KR101409513B1

KR101409513B1 - 이중 동기화를 갖춘 전력 시스템

Info

Publication number: KR101409513B1
Application number: KR1020107008275A
Authority: KR
Inventors: 옌스-페터 레인켄스
Original assignee: 캐터필라 모토렌 게엠베하 운트 코. 카게
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2014-06-19
Also published as: KR20100083791A; EP2201673B1; CN101828331B; EP2346159A1; US20100207457A1; EP2201673A1; ATE513357T1; CN101828331A; US8432065B2; DE202008013891U1; WO2009051585A1

Abstract

전력 설비에서 사용되기 위한 전력 시스템이 개시된다. 상기 전력 시스템은 제1 발전기에 구동식으로 결합된 제1 엔진을 구비한 제1 발전기 세트 및 제2 발전기와 구동식으로 결합된 제2 엔진을 구비한 제2 발전기 세트를 가질 수 있다. 상기 전력 시스템은 공통 버스와, 상기 제1 발전기 세트 및 제2 발전기 세트와 통신하는 제어기를 더 가질 수 있다. 상기 제어기는 상기 제1 발전기로부터의 전력을 상기 공통 버스로 향하게 하고 상기 제2 발전기로부터의 전력 출력을 상기 제1 발전기로부터의 전력 출력과 동기화하는 구조로 될 수 있다. 상기 발전기는 또한 상기 제1 엔진 및 제2 엔진이 실질적으로 기계적으로 동기화될 때까지 상기 공통 버스로 향하는 상기 제2 발전기로부터의 전력을 지연시키는 구조로 될 수 있다.

Description

이중 동기화를 갖춘 전력 시스템 {POWER SYSTEM HAVING DUAL SYNCHRONIZATION}

본 발명은 일반적으로 전력 시스템에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 이중 동기화를 가진 전력 시스템에 관한 것이다.

다수의 전력 시스템은 전기를 전력 부하로 공급하기 위한 다수의 발전기 세트를 가진다. 종종, 상기 발전기 세트는 공통 버스(bus)를 통하여 전력을 병렬로 공급하도록 연결된다. 한 발전기 세트가 공통 버스에 연결된 후에, 상기 버스에 연결된 어떤 추가 발전기 세트도 제1 발전기 세트에 의해 발전된 전력의 전압, 주파수 및 위상각과 매칭(matching)하는 전력을 발전해야 한다. 상기 매칭은 또한 전기적으로 발전기 세트를 동기화하는 것으로 알려져 있다. 더 바람직한 동기화로 인해 발전기 및 부하에 더 부드러운 변이와 더 작은 충격이 발생한다.

다수의 발전기가 공통 발전소 또는 대형 해양선 내에 있는 경우처럼 서로 근처에 위치할 때, 다양한 발전기 세트로부터의 진동은 그 장착부를 통하여 전달되어 감쇠 또는 증폭될 수 있다. 발전소 내부 또는 해양선 내의 진동은 발전기 세트의 엔진이 홀수개의 실린더를 가질 때 과도할 수 있다. 즉, 홀수개의 실린더를 가진 엔진은 기계적으로 불균형하다. 예를 들어, 9개의 실린더 엔진에서, 5개의 피스톤이 아래로 움직이는 동안, 4개의 피스톤은 위로 움직일 수 있다. 불균형한 질량 및 그 이동의 결과로써, 본 예시에서 아래 방향으로의 더 큰 합력이 있을 것이다. 상기 엔진의 무게 및 속도, 피스톤의 크기 및 장착 타입(견고한 타입 또는 유연한 타입)에 따라, 상기 힘은 구조적 손해가 발생하고 그리고/또는 진동이 엔진 소유자/작업자에게 방해가 될 만큼 충분한 진폭을 가지고 엔진 장착부 및 주위의 지지부로 진동을 전달하기에 충분히 클 수 있다. 또한 이것은 서로 근처에 위치한 다수의 엔진이 서로 동기화되어 동작할 때(즉, 2개의 근접하여 동작하는 9개 실린더 엔진의 경우처럼 8개의 피스톤이 위로 움직이고 10개의 피스톤이 아래로 움직일 때) 문제가 된다.

