황현석
(Hyeon Seok Hwang)
1iD
이수형
(Soo Hyoung Lee)
†iD
-
(Dept. of Electrical and Electronic Engineering, Mokpo National Univerity, Korea.)
Copyright © The Korean Institute of Electrical Engineers(KIEE)
Key words
DC-Link fault current, fault current interruption by thyristor, fault current interruption by UFD, fault current through anti-parallel diode, grid-connected MMC
1. 서 론
최근 10년 동안 연평균 28.7%씩 증가한 대규모 해상풍력발전을 비롯하여 대용량-고전압 재생에너지 발전기는 전 세계적으로 확대되어왔다(1). 이에 따라, 2021년 기준 전 세계 발전량에서 재생에너지가 차지하는 발전 비중은 28.1%에 이르렀고, 이러한 추세가 2050년까지 지속되면,
EnerBlue 시나리오상으로는 재생에너지가 전 세계 발전량의 64% 이상을 차지할 것으로 예상한다(2).
현재 MMC-HVDC(Modular Multi-level Converter-HVDC) 시스템은 다음과 같은 장점들로 인해, 대용량-고전압 재생에너지
발전기와 연계하기 위한 가장 적합한 방법으로 주목받고 있다(3). 먼저, MMC-HVDC 기반의 고압직류송전 시스템은 기존의 고압교류송전 시스템에 비해 60-70% 적은 송전손실을 가진다(4). 또한, 비동기 연계가 가능하므로, 기후 조건에 따라 전력계통으로부터 멀리 분포되어있는 대용량 -고전압 재생에너지 발전기들을 통합할 수 있다. 이러한
예로, 최근 중국에서는 장베이, 캉바오 및 펭닝에 설치된 총 4,500MW급의 대용량 풍력발전기들을 통합하여, 베이지에 전력을 공급할 수 있는 MTDC(Mutli
Terminal Direct Current) 계통을 구축하였으며(5), 이러한 프로젝트의 성공은 새로운 이정표로 작용하여 HVDC 시스템을 더욱 주목받게 하였다. 한편, 대용량-고전압 재생에너지 발전기를 연계하기 위한
플라잉-커패시터 멀티리벨 인버터가 존재하지만(6), 다음과 같은 단점으로 인해 주로 MMC가 사용된다. 플라잉-커패시터 멀티레벨 인버터는 전압 레벨이 증가할수록 복잡한 토폴로지 구성으로 인해 스위칭
중복 상태가 늘어나며, 이는 커패시터 전압 밸런싱의 복잡성을 증가시킨다. 이에 반면, MMC는 NLC(Nearest Level Control) 변조(Modulation)을
통해 커패시터 전압 밸런싱을 비교적 쉽게 할 수 있으며, 서브-모듈에 여유분(Redundancy)을 확보하여 개별 모듈 고장에 대해 신속히 대응할
수 있으므로 연간 운전 정지 시간을 최소화할 수 있다.
MMC-HVDC의 여러 장점에도 불구하고 DC-Link 고장에 의해 교류계통에서 유입하는 고장전류는, 직류 측에서는 영점 교차가 없으므로 차단이 어렵고,
교류 측 기존 차단기의 대응은 너무 느린 문제가 있다. 예를 들어, HVDC선로(±500kV, 2kA)에 직렬 연결된 전류 용량 12kA인 차단기와
100mH의 전류 제한 인덕터를 가정하면, HVDC 선로 양(+)극에서 발생한 지락 고장이 전류 제한 인덕터를 완전히 충전하는데 소요되는 시간은 2ms로
도출된다. 만일, 완전 개방 소요 시간이 2ms인 차단기는 차단기 동작 시의 고장전류가 차단 용량을 초과할 수 있으며, 이는 차단 실패로 이어질 수
있다. 또한, 현존하는 기계적 차단기는 100ms 이상의 차단 시간이 소요되고 전류의 영점 교차가 요구되므로 HVDC 선로 보호에는 적합하지 않다.
