KR20210048262A - 전류형 hvdc의 인버터 소호각 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

전류형 hvdc의 인버터 소호각 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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이충만
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김희진
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한국전력공사
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Abstract

본 발명은 전류형 HVDC에서 컨버터 변압기의 OLTC 동작 빈도를 줄이는 동시에 전류형 HVDC의 인버터단의 소호각과 DC 전압을 조절할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소호각 제어장치가 전류형 HVDC를 포함하는 HVDC의 전류형 인버터의 소호각을 제어하는 방법은, 전류형 인버터의 소호각 지령치를 입력받는 제1단계; 전류형 인버터의 소호각 측정치을 입력받는 제2단계; 소호각 지령치와 상기 소호각 측정치의 차이를 기초로, 유효전력 보정치를 출력하는 제3단계; 유효전력 지령치에 유효전력 보정치를 더한 값으로 유효전력 지령치를 변경하는 제4단계; 전류형 인버터로 유효전력 지령치 만큼의 유효전력이 공급되도록, HVDC로 제어신호를 송신하는 제5단계를 포함할 수 있다

Description

전류형 HVDC의 인버터 소호각 제어장치 및 제어방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING EXTINCTION ANGLE OF LCC HVDC SYSTEM}
본 발명은 전류형 HVDC에서 컨버터 변압기의 OLTC 동작 빈도를 줄이는 동시에 전류형 HVDC의 인버터단의 소호각과 DC 전압을 조절할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
HVDC(High Voltage Direct Current)란, 발전소에서 생산되는 교류(AC)전력을 직류(DC)전력으로 전환하여 송전한 후, 수전점에서 AC로 재변환하여 전력을 공급하는 방식을 말한다. 이러한 HVDC 송전 방식은 승압이 용이한 교류 송전방식의 장점을 이용하여 경제적, 효율적 전력 전송이 가능하면서도, 교류 송전의 여러 가지 단점을 극복할 수 있는 송전 방식이다. 국내에는 진도-제주, 해남-제주 HVDC 라인이 운용되고 있다.
HVDC 시스템은 사이리스터(thyristor) 밸브를 이용하는 전류형 HVDC 시스템과 IGBT 소자를 이용하는 전압형 HVDC 시스템으로 크게 구분할 수 있다. 전류형 HVDC 시스템은 전력 시스템에서 전류 및 전압의 제어에 사용되는 전력반도체 소자인 사이리스터를 이용하는 것으로, 손실율이 1%에 불과해 매우 경제적이므로, 주로 사용되고 있다.
이러한 HVDC 송전 시스템에서 AC를 DC로, DC를 AC로 변환하는 사이리스터 밸브는, 턴온(turn-on)되어 도통되다가 턴오프(turn-off)되면 사이리스터의 양단전압이 역전압이 되는데, 이 역전압 구간 내지는 역전압 구간에 해당하는 위상을 소호각이라 한다. 소호각은 수전단에 공급되는 유효전력의 크기와 관련된다. 구체적으로, 유효전력의 크기가 클수록, DC 전류의 크기가 커져, 싸이리스터의 소호지연시간이 길어짐에 따라 소호각은 작아진다.
전류형 HVDC의 인버터 단은 수전하는 유효전력의 크기가 클수록, 무효전력의 소비가 커지고 이에 따른 AC전압과 DC전압의 감소가 발생한다. DC 전압의 감소를 막기 위해는 인버터단의 소호각을 작게 유지할 필요가 있는데, 지나치게 작은 경우에는 정류실패의 위험이 커지는 Trade-off 문제가 발생한다.
따라서, 정류실패를 회피하기 위해 소호각을 미리 설정한 각도, 또는 이보다 큰 각도를 유지하도록 제어할 필요가 있다.