다수의 발전기 세트를 동기화하는 문제를 다룬 일 시스템이 2003년 4월 22일자로 Kern 등에게 허여된 미국 특허 제6,552,454호(이하, '454 특허)에서 설명된다. 상기 '454 특허는 공통 엔클로져(enclosure) 내에 위치한 제1 발전기 세트 및 제2 발전기 세트를 가진 발전기 구조를 개시한다. 각각의 발전기 세트는 엔진 및 전력을 발전하기 위하여 엔진에 의해 구동되는 교류 발전기를 포함한다. 제1 발전기 세트는 제1 세기와 제1 주파수의 전력을 발전하고, 제2 발전기 세트는 제2 세기 및 제2 주파수의 전력을 발전한다. 또한, 상기 발전기 구조는 제1 발전기 세트 및 제2 발전기 세트에 의해 발전되는 전력의 세기 및 위상을 감시하는 제어기를 포함하고, 그래서 제1 발전기 및 제2 발전기에 의해 발전된 전력이 서로 정렬되고, 연관된 sine 파형 사이에 위상차가 존재하지 않으며, 상기 sine 파형이 동일한 주파수가 되도록, 전자 조속기를 통하여 엔진의 속력을 조정한다. 또한, 상기 시스템 제어기는 출력 전압이 일반적으로 동일하도록 발전기 세트의 출력 전압을 조절한다. 주파수 및 출력 전압이 동기화되면, 상기 시스템 제어기는 제1 발전기 세트 및 제2 발전기 세트로부터의 전력을 부하로 연결하기 위하여 스위치를 닫는다.

상기 '454 특허의 발전기 구조로 인해 위상, 주파수 및 전압 매칭이 가능하지만, 이는 불균형한 엔진에 의해 야기되는 진동을 거의 설명하지 못한다. 또한, 발전기 세트가 공통 엔클로져에서 인접하여 결합되기 때문에, 엔진이 전기적으로 동기화되는 때에 따라, 2개의 결합된 엔진이 서로 동일 위상일 때 2개의 발전기가 전기적으로 동기화되는 것이 가능할 수 있다. 또한, 엔진이 충분히 동일 위상이며 불균형할 때, 진동은 공통 엔클로져를 손상시킬 만큼 충분히 심각할 수 있다.

본 발명의 상기 전력 시스템은 하나 이상의 상기 문제점을 다룬다.

일 태양에서, 본 발명은 전력 시스템에 관한 것이다. 상기 전력 시스템은 제1 발전기에 구동식으로 결합된 제1 엔진을 구비한 제1 발전기 세트 및 제2 발전기에 구동식으로 결합된 제2 엔진을 구비한 제2 발전기 세트를 포함할 수 있다. 상기 전력 시스템은 공통 버스 및 상기 제1 발전기 세트 및 제2 발전기 세트와 통신하는 제어기를 더 포함할 수 있다. 상기 제어기는 상기 제1 발전기로부터의 전력을 상기 공통 버스로 향하게 하고, 상기 제2 발전기로부터의 전력 출력을 상기 제1 발전기로부터의 전력 출력과 동기화하는 구조로 될 수 있다. 상기 제어기는 또한 상기 제1 엔진 및 제2 엔진이 실질적으로 기계적으로 동기화될 때까지 공통 버스로 향하는 상기 제2 발전기로부터의 전력을 지연(postpone)하는 구조로 될 수 있다.

또 다른 태양에서, 본 발명은 전력을 공급하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 전력을 발전하는 제1 전원을 작동하는 단계와 상기 제1 전원으로부터의 전력을 공통 버스로 향하게 하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 전력을 발전하는 제2 전원을 작동하는 단계와 상기 제2 전원으로부터의 전력 출력을 상기 제1 전원으로부터의 전력 출력과 동기화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 제1 전원 및 제2 전원이 실질적으로 기계적으로 동기화될 때까지 상기 제2 전원으로부터의 전력을 상기 공통 버스로 향하게 하는 단계를 지연시키는 것을 더 포함할 수 있다.

