KR101545476B1

KR101545476B1 - 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101545476B1
Application number: KR1020140178613A
Authority: KR
Inventors: 윤광희
Original assignee: (주)파워닉스
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2015-08-19

Abstract

본 발명은 발전소 내 발전 설비에 사용하고 코일 성분이 많아서 저역률로 무효전력을 생성하는 일부 전력에 대해 발전소 내 보조 변압기 단에 병렬로 설치된 정지형 무효전력 보상장치(SVC)를 이용하여 발전소 내 운전되는 부하와 동일한 속도로 제어해 순간적인 진상 및 전압상승 등의 과도현상이 발생되지 않도록 하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 SVC를 이용한 발전소 전력 절감 시스템은, 발전소 내에 설치된 발전기에서 발생된 전력에 대해 제1 전력으로 변환하여 공급하는 여자 변압기; 상기 여자 변압기의 제1 전력보다 높은 전압의 제2 전력으로 변환하는 메인강화 변압기; 상기 메인강화 변압기의 제2 전력을 발전소 내부 설비들을 동작시키는데 필요한 부하용 제3 전력으로 변환하는 보조 변압기; 상기 발전기의 동작 정지 시에 외부로부터 전력을 수전받아 발전소 내부 설비들에 전력 공급을 개시하는 운전개시 변압기; 상기 보조 변압기의 후단과 상기 운전개시 변압기의 후단으로부터 인가되는 각각의 전류를 총합하는 총합전류 변압기; 상기 총합된 전류로부터 역률에 의한 무효전력을 검출하는 자동역률 조정기; 및 상기 자동역률 조정기를 통해 검출된 무효전력을 보상하는 SVC 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템 및 방법{Power saving system and method in power plant using static var compensator}

본 발명은 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 발전소에서 계통으로 송전하는 전력 이외에 발전소 내 발전 설비에 사용하고 코일 성분이 많아서 저역률로 무효전력을 생성하는 일부 전력에 대해 발전소 내 보조 변압기 단에 병렬로 설치된 정지형 무효전력 보상장치(static var compensator, 이하 SVC)를 이용하여 발전소 내 운전되는 부하와 동일한 속도로 제어해 투입 및 개방시 스위칭 서지가 발생하지 않고, 순간적인 진상 및 전압상승 등의 과도현상이 발생되지 않도록 하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 발전소에서는 발전기와, 터빈, 보일러 등의 주요 설비를 가동시키기 위해서 수많은 모터 및 펌프들이 동작해야만 한다.

이러한 내부 설비들을 동작시키는데 필요한 전력은 발전기가 동작하는 동안에는 발전기에서 생성하는 전력 중에서 일부를 사용한다. 또한, 발전기가 정비 등의 이유로 멈출 경우 한국전력으로부터 전력을 수전받아서 사용한다. 이때, 발전기의 발전이 정지되더라도 발전소 내의 수많은 설비들은 가동될 수 있으며, 발전기를 재 가동시킬 경우 많은 모터 및 펌프들을 모두 가동시켜야 하므로 한국전력으로부터 수전 받지 않으면 안된다.

이러한 발전소 내 전력 사용량은 표준 석탄 화력의 경우 총 발전량 525 MW 중 약 25 MW로 총 발전량의 4 ~ 5% 정도를 차지하고 있다. 즉 총 발전량 중 25 MW는 발전소 내에서 사용하고 500 MW만 계통으로 송전하고 있다.

도 1은 종래 석탄 표준 화력에 따른 발전소 내 전력 계통도를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래 발전소 내 전력 계통은 전력 525 MW를 생산할 수 있는 2 대의 발전기가 1 대의 수전 전력용 변압기(Start-up TR)에 연결되어 있고, 각 발전기에서 생성된 22 KV의 단자 전압이 Main Step-up TR(22 KV -> 345 kV...등)을 통해 송전되며, 보조 변압기(Aux. TR)를 통해 6.9 KV로 낮춰서 발전소 내에 사용하는 부하들로 공급된다. 여기서, Main Step-up TR은 22 KV의 전력을 345 kV 등으로 변환시키고, 보조 변압기(Aux.TR)는 3권선 변압기로 22kV의 전력을 6.9 kV의 전력으로 변환해 6.9 kV A Bus나 6.9 kV B Bus로 공급한다.

