KR20180012812A - 컨버터 밸브의 고장 조기경보 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

컨버터 밸브 고장 경보 방법이 본 발명에서 개시된다. 상기 방법은, 미리 설정된 시간 범위에서, 컨버터 밸브의 각각의 사이리스터 제어 유닛에서 피드백되는 상태지시신호의 시간정보를 기록하고; 편차 통계 수집 방법을 사용하여 시간정보 조각들에 대한 통계를 수집하고 시간정보 조각들 상호간에 비교를 수행하며; 미리 설정된 값을 초과하는 편차에 대응하는 사이리스터 레벨을 마킹하고; 그리고 상기 마킹 결과에 따라 상기 사이리스터에 대한 고장 발생 가능성을 판단하는 것을 포함한다. 또한 컨버터 밸브 고장 경보 시스템이 본 발명에서 개시된다. 상기 컨버터 밸브 고장 경보 시스템은 컨버터 밸브의 각각의 사이리스터의 편차 데이터를 저장하는데 사용되는 레지스터 어레이와 편차 통계 수집 방법을 사용하여 사이리스터 제어 유닛에서 피드백되는 상태지시신호를 처리하기 위한 고속 프로세서를 포함한다. 상기의 해결 방안에 의하여, 높은 고장 발생 가능성을 갖는 사이리스터 레벨을 인지할 수 있고, 경고가 미리 이루어지며, 그리고 상기 해결 방법은 장비를 교체하기 위한 토대로 사용될 수 있다, 그리하여 상기 사이리스터 레벨의 고장으로 인한 직류 시스템의 작동 정지 가능성을 감소시키게 된다; 그리고 상기 해결 방안은 컨버터 밸브 장치의 성능 및 회로 설계를 최적화하기 위한 참고자료로 또한 활용될 수 있다.

Description

컨버터 밸브 고장 경보 방법 및 시스템
본 발명은 고전력 전자(high-power electronics) 분야에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 컨버터 밸브의 고장에 대한 조기경보 방법 및 시스템에 관한 것이다.
고압 직류(High Voltage Direct Current, HVDC) 전력 전송은 전력전자 기술의 응용분야 중에서 가장 중요하고, 가장 전통적이며, 가장 빠르게 발전하는 기술 분야이다. 고압 직류 전력 전송 프로젝트의 일차적 핵심 장비로서 컨버터 밸브의 작동 성능은 직류 전력 전송의 동작 안정성을 직접적으로 결정한다. 다양한 동작 조건 아래에서 컨버터 밸브를 제어하기 위해 컨버터 밸브 제어 시스템이 사용된다. 상기 컨버터 밸브 제어 시스템은 직류 제어 보호 시스템과 컨버터 밸브 제어 유닛(Valve Control Unit, VCU), 그리고 사이리스터 제어 유닛(Thyristor Control Unit, TCU)으로 필히 구성된다. 상기 컨버터 밸브 제어 유닛은 상기 직류 제어 보호 시스템과 상기 컨버터 밸브 사이의 브릿지 역할을 하고, 상기 직류 제어 보호 시스템에 의해 보내진 제어 신호를 수신하여, 논리 알고리즘을 사용하여 상기 제어 신호에 따른 트리거 펄스를 생성해, 상기 트리거 펄스를 상기 컨버터 밸브로 전송하는 기능을 주로 수행한다. 또한 상기 컨버터밸브 제어 유닛은 상기 컨버터 밸브에 의해 되돌아온 사이리스터 레벨의 상태지시신호를 또한 수신하여 상기 상태지시신호를 처리하고, 상기 직류 제어 보호 시스템에 피드백하게 되며, 그리하여 상기 컨버터 밸브의 동작상태를 모니터링할 수 있다. 게다가, 사이리스터 레벨의 동작 상태와 컨버터 밸브 제어 유닛의 동작 상태는 이더넷(Ethernet)을 통해 모니터링 시스템으로 보내진다.
상기 컨버터 밸브는 사이리스터와 상기 사이리스터의 저항-커패시턴스 회로, 리액터 및 냉각장치로 구성되는 다중 사이리스터 레벨을 포함하는 복합시스템이다. 오랜 시간의 작동 이후에는 성능저하에 따른 고장이 발생할 수 있다. 게다가, 저항-커패시턴스 회로의 파라미터들의 미세한 차이로 인해, 사이리스터 레벨의 균압 일치성(voltage-balancing consistency)에 미세한 차이가 있다. 장시간에 걸친 고전압 동작 상황 하에서는 일부 사이리스터 레벨의 내용 연한(service life)이 단축될 수 있고, 심각한 경우에는 몇몇 사이리스터 레벨의 고장으로 인해 직류 시스템의 정지 위험이 초래되며, 이는 직류 시스템의 안전하고 안정적인 동작에 악영향을 미치게 된다. 현재의 직류 프로젝트의 작동에서, 컨버터 밸브의 모든 사이리스터 레벨의 작동 상태를 모니터링하는 방법은 상태 피드백 신호가 있는지 여부를 단지 개략적으로 모니터링하는데 있으며, 그리하여 결과적으로 다른 사이리스터 레벨들 사이의 차이들은 보통 무시된다. 컨버터 밸브제어 유닛에서, 컨버터 밸브의 서로 다른 사이리스터 레벨 사이에 존재하는 성능 차이에 근거하여 데이터의 통계적 분석을 사용하여 상대적으로 낮은 성능의 사이리스터 레벨을 확인할 수 있고, 조기 경보가 제공된다면, 사이리스터 레벨의 고장에 의해 야기되는 직류시스템의 정지 위험을 감소될 수 있으며, 이는 직류 시스템의 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 위한 효과적인 보조 수단을 제공한다.
본 발명의 목적은, 컨버터밸브의 고장에 대한 조기경보 방법 및 시스템을 제공하는 것으로, 이를 통해 상대적으로 고장 가능성이 높은 사이리스터 레벨을 확인하여 조기 경보를 발령하고 장비 교체를 위한 참고자료를 제공하여, 사이리시트 레벨의 고장에 따른 직류 시스템의 정지 가능성을 낮추고, 컨버터 밸브의 장비 성능 최적화와 회로설계 최적화를 위한 참고자료를 제공할 수 있다.
상술한 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결 방안은 다음과 같다:
소정의 시간 범위 내에서, 컨버터 밸브의 사이리스터 제어 유닛(TCU)에서 피드백되는 상태지시신호의 시간정보를 기록하고, 바이어스 통계 방법을 이용하여 상기 시간정보의 조각들에 대한 통계 및 비교를 수행하고, 바이어스 값이 미리 설정된 값을 초과하는 사이리스터 레벨을 마킹하고, 상기 마킹 결과에 따라 사이리스터의 고장 가능성을 판단하는 것을 포함하는, 컨버터 밸브 고장 조기경보 방법을 제공한다.
상기 바이어스 통계 방법은, 상기 컨버터 밸브의 사이리스터 제어 유닛에 의해 피드백되는 상태 지시 신호의 시간 정보로부터 최초 도착시간과 최후 도착시간을 확인하여, 최초 도착시간과 최후 도착시간 사이의 시간차를 계산하고, 상기 시간차를 소정의 지속시간과 비교하는 것을 포함하는데, 여기서 상기 시간차가 상기 소정의 지속시간보다 작다면, 컨버터 밸브에 의해 피드백되는 상태지시 신호가 일치성 요구조건(consistency requirement)을 만족시킨다고 판단한다; 혹은,
반대의 경우에는, 상태지시신호가 일치성 요구조건을 만족시키지 않는다고 간주되며, 소정의 지속시간에 대해 양(positive)의 바이어스 특성이나 음(negative)의 바이어스 특성을 갖는 상태지시신호들은 선택되어 각각의 사이리스터 레벨의 메모리에 축적된다.
상기 바이어스 통계방법은, 컨버터밸브의 TCU에서 피드백되는 상태지시신호의 시간정보가 정규분포를 만족시키면, 정규분포 구간을 결정하기 위해 예상편차 파라미터와 표준편차 파라미터를 셋팅하고, 시간정보의 조각들을 정규분포 구간과 비교하는 것을 포함하는데, 여기서
컨버터밸브의 TCU에서 피드백되는 상태지시신호의 시간정보가 정규분포 구간 범위 내에 모두 포함된다면, 상기 컨버터밸브의 TCU에서 피드백되는 상태지시신호가 일치성 요구조건을 만족시킨다고 판단한다; 혹은,
반대의 경우에는, 상태지시신호가 일치성 요구조건을 만족시키지 않는다고 간주되며, 상기 정규분포 구간에 대해 양(positive)의 바이어스 특성이나 음(negative)의 바이어스 특성을 갖는 상태지시신호들은 선택되어 각각의 사이리스터 레벨의 메모리에 축적된다.
상기 바이어스 통계 방법은, 상기 컨버터밸브의 TCU에서 피드백되는 상태지시신호의 시간정보 평균값을 계산하고, 상기 평균값이 중심(center)이 되고, 시간 범위 파라미터가 양과 음의 경계조건이 되는 평균분포 구간 범위를 결정하기 위하여, 시간 범위 파라미터를 미리 설정하며(preset), 시간정보의 조각들을 상기 구간 범위와 비교하는 것을 포함하는데, 여기서
상기 컨버터 밸브의 TCU에서 피드백되는 상기 상태지시신호의 시간 정보가 평균분포 구간 범위에 모두 포함된다면, 상기 컨버터 밸브의 TCU에서 피드백되는 상기 상태지시신호는 일치성 요구조건을 만족시킨다고 판단한다; 혹은,
반대의 경우에는, 상태지시신호가 일치성 요구조건을 만족시키지 않는다고 간주되며, 상기 평균분포 구간에 대해 양(positive)의 바이어스 특성이나 음(negative)의 바이어스 특성을 갖는 상태지시신호들은 선택되어 각각의 사이리스터 레벨의 메모리에 축적된다.
상기 조기경보 방법은, 시간에 따른 사이리스터 레벨의 성능 바이어스의 통계 분포를 획득하기 위해, 양의 바이어스 특성이나 음의 바이어스 특성을 갖는 상태지시 신호가 발생되는 시점을 기록하는 것을 더 포함한다.
상기 조기경보 방법은, 소정의 시간범위 내에서 축적된 값을 데이터 통계 결과로 읽고, 여기서 모든 데이터는 컨버터 밸브의 사이리스터 레벨들 사이의 성능 차이를 비교 분석하는데 사용되며; 그리고
상기 데이터 통계 결과에 따라 축적된 바이어스 수치가 설정된 문턱값을 초과하는 사이리스터 레벨을 선택하고, 상기 컨버터 밸브에서 상기 사이리스터 레벨의 구체적 위치를 결정하고, 상기 데이터 통계 결과에 따라 상기 사이리스터 레벨에서 문제 발생 가능성을 예측하는 것을 더 포함한다.
상기 조기경보 방법은, 상기 소정의 지속시간에 따라 사이리스터 레벨에 대응하는 양의 바이어스 및 음의 바이어스의 축적된 값과, 바이어스 발생에 대응하는 시간정보를 장기간 데이터 저장 기능을 갖는 저장장치에 저장하는 것을 더 포함한다.
상기 TCU에서 피드백되는 상기 상태지시신호는, 컨버터 밸브 제어 유닛(VCU)에 의해 획득되고, 컨버터 밸브의 사이리스터 레벨에 대응되는 각각의 TCU에 의해 피드백되는, 상태지시신호를 나타내는데, 상기 상태지시신호는 사이리스터 레벨이 순방향 전압(forward voltage)이 설정되어 트리거 조건을 충족시킨다는 것을 의미하는 상태지시신호이다.
상기 TCU는 전압 문턱값(voltage threshold)을 미리 설정해 두는데, 여기서 상기 문턱값의 설정은 상기 TCU가 사이리스터를 신뢰성 있게 도통되게 트리거할 수 있는 최소 에너지 요구조건을 만족시킨다. 그리고,
사이리스터 양단 전압이 상기 전압문턱값을 초과하는 것으로 탐지된다면, 상기 TCU는 상태지시신호를 생성하여 이를 상기 컨버터 VCU로 전송한다.
컨버터 밸브의 고장 조기경보 시스템은, 컨버터 밸브 제어 유닛(VCU)에 배치되고, 컨버터 밸브의 사이리스터 레벨의 바이어스 데이터를 저장하는데 사용되는 레지스터 어레이;와
상기 컨버터 VCU에 배치되고, 바이어스 통계방법을 사용하여, 사이리스터 제어 제어 유닛(TCU)에 의해 피드백되는 상태지시신호를 처리하기 위해 사용되는, 고속 프로세서(high-speed processor)를 포함한다.
상기 조기경보 시스템은 상기 컨버터 VCU에 배치되고, 바이어스 데이터를 온라인으로 모니티링하거나 상기 데이터를 읽기 위해 사용되는 인터페이스를 더 포함한다.
상술한 해결방안에 따르면, 컨버터 VCU는 컨버터밸브의 TCU에서 피드백되는 상태지시신호의 통계 및 선택을 수행하고, 그리하여 본 발명은 상기 컨버터 밸브의 사이리스터 레벨 사이의 성능 차이에 대한 바이어스 분석을 실시하고 상대적으로 낮은 성능의 사이리스터 레벨을 확인하여, 조기경보를 발령하고, 그로 인해 사이리스터 레벨의 고장으로 인한 직류시스템의 정지 위험을 감소시키고, 직류시스템의 동작을 개선하여 안전하고 신뢰성 있게 작동하게 한다.
본 발명은 컨버터 밸브의 설계 최적화 뿐만 아니라 일상적 작동 및 유지를 위한 효과적인 보조 수단을 제공한다. 바이어스 통계 결과는 사이리스터 성능 저하를 예측하기 위한 보조적 참고 자료로 활용되어, 상대적으로 열등한 균압 특성을 나타내는 사이리스터 레벨이 선택되고, 그 결과 사이리스터 레벨의 고장 위험을 효과적으로 예측할 수 있고, 그로 인해 사이리스터 레벨의 고장으로 인한 직류 시스템의 정지 가능성을 감소시키게 된다. 게다가, 컨버터 밸브의 연구/설계 기관은 균압 일치성에서 비교적 큰 바이어스를 갖는 사이리스터 레벨의 원인을 분석하고 그 결과 최적화 방안 및 개선 방안을 강구할 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 컨버터 밸브 제어 시스템의 개요 구조도이며;
도2는 본 발명에 따라 TCU에서 피드백되는 상태지시신호를 획득하는 컨버터 VCU의 개요도이며;
도3은 본 발명에 따라 사이리스터 레벨의 회로구조와 상태지시신호의 발생 원리를 보여주는 도면이며;
도4는 본 발명에 따라 바이어스 데이터를 스크린하는 원리를 보여주는 도면이다.
본 발명의 기술적 해결 수단은 첨부된 도면을 참고로 하여 아래에서 상세히 기술될 것이다.
본 발명은 컨버터 밸브의 고장에 대한 조기경보 시스템을 제공한다. 상기 시스템은 컨버터 VCU를 바탕으로 구현된다. 상기 컨버터 VCU는 전체 컨버터 밸브 제어 시스템에서 중요한 핵심 장치이다. 상기 컨버터 밸브 제어 시스템의 개요 구조도는 도1에 나타나 있다. 상기 컨버터밸브 제어시스템은 다양한 동작 조건하에서 컨버터 제어를 실현한다. 상기 컨버터밸브 제어시스템은 필수적으로 직류제어 보호시스템, 컨버터 VCU 및 TCU를 포함한다. 상기 컨버터 밸브 제어 유닛은 상기 직류 제어 보호 시스템과 상기 컨버터 밸브 사이의 브릿지 역할을 하고, 상기 직류 제어 보호 시스템에 의해 보내진 제어 신호를 수신하여, 논리 알고리즘을 사용하여 상기 제어 신호에 따른 트리거 펄스를 생성해, 상기 트리거 펄스를 상기 컨버터 밸브로 전송하는 기능을 주로 수행한다. 또한 상기 컨버터밸브 제어 유닛은 상기 컨버터 밸브에 의해 돌아온 사이리스터 레벨의 상태지시신호를 또한 수신하여 상기 상태지시 신호를 처리하고, 상기 직류 제어 보호 시스템에 피드백하게 되는데, 그리하여 상기 컨버터 밸브의 동작상태를 모니터할 수 있다. 게다가, 사이리스터 레벨의 동작 상태와 컨버터 밸브 제어 유닛의 동작 상태는 이더넷(Ethernet)을 통해 모니터링 시스템으로 보내진다.
본 발명에서 제공되는 컨버터 밸브의 고장에 대한 조기경보 시스템에서, 바이어스 데이터를 저장하기 위해 사용되는 레지스터 어레이가, 컨버터 밸브의 사이리스터 레벨을 위해 컨버터 VCU에 배치될 필요가 있으며, 그리고 타임스탬프 정보와 함께 바이어스 데이터를 저장하는데 사용되는 저장영역이 배치된다. 컨버터 VCU에 배치된 고속 프로세서는 중요한 핵심 장치이며, 고속 신호를 획득하여 처리하고 미리 설정된 논리 함수를 실행하는데 주로 사용된다. 고속 프로세서는 적어도 마이크로초(microsecond) 수준으로 펄스 신호를 획득하여 처리할 수 있다. 바이어스 통계방법이 컨버터 VCU에 설계되어, 컨버터밸브의 TCU에서 피드백되는 상태지시신호로부터 상대적으로 큰 바이어스를 갖는 것들을 선택하고, 상기 선택된 상태지시신호를 분류하여 저장하는데 사용된다. 바이어스 데이터를 제공하고 읽기 위한 인터페이스가 컨버터 VCU에 설계되어, 바이어스 데이터를 온라인으로 모니터링하거나 오프라인으로 분석하기 위해 상기 데이터를 읽기 위해 사용된다. 커다란 축적 바이어스 수치를 갖는 사이리스터 레벨이 데이터 통계 결과에 따라 밝혀지고, 컨버터 밸브에서 사이리스터 레벨의 구체적 위치가 결정된다. 이런 방식으로, 그런한 사이리스터 레벨에서 문제 발생 가능성을 예측할 수 있고, 장비 교체 및 설계 최적화를 위한 참고 자료가 제공된다.
본 발명은 또한 컨버터 밸브의 고장에 대한 조기경보 방법을 제공한다. 상기 방법의 구체적인 실현 방법은 아래와 같다:
(1) 바이어스 데이터를 저장하기 위해 사용되는 레지스터 어레이가 컨버터 밸브의 사이리스터 레벨을 위해 컨버터 VCU에 배치된다. 상기 레지스터 어레이는 사이리스터 레벨에 일대일로 대응되는 레지스터로 구성되는 데이터 저장 영역이다.
(2) 고속 프로세서가 컨버터 VCU에 배치되어 펄스신호를 마이크로초 수준에서 획득 및 처리할 수 있고, 적어도 대략 수백개의 TCU에 의해 피드백되는 상태지시신호를 동시에 획득하여 실시간으로 고속 처리하기 위해 사용된다.
(3) 컨버터 VCU는 컨버터 밸브의 사이리스터 레벨 각각에 대응되는 TCU에 의해 피드백되는 상태지시신호를 획득한다. 도2는 TCU에 의해 피드백되는 상태지시신호를 획득하는 컨버터 VCU의 개략도이다. 상기 도면에서, IP:a, IP:b, IP:c 및 IP:n은 서로 다른 TCU에 의해 피드백되는 상태지시신호를 나타낸다. TCU에 의해 피드백되는 상태지시신호는, 컨버터 밸브 제어 유닛(VCU)에 의해 획득되며 컨버터 밸브의 사이리스터 레벨에 대응되는 각각의 TCU에 의해 피드백되는 상태지시신호를 나타내는데, 상기 상태지시신호는 사이리스터 레벨이 순방향 전압이 설정되어 있고 트리거 조건을 충족시킨다는 것을 의미하는 상태지시신호(상태 펄스, IP)이다. TCU는 전압문턱값을 미리 설정한다. 문턱값의 설정은 TCU가 사이리스터를 신뢰성있게 도통되게 트리거할 수 있는 최소 에너지 요구조건을 만족시킨다. 만일 사이리스터 양단의 전압이 상기 전압 문턱값을 초과한다고 탐지된다면, TCU는 상태지시신호를 생성하여 상기 신호를 컨버터 VCU로 전송한다. 상기 컨버터 VCU는 상기 상태지시신호의 수신시간을 바이어스 분석을 위해 기록한다. 정상적일 경우, 동일한 하나의 밸브에 대해 사이리스터 레벨에 의해 피드백되는 상태지시신호는 매우 작은 시간 바이어스를 갖는다. 그러나, 저항-커패시턴스 회로의 장치 파라미터들 간에 미소한 차이의 영향이 있으면, 사이리스터 레벨 사이의 균압 일치성 또한 미세하게 다르게 된다. 그 결과, TCU에 의해 피드백되는 상태지시신호는 더 큰 시간 바이어스를 갖는다. 도3은 사이리스터 레벨의 회로구조와 상태지시신호의 생성 원리를 보여주는 도면이다. 상기 도면에서, Uvalve는 사이리스터 전압을 나타내고, IP는 상태지시신호를 나타낸다.
(4) 컨버터 VCU는 TCU에서 피드백되는 상기 획득된 상태지시신호에 대하여 바이어스 스크린을 수행하고, 바이어스 스크린 결과를 레지스터 어레이에 저장하여 축적하며, 또한 바이어스 데이터에 타임스탬프를 추가하고 상기 바이어스 데이터를 설정된 저장영역에 저장한다.
상술한 방법(4)에서의 상기 바이어스 스크린은 바이어스 통계 방법을 사용한다. 상기 방법(1)이 사용될 수 있다. 이 방법에서, 컨버터 밸브의 TCU에서 피드백되는 상기 상태지시신호들은 연대기적으로 배열되는데, 가장 이른 도착시간과 가장 늦은 도착시간을 확인하여, 가장 이른 도착시간과 가장 늦은 도착시간 사이의 시간 차이가 계산되며, 상기 시간 차이는 소정의 지속 시간과 비교되는데, 여기에서
만일 상기 시간차이가 소정의 지속시간보다 작으면, 컨버터 밸브의 TCU에 의해 피드백되는 상태지시신호가 일치성 요건을 충족시킨다고 판단할 수 있다; 혹은
그렇지 않으면, 상태지시신호가 일치성 요건을 충족시키지 않는다고 간주하고, 소정의 지속시간에 대하여 양의 바이어스 특성이나 음의 바이어스 특성을 갖는 상태지시신호는 선택되어져 각각의 사이리스터 레벨의 메모리에 축적된다.
상기 방법(1)에서 논의된 바와 같이, 하나의 컨버터 밸브에 포함된 사이리스터 수가 N(N≥1)이라고 가정한다. A1, A2, ..., 및 AN은 N개의 레벨들에 대한 사이리스터를 나타낸다. 상기 컨버터 VCU는 사이리스터 레벨에 대응되는 TCU에서 피드백되는 각각의 상태지시신호의 시간을 탐지한다. 처음 탐지된 사이리스터 Ax(1≤X≤N)에 대응되는 TCU에 의해 피드백되는 상태지시신호의 시간은 T1이며, 마지막으로 탐지되는 사이리스터 AY(1≤Y≤N)에 대응되는 TCU에 의해 피드백되는 상태지시신호의 시간은 TM(M≤N)이다.
시간 차이: ΔT = TM - T1이다.
ΔT ≤ TSET1일 때에는, 현재 시간에서의 샘플링 및 탐지가 상기 일치성 요구조건을 만족시키고 있다고 간주되어, 어떠한 기록도 필요하지 않다.
ΔT > TSET1일 때에는, 현재 시간에서의 샘플링 및 탐지가 상기 일치성 요구조건을 만족시키지 않는다고 간주되어, 기준 시각 T1 이후의 시간 TSET2 내의 사이리스터와 상기 사이리스터의 수 S1 그리고 기준 시각 TM 이전의 시간 TSET2 내의 음의 바이어스 특성을 갖는 사이리스터와 상기 사이리스터의 수 S2 에 대한 통계가 이루어진다.
S1 ≤ SSET1일 때에는, 이 범위 내의 사이리스터는 양의 바이어스 특성을 갖는것으로 간주되고, 해당되는 메모리에 축적이 이루어진다. 그렇지 않으면, 어떠한 축적도 필요하지 않다.
S2 ≤ SSET1일 때에는, 이 범위 내의 사이리스터는 음의 바이어스 특성을 가지는 것으로 간주되어, 해당되는 메모리에 축적이 이루어진다. 그렇지 않으면, 어떠한 축적도 필요하지 않다.
TSET1: 일치성 통계의 소정의 지속시간
TSET2: 불일치성 바이어스의 소정의 지속시간
SSET1: 불일치 사이리스터 레벨의 수치 값
상기의 방법(4)에서의 상기 바이어스 스크린은 바이어스 통계 방법을 사용한다. 방법 2가 사용될 수 있다. 이 방법에서, 상기 컨버터 밸브의 TCU에서 피드백되는 상태지시신호의 시간정보는 정규분포를 만족시키고, 예상편차 파라미터와 표준편차 파라미터가 정규분포 구간을 결정하기 위하여 설정되며, 시간 정보의 조각은 상기 정규분포의 구간과 비교되는데, 여기서,
상기 컨버터 밸브의 TCU에서 피드백되는 상태지시신호의 시간정보가 모두 정규분포 구간 범위에 포함된다면, 상기 컨버터 밸브의 TCU에서 피드백되는 상태지시신호가 일치성 요구조건을 만족시킨다고 판단할 수 있으며, 혹은,
그와 반대이면, 상기 상태지시신호가 일치성 요구조건을 만족시키지 않는다고 간주하여, 상기 정규분포 구간에 대하여 양의 바이어스 특성이나 음의 바이어스 특성을 갖는 상태지시신호가 선택되어 각각의 사이리스터 레벨의 메모리에 축적된다.
상기 방법(2)에서 논의된 바와 같이, 하나의 컨버터 밸브에 포함된 사이리스터 수가 N(N≥1)이라고 가정한다. A1, A2, ..., 및 AN 은 N개의 레벨들에 대한 사이리스터를 나타낸다. 사이리스터 레벨의 전압 설계 요건과 해당 TCU에서 피드백되는 상태지시신호에 대한 전압 문턱값에 따라. 상기 컨버터 VCU의 각 주기에서 샘플링 시간의 예상치는 Tμ이고 표준편차는 K라고 결정된다. 사이리스터 Ax(1≤X≤N)에 대응되는 TCU에서 피드백되는 상태지시신호의 시간은 Tx(1≤X≤N)이다.
|Tx - Tμ| ≤ K일 경우, 현재 시간에서의 샘플링 및 탐지가 일치성 요구조건을 만족시킨다고 간주하여, 어떠한 기록도 필요치 않다.
|Tx - Tμ| > K일 경우, 현재 시간에서의 샘플링 및 탐지가 일치성 요구조건을 만족시키지 않는다고 간주한다.
Tx < Tμ - K일 경우, 상기 사이리스터가 양의 바이어스 특성을 갖는다고 간주되고, 해당 메모리에 축적이 수행된다.
Tx > Tμ + K일 경우, 상기 사이리스터가 음의 바이어스 특성을 갖는다고 간주되고, 해당 메모리에 축적이 수행된다.
상술한 방법(4)에서의 상기 바이어스 스크린은 바이어스 통계방법을 사용한다. 방법 3이 사용될 수 있다. 상기 방법에서, 상기 컨버터밸브의 TCU에서 피드백되는 상태지시신호의 시간정보 평균값을 계산하여, 상기 평균값을 중심(center)으로 하고, 시간 범위 파라미터가 양과 음의 경계조건을 갖는 평균분포 구간 범위를 결정하기 위하여 시간 범위 파라미터를 미리 설정하고(preset), 시간정보의 조각들을 상기 범위와 비교하는데, 여기서
상기 컨버터 밸브의 TCU에서 피드백되는 상기 상태지시신호의 시간 정보가 평균분포 구간 범위에 모두 포함된다면, 상기 컨버터 밸브의 TCU에서 피드백되는 상기 상태지시신호가 일치성 요구조건을 만족시킨다고 판단한다; 혹은,
반대의 경우에는, 상태지시신호가 일치성 요구조건을 만족시키지 않는다고 간주되어, 상기 평균분포 구간에 대해 양(positive)의 바이어스 특성이나 음(negative)의 바이어스 특성을 갖는 상태지시신호들이 선택되어 각각의 사이리스터 레벨의 메모리에 축적된다.
상기 방법 3에서 논의된 바와 같이, 하나의 컨버터 레벨에 포함되는 사이리스터의 수는 N(N≥1)이라고 가정한다. A1, A2, ..., 및 AN 은 N 개의 레벨들에 대한 사이리스터를 나타낸다. N 레벨들에 대한 TCU들에서 피드백되는 상태지시신호의 시간정보 Tx(1≤X≤N)는 연속적으로 M번 샘플링되어 저장되고, 그리하여 각 샘플링에서 N 레벨들에 대한 TCU에서 피드백되는 상태지시신호의 시간정보의 평균시간 TY(1≤Y≤M)을 계산할 수 있다:
Figure pct00001
그리고, 그리하여 M번의 평균시간의 시간정보 평균값 TSET을 계산할 수 있다.:
Figure pct00002
시간 범위 파라미터 K는 사이리스터 레벨의 전압 설계 요건과, 해당 TCU에서 피드백되는 상태지시신호의 전압 문턱값에 따라 결정된다.
사이리스터 AZ(1≤Z≤N)에 대응되는 TCU에 의해 피드백되는 상태지시신호의 시간은 Tz((1≤Z≤N)이다.
|TZ - TSET| ≤ K일 경우, 현재 시간에서의 샘플링 및 탐지가 일치성 요구조건을 만족시킨다고 간주하여, 어떠한 기록도 필요치 않다.
|TZ - TSET| > K일 경우, 현재 시간에서의 샘플링 및 탐지가 일치성 요구조건을 만족시키지 않는다고 간주한다.
TZ < TSET - K일 경우, 상기 사이리스터가 양의 바이어스 특성을 갖는다고 간주되어, 해당 메모리에 축적이 이루어진다.
TZ > TSET + K일 경우, 상기 사이리스터가 음의 바이어스 특성을 갖는다고 간주되어, 해당 메모리에 축적이 이루어진다.
상기 바이어스 통계방법의 상기 방법 1에서 소정의 지속시간과, 상기 바이어스 통계방법의 상기 방법 2에서 상기 정규분포 구간, 그리고 상기 바이어스 통계방법의 상기 방법 3에서 상기 평균분포 구간 모든 것이 사이리스터 레벨의 균압 파라미터의 요구 조건에 따라 설정되어야 할 것이고, 균압 일치성 요구조건이 만족되지 않는다는 조건에서 사이리스터 레벨이 견딜 수 있는 과전압 극값(over-voltage extremum)도 충분히 고려되어야 할 것이다.
도4는 바이어스 데이터를 스크린하는 원리를 보여주는 도면이다. T는 미리 설정된 시간을 나타낸다. IP:a, IP:b, IP:c 및 IP:n은 서로 다른 TCU에 의해 피드백되는 상태지시신호를 나타낸다.
상기 방법(4)에서 상기 데이터에 타임스탬프(timestamp)를 부가하는 것은 시간에 따른 사이리스터 레벨의 성능 바이어스의 통계적 분포를 얻기 위하여, 상대적으로 큰 바이어스를 갖는 데이터가 발생되는 시점(time point)이 기록된다는 것을 의미한다.
사이리스터 레벨의 축적된 바이어스 수치가 설정된 문턱값을 초과하는 사이리스터 레벨이 상기 데이터 통계 결과에 따라 선택되고, 상기 컨버터 밸브에서 상기 사이리스터 레벨의 구체적 위치가 결정되어 지고, 그리고 상기 데이터 통계 결과에 따라 상기 사이리스터 레벨의 문제 발생 가능성이 예측되어 진다.
(5) 온라인으로 바이어스 데이터를 모니터링하거나 오프라인 분석을 위해 데이터를 읽기 위해, 바이어스 데이터를 제공하고 읽기 위한 인터페이스가 상기 컨버터 VCU에 설계된다. 상기 데이터 인터페이스의 물리적 연결을 위해 표준 데이터 버스 인터페이스가 사용되며, 데이터 전송을 위하여 어떠한 통신 표준이나 혹은 표준 통신 프로토콜의 포맷에 바탕을 둔 결합형태가 사용되어진다. 특히, 물리적 연결을 위해 이더넷 표준 데이터 버스 인터페이스가 사용될 수 있다. 상기 데이터 전송은 FTP,IEC61850, IEC60870-5-103, 또는 프로피버스를 사용한다.
상기 방법(5)에서 실시간으로 상기 데이터를 온라인으로 읽거나 관찰(viewing)하기 위해서, 혹은 오프라인으로 관찰하기 위해 상기 데이터를 관찰하는 장치(viewing device)로 복사하기 위해, 데이터 인터페이스가 사용될 수 있다.
(6) 메모리에 소정의 시간 범위 내에 축적된 값은 읽혀져서 데이터 통계 결과로 사용된다. 모든 데이터는 하나의 완전한 단일 밸브에서 사이리스터 레벨 사이의 성능 차이를 비교 및 분석하기 위해 사용될 수 있다.
(7) 사이리스터 레벨에 대응되는 양의 바이어스와 음의 바이어스의 축적값과 바이어스의 발생에 대응되는 시간 정보와 같은 중요한 데이터는, 소정의 지속 시간에 따라, 장시간 데이터 저장 기능을 갖는 저장 장치에 저장되어질 것이다.
상기 방법(7)에서 소정의 지속시간에 저장된 데이터는 단일 밸브의 모든 사이리스터 레벨에 대응되는 바이어스 데이터 정보를 포함한다. 상기 바이어스 데이터 정보는 특정 지속 시간에 대해 양의 바이어스 특성이나 음의 바이어스 특성을 갖는 한 세트의 데이터와, 바이어스 발생에 대응하는 시간 정보를 포함한다. 상기 사이리스터 레벨 바이어스 데이터는 사이리스터 레벨에서 사이리스터의 상태 피드백 신호가 소정의 시간 범위 내에서 시간 바이어스를 갖는 축적된 수치이다. 모든 데이터는 하나의 완전한 단일 밸브에서 사이리스터 레벨 사이의 성능 차이를 비교 및 분석하는데 사용될 것이다. 상기 시간 바이어스는 상기 컨버터 밸브의 균압 일치성의 바이어스를 나타낸다.
결론적으로, 본 발명에 따른 컨버터 밸브에서의 고장 조기 경보 방법 및 시스템에서, 컨버터 밸브의 하나의 밸브의 모든 TCU에서 피드백되는 상태지시신호의 시간에 대한 통계 및 비교가 수행된다. 소정의 구간 범위로부터 상대적으로 큰 바이어스를 갖는 것들이 선택되고, 양의 바이어스나 음의 바이어스에 의해 분류 및 통계를 하게 된다. 축적된 바이어스 수치가 문턱값을 초과하는 사이리스터 레벨은 데이터 통계 결과에 따라 선택되며, 상기 컨버터 밸브에서 상기 사이리스터 레벨의 구체적 위치가 결정된다. 이런 방식으로, 그러한 사이리스터 레벨에서 문제 발생 가능성을 예측하게 되고, 장비 교체나 설계 최적화를 위한 참고자료가 제공되어 진다.
상기의 실시 예들은 본 발병의 기술적 사상을 단지 설명하기 위한 것이고, 본 발명의 보호 범위를 한정하도록 의도된 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 두고 이루어진 상기의 기술적 해결 방안에 대한 다양한 변형 예들은 본 발명의 보호범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 소정의 시간 범위 내에서, 컨버터 밸브의 사이리스터 제어유닛(TCU)들에 의해 피드백되는 상태지시신호의 시간정보를 기록하고, 바이어스 통계 방법을 이용하여 상기 시간정보의 조각들에 대한 통계 및 비교를 수행하고, 바이어스가 미리 설정된 값을 초과하는 사이리스터 레벨을 마킹하고, 상기 마킹 결과에 따라 상기 사이리스터의 고장발생 가능성을 판단하는 것을 포함하는, 컨버터 밸브에서 고장의 조기경보 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이어스 통계 방법은, 상기 컨버터 밸브의 상기 TCU들에 의해 피드백되는 상기 상태지시신호의 시간정보로부터 가장 먼저 도착하는 시간과 가장 늦게 도착하는 시간을 찾아내고, 가장 빠른 도착시간과 가장 늦은 도착시간 사이의 시간 차이를 계산하고, 상기 시간 차이를 소정의 지속시간과 비교하는 것을 포함하며,
    상기 시간차이가 상기 소정의 지속시간보다 작으면, 상기 컨버터 밸브의 상기 TCU들에 의해 피드백되는 상기 상태지시신호가 일치성 요구조건을 만족시키는 것으로 판단하고, 혹은
    반대의 경우에는, 상기 상태지시신호가 상기 일치성 요구조건을 만족시키지 않는다고 간주되어, 상기 소정의 지속시간에 대해 양(positive)의 바이어스 특성이나 음(negative)의 바이어스 특성을 갖는 상태지시신호들이 선택되어 각각의 사이리스터 레벨의 메모리에 축적되는, 컨버터 밸브에서 고장의 조기경보 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이어스 통계 방법은, 상기 컨버터 밸브의 상기 TCU들에 의해 피드백되는 상기 상태지시신호의 상기 시간정보가 정규분포를 만족시키면, 정규분포 구간을 결정하기 위해 예상편차 파라미터와 표준편차 파라미터를 설정하고, 시간정보의 조각들을 상기 정규분포 구간과 비교하는 것을 포함하며, 상기에서
    상기 컨버터 밸브의 상기 TCU들에 의해 피드백되는 상기 상태지시신호의 상기 시간정보가 모두 상기 정규분포 구간 범위에 포함되면, 상기 컨버터 밸브의 상기 TCU들에 의해 피드백되는 상기 상태지시신호가 일치성 요구조건을 만족시키는 것으로 판단하고, 혹은
