KR101408675B1 - 개별인버터 부스터 펌프 시스템 및 이의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법 - Google Patents

개별인버터 부스터 펌프 시스템 및 이의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개별인버터 부스터 펌프 시스템 및 이의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법에 관한 것으로, 그 목적은 부스터 펌프 시스템에서 전체 시스템의 운전점을 분석하여 고정 펌프와 가변 펌프 조합에서 가장 효율적인 운전점을 찾아 각 펌프를 운전시킬 수 있도록 한 개별인버터 부스터 펌프 시스템 및 이의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 인버터를 각각 구비하는 다수개의 부스터 펌프가 병렬구조로 연결된 부스터 펌프 시스템에 있어서, 상기 각각의 부스터 펌프에 구비된 인버터는, 인버터 간에 부스터 펌프의 작동상태정보와 제어신호를 송수신할 수 있도록 하는 통신모듈; 마스터부와 슬레이브부로 구성된 제어부;를 포함하며, 상기 마스터부는 각각의 부스터 펌프에 구비된 인버터의 슬레이브부로부터 각각의 부스터 펌프의 작동상태정보를 수신받고, 각각의 부스터 펌프에 구비된 인버터의 슬레이브부로 제어신호를 송신하는 기능을 갖고, 상기 슬레이브부는 마스터부로부터 송신되는 제어신호에 따라 부스터 펌프를 제어하고 부스터 펌프의 작동상태정보를 마스터부로 송신하는 기능을 갖도록 구성되되, 다수개의 인버터들 중, 어느 한 인버터를 마스터 모드로 하고 나머지 인버터는 슬레이브 모드로 하여 마스터 모드 인버터의 제어신호에 의해 슬레이브 모드 인버터가 각 부스터 펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템 및 이러한 부스터 펌프 시스템의 최적효율운전제어방법을 제공한다.

Description

개별인버터 부스터 펌프 시스템 및 이의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법{Booster pump system and its control method}
본 발명은 다수개의 부스터 펌프가 병렬구조로 연결된 개별인버터 부스터 펌프 시스템 및 이의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 각각의 부스터 펌프를 구동하기 위해 각 부스터 펌프에 인버터를 개별로 설치하고, 상기 인버터는 제어부를 포함하여 외부의 통합제어기의 사용을 배제토록 하며, 각각의 부스터 펌프에 설치된 인버터들은 유선 또는 무선 통신선로에 의해 상호 연결되고, 어느 하나의 인버터는 마스터로 그리고 나머지 인버터는 슬레이브로 작동하면서 상호 정보나 신호를 주고 받으며, 마스터 인버터는 부스터 펌프 시스템을 가장 높은 효율점에서 운전시킬 수 있도록 하는 통합제어를 실시하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템 및 이의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 부스터 펌프라 함은 필요한 수압을 얻기 위한 부족분을 보상하도록 급수 설비나 초고층 건물 등에 설치되는 펌프로서, 단독으로 사용될 수도 있으나, 주로 다수개의 부스터 펌프를 병렬 구조로 연결한 것으로 이루어진 부스터 펌프 시스템이 사용되고 있다.
상기 부스터 펌프 시스템을 이용하여 목적으로 하는 장소에 급수를 공급함에 있어서, 급수의 압력을 일정하게 유지시켜주는 것은 부스터 펌프 시스템에 있어 매우 중요하다.
한편, 종래에는 부스터 펌프 시스템의 압력을 설정된 압력으로 유지시켜 주기 위하여 펌프 대수제어 방식 또는 인버터를 이용한 펌프 회전수 제어방식이 사용되고 있다.
상기 펌프 대수제어 방식은 토출부에 압력센서나 압력스위치를 설치하여 토출부의 압력에 따라 펌프의 운전 대수를 제어하여 토출부 압력을 일정하게 유지하는 제어방식으로, 펌프를 제어할 때 전원전압을 직입연결하므로 기동전류가 크고, 토출 압력의 편차가 크며, 펌프의 기동시 높은 압력이 배관에 가해지므로 이를 완충하기 위해 토출부에 용량이 큰 완충용 압력탱크를 설치해야만 하고, 특히 회전수 제어방식에 비해 펌프의 기계적 수명이 짧아지는 단점이 있다.
상기 펌프 회전수 제어방식은 토출부에 압력센서를 설치하여 토출부의 압력에 따라서 펌프의 회전속도를 제어하여 토출부의 압력을 일정하게 유지시키는 제어방식으로, 사용되는 유량에 따라 펌프의 회전수를 제어하므로 대수제어에 비해 정확하게 토출압력을 제어할 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 펌프 회전수 제어방식은 펌프 회전수를 제어하는 인버터의 수에 따라 단독 인버터 제어방식과 개별 인버터 제어방식으로 구분될 수 있다.
상기 단독 인버터 제어방식은 토출부의 압력에 따라 하나의 펌프만 인버터로 제어하고, 나머지 펌프는 직입운전을 하는 제어방식으로, 대수제어에 비해 정확하게 토출압력을 제어할 수는 있으나, 직입기동을 하는 나머지 펌프의 경우 기동전류가 크고 완충용 압력탱크를 반드시 필요로 하는 단점이 있다.
상기 개별 인버터 제어방식은 각각의 펌프에 인버터를 설치하여 각 펌프의 회전속도를 독립적으로 제어할 수 있도록 한 제어방식으로, 단독 인버터 제어방식에 비하여 토출압력을 보다 세밀하게 제어할 수 있고, 부스터 펌프 시스템의 운전상태, 부하량, 그리고 각 펌프의 상태 정보를 정확하게 얻을 수 있으며, 이러한 상태 정보를 이용하여 펌프 시스템이나 펌프를 보호할 수 있는 장점이 있다.
그러나, 상기와 같이 각각의 펌프에 인버터가 설치되어 개별 인버터 제어방식에 의해 제어되는 부스터 펌프 시스템에 있어서도 다음과 같은 문제점이 있다.
종래 부스터 펌프 시스템의 경우, 부스터 펌프 시스템을 구성하는 다수개의 부스터 펌프에 설치된 인버터들이 하나의 외부 제어기에 연결되어 제어되는 방식으로, 토출부의 토출압력이 설정압력을 추종하도록 하기 위하여 다수의 부스터 펌프를 순차적으로 구동시켜 토출압력을 제어하는 방식을 갖고 있다.
보다 구체적으로, 제어기는 사용유량에 따라 최대 운전주파수로 작동하는 고정 펌프와, 토출압력을 추종하도록 운전주파수가 실시간으로 변화하는 가변 펌프로 구분하여 펌프를 구동하게 되며, 이때 최대 운전주파수로 운전되는 고정 펌프는 설정압력과 펌프의 성능곡선 데이터에 따라 최대 효율 유량에서 운전되지 않고, 최대 유량으로 운전되기 때문에 전체 효율이 나빠지는 문제점이 있다.
즉, 펌프를 최대 유량으로 운전하는 것이 항상 최대 효율 유량으로 운전하는 것을 의미하는 것은 아니며, 펌프에 따라서는 최대 유량 보다 낮은 유량으로 운전할 때 최대 효율 유량으로 운전될 수 있다.
결국, 앞서 설명된 바와 같이, 고정 펌프를 최대 유량으로 운전하는 종래의 부스터 펌프 시스템의 경우, 펌프의 성능곡선 데이터에 따라서는 최대 유량으로 운전하는 것이 에너지 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있다.
또한, 하나의 외부 제어기에 의하여 각각의 인버터가 제어됨으로써, 외부 제어기의 손상이나 유비보수작업이 요구되는 경우, 해당 기간에는 부스터 펌프 시스템의 가동이 불가능하게 되는 문제점이 있다.
