KR20150124655A - 점호 신호 점검 기능이 구비된 hvdc 시스템 - Google Patents

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Abstract

점호신호(Firing signal)를 출력하는 상위 제어기; 상기 상위 제어기로부터 점호신호가 수신되는 경우, 해당 점호 신호와 계통의 위상각 신호의 상차각이 정상 범위내에 있으면 해당 점호 신호가 적합하다고 판별하여 해당 점호 신호를 분배하는 VBE(valve Based Electronics); 및 상기 VBE에 의해 분배된 점호 신호에 따라 동작하여 AC 전원을 DC 전원으로 변환하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 싸이리스터 밸브를 포함하는 점호 신호 점검 기능이 구비된 HVDC 시스템이 제공된다.

Description

점호 신호 점검 기능이 구비된 HVDC 시스템{HVDC SYSTEM FOR CHECKING FIRING SIGNALS}
본 발명은 점호 신호 점검 기능이 구비된 HVDC 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 HVDC 시스템의 VBE에서 계통의 위상각 신호를 수신하여, 계통의 위상각 신호와 점호 신호의 상차각을 허용 범위내에 있는지 여부에 따라 상위 제어기로부터 수신되는 점호 신호의 적합성을 판단할 수 있는 점호 신호 점검 기능이 구비된 HVDC 시스템에 관한 것이다.
전력 계통을 연계하는 방식에는 교류 전력 계통을 그대로 연계하는 방식과, 전력 변환기를 통해 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 계통을 연계하는 방식이 있다.
근래에는 교류 전력 계통을 그대로 연계하는 방식보다 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 전력 계통을 연계하는 방식에 대한 관심이 증대되고 있다.
국내에서도 전력 변환기를 이용한 초고압 직류 송전(High Voltage Direct Current; HVDC) 시스템을 제주와 해남 사이에 설치하여 제주와 해남의 전력 계통을 연계하고 있다.
초고압 직류 송전(HVDC) 방식이라 함은, 전기 송전 방식의 하나로서, 발전소에서 발전한 고압의 교류 전력을 직류전력으로 변환시켜 송전한 후, 원하는 수전 지역에서 다시 교류 전력으로 재 변환하는 공급 방식을 말한다.
직류송전 방식의 장점은 여러 가지가 꼽힌다.
우선 직류 전압은 교류 전압의 최대 값에 비해 크기가 약 70%에 불과해, 초고압 직류 송전 시스템은 기기의 절연이 용이하고, 전압이 낮기 때문에 각 기기에 설치돼 있는 절연체의 수량 및 철탑의 높이를 줄일 수 있다.
초고압 직류 송전 시스템은 동일한 전력을 보내는 경우 교류 방식에 비해 직류 방식이 송전 손실이 적기 때문에 송전 효율이 높아질 수 있는 것이 가장 큰 장점이다. 초고압 직류 송전 시스템은 직류가 교류에 비해 2배 이상의 전류를 운송할 수 있다.
초고압 직류 송전 시스템은 전선 사용량을 줄일 수 있고 송전선로의 면적을 줄일 수 있어 효과적이며 전압이나 주파수가 다른 두 교류 계통 사이에 연결해 계통의 안정도를 향상시킬 수도 있다.
초고압 직류 송전 시스템은 송전 거리에 대한 제약이 없고 450Km가 넘는 육지 전력 전송이나 40Km가 넘는 해저를 통한 전력 전송에 있어서도 직류 송전 방식이 건설비가 저렴하다.
따라서 HVDC 전송 시스템은 신재생 에너지의 전력 시스템 연계 방안, 특히 대규모 해상풍력 발전단지의 전력 전송에 이용된다.
다른 국가, 예컨대 중국, 인도 등의 경우 발전소와 전기 사용자 사이의 거리가 1000Km 이상이 되기 때문에 초고압 직류 송전 시스템의 보급이 급속하게 확장되고 있는 상황이다.