이러한 문제를 해결하기 위해 스위스 ABB에서는 기계적인 초고속차단기(Ultra Fast Disconnector, 이하 UFD)와 다수의 IGBT
(Insulated Gate Bipolar Transistor)로 구성된 하이브리드 직류 차단기를 개발하였다(7). 하이브리드 직류 차단기는 다수의 IGBT로 직류 고장전류의 신속한 차단이 가능하지만, 높은 비용이 단점이다. 또한, Alstom Grid의 하이브리드
직류 차단기는 턴-오프(Turn-off) 기능이 없는 다수의 사이리스터로 직류 고장전류를 차단하며, 이로 인해 직렬로 연계된 대용량의 커패시터가 필요하다(8). 한편, 최근에는 다수의 전력 반도체 스위치를 사용하지 않는 공진형 직류 차단기가 주목받고 있다. 이러한 예로 UFD와 LC 공진만을 이용한 LC
DC 차단기가 있으며(9), 풀-브릿지 전압원과 기존의 VI(Vacuum Interrupter)를 이용하여 직류 고장전류를 차단하는 VARC(VSC Assisted Resonant
Current) 차단기가 있지만(10), 앞서 기술된 공진형 차단기들은 현재 저전압 수준의 테스트-베드 단계에 머물러 있다.
본 논문에서는 초고속차단기로 사용하는 UFD에 바이패스 사이리스터가 연계된 차단기 모듈을 제안하였다. 이러한 차단기 모듈은 MMC의 각 상에 설치되며,
MMC의 DC-Link 고장전류를 최대 한 주기 이내에 완전히 차단한다.
2. MMC의 DC-Link 고장전류 차단
2.1 MMC의 DC-Link 고장전류 및 초고속차단기 특징
일반적으로 MMC의 토폴로지는 하프-브릿지(half bridge) 형태의 서브-모듈들로 구성되며, 모든 서브-모듈은 역병렬 다이오드와 결합된 IGBT를
통해 동작한다. 역병렬 다이오드는 IGBT를 역방향 전압에 의한 손상으로부터 보호하지만, 제어 불가능한 MMC의 DC-Link 고장전류 경로를 형성한다.
그림 1과같이 MMC의 DC-Link에서 단락 고장이 발생하면, 역병렬 다이오드는 IGBT의 동작과 관계없이, 3상 정류기로 동작하여 직류 고장전류는 MMC의
암-인덕터에 충전되며, 충전된 전류는 개방 중인 차단기에 높은 전압을 유도하여 재점호를 유발한다. 이는, 차단과정에서의 단위 시간당 고장전류 감소
비율이 높을수록 심각하여 빠른 차단을 어렵게 한다.
한편, MMC의 서브-모듈을 풀-브릿지(Full Bridge)로 구성하면, 고장 발생 시 IGBT를 모두 개방하여 커패시터 전압에 의해 DC-Link
고장전류를 즉시 차단할 수 있으나(11), 상시 전류가 통과하는 경로에 있는 IGBT의 수가 두 배가 되므로 통전 손실이 크고 시스템 총비용이 증가한다. 따라서, MMC의 DC-Link
고장전류 차단은 별도의 직류 고장전류 차단기를 이용한 차단이 가장 효율적이며, 현재 다수의 직류 고장전류 차단기가 개발되었다(12). 그 중 UFD를 이용한 하이브리드 타입의 직류 차단기가 가장 적합한데, 이는 UFD가 전자기적 반발력에 의해 즉시 동작할 수 있는 톰슨 코일 형태로
구성되어 있어(13), DC-Link 고장전류를 신속히 차단할 수 있기 때문이다. 최근 ABB사에서 개발된 UFD는 완전 개방까지 2ms가 소요되나(7), 빠른 속도를 위해 차단기의 전류 및 전압 용량을 크게 할 수 없다. 이로 인하여 통전 중인 고장전류의 직접 차단이 불가능하므로, 그림 2와 같이 UFD가 동작하는 동안 전류를 우회시킬 경로가 필요하다. 우회 경로는 빠른 전류 차단을 위해 다수의 IGBT로 구성된다.
