KR102278988B1

KR102278988B1 - 유연 직류 송전 시스템의 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법

Info

Publication number: KR102278988B1
Application number: KR1020197031676A
Authority: KR
Inventors: 커 왕; 순커 쑤이; 위 루; 윈룽 둥; 자오칭 후; 강 리
Original assignee: 엔알 일렉트릭 컴퍼니 리미티드; 엔알 엔지니어링 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2017-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2021-07-16
Also published as: JP6880234B2; CN106953349B; WO2018196830A1; KR20190134681A; US20200195013A1; US11329486B2; AU2018259838A1; JP2020518228A; EP3618215A1; AU2018259838B2; CN106953349A; EP3618215A4

Abstract

본 발명에서는 유연 직류 송전 시스템 아일랜딩 가동 개시의 방법을 공개하는바, 유연 직류 컨버터 스테이션과 연결된 교류 전력망 구역 내에 교류 전원이 존재하지 않을 때, 유연 직류 컨버터 스테이션은 아일랜딩 모드로 가동 개시 운전되어야 한다. 해당 아일랜딩 모드는 이중 클로즈 루프 제어를 사용하는바, 외부 루프는 출력 전압 진폭값과 주파수를 제어하고, 내부 루프는 출력 전류를 제어한다. 아일랜딩 가동 개시 시, 유연 직류 송전 제어 보호 시스템이 생성하는 전압 참조파 출력 진폭값 크기는 단계별 모드를 사용하는바, 제1 단계 참조파 진폭값은 0kV 또는 일정한 값 U₀kV로부터 시작하여, 속도 αkV/s에 따라 빠르게 U₁kV로 상승하여, 출력 전압 참조파가 비교적 작을 때, 사용하는 전압과 전류 오차 및 고조파 함량이 너무 큰 것이 제어 시스템에 미치는 불리한 영향을 방지하며; 제2 단계는 속도 βkV/s에 따라 U₁kV로 상승하고, 제3 단계는 속도 γkV/s에 따라 U₃kV로 상승하며, 제N 단계는 속도 εkV/s에 따라 정격 전압 U_NkV로 상승하여, 유연 직류 송전 시스템의 외란 및 충격이 없는 아일랜딩 가동 개시를 구현한다.

Description

유연 직류 송전 시스템의 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법

본 발명은 전력 시스템의 유연 직류 송전 기술 분야에 관한 것으로서, 특히 유연 직류 송전 시스템의 아일랜딩(islanding) 가동 개시(initiation)를 위한 방법에 관한 것이다.

유연 직류 송전은 전압원형 컨버터를 사용하여 독립적이고 신속하게 제어 시스템의 유효 전력과 무효 전력을 제어함으로써, 시스템의 안정성을 향상시키고, 시스템 주파수와 전압의 파동을 억제하여, 전력망 연결 교류 시스템의 정상 상태 성능을 향상시킨다.

