KR102593406B1 - 컨버터 스킴 - Google Patents

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KR102593406B1
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아밋 쿠마
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라드냐 아난트 머크헤드카
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제네럴 일렉트릭 테크놀러지 게엠베하
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Abstract

복수의 컨버터(32, 34)를 포함하는 컨버터 스킴(30)이 제공되며, 각각의 컨버터(32, 34)는 블록된(blocked) 상태 및 디블록된(deblocked) 상태 사이에서 변화하도록 구성 가능하고, 각각의 컨버터(32, 34)는 구성 가능한 전력 레벨을 가지고, 컨버터 스킴(30)은 디블록된 상태로 구성된 하나 이상의 컨버터(32, 34) 사이에 분배되는 총 전력 레벨에서 컨버터 스킴(30)을 작동시키도록 프로그래밍되는 제어기(36)를 더 포함하고, 제어기(36)는 제1 전력 레벨로부터 중간 전력 레벨로 디블록된 상태에서 적어도 하나의 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 감소시키는 단계를 수행하고, 그 다음 중간 전력 레벨로부터 제2 전력 레벨로 상기 또는 각각의 디블록된 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 증가시키는 제2 단계를 수행하도록 프로그래밍되며, 제어기(36)는:
(i) 블록된 상태로부터 디블록된 상태로 적어도 하나의 추가 컨버터(32, 34)를 재구성하고, 그 다음 총 전력 레벨이 중간 전력 레벨에서 디블록된 컨버터(32, 34) 사이에 재분배되도록 중간 전력 레벨로 상기 또는 각각의 추가 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 증가시키기 위해, 제1 단계 동안 제1 모드를; 또는
(ii) 중간 전력 레벨로부터 적어도 하나의 선택된 디블록된 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 감소시키고, 그 다음 총 전력 레벨이 재분배되도록 디블록된 상태로부터 블록된 상태로 상기 또는 각각의 선택된 컨버터(32, 34)를 재구성하기 위해, 제2 단계 동안 제2 모드
를 수행하도록 더 프로그래밍된다.

Description

컨버터 스킴
본 발명은 바람직하게는 고전압 직류 전력 송신에서의 사용을 위한 복수의 컨버터를 포함하는 컨버터 스킴(converter scheme)에 관한 것이다.
컨버터 스킴에서의 복수의 컨버터의 작동을 조정하는(coordinate) 것이 알려져 있다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 복수의 컨버터를 포함하는 컨버터 스킴이 제공되며, 각각의 컨버터는 블록된(blocked) 상태(state) 및 디블록된(deblocked) 상태 사이에서 변화하도록 구성 가능하고, 각각의 컨버터는 구성 가능한 전력 레벨을 갖고, 컨버터 스킴은 디블록된 상태로 구성되는 하나 이상의 컨버터 사이에 분배되는 총 전력 레벨에서 컨버터 스킴을 작동시키도록 프로그래밍된 제어기를 더 포함하고, 제어기는 제1 전력 레벨로부터 중간 전력 레벨로 디블록된 상태에서 적어도 하나의 컨버터의 작동 전력을 감소시키는 제1 단계(stage)를 수행하고 그 다음 중간 전력 레벨로부터 제2 전력 레벨로 상기 또는 각각의 디블록된 컨버터의 작동 전력을 증가시키는 제2 단계를 수행하도록 프로그래밍되며, 제어기는:
(i) 블록된 상태로부터 디블록된 상태로 적어도 하나의 추가 컨버터를 재구성하고 그 다음 총 전력 레벨이 중간 전력 레벨에서 디블록된 컨버터 사이에 재분배되도록 중간 전력 레벨로 상기 또는 각각의 추가 컨버터의 작동 전력을 증가시키기 위해 제1 단계 동안 제1 모드를; 그리고/또는
(ii) 중간 전력 레벨로부터 적어도 하나의 선택된 디블록된 컨버터의 작동 전력을 감소시키고 그 다음 총 전력 레벨이 제2 전력 레벨에서 상기 또는 각각의 나머지 디블록된 컨버터 사이에 재분배되도록 디블록된 상태로부터 블록된 상태로 상기 또는 각각의 선택된 컨버터를 재구성하기 위해 제2 단계 동안 제2 모드
를 수행하도록 더 프로그래밍된다.
사용시, 각각의 컨버터는 컨버터 스킴의 각각의 극과 연관될 수도 있다.
본 발명의 컨버터 스킴의 구성은 컨버터 스킴의 총 전력 레벨이 변화할 때 컨버터를 블록 및 디블록하는 제어된 수단을 제공하며, 이는 오작동(maloperation)의 위험을 줄이기 위해 오퍼레이터 간섭의 필요를 최소화하거나 제거하도록 자동화될 수 있다. 이는 결국 컨버터 스킴의 효율성(efficiency) 및 신뢰성(reliability)을 개선시킨다.
또한, 본 발명의 컨버터 스킴의 구성은 연관된 전기적 네트워크에 대한 악영향을 최소화하고 매끄러운 전력 조절을 가능하게 하는 방식으로 다수의 컨버터의 매끄러운 시동(start-up) 및 정지(shut-down)를 가능하게 하기 위해서 컨버터의 블록 및 디블록의 스태거링(staggering)을 허용한다.
게다가 컨버터 스킴의 총 전력 레벨이 변화할 때 상기 또는 각각의 디블록된 컨버터 사이에 총 전력 레벨의 재분배를 제어하기 위한 본 발명의 능력은 연관된 극의 작동 파라미터(예를 들어, 극 대 접지 전압 정격, 접지 환류(return current) 등), 예를 들어, 컨버터에 연결된 전력 송신 매체의 전압/전류 정격(current rating)/허용을 위반하는 위험을 최소화하거나 제거한다.
나아가 컨버터 스킴의 총 전력 레벨이 변화할 때 상기 또는 각각의 디블록된 컨버터 사이에 총 전력 레벨의 재분배를 제어하기 위한 본 발명의 능력은 광범위한 요구를 만족시키기 위해 컨버터의 활용 및 작동을 최적화하기 위해서 컨버터 사이에 전력 분배의 최적화를 가능하게 한다. 이러한 요구는 컨버터 손실, 컨버터 유용성(availability), 컨버터 수명 연장, 감소된 컨버터 유지비(maintenance) 및 탭 절환기(tap changer), 개폐기(switchgear) 및 필터 스위치(filter switch)와 같은 연관된 장비의 작동의 최소화(minimisation)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 나아가 고객 요구에 맞게 컨버터 사이에 전력 분배의 최적화가 쉽게 커스터마이징될(customised) 수 있다.
본 발명은 컨버터 스킴에서의 임의의 수의 다수의 컨버터, 제1 단계 동안 제1 모드에서 블록된 상태로부터 디블록된 상태로 재구성되는 임의의 수의 컨버터 및 제2 단계 동안 제2 모드에서 디블록된 상태로부터 블록된 상태로 재구성되는 임의의 수의 컨버터에 적용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제어기는 또한 제1 총 전력 레벨이 제2 총 전력 레벨보다 낮을 때 제1 단계 동안 제1 모드를 수행하고/수행하거나 제1 총 전력 레벨이 제2 총 전력 레벨보다 높을 때 제2 단계 동안 제2 모드를 수행하도록 프로그래밍될 수도 있다.
