KR100453158B1 - 발전기의 자동 전압 조정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치는, 시스템을 총체적으로 제어 및 보호하는 한편 입출력 신호를 처리하는 제어부; 상기 제어부와 전기적으로 접속되며, 제어부의 명령에 따라 입력신호를 절연, 필터링, 스케일링을 수행하고, 발전기에 계자 전류를 공급하는 전력변환부; 및 상기 제어부와 전기적으로 접속되며, 각종 운전상태의 표시와 운전기능의 설정을 위한 표시입력부를 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 제어기능, 보호기능, 동기 투입기능, 표시기능 등이 일체화된 디지털 자동 전압 조정 시스템을 채용하고 있어, 발전기의 출력전압의 속응성을 높여 양질의 전력을 발생하고, 제어반 구성을 단순화하며, 발전기를 한층 안정적으로 운전할 수 있다.

Description

발전기의 자동 전압 조정장치{Automatic voltage regulator of generator}

본 발명은 발전기의 자동 전압 조정장치에 관한 것으로서, 특히 제어기능,보호기능, 동기 투입기능, 표시기능 등이 일체화된 디지털 자동 전압 조정 시스템을 적용함으로써 발전기의 출력전압의 속응성을 높여 양질의 전력을 발생하고, 제어반 구성을 단순화하며, 발전기를 한층 안정적으로 운전할 수 있는 발전기의 자동 전압 조정장치에 관한 것이다.

일반적으로, 비상용이나 원격지 전원, 혹은 시험용 전동발전기의 제어를 위해서는 계자전류의 제어로 발전기의 전압을 일정하게 유지하는 역할을 하는 자동 전압 조정기가 사용되고 있다. 이와 같은 자동 전압 조정기는 발전기의 단자 전압을 피드백시켜 이를 기준치와 비교하고, 그 오차를 증폭하여 전력변환기에 입력하여 계자전류를 조정함으로써 발전기의 단자전압을 일정하게 유지하는 기능을 갖는다. 이러한 기본 기능에 있어 부하의 급변, 기준치의 변화 등에 대한 단자 전압의 속응성이 제어 성능의 중요한 요구 조건이 되며 또한 발전기를 안정적으로 운전하기 위하여 무효전력의 제한, 각종 보호 기능 및 표시 기능의 구비를 필요로 한다.

기존의 아날로그 자동 전압 조정기들은 전압 조정 기능에만 중점을 두고 설계되고 있으며, 주파수 저하에 따른 발전기의 포화를 방지하기 위한 전압/주파수 제한기능 등의 최소한의 보호기능만을 갖추고 있다. 따라서, 발전기의 과전류, 과전압, 역전력방지용 보호계전기들이 별도로 설치되어야 하며, 발전기의 운전상태 감시를 위한 각종 단자 및 계자 전압, 전류계기 및 유효전력계, 무효전력계, 주파수계 등을 갖추어야 한다.

또한, 발전기는 필요에 따라 상용 전원계통과 연계 운전할 필요가 있고 이를 위해서 계통전압의 위상을 검출하여 동기신호를 발생하는 동기투입장치도 설치해야한다. 이 장치는 발전기의 단자전압, 주파수, 전압의 위상이 계통 전압의 그것들과 일치하는 순간에 연계 개폐기를 투입하는 신호를 발생하는 기능을 하게 된다. 또 이와는 별개로 일단 계통 연계운전이 되면 무효전력은 발전기의 단자전압과 계통전압에 의해 결정되므로, 계통전압의 변동에 따른 발전기 단자전압의 변경을 통한 무효전력의 유지를 위한 무효전력 보상장치도 구비해야 한다.

도 1은 종래 발전기의 자동 전압 조정기 및 주변 장치 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래에는 발전기의 제어를 위해 자동 전압 조정기 (101)를 비롯하여 동기 투입장치(102), 무효 전력 조정장치(103), 표시계기(104) 및 별도의 보호계전기(미도시)들과 같은 아날로그 장치들이 구비되어 전체적으로 하나의 제어 시스템을 구성하였다. 이와 같은 종래 제어 시스템에 있어서, 전압조정시에는 가변저항기(105)를 이용하여 저항값을 가변시킴으로써 전압값을 조정하였는데, 이때 표시계기(104)를 보면서 조정하였다.

