 컨버터, 보호기기 간의 보호 협조를 수행해야 한다. Referring to FIG. 2, line faults in the radial MVDC distribution system can be classified into main line faults at F1 or F2 points and branch faults at F3 or F4 points, depending on the location of the accident point. Protection coordination between section converters and protection devices must be performed.

먼저, F1 지점에서 선로사고가 발생한 경우, 메인 컨버터가 즉시 탈락하거나 제1 메인 차단기(MVCB1) 등의 보호기기가 동작하여 MVDC 전체 계통에 정전이 발생하고, F2의 경우, 메인 컨버터가 탈락하기 전에 간선용 보호기기, 예를 들어, 제2 메인 차단기(MVCB2), 제3 메인 차단기(MVCB3) 등이 동작하여 사고구간을 분리하는 보호 협조 방안이 제시되고 있다. First, when a line fault occurs at point F1, the main converter is immediately dropped or protective devices such as the 1st main circuit breaker (MVCB1) operate, resulting in a power outage in the entire MVDC system. In the case of F2, before the main converter is dropped A protection cooperation method has been proposed in which protection devices for trunk lines, for example, a second main circuit breaker (MVCB2) and a third main circuit breaker (MVCB3) operate to separate accident sections.

한편, F3와 F4 지점에 선로사고가 발생한 경우, 간선구간의 정전을 최소화하기 위해 메인 컨버터가 탈락하기 전에 지선용 보호기기(LVCB1)를 동작시키는 보호 협조 방안이 요구되고 있다. On the other hand, when a line fault occurs at the points F3 and F4, a protection cooperation method is required to operate the branch line protection device (LVCB1) before the main converter is dropped in order to minimize power failure in the main line section.

대한민국등록특허 제10-1963348호(2019. 03. 22.)(DC 사고 전류 차단을 위한 선로 분산 스위칭 시스템)Korean Registered Patent No. 10-1963348 (2019. 03. 22.) (Line distributed switching system for blocking DC fault current) 대한민국공개특허 제2016-0081067호(2016. 07. 08.)(저전압 직류 배전시스템 및 배전방법)Republic of Korea Patent Publication No. 2016-0081067 (2016. 07. 08.) (low voltage direct current distribution system and distribution method) 대한민국등록특허 제10-1996510호(2019. 06. 28.)(DC 그리드용 고장 전류 제한기 및 그 제어방법)Republic of Korea Patent Registration No. 10-1996510 (2019. 06. 28.) (fault current limiter for DC grid and its control method)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에 착안한 것으로, 본 발명의 목적은 지선에서 사고가 발생하는 경우 간선용 메인 컨버터의 급격한 탈락을 방지하기 위하여 사고전류를 제한할 수 있는 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치를 제공하는 것이다. Therefore, the technical problem of the present invention is focused on this point, and the object of the present invention is for a medium voltage DC distribution system capable of limiting the fault current in order to prevent the main converter for the trunk line from being rapidly disconnected in the event of an accident in the branch line. It is to provide a current clamping device.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따르면, 컨버터측에서 소비자측으로 인가되는 전류의 전송 경로를 제공하는 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치는, 메인 컨버터와 메인 차단기 사이 또는 섹션 컨버터와 로컬 차단기 사이에 배치되고, 직렬 연결된 복수의 메인 스위치들을 포함하는 메인 통전부; 상기 메인 통전부에 병렬 연결되고, 직렬 연결된 복수의 전류 클램핑 스위치들과 마지막 전류 클램핑 스위치의 후단에 직렬 연결된 클램핑 저항을 포함하는 전류 클램핑부; 및 상기 메인 통전부에 인가되는 DC 전류가 급격히 증가하여 사고전류가 발생되는 것으로 체크되면, 상기 메인 통전부의 동작을 오프시키고 상기 전류 클램핑부의 동작을 온시켜 상기 사고전류가 상기 전류 클램핑부로 강제로 흐르게 하여 상기 사고전류를 제한하는 스위칭 모듈을 포함하되,
상기 직렬로 연결한 반도체 스위치 모듈 개수(m)는, (여기서, : 반도체 스위치 모듈 개수, : 사고전류 클램핑 장치 양단 전압[kV], : IGBT 내압 사용률, : IGBT의 컬렉터-에미터 내압[kV])의 수식에 의해 산정되고, 상기 클램핑 저항(Rcc)의 용량을 산정하기 위한 제한전류(Icc)는 중압 직류배전시스템(Medium Voltage Direct Current, MVDC)용 사고전류 클램핑 장치의 1차측에 연결되는 컨버터(간선용, 지선용)의 과부하 내량에 전류 제한비를 곱한 값보다 작아지도록 산정되고, 상기 클램핑 저항의 용량은 상기 제한전류에 사고전류 제한장치의 1차측 전압을 나눈 값으로 산정되되, 상기 제한전류(Icc)와 상기 클램핑 저항(Rcc) 각각은 (여기서, ICC: 제한 전류[A], α: 전류 제한비, Idc-oc: 간선용, 지선용 컨버터의 과부하 내량[A], Pcon: 간선용, 지선용 컨버터의 용량[MW], Vpri: 사고전류 제한장치의 1차측 전압[kV])의 수식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
According to one embodiment to realize the above object of the present invention, a fault current clamping device for a medium voltage DC distribution system that provides a transmission path for current applied from a converter side to a consumer side is between a main converter and a main circuit breaker or a section converter. a main conducting unit disposed between the circuit breaker and the local circuit breaker and including a plurality of main switches connected in series; a current clamping unit including a plurality of current clamping switches connected in parallel to the main conducting unit and connected in series, and a clamping resistor connected in series to a rear end of the last current clamping switch; and when it is checked that the DC current applied to the main conducting part rapidly increases and the fault current is generated, the operation of the main conducting part is turned off and the operation of the current clamping part is turned on so that the fault current is forced into the current clamping part. Including a switching module that limits the fault current by allowing it to flow,
The number (m) of the semiconductor switch modules connected in series is (here, : Number of semiconductor switch modules, : voltage across the fault current clamping device [kV], : IGBT breakdown voltage duty cycle, : It is calculated by the formula of IGBT's collector-emitter breakdown voltage [kV]), and the limiting current (Icc) for calculating the capacity of the clamping resistor (Rcc) is for Medium Voltage Direct Current (MVDC) It is calculated to be smaller than the value obtained by multiplying the current limiting ratio by the overload tolerance of the converter (for main line, branch line) connected to the primary side of the fault current clamping device, and the capacity of the clamping resistor is 1 It is calculated by dividing the voltage on the secondary side, and each of the limiting current (Icc) and the clamping resistance (Rcc) and (Where, I CC : limit current [A], α: current limit ratio, Idc-oc: overload capacity of converter for main line and branch line [A], Pcon: capacity of converter for main line and branch line [MW], Vpri : It is characterized in that it satisfies the formula of the primary side voltage [kV]) of the fault current limiting device.

일실시예에서, 상기 메인 스위치들 각각은, 상기 스위칭 모듈의 제어에 응답하여 턴-온 또는 턴-오프되는 제1 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated/Isolated Gate bi-polar Transistor, 이하 IGBT); 및 상기 스위칭 모듈의 제어에 응답하여 턴-온 또는 턴-오프되는 제2 IGBT를 포함하고, 상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT는 전류를 양방향으로 제어하기 위해 에미터가 공통 연결된 것을 특징으로 한다. In one embodiment, each of the main switches may include a first insulated/isolated gate bi-polar transistor (IGBT) turned on or off in response to control of the switching module; and a second IGBT that is turned on or turned off in response to control of the switching module, wherein the first IGBT and the second IGBT have emitters connected in common to control current in both directions. .

