KR101697099B1 - 최대출력 추종을 위한 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템 - Google Patents

최대출력 추종을 위한 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101697099B1
KR101697099B1 KR1020160034744A KR20160034744A KR101697099B1 KR 101697099 B1 KR101697099 B1 KR 101697099B1 KR 1020160034744 A KR1020160034744 A KR 1020160034744A KR 20160034744 A KR20160034744 A KR 20160034744A KR 101697099 B1 KR101697099 B1 KR 101697099B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wave
period
generator
value
damping
Prior art date
Application number
KR1020160034744A
Other languages
English (en)
Inventor
박준성
김진홍
현병조
정인성
최준혁
Original Assignee
전자부품연구원
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 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020160034744A priority Critical patent/KR101697099B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101697099B1 publication Critical patent/KR101697099B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/16—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the relative movement between a wave-operated member, i.e. a "wom" and another member, i.e. a reaction member or "rem"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/12—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy
    • F03B13/14—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy
    • F03B13/22—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates characterised by using wave or tide energy using wave energy using the flow of water resulting from wave movements to drive a motor or turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00—Controlling
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/66—Regulating electric power
    • G05F1/67—Regulating electric power to the maximum power available from a generator, e.g. from solar cell
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1807—Rotary generators
    • H02K7/1823—Rotary generators structurally associated with turbines or similar engines
    • 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
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
    • Y02E10/38—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)

Abstract

본 발명은 최대출력 추종을 위한 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 부이에 연결된 선형 발전기, 선형 발전기의 발전 제어를 수행한 전력 변환 장치를 포함하고, 전력 변환 장치는 부이의 위치 변화에 따른 위치 정보를 기반으로 파도 주기를 산출하고, 파도 주기를 기반으로 발전기 댐핑 값을 결정한 후, 이를 기반으로 선형 발전기의 발전 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템을 개시한다.

Description

최대출력 추종을 위한 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템{Controlling method for optimal damping and wave power system supporting the same}
본 발명은 파력 발전과 관련한 최대출력 추종에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 최적 댐핑 제어를 기반으로 최대 출력 추종을 수행할 수 있도록 하는 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템에 관한 것이다.
산업발전과정에서 화석연료의 지나친 의존으로 인하여 온실가스 발생 등의 환경문제 및 에너지자원 부족의 문제가 발생하고 있다. 이에 따라, 최근에는 무한 에너지원이며 친환경적인 방법으로 전력을 생산할 수 있는 신재생 에너지의 개발의 필요성이 대두되고 있다. 일 예로서 파랑에너지를 이용하는 파력 발전 설비가 주목받고 있다.
파력 발전 설비는 파랑의 위치에너지를 전기에너지로 변환하는 방식이다. 파력 발전 설비는 태양에너지나 풍력에너지 등 다른 에너지원에 비해 에너지원의 운용이 예측가능하고, 높은 전력밀도를 가지며, 설치 장소에 제약이 적다는 장점이 있다. 이에 따라, 최근 파력 발전 설비와 관련하여 다양한 구조의 변형 및 실용화가 시도되고 있는 실정이다.
한편, 종래 파력 발전 과정에서는 파도의 주기와 관계없이 일정한 댐핑 값을 기반으로 전력을 출력하도록 제어해 왔다. 이에 따라, 종래 파력 발전의 경우 출력이 기대하는 것보다 적을 뿐만 아니라 불안정한 문제점이 있었다.
한국공개특허 제2010-0119741호(2010.11.10.)
