KR100246205B1

KR100246205B1 - 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템

Info

Publication number: KR100246205B1
Application number: KR1019960038022A
Authority: KR
Inventors: 류홍우; 임익헌; 김찬기
Original assignee: 이종훈; 한국전력공사
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 2000-03-15
Also published as: KR19980019781A

Abstract

본 발명은 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템에 관한 것으로서, 이는 송전선로 계통 및 지락등의 원인으로 발전기의 단자전압이 저하하게 되어 여자전원의 부족 현상이 발생시에 입력전압을 상승시켜 주어 여자전원을 충분히 확보하도록 하고 정상운전 조건에서는 발전기의 여자전압을 항상 일정한 범위로 유지하도록 한 것이다.

이와 같은 본 발명은 정상운전 조건 또는 선로사고 및 지락등에 의한 여자전압 저하시에 발전기에서 발생되어 변성기를 통해 궤환 입력되는 여자전압과 자동전압 설정기로부터 설정되어 입력되는 전압과의 비교로 스위칭전압을 발생하는 승압변환 제어수단과; 상기 변성기를 통해 궤환 입력되는 여자전압과 자동전압 설정기로부터 입력되는 설정전압에 따라 점호각 제어신호를 발생하는 강압변환 제어수단과; 상기 강압변환 제어수단에서 얻어진 점호각 제어신호 및 승압변환 제어수단에서 얻어진 스위칭전압에 따라 일정시간과 주기로 단락과 차단의 반복으로 변압기를 통한 발전기의 전압을 승압 또는 강압하여 발전기의 입력으로 제공하는 강승압 변환수단으로 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템

제1도는 종래 전압원 정지형 여자기 시스템을 보인 블록 구성도.

제2도는 본 발명 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템을 보인 전체 블록구성도.

제3도는 제2도의 강압변환 제어부를 보다 상세하게 도시한 블록 구성도.

제4도는 제2도의 승압변환 제어부를 보다 상세하게 도시한 블록 구성도.

제5도는 제4도의 승압제어 조건부를 보다 상세하게 도시한 블록 구성도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101 : 발전기 103 : 변압기

104 : 싸이리스터 105 : 점호각 제어부

107 : 자동전압 설정기 108 : 수동전압 설정기

109 : 수동제어부 110 : 변류기

111 : 변성기 112 : 승압변환 제어부

113 : 강압변환 제어부 114 : 강승압 변환부

본 발명은 발전소에서 발전기의 단자전압을 제어하는 발전기 정지형 여자시스템에 있어서의 여자 입력전압에 따라 승압 및 강압 변환기를 이용하여 일정한 여자 전원을 확보하여 필요시에 계자 강화가 가능하도록 하는 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 정상운전 상태에서는 기존의 전압원 정지형 여자기와 유사한 특성으로 동작을 하고 선로계통의 단락 및 지락등과 같은 선로 고장으로 인한 여자용 전원 전압 저하시에는 입력전압을 상승시켜 필요한 여자강화(Field Forcing)를 행하도록 하는 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 전압원 저지형 여자기는 잘 알려진 바와 같이, 발전기 출력단자에서 여자전원을 입력받아 점호각 제어기에 의하여 싸이리스터의 게이트가 조정되어 발전기 계자에 여자전류를 공급하여 발전기 단자전압이 일정값으로 유지되도록 하는 것으로서, 이러한 전압원 정지형 여자기의 경우에 있어서, 설비가 간단하고 정비 보수가 쉽다는 장점을 지니고 있다.

그러나, 여자전원을 발전기의 단자로부터 입력 받음에 따라 발전기 단자전압의 변화로부터 직접적으로 영향을 받게 되어 있다.

따라서, 발전기 출력단자에서 또는 송전 선로 계통에서 3상 단락이나 지락등의 원인으로 인한 단자전압이 강하하는 경우에 제어 계통에서는 단자전압을 유지하기 위하여 여자를 강화하려고하나 단자전압의 저하로 여자 입력전압을 유지하기 위하여 여자를 강화하려고하나 단자전압의 저하로 여자 입력전압의 부족을 초래하게 되고, 이로 인하여 송전전력이 저하하여 동기 탈조하는 등 발전기의 안정 운전에 어려움이 있었다.

상기와 같은 문제점을 보완하기 위해서 또다른 방법으로 변류기를 설치하여 전류원을 기존의 전압원과 벡터적으로 합성하여 여자전류를 선로사고시에도 공급하는 복원여자 방안이 제안되어 채택되고 있으나, 변류기의 크기가 커지고 제어정수를 수정하기가 어렵다는 등의 문제점을 내포하고 있다.

제1도는 전술한 종래 전압원 정지형 여자기 시스템을 보인 블록 구성도이다.