    반대의 경우에는, 상기 상태지시신호가 상기 일치성 요구조건을 만족시키지 않는다고 간주되며, 상기 정규분포 구간에 대해 양(positive)의 바이어스 특성이나 음(negative)의 바이어스 특성을 갖는 상태지시신호들은 선택되어 각각의 사이리스터 레벨의 메모리에 축적되는, 컨버터 밸브에서 고장의 조기경보 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 바이어스 통계 방법은, 상기 컨버터 밸브의 상기 TCU들에 의해 피드백되는 상기 상태지시신호의 상기 시간정보의 평균값을 계산하고, 상기 평균값을 중심(center)으로 하고, 시간 범위 파라미터가 양과 음의 경계조건을 갖는 평균분포 구간 범위를 결정하기 위하여 시간 범위 파라미터를 미리 설정하고(preset), 시간정보의 조각들을 상기 구간 범위와 비교하는 것을 포함하며, 여기서
    상기 컨버터 밸브의 TCU에서 피드백되는 상기 상태지시신호의 상기 시간 정보가 상기 평균분포 구간 범위에 모두 포함된다면, 상기 컨버터 밸브의 상기 TCU들에서 피드백되는 상기 상태지시신호가 일치성 요구조건을 만족시킨다고 판단하며; 혹은,
    반대의 경우에는, 상기 상태지시신호가 상기 일치성 요구조건을 만족시키지 않는다고 간주되어, 상기 평균분포 구간에 대해 양(positive)의 바이어스 특성이나 음(negative)의 바이어스 특성을 갖는 상태지시신호들은 선택되어 각각의 사이리스터 레벨의 메모리에 축적되는, 컨버터 밸브에서 고장의 조기경보 방법.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 조기경보 방법은, 시간에 따른 사이리스터 레벨의 성능 바이어스의 통계적 분포를 획득하기 위해, 양의 바이어스 특성이나 음의 바이어스 특성을 갖는 상기 상태지시신호가 발생하는 시점을 기록하는 것을 더 포함하는, 컨버터 밸브에서 고장의 조기경보 방법.
  6. 청구항 2 내지 청구항 4 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 조기경보 방법은,
    상기 소정의 시간 범위 내에서 축적된 값을 데이터 통계 결과로 읽고, 여기서 모든 데이터는 상기 컨버터 밸브의 상기 사이리스터 레벨들 사이의 성능 차이를 비교 및 분석하기 위하여 사용되며; 그리고
    상기 데이터 통계 결과에 따라, 사이리스터 레벨의 바이어스 수치가 설정된 문턱값을 초과하는 사이리스터 레벨을 선택하고, 상기 컨버터 밸브의 상기 사이리스터 레벨의 구체적 위치를 결정하고, 상기 데이터 통계 결과에 따라 상기 사이리스터 레벨의 문제 발생 가능성을 예측하는 것을 더 포함하는, 컨버터 밸브에서 고장의 조기경보 방법.
  7. 청구항 2 내지 청구항 4 중의 어느 하나에 있어서,
    상기 조기경보 방법은, 상기 사이리스터 레벨에 대응하는 양의 바이어스 및 음의 바이어스의 축적된 값과, 바이어스 발생에 대응하는 시간정보를, 상기 소정의 지속 시간에 따라, 장기간 데이터 저장 기능을 갖는 저장장치에 저장하는 것을 더 포함하는, 컨버터 밸브에서 고장의 조기경보 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 TCU들에 의해 피드백되는 상기 상태지시신호는, 컨버터 밸브 제어 유닛(VCU)에 의해 획득되고, 상기 컨버터 밸브의 상기 사이리스터 레벨에 대응하는 각각의 TCU들에 의해 피드백되는, 상태지시신호를 나타내며, 여기서 상기 상태지시신호는 사이리스터 레벨이 순방향 전압(forward voltage)이 설정되어 트리거 조건을 충족시킨다는 것을 의미하는 상태지시신호이며;
    상기 TCU는 전압 문턱값(voltage threshold)을 미리 설정해 두는데, 여기서 상기 문턱값의 설정은 상기 TCU가 사이리스터를 신뢰성 있게 도통되게 트리거할 수 있는 최소 에너지 요구조건을 만족시키며; 그리고,
    사이리스터 양단 전압이 상기 전압 문턱값을 초과하는 것으로 탐지된다면, 상기 TCU는 상태지시신호를 생성하여 이를 상기 컨버터 VCU로 전송하는, 컨버터 밸브에서 고장의 조기경보 방법.
  9. 컨버터 밸브 제어 유닛(VCU)에 배치되고 컨버터 밸브의 사이리스터 레벨의 바이어스 데이터를 저장하기 위해 사용되는 레지스터 어레이; 및
    상기 컨버터 VCU에 배치되고 사이리스터 제어 유닛(TCU)에 의해 피드백되는 상태지시신호를, 바이어스 통계 방법을 사용하여, 처리하는데 사용되는 고속 프로세서;를 포함하는, 컨버터 밸브에서 고장의 조기경보 시스템.
  10. 청구항9에 있어서, 상기 VCU에 배치되고 바이어스 데이터를 온라인으로 모니터링하거나 상기 데이터를 읽기 위해 사용되는 인터페이스를 더 포함하는, 컨버터 밸브에서 고장의 조기경보 시스템.
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