KR20140022374A - 고전압 ｄｃ 라인 상의 고장을 제거하기 위한 방법, 고전압 ｄｃ 라인을 통해 전류를 전송하기 위한 시스템, 및 컨버터 - Google Patents

고전압 ｄｃ 라인 상의 고장을 제거하기 위한 방법, 고전압 ｄｃ 라인을 통해 전류를 전송하기 위한 시스템, 및 컨버터 Download PDF

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Abstract

자려식 컨버터(1)를 통해 접속된 AC 전원 시스템(17)을 구비하는 고전압 DC 라인(19) 상의 고장을, 비교적 낮은 수준의 경비로 신뢰가능하게 제거할 수 있기 위해, 아크에 걸리는 전압에 대한 역전압을 생성하도록, 모듈러 설계인 컨버터(1)의 위상 분기들(phase branches)(4, 5, 6; 7, 8, 9) 내의 적어도 하나의 H 브리지 서브모듈(36, 37, 38; 39, 40, 41)을 각각의 경우에서 작동시킴으로써, 고장 시에 흐르는 단락 전류가 감소된다. 본 발명은 고전압 DC 라인을 통해 전류를 전송하기 위한 시스템, 및 컨버터에도 관련된다.

Description

고전압 ＤＣ 라인 상의 고장을 제거하기 위한 방법, 고전압 ＤＣ 라인을 통해 전류를 전송하기 위한 시스템, 및 컨버터{METHOD FOR ELIMINATING A FAULT ON A HIGH-VOLTAGE DC LINE, SYSTEM FOR TRANSMITTING AN ELECTRIC CURRENT VIA A HIGH-VOLTAGE DC LINE, AND CONVERTER}
본 발명은 자려식 컨버터(self-commutated converter)를 통해 AC 전원 시스템이 접속되어 있는 고전압 직류 라인 상의 고장을 제거하기 위한 방법에 관한 것이다.
이러한 유형의 방법은 유럽 특허 명세서 EP 0 867 998 B1의 번역문인 DE 698 37 414 T2 2007.12.20로부터 알려져 있다. 상술한 문서는 2개의 라인과 AC 전원 시스템이 컨버터들을 통해 접속되어 있는 DC 전원 시스템을 갖는 전기 시스템을 통한 고전압 직류 전송 방법을 보여주고 있기 때문이다. 알려진 방법에서는, 고장 시에, 예를 들어 DC 전원 시스템에서의 접지 고장 시에 신속하게 전류를 제한하기 위해, 라인들 중 하나에서 적어도 하나의 블로킹 반도체 컴포넌트 및 과전압 어레스터(overvoltage arrester)를 포함하는 병렬 회로가 이용된다. 정상 동작 모드에서는 블로킹 반도체 컴포넌트가 개방된 채로 유지되는 반면에, DC 전원 시스템 측에서의 고장 시에, 상술한 블로킹 반도체 컴포넌트가 제어 디바이스에 의해 고주파수로 교대로 폐쇄 및 개방되며, 그 결과 전류가 제한되고, 적절하다면, 전류가 차단되기도 한다.
본 발명은 고전압 직류 라인 상의 고장을 제거하기 위한 방법을 제공하는 문제에 기초하며, 이 방법은 비교적 적은 경비로 신뢰가능하게 수행될 수 있다.
처음에 언급된 방법의 경우에서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 고전압 직류 라인 상의 고장 시에, 고전압 직류 라인 상의 아크(arc)를 소멸시키기 위해, 아크에 걸리는 전압에 대한 역전압을 생성하기 위해, 모듈러 설계이고, 복수의 하프 브리지(half-bridge) 서브모듈을 갖는 컨버터의 위상 분기들(phase branches) 내의 적어도 하나의 H 브리지 서브모듈을 작동시킴으로써, 고장 시에 흐르는 단락 전류가 감소되는 것을 제공한다. H 브리지 서브모듈은 예를 들어 문헌 "New Concept for High Voltage-Modular Multilevel Converter"(PESC 2004 Conference in Aachen, Germany)로부터 알려져 있다.
각각의 경우에서 적어도 하나의 H 브리지 서브모듈은, 컨버터 중 고전압 직류 라인으로부터 멀리 떨어져 있는 측에서 AC 전원 시스템 내에 구성되어 있는 스위치들이 단락으로 인해 개방된 직후에 작동된다.
