KR101626088B1 - 전기로 전력 제어 시스템 및 전기로 전력 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 전기로의 소모 전력을 제어하기 위한 시스템은, 복수의 전기로의 소모 전력을 제어하기 위한 시스템으로서: 외부로부터 공급되는 고압전력을 변환하여 동작전력을 생성하고, 상기 동작전력을 연결된 전기로에 공급하고, 상기 동작전력의 공급량을 실시간으로 측정하는, 개별 제어반; 복수의 개별 제어반으로부터 실시간으로 측정되는 상기 공급량들을 이용하여 상기 복수의 전기로 전부에 의해 소모되는 총전력량의 특정 시각에서의 예상값을 산출하고, 상기 예상값이 제1기준값을 초과한 경우에는 상기 복수의 전기로들에 대하여 미리정의된 제1우선순위에 따른 순서대로 상기 동작전력을 낮추어 공급하도록, 상기 예상값이 제2기준값을 초과한 경우에는 상기 복수의 전기로들에 대하여 미리정의된 제2우선순위에 따른 순서대로 상기 동작전력의 공급을 정지시키도록, 상기 복수의 개별 제어반의 동작을 제어하는, 통합 제어반을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

전기로 전력 제어 시스템 및 전기로 전력 제어 방법{POWER CONTROL SYSTEM AND METHOD FOR ELECTRIC ARC FURNACE}

본 발명은, 제강 플랜트에 구비된 복수의 전기로에 의해 소모되는 전력을 효율적으로 제어하기 위한 전기로 전력 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.

제강 플랜트에서 제강공정은 일반적으로 다수의 제강공정 설비, 즉, 전기로(electric furnace)에 원료를 장입한 후 내부에 설치된 전극에 고전류를 인가하여 이때 발생되는 열에너지에 의해 원료를 용해하게 된다. 여기서, 제강 플랜트의 전기로에는 여러 차례 고철이 장입되는데, 먼저 장입된 고철을 용해하고 거의 용해되면 고철을 재차 장입하여 용해하는 방식으로 진행된다. 그리고, 전기로 내의 고철이 전부 액체로 변하면 그때부터 정련기라고 하며 정련 초기의 온도는 1520℃정도이고, 정련 말 즉 출강시 온도는 1580℃정도이다.

한편, 제강 플랜트는 한전과 최대수요전력(㎾) 등의 산업용 전력의 기본공급계약을 체결하여 전력을 사용하게 되며, 최대수요전력(15분 누계 ㎾)의 상승에 따른 기본요금 부담액이 증가하므로 최대수요전력(㎾)을 제한하여 사용하게 된다.

따라서, 최대수요전력이 기본공급계약을 초과하지 않도록 제강공정 설비를 제어하기 위하여, 공개특허공보 제2010-25916호(제강 공정 설비의 전력 제어 방법)와 같은 종래기술이 개시되었다.

상기 종래기술은, 적어도 하나 이상의 제강공정 설비 전체에 대한 제한 총전력량을 설정하고, 적어도 하나 이상의 제강공정 설비로 공급되는 전원을 소정 시간동안 측정하여 적산 총전력량을 산출하는 제1 단계; 적산 총전력량과 제한 총전력량을 비교하는 제2 단계; 제2 단계에서의 비교결과 적산 총전력량이 제한 총전력량 보다 크다면 부하제한 모드로 설정하는 제3 단계; 및 제3 단계의 판단 결과 부하제한 모드이면, 적어도 하나 이상의 제강공정 설비 각각에 대한 조업데이터를 근거로 조업상태를 판단하고, 적어도 하나 이상의 제강공정 설비 각각에 대한 조업상태에 따라 선별적으로 전원공급을 차단하는 제4 단계; 를 포함한다.

즉, 종래기술에서는, 제강공정 설비의 조업상태에 따라서 적어도 하나의 제강공정 설비의 전원공급을 우선순위에 따라 완전히 차단하는 동작을 수행한다.

하지만, 제강공정 설비의 조업중에, 임의의 제강공정 설비가 전원공급 차단의 우선순위가 높은 상태일지라도 여전히 전원공급이 유지되어야할 필요가 있는 상태일 수 있다.

이처럼, 전원공급을 유지하는 것이 전원공급을 차단하는 것보다 경제적으로 유리할지라도, 종래기술에 의하면, 단지 우선순위의 비교결과에 따라 전원공급을 무조건 차단하도록 하고 있으므로, 제강공정을 효율적으로 제어하고 있다고 할 수 없다.