일실시예에서, 상기 전류 클램핑 스위치들 각각은, 상기 스위칭 모듈의 제어에 응답하여 턴-온 또는 턴-오프되는 제3 IGBT; 및 상기 스위칭 모듈의 제어에 응답하여 턴-온 또는 턴-오프되는 제4 IGBT를 포함하고, 상기 제3 IGBT 및 상기 제4 IGBT는 전류를 양방향으로 제어하기 위해 에미터가 공통 연결된 것을 특징으로 한다. In one embodiment, each of the current clamping switches may include a third IGBT turned on or turned off in response to control of the switching module; and a fourth IGBT that is turned on or turned off in response to control of the switching module, wherein the third IGBT and the fourth IGBT have emitters connected in common to control current in both directions. .

일실시예에서, 상기 제1 내지 제4 IGBT들의 크기는 서로 동일할 수 있다. In one embodiment, the first to fourth IGBTs may have the same size as each other.

일실시예에서, 상기 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치는, 사고가 발생하기 전, 정상 상태의 DC 전류가 제1 전류의 값으로 흐르는 상태에서 상기 메인 스위치와 상기 전류 클램핑 스위치는 각각 턴-온 상태와 턴-오프 상태를 유지하는 초기 동작모드와, 사고가 발생하면, DC 전류는 급격하게 증가하기 시작하고 상기 메인 통전부로 흐르는 전류를 사고전류로 판단하면, 상기 전류 클램핑 스위치를 턴-온하는 보조 동작모드와, 상기 메인 스위치가 턴-오프하면, 상기 메인 통전부로 흐르는 사고전류를 상기 전류 클램핑부로 강제로 흐르게 하여 상기 사고전류를 제2 전류로 제한하는 주 동작모드와, 상기 사고전류가 감소하기 시작하여 상기 제1 전류에 근접하면, 상기 전류 클램핑 스위치를 턴-오프하고 정상상태로 복귀하는 회복 동작모드로 동작한다. In one embodiment, in the fault current clamping device for the medium voltage DC distribution system, in a state where DC current in a normal state flows at a value of a first current before an accident occurs, the main switch and the current clamping switch are each turned- In the initial operation mode that maintains the on state and the turn-off state, and when an accident occurs, the DC current starts to increase rapidly and when the current flowing to the main conducting part is determined as the fault current, the current clamping switch is turned on. an auxiliary operation mode that is turned on, and a main operation mode in which, when the main switch is turned off, the fault current flowing through the main conducting part is forcibly flowed to the current clamping part to limit the fault current to a second current, and the fault current When the current starts to decrease and approaches the first current, the current clamping switch is turned off and operated in a recovery operation mode to return to a normal state.

이러한 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치에 의하면, 기기 내부의 CCR(current clamping resistor) 회로에 의해 사고전류를 제한하여 지선용 보호기기가 사고구간을 분리할 수 있는 보호 협조 시간을 확보하여, 메인 컨버터의 탈락을 방지하여 건전한 구간에 전력을 지속적으로 공급할 수 있도록 할 수 있다. According to the fault current clamping device for the medium voltage DC distribution system, the fault current is limited by the CCR (current clamping resistor) circuit inside the device to secure the protection cooperation time for the branch line protection device to separate the fault section, By preventing the converter from falling off, it is possible to continuously supply power to a healthy section.

도 1은 일반적인 방사형 MVDC 배전계통의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 방사형 MVDC 배전계통에서의 선로사고 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 MVDC용 사고전류 클램핑 장치를 설명하기 위한 회로도이다.
도 4는 도 3에 도시된 MVDC용 사고전류 클램핑 장치에 의한 사고전류의 제한을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 도 3에 도시된 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)의 설치예를 설명하기 위한 구성도이다.
도 6은 MVDC용 사고전류 클램핑 장치의 전압 및 전류 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 도 6에서 초기 동작 모드(모드-I)의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 8은 도 6에서 보조 동작 모드(모드-II)의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 9는 도 6에서 주 동작 모드(모드-III)의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 10은 도 6에서 회복 동작 모드(모드-IV)의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 11은 MVDC 배전선로의 간선용 메인 컨버터의 모델링을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 MVDC 배전선로의 지선용 섹션 컨버터의 모델링을 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 MVDC용 사고전류 클램핑 장치의 모델링을 설명하기 위한 개념도이다.
도 14는 전류 클램핑부의 전압 및 전류 특성을 설명하기 위한 그래프이다.
도 15는 사고전류 클램핑 장치를 포함하는 전체 계통 모델링을 설명하기 위한 개념도이다.
도 16은 MVDC 모델 계통을 설명하기 위한 도면이다.
도 17a, 도 17b, 도 17c 및 도 17d는 1차 피더의 메인 컨버터에서 사고전류 클램핑 장치의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 18a, 도 18b, 도 18c 및 도 18d는 2차 피더의 섹션 컨버터에서 사고전류 클램핑 장치의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다.
1 is a diagram for explaining the configuration of a general radial MVDC distribution system.
2 is a diagram for explaining line fault characteristics in a radial MVDC distribution system.
3 is a circuit diagram illustrating a fault current clamping device for MVDC according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph for explaining the limitation of fault current by the fault current clamping device for MVDC shown in FIG. 3 .
FIG. 5 is a configuration diagram for explaining an installation example of the fault current clamping device 100 for MVDC shown in FIG. 3 .
6 is a graph for explaining voltage and current characteristics of the fault current clamping device for MVDC.
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining an operation of an initial operation mode (mode-I) in FIG. 6 .
FIG. 8 is a circuit diagram for explaining the operation of the auxiliary operation mode (mode-II) in FIG. 6 .
FIG. 9 is a circuit diagram for explaining the operation of the main operation mode (mode-III) in FIG. 6 .
FIG. 10 is a circuit diagram for explaining the operation of the recovery operation mode (mode-IV) in FIG. 6 .
11 is a conceptual diagram for explaining modeling of a main converter for a main line of an MVDC distribution line.
12 is a conceptual diagram for explaining modeling of a section converter for a branch line of an MVDC distribution line.
13 is a conceptual diagram for explaining modeling of a fault current clamping device for MVDC.
14 is a graph for explaining voltage and current characteristics of a current clamping unit.
15 is a conceptual diagram for explaining entire system modeling including a fault current clamping device.
16 is a diagram for explaining the MVDC model system.
17a, 17b, 17c and 17d are graphs for explaining the characteristics of the fault current clamping device in the main converter of the primary feeder.
18a, 18b, 18c and 18d are graphs for explaining the characteristics of the fault current clamping device in the section converter of the secondary feeder.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in more detail. Since the present invention may have various changes and various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, it should be understood that this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, and includes all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown enlarged than actual for clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. In addition, unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in the present application, they should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)를 설명하기 위한 회로도이다. 3 is a circuit diagram for explaining the fault current clamping device 100 for MVDC according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)는 메인 통전부(main path)(110), 전류 클램핑부(current clamping path)(120) 및 스위칭 모듈(130)을 포함하고, 컨버터측(converter side)에서 소비자측(customer side)으로 인가되는 전류의 전송 경로를 제공한다. Referring to FIG. 3, the fault current clamping device 100 for MVDC according to an embodiment of the present invention includes a main path 110, a current clamping path 120, and a switching module ( 130), and provides a transmission path for current applied from the converter side to the customer side.

메인 통전부(110)는 직렬 연결된 복수의 메인 스위치들(SM)을 포함한다. 도 3에서 메인 스위치(SM)의 수는 n개이다. 메인 스위치들(SM) 각각은 제1 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated/Isolated Gate bi-polar Transistor, 이하 IGBT) 및 제2 IGBT를 포함한다. 제1 IGBT 및 제2 IGBT는 높은 내압을 가지고 수 ㎲ 이내에 빠르게 동작하는 소자인 반도체 스위치이다. 전류를 양방향으로 제어하기 위해, 제1 IGBT의 에미터 및 제2 IGBT의 에미터는 공통 연결된다. The main conducting unit 110 includes a plurality of main switches S M connected in series. In FIG. 3 , the number of main switches S M is n. Each of the main switches S M includes a first insulated/isolated gate bi-polar transistor (hereinafter referred to as an IGBT) and a second IGBT. The first IGBT and the second IGBT are semiconductor switches, which are devices that have a high breakdown voltage and operate quickly within several microseconds. To control the current in both directions, the emitter of the first IGBT and the emitter of the second IGBT are connected in common.

