KR20190080628A - Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치 - Google Patents

Ｍｍｃ 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치 Download PDF

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KR20190080628A
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mmc converter
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박용희
정홍주
노재근
왕인수
이두영
정종규
이주연
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효성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 서브모듈 제어기 전원공급 시스템에 관한 것으로서, 특히 고압전 직류송전(HVDC: High Voltage Direct Current)시스템과 연계되는 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC: Modular Multilevel Converter)의 서브모듈(submodule) 제어기용 전원으로 서브모듈을 냉각시키는 방열판에 흐르는 냉각수를 이용해 수차발전으로 전력을 생산하여 공급하는 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치는 MMC 컨버터의 서브모듈 내부에 배치되어 냉각수를 이용해 상기 서브모듈을 냉각시키는 방열판; 상기 냉각수를 상기 방열판 내에 공급시키는 인입구와 상기 방열판 외부로 배출시키는 배출구를 구비하며, 상기 인입구를 통해 공급된 상기 냉각수를 상기 방열판 내에 흐르도록 유로를 형성하는 파이프; 및 상기 파이프의 일측에 배치되어 상기 파이프를 통해 흐르는 냉각수에 의해 수차 발전 방식으로 전력을 생산하여 서브모듈 제어기에 공급하는 수차발전기; 를 포함한다.

Description

ＭＭＣ 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치 {POWER SUPPLY APPARTUS FOR SUB-MODULE CONTROLLER OF MMC CONVERTER}
본 발명은 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치에 관한 것으로서, 특히 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC: Modular Multilevel Converter)의 서브모듈(submodule)을 냉각시키기 위한 방열판에 흐르는 냉각수를 이용해 수차발전으로 전력을 생산하여 서브모듈 제어기로 공급하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 초고압 직류송전(HVDC) 시스템에서는 발전소에서 생산되는 교류전력을 직류로 변환시켜 송전하고 수전단에서 교류로 재변환하여 부하에 전력을 공급하도록 한다. 이러한 HVDC 시스템은 전압승압을 통하여 효율적이고 경제적인 전력전송이 가능하고 이종계통 연계, 장거리 고효율 송전 등의 장점을 갖는다.
HVDC 시스템에는 전력송전 및 무효전력 보상을 위해 MMC 컨버터가 연계된다. 이러한 MMC 컨버터에는 다수의 서브모듈(sub-module)이 직렬로 연결된다. MMC 컨버터에서 서브모듈은 매우 중요한 요소로서 별도 마련된 제어기에 의해 제어되는데, 서브모듈의 고전압을 서브모듈 제어기의 구동전원으로 이용하기 위해서는 서브모듈 제어기에 필요한 저전압으로 변환하는 전원장치가 필요하다.
종래의 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기용 전원 시스템에서는 MMC 컨버터의 각 상(Phase)에 구성되는 서브모듈에서 저장되는 고전압을 DC/DC컨버터를 이용해 저전압으로 변환하여 변환된 전력을 서브모듈 제어기에 전원으로 공급하였다.
그러나 이 경우, MMC 컨버터가 구동되기 전에는 서브모듈 역시 구동되지 않으므로 DC/DC컨버터는 서브모듈 제어기에 전원을 공급하지 못한다.
따라서 MMC 컨버터가 구동되기 전 서브모듈 제어기의 동작을 점검하거나 서브모듈의 상태를 점검하고 싶어도 모니터링 할 수 없다는 단점이 있었다.
한국공개특허 제10-2016-0080018호 한국공개특허 제10-2016-0080019호
이에 본 발명은 MMC 컨버터의 서브모듈을 냉각시키는 방열판에 흐르는 냉각수를 이용해 수차발전으로 전력을 생산하여 MMC 컨버터의 구동여부와 관계없이 서브모듈 제어기로 구동 전원을 공급할 수 있는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치는 MMC 컨버터의 서브모듈 내부에 배치되어 냉각수를 이용해 상기 서브모듈을 냉각시키는 방열판; 상기 냉각수를 상기 방열판 내에 공급시키는 인입구와 상기 방열판 외부로 배출시키는 배출구를 구비하며, 상기 인입구를 통해 공급된 상기 냉각수를 상기 방열판 내에 흐르도록 유로를 형성하는 파이프; 및 상기 파이프의 일측에 배치되어 상기 파이프를 통해 흐르는 냉각수에 의해 수차 발전 방식으로 전력을 생산하여 서브모듈 제어기에 공급하는 수차발전기; 를 포함한다.