이때, 대형 부하는 6.9 kV 전압을 바로 사용하고, 나머지 작은 부하들은 다시 별도의 Step down TR을 통해서 저전압으로 변환하여 사용한다.

평상시 발전 중에는 보조 변압기(Aux.TR)를 통해 발전소 내 전력을 공급하고, 발전이 정지된 경우에는 가운데 위치한 수전 전력용 변압기(Start-up TR)를 통해 계통 절체를 시켜서 발전소 내 전력을 공급한다.

그런데, 발전소 내 부하의 대부분이 모터나 펌프 등 코일(L) 성분으로 이루어져 있어 발전소 내 계통은 저역률로 운전되고 있으며, 이것은 효율 저하의 원인이 되고 있다.

피상전력에 대한 유효전력의 비율을 나타내는 역률은 보통 코일 성분이 많은 기기일수록 역률이 낮은데, 발전소 내 부하도 대부분이 코일 성분이므로 저역률을 나타내고 있다.

따라서, 발전소 내 역률이 저하되면, 무효전력이 늘어나게 되어 불필요한 시설용량을 크게 하여야 하고, 변압기 및 전선로에서 전력손실이 발생하는 문제점이 있다.

즉, 발전소 내 저역률 운전의 경우, 대용량 전동기의 기동시 순간 전압 강하로 설비 이상(trouble)이 발생하고, 무효전력 증가로 변압기의 부하손에 의한 전력손실이 발생한다.

또한, 무효전력 증가에 따른 선로 손실이 발생하고, 피상전력의 증가로 설비 증설시 불필요한 변압기, 케이블 등 추가 설비 증설이 요구되며, 수전전력 사용시 저역률 운전(90% 미만일 경우)으로 인한 벌금(Penalty)이 부과되는 문제점이 있다.

한국 등록특허공보 제1386803호(등록일 : 2014.04.11)

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 발전소에서 계통으로 송전하는 전력 이외에 발전소 내 발전 설비에 사용하고 코일 성분이 많아서 저역률로 무효전력을 생성하는 일부 전력에 대해 발전소 내 보조 변압기 단에 병렬로 설치된 정지형 무효전력 보상장치(SVC)를 이용하여 발전소 내 운전되는 부하와 동일한 속도로 제어해 투입 및 개방시 스위칭 서지가 발생하지 않고, 순간적인 진상 및 전압상승 등의 과도현상이 발생되지 않도록 하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템 및 방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 발전소 내에 설치된 발전기(Generator)에서 발생된 전력에 대해 제1 전력으로 변환하여 공급하는 여자 변압기(Excitation Transformer); 상기 여자 변압기의 제1 전력보다 높은 전압의 제2 전력으로 변환하는 메인강화 변압기(Main Step-up Transformer); 상기 메인강화 변압기의 제2 전력을 발전소 내부 설비들을 동작시키는데 필요한 부하용 제3 전력으로 변환하는 보조 변압기(Auxiliary Transformer); 상기 발전기의 동작 정지 시에 외부로부터 전력을 수전받아 발전소 내부 설비들에 전력 공급을 개시하는 운전개시 변압기(Start-up Transformer); 상기 보조 변압기의 후단과 상기 운전개시 변압기의 후단으로부터 인가되는 각각의 전류를 총합(Summation)하는 총합전류 변압기(Summation Current Transformer); 상기 총합된 전류로부터 역률에 의한 무효전력을 검출하는 자동역률 조정기(Automatic Power Factor Controller Relay); 및 상기 자동역률 조정기를 통해 검출된 무효전력을 보상하는 정지형 무효전력보상(static var compensator, 이하 SVC) 장치를 포함하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템이 제공된다.

