KR20200100204A - 하이브리드 직류 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로, 투입 방법 및 장치 - Google Patents

하이브리드 직류 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로, 투입 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로를 개시하고, 상기 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 그 중의 전압원 컨버터를 온라인 투입하는 데에 사용되며, 적어도, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커, 및 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 포함하거나; 또는, 적어도, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커, 및 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 포함한다. 본 발명은 또한, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 방법 및 장치를 개시하는데, 먼저 전압원 컨버터를 디블로킹하고, 전압원 컨버터를 전류형 컨버터의 양단에 병렬 접속하고, 전류형 컨버터를 블로킹하고, 전류형 컨버터를 전압원 컨버터에 직렬 접속하고, 전류형 컨버터를 온라인 투입한다.

Description

하이브리드 직류 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로, 투입 방법 및 장치
본 발명은 하이브리드 직류 송전 및 고전압 직류(High Voltage Direct Current; HVDC) 송전 분야에 관한 것으로, 특히 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로, 방법 및 장치에 관한 것이다.
사이리스터 기반의 전류원형 HVDC 송전의 장점은, 컨버터 손실이 작고, DC 라인에 고장이 있을 때에 위상 이동에 의해 DC 시스템이 재시작될 수 있다는 것이지만, 단점은, 인버터 측의 컨버터가 능동 반전 상태에서 동작하여, 패시브 시스템에 접속할 수 없고, 인버터 측이 취약한 AC 시스템에 액세스하여 불안정함(destabilization)이 나타난 후에는 정류 고장이 발생하기 쉬우며, 무효 전력 소모가 높고, 전압 및 전류 고조파 함량이 높으며, 필터 장치를 설치하여 무효 전력 및 필터링을 제공해야 한다는 것이다. 전압원 컨버터 기반의 HVDC 송전은, 제어성이 높고, 패시브 시스템에 접속할 수 있으며, 무효 전력 보상 장치가 필요하지 않다는 것이지만, 단점은, 컨버터의 큰 스위칭 손실이 크고, 하프-브릿지 구조를 채용한 모듈식 멀티 레벨 컨버터는 DC 측 고장 시의 고장 전류를 제어할 수 없으며, 고장이 발생한 후에는, AC측 회로 차단기를 턴 오프해야만 고장이 제거될 수 있다는 것이다.
DC 측 고장에 대하여, ABB사(社)는 추가적인 DC 라인을 갖춘 DC 회로 차단기를 채용하여 이 문제를 해결하지만, DC 회로 차단기는 비용이 높고, 신뢰성 또한 검증될 필요가 있다. Siemens사는 풀-브릿지 회로 구조를 갖는 모듈식 멀티 레벨 컨버터를 채용하여 문제를 해결하지만, 풀-브릿지 회로 구조의 컨버터는 손실이 높다. Alstom사는 풀-브릿지 회로를 채용하고 또한 브릿지 암을 전력 전자 스위치 디바이스에 직렬 접속하여 문제를 해결하지만, 신뢰성이 검증될 필요가 있다. Zhejiang University는 메인 루프에 다이오드를 직렬 접속하여 문제를 해결하지만, 다이오드는 전력 변환에 참여하지 않으므로, 손실을 야기한다. NR Electric사는 전류형 컨버터(Line-Commutated Converter)(LCC)와 전압원 컨버터가 직렬 접속된 바이패스 분기를 갖는 하이브리드 DC 컨버터를 채용하는데, 전압원 컨버터는 하프-브릿지 회로 구조를 갖는 모듈식 멀티 레벨 컨버터만을 채용하고, 전류형 컨버터는 DC측의 고장 전류를 자연스럽게 블로킹할 수 있으며, 바이패스 분기는 전압원 컨버터를 신뢰성있게 보호할 수 있지만, 하이브리드 DC 컨버터의 전압원 컨버터의 DC 전압 조정 범위가 제한적이고, 전류형 컨버터와는 달리, 전압을 0으로 조절하여 온라인 투입을 실현할 수 없다. 만약 전압원 컨버터가 고장 또는 유지보수로 인해 회수된다면, DC 전류를 정지해야 하거나 0으로 제어하여야 비로소 다시 투입하여 동작시킬 수 있으므로, DC 송전 시스템의 안정적인 동작에 영향을 미친다.
본 발명의 목적은, DC 필드 스위치를 동작시킴으로써 전압원 컨버터 및 전류원 컨버터의 직렬-병렬 변환을 실현하는 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로를 제공하는 동시에, DC 전압 및 전력을 조정하고 DC 필드 스위치들을 동작시킴으로써 전압원 컨버터의 온라인 투입을 실현하는 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 방법을 제공하고, 밸브 그룹 온라인 투입 회로를 제어하는 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명이 채용하는 기술적 방안은,
하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로로서,
상기 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 하이브리드 DC 컨버터의 전압원 컨버터를 온라인 투입하는 데에 사용되고,
만약 전압원형 밸브 그룹 유닛이 로우-엔드 밸브 그룹이라면, 상기 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 적어도, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커, 및 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 포함하고,
만약 전압원형 밸브 그룹 유닛이 하이-엔드 밸브 그룹이라면, 상기 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 적어도, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커, 및 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 포함한다.
상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커는 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 전압원 컨버터를 전류원형 밸브 그룹 유닛과 접속하는 데에 사용되고,
상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커는 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 전압원 컨버터를 DC 버스와 접속하는 데에 사용되고, 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커는 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 전압원 컨버터의 양극 및 음극을 접속하는 데에 사용되고,
상기 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커는 상기 전류원형 밸브 그룹 유닛의 전류형 컨버터의 애노드 및 캐소드를 접속하는 데에 사용되고,
상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커는 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 전압원 컨버터 및 중성 버스를 접속하는 데에 사용된다.
상술한 하이브리드 HVDC 송전 컨버터는 서로 직렬 접속된 전류원형 밸브 그룹 유닛과 전압원형 밸브 그룹 유닛으로 구성되고, 4종류의 직렬 접속 토폴로지, 즉,
(1) 전류원형 밸브 그룹 유닛의 캐소드와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 음극이 서로 접속되거나, 또는
(2) 전류원형 밸브 그룹 유닛의 애노드와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 양극이 서로 접속되거나, 또는
(3) 전류원형 밸브 그룹 유닛의 캐소드와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 양극이 서로 접속되거나, 또는
(4) 전류원형 밸브 그룹 유닛의 애노드와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 음극이 서로 접속되는 토폴로지를 가지며,
상기 전류원형 밸브 그룹 유닛은 전류형 컨버터를 채용하고, 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛은 하나의 전압원 컨버터 또는 병렬 접속된 복수의 전압원 컨버터를 채용한다.
