KR101339107B1 - 병렬운전 발전기, 이를 포함하는 병렬운전 발전 시스템 및 발전기의 병렬운전방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기준 발전기에 병렬운전 발전기를 연결하는 병렬운전 발전시스템에서, 상기 병렬운전 발전기가 출력하는 출력전원과 상기 기준 발전기의 기준전원과의 주파수차 및 전압차가 기 설전된 허용범위 내로 되도록 동기화한 후, 상기 기준전압과 병렬적으로 출력되도록 자동적으로 출력되도록 제어되는 병렬운전 발전기를 제공한다.
따라서, 사용자는 기준 발전기에 별도의 조정단계 없이 병렬운전 발전기를 연결하여 부하를 제공할 수 있다. 따라서, 업무효율이 향상되고, 사용이 간편하게 된다.
따라서, 사용자는 기준 발전기에 별도의 조정단계 없이 병렬운전 발전기를 연결하여 부하를 제공할 수 있다. 따라서, 업무효율이 향상되고, 사용이 간편하게 된다.
Description
본 발명은 전압과 위상이 자동으로 동기화되는 병렬운전 발전기에 관한 발명이다.
발전기의 병렬운전은 2대 이상의 발전기를 같은 모선에 연결하여 운전하는 것이며, 대용량의 전력이 필요한 경우 연료 절감 및 장비 손상 등을 보호하는 측면에서 발전기 병렬운전은 필수적이다. 특히 사회가 발전하면서 전력생산이 수용충족을 못 시키고 있는 바, 병렬운전 발전기의 필요성이 증대되고 있다.
발전기를 병렬운전 시키기 위해서는 발전기와 원동기에 각각 갖추어야 할 조건이 있다. 정격전압이 일치하여야 하고, 위상이 같아야 하며, 정격주파수 및 파형이 실질적으로 동일하여야 한다.
특히, 소모전력의 변동율이 큰 상태 즉, 동적 부하에 전원 투입중인 기준전원에 대하여 병렬로 발전기 출력전원을 투입하기 위해서는 출력전원의 전압과 위상을 기준전원에 맞춘 후에 발전기의 출력전원을 기준전원에 병렬로 투입하여야 한다.
이에 따라 운전하는데 소정의 시간이 필요하고, 병렬전원의 투입 후에도 전압과 위상 등이 일치하지 않으면 투입이 차단되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 신속하게 동기화하여 안정적으로 투입이 가능한 자동동기 병렬운전 발전기를 제공하는 것에 있다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른병렬운전 발전기는 부하투입 차단기, 동기검정기 및 발전기엔진 조립체를 포함한다. 상기 부하투입 차단기는 상기 출력전원의 출력을 차단하도록 형성된다. 상기 동기검정기는 상기 기준전원과 상기 출력전원의 주파수차가 기 설정된 주파수허용범위 내인지 판단하고 신호를 출력한다. 상기 발전기엔진 조립체는 상기 신호를 수신하여 상기 기준전원의 주파수를 상기 주파수차가 상기 주파수허용범위 내에 해당되도록 상기 기준전원의 주파수를 동기화 한다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 동기검정기에서 출력된 신호를 송신하고, 상기 발전기 엔진조립체와 상기 부하투입 차단기를 구동시키는 제어모듈을 더 포함한다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 발전기 엔진조립체는 상기 출력전원의 주파수를 조절하는 가바나(Governor) 및 상기 주파수를 조절한 후에 상기 전압을 조절하도록 제어되는 전압조정기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 일 실시예 따른 자동 병렬운전 발전시스템은 상기 병렬운전 발전기와 연결되고, 상기 기준전원을 출력되어 동적 부하를 제공하는 기준 발전기를 포함한다. 상기 자동 병렬운전 발전기는 상기 출력전원의 출력을 제어하도록 형성되는 부하투입 차단기, 상기 기준전원과 상기 출력전원의 주파수차가 기 설정된 주파수 허용범위 내인지 판단하고, 신호를 출력하는 동기검정기 및 상기 신호를 수신하여 상기 기준전원의 주파수를 상기 주파수차가 주파수허용범위 내에 해당되도록 상기 기준전원의 주파수를 동기화하는 발전기 엔진조립체를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 기준 발전기는 상기 기준전원이 출력되는 출력라인을 포함하고, 상기 출력라인은 상기 동기감정기와 상기 부하투입차단기와 연결된다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 출력하고, 출력라인을 구비하는 제1 발전기가 동적 부하를 제공하도록 구동시키는 단계, 출력전원을 출력하는 제2 발전기를 상기 제1 발전기의 출력라인과 연결하는 단계; 상기 제2 발전기가 상기 출력전원을 출력하도록 구동하는 단계 상기 기준전원과 출력전원을 비교하고, 상기 기준전원의 파형과 상기 출력전원의 파형이 일치하도록 상기 출력전원의 주파수 및 전압을 조정하여 수정출력전원 생성하는 단계와 상기 수정출력전원을 상기 출력전원의 상기 출력라인으로의 제공을 제어하는 단계를 더 포함한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 병렬운전 발전기는 자동으로 출력전원의 주파수 및 전압을 조정할 수 있으므로, 별도의 주파수 및 전압의 조정 없이 부하 전력을 제공중인 기준발전기에 병렬운전 발전기를 연결하여 전원을 출력할 수 있다.
따라서, 사용이 간편하고 운전에 걸리는 시간이 감소하여, 발전기의 병렬운전의 가동상의 효율이 향상된다.
도 1은 병렬운전 발전기와 연결된 병렬운전 발전시스템의 계통도.
도 2a 내지 도 2b는 병렬운전 발전기와 외부전원의 파형의 변화를 나타내는 파형도.
도 3은 병렬운전 발전기의 작동을 설명하기 위한 순서도.
도 2a 내지 도 2b는 병렬운전 발전기와 외부전원의 파형의 변화를 나타내는 파형도.
도 3은 병렬운전 발전기의 작동을 설명하기 위한 순서도.
이하, 본 발명과 관련된 병렬운전 발전기 및 병렬운전 발전기의 동기화 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 병렬운전 발전기와 연결된 병렬운전 발전시스템의 계통도이다.
도 1을 참조하면, 병렬운전 발전시스템은 기준전원을 출력하는 기준발전기에 연결된 병렬운전 발전기로 구성된다. 상기 기준 발전기는 동적 부하를 제공하는 발전기에 해당될 수 있다. 상기 기준 발전기는 전원을 출력하는 출력라인을 포함한다. 상기 병렬운전 발전기는 상기 출력라인에 연결되어 상기 기준 발전기의 기준전원과 함께 부하를 제공한다.
상기 병렬운전발전기는 발전기 엔진조립체, 제어장치, 부하투입차단기를 포함한다. 상기 제어장치는 동기검정기와 제어모듈로 구성된다.
상기 동기검정기는 상기 기준전원과 연결되어 상기 기준전원의 부하를 제공받는다. 상기 동기검정기는 상기 기준전원의 부하와 상기 병렬운전 발전기의 부하의 전압 및 위상을 비교한다. 상기 동기검정기는 상기 기준 발전기의 출력라인과 연결된다. 따라서, 상기 기준 발전기에서 출력된 기준전압의 적어도 일부가 상기 동기검정기로 출력된다.
상기 동기검정기는 상기 비교한 결과에 따른 신호를 출력한다. 상기 신호를 상기 각 부하들의 전압차를 비교한 전압차 신호와 위상차를 비교한 위상차 신호를 각각 출력한다. 상기 출력된 신호들은 제어모듈로 전달된다.
상기 전압차 신호와 상기 위상차 신호는 상기 전압차 및 위상차가 기 설정된 허용 범위 내인지 여부를 판단하여 기 설정된 범위보다 크면 차단신호를 기 설정됨 범위보다 작으면 통과신호를 출력할 수 있다.
상기 제어모듈은 상기 부하투입차단기 및 상기 발전기 엔진조립체와 각각 연결된다. 상기 제어모듈은 수신된 상기 신호에 의하여 상기 부하투입차단기 또는 상기 발전기 엔진조립체로 지시신호를 송신한다.
예를 들어, 상기 제어모듈이 차단신호를 송신하면, 상기 발전기 엔진조립체로 구동신호를 송신하여 상기 전압차 및 위상차를 줄이도록 지시한다. 한편 통과신호를 송신하면, 상기 제어모듈은 상기 엔진조립체에 정지신호를 출력하여 상기 발전기 엔진조립체의 구동을 멈추도록 지시한다.
또한, 상기 제어모듈이 차단신호를 수신하면, 상기 부하투입 차단기가 ON신호를 출력하여 상기 위상을 동기화시키기 위하여 발전기엔진조립체로 전달한다. 한편, 상기 통과신호를 수신하면, 상기 제어모듈은 상기 부하투입차단기에 OFF신호를 출력하여 전원이 출력전원으로 전달되도록 지시한다. 상기 출력라인은 상기 부하투입 차단기에 연결되어 상기 부하투입 차단기에서 출력되는 수정출력전원과 상기 기준전압을 병렬로 출력한다.
즉, 상기 제어모듈이 차단신호를 수신하면, 발전기 엔진조립체는 전압차를 줄이고 위상을 동기화 시켜, 동기검정기로 이를 출력한다. 동기검정기에 의한 판단결과에 의하여 제어모듈이 통과신호를 수신하면 상기 발전기엔진조립체는 상기 부하투입차단기로 전원을 제공한다. 상기 부하투입 차단기는 상기 제어모듈의 통과신호에 의하여 상기 전원을 출력전원으로 전달한다.
상기 발전기 엔진조립체는 주파수를 동기화 하고, 그 후 전압차를 줄인다. 이하, 상기 발전기 엔진조립체가 상기 기준전압과 상기 출력전압의 파형을 일치시키는 과정을 설명한다.
도 2a 내지 도 2b는 병렬운전 발전기와 외부전원의 파형의 변화를 나타내는 파형도이고, 도 3은 병렬운전 발전기의 작동을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1, 도 2a 및 도 3을 참조하면, 상기 기준 발전기에 상기 병렬 운전 발전기를 연결한다. 상기 병렬 운전 발전기를 가동시키다. 이 때의 파형은 도 2a에서 도시한 바와 같다.
즉, 기준전원과 상기 병렬운전 발전기의 출력전원의 파형은 서로 다르게 출력될 수 있다. 구체적으로 상기 양 파형의 위상, 주파수 및 전압이 서로 다르게 출력된다.
상기 서로 다르게 출력되는 파형을 상기 동기검정기에서 검사하고, 차단신호를 상기 제어모듈에 출력한다. 상기 제어모듈은 상기 차단신호를 수신하면, 상기 부하투입 차단기에는 ON신호를 상기 발전기 엔진조립체에는 구동신호를 송신한다. 따라서, 상기 부하투입 차단기에 의하여 상기 전원이 전달되지 못한다. 따라서, 출력전원에는 상기 기준전원만이 전달되는 상태가 된다. 또한, 상기 구동신호를 송신한 상기 발전기 엔진조립체는 상기 전원의 기 설정된 범위 내에서 동일한 파형을 갖도록 조절한다.
도 1, 도 2b, 도 2c 및 도 3을 참조하면, 먼저 상기 발전기 엔진조립체는 상기 기준전원과 병렬운전 발전기의 출력전원의 위상을 실질적으로 동일하게 한다. 즉, 상기 발전기 엔진조립체의 가바나(Governor)가 상기 병렬운전 발전기의 회전 주파수를 조절하여 각 위상과 주파수를 기 설정된 범위 내로 일치시킨다. 상기 가바나(Governor)가 주파수를 조절하는 기술은 종래의 일반적인 기술이므로 설명은 생략한다.
도 1, 도 2d 및 도 3을 참조하면, 상기 주파수가 실질적으로 동일하게 조절되면, 상기 발전기 엔진조립체의 전압조정기가 상기 기준전원과 상기 병렬운전 발전기의 출력전원의 전압차를 기 설정된 범위 내로 되도록 상기 병렬운전 발전기의 출력전원의 전압을 조절한다.
도 3을 참조하면, 상기 발전기 엔진조립체에 의하여 회전 주파수 및 전압이 조절된 수정출력전원은 상기 동기검정기로 전달된다. 상기 동기검정기는 상기 기준전원과 수정출력전원을 비교하여, 상기 주파수차 및 상기 전압차가 각각 기 설정된 주파수 허용범위 및 주파수 전압차 내인지 판단한다.
이때, 상기 주파수차와 상기 전압차가 기 설정된 각각 주파수 허용범위 및 전압 허용범위 내이면, 상기 동기검정기는 통과신호를 상기 제어모듈에 송신한다. 상기 제어모듈은 상기 발전기 엔진조립체에는 정지신호를 상기 부하투입 차단기에는 OFF신호를 출력한다. 상기 수정출력전원은 상기 부하투입 차단기를 통과하여 상기 출력전원라인으로 전송된다. 따라서, 상기 기준전원과 함께 출력되어 병열로 부하에 투입된다.
한편, 상기 동기검정기는 상기 주파수차 및 상기 전압차 중 적어도 하나가 상기 기 설정된 주파수 및 전압 허용범위 내에 해당되지 않는 다는 판단을 하면, 상기 차단신호를 상기 제어모듈에 송신한다. 따라서, 상기 제어모듈은 상기 발전기 엔진조립체를 구동시켜 상기 병렬운전 발전기의 출력전원의 파형을 조절한다.
즉, 상기 기준전원과 상기 병렬운전 발전기의 출력전원의 파형이 실질적으로 동일하게 조절될 때까지 상기 과정이 반복된다. 즉, 상기 병렬운전 발전기의 출력전원의 파형이 상기 기준전원의 파형과 일치하도록 조정하는 단계를 거친다. 상기와 같은 과정은 약 2분내에 이루어지며, 사용자가 별도의 제어를 할 필요가 없이 상기 동기검정기와 부하투입 차단기에 의하여 자동적으로 조절 및 출력된다.
따라서, 본 발명의 병렬운전 발전기에 따르면 서로 다른 파형을 갖는 전원을 병렬로 연결하여 사용할 수 있고, 사용자는 직접 이를 조절할 필요가 없어 간편하다. 또한, 상기 과정은 동적인 부하에 대하여 자동적으로 구동되어 약 2분 내에 공급될 수 있도록 하므로 효율성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 소모전력의 변동율이 심한 동적 부하 상태에서 추가적인 발전기를 병렬로 투입하거나 차단하는 과정이 단순해지고, 업무의 신뢰성이 향상된다.
상기와 같이 설명된 병렬운전 발전기 및 이를 병렬전원을 제공하는 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
Claims (8)
- 기준전원에 연결되고, 상기 기준전원과 병렬로 출력전원을 제공하는 병렬운전 발전기에 있어서,
상기 출력전원의 출력을 제어하는 부하투입 차단기;
상기 기준전원과 상기 출력전원의 주파수차가 기 설정된 주파수 허용범위 내인지 판단하고, 신호를 출력하는 동기검정기; 및
상기 신호를 수신하여 상기 기준전원의 주파수를 상기 주파수차가 허용범위 내에 해당되도록 상기 기준전원의 주파수를 동기화하는 발전기 엔진조립체; 및
상기 동기검정기에서 출력된 신호를 송신하고, 상기 발전기 엔진조립체와 상기 부하투입 차단기를 구동시키는 제어모듈을 포함하고,
상기 동기검정기는 상기 기준전원과 출력전원의 전압차 및 주파수차가 허용범위 내인 경우 상기 출력전원이 상기 기준전원과 함께 제공되도록 제어하는 통과신호를 상기 제어모듈이 송신하고,
상기 동기검정기는 상기 기준전원과 상기 출력전원의 전압차 및 주파수차 중 어느 하나가 허용범위 이상인 경우 상기 출력전원이 제공되지 못하도록 제어하는 c차단신호를 상기 제어모듈에 송신하며,
상기 제어모듈은 수정된 출력전원을 생성하도록 상기 발전기 엔진조립체를 제어하고, 상기 수정된 출력전원의 주파수를 판단하도록 상기 동기검정기로 상기 수정된 출력전원을 제어하고,
상기 차단신호에 의하여 상기 발전기엔진조립체는 상기 기준전원의 파형을 조절하기 위하여 구동되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 병렬운전 발전기. - 제1항에 있어서,
상기 동기검정기는 상기 기준전원의 전압과 상기 출력전원의 전압의 전압차가 기 설정된 전압 허용범위 내인지 여부를 판단하여 상기 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 병렬운전 발전기. - 삭제
- 제2항에 있어서, 상기 발전기 엔진조립체는,
상기 출력전원의 주파수를 조절하는 가바나(Governor); 및
상기 주파수를 조절한 후에 상기 전압을 조절하도록 제어되는 전압조정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 병렬운전 발전기. - 제1항, 제2항 또는 제4항 중 어느 한 항에 해당되는 병렬운전 발전기; 및
상기 병렬운전 발전기와 연결되고, 상기 기준전원을 출력하여 동적 부하를 제공하는 기준 발전기를 포함하는 자동 병렬운전 발전시스템. - 삭제
- 기준전원을 출력하고, 출력라인을 구비하는 제1 발전기가 동적 부하를 제공하도록 구동시키는 단계;
출력전원을 출력하는 제2 발전기를 상기 제1 발전기의 출력라인과 연결하는 단계;
상기 제2 발전기가 상기 출력전원을 출력하도록 구동하는 단계;
상기 기준전원과 출력전원의 파형을 비교하는 단계;
상기 기준전원과 출력전원의 파형이 불일치하는 경우, 상기 출력전원의 전압 및 주파수 중 저거도 하나를 조정하여 수정된 출력전원을 생성하고, 상기 수정된 출력전원을 다시 기준전원과 비교하는 단계; 및
상기 수정된 출력전원을 기준전원과 병렬로 상기 출력라인으로 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기의 병렬운전 방법. - 제7항에 있어서, 상기 출력전원의 상기 출력라인으로의 출력을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기의 병렬운전 방법.
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| KR101339107B1 true KR101339107B1 (ko) | 2014-01-02 |
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2012
- 2012-06-19 KR KR1020120065755A patent/KR101339107B1/ko active IP Right Grant
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