KR101455033B1 - Method for contrlling of the small hydropower generation apparatus for adjusting to flow - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 일실시예들은 소수력발전장치의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하수처리장 등과 같이 유량변동이 심한 곳에서 유량변동에 대응하여 발전효율을 일정하게 유지할 수 있는 유량변동 대응기능을 가진 소수력발전장치의 제어방법에 관한 것이다.
One embodiment of the present invention relates to a control method of a small hydropower generation apparatus, and more particularly, to a control method of a small hydropower generation apparatus having a flow rate fluctuation countermeasure function capable of constantly maintaining power generation efficiency in response to a flow rate fluctuation, And a control method of the small hydroelectric power generation apparatus.
소수력발전(small hydro power)은 설비 용량이 15,000 ㎾ 미만의 소규모 수력 발전을 의미하나 국내에서는 보통 10,000㎾ 미만(2003.1, 산업자원부 제192호)을 소수력발전으로 부르고 있다. 소수력발전은 일반적인 대규모 수력 발전과 원리면에서는 차이가 없으나 대규모 수력발전이 환경에 부정적 영향을 미치는 점을 생각한다면 국지적인 지역 조건과 조화를 이루는 규모가 작고 기술적으로 단순한 수력 발전이라고 할 수 있다.Small hydro power means small-scale hydroelectric power generation with a capacity of less than 15,000 kW, but in Korea, it is usually called "small hydro power generation" with less than 10,000 kW (2003.1, Ministry of Commerce, Industry and Energy No. 192). Small hydro power is not different in principle from general large scale hydro power generation, but if it is considered that large scale hydro power has adverse effect on the environment, it is small and technically simple hydropower which harmonizes with local local conditions.
소수력발전은 공해가 없는 청정 에너지로서 국내에도 15MW 정도의 부존량이 확인되어 있으며, 다른 재생가능한 에너지원에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에 개발 가치가 큰 부존 자원으로 평가되어 구미 선진국을 중심으로 기술 개발과 개발 지원 사업이 경쟁적으로 활발하게 진행되고 있다.Small hydro power generation is clean energy without pollution and has a capacity of 15MW in Korea. Because it has high energy density compared to other renewable energy sources, it is evaluated as an outstanding resource with high development value. And development support projects are actively being actively promoted.
또한, 소수력발전은 다른 에너지원에 비해 CO2 배출량이 적고, 친환경적인 대표적 저탄소 녹색기술로 평가 받고 있으며, 국내 신재생에너지 중 단위 용량당 에너지생산량이 가장 높은 에너지원으로 적용 요소 기술의 역사가 길고, 원자재의 해외의존도가 낮은 검증된 실용에너지다.In addition, small hydro power generation is evaluated as a representative low carbon green technology with less CO2 emission compared to other energy sources, and it is the energy source with the highest energy production per unit capacity of new renewable energy in Korea. Is a verified utility energy with low dependence on foreign countries.
한편, 최근에는 소수력발전을 하수처리시설에 적용함으로써 하수처리되는 물을 재활용하는 방안이 널리 연구 및 개발되고 있다. 최근에는 하수처리시설의 저수조에서 하천으로 낙하하는 위치에너지를 전기에너지로 전환하는 소수력발전장치가 적용되고 있다.On the other hand, recently, a method of recycling the sewage-treated water by applying the small hydroelectric power to the sewage treatment facility has been widely researched and developed. In recent years, a small-hydro-electric power generation apparatus has been applied to convert the potential energy falling from a water tank of a sewage treatment facility into a river into electric energy.
하지만, 하수처리시설 등과 같이 일일 중에도 유량 변동이 심한 현장(site)에 소수력발전이 적용되는 경우에 그 유량 변동으로 인해 발전되는 전력량의 변동이 심하게 발생하는 단점이 있었다.However, in the case where small hydroelectric power generation is applied to a site where the flow rate fluctuates severely during the day, such as a sewage treatment facility, there is a disadvantage that the amount of electric power generated due to the fluctuation of the flow rate is seriously fluctuated.
한편, 새벽시간대 등과 같이 하수처리시설에서 배출되는 유량이 낮은 경우에는 유량 감소로 인해 수차의 구동이 정지하게 되고, 이로 인해 수차를 재기동시키기 위해서는 별도의 전력이 소비되어야 함에 따라 전체적인 발전효율이 저하될 수 있는 단점이 있었다. 특히, 심한 경우에는 발전되는 전력량에 비해 재기동을 위한 전력소비가 더 커질 경우에는 소수력발전이 완전히 실패할 수도 있는 치명적인 문제점이 있었다.
On the other hand, when the flow rate discharged from the wastewater treatment facility is low, such as the morning time zone, the driving of the aberration is stopped due to the decrease of the flow rate. Therefore, in order to restart the aberration, extra power is consumed, There were disadvantages. Particularly, in severe cases, there is a fatal problem in that, when the power consumption for restarting becomes larger as compared with the amount of power generated, the small power generation may completely fail.
본 발명의 일 목적은 일일 중에도 유량 변동이 심한 현장에서 실시간으로 유량변동에 대응할 수 있는 소수력발전장치의 제어방법을 제공하기 위한 것이다. It is an object of the present invention to provide a control method of a small hydro-electric power generation apparatus capable of coping with fluctuation of a flow rate in real time at a site where the flow rate fluctuates even during a day.
또한 유량의 감소하더라도 발전 효율을 일정 이상으로 유지할 수 있는 소수력발전장치의 제어방법을 제공하기 위한 것이다.
The present invention also provides a control method for a small-hydro-electric power generation apparatus capable of maintaining a power generation efficiency at a predetermined level or higher even when the flow rate is reduced.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 소수력발전장치의 제어방법은, 이송관의 일측에 형성된 저수조로부터 유체가 유입되면 상기 이송관의 타측에 형성된 수차가 구동되어 전력을 생산하는 소수력발전장치에 적용될 수 있으며, 상기 저수조의 수위를 감지하는 감지단계; 및 감지된 수위가 기 설정된 정수위를 만족하도록, 상기 이송관으로 유입되는 유체의 유입량을 제어하는 제어단계를 포함하고, 상기 제어단계는, 상기 저수조의 수위에 따라 상기 수차에 형성된 블레이드의 피치각을 조절하는 단계로 이루어질 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a control method for a small hydrostatic power generating apparatus, comprising: a water tank provided at one side of a transfer pipe, A sensing step of sensing a water level of the water tank; And a controlling step of controlling an inflow amount of the fluid flowing into the conveyance pipe so that the sensed level of water satisfies a predetermined integer level, wherein the controlling step includes the step of controlling the pitch angle of the blade formed on the aberration in accordance with the level of the water reservoir And the like.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제어단계에서 수위에 따른 블레이드 피치각의 조절은 PID 제어방식으로 수행될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the control step, the adjustment of the blade pitch angle according to the water level can be performed by the PID control method.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 저수조는, 일측이 유체가 유입되는 유입관에 연결되고, 타측이 월류부에 연결되는 제1 저수부; 및 상기 제1 저수부에 연통되며 일측이 상기 이송관에 연결되는 제2 저수부를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the water reservoir includes a first reservoir portion having one side connected to an inflow pipe through which fluid flows, and the other side connected to a ridge portion; And a second reservoir part communicating with the first reservoir part and having one side connected to the conveyance pipe.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 저수부의 수위가 기설정된 시간 이상으로 제3 수위 이상일 때, 상기 이송관에 형성된 입구 밸브를 개방하여 수차를 구동시키는 구동 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the water level of the second reservoir portion is equal to or more than the third water level by more than a predetermined time, the method may further include driving the aberration by opening an inlet valve formed in the transfer pipe .
