KR20170088693A - 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈 및 그을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터 - Google Patents

모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈 및 그을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터 Download PDF

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Abstract

모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈에 있어서, 제1 밸브 브릿지, 제2 밸브 브릿지, 제1 리액터, 커패시터 및 스위칭 소자를 포함하고, 제1 밸브 브릿지의 일단은 커패시터의 일단에 연결되고, 제1 밸브 브릿지의 타단은 제2 밸브 브릿지의 일단 및 제1 리액터의 일단에 연결되고, 제2 밸브 브릿지의 타단은 커패시터의 타단과 스위칭 소자의 일단에 연결되고, 스위칭 소자의 타단은 제1 리액터의 타단에 연결되며, 제1 리액터는 영구자석과, 영구자석과 연결된 코어와, 코어에 감긴 코일을 포함한다.
또한, 양극 암과 연결된 제1 암 리액터와 음극 암과 연결되고 제1 암 리액터와 연결된 제2 암 리액터를 포함하고, 양극 암과 상기 음극 암 중 적어도 하나는 복수개의 서브모듈을 포함하며, 복수개의 서브모듈 각각은 적어도 하나의 밸브 브릿지, 커패시터 및 제1 리액터를 포함하고, 제 1 리액터는 영구자석과 영구자석과 연결된 코어 및 코어에 감긴 코일을 포함하다.

Description

모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈 및 그을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터{Sub-module that make up a Modular Multi Level Converter and Modular Multi Level Converter having the same}
본 발명은 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈 및 그을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터에 관한 것으로서, 특히 적어도 하나의 밸브 브릿지를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈 및 그를 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터 에 관한 것이다.
멀티레벨 컨버터는 초고압 직류 송전(HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT, HVDC)에 적용될 수 있고, 이 경우 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 연계등에 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.
이러한 송전소에는 모듈형 멀티레벨 컨버터가 적용될 수 있으며, 대용량 모듈형 멀티레벨 컨버터 구조로는 하프 브릿지 구조와 풀 브릿지 구조가 일반화 될 수 있다.
또한, 이러한 모듈형 하프 브릿지 방식은 풀 브릿지 방식에 비하여 적은 비용으로 구성이가능한 장점이 있으나, DC입력단 사고에 취약하고 암전류의 방향에 의해 커패시터 전압을 조절하기 어려운 문제가 있다.
또한, 대용량 모듈형 전압형 컨버터는 하프-브릿지 구조와 풀-브릿지 구조로 일반화되어 있으며, 하프-브릿지는 풀-브릿지 구조에 비해 스위칭 소자의 개수가 적어, 시스템의 손실관점과 경제적인 면 모두 유리하며, 제어면에서도 전류의 방향에 따라 모듈의 커패시터 전압의 밸런싱 알고리즘 또한 간단하게 구성할 수 있다. 하프-브릿지 시스템은 사고전류의 차단과 저감을 위해서 Bypass Thyristor 및 암리엑터가 직렬 및 병렬로 구성되어 있지만, DC링크 사고에 대해 신뢰성 있는 대책이 될 수 없다. 반면에 풀-브릿지 시스템은 DC링크의 커패시터를 관통하여 전류가 흐르기 때문에, 사고전류의 차단 능력이 내제된 토폴로지 이다.
도 1은 종래의 모듈형 멀티레벨 컨버터가 적용된 회로의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 복수의 서브 모듈(140)은 직렬로 연결될 수 있으며, 하나의 상(Phase)의 양극 또는 음극에 연결된 복수의 서브 모듈(140)을 하나의 암(Arm)으로 구성될 수 있다.
모듈형 멀티레벨 컨버터(100)는 일반적으로 3상이며, 6개의 암(Arm)으로 구성될 수 있으며, A, B, C인 3상 각각에 대해 양극과 음극으로 구성되어 6개의 암(Arm)으로 구성될 수 있다.
6개의 암(Arm)에 포함되는 복수의 서브모듈(140)은 동일한 서브모듈 일 수 있다.
