KR20130083292A

KR20130083292A - Ｈｖｄｃ 시스템이 연계된 ａｃ 계통의 과전압제어 시스템

Info

Publication number: KR20130083292A
Application number: KR1020120003980A
Authority: KR
Inventors: 김찬기; 김량규; 김남규
Original assignee: 김찬기
Priority date: 2012-01-12
Filing date: 2012-01-12
Publication date: 2013-07-22
Also published as: KR101327164B1

Abstract

피뢰기 장치을 이용하여 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통에서 발생되는 일시 과전압 및 과도적인 과전압을 선택적으로 제어할 수 있는 과전압 제어시스템이 제공된다.
HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 과전압시스템은,
HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 모선에 라인 단자(1)가 접속된 제1피뢰기 장치;와
상기 제1피뢰기 장치의 접지단자(1')에 라인 단자(2)가 접속된 제2피뢰기 장치;와
상기 제2피뢰기 장치의 접지단자(2')에 라인 단자(3)가 접속되고 대지 접지선에 접지단자(3')가 접속된 제3피뢰기 장치;와
상기 제1피뢰기 장치의 접지단자(1')와 상기 대지 접지선 사이에 접속되며 일시적 과전압 제어기의 제어신호에 의하여 개폐되는 제1스위칭 소자;와
상기 제2피뢰기 장치의 접지단자(2')와 상기 대지 접지선 사이에 접속되며 과도 과전압 제어기의 제어신호에 의하여 개폐되는 제2스위칭 소자;를 포함하며 제1스위칭소자는 일시적인 과전압을 제어하고, 제2스위칭 소자는 과도적인 과전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＨＶＤＣ 시스템이 연계된 ＡＣ 계통의 과전압제어 시스템{Overvoltage Protection System of HVDC system connected to AC network}

본 발명은 피뢰기 장치를 이용한 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 과전압제어 시스템에 관한 것이다.

초고압 직류송전(HVDC)이란 발전소에서 생산되는 교류전력을 직류로 변환시켜서 송전한 후 수전점에서 교류로 재변환시켜 전력을 공급하는 방식을 말한다.

이러한 송전방식은 기존 교류 송전기술의 장점인 전압 승압을 통한 효율적이며 경제적인 전력전송을 가능하게 하고 교류 송전의 여러 가지 단점 또한 극복할 수 있기 때문에 최근 전 세계적으로 대용량 장거리 송전에 적용하기 위한 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

또한, HVDC 송전방식은 기존 AC 송전방식에 비하여 손실이 적어 장거리 대용량 전력수송이 용이하고 절연계급을 낮출 수 있어 경제적으로 유리하며, 송전효율을 높일 수 있고 안정도를 향상시킬 수 있으며 비동기 연계가 가능하므로 주파수가 다른 계통 연계가 가능한 이점이 있다.

그러나 HVDC로 송전하기 위해서는 고전압 정류 밸브를 비롯하여 인버터 컨버터 및 무효전력 제어를 위한 제어설비 등 초기 투자비가 많이 소요되기 때문에 아직 까지는 아주 장거리가 아니면 AC 송전에 비하여 경제적으로 불리하게 된다.

그러므로 적정거리의 HVDC 전송을 위하여는 밸브 및 제어설비에 대한 시설비를 효율적으로 줄일 필요가 있다.

HVDC시스템이 정상 상태 운전 시에 AC 계통에서 지락이나 단락과 같은 사고가 발생하였을 때, AC 계통의 유효전력은 HVDC 시스템의 전송구조상 정상상태보다 줄어드나 무효전력을 제어하는 콘덴서 뱅크의 동작시간이 고장이 발생하는 시간보다 크기 때문에 AC 계통의 전압은 기준값보다 1.5배에서 2배 증가하게 되어 계통에 악영향을 미치게 된다.

따라서 HVDC시스템에서는 과전압에 대한 제어가 과전압의 형태에 따라 신속하게 제어되어야 한다.

