KR20150130862A - 고압 직류 송전 시스템 및 그의 제어 방법 - Google Patents

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박호환
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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 고압 직류 송전 시스템은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류 장치와 상기 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터와 상기 정류 장치에서 변환된 직류 전력을 상기 인버터에 전달하는 직류 송전 선로와 상기 정류장치에 입력되는 제1 유효전력을 측정하는 제1 유효전력 측정부와 상기 인버터에서 출력되는 제2 유효전력을 측정하는 제2 유효전력 측정부 및 상기 측정된 제1 유효전력 및 제2 유효전력에 기초하여 상기 직류 송전 선로 상의 이상 전압 상태를 검출하는 제1 제어부를 포함하고, 상기 제1 제어부는 상기 고압 직류 송전 시스템에 발생된 진동을 감지하고, 상기 감지된 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성하여 상기 정류 장치 및 인버터 중 하나 이상을 제어한다.

Description

고압 직류 송전 시스템 및 그의 제어 방법{HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 고압 직류 송전 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고압 직류 송전 시스템에서 발생하는 진동을 감쇠할 수 있는 고압 직류 송전 시스템 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
고압 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 시스템에서는 HVDC 시스템에 포함된 3상 계통의 교류 발전기의 동작에 따라 기계적 비틀림 진동(Mechanical Torsional Oscillation)이 발생할 수 있다.
이러한 기계적 비틀림 진동을 포함하는 저주파 진동이 HVDC 시스템 상에서 사라지지 않고 유지되거나 증폭되면, HVDC 시스템의 전력 계통의 안정도에 심각한 영향을 미칠 수 있다.
따라서, HVDC 시스템에서 발생되는 저주파 진동을 감쇠할 필요가 있다.
본 발명은 고압 직류 송전 시스템 상의 저주파 진동을 감지하고, 감지된 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 고압 직류 송전 시스템 및 그의 제어 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 고압 직류 송전 시스템은 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류 장치와 상기 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터와 상기 정류 장치에서 변환된 직류 전력을 상기 인버터에 전달하는 직류 송전 선로와 상기 정류장치에 입력되는 제1 유효전력을 측정하는 제1 유효전력 측정부와 상기 인버터에서 출력되는 제2 유효전력을 측정하는 제2 유효전력 측정부와 상기 측정된 제1 유효전력 및 제2 유효전력에 기초하여 상기 직류 송전 선로 상의 이상 전압 상태를 검출하는 제1 제어부를 포함하고, 상기 제1 제어부는 상기 고압 직류 송전 시스템에 발생된 진동을 감지하고, 상기 감지된 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성하여 상기 정류 장치 및 인버터 중 하나 이상을 제어할 수 있다.
상기 제1 제어부는 상기 고압 직류 송전 시스템에 발생된 진동을 감지하는 진동감지부와 상기 감지된 진동을 기초로 상기 발생된 진동을 감쇠할 수 있는 상기 제어 신호를 생성하는 감쇠제어부와 상기 생성된 제어 신호를 송출하는 출력부를 포함할 수 있다.
상기 감쇠제어부는 상기 제어 신호 생성 시 유효 전력을 제어하는 유효 전력 제어 신호를 생성하는 제1 감쇠제어부와, 상기 제어 신호 생성 시 무효 전력을 제어하는 무효 전력 제어 신호를 생성하는 제2 감쇠제어부를 포함할 수 있다.
상기 감쇠제어부는 상기 유효 전력 제어 신호 및 상기 무효 전력 제어 신호 중 하나 이상을 기초로 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 제1 제어부는 상기 감지된 진동의 주파수가 기 설정된 범위 내인지 판단하고, 판단 결과, 상기 감지된 진동의 주파수가 기 설정된 범위 내이면 상기 감지된 진동을 감쇠할 수 있는 상기 제어 신호를 생성할 수 있다.
상기 제1 유효전력 측정부는 상기 정류장치에 입력되는 교류 전류와 교류 전압을 측정하여 상기 제1 유효 전력을 측정하고, 상기 제2 유효전력 측정부는 상기 인버터에서 출력되는 교류 전류와 교류 전압을 측정하여 상기 제2 유효 전력을 측정할 수 있다.
상기 고압 직류 송전 시스템은 상기 제2 유효전력 측정부로부터 측정된 제2 유효전력을 전달받는 제2 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 고압 직류 송전 시스템은 상기 정류 장치의 전력 변환 과정에서 발생하는 고조파 전류를 제거하는 제1 교류 필터 및 상기 인버터의 전력 변환 과정에서 발생하는 고조파 전류를 제거하는 제2 교류 필터를 더 포함할 수 있다.
