KR101973647B1 - 가스엔진 발전 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

가스엔진 발전 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 가스엔진 발전 시스템은, 직렬 연계된 복수의 가스엔진 발전기 세트를 포함하고, 복수의 가스엔진 발전기 세트 중 어느 하나의 가스엔진 발전기 세트가 최소대기전력 충당용 세트로 운용되며, 최소대기전력 충당용 세트는, 정전 발생시, 적어도 하나의 다른 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급함으로써, 정전이 발생하더라도 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.

Description

가스엔진 발전 시스템 및 그 제어 방법{Gas engine generation system and control method thereof}
본 발명은 가스엔진 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정전이 발생한 경우에도 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 가스엔진 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 열병합 발전 시스템은, 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 생산하는 시스템을 말한다.
열병합 발전 시스템은, 한 대 또는 다수의 발전기가 한 대 또는 다수의 공조장치나 조명 등의 기기와 전력선으로 연결되어 있고, 발전기에서 발생되는 열을 열을 필요로하는 급탕 등의 열수요처로 공급할 수 있다.
이와 같은, 열병합 발전 시스템은 발전기를 구동시켜 전력을 생성시킴과 아울러 발전기의 구동시 발생 된 열을 이용하는 것으로서, 발전기에서 생성된 전력을 발전기가 설치된 건물 내의 조명이나 각종 전기기기에 공급시키며, 발전기에서 발생 된 열을 급탕 등에 이용할 수 있다.
또한, 열병합 발전 시스템은, 발전을 하면서 발생되는 배기가스 열 또는 냉각수의 폐열을 회수하여 종합 열효율을 높이는 것이 가능하여, 건축물의 전력, 열원으로 주목받고 있으며, 특히 회수 폐열을 냉난방, 급탕 등에 많이 활용하고 있는 고효율 에너지 이용 방식이다.
이러한 열병합 발전 시스템은 통상적인 상용전원 계통과 연계되어 운전되고, 필요시 공조장치의 부하 뿐만 아니라 건물 내부의 다른 기기의 부하에도 전력을 공급할 수 있다.
한편, 열병합 발전 시스템의 발전 장치로 가스엔진 발전기를 이용할 수 있다. 가스엔진 발전기는 전기가 공급되지 않아도 가스가 공급된다면 전원을 공급할 수 있어 자립발전 구성에 장점이 있다.
일반적으로 가스엔진 자립발전기는 그 목적상 비상시 엔진 스타팅(starting)을 위한 전원용으로 배터리를 사용하게 된다.
하지만, 복수의 가스엔진 발전기를 포함하는 가스엔진 발전 시스템에서 모든 가스엔진 발전기가 정전을 대비하여 배터리를 구비하는 것은 비용 측면에서 비효율적이다.
또한, 정전을 대비하여 비상발전기를 별도로 구비하거나 특정 발전기를 비상발전기 용도로 사용하는 경우에는 추가 비용이 발생하고, 비상발전기는 비상 상황이 아닌 일반 상황에서는 가동되지 않으므로 효율성이 떨어진다.
따라서, 정전 발생 시, 가스엔진 발전 시스템에 포함되는 기본 유닛을 이용하여 안정적으로 전력을 공급하는 방안이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 정전 발생시, 가스엔진 발전기를 이용하여 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 가스엔진 발전 시스템 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 별도의 비상발전기 없이, 정전 상황에서도 전력을 공급하여 경제성과 안정성 측면에서 효과적인 가스엔진 발전 시스템 및 그 제어 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 목적은, 고효율의 무정전 전원 공급 방법을 제공함에 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 가스엔진 발전 시스템은, 직렬 연계된 복수의 가스엔진 발전기 세트를 포함하고, 복수의 가스엔진 발전기 세트 중 어느 하나의 가스엔진 발전기 세트가 최소대기전력 충당용 세트로 운용되며, 최소대기전력 충당용 세트는, 정전 발생시, 적어도 하나의 다른 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급함으로써, 정전이 발생하더라도 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 가스엔진 발전 