KR20180097414A - 고전압직류송전 시스템의 필터 설계 장치 및 필터 설계 방법 - Google Patents

고전압직류송전 시스템의 필터 설계 장치 및 필터 설계 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 의한 HVDC HVDC 시스템용 AC 필터 설계 장치는, 상기 AC 필터의 필터 용량 및 필터 개수를 산정하기 위한 데이터를 수신하는 입력부; 및 상기 HVDC 시스템이 연결된 전력 계통의 무효전력 변동 한계량을 산출하고, 상기 HVDC 시스템의 전압유지 최대값과 전압유지 목표값을 설정하고, 상기 무효전력 변동 한계량과 상기 전압유지 최대값 및 상기 전압유지 목표값에 기초하여 상기 필터 용량 및 상기 필터 개수를 산정하는 제어부를 포함한다.

Description

고전압직류송전 시스템의 필터 설계 장치 및 필터 설계 방법{FILTER DESIGN APPARATUS OF HIGH VOLTAGE DIRECT CURRENT SYSTEM AND FILTER DESIGN METHOD OF THERROF}
본 발명은 고전압직류송전 시스템의 필터 설계 장치 및 필터 설계 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 HVDC 시스템에 사용되는 AC 필터의 용량 산정 및 개수 선정을 체계적으로 수행할 수 있는 고전압직류송전 시스템의 필터 설계 장치 및 필터 설계 방법에 관한 것이다.
고전압직류송전(High Voltage Direct Current: HVDC) 시스템용 AC 필터는 컨버터의 변환과정에서 발생하는 고조파를 제거함과 동시에, 소모되는 무효전력을 공급하는 역할을 한다. HVDC 시스템에서 컨버터는 AC 전력 계통으로부터 무효전력을 흡수하기 때문에, AC 필터를 사용하여 무효전력을 공급해주어야 할 필요성이 있다.
이 경우, HVDC 시스템의 컨버터에서의 변환에 필요한 무효전력은 정상상태에서 AC 전력 계통이 허용하는 범위 내에서 공급이 가능하도록 AC 필터를 설계한다. 또한, 과도 상태에서는 필터 투입 시 전압변동 한계치를 넘지 않도록 AC 필터를 설계한다.
기존의 HVDC 시스템에서 AC 필터의 용량산정 방법은 단순히 AC 계통의 정격 전압에 따른 무효전력 공급 한계 규정치를 고려한 필터의 용량 산정이었으며, 필터 개수 선정 역시 용량 산정과 무관하게 이루어져 왔다. 나아가, AC 필터의 용량 산정에 대한 체계적인 절차가 없었으며, 경험론적인 방법으로 각 HVDC 시스템 특성에 따라 용량 산정 및 필터 개수 선정을 수행하였다.
따라서, HVDC 시스템을 위한 AC 필터 설계가 비효율적이고 비체계적인 해석에 근거하여 이루어지고, 이로 인해 설계를 위한 시간 소요가 증가하는 문제점이 존재하였다.
본 발명은 HVDC 시스템용 AC 필터를 설계하는 경우에 있어서, AC 필터의 용량 산정을 체계화하고 이와 동시에 최소의 필터 개수를 산정할 수 있는 필터 설계 알고리즘을 제안하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재에 의해 제안되는 실시 예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC HVDC 시스템용 AC 필터 설계 장치는, 상기 AC 필터의 필터 용량 및 필터 개수를 산정하기 위한 데이터를 수신하는 입력부; 및 상기 HVDC 시스템이 연결된 전력 계통의 무효전력 변동 한계량을 산출하고, 상기 HVDC 시스템의 전압유지 최대값과 전압유지 목표값을 설정하고, 상기 무효전력 변동 한계량과 상기 전압유지 최대값 및 상기 전압유지 목표값에 기초하여 상기 필터 용량 및 상기 필터 개수를 산정하는 제어부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템용 AC 필터 설계 방법은, 상기 AC 필터의 필터 용량 및 필터 개수를 산정하기 위한 데이터를 수신하는 단계; 와 상기 HVDC 시스템이 연결된 전력 계통의 무효전력 변동 한계량을 산출하는 단계; 와 상기 HVDC 시스템의 전압유지 최대값과 전압유지 목표값을 설정하는 단계; 및 상기 무효전력 변동 한계량과 상기 전압유지 최대값 및 상기 전압유지 목표값에 기초하여 상기 필터 용량 및 상기 필터 개수를 산정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 실시 예들에 의하면, AC 필터의 용량 산정을 체계화하고 이와 동시에 최소의 필터 개수를 산정할 수 있는 필터 설계 알고리즘에 의해 HVDC 시스템에 최적화된 AC 필터를 체계적으로 설계할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예들에 의하면, AC 필터 설계 시 필요한 필터의 스텝 사이즈(Step Size) 및 개수 산정을 위한 방안을 제시함으로써, 필터 설계 시 AC 전력 계통의 안정도의 향상에 기여할 수 있다.