상기 정류장치 및 상기 인버터 각각은 싸이리스터 밸브 및 절연 게이트 양극성 트랜지스터 밸브 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 고압 직류 송전 시스템은 상기 정류장치에 병렬로 연결되고, 상기 정류장치에서 출력되는 직류 전압을 평활시키는 제1 커패시터 및 상기 인버터에 병렬로 연결되고, 상기 인버터에 입력되는 직류 전압을 평활시키는 제2 커패시터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 고압 직류 송전 시스템 상에서 발생하는 저주파 진동을 감쇠할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 무효 전력 제어 신호를 기초로 저주파 진동을 감쇠할 수 있어서 유효 전력 송전 동작을 저해시키지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 직류 전송 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 직류 송전 시스템의 실제 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 직류 송전 시스템의 제어부 구성을 설명하기 위한 구성 블록도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 고압 직류 송전 시스템의 제어부 구성을 설명하기 위한 구성 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 직류 송전 시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 발명과 관련된 실시 예에 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 실시 예에서의 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 일 실시 예에 따른 고압 직류 전송 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 고압 직류 전송 시스템(1)은 사이리스터형 HVDC 시스템 및 전압형 HVDC 시스템 중 어느 하나의 시스템일 수 있다. 사이리스터형 HVDC 시스템은 정류장치로 싸이리스터 밸브를 사용하는 전류형 HVDC 시스템일 수 있고, 전압형 HVDC 시스템은 IGBT 소자를 이용하는 시스템일 수 있다.
사이리스터형 HVDC 시스템은 사이리스터 밸브를 정류하기 위해 발전기나 동기조상기와 같은 회전기기가 인버터 측 계통에 필요하며, 무효전력 보상을 위한 커패시터 뱅크가 정류 장치나 인버터 측 계통에 포함될 수 있다.
전압형 HVDC 시스템은 고속 스위칭을 통해 고조파를 큰 폭으로 감소시켜 고조파 제거를 위한 고조파 필터의 크기가 작을 수 있으며, 무효 전력 공급이 필요하지 않다. 또한, 전압형 HVDC 시스템은 독립적으로 유효전력 및 무효전력을 제어 할 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 고압 직류 전송 시스템(1)은 제1 전력 변환 장치(10) 및 제2 전력 변환 장치(20)를 포함한다.
제1 전력 변환 장치(10)는 교류전력 공급장치(11), 제1 트랜스포머(12), 정류 장치(13), 냉각 장치(14) 및 제1 제어부(15)를 포함한다.
교류전력 공급장치(11)는 교류전력을 생산하여 제1 트랜스포머(12)로 전달할 수 있다. 일 실시 예에서 교류전력 공급장치(11)는 풍력 발전소 등과 같이 전력을 생산하여 공급할 수 있는 발전소일 수 있다.
제1 트랜스포머(12)는 교류전력 공급장치(11)로부터 전달받은 교류전력의 교류전압의 크기를 높여 고전압을 갖는 교류전력으로 변환할 수 있다.
정류 장치(13)는 제1 트랜스포머(12)로부터 변환된 고압의 교류전력을 직류전력으로 변환할 수 있다.
냉각 장치(14)는 정류 장치(13)에서 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다. 구체적으로, 냉각 장치(14)는 정류 장치(13) 및 이와 관련된 부품들에 의해 발생한 열을 냉각수를 순환시켜 냉각시킬 수 있다.
제1 제어부(15)는 제1 전력 변환 장치(10)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
구체적으로, 제1 제어부(15)는 제1 전력 변환 장치(10)의 어느 한 단자에 대한 교류전력의 크기, 교류전력의 위상, 유효전력, 무효전력 등을 제어할 수 있다.
제1 제어부(15)는 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생된 진동을 감지하고, 감지된 진동을 기초로 해서 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성하여, 생성된 제어 신호를 기초로 제1 전력 변환 장치(10)의 동작을 제어할 수 있다.
정류 장치(13)을 통해 변환된 직류전력을 DC 라인을 통해 제2 전력 변환 장치(20)로 전달될 수 있다.
제2 전력 변환 장치(20)는 인버터(21), 제2 트랜스포머(22), 교류전력 수급 장치(230, 냉각 장치(24) 및 제2 제어부(25)를 포함한다.
인버터(21)는 제1 전력 변환 장치(10)로부터 DC 라인을 통해 전달받은 직류 전력을 교류전력을 변환한다.
제2 트랜스포머(22)는 인버터(21)로부터 변환된 교류전력을 저압의 교류전력으로 변환한다.
교류전력 수급 장치(23)는 제2 트랜스포머(23)로부터 저압의 교류전력을 수신한다.
냉각 장치(24)는 인버터(21)에서 발생된 열을 냉각시킬 수 있다.
제2 제어부(25)는 제2 변환 장치(20)의 전반적인 구성을 제어한다.
구체적으로, 제2 제어부(25)는 제2 전력 변환 장치(20)의 어느 한 단자에 대한 교류전력의 크기, 교류전력의 위상, 유효전력, 무효전력 등을 제어할 수 있다.
