Thyristor-Switched Capacitor(TSC)의 특성

Thyristor-Switched Capacitor(TSC)의 특성

 

1. TSC의 기본요소

Thyristor-Switched Capacitor(TSC)는 양방향 사이리스터 쌍과 소형 리액터, 캐퍼시터뱅크의 직렬로 이루어지고, 캐퍼시터뱅크의 개폐는 사이리스터 개폐에 의해 행해진다. 소형 리액터는 개폐 과도현상의 제한, 병렬 연결된 다른 무효전력보상기와 전력계통으로부터 발생하는 고조파 여파와 돌입전류의 제동을 위해서 사용된다. 기본적인 TSC 요소의 3상 이용은 델타결선으로 이루어진다.

TSC는 점호순시시간과 요구하는 점호펄스를 결정하는 제어계를 구비한다.

개폐순시시간은 다음과 같이 과도현상에서의 개폐를 결정한다.

만약 사이리스터가 교류 계통전압 V의 최대치와 같게 되는 캐퍼시터 전압 Vc에서 점호된다면(사이리스터에 걸리는 전압이 0이 되는 점) 전류 I의 과도현상은 최소가 된다.

만약 최대전압이 사이리스터에 걸리거나 또는 계통전압이 0일 때 점호가 된다면 전류의 과도현상은 최대가 된다.

실제적인 TSC 회로에서 사이리스터의 용량에 의해 주어진 한계 내에서 최악의 투입 과도현상의 di/dt를 유지하기 위해 직렬로 인던턴스를 연결하는 것이 필요하다. 과도현상은 계통손실에 의하여 빠르게 제동된다.

실제적으로 최적 점호순시시간을 위해 제어기를 통해 공급된 필요 정보에 의해 최소 사이리스터 전압에서 투입이 실행된다.

점호제어는 일반적으로 하나의 점호펄스를 보내거나 일련의 연속적인 점호신호 또는 제어기에 의해 커패시터 전류가 요구된 만큼의 연속적인 게이트 신호를 보낸다. "0"전류에서 사이리스터가 도통을 중지한 후 커패시터는 최대 시스템 전압에서 충전을 유지한다. 이러한 잔류전하는 커패시터와 연결된 방전장치에 의해 방전되고 그림2와 같이 점호펄스를 인가하여 커패시터전압과 동일한 극성인 시스템전압이 걸리게 됨에 따라 커패시터의 급속한 재결합을 억제하지는 않는다.

TSC 보상기의 기본방식은 여러개의 델타결선 병렬 TSC, 사이리스터 점호 또는 사이리스터 펄스 동기 시스템, 조정기와 계측장치를 구비한 제어기로 구성된다. 또한 TSC의 전압이 기술적, 경제적 이유로 30KV 또는 그 이하로 제한되므로 고압과 초고압에서의 이용을 위해 TCR과 같이 강압변압기가 필요하다.

강압변압기의 2차전압은 TSC 단가에 큰 영향을 미치므로 신충히 선택되어야 한다.

 

TSC 보상기의 출력특성(V-I)은 비연속적이며, 병렬연결 단위기의 수와 정격에 의해 결정된다. 따라서 공급된지지전압은 그림 4와 같이 불연속적이다.

무효전력원으로서의 TSC는 이산형의 계단적으로 제어된다.

전압 V는 [VREF + △V/2]의 범위내에서 제어되며, △V는 Deadband 이다.

TSC의 동적응답은 매우 빨라 공급주파수의 0.5~1.0Hz 정도이나 제어한정도를 위해 보다 느린 응답으로 정정하는 것과 제어회로와 계측회로에서의 지연으로 인해 공급주파수의 3~10Hz 정도로 운용된다. TSC도 TCR과 마찬가지로 적절한 제어기가 필요하다.

 

2. 고조파특성

TSC의 고조파 발생은 "0"이나 고조파 주파수대에서 전력계통이 직렬공진의 위험이 있으며 TSC 정격에 대한 직렬리액터 임피던스의 주의 깊은 상호협조가 요구된다.

TSC의 손실은 TSR의 손실보다 작으나 일반적인 순수한 캐퍼시터의 손실보다는 크다. 또한 과부하 능력은 사이리스터와 커패시터에 의해 결정된다. TSC는 운전시 요구되는 전압을 초과할 때는 투입되지 아니하므로 과전압 문제는 없으며, 고장 제거에 따른 커패시터의 재충전에 의해 야기되는 과전압의 심화를 피하기 위해 큰 계통 교란 지속시에는 제어기를 폐쇄할 수 있다.

TSC 방식의 사이리스터는 만약 제어장치나 보호장치가 부적합하게 설계되어 사이리스터가 불연속적으로 그림6과 같이 사이리스터에 걸리는 최대전압차의 주기에서 단일 펄스에 의해 점호된다면 내부적인 과전압 문제가 따르게 된다.

교류 계통전압 V와 캐퍼시터전압 Vc가 반대일 때 즉, 사이리스터에 최대전압이 걸리 때 사이리스터 misfiring은 매우 큰 고주파 서지전류를 발생시킬 수 있으며, 캐퍼시터와 사이리스터에 걸리는 고전압 스트레스를 유발하고 점호펄스 후에 짧게 무력화 한다.

이 문제는 사이리스터에 걸리는 최대전압 주기에서 사이리스터의 점호를 금지하는 방법과 과전압조건하에 연속적인 점호신호를 인가하는 방법, 적당한 보호장치 등에 의해 최소화할 수 있다.

TSC는 대기상태에서 최소의 손실이라는 이점이 있으며, 대형 계통교란시 전압지지, 전력공진의 제동, 전압조정, 부하평형의 목적으로 이용된다.