KR20210015886A - 보상기 및 그의 제어 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 보상기 및 그의 제어 방법 및 장치를 제공한다. 상기 보상기는 제1 컨버터, 제1 변압기 및 스위치를 포함하며, 상기 제1 컨버터는 6개의 분기 회로를 포함하되, 상기 분기 회로는 직렬로 연결된 조합 전력 유닛와 리액터를 포함하며, 상기 조합 전력 유닛은 직렬로 연결된 제1 전력 유닛과 제2 전력 유닛, 또는 직렬로 연결된 제2 전력 유닛을 포함하고, 상기 제1 변압기는 적어도 제1측 권선 및 제2측 권선을 포함하되, 상기 제1측 권선은 상기 제1 컨버터의 교류측 인터페이스와 연결되며, 상기 제2측 권선은 교류 시스템의 배선에 직렬로 접속되며, 상기 제2측 권선의 양단부는 스위치와 병렬로 연결되며, 상기 스위치는 상기 제1 변압기와 병렬로 연결되는 후 교류 시스템의 배선에 접속된다.

Description

보상기 및 그의 제어 방법 및 장치
본 발명은 전력 시스템 중의 전력 전자 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로는 보상기 및 그의 제어 방법 및 장치에 관한 것이다.
발명자는, 전력 시스템이 신속하게 발전함에 따라, 부하가 부단히 증가하고, 네트워크 아키텍처가 점점 복잡해지며, 대체 에너지가 대규모로 도입되어, 전력 조류의 분포가 균일하지 못하고, 전압의 지원 용량이 불충분하며, 단락 전류가 너무 커지게 되고, 전기 기계 진동 등과 같은 문제점들이 종종 서로 얽히게 되어, 전력망의 운행 제어에 새로운 도전을 야기하게 되는 것을 발견하였다. 송전 통로의 포화와 전력망 회사의 상업화 운영으로 인해, 새로운 송전 배선을 건설하여 송전 용량을 증가시키는 것은 점점 어려워지고 있다. FACTS는 전력 전자 장치 및 기타의 정적 제어 장치를 이용하여 시스템의 제어성 및 송전 능력을 향상시키는 교류 송전 시스템을 가리키며, 상술한 문제점들을 해결하기 위해 해결 방안을 제공하였다.
발명자는 또한, 모듈화 다중 레벨 전압원 컨버터를 이용하는 정적 동기화 직렬 보상기(SSSC)에 대해, 일체화 전력 조류 제어 장치(UPFC)와 선로간 전력 조류 제어 장치(IPFC) 등과 같은 직렬 보상 및 위상 편이의 제어 등의 기능을 구비하는 보상기는 시스템의 전력 조류를 최적화시키고 조절할 수 있으나, 이용되는 전력 유닛은 그의 다이오드의 프리 휠링 효과로 인해 자체에 의존하여 직류 고장 자체 제거의 실현을 신속하게 제어할 수 없으며, 엄중한 고장은 장치의 안전에 영향을 미치게 되므로, 시스템의 전력 조류를 최적화시키면서 배선에 직렬로 입력되는 교류 전압의 변화가 없이 직류 전압과 고장이 발생할 때의 전류를 감소시킬 수 있으며, 직류측 고장 전류를 보다 안전하고 신뢰성 있게 억제할 수 있는 보상기에 대한 필요가 존재하는 것을 발견하였다.
본 출원의 일 실시예는 보상기를 제공하며, 상기 보상기는 제1 컨버터, 제1 변압기, 스위치를 포함하며, 상기 제1 컨버터는 6개의 분기 회로를 포함하되, 상기 분기 회로는 직렬로 연결된 조합 전력 유닛과 리액터를 포함하며, 상기 조합 전력 유닛은 직렬로 연결된 제1 전력 유닛과 제2 전력 유닛, 또는 직렬로 연결된 제2 전력 유닛을 포함하며, 상기 제1 전력 유닛은 적어도 제1 턴 오프 가능한 소자(T1), 제2 턴 오프 가능한 소자(T2) 및 제1 커패시터(C1)를 포함하며, 상기 제1 커패시터(C1)의 일 단부는 상기 제1 턴 오프 가능한 소자(T1)의 양극과 서로 연결되고, 상기 제1 커패시터(C1)의 타 단부는 상기 제2 턴 오프 가능한 소자(T2)의 음극과 서로 연결되어 제1 전력 유닛의 제1 출력단으로 이용되며, 상기 제2 턴 오프 가능한 소자의 양극은 제1 턴 오프 가능한 소자의 음극과 서로 연결되어 제1 전력 유닛의 제2 출력단으로 이용되며, 상기 제2 전력 유닛은 적어도 제3 턴 오프 가능한 소자(T3), 제4 턴 오프 가능한 소자(T4), 제5 턴 오프 가능한 소자(T5), 제6 턴 오프 가능한 소자(T6) 및 제2 커패시터(C2)를 포함하며, 상기 제2 커패시터(C2)의 일 단부는 상기 제3 턴 오프 가능한 소자(T3)의 양극, 제4 턴 오프 가능한 소자(T4)의 양극과 서로 연결되고, 상기 제2 커패시터(C2)의 타 단부는 상기 제5 턴 오프 가능한 소자(T5)의 음극, 제6 턴 오프 가능한 소자(T6)의 음극과 서로 연결되며, 상기 제3 턴 오프 가능한 소자(T3)의 음극은 제5 턴 오프 가능한 소자(T5)의 양극과 서로 연결되어 제2 전력 유닛의 제2 출력단으로 이용되며, 상기 제4 턴 오프 가능한 소자(T4)의 음극은 제6 턴 오프 가능한 소자(T6)의 양극과 서로 연결되어 제2 전력 유닛의 제1 출력단으로 이용되며, 상기 제1 변압기는 적어도 제1측 권선 및 제2측 권선을 포함하되, 상기 제1측 권선은 상기 제1 컨버터의 교류측 인터페이스와 연결되며, 상기 제2측 권선은 교류 시스템의 배선에 직렬로 접속되며, 상기 제2측 권선의 양단부는 스위치와 병렬로 연결되며, 상기 스위치는 상기 제1 변압기와 병렬로 연결되는 후 교류 시스템의 배선에 접속되는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 보상기는 제2 컨버터를 더 포함하고, 상기 제2 컨버터는 교류측 인터페이스와 직류측 인터페이스를 포함하되, 상기 제2 컨버터의 직류측 인터페이스는 상기 제1 컨버터와 병렬로 연결되고, 상기 교류측 인터페이스를 통해 상기 교류 시스템에 접속된다.
나아가, 상기 보상기는 상기 교류 시스템에 접속되는 무효 전력 보상 장치를 더 포함한다.
나아가, 상기 6개의 분기 회로에 있어서, 제1 분기 회로의 제1 단부는 제2 분기 회로의 제1 단부와 연결되되, 연결점은 제1 교류측 인터페이스이고, 제3 분기 회로의 제1 단부는 제4 분기 회로의 제1 단부와 연결되되, 연결점은 제2 교류측 인터페이스이고, 제5 분기 회로의 제1 단부는 제6 분기 회로의 제1 단부와 연결되되, 연결점은 제3 교류측 인터페이스이고, 상기 제1 분기 회로의 제2 단부는 상기 제3 분기 회로의 제2 단부, 상기 제5 분기 회로의 제2 단부와 연결되되, 연결점은 직류측 양극 인터페이스이고, 상기 제2 분기 회로의 제2 단부는 상기 제4 분기 회로의 제2 단부, 상기 제6 분기 회로의 제2 단부와 연결되되, 연결점은 직류측 음극 인터페이스이다.
나아가, 상기 턴 오프 가능한 소자는 하나 또는 다수의 제어 가능한 스위치 소자를 포함하고, 상기 제어 가능한 스위치 소자는 IGBT, IGCT, MOSFET, GTO 중의 하나를 포함한다.
나아가, 상기 제1 변압기의 제2측 권선과 상기 배선 사이에는 제1 보상 장치가 직렬로 접속된다.
나아가, 상기 제1 변압기의 제1측 권선과 상기 제1 컨버터의 교류측 인터페이스 사이에는 제2 보상 장치가 직렬로 접속된다.
나아가, 상기 제1 보상 장치 또는 상기 제2 보상 장치는 병렬로 연결되는 리액터 그룹과 스위치 장치를 포함하되, 상기 리액터 그룹은 직렬로 연결된 적어도 하나의 리액터를 포함하고, 상기 스위치 장치는 기계 스위치, 전력 전자 소자로 구성된 스위치 중의 하나 또는 다수를 포함한다.
나아가, 상기 제1 변압기의 제1측 권선의 양단부에는 바이패스 스위치 장치가 병렬로 연결되고, 상기 바이패스 스위치 장치는 기계 스위치, 전력 전자 소자로 구성된 스위치 중의 하나 또는 다수를 포함한다.
나아가, 상기 제1 변압기의 제1측 권선은 스타 연결 방식 또는 델타 연결 방식을 이용한다.
나아가, 상기 제1 변압기의 제1측 권선은 스타 연결 방식을 이용하고, 중성점은 직접적으로 접지하거나 저항을 경유하여 접지하며, 상기 제1 변압기는 델타 연결 방식을 이용하는 제3측 권선을 포함한다.
나아가, 상기 제2 컨버터는 제2 변압기를 경유하여 교류 시스템에 접속되고, 상기 제2 변압기는 적어도 양측 권선을 포함하는 삼상 변압기이며, 제2 컨버터의 교류측 인터페이스는 제2 변압기의 제1측 권선과 서로 연결되고, 제2 변압기의 제2측 권선은 교류 시스템에 병렬로 접속된다.
나아가, 상기 제2 컨버터의 교류측 인터페이스와 교류 시스템 사이에는 병렬로 연결되는 저항과 스위치 장치가 구비되며, 상기 스위치 장치는 나이프 또는 스위치를 포함한다.
나아가, 상기 제2 컨버터는 2 레벨, 3레벨, 변압기 다중 구조 및 모듈화 다중 레벨 구조 중의 하나를 포함하는 전압원 유형의 컨버터를 포함한다.
나아가, 상기 제2 컨버터는 사이리스터 컨버터, 다이오드로 구성된 비제어 정류기 브리지 중의 하나를 포함한다.
본 출원의 실시예는 보상기의 제어 방법을 더 제공하며, 상기 방법은, 배선 유효 전력 명령치 및 배선 유효 전력 측정치를 기반으로, 제1 컨버터의 유효 전력 기준치를 확정하는 단계와, 배선 무효 전력 명령치 및 배선 무효 전력 측정치를 기반으로, 상기 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 확정하는 단계와, 상기 제1 컨버터의 유효 전력 기준치 및 상기 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 기반으로, 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 산출하는 단계와, 상기 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 기반으로, 상기 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 확정하는 단계와, 상기 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 기반으로, 조합 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하여, 동일한 시각의 출력 전압이 각각 0, 커패시터 전압, 커패시터 전압의 음의 값인 제1 전력 유닛과 제2 전력 유닛의 수량이 교류측 출력 전압 기준치, 직류측 출력 전압 기준치를 만족하도록 조합 전력 유닛의 출력 전압을 제어하여, 보상을 확보하면서 직류측 전압을 감소하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 보상기가 시동될 경우, 상기 배선 유효 전력 명령치 및 배선 유효 전력 측정치를 기반으로, 제1 컨버터의 유효 전력 기준치를 확정하는 단계 이전에, 상기 제1 컨버터에 대해 잠금 해제를 진행하는 단계와, 상기 스위치의 전류가 점차적으로 작아지도록 제어하여, 배선의 전류를 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선 상에 전이시키는 단계와, 상기 스위치의 전류가 0으로 변화된 후, 상기 스위치를 턴 오프하여, 상기 보상기의 시동을 완료하는 단계를 더 포함한다.
나아가, 상기 보상기가 제2 컨버터를 포함할 경우, 상기 보상기가 시동될 경우, 상기 제1 컨버터에 대해 잠금 해제를 진행하는 단계 이전에, 제2 컨버터를 시동시켜, 직류 전압을 구축하는 단계를 더 포함한다.
나아가, 상기 보상기가 중단될 경우, 상기 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 기반으로, 조합 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하는 단계 이후에, 상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류를 배선의 전류와 동일하게 제어하는 단계와, 상기 스위치를 턴 온하는 단계와, 전류가 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선에서 상기 스위치로 전이되도록 제어하는 단계와, 상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류가 0이 된 후 상기 제1 컨버터를 폐쇄시키는 단계를 더 포함한다.
나아가, 상기 보상기가 제2 컨버터를 포함할 경우, 상기 보상기가 중단될 경우, 상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류가 0이 된 후 상기 제1 컨버터를 폐쇄시키는 단계 이후에, 상기 제2 컨버터를 종료시켜, 상기 보상기의 중단를 완료하는 단계를 더 포함한다.
본 출원의 실시예는 보상기의 제어 장치를 더 제공하며, 상기 제어 장치는 제1 배선 유효 전력 제어 유닛, 제1 배선 무효 전력 제어 유닛, 제1 교류측 인터페이스 전류 산출 유닛, 제1 교류측 인터페이스 전압 산출 유닛, 제1 전력 유닛 제어 유닛을 포함하고, 상기 제1 배선 유효 전력 제어 유닛은 배선 유효 전력 명령치 및 배선 유효 전력 측정치를 기반으로, 제1 컨버터의 유효 전력 기준치를 확정하고, 상기 제1 배선 무효 전력 제어 유닛은 배선 무효 전력 명령치 및 배선 무효 전력 측정치를 기반으로, 상기 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 확정하고, 상기 제1 교류측 인터페이스 전류 산출 유닛은 상기 제1 컨버터의 유효 전력 기준치 및 상기 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 기반으로, 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 산출하고, 상기 제1 교류측 인터페이스 전압 산출 유닛은 상기 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 기반으로, 상기 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 확정하고, 상기 제1 전력 유닛 제어 유닛은 상기 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 기반으로, 조합 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하여, 동일한 시각의 출력 전압이 각각 0, 커패시터 전압, 커패시터 전압의 음의 값인 제1 전력 유닛과 제2 전력 유닛의 수량이 교류측 출력 전압 기준치, 직류측 출력 전압 기준치를 만족하도록 조합 전력 유닛의 출력 전압을 제어하여, 보상을 확보하면서 직류측 전압을 감소하는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 제어 장치는 시동 제어 유닛, 중단 제어 유닛을 더 포함하고, 상기 시동 제어 유닛은 상기 보상기가 시동될 경우, 상기 제1 컨버터에 대해 잠금 해제를 진행하고, 스위치의 전류가 점차적으로 작아지도록 제어하여, 배선의 전류를 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선 상에 전이시키고, 상기 스위치의 전류가 0으로 변화된 후, 상기 스위치를 턴 오프하여, 상기 보상기의 시동을 완료하고, 상기 중단 제어 유닛은 상기 보상기가 중단될 경우, 상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류를 배선의 전류와 동일하게 제어하고, 상기 스위치를 턴 온하고, 전류가 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선에서 상기 스위치로 전이되도록 제어하며, 상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류가 0이 된 후 상기 제1 컨버터를 폐쇄시켜, 상기 보상기의 중단를 완료한다.
대안으로, 상기 보상기가 제2 컨버터를 포함할 경우, 상기 제어 장치는 시동 제어 유닛, 중단 제어 유닛을 더 포함하고, 상기 시동 제어 유닛은 상기 보상기가 시동될 경우, 제2 컨버터를 시동시켜, 직류 전압을 구축하고, 상기 제1 컨버터에 대해 잠금 해제를 진행하고, 스위치의 전류가 점차적으로 작아지도록 제어하여, 배선의 전류를 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선 상에 전이시키고, 상기 스위치의 전류가 0으로 변화된 후, 상기 스위치를 턴 오프하여, 상기 보상기의 시동을 완료하고, 상기 중단 제어 유닛은 상기 보상기가 중단될 경우, 상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류를 배선의 전류와 동일하게 제어하고, 상기 스위치를 턴 온하고, 전류가 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선에서 상기 스위치로 전이되도록 제어하며, 상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류가 0이 된 후 상기 제1 컨버터를 폐쇄시켜, 상기 제2 컨버터를 종료시켜, 상기 보상기의 중단를 완료한다.
