KR20170007823A - 다중-단자 ｈｖｄｃ 그리드에 대한 과도 보호 - Google Patents

다중-단자 ｈｖｄｃ 그리드에 대한 과도 보호 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고장들로부터 다중-단자 HVDC 그리드의 보호를 제공하기 위한 방법 및 디바이스를 개시한다. 방법은, 극성 및 값을 가지는 DC 변위 전압(Ud)을 측정하는 단계, DC 변위 전압(Ud)을 임계 변위 전압(Ut)과 비교함으로써 단락 회로 고장이 존재하는지를 결정하는 단계 및 DC 변위 전압의 극성 및 값에 기초하여 고장 타입을 식별하는 단계를 포함한다. 개시된 디바이스는 양극 및 음극을 가지는 컨버터, DC-스위치 변전소, 컨버터와 DC-스위치 변전소를 접속시키는 DC 라인, 및 과도 고장 검출기를 포함한다. 과도 고장 검출기는 양극의 양의 과도 전압(Up)을 감지하는 양의 전압 센서 및 음극의 음의 과도 전압(Un)을 감지하는 음의 전압 센서 및 양의 과도 전압(Up)과 음의 과도 전압(Un)으로부터 DC 변위 전압(Ud)을 도출하도록 구성되는 제어 유닛을 포함한다.

Description

다중-단자 ＨＶＤＣ 그리드에 대한 과도 보호{TRANSIENT PROTECTION FOR MULTI-TERMINAL HVDC GRID}
본 발명은 고장들로부터 다중-단자 HVDC 그리드에 대한 과도 보호를 제공하기 위한 방법 및 디바이스에 관한 것이다.
HVDC 전송은 어떠한 상당한 손실들이 없는 장거리들에 걸친 고전력의 전송을 위해 많이 사용되어, HVDC를 장거리, 예를 들어, 100km 초과에 대해 AC 전송보다 바람직한 전력 전송 모드로 만든다. 일반적인 응용예들에서, HVDC는 AC보다 컨덕터 당 더 많은 전력을 반송할 수 있는데, 왜냐하면, 주어진 전력 등급에 대해, DC 라인 내의 일정한 전압이 AC 라인 내의 피크 전압보다 더 낮기 때문이다. 케이블의 커패시턴스를 충전 및 방전시키기 위해 요구되는 전류는 케이블이 AC를 반송할 때 추가적인 전력 손실들을 야기하는 반면, 이는 DC 전송에 대해 최소의 영향을 가진다. HVDC 그리드들의 사용은, HVDC 전송을 위해 단지 1개 또는 2개의 컨덕터들이 요구되는 반면, AC 전송을 위해서는 3개의 컨덕터들이 요구됨에 따라, 또한 비용을 절감한다. HVDC 전송에서는 심지어 절연 비용들조차 절약될 수 있다. 케이블들 내의 유전성 전력 손실은 AC에서보다는 DC에서 더 작다. 따라서, 케이블들의 전류-반송 용량이 상당히 증가할 수 있다. 2개 초과의 단자들을 가지는 HVDC 그리드들은 다중-단자 HVDC 그리드들이라 명명되며, 현재 점점 더 많이 사용되고 있다. 다중-단자 HVDC 그리드들은 2-단자 HVDC의 경우에서와 같이 그 자체를 단일 전송 경로로 제한하는 것 대신, 몇몇 대안적인 전송 경로들을 제공함으로써 전력 전송의 신뢰성을 증가시킬 수 있다.
그러나, 기존의 기술을 가지고는, HVDC 그리드 전체가 DC 측에서의 임의의 위치에서의 단락-회로 고장으로 인해 영향을 받을 수 있다. 지금까지, 고장을 그것의 위치에 의해 식별하고 고장에 의해 영향을 받지 않는 DC 라인들을 선별적으로 선택하고 이들을 계속 동작시키는 것으로 알려진 기존의 방법은 존재하지 않는다.
따라서, 단락-회로 고장들의 식별을 위한 그리고 고장들 동안 다중-단자 HVDC 그리드들의 선별적 동작을 위한 다중-단자 HVDC 그리드들에 대한 보호 시스템에 대하여 중대한 요구가 존재한다.