상기 개시된 전력 시스템의 작동 중에, 전기적 동기화 및 기계적 동기화(즉, 이중 동기화)는 공통 전력 공급을 발전하고 동시에 상기 전원에 관계된 진동을 감쇠시키기 위해 수행될 수 있다.

부하(14)는 기계적 동기화가 성공적이지 않을 때 오직 약간의 전력 공급 지연을 겪을 수 있을 뿐이다.

도 1은 예시적으로 개시된 일 전력 설비의 개략도이다.
도 2는 도 1의 전력 설비와 함께 사용될 수 있는 예시적으로 개시된 전력 시스템의 단면도이다.
도 3은 도 2의 전력 시스템과 관련되어 예시적으로 개시된 작동을 도시하는 플로우차트(flow chart)이다.

도 1은 전기를 전력 부하(14)에 공급하기 위한 구조로 된 전력 시스템(12)을 가진 전력 설비(10)를 도시한다. 도 1에 해양선으로 도시되었지만, 전력 설비(10)는 이에 대체하여 예를 들어 고정 지상 전력 발전소로 실시될 수 있다. 전력 설비(10)는 전력 설비(10)의 선체에 연결된 지지 프레임과 같은 고정 플랫폼(16)을 포함할 수 있고, 전력 시스템(12)이 상기 고정 플랫폼에 고정될 수 있다. 전력 시스템(12)이 고정 플랫폼(16)에 견고하게 또는 유연하게 고정될 수 있다고 생각할 수 있다.

도 1의 실시예에서, 전력 부하(14)는 하나 이상의 작업을 수행하기 위하여 중단되지 않는 전기를 필요로 하는 임의의 장치를 포함할 수 있으며, 상기 장치는 도시된 해양선과 결합된 전기 조명 및 전기 구동 모터를 포함하지만, 이에 국한되지는 않는다. 몇몇 실시예에서, 전력 부하(14)는 3상 교류 전류와 같은 특별한 형태의 전력이 필요할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전력 시스템(12)은 전기를 발전하도록 작동 가능한 2 이상의 인접 위치한 전원(18) 및 전원(18)으로부터의 전기를 전력 부하(14)로 전기를 전송하기 위한 공통 버스(19)와 같은 전력 전송 네트워크를 포함할 수 있다(도 1 참조). 일 실시예에서, 각각의 전원(18)은 발전기(22)에 구동식으로 결합된 엔진(20)을 포함하여 발전기 세트를 형성할 수 있다. 일렬 종대로 도시되어 있지만, 상기 발전기 세트는 이에 대체하여 공통 전력실 내에서 나란히 또는 임의의 배열로 위치될 수 있다.

각각의 엔진(20)은 연소 연료에 의해 기계적 동력을 생산하도록 작동될 수 있는 어떤 종류의 열기관(heat engine)도 될 수 있고, 상기 엔진은 디젤 엔진, 중유 엔진, 가솔린 엔진 및 기체 연료 동력 엔진을 포함하지만 이에 국한되지 않는다. 도시된 실시예에서, 각각의 엔진(20)은 불균형할 수 있다. 즉, 각각의 엔진(20)은 홀수개의 실린더(24)를 가질 수 있고, 이로써 자유 질량(free mass) 또는 자유 질량 모멘트가 발생한다. 일 구체적인 실시예에서, 엔진(20)은 9개의 실린더(24)를 포함할 수 있다. 9개 실린더의 예시에 관하여, 4개의 피스톤(26)은 공통의 크랭크 샤프트(28)에 연결되어 위로 이동하고, 또한 크랭크 샤프트(28)에 연결된 5개의 피스톤(26)은 아래로 이동할 수 있다. 상기 불균형 질량과 그 이동의 결과로써, 상기 예시에서 아래 방향으로의 더 큰 합력이 발생할 것이다. 상기 더 큰 힘은 자유 질량으로 알려져 있다. 설명되지 않아도, 상기 자유 질량은 고정 플랫폼(16)에 상당한 진동을 유발할 수 있다. 또한 다수의 엔진(20)이 근접하여 위치하고 서로 동일 위상으로 작동할 때(즉, 각각의 엔진(20)의 크랭크 샤프트(28)가 거의 동일한 각도의 방향을 이루고, 거의 동일한 속력으로 회전), 증폭된 진동의 크기는 과도할 것이다.

센서(30)가 각각의 크랭크 샤프트(28)의 순간 위치를 감지하기 위해 각각의 엔진(20)에 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 센서(30)는 예를 들어 크랭크 샤프트(28)가 특정 각을 통과할 때마다 펄스 신호를 발생하기 위한 구조로 된 임펄스 전달 장치로 실시될 수 있다. 예를 들어, 한 엔진(20)의 크랭크 샤프트(28)가 다수의 피스톤(26)을 회전시켜 상사점(TDC) 위치를 지날 때, 결합된 임펄스 전달 장치는 제1 전자 펄스를 발생할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 엔진(20)의 크랭크 샤프트(28)가 다수의 피스톤(26)을 회전시켜 하사점(BDC) 위치를 지날 때, 결합된 임펄스 전달 장치는 제2 전자 펄스를 발생할 수 있다. 상기 예시에서, 제1 전자 펄스와 제2 전자 펄스가 거의 동시에 발생할 때, 상기 엔진들은 약 180° 위상 반전인 것이며, 그 결과의 진동은 실질적으로 서로 감쇠되거나 심지어 완벽히 상쇄될 수 있다. 대조적으로, 상기 제1 펄스 및 제2 펄스 사이의 더 긴 시간은 실질적으로 서로 동일 위상인 엔진(20)과 부합할 수 있고, 그 결과의 진동은 더해질 수 있다. 또는 센서(30)는 예를 들어 엔진(20)에 의해 직접 구동되는 회전자 및/또는 발전기(22)의 와인딩(winding)에 결합하는 것과 같이 발전기(22)에 결합될 수 있다.

각각의 발전기(22)는 엔진(20)으로부터 동력을 받고 적어도 상기 기계적 동력의 일부분을 전기로 변환하기 위해 기계적으로 결합된 임의의 종류의 전력 발생 장치가 될 수 있다. 예를 들어, 각각의 발전기(22)는 AC 유도 발전기, 영구 자석 발전기, AC 동기 발전기 또는 스위치드 릴럭턴스 발전기(switched-reluctance generator)로 실시될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 발전기(22)는 7개의 극의 쌍(도시되지 않음)을 포함할 수 있고, 각각의 쌍은 60Hz 주파수를 가진 교류를 발전하기 위하여 고정자(도시되지 않음)의 주연에 배열된 3상을 가진다.

전력 시스템(12)은 전력 시스템(12)의 작동을 조절하기 위하여 동기화 및 부하 공유 제어기(32)를 더 포함할 수 있다. 제어기(32)는 다수의 전원(18)의 전기 출력을 동기화시키고 상기 출력을 부하(14)로 향하는 전력의 공통 공급으로 결합하기 위하여 협력하는 일반적으로 알려진 부품을 포함할 수 있다(도 1 참조). 예를 들어, 제어기(32)는 발전기들(22) 중 하나 또는 모두로부터의 전기 출력을 공통 버스(19)로 선택적으로 연결하고 그리고/또는 공통 버스(19)로부터 전력 부하(14)로 선택적으로 연결하기 위하여, 각각의 발전기(22)와 공통 버스(19) 사이 그리고/또는 공통 버스(19)와 전력 부하(14) 사이에서 연결된, 다른 것들 중에서도, 하나 이상의 차단기(breaker;도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 게다가, 제어기(32)는 발전기 세트 작동의 하나 이상의 태양을 감시 및/또는 제어하기 위하여 각각의 엔진(20), 각각의 발전기(22) 및 센서(30)와 통신할 수 있다. 제어기(32)는 전류, 주파수, 위상 및/또는 전압과 같은 각각의 전원(18)에 의해 발전된 전기 특성에 관한 입력값을 수신하기 위하여 하나 이상의 감지 장치(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 또한 제어기(32)는 전력 부하(14)에서 필요한 전력의 양에 관계된 정보를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제어기(32)는 공통 버스(19)의 하나 이상의 일부분을 따라 존재하는 전압 및/또는 전류, 그리고 전력 부하(14) 중 하나 이상의 부품의 전압 및/또는 전류와 같은 정보를 수신할 수 있다.

발전기(22) 중 제1 발전기와 결합한 제1 차단기를 닫는 것에 의해 상기 발전기(22)의 출력단을 공통 버스(19)에 전기적으로 연결할 수 있다. 추가 발전기(22)를 공통 버스(19)에 전기적으로 연결하기 위하여, 상기 추가 발전기(22)의 출력은 상기 연결된 제1 발전기(22)의 전압, 주파수 및 위상각과 실질적으로 매칭하는 전압, 주파수 및 위상각을 가지는 것이 요구될 수 있다. 더 바람직한 매칭으로 인해 전력 부하(14)에서 더 부드러운 전이 및 더 작은 충격이 발생할 수 있다. 제어기(32)는 발전된 전력의 전기적 출력 특성을 변경하고 상기 제1 발전기(22)의 전기적 출력 특성과 매칭하기 위하여, 상기 추가 전원(18; 즉, 엔진(20) 및/또는 발전기(22))의 작동을 조절할 수 있다. 모든 동기화 조건(즉, 주파수, 위상각 및 전압)이 만족되면, 제어기(32)는 상기 제2 발전기(22)와 결합한 차단기에 차단기 닫음 명령을 할 것이고, 짧은 작동 지연 뒤에, 상기 차단기는 닫힐 것이다.

다수의 발전기(22)의 전력 출력을 동기화하는 것에 더하여, 제어기(32)는 또한 상기 발전기(22)를 구동하는 상기 엔진(20)의 기계적 동기화를 제어할 수 있다. 구체적으로, 전기적 동기화 이후 그리고 제어기(32)가 추가 발전기(22)를 접속하도록 차단기 닫음 명령을 하기 전에, 제어기(32)는 먼저 상기 결합된 제1 엔진 및 추가 엔진(20)이 서로 동일 위상으로 작동하는지 여부(즉, 한 엔진(20)의 대다수의 피스톤(26)이 상기 제2 엔진(20)의 대다수의 피스톤(26)과 거의 동시에 상사점으로 이동하는지 여부)를 확인하도록 센서(30)를 통해 체크한다. 상기 결합된 엔진(20)이 각각 충분히 위상 반전하여 작동하면, 제어기(32)는 나아가 차단기 닫음 명령을 할 수 있다. 그러나 상기 결합된 엔진(20)이 불충분하게 위상 반전하여 작동하면, 제어기(32)는 상기 추가 발전기(22)를 접속하는 것을 지연시키고 현재의 동기화 시도를 중단할 것이다. 제어기(32)는 또 다른 동기화 시도를 시작하고 동일한 동기화 주기를 다수번 반복할 수 있다. 일 실시예에서, 제어기(32)는 예비 전략을 시작하기 전에 이중 동기화(전기적 및 기계적)를 10번까지 시도할 수 있다. 상기 예비 전략 동안에는, 제어기(32)는 기계적 동기화에 관계없이 차단기 닫음 명령을 할 수 있다. 이 방법에서, 부하(14)는 기계적 동기화가 성공적이지 않을 때 오직 약간의 전력 공급 지연을 겪을 수 있을 뿐이다.

도 3은 전력 시스템(12)의 예시적인 작동을 도시하는 플로우차트이다. 도 3은 상기 개시된 시스템 및 그 작동을 더 도시하기 위하여 이하의 부분에서 설명될 것이다.

상기 개시된 전력 시스템은 예를 들어 비균형 이동 질량을 가진 다수의 전원이 인접하여 위치할 때와 같이 전기적 균형 및 기계적 균형이 필요한 어느 곳에서도 응용예를 가질 수 있다. 상기 개시된 전력 시스템의 작동 중에, 전기적 동기화 및 기계적 동기화(즉, 이중 동기화)는 공통 전력 공급을 발전하고 동시에 상기 전원에 관계된 진동을 감쇠시키기 위해 수행될 수 있다. 전력 시스템(12)의 작동이 이하에서 설명될 것이다.

전력 시스템(12)의 작동을 시작하기 위해, 각각의 전원(18)이 시작되고, 한 전원(18)으로부터의 전력이 공통 버스(19)로 향할 수 있다(단계(100)). 각각의 전원(18)을 시작하기 위하여, 상기 결합된 엔진(20)은 상기 연결된 발전기(22)를 구동하도록 속도를 낼 수 있다. 몇몇 상황에서, 엔진(20)이 속도를 내는 것은 연소를 시작하기 위해 크랭킹(cranking)하는 것을 포함할 수 있다. 다른 상황에서, 엔진(20)은 이미 작동하지만 단지 대기 수준일 뿐일 수 있다. 일단 제1 엔진(20)의 출력이 속도를 내고 상기 연결된 발전기(22)가 부하(14)에서 필요한 수준의 전력을 발전하면, 제어기(32)는 상기 발전기(22)의 출력단을 공통 버스(19)에 전기적으로 연결하도록 차단기 닫음 명령을 할 수 있다. 추가 발전기(22)가 또한 부하(14)에서 필요한 수준의 전력을 발전하고 있더라도, 상기 추가 발전기(22)는 상기 추가 발전기(22)로부터의 전력 출력이 상기 연결된 제1 발전기(22)의 전력 출력과 실질적으로 매칭할 때까지 공통 버스(19)로부터 절연된 상태로 있을 수 있다.

제어기(32)는 공통 버스(19)로 추가 연결이 이루어지기 전에, 추가 발전기(22)로부터의 전력 출력을 상기 연결된 제1 발전기(22)의 전력 출력과 매칭할 수 있다(단계(110)). 제어기(32)는 주파수, 위상각 및 전압을 변화시켜서 실질적으로 매칭하도록 추가 엔진(20) 및/또는 발전기(22)의 작동 특성을 조절할 수 있다. 일단 제어기(32)가 임의의 추가 발전기(22)의 전력 출력이 상기 연결된 제1 발전기(22)의 전력 출력과 실질적으로 매칭한다고 결정(단계(120))하면, 제어기(32)는 엔진들(20) 사이의 기계적 동기화를 체크할 수 있다. 즉, 제어기(32)는 센서(30)를 통하여 상기 연결된 제1 발전기(22)와 결합된 엔진(20)의 기계적 위상각을 나머지 엔진들(20)의 기계적 위상각과 비교할 수 있다(단계(130)). 제어기(32)가 나머지 엔진들(20)의 기계적 위상각이 상기 연결된 제1 발전기를 구동하는 엔진(20)의 허용가능한 범위 내에서 동기화되었다고 결정(단계(140))하면, 제어기(32)는 나머지 발전기들(22)을 공통 버스(19)에 연결하도록 추가 차단기 닫음 명령(단계(150))을 할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 허용가능한 범위는 170°부터 190°까지이다.

제어기(32)가 나머지 엔진들의 기계적 위상각이 허용가능한 범위 내에 동기화되지 않는다고 결정하면, 제어기(32)는 현재 동기화 시도를 중단하고 지금까지 이루어진 공정의 시도 횟수를 결정할 수 있다(단계(160)). 시도 횟수가 예를 들어 10번인 허용가능한 횟수보다 작으면, 상기 공정은 단계(110)로 제어를 되돌아가게 함으로써 재시작할 수 있다. 그러나, 상기 허용가능한 시도 횟수만큼 시도되면, 제어기(32)는 그 대신에 기계적 동기화와 관계없이 추가 발전기(22)로부터의 전기 출력을 공통 버스(19)에 연결할 수 있다(단계(150)). 상기 방법으로, 기계적 동기화가 불가능하거나 또는 성공적이지 않을 때, 과도한 시도 횟수와 관련된 전력 공급 지연이 최소화될 수 있다.

