KR20210112192A - 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 hvdc 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 hvdc 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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이방욱
이호윤
박규훈
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Abstract

본 발명에 따른 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템은, 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환기; 고장전류의 발생을 감지하고 상기 고장전류 레벨을 낮추는 한류기;및 상기 레벨이 낮춰진 고장전류를 차단하는 차단기;를 포함하고, 상기 한류기는, 상기 고장전류의 발생을 감지하는 초전도체; 정상상태의 전류가 흐르는 주 전류 경로 상에 마련되어 상기 고장전류 발생시 상기 주 전류 경로 상에 흐르는 고장전류를 차단하는 스위치부;및 상기 스위치부가 마련된 주 전류 경로와 병렬로 배치되어 상기 고장전류의 레벨을 낮추는 저항;을 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 사용하여 고장전류의 발생을 감지하고 상기 고장전류의 레벨을 낮춤으로써, 차단기의 스트레스를 감소시킬 수 있다.

Description

초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템 및 그 제어방법{VSC-HVDC system including hybrid type fault current limiter using superconductor and its control method}
본 발명은 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 사용하여 고장전류의 발생을 감지하고 상기 고장전류의 레벨을 낮추는 전압형 HVDC 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
1980년대 전력 계통과는 달리 근래 전력시스템은, 급증하는 전력 수요에 따라 국가 간, 기존 시스템 간 연계가 지속적으로 증가하고 있으며, 미래 에너지원으로 간주되는 신재생에너지를 비롯한 신기술의 활용에 따라 시스템의 복잡성과 안전정에 대한 검토의 필요성이 대두되고 있다. 이에 따라, 장거리 대용량 송전에 대한 필요성은 불가피하게 되었으며, 기존 AC 송전의 승압 방식을 통한 시스템의 효율성과 경제성에 대한 검토가 이루어져왔다. 이에 따라, 최근 장거리 대용량 송전에 특화된 DC 그리드 HVDC(High Voltage Direct Current) 송전 시스템이 주목받고 있다.
DC 전류는 기존 AC 전류와 달리, 자연 전류 영점이 존재하지 않는다. 따라서 보편적인 기계식 차단기가 아닌 DC 고장전류의 빠른 상승속도와 막대한 크기를 감당할 수 있는 고속 DC 차단기가 필수적으로 요구된다.
HVDC 시스템의 고장전류는 수 ms 내에 최대 수집 kA로 빠르게 상승하는 특성을 갖기 때문에 이를 감당하는 고속 차단 기술에 대한 구현이 어려운 것이 현실이다. 특히, 주 회로를 개폐하는 Ultra Fast Switch(UFS)에 대한 안전성과 경제성 확보, 사이즈 측면에서의 효율성 문제는 실 계통에 대한 적용을 어렵게 하는 장애물이다. 또한, HVDC 시스템 회복 관점에서 사고 후 시스템을 정상적으로 동작시키기 위해서는 HVDC 차단기와 컨버터 등의 전력기기 간 보호협조가 필수적으로 요구되며, 재폐로 동작 특성에 대한 안정성 확보가 필수적이다. 이에, 차단기의 스트레스를 효율적으로 감소시켜줄 수 있는 한류기 적용이 고려되어야 한다.
한류기의 대표적인 유형중 하나로 간주되는 초전도 한류기의 경우 AC 시스템에서의 적용 타당성 연구는 다양한 문헌과 실증을 통해 이미 검증되어 왔다. DC 시스템에서도 초전도 한류기의 적용이 필요한 실정이며, 본 발명에서는 저항형 초전도 한류기와 포화철심형 초전도 한류기의 단점을 극복하는 하이브리드형 초전도 한류기에 대한 내용을 개시한다.