그리드의 선별적 동작을 가능하게 하여 이에 의해 고장들의 경우 정전을 회피하는, 고장들로부터의 다중-단자 HVDC 그리드에 대한 빠르고, 신뢰가능하며, 강건한 보호 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
발명의 목적은 고장들로부터 다중-단자 HVDC 그리드에 대한 보호를 제공하기 위한 방법 및 고장들로부터 다중-단자 HVDC 그리드를 보호하기 위한 디바이스에 의해 달성된다. HVDC 그리드는 컨버터 스테이션, DC-스위치 변전소, 및 컨버터 스테이션과 DC-스위치 변전소를 접속시키는 DC 라인을 포함한다. 컨버터 스테이션은 양극, 음극 및 중립극을 가진다. 양극은 컨버터의 양의 단자에 있고, 음극은 컨버터의 음의 단자에 있고, 중립극은 HVDC 그리드가 접지되거나 절연될 수 있음에 따라 접지에 접속되거나 또는 부동 중립극이다.
개시된 방법은 극성 및 값을 가지는 DC 변위 전압(Ud)을 측정하는 단계, DC 변위 전압(Ud)을 임계 변위 전압(Ut)과 비교함으로써 고장 조건이 존재하는지를 결정하는 단계, 및 DC 변위 전압(Ud)의 극성 및 값에 기초하여 고장 타입을 식별하는 단계를 포함한다.
고장 타입은 3가지 타입들의 고장, 소위, 양극 대 중립극 단락 회로, 음극 대 중립극 단락 회로 또는 양극 대 음극 단락 회로로 구분될 수 있다.
발명의 바람직한 실시예에 따르면, DC 변위 전압(Ud)은 양극에서 측정되는 양의 과도 전압(Up) 및 음극에서 측정되는 음의 과도 전압(Un)으로부터 계산된다. 양의 과도 전압(Up) 및 음의 과도 전압(Un)은 DC 그리드의 변압기(voltage transformer) 단자들로부터 직접 측정되는 DC 과도 전압들이다. DC 변위 전압(Ud)은 양의 과도 전압(Up)가 음의 과도 전압(Un)의 평균으로서 계산되며 하기의 공식에 의해 표현될 수 있다.
Ud=(Up+Un)/2
유리하게는, 임계 전압(Ut)은 정상 조건에서 최대 DC 변위 전압(Ud)보다 더 높은 값에 설정된다. 예를 들어, 임계 값(Ut)은 정상 조건에서 최대 DC 변위 전압(Ud)보다 10% 더 높은 값으로 설정된다. 이는, 전압에서의 사소한 변동(fluctuation)들에 반응하지 않고 고장의 정확하지만 조기의 검출을 보장한다.
다중-단자 HVDC 그리드의 정상 동작 조건 동안, 양극 및 음극에서 측정되는 전압들의 크기는 동일하거나 또는 다시 말해 대칭이다. 그러나, 고장이 발생할 때, 전압들에서의 불균형을 거칠 수 있고, 양의 과도 전압(Up)은 음의 과도 전압(Un)과 상이하다. 고장이 존재하는지를 결정하는 단계는 DC 변위 전압(Ud)의 값이 임계 변위 전압(Ut)보다 더 큰지를 평가함으로써 수행된다.
발명의 추가적인 실시예에 따르면, 고장 타입을 식별하는 단계는 DC 변위 전압(Ud)의 극성 및 값을 측정함으로써 실행된다. DC 변위 전압(Ud)의 극성이 음인 경우, 고장 타입은 양극 대 중립극 단락 회로로서 식별되고, DC 변위 전압(Ud)의 극성이 양인 경우, 고장 타입은 음극 대 중립극 단락 회로로서 식별되고, DC 변위 전압(Ud)이 임계 변위 전압(Ut)보다 큰 값을 가지는 경우, 고장 타입은 양극 대 음극 단락 회로로서 식별된다. 고장 타입을 식별함으로써 고장 라인의 선별적 격리를 위한 프로세스가 트리거링되어 이 발명에서 개시된 바와 같이 보호 메커니즘을 제공할 수 있다. 또한, 발명의 대안적인 변형에 따르면, 고장 타입 식별은 DC 변위 전압(Ud)의 극성 측정에만 기초하며 따라서 그것은 정확성의 측정에 대해 덜 엄격한 요건을 둔다.
