WO2018079917A1 - Hvdc 시스템의 소호각 제어 장치 및 방법 - Google Patents

Hvdc 시스템의 소호각 제어 장치 및 방법 Download PDF

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이성두
최순호
이철희
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for controlling the whistle angle of an HVDC system.
  • the high voltage direct current (HVDC) system is a system that converts AC power produced in a power plant into direct current and transmits it, and then converts it back into alternating current at the power receiving end to supply power to the load.
  • HVDC high voltage direct current
  • Such an HVDC system enables efficient and economical power transmission through voltage boosting, which is an advantage of AC transmission, and overcomes various disadvantages (such as long distance transmission efficiency) of AC transmission.
  • the firing angle of the converter (rectifier or inverter) included in the HVDC system can be controlled.
  • control may cause reactive power fluctuations and vibrations of the converter, and such reactive power fluctuations and vibrations may cause problems such as rectification failure of the converter.
  • the present invention provides an apparatus and method for controlling the arc angle of an HVDC system that can improve the stability of the system by controlling the arc angle of the converter included in the HVDC system.
  • An apparatus for controlling an arc angle of an HVDC system may include: a converter reactive power calculator configured to calculate an amount of change in reactive power of the converter according to an arc angle control of a converter included in an HVDC system; An AC system short-circuit capacity calculating unit configured to calculate an AC system short circuit level by applying the reactive power variation to an AC system short-circuit capacity calculation equation linked to the HVDC system; An arc angle change value calculator configured to calculate an arc angle change value of the converter corresponding to the short-circuit capacitance; And an arc angle control unit for controlling the angle of arc of the converter according to the angle of arc angle control value in which the angle of arc angle change is reflected. It may include.
  • the arc angle control device of the HVDC system may further include a firing angle controller for controlling the firing angle of the converter according to the firing angle control value and transferring the firing angle control value to the converter reactive power calculation unit.
  • a firing angle controller for controlling the firing angle of the converter according to the firing angle control value and transferring the firing angle control value to the converter reactive power calculation unit.
  • a method for controlling an arc angle of an HVDC system comprising: calculating a change amount of reactive power of the converter according to an arc angle control of a converter included in an HVDC system; Calculating an AC system short circuit level by applying the reactive power variation to an AC system short circuit capacity formula associated with the HVDC system; Calculating a sweep angle change value of the converter corresponding to the short circuit capacitance; And controlling an angle of inclination of the converter according to a final angle of incidence control value reflecting the angle of inclination angle of the angle of incidence of the HVDC system. It may include.
  • the present invention it is possible to efficiently control the arc angle of the converter included in the HVDC system to efficiently improve the stability of the system.
  • the apparatus for controlling the arc angle of the HVDC system may calculate an optimum angle of arc that can improve the stability of the HVDC system while reducing the quality of the transmission power.
  • FIG. 1 is a view showing an angle relief angle control device of the HVDC system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating calculation of a converter reactive power calculator.
  • FIG. 3 is a view showing the calculation of the AC system short-circuit capacity calculation unit.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the calculation of the angle-of-war angle control unit.
  • 5 is a graph illustrating AC system voltage variation according to a short circuit ratio.
  • 6 is a graph showing an arc angle with time.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a control block diagram of the angle of relief control unit.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of controlling a whistle angle of an HVDC system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing an angle relief angle control device of the HVDC system according to an embodiment of the present invention.
  • the extinguishing angle control device 100 of the HVDC system includes a converter reactive power calculating unit 110, an AC-based short-circuit capacitance calculating unit 120, and a sweeping angle fluctuation value calculation.
  • the controller 130 may include a unit 130 and an arc angle control unit 140.
  • the arc angle of the converter 200 including the rectifier 210 or the inverter 220 may be controlled.
  • the firing angle controller 10 may control the firing angle alpha of the converter 200 to control the DC voltage and the effective power transmission amount of the HVDC system.
  • the firing angle controller 10 is configured to determine a target DC voltage and a target effective power transmission amount of DC voltage values (VDCR, VDCI), DC current values (IDCR, IDCI) and AC system current values (HDC system) of the HVDC system. IDCR, IDCI) can be collected and the firing angle control value can be set with reference to the collected values.
  • the firing angle controller 10 may finely control the firing angle of the converter 200 by finely changing the firing angle control value in order to obtain data for calculation of the firing angle control device 100 of the HVDC system. have.
  • the firing angle controller 10 may transfer the minutely changed firing angle control value to the converter reactive power calculator 110.
  • the converter reactive power calculator 110 may calculate an amount of change in reactive power of the converter 200 according to the firing angle control of the converter 200 included in the HVDC system. Fine control of the firing angle causes consumption of reactive power of the converter 200, and the converter reactive power calculating unit 110 calculates a correlation between the firing angle and the reactive power variation by calculating the variation of the reactive power. Able to know.
  • the AC system short-circuit capacitance calculating unit 120 may calculate the AC system short circuit level (SCL) by applying the reactive power fluctuation amount to the short-circuit capacity calculation formula of the AC system linked to the HVDC system.
  • the AC system short-circuit capacity is a measure of how robust the AC system is to reactive power fluctuations. Therefore, the AC system short-circuit capacitance calculating unit 120 may recognize a correlation between the reactive power variation and the voltage step variation of the AC system through the AC system short-circuit capacitance.
  • the arc angle change value calculator 130 may calculate the arc angle change value of the converter 200 corresponding to the short circuit capacitance.
  • the HVDC system may be more stable as the arc angle is larger, but the voltage drop of the AC system may be larger as the arc angle is larger. The voltage drop of the AC system may adversely affect the quality of the transmission power of the HVDC system. Accordingly, the angle of view angle change calculator 130 may calculate the angle of change angle of the firing angle so as to improve the stability of the HVDC system while reducing the quality of the transmission power with reference to the short-circuit capacity.
  • the firing angle control unit 140 may control the firing angle of the converter 200 according to the firing angle control value reflecting the fluctuation angle of the firing angle. Accordingly, the HVDC system can improve the stability of the HVDC system while reducing the quality of the transmission power.
  • each of the rectifier 210 and the inverter 220 may be implemented by a plurality of power semiconductors, such as a thyristor and an IGBT, and receives a firing angle control signal from the firing angle controller 10 of the plurality of power semiconductors.
  • the off state may be switched to the on state, and the off state of the plurality of power semiconductors may be switched to the on state by receiving a low angle angle control signal from the low angle angle control unit 140.
  • the reception time of the firing angle control signal may be determined according to the firing angle, and the reception timing of the firing angle control signal may be determined according to the firing angle.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating calculation of a converter reactive power calculator.
  • the converter reactive power calculator 110 calculates the reactive power Q conv1 after the change by applying the firing angle alpha, the rectified reactance, the no-load voltage, the DC current, and the active power of the converter 200 to the reactive power calculation formula.
  • the reactive power fluctuation amount Q conv subtracted from the reactive power Q conv0 before the fluctuation from the reactive power Q conv1 after the fluctuation can be calculated.
  • the converter reactive power calculator 110 may set Equation 1 below as the reactive power calculation formula.
  • P conv is the active power
  • Q conv is the reactive power
  • X conv is the rectified reactance
  • Id is the DC current
  • D d0 is the no-load voltage
  • ⁇ is the firing angle.
  • FIG. 3 is a view showing the calculation of the AC system short-circuit capacity calculation unit.
  • the AC system short-circuit capacitance calculating unit 120 may further apply the reactive power amount of the filter bank connected to the AC system and the variation amount of the AC system voltage to the short-circuit capacity (SCL) calculation formula.
  • the AC system short-circuit capacitance calculating unit 120 may set Equation 2 below as the short-circuit capacitance calculation formula.
  • S is the short-circuit capacitance
  • U is the AC system voltage before firing angle control of the converter
  • U ac is a variation of the AC system voltage
  • Q conv is a reactive power variation of the converter
  • Q f is The reactive power of the filter bank.
  • the AC system short-circuit capacitance calculating unit 120 may calculate the reactive power amount Q filter of the filter bank according to Equation 3 below.
  • f is the AC system frequency value
  • f 0 is the AC system frequency value at the reference voltage
  • V ac is the AC system voltage value
  • V ac0 is the reference voltage
  • Q filter0 is the reactive power of the filter bank at the reference voltage and f 0 .
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the calculation of the angle-of-war angle control unit.
  • the angle of relief angle controller 140 may add or subtract the angle of death angle calculated by the angle of death angle calculation unit 130 to a predetermined set value Gamma_order to calculate the angle of death angle control value.
  • the set value of the arc angle may be determined according to the power loss, the reactive power requirement, the transformer rating and the converter valve rating.
  • the extinguishing each control unit 140 may refer to the AC grid voltage (V ac) to pass under, AC grid voltage (V ac) to set the initial predetermined value.
  • the extinguishing angle controller 140 may control the extinguishing angle of the converter according to the extinguishing angle control value during the input period or the opening period of the filter bank associated with the AC system. This is because AC system voltage step variation occurs during the opening or opening of the filter bank.
  • the angle-of-emission control unit 140 may determine the angle-of-emission control timing of the converter using a control method called gamma kick.
  • the Gamma-kick control method may adversely affect the power quality by severely generating a voltage drop of the AC system when the change angle of the arc angle is excessive.
  • the arc angle control device of the HVDC system can calculate the arc angle change value that can improve the stability of the HVDC system while reducing the quality of the transmission power.
  • 5 is a graph illustrating AC system voltage variation according to a short circuit ratio.
  • FIG. 5 shows the converter AC bus voltage stability limit according to various AC voltage step reduction values when the converter is operated with a constant arc angle characteristic.
  • the constant DC power and the constant sweep angle control when the short circuit ratio is about 2.0 or less may cause a risk of voltage instability in the inverter AC bus.
  • the shorting ratio needs to be about 2.5 or more.
  • the arc angle is always constant, the occurrence of AC system disturbances, such as a decrease in the step variation of the converter bus AC voltage, can cause a decrease in the AC voltage and a DC voltage.
  • the firing angle controller may increase the DC current of the HVDC system to maintain the DC power of the HVDC system.
  • the increase of the DC current may increase the reactive power absorption of the rectifier and the inverter, and the increase of the reactive power absorption may further reduce the DC voltage by further reducing the AC system voltage in the inverter.
  • Inverter-side AC system voltages on weak AC systems may drop to a significant level before finding a stable operating point, and inverter-side AC system voltages on very weak AC systems may not even find a stable operating point. This can cause the converter AC bus voltage to collapse.
  • the apparatus for controlling the angle of firing of the HVDC system can efficiently control the angle of sweep of the converter to efficiently improve the stability of the system.
  • 6 is a graph showing an arc angle with time.
  • Switching operation of reactive power compensation equipment such as AC filter can cause AC voltage step variation in converter AC bus. Since the AC voltage step variation may cause voltage instability, the apparatus for controlling the angle of relief of the HVDC system according to an embodiment of the present invention mitigates the step variation by momentarily increasing the angle of arc at the time when the reactive power compensation bank is switched. You can.
  • the arc angle control device can limit the AC voltage step by temporarily increasing the arc angle reference when switching a filter or a parallel capacitor to increase the converter reactive power consumption. Accordingly, the arc angle control device can limit the voltage fluctuation and can also prevent the rectification failure to some extent, thereby maintaining the voltage quality of the AC bus.
  • the apparatus for controlling a whistle angle may raise the firing angle for a tr-short time from 0 to Gamma-max before dropping the filter, and may lower the firing angle for a tr-long time again.
  • the Gamma-max value and the Tr-short and Tr-long periods can be determined by examining the AC system.
  • the time constants Tr-short and Tr-long can be set according to the time constant, which is the AC controller voltage response time. In addition, the exact time can be confirmed by testing during plant testing and field commissioning.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a control block diagram of the angle of relief control unit.
  • the apparatus for controlling the arc angle of an HVDC system arranges a Gamma-kick control block at a final stage of a steady state control loop of reactive power control, and thus, a filter input point or an open point. Can be configured to change the whistle angle.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of controlling a whistle angle of an HVDC system according to an embodiment of the present invention.