한국등록특허 제10-1182968호
본 발명은 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 사용하여 고장전류의 발생을 감지하고 상기 고장전류의 레벨을 낮추는 전압형 HVDC 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환기; 고장전류 발생시 상기 고장전류 레벨을 낮추는 한류기;및 상기 레벨이 낮춰진 고장전류를 차단하는 차단기;를 포함하고, 상기 한류기는, 임피던스가 가변하는 초전도체부; 정상상태의 전류가 흐르는 주 전류 경로 상에 마련되어 상기 고장전류 발생시 상기 주 전류 경로 상에 흐르는 고장전류를 차단 및 우회시키는 스위치부;및 상기 스위치부가 마련된 주 전류 경로와 병렬로 배치되어 상기 고장전류의 레벨을 낮추는 저항;을 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 초전도체부는, 1차측 권선, 2차측 권선 및 철심코어를 포함하고, 상기 1차측 권선은 상기 스위치부 전단에 직렬로 연결되고, 상기 초전도체부에 정상상태 전류가 흐르는 경우 상기 철심코어는 포화상태를 유지하고, 상기 초전도체부에 고장전류가 흐르는 경우 상기 철심코어는 포화상태를 벗어나 상기 1차측 권선의 임피던스가 증가하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 스위치부는, 상기 고장전류 발생시 1차로 상기 고장전류를 상기 주 전류 경로에서 차단 및 우회시키는 제1스위치;및 상기 제1스위치 작동 후, 상기 제1스위치에 걸리는 고장전류에 의한 전압을 차단하는 제2스위치;를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 한류기를 제어하는 제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 고장전류 발생 감지시, 상기 고장전류를 주 전류 경로 상에서 차단하도록 상기 스위치부를 제어하는 on/off 제어신호를 출력하는 점에 그 특징이 있다.
또한, 상기 과제를 달성하기 위한 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템 제어방법은, 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환기; 고장전류 발생시 상기 고장전류 레벨을 낮추는 한류기;및 상기 레벨이 낮춰진 고장전류를 차단하는 차단기;를 포함하는 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템 제어방법에 있어서, 상기 전압형 HVDC 시스템에 고장전류 발생시, 초전도체부의 임피던스가 증가하는 단계; 상기 고장전류 발생시 1차로 상기 고장전류를 주 전류 경로에서 차단 및 우회되도록 제1스위치를 off하는 단계;상기 주 전류 경로에서 차단된 고장전류가 상기 주 전류 경로와 병렬로 연결된 저항으로 흘러 상기 고장전류의 레벨을 낮추는 단계;및 상기 제1스위치 off 후, 상기 제1스위치에 걸리는 고장전류에 의한 전압을 차단하도록 제2스위치를 off하는 단계;를 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 초전도체부의 임피던스가 증가하는 단계;에서 상기 초전도체부는, 1차측 권선, 2차측 권선 및 철심코어를 포함하고, 상기 1차측 권선은 상기 스위치부 전단에 직렬로 연결되고, 상기 초전도체부에 정상상태 전류가 흐르는 경우 상기 철심코어는 포화상태를 유지하고, 상기 초전도체부에 고장전류가 흐르는 경우 상기 철심코어는 포화상태를 벗어나 상기 1차측 권선의 임피던스가 증가하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 특히 상기 제2스위치를 off하는 단계;이후, 상기 차단기를 작동하여 상기 고장전류를 차단하는 단계;를 더 포함하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 사용하여 고장전류의 발생을 감지하고 상기 고장전류의 레벨을 낮춤으로써, 차단기의 스트레스를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 전압형 HVDC 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 저항형 초전도 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 포화철심형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예로 하이브리드형 초전도 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 한류기의 동작을 도시한 도면이다.
도 8은 한류기 종류에 따른 사고구간에서 전류 파형을 도시한 도면이다.
도 9는 한류기 종류에 따른 사고구간에서 차단기가 소모하는 에너지를 도시한 도면이다.
도 10는 한류기 종류에 따른 회복구간에서 전류 파형을 도시한 도면이다.
도 11은 한류기 종류에 따른 과도구간에서 전압 파형을 도시한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 전압형 HVDC 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전압형 HVDC 시스템은 전력변환기(100), 한류기(200) 및 차단기(300)를 포함하여 구성된다. 상기 전력변환기(100)는 교류전력을 직류전력으로 변환하고, 상기 한류기(200)는 전압형 HVDC 시스템에 고정전류가 발생한 경우, 그 레벨을 낮추는 역할을 한다. 상기 차단기(300)는 상기 레벨이 낮춰진 고장전류를 차단한다.
전압형 HVDC 시스템은 한류기(200)를 포함함으로써, 고장전류 차단시 차단기(300)의 스트레스를 감소한다.
