KR101061517B1 - 덤프로드의 고장을 감지하기 위한 시스템 - Google Patents

덤프로드의 고장을 감지하기 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 덤프로드 고장감지 시스템에 관한 것으로서, 하이브리드 발전 시스템에 구비되는 덤프로드의 고장을 감지하기 위한 시스템에 있어서, 일단이 전력공급선의 플러스 전극에 연결되고 덤프로드에 전류를 공급 및 차단하는 제어 스위치와 일단이 상기 제어 스위치에 직렬로 연결되고 타단이 전력공급선의 그라운드에 연결되는 덤프로드와 일단이 전력공급선의 플러스 전극에 연결되고 타단이 상기 제어 스위치와 상기 덤프로드 사이에 연결되는 제1저항 및 상기 덤프로드와 상기 전력공급선의 그라운드를 연결하는 전선에 감기는 제1코일을 포함함으로써, 안전한 방법으로 덤프로드 또는 제어 스위치의 이상 유무를 알아낼 수 있고 이를 관리자가 편리하게 확인할 수 있는 덤프로드 고장 감지 시스템을 구현할 수 있다.

Description

덤프로드의 고장을 감지하기 위한 시스템{DUMP LOAD TROUBLE DETECT SYSTEM }
본 발명은 풍력-디젤 하이브리드 발전 시스템과 같은 하이브리드 발전 시스템의 덤프로드 고장 감지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제어 스위치와 덤프로드에 저항을 병렬로 연결하고 저항에 걸리는 전압값의 변화를 감지하여 덤프로드의 이상 유무를 감지하는 덤프로드 고장 감지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 풍력발전은 풍속 조건에 따라 출력이 광범위하고 급격히 변화하는 특성을 가지게 되어 불안정한 요소가 있으므로 디젤 엔진에 의해 구동되는 디젤 발전기와 복합적으로 운영된다.
이러한 풍력-디젤 하이브리드 발전 시스템의 한 예가 도1에 개시되어 있다.
도면을 참조하면 종래기술에 의한 풍력-디젤 하이브리드 발전 시스템(1)은 풍력 발전 시스템(10)과 디젤 발전 시스템(20)과 플라이 휠부(30) 및 덤프로드부(40)로 구성되어 있다.
상기 풍력 발전기(11)는 바람이 부는 경우에 바람으로 풍차를 돌려 전력을 생산한다. 이 때 바람의 세기에 따라 생성되는 전기의 전압과 주파수가 변동한다. 따라서 이를 컨버터/인버터 모듈(15)을 통하여 균일한 전압과 주파수를 가진 전기로 만들어 AC버스(50)에 공급한다.
또한 상기 디젤 발전기(21)는 풍속이 낮아 풍력 발전기(11)에 의한 전력만으로는 전력 공급량이 부족할 때 가동하고 균일한 전력의 생산이 가능하므로 컨버터/인버터 모듈을 통하지 않고 AC버스(50)에 전력을 공급한다.
상기 플라이휠(31)은 전기 에너지를 저장하고 필요할 때에 저장된 에너지를 신속하게 빼내어 쓸 수 있는 에너지 저장요소로서, 전기 에너지를 운동 에너지로 바꾸어 저장하였다가 운동 에너지를 다시 전기 에너지로 변환하여 공급한다.
이 때 플라이휠(31)은, 회전속도에 따라 생성되는 전기는 주파수와 전압이 변동할 수 있으며 플라이휠(31)에 저장되거나 플라이휠(31)에서 발전되는 전력을 제어해야 하기 때문에, 컨버터/인버터 모듈(35)을 통하여 AC버스(50)에 연결된다.
덤프로드(41)는 상기한 플라이휠(31)에서 전기 에너지를 저장하고 남은 유휴전력을 소비하는 요소이다. 상기한 덤프로드(41)는 도 2와 같이 다수의 저항체로 이루어져 있으며 컨버터(45)를 통해 직류로 변환된 전력을 제어 스위치(SW)의 작동에 따라 열에너지의 형태로 방출한다.
상기한 바와 같은 하이브리드 발전 시스템에서 고장을 감지하는 것은 중요한 사항이다. 상기한 풍력-디젤 하이브리드 발전 시스템을 구성하는 풍력 발전기, 디젤 발전기 등의 요소들은 제어기에서 그 이상 여부를 감지하여 이상이 감지된 경우 AC버스로부터 차단하여 수리하는 것이 가능하다.
하지만 현재 덤프로드에는 이상을 감지하기 위한 별도의 시스템이 없다. 따라서 덤프로드에 단선과 같은 이상이 발생한 경우 플라이휠에 저장되고 남은 전기 에너지로 인하여 AC버스의 정기 주파수 또는 전압이 상승하는 등 전력 품질이 나빠지고 이에 따라 다른 요소의 고장을 유발시킬 수 있다.
또한 덤프로드의 특성상 유휴전력이 있는 경우 전류가 흐르고 유휴전력이 없는 경우에는 전류가 흐르지 않으므로 단순히 덤프로드의 통전여부를 측정함에 의해서는 덤프로드 자체의 이상 유무를 알아낼 수 없다.
또한 덤프로드에는 고전압의 전류가 흐르고 있으므로 덤프로드의 이상여부를 수리하는 사람이 직접 측정하여 진단하는 것은 위험하며, 고장을 제어기가 감지하도록 함이 바람직하다.
따라서, 안전한 방법으로 덤프로드 및 제어 스위치의 이상 유무를 알아낼 수 있고 이를 관리자가 편리하게 확인할 수 있는 덤프로드 고장 감지 시스템 및 고장 감지 방법이 요구된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 안전한 방법으로 덤프로드 및 제어 스위치의 이상 유무를 알아낼 수 있고 이를 관리자가 편리하게 확인할 수 있는 덤프로드 고장 감지 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 덤프로드 고장감지 시스템은, 일단이 전력공급선의 플러스 전극에 연결되고 덤프로드에 전류를 공급 및 차단하는 제어 스위치와, 일단이 상기 제어 스위치에 직렬로 연결되고 타단이 전력공급선의 그라운드에 연결되는 덤프로드와, 일단이 전력공급선의 플러스 전극에 연결되고 타단이 상기 제어 스위치와 상기 덤프로드 사이에 연결되는 제1저항 및 상기 덤프로드와 상기 전력공급선의 그라운드를 연결하는 전선에 감기는 제1코일을 포함하여 이루어진다.
상기 덤프로드 고장감지 시스템은, 상기 제1저항이 서로 다른 저항값을 가지는 2개의 저항으로 이루어지고 이 중 작은 저항값에 걸리는 전압이 계측장치의 계측범위 내가 되도록 저항값을 설정할 수 있다.
상기 덤프로드 고장감지 시스템은, 상기 제어 스위치에 가해지는 제어신호와 상기 제1저항에 걸리는 전압 및 상기 제1코일에 유도되는 전압을 측정하는 측정 모듈 및 상기 측정 모듈에서 측정된 신호에 의해 이상 여부를 판단하는 판단 모듈을 포함하여 이루어지는 덤프로드 이상검출부를 구비할 수 있다.
상기 덤프로드 고장감지 시스템은, 상기 제어 스위치에 가해지는 제어신호와 상기 제1저항에 걸리는 전압 및 상기 제1코일에 유도되는 전압을 측정하는 측정 모듈과, 상기 측정 모듈에서 측정되는 제1저항에 걸리는 전압 및 제1코일에 유도되는 전압을 연속적인 직류전압신호로 변환시켜 주는 전압 변환 모듈과, 상기 측정 모듈에서 측정된 제어신호 및 상기 전압 변환 모듈에서 측정된 직류전압신호에 의해 이상 여부를 판단하는 판단 모듈을 포함하여 이루어지는 덤프로드 이상검출부를 구비할 수 있다.
상기 덤프로드 고장감지 시스템은, 상기 제어 스위치에 가해지는 제어신호와 상기 제1저항에 걸리는 전압 및 상기 제1코일에 유도되는 전압을 측정하는 측정 모듈과, 상기 측정 모듈에서 측정되는 제1저항에 걸리는 전압 및 제1코일에 유도되는 전압을 연속적인 직류전압신호로 변환시켜 출력하는 전압 변환 모듈과, 상기 측정 모듈에서 측정된 제어신호 및 상기 전압 변환 모듈에서 출력된 직류전압신호를 2진 신호로 매핑시켜 주는 매핑 모듈 및 상기 매핑 모듈에서 측정된 신호에 의해 이상 여부를 판단하는 판단 모듈을 포함하여 이루어지는 덤프로드 이상검출부를 구비할 수 있다.
상기 덤프로드 고장감지 시스템은, 상기 판단 모듈이, 제어신호의 2진 신호와 제1코일에 유도되는 전압의 2진 신호를 입력받아 다른 신호인 경우 하이(high)신호를 출력하고 같은 신호인 경우 로우(low)신호를 출력하는 제1소자와, 상기 제1소자의 신호와 제1저항의 전압을 입력받아 모두 하이신호인 경우에만 하이신호를 출력하는 제2소자로 구성될 수 있다.
상기 덤프로드 고장감지 시스템은, 상기 제1소자가, 제어신호의 2진 신호와 제1코일에 유도되는 전압의 2진 신호를 입력받아 모두 하이신호인 경우에만 하이신호를 발생시키는 제3소자와, 제어신호의 2진 신호와 제1코일에 유도되는 전압의 2진 신호를 입력받아 모두 로우신호인 경우에만 하이신호를 발생시키는 제4소자와, 상기 제3소자와 상기 제4소자의 신호를 입력받아 적어도 어느 하나의 신호가 하이신호인 경우 하이신호를 출력하는 제5소자로 이루어질 수 있다.
상기 덤프로드 고장감지 시스템은, 초기 상태에서 하이신호를 출력하고 제1입력단에 하이신호가 입력되면 로우신호를 출력하고 제2입력단에 하이신호가 입력되면 하이신호를 출력하는 제6소자와, 상기 제2소자의 출력신호와 상기 제6소자의 출력신호를 입력받고 제2소자의 출력신호가 로우신호이고 제6소자의 출력신호가 하이신호일 때 하이신호를 출력하며 출력단이 상기 제6소자의 제1입력단에 연결되는 제7소자를 포함하여 이루어지는 이상 펄스 발생 모듈을 구비할 수 있다.
상기 덤프로드 고장감지 시스템은, 덤프로드 이상검출부가 복수로 이루어지고, 상기 복수의 덤프로드 이상검출부에 구비된 제7소자의 출력신호를 입력받고 적어도 하나의 입력신호가 하이신호인 경우 하이신호를 출력하는 고장감지 보강부를 더 구비할 수 있다.
상기 덤프로드 고장감지 시스템은, 덤프로드 이상검출부가 복수로 이루어지고, 상기 복수의 덤프로드 이상검출부에 구비된 제7소자의 출력신호를 입력받고 입력신호가 모두 하이신호인 경우에는 하이신호를 출력하는 이상검출부 고장감지부를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 덤프로드 시스템에 따르면, 안전한 방법으로 덤프로드 및 제어 스위치의 이상 유무를 알아낼 수 있고 이를 관리자가 편리하게 확인할 수 있는 덤프로드 고장 감지 시스템을 구현할 수 있다.
도1은 일반적인 풍력-디젤 하이브리드 발전 시스템의 구성을 나타내는 도면
도2는 하이브리드 발전 시스템에 사용되는 덤프로드를 나타내는 도면
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 덤프로드 고장감지 시스템을 나타내는 도면
도4는 도3에 도시된 감지용 저항이 복수인 경우를 나타내는 도면.
도5는 도3에 도시된 덤프로드 이상검출부의 일예를 나타낸 도면.
도6은 도3에 도시된 덤프로드 이상검출부의 일예를 나타낸 도면.
도7은 도3에 도시된 덤프로드 이상검출부의 일예를 나타낸 도면.
도8은 논리소자를 이용하여 판단 모듈을 구성한 블록도.
도9는 판단 모듈을 구성하는 제1소자와 제2소자의 예를 나타내는 도면.
도10은 판단 모듈을 구성하는 제1소자와 제2소자의 예를 나타내는 도면.
도11은 이상 펄스 발생 모듈을 나타내는 블록도.
도12는 이상 펄스 발생 모듈을 구현한 논리회로도의 예를 나타내는 도면.
도13은 덤프로드 이상검출부를 복수 구비하여 신뢰도를 높힌 덤프로드 이상감지 시스템을 나타내는 블럭도.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.
이하 종래기술에 설명된 내용은 같은 도면부호를 사용하여 나타내고 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 덤프로드 고장감지 시스템을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 덤프로드 고장감지 시스템은, 제어 스위치와, 덤프로드와, 제1저항 및 제1코일로 이루어진다.
상기 제어 스위치(SW)는 일단이 전력공급선의 플러스 전극(41a)에 연결되고 덤프로드에 전류를 공급 및 차단한다. 여기에서 상기 제어 스위치(SW)는 제어기(33)에서 전달되는 제어신호에 따라 개폐동작을 수행함으로써 덤프로드(D)에 전류를 공급하는 역할을 수행한다.
이 때 제어 스위치(SW)의 제어는 PWM(Pulse Width Modulation) 제어에 의해 수행하는 것이 바람직하다. PWM 제어를 사용하면 제어 스위치의 ON/OFF 비율을 조절함으로써 덤프로드(D)에 임의의 원하는 전압을 가하여 소정의 전력을 소비할 수 있다.
상기 덤프로드(D)는 일단이 상기 제어 스위치(SW)에 직렬로 연결되고 타단이 전력공급선의 그라운드(41b)에 연결된다.
상기와 같이 제어 스위치(SW)와 덤프로드가 직렬로 연결된 구성에 제1저항(R1)과 제1코일(C1)이 연결된다.
상기와 같은 구성을 가짐으로써 제어 스위치(SW)에 전송되는 제어신호, 제1저항(R1)에 걸리는 전압신호, 제1코일(C1)에 유도되는 전압신호의 3가지 신호에 의해 제어 스위치(SW) 및 덤프로드(D)의 고장여부를 판별할 수 있다. 고장여부를 판별하는 방법에 대해서는 후술한다.
상기 제1저항(R1)은 일단이 전력공급선의 플러스 전극(41a)에 연결되고 타단이 상기 제어 스위치(SW)와 상기 덤프로드(D) 사이에 연결된다.
이 때 상기 제1저항(R1)의 저항값은 상기 덤프로드(D)의 저항값의 10배 이상인 것이 바람직하다. 더 상세하게 설명하면 덤프로드(D)의 저항값에 비해 상기 제1저항(R1)의 저항값이 매우 크도록 설정한다. 이는 부가되는 제1저항(R1)을 통하여 일어나는 전력 소모량을 작게 하기 위함이다.
제1저항(R1)이 상기와 같이 연결됨으로써 제어 스위치(SW)가 닫힌 경우에는 제어 스위치(SW)로 전류가 흐르고 제어 스위치(SW)가 열린 경우에는 제1저항(R1)으로 전류가 흐른다.
상술한 설명에서 제1저항(R1)은 단일한 저항으로 설명하였으나 도4와 같이 서로 다른 저항값을 가지는 2개의 저항(R11, R12)으로 이루어지고 이 중 작은 값을 가지는 저항(R12)에 걸리는 전압이 계측장치의 계측범위 내가 되도록 저항값을 설정함이 바람직하다. 이에 따라 전력공급선의 큰 전압을 계측에 알맞은 전압으로 낮추어 측정하는 것이 가능하다.