본 발명에서 상기 수차발전기는, 내부에 중심축으로부터 방사형으로 설치된 다수의 회전날개를 구비하는 수차부; 및 상기 중심축의 회전력을 전력으로 변환하는 발전부; 를 포함한다.
본 발명에서 상기 발전부는 상기 수차부의 중심축에 일체형으로 구비되어 상기 수차부의 회전날개가 상기 냉각수에 의해 회전되면 상기 중심축에 발생되는 회전력을 전력으로 변환하여 출력한다.
본 발명에서 상기 발전부는 상기 수차부의 중심축이 연장된 연장부에 장착되는 형태로 구비되어 상기 수차부의 회전날개가 상기 냉각수에 의해 회전되면 상기 중심축에 발생되는 회전력을 연장부를 통해 전달받아 전력으로 변환하여 출력한다.
본 발명에서 상기 파이프의 인입구 및 배출구는 상기 방열판의 외부로 연장되어 구비되며, 상기 수차발전기는 상기 방열판 외부로 연장된 인입구 또는 배출구에 배치된다.
본 발명에서 상기 수차발전기는 상기 파이프가 직선으로 형성된 구간에 배치되며, 상기 수차발전기의 상기 회전날개가 구비된 구간이 상기 파이프의 일부구간을 대체하도록 배치되어 상기 냉각수가 상기 회전날개가 구비된 구간을 통해 흘러 상기 회전날개를 회전시킨다.
본 발명에서 상기 수차발전기는 상기 파이프가 U자로 휘어진 구간에 배치되며, 상기 수차발전기의 상기 회전날개가 구비된 구간이 상기 파이프의 U자로 휘어진 구간을 대체하도록 배치되어 상기 냉각수가 상기 회전날개가 구비된 구간을 통해 흘러 상기 회전날개를 회전시킨다.
본 발명에서 상기 수차발전기는 상기 파이프가 90도로 휘어진 구간에 배치되며, 상기 수차발전기의 상기 회전날개가 구비된 구간이 상기 파이프의 90도로 휘어진 구간을 대체하도록 배치되어 상기 냉각수가 상기 회전날개가 구비된 구간을 통해 흘러 상기 회전날개를 회전시킨다.
본 발명의 일 실시예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 시스템은 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치; 상기 서브모듈 내부에 DC전압을 저장하는 에너지저장부와, 상기 에너지저장부에 브릿지 형태로 병렬로 연결된 다수의 전력용반도체를 포함하는 브릿지회로부; 서로 직렬로 연결되어 상기 에너지저장부에 병렬로 연결되는 제1저항 및 제2저항을 포함하는 저항부; 및 상기 저항부의 제2저항의 양단에 형성된 출력단자로부터 출력된 전압을 저전압으로 변환하여 상기 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기로 전력을 공급하는 DC/DC컨버터; 를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 시스템은 상기 에너지저장부에 전압이 저장되지 않은 경우, 상기 방열판의 수차발전기를 통해 생산된 전력을 상기 서브모듈 제어기에 공급하고, 상기 에너지저장부에 전압이 저장되어 상기 제2저항의 양단에 형성된 전압이 기설정된 전압 이상이 되는 경우, 상기 DC/DC컨버터를 통해 출력되는 전력을 상기 서브모듈 제어기에 공급하는 스위칭부; 를 더 포함한다.
본 발명에서 상기 브릿지회로부는 하프브릿지회로 또는 풀브릿지회로 중 선택된 어느 하나를 포함한다.
본 발명에 따르면 서브모듈 냉각용 방열판은 MMC 컨버터의 구동여부와는 상관없이 냉각수가 흐를 수 있기 때문에 이러한 냉각수에 의한 수차발전을 통해 생성되는 전력을 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기에 공급할 수 있게 된다.
이러한 본원발명의 서브모듈 제어기 전원공급 장치를 통해 MMC 컨버터의 구동 전에도 서브모듈 점검이 가능하며, 서브모듈 점검이 완료되어 MMC 컨버터가 구동되면, 서브모듈에 저장되는 고전압을 이용해 서브모듈 제어기에 전원을 공급하여 안정적인 전원공급 및 동작이 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 일 실시 예에 따른 수차발전기의 상세한 형상에 대한 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수차발전기의 배치구성 실시예를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치의 개략적인 구성도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치(100)는 1개 이상의 상모듈(phase module)을 포함하는 MMC 컨버터에 적용된다.