또한, 제2 제어부(25)는 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생된 진동을 감지하고, 감지된 진동을 기초로 해서 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성하여, 생성된 제어 신호를 기초로 제2 전력 변환 장치(20)의 동작을 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 직류 송전 시스템의 실제 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 직류 송전 시스템(1)은 제1 전력 변환 장치(10) 및 제2 전력 변환 장치(20)를 포함한다.
제1 전력 변환 장치(10)는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 제2 전력 변환 장치(20)에 제공할 수 있고, 제2 전력 변환 장치(20)는 제1 전력 변환 장치(10)로부터 전달받은 직류 전력을 교류전력으로 변환할 수 있다.
제1 전력 변환 장치(10) 및 제2 전력 변환 장치(20)는 양극의 직류 송전 선로(W1, W2)에 의해 접속될 수 있다. 직류 송전 선로(W1, W2)는 제1 전력 변환 장치(10)가 출력하는 직류 전류 또는 직류 전압을 제2 전력 변환 장치(20)에 전달할 수 있다.
직류 송전 선로(W1, W2)는 가공 선로(overhead line), 케이블 중 어느 하나일 수도 있고, 이 둘의 조합으로 구성될 수도 있다.
제1 전력 변환 장치(10)는 교류전력 공급장치(11), 제1 AC 필터(16), 제1 인덕터(17), 정류장치(13), 제1 커패시터(C1), 제1 측정부(M1), 제2 측정부(M3), 제3 측정부(M7), 제1 제어부(15)를 포함한다.
교류전력 공급장치(11)는 교류전력을 생성하여 정류장치(13)로 전달할 수 있다. 교류전력 공급장치(11)는 풍력 발전소 등과 같이 전력을 생산하여 공급할 수 있는 발전소일 수 있다.
교류전력 공급장치(11)는 3상 교류전력을 정류장치(13)로 전달할 수 있다.
제1 AC 필터(16)는 교류전력 공급장치(11) 및 정류장치(13) 사이에 배치될 수 있다. 제1 AC 필터(16)는 정류장치(13)가 교류전력을 직류전력으로 변환하는 과정에서 발생하는 전류 고조파를 제거할 수 있다. 즉, 제1 AC 필터(16)는 전류 고조파를 제거하여 교류전력 공급장치(11)에 전류 고조파가 들어가는 것을 차단시킬 수 있다. 일 실시 예에서 제1 AC 필터(16)는 커패시터, 인덕터 및 저항을 포함하는 공진회로를 포함할 수 있다.
또한, 제1 AC 필터(16)는 정류장치(13)에서 소비되는 무효전력을 공급할 수도 있다.
제1 인덕터(17)는 제1 AC 필터(16) 및 정류장치(13) 사이에 배치될 수 있다.
제1 인덕터(17)는 제1 AC 필터(16)를 통해 전류 고주파가 제거된 교류 전류를 정류장치(13)에 전달할 수 있다.
제1 인덕터(17)는 제1 AC 필터(16)를 통해 전류 고주파가 제거된 교류 전류의 위상을 조절하는 위상 인덕터일 수 있다.
정류장치(13)는 교류전력 공급장치(11), 구체적으로는 제1 인덕터(17)로부터 전달된 교류전력을 직류전력으로 변환할 수 있다.
정류장치(13)는 교류전력을 직류전력으로 변환할 수 있는 반도체 밸브일 수 있다. 일 실시 예에서 반도체 밸브는 싸이리스터 밸브(Thyristor valve) 또는 IGBT 밸브 중 어느 하나일 수 있다.
제1 커패시터(C1)는 정류장치(13)에 병렬로 연결되어 정류장치(13)에서 출력된 직류 전압을 평활시키는 평활용 커패시터일 수 있다.
제1 측정부(M1)는 교류전력 공급장치(11)가 공급하는 교류전압(UL1)을 측정하여 제1 제어부(15)에 전달할 수 있다.
제1 측정부(M1)는 교류전력 공급장치(11)와 제1 AC 필터(16) 사이의 일 지점에 대한 교류 전압(UL1)을 측정하여 제1 제어부(15)에 전달할 수 있다. 이하에서는 교류전력 공급장치(11)와 제1 AC 필터(16) 사이의 일 지점에 대해 측정된 교류 전압(UL1)을 버스 전압(UL1)이라 칭한다.
제2 측정부(M3)는 제1 인덕터(17)의 출력단 또는 정류장치(13)에 입력되는 교류 전류(IV1) 또는 교류 전압(UV1)을 측정하여 제1 제어부(15)에 전달할 수 있다. 이하에서는 제1 인덕터(17)의 출력단 또는 정류장치(13)에 입력되는 교류 전압(UV1)을 브리지 전압(UV1)이라 칭한다.
제3 측정부(M7)는 제1 커패시터(C1)의 양단에 걸리는 직류 전압(Ud1)을 측정하여 제1 제어부(15)에 전달할 수 있다.
제1 제어부(15)는 제1 전력 변환 장치(10)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.