그런데, 이상과 같은 종래 제어 메커니즘에 있어서, 아날로그 자동 전압 조정기(101)는 연산증폭기 등을 사용한 설계로서 소형화가 장점이지만 기능이 제한되므로 조정, 표시기능, 설정기능 등에 있어서 사용이 불편하다. 예를 들어 조정기능의 경우 가변저항기(105)를 조정하여 기준전압이나 이득을 가변하게 되는데 조정된 값을 알 수 없고, 보조적인 계기를 사용해야 한다. 관리적인 측면에 있어서도 그 기준이 명확하지 않으며 서류화하기도 어렵다. 그리고, 발전기를 운전하기 위해서는 제어반이 필요하며 여기에는 각종 계기류, 보호계전기류, 시퀀스 제어를 위한 계전기기류 등을 포함해야 하므로, 제어반 자체가 크고 기능의 변경이 어려우며 전압조정기 자체는 작다해도 전체적으로는 설치 면적이 증가하게 된다. 또한, 비상용 발전기는 소음문제 등으로 지하나 멀리 떨어진 곳에 설치되는 경우가 많고, 이를 원격에서 감시하기가 용이하지 않다. 또한 빌딩 자동화설비의 채용에 따른 연계가 용이하지 않다. 즉, 원격에서의 설정, 감시를 위한 통신 등의 인터페이스 기능이 구비되어 있지 않다.

본 발명은 이상과 같은 종래 발전기의 자동 전압 조정 및 기타 제어상의 제반 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 제어기능, 보호기능, 동기 투입기능, 표시기능 등이 일체화된 디지털 자동 전압 조정 시스템을 적용함으로써 발전기의 출력전압의 속응성을 높여 양질의 전력을 발생하고, 제어반 구성을 단순화하며, 발전기를 한층 안정적으로 운전할 수 있는 발전기의 자동 전압 조정장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 발전기의 자동 전압 조정기 및 주변 장치 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치가 채용된 동기 발전기의 전체 제어 시스템의 개략적인 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치의 제어부의 구성도.

도 4는 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치의 전력변환부의 구성도.

도 5는 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치의 표시입력부의 구성도.

도 6은 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치의 제어부의 디지털 입출력부의 구성도.

도 7은 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치의 제어부에 있어서의 전압을 일정하게 유지하기 위한 내부 알고리즘을 보여주는 도면.

도 8은 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치에 의한 주파수 및 위상검출을 위한 영점검출 타이밍도.

도 9는 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치에 의한 동기투입신호발생 흐름도.

도 10은 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치에 의한 무효전력제어 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110...제어부 111...마이크로프로세서

