JP2015180176A - 発電機の発電方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】発電機発電システムに関し、少ない費用で発電機で出力される電力を一定に出力することができ、発電ソース源の速度が非常に速く変更される場合にも対応することができる発電機の発電方法及びシステムを提供することにある。【解決手段】複数の発電機１０から生産しようとする基準総電力を選定する段階と、前記基準総電力と毎瞬間それぞれの発電機でセンシングされた速度を用いて電流の指令値を算出する段階と、算出された前記電流の指令値を利用して、それぞれの発電機で出力される総電力が前記基準総電力に近似するようにそれぞれの前記発電機１０の出力電流を調節する段階とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、発電機の発電システムに関し、より詳細には、複数の発電機から出力される電力を一定に制御するための発電機の発電方法及びシステムに関する。

化石燃料の枯渇及び環境汚染の問題に伴い、最近、代替エネルギーを利用した発電機に対する関心が増大している。

代替エネルギーを利用した発電機は、原子力エネルギーを利用した原子力発電、太陽エネルギーを利用した太陽光発電、風力を利用した風力発電、海水の潮力を利用した潮力発電などがある。

このような発電機のうち、風力、潮力発電機は、発電ソース源である風と波による回転力を電気エネルギーに切り替える発電として同期機、特に永久磁石同期機を使用する。

一般的に、風力、潮力発電機は、複数個が具備されて発電し、発電ソース源である風と波の強さが一定でないため、発電ソース源の速度が持続的に変わる。

発電ソース源の速度が持続的に変わる場合、発電機それぞれの発電される電力は、その大きさと位相の差が生じ、リップルが発生する。

このように、それぞれの発電量を考慮せず発電し、発電される出力電力は、リップルが乗り、電力網に連結する場合、既存の電力網を不安定にすることができる。
また、それぞれの発電機がすべて同一の速度で発電し、発電される量が同一である場合には、それぞれの発電機で生産される出力電力は、位相が変わるため、リップルを避けにくい。

このような問題点を解決するために、従来、発電機の出力端にエネルギー貯蔵装置を使用して一定の電力を出力する方法が用いられていた。

しかし、エネルギー貯蔵装置を使用した発電機は、エネルギー貯蔵装置の費用の増加によりコストが上昇する問題があった。

また、従来、発電機のブレードの角度を発電ソース源の速度によって変更する方法も用いられている。

すなわち発電機のブレード角度を変更する方法は、速度が高い場合、ブレード角度を発電機が少し回転するように変換し、速度が低い場合、ブレードの角度を発電機がさらに大きく回転するように切り替えて、リップルを減らすことができる。

しかし、このような発電機のブレード角度を変更する方法は、速度が非常に速く変動する場合、対応しにくいため、信頼性に欠ける問題点があった。

韓国登録特許第１０−１２８８６３８号公報

したがって、本発明の目的は、少ない費用で発電機で出力される電力を一定に出力することができる発電機の発電方法及びシステムを提供することにある。

また、本発明の目的は、発電ソース源の速度が非常に速く変動する場合にも対応することができる発電機の発電方法及びシステムを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、基準値となる基準総電力を選定する段階と、前記基準総電力と毎瞬間それぞれの発電機でセンシングされた速度を用いて電流の指令値を算出する段階と、算出された前記電流の指令値を利用して、出力される電力が前記基準総電力に近似するようにそれぞれの前記発電機の出力電流を調節する段階とを含む。

本発明による発電機の発電方法において、前記基準総電力は、一定周期のｒｍｓ速度による総電力であることを特徴とする。

本発明による発電機の発電方法において、前記電流の指令値は、次の数式を利用して決定されることを特徴とする。

本発明による発電機の発電方法において、前記電流の指令値は、前記発電機の力またはトルクと速度との比例定数であることを特徴とする。

本発明による発電機の発電方法において、前記電流を調節する段階は、次の数式のように電流の指令値を用いて電流を制御することを特徴とする。

本発明による発電機の発電システムにおいて、速度及び電流をセンシングするセンシング部が具備される複数の発電機と、前記センシング部でセンシングされた毎瞬間それぞれの前記発電機でセンシングされた速度を用いて電流の指令値を算出し、算出された前記電流の指令値を利用して、出力される電力が前記基準総電力に近似するようにそれぞれの前記発電機の出力電流を調節するための制御信号を生成する制御装置と、それぞれの前記発電機の出力端に設置され、前記制御装置から制御信号を伝達されて、前記発電機で出力される電流を制御する電流調節装置とを含む。

本発明による発電機の発電システムにおいて、前記発電機は、風力、波力及び潮力発電機であることを特徴とする。

本発明による発電機の発電方法において、前記制御装置は、前記電流の指令値を算出する演算部と、前記演算部によって算出された電流の指令値を利用してそれぞれの前記発電機の出力電流を調節するための制御信号を生成する電流信号生成部とを含むことを特徴とする。

本発明による発電機の発電方法及びシステムは、基準となる基準総電力と毎瞬間それぞれの発電機でセンシングされた速度を通じて電流の指令値を算出し、電流の指令値を利用して発電機で出力される総電力が基準総電力に近似するようにそれぞれの発電機の出力電流を調節することによって、発電ソース源の速度が非常に速く変更される場合にも対応することができる。

また、本発明による発電機の発電方法及びシステムは、基準となる基準総電力と毎瞬間それぞれの発電機でセンシングされた速度を用いて電流の指令値を算出し、電流の指令値を利用して発電機で出力される総電力が基準総電力に近似するようにそれぞれの発電機の出力電流を調節することによって、一定の電力を出力するために別途の装備を使用しないため、発電機のコストを低減させることができる。

図１は、本発明の実施形態による発電機の発電システムの構成図である。 図２は、本発明の実施形態による発電機の発電システムにおける制御装置の構成図である。 図３は、複数個で具備される発電機に入力される発電ソース源の速度に対する例示を示すグラフである。 図４は、図３のように発電ソース源の速度が入力された場合、出力される電流及び電圧グラフである。 図５は、図４によって出力される電流及び電圧によって出力される総電力を示すグラフである。 図６は、本発明の実施形態による発電機の発電システムを適用して、図３のように発電ソース源の速度が入力された場合、出力される電流を調節した状態を示す電流及び電圧のグラフである。 図７は、図６によって出力される電流及び電圧によって出力される総電力を示すグラフである。 図８は、本発明の実施形態による発電機の発電方法の流れを示す流れ図である。

下記の説明では、本発明の実施形態による動作を理解するのに必要な部分だけが説明され、その他の部分の説明は、本発明の要旨を不明にしないように省略されていることに留意しなければならない。

また、以下で説明される本明細書及び請求範囲に使用される用語や単語は、通常的な意味や辞書的な意味に限定して解釈されてはならないし、発明者は、自分の発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念で適切に定義することができるという原則に即して本発明の技術的思想に符合する意味や概念として解釈されなければならない。したがって、本明細書に記載した実施形態と図面に示された構成は、本発明の好ましい１つの実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替することができる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態による 発電機の発電システム１００を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態による発電機の発電システムの構成図であり、図２は、本発明の実施形態による発電機の発電システムにおける制御装置の構成図である。

図１及び図２を参照すれば、本発明の実施形態による発電機の発電システム１００は、複数個の発電機１０−１〜１０−ｎの総電力が一定になるよう制御して、一定の電力を電力系統Ｇｒｉｄに伝送することができる。

また、発電機の発電システム１００は、複数の発電機１０−１〜１０−ｎ、制御装置２０及び電流調節装置３０を含む。

本発明の実施形態による複数個の発電機１０−１〜１０−ｎは、風力、波力及び潮力発電機などを使用することができるが、以下、風力発電機を例として説明する。

発電機１０−１〜１０−ｎは、速度及び電流をセンシングするセンシング部１１を含むことができる。

発電ソース源の速度は、風力発電団地内の地形及び隣合う発電機１０−１〜１０−ｎの影響などの理由で、互いに異なる風速を有する。

これによって、センシング部１１は、複数の発電機１０−１〜１０−ｎそれぞれに設置され、毎時間変わる風速による発電ソース源の速度をセンシングし、速度による発電機１０−１〜１０−ｎの出力電流をセンシングすることができる。

ここで、発電ソース源の速度は、発電機１０−１〜１０−ｎの風力タービンの速度であることができる。

また、センシング部１１は、センシングした速度及び電流値を無線通信を用いて後述する制御装置２０に伝達することができる。しかし、これに限定されたものではなく、センシング部１１は、有線で制御装置２０と連結され、センシングした速度及び電流値を伝達することができる。

無線通信としては、ワイブロ（Ｗｉｂｒｏ）、ワイファイ（Ｗｉ−Ｆｉ）、ワイマックス（Ｗｉ−Ｍａｘ）のような長距離通信を使用することができ、少数の発電機１０−１〜１０−ｎが設置された場合には、ジグビー（Ｚｉｇｂｅｅ）（商標）、ブルートゥース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）（商標）のような近距離通信を使用することができる。

制御装置２０は、センシング部１１から伝達された速度及び電流値を用いて発電機１０−１〜１０−ｎから出力される電力を一定にする制御信号を生成することができる。

また、制御装置２０は、演算部２１、格納部２２及び電流信号生成部２３を含むことができる。

演算部２１は、センシング部１１から伝達された速度及び電流値を伝達されて、電流の指令値を算出することができる。

電流の指令値は、下記の数式３によって算出することができる。

数式３のように、毎瞬間の速度と、出力しようとする基準総電力を用いて電流の指令値を算出することができる。

数式３は、下記の数式４、数式５、数式６及び数式７を通じて誘導することができる。

すなわち数式４のように、発電機１０−１〜１０−ｎで発生する力またはトルクは、発電ソース源の速度に比例する。

すなわち数式５のように発電機の出力電力は、１０−１〜１０−ｎで発生する力またはトルクに比例する。

したがって、数式４及び数式５により下記の数式６を誘導することができる。

すなわち数式４と数式５により、出力電力は、発電ソース源の速度の二乗に比例する数式６を誘導することができる。

これによって、それぞれの発電機１０−１〜１０−ｎで出力される総電力は、下記の数式７のように表現することができる。

したがって、数式７により、電流の指令値を算出する数式１を誘導することができる。

ここで、数式７の総電力は、数式３の基準総電力になることができる。

基準総電力は、管理者によって任意に選定されるが、これに限定されたものではなく、一定周期のｒｍｓ速度(Ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｓｐｅｅｄ)による総電力を選定することができる。

すなわち基準総電力は、複数の発電機１０−１〜１０−ｎで平均的に出力される総電力を選定して、発電機１０−１〜１０−ｎで出力され得る総電力を考慮して選定することができる。

格納部２２は、発電機の発電システム１００の運用のためのプログラム及びプログラム運用によるデータを格納することができる。すなわち格納部２２は、発電機１０−１〜１０−ｎの発電システムの運用のための運営体制などを格納することができる。

特に、格納部２２は、演算部２１の演算のために使用される演算式及び演算による結果値を格納し、電流信号生成部２３に伝達することができる。

電流信号生成部２３は、演算部２１によって算出された電流の指令値を利用してそれぞれの発電機１０−１〜１０−ｎの出力電流を調節するための制御信号を生成することができる。

電流信号生成部２３は、下記の数式６のように電流の指令値が出力電流に比例するので、それぞれの発電機１０−１〜１０−ｎに対する速度を考慮して、電流の指令値による電流の値に対する制御信号を生成して、それぞれの発電機１０−１〜１０−ｎの出力端に設置される電流調節装置３０に伝達することができる。

すなわち電流信号生成部２３は、複数の発電機１０−１〜１０−ｎで発生する出力を基準総電力に相当するように調節して、総電力値が基準総電力値を維持するように制御することができる。

数式８は、下記の数式９と数式４により誘導することができる。

すなわち力またはトルクは、電流と発電ソース源の速度に比例するので、数式８を誘導することができる。

電流調節装置３０は、それぞれの発電機１０−１〜１０−ｎの出力端に設置され、制御装置２０の電流信号生成部２３から制御信号を伝達されて、制御信号によって毎瞬間発電機１０−１〜１０−ｎで出力される電流を制御することができる。

以下、本発明の実施形態による発電機の発電システム１００を適用して、出力電流による総電力の変化について説明する。

図３は、複数個で具備される発電機に入力される発電ソース源の速度に対する例示を示すグラフであり、図４は、図３のように発電ソース源の速度が入力された場合、出力される電流及び電圧グラフであり、図５は、図４によって出力される電流及び電圧によって出力される総電力を示すグラフであり、図６は、本発明の実施形態による複数個で具備される発電機の発電システムを適用して、図３のように発電ソース源の速度が入力された場合、出力される電流を調節した状態を示す電流及び電圧のグラフであり、図７は、図６によって出力される電流及び電圧によって出力される総電力を示すグラフである。

図３〜図７を参照すれば、図３のように、時間による発電ソース源の速度が一定しないと仮定した場合、発電機１０−１〜１０−ｎで出力される電流及び電圧は、図４のような位相差によるリップルを持って出力される。

これによって出力される総電力は、図５のように、発電ソース源の速度の２倍のリップルを有する波形で出力される。

一方、図６のように、本発明の実施形態による発電機の発電システム１００を適用して出力される電流を調節する場合、図７のように、発電ソース源の速度に関係なく、一定の電力を出力することができる。