본 출원의 실시예에서 제공하는 기술적 방안은, 보상 및 위상 편이의 제어 등의 기능을 구비하고, 송전 배선 유효 전력과 무효 전력을 신속하게 제어할 수 있으며, 컨버터로 2가지 상이한 전력 유닛의 방식을 이용함으로써, 직류측 전압 및 직류측에 고장이 발생할 경우의 고장 전류를 효과적으로 감소시키고, 제1 변압기의 구조의 특수성을 결부하고, 스위치를 구비하여, 보상기의 신뢰성을 향상시킨다.
본 출원의 실시예 중의 기술적 방안을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 아래는 실시예에 대한 설명에 사용될 도면에 대해 간단한 소개를 진행하기로 하며, 아래의 설명 중의 도면은 단지 본 출원의 일부의 실시예일 뿐, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 진보성 노동이 없이도 이러한 도면들에 의해 기타의 도면을 획득할 수도 있음을 자명할 것이다.
도1은 본 출원의 일 실시예의 보상기의 개략도이다.
도2는 본 출원의 일 실시예의 제1 보상 장치가 직렬로 연결된 보상기의 개략도이다.
도3은 본 출원의 일 실시예의 제2 보상 장치가 직렬로 연결된 보상기의 개략도이다.
도4는 본 출원의 일 실시예의 바이패스 스위치 장치가 병렬로 연결된 보상기의 개략도이다.
도5는 본 출원의 도1의 보상기의 변형의 개략도이다.
도6은 본 출원의 일 실시예의 제2 컨버터가 병렬로 연결된 보상기의 개략도이다.
도7은 도6을 기초로 제2 컨버터가 제2 변압기를 통해 교류 시스템을 연결하는 보상기의 개략도이다.
도8은 도6을 기초로 병렬로 연결된 저항과 스위치 장치가 구비된 보상기의 개략도이다.
도9는 도6을 기초로 제2 컨버터가 2 레벨 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이다.
도10은 도6을 기초로 제2 컨버터가 3레벨 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이다.
도11은 도6을 기초로 제2 컨버터가 모듈화 다중 레벨 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이다.
도12는 도6을 기초로 제2 컨버터가 사이리스터 소자 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이다.
도13은 도6을 기초로 제2 컨버터가 다이오드 비제어 정류기 브리지를 이용하는 보상기의 개략도이다.
도14는 도6을 기초로 제2 컨버터가 제3 전력 유닛 또는 제4 전력 유닛 또는 양자의 임의의 순서의 직렬 방식을 이용하는 보상기의 개략도이다.
도15는 도6을 기초로 제1 보상 장치가 직렬로 연결된 보상기의 개략도이다.
도16은 도6을 기초로 제2 보상 장치가 직렬로 연결된 보상기의 개략도이다.
도17은 도6을 기초로 바이패스 스위치 장치가 병렬로 연결된 보상기의 개략도이다.
도18은 본 출원의 일 실시예에서 제공하는 무효 전력 보상 장치가 구비된 보상기의 개략도이다.
도19는 도18을 기초로 제2 컨버터가 제2 변압기를 통해 교류 시스템을 연결하는 보상기의 개략도이다.
도20은 도18을 기초로 병렬로 연결된 저항과 스위치 장치가 구비된 보상기의 개략도이다.
도21은 도18을 기초로 제2 컨버터가 2 레벨 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이다.
도22는 도18을 기초로 제2 컨버터가 3 레벨 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이다.
도23은 도18을 기초로 제2 컨버터가 모듈화 다중 레벨 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이다.
도24는 도18을 기초로 제2 컨버터가 사이리스터 소자 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이다.
도25는 도18을 기초로 제2 컨버터가 다이오드 비제어 정류기 브리지를 이용하는 보상기의 개략도이다.
도26은 도18을 기초로 제1 보상 장치가 직렬로 연결된 보상기의 개략도이다.
도27은 도18을 기초로 제2 보상 장치가 직렬로 연결된 보상기의 개략도이다.
도28은 도18을 기초로 바이패스 스위치 장치가 병렬로 연결된 보상기의 개략도이다.
도29는 본 출원의 일 실시예에서 제공하는 보상기 제어 방법의 흐름의 개략도이다.
도30은 본 출원의 다른 일 실시예에서 제공하는 보상기 제어 방법의 흐름의 개략도이다.
도31은 본 출원의 일 실시예에서 제공하는 보상기 제어 장치의 구성의 개략도이다.
도32는 본 출원의 다른 일 실시예에서 제공하는 보상기 제어 장치의 구성의 개략도이다.
본 출원의 실시예의 기술적 과제, 기술적 방안 및 장점이 보다 명확해지도록, 아래에 첨부된 도면 및 실시예를 결부하여 본 출원의 기술적 방안의 구체적인 실시 방식에 대한 보다 상세하고 명확한 설명을 진행하기로 한다. 그러나, 아래에 설명되는 구체적인 실시 방식 및 실시예는 단지 설명의 목적으로 이용될 뿐, 본 출원에 대한 한정을 진행하기 위한 것이 아니다. 이는 단지 본 출원의 일부의 실시예를 포함할 뿐, 모든 실시예를 포함하는 것이 아니며, 당해 기술 분야의 당업자가 본 출원에 대해 각종의 변화를 진행하여 획득한 기타의 실시예는 모두 본 출원의 보호의 범위에 해당되어야 한다.
도1은 본 출원의 일 실시예에서 제공하는 보상기의 개략도이며, 적어도 제1 컨버터, 제1 변압기, 스위치를 포함한다.
제1 컨버터는 6개의 분기 회로로 구성되며, 제1 분기 회로의 제1 단부는 제2 분기 회로의 제1 단부와 연결되며, 연결점은 제1 교류측 인터페이스이다. 제3 분기 회로의 제1 단부는 제4 분기 회로의 제1 단부와 연결되되, 연결점은 제2 교류측 인터페이스이다. 제5 분기 회로의 제1 단부는 제6 분기 회로의 제1 단부와 연결되되, 연결점은 제3 교류측 인터페이스이다. 제1 분기 회로의 제2 단부는 제3 분기 회로의 제2 단부, 제5 분기 회로의 제2 단부와 연결되되, 연결점은 직류측 양극 인터페이스이다. 제2 분기 회로의 제2 단부는 제4 분기 회로의 제2 단부, 제6 분기 회로의 제2 단부와 연결되되, 연결점은 직류측 음극 인터페이스이다. 제1 변압기는 적어도 양측 권선을 포함하는 삼상 제1 변압기이고, 제1측 권선은 제1 컨버터의 교류측 인터페이스와 연결되고, 제2측 권선은 교류 시스템의 배선에 직렬로 접속되며, 제2측 권선의 양단부는 스위치와 병렬로 연결되는다.
분기 회로는 직렬로 연결된 조합 전력 유닛 및 리액터를 포함한다. 제1 분기 회로, 제3 분기 회로, 제5 분기 회로에 있어서, 리액터의 제1 단부는 분기 회로의 제1 단부로 이용되고, 리액터의 제2 단부는 조합 전력 유닛의 제1 출력단과 연결되며, 조합 전력 유닛의 제2 출력단은 분기 회로의 제2 단부로 이용된다. 제2 분기 회로, 제4 분기 회로, 제6 분기 회로에 있어서, 리액터의 제1 단부는 분기 회로의 제1 단부로 이용되고, 리액터의 제2 단부는 조합 전력 유닛의 제2 출력단과 연결되고, 조합 전력 유닛의 제1 출력단은 분기 회로의 제2 단부로 이용된다.
구체적으로, 조합 전력 유닛 및 리액터의 위치는 서로 변화될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 도5에 도시된 바와 같이, 제1 분기 회로, 제3 분기 회로, 제5 분기 회로에 있어서, 조합 전력 유닛의 제1 출력단은 분기 회로의 제1 단부로 이용되고, 조합 전력 유닛의 제2 출력단은 리액터의 제1 단부와 연결되고, 리액터의 제2 단부는 분기 회로의 제2 단부로 이용된다. 제2 분기 회로, 제4 분기 회로, 제6 분기 회로에 있어서, 조합 전력 유닛의 제2 출력단은 분기 회로의 제1 단부로 이용되고, 조합 전력 유닛의 제1 출력단은 리액터의 제1 단부와 연결되고, 리액터의 제2 단부는 분기 회로의 제2 단부로 이용된다.
