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표제지

목차

ABSTRACT 12

I. 서론 14

II. HVDC 16

A. HVDC 시스템 개요 16

A. MMC 21

1. 동작원리 21

2. 변조 기법 27

3. 밸런싱 알고리즘 32

B. MTDC 시뮬레이션 33

1. 모델링 33

2. 정상상태 35

3. 과도상태 38

III. 초전도 한류 모듈 45

A. 저항형 초전도 한류 모듈 48

B. Multi-filar meander 51

1. Finite Element Method (FEM) 51

2. 설계 및 제작 56

3. 실험 57

IV. DC 차단 모듈 63

A. 종류 63

B. RCS-DC 차단 모듈 66

1. 이론 66

2. 모델링 및 분석 68

V. 한류 및 차단 시뮬레이션 73

A. 차단 모듈 적용 74

B. 한류 및 차단 모듈 적용 77

C. 비교 분석 80

VI. 결론 82

참고문헌 84

표목차

Table. 1. 초기 동작 시 전류 방향에 따른 SM 커패시터의 충전 23

Table. 2. MMC 동작 시 SM 출력 조건 24

Table. 3. 5-level MMC의 동작 및 출력 조건 26

Table. 4. Zhangbei MTDC 파라미터 34

Table. 5. 케이블 파라미터 34

Table. 6. 초전도 선재의 파라미터 58

Table. 7. R-SFCL의 유,무에 따른 각 시점의 사고전류 및 한류율 61

Table. 8. 시스템 구성 69

Table. 9. 각 DC 차단 모듈의 파라미터 70

Table. 10. 차단 특성 비교 81

그림목차

Fig. 2-1. HVDC 변환기의 종류 17

Fig. 2-2. VSC-HVDC의 종류 18

Fig. 2-3. MTDC의 구성 방식 20

Fig. 2-4. MMC 회로도 23

Fig. 2-5. MMC 1상 (1 phase)의 회로도 24

Fig. 2-6. 5-level MMC의 동작 예시 26

Fig. 2-7. MMC 변조 기법의 종류 28

Fig. 2-8. Phase-Shifted Carrier PWM 변조 기법 29

Fig. 2-9. Level-Shifted Carrier PWM 변조 기법 30

Fig. 2-10. NLC 변조 기법 31

Fig. 2-11. Basic BCA 순서도 32

Fig. 2-12. Zhangbei MTDC의 구성 33

Fig. 2-13. HVDC 케이블 단면도 34

Fig. 2-14. PSCAD/EMTDC로 모델링된 MTDC 계통 35

Fig. 2-15. 정상상태에서 각 변환기의 선간전압 36

Fig. 2-16. AC 전원에 의한 SM 커패시터 사전 충전 경로 36

Fig. 2-17. 전압제어에 의한 SM 커패시터 충전 37

Fig. 2-18. 정상상태에서 각 변환기의 전력 흐름 37

Fig. 2-19. 정상상태에서 SM 커패시터 전압 38

Fig. 2-20. MMC 시스템의 DC 선간 단락 Process 등가회로 39

Fig. 2-21. DC 단락사고 시 MMC 시스템 등가회로 40

Fig. 2-22. Diode freewheeling 단계 40

Fig. 2-23. AC feeding 단계 40

Fig. 2-24. 선간단락 및 1선지락 사고 모의 지점 42

Fig. 2-25. MMC 4에 흐르는 사고전류 43

Fig. 2-26. AC 4의 P-V 특성 44

Fig. 3-1. 초전도 물질의 임계곡면 47

Fig. 3-2. 퀜치 시 초전도체의 상태 변화 47

Fig. 3-3. Bi-filar R-SFCL 50

Fig. 3-4. Meander R-SFCL 50

Fig. 3-5. FEM 분석을 위한 초전도 선재의 배치 52

Fig. 3-6. FEM 분석 예시 53

Fig. 3-7. FEM 분석 결과 56

Fig. 3-8. Multi-filar meander SFCL 지지대 57

Fig. 3-9. Multi-filar meander SFCL 시작품 58

Fig. 3-10. 초전도 선재의 구성 58

Fig. 3-11. 실험 회로도 및 장비 59

Fig. 3-12. R-SFCL의 유, 무에 따른 사고전류 60

Fig. 3-13. R-SFCL에 인가되는 전압 61

Fig. 3-14. PSCAD를 이용한 R-SFCL 퀜치 저항 모델링 62

Fig. 3-15. 실험과 시뮬레이션의 SFCL 저항 비교 62

Fig. 4-1. 공진 DC 차단 모듈 65

Fig. 4-2. 반도체 DC 차단 모듈 65

Fig. 4-3. 하이브리드 DC 차단 모듈 65

Fig. 4-4. RCS-DC 차단 모듈 67

Fig. 4-5. 공진전류 및 FB 모듈의 스위칭 파형 68

Fig. 4-6. 공진 DC 차단 모듈 회로도 69

Fig. 4-7. RCS-DC 차단 모듈 회로도 69

Fig. 4-8. 공진 DC 차단 모듈의 차단 그래프 71

Fig. 4-9. RCS-DC 차단 모듈의 차단 그래프 72

Fig. 4-10. 각 DC 차단 모듈의 공진전류 비교 72

Fig. 5-1. 사고 모의를 위한 회로도 73

Fig. 5-2. 사고 시 MMC 4에 흐르는 전류 73

Fig. 5-3. 보호기기가 적용된 MMC 4 74

Fig. 5-4. 사고전류 차단 그래프 (한류 모듈 미적용) 76

