KR101558862B1 - Modular Multilevel converter and DC current accident reduction apparatus - Google Patents

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허견
김희진
김상민
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연세대학교 산학협력단
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Abstract

Provided is a modular multilevel converter including an accident current reduction structure. A modular multilevel converter according to an embodiment of the present invention includes a normal path which is connected in series to the modular multilevel converter and provides a path when a normal current flows, and a bypass which absorbs an accident current when an accident current flows. On the normal path, a switch for the current flow from AC to DC and a diode for the current flow from DC to AC are connected in parallel. On the bypass, a capacitor for storing the accident current and a diode connected in series to the capacitor is formed.

Description

모듈러 멀티 레벨 컨버터 및 이를 포함하는 DC 사고 전류 저감 장치{Modular Multilevel converter and DC current accident reduction apparatus}[0001] MODULAR MULTILVEL CONVERTER AND DC LOAD ACCIDENTAL REDUCTION APPARATUS [0002]

본 발명은 사고 전류 저감 구조를 포함하는 모듈러 멀티 레벨 컨버터 및 이를 포함한 DC 사고 전류 저감 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 DC 사고 발생 시 사고 전류를 우회시키고, 상기 우회하는 통로에 커패시터를 삽입하여 상기 모듈러 멀티 레벨 컨버터에 흐르는 사고 전류를 낮출 수 있는 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조 및 이를 이용한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a modular multi-level converter including an accident current reducing structure and a DC fault current reducing device including the same. More particularly, the present invention relates to a modular multi-level converter including a fault current reducing structure, The present invention relates to a fault current reduction structure of a modular multilevel converter capable of reducing a fault current flowing into the modular multilevel converter by inserting a capacitor and an apparatus using the fault current reduction structure.

모듈러 멀티 레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter:MMC)는 다중 레벨 컨버터의 한 종류로써, 여러 개의 서브모듈(Sub Module: SM)로 이루어진 컨버터이다. 이러한 모듈러 멀티 레벨 컨버터는 다중 컨버터가 가지는 높은 전압의 출력 및 대용량의 출력을 나타낼 수 있고, 계단식의 출력으로 출력 전압을 조절할 수 있다.Modular Multilevel Converter (MMC) is a kind of multilevel converter, which is composed of several sub modules (SM). These modular multilevel converters can exhibit the high voltage output and high output of multiple converters, and the output voltage can be controlled by the stepped output.

모듈러 멀티 레벨 컨버터는 일반적인 다중 레벨 컨버터에 비해 구조가 간단하여 구현하기가 쉽고 여분의 서브 모듈을 사용함으로써 그 수명을 더욱 연장시킬 수 있다는 장점이 있다.Modular multilevel converters are simpler in structure than conventional multilevel converters and are easier to implement and have the advantage of extending their lifetime by using redundant submodules.

도 1은 일반적인 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 구조를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a structure of a general modular multi-level converter.

도 1에 도시된 바와 같이 모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)는 예를 들어, 3개의 레그(Leg, 13-1, 13-2, 13-3), 6개의 암(Arm, 11-1, 11-2, 11-3, 15-1, 15-2, 15-3)으로 이루어질 수 있고, 각 암에는 n(단, n은 자연수)개의 서브모듈(SM)이 포함될 수 있다. 암은 다시 상위 암(11-1, 11-2, 11-3) 및 하위 암(15-1, 15-2, 15-3)으로 구성되어 있다. 1, the modular multi-level converter 1 includes, for example, three legs (Leg, 13-1, 13-2, 13-3), six arms (Arm 11-1, 2, 11-3, 15-1, 15-2, 15-3), and each arm may include n submodules SM (where n is a natural number). The arm is again composed of upper arms 11-1, 11-2, and 11-3 and lower arms 15-1, 15-2, and 15-3.

모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)의 출력 전압은 각 암에 포함된 서브 모듈(SM)의 온/오프(On/Off) 상태에 따라 달라지게 된다. 즉, 상위 암 및 하위 암 각각에 4개의 서브 모듈이 포함된 경우, 온(On) 상태를 유지하는 서브 모듈의 개수에 따라 출력 전압을 5단계(서브모듈의 개수 + 1)로 조절할 수 있다. 이때의 출력 전압을 조절하기 위해 각 암에 있는 서브모듈(SM) 스위치의 온/오프를 제어할 수 있다. The output voltage of the modular multilevel converter 1 varies depending on the on / off state of the sub-module SM included in each arm. That is, when four submodules are included in each of the upper arm and the lower arm, the output voltage can be adjusted to five levels (the number of submodules + 1) according to the number of submodules maintaining the On state. To control the output voltage at this time, the on / off of the sub-module (SM) switch in each arm can be controlled.

도 2 및 도 3은 일반적인 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 Arm에 포함된 서브모듈(SM)(5)을 도시한 것이다.2 and 3 show a sub-module (SM) 5 included in an arm of a general modular multi-level converter.

각 서브모듈(SM)(5)은 한 쌍의 IGBT(Insulated gate bipolar transistor, 6), 한 쌍의 다이오드(7), 그리고 하나의 커패시터(8)를 포함할 수 있다. 여기에서, IGBT(6)의 온/오프(ON/OFF) 동작에 의해 서브모듈의 스위칭이 이루어진다.Each sub-module (SM) 5 may include a pair of insulated gate bipolar transistors (IGBTs) 6, a pair of diodes 7, and a capacitor 8. Here, the submodule is switched by the ON / OFF operation of the IGBT 6.

충방전의 일례로, 온(On)에 해당하는 서브모듈은 암 전류의 전류 방향에 따라 충전과 방전이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 암 전류가 양의 값을 가지면 가장 작은 전압을 가진 서브모듈을 선택하고, 암 전류가 음의 값을 가지면 가장 큰 전압을 가진 서브모듈을 선택하여 방전이 이루어지도록 동작한다. As an example of charging and discharging, the sub module corresponding to On can be charged and discharged according to the current direction of the dark current. For example, if the dark current has a positive value, the submodule having the lowest voltage is selected. If the dark current has a negative value, the submodule having the highest voltage is selected to discharge.

그런데, 이러한 모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)는 AC(alternating current) 사고에 대한 대책은 많이 연구되었으나, DC(direct current) 사고에 대한 대책이 약점으로 관련 연구가 꾸준히 진행되고 있다. 모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)의 DC 사고 시, 대전류가 흐르기 때문에 서브모듈(SM)(5) 내의 IGBT(6), 다이오드(7), 그리고 하나의 커패시터(8)가 손상될 수 있다. 또한, 사고 전류가 흐르는 송전선, 케이블도 큰 손상을 입게 된다. 그리고, 커패시터(8)의 모든 전압이 방전되어 재기동하기 위해서는 오랜 시간이 걸릴 수 있다.However, the modular multilevel converter (1) has been studied to cope with an AC (alternating current) accident, but a countermeasure against a direct current (DC) accident has been continuously studied as a weak point. In the DC accident of the modular multilevel converter 1, the IGBT 6, the diode 7, and the capacitor 8 in the sub-module (SM) 5 can be damaged due to the flow of a large current. In addition, the transmission line and the cable through which the fault current flows are also greatly damaged. In addition, it takes a long time to restart all of the voltages of the capacitor 8.

미국공개특허 US2013/0128636호 (2013.05.23 공개)U.S. Published Patent Application No. US2013 / 0128636 (published May 23, 2013) 미국공개특허 US2014/0049230호 (2014.02.20 공개)U.S. Published Patent Application No. US2014 / 0049230 (published on April 20, 2014) 미국공개특허 US2013/0279211호 (2013.10.24 공개)U.S. Published Patent Application No. US2013 / 0279211 (published Oct. 24, 2013)

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 DC 사고 발생 시 사고 전류를 우회시키고, 상기 사고 전류의 우회 통로에 커패시터를 삽입하여 상기 모듈러 멀티 레벨 컨버터에 흐르는 사고 전류를 저감할 수 있는 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조 및 이를 이용한 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a modular multilevel converter capable of reducing a fault current in the occurrence of a DC fault and inserting a capacitor in a bypass path of the fault current to reduce a fault current flowing in the modular multilevel converter And an apparatus using the same.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other matters not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 서브모듈이 직렬 연결되는 컨버터 암을 복수개 포함하는 모듈러 멀티 레벨 컨버터에 있어서, 상기 컨버터 암의 사고 전류를 우회시켜 상기 컨버터 암을 보호하고, 상기 컨버터암과 직렬로 연결되는 우회 회로와 상기 우회 회로에 설치되어 상기 사고 전류가 우회하도록 하는 다이오드와 상기 우회 회로에 설치되어, 상기 사고 전류를 저장하고, 상기 다이오드와 직렬 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a modular multilevel converter including a plurality of converter arms to which a plurality of sub-modules are connected in series, the converter arm being protected by bypassing a fault current of the converter arm , A bypass circuit connected in series with the converter arm, a diode installed in the bypass circuit to bypass the fault current, and a capacitor installed in the bypass circuit to store the fault current and connected in series with the diode can do.

일 실시예에 따르면, 상기 우회 회로에 설치되는 다이오드는,상기 스위칭 소자에 병렬 연결되는 다이오드와 상기 우회 회로 상에서 역방향으로 전류를 흐르도록 설치할 수 있다.According to one embodiment, a diode installed in the bypass circuit may be installed so as to flow a current in a reverse direction on a diode and a bypass circuit connected in parallel to the switching device.

일 실시예에 따르면, 상기 커패시터에 의해 상기 사고 전류가 0으로 수렴할 수 있다.According to one embodiment, the fault current may converge to zero by the capacitor.

일 실시예에 따르면, 상기 스위칭 소자는 적어도 1개 이상의 IGBT이거나 싸이리스터(Thyristor)중 어느 하나일 수 있다.According to an embodiment, the switching device may be at least one IGBT or a thyristor.

본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 장치는 서브모듈이 직렬 연결되는 컨버터 암을 복수개 포함하는 모듈러 멀티 레벨 컨버터와 상기 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 DC 사고 발생시 DC 사고 발생으로 인한 사고 전류를 저장하는 캐패시터와 캐패시터로부터 출력된 전류의 방향을 위해 설치되는 다이오드를 포함하는 사고 전류 저감 모듈과 상기 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류를 감지하는 사고 전류 감지부와 상기 사고 전류가 감지되면, 상기 사고 전류 저감 모듈의 우회 회로로 상기 사고 전류가 흐르도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.The fault current reduction device of a modular multi-level converter according to another embodiment of the present invention includes a modular multilevel converter including a plurality of converter arms to which a submodule is connected in series, A fault current reduction module including a capacitor for storing a current and a diode installed for a direction of a current output from the capacitor; a fault current detector for detecting a fault current of the modular multilevel converter; And a controller for controlling the fault current to flow through a bypass circuit of the fault current reduction module.

일 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 사고 전류가 감지되면, 상기 스위칭 소자를 오프(Off)시킬 수 있다.According to one embodiment, the controller may turn off the switching element when the fault current is detected.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Other specific details of the invention are included in the detailed description and drawings.

본 발명에 따르면, 모듈러 멀티 레벨 컨버터에서 사고 전류를 우회시키고, 커패시터를 상기 사고 전류의 우회 통로에 삽입하여 사고 전류를 낮출 수 있다.According to the present invention, the fault current can be reduced by bypassing the fault current in the modular multilevel converter and inserting the capacitor in the bypass path of the fault current.

또한, 사고 전류가 줄어들어 IGBT, 다이오드, 커패시터의 손상을 막을 수 있고, 커패시터 전압의 방전을 막기 때문에 사고 제거 후에 모듈러 멀티 레벨 컨버터를 빠르게 재기동할 수 있다.In addition, the fault current can be reduced to prevent damage to IGBTs, diodes, and capacitors, and the capacitor voltage can be prevented from discharging, allowing quick restart of the modular multilevel converter after accident removal.

도 1은 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 서브모듈(SM)의 스위칭 동작을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 서브모듈의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 모듈의 구조를 도시한 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 암에 연결된 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조를 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 정상 전류의 흐름을 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조에서 사고 전류의 흐름을 도시한 도면이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 정상 전류의 흐름을 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따라 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조에서 사고 전류의 흐름을 도시한 도면이다
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 장치를 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 장치를 도시한 도면이다.
Figure 1 is a diagram illustrating one embodiment of a modular multi-level converter.
Fig. 2 is a diagram showing the switching operation of the sub-module SM of the modular multi-level converter of Fig.
3 is a diagram showing a structure of a submodule of the modular multi-level converter of FIG.
4 is a diagram illustrating a modular multi-level converter in accordance with an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a structure of an accident current reducing module of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a fault current reduction structure of a modular multilevel converter connected to an arm according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 are diagrams illustrating steady-state current flow in accordance with one embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating the flow of fault current in the fault current reduction structure of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
10 and 11 are diagrams illustrating steady-state current flow in accordance with another embodiment of the present invention.
12 is a diagram showing the flow of fault current in the fault current reduction structure of the modular multi-level converter according to another embodiment of the present invention
13 is a diagram illustrating an apparatus for reducing the fault current of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram showing an apparatus for reducing an accident current of a modular multi-level converter according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, components and / or sections, it is needless to say that these elements, components and / or sections are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, element or section from another element, element or section. Therefore, it goes without saying that the first element, the first element or the first section mentioned below may be the second element, the second element or the second section within the technical spirit of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. &Quot; comprises " and / or "comprising" when used in this specification is taken to specify the presence or absence of one or more other components, steps, operations and / Or additions.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조는 서브모듈(SM)이 직렬 연결되는 컨버터 암(Arm)을 복수개 포함하는 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류를 감소시키기 위한 것이다. First, the fault current reduction structure of the modular multilevel converter is intended to reduce the fault current of a modular multilevel converter including a plurality of converter arms (arm) to which the submodule SM is connected in series.