낙뢰 등 써지 전압과 같은 형태는 피뢰기(Arrester)를 보호하고자 하는 기기 옆에 부착하여 써지전압이 피뢰기를 통하여 대지로 방전하게 하여 보호할 수 있고, 계통에 이상전압이 발생하였을 때에는 무효전력 보상기 등의 협조체제로 과전압을 제어할 수 있다.

한국공개특허공보 10-2004-0038131호에는 HVDC 시스템에 AC계통에 전압을 제어하기 위한 정적보상기의 전압제어기에 관한 것으로서, 전압제어기는 전압 명령치와 계통전압과의 오차를 AC 계통으로부터 전송받으며, 전압 명령 추종부 내부에서 로패스 필터를 거쳐, 정상상태에서 영의 정특성 전압 오차신호를 발생하고, 과도시에는 입력신호를 피드 포워드(feed forward)를 통해 동일한 특성의 전압 오차신호를 발생하게 되며, 상기 오차신호에 근거하여 정적보상기가 계통전압의 변화에 따라 제어하도록 하는 구성이 개시되어 있다.

즉, 위 종래의 기술은 정적보상기를 통하여 계통에서 발생하는 과전압을 제어할 수 있는 것을 나타낸다.

전류형 HVDC 시스템은 무효전력을 소비하는 Topology를 가지고 있기 때문에 무효전력을 보상하는 설비가 필요하게 되는데, AC 계통에 무효전력이 남는 경우에는 전압이 상승하고, 무효전력이 모자라는 경우에는 전압이 떨어지는 경향이 있다.

도 1은 종래의 HVDC시스템이 연계된 AC계통을 설명하기 위한 계통도이다.

도 1을 참조하면, HVDC 시스템과 연계된 AC계통의 무효전력을 보상하기 위해서 필터(1-1)나 커패시터(1-2)를 채용하고 있으며, 과도상태에서 무효전력을 보상하는 경우에는 콘덴서 뱅크(1-3), 정지형 무효전력 보상기(SVC(1-4))나 정지형 동기조상기(STATCOM:Static Synchronous Compensator(1-5)), 혹은 동기조상기(SC (1-6))를 HVDC 시스템이 연계된 AC계통의 모선에 연계하여 제어하고 있는 것을 나타내고 있다.

이러한 전압제어의 협조 체제는 고장 등 일시적인 과전압으로 인한 계통의 영향을 방지하기 위하여 동기조상기나 정지형 동기조상기(STATCOM:Static Synchronous Compensator) 정지형 무효전력보상기 (SVC: Static Var Compensator)를 상시 운전하여 과전압에 대하여 제어를 할 수 있다.

그러나 이러한 무효전력 보상장치들은 과도 상태시 적절한 과전압 제어 효과는 갖지만 가격이 비싸고 사용빈도가 높지 않음에도 상시 설치 운영되어야 하기 때문에 상대적으로 낮은 경제성을 가지며 시설비를 증가시키는 요인이 된다.

또한, 이러한 설비들은 많은 공간을 차지하고 구조 및 제어 알고리즘 또한 복잡하게 된다.

한국공개특허공보 10-2004-0038131

본 발명은 피뢰기 장치을 이용하여 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통에서 발생되는 일시 과전압 및 과도 과전압 그리고 낙뢰와 같은 써지 전압을 선택적으로 제어할 수 있는 과전압 제어시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면,

HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 모선에 라인 단자(1)가 접속된 제1피뢰기 장치;와, 상기 제1피뢰기 장치의 접지단자(1')에 라인 단자(2)가 접속된 제2피뢰기 장치;와, 상기 제2피뢰기 장치의 접지단자(2')에 라인 단자(3)가 접속되고 대지 접지선에 접지단자(3')가 접속된 제3피뢰기 장치;와, 상기 제1피뢰기 장치의 접지단자(1')와 상기 대지 접지선 사이에 접속되며 일시적 과전압 제어기의 제어신호에 의하여 개폐되는 제1스위칭 소자;와, 상기 제2피뢰기 장치의 접지단자(2')와 상기 대지 접지선 사이에 접속되며 과도 과전압 제어기의 제어신호에 의하여 개폐되는 제2스위칭 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 과전압 제어 시스템이 제공된다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면,

