KR20180103178A - 직류 전력 망 전압 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직류 전력망 전압 제어 방법에 관한 것으로, 직류 전력 망 전압을 3 가지 프로세스, 즉 자연 전압 조정, 제 1 전압 조정 및 제 2 전압 조정으로 분류하는 직류 전력망 전압 제어 방법을 제공한다. 직류 전력망의 컨버터 스테이션은, 컨버터 스테이션이 전압 조절 용량, 고정 전압 제어 모드에서 작동하는 전력 조절 컨버터 스테이션, 고정 전압 제어 모드 또는 보조 전압 제어 모드에서 작동하는 전력 조절 컨버터 스테이션 및 보조 전압 제어 모드에서 작동하는 보조 전압 제어 컨버터 스테이션을 구비하는지 여부에 기초하여, 전력 조절 컨버터 스테이션, 보조 전압 조절 컨버터 스테이션 및 전압 조절 컨버터 스테이션의 3 가지 유형으로 분류된다: 직류 전력망 내의 모든 컨버터 스테이션은 자연 전압 조정에 참여하고, 보조 전압 조정 컨버터 스테이션 및 전압 조정 컨버터 스테이션은 제 1 전압 조정에 참여하고, 전압 조정 컨버터 스테이션은 제 2 전압 조정에 참여한다. 3 개의 전압 조정 프로세스의 조합에 의해, 정상 상태에서의 직류 전압의 정확한 제어가 실현 될 수 있고, 과도 상태에서 직류 전압 변화가 억제 될 수 있다.
Description
본 발명은 직류 전력망의 분야에 관한 것으로, 특히 직류 전력망 전압 제어 방법에 관한 것이다.
전기 전자 기술의 지속적인 개발로, 유연 직류 송전 및 배전 기술은 차세대 직류 송전 및 배전 기술이며 현재의 교류 송전 및 배전 기술에 존재하는 다양한 문제를 해결할 수 있을 것이다. 직류 전력 전송 규모가 증가함에 따라, 직류 전력망이 가능해진다.
직류 전력망에서, 직류 전압의 역할은 교류 전력망에서 주파수의 역할에 상응 할 수 있다. 직류 전압의 안정성은 직류 부하 흐름의 안정성을 직접 결정하고, 직류 전력망의 안전하고 안정된 작동을 결정한다. 따라서 직류 전력망에서 직류 전압을 제어하는 것이 매우 중요하다. 종래의 2 단자 연성 직류 시스템에서, 하나의 컨버터 스테이션은 직류 전압을 제어하고, 다른 컨버터 스테이션은 유효 전력, 교류 주파수 또는 교류 전압과 같은 다른 변수를 제어한다. 직류 전압 제어용 컨버터 스테이션에 고장이 발생하고, 직류 전압 제어 능력이 결국 상실하게 되면 직류 전압은 불안정하게 되어 2 단자 연성 직류 시스템이 가동을 정지하게 된다. 따라서, 시스템의 신뢰성이 상대적으로 저하된다. 복수의 컨버터 스테이션은 일반적으로 직류 전력망에서 직류 전압 제어 능력을 구비한다. 같은 시간대에 직류 전압의 제어에 참여하는 컨버터 스테이션의 양에 따르면, 현재의 일반적인 직류 전압 제어 방법은 단일 포인트 전압 제어 방법 및 멀티 포인트 전압 제어 방법을 포함 할 수 있다.
단일 포인트 전압 제어 방법은 단일 컨버터 스테이션을 직류 전압 제어 스테이션으로 사용한다. 하나의 컨버터 스테이션 만이 동일 순간에 직류 전압을 제어한다. 따라서, 직류 전압의 정확한 제어가 구현 될 수 있다. 컨버터 스테이션이 고장 나거나 전력이 한계를 초과하여 직류 전압 제어 능력을 상실하게 되면, 직류 전압 제어 능력을 구비한 또 다른 컨버터 스테이션이 직류 전압 제어 권한을 인계 받게 된다. 인계 방법은, 통신 의존성 여부에 따라, 통신 기반의 무 편차 제어 방식과 무 통신 기반의 편차 제어 방식으로 나눌 수 있다. 무 편차 제어 방법은 신속한 국 (局, 스테이션)간 통신에 따라 직류 전압 제어권의 전송을 구현한다. 직류 전압 제어 장치가 고장 나거나 작동을 중단했을 때, 백업 컨버터 스테이션이 신속한 국간 통신을 사용하여 직류 전압 제어권 인계를 구현한다. 그러나, 이 방법은 매우 빠른 속도와 국간 통신의 신뢰성을 요구한다. 통신이 비교적 오랫동안 지연되는 경우, 직류 전압 제어권 인계가 직류 전압 제어 국이 고장난 후 제 시간에 이루어 지지 않아, 결국 전체 직류 시스템의 작동이 중단 될 수 있다. 또한, 직류 전력망 규모가 점차 증가 하면, 백업 컨버터 스테이션의 양이 계속 증가하게 된다. 이 경우, 직류 전압 제어의 우선 순위 설정이 매우 복잡하게 되고, 고속 통신 네트워크가 점점 복잡해진다. 이러한 결점으로 인해 직류 전력망에 통신 기반의 무 편차 제어 방법을 촉진 하고 적용하는 것이 특히 어렵게 된다.
직류 전압 편차 제어는 국(局)간 통신을 필요치 않는 제어 방식이다. 직류 전압 제어국에 고장이 나고 작동이 정지된 후, 백업 직류 전압 제어국은 직류 전압의 비교적 큰 편차를 검출 할 수 있고 고정 직류 전압 제어 모드로 전환하여 직류 전압의 안정성을 보장 할 수 있게 된다.
그러나, 복수의 백업 컨버터 스테이션은 복수의 우선 순위를 필요로 하므로, 제어기 설계의 복잡성이 증가하게 된다. 직류 전력망의 규모가 점차 증가함에 따라 백업 컨버터 스테이션의 수량이 증가한다. 직류 전력망의 직류 전압은 특정 작동 범위로 제한된다. 따라서 편차는 직류 전압 동작 범위를 초과 할 수 없다. 이는 편차 제어에서 단계 차이 및 단계 수량을 제한한다. 이같은 결점으로 인해 직류 전력망에서 편차 제어 방법을 증진하고 적용하는 것이 특히 어렵게 된다.
다 지점 전압 제어 방법에서, 복수의 컨버터 스테이션은 동일 순간에 직류 전력망에서 직류 전압을 제어한다. 통상의 다 지점 전압 제어 방식은 슬로프 전압 제어 방식이다. 이 방법에서, 복수의 슬로프 전압 제어 컨버터 스테이션의 유효 전력 출력은 직류 전송 라인의 임피던스 및 슬로프 전압 제어 컨버터 스테이션의 각각의 슬로프와 관련된다. 직류 전압이나 유효 전력을 정확하게 제어 할 수 없다.
본 발명의 목적은, 정상 상태에서 직류 전압을 정확하게 제어 할 수 있고, 과도 상태에서 직류 전압 편차를 억제 할 수 있는 직류 전력 계통 전압 제어 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음의 해결 방안을 적용한다:
직류 전력망 전압 제어 방법에서, 직류 전력망 전압 제어는 세 가지 절차 (프로세스), 즉, 자연 전압 조정, 제 1 전압 조정 및 제 2 전압 조정으로 분류된다: 직류 전력망의 컨버터 스테이션은 컨버터 스테이션이 전압 조절 용량, 고정 전압 제어 모드에서 작동하는 전력 조절 컨버터 스테이션, 고정 전압 제어 모드 또는 보조 전압 제어 모드에서 작동하는 전력 조절 컨버터 스테이션 및 보조 전압 제어 모드에서 작동하는 보조 전압 제어 컨버터 스테이션을 구비하는지 여부에 기초하여, 전력 조절 컨버터 스테이션, 보조 전압 조절 컨버터 스테이션 및 전압 조절 컨버터 스테이션의 3 가지 유형으로 분류된다: 직류 전력망 내의 모든 컨버터 스테이션은 자연 전압 조정에 참여하고, 보조 전압 조정 컨버터 스테이션 및 전압 조정 컨버터 스테이션은 제 1 전압 조정에 참여하고, 전압 조정 컨버터 스테이션은 제 2 전압 조정에 참여한다.
자연 전압 조정의 경우, 직류 전력망에서 컨버터 스테이션의 캐패시터 에너지 저장은 직류 전력망의 전력이 불균형 일 때 직류 전력망의 부하를 저지하기 위해 먼저 사용되며, 직류 전압 편차는 시간이 지남에 따라 증가하고, 자연 전압 조절의 프로세스는 자연 종료되고 조정 조치가 필요하지 않게 된다.
제 1 전압 조정에서, 보조 전압 제어 모드로 동작하는 컨버터 스테이션은 직류 전압의 조정에 참여하여 최종적으로 편차를 형성 할 수 있게 하고, 컨버터 스테이션의 제어기에 따라 제 1 전압 조정이 자동 종료되고, 외부 규정 장치의 개입이 필요치 않게 된다.
제 2 전압 조정에서, 고정 직류 전압 제어 모드 또는 보조 전압 제어 모드로 동작하는 컨버터 스테이션은 직류 전압의 조정에 참여하여 최종적으로 직류 전압의 정확한 제어를 구현하고, 제 2 전압 조정의 제어기는 컨버터 스테이션 내 또는 외부 조절 장치에 설치된다.
보조 전압 제어 모드의 구현 방법은 다음과 같다:
(1) 직류 전압 (Udc)을 검출하는 단계;
(2) 직류 전압 (Udc)과 정격 직류 전압 (Urate) 사이의 편차 (△U = Udc-Urate)를 계산하는 단계;
(3) UsetL < ΔU < UsetH, ΔUmod = 0 일 때, ΔU > UsetH, ΔUmod = ΔU-UsetH 일 때, ΔU < UsetL, ΔUmod= ΔU - UsetL 일 때, △U를 고정 전압 편차 값 UsetH 및 UsetL (UsetH> UsetL) 와 비교하는 단계;
(4) 전력 명령 편차 값 (ΔP = K * ΔUmod)을 계산하는 단계; 및
(5) 상위층 제어기 및 전력 명령 편차 값 ΔP에 의해 전달된 전력 명령 Porder에 따라 전력 제어기의 전력 명령 Pref = Porder-ΔP를 계산하는 단계.
상기 방법에 따라, 본 발명은 다음의 측면에서 유리하다 :
(1) 직류 전압과 전력을 정상 (steady)상태에서 정확하게 제어 할 수 있습니다.
(2) 직류 전압 변화를 과도 상태에서 억제 할 수있다.
(3) 고속 통신 채널을 구성 할 필요가 없다.
도 1은 직류 전력망 컨버터의 통상의 제어 모드를 도시하며,
도(a)는 고정 전력 제어 모드,
도(b)는 보조 전압 제어 모드,
도(c)는 고정 전압 제어 모드이다.
도 2는 직류 전력망 전압 제어의 제1 실시 예이고;
도 3은 직류 전력망 전압 제어의 제 2 실시 예이다.
도(a)는 고정 전력 제어 모드,
도(b)는 보조 전압 제어 모드,
도(c)는 고정 전압 제어 모드이다.
도 2는 직류 전력망 전압 제어의 제1 실시 예이고;
도 3은 직류 전력망 전압 제어의 제 2 실시 예이다.
이하, 첨부 된 도면 및 특정 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 해결 방안을 상세히 설명한다.
직류 전력 계통 전압 제어 방법에서, 직류 전력 계통 전압의 제어는 세 가지 프로세스, 즉, 자연 전압 조정, 제 1 전압 조정 및 제 2 전압 조정으로 분류된다. 직류 전력망의 컨버터 스테이션은 컨버터 스테이션이 전압 조절 용량, 고정 전압 제어 모드에서 작동하는 전력 조절 컨버터 스테이션, 고정 전압 제어 모드 또는 보조 전압 제어 모드에서 작동하는 전력 조절 컨버터 스테이션 및 보조 전압 제어 모드에서 작동하는 보조 전압 제어 컨버터 스테이션을 구비하는지 여부에 기초하여, 전력 조절 컨버터 스테이션, 보조 전압 조절 컨버터 스테이션 및 전압 조절 컨버터 스테이션의 3 가지 유형으로 분류된다: 직류 전력망 내의 모든 컨버터 스테이션은 자연 전압 조정에 참여하고, 보조 전압 조정 컨버터 스테이션 및 전압 조정 컨버터 스테이션은 제 1 전압 조정에 참여하고, 전압 조정 컨버터 스테이션은 제 2 전압 조정에 참여한다.
자연 전압 조정의 경우, 직류 전력망에서 컨버터 스테이션의 캐패시터 에너지 저장은 직류 전력망의 전력이 불균형 일 때 직류 전력망의 부하를 저지하기 위해 먼저 사용되며, 직류 전압 편차는 시간이 지남에 따라 증가하고, 자연 전압 조절의 프로세스는 자연 종료되고 조정 조치가 필요하지 않게 된다.
제 1 전압 조정에서, 보조 전압 제어 모드로 동작하는 컨버터 스테이션은 직류 전압의 조정에 참여하여 최종적으로 편차를 형성 할 수있게하고, 컨버터 스테이션의 제어기에 따라 제 1 전압 조정이 자동 종료되고, 외부 규정 장치의 개입이 필요치 않게 된다.
제 2 전압 조정에서, 고정 직류 전압 제어 모드 또는 보조 전압 제어 모드로 동작하는 컨버터 스테이션은 직류 전압의 조정에 참여하여 최종적으로 직류 전압의 정확한 제어를 구현하고, 제 2 전압 조정의 제어기는 컨버터 스테이션 내 또는 외부 조절 장치에 설치된다.
보조 전압 제어 모드의 구현 방법은 다음과 같다:
(1) 직류 전압 (Udc)을 검출하는 단계;
(2) 직류 전압 (Udc)과 정격 직류 전압 (Urate) 사이의 편차 (△U = Udc-Urate)를 계산하는 단계;
(3) UsetL < ΔU < UsetH, ΔUmod = 0 일 때, ΔU > UsetH, ΔUmod = ΔU-UsetH 일 때, ΔU < UsetL, ΔUmod= ΔU - UsetL 일 때, △U를 고정 전압 편차 값 UsetH 및 UsetL (UsetH> UsetL) 와 비교하는 단계;
(4) 전력 명령 편차 값 (ΔP = K * ΔUmod)을 계산하는 단계; 및
(5) 상위층 제어기 및 전력 명령 편차 값 ΔP에 의해 전달된 전력 명령 Porder에 따라 전력 제어기의 전력 명령 Pref = Porder-ΔP를 계산하는 단계.
도 1은 직류 전력망 컨버터의 통상의 제어 모드를 도시하며, 도(a)는 고정 전력 제어 모드, 도(b)는 보조 전압 제어 모드, 도 (c)는 고정 전압 제어 모드이다.
직류 네트워크에는 고정 전압 제어기가 하나만 있을 수 있다. 상기 제어기는 파워 디스패치와 같은 상위 제어기에 장착되거나 컨버터 스테이션 내부에 장착 될 수 있다. 도 2에 도시 된 직류 전력망에서, 전압 제어기는 전력 송출 시스템에 장착된다.
컨버터 스테이션 (1)과 컨버터 스테이션 (2)은 전압 조절 컨버터 스테이션이다. 전압 조절 컨버터 스테이션은 보조 전압 제어 모드로 작동하고, 전압 제어기에 의해 전달된 전력 명령을 수신한다. 컨버터 스테이션 (3)은 보조 전압 조절 컨버터 스테이션이고, 보조 전압 제어 모드로 동작하고, 전력 송출 전력 명령을 수신한다. 컨버터 스테이션 (4)은 전력 조절 컨버터 스테이션이고, 고정 전력 제어 모드로 동작하고, 전력 송출 전력 명령을 수신한다.
직류 전력망의 부하가 변화하면, 4 개의 컨버터 스테이션의 커패시터 에너지 저장 장치는 먼저 전력 불균형을 시정하고, 결과적으로 직류 전압은 점차 편차가 발생한다. 이 같은 과정은 자연 전압 조절 과정이다. 전압 제어기가 상대적으로 저속 조정 속도 또는 상대적으로 장시간의 통신 지연인 경우, 또한, 직류 전압 편차가 특정 정도에 도달 할 경우, 보조 전압 제어 모드에서 작동하는 컨버터 스테이션 (1), 컨버터 스테이션 (2) 및 컨버터 스테이션 (3)은 추가 직류 전압 편차를 억제하기 위한 전력 균형을 유지하기 위해 각각의 전력 기준값 Pref를 자동 조절한다. 이러한 공정은 제 1 전압 조정 공정이다. 제 1 전압 조절은 직류 전압의 정확한 제어를 구현할 수 없다. 일정 시간이 지난 후, 전압 제어기는 컨버터 스테이션 1 및 컨버터 스테이션 2의 전력 명령을 자동으로 변경하여 직류 전압의 정확한 제어를 구현합니다. 동시에, 컨버터 스테이션 (3)의 전력 기준값 (Pref3)은 Porder3으로 복귀한다. 이러한 프로세스는 제 2 전압 조절 프로세스이다. 전압 제어기의 조정 속도가 충분히 빠르며 통신 지연이 충분히 짧은 경우, 제 2 전압 조정 프로세스는 제 1 전압 조정의 프로세스가 수행하기 전에 효과를 발휘한다. 전압 제어기는 전력 균형을 유지하도록 Porder1 및 Porder2를 변경하여 직류 전압의 정확한 제어를 구현한다.
도 3에 도시 된 직류 전력망에서, 전압 제어기는 컨버터 스테이션 내에 장착된다. 컨버터 스테이션 (1)과 컨버터 스테이션 (2)은 전압 조절 컨버터 스테이션이다. 컨버터 스테이션 (1)은 고정 전압 제어 모드에서 작동한다. 컨버터 스테이션 (2)은 보조 전압 제어 모드에서 작동한다. 컨버터 스테이션 (2)은 전력 송출을 위한 전력 명령을 수신한다. 컨버터 스테이션 (3)은 보조 전압 조절 컨버터 스테이션이고, 보조 전압 제어 모드에서 동작하고, 전력 송출을 위한 전력 명령을 수신한다. 컨버터 스테이션 (4)은 전력 조절 컨버터 스테이션이고, 고정 전력 제어 모드에서 작동하고, 전력 송출을 위한 전력 명령을 수신한다. 직류 전력망 부하가 변하면, 4 개의 컨버터 스테이션의 커패시터 에너지 저장 장치는 먼저 전력 불균형을 시정하고, 이에 따른 결과로, 직류 전압은 점차 편차가 발생한다. 이러한 과정은 자연 전압 조절 과정이다. 컨버터 스테이션 내부에 장착 된 전압 제어기는 상대적으로 짧은 통신 지연과 비교적 빠른 조정 속도를 구비한다. 전압 제어기는 전력 균형 유지를 위한 직류 전압의 정확한 제어 구현을 위해 Porder1 및 Porder2를 변화시킨다. 컨버터 스테이션 (1)이 고장 나고 작동을 멈추면, 직류 전력망의 전력이 더 이상 균형을 잃을 수 있다. 4 개의 컨버터 스테이션의 커패시터 에너지 저장은 먼저 전력 불균형을 시정하고, 이에 따른 결과로, 직류 전압에 점차 편차가 발생한다. 이러한 과정은 자연 전압 조절 과정이다. 컨버터 스테이션 (2)은 통신을 통해 전압 제어 (통제)권을 인수한다.
통신 지연이 비교적 길어지고, 직류 전압 편차가 특정 정도에 도달하면, 보조 전압 제어 모드로 동작하는 컨버터 스테이션 (2) 및 컨버터 스테이션 (3)은 파워 균형을 유지하도록 각 파워 기준값 (Pref)을 자동으로 조정하여, 추가로 직류 전압 편차를 억제한다. 이러한 과정은 제 1 전압 조절 과정이다. 제 1 전압 조절은 직류 전압의 정확한 제어를 구현할 수 없다. 소정 기간 후에, 컨버터 스테이션 (2)은 전압 제어권을 인수하고 고정 전압 제어 모드로 전환하여, 직류 전압의 정확한 제어를 구현한다. 동시에, 컨버터 스테이션 (3)의 전력 기준값 (Pref3)은 다시 Porder3으로 복귀한다. 이러한 과정은 제 2 전압 조절 과정이다. 통신 지연이 충분히 단축되면, 컨버터 스테이션 (2)은 제 1 전압 조정 과정의 효과가 발휘되기 바로 전에 이미 전압 제어권을 인수하고, 제 2 전압 조정 과정은 이미 효과를 발휘하여, 직류 전압의 정확한 제어를 구현한다.
전술 한 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위해 사용 된 것으로, 본 발명의 보호 범위를 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상에 따른 기술적 해결방안에 기초한 모든 변경은 본 발명의 보호 범위에 속해야 한다.
Claims (5)
- 직류 전력망 전압 제어를 자연 전압 조정, 제 1 전압 조정 및 제 2 전압 조정으로 분류하는 직류 전력망 전압 제어 방법에서; 직류 전력망의 컨버터 스테이션은 컨버터 스테이션이 전압 조절 용량을 구비하였는지; 고정 전압 제어 모드에서 작동하는 전력 조절 컨버터 스테이션, 보조 전압 제어 모드에서 작동하는 보조 전압 조절 컨버터 스테이션 및 고정 전압제어 모드 또는 보조 전압 제어 모드에서 작동하는 전압 조절 컨버터 스테이션에 따라, 전력 조절 컨버터 스테이션, 보조 전압 조절 컨버터 스테이션 및 전압 조절 컨버터 스테이션으로 분류되고;
직류 전력망 내의 모든 컨버터 스테이션은 자연 전압 조정에 참여하고, 보조 전압 조정 컨버터 스테이션 및 전압 조정 컨버터 스테이션은 제 1 전압 조정에 참여하고, 전압 조정 컨버터 스테이션은 제 2 전압 조정에 참여하는 것을 특징으로 하는 직류 전력망 제어 방법.
- 제1항에서, 상기 자연 전압 조정에 있어서, 특히, 직류 전력망의 컨버터 스테이션에서의 커패시터 에너지 저장을 사용하여 상기 직류 전력망의 직류 전압을 자연스럽게 조정하는 것을 특징으로하는 직류 전력망 전압 제어 방법.
- 제 1 항에서, 상기 제 1 전압 조정에서, 특히, 상기 보조 전압 제어 모드에서 동작하는 상기 컨버터 스테이션은 상기 직류 전력망의 직류 전압을 조정하기 위해 사용되어, 편차를 형성하기 위한 직류 전압을 가능케하며, 제 1 전압 조정은 컨버터 스테이션의 제어기에 따라 완료되는 것을 특징으로 하는 직류 전력망 전압 제어 방법.
- 제 1 항에서, 상기 제 2 전압 조정에서, 특히, 고정 전압 제어 모드에서 동작하는 컨버터 스테이션 또는 상기 전압 보조 제어 모드에서 동작하는 컨버터 스테이션은, 직류 전력망에서 직류 전압을 측정하는데 사용되어, 직류 전압의 정확한 제어를 구현하고, 제 2 전압 조정의 제어기는 컨버터 스테이션 내부에 또는 외부 조절부에 설치되는 것을 특징으로 하는 직류 전력망 전압 제어 방법.
- 제 1 항에서, 상기 보조 전압 제어 모드의 실행 방법은,
(1) 직류 전압 (Udc)을 검출하는 단계;
(2) 직류 전압 (Udc)과 정격 직류 전압 (Urate) 사이의 편차 (△U = Udc-Urate)를 계산하는 단계;
(3) UsetL < ΔU < UsetH, ΔUmod = 0 일 때, ΔU > UsetH, ΔUmod = ΔU-UsetH 일 때, ΔU < UsetL, ΔUmod= ΔU - UsetL 일 때, △U를 고정 전압 편차 값 UsetH 및 UsetL (UsetH> UsetL) 와 비교하는 단계;
(4) 전력 명령 편차 값 (ΔP = K * ΔUmod)을 계산하는 단계; 및
(5) 상위층 제어기 및 전력 명령 편차 값 ΔP에 의해 전달된 전력 명령 Porder에 따라 전력 제어기의 전력 명령 Pref = Porder-ΔP를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류 전력망 전압 제어 방법.
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