KR20170089351A - Hvdc 시스템에서의 제어장치 및 이의 동작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의한 HVDC 시스템에서의 제어 장치는, 상기 HVDC 시스템에 포함되는 구성기기와 통신을 수행하는 통신부; 및 상기 구성기기로부터 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터를 수신하도록 상기 통신부를 제어하고, 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 운전가능시간에 대한 상기 HVDC 시스템의 실제운전시간의 비율로 정의되는 상기 HVDC 시스템의 가용률을 계산하는 제어부를 포함한다.

Description

HVDC 시스템에서의 제어장치 및 이의 동작방법{CONTROLLING APPARATUS IN HVDC SYSTEM AND OPERATING METHOD OF THEREOF}
본 발명은 HVDC 시스템에서의 제어장치 및 이의 동작방법에 관한 것으로서, 구체적으로 HVDC 시스템에 포함되는 구성기기의 가용상태를 모니터링하여 HVDC 시스템의 가용률을 측정하고 이에 기초하여 상기 HVDC 시스템을 평가 및 제어하는 HVDC 시스템에서의 제어장치 및 이의 동작방법에 관한 것이다.
초고압직류송전(High Voltage Direct Current: HVDC, 이하 "HVDC"라 함) 시스템은 AC(Alternating Current) 전력 계통과 연계되어 수전받은 AC 전력을 DC(Direct Current) 전력으로 변환하여 송전하고, DC 전력을 송전받은 수전점에서 다시 AC 전력으로 변환하여 송전하는 시스템이다.
도 1은 일반적인 HVDC 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, HVDC 시스템(100)은 AC 야드와 DC 야드 및 DC 송전 야드를 포함할 수 있다.
AC 야드는 연계된 AC 전력 계통(110)을 고려한 무효전력 보상장치(122)와 AC 전력 계통(110)에서 발생하는 계통고조파 및 HVDC 시스템(100)에서 발생하는 특성고조파를 저감하기 위한 AC 고조파 필터(124) 및 AC 전압을 변성하기 위한 변환용 변압기(Converter Transformer)(126)를 포함하여 구성된다. 이 경우, 무효전력 보상장치(122)는 도 1에 도시된 SVC(Static Var Compensator) 대신 STATCOM(STATic Synchronous COMpensator)이나 분로 리액터(Shunt Reactor)가 사용될 수도 있다.
DC 야드는 전력변환을 위한 사이리스터 밸브(132)와 DC 전류 성분의 평활을 위한 DC smoothing reactor(134)를 포함하여 구성된다.
변환소들 간에는 DC 케이블 또는 가공선을 사용한 DC 송전 선로(140)로 연결될 수 있다.
이와 같이, HVDC 시스템(100)은 전압 및 전류를 변환하여 전력망에 연계되어 발전단에서 수전단으로 전력을 공급하는 시스템이기 때문에, 시스템 구축이 완료되면 시스템의 완성도나 시스템 성능이 반드시 평가되어야 한다. HVDC 시스템(100)은 크게 손실 및 가용률에 기초하여 평가될 수 있다. 그러나, 현재 HVDC 시스템(100)에 포함되는 구성기기들의 상태 및 구성기기의 가용 가능 상태 정보를 수집하고 있지 않다. 또한 HVDC 시스템(100)의 가용률을 측정하는 구체적인 방법 또한 존재하지 않는다.
본 발명에서는 구성기기의 가용 데이터를 모니터링 함으로써 HVDC 시스템의 가용률을 측정하고, 이에 기초하여 HVDC 시스템을 평가 및 제어하는 구체적인 방법을 제시하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 상기와 같은 모니터링에 의하여 구성기기가 운전 가능하지 않은 상태의 정보를 수집하여, 이를 시스템 설계나 시스템의 운전계획에 반영함으로써 시스템을 개선하는 방법을 제공한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재에 의해 제안되는 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템에서의 제어 장치에 의하면, 상기 HVDC 시스템에 포함되는 구성기기와 통신을 수행하는 통신부; 및 상기 구성기기로부터 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터를 수신하도록 상기 통신부를 제어하고, 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 운전가능시간에 대한 상기 HVDC 시스템의 실제운전시간의 비율로 정의되는 상기 HVDC 시스템의 가용률을 계산한 후, 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터와 상기 HVDC 시스템의 가용률에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 제어를 수행하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템에 의하면, 상기 HVDC 시스템의 운전과 관련된 적어도 하나의 구성기기; 와 상기 구성기기와 통신을 수행하여 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터를 수신하고, 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 운전가능시간에 대한 상기 HVDC 시스템의 실제운전시간의 비율로 정의되는 상기 HVDC 시스템의 가용률을 계산한 후, 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터와 상기 HVDC 시스템의 가용률에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 제어를 수행하는 제어 장치를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC 시스템에서의 제어 장치의 동작 방법에 의하면, 상기 HVDC 시스템에 포함되는 구성기기와 통신을 수행하여 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터를 수신하는 단계; 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 운전가능시간에 대한 상기 HVDC 시스템의 실제운전시간의 비율로 정의되는 상기 HVDC 시스템의 가용률을 계산하는 단계; 및 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터와 상기 HVDC 시스템의 가용률에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 제어를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 실시예들에 의하면, HVDC 시스템에 사용되는 모든 구성기기의 상태 정보를 수집하여, 운전 가능한 상태와 가능하지 않은 상태의 정보 및 시간을 판단하고, 실제 기준 시간 동안의 가용율을 집계하여 HVDC 시스템을 평가할 수 있다.
