KR20150078489A - Ｈｖｄｃ 시스템의 전원 이중화 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Ｈｖｄｃ 시스템의 전원 이중화 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치 및 제어방법에 관한 것으로, HVDC 시스템의 전원 이중화 장치는 제1입력전원을 입력받아 제1전원을 발생하여 출력하는 제1독립전원 발생기와; 제2입력전원을 입력받아 제1전원을 발생하여 출력하는 제2독립전원 발생기와; 제1독립전원 발생기와 제2독립전원 발생기로부터 각각 출력되는 제1전원을 선택적으로 수신받아 제1전원 보다 낮은 크기를 갖는 제2전원으로 변환시켜 출력하는 제1전원공급기와; 제1독립전원 발생기와 제2독립전원 발생기로부터 각각 출력되는 제1전원을 선택적으로 수신받아 제1전원보다 낮은 크기를 갖는 제2전원으로 변환시켜 출력하는 제2전원공급기와; 제1전원공급기로부터 출력되는 제2전원을 공급받아 활성화되어 HVDC 컨버터를 제어하는 제1HVDC 제어기와; 제2전원공급기로부터 출력되는 제2전원을 공급받아 활성화되어 HVDC 컨버터를 제어하는 제2HVDC 제어기와; 제1전원과 미리 저장된 제1기준전원의 크기를 비교하여 제1기준전원의 크기와 다른 제1전원이 있으면 제1기준전원의 크기와 같은 제1전원을 발생하는 제1독립전원 발생기나 제2독립전원 발생기에서 출력되는 제1전원이 제1전원공급기와 제2전원공급기로 전달되도록 하는 전원감시 제어기로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

ＨＶＤＣ 시스템의 전원 이중화 장치 및 그 제어방법{Dual power supply apparatus for high voltage direct current system and control method using the same}
본 발명은 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 특히 상용전원과 독립된 독립전원부를 이중으로 구비한 후 각각의 독립전원부의 동작상태를 감시하여 선택적으로 이중으로 구비된 HVDC 제어기로 전원을 공급할 수 있는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치 및 제어방법에 관한 것이다.
HVDC(High Voltage Direct Current) 시스템은 장거리 송전시에 발생되는 전력손실을 개선하기 위한 방법이다. HVDC 시스템은 전력손실을 줄이기 위해 발전소에서 생산된 교류 전력을 직류로 변환하여 송전하고, 직류를 다시 교류로 변환하는 방법이 사용되며, HVDC 시스템은 전송시스템을 전반적으로 제어하기 위해 HVDC 제어기가 구비된다. HVDC 제어기는 외부에서 공급되는 전원의 문제가 발생되어도 지속적으로 기능을 수행해야 한다. HVDC 제어기는 전원을 안정적이며 지속적으로 공급받기 위해 전원감시장치가 구비되며, 이러한 기술에 관련된 전원 감시장치가 일본공개특허 제1995-281767호에 공개되어 있다.
일본공개특허 제1995-281767호는 부하 요구에 따라 전기량을 공급하는 전원장치에 관한 것으로, 이중화 공급전원, 감산수단, 제1제어수단, 제2제어수단 및 선택수단으로 이루어진다.
이중화 공급전원은 제1공급 전원과 제2공급 전원으로 구성되어 부하 요구에 따른 전기량을 공급하며, 감산수단은 제1공급 전원으로부터 공급되는 전기량을 검출해 전기량이 설정치 이상의 경우에 제1공급 전원으로부터 공급되는 전기량으로부터 일정량을 감산한다. 제1제어수단은 감산수단에 의해 감산하여 산출된 편차량에 근거해 제2공급 전원으로부터 공급하는 전기량을 제어함과 동시에 제1공급 전원으로부터 공급되는 전기량을 부하 요구에 따른 전기량에 제어한다. 제2제어수단은 제1공급 전원으로부터 공급되는 전기량을 검출해 이 전기량이 설정치 이하의 경우에 제2공급 전원으로부터 공급되는 전기량을 부하 요구에 따른 전기량에 제어한다. 선택수단은 제2제어수단과 제1 및 제2공급 전원으로부터 공급되는 각 전기량을 비교해 큰 전기량을 선택해 부하에 공급하여 이중화된 전원을 공급한다.
일본공개특허 제1995-281767호와 같은 종래의 기술은 하나의 상용전원과 하나의 비상용전원으로 전원을 이중화하는 것으로, 이를 HVDC 제어기에 적용하는 경우에 상용전원이 차단된 상태에서 하나의 비상용전원이 차단되는 경우에 HVDC 제어기가 지속적으로 기능을 수행할 수 없게 된다. 즉, HVDC 제어기는 구동 전원이 차단된 경우에 HVDC 시스템을 전반적으로 제어하여 고압의 직류 전송 제어를 지속적으로 수행할 수 없게 되고, 이로 인해 HVDC 시스템을 이용한 전원 전송에 심각한 신뢰성을 저하시킬 수 있는 문제점이 있다.
