HDVC 컨버터 스테이션에 관한 조사

VSCHVDC 시스템용 컨버터 변압기는 일반적으로 LCC HVDC 시스템용보다 설계가 더 단순하고 일반적이다. 무효전력 회선 정류 변환기를 사용하는 HVDC 시스템의 주요 단점은 변환기가 본질적으로 반응 전력을 소비한다는 것이다. AC 시스템에서 변환기로 유입되는 AC 전류는 AC 전압보다 뒤떨어지기 때문에 능동 전력 흐름 방향에 관계없이 변환기는 항상 션트 원자로와 같은 방식으로 작동하면서 반응 전력을 흡수한다. 흡수된 무효 전력은 이상적인 조건에서 최소 0.5Mvar/MW이며, 변환기가 일반적인 점화 또는 소멸 각도보다 높게 작동하거나 DC 전압이 낮을 때 이보다 높을 수 있다. HVDC 컨버터 스테이션에서 발전기에 직접 연결된 일부 무효 전력이 발전기에 의해 공급될 수 있지만, 대부분의 경우 컨버터에 의해 소비되는 무효 전력은 컨버터의 AC 단자에 연결된 션트 캐패시터 뱅크에서 공급되어야 한다. 션트 캐패시터는 일반적으로 그리드 전압에 직접 연결되지만 경우에 따라서는 컨버터 변압기의 3차 권선을 통해 더 낮은 전압에 연결될 수 있다. 소비되는 무효 전력은 전송되는 활성 전력에 따라 달라지기 때문에 낮은 전송 전력에서 발생하는 무효 전력의 잉여를 방지하기 위해 션트 캐패시터를 전환 가능한 여러 뱅크(일반적으로 컨버터당 4개)로 세분해야 한다. 션트 커패시터는 거의 항상 튜닝 원자로와 필요한 경우 고조파 필터로서 이중 역할을 수행할 수 있도록 댐핑 저항기가 제공된다. 반면, 전압 소스 변환기는 요구에 따라 반응 전력을 생산하거나 소비할 수 있으며, 그 결과 일반적으로 별도의 션트 캐패시터가 필요하지 않다(단순히 필터링을 위해 필요한 것 외). 고조파 및 필터링 모든 전력 전자 변환기는 연결된 AC 및 DC 시스템에서 일정 정도의 고조파 왜곡을 발생시키며, HVDC 변환기도 예외가 아니다. 최근에 개발된 모듈식 다단계 변환기(MMC)를 사용하면 조화 왜곡 수준은 실질적으로 무시할 수 있지만, 라인 정류 변환기와 더 단순한 유형의 전압-소스 변환기를 사용하면 변환기의 AC 및 DC 측에서 상당한 조화 왜곡이 발생할 수 있다. 그 결과, 고조파 필터는 거의 항상 그러한 변환기의 AC 단자에서 요구되며, 오버헤드 라인을 사용하는 HVDC 전송 방식에서도 DC 측에서 요구될 수 있다.사이리스터 밸브는 1972년 HVDC 시스템에서 처음 사용되었다. 사이리스터는 다이오드와 유사하지만 AC 사이클 중 특정 순간에 장치를 켜는 데 사용되는 추가 제어 단자가 있는 솔리드 스테이트 반도체 장치이다. 일부의 경우 최대 800kV의 HVDC 시스템의 전압이 사용된 사이리스터의 분해 전압을 훨씬 초과하기 때문에 HVDC 사이리스터 밸브는 직렬로 많은 수의 사이리스터를 사용하여 구축된다. 밸브를 가로지르는 전압이 사이리스터 간에 고르게 공유되도록 하기 위해 정격 캐패시터 및 저항기와 같은 추가 패시브 구성 요소를 각 사이리스터와 병렬로 연결해야 한다. 사이리스터와 그 등급 회로 및 기타 보조 장비는 사이리스터 레벨로 알려져 있다. 뉴질랜드 북섬과 남섬 사이에 있는 HVDC 인터아일랜드의 2극에 대한 사이리스터 밸브 스택. 맨 아래에 있는 남자는 밸브의 크기에 맞는 척도를 제공한다. 각 사이리스터 밸브는 일반적으로 수십 또는 수백 개의 사이리스터 레벨을 포함하며, 각 사이리스터 레벨은 접지에 대해 서로 다른(높은) 전위로 작동한다. 따라서 와이어 연결을 사용하여 사이리스터를 켜는 명령 정보를 전송할 수 없다. 분리해야 합니다. 절연 방법은 자석일 수 있지만 일반적으로 광학 방식이다. 간접 및 직접 광학 트리거링의 두 가지 광학적 방법이 사용된다. 