DC 변위 전압(Ud)이 임계 변위 전압(Ut)보다 더 작은 값을 가지는 경우, 고장 조건이 검출되지 않는다. 이는 HVDC 그리드가 정상적으로 작동하며 어떠한 단락 회로 고장들도 없음을 의미한다. 변위 전압(Ud)이 임계 변위 전압보다 더 작은 값을 가지는 한, 이는 시스템이 어떠한 단락 회로 고장들도 없이 정상적으로 동작함을 나타낸다.
발명의 또다른 실시예에서, 방법은 고장 전류의 방향을 검출하는 단계를 포함한다. 고장 전류의 방향은 컨버터에서 측정될 때 DC 라인 쪽 또는 컨버터 쪽일 수 있다. 유사하게, 고장 전류의 방향은 DC-스위치 변전소에서 측정될 때 DC-스위치 변전소 쪽 또는 DC 라인 쪽일 수 있다. 고장 전류의 방향은 앞서 언급된 경우들 각각에 대해 컨버터 단자에서 측정되는 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성 및 DC-스위치 변전소 단자에서 측정되는 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성에 기초하여 검출된다. 방법은 DC 과도 전류의 평가에 기초하여 전체 HVDC 그리드를 통해 임의의 단락 회로 고장 전류의 고속 방향 검출을 제공한다. 또한, 고장 방향 검출이 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성 측정에만 기초하기 때문에, DC 과도 전류 변화(ΔId) 값들의 측정 시에 큰 정확성을 가지는 것에 대한 엄격한 요건이 존재하지 않는다.
DC 과도 전류 변화(ΔId)는 DC 과도 전류(Id)와 평가된 DC 전류(Idc) 사이의 차이로서 계산되며, 하기의 공식에 의해 표현될 수 있다:
ΔId = Id-Idc
DC 과도 전류(Id)는 단락 회로와 같은 고장 조건 동안 그리드를 통해 흐르는 고장 전류이다. 그것은 HVDC 그리드의 변류기(current transformer)를 통해 직접 측정될 수 있다. 평가된 DC 전류(Idc)는 정상 동작 조건 또는 다중-단자 HVDC 그리드의 비 고장 조건 동안, 즉, 고장 발생 이전에 그리드를 통해 흐르는 전류이다.
발명의 실시예에 따르면, 고장 전류의 방향을 검출하는 단계는, 컨버터 단자에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 음일 때 고장 전류의 방향은 DC 라인 쪽이고; 컨버터 단자에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 양일 때 고장 전류의 방향은 컨버터 쪽이고; DC-스위치 변전소 단자에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 양일 때 고장 전류의 방향은 DC 라인 쪽이고, DC-스위치 변전소 단자에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 음일 때 고장 전류의 방향은 DC-스위치 변전소 쪽인 것으로, DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성을 감지함으로써 실행된다. 고장 전류의 방향의 검출은 고장 전류 경로의 선별적 차단 또는 허용에 의해 다중-단자 HVDC 그리드의 상이한 단자들의 차동 보호를 위해 사용될 수 있다.
또다른 실시예에서 추가적인 사전-기준은 고장 전류의 방향의 검출을 트리거링하기 위해 설정된다. 임계 과도 전류 변화(ΔIt) 값은 정상 동작 조건에서 최대 변류기 측정 에러보다 더 높도록 설정된다. 예를 들어, 임계 과도 전류 변화(ΔIt) 값은 변류기 평가 전류보다 10% 더 높은 값으로 설정된다. DC 과도 전류 변화(ΔId)가 임계 과도 전류 변화(ΔIt)보다 더 큰 값을 가질 때, 고장 전류의 방향을 검출하는 단계가 트리거링된다. 이는, 방법이 측정 에러들에 잘 견디며 강력함(robust)을 보장할 것이다.