등록특허공보 제0908385호 (2009.07.20. 공고) 등록특허공보 제0900409호 (2009.06.02. 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 부스터 펌프 시스템에서 전체 시스템의 운전점을 분석하여 고정 펌프와 가변 펌프 조합에서 가장 효율적인 운전점을 찾아 각 펌프를 운전시킬 수 있도록 한 개별인버터 부스터 펌프 시스템 및 이의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 다수개의 인버터 중, 어느 하나의 인버터를 임의로 지정하여 마스터 모드로 작동시킬 수 있도록 함으로써, 마스터 모드로 작동하는 인버터의 유지보수 작업이 요구되는 경우, 다른 인버터를 마스터 모드로 지정하여 부스터 펌프 시스템을 계속하여 사용할 수 있도록 하며, 이를 통해 유사시 신속한 대응이 가능하게 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템 및 이의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 인버터를 각각 구비하는 다수개의 부스터 펌프가 병렬구조로 연결된 부스터 펌프 시스템에 있어서, 상기 각각의 부스터 펌프에 구비된 인버터는, 인버터 간에 부스터 펌프의 작동상태정보와 제어신호를 송수신할 수 있도록 하는 통신모듈; 마스터부와 슬레이브부로 구성된 제어부;를 포함하며, 상기 마스터부는 각각의 부스터 펌프에 구비된 인버터의 슬레이브부로부터 각각의 부스터 펌프의 작동상태정보를 수신받고, 각각의 부스터 펌프에 구비된 인버터의 슬레이브부로 제어신호를 송신하는 기능을 갖고, 상기 슬레이브부는 마스터부로부터 송신되는 제어신호에 따라 부스터 펌프를 제어하고 부스터 펌프의 작동상태정보를 마스터부로 송신하는 기능을 갖도록 구성되되, 다수개의 인버터들 중, 어느 한 인버터를 마스터 모드로 하고 나머지 인버터는 슬레이브 모드로 하여 마스터 모드 인버터의 제어신호에 의해 슬레이브 모드 인버터가 각 부스터 펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템을 제공한다.
한편 상기 개별인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서, 상기 슬레이브부는, 3상 입력전원으로부터 교류 전원을 공급받아 가변전압-가변주파수로 변환시키는 파워모듈의 직류전압을 검출하는 전압센서에서 검출되는 직류전압(
Figure 112014026855083-pat00001
)과, V/f 제어기에서 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00002
)에 따라 결정되는 인버터의 출력전압(
Figure 112014026855083-pat00003
)을 이용하여 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00004
)을 연산하는 출력전력 연산; 및 상기 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00005
)와 상기 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00006
) 및 부스터 펌프의 토출부에 설치된 압력센서로부터 검출되는 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00007
)을 이용하여 부스터 펌프의 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00008
)을 추정하는 유량 추정부(2225);를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
한편 상기 개별인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서, 상기 마스터부는, 부스터 펌프 시스템의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00009
)과 부스터 펌프의 토출부에 설치된 압력센서로부터 검출되는 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00010
)에 따라 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00011
)를 제어하는 PID 제어기; 각 인버터의 슬레이브부에서 추정된 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00012
), 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00013
), 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00014
), 그리고 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00015
)에 기초하여 부스터 펌프 시스템의 최적 효율 운전점을 도출하는 최적운전 제어기;로 구성될 수 있다.
한편 상기 개별인버터 부스터 펌프 시스템에 있어서, 상기 최적운전 제어기는, 상기 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00016
)과 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터에 기초하여 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00017
)과 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00018
)을 추정하는 추정부; 각각의 인버터에서 추정된 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00019
)를 합하여 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00020
)을 연산하는 전체유량 연산부; 및 상기 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00021
), 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00022
), 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00023
), 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00024
), 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00025
), 그리고 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00026
)을 이용하여 각 인버터의 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00027
)를 제어하는 최적 효율 운전 제어부;로 구성될 수 있다.
또한 본 발명은 마스터 모드 또는 슬레이브 모드로 작동하는 제어부를 포함하는 인버터를 각각 구비하는 다수개의 부스터 펌프가 병렬구조로 연결된 부스터 펌프 시스템을 제어하는 제어방법으로, 상기 부스터 펌프 시스템을 구성하는 다수개의 부스터 펌프 중 어느 한 부스터 펌프에 구비된 인버터를 마스터 모드로 하고, 나머지 부스터 펌프에 구비된 인버터를 슬레이브 모드로 구분하는 단계(S100); 상기 마스터 모드로 작동하는 인버터가 나머지 슬레이브 모드로 작동하는 인버터들로부터 해당 부스터 펌프의 작동상태정보를 수신하고, 수신된 작동상태정보와, 압력센서에 의해 획득되는 토출부 압력과, 사용자의 설정압력과, 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터에 기초하여 각 부스터 펌프의 지령회전수를 결정하고, 각 부스터 펌프에 구비된 인버터로 지령회전수를 송신하여 각각의 부스터 펌프를 제어하는 단계(S200);로 구성된 것을 특징으로 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법을 제공한다.
한편 상기 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법에 있어서, 상기 S200 단계는, 각각의 인버터가 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00028
)에 따라 결정되는 인버터의 출력전압(
Figure 112014026855083-pat00029
)과, 파워모듈의 직류전압을 검출하는 전압센서에서 검출되는 직류전압(
Figure 112014026855083-pat00030
)을 이용하여 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00031
)을 산출하는 단계(S210); 각각의 인버터가 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00032
)와 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00033
) 및 부스터 펌프의 토출부에 설치된 압력센서로부터 검출되는 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00034
)을 이용하여 각 부스터 펌프의 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00035
)을 추정하는 단계(S220); 마스터 모드로 작동하는 인버터가 부스터 펌프 시스템의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00036
)과 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00037
)에 따라 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00038
)를 산출하는 단계(S230); 상기 마스터 모드로 작동하는 인버터가 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00039
)과 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터에 기초하여 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00040
)과 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00041
)을 추정하는 단계(S240); 상기 S220 단계에서 각각의 인버터에 의해 추정된 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00042
)를 마스터 모드로 작동하는 인버터에서 수신하여 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00043
)을 산출하는 단계(S250); 및 상기 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00044
), 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00045
), 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00046
), 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00047
), 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00048
), 그리고 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00049
)를 이용하여 마스터 모드로 작동하는 인버터에서 각 펌프의 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00050
)를 산출하고 각 인버터로 송신하여 제어하는 단계(S260);로 구성될 수 있다.
한편 상기 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법에 있어서, 상기 S240 단계는, 부스터 펌프 시스템에 설정되는 현재의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00051
)과 기존의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00052
)을 비교하는 단계(S241); 상기 S241 단계에서 두 설정압력이 같으면, S240 단계를 종료하고 S250 단계로 이동하는 단계(S241-1); 상기 S241 단계에서 두 설정압력이 다르면, 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터로부터 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00053
)을 추정하는 단계(S242); 및 상기 S242 단계 후, 성능곡선 데이터로부터 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00054
)을 추정하는 단계(S243);로 구성될 수 있다.
한편 상기 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법에 있어서, 상기 S260 단계는, 부스터 펌프 시스템의 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00055
)이 현재의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00056
)을 추종하고, 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00057
)의 변화가 없을 때는 부스터 펌프 시스템의 상태를 정상상태로 판단하고, 나머지 상태는 비정상상태로 판단하는 단계(S261); 상기 S261 단계에서 비정상상태로 판단되면, S260 단계를 종료하고, S200 단계를 처음부터 다시 실행하는 단계(S261-1); 상기 S261 단계에서 정상상태로 판단되면, 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00058
)와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00059
)의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00060
) 내에 있는지를 판단하는 단계(S262); 상기 S262 단계에서 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00061
)와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00062
)의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00063
)내에 있는 것으로 판단되면, S260 단계를 종료하고, S200 단계를 처음부터 다시 실행하는 단계(S262-1); 상기 S262 단계에서 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00064
)와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00065
)의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00066
)를 벗어난 것으로 판단되면, 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00067
)과 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00068
)을 이용하여 운전대수(N)을 결정하는 단계(S263); 상기 S263 단계에서 결정된 운전대수(N)가 한 대인지를 판단하는 단계(S264); 상기 S264 단계에서 운전대수(N)이 한 대이면, S260 단계를 종료하고, S200 단계를 처음부터 다시 실행하는 단계(S264-1); 상기 S264 단계에서 결정된 운전대수(N)가 2대 이상이면, 운전대수(N)와 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00069
)을 이용하여 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00070
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00071
)을 결정하는 단계(S265); 상기 S265 단계에서 결정된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00072
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00073
) 및 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터를 이용하여 상기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00074
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00075
)에 대응하는 고정 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00076
)와 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00077
)를 결정하는 단계(S266); 상기 S263 단계에서 결정된 운전대수(N) 중, 하나를 제외한 나머지 부스터 펌프가 상기 S266 단계에서 결정된 고정 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00078
)로 작동하도록 해당 부스터 펌프의 인버터로 제어신호를 송신하고, 나머지 하나의 부스터 펌프가 S230 단계에서 산출된 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00079
)로 작동하도록 해당 부스터 펌프의 인버터로 제어신호를 송신하는 단계(S267);로 구성될 수 있다.
한편 상기 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법에 있어서, 상기 S265 단계는, 상기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00080
)에 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00081
)을 대입하여 초기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00082
)을 결정하고, 초기 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00083
)을 산출하는 단계(S2651); 상기 S2651 단계에서 산출된 초기 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00084
)과 초기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00085
=
Figure 112014026855083-pat00086
)에 대해 부스터 펌프의 성능곡선 데이터인 η-Q 모델을 이용하여 각각의 추정 전력을 구하고, 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00087
)을 산출하는 단계(S2652); 상기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00088
)을 감소시켜 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00089
)을 설정하고, 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00090
) 및 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00091
)을 이용하여 변경된 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00092
)을 산출하는 단계(S2653); 상기 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00093
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00094
)을 이용하여 변경된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00095
)을 산출하는 단계(S2654); 상기 S2652 단계에서 산출된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00096
Figure 112014026855083-pat00097
)과 상기 S2654 단계에서 산출된 변경된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00098
)의 차이가 미리 설정된 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00099
) 내에 있는지를 판단하고, 두 전체 전력의 차이가 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00100
) 이내에 있으면, 상기 S2651 단계에서 결정된 초기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00101
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00102
)을 최적 효율 운전 유량으로 결정하고 S265 단계를 종료하는 단계(S2655); 상기 S2655 단계에서 두 전체 전력의 차이가 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00103
)를 벗어난 경우, 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00104
)과 변경된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00105
)의 차의 극성이 음이면 상기 S2653 단계부로부터 이후 단계를 반복하는 단계(S2656); 및 상기 S2656 단계에서 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00106
)과 변경된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00107
)의 차의 극성이 양이면, 이전 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00108
)을 증가시켜 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00109
)을 다시 설정하고, 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00110
)에 따라 변경된 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00111
)을 다시 산출한 뒤, 상기 S2654 단계로부터 이후 단계를 반복하는 단계(S2657);로 구성될 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 전체 시스템의 운전점을 분석하여 각 펌프를 최적의 효율 운전점에서 구동시킬 수 있으며, 이를 통해 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 다수개의 인버터 중 전체 시스템을 제어하는 마스터 모드 인버터를 사용자가 임의로 지정하여 시스템을 구동할 수 있도록 함으로써, 유사시 신속한 대응이 가능한 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 구조도,
도 2 는 본 발명에 따른 인버터의 제어 블록도,
도 3 은 본 발명에 따른 인버터의 마스터부에 포함된 최적운전 제어기의 블록도,
도 4 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 최적효율운전제어방법에 대한 순서도,
도 5 내지 도 8은 펌프의 성능곡선 데이터를 나타낸 그래프,
도 9 는 본 발명의 설정압력에 대해 최대 유량과 최대 효율 유량을 추정하는 과정을 보인 순서도,
도 10 은 본 발명의 최적 효율 운전 제어방법을 나타낸 순서도,
도 11 은 본 발명에 따른 최적 효율 운전 제어방법에서 최적 효율 운전 유량 추정 방법을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 구조도를, 도 2는 본 발명에 따른 인버터의 제어 블록도를, 도 3은 본 발명에 따른 인버터의 마스터부에 포함된 최적운전 제어기의 블록도를 도시하고 있다.
본 발명에 따른 개별인버터 부스터 펌프 시스템은 인버터(20)를 각기 구비하는 다수개의 부스터 펌프(10)가 병렬구조로 연결되어 형성된 펌프 시스템으로, 각각 부스터 펌프(10)에 구비된 인버터(20)가 유선 또는 무선 통신선로를 통해 서로 연결되어 작동상태정보나 신호를 주고 받으면서 전체 시스템이 최적의 효율 운전점에서 구동이 이루어질 수 있도록 한 것이다.
한편, 각각의 부스터 펌프(10)는 구동용 전동기(30)와 연결되어 구동용 전동기(30)에서 발생되는 회전력을 전달받아 작동하는 구조를 갖고 있으며, 부스터 펌프(10)의 흡입부와 토출부에는 게이트 밸브(40,50)가 각각 설치되고, 토출부에는 역류 발생을 방지하기 위한 체크밸브(60)와 토출부의 압력을 검출하는 압력센서(70)가 설치되어 있다.
참고로, 상기 압력센서(70)는 각 부스터 펌프(10)의 토출부에 위치하도록 설치되어 있으나, 각각의 부스터 펌프(10)로부터 토출되는 유체가 합류되어 유동하는 배관 상에 설치되므로, 결국 압력센서(70)들에 의해 검출되는 압력은 동일하며, 압력센서(70)에서 검출되는 압력이 부스터 펌프 시스템의 실제 토출부 압력에 해당된다.
한편, 각각의 부스터 펌프(10)에 구비된 인버터(20)는 3상 입력 전원(1)과 연결되어 전원을 공급받으며, 구동용 전동기(30)와 연결되어 구동용 전동기(30)로 부스터 펌프(10)의 구동에 필요한 전원을 공급하는 구조를 갖고 있다.
또한, 각각의 부스터 펌프(10)에 구비된 인버터(20)에는 통신모듈(23)이 구비되며, 이러한 통신모듈(23)은 유선 또는 무선 통신선로를 통해 상호 연결되어 인버터 간에 부스터 펌프의 작동상태정보와 제어신호를 송수신할 수 있도록 구성된다.
상기와 같이 다수개의 부스터 펌프가 병렬구조로 연결되어 구성되는 부스터 펌프 시스템에 있어서, 각각의 부스터 펌프에 구비되는 인버터는 전력부(21)와 제어부(22)로 구성된다.
상기 전력부(21)에는 전력 반도체 스위치인 PIM(Power Integrated Module)이 구비되며, PIM(이하 '파워모듈'이라 함)은 3상 입력 전원(1)에서 교류 전원을 공급받아 가변전압-가변주파수로 변환시키게 된다.
보다 구체적으로, 상기 파워모듈(2111)은 교류 전원을 직류 전원으로 변환시키는 정류부(2112)와, PWM(Pulse Width Modulation) 발생부에서 신호를 받아 평활된 직류 전원을 가변주파수-가변전압의 교류전원으로 변환시키는 인버터부(2113)로 구성된다.
아울러 상기 전력부(21)에는 상기 파워모듈(2111)의 정류부(2112)에서 정류된 직류전원을 평활하는 평활용 커패시터(2114)와, 상기 평활용 커패시터(2114)에 의해 평활된 직류전압을 검출하는 전압센서(2115)와, 상기 인버터부(2113)의 출력전류를 검출하는 전류센서(2116)가 더 포함되어 있다.
상기 제어부(22)는 마스터부(221)와 슬레이브부(222)로 구성되며, 이때 상기 마스터부(221)는 각각의 부스터 펌프의 작동상태정보를 해당 부스터 펌프에 구비된 인버터의 슬레이브부(222)로부터 수신받고, 각각의 부스터 펌프에 구비된 인버터의 슬레이브부(222)로 제어신호를 송신하는 기능을 갖도록 구성되고, 상기 슬레이브부(222)는 마스터부(221)로부터 송신되는 제어신호에 따라 부스터 펌프를 제어하고 부스터 펌프의 작동상태정보를 마스터부(221)로 송신하는 기능을 갖도록 구성된다.
상기 마스터부(221)는, 부스터 펌프 시스템의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00112
)과 부스터 펌프의 토출부에 설치된 압력센서(70)로부터 검출되는 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00113
)에 따라 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00114
)를 제어하는 PID 제어기(2211)와, 각 인버터의 슬레이브부(222)에서 추정된 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00115
), 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00116
), 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00117
), 그리고 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00118
)에 기초하여 부스터 펌프 시스템의 최적 효율 운전점을 도출하는 최적운전 제어기(2212)로 구성된다.
한편 상기 최적운전 제어기(2212)는, 부스터 펌프 시스템의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00119
)과 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터에 기초하여 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00120
)과 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00121
)을 추정하는 추정부(2213)와, 각각의 인버터에서 추정된 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00122
)를 합하여 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00123
)을 연산하는 전체유량 연산부(2214)와, 상기 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00124
), 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00125
), 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00126
), 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00127
), 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00128
), 그리고 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00129
)을 이용하여 각 인버터의 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00130
)를 제어하는 최적 효율 운전 제어부(2215)로 구성된다.
참고로, 상기 언급된 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터는 펌프의 성능지표로 사용되는 H-Q-η 모델로서, 부스터 펌프가 운전되는 영역에서 양정(H)과 유량(Q) 및 효율(η)을 나타내며, 이러한 성능곡선 데이터는 사전 실험을 통해 획득할 수 있다. 또한 상기 성능곡선 데이터는 H(양정)-Q(유량) 모델, P(전력)-Q(유량) 모델, η(효율)-Q(유량) 모델로 세분화될 수 있으며, 이러한 성능곡선 데이터의 예가 도 5 내지 도 8에 도시되어 있다.
상기 슬레이브부(222)는, 마스터 모드로 작동하는 인버터에서 결정된 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00131
)에 따라 인버터의 출력전압(
Figure 112014026855083-pat00132
)을 결정하는 V/f 제어기(2221)와, 상기 V/f 제어기(2221)로부터 인버터의 출력전압(
Figure 112014026855083-pat00133
)을 입력받아 인버터부(2113)를 제어하는 신호를 발생시키는 PWM 발생부(2222)와, 상기 인버터부(2113)의 출력에 연결된 전류센서(2116)에서 검출된 3상 전류정보(
Figure 112014026855083-pat00134
)를 2상 전류정보(
Figure 112014026855083-pat00135
)로 변환하는 3상/2상 변환부(2223)와, V/f 제어기(2221)에서 결정된 인버터의 출력전압(
Figure 112014026855083-pat00136
)과 상기 전압센서(2115)에서 검출한 직류전압(
Figure 112014026855083-pat00137
)를 이용하여 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00138
)을 연산하는 출력전력 연산부(2224)와, 상기 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00139
)와 상기 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00140
) 및 부스터 펌프의 토출부에 설치된 압력센서(70)로부터 검출되는 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00141
)을 이용하여 부스터 펌프의 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00142
)을 추정하는 유량 추정부(2225)로 구성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 개별인버터 부스터 펌프 시스템은, 다수개의 인버터(20) 중, 어느 하나의 인버터는 마스터 모드로 작동하고, 나머지 인버터는 슬레이브 모드로 작동하게 되며, 슬레이브 모드로 작동하는 각각의 인버터는 해당 부스터 펌프의 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00143
)을 작동상태정보로 하여 마스터 모드로 전송하고, 마스터 모드로 작동하는 인버터는 각각의 슬레이브 모드 인버터로부터 전송되는 각 펌프의 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00144
), 부스터 펌프 시스템의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00145
), 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00146
)과 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터에 기초하여 추정된 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00147
)과 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00148
), 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00149
)을 이용하여 각 펌프의 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00150
)를 결정하고, 결정된 각 펌프의 지령회전수를 각각의 인버터로 송신함으로써, 부스터 펌프 시스템을 최적 효율 운전점에서 구동시킬 수 있으며, 이에 따라 부스터 펌프 시스템의 구동시 소모되는 에너지를 최소화할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 개별인버터 부스터 펌프 시스템에서 각각의 인버터는 동일한 구조 즉, 마스터 모드 인버터와 슬레이브 모드 인버터에 상관없이 제어부(22)에 마스터부(221)와 슬레이브부(222)가 포함되어 있으므로, 마스터 모드로 작동하는 인버터가 손상된 경우, 슬레이브 모드로 작동하는 인버터 중 하나를 마스터 모드로 전환하여 사용이 가능하며, 이에 따라 마스터 모드 인버터가 손상되어 유지보수가 요구되는 경우에도 신속한 대응이 가능하게 된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 최적효율운전제어방법에 대한 순서도를, 도 5 내지 도 8은 펌프의 성능곡선 데이터를 나타낸 그래프를 도시하고 있다.
상기와 같이 구성된 개별인버터 부스터 펌프 시스템을 이용하여 구현되는 본 발명의 부스터 펌프 시스템의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법은 부스터 펌프 시스템을 구성하는 다수개의 부스터 펌프 중 어느 한 부스터 펌프에 구비된 인버터를 마스터 모드로 하고, 나머지 부스터 펌프에 구비된 인버터를 슬레이브 모드로 구분하는 단계(S100); 상기 마스터 모드로 작동하는 인버터가 나머지 슬레이브 모드로 작동하는 인버터들로부터 해당 부스터 펌프의 작동상태정보를 수신하고, 수신된 작동상태정보와, 압력센서에 의해 획득된 토출부 압력과, 사용자의 설정압력에 기초하여 각각의 부스터 펌프에 구비된 인버터로 제어신호를 송신하여 각각의 부스터 펌프를 제어하는 단계(S200);로 구성되어 있다.
상기 S100 단계는 마스터 모드로 작동하게 될 인버터와, 슬레이브 모드로 작동하게 될 인버터를 구분하는 단계로서, 사용자가 다수개의 인버터 중 하나의 인버터를 마스터 모드로 설정하여 마스터 모드 인버터와 슬레이브 모드 인버터의 구분이 이루어지도록 하거나, 또는 순서에 따라 어느 하나의 인버터가 자동으로 마스터 모드로 설정되도록 함으로써 마스터 모드 인버터와 슬레이브 모드 인버터의 구분이 이루어질 수 있다.
상기 S200 단계는 부스터 펌프 시스템의 실질적인 제어가 이루어지는 단계로, 각각의 인버터가 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00151
)에 따라 결정되는 인버터의 출력전압(
Figure 112014026855083-pat00152
)과, 파워모듈(2111)의 직류전압을 검출하도록 전력부(21)에 마련된 전압센서(2115)에서 검출되는 직류전압(
Figure 112014026855083-pat00153
)을 이용하여 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00154
)을 산출하는 단계(S210); 각각의 인버터가 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00155
)와 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00156
) 및 부스터 펌프의 토출부에 설치된 압력센서(70)로부터 검출되는 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00157
)을 이용하여 각 부스터 펌프의 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00158
)을 추정하는 단계(S220); 마스터 모드로 작동하는 인버터가 부스터 펌프 시스템의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00159
)과 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00160
)에 따라 펌프의 회전수(
Figure 112014026855083-pat00161
)를 산출하는 단계(S230); 상기 마스터 모드로 작동하는 인버터가 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00162
)과 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터에 기초하여 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00163
)과 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00164
)을 추정하는 단계(S240); 상기 S220 단계에서 각각의 인버터에 의해 추정된 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00165
)를 마스터 모드로 작동하는 인버터에서 수신하여 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00166
)을 산출하는 단계(S250); 및 상기 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00167
), 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00168
), 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00169
), 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00170
), 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00171
), 그리고 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00172
)를 이용하여 마스터 모드로 작동하는 인버터에서 각 펌프의 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00173
)를 산출하고 각 인버터로 송신하여 제어하는 단계(S260);로 구성된다.
상기 S210 단계 및 S220 단계는 각각의 인버터(20)에 마련된 슬레이브부(222)에 의해 구현되는 단계이다.
즉, 각 인버터(20)의 슬레이브부(222)는 마스터 모드 인버터에서 결정된 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00174
)를 수신받고, V/f 제어기(2221)는 수신되는 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00175
)에 따라 인버터의 출력전압(
Figure 112014026855083-pat00176
)을 결정하게 된다.
이후, 출력전력 연산부(2224)는 인버터부의 출력전압(
Figure 112014026855083-pat00177
)과 전압센서(2115)에서 검출되는 직류전압(
Figure 112014026855083-pat00178
)을 이용하여 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00179
)를 산출하게 된다.
참고로, 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00180
)은 하기 [수학식 6]에 따라 산출될 수 있다.
Figure 112014026855083-pat00181
---------- [수학식 6]
여기서,
Figure 112014026855083-pat00182
: 구동용 전동기의 정격전압이다.
한편, 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00183
)이 산출되면, 유량 추정부(2225)는 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00184
)와 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00185
) 및 압력센서(70)로부터 검출되는 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00186
)을 이용하여 해당 부스터 펌프의 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00187
)을 추정하게 된다.
참고로, 해당 부스터 펌프의 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00188
)와 출력전력(
Figure 112014026855083-pat00189
) 및 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00190
)을 알고 있으면, 해당 부스터 펌프의 성능곡선 데이터로부터 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00191
)을 추정할 수 있다.
상기 S230 단계는 마스터 모드로 작동하는 인버터의 마스터부(221)를 구성하는 PID 제어기(2211)에 의해 구현되는 단계로서, 상기 PID 제어기(2211)는 부스터 펌프 시스템의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00192
)과 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00193
)에 따라 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00194
)이 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00195
)을 추종하도록 PID 제어를 실시하여 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00196
)를 산출하는 단계이다. 한편, PID 제어는 이미 널리 사용되고 있는 제어기법으로 PID 제어원리에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 S240 단계는 마스터 모드 인버터의 마스터부(221)에 의해 구현되는 단계로서, 부스터 펌프 시스템에 설정된 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00197
)과 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터에 기초하여 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00198
)과 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00199
)을 추정하게 된다.
도 9는 본 발명의 설정압력에 대해 최대 유량과 최대 효율 유량을 추정하는 과정을 보인 순서도를 도시하고 있다.
상기 S240 단계는, 부스터 펌프 시스템에 설정되는 현재의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00200
)과 기존의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00201
)을 비교하는 단계(S241); 상기 S241 단계에서 두 설정압력이 같으면, S240 단계를 종료하고 S250 단계로 이동하는 단계(S241-1); 상기 S241 단계에서 두 설정압력이 다르면, 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터를 구성하는 H-Q 모델로부터 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00202
)을 추정하는 단계(S242); 및 상기 S242 단계 후, 성능곡선 데이터를 구성하는 P-Q 모델로부터 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00203
)을 추정하는 단계(S243);로 구성된다.
상기 S241 단계는 설정압력이 변화했는지를 판단하는 단계로서, 현재의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00204
)과 기존의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00205
)을 비교하게 된다.
상기 S241-1 단계는 S241 단계에서 두 설정압력이 같은 경우, S240 단계를 종료하고 S250 단계를 실시하게 된다. 참고로 본 발명에서 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00206
)과 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00207
) 추정은 하나의 설정압력에 대해서만 추정하면 되기 때문에 만약 현재의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00208
)이 기존 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00209
)과 같으면, 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00210
)과 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00211
)의 추정은 요구되지 않는다.
상기 S242 단계는 S241 단계에서 두 설정압력이 다른 경우 실시되는 단계로서, 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터를 구성하는 H-Q 모델로부터 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00212
)을 추정하게 된다.
참고로, 도 5에 도시된 성능곡선은 부스터 펌프 시스템이 운전되는 영역에서의 양정(H), 유량(Q), 효율(η)을 나타내고 있으며, 이러한 성능곡선으로부터 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00213
)에 따라 가장 많은 유량을 토출하는 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00214
)과, 가장 높은 효율(η)점에서 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00215
)을 추정할 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 8에는 상기 도 5에 도시된 성능곡선을 H-Q 모델, P-Q 모델, 그리고 η-Q 모델로 구분하여 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00216
)으로부터 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00217
)과 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00218
)을 추정하는 과정을 도식적으로 표현한 것이다.
참고로, 도 6에 도시된 성능곡선은 펌프 H-Q 모델에서 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00219
)에 대해 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00220
) 및 회전수별 유량을 추정하는 개념을 나타내고 있으며, 부스터 펌프의 H-Q 모델에서 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00221
)에 대해 회전수가 변할 때의 추정 유량을 얻는 과정을 도식적으로 표현한 것이다.
도 7에 도시된 성능곡선은 펌프 P-Q 모델에서 회전수가 변할 때 유량별 소모 전력 추정 개념도이며, 부스터 펌프의 H-Q 모델에서 회전수에 따른 소모 추정 전력을 얻는 과정을 도식적으로 표현한 것이다.
도 8에 도시된 성능곡선은 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00222
)에 대해 유량별 효율을 추정하는 개념도이며, 도 6에서 얻은 압력과 추정 유량에 따른 유체의 동력(압력과 유량의 곱)과 도 7에서 얻은 소모 추정 전력으로 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00223
)에 대한 유량별 효율을 얻을 수 있으며, 효율-유량 곡선의 변곡점에 해당하는 지점의 유량을 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00224
)으로 추정하게 된다.
상기 S243 단계는 성능곡선 데이터로부터 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00225
)을 추정하는 단계로서, 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00226
)을 추정하는 과정은 이미 설명된 바 있으므로, 보다 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기 S250 단계는 마스터 모드로 작동하는 인버터의 전체유량 연산부(2214)에 의해 구현되는 단계로서, 마스터 모드 인버터에 구비된 전체유량 연산부(2214)가 각각의 인버터에 의해 추정된 토출유량(
Figure 112014026855083-pat00227
)를 수신하고, 각각의 추정 토출유량을 합하여 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00228
)을 산출하게 된다.
상기 S260 단계는 마스터 모드로 작동하는 인버터의 최적 효율 운전 제어부(2215)가 전체 부스터 펌프 시스템이 최적 효율 운전점에서 구동할 수 있도록 각각 펌프의 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00229
)를 산출하고, 산출된 펌프 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00230
)를 각 인버터의 슬레이브부(222)로 송신하여 각 부스터 펌프의 최적 제어가 이루어지도록 하는 단계이다.
이러한 S260 단계는 앞선 단계들을 통하여 추정된 또는 산출된 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00231
), 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00232
), 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00233
), 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00234
), 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00235
), 그리고 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00236
)을 이용하여 각 펌프의 지령회전수(
Figure 112014026855083-pat00237
)를 산출하게 된다.
도 10은 본 발명의 최적 효율 운전 제어방법을 나타낸 순서도를, 도 11은 본 발명에 따른 최적 효율 운전 제어방법에서 최적 효율 운전 유량 추정 방법을 나타낸 순서도를 도시하고 있다.
상기 S260 단계는, 부스터 펌프 시스템의 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00238
)이 현재의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00239
)을 추종하고, 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00240
)의 변화가 없을 때는 부스터 펌프 시스템의 상태를 정상상태로 판단하고, 나머지 상태는 비정상상태로 판단하는 단계(S261); 상기 S261 단계에서 비정상상태로 판단되면, S260 단계를 종료하고, S200 단계를 처음부터 다시 실행하는 단계(S261-1); 상기 S261 단계에서 정상상태로 판단되면, 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00241
)와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00242
)의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00243
) 내에 있는지를 판단하는 단계(S262); 상기 S262 단계에서 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00244
)와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00245
)의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00246
)내에 있는 것으로 판단되면, S260 단계를 종료하고, S200 단계를 처음부터 다시 실행하는 단계(S262-1); 상기 S262 단계에서 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00247
)와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00248
)의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00249
)를 벗어난 것으로 판단되면, 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00250
)과 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00251
)을 이용하여 운전대수(N)을 결정하는 단계(S263); 상기 S263 단계에서 결정된 운전대수(N)가 한 대인지를 판단하는 단계(S264); 상기 S264 단계에서 운전대수(N)이 한 대이면, S260 단계를 종료하고, S200 단계를 처음부터 다시 실행하는 단계(S264-1); 상기 S264 단계에서 결정된 운전대수(N)가 2대 이상이면, 운전대수(N)와 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00252
)을 이용하여 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00253
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00254
)을 결정하는 단계(S265); 상기 S265 단계에서 결정된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00255
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00256
) 및 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터를 이용하여 상기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00257
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00258
)에 대응하는 고정 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00259
)와 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00260
)를 결정하는 단계(S266); 상기 S263 단계에서 결정된 운전대수(N) 중, 하나를 제외한 나머지 부스터 펌프가 상기 S266 단계에서 결정된 고정 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00261
)로 작동하도록 해당 부스터 펌프의 인버터로 제어신호를 송신하고, 나머지 하나의 부스터 펌프가 S230 단계에서 산출된 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00262
)로 작동하도록 해당 부스터 펌프의 인버터로 제어신호를 송신하는 단계(S267);로 구성된다.
상기 S261 단계는 부스터 펌프 시스템이 현재 정상상태인지를 판단하는 단계이다. 참고로 본 발명은 부스터 펌프의 모델이 모두 정상상태에 대한 모델이므로, 모드 추정 및 판단 근거는 정상상태에서만 적용이 가능하다. 따라서 부스터 펌프 시스템에 구비된 압력센서(70)로부터 검출되는 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00263
)이 현재의 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00264
)을 추종하고 있으며, PID 제어기(2211)의 출력인 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00265
)의 변화가 없을 때는 정상상태로 판단하고, 정상상태가 아니면 최적 효율 운전 제어를 적용하지 않게 된다.
상기 S261-1 단계는 현재의 부스터 펌프 시스템이 비정상상태로 판단되었을 때 실행되는 단계로서, 최적 요율 운전 제어를 적용하지 않도록 S260 단계를 종료하고, S200 단계를 처음부터 반복하여 다시 실행하게 된다.
상기 S262 단계는 현재의 부스터 펌프 시스템이 정상상태로 판단되었을 때 실행되는 단계로서, 부스터 펌프 시스템의 현재 운전점이 이전 제어주기에서 결정한 최적 효율 운전점에서 정해진 범위를 벗어났는지를 판단하는 단계이다.
이러한 S262 단계는 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00266
)와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00267
)의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00268
) 내에 있는지를 판단하게 된다.
상기 S262-1 단계는 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00269
)와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00270
)의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00271
)내에 있을 경우 실행되는 단계로서, S260 단계를 종료하고, S200 단계를 처음부터 반복하여 다시 실행하게 된다. 참고로 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00272
)와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00273
)의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00274
)내 있는 경우는, 부스터 펌프 시스템의 운전점에 변화가 없는 것으로 볼 수 있으므로, 최적 효율 운전점에 대한 추정이 요구되지 않는다.
상기 S263 단계는 S262 단계에서 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00275
)와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00276
)의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00277
)를 벗어난 경우 실행되는 단계로서, 변화된 운전점에서의 최적 제어를 위하여 운전대수(N)를 결정하는 단계이다.
한편, 운전대수(N)의 결정은 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00278
)과 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00279
) 및 하기 [수학시 1]을 이용하여 결정된다. 즉 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00280
)과 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00281
)에 대한 최대 유량(
Figure 112014026855083-pat00282
)을 [수학식 1]에 대입하여 [수학식 1]을 만족하는 운전대수(N)를 결정하게 된다.
Figure 112014026855083-pat00283
---------- [수학식 1]
상기 S264 단계는 S263 단계에서 결정된 운전대수(N)가 1인지를 판단하는 단계이다.
상기 S264-1 단계는 운전대수(N)이 한 대일 때 실행되는 단계로서, 운전대수(N)가 한 대인 경우, 유량을 분할하여 여러 대의 펌프를 구동하는 것은 비효율적이므로, 운전대수(N)가 한 대로 결정된 경우, S260 단계를 종료하고, S200 단계를 처음부터 다시 실행하게 된다.
상기 S265 단계는 최적 운전 효율로 운전할 수 있는 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00284
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00285
)을 결정하는 단계로서, 상기 S264 단계에서 결정된 운전대수(N)와 전체유량(
Figure 112014026855083-pat00286
) 및 하기 [수학식 2]를 이용하여 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00287
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00288
)을 결정하게 된다.
Figure 112014026855083-pat00289
---------- [수학식 2]
한편, 상기 S265 단계는 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00290
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00291
)을 보다 정확하게 결정할 수 있도록 하기 위하여 다음과 같은 세부단계로 구성될 수 있다.
보다 구체적으로 상기 S265 단계는, 초기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00292
)과 초기 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00293
)을 설정하는 단계(S2651); 상기 S2651 단계에서 설정된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00294
)과 초기 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00295
)을 이용하여 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00296
)를 산출하는 단계(S2652); 초기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00297
)에서 유량을 감소시켜 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00298
)을 설정하고, 이에 대응하는 변경된 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00299
)을 산출하는 단계(S2653); 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00300
)과 변경된 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00301
)을 이용하여 변경된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00302
)을 산출하는 단계(S2654); 상기 S2652 단계에서 산출된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00303
)과 상기 S2654 단계에서 산출된 변경된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00304
)의 차이가 미리 설정된 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00305
) 내에 있는지를 판단하되, 두 전체 전력의 차이가 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00306
) 이내에 있으면 상기 S2651 단계에서 결정된 초기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00307
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00308
)을 최적 효율 운전 유량으로 결정하고 S265 단계를 종료하는 단계(S2655); 상기 S2655 단계에서 두 전체 전력의 차이가 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00309
)를 벗어난 경우, 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00310
)과 변경된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00311
)의 차의 극성이 음이면 상기 S2653 단계부로부터 이후 단계를 반복하는 단계(S2656); 및 상기 S2656 단계에서 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00312
)과 변경된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00313
)의 차의 극성이 양이면, 이전 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00314
)을 증가시켜 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00315
)을 다시 설정하고, 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00316
)에 따라 변경된 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00317
)을 다시 산출한 뒤, 상기 S2654 단계로부터 이후 단계를 반복하는 단계(S2657);로 구성될 수 있다.
상기 S2651 단계는 초기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00318
)을 상기 S240 단계에서 추정된 최대 효율 유량(
Figure 112014026855083-pat00319
)으로 설정하고, 하기 [수학식 3]에 따라서 초기 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00320
)을 산출하는 단계이다.
Figure 112014026855083-pat00321
---------- [수학식 3]
상기 S2652 단계는 S2651 단계를 통해 결정된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00322
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00323
)을 이용하여 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00324
)을 산출하는 단계로서, 초기 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00325
)과 초기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00326
=
Figure 112014026855083-pat00327
)에 대해 부스터 펌프의 성능곡선 데이터인 η-Q 모델을 이용하여 각각의 추정 전력을 구한 다음 하기 [수학식 4]을 이용하여 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00328
)을 산출하게 된다.
Figure 112014026855083-pat00329
---------- [수학식 4]
상기 S2653 단계는 앞선 단계에서 설정된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00330
)을 감소시켜 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00331
)을 설정하고, 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00332
)을 하기 [수학식 5]에 대입하여 변경된 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00333
)을 산출하게 된다.
Figure 112014026855083-pat00334
---------- [수학식 5]
상기 S2654 단계는 S2653 단계에서 결정된 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00335
)과 변경된 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00336
)에 상응하는 변경된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00337
)을 산출하는 단계로서, S2652 단계와 동일한 방법으로 전체 전력을 산출하게 된다.
상기 S2655 단계는 이전의 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00338
)과 변경된 유량에 상응하는 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00339
)의 차이가 미리 설정된 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00340
) 내에 있는 판단하고, 두 전체 전력의 차이가 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00341
) 이내에 있으면, 상기 S2651 단계에서 결정된 초기 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00342
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00343
)을 최적 효율 운전 유량으로 결정하고 S265 단계를 종료하게 된다.
상기 S2656 단계는 두 전체 전력의 차이가 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00344
)를 벗어나고, 더불어 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00345
)과 변경된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00346
)의 차의 극성이 음(-)인 경우 실행되는 단계로서, 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00347
)의 유량을 감소시키는 상기 S2653 단계부로부터 이후 단계를 반복하게 된다.
상기 S2657 단계는 두 전체 전력의 차이가 허용범위(
Figure 112014026855083-pat00348
)를 벗어나고, 더불어 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00349
)과 변경된 전체 전력(
Figure 112014026855083-pat00350
)의 차의 극성이 양(+)인 경우 실행되는 단계로서, 이전 단계에서 설정된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00351
)의 유량을 증가시켜 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00352
)을 다시 설정하고, 이처럼 변경된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00353
)에 따라 변경된 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00354
)을 다시 산출한 뒤, 상기 S2654 단계로부터 이후 단계를 반복하는 단계이다.
이와 같은 세부단계로 구성되는 상기 S265 단계는, 전체유량과 설정압력(양정)이 정해진 상태에서 전체유량과 설정압력을 만족시키면서 최소의 전력 즉, 최적 효율 운전점에서 부스터 펌프 시스템이 구동할 수 있도록 하는 고정유량과 가변유량을 결정하게 된다.
상기 S266 단계는 S265 단계에서 결정된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00355
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00356
)을 부스터 펌프를 이용하여 토출할 수 있도록 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00357
)과 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00358
)에 상응하는 고정 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00359
)와 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00360
)를 결정하는 단계이다.
이러한 S266 단계는 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00361
)과 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00362
) 및 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00363
)은 결정된 상태이므로, 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터(H-Q 모델)을 이용하여 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00364
)을 토출하기 위한 부스터 펌프의 고정 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00365
)와, 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00366
)을 토출하기 위한 부스터 펌프의 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00367
)를 결정할 수 있다.
상기 S267 단계는 결정된 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00368
)을 토출하기 위한 부스터 펌프를 고정 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00369
)를 제어하고, 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00370
)을 토출하기 위한 하나의 부스터 펌프는 S230 단계에서 산출되는 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00371
)에 따라 회전하도록 제어하는 단계이다.
상기 S263 단계에서 운전대수(N)은 이미 결정된 바 있으므로, (N-1)개의 부스터 펌프에 마련된 인버터로 고정 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00372
)에 상응하는 제어신호를 송신함으로써, 고정유량(
Figure 112014026855083-pat00373
)을 토출할 수 있다.
한편, 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00374
)의 경우, 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00375
)가 아닌 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00376
)를 제어신호로 전달하게 된다. 이는 상기 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00377
)는 성능곡선 데이터를 기반으로 하여 결정된 값이므로, 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00378
)의 토출을 위해 실제 요구되는 운전주파수와는 차이가 있을 수 있으며, 이로 인하여 제어의 불안정을 초래할 수 있다.
따라서, 본 발명은 가변유량(
Figure 112014026855083-pat00379
)을 토출하기 위한 펌프로 제어신호를 송신함에 있어서, 성능곡선 데이터를 기반으로 결정된 가변 운전주파수(
Figure 112014026855083-pat00380
)가 아닌 설정압력(
Figure 112014026855083-pat00381
)과 실제 토출부 압력(
Figure 112014026855083-pat00382
)에 따라 PID 제어기(2211)에서 발생되는 펌프 회전수(
Figure 112014026855083-pat00383
)를 제어신호로 송신하게 된다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 최적효율운전제어방법은 개별인버터 부스터 펌프 시스템이 설정압력을 유지하면서 유체를 토출하되, 전체 시스템이 가장 높은 효율점에서 운전될 수 있도록 제어함으로써, 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 구동시 에너지 소모를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 부스터 펌프 20: 인버터
2111: 파워모듈 2115: 전압센서
22: 제어부 221: 마스터부
2211: PID 제어기 2212: 최적운전 제어기
2213: 추정부 2214: 전체유량 연산부
2215: 최적 효율 운전 제어부 222: 슬레이브부
2221: V/f 제어기 2224: 출력전력 연산부
2225: 유량 추정부 23: 통신모듈
70: 압력센서

Claims (9)

  1. 인버터(20)를 각각 구비하는 다수개의 부스터 펌프(10)가 병렬구조로 연결된 부스터 펌프 시스템에 있어서,
    상기 각각의 부스터 펌프(10)에 구비된 인버터(20)는,
    상기 각각의 부스터 펌프(10)에 구비된 인버터(20)는, 인버터 간에 부스터 펌프의 작동상태정보와 제어신호를 송수신할 수 있도록 하는 통신모듈(23); 마스터부(221)와 슬레이브부(222)로 구성된 제어부(22);를 포함하며,
    상기 마스터부(221)는 각각의 부스터 펌프(10)에 구비된 인버터(20)의 슬레이브부(222)로부터 각각의 부스터 펌프(10)의 작동상태정보를 수신받고, 각각의 부스터 펌프(10)에 구비된 인버터(20)의 슬레이브부(222)로 제어신호를 송신하는 기능을 갖고,
    상기 슬레이브부(222)는 마스터부(221)로부터 송신되는 제어신호에 따라 부스터 펌프를 제어하고 부스터 펌프의 작동상태정보를 마스터부(221)로 송신하는 기능을 갖도록 구성되되,
    다수개의 인버터(20)들 중, 어느 한 인버터를 마스터 모드로 하고 나머지 인버터는 슬레이브 모드로 하여 마스터 모드 인버터의 제어신호에 의해 슬레이브 모드 인버터가 각 부스터 펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 슬레이브부(222)는,
    3상 입력전원으로부터 교류 전원을 공급받아 가변전압-가변주파수로 변환시키는 파워모듈(2111;Power Integrated Module)의 직류전압을 검출하는 전압센서(2115)에서 검출되는 직류전압(
    Figure 112014026855083-pat00384
    )과, V/f 제어기(2221)에서 펌프 지령회전수(
    Figure 112014026855083-pat00385
    )에 따라 결정되는 인버터의 출력전압(
    Figure 112014026855083-pat00386
    )을 이용하여 출력전력(
    Figure 112014026855083-pat00387
    )을 연산하는 출력전력 연산부(2224); 및
    상기 펌프 지령회전수(
    Figure 112014026855083-pat00388
    )와 상기 출력전력(
    Figure 112014026855083-pat00389
    ) 및 부스터 펌프의 토출부에 설치된 압력센서(70)로부터 검출되는 토출부 압력(
    Figure 112014026855083-pat00390
    )을 이용하여 부스터 펌프의 토출유량(
    Figure 112014026855083-pat00391
    )을 추정하는 유량 추정부(2225);를 포함하는 것을 특징으로 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 마스터부(221)는,
    부스터 펌프 시스템의 설정압력(
    Figure 112014026855083-pat00392
    )과 부스터 펌프(10)의 토출부에 설치된 압력센서(70)로부터 검출되는 토출부 압력(
    Figure 112014026855083-pat00393
    )에 따라 펌프 회전수(
    Figure 112014026855083-pat00394
    )를 제어하는 PID 제어기(2211);
    각 인버터의 슬레이브부(222)에서 추정된 토출유량(
    Figure 112014026855083-pat00395
    ), 펌프 회전수(
    Figure 112014026855083-pat00396
    ), 설정압력(
    Figure 112014026855083-pat00397
    ), 그리고 토출부 압력(
    Figure 112014026855083-pat00398
    )에 기초하여 부스터 펌프 시스템의 최적 효율 운전점을 도출하는 최적운전 제어기(2212);로 구성된 것을 특징으로 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 최적운전 제어기(2212)는,
    상기 설정압력(
    Figure 112014026855083-pat00399
    )과 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터에 기초하여 최대 유량(
    Figure 112014026855083-pat00400
    )과 최대 효율 유량(
    Figure 112014026855083-pat00401
    )을 추정하는 추정부(2213);
    각각의 인버터에서 추정된 토출유량(
    Figure 112014026855083-pat00402
    )를 합하여 전체유량(
    Figure 112014026855083-pat00403
    )을 연산하는 전체유량 연산부(2214); 및
    상기 최대 효율 유량(
    Figure 112014026855083-pat00404
    ), 최대 유량(
    Figure 112014026855083-pat00405
    ), 전체유량(
    Figure 112014026855083-pat00406
    ), 펌프 회전수(
    Figure 112014026855083-pat00407
    ), 설정압력(
    Figure 112014026855083-pat00408
    ), 그리고 토출부 압력(
    Figure 112014026855083-pat00409
    )을 이용하여 각 인버터의 지령회전수(
    Figure 112014026855083-pat00410
    )를 제어하는 최적 효율 운전 제어부(2215);로 구성된 것을 특징으로 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템.
  5. 마스터 모드 또는 슬레이브 모드로 작동하는 제어부(22)를 포함하는 인버터(20)를 각각 구비하는 다수개의 부스터 펌프가 병렬구조로 연결된 개별인버터 부스터 펌프 시스템을 제어하는 제어방법으로,
    상기 부스터 펌프 시스템을 구성하는 다수개의 부스터 펌프 중 어느 한 부스터 펌프에 구비된 인버터를 마스터 모드로 하고, 나머지 부스터 펌프에 구비된 인버터를 슬레이브 모드로 구분하는 단계(S100);
    상기 마스터 모드로 작동하는 인버터가 나머지 슬레이브 모드로 작동하는 인버터들로부터 해당 부스터 펌프의 작동상태정보를 수신하고, 수신된 작동상태정보와, 압력센서(70)에 의해 획득되는 토출부 압력과, 사용자의 설정압력과, 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터에 기초하여 각 부스터 펌프의 지령회전수를 결정하고, 각 부스터 펌프에 구비된 인버터로 지령회전수를 송신하여 각각의 부스터 펌프를 제어하는 단계(S200);로 구성된 것을 특징으로 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 S200 단계는,
    각각의 인버터가 펌프 지령회전수(
    Figure 112014026855083-pat00411
    )에 따라 결정되는 인버터의 출력전압(
    Figure 112014026855083-pat00412
    )과, 파워모듈(2111)의 직류전압을 검출하는 전압센서(2115)에서 검출되는 직류전압(
    Figure 112014026855083-pat00413
    )을 이용하여 출력전력(
    Figure 112014026855083-pat00414
    )을 산출하는 단계(S210);
    각각의 인버터가 펌프 지령회전수(
    Figure 112014026855083-pat00415
    )와 출력전력(
    Figure 112014026855083-pat00416
    ) 및 부스터 펌프의 토출부에 설치된 압력센서(70)로부터 검출되는 토출부 압력(
    Figure 112014026855083-pat00417
    )을 이용하여 각 부스터 펌프의 토출유량(
    Figure 112014026855083-pat00418
    )을 추정하는 단계(S220);
    마스터 모드로 작동하는 인버터가 부스터 펌프 시스템의 설정압력(
    Figure 112014026855083-pat00419
    )과 토출부 압력(
    Figure 112014026855083-pat00420
    )에 따라 펌프 회전수(
    Figure 112014026855083-pat00421
    )를 산출하는 단계(S230);
    상기 마스터 모드로 작동하는 인버터가 설정압력(
    Figure 112014026855083-pat00422
    )과 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터에 기초하여 최대 유량(
    Figure 112014026855083-pat00423
    )과 최대 효율 유량(
    Figure 112014026855083-pat00424
    )을 추정하는 단계(S240);
    상기 S220 단계에서 각각의 인버터에 의해 추정된 토출유량(
    Figure 112014026855083-pat00425
    )를 마스터 모드로 작동하는 인버터에서 수신하여 전체유량(
    Figure 112014026855083-pat00426
    )을 산출하는 단계(S250); 및
    상기 최대 효율 유량(
    Figure 112014026855083-pat00427
    ), 최대 유량(
    Figure 112014026855083-pat00428
    ), 전체유량(
    Figure 112014026855083-pat00429
    ), 펌프 회전수(
    Figure 112014026855083-pat00430
    ), 설정압력(
    Figure 112014026855083-pat00431
    ), 그리고 토출부 압력(
    Figure 112014026855083-pat00432
    )를 이용하여 마스터 모드로 작동하는 인버터에서 각 펌프의 지령회전수(
    Figure 112014026855083-pat00433