종래 기술은 소호각을 조정하기 위해서, 인버터 단의 컨버터 변압기의 OLTC (On-Load Tap Changer)의 동작이 필요하다. OLTC가 Tap Ratio 올려 인버터 단의 DC 전압을 높이고, 소호각을 높게 조정할 수 있다. 하지만, 변압기 OLTC의 경우 1개의 Tap 을 조정하기 위해 30초 이상의 동작 시간이 필요하며, 물리적 마모의 위험이 있고, 비선형적인 동작으로 인해 시스템 전체의 오동작(Gamma Kick 현상)을 발생시킬 수 있다.
본 발명은 소호각의 측정치를 기초로 유효전력 보정치를 생성하는 제어장치를 통하여 컨버터 변압기의 OLTC 동작 빈도를 줄이는 동시에 전류형 HVDC의 인버터단의 소호각과 DC 전압을 조절할 수 있는 장치 및 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소호각 제어장치가 전류형 HVDC를 포함하는 HVDC의 전류형 인버터의 소호각을 제어하는 방법은, 전류형 인버터의 소호각 지령치를 입력받는 제1단계; 전류형 인버터의 소호각 측정치을 입력받는 제2단계; 소호각 지령치와 상기 소호각 측정치의 차이를 기초로, 유효전력 보정치를 출력하는 제3단계; 유효전력 지령치에 유효전력 보정치를 더한 값으로 유효전력 지령치를 변경하는 제4단계; 전류형 인버터로 유효전력 지령치 만큼의 유효전력이 공급되도록, HVDC로 제어신호를 송신하는 제5단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전류형 HVDC를 포함하는 HVDC의 전류형 인버터의 소호각을 제어하는 소호각 제어장치는, 전류형 인버터의 소호각 지령치를 입력받고, 전류형 인버터의 소호각 측정치을 입력받고, 소호각 지령치와 소호각 측정치의 차이를 기초로, 유효전력 보정치를 출력하고, 유효전력 지령치에 유효전력 보정치를 더한 값으로 유효전력 지령치를 변경하고, 전류형 인버터로 유효전력 지령치 만큼의 유효전력이 공급되도록, HVDC로 제어신호를 송신하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 의하면, 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고, 컨버터 변압기의 OLTC 동작 빈도를 줄이는 동시에 전류형 HVDC의 인버터단의 소호각과 DC 전압을 조정할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예에 의하면, 전압형 컨버터의 전력 제어 능력을 활용하여, 컨버터 변압기의 OLTC 동작 빈도를 줄이는 동시에 전류형 HVDC의 인버터단의 소호각과 DC 전압을 조정하면서도, 수전단으로 필요한 유효전력을 충분히 공급할 수 있다. 즉, 수전단으로 공급되는 유효전력이 감소되지 않은 채로 소호각 제어가 가능하다. 궁극적으로는 소호각이 낮아짐에 따라 발생하는 정류실패의 문제를 회피할 수 있다.
또한, 본 발명의 일부 실시예에 의하면, P 제어 또는 PI 제어와 같은 간단한 제어방법을 통하여 신속한 제어가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소호각 제어장치와 HVDC의 상호작용을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소호각 제어장치가 동작하는 방법을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소호각 제어장치가 HVDC의 소호각을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 P(Proportional) 제어방식과 PI(Proportional-Integral) 제어방식에 따른 결과그래프를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 HVDC의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 실시예에 따른 HVDC의 회로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 HVDC의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 실시예에 따른 HVDC의 회로를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어방법에 따른 유효전력의 흐름 및 효과를 나타낸 도면이다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
이하에서, HVDC란 전류형 HVDC 구조를 포함하는 개념으로서, 이에 더하여 전류형 HVDC에 병렬로 전압형 HVDC가 연결된 MIDC(Multi-infeed HVDC)를 포함할 수도 있고, 전류형 HVDC에 다중터미널로 전압형 HVDC를 연결한 MTDC(Multi-terminal HVDC)를 포함할 수도 있다.
