KR101152362B1

KR101152362B1 - Ｈｖｄｃ용 스마트 필터

Info

Publication number: KR101152362B1
Application number: KR1020100119602A
Authority: KR
Inventors: 김찬기; 김재한; 장재원; 문형배; 이덕진
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-06-11
Also published as: KR20120058010A

Abstract

본 발명은 HVDC용 스마트 필터에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 에에 따르면, HVDC용 스마트 필터에 있어서, 교류 전원과 병렬 연결되며, 커패시터, 리액터 및 저항 중 어느 하나의 수동 소자와, 상기 수동 소자와 직렬 또는 병렬로 연결된 적어도 1쌍의 스위치 소자가 병렬로 배열된 스위치 소자부를 구비하는 능동 필터부 및 스위치 소자부를 온/오프 시키는 제어신호를 공급하는 필터 제어부를 포함하며, 필터 제어부는 HVDC 시스템의 교류측에서 공급된 3상 전압을 이용하여 기준값을 통해 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC용 스마트 필터를 제공할 수 있다.

Description

ＨＶＤＣ용 스마트 필터{SMART FILTER FOR HVDC}

본 발명은 HVDC용 스마트 필터에 관한 것이다.

초고압 직류 송전(High Voltage Direct Current; HVDC)은 발전소에서 생산되는 교류전력을 직류로 변환시켜 송전한 이후, 수전점에서 교류로 재 변환시켜 전력을 공급하는 방식이다. 이러한 HVDC 송전 방식은 교류 송전방식의 장점인 전압 승압을 통한 효율적이며 경제적인 전력 전송을 가능하게 하고, 교류 송전의 여러 가지 단점을 극복할 수 있는 송전 방식이다.

HVDC 송전 방식은 교류 전력을 직류로 변환하는 사이리스터 컨버터를 사용한다. 이때, 위상제어를 하는 사이리스터 컨버터의 특성상 특성 고조파와 비특성 고조파를 발생시킨다. 이러한 고조파는 AC 계통에서 무시할 수 없는 크기일 경우 고조파를 제거하는 필터를 사용한다.

필터는 주로 커패시터, 리액터, 저항 등이 직병렬 조합으로 이루어져 HVDC 시스템에서 발생하는 고조파를 제거한다. 또한, 필터의 비용으로 인하여 2개의 공진점을 가지는 이중 조절 필터 또는 하이패스 필터가 이용되고 있다.

종래의 필터는 상기와 같이 수동소자를 사용하므로 교류 계통의 조건이 변경되면 필터 효율이 낮아지는 문제가 있다. 또한, 종래 필터 설계시 교류 계통이 최악인 경우를 고려하므로 필터의 정격이 커지고 필터링 효과가 저감되는 단점이 있다.

본 발명은 교류 계통 조건에 따라 필터 정격을 가변하고, 필터링 효과를 높일 수 있는 HVDC용 스마트 필터를 제공하는 데 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, HVDC용 스마트 필터에 있어서, 교류 전원과 병렬 연결되며, 커패시터, 리액터 및 저항 중 어느 하나의 수동 소자와, 상기 수동 소자와 직렬 또는 병렬로 연결된 적어도 1쌍의 스위치 소자가 병렬로 배열된 스위치 소자부를 구비하는 능동 필터부; 및 상기 스위치 소자부를 온/오프 시키는 제어신호를 공급하는 필터 제어부를 포함하며, 상기 필터 제어부는 HVDC 시스템의 교류측에서 공급된 3상 전압을 이용하여 기준값을 통해 상기 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 HVDC용 스마트 필터를 제공할 수 있다.

상기 스위치 소자부는 전력용 반도체소자일 수 있다.

상기 스위치 소자부는 IGBT(INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR) 또는 양방향 사이리스터 소자로 구성될 수 있다.

상기 필터 제어부는 교류 전원으로부터 입력된 3상 전압을 푸리에 변환하여 제1 고조파 전압 내지 제n 고조파 전압 레벨을 계산하는 푸리에 변환부-여기서, n은 2이상의 자연수임-; 상기 푸리에 변환부로부터 입력된 상기 제1 고조파 전압 내지 제n 고조파 전압을 기준값과 비교하여 고조파 전압 또는 0을 출력하는 전압 왜곡 측정부; 상기 제1 고조파 전압 내지 제n 고조파 전압을 이용하여 TIF 값을 출력하는 TIF부; 기준 톱니파를 출력하는 정전압 공급부; 기준 위상을 출력하는 기준 위상부; 상기 전압 왜곡 측정부와 TIF부의 값을 연산하는 적어도 하나의 곱셈기; 및 상기 기준 톱니파와 상기 곱셈기에서 입력된 신호를 이용하여 상기 제어신호를 출력하는 제어신호 출력부를 더 포함할 수 있다.