전류 클램핑부(120)는 직렬 연결된 복수의 전류 클램핑 스위치들(SCC)와 마지막 전류 클램핑 스위치의 후단에 직렬 연결된 클램핑 저항(RCC)을 포함한다. 도 3에서 전류 클램핑 스위치들(SCC)의 수는 n개이다. 전류 클램핑 스위치들(SCC) 각각은 제3 IGBT 및 제4 IGBT를 포함한다. 제3 IGBT 및 제4 IGBT는 높은 내압을 가지고 수 ㎲ 이내에 빠르게 동작하는 소자인 반도체 스위치이다. 전류를 양방향으로 제어하기 위해, 제3 IGBT의 에미터 및 제4 IGBT의 에미터는 공통 연결된다. 전류 클램핑 스위치들(SCC)은 메인 스위치들(SM)과 동일한 형태를 갖는다. 본 실시예에서, 메인 스위치(SM)에 구비되는 제1 IGBT 및 제2 IGBT 각각의 크기는 서로 동일하고, 전류 클램핑 스위치들(SCC)에 구비되는 제3 IGBT 및 제4 IGBT 각각의 크기는 서로 동일할 수 있다. 여기서, 제1 내지 제4 IGBT들의 크기는 채널폭 대 채널길이(W/L)에 의해 정의될 수 있다. 또한, 메인 스위치(SM)에 구비되는 제1 IGBT의 크기와 전류 클램핑 스위치들(SCC)에 구비되는 제3 IGBT의 크기는 서로 동일할 수 있다. The current clamping unit 120 includes a plurality of current clamping switches (S CC ) connected in series and a clamping resistor (R CC ) connected in series to a rear end of the last current clamping switch. In FIG. 3 , the number of current clamping switches S CC is n. Each of the current clamping switches S CC includes a third IGBT and a fourth IGBT. The third IGBT and the fourth IGBT are semiconductor switches that are devices that operate quickly within several microseconds and have a high breakdown voltage. To control the current in both directions, the emitter of the third IGBT and the emitter of the fourth IGBT are connected in common. The current clamping switches S CC have the same shape as the main switches S M . In this embodiment, the size of each of the first IGBT and the second IGBT included in the main switch S M is the same, and the size of each of the third IGBT and the fourth IGBT included in the current clamping switches S CC may be equal to each other. Here, the sizes of the first to fourth IGBTs may be defined by a channel width versus a channel length (W/L). Also, the size of the first IGBT included in the main switch S M and the size of the third IGBT provided in the current clamping switches S CC may be the same.

스위칭 모듈(130)은 메인 통전부(110)에 인가되는 DC 전류가 급격히 증가하여 사고전류가 발생되는 것으로 체크되면, 메인 통전부(110)의 동작을 오프시키고 전류 클램핑부(120)의 동작을 온시킨다. 여기서, DC 전류의 변화는 변류기(CT)를 통해 감지된다. The switching module 130 turns off the operation of the main conducting unit 110 and stops the operation of the current clamping unit 120 when it is checked that the DC current applied to the main conducting unit 110 rapidly increases and a fault current is generated. turn on Here, the change in DC current is sensed through a current transformer (CT).

도 4는 도 3에 도시된 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)에 의한 사고전류의 제한을 설명하기 위한 그래프이다. FIG. 4 is a graph for explaining the limitation of fault current by the fault current clamping device 100 for MVDC shown in FIG. 3 .

도 3 및 도 4를 참조하면, t0 시간대에서 사고가 발생한 경우, MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)는 t1시간대에 동작하여 사고구간을 분리하는 t2 시간대까지 사고전류(idc)를 제한한다. Referring to FIGS. 3 and 4 , when an accident occurs in the time zone t0, the fault current clamping device 100 for MVDC operates in the time zone t1 to limit the fault current (idc) until the time zone t2 separating the fault section.

본 발명의 일실시예에 따른 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)는 방사형 MVDC 선로에서 다양한 부위에 설치되어 운용될 수 있다.The fault current clamping device 100 for MVDC according to an embodiment of the present invention can be installed and operated in various parts of a radial MVDC line.

도 5는 도 3에 도시된 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)의 설치예를 설명하기 위한 구성도이다. FIG. 5 is a configuration diagram for explaining an installation example of the fault current clamping device 100 for MVDC shown in FIG. 3 .

도 3 및 도 5를 참조하면, A 부분에 설치되는 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)는 MVDC 배전선로의 간선용으로 메인 컨버터의 직하에 적용된다. 사고가 발생하면 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)의 양단에 고압이 인가되기 때문에, 메인 통전부(110)와 전류 클램핑부(120)는 많은 스위치로 구성되지만, MVDC 전체 선로의 사고전류를 제한하는 기능을 가진다. Referring to FIGS. 3 and 5 , the fault current clamping device 100 for MVDC installed at part A is applied directly below the main converter for the main line of the MVDC distribution line. When a fault occurs, since high voltage is applied to both ends of the fault current clamping device 100 for MVDC, the main conducting part 110 and the current clamping part 120 are composed of many switches, but limit the fault current of the entire MVDC line. has a function to

또한, B 부분에 설치되는 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)는 MVDC 배전선로의 지선(MV, LV)에 설치된 섹션 컨버터의 직하에 적용된다. 사고가 발생하면 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)의 양단에 상대적으로 낮은 전압이 인가되므로, 메인 통전부(110)와 전류 클램핑부(120)는 적은 개수의 스위치로 구성할 수 있지만, 섹션 컨버터의 직하마다 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)를 설치해야 한다. In addition, the fault current clamping device 100 for MVDC installed in part B is applied directly below the section converter installed in the branch lines (MV, LV) of the MVDC distribution line. When a fault occurs, since a relatively low voltage is applied to both ends of the fault current clamping device 100 for MVDC, the main carrying unit 110 and the current clamping unit 120 can be configured with a small number of switches, but the section converter It is necessary to install the fault current clamping device 100 for MVDC directly under each.

따라서, 본 발명에 따른 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)는 방사형 MVDC 배전계통의 간선 및 지선 규모, 용량, 공급전압 등을 고려한 최적의 설계가 요구된다. Therefore, the fault current clamping device 100 for MVDC according to the present invention requires an optimal design considering the size, capacity, supply voltage, and the like of trunk and branch lines of a radial MVDC distribution system.

그러면, 이하에서, MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)의 동작 모드를 설명한다. Then, the operation mode of the fault current clamping device 100 for MVDC will be described below.

도 6은 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)의 전압 및 전류 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 7은 도 6에서 초기 동작 모드(모드-I)의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 8은 도 6에서 보조 동작 모드(모드-II)의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 9는 도 6에서 주 동작 모드(모드-III)의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 10은 도 6에서 회복 동작 모드(모드-IV)의 동작을 설명하기 위한 회로도이다. 도 7 내지 도 10에서, 스위칭 모듈(130)에 대한 도시는 생략한다. 6 is a graph for explaining voltage and current characteristics of the fault current clamping device 100 for MVDC. FIG. 7 is a circuit diagram for explaining an operation of an initial operation mode (mode-I) in FIG. 6 . FIG. 8 is a circuit diagram for explaining the operation of the auxiliary operation mode (mode-II) in FIG. 6 . FIG. 9 is a circuit diagram for explaining the operation of the main operation mode (mode-III) in FIG. 6 . FIG. 10 is a circuit diagram for explaining the operation of the recovery operation mode (mode-IV) in FIG. 6 . 7 to 10, the illustration of the switching module 130 is omitted.