제1 제어부(15)는 제1 측정부(M1)로부터 버스 전압(UL1), 제2 측정부(M3)로부터 전달받은 정류장치(13)에 입력되는 교류 전류(IV1) 및 제3 측정부(M7)으로부터 전달받은 제1 커패시터(C1)의 양단에 걸리는 직류 전압(Ud1)에 기초하여 정류장치(13)의 동작을 제어할 수 있다.
만약, 정류장치(13)가 IGBT 밸브형인 경우, 제1 제어부(15)는 제1 측정부(M1)로부터 전달받은 버스 전압(UL1), 제2 측정부(M3)로부터 전달받은 정류장치(13)에 입력되는 교류 전류(IV1) 및 제3 측정부(M7)으로부터 전달받은 제1 커패시터(C1)의 양단에 걸리는 직류 전압(Ud1)에 기초하여 턴온 신호 또는 턴오프 신호를 정류장치(13)에 전달하여 정류장치(13)의 동작을 제어할 수 있다. 상기 턴온 신호 또는 턴오프 신호에 의해 교류전력에서 직류전력으로의 변환이 제어될 수 있다.
또한, 제1 제어부(15)는 직류 송전 선로(W1, W2)에서 발생되는 이상 전압 상태에 기초하여 위상 변경 명령 신호를 생성하고, 생성된 위상 변경 명령 신호에 따라 브리지 전압(UV1) 및 버스 전압(UL1) 간의 위상 차를 조절할 수 있다.
구체적으로, 제1 제어부(15)는 직류 송전 선로(W1)의 일 지점에서 측정된 직류 전압(예를 들어, 제1 커패시터(C1)의 양단에 걸리는 직류 전압(Ud1))이 일정 시간 동안 기준 값을 초과하는 경우, 직류 송전 선로에 이상 전압이 발생한 것으로 확인할 수 있다.
제1 제어부(15)는 직류 송전 선로에 이상 전압이 발생한 것으로 확인된 경우, 위상 변경 명령 신호를 생성하여 브리지 전압(UV1) 및 버스 전압(UL1) 간의 위상 차를 조절할 수 있다.
제1 제어부(15)는 브리지 전압(UV1) 및 버스 전압(UL1) 간의 위상 차를 조절하여 정류장치(13)에서 변환되는 직류 전압을 조절할 수 있고, 이에 따라 직류 송전 선로 상에서 직류 전압이 급증하는 것이 방지될 수 있다.
또한, 제1 제어부(15)는 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생된 진동을 감지하고, 감지된 진동을 기초로 해서 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성하여, 생성된 제어 신호를 기초로 제1 전력 변환 장치(10)의 동작을 제어할 수 있다.
구체적으로, 도 3을 참고해서 제1 제어부(15)의 저주파 진동 감쇠 동작을 설명한다.
도 3을 참고하면, 제1 제어부(15)는 진동감지부(110), 감쇠제어부(130), 신호출력부(150)를 포함한다.
진동감지부(110)는 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생된 진동을 감지할 수 있다.
진동감지부(110)는 진동을 감지할 수 있는 센서를 포함하고 있어서, 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생된 진동을 감지할 수 있고, 감지된 진동의 주파수를 측정할 수 있다.
감쇠제어부(130)는 감지된 진동을 기초로 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성할 수 있다.
구체적으로 감쇠제어부(130)는 감지된 진동의 주파수가 기 설정된 범위 내인지 판단할 수 있고, 판단 결과 감지된 진동의 주파수가 기 설정된 범위 내에 해당하면 감지된 진동을 기초로 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성할 수 있다.
그리고 제어 신호는 유효 전력을 제어하는 유효 전력 제어 신호와 무효 전력을 제어하는 무효 전력 제어 신호를 포함할 수 있다.
한편 도 4를 참고하면, 감쇠제어부(130)는 제1 감쇠제어부(131), 제2 감쇠제어부(132)를 포함할 수 있다.
제1 감쇠제어부(131)는 제어 신호 생성시 유효 전력을 제어하는 유효 전력 제어 신호를 생성할 수 있다.
제2 감쇠제어부(132)는 제어 신호 생성시 무효 전력을 제어하는 무효 전력 제어 신호를 생성할 수 있다.
따라서 감쇠제어부(130)는 제1 감쇠제어부(131)를 통해 유효 전력 제어 신호를 생성하고, 제2 감쇠제어부(132)를 통해 무효 전력 제어 신호를 생성할 수 있어서, 각각 생성된 유효 전력 제어 신호, 무효 전력 제어 신호 중 하나 이상을 기초로 제1 전력 변환 장치(10)의 동작을 제어할 수 있다.
다시 도 3을 참고한다.
신호출력부(150)는 생성된 제어 신호를 연계된 각각의 장치에 전달할 수 있다.
구체적으로 신호출력부(150)는 감쇠제어부(130)에서 생성된 제어 신호를 연계된 장치들인 교류전력 공급장치(11), 제1 트랜스포머(12), 정류 장치(13), 냉각 장치(14) 중 하나 이상에 전달하여, 각각의 장치가 동작하도록 할 수 있다.
