KR20180077283A - 델타 구성을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터에서의 전압 밸런싱 - Google Patents

델타 구성을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터에서의 전압 밸런싱 Download PDF

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Abstract

본 개시물은 델타 구성으로 접속된 복수의 위상 레그들 (2) 을 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터 (MMC) (1) 를 방전시키는 방법에 관한 것이다. 각각의 레그는 복수의 직렬 접속된 서브모듈들 (3) 을 포함하고, 각각의 서브모듈은 에너지 스토리지 (4) 를 포함한다. 본 방법은 MMC를 전기 그리드로부터 접속 해제하고, 순환 전류에 의해 에너지 스토리지들을 방전시키고, MMC를 전기 그리드에 재접속하는 단계를 포함한다. 방전시키는 단계는, 각각의 위상 레그에 대해, 전압 기준을 설정하는 단계, 및 상기 위상 레그에서의 각각의 서브모듈의 상기 에너지 스토리지의 설정된 전압 기준으로부터의 전압 편차가 미리 정의된 범위 내에 있을 때까지 선택된 서브모듈들의 각각을 플러스 또는 마이너스 상태로 스위칭하기 위한 소팅 알고리즘에 의해 제로 상태의 서브모듈들을 순차적으로 선택하는 단계를 포함한다.

Description

델타 구성을 갖는 모듈형 멀티레벨 컨버터에서의 전압 밸런싱
본 개시물은 델타 구성으로 접속된 복수의 위상 레그들을 포함하는 모듈형 멀티레벨 컨버터 (Modular Multilevel Converter, MMC) 를 방전하는 방법에 관한 것이다. 각각의 위상 레그는 복수의 직렬 접속된 서브모듈들을 포함하고, 각각의 서브모듈은 에너지 스토리지를 포함한다.
체인 링크 컨버터 (Chain-Link Converter, CLC) 로도 알려져 있는 MMC는 직렬로 접속된 복수의 예를 들어 10 내지 40개의 컨버터 셀들 또는 컨버터 서브 모듈들을 각각 갖는 컨버터 분기들을 포함하며, 컨버터 분기들은 차례로 Y/스타, 델타 및/또는 간접 컨버터 토폴로지로 배열될 수 있다. 컨버터 셀은 풀 브릿지 (H-브릿지) 회로를 갖는 바이폴라 셀 또는 하프 브릿지 회로를 갖는 유니폴라 셀 중 하나이며, 에너지 저장용 커패시터 및 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 (insulated gate bipolar transistor, IGBT) 디바이스, 집적 게이트 정류 사이리스터 (integrated gate-commutated thyristor, IGCT), 게이트 턴 오프 사이리스터 (gate-turn-off thyristor, GTO) 디바이스들과 같은 전력 반도체 스위치들, 또는 커패시터를 하나 또는 2개의 극성들을 갖는 컨버터 분지에 접속하기 위한 MOSFET들을 포함한다. 컨버터 셀 커패시터마다의 전압은 1 kV 와 6 kV 사이일 수 있는 반면, 컨버터 분지의 전압은 10 kV 와 수 100 kV 범위일 수 있다. 프로세서 및 대응하는 소프트웨어를 갖는, 및/또는 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이 (FPGA) 를 갖는 MMC 제어기는 전용 (펄스-폭) 변조 (PWM) 스킴에 의해 전력 반도체 스위치들을 동작시키고 컨버터 셀들을 제어하는 것을 담당한다.
MMC들은, 정전력 팩터 보정 및/또는 레일 인터타이들 (주파수 컨버터, 예를 들어, 50Hz ~ 16 2/3 Hz), 그리고 전압 품질 및 안정성 목적을 위해 교류 (AC) 전용 정적 VAR 보상기들 (스태콤들) 및/또는 가요성 AC 전송 시스템들 (FACTS) 디바이스들로서 전력 전송 시스템들에서 사용될 수 있다. 스태콤 (Statcom) 은 반응성 전력을 제조하거나 또는 흡수함으로써 스태콤이 접속되는 전력 송신 네트워크 또는 그리드에 반응성 전력 서포트를 제공한다.