구체적으로, 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조는 DC 사고 시 사고 전류의 우회 통로에 커패시터를 삽입하여 사고 전류 차단의 효과를 높이게 된다. 이러한 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조는 풀 브릿지(Full-Bridge) 또는 하프 브릿지(Half-Bridge) 형태로 연결될 수 있다. 보다 상세한 설명은 도면을 참조하여 설명하도록 한다.Specifically, the fault current reduction structure of the modular multilevel converter improves the effect of interrupting the fault current by inserting a capacitor in the bypass path of the fault current in the event of a DC fault. The fault current reduction structure of the modular multi-level converter can be connected in the form of a full-bridge or a half-bridge. A more detailed description will be given with reference to the drawings.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating a modular multi-level converter in accordance with an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 도 1과 달리 각 암에서 서브모듈(SM)(5) 한개를 사고 전류 저감 모듈(23)로 대체하였다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)는 서브모듈(SM)(5)과 직렬로 연결하여 서브모듈(SM)(5)을 보호하는 보호 회로로서 사고 전류 저감 모듈(23)을 대체하거나 추가할 수 있다.Referring to FIG. 4, unlike FIG. 1, one submodule (SM) 5 is replaced with an accident current reduction module 23 in each arm. The modular multilevel converter 1 according to an embodiment of the present invention is a protection circuit that is connected in series with the submodule SM 5 to protect the submodule SM 5, Can be replaced or added.

본 발명의 일 실시예에 따른 사고 전류 저감 모듈(23)은 모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)에서 DC에서 AC로 전류가 흐르거나 AC에서 DC로 전류가 흐를때에는 전류가 원활히 흐를 수 있는 통로를 제공 할 수 있도록 스위치(14)가 온(On)이 된다.The fault current reduction module 23 according to the embodiment of the present invention provides a path through which the current can smoothly flow when the current flows from DC to AC or from AC to DC in the modular multilevel converter 1 The switch 14 is turned on.

그러나, DC 사고시에는 사고 전류가 암(Arm)에 있는 서브모듈(SM)(5)에 흐르지 못하도록 스위치를 오프(Off)로 바꾼다. 사고 전류 저감 모듈(23)에서는 스위치가 온(On)일 때와 오프(Off)일 때 흐르는 경로가 상이하여 DC 사고 발생시 전류가 흐르는 경로를 우회 경로라고 정의할 수 있다.However, in the event of a DC fault, the switch is turned off so that the fault current does not flow to the sub-module (SM) 5 in the arm. In the fault current reduction module 23, a path through which a current flows when a switch is on (On) or off (Off) is different, and a current flowing when a DC fault occurs can be defined as a bypass path.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조(21)를 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a fault current reduction structure 21 of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조(21)는 서브모듈(SM)과 직렬로 연결될 수 있고, 상기 직렬로 연결된 암(Arm)을 복수개 포함하는 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류를 감소시키기 위한 것이다. 상기 서브 모듈은 풀 브릿지(Full-bridge) 형태일 수도 있고, 하프 브릿지(Half-bridge) 형태일 수도 있다. 5, the fault current reduction structure 21 of the modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention can be connected in series with the sub-module SM, and includes a plurality of arms connected in series To reduce the fault current of the modular multilevel converter. The submodule may be in the form of a full-bridge or a half-bridge.

모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조(21)는 하나의 스위칭 소자가 포함된 정상 회로와 하나의 캐패시터(13) 하나의 다이오드(12)로 구성된 우회 회로를 포함할 수 있다. 구체적으로, 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조(21)는 컨버터 암의 사고 전류의 우회 회로를 제공할 수 있다. 우회 회로는 캐패시터(13)와 다이오드(12)를 직렬로 연결된 것으로 캐패시터(13)가 사고 전류를 저장하여 흡수시켜 사고 전류로 인한 서브 모듈의 손상을 줄일 수 있다. The fault current reduction structure 21 of the modular multilevel converter may include a normal circuit including one switching element and a bypass circuit composed of one capacitor 13 and one diode 12. [ Specifically, the fault current reduction structure 21 of the modular multi-level converter can provide a bypass circuit for the fault current of the converter arm. The bypass circuit is connected between the capacitor 13 and the diode 12 in series so that the capacitor 13 absorbs and absorbs the fault current, thereby reducing the damage of the sub-module due to the fault current.

여기에서, 우회 회로에 설치되는 다이오드(12)는 사고 전류의 우회 통로를 제공하며, 다이오드(12)를 통하여 사고 전류가 커패시터(13)를 충전시켜 AC와 DC 사이의 전위차를 줄여 사고 전류를 저감한다. 이러한 커패시터(13)에 의해 사고 전류가 0으로 수렴할 수 있다.Here, the diode 12 provided in the bypass circuit provides a bypass path for the fault current, and the fault current through the diode 12 charges the capacitor 13 to reduce the potential difference between AC and DC to reduce the fault current do. The fault current can be converged to zero by the capacitor 13. [

여기에서, 우회 회로에 설치되는 커패시터(13)는 미리 충전되어 있을 수 있으며, 이 경우, 사고 전류 저감에 필요한 시간이 줄어든다.Here, the capacitor 13 provided in the bypass circuit may be charged in advance. In this case, the time required for reducing the fault current is reduced.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조(21)는 사고 전류를 차단하기 위해 상기 서브모듈에 연결되는 스위칭 소자(14) 및 상기 스위칭 소자(14)에 병렬 연결되는 다이오드(15)를 더 포함할 수 있다.The fault current reduction structure 21 of the modular multilevel converter according to an embodiment of the present invention includes a switching device 14 connected to the submodule for interrupting the fault current and a switching device 14 connected to the switching device 14 in parallel And a diode 15 connected in series.

예를 들어, 정상 전류가 흐르는 경우, 스위칭 소자(14)는 온(On) 상태이고, 이에 따라 각 서브모듈을 흐르는 전류 패스(Current Path)가 형성된다. 또한, 사고 전류가 흐르는 경우, 스위칭 소자(14)는 오프(Off) 상태이고, 이에 따라 우회 회로로 흐르는 전류 패스(Current Path)가 형성된다. For example, when a steady current flows, the switching element 14 is in an On state, thereby forming a current path through each sub-module. Further, when a fault current flows, the switching element 14 is in an off state, thereby forming a current path that flows to the bypass circuit.

여기에서, 스위칭소자(6, 14)는 IGBT 또는 일 수 있다. 물론, 상기 스위칭소자(6, 14)가 IGBT 소자 외에 다른 스위칭 소자일 수 있음은 당업자에게 자명하다 할 것이다. 예를 들어, 스위칭소자(14)가 Fast Switch일 수 있다. 또한, 상기 스위칭 소자(14)는 싸이리스터(Thyristor)일 수 있다. 또한 스위칭소자(6, 14)는 복수개의 IGBT로 구성될 수도 있다.Here, the switching elements 6 and 14 may be IGBTs or the like. Of course, those skilled in the art will appreciate that the switching elements 6 and 14 may be other switching elements than the IGBT elements. For example, the switching element 14 may be a Fast Switch. Also, the switching device 14 may be a thyristor. Further, the switching elements 6 and 14 may be composed of a plurality of IGBTs.

이때, 우회 회로에 설치되는 다이오드(12) 및 다이오드에 연결되는 캐패시터(13)는 사고 전류 발생시 사고 전류를 흡수하여 거의 0에 가깝게 만들 수 있다. 이러한 우회 회로에 설치된 캐패시터(13)는 사고 전류 발생시 사고 전류를 충분히 흡수할 만한 전력 용량을 가진 것을 설치해야 한다.At this time, the diode 12 installed in the bypass circuit and the capacitor 13 connected to the diode can absorb the fault current when the fault current is generated and can be made close to zero. The capacitor (13) provided in such a bypass circuit should have a power capacity sufficient to absorb the fault current when a fault current is generated.

이러한 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조(21)를 통해 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조(21)와 연결된 서브모듈(SM)은 자연 방전 회로를 통하여 초기화 가능하므로 DC 사고 발생시에도 모든 회로들이 안전하게 보호되어 서브모듈(SM)(5) 및 사고 전류 저감 구조(21)의 손상을 방지할 수 있다.The submodule SM connected to the fault current reduction structure 21 of the modular multilevel converter through the fault current reduction structure 21 of the modular multilevel converter can be initialized through the natural discharge circuit so that all the circuits So that damage to the sub-module (SM) 5 and the fault current reducing structure 21 can be prevented.

만약 사고 전류 저감 구조(21)가 없는 모듈러 멀티 레벨 컨버터에서는 DC 사고시 과도한 전류가 지속적으로 흐르게 된다. 따라서 모듈러 멀티 레벨 컨버터에 포함된 암들은 모두 손상되어 모듈러 멀티 레벨 컨버터 전체를 교체해야만 한다.In a modular multilevel converter without the fault current reduction structure 21, an excessive current flows continuously in the event of a DC fault. Therefore, all the arms included in the modular multi-level converter must be damaged and must replace the entire modular multi-level converter.

그러나 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조(21)를 상기 모듈러 멀티 레벨 컨버터에 직렬로 연결하게 되면, 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 DC 사고에 대응한 비용을 줄일 수 있다. However, by connecting the fault current reduction structure 21 of the modular multilevel converter in series with the modular multilevel converter, it is possible to reduce the cost corresponding to the DC accident of the modular multilevel converter.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 모듈러 멀티 레벨 컨버터와 상기 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조(21)가 직렬로 연결된 암(Arm)을 도시한 것이다.6 shows an arm in which a fault current reduction structure 21 of the modular multilevel converter and the modular multilevel converter are connected in series according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 사고 전류 저감 구조(21)가 두개 직렬로 연결된 사고 전류 저감 모듈(23)을 모듈러 멀티 레벨 컨버터에 직렬로 연결할 수 있다. 사고 전류 저감 모듈(23)은 AC쪽에 연결되어 상위 암(Upper Arm)과 하위 암(Lower Arm)의 양 DC 측이 접지되어 DC사고가 발생되는 것을 막을 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the fault current reduction module 23, in which the fault current reduction structure 21 is connected in series, can be connected in series to the modular multilevel converter. The fault current reduction module 23 is connected to the AC side so that both DC side of the upper arm and lower arm are grounded to prevent DC accident from occurring.

구체적으로 전류는 양단의 전압 차이가 클수록 큰 전류가 흐르게 된다. 그런데 AC 쪽에서 전압이 형성되어 출력되는데 DC 쪽의 상위 암과 하위 암이 접지되면, DC쪽 전압(VDC)은 0이 된다. 이때 AC쪽 전압과 DC 쪽 전압의 큰 차이가 생겨 과도한 전류가 흐르게 된다.Specifically, the larger the voltage difference between both ends, the larger the current flows. However, when the upper arm of the DC side and the lower arm are grounded, the DC side voltage (VDC) becomes zero. At this time, there is a large difference between the AC side voltage and the DC side voltage, so that excessive current flows.

또한, 상위 암과 하위 암의 온(On) 상태의 서브모듈에 의하여 형성되는 전압으로 인한 프리휠링 전류 패스 (Freewheeling Current Path)가 형성되어 과도한 전류가 흐르게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 사고 전류 저감 모듈(23)은 DC 사고 발생시 매우 큰 전류가 흐를 때 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 앞 또는 뒤에서 방패처럼 큰 전류를 흡수해주게 된다. 이러한 흡수하는 역할은 캐패시터(13)가 하게 되며, 캐패시터(13)는 사고 전류를 흡수할 만큼의 전력 용량을 갖는 것을 포함시켜야 하므로 서브모듈(SM)의 캐패시터(8)와 상이한 것으로 배치할 수 있다.In addition, a freewheeling current path is formed due to the voltage formed by the submodule of the upper arm and the lower arm, thereby causing an excessive current to flow. The fault current reduction module 23 according to an embodiment of the present invention absorbs a large current like a shield in front of or behind the modular multilevel converter when a large current flows in the event of a DC accident. Such a function of absorbing is made by the capacitor 13 and the capacitor 13 can be arranged to be different from the capacitor 8 of the submodule SM since the capacitor 13 should include the power capacity enough to absorb the fault current .

이하에서는 모듈러 멀티 레벨 컨버터에서 전류 패스(Current Path)를 살펴 보도록 한다.Let's look at the current path in a modular multilevel converter.

먼저, 정상 전류가 흐르는 경우, 모듈러 멀티 레벨 컨버터에서 전류 패스(Current Path)를 살펴 보도록 한다.First, let's look at the current path in a modular multilevel converter when steady current flows.

도 7 및 도 8은 각각 도 6의 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 암에 설치되는 사고 전류 저감 구조에서 정상 전류의 흐름을 도시한 도면이다. FIGS. 7 and 8 are diagrams showing the steady current flow in the fault current reduction structure installed in the arm of the modular multi-level converter of FIG. 6, respectively.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조에서 AC에서 DC로 전류가 흐르는 것을 도시한 것이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조에서 DC에서 AC로 전류가 흐르는 것을 도시한 것이다.FIG. 7 illustrates current flow from AC to DC in the fault current reduction structure of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention. 8 illustrates current flow from DC to AC in the fault current reduction structure of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.

도 7 및 도 8을 참조하면, 정상 전류가 흐르는 경우, 스위칭소자(14)는 ON 상태이므로, 우회 회로의 다이오드(12) 및 커패시터(13)로는 전류가 흐르지 않고 스위칭 소자 쪽으로 전류가 흐른다.7 and 8, when the steady current flows, the switching element 14 is in the ON state, so current does not flow to the diode 12 and the capacitor 13 of the bypass circuit, and current flows to the switching element.

