KR20090099388A - Converter having a sub converter - Google Patents

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Abstract

A converter device using an auxiliary converter is provided to reduce capacity of a smoothing reactor by reducing a ripple voltage. A converter device includes a main converter(110) and an auxiliary converter(120). The main converter is serially connected to the auxiliary converter. The main converter has a pair of internal converters(111,112). The voltage transformed with a transformation ratio of 1:pN and 1:pݻ3N is inputted to the pair of internal converters of the main converter. The auxiliary converter has the pair of internal converters(121,122). The voltage transformed with a transformation ratio of 1:sN and 1:sݻ3N is inputted to the pair of converters of the auxiliary converter.

Description

보조 컨버터를 이용한 컨버터 장치{CONVERTER HAVING A SUB CONVERTER}Converter device using auxiliary converter {CONVERTER HAVING A SUB CONVERTER}

본 발명은 컨버터 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 12펄스 브리지 컨버터 두 개를 직렬로 연결하고, 상기 컨버터들의 점호각과 상기 각각의 컨버터들로 입력되는 전압의 변압비를 조절함으로써, 입력역률을 상승시키고 리플전압을 감소시키는 한편, 출력전압의 분해능을 향상시킨 보조 컨버터를 이용한 컨버터 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a converter device, and more particularly, by connecting two 12-pulse bridge converter in series, and adjusting the firing angle of the converters and the voltage ratio of the voltage input to the respective converters, The present invention relates to a converter device using an auxiliary converter which increases the resolution and reduces the ripple voltage, while improving the resolution of the output voltage.

초고압 직류송전(HVDC:High Voltage Direct Current)이란 송전단에서 AC/DC컨버터를 이용하여 교류전력을 직류전력으로 변환시켜 전력을 전송하고, 수전단에서 다시 DC/AC인버터를 이용하여 직류전력을 교류전력으로 변환하여 교류전력을 부하에 공급하는 방식이다. 이러한 HVDC 송전방식은 교류 전송방식이 가질 수 없는 여러 가지 장점 때문에 최근 많은 주목을 받고 있다.High Voltage Direct Current (HVDC) is used to convert AC power into DC power using AC / DC converters at the power transmission stage, and transfers the power. It converts into power and supplies AC power to the load. The HVDC transmission method has attracted much attention recently because of various advantages that the AC transmission method cannot have.

특히, 상기 HVDC 송전방식은 직류 송전시 선로의 정상상태 전압강하는 선로의 리액턴스나 커패시터의 영향이 없이 선로의 저항에만 영향을 받기 때문에 교류 송전에 비하여 장거리 송전이 가능하고 변환기의 제어에 의해 주파수 및 위상제어가 가능하여 주파수가 다른 계통을 연계하더라도 주파수를 동기화시킬 필요가 없다.In particular, in the HVDC transmission method, since the steady state voltage drop of the line is directly affected by the resistance of the line without the reactance of the line or the capacitor, it is possible to transmit a long distance as compared to the AC power transmission. Phase control is possible so that the frequency does not need to be synchronized even when linking systems with different frequencies.

이러한 장점 때문에 유럽이나 미국, 캐나다 등에서는 국가간의 전력계통을 HVDC로 연계하여 전력을 수,출입하고 있으며 지역간의 생산과 소비의 시간대가 다른 점을 이용하여 경제적인 부하관리를 하고 있으며, 우리나라에서도 제주-해남 사이에 설치 연계되어 높은 경제성을 보이고 있다.Because of these advantages, in Europe, the United States, Canada, etc., power is received and imported by connecting the power system between countries by HVDC, and economic load management is made by using different time zones between production and consumption. -It shows high economical efficiency through installation connection between Haenam.

그러나 상기 HVDC용 AC/DC 컨버터는 본질적으로 무효전력을 발생한다. However, the AC / DC converter for HVDC essentially generates reactive power.

한편, 상기 무효전력의 발생원인은 크게 고조파 전류에 의한 무효전력과 기본파 전류의 위상차에 의한 무효전력으로 구분될 수 있다.On the other hand, the generation of the reactive power can be largely divided into reactive power by the harmonic current and reactive power by the phase difference of the fundamental wave current.

또한, 상기 고조파 전류에 의한 무효전력을 감소시키는 방법은 펄스 수를 증가시켜 컨버터 자체에서 발생하는 무효전력을 저감하는 방법과 고조파 필터에 의해 필터링하는 방법으로 구분되며, 현재 12펄스 방식의 컨버터가 많이 사용되고 있다.In addition, the method of reducing the reactive power by the harmonic current is classified into a method of reducing the reactive power generated by the converter itself by increasing the number of pulses and filtering by a harmonic filter. It is used.

또한, 상기 기본파 전류의 위상차에 의한 무효전력은 컨버터의 출력전압을 제어하기 위한 점호각에 의해 발생하고, 상기 점호각이 적을수록 역률은 개선된다.In addition, the reactive power caused by the phase difference of the fundamental wave current is generated by a firing angle for controlling the output voltage of the converter, and the smaller the firing angle, the better the power factor.

따라서, 상기 출력전압을 제어하기 위해 상기 점호각의 최대치 및 최소치는 제한되고, 또한, 상기 최소치는 수전단 전압의 비정현성에 의한 점호실패를 고려하여 설정된다.Therefore, in order to control the output voltage, the maximum and minimum values of the firing angle are limited, and the minimum value is set in consideration of the firing failure due to the non-sinusibility of the power receiving voltage.

