KR100668685B1

KR100668685B1 - 화력 발전소에서 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을계산하는 방법과 그 방법을 실현하기 위한 프로그램을기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체

Info

Publication number: KR100668685B1
Application number: KR1020050008729A
Authority: KR
Inventors: 양영욱
Original assignee: 한국동서발전(주)
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2007-01-15
Also published as: KR20060087866A

Abstract

본 발명은 화력 발전소에서 발전기 속도 조정률 및 출력 변화률을 계산하는 방법과 그 방법을 실현하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 관한 것이다.

본 발명은 입력 장치, 출력 장치, 연산 장치 및 저장 수단을 구비하는 컴퓨터에 의하여 실행되는 주파수 조정 운전 프로그램을 이용한 화력 발전소에서 발전기의 속도 조정률을 계산하는 방법에 있어서, (a) 주파수 신호(Gov Free On)에 의해 아날로그 입력값이 지연되어 출력하는 아날로그 지연 함수와 상기 아날로그 입력값과 상기 아날로그 지연 함수의 출력값의 차이를 계산하는 ∑(Summming) 함수와 상기 ∑ 함수의 출력값을 입력으로 받아 계산된 제 1 기준치에 따라 Set/Reset 함수를 제어하는 H//L 함수에 의해 주파수의 변화 시점 및 변화 종료 시점을 감지하는 단계; (b) 상기 주파수의 변화 시점에 주파수의 차이값(Error)을 홀딩(Holding)하여 기억하고, 변화하고 있는 주파수 차이값과 홀딩된 상기 주파수 차이값을 입력으로 받은 ∑1 함수에 의해 주파수 변화량을 연산하는 단계; (c) 상기 주파수의 변화 시점의 출력값을 홀딩하여 기억하고, 변화하고 있는 출력값과 홀딩된 상기 출력값을 입력으로 받은 ∑2 함수에 의해 출력 변화량을 연산하는 단계; 및 (d) 상기 주파수 변화량과 상기 출력 변화량이 제 2 기준치 이상되면, 상기 주파수 변화량은 T3 함수의 입력으로, 상기 출력 변화량은 T4 함수의 입력이 되도록 하고, T3 출력값을 정격 주파수(60 Hz)로 나눈 수치와 T4 출력값을 정격 출력(500 MW)으로 나눈 수치의 백분률 비를 구하여 속도 조정률을 산출하는 단계를 포함하되, 상기 주파수 조정 운전 프로그램은 상기 속도 조정률을 실시간으로 측정 및 감시하여 상기 속도 조정률이 기준치(5.5) 이상이면, 주파수 변화량만큼 터빈 밸브를 더 열거나 닫아서 출력이 추가로 변화할 수 있도록 터빈 밸브 콘트롤러에 선행 제어 신호를 가감해주어 계통 주파수(60 Hz)를 유지하는 것을 특징으로 하는 화력 발전소에서 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 계산하는 방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 주파수 조정 운전(속도 조정률 및 출력 변화률)이 실시간으로 측정 및 감시가 가능하므로 주파수 조정 운전의 기준치에 미달하는 경우, 터빈 콘트롤러에 선행 제어 신호를 전송, 제어하여 계통 주파수(60 Hz)를 유지함으로써 계통 불안정 요인을 제거할 수 있는 효과가 있다.

속도 조정률, 출력 변화률, 부하 요구 신호, 계통 주파수

Description

화력 발전소에서 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 계산하는 방법과 그 방법을 실현하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체{Method for Calculating Speed Requlation Rate and Output Ramp Rate of Generator in the Thermal Power Plant and Computer Readable Recording Medium for Performing Same}

도 1은 종래 발전기의 속도 조정률의 측정을 위해 주파수(Y)와 출력(X)을 나타내는 X - Y Plot을 도시한 도면,

도 2는 종래 발전기의 출력 변화률의 측정을 나타내는 분석용 프로그램의 출력 화면의 예,

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법을 구현하는 주파수 조정 운전 프로그램을 구동하는 컴퓨터 시스템을 개략적으로 나타낸 구성 블록도,

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속도 조정률을 측정하기 위한 제어 로직을 나타내는 도면,

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속도 조정률을 측정하기 위한 제어 로직의 흐름을 나타내는 순서도,

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 출력 변화률을 측정하기 위한 제어 로직을 나타내는 도면,

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 출력 변화률을 측정하기 위한 제어 로직의 흐름을 나타내는 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

300: 제어부 310: 롬(ROM)

320: 램(RAM) 330: 보조 기억 장치

340: 통신 제어 장치 350: 입력 장치

360: 표시 장치 370: 버스

본 발명은 화력 발전소에서 발전기 속도 조정률 및 출력 변화률을 계산하는 방법과 그 방법을 실현하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 화력 발전소에서 전력 거래의 보조 서비스 항목 중 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 실시간으로 측정 및 감시가 가능하도록 하여 전력 계통의 안정적인 운용에 기여할 수 있는 화력 발전소에서 발전기 속도 조정률 및 출력 변화률을 계산하는 방법과 그 방법을 실현하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 관한 것이다.

우리 나라의 전력 산업은 정부가 독점해 오던 체계에서 전력 공급의 효율성을 제고하고, 소비자의 편익을 증진하기 위해 민영화가 추진되었다. 민영화 이전에 전력 산업은 수급 안정과 공공성을 근거로 정부의 개입과 규제가 이루어져 왔다면, 민영화 이후에 전력 산업은 효율성과 경제성이 중시되는 경쟁 체제로 재편되는 큰 변화를 겪고 있다. 최근 전력 산업은 전력 시장 개방에 따른 발전 회사의 발족 등으로 대표되는 전력 계통 운영 구조의 변화 속에서 경쟁적인 전력 시장의 환경이 구축되었다. 따라서, 경제적인 발전소 운영은 경쟁적인 전력 시장에서 매우 중요한 문제로 대두되고 있다.

정부는 전력 계통의 안정성 및 신뢰성을 유지하기 위하여 2002년부터 주파수 조정 운전(속도 조정률 및 출력 변화률)에 대한 대가를 지급하고 있다.

특히, 발전소가 5 개의 자회사로 한전에서 분리된 상황에서 주파수 변화에 대하여 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 측정 및 감시하고 정격 주파수(60 Hz)를 유지하는 것은 발전소 수익에 중요한 요소 중 하나이며, 국가적으로는 전기 품질 향상에 따른 국가 경쟁력을 향상시킬 수 있는 중요한 문제이다.

여기서 속도 조정률이란 주파수 변화량 즉, 터빈의 속도 변화량에 대한 발전기의 출력 변화량을 퍼센트(%)로 나타낸 것으로서, 발전소에서 속도 조정률이 10 %로 설정되어 있으면, 우리 나라의 계통 주파수가 60 Hz이기 때문에 주파수 변화량 6 Hz에 대하여 발전기의 출력은 0 %에서 100 %까지 변화해야 하는 것을 의미한다.

도 1은 종래 발전기의 속도 조정률의 측정을 위해 주파수(Y)와 출력(X)을 나타내는 X - Y Plot을 도시한 도면이며, 도 2는 종래 발전기의 출력 변화률의 측정을 나타내는 분석용 프로그램의 출력 화면의 예이다.

도 1에 도시된 바와 같이 X - Y Plot에서 X 축을 주파수 변화량(110), Y 축을 출력 변화량(100)으로 하여 두 요소의 상관 관계에 의한 기울기를 수작업으로 정하여 발전기의 속도 조정률을 계산하게 된다.

기울기를 수작업으로 정하기 때문에 발전기의 속도 조정률은 측정하는 작업자에 따라 계산 값이 상이하여 정확성과 신뢰성이 떨어지는 문제점이 발생한다.

도 2에 도시된 바와 같이 급전 부하 요구 신호(200)와 출력 신호(210)를 입력하여 급전 부하 요구 신호(200)가 변화한 시점부터 출력 신호(210)가 급전 부하 요구 신호에 도달하는 시간을 계산하여 출력 변화률을 나타내게 된다.

이와 같이 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 측정하는 종래의 방법은 수작업에 의존하고 있어서 발전 회사별로 주파수 조정 운전 기준치에 미달하는 사례가 빈번하게 발생하고 있으나, 이에 대한 실시간 감시가 불가능하여 계통 불안정 요인으로 작용하고 있을 뿐만 아니라 발전 회사의 수익을 감소하는 요인이 되고 있다.

또한, 우리 나라와 같이 전력 계통이 고립되어 있고 계통 규모가 작은 경우 주파수 조정 운전의 중요성은 더욱 크게 작용하므로 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 실시간으로 계산함으로써 계통 주파수 변화에 효과적으로 대응해야 한다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 실시간으로 측정하여 감시하는 시스템을 제공함으로써 전력 계통의 안정적인 운용에 기여할 수 있는 데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 입력 장치, 출력 장치, 연산 장치 및 저장 수단을 구비하는 컴퓨터에 의하여 실행되는 주파수 조정 운전 프로그램을 이용한 화력 발전소에서 발전기의 속도 조정률을 계산하는 방법에 있어서, (a) 주파수 신호(Gov Free On)에 의해 아날로그 입력값이 지연되어 출력하는 아날로그 지연 함수와 상기 아날로그 입력값과 상기 아날로그 지연 함수의 출력값의 차이를 계산하는 ∑(Summming) 함수와 상기 ∑ 함수의 출력값을 입력으로 받아 계산된 제 1 기준치에 따라 Set/Reset 함수를 제어하는 H//L 함수에 의해 주파수의 변화 시점 및 변화 종료 시점을 감지하는 단계; (b) 상기 주파수의 변화 시점에 주파수의 차이값(Error)을 홀딩(Holding)하여 기억하고, 변화하고 있는 주파수 차이값과 홀딩된 상기 주파수 차이값을 입력으로 받은 ∑1 함수에 의해 주파수 변화량을 연산하는 단계; (c) 상기 주파수의 변화 시점의 출력값을 홀딩하여 기억하고, 변화하고 있는 출력값과 홀딩된 상기 출력값을 입력으로 받은 ∑2 함수에 의해 출력 변화량을 연산하는 단계; 및 (d) 상기 주파수 변화량이 주파수 변화량의 제 2 기준치 이상되면, 상기 주파수 변화량은 전환 함수인 T3 함수의 입력이 되도록 하고, 상기 출력 변화량이 출력 변화량의 제 2 기준치 이상되면, 상기 출력 변화량은 전환 함수인 T4 함수의 입력이 되도록 하며, T3 함수의 출력값을 정격 주파수(60 Hz)로 나눈 수치와 T4 함수의 출력값을 정격 출력(500 MW)으로 나눈 수치의 백분률 비를 구하여 속도 조정률을 산출하는 단계를 포함하되, 상기 주파수 조정 운전 프로그램은 상기 속도 조정률을 실시간으로 측정 및 감시하여 상기 속도 조정률이 기준치(5.5) 이상이면, 주파수 변화량만큼 터빈 밸브를 더 열거나 닫아서 출력이 추가로 변화할 수 있도록 터빈 밸브 콘트롤러에 선행 제어 신호를 가감해주어 계통 주파수(60 Hz)를 유지하는 것을 특징으로 하는 화력 발전소에서 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 계산하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 다른 목적에 의하면, 입력 장치, 출력 장치, 연산 장치 및 저장 수단을 구비하는 컴퓨터에 의하여 실행되는 주파수 조정 운전 프로그램을 이용한 화력 발전소에서 발전기의 출력 변화률을 계산하는 방법에 있어서, (a) 아날로그 지연 함수 F(t)를 이용하여 급전 부하 요구 신호가 상기 아날로그 지연 함수 F(t)를 통과한 값과 통과하지 않은 값을 비교하여 주파수 차이값(Error)이 발생하는 경우 출력을 기억하기 위한 급전 부하 요구 신호를 생성하여 급전 부하 요구량 변화를 감지하는 단계; (b) 상기 급전 부하 요구량 변화를 감지한 시점의 발전기의 출력을 기억하며, 기억된 상기 출력과 변화하는 현재 발전기의 출력의 주파수 차이값(Error)으로 출력 변화량을 연산하는 단계; (c) 상기 급전 부하 요구량 변화를 감지한 시점에서 생성된 상기 급전 부하 요구 신호를 기점으로 현재 발전기의 출력이 급전 부하 요구량에 도달시까지의 누적된 시간이 계산되는 출력 변화 시간을 연산하는 단계; 및 (d) 상기 출력 변화량과 상기 출력 변화 시간의 백분률 비를 구하여 출력 변화률을 산출하는 단계를 포함하되, 상기 주파수 조정 운전 프로그램은 상기 출력 변화률을 실시간으로 측정 및 감시하여 계통 주파수(60 Hz)에 미달하거나 초과하는 경우, 터빈 밸브를 제어하는 터빈 밸브 콘트롤러에 선행 제어 신호를 가감해주어 상기 계통 주파수를 유지하는 것을 특징으로 하는 화력 발전소에서 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 계산하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 또다른 목적에 의하면, 컴퓨터 상에 설치되고 구동되어, 주파수 신호(Gov Free On)에 의해 아날로그 입력값이 지연되어 출력하는 아날로그 지연 함수와 상기 아날로그 입력값과 상기 아날로그 지연 함수의 출력값의 차이를 계산하는 ∑(Summming) 함수와 상기 ∑ 함수의 출력값을 입력으로 받아 계산된 제 1 기준치에 따라 Set/Reset 함수를 제어하는 H//L 함수에 의해 주파수의 변화 시점 및 변화 종료 시점을 감지하는 기능; 상기 주파수의 변화 시점에 주파수의 차이값(Error)을 홀딩하여 기억하고, 변화하고 있는 주파수 차이값과 홀딩된 상기 주파수 차이값을 입력으로 받은 ∑1 함수에 의해 주파수 변화량을 연산하는 기능; 상기 주파수의 변화 시점의 출력값을 홀딩하여 기억하고, 변화하고 있는 출력값과 홀딩된 상기 출력값을 입력으로 받은 ∑2 함수에 의해 출력 변화량을 연산하는 기능; 및 상기 주파수 변화량이 주파수 변화량의 제 2 기준치 이상되면, 상기 주파수 변화량은 전환 함수인 T3 함수의 입력이 되도록 하고, 상기 출력 변화량이 출력 변화량의 제 2 기준치 이상되면, 상기 출력 변화량은 전환 함수인 T4 함수의 입력이 되도록 하며, T3 함수의 출력값을 정격 주파수(60 Hz)로 나눈 수치와 T4 함수의 출력값을 정격 출력(500 MW)으로 나눈 수치의 백분률 비를 구하여 속도 조정률을 산출하는 기능을 포함하되, 상기 속도 조정률을 실시간으로 측정 및 감시하여 상기 속도 조정률이 기준치(5.5) 이상이면, 주파수 변화량만큼 터빈 밸브를 더 열거나 닫아서 출력이 추가로 변화할 수 있도록 터빈 밸브 콘트롤러에 선행 제어 신호를 가감해주어 계통 주파수(60 Hz)를 유지하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.

또한, 본 발명의 또다른 목적에 의하면, 컴퓨터 상에 설치되고 구동되어, 아날로그 지연 함수 F(t)를 이용하여 급전 부하 요구 신호가 상기 아날로그 지연 함수 F(t)를 통과한 값과 통과 하지 않은 값을 비교하여 주파수 차이값(Error)이 발 생하는 경우 출력을 기억하기 위한 급전 부하 요구 신호를 생성하여 급전 부하 요구량 변화를 감지하는 기능; 상기 급전 부하 요구량 변화를 감지한 시점의 발전기의 출력을 기억하며, 기억된 상기 출력과 변화하는 현재 발전기의 출력의 주파수 차이값(Error)으로 출력 변화량을 연산하는 기능; 상기 급전 부하 요구량 변화를 감지한 시점에서 생성된 상기 급전 부하 요구 신호를 기점으로 현재 발전기의 출력이 급전 부하 요구량에 도달시까지의 누적된 시간이 계산되는 출력 변화 시간을 연산하는 기능; 및 상기 출력 변화량과 상기 출력 변화 시간의 백분률 비를 구하여 출력 변화률을 산출하는 기능을 포함하되, 상기 출력 변화률을 실시간으로 측정 및 감시하여 계통 주파수(60 Hz)에 미달하거나 초과하는 경우, 터빈 밸브를 제어하는 터빈 밸브 콘트롤러에 선행 제어 신호를 가감해주어 상기 계통 주파수를 유지하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 방법을 구현하는 주파수 조정 운전 프로그램을 구동하는 컴퓨터 시스템을 개략적으로 나타낸 구성 블록도이다.

컴퓨터 시스템은 제어부(300), 롬(ROM)(310), 램(RAM)(320), 보조 기억 장치(330), 통신 제어 장치(340), 입력 장치(350), 표시 장치(360) 등을 포함하여 구성되며, 이들 장치는 버스(370)를 통해 서로 접속되어 있다.

제어부(300)는 연산 처리, 제어 처리 등의 전반적인 컴퓨터 시스템의 제어를 담당하는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 주파수 조정 운전 프로그램을 구동하여 제어 알고리즘을 속도 조정률 및 출력 변화률 등을 산출하여 표시 장치(360)에 출력해 준다.

롬(310)에는 제어부(300)의 동작 프로그램과, 시스템 프로그램이 저장되며, 데이터를 필요에 따라 전기적으로 지우거나 다시 저장할 수 있다. 또한, 롬(310)에는 주파수 조정 운전 프로그램 등 각종 소프트웨어의 구동과 관련하여 발생하는 프로그램의 변수나 상태 정보가 저장되어 있다. 한편 램(320)에는 통상적으로 가동 중인 동작 프로그램을 저장하거나 데이터를 처리하는 경우 데이터 버퍼(Buffer)로서의 역할을 수행하며, 입력 장치(350)에 의해 입력된 데이터를 임시로 저장하기도 한다.

보조 기억 장치(330)는 컴퓨터 시스템에 입력되는 속도 조정률 및 출력 변화률을 계산할 때 발생하는 각종 변수, 즉 주파수 차이값(Error), 출력 변화량, 출력변화 소요 시간, 주파수 변화량, 속도 조정률 및 출력 변화률 등을 포함하는 데이터 테이블을 데이터베이스 정보로 저장하고 있다.

통신 제어 장치(340)는 다른 단말 장치와 네트워크를 통해서 접속할 때에 접속용 인터페이스 역할을 한다. 입력 장치(350)는 속도 조정률 및 출력 변화률을 실 시간으로 측정하기 위한 옵션 아이콘, 프로그램의 메인 메뉴와 항목 아이콘 등을 선택할 때 사용된다.

표시 장치(360)는 주파수 조정 운전 프로그램이 구동되는 컴퓨터 시스템의 메인 인터페이스 화면, 속도 조정률 및 출력 변화률이 나타내는 모니터링 화면 등을 출력한다. 버스(370)는 집적 회로들 간의 통신 링크를 제공하는 두 가닥선의 양방향 직렬 버스로 컴퓨터 시스템에서 데이터의 이동 통로의 역할을 하며, 제어부(300)와 레지스터 등을 연결하는 내부 버스 구조와 제어부(300)와 보조 기억 장치(330) 등을 연결하는 외부 버스 구조가 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속도 조정률을 측정하기 위한 제어 로직을 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속도 조정률을 측정하기 위한 제어 로직의 흐름을 나타내는 순서도이다.

도 5는 도 4에 도시된 제어 로직의 흐름을 나타낸 순서도로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 속도 조정률을 측정하는 방법은 도 4와 도 5를 참조하여 설명하겠다.