상술한 전압원형 밸브 그룹 유닛이 로우-엔드 밸브 그룹이라면, 전압원형 밸브 그룹 유닛은 중성 버스에 가깝고,
상기 전압원형 밸브 그룹 유닛이 하이-엔드 밸브 그룹이라면, 전압원형 밸브 그룹 유닛은 DC 버스에 가깝다.
만약 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛이 로우-엔드 밸브 그룹이라면, 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커는 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 DC 회로 차단기를 채용하거나, 또는 상기 하이브리드 DC 컨버터의 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커와 전압원 컨버터 사이에 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 다이오드 밸브 그룹이 직렬 접속되고, 다이오드 밸브 그룹의 캐소드 및 전압원 컨버터의 양극은 공통 접속 단이고,
만약 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛이 하이-엔드 밸브 그룹이라면, 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커는 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 DC 회로 차단기를 채용하거나, 또는 상기 하이브리드 DC 컨버터의 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커와 전압원 컨버터 사이에 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 다이오드 밸브 그룹이 직렬 접속되고, 다이오드 밸브 그룹의 애노드와 전압원 컨버터의 음극은 공통 접속 단이다.
상술한 전류원형 밸브 그룹 유닛은 전류형 컨버터를 채용하고, 전류형 컨버터와 바이패스 스위치 및 브레이커 어셈블리를 포함하며, 전류형 컨버터는 바이패스 스위치에 병렬 접속되고, 병렬 접속된 전류원형 밸브 그룹 유닛의 양단은 각각 접속 브레이커의 일단과 서로 접속되며, 접속 브레이커의 타단은 바이패스 브레이커에 병렬 접속된다.
상술한 전압원형 밸브 그룹 유닛은 전압원 컨버터를 채용하고, 전압원 컨버터, 전류 제한 리액터, 바이패스 사이리스터 밸브 그룹, 바이패스 스위치 및 브레이커 어셈블리를 포함하며, 전압원 컨버터는 전류 제한 리액터에 직렬 접속된 다음, 바이패스 사이리스터 밸브 그룹에 병렬 접속되고, 병렬 접속된 전압원형 밸브 그룹 유닛의 양단은 각각 접속 브레이커의 일단과 서로 접속되며, 접속 브레이커의 타단은 바이패스 스위치 또는 브레이커에 병렬 접속된다. 선택 가능하게는, 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛 내의 전압원 컨버터와 전류 제한 리액터 사이에는 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 DC 회로 차단기가 직렬 접속으로 구비된다.
상술한 전류형 컨버터는 6-펄스 브릿지 회로 또는 12-펄스 브릿지 회로이다. 이들은 턴 오프될 수 없는 반제어형 전력 반도체(semi-controlled power semiconductor), 일반적으로는 턴 오프될 수 없는 사이리스터로 구성된다. 상술한 전압원 컨버터는, 2-레벨 컨버터, 다이오드-클램프형 멀티 레벨 컨버터, 모듈식 멀티 레벨 컨버터(MMC), 하이브리드 멀티 레벨 컨버터(HMC), 캐스케이드 2-레벨 컨버터(CSL) 또는 스택형 2-레벨 컨버터(CTL) 중 임의의 하나 이상이되, 이들은 턴 오프될 수 있는 전제어형 전력 반도체(fully-controlled power semiconductor)로 구성된다. 상술한 턴 오프될 수 없는 반제어형 전력 반도체는 일반적으로 턴 오프될 없는 사이리스터이고, 상술한 턴 오프될 수 있는 전제어형 전력 반도체는, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT), 통합 게이트 정류 사이리스터(IGCT), 게이트 턴-오프 사이리스터(GTO), 전력 전계 효과 트랜지스터(Power MOSFET), 전자 주입 강화 게이트 트랜지스터(IEGT), 게이트 정류 사이리스터(GCT), 또는 실리콘 카바이드 강화 접합 전계 효과 트랜지스터(SiC-JFET) 중 임의의 하나 이상이다.
본 발명은 또한, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 방법을 제공하고, 상기 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 방법은 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로에 사용되고, 전류형 컨버터만이 동작 중이고 전압원 컨버터를 동작시켜야 할 경우, 전압원 컨버터의 일단을 고정 전위에 접속하는 단계; 전압원 컨버터를 충전하는 단계; 전압원 컨버터를 디블로킹하는 단계; 전압원 컨버터의 전압을 전류형 컨버터의 전압과 서로 동일하도록 제어하는 단계; DC 필드 스위치 또는 브레이커의 병렬 변환에 의해 전압원 컨버터를 전류형 컨버터의 양단에 병렬 접속하는 단계; DC 전력을 전류형 컨버터로부터 전압원 컨버터로 전달하는 단계; 전류형 컨버터를 블로킹하는 단계; DC 필드 스위치 또는 브레이커의 직렬 변환에 의해 전류형 컨버터를 전압원 컨버터에 직렬 접속하는 단계; 및 전류형 컨버터를 온라인 투입하는 단계를 포함한다.
상술한 전압원 컨버터의 일단의 고정 전위로의 접속은, 전압원형 밸브 그룹 유닛을 중성 버스에 접속하고 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 닫음으로써 실현된다.
상술한 DC 필드 스위치 또는 브레이커의 병렬 변환은, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 타단을 DC 버스에 접속하고 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 닫음으로써 실현된다.
상술한 DC 필드 스위치 또는 브레이커의 직렬 변환은 2가지 경우, 즉,
(1) 전압원형 밸브 그룹 유닛이 로우-엔드 밸브 그룹이라면,
전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 여는 경우; 및
(2) 전압원형 밸브 그룹 유닛이 하이-엔드 밸브 그룹이라면,
전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 여는 경우로 나뉜다.
상술한 전류형 컨버터의 온라인 투입은, 전류형 컨버터를 디블로킹하고, DC 전류가 바이패스 스위치 또는 브레이커로부터 전류형 컨버터로 전달되도록 제어하며, 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열어 DC 전압을 증가시킴으로써 실현된다.
