KR20150118614A - Ｈｖｄｃ의 손실 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 실시예의 HVDC의 손실 측정 시스템은, HVDC 내에서의 송전단과 수전단측의 전력 손실을 측정하기 위한 시스템으로서, 송전단측에 구성되는 제 1 손실 측정 수단과, 수전단측에 구성되는 제 2 손실 측정 수단을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단은, HVDC 내에서 전류 및 전압이 측정가능한 위치에 장착되며, 전압을 측정하기 위한 전압 센서와, 전류를 측정하기 위한 전류 센서와, 상기 전압 센서 및 전류 센서에 의한 측정이 이루어지는 시각 정보를 제공하기 위한 GPS 모듈과, 상기 전압 센서와 전류 센서에 의하여 측정된 전압값 및 전류값과 함께 상기 시각 정보가 함께 저장되는 저장부를 포함한다.

Description

ＨＶＤＣ의 손실 측정 시스템{System for measuring loss of HVDC}
본 발명은 HVDC 시스템에 대한 것으로서, 특히, HVDC에서의 전력 손실을 보다 정확히 측정 및 감시할 수 있는 시스템에 대한 것이다.
HVDC(High Voltage Direct Current) 송전은, 원격지에 전력을 송전하는데 있어서, 전력 손실을 최소화하여 송전 효율을 높이기 위한 기술이다. HVDC는 최근 해남-제주간의 전력 송전에 사용되고 있으며, 이를 위하여 각 지역에 HVDC 변환소를 설치하여 운영하고 있다.
또한, HVDC 송전 방식은 기존 AC 송전 방식에 비하여 손실이 적어 장거리 대용량 전력 수송이 용이하고, 절연 계급을 낮출 수 있어 경제적으로 유리하며, 송전 효율을 높일 수 있고, 안정도를 향상시킬 수 있다.
그러나, HVDC로 송전하기 위해서는, 고전압 정류 밸브를 비롯하여 인버터 컨버터 및 무효 전력 제어를 위한 제어 설비 등 초기 투자비가 많이 소요되기 때문에, 이와 관련하여서도 많은 연구가 계속되고 있다.
도 1은 종래의 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, HVDC 시스템과 연계된 AC 계통의 무효전력을 보상하기 위하여 필터(11)나 커패시터(12)를 채용하고 있으며, 과도 상태에서 무효 전력을 보상하는 경우에는 콘덴서 뱅크(13), 정지형 무효 전력 보상기(14)나 정지형 동기 조상기(STATCOM : Static Synchronous Compensator,15) 또는 동기 조상기(16)를 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통의 모선에 연계하여 제어하고 있다.
이러한 구조를 통하여, 무효 전력 보상 등의 효율적인 시스템 동작을 구현하고자 하는 노력이 있으나, 아직까지는 HVDC 시스템의 전력 효율을 정확히 판단/검출할 수 장치가 제공되지 못하고 있다. 즉, 여러가지 효율적인 시스템 동작에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있으나, 실제로는 만들어진 HVDC 시스템을 평가하기 위한 방법, HVDC의 송전측과 수전측 사이의 손실(loss) 비율을 정확히 판단하기 위한 시스템 구축은 이루어지지 않고 있다.
HVDC 시스템은 전압 및 전류를 변환하여 계통망에 연계되어 송전단에서 수전단으로 전력을 공급하는 시스템이기 때문에, 시스템 구축이 완료되면 시스템의 완성도나 성능이 평가되어야 할 필요가 있다. 즉, 손실과 가용율은 시스템 성능과 완성도 측면에서 중요한 요소로 고려된다. 수용가에서 필요한 만큼의 전력을 송전단에서 공급하기 위해서는, 송전단과 수전단 사이의 송전 과정에서 전력의 변환, 송전선 길이 증가, 환경 요소의 영향 등으로 인하여 전력 손실이 필연적으로 발생한다. 이때, 발생하는 손실분이 크다면, 송전에 관여하는 시스템의 성능 및 효율이 낮아지는 것은 당연하다.
HVDC 시스템은 송전을 위하여 특화된 전력 송전 시스템 중 하나이며, 시스템 구축이 완료되면 시스템에서 발생하는 손실을 측정하여 성능 기준에 부합하는 시스템인지를 판단하는 과정이 필요하다.
