KR20160012381A - Hybrid HVDC converter having modular multilevel converter - Google Patents

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KR20160012381A
KR20160012381A KR1020140093708A KR20140093708A KR20160012381A KR 20160012381 A KR20160012381 A KR 20160012381A KR 1020140093708 A KR1020140093708 A KR 1020140093708A KR 20140093708 A KR20140093708 A KR 20140093708A KR 20160012381 A KR20160012381 A KR 20160012381A
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박성준
황정구
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전남대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a high voltage direct current (HVDC) converter. More specifically, the present invention relates to a hybrid HVDC converter which reduces a limitation of a minimum firing angle, and maximizes a power transmission efficiency by reducing outputting ripple and reactive power occurring at the same time by connecting, to the HVDC converter, a modular multilevel converters for controlling voltage in series, managing an large output in the HVDC converter, and managing a small output and a voltage control in the modular multilevel converter.

Description

모듈형 멀티레벨 컨버터를 포함하는 하이브리드 HVDC컨버터{Hybrid HVDC converter having modular multilevel converter}[0001] The present invention relates to a hybrid HVDC converter including a modular multilevel converter,

본 발명은 HVDC컨버터에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 HVDC컨버터에 전압제어를 위한 모듈형 멀티레벨 컨버터를 직렬로 연결하여 대용량의 출력은 HVDC컨버터에서 담당하고 소용량의 출력과 전압제어는 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 담당함으로써 HVDC컨버터의 최소 점호각의 제한을 작게 하는 동시에 출력리플과 무효전력발생을 줄여 전력 전송 효율을 극대화할 수 있는 하이브리드 HVDC컨버터에 관한 것이다.
The present invention relates to a HVDC converter, and more particularly, to a HVDC converter in which a modular multilevel converter for voltage control is connected in series, a large capacity output is handled in an HVDC converter, a small capacity output and voltage control is performed in a modular multi- The present invention relates to a hybrid HVDC converter capable of minimizing the limitation of the minimum point angle of the HVDC converter and maximizing the power transmission efficiency by reducing output ripple and reactive power generation.

현재 교류계통에서도 교류계통의 기능 강화용으로 정지형 무효전력보상장치(SVC:Static Var Compensator)나 정지형 무효전력발생장치(SVG:Static Var Generator), 교류계통의 제어성능을 높이기 위한 가변임피던스 또는 위상제어 장치 등의 FACTS(Flexible AC Transmission System)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한, 기술들은 고도의 제어 정밀도가 요구되며, 대용량 전력전송에는 그 한계로 인하여 직류송전에 대한 필요성이 대두되고 있다.In the present AC system, a static var compensator (SVC), a static var generator (SVG), a static var generator (SVG), a variable impedance or phase control for improving the control performance of the AC system for enhancing the function of the AC system FACTS (Flexible AC Transmission System) such as a device has been actively studied. These technologies require a high degree of control accuracy, and due to the limitation of large capacity power transmission, there is a need for DC transmission.

초고압 직류송전(HVDC: High Voltage Direct Current)은, 송전단에서 AC/DC 변환기인 HVDC컨버터를 이용하여 AC 전력을 DC 전력으로 변환시켜 전력을 전송하고, 수전단에서 다시 DC/AC 변환기를 이용하여 AC 전력을 공급하는 방식이다.HVDC (High Voltage Direct Current) is a method of converting AC power to DC power using a HVDC converter, which is an AC / DC converter at a transmission terminal, AC power is supplied.

이러한 HVDC 송전방식은, AC전송방식이 가질 수 없는 여러 가지 장점 때문에 최근 많은 주목을 받고 있다. 특히 DC 송전시 선로의 정상상태 전압강하는, 선로의 리액턴스나 커패시터의 영향이 없이 선로의 저항에만 영향을 받기 때문에, AC송전에 비하여 장거리 송전이 가능하고, 변환기의 제어에 의해 주파수 및 위상제어가 가능하여 주파수가 다른 계통을 연계하더라도 주파수를 동기화시킬 필요가 없다.This HVDC transmission method has received much attention recently due to various advantages that the AC transmission method can not have. In particular, the steady-state voltage drop of the line during DC transmission is affected only by the resistance of the line without the influence of the reactance of the line or the capacitor. Therefore, it is possible to perform the long-distance transmission compared to the AC transmission. It is not necessary to synchronize the frequencies even if the frequencies are linked to other systems.

