KR20160025070A - Ｈｖｄｃ 시스템의 고조파 제거 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치에 관한 것으로, 서로 직렬로 접속되는 복수의 서브 모듈을 포함하여 교류 전원을 직류 전원으로, 또는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 다중 모듈 컨버터(Multi Module Converter, MMC), 출력하고자 하는 기준 전압에 기초하여 복수의 서브 모듈에 대한 온, 오프를 제어하는 제어부 및 온, 오프 제어 결과 생성되는 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 고조파 제거부를 포함하되, 제어부는 고조파 제거부를 통해 연산되는 제어각에 기초하여 복수의 서브 모듈을 스위칭하는 것을 특징으로 한다.

Description

ＨＶＤＣ 시스템의 고조파 제거 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR ELIMINATING HARMONICS OF HVDC SYSTEM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압의 직류 전력의 송전 및 배전을 위한 다중 모듈 컨버터(Multi Module Converter, MMC)에서 발생하는 고조파를 필터없이 제거하기 위한 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
HVDC(High Voltage Direct Current) 시스템은 교류 발전기에 의해서 만들어지는 교류 전력을 AC/DC 변환기인 렉티파이어(Rectifier)를 통해 직류 전력으로 변환하여 배전 대상 지역으로 직류 전력을 전송하고, 다시 DC/AC 변환기인 인버터(Inverter)를 통해 교류 전력으로 변환하여 전력을 공급하는 방식이다.
직류로 배전한다면 각종 전자제품의 크기가 대폭 줄어들고 각종 교류 장치에 필요한 변압기 역시 모두 제거될 수 있으며, 다양한 속도를 낼 수 있는 모터 또한 직류 전기를 사용할 수 있게 된다.
HVDC 시스템은 사이리스터 밸브를 이용하는 전류형 HVDC 시스템과 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 소자를 이용하는 전압형 HVDC 시스템으로 구분된다.
전류형 HVDC 시스템은 사이리스터 밸브를 정류하기 위해 발전기나 동기조상기와 같은 회전기 기기가 인버터 측 계통에 필요하며, 무효전력 보상을 위한 커패시터 뱅크가 인버터 측이나 렉티파이어 측에 존재해야 한다. 특히, 전류형 HVDC 시스템은 고조파를 발생시키기 때문에 이를 제거하기 위한 고조파 필터가 필수적으로 필요하다.
이러한 전류형 HVDC 시스템의 단점을 보완하기 위한 것이 IGBT 전력용 반도체 소자를 이용한 전압형 HVDC 시스템이다. 전류형 HVDC 시스템과 비교했을 때 전압형 HVDC 시스템은 고속 스위칭에 의해 점차 고조파가 큰 폭으로 감소해 고조파 필터의 크기가 상대적으로 작아질 수 있으며, 무효전력 공급이 필요하지 않음은 물론 유효전력과 무효전력 제어가 독립적으로 가능하다는 장점을 갖는다.
특히, 모듈화되고 규격화된 설계로 짧은 기간에 전력 전송이 가능하며, 전압과 전력의 제어가 용이하다.
일반적으로 전압형 HVDC 시스템은 전력계통의 두 AC 모선을 DC로 연계하도록 구성되며, AC/DC 변환설비인 렉티파이어, DC/AC 변환설비인 인버터, 렉티파이어와 인버터를 연계하는 DC 송전선로, 변환용 변압기로 구성된다.
구체적으로 렉티파이어 측과 인버터 측은 대칭적인 형태를 가지며, 각각의 렉티파이어 측 제어기와 인버터 측 제어기는 유효전력/무효전력을 개별적으로 제어 가능하다.
도 1은 전압형 다중 모듈 컨버터를 구성하는 내부 회로도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전압형 다중 모듈 컨버터는 정격전력을 높이기 위해 다수의 서브모듈이 직렬 접속되어 연결되어 구성되며, 각각의 서브모듈은 하프브리지 또는 풀브리지 형태로 구성된다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 2014-0041100 호(2014.04.04.공개, 발명의 명칭 : HVDC 시스템의 관측기 PLL을 이용한 비특성 고조파 억제 방법)가 있다.