작동중인 MMC는 컨버터를 전기 그리드에 접속하기 이전에 컨버터에 제공되어야 하는 특정 양의 에너지를 필요로 한다. 그 목적으로, 컨버터 셀 커패시터들의 충전, 또는 예비 충전은 패시브 충전에 의해 또는 외부 충전 제어로 복귀함으로써 수행된다.
패시브 충전은 점화 펄스들이 차단된 충전되지 않은 컨버터를 충전 저항기들을 통해 주요 전기 그리드에 접속하여 실행된다. 충전 저항기들은 주요 차단기가 폐쇄되고 셀 커패시터가 컨버터의 프리휠링 다이오드들을 통해 그리드 전압 정류에 의해 대략 공칭 전압까지 충전될 때 돌입 전류를 제한한다. 커패시터의 패시브 충전은 천천히 수행되므로 완료하는데 10 초에서 수분이 걸린다. 셀 직류 (DC) 커패시터들의 임피던스가 지배적이어서 이 시간 범위에서 전압 드리프트가 작기 때문에 어떠한 전압 밸런싱도 필요하지 않다.
반면에 외부 충전 제어는 추가 제어 하드웨어 및 보조 전원을 필요로 한다. 충전되지 않은 컨버터는 주요 전기 그리드의 그리드 전압에 필적하는 충전 전압을 수신하기 위해 차단된 점화 펄스에 의해 보조 전원에 접속된다. 외부 충전은 바람직하게 보조 전원의 저전압을 충전 전압으로 변환하는 전용 승압 충전 변압기에 접속된 저전압 보조 전원을 포함한다. 충전 변압기 임피던스가 돌입 전류를 제한하므로 충전 저항기들은 이 경우 필요하지 않다.
본 발명에 따라 그리드 회로 차단기가 개방될 때 MMC의 서브모듈들에서 전압을 밸런싱하는 방법이 제시되어 있다. 컨버터는 단지, MMC에서의 각각의 3개 위상 레그들에서 서브모듈들에서의 전압들이 몇 가지 기준을 충족하는 경우 그리드에 재접속될 수 있다. 가능한 2가지 경우들이 있다. 각 서브모듈 (셀이라고도 함) 에서의 전압의 어느 합계는 그리드 전압에 매칭된다. 그러면 컨버터는 즉시 그리드에 재접속될 수 있다. 이것이 완전히 충족되지 않으면, 순환 전류들에 의해 방전이 개시된다. 각각의 서브모듈에서의 에너지 스토리지 (커패시터) 의 전압은 소팅 알고리즘을 사용하여 밸런싱된다. 소팅 알고리즘은 (과충전 또는 과소충전된) 서브모듈의 상태 및 전류 방향에 따라 (일반적으로) H-브릿지 서브모듈 ('+', '0', '-' 벡터) 를 스위칭하는 것이다. 이것은 서브모듈 에너지 스토리지의 방전 또는 충전을 초래할 것이다. 이로써, 서브모듈들의 에너지 스토리지들은 모든 서브모듈들의 평균 에너지가 방전/감소되도록 방전된다. 측정된 전압들이 특정 범위 (전압 기준으로부터 서브모듈들의 작은 전압 편차) 에 있고 서브모듈이 그 전원을 상실하지 않는 경우, 컨버터는 이후 재충전될 수 있고 나중에 그리드에 다시 재접속될 수 있다 (서브모듈에서의 에너지 스토리지가 최소 요구 전압 레벨 하에서 방전되는 경우, 그 특정 서브모듈의 전원은 스위치 오프됨). 이 방법의 이점은 방전 및 밸런싱을 위한 짧은 시간 이후, 컨버터가 그리드에 재접속될 수 있다는 것이다. 이 방법이 사용되지 않는 경우, 컨버터는 컴포넌트들의 손실에 의해 에너지 스토리지들이 완전히 방전될 때까지 사용할 수 없으며, 이것은 대략 20 분 걸린다.