공개특허공보 제2010-25916호

따라서, 본 발명은, 복수의 전기로의 각각의 현재 조업 단계에 따라 전력 공급량을 단계별로 제어하고 최악의 경우에만 전력 공급을 차단함으로써, 복수의 전기로의 연속적인 조업을 보장하고자 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 전기로의 소모 전력을 제어하기 위한 시스템은, 복수의 전기로의 소모 전력을 제어하기 위한 시스템으로서: 외부로부터 공급되는 고압전력을 변환하여 동작전력을 생성하고, 상기 동작전력을 연결된 전기로에 공급하고, 상기 동작전력의 공급량을 실시간으로 측정하는, 개별 제어반; 복수의 개별 제어반으로부터 실시간으로 측정되는 상기 공급량들을 이용하여 상기 복수의 전기로 전부에 의해 소모되는 총전력량의 특정 시각에서의 예상값을 산출하고, (1) 상기 예상값이 제1기준값을 초과한 경우에는 상기 복수의 전기로들에 대하여 미리정의된 제1우선순위에 따른 순서대로 상기 동작전력을 낮추어 공급하도록, (2) 상기 예상값이 제2기준값을 초과한 경우에는 상기 복수의 전기로들에 대하여 미리정의된 제2우선순위에 따른 순서대로 상기 동작전력의 공급을 정지시키도록, 상기 복수의 개별 제어반의 동작을 제어하는, 통합 제어반을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 개별 제어반은, 상기 동작전력을 낮추어 공급할 수 있도록, 상기 고압전력의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 복수 단계로 조정가능한 개별 변압기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 동작전력을 낮추는 정도 및 상기 동작전력의 최저값은, 상기 전기로에 제강 재료를 장입하여 용해시키는 용해기인 경우와, 상기 전기로 내의 용해된 제강 재료를 정련하는 정련기인 경우에, 서로 다르게 설정될 수 있다.

또한, 상기 통합 제어반은, 각각의 상기 전기로에서 소모되는 상기 동작전력에 기초하여, 상기 전기로가 용해기인지 정련기인지를 판정하거나, 각 전기로의 현재 조업 단계를 식별할 수 있다.

또한, 상기 개별 제어반은, 상기 동작전력의 공급을 정지시키기 위한 차단기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 통합 제어반은, 적어도 하나의 상기 전기로에 대하여 상기 동작전력의 공급을 제어한 후 재산출된 상기 총전력량의 예상값이 여전히 상기 제1기준값 또는 상기 제2기준값을 초과하면, 나머지의 상기 전기로에 대하여 상기 제1우선순위 또는 상기 제2우선순위에 근거하여 상기 동작전력의 제어를 반복할 수 있다.

한편, 본 발명의 또다른 실시예에 따른 복수의 전기로의 소모 전력을 제어하기 위한 방법은, 상기 복수의 전기로 각각에 공급되는 동작전력의 공급량을 실시간으로 측정하는 것; 실시간으로 측정되는 상기 공급량을 이용하여 상기 복수의 전기로 전부에 의해 소모되는 총전력량의 특정 시각에서의 예상값을 산출하는 것; 상기 예상값이 제1기준값을 초과한 경우에는, 미리정의된 제1우선순위에 따라 선택된 전기로에 상기 동작전력을 낮추어 공급하는 것; 및 상기 예상값이 제2기준값을 초과한 경우에는 미리정의된 제2우선순위에 따라 선택된 전기로에 상기 동작전력의 공급을 정지시키는 것을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 상기 동작전력을 낮추어 공급하는 것은: 상기 동작전력을 낮추는 정도 및 상기 동작전력의 최저값을, 상기 전기로가 제강 재료를 장입하여 용해시키는 용해기인 경우와 용해된 제강 재료를 정련하는 정련기인 경우에 있어 서로 다르게 설정하는 것을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 동작전력을 낮추어 공급하는 것은, 각각의 상기 전기로에서 소모되는 상기 동작전력에 기초하여 상기 전기로가 용해기인지 정련기인지를 판정하는 것, 상기 동작전력을 낮추는 정도 및 상기 동작전력의 최저값을 용해기인 경우와정련기인 경우에 서로 다르게 설정하는 것을 더 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 시스템 및 전기로 전력 제어 방법에 의하면, 실시간으로 산출되는 예상값에 의하여 계약시간에 도달하기 전에 미리 전력 제어를 수행할 수 있고, 또한, 각 전기로별로 동적으로 설정된 우선순위에 따라 전력 공급의 공급량을 단계별로 제어할 수 있으므로, 각 전기로의 중단없는 연속적인 조업을 실현할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 시스템에서 총전력량의 예상값을 산출하는 예시를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 시스템에서 현재 조업 단계별 전력 제어 우선순위의 예시를 보여주는 표이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 시스템을 구현하는 또다른 방식을 설명하는 도면이다.
도 5은 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 방법의 개략적인 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 방법에 있어서, 총전력량 예상값이 제1기준값을 초과하는 경우의 제어를 설명하는 흐름도이다.
도 7은 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 방법에 있어서, 총전력량 예상값이 제2기준값을 초과하는 경우의 제어를 설명하는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 시스템 및 전기로 전력 제어 방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명의 각 구성 요소를 지칭하는 용어들은 그 기능을 고려하여 예시적으로 명명된 것이므로, 용어 자체에 의하여 본 발명의 기술 내용을 예측하고 한정하여 이해해서는 안 될 것이다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로 전력 제어 시스템의 구성을 설명한다. 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기로 전력 제어 시스템은, 통합 제어반(110)과 개별 제어반(121, 122, 123)을 포함할 수 있다.