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 저수부의 수위가 기설정된 시간 이상으로 제4 수위 이하일 때, 상기 입구 밸브를 폐쇄하여 수차의 구동을 정지시키는 구동 정지단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the water level of the second reservoir portion is equal to or higher than a predetermined level and is equal to or lower than a fourth water level, the apparatus may further include a drive stop step of stopping the drive of the aberration by closing the inlet valve.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제2 저수부의 수위가 발전을 위한 최소유량인 제5수위 이상이 되어 월류부로 유체가 월류되고 있을 때, 상기 이송관에 형성된 입구 밸브를 개방하여 수차를 구동시키는 구동 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the water level of the second reservoir portion is equal to or greater than a fifth water level for a minimum flow rate for power generation and the fluid is flowing to the overflow portion, the inlet valve formed in the conveyance pipe is opened, And a driving step of driving the driving unit.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 블레이드의 피치각이 변경될 때, 상기 블레이드에 연결된 축이 상하이동하도록 형성되고, 상기 축의 일측에 형성된 레이저 센서가 상기 축의 움직임을 감지하여 상기 피치각의 정밀한 제어를 수행할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when a pitch angle of the blade is changed, an axis connected to the blade moves up and down, and a laser sensor formed on one side of the axis senses the movement of the axis, Control can be performed.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르는 소수력발전장치의 제어방법은, 이송관의 일측에 형성된 저수조로부터 유체가 유입되면 상기 이송관의 타측에 형성된 수차가 구동되어 전력을 생산하는 소수력발전장치에 적용될 수 있으며, 상기 저수조의 수위를 감지하는 감지단계; 및 감지된 수위가 기 설정된 범위 내에 있도록, 상기 이송관으로 유입되는 유체의 유입량을 제어하는 제어단계를 포함하고, 상기 제어단계는, 상기 저수조의 수위에 따라 상기 수차에 형성된 블레이드의 기설정된 피치각을 조절하는 단계로 이루어질 수 있다.Meanwhile, the control method of the small hydrostatic power generator according to another embodiment of the present invention is applied to a small-hydro-electric power generating apparatus which generates electric power by driving an aberration formed on the other side of the conveyance pipe when fluid flows from a reservoir formed on one side of the conveyance pipe A sensing step of sensing a water level of the water storage tank; And a control step of controlling an inflow amount of the fluid flowing into the conveyance pipe so that the sensed level is within a predetermined range, and the control step includes a control step of controlling the flow rate of the fluid flowing into the conveyance pipe based on a predetermined pitch angle And the like.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 기 설정된 수위는 제1 수위 내지 제2 수위이며, 상기 제1 수위 또는 제2 수위는 시간대에 따라 가변될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the predetermined water level is a first water level to a second water level, and the first water level or the second water level may vary according to a time zone.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제어단계는, 상기 감지된 수위가 해당 시간대의 제1 수위 이하일 때, 점진적으로 상기 피치각을 감소시키는 단계일 수 있다.According to an example of the present invention, the controlling step may be a step of gradually decreasing the pitch angle when the sensed water level is lower than a first water level of the corresponding time zone.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제어단계는, 상기 감지된 수위가 해당 시간대의 제2 수위에 이상일 때, 점진적으로 상기 피치각을 증가시키는 단계일 수 있다.According to an example of the present invention, the controlling step may be a step of gradually increasing the pitch angle when the sensed water level is equal to or higher than a second water level of the corresponding time zone.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 제어단계에서, 기 설정된 시간동안 감지된 수위의 변화가 없는 경우 상기 피치각의 조절이 정지될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in the control step, the adjustment of the pitch angle may be stopped when there is no change in the sensed water level for a predetermined time.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 블레이드는 상기 피치각의 가변에 따라 상기 유체가 흐르도록 형성되는 유로를 따라 상하운동하도록 형성되고, 상기 블레이드 주변에서 상기 유로는 높이에 따라 그 단면적이 변하도록 형성될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the blade is formed so as to move up and down along a flow path formed to flow the fluid according to the variation of the pitch angle, and the cross-sectional area of the flow path around the blade changes .
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 피치각이 최소각인 상태에서 상기 수위가 기 설정 시간 이상으로 제1 수위 이하로 유지될 때, 단면적이 좁은 상기 유로의 하부를 향하여 상기 블레이드를 이동시키는 제1 이동 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, when the pitch angle is maintained at a minimum angle and the water level is maintained below the first water level for a preset time or longer, And a moving step.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 피치각이 최대각인 상태에서 상기 수위가 기 설정 시간 이상으로 제2 수위 이상으로 유지될 때, 단면적이 넓은 상기 유로의 상부를 향하여 상기 블레이드를 이동시키는 제2 이동 단계를 더 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, when the water level is maintained at the second water level or higher in a state where the pitch angle is at a maximum angle, the water level of the second And a moving step.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 소수력발전장치의 제어방법은, 하수처리시설 등과 같이 일일 중에도 유량 변동이 심한 현장에서 유량변동에 대응하여 수차측으로 공급되는 유량을 조절함으로써 전체적인 발전효율을 일정하게 유지할 수 있다.The control method of the small hydropower generation apparatus according to at least one embodiment of the present invention configured as described above is to control the flow rate supplied to the aberration side in response to the fluctuation of the flow rate at the site where the flow rate fluctuates considerably during the day, The power generation efficiency can be kept constant.
또한, 배출되는 유량의 감소하더라도 유량 변동에 대응하여 피치각을 조절함으로써, 발전 효율을 항상 일정 수치 이상으로 유지할 수 있다.
In addition, even if the flow rate to be discharged is reduced, the pitch angle is adjusted in response to the flow rate fluctuation, so that the power generation efficiency can be always maintained at a predetermined value or more.
도 1은 유량 변화에 따른 수차의 발전 효율을 도시한 도면이다.
도 2는 시간대별 저수조로 유입되는 하수의 변화를 도시한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소수력발전장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 도 1의 화살표 A부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5은 본 발명에 의한 소수력발전장치의 유압구동부를 도시한 구성도이다.
도 6는 본 발명에 의한 소수력발전장치의 제어유닛을 도시한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예와 관련하여 블레이드 주변에 형성되는 유로의 일 예를 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 실시예와 관련하여, 저수조의 일 예를 도시한 개념도이다.
도 9는 도 8의 평면도이다.FIG. 1 is a diagram showing the power generation efficiency of aberration according to a change in flow rate.
FIG. 2 is a graph showing the change of sewage flowing into the water tank by time zone.
3 is a configuration diagram illustrating a small hydroelectric power generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is an enlarged view of a portion indicated by an arrow A in Fig.
5 is a block diagram showing a hydraulic drive unit of a small hydrostatic power generator according to the present invention.
6 is a configuration diagram showing a control unit of the small hydro power generation apparatus according to the present invention.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an example of a flow path formed around a blade according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example of a water tank in connection with the embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 9 is a plan view of Fig. 8. Fig.
이하, 본 발명에 관련된 소수력발전장치의 제어방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
Hereinafter, a control method of the small-hydro-electric power generating apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The suffix "module" and " part "for the components used in the following description are given or mixed in consideration of ease of specification, and do not have their own meaning or role. In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
도 1은 유량 변화에 따른 수차의 발전 효율을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing the power generation efficiency of aberration according to a change in flow rate.