도 7에 도시한 바와 같이, 서브 모듈에 있는 IGBT(6)의 스위치가 온(On)상태가 된 개수만큼 DC 전압을 AC 전압에서 계단식으로 바꿀 수 있다. 도 7과 같이 서브모듈(5)이 연속하여 3개가 연결되어 있는 경우 만들 수 있는 AC 전압의 가지수는 4개이다. AC의 전압 지령에 따라 IGBT(6)의 온/오프(On/Off) 스위칭이 되고, 상기 스위칭을 통하여 DC 전압을 AC 전압으로 바꾸게 된다.As shown in Fig. 7, the DC voltage can be changed stepwise from the AC voltage by the number of times the switches of the IGBT 6 in the submodule are turned on. As shown in FIG. 7, when three sub-modules 5 are connected in series, the number of AC voltages that can be generated is four. On / off switching of the IGBT 6 is performed according to the voltage command of AC, and the DC voltage is changed to the AC voltage through the switching.

도 7에서는 위의 두 개의 서브모듈의 스위치만 온(On) 상태이고 아래 하나의 서브모듈의 스위치는 오프(Off) 상태이다. 따라서 2개의 커패시터의 전압만이 상위 암(Arm) 전압으로 생성되게 된다. 따라서 상기 서브 모듈의 스위치는 생성하고자 하는 AC 전압에 따라 온/오프(On/Off) 상태로 스위칭이 일어나게 되며 이는 암(Arm)의 제어부에 의해 변경된다. 또한 동일한 레그(Leg)의 상위 암과 하위 암에서 온(On) 상태의 서브모듈(SM)의 개수의 합은 항상 일정하다. 따라서 생성하게 되는 DC 전압은 항상 일정하다.In FIG. 7, only the switches of the two sub-modules are in the On state and the switches of the lower sub-module are in the Off state. Therefore, only the voltages of the two capacitors are generated as the upper arm voltage. Therefore, the switch of the submodule is switched to the on / off state according to the AC voltage to be generated, which is changed by the controller of the arm. Also, the sum of the number of submodules (SM) on the upper arm of the same leg and on the lower arm of the same leg is always constant. Therefore, the generated DC voltage is always constant.

도 8에 도시한 바와 같이 DC에서 AC쪽으로 전류가 흐르는 경우에 본 발명의 일 실시예에 따른 사고 전류 저감 모듈(23)에서는 우회회로가 아닌 스위치(14)와 병렬로 연결된 다이오드(15)로 전류가 흐른다.8, in the fault current reducing module 23 according to the embodiment of the present invention, when a current flows from DC to AC, the current is supplied to the diode 15 connected in parallel with the switch 14, Flows.

도 8에 도시한 바와 같이 DC에서 AC쪽으로 전류가 흐르는 경우에는 서브모듈(SM)의 아래 스위치(6) 동작에 따라 서브모듈(SM)의 상태를 정한다. 이 경우에는 아래 스위치(6)가 온(On) 되게 되면, 서브모듈(SM)은 커패시터의 전압을 형성하지 않으므로 오프(Off) 상태가 되게 된다. 도 8에서는 세개의 서브모듈(SM)의 상태가 온(On) 상태이므로 3개의 커패시터(8) 전압이 상위 암(Arm) 전압으로 생성되게 된다. 따라서 상기 서브모듈(SM)의 스위치(6)는 생성하고자 하는 AC 전압에 따라 온/오프(On/Off) 상태로 스위칭이 일어나게 되며 이는 암(Arm)의 제어부에 의해 변경된다.As shown in FIG. 8, when a current flows from the DC to the AC side, the state of the sub-module SM is determined according to the operation of the switch 6 under the sub-module SM. In this case, when the lower switch 6 is turned on, the sub-module SM does not form the voltage of the capacitor, and thus the sub-module SM is turned off. In FIG. 8, since the states of the three sub-modules SM are on, the voltages of the three capacitors 8 are generated as the upper arm voltage. Therefore, the switch 6 of the submodule SM is switched to the on / off state according to the AC voltage to be generated, which is changed by the controller of the arm.

도 8에 도시한 바와 같이 DC에서 AC쪽으로 흐르는 전류는 사고 전류 저감 구조(23)의 다이오드(15)쪽으로 흘러들어 간다. 다이오드(15) 쪽으로 흘러들어간 전류는 AC 쪽으로 나오게 된다. 이때 우회 경로로는 다이오드(12)의 저항으로 인해 전류가 흐를 수 없다.As shown in Fig. 8, a current flowing from the DC to the AC side flows toward the diode 15 of the fault current reducing structure 23. Fig. The current flowing to the diode (15) flows to the AC side. At this time, no current can flow through the bypass path due to the resistance of the diode 12. [

다음으로, 사고 전류가 흐르는 경우, 모듈러 멀티 레벨 컨버터에서 전류 패스(Current Path)를 살펴 보도록 한다.Next, when fault current flows, let's look at the current path in the modular multilevel converter.

도 9는 도 6의 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조에서 사고 전류의 흐름을 도시한 도면이다.Fig. 9 is a diagram showing the flow of fault current in the fault current reducing structure of the modular multi-level converter of Fig. 6; Fig.

DC 사고시에 사고 전류 저감 모듈(23)과 서브모듈(5)을 포함하는 암(Arm)에 과도한 전류가 하위 암(Arm)에서 상위 암(Arm) 방향으로 한번에 흐르게 된다. 이때, 사고 전류 저감 구조는 내부에 과전류 감지부를 더 포함시켜 상기 과전류 감지부의 신호에 의해 보호 동작이 작동될 수 있다. 그러나 과전류 감지부는 사고 전류 저감 구조 내부만이 아니라 서브모듈(SM) 양단에 설치될 수도 있다. 서브모듈(SM) 양단에 설치된 사고 전류 저감 구조는 사고 전류 감지시에 사고 전류 저감 구조로 보호 회로의 동작을 위해 사고 전류 저감 구조의 스위치를 오프(Off) 시킬 수 있다.An excessive current flows to the arm including the fault current reduction module 23 and the sub module 5 at a time in the direction of the upper arm from the lower arm. At this time, the fault current reduction structure may further include an overcurrent sensing unit, so that the protection operation can be operated by the signal of the overcurrent sensing unit. However, the overcurrent detection part may be installed not only inside the fault current reduction structure but also at both ends of the sub module (SM). The fault current reduction structure installed at both ends of the sub module (SM) can switch off the fault current reduction structure for the operation of the protection circuit by the fault current reduction structure when the fault current is detected.

또한, DC 송전선에 흐르는 과전류 감지부로부터의 DC 사고 신호에 의해 보호 동작이 작동될 수 있다. 또한, 모듈러 멀티레벨 컨버터의 제어부, 암 제어부로부터의 신호에 의해 보호 동작이 작동될 수 있다. Further, the protection operation can be operated by the DC fault signal from the overcurrent detection unit flowing in the DC transmission line. Further, the protection operation can be activated by a signal from the control unit and the arm control unit of the modular multi-level converter.