상기 전압 왜곡 측정부는 상기 제1 고조파 내지 상기 제n 고조파를 각각 전압기준값과 비교하여 상기 전압기준값 이상일 경우 해당 고조파를 출력하고, 상기 전압기준값 미만일 경우 0을 출력하는 비교부; 및 상기 출력된 고조파들 또는 0을 비교하여 가장 큰 값을 출력하는 최대값 선택부를 더 포함할 수 있다.

상기 능동 필터부는 상기 교류 전원과 연결된 커패시터; 상기 커패시터와 접지 사이에 직렬 연결된 인덕터; 및 상기 접지와 연결된 저항을 더 포함하고, 상기 스위치 소자부는 일단이 상기 커패시터와 상기 인덕터 사이에 연결되며, 타단이 상기 저항과 연결될 수 있다.

상기 능동 필터부는 상기 교류 전원과 연결된 제1 커패시터; 상기 제1 커패시터와 직렬 연결된 제1 인덕터; 상기 제1 인덕터와 접지 사이에 연결된 제2 커패시터; 상기 제2 커패시터와 병렬 연결된 제 2 인덕터; 및 상기 접지와 연결된 저항을 더 포함하되, 상기 스위치 소자부는 상기 제1 커패시터와 상기 제1 인덕터 사이에 일단이 연결되며, 상기 저항에 타단이 연결될 수 있다.

상기 능동 필터부는 상기 교류 전원과 연결된 제1 커패시터; 상기 제1 커패시터와 직렬 연결된 제1 인덕터; 상기 제1 인턱터와 접지 사이에 연결된 제2 인덕터; 상기 제1 인턱터와 상기 접지 사이에 연결된 제2 커패시터; 및 상기 접지와 연결된 제3 커패시터를 더 포함하되, 상기 스위치 소자부는 상기 제1 인덕터와 상기 제2 커패시터 사이에 일단이 연결되며, 타단이 상기 제3 커패시터에 연결될 수 있다.

상기 능동 필터부는 상기 교류 전원과 연결된 커패시터; 상기 커패시터와 접지 사이에 직렬 연결된 제1 인덕터; 및 상기 접지와 연결된 제2 인덕터를 더 포함하되, 상기 스위치 소자부는 일단이 상기 커패시터와 상기 제1 인덕터 사이에 연결되며, 타단이 상기 제2 인덕터와 연결될 수 있다.

상기 능동 필터부는 상기 교류 전원과 연결된 커패시터; 상기 커패시터와 직렬 연결된 제1 인덕터; 및 상기 제1 인덕터와 접지 사이에 연결된 제2 인덕터를 더 포함하되, 상기 스위치 소자부는 상기 제1 인덕터에 병렬 연결될 수 있다.

상기 능동 필터부는 상기 교류 전원에 연결된 제1 커패시터; 상기 제1 커패시터와 직렬 연결된 제1 인덕터; 상기 제1 커패시터와 상기 제1 인덕터 사이에 일단이 연결된 제1 저항; 접지와 연결된 제2 저항; 상기 접지와 상기 제1 인덕터 사이에 연결된 제2 커패시터; 및 상기 접지와 상기 제1 인덕터 사이에 연결된 제2 인덕터를 더 포함하되, 상기 스위치 소자부는 상기 제1 저항 상기 제1 인덕터와 상기 제2 커패시터 사이에 연결된 제1 스위치 소자부와, 상기 제1 인덕터의 일단과 상기 제2 저항 사이에 연결된 제2 스위치 소자부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 교류 계통의 조건에 따라 스위치 소자를 온/오프 시켜 필터의 형태를 가변하여 필터 효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터부가 적용된 HVDC 시스템을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따를 필터 제어부를 개략적으로 도시한 블록도.
도 3은 도 2에 도시된 전압 왜곡 측정부의 일 예를 도시한 블록도.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 각각의 HVDC용 스마트 필터를 도시한 등가 회로도들.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 HVDC용 스마트 필터에 관하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터부가 적용된 HVDC 시스템을 개략적으로 도시한 블록도이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 HVDC 시스템은 교류 전원(10), 변압기(20), 컨버터(30) 및 스마트 필터(100)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 교류 전원(10)은 교류 전력을 생성하는 발전기일 수 있다. 교류 전원(10)은 통상적으로 발전기 용량에 해당하는 전력을 생산하여 전송할 수 있다. 이때, 교류 전원(10)은 3상의 전력을 생산하여 전송할 수 있다.

