KR20150130157A - 고전압 직류 송전 시스템의 절연 설계 장치 및 방법 - Google Patents

고전압 직류 송전 시스템의 절연 설계 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC) 시스템의 절연 설계를 수행하는 절연 설계 장치는, 상기 HVDC 시스템의 절연 기본 모델의 계통 데이터에 기초하여 상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 절연 전압 레벨을 산정하는 상정 사고 상태 전압 산정부; 상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 절연 전압 레벨을 이용하여 사례 분석을 수행하여 최대 절연 전압 레벨을 산정하는 사례 분석 수행부; 및 상기 HVDC 시스템의 절연 기본 모델에 최대 절연 전압 레벨을 적용하고, 최대 절연 전압 레벨이 적용된 절연 기본 모델에서 절연 설계를 수행하여 상기 HVDC 시스템의 정격 절연 레벨을 산정하는 정격 절연 레벨 산정부를 포함한다.

Description

고전압 직류 송전 시스템의 절연 설계 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR INSULATION DESIGN OF HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT TRANSMISSION SYSTEM}
본 발명은 고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC) 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 HVDC 시스템의 절연 설계 방법에 관한 것이다.
고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC) 시스템은 고전압 직류를 통해 전기를 멀리 보낸다.
일반적으로 HVDC 시스템은 가공 선로나 해저 케이블을 이용하여 전기를 전달한다.
HVDC 시스템은 투자 비용 적다는 것과, 케이블 길이의 한계가 없다는 것과, 전력 전송 손실이 적다는 장점으로 인해, 많이 활용되고 있다.
HVDC 시스템은 고전압 직류를 통해 전기를 전달하므로, 절연 설계의 중요도가 높다.
종래의 HVDC 시스템에 대한 절연설계는 AC 계통에 대한 고려 없이 HVDC 시스템의 자체 과전압 레벨만을 고려하여 이루어졌기에, AC 계통의 불안정성이 HVDC 시스템에 영향을 준 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는 AC 계통의 불안정성을 고려하여 HVDC 시스템의 절연 설계를 수행하는 절연 설계 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC) 시스템의 절연 설계를 수행하는 절연 설계 장치는, 상기 HVDC 시스템의 절연 기본 모델의 계통 데이터에 기초하여 상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 절연 전압 레벨을 산정하는 상정 사고 상태 전압 산정부; 상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 절연 전압 레벨을 이용하여 사례 분석을 수행하여 최대 절연 전압 레벨을 산정하는 사례 분석 수행부; 및 상기 HVDC 시스템의 절연 기본 모델에 최대 절연 전압 레벨을 적용하고, 최대 절연 전압 레벨이 적용된 절연 기본 모델에서 절연 설계를 수행하여 상기 HVDC 시스템의 정격 절연 레벨을 산정하는 정격 절연 레벨 산정부를 포함한다.
실시예는 AC 계통의 불안정성을 고려한 HVDC 시스템 절연 설계를 가능하게 한다. 특히, 실시예는 계통의 변화에 따른 전압 변동과 임피던스 변동에 대한 절연 설계를 용이하게 한다. 또한, 실시예는 AC 계통과 HVDC 시스템 사이의 연계를 통한 절연 설계를 가능하게 하고, 용이한 절연 분석 및 기기 최적화를 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC transmission) 시스템을 보여준다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 모노폴라 방식의 고전압 직류 송전 시스템을 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 바이폴라 방식의 고전압 직류 송전 시스템을 보여준다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 트랜스포머와 3상 밸브 브릿지의 결선을 보여준다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 HVDC 시스템의 절연 설계 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 HVDC 시스템의 절연 설계 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
이하, 본 발명과 관련된 실시예에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "파트", "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
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.
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.
다음은 도 5와 도 6을 참조하여 HVDC 시스템의 절연 설계 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 HVDC 시스템의 절연 설계 장치의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 HVDC 시스템의 절연 설계 장치(200)는 모델 생성부(210), 임피던스 매핑부(220), 정상 상태 전압 산정부(240), 정상 상태 전압 검증부(245), 상정 사고 상태 전압 산정부(250), 상정 사고 상태 전압 검증부(255), 사례 분석 수행부(260), 및 정격 절연 레벨 산정부(270)를 포함한다.
모델 생성부(210)는 HVDC 시스템(100)을 모델링하여 HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델을 생성한다.