도 6 및 도 7을 참조하면, MVDC 배전계통에서 사고가 발생하기 전 상태인 사고전류 클램핑 장치의 초기 동작 모드(모드-I)에서 정상상태의 DC 전류는 제1 전류(i1)의 값으로 흐른다. 이때, 메인 통전부(110)의 메인 스위치(SM)는 턴-온 상태이고 전류 클램핑부(120)의 전류 클램핑 스위치(SCC)는 턴-오프 상태이다. 6 and 7, in the initial operation mode (mode-I) of the fault current clamping device, which is a state before an accident occurs in the MVDC distribution system, the DC current in the normal state flows at the value of the first current i1. . At this time, the main switch (S M ) of the main conductive part 110 is in a turn-on state, and the current clamping switch (S CC ) of the current clamping part 120 is in a turn-off state.

도 6 및 도 8을 참조하면, t0 시간대에서 사고가 발생하는 상태인 사고전류 클램핑 장치의 보조 동작 모드(모드-II)에서 DC 전류는 급격하게 증가하기 시작한다. 이에 따라, 사고전류 클램핑 장치(100)가 메인 통전부(110)로 흐르는 전류를 사고전류로 판단하면, 전류 클램핑부(120)의 전류 클램핑 스위치(SCC)를 턴-온하게 된다. Referring to FIGS. 6 and 8 , in the auxiliary operation mode (mode-II) of the fault current clamping device, in which an accident occurs at time t0, the DC current starts to increase rapidly. Accordingly, when the fault current clamping device 100 determines that the current flowing through the main conducting part 110 is the fault current, the current clamping switch S CC of the current clamping part 120 is turned on.

도 6 및 도 9를 참조하면, 메인 스위치(SM)가 턴-오프하는 상태인 사고전류 클램핑 장치의 주 동작 모드(모드-III)에서, 메인 통전부(110)로 흐르는 사고전류는 전류 클램핑부(120)로 강제로 흐르게 된다. 즉, 도 9와 같이 메인 통전부(110)의 메인 스위치(SM)는 턴-오프 상태이고, 전류 클램핑부(120)의 전류 클램핑 스위치(SCC)는 턴-온 상태가 되며, 사고전류는 사고전류 클램핑 장치(100)에 의해 제2 전류(i2)로 제한된다. 또한, 이 모드에서는 사고전류 클램핑 장치(100)가 사고구간이 분리되는 t2 시간대까지 동작을 유지해야 한다.6 and 9, in the main operation mode (mode-III) of the fault current clamping device in which the main switch S M is turned off, the fault current flowing to the main conducting part 110 is current clamped. It is forced to flow to section 120. That is, as shown in FIG. 9 , the main switch (S M ) of the main conduction unit 110 is in a turn-off state, and the current clamping switch (S CC ) of the current clamping unit 120 is in a turn-on state, and the fault current is limited to the second current i2 by the fault current clamping device 100. In addition, in this mode, the fault current clamping device 100 must maintain its operation until the time t2 when the fault section is separated.

도 6 및 도 10을 참조하면, 사고전류가 감소하기 시작하여 제1 전류(i1)에 근접하는 상태인 사고전류 클램핑 장치의 회복 동작 모드(모드-IV)에서 전류 클램핑부(120)의 전류 클램핑 스위치(SCC)는 턴-오프하고 정상상태로 복귀한다.6 and 10, current clamping of the current clamping unit 120 in the recovery operation mode (mode-IV) of the fault current clamping device, in which the fault current starts to decrease and approaches the first current i1. The switch (S CC ) turns off and returns to a normal state.

그러면, 이하에서, 전력계통해석 소프트웨어(PSCAD/EMTDC)를 이용한 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)의 모델링을 설명한다. Then, modeling of the fault current clamping device 100 for MVDC using power system analysis software (PSCAD/EMTDC) will be described below.

<간선용 메인 컨버터의 모델링><Modeling of main converter for main line>

도 11은 MVDC 배전선로의 간선용 메인 컨버터의 모델링을 설명하기 위한 개념도이다. 특히, ±35kV급 MVDC 배전선로의 간선용 메인 컨버터의 모델링이 도시된다. 11 is a conceptual diagram for explaining modeling of a main converter for a main line of an MVDC distribution line. In particular, modeling of a main converter for main lines of a ±35 kV class MVDC distribution line is shown.

도 11을 참조하면, MVDC 배전선로의 간선용 메인 컨버터는 정류기용 변압기(3-winding transformer), SCR 정류기(SCR rectifier), L-C 필터(L-C filter) 등으로 구성된다. Referring to FIG. 11, the main converter for the main line of the MVDC distribution line is composed of a 3-winding transformer, an SCR rectifier, an L-C filter, and the like.

상기 정류기용 변압기는 3권선 Yg-Y- 결선방식을 채용하여, Y측과 델타()측의 SCR 정류기의 입력은 30°의 위상차를 갖는다. Y측과 델타()측의 SCR 정류기의 입력위상을 다르게 하므로써, AC측에 발생하는 고조파의 함유율을 저감시킬 수 있다. The rectifier transformer has three windings Yg-Y- By adopting the wiring method, the Y side and the delta ( The input of the SCR rectifier on the ) side has a phase difference of 30°. Y-side and delta ( ) side of the SCR rectifier, the content of harmonics generated on the AC side can be reduced by making the input phase of the SCR rectifier different.

상기 SCR 정류기는 3상 AC전력을 DC전력으로 변환하기 위한 6-펄스 브리지(6-pulse bridge)의 사이리스터 소자들을 포함한다. The SCR rectifier includes thyristor elements of a 6-pulse bridge for converting three-phase AC power into DC power.

상기 L-C 필터는 정류된 DC측 출력의 리플을 저감시키는 역할을 수행한다. The L-C filter serves to reduce the ripple of the rectified DC-side output.

<지선용 섹션 컨버터의 모델링><Modeling of section converter for branch line>

도 12는 MVDC 배전선로의 지선용 섹션 컨버터의 모델링을 설명하기 위한 개념도이다. 특히, ±35kV급 MVDC 배전계통의 지선용 섹션 컨버터의 모델링이 도시된다. 12 is a conceptual diagram for explaining modeling of a section converter for a branch line of an MVDC distribution line. In particular, modeling of a section converter for a branch line of a ±35 kV class MVDC distribution system is shown.

도 12를 참조하면, ±35kV급 MVDC 배전계통에서 ±750V급 저압 직류배전시스템(LVDC: Low Voltage Direct Current) 배전계통으로 전력을 공급하는 지선용 섹션 컨버터는 풀-브리지 형태의 IGBT 소자(full-bridge IGBT)와 전기적 절연과 강압을 위한 고주파 변압기(high frequency transformer), L-C 필터(L-C filter) 등으로 구성된다. Referring to FIG. 12, a section converter for a branch line that supplies power from a ±35kV class MVDC distribution system to a ±750V class low voltage direct current (LVDC) distribution system is a full-bridge type IGBT element (full- bridge IGBT), a high frequency transformer for electrical isolation and step-down, and an L-C filter.

<MVDC용 사고전류 클램핑 장치의 모델링><Modeling of fault current clamping device for MVDC>

도 3의 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)의 구성도를 바탕으로 전력계통해석 소프트웨어(PSCAD/EMTDC)의 모델링을 수행하면 도 13과 같이 나타낼 수 있다. When modeling of the power system analysis software (PSCAD/EMTDC) is performed based on the configuration diagram of the fault current clamping device 100 for MVDC of FIG. 3 , it can be represented as shown in FIG. 13 .

도 13은 MVDC용 사고전류 클램핑 장치(100)의 모델링을 설명하기 위한 개념도이다.13 is a conceptual diagram for explaining modeling of the fault current clamping device 100 for MVDC.