일반적으로 제강 플랜트에는 복수 개의 전기로들(161, 162, 163)이 구비될 수 있으며, 각 전기로(161, 162, 163; 이하 161로 통칭함)는 각각의 개별 제어반(121, 122, 123; 이하 121로 통칭함)에 의해 제어될 수 있다.

한편, 도면에는 3개의 개별 제어반이 도시되어 있으나, 이는 예시에 불과하며, 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 시스템은 2개 또는 4개 이상의 개별 제어반을 구비할 수도 있다. 개별 제어반은 제강 플랜트에서 운용하는 전기로의 각각에 대해 하나 또는 복수 개가 연결될 수도 있다.

전기로(161)는, 내부에 설치된 전극에 전력이 인가되면 장입된 원료를 향하여 아크를 발생시킨다. 아크에 의한 열에너지에 의해 장입된 원료가 용해된다. 이때, 전극에 인가되는 전류 및/또는 전압을 변경함으로써, 열에너지가 제어될 수 있다.

개별 제어반(121)은, 외부로부터 공급되는 고압전력(예를 들면, 154KV)을 변환하여 전기로(161)에 공급할 동작전력을 생성한다. 또한, 개별 제어반(121)은 동작전력의 전압 및/또는 전류를 제어할 수 있다. 또한, 개별 제어반(121)은 동작전력의 공급을 즉시 차단할 수 있다. 또한, 개별 제어반(121)은, 전기로(161)에 공급되는 동작전력을 실시간으로, 예를 들면, 1초 또는 5초마다 측정하여 공급량값을 산출할 수 있다. 산출된 공급량값은 통합 제어반(110)으로 전송될 수 있다.

특히, 개별 제어반(121)은, 동작전력의 전압 및/또는 전류를 제어하기 위한 구성으로서, 개별 변압기(131, 132, 133; 이하, 131로 통칭함)를 포함할 수 있다. 개별 변압기(131)는, 개별 제어반(121)에 의하여 또는 외부 제어(예를 들면, 통합 제어반으로부터의 제어)에 의해 변환 동작이 제어될 수 있다.

개별 변압기(131)는 동작전력을 다수의 단계로 구분하여 제어할 수 있다. 본 실시예에서는, 20 단계로 구분할 수 있으며, 개별 변압기(131)는 각 단계에 대응하는 0 내지 19 탭(tap)을 구비할 수 있다. 따라서, 개별 변압기(131)에서 어떤 탭을 선택하느냐에 따라서 전기로(161)에 공급되는 동작전력이 제어될 수 있다. 탭이 수치가 작을수록 동작전력의 공급량이 적고, 클수록 공급량이 큰 것으로 정의될 수 있다.

또한, 개별 제어반(121)은, 전기로(161)에 공급되는 동작전력을 즉시 차단하기 위하여, 차단기(141, 142, 143; 이하, 141로 통칭함)를 더 포함할 수 있다.

전력량계(104)는, 공급자(102)가 제공하는 고압전력이 제강 플랜트 내에서 소모되는 총전력량을 측정하는 계량기이다.

통합 제어반(110)은, 전기로 각각의 현재 조업 단계를 식별할 수 있다. 전기로의 현재 조업 단계는, 소정의 전기로 동작 제어기(도시하지 않음)로부터 제공되는 정보에 의해 식별할 수도 있으나, 바람직하게는, 전기로(161)에 공급되는 동작전력의 누적 공급량 및/또는 순간 공급량을 이용하여 정의할 수 있다.

예를 들면, 전기로(161)에 장입된 원료를 용해시키는 시점에서는, 전기로 동작 제어기가 전극의 동작을 제어하거나, 개별 제어반(121)에서 개별 변압기(131)를 탭다운 제어하여 공급전력을 제어하게 될 것이다.

따라서, 전기로(161)에서 소모하는 동작전력을 모니터링하는 것으로도 전기로(161)의 현재 조업 단계를 식별하는 것이 가능하게 된다.

또한, 통합 제어반(110)은, 복수의 개별 제어반(121)으로부터 실시간으로 측정되어 제공되는 공급량값들을 이용하여 복수의 전기로 전부에 의해 소모되는 총전력량을 산출한다. 그리고, 총전력량의 시간에 따른 변동추이를 분석하고, 특정 시각에서의 총전력량 예상값을 계산한다. 특정 시각은 고압전력 공급자(102)가 지정한 계약시간(또는, 수요시한)에 도달하는 시각이다.

그리고 통합 제어반(110)은, 계산된 예상값이 제1기준값을 초과한 경우에는 제1우선순위에 따라 특정 전기로(161)에 동작전력을 낮추어 공급하도록 복수의 개별 제어반(121)을 각각 제어한다. 또한, 계산된 예상값이 제2기준값을 초과한 경우에는 제2우선순위에 따라 특정 전기로(161)에 동작전력의 공급을 차단시키도록 특정 개별 제어반(121)의 동작을 제어한다.