이러한 장점으로 인하여 유럽이나 미국, 캐나다 등에서는 국가 간의 전력계통을 HVDC로 연계하여, 전력을 수출 또는 수입하고 있으며, 지역 간에 생산과 소비의 시간대가 다른 점을 이용하여 경제적인 부하관리를 하고 있으며, 우리나라에서도 제주-해남 사이에 설치 연계되어 높은 경제성을 보이고 있다. Due to these advantages, the power system of the countries is exported or imported by HVDC in Europe, USA, Canada, etc., and the economic load is managed by using the difference of production and consumption time between regions. In Korea, it is installed in Jeju-Haenam and has high economic efficiency.

특히 DC전송은, 주상변압기를 대체하거나 태양광 전원을 계통에 연계하는 LVDC(Low Voltage DC)에서부터, 대용량의 에너지를 전송하는 HVDC (High voltage DC)까지 많이 이용되고 있으며, 수요와 필요성은 앞으로도 늘어날 전망이다. Especially, DC transmission is widely used from LVDC (Low Voltage DC), which replaces pillar transformer or solar power to system, and HVDC (High voltage DC), which transmits a large amount of energy. It is forecast.

그러나 HVDC컨버터는 본질적으로 무효전력을 발생한다. 이러한 무효전력의 발생원인은, 고조파 전류에 의한 무효전력과 기본파 전류의 위상차에 의한 무효전력으로 구분될 수 있다. 고조파 전류에 의한 무효전력은, 펄스 수를 증가시켜 컨버터 자체에서 발생하는 무효전력을 저감하는 방법과 고조파 필터에 의한 방법으로 저감이 가능하다.However, the HVDC converter inherently generates reactive power. The cause of the reactive power can be classified into a reactive power due to the harmonic current and a reactive power due to the phase difference between the fundamental wave current and the reactive power. The reactive power due to the harmonic current can be reduced by the method of reducing the reactive power generated by the converter itself by increasing the number of pulses and by the method by the harmonic filter.

현재 HVDC컨버터는 12펄스 방식이 많이 사용되고 있으며, 그 이상의 펄스방식은 경제성 면에서 고려되지 않고 있다. 기본파 전류의 위상차에 의한 무효전력은 HVDC컨버터의 출력 DC전압을 제어하기 위한 점호각에 의한 것으로, 점호각이 적을수록 역률은 개선된다. Currently, the HVDC converter has a 12-pulse system, which is not considered economically. The reactive power due to the phase difference of the fundamental wave current is due to the dc dc voltage to control the output dc voltage of the HVDC converter. The smaller the dc dc voltage, the better the power factor.

이러한 이유로 HVDC컨버터의 점호각 최대치는 제한되고, 점호각 최소치는 수전단 전압의 비 정현성에 의한 점호실패를 고려하여, 최소점호각으로 제한하고 있다. For this reason, the maximum value of the firing angle of the HVDC converter is limited, and the minimum value of the firing angle is limited to the minimum firing angle in consideration of the failure of the firing due to the non-saturation of the leading end voltage.

따라서, 역률을 개선할 수 있고, 무효전력의 발생을 적게 할 수 있는 HVDC컨버터의 요구가 있다.
Therefore, there is a need for an HVDC converter capable of improving the power factor and reducing the generation of reactive power.

