KR101497809B1 - 단극형 초전도 발전 시스템 - Google Patents

단극형 초전도 발전 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101497809B1
KR101497809B1 KR1020130072335A KR20130072335A KR101497809B1 KR 101497809 B1 KR101497809 B1 KR 101497809B1 KR 1020130072335 A KR1020130072335 A KR 1020130072335A KR 20130072335 A KR20130072335 A KR 20130072335A KR 101497809 B1 KR101497809 B1 KR 101497809B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
superconducting
power
field winding
circuit breaker
unipolar
Prior art date
Application number
KR1020130072335A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150000198A (ko
Inventor
박진수
고경진
김철희
Original Assignee
두산엔진주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산엔진주식회사 filed Critical 두산엔진주식회사
Priority to KR1020130072335A priority Critical patent/KR101497809B1/ko
Publication of KR20150000198A publication Critical patent/KR20150000198A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101497809B1 publication Critical patent/KR101497809B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예는 단극형 초전도 발전 시스템에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 단극형 초전도 발전 시스템은 고정된 초전도 계자 권선과 상기 초전도 계자 권선과 축선 방향으로 공극을 두고 이격되어 회전하는 회전자 코어 그리고 상기 회전자 코어의 외주면을 둘러싸며 고정된 전기자 권선을 포함하는 단극형 초전도 발전기와, 상기 초전도 계자 권선에 공급할 전력을 생성하는 여자기와, 상기 여자기가 생성한 전력을 분배하는 전력 분배기와, 상기 전력 분배기가 분배한 전력을 상기 단극형 초전도 발전기의 상기 초전도 계자 권선을 제어하는데 필요한 전력의 크기로 변환하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기와 상기 단극형 초전도 발전기의 상기 초전도 계자 권선을 연결하며 서로 분기된 제1 공급 배선 및 제2 공급 배선과, 상기 제1 공급 배선에 설치된 제1 차단기와, 상기 제2 공급 배선에 설치된 제2 차단기, 그리고 상기 제2 공급 배선에 설치된 저항 회로를 포함한다.

Description

단극형 초전도 발전 시스템{SYSTEM FOR SUPER CONDUCTING ELECTRIC POWER HOMOPOLAR GENERATOR}
본 발명의 실시예는 초전도 발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 단극형 초전도 발전기를 포함하는 단극형 초전도 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 단극형 발전기(homopolar generator)는 직류 발전기의 일종으로, 전기자 권선이 축과 절연된 원통형의 도체이고, 계자는 전기자 도체의 바깥쪽에 원통형의 도체와 동심적으로 배치된 원통상의 철심과 이 철심에 감긴 권선으로 이루어진다.
이러한 단극형 발전기는 전기자 도체가 회전하면서 자속이 전 원주에 대해서 모두 동일 방향으로 형성되기 때문에 전기자 도체에는 동일 방향의 기전력을 발생한다. 따라서, 단극형 발전기는 저전압과 대전류에 적합하다.
또한, 초전도 발전기는 절대온도 0K, 즉 섭씨 영하 273도에서 전기 저항이 소멸하는 초전도 현상을 응용한 발전기이다.
초기의 초전도 발전기는 절대온도 4K 내지 20K 범위 내에서 초전도 현상이 발생하는 선재를 사용하다가, 근래에는 상대적으로 높은 절대온도 30K 내지 77K에서 초전도 현상을 나타내는 소재가 발견되면서, 초전도 발전기에 대한 개발이 가속화되고 있다.
현재 개발된 대부분의 초전도 발전기는 상전도 발전기에서 계자에 사용되던 구리 권선을 초전도 권선으로 대체한 구조를 갖는다.
이와 같이, 초전도 권선으로 계자를 형성하면, 전기 저항으로 인한 손실 없이 고자장의 회전자계를 만들 수 있다. 이에, 초전도 발전기는 상전도 발전기와 대비하여 향상된 효율과 감소된 크기 및 무게를 가질 수 있다.
