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KR20080039822A - Ｄｃ 전송 시스템을 사용하여 ａｃ 전송 시스템 급송력,시스템 안정성 및 전력 흐름 제어력을 개선하기 위한 방법및 장치 - Google Patents

Ｄｃ 전송 시스템을 사용하여 ａｃ 전송 시스템 급송력,시스템 안정성 및 전력 흐름 제어력을 개선하기 위한 방법및 장치 Download PDF

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KR20080039822A
KR20080039822A KR1020070110933A KR20070110933A KR20080039822A KR 20080039822 A KR20080039822 A KR 20080039822A KR 1020070110933 A KR1020070110933 A KR 1020070110933A KR 20070110933 A KR20070110933 A KR 20070110933A KR 20080039822 A KR20080039822 A KR 20080039822A
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KR
South Korea
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power
local
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transmission
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KR1020070110933A
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KR100975482B1 (ko
Inventor
스티븐 월레스 애크로드
Original Assignee
일렉트릭 파워 리서치 인스티튜트, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 일렉트릭 파워 리서치 인스티튜트, 인크. filed Critical 일렉트릭 파워 리서치 인스티튜트, 인크.
Publication of KR20080039822A publication Critical patent/KR20080039822A/ko
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/02—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks using a single network for simultaneous distribution of power at different frequencies; using a single network for simultaneous distribution of AC power and of DC power
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J11/00—Circuit arrangements for providing service supply to auxiliaries of stations in which electric power is generated, distributed or converted

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Abstract

주변 AC 시스템으로부터 로컬 AC 전송 네트워크를 절연시키는 전력 전송 시스템은, 복수의 로컬 AC 부하들을 갖는 로컬 AC 부하 센터, 복수의 로컬 AC 부하들을 제공하는 분산 공급자 및 적어도 하나의 원격 전력 발전소 또는 로컬 AC 부하 센터에 AC 전력을 공급하기 위한 다른 전력원을 포함한다. 완전한 또는 부분적인 DC 전송 링은 AC 전력을 DC 전력으로 변환함으로써 원격 전력 발전소로부터 수신된 AC 전력을 로컬 AC 부하 센터로부터 절연시키기 위하여 로컬 AC 부하 센터와 원격 전력 발전소 사이에 개입된다. DC 전력은 부하 요구에 기초하여 AC 전력으로 재변환되고, 분산 공급자는 모든 로컬 AC 부하들이 원격 전력 발전소로부터 절연되는 AC 전력을 공급한다.

Description

ＤＣ 전송 시스템을 사용하여 ＡＣ 전송 시스템 급송력, 시스템 안정성 및 전력 흐름 제어력을 개선하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR IMPROVING ＡＣ TRANSMISSION SYSTEM DISPATCHABILITY, SYSTEM STABILITY AND POWER FLOW CONTROLLABILITY USING ＤＣ TRANSMISSION SYSTEMS}
본 발명은 DC 전송 시스템을 사용하여 AC 전송 시스템 급송력, 시스템 안정성 및 전력 흐름 제어력을 개선하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
통합된 부하 센터들(예를 들어, 큰 도심 영역 또는 현저한 지속적인 부하를 갖는 지리학적 영역)은 통상적으로 원거리 발전 소스들로부터의 장거리 고전압 AC 또는 DC 전송 라인들과 로컬 발전(즉, 부하 센터 내부의 또는 직접 인접한)의 결합에 의해 로컬 AC 네트워크를 통해 공급된다. 종종, 상기 영역은 고전압 AC 링(ring)으로 둘러싸이거나, 부분적으로 둘러싸인다. 몇몇 경우에, 다른 원격 부하 센터들로 향하는 전력이 로컬 AC 네트워크를 통해 공급되거나 또는 전송된다. 이것은 도 1에 개략적으로 도시된다. 이러한 장치는 후속하여 로컬 영역으로 접속하는(cascade) 상기 영역에 공급되는 하나 이상의 장거리 라인상의 정전 또는 누전 사건으로 인하여 서비스 중단 및 전압 안정성에 취약할 수 있다. 또한, 장거리 라 인들 또는 로컬 네트워크 중 하나의 로딩(loading)을 제어하는 것은 어렵다. 통상적으로, 이것은 통합 전력 흐름 제어기(UPFC: unified power flow controller) 또는 다른 플렉서블 AC 전송 시스템(FACTS: flexible AC transmission system) 장치들과 같은 값비싼 AC 제어기들의 부가를 요구할 것이다. 이러한 상황에서 지역적 그리드(grid) 또는 로컬 부하 센터는 절연되지 않고, 제어 불가능하다.
부분적 해결책은 오로지 도 2에 도시된 바와 같이 부하 근처에 위치되고, 네트워크에 접속되며, AC 링을 통하는 것과 같은 비통합 방식으로 제어되는 작은 분산된 발전 유닛들에 의해 지역적 네트워크 또는 부하 센터를 제공하는 것일 수 있다. 발전기들은 부하 근처에 제공되도록 요구되는 바에 따라 급송될 것이며, 사이클 동안 램프 업(ramp up) 또는 램프 다운(ramp down)될 수 있다. 원격 전송 라인들상의 사건들에 대한 취약성이 더 약할 것이다. 그러나, 그러한 해결책은 작은 발전기들의 가격 및 점유하게 되는 영역에 발전기들을 안착시키는 어려움을 포함하는 다수의 문제점들을 갖는다. 또한, 이러한 해결책은 영역을 통한 벌크 전력의 전송을 제공하지 않는다.
