KR20150118846A - Hvdc 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

Hvdc 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20150118846A
KR20150118846A KR1020140045013A KR20140045013A KR20150118846A KR 20150118846 A KR20150118846 A KR 20150118846A KR 1020140045013 A KR1020140045013 A KR 1020140045013A KR 20140045013 A KR20140045013 A KR 20140045013A KR 20150118846 A KR20150118846 A KR 20150118846A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sub
controller
signal
submodules
power
Prior art date
Application number
KR1020140045013A
Other languages
English (en)
Inventor
칼티와 이와
Original Assignee
엘에스산전 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스산전 주식회사 filed Critical 엘에스산전 주식회사
Priority to KR1020140045013A priority Critical patent/KR20150118846A/ko
Publication of KR20150118846A publication Critical patent/KR20150118846A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

HVDC 시스템의 컨버터 장치에 포함되는 중간 제어기가 개시된다. 수신부는 복수의 서브 모듈 각각에 대응하는 복수의 제어 신호 각각이 합성된 합성 제어 신호를 상기 컨버터 장치의 밸브 제어기로부터 수신한다. 디멀티플렉서는 상기 합성 제어 신호로부터 상기 복수의 서브 모듈 각각에 대응하는 제어 신호를 추출한다. 복수의 데이터 버스는 상기 복수의 서브 모듈과 상기 디멀티플렉서를 연결하여 상기 복수의 서브 모듈 각각에 대응하는 제어 신호를 상기 복수의 서브 모듈 각각에 전달한다.

Description

HVDC 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법{HVDC CONVERTER AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 HVDC 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 HVDC 시스템의 복수의 서브 모듈을 효율적으로 제어할 수 있는 HVDC 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
초고압 직류 송전(HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT, HVDC)은 송전소가 발전소에서 생산되는 교류 전력을 직류 전력으로 변환시켜서 송전한 후, 수전소에서 교류로 재변환시켜 전력을 공급하는 송전 방식을 말한다.
HVDC 시스템은 해저 케이블 송전, 대용량 장거리 송전, 교류 계통 간 연계 등에 적용된다.
또한, HVDC 시스템은 서로 다른 주파수 계통 연계 및 비동기(asynchronism) 연계를 가능하게 한다.
송전소는 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 즉, 교류 전력을 해저 케이블 등을 이용하여 전송하는 상황은 매우 위험하기 때문에, 송전소는 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 수전소로 전송한다.
한편, HVDC 시스템에는 복수의 서브 모듈이 포함되어, 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다.
이러한 서브 모듈은 전력용 반도체로 구성되며, 전력용 반도체로는 싸이리스터(Thyristor)나 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)가 있다.
HVDC 시스템에서 교류 전력을 직류 전력으로 변환하기 위해서는 다수의 서브 모듈이 사용되므로, 다수의 서브 모듈을 효율적으로 제어하는 것이 전력 변환 동작에서 가장 중요하다.
하지만, HVDC 시스템에서 하나의 제어기가 다수의 서브 모듈의 동작을 처리하고 있어서, 다수의 서브 모듈의 상태 정보를 수집하고 각각의 서브 모듈을 제어하다 보면 제어기의 제어 동작이 느려질 수 있다.
또한, 다수의 서브 모듈을 하나의 제어기가 처리하다 보면, 서브 모듈의 상태에 따라 빠른 응답 동작이 필요한 경우에 대응이 늦어질 수 있는 문제가 있다.
이에 따라, HVDC 시스템에서 다수의 서브 모듈을 효율적으로 제어할 수 있는 컨버터 장치가 요구된다.
본 발명은 HVDC 시스템의 컨버터 장치에 포함되는 다수의 서브 모듈을 효율적으로 제어할 수 있는 HVDC 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 컨버터 장치에 포함되는 중간 제어기는 복수의 서브 모듈 각각에 대응하는 복수의 제어 신호 각각이 합성된 합성 제어 신호를 상기 컨버터 장치의 밸브 제어기로부터 수신하는 수신부; 상기 합성 제어 신호로부터 상기 복수의 서브 모듈 각각에 대응하는 제어 신호를 추출하는 디멀티플렉서; 및 상기 복수의 서브 모듈과 상기 디멀티플렉서를 연결하여 상기 복수의 서브 모듈 각각에 대응하는 제어 신호를 상기 복수의 서브 모듈 각각에 전달하는 복수의 데이터 버스를 포함한다.
또한 상기 복수의 데이터 버스 각각은 상기 복수의 서브 모듈 각각으로부터 상기 복수의 서브 모듈 각각의 상태에 대응하는 복수의 서브 모듈 상태 신호 각각을 수신하고, 상기 중간 제어기는 상기 복수의 상태 신호를 합성하여 합성 상태 신호를 생성하는 멀티플렉서; 및 상기 합성 상태 신호를 상기 밸브 제어기로 전송하는 송신부를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 상태 신호는 상기 서브 모듈의 전압, 전류, 온도, 물리적인 균열 여부 중 하나 이상에 대한 정보를 포함하는 신호일 수 있다.
또한 상기 중간 제어기는 상기 합성 상태 신호를 파장분할 다중화 광전송(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 방식에 따라 변조하는 변조부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 컨버터 장치에 포함되는 밸브 제어기는 상위 제어기로부터 상기 컨버터 장치의 전력 변환 동작을 제어하기 위한 전체 지령값에 기초하여 생성되는 복수의 서브 모듈 각각의 동작에 대한 복수의 제어 신호 각각을 수신하는 복수의 데이터 버스; 상기 복수의 서브 모듈 각각의 동작에 대한 복수의 제어 신호를 합성하여 합성 제어 신호를 생성하는 멀티 플렉서; 및 상기 합성 제어 신호를 중간 제어기에 송신하는 송신부를 포함한다.
또한 상기 밸브 제어기는 상기 중간 제어기로부터 복수의 서브 모듈 각각에 대한 복수의 상태 신호 각각이 합성된 합성 상태 신호를 수신하는 수신부; 및 상기 합성 상태 신호로부터 상기 복수의 모듈 각각에 대한 복수의 상태 신호 각각을 추출하는 디멀티 플렉서를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 상태 신호는 상기 서브 모듈의 전압, 전류, 온도, 물리적인 균열 여부 중 하나 이상에 대한 정보를 포함하는 신호일 수 있다.
또한 상기 밸브 제어기는 상기 합성 제어 신호를 파장분할 다중화 광전송(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 방식에 따라 변조하는 변조부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템은 컨버터 장치에 포함되는 다수의 서브 모듈을 효율적으로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템은 컨버터 장치에 포함되는 다수의 서브 모듈과 밸브 제어기와의 통신 및 동작 신뢰도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템은 컨버터 장치에 포함되는 다수의 서브 모듈과 밸브 제어기와의 연결을 단순화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC transmission) 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴라 방식의 고전압 직류 송전 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 방식의 고전압 직류 송전 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포머와 3상 밸브 브릿지의 결선을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 구성 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 서브 모듈의 연결을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 모듈 구성의 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 모듈의 등가 모델을 나타낸다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 모듈의 동작을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 각 구성의 신호선 연결을 나타내는 예시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 동작을 보여주는 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨버터 장치의 각 구성의 신호선 연결을 나타내는 예시도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨버터 장치에 포함되는 밸브 제어기와 중간 제어기의 구성을 보여주는 블락도이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨버터 장치의 동작을 보여주는 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 출력 교류 전력의 그래프이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 보호 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 모니터링 동작을 나타내는 개념도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 소프트웨어 업그레이드 동작을 나타내는 개념도이다.
이하, 본 발명과 관련된 실시예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 도면의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 도면의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 도면의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 도면의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC transmission) 시스템을 보여준다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 HVDC 시스템(100)은 발전 파트(101), 송전 측 교류 파트(110), 송전 측 변전 파트(103), 직류 송전 파트(140), 수요 측 변전 파트(105), 수요 측 교류 파트(170), 수요 파트(180), 및 제어 파트(190)를 포함한다. 송전 측 변전 파트(103)는 송전 측 트랜스포머 파트(120), 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)를 포함한다. 수요 측 변전 파트(105)는 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150), 수요 측 트랜스포머 파트(160)를 포함한다.
발전 파트(101)는 3상의 교류 전력을 생성한다. 발전 파트(101)는 복수의 발전소를 포함할 수 있다.
송전 측 교류 파트(110)는 발전 파트(101)가 생성한 3상 교류 전력을 송전 측 트랜스포머 파트(120)와 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)를 포함하는 DC 변전소에 전달한다.
송전 측 트랜스포머 파트(120)는 송전 측 교류 파트(110)를 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130) 및 직류 송전 파트(140)로부터 격리한다(isolate).