도 2는 저항형 초전도 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 저항형 초전도 한류기(250)는 차단기(300)가 정상적으로 작동할 수 있는 시간을 확보해 주는 리액터(251)가 필수적으로 요구된다. 고장전류가 발생하는 경우, 초전도체(
Figure pat00001
)는 빠른 속도로 증가하여 고장전류를 한류한다. 정상상태에서 초전도체(
Figure pat00002
)는 거의 무시할 만한 작은 값을 가진다. 그러나, 고장전류 발생시, 단락 전류가 초전도체(
Figure pat00003
)의 임계 전류 값을 초과하는 순간 매우 빠른 속도로
Figure pat00004
가 증가하여 고정 전류를 제한하는 방식이다.
Figure pat00005
의 빠른 상승은
Figure pat00006
양단에 걸리는 전압을 상승하게 만들기 때문에 전류를 인덕터와 저항으로 구성되는 shunt측(
Figure pat00007
)으로 이동시킴으로써 초전도체(
Figure pat00008
)에 걸리는 전압 증가를 제한시킨다.
도 3은 포화철심형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 포화철심형 한류기(260)는 철심코어의 자계특성을 이용하여 계통의 유도리액턴스 성분을 통해 고정전류를 제한하는 방식이다. 정상상태 전류에서는 철심코어가 포화상태이며
Figure pat00009
,
Figure pat00010
는 매우 작은 값을 유지한다. 고장전류 발생시 철심코어는 포화상태를 유지하지 못하고 투자율이 증가하면서 임피던스가 동시에 증가한다. 증가된 임피던스는 결과적으로 고장전류의 레벨을 감소시키는 역할을 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예로 하이브리드형 초전도 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 한류기(200)는 초전도체부(210), 스위치부(220) 및 저항(230)를 포함하여 구성된다.
상기 초전도체부(210)는 임피던스가 가변한다. 상기 초전도체부(210)는 정상상태 전류에서는 임피던스가 거의 제로에 가깝게 유지되며, 고장전류 발생시 임피던스가 증가한다.
상기 스위치부(220)는 정상상태에 전류가 흐르는 주 전류 경로 상에 마련되고 고장전류 발생시 상기 주 전류 경로 상에 흐르는 고장전류를 차단 및 우회시킨다.
상기 저항(230)은 상기 스위치부(220)가 마련된 주 전류 경로와 병렬로 배치되어 상기 고장전류의 레벨을 낮출 수 있다.
상기 한류기(200)는 고장전류의 레벨을 낮춤으로써 차단기(300)가 부담하는 스트레스를 경감시켜주는 역할을 한다.
보다 구체적으로, 상기 초전도체부(210)는 1차측 권선(211), 2차측 권선(212) 및 철심코어(213)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 1차측 권선(211)은 상기 스위치부(220) 전단에 직렬로 연결된다. 상기 초전도체부(210)에 정상상태 전류가 흐르는 경우 상기 철심코어(213)는 포화상태를 유지하고, 상기 철심코어(213)가 포화상태인 경우 상기 1차측 권선(211)의 리액터(L)값은 아주 작은 상태를 유지할 수 있다.
상기 초전도체부(210)에 고장전류가 흐르는 경우 상기 철심코어(213)는 포화상태를 유지하지 못하고 상기 1차측 권선(211)의 리액터(L)의 임피던스가 증가한다.
상기 스위치부(220)는 제1스위치(221) 및 제2스위치(222)를 포함하여 구성된다. 상기 제1스위치(221)는 고장전류 발생시 1차로 상기 고장전류를 상기 주 전류 경로에서 차단 및 우회시킬 수 있다.
상기 제1스위치(221)에 의해 차단 및 우회된 고장전류는 상기 저항(230)으로 흐르면서 고장전류의 레벨을 낮추게 된다.
상기 제2스위치(222)는 상기 제1스위치(221)의 1차 고장전류 차단 후, 제1스위치(221)에 걸리는 고장전류에 의한 전압을 차단한다. 상기 제1스위치(221)가 주 전류 경로로 흐르는 고장전류를 차단하면, 고장전류는 주 전류 경로와 병렬로 연결된 저항(230)으로 우회된다. 이 때, 저항(230)에 고장전류가 흐름으로써 발생하는 전압이 주 전류 경로상에도 걸리므로 상기 전압에 의해 상기 제1스위치(221)가 전기적 파괴가 될 가능성이 커진다. 이에 상기 제1스위치(221) 전단에 상기 제2스위치(222)를 배치하여 2차로 off 시켜 상기 제1스위치(221)를 전기적 파괴로부터 보호하며 고장전류를 주 전류 경로에서 완전히 차단할 수 있다.
상기 제1스위치(221)는 IGBT와 같은 전력전자 스위치, 상기 제2스위치(222)는 고속스위치로 구성될 수 있으며, 그 종류의 제한을 두지 않는다.
상기 전압형 HVDC 시스템은 한류기(200)를 제어하는 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다.
상기 제어기는 상기 초전도체(210)에서 고장전류 발생 감지 시, 상기 고장전류를 주 경로 상에서 차단하도록 상기 스위치부(220)를 제어한다. 보다 구체적으로, on/off 제어신호를 출력하여 상기 스위치부(220)를 제어할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 도 4의 한류기의 동작을 도시한 도면이다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템 제어방법을 설명한다.
본 발명에 따른, 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템 제어방법은, 먼저 상기 전압형 HVDC 시스템에 고장전류 발생시, 초전도체부(210)의 임피던스가 증가하는 단계(S10)가 수행된다. 상기 초전도체부(210)는 1차측 권선(211), 2차측 권선(212) 및 철심코어(213)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 1차측 권선(211)은 상기 스위치부(220) 전단에 직렬로 연결된다. 상기 초전도체부(210)에 정상상태 전류가 흐르는 경우 상기 철심코어(213)는 포화상태를 유지하고, 상기 철심코어(213)가 포화상태인 경우 상기 1차측 권선(211)의 리액터(L)값은 아주 작은 상태를 유지할 수 있다.
상기 초전도체부(210)에 고장전류가 흐르는 경우 상기 철심코어(213)는 포화상태를 유지하지 못하고 상기 1차측 권선(211)의 리액터(L)의 임피던스가 증가한다.
도 5는 정상상태에서 전류의 흐름을 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 정상상태에서 초전도체부(210)의 철심코어(213)는 포화상태로 1차측 권선(211)의 리액터(
Figure pat00011
)는 작은 값을 가지고, DC 측 전류
Figure pat00012
는 1차측 권선(211)의 낮은 임피던스를 통해 흐르게 된다. 사고 발생 시, 고장전류가 흐르게 되고 전류
Figure pat00013
는 빠르게 증가하면서 철심코어(213)는 더이상 포화상태가 아니게 된다. 상기 철심코어(213)의 포화상태가 깨지면서 상기
Figure pat00014
이
Figure pat00015
가 되면서 임피던스가 증가하게 된다.
이어서, 상기 고장전류 발생시, 1차로 상기 고장전류를 주 전류 경로에서 차단 및 우회되도록 제1스위치(221)를 off하는 단계(S20)가 수행된다. 도 6을 참조하면, 제어기(미도시)는 고장전류 발생 감지 시, 고장전류가 주 전류 경로로 흐르는 것을 차단하기 위해, 먼저 제1스위치(221)를 off하는 제어신호를 출력하고, 상기 제1스위치(221)는 off된다. 상기 제1스위치가 off됨에 따라, 고장전류는 주 전류 경로에서 차단 및 우회되고, 저항(230)을 통해 고장전류를 제한하게 된다.
이어서, 상기 주 전류 경로에서 차단 및 우회된 고장전류가 상기 주 전류 경로와 병렬로 연결된 저항(230)으로 흘러 상기 고장전류의 레벨을 낮추는 단계(S30)가 수행된다.
이어서, 상기 제1스위치(221) off 후, 상기 제1스위치(221)에 걸리는 고장전류에 의한 전압을 차단하도록 제2스위치(222)를 off하는 단계(S40)가 수행된다.
상기 제2스위치(222)는 상기 제1스위치(221)의 1차 고장전류 차단 후, 제1스위치(221)에 걸리는 고장전류에 의한 전압을 차단한다. 상기 제1스위치(221)가 주 전류 경로로 흐르는 고장전류를 차단하면, 고장전류는 주 전류 경로와 병렬로 연결된 저항(230)으로 우회된다. 이 때, 저항(230)에 고장전류가 흐름으로써 발생하는 전압이 주 전류 경로상에도 걸리므로, 상기 전압에 의해 상기 제1스위치(221)가 전기적 파괴가 될 가능성이 커진다. 이에 상기 제1스위치(221) 전단에 상기 제2스위치(222)를 배치하여 2차로 off 시켜 상기 제1스위치(221)를 전기적 파괴로부터 보호하며 고장전류를 주 전류 경로에서 완전히 차단할 수 있다.
이어서, 상기 S40 단계 이후, 차단기(300)를 작동하여 상기 고장전류를 차단하는 단계(S50)가 수행될 수 있다. 상기 차단기(300)를 작동함으로써, 고장전류는 HVDC 시스템에서 완전히 차단된다.
이어서, 상기 S50 단계 이후 상기 HVDC 시스템이 회복되는 회복단계(S60)가 수행될 수 있다. 상기 S60단계에서는 고장전류 및 과전압이 발생되는 과도구간(Transient period)에서 고장전류를 제한 및 차단한 한류기(200)와 차단기(300)가 정상상태로 회복된다. 즉, 한류기(200)의 초전도체부(210)는 고장전류가 흐르기 전, 즉, 낮은 임피던스 상태로 나타나도록 회복하며, 스위치부(220)의 off 되었던 제1스위치(221) 및 제2스위치(222)도 다시 on 상태로 회복하게 된다.
도 8은 한류기 종류에 따른 사고구간에서 전류 파형을 도시한 도면이다.
도 9는 한류기 종류에 따른 사고구간에서 차단기가 소모하는 에너지를 도시한 도면이다.
도 10는 한류기 종류에 따른 회복구간에서 전류 파형을 도시한 도면이다.
도 11은 한류기 종류에 따른 과도구간에서 전압 파형을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 11은, case1은 저항형 한류기, case2는 철심포화형 한류기 case3는 본 발명인 하이브리드형 한류기에 대한 그래프이다. 0.2초에 고장전류가 발생하고, 전류가 4,3kA에 고장전류 레벨이 낮춰지고, 0.201초에 차단기가 작동하고, 0.4초에 HVDC 시스템에 회복되도록 설정되었다.
본 발명인 case3은 case1과 비교하여, 고장전류를 감지하는 리액터(251)를 따로 구비하지 않아도 되고, case1은 회복이 느리게 되는데 반해 빠르게 회복되는 것을 확인할 수 있다. 또한, case3은 case2와 비교하여, 초전도체(210)는 고장전류를 감지하는 역할만 하기 때문에 포화철심형 한류기(260)에 비해 작은 리액터값을 사용할 수 있고, case2는 리액터 성분으로만 한류를 하여 전류가 지연이되어 고장전류의 레벨을 낮추는데 시간이 오래걸리는 반면 case3은 고장전류 감지 후 저항 성분으로 고장전류의 레벨을 낮추므로 상대적으로 case2보다 차단기(300)에서 감당해야 하는 에너지 손실이 적다.
도 8 및 도 9를 참조하면, case3은 고장전류를 제한할 때, 저항요소(230)와 리액턴스(210) 조합에 의해 동작하기 때문에 case2에 비해 고장전류가 빠르게 감소함을 볼 수 있다. 따라서, 총 차단시간이 감소하게 되면 결과적으로 도 9에서와 같이 energy dissipation이 감소한다는 장점을 가질 수 있다.
도 10을 참조하면, case1의 경우에 비해 정상상태 전류 0.4kA로의 회복이 case3이 빠른 것을 확인할 수 있다. case1의 경우 회복 과정에서도 저항 성분이 지속적으로 남아있어 회복시간이 상대적으로 느리다는 단점을 가진다.
도 11의 경우, 과도구간의 전압강하 부분에서는 case2가 가장 크고, case1,2는 비슷한 것을 확인할 수 있다. 과도구간의 전압강하는 시스템의 전력품질에 영향을 준다. 또한, 0.4ms 이후 회복구간에서는 case2,3은 약간의 과전압 후 빠르게 회복되나, case1의 경우 높은 과전압을 확인할 수 있었다. 빠른 회복 전압은 과도구간에서 다양한 전력기기에 낮은 스트레스를 가하기 때문에 절연설계 측면에서 이점이 될 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100 전력변환기 200 한류기
210 초전도체 211 1차측 권선
212 2차측 권선 213 철심코어
220 스위치부 221 제1스위치
222 제2스위치 230 저항
250 저항형 한류기 260 포화철심형 한류기
300 차단기

Claims (7)

  1. 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환기;
    고장전류 발생시 상기 고장전류 레벨을 낮추는 한류기;및
    상기 레벨이 낮춰진 고장전류를 차단하는 차단기;를 포함하고,
    상기 한류기는,
    임피던스가 가변하는 초전도체부;
    정상상태의 전류가 흐르는 주 전류 경로 상에 마련되어 상기 고장전류 발생시 상기 주 전류 경로 상에 흐르는 고장전류를 차단 및 우회시키는 스위치부;및
    상기 스위치부가 마련된 주 전류 경로와 병렬로 배치되어 상기 고장전류의 레벨을 낮추는 저항;을 포함하는,
    초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초전도체부는,
    1차측 권선, 2차측 권선 및 철심코어를 포함하고,
    상기 1차측 권선은 상기 스위치부 전단에 직렬로 연결되고,
    상기 초전도체부에 정상상태 전류가 흐르는 경우 상기 철심코어는 포화상태를 유지하고, 상기 초전도체부에 고장전류가 흐르는 경우 상기 철심코어는 포화상태를 벗어나 상기 1차측 권선의 임피던스가 증가하는,
    초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 고장전류 발생시 1차로 상기 고장전류를 상기 주 전류 경로에서 차단 및 우회시키는 제1스위치;및
    상기 제1스위치 작동 후, 상기 제1스위치에 걸리는 고장전류에 의한 전압을 차단하는 제2스위치;를 포함하는,
    초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 한류기를 제어하는 제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 고장전류 발생 감지시, 상기 고장전류를 주 전류 경로 상에서 차단하도록 상기 스위치부를 제어하는 on/off 제어신호를 출력하는,
    초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템.
  5. 교류전력을 직류전력으로 변환하는 전력변환기;
    고장전류 발생시 상기 고장전류 레벨을 낮추는 한류기;및
    상기 레벨이 낮춰진 고장전류를 차단하는 차단기;를 포함하는 초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템 제어방법에 있어서,
    상기 전압형 HVDC 시스템에 고장전류 발생시, 초전도체부의 임피던스가 증가하는 단계;
    상기 고장전류 발생시 1차로 상기 고장전류를 주 전류 경로에서 차단 및 우회되도록 제1스위치를 off하는 단계;
    상기 주 전류 경로에서 차단된 고장전류가 상기 주 전류 경로와 병렬로 연결된 저항으로 흘러 상기 고장전류의 레벨을 낮추는 단계;및
    상기 제1스위치 off 후, 상기 제1스위치에 걸리는 고장전류에 의한 전압을 차단하도록 제2스위치를 off하는 단계;를 포함하는,
    초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    초전도체부의 임피던스가 증가하는 단계;에서 상기 초전도체부는,
    1차측 권선, 2차측 권선 및 철심코어를 포함하고,
    상기 1차측 권선은 상기 스위치부 전단에 직렬로 연결되고,
    상기 초전도체부에 정상상태 전류가 흐르는 경우 상기 철심코어는 포화상태를 유지하고, 상기 초전도체부에 고장전류가 흐르는 경우 상기 철심코어는 포화상태를 벗어나 상기 1차측 권선의 임피던스가 증가하는,
    초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템 제어방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2스위치를 off하는 단계;이후,
    상기 차단기를 작동하여 상기 고장전류를 차단하는 단계;를 더 포함하는,
    초전도체를 이용한 하이브리드형 한류기를 포함하는 전압형 HVDC 시스템 제어방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101182968B1 (ko) 2010-08-31 2012-09-18 엘에스산전 주식회사 하이브리드 초전도 한류기

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101182968B1 (ko) 2010-08-31 2012-09-18 엘에스산전 주식회사 하이브리드 초전도 한류기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023101187A1 (ko) * 2021-12-02 2023-06-08 재단법인 녹색에너지연구원 초전도 한류형 dc 차단기

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