이러한 HVDC 시스템은 사이리스터(Thyristor) 밸브를 이용하는 전류형 HVDC 시스템과 IGBT 소자를 이용하는 전압형 HVDC 시스템으로 구분된다.
도 1은 종래의 HVDC 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 HVDC 시스템(10)은 상위 제어기(11)와 VBE(12)와 싸이리스터 밸브(13)를 포함하여 구성될 수 있다.
상위 제어기(11)는 VBE(valve Based Electronics)(12)에 점호신호(Firing signal)를 출력한다.
VBE(12)는 상위 제어기(11)로부터 받은 점호신호를 광 또는 전기 신호로 변환하여 싸이리스터 밸브(13)에 분배한다.
싸이리스터 밸브(13)는 VBE(12)로부터 분배받은 점호 신호에 따라 동작을 하게 된다. 즉, 싸이리스터 밸브(13)는 점호 신호에 따라 동작하여 AC 전원을 DC 전원으로 변환하기 위한 스위칭 동작을 수행한다.
종래의 HVDC 시스템(10)에서는 VBE(12)가 상위 제어기(11)의 점호 신호를 수신하면, 수동적으로 점호 신호를 싸이리스터 밸브(13)에 분배하는 동작을 수행하고 있다.
따라서, 상위 제어기(11)로부터 전달받은 점호 신호의 적합성에 대하여 판단할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, HVDC 시스템의 VBE에서 계통의 위상각 신호를 수신하여, 계통의 위상각 신호와 점호 신호의 상차각을 허용 범위내에 있는지 여부에 따라 상위 제어기로부터 수신되는 점호 신호의 적합성을 판단할 수 있는 점호 신호 점검 기능이 구비된 HVDC 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 일측면에 의하면, 점호신호(Firing signal)를 출력하는 상위 제어기; 상기 상위 제어기로부터 점호신호가 수신되는 경우, 해당 점호 신호와 계통의 위상각 신호의 상차각이 정상 범위내에 있으면 해당 점호 신호가 적합하다고 판별하여 해당 점호 신호를 분배하는 VBE(valve Based Electronics); 및 상기 VBE에 의해 분배된 점호 신호에 따라 동작하여 AC 전원을 DC 전원으로 변환하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 싸이리스터 밸브를 포함하는 점호 신호 점검 기능이 구비된 HVDC 시스템이 제공된다.
상기 계통의 위상각 신호는 상기 계통의 전압 신호를 측정하여 얻어질 수 있다.
상기 점호 신호 점검 기능이 구비된 HVDC 시스템은 상기 계통의 전압 신호를 측정하는 계통 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 점호 신호는 3상의 AC 전원에 상응하여 미리 설정된 위상차이를 가지고 생성된 신호일 수 있다.
상기 VBE는 상기 상위 제어기의 점호 신호를 수신하더라도 해당 점호 신호가 적합하지 않다고 판단되면 점호 신호에 오류를 알리는 메시지를 생성하여 상기 상위 제어기에 출력할 수 있다.
본 발명에 의하면, HVDC 시스템에서 싸이리스터 밸브를 동작시키기 위한 점호 신호를 출력할 때 HVDC 시스템의 VBE에서 계통의 위상각 신호를 수신하고, 계통 전압의 위상 신호와 점호 신호의 상차각을 계산하여 상차각이 정상 범위내에 있는지 여부에 따라 상위 제어기로부터 수신되는 점호 신호의 적합성을 판단할 수 있다.
이에 따라, VBE는 싸이리스터 밸브에 안정적인 점호 신호를 출력할 수 있기 때문에 HVDC 시스템의 성능 개선 및 안정적인 동작을 보장할 수 있다.
도 1은 종래의 HVDC 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 시스템에서 계통의 위상각 신호와 점호 신호의 상차각을 이용하여 점호 신호를 점검하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 시스템에서 계통의 위상각 신호와 점호 신호의 상차각을 차이를 이용하여 점호 신호를 점검하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 사상이 제시되는 실시 예에 제한된다고 할 수 없으며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경, 삭제 등에 의해서 퇴보적인 다른 발명이나, 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀 두고자 한다.