본 발명은 상술한 요구를 충족하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 전류형HVDC컨버터에 모듈형 멀티레벨 컨버터를 직결하여 전류형HVDC컨버터의 최소점호각의 제한을 적게 할 수 있고, 동일 출력 DC전압 조건하에서 무효전력의 발생과 출력 전압의 리플을 줄일 수 있는 줄일 수 있는 하이브리드 HVDC컨버터를 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to reduce the limitation of the minimum point angle of a current type HVDC converter by directly connecting a modular multilevel converter to a current type HVDC converter, A hybrid HVDC converter capable of reducing the generation of reactive power and the ripple of the output voltage under a voltage condition.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 계통 전원을 입력받아 직류로 변환하여 주전원을 출력하는 전류형HVDC컨버터(High Voltage Direct Current converter); 및 계통 전원을 입력받아 직류로 변환하여 보조전원을 출력하는 모듈형 멀티레벨 컨버터;를 포함하고, 상기 전류형HVDC컨버터와 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터는 서로 직결되어 상기 주전원과 상기 보조전원의 합산 전원이 출력 전원이 되며, 상기 전류형HVDC컨버터의 출력은 고정되고 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터의 출력은 가변하여 출력전압제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 HVDC컨버터를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of driving a high voltage direct current (HVDC) converter, the method comprising: receiving a system power source and converting the system power into a direct current and outputting a main power; And a modular multilevel converter for receiving the system power and converting it into a direct current to output an auxiliary power, wherein the current type HVDC converter and the modular multilevel converter are connected directly to each other, And the output of the current type HVDC converter is fixed and the output of the modular multilevel converter is varied to perform an output voltage control.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전류형HVDC컨버터의 점호각은 최소 점호각으로 고정되고, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터의 역률을 가변하여 출력전압제어를 수행한다.In a preferred embodiment, the firing angle of the current type HVDC converter is fixed at a minimum firing angle, and the output voltage is controlled by varying the power factor of the modular multilevel converter.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전류형HVDC컨버터는 여섯 개의 사이리스터로 구성되는 두 개의 풀브릿지 회로가 직결된 12펄스 사이리스터 컨버터이다.In a preferred embodiment, the current-mode HVDC converter is a 12-pulse thyristor converter in which two full-bridge circuits consisting of six thyristors are directly connected.

바람직한 실시예에 있어서, 계통 전원을 상기 전류형HVDC컨버터로 공급하는 제1 변압기; 및 계통 전원을 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터로 공급하는 제2 변압기;를 포함하고, 상기 제1 변압기는 상기 풀브릿지 회로들 중, 제1 풀브릿지 회로로 계통 전원을 공급하는 제1-1 변압기 및 제2 풀브릿지 회로로 계통 전원을 공급하는 제1-2 변압기를 포함하고, 상기 제1-1 변압기는 와이 델타 변압기이고, 상기 제1-2 변압기는 와이 와이 변압기이고, 상기 제2 변압기는 델타 와이 변압기이며, 상기 제1 변압기 및 상기 제2 변압기 전체의 권선비가 N, 상기 제1 변압기의 권선비가 pN, 상기 제2 변압기의 권선비가 sN이라고 할 때, 상기 제1 변압기 및 상기 제2 변압기의 권선비는 아래의 수학식을 만족한다.In a preferred embodiment, a first transformer supplies system power to the current-mode HVDC converter; And a second transformer for supplying system power to the modular multilevel converter, wherein the first transformer comprises a first 1-1 transformer for supplying system power to the first full bridge circuit among the full bridge circuits, And a second transformer for supplying system power to a second full bridge circuit, wherein the first transformer is a Wieltert transformer, the second transformer is a Wieyer transformer, and the second transformer is a delta Wherein when the turns ratio of the first transformer and the second transformer is N, the turns ratio of the first transformer is pN, and the turns ratio of the second transformer is sN, the first transformer and the second transformer The winding ratio satisfies the following equation.

[수학식][Mathematical Expression]

Figure pat00001

Figure pat00001

본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.The present invention has the following excellent effects.