또한, 구성기기가 운전 가능하지 않은 상태의 정보를 수집하여, 이를 설계에 재반영하거나 이를 기초로 시스템 개선을 할 수 있다.
도 1은 일반적인 HVDC 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의하여 측정된 HVDC 시스템의 가용율을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 HVDC 시스템의 가용율을 계산하는 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 HVDC 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 HVDC 시스템에서의 제어장치의 동작 과정을 도시한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 이하에서 기술되는 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경 및 삭제 등에 의해서 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예들을 용이하게 제안할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 해당 기술과 관련하여 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특별한 경우에는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 상세히 기재하였다. 그러므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 미리 밝혀둔다. 이하에서 기술하는 설명에 있어서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의하여 측정된 HVDC 시스템의 가용율을 도시한 도면이다.
시스템이 작동상태라고 해도 사용자가 항상 시스템을 사용할 수 있는 것은 아니다. 즉, 시스템의 보수도 필요하며, 시스템에 장애가 발생할 수도 있다. 따라서, 사용자의 입장에서 시스템을 어느 정도 사용할 수 있는가를 표시하기 위하여 가용률을 사용한다. 이러한 가용률은 시스템의 신뢰도를 측정하는 척도가 될 수 있다.
가용률(availability)은 시스템이 정상적인 동작을 하고 있는 시간의 비율로 정의될 수 있다. 즉, 가용률은 전체사용가능시간에서 어떤 사유로 사용불가능이 된 사용불가능시간을 뺀 값을 전체사용가능시간으로 나눈 것이다.
전체사용가능시간은 시스템이 동작 가능한 시간이다. 전체사용가능시간은 사용가능시간과 사용불가능시간의 합으로 표현될 수 있다.
사용가능시간은 시스템이 켜져 있는 시간 또는 서비스가 제공되는 시간으로, 업타임(uptime) 이라 정의된다.
사용불가시간은 시스템이 꺼져 있는 시간 또는 서비스가 중단되는 시간으로, 다운타임(downtime) 이라 정의된다. 즉, 사용불가시간은 시스템 자체는 동작 가능하지만, 어떤 사용불능사유로 시스템이 꺼져 있거나 정상적으로 동작하지 않는 시간이다. 사용불가능시간에는, 시스템 유지 및 보수를 위한 시간, 고장이나 장애를 처리하기 위한 시간 및 시스템 업데이트를 위한 시간 등이 포함될 수 있다.
이 경우, 가용률은 다음과 같은 식으로 표현된다.
Figure pat00001
[식 1]
도 2에 도시된 표는, HVDC 시스템(100)의 가용률과 이에 대응하는 연간정지시간을 나타낸다. 연간정지시간은 1년 365일을 기준으로 HVDC 시스템(100)이 작동 불가능인 시간으로 다운타임에 해당한다. 만일, HVDC 시스템(100)의 가용률이 99% 라면, 365일을 기준으로 할 때 이중 3일 15시간 36분 동안 HVDC 시스템을 사용할 수 없다. 또한, 시스템의 사용률이 99.9999%인 경우에는 365일 중 32초 동안 시스템이 정상적으로 작동하지 않게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 HVDC 시스템의 가용율을 계산하는 과정을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 HVDC 시스템(100)은 전력공급자와 같은 고객의 요구에 의하여 구축될 수 있다. 이 경우, HVDC 시스템(100)의 관리자는 고객요구시간에 맞게 HVDC 시스템(100)을 운전하여야 한다. HVDC 시스템(100)의 운전 시간이 상기 고객요구시간에 미치지 못하는 경우, 이는 시스템 사고에 해당한다. 따라서, HVDC 시스템(100)의 관리자는 HVDC 시스템(100)의 운전 상태를 모니터링 한다. 구체적으로, HVDC 시스템(100)의 가용률을 측정하고, 이에 기초하여 HVDC 시스템(100)의 상태를 분석 및 평가하여 HVDC 시스템(100)의 개선을 위한 조치를 취할 수 있다.
