본 논문에서는 현재 대용량 전력변환 소자인 사이리스터는 해남-제주간의 HVDC변환소에 채용되어 운전중에 있고, BTB 및 SVC등에 채용되고 있으며, 향후 FACTS, 남북 전력계통연계, 동북아 계통연계 등 전력변환용으로 사용될 부품으로 사용범위가 날로 증가하고 있는 2,208개의 사이리스터의 수명 및 신뢰성을 평가하기 위해 고온직류 blocking 가속열화시험조건에 대해서 기술하였다.
본 논문은 전원단과 부하단사이에 GTO 사이리스터 브리지가 설치된 단상 DC 리액터타입을 적용한 고온초전도 사고전류제한기 동작특성에 대해 분석하였다. GTO 사이리스터 브리지가 설치된 DC 리액터 타입 FCL(FAULT CURRENT LIMITER)은 평상시에 초전도코일에 전기에너지를 저장한다. 전원단의 사고로 인해 전력공급이 중단되었을 경우 FCL은 부하에 저장된 에너지를 공급할 수 있을 뿐 아니라 부하단 사고로 인한 사고전류 제한기능을 수행하게 되는데 이와 같은 동작은 GTO 사이리스터를 제어함으로서 가능해진다.
사이리스터의 파괴 원인에는 온도, 전압, 전류, 진동 및 압력 등이 있다. 본 논문에서는 이러한 파괴원인들 중에서 전압과 온도를 스트레스 인자로 하여 가속열화에 따른 소자의 항복전압 특성의 변화에 대해 실험을 통해 분석하였다. 실험에 사용한 사이리스터는 $V_{DRM}$=1800, $V_{RRM}$=2300V, $I_{DRM}$, $I_{RRM}$=20mA인 소자를 사용하였으며, 실험 시 인가전압은 1kV, 온도는 $100^{\circ}C$로 고정하였다. 가속열화에 따른 순방향 및 역방향 항복특성의 변화를 가속열화 시간에 따라 나타내었고, 이를 바탕으로 전압과 온도에 따른 항복전압 감소의 원인과 열화의 진행에 대해 기술하였다.
High Voltage Direct Current (HVDC) 시스템은 고압 직류송전을 위한 시스템이다. 고압 직류 송전을 위해서는 전력변환기가 교류전력을 직류전력으로 변환해주어야 하는데, 최근에는 모듈형 멀티레벨 컨버터(Modular Multilevel Converter, MMC)가 많이 적용되고 있다. MMC는 다수의 서브모듈이 직렬로 구성되어 있으며 DC-link단에 대용량 커패시터가 없다. MMC의 심각한 사고 중에 하나는 DC측 전력케이블의 단락사고로 시스템에 따라서 수십 kA 정도의 사고전류가 AC측 CB(Circuit Breaker)가 열리기 전까지 수십 ms에서 수백 ms동안 흐른다. 만약 하프브릿지 회로의 서브모듈로 구성된 컨버터에 별도 보호장치가 없으면 단락전류는 서브모듈의 하단 다이오드를 통해서 흐르게 되어 소손되게 된다. 이를 방지하기 위해 단락전류를 바이패스(by-pass) 시키기 위한 별도의 사이리스터를 추가하는데 이 기기의 사양은 DC 단락 전류를 충분히 견딜 수 있어야 한다. 본 논문에서는 사이리스터의 서지 전류 내력을 평가하기 위해 사양을 분석하고 시뮬레이션과 실험을 통해서 검증하였다.
SI-Thyristor는 스위칭 특성상, turn on시에는 전압구동 특성을 지니며, turn off시에는 전류구동 특성과 전압구동 특성을 지니고 있기 때문에, 그 두가지 특성을 명확히 하여 스위칭 특성을 구분 짓는 것이 어렵다. 본 논문은 SI-Thristor-정전유도용량 사이리스터-의 펄스파워 어플리케이션으로 고안된 게이트 드라이버를 이용하여 직렬연결 특성을 측정했으며, 펄스파워 어플리케이션으로서의 SI-Thrysitor의 스위칭 특성과 그에 적합한 게이트 드라이버의 개선점과 특성에 대하여 기술되어 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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