일본공개특허 제1995-281767호(공개일: 1995.10.27)
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상용전원과 독립된 독립전원부를 이중으로 구비한 후 각각의 독립전원부의 동작상태를 감시하여 선택적으로 이중으로 구비된 HVDC 제어기로 전원을 공급할 수 있는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 독립전원부의 동작상태 감시 시 독립전원에 구비된 중요소자의 수명을 측정하여 독립전원부의 이상 여부를 감시할 수 있는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 독립전원부의 동작상태와 중요소자의 수명 상태를 이용하여 독립전원부를 감시하여 전원을 선택적으로 이중으로 구비된 HVDC 제어기로 공급함으로써 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 HVDC 제어기로 안정적으로 전원을 공급할 수 있도록 함으로써 HVDC 제어기로 지속적으로 전원을 공급할 수 있어 HVDC 전송시템을 이용한 전원 전송의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치 및 제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치는 제1입력전원을 입력받아 제1전원을 발생하여 출력하는 제1독립전원 발생기와; 제2입력전원을 입력받아 제1전원을 발생하여 출력하는 제2독립전원 발생기와; 상기 제1독립전원 발생기와 상기 제2독립전원 발생기로부터 각각 출력되는 제1전원을 선택적으로 수신받아 제1전원 보다 낮은 크기를 갖는 제2전원으로 변환시켜 출력하는 제1전원공급기와; 상기 제1독립전원 발생기와 상기 제2독립전원 발생기로부터 각각 출력되는 제1전원을 선택적으로 수신받아 제1전원보다 낮은 크기를 갖는 제2전원으로 변환시켜 출력하는 제2전원공급기와; 상기 제1전원공급기로부터 출력되는 제2전원을 공급받아 활성화되어 HVDC 컨버터를 제어하는 제1HVDC 제어기와; 상기 제2전원공급기로부터 출력되는 제2전원을 공급받아 활성화되어 HVDC 컨버터를 제어하는 제2HVDC 제어기와; 상기 제1전원과 미리 저장된 제1기준전원의 크기를 비교하여 제1기준전원의 크기와 다른 제1전원이 있으면 제1기준전원의 크기와 같은 제1전원을 발생하는 제1독립전원 발생기나 제2독립전원 발생기에서 출력되는 제1전원이 제1전원공급기와 제2전원공급기로 전달되도록 하는 전원감시 제어기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 HVDC 시스템의 전원 이중화 제어방법은 전원감시 제어기에서 UPS(Uninterrupted Power Supply)로부터 출력되는 제1전원을 감지하는 단계와; 상기 제1전원이 감지되면 전원감시 제어기에서 제1전원이 미리 설정된 제1기준 전압과 일치되는 정상범위 내에 있는지 확인하는 단계와; 상기 제1전원이 정상범위 내에 없으면 전원감시 제어기에서 정상 동작되는 제1독립전원 발생기에 구비된 UPS나 제2독립전원 발생기에 구비된 UPS로부터 출력되는 제1전원을 선택되도록 UPS에 연결된 스위치를 절체하는 단계와; 상기 스위치가 절체되면 전원감시 제어기에서 스위치가 절체 동작이 완료되었는지를 확인하는 스위치 상태확인 단계와; 상기 스위치의 절체가 완료되지 않으면 상기 스위치를 절체하는 단계로 리턴하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치 및 제어방법은 상용전원과 독립된 독립전원부를 이중으로 구비한 후 각각의 독립전원부의 동작상태를 감시하여 선택적으로 이중으로 구비된 HVDC 제어기로 전원을 공급할 수 있는 이점이 있으며, 독립전원부의 동작상태 감시 시 독립전원에 구비된 중요소자의 수명을 측정하여 독립전원부의 이상 여부를 감시할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치 및 제어방법은 또한, 독립전원부의 동작상태와 중요소자의 수명 상태를 이용하여 독립전원부를 감시하여 전원을 선택적으로 이중으로 구비된 HVDC 제어기로 공급함으로써 안정적으로 전원을 공급할 수 있는 이점이 있으며, HVDC 제어기로 안정적으로 전원을 공급할 수 있도록 함으로써 HVDC 제어기로 지속적으로 전원을 공급할 수 있어 HVDC 전송시템을 이용한 전원 전송의 신뢰성을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치의 구성을 나타낸 블럭도,
도 2는 도 1에 도시된 전원감시 제어기의 입출력신호를 상세히 나타낸 블럭도,
도 3은 본 발명의 HVDC 시스템의 전원 이중화 제어방법을 나타낸 흐름도,
도 4는 도 3에 도시된 인터럽트 루틴 단계를 상세히 나타낸 흐름도,
도 5는 도 4에 도시된 인터럽트 루틴 단계를 상세히 나타낸 흐름도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능이나 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1에서와 같이 발명의 HVDC 제어기(50,60)의 이중 전원 감시장치는 제1독립전원 발생기(10), 제2독립전원 발생기(20), 제1전원공급기(30), 제2전원공급기(40), 제1HVDC 제어기(50), 제2HVDC 제어기(60) 및 전원감시 제어기(70)로 구성된다.
제1독립전원 발생기(10)는 제1입력전원을 입력받아 제1전원을 발생하여 출력하며, 제2독립전원 발생기(20)는 제2입력전원을 입력받아 제1전원을 발생하여 출력한다. 제1전원공급기(30)는 제1독립전원 발생기(10)와 제2독립전원 발생기(20)로부터 각각 출력되는 제1전원을 선택적으로 수신받아 제1전원 보다 낮은 크기를 갖는 제2전원으로 변환시켜 출력하며, 제2전원공급기(40)는 제1독립전원 발생기(10)와 제2독립전원 발생기(20)로부터 각각 출력되는 제1전원을 선택적으로 수신받아 제1전원보다 낮은 크기를 갖는 제2전원으로 변환시켜 출력한다. 제1HVDC 제어기(50)는 제1전원공급기(30)로부터 출력되는 제2전원을 공급받아 활성화되어 HVDC 컨버터를 제어하며, 제2HVDC 제어기(60)는 제2전원공급기(40)로부터 출력되는 제2전원을 공급받아 활성화되어 HVDC 컨버터(80)를 제어한다. 전원감시 제어기(70)는 제1전원과 미리 저장된 제1기준전원의 크기를 비교하여 제1기준전원의 크기와 다른 제1전원이 있으면 제1기준전원의 크기와 같은 제1전원을 발생하는 제1독립전원 발생기(10)나 제2독립전원 발생기(20)에서 출력되는 제1전원이 제1전원공급기(30)와 제2전원공급기(40)로 전달되도록 한다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 HVDC 제어기(50,60)의 이중 전원 감시장치의 구성을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1독립전원 발생기(10)와 제2독립전원 발생기(20)는 각각 입력되는 제1입력전원이나 제2입력전원으로 제1HVDC 제어기(50)와 제2HVDC 제어기(60)가 연계된 전력망(도시 않음)에서 발생된 전원이거나 제1HVDC 제어기(50)와 제2HVDC 제어기(60)가 연계되지 않은 전력망에서 발생된 전원이 사용된다. 예를 들어, 제1독립전원 발생기(10)는 제1HVDC 제어기(50)와 제2HVDC 제어기(60)가 연계된 전력망에서 발생된 전원을 제1입력전원으로 사용하면, 제2독립전원 발생기(20)는 제1HVDC 제어기(50)와 제2HVDC 제어기(60)가 연계되지 않은 전력망(도시 않음)에서 발생된 전원을 제2입력전원으로 사용한다.