임피던스 매핑부(220)는 HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델의 교류 파트(110, 170)의 임피던스 매핑을 수행하여(S103), HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델의 계통 데이터를 획득한다.
정상 상태 전압 산정부(240)는 HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델의 계통 데이터에 기초하여 정상 상태의 교류 파트(110, 170)의 절연 전압 레벨을 산정한다.
정상 상태 전압 검증부(245)는 정상 상태의 교류 파트(110, 170)의 산정된 절연 전압 레벨을 검증한다.
상정 사고 상태 전압 산정부(250)는 HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델의 계통 데이터에 기초하여 상정 사고 상태의 교류 파트(110, 170)의 절연 전압 레벨을 산정한다.
상정 사고 상태 전압 검증부(255)는 상정 사고 상태의 교류 파트(110, 170)의 산정된 절연 전압 레벨을 검증한다.
사례 분석 수행부(260)는 정상 상태의 교류 파트(110, 170)의 검증된 절연 전압 레벨 및 상정 사고 상태의 교류 파트(110, 170)의 검증된 절연 전압 레벨을 이용하여 사례 분석을 수행하여 최대 절연 전압 레벨을 산정한다.
정격 절연 레벨 산정부(270)는 HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델에 최대 절연 전압 레벨을 적용하고, 최대 절연 전압 레벨이 적용된 절연 기본 모델에서 절연 설계를 수행하여 HVDC 시스템(100)의 정격 절연 레벨을 산정한다.
상정 사고는 HVDC 시스템(100) 또는 HVDC 시스템(100)의 교류 파트(110, 170)의 안전성에 관련된 측면을 평가하기 위해 상정(想定)된 사고를 나타낼 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 HVDC 시스템의 절연 설계 장치의 동작 방법을 보여주는 흐름도이다.
모델 생성부(210)는 HVDC 시스템(100)을 모델링하여 HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델을 생성한다(S01).
임피던스 매핑부(220)는 HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델의 교류 파트(110, 170)의 임피던스 매핑을 수행하여(S103), HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델의 계통 데이터를 획득한다(S105).
정상 상태 전압 산정부(240)는 HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델의 계통 데이터에 기초하여 정상 상태의 교류 파트(110, 170)의 절연 전압 레벨을 산정한다(S107). 구체적으로, 정상 상태 전압 산정부(240)는 정상 상태의 교류 파트(110, 170)의 계통 임피던스의 변동에 따른 절연 전압 레벨을 산정할 수 있다. 더욱 구체적으로 정상 상태 전압 산정부(240)는 정상 상태의 교류 파트(110, 170)의 전압의 변동 및 계통 임피던스의 변동에 따른 절연 전압 레벨을 산정할 수 있다.
정상 상태 전압 검증부(245)는 정상 상태의 교류 파트(110, 170)의 산정된 절연 전압 레벨을 검증한다(S109). 이때, 정상 상태 전압 검증부(245)는 정상 상태의 교류 파트(110, 170)의 산정된 절연 전압 레벨의 전력 안정도를 검증할 수 있다. 특히, 정상 상태 전압 검증부(245)는 엔지니어링을 위한 전력 시스템 시뮬레이터(Power system simulator for engineering, PSS/E)라는 소프트웨어를 이용할 수 있다.
상정 사고 상태 전압 산정부(250)는 HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델의 계통 데이터에 기초하여 상정 사고 상태의 교류 파트(110, 170)의 절연 전압 레벨을 산정한다(S111). 구체적으로, 상정 사고 상태 전압 산정부(250)는 상정 사고 상태의 교류 파트(110, 170)의 계통 임피던스의 변동에 따른 절연 전압 레벨을 산정할 수 있다. 더욱 구체적으로 상정 사고 상태 전압 산정부(250)는 상정 사고 상태의 교류 파트(110, 170)의 전압의 변동 및 계통 임피던스의 변동에 따른 절연 전압 레벨을 산정할 수 있다.
상정 사고 상태 전압 검증부(255)는 상정 사고 상태의 교류 파트(110, 170)의 산정된 절연 전압 레벨을 검증한다(S113). 이때, 상정 사고 상태 전압 검증부(255)는 상정 사고 상태의 교류 파트(110, 170)의 산정된 절연 전압 레벨의 전력 안정도를 검증할 수 있다. 특히, 상정 사고 상태 전압 검증부(255)는 엔지니어링을 위한 전력 시스템 시뮬레이터(Power system simulator for engineering, PSS/E)라는 소프트웨어를 이용할 수 있다.
사례 분석 수행부(260)는 정상 상태의 교류 파트(110, 170)의 검증된 절연 전압 레벨 및 상정 사고 상태의 교류 파트(110, 170)의 검증된 절연 전압 레벨을 이용하여 사례 분석을 수행하여 최대 절연 전압 레벨을 산정한다(S115). 이때, 사례 분석 수행부(260)는 최대 절연 전압 레벨을 위한 계통 임피던스를 추가로 산정할 수도 있다.
정격 절연 레벨 산정부(270)는 HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델에 최대 절연 전압 레벨을 적용하고, 최대 절연 전압 레벨이 적용된 절연 기본 모델에서 절연 설계를 수행하여 HVDC 시스템(100)의 정격 절연 레벨을 산정한다(S117). 이때, 정격 절연 레벨 산정부(270)는 HVDC 시스템(100)의 절연 기본 모델에 최대 절연 전압 레벨을 위한 계통 임피던스를 추가로 적용하여 절연 설계를 수행할 수도 있다. 이때, 정격 절연 레벨은 HVDC 시스템(100)의 하나 이상의 위치의 전압값 및 거리값을 포함할 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.

Claims (10)

  1. 고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC) 시스템의 절연 설계를 수행하는 절연 설계 장치에 있어서,
    상기 HVDC 시스템의 절연 기본 모델의 계통 데이터에 기초하여 상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 절연 전압 레벨을 산정하는 상정 사고 상태 전압 산정부;
    상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 절연 전압 레벨을 이용하여 사례 분석을 수행하여 최대 절연 전압 레벨을 산정하는 사례 분석 수행부; 및
    상기 HVDC 시스템의 절연 기본 모델에 최대 절연 전압 레벨을 적용하고, 최대 절연 전압 레벨이 적용된 절연 기본 모델에서 절연 설계를 수행하여 상기 HVDC 시스템의 정격 절연 레벨을 산정하는 정격 절연 레벨 산정부를 포함하는
    절연 설계 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 HVDC 시스템의 절연 기본 모델의 계통 데이터에 기초하여 정상 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 절연 전압 레벨을 산정하는 정상 상태 전압 산정부를 더 포함하고,
    상기 사례 분석 수행부는 정상 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 절연 전압 레벨 및 상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 절연 전압 레벨을 이용하여 사례 분석을 수행하여 상기 최대 절연 전압 레벨을 산정하는
    절연 설계 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 정상 상태 전압 산정부는 정상 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 계통 임피던스의 변동에 따른 절연 전압 레벨을 산정하고,
    상기 상정 사고 상태 전압 산정부는 상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 계통 임피던스의 변동에 따른 절연 전압 레벨을 산정하는
    절연 설계 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 정상 상태 전압 산정부는 정상 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 전압의 변동 및 계통 임피던스의 변동에 따른 절연 전압 레벨을 산정하고,
    상기 상정 사고 상태 전압 산정부는 상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 전압의 변동 및 계통 임피던스의 변동에 따른 절연 전압 레벨을 산정하는
    절연 설계 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    정상 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 산정된 절연 전압 레벨을 검증하는 정상 상태 전압 검증부; 및
    상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 산정된 절연 전압 레벨을 검증하는 상정 사고 상태 전압 검증부를 더 포함하고,
    상기 사례 분석 수행부는 정상 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 검증된 절연 전압 레벨 및 상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 검증된 절연 전압 레벨을 이용하여 사례 분석을 수행하여 수행하여 최대 절연 전압 레벨을 산정하는
    절연 설계 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 정상 상태 전압 검증부는 정상 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 산정된 절연 전압 레벨의 전력 안정도를 검증하고,
    상기 상정 사고 상태 전압 검증부는 상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 산정된 절연 전압 레벨의 전력 안정도를 검증하는
    절연 설계 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 정상 상태 전압 검증부와 상기 상정 사고 상태 전압 검증부는
    엔지니어링을 위한 전력 시스템 시뮬레이터(Power system simulator for engineering, PSS/E)라는 소프트웨어를 이용하는
    절연 설계 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 HVDC 시스템을 모델링하여 상기 HVDC 시스템의 절연 기본 모델을 생성하는 모델 생성부; 및
    상기 HVDC 시스템의 절연 기본 모델의 교류 파트의 임피던스 매핑을 수행하여, 상기 HVDC 시스템의 절연 기본 모델의 계통 데이터를 획득하는 임피던스 매핑부를 더 포함하는
    절연 설계 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 사례 분석 수행부는 상정 사고 상태의 상기 HVDC 시스템의 교류 파트의 절연 전압 레벨을 이용하여 사례 분석을 수행하여 상기 최대 절연 전압 레벨을 위한 계통 임피던스를 추가로 산정하고,
    상기 정격 절연 레벨 산정부는 상기 HVDC 시스템의 절연 기본 모델에 상기 최대 절연 전압 레벨을 위한 계통 임피던스를 추가로 적용하는
    절연 설계 장치.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정격 절연 레벨은 상기 HVDC 시스템의 하나 이상의 위치의 전압값 및 거리값을 포함하는
    절연 설계 장치.

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