나아가, 이와 동시에, 정상상태에서 AC 전력 계통이 허용하는 범위 내에서 무효전력 공급이 가능한 최소의 필터 개수를 선정함으로써 경제성 측면에서도 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 장치에 포함되는 제어부의 상세 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 HVDC 시스템용 AC 필터의 설계 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 과정에서 산정되는 HVDC 시스템의 전송량에 따른 전압별 무효전력 한계값을 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 과정에서 산정되는 HVDC 시스템의 무효전력 필요량을 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 과정에서 산정되는 AC 전력 계통의 무효전력 변동 한계량을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 과정에서 필터 개수를 산정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
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 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 장치(100)는, HVDC 시스템에 사용되는 AC 필터를 설계하기 위한 장치일 수 있다. 이 경우, AC 필터는 복동조 필터(Multiple Tuned Filter: MTF)이거나 단일동조 필터(Single Tuned Filter: STF)일 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, AC 필터는 HVDC 시스템에 사용되어 고조파를 제거할 수 있는 모든 종류의 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 장치(100)는 입력부(110)와 저장부(120) 및 제어부(130)를 포함할 수 있다.
입력부(110)는 AC 필터의 설계를 위한 데이터를 수신할 수 있다.
여기서, AC 필터의 설계를 위한 데이터는, AC 필터의 필터 용량 및 필터 개수를 산정하는데 필요한 데이터일 수 있다. 예를 들어, HVDC 시스템의 전송량, 전압, 정격 용량 등에 대한 데이터 등을 포함할 수 있다.
입력부(110)는 AC 필터 설계 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 데이터를 수신할 수 있다.
입력부(110)는 AC 필터 설계 장치(100)에 연결되는 모든 외부기기와의 인터페이스 역할을 수행할 수 있다. 이를 위해, 입력부(110)는 키 패드, 돔 스위치, 터치패드, 조그 휠 및 조그 스위치 등으로 구현될 수 있다.
저장부(120)는 AC 필터 설계 장치(100)의 동작을 위한 데이터를 저장할 수 있다. 구체적으로, 저장부(120)는 AC 필터 설계 장치(100)에 입출력 되는 데이터(예를 들어, HVDC 시스템의 전송량에 대한 데이터, HVDC 시스템의 전압에 대한 데이터, HVDC 시스템의 정격 용량에 대한 데이터 등), 제어부(130)에 의해 연산되거나 산출되는 결과 데이터 등을 저장할 수 있다.
이를 위해, 저장부(120)에는 제어부(130)에 의한 처리 및 제어를 위한 프로그램이 저장될 수 있다.
제어부(130)는 HVDC 시스템에 사용되는 AC 필터를 설계할 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 HVDC 시스템의 전송량에 따른 전압별 무효전력 한계값과, HVDC 시스템의 무효전력 필요량을 산출할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 HVDC 시스템의 전송량에 따른 전압별 무효전력 한계값과 HVDC 시스템의 무효전력 필요량을 합산하여, AC 전력 계통의 무효전력 변동 한계량을 산출할 수 있다.
제어부(130)는 전압유지 최대값에 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량과 전압유지 목표값에 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량의 차를, 필터 용량으로 산정할 수 있다.