따라서, HVDC용 AC/DC 컨버터의 출력전압을 제어하면서 역률을 개선시켜 무효전력의 발생을 적게 할 수 있는 연구가 있어 왔던 것이다.Therefore, there has been a study that can reduce the generation of reactive power by improving the power factor while controlling the output voltage of the AC / DC converter for HVDC.

도 1은 종래의 HVDC용 컨버터 장치를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a conventional converter device for HVDC.

도 1을 참조하면 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)는 사이리스터(11a)를 구비하는 두 개의 6펄스 컨버터들(11,11')을 직렬로 연결하고, 입력단을 각각 와이결선 변압기(12)와 델타결선 변압기(12')을 사용하여 30도의 위상차를 갖게하여, 최종출력이 12펄스가 되도록 하는 컨버터 장치로 이루어진다.Referring to FIG. 1, a conventional HVDC converter device 10 connects two six-pulse converters 11 and 11 ′ having a thyristor 11 a in series, and connects an input terminal with a wire connection transformer 12. A delta connection transformer 12 'is used to provide a phase difference of 30 degrees so that the final output is 12 pulses.

또한, 상기 컨버터들(11,11')과 직렬로 평활 리액터(13)가 연결되어 직류 선로의 전류 고조파를 줄이고 경부하시에 정류의 비연속성을 방지한다.In addition, the smooth reactor 13 is connected in series with the converters 11 and 11 'to reduce current harmonics of the DC line and prevent discontinuity of rectification at light loads.

또한, 상기 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)는 DC컨버터가 본질적으로 흡수하는 무효전력을 보충해 주기 위한 커패시티 뱅크(14)와 전류 단속에 의해 발생하는 고조파를 방지하기 위한 고조파 필터(15)가 설치되어 있다.In addition, the conventional converter device for HVDC 10 includes a capacity bank 14 for supplementing reactive power essentially absorbed by a DC converter, and a harmonic filter 15 for preventing harmonics generated by current interruption. Is installed.

또한, 상기 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)의 각 상전압은 아래의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.In addition, each phase voltage of the conventional HVDC converter device 10 may be expressed by Equation 1 below.

Figure 112008019326340-PAT00001
Figure 112008019326340-PAT00001

Figure 112008019326340-PAT00002
Figure 112008019326340-PAT00002

Figure 112008019326340-PAT00003
Figure 112008019326340-PAT00003

상기

Figure 112008019326340-PAT00004
은 상전압 피크치를 말한다.remind
Figure 112008019326340-PAT00004
Refers to the phase voltage peak value.

또한, 상기 수학식 1로부터 출력전압은 아래의 수학식 2와 같다.In addition, the output voltage from Equation 1 is as shown in Equation 2 below.

Figure 112008019326340-PAT00005
Figure 112008019326340-PAT00005

또한, 전류에 대한 영향을 무시하면, 점호각(α)에서 출력전압의 평균치는 아래의 수학식 3과 같다.In addition, ignoring the influence on the current, the average value of the output voltage at the firing angle α is as shown in Equation 3 below.

Figure 112008019326340-PAT00006
Figure 112008019326340-PAT00006

또한, 상기 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)의 점호각(α)은 송전단측의 제어요소로 사용되며, HVDC 시스템의 수전단 측과 송전단 측은 서로 상반된 제어기로 구성하여야한다.In addition, the firing angle [alpha] of the conventional HVDC converter device 10 is used as a control element on the power transmission end side, and the power reception end side and the power transmission end side of the HVDC system should be composed of mutually opposite controllers.

즉, 수전단 측이 전압 제어기를 사용하는 경우 송전단 측(컨버터 측)은 전류 제어기로 구성하여야하고, 수전단 측(인버터 측)이 전류 제어기를 사용하는 경우 송전단 측은 전압 제어기를 사용하여야한다.In other words, when the receiver side uses the voltage controller, the transmitter side (converter side) must be configured as a current controller, and when the receiver side (inverter side) uses the current controller, the power transmitter side must use the voltage controller. .

또한, 상기 전류 제어 및 전압 제어의 최종 제어요소는 점호각(α)이 되며, 상기 점호각(α)에 의해 송전단 측 입력 역률이 변하게 된다.In addition, the final control element of the current control and voltage control is the firing angle (α), the input power factor of the power transmission end side is changed by the firing angle (α).

또한, 평활 리엑터(13)에 의해 직류선로에 전류(

Figure 112008019326340-PAT00007
)가 일정하다고 하면, 상기 점호각(α)에 의한 송전단 측 선간 전류 기본파 성분의 실효치는 아래의 수학식 4와 같다.In addition, a smooth reactor 13 causes current to flow into the DC line.
Figure 112008019326340-PAT00007
) Is constant, the effective value of the current fundamental wave component of the line side of the power transmission end by the firing angle α is as shown in Equation 4 below.

Figure 112008019326340-PAT00008
Figure 112008019326340-PAT00008

또한, 컨버터의 변환 손실을 무시하면, 입출력 전력관계식은 아래의 수학식 5와 같다.In addition, ignoring the conversion loss of the converter, the input-output power relation equation is as shown in Equation 5 below.

Figure 112008019326340-PAT00009
Figure 112008019326340-PAT00009

최종적으로 상기 수학식 2 내지 수학식 5로부터 역률과 점호각 사이의 관계식은 아래의 수학식 6과 같이 표현할 수 있다.Finally, the relation between the power factor and the firing angle can be expressed by Equation 6 below.

Figure 112008019326340-PAT00010
Figure 112008019326340-PAT00010

즉, 점호각은 송전단의 역률과 동일함을 알 수 있다.That is, it can be seen that the firing angle is the same as the power factor of the power transmission stage.

