HVDC 주요 과제: 보호 및 스위칭

DC 고장 전류는 자연적인 제로 크로싱이 없습니다
DC 고장 전류는 자연적인 제로 크로싱이 없습니다. 이는 모든 기계식 DC 회로 차단기가 전류 아크를 차단하기 위해 자연적인 제로 크로싱을 의존하기 때문에 문제가 됩니다.

DC 선로에서 저항 감소
DC 선로의 임피던스는 상당히 낮습니다. 이는 DC 고장 시 고장 전류의 크기가 훨씬 더 크고 전체 그리드의 전압 수준이 낮아짐을 의미합니다.

고장 위치 파악의 어려움
저임피던스로 인해 DC 그리드에서 고장을 찾는 것이 더 어렵습니다.

DC 그리드의 반도체 기반 구성 요소
DC 그리드의 반도체 기반 구성 요소—예를 들어 전압 소스 컨버터(VSCs), DC/DC 컨버터, DC 회로 차단기—는 매우 작은 열 상수와 매우 낮은 정격 과전류 용량을 가지고 있습니다.

반도체 구성 요소의 높은 비용
반도체 구성 요소의 높은 비용으로 인해 DC 고장을 매우 짧은 시간 내에 해결하는 데 큰 요구가 있어 보호 시스템의 신속한 작동이 필수적입니다.

전압 강하 및 컨버터 차단
DC 전압이 명목값의 약 80-90%까지 하락하면 전압 소스 컨버터가 차단됩니다.

DC 시스템의 용량성 임피던스
많은 DC 시스템은 유의미한 병렬 용량성 임피던스를 가진 케이블을 포함하고 있습니다. 또한, 컨버터의 DC 측과 DC 필터의 커패시터는 추가적인 용량을 도입합니다.

요약
DC 고장 전류의 자연적인 제로 크로싱 부재는 이러한 특성을 이용하여 아크를 차단하는 기계식 DC 회로 차단기에 대한 중요한 도전 과제를 제기합니다. DC 선로의 저항 감소는 고장 전류의 크기를 증가시키고 그리드 전압 수준을 낮추어 고장 위치 파악을 더욱 어렵게 만듭니다. DC 그리드의 반도체 기반 구성 요소, 예를 들어 VSCs, DC/DC 컨버터, DC 회로 차단기는 제한된 열 용량과 낮은 과전류 등급을 가지므로 손상을 피하기 위해 신속한 고장 처리가 필요합니다. 이러한 구성 요소의 높은 비용으로 인해 보호 시스템이 신속하고 효율적으로 작동하는 것이 필수적입니다. DC 전압이 명목값의 80-90%까지 하락하면 전압 소스 컨버터가 차단될 수 있습니다. 또한, 케이블, 컨버터 커패시터, DC 필터를 포함한 DC 시스템의 용량성 임피던스 존재는 시스템의 동작과 고장 관리에 복잡성을 추가합니다.