다수의 서브모듈이 직렬로 접속되어 전압 및 전력의 정격을 높이도록 구성된 전압형 다중 모듈 컨버터에서, 직렬로 접속하는 서브모듈의 수가 50개 이상이 되면 운전시 발생하는 저차 고조파(Harmonics)의 양이 허용치 이내일 뿐 아니라 크기가 매우 작기 때문에, 이를 제거하기 위한 필터의 필요성이 사라진다.
그러나, 직렬로 접속하는 서브모듈의 수가 적은 경우에는 저차 고조파가 발생하게 되며, 고조파의 크기가 허용치를 초과할 가능성이 높아진다.
그리고, 이러한 고조파를 제거하기 위해 필터를 사용하는 것은 전체 HVDC 시스템의 비용을 증가시키며, 커패시터의 수명 문제로 인해 추가적인 유지보수비가 발생할 수 있다는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 필요성을 충족시키기 위해 창안된 것으로서, 고압의 직류 전력의 송전 및 배전을 위한 다중 모듈 컨버터(Multi Module Converter, MMC)에서 발생하는 고조파를 별도의 필터없이 최소한의 스위칭으로 제거하기 위한 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치는 서로 직렬로 접속되는 복수의 서브 모듈을 포함하여 교류 전원을 직류 전원으로, 또는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 다중 모듈 컨버터(Multi Module Converter, MMC); 출력하고자 하는 기준 전압에 기초하여 상기 복수의 서브 모듈에 대한 온, 오프를 제어하는 제어부; 및 상기 온, 오프 제어 결과 생성되는 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 고조파 제거부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 고조파 제거부를 통해 연산되는 제어각에 기초하여 상기 복수의 서브 모듈을 스위칭하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어부는 NLC(Nearest Level Control) 기법을 이용하여 상기 복수의 서브 모듈에 대한 온, 오프를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 고조파 제거부는 상기 다중 모듈 컨버터로부터 출력되는 복수의 레벨을 갖는 전원 파형을 푸리에 급수 변환하는 푸리에 변환부; 및 상기 푸리에 급수 변환된 전원 파형에 대한 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 제어각 연산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 제어각 연산부는 상기 다중 모듈 컨버터로부터 출력되는 복수의 레벨에 대응되는 수의 제어각을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 고조파 제거부는 상기 다중 모듈 컨버터에 포함되는 서브 모듈의 수가 미리 설정된 기준수치 이하인 경우에 상기 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 방법은 서로 직렬로 접속되는 복수의 서브 모듈을 포함하는 다중 모듈 컨버터가 교류 전원 또는 직류 전원을 입력받는 단계; 제어부가 상기 교류 전원 또는 직류 전원에 대응하여 출력하고자 하는 기준 전압에 기초하여 상기 복수의 서브 모듈에 대한 온, 오프를 제어하는 단계; 고조파 제거부가 상기 온, 오프 제어 결과 생성되는 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 단계; 및 상기 제어부가 상기 고조파 제거부를 통해 연산되는 제어각에 기초하여 상기 복수의 서브 모듈을 스위칭하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 복수의 서브 모듈에 대한 온, 오프를 제어하는 단계에서, 상기 제어부는 NLC(Nearest Level Control) 기법을 이용하여 상기 복수의 서브 모듈에 대한 온, 오프를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 단계는, 푸리에 변환부가 상기 다중 모듈 컨버터로부터 출력되는 복수의 레벨을 갖는 전원 파형을 푸리에 급수 변환하는 단계; 및 제어각 연산부가 상기 푸리에 급수 변환된 전원 파형에 대한 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 단계에서, 상기 제어각 연산부는 상기 다중 모듈 컨버터로부터 출력되는 복수의 레벨에 대응되는 수의 제어각을 연산하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 단계는, 상기 다중 모듈 컨버터에 포함되는 서브 모듈의 수가 미리 설정된 기준수치 이하인 경우에 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 복수의 서브 모듈에 대한 최소한의 스위칭으로 다중 모듈 컨버터에서 발생하는 고조파를 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래와 같이 고조파를 제거하기 위한 별도의 필터를 설치할 필요가 없으므로 HVDC 시스템 구축의 비용을 절약할 수 있다.
도 1은 전압형 다중 모듈 컨버터를 구성하는 내부 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치의 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치의 다중 모듈 컨버터에서 출력되는 복수의 레벨을 갖는 전원 파형을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치의 고조파 제거부를 통해 연산되는 제어각에 기초하여 고조파를 제거하기 위한 스위칭 제어를 나타낸 그래프이다.
도 5는 종래의 변조 기법만이 적용된 경우에 HVDC 시스템의 AC 계통 전압을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치의 고조파 제거 기법이 적용된 AC 계통 전압을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 방법의 구현 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치 및 그 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치의 기능 블록도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치는 다중 모듈 컨버터(100), 제어부(200) 및 고조파 제거부(300)를 포함한다.
다중 모듈 컨버터(Multi Module Converter, MMC)(100)는 서로 직렬로 접속되는 복수의 서브 모듈(10)을 포함하여 교류 전원을 직류 전원으로, 또는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 구성이다.
즉, HVDC(High Voltage Direct Current) 시스템에서 교류를 직류로 변환하는 컨버터 측과 직류를 교류로 변환하는 컨버터 측은 대칭적인 형태를 가지므로, 본 실시예에 따른 고조파 제거 장치의 다중 모듈 컨버터(100)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터, 또는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 컨버터 중 어느 것이든 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 경우에 발생하는 고조파를 제거하는 예를 설명하기로 한다.
제어부(200)는 출력하고자 하는 기준 전압에 기초하여 복수의 서브 모듈(10)에 대한 온, 오프를 제어한다.
구체적으로 제어부(200)는 NLC(Nearest Level Control) 기법을 이용하여 복수의 서브 모듈(10)에 대한 온, 오프를 제어한다.
NLC 기법은 다수의 서브 모듈(10)로 구성된 전압형 다중 모듈 컨버터(100)에 적용되는 변조기법으로, 교류 전압을 발생시키고자 할 때 발생시키고자 하는 정현파 기준 전압(Vref)을 기준으로 턴온되거나 바이패스되는 서브 모듈(10)의 숫자를 결정함으로써, 턴온되는 서브 모듈(10)의 숫자에 따라서 정현파 기준 전압을 추종하도록 하는 기법이다.
즉, 제어부(200)는 기준 전압을 추종하도록 복수의 레벨을 갖는 전원 파형을 설정하고, 해당 전원 파형에 대응되는 전압을 출력하도록 복수의 서브 모듈(10)에 대한 온, 오프를 제어한다.
이 때, 전원 파형의 레벨은 서브 모듈(10)의 수와 동일하게 설정될 수 있다.
N개의 서브 모듈(10)을 포함하는 다중 모듈 컨버터(100)에서 각각의 서브 모듈(10)에서 출력되는 전압(Vdc/N)이 일정한 것으로 가정하면, N개의 서브 모듈(10)을 포함하는 컨버터 암(미도시)은 N+1(0, Vdc/N, 2Vdc/N, ..., Vdc)개의 레벨을 갖는 이산적인 출력 전압을 발생시킬 수 있다.
구체적으로 턴온되거나 바이패스되어야 하는 서브 모듈(10)의 숫자는 아래의 수학식 1과 같이 연산된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
(이 때, Non,u는 컨버터의 상단 암에서 턴온되어야 하는 서브모듈의 개수를 의미하고, Non,l은 컨버터의 하단 암에서 턴온되어야 하는 서브모듈의 개수를 의미하며, round는 반올림 함수를 의미함)
따라서, 수학식 1을 통해 결정된 값으로 서브 모듈(10)을 온, 오프 제어할 경우에 출력전압의 평균값은 정현파의 기준 전압(Vref)을 추종하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치의 다중 모듈 컨버터에서 출력되는 복수의 레벨을 갖는 전원 파형을 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 제어부(200)는 기준 전압을 추종하도록 복수의 레벨을 갖는 전원 파형을 결정하고, 해당 전원 파형에 해당하는 전압을 출력하도록 복수의 서브 모듈(10)을 각각 온, 오프시킨다.
이러한 NLC 변조기법은 서브 모듈(10)의 턴온 또는 바이패스의 조절로 정현파의 기준 전압을 추종하는 기법이기 때문에, 서브 모듈(10)의 숫자가 많은 컨버터일수록 정확하게 정현파의 기준 전압을 추종할 수 있다.
즉, 서브 모듈(10)의 숫자가 많을수록 각 서브 모듈(10)에서 출력되는 복수의 레벨 간의 간격이 작아져서 출력되는 교류 전압이 정현파에 가까워지고, 스위칭 주파수가 낮아져서 손실이 감소될 수 있기 때문에 서브 모듈(10)의 숫자가 많은 다중 모듈 컨버터(100)일수록 고조파없이 정확하게 정현파의 기준 전압을 추종하는 전압을 출력할 수 있다.
그러나, 서브 모듈(10)의 수가 적은 다중 모듈 컨버터(100), 예를 들어 20개 이내의 서브 모듈(10)을 포함하는 다중 모듈 컨버터(100)는 운전시 20차 이내의 저차 고조파가 발생하고, 고조파의 크기가 허용치를 초과하게 된다.
따라서, 본 실시예에서 고조파 제거부(300)는 제어부(200)의 서브 모듈(10)에 대한 온, 오프 제어 결과 생성되는 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산한다.
특히, 고조파 제거부(300)는 다중 모듈 컨버터(100)에 포함되는 서브 모듈(10)의 수가 미리 설정된 기준수치 이하인 경우에 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산한다.
이 때, 기준수치는 HVDC 시스템의 고조파 허용치를 벗어날 정도의 고조파가 생성될 수 있는 서브 모듈(10)의 수를 의미하는 것으로, 이론적 수치 또는 실험적 경험치에 따라 자유롭게 설정될 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 최소한의 스위칭으로 고조파를 선택하여 제거할 수 있도록 NLC 기법으로 변조된 복수의 레벨을 갖는 전원 파형의 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산한다.
이 때, 고조파 제거부(300)는 다중 모듈 컨버터(100)로부터 출력되는 복수의 레벨을 갖는 전원 파형을 푸리에 급수 변환하는 푸리에 변환부(320)와 푸리에 급수 변환된 전원 파형에 대한 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 제어각 연산부(340)를 포함한다.
구체적으로 푸리에 변환부(320)가 도 4에 도시된 복수의 레벨을 갖는 전원 파형을 푸리에 급수 변환하는 경우를 살펴보면, 해당 파형은 dc 성분이 없고 기함수(odd function)이기 때문에, 각 제어각에 따른 전압은 아래의 수학식 2와 같이 연산된다.
Figure pat00003
이 때, 계수인 bn은 아래의 수학식 3을 통해 연산될 수 있다.
Figure pat00004
(이 때, D는 DC 송전 선로의 전압인 Vdc를 의미함)
푸리에 급수를 연산하는 방법은 이미 공지된 기술이므로 보다 구체적인 연산 방법에 대한 설명은 생략하기로 한다.
이 때, 푸리에 계수 b1은 기본파의 크기를 제어하는 계수이며, 그 크기는 모듈레이션 인덱스(M)가 된다.
그리고, 특정 고조파를 제거하기 위해서는 해당 차수(k)에서의 계수 bk=0을 만족해야 한다.
이에 기초하여 제어각 연산부(340)는 아래의 수학식 4를 통해서 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산한다.
Figure pat00005
Figure pat00006
(N0=0, αi는 모듈레이션 인덱스와 고조파 제거를 만족하는 제어각을 의미함)
이 때, 스위칭 천이를 위한 제어각과 모듈레이션 인덱스의 범위는 아래의 수학식 5를 만족해야 한다.
Figure pat00007
Figure pat00008
따라서, 수학식 1을 통해서 결정되는 턴온되는 서브 모듈(10)의 개수에 기초하여 제어각 연산부(340)는 수학식 4의 제어각을 연산한다.
구체적으로 제어각 연산부(340)는 다중 모듈 컨버터(100)로부터 출력되는 복수의 레벨에 대응되는 수의 제어각을 연산한다.
즉, 서브 모듈(10)의 개수에 따라서 다중 모듈 컨버터(100)로부터 출력되는 전압의 레벨 수는 달라지기 때문에, 제어각 연산부(340)는 다중 모듈 컨터(100)로부터 출력되는 복수의 레벨에 대응되는 수의 제어각을 연산한다.
구체적으로 제어각 연산부(340)는 다중 모듈 컨버터(100)로부터 출력되는 레벨의 수(서브 모듈의 개수)의 두 배에 해당하는 제어각을 연산한다.
따라서 도 3에 도시된 바와 같이 네 개의 레벨을 갖는 전원 파형에 대해서 제어각 연산부(340)는 8개의 제어각을 연산한다.
그리고 제어부(200)는 고조파 제거부(300)를 통해 연산되는 제어각에 기초하여 복수의 서브 모듈(10)을 스위칭함으로써, 고조파를 제거할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치의 고조파 제거부를 통해 연산되는 제어각에 기초하여 고조파를 제거하기 위한 스위칭 제어를 나타낸 그래프이다.
전술한 바와 같이 제어부(200)는 α1부터 α8에 해당하는 8개의 제어각에 기초하여 복수의 서브 모듈(10)을 스위칭하였고, 그에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 출력 전압이 형성됨을 확인할 수 있다.
특히, 평형부하의 경우 3상의 다중 모듈 컨버터(100)에 대한 스위칭은 120°의 주기성으로 인해서 3의 배수에 해당하는 고조파와, 180°의 대칭성으로 인해서 2의 배수에 해당하는 고조파가 나타나지 않는다.
따라서 본 실시예에서는 2의 배수와 3의 배수에 모두 해당하지 않는 6n±1차 고조파를 제거하게 된다.
도 5는 종래의 변조 기법만이 적용된 경우에 HVDC 시스템의 AC 계통 전압을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치의 고조파 제거 기법이 적용된 AC 계통 전압을 나타낸 도면이다.
도 5의 (A)는 종래의 변조 기법만이 적용된 경우에 HVDC 시스템의 AC 계통 전압의 상전압을 나타내고, (B)는 선간 전압을 나타낸다.
도 6의 (A)는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치의 고조파 제거 기법이 적용된 AC 계통 전압의 상전압을 나타내고, (B)는 선간 전압을 나타낸다.
도 5를 참조하면 종래의 변조 기법을 적용한 경우에는 6n±1차에 해당하는 고조파의 크기가 높게 나타남을 확인할 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 고조파 제거 기법의 적용으로 6n±1차에 해당하는 고조파가 제거되었으며 고조파의 크기는 최대 0.2%에 불과함을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 고조파 제거 기법에 의해서 최적의 제어각에서의 최소한의 스위칭을 통해 저차 고조파가 효과적으로 제거되었음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 방법의 구현 과정을 설명하는 절차 흐름도이다.
도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 고조파 제거 방법의 구현 과정을 살펴보면, 먼저 서로 직렬로 접속되는 복수의 서브 모듈(10)을 포함하는 다중 모듈 컨버터(100)가 교류 전원 또는 직류 전원을 입력받는다(S10).
즉, HVDC(High Voltage Direct Current) 시스템에서 교류를 직류로 변환하는 컨버터 측과 직류를 교류로 변환하는 컨버터 측은 대칭적인 형태를 가지므로, 본 실시예에 따른 고조파 제거 장치의 다중 모듈 컨버터(100)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 컨버터, 또는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 컨버터 중 어느 것이든 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 경우에 발생하는 고조파를 제거하는 예를 설명하기로 한다.
이어서 제어부(200)는 출력하고자 하는 기준 전압에 기초하여 복수의 서브 모듈(10)에 대한 온, 오프를 제어한다(S20).
구체적으로 제어부(200)는 NLC(Nearest Level Control) 기법을 이용하여 복수의 서브 모듈(10)에 대한 온, 오프를 제어한다. 즉, 제어부(200)는 기준 전압을 추종하도록 복수의 레벨을 갖는 전원 파형을 설정하고, 해당 전원 파형에 대응되는 전압을 출력하도록 복수의 서브 모듈(10)에 대한 온, 오프를 제어한다.
그리고 고조파 제거부(300)의 푸리에 변환부(320)는 다중 모듈 컨버터(100)로부터 출력되는 복수의 레벨을 갖는 전원 파형을 푸리에 급수 변환하고(S30), 제어각 연산부(340)는 푸리에 급수 변환된 전원 파형에 대한 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산한다(S40).
특히, 제어각 연산부(340)는 다중 모듈 컨버터(100)에 포함되는 서브 모듈(10)의 수가 미리 설정된 기준수치 이하인 경우에 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산한다.
즉, 본 실시예에서는 허용치를 벗어날 정도의 고조파가 생성될 정도로 서브 모듈(10)의 수가 적은 경우에만 전술한 단계(S30 및 S40)를 수행함으로써, 불필요한 제어 과정없이 변환된 전원을 출력할 수 있다.
다음으로 제어부(200)는 고조파 제거부(300)를 통해 연산된 제어각에 기초하여 복수의 서브 모듈(10)을 스위칭함으로써(S50) 다중 모듈 컨버터(100)의 출력 전압에 포함된 저차 고조파를 제거할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 복수의 서브 모듈에 대한 최소한의 스위칭으로 다중 모듈 컨버터에서 발생하는 고조파를 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 실시예는 종래와 같이 고조파를 제거하기 위한 별도의 필터를 설치할 필요가 없으므로 HVDC 시스템 구축의 비용을 절약할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 서브 모듈
100: 다중 모듈 컨버터
200: 제어부
300: 고조파 제거부
320: 푸리에 변환부
340: 제어각 연산부

Claims (10)

  1. 서로 직렬로 접속되는 복수의 서브 모듈을 포함하여 교류 전원을 직류 전원으로, 또는 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 출력하는 다중 모듈 컨버터(Multi Module Converter, MMC);
    출력하고자 하는 기준 전압에 기초하여 상기 복수의 서브 모듈에 대한 온, 오프를 제어하는 제어부; 및
    상기 온, 오프 제어 결과 생성되는 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 고조파 제거부를 포함하되, 상기 제어부는 상기 고조파 제거부를 통해 연산되는 제어각에 기초하여 상기 복수의 서브 모듈을 스위칭하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는 NLC(Nearest Level Control) 기법을 이용하여 상기 복수의 서브 모듈에 대한 온, 오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 고조파 제거부는 상기 다중 모듈 컨버터로부터 출력되는 복수의 레벨을 갖는 전원 파형을 푸리에 급수 변환하는 푸리에 변환부; 및
    상기 푸리에 급수 변환된 전원 파형에 대한 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 제어각 연산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어각 연산부는 상기 다중 모듈 컨버터로부터 출력되는 복수의 레벨에 대응되는 수의 제어각을 연산하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고조파 제거부는 상기 다중 모듈 컨버터에 포함되는 서브 모듈의 수가 미리 설정된 기준수치 이하인 경우에 상기 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 고조파 제거 장치.
  6. 서로 직렬로 접속되는 복수의 서브 모듈을 포함하는 다중 모듈 컨버터가 교류 전원 또는 직류 전원을 입력받는 단계;
    제어부가 상기 교류 전원 또는 직류 전원에 대응하여 출력하고자 하는 기준 전압에 기초하여 상기 복수의 서브 모듈에 대한 온, 오프를 제어하는 단계;
    고조파 제거부가 상기 온, 오프 제어 결과 생성되는 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 단계; 및
    상기 제어부가 상기 고조파 제거부를 통해 연산되는 제어각에 기초하여 상기 복수의 서브 모듈을 스위칭하는 단계
    를 포함하는 HVDC 시스템의 고조파 제거 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 복수의 서브 모듈에 대한 온, 오프를 제어하는 단계에서, 상기 제어부는 NLC(Nearest Level Control) 기법을 이용하여 상기 복수의 서브 모듈에 대한 온, 오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 고조파 제거 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 단계는, 푸리에 변환부가 상기 다중 모듈 컨버터로부터 출력되는 복수의 레벨을 갖는 전원 파형을 푸리에 급수 변환하는 단계; 및
    제어각 연산부가 상기 푸리에 급수 변환된 전원 파형에 대한 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 고조파 제거 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 단계에서, 상기 제어각 연산부는 상기 다중 모듈 컨버터로부터 출력되는 복수의 레벨에 대응되는 수의 제어각을 연산하는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 고조파 제거 방법.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 고조파를 제거하기 위한 제어각을 연산하는 단계는, 상기 다중 모듈 컨버터에 포함되는 서브 모듈의 수가 미리 설정된 기준수치 이하인 경우에 수행되는 것을 특징으로 하는 HVDC 시스템의 고조파 제거 방법.
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