한편, 도 2는 종래의 HVDC용 컨버터 장치의 점호각에 따른 전압, 전류의 역률을 보여주는 도면이다.On the other hand, Figure 2 is a view showing the power factor of the voltage, current according to the firing angle of the conventional converter device for HVDC.

도 2의 그래프 (a)는 점호각(α)이 0도인 경우의 송전단의 상전압(ea ), 상전류(ia) 및 상전류의 기본파 성분(iat)을 보여주는 그래프이고, 도 2의 b는 그래프 a의 페이져도를 보여주는 그림이다. 여기서, 역율은 1이 됨을 알 수 있다.The graph (a) of FIG. 2 shows the phase voltage e a of the power transmission stage when the firing angle α is 0 degrees. ), A phase current (i a ) and a fundamental wave component (i at ) of the phase current, and b of FIG. 2 is a diagram showing a phaser diagram of graph a. Here, it can be seen that the power factor is 1.

또한, 도 2의 그래프 c는 점호각(α)이 30도인 경우의 송전단의 상전압(ea ), 상전류(ia) 및 상전류의 기본파 성분(iat)을 보여주는 그래프이고, 도 2의 d는 그래프 c의 페이져도를 보여주는 그림이다. 여기서 상전류의 기본파 성분은 상전압과 위상차가 30도로 점호각(α)과 동일함을 알 수 있다. In addition, the graph c of FIG. 2 shows the phase voltage e a of the power transmission stage when the firing angle α is 30 degrees. ), A phase current (i a ) and a fundamental wave component (i at ) of the phase current, and d in FIG. 2 is a diagram showing the phaser diagram of the graph c. Here, it can be seen that the fundamental wave component of the phase current is 30 degrees and the phase difference is equal to the firing angle α.

즉, 점호각이 송전단의 역률이 되므로 점호각을 크게 할 경우 역률저하를 조래하는 단점이 있었던 것이다.In other words, since the firing angle becomes the power factor of the power transmission stage, when the firing angle is increased, the power factor decreases.

본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 최소 점호각의 제한을 적게 하면서도 점호실패에 강인한 컨버터 장치를 제공하는 데 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a converter device that is resistant to firing failure while reducing the minimum firing angle.

또한, 본 발명의 목적은 동일 출력전압 조건하에서 입력 역률이 우수하여 무효전력의 발생을 적게 할 수 있는 컨버터 장치를 제공하는 데 있다.In addition, it is an object of the present invention to provide a converter device capable of reducing the generation of reactive power by having an excellent input power factor under the same output voltage conditions.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에따른 컨버터 장치는 각각의 입력단이 와이결선 및 델타결선으로 결선된 한 쌍의 내부 컨버터가 직렬로 연결되고, 상기 한 쌍의 내부 컨버터에는 각각 1:pN 및 1:p√3N의 변압비로 변압된 전압이 입력되는 주 컨버터 및 각각의 입력단이 와이결선 및 델타결선으로 결선된 다른 한 쌍의 내부 컨버터가 직렬로 연결되고, 상기 한 쌍의 내부 컨버터에는 각각 1:sN 및 1:s√3N의 변압비로 변압된 전압이 입력되는 보조 컨버터를 포함하며, 상기 주 컨버터와 보조 컨버터는 직렬로 연결된다.In order to achieve the above object, a converter device according to an embodiment of the present invention has a pair of internal converters in which each input terminal is connected by a wire connection and a delta connection is connected in series, and each of the pair of internal converters is 1; The pair of internal converters are connected in series with a main converter into which a voltage transformed with a voltage ratio of: pN and 1: p√3N is input, and another pair of internal converters each connected by a wire connection and a delta connection. Includes a sub-converter to which a voltage transformed at a transform ratio of 1: sN and 1: s√3N, respectively, is input, and the main converter and the sub-converter are connected in series.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 컨버터 장치의 출력전압은 기준전압과 상기 기준전압의 전송을 위한 제어전압의 합으로 이루어지고, 상기 주 컨버터의 점호각은 고정하여 상기 정상 기준전압을 출력하고, 상기 보조컨버터의 점호각은 가변하여 상기 제어전압을 출력한다.In a preferred embodiment, the output voltage of the converter device is a sum of a reference voltage and a control voltage for the transmission of the reference voltage, the firing angle of the main converter is fixed to output the normal reference voltage, the auxiliary The firing angle of the converter is variable to output the control voltage.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 주 컨버터 및 보조 컨버터는 각각 12펄스 브리지 컨버터로 이루어진다.In a preferred embodiment, the main converter and the auxiliary converter each consist of a 12 pulse bridge converter.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 주 컨버터 및 보조 컨버터의 내부 컨버터들은 각각 직렬로 연결된 두 개의 사이리스터 세 쌍이 병렬로 연결된 사이리스터 브리지로 이루어진다.In a preferred embodiment, the internal converters of the main and auxiliary converters each consist of a thyristor bridge in which three pairs of two thyristors are connected in series.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 내부 컨버터들의 입력단은 3상 변압기와 연결되되, 상기 3상 변압기는 네 개의 3상 변압기들로 구비되어 상기 내부 컨버터들의 입력단과 각각 연결된다.In a preferred embodiment, the input terminals of the internal converters are connected to a three-phase transformer, the three-phase transformer is provided with four three-phase transformers are connected to each of the input terminals of the internal converters.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 내부 컨버터들의 입력단은 3상 변압기와 연결되되, 상기 3상 변압기는 두 개의 3상 변압기들로 구비되며, 상기 주 컨버터의 내부 컨버터들은 상기 3상 변압기들 중 어느 하나의 변압기에 함께 연결되고, 상기 보조 컨버터의 내부 컨버터들은 다른 하나의 변압기에 함께 연결될 수 있다.In a preferred embodiment, the input of the internal converters is connected to a three-phase transformer, the three-phase transformer is provided with two three-phase transformers, the internal converters of the main converter of any one of the three-phase transformers Connected together to a transformer, the internal converters of the auxiliary converter can be connected together to another transformer.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 내부 컨버터들의 입력단은 3상 변압기와 연결되되, 하나의 3상 변압기에 함께 연결될 수 있다.In a preferred embodiment, the inputs of the internal converters are connected to a three-phase transformer, but can be connected together to one three-phase transformer.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 종래의 HVDC용 컨버터 장치와 비교하여 입력 역률이 매우 우수하여 무효전력의 발생을 감소시킬 수 있는 컨버터 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to provide a converter device capable of reducing the generation of reactive power by having an excellent input power factor compared to the conventional HVDC converter device.