따라서, 단극형 초전도 발전기는 저전압과 대전류에 적합하면서 향상된 효율을 가질 수 있다.
하지만, 단극형 초전도 발전기는 일반적인 초전도 발전기와 마찬가지로, 발전에 사용되는 초전도 계자 권선의 높은 인덕턴스(high inductance)와 영 위치 저항(zero resistance) 특성으로 인해 시정수가 매우 커 계자 전류 제어의 속응성이 현저히 낮다. 즉, 부하 변동에 따라 초전도 발전기의 계자 전류를 증가시키거나 감소시킬 때 실시간으로 제어하기가 용이하지 않은 문제점이 있다.
또한, 초전도 선재로 형성된 계자 권선에 저항 없이 전류가 흐르다가 어떤 원인에 의해 과전류가 발생할 경우 초전도 상태가 깨지면서 퀀치(Quench)가 발생되는데, 이때 초전도 선재로 형성된 계자 권선이 손상되는 문제점도 있다.
본 발명의 실시예는 높은 시정수에 의한 속응성 저하를 개선할 뿐만 아니라 퀀치(Quench) 발생시 초전도 계자 권선을 보호할 수 있는 단극형 초전도 발전 시스템을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 단극형 초전도 발전 시스템은 고정된 초전도 계자 권선과 상기 초전도 계자 권선과 축선 방향으로 공극을 두고 이격되어 회전하는 회전자 코어 그리고 상기 회전자 코어의 외주면을 둘러싸며 고정된 전기자 권선을 포함하는 단극형 초전도 발전기와, 상기 초전도 계자 권선에 공급할 전력을 생성하는 여자기와, 상기 여자기가 생성한 전력을 분배하는 전력 분배기와, 상기 전력 분배기가 분배한 전력을 상기 단극형 초전도 발전기의 상기 초전도 계자 권선을 제어하는데 필요한 전력의 크기로 변환하는 전력 변환기와, 상기 전력 변환기와 상기 단극형 초전도 발전기의 상기 초전도 계자 권선을 연결하며 서로 분기된 제1 공급 배선 및 제2 공급 배선과, 상기 제1 공급 배선에 설치된 제1 차단기와, 상기 제2 공급 배선에 설치된 제2 차단기, 그리고 상기 제2 공급 배선에 설치된 저항 회로를 포함한다.
상기 제1 차단기 및 상기 제2 차단기는 일정 부하 상태, 부하 변동 상태, 및 퀀치(Quench) 발생 상태 중 어느 하나의 상태로 구분 동작할 수 있다.
상기 일정 부하 상태에서 상기 제1 차단기는 전류의 흐름을 유지하고 상기 제2 차단기는 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
상기 부하 변동 상태에서 상기 제1 차단기는 전류의 흐름을 차단하고 상기 제2 차단기는 전류의 흐름을 유지할 수 있으며, 상기 부하 변동 상태에서 상기 저항 회로는 상기 초전도 계자 권선의 시정수를 저감시킬 수 있다.
상기 퀀치(Quench) 발생 상태에서 상기 제1 차단기는 전류의 흐름을 차단하고 상기 제2 차단기는 전류의 흐름을 유지할 수 있으며, 상기 퀀치(Quench) 발생 상태에서 상기 저항 회로는 과전류를 흡수하여 상기 초전도 계자 권선을 보호할 수 있다.
상기 전력 변환기는 상기 단극형 초전도 발전기로부터 부하로 출력되는 출력 전압을 검출하고 검출한 출력 전압과 참조값을 비교하여 상기 출력 전압이 참조값을 추종하도록 그 편차에 해당하는 변동량을 상기 초전도 계자 권선으로 피드백하여 전류를 조정할 수 있다.
상기한 단극형 초전도 발전 시스템은 상기 단극형 초전도 발전기의 상기 초전도 계자 권선을 냉각시키기 위한 극저온 냉각 장치를 더 포함하며, 상기 전력 분배기는 상기 여자기가 생성한 전력의 일부를 상기 극저온 냉각 장치에 교류 전원을 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 단극형 초전도 발전 시스템은 높은 시정수에 의한 속응성 저하를 개선할 뿐만 아니라 퀀치(Quench) 발생시 초전도 계자 권선을 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단극형 초전도 발전 시스템의 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 초전도 발전 시스템의 부하 변동에 따른 동작 상태를 나타낸 구성도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다.
본 발명의 실시예는 본 발명의 이상적인 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단극형 초전도 발전 시스템(101)을 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 단극형 초전도 발전 시스템(101)은 단극형 초전도 발전기(700), 여자기(200), 전력 분배기(300), 전력 변환기(400), 제1 공급 배선(501), 제2 공급 배선(502), 제1 차단기(510), 제2 차단기(520), 그리고 저항 회로(550)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 단극형 초전도 발전 시스템(101)은 극저온 냉각 장치(800)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 단극형 초전도 발전기(700)는 고정된 초전도 계자 권선(715)과, 초전도 계자 권선(715)과 회전축(111)의 축선 방향으로 공극을 두고 이격되어 회전하는 회전자 코어(717), 그리고 회전자 코어(717)의 외주면을 둘러싸며 고정된 전기자 권선(725)을 포함한다.
즉, 도 1의 초전도 계자 권선(715)은 고정되며 회전자 코어(717)와 공극을 두고 이격된다. 그리고 회전자 코어(717)만 회전하고 초전도 계자 권선(715)은 회전을 하지 않는 구조이다.
초전도 계자 권선(715)은 회전하는 회전자 코어(717)에 자속을 생성시킨다. 그리고 회전자 코어(717)는 톱니 형상의 철심일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 단극형 초전도 발전기(700)는 전기자 권선(725)을 고정시키기 위한 공심형 코어(air core)를 더 포함할 수 있다.
공심형 코어는 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP; Glass Fiber Reinforced Plastic)으로 형성될 수 있다. 유리 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 공심형 코어(726)는 공기와 같은 특성을 가지고 있어 자기포화 없이 초전도 계자 권선(715)에서 발생된 고자장을 전기자 권선(725)으로 전달할 수 있다. 유리 섬유 강화 플라스틱으로 형성된 공심형 코어(726)는 상전도 발전기에 일반적으로 사용되는 철심과 대비하여 가벼우면서도 우수한 기계적 강도를 갖는다.
그리고 전기자 권선(725)은 회전자 코어(717) 및 초전도 계자 권선(715)과의 사이에서 발생하는 자기장에 의해 부하에 3상의 전력을 공급한다.
또한, 초전도 계자 권선(715)은 극저온, 즉 절대온도 4K 내지 100K 범위 내에서 초전도 현상이 발생하는 초전도 선재로 만들어진다. 초전도(superconductor) 선재는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지되어 있다.
초전도 계자 권선(715)에 저항이 극히 낮은 상태에서 전류가 흐르면 고자장이 발생된다. 그리고 초전도 계자 권선(715)의 높은 운전 전류를 생성하기 위해서는, 초전도 계자 권선(715)이 임계온도 이하의 극저온 상태로 유지되어야 한다.
극저온 냉각 장치(800)는 단극형 초전도 발전기(700)의 초전도 계자 권선(715)을 냉각시킨다. 구체적으로, 극저온 냉각 장치(800)는 초전도 계자 권선(715)을 전도 냉각시키거나 냉매조를 이용하여 초전도 계자 권선(715)을 냉매에 함침시켜 냉각시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 극저온 냉각 장치(800)는 해당 기술 분야의 종사자에게 공지된 다양한 구조를 가질 수 있다.
일례로, 극저온 냉각 장치(800)는 회전하지 않고 고정 설치되며, 초전도 계자 권선(715)을 냉각시키기 위한 냉매가 이동하는 냉매 인입관(801) 및 냉매 인출관(802)을 포함할 수 있다.