송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)는 송전 측 트랜스포머 파트(120)의 출력에 해당하는 3상 교류 전력를 직류 전력으로 변환한다.
직류 송전 파트(140)는 송전 측의 직류 전력을 수요 측으로 전달한다.
수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150)는 직류 송전 파트(140)에 의해 전달된 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환한다.
수요 측 트랜스포머 파트(160)는 수요 측 교류 파트(170)를 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150)와 직류 송전 파트(140)로부터 격리한다.
수요 측 교류 파트(170)는 수요 측 트랜스포머 파트(160)의 출력에 해당하는 3상 교류 전력을 수요 파트(180)에 제공한다.
제어 파트(190)는 발전 파트(101), 송전 측 교류 파트(110), 송전 측 변전 파트(103), 직류 송전 파트(140), 수요 측 변전 파트(105), 수요 측 교류 파트(170), 수요 파트(180), 제어 파트(190), 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130), 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150) 중 적어도 하나를 제어한다. 특히, 제어 파트(190)는 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)와 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150) 내의 복수의 밸브의 턴온 및 턴오프의 타이밍을 제어할 수 있다. 이때, 밸브는 싸이리스터 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT)에 해당할 수 있다.
또한, 제어 파트(190)는 상술한 복수의 밸브를 제어하는 밸브 제어기(250)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모노폴라 방식의 고전압 직류 송전 시스템을 보여준다.
특히, 도 2는 단일의 극의 직류 전력을 송전하는 시스템을 보여준다. 이하의 설명에서는 단일의 극은 양극(positive pole)임을 가정하여 설명하나 이에 한정될 필요는 없다.
송전 측 교류 파트(110)는 교류 송전 라인(111)과 교류 필터(113)를 포함한다.
교류 송전 라인(111)은 발전 파트(101)가 생성한 3상의 교류 전력을 송전 측 변전 파트(103)로 전달한다.
교류 필터(113)는 변전 파트(103)이 이용하는 주파수 성분 이외의 나머지 주파수 성분을 전달된 3상 교류 전력에서 제거한다.
송전 측 트랜스포머 파트(120)는 양극을 위하여 하나 이상의 트랜스포머(121)를 포함한다. 양극을 위하여 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)는 양극 직류 전력을 생성하는 교류-양극 직류 컨버터(131)를 포함하고, 이 교류-양극 직류 컨버터(131)는 하나 이상의 트랜스포머(121)에 각각 대응하는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(131a)를 포함한다.
하나의 3상 밸브 브릿지(131a)가 이용되는 경우, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 교류 전력을 이용하여 6개의 펄스를 가지는 양극 직류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 그 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-델타(Δ) 형상의 결선을 가질 수도 있다.
2개의 3상 밸브 브릿지(131a)가 이용되는 경우, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 교류 전력을 이용하여 12개의 펄스를 가지는 양극 직류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 2개 중 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, 나머지 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다.
3개의 3상 밸브 브릿지(131a)가 이용되는 경우, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 교류 전력을 이용하여 18개의 펄스를 가지는 양극 직류 전력을 생성할 수 있다. 양극 직류 전력의 펄스의 수가 많을수록, 필터의 가격이 낮아질 수 있다.
직류 송전 파트(140)는 송전 측 양극 직류 필터(141), 양극 직류 송전 라인(143), 수요 측 양극 직류 필터(145)를 포함한다.
송전 측 양극 직류 필터(141)는 인덕터(L1)와 커패시터(C1)를 포함하며, 교류-양극 직류 컨버터(131)가 출력하는 양극 직류 전력을 직류 필터링한다.
양극 직류 송전 라인(143)는 양극 직류 전력의 전송을 위한 하나의 DC 라인을 가지고, 전류의 귀환 통로로는 대지가 이용할 수 있다. 이 DC 라인 상에는 하나 이상의 스위치가 배치될 수 있다.
수요 측 양극 직류 필터(145)는 인덕터(L2)와 커패시터(C2)를 포함하며, 양극 직류 송전 라인(143)을 통해 전달된 양극 직류 전력을 직류 필터링한다.
수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150)는 양극 직류-교류 컨버터(151)를 포함하고, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(151a)를 포함한다.
수요 측 트랜스포머 파트(160)는 양극을 위하여 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(151a)에 각각 대응하는 하나 이상의 트랜스포머(161)를 포함한다.
하나의 3상 밸브 브릿지(151a)가 이용되는 경우, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 양극 직류 전력을 이용하여 6개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 그 하나의 트랜스포머(161)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-델타(Δ) 형상의 결선을 가질 수도 있다.
2개의 3상 밸브 브릿지(151a)가 이용되는 경우, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 양극 직류 전력을 이용하여 12개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 2개 중 하나의 트랜스포머(161)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, 나머지 하나의 트랜스포머(161)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다.
3개의 3상 밸브 브릿지(151a)가 이용되는 경우, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 양극 직류 전력을 이용하여 18개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 교류 전력의 펄스의 수가 많을수록, 필터의 가격이 낮아질 수 있다.
수요 측 교류 파트(170)는 교류 필터(171)와 교류 송전 라인(173)을 포함한다.
교류 필터(171)는 수요 파트(180)가 이용하는 주파수 성분(예컨데, 60Hz) 이외의 나머지 주파수 성분을, 수요 측 변전 파트(105)가 생성하는 교류 전력에서 제거한다.
교류 송전 라인(173)은 필터링된 교류 전력을 수요 파트(180)에 전달한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 방식의 고전압 직류 송전 시스템을 보여준다.
특히, 도 3은 2개의 극의 직류 전력을 송전하는 시스템을 보여준다. 이하의 설명에서는 2개의 극은 양극(positive pole)과 음극(negative pole)임을 가정하여 설명하나 이에 한정될 필요는 없다.
송전 측 교류 파트(110)는 교류 송전 라인(111)과 교류 필터(113)를 포함한다.
교류 송전 라인(111)은 발전 파트(101)가 생성한 3상의 교류 전력을 송전 측 변전 파트(103)로 전달한다.
교류 필터(113)는 변전 파트(103)이 이용하는 주파수 성분 이외의 나머지 주파수 성분을 전달된 3상 교류 전력에서 제거한다.
송전 측 트랜스포머 파트(120)는 양극을 위한 하나 이상의 트랜스포머(121)를 포함하고, 음극을 위한 하나 이상의 트랜스포머(122)를 포함한다. 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)는 양극 직류 전력을 생성하는 교류-양극 직류 컨버터(131)와 음극 직류 전력을 생성하는 교류-음극 직류 컨버터(132)를 포함하고, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 양극을 위한 하나 이상의 트랜스포머(121)에 각각 대응하는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(131a)를 포함하고, 교류-음극 직류 컨버터(132)는 음극을 위한 하나 이상의 트랜스포머(122)에 각각 대응하는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(132a)를 포함한다.
양극을 위하여 하나의 3상 밸브 브릿지(131a)가 이용되는 경우, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 교류 전력을 이용하여 6개의 펄스를 가지는 양극 직류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 그 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-델타(Δ) 형상의 결선을 가질 수도 있다.
양극을 위하여 2개의 3상 밸브 브릿지(131a)가 이용되는 경우, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 교류 전력을 이용하여 12개의 펄스를 가지는 양극 직류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 2개 중 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, 나머지 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다.
양극을 위하여 3개의 3상 밸브 브릿지(131a)가 이용되는 경우, 교류-양극 직류 컨버터(131)는 교류 전력을 이용하여 18개의 펄스를 가지는 양극 직류 전력을 생성할 수 있다. 양극 직류 전력의 펄스의 수가 많을수록, 필터의 가격이 낮아질 수 있다.
음극을 위하여 하나의 3상 밸브 브릿지(132a)가 이용되는 경우, 교류-음극 직류 컨버터(132)는 6개의 펄스를 가지는 음극 직류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 그 하나의 트랜스포머(122)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-델타(Δ) 형상의 결선을 가질 수도 있다.
음극을 위하여 2개의 3상 밸브 브릿지(132a)가 이용되는 경우, 교류-음극 직류 컨버터(132)는 12개의 펄스를 가지는 음극 직류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 2개 중 하나의 트랜스포머(122)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, 나머지 하나의 트랜스포머(122)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다.
음극을 위하여 3개의 3상 밸브 브릿지(132a)가 이용되는 경우, 교류-음극 직류 컨버터(132)는 18개의 펄스를 가지는 음극 직류 전력을 생성할 수 있다. 음극 직류 전력의 펄스의 수가 많을수록, 필터의 가격이 낮아질 수 있다.
직류 송전 파트(140)는 송전 측 양극 직류 필터(141), 송전 측 음극 직류 필터(142), 양극 직류 송전 라인(143), 음극 직류 송전 라인(144), 수요 측 양극 직류 필터(145), 수요 측 음극 직류 필터(146)를 포함한다.