여기에서, 보호 동작이란 모든 스위치 소자(6, 14)를 오프(Off) 시키는 것이다. DC 사고 시 모든 스위치의 소자를 오프(Off)므로써, 본 발명에서 만들고자 하는 우회 경로를 생성할 수 있다. Here, the protection operation is to turn off all the switch elements 6 and 14. By turning off the elements of all switches in the event of a DC fault, it is possible to create a bypass path to be made in the present invention.

우회 경로 상에 있는 커패시터(13)는 과도한 전류를 흡수하는 역할을 한다. 커패시터(13) 뒤에 연결된 다이오드(12)는 전류를 한쪽 방향으로 흐를 수 있도록 한다. 우회 경로 상에 있는 커패시터(13)가 과도한 전류를 흡수하였으므로 모듈러 멀티 레벨 컨버터 상에 있는 스위치 소자(6)와 다이오드(7)로는 과도한 전류가 흐르지 않게 된다.The capacitor 13 on the bypass path serves to absorb the excessive current. The diode 12 connected behind the capacitor 13 allows the current to flow in one direction. Since the capacitor 13 on the bypass path has absorbed an excessive current, excessive current does not flow to the switch element 6 and the diode 7 on the modular multilevel converter.

도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사고 전류 저감 구조(24)를 도시한 것이다. 10 shows an accident current reduction structure 24 according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따른 사고 전류 저감 구조(24)는 우회 경로를 하나의 캐패시터(13)와 하나의 다이오드(12)로 구성하였다. 이는 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류 저감 구조(24)와 달리 캐패시터(13)와 다이오드(12)의 개수가 다르다. The fault current reduction structure 24 according to another embodiment of the present invention includes one capacitor 13 and one diode 12 as bypass paths. This is because the number of the capacitors 13 and the diodes 12 is different from that of the current reduction structure 24 according to the embodiment of the present invention.

그러나 도 10에 따른 실시예에서 사고 전류 저감 구조(23)에서 사용하는 커패시터(13)는 도 6에 따른 실시예에서 커패시터(13)와 그 용량이 다른 것을 사용할 수 있다. 도 10이 도 6에 따른 실시예보다 커패시터(13)의 수량과 다이오드(12)의 수량이 줄어들었으나, 커패시터(13)의 용량이 큰 것을 사용하면 커패시터(13) 2개를 사용한것과 비슷하게 되므로 도 10의 실시예에서 커패시터(13) 수량을 줄인것에 대한 이점은 크지 않다.However, in the embodiment according to FIG. 10, the capacitor 13 used in the fault current reducing structure 23 may be different from the capacitor 13 in the embodiment according to FIG. 10 shows that the number of the capacitors 13 and the number of the diodes 12 are reduced compared with the embodiment according to FIG. 6, but the use of the capacitor 13 having a large capacity is similar to the use of the two capacitors 13 The advantage of reducing the number of capacitors 13 in the embodiment 10 is not significant.

도 6에 따른 실시예에서는 사고 전류 저감 구조(23)를 모듈형으로 만들어서 동일한 두개의 사고 전류 저감 모듈(21)을 직렬로 연결하였다. 이렇게 함으로써 도 10에 따른 실시예와 달리 확장성과 유지 보수가 용이하며, 모듈이 고장 난 경우 교체도 쉽다. 그러나 도 10에 따른 실시예에서의 사고 전류 저감 구조(24)는 커패시터(13)가 고장난 경우 사고 전류 저감 구조(24) 전체를 교체해야만 한다. In the embodiment according to FIG. 6, the fault current reduction structure 23 is made into a module type, and the same two fault current reduction modules 21 are connected in series. By doing this, unlike the embodiment according to FIG. 10, the expansion and maintenance are easy, and if the module is broken, the replacement is easy. However, the fault current reduction structure 24 in the embodiment according to FIG. 10 must replace the entire fault current reduction structure 24 when the capacitor 13 fails.

사고 전류 저감 구조(24)는 모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)의 AC 쪽에 위치하고 있는 것으로 도시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 전류는 하나의 흐름이므로 모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)의 어디에 위치하든 상관 없으며 다만 모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)와 직렬로 연결되게 되면 과전류를 흡수하여 사고를 방지할 수 있다.The fault current reduction structure 24 is shown as being located on the AC side of the modular multilevel converter 1, but is not limited thereto. Since the current is one flow, it does not matter where it is located in the modular multilevel converter 1, but if it is connected in series with the modular multilevel converter 1, the overcurrent can be absorbed to prevent the accident.

도 10에 따르면 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사고 전류 저감 구조(23)와 마찬가지로 캐패시터(13)를 모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)의 캐패시터(8)와 전극을 반대로 위치시키도록 한다.10, the capacitor 13 is placed in the opposite position to the capacitor 8 of the modular multilevel converter 1, as in the fault current reducing structure 23 according to another embodiment of the present invention.

도 10에 따른 본 발명의 일 실시예에 따른 사고 전류 저감 구조(23)에서는 스위치(14)가 항상 온(On)으로 되어 있다. 그러나 모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)에 있는 스위치(7)는 제어부에서 스위치의 동작을 제어한다. In the fault current reducing structure 23 according to the embodiment of the present invention shown in Fig. 10, the switch 14 is always on. However, the switch 7 in the modular multi-level converter 1 controls the operation of the switch in the control section.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 사고 전류 저감 구조(24)에서 DC에서 AC로 전류가 흐르는 것을 도시한 도면이다.11 is a diagram showing a current flow from DC to AC in the fault current reducing structure 24 according to an embodiment of the present invention.

모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)에서 흘러나온 전류는 사고 전류 저감 구조(24)의 다이오드(15)쪽으로 흘러들어 간다. 다이오드(15) 쪽으로 흘러들어간 전류는 AC 쪽으로 나오게 된다. 이때 우회 경로로는 다이오드(12)의 저항으로 인해 전류가 흐를 수 없다.The current flowing out of the modular multilevel converter 1 flows into the diode 15 of the fault current reduction structure 24. The current flowing to the diode (15) flows to the AC side. At this time, no current can flow through the bypass path due to the resistance of the diode 12. [

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 사고 전류 저감 구조(24)에서 사고 전류 발생시 전류의 흐름을 도시한 것이다.FIG. 12 shows a flow of current when an accident current is generated in an accident current reducing structure 24 according to an embodiment of the present invention.

사고 전류 발생시 AC쪽과 DC 쪽 사이의 전위차가 높아지게 된다. AC 쪽에서 흘러나온 과전류는 사고 전류 저감 구조(24)에 포함된 스위치(14)에 흐르게 되어 스위치(14)는 과전류로 인해 오프(Off) 상태로 바뀌게 된다. 스위치(14)는 과전류로 인해 온(On) 상태인것이 오프(Off)로 꺼지게 된다. 과전류가 흘른 스위치(14)는 교체가 필요할 수 있다. 스위치(14)는 과전류 감지부 및 시스템 제어부, 암 제어부의 신호에 의하여 오프(Off) 상태로 꺼질 수 있다. When the fault current is generated, the potential difference between the AC side and the DC side is increased. The overcurrent flowing from the AC side flows to the switch 14 included in the fault current reducing structure 24 so that the switch 14 is turned off due to the overcurrent. The switch 14 is turned off due to the overcurrent. The switch 14 in which the overcurrent flows may need to be replaced. The switch 14 can be turned off by the signals of the overcurrent sensing unit, the system control unit, and the arm control unit.