본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 상기 개시된 전력 시스템 및 방법에서 다양한 변경 및 변화가 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다. 상기 개시된 전력 시스템 및 방법의 설명 및 실시예를 고려하면 상기 개시된 전력 시스템의 다른 실시예가 당업자에게 자명할 것이다. 예를 들어, 전력 시스템(12)이 오직 2개의 발전기 세트에 관하여 주로 설명되었지만, 제어기(32)는 또한 2개 이상의 발전기 세트의 전기적 동기화 및 기계적 동기화를 제어할 수 있음을 생각할 수 있다. 그러나, 2개 이상의 발전기 세트가 기계적으로 동기화되어야 하면, 위상반전 각도는 상기와 다르고(즉, 180°와 다른) 기계적 동기화가 필요한 엔진의 개수의 함수일 것이라는 것을 알 수 있다. 또한, 주로 불균형한 엔진(즉, 자유 질량을 발생시키는 홀수개의 실린더를 가진 엔진)에 대한 것이지만, 본 발명의 이중 동기화는 짝수개의 실린더를 가지나 여전히 과도한 진동을 하는 엔진에 쉽게 적용될 수 있다. 일 구체적인 실시예에서, 엔진(20)은 9개의 실린더(24)를 가질 수 있다. 상기 설명 및 실시예는 예시로서만 여겨져야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 이하의 청구항 및 그 균등 범위에 의해 나타나도록 된 것이다.