또한 이하에서, 전압형 컨버터라고 함은 MMC(Modular Multi-Level Converter)를 말하고, 이는 전압형 정류기 및 전압형 인버터에 사용될 수 있으므로, 전압형 정류기 및/또는 전압형 인버터를 가리킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소호각 제어장치와 HVDC의 상호작용을 나타낸 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 소호각 제어장치(110)는 HVDC(120)로부터 소호각 측정치를 수신하고, 이를 기초로 데이터를 처리하여 소호각을 유지할 수 있는 제어신호를 HVDC(120)로 송신할 수 있다. 소호각 제어장치(110)가 수신한 소호각 측정치를 기초로 생성된 제어신호를 HVDC(120)로 송신하여 HVDC(120)를 제어함으로써 전류형 HVDC의 인버터단의 소호각과 DC 전압을 조정할 수 있다. 일 실시예에서 소호각 제어장치(110)는 HVDC의 운영시스템(100)에 구성될 수 있으며, 데이터를 처리하기 위한 프로세서를 포함할 수 있고, 데이터를 송수신할 수 있는 I/O를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, HVDC(120)는 전류형 HVDC를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소호각 제어장치가 동작하는 방법을 나타낸 개략도이다. 일 실시예에 따른 소호각 제어장치(110)는 인버터의 소호각 지령치와 인버터 소호각 측정값을 입력받고, 이를 기초로 유효전력 보정치를 출력하며, 유효전력 보정치와 기존 유효전력 지령치를 합하여 새로운 유효전력 지령치를 생성하고, 이를 HVDC(120)로 송신할 제어신호의 기초로 삼을 수 있다.
소호각 제어장치(110)는 소호각 지령치와 측정된 소호각의 오차를 줄이기 위해 운영시스템(100)상에 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 소호각 제어장치(110)는 구현이 간단한 비례(Proportional) 제어방식 또는 비례-적분(Proportional-Integral) 제어방식을 수행할 수 있다. 도 2에서는 PI 제어방식을 수행하는 비례적분제어모듈(PI Controller)을 포함하는 소호각 제어장치(110)를 도시하였다. 소호각 제어장치는 도 2에서 도시된 것에 제한되지 않고 다양한 방식으로 제어를 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소호각 제어장치(110)는 전류형 HVDC 인버터의 소호각 조정 및 DC전압 조정을 수행하기 위해 인버터로의 유효전력 전달량을 조절하는데 특징이 있다. 나아가, 후술할 일부 실시예에 따른 소호각 제어장치(110)는 전류형 인버터단의 소호각에 따라 전압형 컨버터로 전달되는 유효전력을 조절하는 특징이 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소호각 제어장치가 HVDC의 소호각을 제어하는 방법을 나타낸 순서도이다.
일 실시예에 따른 소호각 제어장치가 전류형 HVDC를 포함하는 HVDC의 전류형 인버터의 소호각을 제어하는 방법은, 전류형 인버터의 소호각 지령치를 입력받는 제1단계; 전류형 인버터의 소호각 측정치을 입력받는 제2단계; 소호각 지령치와 상기 소호각 측정치의 차이를 기초로, 유효전력 보정치를 출력하는 제3단계; 유효전력 지령치에 유효전력 보정치를 더한 값으로 유효전력 지령치를 변경하는 제4단계; 전류형 인버터로 유효전력 지령치 만큼의 유효전력이 공급되도록, HVDC로 제어신호를 송신하는 제5단계를 포함할 수 있다.
또한 일 실시예에서, 제5단계 이후에, 전류형 인버터의 소호각 측정치를 새로 입력받고, 제3단계 내지 제5단계를 반복하는 제6단계를 더 포함할 수 있고, 나아가, 새로 입력받은 상기 소호각 측정치가 상기 소호각 지령치와 같아지거나, 상기 소호각 측정치와 상기 소호각 지령치와의 차이가 기 설정된 차이 이하가 될 때까지 제6단계를 반복할 수 있다.
먼저, 소호각 제어장치(110)는 HVDC(120)의 전류형 인버터가 가져야 할 목표값인 소호각 지령치를 입력받는 단계를 수행할 수 있다. 그리고 전류형 인버터의 실제 소호각 측정치를 입력받는 단계를 수행할 수 있다.