본 발명은 컨버터 스킴의 총 전력 레벨의 분배를 제어하는 신뢰할 수 있는 수단을 제공한다.
제어기가 또한 제1 단계 동안 제1 모드를 수행하도록 프로그래밍될 때, 제어기는 제1 단계 동안 블록된 상태로부터 디블록된 상태로 상기 또는 각각의 추가 컨버터를 재구성한 직후에 0이 아닌 전력 레벨로 상기 또는 각각의 추가 컨버터의 작동 전력을 증가시키도록 프로그래밍될 수도 있다.
제어기가 또한 제1 단계 동안 제1 모드를 수행하도록 프로그래밍될 때, 제어기는 제1 모드 동안 제1 총 전력 레벨에서 컨버터 스킴을 작동시키도록 프로그래밍될 수도 있다. 이는 컨버터 스킴의 작동 전력이 제1 모드 동안 제1 총 전력 레벨에서 유지되는 것을 보장한다.
제어기가 또한 제2 단계 동안 제2 모드를 수행하도록 프로그래밍될 때, 제어기는 제2 단계 동안 디블록된 상태로부터 블록된 상태로 상기 또는 각각의 선택된 컨버터를 재구성하기 직전에 중간 전력 레벨로부터 0이 아닌 전력 레벨로 상기 또는 각각의 선택된 컨버터의 작동 전력을 감소시키도록 프로그래밍될 수도 있다.
제어기가 또한 제2 단계 동안 제2 모드를 수행하도록 프로그래밍될 때, 제어기는 제2 모드 동안 제2 총 전력 레벨에서 컨버터 스킴을 작동시키도록 프로그래밍될 수도 있다. 이는 컨버터 스킴의 작동 전력이 제2 모드 동안 제2 총 전력 레벨에서 유지되는 것을 보장한다.
제어기는 다수의 컨버터 사이의 전력 레벨의 임의의 불균형을 제거하거나 최소화하기 위해서, 디블록된 상태로 구성된 다수의 컨버터 사이에서 컨버터 스킴의 총 전력 레벨의 분배를 제어하도록 프로그래밍될 수도 있다.
이는 연관된 극의 작동 파라미터(즉, 전압 및 전류)를 위반하는 위험을 최소화하거나 제거하기 위해 다수의 컨버터 사이의 총 전력 레벨의 균등한 분배를 허용하고, 또한 반대 극성을 갖는 각각의 극과 연관된 컨버터 사이의 전력 레벨의 불균형을 최소화하기 위해 다수의 컨버터 사이의 전력 레벨의 분배를 허용한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다수의 컨버터 사이의 총 전력 레벨의 분배는 균등하지 않을 수도 있음이 이해될 것이다. 이러한 실시예에서, 다수의 컨버터 사이의 총 전력 레벨의 분배는 임의의 수의 요구에 따라서 최적화될 수도 있다.
제어기는 다수의 디블록된 컨버터가 중간 전력 레벨에 동시에 도달하도록 제1 단계 동안 디블록된 상태로 구성된 다수의 컨버터의 각각의 전력 램프 속도를 조정하도록 프로그래밍될 수도 있다.
다수의 컨버터 중 하나 이상의 컨버터가 다수의 컨버터 중 하나 이상의 다른 컨버터보다 먼저 중간 전력 레벨에 도달함을 허용하는 것은 적어도 하나의 컨버터가 일시적으로 더 높은 전력 레벨에 있는 것을 초래할 수 있다. 이는 다수의 컨버터 사이의 전력 레벨의 불균형을 초래할 뿐만 아니라, 적어도 하나의 컨버터가 연관된 극의 전압 정격(voltage rating)을 위반하는 위험을 증가시킨다. 다수의 디블록된 컨버터가 가능한 한 빨리 중간 전력 레벨에 동시에 도달하는 것을 보장하기 위한 앞서 언급한 램프 속도의 조정은, 유리하게 이러한 위험을 최소화하거나 제거한다.
제어기는 다수의 디블록된 컨버터가 제2 전력 레벨에 동시에 도달하도록 제2 단계 동안 디블록된 상태로 구성된 다수의 컨버터의 각각의 전력 램프 속도를 조정하도록 프로그래밍될 수도 있다.
다수의 컨버터 중 하나 이상의 컨버터가 다수의 컨버터 중 하나 이상의 다른 컨버터보다 먼저 제2 전력 레벨에 도달함을 허용하는 것은 적어도 하나의 컨버터가 더 높은 전력 레벨에 있는 것을 초래할 수 있다. 이는 다수의 컨버터 사이의 전력 레벨의 불균형을 초래할 뿐만 아니라, 적어도 하나의 컨버터가 연관된 극의 전압 정격을 위반하는 위험을 증가시킨다. 다수의 디블록된 컨버터가 제2 전력 레벨에 동시에 도달하는 것을 보장하기 위한 앞서 언급한 램프 속도의 조정은, 유리하게 이러한 위험을 최소화하거나 제거한다.
본 발명은 복수의 컨버터에 기초하는 광범위한 컨버터 스킴에 적용할 수 있다. 컨버터 스킴은:
병렬-연결된 컨버터들의 적어도 하나의 세트;
예를 들어, 금속 귀로(metallic return) 또는 전극 라인(electrode line)의 형태의 귀환 경로를 포함할 수도 있는 바이폴라 컨버터 배열;
다중-단자 컨버터 배열
중 적어도 하나를 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 컨버터 스킴을 작동시키는 방법이 제공되며, 컨버터 스킴은 복수의 컨버터를 포함하고, 각각의 컨버터는 블록된 상태 및 디블록된 상태 사이에서 변화하도록 구성 가능하고, 각각의 컨버터는 구성 가능한 전력 레벨을 가지고, 방법은:
디블록된 상태로 구성된 하나 이상의 컨버터 사이에 분배되는 총 전력 레벨에서 컨버터 스킴을 작동시키는 단계; 및
제1 전력 레벨로부터 중간 전력 레벨로 디블록된 상태에서의 적어도 하나의 컨버터의 작동 전력을 감소시키는 제1 단계를 수행하고, 그 다음 중간 전력 레벨로부터 제2 전력 레벨로 상기 또는 각각의 디블록된 컨버터의 작동 전력을 증가시키는 제2 단계를 수행하는 단계
를 포함하며, 방법은:
(i) 블록된 상태로부터 디블록된 상태로 적어도 하나의 추가 컨버터를 재구성하고, 그 다음 총 전력 레벨이 중간 전력 레벨에서 디블록된 컨버터 사이에 재분배되도록 중간 전력 레벨로 상기 또는 각각의 추가 컨버터의 작동 전력을 증가시키기 위해, 제1 단계 동안 제1 모드를 수행하는 단계; 또는
(ii) 중간 전력 레벨로부터 적어도 하나의 선택된 디블록된 컨버터의 작동 전력을 감소시키고, 그 다음 총 전력 레벨이 제2 전력 레벨에서 상기 또는 각각의 나머지 디블록된 컨버터 사이에 재분배되도록 디블록된 상태로부터 블록된 상태로 상기 또는 각각의 선택된 컨버터를 재구성하기 위해, 제2 단계 동안 제2 모드를 수행하는 단계
를 더 포함한다.
본 발명의 제1 양태의 컨버터 스킴 및 이것의 실시예의 이점은 본 발명의 제2 양태의 방법 및 이것의 실시예에 준용하여 적용된다.
