KR101598956B1 - 마이크로 수차발전기 시험용 다이나모 시스템 - Google Patents

Abstract

마이크로 수차발전기 시험용 다이나모 시스템이 개시된다. 본 발명의 시스템은, 마이크로 수차발전기가 입수되는 수압 테스트 장치와, 수압 테스트 장치로 유입되는 물의 양을 조절하기 위한 유량밸브와, 수압 테스트 장치 내의 압력을 조절하기 위한 공압장치를 포함한다.

Description

마이크로 수차발전기 시험용 다이나모 시스템{DYNAMO SYSTEM FOR TESTING MICRO WATER TURBING GENERATOR}

본 발명은 마이크로 수차발전기 시험용 다이나모 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 발전기를 시험하기 위해 다이나모 시스템이 이용된다. 도 1은 종래 발전기 시험용 다이나모 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 종래의 마이크로 수차발전기를 시험하기 위한 다이나모 시스템은, 시험용 마이크로 수차발전기(1)와 구동용 모터(10), 모터제어를 위한 인버터(11), 전력분석기(12) 및 부하저항(13)으로 구성된다. 이러한 구조에 의해, 발전기(15)의 출력성능에 대한 일반적인 전기적 사용과 효율 등을 체크할 수 있다.

그러나, 종래의 도 1과 같은 구조의 다이나모 시스템에서는, 마이크로 수차발전기(1)가 물에 잠겨 있는 구조이므로, 수압에 의해 절연이 파괴되는 문제점이 있다. 마이크로 수차발전기(1)의 수압 테스트는, 발전기(1)의 절연 테스트의 중요 항목을 시험하는 것으로서, 절연이 파괴될 경우, 인적 및 물적으로 매우 위험한 상황을 초래할 수 있고, 또한 센서와 같은 고가의 부품의 고장을 초래할 수도 있다.

또한, 종래의 다이나모 시스템에서는, 장시간 운전 등에 의한 온도특성을 분석하거나, 또는 전력변환장치에서의 최대전력점 추종 알고리즘을 검증하기는 어려운 문제점이 있다. 이러한 온도특성 및 최대전력점 추종 알고리즘이 검증되지 않을 경우, 시스템의 수명 및 이용률을 높이는데 한계가 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 마이크로 수차발전기의 특성 및 시스템을 고려하여 실사용 조건에서 마이크로 수차발전기를 시험하기 위한, 다이나모 시스템을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 인버터를 이용하여 제어하는 구동모터로 테스트 대상인 마이크로 수차발전기를 구동하는, 본 발명의 다이나모 시스템은, 상기 마이크로 수차발전기가 입수되는 수압 테스트 장치; 상기 수압 테스트 장치로 유입되는 물의 양을 조절하기 위한 유량밸브; 및 상기 수압 테스트 장치 내의 압력을 조절하기 위한 공압장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 수압 테스트 장치는, 상기 마이크로 수차발전기가 물이 완전히 잠길 수 있는 정도의 크기로 구성되고, 그 상부가 개폐 가능하게 구성될 수 있다.

본 발명의 일실시예의 시스템은, 상기 마이크로 수차발전기로부터 소모되는 전력을 회생하는 계통연계형 인버터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 시스템은, 상기 마이크로 수차발전기의 동작온도 및 포화온도를 측정하는 온도계측부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 온도계측부는, 상기 계통연계형 인버터의 온도를 측정할 수 있다.

본 발명의 일실시예의 시스템은, 상기 마이크로 수차발전기의 출력-속도 및 토크-속도 데이터를 이용하여, 상기 인버터를 토크제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 상기 인버터에 의해 구동되는 상기 구동모터의 출력를 수신하여, 최대전력점 추적 알고리즘을 검증할 수 있다.

또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 마이크로 수차발전기를 테스트하는 본 발명의 일실시예의 다이나모 시스템은, 상기 마이크로 수차발전기를 구동하는 구동모터; 상용전원을 수신하여, 상기 구동모터를 제어하는 인버터; 상기 마이크로 수차발전기가 입수되는 수압 테스트 장치; 상기 수압 테스트 장치로 유입되는 물의 양을 조절하기 위한 유량밸브; 상기 수압 테스트 장치 내의 압력을 조절하기 위한 공압장치; 상기 마이크로 수차발전기로부터 소모되는 전력을 상용전원으로 회생하는 계통연계형 인버터; 상기 마이크로 수차발전기의 동작온도 및 포화온도를 측정하는 온도계측부; 및 상기 마이크로 수차발전기의 출력-속도 및 토크-속도 데이터를 이용하여, 상기 인버터를 토크제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명은, 실 사용조건에서 마이크로 수차발전기를 테스트함으로써, 마이크로 수차발전기에 대한 안정성을 확보하도록 하는 효과가 있다.