본 발명의 하이브리드 HVDC컨버터에 의하면 전류형HVDC컨버터에 모듈형 멀티레벨 컨버터를 직결하여 전류형HVDC컨버터에서는 점호각을 고정하여 고용량의 출력을 담당하고, 모듈형 멀티레벨 컨버터에서는 소용량의 출력과 전압제어를 담당하게 함으로써 최소 점호각의 제한을 적게 할 수 있다.According to the hybrid HVDC converter of the present invention, a modular multilevel converter is directly connected to a current-type HVDC converter, and a high-capacity output is achieved by fixing the firing angle in a current-type HVDC converter. In a modular multilevel converter, The limitation of the minimum point angle can be reduced.

또한, 본 발명의 하이브리드 HVDC컨버터에 의하면, 전류형HVDC컨버터의 점호각은 고정되어 있으므로 출력전압의 리플을 줄일 수 있고, 동일 출력전압 조건하에서 무효전력의 발생을 줄일 수 있으므로 전력변환효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
Further, according to the hybrid HVDC converter of the present invention, since the firing angle of the current type HVDC converter is fixed, it is possible to reduce the ripple of the output voltage and to reduce the generation of reactive power under the same output voltage condition, There is an effect that can be.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 HVDC컨버터를 보여주는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 HVDC컨버터의 시뮬레이션 결과를 보여주는 도면이다.FIG. 1 illustrates a hybrid HVDC converter according to an embodiment of the present invention. FIG.
2 is a diagram illustrating a simulation result of a hybrid HVDC converter according to an embodiment of the present invention.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.Although the terms used in the present invention have been selected as general terms that are widely used at present, there are some terms selected arbitrarily by the applicant in a specific case. In this case, the meaning described or used in the detailed description part of the invention The meaning must be grasped.

이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the technical structure of the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments shown in the accompanying drawings.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 HVDC컨버터(100)는 전류형HVDC컨버터(110)와 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, a hybrid HVDC converter 100 according to an embodiment of the present invention includes a current type HVDC converter 110 and a modular multilevel converter 120.

상기 전류형HVDC컨버터(110)는 계통의 교류를 직류로 변환하여 전력을 전송하기 위한 AC/DC컨버터이다.The current type HVDC converter 110 is an AC / DC converter for converting electric power from a system into an alternating current and transmitting electric power.

또한, 상기 전류형HVDC컨버터(110)는 3상 교류를 직류로 변환하기 위해 6개의 사이리스터(thyristor)가 풀브릿지로 연결되는 풀브릿지 회로를 포함한다.In addition, the current type HVDC converter 110 includes a full bridge circuit in which six thyristors are connected in a full bridge to convert three-phase alternating current into direct current.

또한, 상기 풀브릿지 회로는 직결된 두 개의 풀브릿지 회로(111,112)를 포함하며, 12펄스를 출력한다.In addition, the full bridge circuit includes two full bridge circuits 111 and 112 connected in parallel, and outputs 12 pulses.

또한, 상기 전류형HVDC컨버터(110)는 전송하고자 하는 정상전원인 대용량의 주전원(VSCR)을 출력하기 컨버터이다.The current type HVDC converter 110 is a converter for outputting a main power source (V SCR ) of a large capacity which is a normal power to be transmitted.

상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)는 상기 전류형HVDC컨버터(110)와 직렬로 연결되어, 상기 주전원에 합산되어 최종적으로 출력 전원(VOUT)을 형성하는 보조전원(VMMC)을 출력한다.The modular multilevel converter 120 is connected in series with the current type HVDC converter 110 and outputs an auxiliary power supply V MMC which is added to the main power and finally forms an output power source V OUT .

또한, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120,MMC:modular multilevel converter)는 전압을 충전 또는 방전할 수 있는 복수의 서브 모듈이 직결되어 복수레벨의 전압을 발생시킬 수 있는 AC/DC컨버터이다.The modular multilevel converter (MMC) 120 is an AC / DC converter capable of generating voltages of a plurality of levels by directly connecting a plurality of submodules capable of charging or discharging a voltage.

또한, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)는 각 상마다 서브 모듈(121,SM:Sub module) 또는 셀(cell)이라 불리는 단위 모듈 N개가 상암과 하암에 직결되며, 상암과 하암이 하나의 암(arm)을 구성한다.The module multilevel converter 120 includes N module units 121 (SM: Sub module) or cell unit (S module) for each phase, which are directly connected to the upper and lower arms, thereby constituting an arm.