서로 독립된 제1입력전원이나 제2입력전원을 공급받는 제1독립전원 발생기(10)와 제2독립전원 발생기(20)는 각각 도 1에서와 같이 UPS(Uninterrupted Power Supply)(11,21)와 스위치(12,22)로 구성된다.
UPS(11,21)는 각각 제1입력전원이나 제2입력전원을 수신받아 충전하며, 충전된 제1입력전원이나 제2입력전원을 제1전원으로 발생하여 출력하며, 상세한 구성은 배터리(도시 않음)가 구비된 공지된 UPS가 적용됨으로 설명을 생략한다.
스위치(12,22)는 제1입력전원이 입력된 UPS(11,21)나 제2입력전원이 입력된 UPS(11,21)로부터 각각 출력되는 제1전원을 수신받아 전원감시 제어기(70)의 제어에 의해 절체되어 제1전원공급기(30)나 제2전원공급기(40)로 출력하며, 제1접점단자(T1), 제2접점단자(T2) 및 제3접점단자(T3)가 구비된다. 제1접점단자(T1)는 제1독립전원 발생기(10)에 구비되는 UPS(11)에 연결되고, 제2접점단자(T2)는 제2독립전원 발생기(20)에 구비되는 UPS(21)에 연결되며, 제3접점단자(T3)는 제1전원공급기(30)나 제2전원공급기(40)에 연결되어 전원감시 제어기(70)의 제어에 의해 절체되어 제1접점단자(T1)나 제2접점단자(T2)에 선택적으로 연결된다.
제1전원공급기(30)와 제2전원공급기(40)는 각각 도 1에서와 같이 제1SMPS(Switching Mode Power Supply)부(31,41)와 제2SMPS부(32,42)로 구성된다. .
제1SMPS부(31,41)는 각각 제1전원공급기(30)와 제2전원공급기(40)에 구비되며, 각각 제1독립전원 발생기(10)나 제2독립전원 발생기(20)로부터 출력되는 제1전원을 인가받아 전원감시 제어기(70)의 제어에 의해 제2전원으로 변환시켜 출력한다. 제2SMPS부(32,42)는 각각 제1전원공급기(30)와 제2전원공급기(40)에 구비되며, 각각 제1SMPS부(31,41)와 병렬로 배치되어 제1전원을 인가받아 전원감시 제어기(70)의 제어에 의해 제2전원으로 변환시켜 출력한다.
제1SMPS부(31,41)와 제2SMPS부(32,42)는 각각 스위치(31a,41a,32a,42a)와, SMPS(31b,41b,32b,42b), 제1다이오드(D1) 및 제2다이오드(D2)로 구성된다.
스위치(31a,41a,32a,42a)는 각각 제1SMPS부(31,41)와 제2SMPS부(32,42)에 구비되며, 제1독립전원 발생기(10)나 제2독립전원 발생기(20)로부터 출력되는 제1전원을 인가받아 전원감시 제어기(70)의 제어에 의해 제1전원의 출력을 온(on)하거나 오프(off)되며, 제1접점단자(T1)와 제2접점단자(T2)가 구비된다. 스위치(31a,41a,32a,42a)에 각각 구비되는 제1접점단자(T1)는 제1다이오드(D1)에 연결되며, 제2접점단자(T2)는 SMPS(31b,41b,32b,42b)에 각각 연결되어 전원감시 제어기(70)의 제어에 의해 제1접점단자(T1)와 연결된다. 즉, 스위치(31a,41a,32a,42a)는 제1접점단자(T1)와 제2접점단자(T2)가 전원감시 제어기(70)의 제어에 의해 절체되어 제1전원을 개폐한다.
SMPS(31b,41b,32b,42b)는 각각 제1SMPS부(31,41)와 제2SMPS부(32,42)에 구비되며, 각각 스위치(31a,41a,32a,42a)로부터 출력되는 제1전원을 인가받아 제2전원으로 변환시켜 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)로 출력한다. 이러한 SMPS(31b,41b,32b,42b)는 각각 커패시터(C)가 구비되며, 커패시터(C)는 등가직렬저항 특성을 이용하여 전원감시 제어기(70)에 의해 수명이 측정된다. 즉, 전원감시 제어기(70)는 도 2에서와 같이 커패시터(C)의 열화 상태를 나타내는 등가직렬저항 특성을 측정하여 커패시터(C)의 수명을 측정하며, 측정장치나 방법은 공지된 기술을 적용한다.
제1다이오드(D1)는 스위치(31a,41a,32a,42a)와 각각 연결되어 역기전력에 의해 SMPS(31b,41b,32b,42b)에서 제1독립전원 발생기(10)로 전류가 흐르는 것을 방지한다. 제2다이오드(D2)는 SMPS(31b,41b,32b,42b)와 각각 연결되어 역기전력에 의해 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)에서 SMPS(31b,41b,32b,42b)로 전류가 흐르는 것을 방지한다.
제1HVDC 제어기(50)와 제2HVDC 제어기(60)는 각각 제2전원을 공급받아 구동되도록 도 1에서와 같이 제2다이오드(D2)와 스위치(71) 사이에 연결되어 하나의 HVDC 컨버터(80)를 이중으로 제어하도록 구성되며, HVDC 컨버터(80)와 연계된 회로장치(도시 않음)를 이중으로 제어 즉, 하나의 HVDC 컨버터(80)와 관련된 회로장치를 전반적으로 제어하여 HVDC 컨버터(80)를 활성화시켜 고압 직류 전송이 안정적으로 진행되도록 한다.
전원감시 제어기(70)는 스위치(71)가 구비되며, 스위치(71)는 제1접점단자(T1), 제2접점단자(T2) 및 제3접점단자(T3)가 구비된다. 제1접점단자(T1)는 제1HVDC 제어기(50)와 연결되고, 제2접점단자(T2)는 제2HVDC 제어기(60)와 연결되며, 제3접점단자(T3)는 HVDC 컨버터와 연결되어 전원감시 제어기(70)의 제어에 의해 제1접점단자(T1)나 제2접점단자(T2)에 선택적으로 연결되어 전원감시 제어기(70)의 제어에 의해 절체되어 HVDC 컨버터(80)가 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)에 의해 이중으로 안정적인 제어가 이루어지도록 한다.
전원감시 제어기(70)는 제1전원과 제1기준전원의 크기를 비교 시 제1전원과 제1기준전원의 전류량이나 전압레벨로 비교하며, 도 1 및 도 2에서와 같이 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)로 안정적으로 제2전원이 공급되도록 상용전원과 독립됨과 아울러 서로 독립된 2개의 독립전원부(10,30) 및 독립전원부(20,40)를 전반적으로 제어한다. 독립전원부(10,30)는 제1독립전원 발생기(10)와 제1전원공급기(30)로 이루어지며, 독립전원부(20,40)는 제2독립전원 발생기(20)와 제2전원공급기(40)로 이루어진다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 HVDC 제어기(50,60)의 이중 전원 감시장치를 이용한 감시방법을 첨부된 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3에서와 같이 본 발명의 HVDC 제어기(50,60)의 이중 전원 감시방법은 먼저, 전원감시 제어기(70)에서 UPS(11,21)로부터 출력되는 제1전원을 감지한다(S110). 제1전원의 감지는 도 2에서와 같이 전원감시 제어기(70)에서 UPS 상태감신호(UPS_state)를 감지하며, UPS 상태감신호(UPS_state)는 UPS(11,21)에 구비되는 배터리(도시 않음)의 전원상태나 UPS(11,21)로부터 출력되는 제1전원의 출력 상태를 감지한 신호이다.
제1전원이 감지되면 전원감시 제어기(70)에서 제1전원이 미리 설정된 제1기준 전압과 일치되는 정상범위 내에 있는지 확인한다(S120).
제1전원이 정상범위 내에 없으면 전원감시 제어기(70)에서 정상 동작되는 제1독립전원 발생기(10)에 구비된 UPS(11)나 제2독립전원 발생기(20)에 구비된 UPS(11)로부터 출력되는 제1전원을 선택되도록 UPS(11,21)에 연결된 스위치(12,22)를 절체한다(S130).
전원감시 제어기(70)는 도 2에서와 같이 UPS 상태감신호(UPS_state)로 제1전원을 수신받거나 UPS(11,21)에 구비되는 배터리(도시 않음)의 전원상태를 감지하여 정상범위 내에 있지 않으면 제1스위치 절체신호(SW_con1)를 발생하여 스위치(12,22)를 절체시켜 정상전원으로 입력되는 제1전원이 스위치(12,22)를 통해 제1전원공급기(30)와 제2전원공급기(40)로 공급되도록 한다. 제1전원의 정상범위는 전원감시 제어기(70)의 프로그래밍 시 설정되며, 미리 설정된 제1기준 전압은 제1전원을 100%로 할 때 90% 이상이 되도록 설정하여 제1전원이 제1기준 전압에 도달되는 정상범위 내에 있는지 여부를 확인한다. 반대로, 제1전원이 정상범위 내에 있으면 UPS(11,21)로부터 출력되는 제1전원을 계속 감지하기 위해 리턴한다(S160).
스위치(12,22)가 절체(switched)되면 전원감시 제어기(70)에서 스위치(12,22)가 절체 동작이 완료되었는지를 확인하는 스위치 상태확인을 실시한다(S140). 스위치(12,22)의 상태확인은 스위치(12,22)에 각각 구비되는 제1접점단자(T1)와 제3접점단자(T3) 사이와 제2접점단자(T2)와 제3접점단자(T3) 사이에 흐르는 전류나 전위차를 감지하고, 감지된 결과를 스위치 상태신호(SW_state)로 전원감시 제어기(70)에서 수신받아 확인한다. 스위치 상태확인 결과, 스위치(12,22)가 정상적으로 절체가 완료되지 않으면 스위치(12,22)의 절체를 다시 수행하기 위해 스위치(12,22)의 절체를 실시하는 단계(S13)로 리턴하며(S150), 스위치(12,22)가 정상적으로 절체가 완료되면 UPS(11,21)로부터 출력되는 제1전원을 계속 감지하기 위해 UPS(11,21)로부터 출력되는 제1전원의 출력 상태를 감지하는 단계(S110)로 리턴한다(S160). 이러한 스위치(12,22)의 절체 상태확인은 스위치(12,22)가 각각 정상적으로 동작되었는지 여부를 확인함으로써 보다 안정적으로 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)로 전원이 공급되도록 함에 있다.