송전 측 양극 직류 필터(141)는 인덕터(L1)와 커패시터(C1)를 포함하며, 교류-양극 직류 컨버터(131)가 출력하는 양극 직류 전력을 직류 필터링한다.
송전 측 음극 직류 필터(142)는 인덕터(L3)와 커패시터(C3)를 포함하며, 교류-음극 직류 컨버터(132)가 출력하는 음극 직류 전력을 직류 필터링한다.
양극 직류 송전 라인(143)는 양극 직류 전력의 전송을 위한 하나의 DC 라인을 가지고, 전류의 귀환 통로로는 대지가 이용할 수 있다. 이 DC 라인 상에는 하나 이상의 스위치가 배치될 수 있다.
음극 직류 송전 라인(144)는 음극 직류 전력의 전송을 위한 하나의 DC 라인을 가지고, 전류의 귀환 통로로는 대지가 이용할 수 있다. 이 DC 라인 상에는 하나 이상의 스위치가 배치될 수 있다.
수요 측 양극 직류 필터(145)는 인덕터(L2)와 커패시터(C2)를 포함하며, 양극 직류 송전 라인(143)을 통해 전달된 양극 직류 전력을 직류 필터링한다.
수요 측 음극 직류 필터(146)는 인덕터(L4)와 커패시터(C4)를 포함하며, 음극 직류 송전 라인(144)을 통해 전달된 음극 직류 전력을 직류 필터링한다.
수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150)는 양극 직류-교류 컨버터(151)와 음극 직류-교류 컨버터(152)를 포함하고, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(151a)를 포함하고, 음극 직류-교류 컨버터(152)는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(152a)를 포함한다.
수요 측 트랜스포머 파트(160)는 양극을 위하여 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(151a)에 각각 대응하는 하나 이상의 트랜스포머(161)를 포함하고, 음극을 위하여 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(152a)에 각각 대응하는 하나 이상의 트랜스포머(162)를 포함한다.
양극을 위하여 하나의 3상 밸브 브릿지(151a)가 이용되는 경우, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 양극 직류 전력을 이용하여 6개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 그 하나의 트랜스포머(161)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-델타(Δ) 형상의 결선을 가질 수도 있다.
양극을 위하여 2개의 3상 밸브 브릿지(151a)가 이용되는 경우, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 양극 직류 전력을 이용하여 12개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 2개 중 하나의 트랜스포머(161)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, 나머지 하나의 트랜스포머(161)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다.
양극을 위하여 3개의 3상 밸브 브릿지(151a)가 이용되는 경우, 양극 직류-교류 컨버터(151)는 양극 직류 전력을 이용하여 18개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 교류 전력의 펄스의 수가 많을수록, 필터의 가격이 낮아질 수 있다.
음극을 위하여 하나의 3상 밸브 브릿지(152a)가 이용되는 경우, 음극 직류-교류 컨버터(152)는 음극 직류 전력을 이용하여 6개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 그 하나의 트랜스포머(162)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-델타(Δ) 형상의 결선을 가질 수도 있다.
음극을 위하여 2개의 3상 밸브 브릿지(152a)가 이용되는 경우, 음극 직류-교류 컨버터(152)는 음극 직류 전력을 이용하여 12개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 이때, 2개 중 하나의 트랜스포머(162)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, 나머지 하나의 트랜스포머(162)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Δ 형상의 결선을 가질 수도 있다.
음극을 위하여 3개의 3상 밸브 브릿지(152a)가 이용되는 경우, 음극 직류-교류 컨버터(152)는 음극 직류 전력을 이용하여 18개의 펄스를 가지는 교류 전력을 생성할 수 있다. 교류 전력의 펄스의 수가 많을수록, 필터의 가격이 낮아질 수 있다.
수요 측 교류 파트(170)는 교류 필터(171)와 교류 송전 라인(173)을 포함한다.
교류 필터(171)는 수요 파트(180)가 이용하는 주파수 성분(예컨데, 60Hz) 이외의 나머지 주파수 성분을, 수요 측 변전 파트(105)가 생성하는 교류 전력에서 제거한다.
교류 송전 라인(173)은 필터링된 교류 전력을 수요 파트(180)에 전달한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머와 3상 밸브 브릿지의 결선을 보여준다.
특히, 도 4는 양극을 위한 2개의 트랜스포머(121)와 양극을 위한 2개의 3상 밸브 브릿지(131a)의 결선을 보여준다. 음극을 위한 2개의 트랜스포머(122)와 음극을 위한 2개의 3상 밸브 브릿지(132a)의 결선, 양극을 위한 2개의 트랜스포머(161)와 양극을 위한 2개의 3상 밸브 브릿지(151a)의 결선, 음극을 위한 2개의 트랜스포머(162)와 음극을 위한 2개의 3상 밸브 브릿지(152a)의 결선, 양극을 위한 1개의 트랜스포머(121)와 양극을 위한 1개의 3상 밸브 브릿지(131a), 양극을 위한 1개의 트랜스포머(161)와 양극을 위한 1개의 3상 밸브 브릿지(151a)의 결선 등은 도 4의 실시예로부터 용이하게 도출할 수 있으므로, 그 도면과 설명은 생략한다.
도 4에서, Y-Y 형상의 결선을 가지는 트랜스포머(121)를 상측 트랜스포머, Y-Δ 형상의 결선을 가지는 트랜스포머(121)를 하측 트랜스포머, 상측 트랜스포머에 연결되는 3상 밸브 브릿지(131a)를 상측 3상 밸브 브릿지, 하측 트랜스포머에 연결되는 3상 밸브 브릿지(131a)를 하측 3상 밸브 브릿지라고 부르도록 한다.
상측 3상 밸브 브릿지와 하측 3상 밸브 브릿지는 직류 전력을 출력하는 2개의 출력단인 제1 출력단(OUT1)과 제2 출력단(OUT2)을 가진다.
상측 3상 밸브 브릿지는 6개의 밸브(D1-D6)를 포함하고, 하측 3상 밸브 브릿지는 6개의 밸브(D7-D12)를 포함한다.
밸브(D1)는 제1 출력단(OUT1)에 연결되는 캐소드와 상측 트랜스포머의 2차측 코일의 제1 단자에 연결되는 애노드를 가진다.
밸브(D2)는 밸브(D5)의 애노드에 연결되는 캐소드와 밸브(D6)의 애노드에 연결되는 애노드를 가진다.
밸브(D3)는 제1 출력단(OUT1)에 연결되는 캐소드와 상측 트랜스포머의 2차측 코일의 제2 단자에 연결되는 애노드를 가진다.
밸브(D4)는 밸브(D1)의 애노드에 연결되는 캐소드와 밸브(D6)의 애노드에 연결되는 애노드를 가진다.
밸브(D5)는 제1 출력단(OUT1)에 연결되는 캐소드와 상측 트랜스포머의 2차측 코일의 제3 단자에 연결되는 애노드를 가진다.
밸브(D6)는 밸브(D3)의 애노드에 연결되는 캐소드를 가진다.
밸브(D7)는 밸브(D6)의 애노드에 연결되는 캐소드와 하측 트랜스포머의 2차측 코일의 제1 단자에 연결되는 애노드를 가진다.
밸브(D8)는 밸브(D11)의 애노드에 연결되는 캐소드와 제2 출력단(OUT2)에 연결되는 애노드를 가진다.
밸브(D9)는 밸브(D6)의 애노드에 연결되는 캐소드와 하측 트랜스포머의 2차측 코일의 제2 단자에 연결되는 애노드를 가진다.
밸브(D10)는 밸브(D7)의 애노드에 연결되는 캐소드와 제2 출력단(OUT2)에 연결되는 애노드를 가진다.
밸브(D11)는 밸브(D6)의 애노드에 연결되는 캐소드와 하측 트랜스포머의 2차측 코일의 제3 단자에 연결되는 애노드를 가진다.
밸브(D12)는 밸브(D9)의 애노드에 연결되는 캐소드와 제2 출력단(OUT2)에 연결되는 애노드를 가진다.
한편, 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130), 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150) 중 하나 이상은 컨버터 장치(200)를 포함할 수 있다.
컨버터 장치(200)는 복수의 서브 모듈(210)을 이용하여 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.
또한, 컨버터 장치(200)는 복수의 서브 모듈(210)을 이용하여 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다.
도 5를 참고하여 컨버터 장치(200)의 구성을 설명한다.
도 5는 컨버터 장치(200)의 구성 블록도이다.
컨버터 장치(200)는 서브 모듈(210), 중간 제어기(230), 밸브 제어기(250)를 포함한다.
서브 모듈(210)은 교류 전력을 입력받아 직류 전력으로 변환할 수 있다.
