전압형 HVDC의 신뢰성과 비용저감을 위한 토폴로지 및 스위칭 최적화 연구

Abstract

본 논문은 모듈형 멀티레벨 컨버터로 구성된 전압형 HVDC 시스템의 고신뢰성 및 비용저감을 위해 새로운 토폴로지를 제안하고, 20MW인 중용량급 컨버터에 적합한 스위칭 기법에 대해 제안한 내용을 기술한 것이다. HVDC 시스템에서 DC 송전선로간의 단락고장은 컨버터 내부에 큰 고장 전류를 발생 시키는데 이 고장 전류를 빠른 시간 내에 제거하지 못하면 컨버터 내부의 전력용 반도체 소자의 소손을 일으켜 결국 컨버터의 신뢰성에 부정적 영향을 미치게 된다. 또한 이러한 고장 전류 차단을 위해 기계적인 차단기를 사용하면 고장 차단에서부터 시스템 재 기동까지 많은 시간이 소요되어 그 시간 동안 전력전송이 중단되는 어려움을 가져올 수 있다. 따라서 DC 선로간 단락고장시 발생되는 고장 전류를 기계적인 차단기가 아닌 컨버터 내부의 전력용 반도체 소자들을 이용하여 차단함으로써 빠른 시간 내에 고장전류를 차단하고 시스템을 정상화 시킬 수 있는 새로운 토폴로지를 제안한다. 그리고 제안된 토폴로지에 대해 동작 원리를 소개하고 기존에 제안된 토폴로지와 비교하여 고장 차단 능력과 비용적인 우수성을 검증한다. 컨버터에 적용되는 다양한 전압변조 기법에 대해 살펴보고 제어기 및 컨버터의 신뢰성을 향상시키고 컨버터의 주변기기 (Yard 기기)인 필터를 최소화하여 전압형 HVDC 시스템의 장점인 적인 설치면적과 시스템의 비용을 저감 할 수 있는 중용급에 적합한 스위칭 기법을 살펴본다. 여러 가지 컨버터에 중요한 요소들에 대한 고찰을 통해 설계용량에 적합한 전압변조 기법을 선정하고 실시간 시뮬레이션과 20MW급의 실물 HVDC 시스템에 전압변조 기법을 적용해 보고 분석의 타당성을 검증한다.