따라서, 본 발명의 목적은 대도시와 같은 로컬 부하 센터 또는 지역 네트워크에 공급되며, 멀티-인-피드/아웃-피드(multi-in-feed/out-feed) 장치에서 제어가능한 AC-DC 변환기들을 이용하는 계층적으로 제어된 DC 전송 링 또는 부분적 링을 제공하는 것이다. 이것은 공급된 부하들 전부에 완전히 제어가능한 전력을 제공하는 매우 안정한 AC-DC-AC 전력 운반 네트워크를 제공하는 한편, 동시에 들어오고 나가는 모든 AC 및/또는 DC 라인들상의 전력 흐름을 제어한다.
본 발명의 일실시예에 따라, DC 전력 전송 시스템은 주변 AC 시스템으로부터 로컬 AC 전송 네트워크를 절연시킨다. 복수의 로컬 AC 부하들을 갖는 로컬 AC 부하 센터가 제공되며, 하나 이상의 분산 공급자들은 복수의 로컬 AC 부하들을 공급한다. 원격 AC 부하가 제공될 수 있다. 적어도 하나의 원격 전력 발전소는 AC 전송 라인을 통해 로컬 AC 부하 센터 및/또는 원격 AC 부하에 AC 전력을 공급하며, DC 전송 링 또는 그 위에 복수의 DC 부하들을 갖는 부분적 링은 로컬 AC 부하 센터와 원격 전력 발전소 및 원격 부하 사이에 적어도 부분적으로 개입된다. DC 전송 링은 원격 전력 발전소로부터 수신된 AC 전력을 로컬 AC 부하 센터로부터 절연시킨다. 복수의 제1 AC/DC 변환기들은 원격 발전소로부터의 AC 전력을 DC 전송 링상에 흐르는 DC 전력으로 변환하기 위하여 로컬 AC 부하 센터 외부에 DC 전송 링과 전기적으로 인터페이싱되며, DC 전송 링상의 복수의 DC 부하들 중 다른 것의 적어도 일부에 대해 이러한 DC 전력을 만들어낸다. 복수의 제2 AC/DC 변환기들은 DC 전송 링으로부터의 DC 전력을 로컬 AC 부하들 또는 원격 부하들 중 하나로 발송되는 AC 전력으로 변환하기 위하여 DC 전송 링과 전기적으로 인터페이싱된다. 로컬 AC 부하 센터내의 하나 이상의 분산 공급자들은 AC 전력을 모든 로컬 AC 부하들이 원격 전력 발전소로부터 절연되는 로컬 AC 부하 센터에 공급하기 위하여 복수의 제2 AC/DC 변환기들을 통해 DC 전송 링에 전기적으로 접속된다. 로컬 AC 부하 센터 외부의 전송 라인은 원격 부하들로 AC 전력을 공급하기 위하여 복수의 제2 AC/DC 변환기들을 통해 DC 전송 링에 전기적으로 접속되는 반면, 모든 로컬 AC 부하들은 이 러한 전력 전송 동작으로부터 분리된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 복수의 절연 DC-DC 변환기들은 시스템의 교란 또는 완전한 시스템 붕괴의 야기로부터 오는 누전을 방지하기 위하여 DC 전송 링상의 절연 누전을 위하여 DC 전송 링상의 미리 정해진 위치에 개입된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 적어도 하나의 로컬 AC 전력 발전기는 DC 전송 링을 통해 AC 부하 센터에 전기적으로 접속된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 원격 전력 발전소에 의해 발생된 AC 전력은 고전압(HV) 또는 초고전압(EHV)으로 구성된 전송 라인들의 그룹으로부터 선택되는 전송 라인에 의해 로컬 네트워크에 전송되며, 머리 위로(overhead) 또는 지하로(underground) 통과할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 예정된 전력이 제어된 AC/DC 변환기들은 DC 전송 링을 통해 원격 전력 발전소로부터 로컬 AC 부하 센터로부터 원거리에 있는 마켓으로 흐르도록 지향시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 시스템은 DC전송 링과의 전기적 통신에서 로컬 AC 부하 센터내에 위치된 적어도 하나의 DC 전력원을 포함한다. DC전송 링은 AC 부하들로부터 DC 전력원을 절연시키며, DC 소스들로부터의 제어된 급송을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 복수의 다른 종류의 분산된 발전 DC 전력원들은 DC 전송 링과의 전기적 통신에서 로컬 AC 부하 센터내에 위치된다. DC 전송 링은 AC 부하들로부터 DC 전력원들을 절연시키며, DC 소스들의 제어된 급송을 제공 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, AC-DC 변환기들은 전압원 변환기들이다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 복수의 다른 종류의 분산된 발전 DC 전력원들은 DC 전송 링과 전기적으로 통신하는 로컬 AC 부하 센터내에 위치되고, 연료 전지들, 마이크로터빈들, 태양 광발전 장치들, 배터리들 및 DC 마이크로그리드(microgrid)들로 구성된 그룹으로부터 선택된다. DC 전송 링은 AC 부하들로부터 DC 전력원들을 절연시키며, DC 소스들의 제어된 급송을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 제2 DC 전송 링은 시스템과 상호접속되며, 백-업 사용을 위go 유사하지만 비연속적인 루트를 따른다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 주변 AC 시스템으로부터 로컬 AC 전송 네트워크를 절연시키며, 복수의 AC 부하들을 갖는 로컬 AC 부하 센터, 복수의 AC 부하들을 공급하는 AC 분산 공급자 및 복수의 DC 부하들을 갖는 로컬 DC 부하 센터 및 복수의 DC 부하들을 공급하는 DC 분산 공급자를 포함하는 DC 전력 전송 시스템이 제공된다. 