이와 같이 통합 제어반(110)이 서로다른 우선순위에 따라서 복수의 전기로(161)에 대한 동작전력을 낮추거나 차단시킴으로써, 단지 차단여부를 결정하는 종래기술에 비하여, 전기로에서 소모하는 총전력량을 효율적으로 제어할 수 있게 된다.

고압전력의 공급자(102)인 한국전력은 보통 15분을 주기로 하여(계약시간 또는 수요시한) 계약된 전력량(계약전력)을 공급하고 있으며, 수요자인 제강 플랜트에서 계약전력을 초과하여 사용하게 되면 즉시 전력공급을 차단하고 있다.

따라서, 각 제강 플랜트에서는, 자체적으로 전력 제어 수단을 구비하여, 계약시간이 만료하기 전에(즉, 특정 시각에 도달하기 전에) 총전력량이 계약전력에 도달하지 않도록 해야 한다.

이를 위하여, 제강 플랜트에서는, 총전력량을 실시간으로 감시하면서, 제강 플랜트를 구성하는 각 구성부들이 현상태로 전력을 소모할 경우 계약시간에 도달하기 전에 총전력량이 계약전력을 초과하게 될 수 있는지를 예측하여 판단한다. 이때 필요한 지표가 총전력량의 예상값이다.

총전력량의 예상값은, 현재까지의 누적된 총전력량과 단위시간동안의 총전력량의 변화량을 이용하여 계산될 수 있다.

예상값(Qu) = 현재총전력량 + { (dQ/dt)×(T-t) }

여기서, dQ는 단위시간동안의 총전력량의 변화량이고, T는 수요시한이고, t는 계약시간의 시작점으로부터의 경과시간이다.

이렇게 예상값을 산출하는 예를 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2를 참고한 예를 들면, 수요시한은 15분이고, 경과시간이 7분인 상태에서, 현재총전력량이 123,750KW이고, 단위시간은 1분이고, 6분에서의 총전력량은 90,000KW이다.

이 경우, dQ는 33,750KW(=123,750-90,000)이고, t는 7분이다.

따라서, Qu = 123,750 + {(33,750/1 × (15-7)} = 393,750KW가 된다.

만일 계약전력이 225,000KW라면, 이는 75% 초과를 의미한다. 따라서, 제강 플랜트의 전력 제어가 필요하게 되는 것이다.

제강 플랜트에서는 전기로(161)가 대부분의 전력 소모를 유발하므로, 본 발명에서는, 개별 제어반(121)을 통해 전기로(161)에 인가되는 공급전력을 제어함으로써, 총전력량을 제어하도록 구성한다. 따라서, 총전력량의 예상값이, 계약전력을 초과하거나 미리정의한 기준값을 초과하는 것으로 분석되면, 통합 제어반(110)은, 각 개별 제어반(121)에 제어명령을 전송하여 전기로(161)에 공급되는 공급전력을 낮추거나 차단시키게 된다.

특히, 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 시스템에서는, 예상값과 비교하는 기준을 제1기준값과 제2기준값으로 분리하여 제어 방식을 달리 설정하고 있다.

즉, 예를 들면, 예상값이 제1기준값으로서의 계약전력의 99.48%를 초과하게 될 때에는, 임의의 개별 변압기(131)의 탭을 조정하여 연결된 전기로(161)에 공급되는 동작전력을 낮추는 제어를 수행한다. 그리고, 예상값이 제3기준값으로서의 계약전력의 99% 이하로 낮아지면, 탭 제어되기 이전의 정상 동작 상태로 탭을 복귀시킨다.

그리고, 총전력량의 예상값이 제2기준값으로서의 계약전력의 102%를 초과하게 될 때에는, 차단기(141)를 제어하여 임의의 전기로(161)에 공급되는 동작전력을 즉시 차단하게 된다. 그리고 예상값이 계약전력의 99% 이하로 낮아지면, 차단기(141)를 복귀시켜 동작전력의 공급을 재개한다. 차단기(141)는 자동으로 또는 개별 제어반의 운영자에 의해 수동으로 복귀될 수 있다.

이때, 탭을 제어하는 제1기준값보다 차단기(141)를 제어하는 기준인 제2기준값이 더 높은 것이 바람직하다.

한편, 탭을 제어함에 있어서, 낮출 수 있는 최저탭이 설정될 수 있다. 예를 들면, 장입된 원료를 용해시키는 초기 가열의 기간(예를 들면, 용해기)에는 아킹의 안정성을 유지하기 위하여 낮출 수 있는 최저탭을 16탭으로 설정할 수 있으며, 원료가 모두 용해되어 정련하는 후기 가열의 기간(예를 들면, 정련기)에는 아킹이 안정된 상태이므로 최저탭을 14탭까지 더 낮게 설정할 수 있다. 최저탭을 설정하는 것은, 탭을 낮추어 전력소모를 제한하게 되더라도, 전기로 내부의 온도 변화를 최소화하거나 용해된 재료의 상태를 관리하여 조업의 연속성을 최대한 보장하기 위한 목적이다.