본 발명은 또한, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 장치를 제공하고, 상기 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 장치는 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로에 사용되며, 상기 장치는 검출 유닛 및 제어 유닛을 포함하되,
검출 유닛은,
전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 전압, DC 전류, 디블로킹 신호, 블로킹 신호, 및 동작 신호를 검출하고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 DC 전압, DC 전류, 디블로킹 신호, 블로킹 신호, 및 동작 신호를 검출하고, DC 필드, 전압원형 밸브 그룹 유닛과 전류원형 밸브 그룹 유닛의 스위치 또는 브레이커의 위치를 검출하고;
제어 유닛은,
전류형 컨버터가 디블로킹 신호 및 동작 신호를 갖고 전압원 컨버터가 블로킹 신호를 갖는 경우에 전압원 컨버터를 동작시키는 작업 인원의 명령을 수신하면, 전압원 컨버터의 일단을 고정 전위에 접속하고, 전압원 컨버터를 충전하고, 전압원 컨버터를 디블로킹하고, 전압원 컨버터의 전압을 전류형 컨버터의 전압과 서로 동일하도록 제어하고, DC 필드 스위치 또는 브레이커의 병렬 변환에 의해 전압원 컨버터를 전류형 컨버터의 양단에 병렬 접속하고, DC 전력을 전류형 컨버터로부터 전압원 컨버터로 전달하고, 전류형 컨버터를 블로킹하고, DC 필드 스위치 또는 브레이커의 직렬 변환에 의해 전류형 컨버터를 전압원 컨버터에 직렬 접속하고, 전류형 컨버터를 온라인 투입한다.
상술한 제어 유닛에서 전압원 컨버터의 일단의 고정 전위로의 접속은, 전압원형 밸브 그룹 유닛을 중성 버스에 접속하고 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 닫음으로써 실현된다.
상술한 제어 유닛에서 DC 필드 스위치 또는 브레이커의 병렬 변환은, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 타단을 DC 버스에 접속하고 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 닫음으로써 실현된다.
상술한 제어 유닛에서 DC 필드 스위치 또는 브레이커의 직렬 변환은 2가지 경우, 즉,
(1) 전압원형 밸브 그룹 유닛이 로우-엔드 밸브 그룹이라면,
전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 여는 경우; 및
(2) 전압원형 밸브 그룹 유닛이 하이-엔드 밸브 그룹이라면,
전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 여는 경우로 나뉜다.
상술한 제어 유닛에서 전류형 컨버터의 온라인 투입은, 전류형 컨버터를 디블로킹하고, DC 전류가 바이패스 스위치 또는 브레이커로부터 전류형 컨버터로 전달되도록 제어하고, 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열어 DC 전압을 증가시킴으로써 실현된다.
본 발명의 유익한 효과는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로, 투입 방법, 및 장치를 제공하여, 전압원 컨버터를 전류형 컨버터의 양단에 병렬 접속하고, 전류형 컨버터의 전력을 전압원 컨버터에 전달한 다음, 전류형 컨버터를 전압원 컨버터에 직렬 접속하고, 전류형 컨버터를 동작시킴으로써, 전압원 컨버터의 원활한 온라인 투입이 실현되어, HVDC 송전 시스템의 안정적인 전력 동작이 보장된다는 것이다.
도 1은 전류원형 밸브 그룹 유닛과 전압원형 밸브 그룹 유닛이 서로 접속되는 4종류의 토폴로지이다.
도 2는 전형적인 전류원형 밸브 그룹 유닛과 전압원형 밸브 그룹 유닛이 서로 접속되는 4종류의 토폴로지이다.
도 3은 4종류의 하이브리드 DC 컨버터 토폴로지로 구성되고 로우-엔드 밸브 그룹이 전압원 컨버터로 구성된 HVDC 송전 장치이다.
도 4는 4종류의 하이브리드 DC 컨버터 토폴로지로 구성되고 하이-엔드 밸브 그룹이 전압원 컨버터로 구성된 HVDC 송전 장치이다.
도 5는 정류기 측의 종래의 전류형 컨버터 및 인버터 측의 2개의 하이브리드 DC 컨버터로 구성된 HVDC 송전 장치이다.
도 6은 본 발명에 따른 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 방법이다.
도 7은 본 발명에 따른 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 장치이다.
이하의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예가 설명되고, 그 중에서, 서로 동일한 컴포넌트에는 서로 동일한 참조 번호를 부여한다. 도 1은 본 발명에 따른 전류원형 밸브 그룹 유닛과 전압원형 밸브 그룹 유닛이 서로 접속되는 4종류의 토폴로지이다. 그 중에서, 도 1의 (a)는 전류원형 밸브 그룹 유닛의 캐소드(X1)와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 음극(X4)이 서로 접속되는 토폴로지이다. 도 1의 (b)는 전류원형 밸브 그룹 유닛의 애노드(X2)와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 양극(X3)이 서로 접속되는 토폴로지이다. 도 1의 (c)는 전류원형 밸브 그룹 유닛의 캐소드(X1)와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 양극(X3)이 서로 접속되는 토폴로지이다. 도 1의 (d)는 전류원형 밸브 그룹 유닛의 애노드(X2)와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 음극(X4)이 서로 접속되는 토폴로지이다.
도 2는 본 발명에 따른 바람직한 전류원형 밸브 그룹 유닛과 전압원형 밸브 그룹 유닛이 서로 접속되는 4종류의 토폴로지를 도시한다. 그 중에서, 도 2의 (a)는 바람직한 전류원형 밸브 그룹 유닛의 캐소드와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 음극이 서로 접속되는 토폴로지이다. 도 2의 (b)는 바람직한 전류원형 밸브 그룹 유닛의 애노드와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 양극이 서로 접속되는 토폴로지이다. 도 2의 (c)는 바람직한 전류원형 밸브 그룹 유닛의 캐소드와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 양극이 서로 접속되는 토폴로지이다. 도 2의 (d)는 바람직한 전류원형 밸브 그룹 유닛의 애노드와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 음극이 서로 접속되는 토폴로지이다. 전류원형 밸브 그룹 유닛은 전류형 컨버터(1)와 바이패스 스위치 및 브레이커 어셈블리를 포함한다. 전류형 컨버터(1)는 바이패스 스위치(3)와 병렬 접속된다. 병렬 접속된 전류원형 밸브 그룹 유닛의 양단은 각각 접속 브레이커(5, 6)의 일단과 서로 접속되고, 접속 브레이커(5, 6)의 타단은 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)에 병렬 접속된다. 전압원형 밸브 그룹 유닛은 전압원 컨버터(2), 바이패스 스위치 및 브레이커 어셈블리를 포함한다. 전압원 컨버터(2)는 전류 제한 리액터(11)에 직렬 접속된 다음, 바이패스 전력 전자 스위치(7)와 병렬 접속된다. 병렬 접속된 전압원형 밸브 그룹 유닛의 양단은 각각 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9)의 일단 및 버스 접속 스위치 또는 브레이커(10)의 일단과 서로 접속되고, 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9)의 타단 및 버스 접속 스위치 또는 브레이커(10)의 타단은 바이패스 스위치 또는 브레이커(8)에 병렬 접속된다. 전류형 컨버터(1)의 용량을 정합시키기 위해, 전압원 컨버터(2)는 컨버터 또는 병렬 접속된 복수의 컨버터이다. 선택 가능하게는, DC 고장 전류를 보다 효과적으로 억제하기 위해, 전압원 컨버터(2)와 전류 제한 리액터(11) 사이에 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 DC 회로 차단기가 추가로 구비된다.