에너지 스토리지들을 완전히 방전시키지 않고 컨버터를 그리드에 재접속하기 위해, 본 발명의 방법은 서브모듈 전압을 밸런싱하는데, 그리고 그리드 회로 차단기가 폐쇄되어 컨버터가 그리드에 재접속될 수 있는 미리 결정된 범위 내로 그리드 각각의 서브모듈의 전압을 가져오는데 사용된다. 필요에 따라 적절한 저항성 충전을 한 후 그리드 차단기를 다시 폐쇄할 수 있도록 충족해야 할 두 가지 주요 기준이 있다:
1. 모든 서브모듈들에 에너지가 공급되어야 한다. (서브모듈의 에너지 스토리지의 전압이 특정 전압 레벨보다 낮으면, 전원이 스위치 오프되고 더 이상 서브모듈에 공급될 수 없다). 일부 셀들에 에너지가 공급되지 않는 경우, 그리드 회로 차단기를 폐쇄하기 이전에 충전 회로로 충전되어야 한다.
2. 위상 레그에서의 서브모듈들 전압들이 미리 정의된 범위를 초과하여 벗어나면, 반도체들 (예를 들어, IGCT들) 의 안전한 작동 영역을 벗어나지 않고 그리드 회로 차단기를 다시 폐쇄하는 것이 불가능하다. 서브모듈은 충전 프로세스 동안 과전압때문에 우회될 것이다. 컨버터를 그리드에서 접속 해제하면 우회가 종료될 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 델타 구성으로 접속된 복수의 위상 레그들을 포함하는 MMC 방전 방법이 제공된다. 각각의 레그는 복수의 직렬 접속된 서브모듈들을 포함하고, 각각의 서브모듈은 에너지 스토리지를 포함한다. 본 방법은 MMC를 전기 그리드로부터 접속 해제하고, 순환 전류에 의해 에너지 스토리지들을 방전시키고, MMC를 전기 그리드에 재접속하는 단계를 포함한다. 방전은, 각각의 위상 레그에 대해, 전압 기준을 설정하는 단계, 및 상기 위상 레그에서의 각각의 서브모듈의 에너지 스토리지의 설정된 전압 기준으로부터의 전압 편차가 미리 정의된 범위 내에 있을 때까지 선택된 서브모듈들의 각각을 플러스 또는 마이너스 상태로 스위칭하기 위한 소팅 알고리즘에 의해 제로 상태의 서브모듈들을 순차적으로 선택하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 델타 구성으로 접속된 복수의 위상 레그들을 포함하는 MMC 가 제공된다. 각각의 레그는 복수의 직렬 접속된 서브모듈들을 포함하고, 각각의 서브모듈은 에너지 스토리지를 포함한다. MMC는 또한, 폐쇄 위치에서, MMC를 전기 그리드에 접속하고, 그리고 개방 위치에서, MMC를 전기 그리드로부터 접속 해제하는 회로 차단기를 포함한다. MMC는 또한, 회로 차단기가 개방 위치에 있을 때, 각각의 위상 레그에 대해, 전압 기준을 설정하고, 그리고 위상 레그에서의 각각의 서브모듈의 에너지 스토리지의 설정된 전압 기준으로부터의 전압 편차가 미리 정의된 범위 내에 있을 때까지 선택된 서브모듈들의 각각을 플러스 또는 마이너스 상태로 스위칭하기 위한 소팅 알고리즘에 의해 제로 상태의 서브모듈들을 순차적으로 선택하도록 구성된 제어 배열체를 포함한다.
컨버터가 액티브하게 방전되지 않는 경우, 즉 손실에 의해서 방전만 되는 경우, 방전 프로세스가 오래, 예를 들어 최대 20분 걸릴 수 있다. 이 시간에는 컨버터가 그리드에 다시 접속되지 않고 완전히 방전될 때까지 기다려야 한다. 정상 작동시, 동일한 버스에 접속되는 임의의 시스템에서의 임의의 실패 때문에, 몇 가지 이유로 회로 차단기가 개방되는 일이 발생할 수 있다. 일반적인 시나리오는 차단기가 수초부터 최대 몇 분까지만 개방된 다음 다시 폐쇄되는 것이다. 이 시간 동안 컨버터는 다시 접속할 준비가 되어야 한다. 본 발명의 방법이 사용된다면, 에너지 스토리지 전압들은 방전 시퀀스를 시작함으로써 액티브하게 밸런싱된다. 전압들이 단지 작은 범위 내에서만 벗어나고 어떤 서브모듈 전원도 너무 낮은 전압 때문에 스위치 오프되지 않는 경우, 컨버터는 회로 차단기를 직접 폐쇄함으로써 또는 보조 충전 유닛을 통해 재충전함으로써 접속될 수 있다. 성공적으로 충전된 경우, 컨버터는 그리드에 재접속될 수 있다. 이 프로세스는 단지 몇 초 걸릴 수 있다.
임의의 양태들의 임의의 특징은 적절한 경우마다 임의의 다른 양태에 적용될 수 있음을 알아야 한다. 마찬가지로, 임의의 양태들의 임의의 이점은 임의의 다른 양태들에 적용될 수 있다. 첨부된 실시형태들의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 종속 청구항 및 도면으로부터 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
일반적으로, 청구항에서 사용된 모든 용어들은 본원에서 달리 명시적으로 정의되지 않는 한, 기술 분야에서 통상적인 의미에 따라 해석되어야 한다. "a/an/엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등"에 대한 모든 언급은, 달리 명시되지 않는 한, 엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등의 적어도 하나의 경우를 언급하는 것으로 공개적으로 해석되어야 한다. 본원에 개시된 임의의 방법의 단계들은 명시적으로 언급되지 않는 한, 개시된 정확한 순서대로 수행될 필요는 없다. 본 개시의 상이한 특징/컴포넌트에 대한 "제 1", "제 2" 등의 사용은 특징/컴포넌트를 다른 유사한 특징/컴포넌트와 구별하고 특징/컴포넌트에 임의의 순서 또는 계층을 부여하지 않기 위한 것이다.
이하, 실시형태를 예로써 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 델타 접속 MMC의 실시형태의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 MMC의 서브모듈의 실시형태의 개략도이다.
도 3은 본 개시의 방법의 실시형태의 개략적인 흐름도이다.
이하, 소정의 실시형태가 도시되어 있는 첨부된 도면을 참조하여 실시형태를 보다 상세히 아래에서 설명할 것이다. 그러나, 본 개시의 범위 내에서 많은 다른 형태의 다른 실시형태가 가능하다. 오히려, 이하의 실시형태는 예로써 제공되어 본 개시물이 철저하고 완벽하게 될 것이고, 당업자들에게 본 개시물의 범위를 충분히 전달할 것이다. 동일한 번호는 설명 전반에 걸쳐 동일한 엘리먼트를 나타낸다.
도 1은 3-위상 MMC (1) 의 실시형태를 개략적으로 도시한다. MMC (1) 는 델타 구성으로 접속된 3개의 위상 레그들 (2), 위상마다 하나를 포함한다. MMC (1) 는 적어도 하나의 회로 차단기 (미도시) 를 통해 전력 그리드 (미도시) 에 접속 가능하다. 회로 차단기는 각 위상에 대한 하위 차단기를 포함할 수 있다. 각각의 위상은 도면에 표시된대로 각각의 전압 (V) 과 전류 (i) 를 갖는다. 각각의 위상 레그 (2) 는 복수의 직렬 접속된 셀들 (3) (본원에서는 서브모듈들 (3) 이라 함) 을 포함한다.
도 2는 바이폴라 서브모듈 (3) 의 실시형태를 개략적으로 도시한다. 서브모듈은 에너지 스토리지 (4), 일반적으로 커패시터, 및 풀 브릿지 서브모듈의 2 개의 평행 레그들을 형성하는 복수의 반도체 스위치들 (S1-S4) (예를 들어, IGCT들) 을 포함한다. 서브모듈 충전 또는 DC 전압 등이 본 명세서에서 논의될 때, 이는 의도된 에너지 스토리지 (4) 의 상태이다.
각각의 서브모듈 (3) 은 기본적으로 4개의 상태들, 즉 펄스 블록, 플러스, 마이너스 및 제로 상태를 가질 수 있다.
Figure pct00001
펄스 블록 상태는 (서브모듈로 또는 서브모듈로부터 흐르는) 기호와 무관한 전류가 서브모듈을 충전하는 것을 의미한다 (이 상태는 본 발명에서는 사용되지 않음).