적어도 하나의 원격 전력 발전소는 로컬 AC 부하 센터에 AC 전력을 공급한다. 그 위에 복수의 DC 부하들을 갖는 DC 전송 링은 로컬 AC 및 DC 부하 센터들과 원격 전력 발전소 사이에 적어도 부분적으로 개입된다. DC 전송 링은 원격 전력 발전소로부터 수신된 AC 전력을 로컬 AC 및 DC 부하 센터들로부터 절연시킨다. 복수의 제1 AC/DC 변환기들은 발전소로부터의 AC 전력을 DC 전력으로 변환하고, DC 전송 링상의 복수의 DC 부하들 중 다른 것들의 적어도 일부에 대한 AC/DC 변환기들 중 하나에서 변환된 DC 전력을 이용가능하게 하기 위하여 로컬 AC 부하 센터 외부의 DC 전송 링과 전기적으로 인터페이싱된다. 복수의 제2 AC/DC 변환기들은 AC 부하들로의 운반을 위하여 DC 전송 링으로부터의 DC 전력을 AC 전력으로 변환하도록 AC 로컬 부하 센터내에 DC 전송 링과 전기적으로 인터페이싱된다. 로컬 AC 부하 센터내의 AC 분산 공급자는 AC 전력을 로컬 AC 부하 센터에 공급하기 위하여 복수의 제2 AC/DC 변환기들을 통해 DC 전송 링에 전기적으로 접속되는 반면, 모든 로컬 부하들은 원격 전력 발전소로부터 절연된다. 로컬 DC 부하 센터 내의 DC 분산 공급자는 DC 전력을 DC 전송 링에 공급하기 위하여 복수의 제2 AC/DC 변환기들을 통해 DC 전송 링에 전기적으로 접속된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 복수의 다른 종류의 분산된 발전 DC 전력원들은 DC 전송 링과의 전기적 통신에서 로컬 AC 전송 네트워크내에 위치된다. DC 전송 링은 AC 부하들로부터 DC 전력원을 절연시키며, DC 소스들의 제어된 급송을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따라 주변 AC 시스템으로부터 로컬 AC 전송 네트워크를 절연시키는 방법은, 복수의 AC 부하들을 갖는 AC 부하 센터를 갖는 시스템, 복수의 로컬 AC 부하들을 제공하는 하나 이상의 분배 공급자들 및 AC 전력을 로컬 AC 부하 센터에 공급하기 위한 적어도 하나의 원격 전력 발전소를 포함한다. 상기 방법은 그 위에 복수의 DC 부하들을 갖는 DC 전송 링을 로컬 AC 부하 센터와 언격 전력 발전소 사이에 적어도 부분적으로 개입시키는 단계 및 DC 전송 링에 의해 원격 전력 발전소로부터 수신된 AC전력을 로컬 AC 부하 센터로부터 절연시키는 단계를 포함한다. 발전소로부터의 AC 전력은 DC 전력으로 변환되며, DC 전송 링상의 복수 의 DC 부하들 중 다른 것들의 적어도 일부에 이용가능하게 된다.
DC 전송 링으로부터의 DC 전력은, AC 전력으로 변환되고; AC 전력은 모든 로컬 AC부하들이 원격 전력 발전소로부터 절연되는 로컬 AC 부하내에 분배된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 방법은 시스템의 교란으로 인한 누전을 방지하기 위하여 DC 전송 링상의 누전들을 절연시키기 위하여 복수의 절연 DC-DC 변환기들을 DC 전송 링상의 미리 정해진 위치에서 개입시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 방법은 DC 전송 링내에 AC 부하 센터에 적어도 하나의 로컬 AC 전력 발전기를 전기적으로 접속시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 방법은 예정된 전력이 DC 전송 링을 통해 원격 전력 발전소로부터 로컬 AC 부하 센터로부터 원거리에 있는 마켓으로 흐르도록 지향시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 방법은 DC 전송 링과의 전기적 통신에서 로컬 AC 전송 네트워크상에 위치된 적어도 하나의 DC 전력원을 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 방법은 DC 전송 링과의 전기적 통신에서 로컬 AC 전송 네트워크내에 위치된 복수의 다른 종류의 분산된 발전 DC 전력원들을 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 방법은 DC 전송 링과의 전기적 통신에서 로컬 AC 전송 네트워크내에 위치되고, 연료 전지, 마이크로터빈들, 태양 광발전 장치들, 배터리들 및 DC 마이크로그리드들로 구성된 그룹으로부터 선택된 복수의 다른 종류의 분산된 발전 DC 전력원들을 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 상기 방법은 시스템과 상호접속된 제2 DC 전송 링을 제공하는 단계를 포함하며, 백-업 사용을 위해 유사하지만 비연속적인 루트를 따른다.