여기서, 상기 SVC 장치는, 상기 보조 변압기의 발전소 내 부하 공급 라인 버스(BUS)와 상기 자동역률 조정기 사이에 연결된다.

또한, 상기 SVC 장치는, 적어도 하나의 콘덴서가 병렬로 연결된 콘덴서 뱅크(bank); 상기 콘덴서 뱅크와 직렬로 연결된 리액터; 상기 콘덴서 뱅크 및 상기 리액터를 접속 제어하는 실리콘 제어 정류기(SCR); 상기 SCR의 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 간 전위차를 감지하는 감지부; 상기 감지부의 감지 결과, 상기 SCR의 애노드와 캐소드 양단의 전위가 같을 경우, 상기 SCR의 게이트(gate)에 신호를 인가하여 상기 SCR을 온(On)시키는 제어부; 및 상기 자동역률 조정기를 통해 무효 전력이 검출되면, 상기 제어부에 스위칭 신호를 인가하는 스위칭부를 포함한다.

또한, 상기 제어부에 상기 스위칭 신호가 인가되면, 상기 감지부는 상기 SCR의 애노드와 캐소드 간 전위차를 감지하며, 상기 제어부는 상기 SCR의 애노드와 캐소드 양단의 전위가 같을 경우, 상기 SCR의 게이트에 신호를 인가하여 상기 SCR을 온(ON) 시켜서, 상기 SVC 장치가 무효전력을 보상하게 된다.

그리고, 상기 발전기의 동작 정지 시에, 상기 운전개시 변압기를 통해 외부로부터 전력을 수전받아 발전소 내부 설비들에 공급할 때, 상기 자동역률 조정기를 통해 상기 운전개시 변압기의 후단으로부터 상기 총합전류 변압기에 인가되는 전류에 의한 역률로 발생되는 무효전력을 검출하고, 무효전력이 검출되면 상기 SVC 장치가 검출된 무효전력을 보상하게 된다.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 여자 변압기(Excitation Transformer)와, 메인강화 변압기(Main Step-up Transformer), 보조 변압기(Auxiliary Transformer), 운전개시 변압기(Start-up Transformer), 총합전류 변압기(Summation Current Transformer), 자동역률 조정기(Automatic Power Factor Controller Relay) 및 정지형 무효전력보상(static var compensator, 이하 SVC) 장치를 포함하는 시스템의 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 방법으로서, (a) 상기 여자 변압기가 발전소 내에 설치된 발전기(Generator)에서 발생된 전력에 대해 제1 전력으로 변환하는 단계; (b) 상기 메인강화 변압기가 상기 여자 변압기의 제1 전력보다 높은 전압의 제2 전력으로 변환하는 단계; (c) 상기 보조 변압기가 상기 메인강화 변압기의 제2 전력을 발전소 내부 설비들을 동작시키는데 필요한 부하용 제3 전력으로 변환하는 단계; (d) 상기 총합전류 변압기가 상기 보조 변압기의 후단과 상기 운전개시 변압기의 후단으로부터 인가되는 각각의 전류를 총합(Summation)하는 단계; (e) 상기 자동역률 조정기가 상기 총합된 전류로부터 역률에 의한 무효전력을 검출하는 단계; 및 (f) 상기 SVC 장치가 상기 검출된 무효전력에 대해 보상하는 단계를 포함하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 방법이 제공된다.

또한, (g) 상기 운전개시 변압기가 상기 발전기의 동작 정지 시에 외부로부터 전력을 수전받아 발전소 내부 설비들에 전력 공급을 개시하는 단계; (h) 상기 자동역률 조정기가 상기 운전개시 변압기의 후단으로부터 상기 총합전류 변압기에 인가되는 전류에 의한 역률로 발생되는 무효전력을 검출하는 단계; 및 (i) 상기 SVC 장치가 상기 검출된 무효전력에 대해 보상하는 단계를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 (f) 단계 또는 상기 (i) 단계는, 상기 SVC 장치가 콘덴서 뱅크(bank)와 리액터, SCR, 감지부, 제어부 및 스위칭부로 구성된 상태에서, 상기 자동역률 조정기를 통해 무효전력이 검출되면, 상기 스위칭부가 스위칭 신호를 상기 제어부에 인가하고, 상기 제어부에 상기 스위칭 신호가 인가되면, 상기 감지부는 상기 SCR의 애노드와 캐소드 간 전위차를 감지하며, 상기 제어부는 상기 SCR의 애노드와 캐소드 양단의 전위가 같을 경우, 상기 SCR의 게이트에 신호를 인가하여 상기 SCR을 온(ON) 시켜서, 상기 SVC 장치가 무효전력을 보상하게 된다.

본 발명에 의하면, 정지형 무효전력 보상장치(SVC)를 이용하여 발전소 내 운전되는 부하와 동일한 속도로 제어해 투입 및 개방시 스위칭 서지가 발생하지 않고, 순간적인 진상 및 전압상승 등의 과도현상이 발생되지 않는 효과가 있다.

또한, 발전소 내 발전기 출력 전압의 상승을 AVR을 통해 낮추고, 콘덴서를 통해 계통에 필요한 무효전력이 감소하며, 이에 따라 무효전류의 감소 및 전체 전류가 감소하여, SVC 상위단의 선로손실이 줄어든다.

그리고, 발전기의 동작 정지시 외부로부터 수전받는 선로의 역률을 보상할 수 있고, 이로인해 역률 벌금을 면제받을 수 있으며, 보조 변압기 단의 SVC를 통해 순간 전압 강하를 최소화 할 수 있다.

도 1은 종래 석탄 표준 화력에 따른 발전소 내 전력 계통도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SVC 장치의 회로 구조의 일 예를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 특정한 실시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템 및 방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부도면을 참조하여 설명함에 있어 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템(200)은, 여자 변압기(Excitation Transformer)(210), 메인강화 변압기(Main Step-up Transformer)(220), 보조 변압기(Auxiliary Transformer)(230), 운전개시 변압기(Start-up Transformer)(240), 총합전류 변압기(Summation Current Transformer)(250), 자동역률 조정기(Automatic Power Factor Controller Relay)(260), 정지형 무효전력보상(static var compensator, 이하 SVC) 장치(270)를 포함한다.

여자 변압기(210)는 발전소 내에 설치된 발전기(Generator)에서 발생된 전력에 대해 제1 전력으로 변환하여 공급한다.

메인강화 변압기(220)는 여자 변압기(210)의 제1 전력보다 낮은 전압의 제2 전력으로 변환환다. 예를 들면, 메인강화 변압기(220)는 345 ~ 20.9 kV의 3상(Phase) 60 Hz 전압으로 변환한다.

보조 변압기(230)는 메인강화 변압기(220)의 제2 전력을 발전소 내부 설비들을 동작시키는데 필요한 부하용 제3 전력으로 변환한다. 예를 들면, 보조 변압기(230)는 2.2 ~ 6.9 kV의 3상(Ph) 60 Hz 전압으로 변환한다.

운전개시 변압기(240)는 발전기의 동작 정지 시에 외부(예, 한국전력)로부터 전력을 수전받아 발전소 내부 설비들에 전력 공급을 개시한다.

총합전류 변압기(250)는 보조 변압기(230)의 후단과 운전개시 변압기(240)의 후단으로부터 인가되는 각각의 전류를 총합(Summation)한다.

자동역률 조정기(260)는 총합전류 변압기(250)에 의해 총합된 전류로부터 역률에 의한 무효전력을 검출한다.

SVC 장치(270)는 자동역률 조정기(260)를 통해 검출된 무효전력을 보상한다. SVC 장치(270)의 무효전력 보상에 대한 구체적인 동작은 도 3을 통해 설명한다.

이때, SVC 장치(270)는, 보조 변압기(230)의 발전소 내 부하 공급 라인 버스(6.9 kV BUS 1A, 6.9 kV BUS 1B)와 자동역률 조정기(260) 사이에 연결된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 SVC 장치의 회로 구조의 일 예를 나타낸 구성도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 SVC 장치(270)는, 콘덴서 뱅크(Condensor Bank)(311), 리액터(Reactor)(312), 실리콘 제어 정류기(Silicon-Controlled Rectifier, 이하 SCR)(313), 감지부(Comparator)(314, 315, 316, 317), 제어부(Micom)(318) 및 스위칭부(RUN Switch)(319)를 포함한다.

콘덴서 뱅크(311)는 적어도 하나의 콘덴서가 병렬로 연결된다.

리액터(312)는 콘덴서 뱅크와 직렬로 연결된다.

SCR(313)은 콘덴서 뱅크 및 리액터를 접속 제어한다.

감지부(314, 315, 316, 317)는 비교기를 통해 SCR의 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 간 전위차를 감지한다.

제어부(318)는 감지부의 감지 결과, SCR의 애노드와 캐소드 양단의 전위가 같을 경우, SCR의 게이트(gate)에 신호를 인가하여 SCR을 온(On) 시킨다.

스위칭부(319)는 자동역률 조정기를 통해 무효 전력이 검출되면, 제어부(318)에 스위칭 신호를 인가한다.

따라서, 제어부에 스위칭 신호가 인가되면, 감지부는 SCR의 애노드와 캐소드 간 전위차를 감지하며, 제어부는 SCR의 애노드와 캐소드 양단의 전위가 같을 경우, SCR의 게이트에 신호를 인가하여 SCR을 온(ON) 시키게 됨으로써, SVC 장치가 무효전력을 보상하는 동작을 수행한다.

한편, 발전기의 동작 정지 시에는 운전개시 변압기를 통해 외부로부터 전력을 수전받아 발전소 내부 설비들에 공급할 때, 자동역률 조정기를 통해 운전개시 변압기의 후단으로부터 총합전류 변압기에 인가되는 전류에 의한 역률로 발생되는 무효전력을 검출하고, 무효전력이 검출되면 전술한 바와 같이 SVC 장치가 검출된 무효전력을 보상하게 되는 것이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 SVC를 이용한 발전소 전력 절감 시스템(200)은, 여자 변압기(210)가 발전소 내에 설치된 발전기(Generator)에서 발생된 전력에 대해 제1 전력으로 변환한다(S410). 예를 들면, 여자 변압기(210)는 발전기에서 발생된 전력에 대해 22 kV 전압을 갖는 전력으로 변환한다.

이어, 메인강화 변압기(220)가 여자 변압기(110)의 제1 전력보다 높은 전압의 제2 전력으로 변환한다(S420). 예를 들면, 메인강화 변압기(220)는 여자 변압기(110)의 제1 전력의 전압 22 kV 보다 더 높은 345 kV 전압을 갖는 제2 전력으로 변환한다.

이어, 보조 변압기(230)가 메인강화 변압기(220)의 제2 전력을 발전소 내부 설비들을 동작시키는데 필요한 부하용 제3 전력으로 변환한다(S430). 예를 들면, 보조 변압기(230)는 메인강화 변압기(220)의 22 kV 전압을 갖는 제2 전력을 발전소 내부 설비들을 동작시키는데 필요한 부하용 6.9 kV 전압을 갖는 제3 전력으로 변환한다.

이어, 총합전류 변압기(250)가 보조 변압기(230)의 후단과 운전개시 변압기(240)의 후단으로부터 인가되는 각각의 전류를 총합(Summation)한다(S440).

이어, 자동역률 조정기가 총합된 전류로부터의 역률에 의한 무효전력을 검출한다(S450).

이어, SVC 장치(270)가 검출된 무효전력에 대해 보상한다(S460).