여자기(200)는 영구자석으로 이루어진 회전형 여자기 계자(210)와 고정형 여자기 전기자(220)로 이루어진다. 여기서, 여자기 계자(210)는 표면 부착형 영구자석 타입일 수 있다. 여자기 계자(210)는 회전축(111)과 결합하여 계자 자속을 발생하는 표면 부착형 영구자석을 갖는 철심 회전자를 포함하며, 여자기 전기자(220)는 출력을 발생하는 3상 전기자 권선을 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 여자기(200)는 회전형 여자기 계자(210)에 영구자석을 이용하여 계자를 만들어주며 고정형 여자기 전기자(220)에서 전력이 출력되는 회전 계자 타입이다. 여자기 계자(210) 및 여자기 전기자(220)는 원가 대비 실용성이 높은 규소 강판을 사용한 코어와 구리 도선을 이용하여 권선된 형태로 구현될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 여자기(200)는 단극형 초전도 발전기(700)의 초전도 계자 권선(715)과 극저온 냉각 장치(800)에 각각 공급할 전원을 생성한다.
따라서, 여자기(200)의 용량은 극저온 냉각 장치(800)의 냉각 부하 및 초전도 계자 권선(715)의 용량에 따라 선정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는, 여자기(200)로부터 고정된 초전도 계자 권선(715)에 인가되는 전력과 극저온 냉각 장치(800)에 인가되는 전력은 브러시(Brush)와 같은 별도의 장치 없이 직접 공급될 수 있다.
전력 분배기(300)는 여자기(200)가 생성한 전력을 단극형 초전도 발전기(700)와 극저온 냉각 장치(800)로 분배한다. 이때, 극저온 냉각 장치(800)는 여자기 전기자(220)의 전기자 권선에서 생성된 3상 교류 전력을 직접 공급받을 수 있다.
전력 변환기(400)는 전력 분배기(300)가 단극형 초전도 발전기(700)의 초전도 계자 권선(715)으로 분배한 전력을 단극형 초전도 발전기(700)의 초전도 계자 권선(715)을 제어하는데 필요한 전력의 크기로 변환한다.
구체적으로, 전력 변환기(400)는 교류-직류 변환부 및 직류-직류 변환부를 포함할 수 있다. 전력 변환기(400)의 교류-직류 변환부는 여자기 전기자(220)의 전기자 권선에서 생성된 3상 교류 전력을 3상 풀 브릿지 다이오드 회로를 이용하여 직류 전력으로 변환한다. 전력 변환기(400)의 직류-직류 변환기는 교류-직류 변환기에서 변환된 직류 전력을 단극형 초전도 발전기(700)의 일정 전압 출력 제어를 위해 초전도 계자 권선(715)에 필요한 전력으로 변환한다.
또한, 전력 변환기(400)는 단극형 초전도 발전기(700)의 출력 제어를 위해 전류 센서, 전압 센서, 및 자동 전압 조정부를 더 포함할 수 있다.
전류 센서는 단극형 초전도 발전기(700)의 출력 제어를 위해 단극형 초전도 발전기(700)의 초전도 계자 권선(715)의 계자 전류를 검출한다.
전압 센서는 단극형 초전도 발전기(700)의 출력 제어를 위해 단극형 초전도 발전기(700)의 전기자 권선(725)의 출력 전압을 검출한다.
자동 전압 조정부는 전류 센서에서 측정된 계자 전류와 전압 센서에서 측정된 출력 전압을 이용하여 단극형 초전도 발전기(700)의 출력이 일정하도록 제어하는 제어 신호를 직류-직류 변환기로 출력한다.
일례로, 자동 전압 조정부는 단극형 초전도 발전기(700)로부터 부하로 출력되는 출력 전압을 검출하고 검출한 출력 전압과 참조값을 비교하여 출력 전압이 참조값을 추종하도록 그 편차에 해당하는 변동량을 초전도 계자 권선(715)으로 피드백하여 전류를 조정할 수 있다.