소호각 제어장치(110)는 소호각 지령치와 소호각 측정치를 비교하여 소호각 제어가 필요한지 여부를 판단하는 단계를 수행할 수 있다. 예를 들면, 소호각 지령치와 소호각 측정치의 차이가 기 설정된 기준치 이하이거나, 소호각 지령치와 소호각 측정치가 동일한 경우에는 소호각의 제어를 수행하지 않도록 구성할 수 있다.
소호각 제어가 필요한지 여부를 판단하는 단계는, 도 3에 도시된 것과 다른 단계에서 수행될 수도 있고, 이 단계가 수행되지 않도록 구성될 수도 있으나, 바람직하게는 소호각 측정치가 입력될 때에 수행되도록 하여 제어가 불필요한 경우에는 제어장치가 제어를 수행하지 않도록 구성될 수 있다.
다음으로, 입력받은 소호각 지령치와 소호각 측정치를 기초로 유효전력 보정치를 출력하는 단계를 수행할 수 있다. 일 실시예에 따른 소호각 제어장치는 인버터단의 소호각에 반응하여 유효전력을 조정하여 종국적으로 소호각을 제어하는 것을 특징으로 한다. 입력받은 소호각 지령치와 소호각 측정치를 기초로 유효전력 보정치를 출력하는 단계에 대한 구체적인 설명은 이하에서 기술하도록 한다.
다음으로, 소호각 제어장치는 유효전력 지령치에 유효전력 보정치를 더한 값으로 유효전력 지령치를 변경하는 단계를 수행할 수 있다. 여기서 유효전력 지령치는 단계 수행 전 입력될 수 있고, 단계 중 임의의 단계에서 입력될 수도 있다. 또한 유효전력 지령치는 소호각 제어장치가 새로운 유효전력 지령치로 변경하므로, 변경된 유효전력 지령치가 저장되었다가 호출될 수도 있다.
유효전력 지령치는 전류형 인버터로 공급되는 유효전력의 목표 값이다. 유효전력 보정치는 유효전력의 목표 값이 변해야하는 정도로서, 기존 유효전력 지령치에 출력된 유효전력 보정치가 더해져 새로운 유효전력 지령치가 될 수 있다. 본 발명에서는 유효전력이 지나치게 커져 소호각이 지나치게 작아진 경우 이를 제어하기 위한 것이므로, 일반적으로 유효전력 보정치는 음수를 나타낼 수 있다. 도 2의 유효전력 보정치에 (-)표시를 도시한 것은 이를 나타낸다. 그러나 제어방법에 따라 유효전력 및 소호각이 제어되는 과정 내에서 일부 유효전력 보정치가 양수를 나타낼 수도 있다.
다음으로, 전류형 인버터로 유효전력 지령치 만큼의 유효전력이 공급되도록, HVDC(120)로 제어신호를 송신하는 단계를 수행할 수 있다. 예를 들면, 제어신호는 전류형 HVDC의 전류형 정류기를 제어하는 신호를 포함하고, 전류형 정류기를 통과하는 DC전류가 감소되도록 제어할 수 있다. 이에 따라 전류형 인버터로 공급되는 유효전력을 감소시켜 소호각을 증가시킬 수 있다.
이하에서는 소호각 제어장치(110)가 소호각 지령치 및 소호각 측정치를 기초로 유효전력 보정치를 출력하는 방법에 대하여 설명한다.
인버터의 DC전압과 소호각은 다음과 같은 관계에 있다.
Figure pat00001
여기서
Figure pat00002
는 인버터의 DC전압,
Figure pat00003
는 인버터의 DC전류,
Figure pat00004
는 소호각을 나타낸다.
Figure pat00005
는 HVDC구조에 따라 결정되는, 전압의 차원을 갖는 상수,
Figure pat00006
는 인버터측의 등가정류저항이다.
또한 총 유효전력은 다음과 같다
Figure pat00007
Figure pat00008
는 전류형 인버터로 공급되는 유효전력이고,
Figure pat00009
는 전압형 컨버터로 공급되는 유효전력이다.
Figure pat00010
는 전압형 컨버터를 포함하고 유효전력이 공급되는 다른 수전단이 있는 경우에 고려될 수 있다.
Figure pat00011
이고,
Figure pat00012
라 놓으면, 전류형 인버터로 공급되는 DC전류는
Figure pat00013
이고, 유효전력은,
Figure pat00014
가 된다.
이 식은 소호각과 유효전력의 관계를 나타낸다. DC전압이 인정하게 유지된다고 가정하면, 전류형 인버터로 공급되는 DC전류 또는 유효전력과
Figure pat00015
가 양의 상관관계를 가지므로, 전류형 인버터로 공급되는 DC전류 또는 유효전력과 소호각
Figure pat00016
는 0 - 90°에서 음의 상관관계를 가진다. 즉 인버터의 DC전류가 작아질수록 소호각이 커지는 관계를 가진다. 따라서 전류형 인버터로 공급되는 유효전력을 제어함으로써 소호각을 제어할 수 있다.
소호각 제어장치(110)는 위 식을 이용하여 전류형 인버터로 공급되어야 할 유효전력 값을 출력할 수 있고, 현재 공급되는 유효전력을 빼는 과정을 거쳐 유효전력 보정치를 출력할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 소호각 제어장치(110)는 피드백 제어를 수행할 수 있다. 도 3에는 소호각 제어장치(110)가 HVDC(120)로 제어신호를 송신하고, 제어신호에 따라 HVDC(120)가 제어되어 변경된 소호각 측정치를 새롭게 수신하는 단계가 도시되어있다. 즉, 소호각을 입력값으로 하고, 유효전력 보정치를 출력값으로 하는 피드백 제어를 반복적으로 수행하여 소호각 측정치를 지령치에 접근하도록 하는, 피드백 제어를 수행할 수 있다.
구체적으로, 전류형 인버터의 소호각 측정치를 새로 입력받고, 제3단계 내지 제5단계를 반복하는 제6단계를 더 포함할 수 있고, 나아가, 새로 입력받은 상기 소호각 측정치가 상기 소호각 지령치와 같아지거나, 상기 소호각 측정치와 상기 소호각 지령치와의 차이가 기 설정된 차이 이하가 될 때까지 제6단계를 반복할 수 있다.
일 실시예에서 소호각 제어장치가 소호각 지령치와 상기 소호각 측정치의 차이를 기초로, 유효전력 보정치를 출력하는 제3단계는 소호각 지령치와 소호각 측정치의 차이를 기초로, 비례(Proportional) 제어 또는 비례-적분(Proportional-Integral) 제어에 의하여 유효전력 보정치를 출력하도록 더 구성될 수 있다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비례 제어방식(P 제어방식)과 비례-적분 제어방식(PI 제어방식)에 따른 결과그래프를 나타낸 도면이다.
비례(Proportional, P) 제어는 조작량의 크기를 지령치와 측정치 사이의 차에 비례하도록 하여 조절하는 방식이다. 가장 기본적인 제이며 장점으로는 미세하게 목표값에 가까이할 수 있으며, 제어회로의 구성이 매우 간단하다는 점이다.
비례제어만으로 잘 제어가 될 것 같지만, 실제로는 제어량이 목표값에 접근하면 조작량이 너무 작아지고, 더이상 미세하게 제어할 수 없는 상태가 되어, 결국 목표치와 가까운 상태에서 미세한 오차를 둔 채 안정한 상태가 되고, 목표치에 도달하지 못하는 현상이 발생한다. 여기서 미세한 오차를 잔류편차라고 한다. 도 4의 P 제어 그래프에는 이러한 안정한 상태, Steady state가 나타나있다. 이러한 경우, P 제어에 의하면, 지령치와 측정치과 일정 % 차이 이하가 될 때까지 제어를 하는 것으로 설정할 수 있다.
비례-적분(Proportaional-Intergal, PI) 제어는 이러한 문제에 있어 P 제어보다 개선된 것으로서, 비례제어 항과 적분제어 항을 함께 쓴다는 뜻에서 이러한 이름으로 명명된다. P 제어가 값의 단순 차이에만 의존하여 정상상태 오차가 발생하므로, PI 제어는 적분 항이 부가되고 잔류편차를 시간적으로 누적하여, 어떤 크기로 된 곳에서 조작량을 증가하여 편차를 없애도록 동작할 수 있다.
여기서 P 제어 및 PI 제어는 Feedback 제어인데, 본 발명에서 Feedback은 제어기에서 출력된 값 그 자체가 입력값으로 Feedback 되는 것이 아니라, 출력값은 유효전력 보정치가 되고, 이 유효전력 보정치에 따라 HVDC 회로에 제어신호가 송신됨에 따라 변경된 소호각 측정치가 입력값이 되는 방식으로 Feedback될 수 있다.
이 외에도 예를 들어 PID 제어방식과 같은 다양한 제어방식, 내지는 다양한 Feedback 제어방식에 따라 소호각 제어를 수행할 수 있으나, 신속하게 소호각을 제어하기 위해서는 구성이 간단하여 빠르게 제어를 수행할 수 있는 비례 제어 또는 비례-적분 제어가 바람직 할 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 HVDC의 구성을 나타낸 도면이다. 일 실시예에 따른 HVDC(500)는 전류형 HVDC(510)를 포함할 수 있고, 전류형 HVDC(510)는 전류형 정류기(512) 및 전류형 인버터(514)를 포함할 수 있다.
유효전력을 제어함으로써 소호각을 높이는 간단한 방법으로서 유효전력을 낮추는 방법이 있을 수 있다. 전류형 인버터(514)로 공급되는 유효전력을 낮추면 간단하게 소호각을 높일 수 있다. 더욱 구체적으로는, 전류형 정류기(512)를 제어하여 전류형 정류기(512)를 통과하는 DC전류가 감소되도록 제어할 수 있다. 소호각 제어장치(110)는 이러한 제어신호를 HVDC(500)로 송신하도록 구성될 수 있다.
나아가, 많은 유효전력을 공급하는 것이 송전의 기본 목적인 만큼, 유효전력을 감소시키는 것보다는 유효전력을 다른 수전단으로 옮기도록 구성한다면 더욱 효과적인 제어가 될 수 있다. 즉, 전류형 인버터(514)로 공급되는 유효전력을 다른 수전단으로 옮김으로써 결과적으로 공급되는 유효전력 총량은 유지되면서, 전류형 인버터(514)로 공급되는 유효전력을 감소시켜 소호각이 일정 수준 이상을 유지할 수 있도록 제어할 수 있다.
바람직하게는, 전압형 컨버터를 포함하는 회로로 유효전력이 옮겨가도록 함이 타당하다. 왜냐하면, 전압형 컨버터에 포함되는 IGBT가 스스로 턴온, 턴오프가 가능하여 소호각 문제가 없기 때문이다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 따른 HVDC의 구성 및 HVDC의 개략적인 회로를 나타낸 도면이다. 일 실시예에 따르면, 소호각 제어장치(110)가 전류형 HVDC(610)를 포함하는 HVDC(600)의 전류형 인버터(614)의 소호각을 제어하는 방법에서 HVDC(600)는, 전류형 HVDC(610)와 병렬구조를 갖도록 구성된 전압형 HVDC(620)를 더 포함하고, 제어신호는 전압형 HVDC(620) 측으로 유효전력 편차가 공급되도록 ― 유효전력 편차는 전류형 인버터(614)에 공급되는 유효전력과 유효전력 지령치의 차이임 ― 전압형 HVDC(620)의 전압형 정류기(622) 및 전압형 인버터(624) 중 적어도 하나를 제어하는 신호를 포함할 수 있다.
도 8 및 도 9는 다른 실시예에 따른 HVDC의 구성 및 HVDC의 개략적인 회로를 나타낸 도면이다. 실시예에 따르면, 소호각 제어장치(110)가 전류형 HVDC(810)를 포함하는 HVDC(800)의 전류형 인버터(814)의 소호각을 제어하는 방법에서 HVDC(800)는, 전류형 인버터(814) 측에 다중터미널로 연결된 다중터미널 수전단(813)을 더 포함하고, 제어신호는 다중터미널 수전단(830) 측으로 유효전력 편차가 공급되도록 ― 유효전력 편차는 전류형 인버터(814)에 공급되는 유효전력과 유효전력 지령치의 차이임 ― 다중터미널 수전단(830)의 전압형 인버터(832)를 제어하는 신호를 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 제어방법에 따른 유효전력의 흐름 및 효과를 나타낸 도면이다.
일 실시예에 따르면, 소호각 제어장치는 전류형 HVDC와 병렬(MIDC)로 혹은 다중터미널(MTDC)로 연결되는 전압형 컨버터의 운영시스템에 구성되어, 전압형 컨버터로 유효전력 편차를 공급하도록 함으로써 전류형 인버터단의 소호각을 제어할 수 있다. 이에 따라 전압형 컨버터가 인버터단의 소호각에 반응하여 유효전력을 조정하는데 그 원리가 있다. 즉 도 10에서
Figure pat00017
를 조절하여
Figure pat00018
를 제어하고, 종국적으로 소호각
Figure pat00019
를 제어할 수 있다.
Figure pat00020
는 변함이 없으므로 소호각 제어에 따라 유효전력 공급의 비효율성이 발생하지 않는 장점이 있다.
일 실시예에서 전압형 컨버터 동작의 특징은 전류형 HVDC의 인버터단의 소호각을 반영하여 유효전력을 제어하는데 있고, 나아가 송전단에서 전송하는 유효전력을 전류형 HVDC의 인버터, 그리고 해당 인버터와 같은 모선 혹은 같은 영역에 설치된 전압형 컨버터가 나누어 수전하는 구조, 예를 들면 MIDC, MTDC 등에서도 구현될 수 있다. 이러한 효과는 본 발명에서 명시적으로 개시한 실시 예 뿐 아니라, 싸이리스터 기반의 전류형 컨버터, 그리고 전압형 컨버터의 조합으로 이루어진 다양한 전력기기를 통해서도 얻어질 수 있다.
전류형 HVDC의 인버터단의 유효전력 수전량이 많을수록 무효전력 소비가 커서 DC전압의 강하가 발생한다. 송전단의 유효전력 전달량은 동일하다고 할 때, 전압형 컨버터가 전력을 더 많이 수전할수록 전류형 인버터단의 유효전력 수전량을 줄일 수 있고, 이에 따라 전류형 인버터단의 DC 전압 강하와 AC 전압 강하를 줄일 수 있고, 소호각이 증가되도록 할 수 있다. 궁극적으로는 소호각이 낮아짐에 따라 발생하는 정류실패 문제를 회피할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : HVDC 운영시스템
110 : 소호각 제어장치
120, 500, 600, 800 : HVDC
510, 610, 810 : 전류형 HVDC
512, 612, 812 : 전류형 정류기
514, 614, 814 : 전류형 인버터
620 : 전압형 HVDC
622 : 전압형 정류기
624 : 전압형 인버터
830 : 다중터미널 수전단
832 : 전압형 인버터

Claims (9)

  1. 소호각 제어장치가 전류형 HVDC를 포함하는 HVDC의 전류형 인버터의 소호각을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 전류형 인버터의 소호각 지령치를 입력받는 제1단계;
    상기 전류형 인버터의 소호각 측정치을 입력받는 제2단계;
    상기 소호각 지령치와 상기 소호각 측정치의 차이를 기초로, 유효전력 보정치를 출력하는 제3단계;
    유효전력 지령치에 상기 유효전력 보정치를 더한 값으로 상기 유효전력 지령치를 변경하는 제4단계;
    상기 전류형 인버터로 상기 유효전력 지령치 만큼의 유효전력이 공급되도록, 상기 HVDC로 제어신호를 송신하는 제5단계를 포함하는,
    방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제5단계 이후에, 상기 전류형 인버터의 소호각 측정치를 새로 입력받고,
    상기 제3단계 내지 상기 제5단계를 반복하는 제6단계를 더 포함하는,
    방법.
  3. 제2항에 있어서
    새로 입력받은 상기 소호각 측정치가 상기 소호각 지령치와 같아지거나, 상기 소호각 측정치와 상기 소호각 지령치와의 차이가 기 설정된 차이 이하가 될 때까지 제6단계를 반복하도록 구성된,
    방법.
  4. 제1항에 있어서
    상기 제어신호는, 상기 전류형 HVDC의 전류형 정류기를 제어하는 신호를 포함하는,
    방법.
  5. 제1항에 있어서
    상기 HVDC는, 상기 전류형 HVDC와 병렬구조를 갖도록 구성된 전압형 HVDC를 더 포함하고,
    상기 제어신호는 상기 전압형 HVDC 측으로 유효전력 편차가 공급되도록 ― 상기 유효전력 편차는 상기 전류형 인버터에 공급되는 유효전력과 상기 유효전력 지령치의 차이임 ― 상기 전압형 HVDC의 전압형 정류기 및 전압형 인버터 중 적어도 하나를 제어하는 신호를 포함하는,
    방법.
  6. 제1항에 있어서
    상기 HVDC는, 상기 전류형 인버터 측에 다중터미널로 연결된 다중터미널 수전단을 포함하고,
    상기 제어신호는 상기 다중터미널 수전단 측으로 유효전력 편차가 공급되도록 ― 상기 유효전력 편차는 상기 전류형 인버터에 공급되는 유효전력과 상기 유효전력 지령치의 차이임 ― 상기 다중터미널 수전단의 전압형 인버터를 제어하는 신호를 포함하는,
    방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3단계는 상기 소호각 지령치와 상기 소호각 측정치의 차이를 기초로, 비례 제어 또는 비례-적분 제어에 의하여 유효전력 보정치를 출력하도록 더 구성되는,
    방법.
  8. 전류형 HVDC를 포함하는 HVDC의 전류형 인버터의 소호각을 제어하는 소호각 제어장치에 있어서,
    상기 전류형 인버터의 소호각 지령치를 입력받고,
    상기 전류형 인버터의 소호각 측정치을 입력받고,
    상기 소호각 지령치와 상기 소호각 측정치의 차이를 기초로, 유효전력 보정치를 출력하고,
    유효전력 지령치에 상기 유효전력 보정치를 더한 값으로 상기 유효전력 지령치를 변경하고,
    상기 전류형 인버터로 상기 유효전력 지령치 만큼의 유효전력이 공급되도록, 상기 HVDC로 제어신호를 송신하도록 구성된,
    소호각 제어장치.
  9. 제8항에 있어서,
    소호각 측정치가 상기 소호각 지령치와 같아지거나, 상기 소호각 측정치와 상기 소호각 지령치와의 차이가 기 설정된 차이 이하가 될 때까지,
    상기 HVDC로 제어신호를 송신한 이후에, 상기 전류형 인버터의 소호각 측정치를 새로 입력받고,
    새로 입력받은 상기 소호각 지령치와 상기 소호각 측정치의 차이를 기초로, 유효전력 보정치를 출력하고,
    유효전력 지령치에 상기 유효전력 보정치를 더한 값으로 상기 유효전력 지령치를 변경하고,
    상기 전류형 인버터로 상기 유효전력 지령치 만큼의 유효전력이 공급되도록, 상기 HVDC로 제어신호를 송신하는 과정을 반복하도록 더 구성된,
    소호각 제어장치.
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