Figure pct00002
제로 상태는 서브모듈 DC 전압이 서브모듈의 제어를 위해 취해진 에너지로 인해 커패시터의 느린 방전 이외의 방법으로 변하지 않음을 의미한다. 이 상태는 종래의 방법들에 따라 느린 방전에 사용된다.
Figure pct00003
서브모듈로 흐르는 전류를 갖는 플러스 상태는 서브모듈 DC 전압이 증가하고 있음을 의미한다.
Figure pct00004
서브모듈로부터 흐르는 전류를 갖는 플러스 상태는 서브모듈 DC 전압이 감소하고 있음을 의미한다.
Figure pct00005
서브모듈로 흐르는 전류를 갖는 마이너스 상태는 서브모듈 DC 전압이 감소하고 있음을 의미한다.
Figure pct00006
서브모듈로부터 흐르는 전류를 갖는 마이너스 상태는 서브모듈 DC 전압이 증가하고 있음을 의미한다.
본 발명에 따르면, 통상적으로 모든 서브모듈들은 펄스 블록 상태가 아닌 플러스, 마이너스 또는 제로 상태이다. 제로 상태에 있는 셀들의 수는 정현파 전압 기준에 따라 변한다 (제로 크로싱에서, 모든 모듈들은 제로 상태에 있음. 피크 전압에서, 대부분의 셀들은 각각 양의 반파에 대해서는 플러스 상태에, 음 반파에 대해서는 마이너스 상태에 있다). 따라서, 본 개시의 소팅 알고리즘은 서브모듈 DC 전압이 증가하는 경우 최저의 DC 전압을 갖는 제로 상태의 서브모듈이 플러스 또는 마이너스 상태 (서브모듈로 흐르는 전류를 갖는 플러스 상태, 또는 서브모듈로부터 흐르는 전류를 갖는 마이너스 상태) 로 스위칭되도록 선택한다. 유사하게, 최고의 DC 전압을 갖는 제로 상태의 서브모듈은 서브모듈 DC 전압이 감소하는 경우 플러스 또는 마이너스 상태 (서브모듈로부터 흐르는 전류를 갖는 플러스 상태, 또는 서브모듈로 흐르는 전류를 갖는 마이너스 상태) 로 스위칭되도록 선택한다. 제로 상태 서브모듈이 플러스 또는 마이너스 상태로 스위칭되는지 여부는 전압 기준이 양의 또는 음의 반파에 있는지 여부에 의존한다.
본 발명에 따르면, MMC (1) 는 비교적 고속 방식으로 액티브하게 방전된다. 개별 서브모듈들의 DC 전압이 증가할지라도 (위의 논의와 같이), 위상 레그 내의 모든 서브모듈의 평균 DC 전압은 감소한다.
전술한 바와 같이, 주요 회로 차단기가 개방되는 경우, 각각의 위상 레그 (2) 의 전압은 회로 차단기가 다시 폐쇄되어 컨버터가 연속 동작을 할 수 있도록 특정 범위 내에 있어야 한다. 적어도 하나의 위상 레그에서의 에너지 스토리지 (4) 의 전압 편차가 너무 높은 경우, 각각의 위상 레그에서의 각각의 서브모듈 (3) 의 전압의 밸런싱은 개별적으로 수행된다. 이것은 각각의 위상 레그 (2) 에 대해 전압 기준으로 수행된다. 직렬 접속된 서브모듈들 (3) 은 회로 차단기가 폐쇄되는 경우 동일한 충전 전류를 본다. 그 안전한 작동 범위의 상한에 가까이 이미 충전되는 에너지 스토리지들 (커패시터들) (4) 은 안전 동작 범위 이상의 레벨로 충전될 수 있다. 취해진 동작들이 없다면, 커패시터 (4) 에서의 과전압은 우회 사이리스터의 점화로 이어질 수 있다. 바이패스된 서브모듈 (3) 은 더 이상의 동작을 위해 더 이상 이용 불가능하다. 커패시터의 이러한 과충전은 전압 레벨을 미리 정의된 범위 내에서 밸런싱함으로써 방지된다. 밸런싱은 서브모듈들의 모든 측정된 전압들이 기준으로부터 작은 편차를 가질 때까지 수행되거나, 또는 서브모듈의 전원은 에너지 스토리지 (4) 의 너무 낮은 전압 레벨 때문에 스위치 오프된다. 서브모듈 전원의 이러한 스위치 오프 동작은, 서브모듈 전원들이 에너지 스토리지 (커패시터) (4) 에 접속되고 스위치가 온/오프하는 미리 정의된 전압 레벨을 갖는 토폴로지로 인해 사용될 수 있다.
서브모듈들 (3) 에서 전압들을 밸런싱하기 위해 본원에 기재된 방법은 전압 기준을, 예를 들어 각각의 위상 레그에 대해 개방 루프 제어에서 사용한다 (어떠한 폐쇄 루프 제어도 구현되지 않음). 서브모듈들을 밸런싱하는데 사용되는 소팅 알고리즘은 전류의 방향에 따라 양, 0 또는 음의 상태를 설정하기 위해 서브모듈 (3) 을 선택할 것이다. 따라서, 보다 높은 충전된 에너지 스토리지들 (4) 은 방전되고 보다 낮은 충전 에너지 스토리지들은 충전될 것이다. 이것이 몇 사이클에 걸쳐 수행된다면, 서브모듈들은 전압 기준에 따라 동일한 전압 레벨 (작은 편차 허용가능) 로 밸런싱된다.
본 명세서에 개시된 각각의 서브모듈의 전압을 밸런싱하는 방법에 의해, 회로 차단기는 예를 들어 주변 시스템의 고장으로 인해 개방된 이후 짧은 시간 내에 (예를 들어, 거의 즉시) 폐쇄될 수 있다. 차단기를 다시 폐쇄하기 위한 기준은 모든 서브모듈 전압들이 전압 기준으로부터 소정의 미리 정의된 편차 이상 확산되지 않도록 할 수 있다. 두 번째 조건은 모든 서브모듈 전원들에 여전히 전원이 공급되는 것일 수 있다.
에너지 스토리지들 (4) 의 측정된 전압들이 충분히 높으면, 회로 차단기가 즉시 폐쇄될 수 있다. 그렇지 않으면, 저항기들을 통한 사전 충전이 먼저 수행될 수 있으며, 컨버터 (1) 는 에너지 스토리지들 (4) 의 전압을 공칭 전압까지 승압하기 시작할 수 있다. 공칭 전압이 얻어지는 경우, 회로 차단기가 폐쇄될 수 있고, 컨버터는 단지 몇 초의 동작으로 되돌아간다. 본원에 개시된 방법이 사용되지 않는 경우, 컨버터는 에너지 스토리지들이 각각의 서브모듈에서 디바이스들의 손실들에 의해 방전될 때까지 차단될 것이다.
액티브 방전은 각각의 위상 레그 (2) 에 대해 전압 기준 및 주파수를 설정함으로써 수행된다. 델타 토폴로지로 인해, 순환 전류는 각각의 서브모듈 (3) 에서 에너지 스토리지들 (4) 을 액티브하게 방전할 것이다. 또한, 개선되거나 또는 보다 빠른 밸런싱을 위해 위상 레그들 (2) 사이에서 전력이 교환될 수도 있다. 한편, 본원에 기재된 소팅 알고리즘은 각각의 위상 레그 (2) 에서 서브모듈들 (3) 에서의 전압들을 밸런싱하기 위해 사용될 수 있다. 이 방법은 컨버터 (1) 의 제어 배열체로 애플리케이션의 제어 소프트웨어에서 구현될 수 있다. 제어 배열체는 위상 레그들 (2) 와 함께 위치하거나 외부 제어실과 같은 외부에 있을 수 있다. 제어 배열체는 예를 들어 제어 소프트웨어에 의해 구성되어 본 발명의 방법을 수행하도록 컨버터 (1) 를 제어한다. 통상적으로 이 방법이 사용될 수 있는 애플리케이션들은 정적 동기식 보상기들 (STATCOM), 중압 컨버터들 (MVC) 및 가능하게는 약간 조정된 방식으로, 레일 그리드 커플링 컨버터들 또는 펌프 저장 플랜트용 컨버터들, 예를 들어 레일 인터타이들 (주파수 컨버터들, 예를 들어 50Hz 내지 16 2/3 Hz) 을 포함한다.
도 3은 본 개시의 방법의 실시형태를 개략적으로 나타낸다. 본 방법은 델타 구성으로 접속된 복수의 위상 레그들 (2) 을 포함하는 MMC (1) 를 방전하기 위한 것이고, 각각의 레그는 복수의 직렬 접속된 서브모듈들 (3) 을 포함하고, 각각의 서브모듈은 에너지 스토리지 (4) 를 포함한다. 통상적으로, 본 방법은 MMC (1) 의 제어 배열체에 의해 수행된다.
본 방법은, 예를 들어 회로 차단기를 개방함으로써, 전기 그리드로부터 MMC (1) 를 접속 해제하는 단계 (S1) 를 포함한다. 또한, 본 방법은 순환 전류에 의해 에너지 스토리지 (4) 를 방전시키는 단계 (S2), 및 예를 들어 회로 차단기를 폐쇄함으로써 MMC (1) 를 전기 그리드에 재접속하는 단계 (S3) 를 포함한다.
방전시키는 단계 (S2) 는, 각각의 위상 레그 (2) 에 대해, 전압 기준을 설정하는 단계 (S2a), 및 위상 레그에서의 각각의 서브모듈의 에너지 스토리지 (2) 의 설정된 전압 기준으로부터의 전압 편차가 미리 정의된 범위 내에 있을 때까지 선택된 서브모듈들의 각각을 플러스 또는 마이너스 상태로 스위칭하기 위한 소팅 알고리즘에 의해 제로 상태의 서브모듈들 (3) 을 순차적으로 선택하는 단계 (S2b) 를 포함한다.
도 4는 본 개시의 방법의 예시적인 실시형태의, 보다 상세한, 개략적인 흐름도이다.
단계 S1:
MMC는 회로 차단기 개방에 의해 그리드로부터 접속 해제된다 (S1).
단계 41:
예: 에너지 스토리지들 (4) 의 측정된 전압들의 합계가 그리드 전압보다 높으면, 차단기가 직접 다시 폐쇄될 수 있고, 컨버터를 재접속할 수 있다 (S3).
단계 42:
서브모듈 전압이 측정되고 동일한 위상 레그 (2) 에서 다른 서브모듈 전압들과 비교된다.
아니오: 하나의 위상의 서브모듈들 사이에 너무 높은 편차가 있는 경우, 액티브 방전이 시작된다.
예: 모든 서브모듈 전압들이 안전한 범위 내에 있으면, 액티브 방전이 필요하지 않으며 컨버터는 재충전될 준비가 되어 있다 (47).
단계 43:
예: 모든 서브모듈들 (3) 에 에너지가 공급되고 액티브되면, 순환 전류들에 의해 방전이 가능하다.
아니오: 모든 서브모듈들 (3) 이 액티브되지 않는 경우, 방전은 전력 손실들에 의한 일반 방전에 의해 행해진다.
단계 S2:
방전은 본 개시에 따라 순환 전류를 흐르게 하고 더 높은 손실들을 발생시킴으로써 행해진다. 이것은 에너지 스토리지 (4) 의 너무 낮은 전압으로 인해 서브모듈 (3) 이 더 이상 에너지 공급될 수 없을 때까지, 또는 위상 레그 (2) 의 각각의 서브모듈의 전압 편차가 미리 정의된 범위 내에 있을 때까지 행해진다.
단계 44:
방전은 에너지 스토리지 (4) 의 측정된 전압들이 미리 결정된 범위 내에 있을 때까지 계속된다.
단계 45:
다음, 서브모듈을 너무 많이 방전시키지 않도록 방전은 즉시 중단된다. 모든 서브모듈은 이제 거의 동일한 전압으로 방전되어 밸런싱된다.
단계들 48 & 46;
순환 전류로 방전이 불가능한 경우, 에너지 스토리지 (4) 는 전력 손실들에 의해 방전된다 (48). 다음, 측정된 서브모듈 전압들이 미리 결정된 범위 내에 있는지 여부가 체크된다.
예: 충전 (47) 이 허용된다.
아니오: 기존의 방전 (48) 이 계속된다.
단계 47:
저항성 재충전.
단계 S3:
그리드 차단기가 폐쇄되어, 컨버터를 전력 그리드에 재접속한다.
본 개시물은 몇 실시형태들을 참조하여 주로 상술되었다. 그러나, 당업자라면 쉽게 알 수 있듯이, 상기 개시된 것들 이외의 다른 실시형태들은 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같이 본 개시물의 범위 내에서 동일하게 가능하다.

Claims (7)

  1. 델타 구성으로 접속된 복수의 위상 레그들 (2) 을 포함하는 모듈형 다중레벨 컨버터 (Modular Multilevel Converter, MMC) (1) 를 방전시키는 방법으로서,
    각각의 레그는 복수의 직렬 접속된 서브모듈들 (3) 을 포함하고, 각각의 서브모듈은 에너지 스토리지 (4) 를 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 MMC (1) 를 전기 그리드로부터 접속 해제하는 단계 (S1);
    순환 전류에 의해 상기 에너지 스토리지들 (4) 을 방전시키는 단계 (S2); 및
    상기 MMC (1) 를 상기 전기 그리드에 재접속하는 단계 (S3) 를 포함하고;
    상기 방전시키는 단계는, 각각의 위상 레그 (2) 에 대해:
    전압 기준을 설정하는 단계 (S2a); 및
    상기 위상 레그에서의 각각의 서브모듈의 상기 에너지 스토리지 (4) 의 설정된 상기 전압 기준으로부터의 전압 편차가 미리 정의된 범위 내에 있을 때까지 선택된 서브모듈들의 각각을 플러스 또는 마이너스 상태로 스위칭하기 위한 소팅 알고리즘에 의해 제로 상태의 서브모듈들 (3) 을 순차적으로 선택하는 단계 (S2b) 를 포함하는, 모듈형 다중레벨 컨버터를 방전시키는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전압 기준은 미리 결정된 주파수를 갖는, 모듈형 다중레벨 컨버터를 방전시키는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전압 기준은 정현파인, 모듈형 다중레벨 컨버터를 방전시키는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전압 기준은 상기 위상 레그 (2) 에 대한 개방 루프 제어에서 사용되는, 모듈형 다중레벨 컨버터를 방전시키는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방전시키는 단계 (S2) 는 상기 위상 레그들 (2) 사이에서 전력을 교환하는 단계를 포함하는, 모듈형 다중레벨 컨버터를 방전시키는 방법.
  6. 모듈형 다중레벨 컨버터 (Modular Multilevel Converter, MMC) (1) 로서,
    델타 구성으로 접속된 복수의 위상 레그들 (2) 로서, 각각의 레그는 복수의 직렬 접속된 서브모듈들 (3) 을 포함하고, 각각의 서브모듈은 에너지 스토리지 (4) 를 포함하는, 상기 복수의 위상 레그들 (2);
    폐쇄 위치에서, 상기 MMC를 전기 그리드에 접속하고, 그리고 개방 위치에서, 상기 MMC를 상기 전기 그리드로부터 접속 해제하는 회로 차단기; 및
    상기 회로 차단기가 상기 개방 위치에 있을 때, 각각의 위상 레그 (2) 에 대해;
    전압 기준을 설정하고; 그리고
    상기 위상 레그에서의 각각의 서브모듈의 상기 에너지 스토리지 (4) 의 설정된 상기 전압 기준으로부터의 전압 편차가 미리 정의된 범위 내에 있을 때까지 선택된 서브모듈들의 각각을 플러스 또는 마이너스 상태로 스위칭하기 위한 소팅 알고리즘에 의해 제로 상태의 서브모듈들 (3) 을 순차적으로 선택하도록 구성되는 제어 배열체를 포함하는, 모듈형 다중레벨 컨버터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 MMC 는 스태콤 (STATCOM) 또는 레일 인터타이인, 모듈형 다중레벨 컨버터.
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