본 발명의 목적들 중 일부가 상기 개시되었다. 본 발명의 다른 목적들 및 장점들은 다음의 도면들과 관련하여 본 발명의 설명이 진행됨에 따라 분명해질 것이다.
상기에서 참조된 바와 같이, 도 1은 다수의 고전압(HV) 또는 초고전압(EHV) AC 전송 라인들(2)에 의해 공급되거나 상기 라인들에 의해 횡단되는 로컬 AC 부하 센터 또는 영역(1)을 포함하는 통상적인 AC 네트워크를 도시한다. 원격 발전소들(3)(예를 들어, 원자력 또는 화력)은 로컬 AC 부하 센터에서 소모되거나 더 원거리에 있는 마켓들(4)로 로컬 AC 부하 센터를 통해 보내지는 전기를 생성한다. 근처의 또는 로컬 발전소들(5)은 또한 로컬 및/또는 원거리의 마켓들로 전기를 공급한다. 이러한 로컬 및 확장된 AC 네트워크에서의 전력 흐름은 옴의 법칙에 의해 조정되는데, 즉 그것은 능동적으로 제어되지 않는다. 전력은 가장 적은 저항력의 통로로 흘러, 전송 및 분산 자산(asset)들이 충분히 이용되지 않고/않거나 과도하게 로딩되도록 한다. HV 또는 EHV 공급자들의 누전은 정전을 야기하는 로컬 AC 전송 네트워크로 종속 접속될 수 있다. 원격 발전으로부터 원격 부하들로의 네트워크를 통한 조정되지 않은 흐름으로 인하여 로컬 AC 전송 네트워크에 전압 불안정성 또는 붕괴가 발생할 수 있다.
도 2는 AC 네트워크(1)를 통한 상기 AC 네트워크 내부의 부하 흐름 제어의 문제점에 대한 부분적 해결책을 보여준다. 이러한 경우에, 지역 네트워크 또는 부하 센터는 오로지 부하들 근처에 작은 분산된 AC 발전기들(5)에 의해 제공되며, 로컬 네트워크에 접속되고, AC 링(미도시)을 통한 것과 같은 통일된 방식으로 제어된다. 로컬 발전기들(5)은 근처의 부하들을 제공하기 위하여 요구되는 바에 따라 급송되고, 부하 사이클 동안에 램프 업 및 램프 다운될 수 있다. 외부 AC 그리드에 대한 별다른 접속이 존재하지 않아, 예정되거나 예정되지 않은 로컬 AC 전송 네트워크를 통한 전력의 흐름으로 인한 문제점들도 존재하지 않는다.
이제 도 3을 참조로 하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 로컬 AC 전송 네트워크(AC 부하들 및 발전기들)와 외부 AC 그리드 사이에 DC 전송 링을 개입시킴으로써 그 밖의 주변 AC 시스템으로부터 로컬 AC 전송 네트워크를 완전히 절연시키는 시스템(10)을 도시한다. 시스템(10)은 부하들이 주로 다수의 고전압(HV) 또는 초고전압(EHV) AC 전송 라인들(12)을 통해 제공되는 로컬 AC 부하 센터 또는 영역(11)을 포함한다. 원격 발전소들(13)은 로컬 AC 부하 센터(11)에서 또는 더 먼 마켓들(14)에서 소비되는 전기를 발생시킨다. 근처의 또는 로컬 발전소들(15)은 또한 로컬 및/또는 원거리에 있는 마켓들(14)에 전기를 공급한다. 그러나, 다른 시스템들과 대조적으로, 로컬이나 원격과 관계없이 모든 공급 발전은 부하들에 직접 접속되지 않으나, 고전력 DC 전송 링(16)을 통해 이러한 부하들에 도달해야만 한다. DC 링(16)은 완전히 또는 부분적으로 목표된 부하 영역(11)을 둘러싸며, 상 기 부하 영역은 대도시 또는 부하 센터, 또는 상당한 고객들을 포함하나 제어되지 않은 전력 흐름을 겪는 넓은 지리학적 영역일 수 있다.
