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Title Page

Contents

Abstract 10

Chapter 1. INTRODUCTION 12

1. Research Background 12

2. Necessity of Research 16

3. Previous Research 18

4. Contribution of the Paper 22

5. Structure of the Paper 24

Chapter 2. DC Circuit Breaker 26

1. Types and Characteristics of DCCB 26

2. Basic Components of SSCB 29

3. Artificial Zero Crossing Method in DCCB 32

4. Structure of the Proposed SSCB 34

Chapter 3. Optimal Parameter Design of the Proposed SSCB 36

1. Operation of the Proposed SSCB 36

2. Resonance Current Analysis 40

3. Optimization of the Current Injection Branch 42

A. 1st PSO algorithm[이미지참조] 43

B. 2nd PSO algorithm 47

Chapter 4. Adaptive Reclosing Scheme of the Proposed SSCB 54

1. Adaptive Reclosing Scheme of the DC System 54

2. The Proposed Adaptive Reclosing Scheme 58

A. Case 1 : Temporary fault 59

B. Case 2 : Permanent PTP fault 61

C. Case 3 : Permanent PTG fault 63

Chapter 5. MVDC Network Design and Simulation Analysis 70

1. MVDC Network Design 70

2. Simulation Design 74

3. Simulation Result Analysis 77

A. Case 1 : Temporary fault 83

B. Case 2 : Permanent PTP fault 85

C. Case 3 : Permanent PTG fault 87

Chapter 6. Conclusion 90

References 92

논문요약 95

List of Tables

Table 1.1. DC voltage level standards and research status 14

Table 2.1. Comparison of SSCB and MCB 28

Table 3.1. Optimized parameter and coefficient of 1st PSO algorithm[이미지참조] 46

Table 3.2. Optimized module inductance and coefficient of 2nd PSO algorithm[이미지참조] 52

Table 3.3. Injection current based on module state 53

Table 4.1. Adaptive reclosing branch parameter 66

Table 4.2. Calculation result for criteria design of the proposed adaptive reclosing scheme 67

Table 5.1. MVDC network parameter 73

Table 5.2. DC fault condition for verifying the proposed SSCB performance 75

Table 5.3. Fault condition for verifying the proposed adaptive reclosing scheme 76

Table 5.4. Simulation result comparison of maximum pulse current in temporary fault 83

Table 5.5. Simulation result comparison of maximum pulse current in permanent PTP fault by fault resistance 85

Table 5.6. Simulation result comparison of maximum pulse current in permanent PTP fault by fault location 86

Table 5.7. Simulation result comparison of maximum pulse current in permanent PTG fault by fault resistance 88

Table 5.8. Simulation result comparison of maximum pulse current in permanent PTG fault by fault location 88

List of Figures

Figure 1.1. Proportion of PV generation in global countries 15

Figure 1.2. Power consumption of data center in Korea 15

Figure 2.1. Structure of DCCB (a) SSCB, (b) HCB 28

Figure 2.2. Key components of SSCB 31

Figure 2.3. Commutation method of HCB (a) CI method, (b) CC method 33

Figure 2.4. Proposed SSCB structure with adaptive reclosing branch 35

Figure 3.1. Operation waveform of the proposed SSCB 36

Figure 3.2. Operation process of the proposed SSCB 37

Figure 3.3. Changing rate of the fault current in DC fault 39

Figure 3.4. Resonance current waveform 40

Figure 3.5. Flowchart of two stage PSO algorithm 52

Figure 4.1. An equivalent circuit of the temporary fault 60

Figure 4.2. Current pulse waveform of the temporary fault 61

Figure 4.3. An equivalent circuit of the permanent PTP fault 62

Figure 4.4. Current pulse waveform of the permanent PTP fault 63

Figure 4.5. An equivalent circuit of the permanent PTG fault 64

Figure 4.6. Current pulse waveform of the permanent PTG fault 65

Figure 4.7. Algorithm of the proposed adaptive reclosing scheme 69

Figure 5.1. Structure of MMC and sub-module 71

Figure 5.2. MVDC network structure 73

Figure 5.3. SSCB interruption time by fault type 78

Figure 5.4. SSCB interruption time by fault resistance 79

Figure 5.5. SSCB interruption time by fault location 80

Figure 5.6. SSCB interruption time by trip signal reception time 81

Figure 5.7. Simulation waveform of adaptive reclosing scheme in temporary fault 84

Figure 5.8. Simulation waveform of adaptive reclosing scheme in permanent PTP fault 86

Figure 5.9. Simulation waveform of adaptive reclosing scheme in permanent PTG fault 89

초록보기

 탄소중립을 위한 재생에너지원의 증가, DC 부하의 증가, 전력전자 공학의 발전과 맞물려 DC 계통이 주목받고 있다. 그러나 DC 계통에서 발생하는 고장은 AC 고장과 다른 특징을 가지므로 DC 차단기는 DC 고장의 특징인 높은 고장전류 변화율 및 크기와 영전류 교차점의 부재를 고려하여 설계해야 한다.

본 논문에서 제안하는 SSCB는 thyristor를 주 분기에 배치하여 SSCB의 단점인 도통 손실을 줄였다. 제안된 SSCB는 multi-module 구조로 구성된 전류 주입 분기를 활용하였다. 전류 주입 분기는 고장 발생 시 공진 전류를 주입하여 thyristor의 영전류 스위칭(ZCS)이 수행된다. 제안된 SSCB는 DC 고장에 대해 설정된 시간 내에 즉시 차단을 수행하도록 설계되어 MVDC 배전망에서의 보호협조 알고리즘을 구축하는 데에 기여할 수 있다. 제안된 SSCB의 차단 성능은 고장 위치, 고장 종류, 고장 저항, DC 계전기로부터의 차단 신호 수신 시간 등의 고장 조건을 모의하여 검증되었다. 그리고 고장 차단 후 MVDC 배전망의 빠른 복구를 위해 펄스 주입을 기반으로 한 적응형 재폐로 기법이 제안되었다. 제안된 기법은 MVDC 배전망에서 일시 고장과 영구 고장에 대한 판별과 고장 종류에 대해 높은 판별 신뢰도를 보유함을 증명하였다. 제안된 SSCB와 적응형 재폐로 기법은 양극 구조의 FB MMC 기반의 MVDC 배전망에서 검증되었으며 MATLAB/Simulink를 통해 수행되었다.

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