제어부(130)는 전압유지 목표값과 전압유지 최대값 간격으로 전압유지가 가능한 오차 범위 내에서의 최대값을 필터 개수로 선정할 수 있다.
제어부(130)가 필터 용량 및 필터 개수를 산정하는 구체적인 과정에 대해서는, 도 2에 대한 설명에서 상세하게 후술한다.
또한, 제어부(130)는 AC 필터 설계 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.
이와 같은 제어부(130)는 마이크로 컨트롤러나 마이크로 프로세서의 형태로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 장치에 포함되는 제어부의 상세 구성을 도시한 블록도이다.
AC 필터 설계 장치(100)에 포함되는 제어부(130)는, AC 필터의 용량 및 개수를 산정하기 위하여 복수개의 블록들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 복수개의 블록들은 무효전력 한계치 산출 블록(210), 무효전력 필요량 산출 블록(220), 무효전력 변동 한계량 산출 블록(230), 필터 용량 산정 및 개수 선정 블록(240)을 포함할 수 있다.
무효전력 한계치 산출 블록(210)은 무효전력 한계값을 산출할 수 있다.
이 경우, 무효전력 한계치 산출 블록(210)은 전력계통 시뮬레이터를 이용하여 무효전력 한계값을 산출할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 전력계통 시뮬레이터로 PSS/E(Power System Simulator for Engineering) 프로그램이 사용될 수 있다.
구체적으로, 무효전력 한계치 산출 블록(210)은 PSS/E 프로그램을 이용하여 전력수급 기본계획의 데이터베이스에 기초하여 HVDC 시스템 모델에 파라미터를 설정하고, 정상상태에서 HVDC 시스템의 운전 소호각을 설정할 수 있다. 이후, 무효전력 한계치 산출 블록(210)은 PSS/E 프로그램에서 HVDC 시스템을 차단시키고(block), 발전기 모선을 추가하여 전압을 각각 0.95pu, 1.00pu, 1.02pu, 1.05pu로 설정할 수 있다. 이 경우, 무효전력 한계치 산출 블록(210)은 HVDC 시스템의 전송량별 조류계산을 수행하고, HVDC 시스템 전송량에 따른 전압별 무효전력 한계값을 산출할 수 있다.
한편, 설정되는 전압은 실시 예에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 일반적으로, 국내 AC 전력 계통의 허용 범위 전압은 0.95pu에서 1.05pu사이이다. 따라서, 무효전력 한계치 산출 블록(210)은 이와 같은 허용 범위 전압을 적절한 구간으로 나누고 구간에 대응하게 전압을 설정할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 무효전력 한계치 산출 블록(210)은 AC 전력 계통이 허용하는 범위 내에서 무효전력 공급이 가능하도록 무효전력 한계값을 산출할 수 있다.
무효전력 필요량 산출 블록(220)은 HVDC 시스템용 컨버터 설계 기술에 대응하여 HVDC 시스템의 무효전력 필요량을 산출할 수 있다.
HVDC 시스템의 무효전력 필요량은 해당 HVDC 시스템에서 필요한 무효전력량일 수 있다. AC 필터는 컨버터의 변환과정에서 소모되는 무효전력을 공급한다. 따라서, HVDC 시스템에서 필요한 무효전력량은 해당 HVDC 시스템에 사용되는 컨버터에 대응하여 달라질 수 있다. 구체적으로, 해당 HVDC 시스템에 사용되는 컨버터의 종류, 컨버터의 용량이나 설계 방법, 해당 HVDC 시스템에 연계된 AC 전력 계통 등에 따라 달라질 수 있다.
무효전력 변동 한계량 산출 블록(230)은 무효전력 변동 한계량을 산출할 수 있다. 여기서, 무효전력 변동 한계량은 AC 전력 계통의 무효전력이 변동할 수 있는 임계값(한계값)일 수 있다. 무효전력 변동 한계량 산출 블록(230)은 HVDC 시스템의 전송량에 따른 전압별 무효전력 한계치와, HVDC 시스템의 무효전력 필요량을 합산하여, 무효전력 변동 한계량을 산출할 수 있다.