상기 일시적 과전압 제어기의 제어신호는 AC 계통과 연결된 전압 검출기에서 검출된 순시전압값이 제1설정값 이상으로 검출될 경우, 상기 제1스위칭소자에 도통 신호를 보내고, 상기 제1스위칭소자가 도통된 상태에서 상기 검출된 순시전압값이 제2설정값 이상으로 검출될 경우에는 상기 제1스위칭소자에 차단신호를 보내며, 상기 과도 과전압 제어기의 제어신호는 상기 검출된 순시전압값이 제2설정값 이상으로 검출될 경우, 상기 제2스위칭소자에 도통 신호를 보내고, 상기 제2스위칭소자가 도통된 상태에서 상기 검출된 순시전압값이 제3설정값 이상으로 검출될 경우에 상기 제2스위칭소자에 차단신호를 보내는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에서는

상기 일시적 과전압 제어기의 제어신호는 정류실패에 대한 신호가 입력되거나, HVDC 시스템이 정상적인 운전중 차단되어 순간적으로 동작이 멈춘 것에 대한 제어신호가 입력될 때, 또는 정상적인 운전중에 필터의 비정상적인 투입 동작 신호가 입력된 경우, 상기 제1스위칭소자를 도통시키는 신호를 보내어 일시적인 과전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면,

상기 과도 과전압 제어기의 제어신호는 상기 HVDC시스템이 정지되었다가 다시 투입되는 경우, 또는 상기 HVDC 시스템의 전압변환기에서 정류 실패 후에 정상상태로 복귀되는 신호가 입력된 경우, 상기 제2스위칭소자를 도통시키는 신호를 보내어 과도적인 과전압을 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면,

상기 제1설정값은 상기 AC 계통의 정상적인 순시전압값의 1.3[p.u]이며, 상기 제2설정값은 상기 정상적인 순시전압값의 1.7[p.u]이며, 상기 제3설정값은 상기 정상적인 순시전압값의 2.1[p.u]인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면,

상기 제1피뢰기 장치는 상기 제3피뢰기 장치에 3배에 해당하는 정격 전류용량을 가지며, 상기 제2피뢰기 장치는 상기 제3피뢰기 장치에 2배에 해당하는 정격 전류용량을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 종래에 전압 제어에 사용되는 고가의 무효전력 보상장치 없이 피뢰기 장치만을 이용하여 과도시 과전압을 제어할 수 있기 때문에, 경제적이고, 공간활용도가 높으며, 구성이 간결해지는 장점이 있다.

또한, 피뢰기를 과전압 제어뿐 아니라 뇌써지 및 스위칭 써지의 제한 용도 등 과전압 유형별로 선택적으로 제어할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 종래의 HVDC시스템이 연계된 AC계통을 나타낸 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정류실패의 개념에 대한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정류 실패의 제어신호에 대한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피뢰기를 이용한 전압제어시스템을 나타낸 계통도이다.
도 5는 일시적 과전압 제어기를 나타낸 회로도이다.
도 6은 과도 과전압 제어기를 나타낸 회로도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다.

그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

HVDC 시스템에 적용되는 절연 협조는 기본적으로 원칙적인 면에서는 AC 전송시스템과 같다고 할 수 있다.

그러나 HVDC 시스템에서는 컨버터 및 인버터의 Valve 동작 특성에 의한 특수한 구조 및 무효전력원과 고조파 필터, 리액터가 AC와 DC 양측에 존재하기 때문에 일반적인 AC 전송시스템과는 다른 과전압 특성이 발생하게 된다.