즉, SVC 장치(270)는 자동역률 조정기(260)를 통해 무효전력이 검출되면, 스위칭부(319)가 스위칭 신호를 제어부(318)에 인가하고, 제어부(318)에 스위칭 신호가 인가되면, 감지부(314, 315, 316, 317)는 SCR(313)의 애노드와 캐소드 간 전위차를 감지하며, 제어부(318)는 SCR(313)의 애노드와 캐소드 양단의 전위가 같을 경우, SCR(313)의 게이트에 신호를 인가하여 SCR(313)을 온(ON) 시켜서, 무효전력을 보상하는 것이다.

한편, 발전기의 동작 정지 시에(S470-예), 운전개시 변압기(240)가 외부로부터 전력을 수전받아 발전소 내부 설비들에 전력 공급을 개시한다(S480).

이어, 발전소 내부 설비들에 전력dl 공급됨에 따라 자동역률 조정기(260)는 운전개시 변압기(240)의 후단으로부터 총합전류 변압기(250)에 인가되는 전류에 의한 역률로 발생되는 무효전력을 검출한다(S450).

무효전력이 검출되면, SVC 장치(270)는 검출된 무효전력에 대해 보상한다(S460).

즉, SVC 장치(270)는 무효 전력을 보상하기 위해 RUN S/W(319)를 온(ON) 시킨 후에, R+ 상에 WAVE+(321)가 들어오면, 제어부(318)는 비교기 1(314)의 출력을 high로 인식하고, R+ 상에 WAVE-(222)가 들어올 때까지 기다린다.

만약, R+ 상에 WAVE-(322)가 들어오는 경우, 제어부(318)는 비교기 1(314)의 출력을 low로 인식하고, 그 순간을 SCR(313)의 애노드와 캐소드 양단의 전위차가 같은 것으로 판단하여 게이트인 Q1_G와 Q2_G에 +전압을 인가한다.

이때, Q1_G가 먼저 온이 되고, Q2_G는 R+ 상에 다음 주기의 WAVE+(321)가 들어올 때 온이 됨으로써, R 상이 완전히 열리게 된다.

또한, S+ 상에 WAVE+(321)가 들어오면, 제어부(318)는 비교기 3(316)의 출력을 high로 인식하고, S+ 상에 WAVE-(322)가 들어올 때까지 기다린다.

만약, S+ 상에 WAVE-(322)가 들어오는 경우, 제어부(318)는 비교기 3(316)의 출력을 low로 인식하고, 그 순간을 SCR(313)의 애노드와 캐소드 양단의 전위차가 같은 것으로 판단하여 게이트인 Q3_G와 Q4_G에 +전압을 인가한다.

이때, Q3_G가 먼저 온이 되고, Q4_G는 S+ 상에 다음 주기의 WAVE+(321)가 들어올 때, 온이 됨으로써, S 상이 완전히 열리게 된다.

한편, SVC 장치(270)가 무효 전력의 보상을 완료한 이후 SCR(313)을 오프하는 경우의 동작에 대해 설명한다.

SVC 장치(270)가 무효 전력의 보상을 완료한 이후 RUN S/W(219)를 오프시킨 후에, R- 상에 WAVE+(321)가 들어오면, 제어부(318)는 비교기 2(315)의 출력을 high로 인식하고, R- 상에 WAVE-(222)가 들어올 때까지 기다린다.

만약, R- 상에 WAVE-(322)가 들어오는 경우, 제어부(318)는 비교기 2(315)의 출력을 low로 인식하고, Q1_G와 Q2_G에 0V의 전압을 인가한다.

이때, Q1_G가 먼저 오프되고, Q2_G는 R- 상에 다음 주기의 WAVE+(321)가 들어올 때 오프됨으로써, R- 상의 SCR(313)이 오프 상태가 된다.

또한, S- 상에 WAVE+(321)가 들어오면, 제어부(318)는 비교기 4(317)의 출력을 high로 인식하고, S- 상에 WAVE-(322)가 들어올 때까지 기다린다.

만약, S- 상에 WAVE-(322)가 들어오는 경우, 제어부(318)는 비교기 4(317)의 출력을 low로 인식하고, Q3_G와 Q4_G에 0V의 전압을 인가한다.

이때, Q3_G가 먼저 오프되고, Q4_G는 S- 상에 다음 주기의 WAVE+(321)가 들어올 때 오프됨으로써, S- 상의 SCR(313)이 오프 상태가 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 발전소에서 계통으로 송전하는 전력 이외에 발전소 내 발전 설비에 사용하고 코일 성분이 많아서 저역률로 무효전력을 생성하는 일부 전력에 대해 발전소 내 보조 변압기 단에 병렬로 설치된 정지형 무효전력 보상장치(SVC)를 이용하여 발전소 내 운전되는 부하와 동일한 속도로 제어해 투입 및 개방시 스위칭 서지가 발생하지 않고, 순간적인 진상 및 전압상승 등의 과도현상이 발생되지 않도록 하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템 및 방법을 실현할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 발전소에서 계통으로 송전하는 전력 이외에 발전소 내 발전 설비에 사용하고 코일 성분이 많아서 저역률로 무효전력을 생성하는 일부 전력에 대해 발전소 내 보조 변압기 단에 병렬로 설치된 정지형 무효전력 보상장치(SVC)를 이용하여 발전소 내 운전되는 부하와 동일한 속도로 제어해 투입 및 개방시 스위칭 서지가 발생하지 않고, 순간적인 진상 및 전압상승 등의 과도현상이 발생되지 않도록 하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템 및 방법에 적용할 수 있다.

200 : 발전소 전력 절감 시스템 210 : 여자 변압기
220 : 메인강화 변압기 230 : 보조 변압기
240 : 운전개시 변압기 250 : 총합전류 변압기
260 : 자동역률 조정기 270 : SVC 장치
311 : 콘덴서 뱅크 312 : 리액터
313 : 실리콘 제어 정류기 314, 315, 316, 317 : 감지부
318 : 제어부 319 : 스위칭부