したがって、本発明の実施形態による発電機の発電システム１００は、出力される総電力を推定し、総電力を利用して発電ソース源の速度による電流指令値を算出して、発電機１０−１〜１０−ｎの電流を調節することによって、発電ソース源の速度が非常に速く変更される場合にも対応することができる。

また、本発明の実施形態による発電機の発電システム１００は、出力される総電力を推定し、総電力を利用して発電ソース源の速度による電流指令値を算出して発電機１０−１〜１０−ｎの電流を調節することによって、一定の電力を出力するために別途の装備を使用しないため、発電機１０−１〜１０−ｎのコストを低減させることができる。

図８は、本発明の実施形態による発電機の発電方法の流れを示す流れ図である。

一方、本発明の実施形態による発電機１０−１〜１０−ｎの発電方法は、前述した発電機の発電システム１００を利用した発電方法であって、下記の説明では、前述した説明と同一の内容は省略する。

図１〜図８を参照すれば、まず、Ｓ１０段階で、基準値になる基準総電力を選定することができる。

すなわちＳ１０段階で、基準総電力は、複数の発電機１０−１〜１０−ｎで出力しようとする総電力であって、前述した数式１に適用することができる。

次に、Ｓ２０段階で、基準総電力と毎瞬間それぞれの発電機１０−１〜１０−ｎでセンシングされた速度を用いて電流の指令値を算出することができる。

すなわちＳ２０段階で、基準総電力と毎瞬間それぞれの発電機１０−１〜１０−ｎでセンシングされた速度を利用して数式１に適用して電流の指令値を算出することができる。

次に、Ｓ３０段階で算出された電流の指令値を利用して、出力される電力が基準総電力に近似するようにそれぞれの発電機１０−１〜１０−ｎの出力電流を調節することができる。

すなわちＳ３０段階で、毎瞬間それぞれの発電機１０−１〜１０−ｎでセンシングされた速度によって変わる電流の指令値によって電流を調節することによって、出力される総電力が一定に電流を調節することができる。

一方、本明細書と図面に開示された本発明の実施形態は、理解を助けるために特定例を提示したものに過ぎず、本発明の範囲を限定しようとするものではない。ここに開示された実施形態以外にも、本発明の技術的思想に基づく他の変形例が実施可能であるということは、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に自明である。

１０−１〜１０−ｎ 発電機
１１ センシング部
２０ 制御装置
２１ 演算部
２２ 格納部
２３ 電流信号生成部
３０ 電流調節装置
１００ 発電機の発電システム

Claims (8)

1. 複数の発電機から生産しようとする基準総電力を選定する段階と；
   前記基準総電力と毎瞬間それぞれの発電機でセンシングされた速度を通じて電流の指令値を算出する段階と；
   算出された前記電流の指令値を利用して、それぞれの発電機で出力される総電力が前記基準総電力に近似するようにそれぞれの前記発電機の出力電流を調節する段階と；
   を含むことを特徴とする発電機の発電方法。
2. 前記基準総電力は、一定周期のｒｍｓ速度による総電力であることを特徴とする請求項１に記載の発電機の発電方法。
3. 前記電流の指令値は、次の数式を利用して決定されることを特徴とする請求項２に記載の発電機の発電方法。
   
4. 前記電流の指令値は、前記発電機の力またはトルクと速度との比例定数であることを特徴とする請求項３に記載の発電機の発電方法。
5. 前記電流を調節する段階は、次の数式のように電流の指令値を用いて電流を制御することを特徴とする請求項４に記載の発電機の発電方法。
   
6. 発電ソース源の速度及び出力電流をセンシングするセンシング部をそれぞれ具備する複数の発電機と；
   前記複数の発電機から生産しようとする基準総電力を選定し、前記センシング部で毎瞬間それぞれの前記発電機でセンシングされた速度を用いて電流の指令値を算出し、算出された前記電流の指令値を利用して、出力される電力が前記基準総電力に近似するようにそれぞれの前記発電機の出力電流を調節するための制御信号を生成する制御装置と；
   それぞれの前記発電機の出力端に設置され、前記制御装置から制御信号を伝達されて前記発電機で出力される出力電流を制御する電流調節装置と；
   を含むことを特徴とする発電機の発電システム。
7. 前記発電機は、風力、波力または潮力発電機であることを特徴とする請求項６に記載の発電機の発電システム。
8. 前記制御装置は、
   前記電流の指令値を算出する演算部と；
   前記演算部によって算出された電流の指令値を利用してそれぞれの前記発電機の出力電流を調節するための制御信号を生成する電流信号生成部と；
   を含むことを特徴とする請求項６に記載の発電機の発電システム。