로컬 영역으로 넘어가는 각각의 AC HV 또는 EHV 라인(12)은 AC/DC 변환기(17)를 통해 DC 링(16)에 접속되며, 상기 DC 링은 AC 전력을 DC 전력으로 변환하여, 이러한 전력이 DC 링(16)상의 모든 다른 DC 부하 또는 클라이언트에게 이용가능하도록 한다. AC/DC 변환기의 타입은 그것을 통과하는 전력 제어의 용이성으로 인하여 전압원 변환기(VSC: voltage source converter)인 것이 바람직하다. 모든 AC 서브전송(subtransmission) 또는 로컬 AC 전송 네트워크(1) 내에 부하들을 공급하는 분산 공급자는 DC 전력을 다시 AC 전력으로 변환하는 AC/DC 변환기(17)를 통해 DC 링(16)에 접속된다. 이와 같이, 모든 로컬 AC 부하들은 외부 AC 시스템으로부터 완전히 절연된다.
또한, 예정되는 전력은 원격 발전소들(13)로부터 원거리에 있는 마켓들(1제어된 VSC(17)를 통해 먼저 DC 링(16)을 횡단해야 한다. 이것은 시간이 감에 따른(minute-by-minute) 요구에 따라 시스템(11) 내의 모든 공급들 및 모든 부하들의 완전한 제어를 허용한다. 이것은 라인들이 과도하게 이용되거나 충분히 이용되지 못하는 것을 방지하며, 모든 부하는 부하를 공급하는 라인을 제외하고는 모든 라인들상에 발생하는 사건들에 영향을 받지 않는다. DC 링(16)상의 누전은 절연 DC-DC 변환기들 또는 링(16) 주변의 다양한 장소에서 개입된 초퍼(chopper)들(19)에 의해 전체 시스템의 교란이 억제된다. DC 링(16)을 따르는 임의의 장소에서 누전이 발생한다면, DC 링(16)을 구분하고 누전된 부분을 절연시키기 위하여 DC-DC 변환기 들(19)이 사용된다. DC-DC 변환기들(19)은 또한 이로운 것으로 간주된다면, 링(16)상의 전력 흐름을 능동적으로 제어하기 위하여 사용될 수 있다.
이제 도 4를 참조하여, DC 전송 시스템(10)의 보다 상세한 도면은, 시스템(10)이 분산 발전(DG: distributed generation), 예를 들어, 연료 전지들 및 마이크로터빈들(21); 분산된 재생 가능 에너지원들, 예를 들어, 태양 광발전 장치들(22); 에너지 저장 장치들, 예를 들어, 배터리들(23); 및 DC 마이크로그리드들(24)과 같은 다른 타임의 로컬 발전 및 부하들의 용이한 통합을 제공하는 것을 도시한다. 이러한 다수의 기술들은 그것의 본래의 출력으로서 DC 전력을 생성한다. AC 시스템에 접속될 때, 이러한 기술들은 DC로부터 AC로의 변환을 통합해야만 한다. 이러한 부가적인 자원들은 DC 전송 링(16)에 직접 접속되는 것이 바람직하다. 이것은 수반되는 불안정성 또는 일반적으로 이러한 소스들과 관련되는 그리드와의 네거티브적인 상호작용들 없이 이용가능함에 따라, 이러한 자원들을 필요에 따라 급송하는 것을 허용한다.
보다 상세하게는, 제안된 시스템은 지역적 네트워크 또는 대도시와 같은 로컬 부하 센터(11)를 제공하는 종래의 고전압 AC 네트워크를 교체하거나 또는 증대시킨다. DC 전송 링(16) 또는 부분적 링, 브로커들, 모든 전력은 멀티-인-피드/아웃-피드 장치에서 계층적으로 제어된 AC-DC 변환기들(17)을 이용하여 영역(11)으로 또는 영역(11)으로부터 교환된다. 이러한 장치는 부하 및/또는 공급에서 내부 미 외부의 계획 및 미계획된 변화들에 대해 완전히 제어가능한 극도로 안정된 네트워크를 초래한다. 영역(11)을 통한 전력 흐름 제어는 어떤 AC 라인들이 급송되는지, 그리고 전력 레벨이 어떠한지와 관련하여 완전하게 급송가능하다.
본 발명은 도 2에 기획된 상호간에 제어된 작은 분산된 AC 발전기들의 분산을 시뮬레이팅하며(simulate), 이것은 대지, 연료 공급 및 AC 발전기들과 관련된 다른 환경적 이슈들을 갖지 않고 상기 영역을 통한 벌크 전력 송전을 허용한다. 본 발명은 또한 주변 AC 네트워크로부터 완전히 절연되고 보호되는 비동기식 AC 구역을 생성하며, 이것은 전력 흐름 또는 안정성 분석 프로그램들에서 간단히 모델링될 수 있다. 넓은 지리학적 영역에 걸친 다중 구역들이 가능하며, 인터-존(inter-zone) 커넥티비티(connectivity)는 본 기술 분야에 공지된 다양한 벌크 전력 전송 시스템들(EHV AC, HVDC 등) 중 임의의 시스템에 의해 공급된다.