추가로, 제1기준값과 제2기준값은 다양한 조건에 따라서 조정될 수 있다. 예를 들면, 전기로(161)에 장입되는 원료 및/또는 조업의 요구 사항에 따라서 조정될 수 있을 것이다. 또한, 계약시간 중의 경과시간에 따라서도 조정될 수 있다.

한편, 이러한 예상값에 의한 전력 제어는, 소정의 경과시간이 지난 후에 이루어지도록 설정될 수 있다. 예를 들면, 전력 감시를 시작한 지 8분의 전력제어금지시간이 지난 후에 비로소 개별 변압기(131)나 차단기(141)가 제어되도록 할 수 있다. 이는, 계약시간 주기의 초기임에도 불구하고 불필요하게 전력제어가 이루어져서 조업에 차질을 빚는 것을 방지하기 위함이다.

복수의 개별 제어반 각각에 대한 제어는, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은, 전기로 전력 제어 시스템에서 현재 조업 단계별 전력 제어 우선순위의 예시를 보여주는 표이다.

전기로(161)의 조업 단계는, 기초 공정 → 추가1 공정 → 추가2 공정 → 정련 공정 → 출강 공정으로 크게 나뉘어질 수 있는데, 각 공정들은 복수 개의 세부 단계들로 더 나뉘어질 수 있다.

각 단계들은, 누계전력량(총전력량)에 의해서 구분될 수 있다. 탭(tap)은 개별 변압기(131)에서 조정되어 동작전력의 공급량을 제어하게 된다. 탭다운(tap down) 우선순위는, 탭을 제어하여 동작전력을 낮추게 되는 우선순위로서, 순위가 작을수록 먼저 제어된다. 차단기오프(VCB off) 우선순위는, 차단기(141)를 오프시켜 동작전력의 공급을 차단시키는 우선순위로서, 순위가 작을수록 먼저 차단된다.

기초 공정은 전기로(161)에 최초 원료를 장입하고 용해시키는 공정이다. 추가1 공정은 최초 장입된 원료가 용해된 후 추가 원료를 더 장입한 후 용해시키는 공정이다. 용해의 추가 장입은 더 여러 번 행해질 수도 있으며 행해지지 않을 수도 있다. 도면에서는 2차 추가 장입에 의해 추가2 공정까지 수행되고 있다. 정련 공정은, 전기로(161)에 원하는 양의 원료가 충분히 용해된 상태에서, 제강의 성분 및 품질을 조정하기 위한 정련을 수행하는 공정이다.

한편, 기초 공정의 단계들과, 추가1 공정 및 추가2 공정의 초반 단계들은, 원료를 용해시키는 용해기를 구성한다. 그리고, 추가1 공정 및 추가2 공정의 후반 단계들과 정련 공정의 단계들은 용해된 원료를 정련하는 정련기를 구성한다. 도 3에 있어서, 황색 부분은 용해기를 의미하고, 청색 부분은 정련기를 의미한다.

도 3의 표에서, 용해기에서는 탭다운 우선순위가 낮고 차단기오프 우선순위가 높게 설정되어 있다. 따라서, 용해기인 동안에는, 총전력량의 예상값이 제1기준을 초과할 때에는 탭다운 제어의 우선순위가 낮아서 동작전력의 공급이 유지될 가능성이 높지만(조업이 유지될 수 있음), 총전력량의 예상값이 제2기준을 초과할 때에는 차단기오프 우선순위가 높으므로 동작전력이 차단될 가능성이 높게 된다.

한편, 정련기에서는 차단기오프 우선순위가 낮고 탭다운 우선순위가 높게 설정되어 있다. 이에 의해, 정련기인 동안에는, 총전력량의 예상값이 제1기준을 초과할 때에는 비록 우선적으로 탭다운 제어되어 열에너지가 줄어들게 될 가능성이 있지만, 총전력량의 예상값이 제2기준을 초과하더라도 동작전력이 차단될 가능성이 낮아서 정련 공정의 조업을 유지할 수 있게 된다.

도 4는, 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 시스템을 구현하는 또다른 방식을 설명하는 도면이다. 본 실시예에서는, 일반적인 전력 제어 시스템에 구비되어 있는 기존 제어반(106)과 본 발명에 따른 통합 제어반(110)을 함께 구비한다.

기존 제어반(106)은, 총전력량의 예상값을 매 1분마다 산출하고, 산출된 예상값이 99.48%를 초과하게 되면, 미리정의된 순서에 따라서 전기로(161)의 전원을 즉시 차단하도록 구성되어 있다.

기존 제어반(106)의 차단순서는 각 전기로(161)의 조업 단계와는 무관하게 정의되어 고정되어 있어서, 조업이 계속되어야하는 중요한 단계에 있는 전기로일지라도 무조건 전력이 차단될 가능성이 매우 높다. 또한, 전력 제어를 위해서 무조건 전력을 차단해버리므로, 조업의 연속성을 저해할 수 있다.

하지만, 기존 제어반(106)과 통합 제어반(110)을 함께 설치하고, 통합 제어반(110)에 의한 제어가 우선하도록 설정해두면, 기존 제어반(106)에 의한 전력 차단을 미리 방지하고, 통합 제어반(110)에 의해 최적 효율로 전력 제어가 실현될 수 있는 것이다.

