KR20170103155A - 정지형 무효 전력 보상장치 - Google Patents

정지형 무효 전력 보상장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 정지형 무효전력 보상장치는 사이리스터 제어 리액터 및 차단기를 제어하는 주제어기와 사이리스터 제어 리액터에 포함된 사이리스터 양단의 전압을 기준값과 비교하여 비교결과에 따른 결과값을 출력하는 제한 검출부와 제한 검출부에서 출력한 결과값에 따라 시간을 계측하는 카운터 및 제한 검출부 및 카운터의 출력값에 따라 차단기 제어신호를 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

정지형 무효 전력 보상장치{Static Var Compensator}
본 발명은 정지형 무효 전력 보상장치{Static Var Compensator}에 관한 것으로서, 특히 정지형 무효전력 보상장치에 사용되는 사이리스터 제어 리액터(thyristor controlled reactor)의 보호장치에 관한 것이다.
정지형 무효전력 보상장치(Static Var Compensator, SVC)는 전력계통에 병렬로 연결되어 무효전력을 흡수 또는 공급을 통해, 전압을 일정하게 유지하거나 원하는 제어동작을 수행할 수 있다.
정지형 무효전력 보상장치(Static Var Compensator, SVC)는 회전기인 동기 조상기의 무효전력 제어 기능을 사이리스터 밸브를 이용하여 정지형 형태로 구현한 무효전력 보상 장치이다.
정지형 무효전력 보상장치(Static Var Compensator, SVC)는 용도에 따라 사이리스터를 이용하여 리액터의 위상을 제어하는 TCR(Thyristor Controlled Reator), 커패시터를 스위칭 하는 TSC(Thyristor Switched Capacitor), 고정형 캐패시터 뱅크(Fixed Capacitor)등을 조합하여 구성 할 수 있다.
정지형 무효전력 보상장치(Static Var Compensator, SVC)에 사용되는 사이리스터 제어 리액터(thyristor controlled reactor, TCR)는 정지형 무효전력 보상장치의 피뢰기 및 계기용 변압기의 고장, 외부의 환경적 요인에 의해 과전압이 발생, 주제어기의 이상, 제어 케이블의 단락등과 같이 복합적 문제가 기기 내부에 발생하여 보호장치를 동작할 수 없는 상황에서는 보호 책무를 수행하기 어려운 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 정지형 무효 전력 보상장치{Static Var Compensator}는 사이리스터 제어 리액터 기기 내ㆍ외부의 환경적 문제로 인해 과전압 보호가 어려운 상황에서 사이리스터 제어 리액터와 연계된 전체 시스템의 안정성을 확보하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 정지형 무효 전력 보상장치는 사이리스터 제어 리액터 및 차단기를 제어하는 주제어기; 상기 사이리스터 제어 리액터에 포함된 사이리스터 양단의 전압을 기준값과 비교하여 비교결과에 따른 결과값을 출력하는 제한 검출부; 상기 제한 검출부에서 출력한 결과값에 따라 시간을 계측하는 카운터; 및 상기 제한 검출부 및 상기 카운터의 출력값에 따라 상기 차단기 제어신호를 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 카운터는 상기 시간을 제1 시간과 상기 제1 시간보다 짧은 제2시간으로 각각 측정하며, 상기 제어부는 상기 양단의 전압이 상기 제1 시간동안 제1 기준전압범위을 유지하거나 상기 제2 시간동안 상기 제1 기준전압범위를 초과하는 제2 기준전압범위을 유지하면, 상기 차단기 제어신호를 통해 상기 차단기가 턴 오프 동작되게 제어할 수 있다.
정지형 무효전력 보상장치는 상기 주제어기로 상기 역병렬 사이리스터의 턴 온/오프의 상태인 상태신호를 송신하는 출력 신호부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 차단기를 턴 오프 동작 제어할 때 상기 출력 신호부를 통해 상기 주제어기로 상기 차단기 제어신호인 턴 오프신호를 전송할 수 있다.
상기 제어부는 상기 차단기를 턴 오프 동작 제어할 때 상기 출력 신호부를 통해 상기 차단기로 직접 상기 차단기 제어신호인 턴 오프신호를 전송할 수 있다.
정지형 무효전력 보상장치는 상기 주제어기로부터 상기 역병렬 사이리스터 제어신호를 송신 받는 입력 신호부; 및 상기 역병렬 사이리스터 제어 신호에 따라 상기 역병렬 사이리스터를 턴 온/ 오프 시키는 점호부를 더 포함할 수 있다.
정지형 무효전력 보상장치는 상기 사이리스터 상기 양단의 전압을 계측하는 전압 계측부와 상기 양단의 전압에서 최고치 전압을 검출하여 상기 제한 검출부로 전달하는 첨두치 검출부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 기준전압범위는 전력계통이 정상시 AC전원의 전압의 1.3배 이상 1.5배 미만인, 상기 제2 기준전압범위는 상기 AC전원의 전압의 1.5배 이상 1.7 배 미만일 수 있다.
상기 제1 시간은 1100ms 내지 1350ms으로 설정되고, 상기 제2 시간은 240ms 내지 260ms으로 설정될 수 있다.
본 발명은 사이리스터 제어 리액터의 게이트 드라이버가 제어부를 통해 차단기를 직접 턴 오프 제어하여 정지형 무효전력 보상장치를 안전성 높게 보호할 수 있다.