이하, 본 실시예에서는 HVDC 시스템(100)의 가용률을 정의한다. 한편, 계산된 가용률에 기초하여 HVDC 시스템(100)을 분석 및 평가하여 HVDC 시스템(100)의 개선을 위한 조치를 취하는 동작에 대해서는 도 6에 대한 설명에서 후술한다.
HVDC 시스템(100)의 가용률은 HVDC 시스템(100)이 정상적인 운전을 하고 있는 시간의 비율로 정의될 수 있다. 즉, 가용률은 실제운전시간을 전체운전가능시간으로 나눈 것이다.
전체운전가능시간은 시스템이 운전 가능한 시간이다.
일 실시예에 의하면, 전체운전가능시간은 고객의 요구에 의하여 설정될 수 있다. 즉, HVDC 시스템(100)의 관리자는 HVDC 시스템(100) 구축 시 고객이 요구한 시간 동안 HVDC 시스템(100)이 운전되도록 설정하고, 이에 의하여 HVDC 시스템(100)을 운전한다. 고객요구시간을 넘어 HVDC 시스템(100)을 운전할 필요는 없다. 따라서, 만일, HVDC 시스템(100)이 일년에 361일 동안 연속적으로 운전가능 하다 하더라도, 고객요구시간이 350일이면 전체운전가능시간은 350일이 된다. 이 경우, 전체운전가능시간은 고객요구시간이 된다.
실제운전시간은 HVDC 시스템(100)이 정상적으로 운전되고 있는 시간이다. 이 경우, 실제운전시간은 전체운전가능시간에서 시스템이 어떤 운전불가능사유로 꺼져 있거나 운전되지 않는 시간을 제외한 시간이다. 상기 운전불가능사유는 HVDC 시스템(100)의 유지 및 보수 시간, 고장 및 장애를 처리하기 위한 시간, 시스템 백업 또는 업데이트를 위한 시간 등을 포함할 수 있다.
한편, 계획정지시간은 운전불가능사유에 해당하지 않는다. 계획정지시간은 시스템의 유지, 보수 및 구성 기기 점검을 위하여 HVDC 시스템(100)의 구축 시부터 정지가 예정되어 있는 시간이다. 따라서, HVDC 시스템(100)의 운전 중 예기치 않게 발생하는 시스템의 유지, 보수 및 기기 점검을 위한 시간과는 구별된다. HVDC 시스템(100)의 관리자는 고객요구시간 및 운전불가능사유를 판단할 때 계획정지시간은 제외하고 판단하며, 이에 따라 계획정지시간은 본 실시예에 의한 가용률 계산에서는 고려되지 않는다. 이 경우, 가용률은 다음과 같은 식으로 표현될 수 있다.
Figure pat00002
[식 2]
[식 2]에 의하여 계산되는 가용률은, 본 발명의 일 실시예에 의한 HVDC 시스템(100)에 포함되는 제어 장치(400)에 의하여 측정될 수 있다. 상기 제어 장치(400)의 상세 구성에 대해서는 도 4에 대한 설명에서 후술한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제어 장치(400)는 HVDC 시스템(100)의 구성기기 별로 작동 데이터 정보를 수집한다(S301). 상기 작동 데이터 정보는 구성기기의 가용 상태에 대한 데이터일 수 있다.
일 실시예에 의하면, 제어 장치(400)는 HVDC 시스템(100)의 운전에 영향을 미치는지 여부에 따라 구성기기에 우선 순위를 두거나 가중치를 부여할 수 있다. 이에 의해, 우선 순위나 가중치가 높은 순서로 구성기기에 대한 작동 데이터 정보를 수집하거나, 우선 순위나 가중치가 낮은 구성기기를 작동 데이터 정보를 수집하는 대상에서 제외할 수 있다.
상기 구성기기는 무효전력 보상장치, 가스절연개폐장치(Gas Insulated Switchgear: GIS), AC 고조파 필터, 변환용 변압기, 사이리스터 밸브, DC 평활 리액터(smoothing reactor) 및 DC 송전 선로 등, HVDC 시스템(100)에 포함되는 다양한 구성기기를 포함할 수 있다.
제어 장치(400)는 HVDC 시스템(100)에 대한 고객요구시간과 실제운전시간을 측정한다(S302).
고객요구시간은 고객이 해당 시간 동안 HVDC 시스템(100)이 운전될 것을 요청한 시간으로, HVDC 시스템(100) 구축 시 설정될 수 있다.
실제운전시간은 고객요구시간에서 HVDC 시스템(100)이 어떤 운전불가능사유로 꺼져 있거나 정지되어 정상적으로 운전되지 않는 시간을 뺀 시간이다. 상기 운전불가능사유는 HVDC 시스템(100)의 유지 및 보수 시간, 고장 및 장애를 처리하기 위한 시간, 시스템 백업 또는 업데이트를 위한 시간 등을 포함할 수 있다.
한편, 가용률의 계산을 위해, 고객요구시간 및 실제운전시간을 판단할 때, 계획정지시간은 고려되지 않는다. 예를 들어, HVDC 시스템(100)의 고객요구시간이 300일이고, 계획정지시간은 10일이라고 가정하면, HVDC 시스템(100)의 관리자는 시스템 구축 시 계획정지시간 10일을 제외한 나머지 기간 중에서 HVDC 시스템(100)이 300일 동안 운전되도록 시스템을 설계할 것이다. 이 경우, 가용률은 시스템이 동작 가능한 시간과 시스템이 정상적인 동작을 하고 있는 시간의 비율로 정의되므로, 계획정지시간은 시스템이 동작 가능한 시간에 해당하지 않는다. 따라서, 계획정지시간은 가용률 계산 시 고려되지 않는다.
제어 장치(400)는 측정된 고객요구시간과 실제운전시간에 기초하여 HVDC 시스템(100)의 가용률을 계산한다(S303). 구체적으로, 제어 장치(400)는 고객요구시간에 대한 실제운전시간의 비율로 가용률을 계산할 수 있다. 한편, 도 3에서는 HVDC 시스템(100)의 운전가능시간이 고객요구시간인 경우를 가정하여 설명하였지만, 실시예에 따라 운전가능시간은 이와 다르게 설정될 수도 있다. 이 경우, HVDC 시스템(100)의 가용률은 운전가능시간에 대한 실제운전시간의 비율로 정의될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 제어 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 제어 장치(400)는, HVDC 시스템(100)에 포함되어 상기 HVDC 시스템(100)의 보호 및 전반적인 제어를 수행할 수 있다. HVDC 시스템의 상세 구성 및 동작에 대해서는 도 5에 대한 설명에서 후술한다. 일 실시예에 의하면, 상기 제어 장치(400)는 HVDC 시스템(100)에 포함되는 C&P(Control and Protect) 장치일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 제어 장치(400)는 통신부(410), 저장부(420) 및 제어부(430)를 포함할 수 있다.
통신부(410)는 HVDC 시스템(100)에 포함되는 구성기기와 통신을 수행하여, 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 이를 위해, 통신부(410)는 상기 구성기기와 선로 또는 케이블로 연결되어 데이터를 송수신할 수 있다. 그러나, 상기 통신부(410)와 구성 기기가 수행하는 통신 방식은 이에 한정되는 것은 아니며, 광통신, 전력선 통신, 무선 랜 통신, 이동통신 등 데이터를 송수신할 수 있는 모든 형태의 유무선 통신 방식에 의하여 통신을 수행할 수 있다.
HVDC 시스템(100)의 구성기기는 적어도 하나 이상일 수 있으며, 제어장치(400)의 통신부(410)와 케이블이나 선로 등의 유선 또는 기타의 무선 방식으로 연결될 수 있다. 이 경우, 구성기기는 해당 구성기기의 가용상태에 대한 데이터를 측정하고, 이를 통신부(410)와의 통신에 의하여 제어 장치(400)로 송신할 수 있다.
구체적으로, 구성기기는 변류기(Current Transformer: CT), 전압 변성기(Potential Transformer: PT), 사이리스터 밸브, 무효전력 보상장치, 가스절연개폐장치(GIS), AC 고조파 필터, 변환용 변압기, DC 평활 리액터, 분리 스위치(Disconnected Switch: DS), 접지 스위치(Earth Switch: ES) 및 DC 송전 선로 등을 포함할 수 있다.
저장부(420)는 구성기기의 가용상태에 대한 데이터와, HVDC 시스템의 가용률에 대한 데이터를 저장할 수 있다. 도 4에서, 저장부(420)는 제어 장치(400)에 포함되지만, 실시예에 따라 저장부(420)는 상기 제어 장치(400)에 포함되지 않을 수도 있다.
저장부(420)에 저장되는 데이터들은 구성기기 별로 분류되어 저장될 수 있다. 또한, 상기 데이터들은 계속 업데이트되어 누적 데이터 형태로 저장부(420)에 저장될 수 있다. 이 경우, 후술하는 제어부(430)는 이와 같은 누적 데이터에 기초하여 HVDC 시스템(100)을 평가 및 제어할 수 있다.
제어부(430)는 구성기기의 가용상태에 대한 데이터를 구성기기로부터 수신하도록 통신부(410)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부(430)는 사이리스터 밸브, 변압기, 가스절연개폐장치 등과 같은 구성기기에 포함되는 CT, PT, DS 및 ES와는 케이블이나 선로와 같은 연결선이나 유무선 통신을 사용하여 가용상태에 대한 데이터를 수신할 수 있다.
또는, 제어부(430)는 구성기기의 전원 상태로부터 각 구성기기의 가용 상태에 대한 정보를 수집할 수 있다. 즉, 구성기기가 수동 소자에 해당하는 경우에는, 구성 기기를 정지(trip)시키거나, 필요한 경우 별도의 상태정보를 HMI(Human Machine Interface)에 표시할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 가용상태는 운전가능상태, 운전불가능상태, 실제운전상태, 고장 또는 장애 발생 상태, 유지 보수 상태, 시스템 백업 또는 업데이트 상태 등으로 분류할 수 있다.
운전가능상태는 시스템이 운전 가능한 상태이다. 운전불가능상태는, 운전 가능상태에 있지만 운전불가능사유로 시스템이 정상적으로 운전되고 있지 않는 상태이다. 실제운전상태는 시스템이 정상적으로 운전되고 있는 상태이다. 유지 보수 상태의 경우 시스템의 유지 보수를 위해 시스템 전원을 오프 시킬 수 있으며, 시스템 백업 또는 업데이트 상태인 경우 시스템이 소정 시간 동안 작동을 멈출 수 있다.
제어부(430)는 구성기기의 가용상태에 기초하여 HVDC 시스템(100)의 운전가능시간에 대한 HVDC 시스템(100)의 실제운전시간의 비율로 정의되는 HVDC 시스템(100)의 가용률을 계산할 수 있다.
상기 HVDC 시스템(100)의 실제운전시간은, HVDC 시스템(100)의 운전가능시간에서 HVDC 시스템(100)의 운전불가능시간을 제외한 나머지 시간으로 정의될 수 있다. 이 경우, HVDC 시스템(100)의 운전불가능시간은, HVDC 시스템(100)이 운전 가능한 상태에 있지만 운전불가능사유로 정상적으로 운전되지 않는 상태의 시간으로 정의될 수 있다. 일 실시예에 의하면, HVDC 시스템(100)의 운전가능시간은, 시스템 구축 시 고객이 요청한 시간일 수 있다.
상기 운전불가능사유는, 유지보수, 장애발생, 시스템 백업 및 업데이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제어부(430)는 구성기기의 가용상태에 대한 데이터와, HVDC 시스템(100)의 가용률에 대한 데이터를 저장부(420)에 저장할 수 있다.
이후, 제어부(430)는 저장부(420)에 저장된 구성기기의 가용상태에 대한 데이터 및 HVDC 시스템(100)의 가용률에 대한 데이터에 기초하여 HVDC 시스템(100)의 평가 및 제어를 수행할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 제어부(430)는 HVDC 시스템(100)의 가용률이 목표치보다 낮은 경우, HVDC 시스템(100)이 운전되지 않는 계획정지시간에 구성기기를 점검할 수 있다. 계획정지시간은 운전가능시간에 포함되지 않고, 따라서 가용률 계산에 고려되지 않는다. 따라서, 계획정지기간 동안 모니터링한 구성기기를 점검하여 고장이나 장애에 의한 사고를 미연에 방지함으로써, 가용률을 높일 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 제어부(430)는 HVDC 시스템(100)이 전력을 양극성(bipolar) 전송 신호로 전송하는 경우, HVDC 시스템(100)의 가용률이 목표치보다 낮은 경우 상기 전력이 상기 양극성 전송 신호의 어느 한쪽으로 이동되는 시점에 상기 양극성 전송 신호의 다른 한쪽에 연결되는 구성기기를 점검할 수 있다. HVDC 시스템(100)은 monopolar 전송 또는 bipolar 전송이 가능하다. 따라서, bipolar 전송을 하는 경우 반대편에 연결된 구성 기기를 점검할 수 있다. 이 경우, 이후 시스템에 발생할 수 있는 사고나 장애를 미연에 방지할 수 있고, 이에 의해 시스템의 가용률은 높아질 수 있다.
또 다른 실시예에 의하면, 제어부(430)는 HVDC 시스템(100)의 가용률이 목표치보다 낮은 경우 HVDC 시스템(100)의 운전을 정지하지 않고 AC 고조파 필터, DC 평활 리액터, 무효전력 보상장치 및 가스절연개폐장치 중 적어도 하나를 HVDC 시스템(100)에 추가할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 HVDC 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 HVDC 시스템은(100)은 발전 파트(510), 송전 측 교류 파트(520), 송전 측 직류 변전 파트(530), 직류 송전 파트(540), 수요 측 직류 변전 파트(550), 수요 측 교류 파트(560), 수요 파트(570), 복수의 구성기기(122, 124, 126, 132, 134) 및 제어장치(400)를 포함할 수 있다.
발전 파트(510)는 3상의 교류 전력을 생성한다. 상기 발전 파트(510)는 복수의 발전소를 포함할 수 있다.
송전 측 교류 파트(520)는 발전 파트(510)가 생성한 3상 교류 전력을 송전 측 직류 변전 파트(530)에 전달한다.
송전 측 직류 변전 파트(530)는 송전 측 트랜스포머(미도시)와 송전 측 교류-직류 컨버터(미도시)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 송전 측 트랜스포머(미도시)는 송전 측 교류 파트(520)를 송전 측 교류-직류 컨버터(미도시) 및 직류 송전 파트(540)로부터 격리한다. 상기 송전 측 교류-직류 컨버터(미도시)는 송전 측 트랜스포머(미도시)의 출력에 해당하는 3상 교류 전력를 직류 전력으로 변환한다.
직류 송전 파트(540)는 송전 측의 직류 전력을 수요 측으로 전달한다.
수요 측 직류 변전 파트(550)는 수요 측 직류-교류 컨버터(미도시)와 수요 측 트랜스포머(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 수요 측 직류-교류 컨버터(미도시)는 직류 송전 파트(540)에 의해 전달된 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환한다. 상기 수요 측 트랜스포머(미도시)는 수요 측 교류 파트(560)를 수요 측 직류-교류 컨버터(미도시)와 직류 송전 파트(540)로부터 격리한다.
수요 측 교류 파트(560)는 수요 측 트랜스포머(미도시)의 출력에 해당하는 3상 교류 전력을 수요 파트(570)에 제공한다.
HVDC 시스템(100)에 포함되는 복수의 구성기기는 연계된 AC 전력 계통을 고려한 무효전력 보상장치(122), AC 전력 계통에서 발생하는 계통고조파 및 HVDC 시스템(100)에서 발생하는 특성고조파를 저감하기 위한 AC 고조파 필터(124), AC 전압을 변성하기 위한 변환용 변압기(126), 전력변환을 위한 사이리스터(132), DC 전류 성분의 평활을 위한 DC smoothing reactor(134)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 구성기기는 제어 장치(400)와 케이블이나 선로로 연결될 수 있으며, 각각의 가용상태에 대한 데이터를 제어 장치(400)에 전송할 수 있다.
제어 장치(400)는 앞서 도 4에서 설명한 바와 같이, HVDC 시스템(100)에 포함되는 구성기기의 가용상태에 대한 데이터를 수집하여 이로부터 HVDC 시스템(100)의 실제운전시간의 비율을 정의하는 가용률을 계산한 후, 구성기기의 가용상태에 대한 데이터 및 HVDC 시스템(100)의 가용률에 기초하여 HVDC 시스템(100)의 제어를 수행한다.
또한, 제어 장치(400)는 이외에도, HVDC 시스템(100)의 전반적인 제어를 수행한다. 구체적으로, 제어 장치(400)는 발전 파트(510), 송전 측 교류 파트(520), 송전 측 직류 변전 파트(530), 직류 송전 파트(540), 수요 측 직류 변전 파트(550), 수요 측 교류 파트(560), 수요 파트(570) 및 제어 장치(400) 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
이를 위해, 제어 장치(400)는 송전 측 교류-직류 컨버터(미도시)와 수요 측 직류-교류 컨버터(미도시) 내의 복수 개의 밸브의 턴 온 및 턴 오프의 타이밍을 제어할 수 있다. 이때, 밸브는 싸이리스터 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT)에 해당할 수 있다. 또한, 제어 장치(400)는 상술한 복수 개의 밸브를 제어하는 밸브 제어기를 더 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 HVDC 시스템에서의 제어장치의 동작 과정을 도시한 도면이다.
제어 장치(400)는 구성기기의 가용상태에 대한 데이터를 통신에 의하여 수신하거나, 가용상태를 HMI로 표시한다(S601).
구체적으로, 구성기기가 능동 소자인 경우, 즉 사이리스터 밸브, 변압기, 가스절연개폐장치 등과 같은 구성기기에 포함되는 CT, PT, DS 및 ES의 경우, 케이블이나 선로와 같은 연결선이나 유무선 통신을 사용하여 가용상태에 대한 데이터를 수신할 수 있다. 구성기기가 수동 소자에 해당하는 경우에는, 구성 기기를 정지(trip)시키거나, 필요한 경우 별도의 상태정보를 HMI(Human Machine Interface)에 표시함으로써 구성기기의 전원 상태로부터 각 구성기기의 가용 상태에 대한 정보를 수집할 수 있다.
제어 장치(400)는 구성 기기 별로 가용 상태에 대한 데이터를 수집한다(S602).
구성 기기에 따라 HVDC 시스템(100)의 운전에 영향을 미치는지 여부가 달라질 수 있다. 구체적으로, 구성 기기는 크게 운전 가능하지 않은 상태에서 HVDC 시스템(100)의 운전에 영향을 미치는 구성 기기와, 운전 가능하지 않은 상태에서 HVDC 시스템(100)의 운전에 영향을 미치지 않는 구성 기기로 분류될 수 있다. 나아가, 전자의 경우, 구성 기기 별로 HVDC 시스템(100)의 운전에 영향을 미치는 정도가 달라질 수 있다.
따라서, 제어 장치(400)는 HVDC 시스템(100)에 사용되는 모든 구성기기의 상태 정보, 즉 운전 가능한 상태와 가능하지 않은 상태의 정보 및 시간을 수집하여, 실제 기준 시간 동안의 가용율을 집계할 수 있다. 일 실시예에 의하면, 제어 장치(400)는 HVDC 시스템(100)의 운전에 영향을 미치는지 여부에 따라 구성기기에 우선 순위를 두거나 가중치를 부여할 수 있다. 이에 의해, 우선 순위나 가중치가 높은 순서로 구성기기에 대한 작동 데이터 정보를 수집하거나, 우선 순위나 가중치가 낮은 구성기기를 작동 데이터 정보를 수집하는 대상에서 제외할 수 있다.
제어 장치(400)는 HVDC 시스템의 가용률을 계산한다(S603).
이 경우, HVDC 시스템(100)의 가용률은, HVDC 시스템(100)의 운전가능시간에 대한 HVDC 시스템(100)의 실제운전시간의 비율에 의하여 계산될 수 있다.
제어 장치(400)는 구성기기의 가용 가능하지 않은 상태의 데이터를 분석 및 저장한다(S604).
일 실시예에 의하면, 제어 장치(400)는 구성기기의 가용 데이터 및 가용률에 대한 모니터링 정보에 기초하여 가용율을 높이도록 시스템을 제어할 수 있다. 만일, HVDC 시스템(100)의 가용률이 목표치보다 낮은 경우, 다음과 같은 제어가 가능할 수 있다.
가용률을 높이기 위해서, 시스템 관리자는 시스템을 정지하지 않고 시스템을 보수할 수 있다. 예를 들어, HVDC 시스템(100)이 전력을 양극성(bipolar) 전송 신호로 전송하는 경우, 상기 전력이 상기 양극성 전송 신호의 어느 한쪽으로 이동되는 시점에 상기 양극성 전송 신호의 다른 한쪽에 연결되는 구성기기를 점검할 수 있다. 또는, HVDC 시스템(100)이 운전되지 않는 계획정지시간에 구성기기를 점검할 수 있다. 나아가, HVDC 시스템(100)의 운전을 정지하지 않고 AC 고조파 필터, DC 평활 리액터, 무효전력 보상장치 및 가스절연개폐장치 중 적어도 하나를 HVDC 시스템(100)에 추가할 수 있다.
제어 장치(400)는 누적 데이터를 저장 및 관리한다(S605)
본 실시예에 의하면, HVDC 시스템(100)에 사용되는 모든 구성기기의 상태 정보, 즉 운전 가능한 상태와 가능하지 않은 상태의 정보 및 시간을 수집하여, 실제 기준 시간 동안의 가용율을 집계하고, HVDC 시스템(100)을 분석 및 평가할 수 있다. 또한, 구성 기기의 운전 가능하지 않은 상태의 정보를 수집하여, 설계에 재 반영하거나 시스템 개선을 수행할 수 있다.
본 발명에서 제안하는 실시예들은, HVDC 시스템뿐 아니라, SVC 시스템 등의 송변전 시스템, 변환소, 발전 시스템에 적용되어, 구성기기의 가용정보를 이용한 가용률 계산 및 데이터 수집에 기초한 시스템 분석 및 평가에 이용될 수 있다. 또한 유지, 보수 및 시스템 분석, 경제성 분석 및 시스템 가용률, 시스템의 수명 계산에도 활용 가능하다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: HVDC 시스템 122: 무효전력 보상장치
124: AC 고조파 필터 126: 변환용 변압기
132: 사이리스터 밸브 134: DC smoothing reactor
140: DC 송전 선로 400: 제어 장치
410: 통신부 420: 저장부
430: 제어부 510: 발전 파트
520: 송전 측 교류 파트 530: 송전 측 직류 변전 파트
540: 직류 송전 파트 550: 수요 측 직류 변전 파트
560: 수요 측 교류 파트 570: 수요 파트

Claims (13)

  1. HVDC 시스템에서의 제어 장치에 있어서,
    상기 HVDC 시스템에 포함되는 구성기기와 통신을 수행하는 통신부; 및
    상기 구성기기로부터 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터를 수신하도록 상기 통신부를 제어하고, 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 운전가능시간에 대한 상기 HVDC 시스템의 실제운전시간의 비율로 정의되는 상기 HVDC 시스템의 가용률을 계산하는 제어부를 포함하는 HVDC 시스템에서의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터와 상기 HVDC 시스템의 가용률에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 제어를 수행하는 HVDC 시스템에서의 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 HVDC 시스템의 실제운전시간은, 상기 HVDC 시스템의 운전가능시간에서 상기 HVDC 시스템의 운전불가능시간을 제외한 나머지 시간으로 정의되고,
    상기 HVDC 시스템의 운전불가능시간은, 상기 HVDC 시스템이 운전 가능한 상태에 있지만 운전불가능사유로 정상적으로 운전되지 않는 상태의 시간으로 정의되는 HVDC 시스템에서의 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 운전불가능사유는, 유지보수, 장애발생, 시스템 백업 및 업데이트 중 적어도 하나를 포함하는 HVDC 시스템에서의 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 HVDC 시스템의 운전가능시간은, 시스템 구축 시 고객이 요청한 시간인 HVDC 시스템에서의 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    저장부를 더 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터와 상기 HVDC 시스템의 가용률을 상기 저장부에 저장하는 HVDC 시스템에서의 제어 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 HVDC 시스템의 가용률이 목표치보다 낮은 경우 상기 HVDC 시스템이 운전되지 않는 계획정지시간에 상기 구성기기를 점검하는 HVDC 시스템에서의 제어 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 HVDC 시스템이 전력을 양극성(bipolar) 전송 신호로 전송하는 경우,
    상기 제어부는, 상기 HVDC 시스템의 가용률이 목표치보다 낮은 경우 상기 전력이 상기 양극성 전송 신호의 어느 한쪽으로 이동되는 시점에 상기 양극성 전송 신호의 다른 한쪽에 연결되는 상기 구성기기를 점검하는 HVDC 시스템에서의 제어 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 HVDC 시스템의 가용률이 목표치보다 낮은 경우 상기 HVDC 시스템의 운전을 정지하지 않고 AC 고조파 필터, DC 평활 리액터, 무효전력 보상장치 및 가스절연개폐장치 중 적어도 하나를 상기 HVDC 시스템에 추가하는 HVDC 시스템에서의 제어 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구성기기는,
    변류기(Current Transformer), 전압 변성기(Potential Transformer), 사이리스터 밸브, 무효전력 보상장치, 가스절연개폐장치, AC 고조파 필터, 변환용 변압기, DC 평활 리액터, 분리 스위치(Disconnected Switch), 접지 스위치(Earth Switch: ES) 및 DC 송전 선로 중 적어도 하나를 포함하는 HVDC 시스템에서의 제어 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 HVDC 시스템의 운전에 영향을 미치는지 여부 및 영향을 미치는 정도 중기 적어도 하나에 기초하여 상기 구성기기에 우선 순위를 두거나 가중치를 부여하는 HVDC 시스템에서의 제어 장치.
  12. HVDC 시스템에 있어서,
    상기 HVDC 시스템의 운전과 관련된 적어도 하나의 구성기기; 와
    상기 구성기기와 통신을 수행하여 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터를 수신하고, 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 운전가능시간에 대한 상기 HVDC 시스템의 실제운전시간의 비율로 정의되는 상기 HVDC 시스템의 가용률을 계산한 후, 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터와 상기 HVDC 시스템의 가용률에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 제어를 수행하는 제어 장치를 포함하는 HVDC 시스템.
  13. HVDC 시스템에서의 제어 장치의 동작 방법에 있어서,
    상기 HVDC 시스템에 포함되는 구성기기와 통신을 수행하여 상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터를 수신하는 단계;
    상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 운전가능시간에 대한 상기 HVDC 시스템의 실제운전시간의 비율로 정의되는 상기 HVDC 시스템의 가용률을 계산하는 단계; 및
    상기 구성기기의 가용상태에 대한 데이터와 상기 HVDC 시스템의 가용률에 기초하여 상기 HVDC 시스템의 제어를 수행하는 단계를 포함하는 HVDC 시스템에서의 제어 장치의 동작 방법.
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