도 5은, 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 방법의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 방법은, 다음과 같은 절차를 포함한다.

먼저, 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 방법이 실행되면(S11), 계약시간의 만료 시각까지의 잔여시간을 카운트 시작하고, 총전력량을 0으로부터 누적 계산하기 시작한다. 또한, 각 전기로에서 소모되는 동작전력을 이용하여 각 전기로의 현재 조업 단계를 식별하여 유지한다(S12).

한편, 본 전력 제어 방법은, 계약시간의 시점으로부터 소정의 제어금지시간 이후로부터 실제적인 탭제어 또는 차단기오프 제어를 실행하도록 구성될 수 있을 것이다(S13).

제어금지시간이 경과한 후에는, 계약시간이 만료하기 전까지는 이하의 구체적인 전력 제어 절차들을 반복하게 된다(S14).

복수의 전기로들에서 소모되는 총전력량의 추이는 매우 짧은 주기마다 실시간으로 분석되어, 계약시간의 만료 시각에서의 예상값이 계산된다(S15).

계산된 예상값이 제2기준값을 초과하는 경우에는(S16), 소모되는 총전력량의 현재 변화추이가 너무 커서, 계약시간이 만료되기 전에 계약전력을 초과할 수 있다고 판단될 수 있다. 일 실시예에서, 제2기준값은 계약전력의 102%로 설정될 수 있다. 이 경우에는, 제2우선순위에 따라서 어느 하나의 전기로에 공급되는 동작전력을 차단하도록 차단기오프 제어한다(S17).

어느 하나의 전기로에 연결된 차단기가 오프된 상태에서, 소모되는 총전력량의 예상값을 재계산하고(S18), 재계산된 새로운 예상값이 제3기준값 이하가 되었는지 검사한다(S19). 새로 계산된 예상값이 여전히 제3기준값보다 크면, 단계(S16)로 복귀하여 차단기오프 제어 또는 탭다운 제어를 추가로 수행하게 된다. 이때, 새로운 예상값이 여전히 제2기준값을 초과하는 상태라면, 그다음 우선순위의 전기로에 대하여 차단기오프 제어가 가해질 것이며, 새로운 예상값이 제2기준값 이하이지만 제1기준값을 초과한 상태라면, 나머지의 전기로에 대해서는 탭다운 제어가 가해질 것이다.

단계(S18)에서 산출된 새로운 예상값이 제3기준값의 이하로 낮아졌다면, 차단기오프된 전기로에 대하여 동작전력의 공급을 재개하여 조업을 정상화시킨다(S20).

한편, 단계(S15)에서, 계산된 예상값이 제2기준값 이하이지만 제1기준값을 초과하는 상태로 판정되면(S21), 제1우선순위에 따라서 어느 하나의 전기로에 대해 탭다운 제어한다(S22). 탭다운 제어를 수행한 후 총전력량의 예상값을 재계산하고(S23), 재계산된 새로운 예상값이 제3기준값의 이하로 낮아졌는지 판단한다(S24). 새로운 예상값이 여전히 제3기준값을 초과하는 상태라면 단계(S22)로 복귀하여 그다음 우선순위에 있는 또하나의 전기로에 대하여 탭다운 제어를 가하게 된다.

단계(S23)에서 산출된 새로운 예상값이 제3기준값의 이하로 낮아졌다면, 탭다운 제어된 전기로에 대하여 동작전력의 공급을 이전의 상태로 정상화시킨다(S25).

만일, 단계(S19) 및 단계(S24)에서, 새로운 예상값이 제3기준값을 초과하는 상태일지라도, 경과시간이 계약시간에 도달하였다면, 차단기오프 및/또는 탭다운 제어를 즉시 정상화시킬 수 있다.

다음으로, 도 6을 참조하여, 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 방법에 있어서, 총전력량 예상값이 제1기준값을 초과하는 경우의 제어를 설명한다.

전기로 전력 제어가 실행된 후(S101), 8분의 차단금지시간이 경과한 상태에서, 산출된 총전력량의 예상값이 제1기준값과 제2기준값의 사이로 판정되면, 전기로에 대하여 도 3에 도시된 바와 같은 제1우선순위에 근거하여 탭다운 제어가 실행된다(S102). 이때 각 전기로가 다음과 같은 조업 단계인 것으로 식별되었다고 가정한다. 전기로(EAF) #1은 기초-5 단계(S103). EAF #2는 추가2-4 단계(S106). EAF #3은 정련-2 단계(S109).

그러면, 이 3개의 전기로들 중 탭다운 제어의 우선순위가 가장 높은 EAF #3에 대하여 가장 먼저 2탭을 다운시키는 제어가 실행된다(S104). 탭은 19탭인 상태에서 17탭으로 다운된다. 이어서, 실시간으로 총전력량의 예상값이 다시 계산될 것이고, 계산된 새로운 예상값이 제3기준값 이하로 낮아졌는지 비교하게 된다(S105).