본 발명은 또한 연료 전지 및 태양 광발전(PV)과 같은 개선된 분산 발전(DG) 또는 배터리들 또는 플라이휠(flywheel)과 같은 분산된 에너지 저장 유닛들의 간략화된 사용을 허용하며, 심지어는 촉진한다. 이러한 분산된 기술들 대부분이 AC 전력보다는 DC 전력을 출력하기 때문에, 로컬 부하들에 대한 접속 및 제어가 DC 링(16)을 통해 보다 용이하게 달성된다. 유사하게, DC 마이크로그리드들(24)은 본 발명에서 DC 전송 시스템과의 접속을 통해 로컬 AC 시스템으로 용이하게 통합된다.
부수적인 목적을 위한, 신뢰성을 개선하기 위한 동일한 제2 DC 전송 링은 선택적이며, 유사하지만 비연속적인 루트를 따른다. 표준 제어 시스템 하드웨어 및 소프트웨어가 계층적 프로그래밍과 함께 사용된다.
링(16)을 형성하는 케이블 또는 DC 라인은 종래의 고 전류용량(ampacity), HVDC 오버헤드(overhead) 컨덕터들, 지하 DC 케이블 또는 고 전류용량 저전압 DC 초전도(superconducting) 케이블일 수 있다. 시스템 보안을 위하여, 지하 케이블이 바람직하다. 고전력 부하들 및 큰 링들(긴 케이블 전선들)을 위하여 DC 초전도 케이블이 이상적일 것이다.
AC-DC 변환기들(17)은 전압원 변환기들(VSC들)일 수 있으나, 유사한 기능들을 갖는 다른 토폴로지(topology)들 또한 가능하다. 시스템 제어는 본 기술분야에서 공지된 방법들을 계층적으로 사용한다. 계층적 제어 시스템은 모든 인-피드(in-feed)들, 부하 서비스 및 전력 전송 요구를 제어하는 시스템의 전반적인 마스터 컨트롤(master control)을 제공한다. 바람직한 일실시예에서, 긴 원격 AC 라인들로부터 요구되는 바와 같이 전력을 수용하고 제어하도록; 또는 필요에 따라 부하 센터내에 부하들로 제어된 전력을 급송하도록; 또는 전력이 상기 영역을 통해 보내질 때 전력의 흐름을 부하 센터의 내외로 처리하도록 중앙 에너지 급송 센터로부터 제어될 수 있다. 다른 바람직한 실시예에서, 하나의 변환소는 리드(lead)가 될 수 있으며, 다른 모든 변환소들은 이에 따를 것이다. 이러한 경우에, 리드 변환소는 작동 DC 전압을 확립할 것이며, 다른 변환소들은 전류 제어 모드로 작동할 것이다. 표준 통신 시스템들이 다중 변환소들 사이에서 이용된다. 각각의 AC/DC 변환기(17)를 위한 제어기들은 로컬 제어 시스템 및 필터들에 맞춰져, 서로 반대로 상호작용하지 않으며, 급송 센터 또는 리드 변환소와 같은 계층적 제어 시스템으로부터의 신호들에만 응답한다.
상기에서 DC 전송 시스템을 사용하여 AC 전송 시스템 급송력, 시스템 신뢰성 및 전력 흐름 제어력을 개선하기 위한 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 다양 한 세부 사항들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 변경될 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예의 전술한 내용 및 본 발명을 실행을 위한 최상의 모드가 본 발명의 제한이 아닌 설명을 목적으로 제공되며, 본 발명은 다음의 청구항들에 의해 한정된다.
도 1은 통상적인 AC 네트워크의 개략도이고;
도 2는 AC 네트워크를 통한, AC 네트워크 내부의 부하 흐름을 제어하는 문제점에 대한 부분적 해결책의 개략도이고;
도 3은 로컬 AC 전송 네트워크(부하들 및 발전기들)와 외부 AC 그리드 사이에 DC 전송 링을 개입시킴으로써 시스템이 로컬 AC 전송 네트워크를 그 밖의 주변 AC 시스템으로부터 절연시키는 방법을 설명하는, 본 발명의 일실시예에 따른 시스템의 개략도이며;
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템이 다른 타입의 로컬 발전 및 부하들의 통합을 제공하는 방법을 설명하는 개략도이다.