또한, 사이리스터 제어 리액터의 게이트 드라이버가 제한 검출부를 통해 검출된 전압이 제1 시간동안 제1 기준전압범위에 속하는지, 또는, 제2 시간동안 제2 기준전압범위에 속하는지를 제어부를 통해 판단 할 수 있으며, 판단을 통해 보호장치의 보호 범위의 유연성을 확보할 수 있다.
또한, 사이리스터 제어 리액터의 게이트 드라이버가와 정지형 무효전력 보상장치 각각에 포함되어 있는 제어부와 주제어기 중 적어도 하나가 차단기를 차단할 수 있어, 차단의 신뢰성이 높은 이점이 있다.
도 1은 본발명의 사이리스터 제어 리액터(thyristor controlled reactor)를 사용한 정지형 무효전력 보상장치(Static Var Compensator, SVC)의 단선도 이다.
도 2는 본발명의 실시예에 따른 사이리스터 제어 리액터(10)의 구성을 나타내기 위한 도면이다.
도 3은 본발명의 실시예에 따른 사이리스터 제어 리액터의 게이트 드라이버를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본발명의 실시예에 따른 시간에 따른 제1,2 기준전압범위를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본발명의 실시예에 따른 제1 시간동안 사이리스터 제어 리액터에서 검출되는 전압의 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 6는 본발명의 실시예에 따른 제2 시간동안 사이리스터 제어 리액터에서 검출되는 전압의 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 7는 본발명의 실시예에 따른 순서도에 따른 보호장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 정지형 무효 전력 보상장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예인 보호장치가 적용된 사이리스터 제어 리액터(thyristor controlled reactor)를 사용한 정지형 무효전력 보상장치(Static Var Compensator, SVC)의 단선도 이다.
도 1을 참조하면, 정지형 무효 전력 보상장치(1)는 주 변압기(2), 차단기(4), 피뢰기(6), 단로기/접지 개폐기(8), 사이리스터 제어 리액터(10) 및 주제어기(12)로 구성될 수 있으며, 사이리스터 제어 리액터(10)는 부하(13)와 연결될 수 있다.
주 변압기(2)는 송전선로에 연결된 변압기이며, Y-△의 형상 또는 Y-Y의 형상으로 결선이 될 수 있으며, 송전전압을 배전전압으로 강압시키는 강압 변압기 일 수 있으며, 154KV 또는 345KV가 될 수 있으며, 실시 예에 따라 송전 용량은 변 할 수 있다.
차단기(4)는 특 고압, 고압 등의 배전선로에 설치하여 과전류, 단락 및 지락사고 등의 이상전류 발생시 진공 소호방식으로 회로를 차단하는 차단기 일 수 있으며, 차단기(4)는 진공차단기 일 수 있다.
피뢰기(6)는 사이리스터 제어 리액터(10)가 연결된 배전 라인에 연결되며, 전력계통에서 발생, 유도된 이상전압, 뇌에 의한 이상 전압 및 스위칭에 의한 이상전압에 대하여 파고값을 저감시키기 위한 보호장치 일 수 있다.
피뢰기(6)는 직렬 갭을 가지고 있으며, 직렬 갭은 이상전압으로 신속히 방전을 개시하고, 동작이 끝나면 속류를 차단하는 기능을 가지고 있을 수 있다.
단로기/접지 개폐기(8)중 단로기는 개폐기의 일종으로 무부하 상태에서 주회로의 접속을 변경하기 위한 개폐 장치이며, 사이리스터 제어 리액터(10)의 운전시, 먼저 단로기를 투입하고, 차단기(4)를 투입하여 운전을 할 수 있으며, 또한, 접지 개폐기는 접지 상태를 유지하기 위한 개폐기이며, 기기의 점검이나 휴전시 접지 개폐기를 투입하여 사고를 방지하기 위한 장치일 수 있다.
단로기/접지 개폐기(8)는 인터로크(interlock)가 되어 있어 단로기(8) 투입시에는 접지 개폐기(8)의 조작이 불가하며, 접지 개폐기(8) 동작시 단로기(8)의 조작이 불가능 하도록 조작 될 수 있다.
인터로크(interlock)는 소정의 전제 조건이 만족되어야만 다음 조작이 되도록 하는 장치이며, 어떤 소정의 이상 상태에 도달하면 자동적으로 운전 정지나 안전 조작을 하도록 한 구조이며, 기기의 오동작 방지나 안전을 위해 관련 장치 사이에 전기적 또는 기계적으로 연락이 되게 한 시스템일 수 있다.
사이리스터 제어 리액터(10)는 사이리스터를 이용하여 리액터의 위상을 제어하는 장치일 수 있으며, 사이리스터는 역병렬로 구성될 수 있으며, 사이리스터의 점호각에 따라 리액터(14)로 흐르는 전류가 달라질 수 있다.
역병렬로 연결된 사이리스터를 이하에서는 역병렬 사이리스터(102, 103)로 칭할 수 있다.
사이리스터 제어 리액터(10)는 90°~ 180°로 점호각을 제어할 수 있다.
주제어기(12)는 정지형 무효전력 보상장치(1)를 제어하며, 정지형 무효전력 보상장치(1)를 보호할 수 있다.
주제어기(12)는 정지형 무효전력 보상장치(1)에 포함되는 차단기(4), 단로기/접지 계폐기(8), 사이리스터 제어 리액터(10) 등을 제어하여 정지형 무효전력 보상장치(1)를 보호할 수 있다.
주제어기(12)는 후술하는 사이리스터 제어 리액터(10)의 제어부(200)와 신호를 송수신 할 수 있다.
도 2는 사이리스터 제어 리액터(10)의 구성을 나타내기 위한 도면이며, 도 3은 사이리스터 제어 리액터의 게이트 드라이버를 설명하기 위한 도면이며, 더욱 상세하게는 게이트 드라이버에 포함되는 보호장치에 관한 설명일 수 있다.
도 1 내지 도 3를 참고하면, 사이리스터 제어 리액터(10)는 게이트 드라이버(100), 역병렬 사이리스터(102, 103), 스너버 회로(104), 복수의 분압 저항(110, 111, 112, 113)으로 구성될 수 있다.
게이트 드라이버(100)는 주제어기(12)로부터 전달된 신호를 받을 수 있으며, 전달된 신호를 통해서 역병렬 사이리스터(102, 103)를 구동하게 하는 장치 일 수 있다.
역병렬 사이리스터(102, 103)은 제1 사이리스터(102)와 제2 사이리스터(103)을 포함하며, 제1 사이리스터(102)와 제2 사이리스터(103)는 역병렬로 연결될 수 있다.
게이트 드라이버(100)는 보호장치(101)를 포함하며, 보호장치(101)는 제어부(200), 점호부(202), 사이리스터 보호 부(204), 출력 신호부(208), 입력 신호부(206), 전압 계측부(210), 첨두치 검출부(212), 카운터(214) 및 제한 검출부(216)를 포함할 수 있다.
주제어기(12)로부터 게이트 드라이버(100)의 제어부(200)로 전달되는 신호는 전기신호 또는 광 신호 등일 수 있다.
상세하게는 주제어기(12)와 제어부(200)의 출력 신호부(208)와 입력 신호부(206)를 통해 신호를 송수신할 수 있으며, 신호는 전기신호 또는 광 신호 등 일 수 있다.
복수의 분압 저항(110, 111, 112, 113)은 제1 분압 저항(110), 제2 분압 저항(111), 제3 분압 저항(112)및 제4 분압저항(113)을 포함할 수 있다.
복수의 분압 저항(110, 111, 112, 113)은 역병렬 사이리스터(102, 103)의 양단전압을 균등하게 분배되게 할 수 있는 역할을 할 수 있다.
스너버 회로(104)는 저항(106)과 커패시터(108)을 포함할 수 있으며, 저항(106)과 커패시터(108)은 직렬 연결 일 수 있다.
스너버 회로(104)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 턴 오프시 발생하는 전압을 억제할 수 있으며, 게이트 드라이버(100)의 충전을 위해 사용 될 수 도 있다.
역병렬 사이리스터(102, 103)는 주제어기(12)로부터 전달받은 신호를 기준으로 리액터(14)의 위상을 제어하는 장치일 수 있다.
상세하게는, 보호장치(101)의 제어부(200)가 주제어기(12)로부터 전달받은 신호로 리액터(14)의 위상을 제어할 수 있다.
또한, 역병렬 사이리스터(102, 103)는 사이리스터 제어 리액터(10)의 동작 전압이 매우 높아 다수의 역병렬 사이리스터(102, 103)가 직렬로 연결되는 하나의 밸브의 형태 일 수 있다.
게이트 드라이버(100)는 보호장치(101)를 포함하며, 보호장치(101)는 제어부(200), 점호부(202), 사이리스터 보호 부(204), 출력 신호 부(208), 입력 신호 부(206), 전압 계측부(210), 첨두치 검출부(212), 카운터(214) 및 제한 제한 검출부(216)를 포함할 수 있다.
정지형 무효 전력 보상장치(1)의 보호장치(101)는 부하(미도시)로 AC전원이 공급되게 차단기(4)를 턴 온 동작시키는 주제어기(12)와 차단기(4)를 통해서 공급되는 AC전원의 전압을 검출하고, 검출된 전압을 검출하는 제한 검출부(216) 및 역병렬 사이리스터(102, 103)를 턴 온 시켜 부하(미도시)로 AC전원을 공급하는 제어부(200)를 포함할 수 있다.
제어부(200)는 전압 계측부(210)에서 검출된 전압이 제1 시간동안 제1 기준전압범위을 유지하거나 제1 시간보다 짧은 제2 시간동안 제1 기준전압범위를 초과하는 제2 기준전압범위을 유지하면, 차단기(4)가 턴 오프 동작되게 제어할 수 있다.
제어부(200)는 제1 시간과 제2시간을 각각 측정하는 카운터(214)를 포함할 수 있다.
제어부(200)는 주제어기(12)로 역병렬 사이리스터(102, 103)의 턴 온/오프의 상태인 상태신호를 송신하는 출력 신호부(208)를 더 포함할 수 있다.
제어부(200)는 차단기(4)를 턴 오프 동작 제어할 때 출력 신호부(208)를 통해 주제어기(12)로 차단기(4) 턴 오프신호를 전송할 수 있다.
또한, 제어부(200)는 차단기(40)를 턴 오프 동작 제어할 때 출력 신호부(208)을 통해 차단기(4)로 직접 턴 오프 신호를 전송할 수 있다.
제어부(200)는 주제어기(12)로부터 역병렬 사이리스터(102, 103)를 제어하기 위한 제어신호를 송신 받는 입력 신호부(206) 및 제어 신호에 따라 역병렬 사이리스터(102, 103)를 턴 온/ 오프 시키는 점호부(202)를 더 포함 할 수 있다.
전압 계측부(210)는 역병렬 사이리스터(102, 103) 양단의 전압을 계측하고, 첨두치 검출부(212)는 전압 계측부(210)에서 계측된 전압의 첨두치(peak value)를 검출할 수 있다.
첨두치 검출부(212)에서 검출된 첨두치(peak value)는 제한 검출부(216)로 전달될 수 있으며, 전달 받은 첨두치(peak value)를 통해 제한 검출부(216)는 사이리스터 제어 리액터 양단의 전압이 제한치를 초과하게 되는지 판단할 수 있다.
제1 기준전압범위는 AC전원의 전압의 1.3배 이상 1.5배 미만인, 제2 기준전압범위일 수 있으며, 또한, AC전원의 전압의 1.5배 이상 1.7 배 미만일 수 있다.
상기 AC전원은 정지형 무효전력 보상장치로 입력되는 전원일 수 있으며, 계통 전압일 수 있다.
제1 시간은 1100ms 내지 1350ms으로 설정되고, 제2 시간은 240ms 내지 260ms으로 설정될 수 있다.
사이리스터 제어 리액터 양단에 걸리는 전압을 단위법(Per Unit)으로 환산하면, 정상 전압(V0)은 1(p.u)일 수 있으며, 제1 기준전압범위(V1)는 1.3(p.u) 이상 1.5(p.u) 미만 일 수 있으며, 제2 기준전압범위는 1.51(p.u) 이상 1.7(p.u) 미만 일 수 있다.
제1 사이리스터(102)와 제2 사이리스터(103)는 역병렬 연결을 통해 전류를 분배하여 역병렬 사이리스터(102, 103)에 인가되는 과전류로부터 사이리스터(102, 103)를 보호할 수 있다.
제어부(200)는 전압 계측부(210)를 통해 역병렬 사이리스터(102, 103) 양단의 전압을 계측하고, 제한 검출부(216)을 통해 역병렬 사이리스터(102, 103)의 양단 전압이 제1 기준전압범위에 포함되는지, 또는, 제2 기준전압범위에 포함되는지 판단할 수 있다.
제어부(200)는 주제어기(12)로부터 신호를 전달 받아 점호부(202)를 제어 할 수 있다.
보호장치(101)의 제어부(200)는 입력 신호부(206)를 통해서 주제어기(12)의 신호를 전달 받을 수 있다.
점호부(202)는 제어부(200)의 제어에 따라, 역병렬 사이리스터(102, 103)의 턴 온/오프 동작이 이뤄질 수 있도록 제어할 수 있다.
사이리스터 보호회로부(204)는 사이리스터 제어 리액터(10) 또는 사이리스터 제어 리액터(10)를 포함하는 회로가 과도상태일 경우. 역병렬 사이리스터(102, 103)를 보호할 수 있다.
출력 신호 부(208)는 역병렬 사이리스터(102, 103)가 정상적으로 턴 온/오프의 수행이 이루어지는지에 대한 상태 정보를 주제어기(12)로 전달하는 회로 일 수 있다.
출력 신호 부(208)는 상태 정보에 관한 상태 정보 신호를 광 신호 또는 전기 신호 등으로 출력하여 주제어기(12)로 전달할 수 있다.
입력 신호 부(206)는 사이리스터 제어 리액터(10)의 상태에 맞추어 게이트 드라이버(100)가 동작하도록 주제어기(12)에서 신호를 입력 받을 수 있다.
전압 계측 부(210)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압을 계측하기 위한 회로 일 수 있으며, 전압 계측 부(210)를 통해 계측된 전압은 AC전압일 수 있으며, 역병렬 사이리스터(102, 103) 양단의 전압일 수 있다.
첨두치 검출부(212)는 전압 계측부(210)가 계측한 전압의 첨두치(peak value)를 검출하는 회로이며, 검출값을 DC전압으로 출력할 수 있다.
즉, 전압 계측부(210)를 통해 보호장치(101)는 사이리스터의 교류전압을 검출할 수 있으며, 첨두치 검출부를 통해 보호장치(101)는 교류의 최고치를 검출할 수 있다.
예를 들어, 전압 계측회로(210)는 역병렬 사이리스터(102, 103) 양단에 인가되는 AC전압을 계측하는 회로일 수 있으며, 저항이나 전압센서를 이용 할 수 있다. 또한, 제어부(200)의 종류에 따라 AC 전압을 직접 계측할 수 있으며, 간접적으로 계측을 해야 되는 경우도 있을 수 있다. 따라서 간접적으로 계측해야 되는 상황이 발생하면, 첨두치 검출부(212)를 사용할 수 있다.
첨두치 검출부(212)는 순시적으로 변하는 AC 전압값 중 최고치를 검출하여, 직류 전압으로 출력 할 수 있다.
카운터(214)는 제한 검출부(216)의 출력값을 이용하여 첨두치 검출부(212)가 측정하는 AC 전압값 또는 전압 계측 부(210)가 측정하는 전압값이 측정되는 시간을 측정할 수 있으며, 카운터(214)는 제어부(200)에 포함될 수 있으며, 별도의 회로 일 수 도 있다. 또한, 카운터(214)의 카운터는 보호 책무 범위에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 전체 시스템을 고려하여, 과전압 보호책무의 범위는\ 1차측 계통 전압이 1.1p.u(154kV 1p.u로 가정)까지 증가하면, 즉시 차단을 해야 할 수 있고, 또는, 진공차단기(VCB)나 가스절연개폐기(GIS)의 동작 시간을 고려하여, 150ms만에 차단이 가능하게 과전압 보호 책무가 이뤄지도록 해야 할 수 있다.
또는, 1.1p.u 이상 1.3pu 미만에서 3초, 1.3p.u 이상에서 1초 후 차단을 해야 하는 경우 등에 따라 과전압 보호책무는 유연하게 변경 될 수 있다.
예를 들어, 전력계통이 정상시, 계통의 전압이 154KV이면, 단위법을 통해 정상 전압은 1p.u 로 선정될 수 있다.
전력계통 사고 발생시, 단위법을 통한 사고 전압은 1.3p.u가 되고, 계통의 전압은 1.3*154KV의 계산을 통해 약 200.2KV가 될 수 있다.
제한 검출부(216)는 비교기(미도시)를 포함 할 수 있으며, 사이리스터 제어 리액터(10)의 전압이 제1 기준전압범위에 포함되거나, 또는, 제2 기준전압범위 포함되는 것을 감지하면 각 기준전압범위에 따른 전압값을 출력할 수 있으며, 비교기를 통해 출력된 전압값에 따라 High 또는 Low의 신호를 출력할 수 있다.
전압 계측부(210)에서 측정한 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압은 첨두치 검출부(212)를 통해 첨두치(peak value)로 검출되어 제한 검출부(216)에 전달 될 수 있으며, 제한 검출부(216)는 전달 받은 첨두치(peak value)를 통해 사이리스터 제어 리액터 양단의 전압이 제한치를 초과하게 되는지 판단할 수 있다.
제한 검출부(216)은 비교기(미도시)를 포함할 수 있으며, 비교기(미도시)를 통해 검출환 전압을 이산신호로 변환하여 출력할 수 있다.
비교기(미도시)는 이산신호를 출력할 수 있으며, 제1 신호 또는 제2 신호는 1(high) 또는 0(Low)일 수 있다.
제1 신호 또는 제2 신호는 중 하나가 1(high)이면, 다른 하나는 0(Low)일 수 있다.
예를 들어, 제한 검출부(216)의 제한치는 첨두치 검출부(212)에서 154kV 기준으로 1p.u에서는 3V를, 1.1p.u에서는 3.3V를 출력할 때, 비교기(미도시)를 통해서 3V보다 크면 제한 검출부(216)의 출력을 1(high)또는 0(low)로 출력되도록 설정 할 수 있다.
제어부(200)는 카운터(214)와 제한 검출부(216)의 출력값으로 사이리스터 제어 리액터(10)의 상태를 파악하고, 과전압 보호 책무를 수행할 수 있다.
또한, 도 3의 보호장치(101)의 사이리스터 보호 회로부(204)는 제어부(200)와 신호를 송 수신 할 수 있으며, 상기 신호는 전기신호 또는 광 신호일 수 있다.
제어부(200)는 점호부(202), 입력 신호부(206), 출력 신호부(208), 제한 검출부(216) 및 카운터(214)와 신호를 송 수신 할 수 있다.
제어부(200)는 점호부(202), 입력 신호부(206), 출력 신호부(208), 제한 검출부(216) 및 카운터(214) 중 적어도 하나 제어할 수 있다.
제한 검출부(216)은 첨두치 검출부(212)와 신호를 송 수신 할 수 있으며, 첨두치 검출부(212)는 전압 계측부(210)와 신호를 송 수신 할 수 있다.
또한, 제한 검출부(216)는 출력 신호부(208)와도 신호를 송 수신 할 수 있다.
전압 계측부(210)는 복수의 분압 저항(110, 111, 112, 113)중 하나와 연결 될 수 있으며, 분압 저항(110, 111, 112, 113)은 역병렬 사이리스터(102, 103)와 스너버 회로(106, 108)과 연결될 수 있으며, 이를 통해, 전압 계측부(210)는 사이리스터(102, 103)의 전압을 측정할 수 있으며, 상기 전압은 AC전압 또는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 양단 전압 일 수 있다.
도 4는 본발명의 실시예에 따른 보호장치의 기준값을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 가로축은 시간 축일 수 있으며, 세로축은 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압 축일 수 있다.
제1 시각(t1), 제2 시각(t2), 제3 시각(t3)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압의 전류 측정 시간 일 수 있다.
보호장치(101)의 제1 시간(a)은 제1 시각(t1)부터 제2 시각(t2)까지 일 수 있으며, 보호장치(101)의 제2 시간(b)은 제2 시각(t2)부터 제3 시각(t3)까지 일 수 있다.
역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 정상전압 (V0) 구간부터 제1 기준전압범위(V1)구간 사이이면, 차단기(4)는 턴 온 상태를 유지할 수 있다.
역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 기준전압범위(V1)이상 제2 기준전압범위(V2)미만이고, 제1 시간(a) 내의 범위이면, 보호장치(101)의 제어부(200) 는 차단기(4)로 턴 오프 신호를 보내지 않고 대기할 수 있으며, 제1 시간(a)의 범위를 초과하면 차단기(4)로 턴 오프 신호를 보내, 차단기(4)를 턴 오프 할 수 있다.
제어부(200)는 차단기(4)를 직접 턴 오프 제어할 수 있으며, 간접적으로는 주제어기(12)로 턴오프 변동신호를 전달하여 차단기를 제어할 수 있다.
제어부(200)는 출력 신호부(208)를 제어하여 주제어기(12)를 통해 차단기(4)로 차단신호를 송신할 수 있다.
또는, 제어부(200)는 출력 신호부(208)를 제어하여 차단기(4)로 직접 차단신호를 송신할 수 있다.
역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제2 기준전압범위(V2) 이상이고 제2 시간(b) 내의 범위이면, 보호장치(101)의 제어부(200)는 차단기(4)로 턴 오프 신호를 보내지 않고 대기할 수 있다.
제어부(200)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제2 기준전압범위(V2) 이상이고, 제2 시간(b)범위를 초과하면, 제어부(200)는 차단기(4)로 턴 오프 신호를 송신 할 수 있다.
제어부(200)는 차단기(40)로 턴 오프 신호를 보내 차단기를 턴 오프 할 수 있으며, 또는, 제어부(200)는 주제어기(12)로 턴 오프 신호를 보낼 수 있으며, 주제어기(12)는 차단기(4)를 턴 오프 할 수 있다.
제어부(200)는 출력 신호부(208)를 제어하여 주제어기(12)로 차단신호를 송신할 수 있다.
제어부(200)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 기준전압범위(V1) 이상 제2 기준전압범위(V2) 미만인 상태에서 제1 시간(a)이 끝나기 이전에 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 기준전압범위(V1) 미만이 되면. 제어부(200)는 정지형 무효전력 보상장치(1)에 정상 전류가 흐른다고 판단하고 차단기(4)로 턴 오프 신호를 송신하지 않을 수 있다.
제어부(200)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제2 기준전압범위(V2) 이상인 상태에서 제2 시간(b)이 끝나기 이전에 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 기준전압범위(V1) 이상 제2 기준전압범위(V2) 미만인 상태가 되면, 제어부(200)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 기준전압범위(V1) 이상 제2 기준전압범위(V2) 미만인 상태가 제1 시간(a)동안 유지되는지 다시 판단 할 수 있으며, 제1 시간(a)동안 유지되는지의 판단은 앞에서 서술한 것과 동일 할 수 있다.
도 5는 본발명의 실시예에 따른 보호장치의 대기모드를 설명하기 위한 도면이다.
예를 들어, 도 5는 도4의 제1 시간(a)를 더욱 상세하게 설명할 수 있다.
제1 시간(a)는 1100ms 내지 1350ms 일 수 있으며, 또는, 1250ms 일 수 있으며, 제2 시간(b)는 240ms 내지 260ms 일 수 있으며, 또는, 250ms 일 수 있다.
도 5(a)의 제1 기준전압범위는 전압의 전압 대비 1.3배 이상 1.5배 미만, 제2 기준전압범위는 전압의 전압 대비 1.51배 이상 1.7배 미만 일 수 있다.
예를 들어, 상기 전압이 정상값(V0)이면, 정상값(V0)은 1(p.u) 일 수 있으며, 제1 기준전압범위(V1)는 1.4(p.u)일 수 있으며, 제2 기준전압범위는 1.6(p.u) 일 수 있다.
제1 기준전압범위는 정상값(V0) 또는 차단기(4)를 통해서 공급되는 상기 AC전원의 전압의 1.3배 내지 1.5배일 수 있다.
차단기(4)를 통해서 공급되는 상기 AC전원의 전압은 사이리스터 제어 리액터((10)에서 검출한 전압 일 수 있으며, 상세하게는 게이트 드라이버(100)에서 검출한 전압일 수 있다.
도 5(a)는 제1 시각(t1)부터 제2 시각(t2)까지의 시간 동안 사이리스터 제어 리액터(10)에서 검출되는 전압의 파형을 나타내는 도면 일 수 있다.
도 5(b)는 제1 시각(t1)부터 제2 시각(t2)까지의 시간 동안 전압 계측부(210)에서 측정한 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압을 나타내는 도면 일 수 있다.
도 5(c)는 제1 시각(t1)부터 제2 시각(t2)까지의 시간 동안 첨두치 검출부(212)에서 측정한 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압의 최고치 일 수 있으며, 또는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 양단 전압의 첨두치(peak value)를 나타내는 도면 일 수 있다.
도 5(d)는 제1 시각(t1)부터 제2 시각(t2)까지의 시간 동안 제한 검출부(216)에서 출력하는 검출된 전압을 나타내는 도면 일 수 있다.
도 5(e)는 제1 시각(t1)부터 제2 시각(t2)까지의 시간 동안 카운터(214)에서 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압을 측정하는 시간을 나타내는 도면 일 수 있다.
즉, 역병렬 사이리스터(102, 103)에 정상 전압인 1(p.u)이상의 과전압인 1.4(p.u)가 인가되면, 전압 계측부(210)와 첨두치 검출부(212) 각각은 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압과 전압의 최대치를 측정할 수 있다.
제한 검출부(216)는 측정한 전압이 제1 기준전압범위 이상이면 검출된 전압을 비교기를 통해 이산 신호로 출력할 수 있으며, 또는, 제한 검출부(216)는 측정한 전압이 제1 기준전압범위 이상이면 비교기를 통해 이산 신호인 제1 신호를 출력할 수 있다.
제어부(200)는 제1 신호를 입력 받으면, 보호장치(101)가 제1 시간이 되도록 제어하고, 제1 시간(a) 후에도 전압이 제1 기준전압범위이면 출력 신호부(208)를 제어하여 정지형 무효전력 보상장치의 차단기(4)로 차단신호인 턴 오프신호를 송신할 수 있다.
도 6는 본발명의 실시예에 따른 보호장치의 또 다른 대기모드를 설명하기 위한 도면이다.
예를 들어, 도 6는 도4의 제2 시간(b)를 더욱 상세하게 설명할 수 있다.
제2 시간(a)는 250ms 일 수 있다.
도 6(a)에서 1(p.u)는 정상값(V0) 일 수 있으며, 1.6(p.u)는 제2 기준전압범위(V2) 이상의 값 일 수 있다.
도 6(a)는 제2 시각(t2)부터 제3 시각(t3)까지의 시간 동안 사이리스터 제어 리액터(10)에서 검출되는 전압의 파형을 나타내는 도면 일 수 있다.
도 6(b)는 제2 시각(t2)부터 제3 시각(t3)까지의 시간 동안 전압 계측부(210)에서 측정한 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압일 수 있다.
도 6(c)는 제2 시각(t2)부터 제3 시각(t3)까지의 시간 동안 첨두치 검출부(212)에서 측정한 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압의 최고치 일 수 있으며, 또는, 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압의 첨두치(peak value)일 수 있다.
도 6(d)는 제2 시각(t2)부터 제3 시각(t3)까지의 시간 동안 제한 검출부(216)에서 출력하는 검출된 전압 일 수 있으며, 제한 검출부(216)은 비교기를 통해 검출된 전압을 이산 신호인 제2 신호로 출력할 수 있다.
상기 이산 신호는 제1 신호 또는 제2 신호를 포함하며, 제1 신호가 1(high) 또는 0(Low)중 하나이면, 제2 신호는 1(high) 또는 0(Low)중 다른 하나 일 수 있다.
도 6(e)는 제2 시각(t2)부터 제3 시각(t3)까지의 시간 동안 카운터(214)에서 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압을 측정하는 시간을 나타내는 도면 일 수 있다.
역병렬 사이리스터(102, 103)에 정상 전압인 1(p.u)이상의 과전압인 1.6(p.u)가 인가되면, 전압 계측부(210)와 첨두치 검출부(212) 각각은 사이리스터(102, 103)의 전압과 전압의 최대치를 측정할 수 있다.
제한 검출부(216)는 검출된 전압이 제2 기준전압범위 이상이면 검출된 전압을 출력할 수 있다.
제한 검출부(216)는 측정한 전압이 제2 기준전압범위 이상이면 비교기를 통해 검출된 전압을 이산 신호인 제2 신호로 출력할 수 있다.
제어부(200)는 제2 신호를 입력 받으면, 보호장치(101)가 제2 시간이 되도록 제어하고, 제2 시간 동안 대기한 후에도 전압이 제2 기준전압범위 이상이면 출력 신호부(208)를 제어하여 정지형 무효전력 보상장치의 차단기(4)로 차단신호인 턴 오프신호를 송신할 수 있다.
도 7는 본발명의 실시예에 따른 보호장치 동작 설명을 하기 위한 순서도이다.
전압 계측부(210)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압을 측정할 수 있다.
제한 검출부(216)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 기준전압범위 이상이고 제2 기준전압범위 미만인지 판단할 수 있다(S1).
제어부(200)는 제한 검출부(216)로부터 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 기준전압범위 이상이고 제2 기준전압범위 미만이면 그에 대응하는 출력 전압값을 입력 받을 수 있으며, 제어부(200)는 출력 전압값을 비교기를 통해 비교하여 그 결과에 따른 이산 신호로 입력 받을 수 있다.
제어부(200)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 시간 동안, 제1 기준전압범위 이상 제2 기준전압범위 이하인지 판단할 수 있으며(S2), 제1 시간 동안, 제1 기준전압범위 이상 제2 기준전압범위 이하로 유지되지 않으면, 제한 검출부(216)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 기준전압범위 이상이고 제2 기준전압범위 미만인지 다시 판단할 수 있다(S1).
역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 시간 동안 제1 기준전압범위 이상 제2 기준전압범위 이하(S3)가 유지되면 차단기(4)로 턴 오프신호를 송신한다(S3).
차단기(4)는 턴 오프신호를 송신 받으면 정지형 무효전력 보상장치(1)의 차단기(4)를 개방하도록 제어할 수 있으며, 차단기(4)의 개방은 차단기(4)의 턴 오프 일 수 있다.
또한, 전압 계측부(210)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압을 측정할 수 있다.
제한 검출부(216)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 기준전압범위 이상이고 제2 기준전압범위 미만인지 판단할 수 있다(S1).
사이리스터의 양단 전압이 제1 시간동안, 제1 기준전압범위 이상이고, 제2 기준전압범위 미만이 아닐 경우, 제한 검출부(216)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제2 기준전압범위 이상인지 판단 할 수 있다(S4).
역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제2 기준전압범위가 이상이 아니면, 제한 검출부(216)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 기준전압범위 이상이고 제2 기준전압범위 미만인지 다시 판단할 수 있다(S1).
역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제2 기준전압범위가 이상이면, 제어부(200)는 제한 검출부(216)으로부터 검출된 전압을 입력 받을 수 있다.
제어부(200)는 제2 시간동안 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제2 시간 동안, 제2 기준전압범위 이상이 유지되는지 판단할 수 있다(S5).
역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제2 시간 동안, 제2 기준전압범위가 이상이 유지되지 않으면, 제한 검출부(216)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제1 기준전압범위 이상이고 제2 기준전압범위 미만인지 판단할 수 있다(S1).
역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압이 제2 시간 동안, 제2 기준전압범위가 이상이 유지되면, 정지형 무효전력 보상장치(1)의 차단기(4)로 턴 오프신호를 송신할 수 있다(S3).
보호장치(101)는 역병렬 사이리스터(102, 103)의 전압 측정을 통해서 정지형 무효전력 보상장치(1)에 과전압이 발생하는 지를 신속히 알 수 있으며, 제어부(200)를 통해서 정지형 무효전력 보상장치(1)의 차단기(4) 개방을 통해 정지형 무효전력 보상장치(1)를 보호할 수 있다.
제1 기준전압범위, 제2 기준전압범위, 제1 시간 및 제2 시간은 사이리스터 제어 리액터(10)의 환경에 따라 변할 수 있다.
또한, 본 발명의 사이리스터 제어 리액터(10)에 포함되는 게이트 드라이버(100)의 보호장치(101)는 과전압으로부터 정지형 무효전력 보상 장치(1)와 정지형 무효전력 보상 장치(1)에 포함되는 기기를 보호할 수 있으며, 기기의 소손으로 인해 교체 및 보수등에 대한 비용과 시간을 절감할 수 있다. 또한, 제1 기준전압범위, 제2 기준전압범위, 제1 시간 및 제2 시간의 변경에 따라 시스템의 유연성을 확보할 수 있다.
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 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1; 정지형 무효전력 보상장치, 2; 주변압기,
4; 차단기, 6; 피뢰기,
8; 단로기/접지 개폐기, 10; 사이리스터 제어 리액터;
12; 주제어기, 14; 리액터,
101; 보호 장치, 102, 103; 역병렬 사이리스터,
104; 스너버 회로, 105; 저항,
106; 커패시터, 110,111,112,113; 분압저항,
200; 제어부, 202; 점호부,
204; 사이리스터 보호 회로, 206; 입력 신호부,
208; 출력 신호부, 210; 전압 계측부,
212; 첨두치 검출부, 214; 카운터,

Claims (11)

  1. 사이리스터 제어 리액터 및 차단기를 제어하는 주제어기;
    상기 사이리스터 제어 리액터에 포함된 사이리스터 양단의 전압을 기준값과 비교하여 비교결과에 따른 결과값을 출력하는 제한 검출부;
    상기 제한 검출부에서 출력한 결과값에 따라 시간을 계측하는 카운터; 및
    상기 제한 검출부 및 상기 카운터의 출력값에 따라 상기 차단기 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하는
    정지형 무효 전력 보상장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 사이리스터 양단의 전압이 제1 시간동안 제1 기준전압범위을 유지하거나 상기 제1 시간과는 다른 제2 시간동안 상기 제1 기준전압범위를 초과하는 제2 기준전압범위을 유지하면, 상기 차단기 제어신호를 통해 상기 차단기가 턴 오프 동작되게 제어하는
    정지형 무효 전력 보상장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 카운터는
    상기 사이리스터 양단의 전압이 상기 제1 기준범위 또는 상기 제2 기준전압범위이면 시간을 계측하는 것을 특징으로 하는
    정지형 무효 전력 보상장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 카운터는
    상기 제1 시간 및 상기 제 2시간을 각각 계측하며,
    상기 제2 시간은 상기 제1 시간보다 짧은 것을 특징으로 하는
    정지형 무효 전력 보상장치.
  5. 제 1항에있어서,
    상기 주제어기로 상기 역병렬 사이리스터의 턴 온/오프의 상태인 상태신호를 송신하는 출력 신호부를 더 포함하는
    정지형 무효 전력 보상장치.
  6. 제 5항에있어서,
    상기 제어부는
    상기 차단기를 턴 오프 동작 제어할 때 상기 출력 신호부를 통해 상기 주제어기로 상기 차단기 제어신호인 턴 오프신호를 전송하는
    정지형 무효 전력 보상장치.
  7. 제5 항에 있어,
    상기 제어부는
    상기 차단기를 턴 오프 동작 제어할 때 상기 출력 신호부를 통해 상기 차단기로 직접 상기 차단기 제어신호인 턴 오프신호를 전송하는
    정지형 무효 전력 보상장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 주제어기로부터 상기 역병렬 사이리스터 제어신호를 송신 받는 입력 신호부; 및
    상기 역병렬 사이리스터 제어 신호에 따라 상기 역병렬 사이리스터를 턴 온/ 오프 시키는 점호부를 더 포함하는
    정지형 무효 전력 보상장치.
  9. 제 1항에있어서,
    상기 사이리스터 상기 양단의 전압을 계측하는 전압 계측부와
    상기 양단의 전압에서 최고치 전압을 검출하여 상기 제한 검출부로 전달하는 첨두치 검출부를 더 포함하는
    정지형 무효 전력 보상장치.
  10. 제 2항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 기준전압범위는
    전력계통이 정상시, AC 전원의 전압의 1.3배 이상 1.5배 미만인 것을 특징으로 하며,
    상기 제2 기준전압범위는
    상기 AC 전원의 전압의 1.5배 이상 1.7 배 미만인 것을 특징으로 하는
    정지형 무효 전력 보상장치.
  11. 제 2항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 시간은
    1100ms 내지 1350ms으로 설정되고,
    상기 제2 시간은
    240ms 내지 260ms으로 설정되는
    정지형 무효 전력 보상장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110581562A (zh) * 2019-10-16 2019-12-17 国网青海省电力公司果洛供电公司 用于高海拔地区400v配电线路的电能质量补偿装置

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