또한, 신호출력부(150)는 생성된 제어 신호를 변환하여 각각의 장치에 전달할 수도 있다.
예를 들어 신호출력부(150)는 연계된 장치들인 교류전력 공급장치(11), 제1 트랜스포머(12), 정류 장치(13), 냉각 장치(14) 각각에 적합하도록 제어 신호를 변환하여 각각의 장치에 전달할 수 있다.
다시 도 2를 참고한다.
제2 전력 변환 장치(20)는 인버터(21), 제2 커패시터(C2), 제2 인덕터(27), 제2 AC 필터(26), 교류전력 수급장치(23), 제4 측정부(M8), 제5 측정부(M6), 제6 측정부(M4), 제2 제어부(25)를 포함한다.
인버터(21)는 정류장치(13)로부터 전달된 직류전력을 교류전력으로 변환할 수 있는 반도체 밸브일 수 있다. 일 실시 예에서 반도체 밸브는 싸이리스터 밸브(Thyristor valve) 또는 IGBT 밸브 중 어느 하나일 수 있다.
인버터(21)는 직류 송전 선로(W1, W2)를 통해 인버터(21)로부터 직류전류 또는 직류전압을 전달받을 수 있고, 전달받은 직류전류 또는 직류전압을 교류전류 또는 교류전압으로 변환할 수 있다.
제2 커패시터(C2)는 인버터(21)에 병렬로 연결될 수 있고, 인버터(21)에 입력되는 직류 전압을 평활시키는 평활용 커패시터일 수 있다.
제2 인덕터(27)는 인버터(21)와 제2 AC 필터(26) 사이에 배치될 수 있다. 제2 인덕터(27)는 인버터(21)로부터 출력된 교류 전류를 교류전력 수급장치(23)에 전달할 수 있다. 제2 인덕터(27)는 교류 전류의 위상을 조절하는 위상 인덕터일 수 있다.
제2 AC 필터(26)는 제2 인덕터(27) 및 교류전력 수급장치(23) 사이에 배치될 수 있다. 제2 AC 필터(26)는 인버터(21)가 직류전력을 교류전력으로 변환하는 과정에서 발생하는 전류 고조파를 제거할 수 있다. 즉, 제2 AC 필터(26)는 전류 고조파를 제거하여 교류전력 수급장치(23)에 전류 고조파가 들어가는 것을 차단시킬 수 있다. 일 실시 예에서 제2 AC 필터(26)는 커패시터, 인덕터 및 저항을 포함하는 공진회로를 포함할 수 있다.
또한, 제2 AC 필터(26)는 인버터(21)에서 소비되는 무효전력을 공급할 수도 있다.
교류전력 수급장치(23)는 제2 AC 필터(26)를 통해 고조파가 제거된 교류 전력을 전달받을 수 있다.
제4 측정부(M8)는 제2 커패시터(C2)의 양단에 걸리는 직류 전압(Ud2)을 측정하여 제2 제어부(25)에 전달할 수 있다.
제5 측정부(M6)는 제2 인덕터(27)의 입력단 또는 인버터(21)에서 출력되는 교류 전류(IV2) 또는 교류 전압(UV2)을 측정하여 제2 제어부(25)에 전달할 수 있다. 이하에서는 제2 인덕터(27)의 출력단 또는 인버터(21)에서 출력되는 교류 전압(UV2)을 브리지 전압(UV2)이라 칭한다.
제6 측정부(M4)는 교류전력 수급장치(23)가 수급하는 교류전압(UL2)을 측정하여 제2 제어부(25)에 전달할 수 있다. 제6 측정부(M1)는 교류전력 수급장치(23)와 제2 AC 필터(26) 사이의 일 지점에 대한 교류 전압(UL2)을 측정하여 제2 제어부(25)에 전달할 수 있다. 이하에서는 교류전력 수급장치(23)와 제2 AC 필터(26) 사이의 일 지점에 대해 측정된 교류 전압(UL2)을 버스 전압(UL2)이라 칭한다.
제2 제어부(25)는 제2 전력 변환 장치(20)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.
제2 제어부(15)는 제6 측정부(M4)로부터 버스 전압(UL2), 제5 측정부(M6)로부터 전달받은 인버터(21)에서 출력되는 교류 전류(IV2) 및 제6 측정부(M4)으로부터 전달받은 제2 커패시터(C2)의 양단에 걸리는 직류 전압(Ud2)에 기초하여 인버터(21)의 동작을 제어할 수 있다.
만약, 인버터(21)가 IGBT 밸브형인 경우, 제2 제어부(25)는 제6 측정부(M4)로부터 전달받은 버스 전압(UL2), 제5 측정부(M6)로부터 인버터(21)에서 출력되는 교류 전류(IV2) 및 제4 측정부(M8)으로부터 전달받은 제2 커패시터(C2)의 양단에 걸리는 직류 전압(Ud2)에 기초하여 턴온 신호 또는 턴오프 신호를 인버터(21)에 전달하여 인버터(21)의 동작을 제어할 수 있다. 상기 턴온 신호 또는 턴오프 신호에 의해 직류전력에서 교류전력으로의 변환이 제어될 수 있다.