제1 공급 배선(501) 및 제2 공급 배선(502)은 각각 전력 변환기(400)와 단극형 초전도 발전기(700)의 초전도 계자 권선715)을 연결한다.
이때, 제1 공급 배선(501)과 제2 공급 배선(502)은 전력 변환기(400)에서 서로 분기되어 각각 별개로 전력 변환기(400)와 단극형 초전도 발전기(700)의 초전도 계자 권선(715)을 연결한다.
제1 차단기(510)는 제1 공급 배선(501)에 설치되고, 제2 차단기(520)는 제2 공급 배선(502)에 설치된다. 그리고 저항 회로(550)는 제2 공급 배선(502)에 설치된다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 차단기(510) 및 제2 차단기(520)는 부하 변동 상태에 따라 크게 3 단계로 동작한다. 구체적으로, 제1 차단기(510) 및 제2 차단기(520)는 일정 부하 상태, 부하 변동 상태, 및 퀀치(Quench) 발생 상태 중 어느 하나의 상태로 구분 동작할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 단극형 초전도 발전 시스템(101)의 동작 원리를 구체적으로 설명한다.
단극형 초전도 발전기(700)가 일정 부하 상태일 때, 도 2에 도시한 바와 같이, 제1 차단기(510)는 전류의 흐름을 유지하고 제2 차단기(520)는 전류의 흐름을 차단할 수 있다.
따라서 일정 부하 상태에서 초전도 계자 권선(715)에 공급되는 전력은 저항 회로(550)를 거치지 않으므로, 저항 회로(550)의 저항 용량에 의한 손실은 발생되지 않는다.
단극형 초전도 발전기(700)가 부하 변동 상태가 되면, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 차단기(510)는 전류의 흐름을 차단하고 제2 차단기(520)는 전류의 흐름을 유지할 수 있다.
따라서 부하 변동 상태에서 초전도 계자 권선(715)에 공급되는 전력은 저항 회로(500)를 거쳐 공급되며, 저항 회로(500)의 저항은 초전도 계자 권선(715)의 시정수를 저감시킨다. 즉, 저항 회로(500)의 저항은 계자 전류 제어의 속응성을 향상시킬 수 있다.
부하가 변동하면, 전력 변환기(400)가 초전도 계자 권선(715)에 공급되는 전류를 증가시키거나 감소시켜 제어하는데, 이때 저항 회로(500)의 저항이 초전도 계자 권선(715)의 시정수를 낮춰 실시간 제어를 용이하게 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초전도 계자 권선(715)에 퀀치(Quench) 발생시에도, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 차단기(510)는 전류의 흐름을 차단하고 제2 차단기(520)는 전류의 흐름을 유지한다.
단극형 초전도 발전기(700)에 급격한 부하 변동이 일어나면 초전도 계자 권선(715)의 운전 전류 변화 및 이에 따른 초전도 계자 권선(715)의 급격한 온도 증가로 초전도 선재에 퀀치(Quench) 현상이 발생될 수 있다. 즉, 퀀치 현상은 초전도 계자 권선(715)의 초전도 상태가 깨지면서 발생되며, 퀀치 발생시 과전류가 흘러 초전도 계자 권선(715)을 손상시키거나 열화에 의한 성능 저하를 야기할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 저항 회로(500)의 저항이 초전도 계자 권선(715)에 과전류가 흐르는 것을 억제하여, 퀀치 발생시 초전도 계자 권선(715)을 보호한다.
이와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 단극형 초전도 발전 시스템(101)은 높은 시정수에 의한 속응성 저하를 개선할 뿐만 아니라 퀀치(Quench) 발생시 초전도 계자 권선(715)을 보호할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
101: 초전도 발전 시스템 111: 회전축
200: 여기자 210: 여기자 계자
220: 여기자 전기자 300: 전력 분배기
400: 전력 변환기 501: 제1 공급 배선
502: 제2 공급 배선 510: 제1 차단기
520: 제2 차단기 550: 저항 회로
700: 단극형 초전도 발전기 715: 초전도 계자 권선
717: 회전자 코어 725: 전기자 권선
800: 극저온 냉각 장치 801: 냉매 인입관
802: 냉매 인출관

Claims (9)

  1. 고정된 초전도 계자 권선과, 상기 초전도 계자 권선과 축선 방향으로 공극을 두고 이격되어 회전하는 회전자 코어, 그리고 상기 회전자 코어의 외주면을 둘러싸며 고정된 전기자 권선을 포함하는 단극형 초전도 발전기;
    상기 초전도 계자 권선에 공급할 전력을 생성하는 여자기;
    상기 여자기가 생성한 전력을 분배하는 전력 분배기;
    상기 전력 분배기가 분배한 전력을 상기 단극형 초전도 발전기의 상기 초전도 계자 권선을 제어하는데 필요한 전력의 크기로 변환하는 전력 변환기;
    상기 전력 변환기와 상기 단극형 초전도 발전기의 상기 초전도 계자 권선을 연결하며 서로 분기된 제1 공급 배선 및 제2 공급 배선;
    상기 제1 공급 배선에 설치된 제1 차단기;
    상기 제2 공급 배선에 설치된 제2 차단기; 및
    상기 제2 공급 배선에 설치된 저항 회로
    를 포함하며,
    상기 제1 차단기 및 상기 제2 차단기는 일정 부하 상태, 부하 변동 상태, 및 퀀치(Quench) 발생 상태 중 어느 하나의 상태로 구분 동작하는 단극형 초전도 발전 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 일정 부하 상태에서 상기 제1 차단기는 전류의 흐름을 유지하고 상기 제2 차단기는 전류의 흐름을 차단하는 단극형 초전도 발전 시스템.
  3. 제1항에서,
    상기 부하 변동 상태에서 상기 제1 차단기는 전류의 흐름을 차단하고 상기 제2 차단기는 전류의 흐름을 유지하는 단극형 초전도 발전 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 부하 변동 상태에서 상기 저항 회로는 상기 초전도 계자 권선의 시정수를 저감시키는 단극형 초전도 발전 시스템.
  5. 제1항에서,
    상기 퀀치(Quench) 발생 상태에서 상기 제1 차단기는 전류의 흐름을 차단하고 상기 제2 차단기는 전류의 흐름을 유지하는 단극형 초전도 발전 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 퀀치(Quench) 발생 상태에서 상기 저항 회로는 과전류를 흡수하여 상기 초전도 계자 권선을 보호하는 단극형 초전도 발전 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,
    상기 전력 변환기는 상기 단극형 초전도 발전기로부터 부하로 출력되는 출력 전압을 검출하고 검출한 출력 전압과 참조값을 비교하여 상기 출력 전압이 참조값을 추종하도록 그 편차에 해당하는 변동량을 상기 초전도 계자 권선으로 피드백하여 전류를 조정하는 단극형 초전도 발전 시스템.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에서,
    상기 단극형 초전도 발전기의 상기 초전도 계자 권선을 냉각시키기 위한 극저온 냉각 장치를 더 포함하며,
    상기 전력 분배기는 상기 여자기가 생성한 전력의 일부를 상기 극저온 냉각 장치에 교류 전원을 공급하는 단극형 초전도 발전 시스템.
