KR101344121B1 - Apparatus and method for controlling field current of super conducting elecreic power generator - Google Patents

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박영민
홍경태
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두산엔진주식회사
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    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
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Abstract

The present invention provides a field current control device and method of a super conducting electric power generator which detects a current of a super conducting field for overcoming a limit that it is difficult to rapidly control a field current and grasps the state of operation of a present generator by the detected field current. The field current control device and method vary and output terminal voltage which is applied to a super conducting field coil according to the state of operation of the present generator and control the field current of the super conducting electric power generator in the load variation or initial operation of the generator. [Reference numerals] (110) Rectifier;(120) Switching part;(130) Multiple voltage converting part;(131) Converter for high voltage;(132) Converter for midiem voltage;(133) Converter for low voltage;(140) Controller;(150) Field current / voltage detecting part;(160) Field current / voltage reference value;(200) Superconductivity field;(AA) Exciter output

Description

초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING FIELD CURRENT OF SUPER CONDUCTING ELECREIC POWER GENERATOR}Apparatus and method for controlling field current of superconducting generators {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING FIELD CURRENT OF SUPER CONDUCTING ELECREIC POWER GENERATOR}

본 발명은 초전도 발전기의 계자 전류를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 초전도 발전기의 동작 상태에 따라 초전도 계자 코일로 인가하는 전압을 가변하여 출력함으로써 초전도 발전기를 속응적으로 제어할 수 있는 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and a method for controlling the field current of a superconducting generator, and to a superconducting generator capable of controlling the superconducting generator promptly by varying and outputting a voltage applied to the superconducting field coil according to the operating state of the superconducting generator. A field current control device and method.

일반적으로 초전도 발전기는 절대온도 0K, 즉 섭씨 영하 273도에서 전기 저항이 소멸하는 초전도 현상을 응용한 발전기이다. In general, a superconducting generator is a generator applying a superconducting phenomenon in which the electrical resistance disappears at an absolute temperature of 0K, that is, 273 degrees Celsius.

초기의 초전도 발전기는 절대온도 4K 내지 20K 범위 내에서 초전도 현상이 발생하는 선재를 사용하다가, 근래에는 상대적으로 높은 절대온도 30K 내지 77K에서 초전도 현상을 나타내는 소재가 발견되면서, 초전도 발전기에 대한 개발이 가속되고 있다. In the early superconducting generators, wire rods in which superconductivity occurred in the absolute temperature range of 4K to 20K were used.In recent years, the development of superconducting generators has been accelerated due to the discovery of materials that exhibit superconductivity at relatively high absolute temperatures of 30K to 77K. It is becoming.

현재 개발된 대부분의 초전도 발전기는 상전도 발전기에서 계자에 사용되던 구리 권선을 초전도 권선으로 대체한 구조를 갖는다.Most of the superconducting generators currently developed have a structure in which the superconducting windings replace the copper windings used in the field generators in the superconducting generators.

이와 같이, 초전도 권선으로 계자를 형성하면, 전기 저항으로 인한 손실 없이 고자장의 회전자계를 만들 수 있다. 이러한 이유로, 초전도 발전기는 기존 상전도 발전기와 대비하여 보다 효율적이고 크기 및 무게가 작다는 장점이 있다.As such, when the field is formed of the superconducting winding, the magnetic field of the high magnetic field can be made without loss due to the electrical resistance. For this reason, superconducting generators have the advantage of being more efficient, smaller in size, and smaller in weight compared to conventional superconducting generators.

도 1은 일반적인 초전도 발전기의 구성을 나타낸 도면이다. 1 is a view showing the configuration of a general superconducting generator.

초전도 발전기는 크게 여자기(10)와 초전도 계자(30) 및 그 사이에 위치한 발전기 제어 장치(20)로 구성된다. The superconducting generator is largely composed of the exciter 10 and the superconducting field 30 and the generator control device 20 located therebetween.

발전기 제어 장치(20)는 여자기(10)의 다수 전기자 권선으로부터 생성되는 3상 AC전원을 입력받아 DC 전원으로 변환하는 정류 시스템(21), 정류 시스템(21)의 출력을 초전도 계자(30)에 공급하기 위해 스위칭하는 스위칭 시스템(22), 초전도 계자(30)에 흐르는 전류를 검출하여 피드백하기 위한 계자 전류 센서(24), 계자 전류 센서(24)를 통해 검출한 계자 전류를 기준값과 비교하여 초전도 계자(30)에 일정한 전압/전류가 입력되도록 정류 시스템(21) 및 스위칭 시스템(22)을 제어하는 제어기(23)를 포함한다. The generator control apparatus 20 receives the three-phase AC power generated from the multiple armature windings of the exciter 10 and converts the rectifier system 21 into a DC power source, and outputs the output of the rectifier system 21 to the superconducting field 30. By comparing the field current detected by the field current sensor 24 and the field current sensor 24 for detecting and feeding back the current flowing through the switching system 22, the superconducting field 30, and switching to supply the And a controller 23 for controlling the rectifying system 21 and the switching system 22 such that a constant voltage / current is input to the superconducting field 30.

그런데, 초전도 계자(30)는 초전도 선재로 되어 있어 초전도 계자(30)로 많은 전류를 흘릴 수는 있어도 높은 전압을 지속적으로 인가할 수는 없다. However, since the superconducting field 30 is made of a superconducting wire, although a large amount of current may flow through the superconducting field 30, a high voltage cannot be continuously applied.

따라서, 종래 고전압을 출력하는 여자기(10)를 그대로 적용할 수는 없고, 초전도 발전기에 저전압/고전류를 공급하는 전기자(Armature)가 필요한데 이 경우 전기자의 권선이 굵어져 전체 크기가 비대해지는 문제점이 있다. Therefore, the exciter 10 that outputs a high voltage cannot be applied as it is, and an armature for supplying a low voltage / high current to a superconducting generator is required. In this case, the winding of the armature is thickened and the overall size is enlarged. have.

이와 같이, 초전도 계자 코일을 권선할 경우, 보빈에 감긴 초전도 계자 코일의 낮은 저항 및 높은 인덕턴스로 인해 시정수가 매우 커지므로 계자 전류 제어의 속응성이 현저히 낮아지게 된다는 문제점이 있다. 즉, 부하 변동에 따라 초전도 발전기의 계자 전류를 증가시키거나 감소시킬 때 실시간으로 제어하기 어려운 문제점이 있다. As described above, when winding the superconducting field coil, the time constant becomes very large due to the low resistance and the high inductance of the superconducting field coil wound on the bobbin, so that the response of the field current control is significantly lowered. That is, when increasing or decreasing the field current of the superconducting generator according to the load change, there is a problem that it is difficult to control in real time.

또한, 발전기 초기 기동시에는 계자 전류가 목표값에 도달하는 데 여전히 많은 시간이 걸리게 되는 문제점이 있다. In addition, there is a problem that it takes a long time for the field current to reach the target value at the initial startup of the generator.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 초전도 발전기의 계자 전류를 신속하게 제어하기 어렵다는 한계를 극복하기 위하여 초전도 발전기의 동작 상태에 따라 초전도 계자 코일로 인가하는 전압을 가변하여 출력함으로써 부하 변동이나 발전기 초기 기동시에도 초전도 발전기의 계자 전류를 속응적으로 제어할 수 있는 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, in order to overcome the limitation that it is difficult to quickly control the field current of the superconducting generator load by varying the voltage applied to the superconducting field coil according to the operating state of the superconducting generator It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for controlling a field current of a superconducting generator capable of rapidly controlling the field current of the superconducting generator even during fluctuation or initial startup of the generator.

이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따른 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치는, 여자기로부터 출력되는 교류 전원을 인가받아 직류 전압으로 정류하는 정류기; 다수 개의 컨버터로 구성되어 발전기의 동작 상태에 따라 초전도 계자에 인가하는 전압을 승압 또는 강압시키는 다중 전압 변환부; 상기 정류기로부터 출력되는 직류 전압을 발전기의 동작 상태에 따라 상기 다중 전압 변환부 내 해당 컨버터로 스위칭하는 스위칭부; 상기 초전도 계자를 센싱하여 현재 초전도 계자의 전류 또는 전압을 검출하는 계자 전류/전압 검출부; 및 상기 계자 전류/전압 검출부를 통해 검출한 초전도 계자의 전류 또는 전압을 입력받아 현재 발전기의 동작 상태를 초기 기동 상태, 정상 운전 상태 및 부하 변동 상태 중 어느 하나의 동작 상태로 판단하고, 판단된 동작 상태에 따라 적합한 단자 전압을 인가하기 위해 상기 정류기로부터 출력되는 직류 전원을 해당 컨버터로 스위칭하도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다. To this end, the field current control device of the superconducting generator according to the first aspect of the present invention, the rectifier is applied to the AC power output from the exciter and rectified to a DC voltage; A multi-voltage converter configured to boost or step down a voltage applied to a superconducting field according to an operating state of the generator, the plurality of converters; A switching unit for switching the DC voltage output from the rectifier to a corresponding converter in the multi-voltage conversion unit according to the operating state of the generator; A field current / voltage detector configured to sense the current or voltage of the current superconducting field by sensing the superconducting field; And receiving the current or voltage of the superconducting field detected by the field current / voltage detection unit to determine the current operating state of the generator as any one of an initial starting state, a normal operating state, and a load fluctuation state. And a controller for controlling the switching unit to switch the DC power output from the rectifier to the corresponding converter in order to apply an appropriate terminal voltage according to the state.

또한, 본 발명의 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치에서, 상기 다중 전압 변환부는 상기 직류 전압을 고전압의 레벨로 승압하여 출력하는 고전압용 컨버터와, 상기 직류 전압을 저전압의 레벨로 강압하여 출력하는 저전압용 컨버터와, 상기 직류 전압을 상기 고전압의 레벨과 저전압의 레벨 사이인 중전압의 레벨로 승압 또는 강압하여 출력하는 중전압용 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, in the field current control device of the superconducting generator of the present invention, the multi-voltage converter is a high voltage converter for boosting the DC voltage to a high voltage level and outputting, and for a low voltage for stepping down and outputting the DC voltage to a low voltage level. And a converter for medium voltage for outputting the DC voltage by stepping up or down the DC voltage to a level of a medium voltage between the level of the high voltage and the level of the low voltage.

또한, 본 발명의 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치에서, 상기 제어기는, 상기 계자 전류/전압 검출부를 통해 검출한 초전도 계자의 전류가 0이면 현재 발전기의 동작 상태를 초기 기동 상태로 판단하여 상기 다중 전압 변환부 내 고전압용 컨버터로 입력되게 스위칭 제어하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the field current control device of the superconducting generator of the present invention, the controller, if the current of the superconducting field detected by the field current / voltage detection unit is 0 determines the operating state of the current generator as the initial starting state and the multi-voltage Switching control to be input to the high-voltage converter in the converter.

또한, 본 발명의 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치에서, 상기 제어기는, 상기 계자 전류/전압 검출부를 통해 검출한 초전도 계자의 전류가 목표값에 도달하면 현재 발전기의 동작 상태를 안정적인 정상 운전 상태로 판단하여 상기 다중 전압 변환부 내 저전압용 컨버터로 입력되게 스위칭 제어하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the field current control device of the superconducting generator of the present invention, the controller, when the current of the superconducting field detected through the field current / voltage detection unit reaches a target value, determines the current generator operating state as a stable normal operating state By controlling the switching to be input to the low voltage converter in the multi-voltage converter.

또한, 본 발명의 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치에서, 상기 제어기는, 상기 계자 전류/전압 검출부를 통해 검출한 초전도 계자의 전류가 목표값으로부터 일정 이상 변동하면 부하 변동 상태로 판단하여 상기 다중 전압 변환부 내 중전압용 컨버터로 입력되게 스위칭 제어하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the field current control device of the superconducting generator of the present invention, the controller, when the current of the superconducting field detected by the field current / voltage detector fluctuates more than a target value by more than a predetermined value to determine the load fluctuation state to convert the multi-voltage Switching control to be input to the medium voltage converter in the unit.

본 발명의 제2 측면에 따른 초전도 발전기의 계자 전류 제어 방법은, 여자기로부터 출력되는 전원을 초전도 발전기로 공급하기 위해 제어하는 장치에서의 제어 방법으로서, 상기 장치가 상기 여자기로부터 출력되는 교류 전원을 입력받아 직류 전압으로 정류하는 단계; 상기 장치가 상기 초전도 발전기의 계자를 센싱하여 계자 전류를 검출하는 단계; 상기 장치가 검출된 계자 전류에 따라 현재 초전도 발전기의 동작 상태를 초기 기동 상태, 정상 운전 상태 및 부하 변동 상태 중 어느 하나의 동작 상태로 판단하는 단계; 상기 장치가 정류한 직류 전압을 판단된 동작 상태에 따라 해당 레벨로 승압 또는 강압시키기 위해 다수의 컨버터로 구성된 다중 전압 변환부로 스위칭하는 단계; 상기 스위칭에 따라 상기 정류한 직류 전압을 고전압, 저전압, 중전압의 레벨로 승압 또는 강압시킨 후 상기 초전도 발전기로 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The field current control method of the superconducting generator according to the second aspect of the present invention is a control method in a device for controlling to supply the power output from the exciter to the superconducting generator, the AC power output from the exciter Receiving the rectified voltage to a DC voltage; Sensing, by the device, a field current of the superconducting generator to detect field currents; Determining, by the device, the operating state of the current superconducting generator as one of an initial starting state, a normal operating state, and a load fluctuation state according to the detected field current; Switching the rectified DC voltage by the device to a multi-voltage converter configured of a plurality of converters to boost or step down to a corresponding level according to the determined operating state; And increasing or decreasing the rectified DC voltage to a level of a high voltage, a low voltage, and a medium voltage according to the switching, and then applying the rectified DC voltage to the superconducting generator.

본 발명에 따르면, 초전도 발전기의 초기 기동 시 계자 전류가 목표값을 도달하는 데 소요되는 시간을 단축함으로써 초전도 발전기의 초기 기동 시 소모되는 연료의 사용량을 절감할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to reduce the amount of fuel consumed during initial startup of the superconducting generator by shortening the time required for the field current to reach the target value during the initial startup of the superconducting generator.

또한, 초전도 발전기가 정상 구동을 하다가 부하 변동으로 인한 초전도 계자로 인가되는 단자 전압이 변동하는 경우에도 이러한 동작 상태를 파악하여 계자 전류를 제어함으로써 속응 제어가 가능하고 이로 인하여 초전도 발전기를 안정적으로 운전할 수 있는 효과가 있다.In addition, even if the terminal voltage applied to the superconducting field fluctuates due to the load fluctuation during normal operation of the superconducting generator, it is possible to quickly control the superconducting generator by identifying the operation state and controlling the field current. It has an effect.

또한, 본 발명의 제어 방식에 따르면 초전도 발전기의 계자 권선을 기존 단일 구조로도 채용할 수 있으므로 발전기의 크기를 크게 하지 않으면서 제작의 용이성을 증대할 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the control method of the present invention, since the field winding of the superconducting generator can be employed as a conventional single structure, the manufacturing efficiency can be increased without increasing the size of the generator.

또한, 하나의 컨버터에서 수V ~ 수백 V의 출력을 낼 수 있도록 설계하는 것은 현실적으로 어려우므로, 다수의 컨버터를 사용함으로써 각 컨버터 당 출력 전압의 범위를 축소하여 컨버터의 설계를 용이하게 하고, 컨버터의 출력 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다. In addition, it is practically difficult to design the output of several V to several hundred V in one converter. Therefore, by using a plurality of converters, the range of the output voltage for each converter is reduced to facilitate the design of the converter. It is effective to secure output stability and reliability.

도 1은 일반적인 초전도 발전기의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전기의 계자 전류를 제어하기 위한 장치 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전기의 계자 전류를 제어하는 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a view showing the configuration of a general superconducting generator.
2 is a block diagram of a device for controlling the field current of the superconducting generator according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of controlling a field current of a superconducting generator according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The configuration of the present invention and the operation and effect thereof will be clearly understood through the following detailed description. Before describing the present invention in detail, the same components are denoted by the same reference symbols as possible even if they are displayed on different drawings. In the case where it is judged that the gist of the present invention may be blurred to a known configuration, do.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전기의 계자 전류를 제어하기 위한 장치 구성도이다.2 is a block diagram of a device for controlling the field current of the superconducting generator according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치(100)는 정류기(110), 스위칭부(120), 다중 전압 변환부(130), 제어기(140), 계자 전류/전압 검출부(150)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the field current control device 100 of the superconducting generator according to the embodiment of the present invention includes a rectifier 110, a switching unit 120, a multi-voltage converter 130, a controller 140, and a field The current / voltage detector 150 is included.

정류기(110)는 여자기(exciter)로부터 출력되는 교류(AC) 전원을 인가받아 3상 위상 제어를 통해 직류 전압으로 변환한다. 정류기(110)는 SCR(silicon-controlled rectifier), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), GTO thyristor(Gate turn off thyristor) 등과 같이 출력 전압/전류를 제어할 수 있는 반도체 소자로 구성되며 이러한 반도체 소자의 게이트 신호를 조절함으로써 3상 위상 제어를 담당한다. The rectifier 110 receives an alternating current (AC) power output from an exciter and converts it into a DC voltage through three-phase phase control. The rectifier 110 includes a semiconductor device capable of controlling the output voltage / current such as a silicon-controlled rectifier (SCR), an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a gate turn off thyristor (GTO thyristor), and the like. It is responsible for three-phase phase control by adjusting the signal.

다중 전압 변환부(130)는 다수 개의 컨버터로 구성되어 초전도 발전기의 동작 상태에 따라 초전도 계자(200)에 인가하는 단자 전압을 승압 또는 강압한다. The multi-voltage converter 130 is composed of a plurality of converters to boost or step down the terminal voltage applied to the superconducting field 200 according to the operating state of the superconducting generator.

이러한 다중 전압 변환부(130)는 크게, 정류기(110)를 통해 변환된 직류 전압을 고전압의 레벨로 승압하여 출력하는 고전압용 컨버터(131)와, 직류 전압을 저전압의 레벨로 강압하여 출력하는 저전압용 컨버터(133), 직류 전압을 상기 고전압의 레벨과 저전압의 레벨 사이인 중전압의 레벨로 승압 또는 강압하여 출력하는 중전압용 컨버터(132)를 포함한다. The multi-voltage converter 130 is a high voltage converter 131 for boosting and outputting a DC voltage converted through the rectifier 110 to a high voltage level, and a low voltage for stepping down and outputting a DC voltage to a low voltage level. The converter 133 includes a medium voltage converter 132 that outputs a DC voltage by stepping up or down to a level of a medium voltage between the high voltage level and the low voltage level.

여기서, 언급하는 고전압의 레벨, 저전압의 레벨, 중전압의 레벨은 초전도 발전기의 용량 및 사용하는 초전도 선재의 특성에 따라 다르지만, 3.5MW급 초전도 발전기를 기준으로 하면 고전압용 컨버터(131)는 출력 전압이 100V 이상인 경우를 고전압의 레벨로 설정할 수 있고, 저전압용 컨버터(133)는 출력 전압이 5V 이하인 경우를 저전압의 레벨로 설정하고, 중전압용 컨버터(132)는 출력 전압이 5V를 초과하고 100V 미만이 되는 경우를 중전압의 레벨로 설정할 수 있다. Here, the high voltage level, the low voltage level, and the medium voltage level to be mentioned vary depending on the capacity of the superconducting generator and the characteristics of the superconducting wire used, but the high voltage converter 131 is based on the output of the 3.5MW class superconducting generator. When the voltage is more than 100V can be set to a high voltage level, the low-voltage converter 133 sets the case where the output voltage is 5V or less to a low-voltage level, the medium-voltage converter 132 has an output voltage of more than 5V and less than 100V In this case, it can be set to the level of the medium voltage.

스위칭부(120)는 정류기(110)로부터 출력되는 직류 전압을 발전기의 동작 상태에 따라 다중 전압 변환부(130) 내 해당 컨버터로 스위칭한다. 즉, 고전압, 중전압, 저전압의 레벨로 구분된 다수의 컨버터 중 하나의 컨버터의 입력으로 인가한다. The switching unit 120 switches the DC voltage output from the rectifier 110 to a corresponding converter in the multi-voltage conversion unit 130 according to the operating state of the generator. That is, it is applied to the input of one of a plurality of converters divided into high voltage, medium voltage, and low voltage levels.

계자 전류/전압 검출부(150)는 초전도 계자(200)를 센싱하여 현재 초전도 계자(200)의 전류 또는 전압을 검출한다. 이는 초전도 발전기의 동작 상태를 판단하기 위해 검출하는 과정이다. The field current / voltage detector 150 detects the current or voltage of the current superconducting field 200 by sensing the superconducting field 200. This is a process of detecting to determine the operating state of the superconducting generator.

제어기(140)는 계자 전류/전압 검출부(150)로부터 검출한 초전도 계자(200)의 전류 또는 전압을 피드백 받으면 계자 전류/전압 기준(reference)값을 비교하여 현재 발전기의 동작 상태를 파악하고, 현재 발전기의 동작 상태에 따라 적합한 단자 전압을 인가하기 위해 스위칭부(120)의 스위칭 동작을 제어한다. When the controller 140 receives feedback of the current or voltage of the superconducting field 200 detected from the field current / voltage detector 150, the controller 140 compares the field current / voltage reference values to determine the current operating state of the generator, and The switching operation of the switching unit 120 is controlled to apply an appropriate terminal voltage according to the operating state of the generator.

예를 들어, 계자 전류/전압 검출부(150)로부터 검출한 초전도 계자(200)의 계자 전류가 0이면, 제어기(140)가 현재 발전기의 동작 상태가 초기 기동 상태임을 판단하고, 초기 기동시 초전도 발전기의 정격 출력을 위한 계자 전류값에 빠르게 도달하기 위해 정류기(110)를 통해 출력되는 직류 전압이 다중 전압 변환부(130)의 고전압용 컨버터(131)로 입력되게 스위칭부(120)를 제어한다. For example, when the field current of the superconducting field 200 detected by the field current / voltage detector 150 is 0, the controller 140 determines that the current generator operating state is an initial starting state, and at the time of initial starting, the superconducting generator In order to quickly reach the field current value for the rated output of the control unit 120 so that the DC voltage output through the rectifier 110 is input to the high-voltage converter 131 of the multi-voltage converter 130.

또, 계자 전류/전압 검출부(150)를 통해 검출한 초전도 계자(200)의 계자 전류가 목표값에 도달하면, 제어기(140)가 현재 발전기의 동작 상태가 안정적인 정상 운전 상태(steady state)로 판단하고, 상기 정류기(110)를 통해 출력되는 직류 전압이 다중 전압 변환부(130)의 저전압용 컨버터(133)로 입력되게 스위칭부(120)를 제어한다. In addition, when the field current of the superconducting field 200 detected by the field current / voltage detection unit 150 reaches a target value, the controller 140 determines that the current generator is in a stable steady state. In addition, the switching unit 120 is controlled such that the DC voltage output through the rectifier 110 is input to the low voltage converter 133 of the multi-voltage converter 130.

또, 제어기(140)가 확인한 결과 계자 전류/전압 검출부(150)를 통해 검출한 초전도 계자(200)의 계자 전류가 목표값으로부터 일정 이하 변동되면 현재 발전기의 동작 상태가 부하 변동 상태임을 판단하고, 상기 정류기(110)를 출력되는 직류 전압이 다중 전압 변환부(130)의 중전압용 컨버터(132)로 입력되게 스위칭부(120)를 제어한다. In addition, if the field current of the superconducting field 200 detected by the field current / voltage detection unit 150 as determined by the controller 140 is changed by a predetermined value or less from the target value, it is determined that the operating state of the current generator is a load fluctuation state. The switching unit 120 is controlled such that the DC voltage output from the rectifier 110 is input to the medium voltage converter 132 of the multi-voltage converter 130.

이때, 목표값이나 일정 이하의 변동 범위는 계자 전류/전압 기준값(160)으로부터 확인할 수 있으며, 계자 전류/전압 기준값(160)은 제어기(140)가 외부의 인터페이스 장치로부터 무선으로 수신할 수 있다. In this case, the target value or the variation range below the predetermined value may be confirmed from the field current / voltage reference value 160, and the field current / voltage reference value 160 may be wirelessly received by the controller 140 from an external interface device.

이처럼, 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치(100)는 초전도 계자(200)의 전류를 검출하여 현재 발전기의 동작 상태를 파악하고 현재 발전기의 동작 상태에 따라 적합한 레벨의 전압을 출력하여 초전도 계자(200)로 인가함으로써 계자 전류의 속응 제어가 가능하고 특히 초기 기동시 계자 전류가 목표값을 도달하는 데 소요되는 시간을 단축할 수 있다. As such, the field current control device 100 of the superconducting generator according to an embodiment of the present invention detects the current of the superconducting field 200 to determine the current operating state of the generator and the voltage of a suitable level according to the operating state of the current generator. By outputting and applying to the superconducting field 200, it is possible to control the response of the field current and in particular, it is possible to shorten the time required for the field current to reach the target value at the initial startup.

이러한 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치의 동작 과정을 구체적으로 설명하기로 한다. The operation of the field current control device of the superconducting generator will be described in detail.

도 3을 참조하면, 먼저 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치(100: 이하, 제어 장치)는 정류기를 통해 여자기로부터 출력되는 교류 전원을 직류 전압으로 변환한다(S100).Referring to FIG. 3, first, a field current control device 100 (hereinafter, a control device) of a superconducting generator converts an AC power output from an exciter to a DC voltage through a rectifier (S100).

이후, 제어 장치(100)는 초전도 발전기의 계자를 센싱하여 계자 전류를 검출하고 검출한 계자 전류에 따라 현재 발전기의 동작 상태를 확인한다(S110).Thereafter, the control device 100 senses the field current of the superconducting generator, detects the field current, and checks the operation state of the current generator according to the detected field current (S110).

예를 들어, 검출한 계자 전류가 0이면 제어 장치(100)가 현재 발전기의 동작 상태를 초기 기동 상태로 판단하고, 검출된 계자 전류가 계자 전압 기준값과 비교했을 때 목표값에 도달하면 현재 발전기의 동작 상태를 정상 운전 상태로 판단할 수 있다. 또, 검출된 계자 전류가 목표값으로부터 일정 이상 변동되면 제어 장치(100)가 현재 발전기의 동작 상태를 부하 변동 상태로 판단할 수 있다. For example, if the detected field current is 0, the control device 100 determines the operation state of the current generator as the initial starting state, and when the detected field current reaches the target value when compared with the field voltage reference value, The operating state may be determined as a normal operating state. In addition, when the detected field current fluctuates by a predetermined value or more from the target value, the control device 100 may determine the current operating state of the generator as the load fluctuation state.

이후, 제어 장치가 현재 발전기의 동작 상태에 따라 필요한 레벨로 승압 도는 강압시키기 위해 다수의 컨버터로 구성된 다중 전압 변환부로 스위칭 제어한다.Thereafter, the control device switches to a multiple voltage converter configured of a plurality of converters to boost or step down to a required level according to a current generator operating state.

그리고, 발전기 제어 장치는 스위칭된 컨버터를 통해 해당 레벨의 전압 즉, 고전압, 중전압, 저전압을 초전도 계자로 공급한다.The generator control device supplies a voltage of a corresponding level, that is, a high voltage, a medium voltage, and a low voltage, to the superconducting meter through the switched converter.

일 예로, 도 3에 도시한 바와 같이 계자 전류가 0인 경우(S120), 제어 장치(100)는 현재 발전기의 동작 상태를 초기 기동 상태로 판단하고 정류기(110)로부터 출력되는 직류 전압이 고전압용 컨버터(131)로 입력되도록 스위칭부(120)의 동작을 제어한다(S120, S122).For example, as shown in FIG. 3, when the field current is 0 (S120), the control device 100 determines the operation state of the current generator as an initial starting state, and the DC voltage output from the rectifier 110 is used for high voltage. The operation of the switching unit 120 is controlled to be input to the converter 131 (S120 and S122).

이 스위칭 동작에 의해 제어 장치(100)는 고전압용 컨버터를 통해 고전압 레벨로 승압된 단자 전압을 초전도 계자(200)로 인가한다(S124). By the switching operation, the control device 100 applies the terminal voltage boosted to the high voltage level through the high voltage converter to the superconducting field 200 (S124).

이처럼, 고전압용 컨버터(131)를 통해 초전도 계자(200)에 고전압이 인가되고 계자 전류가 목표값에 도달하게 되면, 초전도 발전기는 정상 운전 상태로 진입하게 된다. As such, when a high voltage is applied to the superconducting field 200 through the high voltage converter 131 and the field current reaches a target value, the superconducting generator enters a normal operation state.

제어 장치(100)가 계자 전류의 검출을 통해 이를 감지하고 정상 운전 상태임을 판단한다(S130).The control device 100 detects this through the detection of the field current and determines the normal operation state (S130).

이 경우, 제어 장치(100)가 스위칭부(120)를 제어하여 정류기(110)로부터 출력되는 직류 전압이 저전압용 컨버터(133)로 입력되게 스위칭한다(S132).In this case, the control device 100 controls the switching unit 120 to switch the DC voltage output from the rectifier 110 to be input to the low voltage converter 133 (S132).

이 스위칭 동작에 의해 제어 장치(100)는 저전압용 컨버터를 통해 저전압 레벨로 강압된 단자 전압을 초전도 계자(200)로 인가함으로써 낮은 전력으로도 정상 구동이 가능하게 된다(S134). By the switching operation, the control device 100 applies the terminal voltage stepped down to the low voltage level through the low voltage converter to the superconducting field 200, thereby enabling normal driving even at low power (S134).

이후, 정상 운전을 유지하다가 계자 전류가 목표값으로부터 일정 이하 변동되는 경우(S140), 제어 장치(100)가 현재 발전기의 동작 상태를 부하 변동 상태로 판단하고 초전도 계자(200)에 인가할 단자 전압을 중전압의 레벨이 되게 중전압용 컨버터(132)로 스위칭한다(S140, S142). Subsequently, when the field current fluctuates below a predetermined value while maintaining normal operation (S140), the control device 100 determines the current operating state of the generator as the load fluctuation state and applies the terminal voltage to the superconducting field 200. Is switched to the medium voltage converter 132 to reach the level of the medium voltage (S140 and S142).

이에 따라, 제어 장치(100)는 중전압 레벨로 승압 또는 강압된 단자 전압을 출력하여 초전도 계자(200)로 인가할 수 있다(S144).Accordingly, the control device 100 may output the terminal voltage stepped up or down at the medium voltage level and applied to the superconducting meter 200 (S144).

이후, 중전압용 컨버터(132)를 통해 계자 전류 및 발전기 출력 전압이 정상 상태에 도달하면, 다시 제어 장치(100)는 초전도 계자의 계자 전류와 계자 전류/전압 기준값을 피드백받아 정류기(110)의 출력이 저전압용 컨버터(133)로 입력되도록 스위칭부(120)를 제어하고, 저전압용 컨버터(133)의 출력을 초전도 계자(200)로 인가한다. Subsequently, when the field current and the generator output voltage reach the normal state through the medium voltage converter 132, the control device 100 receives the field current of the superconducting field and the field current / voltage reference value again and outputs the rectifier 110. The switching unit 120 is controlled to be input to the low voltage converter 133, and the output of the low voltage converter 133 is applied to the superconducting field 200.

이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다. The foregoing description is merely illustrative of the present invention, and various modifications may be made by those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the specification of the present invention are not intended to limit the present invention. The scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 초전도 발전 시스템 110: 정류 시스템
120: 스위칭 시스템 130: 다중 전압 변환부
131: 고전압용 컨버터 132: 중전압용 컨버터
133: 저전압용 컨버터 140: 제어기
150: 계자 전류/전압 검출부 160: 계자 전류/전압 기준값
200: 초전도 계자100: superconducting power generation system 110: rectification system
120: switching system 130: multiple voltage converter
131: converter for high voltage 132: converter for medium voltage
133: low voltage converter 140: controller
150: field current / voltage detection unit 160: field current / voltage reference value
200: superconducting field

Claims (8)

여자기로부터 출력되는 교류 전원을 인가받아 직류 전압으로 정류하는 정류기;
다수 개의 컨버터로 구성되어 발전기의 동작 상태에 따라 초전도 계자에 인가하는 전압을 승압 또는 강압시키는 다중 전압 변환부;
상기 정류기로부터 출력되는 직류 전압을 발전기의 동작 상태에 따라 상기 다중 전압 변환부 내 해당 컨버터로 스위칭하는 스위칭부;
상기 초전도 계자를 센싱하여 현재 초전도 계자의 전류 또는 전압을 검출하는 계자 전류/전압 검출부; 및
상기 계자 전류/전압 검출부를 통해 검출한 초전도 계자의 전류 또는 전압을 입력받아 현재 발전기의 동작 상태를 초기 기동 상태, 정상 운전 상태 및 부하 변동 상태 중 어느 하나의 동작 상태로 판단하고, 판단된 동작 상태에 따라 적합한 단자 전압을 인가하기 위해 상기 정류기로부터 출력되는 직류 전원을 해당 컨버터로 스위칭하도록 상기 스위칭부를 제어하는 제어기
를 포함하되,
상기 다중 전압 변환부는
상기 직류 전압을 고전압의 레벨로 승압하여 출력하는 고전압용 컨버터와,
상기 직류 전압을 저전압의 레벨로 강압하여 출력하는 저전압용 컨버터와,
상기 직류 전압을 상기 고전압의 레벨과 저전압의 레벨 사이인 중전압의 레벨로 승압 또는 강압하여 출력하는 중전압용 컨버터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치.A rectifier for rectifying the DC voltage by receiving the AC power output from the exciter;
A multi-voltage converter configured to boost or step down a voltage applied to a superconducting field according to an operating state of the generator, the plurality of converters;
A switching unit for switching the DC voltage output from the rectifier to a corresponding converter in the multi-voltage conversion unit according to the operating state of the generator;
A field current / voltage detector configured to sense the current or voltage of the current superconducting field by sensing the superconducting field; And
The current or voltage of the superconducting field detected through the field current / voltage detector is input to determine the current operating state of the generator as any one of an initial starting state, a normal operating state, and a load fluctuation state. To control the switching unit to switch the DC power output from the rectifier to the corresponding converter in order to apply a suitable terminal voltage according to
Including,
The multi-voltage converter
A high voltage converter for boosting and outputting the DC voltage to a high voltage level;
A low voltage converter for stepping down and outputting the DC voltage to a low voltage level;
A medium voltage converter for outputting by stepping up or down the DC voltage to a level of a medium voltage between the level of the high voltage and the level of a low voltage.
Field current control device of the superconducting generator comprising a. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 계자 전류/전압 검출부를 통해 검출한 초전도 계자의 전류가 0이면 현재 발전기의 동작 상태를 초기 기동 상태로 판단하여 상기 다중 전압 변환부 내 고전압용 컨버터로 입력되게 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치. The method of claim 1,
The controller,
If the current of the superconducting field detected by the field current / voltage detection unit is 0, the superconducting generator, characterized in that the operating state of the current generator is determined as the initial starting state switching control to be input to the high voltage converter in the multi-voltage converter Field current control device. 제 1 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 계자 전류/전압 검출부를 통해 검출한 초전도 계자의 전류가 목표값에 도달하면 현재 발전기의 동작 상태를 안정적인 정상 운전 상태로 판단하여 상기 다중 전압 변환부 내 저전압용 컨버터로 입력되게 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치. The method of claim 1,
The controller,
When the current of the superconducting field detected by the field current / voltage detector reaches a target value, the current operating state of the generator is determined to be a stable normal operating state and switching control to be input to the low voltage converter in the multi-voltage converter Field current control device of a superconducting generator. 제 1 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 계자 전류/전압 검출부를 통해 검출한 초전도 계자의 전류가 목표값으로부터 일정 이상 변동하면 부하 변동 상태로 판단하여 상기 다중 전압 변환부 내 중전압용 컨버터로 입력되게 스위칭 제어하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치.The method of claim 1,
The controller,
When the current of the superconducting field detected by the field current / voltage detection unit changes by more than a predetermined value from the target value is determined as the load fluctuation state switching control to be input to the medium voltage converter in the multi-voltage converter Field current control device. 여자기로부터 출력되는 전원을 초전도 발전기로 공급하기 위해 제어하는 장치에서의 제어 방법으로서,
상기 장치가 상기 여자기로부터 출력되는 교류 전원을 입력받아 직류 전압으로 정류하는 단계;
상기 장치가 상기 초전도 발전기의 계자를 센싱하여 계자 전류를 검출하는 단계;
상기 장치가 검출된 계자 전류에 따라 현재 초전도 발전기의 동작 상태를 초기 기동 상태, 정상 운전 상태 및 부하 변동 상태 중 어느 하나의 동작 상태로 판단하는 단계;
상기 장치가 정류한 직류 전압을 판단된 동작 상태에 따라 해당 레벨로 승압 또는 강압시키기 위해 다수의 컨버터로 구성된 다중 전압 변환부로 스위칭하는 단계;
상기 스위칭에 따라 상기 정류한 직류 전압을 고전압, 저전압, 중전압의 레벨로 승압 또는 강압시킨 후 상기 초전도 발전기로 인가하는 단계
를 포함하되,
상기 다중 전압 변환부는
상기 직류 전압을 고전압의 레벨로 승압하여 출력하는 고전압용 컨버터와,
상기 직류 전압을 저전압의 레벨로 강압하여 출력하는 저전압용 컨버터와,
상기 직류 전압을 상기 고전압의 레벨과 저전압의 레벨 사이인 중전압의 레벨로 승압 또는 강압하여 출력하는 중전압용 컨버터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기의 계자 전류 제어 방법. As a control method in a device for controlling to supply power output from an exciter to a superconducting generator,
The device receiving an AC power output from the exciter and rectifying the DC voltage;
Sensing, by the device, a field current of the superconducting generator to detect field currents;
Determining, by the device, the operating state of the current superconducting generator as one of an initial starting state, a normal operating state, and a load fluctuation state according to the detected field current;
Switching the rectified DC voltage by the device to a multi-voltage converter configured of a plurality of converters to boost or step down to a corresponding level according to the determined operating state;
Stepping up or down the rectified DC voltage to the level of high voltage, low voltage, medium voltage according to the switching and applying to the superconducting generator
Including,
The multi-voltage converter
A high voltage converter for boosting and outputting the DC voltage to a high voltage level;
A low voltage converter for stepping down and outputting the DC voltage to a low voltage level;
A medium voltage converter for outputting by stepping up or down the DC voltage to a level of a medium voltage between the level of the high voltage and the level of a low voltage.
Field current control method of the superconducting generator comprising a. 제 6 항에 있어서,
상기 장치가 검출된 계자 전류에 따라 현재 초전도 발전기의 동작 상태를 파악하는 단계는,
상기 검출된 계자 전류가 0이면 현재 발전기의 동작 상태를 초기 기동 상태로 판단하고,
상기 검출된 계자 전류가 목표값에 도달하면 현재 발전기의 동작 상태를 안정적인 정상 운전 상태로 판단하며,
상기 검출된 계자 전류가 목표값으로부터 일정 이상 변동되면 현재 발전기의 동작 상태를 부하 변동 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기의 계자 전류 제어 방법. The method according to claim 6,
Determining the operating state of the current superconducting generator according to the field current detected by the device,
If the detected field current is 0, the operation state of the current generator is determined as an initial starting state,
When the detected field current reaches the target value, it is determined that the current generator operating state is a stable normal operation state.
The method of controlling the field current of the superconducting generator, characterized in that if the detected field current fluctuates by a predetermined value or more from the target value, the operation state of the current generator is determined as the load fluctuation state. 제 7 항에 있어서,
상기 장치가 다중 전압 변환부로 스위칭하는 단계는,
상기 현재 초전도 발전기의 동작 상태가 발전기 초기 기동 상태인 경우 고전압의 레벨로 승압하기 위해 상기 정류된 직류 전압을 상기 다중 전압 변환부 내 고전압용 컨버터로 스위칭하고,
상기 현재 초전도 발전기의 동작 상태가 정상 운전 상태인 경우 저전압의 레벨로 강압하기 위해 상기 정류된 직류 전압을 상기 다중 전압 변환부 내 저전압용 컨버터로 스위칭하며,
상기 현재 초전도 발전기의 동작 상태가 정상 운전 상태에서 부하 변동 상태로 변경된 경우 중전압의 레벨로 승압 또는 강압하기 위해 상기 정류된 직류 전압을 상기 다중 전압 변환부 내 중전압용 컨버터로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기의 계자 전류 제어 방법. The method of claim 7, wherein
Switching the device to the multiple voltage converter,
When the current operating state of the superconducting generator is the initial starting state of the generator, the rectified DC voltage is switched to the high voltage converter in the multi-voltage converter to step up to a high voltage level.
When the current operating state of the superconducting generator is in a normal operating state, the rectified DC voltage is switched to a low voltage converter in the multi-voltage converter to step down to a low voltage level.
When the operating state of the current superconducting generator is changed from the normal operating state to the load fluctuation state, the rectified DC voltage is switched to the medium voltage converter in the multi-voltage converter to step up or step down to the level of the medium voltage Method of controlling the field current in a superconducting generator.
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JP2003521206A (en) * 2000-01-11 2003-07-08 アメリカン スーパーコンダクター コーポレイション Exciter and electronic regulator for superconducting rotating device

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