필터 용량 산정 및 개수 선정 블록(240)은 HVDC 시스템에 사용되는 AC 필터의 용량을 산정하고, 필터 용량에 기초하여 필터 개수를 선정할 수 있다.
구체적으로, 필터 용량 산정 및 개수 선정 블록(240)은 전압유지 최대값에 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량과 전압유지 목표값에 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량의 차를, 필터 용량으로 산정할 수 있다.
또한, 전압유지 목표값과 전압유지 최대값 간격으로 전압유지가 가능한 오차 범위 내에서의 최대값을 필터 개수로 선정할 수 있다.
AC 필터에 의해 보상해야 하는 무효전력량이 동일하다고 가정할 때, 전압의 변동폭이 작을수록 필터의 단위용량은 작게 설계되어야 한다. 이 경우, 이에 대응하여 그만큼 많은 개수의 필터가 필요하게 된다.
일 실시 예에 의하면, 전압변동률은 전압유지 목표치 1.02pu 대비 전압유지 최대치 1.05pu의 비인 2.5%로 유지될 수 있다. 이 경우, 필터 용량은 1.05pu에 해당하는 계통 무효전력 변동한계량과 1.02pu시 해당하는 계통 무효전력 변동한계량의 차로 설정될 수 있다.
또한, 필터 개수는 1.02pu와 1.05pu 간격으로 전압유지가 가능한 오차 범위 내에서 최대값으로 선정할 수 있다. 이에 의해, 설계하여야 할 필터 개수를 최소화시켜 경제성을 확보할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 HVDC 시스템용 AC 필터의 설계 과정을 도시한 도면이다.
HVDC 시스템용 AC 필터를 설계하는 경우, 해당 HVDC 시스템에 사용될 AC 필터의 용량과 개수가 산정될 수 있다. HVDC 시스템용 AC 필터를 설계하는 알고리즘은 다음과 같다.
AC 필터 설계 장치(100)는 HVDC 시스템의 전송량에 따른 전압별 무효전력 한계값을 산출한다(S301).
일 실시 예에 의하면, AC 필터 설계 장치(100)의 제어부(130)는 AC 전력 계통이 허용하는 범위 내에서 무효전력 공급이 가능하도록 무효전력 한계값을 산출할 수 있다.
AC 필터 설계 장치(100)의 제어부(130)는 전력계통 시뮬레이터를 이용하여 무효전력 한계값을 산출할 수 있다. 구체적으로, 제어부(130)는 전력계통 시뮬레이터를 이용하여 HVDC 시스템 모델에 파라미터를 설정하고, 정상상태에서의 HVDC 시스템의 운전 소호각을 설정할 수 있다. 이후, 전력계통 시뮬레이터에서 HVDC 시스템을 차단시키고, 발전기 모선을 추가하여 복수개의 전압을 설정할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 HVDC 시스템의 전송량별 조류계산을 수행하고, HVDC 시스템 전송량에 따른 전압별 무효전력 한계값을 산출할 수 있다.
한편, 일 실시 예에 의하면, 상기 복수개의 전압은 각각 0.95pu, 1.00pu, 1.02pu 및 1.05pu로 설정될 수 있다.
AC 필터 설계 장치(100)는 HVDC 시스템의 무효전력 필요량을 산출한다(S302).
AC 필터 설계 장치(100)의 제어부(130)는 HVDC 시스템용 컨버터 설계 기술에 대응하여, HVDC 시스템의 무효전력 필요량을 산출할 수 있다.
이 경우, HVDC 시스템의 무효전력 필요량은 해당 HVDC 시스템에 사용되는 컨버터에 대응하여 달라질 수 있다. 구체적으로, 해당 HVDC 시스템에 사용되는 컨버터의 종류, 컨버터의 용량이나 설계 방법 및 해당 HVDC 시스템에 연계된 AC 전력 계통 등에 따라 달라질 수 있다.
AC 필터 설계 장치(100)는 AC 전력 계통의 무효전력 변동 한계량을 산출한다(S303).
무효전력 변동 한계량은 AC 전력 계통의 무효전력이 변동할 수 있는 임계값(한계값)일 수 있다. AC 필터 설계 장치(100)의 제어부(130)는, HVDC 시스템의 전송량에 따른 전압별 무효전력 한계치와, HVDC 시스템의 무효전력 필요량을 합산하여, 무효전력 변동 한계량을 산출할 수 있다.