즉, 이하의 설명에 있어서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 시스템(100)은 상위 제어기(110)와 VBE(120)와 싸이리스터 밸브(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
상위 제어기(110)는 VBE(valve Based Electronics)에 싸이리스터 밸브(130)를 제어하기 위한 점호신호(Firing signal)를 출력한다. 점호 신호는 3상의 AC 전원에 상응하여 미리 설정된 위상차이를 가지고 생성된 신호이다.
VBE(120)는 상위 제어기(110)로부터 점호신호를 수신한다. 아울러, VBE(120)는 계통(200)의 위상각 신호를 수신한다. 계통의 위상각 신호는 계통(200)의 전압 신호를 측정하여 얻어질 수 있다.
VBE(120)는 점호 신호와 계통(200)의 위상각 신호의 상차각을 계산할 수 있다. VBE(120)는 점호 신호와 계통의 위상각 신호의 상차각이 정상 범위인지를 판단한다. VBE(120)는 점호 신호와 계통의 위상각 신호의 상차각이 정상 범위내에 있으면 상위 제어기(110)로부터 수신되는 점호 신호는 적합하다고 판별할 수 있다. 한편, VBE(120)는 점호 신호와 계통의 위상각 신호의 상차각이 정상 범위내에 있지 않으면 상위 제어기(110)로부터 수신되는 점호 신호는 적합하지 않다고 판별할 수 있다.
상세히, 상기 VBE(120)는 계통과 점호 신호 사이의 상차각이 정상 범위 내의 차이인지 여부에 대해서, 계통, 즉, AC 전원의 신호를 수신하여 영교차 점(zero crossing point)를 확인하고, 이 확인되는 영교차 점이 기준점('0')으로 설정한다.
그리고, 상기 VBE(120)가 점호 신호를 수신하면, 수신된 점호 신호의 순간에 이미 연산 및 확인하여 두었던 영교차 점와의 시간 간격을 확인한다. 확인 결과, 시간적으로 0.23 내지 1.4ms 의 시간 범위 내에 속하는 경우에는, 해당 점호 신호가 적합하다고 판단하고, 그렇지 않은 경우에는 해당 점호 신호가 적합하지 않은 것으로 판단할 수 있다. 이때, 상차각은, 5도 내지 30도가 될 수 있으며, 이러한 상차각의 범위 내에 속하는 경우에, 해당 점호 신호가 적합하다고 판단할 수 있다.
VBE(120)는 상위 제어기(110)로부터 받은 점호신호가 적합하다고 판별된 경우에만 상위 제어기(110)로부터 받은 점호신호를 광 또는 전기 신호로 변환하여 싸이리스터 밸브(130)에 분배하게 된다.
이에 따라, 싸이리스터 밸브(130)는 VBE(120)로부터 분배받은 점호 신호에 따라 동작을 하게 된다. 즉, 싸이리스터 밸브(130)는 VBE(120)로부터의 점호 신호에 따라 동작하여 AC 전원을 DC 전원으로 변환하기 위한 스위칭 동작을 수행한다.
이와 같이, VBE(120)는 상위 제어기(11)의 점호 신호를 수신하면, 무조건적으로 해당 점호 신호를 싸이리스터 밸브(130)에 분배하는 것이 아니라, 점호 신호의 적합성에 대한 판단을 수행하여 적합한 경우에만 점호 신호를 싸이리스터 밸브(13)에 분배하는 동작을 수행하고 있다.
한편, VBE(120)는 상위 제어기(11)의 점호 신호를 수신하더라도 해당 점호 신호가 적합하지 않다고 판단되면 점호 신호에 오류를 알리는 메시지를 생성하여 상위 제어기(110)에 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 시스템에서 계통의 위상각 신호와 점호 신호의 상차각을 이용하여 점호 신호를 점검하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 시스템(100)의 VBE(120)에서 계통의 위상각 신호(1)와 상위 제어기(110)로부터 수신된 점호신호(2)는 상차각(3)을 가지게 된다. 상차각(3)은 계통의 전압 신호에 측정되는 위상각 신호(1)와 점호 신호(2)의 위상 차이로부터 계산될 수 있다.
이 상차각(3)이 정상 범위에 있으면 상위 제어기(110)로부터 수신되는 점호 신호는 적합하다고 판별되지만, 이 상차각(3)이 정상 범위내에 있지 않으면 상위 제어기(110)로부터 수신되는 점호 신호는 오류가 발생했다고 판별된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 HVDC 시스템에서 계통의 위상각 신호와 점호 신호의 상차각을 차이를 이용하여 점호 신호를 점검하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, VBE(120)는 상위 제어기(110)로부터 점호신호를 수신한다(S1).
VBE(120)는 계통(200)의 위상각 신호를 받는다(S2). 계통의 위상각 신호는 계통(200)의 전압 신호를 측정하여 얻어질 수 있으며, VBE(120)에서 측정될 수 도 있고, 별도의 계통 측정부를 통해 측정되어 VBE(120)에 제공될 수 도 있다.
VBE(120)는 점호 신호와 계통(200)의 위상각 신호의 상차각을 계산한다(S3). VBE(120)는 계산된 점호 신호와 계통의 위상각 신호의 상차각이 미리 설정된 정상 범위내에 있는지 판단한다(S4).
S4 단계의 판단 결과, 점호 신호와 계통의 위상각 신호의 상차각이 정상 범위내에 있으면 VBE(120)는 상위 제어기(110)로부터 수신되는 점호 신호는 적합하다고 판별하여 해당 점호 신호를 싸이리스터 밸브(130)에 분배한다(S5).
그러나, S4 단계의 판단 결과, 점호 신호와 계통의 위상각 신호의 상차각이 정상 범위내에 있지 않으면 VBE(120)는 상위 제어기(110)로부터 수신되는 점호 신호는 적합하지 않다고 판별하여 점호 신호 오류 알림을 발생시킨다(S6).
이에 따라, 싸이리스터 밸브(130)에서는 VBE(120)로부터 분배받은 점호 신호에 따라 동작하여 AC 전원을 DC 전원으로 변환하기 위한 스위칭 동작이 수행된다.지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 점호신호(Firing signal)를 출력하는 상위 제어기;
    상기 상위 제어기로부터 점호신호가 수신되는 경우, 해당 점호 신호와 계통의 위상각 신호의 상차각이 정상 범위내에 있으면 해당 점호 신호가 적합하다고 판별하여 해당 점호 신호를 분배하는 VBE(valve Based Electronics); 및
    상기 VBE에 의해 분배된 점호 신호에 따라 동작하여 AC 전원을 DC 전원으로 변환하기 위한 스위칭 동작을 수행하는 싸이리스터 밸브를 포함하는 점호 신호 점검 기능이 구비된 HVDC 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계통의 위상각 신호는 상기 계통의 전압 신호를 측정하여 얻어지는 점호 신호 점검 기능이 구비된 HVDC 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 계통의 전압 신호를 측정하는 계통 측정부를 더 포함하는 점호 신호 점검 기능이 구비된 HVDC 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 점호 신호는 3상의 AC 전원에 상응하여 미리 설정된 위상차이를 가지고 생성된 신호인 점호 신호 점검 기능이 구비된 HVDC 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 VBE는 상기 상위 제어기의 점호 신호를 수신하더라도 해당 점호 신호가 적합하지 않다고 판단되면 점호 신호에 오류를 알리는 메시지를 생성하여 상기 상위 제어기에 출력하는 점호 신호 점검 기능이 구비된 HVDC 시스템.
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