방법은 제1 총 전력 레벨이 제2 총 전력 레벨보다 낮을 때 제1 단계 동안 제1 모드를 수행하고/하거나 제1 총 전력 레벨이 제2 총 전력 레벨보다 높을 때 제2 단계 동안 제2 모드를 수행하는 단계를 포함할 수도 있다.
제1 단계 동안 제1 모드를 수행할 때, 방법은 제1 단계 동안 블록된 상태로부터 디블록된 상태로 상기 또는 각각의 추가 컨버터를 재구성한 직후에 0이 아닌 전력 레벨로 상기 또는 각각의 추가 컨버터의 작동 전력을 증가시키는 단계를 포함할 수도 있다.
제1 단계 동안 제1 모드를 수행할 때, 방법은 제1 모드 동안 제1 총 전력 레벨에서 컨버터 스킴을 작동시키는 단계를 포함할 수도 있다.
제2 단계 동안 제2 모드를 수행할 때, 방법은 제2 단계 동안 디블록된 상태로부터 블록된 상태로 상기 또는 각각의 선택된 컨버터를 재구성하기 직전에 중간 전력 레벨로부터 0이 아닌 전력 레벨로 상기 또는 각각의 선택된 컨버터의 작동 전력을 감소시키는 단계를 포함할 수도 있다.
제2 단계 동안 제2 모드를 수행할 때, 방법은 제2 모드 동안 제2 총 전력 레벨에서 컨버터 스킴을 작동시키는 단계를 포함할 수도 있다.
방법은 다수의 컨버터 사이의 전력 레벨의 임의의 불균형을 제거하거나 최소화하기 위해서, 디블록된 상태로 구성된 다수의 컨버터 사이에서 컨버터 스킴의 총 전력 레벨의 분배를 제어하는 단계를 포함할 수도 있다.
방법은 다수의 디블록된 컨버터가 중간 전력 레벨에 동시에 도달하도록, 제1 단계 동안 디블록된 상태로 구성된 다수의 컨버터의 각각의 전력 램프 속도를 조정하는 단계를 포함할 수도 있다.
방법은 다수의 디블록된 컨버터가 제2 전력 레벨에 동시에 도달하도록, 제2 단계 동안 디블록된 상태로 구성된 다수의 컨버터의 각각의 전력 램프 속도를 조정하는 단계를 포함할 수도 있다.
본 발명의 방법에서, 컨버터 스킴은:
병렬-연결된 컨버터들의 적어도 하나의 세트;
예를 들어, 금속 귀로 또는 전극 라인의 형태의 귀환 경로를 포함할 수도 있는 바이폴라 컨버터 배열;
다중-단자 컨버터 배열
중 적어도 하나를 포함할 수도 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
본 특허 명세서에서 용어 "제1" 및 "제2" 등의 사용은, 단지 유사한 특징(예를 들어, 제1 단계 및 제2 단계, 제1 모드 및 제2 모드) 사이의 구별을 의도하고, 달리 명시되지 않으면, 다른 특징에 비하여 한 특징의 상대적인 중요성을 나타내는 것을 의도하지는 않음이 이해될 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예가 이제 첨부 도면을 참조하여 비제한적인 예시로 설명될 것이다:
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 컨버터 스킴을 개략적으로 도시하고;
도 2는 도 1의 컨버터 스킴의 예시적인 컨버터를 개략적으로 도시하고;
도 3은 도1의 컨버터 스킴의 예시적인 작동을 그래프로 예시하고;
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 컨버터 스킴을 개략적으로 도시하고;
도 5 및 도 6은 도 4a 및 도 4b의 컨버터 스킴의 예시적인 작동을 그래프로 예시한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 바이폴라 컨버터 스킴이 도 1에 도시되고, 일반적으로 참조 번호 30에 의해 지정된다.
바이폴라 컨버터 스킴(30)은 제1 및 제2 DC 극, 복수의 제1 컨버터(32), 복수의 제2 컨버터(34) 및 제어기(36)를 포함한다.
단순화를 위해, 도 1의 바이폴라 컨버터 스킴(30)은 단일 제어 유닛(38)에 기반한 제어기(36)를 참조하여 설명된다. 제어기(36)의 구성은 바이폴라 컨버터 스킴(30)의 특정 요구에 따라 변경될 수도 있다. 예를 들어, 제어기(36)는 복수의 컨버터(32, 34)를 제어하기 위한 글로벌(global) 제어 유닛, 적어도 하나의 컨버터(32, 34)를 제어하기 위한 적어도 하나의 로컬(local) 제어 유닛 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 글로벌 제어 유닛은 각각의 컨버터(32, 34)로부터 멀리 떨어져서 위치될 수도 있고, 통신 링크를 통해 각각의 컨버터(32, 34)와 통신하도록 구성될 수도 있다. 상기 또는 각각의 로컬 제어 유닛은 적어도 하나의 컨버터(32, 34)의 부근(vicinity)에 위치될 수도 있다. 글로벌 제어 유닛은 통신 링크를 통해 적어도 하나의 로컬 제어 유닛과 통신하도록 구성될 수도 있다.
제1 DC 극은 제1 및 제2 단부(end) 사이에 연장되는 제1 DC 전력 송신 라인(40)을 포함한다. 제2 DC 극은 제1 및 제2 단부(end) 사이에 연장되는 제2 DC 전력 송신 라인(42)을 포함한다.
각각의 컨버터(32, 34)는 제1 DC 단자(44) 및 제2 DC 단자(46)를 포함한다. 게다가, 도 1에 도시된 각각의 컨버터(32, 34)는 복수의 AC 단자(48)를 포함하며, 이들 각각은 사용시 각각의 다중-위상(multi-phase) AC 네트워크(50)의 각각의 위상에 연결된다. 특히, 도 1에 도시된 각각의 컨버터(32, 34)는 복수의 컨버터 림(limb)(52)을 포함하는 AC/DC 전압원(voltage source) 컨버터(32, 34)를 규정하며, 컨버터 림들 각각은 도 2에 도시된 바와 같이 배열된다. 다른 실시예에서, 각각의 전압원 컨버터(32, 34)가 라인 정류 컨버터(line commutated converter)에 의해 대체될 수도 있는 것이 예상된다.
각각의 컨버터 림(52)은 제1 및 제2 DC 단자(44, 46) 사이에 연장되고, 제1 DC 단자(44) 및 AC 단자(48) 사이에 연장되는 제1 림 부분(54), 및 제2 DC 단자(46) 및 AC 단자(48) 사이에 연장되는 제2 림 부분(56)을 포함한다.
각각의 림 부분(56, 58)은 체인-링크(chain-link) 컨버터를 규정하기 위해 복수의 직렬-연결된 모듈(58)을 포함한다. 도시된 특정 실시예에서, 각각의 모듈(58)은 0 또는 양의 전압을 제공할 수 있고 2개의 방향에서 전류를 전도할(conduct) 수 있는 2-사분면 단극 모듈(2-quadrant unipolar module)(58)을 규정하기 위해 하프-브리지(half-bridge) 배열에서의 커패시터(capacitor)와 병렬로 연결된 스위칭(switching) 구성요소의 쌍을 포함한다.
각각의 스위칭 구성요소는 다이오드 형태의 역-병렬 수동 전류 확인 구성요소(anti-parallel passive current check element)와 병렬로 연결된 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor; IGBT)를 구성한다.