조합 전력 유닛은 직렬로 연결된 제1 전력 유닛과 제2 전력 유닛을 포함한다. 제1 전력 유닛과 제2 전력 유닛은 임의의 순서로 직렬로 연결될 수 있다.
제1 전력 유닛은 적어도 제1 턴 오프 가능한 소자(T1), 제2 턴 오프 가능한 소자(T2) 및 제1 커패시터(C1)를 포함한다. 제1 커패시터(C1)의 일 단부는 제1 턴 오프 가능한 소자(T1)의 양극과 서로 연결되고, 제1 커패시터(C1)의 타 단부는 제2 턴 오프 가능한 소자(T2)의 음극과 연결되어, 제1 전력 유닛의 제1 출력단으로 이용된다. 제2 턴 오프 가능한 소자(T2)의 양극은 제1 턴 오프 가능한 소자의 음극과 연결되어, 제1 전력 유닛의 제2 출력단으로 이용된다.
제2 전력 유닛은 적어도 제3 턴 오프 가능한 소자(T3), 제4 턴 오프 가능한 소자(T4), 제5 턴 오프 가능한 소자(T5), 제6 턴 오프 가능한 소자(T6) 및 제2 커패시터(C2)를 포함한다. 제2 커패시터(C2)의 일 단부는 제3 턴 오프 가능한 소자(T3)의 양극, 제4 턴 오프 가능한 소자(T4)의 양극과 서로 연결되고, 제2 커패시터(C2)의 타 단부는 제5 턴 오프 가능한 소자(T5)의 음극, 제6 턴 오프 가능한 소자(T6)의 음극과 서로 연결되며, 제3 턴 오프 가능한 소자(T3)의 음극은 제5 턴 오프 가능한 소자(T5)의 양극과 서로 연결되어, 제2 전력 유닛의 제2 출력단으로 이용되고, 제4 턴 오프 가능한 소자(T4)의 음극은 제6 턴 오프 가능한 소자(T6)의 양극과 서로 연결되어, 제2 전력 유닛의 제1 출력단으로 이용된다.
턴 오프 가능한 소자는 하나 또는 다수의 제어 가능한 스위치 소자를 포함하나, 이에 한정되지 않으며, 제어 가능한 스위치 소자는 IGBT, IGCT, MOSFET, GTO 중의 하나를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 턴 오프 가능한 소자는 다수의 제어 가능한 스위치 소자를 이용하여 직렬 또는 병렬로 연결된다. 턴 오프 가능한 소자가 IGBT를 이용할 경우, 양극은 그의 수집 전극이고, 음극은 그의 방출 전극이다. 턴 오프 가능한 소자가 IGCT 또는 GTO를 이용할 경우, 양극은 그의 양극 전극이고, 음극은 그의 음극 전극이다. 턴 오프 가능한 소자가 MOSFET를 이용할 경우, 양극은 그의 드레인 전극이고, 음극은 그의 소스 전극이다.
도2는 본 출원의 일 실시예에서 제공하는 제1 보상 장치가 직렬로 연결된 보상기의 개략도이고, 제1 변압기의 제2측 권선과 배선 사이에는 제1 보상 장치가 직렬로 연결된다. 도3은 본 출원의 일 실시예에서 제공하는 제2 보상 장치가 직렬로 연결된 보상기의 개략도이고, 제1 변압기의 제1측 권선과 제1 컨버터의 교류측 인터페이스 사이에는 제2 보상 장치가 직렬로 연결된다. 제1 보상 장치, 제2 보상 장치는 리액터 그룹과 스위치 장치로 병렬로 연결되고, 리액터 그룹은 직렬로 연결된 적어도 하나의 리액터를 포함하고, 스위치 장치는 기계 스위치, 전력 전자 소자로 구성된 스위치를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
도4는 본 출원의 일 실시예에서 제공하는 바이패스 스위치 장치가 병렬로 연결된 보상기의 개략도이고, 제1 변압기의 제1측 권선의 양단부에는 바이패스 스위치 장치가 병렬로 연결되고, 바이패스 스위치 장치는 기계 스위치, 전력 전자 소자로 구성된 스위치를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
제1 변압기의 제1측 권선은 스타 연결 방식 또는 델타 연결 방식을 이용한다. 제1 변압기의 제1측 권선은 스타 연결 방식을 이용하고, 중성점은 직접적으로 접지하거나 저항을 경유하여 접지한다. 제1 변압기가 제3측 권선을 포함할 경우, 제3측 권선은 델타 연결 방식을 이용한다.
제1 컨버터의 교류측 출력 전압은 제1 변압기를 통해 배선에 직렬로 입력되고, 동등하게는 진폭과 위상이 제어 가능한 전압원을 배선에 직렬로 접속시키고, 배선의 양단부 전압 사이의 진폭 차이와 위상 차이를 변화시켜, 배선 유효 전력과 무효 전력의 제어 조절을 실현한다. 조합 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온과 턴 오프는 외부 장치를 통해 제어될 수 있다. 전력 유닛의 출력 전압에 대한 변화 조절을 통해, 제1 전력 유닛의 외부 출력 전압은 0일 수 있으며, 해당 전렬 유닛 내부의 커패시터의 전압일 수도 있으며, 제2 전력 유닛의 외부 출력 전압은 0일 수 있으며, 해당 전력 유닛 내부의 커패시터의 전압일 수도 있으며, 해당 전력 유닛 내부의 커패시터의 음의 값일 수도 있다. 제1 컨버터의 제1 분기 회로와 제2 분기 회로, 제3 분기 회로와 제4 분기 회로, 제5 분기 회로와 제6 분기 회로의 모든 전력 유닛의 외부 출력 전압의 합은 동일하고, 직류측 전압은 해당 외부 출력 전압과 동일하므로, 조합 전렬 유닛에는 외부 출력 전압이 음의 커패시터 전압인 제2 전력 유닛이 존재할 경우, 직류측 전압을 감소시킬 수 있다. 정상적으로 운행될 경우, 제2 전력 유닛을 제어하여 음의 전압을 출력함으로써, 배선에 직렬로 입력되는 교류 전압이 변하지 않도록 확보하면서 직류 전압을 감소시키고, 아울러 고장이 발생할 때의 전류를 감소시킬 수 있다. 직류측에 고장이 발생할 경우, 제2 전력 유닛의 전압의 양방향 출력의 특성을 이용하여, 고장 전류를 효과적으로 억제한다.
도6은 본 출원의 일 실시예에서 제공하는 제2 컨버터가 병렬로 연결된 보상기의 개략도이고, 제1 컨버터, 제2 컨버터, 제1 변압기 및 스위치를 포함한다.
제2 컨버터는 교류측 인터페이스와 직류측 인터페이스를 포함하되, 교류측 인터페이스를 통해 교류 시스템에 접속된다. 제1 컨버터, 제1 변압기, 스위치는 상술한 실시예와 동일하므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도7은 도6을 기초로 제2 컨버터가 제2 변압기를 통해 교류 시스템을 연결하는 보상기의 개략도이고, 제2 컨버터는 제2 변압기를 경유하여 교류 시스템에 접속된다.
제2 변압기는 적어도 양측 권선을 포함하는 삼상 변압기이며, 제2 컨버터의 교류측 인터페이스는 제2 변압기의 제1측 권선과 서로 연결되고, 제2 변압기의 제2측 권선은 교류 시스템에 병렬로 접속된다.
도8은 도6을 기초로 병렬로 연결된 저항과 스위치 장치가 구비된 보상기의 개략도이고, 제2 컨버터의 교류측 인터페이스와 교류 시스템 사이에는 병렬로 연결되는 저항과 스위치 장치가 구비되며, 스위치 장치는 나이프와 스위치를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
도9, 도10, 도11에 도시된 바와 같이, 제2 컨버터는 전압원 유형의 컨버터를 포함하나, 이에 한정되지 않으며, 2 레벨, 3레벨, 변압기 다중 구조 및 모듈화 다중 레벨 구조를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 도9는 도6을 기초로 제2 컨버터가 2 레벨 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이고, 도10은 도6을 기초로 제2 컨버터가 3 레벨 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이고, 도11은 본 출원의 도6을 기초로 제2 컨버터가 모듈화 다중 레벨 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이며, 제2 컨버터는 모듈화 다중 레벨 구조를 이용한다.
도12는 도6을 기초로 제2 컨버터가 사이리스터 소자 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이다. 도13, 도14에 도시된 바와 같이, 제2 컨버터는 사이리스터 컨버터, 다이오드로 구성된 비제어 정류기 브리지를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 도13은 도6을 기초로 제2 컨버터가 다이오드 비제어 정류기 브리지를 이용하는 보상기의 개략도이고, 도14는 도6을 기초로 제2 컨버터가 제3 전력 유닛 또는 제4 전력 유닛 또는 양자의 임의의 순서의 직렬 방식을 이용하는 보상기의 개략도이다.
제3 전력 유닛은 제11 턴 오프 가능한 소자(T11), 제12 턴 오프 가능한 소자(T12), 제7 턴 오프 가능한 소자(T7), 제1 다이오드(D1) 및 제3 커패시터(C3)를 포함한다. 제11 턴 오프 가능한 소자(T11)의 양극은 제12 턴 오프 가능한 소자(T12)의 음극과 서로 연결되어 제3 전력 유닛의 제2 출력단으로 이용된다. 제3 커패시터(C3)의 일 단부, 제12 턴 오프 가능한 소자(T12)의 양극은 제1 다이오드(D1)의 음극과 서로 연결되고, 제3 커패시터(C3)의 타 단부, 제11 턴 오프 가능한 소자(T11)의 음극은 제7 턴 오프 가능한 소자(T7)의 음극과 서로 연결되고, 제1 다이오드(D1)의 양극은 제7 턴 오프 가능한 소자(T7)의 양극과 서로 연결되어, 제3 전력 유닛의 다른 일 출력단으로 이용된다.
제4 전력 유닛은 적어도 제8 턴 오프 가능한 소자(T8), 제9 턴 오프 가능한 소자(T9), 제10 턴 오프 가능한 소자(T10), 제2 다이오드(D2) 및 제4 커패시터(C4)를 포함한다. 제2 다이오드(D2)의 음극은 제8 턴 오프 가능한 소자(T8)의 음극과 서로 연결되어 제4 전력 유닛의 출력단으로 이용된다. 제8 턴 오프 가능한 소자(T8)의 양극, 제10 턴 오프 가능한 소자(T10)의 양극은 제4 커패시터(C4)의 일 단부와 서로 연결되고, 제2 다이오드(D2)의 양극, 제9 턴 오프 가능한 소자(T9)의 음극은 제4 커패시터(C4)의 타 단부와 서로 연결되며, 제9 턴 오프 가능한 소자(T9)의 양극은 제10 턴 오프 가능한 소자(T10)의 음극과 연결되어, 제4 전력 유닛의 다른 일 출력단으로 이용된다.
도15는 도6을 기초로 제1 보상 장치가 직렬로 연결된 보상기의 개략도이고, 도15에 도시된 바와 같이, 제1 변압기의 제2측 권선과 배선 사이에는 제1 보상 장치가 직렬로 접속된다. 도16은 도6을 기초로 제2 보상 장치가 직렬로 연결된 보상기의 개략도이고, 도16에 도시된 바와 같이, 상기 제1 변압기의 제1측 권선과 제1 컨버터의 교류측 인터페이스 사이에는 제2 보상 장치가 직렬로 접속된다. 제1 보상 장치, 제2 보상 장치는 리액터 그룹과 스위치 장치로 병렬로 연결되고, 리액터 그룹은 적어도 하나의 리액터로 직렬로 연결되며, 스위치 장치는 기계 스위치, 전력 전자 소자로 구성된 스위치를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
도17은 도6을 기초로 바이패스 스위치 장치가 병렬로 연결된 보상기의 개략도이고, 도17에 도시된 바와 같이, 제1 변압기의 제1측 권선의 양단부에는 바이패스 스위치 장치가 병렬로 연결되고, 바이패스 스위치 장치는 기계 스위치, 전력 전자 소자로 구성된 스위치를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
제1 변압기의 제1측 권선은 스타 연결 방식 또는 델타 연결 방식을 이용한다. 제1 변압기의 제1측 권선은 스타 연결 방식을 이용하고, 중성점은 직접적으로 접지하거나 저항을 경유하여 접지된다. 제1 변압기는 제3측 권선을 포함하고, 제3측 권선은 델타 연결 방식을 이용한다. 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온과 턴 오프는 외부 장치를 통해 제어되고, 전력 유닛의 출력 전압에 대한 변화 및 조절을 진행하여, 제2 컨버터와 제1 컨버터는 직류측, 교류측에서 원하는 전압을 확정할 수 있다. 제1 컨버터의 교류측 출력 전압은 제1 변압기를 통해 배선에 직렬로 입력되고, 동등하게는 진폭과 위상이 제어 가능한 전압원을 배선에 직렬로 접속시키고, 배선의 양단부 전압 사이의 진폭 차이와 위상 차이를 변화시켜, 배선 유효 전력과 무효 전력의 제어 조절을 실현한다. 제2 컨버터는 교류 시스템에 접속되고, 병렬측 출력의 뮤효 전력 또는 접속 포인트의 전압을 제어하고, 직류 버스 라인 전압을 유지하는 작용을 실현한다. 제1 전력 유닛의 외부 출력 전압은 0일 수 있으며, 해당 전력 유닛 내의 커패시터의 전압일 수도 있으며, 제2 전력 유닛, 제3 전력 유닛, 제4 전력 유닛의 외부 출력 전압은 0일 수 있으며, 해당 전력 유닛 내부의 커패시터의 전압일 수도 있으며, 해당 전력 유닛 내부의 커패시터의 전압의 음의 값일 수도 있다.
제1 컨버터의 제1 분기 회로와 제2 분기 회로, 제3 분기 회로와 제4 분기 회로, 제5 분기 회로와 제6 분기 회로의 모든 전력 유닛의 외부 출력 전압의 합은 동일하고, 직류측 전압은 해당 외부 출력 전압과 동일하므로, 조합 전력 유닛에 외부 출력 전압이 음의 커패시터 전압인 제2 전력 유닛이 존재할 경우, 직류측 전압을 감소시켜, 보상 장치를 직렬 및 병렬로 연결하는 비용을 저감시킬 수 있다. 정상적으로 운행될 경우, 제2 전력 유닛을 제어하여 음의 전압을 출력함으로써, 배선에 직렬로 입력되는 교류 전압이 변하지 않도록 확보하면서 직류 전압을 감소시키고, 아울러 고장이 발생할 때의 전류를 감소시킬 수 있으며, 직류측에 고장이 발생할 경우, 제2 전력 유닛의 양방향 출력의 특성을 이용하여, 고장 전류를 효과적으로 억제할 수 있다.
도18은 본 출원의 일 실시예에서 제공하는 무효 전력 보상 장치가 구비된 보상기의 개략도이고, 제1 컨버터, 제2 컨버터, 제1 변압기, 스위치 및 무효 전력 보상 장치를 포함한다. 제2 컨버터는 교류측 인터페이스와 직류측 인터페이스를 포함하되, 교류측 인터페이스를 통해 교류 시스템에 접속된다. 무효 전력 보상 장치는 교류 시스템에 접속된다. 제1 컨버터, 제2 컨버터, 제1 변압기, 스위치는 상술한 실시예와 동일하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다. 무효 전력 보상 장치는 고정된 커패시터, 기계 스위치 또는 사이리스터 스위칭 커패시터, 스위칭 가능한 그룹화된 커패시터 그룹, SVC 정지형 무효 전력 보상 장치 등을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
도19는 도18을 기초로 제2 컨버터가 제1 변압기를 통해 교류 시스템을 연결하는 보상기의 개략도이며, 제2 컨버터는 제2 변압기를 경유하여 교류 시스템에 접속되고, 제2 변압기의 제2측 권선은 교류 시스템에 병렬로 접속된다. 제2 변압기는 적어도 양측 권선을 포함하는 삼상 변압기이며, 제2 컨버터의 교류측 인터페이스는 제2 변압기의 제1측 권선과 서로 연결된다. 도20은 도18을 기초로 병렬로 연결된 저항과 스위치 장치가 구비된 보상기의 개략도이며, 제2 컨버터의 교류측 인터페이스와 교류 시스템 사이에는 병렬로 연결되는 저항과 스위치 장치가 구비되며, 스위치 장치는 나이프와 스위치를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
도21, 도22, 도23에 도시된 바와 같이, 제2 컨버터는 전압원 유형의 컨버터일 수 있으며, 2 레벨, 3레벨, 변압기 다중 구조 및 모듈화 다중 레벨 구조를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 도21은 도18을 기초로 제2 컨버터가 2 레벨 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이고, 도22는 도18을 기초로 제2 컨버터가 3 레벨 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이며, 도23은 도18을 기초로 제2 컨버터가 모듈화 다중 레벨 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이다. 제2 컨버터는 모듈화 다중 레벨 구조를 이용하고, 제3 전력 유닛 또는 제4 전력 유닛 또는 양자의 임의의 순서의 직렬 방식을 이용할 수 있다. 도24, 도25에 도시된 바와 같이, 제2 컨버터는 사이리스터 컨버터, 다이오드로 구성된 비제어 정류기 브리지를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 도24는 도18을 기초로 제2 컨버터가 사이리스터 소자 컨버터를 이용하는 보상기의 개략도이다. 도25는 도18을 기초로 제2 컨버터가 다이오드 비제어 정류기 브리지를 이용하는 보상기의 개략도이다.
도26은 도18을 기초로 제1 보상 장치가 직렬로 연결된 보상기의 개략도이고, 제1 변압기의 제2측 권선과 배선 사이에는 제1 보상 장치가 직렬로 접속된다. 도27은 도18을 기초로 제2 보상 장치가 직렬로 연결된 보상기의 개략도이고, 제1 변압기의 제1측 권선과 제1 컨버터의 교류측 인터페이스 사이에는 보상 장치가 직렬로 접속된다. 제1 보상 장치, 제2 보상 장치는 리액터 그룹과 스위치 장치로 병렬로 연결되고, 리액터 그룹은 적어도 하나의 리액터로 직렬로 연결되며, 스위치 장치는 기계 스위치, 전력 전자 소자로 구성된 스위치를 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 도28는 도18을 기초로 바이패스 스위치 장치가 병렬로 연결된 보상기의 개략도이며, 제1 변압기의 제1측 권선의 양단부에는 바이패스 스위치 장치가 병렬로 연결되고, 바이패스 스위치 장치는 기계 스위치, 전력 전자 소자로 구성된 스위치를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.
도29는 본 출원의 일 실시예에서 제공하는 보상기 제어 방법의 흐름의 개략도이며, 아래와 같은 단계들을 포함한다.
단계(S110)에서, 배선 유효 전력 명령치 및 배선 유효 전력 측정치를 기반으로, 제1 컨버터의 유효 전력 기준치를 확정한다.
단계(S120)에서, 배선 무효 전력 명령치 및 배선 무효 전력 측정치를 기반으로, 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 확정한다.
단계(S130)에서, 제1 컨버터의 유효 전력 기준치 및 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 기반으로, 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 산출한다.
단계(S140)에서, 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 기반으로, 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 확정한다.
단계(S150)에서, 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 기반으로, 조합 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하여, 동일한 시각의 출력 전압이 각각 0, 커패시터 전압, 커패시터 전압의 음의 값인 제1 전력 유닛과 제2 전력 유닛의 수량이 교류측 출력 전압 기준치, 직류측 출력 전압 기준치를 만족하도록 조합 전력 유닛의 출력 전압을 제어하여, 보상을 확보하면서 직류측 전압을 감소한다.
도30은 본 출원의 다른 일 실시예에서 제공하는 보상기 제어 방법의 흐름의 개략도이며, 아래와 같은 단계들을 포함한다.
단계(S110)에서, 배선 유효 전력 명령치 및 배선 유효 전력 측정치를 기반으로, 제1 컨버터의 유효 전력 기준치를 확정한다.
단계(S120)에서, 배선 무효 전력 명령치 및 배선 무효 전력 측정치를 기반으로, 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 확정한다.
단계(S130)에서, 제1 컨버터의 유효 전력 기준치 및 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 기반으로, 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 산출한다.
단계(S140)에서, 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 기반으로, 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 확정한다.
단계(S150)에서, 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 기반으로, 조합 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하여, 동일한 시각의 출력 전압이 각각 0, 커패시터 전압, 커패시터 전압의 음의 값인 제1 전력 유닛과 제2 전력 유닛의 수량이 교류측 출력 전압 기준치, 직류측 출력 전압 기준치를 만족하도록 조합 전력 유닛의 출력 전압을 제어하여, 보상을 확보하면서 직류측 전압을 감소한다.
단계(S161)에서, 직류 전압 기준치와 직류 전압 측정치의 편차를 기반으로, 제2 컨버터의 유효 전력 기준치를 확정한다.
단계(S162)에서, 교류 전압 기준치와 교류 전압 측정치의 편차 또는 무효 전력 기준치와 무효 전력 측정치의 편차를 기반으로, 제2 컨버터의 무효 전력 기준치를 확정한다.
단계(S163)에서, 제2 컨버터의 유효 전력 기준치 및 무효 전력 기준치를 기반으로, 제2 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 산출한다.
단계(S164)에서, 제2 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 기반으로, 제2 컨버터의 교류측 출력 전압의 기준치를 산출한다.
단계(S165)에서, 제2 컨버터의 교류측 출력 전압의 기준치를 기반으로, 조합 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하여, 동일한 시각의 출력 전압이 각각 0, 커패시터 전압값, 커패시터 전압의 음의 값인 제3 전력 유닛과 제4 전력 유닛의 수량이 교류측, 직류측 출력 전압 기준치를 만족하도록 제3 전력 유닛과 제4 전력 유닛에서 출력되는 전압의 조합을 제어한다.
본 실시예에 있어서, 보상기가 시동될 경우, 단계(S110) 이전에, 아래와 같은 단계들을 더 포함할 수 있다.
단계(S101)에서, 제2 컨버터를 시동시켜, 직류 전압을 구축한다.
단계(S102)에서, 제1 컨버터에 대해 잠금 해제를 진행한다.
단계(S103)에서, 스위치의 전류가 점차적으로 작아지도록 제어하여, 배선의 전류를 점차적으로 제1 변압기의 제2측 권선 상에 전이시킨다.
단계(S104)에서, 스위치의 전류가 0으로 변화된 후, 스위치를 턴 오프하여, 보상기의 시동을 완료한다.
본 실시예에 있어서, 보상기가 중단될 경우, 단계(S166) 이후에, 아래와 같은 단계들을 더 포함할 수 있다.
단계(S171)에서, 제1 변압기의 제2측 권선의 전류를 배선의 전류와 동일하게 제어한다.
단계(S172)에서, 스위치를 턴 오프한다.
단계(S173)에서, 전류가 점차적으로 제1 변압기의 제2측 권선에서 스위치로 전이되도록 제어한다.
단계(S174)에서, 제1 변압기의 제2측 권선의 전류가 0이 된 후 제1 컨버터를 폐쇄시킨다.
단계(S175)에서, 제2 컨버터를 종료시켜, 보상기의 중단을 완료한다.
도31은 본 출원의 일 실시예에서 제공하는 보상기 제어 장치의 구성의 개략도이며, 보상기는 제1 컨버터를 포함한다. 제어 장치는 제1 배선 유효 전력 제어 유닛, 제1 배선 무효 전력 제어 유닛, 제1 교류측 인터페이스 전류 산출 유닛, 제1 교류측 인터페이스 전압 산출 유닛, 제1 전력 유닛 제어 유닛을 포함한다.
제1 배선 유효 전력 제어 유닛은 배선 유효 전력 명령치 및 배선 유효 전력 측정치를 기반으로, 제1 컨버터의 유효 전력 기준치를 확정한다. 제1 배선 무효 전력 제어 유닛은 배선 무효 전력 명령치 및 배선 무효 전력 측정치를 기반으로, 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 확정한다. 제1 교류측 인터페이스 전류 산출 유닛은 제1 컨버터의 유효 전력 기준치 및 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 기반으로, 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 산출한다. 제1 교류측 인터페이스 전압 산출 유닛은 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 기반으로, 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 확정한다. 제1 전력 유닛 제어 유닛은 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 기반으로, 조합 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하여, 동일한 시각의 출력 전압이 각각 0, 커패시터 전압, 커패시터 전압의 음의 값인 제1 전력 유닛과 제2 전력 유닛의 수량이 교류측 출력 전압 기준치, 직류측 출력 전압 기준치를 만족하도록 조합 전력 유닛의 출력 전압을 제어하여, 보상을 확보하면서 직류측 전압을 감소한다.
도32는 본 출원의 다른 일 실시예에서 제공하는 보상기 제어 장치의 구성의 개략도이다. 보상기는 제1 컨버터와 제2 컨버터를 포함한다. 제어 장치는 제1 배선 유효 전력 제어 유닛, 제1 배선 무효 전력 제어 유닛, 제1 교류측 인터페이스 전류 산출 유닛, 제1 교류측 인터페이스 전압 산출 유닛, 제1 전력 유닛 제어 유닛, 제2 유효 전력 제어 유닛, 제2 무효 전력 제어 유닛, 제2 교류측 인터페이스 전류 산출 유닛, 제2 교류측 출력 전압 산출 유닛, 제2 전력 유닛 제어 유닛을 포함한다.
제2 유효 전력 제어 유닛은 직류 전압 기준치와 직류 전압 측정치의 편차를 기반으로, 제2 컨버터의 유효 전력 기준치를 확정한다. 제2 무효 전력 제어 유닛은 교류 전압 기준치와 교류 전압 측정치의 편차 또는 무효 전력 기준치와 무효 전력 측정치의 편차를 기반으로, 제2 컨버터의 무효 전력 기준치를 확정한다. 제2 교류측 인터페이스 전류 산출 유닛은 제2 컨버터 유효 전력 기준치 및 제2 컨버터 무효 전력 기준치를 기반으로, 제2 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 산출한다. 제2 교류측 출력 전압 산출 유닛은 제2 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 기반으로, 제2 컨버터의 교류측 출력 전압의 기준치를 산출한다. 제2 전력 유닛 제어 유닛은 제2 컨버터의 교류측 출력 전압의 기준치를 기반으로, 제2 조합 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하여, 동일한 시각의 출력 전압이 각각 0, 커패시터 전압값, 커패시터 전압의 음의 값인 제3 전력 유닛과 제4 전력 유닛의 수량이 교류측, 직류측 출력 전압 기준치를 만족하도록 제3 전력 유닛과 제4 전력 유닛의 전압 조합을 제어한다.
본 실시예에 있어서, 대안으로, 제어 장치는 시동 제어 유닛, 중단 제어 유닛을 더 포함한다.
시동 제어 유닛은 보상기가 시동될 경우, 제2 컨버터를 시동시켜, 직류 전압을 구축하고, 상기 제1 컨버터에 대해 잠금 해제를 진행하고, 스위치의 전류가 점차적으로 작아지도록 제어하여, 배선의 전류를 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선 상에 전이시키고, 스위치의 전류가 0으로 변화된 후, 스위치를 턴 오프하여, 보상기의 시동을 완료한다. 중단 제어 유닛은 보상기가 중단될 경우, 제1 변압기의 제2측 권선의 전류를 배선의 전류와 동일하게 제어하고, 스위치를 턴 오프하여, 전류가 점차적으로 제1 변압기의 제2측 권선에서 상기 스위치에 전이되도록 제어하고, 제1 변압기의 제2측 권선의 전류가 0이 된 후 제1 컨버터를 폐쇄시키고, 제2 컨버터를 종료시켜, 보상기의 중단을 완료한다.
앞서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 각 실시예는 단지 본 출원을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 출원의 범위를 한정하기 위한 것이 아님을 설명하고자 하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 출원의 취지 및 범위를 벗어나지 않는 전제 하에 본 출원에 대해 수정 또는 균등한 대체를 진행하고, 이는 모두 본 출원의 범위 내에 포함되는 것을 자명할 것이다. 또한, 문맥에서 달리 지시하지 않는 한, 단수의 형식으로 표현된 단어는 복수의 형식을 포함하며, 반대의 경우에도 마찬가지이다. 또한, 특별히 달리 설명하지 않는 한, 임의의 실시예 중의 전부 또는 일부는 임의의 기타의 실시예 중의 전부 또는 일부와 결합되어 사용될 수 있다.

Claims (23)

  1. 보상기에 있어서,
    6개의 분기 회로를 포함하되, 상기 분기 회로는 직렬로 연결된 조합 전력 유닛와 리액터를 포함하며, 상기 조합 전력 유닛은 직렬로 연결된 제1 전력 유닛과 제2 전력 유닛, 또는 직렬로 연결된 제2 전력 유닛을 포함하는 제1 컨버터와,
    적어도 제1측 권선 및 제2측 권선을 포함하되, 상기 제1측 권선은 상기 제1 컨버터의 교류측 인터페이스와 연결되며, 상기 제2측 권선은 교류 시스템의 배선에 직렬로 접속되며, 상기 제2측 권선의 양단부는 스위치와 병렬로 연결되는 제1 변압기와,
    상기 제1 변압기와 병렬로 연결되는 후 교류 시스템의 배선에 접속되는 상기 스위치를 포함하되,
    상기 제1 전력 유닛은 적어도 제1 턴 오프 가능한 소자(T1), 제2 턴 오프 가능한 소자(T2) 및 제1 커패시터(C1)를 포함하며, 상기 제1 커패시터(C1)의 일 단부는 상기 제1 턴 오프 가능한 소자(T1)의 양극과 서로 연결되고, 상기 제1 커패시터(C1)의 타 단부는 상기 제2 턴 오프 가능한 소자(T2)의 음극과 서로 연결되어 제1 전력 유닛의 제1 출력단으로 이용되며, 상기 제2 턴 오프 가능한 소자의 양극은 제1 턴 오프 가능한 소자의 음극과 서로 연결되어 제1 전력 유닛의 제2 출력단으로 이용되며,
    상기 제2 전력 유닛은 적어도 제3 턴 오프 가능한 소자(T3), 제4 턴 오프 가능한 소자(T4), 제5 턴 오프 가능한 소자(T5), 제6 턴 오프 가능한 소자(T6) 및 제2 커패시터(C2)를 포함하며, 상기 제2 커패시터(C2)의 일 단부는 상기 제3 턴 오프 가능한 소자(T3)의 양극, 제4 턴 오프 가능한 소자(T4)의 양극과 서로 연결되고, 상기 제2 커패시터(C2)의 타 단부는 상기 제5 턴 오프 가능한 소자(T5)의 음극, 제6 턴 오프 가능한 소자(T6)의 음극과 서로 연결되며, 상기 제3 턴 오프 가능한 소자(T3)의 음극은 제5 턴 오프 가능한 소자(T5)의 양극과 서로 연결되어 제2 전력 유닛의 제2 출력단으로 이용되며, 상기 제4 턴 오프 가능한 소자(T4)의 음극은 제6 턴 오프 가능한 소자(T6)의 양극과 서로 연결되어 제2 전력 유닛의 제1 출력단으로 이용되는 것을 특징으로 하는 보상기.
  2. 제1항에 있어서,
    교류측 인터페이스와 직류측 인터페이스를 포함하되, 상기 제2 컨버터의 직류측 인터페이스는 상기 제1 컨버터와 병렬로 연결되고, 상기 교류측 인터페이스를 통해 상기 교류 시스템에 접속되는 제2 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 교류 시스템에 접속되는 무효 전력 보상 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 6개의 분기 회로에 있어서,
    제1 분기 회로의 제1 단부는 제2 분기 회로의 제1 단부와 연결되되, 연결점은 제1 교류측 인터페이스이고,
    제3 분기 회로의 제1 단부는 제4 분기 회로의 제1 단부와 연결되되, 연결점은 제2 교류측 인터페이스이고,
    제5 분기 회로의 제1 단부는 제6 분기 회로의 제1 단부와 연결되되, 연결점은 제3 교류측 인터페이스이고,
    상기 제1 분기 회로의 제2 단부는 상기 제3 분기 회로의 제2 단부, 상기 제5 분기 회로의 제2 단부와 연결되되, 연결점은 직류측 양극 인터페이스이고,
    상기 제2 분기 회로의 제2 단부는 상기 제4 분기 회로의 제2 단부, 상기 제6 분기 회로의 제2 단부와 연결되되, 연결점은 직류측 음극 인터페이스인 것을 특징으로 하는 보상기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 턴 오프 가능한 소자는 하나 또는 다수의 제어 가능한 스위치 소자를 포함하고, 상기 제어 가능한 스위치 소자는 IGBT, IGCT, MOSFET, GTO 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변압기의 제2측 권선과 상기 배선 사이에는 제1 보상 장치가 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 보상기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변압기의 제1측 권선과 상기 제1 컨버터의 교류측 인터페이스 사이에는 제2 보상 장치가 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 보상기.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제1 보상 장치 또는 상기 제2 보상 장치는 병렬로 연결되는 리액터 그룹과 스위치 장치를 포함하되, 상기 리액터 그룹은 직렬로 연결된 적어도 하나의 리액터를 포함하고, 상기 스위치 장치는 기계 스위치, 전력 전자 소자로 구성된 스위치 중의 하나 또는 다수를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변압기의 제1측 권선의 양단부에는 바이패스 스위치 장치가 병렬로 연결되고, 상기 바이패스 스위치 장치는 기계 스위치, 전력 전자 소자로 구성된 스위치 중의 하나 또는 다수를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변압기의 제1측 권선은 스타 연결 방식 또는 델타 연결 방식을 이용하는 것을 특징으로 하는 보상기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변압기의 제1측 권선은 스타 연결 방식을 이용하고, 중성점은 직접적으로 접지하거나 저항을 경유하여 접지하며,
    상기 제1 변압기는 델타 연결 방식을 이용하는 제3측 권선을 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 제2 컨버터는 제2 변압기를 경유하여 교류 시스템에 접속되고,
    상기 제2 변압기는 적어도 양측 권선을 포함하는 삼상 변압기이며,
    제2 컨버터의 교류측 인터페이스는 제2 변압기의 제1측 권선과 서로 연결되고, 제2 변압기의 제2측 권선은 교류 시스템에 병렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 보상기.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 제2 컨버터의 교류측 인터페이스와 교류 시스템 사이에는 병렬로 연결되는 저항과 스위치 장치가 구비되며, 상기 스위치 장치는 나이프 또는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 제2 컨버터는 2 레벨, 3레벨, 변압기 다중 구조 및 모듈화 다중 레벨 구조 중의 하나를 포함하는 전압원 유형의 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 제2 컨버터는 사이리스터 컨버터, 다이오드로 구성된 비제어 정류기 브리지 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기.
  16. 보상기의 제어 방법에 있어서,
    배선 유효 전력 명령치 및 배선 유효 전력 측정치를 기반으로, 제1 컨버터의 유효 전력 기준치를 확정하는 단계와,
    배선 무효 전력 명령치 및 배선 무효 전력 측정치를 기반으로, 상기 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 확정하는 단계와,
    상기 제1 컨버터의 유효 전력 기준치 및 상기 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 기반으로, 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 산출하는 단계와,
    상기 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 기반으로, 상기 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 확정하는 단계와,
    상기 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 기반으로, 조합 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하여, 동일한 시각의 출력 전압이 각각 0, 커패시터 전압, 커패시터 전압의 음의 값인 제1 전력 유닛과 제2 전력 유닛의 수량이 교류측 출력 전압 기준치, 직류측 출력 전압 기준치를 만족하도록 조합 전력 유닛의 출력 전압을 제어하여, 보상을 확보하면서 직류측 전압을 감소하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기의 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 보상기가 시동될 경우, 상기 배선 유효 전력 명령치 및 배선 유효 전력 측정치를 기반으로, 제1 컨버터의 유효 전력 기준치를 확정하는 단계 이전에,
    상기 제1 컨버터에 대해 잠금 해제를 진행하는 단계와,
    상기 스위치의 전류가 점차적으로 작아지도록 제어하여, 배선의 전류를 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선 상에 전이시키는 단계와,
    상기 스위치의 전류가 0으로 변화된 후, 상기 스위치를 턴 오프하여, 상기 보상기의 시동을 완료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기의 제어 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 보상기가 제2 컨버터를 포함할 경우, 상기 보상기가 시동될 경우, 상기 제1 컨버터에 대해 잠금 해제를 진행하는 단계 이전에,
    제2 컨버터를 시동시켜, 직류 전압을 구축하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기의 제어 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 보상기가 중단될 경우, 상기 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 기반으로, 조합 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하는 단계 이후에,
    상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류를 배선의 전류와 동일하게 제어하는 단계와,
    상기 스위치를 턴 온하는 단계와,
    전류가 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선에서 상기 스위치로 전이되도록 제어하는 단계와,
    상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류가 0이 된 후 상기 제1 컨버터를 폐쇄시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기의 제어 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 보상기가 제2 컨버터를 포함할 경우, 상기 보상기가 중단될 경우, 상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류가 0이 된 후 상기 제1 컨버터를 폐쇄시키는 단계 이후에,
    상기 제2 컨버터를 종료시켜, 상기 보상기의 중단를 완료하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기의 제어 방법.
  21. 보상기의 제어 장치에 있어서,
    배선 유효 전력 명령치 및 배선 유효 전력 측정치를 기반으로, 제1 컨버터의 유효 전력 기준치를 확정하는 제1 배선 유효 전력 제어 유닛과,
    배선 무효 전력 명령치 및 배선 무효 전력 측정치를 기반으로, 상기 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 확정하는 제1 배선 무효 전력 제어 유닛과,
    상기 제1 컨버터의 유효 전력 기준치 및 상기 제1 컨버터의 무효 전력 기준치를 기반으로, 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 산출하는 제1 교류측 인터페이스 전류 산출 유닛과,
    상기 제1 컨버터의 교류측 인터페이스의 전류 기준치를 기반으로, 상기 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 확정하는 제1 교류측 인터페이스 전압 산출 유닛과,
    상기 제1 컨버터의 교류측 출력 전압 기준치를 기반으로, 조합 전력 유닛 중의 턴 오프 가능한 소자의 턴 온 및 턴 오프를 제어하여, 동일한 시각의 출력 전압이 각각 0, 커패시터 전압, 커패시터 전압의 음의 값인 제1 전력 유닛과 제2 전력 유닛의 수량이 교류측 출력 전압 기준치, 직류측 출력 전압 기준치를 만족하도록 조합 전력 유닛의 출력 전압을 제어하여, 보상을 확보하면서 직류측 전압을 감소하는 제1 전력 유닛 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기의 제어 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 보상기가 시동될 경우, 상기 제1 컨버터에 대해 잠금 해제를 진행하고, 스위치의 전류가 점차적으로 작아지도록 제어하여, 배선의 전류를 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선 상에 전이시키고, 상기 스위치의 전류가 0으로 변화된 후, 상기 스위치를 턴 오프하여, 상기 보상기의 시동을 완료하는 시동 제어 유닛과,
    상기 보상기가 중단될 경우, 상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류를 배선의 전류와 동일하게 제어하고, 상기 스위치를 턴 온하고, 전류가 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선에서 상기 스위치로 전이되도록 제어하며, 상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류가 0이 된 후 상기 제1 컨버터를 폐쇄시켜, 상기 보상기의 중단를 완료하는 중단 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기의 제어 장치.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 보상기가 제2 컨버터를 포함할 경우,
    상기 보상기가 시동될 경우, 제2 컨버터를 시동시켜, 직류 전압을 구축하고, 상기 제1 컨버터에 대해 잠금 해제를 진행하고, 스위치의 전류가 점차적으로 작아지도록 제어하여, 배선의 전류를 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선 상에 전이시키고, 상기 스위치의 전류가 0으로 변화된 후, 상기 스위치를 턴 오프하여, 상기 보상기의 시동을 완료하는 시동 제어 유닛과,
    상기 보상기가 중단될 경우, 상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류를 배선의 전류와 동일하게 제어하고, 상기 스위치를 턴 온하고, 전류가 점차적으로 상기 제1 변압기의 제2측 권선에서 상기 스위치로 전이되도록 제어하며, 상기 제1 변압기의 제2측 권선의 전류가 0이 된 후 상기 제1 컨버터를 폐쇄시켜, 상기 제2 컨버터를 종료시켜, 상기 보상기의 중단를 완료하는 중단 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보상기의 제어 장치.
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