또한, 상기 서브 모듈의 공칭(nominal) 값은 전체 직류 단 전압을 n등분한 값이며, 한 암에서 출력되는 전압은 각 서브 모듈에서 출력되는 전압의 합과 같다.In addition, the nominal value of the submodule is a value obtained by dividing the total DC step voltage by n, and the voltage output from one arm is equal to the sum of the voltages output from each submodule.

또한, 출력단(VMMC)을 중심으로 상암과 하암이 연결되어 하나의 레그(leg)를 구성하게 되는데 각 암에는 전체 직류 단 전압원과 각 서브 모듈 간의 전압원 및 출력단의 전압원과 각 서브 모듈 간의 전압원의 충돌을 방지하기 위해 인덕터(LS)가 구비된다.In addition, the upper and lower arms are connected to the output terminal (V MMC ) to constitute one leg. In each arm, a voltage source of the voltage source and the output terminal between the DC direct voltage source and each submodule, An inductor L S is provided to prevent collision.

이러한 인덕터(암 인덕터)는 각 서브 모듈들이 동일한 전류원을 공유할 수 있도록 하며, 전체 직류단의 단락(short-circuit) 사고 시, 암에 흐르는 단락 전류의 급격한 증가를 방지하는 역할을 한다.These inductors (arm inductors) allow each submodule to share the same current source, and prevent sudden increase in short-circuit current flowing through the arm in the event of a short-circuit in the entire DC stage.

또한, 상기 각 서브 모듈(121)은 하나의 전압원과 하나의 스위치로 등가화할 수 있으며, 상기 스위치는 상기 전압원을 암에 연결하거나 바이패스를 형성하며, '온'될 경우, 전류의 방향에 따라 상기 전압원이 충전 또는 방전되게 한다.In addition, each of the sub-modules 121 may be equivalent to one voltage source and one switch. The switch connects the voltage source to the arm or forms a bypass, and when it is turned on, Thereby causing the voltage source to be charged or discharged.

또한, 도1에서는 상기 각 서브 모듈(121)이 두 개의 스위치와 하나의 커패시터로 구성되는 하프 브리지(Half-bridge) 형태의 서브 모듈(121)인 것으로 도시하였으나, 풀 브리지(full-bridge) 형태의 모듈일 수도 있으며, 하나의 전압원과 하나의 스위치로 등가화할 수 있는 어떠한 회로구성도 가능하다.1, each of the sub-modules 121 is a half-bridge type sub-module 121 having two switches and one capacitor. However, a full-bridge type sub- Or any circuit configuration that can be equivalent to one voltage source and one switch is possible.

또한, 출력 전압(VOUT)의 제어를 위해서는 상기 전류형HVDC컨버터(110)의 점호각과 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)의 전압지령치가 필요하다.For controlling the output voltage V OUT , the fog angle of the current type HVDC converter 110 and the voltage command value of the modular multilevel converter 120 are required.

또한, 출력 전압(VOUT)의 평균치는 아래의 수학식 1과 같다.The average value of the output voltage V OUT is given by the following equation (1).

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 α는 상기 전류형HVDC컨버터(110)의 점호각, β는 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)의 전압 전류 위상차, cosβ는 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)의 역률이다.Where α is the firing angle of the current type HVDC converter 110, β is the voltage current phase difference of the modular multilevel converter 120, and cos β is the power factor of the modular multilevel converter 120.

상기 수학식 1에서도 알 수 있듯이 출력 전압(VOUT)의 제어를 위해서는 상기 전류형HVDC컨버터(110)의 점호각 제어와 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)의 전압제어가 필요하다.As can be seen from Equation (1), the control of the output voltage (V OUT ) requires the firing angle control of the current type HVDC converter 110 and the voltage control of the modular multilevel converter 120.