상기 제1코일(C1)은 상기 덤프로드와 상기 전력공급선의 그라운드를 연결하는 전선에 감겨 덤프로드를 통해 그라운드로 펄스 형태의 전류가 흐르는 경우 유도전류를 발생시키는 기능을 한다.
따라서 스위치가 쵸핑(chopping ; 일정한 주기로 ON-OFF를 반복하는 것을 말함)하는 경우 덤프로드를 통해 그라운드로 펄스 형태의 전류가 흐르게 되고 이 때 제1코일(C1)에는 교류전류가 유도되어 흐른다.
다음으로 본 발명의 일 실시예에 따른 덤프로드 고장감지 시스템으로 고장을 감지하는 방법에 대해 설명한다.
이 때 고장의 종류는 제어 스위치 고장, 덤프로드 단선의 경우인 것을 전제로 하여 설명한다. 또한 제어 스위치는 PWM 제어에 의해 작동하므로 제어 스위치는 쵸핑(chopping)하는 상태(이하 쵸핑-ON 상태라고 하고 ON으로 표시한다) 또는 열린 상태(이하 OFF 상태라고 하고 OFF로 표시한다) 중의 하나로 작동하여야 하며 계속적으로 닫힌 상태(이하 직류-ON 상태라고 하고 on으로 표시한다)는 고장으로 간주한다.
여기에서 제어 스위치 고장은 제어 스위치(SW)의 제어신호가 쵸핑-ON 상태인데 제어 스위치(SW)가 직류-ON 또는 OFF되는 경우나 제어 스위치(SW)의 제어신호가 OFF인데 제어 스위치(SW)가 쵸핑-ON 또는 직류-ON되는 경우를 의미하고 덤프로드 단선은 덤프로드(D)가 파손되는 등의 이유로 단선되는 경우를 의미한다.
고장을 감지하는 방법은 상술한 바와 같이 제어 스위치(SW)에 전송되는 제어신호, 제1저항(R1)에 걸리는 전압신호, 제1코일(C1)에 유도되는 전압신호의 3가지 신호를 정상인 경우와 고장인 경우를 비교함으로써 제어 스위치 또는 덤프로드(D)의 고장여부를 판별한다.
상기와 같은 과정을 도5에 도시되어 있는 바와 같은 덤프로드 이상검출부(47)를 통하여 수행한다. 상기 덤프로드 이상검출부(47)는 측정 모듈(47a)과 판단 모듈(47d)을 포함하여 이루어진다.
상기 측정 모듈(47a)은 상기 제어 스위치(SW)에 가해지는 제어신호와 상기 제1저항(R1)에 걸리는 전압 및 상기 제1코일(C1)에 유도되는 전압을 측정하고, 상기 판단 모듈(47d)은 상기 측정 모듈(47a)에서 측정된 신호를 정상인 경우의 신호 및 고장인 경우의 신호와 비교하여 덤프로드(D)의 이상 여부를 판단한다.
이 때 쵸핑-ON 상태인 경우에는 제1저항(R1)에 걸리는 전압은 펄스전압이고 제1코일(C1)에 유도되는 전압은 교류전압이므로 이를 연속적인 직류전압으로 바꾸어 주는 것이 신호를 측정함에 있어서 보다 바람직하다.
도6에는 전압 변환 모듈이 구비된 덤프로드 이상검출부(47)가 도시되어 있다.
도면을 참조하면 상기 덤프로드 이상검출부(47)는 측정 모듈(47a)과 전압 변환 모듈(47c) 및 판단 모듈(47d)을 포함하여 이루어진다.
이 때 측정 모듈(47a)은 상기 제어 스위치(SW)에 가해지는 제어신호와 상기 제1저항(R1)에 걸리는 전압 및 상기 제1코일(C1)에 유도되는 전압을 측정하고, 상기 전압 변환 모듈(47c)은 상기 측정 모듈(47a)에서 측정되는 제1저항(R1)에 걸리는 전압 및 제1코일(C1)에 유도되는 교류전압을 연속적인 직류전압으로 변환시켜 주며, 판단 모듈(47d)은 상기 측정 모듈(47a)에서 측정된 제어신호 및 상기 전압 변환 모듈(47c)에서 측정된 직류전압을 이용하여 덤프로드의 이상 여부를 판단한다.
이 경우에 있어서 덤프로드의 이상을 검출하는 방법은 다음과 같다.
정상인 경우 각 신호를 보면 제어 스위치(SW)에 제어신호가 OFF이면 실제로 제어 스위치(SW)는 OFF가 되고 전류는 제1저항(R1)을 통하여 덤프로드(D)로 흐르게 된다.
이 경우 제1저항(R1)에서 전압강하가 일어나게 되므로 제1저항(R1)에는 직류전압이 검출되고 덤프로드(D)를 통하여 그라운드로는 직류전류가 흐르게 되므로 제1코일(C1)에 유도되는 전류는 없다.
따라서 제1저항(R1)에 걸리는 전압의 크기를 VD1V로 가정하면, 제어 스위치(SW)의 제어신호, 제1저항(R1)에 걸리는 전압신호, 제1코일(C1)에 유도되는 전압신호는 각각 OFF, VD1V, 0V로 나타난다.
또한 정상인 경우 제어 스위치(SW)의 제어신호가 쵸핑-ON이면 실제로 제어 스위치(SW)는 쵸핑-ON 상태가 되어 제1저항(R1)에는 펄스전압이 걸리고 제1코일(C1)에는 유도전류에 따른 전압이 발생하게 된다.
이 경우 전압 변환 모듈(47b)을 통해 펄스전압과 유도전류에 따른 전압이 연속적인 직류전압으로 변환된다.
이 때 제1저항(R1)에 걸려 변환된 전압을 VD1V라고 가정하고 제1코일(C1)에 유도되어 변환된 전압을 VD2V라고 가정하면 제어 스위치(SW)의 제어신호, 제1저항(R1)에 걸리는 전압신호, 제1코일(C1)에 유도되는 전압신호는 각각 ON(쵸핑-ON), VD1V, VD2V로 나타난다.
이러한 정상신호에 대하여 제어 스위치(SW)가 고장난 경우 및 덤프로드(D)가 고장난 경우에는 정상일 때의 신호와는 다른 신호가 검출되게 되고 이에 따라 고장여부를 판단할 수 있다.
먼저 제어 스위치(SW)가 고장난 경우에 대하여 설명한다.
제어 스위치(SW)가 ON으로 유지되는 고장이 발생한 경우 제어 스위치(SW)의 제어신호가 OFF 또는 쵸핑-ON 이어도 실제로는 제어 스위치(SW)가 직류-ON이 되고 전류는 제어 스위치(SW)를 통하여 덤프로드(D)로 흐르게 된다.
이 경우 제1저항(R1)에는 전류가 거의 흐르지 않으므로 전압도 대략 0V가 된다. 또한 덤프로드를 통하여 그라운드로 직류전류가 흐르게 되므로 제1코일(C1)에 유도되는 전류가 없어 전압이 발생하지 않는다. 전압 변환 모듈(47c)은 펄스전압 또는 교류전압을 직류전압으로 변환시켜 주므로 전압 변환 모듈(47c)에서 변환되는 전압은 없다.
따라서 결과적으로 제어 스위치(SW)의 제어신호, 제1저항(R1)에 걸리는 전압신호, 제1코일(C1)에 유도되는 전압신호는 각각 OFF, 0V, 0V 또는 ON(쵸핑-ON), 0V, 0V로 나타난다. 이는 정상일 때의 신호와 다른 값이다.
한편 제어 스위치(SW)가 OFF로 유지되는 고장이 발생한 경우 제어 스위치(SW)의 제어신호가 쵸핑-ON 이어도 실제로는 제어 스위치(SW)가 OFF가 되고 전류는 제1저항(R1), 덤프로드(D)로 흐르게 된다.
이 경우 제1저항(R1)에서 전압강하가 일어나게 되므로 제1저항(R1)에는 직류전압이 검출되고 덤프로드를 통하여 그라운드로 직류전류가 흐르게 되므로 제1코일(C1)에는 유도되는 전류가 없어 전압이 발생하지 않는다. 이 경우에도 전압 변환 모듈(47c)에서 변환되는 전압은 없다.
따라서 제어 스위치(SW)의 제어신호, 제1저항(R1)에 걸리는 전압신호, 제1코일(C1)에 유도되는 전압신호는 각각 ON(쵸핑-ON), VD1V, 0V로 나타난다. 이는 정상일 때의 신호와 다른 값이다.
다른 한편 제어 스위치(SW)가 쵸핑-ON으로 유지되는 고장이 발생한 경우 제어 스위치(SW)의 제어신호가 OFF이면 실제로 제어 스위치(SW)는 쵸핑-ON이 되어 제1저항(R1)에는 펄스전압이 발생하고 제1코일(C1)에는 유도전류에 따른 교류전압이 발생하게 된다.
이 경우 전압 변환 모듈(47b)을 통해 펄스전압과 교류전압이 연속적인 직류전압으로 변환되므로 제1저항(R1)에 발생하여 변환된 전압은 VD1V가 되고 제1코일(C1)에 유도되어 변환된 전압은 VD2V가 된다.
따라서 결과적으로 제어 스위치(SW)의 제어신호, 제1저항(R1)에 걸리는 전압신호, 제1코일(C1)에 유도되는 전압신호는 각각 OFF, VD1V, VD2V로 나타난다. 이는 정상일 때의 신호와 다른 값이다.
이에 따라 제어 스위치(SW)의 고장을 감지할 수 있다.
다음으로 덤프로드(D)가 고장난 경우에 대하여 설명한다.
덤프로드(D)가 고장난 경우 즉 단선이 일어난 경우 제어 스위치(SW)의 제어신호와 무관하게 전류는 흐르지 않고 이에 따라 제1저항(R1)에 걸리는 전압 및 제1코일(C1)에 유도되는 전압은 모두 0V가 된다.
따라서 제어 스위치(SW)의 제어신호, 제1저항(R1)에 걸리는 전압신호, 제1코일(C1)에 유도되는 전압신호는 각각 OFF, 0V, 0V 또는 ON(쵸핑-ON), 0V, 0V로 나타난다. 이는 정상일 때의 신호와는 다르지만 제어 스위치(SW)가 고장났을 때의 신호와 중복되는 경우가 있다.
따라서 이러한 신호의 경우 제어 스위치(SW)의 고장인지 덤프로드(D)의 고장인지 여부를 판별할 수는 없지만 실제 현장에서 덤프로드(D)와 제어 스위치(SW)의 고장여부를 함께 점검함으로써 조치가 가능하다.
이에 따라 덤프로드(D)의 고장을 감지할 수 있다.
한편 제어 스위치(SW)의 제어신호와 제1저항(R1)에 걸리는 전압 및 제1코일(C1)에 유도되는 전압을 연속적인 직류전압으로 변환한 값을 매핑관계를 통해 2진 신호로 변환하여 덤프로드 시스템(100)의 고장을 감지할 수도 있다.
도7은 매핑 모듈이 포함된 덤프로드 이상감지부를 나타내는 도면이다.
상기 덤프로드 이상감지부는 측정 모듈(47a)과 전압 변환 모듈(47c)과 매핑 모듈과 판단 모듈(47d)을 포함하여 이루어진다.
측정 모듈(47a)은 상기 제어 스위치(SW)에 가해지는 제어신호와 상기 제1저항(R1)에 걸리는 전압 및 상기 제1코일(C1)에 유도되는 전압을 측정하고, 전압 변환 모듈(47c)은 상기 측정 모듈(47a)에서 측정되는 제1저항(R1)에 걸리는 전압 및 제1코일(C1)에 유도되는 전압을 연속적인 직류전압으로 변환시켜 출력하고, 매핑 모듈은 상기 측정 모듈(47a)에서 측정된 제어신호 및 상기 전압 변환 모듈(47c)에서 출력된 직류전압을 2진 신호로 매핑시켜 주고, 판단 모듈(47d)은 상기 매핑 모듈에서 측정된 신호에 의해 이상 여부를 판단한다.
예를 들어 제어 스위치(SW)의 제어신호 OFF는 0, 제어 스위치(SW)의 제어신호 ON(쵸핑-ON)은 1, 제1저항(R1)에 걸리는 전압의 변환값이 0V인 경우는 0, 제1저항(R1)에 걸리는 전압의 변환값이 VD1V인 경우는 1, 제1코일(C1)에 유도된 전압의 변환값이 0V인 경우는 0, 제1코일(C1)에 유도된 전압의 변환값이 VD2V인 경우는 1로 매핑관계를 설정할 수 있다.
상술한 바와 같은 덤프로드 시스템의 정상신호와 이상신호 및 매핑관계에 대한 사항을 표1에 정리하였다.
Figure 112010056533377-pat00001
<표1> 덤프로드 시스템의 정상신호와 이상신호 및 매핑관계
상기와 같은 매핑관계를 설정해 놓음으로써 측정된 신호를 정상신호 및 이상신호와 비교하는 것이 더욱 편리해 지고 논리소자를 이용하여 판단 모듈(47d)을 구성하는 것이 가능하다.
논리소자를 이용하여 판단 모듈(47d)을 구성하는 경우에는, 제어 스위치(SW)에 전송되는 제어신호, 제1저항(R1)에 걸리는 전압신호, 제1코일(C1)에 유도되는 전압신호의 3가지 신호를 정상인 경우와 고장인 경우를 비교하지 않고도 각 신호를 연산하여 고장신호를 발생시킬 수 있다.
도8은 논리소자를 이용하여 판단 모듈(47d)을 구성한 블록도이다.
도면을 참조하면 상기 판단 모듈(47d)은 제1소자와 제2소자로 이루어진다.
상기 제1소자(471)는 스위치 제어신호의 매핑신호와 제1코일(C1)에 유도되는 전압의 매핑신호를 입력받아 같은 신호인 경우 하이(high)신호를 출력하고 다른 신호인 경우 로우(low)신호를 출력한다. 상기 제2소자(473)는 상기 제1소자(471)의 신호와 제1저항(R1)에 걸리는 전압의 매핑신호를 입력받아 모두 하이신호인 경우에만 하이(high)신호를 출력한다.
도9는 판단 모듈(47d)을 구성하는 제1소자(471)와 제2소자(473)의 예를 나타내는 도면이다.
정상인 경우의 스위치 제어신호, 제1저항(R1) 전압, 제1코일 전압의 매핑신호가 0,1,0 또는 1,1,1이므로 상기 판단 모듈(47d)에 따르면 정상인 경우는 하이신호가 발생한다. 마찬가지로 제어 스위치 고장 또는 덤프로드 고장인 경우는 로우신호가 발생한다.
이 때 상기 제1소자(471)는, 도10과 같이 스위치 제어신호의 매핑신호와 제1코일(C1)에 유도되는 전압의 매핑신호를 입력받아 모두 하이신호인 경우에만 하이신호를 발생시키는 제3소자(471a)와, 스위치 제어신호의 매핑신호와 제1코일(C1)에 유도되는 전압의 매핑신호를 입력받아 모두 로우신호인 경우에만 하이신호를 발생시키는 제4소자(471b)와, 상기 제3소자와 상기 제4소자의 신호를 입력받아 적어도 어느 하나의 신호가 하이신호인 경우 하이신호를 출력하는 제5소자(471c)로 이루어질 수 있다.
또한 덤프로드 이상검출부(47)에는 고장인 경우에 펄스를 발생시키는 이상 펄스 발생 모듈(47e)을 추가할 수 있다.
도11은 이상 펄스 발생 모듈을 나타내는 블록도이고 도12는 이상 펄스 발생 모듈을 구현한 논리회로도의 예이다.
이상 펄스 발생 모듈(47e)은 제6소자(475)와 제7소자(477)로 이루어진다.
상기 제6소자(475)는 제1입력단(475a)과 제2입력단(475b) 및 출력단(475c)을 구비한다. 출력단(475c)에서는 초기상태에는 하이신호를 출력하고, 제1입력단(475a)에 하이신호가 입력되면 로우신호를 출력하며, 제2입력단(475b)에 하이신호가 입력되면 하이신호를 출력한다.
상기 제7소자(477)는, 상기 제2소자(473)의 출력신호와 상기 제6소자(475)의 출력신호를 입력받고, 제2소자(473)의 출력신호가 로우신호이고 제6소자(475)의 출력신호가 하이신호일 때만 하이신호를 출력하며 출력단(475c)이 상기 제6소자(475)의 제1입력단(475a)에 연결된다.
상기와 같이 구성됨으로써 덤프로드 시스템이 정상인 경우에는 제2소자(473)에서 하이신호가 출력되어 제7소자(477)에 입력됨과 아울러 제6소자(475)에서 초기상태의 하이신호가 제7소자(477)에 입력되면 제7소자(477)에서는 로우신호가 출력된다. 즉 정상인 경우는 이상 펄스 발생 모듈(47e)에서는 로우신호가 출력된다.
또한 제7소자(477)에서 로우신호가 출력되므로 제6소자(475)의 제1입력단(475a)에 로우신호가 입력되고 제1입력단(475a)에 로우신호가 입력되므로 제6소자(475)의 출력신호는 바뀌지 않고 하이신호로 유지된다.
한편 고장인 경우에는 제2소자(473)에서 출력되는 로우신호가 제7소자(477)에 입력됨과 아울러 제6소자(475)에서 초기상태의 하이신호가 제7소자(477)에 입력되면 제7소자(477)에서는 하이신호가 출력된다. 즉 고장인 경우는 이상 펄스 발생 모듈(47e)에서는 하이신호가 출력된다.
제7소자(477)에서 하이신호가 출력되므로 제6소자(475)의 제1입력단(475a)에 하이신호가 입력되고 이는 제6소자(475)의 출력신호를 로우신호로 변경시킨다. 제6소자(475)의 출력신호가 로우신호가 되면 제7소자(477)의 출력신호도 로우신호가 된다.
즉 결과적으로 고장인 경우는 제7소자(477)에서 하이신호가 출력된 직후 로우신호가 출력되게 되므로 제7소자(477)에서 발생하는 신호는 1회의 펄스신호가 된다. 이는 고장이 발생하였음을 나타내는 신호이다.
이와 같은 방법에 의해 덤프로드의 고장이 발생하였음을 감지할 수 있다.
또한 상술한 이상검출부를 복수 구비하여 고장감지의 신뢰도를 높일 수 있다.
도13은 덤프로드 이상검출부를 복수 구비하여 신뢰도를 높힌 덤프로드 이상감지 시스템을 나타내는 블럭도이다.
도면을 참조하면 덤프로드 이상검출부(47)는 복수로 이루어지고, 상기 복수의 덤프로드 이상검출부(47)의 제7소자(477)의 출력신호를 입력받아 모든 입력신호가 하이신호인 경우 하이신호를 출력하는 고장감지 보강부(48)를 더 구비한다.
이에 따라 모든 이상검출부(47)가 고장나는 경우 고장신호가 출력된다.
또한 상기 복수의 덤프로드 이상검출부(47)에 구비된 제7소자(477)의 출력신호를 입력받고 입력신호가 서로 다른 신호인 경우에는 하이신호를 출력하는 이상검출부 고장 감지부(49)를 더 구비할 수 있다.
이에 따라 복수의 덤프로드 이상검출부(47) 중 어느 하나의 이상검출부가 고장이 난 경우 이를 감지할 수 있어 덤프로드 고장감지 시스템의 신뢰성이 높아진다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 풍력 발전 시스템 20 : 디젤 발전 시스템
30 : 플라이휠부 31 : 플라이휠
33 : 제어기 35 : 컨버터/인버터 모듈
40 : 덤프로드부 41a : 플러스 전극
41b : 그라운드 47 : 덤프로드 이상검출부
48 : 고장감지 보강부 49 : 이상검출부 고장감지부
50 : AC버스

Claims (10)

  1. 하이브리드 발전 시스템에 구비되는 덤프로드의 고장을 감지하기 위한 시스템에 있어서,
    일단이 전력공급선의 플러스 전극에 연결되고 덤프로드에 전류를 공급 및 차단하는 제어 스위치;
    일단이 상기 제어 스위치에 직렬로 연결되고 타단이 전력공급선의 그라운드에 연결되는 덤프로드;
    일단이 전력공급선의 플러스 전극에 연결되고 타단이 상기 제어 스위치와 상기 덤프로드 사이에 연결되는 제1저항 및
    상기 덤프로드와 상기 전력공급선의 그라운드를 연결하는 전선에 감기는 제1코일을 포함하되,
    상기 제어 스위치에 전송되는 제어신호, 상기 제1저항에 걸리는 전압신호, 상기 제1코일에 유도되는 전압신호에 의해 덤프로드의 고장여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 덤프로드 고장 감지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1저항은 서로 다른 저항값을 가지는 2개의 저항으로 이루어지고 이 중 작은 저항값에 걸리는 전압이 계측장치의 계측범위 내가 되도록 저항값을 설정하는 것을 특징으로 하는 덤프로드 고장 감지 시스템
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 스위치에 가해지는 제어신호와 상기 제1저항에 걸리는 전압 및 상기 제1코일에 유도되는 전압을 측정하는 측정 모듈 및
    상기 측정 모듈에서 측정된 신호에 의해 이상 여부를 판단하는 판단 모듈
    을 포함하여 이루어지는 덤프로드 이상검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 덤프로드 고장 감지 시스템
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 스위치에 가해지는 제어신호와 상기 제1저항에 걸리는 전압 및 상기 제1코일에 유도되는 전압을 측정하는 측정 모듈;
    상기 측정 모듈에서 측정되는 제1저항에 걸리는 전압 및 제1코일에 유도되는 전압을 연속적인 직류전압신호로 변환시켜 주는 전압 변환 모듈 및
    상기 측정 모듈에서 측정된 제어신호 및 상기 전압 변환 모듈에서 측정된 직류전압신호에 의해 이상 여부를 판단하는 판단 모듈
    을 포함하여 이루어지는 덤프로드 이상검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 덤프로드 고장 감지 시스템
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어 스위치에 가해지는 제어신호와 상기 제1저항에 걸리는 전압 및 상기 제1코일에 유도되는 전압을 측정하는 측정 모듈;
    상기 측정 모듈에서 측정되는 제1저항에 걸리는 전압 및 제1코일에 유도되는 전압을 연속적인 직류전압신호로 변환시켜 출력하는 전압 변환 모듈;
    상기 측정 모듈에서 측정된 제어신호 및 상기 전압 변환 모듈에서 출력된 직류전압신호를 2진 신호로 매핑시켜 주는 매핑 모듈 및
    상기 매핑 모듈에서 측정된 신호에 의해 이상 여부를 판단하는 판단 모듈
    을 포함하여 이루어지는 덤프로드 이상검출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 덤프로드 고장 감지 시스템
  6. 제5항에 있어서,
    상기 판단 모듈은,
    제어신호의 2진 신호와 제1코일에 유도되는 전압의 2진 신호를 입력받아 다른 신호인 경우 하이(high)신호를 출력하고 같은 신호인 경우 로우(low)신호를 출력하는 제1소자 및
    상기 제1소자의 신호와 제1저항의 전압을 입력받아 모두 하이신호인 경우에만 하이신호를 출력하는 제2소자
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 덤프로드 시스템
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1소자는,
    제어신호의 2진 신호와 제1코일에 유도되는 전압의 2진 신호를 입력받아 모두 하이신호인 경우에만 하이신호를 발생시키는 제3소자;
    제어신호의 2진 신호와 제1코일에 유도되는 전압의 2진 신호를 입력받아 모두 로우신호인 경우에만 하이신호를 발생시키는 제4소자 및
    상기 제3소자와 상기 제4소자의 신호를 입력받아 적어도 어느 하나의 신호가 하이신호인 경우 하이신호를 출력하는 제5소자
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 덤프로드 고장 감지 시스템
  8. 제7항에 있어서,
    초기 상태에서 하이신호를 출력하고 제1입력단에 하이신호가 입력되면 로우신호를 출력하고 제2입력단에 하이신호가 입력되면 하이신호를 출력하는 제6소자 및
    상기 제2소자의 출력신호와 상기 제6소자의 출력신호를 입력받고 제2소자의 출력신호가 로우신호이고 제6소자의 출력신호가 하이신호일 때 하이신호를 출력하며 출력단이 상기 제6소자의 제1입력단에 연결되는 제7소자
    로 이루어지는 이상 펄스 발생 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 덤프로드 고장 감지 시스템
  9. 제8항에 있어서,
    덤프로드 이상검출부는 복수로 이루어지고,
    상기 복수의 덤프로드 이상검출부에 구비된 제7소자의 출력신호를 입력받고 모든 입력신호가 하이신호인 경우 하이신호를 출력하는 고장감지 보강부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 덤프로드 고장 감지 시스템
  10. 제8항에 있어서,
    덤프로드 이상검출부는 복수로 이루어지고,
    상기 복수의 덤프로드 이상검출부에 구비된 제7소자의 출력신호를 입력받고 입력신호가 모두 하이신호인 경우에는 하이신호를 출력하는 이상검출부 고장감지부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 덤프로드 고장 감지 시스템
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