간접 광 트리거링 방식에서 저전압 제어 전자 장치는 광섬유를 따라 광 펄스를 하이사이드 제어 전자 장치로 보내 각 사이리스터의 전압에서 전력을 얻는다. 각 변환기의 AC 측에는 변압기 뱅크(대개 물리적으로 분리된 단상 변압기 3개)가 AC 공급 장치에서 스테이션을 분리하여 로컬 접지를 제공하고 최종 DC 전압을 올바르게 유지한다. 그런 다음 이러한 변압기의 출력이 변환기에 연결된다. LCC HVDC 방식을 위한 변환기 변압기는 높은 수준의 고조파 전류가 흐르고 2차 권선 단열재가 영구 DC 전압을 경험하기 때문에 상당히 전문화되어 있으며, 이는 탱크 내부의 절연 구조 설계에 영향을 미치기 때문이다(밸브 측에 더 많은 고체 단열재가 필요함). LCC 시스템에서 변압기는 또한 고조파 취소에 필요한 30° 위상 편이를 제공해야 한다.HVDC 컨버터 스테이션의 중심에서 AC와 DC 간 변환을 수행하는 장비를 컨버터라고 한다. 대부분의 HVDC 변환기는 본질적으로 AC에서 DC로, 그리고 DC에서 AC로(반전) 변환이 가능하지만, 비록 많은 HVDC 시스템에서는 시스템 전체가 한 방향으로만 전력 흐름에 최적화되어 있습니다. 변환기 자체의 설계 방식과 상관없이, AC에서 DC로 전력 흐름을 가지고 (특정 시간에) 작동하는 스테이션을 정류기라고 하고 DC에서 AC로 전력 흐름을 가지고 작동하는 스테이션을 인버터라고 한다. 초기 HVDC 시스템은 전기 기계 변환(Thury 시스템)을 사용했지만 1940년대 이후 구축된 모든 HVDC 시스템은 전자(정적) 변환기를 사용했다. HVDC용 전자 변환기는 크게 두 가지 범주로 나뉜다. 현재 운영 중인 대부분의 HVDC 시스템은 회선 정류 컨버터를 기반으로 한다. 기본 LCC 구성은 6개의 전자 스위치가 포함된 3상 브리지 정류기 또는 6펄스 브리지를 사용하며, 각각 3상 중 하나를 2개의 DC 레일 중 하나에 연결한다. 전체 스위칭 소자는 일반적으로 구조에 관계없이 밸브라고 한다. 그러나 60°마다 위상 변화만 있을 경우 이 배열을 사용할 때 DC 단자와 AC 단자 모두에서 상당한 고조파 왜곡이 발생한다. 12펄스 브리지 정류기 이 배치의 개선은 12개의 펄스 브리지에 12개의 밸브를 사용한다. AC는 변환 전에 두 개의 별도 3상 공급 장치로 분할된다. 그런 다음 공급 장치 세트 중 하나는 별(와이) 2차이고 다른 하나는 델타 2차이며, 3상 세트 두 개 사이에 30° 위상 차이가 발생하도록 구성된다. 3상 2개의 각 세트를 2개의 DC 레일에 연결하는 12개의 밸브가 있어 30°마다 위상 변화가 일어나며 고조파가 상당히 감소한다. 이러한 이유로 1970년대 이후 구축된 대부분의 라인 정류 변환기 HVDC 시스템에서 12펄스 시스템이 표준이 되었다. 라인 정류 컨버터의 경우 컨버터의 자유도는 1도이다. 즉, 점화 각도는 밸브를 가로지르는 전압의 양극화(다이오드로 만들 경우 밸브가 전도하기 시작하는 시점)와 사이리스터가 켜지는 시간 지연을 나타낸다. 점화 각도가 높아질수록 컨버터의 DC 출력 전압은 꾸준히 낮아진다. 최대 90°의 점화 각도는 정류에 해당하며, 90° 이상의 점화 각도는 역전에 해당하며 음의 DC 전압을 생성한다. 점화 각도의 실제 상한은 약 150–160°이다. 그 이상은 밸브의 차단 시간이 부족하기 때문이다. 초기 LCC 시스템은 견고하지만 높은 유지보수가 필요한 수은 아크 밸브를 사용했다. 이러한 이유로 많은 수은-아치 HVDC 시스템이 각 6펄스 브리지에 걸쳐 바이패스 스위치 기어로 구축되어 HVDC 방식을 단기간의 유지보수를 위해 6펄스 모드로 작동할 수 있었다. 마지막 수은 아크 시스템은 2012년에 폐쇄되었다.