마이크로 수차발전기의 수명은 사용조건에서의 온도가 어느 정도에서 포화가 진행되는지에 따라 좌우되며, 본 발명은, 특수 조건에서 온도포화 시험을 할 수 있어, 유지보수의 측면을 고려하여 설계가 가능하게 하는 효과가 있으며, 또한 이에 사용되는 계통연계형 인버터는 소모되는 전력을 회생할 수 있으므로, 경제적으로 유리한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 최대전력점 추적(MTTP) 커브 데이터를 이용하여 최대전력점 추적 알고리즘을 검증할 수 있으므로, 마이크로 수차발전기의 이용률을 향상시켜, 최종적으로 발전량을 증가하게 하는 효과가 있다.

도 1은 종래 발전기 시험용 다이나모 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 마이크로 수차발전기 시험을 위한 다이나모 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 마이크로 수차발전기의 런너 블레이드의 출력-속도 및 토크-속도 데이터를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예의 마이크로 수차발전기 시험을 위한 다이나모 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 다이나모 시스템은, 유량밸브(21)와 공압장치(22)와 연결되는 수압 테스트 장치(2)와, 온도계측부(54) 및 계통연계형 전력변환장치(3)를 포함할 수 있다.

본 발명의 다이나모 시스템에서, 제어용 인버터(11)는, 상용전원을 수신하여 구동모터(10)를 제어하며, 구동모터(10)는 마이크로 수차발전기(1)를 구동하는 것이다. 각각 발전기(1), 토크센서(51), 감속기(53) 및 구동모터(10) 사이에는 커플링부(52)가 배치되어, 각각을 연결할 수 있다.

수압 테스트 장치(2)는 예를 들어 가로×세로×높이의 크기가 각각 1.5m로 형성되며, 하부는 유량밸브(21)와 연결되어, 마이크로 수차발전기(1)가 완전히 잠길 수 있도록 물이 채워지고, 시험 후 물을 배출할 수 있는 구조로 구성된다. 공압장치(22)는, 발전기(1)의 실사용조건에 맞는 수압조건을 위해 수압 테스트 장치(2)에 연결될 수 있다. 즉, 유량밸브(21)는, 수압 테스트 장치(2)에 입수되는 물의 양을 조절하도록 구성되고, 공압장치(22)는 수압 테스트 장치(2) 내의 압력을 조절하도록 구성될 수 있다.

수압 테스트 장치(2)는 다이나모 시스템의 시험베드(test bed)(7)에 직결되도록 구성되며, 시험용 수차발전기(1)의 탈착 또는 부착이 용이하도록 상부는 개폐가 가능하도록 형성된다. 또한, 압력유지를 위해 접합되는 부위는 고무 또는 가스켓 설비를 부착하여 구성될 수 있다.

온도 계측부(54)는 이러한 발전기(1)의 실 사용조건에서의 수압 테스트 장치(2)의 온도를 계측하며, 도시되지는 않았으나, 수압 테스트 장치(2)는 물 온도의 조정을 위해 칠러(chiller)를 더 포함할 수 있다. 또한, 온도 계측부(54)는 발전기(1)의 온도 외에, 구동모터(10)의 온도를 측정할 수 있다.

이와 같이, 온도 계측부(54)는, 발전기(1)의 사용환경에 대한 동작온도 및 포화온도를 측정하도록 구성되며, 온도 테스트를 통해 발전기(1)의 권선 종류의 선택이 용이하고, 향후 유지보수에도 유리하게 된다. 종래에는, 발전기(1)의 온도측정을 위해 부하저항(13)을 사용하였으나, 이러한 부하저항(13)을 사용하는 방식은 소모되는 전력을 열로 변환하는 것으로서, 전력소모가 매우 큰 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 부하저항(13)을 그대로 사용하면서 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 계통연계형 인버터(3)를 포함하는 다이나모 시스템을 구성하여, 발전기(1)로부터 소모되는 전력을 회생하도록 구성할 수 있다.

즉, 본원발명의 발전기(1)는 스위치(6)를 통해 저항부하(13) 및 계통연계형 인버터(3)중 어느 하나와 연결될 수 있으며, 계통연계형 인버터(3)와 연결되는 경우에는 발전기(1)에서 발생되는 전력을 회생하여 계통으로 전달함으로써 소모되는 전력을 재생할 수 있다. 이때, 온도계측부(54)는 계통연계형 인버터(3)로부터 온도 데이터를 수신함으로써, 인버터(3)의 과열을 감시할 수도 있다.

이로써, 본 발명의 다이나모 시스템의 소모전력을 시스템 용량의 10% 미만으로 낮출 수 있다.

한편, 도 1의 종래의 다이나모 시스템의 제어부(14)는, 저항부하(13), 전력분석기(12) 및 구동모터 제어용 인버터(11)로부터 통신을 통해 데이터를 수신하며, 이에 의해서는 최대전력점 추종 알고리즘을 검증할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 제어부(4)는, 최대전력점 추적 알고리즘을 검증하기 위해, 마이크로 수차발전기(1)의 런너 블레이드(도시되지 않음)의 출력-속도 데이터 및 토크-속도 데이터를 저장하고, 이를 이용하여 제어용 인버터(11)를 토크제어하는 것에 의해, 최대전력점 추적 알고리즘을 검증할 수 있다.

도 3은 마이크로 수차발전기의 런너 블레이드의 출력-속도 및 토크-속도 데이터를 나타내는 그래프이다.

도 3에서 A는 출력-속도 데이터를 나타내고 B는 토크-속도 데이터를 나타내며, 제어부(4)는 이러한 데이터를 이용하여 제어용 인버터(11)의 토크를 제어하고, 인버터(11)의 토크제어에 따라 구동모터(10)를 통해 구동되는 발전기(1)의 출력을 토크/속도 앰프(55)를 통해 수신함으로써, 최대전력점 추적 알고리즘을 검증할 수 있다. 이러한 데이터는, 제어부(4)에 미리 저장되어 있을 수도 있으나, 외부로부터 통신을 통하여 제공받을 수도 있다.

한편, 토크/속도 앰프(55)는, 발전기(1)에 연결된 토크센서(51)로부터 토크 및 속도를 수신하며, 온도 계측부(54)는, 발전기(1), 구동모터(10) 외에, 발전기(1)와 구동모터(10) 사이에 연결된 감속기(53)의 온도도 수신할 수 있을 것이며, 또한 계통연계형 인버터(3)의 온도 역시 수신하여, 시스템의 전반적인 온도를 제어부(4)에 전송할 수 있다.

제어부(4)는 온도계측부(54)로부터 발전기(1)와 구동모터(10), 감속기(53) 및 계통연계형 인버터(3) 중 적어도 하나의 온도 데이터를 수신할 수 있으며, 또한 계통연계형 인버터(3)로부터 전력변환 관련 데이터를 수신하여, 시스템에 대한 전반적인 제어, 계측 및 분석을 수행할 수 있다. 제어부(4)는 예를 들어 개인용 컴퓨터(personal computer; PC)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 기기가 사용될 수 있을 것이다.

이와 같이, 본 발명은 마이크로 수차발전기(1)의 특수운전 조건을 고려하여, 유량밸브(21) 및 공압장치(22)를 연결하고, 발전기(1)를 내포할 수 있는 수압 테스트 장치(2)를 제공하여, 적용되는 수두 높이의 주압 조건을 유량밸브(21) 및 공압장치(22)를 통해 제어할 수 있다.

이에 따라, 실제 수압 조건을 갖춘 상태에서 마이크로 수차발전기(1)에 대해 베어링 부분 또는 케이블 연결부분에서의 이상이 있는지에 대해 절연을 측정함으로써, 실사용조건에 부합하는지 여부에 대한 시험을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 계통연계형 인버터(3)는, 마이크로 수차발전기(1)의 장시간 연속운전 시험에 의한 온도포화 시험과 발전기(1)의 이용률을 향상하기 위한 최대전력점 추적 알고리즘에 대한 검증을 수행할 수 있다.

발전기(1)의 온도포화 시험은 보통 10시간 이상 진행되며, 종래 부하저항에 의한 출력시험은 이와 같이 장시간 연속시험의 경우 전력소모에 대한 비용이 크지만, 본원발명과 같이 계통연계형 인버터(3)를 적용하면, 소모전력을 자기 용량의 10%로 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제어부(4)는, 발전기(1)의 런너 블레이드의 최대전력점 제어(MTTP) 커브 데이터를 미리 저장하고, 이를 기반으로 제어용 인버터(11)의 토크제어를 수행하며, 토크/속도 앰프(55)를 통한 출력을 확인함으로써 최대전력점을 추적할 수 있으며, 이와 같은 방식에 의해 수차발전기(1)의 전체 효율 및 이용률을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명은, 실 사용조건에서 마이크로 수차발전기(1)를 테스트함으로써, 마이크로 수차발전기(1)에 대한 안정성을 확보할 수 있다.

마이크로 수차발전기(1)의 수명은 사용조건에서의 온도가 어느 정도에서 포화가 진행되는지에 따라 좌우되며, 본 발명은, 특수 조건에서 온도포화 시험을 할 수 있어, 유지보수의 측면을 고려하여 설계가 가능하며, 이에 사용되는 계통연계형 인버터(3)는 소모되는 전력을 회생할 수 있으므로, 경제적으로 유리하다.

또한, 최대전력점 추적(MTTP) 커브 데이터를 이용하여 최대전력점 추적 알고리즘을 검증할 수 있으므로, 마이크로 수차발전기(1)의 이용률을 향상시켜, 최종적으로 발전량을 증가시킬 수 있다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1: 마이크로 수차발전기 10: 구동모터
11: 제어용 인버터 12: 전력분석기
13: 저항부하 2: 수압 테스트 장치
21: 유량밸브 22: 공압장치
3: 계통연계형 인버터 4: 제어부
51: 토크센서 52: 커플링부
53: 감속기 54: 온도 계측부
55: 토크/속도 앰프 6: 스위치
7: 시험베드

Claims (8)

1. 인버터를 이용하여 제어하는 구동모터로 테스트 대상인 마이크로 수차발전기를 구동하는 다이나모 시스템에 있어서,
   상기 마이크로 수차발전기가 입수되는 수압 테스트 장치;
   상기 수압 테스트 장치로 유입되는 물의 양을 조절하기 위한 유량밸브;
   상기 수압 테스트 장치 내의 압력을 조절하기 위한 공압장치; 및
   상기 마이크로 수차발전기로부터 소모되는 전력을 회생하는 계통연계형 인버터를 포함하는 다이나모 시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 수압 테스트 장치는,
   상기 마이크로 수차발전기가 물이 완전히 잠길 수 있는 정도의 크기로 구성되고, 그 상부가 개폐 가능하게 구성되는 다이나모 시스템.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로 수차발전기의 동작온도 및 포화온도를 측정하는 온도계측부를 더 포함하는 다이나모 시스템.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 온도계측부는,
   상기 계통연계형 인버터의 온도를 측정하는 다이나모 시스템.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 마이크로 수차발전기의 출력-속도 및 토크-속도 데이터를 이용하여, 상기 인버터를 토크제어하는 제어부를 더 포함하는 다이나모 시스템.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
   상기 인버터에 의해 구동되는 상기 구동모터의 출력를 수신하여, 최대전력점 추적 알고리즘을 검증하는 다이나모 시스템.
   
8. 마이크로 수차발전기를 테스트하는 다이나모 시스템에 있어서,
   상기 마이크로 수차발전기를 구동하는 구동모터;
   상용전원을 수신하여, 상기 구동모터를 제어하는 인버터;
   상기 마이크로 수차발전기가 입수되는 수압 테스트 장치;
   상기 수압 테스트 장치로 유입되는 물의 양을 조절하기 위한 유량밸브;
   상기 수압 테스트 장치 내의 압력을 조절하기 위한 공압장치;
   상기 마이크로 수차발전기로부터 소모되는 전력을 상용전원으로 회생하는 계통연계형 인버터;
   상기 마이크로 수차발전기의 동작온도 및 포화온도를 측정하는 온도계측부; 및
   상기 마이크로 수차발전기의 출력-속도 및 토크-속도 데이터를 이용하여, 상기 인버터를 토크제어하는 제어부를 포함하는 다이나모 시스템.
   
   

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