  • a method of controlling an arc angle of an HVDC system includes a converter reactive power calculation step S10, an AC system short-circuit capacitance calculation step S20, and a sweeping angle change amount calculation step S30. And a converter sweep angle control step (S40).
  • the HVDC system may calculate an amount of change in reactive power of the converter according to the firing angle control of the converter included in the HVDC system.
  • the HVDC system may calculate the AC system short circuit level by applying the reactive power fluctuation amount to the short-circuit capacity calculation formula of the AC system linked to the HVDC system.
  • the HVDC system in step S30 of calculating the arc angle change amount may calculate the arc angle change value of the converter corresponding to the short circuit capacitance.
  • the HVDC system may control the sweep angle of the converter according to the final sweep angle control value in which the sweep angle change value is reflected in the sweep angle control value of the HVDC system.
  • the method of controlling the whistle angle of the HVDC system may be implemented by a computing environment including a processor, memory, additional storage, an input device, an output device, and a communication connection.

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치는, HVDC 시스템에 포함된 컨버터의 점호각 제어에 따른 컨버터의 무효전력 변동량을 계산하는 컨버터 무효전력 계산부와, 무효전력 변동량을 HVDC 시스템에 연계된 AC계통의 단락용량 계산식에 적용하여 AC계통 단락용량(short circuit level)을 계산하는 AC계통 단락용량 계산부와, 단락용량에 대응되는 컨버터의 소호각 변동값을 계산하는 소호각 변동값 계산부와, 소호각 변동값이 반영된 소호각 제어값에 따라 컨버터의 소호각을 제어하는 소호각 제어부를 포함할 수 있다.

Description

HVDC 시스템의 소호각 제어 장치 및 방법
본 발명은 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
초고압 직류(High Voltage Direct Current, 이하 HVDC) 시스템은 발전소에서 생산되는 교류전력을 직류로 변환시켜 송전한 이후, 수전단에서 교류로 다시 변환하여 부하에 전력을 공급하는 시스템이다. 이러한 HVDC 시스템은 교류 송전의 장점인 전압 승압을 통한 효율적이고 경제적인 전력 전송을 가능하게 하고, 교류 송전의 여러가지 단점(장거리 송전 효율성 등)을 극복할 수 있다.
이러한 HVDC 시스템의 유효전력 전송량 제어를 위해, HVDC 시스템에 포함되는 컨버터(정류부 또는 인버터)의 점호각은 제어될 수 있다. 그러나, 이러한 제어는 컨버터의 무효전력 변동 및 진동을 유발할 수 있으며, 이러한 무효전력 변동 및 진동은 컨버터의 정류실패와 같은 문제를 유발할 수 있다.
본 발명은 HVDC 시스템에 포함된 컨버터의 소호각을 제어하여 시스템의 안정도를 향상시킬 수 있는 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치는, HVDC 시스템에 포함된 컨버터의 점호각 제어에 따른 상기 컨버터의 무효전력 변동량을 계산하는 컨버터 무효전력 계산부; 상기 무효전력 변동량을 상기 HVDC 시스템에 연계된 AC계통의 단락용량 계산식에 적용하여 AC계통 단락용량(short circuit level)을 계산하는 AC계통 단락용량 계산부; 상기 단락용량에 대응되는 상기 컨버터의 소호각 변동값을 계산하는 소호각 변동값 계산부; 및 상기 소호각 변동값이 반영된 소호각 제어값에 따라 상기 컨버터의 소호각을 제어하는 소호각 제어부; 를 포함할 수 있다.
예를 들어 상기 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치는, 점호각 제어값에 따라 상기 컨버터의 점호각을 제어하고 상기 점호각 제어값을 상기 컨버터 무효전력 계산부에 전달하는 점호각 제어기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 방법은, HVDC 시스템에 포함된 컨버터의 점호각 제어에 따른 상기 컨버터의 무효전력 변동량을 계산하는 단계; 상기 무효전력 변동량을 상기 HVDC 시스템에 연계된 AC계통의 단락용량 계산식에 적용하여 AC계통 단락용량(short circuit level)을 계산하는 단계; 상기 단락용량에 대응되는 상기 컨버터의 소호각 변동값을 계산하는 단계; 및 상기 HVDC 시스템의 소호각 제어값에 상기 소호각 변동값을 반영한 최종 소호각 제어값에 따라 상기 컨버터의 소호각을 제어하는 단계; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, HVDC 시스템에 포함된 컨버터의 소호각을 적절하게 제어하여 시스템의 안정도를 효율적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치는 송전전력의 품질저하를 줄이면서도 HVDC 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있는 최적의 소호각을 계산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 컨버터 무효전력 계산부의 계산을 나타내는 도면이다.