또한, 상기 전류형HVDC컨버터(110)의 출력을 대용량으로 하고, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)의 출력을 소용량으로 하여 전압제어를 수행하면 출력의 미세 전압 제어가 가능하다.Further, when the output of the current type HVDC converter 110 is set to a large capacity and the output of the modular multilevel converter 120 is set to a small capacity, voltage control of the output can be performed.

자세하게는 상기 전류형HVDC컨버터(110)의 점호각은 일정한 값으로 고정하여 원하는 크기의 출력을 얻고, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)의 역률과 출력레벨을 가변하여 미세 전압제어가 가능하다.In detail, the fuzzy angle of the current type HVDC converter 110 is fixed to a predetermined value to obtain a desired output, and the power factor and the output level of the modular multilevel converter 120 are varied to enable fine voltage control.

다시 말해서, 상기 전류형HVDC컨버터(110)의 점호각은 점호실패를 방지할 수 있는 최소 점호각으로 고정하고, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)는 역률과 출력레벨이 가변하며 최종 출력전압을 제어하는 것이다.In other words, the fulcrum angle of the current type HVDC converter 110 is fixed at a minimum fulcrum angle to prevent the failure of the ignition, and the modular multi-level converter 120 has a power factor and an output level variable, .

즉, 종래의 하나의 HVDC컨버터만을 이용하여 직류전송을 하는 방식과 비교하여 전류형HVDC컨버터(110)에서 역률제어가 이루어지지지 않고, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)에 의해 출력전압이 제어되므로 역률제어가 힘든다는 단점을 해결할 수 있고, 소용량을 출력하는 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)에서 전압제어가 이루어지므로 출력의 전압리플을 줄일 수 있고, 무효전력의 발생을 줄일 수 있는 장점이 있다.That is, power factor control is not performed in the current type HVDC converter 110, and the output voltage is controlled by the modular multilevel converter 120, as compared with a conventional method in which only one HVDC converter is used for DC transmission It is possible to solve the disadvantage that the power factor control is difficult, and since the voltage control is performed in the modular multilevel converter 120 that outputs a small capacity, the voltage ripple of the output can be reduced and the generation of the reactive power can be reduced .

또한, 본 발명의 하이브리드 HVDC컨버터(100)는 계통전원을 상기 전류형HVDC컨버터(110) 및 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)로 공급하는 변압기(130)를 더 포함할 수 있다.The hybrid HVDC converter 100 of the present invention may further include a transformer 130 for supplying the system power to the current type HVDC converter 110 and the modular multilevel converter 120.

또한, 상기 변압기(120)는 상기 전류형HVDC컨버터(110)로 계통전원을 공급하는 제1 변압기(131) 및 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)로 계통전원을 공급하는 제2 변압기(132)를 포함하여 이루어진다.The transformer 120 includes a first transformer 131 for supplying system power to the current type HVDC converter 110 and a second transformer 132 for supplying system power to the modular multilevel converter 120, .

또한, 상기 제1 변압기(131)는 계통전원을 상기 제1 풀브릿지 회로(111)로 공급하는 제1-1 변압기(131a)와 계통전원을 상기 제2 풀브릿지 회로(112)로 공급하는 제1-2 변압기(131b)를 포함하여 이루어진다.The first transformer 131 includes a first transformer 131a for supplying system power to the first full bridge circuit 111 and a second transformer 131b for supplying system power to the second full bridge circuit 112. [ 1-2 transformer 131b.

또한, 본 발명에서는 상기 제1-1 변압기(131a)는 와이 델타 변압기, 상기 제1-2 변압기(131b)는 와이 와이 변압기, 상기 제2 변압기(132)는 델타 와이 변압기로 구성하였다.In addition, in the present invention, the 1-1 transformer 131a is composed of a Wielta transformer, the 1-2 transformer 131b is a Wiwi transformer, and the second transformer 132 is a delta wire transformer.

또한, 상기 전류형HVDC컨버터(110)와 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)의 전압비 p, s는 아래의 수학식 2를 만족하도록 결정된다.In addition, the voltage ratio p, s of the current type HVDC converter 110 and the modular multilevel converter 120 are determined so as to satisfy the following equation (2).

