KR101344164B1 - Super conducting elecreic power generation system and method for controlling thereof - Google Patents

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KR101344164B1
KR101344164B1 KR1020120109087A KR20120109087A KR101344164B1 KR 101344164 B1 KR101344164 B1 KR 101344164B1 KR 1020120109087 A KR1020120109087 A KR 1020120109087A KR 20120109087 A KR20120109087 A KR 20120109087A KR 101344164 B1 KR101344164 B1 KR 101344164B1
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박계도
김상진
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두산엔진주식회사
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Abstract

The present invention is to provide a super conducting electric power generation system capable of stably supplying an output voltage and performing a quick response control according to the load change of a super conducting electric power generator by comprising a separate phase transition power generator capable of controlling an output voltage according to the load change of a super conducting electric power generator in an existing super conducting electric power generator to overcome a limitation that the field current of super conducting electric power generator is quickly not controlled. [Reference numerals] (12,22,BB) Stator;(14) Super conduction generator rotator;(24) Normal conduction generator rotator;(40) Extremely low temperature cooling system;(AA) External power supply;(CC) Output

Description

초전도 발전 시스템 및 이의 제어 방법{SUPER CONDUCTING ELECREIC POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}SUPER CONDUCTING ELECREIC POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THEREOF}

본 발명은 초전도 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초전도 발전기의 부하 변동에 따른 발전기 출력의 속응 제어가 가능하고 출력 전압을 안정적으로 공급하는 초전도 발전 시스템 및 이의 제어 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a superconducting power generation system, and more particularly, to a superconducting power generation system capable of controlling response of a generator output according to a load variation of a superconducting power generator and stably supplying an output voltage, and a control method thereof.

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.

일반적인 초전도 발전기는 초전도 계자에 전류를 공급한 상태에서 초전도 발전기의 회전체(shaft)가 회전을 하게 되면 초전도 발전기의 계자(회전자)와 고정자 사이에 자기장에 생성되어 고정자에서 전원이 발생한다. In general, a superconducting generator, when a shaft of the superconducting generator rotates while a current is supplied to the superconducting field, is generated in a magnetic field between the field (rotor) and the stator of the superconducting generator to generate power from the stator.

이때, 초전도 계자에 공급할 전류는 외부의 DC 전원공급기(DC power supply)를 통해 공급받을 수도 있고, 여자기를 통해 공급받을 수 있다. 여자기를 통해 공급받는 경우 여자기로부터 출력되는 교류 전원을 직류로 바꿔지는 정류기(rectifier)가 필요하다. In this case, the current to be supplied to the superconducting field may be supplied through an external DC power supply or may be supplied through an exciter. When supplied through an exciter, a rectifier for converting an AC power output from the exciter into a direct current is required.

그런데, 초전도 계자(30)는 초전도 선재로 되어 있어 초전도 계자(30)로 많은 전류를 흘릴 수는 있어도 높은 전압을 인가할 수는 없다. However, since the superconducting field 30 is made of a superconducting wire, although a large amount of current can flow through the superconducting field 30, a high voltage cannot be 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 목표값이 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 기존 초전도 발전기에 초전도 발전기의 부하 변동에 따른 출력 전압을 조절할 수 있는 상전도 발전기를 추가 구성함으로써 초전도 발전기의 부하 변동에 따라 속응 제어가 가능하고 출력 전압을 안정적으로 공급할 수 있는 초전도 발전 시스템 및 이의 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention was devised to solve the above problems, and in order to overcome the limitation that it is difficult to control the field current of the superconducting generator quickly, the phase conduction generator which can adjust the output voltage according to the load variation of the superconducting generator to the existing superconducting generator It is an object of the present invention to provide a superconducting power generation system and a control method thereof capable of controlling the response according to the load variation of the superconducting generator and stably supply the output voltage.