Claims

발전소 내에 설치된 발전기(Generator)에서 발생된 전력에 대해 제1 전력으로 변환하여 공급하는 여자 변압기(Excitation Transformer);
상기 여자 변압기의 제1 전력보다 높은 전압의 제2 전력으로 변환하는 메인강화 변압기(Main Step-up Transformer);
상기 메인강화 변압기의 제2 전력을 발전소 내부 설비들을 동작시키는데 필요한 부하용 제3 전력으로 변환하는 보조 변압기(Auxiliary Transformer);
상기 발전기의 동작 정지 시에 외부로부터 전력을 수전받아 발전소 내부 설비들에 전력 공급을 개시하는 운전개시 변압기(Start-up Transformer);
상기 보조 변압기의 후단과 상기 운전개시 변압기의 후단으로부터 인가되는 각각의 전류를 총합(Summation)하는 총합전류 변압기(Summation Current Transformer);
상기 총합된 전류로부터 역률에 의한 무효전력을 검출하는 자동역률 조정기(Automatic Power Factor Controller Relay);및
상기 자동역률 조정기를 통해 검출된 무효전력을 보상하는 정지형 무효전력보상(static var compensator, 이하 SVC) 장치;
를 포함하되,
상기 SVC 장치는,
적어도 하나의 콘덴서가 병렬로 연결된 콘덴서 뱅크(bank);
상기 콘덴서 뱅크와 직렬로 연결된 리액터;
상기 콘덴서 뱅크 및 상기 리액터를 접속 제어하는 실리콘 제어 정류기(Silicon-Controlled Rectifier: SCR);
상기 SCR의 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 간 전위차를 감지하는 감지부;
상기 감지부의 감지 결과, 상기 SCR의 애노드와 캐소드 양단의 전위가 같을 경우, 상기 SCR의 게이트(gate)에 신호를 인가하여 상기 SCR을 온(On)시키는 제어부; 및
상기 자동역률 조정기를 통해 무효 전력이 검출되면, 상기 제어부에 스위칭 신호를 인가하는 스위칭부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 SVC 장치는, 상기 보조 변압기의 발전소 내 부하 공급 라인 버스(BUS)와 상기 자동역률 조정기 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제어부에 상기 스위칭 신호가 인가되면, 상기 감지부는 상기 SCR의 애노드와 캐소드 간 전위차를 감지하며, 상기 제어부는 상기 SCR의 애노드와 캐소드 양단의 전위가 같을 경우, 상기 SCR의 게이트에 신호를 인가하여 상기 SCR을 온(ON) 시켜서, 상기 SVC 장치가 무효전력을 보상하는 것을 특징으로 하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 발전기의 동작 정지 시에, 상기 운전개시 변압기를 통해 외부로부터 전력을 수전받아 발전소 내부 설비들에 공급할 때, 상기 자동역률 조정기를 통해 상기 운전개시 변압기의 후단으로부터 상기 총합전류 변압기에 인가되는 전류에 의한 역률로 발생되는 무효전력을 검출하고, 무효전력이 검출되면 상기 SVC 장치가 검출된 무효전력을 보상하는 것을 특징으로 하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 시스템.
여자 변압기(Excitation Transformer)와, 메인강화 변압기(Main Step-up Transformer), 보조 변압기(Auxiliary Transformer), 운전개시 변압기(Start-up Transformer), 총합전류 변압기(Summation Current Transformer), 자동역률 조정기(Automatic Power Factor Controller Relay) 및 정지형 무효전력보상(static var compensator, 이하 SVC) 장치를 포함하는 시스템의 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 방법으로서,
(a) 상기 여자 변압기가 발전소 내에 설치된 발전기(Generator)에서 발생된 전력에 대해 제1 전력으로 변환하는 단계;
(b) 상기 메인강화 변압기가 상기 여자 변압기의 제1 전력보다 높은 전압의 제2 전력으로 변환하는 단계;
(c) 상기 보조 변압기가 상기 메인강화 변압기의 제2 전력을 발전소 내부 설비들을 동작시키는데 필요한 부하용 제3 전력으로 변환하는 단계;
(d) 상기 총합전류 변압기가 상기 보조 변압기의 후단과 상기 운전개시 변압기의 후단으로부터 인가되는 각각의 전류를 총합(Summation)하는 단계;
(e) 상기 자동역률 조정기가 상기 총합된 전류로부터 역률에 의한 무효전력을 검출하는 단계;
(f) 상기 SVC 장치가 상기 검출된 무효전력에 대해 보상하는 단계;
(g) 상기 운전개시 변압기가 상기 발전기의 동작 정지 시에 외부로부터 전력을 수전받아 발전소 내부 설비들에 전력 공급을 개시하는 단계;
(h) 상기 자동역률 조정기가 상기 운전개시 변압기의 후단으로부터 상기 총합전류 변압기에 인가되는 전류에 의한 역률로 발생되는 무효전력을 검출하는 단계; 및
(i) 상기 SVC 장치가 상기 검출된 무효전력에 대해 보상하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 방법.
삭제
청구항 6 에 있어서,
상기 (f) 단계 또는 상기 (i) 단계는,
상기 SVC 장치가 콘덴서 뱅크(bank)와 리액터, SCR, 감지부, 제어부 및 스위칭부로 구성된 상태에서, 상기 자동역률 조정기를 통해 무효전력이 검출되면, 상기 스위칭부가 스위칭 신호를 상기 제어부에 인가하고, 상기 제어부에 상기 스위칭 신호가 인가되면, 상기 감지부는 상기 SCR의 애노드와 캐소드 간 전위차를 감지하며, 상기 제어부는 상기 SCR의 애노드와 캐소드 양단의 전위가 같을 경우, 상기 SCR의 게이트에 신호를 인가하여 상기 SCR을 온(ON) 시켜서, 상기 SVC 장치가 무효전력을 보상하는 것을 특징으로 하는 정지형 무효전력 보상장치를 이용한 발전소 전력 절감 방법.