또한, 제2 제어부(25)는 직류 송전 선로(W1, W2)에서 발생되는 이상 전압 상태에 기초하여 위상 변경 명령 신호를 생성하고, 생성된 위상 변경 명령 신호에 따라 브리지 전압(UV2) 및 버스 전압(UL2) 간의 위상 차를 조절할 수 있다.
구체적으로, 제2 제어부(25)는 직류 송전 선로(W1)의 일 지점에서 측정된 직류 전압(예를 들어, 제2 커패시터(C2)의 양단에 걸리는 직류 전압(Ud2))이 일정 시간 동안 기준 값을 초과하는 경우, 직류 송전 선로에 이상 전압이 발생한 것으로 확인할 수 있다. 제2 제어부(25)는 직류 송전 선로에 이상 전압이 발생한 것으로 확인된 경우, 위상 변경 명령 신호를 생성하여 브리지 전압(UV2) 및 버스 전압(UL2) 간의 위상 차를 조절할 수 있다.
또한, 제2 제어부(25)는 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생된 진동을 감지하고, 감지된 진동을 기초로 해서 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성하여, 생성된 제어 신호를 기초로 제2 전력 변환 장치(20)의 동작을 제어할 수 있다.
구체적으로, 도 3을 참고해서 제2 제어부(25)의 저주파 진동 감쇠 동작을 설명한다.
도 3을 참고하면, 제2 제어부(25)는 진동감지부(110), 감쇠제어부(130), 신호출력부(150)를 포함한다.
진동감지부(110)는 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생된 진동을 감지할 수 있다.
진동감지부(110)는 진동을 감지할 수 있는 센서를 포함하고 있어서, 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생된 진동을 감지할 수 있고, 감지된 진동의 주파수를 측정할 수 있다.
감쇠제어부(130)는 감지된 진동을 기초로 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성할 수 있다.
구체적으로 감쇠제어부(130)는 감지된 진동의 주파수가 기 설정된 범위 내인지 판단할 수 있고, 판단 결과 감지된 진동의 주파수가 기 설정된 범위 내에 해당하면 감지된 진동을 기초로 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성할 수 있다.
그리고 제어 신호는 유효 전력을 제어하는 유효 전력 제어 신호와 무효 전력을 제어하는 무효 전력 제어 신호를 포함할 수 있다.
한편 도 4를 참고하면, 감쇠제어부(130)는 제1 감쇠제어부(131), 제2 감쇠제어부(132)를 포함할 수 있다.
제1 감쇠제어부(131)는 제어 신호 생성시 유효 전력을 제어하는 유효 전력 제어 신호를 생성할 수 있다.
제2 감쇠제어부(132)는 제어 신호 생성시 무효 전력을 제어하는 무효 전력 제어 신호를 생성할 수 있다.
따라서 감쇠제어부(130)는 제1 감쇠제어부(131)를 통해 유효 전력 제어 신호를 생성하고, 제2 감쇠제어부(132)를 통해 무효 전력 제어 신호를 생성할 수 있어서, 각각 생성된 유효 전력 제어 신호, 무효 전력 제어 신호 중 하나 이상을 기초로 제2 전력 변환 장치(20)의 동작을 제어할 수 있다.
다시 도 3을 참고한다.
신호출력부(150)는 생성된 제어 신호를 연계된 각각의 장치에 전달할 수 있다.
구체적으로 신호출력부(150)는 감쇠제어부(130)에서 생성된 제어 신호를 연계된 장치들인 교류전력 수급장치(23), 제2 트랜스포머(23), 인버터(21), 냉각 장치(24) 중 하나 이상에 전달하여, 각각의 장치가 동작하도록 할 수 있다.
또한, 신호출력부(150)는 생성된 제어 신호를 변환하여 각각의 장치에 전달할 수도 있다.
예를 들어 신호출력부(150)는 연계된 장치들인 교류전력 수급장치(23), 제2 트랜스포머(23), 인버터(21), 냉각 장치(24) 각각에 적합하도록 제어 신호를 변환하여 각각의 장치에 전달할 수 있다.
도 5를 참고하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 직류 송전 시스템의 동작 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 직류 송전 시스템의 제어 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하에서 본 발명의 일 실시 예에 따른 고압 직류 송전 시스템의 제어 방법을 도 1 내지 도 4의 내용에 결부시켜 설명한다.
먼저 제1 전력 변환 장치(10)의 제어 방법을 설명한다.
제1 제어부(15)의 진동감지부(110)는 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생된 진동을 감지한다(S110).
진동감지부(110)는 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생된 진동을 감지하고, 감지된 진동의 주파수를 측정할 수 있다.