상모듈은 서로 직렬연결된 다수의 서브모듈을 포함하며 직류전압측을 정(+) 및 부(-)의 직류전압 모선 P 및 N에 각각 접속시킨다. 다수의 서브모듈은 두 입력단자(X,Y)를 통해 서로 직렬연결 되며 DC전압을 내부에 상호 간에 직렬로 연결된 에너지저장부에 저장한다.
이러한 서브모듈은 서브모듈 제어기(150)에 의해 동작이 제어되며, 본 발명에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치(100)는 서브모듈을 냉각시키는 방열판(140)에 수차발전기(142)를 구비하여 파이프(141)를 통해 흐르는 냉각수의 흐름에 의해 생성되는 전력을 서브모듈 제어기(150)의 구동전원으로 공급한다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치(100)는 방열판(140), 파이프(141), 수차발전기(142)로 구성된다.
방열판(140)은 서브모듈 내부에 배치되며, 인입구(10)와 배출구(20)를 갖는 파이프(141)를 그 내부에 구비하여 냉각수의 유로를 형성하고, 파이프(141)의 일측에 냉각수의 흐름에 의해 전력을 생산하는 수차발전기(142)를 구비하여 수차발전기(142)에서 생산된 전력을 서브모듈 제어기(150)의 구동전원으로 공급한다.
방열판(140)에 냉각수를 공급하여 서브모듈을 냉각시키는 냉각시스템(미도시)과, 냉각수를 방열판(140)에 공급하기 위한 펌프(미도시)는 서브모듈 외부에 별도로 구성되는 것이 바람직하며, 냉각시스템 및 펌프는 MMC 컨버터의 구동과는 별개로 구동되어 MMC 컨버터가 미구동 상태일 때도 독립적으로 방열판(140)에 냉각수를 공급하여 흘리는 것이 가능하므로 MMC 컨버터의 구동여부와 관계없이 방열판(140)에서 냉각수과 수차발전기(142)에 의해 서브모듈 제어기(150)의 구동전원을 생산하여 공급할 수 있게된다.
파이프(141)는 방열판(140)의 내부를 순환하도록 구성되며, 그 형상은 실시예에 따라 다르게 형성될 수 있다.
파이프(141)는 냉각시스템에서 공급되는 냉각수가 방열판(140)으로 인입되는 인입구(10)와 냉각수가 방열판(140) 내부를 순환한 뒤 다시 냉각시스템으로 배출되도록 하는 배출구(20)를 구비하고 있으며, 인입구(10)와 배출구(20)는 냉각시스템과 연결되어 있으므로, 방열판(140)의 외부까지 연장되는 형태이다.
이러한 파이프(141)의 일측에는 수차발전기(142)가 구비되는데 도 1을 보면 파이프(141)의 직선구간 중 임의의 지점에 삽입된 형태로 배치된 것을 알 수 있다.
수차발전기(142)는 다수의 회전날개를 구비하여 파이프(141)를 통해 흐르던 냉각수가 유입되어 흐르면 냉각수에 의해 다수의 회전날개가 회전되는 형상으로 구비되는데 이러한 수차발전기(142)의 상세한 형상에 대한 실시 예를 도 2에 나타내었다.
도 2의 (a)를 참조하면 수차발전기(142)는 원형으로 형성되어 내부에 중심축으로부터 방사형으로 설치된 다수의 회전날개를 구비하는 수차부(1421)와 상기 회전날개의 중심축에서 발생하는 회전력을 전력으로 변환하는 발전부(1422)로 구성되는 것을 알 수 있으며 수차부(1421)의 회전날개가 설치된 구간에 파이프(141)를 통해 흐르던 냉각수가 유입되어 흐르면 냉각수에 의해 다수의 회전날개가 회전되는 것을 알 수 있다.
수차부(1421)의 회전날개가 회전되면 발생되는 회전력은 중심축에서 전동모터로 구성된 발전부(1422)에 전달되는데 도 2의 (b)에 나타난 실시예에서 발전부(1422)는 수차발전기(142)의 중심축에 일체형으로 구비되어 중심축에서 발생되는 회전력을 바로 전력으로 변환한 후 발생된 전원을 전원선 등을 통해 서브모듈 제어기(150)에 전달하게 된다.
그러나 이처럼 수차발전기(142)의 중심축에 발전부(1422)가 일체형으로 구성되는 경우, 발전부(1422)에 이상이 발생하여 조치를 취하고자 할 때, 수차발전기(142) 전체를 떼어내어야 하기 때문에 정비의 어려움이 발생할 수 있다.
따라서 고장 점검 정비의 편리함을 위해서 발전부(1422)가 수차발전기(142)의 외부에 별도로 구비될 수 있으며, 도 2의 (c)를 보면 발전부(1422)는 수차발전기(142)의 중심축에서 연장된 연장부(1423)에 장착되는 형태로 구성되어 발전부(1422)에 이상이 발생하는 경우, 수차발전기(142)의 수차부(1421)는 그대로 둔 채, 수차발전기(142)의 중심축에서 연장부(1423)를 분리시키거나, 또는 연장부(1423)에서 발전부(1422)를 분리시켜 발전부(1422)만 별도로 정비를 수행할 수 있게된다.
이 때, 수차부(1421)의 회전날개가 회전되면, 수차발전기(142)의 중심축에 부탁된 연결부(1423) 역시 회전하게 되며, 이러한 연결부(1423)에 장착된 발전부(1422)도 함께 회전하여 회전날개에 의한 회전력이 발전부(1422)에 전달되고, 발전부(1422)는 회전력을 전력으로 변환한 후 서브모듈 제어기(150)에 공급하게 된다.
즉, 도 1에 나타난 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치(100)는 방열판(140) 내부 파이프(141)의 일부구간에 수차발전기(142)를 구비하여 방열판(140)의 파이프(141)를 통해 냉각수가 흐르면 흐르는 냉각수에 의해 수차발전기(142) 내부의 회전날개가 회전되는 회전력을 통해 전력을 생산하여 서브모듈 제어기(150)에 전원을 공급한다.
이러한 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치(100)를 포함하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 시스템(1000)에 대해서 자세하게 알아보도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 시스템(1000)은 크게 브릿지회로부(110), 저항부(120), DC/DC컨버터(130), 방열판(140) 및 스위칭부(160)로 구성된다.
브릿지회로부(110)는 에너지저장부(113) 및 다수의 전력용반도체(111, 112)를 포함하며, 에너지저장부(113)는 DC전압을 저장한다.
다수의 전력용반도체(111, 112)는 에너지저장부(113)에 브릿지 형태로 병렬로 연결된다. 본 실시 예에서 브릿지회로부(110)는 하프브릿지(half bridge) 회로 또는 풀브릿지(full bridge) 회로를 포함할 수 있다.
또한, 에너지저장부(113)는 DC전압을 저장하는 소자로서 예컨대 커패시터 등으로 구현될 수 있고, 전력용반도체(111, 112)는 전류의 흐름을 스위칭하는 소자로서 예컨대 IGBT, FET, 트랜지스터 등을 사용할 수 있다.
도 3에는 에너지저장부(113)와 다수의 전력용반도체(111, 112)가 하프브릿지회로를 구성하는 예를 도시하고 있다.
구체적으로, 도 3에 도시된 브릿지회로부(110)의 일례에서는 상호 간에 직렬로 연결된 2개의 전력용반도체(111, 112)가 에너지저장부(113)에 병렬로 연결되어 하프브릿지회로를 구성한다.
이러한 전력용반도체(111, 112)는 턴온(turn-on)/턴오프(turn-off)제어가능한 파워반도체스위치 및 이에 병렬연결된 환류다이오드를 포함한다.
전력용반도체(111, 112)는 서브모듈 제어기(150)의 제어신호에 의해 턴온/턴오프가 제어된다.
또한, 브릿지회로부(110)의 두 전력용반도체(111, 112) 중 어느 하나의 전력용반도체의 양단에 제1입력단자(X)와 제2입력단자(Y)가 형성되어 다른 서브모듈들과 직렬 연결된다. 도면에 일례로 전력용반도체(111, 112)가 2개로 예시되었으나 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
이러한 브릿지회로부(110)의 에너지저장부(113)에는 제1저항(121) 및 제2저항(122)으로 구성된 저항부(120)가 병렬로 연결된다.
제1저항(121)과 제2저항(122)은 서로 직렬연결되어 있으며, 제2저항(122)의 양단은 DC/DC컨버터(130)에 연결된다.
즉, 이러한 연결관계에 의해 에너지저장부(113)에 저장된 DC전압은 제1저항(121)과 제2저항(122)에 의해 분압되며, 분압되어 제2저항(122)에 형성되는 DC전압이 DC/DC컨버터(130)에 입력되어 서브모듈 제어기(150)의 구동전압으로 적합한 저전압으로 변환된다.
이러한 DC/DC컨버터(130)는 MMC 컨버터의 서브모듈 내부의 에너지저장부(113)에 저장된 고전압을 저전압으로 변환하여 서브모듈 제어기(150)의 구동전원으로 공급하는데 MMC 컨버터가 구동되지 않는다면 서브모듈 내부의 에너지저장부(113)에 전압이 저장되지 않으므로 DC/DC컨버터(130)는 서브모듈 제어기(150)에 구동전원을 공급하지 못하게 된다.
만약 사용자가 MMC 컨버터 구동 전 서브모듈 제어기(150)를 이용해 서브모듈의 상태를 점검하거나 서브모듈 제어기(150)의 자체 상태를 점검하고 싶어도 MMC 컨버터 구동 전에는 서브모듈 제어기(150)에 구동전원이 공급되지 않기 때문에 점검이 불가능 하였다.
이러한 MMC 컨버터 구동 전 상황에서 서브모듈 제어기(150) 및 서브모듈의 상태점검을 위해 별도의 전원공급장치가 필요하며, 본 발명에서는 서브모듈을 냉각시키기 위해 설치되는 방열판(140)에 이러한 별도의 전원공급장치를 구성하였으며 이러한 별도의 전원공급장치가 바로 도 1에 나타낸 방열판(140) 내부에 구비된 파이프(141)와 수차발전기(142)를 통해 생성된 전력을 공급하는 장치이다.
방열판(140) 내부에 구비된 수차발전기(142)를 통해 생성된 전력은 서브모듈 제어기(150)에 공급되는데 서브모듈 제어기(150)에는 이러한 방열판(140)에서 생성된 전력과, DC/DC컨버터(130)에서 변환된 전력 중 어느 하나의 전력이 공급되어야 한다.
즉, MMC 컨버터가 구동되지 않는 시점에는 방열판(140)에서 생성된 전력이 서브모듈 제어기(150)로 공급되어야 하며, 이 전력을 이용해 서브모듈 및 서브모듈 제어기(150)의 점검이 완료된 후에 MMC 컨버터가 구동되면, DC/DC컨버터(130)를 통해 변환된 전력이 서브모듈 제어기(150)로 공급되어야 한다.
따라서 두 개의 전력 중 어느 하나의 전력을 서브모듈 제어기(150)로 공급하기 위한 스위칭장치가 필요한데 이러한 구성이 바로 도 3에 나타낸 스위칭부(160)이다.
스위칭부(160)는 에너지저장부(113)에 전압이 저장되지 않아 DC/DC컨버터(130)에서 전압이 공급되지 않는 경우, 방열판(140)의 수차발전기(142)를 통해 생산된 전압 V2를 서브모듈 제어기(150)에 공급하고, 에너지저장부(113)에 전압이 저장되어 제2저항(122)의 양단에 형성된 전압이 기설정된 전압 이상이 되는 경우, DC/DC컨버터(130)에서 출력되는 전압 V1을 서브모듈 제어기(150)에 공급한다.
이때 기설정된 전압은 제2저항(122)의 양단에 형성된 전압이 DC/DC컨버터(130)의 입력전압 범위를 만족하여, 기설정된 서브모듈 제어기(150)에서 요구되는 전압을 출력할 수 있는 전압의 범위로 설정되는 것이 바람직하다.
스위칭부(160)는 V1 또는 V2 전압 중 어느 하나를 서브모듈 제어기(150)에 공급하기 위해 전력용 스위칭 소자를 적용하는 것이 바람직하며, 서브모듈 제어기(150)에서 요구되는 전력의 범위를 충족시키는 용량의 전력용 스위칭 소자를 적용하는 것이 더욱 바람직하다.
이러한 도 3의 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 시스템(1000) 구성에서 수차발전기(142)는 방열판(140)의 파이프(141)상의 다양한 지점에 배치될 수 있다. 이러한 수차발전기(142)의 배치구성에 따른 실시 예를 도 4를 통해 더욱 자세하게 알아보도록 한다.
도 4는 방열판(140)내 수차발전기(142)의 배치구성에 대한 실시 예를 (a)에서 (d)까지 총 4개로 구분하여 표시하고 있다.
먼저 도 4의 (a)를 참조하면, 방열판(140)에 구성된 파이프(141)는 인입구(10)와 배출구(20)를 구비하는데 이중 방열판(140) 외부로 확장된 인입구(10) 상에 수차발전기(142)가 구비되어 있는 형태를 도시하고 있다.
도 4의 (a)에는 인입구(10)에 수차발전기(142)가 배치된 형태를 도시하고 있으나, 인입구(10)뿐만 아니라 배출구(20)에도 수차발전기(142)는 배치될 수 있다.
이러한 경우 수차발전기(142)는 방열판(140) 내부가 아닌 외부에 배치되는 형태이므로 점검이나 상태확인이 용이하다는 장점이 있지만 방열판(140) 외부에 수차발전기(142)를 설치할 공간이 추가적으로 요구될 수 있다.
도 4의 (b)는 도 1에서 도시된 형태와 동일한 형태로 방열판(140) 내부에 형성된 파이프(141)의 구간 중 파이프(141)가 직선으로 형성된 구간에 수차발전기(142)가 배치된 형태를 나타내고 있다.
이 경우, 파이프(141)을 통해 직선 구간을 흐르던 냉각수는 수차발전기(142)가 설치된 구간에서 곡선으로 형성된 회전날개 구비 구간을 통해 흐르다가 다시 파이프(141)의 직선구간을 흐르게 된다.
이러한 경우, 냉각수가 수차발전기(142)의 내부에서 흐를때는 밑에서 위로 흐르는 구간이 포함되므로 회전날개를 회전시키기에 충분한 유속과 유량을 가져야만 회전날개를 통해 회전력이 발생할 수 있게 된다.
따라서 이러한 단점을 보완하기 위한 배치구성이 도 4의 (c) 및 (d)에 나타나있다.
도 4의 (c)를 참조하면 수차발전기(142)는 파이프(141)가 u자로 휘어진 구간에 배치되어 있는 것을 확인할 수 있는데 이때, 수차발전기(142) 내부에 냉각수가 흐르는 회전날개 구간의 일부가 파이프(141)의 U자로 휘어진 구간을 동일하게 대체할 수 있는 폭으로 설계 및 배치되어, 냉각수는 위에서 아래로 휘어진 곡선구간을 따라 자연스럽게 흐르게 되며, 냉각수는 수차발전기(142)가 구비되지 않은 상태와 동일한 흐름으로 수차발전기(142)의 회전날개 구간을 흐르게 되어 회전력 발생의 효과를 높일 수 있게 된다.
또한 도 4의 (d)를 참조하면 파이프(141)가 방열판(140) 내에서 90도로 휘어지게 형성되는 경우, 수차발전기(142)는 회전날개가 구비된 구간이 파이프(141)의 90도로 휘어진 구간을 대체하도록 배치하여 도 4의 (c)와 마찬가지로 냉각수가 수차발전기(142)가 구비되지 않은 상태와 동일하게 흐를수 있도록 하여 냉각수의 흐름에 따른 회전력 생성의 효과를 높이도록 한다.
이러한 방열판(140)내 수차발전기(142)가 적용된 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 시스템(1000)을 통해 MMC 컨버터의 구동에 관계없이 방열판(140) 내에 흐르는 냉각수를 이용해 수차발전으로 생성되는 전력을 서브모듈 제어기(150)에 공급하여 HVDC 시스템 구동 전 서브모듈 및 서브모듈 제어기(150)의 점검이 가능하며, 점검이 완료되어 HVDC 시스템이 구동되면, 서브모듈에 저장되는 고전압을 이용해 서브모듈 제어기(150)에 전원을 공급하여 안정적인 전원공급 및 동작이 가능하도록 할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치
1000 : MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 시스템
110 : 브릿지회로부 111, 112 : 전력용반도체
113 : 에너지저장부 120 : 저항부
121 : 제1저항 122 : 제2저항
130 : DC/DC컨버터 140 : 방열판
141 : 파이프 142 : 수차발전기
1421 : 수차부 1422 : 발전부
1423 : 연장부 150 : 서브모듈 제어기
160 : 스위칭부 10 : 인입구
20 : 배출구

Claims (11)

  1. MMC 컨버터의 서브모듈 내부에 배치되어 냉각수를 이용해 상기 서브모듈을 냉각시키는 방열판;
    상기 냉각수를 상기 방열판 내에 공급시키는 인입구와 상기 방열판 외부로 배출시키는 배출구를 구비하며, 상기 인입구를 통해 공급된 상기 냉각수를 상기 방열판 내에 흐르도록 유로를 형성하는 파이프; 및
    상기 파이프의 일측에 배치되어 상기 파이프를 통해 흐르는 냉각수에 의해 수차 발전 방식으로 전력을 생산하여 서브모듈 제어기에 공급하는 수차발전기; 를 포함하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수차발전기는,
    내부에 중심축으로부터 방사형으로 설치된 다수의 회전날개를 구비하는 수차부; 및
    상기 중심축의 회전력을 전력으로 변환하는 발전부; 를 포함하여 구성되는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발전부는 상기 수차부의 중심축에 일체형으로 구비되어 상기 수차부의 회전날개가 상기 냉각수에 의해 회전되면 상기 중심축에 발생되는 회전력을 전력으로 변환하여 출력하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 발전부는 상기 수차부의 중심축이 연장된 연장부에 장착되는 형태로 구비되어 상기 수차부의 회전날개가 상기 냉각수에 의해 회전되면 상기 중심축에 발생되는 회전력을 연장부를 통해 전달받아 전력으로 변환하여 출력하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 파이프의 인입구 및 배출구는 상기 방열판의 외부로 연장되어 구비되며, 상기 수차발전기는 상기 방열판 외부로 연장된 인입구 또는 배출구에 배치되는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 수차발전기는 상기 파이프가 직선으로 형성된 구간에 배치되며, 상기 수차발전기의 상기 회전날개가 구비된 구간이 상기 파이프의 일부구간을 대체하도록 배치되어 상기 냉각수가 상기 회전날개가 구비된 구간을 통해 흘러 상기 회전날개를 회전시키도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 수차발전기는 상기 파이프가 U자로 휘어진 구간에 배치되며, 상기 수차발전기의 상기 회전날개가 구비된 구간이 상기 파이프의 U자로 휘어진 구간을 대체하도록 배치되어 상기 냉각수가 상기 회전날개가 구비된 구간을 통해 흘러 상기 회전날개를 회전시키도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 수차발전기는 상기 파이프가 90도로 휘어진 구간에 배치되며, 상기 수차발전기의 상기 회전날개가 구비된 구간이 상기 파이프의 90도로 휘어진 구간을 대체하도록 배치되어 상기 냉각수가 상기 회전날개가 구비된 구간을 통해 흘러 상기 회전날개를 회전시키도록 하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한항에 기재된 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 장치;
    상기 서브모듈 내부에 DC전압을 저장하는 에너지저장부와, 상기 에너지저장부에 브릿지 형태로 병렬로 연결된 다수의 전력용반도체를 포함하는 브릿지회로부;
    서로 직렬로 연결되어 상기 에너지저장부에 병렬로 연결되는 제1저항 및 제2저항을 포함하는 저항부; 및
    상기 저항부의 제2저항의 양단에 형성된 출력단자로부터 출력된 전압을 저전압으로 변환하여 상기 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기로 전력을 공급하는 DC/DC컨버터; 를 포함하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 에너지저장부에 전압이 저장되지 않은 경우, 상기 방열판의 수차발전기를 통해 생산된 전력을 상기 서브모듈 제어기에 공급하고, 상기 에너지저장부에 전압이 저장되어 상기 제2저항의 양단에 형성된 전압이 기설정된 전압 이상이 되는 경우, 상기 DC/DC컨버터를 통해 출력되는 전력을 상기 서브모듈 제어기에 공급하는 스위칭부; 를 더 포함하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 브릿지회로부는 하프브릿지회로 또는 풀브릿지회로 중 선택된 어느 하나를 포함하는 MMC 컨버터의 서브모듈 제어기 전원공급 시스템.
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