도 13을 참조하면, 직렬로 연결한 반도체 스위치 모듈 개수(m)는 사고전류 클램핑 장치 전압에 스위치 내압(VCE)과 스위치 내압의 사용률(k)을 나눈 값으로 산정하며, 수식 (1)과 같이 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 13, the number of semiconductor switch modules (m) connected in series is calculated by dividing the voltage of the fault current clamping device by the switch withstand voltage (V CE ) and the duty cycle (k) of the switch withstand voltage, and Equation (1) can be shown together.

(1) (One)

(여기서, : 반도체 스위치 모듈 개수, : 사고전류 클램핑 장치 양단 전압[kV], : IGBT 내압 사용률, : IGBT의 컬렉터-에미터 내압[kV])(here, : Number of semiconductor switch modules, : voltage across the fault current clamping device [kV], : IGBT breakdown voltage duty cycle, : Collector-emitter breakdown voltage of IGBT [kV])

한편, 클램핑 저항(RCC)의 용량을 산정하기 위한 제한전류(ICC)는 MVDC용 사고전류 클램핑 장치의 1차측에 연결되는 컨버터(간선용, 지선용)의 과부하 내량에 전류 제한비(α)를 곱한 값보다 작아지도록 산정하며, 수식 (2)과 같이 나타낼 수 있다. 따라서, 클램핑 저항(RCC)의 용량은 컨버터의 제한전류에 사고전류 제한장치의 1차측 전압을 나눈 값으로 산정하며, 수식 (3)와 같이 나타낼 수 있다.On the other hand, the limiting current (I CC ) for calculating the capacity of the clamping resistor (R CC ) is the current limiting ratio (α ) is calculated to be smaller than the multiplied value, and can be expressed as in Equation (2). Therefore, the capacity of the clamping resistor (R CC ) is calculated by dividing the primary side voltage of the fault current limiting device by the limiting current of the converter, and can be expressed as in Equation (3).

(2) (2)

(3) (3)

(여기서, ICC: 제한 전류[A], α: 전류 제한비, Idc-oc: 간선용, 지선용 컨버터의 과부하 내량[A], Pcon: 간선용, 지선용 컨버터의 용량[MW], Vpri: 사고전류 제한장치의 1차측 전압[kV])(Where, I CC : limit current [A], α: current limit ratio, Idc-oc: overload capacity of converter for main line and branch line [A], Pcon: capacity of converter for main line and branch line [MW], Vpri : Primary side voltage of fault current limiter [kV])

한편, 클램핑 저항(RCC)의 에너지를 산정하기 위하여 전류 클램핑부의 전압 및 전류 특성을 나타내면 도 14와 같다. Meanwhile, voltage and current characteristics of the current clamping unit are shown in FIG. 14 in order to calculate the energy of the clamping resistor (R CC ).

도 14는 전류 클램핑부의 전압 및 전류 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 14 is a graph for explaining voltage and current characteristics of a current clamping unit.

도 14를 참조하면, 클램핑 저항(RCC)의 전압 vccs(t)는 선로 임피선스를 고려하고, 클램핑 저항(RCC)에 전압이 인가되는 지속시간(tFCC)은 간선 및 지선에 설치된 차단기(MVCB, LVCB)의 보호 협조시간(tCB)보다 큰 값이어야 하며, 수식 (4)과 같이 나타낼 수 있다. 따라서, 클램핑 저항(RCC)의 에너지는 수식 (4)의 지속시간 동안 클램핑 저항(RCC)의 전압과 전류의 곱을 적분하여 산정하며, 수식 (5)과 같이 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 14, the voltage v ccs (t) of the clamping resistor (R CC ) considers the line impedance, and the duration (t FCC ) during which voltage is applied to the clamping resistor (R CC ) is It must be greater than the protection coordination time (t CB ) of the circuit breaker (MVCB, LVCB), and can be expressed as in Equation (4). Therefore, the energy of the clamping resistor (R CC ) is calculated by integrating the product of the voltage and current of the clamping resistor (R CC ) during the duration of Equation (4), and can be expressed as Equation (5).

(4) (4)

(5) (5)

(여기서, tFCC: 클램핑 저항에 전압이 인가되는 시간[ms], tCB: 차단기(MVCB, LVCB)간의 보호 협조시간[ms], Erccmin: 클램핑 저항의 에너지[J], vccs(t): 클램핑부에 인가되는 전압[kV], idc(t): 정상상태 DC 전류[A])(Where t FCC : Time when voltage is applied to clamping resistor [ms], t CB : Protection coordination time between circuit breakers (MVCB, LVCB) [ms], E rccmin : Energy of clamping resistor [J], v ccs (t ): voltage applied to the clamping part [kV], i dc (t): steady-state DC current [A])

예를 들어, 상기한 수식 (1) 내지 수식 (5)를 바탕으로 ±35kV급 MVDC 배전선로에서 사고전류 클램핑 장치의 구성은 표 1과 같이 나타낼 수 있다. For example, the configuration of the fault current clamping device in the ±35kV class MVDC distribution line based on Equations (1) to (5) above can be shown in Table 1.

표 1은 설치조건에 따른 사고전류 클램핑 장치의 구성을 나타낸다. Table 1 shows the configuration of the fault current clamping device according to the installation conditions.

[표 1][Table 1]

표 1에서와 같이, 사고전류 클램핑 장치가 간선용 메인 컨버터의 직하에 설치되는 경우, 9개의 스위치 모듈과 2.2[MJ]의 CCR(current clamping resistor) 에너지가 산정되고, 지선용 섹션 컨버터의 직하에 설치되는 경우, 1개의 스위치 모듈과 87.4[kJ]의 CCR 에너지가 산정됨을 확인할 수 있다. As shown in Table 1, when the fault current clamping device is installed directly under the main converter for trunk line, 9 switch modules and 2.2 [MJ] of CCR (current clamping resistor) energy are calculated, and When installed, it can be confirmed that one switch module and 87.4 [kJ] of CCR energy are calculated.

따라서, 방사형 MVDC 배전계통의 운용방안에 따라, 사고전류 클램핑 장치를 구성하는 스위치의 모듈의 개수와 CCR의 용량에 대한 최적 설계가 요구된다.Therefore, according to the operation method of the radial MVDC distribution system, an optimal design for the number of modules of the switch constituting the fault current clamping device and the capacity of the CCR is required.

상기에서 제시한 모델링을 바탕으로, 사고전류 클램핑 장치의 성능을 평가하기 위한 전체 계통 모델링은 도 15와 같다. Based on the modeling presented above, the entire system modeling for evaluating the performance of the fault current clamping device is shown in FIG. 15.

도 15는 사고전류 클램핑 장치를 포함하는 전체 계통 모델링을 설명하기 위한 개념도이다. 15 is a conceptual diagram for explaining entire system modeling including a fault current clamping device.

도 15를 참조하면, 사고전류 클램핑 장치를 포함하는 전체 계통 모델링은 DC 전압원, 사고전류 클램핑 장치, 선로 임피던스 및 저항부하로 구성한다. 여기서, DC전압은 MVDC 배전계통의 전압을 양극성(bi-pole) 및 비접지 방식으로 고려하여 70kV(±35kV)로 상정한다. Referring to FIG. 15, the entire system modeling including the fault current clamping device is composed of a DC voltage source, fault current clamping device, line impedance, and resistive load. Here, the DC voltage is assumed to be 70kV (±35kV) considering the voltage of the MVDC distribution system as a bi-pole and ungrounded method.

이하에서, 시뮬레이션 결과 및 분석을 설명한다. In the following, simulation results and analysis are described.

본 발명에 따른 MVDC용 사고전류 클램핑 장치의 동작 특성을 분석하기 위한 시뮬레이션 조건은 도 16과 표 2와 같이 나타낼 수 있다. Simulation conditions for analyzing the operating characteristics of the fault current clamping device for MVDC according to the present invention can be represented as shown in FIG. 16 and Table 2.

도 16은 MVDC 모델 계통을 설명하기 위한 도면이다. 16 is a diagram for explaining the MVDC model system.

도 16을 참조하면, MVDC 배전선로의 구간은 각각 0~10[km], 10~20[km]로 상정하고, 지선용 섹션 컨버터가 각 구간의 중간지점에 설치되어 저압 직류배전시스템(LVDC: Low Voltage Direct Current)으로 변환하고, 사고전류 클램핑 장치는 메인 컨버터의 직하인 A부분 또는 섹션 컨버터의 직하인 B부분 각각에 설치한다. Referring to FIG. 16, the sections of the MVDC distribution line are assumed to be 0 to 10 [km] and 10 to 20 [km], respectively, and a section converter for branch line is installed at the midpoint of each section to provide a low voltage direct current distribution system (LVDC: Low Voltage Direct Current), and the fault current clamping device is installed at part A, which is directly under the main converter, or part B, which is directly under the section converter.

표 2는 시뮬레이션 조건을 나타낸다. Table 2 shows the simulation conditions.

[표 2][Table 2]

표 2와 같이 간선용 메인 컨버터의 용량과 공급전압은 24[MW], 70[kV](±35[kV])이고, 지선용 섹션 컨버터의 용량과 전압은 1[MW], 1.5[kV](±750[V])로 상정하고, 메인 및 섹션 컨버터의 과부하내량은 300[%]로 상정한다. As shown in Table 2, the capacity and supply voltage of the main converter for trunk line are 24[MW], 70[kV] (±35[kV]), and the capacity and voltage of section converter for branch line are 1[MW], 1.5[kV] (±750[V]), and the overload capacity of main and section converters is assumed to be 300[%].

또한, 사고전류 클램핑 장치에 사용하는 IGBT의 내압과 사용률은 6.5[kV], 60[%]로 상정하며, 메인 및 섹션 컨버터의 직하용 CCR(current clamping resistor)은 각각 46[Ω], 0.56[Ω]이고, 보호기기의 차단동작 시간은 10ms로 설정한다. In addition, the breakdown voltage and usage rate of IGBT used in the fault current clamping device are assumed to be 6.5 [kV] and 60 [%], and the direct current clamping resistor (CCR) of the main and section converters is 46 [Ω] and 0.56 [ Ω], and the blocking operation time of the protection device is set to 10 ms.

한편, MVDC 배전선로의 총 긍장(배전선로의 길이)은 20[km]이고, 선종(선로의 종류)은 AC 배전선로와 동일한 ACSR 160mm2를 상정한다. On the other hand, the total length of the MVDC distribution line (length of the distribution line) is 20 [km], and the type of line (type of line) is assumed to be ACSR 160mm2, which is the same as that of the AC distribution line.

<메인 컨버터용 사고전류 클램핑 장치의 운용특성> <Operating Characteristics of Fault Current Clamping Device for Main Converter>

표 2의 시뮬레이션 조건에 따라, 간선용 컨버터의 직하에 사고가 발생한 경우에 대하여, MVDC용 사고전류 클램핑 장치의 동작 특성을 나타내면 도 17a, 도 17b, 도 17c 및 도 17d과 같다. 17a, 17b, 17c and 17d show the operating characteristics of the fault current clamping device for MVDC when an accident occurs directly under the trunk converter according to the simulation conditions of Table 2.

도 17a, 도 17b, 도 17c 및 도 17d는 1차 피더의 메인 컨버터에서 사고전류 클램핑 장치의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다. 특히, 도 17a는 사고전류 클램핑 장치의 게이트 신호이고, 도 17b는 사고전류와 클램핑부의 전류이며, 도 17c는 사고전류 클램핑 장치 양단 및 수용가 측에 인가되는 전압이고, 도 17d는 클램핑 저항의 에너지 특성이다. 17a, 17b, 17c and 17d are graphs for explaining the characteristics of the fault current clamping device in the main converter of the primary feeder. In particular, FIG. 17A is the gate signal of the fault current clamping device, FIG. 17B is the fault current and the current of the clamping part, FIG. 17C is the voltage applied to both ends of the fault current clamping device and the consumer side, and FIG. 17D is the energy characteristic of the clamping resistor. am.

도 17b와 같이, 섹션 컨버터의 직하에서 P-N 사고가 발생하는 경우, 사고전류는 사고전류 클램핑 장치의 스위칭 동작에 의하여 673[A]로 제한되는 것을 확인할 수 있다. 여기서, P-N 사고는 R상, S상, T상 중 어느 하나의 선로와 N상의 선로가 접촉되어 발생되는 사고를 의미한다. As shown in FIG. 17B, when a P-N fault occurs directly under the section converter, it can be confirmed that the fault current is limited to 673 [A] by the switching operation of the fault current clamping device. Here, the P-N accident means an accident that occurs when any one of the R phase, S phase, and T phase lines come into contact with the N phase line.

도 17d와 같이 사고전류 클램핑 장치가 동작하는 동안, CCR(current clamping resistor)에서 누적된 에너지는 약 2.2[MJ]로 산정된다. While the fault current clamping device operates as shown in FIG. 17D, the energy accumulated in the CCR (current clamping resistor) is estimated to be about 2.2 [MJ].

따라서, 본 발명에 따른 사고전류 클램핑 장치를 간선용 메인 컨버터의 직하에 설치하면, 해당 지선의 보호기기가 동작할 수 있는 시간을 확보할 수 있어, 메인 컨버터의 탈락을 방지할 수 있고, 사고구간을 분리할 수 있음을 확인할 수 있다. Therefore, if the fault current clamping device according to the present invention is installed directly under the main converter for the trunk line, it is possible to secure the time for the protection device of the corresponding branch line to operate, thereby preventing the main converter from falling off, and preventing the accident section It can be confirmed that the can be separated.

<구간컨버터용 사고전류 클램핑 장치의 운용특성><Operating Characteristics of Fault Current Clamping Device for Section Converter>

표 2의 시뮬레이션 조건에 따라, 지선용 컨버터의 직하에 사고가 발생한 경우에 대하여, MVDC용 사고전류 클램핑 장치의 동작 특성을 나타내면 도 18a, 도 18b, 도 18c 및 도 18d와 같다. 18a, 18b, 18c and 18d show the operating characteristics of the fault current clamping device for MVDC when an accident occurs directly under the branch line converter according to the simulation conditions of Table 2.

도 18a, 도 18b, 도 18c 및 도 18d는 2차 피더의 섹션 컨버터에서 사고전류 클램핑 장치의 특성을 설명하기 위한 그래프들이다. 특히, 도 18a는 사고전류 클램핑 장치의 게이트 신호이고, 도 18b는 사고전류와 클램핑부의 전류이며, 도 18c는 사고전류 클램핑 장치 양단 및 수용가 측에 인가되는 전압이고, 도 18d는 클램핑 저항의 에너지 특성을 나타낸 것이다. 18a, 18b, 18c and 18d are graphs for explaining the characteristics of the fault current clamping device in the section converter of the secondary feeder. In particular, FIG. 18A is the gate signal of the fault current clamping device, FIG. 18B is the fault current and the current of the clamping part, FIG. 18C is the voltage applied to both ends of the fault current clamping device and the consumer side, and FIG. 18D is the energy characteristic of the clamping resistor. is shown.

도 18b와 같이 섹션 컨버터의 직하에서 P-N 사고가 발생하는 경우, 사고전류는 사고전류 클램핑 장치의 스위칭 동작에 의하여 1,297[A]로 제한되는 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 18B, when a P-N fault occurs directly under the section converter, it can be confirmed that the fault current is limited to 1,297 [A] by the switching operation of the fault current clamping device.

도 18d와 같이 사고전류 클램핑 장치가 동작하는 동안, CCR(current clamping resistor)에서 누적된 에너지는 약 87.4[kJ]로 산정된다. As shown in FIG. 18D, while the fault current clamping device operates, the energy accumulated in the current clamping resistor (CCR) is estimated to be about 87.4 [kJ].

따라서, 본 발명에 따른 사고전류 클램핑 장치를 지선용 섹션 컨버터의 직하에 설치하면, 해당 지선에 사고가 발생하는 경우, 메인 컨버터의 탈락을 방지하여 건전구간에 전원을 공급할 수 있음을 확인할 수 있다. Therefore, it can be seen that if the fault current clamping device according to the present invention is installed directly under the branch line section converter, when an accident occurs in the branch line, the main converter can be prevented from falling off and power can be supplied to the healthy section.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 사고전류 클램핑 장치의 모델링을 바탕으로 동작 특성을 분석한 결과, 메인 컨버터가 수 이내에 빠르게 동작하는 소자인 반도체 스위치로부터 과부하 내량을 초과하여 탈락하기 전에, 사고전류를 신속하게 제한하여 메인 컨버터의 탈락을 방지할 수 있음을 확인할 수 있다.As described above, as a result of analyzing the operating characteristics based on the modeling of the fault current clamping device according to the present invention, the main converter can It can be confirmed that the main converter can be prevented from falling out by quickly limiting the fault current before falling out by exceeding the overload capacity from the semiconductor switch, which is a device that operates quickly.

또한 본 발명에 따른 사고전류 클램핑 장치가 간선용 메인 컨버터의 직하에 설치되어 운용되는 경우, 섹션 컨버터의 직하에서 P-N 사고가 발생하면, 사고전류 클램핑 장치의 스위칭 동작에 의하여 사고전류는 673[A]로 제한되고, CCR(current clamping resistor)에서 누적된 에너지는 약 2.2[MJ]로 산정된다. 따라서, 본 발명에 따른 사고전류 클램핑 장치는 사고가 발생한 지선에서 보호기기의 동작할 수 있는 시간을 확보할 수 있어, 메인 컨버터의 탈락을 방지 할 수 있고, 사고구간을 분리할 수 있음을 확인할 수 있다.In addition, when the fault current clamping device according to the present invention is installed and operated directly under the main converter for trunk lines, when a P-N fault occurs directly under the section converter, the fault current is 673 [A] due to the switching operation of the fault current clamping device. , and the energy accumulated in the current clamping resistor (CCR) is estimated to be about 2.2 [MJ]. Therefore, it can be confirmed that the fault current clamping device according to the present invention can secure the operating time of the protection device in the branch line where the fault occurred, prevent the main converter from falling off, and separate the fault section. there is.

또한 본 발명에 따른 사고전류 클램핑 장치가 지선용 섹션 컨버터의 직하에 설치되어 운용되는 경우, 해당 지선에 P-N 사고가 발생하면, 사고전류는 사고전류 클램핑 장치의 스위칭 동작에 의하여 1,297[A]로 제한되고, CCR(current clamping resistor)에서 누적된 에너지는 약 87.4[kJ]로 산정된다. 따라서, 본 발명에 따른 사고전류 클램핑 장치는 메인 컨버터의 탈락을 방지하여 건전구간에 전원을 공급할 수 있음을 확인할 수 있다. In addition, when the fault current clamping device according to the present invention is installed and operated directly under the section converter for branch lines, when a P-N fault occurs in the branch line, the fault current is limited to 1,297[A] by the switching operation of the fault current clamping device. and the accumulated energy in CCR (current clamping resistor) is estimated to be about 87.4 [kJ]. Therefore, it can be confirmed that the fault current clamping device according to the present invention can prevent the main converter from falling off and supply power to a healthy section.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to examples, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. You will understand.

100 : 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치
110 : 메인 통전부 120 : 전류 클램핑부
SM : 메인 스위치들 SCC : 전류 클램핑 스위치들
RCC : 클램핑 저항
100: Fault current clamping device for medium voltage DC distribution system
110: main conducting part 120: current clamping part
S M : Main switches S CC : Current clamping switches
R CC : clamping resistance

Claims (5)

컨버터측에서 소비자측으로 인가되는 전류의 전송 경로를 제공하는 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치에서,
메인 컨버터와 메인 차단기 사이 또는 섹션 컨버터와 로컬 차단기 사이에 배치되고, 직렬 연결된 복수의 메인 스위치들을 포함하는 메인 통전부;
상기 메인 통전부에 병렬 연결되고, 직렬 연결된 복수의 전류 클램핑 스위치들과 마지막 전류 클램핑 스위치의 후단에 직렬 연결된 클램핑 저항을 포함하는 전류 클램핑부; 및
상기 메인 통전부에 인가되는 DC 전류가 급격히 증가하여 사고전류가 발생되는 것으로 체크되면, 상기 메인 통전부의 동작을 오프시키고 상기 전류 클램핑부의 동작을 온시켜 상기 사고전류가 상기 전류 클램핑부로 강제로 흐르게 하여 상기 사고전류를 제한하는 스위칭 모듈을 포함하되,
상기 직렬로 연결한 반도체 스위치 모듈 개수(m)는,

(여기서, : 반도체 스위치 모듈 개수, : 사고전류 클램핑 장치 양단 전압[kV], : IGBT 내압 사용률, : IGBT의 컬렉터-에미터 내압[kV])의 수식에 의해 산정되고,
상기 클램핑 저항(Rcc)의 용량을 산정하기 위한 제한전류(Icc)는 중압 직류배전시스템(Medium Voltage Direct Current, MVDC)용 사고전류 클램핑 장치의 1차측에 연결되는 컨버터(간선용, 지선용)의 과부하 내량에 전류 제한비를 곱한 값보다 작아지도록 산정되고,
상기 클램핑 저항의 용량은 상기 제한전류에 사고전류 제한장치의 1차측 전압을 나눈 값으로 산정되되,
상기 제한전류(Icc)와 상기 클램핑 저항(Rcc) 각각은
(여기서, ICC: 제한 전류[A], α: 전류 제한비, Idc-oc: 간선용, 지선용 컨버터의 과부하 내량[A], Pcon: 간선용, 지선용 컨버터의 용량[MW], Vpri: 사고전류 제한장치의 1차측 전압[kV])의 수식을 만족하는 것을 특징으로 하는 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치.
In a fault current clamping device for a medium voltage DC distribution system that provides a transmission path for current applied from the converter side to the consumer side,
a main conducting unit disposed between the main converter and the main circuit breaker or between the section converter and the local circuit breaker and including a plurality of main switches connected in series;
a current clamping unit including a plurality of current clamping switches connected in parallel to the main conducting unit and connected in series, and a clamping resistor connected in series to a rear end of the last current clamping switch; and
When it is checked that the DC current applied to the main conducting part increases rapidly and a fault current is generated, the operation of the main conducting part is turned off and the operation of the current clamping part is turned on so that the fault current is forcibly flowed into the current clamping part. Including a switching module for limiting the fault current by
The number (m) of the semiconductor switch modules connected in series is

