WO2016108624A1 - 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법 - Google Patents

모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법 Download PDF

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WO2016108624A1
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input voltage
fit
temperature
modular converter
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오재훈
서재진
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주식회사 효성
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    • G01R19/16571—Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 comparing AC or DC current with one threshold, e.g. load current, over-current, surge current or fault current
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    • G01R31/40—Testing power supplies

Definitions

  • the present invention relates to a method for diagnosing a state of a capacitor, and in particular, to diagnose a state of a corresponding capacitor by extracting a mean failure time (MTBF) of a capacitor by using the cumulative average value of the input voltage and the temperature of the capacitor constituting the modular converter.
  • the present invention relates to a method for diagnosing capacitor state of a modular converter.
  • HVDC high voltage direct current
  • STATCOM static synchronous compensators
  • High-priced passive electric devices such as large capacity capacitors or discharge resistors are used in the modular converter. Although the life of the device itself is determined by these parts, it is difficult to actively determine the state of the parts due to the characteristics of the passive devices.
  • Japanese Patent No. 4011016 discloses a technique for determining capacitance from a measurement result of mounting a device for measuring voltage, current, and ambient temperature in a power supply device to which a capacitor is applied, and measuring the life of the capacitor. Is disclosed. However, in Japanese Patent No. 4011016, the internal resistance of the capacitor is additionally considered, and since the internal resistance changes from time to time according to the use environment, there is a problem that it is difficult to determine a practically accurate life.
  • Korean Patent No. 10-1133478 discloses a discharge compensation time required for each power compensator for a discharge time that a capacitor formed by a capacitor can discharge while outputting a rated power or a load required power (rated power).
  • the present invention provides a device for diagnosing the residual life of a capacitor for diagnosing the remaining life in which a capacitor configured by a capacitor can be used under a state in which an output time is possible).
  • a disadvantage in that the life of the accumulator can be determined only under the condition that the rated compensation time is exceeded.
  • the present invention measures the input voltage and temperature of the capacitor in order to diagnose the state of the capacitor applied to the modular converter, and calculates the mean failure time (MTBF) using the cumulative average value of these measurements to diagnose the state of the capacitor.
  • the purpose of the present invention is to provide a method for diagnosing capacitor state of a modular converter.
  • MTBF average failure time
  • the table determining step may include determining an FIT value according to an input voltage and a temperature for a capacitor for each of the plurality of sample modular converters; Generating a FIT graph from the determined FIT value for each of the sample modular converters; Extracting a FIT value corresponding to a preset range of the input voltage and temperature from the FIT graph and setting the FIT table; It includes.
  • the method may further include generating an alarm when the MTBF of the extracted capacitor arrives.
  • the input voltage and temperature of the high voltage are measured, and the average failure time (MTBF) is calculated using the cumulative average value of each of these measured values. Extraction can increase the reliability of the capacitor's status diagnosis.
  • the maintenance time of the capacitor can be accurately predicted.
  • FIG. 1 is a block diagram of a capacitor state diagnosis apparatus of a modular converter according to the present invention
  • FIG. 2 is a graph illustrating a process of generating an FIT according to the present invention
  • FIG. 3 is a flow chart showing a method for diagnosing a capacitor state of a modular converter according to the present invention.
  • first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are only to distinguish the components from other components, and the nature, order, order, etc. of the components are not limited by the terms. If a component is described as being “connected”, “coupled” or “connected” to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there may be another component between each component. It will be understood that may be “connected”, “coupled” or “connected”.
  • FIG. 1 is a block diagram of a capacitor state diagnosis apparatus of a modular converter according to an embodiment of the present invention.
  • a modular converter according to an embodiment of the present invention may be applied to, for example, an HVDC system or a STATCOM device.
  • the modular converter receives a high input voltage and stores it in an internal capacitor.
  • the capacitor state diagnosis device of the present invention diagnoses a state of such a capacitor.
  • an input voltage detector 110 for detecting an input voltage input to a capacitor and a temperature detector for contacting or non-contacting the capacitor to detect the temperature of the capacitor ( 120 and an operation unit 130 that receives input voltages and temperatures of capacitors detected by the input voltage detector 110 and the temperature detector 120, respectively, accumulate them for a predetermined time period, and calculate a cumulative average value of the accumulated values.
  • a controller 140 for extracting the mean failure time (MTBF) from the cumulative average value.
  • the input voltage pre-detection 110 detects an input voltage input to the capacitor from the front end to the capacitor.
  • the input voltage refers to the magnitude of the voltage supplied to the capacitor, unlike the charging voltage of the capacitor.
  • the temperature detector 120 measures the temperature of the capacitor in contact with the capacitor or detects the temperature of the capacitor or its ambient temperature in a non-contact manner with the capacitor.
  • the present invention uses a FIT (Failure In Time) table for the modular converter to extract the average failure time (MTBF) of the capacitor from the cumulative average value of the input voltage and temperature.
  • This FIT table is a table that defines the FIT value according to the temperature and input voltage of the capacitor of the same product as the modular converter to diagnose the condition of the capacitor.
  • the FIT value defines the time when a failure occurs in the capacitor of the modular converter. That is, it means a failure occurrence time determined according to the temperature and the input voltage of the capacitor of the modular converter.
  • the FIT table may be determined based on, for example, product reliability data of a capacitor manufactured by a manufacturer, or in another example, the temperature and input voltage of the same modular converter may be measured through several experiments, and the measured value may be determined. By measuring the time of failure, the FIT table can be set according to the capacitor temperature and input voltage of the modular converter.
  • the cumulative average value of the temperature and the input voltage of the capacitor of the modular converter is calculated.
  • the FIT value is extracted by applying the FIT table to extract the MTBF corresponding to the FIT value.
  • Mean Time Between Failure MTBF
  • the MTBF is one of the indicators indicating the reliability of parts, devices, or systems. The longer the MTBF, the higher the reliability.
  • the present embodiment may further include an alarm generating unit 150, the alarm generating unit 150 is determined that the average failure time (MTBF) of the capacitor extracted by the controller 140 has arrived when the alarm arrives Try to generate sound. This is to perform repairs, replacements, checks, etc. with alarm sound when the average failure time of the capacitor is reached.
  • MTBF average failure time
  • FIG. 2 is a graph illustrating a process of generating an FIT table according to the present invention.
  • a plurality of sample modular converters are provided, and the FIT value according to the temperature and the input voltage of the capacitor of each sample modular converter is determined.
  • the controller 140 generates a two-dimensional graph in which the temperature and the input voltage are X-Y axes using a predetermined program from a plurality of FIT values. From this graph, the FIT table is generated according to the capacitor temperature and the input voltage range. 2 shows an example of an FIT table for a temperature range of 55 ° C. to 85 ° C. and a range of input voltage 15 ° C. to 27 mA. This range may vary depending on the capacitance of the capacitor to be measured.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for diagnosing a capacitor state of a modular converter according to the present invention.
  • a method for diagnosing a capacitor state of a modular converter according to the present invention is to diagnose a capacitor state of a modular converter applied to, for example, an HVDC system or a STATCOM device.
  • the FIT table according to the input voltage and the temperature of the capacitor is set for the plurality of sample modular converters (S101).
  • the FIT value is determined according to the input voltage and the temperature for the capacitor for each of the plurality of sample modular converters, and the FIT graph is generated from the FIT values for each of the sample modular converters.
  • the input voltage detection unit 110 detects the input voltage of the capacitor for a predetermined period for the measurement target modular converter to diagnose the state of the capacitor (S103) and the temperature detection unit 120 to diagnose.
  • the temperature of the capacitor is detected at each cycle (S105).
  • the steps S103 and S105 may be set in any order, and may be performed simultaneously.
  • the calculating unit 130 calculates a cumulative average value of input voltages and temperatures of the plurality of capacitors detected at each cycle (S107).
  • the cumulative average value is an arithmetic mean obtained by accumulating the input voltage value and the temperature value detected at each set period.
  • the controller 140 selects the FIT value corresponding to the calculated cumulative average value from the FIT table set in step S101 (S109).
  • the controller 140 extracts an average failure time MTBF of the capacitor from the selected FIT value (S111).
  • the method may further include a step (S115) of generating an alarm sound when it is determined whether the average failure time (MTBF) of the extracted capacitor arrives (S113). This is to perform an operation such as repair, replacement, and check through an alarm when the extracted MTBF is reached while using a capacitor.
  • a failure rate ⁇ for the plurality of sample modular converters is calculated.
  • This failure rate ⁇ is calculated by the following equation.
  • N N 0 ⁇ e - ⁇ t
  • N 0 is the number of sample modular converters
  • N is the number of modular converters that remained normal after the experiment
  • ⁇ is the failure rate
  • t is the experimental time.
  • the failure rate ⁇ may be calculated by using the number of modular converters that remain normally after a predetermined time t has elapsed from the number of sample modular converters.
  • MTBF is extracted from the failure rate ⁇ calculated as described above and the selected FIT value by using Equation 2 below.
  • the mean failure time (MTBF) calculated as described above is a criterion for determining how long the capacitors of the corresponding modular converter will cause a failure. Therefore, the present invention can diagnose the state of the current capacitor using the mean failure time (MTBF), and when the mean failure time (MTBF) arrives in the modular converter by performing a process such as maintenance, inspection, or replacement It is possible to prevent an accident due to a capacitor failure in advance.
  • MTBF mean failure time

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Abstract

본 발명은 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 커패시터의 상태진단방법은, 다수의 샘플 모듈형 컨버터에 대하여 내부의 커패시터의 입력전압 및 온도에 따른 FIT 테이블을 결정하는 테이블 결정단계; 입력전압검출부에서 커패시터의 상태를 진단하고자 하는 측정대상 모듈형 컨버터에서 커패시터의 입력전압을 기설정된 주기에 검출하는 입력전압 검출단계; 온도검출부에서 상기 측정대상 모듈형 컨버터의 커패시터의 온도를 상기 주기에 따라 검출하는 온도검출단계; 상기 주기동안 상기 입력전압검출부 및 온도검출부에서 각각 검출된 커패시터의 입력전압 및 온도에 대한 누적평균값을 연산하는 누적평균값 연산단계; 제어부에서 상기 연산된 입력전압 및 온도 누적평균값에 대응하는 FIT값을 상기 FIT 테이블에서 선택하는 선택단계; 및 상기 FIT값으로부터 상기 커패시터의 평균고장시간(MTBF)을 추출하는 추출단계를 포함한다.

Description

모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법
본 발명은 커패시터의 상태 진단방법에 관한 것으로서, 특히 모듈형 컨버터를 구성하는 커패시터의 입력전압과 온도의 각 누적평균값을 이용하여 커패시터의 평균고장시간(MTBF)을 추출함으로써 해당 커패시터의 상태를 진단하도록 하는 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법에 관한 것이다.
신재생 에너지, 전력품질의 중요성 부각 등 최근 전력계통은 많은 변화를 겪고 있으며, 이러한 변화는 고전압 직류송전(HVDC:High Voltage Direct Current) 시스템 또는 정지형 동기 보상기(STATCOM:Static Synchronous Compensator) 등과 같은 장치의 필요성을 증가시키고 있다.
최근에는 HVDC 시스템용 컨버터 또는 STATCOM용 컨버터에 모듈형(modular)의 구성방식이 새롭게 적용되고 있는데, 이것은 큰 용량을 갖는 하나의 컨버터로 HVDC 시스템이나 STATCOM 장치를 구성하는 것이 아니라, 작은 용량의 모듈형 컨버터를 구성하고 그것을 직렬로 연결하여 하나의 커다란 시스템으로 만들어 가는 것이다.
모듈형 컨버터에는 대용량 커패시터 또는 방전저항과 같은 높은 가격의 수동 전기소자들이 사용되는데, 이러한 부품에 의하여 장치 자체의 수명이 결정되지만 수동소자의 특성 상 부품의 상태를 능동적으로 판단하기가 어렵다.
일반적으로 정기적으로 유지보수점검을 통해 이러한 커패시터의 상태를 점검하지만 시스템의 동작시 모듈형 컨버터에 발생하는 열, 그리고 장치의 주변에서 발생할 수 있는 진동, 충격, 분진 등에 의해 부품의 성능이 저하될 수 있으므로 운전 중에도 부품의 상태를 파악하는 기술이 필요하다.
이를 위하여 일본등록특허 제4011016호에는 커패시터를 적용한 전원장치에 전압 및 전류와, 그리고 분위기온도를 계측하는 장치를 장치를 장착하여 계측한 결과로부터 정전용량을 구하고 이를 통해 커패시터의 수명을 판단하는 기술이 개시되어 있다. 하지만, 상기 일본등록특허 제4011016호에는 커패시터의 내부저항을 추가로 고려해야 하는데 사용환경에 따라 내부저항이 수시로 변하므로 실질적으로 정확한 수명판단이 어렵다는 문제점이 있다.
이를 보완하기 위해 한국등록특허 제10-1133478호에는 커패시터에 의해 구성된 축전체가 정격전력이나 부하소요전력을 출력하면서 방전할 수 있는 방전시간이 각 전력보상장치에 따라 요구되는 정격보상시간(정격전력 출력가능시간)을 초과하는 상태하에서 커패시터에 의해 구성된 축전체를 사용할 수 있는 잔여수명을 진단하는 커패시터의 잔여수명 진단장치를 제공한다. 하지만, 이 경우 정격보상시간을 초과하는 상태하에서만 축전체의 수명을 판단할 수 있다는 단점이 있다.
그 외에도, 콘덴서의 충전시간과 충전전압의 특성에 따라 콘덴서의 수명을 진단하는 기술(일본등록특허 제4812368호)과 직류전해 콘덴서의 온도와 충방전 전류를 이용하여 콘덴서 수명을 진단하는 기술(일본공개특허 제1995-092213호)이 개시되어 있으나, 전자는 커패시터의 수명에 영향을 미치는 온도를 고려하지 않기 때문에 판단의 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있고 후자는 콘덴서의 내부온도를 수학식으로 계산하기 때문에 실제 커패시터 온도를 정확히 반영하기 어렵다.
본 발명은 모듈형 컨버터에 적용되는 커패시터의 상태를 진단하기 위하여 커패시터의 입력전압과 온도를 측정하고, 이들 측정값의 누적평균값을 이용하여 평균고장시간(MTBF)을 산출함으로써 커패시터의 상태를 진단하도록 하는 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법은,
다수의 샘플 모듈형 컨버터에 대하여 내부의 커패시터의 입력전압 및 온도에 따른 FIT 테이블을 결정하는 테이블 결정단계; 입력전압검출부에서 커패시터의 상태를 진단하고자 하는 측정대상 모듈형 컨버터에서 커패시터의 입력전압을 기설정된 주기에 검출하는 입력전압 검출단계; 온도검출부에서 상기 측정대상 모듈형 컨버터의 커패시터의 온도를 상기 주기에 따라 검출하는 온도검출단계; 상기 주기동안 상기 입력전압검출부 및 온도검출부에서 각각 검출된 커패시터의 입력전압 및 온도에 대한 누적평균값을 연산하는 누적평균값 연산단계; 제어부에서 상기 연산된 입력전압 및 온도 누적평균값에 대응하는 FIT값을 상기 FIT 테이블에서 선택하는 선택단계; 및 상기 FIT값으로부터 상기 커패시터의 평균고장시간(MTBF)을 추출하는 추출단계; 를 포함한다.
본 발명에서, 상기 테이블 결정단계는, 상기 다수의 샘플 모듈형 컨버터마다 커패시터에 대한 입력전압 및 온도에 따른 FIT 값을 결정하는 단계; 상기 결정된 샘플 모듈형 컨버터별 FIT 값로부터 FIT 그래프를 생성하는 단계; 및 상기 FIT 그래프로부터 상기 입력전압 및 온도의 기설정된 범위에 대응하는 FIT값을 추출하여 FIT 테이블이 설정하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에서, 상기 평균고장시간(MTBF)의 추출단계는, 상기 다수의 샘플 모듈형 컨버터에 대한 고장률(λ)을 (N = N0 × e-λt)로부터 계산하는 단계; 및 상기 고장률(λ)과 FIT값으로부터 (MTBF = λ× FIT값)을 이용하여 상기 평균고장시간(MTBF)를 추출하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에서, 상기 평균고장시간(MTBF)의 추출단계 이후에, 상기 추출된 커패시터의 평균고장시간(MTBF)이 도래한 경우 경보음을 발생시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, HVDC 시스템 또는 STATCOM 장치에 적용되는 모듈형 컨버터의 경우 고전압이 입력되므로 이러한 고전압의 입력전압과 온도를 측정하고, 이들 각 측정값의 누적평균값을 이용하여 평균고장시간(MTBF)을 추출하므로 커패시터의 상태진단의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 모듈형 컨버터의 커패시터에 대한 평균고장시간을 계산하기 때문에 커패시터의 정비시간을 정확히 예측할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 FIT의 생성과정을 설명하기 위한 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법을 나타낸 흐름도.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 모듈형 컨버터는 예컨대 HVDC 시스템 또는 STATCOM 장치에 적용될 수 있다. 이 경우 모듈형 컨버터는 고전압의 입력전압을 공급받아 내부의 커패시터에 저장한다. 이러한 커패시터의 경우 입력전압과 온도에 따라 그 상태가 변하므로, 본 발명의 커패시터 상태진단장치는 이러한 커패시터에 대한 상태를 진단하는 것이다.
이를 위하여 본 실시 예에 따른 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단장치에서는 커패시터에 입력되는 입력전압을 검출하는 입력전압검출부(110)와, 커패시터에 접촉 또는 비접촉으로 설치되어 커패시터의 온도를 검출하는 온도검출부(120)와, 상기 입력전압검출부(110) 및 온도검출부(120)에서 각각 검출된 커패시터의 입력전압 및 온도를 수신하여 기설정된 일정시간동안 누적하고 그 누적된 값의 누적평균값을 연산하는 연산부(130)와, 상기 누적평균값으로부터 평균고장시간(MTBF)를 추출하는 제어부(140)를 포함하여 구성된다.
입력전압전검출(110)는 커패시터에 전단에서 커패시터로 입력되는 입력전압을 검출한다. 이러한 입력전압은 커패시터의 충전전압과는 다르게 커패시터로 공급되는 전압의 크기를 의미한다. 또한, 온도검출부(120)는 커패시터에 접촉한 상태에서 커패시터의 온도를 측정하거나 또는 커패시터에 비접촉 방식으로 커패시터의 온도 또는 그 주변온도를 검출하도록 한다.
여기서, 본 발명에서는 입력전압과 온도의 누적평균값으로부터 커패시터의 평균고장시간(MTBF)를 추출하기 위해 모듈형 컨버터에 대한 FIT(Failure In Time) 테이블을 이용한다. 이러한 FIT 테이블은 커패시터의 상태를 진단하고자 하는 모듈형 컨버터와 동일한 제품의 커패시터의 온도 및 입력전압에 따른 FIT값을 정의한 테이블이다. FIT값은 해당 모듈형 컨버터의 커패시터에 고장이 발생하는 시간을 정의한 값이다. 즉, 모듈형 컨버터의 커패시터에 대하여 온도와 입력전압에 따라 결정되는 고장발생시간을 의미한다. 이러한 FIT 테이블은 일례로 제조사로부터 제작된 커패시터의 제품 신뢰성 데이터를 바탕으로 결정될 수도 있으며, 또는 다른 예로 다수의 동일한 모듈형 컨버터의 제품에 대하여 온도와 입력전압을 여러 번의 실험을 통해 측정하고 그 측정값에 따라 고장이 발생하는 시간을 측정함으로써 해당 모듈형 컨버터의 커패시터 온도 및 입력전압에 따른 FIT 테이블을 설정할 수도 있다.
*따라서, 본 발명에 따른 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법에서는 커패시터의 상태를 진단하고자 하는 모듈형 컨버터에 대한 FIT 테이블을 미리 마련한 후에 그 모듈형 컨버터의 커패시터에 대한 온도 및 입력전압의 누적평균값을 FIT 테이블에 적용하여 FIT 값을 추출하여, FIT 값에 대응하는 평균고장시간(MTBF)를 추출하도록 한다. 여기서, 평균고장시간(MTBF:Mean Time Between Failure)은 부품, 장치 또는 시스템을 동작시켰을 경우 고장에서 고장까지의 평균시간으로서, 평균고장간격을 의미한다. 이러한 MTBF는 부품, 장치 또는 시스템의 신뢰성을 나타내는 지표 중 하나로서 MTBF가 길수록 신뢰성이 높다고 할 수 있다.
한편, 본 실시 예에서 경보발생부(150)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 경보발생부(150)은 제어부(140)에서 추출한 커패시터의 평균고장시간(MTBF)이 도래하였는지를 판단하여 도래한 경우 경보음을 발생시키도록 한다. 이는 커패시터의 평균고장시간에 도달하면 경보음을 통해 수리, 교체, 점검 등을 수행하도록 하기 위한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 FIT 테이블의 생성과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 FIT 테이블을 생성하기 위해서는 다수의 샘플 모듈형 컨버터를 마련하고 각 샘플 모듈형 컨버터의 커패시터에 대한 온도 및 입력전압에 따른 FIT 값을 결정한다. 이때, 샘플 모듈형 컨버터의 개수가 많을수록 FIT 테이블을 더 높은 신뢰성을 가진다. 이러한 샘플 모듈형 컨버터에 대한 FIT 값로부터 프로그램을 통해 FIT 그래프를 생성한다. 본 실시 예에서는 제어부(140)는 다수의 FIT 값으로부터 기설정된 소정의 프로그램을 이용하여 온도와 입력전압을 X-Y축으로 하는 2차원 그래프를 생성한다. 이 그래프로부터 커패시터의 온도 및 입력전압의 범위에 따른 FIT 테이블을 생성한다. 도 2에는 온도 55~85℃의 범위와 입력전압 15~27㎸의 범위에 대한 FIT 테이블의 예시를 나타내고 있다. 이러한 범위는 측정하고자 하는 커패시터의 용량에 따라 다르게 변경될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법은 예컨대 HVDC 시스템 또는 STATCOM 장치에 적용되는 모듈형 컨버터의 커패시터 상태를 진단하는 것이다. 먼저, 다수의 샘플 모듈형 컨버터에 대하여 커패시터의 입력전압 및 온도에 따른 FIT 테이블을 설정한다(S101). 이는 상기한 바와 같이 다수의 샘플 모듈형 컨버터마다 커패시터에 대한 입력전압 및 온도에 따른 FIT 값을 결정하고, 이들 샘플 모듈형 컨버터마다의 FIT 값로부터 FIT 그래프를 생성하는 것이다. FIT 테이블이 결정되면 입력전압검출부(110)에서 커패시터의 상태를 진단하고자 하는 측정대상 모듈형 컨버터에 대하여 커패시터의 입력전압을 기설정된 주기마다 검출하고(S103), 온도검출부(120)에서 진단하고자 하는 커패시터의 온도를 상기 주기마다 검출한다(S105). 여기서, 상기 S103 단계와 S105 단계는 순서는 임의대로 설정할 수 있으며, 동시에 수행하는 것도 가능하다.
계속해서, 연산부(130)에서 상기 주기마다 검출된 다수의 커패시터의 입력전압 및 온도에 대한 누적평균값을 연산한다(S107). 이러한 누적평균값은 설정된 주기마다 검출된 입력전압값과 온도값을 누적하여 산술평균을 구하는 것이다. 이후, 제어부(140)가 상기 연산된 누적평균값에 대응하는 FIT값을 상기 S101 단계에서 설정한 FIT 테이블에서 선택한다(S109). 이어, 제어부(140)는 상기 선택된 FIT값으로부터 커패시터의 평균고장시간(MTBF)을 추출한다(S111). 이후에, 추출된 커패시터의 평균고장시간(MTBF)이 도래하는지 판단하여(S113) 도래한 경우 경보음을 발생시키는 단계(S115)를 더 포함할 수도 있다. 이는 커패시터를 사용하는 도중에 상기 추출된 평균고장시간(MTBF)에 도달하면 경보음을 통해 수리, 교체, 점검 등의 동작을 수행할 수 있도록 하기 위한 것이다.
이하에서, 평균고장시간(MTBF)의 추출과정을 설명한다. 본 발명의 일 실시 예에서 상기 다수의 샘플 모듈형 컨버터에 대한 고장률(λ)을 계산한다. 이러한 고장률(λ)은 하기 수학식 1에 의해 계산된다.
[수학식 1]
N = N0 × e-λt
여기서, N0는 다수의 샘플 모듈형 컨버터의 개수, N은 실험후 정상상태를 유지한 모듈형 컨버터의 개수, λ은 고장률, t는 실험시간이다.
이러한 고장률(λ)은 초기에 다수의 샘플 모듈형 컨버터의 개수에서 일정시간(t)이 경과한 후 고장이 발생하지 않고 정상적으로 남은 모듈형 컨버터의 개수를 이용하여 계산할 수 있다. 이와 같이 계산된 고장률(λ)과 상기 선택된 FIT값으로부터 하기 수학식 2를 이용하여 MTBF를 추출한다.
[수학식 2]
MTBF = λ× FIT값
상기와 같이 계산된 평균고장시간(MTBF)는 해당 모듈형 컨버터의 커패시터가 평균적으로 얼마정도 있다가 고장이 발생할 것인지를 판단하는 기준이 된다. 따라서, 본 발명에서는 평균고장시간(MTBF)를 이용하여 현재 커패시터의 상태를 진단할 수 있으며, 평균고장시간(MTBF)가 도래하면 유지관리나 점검, 또는 교체 등을 과정을 수행함으로써 모듈형 컨버터에서 커패시터의 고장에 따른 사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 다수의 샘플 모듈형 컨버터에 대하여 내부의 커패시터의 입력전압 및 온도에 따른 FIT 테이블을 결정하는 테이블 결정단계;
    입력전압검출부에서 커패시터의 상태를 진단하고자 하는 측정대상 모듈형 컨버터에서 커패시터의 입력전압을 기설정된 주기에 검출하는 입력전압 검출단계;
    온도검출부에서 상기 측정대상 모듈형 컨버터의 커패시터의 온도를 상기 주기에 따라 검출하는 온도검출단계;
    상기 주기동안 상기 입력전압검출부 및 온도검출부에서 각각 검출된 커패시터의 입력전압 및 온도에 대한 누적평균값을 연산하는 누적평균값 연산단계;
    제어부에서 상기 연산된 입력전압 및 온도 누적평균값에 대응하는 FIT값을 상기 FIT 테이블에서 선택하는 선택단계; 및
    상기 FIT값으로부터 상기 커패시터의 평균고장시간(MTBF)을 추출하는 추출단계; 를 포함하는 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 테이블 결정단계는,
    상기 다수의 샘플 모듈형 컨버터마다 커패시터에 대한 입력전압 및 온도에 따른 FIT 값을 결정하는 단계;
    상기 결정된 샘플 모듈형 컨버터별 FIT 값로부터 FIT 그래프를 생성하는 단계; 및
    상기 FIT 그래프로부터 상기 입력전압 및 온도의 기설정된 범위에 대응하는 FIT값을 추출하여 FIT 테이블이 설정하는 단계; 를 포함하는 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 평균고장시간(MTBF)의 추출단계는,
    상기 다수의 샘플 모듈형 컨버터에 대한 고장률(λ)을 (N = N0 × e-λt)로부터 계산하는 단계; 및
    상기 고장률(λ)과 FIT값으로부터 (MTBF = λ× FIT값)을 이용하여 상기 평균고장시간(MTBF)를 추출하는 단계; 를 포함하는 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 평균고장시간(MTBF)의 추출단계 이후에,
    상기 추출된 커패시터의 평균고장시간(MTBF)이 도래한 경우 경보음을 발생시키는 단계를 더 포함하는 모듈형 컨버터의 커패시터 상태진단방법.
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