제1도를 참조하면, 선로(L1) 및 초기여자설비(100)를 통해 입력되는 전압에 따라 운전하여 여자 전압을 발생하여 주는 계자(101a) 및 전기자(101b)를 포함하는 발전기(101)와, 상기 발전기(101)에서 발생되어 궤환되는 여자전압을 강압하는 변압기(103)와, 상기 발전기(101)에서 발생되어 궤환되는 여자 전류의 변화를 검출하는 변류기(110)와, 상기 발전기(101)에서 발생된 여자 전압을 전자유도작용에 의해 궤환하여 출력하여 주는 변성기(111)와, 상기 발전기(101)의 단자전압 운전값을 자동으로 설정하는 자동전압 설정기(107)와, 상기 자동전압 설정기(107)에서 설정된 운전값과 변압기(103), 변류기(110) 및 변성기(111)를 통해 검출되어 입력되는 여자전압/전류를 비교하여 그에 따른 자동제어전압을 발생하는 자동제어부(106)와, 상기 자동제어계통, 즉 다시말해서 자동전압 설정기(107), 자동제어부(106), 변류기(110) 및 변성기(111)의 고장시에 상기 발전기(101)를 수동으로 제어하기 위해 단자전압의 운전값을 설정하는 수동전압 설정기(108)와, 상기 수동전압 설정기(108)에서 설정된 운전값과 초기여자설비(100)를 통해 입력되는 여자전압을 비교하여 그에 따른 수동제어전압을 발생하는 수동제어부(109)와, 상기 수동제어부(109) 및 자동제어부(106)에서 공급되는 수동/자동제어전압에 따라 점호각 스위칭신호를 발생하는 점호각 제어부(105)와, 상기 점호각 제어부(105)에서 제공되는 점호각 스위칭신호에 따라 상기 변압기(103)에서 강압되어 입력되는 여자전압을 발전기(101)에 궤환 입력시켜 주어 발전기(101)의 단자전압을 안정화시키는 싸이리스터(104)로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래 전압원 정지형 여자기 시스템은 먼저, 선로(L1) 및 초기여자설비(100)를 통해 전압이 계자(101a)와 전기자(101b)로 이루어진 발전기(101)에 입력되면 그 발전기(101)는 그 입력된 전압에 의해 운전을 하여 여자전력을 발생하게 된다.

상기 발전기(101)에서 발생된 여자전력은 변압기(103)를 통해 전압강하되어 자동제어부(106)에 궤환 입력됨과 아울러 변류기(110)를 통해 여자전류가 검출되어 상기한 자동제어부(106)에 공급되고, 또한 변성기(111)는 발전기(101)에서 발생된 여자전압을 전자 유도작용에 의해 상기 자동제어부(106)에 궤환 공급하게 된다.

상기 자동제어부(106)는 상기 발전기(101)가 정상상태, 즉 다시말해서 발전기(101)에서 발생되는 여자전압이 정상상태이면 이후에 설명될 점호각 제어부(105)를 통해 싸이리스터(104)를 제어하여 상기 변압기(103)에서 강압된 여자전력을 발전기(101)의 계자(101a)에 다시 궤환시키게 된다.

따라서, 상기한 발전기(101)는 싸이리스터(104)를 통해 입력되는 궤환전압에 의해 그의 출력 단자전압을 일정하게 유지하여 주게 된다.

이와는 반대로, 발전기(101)의 단자전압, 즉 다시말해서 여자전압이 선로사고 또는 지락등의 사고로 인하여 상기 발전기(101)의 전류가 급격히 증가하게 되면 그 발전기(101)의 내부 임피던스에 의한 전압강하로 발전기(101)에서 발생된 단자전압(여자전압)은 전류의 증가와 반대로 급격히 감소하게 된다.

이때, 자동제어부(106)는 상기 변성기(111)를 통하여 궤환 입력되는 발전기(101)의 단자전압 및 변류기(110)를 통해 궤환 입력되는 전류와 자동전압 설정기(107)에서 입력되는 전압설정값을 비교하여 발전기(101)의 단자전압이 자동전압 설정기(107)의 전압 설정값보다 낮으면 점호각 제어부(105)에 제어전압을 공급하여 싸이리스터(104)를 완전히 도통시켜 그 싸이리스터(104)로 하여금 더 많은 여자전류를 발전기(101)의 계자(101a)에 공급하도록 조정을 하여 주게 된다.

그리고, 제1도에서의 수동제어부(109)는 상기 자동 제어계통, 즉 자동제어부(106), 자동전압 설정기(107), 변류기(110) 및 변성기(111)의 고장시에 수동제어 설정기(108)에서 입력되는 설정 전압과 발전기(101)의 입력전압을 비교하여 그 비교한 결과값에 따라 점호각 제어부(105)를 통해 싸이리스터(104)의 점호각을 제어하여 발전기(101)의 입력 전압을 조정하게 된다.

그러나, 일반적으로 발전기가 전력을 발생시켜 전력계통에 전달하는 송전전력은 송전단전압과 수전단전압 그리고 송,수전단 전압 상차각의 사인(sine)값을 곱하고 이 값을 선로 임피던스로 나눈 값(P=(E_S×E_r×sinδ)/Xe)으로 결정된다.

따라서 발전기의 입력 전압 전하는 송전력전력을 저하시킴과 아울러 발전기 단자전압의 저하로 여자용 전원 전압이 저하하여 여자전류를 저하시키게 되고 여자전류의 저하는 단자전압을 더욱 저하시킴으로서 기계적 입력과 전기적 출력의 불평형이 심화되어 발전기가 가속되어 동기 탈조하게 되고 이로 인하여 전력계통에서 분리되는 현상이 발생하게 된다.