Fig. 5-5. Cs 전압 그래프 (한류 모듈 미적용)[이미지참조] 77

Fig. 5-6. 사고전류 차단 그래프 (한류 모듈 적용) 79

Fig. 5-7. Cs 전압 그래프 (한류 모듈 적용)[이미지참조] 80

Fig. 5-8. P-V 특성 (AC 4) 81

초록보기

Currently, power supply facilities are being expanded and developed at the national level because of the continuously increasing demand for electricity. In particular, renewable energy such as wind and solar energy is in the spotlight in terms of low-carbon and eco-friendly energy utilization. However, most renewable energy sources are concentrated in certain areas favorable to power generation and are quite far from urban areas where power demand is concentrated. Accordingly, the a growing need for HVDC systems with low loss during long-distance transmission. However, since the DC system does not have a frequency, it is difficult to interrupt because the fault current does not pass zero-point when the fault occurs. Therefore, there is a need for research on a reliable DC protection technology capable of quickly and stably interrupting the fault current during a transient period. In this paper, R-SFCL and RCS-DC circuit breaker are proposed as protection technologies to improve the power reliability of the MMC-based VSC-MTDC grids. The purpose of this study is to review the applicability and prove the necessity of R-SFCL and RCS DCCB in the MMC-based VSC-MTDC grid. First, to secure the MTDC grid infrastructure, the mechanism of the MMC converter was analyzed and PSCAD/EMTDC modeling was performed by referring to the actual system parameters. After that, the operation characteristics of the MMC converter according to the steady and transient states were analyzed. Second, in order to improve the problems of the traditional R-SFCL, the Ansys maxwell program was used to analyze the magnetic field according to the arrangement of the superconducting wire. Through this, the multi-filar meander winding method was proposed, the characteristics of R-SFCL were confirmed through various experiments, and PSCAD/EMTDC modeling was performed. Third, An RCS-DC circuit breaker with a resonant current amplification method was proposed and was modeled using PSCAD/EMTDC. In addition, it is compared and analyzed with traditional DC circuit breakers having the same specifications by simulation. Fourth, Interruption characteristics were analyzed by applying R-SFCL and RCS DC circuit breaker to MMC VSC-MTDC using PSCAD/EMTDC. As a result, the RCS DC breaker stably performed the interrupting operation for the MTDC grid, and the R-SFCL effectively limited the rapidly rising fault current.

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