그림. 1. MMC의 DC-Link 고장전류
Fig. 1. DC-Link fault current of MMC
그림. 2. ABB의 능동적 하이브리드 DC 차단기
Fig. 2. ABB proactive hybrid dc circuit
2.2 바이패스 사이리스터를 이용한 초고속차단기
바이패스 사이리스터를 이용한 차단기 토폴로지는 그림 3과 같이 상시 통전 전류 경로로 수행되는 정상 상태 도전부(Normal conducting branch)와, 고장전류를 우회하기 위한 주차단부(Main
breaker branch)로 구성된다. 정상 상태 도전부의 UFD는 그림 2의 하이브리드 직류 차단기와 동일한 UFD가 사용되며, 완전한 투입 및 개방까지 2ms 이내로 소요된다. 주 차단부의 사이리스터는 평상시 개방 상태이며,
고장이 발생한 경우에만 단락 신호가 2ms 동안 인가된다. 여기서 직렬로 구성된 다수의 사이리스터 사이의 균일한 전압 분배를 위해 병렬로 커패시터가
연계된다.
그림. 3. 직류 고장전류 차단기 모듈; 상타입
Fig. 3. DC fault current breaker module; phase type
앞서 기술한 직류 고장전류 차단기 모듈은 다음과 같은 특징들로 인해, 총 설계 비용이 하이브리드 직류 차단기보다 감소될 수 있다. 예를 들어, HVDC
선로(±250kV)에서 단락 고장이 발생하여 10kA의 직류 고장전류가 흐를 때, 4.5kV StakPak IGBT 모듈들로(최대 전류 용량 6kA,
(14)) 구성된 하이브리드 직류 차단기로 이를 차단한다면, 주차단부에는 최소 223개의 IGBT 모듈이 필요하다. 반면, 제안된 직류 차단기 모듈의 주차단부가
동일한 정방향 개방 전압 내력을 가진 사이리스터(최대 전류 용량: 36kA, (15))들로 구성되어있다고 가정하면, 최소 112개의 사이리스터만으로 고장전류를 우회할 수 있다. 또한, 사이리스터(15)는 IGBT 모듈(14)에 비해 가격이 약 1/5정도 저렴하다. 한편, 하이브리드 직류 차단기의 부하 통전 스위치(Load Commutation Switch)에는 상시 전류가
흐르므로, Sic MOSFET의 열화를 방지하기 위한 별도의 냉각 시스템이 필요하다. 그러나 제안된 직류 차단기 모듈의 사이리스터에는 고장 시에만
전류가 흐르므로, 별도의 냉각 시스템이 필요하지 않다.
2.3 초고속차단기와 바이패스 사이리스터를 이용한 MMC의 DC-Link 고장전류 차단 방법
그림 5와 같이 계통연계 MMC의 각 상에 제안하는 직류 고장전류 차단기 모듈을 연계하여, 그림 4와 같은 일련의 과정을 거치면 DC-Link 고장전류를 신속히 차단할 수 있다. 먼저, DC-Link 고장전류가 감지되면 모든 서브-모듈의 IGBT를
개방하여 DC 선로로부터 유입되는 상시 전류를 차단한다. 이와 동시에 모든 사이리스터에 단락 신호를 2ms 동안 가하고, 모든 UFD에 개방 신호를
인가한다. 사이리스터가 동작하고 UFD가 개방을 시작하면, 대부분의 DC-Link 고장전류는 제안하는 직류 고장전류 차단기의 주차단부로 흐르므로,
모든 UFD의 고장전류는 0으로 수렴하게 된다. 따라서 고장전류로 인한 기계력(mechanical stress)이 UFD에 매우 작게 작용하므로,
UFD의 접점은 손상이나 재점호 없이 안전하게 개방될 수 있다. 2ms가 지난 후에는 UFD가 완전히 개방되므로, 모든 사이리스터-게이트에 인가되는
단락 신호를 정지한다. 이때, 해당 사이리스터를 통해 흐르던 고장전류는 전류가 영점에 교차할 때 소멸하며, 모든 사이리스터에 흐르던 고장전류가 0에
수렴하면 차단이 완료된다.