또다른 실시예에서, 방법은 고장이 각각의 컨버터 스테이션에 대해 내부 또는 외부에 있는지를, 즉, 고장이 컨버터 스테이션의 내부에 있는지 또는 그것의 외부에 있는지를 검출하는 단계를 더 포함한다. 이러한 검출은 컨버터 단자와 DC-스위치 변전소 단자 사이의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성들을 비교함으로써 이루어진다. 이 단계는 과도 라인 차동 보호의 설정을 제공하며, 고장이 발생한 컨버터 스테이션을 식별하고 격리시키는 것을 보조한다.
일 실시예에서, 고장이 컨버터 스테이션에 대해 내부 또는 외부에 있는지를 검출하는 단계는, 컨버터 단자에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성 및 DC-스위치 변전소 단자에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 상이할 때 고장이 내부에 있는 것으로 수행된다. 내부 고장 동안, 즉, 고장이 특정 컨버터 스테이션에 있을 때, 컨버터 단자에서 뿐만 아니라 DC-스위치 변전소 단자에서의 고장 전류의 방향은 둘 모두 DC 라인 쪽이다. 그리고 컨버터 단자에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성 및 DC-스위치 변전소 단자에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 동일할 때, 특정 컨버터 스테이션에 대해 외부 고장이 검출된다. 외부 고장 동안, 즉, 고장이 특정 컨버터 스테이션에 있는 것이 아니라 임의의 다른 컨버터 스테이션에 있을 때, 컨버터 단자에서의 고장 전류의 방향은 DC 라인 쪽이고, DC-스위치 변전소 단자에서의 고장 전류의 방향은 DC-스위치 변전소 쪽이거나, 또는 컨버터 단자에서의 고장 전류의 방향은 컨버터 스테이션 쪽이고 DC-변전소 단자에서의 고장 전류의 방향은 DC 라인 쪽이다.
발명의 또다른 실시예에서, 방법은 DC-스위치 변전소의 다수의 단자들에 대한 과도 버스바 차동 보호를 제공하는 단계를 더 포함한다. DC-스위치 변전소의 모든 다수의 단자들에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 음일 때 고장은 특정 DC-스위치 변전소에 대해 내부에 있고, DC-스위치 변전소의 모든 다수의 단자들에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 상이할 때 고장은 특정 DC-스위치 변전소에 대해 외부에 있다. 과도 버스바 차동 보호는 단일 DC-스위치 변전소에서의 모든 단자들 또는 피더들 사이의 극성 비교와 함께 작용한다. 이는 DC-스위치 변전소의 다수의 단자들에 대한 외부 고장 또는 내부 고장을 식별하는 것을 돕는다.
발명의 또다른 실시예에 따르면, 방법은 고장에 의해 개시되는 파들의 이동의 전파 시간에 기초하여 DC 라인 상의 과도 고장 위치를 검출하는 단계를 포함한다. 이 단계는 방법이 영향 받은 DC 라인 상의 고장 발생점의 위치를 알아내고 그것을 격리시키고 따라서 다중-단자 HVDC 그리드가 나머지 단자들에서 계속 동작할 수 있게 한다. 이 특징은 DC 라인의 유지보수에 도움이 된다.
DC 과도 전압 또는 전류는 HVDC 그리드의 변압기 또는 변류기 각자를 통해 직접 측정된다. 이후, 모듈 최대치가 계산되는데, 이는 DC 과도 전압 또는 전류의 계수들의 엄격한 로컬 절대 최대값이다. DC 라인은 2개의 단자들인, 컨버터에 접속되는 컨버터 단자 및 DC-스위치 변전소에 접속되는 DC-스위치 변전소 단자를 가진다. 과도 고장 위치의 검출 단계는 2개의 단자들에서의 전압 또는 전류 서지(surge) 도달 시간에 기초하여 수행된다. 제1 단자, 소위 컨버터 단자로부터의 과도 고장 위치를 검출하기 위한 예시적인 고장 검출 알고리즘은 다음과 같이 표현될 수 있다:
L1F= (L-v*(t2-t1)/2
위의 공식에서, L1F는 제1 단자, 즉, 이 예에서 컨버터 단자로부터의 과도 고장 위치의 거리이고; v는 고장에 의해 개시되는 파들의 이동 속도이고; t1은 제1 단자, 즉, 컨버터 단자에서의 모듈들의 전압 또는 전류 최대치의 시간이고, t2는 제2 단자, 즉, 이 예에서 DC-스위치 변전소 단자에서의 모듈들의 전압 또는 전류 최대치의 시간이다.
과도 고장 위치에 대해, DC 과도 전압들(Up, Un) 및 전류(Id) 모두가 케이블 라인들 및 오버헤드 라인들을 가지는 HVDC 그리드들에 대해 사용될 수 있다. 그러나, 혼합된 라인들을 가지는 HVDC 그리드들에 대해, 과도 전류(Id)만이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 고장들로부터 다중-단자 HVDC 그리드를 보호하기 위한 디바이스가 개시된다. 디바이스는 양극 및 음극을 가지는 컨버터 스테이션, DC-스위치 변전소, 컨버터 스테이션과 DC-스위치 변전소를 접속시키는 DC 라인, 및 과도 고장 검출기를 포함한다. 과도 고장 검출기는 양극에서 양의 과도 전압(Up)을 감지하는 양의 전압 센서 및 음극에서 음의 과도 전압(Un)을 감지하는 음의 전압 센서 및 양의 과도 전압(Up) 및 음의 과도 전압(Un)으로부터 DC 변위 전압(Ud)을 도출하도록 구성되는 제어 유닛을 포함한다. DC 변위 전압은 극성 및 값을 가진다. 과도 고장 검출기는 HVDC 그리드에서 단락-회로 타입의 고장들을 검출한다. 이는 양극 상의, 음극 상의 또는 양극과 음극 사이의 고장으로서 다중-단자 그리드들에서의 고장의 속성을 식별하는 것을 보조한다.
또다른 실시예에서, 디바이스는 다중-단자 HVDC 그리드를 통과하는 고장 전류의 방향을 검출하기 위한 과도 고장 방향 검출기를 더 포함한다. 과도 고장 방향 검출기는 변류기로부터 직접 DC 과도 전류(Id)를 측정하기 위한 전류 센서를 포함한다.
발명의 전술된 그리고 다른 특징들이 이제 본 발명의 첨부 도면들에 관련하여 다루어질 것이다. 예시된 실시예들은 발명을 예시하도록, 그러나 제한하지는 않도록 의도된다. 도면들은 후속하는 도해들을 포함하며, 설명 및 도면 전체에 걸쳐, 동일한 번호들은 동일한 부분들을 지칭한다.
도 1은 고장들로부터 다중-단자 HVDC 그리드의 과도 보호를 제공하기 위한 디바이스를 도시하는 개략도이다.
도 2는 발명에 개시된 바와 같은 디바이스의 블록도를 보여준다.
도 3은 개시된 방법에 따른 단계들을 포함하는 흐름도를 도시한다.
도 1에 보여지는 바와 같이, 컨버터(2)는 2개의 극들인 양극(3) 및 음극(4)을 포함한다. 컨버터(2)는 DC 라인(7)을 통해 DC-스위치 변전소(6)에 접속된다. DC 라인(7)은 컨버터 단자(8)를 통해 컨버터(2)에 그리고 DC-스위치 변전소 단자(9)를 통해 DC-스위치 변전소(6)에 접속한다. 컨버터(2)의 중립극(5)은 접지 또는 절연되고 부동화될 수 있다. 다중-단자 HVDC 설정은 몇몇의 이러한 컨버터들(2)을 포함할 수 있다.
고장 타입 식별 동안, 3가지 타입들의 고장이, 양극(3) 대 중립극(5) 단락 회로, 음극(4) 대 중립극(5) 단락 회로 또는 양극(3) 대 음극(4) 단락 회로로서 식별된다.
고장 전류 방향 검출은 컨버터에서 뿐만 아니라 DC-스위치 변전소에서 수행된다. 고장 전류 방향은 컨버터(2)의 컨버터 단자(8)로부터 볼 때 컨버터(2) 또는 DC 라인(7) 쪽이거나, 또는 DC-스위치 변전소(6)의 DC-스위치 변전소 단자(9)에서 측정될 때 DC-스위치 변전소(6) 또는 DC 라인(7) 쪽이다.
외부 또는 내부 검출을 위해, 모든 컨버터(2)에 대해, 고장이 특정 컨버터(2)에 있는지 또는 다중-단자 HVDC 그리드(1) 내의 다른 컨버터들 중 임의의 것에 있는지가 식별된다.
도 2는 발명에 개시된 바와 같은 디바이스(10)의 블록도를 보여준다. 컨버터(2)는 DC 라인(7)을 통해 DC-스위치 변전소(6)에 접속된다. 디바이스(10)는 과도 고장 검출기(11)를 포함한다. 과도 고장 검출기(11)는 각자 양의 전압 센서(12) 및 음의 전압 센서(13)에 의해 양극(3) 및 음극(4)에서 과도 전압들(Up, Un)을 측정한다. 제어 유닛(14)은 양의 과도 전압(Up) 및 음의 과도 전압(Un)으로부터 DC 변위 전압(Ud)을 도출한다. 디바이스(10)는 고장 전류의 방향을 검출하기 위한 전류 센서(16)를 포함하는 과도 고장 방향 검출기(15)를 더 포함한다.
추가적인 실시예에 따르면, 디바이스(10)는 DC 라인(7) 상의 고장의 위치를 검출하기 위한 과도 고장 로케이터(도 2에 미도시됨)를 포함한다. 과도 고장 로케이터는 양의 과도 전압(Up) 또는 음의 과도 전압(Un)을 측정하기 위한 전압 센서 또는 DC 과도 전류(Id)를 측정하기 위한 전류 센서를 포함한다.
도 3은 단락 회로 고장들로부터 다중-단자 HVDC 그리드들(1)에 대한 과도 보호를 제공하기 위해 수행될 단계들을 보여준다. 방법(100)은 극성 및 값을 가지는 DC 변위 전압(Ud)을 측정하는 제1 단계(101)를 포함한다. 이후, 고장이 존재하는지를 결정하는 단계(102)가 수행된다. 마지막으로, 고장 타입을 식별하는 단계(103)가 실행된다.
개시된 방법(100)은 고장 타입, 고장난 컨버터를 식별하고, 고장이 발생한 위치를 추가로 식별함으로써 단락 회로 고장들로부터 HVDC 그리드(1)를 보호한다.
방법(100)은 극성 및 값을 가지는 DC 변위 전압(Ud)의 측정을 제공한다. 단락 회로 고장 이벤트가 발생할 때, 개시된 방법(100)은 DC 변위 전압(Ud)을 임계 변위 전압(Ut)과 비교함으로써 고장의 발생을 인식한다. DC 변위 전압(Ud)이 임계 변위 전압(Ut)을 초과할 때, 단락 회로 조건이 식별된다. 다음 단계는 DC 변위 전압(Ud)의 극성 및 값에 기초하여 양극(3) 대 중립극(5) 단락 회로, 음극(4) 대 중립극(5) 단락 회로 또는 양극(3) 대 음극(4) 단락 회로로서의 고장 타입의 식별이다.
추가로 방법은 컨버터(2)의 컨버터 단자(8)에서 측정될 때 컨버터(2) 또는 DC 라인(7) 쪽으로, 또는 DC-스위치 변전소(6)의 DC-스위치 변전소 단자(9)에서 측정될 때 DC-스위치 변전소(6) 또는 DC 라인(7) 쪽으로서 고장 전류의 방향을 검출하는 단계를 포함한다. 고장 전류의 방향은 컨버터 단자(8)에서 측정되는 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성 및 DC-스위치 변전소 단자(9)에서 측정되는 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성에 기초하여 검출된다.
또한 방법(100)은 컨버터 단자(8)와 DC-스위치 변전소 단자(9) 사이의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성들을 비교함으로써 고장이 컨버터(2)에 대해 내부 또는 외부에 있는지를 검출하는 단계를 포함한다.
방법(100)의 또다른 실시예에서, DC-스위치 변전소(6)의 다수의 단자들에 대한 과도 버스바 차동 보호를 제공하는 단계가 착안된다. 이 단계에서, DC-스위치 변전소(6)에 대해, DC-스위치 변전소(6)의 모든 다수의 단자들에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 음일 때 고장은 내부에 있고, DC-스위치 변전소(6)의 모든 다수의 단자들에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 상이할 때 고장은 외부에 있다.
추가적인 실시예에서, 방법(100)은 고장에 의해 개시되는 파들의 이동의 전파 시간에 기초하여 DC 라인(7) 상의 과도 고장 위치를 검출하는 단계를 포함한다.
발명이 특정 실시예들에 관해 기술되었지만, 이 기재는 제한적인 의미로 해석되도록 의도되지 않는다. 개시된 실시예들의 다양한 수정들 뿐만 아니라, 발명의 대안적인 실시예들이, 발명의 설명을 참조할 시에 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백해질 것이다. 따라서, 이러한 수정들이 정의된 바와 같은 본 발명의 실시예들로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것이 참작된다.
1 다중-단자 HVDC 그리드
2 컨버터 스테이션
3 양극
4 음극
5 중립극
6 DC-스위치 변전소
7 DC 라인
8 컨버터 단자
9 DC-스위치 변전소 단자
10 디바이스
11 과도 고장 검출기
12 양의 전압 센서
13 음의 전압 센서
14 제어 유닛
15 과도 고장 방향 검출기
16 전류 센서
17 변환기
100 방법
101 변위 전압을 측정하는 단계
102 고장이 존재하는지를 결정하는 단계
103 고장 타입을 식별하는 단계

Claims (15)

  1. 고장들로부터 다중-단자 HVDC 그리드(1)를 보호하기 위한 방법(100)으로서,
    상기 HVDC 그리드(1)는 양극(3), 음극(4) 및 중립극(5)을 가지는 컨버터(2), DC-스위치 변전소(substation)(6), 및 상기 컨버터(2)와 상기 DC-스위치 변전소(6)를 접속시키는 DC 라인(7)을 포함하고;
    상기 방법(100)은:
    - 극성 및 값을 가지는 DC 변위 전압(Ud)을 측정하는 단계(101);
    - 상기 DC 변위 전압(Ud)을 임계 변위 전압(Ut)과 비교함으로써 상기 고장이 존재하는지를 결정하는 단계(102);
    - 상기 DC 변위 전압(Ud)의 극성 및 값에 기초하여 양극(3) 대 중립극(5) 단락 회로, 음극(4) 대 중립극(5) 단락 회로 또는 양극(3) 대 음극(4) 단락 회로로서 고장 타입을 식별하는 단계(103)
    를 포함하는, 방법(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 DC 변위 전압(Ud)은 상기 양극(3)에서 측정된 양의 과도 전압(Up) 및 상기 음극(4)에서 측정된 음의 과도 전압(Un)으로부터 계산되는, 방법(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고장이 존재하는지를 결정하는 단계(102)는 상기 DC 변위 전압(Ud)의 값이 상기 임계 변위 전압(Ut)보다 더 큰지를 평가함으로써 수행되는, 방법(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고장 타입을 식별하는 단계(103)는 상기 DC 변위 전압(Ud)의 극성 및 값을 측정함으로써 실행되고, 따라서 상기 DC 변위 전압(Ud)의 극성이 음인 경우 상기 고장 타입은 상기 양극(3) 대 중립극(5) 단락 회로로서 식별되고, 상기 DC 변위 전압(Ud)의 극성이 양인 경우 상기 고장 타입은 상기 음극(4) 대 중립극(5) 단락 회로로서 식별되고, 상기 DC 변위 전압(Ud)이 상기 임계 변위 전압(Ut)보다 더 큰 값을 가지는 경우 상기 고장 타입은 상기 양극(3) 대 음극(4) 단락 회로로서 식별되는, 방법(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC 변위 전압(Ud)의 값이 상기 임계 변위 전압(Ut)보다 더 작을 때 고장 조건이 검출되지 않는, 방법(100).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 컨버터(2)의 컨버터 단자(8)에서 측정될 때 상기 컨버터 단자(8)에서 측정되는 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성에 기초하여 상기 컨버터(2) 또는 상기 DC 라인(7)쪽인 것으로서, 또는
    - 상기 DC-스위치 변전소(6)의 DC-스위치 변전소 단자(9)에서 측정될 때 상기 DC-스위치 변전소 단자(9)에서 측정되는 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성에 기초하여 상기 DC-스위치 변전소(6) 또는 상기 DC 라인(7) 쪽인 것으로서,
    고장 전류의 방향을 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법(100).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 DC 과도 전류 변화(ΔId)는 DC 과도 전류(Id)와 평가된(rated) DC 전류(Idc) 사이의 차이로서 계산되는, 방법(100).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 고장 전류의 방향을 검출하는 단계는, 상기 컨버터 단자(8)에서의 상기 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 음일 때 상기 컨버터 단자(8)에서의 상기 고장 전류의 방향은 DC 라인(7) 쪽이고, 상기 컨버터 단자(8)에서의 상기 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 양일 때 상기 고장 전류의 방향은 상기 컨버터(2) 쪽이고, 상기 DC-변전소 단자(9)에서의 상기 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 양일 때 상기 DC-스위치 변전소 단자(9)에서의 상기 고장 전류의 방향은 상기 DC 라인(7) 쪽이고, 상기 DC-변전소 단자(9)에서의 상기 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 음일 때 상기 고장 전류의 방향은 상기 DC-스위치 변전소(6) 쪽인 것으로, 상기 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성을 감지함으로써 실행되는, 방법(100).
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨버터 단자(8)와 상기 DC-스위치 변전소 단자(9) 사이의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성들을 비교함으로써 상기 고장이 상기 컨버터(2)에 대해 내부에 있는지 또는 외부에 있는지를 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법(100).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고장이 상기 컨버터(2)에 대해 내부에 있는지 또는 외부에 있는지를 검출하는 단계는, 상기 컨버터 단자(8)에서의 상기 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성 및 상기 DC-스위치 변전소 단자(9)에서의 상기 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 상이할 때 상기 고장이 상기 컨버터(2)에 대해 내부에 있고, 상기 컨버터 단자(8)에서의 상기 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성 및 상기 DC-스위치 변전소 단자(9)에서의 상기 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 동일할 때 상기 고장이 상기 컨버터(2)에 대해 외부에 있는 것으로 수행되는, 방법(100).
  11. 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DC-스위치 변전소(6)의 다수의 단자들에 대한 과도 버스바 차동 보호를 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 DC-스위치 변전소(6)의 모든 다수의 단자들에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 음일 때 상기 고장은 상기 DC-스위치 변전소(6)에 대해 내부에 있고, 상기 DC-스위치 변전소(6)의 모든 다수의 단자들에서의 DC 과도 전류 변화(ΔId)의 극성이 상이할 때 상기 고장은 상기 DC-스위치 변전소(6)에 대해 외부에 있는, 방법(100).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고장에 의해 개시되는 파들의 이동의 전파 시간에 기초하여 상기 DC 라인(7) 상의 과도 고장 위치를 검출하는 단계를 더 포함하는, 방법(100).
  13. 고장들로부터 다중-단자 HVDC 그리드(1)를 보호하기 위한 디바이스(10)로서,
    - 양극(3) 및 음극(4)을 가지는 컨버터(2);
    - DC-스위치 변전소(6);
    - 상기 컨버터(2)와 상기 DC-스위치 변전소(6)를 접속시키는 DC 라인(7);
    - 상기 양극(3)의 양의 과도 전압(Up)을 감지하는 양의 전압 센서(12) 및 상기 음극(4)의 음의 과도 전압(Un)을 감지하는 음의 전압 센서(13) 및 상기 양의 과도 전압(Up) 및 상기 음의 과도 전압(Un)으로부터 DC 변위 전압(Ud)을 도출하도록 구성되는 제어 유닛(14)을 포함하는 과도 고장 검출기(11)
    를 포함하고; 상기 DC 변위 전압(Ud)은 극성 및 값을 가지는, 디바이스(10).
  14. 제13항에 있어서,
    고장 전류의 방향을 검출하기 위해 DC 과도 전류(Id)를 측정하기 위한 전류 센서(16)를 포함하는 과도 고장 방향 검출기(15)를 더 포함하는, 디바이스(10).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 디바이스(10)는 상기 DC 라인(7) 상의 고장의 위치를 검출하기 위한 과도 고장 로케이터(transient fault locator)를 더 포함하고; 상기 과도 고장 로케이터는 상기 양의 과도 전압(Up) 또는 음의 과도 전압(Un)을 측정하기 위한 전압 센서 또는 상기 DC 과도 전류(Id)를 측정하기 위한 전류 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 디바이스(10).
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