또한, 본 발명에 의하면, 출력전압 제어를 위해 보조 컨버터의 점호각을 0도 에서 180도까지 전 영역을 사용할 수 있으므로 출력전압의 분해능을 증대할 수 있는 컨버터 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since the full range of the firing angle of the auxiliary converter can be used from 0 degrees to 180 degrees for the output voltage control, there is an effect of providing a converter device capable of increasing the resolution of the output voltage.

또한, 본 발명에 의하면, 리플 전압을 감소시킬 수 있으므로, 평활 리엑터의 용량을 대폭 감소시킬 수 있는 컨버터 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.Further, according to the present invention, since the ripple voltage can be reduced, there is an effect of providing a converter device capable of significantly reducing the capacity of the smoothing reactor.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치를 보여주는 도면이다.3 is a view showing a converter device according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치(100)는 주 컨버터(110)와 보조 컨버터(120)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 3, the converter device 100 according to an embodiment of the present invention includes a main converter 110 and an auxiliary converter 120.

또한, 상기 주 컨버터(110)는 상기 컨버터 장치(100)의 출력전압 중 기준전압을 설정하여 제어하고, 상기 보조 컨버터(120)는 상기 기준전압의 전송을 위한 제어전압을 제어한다. 즉, 상기 보조 컨버터(120)는 전력전송을 제어하는 것이다.In addition, the main converter 110 sets and controls a reference voltage among the output voltages of the converter device 100, and the auxiliary converter 120 controls a control voltage for the transmission of the reference voltage. That is, the auxiliary converter 120 controls the power transmission.

또한, 상기 주 컨버터(110)의 입력 상전압과 상기 보조 컨버터(120)의 입력 상전압은 전체 HVDC 시스템에서 요구하는 전압범위에 따라 결정되어 진다.In addition, the input phase voltage of the main converter 110 and the input phase voltage of the auxiliary converter 120 are determined according to the voltage range required by the entire HVDC system.

상기 주 컨버터(110)는 서로 직렬로 연결되어 12펄스 신호를 출력하는 한 쌍의 내부 컨버터(111,112)를 포함하며, 상기 내부 컨버터들(111,112)의 입력단은 각각 와이결선 및 델타결선으로 결선된다.The main converter 110 includes a pair of internal converters 111 and 112 connected in series to each other and outputting 12 pulse signals, and the input terminals of the internal converters 111 and 112 are connected by a wire connection and a delta connection, respectively.

또한, 상기 내부 컨버터들(111,112)의 입력단은 각각 제1 3상 변압기(130) 및 제2 3상 변압기(130a)에 연결된다.In addition, the input terminals of the internal converters 111 and 112 are connected to the first three-phase transformer 130 and the second three-phase transformer 130a, respectively.

그러나 상기 주 컨버터(110)의 내부 컨버터(111,112)들과 연결되는 3상 변압기들(130,130a)은 하나의 변압기로 구비되고, 상기 내부 컨버터들(111,112)의 입력단은 함께 연결될 수 있다.However, the three-phase transformers 130 and 130a connected to the internal converters 111 and 112 of the main converter 110 may be provided as one transformer, and the input terminals of the internal converters 111 and 112 may be connected together.

또한, 상기 내부 컨버터들(111,112)은 서로 30도의 위상차를 가지게 하여 최종적으로 상기 주 컨버터(110)는 12펄스를 출력할 수 있게 한다.In addition, the internal converters 111 and 112 have a phase difference of 30 degrees with each other, so that the main converter 110 can finally output 12 pulses.

또한, 상기 주 컨버터(110)와 연결되는 3상 변압기(130,130a)들은 각각 권선비가 1:pN 및 1:p√3N인 변압기로 구비하여 상기 내부 컨버터들(111,112)의 입력단으로 입력되는 전압은 각각 1:pN 및 1:p√3N의 변압비로 변압된 전압이 입력되도록 한다.In addition, the three-phase transformer (130,130a) connected to the main converter 110 is provided with a transformer having a winding ratio of 1: pN and 1: p√3N, respectively, so that the voltage input to the input terminals of the internal converters 111 and 112 is The transformed voltages are input at a transformer ratio of 1: pN and 1: p√3N, respectively.

상기 보조 컨버터(120)는 서로 직렬로 연결되어 12펄스 신호를 출력하는 다른 한 쌍의 내부 컨버터(121,122)를 포함하며, 상기 다른 한 쌍의 내부 컨버터(121,122)들의 각각의 입력단은 각각 와이결선 및 델타결선으로 결선된다.The auxiliary converter 120 includes another pair of internal converters 121 and 122 which are connected in series to each other and output 12 pulse signals, and each input terminal of the other pair of internal converters 121 and 122 has a wire connection and It is connected by delta connection.

또한, 상기 다른 한 쌍의 내부 컨버터(121,122)들의 입력단은 각각 제3 3상 변압기(140) 및 제4 3상 변압기(140a)에 연결된다.In addition, the input terminals of the other pair of internal converters 121 and 122 are connected to the third three-phase transformer 140 and the fourth three-phase transformer 140a, respectively.

그러나 상기 보조 컨버터(120)의 내부 컨버터(121,122)들의 입력단과 연결되는 3상 변압기들(140,140a)은 하나의 변압기로 구비되어 상기 보조 컨버터(120)의 내부 컨버터(121,122)들의 입력단들은 함께 연결될 수 있다.However, the three-phase transformers 140 and 140a connected to the input terminals of the internal converters 121 and 122 of the auxiliary converter 120 are provided as one transformer so that the input terminals of the internal converters 121 and 122 of the auxiliary converter 120 may be connected together. Can be.

한편, 상기 주 컨버터(110) 및 상기 보조 컨버터(120)에 포함되는 네 개의 보조 컨버터들(111,112,121,122)의 입력단은 하나의 3상 변압기에 모두 함께 연결될 수도 있다.Meanwhile, input terminals of the four auxiliary converters 111, 112, 121, and 122 included in the main converter 110 and the auxiliary converter 120 may be connected together to one three-phase transformer.

한편, 상기 주 컨버터(110)의 내부 컨버터들(111,112)과 상기 보조 컨버터(120)의 내부 컨버터들(121,122)은 각각 직렬로 연결된 두 개의 사이리스터(11a) 세 쌍이 병렬로 연결되어 6펄스를 출력할 수 있는 사이리스터 브리지로 이루어진다.Meanwhile, three pairs of two thyristors 11a connected in series are connected to each other in the internal converters 111 and 112 of the main converter 110 and the internal converters 121 and 122 of the auxiliary converter 120 to output 6 pulses. It consists of thyristor bridges.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치(100)는 사이리스터(11a)로 이루어지는 6펄스 컨버터 네 개가 직렬로 연결된 형태이다.That is, in the converter device 100 according to an embodiment of the present invention, four six-pulse converters including the thyristor 11a are connected in series.

따라서 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치(100)는 사이리스터(11a) 소자를 이용하므로 양방향 전력전송용 HVDC 시스템에 적용이 가능한 컨버터 장치이다.Therefore, the converter device 100 according to an embodiment of the present invention is a converter device that can be applied to an HVDC system for bidirectional power transmission because the thyristor 11a element is used.

또한, 상기 보조 컨버터(120)와 연결되는 3상 변압기(140,140a)들은 각각 권선비가 1:sN 및 1:s√3N인 변압기로 구비하여 상기 다른 한 쌍의 내부 컨버터들(121,122)의 입력단 변압비가 각각 1:pN 및 1:p√3N이 되도록 한다.In addition, the three-phase transformer (140,140a) connected to the auxiliary converter 120 is provided with a transformer having a winding ratio of 1: sN and 1: s√3N, respectively, so as to transform the input stage of the pair of internal converters 121 and 122, respectively. Let the ratio be 1: pN and 1: p√3N, respectively.

즉, 상기 주 컨버터(110)의 출력전압과 상기 보조 컨버터(120)의 출력전압의 비는 s:p인 것이다.That is, the ratio of the output voltage of the main converter 110 and the output voltage of the auxiliary converter 120 is s: p.

한편, 종래의 HVDC컨버터 장치(10)의 변압기들(12,12')의 권선수를 N이라고 할때, 상기 주 컨버터(110) 및 보조컨버터(120)로 입력되는 전압의 변압비 p와 s는 상기 권선수 N에 대해 아래의 수학식 7을 만족하도록 결정한다.Meanwhile, when the number of turns of the transformers 12 and 12 'of the conventional HVDC converter device 10 is N, the transformer ratios p and s of the voltages input to the main converter 110 and the sub-converter 120 are shown. Is determined to satisfy the following Equation 7 for the number of turns N.

Figure 112008019326340-PAT00011
Figure 112008019326340-PAT00011

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치(100)의 출력전압을 제어하기 위해서는 상기 주 컨버터(110)의 점호각과 상기 보조 컨버터(120)의 점호각의 지령치가 필요하며, 상기 점호각들에 따른 출력전압의 평균치는 아래의 수학식 8과 같다.In addition, in order to control the output voltage of the converter device 100 according to an embodiment of the present invention, a command value of the firing angle of the main converter 110 and the firing angle of the auxiliary converter 120 is required. The average value of the output voltage according to the following equation is shown in Equation 8 below.

Figure 112008019326340-PAT00012
Figure 112008019326340-PAT00012

Figure 112008019326340-PAT00013
Figure 112008019326340-PAT00013

여기서

Figure 112008019326340-PAT00014
는 상기 주 컨버터(110)의 점호각이고,
Figure 112008019326340-PAT00015
는 상기 보조 컨버터(120)의 점호각이다.here
Figure 112008019326340-PAT00014
Is the firing angle of the main converter 110,
Figure 112008019326340-PAT00015
Is the firing angle of the auxiliary converter 120.

상기 수학식 8에서 알 수 있듯이 특정 출력전압을 발생시키기 위해서는 상기 주 컨버터(110)와 보조 컨버터(120)의 점호각 해가 무수히 많다.As can be seen from Equation 8, in order to generate a specific output voltage, there are numerous firing angle solutions of the main converter 110 and the auxiliary converter 120.