중국 연해에는 섬이 많은데, 섬 내부의 교류 전력망은 대부분 비교적 약하고, 전원 출력이 안정적이지 못하다. 하지만 유연 직류 송전은 분산식 발전 전력망 연결, 아일랜딩 전력 공급, 대체 에너지 전력망 연결, 도시 배전망 전력 공급 등 분야에서 상당히 큰 장점을 갖고 있다. 이를 위하여, 국가전력망공사와 남방전력망공사에는 연해 섬의 전력망 건설을 적극 추진하고 있는바, 그 중에서, 국가전력망공사에서는 절강 주산 5단 연석 직류 공사를 설립하고, 남방전력망공사에서는 광동 남오 3단 연석 직류 공사를 설립하였다. 유연 직류 컨버터 스테이션과 연결된 교류 전력망 구역 내에 교류 전원이 존재하지 않을 때, 유연 직류 컨버터 스테이션은 아일랜딩 모드로 가동 개시 및 운전되어야 한다. 즉, 섬의 교류 전력망이 전력을 상실하였을 때 만일 유연 직류 컨버터 스테이션이 운전되고 있지 않다면, 가동 시 아일랜딩 방식으로 가동 개시되어야 한다. 종래의 문헌에서는, 대부분 유연 직류 시스템의 운전 시, 교류 전력망이 전력을 상실하였으면, 유연 직류 시스템이 아일랜딩 제어의 방법으로 전환되는 것을 다루고 있는바, 예를 들면 “유연 직류 송전 시스템이 병렬 운전을 단독 운전으로 전환하는 제어 전환 시간 제한 연구”(문안, 사문박, 중국 전기공학회 연회, 2014)에서는 시스템이 교류/직류 병렬 운전으로부터 단독 운전(islanding operation)으로 전환 시, 전송단의 컨버터 스테이션이 정격 유효 전력 제어로부터 정격 주파수 제어로 전환하는 것을 소개하고, 제어 정책 전환 시간 제한 길이가 전송단 시스템의 주파수에 미치는 영향을 분석하였다. “유연 직류 송전 시스템의 그리드 연결과 단독 운전 통용 제어 정책”(관민연, 장정, 전력 시스템 자동화, 2015)에서는 교류 측의 주파수-유효 전력의 드룹 제어(droop control)와 직류 측의 유효 전력-직류 전압의 드룹 제어를 소개하고, 또한 이로부터 유연 직류 송전 시스템의 그리드 연결과 단독 운전의 통용 제어 정책을 제시하였다. 종래 공개된 문헌에서는 아직 아일랜딩 가동 개시 시의 제어 방법이 언급되지 않고 있다.

그러므로, 아일랜딩 제어 시 외란(disturbance)이 없고 충격이 없는 아일랜딩 가동 개시 방법을 찾아, 섬 교류 전력망 전력 상실 시 유연 직류 시스템의 수동 가동 개시의 문제를 해결할 필요가 있다.

본 발명은 종래 기술에 존재하는 결함을 극복하고, 유연 직류 송전 시스템의 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법을 제공하여, 아일랜딩 가동 개시 시의 큰 외란, 큰 충격을 방지하고, 효과적으로 영(zero) 전압 가동 개시 시 초기 단계 출력 전압과 전류의 고주파수 분량 및 일그러짐을 억제하여, 시스템의 안정적인 운전을 확보하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 기술 방안은 하기와 같다.

아일랜딩 제어 모드 중에서 먼저 오픈 루프 제어 방식으로 0 전압 가동하고, 그 후 이중 클로즈 루프 제어를 사용하거나, 또는 직접 이중 클로즈 루프 제어를 사용하며; 상기 아일랜딩 제어 모드에서 먼저 오픈 루프 제어 방식으로 영 전압 가동 개시하고 그 후 이중 클로즈 루프 제어를 사용하거나, 또는 직접 이중 클로즈 루프 제어를 사용하며; 상기 이중 클로즈 루프 제어에서, 외부 루프는 출력 전압 진폭값과 주파수를 제어하고, 내부 루프는 출력 전류를 제어하여, 정상 상태 전압을 구성하는, 유연 직류 송전 시스템 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법에 있어서, 상기 유연 직류 제어 시스템이 생성하는 전압 참조파 진폭값 크기는 단계별 모드를 사용하는바, 적어도 두 단계로 나뉘고, 제1 단계 참조파 진폭값은 0kV 또는 일정한 값 U₀kV (kilovolt)로부터 시작하여, 제1 단계 속도 αkV/s (kilovolt/second)에 따라 빠르게 U₁kV로 상승하며, 그 후의 기타 단계의 참조파 진폭값 상승 속도는 같거나 다르고, 또한 모두 제1 단계 속도 αkV/s보다 크며, 마지막 단계 참조파 진폭값은 최종적으로 정격 전압 U_NkV로 상승하여, 유연 직류 송전 시스템의 외란이 없고, 충격이 없는 가동 개시를 구현하며; 그 중에서, 참조파의 초기값 U₀kV은 U₀kV≤ 0.4 p.u.이되 p.u.는 단위값으로서 1.0 p.u. = U_NkV이고, 제1 단계 속도 αkV/s는 αkV/s ≥ 2.0 p.u./s이다. 제1 단계 전압이 U₁kV로 상승한 후, 제2 단계의 전압 참조파 초기값이 되고, 제2 단계 전압이 U₂kV로 상승한 후, 제3 단계 참조파 초기값이 되며, 또한 U₀ ≤ U₁ ≤ U₂ ≤ … ≤ U_N이다.

본 발명에서 제공하는 유연 직류 송전 시스템의 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법에 있어서, 제1 단계의 전압 상승 속도는 제2 단계, 제3 단계, ..., 제N 단계의 전압 상승 속도보다 크거나 같은바, 즉 α ≥ β ≥ 0, α ≥ γ≥ 0, α ≥ ε ≥ 0 이고, 아울러, αkV/s ≥ 2.0 p.u./s이되 p.u.는 단위값으로서 1.0 p.u. = U_NkV를 요구한다. β는 제2 단계의 전압 상승 속도이고, γ는 제3 단계의 전압 상승 속도이며, ε는 제N 단계의 전압 상승 속도이다.

본 발명에서 제공하는 유연 직류 송전 시스템 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법에 있어서, 제어 시스템 참조파의 초기값 u_refi는 u_refi ≤ 0.4 p.u.이되 p.u.는 단위값으로서 1.0 p.u. = U_NkV인바, 즉 초기 전압 U₀kV가 U₀kV ≤ 0.4 p.u.로서, 초기 단계 변압기를 충전할 때의 여자 돌입 전류가 비교적 작음을 보장하여, 보호의 오동작을 방지한다.

본 발명에서 제공하는 유연 직류 송전 시스템의 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법에 있어서, 전압 참조파의 단계별 출력에서, 그 단계 수 N은 N ≥ 2이다.

본 발명에서 제공하는 유연 직류 송전 시스템의 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법에 있어서, 영 전압 가동 개시 시, 부하를 로딩하고 가동 개시하거나, 또는 부하를 로딩하지 않고 가동 개시한다.

상기 방안을 사용한 후, 본 발명의 유익한 효과는 하기와 같다.

본 발명에서 제공하는 유연 직류 송전 시스템 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법은, 아일랜딩 가동 개시 시의 충격과 외란을 방지하며;

본 발명에서 제공하는 유연 직류 송전 시스템 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법은, 아일랜딩 가동 개시 시 초기 단계의 고주파수 분량과 일그러짐을 방지한다.

본 발명에서 제공하는 유연 직류 송전 시스템 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법은, 섬 교류 전력망 전력 상실 시, 유연 직류 시스템 수동 가동 개시의 문제를 해결하였다.

도 1은 양단 유연 직류 송전 시스템 도면이다.
도 2는 아일랜딩 클로즈 루프 제어 가동 개시 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 상기 아일랜딩 가동 개시 방법을 사용하는 가동 개시 파형도이다.
도 4는 아일랜딩 가동 개시 시 참조파 전압 진폭값이 5.975kV/s에 따라 0으로부터 상승하는 가동 개시 파형도이다.

이하, 첨부된 도면과 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 방안에 대하여 상세하게 설명하도록 한다. 유연 직류 송전 시스템은 도 1에 도시된 바와 같고, 도 2에 도시된 단계로 아일랜딩 가동 개시를 진행하며, 아일랜딩 가동 개시의 참조파 출력은 두 단계로 나뉘며, 즉, N = 2이다.

컨버터 스테이션이 아일랜딩 모드로 차단 해제된 후, 전압 참조파를 0kV로부터 시작하여 가동 개시하고, 아울러 정격 전압이 119.5kV라고 가정하며; 출력 전압 참조파가 비교적 작을 때, 사용하는 전압과 전류 오차 및 고조파 함량이 너무 큰 것이 제어 시스템에 미치는 불리한 영향을 방지하며;

가동 개시 제1 단계에서, 전압 참조파 진폭값의 상승 속도를 1195kV/s, 즉, α = 1195로 설정하며;

전압 출력 유효값이 23.9kV일 때, 가동 개시 제2 단계를 시작하여, 상승 속도를 1195kV/s로부터 5.975kV/s, 즉, β = 5.975로 변경하며;

전압 출력 유효값은 23.9kV로부터 천천히 정격 전압 119.5kV로 상승한다.

도 3은 본 발명의 상기 아일랜딩 가동 개시 방법을 사용하는 가동 개시 파형도이고, 도 4는 본 발명을 사용하지 않고 가동 개시 시 전압 출력 유효값을 직접 5.975kV/s에 따라 상승시킬 때의 파형이다. 도 3과 도 4에서, UREF_L1, UREF_L2, UREF_L3은 A, B, C 3상 참조파를 나타내고, UY_LA_C, UY_LB_C, UY_LA_C는 참조파에 따라 생성되는 실제 전압을 나타내며, 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 상기 아일랜딩 가동 개시 방법을 사용할 때의 파형이 매끈하고 충격이 없다.

상기 실시예는 단지 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 것이고, 이로써 본 발명의 보호 범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명에 개시된 기술적 사상에 따라 기술적 방안의 기초 상에서 진행하는 모든 수정은 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다 할 것이다.

Claims

유연 직류 송전 시스템의 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법으로서,
아일랜딩 제어 모드에서, 이중 클로즈 루프 방식을 사용하여 유연 직류 송전 시스템의 전압 진폭값을 단계별 제어하여 0 또는 고정값 U₀로부터 정상 상태의 정격 전압 U_N에 도달하도록 하여, 아일랜딩 가동 개시를 구현하되,
상기 단계별 제어는 적어도 제1 단계 제어와 마지막 단계 제어를 포함하고,
상기 제1 단계 제어에서는, 상기 유연 직류 송전 시스템의 전압 진폭값을 0 또는 고정값 U₀로부터 시작하여 제1 단계 전압 진폭값 U₁로 상승하도록 제어하며;
상기 마지막 단계 제어에서는, 상기 유연 직류 송전 시스템의 전압 진폭값을 정격 전압 U_N으로 상승하도록 제어하며,
상기 유연 직류 송전 시스템의 전압 진폭값을 0 또는 고정값 U₀로부터 시작하여 제1 단계 전압 진폭값 U₁로 상승하도록 제어하는 것은,
상기 유연 직류 송전 시스템의 전압 진폭값을 0 또는 고정값 U₀로부터 시작하여 제1 상승 속도 α로 상기 제1 단계 전압 진폭값 U₁로 상승하도록 제어하는 것을 포함하고,
상기 제1 단계 제어를 제외한 각 단계의 제어는 상기 유연 직류 송전 시스템의 전압 진폭값을 각 단계의 상승 속도로 각 단계의 전압 진폭값으로 상승하도록 제어하되, 상기 각 단계의 상승 속도는 0보다 크거나 같고 또한 상기 제1 상승 속도 α보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 단계별 제어는,
상기 유연 직류 송전 시스템의 전압 진폭값을 상기 제1 단계 전압 진폭값 U₁로부터 시작하여 제2 단계 전압 진폭값 U₂로 상승하도록 제어하는 제2 단계 제어;
상기 유연 직류 송전 시스템의 전압 진폭값을 상기 제2 단계 전압 진폭값 U₂로부터 시작하여 제3 단계 전압 진폭값 U₃로 상승하도록 제어하는 제3 단계 제어; 내지
상기 유연 직류 송전 시스템의 전압 진폭값을 제N-2 단계 전압 진폭값 U_N-2로부터 시작하여 제N-1 단계의 전압 진폭값 U_N-1로 상승하도록 제어하는 제N-1 단계 제어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 각 단계의 전압 진폭값은 인접한 다음 단계의 전압 진폭값보다 작은 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 고정값 U₀는 U₀ ≤ 0.4 p.u.이되 p.u.는 단위값으로서 1.0 p.u.는 상기 정격 전압 U_N과 같으며, 상기 제1 상승 속도 α는 α ≥ 2.0 p.u./s인 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 이중 클로즈 루프 방식은 내부 루프 제어와 외부 루프 제어를 포함하되,
상기 내부 루프 제어에서는 출력 전류를 제어하고;
상기 외부 루프 제어에서는 유연 직류 송전 시스템의 전압 진폭값과 주파수를 제어하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 단계 제어에서, 유연 직류 송전 시스템의 변압기 자속
와 전압의 관계는 하기 식

을 만족하고;
정격 자속
은
이며;
수동 가동 개시 순간에, 만일
= 0이면,
이고;
만일
≤
이면, 생성되는 최대 자속이 정격 자속을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 아일랜딩 가동 개시는 부하를 로딩하고 가동 개시하거나, 또는 부하를 로딩하지 않고 가동 개시하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서,
상기 아일랜딩 제어 모드에서, 오픈 루프 제어 방식을 사용하여 영 전압 가동 개시를 진행하여, 상기 유연 직류 송전 시스템의 전압 진폭값을 0으로부터 고정값 U₀로 상승하도록 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
유연 직류 송전 시스템의 아일랜딩 가동 개시를 위한 방법으로서,
상기 방법은, 아일랜딩 제어 모드에서 먼저 오픈 루프 제어 방식으로 영(zero) 전압 가동 개시하고 그 후 이중 클로즈 루프 제어를 사용하거나, 또는 직접 이중 클로즈 루프 제어를 사용하며; 상기 이중 클로즈 루프 제어에서, 외부 루프는 출력 전압 진폭값과 주파수를 제어하고, 내부 루프는 출력 전류를 제어하여, 정상 상태 전압을 구성하며, 유연 직류 제어 시스템이 생성하는 전압 참조파의 진폭값의 크기는 단계별 모드를 사용하는바, N개의 단계로 나뉘되 N은 2보다 크거나 같고, 제1 단계 전압 참조파 진폭값은 0kV 또는 고정값 U₀kV로부터 시작하여, 속도 αkV/s에 따라 U₁kV로 상승하고, 마지막 단계 전압 참조파 진폭값은 정격 전압 U_NkV로 상승하되;
참조파의 초기값 U₀kV은 U₀kV ≤ 0.4 p.u.이되 p.u.는 단위값으로서 1.0 p.u.는 상기 정격 전압 U_NkV와 같고, 제1 단계 속도 αkV/s는 αkV/s ≥ 2.0 p.u./s이며;
제1 단계 전압이 U₁kV로 상승한 후, 제2 단계의 전압 참조파 초기값이 되고; 제2 단계 전압이 U₂kV로 상승한 후, 제3 단계 참조파 초기값이 되며, 또한 U₀ ≤ U₁ ≤ U₂ ≤ … ≤U_N인 것을 특징으로 하는, 방법.
제9항에 있어서,
제1 단계의 전압 상승 속도는 제2 단계, 제3 단계 내지 제N 단계의 전압 상승 속도보다 크거나 같은바, 즉 α ≥ β ≥ 0, α ≥ γ≥ 0, α ≥ ε ≥ 0 이되, β는 제2 단계의 전압 상승 속도이고, γ는 제3 단계의 전압 상승 속도이며, ε는 제N 단계의 전압 상승 속도인 것을 특징으로 하는, 방법.
제9항에 있어서,
아일랜딩 가동 개시 초기 단계에서, 변압기 자속
와 전압의 관계는 하기 식

을 만족하고;
정격 자속
은
이며;
수동 가동 개시 순간에, 만일
= 0이면,
이고;
만일
≤
이면, 생성되는 최대 자속이 정격 자속을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는, 방법.
제9항에 있어서,
전압 참조파의 단계별 출력에서, 그 단계 수는 N인 것을 특징으로 하는 방법.
제9항에 있어서,
아일랜딩 가동 개시 시, 부하를 로딩하고 가동 개시하거나, 또는 부하를 로딩하지 않고 가동 개시하는 것을 특징으로 하는, 방법.
전자 장치로서,
기억장치, 프로세서 및 상기 기억장치에 저장되고 또한 상기 프로세서 상에서 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램을 포함하되,
상기 프로그램이 상기 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 프로세서가 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법을 실행하도록 하는, 전자 장치.
컴퓨터 프로그램이 저장되는 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서,
상기 컴퓨터 프로그램이 프로세서에 의하여 실행될 때, 상기 프로세서가 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법을 실행하도록 하는, 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
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