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, N은 상기 변압기(130)의 권선비, 즉, 상기 제1 변압기(131) 및 상기 제2 변압기(132) 전체의 권선비(기존 HVDC컨버터의 권선비)이고, pN은 상기 제1 변압기(131)의 권선비, sN은 상기 제2 변압기(132)의 권선비이다.Herein, N is the winding ratio of the transformer 130, that is, the winding ratio of the first transformer 131 and the second transformer 132 (the ratio of turns of the conventional HVDC converter), pN is the first transformer 131, And sN is the winding ratio of the second transformer 132. [

도 2는 본 발명의 하이브리드 HVDC컨버터(100)를 시뮬레이션한 결과를 보여주는 것으로 출력전압 목표치를 900V로 하고, 상기 전류형HVDC컨버터(110)는 출력전압의 80%를 출력하고, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)는 출력전압의 20%를 출력하게 하였다. 또한, 상기 HVDC컨버터(110)의 점호각은 0°로 고정하였다.FIG. 2 shows a simulation result of the hybrid HVDC converter 100 of the present invention. The output voltage target value is 900 V, the current-type HVDC converter 110 outputs 80% of the output voltage, The converter 120 outputs 20% of the output voltage. Further, the focal angle of the HVDC converter 110 is fixed at 0 °.

또한, 도 2의 (a)는 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)의 출력전압, (b)는 상기 전류형HVDC컨버터(110)의 출력전압, (c)는 본 발명의 하이브리드 HVDC컨버터(100)의 출력전압(VMMC + SCR)과 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)는 구동시키지 않고 상기 전류형HVDC컨버터(110)의 점호각 제어를 통해 900V를 출력한 출력전압(VSCR (100%)), (d)는 본 발명의 하이브리드 HVDC컨버터(100)의 출력전류(IMMC + SCR)와 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)는 구동시키지 않고 상기 전류형HVDC컨버터(110)의 출력을 100%로 하였을 때 출력전류(ISCR (100%))를 보여주는 시뮬레이션 파형이다.2 (a) is an output voltage of the modular multilevel converter 120, (b) is an output voltage of the current type HVDC converter 110, and (c) is a voltage of the hybrid HVDC converter 100 (V SCR (100% )) output from the output voltage (V MMC + SCR ) of the modulated multilevel converter (120) and 900 V through the firing angle control of the current type HVDC converter (110) ) and (d) show the relationship between the output current I MMC + SCR of the hybrid HVDC converter 100 of the present invention and the output of the current HVDC converter 110 without driving the modular multilevel converter 120 (I SCR (100%) ) when the output current is 100% .

도 3의 (c)를 참조하면, 본 발명의 하이브리드 HVDC컨버터(100)의 출력전압(VMMC+SCR)은 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)는 구동시키지 않고 상기 전류형HVDC컨버터(110)의 출력을 100%로 하였을 때의 출력전압(VSCR (100%))보다 전압리플이 매우 개선된 것을 확인할 수 있다.3 (c), the output voltage (V MMC + SCR ) of the hybrid HVDC converter 100 of the present invention is applied to the current type HVDC converter 110 without driving the modular multilevel converter 120, (V SCR (100%) ) when the output of the comparator is 100% .

또한, 도 3의 (d)를 참조하면 본 발명의 하이브리드 HVDC컨버터(100)의 출력전류(IMMC + SCR)는 출력전압(VU)에 대해 위상지연이 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터(120)는 구동시키지 않고 상기 전류형HVDC컨버터(110)의 출력을 100%로 하였을 때의 위상지연보다 적어 역률이 개선된 것을 확인할 수 있다.
3 (d), the output current I MMC + SCR of the hybrid HVDC converter 100 of the present invention has a phase delay with respect to the output voltage V U , Is less than the phase delay when the output of the current type HVDC converter 110 is set to 100% without being driven.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation in the present invention. Various changes and modifications will be possible.