예를 들면, 진동감지부(110)는 교류전력 공급장치(11)에 포함된 교류발전기에서 발생한 기계적 비틀림 진동을 감지할 수 있다.
진동감지부(110)는 감지된 진동에 대한 정보를 감쇠제어부(130)에 전달할 수 있다.
제1 제어부(15)의 감쇠제어부(130)는 감지된 진동이 기 설정된 범위 내인지 판단한다(S130).
감쇠제어부(130)는 감지된 진동의 주파수가 기 설정된 범위 내에 해당하는지 판단할 수 있다.
예를 들어, 감쇠제어부(130)는 감지된 진동의 주파수가 기 설정된 범위인 0.1Hz~ 2.0Hz 내에 해당하면, 감지된 진동이 저주파 진동인 것으로 판단할 수 있다. 여기서 기 설정된 범위인 0.1Hz~ 2.0Hz는 설명을 위한 예시이며, 사용자 또는 설계자의 선택에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
제1 제어부(15)의 감쇠제어부(130)는 감지된 진동이 기 설정된 범위 내에 해당하면, 감지된 진동을 기초로 제어 신호를 생성한다(S150).
감쇠제어부(130)는 단계 S130에서의 판단 결과, 감지된 진동이 기 설정된 범위 내에 해당하면 감지된 진동을 기초로 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성할 수 있다.
구체적으로, 감쇠제어부(130)는 감지된 진동을 기초로 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 유효 전력 제어 신호, 무효 전력 제어 신호 중 하나 이상을 생성할 수 있다.
이에 따라 제1 감쇠제어부(131)는 감지된 진동을 기초로 유효 전력을 제어하는 유효 전력 제어 신호를 생성할 수 있고, 제2 감쇠제어부(132)는 감지된 진동을 기초로 무효 전력을 제어하는 무효 전력 제어 신호를 생성할 수 있다.
감쇠제어부(130)에서 생성된 제어 신호는 신호출력부(150)에 전달될 수 있다.
제1 제어부(15)의 신호출력부(150)는 생성된 제어 신호를 기초로 연계된 장치들을 동작시킨다(S170).
신호출력부(150)는 생성된 제어 신호를 변환하여 연계된 각각의 장치인 교류전력 공급장치(11), 제1 트랜스포머(12), 정류 장치(13), 냉각 장치(14) 중 하나 이상에 전달하여, 각각의 장치가 동작하도록 할 수 있다.
예를 들어 신호출력부(150)는 연계된 장치들인 교류전력 공급장치(11), 제1 트랜스포머(12), 정류 장치(13), 냉각 장치(14) 각각에 적합하도록 제어 신호를 변환하여 각각의 장치에 전달할 수 있다.
이에 따라, 제어 신호를 전달받은 각각의 장치들은 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 기초로 각각 동작할 수 있다.
그래서 고압 전류 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생하는 저주파 진동을 감쇠할 수 있다.
이어서 제2 전력 변환 장치(20)의 제어 방법을 설명한다.
제2 제어부(25)의 진동감지부(110)는 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생된 진동을 감지한다(S110).
진동감지부(110)는 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생된 진동을 감지하고, 감지된 진동의 주파수를 측정할 수 있다.
예를 들면, 진동감지부(110)는 교류전력 수급장치(23)에 포함된 교류발전기에서 발생한 기계적 비틀림 진동을 감지할 수 있다.
진동감지부(110)는 감지된 진동에 대한 정보를 감쇠제어부(130)에 전달할 수 있다.
제2 제어부(25)의 감쇠제어부(130)는 감지된 진동이 기 설정된 범위 내인지 판단한다(S130).
감쇠제어부(130)는 감지된 진동의 주파수가 기 설정된 범위 내에 해당하는지 판단할 수 있다.
예를 들어, 감쇠제어부(130)는 감지된 진동의 주파수가 기 설정된 범위인 0.1Hz~ 2.0Hz 내에 해당하면, 감지된 진동이 저주파 진동인 것으로 판단할 수 있다. 여기서 기 설정된 범위인 0.1Hz~ 2.0Hz는 설명을 위한 예시이며, 사용자 또는 설계자의 선택에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
제2 제어부(25)의 감쇠제어부(130)는 감지된 진동이 기 설정된 범위 내에 해당하면, 감지된 진동을 기초로 제어 신호를 생성한다(S150).
감쇠제어부(130)는 단계 S130에서의 판단 결과, 감지된 진동이 기 설정된 범위 내에 해당하면 감지된 진동을 기초로 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성할 수 있다.
구체적으로, 감쇠제어부(130)는 감지된 진동을 기초로 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 유효 전력 제어 신호, 무효 전력 제어 신호 중 하나 이상을 생성할 수 있다.
이에 따라 제1 감쇠제어부(131)는 감지된 진동을 기초로 유효 전력을 제어하는 유효 전력 제어 신호를 생성할 수 있고, 제2 감쇠제어부(132)는 감지된 진동을 기초로 무효 전력을 제어하는 무효 전력 제어 신호를 생성할 수 있다.