본 발명은 이러한 HVDC 계통에서 발생되는 특수한 과전압 특성의 유형에 따라, 낙뢰 보호용으로 사용되는 피뢰기 장치를 이용하여 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통에서 발생되는 일시 과전압 및 과도 과전압 그리고 낙뢰와 같은 써지 전압을 함께 제어할 수 있는 과전압 제어시스템을 제공하고자 하는 것이다.

일반적으로 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통에서 일시 과전압은 HVDC 시스템이 운전하다가 갑자기 정지(HVDC 시스템에서는 Blocking이라고도 함)하는 경우나 정류실패가 발생하는 경우에 발생하고, 과도 과전압은 HVDC 시스템이 Starting하는 경우에 또는 정류실패 후에 정상상태로 회복하는 경우에 생길 수 있다.

HVDC 시스템이 차단되어 순간적으로 동작이 멈춘 경우(HVDC Blocking)나 인버터 단에 갑작스런 3상 지락사고가 발생하였을 때에는 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통과 연결되어 있는 용량성 필터에 의해 AC 계통에 통상적으로 약 1.3 ~ 1. 6[p.u]의 일시적으로 지속되는 일시적 과전압이 발생하게 되며, 선로정수에 따라 차이는 있으나 많은 전류와 함께 수 사이클 동안 지속되는 특징이 있다.

위와 같은 일시적 과전압 현상은 정류 실패의 경우에도 유사한 패턴을 가진다.

정류 실패는 HVDC 시스템의 전력을 AC계통으로 전달하지 못하고 인버터에서 By pass될 때 발생하게 된다.

도 2는 정류실패의 개념을 보여주는 블록도 이며, 도 3은 정류 실패시 제어신호에 대한 회로도이다.

도 2를 참조하면, 인버터가 정상적인 경우에는 ⓐ - ⓐ'루프를 통하여 전류의 흐름이 생긴다. 그러나 인버터의 밸브(보통은 사이 리스 터 소자 혹은 IGBT)의 상, 하단이 동시에 도통하는 경우에는 ⓑ와 같은 형태로 전류의 흐름이 생긴다.

이러한 경우에는 단락상태이기 때문에 전압은 영(0)이 되고, 전류는 커지는 경향이 있으며, AC 전원으로 전달되는 전력은 없게 된다.

이러한 정류실패는 AC 계통의 사고에 의해서 AC 전압이 낮아지는 경우에 주로 생기며, 이러한 정류실패를 감지하는 회로는 도 3에서 AC 3상 전류의 합과 DC전류의 합을 비교하여 차이가 생기는 경우를 정류실패로 감지하고 정류실패에 대한 제어신호를 보내게 된다.

정류실패의 경우에는 통상 AC 3상 전류의 합이 DC전류의 합보다 작은 값을 가지게 된다.

또한, HVDC 시스템이 고장 후 회복하는 과도 상태에서는 고조파 과전압이 1.8 ~ 2[p.u] 크기 형태로 발생하게 된다.

이러한 과도 상태의 과전압은 순간적으로 기준값을 넘게 되나 곧(약 2~3 사이클 정도) 소멸되는 특징을 가진다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 피뢰기를 이용한 전압제어시스템 구조를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 전압제어시스템의 피로기 장치들이 제어전압 등급별로 3단계로 구성되어 있다.

"A" 부분은 시스템 전체의 절연레벨을 표현하는 것으로 뇌 써지 혹은 스위칭 써지에 대해서 계통을 보호하는 써지 과전압 보호 레벨이며, B" 부분은 HVDC 시스템이 고장 후 정상상태로 돌아가는 상황에서 고조파 공진에 의한 과전압이나 변압기 포화에 의한 과전압 그리고 AC계통의 완전 부하차단으로 인한 일시적 과전압에 대한 보호를 하는 레벨이며, C" 부분은 기본파 전압(60Hz) 레벨에서 과전압 즉, 부분적인 부하차단이나 계통의 불안정성에 기인한 과도 과전압에 대한 보호레벨을 표현하는 것이다.

그리고 각각의 레벨에 따라 일시적 과전압 제어기(TOV제어기: Temporary Overvoltage Controller(45)), 과도제어기(Transient Overvoltage Controller(46))가 동작하여 일시적 과전압 제어기와 과도 제어기에 연결되어 있는 사이리스터나 IGBT와 같은 스위칭 소자를 동작시켜 과전압을 억제하고 있다.

예를 들어, 만약 A" 부분은 2.1[p.u], B부분은 1.7[p.u(Per Unit)], C부분은 1.3[p.u]으로 설정값이 설정되었다고 가정하면, HVDC 시스템이 차단되어 순간적으로 동작이 멈춘 경우에 AC 계통과 연결되어 있는 용량성 필터에 의해 AC계통에 1.4[p.u]의 과전압이 발생하기 때문에 일시적 과전압 제어기가 동작하여 1.4[p.u]에 해당하는 과전압을 기준값 이하로 제한한다.

그리고 HVDC 시스템이 고장 후 회복하는 과도 상태에서 고조파 과전압이 1.8[p.u]가 발생하는 경우에는 과도 제어기가 동작하여 계통의 과전압을 기준값 이하로 제한한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일실예에 따른 과전압제어시스템은 제1피뢰기 장치(41), 제2피뢰기 장치(42), 제3피뢰기 장치(43)가 모선(20)과 대지 접지선(30) 사이에 직렬로 연결된다.

즉 제1피뢰기 장치(41)의 라인 단자(1)는 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 모선(20)에 연결되고 제1피뢰기 장치의 접지단자(1')는 제2피뢰기 장치(42)의 라인 단자(2)에 연결되며, 제2피뢰기 장치(42)의 접지단자(2')는 제3피뢰기 장치(43)의 라인 단자(3)에 연결되고 제3피뢰기 장치의 접지단자(3')는 대지 접지선(30)에 의하여 접지된다.

또한, 제1피뢰기 장치(41)의 접지단자(1')와 대지 접지선(30) 사이에는 제1스위칭소자인 제1사이리스터(31)가 연결되며, 제2피뢰기 장치의 접지단자(2')와 대지 접지선 사이에는 제2스위칭소자인 제2사이리스터(32)가 연결된다.

본 발명의 일실시예에서는 AC 계통과 연결된 전압 검출기에서 순시전압값을 측정하여 순시전압값이 정상적인 순시전압값의 1.3[p.u] 이상일 경우에는 일시적 과전압 제어기(45)에서 제1피뢰기 장치(41)가 대지 접지선과 연결되도록 제1스위칭소자인 제1사이리스터(31)에 도통 제어신호를 보내고 1.7[p.u] 이상일 경우는 대지 접지선과 차단하는 차단 제어신호를 보내게 된다.

도 5는 일시적 과전압 제어기의 일 실시예를 도시한 것이다.

도 3과 도 5를 참조하면, HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 AC 3상 전류의 합과 DC전류의 합을 비교하여 차이가 생기는 경우 정류실패를 감지하는 회로에서 일시적 과전압 제어기(45)에 제어신호(51)를 보낸다.

또한, HVDC 시스템이 차단되어 순간적으로 동작이 멈춘 경우 HVDC 시스템의 제어신호(52)를 받아 일시적 과전압 제어기에서 제1사이리스터(31)에 도통 신호를 보내게 된다.

또한, HVDC시스템 운전중에 비정상적인 필터의 투입 동작이 발생할 경우(예를 들면 무효전력이 조절되어 필터를 차단하기 위하여 OFF신호를 주었으나, 실제 필터의 스위칭회로에 이상이 생겨서 필터가 계속적으로 접속이 된 경우 등) 필터의 특성상 정상적인 공진점에서는 "0" 값을 가지나 60Hz에서는 용량성으로 동작을 하게 되어 전압을 상승시키는 요인이 된다.