112...메모리 113...통신포트

114...표시/키입력부 115...A/D변환부

116...아날로그 신호처리부 117...논리소자

118...디지털 입출력부 120...전력변환부

121...제어전원부 122...광절연부

123...계전기 124...아날로그 절연부

125...신호처리부 126...영점검출부

127...게이트 구동회로 128...위상제어 정류기

130...표시입력부 131...액정표시장치

132...키입력 스위치

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치는,

시스템을 총체적으로 제어 및 보호하는 한편 입출력 신호를 처리하는 제어부; 상기 제어부와 전기적으로 접속되며, 제어부의 명령에 따라 입력신호를 절연, 필터링, 스케일링을 수행하고, 발전기에 계자 전류를 공급하는 전력변환부; 및 상기 제어부와 전기적으로 접속되며, 각종 운전상태의 표시와 운전기능의 설정을 위한 표시입력부를 포함하여 구성되되, 상기 제어부는 장치를 전체적으로 제어하는 한편 입출력 신호를 처리하는 마이크로프로세서; 각종 데이터 및 제어 프로그램을 저장하는 메모리; 외부의 기기와의 통신을 위한 통신포트; 운전 상태의 표시 및 데이터의 입력을 위한 표시/키입력부; 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부; 아날로그 신호를 입력받아 처리하는 아날로그 신호처리부; 전압, 주파수, 위상 등 주어진 매개변수와 조건들에 대한 다양한 논리 처리를 수행하는 논리소자; 및 디지털 신호의 입출력 처리를 수행하는 디지털 입출력부로 구성되고, 상기 전력변환부는 상기 제어부의 구동 전원을 공급하는 제어전원부; 외부로부터의 디지털 입력신호에 대해 전기적으로 절연시키는 광절연부; 접점 출력으로서의 디지털 출력을 송출하는 계전기; 전압, 전류 등의 아날로그 입력신호에 대해 전기적으로 절연시키는 아날로그 절연부; 동기발전기의 계자 전류에 대한 노이즈 제거를 위한 필터링 및 스케일링을 수행하는 신호처리부; 상기 동기발전기의 계자권선에 흐르는 전류의 위상을 변경해 줌으로써 계자전압을 제어하며, 계자권선에 직류 전류를 공급하는 위상제어정류기; 상기 위상제어정류기의 게이트 펄스 발생과, 동기투입을 위한 동기발전기와 전력계통 간의 전압의 위상 검출을 위한 영점검출부; 상기 제어부에서 발생된 게이트 구동신호를 절연 및 증폭하여 상기 위상제어정류기의 게이트를 구동하는 게이트 구동회로; 및 상기 제어부와의 접속을 위한 커넥터로 구성되어 있는 점에 그 특징이 있다.

여기서, 바람직하게는 상기 마이크로프로세서는 별도의 변압기를 통해 검출되는 전력계통의 전압의 영점검출신호 및 실효치를 통해 발전기의 전압, 주파수, 위상과 전력계통의 전압, 주파수, 위상과의 편차를 각각 구하고, 그 각각의 편차가 미리 설정된 허용범위치 내에 있으면 발전기의 동기투입용 개폐기를 투입하는 자동 동기 투입기능을 갖는다.

더 나아가, 상기 마이크로프로세서는 발전기의 운전상태를 별도의 변류기와 변압기를 통해 검출하고, 발전기의 계자권선에 인가되는 계자전류를 후술되는 계자전류 검출기를 통해 검출하여 그에 상응하는 전압 및 전류 제어를 수행함으로써 발전기의 과부하, 과전압, 과도한 전압/주파수 비율로부터 보호하고, 계자권선의 과전류도 보호하는 기능을 더 갖는다.

또한, 바람직하게는 상기 메모리에는 상기 발전기가 동기투입되어 운전중일 때, 상기 표시입력부에 의해 미리 설정된 무효전력량이나 역률을 부하의 유효전력에 관계없이 일정하게 유지하기 위하여 미리 설정된 전압기준치를 소정값 만큼 가변하도록 하는 무효전력 제어 알고리즘이 프로그램화되어 저장된다.

여기서, 상기 무효전력 제어 알고리즘은,

(a) 발전기의 동기투입 완료여부를 확인하는 단계;

(b) 동기 투입이 완료되었으면, 무효전력편차가 무효전력설정치보다 작은지의 여부를 판별하는 단계;

(c) 상기 판별에서, 무효전력편차가 무효전력설정치보다 작지 않으면, 미리 설정된 전압기준치를 소정 값만큼 증가 혹은 감소시키는 단계;

(d) 상기 판별에서, 무효전력편차가 무효전력설정치보다 작으면, 동기투입 중인지를 확인하는 단계; 및

(e) 상기 단계 (d)에서 동기투입중이면 상기 단계 (b)로 프로그램 진행을 귀환하고, 동기투입중이 아니면 원래의 전압기준치를 취하는 단계를 포함하여 구성된다.

또한, 바람직하게는 상기 메모리에는 전향보상기와 비례-적분 전압제어기의 출력을 합하여 전류 기준신호를 생성하고, 이 전류 기준신호를 후술되는 계자전류 검출기를 거쳐 귀환되는 전류와 비교하여 오차를 구하며, 그 오차에 대해 비례-적분 전류제어기에 의해 비례-적분 제어를 수행하여 후술되는 위상제어정류기의 게이트신호를 전진 혹은 후퇴시키는 신호를 출력하는 발전기의 일정 전압 유지용 제어알고리즘이 프로그램화되어 저장된다.

여기서, 발전기의 전압의 안정도와 속응성을 높이기 위하여 바람직하게는 상기 위상제어정류기의 전류회귀단과 발전기의 계자권선 사이에는 계자권선에 흐르는 전류를 검출하기 위한 계자전류 검출기가 더 설치된다. 이 계자전류 검출기로는 직류변류기가 사용될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치를 나타낸 것으로서, 도 2는 본 발명의 발전기의 자동 전압 조정장치가 채용된 동기 발전기의 전체 제어 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 발전기의 자동 전압조정장치의 제어부의 구성도이며, 도 4는 본 발명의 발전기의 자동 전압 조정장치의 전력변환부의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 발전기의 자동 전압 조정장치의 표시입력부의 구성도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치는 제어부(110), 전력변환부(120) 및 표시입력부(130)로 크게 구성된다.

제어부(110)는 시스템을 총체적으로 제어 및 보호하는 한편 입출력 신호를 처리한다. 이와 같은 제어부(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 장치를 전체적으로 제어하는 한편 입출력 신호를 처리하는 마이크로프로세서(111)와, 각종 데이터 및 제어 프로그램을 저장하는 메모리(112)와, 외부의 기기와의 통신을 위한 통신포트 (113)와, 운전 상태의 표시 및 데이터의 입력을 위한 표시/키입력부(114)와, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부(115)와, 아날로그 신호를 입력받아 처리하는 아날로그 신호처리부(116)와, 전압, 주파수, 위상 등 주어진 매개변수와 조건들에 대한 다양한 논리 처리를 수행하는 논리소자(117)와, 디지털 신호의 입출력 처리를 수행하는 디지털 입출력부(118)로 구성된다. 여기서, 이와 같은 디지털 입출력부(118)는 도 6에 도시된 바와 같이, 디지털 입력은 접점형태로 가능하고, 내부에 광절연소자(601)로 전기적으로 절연되어 있으며, 외부의 24V 전원을 인가해 주게 된다. 또한, 디지털 출력은 계전기(602)를 사용하고, 접점형태로 출력되며 초기 여자 출력, 개폐기의 투입 등의 용도로 사용된다.

여기서, 바람직하게는 상기 마이크로프로세서(111)는 별도의 변압기(77)를 통해 검출되는 전력계통(79)의 전압의 영점검출신호 및 실효치를 통해 발전기(70)의 전압, 주파수, 위상과 전력계통(79)의 전압, 주파수, 위상과의 편차를 각각 구하고, 그 각각의 편차가 미리 설정된 허용범위치 내에 있으면 발전기(70)의 동기투입용 개폐기(76)를 투입하는 자동 동기 투입기능을 갖는다. 더 나아가, 이와 같은 마이크로프로세서(111)는 발전기(70)의 운전상태를 별도의 변류기(74)와 변압기 (73)를 통해 검출하고, 발전기(70)의 계자권선(71)에 인가되는 계자전류를 후술되는 계자전류 검출기(52)를 통해 검출하여 그에 상응하는 전압 및 전류 제어를 수행함으로써 발전기(70)의 과부하, 과전압, 과도한 전압/주파수 비율로부터 보호하고, 계자권선(71)의 과전류도 보호하는 기능을 더 갖는다.

또한, 바람직하게는 상기 메모리(112)에는 상기 발전기(70)가 동기투입되어 운전중일 때, 상기 표시입력부(130)에 의해 미리 설정된 무효전력량이나 역률을 부하의 유효전력에 관계없이 일정하게 유지하기 위하여 미리 설정된 전압기준치를 소정값 만큼 가변하도록 하는 무효전력 제어 알고리즘이 프로그램화되어 저장된다. 이 무효전력 제어 알고리즘에 대해서는 도 10을 참조하면서 후술하기로 한다.

또한, 바람직하게는 상기 메모리(112)에는 도 7에 도시된 바와 같이, 전향보상기(213)와 비례-적분 전압제어기(212)의 출력을 합하여 전류 기준신호를 생성하고, 이 전류 기준신호를 후술되는 계자전류 검출기(52)를 거쳐 귀환되는 전류와 비교하여 오차를 구하며, 그 오차에 대해 비례-적분 전류제어기(216)에 의해 비례-적분 제어를 수행하여 후술되는 위상제어정류기(128)의 게이트신호를 전진 혹은 후퇴시키는 신호를 출력하는, 발전기의 일정 전압 유지용 제어 알고리즘이 프로그램화되어 저장된다. 이 발전기의 일정 전압 유지용 제어 알고리즘에 대해서는 도 9를참조하면서 후술하기로 한다.

한편, 상기 전력변환부(120)는 상기 제어부(110)와 전기적으로 접속되며, 제어부(110)의 명령에 따라 입력신호를 절연, 필터링, 스케일링하고, 동기발전기(70)에 계자 전류를 공급한다. 이와 같은 전력변환부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(110)의 구동 전원을 공급하는 제어전원부(121); 외부로부터의 디지털 입력신호에 대해 전기적으로 절연시키는 광절연부(122); 접점 출력으로서의 디지털 출력을 송출하는 계전기(123); 전압, 전류 등의 아날로그 입력신호에 대해 전기적으로 절연시키는 아날로그 절연부(124); 동기발전기(70)의 계자 전류에 대한 노이즈 제거를 위한 필터링 및 스케일링을 수행하는 신호처리부(125); 상기 동기발전기 (70)의 계자권선(71)에 흐르는 전류의 위상을 변경해 줌으로써 계자전압을 제어하며, 계자권선(71)에 직류 전류를 공급하는 위상제어정류기(128); 상기 위상제어정류기(128)의 게이트 펄스 발생과, 동기투입을 위한 동기발전기(70)와 전력계통(79) 간의 전압의 위상 검출을 위한 영점검출부(126); 상기 제어부(110)에서 발생된 게이트 구동신호를 절연 및 증폭하여 상기 위상제어정류기(128)의 게이트를 구동하는 게이트 구동회로(127); 및 상기 제어부(110)와의 접속을 위한 커넥터(129)로 구성된다.

여기서, 상기 발전기(70)의 전압의 안정도와 속응성을 높이기 위하여 바람직하게는 상기 위상제어정류기(128)의 전류회귀단과 발전기(70)의 계자권선(71) 사이에는 계자권선(71)에 흐르는 전류를 검출하기 위한 계자전류 검출기(52)가 더 설치된다. 이 계자전류 검출기(52)로는 직류변류기가 사용될 수 있다.

상기 표시입력부(130)는 상기 제어부(110)와 전기적으로 접속되며, 각종 운전상태를 표시하고, 사용자(운전자)에 의해 특정 운전 조건이나 기능을 설정하게 된다. 여기서, 운전상태의 표시는 전압, 전류, 전력, 무효전력, 주파수, 동기투입상태 감시, 운전모드, 운전상태, 설정치, 이득, 개폐기 상태 등이고, 운전 조건이나 기능의 설정으로는 기준치, 이득, 발전기 정격, 동기투입조건, 운전모드 등이 있다. 이상과 같은 표시입력부(130)는 도 5에 도시된 바와 같이, 액정표시장치 (131)와 4개의 키입력 스위치(132)로 구성된다.

도 2에서 참조번호 61은 원격감시장치, 72는 강압 변압기, 80은 부하를 각각 나타낸다.

한편, 도 7은 상기 제어부(110)에 있어서의 전압을 일정하게 유지하기 위한 내부 알고리즘을 보여주는 것으로서, 연산되어 얻어진 단자전압의 실효치(211)는 전압기준치(210)와 비교되어 오차신호를 얻게 되고, 기존의 제어기는 여기에 제어기의 이득이 곱해져서 제어출력을 발생하게 된다. 본 발명에서는 기존의 제어방식에 2가지를 추가하였다. 먼저 기준치의 변경에 대한 응답성을 개선하기 위하여 전향보상기(213)를 추가하였으며, 이 전향보상기(213)에 의한 보상값은 전압 오차에 비례-적분 전압제어기(212)의 출력과 합해져서 전류기준치(214)를 생성하게 된다. 이 전류기준치(214)는 단자전압을 기준전압과 일치하도록 하기 위해 필요한 계자전류가 된다. 이 계자전류 기준치(214)는 계자전류 검출기(52)를 거친 실제 계자전류 귀환치(215)와 비교되어 계자전류 오차신호를 발생하고 여기에 비례-적분 전류제어기(216)를 추가하여 제어의 안정성과 속응성을 개선하였다. 비례-적분 전류제어기(216)의 출력신호(217)는 제한치를 거친 후에 상기 위상제어정류기(128)의 게이트신호를 전진 혹은 후퇴시켜 계자전압을 조정함으로써 발전기(70)의 전압을 일정하게 유지시키게 된다.

도 8은 발전기 및 전력계통 전압의 영점검출회로의 출력을 나타낸 것으로서, 발전기의 단자전압(135)은 영점검출부(126)에 의해 영점신호(137)를 발생하게 한다. 또한, 계통전압(140)은 마찬가지로 영점출력(142)을 발생한다. 위상제어정류기 (128)의 점호신호를 발생하기 위해서는 발전기 전압의 영점신호(137)가 논리 '0'의 위치에서 논리 '1'로 천이하는 상승 에지신호(136)를 사용하게 된다. 이 시간을 기준으로 점호펄스를 발생하게 되는데, 상기 비례-적분 전류제어기(216)의 출력신호 (217)가 클수록 큰 직류전압을 공급하기 위해 기준시간으로부터 짧은 시간지연 후에 점호펄스를 발생하고 전류제어기(216)의 출력신호(217)가 작아지면 시간지연을 길게 하여 점호펄스를 발생하게 된다. 또한, 2개의 영점신호(137, 142) 각각의 상승에지 시간간격(138, 143)을 측정하여 이의 역수를 취함으로써 주파수를 얻을 수 있으며, 또 두 영점신호의 상승에지신호 간의 시간차(144)는 두 전압의 위상차가 된다. 이 주파수 편차와 위상차는 동기투입신호의 발생에 사용된다.

도 9는 동기투입을 위한 흐름도로서, 외부 입력신호나 혹은 스위치입력에 의해 동기투입명령이 개시되면(단계 150), 제어부(110)는 발전기의 단자전압이 완전히 확립되었는지를 먼저 검사한다(단계 151). 전압이 아직 확립되지 않았으면 대기상태로 되고, 전압이 확립되었으면 계통전압과의 편차가 미리 설정한 범위 내에 있는지를 검사한다(단계 152). 만약 허용치의 범위밖에 있으면 자동 전압조정장치의전압기준신호를 변경하여 허용범위 내에 오도록 하는 수정을 가한다(단계 153). 그리고, 일단 허용 범위 내에 있더라도 일정 시간지연 후에 완전한 것으로 판단하게 된다(단계 154). 이 시간 중에도 허용 범위를 벗어나면 새롭게 시작하게 된다.

전압이 허용 범위 내에 있으면 전력계통(79) 주파수와 발전기(70)의 주파수의 편차를 계산하고 이것 역시 허용 범위 내에 있는지 검사한다(단계 155). 검사방법은 전압검사와 동일하나 주파수의 경우 발전기(70)를 구동하는 원동기(엔진 혹은 전동기)에 의해 속도를 가변할 수 있으므로 자동 전압 조정장치에서는 보상신호는 출력하지 않고 주파수 편차를 표시만 해준다(단계 156). 그리고, 이때에도 일단 허용 범위 내에 있더라도 일정 시간지연 후에 완전한 것으로 판단하게 된다(단계 157).

한편, 주파수편차가 허용 범위 내에 오면 두 전압 사이의 위상을 검출하여 위상허용치 내에 있는지를 검사한다(단계 158). 이 검사에서 검출 위상이 위상허용치 내에 있지 않으면 대기하고(단계 159), 위상허용치 내에 있으면 개폐기(76)(도 2 참조)를 투입한다(단계 160). 이렇게 하여 일단 개폐기(76)가 투입되면 두 전압사이의 전압, 주파수, 위상의 편차는 0(zero)이 되며, 더 이상 이 루틴을 수행할 필요가 없게 되므로 종료된다.

발전기(70)가 전동기, 전열기 등 부하(80)에 연결되면 무효전력은 부하의 특성에 의해 결정되지만 전력계통(79)에 연계되어 부하를 분담하고 있을 때, 무효전력은 계통전압과 발전기 전압의 차이에 의해 결정된다. 과도한 무효전력의 수수는 발전기(70)의 전류를 증가시키므로 이를 억제할 필요가 있다. 따라서, 내장된 무효전력조정기능은 미리 설정된 무효전력량 혹은 역률을 부하나 계통전압에 관계없이 유지시키는 기능을 한다.

도 10은 무효전력 조종기능의 흐름도로서, 무효전력의 조정기능은 이 기능의 활성화에 의해 작동되며, 또 발전기(70)가 계통(79)과 연계운전 중이어야 한다. 따라서, 우선 동기투입 완료여부를 확인한다(단계 170). 동기 투입이 완료되었으면, 연산된 무효전력량(Q편차)이 설정치(Q설정치) 보다 크거나 혹은 작은지 비교하여(단계 171), 클 경우에는 발전기(70)의 단자전압을 조정함으로써(단계 172), 일정 역률 혹은 무효전력이 유지된다.

상기 단계 171에서 무효전력량(Q편차)이 설정치(Q설정치) 보다 작으면, 동기투입중인지를 확인하고(단계 173), 동기투입중이 아닐 경우에는, 즉 발전기(70)가 전력계통(79)으로부터 분리되면 원래의 기준치 전압으로 회귀한다(단계 174). 이는 발전기(70)가 재기동시 너무 높거나 혹은 낮은 전압으로 전압이 확립되는 것을 막아주기 위한 것이다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 발전기의 자동 전압 조정장치는 제어기능, 보호기능, 동기 투입기능, 표시기능 등이 일체화된 디지털 자동 전압 조정시스템을 채용하고 있으므로, 다음과 같은 장점 및 효과가 있다.

첫째, 내부 제어기에 전류 제어루프를 채용함으로써 부하 변동이나 기준치 변경에 따른 발전기 단자 전압의 회복 특성을 빠르게 하고, 정상 상태에서 발전기전압의 안정도를 개선하여 안정적으로 부하에 전력을 공급할 수 있다.

둘째, 자동전압조정기, 동기투입장치, 무효전력제어장치, 보호장치 등을 하나로 통합 구현함으로써 발전기 제어반의 크기를 대폭 줄일 수 있고, 배선 및 유지보수가 간편하다.

셋째, 타제어기의 접점이나 상위 제어기로부터의 통신, 자체의 키스위치 등 다양한 방법으로 운전 및 감시가 가능하므로 시스템의 구성이 용이하고 빌딩 자동화 설비 등과의 연계, 원격 감시가 가능하다.

넷째, 조정 및 설정에 있어 디지털 값으로 가능하기 때문에 설비의 유지보수가 용이하다.

Claims (10)

1. 시스템을 총체적으로 제어 및 보호하는 한편 입출력 신호를 처리하는 제어부; 상기 제어부와 전기적으로 접속되며, 제어부의 명령에 따라 입력신호를 절연, 필터링, 스케일링을 수행하고, 발전기에 계자 전류를 공급하는 전력변환부; 및 상기 제어부와 전기적으로 접속되며, 각종 운전상태의 표시와 운전기능의 설정을 위한 표시입력부를 포함하여 구성되되, 상기 제어부는 장치를 전체적으로 제어하는 한편 입출력 신호를 처리하는 마이크로프로세서; 각종 데이터 및 제어 프로그램을 저장하는 메모리; 외부의 기기와의 통신을 위한 통신포트; 운전 상태의 표시 및 데이터의 입력을 위한 표시/키입력부; 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D변환부; 아날로그 신호를 입력받아 처리하는 아날로그 신호처리부; 전압, 주파수, 위상 등 주어진 매개변수와 조건들에 대한 다양한 논리 처리를 수행하는 논리소자; 및 디지털 신호의 입출력 처리를 수행하는 디지털 입출력부로 구성되고, 상기 전력변환부는 상기 제어부의 구동 전원을 공급하는 제어전원부; 외부로부터의 디지털 입력신호에 대해 전기적으로 절연시키는 광절연부; 접점 출력으로서의 디지털 출력을 송출하는 계전기; 전압, 전류 등의 아날로그 입력신호에 대해 전기적으로 절연시키는 아날로그 절연부; 동기발전기의 계자 전류에 대한 노이즈 제거를 위한 필터링 및 스케일링을 수행하는 신호처리부; 상기 동기발전기의 계자권선에 흐르는 전류의 위상을 변경해 줌으로써 계자전압을 제어하며, 계자권선에 직류 전류를 공급하는 위상제어정류기; 상기 위상제어정류기의 게이트 펄스 발생과, 동기투입을 위한 동기발전기와 전력계통 간의 전압의 위상 검출을 위한 영점검출부; 상기 제어부에서 발생된 게이트 구동신호를 절연 및 증폭하여 상기 위상제어정류기의 게이트를 구동하는 게이트 구동회로; 및 상기 제어부와의 접속을 위한 커넥터로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기의 자동 전압 조정장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 마이크로프로세서는 별도의 변압기를 통해 검출되는 전력계통의 전압의 영점검출신호 및 실효치를 통해 발전기의 전압, 주파수, 위상과 전력계통의 전압, 주파수, 위상과의 편차를 각각 구하고, 그 각각의 편차가 미리 설정된 허용범위치 내에 있으면 발전기의 동기투입용 개폐기를 투입하는 자동 동기 투입기능을 갖는 것을 특징으로 하는 발전기의 자동 전압 조정장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 메모리에는 상기 발전기가 동기투입되어 운전중일 때, 상기 표시입력부에 의해 미리 설정된 무효전력량이나 역률을 부하의 유효전력에 관계없이 일정하게 유지하기 위하여 미리 설정된 전압기준치를 소정값 만큼 가변하도록 하는 무효전력 제어 알고리즘이 프로그램화되어 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기의 자동 전압 조정장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 무효전력 제어 알고리즘은,

   (a) 발전기의 동기투입 완료여부를 확인하는 단계;

   (b) 동기 투입이 완료되었으면, 무효전력편차가 무효전력설정치보다 작은지의 여부를 판별하는 단계;

   (c) 상기 판별에서, 무효전력편차가 무효전력설정치보다 작지 않으면, 미리 설정된 전압기준치를 소정 값만큼 증가 혹은 감소시키는 단계;

   (d) 상기 판별에서, 무효전력편차가 무효전력설정치보다 작으면, 동기투입 중인지를 확인하는 단계; 및

   (e) 상기 단계 (d)에서 동기투입중이면 상기 단계 (b)로 프로그램 진행을 귀환하고, 동기투입중이 아니면 원래의 전압기준치를 취하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 발전기의 자동 전압 조정장치.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,

   상기 위상제어정류기의 전류회귀단과 발전기의 계자권선 사이에는 계자권선에 흐르는 전류를 검출하기 위한 계자전류 검출기가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기의 자동 전압 조정장치.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 마이크로프로세서는 발전기의 운전상태를 별도의 변류기와 변압기를 통해 검출하고, 발전기의 계자권선에 인가되는 계자전류를 상기 계자전류 검출기를 통해 검출하여 그에 상응하는 전압 및 전류 제어를 수행함으로써 발전기의 과부하, 과전압, 과도한 전압/주파수 비율로부터 보호하고, 계자권선의 과전류도 보호하는 기능을 더 갖는 것을 특징으로 하는 발전기의 자동 전압 조정장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 메모리에는 전향보상기와 비례-적분 전압제어기의 출력을 합하여 전류 기준신호를 생성하고, 이 전류 기준신호를 상기 계자전류 검출기를 거쳐 귀환되는 전류와 비교하여 오차를 구하며, 그 오차에 대해 비례-적분 전류제어기에 의해 비례-적분 제어를 수행하여 상기 위상제어정류기의 게이트신호를 전진 혹은 후퇴시키는 신호를 출력하는 발전기의 일정 전압 유지용 제어 알고리즘이 프로그램화되어 저장되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기의 자동 전압 조정장치.
10. 제 1항에 있어서,

    상기 표시입력부는 액정표시장치와 4개의 키입력 스위치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 발전기의 자동 전압 조정장치.