  9. 삭제
KR1020130072335A 2013-06-24 2013-06-24 단극형 초전도 발전 시스템 KR101497809B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130072335A KR101497809B1 (ko) 2013-06-24 2013-06-24 단극형 초전도 발전 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130072335A KR101497809B1 (ko) 2013-06-24 2013-06-24 단극형 초전도 발전 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150000198A KR20150000198A (ko) 2015-01-02
KR101497809B1 true KR101497809B1 (ko) 2015-03-02

Family

ID=52474381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130072335A KR101497809B1 (ko) 2013-06-24 2013-06-24 단극형 초전도 발전 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101497809B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11521771B2 (en) 2019-04-03 2022-12-06 General Electric Company System for quench protection of superconducting machines, such as a superconducting wind turbine generator

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102109773B1 (ko) * 2018-08-01 2020-05-26 경성대학교 산학협력단 양방향 출력형 브러시리스 직류발전기 및 이를 이용하는 양방향 자속 제어가 가능한 하이브리드형 발전기

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09103065A (ja) * 1995-10-04 1997-04-15 Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai 超電導回転子
JP2006014579A (ja) * 2004-06-28 2006-01-12 General Electric Co <Ge> 超電導体のクエンチ保護のためのシステム及び方法
KR20070056931A (ko) * 2005-11-29 2007-06-04 제너럴 일렉트릭 캄파니 극저온 정지 여자기용 장치
KR20090076819A (ko) * 2008-01-07 2009-07-13 컨버팀 테크놀로지 리미티드 선박용 전력 분배 및 추진 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09103065A (ja) * 1995-10-04 1997-04-15 Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai 超電導回転子
JP2006014579A (ja) * 2004-06-28 2006-01-12 General Electric Co <Ge> 超電導体のクエンチ保護のためのシステム及び方法
KR20070056931A (ko) * 2005-11-29 2007-06-04 제너럴 일렉트릭 캄파니 극저온 정지 여자기용 장치
KR20090076819A (ko) * 2008-01-07 2009-07-13 컨버팀 테크놀로지 리미티드 선박용 전력 분배 및 추진 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11521771B2 (en) 2019-04-03 2022-12-06 General Electric Company System for quench protection of superconducting machines, such as a superconducting wind turbine generator

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150000198A (ko) 2015-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hamilton et al. Design and performance of a “squirrel-cage” dynamo-type HTS flux pump
US5642249A (en) Method and apparatus for limiting high current electrical faults in distribution networks by use of superconducting excitation in transverse flux magnetic circuit
Li et al. Design of a high temperature superconducting generator for wind power applications
US7345457B2 (en) Brushless exciters using a high temperature superconducting field winding
Ohsaki et al. Electromagnetic characteristics of 10 MW class superconducting wind turbine generators
KR101497809B1 (ko) 단극형 초전도 발전 시스템
JP2009238966A (ja) 電力変換装置及びこれを利用した直流送電システム並びに電力貯蔵システム
Maki Design study of high-temperature superconducting generators for wind power systems
Ishmael et al. Flux pump excited double-helix rotor for use in synchronous machines
KR101486753B1 (ko) 초전도 발전 시스템
Gamble et al. HTS generator topologies
Liu et al. Effects of armature winding segmentation with multiple converters on the short circuit torque of 10-MW superconducting wind turbine generators
Liu et al. Experimental characterization of a no-insulation hts racetrack coil subjected to travelling magnetic fields
KR101486752B1 (ko) 초전도 발전 시스템
Hamajima et al. Analysis of AC losses in a tri-axial superconducting cable
KR101417509B1 (ko) 이중 회전자를 갖는 동기 발전기 시스템
Magnusson et al. Design aspects on winding of an MgB2 superconducting generator coil
KR101366946B1 (ko) 이중 코일 구조를 가지는 초전도 발전 시스템
Liu et al. Design challenges of direct-drive permanent magnet superconducting wind turbine generators
KR101496715B1 (ko) 초전도 발전 시스템
Bailey et al. Short circuit tests on a coreless HTS synchronous generator
KR101386760B1 (ko) 자기 포화 실드를 갖는 초전도 발전 시스템
Alaraifi et al. Transient analysis on different types of super conducting fault current limiters
KR101334522B1 (ko) 초전도 발전 시스템
KR101344121B1 (ko) 초전도 발전기의 계자 전류 제어 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee