WO2017115952A1 - 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈의 운전 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈의 운전 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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submodules
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temperature
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왕인수
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주식회사 효성
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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G—PHYSICS
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters

Definitions

  • the present invention relates to the operation of a submodule of a modular multilevel converter (MMC), and more particularly, to an apparatus and method for controlling and operating a submodule of a modular multilevel converter to check the temperature of the submodule during operation of the MMC converter and to insert or replace the module. It is about.
  • MMC modular multilevel converter
  • Modular multi-level converter is a type of multi-level converter, which is composed of several sub-modules (SM).
  • the modular multilevel converter (MMC) can represent a high voltage output and a large capacity output of the multiple converter, and can control the output voltage with a stepped output.
  • the MMC converter has an advantage that the structure is simpler to implement than the general multilevel converter, and the life can be extended by using redundant redundant submodules.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conventional general MMC converter.
  • the MMC converter 10 includes one or more phase modules 1 and each phase module 1 includes a plurality of sub-modules having two output terminals X1 and X2. 10) is connected in series.
  • the load connection terminals L1, L2, and L3 may be connected to a three phase load, for example, a three phase AC power system.
  • the upper module 1 is divided into an upper upper module 1a and a lower upper module 1b based on the load connection terminals L1, L2, and L3.
  • the MMC converter 1 operates by adding a plurality of redundant submodules 11 which are waiting for the plurality of submodules 10 participating in the operation in preparation for a failure during operation of the submodule 10. have.
  • the preliminary submodule 11 does not output a voltage, but the submodule 10 also participating in the operation may be immediately supplied in the event of a failure of the submodule 10 participating in the operation even in the standby state.
  • the sub-module is a very important component in the MMC converter 1, it is very important to check and manage the state of the sub-module 10 participating in the operation and the standby sub-module 11 in standby. To this end, the state of the sub-modules 10 and 11 is checked during the maintenance period and managed to maintain the best state.
  • the state of the submodule 10 participating in the operation and the preliminary submodule 11 in the standby state cannot be confirmed, but the state of the submodule 10 participating in the operation is poor. Since the operation must be continued until a failure occurs, a problem may occur in the reliability of the MMC converter 1.
  • the spare submodule 11 although there is a spare submodule in a good state, the submodule in a bad state may be input. This may also adversely affect the reliability of the MMC converter.
  • An object of the present invention is to provide an operation control apparatus and method for a submodule of a modular multilevel converter that checks the temperature of a plurality of submodules during operation of an MMC converter and controls them to replace or participate in operation.
  • An apparatus for controlling a submodule of a modular multilevel converter (MMC) may include thermal images of a plurality of submodules participating in operation and a plurality of standby submodules during operation of the MMC converter.
  • the temperature extracting unit extracts a temperature for each position of a plurality of parts located in the sub-module from the captured thermal image.
  • the order determiner determines the replacement order in the order in which the temperature for each position of the part of the submodule participating in the operation of the MMC converter is higher than the first reference temperature preset for each position of the corresponding part.
  • the order determining unit determines the participation order in the order in which the temperature of each part of the spare submodule of the MMC converter is lower than the second reference temperature preset for each location of the corresponding part.
  • a plurality of submodules participating in the operation and a plurality of standby submodules are stacked in a matrix form of N horizontal and M vertical (N, M is a natural number), and the N ⁇ M submodule is stacked.
  • An XY axis moving rail installed so that the thermal imaging camera can move along the XY axis; And a movement control unit controlling a movement of the thermal imaging camera on the X-Y axis moving rail.
  • the preliminary sub-module operation control method of the modular multi-level converter (MMC) according to an embodiment of the present invention, a plurality of sub-modules participating in the operation of the MMC converter in the thermal imaging camera during operation of the MMC converter and a plurality of pending Photographing each of the thermal images of the preliminary submodule; Extracting temperatures of the plurality of submodules from the captured thermal image by a temperature extracting unit; Determining a replacement order to be replaced in a submodule participating in the operation of the MMC converter and a participation order to participate in the operation in the preliminary submodule according to the extracted temperature; Controlling, by the controller, to perform the operation by replacing and participating in the submodules according to the replacement order of the submodules participating in the operation and the participation order of the preliminary submodules in the MMC converter; It includes.
  • the extracting of the temperatures for each of the plurality of submodules may include extracting temperatures for positions of a plurality of components located in the submodule from the photographed thermal image.
  • the replacement order is determined according to the order in which the temperature of each part of the sub-module participating in the operation of the MMC converter is higher than the first reference temperature preset for each location of the corresponding part.
  • the determination of the order of participation determines the order of input according to the order in which the temperature of each part of the spare submodule of the MMC converter is lower than the second reference temperature preset for each location of the corresponding part.
  • the state of the preliminary submodule is checked in real time during the operation of the modular multilevel converter (MMC), it is possible to input the submodule in a good state, thereby improving the reliability of the MMC converter.
  • MMC modular multilevel converter
  • the present invention it is possible to check the replacement time of the sub-module in bad state by checking the state of the sub-module in operation in real time during the operation of the modular multi-level converter (MMC), it is possible to quickly replace the spare sub-module. .
  • MMC modular multi-level converter
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a sub module operation control apparatus of an MMC converter according to the present invention
  • FIG. 3 is an exemplary layout of submodules of an MMC converter according to the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart of a method for controlling operation of a submodule of an MMC 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. 2 is a block diagram of an apparatus for controlling a sub module of an MMC converter according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the operation control apparatus 100 (hereinafter, referred to as an operation control apparatus) of a preliminary submodule of the modular multilevel converter (MMC) according to the present invention may include a thermal imager 110 and a temperature extractor 120. ), The order determiner 130 and the controller 140 are configured.
  • the thermal imaging camera 110 photographs thermal images of the plurality of submodules 101 participating in the operation and the plurality of standby submodules 102 in operation during the operation of the MMC converter.
  • the plurality of preliminary submodules 102 do not output a voltage, but even when in a standby state, the same switching signal as the submodules 101 participating in the operation in order to be immediately input when a failure of the submodules 101 participating in the operation occurs.
  • the carrier signal and the control signal are applied, thereby performing the same operation.
  • the thermal imaging camera 110 is provided to check the thermal state of the submodule, and may be implemented as, for example, an infrared camera.
  • the temperature extractor 120 extracts the temperature for each submodule 101 and 102 from the thermal image captured by the thermal camera 110.
  • the temperature extracting unit 120 extracts the temperature of each of the sub-modules 101 and 102 for each position of a plurality of components located therein from the thermal image.
  • the temperature extractor 120 analyzes a color pattern that appears differently according to temperature at each location by using a predetermined image processing technique for the thermal image. For example, the higher the temperature for each position, the closer to red color, and the lower the temperature, the closer to blue color.
  • the color has a data value corresponding to RGB.
  • Each of the RGB values has color data of, for example, 0 to 255 levels, and the temperature according to the color pattern is extracted for each position by the combination of the color data.
  • Each of these submodules 101 and 102 includes a variety of components including a plurality of semiconductor switches, capacitors, and diodes, and these components are disposed at respective positions.
  • heat is generated in the internal parts, so that the temperature is displayed for each position of each part in the thermal image photographed by the thermal imaging camera 110.
  • Ordering unit 130 is a replacement order and standby to be replaced among a plurality of sub-modules 101 participating in the operation of the MMC converter according to the information of the temperature for each sub-module (101, 102) extracted by the temperature extraction unit 120
  • the participation order to participate in the operation is determined among the preliminary submodules 102 in progress. That is, the plurality of submodules 101 participating in the operation are determined to be replaced according to the temperatures of the respective submodules 101 and 102, and the preliminary submodule 102 is input to the MMC converter to determine the order to participate in the operation. will be.
  • the overall temperature in the submodules 101 and 102 is abnormally high or that the temperature is abnormally high for each component location therein means that the state of the submodule 101 is not good.
  • a relatively low temperature means that the condition is good. Therefore, by using the temperature information of the submodule submodule 101 participating in the operation is to be replaced in a bad order, the preliminary submodule 102 is to put in a good order to participate in the operation.
  • the order determiner 130 is arranged in the order that the temperature of each part of the sub-module 101 participating in the operation of the MMC converter is higher than the first reference temperature preset for each location of the corresponding part.
  • the replacement order is determined accordingly, and the participation order is determined according to the order in which the temperature of each part of the spare submodule of the MMC converter is lower than the second reference temperature set by the location of the corresponding part. Accordingly, the submodule 101 participating in the operation may be replaced in a poor order, and the preliminary submodule 102 may participate in the good order in accordance with the temperature of each component location of the submodule.
  • the controller 140 controls the MMC converter to perform the operation by replacing and participating in the corresponding submodules 101 and 102 according to the replacement order of the submodules 101 participating in the operation and the participation order of the standby submodules 102 that are waiting for the MMC converter. do.
  • FIG 3 is an exemplary diagram of an arrangement of submodules of an MMC converter according to the present invention.
  • the operation control apparatus 100 includes an XY axis moving rail 210 installed so that the thermal imaging camera 110 is movable in the XY axis with respect to the N ⁇ M type submodules 101 and 102.
  • the apparatus may further include a movement controller 220 for controlling the movement of the thermal imaging camera 110 on the XY axis moving rail 210.
  • the thermal imaging camera 110 is movable to the left and right along the X-axis rail and the X-axis rail is designed to be able to move up and down along the Y-axis rail.
  • the thermal imaging camera 110 can photograph all the sub-modules 101 and 102 arranged in the form of N ⁇ M.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation control method of a sub module of an MMC converter according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a plurality of sub-modules 101 participating in the operation of the MMC converter in the thermal imaging camera 110 during the operation of the MMC converter and Each of the thermal images of the plurality of preliminary submodules 102 that are waiting is photographed (S101).
  • the movement control unit 220 for the shooting in step S101 thermal imaging camera 110 to shoot a thermal image with respect to the sub-modules (101,102) arranged in the N ⁇ M shape thermal imaging camera Control the movement of 110. Accordingly, the thermal imaging camera 110 photographs the thermal image while moving on the X-Y axis moving rail 210.
  • the temperature extracting unit 120 extracts temperatures of the plurality of sub-modules 101 and 102 from the thermal image photographed as described above (S103).
  • This temperature extraction can use a predetermined image processing (imaging processing) technique.
  • the temperature extraction preferably extracts the temperature for each position of the plurality of components located in each of the sub-modules (101, 102) from the captured thermal image.
  • the replacement order is determined according to the order in which the temperature of each part of the sub-module 101 participating in the operation of the MMC converter is higher than the first reference temperature set by the location of the corresponding parts.
  • the determination of the participation order may be determined according to the order in which the temperature of each component of the preliminary submodule 102 of the MMC converter is lower than the second reference temperature preset for each component of the component.
  • the control unit 140 controls to perform the operation by replacing and participating in the corresponding submodules according to the replacement order of the submodules 101 participating in the operation in the MMC converter and the participation order of the preliminary submodules 102 that are waiting.
  • the sub-modules 101 may be replaced in a bad order according to the temperatures of the plurality of sub-modules 101 participating in the operation, and correspondingly, the states may be changed according to the temperatures of the preliminary sub-modules 102. In order to participate in the operation on behalf of the replaced submodule 101 in the sub-module 102 in a preferred order.

Abstract

본 발명은 MMC 컨버터의 동작 중에 서브모듈의 온도를 확인하여 운전에 투입하거나 교체하도록 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 운전 제어장치 및 제어방법을 제공한다. 본 발명에 따른 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)의 서브모듈 운전 제어장치는, MMC 컨버터의 동작 중에 운전에 참여중인 복수의 서브모듈 및 대기중인 복수의 예비 서브모듈에 대한 열화상이미지를 각각 촬영하는 열화상카메라; 상기 촬영된 열화상이미지로부터 상기 서브모듈별 온도를 추출하는 온도추출부; 상기 추출된 서브모듈별 온도정보에 따라 상기 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 서브모듈에서 교체될 교체순서 및 상기 예비 서브모듈에서 운전에 참여할 참여순서를 결정하는 순서결정부; 및 상기 MMC 컨버터에서 운전에 참여중인 서브모듈의 교체순서와 예비 서브모듈의 참여순서에 따라 서브모듈을 교체 및 참여시켜 운전을 수행하도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈의 운전 제어장치 및 제어방법
본 발명은 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)의 서브모듈 운전에 관한 것으로서, 특히 MMC 컨버터의 동작 중에 서브모듈의 온도를 확인하여 운전에 투입하거나 교체하도록 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 운전 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)는 다중 레벨 컨버터의 한 종류로서, 여러 개의 서브모듈(sub module:SM)로 이루어진 컨버터이다. 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)는 다중 컨버터가 가지는 높은 전압의 출력 및 대용량의 출력을 나타낼 수 있고, 계단식의 출력으로 출력 전압을 조절할 수 있다.
이러한 MMC 컨버터는 일반적인 다중레벨 컨버터에 비해 구조가 간단하여 구현하기가 쉽고 여분의 예비(redundant) 서브모듈을 사용함으로써 수명을 연장시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 일반적인 MMC 컨버터의 구성도이다.
도 1을 참조하면, MMC 컨버터(10)는 1개 이상의 상모듈(phase module)(1)로 구성되고 각 상모듈(1)은 2개의 출력단자(X1,X2)를 갖는 복수의 서브모듈(10)이 직렬연결된다. 부하접속단자(L1,L2,L3)는 3상 부하, 예컨대 3상 교류전력시스템에 접속될 수 있다. 상모듈(1)은 부하접속단자(L1,L2,L3)를 기준으로 상부 상모듈(1a)과 하부 상모듈(1b)로 구분된다.
이러한 MMC 컨버터(1)는 서브모듈(10)의 운전중 고장발생을 대비하여 운전에 참여중인 복수의 서브모듈(10) 외 대기중인 복수의 예비(redundant) 서브모듈(11)을 추가하여 운전하고 있다. 이러한 예비 서브모듈(11)은 전압을 출력하지는 않지만 대기상태에서도 운전에 참여중인 서브모듈(10)의 고장발생시 즉시 투입될 수 있도록 하기 위해 예비 서브모듈(11)도 운전에 참여중인 서브모듈(10)과 동일한 스위칭신호와 캐리어신호가 인가된다.
그런데, 종래에는 MMC 컨버터(1)에서 서브모듈은 매우 중요한 구성요소이므로 운전에 참여중인 서브모듈(10)과 대기중인 예비 서브모듈(11)에 대한 상태확인 및 관리가 매우 중요하다. 이를 위해 유지보수기간 동안 서브모듈(10,11)의 상태를 점검하고 최상의 상태를 유지하도록 관리하고 있다. 하지만, MMC 컨버터가 동작중일 때는 운전에 참여중인 서브모듈(10) 및 대기상태의 예비 서브모듈(11)의 상태를 확인할 수 없기 때문에 운전에 참여중인 서브모듈(10)의 상태가 불량함에도 불구하고 고장이 발생할 때까지 계속 운전을 해야 하므로 MMC 컨버터(1)의 신뢰성에 문제가 발생할 수 있다. 또한, 예비 서브모듈(11)의 경우 상태가 양호한 예비 서브모듈이 있음에도 불구하고 상태가 나쁜 서브모듈을 투입할 수도 있다. 이 경우에도 MMC 컨버터의 신뢰성에 악영향을 미칠 수 있다.
이에, 해당 기술분야에서는 MMC 컨버터의 운전중일 때 운전에 참여중인 서브모듈 및 예비 서브모듈의 상태를 실시간으로 확인하여 교체순서와 참여순서를 결정하고 그 순서에 따라 교체 및 운전을 수행하도록 하는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 MMC 컨버터의 동작중에 다수의 서브모듈의 온도를 확인하여 운전중 교체하거나 운전에 참여하도록 제어하는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈의 운전 제어장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)의 서브모듈 운전 제어장치는, MMC 컨버터의 동작 중에 운전에 참여중인 복수의 서브모듈 및 대기중인 복수의 예비 서브모듈에 대한 열화상이미지를 각각 촬영하는 열화상카메라; 상기 촬영된 열화상이미지로부터 상기 서브모듈별 온도를 추출하는 온도추출부; 상기 추출된 서브모듈별 온도정보에 따라 상기 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 서브모듈에서 교체될 교체순서 및 상기 예비 서브모듈에서 운전에 참여할 참여순서를 결정하는 순서결정부; 및 상기 MMC 컨버터에서 운전에 참여중인 서브모듈의 교체순서와 예비 서브모듈의 참여순서에 따라 서브모듈을 교체 및 참여시켜 운전을 수행하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명에서, 상기 온도추출부는 상기 촬영된 열화상이미지로부터 상기 서브모듈 내에 위치한 다수의 부품의 위치별로 온도를 추출한다.
본 발명에서, 상기 순서결정부는 상기 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 서브모듈의 부품의 위치별 온도가 해당 부품의 위치별로 기설정된 제1기준온도보다 높은 순서에 따라 교체순서를 결정한다.
본 발명에서, 상기 순서결정부는 상기 MMC 컨버터의 예비 서브모듈의 부품의 위치별 온도가 해당 부품의 위치별로 기설정된 제2기준온도보다 낮은 순서에 따라 참여순서를 결정한다.
본 발명에서, 상기 운전에 참여중인 복수의 서브모듈 및 대기중인 복수의 예비 서브모듈은 가로 N개와 세로 M개(N,M은 자연수)가 매트릭스 형태로 적층되며, 상기 N×M 형태의 서브모듈에 대하여 상기 열화상카메라가 X-Y축으로 이동가능하도록 설치된 X-Y축 이동레일; 및 상기 X-Y축 이동레일 상에서 상기 열화상카메라의 이동을 제어하는 이동제어부를 더 포함한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)의 예비 서브모듈 운전 제어방법은, MMC 컨버터의 운전 중에 열화상카메라에서 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 복수의 서브모듈 및 대기중인 복수의 예비 서브모듈의 열화상이미지를 각각 촬영하는 단계; 온도추출부에서 상기 촬영된 열화상이미지로부터 상기 복수의 서브모듈별 온도를 추출하는 단계; 순서결정부에서 상기 추출된 온도에 따라 상기 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 서브모듈에서 교체될 교체순서 및 상기 예비 서브모듈에서 운전에 참여할 참여순서를 결정하는 단계; 제어부에서 상기 MMC 컨버터에서 운전에 참여중인 서브모듈의 교체순서와 예비 서브모듈의 참여순서에 따라 서브모듈을 교체 및 참여시켜 운전을 수행하도록 제어하는 단계; 를 포함한다.
본 발명에서, 상기 복수의 서브모듈별 온도를 추출하는 단계는, 상기 촬영된 열화상이미지로부터 상기 서브모듈 내에 위치한 다수의 부품의 위치별로 온도를 추출한다.
본 발명에서, 상기 교체순서의 결정은 상기 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 서브모듈의 부품의 위치별 온도가 해당 부품의 위치별로 기설정된 제1기준온도보다 높은 순서에 따라 교체순서를 결정한다.
본 발명에서, 상기 참여순서의 결정은 상기 MMC 컨버터의 예비 서브모듈의 부품의 위치별 온도가 해당 부품의 위치별로 기설정된 제2기준온도보다 낮은 순서에 따라 투입순서를 결정한다.
본 발명에 의하면, 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)가 동작하는 도중에 실시간으로 예비 서브모듈의 상태를 확인함으로써 상태가 양호한 서브모듈부터 투입할 수 있도록 하므로 MMC 컨버터의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)가 동작하는 도중에 실시간으로 운전중인 서브모듈의 상태를 확인함으로써 상태가 불량한 서브모듈의 교체시기를 확인할 수 있으므로 예비 서브모듈과의 빠른 교체가 가능하다.
도 1은 일반적인 MMC 컨버터의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 운전 제어장치의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈의 배치 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 운전 제어방법의 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 2는 본 발명의 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈 운전 제어장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 모듈러 멀티레벨 컨버터(MMC)의 예비 서브모듈의 운전 제어장치(100)(이하, 운전제어장치라 함)는 열화상카메라(110), 온도추출부(120), 순서결정부(130) 및 제어부(140)를 포함하여 구성된다.
열화상카메라(110)는 MMC 컨버터의 동작 중에 운전에 참여중인 다수의 서브모듈(101) 및 대기중인 복수의 예비 서브모듈(102)에 대한 열화상이미지를 각각 촬영한다. 이러한 복수의 예비 서브모듈(102)은 전압을 출력하지는 않지만 대기상태에서도 운전에 참여중인 서브모듈(101)의 고장발생시 즉시 투입될 수 있도록 하기 위해 운전에 참여중인 서브모듈(101)과 동일한 스위칭신호, 캐리어신호 및 제어신호가 인가되며, 이로써 기설정된 동작을 동일하게 수행하게 된다. 열화상카메라(110)는 서브모듈의 열적상태를 확인하기 위해 제공된 것으로서, 예컨대 적외선카메라로 구현될 수 있다.
온도추출부(120)는 열화상카메라(110)에서 촬영된 열화상이미지로부터 각 서브모듈(101,102)별 온도를 각각 추출한다. 이러한 온도추출부(120)는 열화상이미지로부터 각 서브모듈(101,102)마다 내부에 위치한 다수의 부품의 위치별로 온도를 추출하도록 한다. 이를 위해 온도추출부(120)는 열화상이미지에 대해 기설정된 이미지 프로세싱(imaging processing) 기법을 이용하여 각 위치별로 온도에 따라 다르게 나타나는 색상패턴을 분석한다. 예컨대, 각 위치별로 온도가 높을수록 빨간색에 가깝게 표시되고, 온도가 낮을수록 파란색에 가깝게 표시된다. 색상은 RGB에 대응하는 데이터값을 가진다. RGB값 각각은 예컨대 0~255 단계의 색상데이터를 가지며, 이러한 색상데이터의 조합으로 위치별로 색상패턴에 따른 온도를 추출한다. 이들 서브모듈(101,102)은 각각 다수의 반도체스위치, 커패시터, 다이오드를 비롯하여 다양한 부품을 포함하여 구성되며, 이러한 부품들은 각각 해당 위치에 배치된다. 서브모듈(101,102)이 동작하게 되면 내부의 부품들에 발열이 발생하므로 열화상카메라(110)에 의해 촬영된 열화상이미지에는 각 부품의 위치별로 온도가 나타나게 되는 것이다.
순서결정부(130)는 온도추출부(120)에 의해 추출된 각 서브모듈(101,102)별 온도의 정보에 따라 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 복수의 서브모듈(101) 중에서 교체될 교체순서 및 대기중인 예비 서브모듈(102) 중에서 운전에 참여할 참여순서를 결정한다. 즉, 각 서브모듈(101,102)의 온도에 따라 운전에 참여중인 복수의 서브모듈(101)은 교체할 순서를 결정하고, 예비 서브모듈(102)은 MMC 컨버터에 투입되어 운전에 참여할 순서를 결정하는 것이다. 이는 서브모듈(101,102)에서 전체적으로 온도가 비정상적으로 높거나 내부의 부품 위치별로 온도가 비정상적으로 높다는 것은 서브모듈(101)의 상태가 좋지 않다는 것을 의미한다. 반대로 온도가 상대적으로 낮다는 것은 상태가 양호하다는 것을 의미한다. 따라서, 서브모듈의 온도 정보를 이용하여 운전에 참여중인 서브모듈(101)은 상태가 나쁜 순서로 교체하도록 하고, 예비 서브모듈(102)은 상태가 좋은 순서로 투입하여 운전에 참여하도록 하는 것이다.
이를 위하여, 본 발명의 실시 예에서 순서결정부(130)는 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 서브모듈(101)의 부품의 위치별 온도가 해당 부품의 위치별로 기설정된 제1기준온도보다 높은 순서에 따라 교체순서를 결정하고, 또한 MMC 컨버터의 예비 서브모듈의 부품의 위치별 온도가 해당 부품의 위치별 기설정된 제2기준온도보다 낮은 순서에 따라 참여순서를 결정하도록 한다. 이에 따라, 서브모듈의 부품 위치별 온도에 따라 운전에 참여중인 서브모듈(101)은 상태가 좋지 않은 순서대로 교체하고 예비 서브모듈(102)은 상태가 좋은 순서대로 운전에 참여시키도록 한다.
제어부(140)는 MMC 컨버터에서 운전에 참여중인 서브모듈(101)의 교체순서와 대기중인 예비 서브모듈(102)의 참여순서에 따라서 해당 서브모듈(101,102)을 교체 및 참여시켜서 운전을 수행하도록 제어한다.
도 3은 본 발명에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈의 배치에 대한 예시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 복수의 서브모듈(101) 및 대기중인 복수의 예비 서브모듈(102)은 가로 N개와 세로 M개(N,M은 자연수)가 매트릭스 형태로 적층된다. 이때, 열화상카메라(110)가 N×M 형태의 서브모듈(101,102)을 촬영하도록 한다. 이를 위해 본 발명의 다른 실시 예에서 운전 제어장치(100)는 열화상카메라(110)가 N×M 형태의 서브모듈(101,102)에 대하여 X-Y축으로 이동가능하도록 설치된 X-Y축 이동레일(210)과, X-Y축 이동레일(210) 상에서 열화상카메라(110)의 이동을 제어하는 이동제어부(220)를 더 포함할 수 있다.
이러한 이동제어부(220)에 의해 열화상카메라(110)는 X축 레일을 따라 좌우로 이동이 가능하고 X축 레일은 Y축 레일을 따라 상하 이동이 가능하도록 설계된다. 이로써, 열화상카메라(110)는 N×M 형태로 배열된 모든 서브모듈(101,102)을 촬영할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈의 운전 제어방법을 보이는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 MMC 컨버터의 서브모듈의 운전 제어방법에서는 MMC 컨버터의 운전 중에 열화상카메라(110)에서 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 복수의 서브모듈(101) 및 대기중인 복수의 예비 서브모듈(102)에 대한 열화상이미지를 각각 촬영한다(S101). 도면에 도시하지 않았으나, S101 단계에서 상기 촬영을 위해 이동제어부(220)는 열화상카메라(110)가 N×M 형태로 배열된 서브모듈(101,102)에 대하여 열화상이미지를 촬영할 수 있도록 열화상카메라(110)의 이동을 제어한다. 이에 따라 열화상카메라(110)는 X-Y축 이동레일(210) 상에서 이동하면서 열화상이미지를 촬영하게 된다.
이후, 온도부추출부(120)에서 상기와 같이 촬영된 열화상이미지로부터 복수의 서브모듈(101,102)별 온도를 추출한다(S103). 이러한 온도추출에는 기설정된 이미지 프로세싱(imaging processing) 기법을 사용할 수 있다. 이때, 온도추출은 바람직하게는 상기 촬영된 열화상이미지로부터 각 서브모듈(101,102) 내에 위치한 다수의 부품의 위치별로 온도를 추출한다. 이로써, 서브모듈(101,102)의 전체적인 온도를 확인할 수 있을 뿐만 아니라 내부의 각 부품에 대한 온도도 확인할 수 있다.
계속해서, 순서결정부(130)에서 상기와 같이 추출된 온도에 따라 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 복수의 서브모듈(101)에서 교체될 교체순서 및 대기중인 복수의 예비 서브모듈(102)에서 운전에 참여할 참여순서를 결정한다(S105). 이러한 교체순서의 결정은 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 서브모듈(101)의 부품의 위치별 온도가 해당 부품의 위치별 기설정된 제1기준온도보다 높은 순서에 따라 결정하도록 한다. 또한, 참여순서의 결정은 MMC 컨버터의 예비 서브모듈(102)의 부품의 위치별 온도가 해당 부품의 위치별 기설정된 제2기준온도보다 낮은 순서에 따라 결정하도록 한다.
이후에, 제어부(140)에서 MMC 컨버터에서 운전에 참여중인 서브모듈(101)의 교체순서와 대기중인 예비 서브모듈(102)의 참여순서에 따라 해당 서브모듈을 교체 및 참여시켜 운전을 수행하도록 제어한다(S107). 이로써, 운전에 참여중인 복수의 서브모듈(101)의 온도에 따라 상태가 나쁜 순서대로 해당 서브모듈(101)을 교체하도록 하고, 이에 대응하여 복수의 예비 서브모듈(102)의 온도에 따라 상태가 양호한 순서대로 해당 서브모듈(102)을 상기 교체되는 서브모듈(101)을 대신하여 운전에 참여하도록 한다.
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 (9)

  1. MMC 컨버터의 동작 중에 운전에 참여중인 복수의 서브모듈 및 대기중인 복수의 예비 서브모듈에 대한 열화상이미지를 각각 촬영하는 열화상카메라;
    상기 열화상이미지로부터 상기 서브모듈별 온도를 추출하는 온도추출부;
    상기 추출된 서브모듈별 온도정보에 따라 상기 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 서브모듈에서 교체될 교체순서 및 상기 예비 서브모듈에서 운전에 참여할 참여순서를 결정하는 순서결정부; 및
    상기 MMC 컨버터에서 운전에 참여중인 서브모듈의 교체순서와 예비 서브모듈의 참여순서에 따라 서브모듈을 교체 및 참여시켜 운전을 수행하도록 제어하는 제어부; 를 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 운전 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도추출부는 상기 촬영된 열화상이미지로부터 상기 서브모듈 내에 위치한 다수의 부품의 위치별로 온도를 추출하는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 운전 제어장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 순서결정부는 상기 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 서브모듈의 부품의 위치별 온도가 해당 부품의 위치별로 기설정된 제1기준온도보다 높은 순서에 따라 교체순서를 결정하는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 운전 제어장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 순서결정부는 상기 MMC 컨버터의 예비 서브모듈의 부품의 위치별 온도가 해당 부품의 위치별로 기설정된 제2기준온도보다 낮은 순서에 따라 참여순서를 결정하는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 운전 제어장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 운전에 참여중인 복수의 서브모듈 및 대기중인 복수의 예비 서브모듈은 가로 N개와 세로 M개(N,M은 자연수)가 매트릭스 형태로 적층되며,
    상기 N×M 형태의 서브모듈에 대하여 상기 열화상카메라가 X-Y축으로 이동가능하도록 설치된 X-Y축 이동레일; 및
    상기 X-Y축 이동레일 상에서 상기 열화상카메라의 이동을 제어하는 이동제어부; 를 더 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 운전 제어장치.
  6. MMC 컨버터의 운전 중에 열화상카메라에서 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 복수의 서브모듈 및 대기중인 복수의 예비 서브모듈의 열화상이미지를 각각 촬영하는 단계;
    온도추출부에서 상기 촬영된 열화상이미지로부터 상기 복수의 서브모듈별 온도를 추출하는 단계;
    순서결정부에서 상기 추출된 온도에 따라 상기 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 서브모듈에서 교체될 교체순서 및 상기 예비 서브모듈에서 운전에 참여할 참여순서를 결정하는 단계;
    제어부에서 상기 MMC 컨버터에서 운전에 참여중인 서브모듈의 교체순서와 예비 서브모듈의 참여순서에 따라 서브모듈을 교체 및 참여시켜 운전을 수행하도록 제어하는 단계; 를 포함하는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 운전 제어방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 서브모듈별 온도를 추출하는 단계는, 상기 촬영된 열화상이미지로부터 상기 서브모듈 내에 위치한 다수의 부품의 위치별로 온도를 추출하는 것을 특징으로 하는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 운전 제어방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 교체순서의 결정은 상기 MMC 컨버터의 운전에 참여중인 서브모듈의 부품의 위치별 온도가 해당 부품의 위치별로 기설정된 제1기준온도보다 높은 순서에 따라 교체순서를 결정하는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 운전 제어방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 참여순서의 결정은 상기 MMC 컨버터의 예비 서브모듈의 부품의 위치별 온도가 해당 부품의 위치별로 기설정된 제2기준온도보다 낮은 순서에 따라 투입순서를 결정하는 모듈러 멀티레벨 컨버터의 서브모듈 운전 제어방법.
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