도 1에 도시된 바와 같이, 소수력발전장치에서 수차는 일정 유량 이상에서 발전 효율이 더 이상 증가하지 않는다. 발전 효율은 크게 유량과 낙차의 곱으로 표현될 수 있다. 따라서 시간대별로 유량이 변하는 소수력발전장치에서 일정 유량과 일정 낙차를 유지한다면 최적의 발전 효율을 유지할 수 있다.As shown in Fig. 1, in a small hydrostatic power generator, the aberration does not further increase the power generation efficiency beyond a certain flow rate. Power generation efficiency can be expressed as a product of flow rate and dropout. Therefore, it is possible to maintain optimum power generation efficiency by maintaining constant flow rate and a constant flow rate in a small hydro-electric power generation apparatus in which the flow rate changes by time zone.
도 2는 시간대별 저수조로 유입되는 유체(하수)의 변화를 도시한 그래프이다. 이하에서 유체의 일 예로 하수를 예로 들어 설명하기로 한다.Fig. 2 is a graph showing the change of the fluid (sewage) flowing into the water tank by time slot. Hereinafter, one example of the fluid will be described by taking sewage as an example.
도 2에 도시된 바와 같이, 하수는 일정 시간대(예를 들면 0시부터 9시)에서 유량이 급격히 변화한다. 이 경우, 이송관을 통해 배출되는 하수의 조절없이 저수조로 유입되는 하수의 유량이 급격히 감소하게 되면 저수조의 수위가 감소한다. 수위가 감소하게 되면 낙차가 줄어 발전 효율이 저하를 초래한다. 따라서, 저수조로 유입되는 유량이 적은 특정 시간대에서도 저수조의 수위를 일정 수준으로 유지하는 방안이 고려될 수 있다. 다만, 이 경우에도 저수조의 수위가 발전을 하기 위한 최소 수위에 미달하는 경우에는 이송관을 폐쇄시켜 발전을 정지시킬 수 있다.As shown in Fig. 2, the flow rate of the sewage changes abruptly in a certain time period (for example, from 0 to 9 o'clock). In this case, when the flow rate of the sewage flowing into the water storage tank rapidly decreases without controlling the sewage discharged through the transfer pipe, the water level of the water storage tank is decreased. When the water level is reduced, the drop in power is reduced and the power generation efficiency is lowered. Accordingly, it is possible to consider maintaining the water level of the water storage tank at a certain level even at a specific time when the flow rate to the water storage tank is small. However, even in this case, if the water level of the water tank is below the minimum water level for power generation, it is possible to stop the power generation by closing the water pipe.
도 1과 도 2에서 살펴본 바와 같이, 시간대별로 유량이 변하는 소수력발전장치에서 최적의 발전 효율을 발휘하기 위해서는, 일정 유량과 일정 낙차를 유지할 수 있는 소수력발전장치가 요구된다. 이를 위해, 유량이 감소하는 특정시간대에서도 저수조의 수위를 일정 수준으로 유지할 수 있는 본 발명의 실시예에 따르는 소수력발전장치를 이하 검토하기로 한다.As shown in FIGS. 1 and 2, in order to exhibit optimum power generation efficiency in a small hydro-electric power generation apparatus in which the flow rate varies with time, a small-hydro-electric power generation apparatus capable of maintaining a constant flow rate and a constant drop is required. Hereinafter, a small-hydroelectric generating apparatus according to an embodiment of the present invention capable of maintaining the water level of the water storage tank at a constant level even in a specific time period during which the flow rate is reduced will be described.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소수력발전장치를 도시한 구성도이고, 도 4는 도 3의 화살표 A부분을 확대하여 도시한 도면이다. 그리고, 도 5은 본 발명에 의한 소수력발전장치의 유압구동부를 도시한 구성도이며, 도 6은 본 발명에 의한 소수력발전장치의 제어유닛을 도시한 구성도이다.FIG. 3 is a configuration diagram showing a small hydroelectric power generating apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an enlarged view of a portion indicated by an arrow A in FIG. 5 is a configuration diagram showing a hydraulic drive unit of the small hydropower generation apparatus according to the present invention, and FIG. 6 is a configuration diagram showing a control unit of the small hydropower generation apparatus according to the present invention.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명을 따르는 소수력발전장치(100)는 이송관(130), 수차(120) 및 제어부(170, 도 6 참조)를 포함한다.3 to 6, a small
본 발명을 따르는 소수력발전장치(100)는 다른 부가적인 구성 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 일 예로 소수력발전장치(100)는 하수처리장의 방류구에 연결되어 설치된 저수조(110), 허브(121)의 외주면에 피치각이 가변가능한 복수의 블레이드(122)를 가진 수차(120), 저수조(110)에서 수차(120)까지 연결된 이송관(130), 수차(120)의 상류단 측에 설치되어 이송관(130)의 유로를 개폐하는 입구밸브(140), 입구밸브(140)를 개폐함과 더불어 블레이드(122)의 피치각을 조절하도록 구성되는 유압구동부(150), 수차(120)에 연결된 발전기(160)를 포함할 수 있다.The small hydro-
이하 각 구성을 보다 상세히 살펴보기로 한다.Hereinafter, each configuration will be described in more detail.
저수조(110)는 하수처리장의 방류구(111)에 연결되고, 일정량의 하수를 저장하도록 콘크리트 박스로 구성될 수 있다. 저수조에는 수위 센서(115)가 배치될 수 있다. 일 예로, 수위 센서(115)는 전기 전도식 수위 센서 또는 정전 용량식 수위 센서가 사용될 수 있다. 이러한 센서는 적어도 일부가 수면에 잠기도록 배치될 수 있다.The
수위 센서(115)는 실시간으로 저수조의 수위를 감지하여 수위와 관련된 정보를 제어부에 전달한다.The
수차(120)는 저수조(110) 보다 낮은 위치에 설치되고, 이 수차(120)는 허브(121) 및 이 허브(121)의 외주면에 설치된 복수의 블레이드(122)를 포함한다. 블레이드(122)는 허브(121)에 회전가능하게 설치되어 그 피치각(a)이 가변가능하게 설치된다. The
피치각의 가변에 따라 이송관을 통해 유입되는 하수의 유량을 변경시킬 수 있다. 피치각에 따라 하수가 통과하는 유로의 단면적이 가변되기 때문이다. 예를 들면, 피치각이 보다 큰 경우에는 유로의 단면적이 감소하게 되고, 피치각이 보다 작은 경우에는 유로의 단면적이 증가하게 된다. 이로 인해, 피치각을 조절함으로써, 유로를 통과하는 하수의 유량을 조절할 수 있고, 하수의 유량을 조절하게 되면 저수조의 수위를 조절할 수 있게 된다.It is possible to change the flow rate of the sewage flowing through the feed pipe depending on the variation of the pitch angle. This is because the cross-sectional area of the passage through which sewage flows varies depending on the pitch angle. For example, when the pitch angle is larger, the cross-sectional area of the flow path is decreased. When the pitch angle is smaller, the cross-sectional area of the flow path is increased. Thus, by controlling the pitch angle, the flow rate of the sewage passing through the flow path can be adjusted, and the water level of the reservoir can be adjusted by controlling the flow rate of the sewage.
이러한 블레이드(122)의 피치각(a)은 수평선을 기준으로 0°(최소 피치각) ~ 30°(최대 피치각)등과 같이 다양한 각도범위 내에서 가변가능하게 설치된다. 블레이드(122)의 피치각(a)이 커질수록 사용유량이 증가하여 수차(120)의 회전속도가 증가한다.The pitch angle a of such a
블레이드(122)는 왕복이동가능하게 형성되는 축(123, 축은 가변피치 형태로 구현될 수도 있다.)에 결합될 수 있다. 축(123)이 블레이드(122)에 결합되면, 피치각의 크기에 따라 블레이드(122)를 상하 이동시킬 수 있다. 축(123)의 일측에 위치 감지 센서(125)가 배치되면 축(123)의 위치를 파악하여 피치각을 감지할 수 있다.The
위치 감지 센서(125)는 일 예로, 레이저 센서가 이용될 수 있다.As the
이송관(130)은 저수조(110)에서 수차(120)까지 연결되고, 하수처리장의 방류구(111)에서 방류된 하수는 저수조(110)에 일시 저장된 후에 이송관(130)을 거쳐 수차(120)측으로 이송된다. 이렇게 이송관(130)을 거쳐 이송되는 하수가 수차(120)의 블레이드(122)과 접촉함에 따라 수차(120)는 소정의 회전속도로 회전한다.The
입구밸브(140)는 버터플라이밸브 등으로 구성되어 수차(120)의 상류단 측에서 이송관(130)의 유로를 개폐하도록 설치된다.The
유압구동부(150)는 입구밸브(140)를 개폐함과 더불어 블레이드(122)의 피치각을 조절하도록 구성될 수 있다. 블레이드와 축(123)은 서로 연동되게 구성되어 블레이드의 피치각이 변함에 따라 축(123)이 상하운동할 수 있다. 즉, 블레이드의 피치각이 커질수록 축(123)은 상부를 향하여 이동하고, 블레이드의 피치각이 작아질수록 축(123)은 하부를 향하여 이동할 수 있다.The
일 예로, 유압구동부(150)는 도 6에 도시된 바와 같이 입구밸브(140)를 개폐시키는 입구밸브 개도 조절실린더(151)와, 블레이드(122)의 피치각을 조절하는 블레이드 피치각 조절실린더(152)와, 블레이드 피치각 조절실린더(152)에 접속되어 블레이드 피치각 조절실린더(152)의 작동을 제어하는 가변 피치(153)를 구비한 유압회로로 구성될 수 있다. 가변 피치(153)는 소정범위의 전압값 또는 전류값 등과 같인 전기적 신호값이 입력되는 정도에 따라 블레이드 피치각 조절실린더(152)의 작동을 정밀하게 제어하는 전자제어밸브 또는 비례제어밸브의 일종으로 구성된다.6, the
발전기(160)는 수차(120)에 연결되어 수차(120)의 구동에 의해 소정의 전기에너지를 발생시키도록 구성된다.The
발전기(160)의 출력단자는 전자 개폐기(미도시)를 통해 한전계통 측에 접속되고, 이러한 전자 개폐기(미도시)는 수차(120)의 회전속도가 정격속도에 도달하면 온작동하여 발전기를 한전계통에 접속시키도록 구성된다.The output terminal of the
제어부는 저수조에 형성된 수위 센서(115)를 통해 저수조의 수위를 실시간으로 감지하여, 수위가 기 설정된 범위 내에 있도록 블레이드의 피치각을 조절한다. 이로 인해, 제어부는 피치각의 가변에 따라 이송관을 통해 유입되는 하수의 유량이 변경될 때, 피치각을 조절함으로써, 저수조의 수위를 조절할 수 있다.The controller senses the water level of the water tank in real time through the
제어부는 하드웨어적으로 후술하는 제어유닛 형태로 이루어질 수 있다.The control unit may be configured in a form of a control unit described later in hardware.
제어유닛 형태로 이루어질 때, 소수력발전장치(100)의 일측에 제어유닛(170)이 설치될 수 있다. 제어유닛(170)은 유압구동부(150), 입구밸브(140), 블레이드(122)의 피치각 제어작동 등을 제어하도록 구성된다. 이러한 제어유닛(170)은 저수조(110)의 상면 또는 수차(120)에 인접한 곳에 설치될 수 있다. When the
제어유닛(170)은 도 5에 도시된 바와 같이 아날로그 멀티플렉서(171)와, 이 아날로그 멀티플렉서(171)에서 전송되는 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 A/D컨버터(172)와, A/D 컨버터(172)에 의해 변환된 디지털신호를 수신받은 후에 수신받은 디지털신호를 연산처리하여 블레이드(122)의 피치각에 대한 디지털 제어신호를 생성하는 CPU(173)와, CPU(173)에서 전송된 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환하는 D/A컨버터(174)를 포함한다.5, the
아날로그 멀티플렉서(171)에는 저수조(110)의 수위를 감지하는 수위 감지부(M1, 하드웨어적으로 수위 센서(115)), 블레이드(122)의 피치각(a)을 감지하는 피치각 감지부(M2, 하드웨어적으로 위치감지 센서), 수차(120)의 회전속도를 감지하는 회전속도 감지부(M3), 발전기의 내부온도를 감지하는 발전기 온도 감지부(M4)가 접속되어 있다. 이러한 접속구조에 의해 아날로그 멀티플렉서(171)는 수위 감지부(M1)에 의해 감지된 저수조(110)의 수위, 피치각 감지부(M2)에 의해 감지된 블레이드(122)의 피치각, 회전속도 감지부(M3)에 의해 감지된 수차(120)의 회전속도, 발전기 온도 감지부(M4)에 의해 감지된 발전기(160)의 내부온도(특히, 발전기의 코일 온도)를 A/D 컨버터에 순차적으로 전송한다.The
여기서, 수위 감지부(M1)에 의해 감지된 저수조(110)의 수위에 대한 정보는 수차(120)의 회전에 사용되는 사용유량값으로 산출되는 저수조(110)의 정수위 유지를 위한 비교 용도로 이용되고, 피치각 감지부(M2)에 의해 감지된 블레이드(122)의 피치각(a)에 대한 정보는 블레이드(122)의 현재 피치각(a)을 확인하는 용도로 이용되며, 회전속도 감지부(M3)에 의해 감지된 수차(120)의 회전속도는 발전기(160)의 정격속도와 비교하는 용도로 이용되고, 발전기 온도 감지부(M4)에 의해 감지된 발전기(160)의 내부온도는 발전기(160) 내의 과열 상태 등과 같은 이상 발생을 확인하는 용도로 이용될 수 있다.The information about the water level of the
이와 달리, 수위 감지부(M1)에 의해 감지된 저수조(110)의 수위에 대한 정보는 기준 수위값과 비교하기 위한 용도로 이용될 수도 있다.Alternatively, the information about the water level of the
A/D컨버터(172)는 아날로그 멀티플렉서(171)에 의해 순차적으로 선택된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고, 이렇게 변환된 디지털 신호는 CPU(172)로 전송된다.The A /
CPU(173)는 수신받은 아날로그 신호(저수조(110)의 수위, 블레이드(122)의 피치각, 수차(120)의 회전속도, 발전기(160)의 내부온도) 등을 취합하여 설정된 처리프로세서에 의해 연산처리함으로써 블레이드(122)의 피치각에 대한 디지털 제어신호를 생성하여 전송한다.The
D/A 컨버터(174)는 CPU(173)에서 전송된 디지털 제어신호를 아날로그 제어신호로 변환한 후에 유압구동부(150)의 가변 피치(153) 측으로 전송함으로써 가변 피치(153)는 그 개도를 조절하여 블레이드 피치각 조절실린더(152)의 작동을 제어한다.The D /
일 실시예에 따르면, 가변 피치(153) 측으로 전송되는 아날로그 제어신호는 일정범위의 전압값인 것을 특징으로 한다. 예컨대, 아날로그 제어신호가 (-10V)~(+10V)의 전압값로 설정된 경우, -10V의 전압값이 가변 피치(153)로 전송되면 가변 피치(153)는 블레이드(122)의 피치각이 0°(최소 피치각)가 되도록 블레이드 피치각 조절실린더(152)를 최대한 신속히 제어하고, 10V의 전압값이 가변 피치(153)로 전송되면 가변 피치(153)는 블레이드(122)의 피치각이 30°(최대 피치각)가 되도록 블레이드 피치각 조절실린더(152)를 최대한 신속히 제어할 수 있다.According to one embodiment, the analog control signal transmitted to the
한편, CPU(173)는 수위 감지부(M1)에 의해 감지된 저수조(110)의 수위 변화값을 분석하여 사용유량값을 산출하며, 이렇게 산출된 사용유량값을 이용하여 블레이드(122)의 피치각에 대한 제어신호를 설정할 수 있다. 목표 수위와의 차이를 비교하여 블레이드(122) 피치각에 대한 제어신호를 설정할 수 있다.The
또한, CPU(173)에는 시간대 별로 예측된 예측 유량값이 기 입력되어 있으며, 이에 CPU(173)는 예측 유량값과 저수조(110)의 수위 변화에 따라 산출된 사용유량값을 이용하여 블레이드(122)의 피치각에 대한 디지털 제어신호를 생성한후에 D/A 컨버터(174)로 전송하고, 이러한 디지털 제어신호는 D/A 컨버터(174)에 의해 아날로그 제어신호로 변환된 후에 가변 피치(153) 측으로 전송된다.The predicted flow rate value predicted for each time period is input to the
또한, CPU(173)에는 디지털입력부(176) 및 디지털출력부(177)가 접속되어 있고, CPU(173)와 디지털출력부(177) 사이에는 버퍼(177a)가 접속되어 있다.The
디지털입력부(176)에는 자동/수동 선택버튼(SW1), 운전/정지 선택버튼(SW2), 입구밸브(140)의 완전 개방 및 완전 폐쇄상태를 디지털방식으로 전송하는 입구밸브 개폐감지센서(M5), 블레이드(122)의 피치각(a)이 최저 피치각에 위치하거나 최대 피치각에 위치한 상태를 디지털방식으로 전송하는 블레이드 위치감지센서(M6), 블레이드(122)의 피치각(a)을 수동으로 조작할 때 사용하는 수동 조작버튼(SW3), 전자 개폐기의 온/오프 상태를 디지털방식으로 전송하는 전자 개폐기의 작동감지부(M7)가 접속되어 있다.The
디지털출력부(177)에는 입구밸브(140)의 완전 개방 및 완전 폐쇄에 대한 제어신호를 출력하는 제1출력부(OUT1), 전자 개폐기의 온/오프 작동에 대한 제어신호를 출력하는 제2출력부(OUT2), 운전제어 상태를 나타내는 제3출력부(OUT3)가 접속되어 있다.The
그리고, CPU(173)에는 RS485 통신인터페이스(178)가 접속되어 있고, CPU(178)는 RS485 통신인터페이스(178)를 통해 패널 PC(181) 및 이동단말기(182) 측으로 소수력발전장치(100)의 작동 상태를 전송할 수 있다. 또한, 발전기(160)에 의한 발전상황에 대한 데이터 예컨대, 전압, 전류, 발전전류, 소비전류, 역율, 주파수, 전력량 등을 디지털계기(183)를 이용하여 취득한 후에 이러한 데이터는 통신포트(178)를 거쳐 CPU(173) 측으로 전송한다.The
그외에 제어유닛(170)에는 메모리(179a), 배터리(179b)가 구비되어 있다.In addition, the
도 7은 본 발명의 실시예와 관련하여 블레이드 주변에 형성되는 유로의 일 예를 도시한 개념도이다. FIG. 7 is a conceptual diagram showing an example of a flow path formed around a blade according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 7에 도시된 바와 같이, 블레이드(123) 주변의 유로(129)는 상부(이하, 제1 구간이라 한다)가 넓고 하부(이하, 제3 구간이라 한다)가 좁으며 그 중간 부분(이하, 제2 구간이라 한다)은 양측이 평행하게 형성된다. 블레이드(123)의 피치각만으로 유로(129)의 크기를 조절하는 구간은 제2 구간이고, 제1 구간과 제3 구간은 블레이드(123)의 피치각이 각각 최대 또는 최소가 될때, 유로(129)와 함께 하수가 유량을 조절하는 부분이 된다.7, the
예를 들면, 블레이드(123)의 피치각이 최대각 이상인 경우 유량을 조절하기 위해서는 블레이드(123)가 제1 구간으로 더 이동하여 유로(129)와 함께 하수의 유량을 조절하게 된다. 그리고, 블레이드(123)의 피치각이 최소인 경우 블레이드(123)가 제3 구간으로 더 이동하여 유로(129)와 함께 하수의 유량을 조절하게 된다. 블레이드(123)의 이동은 블레이드(123)에 결합된 축(123)을 상하로 왕복운동시킴으로써 이루어질 수 있다.
For example, when the pitch angle of the
도 8은 본 발명의 실시예와 관련하여, 저수조의 일 예를 도시한 개념도이고, 도 9는 도 8의 평면도이다.FIG. 8 is a conceptual view showing an example of a water tank in connection with the embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a plan view of FIG.
도 8과 도 9를 참조하면, 저수조(110)는 제1 저수부(112)와 제2 저수부(113)를 포함한다. 제1 저수부(112)는 일측이 유체가 유입되는 유입관(111)에 연결되고, 타측이 월류부(135)에 연결될 수 있다. 그리고, 제2 저수부(113)는 일측이 제1 저수부(112)에 연통되며 타측이 이송관(130)에 연결될 수 있다. 이로 인해, 유입관(111)으로부터 유입된 유체가 제1 저수부(112)와 제2 저수부(113)를 거쳐 이송관(130)으로 배출될 수 있다.8 and 9, the
제1 저수부(112)가 월류부(135)에 연결되는 부분에 제1 단턱이 형성되고, 제1 저수부(112)가 제2 저수부(113)에 연결되는 부분에 제2 단턱이 형성된다. 제1 단턱의 높이(h1)는 제2 단턱의 높이(h2)보다 높게 형성된다. 따라서, 제1 저수부(112)의 수위가 제1 단턱의 높이에 이르지 못하는 경우 제2 저수부(113)로 유체가 이동하게 된다. 그리고, 이송관(130) 상단의 높이(h3)는 제2 단턱의 높이보다 낮게 형성된다.A first step is formed at a portion where the
이와 같은 저수조(110)의 구조로 인해, 유입관(111)을 통해 유체가 유입되면 제1 저수부(112)와 제2 저수부(113)에 유체가 채워지게 된다. 이 때, 저수조(110)의 수위가 제1 단턱의 높이보다 높게 되면, 월류부(135)를 통해 유체가 월류될 수 있다.Due to the structure of the
수위 센서(115)는 제2 저수부(113)에 형성될 수 있다.
The
이상 설명한 소수력발전장치(100)를 제어하는 제어방법의 예들은 도 8과 도 9를 참조하여 살펴보면, 다음과 같다. Examples of the control method for controlling the small hydro
소수력발전장치(100)의 제어는 크게 정수위 제어와 불감대를 설정하여 제어하는 밴드 제어로 구분될 수 있다.The control of the small
정수위 제어Absolute level control
정수위 제어는 수조에서 기준 수위를 설정하고, 블레이드의 피치각을 이용하여 기준 수위에서 발전이 이루어지도록 수위를 조절하는 방법이다.The water level control is a method of setting the reference water level in the water tank and controlling the water level so as to generate power at the reference water level using the pitch angle of the blade.
정수위 제어는 다음의 단계들로 이루어질 수 있다.The integer level control may comprise the following steps.
먼저 정수위를 설정하고 제1 단턱의 높이 이상인 제2 저수부(113)의 일정 수위를 제3 수위로 설정하고, 제2 단턱의 높이 이하인 제2 저수부(113)의 일정 수위를 제4 수위로 설정한다. 이 때, 제3 수위 이상인 경우 월류부(135)를 통해 원류되는 유체의 양이 증가하고, 제4 수위 이하에서는 이송관(130)을 통해 이송되는 유체의 양이 현저하게 감소한다. 그리고, 원류가 이루어지면서, 안정적인 발전이 이루어지는 최소 수위를 제5 수위로 설정한다. 제5 수위는 제3 수위와 같거나 보다 높을 수 있다.The predetermined water level of the second
그리고, 수위 센서(115)를 통해 저수조(110)의 수위를 감지한다.Then, the level of the
제2 저수부(113)의 수위가 제5 수위 이상일 때, 이송관(130)에 형성된 입구 밸브를 개방하여 수차를 구동시킨다. 수차가 구동되게 되면, 수위가 내려가기 시작하는데, 이 때 수위를 정수위와 비교하면서 블레이드의 피치각을 조절하면서 정수위 제어를 할 수 있다.When the water level of the
이 때, 유량 변동에 따를 블레이드 피치각의 제어는 목표 정수위를 실시간으로 유지하기 위한 PID(Proportional, Integral, Differential)방식으로 수행될 수 있다. 여기서, PID 방식은 비례 적분 미분 제어로 제한되지 않는다. 이하에서 "PID"는 비례 제어, 비례+ 적분 제어, 비례 + 미분 제어, 및 비례 적분 미분 제어를 구성하는 군으로부터 선택된 하나의 제어를 지칭한다. At this time, the control of the blade pitch angle according to the flow rate fluctuation can be performed by a PID (Proportional, Integral, Differential) method for maintaining the target integer value in real time. Here, the PID scheme is not limited to proportional integral derivative control. Hereinafter, "PID" refers to one control selected from the group consisting of proportional control, proportional + integral control, proportional + differential control, and proportional integral differential control.
PID 제어방식의 일 예로, 수위 센서와 블레이드 피치각을 조절하는 구동장치를 연계시켜 PID 제어가 수행될 수 있다. 이 경우 수학식 1과 같이, 단위 시간당 수위의 증감율을 변수로 하여 비례상수, 미분상수 또는 적분상수를 설정하면 설정된 수위를 유지하도록 블레이드 피치각을 제어할 수 있다.As one example of the PID control method, the PID control can be performed by linking the water level sensor and the drive device for adjusting the blade pitch angle. In this case, as shown in Equation (1), if the proportional constant, the differential constant, or the integral constant is set using the rate of change of the water level per unit time as a variable, the blade pitch angle can be controlled to maintain the set water level.
여기서, e:측정된 수위과 설정된 수위의 편차, MV1:PID 연산값, Kp:비례 게인(gain), TI:적분 시간, TD:미분 시간이다.Where e is the deviation between the measured water level and the set water level, MV 1 is the PID calculation value, Kp is the proportional gain, T I is the integration time, and T D is the differential time.
그리고, 제2 저수부(113)의 수위가 기설정된 시간 이상으로 제4 수위 이하일 때, 이송관(130)에 형성된 입구 밸브를 폐쇄하여 수차의 구동을 정지시킬 수 있다. 이 때, 제4 수위보다 낮은 임의의 수위를 제6 수위로 설정하고, 제2 저수부(113)의 수위가 제6 수위 이하에 도달하면, 이송관(130)에 형성된 입구 밸브를 폐쇄하여 수차의 구동을 정지시킬 수 있다. 여기서, 블레이드의 피치각의 조절은 블레이드에 연결된 축의 일측에 형성된 레이저 센서를 통해 피치각의 변동을 감지함으로써, 이루어질 수 있다. 이상 설명한 정수위는 시간이 지남에 따라 변경될 수 있다.
When the water level of the
밴드제어1
유량 변동에 대응하여 정수위를 유지하기 위해서는, 관련 장치들의 빈번한 동작이 요구된다. 이 경우에 장치들의 내구성이 감소될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 밴드제어가 사용될 수 있다. 밴드제어는 정수위의 상하로 불감대(Dead End)를 설정하고, 하한값과 상한값 사이의 수위를 유지하도록 수위를 제어하는 방법을 말한다.In order to maintain the water level in response to the flow fluctuations, frequent operation of the related devices is required. In this case, the durability of the devices can be reduced. To prevent this, band control can be used. The band control is a method of setting the dead end to the upper and lower limits of the water level and controlling the water level to maintain the water level between the lower limit value and the upper limit value.
밴드제어는 다음과 같은 제어동작을 포함할 수 있다.The band control may include the following control operations.
먼저 정수위를 설정하고 정수위보다 낮은 일정 수위를 제1 수위(하한값)로 설정하고, 정수위보다 높은 일정 수위를 제2 수위(상한값)로 설정한다. 제1 수위와 제2 수위를 설정하는 것은 블레이드의 피치각의 조절 동작과 관계된다. 제1 수위 및 제2 수위와 정수위 간의 간격이 좁은 경우 빈번하게 피치각을 조절하게 되어 효율이 저하될 수 있기 때문이다. 그리고, 제1 단턱의 높이 이상인 제2 저수부(113)의 일정 수위를 제3 수위로 설정하고, 제2 단턱의 높이 이하인 제2 저수부(113)의 일정 수위를 제4 수위로 설정한다. 이 때, 제3 수위 이상인 경우 월류부(135)를 통해 원류되는 유체의 양이 증가하고, 제4 수위 이하에서는 이송관(130)을 통해 이송되는 유체의 양이 현저하게 감소한다.First, an integer level is set, a certain water level lower than the water level is set as a first water level (lower limit value), and a certain water level higher than an integer level is set as a second water level (upper limit value). Setting the first water level and the second water level is related to the adjustment operation of the pitch angle of the blade. When the interval between the first water level and the second water level and the water level is narrow, the pitch angle is frequently controlled and the efficiency may be lowered. The predetermined water level of the second
그리고, 수위 센서(115)를 통해 저수조(110)의 수위를 감지한다.Then, the level of the
제2 저수부(113)의 수위가 기설정된 시간 이상으로 제3 수위 이상일 때, 이송관(130)에 형성된 입구 밸브를 개방하여 수차를 구동시킨다. 또한, 원류가 이루어지면서, 안정적인 발전이 이루어지는 최소 수위를 제5 수위로 설정하고, 제5 수위이상에서 수차를 구동시킬 수도 있다. 수차가 구동되게 되면, 수위가 내려가기 시작하는데, 이 때 수위를 정수위와 비교하면서 정수위 제어를 할 수 있다. 즉, 제2 저수부(113)의 수위가 정수위의 상하로 설정된 제2 수위와 제1 수위 사이에 있도록 블레이드의 피치각을 조절한다. 예를 들면, 수차가 구동되기 시작하면 수위가 점차 내려가다가 제1 수위 이하가 될 수 있다. 이 경우 블레이드 피치각을 감소시키면 수차를 경유하여 배출되는 유체의 유량이 감소하게 되므로 제2 저수부(113)의 수위가 증가할 수 있다. 이와 반대로 수위가 제2 수위 이상인 경우에는 블레이드 피치각을 증가시켜 수차를 경유하여 배출되는 유체의 유량을 증가시킨다. 이로 인해 제2 저수부(113)의 수위가 정수위가 되도록 제어가 가능하게 된다.When the water level of the
여기서, 블레이드의 피치각의 조절은 블레이드에 연결된 축의 일측에 형성된 레이저 센서를 통해 피치각의 변동을 감지함으로써, 이루어질 수 있다. Here, adjustment of the pitch angle of the blades can be performed by detecting a variation in the pitch angle through the laser sensor formed on one side of the shaft connected to the blade.