본 발명의 다른 실시예에서, IGBT는 하나 이상의 다른 반도체 스위치에 의해 대체될 수도 있고, 다이오드는 전류 흐름을 하나의 방향으로만 제한하는 수동 전류 확인 구성요소의 다른 유형에 의해 대체될 수도 있고/있거나, 각각의 커패시터는 전압을 제공하기 위해 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 에너지 저장 디바이스의 다른 유형, 예를 들어, 연료 전지 또는 배터리에 의해 대체될 수도 있는 것이 예상된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 림 부분(56, 58)에서 복수의 직렬-연결된 모듈이 하나 이상의 스위칭 구성요소에 의해 대체될 수도 있는 것이 더 예상된다.
각각의 컨버터(32, 34)의 토폴로지(topology)가 단지 본 발명의 작동을 예시하는 것을 돕기 위해 선택되고, 각각의 컨버터(32, 34)가 상이한 토폴로지를 갖는 다른 컨버터에 의해 대체될 수도 있음이 이해될 것이다.
제1 DC 전력 송신 라인(40)의 제1 단부는 복수의 제1 컨버터(32) 중 하나의 제1 DC 단자(44)에 작동 가능하게 연결되고, 제1 DC 전력 송신 라인(40)의 제2 단부는 복수의 제2 컨버터(34) 중 하나의 제1 DC 단자(44)에 작동 가능하게 연결된다. 제2 DC 전력 송신 라인(42)의 제1 단부는 복수의 제1 컨버터(32) 중 다른 하나의 제1 DC 단자(44)에 작동 가능하게 연결되고, 제2 DC 전력 송신 라인(42)의 제2 단부는 복수의 제2 컨버터(34) 중 다른 하나의 제1 DC 단자(44)에 작동 가능하게 연결된다.
복수의 제1 컨버터(32)의 제2 DC 단자(46)는 고임피던스 전류 귀환 경로(60)를 통해 복수의 제2 컨버터(34)의 제2 DC 단자(46)에 작동 가능하게 연결된다. 전류 귀환 경로(60)는 전극 라인(electrode line) 또는 금속 귀로(metallic return)일 수도 있고, 하나의 전도체 또는 다수의 전도체를 포함할 수도 있다. 전류 귀환 경로(60)가 저임피던스 전류 귀환 경로일 수도 있음이 이해될 것이다.
제어기(36)는 각각의 모듈을 전압원을 선택적으로 제공하도록 작동시키기 위해서 각각의 컨버터(32, 34)의 모듈(58)의 스위칭 구성요소의 스위칭을 제어하도록 프로그래밍된다(programmed). 또한, 제어기(36)는 블록된(blocked) 상태 및 디블록된(deblocked) 상태 사이에서 변화하도록 각각의 컨버터(32, 34)를 구성하기 위해 모듈(58)의 스위칭 구성요소의 스위칭을 선택적으로 제어하도록 프로그래밍된다.
바이폴라 컨버터 스킴(30)의 예시적인 작동이 도 3을 참조하여 다음과 같이 설명된다.
먼저, 제어기(36)는 1500MW의 총 전력 레벨에서 바이폴라 컨버터 스킴(30)을 작동시키기 위해 각각의 제1 컨버터(32, 34)의 모듈(58)의 스위칭 구성요소의 스위칭을 제어한다. 특히, 제1 DC 전력 송신 라인에 연결된 각각의 제1 및 제2 컨버터(32, 34)는 디블록된 상태에 있고, 이것의 작동 전력은 제1 DC 극이 1500MW의 전력 레벨에 있도록 설정되는 반면, 제2 DC 전력 송신 라인(40)에 연결된 각각의 제1 및 제2 컨버터(32)는 블록된 상태에 있다. 바이폴라 컨버터 스킴(30)은 제1 DC 전력 송신 라인(40)을 따라 1500MW의 전력을 송신한다.
바이폴라 컨버터 스킴(30)이 그 후에 블록된 상태로부터 디블록된 상태로 컨버터를 재구성하기 위해 요구될 때, 제어기는 다음과 같이 2-단계 컨버터 스킴 재구성을 수행한다.
컨버터 스킴 재구성의 제1 단계는 제2 DC 극이 150MW의 전력 레벨에 있도록, 블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)를 디블록하는 것 및 동시에 새로 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 증가시키는 것을 초기에 포함한다. 한편, 바이폴라 컨버터 스킴(30)의 작동 전력은 1500MW의 총 전력 레벨에서 유지되며, 이는 원래 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력 및 제1 DC 극의 전력 레벨이 1350MW까지 떨어짐을 의미한다.
그 후에, 제1 단계는 원래 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 이것의 현재 전력 레벨로부터 750MW의 중간 전력 레벨로 감소시키는 것, 및 새로 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32)의 작동 전력을 이것의 현재 전력 레벨로부터 중간 전력 레벨로 작동 파라미터 위반의 위험을 최소화할 수 있는 가장 빠른 램프 속도(ramp rate)로 증가시키는 것을 포함한다. 이런 방식으로, 바이폴라 컨버터 스킴(30)의 총 전력 레벨은 중간 전력 레벨에서 디블록된 컨버터(32, 34) 사이에 균등하게 재분배된다.
제1 컨버터(32)의 작동 전력을 중간 전력 레벨로 수정할 때, 제어기(36)는 1500MW의 총 전력 레벨에서 바이폴라 컨버터 스킴(30)의 작동 전력을 유지하는 동안 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)가 중간 전력 레벨에 동시에 도달하도록 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도를 조정한다. 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도의 이러한 조정은 바람직하게는 허용되는 전력 램프 속도, 중간 전력 레벨 및 원래 디블록된 컨버터의 수에 따라 수행된다. 허용되는 전력 램프 속도는 시스템 전력 램프 속도 능력 및 탭 절환기(tap changer)와 같은 연관된 장비의 작동에 의해 제한될 수도 있다.
바이폴라 컨버터 스킴(30)의 총 전력 레벨이 3000MW까지 증가되도록 중간 전력 레벨로부터 1500MW의 전력 레벨로 각각의 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 증가시키기 이전에, 3000MW의 목표 총 전력 레벨 및 컨버터 전력 능력에 기초하여 각각의 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)에 대한 전력 정도(order)를 계산하는 것을 포함하는 컨버터 스킴 재구성의 제2 단계가 이어진다. 이는 각각의 DC 극이 1500MW의 전력 레벨을 가지는 것을 초래한다.
각각의 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 1500MW의 전력 레벨로 증가시킬 때, 제어기(36)는 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)가 1500MW의 전력 레벨에 동시에 도달하도록 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도를 조정한다. 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도의 이러한 조정은 바람직하게는 허용되는 전력 램프 속도, 컨버터의 수 및 컨버터 전력 능력에 따라 수행된다.
바이폴라 컨버터 스킴(30)이 그 후에 디블록된 상태로부터 블록된 상태로 컨버터를 재구성하기 위해 요구될 때, 제어기는 다음과 같이 2-단계 컨버터 스킴 재구성을 수행한다.
컨버터 스킴 재구성의 제1 단계는 바이폴라 컨버터 스킴(30)의 총 전력 레벨이 1500MW까지 감소되도록, 각각의 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 이것의 현재 전력 레벨로부터 750MW의 중간 전력 레벨로 감소시키는 것을 초기에 포함한다.