또한, 서브 모듈(210)은 직류 전력을 입력받아 교류 전력으로 변환할 수 있다.
예를 들면, 서브 모듈(210)은 직류 전력을 입력받아 충??방전, 바이패스 동작을 할 수 있다.
서브 모듈(210)은 서브 모듈 센서(211), 서브 모듈 제어부(213), 스위칭부(217), 저장부(219)를 포함한다.
서브 모듈 센서(211)는 서브 모듈(210)의 전류, 전압 중 하나 이상을 측정할 수 있다.
또한, 서브 모듈 센서(211)는 서브 모듈(210)의 물리적인 상태도 감지할 수 있다.
예를 들면, 서브 모듈 센서(211)는 서브 모듈(210)의 물리적인 균열, 온도 중 하나 이상을 감지할 수 있다.
서브 모듈 제어부(213)는 서브 모듈(210)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
예를 들면, 서브 모듈 제어부(213)는 서브 모듈 센서(211)의 전류, 전압 측정 동작, 스위칭부(217)의 스위칭 동작 등을 제어할 수 있다.
또한, 서브 모듈 제어부(213)는 상태 신호를 밸브 제어기(250), 중간 제어기(230) 중 하나 이상에 송신할 수 있다.
여기서 상태 신호는 서브 모듈 센서(211)가 측정한 전류, 전압, 감지한 물리적인 균열, 온도 중 하나 이상을 포함하는 신호일 수 있다.
또한, 상태 신호는 제어 신호의 수신 여부에 대한 응답 신호를 포함할 수 있다.
예를 들면, 서브 모듈 제어부(213)는 밸브 제어기(250), 중간 제어기(230) 중 하나 이상으로부터 제어 신호를 수신하여, 수신된 제어 신호에 대응하는 응답 신호를 송출할 수 있다.
스위칭부(217)는 서브 모듈(210)에 입출력되는 전류를 스위칭할 수 있다.
스위칭부(217)는 적어도 하나 이상의 스위치를 포함하여, 서브 모듈 제어부(213)의 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 할 수 있다.
또한, 스위칭부(217)는 다이오드를 포함할 수 있고, 스위칭 동작과 다이오드의 정류 동작으로 서브 모듈(210)의 충??방전, 바이패스 동작을 수행할 수 있다.
저장부(219)는 서브 모듈(210)에 입력되는 전류를 기초로 에너지를 충전하는 충전 동작을 할 수 있다.
또한, 저장부(219)는 충전된 에너지를 기초로 전류를 출력하는 방전 동작을 할 수 있다.
한편, 본 발명의 컨버터 장치(200)에서 서브 모듈(210)은 싸이리스터(Thyristor)로 구성될 수도 있다. 이때 싸이리스터는 광신호에 의하여 트리거링되는 싸이리스터일 수 있다. 또는 싸이리스터는 전기적 신호에 의하여 트리거링되는 싸이리스터일 수 있다.
도 6을 참고하여, 컨버터 장치(200)에 포함되는 복수의 서브 모듈(210)의 연결을 설명한다.
도 6은 3상의 컨버터 장치(200)에 포함되는 복수의 서브 모듈(210)의 연결을 나타낸다.
도 6을 참고하면, 복수의 서브 모듈(210)은 직렬로 연결될 수 있으며, 하나의 상(Phase)의 양극 또는 음극에 연결된 복수의 서브 모듈(210)을 하나의 암(Arm)을 구성할 수 있다.
3상인 컨버터 장치(200)는 일반적으로 6개의 암(Arm)으로 구성될 수 있으며, A, B, C인 3상 각각에 대해 양극과 음극으로 구성되어 6개의 암(Arm)으로 구성될 수 있다.
이에 따라, 컨버터 장치(200)는 A상 양극에 대한 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 제1 암(221), A상 음극에 대한 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 제2 암(222), B상 양극에 대한 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 제3 암(223), B상 음극에 대한 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 제4 암(224), C상 양극에 대한 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 제5 암(225), C상 음극에 대한 복수의 서브 모듈(210)로 구성되는 제6 암(226)으로 구성될 수 있다.
그리고 하나의 상(Phase)에 대한 복수의 서브 모듈(210)은 레그(Leg)를 구성할 수 있다.
이에 따라, 컨버터 장치(200)는 A상에 대한 복수의 서브 모듈(210)을 포함하는 A상 레그(227)과, B상에 대한 복수의 서브 모듈(210)을 포함하는 B상 레그(228), C상에 대한 복수의 서브 모듈(210)을 포함하는 C상 레그(229)로 구성될 수 있다.
그래서 제1 암(221) 내지 제 6암(226)은 각각 A, B, C상 레그(227, 228, 229)에 포함된다.
구체적으로, A상 레그(227)에는 A상의 양극 암인 제1 암(221)과 음극 암인 제2 암(222)이 포함되며, B상 레그(228)에는 B상의 양극 암인 제3 암(223)과 음극 암인 제4 암(224)가 포함된다. 그리고 C상 레그(229)에는 C상의 양극 암인 제5 암(225)과 음극 암인 제6 암(226)이 포함된다.
이어서 도 7을 참고하여, 서브 모듈(210)의 구성을 설명한다.
도 7은 서브 모듈(210)의 구성에 대한 예시도이다.
도 7을 참고하면, 서브 모듈(210)은 2개의 스위치, 2개의 다이오드, 커패시터를 포함한다. 이러한 서브 모듈(210)의 형태를 하프 브릿지(half-bridge) 형태 또는 반파 인버터(half bridge inverter)라고도 한다.
그리고 스위칭부(217)에 포함되는 스위치는 전력 반도체를 포함할 수 있다.
여기서 전력 반도체는 전력 장치용 반도체 소자를 말하며, 전력의 변환이나 제어용에 최적화될 수 있다. 그리고 전력 반도체는 밸브 장치라고 하기도 한다.
이에 따라 스위칭부(217)에 포함되는 스위치는 전력 반도체로 구성될 수 있어서, 예를 들면 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), GTO(Gate Turn-off Thyristor), IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor) 등으로 구성될 수 있다.
저장부(219)는 커패시터를 포함하고 있어서, 에너지를 충??방전 할 수 있다.
한편, 서브 모듈(210)의 구성 및 동작을 기초로 서브 모듈(210)을 등가 모델로 나타낼 수 있다.
도 8은 서브 모듈(210)의 등가 모델을 나타내며, 도 8을 참고하면 서브 모듈(210)은 스위치와 커패시터로 구성된 에너지 충??방전 장치로 나타낼 수 있다.
이에 따라 서브 모듈(210)은 출력 전압이 Vsm인 에너지 충??방전 장치와 동일함을 확인할 수 있다.
이어서 도 9 내지 도 12을 참고하여, 서브 모듈(210)의 동작을 설명한다.
도 9 내지 도 12의 서브 모듈(210)의 스위치부(217)는 복수의 스위치 T1, T2를 포함하고, 각각의 스위치는 각각의 다이오드 D1, D2에 연결된다. 그리고 서브 모듈(210)의 저장부(219)는 커패시터를 포함한다.
도 9 및 도 10을 참고하여 서브 모듈(210)의 충??방전 동작을 설명한다.
도 9 및 도 10은 서브 모듈(210)의 커패시터 전압(Vsm) 형성을 나타낸다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 스위치부(217)의 스위치 T1은 턴온, 스위치 T2는 턴오프 된 상태를 나타낸다. 이에 따라 서브 모듈(210)은 각각의 스위치 동작에 따라 커패시터 전압을 형성할 수 있다.
구체적으로, 도 9를 참고하면 서브 모듈(210)에 유입되는 전류는 다이오드 D1을 거쳐 커패시터에 전달되어 커패시터 전압을 형성한다. 그리고 형성된 커패시터 전압은 커패시터에 에너지를 충전할 수 있다.
그리고 서브 모듈(210)은 충전된 에너지를 방출하는 방출 동작을 할 수 있다.
구체적으로, 도 10을 참고하면 서브 모듈(210)에 충전된 에너지인 커패시터의 저장 에너지는 스위치 T1을 거쳐 출력된다. 따라서 서브 모듈(210)은 저장된 에너지를 방출할 수 있다.
도 11 및 도 12를 참고하여 서브 모듈(210)의 바이패스(Bypass) 동작을 설명한다.
도 11 및 도 12는 서브 모듈(210)의 영 전압 형성을 나타낸다.
도 11 및 도 12를 참고하면, 스위치부(217)의 스위치 T1은 턴오프, 스위치 T2는 턴온 된 상태를 나타낸다. 이에 따라 서브 모듈(210)의 커패시터에 전류가 흐르지 않게 되어, 서브 모듈(210)은 영 전압을 형성할 수 있다.