이에 따라, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)는 A상 양극에 대한 복수의 서브 모듈(140)로 구성되는 제1 암(130), A상 음극에 대한 복수의 서브 모듈(140)로 구성되는 제2 암(131), B상 양극에 대한 복수의 서브 모듈(140)로 구성되는 제3 암(132), B상 음극에 대한 복수의 서브 모듈(140)로 구성되는 제4 암(133), C상 양극에 대한 복수의 서브 모듈(140)로 구성되는 제5 암(134), C상 음극에 대한 복수의 서브 모듈(140)로 구성되는 제6 암(135)으로 구성될 수 있다.
그리고 하나의 상(Phase)에 대한 복수의 서브 모듈(140)은 레그(Leg)를 구성할 수 있다.
이에 따라, 모듈형 멀티레벨 컨버터(100)는 A상에 대한 복수의 서브 모듈(140)을 포함하는 A상 레그(120)와 B상에 대한 복수의 서브 모듈(140)을 포함하는 B상 레그(122), C상에 대한 복수의 서브 모듈(140)을 포함하는 C상 레그(124)로 구성될 수 있다.
그래서 제1 암(330) 내지 제6 암(135)은 각각 A, B, C상 레그(120, 122, 124)에 포함된다.
구체적으로, A상 레그(120)에는 A상의 양극 암인 제1 암(130)과 음극 암인 제2암(131)이 포함되며, B상 레그(122)에는 B상의 양극 암인 제3 암(132)과 음극 암인 제4 암(133)이 포함된다. 그리고, C상 레그(124)에는 C상의 양극 암인 제5 암(134)과 음극 암인 제6 암(135)이 포함된다.
도 2은 종래의 기술에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터가 적용된 고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC transmission) 시스템을 보여준다.
도 2에 도시된 HVDC 시스템(200)은 발전 파트(201), 송전 측 교류 파트(210), 송전 측 직류 변전 파트(203), 직류 송전 파트(240), 수요 측 직류 변전 파트(205), 수요 측 교류 파트(270), 수요 파트(280), 및 제어 파트(290)를 포함한다. 송전 측 직류 변전 파트(203)은 송전 측 트랜스포머 파트(220), 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(230)을 포함한다. 수요 측 직류 변전 파트(205)는 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(250), 수요 측 트랜스포머 파트(260)을 포함한다.
발전 파트(201)는 3상의 교류 전력을 생성한다. 발전 파트(201)는 복수의 발전소를 포함할 수 있다.
송전 측 교류 파트(210)는 발전 파트(201)가 생성한 3상 교류 전력을 송전 측 트랜스포머 파트(220)와 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(230)를 포함하는 송전 측 직류 변전 파트(203)에 전달한다. 일 실시예로 송전 측 직류 변전 파트(203)은 DC 변전소 일 수 있다.
송전 측 트랜스포머 파트(220)는 송전 측 교류 파트(210)를 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(230) 및 직류 송전 파트(240)로부터 격리한다(isolate).
송전 측 교류-직류 컨버터 파트(230)는 송전 측 트랜스포머 파트(220)의 출력에 해당하는 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다.
직류 송전 파트(240)는 송전 측의 직류 전력을 수요 측으로 전달한다.
수요 측 직류-교류 컨버터 파트(250)는 직류 송전 파트(240)에 의해 전달된 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환한다.
수요 측 트랜스포머 파트(260)는 수요 측 교류 파트(270)를 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(250)와 직류 송전 파트(240)로부터 격리한다.
수요 측 교류 파트(270)는 수요 측 트랜스포머 파트(260)의 출력에 해당하는 3상 교류 전력을 수요 파트(280)에 제공한다.
제어 파트(290)는 발전 파트(201), 송전 측 교류 파트(210), 송전 측 직류 변전 파트(203), 직류 송전 파트(240), 수요 측 직류 변전 파트(205), 수요 측 교류 파트(270), 수요 파트(280), 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(230), 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(250) 중 적어도 하나를 제어한다.
특히, 제어 파트(290)는 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(230)와 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(250) 내의 복수의 밸브의 턴온 및 턴오프의 타이밍을 제어할 수 있다. 이때, 밸브는 전력용 반도체 스위치 일 수 있으며, 일 실시예로 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT) 또는 사이리스터에 해당할 수 있다.
본 발명은 사고전류를 신뢰성 높게 저감할 수 있는 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈 및 그을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈에 있어서, 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈은 제1 밸브 브릿지, 제2 밸브 브릿지, 제1 리액터, 커패시터 및 스위칭 소자를 포함하고, 상기 제1 밸브 브릿지의 일단은 상기 커패시터의 일단에 연결되고, 상기 제1 밸브 브릿지의 타단은 제2 밸브 브릿지의 일단 및 상기 제1 리액터의 일단에 연결되고, 상기 제2 밸브 브릿지의 타단은 상기 커패시터의 타단과 상기 스위칭 소자의 일단에 연결되고, 상기 스위칭 소자의 타단은 상기 제1 리액터의 타단에 연결되며, 상기 제1 리액터는 영구자석과, 상기 영구자석과 연결된 코어와, 상기 코어에 감긴 코일을 포함할 수 있다.
상기 코일은 상기 영구자석의 자속에 감자되는 방향으로 감겨있는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 코어는 다각형으로 꺽인 형상이며, 상기 자속은 상기 다각형으로 꺽인 형상을 따라 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈은 상기 제1 밸브 브릿지와 상기 제2 밸브 브릿지 각각은 제어 신호에 의해 온 및 오프될 수 있는 전력 반도체 스위치 및 상기 전력 반도체 스위치와 역병렬로 접속된 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
모듈형 멀티레벨 컨버터에 있어서, 서브모듈을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터는 각각 하나 이상의 서브모듈로 구성된 제1 암 및 제2 암을 포함하고, 상기 제1 암과 연결된 제1 암 리액터; 및 상기 제2 암과 연결되고 상기 제1 암 리액터와 연결된 제2 암 리액터를 포함하고, 상기 하나 이상의 서브모듈 각각은 적어도 하나 이상의 밸브 브릿지, 커패시터 및 제1 리액터를 포함하고, 상기 제 1 리액터는 영구자석과 상기 영구자석과 연결된 코어 및 상기 코어에 감긴 코일을 포함할 수 있다.
상기 코일은 상기 영구자석의 자속에 감자되는 방향으로 감겨있는 것을 특징으로 할 수 있다.
서브모듈을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터는 상기 적어도 하나 이상의 밸브 브릿지 각각은 제어 신호에 의해 온 및 오프될 수 있는 전력 반도체 스위치 및 상기 전력 반도체 스위치와 역병렬로 접속된 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 복수개의 서브모듈 각각은 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 모듈형 멀티레벨 컨버터에 적용되어 사고전류가 흐를 시, 제 1리액터가 사고 전류를 감소시켜 서브모듈을 보호 할 수 있다.
또한, 제1 리액터는 밸브에 연결되어 초기 전류를 저감하여 밸브의 물리적인 열 적 특성을 완화 시킬 수 있다.
또한, 제 1리액터는 서브모듈에 포함되어 사사고 전류부터 다이오드를 보호할 수 있다.
도 1은 종래에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터가 적용된 회로의의 구성을 설명하기 위한 도면일 수 있다.
도 2은 종래에 모듈형 멀티레벨 컨버터가 적용된 고전압 직류 송전(high voltage direct current transmission, HVDC transmission) 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면일 수 있다.
도 3는 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터에 영구자석형 포화리액터가 포함된 회로의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 4은 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석형 포화리액터의 구성을 설명하기 위한 도면일 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 영구자석형 포화리액터의 B-H 특성의 구성을 설명하기 위한 도면일 수 있다.
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.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브모듈 및 그를 갖는 멀티레벨 컨버터에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 3는 실시예에 따른 모듈형 멀티레벨 컨버터에서 영구자석형 포화리액터가 포함된 회로(300)의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 4은 실시 예에 따른 영구자석형 포화리액터의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
서브모듈(320)을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터는 양극 암(322)과 음극 암(324)을 포함할 수 있고, 양극 암(322)과 연결된 제1 암 리액터(304)을 포함할 수 있으며, 또한, 음극 암(324)과 연결되며 제1 암 리액터(304)와 연결된 제2 암 리액터(306)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제 1암 리액터(304)의 일단은 양극 암(322)과 연결되며, 제 1 암 리액터(304)의 타단은 제 2암 리액터(306)의 일단에 연결되고, 제 2암 리액터(306)의 타단은 음극 암(324)에 연결된다. 그리고, 제 1암 리액터(304)의 타단과 제 2암 리액터(306)의 일단의 연결점(A)에 계통 연계형 리액터(308)가 연결될 수 있으며, 계통 연계형 리액터(308)은 계통과 연결될 수 있다.
또한, 양극 암(322)와 음극 암(324)는 동일한 구성을 갖을 수 있으며, 이하 동일한 암에 대해서는 양극 암(322)과 같은 구성으로 설명될 수 있다.
양극 암(322)과 음극 암(324) 중 적어도 하나는 복수개의 서브모듈(320)을 포함한다.
양극 암(322)과 음극 암(324) 각각은 복수개의 서브 모듈(320)을 포함할 수 있고, 양극 암(322)의 복수개의 서브 모듈(320)과 음극 암(324)의 복수개의 서브 모듈(320)은 동일 구조일 수 있고, 이하 양극 암(322)의 서브 모듈과 음극 암(324)의 서브모듈을 서브 모듈(320)로 칭하여 설명한다.
복수개의 서브모듈(320) 각각은 적어도 하나의 밸브 브릿지(314)(316), 커패시터(318) 및 제1 리액터(302)를 포함한다. 서브 모듈(320)은 스위칭 소자(319)를 더 포함할 수 있으며. 복수개의 서브모듈(320) 각각이 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.
서브 모듈(320)은 복수개의 밸브 브릿지(314)(316)를 포함할 수 있고, 복수개의 밸브 브릿지는 제1 밸브 브릿지(314), 제2 밸브 브릿지(316)를 포함할 수 있다.
제1 밸브 브릿지(314)와 제2 밸브 브릿지(316) 각각은 밸브(310)와 다이오드(314)가 역병렬 연결될 수 있다.
밸브는 전력용 반도체 스위치 일 수 있으며, 일 실시예로 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT) 또는 사이리스터에 해당할 수 있다.
제1 밸브 브릿지(314)의 일단은 커패시터(319)의 일단에 연결될 수 있다.
제1 밸브 브릿지(314)의 타단은 제2 밸브 브릿지(316)의 일단 및 상기 제1 리액터(302)의 일단에 연결될 수 있다.
제2 밸브 브릿지(316)의 타단은 커패시터(318)의 타단과 스위칭 소자(319)의 일단에 연결될 수 있다.
스위칭 소자(319)의 타단은 제1 리액터(302)의 타단에 연결될 수 있다.
즉, 제 1리액터(302)의 일단이 제 1밸브 브릿지(314)의 타단과 제 2 밸브 브릿지(316) 일단인 연결점(B)에 연결된다.
또한, 스위칭 소자(319)는 바이패스용 스위칭 소자 일 수 있으며, 일 실시예로 싸이리스터일 수 있다.
즉, 제 1리액터(302)는 연결점(B)에 직렬로 연결될 수 있다.
제1 리액터(302)는 영구자석형 포화리액터 일 수 있으며, 영구자석(402)과, 상기 영구자석(402)과 연결된 코어(404)와, 상기 코어에 감긴 코일(406)을 포함할 수 있으며, 코어(404)는 다각형으로 꺽인 형상일 수 있고, 자속은 다각형으로 꺽인 형상을 따라 형성될 수 있다. 그러나, 코어(40)의 형상은 실시예에 한정 짓지 않으며, 실시예에 따라 원통형, 구형 등의 형상을 갖을 수 있다.
코일(406)은 영구자석(402)의 자속에 감자되는 방향으로 감겨있을 수 있다.
예를 들어, 제 1리액터(302)의 코어(404)는 사각형의 모양 일 수 있고, 사각형의 중앙이 상기의 사각형 모양보다 작은 사각형 모양의 홀 또는 중공이 있을 수 있다.
코어(404)가 사각형 모양이면서 사각형 중앙이 상기의 사각형 모양보다 작은 사각형 모양의 홀 또는 중공이 있으면, 영구자석(402)의 자속이 코어를 따라 단반향으로 형성될 수 있고, 영구자석(402)의 자속이 충분히 흐를 수 있다.
또한, 영구자석(402)과 코일(406)는 서로 반대 위치에 배치되며, 코일(406)의 감는 방향은 영구자석(402)의 자속에 감자되는 방향으로 감아야 한다.
이를 통해, 서브모듈(320)에 정상 전류의 범위를 벗어난 사고전류가 흐를 시 제 1리액터(302)에 전류가 흐르고, 제 1리액터(302)의 코일(406)에 전류가 흘러 자속이 발생하며, 코일(406)의 자속과 영구자석(402)의 자속이 서로 상쇄된다. 즉, 사고 전류처럼 큰 전류가 흐를 시에 영구자석형 포화리액터에 유도 기전력이 발생되어, 사고전류를 억제하는 역할을 한다.
또한, 영구자석(402)은 Nd계열일 수 있으며, Fe, Co, B, Zr 계열 일 수 있으며, 이외의 다른 계열 일 수 있다.
도 3의 영구자석형 포화리액터가 포함된 회로(300)는 도 2의 컨버터 파트(230,250)에 적용 될 수 있고, 도 3의 서브모듈(320)은 도 1의 복수의 서브모듈(340)을 대신하여 각각 적용 될 수 있다.
도 5은 실시 예에 따른 영구자석형 포화리액터의 B-H 특성의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
실시 예에 따른 영구자석형 포화리액터는 차단할 전류 범위를 설정하여 그 이상의 기울기 및 크기를 가지는 전류가 발생 시 자속을 발생하여 유도 기전력을 발생할 수 있다.
즉, 정상 전류시 영구자석형 포화리액터는 도선과 같이 사용될 수 있고. 사고전류 발생시 리액터에는 유기기전력이 발생하여 순간적인 사고전류를 저감할 수 있다. 이를 통해 서브모듈(320)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
사고전류의 크기의 범위에 따라, 영구자석(402)의 크기와 모양, 코일(406)의 턴 수 및 재질, 코어(404)의 크기 와 재질 및 모양의 결정을 통해서 사고전류의 셋팅값(iset)값이 결정된다.
영구자석(402)의 크기 조절을 통해서 사고전류 차단범위를 조절 할 수 있으며, 영구 자석(402)의 크기 조절을 통해, 코일(406)의 자속과 영구자석(402)의 자속이 서로 상쇄량을 조절 할 수 있다. 이를 통해서 사고 전류처럼 큰 전류가 발생시, 이를 저감할 수 있다.
즉, 서브모듈(320)에 정상 전류 범위가 흐를시, 영구자석(402)의 자속과 코일(406)의 자속이 감자되는 방향으로 흘러, 제 1리액터(302)가 포화상태가 되며, 제 1리액터(302)에는 유도 기전력이 발생하지 않아, 제 1리액터(302)는 전류를 도통시키는 도선의 역할을 하게 될 수 있다.
서브모듈(320)에 정상 전류의 범위를 벗어난 사고 전류가 흐를시, 코일(406)에서 발생하는 자속이 영구자석(402)의 자속보다 커지면서, 제 1리액터(302)에 유도 기전력이 발생하게 되어, 사고전류를 저감하는 역할을 하게 된다.
또한, 셋팅값(iset)이전의 구간은 제 1구간(410)일 수 있으며, 셋팅값(iset)이후의 구간은 제 2구간(420)일 수 있다.
예를 들어, 제 1구간(410)은 코일(406)에 정상전류가 흘러 코일(406)의 자속이 일정하며, 이에 따라서 자속밀도(B)가 일정한 구간일 수 있다.
또한, 제 2구간(420)은 코일(406)에 사고전류가 흘러 코일(406)의 자속이 증가함에 따라, 자속밀도(B)가 커지게 되지만, 서브모듈(320)에 악영향을 주지 않을 정도로 설정된 설정값(iset) 이후의 구간일 수 있다.
즉, 사고 전류의 크기에 따라 영구자석(402)의 크기 조절을 통해 자계(H)의 세기를 조절해 기울기를 변화 할 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 실시 예들은 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.
302; 제1 리액터, 304; 제1 암 리액터,
306; 제2 암 리액터, 308; 계통 연계형 리액터,
310; 밸브, 312; 다이오드,
314; 제1 밸브 브릿지, 316; 제2 밸브 브릿지,
318; 커패시터, 320; 서브모듈,
322; 양극 암, 324; 음극 암,
402: 영구자석, 404; 코어,
406: 코일, 404: 코일,

Claims (8)

  1. 모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈에 있어서,
    제1 밸브 브릿지, 제2 밸브 브릿지, 제1 리액터, 커패시터 및 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 제1 밸브 브릿지의 일단은 상기 커패시터의 일단에 연결되고,
    상기 제1 밸브 브릿지의 타단은 제2 밸브 브릿지의 일단 및 상기 제1 리액터의 일단에 연결되고,
    상기 제2 밸브 브릿지의 타단은 상기 커패시터의 타단과 상기 스위칭 소자의 일단에 연결되고, 상기 스위칭 소자의 타단은 상기 제1 리액터의 타단에 연결되며,
    상기 제1 리액터는 영구자석과, 상기 영구자석과 연결된 코어와, 상기 코어에 감긴 코일을 포함하는
    모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 코일은 상기 영구자석의 자속에 감자되는 방향으로 감겨있는 것을 특징으로 하는
    모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 코어는 다각형으로 꺽인 형상이며,
    상기 자속은 상기 다각형으로 꺽인 형상을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는
    모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 밸브 브릿지와 상기 제2 밸브 브릿지 각각은 제어 신호에 의해 온 및 오프될 수 있는 전력 반도체 스위치 및 상기 전력 반도체 스위치와 역병렬로 접속된 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는
    모듈형 멀티레벨 컨버터를 구성하는 서브 모듈.
  5. 모듈형 멀티레벨 컨버터에 있어서,
    각각 하나 이상의 서브모듈로 구성된 제1 암 및 제2 암을 포함하고,
    상기 제1 암과 연결된 제1 암 리액터; 및
    상기 제2 암과 연결되고 상기 제1 암 리액터와 연결된 제2 암 리액터를 포함하고,
    상기 하나 이상의 서브모듈 각각은 적어도 하나 이상의 밸브 브릿지, 커패시터 및 제1 리액터를 포함하고,
    상기 제 1 리액터는
    영구자석과
    상기 영구자석과 연결된 코어 및
    상기 코어에 감긴 코일을 포함하는
    서브모듈을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 코일은 상기 영구자석의 자속에 감자되는 방향으로 감겨있는 것을 특징으로 하는
    서브모듈을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 적어도 하나 이상의 밸브 브릿지 각각은 제어 신호에 의해 온 및 오프될 수 있는 전력 반도체 스위치 및 상기 전력 반도체 스위치와 역병렬로 접속된 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는
    서브모듈을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 복수개의 서브모듈 각각은 스위칭 소자를 더 포함하는
    서브모듈을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터.
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