    )를 산출하고 각 인버터로 송신하여 제어하는 단계(S260);로 구성된 것을 특징으로 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 S240 단계는,
    부스터 펌프 시스템에 설정되는 현재의 설정압력(
    Figure 112014026855083-pat00434
    )과 기존의 설정압력(
    Figure 112014026855083-pat00435
    )을 비교하는 단계(S241);
    상기 S241 단계에서 두 설정압력이 같으면, S240 단계를 종료하고 S250 단계로 이동하는 단계(S241-1);
    상기 S241 단계에서 두 설정압력이 다르면, 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터로부터 최대 유량(
    Figure 112014026855083-pat00436
    )을 추정하는 단계(S242); 및
    상기 S242 단계 후, 성능곡선 데이터로부터 최대 효율 유량(
    Figure 112014026855083-pat00437
    )을 추정하는 단계(S243);로 구성된 것을 특징으로 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 S260 단계는,
    부스터 펌프 시스템의 토출부 압력(
    Figure 112014026855083-pat00438
    )이 현재의 설정압력(
    Figure 112014026855083-pat00439
    )을 추종하고, 펌프 회전수(
    Figure 112014026855083-pat00440
    )의 변화가 없을 때는 부스터 펌프 시스템의 상태를 정상상태로 판단하고, 나머지 상태는 비정상상태로 판단하는 단계(S261);
    상기 S261 단계에서 비정상상태로 판단되면, S260 단계를 종료하고, S200 단계를 처음부터 다시 실행하는 단계(S261-1);
    상기 S261 단계에서 정상상태로 판단되면, 펌프 회전수(
    Figure 112014026855083-pat00441
    )와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
    Figure 112014026855083-pat00442
    )의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
    Figure 112014026855083-pat00443
    ) 내에 있는지를 판단하는 단계(S262);
    상기 S262 단계에서 펌프 회전수(
    Figure 112014026855083-pat00444
    )와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
    Figure 112014026855083-pat00445
    )의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
    Figure 112014026855083-pat00446
    )내에 있는 것으로 판단되면, S260 단계를 종료하고, S200 단계를 처음부터 다시 실행하는 단계(S262-1);
    상기 S262 단계에서 펌프 회전수(
    Figure 112014026855083-pat00447
    )와 이전 제어주기에서 결정된 가변 운전주파수(
    Figure 112014026855083-pat00448
    )의 차이가 미리 설정된 회전수 허용범위(
    Figure 112014026855083-pat00449
    )를 벗어난 것으로 판단되면, 전체유량(
    Figure 112014026855083-pat00450
    )과 최대 유량(
    Figure 112014026855083-pat00451
    ) 및 하기 [수학시 1]을 이용하여 운전대수(N)을 결정하는 단계(S263);
    상기 S263 단계에서 결정된 운전대수(N)가 한 대인지를 판단하는 단계(S264);
    상기 S264 단계에서 운전대수(N)이 한 대이면, S260 단계를 종료하고, S200 단계를 처음부터 다시 실행하는 단계(S264-1);
    상기 S264 단계에서 결정된 운전대수(N)가 2대 이상이면, 운전대수(N)와 전체유량(
    Figure 112014026855083-pat00452
    ) 및 하기 [수학식 2]를 이용하여 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00453
    )과 가변유량(
    Figure 112014026855083-pat00454
    )을 결정하는 단계(S265);
    상기 S265 단계에서 결정된 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00455
    )과 가변유량(
    Figure 112014026855083-pat00456
    ) 및 부스터 펌프 시스템의 성능곡선 데이터를 이용하여 상기 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00457
    )과 가변유량(
    Figure 112014026855083-pat00458
    )에 대응하는 고정 운전주파수(
    Figure 112014026855083-pat00459
    )와 가변 운전주파수(
    Figure 112014026855083-pat00460
    )를 결정하는 단계(S266);
    상기 S263 단계에서 결정된 운전대수(N) 중, 하나를 제외한 나머지 부스터 펌프가 상기 S266 단계에서 결정된 고정 운전주파수(
    Figure 112014026855083-pat00461
    )로 작동하도록 해당 부스터 펌프의 인버터로 제어신호를 송신하고, 나머지 하나의 부스터 펌프가 S230 단계에서 산출된 펌프 회전수(
    Figure 112014026855083-pat00462
    )로 작동하도록 해당 부스터 펌프의 인버터로 제어신호를 송신하는 단계(S267);로 구성된 것을 특징으로 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법.
    Figure 112014026855083-pat00463
    ---------- [수학식 1]
    Figure 112014026855083-pat00464
    ---------- [수학식 2]
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 S265 단계는,
    상기 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00465
    )에 최대 효율 유량(
    Figure 112014026855083-pat00466
    )을 대입하여 초기 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00467
    )을 결정하고, 하기 [수학식 3]을 이용하여 초기 가변유량(
    Figure 112014026855083-pat00468
    )을 산출하는 단계(S2651);
    상기 S2651 단계에서 산출된 초기 가변유량(
    Figure 112014026855083-pat00469
    )과 초기 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00470
    =
    Figure 112014026855083-pat00471
    )에 대해 부스터 펌프의 성능곡선 데이터인 η-Q 모델을 이용하여 각각의 추정 전력을 구한 다음 하기 [수학식 4]을 이용하여 전체 전력(
    Figure 112014026855083-pat00472
    )을 산출하는 단계(S2652);
    상기 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00473
    )을 감소시켜 변경된 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00474
    )을 설정하고, 하기 [수학식 5]에 변경된 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00475
    ) 및 전체유량(
    Figure 112014026855083-pat00476
    )을 대입하여 변경된 가변유량(
    Figure 112014026855083-pat00477
    )을 산출하는 단계(S2653);
    상기 변경된 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00478
    )과 가변유량(
    Figure 112014026855083-pat00479
    ) 및 하기 [수학식 4]를 이용하여 변경된 전체 전력(
    Figure 112014026855083-pat00480
    )을 산출하는 단계(S2654);
    상기 S2652 단계에서 산출된 전체 전력(
    Figure 112014026855083-pat00481
    )과 상기 S2654 단계에서 산출된 변경된 전체 전력(
    Figure 112014026855083-pat00482
    )의 차이가 미리 설정된 허용범위(
    Figure 112014026855083-pat00483
    ) 내에 있는지를 판단하고, 두 전체 전력의 차이가 허용범위(
    Figure 112014026855083-pat00484
    ) 이내에 있으면, 상기 S2651 단계에서 결정된 초기 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00485
    )과 가변유량(
    Figure 112014026855083-pat00486
    )을 최적 효율 운전 유량으로 결정하고 S265 단계를 종료하는 단계(S2655);
    상기 S2655 단계에서 두 전체 전력의 차이가 허용범위(
    Figure 112014026855083-pat00487
    )를 벗어난 경우, 전체 전력(
    Figure 112014026855083-pat00488
    )과 변경된 전체 전력(
    Figure 112014026855083-pat00489
    )의 차의 극성이 음이면 상기 S2653 단계부로부터 이후 단계를 반복하는 단계(S2656); 및
    상기 S2656 단계에서 전체 전력(
    Figure 112014026855083-pat00490
    )과 변경된 전체 전력(
    Figure 112014026855083-pat00491
    )의 차의 극성이 양이면, 이전 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00492
    )을 증가시켜 변경된 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00493
    )을 다시 설정하고, 변경된 고정유량(
    Figure 112014026855083-pat00494
    )에 따라 변경된 가변유량(
    Figure 112014026855083-pat00495
    )을 다시 산출한 뒤, 상기 S2654 단계로부터 이후 단계를 반복하는 단계(S2657);로 구성된 것을 특징으로 하는 개별인버터 부스터 펌프 시스템의 유량 추정을 이용한 최적효율운전제어방법.
    Figure 112014026855083-pat00496
    ---------- [수학식 3]
    Figure 112014026855083-pat00497
    ---------- [수학식 4]
    Figure 112014026855083-pat00498
    ---------- [수학식 5]
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