그림. 4. DC-Link 고장전류 차단 알고리즘
Fig. 4. DC-Link fault current interruption algorithm
그림. 5. 3상 초고속차단기 모듈 적용 및 모든 IGBT 개방 상태의 MMC
Fig. 5. MMC applied with 3-phase UFD modules when all IBTs open
3. 모의시험
고장전류가 흐르는 상황에서 UFD를 개방하면, UFD 접점간에는 아크로 인한 비선형 임피던스가 발생한다. 이러한 비선형 임피던스는 Paukert’s
아크 모델을 이용하여 해석할 수 있으나(16), UFD의 기계적 구조 및 소호 물질에 따라 개방 임피던스가 변경되므로 정밀한 UFD 모델이 요구된다. 이는 제안하는 직류 차단기 모듈의 UFD에도
적용되는데, 본 연구에서는 고장전류가 UFD로 흐르지 않는 상황에서 UFD가 개방을 시작하므로, UFD 접점 간의 비선형 임피던스의 정밀한 모델이
필요하지 않다. 따라서, 안전 동작 영역(Safe Operation Area, 이하 SOA)에서 UFD가 동작한다고 가정하고 선형으로 모델링하였다.
SOA에서 동작하는 UFD의 조건들은 다음과 같다. UFD 개방 순간에 흐르던 전류가 소호 물질에 따른 UFD의 Chopping 전류보다 작아야 하며
일반적으로 1A 이하), 개방 순간 접점 간의 전압은 UFD의 최대 내전압보다 작아야 한다. 여기서 제안하는 직류 차단기의 UFD는 개방 순간의 전류
대부분이 사이리스터(단락 임피던스 5mΩ, 최대 도통 전압 1.75V, (15))에 흐르므로, 개방 순간 UFD에 흐르는 전류는 SOA를 만족한다. 또한, UFD 개방 전압은 사이리스터 도통 전압과 같으므로, UFD의 최대 내전압만을
설정하면 되는데, 그림 6과 같이 3상 직류 차단기 모듈의 UFD는 154kV의 무한모선 계통과 연계되므로, 최대 1.5배의 여유분을 주어 190kV(kV)의 전압 내력을
가지도록 하였다. 따라서 본 연구에서의 UFD는 SOA의 조건들을 충족하므로, 개방 순간에 따른 접점 간의 임피던스 증가를 선형으로 모델링하였다.
그림. 6. 무한모선 연계 MMC 및 DC-Link 상정 고장 전류
Fig. 6. DC-Link fault current of infinite bus connected MMC
그림 6과 같이 3상 직류 차단기 모듈들을 60Hz의 무한모선 계통과 MMC 사이에 연계하여 DC-Link (단락 및 지락)고장 차단 여부를 확인하고자,
PSCAD/EMTDC를 통해 모의시험을 진행하였다. 고장 전에 MMC는 d-q축 분리를 통해 역률 1의 전력제어로 동작하며, MMC의 용량은 100MVA,
서브-모듈의 커패시터는 3mF, 암 인덕터는 25mH로 설정하였다. 각 암에서는 100개의 하프-브릿지 서브-모듈들이 직렬로 구성되며, 서브-모듈
하나당 직류 모선 기준 전압 250kV(kV)에 대해 동일한 전압을 감당할 수 있도록 커패시터 전압 밸런싱이 수행된다. 또한, 각 상과 연계된 암은
충전된 커패시터의 전위차에 의해 2고조파 성분의 순환전류가 흐르는데, 이를 해소하기 위한 순환 전류 억제 제어(Circulating Current
Suppressing Control)가 적용된다. 고장 발생 시점은 0.01초로 설정하였고, 모든 고장전류는 MMC의 역병렬 다이오드를 통해 유입된다.
또한, 충분한 단락 및 지락전류를 유발하기 위해 고장저항을 충분히 작은 1Ω으로 설정하였다.
3.1 Weak Grid 연계 MMC의 DC-Link 고장전류
계통연계 MMC의 안정적인 운전 여부는 단락비(Short Circuit Ratio, 이하 SCR)를 판단하며, 이러한 SCR은 식 (1)과 같이 정의 된다. 예를 들어, SCR이 작은 경우에는 계통의 단락용량이 작으므로 계통의 임피던스가 크다. 이는 계통의 고장전류 기여가 매우 작으므로
MMC의 DC-Link 고장전류 차단 입장에서는 유리한 조건이지만, 큰 계통 임피던스로 인해 MMC는 계통 연계조건을 벗어날 수 있다. 따라서 MMC는
일반적으로 SCR이 2.5 이상인 계통과 연계된다.