Claims

전력 시스템(12)이며,
제1 발전기(22)에 구동식으로 결합된 제1 엔진(20)을 가진 제1 발전기 세트,
제2 발전기(22)에 구동식으로 결합된 제2 엔진(20)을 가진 제2 발전기 세트,
공통 버스(19) 및
상기 제1 발전기 세트 및 제2 발전기 세트와 통신하는 제어기(32)를 포함하고, 상기 제어기(32)는,
상기 제2 발전기(22)로부터의 전력 출력을 상기 제1 발전기(22)로부터의 전력 출력과 동기화하고,
상기 제1 발전기(22)로부터의 전력을 상기 공통 버스(19)로 향하게 하고,
상기 제1 엔진(20) 및 제2 엔진(20)이 실질적으로 기계적으로 동기화되어, 상기 제1 엔진(20) 및 제2 엔진(20)의 회전각이 서로 170°부터 190°까지의 위상반전인 때에만 상기 제2 발전기(22)로부터의 전력을 상기 공통 버스(19)로 향하게 하고,
상기 제1 엔진(20) 및 제2 엔진(20)이 실질적으로 기계적으로 동기화될 때까지 상기 제2 발전기(22)로부터의 전력이 상기 공통 버스(19)로 향하는 것을 지연시키고,
기계적 동기화를 다수번 시도하고,
상기 다수번 시도가 이루어졌을 때 기계적 동기화와 관계없이 전력 출력 동기화 이후에 상기 제2 발전기(22)로부터의 전력을 상기 공통 버스(19)로 향하게 하도록 구성된 전력 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 발전기(22) 및 제2 발전기(22)로부터의 전력 출력의 위상각, 주파수 및 전압 중 하나 이상이 실질적으로 매칭될 때, 상기 제2 발전기(22)로부터의 전력 출력이 상기 제1 발전기(22)로부터의 전력 출력과 동기화되는 전력 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 엔진(20)의 회전각을 나타내는 제1 신호를 발생하도록 위치한 제1 센서(30) 및
상기 제2 엔진(20)의 회전각을 나타내는 제2 신호를 발생하도록 위치한 제2 센서(30)를 더 포함하고,
상기 제어기(32)는 상기 제2 발전기(22)의 전력 출력을 상기 제1 발전기(22)의 전력 출력과 동기화한 후, 상기 제1 신호 및 제2 신호를 비교하도록 구성된 전력 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어기(32)는 상기 제1 엔진(20) 및 제2 엔진(20)의 회전각이 서로 180°의 위상반전인 때에만 상기 제2 발전기(22)로부터의 전력을 상기 공통 버스(19)로 향하게 하도록 구성된 전력 시스템.
제1항에 있어서, 상기 다수번의 시도는 10번인 전력 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 엔진(20) 및 제2 엔진(20) 중 하나 이상은 불균형한 회전 질량을 가진 전력 시스템.
제6항에 있어서, 상기 불균형한 회전 질량은 홀수개의 실린더(24)를 가진 상기 제1 엔진(20) 및 제2 엔진(20) 중 하나 이상에 의해 야기되는 전력 시스템.
제7항에 있어서, 상기 제1 엔진(20) 및 제2 엔진(20)은 실질적으로 동일하고 각각 9개의 실린더를 포함하는 전력 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제1 엔진(20) 및 제2 엔진(20)은 공통 고정 플랫폼(16)에 장착되는 전력 시스템.
전력을 제공하는 전력 제공 방법이며,
전력을 발전하도록 제1 발전기(22)에 구동식으로 결합된 제1 엔진(20)을 구비하는 제1 전원(18)을 작동하는 단계,
전력을 발전하도록 제2 발전기(22)에 구동식으로 결합된 제2 엔진(20)을 구비하는 제2 전원(18)을 작동하는 단계,
상기 제2 전원(18)으로부터의 전력 출력을 상기 제1 전원(18)으로부터의 전력 출력과 동기화시키는 단계,
상기 제1 전원(18)으로부터의 전력을 공통 버스(19)로 향하게 하는 단계,
상기 제1 전원(18) 및 제2 전원(18)이 실질적으로 기계적으로 동기화되어, 상기 제1 엔진(20) 및 제2 엔진(20)의 회전각이 서로 170°부터 190°까지의 위상반전인 때에만 상기 제2 전원(18)으로부터의 전력을 상기 공통 버스(19)로 향하게 하는 단계,
상기 제1 전원(18) 및 제2 전원(18)이 실질적으로 기계적으로 동기화될 때까지 상기 제2 전원(18)으로부터의 전력이 상기 공통 버스(19)로 향하는 것을 지연시키는 단계,
기계적 동기화를 다수번 시도하는 단계, 및
상기 다수번 시도가 이루어졌을 때 기계적 동기화와 관계없이 전력 출력 동기화 이후에 상기 제2 전원(18)으로부터의 전력을 상기 공통 버스(19)로 향하게 하는 단계를 포함하는 전력 제공 방법.
제10항에 있어서, 상기 제2 전원(18)으로부터의 전력 출력은, 상기 제1 전원(18) 및 제2 전원(18)으로부터의 전력 출력의 위상각, 주파수 및 전압이 실질적으로 매칭될 때, 상기 제1 전원(18)으로부터의 전력 출력과 동기화되는 전력 제공 방법.
제10항에 있어서, 상기 제1 전원(18)의 제1 회전각을 감지하는 단계,
상기 제2 전원(18)의 제2 회전각을 감지하는 단계 및
상기 제2 전원(18)의 전력 출력을 상기 제1 전원(18)의 전력 출력과 동기화한 후에 상기 제1 회전각과 제2 회전각을 비교하는 단계를 더 포함하는 전력 제공 방법.
제10항에 있어서, 상기 다수번의 시도는 10번인 전력 제공 방법.
전력 설비이며,
공통 고정 플랫폼(16), 및
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 전력 시스템을 포함하고,
제1 발전기 세트는 상기 공통 고정 플랫폼(16)에 장착되고, 제1 발전기(22)에 구동식으로 결합된 제1 질량 불균형 엔진(20)을 가지며,
제2 발전기 세트는 상기 제1 발전기 세트에 근접하여 상기 공통 고정 플랫폼(16)에 장착되고, 제2 발전기(22)와 구동식으로 결합된 제2 질량 불균형 엔진(20)을 가지며,
공통 버스(19)는 상기 제1 발전기 세트 및 제2 발전기 세트로부터의 전력을 전력 부하로 전송하도록 구성되고,
제어기(32)는 상기 제1 질량 불균형 엔진(20) 및 제2 질량 불균형 엔진(20)이 실질적으로 기계적으로 동기화되고 상기 제1 발전기 세트로부터 상기 공통 고정 플랫폼(16)으로의 진동 입력이 상기 제2 발전기 세트로부터의 진동 입력에 의해 적어도 부분적으로 감쇠될 때까지 상기 제2 발전기(22)로부터의 전력이 상기 공통 버스(19)로 향하는 것을 지연시키도록 구성된 전력 설비.
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