Claims (23)

  1. 주변 AC 시스템으로부터 로컬 AC 전송 네트워크를 절연시키는 전력 전송 시스템으로서,
    (a) 복수의 로컬 AC 부하들 및 상기 복수의 로컬 AC 부하들을 제공하는 적어도 하나의 분산 공급자를 갖는 로컬 AC 부하 센터;
    (b) AC 전송 라인에 의해 상기 로컬 AC 부하 센터에 AC 전력을 공급하는 적어도 하나의 원격 전력 발전소;
    (c) 상기 로컬 AC 부하 센터와 상기 원격 전력 발전소 사이에 적어도 부분적으로 개입되며 그 위에 복수의 DC 부하들을 갖는 DC 전송 링 - 상기 DC 전송 링은 상기 원격 전력 발전소로부터 수신된 상기 AC 전력을 상기 로컬 AC 부하 센터로부터 절연시킴 -;
    (d) 상기 로컬 AC 부하 센터 외부에 상기 DC 전송 링과 전기적으로 인터페이싱하는 복수의 제1 AC/DC 변환기들 - 상기 제1 AC/DC 변환기들은 상기 원격 발전소로부터의 상기 AC 전력을 DC 전력으로 변환하고, 상기 AC/DC 변환기들 중 하나의 AC/DC 변환기에서 변환된 상기 DC 전력을 DC 전송 링상의 상기 복수의 DC 부하들 중 다른 부하들의 적어도 일부에 대하여 이용가능하게 함 -;
    (e) 상기 DC 전송 링으로부터의 상기 DC 전력을 AC 전력으로 변환하기 위하여 상기 DC 전송 링 내부의 상기 DC 전송 링과 전기적으로 인터페이싱하는 복수의 제2 AC/DC 변환기들;
    (f) 모든 로컬 AC 부하들이 상기 원격 전력 발전소로부터 절연되는 동안 상기 로컬 AC 부하 센터에 상기 AC 전력을 공급하기 위해 상기 복수의 제2 AC/DC 변환기들을 통해 상기 DC 전송 링에 전기적으로 접속된 상기 로컬 AC 부하 센터에 근접한 분산 공급자
    를 포함하는 전력 전송 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시스템을 교란으로 인한 누전으로부터 방지하기 위하여 상기 DC 전송 링상의 누전을 절연시키도록 상기 DC 전송 링상에 미리 정해진 위치들에 개입된 복수의 절연 DC-DC 변환기들
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 DC 전송 링에 전기적으로 접속된 적어도 하나의 로컬 AC 전력 발전기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 원격 전력 발전소에 의해 발생된 상기 AC 전력은 고전압(HV), 초고전압(EHV), 고전압 DC(HVDC) 및 DC 전송 케이블로 구성된 그룹으로부터 선택되는 AC 전송 라인을 통해 상기 로컬 AC 부하 센터에 도달되는(brought to) 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    예정된 전력이 상기 DC 전송 링을 통해 상기 원격 전력 발전소로부터 상기 로컬 AC 부하 센터로부터 원거리에 있는 마켓으로 흐르도록 지향시키기 위한 제어된 AC/DC 변환기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 DC 전송 링과 전기적으로 통신하는 상기 DC 전송 링 근처에 위치된 적어도 하나의 DC 전력원을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 DC 전송 링 근처에 위치되며 상기 DC 전송 링과 전기적으로 통신하는 복수의 다양한 분산 발전 AC 또는 DC 전력원들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 DC 전송 링 근처에 위치되고, 상기 DC 전송 링과 전기적으로 통신하며, 연료 전지들, 마이크로터빈들, 태양 광발전 소자들, 배터리들, 플라이휠들, 초전도성 자석들, 전기 화학적 캐패시터들 및 DC 마이크로그리드들로 구성된 그룹으로부 터 선택되는 복수의 다양한 분산 발전 DC 전력원들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시스템과 상호접속되며, 백-업 사용을 위해 유사하지만 비연속적인 루트를 따르는 제2 DC 전송 링
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  10. 주변 AC 시스템으로부터 부하 AC 전송 네트워크를 절연시키는 전력 전송 시스템으로서,
    (a) 복수의 AC 부하들 및 상기 복수의 AC 부하들을 제공하는 적어도 하나의 AC 분산 공급자를 갖는 로컬 AC 부하 센터;
    (b) 복수의 DC 부하들 및 상기 복수의 DC 부하들을 제공하는 적어도 하나의 DC 분산 공급자를 갖는 로컬 DC 부하 센터;
    (c) DC 전송 라인에 의해 상기 로컬 AC 부하 센터에 AC 전력을 공급하는 적어도 하나의 원격 전력 발전소;
    (d) 상기 로컬 AC 및 DC 부하 센터들과 상기 원격 전력 발전소 사이에 적어도 부분적으로 개입되며 그 위에 복수의 DC 부하들을 갖는 DC 전송 링 - 상기 DC 전송 링은 상기 원격 전력 발전소로부터 수신된 상기 AC 전력을 상기 로컬 AC 및 DC 부하 센터들로부터 절연시킴 -;
    (e) 상기 로컬 AC 부하 센터 외부에 상기 DC 전송 링과 전기적으로 인터페이싱하는 복수의 제1 AC/DC 변환기들 - 상기 제1 AC/DC 변환기들은 상기 발전소로부터의 상기 AC 전력을 DC 전력으로 변환하고 상기 AC/DC 변환기들 중 하나의 변환기에서 변환된 상기 DC 전력이 상기 DC 전송 링상의 상기 복수의 DC 부하들 중 다른 부하들의 적어도 일부에 대해 이용가능하게 함 -;
    (f) 상기 AC 부하들로의 운반을 위하여 상기 DC 전송 링으로부터의 상기 DC 전력을 AC 전력으로 변환하기 위한 상기 DC 전송 링 근처의 상기 DC 전송 링과 전기적으로 인터페이싱하는 복수의 제2 AC/DC 변환기들;
    (g) 상기 DC 전송 링과 상기 로컬 DC 부하 센터 사이의 전력 교환을 처리하기 위한 상기 DC 전송 링 근처에 상기 DC 전송 링과 전기적으로 인터페이싱하는 복수의 DC/DC 변환기들;
    (h) 모든 로컬 부하들이 상기 원격 전력 발전소로부터 절연되는 상기 로컬 AC 부하 센터에 상기 AC 전력을 공급하기 위하여 상기 복수의 제2 AC/DC 변환기들을 통해 상기 DC 전송 링에 전기적으로 접속된 상기 로컬 AC 센터 내부의 AC 분산 공급자; 및