그림 7은 Weak Grid(SCR: 2.5)와 연계된 MMC에서 DC-Link 단락 고장이 발생하였을 때 (고장 순간 모든 IGBT 개방), 고장전류 차단
여부에 따른 모의시험 결과를 보여준다. 고장 전의 MMC는 정격 운전(100kW)중 이므로 최대 0.54kA의 출력 전류를 계통으로 공급하고 있으며,
이때의 UFD 양단 전압과 사이리스터 전류는 0V 및 0A에 근접한다[그림 7(e), (g)]. 별도의 차단 수행이 없을 때 고장이 발생하면, 암 인덕터 충전전류로 인해 최대 1.73kA의 비대칭 고장전류가 나타나며, 이후 1.26kA의 대칭
고장전류가 지속된다[그림 7(a), (c)]. 반면, 3상 직류 차단기 모듈이 동작한 경우, 고장전류는 최대 1.26kA에 이르며, 10.8ms 후에 전류 영점에 도달하여 완전히 소멸한다.
즉, 한 주기(16.6ms) 안에 차단됨을 보여준다[그림 7(b), (f)]. 고장전류가 사이리스터로 우회하는 순간 UFD로 흐르는 통전전류는 즉시 0으로 수렴하며, 전압은 0으로 유지된다[그림 7(d), (h)]. 완전히 개방된 후에는 최대 181kV의 전압이 작용하는데, 이는 UFD가 SOA 내에서 동작함을 의미한다. 고장 전에는 양극과 음극에 연결된 다수의
서브 모듈들이 상보적으로 동작하여 전류 영점을 교차하는 전류가 흐르지만, 고장 발생 순간 DC-Link 고장전류는 역병렬 다이오드를 통해 흐르므로
음의 전류가 나타난다.
그림. 7. Weak Grid와 연계된 MMC의 단락 고장 차단 여부
Fig. 7. Whether short circuit fault current interruption of Weak Grid connected MMC
3.2 SCR 및 X/R 비에 따른 DC-Link 고장전류
송전 계통의 X/R 비는 일반적으로 10~20의 값을 가지며, 동일 임피던스에서 X/R 비가 커질수록 임피던스의 유효성분(저항)은 감소하며 무효성분(리액턴스)은
증가하게 된다. 여기서 유효성분의 감소는 계통의 고장전류 억제 역할을 하는 댐핑(damping) 성분의 감소와 같으며, 무효성분의 증가는 선로의 에너지
충전용량 증가로 이어지므로 고장전류 지속시간이 증가하게 된다. 또한, SCR이 크면 계통의 임피던스는 작아지므로, 큰 SCR은 큰 고장전류를 의미한다.
따라서 SCR 및 X/R 비의 증가는 계통의 고장전류를 증가시킨다. 본 연구에서는 정격운전(100kW) MMC를 토대로 표 1과 같은 다양한 사례를 상정하였으며, SCR과 X/R 증가에 따른 추세의 변화는 예측과 일치하였다. 대표로 X/R비 10/1과 20/1, 및 SCR
2.5 및 5의 상정상황에서의 결과는 그림 8과 같다. SCR이 2.5 및 X/R 비가 10/1일 때의 고장 전류는 최대 1.26kA이며, 11ms 후에 전류 영점에 도달한다. 동일 SCR 및
X/R 비가 20/1일 때의 고장 전류는 최대 1.32kA이며, 11.3ms 후에 고장 전류가 소멸된다. 즉, 동일 SCR이더라도 X/R 비가 커짐에
따라 고장 전류 크기와 차단 완료까지의 시간은 증가하며, 특히 SCR 및 X/R 비가 증가함에 따라 계통의 고장 전류 유입은 커진다.