도 4의 속도 조정률을 측정하는 제어 로직은 도 5의 순서대로 순차적으로 진행하여 속도 조정률을 계산하게 된다. 다시 말해, 도 5에 도시된 바와 같이 속도 조정률을 측정하기 위해서는 주파수 변화 시점을 감지하기 위한 주파수 변화 감지 모듈(S500), 주파수 변화량 연산 모듈(S502), 출력 변화량 연산 모듈(S504) 및 속도 조정률 연산 모듈(S506) 순으로 순차적으로 진행하여 속도 조정률을 구하게 된다.

도 4에 도시된 도면 부호는 주파수의 변화 시점을 감지하는 위치(400), 주파수 변화량이 계산되어 출력되는 위치(410), 출력 변화량이 계산되어 출력되는 위치(420)를 나타내는 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 주파수 변화 감지 모듈에서 주파수의 변화 시점을 감지하는 제어 로직은 다음과 같다.

아날로그 지연 함수인 F(t) 함수가 Gov Free On 신호에 의해 아날로그 입력값이 3 초 지연되어 출력으로 나타나며, ∑ 함수는 입력되는 아날로그 입력값의 차이를 계산한다. 주파수가 변화하면, 주파수 차이값(Error)과 F(t) 함수에 의해 3 초 지연된 값과의 차이가 발생하며, H//L 함수에 의해 그 차이값(Error)이 ± 0.002 이상 차이가 발생하면, 주파수가 변화한 것으로 인식하여 Set/Reset 함수가 Set 되며, 주파수가 변화하지 않으면, H//L 함수에 의해 그 차이값(Error)이 ± 0.002 이하로 되면, Set/Reset 함수가 Reset 된다. 이런 방식으로 주파수의 변화 시점(400)을 감지하게 되는 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이 주파수 변화량 연산 모듈과 출력 변화량 연산 모듈에서 주파수 변화량과 출력 변화량을 구하는 제어 로직은 다음과 같다.

도 4에 도시된 전환 함수 T1과 T2는 점선으로 표시된 디지털 입력 신호가 오프(Off)되면, T1은 제 1 아날로그 입력 신호(430), T2는 제 3 아날로그 입력 신호(450)를 입력 받으며, 점선으로 표시된 디지털 입력 신호가 온(On)되면, T1은 제 2 아날로그 입력 신호(440), T2는 제 4 아날로그 입력 신호(460)를 입력 받는다.

이어서, 주파수가 변화하기 시작하여 Set/Reset 함수가 Set 되면, 전환 함수 T1과 T2의 점선으로 표시된 디지털 입력 신호가 온되어 T1은 제 2 아날로그 입력 신호(440), T2는 제 4 아날로그 입력 신호(460)를 입력으로 받아들이고, T1과 T2의 출력값이 입력으로 궤환되어 출력값이 고정된다. 고정된 출력값들 다시 말해, T1의 출력값은 주파수가 변화하기 시작한 시점의 주파수 차이값(Error)이 되며, T2의 출력값은 주파수가 변화하는 시점의 출력값이 된다.

이 때, ∑1 함수는 변화하고 있는 주파수 차이값(Error)과 T1에 의해 고정된 주파수 차이값(Error)의 차이를 계산하며, 주파수가 변화하는 경우 출력(MW)이 변화하므로 ∑2 함수는 변화하고 있는 출력(MW)과 T2에 의해 고정된 출력(MW)값의 차이를 계산한다. 따라서, ∑1의 출력값은 주파수(Hz) 변화량이 되며, ∑2 출력값은 주파수가 변화하는 경우 출력(MW) 변화량이 된다.

도 4에 도시된 바와 같이 속도 조정률 연산 모듈(S406)에서 속도 조정률을 계산하는 제어 로직은 다음과 같다.

주파수(Hz) 변화량(∑1의 출력값)이 ±0.04 Hz 이상이고, 출력(MW) 변화량(∑2의 출력값)이 ± 2 MW 이상이면 T3와 T4에 디지털 입력 신호를 보내서 ∑1과 ∑2의 출력이 T3와 T4의 입력이 되도록 하고, T3의 출력값인 주파수 변화량을 ÷ 함수에 의해 정격 주파수인 60 Hz로 나눈 수치(410)와, T4의 출력값인 출력 변화량을 정격 출력 500 MW로 나눈 수치(420)의 백분률 비를 최종 속도 조정률로 인식하여 디스플레이해 준다.

속도 조정률을 구하는 계산식은 수학식 1과 같다.

속도 조정률 = × 100 % = × 100 %

ΔF : 주파수 변화량, Fn : 정격 주파수

ΔP : 출력 변화량, Pn : 정격 출력

이 때, 속도 조정률이 기준값(5.5) 이상이면, F(x2)에 의해 주파수 변화량만큼 터빈 밸브를 더 열거나 닫아서 출력이 추가로 변화할 수 있도록 터빈 밸브 콘트롤러에 선행 제어 신호를 가감하여 주파수 변화에 대한 터빈의 응동 특성을 개선시킬 수 있다. 여기서 F(x2) 값은 그 양을 변화시킬 수 있으며, T5 함수는 속도 조정률이 5.5 이내이면, 입력이 0 이 되어 터빈 밸브 콘트롤러의 선행 제어 신호에 가감 신호를 보내지 않게 된다.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 출력 변화률을 측정하기 위한 제어 로직을 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 출력 변화률을 측정하기 위한 제어 로직의 흐름을 나타내는 순서도이다.

도 7은 도 6에 도시된 제어 로직의 흐름을 나타낸 순서도로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 출력 변화률을 측정하는 방법은 도 6과 도 7을 참조하여 설명하겠다.

도 6의 출력 변화률을 측정하는 제어 로직은 도 7의 순서대로 순차적으로 진행하여 출력 변화률을 측정하게 된다. 다시 말해, 도 6에 도시된 바와 같이 출력 변화률을 측정하기 위해서는 급전 부하 요구량 변화 감지 모듈(S700), 출력 변화량 연산 모듈(S702), 출력 변화 시간 연산 모듈(S704) 및 출력 변화률 연산 모듈(S706) 순으로 순차적으로 진행하여 출력 변화률을 구하게 되는 것이다.

도 6에 도시된 도면 부호는 급전 부하 요구량의 변화를 감지하는 위치(600), 출력 변화량이 계산되어 출력되는 위치(610), 출력 변화 시간이 계산되어 출력되는 위치(620)를 나타내는 것이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 급전 부하 요구량 변화 감지 모듈에서 급전 부하 요구량의 변화 시점을 감지하는 제어 로직을 설명한다.

급전 부하 요구량 변화 시점을 감지하기 위한 제어 로직은 아날로그 지연 함수 F(t)를 이용하여 급전 부하 요구 신호가 아날로그 지연 함수 F(t)를 통과한 값과 통과 하지 않은 값을 비교하여 주파수 차이값(Error)이 발생하는 경우 출력을 기억하기 위한 신호를 생성하여 급전 부하 요구량의 변화 시점(600)을 감지한다.

도 6에 도시된 바와 같이, 출력 변화량 연산 모듈에서 출력 변화량을 구하는 제어 로직을 설명한다.

출력 변화량을 구하는 제어 로직은 급전 부하 요구량 변화 신호를 받은 시점의 출력을 기억하게 되고, 기억된 출력과 변화하는 현재의 출력의 주파수 차이값(Error)이 출력 변화량이 된다. 예를 들어, 급전 부하 요구량 변화 신호를 받은 시점(600)의 출력값이 400 MW인 경우, 현재의 출력이 500 MW이면, 출력 변화량은 100 MW가 되는 것이다.

∑ 함수는 입력되는 아날로그 입력값의 차이를 계산하는 것으로 도 6에 도시된 ∑1 함수는 입력되는 전환 함수인 T 함수의 주파수 차이값(Error)를 계산하게 된다.

예를 들어 ∑1 함수의 출력값이 - 200 MW가 나오면, 출력값이 음의 정수값이 되기 때문에 Adapt 함수를 이용하여 부호를 - 1을 연산하여 + 값으로 바꿔주며, ∑1 함수의 출력값이 + 200 MW가 나오면, + 1을 연산하여 어떤 값이 출력되어도 + 값을 유지하게 한다.

현재 발전기의 출력이 급전 부하 요구량에 도달하면 출력 변화량 계산 로직에 의해 그 시점까지의 출력 변화량이 기억된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 출력 변화 시간 연산 모듈에서 출력 변화 시간을을 구하는 제어 로직을 설명한다.

출력 변화 시간 제어 로직은 급전 부하 요구량이 변화하기 시작하면 급전 부하 요구량 변화 시점을 감지하기 위한 제어 로직에 의해 생성된 급전 부하 요구 신호로 현재 발전기의 출력이 급전 부하 요구량에 도달시까지의 누적된 시간이 계산된다.

발전기의 출력이 급전 부하 요구량에 도달하면 급전 부하 요구 신호가 사라지게 되며, 출력 변화의 시간에 대한 계산도 중단하게 된다.

출력 변화률 연산 모듈은 출력 변화률을 구하는 계산식을 이용하여 출력 변화률을 산출하여 디스플레이해 준다.

출력 변화률을 구하는 계산식 수학식 2와 같다.

출력 변화률(MW/min) = × 100%

ΔT : 출력 변화 소요 시간(min), ΔP : 출력 변화량(MW)

전술한 바와 같은 도 4, 도 6의 속도 조정률 및 출력 변화률을 구하는 제어 로직을 통해 속도 조정률 및 출력 변화률이 실시간으로 측정이 가능하게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 실시간으로 측정하여 감시하는 시스템을 통해 전력 계통의 안정적인 운용에 기여할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 주파수 조정 운전(속도 조정률 및 출력 변화률)이 실시간으로 측정 및 감시가 가능하므로 주파수 조정 운전의 기준치에 미달하는 경우, 터빈 콘트롤러에 선행 제어 신호를 전송, 제어하여 계통 주파수(60 Hz)를 유지함으로써 계통 불안정 요인을 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims

입력 장치, 출력 장치, 연산 장치 및 저장 수단을 구비하는 컴퓨터에 의하여 실행되는 주파수 조정 운전 프로그램을 이용한 화력 발전소에서 발전기의 속도 조정률을 계산하는 방법에 있어서,

(a) 주파수 신호(Gov Free On)에 의해 아날로그 입력값이 지연되어 출력하는 아날로그 지연 함수와 상기 아날로그 입력값과 상기 아날로그 지연 함수의 출력값의 차이를 계산하는 ∑(Summming) 함수와 상기 ∑ 함수의 출력값을 입력으로 받아 계산된 제 1 기준치에 따라 Set/Reset 함수를 제어하는 H//L 함수에 의해 주파수의 변화 시점 및 변화 종료 시점을 감지하는 단계;

(b) 상기 주파수의 변화 시점에 주파수의 차이값(Error)을 홀딩(Holding)하여 기억하고, 변화하고 있는 주파수 차이값과 홀딩된 상기 주파수 차이값을 입력으로 받은 ∑1 함수에 의해 주파수 변화량을 연산하는 단계;

(c) 상기 주파수의 변화 시점의 출력값을 홀딩하여 기억하고, 변화하고 있는 출력값과 홀딩된 상기 출력값을 입력으로 받은 ∑2 함수에 의해 출력 변화량을 연산하는 단계; 및

(d) 상기 주파수 변화량이 주파수 변화량의 제 2 기준치 이상되면, 상기 주파수 변화량은 전환 함수인 T3 함수의 입력이 되도록 하고, 상기 출력 변화량이 출력 변화량의 제 2 기준치 이상되면, 상기 출력 변화량은 전환 함수인 T4 함수의 입력이 되도록 하며, T3 함수의 출력값을 정격 주파수(60 Hz)로 나눈 수치와 T4 함수의 출력값을 정격 출력(500 MW)으로 나눈 수치의 백분률 비를 구하여 속도 조정률을 산출하는 단계

를 포함하되, 상기 주파수 조정 운전 프로그램은 상기 속도 조정률을 실시간으로 측정 및 감시하여 상기 속도 조정률이 기준치(5.5) 이상이면, 주파수 변화량만큼 터빈 밸브를 더 열거나 닫아서 출력이 추가로 변화할 수 있도록 터빈 밸브 콘트롤러에 선행 제어 신호를 가감해주어 계통 주파수(60 Hz)를 유지하는 것을 특징으로 하는 화력 발전소에서 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 계산하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 기준치는 ± 0.002 Hz로서, 주파수가 변화하여 상기 H//L 함수에 의해 계산된 주파수 차이값(Error)이 ± 0.002 Hz 이상 차이가 발생하면, 상기 Set/Reset 함수가 Set되며, 주파수가 변화하지 않아 상기 H//L 함수에 의해 계산된 상기 주파수 차이값(Error)이 ± 0.002 Hz 이하로 되면 상기 Set/Reset 함수가 Reset되는 것을 특징으로 하는 화력 발전소에서 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 계산하는 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 주파수 변화량의 제 2 기준치는 ± 0.04 Hz 이고, 상기 출력 변화량의 제 2 기준치는 ± 2 MW 로서, 상기 주파수 변화량이 상기 주파수 변화량의 제 2 기준치 이상이고, 상기 출력 변화량이 상기 출력 변화량의 제 2 기준치 이상이면, 상기 T3 함수와 상기 T4 함수에 디지털 입력 신호를 보내서 상기 ∑1 함수와 상기 ∑2 함수의 출력이 상기 T3 함수와 상기 T4 함수의 입력이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 화력 발전소에서 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 계산하는 방법.
입력 장치, 출력 장치, 연산 장치 및 저장 수단을 구비하는 컴퓨터에 의하여 실행되는 주파수 조정 운전 프로그램을 이용한 화력 발전소에서 발전기의 출력 변화률을 계산하는 방법에 있어서,

(a) 아날로그 지연 함수 F(t)를 이용하여 급전 부하 요구 신호가 상기 아날로그 지연 함수 F(t)를 통과한 값과 통과하지 않은 값을 비교하여 주파수 차이값(Error)이 발생하는 경우 출력을 기억하기 위한 급전 부하 요구 신호를 생성하여 급전 부하 요구량 변화를 감지하는 단계;

(b) 상기 급전 부하 요구량 변화를 감지한 시점의 발전기의 출력을 기억하며, 기억된 상기 출력과 변화하는 현재 발전기의 출력의 주파수 차이값(Error)으로 출력 변화량을 연산하는 단계;

(c) 상기 급전 부하 요구량 변화를 감지한 시점에서 생성된 상기 급전 부하 요구 신호를 기점으로 현재 발전기의 출력이 급전 부하 요구량에 도달시까지의 누적된 시간이 계산되는 출력 변화 시간을 연산하는 단계; 및

(d) 상기 출력 변화량과 상기 출력 변화 시간의 백분률 비를 구하여 출력 변화률을 산출하는 단계

를 포함하되, 상기 주파수 조정 운전 프로그램은 상기 출력 변화률을 실시간으로 측정 및 감시하여 계통 주파수(60 Hz)에 미달하거나 초과하는 경우, 터빈 밸 브를 제어하는 터빈 밸브 콘트롤러에 선행 제어 신호를 가감해주어 상기 계통 주파수를 유지하는 것을 특징으로 하는 화력 발전소에서 발전기의 속도 조정률 및 출력 변화률을 계산하는 방법.
컴퓨터 상에 설치되고 구동되어,

주파수 신호(Gov Free On)에 의해 아날로그 입력값이 지연되어 출력하는 아날로그 지연 함수와 상기 아날로그 입력값과 상기 아날로그 지연 함수의 출력값의 차이를 계산하는 ∑(Summming) 함수와 상기 ∑ 함수의 출력값을 입력으로 받아 계산된 제 1 기준치에 따라 Set/Reset 함수를 제어하는 H//L 함수에 의해 주파수의 변화 시점 및 변화 종료 시점을 감지하는 기능;

상기 주파수의 변화 시점에 주파수의 차이값(Error)을 홀딩하여 기억하고, 변화하고 있는 주파수 차이값과 홀딩된 상기 주파수 차이값을 입력으로 받은 ∑1 함수에 의해 주파수 변화량을 연산하는 기능;

상기 주파수의 변화 시점의 출력값을 홀딩하여 기억하고, 변화하고 있는 출력값과 홀딩된 상기 출력값을 입력으로 받은 ∑2 함수에 의해 출력 변화량을 연산하는 기능; 및

상기 주파수 변화량이 주파수 변화량의 제 2 기준치 이상되면, 상기 주파수 변화량은 전환 함수인 T3 함수의 입력이 되도록 하고, 상기 출력 변화량이 출력 변화량의 제 2 기준치 이상되면, 상기 출력 변화량은 전환 함수인 T4 함수의 입력이 되도록 하며, T3 함수의 출력값을 정격 주파수(60 Hz)로 나눈 수치와 T4 함수의 출력값을 정격 출력(500 MW)으로 나눈 수치의 백분률 비를 구하여 속도 조정률을 산출하는 기능

을 포함하되, 상기 속도 조정률을 실시간으로 측정 및 감시하여 상기 속도 조정률이 기준치(5.5) 이상이면, 주파수 변화량만큼 터빈 밸브를 더 열거나 닫아서 출력이 추가로 변화할 수 있도록 터빈 밸브 콘트롤러에 선행 제어 신호를 가감해주어 계통 주파수(60 Hz)를 유지하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
제 5 항에 있어서,

상기 제 1 기준치는 ± 0.002 Hz로서, 주파수가 변화하여 상기 H//L 함수에 의해 계산된 주파수 차이값(Error)이 ± 0.002 Hz 이상 차이가 발생하면, 상기 Set/Reset 함수가 Set되며, 주파수가 변화하지 않아 상기 H//L 함수에 의해 계산된 상기 주파수 차이값(Error)이 ± 0.002 Hz 이하로 되면 상기 Set/Reset 함수가 Reset되는 것을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
제 5 항에 있어서,

상기 주파수 변화량의 제 2 기준치는 ± 0.04 Hz 이고, 상기 출력 변화량의 제 2 기준치는 ± 2 MW 로서, 상기 주파수 변화량이 상기 주파수 변화량의 제 2 기준치 이상이고, 상기 출력 변화량이 상기 출력 변화량의 제 2 기준치 이상이면, 상기 T3 함수와 상기 T4 함수에 디지털 입력 신호를 보내서 상기 ∑1 함수와 상기 ∑2 함수의 출력이 상기 T3 함수와 상기 T4 함수의 입력이 되도록 하는 것을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.
컴퓨터 상에 설치되고 구동되어,

아날로그 지연 함수 F(t)를 이용하여 급전 부하 요구 신호가 상기 아날로그 지연 함수 F(t)를 통과한 값과 통과 하지 않은 값을 비교하여 주파수 차이값(Error)이 발생하는 경우 출력을 기억하기 위한 급전 부하 요구 신호를 생성하여 급전 부하 요구량 변화를 감지하는 기능;

상기 급전 부하 요구량 변화를 감지한 시점의 발전기의 출력을 기억하며, 기억된 상기 출력과 변화하는 현재 발전기의 출력의 주파수 차이값(Error)으로 출력 변화량을 연산하는 기능;

상기 급전 부하 요구량 변화를 감지한 시점에서 생성된 상기 급전 부하 요구 신호를 기점으로 현재 발전기의 출력이 급전 부하 요구량에 도달시까지의 누적된 시간이 계산되는 출력 변화 시간을 연산하는 기능; 및

상기 출력 변화량과 상기 출력 변화 시간의 백분률 비를 구하여 출력 변화률을 산출하는 기능

을 포함하되, 상기 출력 변화률을 실시간으로 측정 및 감시하여 계통 주파수(60 Hz)에 미달하거나 초과하는 경우, 터빈 밸브를 제어하는 터빈 밸브 콘트롤러에 선행 제어 신호를 가감해주어 상기 계통 주파수를 유지하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체.