도 3은 AC계통 단락용량 계산부의 계산을 나타내는 도면이다.
도 4는 소호각 제어부의 계산을 나타내는 도면이다.
도 5는 단락비에 따른 AC계통 전압 변동을 나타내는 그래프이다.
도 6은 시간경과에 따른 소호각을 나타내는 그래프이다.
도 7은 소호각 제어부의 제어 블록 다이어그램을 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치(100)는, 컨버터 무효전력 계산부(110), AC계통 단락용량 계산부(120), 소호각 변동값 계산부(130) 및 소호각 제어부(140)를 포함할 수 있으며, 정류부(210) 또는 인버터(220)를 포함하는 컨버터(200)의 소호각(gamma)을 제어할 수 있다.
점호각 제어기(10)는 HVDC 시스템의 DC전압 및 유효전력 전송량 제어를 위해 컨버터(200)의 점호각(alpha)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 점호각 제어기(10)는 목표 DC전압 및 목표 유효전력 전송량을 결정하기 위해 HVDC 시스템의 DC전압값(VDCR, VDCI), DC전류값(IDCR, IDCI) 및 AC계통 전류값(IDCR, IDCI)을 수집할 수 있으며, 수집한 값들을 참조하여 점호각 제어값을 설정할 수 있다.
또한, 상기 점호각 제어기(10)는 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치(100)의 계산을 위한 데이터를 확보하기 위해 상기 점호각 제어값을 미세 변경하여 컨버터(200)의 점호각을 미세 제어할 수 있다. 상기 점호각 제어기(10)는 미세하게 변경된 점호각 제어값을 컨버터 무효전력 계산부(110)로 전달할 수 있다.
컨버터 무효전력 계산부(110)는 HVDC 시스템에 포함된 컨버터(200)의 점호각 제어에 따른 컨버터(200)의 무효전력 변동량을 계산할 수 있다. 상기 점호각의 미세 제어는 컨버터(200)의 무효전력 소모를 유발하는데, 상기 컨버터 무효전력 계산부(110)는 상기 무효전력 변동량의 계산을 통해 상기 점호각과 상기 무효전력 변동량과의 상관관계를 알 수 있다.
AC계통 단락용량 계산부(120)는 상기 무효전력 변동량을 상기 HVDC 시스템에 연계된 AC계통의 단락용량 계산식에 적용하여 AC계통 단락용량(short circuit level, SCL)을 계산할 수 있다. 상기 AC계통 단락용량은 AC계통이 무효전력 변동에 대해 얼마나 강건(robust)한지를 나타내는 척도이다. 따라서, 상기 AC계통 단락용량 계산부(120)는 상기 AC계통 단락용량을 통해 상기 무효전력 변동량과 상기 AC계통의 전압 스텝 변동간의 상관관계를 알 수 있다.
소호각 변동값 계산부(130)는 상기 단락용량에 대응되는 컨버터(200)의 소호각 변동값을 계산할 수 있다. HVDC 시스템은 상기 소호각이 클수록 안정할 수 있으나, AC 계통의 전압강하는 상기 소호각이 클수록 클 수 있다. 상기 AC계통의 전압강하는 HVDC 시스템의 송전전력의 품질에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 상기 소호각 변동값 계산부(130)는 상기 단락용량을 참조하여 송전전력의 품질저하를 줄이면서도 HVDC 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있도록 소호각 변동값을 계산할 수 있다.
소호각 제어부(140)는 상기 소호각 변동값이 반영된 소호각 제어값에 따라 컨버터(200)의 소호각을 제어할 수 있다. 이에 따라, HVDC 시스템은 송전전력의 품질저하를 줄이면서도 HVDC 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있다.
한편, 정류부(210) 및 인버터(220) 각각은 사이리스터, IGBT와 같은 복수의 전력용 반도체로 구현될 수 있으며, 점호각 제어기(10)로부터 점호각 제어 신호를 수신하여 상기 복수의 전력용 반도체의 오프 상태를 온 상태로 스위칭할 수 있으며, 소호각 제어부(140)로부터 소호각 제어 신호를 수신하여 상기 복수의 전력용 반도체의 오프 상태를 온 상태로 스위칭할 수 있다. 여기서, 상기 점호각 제어 신호의 수신 시점은 상기 점호각에 따라 결정될 수 있으며, 상기 소호각 제어 신호의 수신 시점은 상기 소호각에 따라 결정될 수 있다.
도 2는 컨버터 무효전력 계산부의 계산을 나타내는 도면이다.
컨버터 무효전력 계산부(110)는 컨버터(200)의 점호각(alpha), 정류리액턴스, 무부하 전압, DC전류 및 유효전력을 무효전력 계산식에 적용하여 변동 후의 무효전력(Qconv1)을 계산하고, 상기 변동 후의 무효전력(Qconv1)에서 변동 전의 무효전력(Qconv0)을 감산한 무효전력 변동량(Qconv)을 계산할 수 있다.
예를 들어, 상기 컨버터 무효전력 계산부(110)는 하기의 수학식 1을 상기 무효전력 계산식으로 설정할 수 있다. 여기서, Pconv는 상기 유효전력이고, Qconv는 상기 무효전력이고, Xconv는 상기 정류리액턴스이고, Id는 상기 DC전류이고, Dd0는 상기 무부하 전압이고, α는 상기 점호각이다.
Figure PCTKR2016013586-appb-M000001
도 3은 AC계통 단락용량 계산부의 계산을 나타내는 도면이다.
AC계통 단락용량 계산부(120)는 AC계통에 연계된 필터뱅크의 무효전력량과 상기 AC계통 전압의 변동량을 단락용량(SCL) 계산식에 추가로 적용할 수 있다.
예를 들어, 상기 AC계통 단락용량 계산부(120)는 하기의 수학식 2를 상기 단락용량 계산식으로 설정할 수 있다. 여기서, S는 상기 단락용량이고, U는 상기 컨버터의 점호각 제어 전의 상기 AC계통 전압이고, Uac는 상기 AC계통 전압의 변동량이고, Qconv는 상기 컨버터의 무효전력 변동량이고, Qf는 상기 필터뱅크의 무효전력량이다.
Figure PCTKR2016013586-appb-M000002
또한, 상기 AC계통 단락용량 계산부(120)는 하기의 수학식 3에 따라 상기 필터뱅크의 무효전력량(Qfilter)을 계산할 수 있다. 여기서, f는 상기 AC계통 주파수값이고, f0은 기준 전압에서의 상기 AC계통 주파수값이고, Vac는 상기 AC계통 전압값이고, Vac0는 기준 전압 및 f0에서의 상기 AC계통 전압값이고, Qfilter0은 기준 전압 및 f0에서의 상기 필터뱅크의 무효전력량이다.
Figure PCTKR2016013586-appb-M000003
도 4는 소호각 제어부의 계산을 나타내는 도면이다.
소호각 제어부(140)는 소호각 변동값 계산부(130)에 의해 계산된 소호각 변동값을 소정의 설정값(Gamma_order)에 가산 또는 감산하여 소호각 제어값을 계산할 수 있다. 상기 소호각의 설정값은 전력손실, 무효전력 요구량, 변환용변압기 정격 및 컨버터 밸브 정격에 따라 결정될 수 있다. 따라서, 상기 소호각 제어부(140)는 AC계통 전압(Vac)을 전달받고, AC계통 전압(Vac)을 참조하여 소정의 설정값을 초기 설정할 수 있다.
또한, 상기 소호각 제어부(140)는 AC계통에 연계된 필터뱅크의 투입기간 또는 개방기간에 상기 소호각 제어값에 따라 컨버터의 소호각을 제어할 수 있다. 이는 AC계통 전압 스텝 변동이 상기 필터뱅크의 투입기간 또는 개방기간에 발생하기 때문이다. 예를 들어, 상기 소호각 제어부(140)는 Gamma kick이라는 제어 방법을 사용하여 컨버터의 소호각 제어 시점을 결정할 수 있다.
상기 Gamma-kick 제어 방법은 소호각 변경값이 과도할 경우에 AC 계통의 전압강하를 심하게 발생시켜서 전력품질에 악영향을 줄 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치는 송전전력의 품질저하를 줄이면서도 HVDC 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있는 소호각 변동값을 계산할 수 있다.
도 5는 단락비에 따른 AC계통 전압 변동을 나타내는 그래프이다.
구체적으로, 도 5는 컨버터가 일정 소호각 특성으로 운전될 때, 다양한 AC전압 스텝 감소값에 따른 컨버터 AC모선 전압 안정도 제한을 보여주고 있다.
도 5를 참조하면, 단락비(Short Circuit Ration)가 약 2.0 이하에서의 일정 DC전력과 일정 소호각 제어는 인버터 AC 모선에서 전압 불안정의 위험도를 유발할 수 있다. 예를 들어 컨버터 AC 모선전압에서 10%의 전압 스텝 변동이 발생할 경우, 상기 단락비는 약 2.5 이상일 필요가 있다.
만약 소호각이 항상 일정할 경우, 컨버터 모선 AC전압의 스텝 변동 감소와 같은 AC계통 외란이 발생은 AC전압 감소 및 DC전압 감소를 유발할 수 있다.
이때, 점호각 제어기는 HVDC 시스템의 DC전력을 유지하기 위해 HVDC 시스템의 DC전류를 증가시킬 수 있다.
이러한 DC전류의 증가는 정류부 및 인버터의 무효전력 흡수를 증가시킬 수 있으며, 이러한 무효전력 흡수의 증가는 인버터에서의 AC계통전압을 더 감소시켜서 DC전압을 더욱 줄일 수 있다.
약한 AC계통에서의 인버터측 AC계통 전압은 안정운전점을 찾기 전에 상당한 수준까지 떨어질 수 있으며, 매우 약한 AC계통에서의 인버터측 AC계통 전압은 심지어 안정운전점을 찾지 못할 수 있다. 이는 컨버터 AC모선 전압의 붕괴를 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치는 컨버터의 소호각을 적절하게 제어하여 시스템의 안정도를 효율적으로 향상시킬 수 있다.
도 6은 시간경과에 따른 소호각을 나타내는 그래프이다.
AC필터와 같은 무효전력 보상설비의 스위칭 동작은 컨버터 AC모선에서 AC전압 스텝 변동을 발생시킬 수 있다. 이러한 AC전압 스텝 변동이 전압 불안정을 유발할 수 있으므로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치는 무효전력 보상설비 뱅크가 스위칭되는 시점에 소호각을 순간적으로 증가시켜서 스텝 변동을 완화시킬 수 있다.
즉, 상기 소호각 제어 장치는 필터나 병렬 커패시터 스위칭시에 소호각 기준을 일시적으로 증가시켜서 컨버터 무효전력 소모를 증가시켜서 AC전압 스텝을 제한할 수 있다. 이에 따라, 상기 소호각 제어 장치는 전압변동을 제한할 수 있으며 정류실패도 어느정도 막을 수 있어서, AC모선의 전압 품질을 유지할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 소호각 제어 장치는 필터가 투입되기전에 0에서부터 Gamma-max까지 tr-short 시간동안 소호각을 상승시킬 수 있으며, tr-long 시간동안 다시 소호각을 하강시킬 수 있다.
Gamma-max값과 Tr-short와 Tr-long 기간은 AC계통 검토를 통해 결정될 수 있다. 시정수 Tr-short와 Tr-long는 AC계통의 전압제어기 응답시간인 시정수에 맞추어서 설정될 수 있다. 또한, 정확한 시간은 공장시험 및 현장 커미셔닝 동안 시험으로 확정될 수 있다.
도 7은 소호각 제어부의 제어 블록 다이어그램을 나타내는 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치는 무효전력 제어의 정상상태 제어루프의 최종단계에 Gamma-kick 제어블록을 배치함으로써, 필터의 투입시점 또는 개방시점에 소호각을 변경하도록 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템의 소호각 제어 방법은, 컨버터 무효전력 계산 단계(S10), AC계통 단락용량 계산 단계(S20), 소호각 변동량 계산 단계(S30) 및 컨버터 소호각 제어 단계(S40)를 포함할 수 있다.
컨버터 무효전력 계산 단계(S10)에서의 HVDC 시스템은, HVDC 시스템에 포함된 컨버터의 점호각 제어에 따른 상기 컨버터의 무효전력 변동량을 계산할 수 있다.
AC계통 단락용량 계산 단계(S20)에서의 HVDC 시스템은, 상기 무효전력 변동량을 상기 HVDC 시스템에 연계된 AC계통의 단락용량 계산식에 적용하여 AC계통 단락용량(short circuit level)을 계산할 수 있다.
소호각 변동량 계산 단계(S30)에서의 HVDC 시스템은, 상기 단락용량에 대응되는 상기 컨버터의 소호각 변동값을 계산할 수 있다.
컨버터 소호각 제어 단계(S40)에서의 HVDC 시스템은, 상기 HVDC 시스템의 소호각 제어값에 상기 소호각 변동값을 반영한 최종 소호각 제어값에 따라 상기 컨버터의 소호각을 제어할 수 있다.
한편, 상기 HVDC 시스템의 소호각 제어 방법은 프로세서, 메모리, 추가 스토리지, 입력 디바이스, 출력 디바이스 및 통신 접속을 포함하는 컴퓨팅 환경에 의해 구현될 수 있다.
이상에서는 본 발명을 실시 예로써 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형이 가능할 것이다.

Claims (6)

  1. HVDC 시스템에 포함된 컨버터의 점호각 제어에 따른 상기 컨버터의 무효전력 변동량을 계산하는 컨버터 무효전력 계산부;
    상기 무효전력 변동량을 상기 HVDC 시스템에 연계된 AC계통의 단락용량 계산식에 적용하여 AC계통 단락용량(short circuit level)을 계산하는 AC계통 단락용량 계산부;
    상기 단락용량에 대응되는 상기 컨버터의 소호각 변동값을 계산하는 소호각 변동값 계산부; 및
    상기 소호각 변동값이 반영된 소호각 제어값에 따라 상기 컨버터의 소호각을 제어하는 소호각 제어부; 를 포함하는 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    점호각 제어값에 따라 상기 컨버터의 점호각을 제어하고 상기 점호각 제어값을 상기 컨버터 무효전력 계산부에 전달하는 점호각 제어기를 더 포함하는 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터 무효전력 계산부는 상기 컨버터의 점호각, 정류리액턴스, 무부하 전압, DC전류 및 유효전력을 무효전력 계산식에 적용하여 상기 무효전력 변동량을 계산하는 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 AC계통 단락용량 계산부는 상기 AC계통에 연계된 필터뱅크의 무효전력량과 상기 AC계통 전압의 변동량을 상기 단락용량 계산식에 추가로 적용하는 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소호각 제어부는 소정의 설정값에 상기 소호각 변동값을 가산 또는 감산하여 상기 소호각 제어값을 계산하고, 상기 AC계통에 연계된 필터뱅크의 투입기간 또는 개방기간에 상기 소호각 제어값에 따라 상기 컨버터의 소호각을 제어하는 HVDC 시스템의 소호각 제어 장치.
  6. HVDC 시스템에 포함된 컨버터의 점호각 제어에 따른 상기 컨버터의 무효전력 변동량을 계산하는 단계;
    상기 무효전력 변동량을 상기 HVDC 시스템에 연계된 AC계통의 단락용량 계산식에 적용하여 AC계통 단락용량(short circuit level)을 계산하는 단계;
    상기 단락용량에 대응되는 상기 컨버터의 소호각 변동값을 계산하는 단계; 및
    상기 HVDC 시스템의 소호각 제어값에 상기 소호각 변동값을 반영한 최종 소호각 제어값에 따라 상기 컨버터의 소호각을 제어하는 단계; 를 포함하는 HVDC 시스템의 소호각 제어 방법.
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