덧붙여 말하면, 전술한 제1도와 같은 종래의 전압원 정지형 여자기 시스템은 선로 고정으로 인하여 발전기 단자전압이 급격하게 저하 될시에 자동제어부가 싸이리스터를 다이오드와 같이, 완전히 도통하여 준다 하더라도 여자전류를 공급할 수 있는 능력이 발전기의 전기자에서 발생되는 여자전압, 즉 다시말해서 발전기의 단자전압의 저하에 비례하여 제한 받게 된다.

그 결과로 발전기에서 출력이 저하하게 되고 순간적으로 발전기를 구동하는 원동기(도면에 미 도시)의 입력이 크게되어 원동기가 가속됨에 따라 전력계통에서 분리되어 전력 공급 능력을 발전기가 상실하게 되는 현상이 발생될 수 있는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 송전선로 계통 및 지락등의 원인으로 발전기의 단자전압이 저하하게 되어 여자 전원의 부족 현상이 발생시에 입력전압을 상승시켜 주어 여자전원을 충분히 확보하도록 하는 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 선로계통의 단락 및 지락과 같은 선로 고장으로 인한 단자전압의 강하로 여자 전류의 확보가 곤란시에 여자전류를 유지 및 증가시키도록 하고 정상운전 조건하에서는 여자전류를 강압시켜 항상 일정 범위의 여자전압을 유지하도록 하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 정격 입력전압에서 승압 변환작용에 의하여 전압원 여자기의 최대전류와 동일한 여자전류를 공급하고 그 이상의 전압에서도 기존의 전압원 정지형 여자기에 비하여 보다 큰 전류를 공급 하도록 하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 선로 고장으로 인한 여자용 입력 전압이 저하시에 그 여자전압의 승압 및 강압으로 일정 여자전원을 확보하여 필요시에 여자강화를 행하도록 하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템에 필요한 소자를 간소화하고 변류기에 따른 제품의 크기를 최대한으로 축소하여 주도록 하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템은, 선로사고 및 지락등에 의해 발전기에서 발생되어 변성기를 통해 궤환 입력되는 여자전압이 자동전압 설정기에서 설정되어 입력된 전압 보다 저하될 때에 승압변환 제어용 스위칭 전압을 발생하는 승압변환 제어수단과, 정상 운전상태에서 상기 변성기를 통해 궤환 입력되는 여자전압이 자동 전압 설정기로부터 입력되는 설정전압 보다 높아질 때에 점호각 제어부를 통해 강압 변환 제어용 점호각 제어신호를 발생하는 강압변환 제어수단과, 상기 강압변환 제어수단으로부터의 점호각 제어신호에 의해 변압기를 통한 발전기의 전압을 항상 일정하도록 강압하고, 상기 승압 변환 제어수단에서 얻어진 스위칭전압에 따라 단락과 차단을 반복하여 변압기를 통한 발전기의 전압을 승압하여서 해당 전압을 발전기의 입력으로 제공하는 강승압 변환수단으로 이루어짐을 특징으로 한다.

상기에서, 강승압 변환수단은, 상기 승압변환 제어수단에서 얻어진 스위칭전압에 따라 단락 및 차단을 반복 수행하는 스위칭소자와, 정상 운전 조건에서는 상기 스위칭소자의 차단에 의해 강압변환기로 작용하고, 선로 고장으로 인한 여자용 전원전압 저하시에는 스위칭소자의 주기적 스위칭에 의해 변압기를 통해 전압강하된 발전기의 여자전압을 정류하여 출력함으로써 다이오드 브리지로 동작하는 출력하는 정류기와, 상기 전류에서 발생된 전압을 승압하여 상기 점호각 제어부에 의해 스위칭되는 싸이리스터를 통해 발전기의 입력으로 제공하는 승압변환부로 이루어짐을 특징으로 한다.

이러한 수단들로 이루어진 본 발명에 의해, 송전선로 계통 및 지락등의 원인으로 발전기의 단자전압이 저하하게 되어 여자 전원의 부족 현상이 발생할시에 입력 여자전압을 상승시켜 주어 여자전원을 충분히 확보할 수 있고 또한 정상운전 조건하에서는 여자전류를 강압시켜 항상 일정 범위의 여자전압을 유지할 수가 있다.

본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 이 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

제2도는 본 발명 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템을 보인 전체 블록 구성도이다.

본 실시예에 따르면, 선로사고 및 지락등에 의한 발전기(101)의 여자전압이 급격하게 저하될 때에 그 발전기(101)에서 발생되어 변성기(111)를 통해 궤환 입력되는 단자전압(GV)과 자동전압 설정기(107)로부터 설정되어 입력되는 설정전압의 비교로 스위칭전압(SV)를 발생하는 승압변환 제어부(112)와, 상기 변성기(111)를 통해 궤환 입력되는 단자전압(GV)이 자동전압 설정기(107)로부터 입력되는 설정전압 보다 높아질 때에 점호각 제어신호(SC)와 강압비례적분 제어신호(CV)를 발생하는 강압변환 제어부(113)와, 상기 강압변환제어부(113)에서 발생되어 입력되는 점호각 제어신호(SC) 및 승압변환 제어부(112)에서 발생되어 입력되는 스위칭전압(SV)에 따라 일정시간과 주기로서 단락과 차단(on-off)을 반복하여 변압기(103)를 통한 발전기(101)의 여자전압을 승압 또는 강압하고 이를 다시 발전기(101)의 계자(101a)로 궤환 입력하여 그 발전기(101)로 하여금 항상 일정한 범위내의 여자전압을 얻도록 하는 강승압 변환부(114)와, 상기 여자전압을 발생하는 발전기(101)를 운전하는 전동기(115)로 구성한 것으로, 종래 제1도의 기술과 동일부분에 대하여는 동일부호를 부여하고 이하에서의 설명을 생략한다.

상기에서, 강승압 변환부(114)는, 상기 승압변환 제어부(112)에서의 설정전압과 단자전압의 비교에 따라 입력되는 스위칭전압(SV)에 의해서 일전시간과 주기로 단락과 차단을 반복 수행하는 스위칭소자(114a)와, 상기 스위칭소자(114a)의 단락 및 차단에 따라 변압기(103)를 통해 강압된 발전기(101)의 여자전압을 정류하여 출력하는 정류부(114b)와, 상기 정류부(114b)에서 정류된 전압을 리액터(114c) 및 콘덴서(114d)를 통해 자장에너지로 저장하여 얻어지는 승압된 여자전압을 점호각 제어부(105)에 의해서 스위칭되는 싸이리스터(104)를 통해 발전기(101)의 계자(101a)에 제공되는 승압변환부로 구성한다. 그리고, 상기에서 강압변환 제어부(113)는, 제3도에서와 같이, 상기 변성기(111)를 통해 입력되는 발전기(101)의 단자전압(GV)과 자동전압 설정기(107)에서 제공되는 설정전압과의 비교로 차전압을 발생하는 제1가산기(113a)와, 상기 제1가산기(113a)에서 가산되어 얻어지는 편차값을 비례적분하여 출력하는 강압비례적분 제어기(113b)와, 상기 강압비례적분 제어기(113b)에서 발생된 강압비례적분전압을 일정레벨로 제한하는 강압신호 제한기(113c)와, 상기 변성기(111)를 통해 입력되는 발전기(101)의 단자전압(GV)에 동기한 신호전압을 발생하는 동기신호 발생기(113d)와, 상기 강압신호 제한기(113c)에서 제한되어 입력되는 전압을 상기 동기신호 발생기(113d)의 동기전압에 동기시켜 점호각신호를 발생하는 점호각 제어회로(113e)와, 상기 발전기(101)의 단자전압(GV)과 강압비례적분 제어기(113b)의 강압비례적분 제어신호(CV)에 따라 승압조건을 판단하는 제1승압제어 조건부(113f)와, 연속적으로 상기 싸이리스터(104)를 구동하기 위한 점호각 제어신호를 발생하여 주는 연속점호각 제어부(113g)와, 상기 제1승압제어 조건부(113f)의 출력신호와 연속점호각 제어부(113g)의 출력신호를 논리곱하여 출력하는 제1논리곱소자(113h)와, 상기 제1논리곱소자(113h)의 출려과 전호각 제어회로(113e)의 출력신호를 논리합하여 제1도의 점호각 제어부(105)를 통해 싸이리스터(104)의 게이트를 제어하는 제1논리합소자(113i)를 포함한다.

또한, 상기 승압변환 제어부(112)는 제4도에서와 같이, 상기 변성기(111)를 통해 입력되는 발전기(101)의 단자전압(GV)과 자동전압 설정기(107)에서 제공되는 설정전압과의 비교로 차전압을 발생하는 제2가산기(112a)와, 상기 제2가산기(112a)에서 가산되어 입력되는 편차값을 비례적분하여 출력하는 승압비례적분 제어기(112b)와, 상기 승압비례적분 제어기(112b)에서 발생된 승압비례적분전압을 일정레벨로 제한하는 승압신호 제한기(112c)와, 삼각파신호를 발생하는 삼각파 발생기(112d)와, 상기 삼각파 발생기(112d)에서 발생된 삼각파신호와 승압신호 제한기(112c)에서 제한된 승압신호를 비교하여 그 결과신호를 발생하는 제1비교기(112e)와, 발전기(101)의 단자전압(GV)과 강압비례적분 제어기(113b)의 비례적분 제어신호(CV)에 따라 승압조건을 판단하여 출력하는 제2승압제어조건부(112f)와, 상기 제2승압제어조건부(112f)에서 입력되는 신호와 제1비교기(112e)에서 입력되는 신호를 논리곱하여 얻어진 스위칭전압(SV)으로 제1도의 스위칭소자(114a)를 제어하는 제2논리곱 소자(112g)를 포함한다.

그리고, 상기 제1,제2승압제어 조건부(113f),(112f)중 어느 하나의 승압제어 조건부는, 제5도에서와 같이, 발전기(101)의 출력전압을 설정하는 출력별 전압 설정장치(200)와, 상기 변성기(111)를 통해 궤환 입력되는 발전기(101)의 단자전압(GV)과 발전기의 출력별 전압 설정치와를 비교하여 그 비교 결과값에 따라 발전기(101)의 단자전압(GV)의 이상 유무를 검출하는 제2비교기(201)와, 여자기 단자전압의 상승 및 하강을 검출할 수 있도록 비교값을 설정하는 비교설정기(202)와, 상기 비교설정기(202)를 통해 설정한 비교값과 강압비례적분 제어기(113b)의 비례적분 제어신호(CV)를 비교하여 그 결과값을 출력하는 제3비교기(203)와, 상기 제2,제3비교기(201),(203)의 출력신호를 논리곱하여 승압제어 조건신호를 발생하는 제3논리곱소자(204)를 포함한다.

이와 같이 이루어진 본 발명의 바람직한 실시예를 제2도 내지 제5도를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

전술한 제1도에서 언급한 바와 같이, 선로고장 또는 지락등에 의해 발전기(101)의 단자전압이 급격하게 저하될시에는 싸이리스터(104)를 다이오드 처럼 완전히 도통되게 하더라도 공급할 수 있는 능력이 발전기(101)의 단자전압의 저하에 비례하여 제한을 받게되고, 이 결과로 발전기(101)에서 출력이 저하하게 되고 순간적으로 발전기(101)를 구동하는 원동기(115)의 입력이 크게 되어 원동기가 가속됨에 따라 전력계통에서 분리되어 전력 공급 능력을 발전기(101)가 상실하게 된다는 것은 앞에서 설명한 내용에 의해 잘 알 수 있을 것이다.

본 발명에 있어서는 상기 이러한 경우에 부족한 여자전원을 확보할 수 있도록 강승압 변환부(114)의 정류부(114b), 즉 다시말해서 3상 다이오드 전파정류기 출력단을 단락시키는 스위칭소자(114a)를 이용하여 일정시간과 주기로 단락과 차단을 반복하도록 승압 변환 제어부(112)가 동작한다. 단락시간의 크기는 여자전류의 부족분에 따라 이후에 구체적으로 설명될 승압변환제어부(112)에서 결정된다.

상기에서, 스위칭소자(114a)는 싸이리스터 또는 승압용 트랜지스터 또는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 GTO(Gate Turn-off Thyristor) 등의 반도체 스위칭소자로 한다.

계속해서, 상기 강승압변환부(114)의 스위칭소자(114a)가 단락되게 리액터(114c)의 출력단은 정류부(114b), 즉 3상 다이오드 전파 정류기와 스위칭소자(114a)를 통하여 3상 단락이 발생하게 된다.

이 결과로 전류는 싸이리스터(104)를 통하여 흐르지 못하고 전부 3상 다이오드 전파 정류기(114b)를 통하여 흐르게 되고 이 단락 기간동안 3상 교류 리액터(114c)에서는 전류가 증가하면서 자장 에너지로 저장되게 된다.

일정시간 경과 후 상기 스위칭소자(114a)가 차단되면 단락 기간동안 자장으로 교류 리액터(114c)에 저장되어 있던 에너지는 싸이리스터(104)를 통하여 방출하게 된다.

이때, 상기의 싸이리스터(104)는 이후에 설명될 강압변환 제어부(113)에 의해 제어되는 점호각 제어부(105)로부터의 연속 점호신호를 입력받아 항상 도통하고 있도록 동작케 함으로서 다이오드와 동일한 역할을 행하게 된다.

그리고, 상기 스위칭소자(114a)의 단락기간에는 출력단에 설치되어 있는 강승압 변환부(114)의 콘덴서(114d)의 저장에너지에 의하여 발전기(101)의 계자(101a)에 여자전류를 공급하게 된다.

즉 다시말해서, 상기 스위칭소자(114a)가 단락되어 있는 동안에는 교류 리액터(114c)와 콘덴서(114d)가 승압변환부로 동작을 수행하여 변압기(103)를 통해 입력되는 단자전압을 승압시켜 발전기(101)에 제공하게 된다.

이러한 방법으로 차단과 단락을 스위칭소자(114a)에 의해 반복 동작케 함으로써 전술한 변압기(103)의 출력 전압보다 높은 전압으로 승압시켜 싸이리스터(104)에 공급하고 결국, 정류부(114b)에서 전류된 여자전압이 발전기(101)의 계자(101a)에 인가되어 높은 여자전류를 공급하게 됨으로써 발전기(101)의 단자전압이 상승되어 발전기(101)의 출력과 원동기(115)의 기계적 입력의 평형을 이루게 된다.

제2도에 대해서 다시 말하면, 스위칭소자(114a)가 스위칭되면 콘덴서(114d)의 양단의 전압이 상승한다. 즉, 스위칭소자(114a)를 도통시키면 회로단락이 생겨 리액터(114c)의 전류가 많아지고 스위칭소자(114a)를 차단하면 리액터(114c)의 전류가 콘덴서(114d)에 저장이 된다. 이에 부가적으로, 발전기의 단자 전압이 계통의 선로 사고 등으로 하강하게 될 경우, 제2도에 도시된 강승압 변환부(114)내에 승압에 사용될 수 있는 교류입력 리액터(114a)를 삽입하거나 상기한 변압기(103)의 누설 리액턴스를 이용하여 이 리액터에 축적되는 에너지를 이용하여 승압하게 된다. 구체적으로는, 스위칭 소자(114a)가 폐로되면 전류는 3상 다이오드 전파 정류기(114b)를 통하여 단락되면서 급증하게 된다. 이때 리액터(114c)에는 자장 에너지가 축적되게 된다. 반대로 스위칭 소자(114a)가 개로되면 정류기(114b)를 통하여 단락되어 있던 회로는 해제되고 리액터에 축적되어 있던 에너지는 싸이리스터(104)를 통하여 발전기 계자(101a)에 공급된다. 이때 싸이리스터(104)는 완전히 열러 있는 상태로 동작하도록 점호각 제어부(105)에서 제어하여 마치 다이오드 전파정류기 처럼 동작토록 한다.

이 때, 싸이리스터(104)가 강압 변환 제어부(113)에 의해 온-오프 동작(제어동작)을 하면 리액터(114c)의 전류가 콘덴서(114d)에 자연스럽게 저장되기가 어렵다. 따라서, 스위칭소자(114a)가 동작하는 경우에는 언제나 싸이리스터(104)는 무조건 도통상태를 유지해야 한다. 이것이 제3도에서 강압 변환 제어부에 제1승압 제어조건부(113f)가 들어간 이유이다.

즉, 여자 시스템은 정상상태에서 강압 변환 제어부(113)에 의한 강압 제어소자인 싸이리스터(104)에 의해 제어된다. 그러나 만약 발전기 뒷단에 고장이 생겨(이때 발전기의 전압이 떨어짐) 여자 시스템의 전압이 떨어지면 싸이리스터(104)는 다이오드처럼 무조건 도통 상태를 유지하고 강승압 변환부(114)가 승압 변환 제어부(112)가 동작하여 스위칭소자(114a)를 턴-오프함으로써 콘덴서(114d)에 전압을 상승시킨다.

제3도는 전술한 제2도의 강압변환 제어부(113)를 보다 상세하게 도시한 블록 구성도로서, 이를 구체적으로 설명하면, 상기 변성기(111)를 통한 발전기(101)의 단자전압(GV)과 운전하고자 하는 값으로 설정되어 있는 자동전압 설정기(107)의 설정전압이 입력되면 제1가산기(113a)는 이 두 값을 가산하고 그 편차값을 강압비례적분 제어기(113b)에 제공하게 된다.

상기 강압비례적분 제어기(113b)는 상기 제1가산기(113a)에서 입력되는 두 값에 대한 편차값을 비례적분하여 강압신호 제한기(113c)와 제1승압제어조건부(113f) 및 이후에 설명될 승압변환 제어부(112)의 제2승압제어 조건부(112f)에 제공하게 된다.

상기 강압신호 제한기(113c)는 강압비례적분 제어기(113b)에서 입력되는 비례적분 제어신호를 강압조건에 맞게 제한하여 점호각 제어회로(113e)에 제공하게 된다.

한편, 입력 3상 파형과 동기시켜 싸이리스터(104)를 점호하도록 동기신호 발생기(113d)에서 발전기(101)의 단자전압(GV)을 입력받아 동기신호를 발생시켜 상기한 점호각 제어회로(113e)에 제공하게 된다.

따라서, 상기한 점호각 제어회로(113e)는 강압신호 제한기(113c)에서 제한되어 입력되는 강압비례적분 제어신호(CV)는 동기신호 발생기(113d)로부터 입력되는 동기신호에 동기시켜 논리합소자(113i)를 통해 점호각 제어신호(SC)로 발생하게 된다.

상기 점호각 제어신호(SC)는 출력단자(113j)와 제2도의 점호각 제어부(105)를 통해 싸이리스터(104)의 게이트에 입력되어 도통시키게 된다.

또한, 이후에 설명될 승압제어 조건부(113f)는 발전기(101)의 단자전압(GV)과 강압비례적분 제어기(113b)에서 입력되는 강압비례적분 제어신호(CV)에 따라 승압조건이 만족하는 가를 판단하여 승압 조건이 만족되면 연속점호각제어부(113g)의 연속점호각 제어신호를 제1논리곱소자(113h), 논리합소자(113i) 및 출력단자(113j)를 통해 전술한 바와 같이, 싸이리스터(104)의 게이트에 공급하여 연속적으로 도통시키게 된다.

그리고, 제4도는 전술한 제2도의 승압변환 제어부(112)를 보다 상세하게 도시한 블록 구성도로서, 이를 구체적으로 설명하면, 상기의 변성기(111)를 통한 발전기(101)의 단자전압(GV)과 운전하고자 하는 값으로 설정되어 있는 자동전압 설정기(107)의 설정전압이 제2가산기(112a)로 입력되면 제2가산기(112a)는 입력된 설정전압과 단자전압(GV)을 가산하여 그 편차값을 구하고 이를 승압비례적분 제어기(112b)에 제공하게 된다.

상기 승압비례적분 제어기(112b)는 상기 제2가산기(112a)에서 입력되는 두 값에 대한 편차값을 비례적분하여 승압신호 제한기(112c)에 제공하게 된다.

상기 승압신호 제한기(112c)는 승압비례적분 제어기(112b)에서 입력되는 승압비례적분 제어신호를 승압조건에 맞게 제한하여 제1비교기(112e)에 제공하게 된다.

이때, 상기 제1비교기(112e)는 삼각파 발생기(112d)에서 입력되는 삼각파 신호와 승압신호 제한기(112c)에서 입력되는 승압비례적분 제어신호를 조합하여 스위칭전압(SV)을 발생하게 된다.

이때, 상기 제1비교기(112e)에서 발생된 스위칭전압(SV)은 발전기(101)의 단자전압(GV)과 강압비례적분 제어신호(CV)에 따라 제2승압제어 조건부(112f)에서 발생된 승압조건신호와 제2논리곱소자(112g)를 통해 논리곱되어 강승압 변환부(114)의 스위칭소자(114a)를 스위칭시켜 승압시켜 주게 된다.

한편, 상기의 제2승압제어 조건부(112f)는 제5도에 도시된 바와 같이, 발전기(101)의 출력전압을 설정하는 출력별전압 설정장치(200)로부터 설정전압이 입력되고 발전기(101)의 단자전압(GV)이 변성기(111)를 통해 입력되면, 제2비교기(201)는 이 두값을 비교하여 발전기(101)의 단자전압의 이상 유무를 검출하게 된다.

그리고, 상기 강압비례적분 제어기(113b)로부터 강압비례적분 제어신호(CV)가 입력되고 비교설정기(202)로부터 비교값이 입력되면, 제3비교기(203)는 이 두값을 비교하여 여자기 다자전압의 상승, 하강을 검출하게 된다.

상기 제2비교기(201)로부터 출력된 단자전압의 이상 유무 검출신호와 제3비교기(203)로부터 출력된 단자전압의 상승, 하강 검출신호는 제3논리곱소자(204) 및 출력단자(205)를 통해 승압조건신호로 출력되어 강압변환 제어부(113)의 제1논리곱소자(113h) 또는 승압변환 제어부(112)의 제2논리곱소자(112f)로 제공된다.

제5도에 도시된 승압 제어 조건부(112f)에서 승압 조건을 만드는 것은, 발전기의 실제 출력전압과 비교값이다. 예를 들면, 출력별 전압 설정장치(200)의 값이 100인데, 실제 값은 50이라고 하면 제2비교기(201)의 출력은 ‘1’이 된다. 또한 비교설정기(202)의 값이 모두 10인데 제어전압(CV)의 출력이 ‘5’이면 제3비교기(203)의 출력은 ‘1’이 된다. 그래서 제2비교기(201)와 제3비교기(203)의 값이 모두 ‘1’이면 논리곱소자(204)에 의해 ‘승압을 시작하라’하는 승압 조건이 완성된다. 그러면 승압 제어 조건부(112f)의 출력은 ‘1’이 되고 제1비교기(112e)의 값과 논리곱되어서 제1비교기(112e)의 출력값이 논리곱소자(112g)로 나오게 된다.

정상상태에서도 승압변환제어부(112)의 출력은 발생한다. 그러나, 승압제어조건이 성립되지 않으면 논리곱소자(112g)의 출력은 발생하지 않는다.

또한, 비교설정기(202)의 값과 출력별 전압설정 장치(200)의 값 세팅은 여러가지운전 조건에 따라 달라질 수 있다.

이와 같이, 본 실시예에서는 정상 운전상태에서는 일반적인 전압원 정지형 여자기와 유사한 동작 특성을 가지지만, 계통의 3상 단락이나 지락과 같은 선로 고장으로 인한 단자전압의 강하로 여자전류의 확보가 곤란한 경우에는 여자전류를 유지하거나 증가시키도록 승압변환기를 이용하여 여자전압을 승압시키도록 하고 정상운전 조건에서 싸이리스터 제어 정류기는 강압변환기로 작용하고 선로 고장등으로 인한 여자용 전원전압 저하시에는 다이오드 브리지로 동작케 함으로서 GTO와 같은 스위칭소자와 다이오드 브리지 그리고 입력 리액터가 결합하여 승압변환기로 작용하여 발전기의 입력전압을 승압시킬 수가 있다.

그리고 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 여러수정이 가능하므로 본 발명은 이것에 제한되지 않음을 알 수 있다.

그러므로, 본원에 기재되었으며 청구된 원리의 진정한 정신 및 범위내에 일치하는 본 발명 및 모든 수정이 커버될 수 있음을 주지할 수 있다.

이상과 같은 본 발명은 송전선로 계통 및 지락등의 원인으로 발전기의 단자전압이 저하하게 되어 여자 전원의 부족 현상이 발생하더라도 승압변환기를 통해 입력전압을 상승시켜 줌으로서, 여자전원이 충분히 확보되는 효과가 있다.

또한 정격 입력전압에서 승압 변환작용에 의하여 전압원 여자기의 최대전류와 동일한 여자전류를 얻을 수 있고 그 이상의 전압에서도 기존의 전압원 정지형 여자기에 비하여 보다 큰 전류를 얻을 수 있을뿐 아니라 여자용 입력전압이 저하시 그 여자전압의 승압 및 강압으로 일정 여자전원을 확보하여 필요시에 여자강화를 행할 수 있는 효과가 있다.

Claims

선로사고 및 지락등에 의해 발전기에서 발생되어 변성기를 통해 궤환 입력되는 여자전압이 자동전압 설정기에서 설정되어 입력된 전압 보다 저하될 때에 승압변환 제어용 스위칭 전압을 발생하는 승압변환 제어수단과; 정상 운전상태에서 상기 변성기를 통해 궤환 입력되는 여자전압이 자동 전압 설정기로부터 입력되는 설정전압 보다 높아질 때에 점호각 제어부를 통해 강압 변환 제어용 점호각 제어신호를 발생하는 강압변환 제어수단과; 그리고 상기 강압변환 제어수단으로부터의 점호각 제어신호에 의해 변압기를 통한 발전기의 전압을 항상 일정하도록 강압하고, 상기 승압 변환 제어수단에서 얻어진 스위칭전압에 따라 단락및 차단을 반복 수행하는 스위칭소자와, 정상 운전 조건에서는 상기 스위칭소자의 차단에 의해 강압변환기로 작용하고, 선로 고장으로 인한 여자용 전원전압 저하시에는 스위칭소자의 주기적 스위칭에 의해 변압기를 통해 전압강하된 발전기의 여자전압을 정류하여 출력하는 3상 다이오드 전파 정류기와, 상기 스위칭 소자의 주기적 스위칭에 의한 정류기의 전압을 자장 에너지로 축적하는 리액터와 그 리액터에 저장된 자장에너지를 스위칭 소자의 주기적 스위칭에 의해 충,방전하여 승압하는 콘덴서로 이루어져 상기 정류기에서 발생된 전압을 승압하여 상기 점호각 제어부에 의해 스위칭되는 싸이리스터를 통해 발전기의 입력으로 제공하는 승압변환부를 포함하는 강승압 변환수단으로 구성된 것을 특징으로 하는 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템.
제1항에 있어서, 상기 강압변환 제어수단은 상기 발전기의 단자전압과 자동전압 설정수단의 비교로 차전압을 발생하는 가산기와, 상기 가산기에서 가산되어 얻어진 편차값을 비례적분하여 출력하는 강압비례적분 제어기와, 상기 강압비례적분 제어기의 출력신호를 제한하는 강압신호 제한기와, 상기 발전기의 단자전압에 동기한 신호전압을 발생하는 동기신호 발생기와, 상기 강압신호 제한기에서 제한되어 입력되는 전압을 상기 동기신호 발생기의 동기전압에 동기시켜 점호각신호를 발생하는 점호각 제어회로와, 상기 발전기의 단자전압과 강압비례적분 제어기의 강압비례적분 제어신호에 따라 승압조건을 판단하는 승압제어 조건부와, 연속적으로 상기 싸이리스터를 구동하기 위한 점호각 제어신호를 발생하여 주는 연속점호각 제어부와, 상기 승압제어 조건부의 출력신호와 연속점호각 제어부의 출력신호를 논리곱하여 출력하는 논리곱소자와, 상기 논리곱소자의 출력과 점호각 제어회로의 출력신호를 논리합하여 싸이리스터의 구동을 제어하는 논리합소자로 구성함을 특징으로 하는 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템.
제1항에 있어서, 상기 승압변환 제어수단은 상기 발전기의 단자전압과 자동전압 설정기의 설정전압과의 비교로 차전압을 발생하는 가산기와, 상기 가산기의 편차값을 비례적분하여 출려하는 승압비례적분 제어기와, 상기 승압비례적분 제어기에서 발생된 승압비례적분전압을 일정레벨로 제한하는 승압신호 제한기와, 삼각파신호를 발생하는 삼각파 발생기와, 상기 삼각파 발생기에서 발생된 삼각파신호와 승압신호 제한기에서 제한된 승압신호를 비교하여 그 결과신호를 발생하는 비교기와, 발전기의 단자전압과 강압비례적분 제어기의 비례적분 제어신호에 따라 승압조건을 판단하여 출력하는 승압제어조건부와, 상기 승압제어 조건부에서 입력되는 신호와 비교기의 신호를 논리곱하여 얻어진 스위칭전압으로 스위칭소자를 제어하는 논리곱 소자로 구성함을 특징으로 한 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 승압제어 조건부는 발전기의 출력전압을 설정하는 출력별 전압 설정장치와, 상기 발전기의 단자전압과 출력별 전압 설정치와를 비교하여 그 비교결과값에 따라 발전기의 단자전압의 이상 유무를 검출하는 제1비교기와, 여자기 단자전압의 상승 및 하강을 검출할 수 있도록 비교값을 설정하는 비교설정기와, 상기 비교설정기를 통해 설정한 비교값과 강압비례적분 제어기의 비례적분 제어신호를 비교하여 그 결과값을 출력하는 제2비교기와, 상기 제2,제3비교기의 출력신호를 논리곱하여 승압제어 조건신호 를 발생하는 논리곱소자로 구성함을 특징으로 한 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템.
제1항에 있어서, 상기 스위칭소자는, 싸이리스터, 승압용 트랜지스터, IBGT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 및 GTO(Gate Turn-off Thyristor)중 어느 하나의 반도체 스위칭 소자를 사용한 것을 특징으로 한 강승압 컨버터를 이용한 여자기 시스템.