KR20140135713A - 제어회로 - Google Patents

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KR20140135713A
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Abstract

DC 네트워크(40,42)에 접속하기 위한 제1 및 제2 주요 단자(32, 34)를 포함하는 제어회로(30)로서, 상기 제1 및 제2 주요 단자(32,34)는, 전류 전송 경로를 규정하기 위해서, 그 사이에 직렬로 연결된 복수의 모듈(44a,44b)과 복수의 주요 에너지 변환 소자(46, 48)를 구비하고, 각 모듈(44a, 44b)은 적어도 하나의 에너지 저장 소자(52)를 포함하며, 각 에너지 저장 소자(52)는 전류 전송 경로로부터 선택적으로 분리가능하다. 상기 제어회로(30)는 제1 및 제2 주요 단자(32, 34) 사이에 직렬로 연결된 보조 단자(36)를 더 포함하고, 복수의 모듈(44a,44b)은 적어도 하나의 제1 모듈(44a)과 적어도 하나의 제2 모듈(44b)을 포함하며, 각 제1 모듈(44a)은 제1 전류 전송 경로 부분을 규정하기 위해서 제1 주요 단자(32)와 보조 단자(36) 사이에 적어도 하나의 주요 에너지 변환 소자(46)와 직렬로 연결되며, 각 제2 모듈(44b)은 제2 전류 전송 경로 부분을 규정하기 위해서 제2 주요 단자(34)와 보조 단자(36) 사이에 적어도 하나의 다른 주요 에너지 변환 소자(48)와 직렬로 연결된다. 상기 제어회로(30)는 적어도 하나의 예비 에너지 변환 소자(54)와 예비 단자(38)를 더 포함하며, 각 예비 에너지 변환 소자(54)는 보조 단자(36)와 예비 단자(38) 사이에 직렬로 연결되고, 상기 예비 단자(54)는 접지에 접속하기 위한 것이다.

Description

제어회로{CONTROL CIRCUIT}
본 발명은 제어회로에 관한 것이다.
DC 전력 전송 설계에 있어서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 2개의 전기 회로망(12, 14) 사이에서 전력의 이동이 가능하도록, 전송 전기 회로망(transmitting electrical network: 12)과 수신 전기 회로망(receiving electrical network: 14)을 서로 연결하는데 DC 전송 라인(10a, 10b)이 이용된다. 수신 전기 회로망(14)이 DC 전송 라인(10a, 10b)로부터 전력을 수신하는 것을 막는 고장(16) 발생시, 전송 전기 회로망(12)은 DC 전송 라인(10a, 10b)으로의 전력 전송을 중단할 수 없다. 이는 풍력 터빈과 같은 발전기가, 동시에 스위칭 오프될 수 없어서, DC 전송 라인(10a, 10b)으로 에너지(18)를 계속적으로 공급하기 때문이다. 또한, 수신 전기 회로망(14)은, 그리드 코드(Grid Code)로, 예를 들면 전압이 원래 값의 대략 15%로 줄어드는 경우와 같이 공급 감소(supply dip)를 통해 진행하여, 고장(16)이 제거되면 전력 전송을 재개하도록 요구된다.
DC 전송 라인(10a, 10b)으로 전력을 계속적으로 전송하는 것은, DC 전송 라인(10a, 10b)에 초과 전력의 누적을 초래하여, 각각의 전기 회로망(12, 14)에 의한 전력의 전송 및 수신 사이의 밸런스에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 특히 DC 전송 라인(10a, 10b)의 용량의 제어되지 않은 충전에 의해 야기된 고전압 스트레스의 결과로서, DC 전력 전송 설계의 여러 구성 요소에 손상을 줄 수 있다.
그 초과 전력의 누적을 막기 위한 하나의 해결책으로서, 전송 전기 회로망(12)의 요소가 되는 DC 링크 커패시터들과 또 다른 커패시터들에 초과 전력을 일시적으로 저장하는 것이 있다. 그러나, 전송 전기 회로망(12)의 한정된 에너지 저장 용량은, 수신 전기 회로망(14)이 그 작동 상태로 돌아갈 때까지, 일시적으로 저장될 수 있는 실효 전력의 양을 제한한다.
그 초과 전력의 누적을 막기 위한 또 다른 해결책으로서, DC 전송 라인(10a, 10b)으로부터 떨어져 초과 전력이 우회되도록 로드 덤프 초퍼 회로(load dump chopper circuit: 20)를 사용하는 것이다. 도 1b는 DC 전송 라인(10a, 10b)을 가로질러 스위치(24)와 직렬로 연결된 덤프 저항(22)을 나타낸다. 스위치(24)를 닫는 것은 DC 전송 라인들로부터 덤프 저항(22)을 통해 전류가 흐르게 하여, 결국 덤프 저항(22)을 통해 전력이 소멸되게 하는 것이다. 이는 초과 에너지가 로드 덤프 초퍼 회로(20)를 통해 DC 전송 라인(10a, 10b)으로부터 제거되는 것을 가능하게 한다.
기존의 초퍼 회로는, 초과 에너지를 흡수하기 위해서 DC 전송 라인들 사이에 저항을 연결하도록 단순한 반도체 스위치를 사용한다. 이러한 형태의 초퍼(chopper)는, 에너지 흡수를 정밀하게 제어하기 위해서 펄스 폭 변조(PWM: pulse width modulation) 방식으로 동작되는 다수의 저전압 반도체 스위치들의 동시 스위칭 및 직렬 연결을 필요로 한다. 그런 초퍼 회로 스위치의 설계 및 동작은, 개개의 반도체 스위치들 사이에서 전체 인가된 전압의 동일한 셰어링(sharing)을 확보하기 위해서 복잡한 제어 방법 및 큰 수동 장치들을 필요로 한다. 게다가, PWM 동작은, 초퍼 회로 및 DC 전송 라인 내에 전압과 전류의 매우 높은 변동율을 초래하여, 원치 않은 전기적 급등 및 높은 레벨의 전자기 잡음과 간섭을 초래한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 본 발명은 DC 네트워크에 접속하기 위한 제1 및 제2 주요 단자를 포함하는 제어회로에 관한 것으로, 제1 및 제2 주요 단자는 전류 전송 경로를 규정하기 위해서 그 사이에 직렬로 연결된 복수의 모듈과 복수의 주요 에너지 변환 소자를 구비하고, 각 모듈은 적어도 하나의 에너지 저장 소자를 포함하며, 각 에너지 저장 소자는 전류 전송 경로로부터 선택적으로 분리가능하다;
상기 제어회로는 제1 및 제2 주요 단자 사이에 직렬로 연결된 보조 단자를 더 포함하고, 복수의 모듈은 적어도 하나의 제1 모듈과 적어도 하나의 제2 모듈을 포함하며, 각각의 제1 모듈은 제1 전류 전송 경로 부분을 규정하기 위해서 제1 주요 단자와 보조 단자 사이에 적어도 하나의 주요 에너지 변환 소자와 직렬로 연결되며, 각각의 제2 모듈은 제2 전류 전송 경로 부분을 규정하기 위해서 제2 주요 단자와 보조 단자 사이에 적어도 하나의 다른 주요 에너지 변환 소자와 직렬로 연결된다;
상기 제어회로는 적어도 하나의 예비 에너지 변환 소자와 예비 단자를 더 포함하며, 각 예비 에너지 변환 소자는 보조 단자와 예비 단자 사이에 직렬로 연결되고, 상기 예비 단자는 접지에 접속하기 위한 것이다.