표 1. SCR 및 X/R 비에 따른 계통 저항 및 리액턴스
Table 1. Grid resistance and reluctance according to SCR and X/R Ratio
|
X/R
SCR
|
10/1
|
12.5/1
|
15/1
|
17.5/1
|
20/1
|
|
2.5
|
9.439
|
7.565
|
6.310
|
5.412
|
4.737
|
|
94.39
|
94.56
|
94.65
|
94.71
|
94.75
|
|
3.125
|
7.551
|
6.052
|
5.048
|
4.329
|
3.789
|
|
75.51
|
75.65
|
75.72
|
75.77
|
75.80
|
|
3.75
|
6.292
|
5.043
|
4.207
|
3.608
|
3.158
|
|
62.93
|
63.04
|
63.10
|
63.14
|
63.16
|
|
4.375
|
5.425
|
4.348
|
3.627
|
3.110
|
2.723
|
|
53.94
|
54.04
|
54.09
|
54.12
|
54.14
|
|
5
|
4.720
|
3.782
|
3.155
|
2.706
|
2.369
|
|
47.20
|
47.28
|
47.33
|
47.35
|
47.37
|
그림. 8. SCR 및 X/R 비에 따른 DC-Link 고장전류
Fig. 8. DC-Link fault current according to SCR and X/R ratio
한편, SCR 및 X/R 비가 클수록 MMC의 운전 효율이 높으므로 선호되나, 이는 차단 측면에서는 매우 불리한 조건이므로 고장 검토가 필요하다.
따라서, Strong Grid(SCR: 5, X/R: 20/1)와 연계된 MMC의 DC-Link 단락 고장에 대한 차단 여부를 모의시험을 통해 확인하였다.
고장 전 UFD 접점 간의 전압과 사이리스터로 흐르는 전류는 각각 대략 0이며[그림 9(e), (g)], MMC는 약 0.4kA의 평균 전류를 계통으로 공급한다. 고장 발생 순간(0.01s) 차단이 수행되지 않으면, 계통 측 및 UFD에는 과도 고장전류(최대
3.2kA)가 흐르며, 이후 최대 2.6kA의 고장전류가 지속된다[그림 9(a), (c)]. 또한, 이러한 고장전류는 MMC의
모든 암에 존재하는 역병렬 다이오드로 흐르므로, 최대 3.2kA의 직류 고장전류를 형성한다[그림 9(i), (k)]. 반면, 제안된 직류 차단기 모듈들이 즉시 동작하는 경우, 고장전류 대부분이 사이리스터로 우회되며 UFD는 어려움 없이 개방된다. 개방 순간의 UFD
양단 전압은 약 0V를 유지하고그림 9(h), 완전히 개방된 후 사이리스터가 개방되면 최대 176kV의 전압이 작용한다. 즉, UFD는 SOA의 조건들을 만족한다. 계통 전류를 비롯한 사이리스터
및 암 전류는 동일한 고장전류 경로에 있으므로 최대 2.6kA에 도달하며, 고장 발생 시점으로부터 11.4ms가 지난 후에 전류는 영점에 도달하여
완전히 소멸된다[그림 9(b), (f), (j)]. 직류 고장전류 또한 11.4ms에서 사라지며 그림 9(l)], 3상 직류 차단기 모듈은 최대 한 주기 이내에 차단을 완료한다.
그림. 9. Strong Grid와 연계된 MMC의 단락 고장 차단 여부
Fig. 9. Whether short circuit fault current interruption of Strong Grid connected
MMC
3.3 MMC의 지락 고장전류
그림 10은 Weak Grid(SCR: 2.5) 및 Strong Grid(SCR: 5)와 연계된 MMC에서 DC-Link의 양(+)극에서 지락 고장이 발생하였을
때 (고장 순간 모든 IGBT 개방), 고장전류를 차단한 모의시험 결과이다. Weak Grid 연계 시의 교류 측 고장전류 최대값과 Strong Grid
연계 시의 교류 측 고장전류 최대값은 각각 2.1kA 및 3.96kA로 약 2배 차이가 나며, 고장전류가 완전히 소멸하는 시간은 각각 14ms 및
14.4ms이다[그림 10(a), (b)]. 즉, SCR 및 X/R 비의 증가에 따라 DC-Link 고장전류의 크기와 지속시간이 증가하였음을 보여준다. 고장이 발생한 즉시 사이리스터는 단락되므로
UFD로 흐르는 전류는 즉시 0에 수렴하며[그림 10(c), (d)], 이때 UFD의 접점 간에는 0V의 전압이 작용한다. 즉, UFD는 아크 발생 없이 개방되며, 완전 개방 후 사이리스터가 개방되면 최대 125kV(kV)의
전압이 작용한다[그림 10(g), (h)]. 사이리스터 및 역병렬 다이오드를 통해 흐르는 전류는 하나의 고장전류 경로를 형성하므로 MMC의 암전류와 동일하다[그림 10(e), (f), (i), (j)]. 암전류의 합인 직류 고장전류는 최대 2.1kA 및 3.96kA에 이르며, 14ms 및 14.4ms 후에 전류 영점에 도달하면 지락 고장전류는 완전히
차단된다[그림 10(k), (l)].
그림. 10. SCR에 따른 지락 고장전류 차단
Fig. 10. Ground fault current interruption according to SCR
4. 결 론
본 논문에서는 제안된 직류 차단기 모듈을 MMC의 각 상에 연계하여 DC-Link 고장전류를 최대 한 주기 이내에 차단하였으며, 이러한 3상 직류
차단기 모듈은 직류 선로에 설치하는 하이브리드 차단기와 필적하는 짧은 차단 시간을 보여주었다. 제안하는 직류 차단기는 주차단부가 양방향의 IGBT
구성이 아닌 단방향의 사이리스터로 구성되는데, 이러한 사이리스터를 동일 전압 내력을 가진 IGBT와 비교하면, 더 큰 고장전류에 대해 감당할 수 있으므로
차단 용량이 증가된다. 또한, 상시 통전 회로에는 SiC MOSFET이 적용되지 않으므로 ABB사의 하이브리드 직류 차단기 대비 비용을 최소화할 수
있다.
본 연구 결과는 멀티터미널 DC 차단을 요구하지 않는 계통 (e.g. 현재의 HVDC와 같이 송전과 수전이 1대 1 대응되는 계통)에서 경제적인 직류
고장전류 차단을 가능하게 하므로, MMC 기반 VSC-HVDC 시스템 및 MVDC 시스템의 확대에 기여할 것으로 기대되나, MTDC 시스템의 분기
모선에는 적용이 어려우므로, 이에 적용할 수 있는 연구를 수행할 계획이다.
Acknowledgements
This Research was supported by Research Funds of Mokpo National University in 2022
References
Ministry of Trade, Apr 2019, Industry and Energy, Offshore wind power development
plans that are together with residents and coexist with the fishery industry
Enerdata, Jan. 2022, Global Energy & Climate Outlook 2050, [Online] Available: https://eneroutlook.enerdata.net/forecast-renewables-in-electricity-generation-share.html.
O. E. Oni, I. E. Davidson, K. N. I. Mbangula, Jun 2016, A review of LCC-HVDC and VSC-HVDC
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저자소개
Hyeon Seok Hwang received the B.S. degree from the School of Electrical Engineering,
Mokpo National University, Mokpo South Korea, in 2021.
He is currently pursing the M.S. degree with the School of Electrical Engineering,
Mokpo University.
His research interests include DC-DC converters and inverter-based microgrid.
Soo Hyoung Lee received the B.S. and Ph.D. degrees in electrical engineering from
the School of Electrical and Electronic Engineering, Yonsei University, Seoul, South
Korea, in 2008 and 2012, respectively.
During 2012 to 2014, he was a Postdoctoral Research Associate with the School of Electrical
and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, USA.
During 2014 to 2018, he was a Senior Researcher with the Advanced Power Grid Research
Division, Korea Electrotechnology Research Institute, Uiwang, South Korea.
He is currently an Associate Professor at the Department of Electrical and Control
Engineering, Mokpo National University, Mokpo, South Korea.
His research interests include converter-based microgrids, optimal coordination of
distributed generation system, implementation of multi-level converters for low-voltage
AC systems, and non-isolated DC-DC converters for high- voltage applications.