비정상적인 필터동작이 감지되면 반주기 후(delay)에 일시적 과전압 제어기에 과전압 제어신호(53)를 보내고, 일시적 과전압 제어기는 제1사이리스터(31)에 도통 신호를 보내게 된다.

이와 같이 반주기 후에 과전압 제어신호를 보내는 이유는 필터가 투입되는 시점이 통상 반주기 정도 늦어질 수도 있기 때문에 오동작을 줄여서 일시적 과전압 제어기(45)의 신뢰성을 높이기 위한 것이다.

즉, 도 5의 일실시예에서는 일시적 과전압 제어기(45)에서 AC 계통과 연결된 전압 검출기에서 순시전압값이 제1설정값 이상으로 검출될 경우에 제1사이리스터(31)에 도통 신호를 보내게 되며, 또한 정류실패 신호 또는 HVDC 시스템이 차단된 경우, 또는 비정상적인 필터신호가 입력된 경우의 어느 하나라도 해당되면 제1사이리스터(31)에 도통 신호를 보내게 된다.

또한, 일시적 과전압 제어기는 전압 검출기에서 순시전압값이 제2설정값을 넘는 신호가 입력된 경우에는 제1피뢰기 장치가 소손되는 것을 방지하기 위하여 대지 접지선과의 접속을 차단하는 차단 제어신호를 보내도록 하였다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 상기 과도 과전압 제어기의 회로도이다.

과도 과전압은 HVDC 시스템이 Starting하는 경우에 또는 정류실패 후에 정상상태로 회복하는 경우에 생길 수 있으며, 이와 같은 과도 과전압은 특성상 비정상적인 필터동작이나, 정류실패로 발생되는 일시적인 과전압보다는 지속시간이 짧게되나, 뇌써지 등에 의한 써지전압 보다는 약 2배 정도의 지속시간을 가지게 된다.

도 6을 참조하면, HVDC 시스템이 Starting될 때(61), 또는 정류실패 후 정상상태로 복구될 때(62) 즉, 상기 HVDC 시스템의 전압변환기에서 정류 실패 후에 정상상태로 복귀되는 신호가 입력된 경우, 각각 그 제어신호를 받아 과도 과전압제어기(46)에서 제2스위칭소자인 제2사이리스터(32)로 도통 제어신호를 보내도록 한다.

또한, 과도 과전압 제어기는 AC 계통과 연결된 전압 검출기에서 순시전압값이 제2설정값 이상으로 검출될 경우에도 제2사이리스터(32)에 도통 제어신호를 보내고 제3설정값 이상일 경우에는 대지 접지선과의 접속을 차단하는 차단 제어신호를 보내도록 하였다.

본 발명의 일실시예에서는 제2설정값를 정상시의 순시전압값의 1.7[p.u]로 설정하고 제3설정값은 정상시의 순시전압값의 2.1[p.u]로 설정하였다.

또한, 본 발명의 일실시예에서 제3피뢰기 장치(43)의 피뢰기(a3) 정격 전류는 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 용량에 따른 뇌 써지를 보호하는 공칭방전전류로 정하였다.

제2피뢰기 장치(42)의 정격전류는 과도 과전압의 지속시간이 뇌 써지 보다 약 2배 정도 긴 점을 감안하여 상기 제3피뢰기의 공칭방전전류의 2배를 견딜 수 있도록 하거나, 상기 제3피뢰기 장치의 정격전류를 가지는 피뢰기(a2) 2개를 병렬로 연결하는 구조를 갖는다.

제1피뢰기 장치(41)의 정격전류는 일시적 과전압의 지속시간의 과도 과전압의 지속시간보다 약 50% 더 지속되는 점을 감안하여 상기 제3피뢰기의 공칭방전전류의 3배를 견딜 수 있도록 하거나, 상기 제3피뢰기 장치의 정격전류를 가지는 피뢰기(a1) 3개를 병렬로 연결하는 구조를 갖는다.

또한, 제1피뢰기 장치(41)는 제1설정값에서 방전개시전압을 갖는 것을 채택하였으며, 제2피뢰기 장치(42)는 제1피뢰기 장치(41)와 직렬로 연결하였을 때, 제2설정값에서 방전개시전압을 갖는 것을 채택하였고, 제3피뢰기 장치(43)는 제1피뢰기 장치와 제2피뢰기 장치와 함께 직렬로 연결하였을 때 제3설정값에서 방전개시전압을 갖는 정격을 채택하였다.

즉 본 발명의 일실시예에 따르면 낙뢰와 같은 써지 전압이나 스위칭 써지 전압이 발생시에는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 내지 제3의 피뢰기 장치들이 직렬로 연결된 "A" 시스템으로 적용하고, 일시적 과전압 상태에서는 제1피뢰기 장치인 "C" 시스템으로 적용하여 과전압을 제어하며, 과도 과전압 상태에서는 제1피뢰기 장치와 제2피뢰기 장치가 직렬로 연결된 "B" 시스템을 적용하여 HVDC 시스템에서 발생되는 과전압 유형을 선택적으로 제어할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, HVDC 시스템과 연계된 AC계통에서 발생할 수 있는 과전압 유형을 피뢰기(Arrester)만을 이용하여 발생되는 과전압을 효과적으로 제어할 수 있다.

또한, 종래에 전압 제어에 사용되는 고가의 무효전력 보상장치를 사용하는 대신, 피뢰기 장치만을 이용하여 발생되는 유형별 과전압을 제어할 수 있기 때문에, 경제적이고, 적은 공간에 배치가 가능하여 공간활용도가 높으며, 무효전력 보상장치에 비하여 구성이 간결해지는 장점이 있다.

또한, 피뢰기를 과전압 제어뿐 아니라 뇌써지 및 스위칭 써지에 대한 보호 용도로도 사용할 수 있는 이점이 있다.

또한, 피뢰기를 과전압의 유형에 따라 직 병렬 구조로 채택함으로써, 피뢰기의 용량을 경제적으로 배치할 수 있다.

1, 2, 3: 피뢰기 장치의 라인 단자
1', 2', 3: 피뢰기 장치의 접지 단자
20: AC 계통의 모선
30: 대지 접지선
31: 제1스위칭 소자
32: 제2스위칭 소자
41, 42, 43: 제1, 2, 3 피뢰기 장치
51: 정류실패 제어신호
52: HVDC 시스템 차단신호
53: 필터의 비정상적인 투입상태 신호
54: 제1설정치 이상일 경우 제어신호
61: HVDC 시스템 Starting 신호
62: 정류실패후 복구신호
63: 제2설정치 이상일 경우 제어신호

Claims

HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 모선에 라인 단자(1)가 접속된 제1피뢰기 장치;와
상기 제1피뢰기 장치의 접지단자(1')에 라인 단자(2)가 접속된 제2피뢰기 장치;와
상기 제2피뢰기 장치의 접지단자(2')에 라인 단자(3)가 접속되고 대지 접지선에 접지단자(3')가 접속된 제3피뢰기 장치;와
상기 제1피뢰기 장치의 접지단자(1')와 상기 대지 접지선 사이에 접속되며 일시적 과전압 제어기의 제어신호에 의하여 개폐되는 제1스위칭 소자;와
상기 제2피뢰기 장치의 접지단자(2')와 상기 대지 접지선 사이에 접속되며 과도 과전압 제어기의 제어신호에 의하여 개폐되는 제2스위칭 소자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 과전압 제어 시스템
제1항에 있어서
상기 일시적 과전압 제어기의 제어신호는, AC 계통과 연결된 전압 검출기에서 검출된 순시전압값이 제1설정값 이상으로 검출될 경우, 상기 제1스위칭소자에 도통신호를 보내고, 상기 제1스위칭소자가 도통된 상태에서 상기 검출된 순시전압값이 제2설정값 이상으로 검출될 경우에는 상기 제1스위칭소자에 차단신호를 보내는 것을 특징으로 하며,
상기 과도 과전압 제어기의 제어신호는, 상기 검출된 순시전압값이 제2설정값 이상으로 검출될 경우, 상기 제2스위칭소자에 도통신호를 보내고, 상기 제2스위칭소자가 도통된 상태에서 상기 검출된 순시전압값이 제3설정값 이상으로 검출될 경우에 상기 제2스위칭소자에 차단신호를 보내는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 과전압 제어 시스템
제1항에 있어서
상기 일시적 과전압 제어기의 제어신호는 정류실패에 대한 신호가 입력되거나, HVDC 시스템이 정상적인 운전중 차단되어 순간적으로 동작이 멈춘 것에 대한 제어신호가 입력될 때, 또는 정상적인 운전중에 필터의 비정상적인 투입 동작 신호가 입력된 경우 중 어느 하나에 해당되면, 상기 제1스위칭소자를 도통시키는 신호를 보내어 일시적인 과전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 과전압 제어 시스템
제1항에 있어서
상기 과도 과전압 제어기의 제어신호는 상기 HVDC시스템이 정지되었다가 다시 투입되는 경우이거나, 또는 상기 HVDC 시스템의 전압변환기에서 정류 실패 후에 정상상태로 복귀되는 신호가 입력된 경우에는 상기 제2스위칭소자를 도통시키는 신호를 보내어 과도적인 과전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 과전압 제어 시스템
제2항에 있어서,
상기 제1설정값은 상기 AC 계통의 정상적인 순시전압값의 1.3[p.u]이며, 상기 제2설정값은 상기 정상적인 순시전압값의 1.7[p.u]이며, 상기 제3설정값은 상기 정상적인 순시전압값의 2.1[p.u]인 것을 특징으로 하는 과전압 제어 시스템
제3항에 있어서
상기 필터의 비정상적인 투입 동작은 상기 필터를 차단하기 위한 필터 차단신호시에 상기 필터의 스위칭회로에 이상이 생겨서 상기 필터가 계속적으로 접속 상태로 된 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 과전압 제어 시스템
제1항에 있어서
상기 제1피뢰기 장치는 상기 제3피뢰기 장치에 3배에 해당하는 정격 전류용량을 가지며,
상기 제2피뢰기 장치는 상기 제3피뢰기 장치에 2배에 해당하는 정격 전류용량을 갖는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 과전압 제어 시스템
제1항에 있어서
상기 제1피뢰기 장치는 상기 제1설정값에서 방전개시전압 특성을 가지며,
상기 제2피뢰기 장치는 상기 모선과 상기 대지 접지선 사이에서 상기 제1피뢰기 장치와 직렬로 연결되었을 때, 상기 제2설정값에서 방전개시전압 특성을 가지고,
상기 제3피뢰기 장치는 상기 모선과 상기 대지 접지선 사이에서 제1피뢰기시스템과 제2피뢰기시스템과 함께 직렬로 연결되었을 때, 제3설정값에서 방전개시전압 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 과전압 제어 시스템
제3항에 있어서
상기 정류실패에 대한 신호는 상기 AC 계통의 3상 전류의 합이 상기 HVDC 시스템의 DC전류의 합보다 작은 값을 가지게 될 때의 신호인 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 과전압 제어 시스템
제3항에 있어서
상기 필터의 비정상적인 투입 동작 신호는 비정상적인 필터동작이 감지되고 반주기 후에 상기 과전압 제어 시스템에 입력되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 과전압 제어 시스템