KR20220106361A - 멀티레벨 컨버터의 실시간 데이터 분석 장치, 그의 동작 방법 및 시스템 - Google Patents

멀티레벨 컨버터의 실시간 데이터 분석 장치, 그의 동작 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

데이터 분석 장치는, 모듈형 멀티레벨 컨버터에 포함된 복수개의 서브 모듈 각각과 연결된 데이터 분석 장치에 있어서, 상기 복수개의 서브 모듈 각각과 연결되는 통신부, 디스플레이부, 통신부를 통해 상기 복수개의 서브 모듈 각각의 유지 보수를 위한 관리 데이터와 상기 서브 모듈 각각의 고장을 판단하기 위한 제어 데이터를 중 적어도 하나의 데이터를 수신하고, 상기 디스플레이부를 통하여 상기 복수개의 서브 모듈 각각의 관리 데이터 및 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 출력하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

멀티레벨 컨버터의 실시간 데이터 분석 장치, 그의 동작 방법 및 시스템{REAL-TIME DATA ANALYSIS APPARATUS OF MULTI-LEVEL CONVERTER, OPERATING METHOD AND SYSTEM FOR THE SAME}
본 개시는 멀티레벨 컨버터의 데이터 분석 장치 및 그의 동작 방법에 관한 것이다.
MMC(Modular Multi-level Converter)기반의 전력 변환기기는 전력전송 및 전력보상 등 다양한 분야에 개발되어 적용되고 있다.
MMC 기반 전력 변환기기는 캐패시터와 전력용 반도체, 변압기 등으로 구성되어 있으며, 캐패시터에 충전된 에너지를 전력용 반도체 소자인 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transister)로 ON/OFF 제어를 하고 이를 중첩하여 계통에 필요한 출력을 생성한다.
그리고 시스템의 모듈화를 위하여 서브 모듈이라고 일컫는 캐패시터와 IGBT 소자를 하나의 모듈 형태로 구성하여 다수의 서브 모듈을 직렬 연결하여 전체 시스템을 구성한다. 그리고 이러한 서브 모듈들은 상위 제어기에 연결되어 ON/OFF가 제어된다.
서브 모듈은 MMC 기반 전력 변환기기의 기본을 이루는 매우 주요한 요소이기 때문에 각 서브 모듈의 안정적인 동작은 전체 시스템의 안정성 확보에 기본이 된다. 그리고 실제 운전 상황에서 서브 모듈은 필연적으로 다양한 고장 상황을 마주하게 되며, 이를 회피하기 위해서 여러 센서 장치를 통하여 고장 상황을 사전에 감지하고 문제로부터 보호 동작을 수행함으로써 전체 시스템의 고장을 사전에 방지한다.
한편, MMC는 각 서브 모듈의 커패시터 전압, IGBT 스위칭 정보 등 제어에 필요한 필터링 된 정보만을 수집한다.
이는, 서브 모듈 개수가 시스템에 따라 증가하기 때문에 이를 제어하는 상위제어기의 데이터 취합 및 관리의 물리적인 한계 때문이다.
또한, 보통 수백 대의 서브 모듈이 하나의 시스템을 이루기 때문에, 서브 모듈의 내부 상태를 외부에서 관찰하기가 용이하지가 않은 실정이다.
즉, 종래의 기술은 서브 모듈의 실시간의 세부 정보가 아닌 필터링된 정보를 가지고, 시스템 제어 관점의 정보를 구성하여 사용하고 있으며, 이는, 계통 사고나 내부 서브 모듈의 고장이 발생하면 서브 모듈의 스위칭 명령과 이에 따른 서브 모듈 고장신호들의 동기화된 정보를 실시간으로 확보할 수 없기 때문에 정확한 고장 원인에 대해서 파악하기가 어려운 문제가 있었다.
본 개시의 목적은 모듈형 멀티레벨 컨버터 외부에 별도의 모니터링 장치를 구비하여 멀티레벨 컨버터에 포함된 복수개의 서브 모듈 각각의 데이터를 실시간으로 수집하기 위함이다.
본 개시의 실시 예에 따른 데이터 분석 장치는 모듈형 멀티레벨 컨버터에 포함된 복수개의 서브 모듈 각각과 연결된 데이터 분석 장치에 있어서, 상기 복수개의 서브 모듈 각각과 연결되는 통신부, 디스플레이부 및 상기 통신부를 통해 상기 복수개의 서브 모듈 각각의 유지 보수를 위한 관리 데이터 및 상기 서브 모듈 각각의 고장을 판단하기 위한 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 수신하고, 상기 디스플레이부를 통하여 상기 복수개의 서브 모듈 각각의 관리 데이터 및 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 출력하는 프로세서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 서브 모듈의 제어 데이터는 서브 모듈을 구성하는 스위치의 게이트 드라이브 단락 데이터, 게이트 드라이브 과전류 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 프로세서는 상기 스위치의 게이트 드라이브 단락 데이터, 게이트 드라이브 과전류 데이터 중 적어도 하나의 데이터가 기 설정된 범위를 이탈한 경우 해당 서브 모듈을 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 관리 데이터는 서브 모듈의 버전 데이터, 서브 모듈의 제조 일자 데이터, 서브 모듈의 펌웨어 데이터, 서브 모듈의 총 운전 시간 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 통신부는 상기 복수개의 서브 모듈 각각과 광 케이블로 연결되어, 상기 서브 모듈 각각과 광통신할 수 있다.
또한, 본 개시의 실시 예에 따른 시스템은 복수개의 서브 모듈을 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터, 상기 복수개의 서브 모듈 각각과 연결된 데이터 분석 장치 및 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터를 제어하는 상위 제어기를 포함하는 시스템에 있어서, 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터는, 상기 복수개의 서브 모듈 각각에서 획득된 필터링 된 데이터를 상기 상위 제어기로 전송하고, 상기 복수개의 서브 모듈 각각에서 획득된 관리 데이터 및 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 상기 데이터 분석 장치로 전송하고, 상기 상위 제어기는, 상기 필터링 된 데이터를 출력하고, 상기 데이터 분석 장치는, 상기 복수개의 상기 서브 모듈의 제어 데이터 및 관리 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 출력할 수 있다.
또한, 상기 필터링 된 데이터는 상기 서브 모듈의 고장 또는 정상 동작 여부를 나타낸 비트 데이터를 의미할 수 있다.
또한, 상기 제어 데이터는 서브 모듈을 구성하는 스위치의 게이트 드라이브 단락 데이터, 게이트 드라이브 과전류 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터 분석 장치는, 상기 스위치의 게이트 드라이브 단락 데이터, 게이트 드라이브 과전류 데이터 중 적어도 하나의 데이터가 기 설정된 범위를 이탈한 경우 해당 서브 모듈을 고장으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 관리 데이터는 서브 모듈의 버전 데이터, 서브 모듈의 제조 일자 데이터, 서브 모듈의 펌웨어 데이터, 서브 모듈의 총 운전 시간 데이터 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 데이터 분석 장치는, 상기 복수개의 서브 모듈 각각과 광 케이블로 연결되어, 상기 서브 모듈 각각과 광통신할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면 모듈형 멀티레벨 컨버터 외부에 별도의 모니터링 장치를 구비하고, 이를 광케이블로 연결함으로써 복수개의 서브 모듈 각각의 상태 데이터 수집하고 상태 데이터에 기초하여 서브 모듈 각각을 모니터링 할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 모듈형 멀티레벨 컨버터 외부에 별도의 모니터링 장치를 구비하여, 종래의 서브 모듈의 필터링 된 정보만을 제공하는 상위제어기와는 달리, 서브 모듈의 고장 여부를 실시간으로 판단할 수 있는 상태 데이터를 수집할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따르면 서브 모듈에서 제공되는 상태 데이터를 이용하여 고장 원인을 정확하게 파악할 수 있도록 하며, 사용자로 하여금 유지 보수에 유리한 이점이 있다.
도 1은 종래의 MMC 방식의 전압형 고전압 직류 송전 시스템(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 MMC 방식의 전압형 고전압 직류 송전 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 의한 모듈형 멀티레벨 컨버터에 포함되는 서브 모듈의 상세 구조를 도시한 도면이다.
도 4은 본 개시의 실시 예에 따른 MMC 방식의 전압형 고전압 직류 송전 시스템의 구성을 도시한 제어 블록도이다.
도 5는 본 개시의 데이터 분석 장치가 고장 판단을 위해 동작하는 방법의 일 실시예를 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 실시 예에 따른 MMC 방식의 전압형 고전압 직류 송전 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
MMC 방식의 전압형 고전압직류송전 시스템(100)은 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multi-level Converter: MMC)를 사용하여 전류를 변환하는 전압형 고전압 직류 송전 시스템일 수 있다.
MMC 방식의 전압형 고전압 직류 송전 시스템(100)은 다수(수십개~수백개)의 서브 모듈(115)로 구성되어, 짧은 제어 주기 내에 서브 모듈(115)의 상태 정보를 수집하고, 다음 제어 주기에 온/오프 되어야 할 서브 모듈(115)을 결정할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, MMC 방식의 전압형 고전압 직류 송전 시스템(100)은 모듈형 멀티레벨 컨버터(110)와 상위 제어기(120)를 포함할 수 있다.
모듈형 멀티레벨 컨버터(110)는 복수개의 서브 모듈(115)을 스위칭 함으로써, 직류를 교류로 변환하거나 교류를 직류로 변환할 수 있다. 이를 위해, 모듈형 멀티레벨 컨버터(110)는 서브 모듈의 턴 온(turn-on) 및 턴 오프(turn-off)의 타이밍을 제어할 수 있다.
또한, 서브 모듈(115)는 해당 서브 모듈(115)의 동작 상태를 나타내는 상태 데이터를 상위 제어기(120)에 전송할 수 있다. 이때, 그리고 VBE 또는 상위 제어기(120)와 서브 모듈(115) 간의 통신은 절연을 위하여 광 통신 방식을 이용하여 연결될 수 있다.
종래의 기술은 MMC 시스템에 포함된 복수개의 서브 모듈(115)을 제어하기 위해서, 서브 모듈(115)의 DC 전압 및 내부 스위칭 정보와 상태 정보를 전달할 수 있다.
구체적으로 종래의 MMC 시스템(100)은 서브 모듈(115)의 실시간의 세부 정보가 아닌 필터링 된 데이터를 상위 제어기(120)에서 수집할 수 있다.
예를 들어 필터링 된 데이터는 IGBT와 게이트 드라이브(Gate Drive, GD)의 신호 오류 여부, IGBT와 게이트 드라이브(Gate Drive, GD)의 턴-온/오프 신호 오류 여부, IGBT와 게이트 드라이브(Gate Drive, GD)의 단락 여부, IGBT와 게이트 드라이브(Gate Drive, GD)의 과전류 여부, IGBT와 게이트 드라이브(Gate Drive, GD)의 저전압 여부, 정의되지 않은 이벤트 신호 수신 여부, 서브 모듈 과전압 또는 저전압 여부, 서브 모듈의 전원 상태, 서브 모듈의 파워장치 상태 및 상위 제어기와의 정상 통신 여부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로 필터링 된 데이터는 상기 나열한 적어도 하나의 데이터를 '정상 동작' 또는 '오류 동작'여부를 0 또는 1의 비트값으로 생성하고, 디스플레이부를 통해 출력할 수 있다.
따라서 종래에는 복수개의 서브 모듈의 정상동작 또는 오류 동작 여부만을 알 수 있을 뿐이며 구체적 데이터를 분석할 경우에는 어려움이 존재하였다.
이하 도 2 내지 도 3에서 고전압 직류 송전 시스템의 구성을 설명하고, 도 4 및 도 5에서 본 개시의 시스템 구성 및 실시예를 설명한다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 MMC 방식의 전압형 고전압 직류 송전 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 복수개의 서브 모듈(115)은 직렬로 연결될 수 있다. 이 경우, 3상(3-phase)을 구성하는 어느 하나의 상의 양극 또는 음극에 연결된 복수개의 서브 모듈은 하나의 암(Arm, 130)을 구성할 수 있다. 암(Arm, 130)은 실시 예에 따라, 밸브(Valve)로 명명될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 모듈형 멀티레벨 컨버터(110)는 3상 MMC로서, 6개의 암으로 구성될 수 있다. 구체적으로, A상, B상 및 C상의 3상 각각에 대해 양극(+)과 음극(-)을 포함하는 6개의 암으로 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 모듈형 멀티레벨 컨버터(110)는 A상 양극에 대한 복수개의 서브 모듈(115)로 구성되는 제1암, A상 음극에 대한 복수개의 서브 모듈(115)로 구성되는 제2암, B상 양극에 대한 복수개의 서브 모듈(115)로 구성되는 제3암, B상 음극에 대한 복수개의 서브 모듈(115)로 구성되는 제4암, C상 양극에 대한 복수개의 서브 모듈로 구성되는 제5암, C상 음극에 대한 복수개의 서브 모듈로 구성되는 제6암으로 구성될 수 있다.
이 경우, 하나의 상에 대한 복수개의 서브 모듈은 레그(Leg)를 구성할 수 있다. 구체적으로, 하나의 상에 포함되는 양극 및 음극에 대한 복수개의 서브 모듈은 레그를 구성할 수 있다.
도 2에서, 모듈형 멀티레벨 컨버터(110)는 A상에 대한 복수개의 서브 모듈로 구성되는 A상 레그, B상에 대한 복수개의 서브 모듈로 구성되는 B상 레그, C상에 대한 복수개의 서브 모듈로 구성되는 C상 레그를 포함할 수 있다.
복수개의 서브 모듈(115)로 구성되는 암 및 레그 각각은 전력 계통의 3상, 즉 A 상과 B 상 및 C상과 각각 연결될 수 있다.
다른 실시 예에 의하면, 복수개의 서브 모듈(115)은 극성에 따라 양극 암(미도시)과 음극 암(미도시)을 구성할 수도 있다.
VBE는 상위 제어기(120)로부터 서브 모듈을 제어하는 명령을 수신하여 서브 모듈로 전달할 수 있다.
상위 제어기(120)는 MMC 방식의 전압형 고전압 직류 송전 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상위 제어기(120)는 HVDC 시스템의 제어 및 보호를 위한 동작을 수행하는 C&P(Control and Protection) 시스템일 수 있다. 또한, 도면에서는 VBE와 상위 제어기(120)를 구분하여 도시하였으나, 상위 제어기(120)는 VBE를 포함하는 개념일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 모듈형 멀티레벨 컨버터에 포함되는 서브 모듈의 상세 구조를 도시한 도면이다.
모듈형 멀티레벨 컨버터(110)에 포함되는 서브 모듈(115)은, 전력 에너지를 저장하는 캐패시터, 전력 반도체 소자, 스위칭 소자 및 보호 회로 등을 포함할 수 있다.
서브 모듈(115)은 1개의 캐패시터 (101)와 4개의 IGBT 소자 (102)와 구성되어 있다. 그리고 다수의 서브 모듈(115)은 직렬로 연결되어 하나의 상을 구성한다. 다수의 서브 모듈(115)은 VBE 또는 다른 상위 제어기(120)로부터 ON/OFF 제어 명령을 하달 받아서 IGBT를 제어할 수 있다.
캐패시터의 크기는 모듈형 멀티레벨 컨버터(110)의 크기에 비례하여 설정될 수 있다. 캐패시터의 용량은 전압의 제곱에 비례할 수 있다.
따라서, 이를 고려하여 서브 모듈(115)의 적정한 동작 전압이 설정될 수 있다.
보호 스위치(103)는 서브 모듈(115)을 보호하기 위한 스위치이다. 보호 스위치는 바이 패스(By-Pass) 스위치로 구현될 수 있다.
일반적으로, 모듈형 멀티레벨 컨버터(110)는 하나의 서브 모듈(115)에 발생한 고장으로 인해 시스템이 정지되는 것을 방지하기 위하여, 충분한 여분을 고려하여 설계된다.
따라서, 바이 패스 스위치(103)는 고장난 서브 모듈(115)은 바이 패스시키고, 여분의 서브 모듈(115)을 동작시킬 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 복수개의 서브 모듈 중 n번째 서브 모듈(Module n)은 n-1번째 서브 모듈(Module n-1) 및 n+1번째 서브 모듈(Module n+1)과 직렬로 연결된다.
이 경우, n-1번째 서브 모듈(Module n-1)로부터 입력된 전류는 n번째 서브 모듈(Module n)을 통해 n+1번째 서브 모듈(Module n+1)로 흐르게 된다.
도 4는 본 개시의 실시 예에 따른 MMC 방식의 전압형 고전압 직류 송전 시스템의 구성을 도시한 제어 블록도이다.
이하 본 개시의 실시 예에 따른 시스템은 도 1의 구성을 모두 포함할 수 있다. 따라서 도 1과 중복된 내용은 생략하여 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 의한 MMC 방식의 전압형 고전압 직류 송전 시스템(100)에 포함되는 모듈형 멀티레벨 컨버터(110)는 복수개의 서브 모듈(115)과 상위 제어기(120) 및 데이터 분석 장치(200)을 포함할 수 있다.
먼저, 본 개시의 실시 예에 따른 데이터 분석 장치(200)의 제어 블록도에 대하여 설명한다.
도 4를 참고하면, 본 개시의 실시 예에 따른 데이터 분석 장치(200)는 사용자 입력부(240), 메모리(250), 통신부(260), 프로세서(270), 디스플레이부(280)를 포함할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 사용자 입력부(240)는 사용자가 입력한 신호를 프로세서(270)로 전달하거나, 프로세서(270)로부터의 신호를 사용자에게 전달할 수 있다. 사용자 입력부(240)는, 전원키, 설정키 등의 로컬키(미도시)에서 입력되는 제어 신호를 프로세서(270)에 전달할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 프로세서(270)는 본 개시의 실시 예에 따른 프로세서(270)는 데이터 분석 장치(200)의 전반적인 제어를 수행할 수 있다.
구체적으로 프로세서(270)는 사용자 입력부(240)를 통해 데이터 분석 명령 또는 데이터 표시 명령 등을 수신할 수 있다.
또한, 프로세서(270)는 사용자 입력부(240)를 통하여 입력된 사용자 명령 또는 내부 프로그램에 의하여 데이터 분석 장치(200)를 제어할 수 있다.
프로세서(270)는 사용자가 사용자 입력부(240)를 통하여 선택한 분석 결과를 디스플레이부(280)를 통하여 출력할 수 있다.
본 개시의 실시 예에 따른 메모리(250)는 서브 모듈(115)의 상태 데이터 또는 기타 데이터 등을 저장할 수 있다.
한편, 모듈형 멀티레벨 컨버터(110)에 포함된 복수개의 서브 모듈(115) 각각은 상위 제어기(120)와 연결될 수 있다.
복수개의 서브 모듈(115) 각각은 상위 제어기(120)로 서브 모듈의 상태를 나타내는 데이터를 전송할 수 있다. 이때 서브 모듈의 상태를 나타내는 데이터는 필터링 된 데이터일 수 있다.
구체적으로, 상위 제어기(120)는 서브 모듈로부터 수신한 데이터를 가공하여 '정상 동작' 또는 '오류 동작'과 같이 필터링 된 정보를 디스플레이부 등을 통하여 사용자에게 제공할 수 있을 것이다.
본 개시의 실시 예에 따르면, 서브 모듈(115)은 상위 제어기(120)에 의해 생성되는 온 또는 오프 명령에 따라 구동될 수 있다. 상기 온 또는 오프 명령에 대응하여 서브 모듈의 동작함에 따라 복수개의 서브 모듈 각각은 제어 데이터와 관리 데이터가 발생할 수 있다. 이때, 상기 온 또는 오프 명령은 전력 계통으로부터 수신되는 계통 데이터를 통하여 설정될 수 있다.
즉, 서브 모듈은 상위 제어기(120)의 제어 명령에 따라 서브 모듈(115)은 온 또는 오프 되어, 전류를 충전 또는 방전 및 바이패스 할 수 있다.
복수개의 서브 모듈 각각은 필터링 된 데이터를 생성하고 필터링 된 데이터를 상위 제어기(120)에 전송할 수 있다.
또한, 복수개의 서브 모듈 각각은 상기 관리 데이터와 제어 데이터를 수집하고, 수집된 데이터를 광케이블을 통하여 데이터 분석 장치(200)에 전송할 수 있다.
데이터 분석 장치의 프로세서(260)는 수집한 제어 데이터와 관리 데이터를 디스플레이부(280)를 통하여 출력할 수 있을 것이다.
본 개시의 실시 예에 따른 데이터 분석 장치(200)와 복수개의 서브 모듈 각각과의 연결 관계를 구체적으로 설명하면, 데이터 분석 장치(200)와 모듈형 멀티레벨 컨버터(110) 및 상위 제어기(120)와 별도의 장치로 구성될 수 있다.
또한, 데이터 분석 장치(200)는 복수개의 서브 모듈(115)과 직접 연결될 수 있다.
구체적으로 데이터 분석장치(200)는 복수개의 서브 모듈(115) 각각과 통신부(260)를 통해 통신할 수 있다. 이때, 서브 모듈(115) 각각과 데이터 분석 장치(200)는 케이블을 통해 직접 연결될 수 있다.
즉, 데이터 분석 장치(200)의 통신부(260)는 상기 케이블(150)을 통하여 상위 제어기(120)를 통하지 않고 서브 모듈(115) 각각과 직접 연결될 수 있다.
이때, 케이블(150)은 서브 모듈(115)과 데이터 분석 장치(200)의 광통신을 위한 광 케이블을 포함할 수 있다.
복수개의 서브 모듈(115) 각각은 데이터 분석 장치(200)로 상태 데이터를 전송할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 상태 데이터는 서브 모듈의 고장을 판단하기 위한 제어 데이터와 서브 모듈의 유지 보수를 위한 관리 데이터를 포함할 수 있다.
데이터 분석 장치(200)는 수신한 제어 데이터와 관리 데이터를 실시간으로 출력하고, 제어 데이터를 이용하여 서브 모듈의 고장 상태 발생 시 구체적 고장 사항을 진단할 수 있다.
이때, 상태 데이터는, 서브 모듈(115)의 제어 데이터와 서브 모듈(115)의 관리 데이터를 포함할 수 있다.
서브 모듈(115)의 제어 데이터는 서브 모듈(115)을 제어하는데 필요한 데이터를 의미할 수 있다.
구체적으로, 서브 모듈(115)의 제어 데이터는 서브 모듈(115)을 구성하는 스위치(예를 들어, IGBT)의 스위칭 데이터, 게이트 드라이브 단락 데이터, 게이트 드라이브 과전류 데이터, 캐패시터의 전압 데이터 등을 포함할 수 있다.
구체적으로 제어 데이터는 IGBT GD(게이트 드라이브) 단락 이벤트 감지 데이터, IGBT GD(게이트 드라이브) 과전류 이벤트 감지 데이터, IGBT GD(게이트 드라이브) 저전압 이벤트 감지 데이터, 시스템 운전 시 서브모듈 과전압 감지 데이터, 시스템 운전 시 서브 모듈 저전압 감지 데이터, BPS(Bypass Switch) 엑츄에이터 저항상태 감지 데이터를 포함할 수 있다.
상기 제어 데이터 각각은 복수개의 서브 모듈 각각으로부터 실시간으로 수신되어 특정 수치값으로 표시될 수 있다.
본 개시의 실시 예에 있어서, 서브 모듈(115) 관리 데이터는 유지 보수하는데 필요한 데이터를 의미할 수 있다.
예를 들어, 서브 모듈(115)의 관리 데이터는 서브 모듈(115)의 버전 데이터, 서브 모듈(115)의 제조 일자 데이터, 서브 모듈(115)의 펌웨어 데이터, 서브 모듈(115)의 총 운전 시간 데이터 등을 포함할 수 있다.
즉 관리 데이터는 해당 서브 모듈(115)의 유지 보수 시, 엔지니어에게 제공하기 위한 서브 모듈의 버전 정보를 의미할 수 있다.
이하 도 5에서 데이터 분석 장치(200)를 이용하여 서브 모듈의 고장판단 또는 수명을 판단하는 실시예를 설명한다.
종래에는, 서브 모듈의 동작에 따라 복수개의 서브 모듈 각각에서 발생한 필터링 된 데이터를 상위 제어기(120)로 전송하고, 상위 제어기(120)는 서브 모듈에서 수신한 필터링 된 데이터를 출력하였다.
이때, 필터링 된 데이터는 복수개의 서브 모듈의 '정상 동작' 또는 '오류 동작'여부를 0 또는 1의 비트값으로 나타낸 데이터를 의미한다.
따라서 종래에는 서브 모듈(115)의 실시간의 세부 정보가 아닌 필터링 된 데이터를 상위 제어기(120)에서 수집할 수 있었으므로 복수개의 서브 모듈의 정상동작 또는 오류 동작 여부만을 판단할 수 있었다.
도 5는 본 개시의 실시 예에 따른 데이터 분석 장치(200)의 동작을 나타낸 순서도이다.
본 개시의 실시 예에 따른 데이터 분석 장치(200)의 프로세서(270)는 통신부(260)를 통해 서브 모듈(115) 각각의 상태 데이터를 수신할 수 있다(S601). 앞서 설명한 바와 같이 상태 데이터는 서브 모듈(115)의 제어 데이터와 서브 모듈(115)의 관리 데이터를 포함할 수 있다.
본 개시의 프로세서(270)는 디스플레이부를 통해 복수개의 서브 모듈 각각의 상태 데이터를 실시간으로 출력할 수 있다(S602).
구체적으로 프로세서(270)는 디스플레이부(280)를 통해 서브 모듈로부터 수신한 데이터의 수치를 각각의 카테고리마다 출력할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(270)는 IGBT GD(게이트 드라이브) 단락 이벤트 감지 데이터, IGBT GD(게이트 드라이브) 과전류 이벤트 감지 데이터, IGBT GD(게이트 드라이브) 저전압 이벤트 감지 데이터, 시스템 운전 시 서브모듈 과전압 감지 데이터, 시스템 운전 시 서브 모듈 저전압 감지 데이터, BPS(Bypass Switch) 엑츄에이터 저항상태 감지 데이터 중 적어도 하나 이상의 데이터를 서브 모듈로부터 실시간으로 수신하고, 실시간으로 수신된 서브 모듈의 데이터 및 해당 데이터의 정상 범위에 해당하는 값을 병행하여 출력할 수 있다.
사용자는 디스플레이부(280)를 통해 실시간으로 수신된 서브 모듈의 상태 데이터와 정상 범위에 해당하는 값을 관찰하여 서브 모듈의 현재 상태를 점검할 수 있을 것이다.
프로세서(270)는 서브 모듈의 상태 데이터에 기초하여 서브 모듈(115)의 기능을 점검할 수 있다.
구체적으로 프로세서(270)는 복수개의 서브 모듈 각각의 상태 데이터에 포함된 제어 데이터에 기초하여 서브 모듈(115) 각각에 개별적으로 고장이 발생했는지 판단할 수 있다(S603).
예를 들어, 프로세서(270)는 서브 모듈(115)의 제어 데이터가 기 설정된 범위를 이탈하는 경우 해당 서브 모듈을 고장으로 판단할 수 있다.
이때, 기 설정된 범위란 기 설정된 값을 초과하는 경우, 기 설정된 값 미만이 되는 경우 또는 기 설정된 제1 값과 제2 값 사이값이 해당하지 않는 경우를 포함할 수 있을 것이다.
예를 들어, 프로세서(270)는 서브 모듈(115)의 IGBT GD(게이트 드라이브) 단락 이벤트 데이터, 과전류 이벤트 데이터 및 저전압 이벤트 데이터 중 적어도 하나를 수신하고, 상기 이벤트 데이터가 기 설정된 범위를 이탈한 경우 고장으로 판단할 수 있다.
또는 프로세서(270)는 서브 모듈(115)의 시스템의 운전 시 서브모듈 과전압 데이터를 수신하고, 상기 과전압 데이터가 기 설정된 범위를 이탈한 경우 고장으로 판단할 수 있다.
또는, 프로세서(270)는 서브 모듈(115)의 서브모듈 저전압 데이터를 수신하고, 상기 저전압 데이터가 기 설정된 범위를 이탈한 경우 고장으로 판단할 수 있다.
또는, 프로세서(270)는 서브 모듈(115)의 BPS(Bypass Switch) 엑츄에이터 저항상태 데이터를 수신하고, 상기 저항상태 데이터가 기 설정된 범위를 이탈한 경우 고장으로 판단할 수 있다.
본 개시의 프로세서(270)는 상기 제어 데이터를 통해 데이터를 수신한 서브 모듈(115)에 고장이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 개시의 프로세서(270)는 디스플레이부(280)를 통해 고장난 서브 모듈의 정보를 관리 데이터와 함께 또는 관리 데이터 및 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 출력할 수 있을 것이다(S604).
프로세서(270)는 서브 모듈 관리 데이터를 수신할 수 있다.
프로세서(270)는 통신부(260)와 서브 모듈을 연결하는 광 케이블을 통해 서브 모듈(115)의 관리 데이터를 수신할 수 있다. 프로세서(270)는 수신한 상기 관리 데이터를 메모리(250)에 저장할 수 있다.
이를 통해, 본 개시의 실시 예에 따른 데이터 분석 장치(200)는 서브 모듈(115)의 상태 데이터를 수신하며, 사용자로 하여금 서브 모듈(115)의 고장 원인을 정확하게 파악할 수 있도록 하며, 유지 보수에 유리한 이점이 있다.
한편, 본 개시의 실시 예에 따른 데이터 분석 장치는 관리 데이터 및 제어 데이터 중 적어도 하나 또는 어느 하나를 수신하고, 데이터를 가공하여 관리 데이터 및 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 디스플레이부를 통해 출력하는 것도 가능하며, 별도로 마련된 디스플레이 장치를 통하여 출력하여 작업자에게 편의를 제공하는 것 또한 가능할 것이다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 개시의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 개시에 개시된 실시 예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 개시의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 모듈형 멀티레벨 컨버터에 포함된 복수개의 서브 모듈 각각과 연결된 데이터 분석 장치에 있어서,
    상기 복수개의 서브 모듈 각각과 연결되는 통신부; 및
    상기 통신부를 통해 상기 복수개의 서브 모듈 각각의 유지 보수를 위한 관리 데이터 및 상기 서브 모듈 각각의 고장을 판단하기 위한 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 수신하고, 상기 디스플레이부를 통하여 상기 복수개의 서브 모듈 각각의 관리 데이터 및 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 출력하는 프로세서를 포함하는,
    데이터 분석 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 서브 모듈의 제어 데이터는
    서브 모듈을 구성하는 스위치의 게이트 드라이브 단락 데이터, 게이트 드라이브 과전류 데이터 중 적어도 하나를 포함하는,
    데이터 분석 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 프로세서는
    상기 스위치의 게이트 드라이브 단락 데이터, 게이트 드라이브 과전류 데이터 중 적어도 하나의 데이터가 기 설정된 범위를 이탈한 경우 해당 서브 모듈을 고장으로 판단하는,
    데이터 분석 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 관리 데이터는 서브 모듈의 버전 데이터, 서브 모듈의 제조 일자 데이터, 서브 모듈의 펌웨어 데이터, 서브 모듈의 총 운전 시간 데이터 중 적어도 하나를 포함하는,
    데이터 분석 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 복수개의 서브 모듈 각각과 광 케이블로 연결되어, 상기 서브 모듈 각각과 광통신하는,
    데이터 분석 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈형 멀티레벨 컨버터는 MMC STATCOM 인 것을 특징으로 하는, 데이터 분석 장치.
  7. 복수개의 서브 모듈을 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터, 상기 복수개의 서브 모듈 각각과 연결된 데이터 분석 장치 및 상기 모듈형 멀티레벨 컨버터를 제어하는 상위 제어기를 포함하는 시스템에 있어서,
    상기 모듈형 멀티레벨 컨버터는,
    상기 복수개의 서브 모듈 각각에서 획득된 필터링 된 데이터를 상기 상위 제어기로 전송하고,
    상기 복수개의 서브 모듈 각각에서 획득된 관리 데이터 및 제어 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 상기 데이터 분석 장치로 전송하고,
    상기 상위 제어기는,
    상기 필터링 된 데이터를 출력하고,
    상기 데이터 분석 장치는,
    상기 복수개의 상기 서브 모듈의 제어 데이터 및 관리 데이터 중 적어도 하나의 데이터를 출력하는,
    시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 필터링 된 데이터는
    상기 서브 모듈의 고장 또는 정상 동작 여부를 나타낸 비트 데이터를 의미하는,
    시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제어 데이터는
    서브 모듈을 구성하는 스위치의 게이트 드라이브 단락 데이터, 게이트 드라이브 과전류 데이터 중 적어도 하나를 포함하는,
    시스템.
  10. 제 9항에 있어서
    상기 데이터 분석 장치는,
    상기 스위치의 게이트 드라이브 단락 데이터, 게이트 드라이브 과전류 데이터 중 적어도 하나의 데이터가 기 설정된 범위를 이탈한 경우 해당 서브 모듈을 고장으로 판단하는,
    시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 관리 데이터는 서브 모듈의 버전 데이터, 서브 모듈의 제조 일자 데이터, 서브 모듈의 펌웨어 데이터, 서브 모듈의 총 운전 시간 데이터 중 적어도 하나를 포함하는,
    시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 데이터 분석 장치는, 상기 복수개의 서브 모듈 각각과 광 케이블로 연결되어, 상기 서브 모듈 각각과 광통신하는,
    시스템.
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