구체적으로, 도 11을 참고하면 서브 모듈(210)로 유입되는 전류는 스위치 T2를 통해 출력되어 서브 모듈(210)은 영 전압을 형성할 수 있다.
그리고 도 12를 참고하면, 서브 모듈(210)에 유입되는 전류는 다이오드 D2를 통해 출력되어 서브 모듈(210)은 영 전압을 형성할 수 있다.
이처럼 서브 모듈(210)은 영 전압을 형성할 수 있어서, 흐르는 전류가 서브 모듈(210)에 유입되지 않고 통과하는 바이패스 동작을 수행할 수 있다.
다시 도 5를 참고한다.
중간 제어기(230)는 밸브 제어기(250)가 전송한 제어 신호를 수신하여, 서브 모듈(210)에 송신할 수 있다.
예를 들면, 중간 제어기(230)는 중간 제어기(230)에 연결된 밸브 제어기(250)로부터 서브 모듈(210)의 제어 동작에 대한 제어 신호를 수신할 수 있다.
그리고 중간 제어기(230)는 수신된 제어 신호를 중간 제어기(230)에 연결된 복수의 서브 모듈(210)에 송신할 수 있다.
도 5를 참고하면, 중간 제어기(230)는 제2 센서부(231), 제2 제어부(233), 제2 통신부(235), 인터페이스부(237)를 포함할 수 있다.
제2센서부(231)는 중간 제어기(230)의 물리적인 상태를 감지할 수 있다.
예를 들면, 중계 제2 센서부(231)는 중간 제어기(230)의 물리적인 균열, 온도 중 하나 이상을 감지할 수 있다.
제2 제어부(233)는 중간 제어기(230)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
예를 들면, 제2 제어부(233)는 중간 제어기(230)에 수신된 제어 신호를 서브 모듈(210)에 송신하는 동작을 제어할 수 있다.
또한, 제2 제어부(233)는 중간 제어기(230)에 연결된 복수의 서브 모듈(210) 각각에 제어 신호를 송신할 수 있다.
예를 들면, 제2 제어부(233)는 밸브 제어기(250)로부터 수신된 제어 신호를 기초로 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대응하는 제어 신호를 각각 송신할 수 있다.
또한, 제2 제어부(233)는 연결된 서브 모듈(210)의 상태 정보를 수신하여, 수신된 상태 정보를 기초로 서브 모듈(210)에 보호 동작 수행이 필요한지 판단할 수 있다.
그리고 제2 제어부(233)는 보호 동작 수행의 필요 여부 판단에 기초하여, 연결된 서브 모듈(210)이 보호 동작을 하도록 제어할 수 있다.
보호 동작에 대한 내용을 후술하기로 한다.
또한, 제2 제어부(233)는 연결된 서브 모듈(210)이 송신한 응답 신호를 기초로 연결된 서브 모듈(210)의 제어 신호 수신 여부를 판단할 수 있다.
예를 들면, 제2 제어부(233)는 연결된 서브 모듈(210)에 제어 신호를 전달하고, 전달된 제어 신호에 대응하는 응답 신호를 수신하여 서브 모듈(210)이 제어 신호를 수신하였는지를 판단할 수 있다.
제2 통신부(235)는 서브 모듈(210), 다른 중간 제어기(230), 밸브 제어기(250)와 데이터를 주고 받을 수 있다.
예를 들면, 제2 통신부(235)는 밸브 제어기(250)에 포함된 제1 통신부(255)와 데이터를 송수신할 수 있다.
또한, 제2 통신부(235)는 제2 통신부(235)가 포함된 중간 제어기(230)와 다른 중간 제어기(230)간에 데이터를 송수신할 수 있다.
그리고 제2 통신부(235)는 서브 모듈(210)에 포함된 서브 모듈 제어부(213)와 데이터를 송수신할 수 있다.
인터페이스부(237)는 외부 장치와 연결될 수 있다.
인터페이스부(237)는 외부 장치와 연결되어, 연결된 서브 모듈(210)의 상태 정보를 전달할 수 있다.
예를 들면, 인터페이스부(237)는 HMI(Human Machine Interface)를 포함하여, 연결된 복수의 서브 모듈(210)의 상태 정보를 전달할 수 있다.
또한, 인터페이스부(237)는 외부 장치와 연결되어, 서브 모듈(210)의 동작에 필요한 소프트웨어를 입력받을 수 있다.
밸브 제어기(250)는 컨버터 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
예를 들면, 밸브 제어기(250)는 VBE(Valve Base Electronics)를 포함하여, 컨버터 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
구체적으로 밸브 제어기(250)는 제1 센서부(251), 제1 제어부(253), 제1 통신부(255)를 포함할 수 있다.
제1 센서부(251)는 제어기(250)와 연계된 교류 파트(110, 170) 및 직류 송전 파트(140)의 전류, 전압 중 하나 이상을 측정할 수 있다.
제1 제어부(253)는 컨버터 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제1 제어부(253)는 상위 제어기인 제어 파트(190)로부터 전체 지령값을 수신하여, 수신된 전체 지령값을 기초로 컨버터 장치(200)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
여기서 전체 지령값이란, 제어 파트(190)가 컨버터 장치(200)를 제어하기 위한 제어 신호를 의미할 수 있다.
제1 제어부(253)는 제어 파트(190)로부터 수신한 전체 지령값을 기초로 제어 신호를 생성할 수 있다.
예를 들면, 제1 제어부(253)는 제1 통신부(255)를 통해 제어 파트(190)로부터 수신한 지령값인 기준 유효 전력, 기준 무효 전력, 기준 전류, 기준 전압 중 하나 이상을 기초로 컨버터 장치(200)의 동작을 제어할 수도 있다.
또한, 제1 제어부(253)는 전체 제어값을 직접 산출할 수 있다.
여기서 전체 제어값이란, 컨버터 장치(200)의 출력 교류 전력의 전압, 전류, 주파수 크기에 대한 목표값일 수 있다.
예를 들면, 제1 제어부(253)는 컨버터 장치(200)와 연계된 교류 파트(110, 170)의 전류, 전압 및 직류 송전 파트(140)의 전류, 전압 중 하나 이상을 기초로 전체 제어값을 산출할 수 있다.
제1 통신부(255)는 중간 제어기(230)에 포함된 제2 통신부(235), 서브 모듈(210)의 서브 모듈 제어부(213), 제어 파트(190) 중 하나 이상과 데이터를 주고 받을 수 있다.
구체적으로 제1 통신부(255)는 제1 제어부(253)로부터 전달받은 신호를 기초로 데이터를 제2 통신부(235), 서브 모듈 제어부(213), 제어 파트(190) 중 하나 이상에 전달할 수 있다.
또한, 제1 통신부(255)는 제2 통신부(235), 서브 모듈 제어부(213), 제어 파트(190) 중 하나 이상으로부터 전달받은 데이터를 제1 제어부(253)에 전달할 수 있다.
도 13 내지 도 18을 참고하여, 컨버터 장치(200)의 각 구성의 신호선 연결을 설명한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 각 구성의 신호선 연결을 나타내는 예시도이다.
도 13을 참고하면, 밸브 제어기(250)는 복수의 서브 모듈(210) 각각에 복수의 연결선 각각을 통하여 직접 연결된다.
이에 따라, 밸브 제어기(250)는 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대한 제어 신호를 복수의 서브 모듈(210) 각각에 직접 전송한다.
또한, 밸브 제어기(250)는 복수의 서브 모듈(210) 각각이 전송하는 상태 신호를 직접 수신한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 동작을 보여주는 흐름도이다.
밸브 제어기(250)는 상위 제어기인 제어 파트(190)로부터 전체 지령값을 수신한다(S101). 이때, 밸브 제어기(250)는 제1 통신부(255)를 통해 제어 파트(190)가 송신한 전체 지령값을 수신할 수 있다.
밸브 제어기(250)는 수신한 전체 지령값을 기초로 복수의 서브 모듈(210)에 대한 복수의 제어 신호를 생성한다(S103). 이때 복수의 제어 신호 각각은 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대응된다.
밸브 제어기(250)는 복수의 서브 모듈(210) 각각에 연결된 복수의 연결선 각각을 통해 제어 신호를 전송한다(S105).
복수의 서브 모듈(210) 각각은 복수의 연결선 각각을 통해 제어 신호를 수신한다(S107).
복수의 서브 모듈(210) 각각은 제어 신호를 기초로 동작한다(S109). 복수의 서브 모듈(210) 각각은 수신한 제어 신호를 기초로 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 또한, 복수의 서브 모듈(210) 각각은 수신한 제어 신호를 기초로 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 또한 복수의 서브 모듈(210) 각각은 제어 신호에 기초하여 동작을 중지할 수 있다.