AC 필터 설계 장치(100)는 AC 고조파 필터의 용량 산정 및 개수 선정을 수행한다(S304).
구체적으로, AC 필터 설계 장치(100)의 제어부(130)는 전압 변동률을 전압유지 목표값과 전압유지 최대값의 비인 소정값으로 유지시킬 수 있다. 이 경우, 전압유지 최대값에 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량과 전압유지 목표값에 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량의 차를, 필터 용량으로 산정할 수 있다.
예를 들어, 전압 변동률은 전압유지 목표치 1.02pu 대비 전압 유지 최대치 1.05pu의 비인 2.5%로 유지될 수 있고, 이 경우 필터 용량은 1.05pu에 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량과 1.02pu시 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량의 차로 산정할 수 있다.
AC 필터 설계 장치(100)의 제어부(130)는 전압유지 목표값과 전압유지 최대값 간격으로 전압 유지가 가능한 오차 범위 내에서 최대값을 필터 개수로 선정할 수 있다. 예를 들어, 필터 개수는 1.02pu와 1.05pu 간격으로 전압유지가 가능한 오차 범위 내에서 최대값으로 선정할 수 있다. 이에 의해, 설계하여야 할 필터 개수를 최소화 시켜 경제성을 확보할 수 있다.
한편, 필터에 의해 보상해야 할 전체 무효전력량이 동일하다고 가정할 때, 전압의 폭이 작을수록 필터의 단위용량이 작게 설계되어야 하며 그만큼 많은 개수의 필터가 필요하게 된다.
이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여, HVDC 시스템용 AC 필터의 용량 및 개수를 산정하는 일 예를 설명한다. 도 4 내지 도 7에 도시된 예에서는, 345KV의 전압을 갖는 AC 전력 계통에 따른 HVDC 시스템용 AC 필터의 용량 및 개수를 산정하는 경우를 가정한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 과정에서 산정되는 HVDC 시스템의 전송량에 따른 전압별 무효전력 한계값을 도시한 그래프이다.
AC 전력 계통이 허용하는 범위 내에서 무효전력 공급이 가능하도록 무효전력 한계값을 산출하는 방법은 다음과 같다.
먼저 전력계통 시뮬레이터인 PSS/E 프로그램을 이용하여 제5차 전력수급기본계획의 데이터베이스에 기초하여 송전점에서 수전점까지의 HVDC 시스템 모델에 파라미터를 설정한다. 도 4에서 사용된 수전점의 SCL(Short Circuit Level)은 3000MVAr(메가바)로 HVDC 시스템의 정격 용량은 총 1500MW를 수전하며, 정상 상태에서 소호각은 약 23°로 설정한다.
이후, PSS/E에서 HVDC 시스템을 차단시키고, 발전기 모선을 추가하여 전압을 각각 0.95, 1.00, 1.02, 1.05로 설정한다. 이 상태에서, HVDC 용량별 조류계산을 수행하면, HVDC 시스템의 전송량에 따른 전압별 무효전력 한계값을 구할 수 있다.
도 4에서, X 축은 HVDC 시스템의 정격 용량(MW)을 나타내고, Y축은 무효전력의 크기(MVAr)를 나타낸다. 이 경우, 도 4에는 각 전압별 무효전력 한계값이 그래프로 도시되어 있다.
구체적으로, 국내 AC 전력 계통의 일반적인 허용 범위 전압인 0.95pu에서 1.05pu사이의 각 전압에 따른 무효전력 한계값이 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 그래프 a는 전압이 0.95pu인 경우의 무효전력 한계값을 도시하고, 그래프 b는 전압이 1.00pu인 경우의 무효전력 한계값을 도시하고, 그래프 c는 전압이 1.02pu인 경우의 무효전력 한계값을 도시하며, 그래프 d는 전압이 1.05pu인 경우의 무효전력 한계값을 도시한다.
이를 참조하면, 전압이 증가하는 경우 이에 대응하여 무효전력 한계값은 증가한다. 따라서, HVDC 시스템의 전압이 높아질수록, 무효전력 한계값은 커진다. 또한, HVDC 시스템의 정격 용량, 즉 HVDC 시스템의 전송량이 증가할수록 무효전력 한계값은 일반적으로 증가한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 과정에서 산정되는 HVDC 시스템의 무효전력 필요량을 도시한 그래프이다.
HVDC 시스템의 무효전력 필요량은 다음과 같은 [식 1]을 이용하여 산출할 수 있다.
Figure pat00001
[식 1]
여기서,
Figure pat00002
는 역률(Power Factor)이다. 또한,
Figure pat00003
는 무 부하(no load) DC 전압이고,
Figure pat00004
는 6 펄스 브리지 DC 전압이다.
이 경우,
Figure pat00005
과
Figure pat00006
는 각각 다음 식에 의해 구해질 수 있다.
Figure pat00007
[식 2]
Figure pat00008
[식 3]
한편, [식 3]에서
Figure pat00009
는 소광각이고,
Figure pat00010
는 저항 정류를 나타낸다.
도 5에는 HVDC 시스템에서 필요한 무효전력량이 그래프로 도시되어 있다. 이경우, X 축은 HVDC 시스템의 정격 용량(MW)을 나타내고, Y축은 무효전력의 크기(MVAr)를 나타낸다.
도 5를 참조하면, HVDC 시스템의 용량과 HVDC 시스템의 무효전력 필요량은 비례 관계에 있다. 구체적으로, HVDC 시스템의 용량이 증가하는 경우, 이에 대응하여 HVDC 시스템의 무효전력 필요량은 증가한다. 따라서, HVDC 시스템의 용량이 커질수록, HVDC 시스템의 무효전력 필요량은 커진다.
도 4 및 도 5에서 설명한 바와 같이 무효전력 한계값과 무효전력 필요량을 산정함으로서, AC 필터 설계 시 AC 전력 계통의 안정도를 확보할 수 있고 이와 동시에 정상상태에서 AC 전력 계통이 허용하는 범위 내에서 무효전력 공급이 가능한 최소의 필터 개수를 선정할 수 있게 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 과정에서 산정되는 AC 전력 계통의 무효전력 변동 한계량을 도시한 그래프이다.
AC 전력 계통의 무효전력 변동 한계량은, HVDC 시스템의 전송량에 따른 전압별 무효전력 한계치와, HVDC 시스템의 무효전력 필요량을 합산한 값일 수 있다. 즉, 도 6은 수전점의 AC 전력 계통의 무효전력 한계값과 HVDC 시스템의 무효전력 필요량을 합산한 값들을 그래프로 나타낸 것이다. 이 경우, HVDC 시스템 미 운전시 상시 전압은 1.02pu(353kV) 이상이 된다.
필터에 의해 보상해야 할 전체 무효전력량이 동일하다고 가정할 때, 전압의변동폭이 작을수록 필터의 단위용량이 작게 설계되어야 한다. 이 경우, 필터의 단위용량에 대응하여 그만큼 많은 개수의 필터가 필요하게 된다.
예를 들어, 345KV AC 전력 시스템의 경우, HVDC 시스템용 AC 필터 용량은 다음과 같이 산정된다.
전압 변동률은 전압 유지 목표값 353kV(1.02pu) 대비 전압 유지 최대값 362kV(1.05pu)의 비인 2.5%로 유지되어야 한다. 이 경우 필터의 스텝 사이즈(Step Size)는 전압 유지 최대값 1.05pu에 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량과, 전압 유지 목표값 1.02pu 시 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량의 차로 계산될 수 있다. 도 7을 참조하면, 전압 유지 최대값 1.05pu에 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량은 49MVAr이고, 1.02pu에 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량 -38MVAr이다. 따라서, 필터의 스텝 사이즈(Step Size)는 1.05pu에 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량 49MVAr과 1.02pu 시 해당하는 계통 무효전력 변동 한계량 -38MVAr의 차 {49 - (-38) = 90}로 계산하여 90MVAr로 산정한다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 AC 필터 설계 과정에서 필터 개수를 산정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.
필터 개수는, 전압유지 목표값과 전압유지 최대값 간격으로 전압유지가 가능한 오차 범위 내에서의 최대값으로 선정될 수 있다.
HVDC 시스템의 최대출력 수준에서 전압유지가 어렵기 때문에, HVDC 시스템에 가압 시 소정 전압 범위를 유지하기 위해 분로 리액터(Shunt Reactor)의 운전이 필수적이다. 분로 리액터가 없다고 가정하면, 필터 투입 시 전압 상승이 될 경우 하향 조정할 수 없는 문제점이 있다. 따라서, 전체적인 전압 밸런스를 맞추기 위해서, 필터로 인한 전압 상승의 억제 작용을 할 수 있는 분로 리액터가 필요하다.
도 7에서 만일 x축이 750MW~900MW 사이 구간에서 한 대의 필터만 투입한다면, 전압은 1pu로 떨어진다. 즉, 그래프 d(전압 1.05pu)와 그래프 c(전압 1.02pu) 사이에서 운전될 수 없다. 따라서, 해당 구간에서 전압을 1.02pu~1.05pu로 운전하기 위해서 2대의 필터를 투입한다. 1200MW~1350MW 사이 구간에서도 동일한 이유로 2대의 필터를 투입한다. 이 경우, 전압을 하향시킬 때를 고려하여 2대의 리액터가 필요하다.
운전 초기 상태에서 분로 리액터 뱅크 2대와 필터 2대가 각각 투입되어 있으며, 300MW 시점부터 150MW 간격으로 필터가 투입되고, 750MW와 1200MW 시점에서 분로 리액터가 제거됨에 따라, 1.02pu와 1.05pu 간격으로 전압유지가 가능하게 된다.즉, 필터 90MVAr x 10 뱅크가 설계 가능한 최대 단위 용량인 동시에 최소 설계 필터 개수로 선정할 수 있다.
HVDC 시스템용 AC 필터를 설계하는 경우, 기존에는 단순히 AC 전력 계통의 정격 전압에 따른 무효전력 공급 한계 규정치를 고려하여 필터의 용량을 산정하였고, 용량 산정과 무관하게 필터 개수를 선정하였다. 또한, AC 필터의 용량 산정에 대한 체계적인 절차 없이, 각 HVDC 시스템 특성에 따라 경험론적인 방법으로 AC 필터를 설계해왔다. 따라서, 시스템을 위한 AC 필터 설계가 비효율적이고 비체계적인 해석에 근거하여 이루어지고, 이로 인해 설계를 위한 시간 소요가 증가하는 문제점이 존재하였다.
본 발명에 의하면, HVDC 시스템용 AC 필터 설계 시, 계통의 무효전력 변동 한계량을 산출하고, 전압유지 최대값에 해당하는 계통의 무효전력 변동 한계량과 전압유지 목표값에 해당하는 계통의 무효전력 변동 한계량의 차를 필터 용량으로 산정할 수 있다. 또한, 전압유지 목표값과 전압유지 최대값 간격으로 전압유지가 가능한 오차 범위내에서의 최대값을 필터 개수로 선정한다. 이에 의해, 필터 용량 및 필터 개수를 체계적으로 산정하고 필터 용량과 연관하여 필터 개수를 산정할 수 있다. 이러한 알고리즘에 의해, 설계자는 AC 필터의 용량과 개수를 체계적으로 산정할 수 있다.
이상에서 실시 예를 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: AC 필터 설계 장치 110: 입력부
120: 저장부 130: 제어부
210: 무효전력 한계치 산출 블록 220: 무효전력 필요량 산출 블록
230: 무효전력 변동 한계량 산출 블록
240: 필터 용량 산정 및 개수 선정 블록

Claims (8)

  1. HVDC 시스템용 AC 필터 설계 장치에 있어서,
    상기 AC 필터의 필터 용량 및 필터 개수를 산정하기 위한 데이터를 수신하는 입력부; 및
    상기 HVDC 시스템이 연결된 전력 계통의 무효전력 변동 한계량을 산출하고, 상기 HVDC 시스템의 전압유지 최대값과 전압유지 목표값을 설정하고, 상기 무효전력 변동 한계량과 상기 전압유지 최대값 및 상기 전압유지 목표값에 기초하여 상기 필터 용량 및 상기 필터 개수를 산정하는 제어부를 포함하는 AC 필터 설계 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압유지 최대값에 대응하는 상기 무효전력 변동 한계량인 제1 무효전력 변동 한계량과 상기 전압유지 목표값에 대응하는 상기 무효전력 변동 한계량인 제2 무효전력 변동 한계량을 산출하고, 상기 제1 무효전력 변동 한계량과 상기 제2 무효전력 변동 한계량의 차를 상기 필터 용량으로 산정하는 AC 필터 설계 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전압유지 목표값과 상기 전압유지 최대값 간격으로 전압유지가 가능한 오차 범위 내에서의 최대값을 선정하고, 상기 최대값을 상기 필터 개수로 산정하는 AC 필터 설계 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 HVDC 시스템의 전송량에 따른 전압별 무효전력 한계값과, 상기 HVDC 시스템의 무효전력 필요량을 산출하고, 상기 무효전력 한계값과 상기 무효전력 필요량을 합산하여 상기 무효전력 변동 한계량을 산출하는 AC 필터 설계 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전력 계통이 허용하는 범위 내에서 무효전력 공급이 가능하도록 상기 무효전력 한계값을 설정하는 AC 필터 설계 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전압유지 최대값은 1.05pu 이고,
    상기 전압유지 목표값은 1.02pu인 AC 필터 설계 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, Power System Simulator for Engineering(PSS/E) 프로그램을 이용하여 상기 AC 필터를 설계하는 AC 필터 설계 장치.
  8. HVDC 시스템용 AC 필터 설계 방법에 있어서,
    상기 AC 필터의 필터 용량 및 필터 개수를 산정하기 위한 데이터를 수신하는 단계;
    상기 HVDC 시스템이 연결된 전력 계통의 무효전력 변동 한계량을 산출하는 단계;
    상기 HVDC 시스템의 전압유지 최대값과 전압유지 목표값을 설정하는 단계; 및
    상기 무효전력 변동 한계량과 상기 전압유지 최대값 및 상기 전압유지 목표값에 기초하여 상기 필터 용량 및 상기 필터 개수를 산정하는 단계를 포함하는 AC 필터 설계 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230105420A (ko) * 2022-01-04 2023-07-11 한국전력공사 전력계통과 hvdc간 무효전력 교환량의 한계를 결정하기 위한 hvdc 무효전력곡선 온라인 감시 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070072295A (ko) * 2005-12-30 2007-07-04 고려대학교 산학협력단 무효전력 보상방법 및 그 장치
KR20140008768A (ko) * 2012-07-11 2014-01-22 한국전력공사 비상상태 전력 계통에서의 ｈｖｄｃ 계통 제어 시스템
KR20140125213A (ko) * 2013-04-18 2014-10-28 엘에스산전 주식회사 HVDC 시스템의 Double-Tuned Filter 설계 방법
JP2015220987A (ja) * 2014-05-13 2015-12-07 エルエス産電株式会社Ｌｓｉｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 高圧直流送電システムの絶縁設計装置及びその方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20070072295A (ko) * 2005-12-30 2007-07-04 고려대학교 산학협력단 무효전력 보상방법 및 그 장치
KR20140008768A (ko) * 2012-07-11 2014-01-22 한국전력공사 비상상태 전력 계통에서의 ｈｖｄｃ 계통 제어 시스템
KR20140125213A (ko) * 2013-04-18 2014-10-28 엘에스산전 주식회사 HVDC 시스템의 Double-Tuned Filter 설계 방법
JP2015220987A (ja) * 2014-05-13 2015-12-07 エルエス産電株式会社Ｌｓｉｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． 高圧直流送電システムの絶縁設計装置及びその方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230105420A (ko) * 2022-01-04 2023-07-11 한국전력공사 전력계통과 hvdc간 무효전력 교환량의 한계를 결정하기 위한 hvdc 무효전력곡선 온라인 감시 장치 및 방법

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