본 발명의 일실시예에서는 상기 주 컨버터(110)의 점호각은 일정한 값으로 고정하고, 상기 보조 컨버터(120)의 점호각을 가변하여 제어하는 방식을 택했다.In an embodiment of the present invention, the firing angle of the main converter 110 is fixed at a constant value, and the firing angle of the auxiliary converter 120 is controlled by varying the firing angle.

종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)의 출력전압을 제어하기 위한 점호각 α에서 송전단 상전류의 기본파 성분은 아래의 수학식 9와 같다.The fundamental wave component of the transmission stage phase current at the firing angle α for controlling the output voltage of the conventional HVDC converter device 10 is expressed by Equation 9 below.

Figure 112008019326340-PAT00016
Figure 112008019326340-PAT00016

이때, 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)의 점호각 α는 점호 실패 방지와 입력 역률에 의해 최대, 최소치가 설정되고 아래의 수학식 10의 범위 안에서 동작하게 된다.At this time, the firing angle α of the conventional HVDC converter device 10 is set to the maximum and minimum values by the firing failure prevention and the input power factor, and operate within the range of Equation 10 below.

Figure 112008019326340-PAT00017
Figure 112008019326340-PAT00017

그러나 본 발명의 일실시예에 컨버터 장치(100)는 상기 주 컨버터(110)와 보조 컨버터(120) 각각의 점호각과 각각의 입력단 변압비에 의해 아래의 수학식 11과 같이 송전단 상전류의 기본파 성분이 표현된다.However, the converter device 100 according to an embodiment of the present invention is based on the firing angle of each of the main converter 110 and the auxiliary converter 120 and the input stage transformer ratio as shown in Equation 11 below. Wave components are represented.

Figure 112008019326340-PAT00018
Figure 112008019326340-PAT00018

또한, 상기 주 컨버터(110)와 보조 컨버터(120)의 점호각들의 제어범위는 아래의 식 12와 같다.In addition, the control range of the firing angles of the main converter 110 and the auxiliary converter 120 is shown in Equation 12 below.

Figure 112008019326340-PAT00019
Figure 112008019326340-PAT00019

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치(100)는 상기 보조 컨버터(120)의 점호각을 0도에서 180도까지 전 영역을 사용할 수 있는 효과가 있다.That is, the converter device 100 according to an embodiment of the present invention has the effect of using the entire firing angle of the auxiliary converter 120 from 0 degrees to 180 degrees.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치의 출력전압 특성을 보여주는 그래프이다.4 is a graph showing the output voltage characteristics of the converter device according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면 상기 주 컨버터(110)는 일정한 점호각(αp)에 의해 일정한 기준전압 Vdp을 형성하고, 상기 보조 컨버터(120)의 점호각(αs)에 의해 제어전압 Vds를 형성한다.Referring to FIG. 4, the main converter 110 forms a constant reference voltage V dp by a constant firing angle α p , and controls the control voltage V ds by the firing angle α s of the auxiliary converter 120. Form.

즉, 최종 출력전압은 상기 주 컨버터(110)의 기준전압 Vdp와 상기 보조 컨버터(120)의 제어전압Vds의 합으로 나타낼 수 있고, 상기 보조 컨버터(120)의 점호각(αs)에 의해 Vdmin 와 Vdmax 사이의 범위에서 동작하며, 상기 컨버터 장치(100)의 최종 출력전압은 HVDC 전체시스템에서 요구하는 직류전압에 의해 결정된다.That is, the final output voltage may be represented by the sum of the reference voltage V dp of the main converter 110 and the control voltage V ds of the sub-converter 120, and is defined by the firing angle α s of the sub-converter 120. Thereby operating in the range between V dmin and V dmax , and the final output voltage of the converter device 100 is determined by the DC voltage required by the entire HVDC system.

즉, HVDC 전체시스템에서 요구하는 직류전압은 상기 주 컨버터(110)와 보조 컨버터(120)로 입력되는 전압의 합으로 표현된다.That is, the DC voltage required by the entire HVDC system is expressed as the sum of the voltages input to the main converter 110 and the auxiliary converter 120.

도 5는 종래의 HVDC용 컨버터 장치와 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치의 출력전압에 따른 점호각 특성을 서로 비교한 그래프이다.5 is a graph comparing the firing angle characteristics according to the output voltage of the conventional converter device for HVDC and the converter device according to an embodiment of the present invention.

아래의 수학식 13은 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)의 출력전압(VdM) 과 최대 점호각(αmax)과의 관계를 보여주는 식이다.Equation 13 below shows the relationship between the output voltage V dM and the maximum firing angle α max of the conventional HVDC converter device 10.

Figure 112008019326340-PAT00020
Figure 112008019326340-PAT00020

아래의 수학식 14는 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치의 출력전 압(VdN)이 상기 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)의 출력전압(VdM)과 동일한 출력전압을 형성하기 하기 위한 점호각과 변압기 권선비의 상관관계를 보여주는 식이다.Equation 14 below shows that the output voltage (V dN ) of the converter device according to an embodiment of the present invention to form an output voltage equal to the output voltage (V dM ) of the conventional HVDC converter device 10 This equation shows the correlation between the firing angle and the transformer turns ratio.

Figure 112008019326340-PAT00021
Figure 112008019326340-PAT00021

즉, 동일한 출력전압 Vd를 형성하기 위해서는 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)의 점호각(α)은 본 발명의 실시예에 따른 보조 컨버터(120)의 점호각(αs)보다 적다.That is, in order to form the same output voltage V d , the firing angle α of the conventional HVDC converter device 10 is smaller than the firing angle α s of the auxiliary converter 120 according to the embodiment of the present invention.

