KR20240071269A - 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법 - Google Patents

고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

일 측면에 따른 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법은, 제1 제어기 및 제2 제어기 및 제3 제어기가 단락 발생을 감지하는 단계; 상기 단락 발생을 감지한 것에 응답하여, 상기 제1 제어기가 제1 변환기의 전압을 기 설정된 값 이하로 제어하는 단계; 상기 전압이 기 설정된 값 이하로 제어된 것에 응답하여, 상기 제1 제어기는 제1 스위치를 개방하고, 상기 제3 제어기는 차단기를 개방하는 단계; 상기 제3 제어기가 상기 차단기를 폐쇄하여 연결을 시도하는 단계; 및 상기 연결의 결과에 따라, 상기 제1 제어기가 상기 제1 스위치를 제어하거나, 또는 상기 제2 제어기가 상기 제2 스위치를 제어함으로써 계통 회복을 시도하는 단계;를 포함한다.

Description

고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법{A method for determining and controlling medium voltage DC systems}
본 발명은 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법에 관한 것이다.
직류 전력계통에서는 단락 사고 발생시 사고 전류가 급격한 속도로 증가하기 때문에 변환기 기반 직류(DC) 배전 시스템에서 단락 사고 발생 시 직류(DC) 배전 시스템을 보호하는 기술에 관한 연구가 행해지고 있다. 종래 기술(한국 등록특허, 등록번호 10-2082105)은 직류(DC) 계통에 사고가 발생할 경우 각 변환기에서 나오는 전류를 제어하여 감소시킨 후, 측정된 값을 기반으로 중앙 제어 유닛이 고장 위치를 판별하여 고장이 발생한 부분을 분리시키는 순서로 보호 동작을 수행한다.
구체적으로, 종래 기술에서는 계통에 사고가 발생하면 각종 상태 정보를 검출하여 제어 유닛 혹은 분산제어 유닛으로 전송하는 과정을 통해 제어기를 연계하게 되며, 해당 제어 유닛은 개방해야 할 스위치를 판별하여 각 스위치로 개폐여부를 전송하게 된다. 이때, 각 변환기 및 스위치와 제어 유닛 혹은 분산제어 유닛 간에 신호를 주고받기 위한 통신이 필수적이며, 각 제어간 통신 장애가 발생하게 될 경우 스위치의 개폐가 정상적으로 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 고압 직류(Medium voltage DC) 전력계통의 사고 발생 시 별도의 제어 유닛 연계를 활용하지 않고 각 변환기와 스위치에서 자가진단으로 고장을 판별하고 고장이 발생한 부분을 분리하여 계통을 복구하는 방법을 제공하고자 한다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법은 제1 제어기, 제2 제어기 및 제3 제어기가 단락 발생을 감지하는 단계; 상기 단락 발생을 감지한 것에 응답하여, 상기 제1 제어기가 제1 변환기의 전압을 기 설정된 값 이하로 제어하는 단계; 상기 전압이 기 설정된 값 이하로 제어된 것에 응답하여, 상기 제1 제어기는 제1 스위치를 개방하고, 상기 제3 제어기는 차단기를 개방하는 단계; 상기 제3 제어기가 차단기를 폐쇄하여 연결을 시도하는 단계; 및 상기 연결의 결과에 따라, 상기 제1 제어기가 상기 제1 스위치를 제어하거나, 또는 상기 제2 제어기가 상기 제2 스위치를 제어함으로써 계통 회복을 시도하는 단계;를 포함하는 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 변환기의 고장 신호 및 스위치의 개폐 신호를 타 제어기로 보내는 별도의 제어 유닛 없이 자체적으로 자가진단을 하여 고장 판별, 계통 분리, 계통 회복 등의 수행을 가능하게 한다.
또한, 별도의 통신 시스템을 필요로 하지 않으므로 통신 시스템의 정상 동작 여부와 무관하게 단락사고에 대응할 수 있게 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 고압 직류 전력 계통의 개략도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법을 도시하기 위한 예시적인 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 DC/DC 변환기를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 AC/DC 변환기를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 풀-브릿지(Full-bridge) 구조의 서브모듈(submodule)을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 DC/AC 변환기를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 하프-브릿지(Half-bridge) 구조의 서브모듈(submodule)을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 고압 직류 전력계통을 보호하는 방법을 설명하기 위한 예시적인 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 설명되는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 아래에서 제시되는 실시 예들로 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 아래에 제시되는 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 명세서에서 다양한 곳에 등장하는 "일부 실시예에서" 또는 "일 실시예에서" 등의 어구는 반드시 모두 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 연결 선 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것일 뿐이다. 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가된 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들에 의해 구성 요소들 간의 연결이 나타내어질 수 있다.
본 실시예들은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 일부 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 실시예들을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 실시예들의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어들은 단지 실시예들의 설명을 위해 사용된 것으로, 본 실시예들을 한정하려는 의도가 아니다.
본 실시예들에 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 실시예들에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 고압 직류 전력 계통의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 고압 직류(Medium Voltage DC, MVDC) 전력 계통(100)(이하, '계통'이라 함)은 하나 이상의 직류 전원(110), 하나 이상의 교류 전원(120) 또는 하나 이상의 모터(130)의 부하를 포함하는 전력 계통을 의미할 수 있다.
계통(100)이란 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템을 의미할 수 있고, 부하란 직류 전원(110), 교류 전원(120) 또는 모터(130)로부터 전기 에너지를 공급받아 전력을 소모하는 것을 의미할 수 있다.
이 때, 직류 전원(110)은 고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 고분자 전해질 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) 등의 연료 전지 또는 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS) 등이 연결될 수 있고, DC/DC 변환기(111)를 통하여 고압 직류 전력 계통(100)과 연계될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
에너지 저장 장치(ESS)는 직류 전원(110)으로부터 전기에너지를 공급받아 충전할 수 있고, 계통(100) 또는 부하의 전력 수급 상황에 따라 충전된 전기에너지를 방전할 수 있다. 보다 구체적으로, 계통(100) 또는 부하가 경부하인 경우, 에너지 저장 장치(ESS)는 직류 전원(110)으로부터 유휴 전력을 공급받아 충전할 수 있다. 계통(100) 또는 부하가 과부하인 경우, 에너지 저장 장치(ESS)는 충전된 전력을 방전하여 계통(100) 또는 부하에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 에너지 저장 장치(ESS)는 직류 전원(110)과 전기적으로 연결될 수 있고, DC/DC 변환기(111)와 전기적으로 연결될 수 있도록 직류 전원(110)과 DC/DC 변환기(111) 사이에 연결될 수 있다.
교류 전원(120)은 디젤 발전기(Diesel Generator, DG)등의 발전기를 의미할 수 있고, AC/DC 변환기(121)를 통하여 고압 직류 전력 계통(100)과 연계될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 모터(130)는 추진 전동기(Propulsion Motor)가 될 수 있고 DC/AC 변환기(131)를 통하여 고압 직류 전력 계통(100)과 연계될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
변환기는 인버터(inverter) 또는 컨버터(converter)를 의미할 수 있고, 인버터(inverter)는 직류 전력(dc)을 교류 전력(ac)으로 변환을 수행하는 장치를 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터(inverter)는 모터(130)가 공급한 직류 전력(dc)을 교류 전력(ac)으로 변환을 수행하는 DC/AC 변환기(131)를 의미할 수 있다. 또한, 컨버터(converter)는 직류 전력(dc) 또는 교류 전력(ac)을 직류 전력(dc)으로 변환을 수행하는 장치를 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, DC/DC 컨버터는 직류 전원(110)이 방전한 직류 전력(dc)을 직류 전력(dc)으로 변환을 수행하는 DC/DC 변환기(111)를 의미할 수 있고, DC/AC 컨버터는 교류 전원(120)이 공급한 교류 전력(ac)을 직류 전력(dc)으로 변환을 수행하는 AC/DC 변환기(121)를 의미할 수 있다. 고압 직류 전력 계통(100)과 연계될 수 있는 변환기(111, 121 및 131)는 모듈형 멀티레벨 변환기(Modular Multilevel Converter, MMC)의 구조일 수 있고, 제어기를 포함할 수 있다.
모듈형 멀티레벨 변환기(MMC)는 서브모듈(submodule, SM)이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 구조로, DC 단의 단락 사고 발생 시 DC 전압을 조절하여 전류를 제어할 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 3 내지 도 7에서 후술한다.
제어기는 변환기 및 스위치의 동작을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, DC/DC 변환기(111)의 제어기는 DC/DC 변환기(111) 및 제1 스위치(112)를 제어할 수 있고, AC/DC 변환기(121)의 제어기는 AC/DC 변환기(121) 및 제1 스위치(122) 를 제어할 수 있고, DC/AC 변환기(131)의 제어기는 DC/AC 변환기(131) 및 제2 스위치(132)를 제어할 수 있다.
스위치는 회로에서 버스(bus)를 분리하는 장치로, 아이솔레이터(isolator) 또는 브레이커(breaker)를 의미할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
아이솔레이터(isolator)는 회로에서 버스(bus)를 물리적으로 분리하는 장치로, 전류가 흐르고 있을 때 개방이 불가능하므로 전류 또는 전압을 제어하는 과정이 선행되어야 한다. 반면, 브레이커(breaker)는 전류가 흐르고 있을 때도 개방이 가능하므로 전류 또는 전압을 제어하는 과정이 반드시 선행되어야 하는 것은 아니다.
또한, 이웃하는 모선은 차단기(140)로 연결될 수 있으며, 차단기(140)는 반도체 소자가 포함된 고속 차단기(Solid State Circuit Breaker, SSCB) 등이 될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 차단기(140)은 제어기를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 차단기(140)의 제어기는 차단기(140)의 동작을 제어할 수 있다.
변환기에 포함되어 변환기 및 스위치의 동작을 제어하는 제어기, 차단기(140)에 포함되어 차단기(140)의 동작을 제어하는 제어기 각각은 단락 발생 여부를 개별적으로 판단하여 제어 동작을 수행할 수 있다.
버스(bus)는 변환기 및 스위치를 포함하는 배전 선로를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 버스(bus)는 DC/DC 변환기(111) 및 스위치(112)를 포함하는 배전 선로를 의미할 수 있고, 제2 버스(bus)는 AC/DC 변환기(121) 및 스위치(122)를 포함하는 배전 선로를 의미할 수 있고, 제3 버스(bus)는 DC/AC 변환기(131) 및 스위치(132)를 포함하는 배전 선로를 의미할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법을 도시하기 위한 예시적인 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 단계 200에서, 고압 직류 전력 계통(100)의 제1 제어기, 제2 제어기 및 제3 제어기는 단락이 발생한 것을 감지할 수 있다.
고압 직류(Medium Voltage DC, MVDC) 전력 계통(100)(이하, '계통'이라 함)은 하나 이상의 직류 전원(110), 하나 이상의 교류 전원(120) 또는 하나 이상의 모터(130)의 부하를 포함하는 전력 계통을 의미할 수 있다.
계통(100)이란 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템을 의미할 수 있고, 부하란 직류 전원(110), 교류 전원(120) 또는 모터(130)로부터 전기 에너지를 공급받아 전력을 소모하는 것을 의미할 수 있다.
이 때, 직류 전원(110)은 고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 고분자 전해질 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) 등의 연료 전지 또는 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS) 등이 연결될 수 있고, DC/DC 변환기(111)를 통하여 고압 직류 전력 계통(100)과 연계될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
에너지 저장 장치(ESS)는 직류 전원(110)으로부터 전기에너지를 공급받아 충전할 수 있고, 계통(100) 또는 부하의 전력 수급 상황에 따라 충전된 전기에너지를 방전할 수 있다. 보다 구체적으로, 계통(100) 또는 부하가 경부하인 경우, 에너지 저장 장치(ESS)는 직류 전원(110)으로부터 유휴 전력을 공급받아 충전할 수 있다. 계통(100) 또는 부하가 과부하인 경우, 에너지 저장 장치(ESS)는 충전된 전력을 방전하여 계통(100) 또는 부하에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 에너지 저장 장치(ESS)는 직류 전원(110)과 전기적으로 연결될 수 있고, DC/DC 변환기(111)와 전기적으로 연결될 수 있도록 직류 전원(110)과 DC/DC 변환기(111) 사이에 연결될 수 있다.
교류 전원(120)은 디젤 발전기(Diesel Generator, DG)등의 발전기를 의미할 수 있고, AC/DC 변환기(121)를 통하여 고압 직류 전력 계통(100)과 연계될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 모터(130)는 추진 전동기(Propulsion Motor)가 될 수 있고 DC/AC 변환기(131)를 통하여 고압 직류 전력 계통(100)과 연계될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 제어기는 직류 전력(dc) 또는 교류 전력(ac)을 직류 전력(dc)으로 변환을 수행하는 변환기 및 스위치의 동작을 제어하는 장치로, 변환기에 포함된 장치일 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1을 참조하면, 제1 제어기는 제1 제어기가 포함된 변환기에 따라 제어하는 변환기와 스위치가 달라질 수 있다. 즉, 제1 제어기가 DC/DC 변환기(111)에 포함된 제어기일 경우, 제1 제어기는 DC/DC 변환기(111) 및 제1 스위치(112)를 제어할 수 있다. 제1 제어기가 AC/DC 변환기(121)에 포함된 제어기일 경우, 제1 제어기는 AC/DC 변환기(121) 및 제1 스위치(122)를 제어할 수 있다.
변환기는 인버터(inverter) 또는 컨버터(converter)를 의미할 수 있고, 인버터(inverter)는 직류 전력(dc)을 교류 전력(ac)으로 변환을 수행하는 장치를 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터(inverter)는 모터(130)가 공급한 직류 전력(dc)을 교류 전력(ac)으로 변환을 수행하는 DC/AC 변환기(131)를 의미할 수 있다. 또한, 컨버터(converter)는 직류 전력(dc) 또는 교류 전력(ac)을 직류 전력(dc)으로 변환을 수행하는 장치를 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, DC/DC 컨버터는 직류 전원(110)이 방전한 직류 전력(dc)을 직류 전력(dc)으로 변환을 수행하는 DC/DC 변환기(111)를 의미할 수 있고, DC/AC 컨버터는 교류 전원(120)이 공급한 교류 전력(ac)을 직류 전력(dc)으로 변환을 수행하는 AC/DC 변환기(121)를 의미할 수 있다. 고압 직류 전력 계통(100)과 연계될 수 있는 변환기(111, 121 및 131)는 모듈형 멀티레벨 변환기(Modular Multilevel Converter, MMC)의 구조일 수 있고, 제어기를 포함할 수 있다.
모듈형 멀티레벨 변환기(MMC)는 서브모듈(submodule, SM)이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 구조로, DC 단의 단락 사고 발생 시 DC 전압을 조절하여 전류를 제어할 수 있다. 이에 대한 구체적인 내용은 도 3 내지 도 7에서 후술한다.
스위치는 회로에서 버스(bus)를 분리하는 장치로, 아이솔레이터(isolator) 또는 브레이커(breaker)를 의미할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
아이솔레이터(isolator)는 회로에서 버스(bus)를 물리적으로 분리하는 장치로, 전류가 흐르고 있을 때 개방이 불가능하므로 전류 또는 전압을 제어하는 과정이 선행되어야 한다. 반면, 브레이커(breaker)는 전류가 흐르고 있을 때도 개방이 가능하므로 전류 또는 전압을 제어하는 과정이 반드시 선행되어야 하는 것은 아니다.
버스(bus)는 변환기 및 스위치를 포함하는 배전 선로를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 버스(bus)는 DC/DC 변환기(111) 및 스위치(112)를 포함하는 배전 선로를 의미할 수 있고, 제2 버스(bus)는 AC/DC 변환기(121) 및 스위치(122)를 포함하는 배전 선로를 의미할 수 있고, 제3 버스(bus)는 DC/AC 변환기(131) 및 스위치(132)를 포함하는 배전 선로를 의미할 수 있다.
제2 제어기는 직류 전력을 교류 전력으로 변환을 수행하는 변환기 및 스위치의 동작을 제어하는 장치로, 변환기에 포함된 장치일 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1을 참조하면, 제2 제어기는 DC/AC 변환기(131) 및 제2 스위치(132)를 제어할 수 있다.
제3 제어기는 차단기(140)에 포함되어 차단기(140)의 동작을 제어하는 장치일 수 있다. 단락 사고가 발생하면 순간적으로 모든 버스(bus)와 계통(100)의 전류가 급격하게 증가할 수 있고, 전압은 급격하게 감소할 수 있다. 이 때, 제1 제어기, 제2 제어기 및 제3 제어기는 전류가 기 설정된 전류 값 이상으로 증가하는 것을 감지하면 단락이 발생하였다고 결정할 수 있고, 전압이 기 설정된 전압 값 이하로 감소하는 것을 감지하면 단락이 발생하였다고 결정할 수 있다. 각각의 제어기들은 단락 발생 여부를 개별적으로 판단하여 제어 동작을 수행할 수 있다.
단계 200에 대한 구체적인 설명은 도 8의 단계 800을 참조하여 후술한다.
단계 201에서, 단락 발생을 감지한 것에 응답하여, 제1 제어기는 제1 변환기의 전압을 기 설정된 값 이하로 제어할 수 있다.
제1 변환기는 직류 전력(dc) 또는 교류 전력(ac)을 직류 전력(dc)으로 변환을 수행하는 장치를 의미할 수 있고, 도 1을 참조하면, DC/DC 변환기(111) 또는 AC/DC 변환기(121)를 의미할 수 있다.
기 설정된 값은 사용자가 미리 설정한 값이 될 수 있고, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 전압을 0 이하로 제어하기로 하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
단계 201에 대한 구체적인 설명은 도 8의 단계 801을 참조하여 후술한다.
단계 202에서, 전압이 기 설정된 값 이하로 제어된 것에 응답하여, 제1 제어기는 제1 스위치를 개방하고, 제3 제어기는 차단기를 개방할 수 있다.
제1 스위치는 제1 변환기에 연결되어 제1 제어기의 제어를 받는 스위치로, 제1 변환기가 DC/DC 변환기(111)일 경우, 제1 스위치는 스위치(112)가 될 수 있고, 제1 변환기가 AC/DC 변환기(121)일 경우, 제1 스위치는 스위치(122)가 될 수 있다.
단계 202에 대한 구체적인 설명은 도 8의 단계 802를 참조하여 후술한다.
단계 203에서, 제3 제어기가 차단기를 개방한 뒤 차단기의 연결을 시도할 수 있다.
차단기는 이웃하는 모선을 연결하는 장치로 반도체 소자가 포함된 고속 차단기(Solid State Circuit Breaker, SSCB)가 될 수 있고, 도 1을 참조하면, 차단기(140)가 될 수 있다. 또한, 차단기를 개방한다는 것은 개극, 오픈(open) 등을 의미할 수 있고, 전류의 유입을 차단하는 것을 의미할 수 있다. 반면, 차단기를 폐쇄한다는 것은 폐극, 클로즈(close) 등을 의미할 수 있다.
단계 203에 대한 구체적인 설명은 도 8의 단계 803을 참조하여 후술한다.
단계 204에서, 연결의 결과에 따라, 제1 제어기가 제1 스위치를 제어하거나, 또는 제2 제어기가 제2 스위치를 제어함으로써 계통 회복을 시도할 수 있다.
제2 스위치는 제2 변환기에 연결되어 제2 제어기의 제어를 받는 스위치로, 제2 변환기가 DC/AC 변환기(131)일 경우, 제2 스위치는 스위치(132)가 될 수 있다. 또한, 제2 제어기가 단락 발생을 감지한 것에 응답하여, 제2 제어기는 차단기(140)를 폐쇄하여 연결을 시도할 수 있다.
단계 203에서 연결을 시도하였으나 실패한 것을 감지하면, 제2 제어기는 제2 스위치(132)를 개방함으로써 계통회복을 시도할 수 있다. 반면, 단계 203에서 연결을 시도하여 성공한 것을 감지하면, 제1 제어기는 제1 제어기가 포함된 변환기와 연결된 제1 스위치(112 또는 122)를 제어함으로써 계통회복을 시도할 수 있다. 예를 들어, 제1 제어기가 DC/DC 변환기(111)에 포함된 제어기일 경우, 제1 제어기는 제1 스위치(112)를 제어함으로써 계통회복을 시도할 수 있다. 예를 들어, 제1 제어기가 AC/DC 변환기(121)에 포함된 제어기일 경우, 제1 제어기는 제1 스위치(122)를 제어함으로써 계통회복을 시도할 수 있다.
단계 204에 대한 구체적인 설명은 도 8의 단계 804 내지 단계 808를 참조하여 후술한다.
도 3은 일 실시예에 따른 DC/DC 변환기를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 3을 참조하면, 고압 직류 전원 계통(100)은 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter, MMC) 구조를 가진 DC/DC 변환기(111)를 포함할 수 있다.
모듈형 멀티레벨 변환기(MMC)는 서브모듈(submodule, SM)(300)이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 구조로, DC 단의 단락 사고 발생 시 DC 전압을 조절하여 전류를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, DC/DC 변환기(111)가 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC) 구조를 가질 경우, 단락 사고가 발생해도 서브모듈(submodule, SM)(300)에 에너지를 보존할 수 있어, 보존된 에너지를 활용하여 제1 제어기를 통한 제어 동작을 수행할 수 있다.
또한, 서브모듈(submodule, SM)(300)은 풀-브릿지(Full-bridge) 구조의 서브모듈(submodule)일 수 있다.
브릿지(bridge) 구조는 트랜스포머(Transformer)를 포함하는 컨버터(converter) 구조를 의미할 수 있고, 트랜스포머(Transformer)를 이용하여 절연을 하여 감전 사고를 방지하거나 노이즈를 감소시킬 수 있다.
풀-브릿지(Full-bridge) 구조의 서브모듈(submodule, SM)은 4개의 스위치로 전압을 제어할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
도 4는 일 실시예에 따른 AC/DC 변환기를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 4를 참조하면, 고압 직류 전원 계통(100)은 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter, MMC) 구조를 가진 AC/DC 변환기(121)를 포함할 수 있다.
모듈형 멀티레벨 변환기(MMC)는 서브모듈(submodule, SM)(400)이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 구조로, DC 단의 단락 사고 발생 시 DC 전압을 조절하여 전류를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, AC/DC 변환기(121)가 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC) 구조를 가질 경우, 단락 사고가 발생해도 서브모듈(submodule, SM)(400)에 에너지를 보존할 수 있어, 보존된 에너지를 활용하여 제1 제어기를 통한 제어 동작을 수행할 수 있다.
또한, 서브모듈(submodule, SM)(400)은 풀-브릿지(Full-bridge) 구조의 서브모듈(submodule)일 수 있다.
브릿지(bridge) 구조는 트랜스포머(Transformer)를 포함하는 컨버터(converter) 구조를 의미할 수 있고, 트랜스포머(Transformer)를 이용하여 절연을 하여 감전 사고를 방지하거나 노이즈를 감소시킬 수 있다.
풀-브릿지(Full-bridge) 구조의 서브모듈(submodule, SM)은 4개의 스위치로 전압을 제어할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 5를 참조하여 후술한다.
도 5는 일 실시예에 따른 풀-브릿지(Full-bridge) 구조의 서브모듈(submodule)을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 5를 참조하면, 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter, MMC) 구조를 가진 DC/DC 변환기(111), AC/DC 변환기(121) 및 DC/AC 변환기(131)는 풀-브릿지(Full-bridge) 구조의 서브모듈(submodule, SM)을 포함할 수 있다.
모듈형 멀티레벨 변환기(MMC)는 서브모듈(submodule, SM)이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 구조로, DC 단의 단락 사고 발생 시 DC 전압을 조절하여 전류를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 변환기가 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC) 구조를 가질 경우, 단락 사고가 발생해도 서브모듈(submodule, SM)에 에너지를 보존할 수 있어, 보존된 에너지를 활용하여 제어기를 통한 제어 동작을 수행할 수 있다.
브릿지(bridge) 구조는 트랜스포머(Transformer)를 포함하는 컨버터(converter) 구조를 의미할 수 있고, 트랜스포머(Transformer)를 이용하여 절연을 하여 감전 사고를 방지하거나 노이즈를 감소시킬 수 있다.
풀-브릿지(Full-bridge) 구조의 서브모듈(submodule)은 4개의 스위치로 전압을 제어할 수 있다. 또한, 풀-브릿지(Full-bridge) 구조의 서브모듈(SM)은 전압을 양(+), 0, 음(-)으로 제어할 수 있어, 단락 사고 발생 시 출력 전압을 0으로 제어해 변환기가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 DC/AC 변환기를 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 6을 참조하면, 고압 직류 전원 계통(100)은 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter, MMC) 구조를 가진 DC/AC 변환기(131)를 포함할 수 있다.
모듈형 멀티레벨 변환기(MMC)는 서브모듈(submodule, SM)(600)이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 구조로, DC 단의 단락 사고 발생 시 DC 전압을 조절하여 전류를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, DC/AC 변환기(131)가 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC) 구조를 가질 경우, 단락 사고가 발생해도 서브모듈(submodule, SM)(600)에 에너지를 보존할 수 있어, 보존된 에너지를 활용하여 제2 제어기를 통한 제어 동작을 수행할 수 있다.
또한, 서브모듈(submodule, SM)(600)은 풀-브릿지(Full-bridge) 구조의 서브모듈(submodule) 또는 하프-브릿지(Half-bridge) 구조의 서브모듈(submodule)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
브릿지(bridge) 구조는 트랜스포머(Transformer)를 포함하는 컨버터(converter) 구조를 의미할 수 있고, 트랜스포머(Transformer)를 이용하여 절연을 하여 감전 사고를 방지하거나 노이즈를 감소시킬 수 있다.
풀-브릿지(Full-bridge) 구조의 서브모듈(submodule, SM)은 4개의 스위치로 전압을 제어할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 5를 참조한다.
하프-브릿지(Half-bridge) 구조의 서브모듈(submodule)은 2개의 스위치로 전압을 제어할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 7을 참조하여 후술한다.
도 7은 일 실시예에 따른 하프-브릿지(Half-bridge) 구조의 서브모듈(submodule)을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.
도 7을 참조하면, 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter, MMC) 구조를 가진 DC/AC 변환기(131)는 하프-브릿지(Half-bridge) 구조의 서브모듈(submodule, SM)을 포함할 수 있다.
모듈형 멀티레벨 변환기(MMC)는 서브모듈(submodule, SM)이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 구조로, DC 단의 단락 사고 발생 시 DC 전압을 조절하여 전류를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 변환기가 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC) 구조를 가질 경우, 단락 사고가 발생해도 서브모듈(submodule, SM)에 에너지를 보존할 수 있어, 보존된 에너지를 활용하여 제어기를 통한 제어 동작을 수행할 수 있다.
브릿지(bridge) 구조는 트랜스포머(Transformer)를 포함하는 컨버터(converter) 구조를 의미할 수 있고, 트랜스포머(Transformer)를 이용하여 절연을 하여 감전 사고를 방지하거나 노이즈를 감소시킬 수 있다.
하프-브릿지(Half-bridge) 구조의 서브모듈(submodule)은 2개의 스위치로 전압을 제어할 수 있다. 또한, 하프-브릿지(Half-bridge) 구조의 서브모듈(SM)은 단락 사고 발생 시 바이패스 스위치(bypass switch)(700)를 폐쇄하여 변환기의 파괴를 방지할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 고압 직류 전력계통을 보호하는 방법을 설명하기 위한 예시적인 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 단계 800에서, 고압 직류 전력 계통(100)의 제1 제어기, 제2 제어기 및 제3 제어기는 단락이 발생한 것을 감지할 수 있다.
고압 직류(Medium Voltage DC, MVDC) 전력 계통(100)(이하, '계통'이라 함)은 하나 이상의 직류 전원(110), 하나 이상의 교류 전원(120) 또는 하나 이상의 모터(130)의 부하를 포함하는 전력 계통을 의미할 수 있다.
계통(100)이란 발전소, 변전소, 송배전선 및 부하가 일체로 되어 전력의 발생 및 이용이 이루어지는 시스템을 의미할 수 있고, 부하란 직류 전원(110), 교류 전원(120) 또는 모터(130)로부터 전기 에너지를 공급받아 전력을 소모하는 것을 의미할 수 있다.
이 때, 직류 전원(110)은 고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 고분자 전해질 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) 등의 연료 전지 또는 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS) 등이 연결될 수 있고, DC/DC 변환기(111)를 통하여 고압 직류 전력 계통(100)과 연계될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
에너지 저장 장치(ESS)는 직류 전원(110)으로부터 전기에너지를 공급받아 충전할 수 있고, 계통(100) 또는 부하의 전력 수급 상황에 따라 충전된 전기에너지를 방전할 수 있다. 보다 구체적으로, 계통(100) 또는 부하가 경부하인 경우, 에너지 저장 장치(ESS)는 직류 전원(110)으로부터 유휴 전력을 공급받아 충전할 수 있다. 계통(100) 또는 부하가 과부하인 경우, 에너지 저장 장치(ESS)는 충전된 전력을 방전하여 계통(100) 또는 부하에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 에너지 저장 장치(ESS)는 직류 전원(110)과 전기적으로 연결될 수 있고, DC/DC 변환기(111)와 전기적으로 연결될 수 있도록 직류 전원(110)과 DC/DC 변환기(111) 사이에 연결될 수 있다.
교류 전원(120)은 디젤 발전기(Diesel Generator, DG)등의 발전기를 의미할 수 있고, AC/DC 변환기(121)를 통하여 고압 직류 전력 계통(100)과 연계될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 모터(130)는 추진 전동기(Propulsion Motor)가 될 수 있고 DC/AC 변환기(131)를 통하여 고압 직류 전력 계통(100)과 연계될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 제어기는 직류 전력(dc) 또는 교류 전력(ac)을 직류 전력(dc)으로 변환을 수행하는 변환기 및 스위치의 동작을 제어하는 장치로, 변환기에 포함된 장치일 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1을 참조하면, 제1 제어기는 제1 제어기가 포함된 변환기에 따라 제어하는 변환기와 스위치가 달라질 수 있다. 즉, 제1 제어기가 DC/DC 변환기(111)에 포함된 제어기일 경우, 제1 제어기는 DC/DC 변환기(111) 및 제1 스위치(112)를 제어할 수 있다. 제1 제어기가 AC/DC 변환기(121)에 포함된 제어기일 경우, 제1 제어기는 AC/DC 변환기(121) 및 제1 스위치(122)를 제어할 수 있다.
변환기는 인버터(inverter) 또는 컨버터(converter)를 의미할 수 있고, 인버터(inverter)는 직류 전력(dc)을 교류 전력(ac)으로 변환을 수행하는 장치를 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인버터(inverter)는 모터(130)가 공급한 직류 전력(dc)을 교류 전력(ac)으로 변환을 수행하는 DC/AC 변환기(131)를 의미할 수 있다. 또한, 컨버터(converter)는 직류 전력(dc) 또는 교류 전력(ac)을 직류 전력(dc)으로 변환을 수행하는 장치를 의미할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, DC/DC 컨버터는 직류 전원(110)이 방전한 직류 전력(dc)을 직류 전력(dc)으로 변환을 수행하는 DC/DC 변환기(111)를 의미할 수 있고, DC/AC 컨버터는 교류 전원(120)이 공급한 교류 전력(ac)을 직류 전력(dc)으로 변환을 수행하는 AC/DC 변환기(121)를 의미할 수 있다. 고압 직류 전력 계통(100)과 연계될 수 있는 변환기(111, 121 및 131)는 모듈형 멀티레벨 변환기(Modular Multilevel Converter, MMC)의 구조일 수 있고, 제어기를 포함할 수 있다.
모듈형 멀티레벨 변환기(MMC)는 서브모듈(submodule, SM)이 직렬 또는 병렬로 연결되어 있는 구조로, DC 단의 단락 사고 발생 시 DC 전압을 조절하여 전류를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 변환기가 모듈형 멀티레벨 컨버터(MMC) 구조를 가질 경우, 단락 사고가 발생해도 서브모듈(submodule, SM)에 에너지를 보존할 수 있어, 보존된 에너지를 활용하여 제어기를 통한 제어를 할 수 있다. 이에 대한 구체적인 설명은 도 3 내지 도 7을 참조하여 상술한 것으로 갈음한다.
스위치는 회로에서 버스(bus)를 분리하는 장치로, 아이솔레이터(isolator) 또는 브레이커(breaker)를 의미할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
아이솔레이터(isolator)는 회로에서 버스(bus)를 물리적으로 분리하는 장치로, 전류가 흐르고 있을 때 개방이 불가능하므로 전류 또는 전압을 제어하는 과정이 선행되어야 한다. 반면, 브레이커(breaker)는 전류가 흐르고 있을 때도 개방이 가능하므로 전류 또는 전압을 제어하는 과정이 반드시 선행되어야 하는 것은 아니다.
버스(bus)는 변환기 및 스위치를 포함하는 배전 선로를 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 버스(bus)는 DC/DC 변환기(111) 및 스위치(112)를 포함하는 배전 선로를 의미할 수 있고, 제2 버스(bus)는 AC/DC 변환기(121) 및 스위치(122)를 포함하는 배전 선로를 의미할 수 있고, 제3 버스(bus)는 DC/AC 변환기(131) 및 스위치(132)를 포함하는 배전 선로를 의미할 수 있다.
제2 제어기는 직류 전력을 교류 전력으로 변환을 수행하는 변환기 및 스위치의 동작을 제어하는 장치로, 변환기에 포함된 장치일 수 있다. 보다 구체적으로, 도 1을 참조하면, 제2 제어기는 DC/AC 변환기(131) 및 제2 스위치(132)를 제어할 수 있다.
제3 제어기는 차단기(140)에 포함되어 차단기(140)의 동작을 제어하는 장치일 수 있다.
단락 사고가 발생하면 순간적으로 모든 버스(bus)와 계통(100)의 전류가 급격하게 증가할 수 있고, 전압은 급격하게 감소할 수 있다. 이 때, 제1 제어기, 제2 제어기 및 제3 제어기는 전류가 기 설정된 전류 값 이상으로 증가하는 것을 감지하면 단락이 발생하였다고 결정할 수 있고, 전압이 기 설정된 전압 값 이하로 감소하는 것을 감지하면 단락이 발생하였다고 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 제어기 및 제2 제어기의 전류 센서는 높은 전류 또는 낮은 전압을 감지하여 단락 발생 여부를 판단할 수 있고, 제어 동작을 수행할 수 있다. 즉, 각각의 제어기들은 단락 발생 여부를 개별적으로 판단하여 제어 동작을 수행할 수 있다.
단락 사고는 순간적인 단락 사고와 영구적인 단락 사고로 나눌 수 있고, 단락 사고가 발생하는 위치는 다양할 수 있으나, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 모선과 버스(bus)선으로 한정하기로 하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
단계 801에서, 단락 발생을 감지한 것에 응답하여, 제1 제어기는 제1 변환기의 전압을 기 설정된 값 이하로 제어할 수 있다.
제1 변환기는 직류 전력 또는 교류 전력을 직류 전력으로 변환을 수행하는 장치를 의미할 수 있고, 도 1을 참조하면, DC/DC 변환기(111) 또는 AC/DC 변환기(121)를 의미할 수 있다.
기 설정된 값은 사용자가 미리 설정한 값이 될 수 있고, 이하에서는 설명의 편의를 위하여 전압을 0 이하로 제어하기로 하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 제어기는 단락 사고가 발생한 것을 감지하면 제1 변환기의 입출력을 0으로 제어함으로써 고장 전류가 증가하는 것을 억제하여 단락 사고의 파급을 방지할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 제어기가 DC/DC 변환기(111)에 포함된 제어기일 경우, 제1 제어기는 DC/DC 변환기(111)의 입출력을 0으로 제어할 수 있다. 제1 제어기가 AC/DC 변환기(121)에 포함된 제어기일 경우, 제1 제어기는 AC/DC 변환기(121)의 입출력을 0으로 제어할 수 있다.
단계 802에서, 전압이 기 설정된 값 이하로 제어된 것에 응답하여, 제1 제어기는 제1 스위치를 개방하고, 제3 제어기는 차단기를 개방할 수 있다.
제1 스위치는 제1 변환기에 연결되어 제1 제어기의 제어를 받는 스위치로, 제1 변환기가 DC/DC 변환기(111)일 경우, 제1 스위치는 스위치(112)가 될 수 있고, 제1 변환기가 AC/DC 변환기(121)일 경우, 제1 스위치는 스위치(122)가 될 수 있다.
제2 제어기가 제2 스위치를 개방하지 않는 이유는 단락 사고의 발생 위치가 모선 또는 모터인지 판단하기 위해서일 수 있다. 또한, 제2 제어기는 단락이 발생했다고 판단되면 제2 변환기의 바이패스(bypass) 스위치를 폐쇄하여 제2 변환기가 파괴되는 것을 방지할 수 있다.
제1 제어기가 제1 변환기의 전압을 기 설정된 값 이하로 제어하는 동안, 직류 전원(110) 또는 교류 전원(120)는 바로 재투입이 될 수 있도록 대기 상태를 유지할 수 있다.
단계 803에서, 제3 제어기는 차단기를 폐쇄하여 연결을 시도할 수 있다.
제3 제어기가 단락 발생을 감지한 것에 응답하여, 제3 제어기는 차단기(140)를 개방한 뒤 다시 차단기(140)를 폐쇄하여 연결을 시도할 수 있고, 오류 혹은 짧은 시간 동안의 사고일 가능성에 대비하여 연결을 2회 이상 시도할 수도 있다. 이때, 제3 제어기는 프리차징(pre-charging)하면서 차단기(140)를 폐쇄할 수 있다.
프리차징(pre-charging)은 급격한 전류가 흐르지 않도록 서서히 충전시키는 동작으로 소프트 스타트(soft start)를 의미할 수 있다.
단계 804에서, 제1 제어기, 제2 제어기 및 제3 제어기는 차단기(140)가 연결되었는지 확인할 수 있다.
연결에 실패하였다는 것은 프리차징(pre-charging) 시작 후 일정 시간 동안 계통의 전압이 기 설정된 값만큼 상승하지 않았다는 것을 의미할 수 있다. 반면, 연결에 성공하였다는 것은 프리차징(pre-charging) 시작 후 일정 시간 동안 계통의 전압이 기 설정된 값만큼 상승했다는 것을 의미할 수 있다.
차단기(140) 연결에 실패한 경우, 단계 805에서, 제2 제어기가 모선 또는 모터 측에 영구적인 단락 사고가 발생한 것으로 추정할 수 있고, 단락 사고가 발생한 계통은 사용이 불가능하기 때문에 제3 제어기는 차단기(140)를 영구적으로 개방할 수 있다.
단계 806에서, 제2 제어기는 제2 변환기 및 모터의 작동을 중지시키고, 제2 스위치를 개방할 수 있다.
제2 제어기가 일정 시간 동안 계통의 전압이 기 설정된 값만큼 상승하지 않는 것을 감지하면, 제2 제어기는 제2 변환기(131) 및 모터의 작동을 중지하도록 제어할 수 있고, 제2 스위치(132)를 영구적으로 개방할 수 있다.
차단기(140) 연결에 성공한 경우, 단계 807에서, 제1 제어기가 버스의 사고 발생 여부를 결정할 수 있다.
이 경우 모선 또는 모터 측에 순간적인 단락이 발생하였으나 현재는 정상 상태인 것으로 추정할 수 있고, 또는 제1 제어기를 포함하는 버스(bus)단에 단락 사고가 발생한 것으로 추정할 수 있다. 이 때, 버스(bus)단에 발생한 단락 사고는 영구적이거나 순간적인 사고일 수 있다.
계통의 전압이 상승하는 것을 감지한 제1 제어기는 각 제어기가 포함된 제1 변환기를 이용하여 버스(bus)의 단락 사고 발생 여부를 개별적으로 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 제어기가 DC/DC 변환기(111)에 포함된 제어기일 경우, 제1 제어기는 DC/DC 변환기(111)를 이용하여 DC/DC 변환기(111)가 포함된 버스의 단락 사고 발생 여부를 결정할 수 있다. 제1 제어기가 AC/DC 변환기(121)에 포함된 제어기일 경우, 제1 제어기는 AC/DC 변환기(121)를 이용하여 AC/DC 변환기가 포함된 버스의 단락 사고 발생 여부를 결정할 수 있다.
단계 808에서, 제1 제어기가 버스(bus)에 단락 사고가 발생하였다고 결정하면, 제1 스위치를 개방하여 계통으로부터 단락 사고가 발생한 버스(bus)를 분리할 수 있다. 반면, 제1 제어기가 버스(bus)에 단락 사고가 발생하지 않았다고 결정하면, 제1 스위치를 폐쇄할 수 있다.
예를 들어, DC/DC 변환기(111)에 포함된 제1 제어기가 DC/DC 변환기(111)가 포함된 버스에 단락 사고가 발생하였다고 결정하면, 제1 스위치(112)를 개방하여 계통으로부터 버스를 분리할 수 있고, 단락 사고가 발생하지 않았다고 결정하면, 제1 스위치(112)를 폐쇄할 수 있다. AC/DC 변환기(121)에 포함된 제1 제어기가 AC/DC 변환기(121)가 포함된 버스에 단락 사고가 발생하였다고 결정하면, 제1 스위치(122)를 개방하여 계통으로부터 버스를 분리할 수 있고, 단락 사고가 발생하지 않았다고 결정하면, 제1 스위치(122)를 폐쇄할 수 있다.
이때, 단락 사고가 발생하였다고 결정된 버스(bus)의 제1 제어기는 해당 버스의 제1 변환기와 교류 전원(120)의 작동을 중지시킬 수 있다.
또한, 단락 사고가 발생하지 않았다고 결정된 버스(bus)의 제1 제어기는 프리차징(pre-charging)하면서 제1 변환기를 폐쇄할 수 있다. 이후, 대기 상태에 있던 직류 전원(110) 또는 교류 전원(120)은 다시 운전을 시작할 수 있고 계통 회복이 완료될 수 있다.
전술한 본 명세서의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 명세서의 내용이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 제1 제어기, 제2 제어기 및 제3 제어기가 단락 발생을 감지하는 단계;
    상기 단락 발생을 감지한 것에 응답하여, 상기 제1 제어기가 제1 변환기의 전압을 기 설정된 값 이하로 제어하는 단계;
    상기 전압이 기 설정된 값 이하로 제어된 것에 응답하여, 상기 제1 제어기는 제1 스위치를 개방하고, 상기 제3 제어기는 차단기를 개방하는 단계;
    상기 제3 제어기가 상기 차단기를 폐쇄하여 연결을 시도하는 단계; 및
    상기 연결의 결과에 따라, 상기 제1 제어기가 상기 제1 스위치를 제어하거나, 또는 상기 제2 제어기가 상기 제2 스위치를 제어함으로써 계통 회복을 시도하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 계통 회복을 시도하는 단계는,
    상기 연결에 실패한 것에 응답하여, 상기 제2 제어기가 제2 스위치를 개방함으로써 계통 회복을 시도하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 계통 회복을 시도하는 단계는,
    상기 연결에 성공한 것에 응답하여, 상기 제1 제어기가 상기 제1 스위치의 개폐여부를 결정함으로써 계통 회복을 시도하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 감지하는 단계는,
    상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기가 전류가 기 설정된 전류 값 이상으로 증가하는 것을 감지하면 단락의 발생 여부를 결정하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감지하는 단계는,
    상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기가 전압이 기 설정된 전압 값 이하로 감소하는 것을 감지하면 단락의 발생 여부를 결정하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 변환기의 전압을 기 설정된 값 이하로 제어하는 단계는,
    상기 제1 제어기가 상기 제1 변환기의 전력을 기 설정된 값 이하로 제어하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치를 개방하는 단계는,
    상기 제2 제어기가 바이패스(bypass) 스위치를 폐쇄하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 연결을 시도하는 단계는,
    상기 제3 제어기가 상기 차단기를 폐쇄하면서 프리차징(pre-charging)으로 연결을 시도하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연결을 시도하는 단계는,
    상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기가 전류가 상승하는 것을 감지하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 연결에 실패한 것에 응답하여, 계통 회복을 시도하는 단계는,
    상기 차단기의 전압이 기 설정된 전압 값에 도달하지 않으면, 상기 제2 제어기가 모선 또는 모터 측의 단락 발생 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 제2 제어기가 제2 변환기 및 상기 모터의 작동을 중지시키고, 상기 제2 스위치를 개방함으로써 계통 회복을 시도하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 연결에 성공한 것에 응답하여, 계통 회복을 시도하는 단계는,
    상기 제1 제어기가 버스의 단락 발생 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 버스가 단락으로 결정된 것에 응답하여, 상기 제1 제어기가 상기 제1 스위치를 개방하거나, 상기 버스가 단락으로 결정되지 않은 것에 응답하여, 상기 제1 제어기가 상기 제1 스위치를 폐쇄하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 버스가 단락으로 결정된 것에 응답하여, 상기 제1 스위치를 개방하는 단계는,
    상기 제1 제어기가 상기 제1 변환기 및 발전기의 작동을 중지시키고, 상기 제1 스위치를 개방하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 버스가 단락으로 결정되지 않은 것에 응답하여, 상기 제1 스위치를 폐쇄하는 단계는,
    상기 제1 제어기가 프리차징(pre-charging)하면서 상기 제1 스위치를 폐쇄하는 단계;
    를 포함하는, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    제1 변환기 및 제2 변환기는,
    모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter, MMC) 구조로 구성된, 고압 직류 계통의 사고를 판단하고 제어하는 방법.
  15. 제1 변환기와 연결된 제1 스위치;
    제2 변환기와 연결된 제2 스위치;
    이웃하는 모선을 연결해주는 차단기;
    상기 제1 변환기 및 상기 제1 스위치의 개폐 동작을 제어하며, 단락 발생 여부를 결정하는 제1 제어기;
    상기 제2 변환기 및 상기 제2 스위치의 개폐 동작을 제어하며, 단락 발생 여부를 결정하는 제2 제어기; 및
    상기 차단기의 개폐 동작을 제어하며, 단락 발생 여부를 결정하는 제3 제어기;
    를 포함하는, 고압 직류 계통.
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