(here, : Number of semiconductor switch modules, : voltage across the fault current clamping device [kV], : IGBT breakdown voltage duty cycle, : Calculated by the formula of IGBT's collector-emitter breakdown voltage [kV]),
The limiting current (Icc) for estimating the capacity of the clamping resistor (Rcc) is the converter (for main line or branch line) connected to the primary side of the fault current clamping device for Medium Voltage Direct Current (MVDC). It is calculated to be smaller than the value obtained by multiplying the overload tolerance by the current limiting ratio,
The capacity of the clamping resistor is calculated by dividing the primary side voltage of the fault current limiting device by the limiting current,
Each of the limiting current Icc and the clamping resistor Rcc is
and (Where, I CC : limit current [A], α: current limit ratio, Idc-oc: overload capacity of converter for main line and branch line [A], Pcon: capacity of converter for main line and branch line [MW], Vpri : A fault current clamping device for a medium voltage DC distribution system, characterized in that it satisfies the formula of the primary side voltage [kV]) of the fault current limiting device.
제1항에 있어서, 상기 메인 스위치들 각각은,
상기 스위칭 모듈의 제어에 응답하여 턴-온 또는 턴-오프되는 제1 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(Insulated/Isolated Gate bi-polar Transistor, 이하 IGBT); 및
상기 스위칭 모듈의 제어에 응답하여 턴-온 또는 턴-오프되는 제2 IGBT를 포함하고,
상기 제1 IGBT 및 상기 제2 IGBT는 전류를 양방향으로 제어하기 위해 에미터가 공통 연결된 것을 특징으로 하는 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치.
The method of claim 1, wherein each of the main switches,
a first insulated/isolated gate bi-polar transistor (IGBT) turned on or off in response to control of the switching module; and
A second IGBT turned on or turned off in response to control of the switching module;
Wherein the first IGBT and the second IGBT have emitters commonly connected to control current in both directions.
제2항에 있어서, 상기 전류 클램핑 스위치들 각각은,
상기 스위칭 모듈의 제어에 응답하여 턴-온 또는 턴-오프되는 제3 IGBT; 및
상기 스위칭 모듈의 제어에 응답하여 턴-온 또는 턴-오프되는 제4 IGBT를 포함하고,
상기 제3 IGBT 및 상기 제4 IGBT는 전류를 양방향으로 제어하기 위해 에미터가 공통 연결된 것을 특징으로 하는 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치.
The method of claim 2, wherein each of the current clamping switches,
a third IGBT turned on or turned off in response to control of the switching module; and
A fourth IGBT turned on or turned off in response to control of the switching module;
The fault current clamping device for a medium voltage DC distribution system, characterized in that the third IGBT and the fourth IGBT have emitters commonly connected to control current in both directions.
제3항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 IGBT들의 크기는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치. 4. The fault current clamping device according to claim 3, wherein the first to fourth IGBTs have the same size. 제1항에 있어서,
사고가 발생하기 전, 정상 상태의 DC 전류가 제1 전류의 값으로 흐르는 상태에서 상기 메인 스위치와 상기 전류 클램핑 스위치는 각각 턴-온 상태와 턴-오프 상태를 유지하는 초기 동작모드와,
사고가 발생하면, DC 전류는 급격하게 증가하기 시작하고 상기 메인 통전부로 흐르는 전류를 사고전류로 판단하면, 상기 전류 클램핑 스위치를 턴-온하는 보조 동작모드와,
상기 메인 스위치가 턴-오프하면, 상기 메인 통전부로 흐르는 사고전류를 상기 전류 클램핑부로 강제로 흐르게 하여 상기 사고전류를 제2 전류로 제한하는 주 동작모드와,
상기 사고전류가 감소하기 시작하여 상기 제1 전류에 근접하면, 상기 전류 클램핑 스위치를 턴-오프하고 정상상태로 복귀하는 회복 동작모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 중압 직류배전시스템용 사고전류 클램핑 장치.
According to claim 1,
Before an accident occurs, an initial operation mode in which the main switch and the current clamping switch maintain a turn-on state and a turn-off state, respectively, in a state in which a DC current in a normal state flows at a value of a first current;
When an accident occurs, the DC current starts to increase rapidly and when the current flowing into the main conducting part is determined as the fault current, an auxiliary operation mode for turning on the current clamping switch;
a main operation mode in which, when the main switch is turned off, the fault current flowing in the main conducting part is forcibly flowed into the current clamping part to limit the fault current to a second current;
When the fault current starts to decrease and approaches the first current, the current clamping switch is turned off and operated in a recovery operation mode to return to a normal state.
KR1020210082958A 2021-06-25 2021-06-25 Fault current clampling device for medium voltage direct current KR102566804B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210082958A KR102566804B1 (en) 2021-06-25 2021-06-25 Fault current clampling device for medium voltage direct current

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210082958A KR102566804B1 (en) 2021-06-25 2021-06-25 Fault current clampling device for medium voltage direct current

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230001043A KR20230001043A (en) 2023-01-04
KR102566804B1 true KR102566804B1 (en) 2023-08-16

Family

ID=84925205

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210082958A KR102566804B1 (en) 2021-06-25 2021-06-25 Fault current clampling device for medium voltage direct current

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102566804B1 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102050907B1 (en) * 2017-08-07 2019-12-02 중앙대학교 산학협력단 Fault current limiter and fault current limiting method

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0629772B2 (en) * 1983-09-02 1994-04-20 東京電気株式会社 Electronic charge balance with receipt printer
KR20160081067A (en) 2014-12-30 2016-07-08 국민대학교산학협력단 Low Voltage DC Distribution System and Distribution Method thereof
KR101963348B1 (en) 2016-11-25 2019-04-01 조선대학교산학협력단 Line Dispersion Switching System for Breaking DC Fault Current
KR101996510B1 (en) 2017-02-22 2019-07-04 한양대학교 에리카산학협력단 Fault current limiting for DC grid type and the method thereof
KR101996514B1 (en) * 2017-02-22 2019-10-01 한양대학교 에리카산학협력단 Fault current limiting for DC grid type and the method thereof
KR102040599B1 (en) * 2017-10-18 2019-11-06 한국전력공사 Protect device for direct current distributio line and control method thereof
DE202018006154U1 (en) * 2018-03-09 2019-06-17 Ellenberger & Poensgen Gmbh Separating device for DC interruption of a current path, and electrical system of a motor vehicle

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102050907B1 (en) * 2017-08-07 2019-12-02 중앙대학교 산학협력단 Fault current limiter and fault current limiting method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230001043A (en) 2023-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shen et al. Solid state circuit breakers for DC micrgrids: Current status and future trends
US11631973B2 (en) Adjustable speed drive with integrated solid-state circuit breaker and method of operation thereof
Savaliya et al. Analysis and experimental validation of bidirectional Z-source DC circuit breakers
JP6430294B2 (en) DC breaker
Molligoda et al. Review of design and challenges of DC SSPC in more electric aircraft
EP3240004B1 (en) Circuit breaker
US10348187B2 (en) DC-DC converter having a reverse flow protection function
Munasib et al. Short-circuit protection for low-voltage DC microgrids based on solid-state circuit breakers
Harrye et al. DC fault isolation study of bidirectional dual active bridge DC/DC converter for DC transmission grid application
CN112640238B (en) Method and device for identifying a fault in an HVDC line and generating a trigger signal for a DC circuit breaker
Li et al. Modulated low fault-energy protection scheme for DC smart grids
Tang et al. Topology of current-limiting and energy-transferring DC circuit breaker for DC distribution networks
Jayamaha et al. Ground fault analysis and grounding design considerations in DC microgrids
Lee et al. Short-circuit protection for MV & LVDC grid
Purgat et al. On the protection of the power flow control converter in meshed low voltage DC networks
KR102566804B1 (en) Fault current clampling device for medium voltage direct current
US20220247173A1 (en) Dc power distribution system
Pang et al. A ground clamped solid-state circuit breaker for DC distribution systems
Sano et al. An overvoltage-less protection method for pole-to-ground faults in symmetrical monopole HVDC systems by half-bridge MMC
Bhatta et al. Relationship of steady-state power loss and configurable tripping time in Z-source circuit breakers
WO2018168946A1 (en) Voltage compensation device
Fountoukidis et al. Digital Implementation of I 2 t Protection Scheme by means of Solid-State Devices
Tomlinson et al. Series-stacked medium voltage electronic voltage regulator
Islam et al. Determination of fault clearing time based on thermal limits of power semiconductor devices in DC microgrids
Fayyaz et al. Paralleling of Transient Overvoltage Protection Elements within High Power DC Solid-State Circuit Breaker (SSCB) for Electric/Hybrid-Electric Aircraft

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant