KR20170111495A - 이중화 시스템을 갖는 제어 장치 - Google Patents

이중화 시스템을 갖는 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 실시예에 따른 정지형 무효전력 보상장치를 제어하는 이중화 시스템을 갖는 제어 장치에 있어서, 이중화 시스템을 갖는 제어 장치는 활성 상태이면, 고전압직류송전의 무효전력을 보상하도록 상기 정지형 무효전력 보상장치를 제어하면서 상태 신호를 출력하는 메인 제어기 및 상기 메인 제어기가 비활성 상태이면, 상기 활성 상태가 되어 상기 정지형 무효전력 보상장치를 제어하는 서브 제어기를 포함할 수 있다.

Description

이중화 시스템을 갖는 제어 장치{CONTROL DEVICE WITH DUPLEX SYSTEM}
본 발명은 이중화 시스템을 갖는 제어 장치{Control Device with Duplex System}에 관한 것으로, 특히 고전압직류송전의 정지형 무효전력 보상장치에 적용되는 시스템이다.
이중화 시스템은 시스템의 신뢰성을 올리기 위해 같은 기능을 가진 구성을 두 개 준비하여 활용하는 것이다. 이중화 시스템은 시스템내의 구성이 이상 동작하는 경우 시스템 전체의 동작을 중단하지 않을 수 있도록 각 구성에 예비장치를 포함한다. 이중화 시스템에 포함된 각 구성 중 어느 하나에 고장이 발생한 경우, 이중화 시스템은 즉시 예비장치로 절체하여 동작을 재개한다.
이중화 시스템은 비용이 드는 방식이지만 높은 신뢰성을 요구하고 동작을 중단할 수 없는 시스템에서 널리 활용되고 있다.
이러한 이중화 시스템은 고전압직류송전(high voltage direct current transmission, HVDC transmission)에서도 사용된다. 고전압직류송전(HVDC)이란 전기 송전 방식의 하나이다. 고전압직류송전은 발전소에서 발전되는 고압의 교류 전력을 전력변환기를 이용해 효율성 높은 고압의 직류 전력으로 바꾸어 송전한다. 이후에 원하는 지역에서 다시 전력변환기를 통해 교류 전력으로 다시 변환 시켜 공급하는 방식이 고전압직류송전이다.
고전압직류송전은 고압교류송전에 비해 전력손실의 양이 적어 장거리 송전에 유리하다.
이러한 고전압직류송전을 하는 고전압직류송전 장치는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터(inverter)와 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터(inverter)를 사용한다. 인버터와 컨버터의 제어를 위해 전류와 전압을 측정하는 측정 장치는 고전압직류송전이 적용되는 계통과 시스템의 각 기기의 포인트에서 전류와 전압을 측정한다.
고전압직류송전은 높은 신뢰성이 요구된다. 따라서 제어시스템 파트는 이중화 시스템으로 이루어진다. 이때 제어시스템 파트가 이상 동작하여 절체하는 경우 발생하는 시스템의 충격이나 시스템 전체의 이상 동작을 방지하기 위한 이중화 시스템이 필요하다.
정지형 무효전력 보상장치(Static Var Compensator, SVC)는 회전기인 동기 조상기의 무효전력 제어 기능을 밸브를 이용하여 정지형 형태로 구현한 무효전력 보상 장치일 수 있다.
그러나, 이중화 시스템은 제어 시스템 외부에 제어 시스템 파트와는 별도의 장비로서 제작되어 왔으며, 이는 제작 기간을 늘리고, 제작 비용을 상승 시키는 요인이 되어왔다.
본 발명의 선행문헌으로는 공개번호 10-2015-0122907 이 있다.
본 발명은 정지형 무효전력 보상장치의 이중화 시스템 구현 시, 제작기간의 단축과 제작 비용을 절감할 수 있는 이중화 시스템을 갖는 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 정지형 무효전력 보상장치를 제어하는 이중화 시스템을 갖는 제어 장치에 있어서, 이중화 시스템을 갖는 제어 장치는 활성 상태이면, 고전압직류송전의 무효전력을 보상하도록 상기 정지형 무효전력 보상장치를 제어하면서 상태 신호를 출력하는 메인 제어기; 및 상기 메인 제어기가 비활성 상태이면, 상기 활성 상태가 되어 상기 정지형 무효전력 보상장치를 제어하는 서브 제어기를 포함할 수 있다.
상기 메인 제어기는 상기 메인 제어기에 전원을 인가하는 전원장치; 및 상기 메인 제어기의 내부 상태를 감지하여 상기 상태신호를 생성하며, 오류가 발생하면, 오류 정보를 내포하는 상기 상태 신호를 생성하여 출력하는 이중화 제어기를 포함할 수 있다.
상기 서브 제어기는 상기 오류 정보를 내포한 상기 상태 신호를 입력 받으면 상기 활성 상태가 되고, 상기 메인 제어기를 비활성 상태가 되도록 제어할 수 있다.
이중화 시스템을 갖는 제어 장치는 상기 메인 제어기가 제어 수행하면서 얻은 데이터를 저장하고, 상기 데이터를 입출력하는 데이터 베이스를 더 포함할 수 있다.
상기 서브 제어기는 상기 메인 제이기가 비활성 상태이면, 상기 데이터 베이스로부터 상기 메인 제어기가 상기 제어수행 하면서 얻은 상기 데이터를 입력 받고, 입력 받은 상기 데이터를 기반으로 상기 정지형 무효전력 보상장치를 제어할 수 있다.
상기 서브 제어기는 상기 정지형 무효전력 보상장치를 제어 수행하면서 얻은 데이터를 상기 데이터 베이스로 출력할 수 있다.
상기 메인 제어기와 상기 서브 제어기 각각은 상기 메인 제어기의 내부 상태를 감지하여 상기 상태신호를 생성하며, 오류가 발생하면, 오류 정보를 내포하는 상기 상태 신호를 생성하는 이중화 제어기를 포함할 수 있다.
상기 메인 제어기와 상기 서브 제어기 각각은 각각의 상기 이중화 제어기로 상기 상태신호를 상호 교환할 수 있다.
본 발명의 서브 제어기는 메인 제어기가 비활성 상태이면 활성 상태가 되어 정지형 무효전력 보상장치를 제어할 수 있어, 지속적으로 고전압직류송전에 지속적인 무효전력공급이 가능해 시스템의 안정을 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 메인 제어기와 서브 제어기는 이중화 제어기를 포함할 수 있어, 별도의 이중화 제어기 없이 메인 제어기와 서브 제어기 자체가 이중화 기능을 구현할 수 있으며, 이를 통해 이중화 구현의 가격적인 이점과 제작기간을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고전압직류송전(high voltage direct current transmission, HVDC)을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 모노폴라 방식의 고전압직류송전을 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 메인 제어기와 서브 제어기의 제어에 따라 동작하는 트랜스포머와 3상 밸브 브릿지의 결선을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예인 이중화 기능을 갖는 제어 시스템의 메인 제어기를 설명하기 위한 도면이다.
도 5은 본 발명의 실시 예인 메인 제어기와 서브 제어기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예인 이중화 기능을 갖는 제어 시스템에 포함되는 데이터 베이스와 메인 제어기와 서브 제이기를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예인 이중화 기능을 갖는 제어 시스템에 포함되는 복수개의 데이터 베이스를 설명할 수 있다.
도 8는 본 발명의 실시예인 이중화 기능을 갖는 제어 시스템에 포함되는 복수개의 데이터 베이스를 설명할 수 있다.
도 9은 본 발명의 실시 예인 이중화 기능을 갖는 제어 장치을 설명하기 위한 순서도 일 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 실시 예에 따른 이중화 시스템을 갖는 제어 장치를 설명할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 고전압직류송전(high voltage direct current transmission, HVDC)을 설명하기 위한 도면일 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시 예에 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 포함할 수 있으며, 정지형 무효전력 보상장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제어 파트(190)는 이중화 시스템을 갖는 제어 장치일 수 있으며, 메인 제어기(210), 서브 제어기(220)를 포함할 수 있으며, 데이터 베이스(230)을 더 포함할 수 있다.
수요 측 변전 파트(105)는 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150), 수요 측 트랜스포머 파트(160)을 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)을 포함하는 DC 변전소에 전달할 수 있다.
송전 측 트랜스포머 파트(120)는 송전 측 교류 파트(110)를 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130) 및 교류 송전파트(140)로부터 격리할 수 있다.
송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)는 송전 측 트랜스포머 파트(120)의 출력에 해당하는 3상 교류 전력을 직류 전력으로 변환할 수 있다.
직류 송전 파트(140)는 송전 측의 직류 전력을 수요 측으로 전달할 수 있다.
수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150)는 직류 송전 파트(140)에 의해 전달된 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환할 수 있다.
수요 측 트랜스포머 파트(160)는 수요 측 교류 파트(170)을 수요 측 직류-교류 컨버터 파트(150)와 직류 송전 파트(140)로부터 격리할 수 있다.
수요 측 교류 파트(170)는 수요 측 트랜스포머 파트(160)의 출력에 해당하는 3상 교류 전력을 수요 파트(180)에 제공할 수 있다.
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 컨버터파트(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 턴 온 및 턴 오프의 타이밍을 제어할 수 있다. 이때, 밸브는 사이리스터 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT)에 해당할 수 있다.
제어 파트(190)는 메인 제어기(210)와 서브 제어기(220)를 포함할 수 있다.
또한, 메인 제어기(210)는 정지형 무효전력 보상장치(미도시)를 제어하여 고전압직류송전(high voltage direct current transmission, HVDC)의 무효전력을 조정할 수 있으며, 이를 통해 전압조정 및 전력손실의 경감할 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)가 고장, 소손, 정지, 비활성 등의 문제가 발생할 시, 메인 제어기(210)로부터 제어권을 양도 받아 정지형 무효전력 보상장치와 고전압직류송전을 제어할 수 있다.
메인 제어기(210)는 정지형 무효전력 보상장치를 제어하면서 실시간으로 서브 제어기(220)로 상태신호를 송신할 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)로부터 상태신호가 수신되지 않으면, 메인 제어기(210)를 비활성 상태로 판단하고, 비활성 상태에서 활성 상태로 전환하여, 메인 제어기(210)의 제어권을 양도 받아 정지형 무효전력 보상장치 또는 고전압직류송전을 제어할 수 있다.
메인 제어기(210)는 내부의 상태를 감지하여, 고장, 소손 등의 오류가 발생하면, 오류를 내포하는 상태신호를 생성하여 서브 제어기(220)로 송신할 수 있다.
서브 제어기(220)는 오류를 내포하는 상태신호를 입력 받으면 비활성 상태에서 활성 상태로 전환하고, 메인 제어기(210)가 비활성 상태가 되도록 제어할 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)가 오류, 비활성, 소손 등의 문제가 발생하여도 지속적으로 정지형 무효전력 보상장치가 고전압직류송전의 무효전력을 보상하도록 제어할 수 있는 작용효과가 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 모노폴라 방식의 고전압직류송전을 설명하기 위한 도면일 수 있다.
특히, 도 2는 단일의 극의 직류 전력을 송전하는 고전압직류송전을 보여줄 수 있다. 이하의 설명에서는 단일의 극은 양극(positive pole)임을 가정하여 설명할 수 있으며, 실시 예에 한정되지 않는다.
도 1 내지 도2를 참고하면, 송전 측 교류 파트(110)는 교류 송전 라인(111)과 교류 필터(113)을 포함할 수 있다.
교류 송전 라인(111)은 발전 파트(101)가 생성한 3상의 교류 전력을 송전 측 변전 파트(103)으로 전달할 수 있다.
교류 필터(113)는 변전 파트(103)에서 이용하는 주파수 성분 이외의 나머지 주파수 성분을 전달된 3상 교류 전력에서 제거할 수 있다.
송전 측 트랜스포머 파트(120)는 양극을 위하여 하나 이상의 트랜스포머(121)를 포함할 수 있다. 양극을 위하여 송전 측 교류-직류 컨버터 파트(130)는 양극 직류 전력을 생성하는 교류-양극 직류 컨버터(131)를 포함할 수 있고, 상기 교류-양극 직류 컨버터(131)는 하나 이상의 트랜스포머(121)에 각각 대응하는 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(131a)를 포함할 수 있다.
메인 제어기(210)는 교류-양극 직류 컨버터(131), 교류-직류 컨버터 파트(130)를 제어할 수 있으며, 서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)가 오류 또는 비활성 상태 시 메인 제어기(210)의 제어권을 양도 받아 변전 파트(103, 105)를 제어할 수 있는 리던던시(redundancy) 제어기 일 수 있다.
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, 상기 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있고, Y-△ 형상의 결선을 가질 도 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 트랜스 포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-Y 형상의 결선을 가질 수도 있으며, 나머지 하나의 트랜스포머(121)의 1차측 코일과 2차측 코일은 Y-△ 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 포함할 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 포함할 수 있다.
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 필터링할 수 있다.
양극 직류 송전 라인(143)은 양극 직류 전력의 전송을 위한 하나의 DC 라인을 가지고, 전류의 귀환 통로로는 대지가 이용될 수 있다. 상기 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 필터링할 수 있다.
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 포함할 수 있다.
수요 측 트랜스포머 파트(160)는 양극을 위하여 하나 이상의 3상 밸브 브릿지(151a)에 각각 대응하는 하나 이상의 트랜스포머(161)를 포함할 수 있다.
수요 측 트랜스포머 파트(160)은 송전 측 교류 직류 컨버터 파트(130)와 동일하게 동작할 수 있다.
수요 측 교류 파트(170)는 교류 필터(171)와 교류 송전 라인(173)을 포함할 수 있다.
교류 필터(171)는 수요 파트(180)가 이용하는 주파수 성분(예를 들어, 60Hz) 이외의 나머지 주파수 성분을, 수요 측 변전 파트(105)가 생성하는 교류 전력에서 제거할 수 있다.
교류 송전 라인(173)은 필터링된 교류 전력을 수요 파트(180)에 전달할 수 있다.
도 3는 본 발명의 실시 예에 따른 메인 제어기와 서브 제어기의 제어에 따라 동작하는 트랜스포머와 3상 밸브 브릿지의 결선을 설명하기 위한 도면일 수 있다.
특히, 도 3는 양극을 위한 2개의 트랜스포머(121)와 양극을 위한 2개의 3상 밸브 브릿지(131a)의 결선을 보여줄 수 있다.
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 실시 예로부터 용이하게 도출할 수 있으므로, 그 도면과 설명은 생략할 수 있다.
도 1 내지 도 3를 참고하면, 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 브릿지일 수 있다.
즉, 메인 제어기(210)은 3상 밸브 브릿지(131a)를 제어할 수 있으며, 트랜스포머(121)를 제어할 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)가 비활성화 상태이면, 3상 밸브 브릿지(131a)를 제어할 수 있으며, 또한, 트랜스포머(121)를 제어할 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)로부터 오류 상태를 내포하는 상태신호를 입력 받으면, 3상 밸브 브릿지(131a)를 제어할 수 있으며, 트랜스포머(121)를 제어할 수 있다.
메인 제어기(210)는 3상 밸브 브릿지(131a)를 제어할 수 있으며, 트랜스포머(121)를 제어하며, 정지형 무효전력 보상장치를 제어하여 고전압직류송전 시스템의 무효전력을 보상할 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)가 비활성화 상태이면, 3상 밸브 브릿지(131a)를 제어할 수 있으며, 트랜스포머(121)를 제어하며, 정지형 무효전력 보상장치를 제어하여 고전압직류송전 시스템의 무효전력을 보상할 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)로부터 오류 상태를 내포하는 상태신호를 입력 받으면, 3상 밸브 브릿지(131a)를 제어할 수 있으며, 트랜스포머(121)를 제어하며, 정지형 무효전력 보상장치를 제어하여 고전압직류송전 시스템의 무효전력을 보상할 수 있다.
상측 3상 밸브 브릿지와 하측 3상 밸브 브릿지는 직류 전력을 출력하는 2개의 출력단인 제1 출력단(OUT1)과 제2 출력단(OUT2)를 갖을 수 있다.
상측 3상 밸브 브릿지는 6개의 밸브(D1-D6)을 포함할 수 있으며, 하측 3상 밸브 브릿지는 6개의 밸브(D7-D12)를 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예인 이중화 기능을 갖는 제어 장치의 메인 제어기를 설명하기 위한 도면일 수 있으며, 도 5은 본 발명의 실시 예인 메인 제어기와 서브 제어기를 설명하기 위한 도면일 수 있다.
도 1 내지 도 5을 참고하면, 메인 제어기(210)는 전원장치(212)와 이중화 제어기(214)를 포함할 수 있다.
전원장치(212)는 메인 제어기(210)로 전원을 공급할 수 있으며, 외부로부터 전원을 공급 받아 메인 제어기(210)로 전원을 공급할 수 있다.
메인 제어기(210)는 전원부가 전원을 공급 하면 활성 상태가 될 수 있으며, 전원부가 전원 공급을 중단 또는 전원 공급이 중단되면 비활성 상태가 될 수 있다.
메인 제어기(210)는 내부 상태를 감지할 수 있으며, 내부 시스템에 오류, 소손 등의 문제 발생을 감지할 수 있다. 또한, 메인 제어기(210)는 정지형 무효전력 보상 장치와 고전압직류송전의 동작 상태, 고장유무 상태 등을 감지할 수 있다.
메인 제어기(210)는 내부 상태, 내부 시스템의 오류, 소손 등의 문제를 연산하여 상태신호를 생성할 수 있다. 또한, 메인 제어기(210)는 정지형 무효전력 보상 장치와 고전압직류송전의 동작상태 고장유무상태 등에 따라 연산수행 할 수 있다.
메인 제어기(210)와 서브 제어기(220) 각각은 PMC(PCI Mezzanine Card) 또는 XMC(PCI eXpress Mezzaine Card)를 포함할 수 있으며, 이중화 제어기(214)는 PMC(PCI Mezzanine Card) 또는 XMC(PCI eXpress Mezzaine Card)일 수 있다.
메인 제어기(210)와 서브 제어기(220)는 동일 기능, 구성을 갖는 제어기 일 수 있으며, 메인 제어기(210)와 서브 제어기(220) 각각은 이중화 제어기(214)를 포함할 수 있다.
즉, 메인 제어기(210)는 PMC(PCI Mezzanine Card) 또는 XMC(PCI eXpress Mezzaine Card)인 이중화 제어기(214)를 통해 상태신호를 서브 제어기(220)로 출력할 수 있다.
PMC(PCI Mezzanine Card) 또는 XMC(PCI eXpress Mezzaine Card)는 FPGA, DSP,
CPU등을 펌웨어 형태로 구성이 가능할 수 있다.
XMC(PCI eXpress Mezzaine Card)는 PMC(PCI Mezzanine Card) 또는 다른 XMC(PCI eXpress Mezzaine Card)와의 통신 시 유선 또는 무선으로 통신을 할 수 있다.
또한, PMC(PCI Mezzanine Card) 또는 XMC(PCI eXpress Mezzaine Card)는 내부에 DSP 또는 CPU를 포함한다면, 소프트웨어나, 펌웨어로 알고리즘 및 이중화 정책을 업데이트 할 수 있으며, FPGA가 포함되어 있다면, VHDL, Verilog VHDL 혹은 Simulink 등으로 펌웨어를 구성하여 업데이트 할 수 있다.
PMC(PCI Mezzanine Card) 또는 XMC(PCI eXpress Mezzaine Card)는 IEEE 1386 표준을 따르며, PCI 및 PCI express 규격을 64핀 버스 커넥터를 이용하여 마더 보드에 연결하는 규격으로써 이용될 수 있다.
이중화 정책 또는 알고리즘은 사용자에 의해서 정해진 로직에 따라 Rear IO를 통해 LVDS 신호를 통하여 외부 IO 기기를 통하여 유선 또는 무선으로 상대 기기와 이중화를 구성한다.
DSP 또는 CPU는 사용자에 의해 Flash 메모리에 프로그래밍 하여 저장할 수 있으며, 특히 DSP 경우에는 외부 Flash 이 외에 칩 종류에 따라, 내부 메모리에 저장할 수 있다. 특히 에뮬레이터를 이용하여 주입하는 경우가 있으며, 마더 보드의 프로그램을 통해 업데이트 할 수도 있다.
FPGA 장착 시 업데이트 방법은 전면 확장 연결의 일부 핀을 JTAG 핀으로 구성하여 업데이트하는 방법과, 특정 펌웨어 포맷을 가진 파일을 마더 보드의 프로그램 수행을 통해 업데이트 하는 방법이 있을 수 있다.
마더 보드는 메인 제어기(210) 및 서브 제어기(220)일 수 있으며, 메인 제어기(210)와 서브 제어기(220)를 이루는 구성성분일 수 있다.
메인 제어기(210)는 활성 상태이면, 고전압직류송전의 무효전력을 보상하도록 정지형 무효전력 보상장치를 제어하면서 상태 신호를 출력할 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제어기가 비활성 상태이면, 활성 상태가 되어 정지형 무효전력 보상장치를 제어할 수 있다.
즉, 메인 제어기(210)는 정지형 무효전력 보상장치를 제어하는 동안, 상태 신호를 지속적으로 생성할 수 있으며, 서브 제어기(220)는 상태 신호를 입력 받을 수 있으며, 상태 신호를 입력 받는 서브 제어기(220)는 비활성 상태일 수 있다.
메인 제어기(210)는 메인 제어기(210)에 전원을 인가하는 전원장치(212) 및 메인 제어기(210)의 내부 상태를 감지하여 오류가 발생하면, 오류 정보를 내포하는 상태 신호를 생성하여 출력하는 이중화 제어기(214)를 포함할 수 있다.
즉, 메인 제어기(210)는 전원장치(212)로부터 전원을 인가 받지 못하는 상황이 발생하면 비활성 상태가 되어 상태신호를 생성할 수 없으며, 서브 제어기(220)는 상태신호를 입력 받을 수 없어 메인 제어기(210)가 비활성 상태로 인식하고. 정지형 무효전력 보상장치 또는 고전압직류송전을 제어할 수 있다.
서브 제어기(220)는 오류 정보를 내포한 상태 신호를 입력 받으면 활성 상태가 되고, 메인 제어기(210)를 비활성 상태가 되도록 제어할 수 있다.
즉, 메인 제어기(210)이 내부 상태 고장, 오류 등이 발생하면, 메인 제어기(210)는 오류 상태를 포함하는 상태신호를 생성할 수 있으며, 서브 제어기(220)는 오류 상태를 포함하는 상태신호를 입력 받으면, 메인 제어기(210)에 의해 정지형 무효전력 보상 장치 또는 고전압직류송전이 오동작 제어 되지 않게 활성 상태가 되어 메인 제어기(210)를 비활성 상태가 되도록 제어하고, 정지형 무효전력 보상장치 또는 고전압직류송전을 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예인 이중화 기능을 갖는 제어 장치에 포함되는 데이터 베이스와 메인 제어기와 서브 제이기를 설명하기 위한 도면일 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참고하면, 이중화 시스템을 갖는 제어 장치는 메인 제어기(210)와 서브 제어기(220)를 포함할 수 있으며, 데이터 데이스(230)를 더 포함할 수 있다.
메인 제어기(210)는 활성 상태 시, 고전압직류송전의 무효전력을 보상하도록 정지형 무효전력 보상장치를 제어하면서 상태 신호를 출력할 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)가 비활성 상태이면, 활성 상태가 되어 정지형 무효전력 보상장치를 제어할 수 있다.
데이터 베이스(230)는 메인 제어기(210)가 제어 수행하면서 얻은 데이터를 저장하고, 데이터를 입출력할 수 있다.
데이터 베이스(230)는 PMC(PCI Mezzanine Card) 또는 XMC(PCI eXpress Mezzaine Card)를 포함할 수 있다. 즉, 데이터 베이스(230)는 이중화 제어기(214)를 포함할 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제이기(210)가 비활성 상태이면, 데이터 베이스(230)로부터 메인 제어기(210)가 제어수행 하면서 얻은 데이터를 입력 받고, 입력 받은 데이터를 기반으로 정지형 무효전력 보상장치를 제어할 수 있다.
서브 제어기(220)는 정지형 무효전력 보상장치를 제어 수행하면서 얻은 데이터를 데이터 베이스(230)로 출력할 수 있다.
즉, 데이터 베이스(230)는 활성 상태 시 메인 제어기(210)가 정지형 무효전력 보상장치를 제어 수행하면서 얻는 데이터를 저장할 수 있으며, 메인 제어기(210)가 비활성 상태가 되고, 서브 제어기(220)가 활성 상태가 되면, 서브 제어기(220)로 상기 제어 수행하면서 얻은 데이터를 전달할 수 있다.
또한, 데이터 베이스(230)는 서브 제어기(220)가 제어 수행하면서 얻은 데이터를 저장할 수 있으며, 서브 제어기(220)와 메인 제어기(210)가 제어 수행하면서 얻은 데이터를 상호교환 하도록 할 수 있다.
메인 제어기(210)와 서브 제어기(220) 각각은 메인 제어기(210)의 내부 상태를 감지하여 상태신호를 생성하며, 오류가 발생하면, 오류 정보를 내포하는 상태 신호를 생성하는 이중화 제어기(214)를 포함할 수 있다.
메인 제어기(210)와 서브 제어기(220) 각각은 각각의 상기 이중화 제어기(214)로 상태신호를 상호 교환할 수 있다.
이를 통해서, 이중화 시스템을 갖는 제어 장치는 데이터 베이스(230)가 서브 제어기(220)와 메인 제어기(210)가 데이터를 상호교환 하도록 할 수 있어 안전한 시스템을 구축할 수 있는 작용효과가 생기게 될 수 있다.
도 7 내지 도 8는 본 발명의 실시예인 이중화 기능을 갖는 제어 장치에 포함되는 복수개의 데이터 베이스를 설명할 수 있다.
이하의 설명에서는 데이터 베이스(230)가 복수개일 수 있으며, 복수개의 데이터 베이스(230) 중 하나는 제1 데이터 베이스(230), 복수개의 데이터 베이스(230)중 다른 하나는 제2 데이터 베이스(230)로 설명할 수 있다.
도 1 내지 도 8을 참고하면, 데이터 베이스(230)는 PMC(PCI Mezzanine Card) 또는 XMC(PCI eXpress Mezzaine Card)를 포함할 수 있으며, 제1 데이터 베이스(230)는 메인 제어기(210)가 정지형 무효전력 보상장치를 제어 수행하면서 얻은 데이터를 저장할 수 있으며, 제2 데이터 베이스(230)으로 전송할 수 있다.
예를 들어, 제2 데이터 베이스(230)가 제1 데이터 베이스(230)의 백업 데이터 베이스이면, 제1 데이터 베이스(230)가 메인 제어기(210)로부터 정지형 무효전력 보상장치를 제어 수행하면서 얻은 데이터를 저장한 후, 제2 데이터 베이스(230)으로 전송 수행을 통해 백업 데이터 베이스의 업데이트가 이루어져 제1 데이터 베이스(230)의 고장 시 유연하게 대응할 수 있다.
또한, 메인 제어기(210)는 제1 데이터 베이스(230)와 제2 데이터 베이스(230)로 제어 수행하면서 얻은 데이터를 출력할 수 있으며, 또한, 서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)와 같은 방식으로 제1 데이터 베이스(230)와 제2 데이터 베이스(230)로 제어 수행하면서 얻은 데이터를 출력할 수 있다.
즉, 데이터 베이스(230)가 N개이고, 서브 제이기(220)개 N개일 수 있으며, 데이터 베이스(230)와 서브 제이기(220)의 개수가 증가해도 상기의 설명과 동일 한 효과를 갖을 수 있으며, 개수의 증가에 따라 고압직류송전과 정지형 무효전력 보상장치를 제어하는데 있어서 신뢰성이 높아 질 수 있다.
도 9은 본 발명의 실시 예인 이중화 기능을 갖는 제어 장치을 설명하기 위한 순서도 일 수 있다.
도 1 내지 도 9일 참고하면, 정지형 무효전력 보상장치를 제어하는 이중화 기능을 갖는 제어 장치에 있어서, 메인 제어기(210)가 활성 상태이면, 고전압직류송전의 무효전력을 보상하도록 정지형 무효전력 보상장치를 제어하면서 상태신호를 출력할 수 있다(S1).
비활성 상태의 서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)으로부터 상태신호를 입력 받으면 메인 제어기(210)가 활성 상태인 것으로 인식하며, 상태신호를 입력 받지 못하면 메인 제어기가 비활성 상태인 것으로 인식할 수 있다(S3).
서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)가 비활성 상태이면, 활성 상태가 되어 정지형 무효전력 보상장치를 제어할 수 있다(S7).
메인 제어기(210)는 내부 상태를 확인할 수 있으며, 내부에 이상 발생, 오류 발생이 생기면 오류 정보를 내포하는 상태신호를 생성할 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)로부터 오류 정보를 내포한 상태신호를 입력 받으면, 활성 상태가 되며, 메인 제어기(210)가 비활성 상태가 되도록 제어할 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)를 비활성 상태가 되도록 제어하고, 활성 상태가 되어 고전압직류송전의 무효전력을 보상하도록 정지형 무효전력 보상장치를 제어하게 될 수 있다(S7).
메인 제어기(210)와 서브 제어기(220)는 동일 구성을 갖고, 동일 기능을 하는 제어기 일 수 있다.
서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)의 여분 제어기 일 수 있으며, 메인 제어기(210)가 비활성 상태, 오류 상태이면, 메인 제어기(210)의 제어권을 양도 받아 정지형 무효전력 보상장치를 제어할 수 있다.
즉, 서브 제어기(220)는 메인 제어기(210)로부터 상태신호를 입력 받지 못할 시, 또는, 메인 제어기(210)로부터 오류 정보를 내포한 상태신호를 입력 받을 시 비활성 상태에서 활성 상태가 되어 메인 제어기(210)로부터 정지형 무효전력 보상장치의 제어권을 양도 받아 고전압직류송전의 무효전력을 보상하도록 정지형 무효전력 보상장치를 제어할 수 있다. 이를 통해, 고전압직류송전은 무효전력을 지속적으로 보상받을 수 있어 시스템 안정의 신뢰성을 향상 시 킬 수 있다.
또한, 별도의 이중화 시스템을 구성하지 않고, 메인 제어기(210)와 서브 제어기(220)가 이중화 기능을 구현할 수 있어 저렴한 가격으로 이중화 시스템을 갖는 제어 장치를 구현할 수 있으며, 제작 기간 및 비용을 단축 시킬 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 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.
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.
210; 메인 제어기, 220; 서브 제어기,
230; 데이터 베이스, 212; 전원장치,
214; 이중화 제어기,

Claims (9)

  1. 정지형 무효전력 보상장치를 제어하는 이중화 시스템을 갖는 제어 장치에 있어서,
    활성 상태이면, 고전압직류송전의 무효전력을 보상하도록 상기 정지형 무효전력 보상장치를 제어하면서 상태 신호를 출력하는 메인 제어기; 및
    상기 메인 제어기가 비활성 상태이면, 상기 활성 상태가 되어 상기 정지형 무효전력 보상장치를 제어하는 서브 제어기를 포함하며,
    상기 메인 제어기는
    상기 메인 제어기의 내부 상태를 감지하여 상기 상태신호를 생성하며, 오류가 발생하면, 오류 정보를 내포하는 상기 상태 신호를 생성하는 이중화 제어기를 포함하는
    이중화 시스템을 갖는 제어 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서브 제어기는
    상기 오류 정보를 내포한 상기 상태 신호를 입력 받으면, 상기 활성 상태가 되어 상기 메인 제어기를 비활성 상태가 되도록 제어하는
    이중화 기능을 갖는 제어 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 제어기가 제어 수행하면서 얻은 데이터를 저장하고, 상기 데이터를 입출력하는 데이터 베이스를 더 포함하는
    이중화 시스템을 갖는 제어 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 서브 제어기는
    상기 메인 제이기가 비활성 상태이면, 상기 데이터 베이스로부터 상기 메인 제어기가 상기 제어수행 하면서 얻은 상기 데이터를 입력 받고, 입력 받은 상기 데이터를 기반으로 상기 정지형 무효전력 보상장치를 제어하는
    이중화 시스템을 갖는 제어 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 서브 제어기는
    상기 정지형 무효전력 보상장치를 제어 수행하면서 얻은 데이터를 상기 데이터 베이스로 출력하는
    이중화 시스템을 갖는 제어 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 메인 제어기와 상기 서브 제어기 각각은
    전원을 인가하는 전원장치; 및
    내부 상태를 감지하여 오류가 발생하면, 오류 정보를 내포하는 상기 상태 신호를 생성하는 이중화 제어기를 포함하는
    이중화 시스템을 갖는 제어 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 메인 제어기와 상기 서브 제어기 각각은
    상기 상태신호를 각각의 상기 이중화 제어기를 통해 지속적으로 상호 교환하는
    이중화 시스템을 갖는 제어 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 이중화 제어기는
    PMC(PCI Mezzanine Card) 또는 XMC(PCI eXpress Card)중 하나인 것을 특징으로 하는
    이중화 시스템을 갖는 제어 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 서브 제어기는
    상기 메인 제어기에 포함되는 상기 이중화 제어기와 동일 구성의 이중화 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는
    이중화 시스템을 갖는 제어 장치.
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