100:하이브리드 HVDC컨버터 110:전류형HVDC컨버터
111:제1 풀브릿지 회로 112:제2 풀브릿지 회로
120:모듈형 멀티레벨 컨버터 121:서브 모듈
130:변압기 131:제1 변압기
132:제2 변압기100: Hybrid HVDC converter 110: Current type HVDC converter
111: first full bridge circuit 112: second full bridge circuit
120: Modular multi-level converter 121: Submodule
130: transformer 131: first transformer
132: second transformer

Claims (4)

계통 전원을 입력받아 직류로 변환하여 주전원을 출력하는 전류형HVDC컨버터(High Voltage Direct Current converter); 및
계통 전원을 입력받아 직류로 변환하여 보조전원을 출력하는 모듈형 멀티레벨 컨버터;를 포함하고,
상기 전류형HVDC컨버터와 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터는 서로 직결되어 상기 주전원과 상기 보조전원의 합산 전원이 출력 전원이 되며,
상기 전류형HVDC컨버터의 출력은 고정되고 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터의 출력은 가변하여 출력전압제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 HVDC컨버터.
A current type HVDC converter (High Voltage Direct Current converter) which receives the power of the system and converts it into DC to output main power; And
And a modular multilevel converter for receiving a system power supply and converting the system power to a direct current to output an auxiliary power,
The current type HVDC converter and the modular multilevel converter are directly connected to each other so that the sum power of the main power source and the auxiliary power source becomes the output power source,
Wherein the output of the current type HVDC converter is fixed and the output of the modular multilevel converter is variable to perform output voltage control.
제 1 항에 있어서,
상기 전류형HVDC컨버터의 점호각은 최소 점호각으로 고정되고, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터의 역률을 가변하여 출력전압제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 HVDC컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein the fulcrum angle of the current type HVDC converter is fixed to a minimum fulcrum angle, and the power factor of the modular multilevel converter is varied to perform output voltage control.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전류형HVDC컨버터는 여섯 개의 사이리스터로 구성되는 두 개의 풀브릿지 회로가 직결된 12펄스 사이리스터 컨버터인 것을 특징으로 하는 하이브리드 HVDC컨버터.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the current type HVDC converter is a 12-pulse thyristor converter in which two full bridge circuits composed of six thyristors are directly connected.
제 3 항에 있어서,
계통 전원을 상기 전류형HVDC컨버터로 공급하는 제1 변압기; 및
계통 전원을 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터로 공급하는 제2 변압기;를 포함하고,
상기 제1 변압기는 상기 풀브릿지 회로들 중, 제1 풀브릿지 회로로 계통 전원을 공급하는 제1-1 변압기 및 제2 풀브릿지 회로로 계통 전원을 공급하는 제1-2 변압기를 포함하고,
상기 제1-1 변압기는 와이 델타 변압기이고, 상기 제1-2 변압기는 와이 와이 변압기이고, 상기 제2 변압기는 델타 와이 변압기이며,
상기 제1 변압기 및 상기 제2 변압기 전체의 권선비가 N, 상기 제1 변압기의 권선비가 pN, 상기 제2 변압기의 권선비가 sN이라고 할 때, 상기 제1 변압기 및 상기 제2 변압기의 권선비는 아래의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 HVDC컨버터
[수학식]
Figure pat00004
The method of claim 3,
A first transformer for supplying system power to the current type HVDC converter; And
And a second transformer for supplying the system power to the modular multilevel converter,
The first transformer includes a 1-1 voltage transformer supplying grid power to a first full bridge circuit and a 1-2 voltage transformer supplying grid power to a second full bridge circuit among the full bridge circuits,
Wherein the first 1-1 transformer is a Wieltert transformer, the 1-2 transformer is a Wiwi transformer, the second transformer is a delta wye transformer,
The turns ratio of the first transformer and the second transformer is N, the turns ratio of the first transformer is pN, and the turns ratio of the second transformer is sN, HVDC converter < RTI ID = 0.0 >
[Mathematical Expression]
Figure pat00004
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