제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 중간 전력 레벨로 감소시킬 때, 제어기(36)는 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)가 중간 전력 레벨에 동시에 도달하도록 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도를 조정한다. 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도의 이러한 조정은 바람직하게는 허용되는 전력 램프 속도, 컨버터의 수 및 중간 전력 레벨에 따라 수행된다.
중간 전력 레벨로부터 1350MW의 전력 레벨로 제1 DC 전력 송신 라인(40)에 연결된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 증가시키는 것 및 중간 전력 레벨로부터 150MW의 전력 레벨로 제2 DC 전력 송신 라인(42)에 연결된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 감소시키는 것을 포함하는 컨버터 스킴 재구성의 제2 단계가 이어진다.
제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 중간 전력 레벨로부터 수정할 때, 제어기(36)는 바이폴라 컨버터 스킴(30)의 작동 전력을 1500MW의 총 전력 레벨에서 유지하는 동안 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)가 각각의 목표 전력 레벨에 동시에 도달하도록 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도를 조정한다. 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도의 이러한 조정은 바람직하게는 허용되는 전력 램프 속도 및 디블록된 컨버터의 수에 따라 수행된다.
그 후에, 제2 단계는 제2 DC 전력 송신 라인(42)에 연결된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)를 블록하는 것을 포함한다. 제어기(36)가 바이폴라 컨버터 스킴(30)의 작동 전력을 1500MW의 총 전력 레벨에서 유지하므로, 1500MW의 총 전력 레벨은 제1 DC 전력 송신 라인(40)에 연결된 나머지 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)에 재분배된다. 이는 제1 DC 극이 1500MW의 전력 레벨을 갖는 것을 초래한다.
위의 바이폴라 컨버터 스킴(30)의 시퀀스(sequence)는 단일 트리거(trigger)를 통해, 예를 들어, 단일 시작(initiation) 버튼을 누르는 것에 의해 그의 수행을 허용하도록 자동화될 수 있다. 이는 오퍼레이터 간섭의 필요를 유리하게 제거하므로, 오작동(maloperation)의 위험을 감소시키고, 따라서 바이폴라 컨버터 스킴(30)의 효율성(efficiency) 및 신뢰성(reliability)을 개선시킨다.
위의 바이폴라 컨버터 스킴(30)의 시퀀스는 연관된 AC 네트워크(50)에 대한 임의의 악영향을 최소화하고 바이폴라 컨버터 스킴(30)에서 매끄러운 전력 조절을 가능하게 하는 방식으로 다수의 컨버터의 매끄러운 시동(start-up) 및 정지(shut-down)를 가능하게 하기 위해서 컨버터의 블록 및 디블록의 스태거링(staggering)을 허용한다.
바이폴라 컨버터 스킴(30)의 총 전력 레벨이 변화할 때 상기 또는 각각의 디블록된 컨버터(32, 34) 사이에서의 총 전력 레벨의 재분배는 각각의 DC 극의 작동 파라미터를 위반하는 위험을 최소화하거나 제거할 뿐만 아니라, 광범위한 요구를 만족하도록 컨버터(32, 34)의 활용 및 작동을 최적화하기 위해서 컨버터(32, 34) 사이의 전력 분배의 최적화를 가능하게 한다. 이러한 요구는 컨버터 손실, 컨버터 유용성(availability), 컨버터 수명 연장, 감소된 컨버터 유지비(maintenance) 및 탭 절환기, 개폐기(switchgear) 및 필터 스위치(filter switch)와 같은 연관된 장비의 작동의 최소화(minimisation)를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도의 조정은 바람직하게는 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력이 램프되는(ramped) 기간을 최소화하도록 수행된다. 이는 작동 파라미터의 불균형 및 위반의 위험을 발생시키는(run), 하나의 DC 극이 일시적으로 다른 DC 극보다 더 높은 전력 레벨에 있는 위험을 최소화한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 바이폴라 컨버터 스킴은 도 4a에 도시되고 일반적으로 참조 번호 130에 의해 지정된다. 도 4a의 바이폴라 컨버터 스킴(130)은 도 1의 바이폴라 컨버터 스킴(30)과 구조 및 작동이 유사하고, 유사한 특징은 동일한 참조 번호를 공유한다.
도 4a의 바이폴라 컨버터 스킴(130)은 바이폴라 컨버터 스킴(130)이 제1, 제2, 제3 및 제4 DC 극(P1, P2, P3, P4)을 포함한다는 점에서 도 1의 바이폴라 컨버터 스킴(30)과 상이하다.
단순화를 위해, 도 4의 바이폴라 컨버터 스킴(130)은 단일 제어 유닛(38)에 기반한 제어기(36)를 참조하여 설명된다. 제어기(36)의 구성은 바이폴라 컨버터 스킴(30)의 특정 요구에 따라 변할 수도 있다. 예를 들어, 제어기(36)는 복수의 컨버터(32, 34)를 제어하기 위한 글로벌 제어 유닛, 적어도 하나의 컨버터(32, 34)를 제어하기 위한 적어도 하나의 로컬 제어 유닛 또는 이들의 조합을 포함할 수도 있다. 글로벌 제어 유닛은 각각의 컨버터(32, 34)로부터 멀리 떨어져서 위치될 수도 있고, 통신 링크를 통해 각각의 컨버터(32, 34)와 통신하도록 구성될 수도 있다. 상기 또는 각각의 로컬 제어 유닛은 적어도 하나의 컨버터(32, 34)의 부근에 위치될 수도 있다. 글로벌 제어 유닛은 통신 링크를 통해 적어도 하나의 로컬 제어 유닛과 통신하도록 구성될 수도 있다.
도 4b는 바이폴라 컨버터 스킴(130)의 제1, 제2, 제3 및 제4 DC 극(P1, P2, P3, P4)과 컨버터(32, 34)의 연관을 예시한다. 제1 DC 극(P1)은 복수의 제1 컨버터(32)의 제1 병렬-연결된 쌍 중 하나 및 복수의 제2 컨버터(34)의 제1 병렬-연결된 쌍 중 하나와 연관된다. 제2 DC 극(P2)은 복수의 제1 컨버터(32)의 제2 병렬-연결된 쌍 중 하나 및 복수의 제2 컨버터(34)의 제2 병렬-연결된 쌍 중 하나와 연관된다. 제3 DC 극(P3)은 복수의 제1 컨버터(32)의 제1 병렬-연결된 쌍 중 다른 하나 및 복수의 제2 컨버터(34)의 제1 병렬-연결된 쌍 중 다른 하나와 연관된다. 제4 DC 극(P4)은 복수의 제1 컨버터(32)의 제2 병렬-연결된 쌍 중 다른 하나 및 복수의 제2 컨버터(34)의 제2 병렬-연결된 쌍 중 다른 하나와 연관된다.
제1 및 제3 DC 극(P1, P3)은 제1 및 제2 단부 사이에 연장되는 제1 DC 전력 송신 라인(40)을 포함한다. 제2 및 제4 DC 극(P2, P4)는 제1 및 제2 단부 사이에 연장되는 제2 DC 전력 송신 라인(42)을 포함한다.
각각의 컨버터(32, 34)는 제1 DC 단자(44) 및 제2 DC 단자(46)를 포함한다. 게다가, 도 4에 도시된 각각의 컨버터(32, 34)는 복수의 AC 단자(48)를 포함하며, 이들 각각은 사용시 각각의 다중-위상 AC 네트워크(50)의 각각의 위상에 연결된다. 특히, 도 4에 도시된 각각의 컨버터(32, 34)는 복수의 컨버터 림(52)을 포함하는 AC/DC 전압원 컨버터(32, 34)를 규정하며, 컨버터 림들 각각은 도 2에 도시된 바와 같이 배열된다. 다른 실시예에서, 각각의 전압원 컨버터(32, 34)가 라인 정류 컨버터에 의해 대체될 수도 있는 것이 예상된다.
각각의 컨버터 림(52)은 제1 및 제2 DC 단자(44, 46) 사이에 연장되고, 제1 DC 단자(44) 및 AC 단자(48) 사이에 연장되는 제1 림 부분(54) 및 제2 DC 단자(46) 및 AC 단자(48) 사이에 연장되는 제2 림 부분(56)을 포함한다.
각각의 림 부분(56, 58)은 체인-링크 컨버터를 규정하기 위해 복수의 직렬-연결된 모듈(58)을 포함한다. 도시된 특정 실시예에서, 각각의 모듈(58)은 0 또는 양의 전압을 제공할 수 있고 2개의 방향에서 전류를 전도할 수 있는 2-사분면 단극 모듈(58)을 규정하기 위해 하프-브리지 배열에서 커패시터와 병렬로 연결된 스위칭 구성요소의 쌍을 포함한다.
각각의 스위칭 구성요소는 다이오드 형태의 역-병렬 수동 전류 확인 구성요소와 병렬로 연결된 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)를 구성한다.
본 발명의 다른 실시예에서, IGBT는 하나 이상의 다른 반도체 스위치에 의해 대체될 수도 있고, 다이오드는 전류 흐름을 하나의 방향으로만 제한하는 수동 전류 확인 구성요소의 다른 유형에 의해 대체될 수도 있고/있거나, 각각의 커패시터는 전압을 제공하기 위해 에너지를 저장하고 방출할 수 있는 에너지 저장 디바이스의 다른 유형, 예를 들어, 연료 전지 또는 배터리에 의해 대체될 수도 있는 것이 예상된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 림 부분(56, 58)에서 복수의 직렬-연결된 모듈이 하나 이상의 스위칭 구성요소에 의해 대체될 수도 있는 것이 더 예상된다.
각각의 컨버터(32, 34)의 토폴로지가 단지 본 발명의 작동을 예시하는 것을 돕기 위해 선택되고, 각각의 컨버터(32, 34)가 상이한 토폴로지를 갖는 다른 컨버터에 의해 대체될 수도 있음이 이해될 것이다.
제1 DC 전력 송신 라인(40)의 제1 단부는 복수의 제1 컨버터(32)의 제1 병렬-연결된 쌍의 제1 DC 단자(44)에 작동 가능하게 연결되고, 제1 DC 전력 송신 라인(40)의 제2 단부는 복수의 제2 컨버터(34)의 제1 병렬-연결된 쌍의 제1 DC 단자(44)에 작동 가능하게 연결된다. 제2 DC 전력 송신 라인(42)의 제1 단부는 복수의 제1 컨버터(32)의 제2 병렬-연결된 쌍의 제1 DC 단자(44)에 작동 가능하게 연결되고, 제2 DC 전력 송신 라인(42)의 제2 단부는 복수의 제2 컨버터(34)의 제2 병렬-연결된 쌍의 제1 DC 단자(44)에 작동 가능하게 연결된다.
복수의 제1 컨버터(32)의 제2 DC 단자(46)는 고임피던스 전류 귀환 경로(60)를 통해 복수의 제2 컨버터(34)의 제2 DC 단자(46)에 작동 가능하게 연결된다. 전류 귀환 경로(60)는 전극 라인 또는 금속 귀로일 수도 있고, 하나의 전도체 또는 다수의 전도체를 포함할 수도 있다. 전류 귀환 경로(60)가 저임피던스 전류 귀환 경로일 수도 있음이 이해될 것이다.
제어기(36)는 각각의 모듈을 전압원을 선택적으로 제공하도록 작동시키기 위해서 각각의 컨버터(32, 34)의 모듈(58)의 스위칭 구성요소의 스위칭을 제어하도록 프로그래밍된다. 또한, 제어기(36)는 블록된 상태 및 디블록된 상태 사이에서 변화하도록 각각의 컨버터(32, 34)를 구성하기 위해 모듈(58)의 스위칭 구성요소의 스위칭을 선택적으로 제어하도록 프로그래밍된다.
바이폴라 컨버터 스킴(130)의 예시적인 작동이 도 5 및 도 6을 참조하여 다음과 같이 설명된다.
먼저, 제어기(36)는 바이폴라 컨버터 스킴(130)을 4500MW의 총 전력 레벨에서 작동시키기 위해 제1, 제2 및 제3 DC 극(P1, P2, P3)과 연관된 컨버터의 모듈(58)의 스위칭 구성요소의 스위칭을 제어한다. 특히, 제1, 제2 및 제3 DC 극(P1, P2, P3)과 연관된 각각의 제1 및 제2 컨버터(32, 34)는 디블록된 상태에 있고, 이것의 작동 전력은 1500MW의 전력 레벨로 설정되는 반면, 제4 극(P4)과 연관된 각각의 제1 및 제2 컨버터(32)는 블록된 상태에 있다. 바이폴라 컨버터 스킴(130)은 제1 DC 전력 송신 라인(40)을 따라 3000MW의 전력을 송신하고, 제2 DC 전력 송신 라인(42)을 따라 1500MW의 전력을 송신한다.
바이폴라 컨버터 스킴(130)이 그 후에 블록된 상태로부터 디블록된 상태로 컨버터를 재구성하기 위해 요구될 때, 제어기는 다음과 같이 2-단계 컨버터 스킴 재구성을 수행한다.
컨버터 스킴 재구성의 제1 단계는 제4 DC 극(P4)이 150MW의 전력 레벨에 있도록, 블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)를 디블록하는 것 및 동시에 새로 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 증가시키는 것을 초기에 포함한다. 한편, 바이폴라 컨버터 스킴(130)의 작동 전력은 4500MW의 총 전력 레벨에서 유지되며, 이는 원래 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력 및 제1, 제2 및 제3 DC 극(P1, P2, P3)의 전력 레벨이 1450MW까지 떨어짐을 의미한다.
그 후에, 제1 단계는 원래 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 이것의 현재 전력 레벨로부터 1125MW의 중간 전력 레벨로 감소시키는 것, 및 새로 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32)의 작동 전력을 이것의 현재 전력 레벨로부터 중간 전력 레벨로 작동 파라미터 위반의 위험을 최소화할 수 있는 가장 빠른 램프 속도로 증가시키는 것을 포함한다. 이런 방식으로, 바이폴라 컨버터 스킴(130)의 총 전력 레벨은 중간 전력 레벨에서 디블록된 컨버터(32, 34) 사이에 균등하게 재분배된다.
제1 컨버터(32)의 작동 전력을 중간 전력 레벨로 수정할 때, 제어기(36)는 바이폴라 컨버터 스킴(130)의 작동 전력을 4500MW의 총 전력 레벨에서 유지하는 동안 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)가 중간 전력 레벨에 동시에 도달하도록 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도를 조정한다. 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도의 이러한 조정은 바람직하게는 허용되는 전력 램프 속도, 중간 전력 레벨 및 원래 디블록된 컨버터의 수에 따라 수행된다. 허용되는 전력 램프 속도는 시스템 전력 램프 속도 능력 및 탭 절환기와 같은 연관된 장비의 작동에 의해 제한될 수도 있다.
바이폴라 컨버터 스킴(130)의 총 전력 레벨이 6000MW까지 증가되도록 중간 전력 레벨로부터 1500MW의 전력 레벨로 각각의 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 증가시키기 이전에, 6000MW의 목표 총 전력 레벨 및 컨버터 전력 능력에 기초하여 각각의 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)에 대한 전력 정도를 계산하는 것을 포함하는 컨버터 스킴 재구성의 제2 단계가 이어진다. 이는 각각의 DC 극이 1500MW의 전력 레벨을 가지는 것을 초래한다.
각각의 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 1500MW의 전력 레벨로 증가시킬 때, 제어기(36)는 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)가 1500MW의 전력 레벨에 동시에 도달하도록 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도를 조정한다. 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도의 이러한 조정은 바람직하게는 허용되는 전력 램프 속도, 컨버터의 수 및 컨버터 전력 능력에 따라 수행된다.
바이폴라 컨버터 스킴(130)이 그 후에 디블록된 상태로부터 블록된 상태로 컨버터를 재구성하기 위해 요구될 때, 제어기는 다음과 같이 2-단계 컨버터 스킴 재구성을 수행한다.
컨버터 스킴 재구성의 제1 단계는 바이폴라 컨버터 스킴(130)의 총 전력 레벨이 4500MW까지 감소되도록, 각각의 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 이것의 현재 전력 레벨로부터 1125MW의 중간 전력 레벨로 감소시키는 것을 초기에 포함한다.
제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 중간 전력 레벨로 감소시킬 때, 제어기(36)는 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)가 중간 전력 레벨에 동시에 도달하도록, 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도를 조정한다. 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도의 이러한 조정은 바람직하게는 허용되는 전력 램프 속도, 컨버터의 수 및 중간 전력 레벨에 따라 수행된다.
중간 전력 레벨로부터 1450MW의 전력 레벨로 제1, 제2 및 제3 DC 극(P1, P2, P3)과 연관된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 증가시키는 것 및 중간 전력 레벨로부터 150MW의 전력 레벨로 제4 DC 극(P4)과 연관된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 감소시키는 것을 포함하는 컨버터 스킴 재구성의 제2 단계가 이어진다.
제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 중간 전력 레벨로부터 수정할 때, 제어기(36)는 바이폴라 컨버터 스킴(130)의 작동 전력을 4500MW의 총 전력 레벨에서 유지하는 동안 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)가 각각의 목표 전력 레벨에 동시에 도달하도록, 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도를 조정한다. 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도의 이러한 조정은 바람직하게는 허용되는 전력 램프 속도 및 디블록된 컨버터의 수에 따라 수행된다.
그 후에, 제2 단계는 제4 DC 극(P4)과 연관된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)를 블록하는 것을 포함한다. 제어기(36)가 바이폴라 컨버터 스킴(130)의 작동 전력을 4500MW의 총 전력 레벨에서 유지하므로, 4500MW의 총 전력 레벨이 제1, 제2 및 제3 DC 극(P1, P2, P3)과 연관된 나머지 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)에 재분배된다.
위의 바이폴라 컨버터 스킴(130)의 시퀀스는 단일 트리거를 통해, 예를 들어, 단일 시작 버튼을 누르는 것에 의해 그의 수행을 허용하도록 자동화될 수 있다. 이는 오퍼레이터 간섭의 필요를 유리하게 삭제하므로, 오작동의 위험을 감소시키고, 따라서 바이폴라 컨버터 스킴(130)의 효율성 및 신뢰성을 개선시킨다.
위의 바이폴라 컨버터 스킴(130)의 시퀀스는 연관된 AC 네트워크(50)에 대한 임의의 악영향을 최소화하고 바이폴라 컨버터 스킴(130)에서 매끄러운 전력 조절을 가능하게 하는 방식으로 다수의 컨버터의 매끄러운 시동 및 정지를 가능하게 하기 위해서 컨버터의 블록 및 디블록의 스태거링을 허용한다.
바이폴라 컨버터 스킴(130)의 총 전력 레벨이 변화할 때 상기 또는 각각의 디블록된 컨버터(32, 34) 사이의 총 전력 레벨의 재분배는 각각의 DC 극의 작동 파라미터를 위반하는 위험을 최소화하거나 제거할 뿐만 아니라, 광범위한 요구를 만족하도록 컨버터(32, 34)의 활용 및 작동을 최적화하기 위해서 컨버터(32, 34) 사이의 전력 분배의 최적화를 가능하게 한다. 이러한 요구는 컨버터 손실, 컨버터 유용성, 컨버터 수명 연장, 감소된 컨버터 유지비 및 탭 절환기, 개폐기 및 필터 스위치와 같은 연관된 장비의 작동의 최소화를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도의 조정은 바람직하게는 디블록된 제1 및 제2 컨버터(32, 34)의 작동 전력이 램프되는 기간을 최소화하도록 수행된다. 이는 작동 파라미터의 불균형 및 위반의 위험을 발생시키는, 하나의 DC 극이 일시적으로 다른 DC 극보다 더 높은 전력 레벨에 있는 위험을 최소화한다.
위의 실시예를 설명하기 위해 사용된 각각의 수치는 단지 본 발명의 작동 방식을 예시하는 것을 돕기 위해 선택되고, 다른 적절한 수치로 대체될 수도 있음이 이해될 것이다. 또한, 컨버터 스킴의 토폴로지가 단지 본 발명의 작동 방식을 예시하는 것을 돕기 위해 선택되고, 다른 적절한 토폴로지로 대체될 수도 있음이 이해될 것이다.

Claims (11)

  1. 복수의 컨버터(32, 34)를 포함하는 컨버터 시스템(30)으로서,
    상기 복수의 컨버터는,
    병렬-연결된 컨버터(32, 34)의 적어도 하나의 세트;
    복수의 컨버터를 포함하는 바이폴라 컨버터 배열; 및
    복수의 컨버터를 포함하는 다중-단자 컨버터 배열
    중 적어도 하나를 포함하고,
    각각의 컨버터(32, 34)는 복수의 직렬-연결된 모듈(58)을 포함하고, 각각의 모듈은, 전압원을 선택적으로 제공하기 위해 각각의 모듈을 작동시키도록 그리고 블록된(blocked) 상태 및 디블록된(deblocked) 상태 사이에서 변화시키기 위해 각각의 컨버터를 구성하도록 제어 가능한 스위칭 구성요소를 포함하며,
    각각의 컨버터(32, 34)는 구성 가능한 출력 전력 레벨을 가지고,
    상기 컨버터 시스템(30)은, 디블록된 상태로 구성된 하나 이상의 컨버터(32, 34) 사이에 분배되는 총 전력 레벨에서 상기 컨버터 시스템(30)을 작동시키도록 프로그래밍되는 제어기(36)를 더 포함하고,
    상기 제어기(36)는, 제1 전력 레벨로부터 중간 전력 레벨로 디블록된 상태에서 적어도 하나의 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 감소시키는 제1 단계를 수행함으로써 제1 총 전력 레벨로부터 제2 총 전력 레벨로 상기 컨버터 시스템을 재구성하고 - 적어도 하나의 컨버터는 블록된 상태임 - , 그 다음 상기 중간 전력 레벨로부터 제2 전력 레벨로 상기 적어도 하나의 디블록된 컨버터(32, 34)의 상기 작동 전력을 증가시키는 제2 단계를 수행하도록 프로그래밍되며,
    상기 제어기(36)는 또한,
    (ⅰ) 상기 제1 총 전력 레벨이 상기 제2 총 전력 레벨보다 낮을 때, 상기 제1 단계는, 블록된 상태로부터 디블록된 상태로 적어도 하나의 추가 컨버터(32, 34)를 재구성하고, 그 다음 상기 총 전력 레벨이 상기 중간 전력 레벨에서 상기 디블록된 컨버터(32, 34) 사이에 재분배되도록, 상기 중간 전력 레벨로 상기 적어도 하나의 추가 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 증가시키기 위한, 제1 모드를 포함하거나; 또는
    (ⅱ) 상기 제1 총 전력 레벨이 상기 제2 총 전력 레벨보다 높을 때, 상기 제2 단계는, 상기 중간 전력 레벨로부터 적어도 하나의 선택된 상기 디블록된 컨버터(32, 34)의 상기 작동 전력을 감소시키고 - 적어도 하나의 디블록된 컨버터는 선택되지 않음 - , 그 다음 상기 총 전력 레벨이 상기 제2 전력 레벨에서 상기 적어도 하나의 나머지 디블록된 컨버터(32, 34) 사이에 재분배되도록, 디블록된 상태로부터 블록된 상태로 상기 적어도 하나의 선택된 컨버터(32, 34)를 재구성하기 위한, 제2 모드를 포함하도록
    프로그래밍되는 것인, 컨버터 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기(36)는,
    상기 제1 단계 동안 블록된 상태로부터 디블록된 상태로 상기 적어도 하나의 추가 컨버터(32, 34)를 재구성한 이후에, 0이 아닌 전력 레벨로 상기 적어도 하나의 추가 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 즉시 증가시키도록 프로그래밍되는 것인, 컨버터 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어기(36)는,
    상기 제1 모드 동안 제1 총 전력 레벨에서 상기 컨버터 시스템(30)을 작동시키도록 프로그래밍되는 것인, 컨버터 시스템.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어기(36)는,
    상기 제2 단계 동안 디블록된 상태로부터 블록된 상태로 상기 적어도 하나의 선택된 컨버터(32, 34)를 재구성하기 이전에, 상기 중간 전력 레벨로부터 0이 아닌 전력 레벨로 상기 적어도 하나의 선택된 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 즉시 감소시키도록 프로그래밍되는 것인, 컨버터 시스템.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어기(36)는,
    상기 제2 모드 동안 제2 총 전력 레벨에서 상기 컨버터 시스템(30)을 작동시키도록 프로그래밍되는 것인, 컨버터 시스템.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어기(36)는,
    다수의 컨버터(32, 34) 사이의 전력 레벨의 임의의 불균형을 제거하거나 최소화하기 위해서, 디블록된 상태로 구성된 다수의 컨버터(32, 34) 사이의 상기 컨버터 시스템(30)의 총 전력 레벨의 분배를 제어하도록 프로그래밍되는 것인, 컨버터 시스템.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어기(36)는,
    다수의 디블록된 컨버터(32, 34)가 상기 중간 전력 레벨에 동시에 도달하도록, 상기 제1 단계 동안 디블록된 상태로 구성된 다수의 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도(ramp rate)를 조정하도록 프로그래밍되는 것인, 컨버터 시스템.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어기(36)는,
    다수의 디블록된 컨버터(32, 34)가 상기 제2 전력 레벨에 동시에 도달하도록, 상기 제2 단계 동안 디블록된 상태로 구성된 다수의 컨버터(32, 34)의 각각의 전력 램프 속도를 조정하도록 프로그래밍되는 것인, 컨버터 시스템.
  9. 컨버터 시스템(30)을 작동시키는 방법으로서,
    상기 컨버터 시스템(30)은 복수의 컨버터(32, 34)를 포함하고,
    상기 복수의 컨버터는,
    병렬-연결된 컨버터(32, 34)의 적어도 하나의 세트;
    복수의 컨버터를 포함하는 바이폴라 컨버터 배열; 및
    복수의 컨버터를 포함하는 다중-단자 컨버터 배열
    중 적어도 하나를 포함하고,
    각각의 컨버터(32, 34)는 복수의 직렬-연결된 모듈(58)을 포함하고, 각각의 모듈은, 전압원을 선택적으로 제공하기 위해 각각의 모듈을 작동시키도록 그리고 블록된 상태 및 디블록된 상태 사이에서 변화시키기 위해 각각의 컨버터를 구성하도록 제어 가능한 스위칭 구성요소를 포함하고,
    각각의 컨버터(32, 34)는 구성 가능한 출력 전력 레벨을 가지고,
    상기 방법은,
    디블록된 상태로 구성된 하나 이상의 컨버터(32, 34) 사이에 분배되는 총 전력 레벨에서 상기 컨버터 시스템(30)을 작동시키는 단계; 및
    제1 전력 레벨로부터 중간 전력 레벨로 디블록된 상태의 적어도 하나의 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 감소시키는 제1 단계를 수행함으로써 제1 총 전력 레벨로부터 제2 총 전력 레벨로 상기 컨버터 시스템을 재구성하고 - 적어도 하나의 컨버터는 블록된 상태임 - , 그 다음 상기 중간 전력 레벨로부터 제2 전력 레벨로 상기 적어도 하나의 디블록된 컨버터(32, 34)의 상기 작동 전력을 증가시키는 제2 단계를 수행하는 단계
    를 포함하고,
    (ⅰ) 상기 제1 총 전력 레벨이 상기 제2 총 전력 레벨보다 낮을 때, 상기 제1 단계는, 블록된 상태로부터 디블록된 상태로 적어도 하나의 추가 컨버터(32, 34)를 재구성하고, 그 다음 상기 총 전력 레벨이 상기 중간 전력 레벨에서 상기 디블록된 컨버터(32, 34) 사이에 재분배되도록, 상기 중간 전력 레벨로 상기 적어도 하나의 추가 컨버터(32, 34)의 작동 전력을 증가시키기 위한, 제1 모드를 포함하거나; 또는
    (ⅱ) 상기 제1 총 전력 레벨이 상기 제2 총 전력 레벨보다 높을 때, 상기 제2 단계는, 상기 중간 전력 레벨로부터 적어도 하나의 선택된 상기 디블록된 컨버터(32, 34)의 상기 작동 전력을 감소시키고 - 적어도 하나의 디블록된 컨버터는 선택되지 않음 - , 그 다음 상기 총 전력 레벨이 상기 제2 전력 레벨에서 상기 적어도 하나의 나머지 디블록된 컨버터(32, 34) 사이에 재분배되도록, 디블록된 상태로부터 블록된 상태로 상기 또는 각각의 선택된 컨버터(32, 34)를 재구성하기 위한, 제2 모드를 포함하는 것인,
    컨버터 시스템을 작동시키는 방법.
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