    (i) 상기 로컬 DC 부하 센터들에 상기 DC 전력을 공급하기 위하여 상기 복수의 DC/DC 변환기들을 통해 상기 DC 전송 링에 전기적으로 접속된 상기 로컬 DC 부하 센터 내부의 DC 분산 공급자
    를 포함하는 전력 전송 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 원격 전력 발전소에 의해 발생된 상기 AC 전력은 고전압(HV) 또는 초고전압(EHV)으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    예정된 전력이 상기 원격 전력 발전소로부터 상기 DC 전송 링을 통해 상기 로컬 AC 부하로부터 원거리에 있는 마켓으로 흐르도록 지향시키는 제어된 AC/DC 변환기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 DC 전송 링 근처에 위치되며 상기 DC 전송 링과 전기적으로 통신하는 적어도 하나의 DC 전력원을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 DC 전송 링 근처에 위치되며 상기 DC 전송 링과 전기적으로 통신하는 복수의 다양한 분산 발전 AC 또는 DC 전력원을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 DC 전송 링 근처에 위치되고, 상기 DC 전송 링과 전기적으로 통신하며, 연료 전지들, 마이크로터빈들, 태양 광발전 장치들, 배터리들, 플라이휠들, 초전도성 자석들, 전기 화학적 캐패시터들 및 DC 마이크로그리드들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 복수의 다양한 분산 발전 DC 전력원들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 전송 시스템.
  16. 복수의 AC 부하들을 갖는 AC 부하 센터, 복수의 로컬 AC 부하들을 제공하는 분산 공급자 및 AC 또는 DC 전송 라인을 통해 상기 로컬 AC 부하 센터로 AC 전력을 공급하기 위한 적어도 하나의 원격 전력 발전소를 갖는 주변 AC 시스템으로부터 로컬 AC 전송 네트워크를 절연시키는 방법으로서,
    (a) 상기 로컬 AC 부하 센터와 상기 원격 전력 발전소로부터 전력을 전송하는 전송 라인 사이에 있고 그 위에 복수의 DC 부하들을 갖는 DC 전송 링을 적어도 부분적으로 개입시키는 단계;
    (b) 상기 로컬 AC 부하 센터로부터 상기 DC 전송 링에 의해 상기 원격 전력 발전소로부터 수신된 상기 AC 전력을 절연시키는 단계;
    (c) 상기 발전소로부터의 상기 AC 전력을 DC 전력으로 변환하고, 상기 DC 전송 링상의 상기 복수의 DC 부하들 중 다른 부하들 중 적어도 일부에 대해 상기 DC 전력을 이용하게 하는 단계;
    (d) 상기 DC 전송 링으로부터의 상기 DC 전력을 AC 전력으로 변환하는 단계; 및
    (e) 모든 로컬 AC 부하들이 상기 원격 전력 발전소로부터 절연되는 상기 로컬 AC 부하 센터 내부에 상기 AC 전력을 분산시키는 단계
    를 포함하는 로컬 AC 전송 네트워크 절연 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 시스템의 교란으로 인한 누전을 방지하기 위하여 상기 DC 전송 링상의 미리 정해진 위치들에서 상기 DC 전송 링상의 누전을 절연시키기 위해 복수의 DC-DC 변환기들을 개입시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 AC 전송 네트워크 절연 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    적어도 하나의 로컬 AC 전력 발전기를 상기 DC 전송 링 내부의 상기 AC 부하 센터에 전기적으로 접속시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 AC 전송 네트워크 절연 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    예정된 전력이 상기 DC 전송 링을 통해 상기 원격 전력 발전소로부터 상기 로컬 AC 부하 센터로부터 원거리에 있는 마켓으로 흐르도록 지향시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 AC 전송 네트워크 절연 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 DC 전송 링과 전기적으로 통신하는 상기 DC 전송 링 근처에 위치된 적어도 하나의 DC 전력원을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 AC 전송 네트워크 절연 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 DC 전송 링과 전기적으로 통신하는 상기 DC 전송 링 근처에 위치된 복수의 다양한 분산 발전 AC 또는 DC 전력원들을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 AC 전송 네트워크 절연 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 DC 전송 링 근처에 위치되고, 상기 DC 전송 링과 전기적으로 통신하며, 연료 전지들, 마이크로터빈들, 태양 광발전 장치들, 배터리들, 플라이휠들, 초전도성 자석들, 전기 화학적 캐패시터들 및 DC 마이크로그리드들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 복수의 다양한 분산 발전 DC 전력원들을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 AC 전송 네트워크 절연 방법.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 시스템과 상호접속되며, 백-업 사용을 위해 유사하지만 비연속적인 루트를 따르는 제2 DC 전송 링을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 로컬 AC 전송 네트워크 절연 방법.
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