실시예 1:
도 3은, HVDC 송전 장치의 전부가 도 2에 도시된 4종류의 토폴로지로 구성되고, 로우-엔드 밸브 그룹이 전압원 컨버터로 구성되는 일실시예를 도시하고, 이는 DC 라인(15)에 의해 정류기 스테이션(27)과 인버터 스테이션(28)을 서로 접속시키는 실시예를 도시한다. 정류기 스테이션(27)의 음극 컨버터 및 양극 컨버터는 각각 도 2의 토폴로지 (1)(23) 및 (2)(24)에 의해 구성되고, 인버터 스테이션(28)의 양극 컨버터 및 음극 컨버터는 각각 토폴로지 (3)(25) 및 (4)(26)에 의해 형성된다. 밸브 그룹 1은 전류형 컨버터이고, 이는 사이리스터 기반의 전류원형 HVDC 송전 변압기(18)의 2차 권선과 서로 접속된다. 밸브 그룹 2는 전압원 컨버터이고, 이는 VSC-HVDC 송전 변압기(19)의 2차 권선과 서로 접속된다. 여기서 유의해야 할 것은, AC 전력 그리드는 3상이라는 점이다. 그러나, 명료성을 위해 하나의 상만이 도 3에 도시되어 있다. HVDC 송전 변압기의 1차 권선은 AC 스위치(21)에 의해 AC 전력 그리드(22)와 접속되거나 접속해제된다. 만약 전압원 컨버터(2)를 채용하여 전류원 컨버터(1)에 무효 전력(reactive power)을 제공한다면, AC 필터가 덜 구성되거나 구성되지 않는다. 전압원 컨버터의 브릿지 암의 순환 전류 및 고장시의 서지 전류(surge current)를 억제하기 위해, 브릿지 암 리액터(20)를 설치한다. DC 회로의 DC 전압을 평활화하고 DC 고장 전류를 억제하기 위해, 평활화 리액터(13) 및 전류 제한 리액터(11)를 설치한다. 도 3에는 컨버터와 접지 전극의 접속에 사용되는 접지 전극 리드(16)가 도시된다. DC 라인(15)과 밸브 블록 접속선(17) 사이에는 DC 필터(14)가 배치된다. 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9)는 전압원 컨버터(2) 측에 가깝고, 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9)와 DC 버스 사이에는 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12)가 브릿지된다.
하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 전압원 컨버터(2)를 온라인 투입하는 데에 사용된다. 도 3의 전압원형 밸브 그룹 유닛은 로우-엔드 밸브 그룹이며, 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 적어도, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9), 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12), 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커(8), 및 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)를 포함한다.
전류형 컨버터(1)만이 동작 중일 때, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 접속 브레이커(5 및 6)는 닫힌 위치에 있고, 바이패스 스위치(3) 및 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)는 열린 위치에 있으며; 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9), 버스 접속 스위치 또는 브레이커(10) 및 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12)는 열린 위치에 있고, 바이패스 전력 전자 스위치(7)는 턴 오프 상태에 있고, 바이패스 스위치 또는 브레이커(8)는 닫힌 위치에 있다. 전압원 컨버터(2)가 동작될 필요가 있을 때, 버스 접속 스위치 또는 브레이커(10)는 닫히고, 전압원 컨버터(2)는 충전되고, 전압원 컨버터(2)는 디블로킹되고, 전압원 컨버터(2)의 전압은 전류형 컨버터(1)의 전압과 서로 동일하도록 제어되고, DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12)는 닫히고, 전압원 컨버터(2)는 전류형 컨버터(1)의 양단에 병렬 접속되고, DC 전력이 전류형 컨버터(1)로부터 전압원 컨버터(2)로 전달되고, 전류형 컨버터(1)는 블로킹되는데, 이 때, 전압원 컨버터(2)의 동작 전력은 전류형 컨버터(1)의 선행 동작 전력과 동일하고, 바이패스 스위치 또는 브레이커(8)는 열리고, 바이패스 스위치(3) 또는 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)는 닫히고, 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9)는 닫히고, DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12)는 열린다. 정류기 스테이션(27) 및 인버터 스테이션(28)은 각각 상술한 동작을 수행하여 전력이 전류형 컨버터(1)로부터 전압원 컨버터(2)로 전달되는 것을 실현할 수 있다. 정류기 스테이션(27)과 인버터 스테이션(28)의 전류형 컨버터(1)가 모두 설정되면, 전류형 컨버터(1)가 디블로킹되고, DC 전류는 바이패스 스위치(3) 또는 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)로부터 전류형 컨버터(1)로 전달되도록 제어되고, 바이패스 스위치(3) 또는 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)가 열려 전류형 컨버터(1)의 트리거 각도를 제어하고 DC 전압을 증가시켜 전류형 컨버터(1)의 온라인 투입을 실현하는 등, 전류형 컨버터(1) 및 전압원 컨버터(2)는 직렬로 동작한다.
전류형 컨버터(1)로의 전압원 컨버터(2)의 병렬 접속 동안 DC 라인 또는 AC 라인의 결함으로 인해 DC 송전 시스템이 블로킹되는 것을 방지하기 위해, 선택 가능하게는, DC 고장 전류를 차단할 수 있는 DC 회로 차단기가 전압원 컨버터(2)와 전류 제한 리액터(11) 사이에 추가로 구비되거나, 또는 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12)가 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 DC 회로 차단기를 채용하거나, 또는 인버터 측의 하이브리드 DC 컨버터의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12)와 전압원 컨버터(2) 사이에 전압원 컨버터(2)의 역전류를 차단할 수 있는 다이오드 밸브 그룹이 직렬 접속되고, 다이오드 밸브 그룹의 캐소드와 전압원 컨버터의 양극은 공통 접속 단이다. 여기서 유의해야 할 것은, 인버터 측의 하이브리드 DC 컨버터에서 전압원 컨버터(2)의 역전류는 전압원 컨버터(2)의 음극으로부터 양극으로 흐른다.