복수의 서브 모듈(210) 각각은 서브 모듈의 상태를 감지한다(S111). 서브 모듈(210)은 서브 모듈 센서(211)를 통해 서브 모듈(210)의 전류, 전압, 물리적 균열 및 온도 중 적어도 어느 하나를 감지할 수 있다.
복수의 서브 모듈(210) 각각은 복수의 서브 모듈(210) 각각의 상태에 대한 상태 신호를 생성한다(S113). 이때 상태 신호는 감지한 전류, 전압, 물리적인 균열 여부 및 온도 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
복수의 서브 모듈(210) 각각은 복수의 서브 모듈(210) 각각과 밸브 제어기(250)를 연결하는 복수의 연결선을 통하여 복수의 상태 신호를 전송한다(S115).
밸브 제어기(250)는 복수의 연결선 각각을 통하여 복수의 상태 신호 각각을 수신한다(S117).
밸브 제어기(250)는 복수의 상태 신호 각각을 기초로 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대한 제어 신호를 각각 생성할 수 있다(S119).
도 13 내지 도 14의 실시예에서와 같이 복수의 연결선을 통하여 복수의 서브 모듈(210) 각각이 밸브 제어기(250)에 연결될 경우, 시스템 복잡성이 증가되는 문제가 있다. 이에 따라 복수의 연결선에 대한 유지 관리 및 보수가 어려워 질 수 있다. 또한 밸브 제어기(250)와 복수의 서브 모듈(210)간의 통신 신뢰성이 문제될 수 있다. 이를 해결하기 위해 컨버터 장치(200)는 밸브 제어기(250)와 하나의 연결선을 통하여 연결되는 중간 제어기(230)를 포함할 수 있다.
도 15 내지 도 17을 통하여 밸브 제어기(250)와 하나의 연결선을 통하여 연결되는 중간 제어기(230)를 통하여 제어되는 컨버터 장치(200)를 설명하도록 한다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨버터 장치의 각 구성의 신호선 연결을 나타내는 예시도이다.
도 15를 참고하면, 밸브 제어기(250)는 복수의 중간 제어기(230) 각각에 복수의 연결선 각각을 통하여 연결된다.
중간 제어기(230)는 복수의 서브 모듈(210) 각각에 복수의 연결선 각각을 통하여 연결된다.
이에 따라, 밸브 제어기(250)는 복수의 서브 모듈(210)에 대한 제어 신호를 복수의 중간 제어기(230)에 전송한다.
중간 제어기(230)는 복수의 서브 모듈(210)에 대한 제어 신호를 복수의 서브 모듈(210)에게 각각 전송한다.
복수의 서브 모듈(210) 각각은 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대한 제어 신호에 기초하여 동작한다.
중간 제어기(230)는 복수의 서브 모듈(210)이 전송하는 서브 모듈(210)의 상태에 대한 복수의 상태 신호를 수신한다. 이때 복수의 상태 신호 각각은 복수의 서브 모듈에 각각 대응된다.
또한, 밸브 제어기(250)는 복수의 서브 모듈(210) 각각이 전송하는 상태 신호를 중간 제어기(230)로부터 수신한다.
또한, 중간 제어기(230)는 다른 중간 제어기(230)와 직접 연결될 수 있다.
이때 복수의 중간 제어기(230) 각각은 다른 중간 제어기(230)와 직접 연결될 수 있다. 이에 따라, 복수의 중간 제어기(230) 각각은 다른 중간 제어기(230)와 제어 신호, 서브 모듈의 상태 신호 중 하나 이상을 송신 또는 수신할 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨버터 장치에 포함되는 밸브 제어기와 중간 제어기의 구성을 보여주는 블락도이다.
중간 제어기(230)는 데이터 버스(232), 멀티플렉서(234), 변조부(236), 송신부(238), 커플러(239), 수신부(241), 복조부(243) 및 디멀티플렉서(245)를 포함한다.
데이터 버스(232)는 복수의 서브 모듈(210) 각각에 연결되는 복수의 연결선 각각에 연결된다. 중간 제어기(230)는 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대한 복수의 제어 신호 각각을 복수의 데이터 버스(232) 각각을 통해 송신한다. 또한 중간 제어기(230)는 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대한 복수의 상태 신호 각각을 복수의 데이터 버스(232) 각각을 통해 수신한다.
멀티플렉서(234)는 복수의 상태 신호를 합성하여 합성 상태 신호를 생성한다.
변조부(236)는 합성 상태 신호를 변조한다. 이때 변조된 합성 상태 신호는 전기적 신호일 수 있다. 또는 변조된 합성 상태 신호는 광신호일 수 있다. 변조된 합성 상태 신호가 광신호인 경우, 변조부(236)는 파장분할 다중화 광전송(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 방식에 따라 합성 상태 신호를 변조할 수 있다. WDM은 일정한 파장 간격으로 각각의 신호를 실은 채널을 배치하고 이를 광학적으로 다중화해 한가닥의 광섬유를 통해 대량의 정보를 전송할 수 있도록 한다.
송신부(238)는 합성 상태 신호를 송신한다.
커플러(239)는 합성 상태 신호와 합성 제어 신호 각각을 커플링한다.
수신부(241)는 변조된 합성 제어 신호를 수신한다. 이때 변조된 합성 제어 신호는 전기적 신호일 수 있다. 또는 변조된 합성 제어 신호는 광신호일 수 있다.
복조부(243)는 변조된 합성 제어 신호를 복조한다. 이때 변조된 합성 제어 신호는 전기적 신호일 수 있다. 또는 변조된 합성 제어 신호는 광신호일 수 있다. 변조된 합성 제어 신호가 광신호인 경우, 변조부(236)는 WDM 방식에 따라 합성 상태 신호를 복조할 수 있다.
디멀티플렉서(245) 복조된 합성 제어 신호로부터 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대한 복수의 제어 신호 각각을 추출한다.
밸브 제어기(250)는 데이터 버스(252), 멀티플렉서(254), 변조부(256), 송신부(257), 커플러(259), 수신부(261), 복조부(263) 및 디멀티플렉서(265)를 포함한다.
데이터 버스(252)는 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대한 제어 신호를 수신한다.
멀티플렉서(254)는 복수의 제어 신호를 합성하여 합성 제어 신호를 생성한다.
변조부(256)는 합성 제어 신호를 변조한다. 이때 변조된 합성 제어 신호는 앞서 기제한 바와 같이 전기적 신호일 수 있다. 또는 변조된 합성 상태 신호는 광신호일 수 있다. 변조된 합성 상태 신호가 광신호인 경우, 변조부(256)는 WDM 방식에 따라 합성 상태 신호를 변조할 수 있다.
송신부(257)는 합성 상태 신호를 송신한다.
커플러(259)는 합성 상태 신호와 합성 제어 신호 각각을 커플링한다.
수신부(261)는 변조된 합성 상태 신호를 수신한다. 이때 변조된 합성 상태 신호는 앞서 기재한 바와 같이 전기적 신호일 수 있다. 또는 변조된 합성 상태 신호는 광신호일 수 있다.
복조부(263)는 변조된 합성 상태 신호를 복조한다. 이때 변조된 합성 상태 신호는 전기적 신호일 수 있다. 또는 변조된 합성 상태 신호는 광신호일 수 있다. 변조된 합성 상태 신호가 광신호인 경우, 변조부(236)는 WDM 방식에 따라 합성 상태 신호를 복조할 수 있다.
디멀티플렉서(245) 복조된 합성 상태 신호로부터 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대한 복수의 상태 신호 각각을 추출한다.
구체적인 실시예에서 밸브 제어기(250)와 중간 제어기(230)는 필터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 필터는 복수의 신호를 합성함에따라 발생하는 노이즈를 필터링할 수 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨버터 장치의 동작을 보여주는 흐름도이다.
밸브 제어기(250)는 상위 제어기인 제어 파트(190)로부터 전체 지령값을 수신한다(S301). 이때, 밸브 제어기(250)는 제1 통신부(255)를 통해 제어 파트(190)가 송신한 전체 지령값을 수신할 수 있다.
밸브 제어기(250)는 수신한 전체 지령값을 기초로 복수의 서브 모듈(210)에 대한 복수의 제어 신호를 생성한다(S303). 이때 복수의 제어 신호 각각은 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대응된다.
밸브 제어기(250)는 멀티플렉서(254)를 통하여 복수의 제어 신호를 합성하여 합성 제어 신호를 생성한다(S305).
밸브 제어기(250)는 변조부(256)를 통하여 합성 제어 신호를 변조한다(S307).
밸브 제어기(250)는 송신부(257)를 통하여 합성 상태 신호를 송신한다(S309).
밸브 제어기(250)와 중간 제어기(230)는 커플러(259)와 커플러(239)를 통하여 합성 상태 신호와 합성 제어 신호 각각을 커플링한다(S311).
중간 제어기(230)는 수신부(241)를 통하여 변조된 합성 제어 신호를 수신한다(S313). 이때 변조된 합성 제어 신호는 전기적 신호일 수 있다. 또는 변조된 합성 제어 신호는 광신호일 수 있다.
중간 제어기(230)는 복조부(243)를 통하여 변조된 합성 제어 신호를 복조한다(S315). 이때 변조된 합성 제어 신호는 전기적 신호일 수 있다. 또는 변조된 합성 제어 신호는 광신호일 수 있다. 변조된 합성 제어 신호가 광신호인 경우, 변조부(236)는 WDM 방식에 따라 합성 상태 신호를 복조할 수 있다.
중간 제어기(230)는 디멀티플렉서(245)를 통하여 복조된 합성 제어 신호로부터 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대한 복수의 제어 신호 각각을 추출한다.
중간 제어기(230)는 복수의 서브 모듈(210) 각각에 연결된 복수의 연결선 각각을 통해 제어 신호를 전송한다(S319). 이때 중간 제어기(230)는 복수의 연결서 각각과 연결된 복수의 데이터 버스(232)를 통해 제어 신호를 전송할 수 있다.
복수의 서브 모듈(210) 각각은 복수의 연결선 각각을 통해 제어 신호를 수신하여 제어 신호를 기초로 동작한다(S321). 복수의 서브 모듈(210) 각각은 수신한 제어 신호를 기초로 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다. 또한, 복수의 서브 모듈(210) 각각은 수신한 제어 신호를 기초로 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다. 또한 복수의 서브 모듈(210) 각각은 제어 신호에 기초하여 동작을 중지할 수 있다.
복수의 서브 모듈(210) 각각은 서브 모듈의 상태를 감지한다(S323). 서브 모듈(210)은 서브 모듈 센서(211)를 통해 서브 모듈(210)의 전류, 전압, 물리적 균열 및 온도 중 적어도 어느 하나를 감지할 수 있다.
복수의 서브 모듈(210) 각각은 복수의 서브 모듈(210) 각각의 상태에 대한 복수의 상태 신호를 생성한다(S325). 이때 복수의 상태 신호 각각은 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대응한다. 이때 상태 신호는 감지한 전류, 전압, 물리적인 균열 여부 및 온도 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
복수의 서브 모듈(210) 각각은 복수의 서브 모듈(210)과 중간 제어기(230)를 연결하는 복수의 연결선을 통하여 복수의 상태 신호를 전송한다(S327). 이때 중간 제어기(230)는 복수의 연결선과 연결되는 복수의 데이터 버스(232)를 통하여 복수의 상태 신호를 수신할 수 있다.
중간 제어기(230)는 멀티플렉서(234)를 통하여 복수의 상태 신호를 합성하여 합성 상태 신호를 생성한다(S329).
중간 제어기(230)는 변조부(236)를 통하여 합성 상태 신호를 변조한다(S331). 이때 변조된 합성 상태 신호는 전기적 신호일 수 있다. 또는 변조된 합성 상태 신호는 광신호일 수 있다. 변조된 합성 상태 신호가 광신호인 경우, 변조부(236)는 WDM 방식에 따라 합성 상태 신호를 변조할 수 있다.
중간 제어기(230)는 변조부(236)를 통하여 송신부(238)는 합성 상태 신호를 송신한다(S333).
밸브 제어기(250)와 중간 제어기(230)는 커플러(259)와 커플러(239)를 통하여 합성 상태 신호와 합성 제어 신호 각각을 커플링한다(S335).
수신부(261)는 변조된 합성 상태 신호를 수신한다(S337). 이때 변조된 합성 상태 신호는 앞서 기재한 바와 같이 전기적 신호일 수 있다. 또는 변조된 합성 상태 신호는 광신호일 수 있다.
복조부(263)는 변조된 합성 상태 신호를 복조한다(S339). 이때 변조된 합성 상태 신호는 전기적 신호일 수 있다. 또는 변조된 합성 상태 신호는 광신호일 수 있다. 변조된 합성 상태 신호가 광신호인 경우, 변조부(236)는 WDM 방식에 따라 합성 상태 신호를 복조할 수 있다.
디멀티플렉서(245) 복조된 합성 상태 신호로부터 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대한 복수의 상태 신호 각각을 추출한다(S341).
밸브 제어기(250)는 복수의 중간 제어기(230)로부터 수신한 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대한 상태 신호를 기초로 복수의 서브 모듈(210) 각각에 대한 제어 신호를 각각 생성한다(S343). 이때 제어 신호는 서브 모듈(210)의 동작에 관한 제어 신호뿐만 아니라 보호에 관한 보호 신호도 포함할 수 있다.
그리고 밸브 제어기(250)는 생성된 제어 신호를 복수의 중간 제어기(230)를 통해 복수의 서브 모듈(210) 각각에 전송할 수 있다.
컨버터 장치(200)에서 출력되는 교류 전력을 도 18을 참고로 설명한다.
도 18은 컨버터 장치(200)에서 출력되는 교류 전력을 나타내는 그래프이다.
도 18을 참고하면, 하나의 레그(Leg)에 연결된 복수의 서브 모듈(210)이 각각 형성하는 전압이 모두 합쳐져서 사인(Sine)에 가까운 계단형의 파형이 형성되고, 이에 따라 컨버터 장치(200)의 출력 전력이 교류 전력임을 확인할 수 있다.
도 17의 실시에서 밸브 제어기(250)는 서브 모듈(210)의 상태 신호에 기초하여 보호 동작을 제어하는 제어 신호를 생성하고 송신할 수 있다. 다만 이러한 경우, 중간 제어기(230)를 거쳐 밸브 제어기(250)가 최종 판단을 하고 제어 신호를 생성하므로 보호 동작이 지체될 우려가 있다. 따라서 이를 해결하기 위한 컨버터의 보호 동작을 도 19를 참고하여 설명한다.
도 19는 컨버터 장치(200)의 보호 동작에 대한 흐름도이다.
도 19를 참고하면, 서브 모듈(210)은 서브 모듈의 상태를 감지한다(S210).
서브 모듈(210)의 서브 모듈 센서(211)는 서브 모듈의 측정한 전류, 전압, 감지한 물리적인 균열, 온도 중 하나 이상을 포함하는 서브 모듈의 상태를 감지할 수 있다.
서브 모듈(210)은 감지된 서브 모듈 상태에 대한 정보를 중간 제어기(230)에 송신한다(S220).
서브 모듈(210)은 상태 신호를 연결된 중간 제어기(230)에 전달할 수 있다.
중간 제어기(230)는 서브 모듈(210)이 송신한 상태 신호를 수신한다(S230).
중간 제어기(230)는 연결된 복수의 서브 모듈(210) 각각이 송신한 상태 신호를 수신할 수 있다.
중간 제어기(230)는 수신한 상태 신호를 기초로 서브 모듈(210)의 이상 여부를 판단한다(S240).
중간 제어기(230)는 수신한 상태 신호에 포함된 서브 모듈(210)의 전류, 전압, 감지한 물리적인 균열, 온도 중 하나 이상을 기준값과 비교하고, 비교 결과를 기초로 서브 모듈(210)의 이상 여부를 판단할 수 있다.
예를 들어, 중간 제어기(230)는 서브 모듈(210)의 온도가 기준값보다 높은 경우, 서브 모듈(210)에 이상이 있는 것으로 판단할 수 있다.
서브 모듈(210)에 이상이 있는 것으로 판단되면, 중간 제어기(230)는 서브 모듈(210)에 대한 보호 동작 신호를 생성한다(S250).
중간 제어기(230)는 이상이 있다고 판단되는 서브 모듈(210)을 보호하기 위한 보호 동작 신호를 생성할 수 있다.
중간 제어기(230)는 생성된 보호 동작 신호를 서브 모듈(210)에 송신한다(S260).
중간 제어기(230)는 서브 모듈(210)을 보호하기 위한 보호 동작 신호를 서브 모듈(210)에 송신할 수 있다.
서브 모듈(210)은 송신된 보호 동작 신호를 기초로 보호 동작을 수행한다(S270).
서브 모듈(210)은 수신한 보호 동작 신호를 기초로 보호 동작을 수행할 수 있고, 보호 동작 신호를 수신하였음을 알리는 응답 신호를 중간 제어기(230)에 송신할 수 있다.
그리고 서브 모듈(210)은 보호 동작을 수행하였음을 알리는 응답 신호도 중간 제어기(230)에 송신할 수 있다.
한편, 중간 제어기(230)는 단계 S240에서 서브 모듈(210)에 이상이 없는 것으로 판단하면 단계 S230으로 회귀하여, 상술한 과정을 반복한다.
이처럼, 중간 제어기(230)는 밸브 제어기(250)를 거치지 않고도 서브 모듈(210)의 이상 여부를 판단할 수 있고, 판단 결과를 기초로 서브 모듈(210)이 보호 동작을 수행하도록 할 수 있다.
또한, 컨버터 장치(200)는 중간 제어기(230)를 통해 연결된 서브 모듈(210)의 동작 상태를 모니터링 할 수 있다.
이를 도 20을 참고하여 설명한다.
도 20은 중간 제어기(230)를 통한 서브 모듈(210)의 모니터링 동작에 대한 개념도이다.
중간 제어기(230)는 인터페이스부(237)을 통해 외부 기기와 연결될 수 있고, 연결된 외부 기기에 서브 모듈(210)의 상태 정보를 전달할 수 있다.
예를 들면 도 20에 도시된 바와 같이, 복수의 중간 제어기(230) 중 어느 하나에 모니터링 장치(310)를 연결하면, 모니터링 장치(310)가 연결된 중간 제어기(230)는 중간 제어기(230)에 연결된 복수의 서브 모듈(210) 각각의 상태 정보를 전달할 수 있다.
이에 따라 중간 제어기(230)에 연결된 모니터링 장치(310)를 통해 복수의 서브 모듈(210) 각각의 상태 정보를 확인할 수 있다.
또한, 컨버터 장치(200)는 중간 제어기(230)를 통해 연결된 서브 모듈(210)의 소프트웨어를 업그레이드 할 수 있다.
이를 도 21을 참고하여 설명한다.
도 21은 중간 제어기(230)를 통한 서브 모듈(210)의 소프트웨어 업그레이드 동작에 대한 개념도이다.
중간 제어기(230)는 인터페이스부(237)을 통해 외부 기기와 연결될 수 있고, 연결된 외부 기기로부터 소프트웨어 업그레이드 파일을 수신할 수 있다.
예를 들면 도 20에 도시된 바와 같이, 복수의 중간 제어기(230) 중 어느 하나에 단말장치(320)를 연결하면, 단말장치(320)가 연결된 중간 제어기(230)는 단말장치(320)로부터 소프트웨어 업그레이드 파일을 수신할 수 있다.
그리고 중간 제어기(230)는 수신한 소프트웨어 업그레이드 파일을 연결된 복수의 서브 모듈(210) 각각에 송신할 수 있다.
이에 따라 중간 제어기(230)에 연결된 복수의 서브 모듈(210) 각각에 소프트웨어 업그레이드 파일을 동시에 송신할 수 있다.
그리고 복수의 서브 모듈(210) 각각은 수신한 소프트웨어 업그레이드 파일을 각각 실행하여, 소프트웨어 업그레이드 동작을 수행할 수 있다.
이처럼, 중간 제어기(230)는 밸브 제어기(250)를 거치지 않고도 서브 모듈(210)의 상태 정보를 모니터링 할 수 있도록 외부 기기에 상태 정보를 제공할 수 있다.
또한, 중간 제어기(230)는 연결된 복수의 서브 모듈(210) 각각에 소프트웨어 업그레이드 파일을 송신할 수 있어서, 복수의 서브 모듈(210)의 펌웨어를 동시에 업그레이드할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 전술한 방법은, 프로그램이 기록된 매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 매체의 예로는, ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.
상기와 같이 기재된 실시예들은 설명된 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (8)

  1. HVDC 시스템의 컨버터 장치에 포함되는 중간 제어기에 있어서,
    복수의 서브 모듈 각각에 대응하는 복수의 제어 신호 각각이 합성된 합성 제어 신호를 상기 컨버터 장치의 밸브 제어기로부터 수신하는 수신부;
    상기 합성 제어 신호로부터 상기 복수의 서브 모듈 각각에 대응하는 제어 신호를 추출하는 디멀티플렉서; 및
    상기 복수의 서브 모듈과 상기 디멀티플렉서를 연결하여 상기 복수의 서브 모듈 각각에 대응하는 제어 신호를 상기 복수의 서브 모듈 각각에 전달하는 복수의 데이터 버스를 포함하는
    중간 제어기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 데이터 버스 각각은
    상기 복수의 서브 모듈 각각으로부터 상기 복수의 서브 모듈 각각의 상태에 대응하는 복수의 서브 모듈 상태 신호 각각을 수신하고,
    상기 복수의 상태 신호를 합성하여 합성 상태 신호를 생성하는 멀티플렉서; 및
    상기 합성 상태 신호를 상기 밸브 제어기로 전송하는 송신부를 더 포함하는
    중간 제어기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상태 신호는
    상기 서브 모듈의 전압, 전류, 온도, 물리적인 균열 여부 중 하나 이상에 대한 정보를 포함하는 신호인
    중간 제어기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 합성 상태 신호를 파장분할 다중화 광전송(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 방식에 따라 변조하는 변조부를 더 포함하는
    중간 제어기.
  5. HVDC 시스템의 컨버터 장치에 포함되는 밸브 제어기에 있어서,
    상위 제어기로부터 상기 컨버터 장치의 전력 변환 동작을 제어하기 위한 전체 지령값에 기초하여 생성되는 복수의 서브 모듈 각각의 동작에 대한 복수의 제어 신호 각각을 수신하는 복수의 데이터 버스;
    상기 복수의 서브 모듈 각각의 동작에 대한 복수의 제어 신호를 합성하여 합성 제어 신호를 생성하는 멀티 플렉서; 및
    상기 합성 제어 신호를 중간 제어기에 송신하는 송신부를 포함하는
    밸브 제어기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 중간 제어기로부터 복수의 서브 모듈 각각에 대한 복수의 상태 신호 각각이 합성된 합성 상태 신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 합성 상태 신호로부터 상기 복수의 모듈 각각에 대한 복수의 상태 신호 각각을 추출하는 디멀티 플렉서를 더 포함하는
    밸브 제어기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상태 신호는
    상기 서브 모듈의 전압, 전류, 온도, 물리적인 균열 여부 중 하나 이상에 대한 정보를 포함하는 신호인
    밸브 제어기.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 합성 제어 신호를 파장분할 다중화 광전송(Wavelength Division Multiplexing, WDM) 방식에 따라 변조하는 변조부를 더 포함하는
    컨버터 장치.
KR1020140045013A 2014-04-15 2014-04-15 Hvdc 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법 KR20150118846A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140045013A KR20150118846A (ko) 2014-04-15 2014-04-15 Hvdc 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140045013A KR20150118846A (ko) 2014-04-15 2014-04-15 Hvdc 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20150118846A true KR20150118846A (ko) 2015-10-23

Family

ID=54427292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140045013A KR20150118846A (ko) 2014-04-15 2014-04-15 Hvdc 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20150118846A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101666712B1 (ko) 모듈형 멀티레벨 컨버터
KR101630510B1 (ko) 모듈형 멀티레벨 컨버터
KR101622461B1 (ko) 계기용 변압기의 편차 보상 방법
KR101604906B1 (ko) 고전압 직류 송전 시스템
KR102056252B1 (ko) Hvdc 시스템의 전력 손실 보정 방법
US10270250B2 (en) Insulation design apparatus of high voltage direct current transmission system
KR101578292B1 (ko) 계기용 변압기의 편차 보상 방법
KR101578291B1 (ko) Hvdc 시스템
KR101529146B1 (ko) 계기용 변압기의 편차 보상 방법
KR101659252B1 (ko) 모듈형 멀티레벨 컨버터 및 그의 제어 방법
KR20150130863A (ko) 모듈형 멀티레벨 컨버터 및 그의 제어 방법
KR101678802B1 (ko) 모듈형 멀티레벨 컨버터 및 그의 제어 방법
KR20150124329A (ko) Hvdc 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법
KR20160098896A (ko) Hvdc 시스템에서 전력 값 측정 방법
KR20150118846A (ko) Hvdc 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법
KR101707768B1 (ko) Hvdc 시스템의 전력 변환 장치 및 그의 제어 방법
KR101622458B1 (ko) Hvdc 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법
KR102502391B1 (ko) 변압기를 갖는 초고압 직류송전 시스템
KR20150130864A (ko) 모듈형 멀티레벨 컨버터 및 그의 제어 방법
KR20150124328A (ko) Hvdc 시스템의 전력 변환 장치 및 그의 제어 방법
KR101707735B1 (ko) Hvdc 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법
KR20160118685A (ko) Hvdc 시스템의 밸브 제어기 및 밸브 모듈
KR101717349B1 (ko) 고전압 직류 송전 시스템의 상정고장 해석장치 및 방법
KR20160122015A (ko) 모듈형 멀티레벨 컨버터
KR101641460B1 (ko) 고전압 직류 송전 시스템의 데이터 처리 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination