KR20160027854A - Hvdc 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

HVDC 시스템의 컨버터 장치가 개시된다. 밸브는 교류 또는 직류를 변환한다. 센싱부는 상기 밸브가 위치하는 장소인 밸브 홀의 상대 습도를 측정한다. 제어부는 상기 상대 습도가 제1 기준 습도 보다 높은 경우 상기 밸브의 출력을 감소 시킨다.

Description

HVDC 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법{HVDC CONVERTER AND CONTROLLING METHOD THEREOF}
본 발명은 HVDC 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 HVDC 시스템의 복수의 서브 모듈을 효율적으로 제어할 수 있는 HVDC 시스템의 컨버터 장치 및 그의 제어 방법에 관한 것이다.
초고압 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 시스템은 컨버터 장치를 통해 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 또한 HVDC 시스템은 컨버터 장치를 통해 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.
컨버터 장치는 전력 변환을 위해 복수의 밸브를 포함하고, 밸브는 스위칭 소자이다. 이때 밸브는 싸이리스터(Thyristor)나 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)일 수 있다.
컨버터 장치가 전력을 변환하기 위해서는 스위칭 동작을 반복해야 한다. 이러한 스위칭 동작에 의하여 열이 발생한다. 밸브가 동작을 위한 적정 온도 범위를 벗어나 동작하는 경우, 밸브의 성능이 크게 저하된다. 따라서 이를 방지 하기 위해 HVDC 시스템은 컨버터를 냉각 시키기 위한 냉각 장치를 사용한다. 이때 냉각 장치는 냉각수 순환 펌프를 이용하여 컨버터에서 발생된 열을 냉각시킨다. 다만, 이러한 냉각과정에서 습도가 높아지게 된다. 이로 인하여 컨버터의 절연 파괴가 일어날 수 있다.
따라서 이를 방지할 수 있는 컨버터 장치와 컨버터 장치의 동작 방법이 필요하다.
본 발명은 HVDC 시스템의 컨버터 장치의 오작동 및 파괴를 방지할 수 있는 컨버터 장치와 컨버터 장치의 동작 방법을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템의 컨버터 장치는 교류 또는 직류를 변환하는 밸브; 상기 밸브가 위치하는 장소인 밸브 홀의 상대 습도를 측정하는 센싱부; 및 상기 상대 습도가 제1 기준 습도 보다 높은 경우 상기 밸브의 출력을 감소 시키는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 상대 습도의 크기에 기초하여 감소 시킬 밸브의 출력의 크기를 결정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 상대 습도가 제1 기준 습도 보다 높은 상태를 기준 시간 이상 유지하는 경우, 상기 밸브의 출력 감소 시킬 수 있다.
상기 제어부는 상기 상대 습도가 상기 제1 기준 습도 보다 낮은 크기의 제2 기준 습도보다 높은 경우, 상기 HVDC 시스템을 운영하는 관리소에 경보 메시지를 전송할 수 있다.
상기 센싱부는 상기 상대 습도 측정을 위한 복수의 습도계를 포함하고, 상기 복수의 습도계가 측정한 상대 습도의 평균값을 상기 상대 습도의 크기로 측정할 수 있다.
상기 제어부는 상기 밸브의 출력을 감소시킨 후, 상기 상대 습도가 상기 제1 기준 습도 보다 낮은 경우, 상기 밸브의 출력을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템은 컨버터 장치의 오작동 및 파괴를 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템은 습기로 인한 컨버터 장치의 오작동 및 파괴를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC transmission) 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노폴라 방식의 고전압 직류 송전 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이폴라 방식의 고전압 직류 송전 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스포머와 3상 밸브 브릿지의 결선을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 구성 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치의 구성 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치의 형상을 보여준다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 동작을 보여주는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨버터 장치의 동작을 보여주는 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
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.
또한, 제어 파트(190)는 상술한 복수의 밸브를 제어하는 밸브 제어기(250)를 포함할 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.
한편, 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130), 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150) 중 하나 이상은 컨버터 장치(200)를 포함할 수 있다.
컨버터 장치(200)는 복수의 밸브(250)를 이용하여 직류 전력을 교류 전력으로 변환할 수 있다.
또한, 컨버터 장치(200)는 복수의 밸브(250)를 이용하여 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다.
도 5를 참고하여 컨버터 장치(200)의 구성을 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 구성 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치(200)는 냉각 장치(210), 제어부(230), 밸브(250) 및 센싱부(270)를 포함한다.
냉각 장치(210)는 스위칭 동작으로 인하여 온도가 상승한 밸브(250)를 냉각한다. 냉각 장치(210)는 냉각수 펌프를 이용하여 밸브(250) 주변의 배관으로 냉각수를 공급하여 밸브(250)의 온도를 냉각할 수 있다. 이에 대해서는 도 6 내지 도 7을 통하여 자세히 설명하도록 한다.
제어부(230)는 컨버터 장치의 동작을 제어한다.
밸브(250)는 스위칭 소자로서 스위칭하여 교류 전력을 직류 전력으로 또는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.
센싱부(270)는 컨버터 장치(200)의 온도 및 습도를 측정한다. 특히 밸브(250)가 위치하는 장소인 밸브 홀의 온도를 측정할 수 있다.
도 6 내지 도 7을 통해 컨버터 장치(200)의 온도를 냉각 시키는 냉각 장치에 대해서 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치의 구성 블록도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 장치의 형상을 보여준다.
냉각 장치(210)는 냉각 장치 제어부(211), 냉각수 순환 펌프(213), 혼합 탱크(215) 및 히터(217)를 포함한다.
냉각 장치 제어부(211)는 냉각 장치(210)의 동작을 제어한다.
냉각수 순환 펌프(213)는 밸브(250) 주변의 배관에 냉각수를 공급한다.
혼합 탱크(215)는 밸브(250)에 연결된 배관으로 공급되는 냉각수와 밸브를 냉각하고 돌아온 냉각수를 혼합한다.
히터(217)는 혼합 탱크(215) 내부의 냉각수를 가열한다. 혼합 탱크(215)의 냉각수 온도가 낮을 경우 냉각수와 밸브 주변의 온도 차이로 인하여 밸브 주변의 배관에 결로가 발생할 수 있다. 특히 결로가 발생한 경우 배선의 저항이 낮아져 절연파괴가 발생할 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위하여 히터(217)는 혼합 탱크(215) 내부의 냉각수를 가열한다.
이러한 냉각 장치(210) 도 7과 같은 형상일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨버터 장치의 동작을 보여주는 흐름도이다.
컨버터 장치(200)는 밸브(250)가 위치하는 장소인 밸브 홀 내부의 이슬점 온도에 기초하여 히터를 동작한다. 이때 밸브(250)를 가동할 수 있는 한계 온도에 기초하여 히터를 동작할 수 있다. 구체적으로 다음의 동작을 수행한다.
센싱부(270)는 밸브(250)가 위치하는 장소인 밸브 홀 내부의 이슬점 온도를 측정한다(S101). 구체적으로 센싱부(270)는 밸브 홀 내부의 온도와 습도에 기초하여 이슬점을 측정할 수 있다. 이슬점은 습도와 온도에 따라 변화하기 때문이다.
센싱부(270)는 밸브(250) 주변의 배관으로 유입되는 냉각수 온도를 측정한다(S103).
제어부(230)는 밸브(250) 주변의 배관으로 유입되는 냉각수의 온도가 이슬점에 기초한 제1 기준 온도 보다 큰지 판단한다. 앞서 설명한 바와 같이 냉각수의 온도와 밸브(250) 주변의 온도 차가 지나치게 크면 결로가 발생한다. 따라서 제어부(230)는 결로가 발생하는 기준인 이슬점의 온도에 기초한 제1 기준 온도와 냉각수의 온도를 비교한다. 냉각수는 배관을 통해 밸브(250) 주위를 흐르고, 배관이 열을 차단하게 된다. 따라서 제1 기준 온도는 이슬점의 온도 보다 높을 수 있다. 예컨대, 제1 기준 온도는 이슬점의 온도 보다 4도 높을 수 있다.
밸브(250) 주변의 배관으로 유입되는 냉각수의 온도가 이슬점에 기초한 제1 기준 온도 보다 크지 않은 경우, 제어부(230)는 밸브(250) 주변의 배관으로 유입되는 냉각수의 온도가 밸브(250)를 가동할 수 있는 한계 온도인 제2 기준 온도 보다 큰지 판단한다. 밸브(250)가 고온에서 동작 하는 경우 성능 저하가 발생한다. 또한 과열로 인한 고장이 발생할 수 있다. 따라서 제어부(230)는 컨버터 장치 설계시 지정된 밸브(250)의 가동 한계 온도인 제2 기준 온도 보다 작은 온도에서만 히터(217)를 가동하여야 한다.
밸브(250) 주변의 배관으로 유입되는 냉각수의 온도가 밸브(250)를 가동할 수 있는 한계 온도인 제2 기준 온도 보다 크지 않은 경우, 제어부(230)는 히터(217)를 가동한다(S109). 이를 통해 컨버터 장치(200)는 냉각수와 밸브 홀의 온도 차이로 발생할 수 있는 결로를 방지할 수 있다.
다만 밸브(250) 주변의 배관으로 유입되는 냉각수의 온도가 밸브(250)를 가동할 수 있는 한계 온도인 제2 기준 온도 보다 큰 경우, 제어부(230)는 컨버터(200)의 가동을 중지한다. 이는 히터(217)를 가동하게 되면 밸브(250)의 온도가 상승하여 밸브(250)를 가동할 수 있는 한계 온도보다 커져 밸브(250)의 가동 효율을 떨어뜨리고 고장이 발생할 수 있기 때문이다. 또한 높은 습도아래에서 컨버터(200)가 계속하여 밸브(250)를 작동할 경우 절연파괴가 발생할 수 있기 때문이다. 절연파괴는 습도 상승으로 인한 저항의 저하로 일어나는 것이다. 따라서 컨버터 장치(200)가 밸브(250)의 출력을 감소시킨다면 절연파괴를 방지할 수 있다. 이러한 컨버터 장치(200)의 동작 도 9를 통하여 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 컨버터 장치의 동작을 보여주는 흐름도이다.
제어부(270) 밸브 홀의 상대 습도에 기초하여 밸브(250)의 출력을 감소 시킨다. 이는 구체적으로 다음과 같은 컨버터 장치(200)의 동작에 의한다.
센싱부(270)는 밸브(250)가 위치하는 장소인 밸브 홀 내부의 상대 습도를 측정한다(S301). 구체적으로 센싱부(270)는 상대 습도를 측정하는 복수의 습도 측정 장치를 포함할 수 있다. 또한 이때 센싱부(2700)는 복수의 습도 측정 장치가 측정한 상대 습도 값을 평균하여 상대 습도를 측정할 수 있다. 이를 통해 상대 습도 측정의 신뢰도를 높일 수 있다.
제어부(230)는 밸브 홀 내부의 상대 습도가 제1 기준 습도보다 크거나 같은지 판단한다(S303). 이때 제1 기준 습도는 밸브(250)의 동작 조건의 한계 습도에 기초하여 정하여질 수 있다. 구체적으로 제1 기준 습도는 한계 습도의 70%인 습도일 수 있다.
밸브 홀 내부의 상대 습도가 제1 기준 습도보다 크거나 같은 경우, 제어부(230)는 경보를 표시한다(S305). 구체적으로 밸브 홀 내부의 상대 습도가 제1 기준 습도보다 크거나 같은 경우, 제어부(230)는 컨버터 장치(200)의 외부에 경보를 표시할 수 있다. 구체적인 실시예에서 제어부(230)는 컨버터 장치(200)의 외부에 경보음을 발생시킬 수 있다. 또 다른 구체적인 실시예에서 제어부(230)는 컨버터 장치(200)의 외부의 경보등을 턴 온할 수 있다. 이와 함께 제어부(230)는 HVDC 시스템을 운영하고 관리하는 관리소에 경보 메시지를 전송할 수 있다.
제어부(230)는 밸브 홀 내부의 상대 습도가 제2 기준 습도보다 크거나 같은지 판단한다(S305). 이때 제2 기준 습도는 밸브(250)의 동작 조건의 한계 습도에 기초하여 제1 기준 습도보다 크게 정하여질 수 있다. 구체적으로 제2 기준 습도는 한계 습도의 80%인 습도일 수 있다.
밸브 홀 내부의 상대 습도가 제2 기준 습도보다 크거나 같은 경우, 제어부(230)는 소정의 기준 시간 동안 현재의 상태를 유지하는지 판단한다(S309). 일반적인 습도 측정 장치는 측온저항체(Resistance Temperature Detector, RTD)로 구성되어 정확한 습도가 측정에 반영되기까지 시간이 소요된다. 따라서 소정의 기준 시간 동안 현재 상태를 유지하는지 판단하여 측정의 오차를 줄일 수 있다.
소정의 기준 시간 동안 현재의 상태를 유지하는 경우, 밸브 유입 냉각수의 온도가 밸브(250)의 가동 한계 온도에 기초한 기준 온도보다 큰지 판단한다(S311).
밸브(250) 주변의 배관으로 유입되는 냉각수의 온도가 밸브(250) 가동 한계 온도에 기초한 기준 온도보다 큰 경우, 제어부(230)는 밸브(250)의 출력을 감소시킨다(S313). 앞서 설명한 바와 같이 밸브(250)가 고온에서 동작 하는 경우 성능 저하가 발생한다. 또한 과열로 인한 고장이 발생할 수 있다. 따라서 제어부(230)는 컨버터 장치 설계시 지정된 밸브(250)의 가동 한계 온도인 기준 온도 보다 작은 온도에서만 히터(217)를 가동하여야 한다. 따라서 냉각수의 온도가 밸브(250) 가동 한계 온도에 기초한 기준 온도보다 큰 경우 제어부(230)는 히터(217)를 가동할 수 없고, 절연파괴를 방지하기 위해서는 밸브(250)의 출력을 감소시켜야 한다. 이때 제어부(230)는 밸브 홀 내부의 상대 습도의 크기에 기초하여 감소시킬 밸브(250)의 출력의 크기를 결정할 수 있다. 예컨대, 밸브 홀 내부의 상대 습도의 크기가 제2 기준 습도의 크기 보다 10% 큰 경우 제어부(230)는 밸브의 출력을 정상 운행시 보다 50% 감소할 수 있다. 또한 제2 기준 습도의 크기 보다 15% 큰 경우 제어부(230)는 밸브의 출력을 정상 운행시 보다 90% 감소시킬 수 있다. 또한 제2 기준 습도의 크기 보다 20% 큰 경우 제어부(230)는 컨버터 장치(200)의 동작을 정지시킬 수 있다. 또한 구체적인 실시예에서 상대 습도가 제2 기준 습도 보다 낮아 지는 경우, 감소 시킨 밸브의 출력을 복구할 수 있다.
밸브(250) 주변의 배관으로 유입되는 냉각수의 온도가 밸브(250) 가동 한계 온도에 기초한 기준 온도보다 크지 않은 경우, 제어부(230)는 히터(217)를 가동한다(S315).
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 (6)

  1. HVDC 시스템의 컨버터 장치에 있어서,
    교류 또는 직류를 변환하는 밸브;
    상기 밸브가 위치하는 장소인 밸브 홀의 상대 습도를 측정하는 센싱부; 및
    상기 상대 습도가 제1 기준 습도 보다 높은 경우 상기 밸브의 출력을 감소 시키는 제어부를 포함하는
    컨버터 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 상대 습도의 크기에 기초하여 감소 시킬 밸브의 출력의 크기를 결정하는
    컨버터 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 상대 습도가 제1 기준 습도 보다 높은 상태를 기준 시간 이상 유지하는 경우, 상기 밸브의 출력 감소 시키는
    컨버터 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 상대 습도가 상기 제1 기준 습도 보다 낮은 크기의 제2 기준 습도보다 높은 경우, 상기 HVDC 시스템을 운영하는 관리소에 경보 메시지를 전송하는
    컨버터 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센싱부는
    상기 상대 습도 측정을 위한 복수의 습도계를 포함하고,
    상기 복수의 습도계가 측정한 상대 습도의 평균값을 상기 상대 습도의 크기로 측정하는
    컨버터 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 밸브의 출력을 감소시킨 후,
    상기 상대 습도가 상기 제1 기준 습도 보다 낮은 경우, 상기 밸브의 출력을 증가시키는
    컨버터 장치.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62126869A (ja) * 1985-11-27 1987-06-09 Fanuc Ltd 複合化パワ−モジユ−ル素子
JP2002505840A (ja) * 1997-06-11 2002-02-19 エービービー アクチボラゲット 高圧変換所に於いて管理するための装置
JP2003501993A (ja) * 1999-05-28 2003-01-14 エービービー エービー 風力発電プラント

Patent Citations (3)

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