실시예 2:
도 4는, HVDC 송전 장치가 도 2에 도시된 4종류의 토폴로지로 구성되고, 하이-엔드 밸브 그룹이 전압원 컨버터로 구성되는 일실시예를 도시하고, 이는 DC 라인(15)에 의해 정류기 스테이션(27)과 인버터 스테이션(28)을 서로 접속시키는 실시예를 도시한다. 정류기 스테이션(27)의 양극 컨버터 및 음극 컨버터는 각각 도 2의 토폴로지 (1)(23) 및 (2)(24)에 의해 구성되고, 인버터 스테이션(28)의 음극 컨버터 및 양극 컨버터는 각각 토폴로지(3)(25) 및 (4)(26)에 의해 구성된다. 밸브 그룹 1은 전류형 컨버터이고, 이는 사이리스터 기반의 전류원형 HVDC 송전 변압기(18)의 2차 권선과 서로 접속된다. 밸브 그룹 2는 전압원 컨버터이고, VSC-HVDC 송전 변압기(19)의 2차 권선과 서로 접속된다. HVDC 송전 변압기의 1차 권선은 AC 스위치(21)에 의해 AC 전력 그리드(22)에 접속되거나 접속해제된다. 만약 전압원 컨버터(2)를 채용하여 전류원 컨버터(1)에 무효 전력을 제공한다면, AC 필터가 덜 구성되거나 구성되지 않는다. 전압원 컨버터의 브릿지 암의 순환 전류 및 고장시의 서지 전류를 억제하기 위해, 브릿지 암 리액터(20)를 설치한다. DC 회로의 DC 전압을 평활화하고 DC 고장 전류를 억제하기 위해, 평활화 리액터(13) 및 전류 제한 리액터(11)를 설치한다. 도 4에는 컨버터와 접지 전극의 접속에 사용되는 접지 전극 리드(16)가 도시된다. DC 라인(16)과 밸브 블록 접속선(17) 사이에는 DC 필터(14)가 배치된다. 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9)는 전압원 컨버터(2) 측에 가깝고, 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9)와 중성 버스 사이에는 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커(29)가 브릿지된다.
하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 전압원 컨버터(2)를 온라인 투입하는 데에 사용된다. 도 4의 전압원형 밸브 그룹 유닛은 하이-엔드 밸브 그룹이며, 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 적어도, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9), 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커(29), 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커(8), 및 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)를 포함한다.
전류형 컨버터(1)만이 동작 중일 때, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 접속 브레이커(5 및 6)는 닫힌 위치에 있고, 바이패스 스위치(3) 및 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)는 열린 위치에 있으며; 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9), 접속 브레이커(10) 및 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커(29)는 열린 위치에 있고, 바이패스 전력 전자 스위치(7)는 턴 오프 상태에 있고, 바이패스 스위치 또는 브레이커(8)는 닫힌 위치에 있다. 전압원 컨버터(2)가 동작될 필요가 있을 때, 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커(29)는 닫히고, 전압원 컨버터(2)는 충전되고, 전압원 컨버터(2)는 디블로킹되고, 전압원 컨버터(2)의 전압은 전류형 컨버터(1)의 전압과 서로 동일하도록 제어되고, 버스 접속 스위치 또는 브레이커(10)는 닫히고, 전압원 컨버터(2)는 전류형 컨버터(1)의 양단에 병렬 접속되고, DC 전력이 전류형 컨버터(1)로부터 전압원 컨버터(2)로 전달되고, 전류형 컨버터(1)는 블로킹되는데, 이 때, 전압원 컨버터(2)의 동작 전력은 전류형 컨버터(1)의 선행 동작 전력과 동일하고, 바이패스 스위치 또는 브레이커(8)는 열리고, 바이패스 스위치(3) 또는 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)는 닫히고, 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9)는 닫히고, 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커(29)는 열린다. 정류기 스테이션(27) 및 인버터 스테이션(28)은 각각 상술한 동작을 수행하여 전력이 전류형 컨버터(1)로부터 전압원 컨버터(2)로 전달되는 것을 실현할 수 있다. 정류기 스테이션(27)의 전류형 컨버터(1) 및 인버터 스테이션(28)이 모두 설정되면, 전류형 컨버터(1)가 디블로킹되고, DC 전류는 바이패스 스위치(3) 또는 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)로부터 전류형 컨버터(1)로 전달되도록 제어되고, 바이패스 스위치(3) 또는 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)가 열려 전류형 컨버터(1)의 트리거 각도를 제어하고 DC 전압을 증가시켜 전류형 컨버터(1)의 온라인 투입을 실현하는 등, 전류형 컨버터(1) 및 전압원 컨버터(2)는 직렬로 동작한다.
전류형 컨버터(1)로의 전압원 컨버터(2)의 병렬 접속 동안 DC 라인 또는 AC 라인의 결함으로 인해 DC 송전 시스템이 블로킹되는 것을 방지하기 위해, 선택 가능하게는, DC 고장 전류를 차단할 수 있는 DC 회로 차단기가 전압원 컨버터(2)와 전류 제한 리액터(11) 사이에 추가로 구비되거나, 또는 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커(29)가 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 DC 회로 차단기를 채용하거나, 또는 인버터 측의 하이브리드 DC 컨버터의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커(29)와 전압원 컨버터(2) 사이에 전압원 컨버터(2)의 역전류를 차단할 수 있는 다이오드 밸브 그룹이 직렬 접속되고, 다이오드 밸브 그룹의 애노드와 전압원 컨버터의 음극은 공통 접속 단이다.
실시예 3:
도 5는, HVDC 송전 장치가 종래의 전류원형 밸브 그룹으로 구성된 컨버터와 도 2에 도시된 2종류의 토폴로지로 구성되어 있는 일실시예를 도시한다. HVDC 송전 장치의 정류기 스테이션(27)은, 전류원형 밸브 그룹 유닛이 직렬 접속된 토폴로지(30)로 구성되며, 인버터 스테이션(28)의 양극 컨버터 및 음극 컨버터는 각각 토폴로지 (3)(25) 및 (4)(26)에 의해 구성된다. 밸브 그룹 1은 전류형 컨버터이고, 이는 사이리스터 기반의 전류원형 HVDC 송전 변압기(18)의 2차 권선과 서로 접속된다. 밸브 그룹 2는 전압원 컨버터이고, 이는 VSC-HVDC 송전 변압기(19)의 2차 권선과 서로 접속된다. 정류기 스테이션(27)은 AC 필터(32)로 구성되어 고조파를 필터링 제거하고 무효 전력을 제공하며, 이는 AC 스위치(31)에 의해 AC 전력 그리드(22)에 접속되거나 접속해제된다. 전압원 컨버터의 브릿지 암의 순환 전류 및 고장시의 서지 전류를 억제하기 위해, 브릿지 암 리액터(20)를 설치 한다. DC 회로의 DC 전압을 평활화하고 DC 고장 전류를 억제하기 위해, 평활화 리액터(13) 및 전류 제한 리액터(11)를 설치한다. 도 5에는 컨버터와 접지 전극의 접속에 사용되는 접지 전극 리드(16)가 도시된다. 정류기 스테이션(27)은 DC 라인(15)과 접지 전극 리드(16) 사이에서 DC 필터(14)로 구성된다. 인버터 스테이션(28)은 밸브 그룹 접속선(17)과 접지 전극 리드(16) 사이에서 DC 필터(14)로 구성된다. 인버터 스테이션의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9)는 전압원 컨버터(2) 측에 가깝고, 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9)와 DC 버스 사이에 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12)가 브릿지된다.
하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 전압원 컨버터(2)를 온라인 투입하는 데에 사용된다. 도 5의 전압원형 밸브 그룹 유닛은 로우-엔드 밸브 그룹이며, 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 적어도, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9), 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12), 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커(8), 및 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)를 포함한다.
전류형 컨버터(1)만이 동작 중일 때, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 접속 브레이커(5 및 6)는 닫힌 위치에 있고, 바이패스 스위치(3) 및 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)는 열린 위치에 있으며; 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9), 버스 접속 스위치 또는 브레이커(10) 및 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12)는 열린 위치에 있고, 바이패스 전력 전자 스위치(7)는 턴 오프 상태에 있고, 바이패스 스위치 또는 브레이커(8)는 닫힌 위치에 있다. 전압원 컨버터(2)가 동작될 필요가 있을 때, 접속 브레이커(10)는 닫히고, 전압원 컨버터(2)는 충전되고, 전압원 컨버터(2)는 디블로킹되고, 전압원 컨버터(2)의 전압은 전류형 컨버터(1)의 전압과 서로 동일하도록 제어되고, DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12)는 닫히고, 전압원 컨버터(2)는 전류형 컨버터(1)의 양단에 병렬 접속되고, DC 전력이 전류형 컨버터(1)로부터 전압원 컨버터(2)로 전달되고, 전류형 컨버터(1)는 블로킹되는데, 이 때, 전압원 컨버터(2)의 동작 전력은 전류형 컨버터(1)의 선행 동작 전력과 동일하고, 바이패스 스위치 또는 브레이커(8)는 열리고, 바이패스 스위치(3) 또는 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)는 닫히고, 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커(9)는 닫히고, DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12)는 열린다. 인버터 스테이션(28)은 상술한 동작을 수행하여 전력이 전류형 컨버터(1)로부터 전압원 컨버터(2)로 전달되는 것을 실현할 수 있다. 정류기 스테이션(27)의 전류형 컨버터(1) 및 인버터 스테이션(28)이 모두 설정되면, 전류형 컨버터(1)가 디블로킹되고, DC 전류는 바이패스 스위치(3) 또는 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)로부터 전류형 컨버터(1)로 전달되도록 제어되고, 바이패스 스위치(3) 또는 바이패스 스위치 또는 브레이커(4)가 열려 전류형 컨버터(1)의 트리거 각도를 제어하고 DC 전압을 증가시켜 전류형 컨버터(1)의 온라인 투입을 실현하는 등, 전류형 컨버터(1) 및 전압원 컨버터(2)는 직렬로 동작한다.
전류형 컨버터(1)로의 전압원 컨버터(2)의 병렬 접속 동안 DC 라인 또는 AC 라인의 결함으로 인해 DC 송전 시스템이 블로킹되는 것을 방지하기 위해, 선택 가능하게는, DC 고장 전류를 차단할 수 있는 DC 회로 차단기가 전압원 컨버터(2)와 전류 제한 리액터(11) 사이에 추가로 구비되거나, 또는 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12)가 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 DC 회로 차단기를 채용하거나, 또는 인버터 측의 하이브리드 DC 컨버터의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커(12)와 전압원 컨버터(2) 사이에 전압원 컨버터(2)의 역전류를 차단할 수 있는 다이오드 밸브 그룹이 직렬 접속되고, 다이오드 밸브 그룹의 캐소드와 전압원 컨버터의 양극은 공통 접속 단이다.
도 6은 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 방법이며, 이 방법은: 전류형 컨버터만이 동작 중이고, 전압원 컨버터를 동작시키는 명령이 수신될 때, 전압원 컨버터의 일단을 고정 전위에 접속하는 단계; 전압원 컨버터를 충전하는 단계; 전압원 컨버터를 디블로킹하는 단계; 전압원 컨버터의 전압을 전류형 컨버터의 전압과 서로 동일하도록 제어하는 단계; DC 필드 스위치 또는 브레이커의 병렬 변환에 의해 전압원 컨버터를 전류형 컨버터의 양단에 병렬 접속하는 단계; DC 전력을 전류형 컨버터로부터 전압원 컨버터로 전달하는 단계; 전류형 컨버터를 블로킹하는 단계; DC 필드 스위치 또는 브레이커의 직렬 변환에 의해 전류형 컨버터를 전압원 컨버터에 직렬 접속하는 단계; 및 전류형 컨버터를 온라인 투입하는 단계를 포함한다.
상술한 전압원 컨버터의 일단의 고정 전위로의 접속은, 전압원형 밸브 그룹 유닛을 중성 버스에 접속하고 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 닫음으로써 실현된다.
상술한 DC 필드 스위치 또는 브레이커의 병렬 변환은, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 타단을 DC 버스에 접속하고 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 닫음으로써 실현된다.
상술한 DC 필드 스위치 또는 브레이커의 직렬 변환은 다음과 같은 2가지 경우, 즉,
(1) 전압원형 밸브 그룹 유닛이 로우-엔드 밸브 그룹이라면, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 여는 경우; 및
(2) 전압원형 밸브 그룹 유닛이 하이-엔드 밸브 그룹이라면, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 여는 경우로 나뉜다.
상술한 전류형 컨버터의 온라인 투입은, 전류형 컨버터를 디블로킹하고, 바이패스 스위치 또는 브레이커로부터 전류형 컨버터로 전달할 DC 전류를 제어하고, 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열어 DC 전압을 증가시킴으로써 실현된다.
도 7은 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹의 온라인 투입을 실현하는 데에 사용되는 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 장치를 도시하며, 상기 장치는 다음을 포함한다:
검출 유닛(33)으로서, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 전압, DC 전류, 디블로킹 신호, 블로킹 신호, 및 동작 신호를 검출하고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 DC 전압, DC 전류, 디블로킹 신호, 블로킹 신호, 및 동작 신호를 검출하고, DC 필드, 전압원형 밸브 그룹 유닛 및 전류원형 밸브 그룹 유닛의 스위치 또는 브레이커의 위치를 검출하는 검출 유닛(33); 및
제어 유닛(34)으로서, 전류형 컨버터가 디블로킹 신호 및 동작 신호를 갖고 전압원 컨버터가 블로킹 신호를 갖는 경우에 전압원 컨버터를 동작시키는 작업 인원의 명령을 수신하면, 전압원 컨버터의 일단을 고정 전위에 접속하고, 전압원 컨버터를 충전하고, 전압원 컨버터를 디블로킹하고, 전압원 컨버터의 전압을 전류형 컨버터의 전압과 서로 동일하도록 제어하고, DC 필드 스위치 또는 브레이커의 병렬 변환에 의해 전압원 컨버터를 전류형 컨버터의 양단에 병렬 접속하고, DC 전력을 전류형 컨버터로부터 전압원 컨버터로 전달하고, 전류형 컨버터를 블로킹하고, DC 필드 스위치 또는 브레이커의 직렬 변환에 의해 전류형 컨버터를 전압원 컨버터에 직렬 접속하고, 전류형 컨버터를 온라인 투입하는 제어 유닛(34).
상술한 제어 유닛에서 전압원 컨버터의 일단의 고정 전위로의 접속은, 전압원형 밸브 그룹 유닛을 중성 버스에 접속하고 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 닫음으로써 실현된다.
상술한 제어 유닛에서 DC 필드 스위치 또는 브레이커의 병렬 변환은, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 타단을 DC 버스에 접속하고 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 닫음으로써 실현된다.
상술한 제어 유닛에서 DC 필드 스위치 또는 브레이커의 직렬 변환은 2가지 경우, 즉,
(1) 전압원형 밸브 그룹 유닛이 로우-엔드 밸브 그룹이라면, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 여는 경우; 및
(2) 전압원형 밸브 그룹 유닛이 하이-엔드 밸브 그룹이라면, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 여는 경우로 나뉜다.
상술한 제어 유닛에서 전류형 컨버터의 온라인 투입은, 전류형 컨버터를 디블로킹하고, DC 전류가 바이패스 스위치 또는 브레이커로부터 전류형 컨버터로 전달되도록 제어하고, 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열어 DC 전압을 증가시킴으로써 실현된다.
본 발명에서 제안된 밸브 그룹 온라인 투입 회로 및 방법은, 하이브리드 DC 컨버터의 전압원 컨버터의 온라인 투입에 사용되고, 특히 DC 전압 조정 범위가 좁거나 DC 전압을 0으로 조절할 수 없는 전압원 컨버터에 적용된다.
이상의 실시예는 단지 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 것일 뿐, 이로써 본 발명의 보호 범위를 제한할 수 없다. 본 발명이 제안한 기술적 사상에 따라, 기술적 방안에 기초하여 이루어진 어떠한 수정이라도 모두 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.

Claims (18)

  1. 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로로서,
    상기 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 하이브리드 DC 컨버터의 전압원 컨버터를 온라인 투입하는 데에 사용되고,
    만약 전압원형 밸브 그룹 유닛이 로우-엔드 밸브 그룹이라면, 상기 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 적어도, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커, 및 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 포함하고;
    만약 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛이 하이-엔드 밸브 그룹이라면, 상기 밸브 그룹 온라인 투입 회로는 적어도, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커, 및 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 포함하고;
    상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커는 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 전압원 컨버터를 전류원형 밸브 그룹 유닛과 접속하는 데에 사용되고;
    상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커는 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 전압원 컨버터를 DC 버스와 접속하는 데에 사용되고;
    상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커는 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 전압원 컨버터의 양극 및 음극을 접속하는 데에 사용되고;
    상기 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커는 상기 전류원형 밸브 그룹 유닛의 전류형 컨버터의 애노드 및 캐소드를 접속하는 데에 사용되고;
    상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커는 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 전압원 컨버터 및 중성 버스를 접속하는 데에 사용되는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 HVDC 송전 컨버터는 서로 직렬 접속된 전류원형 밸브 그룹 유닛과 전압원형 밸브 그룹 유닛으로 구성되고, 4종류의 직렬 접속 토폴로지, 즉,
    (1) 전류원형 밸브 그룹 유닛의 캐소드와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 음극이 서로 접속되거나; 또는
    (2) 전류원형 밸브 그룹 유닛의 애노드와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 양극이 서로 접속되거나; 또는
    (3) 전류원형 밸브 그룹 유닛의 상기 캐소드와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 양극이 서로 접속되거나; 또는
    (4) 전류원형 밸브 그룹 유닛의 상기 애노드와 전압원형 밸브 그룹 유닛의 음극이 서로 접속
    되는 토폴로지를 가지며;
    상기 전류원형 밸브 그룹 유닛은 전류형 컨버터를 채용하고; 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛은 하나의 전압원 컨버터 또는 병렬 접속된 복수의 전압원 컨버터를 이용하는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전압원형 밸브 그룹 유닛이 로우-엔드 밸브 그룹이라면, 전압원형 밸브 그룹 유닛은 중성 버스에 가깝고;
    상기 전압원형 밸브 그룹 유닛이 하이-엔드 밸브 그룹이라면, 전압원형 밸브 그룹 유닛은 DC 버스에 가까운, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로.
  4. 제1항에 있어서,
    만약 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛이 로우-엔드 밸브 그룹이라면, 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커는 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 DC 회로 차단기를 이용하거나, 또는 상기 하이브리드 DC 컨버터의 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커와 상기 전압원 컨버터 사이에 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 다이오드 밸브 그룹이 직렬 접속되고, 다이오드 밸브 그룹의 캐소드 및 전압원 컨버터의 양극은 공통 접속 단들(common connection ends)이고;
    만약 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛이 하이-엔드 밸브 그룹이라면, 상기 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커는 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 DC 회로 차단기를 이용하거나, 또는 상기 하이브리드 DC 컨버터의 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커와 전압원 컨버터 사이에 DC 고장 전류를 차단할 수 있는 다이오드 밸브 그룹이 직렬 접속되고, 다이오드 밸브 그룹의 애노드 및 전압원 컨버터의 음극은 공통 접속 단들인, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전류원형 밸브 그룹 유닛은 전류형 컨버터를 채용하고, 상기 전류형 컨버터 및 바이패스 스위치 어셈블리를 포함하며, 상기 전류형 컨버터는 바이패스 스위치에 병렬 접속되고, 병렬 접속된 전류원형 밸브 그룹 유닛의 양단은 각각 접속 브레이커의 일단과 서로 접속되며, 접속 브레이커의 타단은 바이패스 스위치에 병렬 접속되는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전압원형 밸브 그룹 유닛은 전압원 컨버터를 채용하고, 전압원 컨버터, 전류 제한 리액터, 바이패스 사이리스터 밸브 그룹, 바이패스 스위치 및 브레이커 어셈블리를 포함하며, 전압원 컨버터는 전류 제한 리액터에 직렬 접속된 다음, 바이패스 사이리스터 밸브 그룹에 병렬 접속되고, 병렬 접속된 전압원형 밸브 그룹 유닛의 양단은 각각 접속 브레이커의 일단과 서로 접속되고, 접속 브레이커의 타단은 바이패스 스위치 또는 브레이커에 병렬 접속되는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 전류형 컨버터는 턴 오프될 수 없는 반제어형 전력 반도체(semi-controlled power semiconductor)로 구성되는, 6-펄스 브릿지 회로 또는 12-펄스 브릿지 회로인, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전압원 컨버터는 턴 오프될 수 있는 전제어형 전력 반도체(fully-controlled power semiconductor)로 구성되는, 2-레벨 컨버터, 다이오드-클램프형 멀티 레벨 컨버터, 모듈식 멀티 레벨 컨버터(MMC), 하이브리드 멀티 레벨 컨버터(HMC), 캐스케이드 2-레벨 컨버터(CSL) 또는 스택형 2-레벨 컨버터(CTL) 중 임의의 하나 이상인, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로에 적용되는 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 방법으로서,
    전류형 컨버터만이 동작 중이고 전압원 컨버터를 동작시켜야 할 경우,
    전압원 컨버터의 일단을 고정 전위에 접속하는 단계;
    전압원 컨버터를 충전하는 단계;
    전압원 컨버터를 디블로킹하는 단계;
    전압원 컨버터의 전압을 전류형 컨버터의 전압과 서로 동일하도록 제어하는 단계;
    DC 필드 스위치 또는 브레이커의 병렬 변환에 의해 전압원 컨버터를 전류형 컨버터의 양단에 병렬 접속하는 단계;
    DC 전력을 전류형 컨버터로부터 전압원 컨버터로 전달하는 단계; 전류형 컨버터를 블로킹하는 단계;
    DC 필드 스위치 또는 브레이커의 직렬 변환에 의해 전류형 컨버터를 전압원 컨버터에 직렬 접속하는 단계; 및
    전류형 컨버터를 온라인 투입하는 단계를 포함하는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전압원 컨버터의 일단의 고정 전위로의 접속은, 전압원형 밸브 그룹 유닛을 중성 버스에 접속하고 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 닫음으로써 실현되는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 DC 필드 스위치 또는 브레이커의 병렬 변환은, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 타단을 DC 버스에 접속하고 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 닫음으로써 실현되는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 DC 필드 스위치 또는 브레이커의 직렬 변환은 2가지 경우, 즉,
    (1) 전압원형 밸브 그룹 유닛이 로우-엔드 밸브 그룹이라면,
    전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 여는 경우; 및
    (2) 전압원형 밸브 그룹 유닛이 하이-엔드 밸브 그룹이라면,
    전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 여는 경우로 나뉘는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 전류형 컨버터의 온라인 투입은, 전류형 컨버터를 디블로킹하고, DC 전류가 바이패스 스위치 또는 브레이커로부터 전류형 컨버터로 전달되도록 제어하며, 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열어 DC 전압을 증가시킴으로써 실현되는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 방법.
  14. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 회로에 적용되는 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 장치로서,
    검출 유닛 및 제어 유닛을 포함하되,
    검출 유닛은,
    전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 전압, DC 전류, 디블로킹 신호, 블로킹 신호, 및 동작 신호를 검출하고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 DC 전압, DC 전류, 디블로킹 신호, 블로킹 신호, 및 동작 신호를 검출하고, DC 필드, 전압원형 밸브 그룹 유닛과 전류원형 밸브 그룹 유닛의 스위치 또는 브레이커의 위치를 검출하고;
    제어 유닛은,
    전류형 컨버터가 디블로킹 신호 및 동작 신호를 갖고 전압원 컨버터가 블로킹 신호를 갖는 경우에 전압원 컨버터를 동작시키는 작업 인원의 명령을 수신하면, 전압원 컨버터의 일단을 고정 전위에 접속하고, 전압원 컨버터를 충전하고, 전압원 컨버터를 디블로킹하고, 전압원 컨버터의 전압을 전류형 컨버터의 전압과 서로 동일하도록 제어하고, DC 필드 스위치 또는 브레이커의 병렬 변환에 의해 전압원 컨버터를 전류형 컨버터의 양단에 병렬 접속하고, DC 전력을 전류형 컨버터로부터 전압원 컨버터로 전달하고, 전류형 컨버터를 블로킹하고, DC 필드 스위치 또는 브레이커의 직렬 변환에 의해 전류형 컨버터를 전압원 컨버터에 직렬 접속하고, 전류형 컨버터를 온라인 투입하는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제어 유닛에서 전압원 컨버터의 일단의 고정 전위로의 접속은, 전압원형 밸브 그룹 유닛을 중성 버스에 접속하고 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 닫음으로써 실현되는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제어 유닛에서 DC 필드 스위치 또는 브레이커의 병렬 변환은, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 타단을 DC 버스에 접속하고 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 닫음으로써 실현되는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제어 유닛에서 DC 필드 스위치 또는 브레이커의 직렬 변환은 2가지 경우, 즉,
    (1) 전압원형 밸브 그룹 유닛이 로우-엔드 밸브 그룹이라면,
    전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 DC 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 여는 경우; 및
    (2) 전압원형 밸브 그룹 유닛이 하이-엔드 밸브 그룹이라면,
    전압원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열고, 전류원형 밸브 그룹 유닛의 바이패스 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 밸브 그룹 접속선 접속 스위치 또는 브레이커를 닫고, 전압원형 밸브 그룹 유닛의 중성 버스 접속 스위치 또는 브레이커를 여는 경우로 나뉘는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제어 유닛에서 전류형 컨버터의 온라인 투입은, 전류형 컨버터를 디블로킹하고, DC 전류가 바이패스 스위치 또는 브레이커로부터 전류형 컨버터로 전달되도록 제어하고, 바이패스 스위치 또는 브레이커를 열어 DC 전압을 증가시킴으로써 실현되는, 하이브리드 DC 컨버터 밸브 그룹 온라인 투입 장치.
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