또한, 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)의 점호각(α)은 직접적으로 역률이 되지만 본 발명의 실시예에 따른 보조 컨버터(120)의 점호각(αs)은 역률에 영향을 미치기는 하지만 입력되는 전압의 변압비가 작기 때문에 그 영향이 적다.In addition, although the firing angle α of the conventional converter device for HVDC is directly power factor, the firing angle α s of the auxiliary converter 120 according to the embodiment of the present invention affects the power factor. Since the transformer ratio of the input voltage is small, its effect is small.

극단적으로 출력전압이 Vdmin 일 때 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)의 역률각은 αmax가 되나 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치(100)의 역률각은 0이 된다.Extremely, when the output voltage is V dmin , the power factor angle of the conventional HVDC converter device 10 becomes α max , but the power factor angle of the converter device 100 according to the embodiment of the present invention becomes zero.

아래의 수학식 15는 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치(100)의 점호각에 따른 송전단 상전류의 기본파 성분에 대한 역률을 알아보기 위해 상기 수학식 11을 페이져 도로 나타낸 식이다.Equation 15 below shows Equation 11 as a pager diagram to determine a power factor for fundamental wave components of a transmission phase phase current according to a firing angle of a converter device 100 according to an embodiment of the present invention.

Figure 112008019326340-PAT00022
Figure 112008019326340-PAT00022

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치의 역률각을 보여주는 그래프이다.6 is a graph showing a power factor angle of the converter device according to an embodiment of the present invention.

즉, 도 6은 상기 수학식 14와 상기 수학식 15에 의해 출력전압에 따른 역률 각을 도시한 그래프이다.That is, FIG. 6 is a graph showing power factor angles according to output voltages according to Equation 14 and Equation 15. FIG.

도 6을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치(100)의 입력단에 연결되는 3상 변압기들의 권선비를 p=0.8로 하고 s=0.2로 할 경우 역률이 0.96(a)으로 우수하게 나타났으며, 동일한 출력전압 구동 범위에서 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)의 역률은 0.60(b)으로 낮게 나타났다.Referring to FIG. 6, when the winding ratio of the three-phase transformers connected to the input terminal of the converter device 100 according to an embodiment of the present invention is p = 0.8 and s = 0.2, the power factor is excellent as 0.96 (a). In the same output voltage driving range, the power factor of the conventional converter device for HVDC 10 was as low as 0.60 (b).

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치(100)의 주 컨버터(110)과 보조 컨버터(120)에 입력되는 전압들 간의 비를 8:2로 설정하였다.Therefore, the ratio between the voltages input to the main converter 110 and the auxiliary converter 120 of the converter device 100 according to an embodiment of the present invention is set to 8: 2.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치(100)의 입력 역률이 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)의 입력 역률보다 우수한 장점이 있다.That is, the input power factor of the converter device 100 according to an embodiment of the present invention is superior to the input power factor of the conventional converter device for HVDC 10.

도 7는 종래의 HVDC용 컨버터 장치의 출력전압 파형을 보여주는 도면이다.7 is a view showing the output voltage waveform of the conventional converter device for HVDC.

도 7를 참조하면 출력전압 지령치를 80V로 설정한 경우 입력단이 와이결선으로 결선되는 컨버터(11)의 출력전압(VY), 입력단이 델타결선으로 결선되는 컨버터(11')의 출력전압(VΔ) 및 최종 출력전압(Vd)을 알 수 있고, 최종 출력전압(Vd)의 리플(c)이 약 50V로 높게 나타남을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, when the output voltage command value is set to 80 V, the output voltage V Y of the converter 11 in which the input terminal is connected by the wire connection, and the output voltage V of the converter 11 'in which the input terminal is connected by the delta connection. Δ ) and the final output voltage (V d ) can be seen, and it can be seen that the ripple (c) of the final output voltage (V d ) is high at about 50V.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치의 출력전압 파형을 보여주는 도면이다.8 is a view showing an output voltage waveform of the converter device according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치(100)의 출력전압 지령치를 80V로 설정한 경우 리플(d)이 10V로 종래의 HVDC용 컨버터 장치(10)의 리플(c)보다 약 5배가 줄어들었다.Referring to FIG. 8, when the output voltage command value of the converter device 100 according to an embodiment of the present invention is set to 80V, the ripple d is 10V, which is higher than that of the conventional rVDC converter device 10. About five times less.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치(100)의 평활 리액터(도시하지 않음)의 용량을 대폭 줄일 수 있는 효과가 있다.That is, the capacity of the smoothing reactor (not shown) of the converter device 100 according to the embodiment of the present invention is greatly reduced.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치와 종래의 HVDC용 컨버터 장치의 전류 위상을 비교한 그래프이다.9 is a graph comparing the current phase of the converter device according to an embodiment of the present invention and the conventional converter device for HVDC.

또한, 도 9는 최소 역률 조건하에서 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치의 전류 위상(e)과 종래의 HVDC용 컨버터 장치의 위상(f)을 비교한 결과를 보여준다.9 shows the result of comparing the current phase e of the converter device according to the embodiment of the present invention under the minimum power factor condition and the phase f of the conventional converter device for HVDC.

도 9을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치의 역률이 종래의 HVDC용 컨버터 장치의 역률보다 상당히 좋은 역률을 보이고 있음을 알 수 있다.Referring to Figure 9 it can be seen that the power factor of the converter device according to an embodiment of the present invention is significantly better than the power factor of the conventional converter device for HVDC.

이상에서, 본 발명의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.In the above, the configuration and operation of the present invention has been shown in accordance with the above description and drawings, but this is merely described, for example, and various changes and modifications are possible without departing from the spirit and scope of the present invention. .