본 발명은 상기와 같은 문제 해결을 위해 제안된 것으로, 파도의 주기에 따라 최적 댐핑을 적용함으로써, 최대 출력 파워를 안정적으로 제공할 수 있는 최대출력 추종을 위한 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템을 제공함에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 파력 발전 시스템은 부이에 연결된 선형 발전기, 상기 선형 발전기의 발전 제어를 수행한 전력 변환 장치를 포함하고, 상기 전력 변환 장치는 상기 부이의 위치 변화에 따른 위치 정보를 기반으로 파도 주기를 산출하고, 상기 파도 주기를 기반으로 발전기 댐핑 값을 결정한 후, 이를 기반으로 상기 선형 발전기의 발전 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 선형 발전기는 상기 부이에 연결되는 샤프트, 상기 샤프트 일측에 배치된 가동자, 상기 가동자를 감싸도록 배치되며 상기 가동자의 이동에 따른 유도 기전력을 발생시키는 고정자를 포함하고, 상기 파력 발전 시스템은 상기 부이, 샤프트, 가동자 중 적어도 한 곳에 배치되어 위치 변화를 센싱하는 위치 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전력 변환 장치는 상기 위치 변화를 기반으로 파도의 속도와 가속도를 산출하고, 상기 산출된 파도의 속도와 가속도를 기반으로 파도 한 주기 중 적어도 일부 주기 값들을 산출한 후, 산출된 일부 주기 값들을 다음 일부 주기 값들과 동일하게 추정하여 상기 파도의 한 주기를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 전력 변환 장치는 상기 속도와 가속도 정보를 기반으로 파도 한 주기 중 일부 주기 값들은 산출하고, 산출된 일부 주기 값을 다음 일부 주기 값과 동일하게 추정하거나 또는 스칼라 값을 동일하게 추정하고 방향 벡터 값은 반대로 적용하여 상기 파도의 한 주기를 생성하는 것을 특징으로 한다.
상기 전력 변환 장치는 수학식
Figure 112016028015276-pat00001
를 이용하여, 발전기 댐핑 값을 결정하고, 상기 Bpto는 발전기 댐핑 값이고, 상기 Brad는 부유체 방사 감쇠 값이며, 상기 Bvis는 유체 점성 감쇠 값이고, 상기 M은 부이질량, 상기 m은 추가질량, Aρg는 부력, ω는 파도의 주기인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 최적 댐핑 제어 방법은 파력 발전 시스템에서의 운동에 따라 변화되는 위치 정보를 수집하는 단계, 상기 위치 정보를 기반으로 파도의 속도와 가속도를 산출하는 단계, 상기 산출된 파도의 속도와 가속도를 기반으로 파도 주기를 생성하는 단계, 상기 파도 주기 및 수학식
Figure 112016028015276-pat00002
를 이용하여 발전기 댐핑 값을 산출하는 단계, 상기 산출된 발전기 댐핑 값을 기반으로 전력 생산하는 선형 발전기의 전력 제어를 수행하는 단계를 포함하고, 상기 Bpto는 발전기 댐핑 값이고, 상기 Brad는 부유체 방사 감쇠 값이며, 상기 Bvis는 유체 점성 감쇠 값이고, 상기 M은 부이질량, 상기 m은 추가질량, Aρg는 부력, ω는 파도의 주기인 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에서 제시하는 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템에 따르면, 본 발명은 파도 주기에 따른 최적 댐핑을 기반으로 안정적이며 높은 출력 파워를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파력 발전 시스템 외관을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 파력 발전 시스템 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 최적 댐핑 제어 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 하기의 설명에서는 본 발명의 실시 예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 파력 발전 시스템 외관을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 파력 발전 시스템(100)은 부이(110), 챔버(125), 선형 발전기(120), 전력 변환 장치(140)를 포함할 수 있다. 추가적으로, 파력 발전 시스템(100)은 전력 변환 장치(140)에 의하여 최대출력 추종된 전력을 전달받는 전력 계통을 더 포함할 수 있다.
부이(110)는 부유체로서 해수면(즉, 바다 위)에서 받는 저항을 줄여주고, 해수면에서 파도(10)를 잘 탈 수 있는 형상으로 제공된다. 일 예로, 부이(110)의 형상은 구, 반구, 원반, 원기둥, 봉, 원뿔 등의 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 본 실시 예에서는 사각형 형상의 부이를 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 부이(110)는 폴리스티렌 폼(Polystyrene foam)과 폴리에틸렌 발포수지 재질과 같은 가볍고, 부력이 매우 강하며 부식성이 없는 소재의 부력체를 포함할 수 있다. 부이(110)에 의해 파력 발전 시스템(100)은 부유체의 방사 감쇠가 적용될 수 있다.
챔버(125)는 내부에 선형 발전기(120)가 설치되어 부이(110)에 의해 상하 이동될 수 있는 내부 공간을 제공할 수 있다. 챔버(125)는 조류의 영향을 최소화하기 위해 원통형상으로 제공될 수 있다. 챔버(125) 내부의 상부벽과 하부벽에 배치되는 탄성 부재들을 포함할 수 있다. 탄성부재는 챔버(125) 내부에서 선형 발전기의 상하 운동 과정에서 챔버(125)와의 충돌로 인한 데미지를 최소화하기 위한 댐퍼 기능을 수행할 수 있다. 챔버(125)에 의해 파력 발전 시스템은 유체 점성 감쇠가 적용될 수 있다. 챔버(125)는 다양한 형태로 고정될 수 있다. 예컨대, 챔버(125)는 해저 바닥에 단단하게 고정된 지지 구조를 기반으로 해수면 보다 일정 높이 이상에 위치할 수 있다. 지지 구조는 예컨대, 콘크리트 슬라브를 포함할 수 있다.
선형 발전기(120)는 고정자(121), 샤프트(123) 그리고 가동자(122)를 포함한다.
고정자(121)는 챔버(125)의 내부에 고정 설치된다. 본 실시 예에서 고정자(121)는 원통형으로 마련되고, 중앙에 가동자(122)가 이동할 수 있도록 홀이 마련될 수 있다. 고정자(121)의 중앙 홀 내벽은 코일이 감겨진 복수개의 슬롯들이 배치될 수 있다. 코일은 가동자(122)의 영구자석들과 상대적 이동을 통해 유도 기전력이 발생되어 발전한다. 코일과 가동자(122) 사이에 절연층이 더 배치될 수 있다.
샤프트(123)는 부이(110)로부터 운동 에너지를 제공받아 챔버(125) 내에서 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 샤프트(123)는 타원 또는 다각 구조의 단면을 갖는다. 샤프트의 단면은 3각, 5각, 6각 그 이상으로 제공될 수 있다.
가동자(122)는 다각 구조의 단면을 갖는 샤프트(123)에서 다각 구조를 구성하는 각 면에 각각 설치된다. 예컨대, 샤프트(123)가 4각 단면을 가지는 경우, 가동자(122)는 4개의 면에 각각 설치된 영구자석들을 포함할 수 있다. 가동자(122)는 고정자(121)의 코일(312)이 수용되도록 상하 방향으로 슬롯이 형성되고, 슬롯을 기준으로 영구자석들이 배치될 수 있다.
전력 변환 장치(140)는 파력 발전 시스템(100)의 위치 변화 정보를 기반으로 파도의 주기를 추정하고, 추정된 파도의 주기를 기반으로 최적 댐핑 제어를 수행할 수 있다. 이 동작에서, 전력 변환 장치(140)는 발전기 댐핑 값을 산출하고, 산출된 발전기 댐핑 값을 기반으로 최적 댐핑 제어를 수행함으로써, 최대 출력 추종을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 파력 발전 시스템 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 파력 발전 시스템(100)은 부이(110), 선형 발전기(120), 위치 센서(130), 전력 변환 장치(140)를 포함할 수 있다. 추가적으로 파력 발전 시스템(100)은 상술한 챔버(125) 등의 구성을 더 포함할 수 있다.
부이(110) 및 선형 발전기(120)는 앞서 도 1에서 설명한 바와 같은 구조를 가지를 가질 수 있다. 위치 센서(130)는 예컨대, 가동자(122)의 일측에 배치되어 부이(110)의 이동에 대응하여 위치가 변경될 경우, 위치 정보를 수집할 수 있다. 또는, 위치 센서(130)는 부이(110) 일측에 배치되거나 샤프트(123)에 배치되어 위치 정보를 수집하고, 수집된 위치 정보를 전력 변환 장치(140)에 전달할 수 있다.
전력 변환 장치(140)는 위치 센서(130)가 제공한 위치 정보를 기반으로 파도의 속도 및 가속도 값을 산출할 수 있다. 전력 변환 장치(140)는 속도가 산출되면, 산출된 속도를 미분하여 가속도를 산출할 수 있다. 전력 변환 장치(140)는 파도의 속도 및 가속도를 기반으로 파도의 주기를 검출할 수 있다. 이때, 전력 변환 장치(140)는 파도의 한 주기 중 일정 부분(예: 1/4 주기 또는 1/2 주기)을 실측 데이터(예: 위치 정보를 기반으로 산출된 속도와 가속도 데이터)를 기반으로 추정할 수 있다. 예컨대, 예컨대, 전력 변환 장치(140)는 일정 시점에서, 실측 데이터를 기준으로 1/4 주기 값들을 검출하면, 다음 1/4 주기를 이전 1/4 주기와 동일한 속도 값과 가속도 값을 가지는 것으로 추정할 수 있다. 또는, 전력 변환 장치(140)는 실측 데이터를 기준으로 1/2 주기 값들을 검출하고, 다음 2/2 주기의 스칼라 값들을 이전 1/2 주기의 스칼라 값들과 동일하게 처리하고, 다음 2/2 주기의 벡터 방향 값을 1/2 주기의 벡터 방향과 반대 방향으로 추정할 수 있다.
상술한 도 1 및 도 2에서 설명한 부이가 연결된 선형 발전기의 다음 수학식 1과 같은 운동 방정식을 도출할 수 있다.
Figure 112016028015276-pat00003
여기서, M: 부이질량, m:추가질량, Brad: radiation damping, Bvis: viscous damping, Bpto: 발전기 damping (발전량), Aρgy(t):부력, y(t) : 위치, y'(t):속도, y"(t):가속도, Fext : excitation force을 의미할 수 있다. 위 운동 방정식을 속도에 대한 모델로 다시 구할 경우, 다음 수학식 2를 도출할 수 있다.
Figure 112016028015276-pat00004
전력 P는 추력과 파도의 속도의 곱(예: P=Fv)이 됨으로, 수학식 2를 이용하여 파도에 속도에 따라 출력되는 파워의 평균값을 구할 경우 다음 수학식 3이 도출될 수 있다.
Figure 112016028015276-pat00005
상술한 수학식 3을 살펴보면, 발전기 댐핑 값에 따라, 출력이 결정됨을 알 수 있다. 이에 따라, 발전기 댐핑 값에 대한 적절한 결정이 요구된다. 수학식 3을 기준으로 최대 파워를 구하고자 할 경우, 다음 수학식 4를 이용할 수 있다.
Figure 112016028015276-pat00006
여기서, 최대파워는 P'=0인 값으로서, 분자의 값이 0이 되는 값은 다음 수학식 5와 같이 도출될 수 있다.
Figure 112016028015276-pat00007
위 수학식 5에서, ω는 파도의 주기이다. 이에 따라, 발전기 댐핑 값 Bpto는 파도의 주파수 함수임을 알 수 있다. Brad는 부이(110)의 모양과 형태 무게 등에 의하여 결정될 수 있으며, Bvis는 실험적 값으로 산출할 수 있다. 전력 변환 장치(140)는 수학식 5에서 Bpto를 결정하여 파력 발전 시스템(100)을 제어함으로써, 최대 출력을 추종할 수 있다. 예컨대, 전력 변환 장치(140)는 선형 발전기(120)에 연결되는 컨버터들에 공급되는 전압 지령치를 파도 주기에 따라 결정되는 발전기 댐핑 값을 기반으로 구성할 수 있다. 이에 따라, 전력 변환 장치(140)는 선형 발전기(120)에 파도 주기에 따른 전압 지령치를 제공함으로써 최대 출력 추종을 기반으로 하여 최대 파워를 기대할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 최적 댐핑 제어 방법을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 최적 댐핑 제어 방법과 관련하여, 전력 변환 장치(140)는 301 단계에서, 파력 발전 시스템(100) 관련 위치 정보를 수집할 수 있다. 파력 발전 시스템(100)은 부이, 샤프트, 또는 가동자 중 적어도 한 곳에 배치되는 위치 센서를 포함할 수 있다. 전력 변환 장치(140)는 위치 센서로부터 실시간 또는 일정 주기(예: 파도의 속도 및 가속도를 산출하도록 설정된 파도 한 주기 중 일부 주기) 동안 위치 정보를 수집할 수 있다.