전류 전송 경로로부터 각 모듈의 각 에너지 저장 소자를 선택적으로 분리하는 기능이, DC 네트워크로부터 제어회로로, 에너지(즉, 초과전력)의 즉각적인 이동을 가능하게 하여, DC 네트워크에서 에너지 레벨의 빠른 조절을 가능하게 하는 것을 알아냈다. 그런 DC 네트워크는 DC 전력 전송 설계의 DC 전송 라인들을 포함하되 제한하지 않는다.
DC 네트워크에서 에너지 레벨을 조절하기 위해서, 정상 동작에서의 제어회로는, DC 네트워크의 정상 상태 동안 전류 전송 경로에서 전류가 흐르는 것을 막도록 에너지 저장 소자가 전류 전송 경로에 삽입되는 대기 형태(standby configuration)를 취하거나, 또는 초과 에너지가 DC 네트워크로부터 분리되어 주요 저항들을 통해 소멸되게 할 수 있도록 하기 위해서 전류 파형이 전류 전송 경로를 통하여 DC 네트워크로부터 흐르게 하는 전류 전송 경로로부터 하나 이상의 에너지 저장 소자를 선택적으로 분리하도록 구성될 수 있다.
제어회로의 정상 동작 동안, 각 에너지 저장 소자가 각각의 전류 전송 경로 부분으로부터 분리될 때, 각각의 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분을 통하여 흐르는 최대 전류는, 각각 대응하는 주요 에너지 변환 소자의 임피던스에 의해 분할된 DC 네트워크 전압의 반과 같은 반면, 각각의 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분을 가로지르는 최대 전압은 DC 네트워크 전압 Vdc의 반 즉, 0.5 Vdc와 같다. 그래서, 각각의 모듈과 주요 에너지 변환 소자는, 제어회로의 정상 동작 동안 발생하는 최대 전압 및 전류 레벨과 양립할 수 있도록 규정된다.
그러나, DC 네트워크의 극(pole)들 중 하나와 접지 사이에서 DC 극-접지 고장이 일어날 수 있다. 이것은 대응하는 전류 전송 경로 부분을 우회하는, 접지와 영향을 끼친 DC 네트워크 극 사이의 단락을 초래한다. DC 극-접지 고장 동안, 과전압이나 과전류 상태에서 제어회로의 구성요소들을 보호하기 위해, 제어회로의 고장 동작이 요구된다.
제어회로의 고장 동작 동안, 영향을 끼치지 않는 DC 네트워크 극과 접지 사이에서 전류가 흐른다. 각 에너지 저장 소자는, 각 모듈에 대한 손상 위험을 줄이기 위해서, 전류가 각 에너지 저장 소자를 우회하게 할 수 있도록 우회되지 않은 전류 전송 경로 부분으로부터 분리된다. 그래서, 전체 DC 네트워크 전압 Vdc는 우회되지 않은 전류 전송 경로 부분의 각 주요 에너지 변환 소자와 각 예비 에너지 변환 소자에 걸쳐 부과된다. 이러한 제어회로의 구성은, DC 극-접지 고장에 대응하여, 우회되지 않은 전류 전송 경로 부분의 구성요소들에 걸쳐 나타나는 전압을 제한할 뿐만 아니라, 그 우회되지 않은 전류 전송 경로 부분을 통하여 흐르는 전류를 제한한다. 이와 같이, 각 예비 에너지 변환 소자를 포함하는 것은, 제어회로가 DC 극-접지 고장 동안 발생하는 최대 전압 및 전류 레벨을 제어하도록 구성되게 한다. 이것은 결국 DC 극-접지 고장 동안 과전류나 과전압에 의해 야기되는, 구성요소들에 대한 손상의 위험을 줄여준다.
다른 점에서 보면, 제어회로로부터 각 예비 에너지 변환 소자를 생략하는 것은, DC 극-접지 고장 동안, 전체 DC 네트워크 전압 Vdc이 그 우회되지 않은 전류 전송 경로 부분의 각 주요 에너지 변환 소자에 걸쳐서만 부과되는 것을 초래할 것이다. 이것은 제어회로의 정상 동작 동안 발생하는 최대 전류 레벨을 넘어 그 우회되지 않은 전류 전송 경로 부분을 통해 흐르는 전류의 증가를 초래한다.
게다가, 각 예비 에너지 변환 소자가 없는 경우, 그 우회되지 않은 전류 전송 경로 부분의 각 에너지 저장 소자는, DC 네트워크 전압 Vdc를 막아서 과전압으로부터 각 모듈을 보호하도록, 전압을 제공하는 전류 전송 경로에 삽입될 수 있다. 그러나, 이것은 오직 그 우회되지 않은 전류 전송 경로 부분의 각 주요 에너지 변환 소자에 걸리는 전압을 일시적으로 제한할 뿐이다. 이것은, 전류 전송 경로에 각 에너지 저장 소자의 삽입으로 인해 각 에너지 저장 소자가 충전되기 때문에, 그 우회되지 않은 전류 전송 경로 부분에 걸리는 전압이 DC 네트워크 전압 Vdc의 값에 도달하게 한다. 그 한정된 저장 능력의 한계에 접근하면, 각 에너지 저장 소자를 손상시킬 수 있다.
제어회로로부터 각 예비 에너지 변환 소자를 생략함으로써 야기된 확인된 문제들은, DC 극-접지 고장 동안 발생하는 증가된 전압과 전류 레벨과 양립할 수 있도록, 제어회로의 구성요소들의 정격 전압 및 정격 전류들을 증가시킴으로써 해결될 수 있다. 이렇게 하면, DC 극-접지 고장 동안 과전압 또는 과전류로 인한 제어회로의 구성요소들에 대한 손상을 예방할 수 있지만, 제어회로의 전체적인 크기 및 비용을 증가시키게 된다.
한편, 제어회로에서 각 예비 에너지 변환 소자를 포함하는 것은, 각 예비 에너지 변환 소자의 정격 전압 및 정격 전류가, 제어회로의 정상 및 고장 동작 동안 동일하게 되도록 제어회로의 구성요소들에 의해 나타나는 최대 전압 및 전류 레벨을 제어하기 위해서 구성되게 할 수 있다. 그러므로, 이것은 제어회로의 구성요소의 정격전압 및 정격전류를 증가시킬 필요성을 제거하여, 제어회로의 전체적인 크기 및 비용을 최소화시킨다.
이것은 제어회로의 구성요소들의 정격전압 및 정격전류를 증가시키는 것을 막기 위해 제어회로에서 접지로의 연결을 생략하는 것이 가능한 반면에, 이렇게 하면 DC 극-접지 고장이 제거된 후에 DC 네트워크로부터 초과 에너지를 방전하기 위한 제어회로의 기능을 제거한다. 결과적으로, DC 네트워크에서 초과 에너지를 방전하는 것은, 부가적인 장비의 사용을 필요로 하게 되고, 그것은 제어회로의 크기, 비용 및 복잡성을 증가시킨다.
따라서, 제어회로에서 적어도 하나의 예비 에너지 변환 소자를 포함하는 것은, DC 네트워크에서 에너지 레벨을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 비용 효율적인 방식으로 제어회로의 구성요소들을 보호할 수 있다.
본 발명의 실시형태로서, 각 모듈은, 각 에너지 저장 소자를 통하여 전류를 선택적으로 보내거나, 전류가 각 에너지 저장 소자를 우회하도록 하기 위한 적어도 하나의 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.
그런 실시형태에 있어서, 각 모듈은, 영전압, 양전압 또는 음전압을 제공할 수 있고 두 방향으로 전류를 흐르게 할 수 있는 4-쿼드런트 바이폴러 모듈을 규정하기 위해서, 풀 브리지 배열로 각 에너지 저장 소자와 병렬로 접속된 두 쌍의 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
또 다른 실시형태로서, 각 모듈은 제1 및 제2 세트의 직렬 연결된 전류 흐름 제어 소자를 포함할 수 있고, 각 세트의 전류 흐름 제어 소자는, 각 에너지 저장 소자를 통하여 전류를 선택적으로 보내기 위한 스위칭 소자와 단일 방향으로 모듈을 통하여 전류 흐름을 제한하기 위한 수동 전류 점검 소자를 포함하며, 제1 및 제2 세트의 직렬 연결된 전류 흐름 제어 소자와 각 에너지 저장 소자는, 단일 방향으로 전류가 흐르는 동안 영전압, 양전압 또는 음전압을 제공할 수 있는 2-쿼드런트 바이폴러 합리화 모듈을 규정하기 위해서, 풀 브리지 배열로 배열된다.
그런 모듈은 전류 전송 경로로부터 각 에너지 저장 소자를 선택적으로 분리하는 확실한 방법을 제공한다.
바람직하게는, 제어회로는 전류 전송 경로로부터 각 에너지 저장 소자를 선택적으로 분리하기 위해 제1 컨트롤러를 더 포함하며, 상기 제1 컨트롤러는 고장 보호 모드와 네트워크 방전 모드로 각 에너지 저장 소자를 스위칭하도록 구성된다.
고장 보호 모드로 동작하는 경우, 상기 제1 컨트롤러는, 사용시 고장 동안 전류 전송 경로에서 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나의 각 에너지 저장 소자를, 상기 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 다른 하나에 연결된 주요 단자와 예비 단자 사이에서 선택적으로 분리할 수 있다.
고장 보호 모드로 동작하는 경우, 상기 제1 컨트롤러는, 사용시 고장 동안 전류 전송 경로에서 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나의 각 에너지 저장 소자를, 상기 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나에 연결된 주요 단자와 예비 단자 사이에서 선택적으로 분리할 수 있다.
DC 극-접지 고장 동안 전류 전송 경로에서 각 에너지 저장 소자의 선택적인 분리는, 과전압으로부터 각 모듈을 보호한다. 이것은 각 분리된 에너지 저장 소자가 충전되거나 방전될 수 없어서, 안전한 전압 레벨을 유지하기 때문이다. 그리고, DC 네트워크 전압은 우회되지 않은 전류 전송 경로 부분의 각 주요 에너지 변환 소자와 각 예비 에너지 변환 소자에 걸쳐서 부과된다.
상기 제1 컨트롤러는, 네트워크 방전 모드로 동작하는 경우, 전류 파형이 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나를 통하여 DC 네트워크로부터 흐르게 하기 위해서, 전류 전송 경로에서 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나의 적어도 하나의 에너지 저장 소자를 선택적으로 분리할 수 있다.
DC 극-접지 고장 동안, DC 네트워크 극이 DC 네트워크 전압 Vdc에 노출되는 결과로서, 접지에 단락되지 않은 DC 네트워크 극은 그 정상 전압 레벨을 넘어 과충전될 수 있다.
네트워크 방전 모드에서는, 대응하는 전류 전송 경로 부분을 통해 그 과충전된 DC 네트워크 극으로부터 접지로의 전류 흐름이, 초과 에너지가 전류 전송 경로 부분을 통해 과충전된 DC 네트워크 극으로부터 접지로 이동되게 하여, 각각의 대응하는 주요 에너지 변환 소자 및 각 예비 에너지 변환 소자를 통하여 소멸되게 할 수 있다. 결과적으로, 이것은 DC 네트워크가 그 정상 동작 상태로 돌아가게 할 수 있다.
DC 네트워크로부터 초과 에너지의 방전율을 제어하기 위해서, 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나의 적어도 하나의 에너지 저장 소자가, 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 상기 하나를 가로지르는 전압을 바꾸도록, 전류 전송 경로로부터 선택적으로 분리될 수 있다.
본 발명의 추가적인 실시형태로서, 각 모듈은, 그 모듈을 통하여 전류가 흐르는 것을 선택적으로 차단하기 위해 적어도 하나의 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 제어회로는 모듈을 통하여 전류가 흐르는 것을 차단하도록 각 모듈을 선택적으로 스위칭하기 위한 제2 컨트롤러를 더 포함할 수 있고, 제2 컨트롤러는 네트워크 방전 모드와 고장 보호 모드로 각 모듈을 스위칭하도록 구성된다.
제1 및 제2 컨트롤러는 분리된 유닛들로서 형성될 수 있고 또는 단일의 제어 장치를 형성하도록 통합될 수도 있다.
고장 보호 모드로 동작하는 경우, 상기 제2 컨트롤러는, 사용시 고장 동안 모듈을 통하여 전류가 흐르는 것을 차단하기 위해서 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나의 각 모듈을, 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나에 연결된 주요 단자와 예비 단자 사이에서 선택적으로 스위칭될 수 있다.
전류 전송 경로로부터 각 에너지 저장 소자를 분리하는 것 대신에, 각 모듈은, DC 극-접지 고장 동안 우회된 전류 전송 경로 부분의 각 모듈을 통하여 전류가 흐르는 것을 차단함으로써 과전압으로부터 보호될 수 있다.
네트워크 방전 모드에 있어서 DC 네트워크를 방전하기 위해 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나를 통하여 DC 네트워크로부터 전류 파형이 흐를 때, 제2 컨트롤러는, 모듈을 통하여 전류가 흐르는 것을 차단하기 위해서 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분의 다른 하나의 각 모듈을 선택적으로 스위칭할 수 있다.
이것은, DC 극-접지 고장 동안, 그 정상 전압 레벨을 넘어 과충전되는 DC 네트워크 극으로부터만 에너지가 유도되는 것을 보장한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하고, 한정되지 않는 실시예들에 의해, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명하기로 한다.
도 1a 및 1b는, 종래 기술에 따른 DC 전송 기법을 도식적인 형태로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 제어회로를 도식적인 형태로 나타낸 것이다.
도 3은, 제2 DC 전송 라인과 접지 사이의 DC 극-접지 고장을 나타낸 것이다.
도 4는, DC 극-접지 고장 동안 전류 전송 경로로부터 제1 및 제2 모듈의 커패시터 분리를 나타낸 것이다.
도 5는, DC 극-접지 고장이 제거된 후 제1 DC 전송 라인의 방전을 나타낸 것이다.
도 6은, DC 전송 라인들 사이에서 DC 극간 고장을 나타낸 것이다.
도 7은, DC 극간 고장 동안 전류 전송 경로로부터 제1 및 제2 모듈의 커패시터 분리를 나타낸 것이다.
도 8은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 제어회로를 도식적인 형태로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 제어회로(30)를 나타낸다.
제1 제어회로(30)는 제1 및 제2 주요 단자(primary terminal: 32, 34), 보조 단자(secondary terminal: 36) 및 예비 단자(auxiliary terminal: 38)를 포함한다.
사용시, 제1 주요 단자(32)는 양의 전압, +VDC/2로 있는 제1 DC 전송 라인(40)에 연결되는 반면, 제2 주요 단자(34)는 음의 전압, -VDC/2로 있는 제2 DC 전송 라인(42)에 연결된다.
또한, 제1 제어회로(30)는, 전류 전송 경로(current transmission path)를 규정하기 위해서, 제1 및 제2 주요 단자(32, 34) 사이에서 제1 및 제2 주요 레지스터(46, 48)와 직렬로 연결되는 복수의 모듈(44a, 44b)을 포함한다.
각 모듈(44a, 44b)은 커패시터(52)와 같은 에너지 저장 소자와 병렬로 연결된 두 쌍의 스위칭 소자(50)를 포함한다. 스위칭 소자(50)와 커패시터(52)는, 음 전압, 영 전압 또는 양 전압을 제공할 수 있고 두 방향으로 전류를 흐르게 할 수 있는 4-쿼드런트 바이폴러 모듈(4-quadrant bipolar module: 44a, 44b)을 규정하는 풀 브리지 배열(full-bridge arrangement)로 연결된다.
복수의 모듈(44a, 44b)은 복수의 제1 모듈(44a)과 복수의 제2 모듈(44b)로 나뉜다. 복수의 제1 모듈(44a)은 제1 전류 전송 경로 부분을 규정하기 위해서 제1 주요 단자(32)와 보조 단자(36) 사이에서 제1 주요 레지스터(46)와 직렬로 연결되며, 반면에 복수의 제2 모듈(44b)은 제2 전류 전송 경로 부분을 규정하기 위해서 제2 주요 단자(34)와 보조 단자(36) 사이에서 제2 주요 레지스터(48)와 직렬로 연결된다.
보조 단자(36)는, 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분을 구분짓는, 전류 전송 경로의 중간 지점(mid-point)을 규정하도록 제1 및 제2 주요 단자(32, 34) 사이에서 직렬로 연결된다.
본 발명의 다른 실시형태로서, 각 주요 레지스터(46, 48)는 복수의 주요 레지스터로 대체될 수 있다. 또한, 이러한 실시형태에 있어서, 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분의 각각에서 모듈들 및 주요 레지스터들은 다양한 직렬 연결된 배열을 규정하기 위해서 재배열될 수도 있다. 예를 들면, 각 전류 전송 경로 부분의 모듈들 및 주요 레지스터들은, 직렬 연결된 모듈들과 주요 레지스터들의 교차 순서(alternating sequence)를 규정하여 배열될 수 있다.
또한, 제1 제어회로(30)는 보조 단자(36)와 예비 단자(38) 사이에 직렬로 연결된 예비 레지스터(54)를 포함한다.
예비 레지스터(54)는 각각의 제1 및 제2 주요 레지스터(46, 48)와 동일한 저항값을 갖는 크기인 것이 바람직하지만, 각각의 제1 및 제2 주요 레지스터(46, 48)보다 큰 저항값을 갖는 크기일 수도 있다.
본 발명의 다른 실시형태로서, 예비 레지스터(54)는 복수의 예비 레지스터로 대체될 수도 있다.
사용시, 예비 단자(38)는 접지(56)에 연결된다.
본 발명에 따른 다른 실시형태로서, 각각의 주요 및 예비 레지스터(46, 48, 54)는 전기 에너지를 소모시킬 수 있는 또 다른 타입의 에너지 변환 소자(energy conversion element)로 대체될 수도 있다.
각 모듈(44a, 44b)의 커패시터(52)는 전류 전송 경로로부터 선택적으로 분리될 수 있다. 즉, 스위칭 소자(50) 상태를 바꿈으로써, 대응하는 주요 레지스터(46, 48)와 함께 회로 안팎으로 스위칭될 수 있다. 이것은, 제1 제어회로(30)에서 전류가 각 커패시터(52)를 통하거나 우회하여 선택적으로 흐르는 것을 가능하게 한다.
스위칭 소자(50)의 쌍들이 모듈(44a, 44b) 내에서 단락(short circuit)을 형성하도록 구성될 때, 각 모듈(44a, 44b)의 커패시터(52)는 전류 전송 경로로부터 분리 즉, 대응하는 주요 레지스터(46, 48)와 함께 회로 밖으로 스위칭된다. 이것은, 제1 제어회로(30)에서 전류가 커패시터(52)를 우회하고 단락을 통해 통과되게 한다. 이와 같은 구성은 모듈(44a, 44b)이 영 전압을 제공하게 한다.
스위칭 소자(50)의 쌍들이 제1 제어회로(30)에서 전류가 커패시터(52)의 내외로 흐르게 할 수 있도록 구성될 때, 각 모듈(44a, 44b)의 커패시터(52)는 전류 전송 경로로 복귀 즉, 대응하는 주요 레지스터(46, 48)와 함께 회로 내로 다시 스위칭된다. 그 다음 커패시터(52)는 충전하거나 그 충전된 에너지를 방전할 수 있고 전압을 제공할 수 있다. 4-쿼드런트 바이폴러 모듈(44a, 44b)의 두 방향성의 속성은, 커패시터(52)가 양전압 또는 음전압을 제공하기 위해서 순방향 또는 역방향으로 4-쿼드런트 바이폴러 모듈(44a, 44b)에 삽입될 수 있는 것을 의미한다.
각 모듈(44a, 44b)은, 전류가 흐르는 것을 멈추기 위해 스위칭 소자(50)의 상태를 바꿈으로써, 그것을 통하여 전류가 흐르는 것을 선택적으로 차단하도록 구성될 수 있다. 전류가 모듈(44a, 44b)을 통하여 흐르는 것이 차단될 때, 그 커패시터(52)는 충전되거나 또는 그 충전된 에너지를 방전하는 것이 차단되어, 일정한 전압 레벨로 유지된다.
각 모듈(44a, 44b)의 두 쌍의 스위칭 소자(50)는, 전술한 방식으로, 대응하는 에너지 저장 소자(예를 들면, 커패시터)를 전류 전송 경로로부터 선택적으로 분리하여, 모듈(44a, 44b)을 통하여 전류가 흐르는 것을 차단할 수 있는 다른 형태로 대체될 수도 있다.
각 스위칭 소자(50)는 역병렬 다이오드와 병렬로 연결된 절연 게이트 바이폴러 트랜지스터(IGBT)를 포함한다. 또는, 본 발명의 다른 실시형태로서, 각 스위칭 소자(50)는 게이트 턴오프 사이리스터(gate turn-off thyristor), 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor), IEGT(injection enhanced gate transistor)나 IGCT(integrated gate commutated thyristor), 또는 다른 강제 정류된 혹은 자가 정류된 반도체 스위치들(force-commutated or self-commutated semiconductor switches)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 추가적인 실시형태로서, 각 커패시터(52)는, 배터리, 연료 전지, 또는 전압을 공급하기 위해 전기 에너지를 방출하거나 저장할 수 있는 어느 장치와 같은, 다른 에너지 저장 소자로 대체될 수도 있다.
복수의 제1 모듈(44a)과 복수의 제2 모듈(44b)은 각각 체인 링크 컨버터(chain-link converter)를 규정한다. 각 체인 링크 컨버터에 각각 자신의 전압을 제공하는 다수의 모듈(44a, 44b)의 커패시터(52) 삽입을 통해, 개개의 모듈(44a, 44b) 각각에서 이용가능한 전압보다 큰, 각 체인 링크 컨버터를 가로지르는 결합 전압(combined voltage)을 증강하는 것이 가능하다.
이러한 방식에 있어서, 각각의 4-쿼드런트 바이폴러 모듈(44a, 44b)의 스위칭 소자(50)의 스위칭은, 각 체인 링크 컨버터가 단계식 근사치(step-wise approximation)를 이용하여 각 체인 링크 컨버터를 가로지르는 전압 파형의 발생을 가능하게 하는, 단계식 가변 전압원(stepped variable voltage source)을 제공하게 한다.
또한, 제1 제어회로(30)는, 제1 및 제2 컨트롤러(102, 104)를 구비하는 제어 장치(control unit: 100)를 포함한다. 제1 컨트롤러(102)는, 전류 전송 경로로 해당 커패시터(52)를 삽입하거나, 또는 전류 전송 경로로부터 해당 커패시터(52)를 선택적으로 분리하도록 각 모듈(44a, 44b)의 스위칭 소자(50)를 스위칭한다. 제2 컨트롤러(104)는 각 모듈(44a, 44b)을 통하여 전류가 흐르는 것을 선택적으로 차단하도록 각 모듈(44a, 44b)의 스위칭 소자(50)를 선택적으로 스위칭한다.
DC 전력 전송 설계에서 도 2에 도시된 제1 제어회로(30)의 동작을, 도 2 내지 도 7을 참조하여 이하에서 설명한다.
제1 및 제2 DC 전송 라인(40, 42)은, 대응하는 제1 및 제2 AC 네트워크(미도시)의 각 상(phase)에 직접 연결되는 제1 및 제2 파워 컨버터(미도시)와 서로 연결된다. 전력은, 제1 및 제2 DC 전송 라인(40, 42)과 해당 파워 컨버터를 통하여, 제1 AC 네트워크로부터 제2 AC 네트워크로 전송된다.
DC 전송 설계의 정상 동작 동안, 제1 제어회로(30)는, 각 모듈(44a, 44b)의 커패시터(52)가 전류 전송 경로에 삽입되는 즉, 대응하는 주요 레지스터(46, 48)와 함께 회로 내로 스위칭되는, 대기 형태를 취한다.
모듈(44a, 44b)에 걸리는 전체 전압은, DC 전송 라인(40, 42)을 가로지르는 DC 전송 설계 전압인 VDC와 거의 같다. 이러한 구성에서는, 전류 전송 경로를 통하여 즉, 모듈(44a, 44b)과 주요 레지스터(46, 48)를 통하여 흐르는 전류가 최소이거나 영(zero)이다.
제2 파워 컨버터가, 예로써, 제2 AC 네트워크에서의 고장으로 인해 전송된 전력을 수신할 수 없는 경우에, 제1 AC 네트워크는, 그 전력 전달이 영으로 줄 때까지(그것은 풍력 발전소의 경우 보통 1 ~ 2초이다), DC 전송 라인(40, 42)에 전력 전송을 일시적으로 지속해야만 한다.
제1 AC 네트워크가 제1 파워 컨버터를 통하여 DC 전송 라인(40, 42)에 전력 전송을 지속 가능하게 하기 위해서, 제어 장치(100)는 전류 전송 경로로부터 제1 및/또는 제2 모듈(44a, 44b)의 하나 이상의 커패시터(52)를 선택적으로 분리한다. 이것은, DC 전송 라인(40, 42)을 통하는 전압 Vdc에 한정된 스텝 전압을 더하거나 빼는, 전류 전송 경로를 가로지르는 전압 파형의 발생을 초래한다. 결과적으로, 이것은 주요 레지스터(46, 48)를 통하는 전압 파형에 부과되어, 전류 파형이 DC 전송 라인(40, 42)으로부터 주요 레지스터(46, 48) 및 전류 전송 경로를 통하여 흐르게 한다. 이와 같이, 에너지는 DC 전송 라인(40, 42)으로부터 이동되고, 주요 레지스터(46, 48)를 통하여 소멸될 수 있다.
전류 파형은, DC 전송 라인(40, 42)으로부터 분리된 에너지 특성을 바꾸기 위해서, 다른 전류 특성을 갖는 하나 이상의 전류 성분을 포함함으로써, 다양한 모양을 형성하도록 변조될 수 있다.
전류 파형의 변조 중, 제어 장치(100)는 제1 제어회로(30)의 단일 듀티 사이클(single duty cycle) 동안, 에너지 레벨의 어떤 증가를 에너지 레벨의 대응하는 감소로 상쇄시키고, 반대로 에너지 레벨의 어떤 감소를 에너지 레벨의 대응하는 증가로 상쇄시키도록, 순방향 또는 역방향으로 각 커패시터(52)를 선택적으로 삽입할 수 있다. 이것은, 제1 제어회로(30)가 DC 전송 라인(40, 42)으로부터 초과 에너지를 제거하도록 제어되는 동안, 제1 제어회로(30)가 각 체인 링크 컨버터의 에너지 레벨에서 제로 넷 변화(zero net change)를 유지하여, 각 체인 링크 컨버터의 평균 에너지 레벨을 일정한 값으로 유지되게 할 수 있다.
주요 레지스터(46, 48)에 의한 전력 소모를 통하여 DC 전송 라인(40, 42)으로부터 초과 에너지를 제거한 후에, 제1 컨트롤러(102)는 각 커패시터(52)가 대응하는 주요 레지스터(46, 48)와 함께 회로 내로 다시 스위칭되도록 모듈(44a, 44b)의 스위칭 소자(50)를 스위칭한다. 그런 구성은, 제1 제어회로(30)에서 전류 흐름을 끊어서, DC 전송 설계가 정상 동작으로 되돌아가게 할 수 있다.
제1 제어회로(30)의 정상 동작 동안, 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 각각에 걸리는 최대 전압은 DC 전송 설계 전압 Vdc의 반, 즉, 0.5 Vdc와 같고, 반면에, 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 각각을 통하여 흐르는 최대 전류는, 모든 커패시터(52)가 각 전류 전송 경로 부분으로부터 분리될 때, 대응하는 주요 레지스터(46, 48)의 저항에 의해 나뉜 DC 전송 설계 전압 Vdc의 반과 같다. 이에 따라, 각 모듈(44a, 44b) 및 주요 레지스터(46, 48)는 제1 제어회로(30)의 정상 동작 동안 발생하는 최대 전압 및 전류 레벨과 양립할 수 있도록 규정된다.
DC 전송 설계에서 고장 또는 다른 비정상적인 동작 상태는, 접지(56)와 DC 전송 라인(40, 42) 중 하나 사이에서 발생하는 DC 극-접지 고장(DC pole-to-ground fault: 58) 즉, 해당 전류 전송 경로 부분을 우회하는, 접지(56)와 DC 전송 라인(40, 42) 중 하나 사이의 단락을 초래할 수 있다.
이어서, 본 발명의 목적을 위해서, DC 극-접지 고장(58) 동안 제1 제어회로(30)의 고장 동작은, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 전류 전송 경로 부분을 우회하는, 접지(56)와 제2 DC 전송 라인(42) 사이의 단락을 참조하여 설명하기로 한다.
DC 극-접지 고장(58)이 발생하는 경우, 제2 DC 전송 라인(42)과 접지(56) 사이에 초래된 단락은, 제2 DC 전송 라인(42)과 접지(56) 사이의 전위차를 영전위로 급격히 떨어뜨리게 한다.
DC 극-접지 고장(58)이 감지되자마자, 제어 장치(100)는 도 4에 도시된 바와 같이, 고장 보호 모드(fault protection mode)로 들어간다.
고장 보호 모드에 있어서, 제어 장치(100)는 전류 전송 경로로부터 제1 및 제2 모듈(44a, 44b)의 커패시터(52)를 선택적으로 분리한다. 이에 따라, 분리된 커패시터(52)는 전류가 흐를 수 없고, 충전이나 방전이 될 수 없다. 따라서, 각 커패시터(52)의 전압 레벨은 동일하게 유지되는 반면, 전류 전송 경로로부터 분리됨으로써, 과전압에 의한 손상으로부터 보호될 수 있다.
전류 전송 경로로부터 제1 모듈(44a)의 커패시터(52) 분리는, DC 전송 설계 전압 Vdc가 제1 주요 레지스터(46)와 예비 레지스터(54)에 걸쳐 부과되는 것을 초래한다. 예비 레지스터(54)가 제1 주요 레지스터(46)와 같은 저항을 갖기 때문에, 제1 주요 레지스터(46)에 걸리는 전압 강하는 0.5 Vdc와 같다. 이에 따라, DC 극-접지 고장(58) 동안 제1 주요 레지스터(46)를 통하여 흐르는 최대 전류는 제1 주요 레지스터(46)의 저항으로 나뉜 0.5Vdc와 같고, 그것은 제1 제어회로(30)의 정상 동작 동안 제1 주요 레지스터(46)를 통하여 흐르는 최대 전류 레벨과 같다. 따라서, 제1 모듈(44a)과 제1 주요 레지스터(46)는 과전류로 인한 손상으로부터 보호된다.
또는, 고장 보호 모드에 있어서, 제어 장치(100)는 전류 전송 경로로부터 제2 모듈(44b)의 커패시터(52)를 선택적으로 분리하는 것 대신에, 전류가 제2 모듈(44b)을 통하여 흐르는 것을 차단하기 위해 제2 모듈(44b)을 선택적으로 스위칭할 수도 있다.
한편, DC 극-접지 고장(58) 동안 DC 전송 설계 전압 Vdc에 대한 노출의 결과로서, 제1 DC 전송 라인(40)은 Vdc로 과충전된다.
이에 따라, DC 극-접지 고장(58)이 제거될 때까지, DC 극-접지 고장(58) 동안의 과전압 및 과전류 상태에서 제1 제어회로(30)의 구성요소들을 보호하기 위해서, 제1 제어회로(30)는 고장 보호 모드로 동작 가능하다.
DC 극-접지 고장(58)이 제거된 후에, 제1 제어회로(30)는 도 5에 도시된 바와 같이, 네트워크 방전 모드(network discharging mode)로 들어간다.
네트워크 방전 모드에 있어서, 제어 장치(100)는 전류 전송 경로로부터 제1 모듈(44a)의 커패시터(52)를 선택적으로 분리한다. 이것은, 전류 파형(60)이 제1 DC 전송 라인(40)으로부터 제1 전류 전송 경로 부분을 통하여 접지(56)로 흐르게 한다. 이는 초과 에너지를 과충전된 제1 DC 전송 라인(40)으로부터 끌어내서, 제1 주요 레지스터(46)와 예비 레지스터(54)를 통해 소멸되게 할 수 있다.
이와 동시에, 제어 장치(100)는, 네트워크 방전 모드 중 제2 DC 전송 라인(42)으로부터 에너지가 이끌어내지는 것을 막기 위해, 제2 모듈(44b)을 통하여 전류가 흐르는 것을 차단하도록 제2 모듈(44b)을 선택적으로 스위칭한다.
또는, 제어 장치(100)는, 제1 DC 전송 라인(40)의 방전율을 제어하도록 가변 전압을 생성하거나 방전 처리의 속도를 높이도록 음전압을 생성하기 위해서, 전류 전송 경로에 제1 모듈(44a)의 하나 이상의 커패시터(52)를 선택적으로 삽입할 수도 있다.
제1 DC 전송 라인(40)이 +Vdc/2의 정상 동작 전압으로 다시 방전되면, 제1 제어회로(30)는 네트워크 방전 모드를 종료하고 전류 전송 경로에 제1 및 제2 모듈(44a, 44b)의 모든 커패시터(52)를 선택적으로 삽입한다. 이는 제1 제어회로(30)가 그 대기 형태로 돌아가서, DC 전송 설계 및 제1 제어회로(30)가 정상 동작을 재개 가능하게 한다.
DC 극-접지 고장(58) 동안 제1 제어회로(30)의 상술한 고장 동작은, 제1 전류 전송 경로 부분을 우회하는, 접지(56)와 제1 DC 전송 라인(40) 사이에서 일어나는 단락에 동일하게 적용할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이에 따라, 제1 제어회로(30)에서 예비 레지스터(54)를 포함하는 것은, 제1 제어회로(30)의 정상 및 고장 동작 동안 같도록, 제1 제어회로(30)의 구성 요소에 나타나는 최대 전압 및 전류 레벨에 대한 제어를 가능하게 한다. 따라서, 이것은, 제1 제어회로(30)의 구성요소의 정격전압 및 정격전류를 증가시킬 필요성을 제거하여, 제1 제어회로(30)의 전체적인 크기 및 비용을 최소화시킨다.
게다가, 모듈(44), 제1 및 제2 주요 레지스터(46, 48) 및 제어 장치(100)는 제1 제어회로(30)의 정상 및 고장 동작 모두에 이용된다. 이에 따라, 이것은, 과전압 및 과전류 상태에서 제1 제어회로(30)의 구성요소를 보호하기 위한 부가적인 장비의 필요성을 없애줌으로써, 제1 제어회로(30)의 크기 및 복잡성을 최소화시킨다.
따라서, 제1 제어회로(30)는, DC 전송 라인(40, 42)에서 에너지 레벨을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 비용 효율적인 방식으로 그 구성요소들을 보호할 수 있다.
본 발명의 실시형태에서의, 제어 장치(100)는, 제어회로의 정상 동작 중 전류 전송 경로로부터 하나 이상의 커패시터(52)를 선택적으로 분리하여 각 모듈(44a, 44b)의 어떤 동작 손실을 상쇄하기 위해서 DC 전송 라인(40, 42)으로부터 에너지 흡수를 통하여 전류 전송 경로에 삽입되는 하나 이상의 다른 커패시터(52)를 충전할 수 있어서, 일정한 값으로 각 모듈(44a, 44b)의 평균 에너지 레벨을 유지할 수 있는 것으로 보여진다.
또한 DC 전송 설계에서 고장 또는 다른 비정상적인 동작 상태는, DC 전송 라인(40, 42)들 사이에서 발생하는 DC 극간 고장(DC pole-to-pole fault: 62), 즉 제1 제어회로(30)를 우회하는, DC 전송 라인(40, 42)들 사이의 단락을 초래할 수도 있다.
DC 극간 고장(62)이 발생하는 경우, DC 전송 라인(40, 42) 간에 초래된 단락은, 도 6에 도시된 바와 같이, DC 전송 라인(40, 42)들 간의 전위차를 영전위로 급격히 떨어뜨리게 한다.
DC 극간 고장(62)이 감지되자마자, 제어 장치(100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 전류 전송 경로로부터 제1 및 제2 모듈(44a, 44b)의 커패시터(52)를 선택적으로 분리한다. 분리된 커패시터(52)는 전류가 흐를 수 없고, 충전이나 방전이 될 수 없다. 따라서, 각 커패시터(52)의 전압 레벨은 동일하게 유지되는 반면, 전류 전송 경로로부터 분리됨으로써, 과전압에 의한 손상으로부터 보호된다.
또는, DC 극간 고장(62)이 감지되자마자, 제어장치(100)는 전류 전송 경로로부터 제1 및 제2 모듈(44a, 44b)의 커패시터(52)를 선택적으로 분리하는 것 대신에, 제1 및 제2 모듈(44a, 44b)을 선택적으로 스위칭하여 전류가 그것을 통하여 흐르는 것을 차단할 수도 있다. 그래서, DC 전송 라인(40, 42)을 가로지르는 영전위를 초과하는 커패시터(52)의 전압들의 합으로부터 생기는 역병렬 다이오드들의 역방향 바이어스와 IGBT들의 턴오프에 의해, 각 모듈(44a, 44b)를 통하여 전류가 흐르는 것이 방지된다.
DC 극간 고장(62)이 제거된 후, 정류부(rectifier station: 미도시)가 DC 전송 케이블을 그 정상 동작 전압으로 다시 충전하도록 이용된다. DC 전송 라인(40, 42)이 각각의 정상 동작 전압으로 다시 충전되면, 제1 제어회로(30)는 전류 전송 경로에 모듈들(44a, 44b)의 모든 커패시터(52)를 선택적으로 삽입한다. 이는 제1 제어회로(30)가 그 대기 형태로 복귀하고, DC 전송 설계 및 제1 제어회로(30)가 정상 동작을 재개 가능하게 한다.
도 8은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 제어회로(70)를 나타낸다. 제2 제어회로(70)는, 도 2에 나타낸 제1 제어회로(30)의 구조 및 동작과 유사하며, 유사한 구성들은 동일한 참조 부호를 부여한다.
제2 제어회로(70)의 각 모듈(72a, 72b)이, 단일 방향으로 전류가 흐르는 동안 영전압, 양전압 또는 음전압을 제공할 수 있는 2-쿼드런트 합리화 바이폴러 모듈(2-quadrant bipolar rationalised module: 72a, 72b)을 규정하기 위해서, 풀 브리지 배열로 커패시터(78)와 병렬로 연결되는 제1 및 제2 세트의 직렬 연결된 전류 흐름 제어 소자(current flow control element: 74, 76)을 포함하는 점에 있어서, 제2 제어회로(70)는 제1 제어회로(30)와 다르다.
도시된 실시형태에서, 각 세트의 직렬 연결된 전류 흐름 제어 소자(74, 76)는, 커패시터(78)를 통하여 전류를 선택적으로 보내기 위해 역병렬 다이오드와 병렬로 연결된 IGBT인 스위칭 소자(80)와, 단일 방향으로 모듈(72a, 72b)을 통하여 전류 흐름을 제한하는 다이오드 형태인 보조 수동 전류 점검 소자(secondary passive current check element: 82)를 포함한다.
따라서, 제2 제어회로(70)에서 각 모듈(72a, 72b)의 형태는, 제1 제어회로(30)와 비교할 때, 구성요소들의 전체적인 수를 줄여서 제2 제어회로(70)의 크기 및 비용을 줄일 수 있다.

Claims (13)

  1. DC 네트워크에 접속하기 위한 제1 및 제2 주요 단자(32, 34)를 포함하는 제어회로로서,
    상기 제1 및 제2 주요 단자는, 전류 전송 경로를 규정하기 위해서, 그 사이에 직렬로 연결된 복수의 모듈(44a, 44b)과 복수의 주요 에너지 변환 소자(46, 48)를 구비하고, 각 모듈(44a, 44b)은 적어도 하나의 에너지 저장 소자(52)를 포함하며, 각 에너지 저장 소자는 전류 전송 경로로부터 선택적으로 분리가능하며;
    상기 제어회로는 제1 및 제2 주요 단자(32, 34) 사이에 직렬로 연결된 보조 단자(36)를 더 포함하고, 복수의 모듈은 적어도 하나의 제1 모듈(44a)과 적어도 하나의 제2 모듈(44b)을 포함하며, 각 제1 모듈은 제1 전류 전송 경로 부분을 규정하기 위해서 제1 주요 단자(32)와 보조 단자(36) 사이에 적어도 하나의 주요 에너지 변환 소자(46)와 직렬로 연결되며, 각 제2 모듈(44b)은 제2 전류 전송 경로 부분을 규정하기 위해서 제2 주요 단자(34)와 보조 단자(36) 사이에 적어도 하나의 다른 주요 에너지 변환 소자(48)와 직렬로 연결되고;
    상기 제어회로는 적어도 하나의 예비 에너지 변환 소자(54)와 예비 단자(38)를 더 포함하며, 각 예비 에너지 변환 소자(54)는 보조 단자(36)와 예비 단자(38) 사이에 직렬로 연결되고, 상기 예비 단자는 접지(56)에 접속하기 위한 것인, 제어회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각 모듈은, 각 에너지 저장 소자(52)를 통하여 전류를 선택적으로 보내거나, 전류가 각 에너지 저장 소자를 우회하도록 하기 위한 적어도 하나의 스위칭 소자(50)를 더 포함하는, 제어회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    각 모듈은, 영전압, 양전압 또는 음전압을 제공할 수 있고 두 방향으로 전류를 흐르게 할 수 있는 4-쿼드런트 바이폴러 모듈을 규정하기 위해서, 풀 브리지 배열로 각 에너지 저장 소자(52)와 병렬로 접속된 두 쌍의 스위칭 소자(50)를 포함하는, 제어회로.
  4. 제 2 항에 있어서,
    각 모듈(44a, 44b)은 제1 및 제2 세트의 직렬 연결된 전류 흐름 제어 소자(74, 76)를 포함하고,
    각 세트의 전류 흐름 제어 소자는, 각 에너지 저장 소자(78)를 통하여 전류를 선택적으로 보내기 위한 스위칭 소자(80)와, 단일 방향으로 모듈을 통하여 전류 흐름을 제한하기 위한 수동 전류 점검 소자(82)를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 세트의 직렬 연결된 전류 흐름 제어 소자(74, 76)와 각 에너지 저장 소자(78)는, 단일 방향으로 전류가 흐르는 동안 영전압, 양전압 또는 음전압을 제공할 수 있는 2-쿼드런트 바이폴러 합리화 모듈을 규정하기 위해서, 풀 브리지 배열로 배치되는, 제어회로.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항에 있어서,
    상기 전류 전송 경로로부터 각 에너지 저장 소자(52)를 선택적으로 분리하기 위한 제1 컨트롤러(102)를 더 포함하며,
    상기 제1 컨트롤러(102)는 고장 보호 모드와 네트워크 방전 모드로 각 에너지 저장 소자(52)를 스위칭하도록 구성되는, 제어회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고장 보호 모드로 동작하는 경우, 제1 컨트롤러(102)는,
    사용시, 고장 동안 전류 전송 경로에서 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나의 각 에너지 저장 소자(52)를, 상기 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 다른 하나에 연결된 주요 단자(32, 34)와 예비 단자(38) 사이에서 선택적으로 분리하는, 제어회로.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 고장 보호 모드로 동작하는 경우, 제1 컨트롤러(102)는,
    사용시, 고장 동안 전류 전송 경로에서 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나의 각 에너지 저장 소자(52)를, 상기 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나에 연결된 주요 단자(32, 34)와 예비 단자(38) 사이에서 선택적으로 분리하는, 제어회로.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 네트워크 방전 모드로 동작하는 경우, 제1 컨트롤러(102)는,
    전류 파형이 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나를 통하여 DC 네트워크로부터 흐르게 하기 위해서, 전류 전송 경로에서 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나의 적어도 하나의 에너지 저장 소자(52)를 선택적으로 분리하는, 제어회로.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나의 적어도 하나의 에너지 저장 소자(52)는, 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 상기 하나에 걸리는 전압을 바꾸도록 전류 전송 경로로부터 선택적으로 분리되는, 제어회로.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 모듈(44a, 44b)은, 그 모듈을 통하여 전류가 흐르는 것을 선택적으로 차단하기 위해, 적어도 하나의 스위칭 소자(50)를 더 포함하는, 제어회로.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 모듈(44a, 44b)이 그 모듈(44a, 44b)을 통하여 전류가 흐르는 것을 차단하도록 선택적으로 스위칭하기 위한 제2 컨트롤러(104)를 더 포함하고,
    상기 제2 컨트롤러(104)는 네트워크 방전 모드와 고장 보호 모드로 각 모듈(44a, 44b)을 스위칭하도록 구성되는, 제어회로.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 고장 보호 모드로 동작하는 경우, 제2 컨트롤러(104)는,
    사용시, 고장 동안 모듈을 통하여 전류가 흐르는 것을 차단하기 위해서 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 하나의 각 모듈(44a, 44b)을, 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분 중 상기 하나에 연결된 주요 단자(32, 34)와 예비 단자(38) 사이에서 선택적으로 스위칭하는, 제어회로.
  13. 제 8 항 또는 제 9 항에 종속하는 경우의 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 네트워크 방전 모드로 동작하는 경우, 제2 컨트롤러(104)는,
    모듈을 통하여 전류가 흐르는 것을 차단하기 위해서 제1 및 제2 전류 전송 경로 부분의 다른 하나의 각 모듈(44a, 44b)을 선택적으로 스위칭하는, 제어회로.
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