만일, 예상값이 제3기준값을 초과하는 상태라면, 그다음 우선순위에 있는 EAF #2의 동작전력에 대하여 탭다운 제어를 수행한다(S107). EAF #2에 대해서도 최초 19탭으로부터 2탭씩 다운시킨다.

EAF #2에 대한 탭다운 제어가 수행된 상태에서 새로운 예상값이 산출될 것이고, 새로운 예상값이 여전히 제3기준값 이상이면(S108), 이번에는 그다음 우선순위에 있는 EAF #1에 대하여 탭다운 제어가 가해질 것이다(S110).

EAF #1까지도 탭다운 상태에서 측정된 새로운 예상값이 여전히 제3기준값 이상이면, 이번에는 다시 EAF #3에 대하여 탭다운 제어가 반복된다. 이렇게 제어를 반복할 때, 탭다운은 각 전기로의 현재 조업 단계에 대응하는 최저탭까지만 이루어지게 된다. 즉, EAF #3은 용해기에 있으므로 14탭까지 낮추어질 수 있으며, EAF #2 및 EAF #1은 정련기에 있으므로 16탭까지만 낮추어질 수 있다.

한편, 이러한 제어를 수행하는 중에, 총전력량의 예상값이 제3기준값 이하로 낮아지면, 다운 제어된 탭을 이전의 상태로 상승시켜 조업을 정상화할 수 있다(S112, S113, S114).

또한, 전력 제어를 수행하는 언제라도 계약시간이 만료하게 되면, 계약시간의 카운트를 리셋하고, 총전력량의 측정을 0으로 리셋한 후, 단계(S102)로 복귀하게 된다. 물론, 다운된 탭은 정상화된다.

한편, 상술한 제어 방식에서는, 2탭씩 다운시키는 제어를 각 전기로에 대하여 순차적으로 반복하도록 하고 있다. 즉, EAF #3 → EAF #2 → EAF #1 → EAF #3 → EAF #2 ... 의 방식으로 제어가 전이되고 있다.

하지만, 우선순위가 높은 하나의 전기로에 대하여 최소탭까지 2탭씩 순차적으로 탭다운하고, 그래도 예상값이 제3기준값을 초과하는 경우에 다음 전기로에 대하여 탭다운 제어를 전이하는 방식도 가능하다. 이 경우에는, EAF #3 → EAF #2 → EAF #1의 순서로 제어가 전이될 것이다.

이번에는, 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 전기로 전력 제어 방법에 있어서, 총전력량 예상값이 제2기준값을 초과하는 경우의 제어를 설명한다.

전기로 전력 제어가 실행된 후(S201), 8분의 차단금지시간이 경과한 상태에서, 산출된 총전력량의 예상값이 제2기준값을 초과한다고 판정되면, 어느 하나의 전기로에 대하여 도 3에 도시된 바와 같은 제2우선순위에 근거하여 차단기오프 제어가 실행된다(S202). 이때 각 전기로가 다음과 같은 조업 단계인 것으로 식별되었다고 가정한다. EAF #1은 기초-5 단계(S203). EAF #2는 추가2-2 단계(S206). EAF #3은 정련-1 단계(S209).

그러면, 이 3개의 전기로들 중 차단기오프 제어의 우선순위가 가장 높은 EAF #2에 대하여 가장 먼저 차단기오프되어 동작전력의 공급이 차단된다(S204). 차단기가 오프된 후 총전력량의 예상값을 새로 측정하고, 측정된 예상값이 제3기준값 이하인지 판정한다(S205). 만일, 새로운 예상값이 여전히 제2기준값을 초과한다면, 제2우선순위가 그다음인 전기로(EAF #3)를 차단기오프 제어하게 된다. 만일 새로운 예상값이 제2기준값의 이하로 낮아졌지만, 여전히 제1기준값을 초과한다면, 이번에는 나머지 전기로들(EAF #3 및 EAF #1)에 대하여 제1우선순위에 근거하여 탭다운 제어를 수행하게 된다(S207).

그다음 우선순위의 전기로(EAF #3)에 대하여 탭다운 제어 또는 차단기오프 제어를 수행하여도 새로 계산된 예상값이 아직도 제3기준값의 이하로 낮아지지 않았다면(S209), 이번에는 제1우선순위가 가장 높은 전기로(EAF #1)에 대하여 탭다운 제어를 가하게 된다(S210). 이 과정에 의해서도 예상값이 제3기준값을 여전히 초과하면, 다시 단계(S204)로 복귀하여 차단기오프 제어 또는 탭다운 제어를 반복한다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

1. 복수의 전기로의 소모 전력을 제어하기 위한 시스템으로서:
   외부로부터 공급되는 고압전력의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 조정하여 복수 단계로 조정된 동작전력을 생성하는 개별 변압기 구비하고, 상기 동작전력을 연결된 전기로에 공급하면서 상기 동작전력의 공급량을 실시간으로 측정하는 개별 제어반;
   복수의 개별 제어반으로부터 실시간으로 측정되는 상기 공급량들의 변동추이를 이용하여 상기 복수의 전기로 전부에 의해 소모되는 총전력량의 특정 시각에서의 예상값을 산출하고, 상기 예상값이 제1기준값을 초과한 경우에는 상기 복수의 전기로들에 대하여 미리정의된 제1우선순위에 따른 순서대로 상기 동작전력을 소정 단계만큼 낮추어 공급하도록, 또는 상기 예상값이 제2기준값을 초과한 경우에는 상기 복수의 전기로들에 대하여 미리정의된 제2우선순위에 따른 순서대로 상기 동작전력의 공급을 정지시키도록, 상기 복수의 개별 제어반의 동작을 제어하는 통합 제어반;을 포함하고,
   상기 제1우선순위는, 상기 전기로에 제강 재료를 장입하여 용해시키는 초기 단계로부터 세부 조업 단계를 거치면서 높아지는 추이를 갖도록 설정되고,
   상기 제2우선순위는, 상기 초기 단계로부터 상기 세부 조업 단계를 거치면서 낮아지는 추이를 갖도록 설정되고,
   상기 통합 제어반은, 적어도 하나의 상기 전기로에 대하여 상기 동작전력의 공급을 제어한 후 재산출된 총전력량의 상기 예상값이 여전히 상기 제1기준값 또는 상기 제2기준값을 초과하면, 상기 전기로의 전부에 대하여 상기 제1우선순위 또는 상기 제2우선순위에 근거하여 상기 동작전력의 제어를 반복하고,
   상기 동작전력의 제어를 반복함에 있어서, 상기 동작전력을 낮추는 정도 및 낮출 수 있는 상기 동작전력의 최저값은, 상기 전기로에 제강 재료를 장입하여 용해시키는 용해기인 경우와 상기 전기로 내의 용해된 제강 재료를 정련하는 정련기인 경우에 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는, 전기로 전력 제어 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 통합 제어반은, 각각의 상기 전기로에서 소모되는 상기 동작전력의 누적 공급량 또는 순간 공급량에 기초하여, 상기 전기로가 용해기인지 정련기인지를 판정하거나, 각 전기로의 세부 조업 단계를 식별하는 것을 특징으로 하는, 전기로 전력 제어 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 개별 제어반은, 상기 동작전력의 공급을 정지시키기 위한 차단기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기로 전력 제어 시스템.
6. 삭제
7. 복수의 전기로의 소모 전력을 제어하기 위한 방법으로서:
   고압전력의 전압 및 전류 중 적어도 하나를 조정함으로써 복수 단계로 조정된 후 상기 복수의 전기로 각각에 공급되는 동작전력의 공급량을 실시간으로 측정하는 것;
   실시간으로 측정되는 상기 공급량들의 변동추이를 이용하여 상기 복수의 전기로 전부에 의해 소모되는 총전력량의 특정 시각에서의 예상값을 실시간으로 산출하는 것;
   상기 예상값이 제1기준값을 초과한 경우에는, 미리정의된 제1우선순위에 따라 선택된 전기로에 상기 동작전력을 소정 단계만큼 낮추어 공급하는 것;
   상기 예상값이 제2기준값을 초과한 경우에는 미리정의된 제2우선순위에 따라 선택된 전기로에 상기 동작전력의 공급을 정지시키는 것; 및
   적어도 하나의 상기 전기로에 대하여 상기 동작전력의 공급을 제어한 후 재산출된 총전력량의 상기 예상값이 여전히 상기 제1기준값 또는 상기 제2기준값을 초과하면, 상기 전기로 전부에 대하여 상기 제1우선순위 또는 상기 제2우선순위에 근거하여 상기 동작전력의 제어를 반복하는 것을 포함하고,
   상기 제1우선순위는, 상기 전기로에 제강 재료를 장입하여 용해시키는 초기 단계로부터 세부 조업 단계를 거치면서 높아지는 추이를 갖도록 설정되고,
   상기 제2우선순위는, 상기 초기 단계로부터 상기 세부 조업 단계를 거치면서 낮아지는 추이를 갖도록 설정되고,
   상기 동작전력의 제어를 반복하는 것에 있어서, 상기 동작전력을 낮추는 정도 및 낮출 수 있는 상기 동작전력의 최저값은, 상기 전기로에 제강 재료를 장입하여 용해시키는 용해기인 경우와 상기 전기로 내의 용해된 제강 재료를 정련하는 정련기인 경우에 서로 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는, 전기로 전력 제어 방법.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   상기 동작전력을 소정 단계만큼 낮추어 공급하는 것은,
   각각의 상기 전기로에서 소모되는 상기 동작전력의 누적 공급량 또는 순간 공급량에 기초하여 상기 전기로가 용해기인지 정련기인지를 판정하거나 각 전기로의 세부 조업 단계를 식별하는 것,
   상기 전기로가 용해기인지 정련기인지에 따라 또는 상기 세부 조업 단계에 따라 상기 동작전력을 소정 단계만큼 낮추어 공급하는 것을 더 포함하는, 전기로 전력 제어 방법.

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