한편, 제2 저수부(113)의 수위가 기설정된 시간 이상으로 제4 수위 이하일 때, 이송관(130)에 형성된 입구 밸브를 폐쇄하여 수차의 구동을 정지시킬 수 있다.
On the other hand, when the water level of the
밴드제어2
이상 설명한 밴드제어는 다음의 단계를 통해서 이루어질 수도 있다. The above-described band control may be performed through the following steps.
먼저 수위 센서(115)를 통해 저수조(110)의 수위를 감지한다. 저수조(110)의 수위가 기설정된 최소 가동 수위 이상인 경우 입구밸브(140)를 개방한다.First, the water level of the
입구밸브(140)를 개방(S1)하면, 저수조(110)로부터 이송관(130)을 통해 유체가 수차(120)를 향해 이송되면서 수차(120)가 구동된다. 수차(120)를 구동시킨 이후에는 블레이드(122) 피치각을 서서히 증가시켜 수차(120)의 회전속도를 증가시키면서 발전을 하게 된다. 이 때, 블레이드(122) 피치각은 해당 시간대에서 최적의 발전 효율이 발휘되도록 미리 설정된 피치각일 수 있다. When the
발전이 이루어진 이후에는 저수조(110)의 수위를 조절하는 단계들이 수행될 수 있다.After the power generation, steps of adjusting the water level of the
먼저, 저수조(110)의 수위를 조절하기 위해 저수조(110)에 형성된 수위 센서(115)를 통해 수위를 감지한다. 그리고, 감지된 수위가 기설정된 유지 범위 내에 있는 지 비교한다. 여기서 기설정된 유지 범위는 해당 시간대에서 발전이 최적 효율을 발휘하는 수위의 기 설정된 범위를 말한다. 예를 들면 정오부터 오후 1시까지에서 기준 수위는 제1 수위 내지 제2 수위로 설정될 수 있다.First, the water level is sensed through the
수위가 감소되는 경우 저수조(110)의 수위를 조절하는 방법을 먼저 살펴본다. A method of adjusting the water level of the
감지된 수위가 제1 수위에 근접하게 되면 제어부(170)가 유압구동부(150)를 작동시켜 점진적으로 블레이드(122)의 피치각을 감소시킨다. 피치각의 감소에 의해 블레이드(122) 주변에 형성된 유로(129)를 통해 배출되는 유체의 양이 줄어드므로, 저수조(110)의 수위가 제1 수위 이상으로 유지될 수 있다. 이 때, 기 설정된 시간동안 감지된 수위의 변화가 없는 경우 피치각의 조절이 정지될 수 있다. 만약에 블레이드(122) 피치각이 최소각이 되었음에도 불구하고, 제1 설정 시간 이상으로 저수조(110)의 수위가 제1 수위 이하가 되는 경우에는 축(123)을 하부(제3 구간)로 이동시켜 유로(129)의 단면적을 보다 좁히게 된다. 이러한 제어동작에도 불구하고, 저수조(110)의 수위가 제1 수위 이하로 하강하는 시간이 제2 설정 시간 이상으로 지속되는 경우에는 발전을 중단하고 수차(120)를 정지시킨다. 이와 달리, 저수조(110)의 수위가 제1 수위 이상으로 복귀되는 경우에는 순차적으로 축(123)을 제2 구간으로 이동시키고, 블레이드(122) 피치각을 증가시킨다. When the sensed water level approaches the first water level, the
다음은, 수위가 증가되는 경우 저수조(110)의 수위를 조절하는 방법을 살펴본다. Next, a method of adjusting the water level of the
감지된 수위가 제2 수위에 근접하게 되면 제어부(170)가 유압구동부(150)를 작동시켜 점진적으로 블레이드(122)의 피치각을 증가시킨다. 피치각의 증가에 의해 블레이드(122) 주변에 형성된 유로(129)를 통해 배출되는 유체의 양이 늘어나므로, 저수조(110)의 수위가 제2 수위 이하로 유지될 수 있다. 이 때, 기 설정된 시간동안 감지된 수위의 변화가 없는 경우 피치각의 조절이 정지될 수 있다. 만약에 블레이드(122) 피치각이 최대각이 되었음에도 불구하고, 제3 설정 시간 이상으로 저수조(110)의 수위가 제2 수위 이상이 되는 경우에는 축(123)을 상부(제1 구간)로 이동시켜 유로(129)의 단면적을 보다 넓히게 된다. 저수조(110)의 수위가 제2 수위 이하로 복귀되는 경우에는 순차적으로 축(123)을 제2 구간으로 이동시키고, 블레이드(122) 피치각을 감소시킨다. 여기서, 블레이드의 피치각의 조절은 블레이드에 연결된 축의 일측에 형성된 레이저 센서를 통해 피치각의 변동을 감지함으로써, 이루어질 수 있다. When the sensed water level approaches the second water level, the
이와 같이, 본 발명의 소수력발전장치(100)의 밴드제어는 저수조(110)의 수위를 감지하는 감지단계와, 감지된 수위가 기 설정된 범위 내에 있도록, 이송관(130)으로 유입되는 유체의 유입량을 제어하는 제어단계를 포함함으로써, 시간대별로 저수조(110)의 수위 변화에 능동적으로 대처할 수 있으며, 소수력발전장치(100)가 항상 최적의 효율을 발휘할 수 있다.
As described above, the band control of the small
본 발명을 따르는 소수력발전장치(100)에서 상기한 제어방법들 중 어느 하나만이 수행될 수도 있고, 서로 다른 복수의 제어방법이 함께 수행될 수도 있다. 예를 들면, 정수위 제어를 통해 정수위까지 저수조의 수위가 빠르게 도달한 이후에는 정수위를 유지하기 위한 밴드제어가 이루어질 수 있다.
Only one of the above-described control methods may be performed in the small
상기와 같이 설명된 소수력발전장치의 제어방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
It is to be understood that the above-described embodiments of the control method of a small hydropower generation apparatus are not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments may be modified such that all or some of the embodiments are selectively And may be configured in combination.
Claims (8)
상기 저수조의 수위를 감지하는 감지단계; 및
감지된 수위가 기 설정된 정수위를 만족하도록, 상기 저수조의 수위에 따라 상기 수차에 형성된 블레이드의 피치각을 조절하여 상기 이송관으로 유입되는 유체의 유입량을 제어하는 제어단계를 포함하고,
상기 제어단계에서,
상기 블레이드의 피치각이 변경될 때, 상기 블레이드에 연결된 축이 상하이동하도록 형성되고, 상기 축의 일측에 형성된 레이저 센서가 상기 축의 움직임을 감지하여 상기 피치각의 정밀한 제어를 수행하고,
상기 저수조는,
일측이 유체가 유입되는 유입관에 연결되고, 타측이 월류부에 연결되는 제1 저수부; 및
상기 제1 저수부에 연통되며 일측이 상기 이송관에 연결되는 제2 저수부를 포함하고,
상기 제2 저수부의 수위가 발전을 위한 최소유량인 제5수위 이상이 되어 월류부로 유체가 월류되고 있을 때, 상기 이송관에 형성된 입구 밸브를 개방하여 수차를 구동시키는 구동 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소수력발전장치의 제어방법.A control method for a small hydrostatic power generator in which when a fluid flows from a reservoir formed at one side of a transfer pipe, an aberration formed at the other side of the transfer pipe is driven to produce electric power,
A sensing step of sensing a water level of the water storage tank; And
And controlling the inflow amount of the fluid flowing into the conveyance pipe by adjusting the pitch angle of the blade formed in the aberration according to the level of the water storage tank so that the sensed water level satisfies the predetermined integer level,
In the control step,
Wherein a shaft connected to the blade moves up and down when a pitch angle of the blade is changed, and a laser sensor formed on one side of the shaft senses movement of the axis to perform precise control of the pitch angle,
The water storage tank,
A first reservoir portion having one side connected to an inflow pipe through which the fluid flows and the other side connected to a sweeping portion; And
And a second reservoir portion communicating with the first reservoir portion and having one side connected to the transfer pipe,
And a driving step of driving the aberration by opening an inlet valve formed in the conveyance pipe when the level of the second reservoir portion is equal to or higher than a fifth level of the minimum flow rate for power generation and the fluid is flowing to the overflow portion Characterized in that said control means is operable to control said control means.
상기 저수조의 수위를 감지하는 감지단계; 및
감지된 수위가 기 설정된 정수위를 만족하도록, 상기 저수조의 수위에 따라 상기 수차에 형성된 블레이드의 피치각을 조절하여 상기 이송관으로 유입되는 유체의 유입량을 제어하는 제어단계를 포함하고,
상기 제어단계에서,
상기 블레이드의 피치각이 변경될 때, 상기 블레이드에 연결된 축이 상하이동하도록 형성되고, 상기 축의 일측에 형성된 레이저 센서가 상기 축의 움직임을 감지하여 상기 피치각의 정밀한 제어를 수행하고,
상기 저수조는,
일측이 유체가 유입되는 유입관에 연결되고, 타측이 월류부에 연결되는 제1 저수부; 및
상기 제1 저수부에 연통되며 일측이 상기 이송관에 연결되는 제2 저수부를 포함하고,
상기 제2 저수부의 수위가 기설정된 시간 이상으로 제4 수위 이하일 때, 상기 이송관에 형성된 입구 밸브를 폐쇄하여 수차의 구동을 정지시키는 구동 정지단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소수력발전장치의 제어방법.A control method for a small hydrostatic power generator in which when a fluid flows from a reservoir formed at one side of a transfer pipe, an aberration formed at the other side of the transfer pipe is driven to produce electric power,
A sensing step of sensing a water level of the water storage tank; And
And controlling the inflow amount of the fluid flowing into the conveyance pipe by adjusting the pitch angle of the blade formed in the aberration according to the level of the water storage tank so that the sensed water level satisfies the predetermined integer level,
In the control step,
Wherein a shaft connected to the blade moves up and down when a pitch angle of the blade is changed, and a laser sensor formed on one side of the shaft senses movement of the axis to perform precise control of the pitch angle,
The water storage tank,
A first reservoir portion having one side connected to an inflow pipe through which the fluid flows and the other side connected to a sweeping portion; And
And a second reservoir portion communicating with the first reservoir portion and having one side connected to the transfer pipe,
Further comprising a driving stopping step of stopping the driving of the aberration by closing the inlet valve formed in the conveyance pipe when the level of the second reservoir portion is equal to or higher than the fourth level by a predetermined time or longer. Control method.
상기 저수조의 수위를 감지하는 감지단계; 및
감지된 수위가 기 설정된 범위 내에 있도록, 상기 저수조의 수위에 따라 상기 수차에 형성된 블레이드의 기설정된 피치각을 조절하여 상기 이송관으로 유입되는 유체의 유입량을 제어하는 제어단계를 포함하고,
상기 제어단계에서,
상기 블레이드의 피치각이 변경될 때, 상기 블레이드에 연결된 축이 상하이동하도록 형성되고, 상기 축의 일측에 형성된 레이저 센서가 상기 축의 움직임을 감지하여 상기 피치각의 정밀한 제어를 수행하고,
상기 기 설정된 수위는 시간대에 따라 가변되는 제1 수위 내지 제2 수위이며,
상기 제어단계는,
상기 감지된 수위가 해당 시간대의 제1 수위 이하일 때, 점진적으로 상기 피치각을 감소시키고,
상기 감지된 수위가 해당 시간대의 제2 수위에 이상일 때, 점진적으로 상기 피치각을 증가시키는 단계이고,
상기 블레이드는 상기 피치각의 가변에 따라 상기 유체가 흐르도록 형성되는 유로를 따라 상하운동하도록 형성되고,
상기 블레이드 주변에서 상기 유로는 높이에 따라 그 단면적이 변하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 소수력발전장치의 제어방법.A control method for a small hydrostatic power generator in which when a fluid flows from a reservoir formed at one side of a transfer pipe, an aberration formed at the other side of the transfer pipe is driven to produce electric power,
A sensing step of sensing a water level of the water storage tank; And
And controlling the inflow amount of the fluid flowing into the conveyance pipe by adjusting a predetermined pitch angle of the blade formed in the aberration according to the level of the water storage tank so that the sensed water level is within a predetermined range,
In the control step,
Wherein a shaft connected to the blade moves up and down when a pitch angle of the blade is changed, and a laser sensor formed on one side of the shaft senses movement of the axis to perform precise control of the pitch angle,
The predetermined water level is a first water level to a second water level varying according to a time zone,
Wherein the control step comprises:
Gradually decreasing the pitch angle when the sensed water level is below the first water level of the time zone,
Gradually increasing the pitch angle when the detected water level is equal to or higher than a second water level of the time zone,
Wherein the blade is formed to move up and down along a flow path formed to flow the fluid according to the variation of the pitch angle,
Wherein the flow path is formed around the blade so that the cross-sectional area of the flow path changes according to a height of the flow path.
상기 피치각이 최소각인 상태에서 상기 수위가 기 설정 시간 이상으로 제1 수위 이하로 유지될 때, 단면적이 좁은 상기 유로의 하부를 향하여 상기 블레이드를 이동시키는 제1 이동 단계와,
상기 피치각이 최대각인 상태에서 상기 수위가 기 설정 시간 이상으로 제2 수위 이상으로 유지될 때, 단면적이 넓은 상기 유로의 상부를 향하여 상기 블레이드를 이동시키는 제2 이동 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 소수력발전장치의 제어방법.
6. The method of claim 5,
A first moving step of moving the blade toward a lower portion of the flow path having a narrow cross-sectional area when the water level is maintained at a first water level or lower in a state where the pitch angle is at a minimum angle,
And a second moving step of moving the blade toward an upper portion of the flow path having a larger cross sectional area when the water level is maintained at the second water level or more in a state where the pitch angle is maximum, A control method of a small hydroelectric power generating apparatus.
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- 2014-06-27 KR KR1020140079627A patent/KR101455033B1/en active IP Right Grant
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