과전류로 인해 스위치(14)가 오프(Off) 되었을 때, 과전류는 사고 전류 저감 구조(24)에서 우회경로로 흐르게된다. 우회 경로에는 캐패시터(13)가 있어서 과전류를 흡수하는 완충 작용을 할 수 있다. 커패시터(13)는 과전류를 흡수하면서 충전되어 전압이 높아진다. 커패시터(13)의 전압이 높아지면 AC와 DC 사이에 전위차가 줄어들어 전류가 감소하게 된다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 사고 전류 저감 구조(24)에 사용된 캐패시터(13)는 DC 사고시에 모든 전류를 흡수할 만큼의 용량이 큰 것을 사용할 수 있다. 만약 캐패시터(13)의 용량이 매우 커서 DC 사고 전류를 모두 흡수하였다면, 더 이상 모듈러 멀티 레벨 컨버터(1)쪽으로 전류가 흐르지 않을 수 있다.When the switch 14 is turned off due to the overcurrent, the overcurrent flows from the fault current reducing structure 24 to the bypass path. The capacitor 13 is provided in the bypass path so as to absorb the overcurrent. The capacitor 13 is charged while absorbing the overcurrent, so that the voltage becomes high. When the voltage of the capacitor 13 is increased, the potential difference between AC and DC is reduced and the current is reduced. The capacitor 13 used in the fault current reducing structure 24 according to another embodiment of the present invention can use a capacitor large enough to absorb all the current at the time of a DC fault. If the capacity of the capacitor 13 is so large that it has absorbed all of the DC fault current, no current may flow to the modular multilevel converter 1 any more.

사고 전류의 저감을 위해, 전술한 풀 브릿지(Full-Bridge)와 하프 브릿지(Half-Bridge) 형태의 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조를 적절히 섞어 사용할 수 있으며, 이에 따라 풀 브릿지(Full-Bridge) 및/또는 하프 브릿지(Half-Bridge) 형태의 연결 구조의 개수를 줄일 수 있다.In order to reduce the fault current, the fault current reduction structure of the above-described full-bridge and half-bridge type modular multi-level converters can be appropriately used and accordingly, a full bridge ) And / or the number of half-bridge type connection structures can be reduced.

도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 장치(100)를 도시한 도면이다.13 and 14 are diagrams showing an apparatus 100 for reducing an accident current of a modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 장치(100)는, 서브모듈(SM)이 직렬 연결되는 컨버터 암을 복수개 포함하며, 상기 컨버터 암의 사고 전류의 우회 통로를 제공하는 우회 회로와, 상기 사고 전류를 우회시키기 위해 상기 우회 회로에 설치되는 다이오드와, 상기 사고 전류를 저장하기 위해 상기 우회 회로에 설치되는 커패시터를 포함하는 모듈러 멀티 레벨 컨버터(110), 상기 모듈러 멀티 레벨 컨버터(110)의 사고 전류를 감지하는 사고 전류 감지부(120), 및 상기 사고 전류가 감지되면, 상기 우회 회로로 상기 사고 전류가 흐르도록 제어하는 제어부(130)를 포함한다. Referring to FIG. 13, the fault current reducing apparatus 100 of the modular multi-level converter according to the embodiment of the present invention includes a plurality of converter arms to which the sub-module SM is connected in series, A modulo multilevel converter (110) including a bypass circuit providing a bypass path of the fault current, a diode installed in the bypass circuit to bypass the fault current, and a capacitor installed in the bypass circuit to store the fault current, A fault current detector 120 for detecting a fault current of the modular multilevel converter 110 and a controller 130 for controlling the fault current to flow to the bypass circuit when the fault current is detected .

모듈러 멀티 레벨 컨버터(110)는 서브모듈이 직렬 연결되는 컨버터 암을 복수개 포함한다. 또한, 컨버터 암은 상기 사고 전류를 차단하기 위해 상기 서브모듈에 연결되는 스위칭 소자 및 다이오드를 더 포함할 수 있다. 여기에서, 컨버터 암의 사고 전류의 우회 통로를 제공하는 우회 회로와, 상기 사고 전류를 우회시키기 위해 상기 우회 회로에 설치되는 다이오드와, 상기 사고 전류를 저장하기 위해 상기 우회 회로에 설치되는 커패시터를 포함하는 모듈러 멀티 레벨 컨버터(110)는 그 구조가 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조(23) 또는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조(24) 중 적어도 하나와 동일하므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다. The modular multi-level converter 110 includes a plurality of converter arms to which the submodules are connected in series. In addition, the converter arm may further include a switching element and a diode connected to the submodule for interrupting the fault current. Here, a bypass circuit for providing a bypass path for the fault current of the converter arm, a diode installed in the bypass circuit for bypassing the fault current, and a capacitor installed in the bypass circuit for storing the fault current The modular multilevel converter 110 having a structure according to an embodiment of the present invention described above or a fault current reduction structure 23 of a modular multilevel converter according to another embodiment of the present invention Reduction structure 24. Therefore, a detailed description thereof will be omitted.

사고 전류 감지부(120)는 모듈러 멀티 레벨 컨버터(110)에서 발생하는 사고 전류를 감지하는 것으로, 전류 감지 센서 등을 사용할 수 있다. The fault current detection unit 120 detects a fault current generated in the modular multi-level converter 110, and can use a current detection sensor or the like.

또한, 사고 전류 감지부는 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 암에 복수개 설치할 수도 있고, DC 송전선에 복수개 설치할 수도 있다. The fault current detection unit may be provided in the arm of the modular multilevel converter, or a plurality of fault current detection units may be provided in the DC transmission line.

도 14에서는 사고 전류 감지부(120)대신에 전압 감지 장치(140)를 통해 제어부(130)가 사고 전류를 인지하여 사고 전류 저감 구조를 동작시키게 된다.In FIG. 14, the controller 130 recognizes the fault current through the voltage sensing device 140 instead of the fault current detector 120 to operate the fault current reduction structure.

전압 감지 장치(140)는 정상 상태에서 IGBT에 전류가 흐르게 되면 양단에 걸리는 전압은 O이 되지만, 사고 전류 발생시 전류가 프르지만 양단에 걸리는 전압은 0이 되지 않는다. 따라서 이러한 IGBT 양단의 전압 측정을 통하여 사고 전류를 감지할 수 있다. In the voltage sensing device 140, when a current flows through the IGBT in a steady state, the voltage across both ends becomes 0. However, when the fault current is generated, the voltage is zero, but the voltage across the IGBT does not become zero. Therefore, it is possible to detect the fault current by measuring the voltage across the IGBT.

뿐만 아니라 전압 감지 장치(140)는 스위치 양단의 전압을 측정하여 사고 전류를 감지할 수도 있다.In addition, the voltage sensing device 140 may sense the fault current by measuring the voltage across the switch.

제어부(130)는 사고 전류가 감지되면, 서브모듈에 연결되는 스위칭 소자를 온(On) 상태에서 오프(Off) 상태로 스위칭 변경한다. 이에 따라, 사고 전류가 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 각 서브모듈의 스위칭 소자를 경유하지 않고, 우회 회로를 따라 흐르게 되며, 각 서브모듈의 스위칭 소자를 보호할 수 있다. 또한, 각 우회 경로의 커패시터(13)에 의해 AC와 DC 사이의 전위 차이를 소멸시키게 되어 사고 전류가 0으로 줄어들 수 있고, 각 서브모듈의 다이오드와 커패시터를 보호할 수 있다.When the fault current is detected, the controller 130 switches the switching element connected to the sub module from the On state to the Off state. Thereby, the fault current flows along the bypass circuit without passing through the switching elements of the respective submodules of the modular multilevel converter, and the switching elements of each submodule can be protected. In addition, the potential difference between AC and DC is canceled by the capacitor 13 in each bypass path, so that the fault current can be reduced to zero, and the diode and the capacitor of each submodule can be protected.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조 및 이를 이용한 장치를 통해, 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류를 줄일 수 있으므로, 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 수명을 보다 증가시킬 수 있을 것이다. 이에, 사고 전류를 줄이기 위한 기술이 향후 해상풍력 발전에 연계되어 중요하게 사용될 수 있고, 중,대형 HVDC(High Voltage Direct Current, 초고압직류송전) 및 멀티터미널 HVDC 등 고용량 컨버터에 대한 수요가 증가됨에 따라 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류를 저감하는 기술의 중요성이 커질 것으로 예상된다.The fault current reduction structure of the modular multi-level converter according to an embodiment of the present invention and the device using the same can reduce the fault current of the modular multi-level converter, thereby further increasing the life of the modular multi-level converter . Therefore, as the demand for high capacity converters such as medium and large HVDC (High Voltage Direct Current) and multi-terminal HVDC is increasing, the technology for reducing the accident current can be used in connection with future offshore wind power generation. It is expected that the technology of reducing the fault current of the modular multilevel converter will become more important.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, You will understand. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.

23, 24: 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 구조
7,12,15: 다이오드
8,13: 커패시터
6,14: 스위칭 소자
100: 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 장치
110: 모듈러 멀티 레벨 컨버터
120: 사고 전류 감지부
130: 제어부
140: 전압 감지 장치
23, 24: Fault Current Reduction Structure of Modular Multilevel Converter
7, 12, 15: Diodes
8, 13: Capacitor
6,14: Switching element
100: Fault Current Reduction Device for Modular Multilevel Converter
110: Modular multilevel converter
120: fault current detection unit
130:
140: Voltage sensing device

Claims (7)

서브모듈이 직렬 연결되는 컨버터 암을 복수개 포함하는 모듈러 멀티 레벨 컨버터에 있어서,
상기 컨버터 암의 사고 전류를 우회시켜 상기 컨버터 암을 보호하고, 상기 컨버터암내부에 설치되어 각각의 컨버터 암과 직렬로 연결되는 우회 회로;
상기 우회 회로에 설치되어 상기 사고 전류가 우회하도록 하는 다이오드; 및
상기 우회 회로에 설치되어, 상기 사고 전류를 저장하고, 상기 다이오드와 직렬 연결되는 커패시터를 포함하는, 모듈러 멀티 레벨 컨버터.
A modular multilevel converter including a plurality of converter arms to which a submodule is connected in series,
A bypass circuit installed inside the converter arm and connected in series with each converter arm, bypassing the fault current of the converter arm to protect the converter arm;
A diode installed in the bypass circuit to bypass the fault current; And
And a capacitor installed in the bypass circuit for storing the fault current and being connected in series with the diode.
제 1항에 있어서,
상기 모듈러 멀티 레벨 컨버터는,
사고 전류 발생시 사고 전류가 상기 서브모듈로 흐르는 것을 차단하기 위해 상기 우회 회로와 병렬로 연결되는 스위칭 소자 및 상기 스위칭 소자에 병렬 연결되는 다이오드를 더 포함하는, 모듈러 멀티 레벨 컨버터.
The method according to claim 1,
The modular multi-level converter includes:
Further comprising: a switching device connected in parallel with the bypass circuit to prevent a fault current from flowing to the submodule when an accident current occurs; and a diode connected in parallel to the switching device.
제 2항에 있어서,
상기 우회 회로에 설치되는 다이오드는,
상기 스위칭 소자에 병렬 연결되는 다이오드와 상기 우회 회로 상에서 역방향으로 전류를 흐르도록 설치하는, 모듈러 멀티 레벨 컨버터.
3. The method of claim 2,
The diode installed in the bypass circuit may include:
A diode connected in parallel to the switching device and a modular multilevel converter installed in a reverse direction on the bypass circuit.
제 1항에 있어서,
상기 커패시터에 의해 상기 사고 전류가 0으로 수렴하는, 모듈러 멀티 레벨 컨버터.
The method according to claim 1,
Wherein the fault current converges to zero by the capacitor.
제 2항에 있어서,
상기 스위칭 소자는 적어도 1개 이상의 IGBT 또는 싸이리스터(Thyristor)로 이루어진, 모듈러 멀티 레벨 컨버터.
3. The method of claim 2,
Wherein the switching element comprises at least one IGBT or a thyristor.
서브 모듈이 직렬 연결되는 컨버터 암을 복수개 포함하는 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 장치에 있어서,
서브모듈이 직렬 연결되는 컨버터 암을 복수개 포함하는 모듈러 멀티 레벨 컨버터;
상기 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 DC 사고 발생시 DC 사고 발생으로 인한 사고 전류를 저장하는 캐패시터와 캐패시터로부터 출력된 전류의 방향을 위해 설치되는 다이오드를 포함하여 상기 모듈러 멀티 레벨 컨버터 암 내부에 설치되어 각각의 컨버터 암과 직렬로 연결되는 사고 전류 저감 모듈;
상기 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류를 감지하는 사고 전류 감지부; 및
상기 사고 전류가 감지되면, 상기 사고 전류 저감 모듈의 우회 회로로 상기 사고 전류가 흐르도록 제어하는 제어부를 포함하는, 모듈러 멀티 레벨 컨버터의 사고 전류 저감 장치.
A fault current reducing apparatus for a modular multilevel converter including a plurality of converter arms to which submodules are connected in series,
A modular multilevel converter including a plurality of converter arms to which submodules are connected in series;
And a diode installed for a direction of a current outputted from the capacitor and storing a fault current caused by a DC accident when a DC accident occurs in the modular multilevel converter, An accident current reduction module connected in series with the fault current reduction module;
A fault current detector for detecting a fault current of the modular multilevel converter; And
And a control section for controlling the fault current to flow to a bypass circuit of the fault current reduction module when the fault current is detected.
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