전력 변환 장치(140)는 303 단계에서, 수집된 위치 정보를 기반으로 파도의 속도 및 가속도를 산출할 수 있다. 전력 변환 장치(140)는 상하 운동에 따른 위치 변화를 기반으로 시간에 따른 속도 변화를 산출하고, 산출된 속도 값들을 기반으로 가속도 변화를 산출할 수 있다.
전력 변환 장치(140)는 305 단계에서, 산출된 속도 및 가속도를 기반으로 파도의 한 주기 중 일부 주기에 대한 주기 값을 산출할 수 있다. 전력 변환 장치(140)는 307 단계에서, 산출된 일부 주기 값들을 연속된 다음 일부 주기 값들과 동일하게 추정할 수 있다. 예컨대, 전력 변환 장치(140)는 파도의 한 주기 중 1/4 주기 동안의 실측 데이터 기반으로 산출된 속도 및 가속도 값들을 이용하여 다음 2/4 주기 값을 추정하고, 3/4 주기 동안 실측 데이터를 기반으로 산출된 속도 및 가속도 값들을 이용하여 다음 4/4 주기 값을 추정할 수 있다. 추정 과정에서, 전력 변환 장치(140)는 이전 주기에 산출된 주기 값(예: 속도 값 및 가속도 값)을 동일하게 추정할 수 있다. 다양한 실시 에에 따르면, 전력 변환 장치(140)는 1/2 주기 동안 위치 정보를 기반으로 속도 및 가속도 변화를 검출하고, 다음 2/2 주기 동안에는 이전 검출된 주기 값들과 동일한 스칼라 값을 적용하되, 벡터 방향은 반대되게 적용할 수 있다.
전력 변환 장치(140)는 309 단계에서, 산출 및 추정된 파도 주기를 기반으로 발전기 댐핑 값을 결정할 수 있다. 예컨대, 앞서 설명한 수학식 5를 기반으로, 산출 및 추정된 파도 주기에 따른 발전기 댐핑 값을 결정할 수 있다.
전력 변환 장치(140)는 311 단계에서, 결정된 발전기 댐핑 값을 기반으로 전압 지령치를 구성하고, 이를 기반으로 최대 출력 추종을 수행할 수 있다. 예컨대, 전력 변환 장치(140)는 컨버터에 전압 지령치를 제공하여, 선형 발전기(120)의 최대 출력 추종을 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 파력 발전 시스템(100)은 실측 및 추정된 값들을 기반으로 생성된 파도의 주기에 따라 발전기 댐핑 값을 산출하고, 이를 기반으로, 전력 제어를 수행함으로써, 최적 댐핑 조건에서의 최대 출력 추종을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 설명에서는 파도의 주기를 선형 발전기(120) 또는 부이(110)의 움직임을 센싱한 위치 정보를 기반으로 산출하는 것을 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 전력 변환 장치(140)는 메모리에 저장된 파도 주기와 관련한 정보를 기반으로 상술한 수학식 5를 이용하여 발전기 댐핑 값을 산출하고 이를 기반으로 발전기의 전력 제어를 수행할 수도 있다. 여기서, 메모리에 기 저장된 파도 주기는 통계적 데이터를 기반으로 생성된 주기 값을 포함할 수 있다. 예컨대, 파도 주기 값은 연평균 파도의 주기 값 또는 일정 시간 동안의 파도의 주기 값 데이터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템과 관련한 발명의 상세한 설명 및 청구항에서, 해당 방법 및 시스템은 기 저장된 파도의 주기 값 및 수학식 5를 이용한 발전기 댐핑 값 산출의 기술적 사상도 포함할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 파력 발전 시스템 110 : 부이
120 : 선형 발전기 121 : 고정자
122 : 가동자 123 : 샤프트
125 : 챔버 130 : 위치 센서
140 : 전력 변환 장치

Claims (8)

  1. 부이에 연결된 선형 발전기;
    상기 선형 발전기의 발전 제어를 수행한 전력 변환 장치;를 포함하고,
    상기 전력 변환 장치는
    상기 부이의 위치 변화에 따른 위치 정보를 기반으로 파도 주기를 산출하고, 상기 파도 주기를 기반으로 발전기 댐핑 값을 결정한 후, 이를 기반으로 상기 선형 발전기의 발전 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 선형 발전기는
    상기 부이에 연결되는 샤프트;
    상기 샤프트 일측에 배치된 가동자;
    상기 가동자를 감싸도록 배치되며 상기 가동자의 이동에 따른 유도 기전력을 발생시키는 고정자;를 포함하고,
    상기 파력 발전 시스템은
    상기 부이, 샤프트, 가동자 중 적어도 한 곳에 배치되어 위치 변화를 센싱하는 위치 센서;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는
    상기 위치 변화를 기반으로 파도의 속도와 가속도를 산출하고, 상기 산출된 파도의 속도와 가속도를 기반으로 파도 한 주기 중 적어도 일부 주기 값들을 산출한 후, 산출된 일부 주기 값들을 다음 일부 주기 값들과 동일하게 추정하여 상기 파도의 한 주기를 생성하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는
    상기 속도와 가속도 정보를 기반으로 파도 한 주기 중 일부 주기 값들은 산출하고, 산출된 일부 주기 값을 다음 일부 주기 값과 동일하게 추정하거나 또는 스칼라 값을 동일하게 추정하고 방향 벡터 값은 반대로 적용하여 상기 파도의 한 주기를 생성하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전력 변환 장치는
    수학식
    Figure 112016028015276-pat00008
    를 이용하여, 발전기 댐핑 값을 결정하고,
    상기 Bpto는 발전기 댐핑 값이고, 상기 Brad는 부유체 방사 감쇠 값이며, 상기 Bvis는 유체 점성 감쇠 값이고, 상기 M은 부이질량, 상기 m은 추가질량, Aρg는 부력, ω는 파도의 주기인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템.
  6. 파력 발전 시스템에서의 운동에 따라 변화되는 부이의 위치 정보를 수집하는 단계;
    상기 위치 정보를 기반으로 파도의 속도와 가속도를 산출하는 단계;
    상기 산출된 파도의 속도와 가속도를 기반으로 파도 주기를 산출하는 단계;
    상기 산출한 파도 주기를 기반으로 발전기 댐핑량을 결정하는 단계;
    상기 산출된 발전기 댐핑 값을 기반으로 전력 생산하는 선형 발전기의 전력 제어를 수행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템의 최적 댐핑 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 파도 주기를 산출하는 단계에서,
    상기 산출된 파도의 속도와 가속도를 기반으로 파도의 한 주기 중 적어도 일부 주기의 값들을 산출한 후, 산출된 일부 주기 값들을 다음 일부 주기 값들과 동일하게 추정하여 파도 주기를 산출하는 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템의 최적 댐핑 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 발전기 댐핑 값을 산출하는 단계에서,
    상기 발전기 댐핑 값은 상기 파도 주기 및 수학식
    Figure 112016053423457-pat00013
    를 이용하여 산출하되,
    상기 Bpto는 발전기 댐핑 값이고, 상기 Brad는 부유체 방사 감쇠 값이며, 상기 Bvis는 유체 점성 감쇠 값이고, 상기 M은 부이질량, 상기 m은 추가질량, Aρg는 부력, ω는 파도의 주기인 것을 특징으로 하는 파력 발전 시스템의 최적 댐핑 제어 방법.
KR1020160034744A 2016-03-23 2016-03-23 최대출력 추종을 위한 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템 KR101697099B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160034744A KR101697099B1 (ko) 2016-03-23 2016-03-23 최대출력 추종을 위한 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160034744A KR101697099B1 (ko) 2016-03-23 2016-03-23 최대출력 추종을 위한 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101697099B1 true KR101697099B1 (ko) 2017-02-02

Family

ID=58151523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160034744A KR101697099B1 (ko) 2016-03-23 2016-03-23 최대출력 추종을 위한 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101697099B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101861618B1 (ko) * 2017-02-14 2018-05-29 충남대학교산학협력단 마그네틱 댐퍼를 이용하여 충격을 방지하는 부유식 선형 파력발전기 및 그 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6644027B1 (en) * 1999-07-16 2003-11-11 Hugh-Peter Granville Kelly Apparatus for protecting a wave energy converter
KR20100119741A (ko) 2010-10-22 2010-11-10 송재영 파도의 높낮이를 이용한 파력 발전기
JP5405697B1 (ja) * 2012-03-19 2014-02-05 新電元工業株式会社 制御回路、および制御回路を備える発電装置
KR101386251B1 (ko) * 2012-09-20 2014-04-21 한국전력공사 가동 물체의 모션 제어 장치 및 방법
KR20150133364A (ko) * 2014-05-19 2015-11-30 현대중공업 주식회사 파도 계측 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6644027B1 (en) * 1999-07-16 2003-11-11 Hugh-Peter Granville Kelly Apparatus for protecting a wave energy converter
KR20100119741A (ko) 2010-10-22 2010-11-10 송재영 파도의 높낮이를 이용한 파력 발전기
JP5405697B1 (ja) * 2012-03-19 2014-02-05 新電元工業株式会社 制御回路、および制御回路を備える発電装置
KR101386251B1 (ko) * 2012-09-20 2014-04-21 한국전력공사 가동 물체의 모션 제어 장치 및 방법
KR20150133364A (ko) * 2014-05-19 2015-11-30 현대중공업 주식회사 파도 계측 장치

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101861618B1 (ko) * 2017-02-14 2018-05-29 충남대학교산학협력단 마그네틱 댐퍼를 이용하여 충격을 방지하는 부유식 선형 파력발전기 및 그 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Towards self-powered technique in underwater robots via a high-efficiency electromagnetic transducer with circularly abrupt magnetic flux density change
KR101548676B1 (ko) 해양 파 에너지 변환장치
KR101640885B1 (ko) 파랑 에너지를 이용한 시소 타입의 자가 발전 시스템
JP6218814B2 (ja) 波力発電機
KR101850714B1 (ko) 최대 출력 추종을 위한 능동 위상 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템
Harms et al. Design and optimization of a wave energy converter for drifting sensor platforms in realistic ocean waves
KR101541490B1 (ko) 부유식 해상 풍력발전기의 다층 동조액체댐퍼 설계방법
US10865763B2 (en) Power take-off for a wave energy converter
Zhou et al. Dynamic modeling of a wave glider
KR101697099B1 (ko) 최대출력 추종을 위한 최적 댐핑 제어 방법 및 이를 지원하는 파력 발전 시스템
Ils et al. Design and test of a reluctance based magnetic lead screw PTO system for a wave energy converter
JP5846618B1 (ja) 船舶搭載型発電装置
Grilli et al. Experimental and numerical study of spar buoy-magnet/spring oscillators used as wave energy absorbers
CN113514224B (zh) 一种高压海底电缆水动力系数测量装置及其测量方法
Bastien et al. Ocean wave energy harvesting buoy for sensors
KR101542537B1 (ko) 발전장치
Wilson et al. Wec array electro-mechanical drivetrain networked microgrid control design and energy storage system analysis
KR101697098B1 (ko) 파도 주기 추정 방법 및 이를 지원하는 파력 발전기
Chandrasekaran et al. Deep ocean wave energy systems (dowes): experimental investigations
Gemme et al. Experimental testing and model validation for ocean wave energy harvesting buoys
Chambers et al. Developing a direct drive generator for a heaving IPS buoy
Elwood et al. Experimental force characterization and numerical modeling of a taut-moored dual-body wave energy conversion system
Alami et al. Buoyancy Work Energy Storage (BAES) Systems
KR102101833B1 (ko) 조류 또는 해류와 수압의 차이를 이용한 신재생에너지 발전장치
JP4902143B2 (ja) 波力発電装置

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 4