본 발명은 HVDC에 대한 송전단과 수전단 사이의 전력 손실을 보다 정확히 측정할 수 있는 시스템을 제안하며, 특히, 본 실시예의 손실 측정 수단이 HVDC에서 측정하고자 하는 위치에 자유롭게 설치될 수 있고, 각각의 손실 측정 수단의 측정 시각들을 일치시킬 수 있기 때문에, 정확한 시각에 원하는 지점의 전력 손실을 정확히 측정할 수 있는 시스템을 제안하고자 한다.
본 실시예의 HVDC의 손실 측정 시스템은, HVDC 내에서의 송전단과 수전단측의 전력 손실을 측정하기 위한 시스템으로서, 송전단측에 구성되는 제 1 손실 측정 수단과, 수전단측에 구성되는 제 2 손실 측정 수단을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단은, HVDC 내에서 전류 및 전압이 측정가능한 위치에 장착되며, 전압을 측정하기 위한 전압 센서와, 전류를 측정하기 위한 전류 센서와, 상기 전압 센서 및 전류 센서에 의한 측정이 이루어지는 시각 정보를 제공하기 위한 GPS 모듈과, 상기 전압 센서와 전류 센서에 의하여 측정된 전압값 및 전류값과 함께 상기 시각 정보가 함께 저장되는 저장부를 포함한다.
그리고, 상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단은, 사용자의 요청 또는 주기적으로 측정되는 전류값 및 전압값을 상기 시각 정보와 함께 저장할 수 있다.
그리고, 상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단은, 각각의 손실 측정 수단을 구분하는 식별 정보도 함께 저장할 수 있다.
또한, 상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단은, 외부의 기기와 데이터 통신이 가능하도록 하는 통신 모듈을 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단은 상기 통신 모듈을 이용하여 사용자의 요청 또는 주기적으로 측정되는 전류값 및 전압값과 함께 측정한 시각 정보를 외부로 전송할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의해서, HVDC의 성능을 확인할 수 있으며, 이것은 결국 HVDC를 제공하는 사업자와 이를 이용하는 사업자 사이의 성능 보증을 할 수 있게 한다. 즉, 본 실시예의 손실 측정 수단을 HVDC 내에 복수개 마련하여 둠으로써, 손실 측정 수단들 사이의 경로 상에 전력 손실이 발생되는 위치를 정확히 파악할 수 있으며, 손실 측정 수단들 사이에는 서로 오차가 발생되지 않는 시각 정보를 이용하므로 정확한 전력 손실값을 산출해낼 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 HVDC 시스템이 연계된 AC 계통을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 실시예의 손실 측정 수단의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 다른 실시예의 손실 측정 수단의 구성 및 시스템 구성도를 보여주는 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 실시예의 손실 측정 수단이 HVDC 내의 여러 위치에 장착되는 경우의 실시예들이다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.
본 발명과 관련되는 이동 단말기의 설명에 사용되는 접미수 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
도 2는 본 실시예의 손실 측정 수단의 구성을 보여주는 도면이고, 도 3은 다른 실시예의 손실 측정 수단의 구성 및 시스템 구성도를 보여주는 도면이다.
먼저, 도 2를 참조하여 실시예의 손실 측정 수단(100)에 대하여 설명하여 본다.
손실 측정 수단(100)은 HVDC 내에서 전류 또는 전압이 측정가능한 위치에는 자유롭게 설치가 가능하며, 송전(수전)되는 전력의 전압 또는 전류를 측정하기 위한 전압 센서(130)와, 전류 센서(140)를 포함한다. 상기 전압 센서(130)는 PT(Potential Transformer)로서, 전선에 인가되는 전압의 크기를 측정하고, 상기 전류 센서(140)는 CT(Current Transformer)로서 전선을 흐르는 전류의 크기를 측정한다.
그리고, 상기 손실 측정 수단(100)은 GPS 모듈(120)을 포함하며, 상기 GPS 모듈(120)을 이용하여 손실 측정 수단들 사이의 측정 시각이 동기화될 수 있다. 즉, 각각의 손실 측정 수단들은 내장된 GPS 모듈을 이용하여, 전압 또는 전류를 측정한 시각이 정확하게 일치할 수 있다. 그리고, 상기 GPS 모듈(120)을 통하여 측정되는 시각 정보와 함께, 상기 전압 또는 전류 센서(130,140)에 의해 측정된 전압값 또는 전류값이 저장되는 저장부(150)가 포함된다.
또한, 상기 손실 측정 수단(100)에는 각 구성을 제어하기 위한 제어부(110)가 포함되고, 상기 제어부(110)는 사용자의 요청이 있는 때 또는 주기적으로 전압 센서(130)와 전류 센서(140)에 의하여 측정되는 전압값과 전류값을 상기 저장부(150)에 저장시키며, 이때, 상기 GPS 모듈(120)을 통하여 해당 측정 시각을 함께 저장시킨다.
결국, 상기 GPS 모듈(120)을 이용함으로써, 각각의 손실 측정 수단들은 서로 측정 시각에 오차가 줄어들게 되며, 이것은 결국 측정 시각의 동기화가 이루어진다고도 볼 수 있다.
한편, 상기 제어부(110)는 손실 측정 수단(100)이 연결된 전선의 전압값과 전류값을 측정하여 저장부(150)에 기록하여 두는 때에, 측정 시각과 함께, 해당 손실 측정 수단(100)의 식별 정보를 저장하여 둘 수 있다. 여기서, 상기 손실 측정 수단(100)의 식별 정보는, 각각의 손실 측정 수단들을 구분하기 위한 정보가 되며, 각각의 손실 측정 수단에 식별 정보로서 고유 번호를 부여할 수 있다. 이 경우, 상기 저장부(150)에는 해당 고유 번호와, 측정 시각 및 측정된 전압/전류값이 함께 저장될 수 있다.
도 2에 도시되는 손실 측정 수단은 그 자체에 통신 기능이 없는 경우라 할 수 있기 때문에, 주기적으로 해당 라인에서의 전압값과 전류값을 측정하고, 측정된 값과 함께 동기화된 측정 시각을 함께 저장부(150)에 저장하여 둔다. 이 경우, 사용자는 다른 위치의 손실 측정 수단의 저장부에 저장된 데이터와 비교하더라도, 그 측정 시각에 서로 오차가 없기 때문에, 해당 손실 측정 수단과 타 손실 측정 수단 사이의 전력 차이(손실)를 용이하게 산출해내는 것이 가능하다. 즉, HVDC를 제공하는 사업자의 경우에, HVDC를 사용하는 고객에게 일정 수준 이상의 전력 효율을 보증하여야 할 필요가 있는 경우, 각각의 손실 측정 수단들에 저장된 데이터를 필요한 때에 확인함으로써, 손실의 수준을 검증할 수 있게 된다.
반면, 도 3에는 각각의 손실 측정 수단이 통신 모듈을 내장하여, 손실 측정 수단들 사이에 데이터 통신이 이루어지거나, 메인 제어수단(50)을 경유하여 데이터 통신이 이루어지는 경우가 도시되어 있다. 즉, 도 2에 예시되는 손실 측정 수단에서 데이터 통신을 위한 통신 모듈(160)이 내장된 경우의 시스템 구성도가 도시되어 있다.
도 3에는, 제 2 실시예의 손실 측정 수단(100a)이 도시되어 있으며, 상기 메인 제어수단(50) 또는 제 2 손실 측정 수단(100b)과 네트워크 연결되도록 하는 통신 모듈(160)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 메인 제어수단(50)은 각각의 손실 측정 수단들의 위치 정보 또는 식별 정보를 가지고 있고, 필요한 때 또는 주기적으로 각각의 손실 측정 수단들에 의하여 측정된 전압값 및/또는 전류값을 전달받을 수 있다. 이 경우, 상기 메인 제어수단(50)은 손실 측정 수단들 사이의 전력 손실을 계산할 수 있으며, 전력 손실의 추이를 정확히 추적하는 것이 가능해진다.
그러나, 본 발명의 실시예의 손실 측정 수단이 반드시 통신 모듈을 포함하여야 하는 것은 아니며, 사용자의 요청시 또는 주기적으로 측정되는 전압값과 전류값이 저장부(150)에 기록되므로, 동일한 시각에서의 타 손실 측정 수단의 값과 비교 및 연산하는 과정을 통하여, 전력 손실 등을 추적하는 것이 가능하다.
도 4 내지 도 6은 본 실시예의 손실 측정 수단이 HVDC 내의 여러 위치에 장착되는 경우의 실시예들이다.
먼저, 도 4를 참조하여 HVDC 구성을 살펴보면, 송전단과 수전단의 각 구성은 서로 대응되도록 마련되며, 송전단의 경우, 스위치 역할을 하는 송전단측 변압기 개폐기(210, Gas Insulated Switch gear(GIS))와, 턴(turn)비에 따라 전압을 변압하기 위한 송전단측 변압기(220)와, 전력 변환소자로서 송전단에서는 AC를 DC로 변환하기 위한 송전단측 사이리스터 밸브(230)를 포함한다. 그리고, 송전단과 수전단을 연결하는 송전 선로(240)이 포함된다.
예를 들어, 도 4의 경우와 같이, 스위칭 소자인 개폐기들에 손실 측정 수단들을 장착하는 경우에, 동일한 송전 선로(240)에 연결되는 변압기 개폐기들(210,211)에 제 1 손실 측정 수단(101)과, 제 2 손실 측정 수단(102)을 장착할 수 있다.
즉, 제 1 손실 측정 수단(101)은 송전단측 변압기 개폐기(210) 입력단에 연결되고, 제 2 손실 측정 수단(102)은 수전단측 개폐기(211) 출력단에 연결될 수 있다. 이 경우, 동일한 송전 선로(240)에서 변압기 개폐기들(210,211) 사이의 전력 손실을 측정하기 위하여, 상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단(101,102)을 장착한 경우라 할 수 있다.
상기 제 1 손실 측정 수단(101)은 송전단측 변압기 개폐기(210)로 전달되는 전력의 전압값과 전류값을 측정하고, 제 2 손실 측정 수단(102)은 수전단측 개폐기(211)로부터 출력되는 전력의 전압값과 전류값을 측정한다. 상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단(101,102)들의 측정 전력을 비교함으로써, 상기 송전단측 변압기 개폐기(210)와 수전단측 변압기 개폐기(211) 사이의 전력 손실을 측정할 수 있다.
그리고, 사용자가 도 4에 도시된 바와 같은 위치에 손실 측정 수단들을 위치시킨 경우에, 송전단측과 수전단측의 개폐기들 사이에서의 전력 손실 측정이 가능하므로, 추가로, 개폐기들 사이에 추가로 손실 측정 수단을 한쌍 더 장착하는 것에 의하여 어느 구성요소에 의하여 손실이 주로 발생되는지 파악하는 것도 가능하다.
도 5는 본 실시예의 손실 측정 수단들이 송전단과 수전단의 고주파 필터측에 장착되는 경우를 예시하고 있다.
도 5를 참조하면, HVDC는 전술한 구성요소 이외에, 전력의 고주파 성분을 제거하기 위한 고주파 필터가 변압기(220,221)와 병렬로 연결되며, 각각의 고주파 필터의 입력단에도 스위칭 역할을 하는 송전단측 필터 개폐기(311)와 수전단측 필터 개폐기(312)를 포함한다. 송전단측 고주파 필터(220)와 수전단측 고주파 필터(221)는 전력의 고주파 성분을 제거하는 역할을 수행한다.
이와 같이, 본 실시예의 손실 측정 수단은 HVDC 내에서 전력 손실을 파악하기 위해 송전단과 수전단의 대응되는 구성요소에 마련하여 둠으로써, 해당 위치 사이에서의 전력 손실을 파악할 수 있다.
이와 같은 취지로, 도 6에서처럼, 송전 선로에서의 전력 손실을 측정하기 위하여, 손실 측정 수단이 송전 선로 상에 복수 개 마련되는 것도 가능하다. 도 6에서와 같이, HVDC가 2개의 폴(pole)로 이루어진 경우에, 제 1 송전 선로(240)와 제 2 송전 선로(241) 및 레퍼런스의 그라운드 전압과 연결된 그라운드 선로(242) 사이에 손실 측정 수단들이 마련될 수 있다.
예를 들어, 제 1 손실 측정 수단(109a)은 제 1 송전 선로(240)와 그라운드 선로(242)에 연결되면서 송전단측 사이리스터 밸브(230)에 가깝게 장착되고, 제 2 손실 측정 수단(109b)은 제 1 송전 선로(240)와 그라운드 선로(242)에 연결되면서 수전단측 사이리스터 밸브(230)에 가깝게 장착될 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 손실 측정 수단(109a)과 제 2 손실 측정 수단(109b)에 의하여 측정되는 전압값과 전류값으로부터 계산되는 전력값을 비교하는 것에 의하여, 송전 선로 상에서의 전력 손실을 검출해낼 수 있으며, 이로부터 전력 손실의 주된 원인이 정확히 어디인지를 파악할 수 있게 된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의해서, HVDC의 성능을 확인할 수 있으며, 이것은 결국 HVDC를 제공하는 사업자와 이를 이용하는 사업자 사이의 성능 보증을 할 수 있게 한다. 즉, 본 실시예의 손실 측정 수단을 HVDC 내에 복수개 마련하여 둠으로써, 손실 측정 수단들 사이의 경로 상에 전력 손실이 발생되는 위치를 정확히 파악할 수 있으며, 손실 측정 수단들 사이에는 서로 오차가 발생되지 않는 시각 정보를 이용하므로 정확한 전력 손실값을 산출해낼 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. HVDC 내에서의 송전단과 수전단측의 전력 손실을 측정하기 위한 시스템으로서,
    송전단측에 구성되는 제 1 손실 측정 수단과,
    수전단측에 구성되는 제 2 손실 측정 수단을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단은, HVDC 내에서 전류 및 전압이 측정가능한 위치에 장착되며, 전압을 측정하기 위한 전압 센서와, 전류를 측정하기 위한 전류 센서와, 상기 전압 센서 및 전류 센서에 의한 측정이 이루어지는 시각 정보를 제공하기 위한 GPS 모듈과, 상기 전압 센서와 전류 센서에 의하여 측정된 전압값 및 전류값과 함께 상기 시각 정보가 함께 저장되는 저장부를 포함하는 HVDC의 손실 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단은, 사용자의 요청 또는 주기적으로 측정되는 전류값 및 전압값을 상기 시각 정보와 함께 저장하는 HVDC의 손실 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단은, 각각의 손실 측정 수단을 구분하는 식별 정보도 함께 저장하는 HVDC의 손실 측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단은, 외부의 기기와 데이터 통신이 가능하도록 하는 통신 모듈을 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단은 상기 통신 모듈을 이용하여 사용자의 요청 또는 주기적으로 측정되는 전류값 및 전압값과 함께 측정한 시각 정보를 외부로 전송하는 HVDC의 손실 측정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 HVDC는 턴(turn)비에 따라 전압을 변환하는 송전단측 변압기 및 수전단측 변압기와, 상기 송전단측 변압기의 입력단에 마련되는 스위칭 소자인 송전단측 변압기 개폐기와, 상기 수전단측 변압기의 출력단에 마련되는 스위칭 소자인 수전단측 변압기 개폐기를 포함하고,
    상기 제 1 손실 측정 수단은 상기 송전단측 변압기 개폐기의 입력단에 연결되고, 상기 제 2 손실 측정 수단은 상기 수전단측 변압기 개폐기의 출력단에 연결되는 HVDC의 손실 측정 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 HVDC는 고주파 성분을 제거하기 위한 송전단측 고주파 필터 및 수전단측 고주파 필터와, 상기 송전단측 고주파 필터의 입력단에 마련되는 스위칭 소자인 송전단측 필터 개폐기와, 상기 수전단측 고주파 필터의 출력단에 마련되는 스위칭 소자인 수전단측 필터 개폐기를 포함하고,
    상기 제 1 손실 측정 수단은 상기 송전단측 필터 개폐기의 입력단에 연결되고, 상기 제 2 손실 측정 수단은 상기 수전단측 필터 개폐기의 출력단에 연결되는 HVDC의 손실 측정 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 HVDC는 송전단과 수전단의 사이리스터 밸브들을 연결하는 송전 선로와, 그라인드 전압이 인가되는 그라운드 선로를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 손실 측정 수단은 상기 송전 선로와 그라운드 선로를 각각 연결하도록 구성되고, 상기 제 1 손실 측정 수단은 송전단 사이리스터 밸브측에 마련되고, 상기 제 2 손실 측정 수단은 수전단 사이리스터 밸브측에 마련되는 HVDC의 손실 측정 시스템.
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