이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따른 초전도 발전 시스템은, 초전도 계자를 발전기의 권선으로 사용한 초전도 회전자와 회전하지 않는 초전도 고정자로 구성되고 부하의 변동량에 관계없이 일정한 전압을 출력하는 초전도 발전기; 상기 초전도 계자에 교류 전원을 공급하기 위한 여자기; 및 상전도 계자를 발전기의 권선으로 사용한 상전도 회전자와 회전하지 않는 상전도 고정자로 구성되고, 부하의 변동량에 따라 상기 상전도 계자의 전류를 조절하여 출력 전압을 조절하는 상전도 발전기를 포함하되, 상기 상전도 회전자가 상기 초전도 회전자와 동일한 회전축에 구비되어, 상기 초전도 발전기와 상기 상전도 발전기가 병렬 발전하는 것을 특징으로 한다. To this end, the superconducting power generation system according to the first aspect of the present invention, a superconducting generator consisting of a superconducting rotor using a superconducting field as the winding of the generator and a superconducting stator that does not rotate and outputs a constant voltage regardless of the load variation; An exciter for supplying AC power to said superconducting field; And a phase conduction rotor that uses a phase conduction field as a winding of the generator, and a phase conduction stator that does not rotate, and adjusts the output voltage by adjusting the current of the phase conduction field according to a load variation. The superconducting rotor is provided on the same rotary shaft as the superconducting rotor, and the superconducting generator and the phase conducting generator are characterized in that the parallel power generation.

또한, 본 발명의 초전도 발전 시스템은, 부하에 공급되는 출력 전압을 검출하고 검출한 출력 전압과 참조값을 비교하여 상기 출력 전압이 참조값을 추종하도록 그 편차에 해당하는 변동량을 상기 상전도 발전기로 피드백하여 상기 상전도 계자의 전류를 조절하게 하는 자동 전압 조절 장치(AVR)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. In addition, the superconducting power generation system of the present invention detects an output voltage supplied to a load, compares the detected output voltage with a reference value, and feeds back the variation amount corresponding to the deviation to the phase conduction generator so that the output voltage follows the reference value. It characterized in that it further comprises an automatic voltage regulator (AVR) to adjust the current of the phase conduction field.

본 발명의 제2 측면에 따른 초전도 발전 시스템에서의 제어 방법은, 상전도 회전자와 초전도 회전자가 동일한 회전축에 구비되어, 병렬 발전하는 초전도 발전기와 상전도 발전기를 결합한 시스템에서의 제어 방법으로서, 여자기로부터 발생되는 교류 전원을 인가받아 상기 초전도 회전자와 초전도 고정자로 구성되는 상기 초전도 발전기로 공급하는 단계; 상기 초전도 발전기가 부하의 변동량에 관계없이 일정한 전압을 출력하는 단계; 상기 상전도 발전기를 통과하여 부하에 공급되는 출력 전압을 검출하는 단계; 검출한 출력 전압과 참조값을 비교하여 상기 출력 전압이 참조값을 추종하도록 그 편차에 해당하는 변동량을 상전도 발전기로 피드백하는 단계; 상기 상전도 발전기가 상기 변동량을 피드백받으면 상전도 계자의 전류를 제어하여 부하 변동에 따라 출력 전압을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.A control method in a superconducting power generation system according to a second aspect of the present invention is a control method in a system in which a superconducting rotor and a superconducting rotor are provided on the same rotation axis, and combines a superconducting generator and a phase conduction generator that generate power in parallel. Supplying to the superconducting generator consisting of the superconducting rotor and the superconducting stator by receiving an AC power generated from a device; Outputting a constant voltage by the superconducting generator regardless of the amount of change in the load; Detecting an output voltage supplied to the load through the phase conduction generator; Comparing the detected output voltage with a reference value and feeding back a variation corresponding to the deviation to a phase conduction generator such that the output voltage follows the reference value; When the phase conduction generator receives the feedback of the change amount, it characterized in that it comprises the step of controlling the current of the phase conduction field to adjust the output voltage according to the load change.

본 발명에 따르면, 초전도 발전기는 고정된 일정 전압을 출력하고 상전도 발전기에서 부하 변동량에 따라 출력 전압을 조절함으로써 초전도 계자 권선이 낮은 저항 및 높은 인덕턴스를 갖는 특성으로 인해 높은 시정수를 갖게 되어도, 속응적으로 초전도 발전기의 계자를 제어할 수 있는 효과가 있다. 이로써, 초전도 발전 시스템의 출력 전압을 안정적으로 공급할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, even if the superconducting generator outputs a fixed constant voltage and adjusts the output voltage according to the load variation in the phase conduction generator, the superconducting field winding has a high time constant due to its low resistance and high inductance. In response, the field of the superconducting generator can be controlled. As a result, the output voltage of the superconducting power generation system can be stably supplied.

또한, 초전도 발전기의 제작 비용이 상전도 발전기의 제작 비용보다 5 내지 10배 이상 높은 현 시점에서, 다른 추가 구성에 비해 상전도 발전기의 추가 구성이 오히려 전체 제작비를 절감하게 하는 효과가 있다. In addition, at the present time the manufacturing cost of the superconducting generator is 5 to 10 times higher than the manufacturing cost of the phase conduction generator, compared to other additional configuration, there is an effect that the additional configuration of the phase-conduction generator, rather than the overall manufacturing cost.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 시스템에서 출력 전압을 조절하는 동작을 신호 타이밍도로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 시스템에서의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다. 1 is a block diagram of a superconducting power generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a signal timing diagram illustrating an operation of adjusting an output voltage in a superconducting power generation system according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a control method in a superconducting power generation system according to an exemplary 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 1은 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a superconducting power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 시스템은 초전도 발전기(10), 상전도 발전기(20), 여자기(30), 극저온 냉각 시스템(40), 전력 변환 장치(50), 자동 전압 조절 장치(Auto Voltage Regulator: AVR)(70)을 포함한다. As shown in FIG. 1, a superconducting power generation system according to an embodiment of the present invention includes a superconducting power generator 10, a phase conducting power generator 20, an exciter 30, a cryogenic cooling system 40, and a power conversion device 50. And an automatic voltage regulator (AVR) 70.

초전도 발전기(10)는 초전도 계자(16)를 발전기의 권선으로 사용한 초전도 회전자(14)와, 발전기의 회전하지 않는 부분에 전기자 권선을 포함한 고정부 조립체인 초전도 고정자(12)로 구성되어, 초전도 회전자(14)가 회전하면서 초전도 고정자(12) 사이에서 발생하는 자기장에 의해 발전한다. The superconducting generator 10 is composed of a superconducting rotor 14 using the superconducting field 16 as a winding of the generator, and a superconducting stator 12 which is a fixing assembly including armature windings in the non-rotating portion of the generator. As the rotor 14 rotates, power is generated by a magnetic field generated between the superconducting stators 12.

여기서, 초전도 계자(16)는 초전도 회전자(14)의 핵심 부분으로, 외부로부터 전기를 받아서 강력한 자석을 만드는 초전도 코일을 말한다.Here, the superconducting field 16 is a core part of the superconducting rotor 14, and refers to a superconducting coil that receives electricity from the outside to make a powerful magnet.

즉, 본 발명에서의 초전도 발전기(10)는 초전도 코일을 발전기의 권선으로 이용하고 회전 계자형(revolving field type)으로 형성된다. That is, the superconducting generator 10 in the present invention uses a superconducting coil as the winding of the generator and is formed in a revolving field type.

또한, 본 발명에서의 초전도 발전기(10)는 부하 변동에 관계없이 항상 고정된 일정 전압을 출력한다. 그리고, 부하 변동에 따른 계자 전류 제어는 상전도 발전기(20)에서 수행한다. 따라서, 초전도 발전기(10)에서 초전도 코일이 낮은 저항 및 높은 인덕턴스를 갖는 특성으로 인해 시정수가 매우 높아 부하 변동에 따라 초전도 발전기(10)의 계자 전류를 증가시키거나 감소시켜야 하는 실시간 제어가 어려운 단점을 해소한다. 이러한 내용에 대해서는 하기의 상전도 발전기 설명에서 자세히 설명한다.In addition, the superconducting generator 10 in the present invention always outputs a fixed constant voltage regardless of load fluctuations. In addition, the field current control according to the load variation is performed by the phase conduction generator 20. Therefore, in the superconducting generator 10, the superconducting coil has a high resistance due to its low resistance and high inductance, so that the real-time control of increasing or decreasing the field current of the superconducting generator 10 is difficult due to load variation. Eliminate This is described in detail in the description of the phase-conduction generator below.

여자기(30)는 초전도 발전기(10)의 초전도 계자(16)에 교류 전원을 공급한다. The exciter 30 supplies AC power to the superconducting field 16 of the superconducting generator 10.

이러한 여자기(30)는 초전도 발전기(10)의 구성과 유사하게 여자기 계자(32)와 여자기 전기자(34)로 이루어지며, 여자기 전기자(34)가 초전도 발전기(10)의 초전도 회전자(14)와 동일한 회전축(shaft: 60)에 구비되어 회전축(60)이 회전하면 여자기 전기자(34)와 초전도 회전자(14)가 회전축(60)을 주축으로 같은 속도로 회전한다. The exciter 30 is composed of the exciter field 32 and the exciter armature 34 similar to the configuration of the superconducting generator 10, the exciter armature 34 is a superconducting rotor of the superconducting generator 10 It is provided on the same rotation shaft (shaft 60) (14), and when the rotation shaft 60 rotates, the exciter armature 34 and the superconducting rotor 14 rotates the rotation shaft 60 at the same speed as the main axis.

여기서, 여자기 계자(32)는 고정자이고, 여자기 전기자(34)는 회전자이다. 그리고, 여자기 계자(32)는 영구 자석으로 구성될 수 있다. 따라서, 영구자석 발전기를 계자로 사용하는 여자기 전기자(34)가 엔진에 의해 회전하면서 여자기 전원을 발생시킨다. Here, the exciter field 32 is a stator, and the exciter armature 34 is a rotor. In addition, the excitation field 32 may be composed of a permanent magnet. Therefore, the exciter armature 34 using the permanent magnet generator as the field rotates by the engine to generate exciter power.

극저온 냉각 시스템(40)은 초전도 발전기(10)의 초전도 회전자(14)로 극저온의 냉매를 공급하여 초전도 계자(16)를 냉각시키는 역할을 한다. The cryogenic cooling system 40 serves to cool the superconducting field 16 by supplying a cryogenic refrigerant to the superconducting rotor 14 of the superconducting generator 10.

이러한 극저온 냉각 시스템(40)은 냉매를 냉각시키는 냉동기와, 냉동기와 초전도 발전기(10)의 초전도 회전자(14) 사이에서 냉매를 순환시키는 냉매 순환부(42) 등을 포함한다. 또한, 도시하지는 않았으나, 극저온 냉각 시스템(40)은 압축기 및 펌프 등과 같이 냉매를 냉각 및 순환시키기 위한 추가적인 구성을 더 포함할 수 있다. 이처럼, 극저온 냉각 시스템(40)은 해당 기술분야의 종사자가 용이하게 변경 실시할 수 있는 범위 내에서 다양한 구조를 가질 수 있다.The cryogenic cooling system 40 includes a refrigerator for cooling the refrigerant, and a refrigerant circulation unit 42 for circulating the refrigerant between the refrigerator and the superconducting rotor 14 of the superconducting generator 10. In addition, although not shown, the cryogenic cooling system 40 may further include additional components for cooling and circulating the refrigerant, such as a compressor and a pump. As such, the cryogenic cooling system 40 may have various structures within a range that can be easily changed by those skilled in the art.

전력 변환 장치(50)는 여자기(30)로부터 발생된 3상 교류 전원을 초전도 발전기(10)의 초전도 계자(16)에 사용될 직류 전원으로 변환하여 출력한다. 이러한 전력 변환 장치(50)의 구성으로 인해 본 발명의 실시 예에서는 여자기(30)에서 발생된 전원을 초전도 발전기(10)로 공급할 때 브러쉬(brush)를 통하지 않고서도 전달할 수 있게 된다. The power converter 50 converts the three-phase AC power generated from the exciter 30 into DC power to be used for the superconducting field 16 of the superconducting generator 10 and outputs it. Due to the configuration of the power conversion device 50 in the embodiment of the present invention can supply the power generated in the exciter 30 to the superconducting generator 10 without passing through the brush (brush).

자동 전압 조절 장치(70)는 부하에 공급되는 출력 전압이 정격 전압을 유지하도록 조절하는 장치이다. 본 발명의 실시 예에서 부하에 공급되는 출력 전압은 상전도 발전기(20)를 통해 출력되는 출력 전압이 된다. The automatic voltage regulating device 70 is a device for adjusting the output voltage supplied to the load to maintain the rated voltage. In an embodiment of the present invention, the output voltage supplied to the load is an output voltage output through the phase conduction generator 20.

따라서, 자동 전압 조절 장치(70)는 부하에 공급되는 출력 전압을 검출하고 검출한 출력 전압과 참조값을 비교한다. 그리고, 검출한 출력 전압이 참조값을 추종하도록 그 편차에 해당하는 변동량을 상전도 발전기(20)로 피드백하여 상전도 계자의 전류를 조절하도록 제어한다. 참조값은 부하에 공급하는 정격 전압을 의미한다. Therefore, the automatic voltage regulating device 70 detects the output voltage supplied to the load and compares the detected output voltage with a reference value. Then, the amount of change corresponding to the deviation is fed back to the phase conduction generator 20 so that the detected output voltage follows the reference value so as to control the current of the phase conduction field. Reference value means the rated voltage supplied to the load.

상전도 발전기(20)는 상전도 계자 권선을 이용한 상전도 회전자(24)와, 발전기의 회전하지 않는 부분에 전기자 권선을 포함한 상전도 고전자(22)를 포함한다. 상전도 회전자(24)는 회전축(60)을 주축으로 회전 가능하게 구비된다. 따라서, 회전축(60)이 회전하게 되면 상전도 회전자(24)가 회전하면서 상전도 고정자(22) 사이에서 발생하는 자기장에 의해 발전한다.The phase conduction generator 20 includes a phase conduction rotor 24 using a phase conduction field winding, and a phase conduction high magnet 22 including an armature winding at an unrotated portion of the generator. The phase conduction rotor 24 is provided to be rotatable about the rotation axis 60. Therefore, when the rotation shaft 60 rotates, the phase conduction rotor 24 rotates and is generated by a magnetic field generated between the phase conduction stators 22.

특히, 본 발명의 실시 예에서의 상전도 발전기(20)는 부하의 변동이 있으면 자동 전압 조절 장치(70)를 통해 부하의 변동량에 따라 상전도 계자의 전류를 조절하여 출력 전압을 조절하는 기능을 한다. 이를 위해, 상전도 발전기(20)는 자동 전압 조절 장치(70)로부터 부하의 변동량에 따른 제어 신호를 피드백받아 상전도 계자의 전류를 조절한다. In particular, the phase conduction generator 20 according to the embodiment of the present invention has a function of adjusting the output voltage by adjusting the current of the phase conduction field according to the variation of the load through the automatic voltage adjusting device 70 when there is a change in the load. do. To this end, the phase conduction generator 20 receives a control signal according to the load variation from the automatic voltage regulating device 70 and adjusts the current of the phase conduction field.

따라서, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 초전도 발전 시스템은 발전 시스템의 회전축(60)이 일정 속도 예컨대, 720RPM으로 회전하면 초전도 발전기(10)에서의 초전도 회전자(14), 상전도 발전기에서의 상전도 회전자(20)가 같은 속도로 회전하면서 자기장을 발생시켜, 발전기의 설비 용량에 따라 발전한다. 이때, 초전도 발전기(10)는 도 2에서 나타낸 바와 같이 2MW급 용량인 경우, 부하의 변동량에 관계없이 발전 설비 용량만큼의 전압(6600V)을 일정하게 출력한다. 그리고, 상전도 발전기(20)는 자동 전압 조절 장치(70)를 통해 1~2초 이내에 부하 변동량에 따라 전압을 조절하여 출력한다. 도 2의 예시에서는 1.5MW급 발전 설비 용량에 대하여 측정한 결과 부하 변동량을 따라 출력 용량을 출력하는 신호 그래프를 볼 수 있다. Therefore, in the superconducting power generation system of the present invention configured as described above, the superconducting rotor 14 in the superconducting generator 10, the phase change in the phase conducting generator when the rotating shaft 60 of the power generation system rotates at a constant speed, for example, 720 RPM. In addition, while the rotor 20 rotates at the same speed, it generates a magnetic field and generates power in accordance with the facility capacity of the generator. At this time, the superconducting generator 10, as shown in Figure 2, in the case of 2MW class capacity, outputs a constant voltage (6600V) as much as the capacity of the power generation equipment regardless of the load variation. In addition, the phase conduction generator 20 adjusts and outputs the voltage according to the load variation within 1 to 2 seconds through the automatic voltage regulating device 70. In the example of Figure 2 can be seen a signal graph outputting the output capacity according to the load fluctuation amount measured as a result of the 1.5MW class power plant capacity.

따라서, 본 발명의 초전도 발전 시스템은 초전도 발전기(10)와 상전도 발전기(20)가 병렬 발전함으로써 발전 용량을 높이는 것은 물론, 부하 변동에 따라 실시간 속응 제어가 가능하므로 초전도 발전기만 사용했을 때의 문제점을 해소할 수 있다. Therefore, the superconducting power generation system of the present invention increases power generation capacity by parallel generation of the superconducting power generator 10 and the phase conduction power generator 20, and also enables the real-time response control according to load fluctuations. Can be solved.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 초전도 발전 시스템에서의 제어 방법을 나타낸 흐름도이다. 3 is a flowchart illustrating a control method in a superconducting power generation system according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저 초전도 발전 시스템의 회전축을 회전시키고 구동을 시작하면, 회전축의 회전에 따라 여자기로부터 발생되는 교류 전원을 초전도 발전기로 공급한다(S10). First, when the rotating shaft of the superconducting power generation system is started and driven, the AC power generated from the exciter is supplied to the superconducting generator according to the rotation of the rotating shaft (S10).

이때, 여자기로부터 발생되는 교류 전원을 전력 변환 장치를 통해 초전도 발전기의 초전도 계자에 사용될 직류 전원으로 변환하여 인가할 수 있다. In this case, the AC power generated from the exciter may be converted into a DC power to be used in the superconducting field of the superconducting generator through the power converter.

이후, 초전도 계자에 전원을 인가받으면 초전도 발전기는 부하 변동에 관계없이 발전 설비 용량에 따라 일정한 전압을 출력한다(S20). 출력된 전압은 상전도 발전기(20)로 인가된다. After that, when the power is applied to the superconducting field, the superconducting generator outputs a constant voltage according to the capacity of the power generation facility regardless of the load variation (S20). The output voltage is applied to the phase conduction generator 20.

그 동안, 초전도 발전 시스템의 자동 전압 조절 장치(70)는 상전도 발전기(20)로부터 출력되어 부하에 공급되는 출력 전압을 검출한다(S30).In the meantime, the automatic voltage regulating device 70 of the superconducting power generation system detects an output voltage output from the phase conduction generator 20 and supplied to the load (S30).

그리고, 검출한 출력 전압과 참조값을 비교하여 검출한 출력 전압이 참조값을 추종하도록 그 편차에 해당하는 변동량을 상전도 발전기(20)로 피드백한다(S40).Then, the variation amount corresponding to the deviation is fed back to the phase conduction generator 20 so that the detected output voltage is compared with the reference value and the detected output voltage follows the reference value (S40).

그러면, 상전도 발전기는 자동 전압 조절 장치(70)로부터 피드백받은 변동량에 따라 상전도 계자의 전류를 제어하여 상전도 발전기를 통해 출력되는 전압을 조절한다(S50).Then, the phase conduction generator adjusts the voltage output through the phase conduction generator by controlling the current of the phase conduction field according to the variation amount fed back from the automatic voltage regulating device 70 (S50).

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.

10: 초전도 발전기 12: 초전도 고정자
14: 초전도 회전자 16: 초전도 계자
20: 상전도 발전기 22: 상전도 고정자
24: 상전도 최전자 30: 여자기
32: 여자기 계자 34: 여자기 전기자
40: 극저온 냉각 시스템 42: 냉매 순환부
50: 전력 변환 장치 60: 회전축
70: 자동 전압 조절 장치10: superconducting generator 12: superconducting stator
14: Superconducting Rotor 16: Superconducting Field
20: phase conduction generator 22: phase conduction stator
24: phase conduction electric 30: woman
32: Girl Field 34: Girl Armature
40: cryogenic cooling system 42: refrigerant circulation
50: power converter 60: axis of rotation
70: automatic voltage regulator

Claims (7)

초전도 계자를 발전기의 권선으로 사용한 초전도 회전자와 회전하지 않는 초전도 고정자로 구성되고 부하의 변동량에 관계없이 일정한 전압을 출력하는 초전도 발전기;
상기 초전도 계자에 교류 전원을 공급하기 위한 여자기; 및
상전도 계자를 발전기의 권선으로 사용한 상전도 회전자와 회전하지 않는 상전도 고정자로 구성되고, 부하의 변동량에 따라 상기 상전도 계자의 전류를 조절하여 출력 전압을 조절하는 상전도 발전기
를 포함하되,
상기 상전도 회전자가 상기 초전도 회전자와 동일한 회전축에 구비되어, 상기 초전도 발전기와 상기 상전도 발전기가 병렬 발전하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전 시스템.A superconducting generator composed of a superconducting rotor using a superconducting field as a winding of the generator and a superconducting stator that does not rotate, and outputting a constant voltage regardless of a load variation;
An exciter for supplying AC power to said superconducting field; And
It is composed of a phase conduction rotor using a phase conduction field as a winding of a generator and a phase conduction stator that does not rotate, and a phase conduction generator that adjusts the output voltage by adjusting the current of the phase conduction field according to the load variation.
Including,
The superconducting rotor is provided on the same axis of rotation as the superconducting rotor, the superconducting power generator and the superconducting power generator, characterized in that the power generation in parallel. 제 1 항에 있어서,
부하에 공급되는 출력 전압을 검출하고 검출한 출력 전압과 참조값을 비교하여 상기 출력 전압이 참조값을 추종하도록 그 편차에 해당하는 변동량을 상기 상전도 발전기로 피드백하여 상기 상전도 계자의 전류를 조절하게 하는 자동 전압 조절 장치(AVR)
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전 시스템. The method of claim 1,
Detects the output voltage supplied to the load and compares the detected output voltage with the reference value so that the amount of variation corresponding to the deviation is fed back to the phase conduction generator so that the output voltage follows the reference value to adjust the current of the phase conduction field. Automatic Voltage Regulator (AVR)
The superconducting power generation system further comprising: 제 1 항에 있어서,
상기 상전도 발전기는,
상기 상전도 회전자가 상기 초전도 회전자와 동일한 회전축에 구비되어 상기 초전도 회전자와 같은 속도로 회전함에 따라 자기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 초전도 발전 시스템.The method of claim 1,
The phase conduction generator,
The superconducting rotor is provided on the same axis of rotation as the superconducting rotor to generate a magnetic field as it rotates at the same speed as the superconducting rotor. 제 1 항에 있어서,
상기 여자기로부터 출력되는 3상 교류 전원을 단상 교류 전원으로 변환하는 전력 변환 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전 시스템.The method of claim 1,
A superconducting power generation system, characterized in that it further comprises a power converter for converting the three-phase AC power output from the exciter to a single-phase AC power. 제 1 항에 있어서,
상기 초전도 계자에 냉매를 공급하여 상기 초전도 발전기를 극저온 상태로 유지하기 위한 극저온 냉각 시스템
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전 시스템. The method of claim 1,
Cryogenic cooling system for maintaining the superconducting generator in a cryogenic state by supplying a refrigerant to the superconducting field
Wherein the superconducting power generation system further comprises: 상전도 회전자와 초전도 회전자가 동일한 회전축에 구비되어, 병렬 발전하는 초전도 발전기와 상전도 발전기를 결합한 시스템에서의 제어 방법으로서,
여자기로부터 발생되는 교류 전원을 인가받아 상기 초전도 회전자와 초전도 고정자로 구성되는 상기 초전도 발전기로 공급하는 단계;
상기 초전도 발전기가 부하의 변동량에 관계없이 일정한 전압을 출력하는 단계;
상기 상전도 발전기를 통과하여 부하에 공급되는 출력 전압을 검출하는 단계;
검출한 출력 전압과 참조값을 비교하여 상기 출력 전압이 참조값을 추종하도록 그 편차에 해당하는 변동량을 상전도 발전기로 피드백하는 단계;
상기 상전도 발전기가 상기 변동량을 피드백받으면 상전도 계자의 전류를 제어하여 부하 변동에 따라 출력 전압을 조절하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전 시스템에서의 제어 방법. As a control method in a system in which a superconducting rotor and a superconducting rotor are provided on the same rotation axis and combine a superconducting generator and a phase conducting generator that generate power in parallel,
Receiving an AC power generated from an exciter and supplying the superconducting generator comprising the superconducting rotor and the superconducting stator;
Outputting a constant voltage by the superconducting generator regardless of the amount of change in the load;
Detecting an output voltage supplied to the load through the phase conduction generator;
Comparing the detected output voltage with a reference value and feeding back a variation corresponding to the deviation to a phase conduction generator such that the output voltage follows the reference value;
When the phase conduction generator receives the feedback of the change amount, controlling the current of the phase conduction field to adjust the output voltage according to the load change
Control method in a superconducting power generation system comprising a. 제 6 항에 있어서,
상기 여자기로부터 발생되는 교류 전원을 상기 초전도 발전기로 공급하는 단계는,
공급 전에 전력 변환 장치를 통해 상기 여자기로부터 발생되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전 시스템에서의 제어 방법. The method according to claim 6,
Supplying the AC power generated from the exciter to the superconducting generator,
The control method of the superconducting power generation system further comprising the step of converting the AC power generated from the exciter to the DC power through the power converter before supply.
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