정상범위 내에 있는지 확인하는 단계(S110)에서 제1전원이 정상범위인지를 확인 시 일정한 시간 간격을 갖도록 주기적으로 SMPS(31b,41b,32b,42b)가 정상 동작 되는지 여부를 확인하는 인터럽트 루틴이 실시된다(S170).
SMPS(31b,41b,32b,42b)가 정상 동작되는지 여부를 확인하기 위한 인터럽트 루틴은 먼저, 도 4에서와 같이 전원감시 제어기(70)에서 SMPS(31b,41b,32b,42b)로부터 출력되는 제2전원이 미리 설정된 제2기준 전압과 일치되는 정상범위 내에 있는지를 확인한다(S171). 제2전원의 정상범위는 전원감시 제어기(70)의 프로그래밍 시 설정되며, 미리 설정된 제2준 전압은 제2전원을 100%로 할 때 90% 이상이 되도록 설정하여 제2전원이 제2기준 전압에 도달되는 정상범위 내에 있는지 여부를 확인한다.
제2전원이 정상범위 내에 있지 않으면 전원감시 제어기(70)에서 SMPS(31b,41b,32b,42b)가 이상이 있는지 여부를 확인한다(S172). SMPS(31b,41b,32b,42b)의 이상 여부는 SMPS(31b,41b,32b,42b)에 구비되는 반도체 스위칭소자(도시 않음)의 출력전류를 확인하여 판별하며, 반도체 스위칭소자(도시 않음)와 출력을 감지하는 방법은 공지된 기술이 적용된다. 전원감시 제어기(70)는 반도체 스위칭소자의 출력을 미리 저장하며, 반도체 스위칭소자로부터 출력되는 전류의 출력값이 미리 설정된 값이 아니면 이상이 있음을 판단하고, 이를 전원감시 제어기(70)에서 도 2에서와 같이 SMPS 상태신호(SMPS_state)로 수신받아 판별한다.
전원감시 제어기(70)에서 확인 결과, SMPS(31b,41b,32b,42b)에 이상이 발생되면 전원감시 제어기(70)에서 알람(SMPS_alarm)을 발생한다(S175). 알람(SMPS_alarm)을 발생한 후 전원감시 제어기(70)는 정상 동작되는 SMPS(31b,41b,32b,42b)로부터 출력되는 제2전원이 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)로 인가되도록 스위치(31a,32a,41a,42a)를 절체한다(S176). 스위치(31a,32a,41a,42a)의 절체는 오픈(open) 상태가 되도록 도 2에서와 같이 전원감시 제어기(70)에서 제2스위치 절체신호(SW_con2)를 발생하여 스위치(31a,32a,41a,42a)로 인가함으로써 이루어진다. 즉, 정상동작 되지 않은 SMPS(31b,41b,32b,42b)로 제1전원이 공급되지 않도록 함으로써 정상동작 되지 않은 SMPS(31b,41b,32b,42b)에 대한 알람 발생과 차단시켜 안정적으로 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)로 제2전원이 인가되도록 하며, 정상동작 되지 않은 SMPS(31b,41b,32b,42b)를 신속하게 보수를 수행할 수 있도록 한다.
SMPS(31b,41b,32b,42b)가 이상이 있는지를 확인한 결과, SMPS(31b,41b,32b,42b)에 이상이 없으면 전원감시 제어기(70)에서 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)에서 이상이 발생되었는지를 확인한다(S174). 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)의 이상 발생 여부는 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)가 정상동작하지 않은 경우에 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)에서 각각 HVDC 이상상태신호(HVDC_state)가 발생되도록 프로그래밍된다. HVDC 이상상태신호(HVDC_state)가 발생되면 전원감시 제어기(70)는 이를 수신받아 알람을 발생하여 출력한다(S175).
전원감시 제어기(70)에서 알람이 발생되면 전원감시 제어기(70)에서 정상 동작되는 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)가 선택되도록 제1HVDC 제어기(50)와 제2HVDC 제어기(60)가 연결된 스위치(17)를 절체한다(S176). 즉, 제1HVDC 제어기(50)에 이상이 발생되면 스위치(17)의 제2접점단자(T2)와 제3접점단자(T3)가 연결되도록 하여 전원감시 제어기(70)는 제3스위치 절체신호(SW_con3)를 발생하여 출력한다. 스위치(17)의 절체는 제1전원공급기(30)와 제2전원공급기(40) 내에 구비된 온도센서(33,43)에서 감지된 온도감지신호(TEMP_state)에 의해서도 결정된다. 온도센서(33,43)로부터 각각 출력되는 온도감지신호(TEMP_state)가 전원감시 제어기(70)에 미리 설정된 온도값보다 크면 전원감시 제어기(70)는 제3스위치 절체신호(SW_con3)를 발생하여 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)의 동작을 중지시킨다. 즉, 비정상적으로 고온이 발생되는 제1전원공급기(30)나 제2전원공급기(40)의 동작을 중지시켜 신속한 보수를 할 수 있도록 하며, 비정상적으로 고온이 발생된 제1전원공급기(30)나 제2전원공급기(40)의 동작을 중시시킴으로써 이에 연결된 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)의 동작을 중지시켜 HVDC 컨버터(80)를 지속적이며 안정적으로 제어할 수 있도록 한다.
제2전원이 미리 설정된 제2기준 전압과 일치되는 정상범위 내에 있는지를 확인하는 단계(S172)에서 일정한 시간 간격 즉, 주기적으로 커패시터(C)의 수명을 측정하는 인터럽트 루틴이 실시된다(S178).
인터럽트 루틴(S178)은 도 5에서와 같이 먼저, SMPS(31b,41b,32b,42b)가 정상적으로 동작 되면 주기적으로 SMPS(31b,41b,32b,42b)에 각각 구비되는 커패시터(C)의 수명을 측정하여 SMPS(31b,41b,32b,42b)에서 중요소자인 커패시터(C)의 성능 저하나 수명을 알람하게 된다.
커패시터(C)의 수명 측정은 먼저, R=R0×2( T0 - T1 )/10％의 수학식을 수행하여 커패시터의 수명을 측정한다(S11). 커패시터(C)의 수명 측정은 커패시터(C)의 열화 상태를 나타내는 등가직렬저항 특성 이용하여 측정하며, 수학식 R=R0×2( T0 -T1)/10％에서 R은 측정된 커패시터의 수명이다. 수학식에서 R0는 커패시터(C)의 제조사에서 보증하는 제품보증 수명이고, T1은 현재까지 사용한 시간을 나타내며, T0는 커패시터(C)의 제조사에서 보증하는 제품 보증시간을 나타낸다.
R％이 측정되면 R％이 전원감시 제어기(70)에 미리 설정된 X％보다 큰지를 확인한다(S12). X％보다 큰지를 확인 시 X는 R이 100％이라면 80 내지 90％로 설정되며, R％이 X％보다 크면 전원감시 제어기(70)에서 1차적으로 도 2에서와 같이 커패시터(C)의 수명 알람(CL_alarm)을 발생시킨다(S13).
수명 알람(CL_alarm)은 측정된 R%이 X%보다 크면 전원감시 제어기(70)에 서 전원감시 제어기(70)에 구비된 부저나 경고등과 같은 출력소자(도시 않음)를 이용해 제1HVDC 제어기(50), 제2HVDC 제어기(60)나 HVDC 컨버터(80)를 관리하는 관리자가 인지할 수 있도록 발생시킨다. 수명 알람(CL_alarm)이 1차적으로 발생되면 관리자는 SMPS(31b,41b,32b,42b)에 각각 구비되는 커패시터(C)의 열화가 어느 정도 진행되고 있음을 확인할 수 있어 커패시터(C)의 잔존 수명을 예측하게 된다. 반대로 R％이 X％보다 작으면 커패시터(C)의 수명을 측정하는 단계(S11)로 리턴한다(S16).
측정된 R％이 X％보다 크면 전원감시 제어기(70)에서 다시 X％보다 크도록 설정된 Y％보다 큰지를 확인한다(S14). 여기서, Y는 R이 100％이라면 90 내지 98％로 설정되며, X와 Y값은 각각 전원감시 제어기(70)의 프로그래밍 시나 HVDC 컨버터(80)를 관리하는 관리자가 직접 키보드 등과 같은 입력장치(도시 않음)를 통해 입력한다. R％이 Y％보다 큰지를 확인한 결과, R％이 Y％보다 작으면 전원감시 제어기(70)는 커패시터(C)의 수명을 측정하는 단계(S11)로 리턴한다(S16). 반대로, R％이 Y％보다 크면 수명 알람(CL_alarm)을 발생하는 단계(S13)로 리턴한다(S15).
R％이 Y％보다 커 2차 알람(CL_alarm)이 발생되면 관리자는 즉각적으로 SMPS(31b,41b,32b,42b)를 교체하거나 SMPS(31b,41b,32b,42b) 내부에 각각 커패시터(C)를 수리하기 위한 마지막 유지 보수 주기에 도달됨을 인지한다. 2차 알람(CL_alarm)은 1차 때 발생되는 알람(CL_alarm)과 부저의 주파수나 경고등의 표시간격을 다르게 설정하여 관리자가 즉시 인지할 수 있도록 한다. 2차 알람(CL_alarm)이 발생되면 관리자는 커패시터(C)의 잔존 수명이 제로(zero)가 되기 직전에 발생되는 것이므로 이를 인지한 경우에 즉각적으로 SMPS(31b,41b,32b,42b)나 커패시터(C)를 수리해야 한다.
전원감시 제어기(70)는 커패시터(C)의 수명을 측정하여 커패시터(C)로 인한 SMPS(31b,41b,32b,42b)의 갑작스러운 오류를 방지할 수 있도록 함으로써 SMPS(31b,41b,32b,42b)의 오류 발생을 제거하여 제2전원을 제1HVDC 제어기(50)나 제2HVDC 제어기(60)로 안정적으로 공급할 수 있게 된다. 제1HVDC 제어기(50)와 제2HVDC 제어기(60)는 각각 전원감시 제어기(70)에서 UPS(11,21)와 SMPS(31b,41b,32b,42b)의 출력상태나, SMPS(31b,41b,32b,42b)에 각각 구비되는 커패시터(C)의 수명을 측정하여 오류 발생 전 관리자에게 알람을 발생시켜 유지 보수할 수 있도록 함으로써 안정적이며 지속적으로 제2전원을 공급받아 구동할 수 있게 된다.
제1HVDC 제어기(50)와 제2HVDC 제어기(60)는 전원감시 제어기(70)의 제어에 의해 서로 독립된 제1입력전원과 제2입력전원을 입력받는 2개의 독립전원부(10,30)(20,40)로부터 제2전원을 안정적이며, 지속적으로 공급받음으로써 HVDC 컨버터(80)의 가동 정지 후 재가동 시 조기에 HVDC 컨버터(80)를 활성화시켜 HVDC 시스템(도시 않음)의 전력 전송의 신뢰성을 개선시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치 및 제어방법은 상용전원과 독립된 독립전원부를 이중으로 구비한 후 각각의 독립전원부의 동작상태를 감시하여 선택적으로 이중으로 구비된 HVDC 제어기로 전원을 공급할 수 있으며, 독립전원부의 동작상태 감시 시 독립전원에 구비된 중요소자의 수명을 측정하여 독립전원부의 이상 여부를 감시할 수 있다. 본 발명의 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치 및 제어방법은 또한, 독립전원부의 동작상태와 중요소자의 수명 상태를 이용하여 독립전원부를 감시하여 전원을 선택적으로 이중으로 구비된 HVDC 제어기로 공급함으로써 안정적으로 전원을 공급할 수 있으며, HVDC 제어기로 안정적으로 전원을 공급할 수 있도록 함으로써 지속적으로 HVDC 제어기로 전원을 공급할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 제1독립전원 발생기 20: 제2독립전원 발생기
11,21: UPS 12,22: 스위치
30: 제1전원공급기 40: 제2전원공급기
31,41: 제1SMPS부 32,42: 제2SMPS부
50: 제1HVDC 제어기 60: 제2HVDC 제어기
70: 전원감시 제어기 71: 스위치

Claims (17)

  1. 제1입력전원을 입력받아 제1전원을 발생하여 출력하는 제1독립전원 발생기와;
    제2입력전원을 입력받아 제1전원을 발생하여 출력하는 제2독립전원 발생기와;
    상기 제1독립전원 발생기와 상기 제2독립전원 발생기로부터 각각 출력되는 제1전원을 선택적으로 수신받아 제1전원 보다 낮은 크기를 갖는 제2전원으로 변환시켜 출력하는 제1전원공급기와;
    상기 제1독립전원 발생기와 상기 제2독립전원 발생기로부터 각각 출력되는 제1전원을 선택적으로 수신받아 제1전원보다 낮은 크기를 갖는 제2전원으로 변환시켜 출력하는 제2전원공급기와;
    상기 제1전원공급기로부터 출력되는 제2전원을 공급받아 활성화되어 HVDC 컨버터를 제어하는 제1HVDC 제어기와;
    상기 제2전원공급기로부터 출력되는 제2전원을 공급받아 활성화되어 HVDC 컨버터를 제어하는 제2HVDC 제어기와;
    상기 제1전원과 미리 저장된 제1기준전원의 크기를 비교하여 제1기준전원의 크기와 다른 제1전원이 있으면 제1기준전원의 크기와 같은 제1전원을 발생하는 제1독립전원 발생기나 제2독립전원 발생기에서 출력되는 제1전원이 제1전원공급기와 제2전원공급기로 전달되도록 하는 전원감시 제어기로 구성되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1독립전원 발생기와 상기 제2독립전원 발생기는 각각 제1입력전원이나 제2입력전원을 수신받아 충전하며, 충전된 제1입력전원이나 제2입력전원을 제1전원으로 발생하여 출력하는 UPS(Uninterrupted Power Supply)와;
    상기 제1입력전원이 입력된 UPS나 상기 제2입력전원이 입력된 UPS로부터 각각 출력되는 제1전원을 수신받아 전원감시 제어기의 제어에 의해 절체되어 제1전원공급기나 제2전원공급기로 출력하는 스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스위치는 제1접점단자, 제2접점단자 및 제3접점단자가 구비되며,
    상기 제1접점단자는 제1독립전원 발생기에 구비되는 UPS에 연결되고, 상기 제2접점단자는 제2독립전원 발생기에 구비되는 UPS에 연결되며, 상기 제3접점단자는 제1전원공급기나 제2전원공급기에 연결되어 전원감시 제어기의 제어에 의해 제1접점단자나 제2접점단자에 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1독립전원 발생기와 상기 제2독립전원 발생기는 각각 입력되는 제1입력전원이나 제2입력전원으로 제1HVDC 제어기와 제2HVDC 제어기가 연계된 전력망에서 발생된 전원이거나 제1HVDC 제어기와 제2HVDC 제어기가 연계되지 않은 전력망에서 발생된 전원이 사용되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1전원공급기와 상기 제2전원공급기는 각각 상기 제1독립전원 발생기나 상기 제2독립전원 발생기로부터 출력되는 제1전원을 인가받아 전원감시 제어기의 제어에 의해 제2전원으로 변환시켜 출력하는 제1SMPS(Switching Mode Power Supply)부와;
    상기 제1SMPS부와 병렬로 배치되어 상기 제1전원을 인가받아 전원감시 제어기의 제어에 의해 제2전원으로 변환시켜 출력하는 제2SMPS부로 구성되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1SMPS부와 상기 제2SMPS부는 제1독립전원 발생기나 상기 제2독립전원 발생기로부터 출력되는 제1전원을 인가받아 전원감시 제어기의 제어에 의해 제1전원의 출력을 온(on)하거나 오프(off)하는 스위치와;
    상기 스위치로부터 출력되는 제1전원을 인가받아 제2전원으로 변환시켜 제1HVDC 제어기나 제2HVDC 제어기로 출력하는 SMPS와;
    상기 스위치와 연결되어 역기전력에 의해 SMPS에서 제1독립전원 발생기로 전류가 흐르는 것을 방지하는 제1다이오드와;
    상기 SMPS와 연결되어 역기전력에 의해 제1HVDC 제어기나 제2HVDC 제어기에서 SMPS로 전류가 흐르는 것을 방지하는 제2다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 스위치는 제1접점단자와 제2접점단자가 구비되며,
    상기 제1접점단자는 상기 제1다이오드에 연결되며, 상기 제2접점단자는 SMPS에 연결되어 전원감시 제어기의 제어에 의해 제1접점단자와 연결되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 SMPS는 커패시터가 구비되며, 상기 커패시터는 등가직렬저항 특성을 이용하여 전원감시 제어기에 의해 수명이 측정되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전원감시 제어기는 제1전원과 제1기준전원의 크기를 비교 시 제1전원과 제1기준전원의 전류량이나 전압레벨로 비교하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전원감시 제어기는 스위치가 구비되며, 상기 스위치는 제1접점단자, 제2접점단자 및 제3접점단자가 구비되며,
    상기 제1접점단자는 제1HVDC 제어기와 연결되고, 상기 제2접점단자는 제2HVDC 제어기와 연결되며, 상기 제3접점단자는 HVDC 컨버터와 연결되어 전원감시 제어기의 제어에 의해 제1접점단자나 제2접점단자에 선택적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 장치.
  11. 전원감시 제어기에서 UPS(Uninterrupted Power Supply)로부터 출력되는 제1전원을 감지하는 단계와;
    상기 제1전원이 감지되면 전원감시 제어기에서 제1전원이 미리 설정된 제1기준 전압과 일치되는 정상범위 내에 있는지 확인하는 단계와;
    상기 제1전원이 정상범위 내에 없으면 전원감시 제어기에서 정상 동작되는 제1독립전원 발생기에 구비된 UPS나 제2독립전원 발생기에 구비된 UPS로부터 출력되는 제1전원을 선택되도록 UPS에 연결된 스위치를 절체하는 단계와;
    상기 스위치가 절체되면 전원감시 제어기에서 스위치가 절체 동작이 완료되었는지를 확인하는 스위치 상태확인 단계와;
    상기 스위치의 절체가 완료되지 않으면 상기 스위치를 절체하는 단계로 리턴하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 제어방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 스위치 상태확인 단계에서 스위치의 절체가 완료되면 UPS로부터 출력되는 제1전원을 감지하는 단계로 리턴하는 단계가 구비되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 제어방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 정상범위 내에 있는지 확인하는 단계는 제1전원이 정상범위인지를 확인 시 주기적으로 SMPS가 정상 동작 되는지 여부를 확인하는 인터럽트 루틴 단계가 구비되며,
    상기 SMPS가 정상 동작되는지 여부를 확인하는 인터럽트 루틴 단계는 전원감시 제어기에서 SMPS로부터 출력되는 제2전원이 미리 설정된 제2기준 전압과 일치되는 정상범위 내에 있는지를 확인하는 단계와;
    상기 제2전원이 정상범위 내에 있지 않으면 전원감시 제어기에서 SMPS가 이상이 있는지 여부를 확인하는 단계와;
    상기 SMPS가 이상이 있는지를 확인한 결과, SMPS에 이상이 없으면 전원감시 제어기에서 제1HVDC 제어기나 제2HVDC 제어기에서 이상이 발생되었는지를 확인하는 단계와;
    상기 SMPS가 이상이 있는지를 확인한 결과, SMPS에 이상이 있거나 제1HVDC 제어기나 제2HVDC 제어기에서 이상이 발생 되었는지를 확인한 결과 제1HVDC 제어기나 제2HVDC 제어기에서 이상이 있으면 전원감시 제어기에서 알람을 발생하는 단계와;
    상기 알람이 발생되면 전원감시 제어기에서 정상 동작되는 SMPS와 제1HVDC 제어기나 제2HVDC 제어기가 선택되도록 SMPS가 연결된 스위치나 제1HVDC 제어기와 제2HVDC 제어기가 연결된 스위치를 절체하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 제어방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2전원이 미리 설정된 제2기준 전압과 일치되는 정상범위 내에 있는지를 확인하는 단계는 SMPS가 정상적으로 동작 되면 주기적으로 SMPS에 구비되는 커패시터의 수명을 측정하는 인터럽트 루틴 단계가 구비되며,
    상기 커패시터의 수명을 측정하는 인터럽트 루틴 단계는 R=R0×2( T0 - T1 )/10％의 수학식을 수행하여 커패시터의 수명을 측정하는 단계와;
    상기 R％이 전원감시 제어기에 미리 설정된 X％보다 큰지를 확인하는 단계와;
    상기 R％이 X％보다 크면 전원감시 제어기에서 커패시터의 수명 알람을 발생하는 단계와;
    상기 R％이 전원감시 제어기에서 상기 X％ 보다 크도록 설정된 Y％보다 큰지를 확인하는 단계와;
    상기 R％이 Y％보다 크면 상기 수명 알람을 발생하는 단계로 리턴하는 단계로 구성되며,
    상기 수학식 R=R0×2( T0 - T1 )/10％에서 R은 측정된 커패시터의 수명이고, R0는 커패시터의 제품보증 수명이며, T1은 현재까지 사용한 시간을 나타내며, T0는 커패시터의 제품 보증시간인 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 제어방법.
  15. 제14에 있어서, 상기 커패시터의 수명을 측정하는 단계에서 수명 측정은 커패시터의 열화 상태를 나타내는 등가직렬저항 특성 이용하여 측정하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 제어방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 X％보다 큰지를 확인하는 단계에서 X는 R이 100％이라면 80 내지 90％인 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 제어방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 Y％보다 큰지를 확인하는 단계에서 Y는 R이 100％이라면 90 내지 98％인 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 전원 이중화 제어방법.
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