도 1은 종래의 HVDC용 컨버터 장치를 보여주는 도면,1 is a view showing a conventional converter device for HVDC,

도 2는 종래의 HVDC용 컨버터 장치의 점호각에 따른 전압, 전류의 역률을 보여주는 도면,2 is a view showing the power factor of the voltage and current according to the firing angle of the conventional converter device for HVDC,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치를 보여주는 도면,3 is a view showing a converter device according to an embodiment of the present invention;

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치의 출력전압 특성을 보여주는 그래프,4 is a graph showing an output voltage characteristic of a converter device according to an embodiment of the present invention;

도 5는 종래의 HVDC용 컨버터 장치와 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치의 출력전압에 따른 점호각 특성을 서로 비교한 그래프,5 is a graph comparing the firing angle characteristics according to the output voltage of the conventional converter device for HVDC and the converter device according to an embodiment of the present invention;

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치의 역률각을 보여주는 그래프,6 is a graph showing a power factor angle of the converter device according to an embodiment of the present invention;

도 7은 종래의 HVDC용 컨버터 장치의 출력전압 파형을 보여주는 도면,7 is a view showing an output voltage waveform of a conventional converter device for HVDC,

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치의 출력전압 파형을 보여주는 도면,8 is a view showing an output voltage waveform of a converter device according to an embodiment of the present invention;

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 컨버터 장치와 종래의 HVDC용 컨버터 장치의 전류 위상을 비교한 그래프이다.9 is a graph comparing the current phase of the converter device according to an embodiment of the present invention and the conventional converter device for HVDC.

본 발명에 따른 도면들에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들에 대하여는 동일한 참조부호를 사용한다.In the drawings according to the present invention, the same reference numerals are used for components having substantially the same configuration and function.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100:컨버터 장치 110:주 컨버터100: converter device 110: main converter

120:보조 컨버터 13:평활 리엑터120: Auxiliary converter 13: Smooth reactor

14:커패시티 뱅크 15:고조파 필터14: capacity bank 15: harmonic filter

Claims (7)

각각의 입력단이 와이결선 및 델타결선으로 결선된 한 쌍의 내부 컨버터가 직렬로 연결되고, 상기 한 쌍의 내부 컨버터에는 각각 1:pN 및 1:p√3N의 변압비로 변압된 전압이 입력되는 주 컨버터; 및A pair of internal converters in which each input terminal is connected by a wire connection and a delta connection are connected in series, and the pair of internal converters are supplied with a voltage transformed at a transformer ratio of 1: pN and 1: p√3N, respectively. A converter; And 각각의 입력단이 와이결선 및 델타결선으로 결선된 다른 한 쌍의 내부 컨버터가 직렬로 연결되고, 상기 한 쌍의 내부 컨버터에는 각각 1:sN 및 1:s√3N의 변압비로 변압된 전압이 입력되는 보조 컨버터를 포함하며,The other pair of internal converters, each of which is connected by wire and delta connection, is connected in series, and the pair of internal converters are supplied with a voltage transformed at a transformer ratio of 1: sN and 1: s√3N, respectively. Includes an auxiliary converter, 상기 주 컨버터와 보조 컨버터는 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.And the main converter and the auxiliary converter are connected in series. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 컨버터 장치의 출력전압은 기준전압과 상기 기준전압의 전송을 위한 제어전압의 합으로 이루어지고,The output voltage of the converter device is made up of the sum of the reference voltage and the control voltage for the transmission of the reference voltage, 상기 주 컨버터의 점호각은 고정하여 상기 정상 기준전압을 출력하고, 상기 보조컨버터의 점호각은 가변하여 상기 제어전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.The firing angle of the main converter is fixed to output the normal reference voltage, the firing angle of the auxiliary converter is variable to output the control voltage. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 주 컨버터 및 보조 컨버터는 각각 12펄스 브리지 컨버터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.And the main converter and the auxiliary converter are each composed of 12 pulse bridge converters. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 주 컨버터 및 보조 컨버터의 내부 컨버터들은 각각 직렬로 연결된 두 개의 사이리스터 세 쌍이 병렬로 연결된 사이리스터 브리지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.And the internal converters of the main converter and the auxiliary converter each comprise a thyristor bridge in which three pairs of two thyristors connected in series are connected in parallel. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 내부 컨버터들의 입력단은 3상 변압기와 연결되되,Input terminals of the internal converters are connected to a three-phase transformer, 상기 3상 변압기는 네 개의 3상 변압기들로 구비되어 상기 내부 컨버터들의 입력단과 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.The three-phase transformer is provided with four three-phase transformer is connected to the input terminal of the internal converter, respectively, characterized in that the converter device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 내부 컨버터들의 입력단은 3상 변압기와 연결되되,Input terminals of the internal converters are connected to a three-phase transformer, 상기 3상 변압기는 두 개의 3상 변압기들로 구비되며, 상기 주 컨버터의 내 부 컨버터들은 상기 3상 변압기들 중 어느 하나의 변압기에 함께 연결되고, 상기 보조 컨버터의 내부 컨버터들은 다른 하나의 변압기에 함께 연결되는 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.The three phase transformer is provided with two three phase transformers, the internal converters of the main converter are connected together to one of the three phase transformers, and the internal converters of the auxiliary converter are connected to the other transformer. Converter device, characterized in that connected together. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 내부 컨버터들의 입력단은 3상 변압기와 연결되되, 하나의 3상 변압기에 함께 연결되는 것을 특징으로 하는 컨버터 장치.The input terminal of the internal converters are connected to a three-phase transformer, characterized in that connected to one three-phase transformer.
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