감쇠제어부(130)에서 생성된 제어 신호는 신호출력부(150)에 전달될 수 있다.
제2 제어부(25)의 신호출력부(150)는 생성된 제어 신호를 기초로 연계된 장치들을 동작시킨다(S170).
신호출력부(150)는 생성된 제어 신호를 변환하여 연계된 각각의 장치인 교류전력 공급장치(11), 제1 트랜스포머(12), 정류 장치(13), 냉각 장치(14) 중 하나 이상에 전달하여, 각각의 장치가 동작하도록 할 수 있다.
예를 들어 신호출력부(150)는 연계된 장치들인 교류전력 수급장치(23), 제2 트랜스포머(23), 인버터(21), 냉각 장치(24) 각각에 적합하도록 제어 신호를 변환하여 각각의 장치에 전달할 수 있다.
이에 따라, 제어 신호를 전달받은 각각의 장치들은 저주파 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 기초로 각각 동작할 수 있다.
그래서 고압 직류 송전 시스템(1)에 발생하는 저주파 진동을 감쇠할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따른 고압 직류 송전 시스템의 제어 방법에 따르면, 고압 직류 송전 시스템(1) 상에서 발생하는 저주파 진동을 감쇠할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 무효 전력 제어 신호를 기초로 저주파 진동을 감쇠할 수 있어서 유효 전력 송전 동작을 저해시키지 않을 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 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 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 (10)

  1. 고압 직류 송전 시스템에 있어서,
    교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류 장치;
    상기 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터;
    상기 정류 장치에서 변환된 직류 전력을 상기 인버터에 전달하는 직류 송전 선로;
    상기 정류장치에 입력되는 제1 유효전력을 측정하는 제1 유효전력 측정부;
    상기 인버터에서 출력되는 제2 유효전력을 측정하는 제2 유효전력 측정부; 및
    상기 측정된 제1 유효전력 및 제2 유효전력에 기초하여 상기 정류 장치 및 인버터의 동작을 제어하는 제1 제어부를 포함하고,
    상기 제1 제어부는 상기 고압 직류 송전 시스템에 발생된 진동을 감지하고, 상기 감지된 진동을 감쇠할 수 있는 제어 신호를 생성하여 상기 정류 장치 및 인버터 중 하나 이상을 제어하는
    고압 직류 송전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어부는
    상기 고압 직류 송전 시스템에 발생된 진동을 감지하는 진동감지부;
    상기 감지된 진동을 기초로 상기 발생된 진동을 감쇠할 수 있는 상기 제어 신호를 생성하는 감쇠제어부; 및
    상기 생성된 제어 신호를 송출하는 출력부를 포함하는
    고압 직류 송전 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 감쇠제어부는
    상기 제어 신호 생성 시 유효 전력을 제어하는 유효 전력 제어 신호를 생성하는 제1 감쇠제어부와,
    상기 제어 신호 생성 시 무효 전력을 제어하는 무효 전력 제어 신호를 생성하는 제2 감쇠제어부를 포함하는
    고압 직류 송전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 감쇠제어부는
    상기 유효 전력 제어 신호 및 상기 무효 전력 제어 신호 중 하나 이상을 기초로 상기 제어 신호를 생성하는
    고압 직류 송전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 제어부는
    상기 감지된 진동의 주파수가 기 설정된 범위 내인지 판단하고,
    판단 결과, 상기 감지된 진동의 주파수가 기 설정된 범위 내이면 상기 감지된 진동을 감쇠할 수 있는 상기 제어 신호를 생성하는
    고압 직류 송전 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유효전력 측정부는
    상기 정류장치에 입력되는 교류 전류와 교류 전압을 측정하여 상기 제1 유효 전력을 측정하고,
    상기 제2 유효전력 측정부는
    상기 인버터에서 출력되는 교류 전류와 교류 전압을 측정하여 상기 제2 유효 전력을 측정하는
    고압 직류 송전 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 유효전력 측정부로부터 측정된 제2 유효전력을 전달받는
    제2 제어부를 더 포함하는
    고압 직류 송전 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 정류 장치의 전력 변환 과정에서 발생하는 고조파 전류를 제거하는 제1 교류 필터 및
    상기 인버터의 전력 변환 과정에서 발생하는 고조파 전류를 제거하는 제2 교류 필터를 더 포함하는
    고압 직류 송전 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 정류장치 및 상기 인버터 각각은
    싸이리스터 밸브 및 절연 게이트 양극성 트랜지스터 밸브 중 어느 하나를 포함하는
    고압 직류 송전 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 정류장치에 병렬로 연결되고, 상기 정류장치에서 출력되는 직류 전압을 평활시키는 제1 커패시터; 및
    상기 인버터에 병렬로 연결되고, 상기 인버터에 입력되는 직류 전압을 평활시키는 제2 커패시터를 더 포함하는
    고압 직류 송전 시스템.
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