본 발명에 따른 방법의 경우에서는 유리하게도 고장 시에 전류를 차단하기 위해 고전압 직류 라인 상에 또는 그 안에 어떠한 추가의 회로 요소도 필요하지 않다. 이 회로 요소들은 고장없는 동작에 추가의 손실을 야기하기 때문이다. 그러나, 본 발명에 따른 방법에서는, 모듈러 설계이고 적어도 하나의 H 브리지 서브모듈을 갖는 자려식 컨버터를 이용하고, 고장 시에 AC 전원 시스템 내의 스위치들이 개방된 후에, 아크에 걸리는 전압에 대한 역전압이 생성되는 방식으로 상술한 컨버터를 작동시키는 것이 필요할 뿐이며; 그 결과로서, 모듈러 설계의 자려식 컨버터의 인덕턴스들로부터, 그리고 컨버터의 DC 전압 단자들과 고장 위치 사이에서 DC 전압 측에서 활성인 인덕턴스들로부터 고장 위치를 경유하여 흐르는 전류가, 본 발명에 따른 구성을 갖지 않는 경우에 비해 상당히 더 신속하게 감소된다. 이 경우, H 브리지 서브모듈의 개수는 각각의 경우에서 생성될 역전압의 레벨에 의해 결정된다. 컨버터의 나머지 서브모듈들은 하프 브리지 서브모듈일 수 있으며, 이는 전체로서의 컨버터의 제조 비용에 유리한 효과를 갖는다. 또한, 컨버터 내에서의 손실은 결과적으로 작게 유지된다. 하프 브리지 서브모듈은 또한 예를 들어 문헌 "New Concept for High Voltage-Modular Multilevel Converter"(PESC 2004 Conference in Aachen, Germany)로부터 알려져 있다.
본 발명에 따른 방법의 경우에서, H 브리지 서브모듈의 개수가 하프 브리지 서브모듈의 개수보다 적은 컨버터가 이용되는 것이 유리하다. 따라서, 제조 비용 및 손실을 감소시키기 위해, 각각의 경우에서 가능한 적은 H 브리지 서브모듈과 가능한 많은 하프 브리지 서브모듈을 갖는 컨버터가 이용된다.
본 발명에 따른 방법의 경우에서, 컨버터는 에너지 흐름 방향에 따라, 정류기 또는 인버터로서 작동될 수 있다.
본 발명은 또한 자려식 컨버터를 통해 AC 전원 시스템이 접속되어 있는 고전압 직류 라인을 통해 전류를 전송하기 위한 시스템에 관한 것이다.
처음에 언급된 종래 기술에 따른 이러한 유형의 시스템에 기초하여, 본 발명의 다른 문제는 낮은 손실을 갖고서 비교적 낮은 비용으로 DC 전원 시스템 내의 고장을 제거할 수 있도록, 상술한 시스템을 더 개발하는 것이다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 컨버터가 모듈러 설계이며, 그것의 위상 분기들 내에서, 각각의 경우에서 복수의 하프 브리지 서브모듈과 직렬 회로를 이루는 적어도 하나의 H 브리지 서브모듈을 갖는 것을 제공한다.
이러한 유형의 컨버터는, AC 전원 시스템 내의 스위치들이 단락으로 인해 개방된 후, 본 발명에 따른 시스템이, 고장 시에 그것의 적어도 하나의 H 브리지 서브모듈이 아크에 걸리는 전압에 대한 역전압이 생성되는 방식으로 작동될 때 고장을 제거하기에 충분하도록 단락 전류를 비교적 신속하게 감소시킬 수 있음을 의미하며; 이 경우 본 발명에 따른 시스템은 컨버터 그 자체 또는 그것의 H 브리지 서브모듈들이 적절하게 제어되는 것에 의해 DC 전원 시스템 내의 추가의 블로킹 요소 및 서지 어레스터를 필요로 하지 않기 때문에, 시스템의 정상 동작 동안, 그리고 고전압 직류 라인 내에 어떠한 고장도 존재하지 않을 때에 손실이 비교적 낮게 유지된다.
본 발명에 따른 시스템의 경우에서, 제조 비용 및 전기적 손실을 낮게 유지하기 위해, 직렬 회로 내의 H 브리지 서브모듈의 개수는 하프 브리지 서브모듈의 개수보다 적다.
본 발명에 따른 시스템에서, 컨버터는 정류기 및 인버터 둘 다로서 이용될 수 있다.
본 발명은 또한 고전압 직류 라인과 AC 전원 시스템 간에 유리하게 삽입될 수 있는 컨버터를 제안하는 문제에도 관련된다.
이 문제를 해결하기 위해, 본 발명은 컨버터가 모듈러 설계이고, 그것의 위상 분기들 내에서, 각각의 경우에서 복수의 하프 브리지 서브모듈과 직렬 회로를 이루는 적어도 하나의 H 브리지 서브모듈을 갖는 것을 제공한다.
본 발명에 따른 컨버터의 본질적인 이점은, 컨버터에 접속된 AC 전원 시스템 내의 스위치들이 단락으로 인해 개방된 후에 그것의 서브모듈들을 작동시킴으로써, 고전압 직류 라인 상의 고장이 신속하게 제거될 수 있다는 것이다. 더욱이, H 브리지 서브모듈들의 이용은 DC 전압 측의 단락 전류의 크기가 제한된다는 것을 의미하며; 오버헤드 라인 상의 추가의 스위칭 요소는 요구되지 않는다. 추가로, 이와 같은 컨버터는 비교적 적은 H 브리지 서브모듈로 인해 비교적 낮은 손실을 갖는다.
유리하게는, 본 발명에 따른 컨버터의 경우에서, 직렬 회로 내의 H 브리지 서브모듈의 개수는 하프 브리지 서브모듈의 개수보다 적다.
본 발명을 더 잘 설명하기 위해,
도 1은 AC 전압 측에서 작동가능한 스위치들을 갖는 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 시스템의 예시적인 실시예를 도시하고,
도 2는 본 발명에 따른 컨버터의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 1에 도시된 시스템은 개략적으로만 도시되어 있는 자려식 컨버터(1)를 가지며, 그 컨버터는 위상 분기들(각각 4, 5 및 6, 또는 7, 8 및 9)을 갖는 포지티브측 컨버터 부분(2)(여기에서는 블록도의 형태로만 도시됨), 및 네거티브측 컨버터 부분(3)의 공지된 방식으로 이루어져 있다. 컨버터(1)는 통상적으로 코일(각각 11p, 12p 및 13p, 또는 11n, 12n 및 13n)을 통해 AC 전원 시스템(17)의 3개의 위상 컨덕터(14, 15 및 16)에 접속된다. 그러나, 코일들은 도 1에서 참조 부호 11p' 내지 13n'과 함께 점선으로 나타나 있는 바와 같이, 컨버터(1)의 DC 전압 측에 구성될 수도 있다.
컨버터(1) 중 AC 전원 시스템(17)으로부터 떨어져 있는 측에서는, 고전압 직류 라인(19)이 양측에서 2개의 라인(20 및 21)에 의해 접속된다. 고전압 직류 라인(19) 상의 고장 시에 흐르는 단락 전류를 검출하기 위한 구성(22)이 라인(21)에 접속되고, 이 구성은 고장 시에, 점선으로 도시된 전기 접속(23)을 통해 위상 컨덕터들(14, 15 및 16) 내의 스위치들(24, 25 및 26)이 작동되도록 야기한다. 개방된 스위치들(24 내지 26)은 AC 전원 시스템(17)과 고전압 직류 라인(19) 사이의 접속을 차단한다.
도 1에 도시된 자려식 컨버터(1)는 그것의 포지티브측 컨버터 부분(2) 및 그것의 네거티브측 컨버터 부분(3)과 함께 도 2에 상세하게 도시되어 있는데, 상기 컨버터 부분들(2 및 3) 각각은 3개의 포지티브측 위상 분기(4, 5 및 6) 및 3개의 네거티브측 위상 분기(7, 8 및 9)로 구성된다. 해당 부분에 대한 각각의 위상 분기(4 내지 9)는 포지티브 및 네거티브측 각각에서 N개의 서브모듈로 구성되는데, 여기에서 포지티브측 위상 분기들(4 내지 6)은 각각의 경우에서 k개의 하프 브리지 서브모듈(30, 31 및 32)을 갖고, 네거티브측 위상 분기들(7 내지 9)은 마찬가지로 k개의 하프 브리지 서브모듈(33, 34 및 35)을 갖는다. 각각의 위상 분기(4 내지 6, 및 7 내지 9)는 k개의 하프 브리지 서브모듈(각각 30 내지 32, 또는 33 내지 35)과 직렬로 되어 있는 N-k개의 H 브리지 서브모듈(각각 36, 37 및 38, 또는 39, 40 및 41)을 포함한다.
고전압 직류 라인(19)에서 고장이 발생하는 경우, 그에 수반된 단락 전류가 구성(22)에 의해 검출되고, 스위치들(24 내지 26)이 개방되며, 그 결과 AC 전원 시스템(17)이 고전압 직류 라인(19)으로부터 접속해제된다. 그러나, 코일(11p 내지 13p, 및 11n 내지 13n) 내에, 그리고 DC 전압 측에서 활성인 인덕턴스들(예를 들어, 고장 위치까지의 직류 라인으로서 DC 전압 측 상에 접속된 케이블 또는 고장 위치까지 DC 전압 측 상에 접속된 오버헤드 라인의 인덕턴스) 내에 저장된 전기 전력으로 인해, 단락 전류는 고전압 직류 라인(19) 상의 고장 위치까지 계속 흐른다. 상기 전류를 신속하게 감소시키고, 그에 의해 고전압 직류 라인(19) 상의 고장을 제거하기 위해, H 브리지 서브모듈들(36 내지 41)은 더 나은 명확성을 위해 도면들에 도시되지 않은 제어 구성에 의해, 고장 위치에 걸리는 전압 또는 아크에 걸리는 전압에 대한 역전압이 생성되는 방식으로 작동되며; 상기 역전압은 단락 전류를 신속하게 감소시키고, 고전압 직류 라인(19) 상의 고장을 제거한다. 이 경우, H 브리지 서브모듈(36 내지 41)의 개수 N-k는 충분히 높은 역전압이 생성될 수 있고, 그 결과, 고장의 결과적인 제거로 단락 전류의 신속한 감소가 가능하게 되기에 충분하도록 크게 선택된다. 또한, 적절한 동작으로, H 브리지 서브모듈들은 또한 단락 전류의 크기의 감소를 야기한다.
이 경우, H 브리지 서브모듈의 개수 N-k는 이롭게도 비교적 낮게 유지될 수 있으며, 이것은 자려식 컨버터(1)의 컴포넌트 비용에 유리한 효과를 가지며; 그러면 저가의 하프 브리지 서브모듈(30 내지 35)의 개수 k가 비교적 많다.

Claims (10)

  1. 자려식 컨버터(self-commutated converter)(1)를 통해 AC 전원 시스템(17)이 접속되어 있는 고전압 직류 라인(19) 상의 고장을 제거하기 위한 방법으로서,
    상기 고전압 직류 라인(19) 상의 고장 시에 상기 고전압 직류 라인(19) 상의 아크(arc)를 소멸시키기 위해,
    상기 아크에 걸리는 전압에 대한 역전압을 생성하도록, 모듈러 설계이고 복수의 하프 브리지 서브모듈(30, 31, 32; 33, 34, 35)을 갖는 상기 컨버터(1)의 위상 분기들(phase branches)(4, 5, 6; 7, 8, 9) 내의 적어도 하나의 H 브리지 서브모듈(36, 37, 38; 39, 40, 41)을 각각의 경우에서 작동시킴으로써, 고장 시에 흐르는 단락 전류를 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨버터(1) 내의 H 브리지 서브모듈(36, 37, 38; 39, 40, 41)의 개수는 하프 브리지 서브모듈(30, 31, 32; 33, 34, 35)의 개수보다 적은 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨버터는 정류기로서 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨버터는 인버터로서 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 자려식 컨버터(1)를 통해 AC 전원 시스템(17)이 접속되어 있는 고전압 직류 라인(19)을 통해 전류를 전송하기 위한 시스템으로서,
    상기 컨버터(1)는 모듈러 설계이고, 상기 컨버터(1)의 위상 분기들(4, 5, 6; 7, 8, 9) 내에서, 각각의 경우에서 복수의 하프 브리지 서브모듈(30, 31, 32; 33, 34, 35)과 직렬 회로를 이루는 적어도 하나의 H 브리지 서브모듈(36, 37, 38; 39, 40, 41)을 갖는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 직렬 회로 내의 H 브리지 서브모듈(36, 37, 38; 39, 40, 41)의 개수는 하프 브리지 서브모듈(30, 31, 32; 33, 34, 35)의 개수보다 적은 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 컨버터는 정류기로서 이용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 컨버터는 인버터로서 이용되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 전류를 전송하기 위한 컨버터로서,
    상기 컨버터(1)는 모듈러 설계이고, 상기 컨버터(1)의 위상 분기들(4, 5, 6; 7, 8, 9) 내에서, 각각의 경우에서 복수의 하프 브리지 서브모듈(30, 31, 32; 33, 34, 35)과 직렬 회로를 이루는 적어도 하나의 H 브리지 서브모듈(36, 37, 38; 39, 40, 41)을 갖는 것을 특징으로 하는 컨버터.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 직렬 회로 내의 H 브리지 서브모듈(36, 37, 38; 39, 40, 41)의 개수는 하프 브리지 서브모듈(30, 31, 32; 33, 34, 35)의 개수보다 적은 것을 특징으로 하는 컨버터.
KR1020137020403A 2011-02-01 2011-02-01 고전압 ｄｃ 라인 상의 고장을 제거하기 위한 방법, 고전압 ｄｃ 라인을 통해 전류를 전송하기 위한 시스템, 및 컨버터 KR101548840B1 (ko)

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