변압기(20)는 입력된 교류 3상의 전력을 변압비에 따라 변압하여 출력한다. 변압기는 Y-Y, △-△, Y-△ 중 어느 하나, 또는 이들이 조합된 결선을 사용할 수 있다. 본 실시 예에서는 Y-Y결선 또는 Y-Y결선과 Y-△이 결합된 변압기(20)를 사용할 수 있다.

컨버터(30)는 입력된 3상 전력을 직류 전력으로 변환하여 송전한다. 컨버터(30)는 송전 시스템에 따라 500kV, 800kV, 1000kV등의 직류 전압으로 변환할 수 있다. 컨버터(30)는 전력용 사이리스터 소자가 사용되며, 사이리스터 점호각을 제어하는 제어회로를 포함하여 구성될 수 있다.

스마트 필터(100)는 교류 전원(10)과 연결되어 교류측에서 발생된 고조파 성분을 제거하여 송전 계통을 안정화 시킬 수 있다. 스마트 필터(100)는 수동 소자와 능동 소자 및 능동 소자를 제어하는 제어회로를 구비할 수 있다.

예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 스마트 필터(100)는 능동 필터부(200) 및 필터 제어부(300)를 구비할 수 있다.

능동 필터부(200)는 커패시터, 리액터 및 저항 중 어느 하나의 수동 소자와, 수동 소자와 직렬 또는 병렬로 연결된 적어도 1쌍의 스위치 소자가 병렬로 배열된 스위치 소자부를 포함할 수 있다. 이때, 능동 필터부(200)는 필터 제어부(300)에서 입력된 제어 신호에 따라 스위치 소자부의 스위치 소자들이 온 또는 오프되어 공진주파수가 변경되며, 스칼라 임피던스가 변경될 수 있다.

스위치 소자부는 전력용 반도체 소자 예를 들면, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 양방향 사이리스터 소자로 구성될 수 있다.

능동 필터부(200)의 회로 구성에 대한 설명은 추후 도 4 내지 도 9에서 상세히 설명하기로 한다.

필터 제어부(300)는 교류측에서 입력된 3상 전압을 기준값들과 비교하여 능동 필터부(200)에 제어 신호를 제공한다. 필터 제어부(300)는 교류측에서 계통 조건이 변할때마다 불균일한 3상 전압이 수신되면 이를 기준값들과 비교하여 능동 필터부(200)에 포함된 스위치 소자들을 온 또는 오프시켜 스칼라 임피던스를 가변시킨다. 이에 따라, 교류측의 계통 조건이 가변될 때 이에 상응하는 스칼라 임피던스를 가변시켜 필터 효율을 증가할 수 있다. 필터 제어부(300)에 대한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 더 자세히 설명하기로 한다.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따를 필터 제어부를 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 3은 전압 왜곡 측정부(330)를 도시한 블록도이다.

도 2 및 도3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필터 제어부(300)는 FFT부(310), 정전압 공급부(320), 전압 왜곡 측정부(330), TIF부(340), 기준 위상부, 복수의 곱셈기(360 내지 390) 및 제어신호 출력부(400)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 푸리에 변환부(Fast Fourier Transformer; FFT)(310)는 교류 전원(10)에서 입력된 3상 전압을 푸리에 변환하여 제1 고조파 내지 제n(n은 2이상의 자연수) 고조파 전압 레벨을 계산한다. 푸리에 변환부는 입력된 3상 전압에 포함된 제n 차까지의 고조파 전압을 계산한다. FFT부(310)는 계산된 제1 고조파 내지 제n 고조파 성분을 차수별로 각각 출력한다.

정전압 공급부(320)는 기준 톱니파를 생성한다. 정전압 공급부(320)는 설정된 주파수의 전압을 생성한 후, 생성된 전압을 이용하여 일정 레벨과 주파수를 가지는 톱니파를 생성하여 출력한다.

전압 왜곡 측정부(330)는 FFT부(310)에서 입력된 제1 내지 제n 고조파 전압을 수신하여 설정된 기준값과 비교하여 고조파 전압 또는 0을 출력한다. 도3에 도시된 바와 같이, 전압 왜곡 측정부(330)는 FFT부(310)로부터 입력된 제1 내지 제n 고조파 전압(Vn1 내지 Vnn)을 기본 전압(V1)으로 나눈값이 설정된 기준값(VD)보다 클 경우 각각의 고조파를 출력하고, 작을 경우에는 0을 출력한다. 출력된 각각의 값들은 최대값 선택부(332)에서 최대값이 선택되어 출력된다.

TIF부(340)는 통신 간섭 요소를 계산하는 계산부로 FFT부(310)에서 입력된 고조파 전압 및 고조파 전류가 추출되고, 추출된 고조파 전압과 고조파 전류에 C-message를 곱하여 계산된 값을 출력한다.

기준 위상부(350)는 180°의 기준 위상을 출력한다.

복수의 곱셈기(360 내지 390)는 제1 내지 제4 곱셈기(360 내지 390)를 포함할 수 있다.

제1 곱셈기(360)는 전압 왜곡 측정부(330)에서 입력된 값과 기준 전압값(VD)을 곱한다. 이때, 기준 전압값(VD)은 1%이고, 전압 왜곡 측정부(330)에서 입력된 값에 곱해진다. 전압 왜곡 측정부(330)는 부의 극성이며, 기준 전압값(VD)은 양의 극성이다. 제1 곱셈기(360)는 전압 왜곡 측정부(330)에서 출력된 값의 스케일을 다운시킬 수 있다. 제1 곱셈기(360)에서 출력된 값은 제3 곱셈기(380)에 입력된다.

제2 곱셈기(370)는 TIF부(340)에서 출력된 통화 간섭 요소와 설정된 통화 간섭 요소를 곱하여 출력된다. 이때, 설정된 통화 간섭 요소는 40으로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 계통의 요구에 따라 변경될 수 있다. 설정된 통화 간섭 요소가 클 경우 필터링되는 고차 고조파가 많을 수 있으나, 신호 왜곡 측면에서는 불리할 수 있다. 또한, 설정된 통화 간섭 요소가 작을 경우 신호 왜곡 측면에서는 유리하지만 고차 고조파 필터링 효율이 낮아질 수 있으므로, 적절한 값을 선택하는 것이 바람직하다.

제3 곱셈기(380)는 제1 곱셈기(360)에서 입력된 값과 제2 곱셈기(370)에서 입력된 값을 곱하여 제4 곱셈기(390) 및 제어신호 출력부(400)에 제공한다.

제4 곱셈기(390)는 제3 곱셈기(380)에서 입력된 값과, 기준 위상부(350)에서 입력된 값을 곱해 제어신호 출력부(400)에 제공한다. 제4 곱셈기(390)는 제3 곱셈기(380)에서 입력된 값의 위상을 반전시켜 제어신호 출력부(400)에 제공할 수 있다.

제어신호 출력부(400)는 정전압 공급부(320)에서 입력된 값, 제3 곱셈기(380)에서 입력된 값, 제4 곱셈기(390)에서 입력된 값 및 기준 위상부(350)에서 입력된 값을 이용하여 스위치 소자부에 제어신호를 출력한다.

제어신호 출력부(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 스위치 소자부의 각 스위치 소자에 공급될 제어신호를 출력할 수 있도록 2개의 출력단(410, 420)을 가질 수 있다. 제어신호 출력부(400)는 스위치 소자부의 제1 스위치 소자(F1)에 제1 제어신호를 출력하고, 스위치 소자부의 제2 스위치 소자(F2)에 제2 제어신호를 출력할 수 있다.

제1 제어신호는 정전압 공급부(320)와 제3 곱셈기(380)에서 입력된 신호를 통해 생성되며, 제2 제어신호는 정전압 공급부(320)와 제4 곱셈기(390)에서 입력된 신호를 통해 생성될 수 있다.

여기서, 제1 제어신호와 제2 제어신호는 제1 스위치 소자(F1)와 제2 스위치 소자(F2) 각각에 공급되며, 두 스위치 소자(F1, F2) 중 어느 하나의 소자를 온시키거나, 두 스위치 소자(F1, F2)를 모두 오프시키도록 출력될 수 있다.

도 4 내지 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 각각의 HVDC용 스마트 필터를 도시한 등가 회로도들이다.

도 4는 HVDC용 스마트 필터의 능동 필터부의 일 예를 도시한 등가 회로도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 능동 필터부(200)는 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2), 저항(R) 및 스위치 소자부(210)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 커패시터(C1)는 교류 전원(10)측에 접속된다. 제1 인덕터(L1)는 제1 커패시터(C1)와 직렬로 연결된다. 제2 커패시터(C2)와 제2 인덕터(L2)는 서로 병렬로 접속되면 접지와 제1 인덕터(L1) 사이에 배치된다.

저항(R)은 일단이 접지와 연결되며, 타단은 스위치 소자부(210)에 연결된다.

스위치 소자부(210)는 일단이 저항과 연결되고, 타단이 제1 커패시터(C1) 및 제1 인덕터(L1) 사이에 연결된다.

스위치 소자부(210)는 도 4에 도시된 바와 같이 2개의 전력용 스위치 소자가 역방향으로 병렬 연결되며 제어신호 출력부(400)에서 입력된 제어신호에 의해 온 또는 오프된다. 여기서, 스위치 소자부(210)는 입력되는 제어신호에 따라 제1 스위치 소자(F1)가 온되거나, 제2 스위치 소자(F2)가 온될 수 있다. 이에 따라 등가 회로가 달라져 스칼라 임피던스가 변경될 수 있다.

도 5는 HVDC용 스마트 필터의 능동 필터부의 일 예를 도시한 등가 회로도이다.

도 5를 참조하면, 능동 필터부(200)는 커패시터(C), 인덕터(L), 저항(R) 및 스위치 소자부(210)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 커패시터(C)는 교류 전원(10)측에 연결된다. 인덕터(L)는 커패시터(C)와 접지 사이에 직렬로 연결된다. 저항(R)은 일단이 접지와 연결되고 타단은 스위치 소자부(210)와 연결된다. 스위치 소자부(210)는 일단이 접지와 연결되고, 타단은 커패시터(C)와 인덕터(L) 사이에 접속된다.

스위치 소자부(210)는 도 4에서 설명한 바와 같이, 2개의 전력용 스위치 소자(F1, F2)가 역방향으로 병렬 연결되며 제어신호 출력부(400)에서 입력된 제어신호에 의해 온 또는 오프된다. 이에 따라, 능동 필터부(200)의 스칼라 임피던스가 변경되어 계통 조건에 맞게 고조파를 필터링 한다.

도 6은 HVDC용 스마트 필터의 능동 필터부의 일 예를 도시한 등가 회로도이다.

도 6을 참조하면, 능동 필터부(200)는 제1커패시터(C), 제2 커패시터(C2), 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2), 제3 커패시터(C3) 및 스위치 소자부(210)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 제1 커패시터(C1)는 교류 전원(10)과 연결된다. 제1 커패시터(C1)의 타단은 제1 인덕터(L1)가 직렬로 연결된다.

제2 커패시터(C2) 및 제2 인덕터(L2)는 서로 병렬 연결되며, 제1 인덕터(L1)와 접지 사이에 연결된다. 제3 커패시터(C3)는 스위치 소자부(210)와 직렬로 연결된다. 이때, 제3 커패시터(C3)와 스위치 소자부(210)는 제2 커패시터(C2)와 병렬로 연결된다.

스위치 소자부(210)는 2개의 전력용 스위치 소자(F1, F2)가 역방향으로 병렬 연결되며 제어신호 출력부(400)에서 입력된 제어신호에 의해 온 또는 오프된다. 이에 따라, 능동 필터부(200)의 스칼라 임피던스가 변경되어 계통 조건에 맞게 고조파를 필터링 한다.

도 7은 HVDC용 스마트 필터의 능동 필터부의 일 예를 도시한 등가 회로도이다.

도 7을 참조하면, 능동 필터부(200)는 커패시터(C), 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2) 및 스위치 소자부(210)를 포함할 수 있다.

도 7에 도시된 능동 필터부(200)는 도 5에 도시된 능동 필터부와 대비하여 저항 대신 제2 인덕터(L2)가 사용된 것을 제외하고 동일한 구성이다. 이때, 도 7에 도시된 능동 필터부(200)는 도 5에 도시된 능동 필터부와 다른 공진 주파수를 가지거나, 스칼라 임피던스 값이 달라질 수 있다.

도 8은 HVDC용 스마트 필터의 능동 필터부의 일 예를 도시한 등가 회로도이다.

도 8을 참조하면, 능동 필터부(200)는 커패시터(C), 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2) 및 스위치 소자부(210)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 커패시터(C)는 교류 전원에 접속된다. 제1 인덕터(L1)와 제2 인덕터(L2)는 커패시터(C)와 직렬로 연결된다. 스위치 소자부(210)는 제1 인덕터(L1)에 병렬로 연결된다.

스위치 소자부(210)는 는 2개의 전력용 스위치 소자(F1, F2)가 역방향으로 병렬 연결되며 제어신호 출력부(400)에서 입력된 제어신호에 의해 온 또는 된다. 이에 따라, 능동 필터부(200)의 스칼라 임피던스가 변경되어 계통 조건에 맞게 고조파를 필터링 한다.

도 9는 HVDC용 스마트 필터의 능동 필터부(200)의 일 예를 도시한 등가 회로도이다.

도 9를 참조하면, 제1 커패시터(C1), 제2 커패시터(C2), 제1 인덕터(L1), 제2 인덕터(L2), 제1 저항(R1), 제2 저항(R2), 제1 스위치 소자부(210) 및 제2 스위치 소자부(220)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 제1 커패시터(C1)는 교류 전원(10)과 일측이 연결되고, 타측은 제1 인덕터(L1)와 연결된다. 제1 인덕터(L1)는 제1 커패시터(C1)와 직렬로 연결된다. 이때, 제1 스위치 소자부(210)는 제1 인덕터(L1)에 병렬 연결된다.

제2 인덕터(L2)와 제2 커패시터(C2)는 서로 병렬로 연결되고, 제1 인덕터(L1)에 직렬 연결된다. 제2 저항(R2)은 일단이 접지와 연결되고 타단은 제2 스위치 소자부(220)와 연결된다.

제2 스위치 소자부(220)는 제1 인덕터(L1)와 제2 저항(R2) 사이에 직렬로 연결된다.

제1 스위치 소자부(210)와 제2 스위치 소자부(220)는 각각 2개의 전력용 스위치 소자(F1, F2)가 역방향으로 연결되며, 제어신호 출력부(400)에서 입력된 제어신호에 의해 온 또는 오프된다. 이에 따라, 능동 필터부(200)의 스칼라 임피던스가 변경되어 계통 조건에 맞게 고조파를 필터링 한다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 교류 전원
20: 변압기
30: 컨버터
100: 스마트 필터
200: 능동 필터부
210: 스위치 소자부
300: 필터 제어부
310: FFT부
320: 정전압 공급부
330: 전압 왜곡 측정부
331: 비교부
332: 최대값 선택부
340: TIF부
350: 기준 위상부
360 내지 390: 제1 내지 제4 곱셈기
400: 제어신호 출력부

Claims

HVDC용 스마트 필터에 있어서,
교류 전원과 병렬 연결되며, 커패시터, 리액터 및 저항 중 어느 하나의 수동 소자와, 상기 수동 소자와 직렬 또는 병렬로 연결된 적어도 1쌍의 스위치 소자가 병렬로 배열된 스위치 소자부를 구비하는 능동 필터부; 및
상기 스위치 소자부를 온/오프 시키는 제어신호를 공급하는 필터 제어부를 포함하며,
상기 필터 제어부는
교류 전원으로부터 입력된 3상 전압을 푸리에 변환하여 제1 고조파 전압 내지 제n 고조파 전압 레벨을 계산하는 푸리에 변환부-여기서, n은 2이상의 자연수임-;
상기 푸리에 변환부로부터 입력된 상기 제1 고조파 전압 내지 제n 고조파 전압을 기준값과 비교하여 고조파 전압 또는 0을 출력하는 전압 왜곡 측정부;
상기 제1 고조파 전압 내지 제n 고조파 전압을 이용하여 TIF (Telephone Interference Factor)값을 출력하는 TIF부;
기준 톱니파를 출력하는 정전압 공급부;
기준 위상을 출력하는 기준 위상부;
상기 전압 왜곡 측정부와 TIF부의 값을 연산하는 적어도 하나의 곱셈기; 및
상기 기준 톱니파와 상기 곱셈기에서 입력된 신호를 이용하여 상기 제어신호를 출력하는 제어신호 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 HVDC용 스마트 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 스위치 소자부는 전력용 반도체소자인 것을 특징으로 하는 HVDC용 스마트 필터.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 스위치 소자부는 IGBT(INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR) 또는 양방향 사이리스터 소자로 구성된 것을 특징으로 하는 HVDC용 스마트 필터.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 전압 왜곡 측정부는
상기 제1 고조파 전압 내지 상기 제n 고조파 전압을 각각 전압기준값과 비교하여 상기 전압기준값 이상일 경우 해당 고조파 전압을 출력하고, 상기 전압기준값 미만일 경우 0을 출력하는 비교부; 및
상기 비교부에서 출력되는 값들을 서로 비교하여 가장 큰 값을 출력하는 최대값 선택부를 더 포함하는 HVDC용 스마트 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 능동 필터부는
상기 교류 전원과 연결된 커패시터;
상기 커패시터와 접지 사이에 직렬 연결된 인덕터; 및
상기 접지와 연결된 저항을 더 포함하고,
상기 스위치 소자부는 일단이 상기 커패시터와 상기 인덕터 사이에 연결되며, 타단이 상기 저항과 연결되는 것을 특징으로 하는 HVDC용 스마트 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 능동 필터부는
상기 교류 전원과 연결된 제1 커패시터;
상기 제1 커패시터와 직렬 연결된 제1 인덕터;
상기 제1 인덕터와 접지 사이에 연결된 제2 커패시터;
상기 제2 커패시터와 병렬 연결된 제 2 인덕터; 및
상기 접지와 연결된 저항을 더 포함하되,
상기 스위치 소자부는 상기 제1 커패시터와 상기 제1 인덕터 사이에 일단이 연결되며, 상기 저항에 타단이 연결된 것을 특징으로 하는 HVDC용 스마트 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 능동 필터부는
상기 교류 전원과 연결된 제1 커패시터;
상기 제1 커패시터와 직렬 연결된 제1 인덕터;
상기 제1 인턱터와 접지 사이에 연결된 제2 인덕터;
상기 제1 인턱터와 상기 접지 사이에 연결된 제2 커패시터; 및
상기 접지와 연결된 제3 커패시터를 더 포함하되,
상기 스위치 소자부는 상기 제1 인덕터와 상기 제2 커패시터 사이에 일단이 연결되며, 타단이 상기 제3 커패시터에 연결된 것을 특징으로 하는 HVDC용 스마트 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 능동 필터부는
상기 교류 전원과 연결된 커패시터;
상기 커패시터와 접지 사이에 직렬 연결된 제1 인덕터; 및
상기 접지와 연결된 제2 인덕터를 더 포함하되,
상기 스위치 소자부는 일단이 상기 커패시터와 상기 제1 인덕터 사이에 연결되며, 타단이 상기 제2 인덕터와 연결된 것을 특징으로 하는 HVDC용 스마트 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 능동 필터부는
상기 교류 전원과 연결된 커패시터;
상기 커패시터와 직렬 연결된 제1 인덕터; 및
상기 제1 인덕터와 접지 사이에 연결된 제2 인덕터를 더 포함하되,
상기 스위치 소자부는 상기 제1 인덕터에 병렬 연결된 것을 특징으로 하는 HVDC용 스마트 필터.
제 1 항에 있어서,
상기 능동 필터부는
상기 교류 전원에 연결된 제1 커패시터;
상기 제1 커패시터와 직렬 연결된 제1 인덕터;
상기 제1 커패시터와 상기 제1 인덕터 사이에 일단이 연결된 제1 저항;
접지와 연결된 제2 저항;
상기 접지와 상기 제1 인덕터 사이에 연결된 제2 커패시터; 및
상기 접지와 상기 제1 인덕터 사이에 연결된 제2 인덕터를 더 포함하되,
상기 스위치 소자부는
상기 제1 저항의 일단과 연결되고, 타단이 상기 제1 인덕터와 상기 제2 커패시터 사이에 연결된 제1 스위치 소자부와, 상기 제1 인덕터의 일단과 상기 제2 저항 사이에 연결된 제2 스위치 소자부를 더 포함하는 HVDC용 스마트 필터.