시스템의 제어 방법은, 직렬 연계된 복수의 가스엔진 발전기 세트 중 어느 하나의 가스엔진 발전기 세트가 최소대기전력 충당용 세트로 운용하는 단계와, 정전이 발생한 경우에, 최소대기전력 충당용 세트가 적어도 하나의 다른 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 정전 발생시, 가스엔진 발전기를 이용하여 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 별도의 비상발전기 없이, 정전 상황에서도 전력을 공급하여 경제성과 안정성 측면에서 효과적이다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 고효율의 무정전 전원 공급 방법을 제공할 수 있다.
한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 발명의 실시예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.
도 1은 열병합 발전기의 설명에 참조되는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전기의 개념도이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.
도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.
도 1은 열병합 발전기의 설명에 참조되는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 열병합 발전기 시스템은, 크게 발전 장치(2), 전력 부하(10), 전력 공급 수단(20), 열 부하(30), 열 공급 수단(40), 전열 열 공급 장치(50)를 포함할 수 있다.
상기 발전 장치(2)는, 열병합 발전 유닛으로서, 전력을 생산하고, 전력 및 전력 생산시 발생되는 열을 공급할 수 있다.
예를 들어, 열병합 발전 시스템의 발전 장치(2)로 가스엔진 발전기를 이용할 수 있다. 가스엔진 발전기는 전기가 공급되지 않아도 가스가 공급된다면 전원을 공급할 수 있어 자립발전 구성에 장점이 있다.
상기 전력 부하(10)는 열병합 발전기 시스템이 설치되는 건물(B) 내의 각종 전기 기기로서, 공조 장치(11, 12, 13)와, 조명 등 기타 전력 부하(14) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 공조 장치(11, 12, 13)는 냉매를 이용하여 실내를 공조시키는 기기로서, 상기 발전 장치(2)가 설치된 건물(B) 내부에 한 세트(Set) 이상 설치될 수 있다.
상기 전력 공급 수단(20)은 상기 발전 장치(2)에서 생성된 전력을 상기 전력 부하(10)로 공급하는 것으로서, 발전 장치(2)와 전력 부하(10)를 연결하는 전력선(22)으로 이루어지고, 외부 전원 공급원(26)과 연결될 수 있다.
여기서, 상기 외부 전원 공급원(26)은 통상적인 계통 상용전원을 공급하는 전력 공급원으로 이루어진 것으로 한정하여 설명한다.
상기 전력선(22)에는 상기 발전 장치(2)에서 전력 부하(10)로 공급되는 전력을 개폐할 수 있도록 발전 전력 개폐기(24)가 설치될 수 있다. 발전 전력 개폐기(24)는, 열병합 발전 시스템에서 생성된 전력을 공급하거나 차단할 수 있어, 메인 차단기로도 명명될 수 있다.
상기 전력선(22)은 외부 전원 공급원(26)과 연결되는 외부 전력선(23)에 외부 전원 공급원(26)에서 공급되는 전력을 개폐할 수 있도록 상용 전력 개폐기(28)가 설치될 수 있다.
즉, 상기 발전 장치(2)에서 생성된 전력과, 외부 전원 공급원(26)에서 공급되는 전력이 중 일측이 상기 전력 부하(10)로 공급된다.
예를 들어, 전력 사용자는 계통 상용 전원 공급사와 계절, 월, 요일, 시간대별로 전기 요금을 차등화한 계약에 따른 계약 전력을 사용할 수 있다.
이 경우에, 전력 사용량이 계약 내용에 따라 높은 요금을 지급하게 되는 구간인 경우에, 열병합 발전기 시스템에서 자체 발전하는 전력을 이용함으로써, 비용을 절감할 수 있다.
또한, 열병합 발전기 시스템은 열을 열 부하(30)로 공급함으로써, 효율성을 더욱 높일 수 있다.
한편, 상기 열 부하(30)는 상기 발전 장치(1)에서 생성된 전력이 공급되는 공조 장치(11, 12, 13) 등으로 이루어지는 것도 가능하고, 상기 공조 장치(11, 12, 13) 등과 무관한 급탕 등으로 이루어지는 것도 가능하다.
도 1에서는 설명의 편의를 위해 열 부하(30)를 공조 장치(11, 12, 13) 등의 전력 부하(10)와 별도로 기재하였으나, 공조 장치(11, 12, 13)와 급탕 등이 모두 열 부하(30)로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
상기 열 공급 수단(40)은 상기 발전 장치(2)에서 발생된 열을 열 부하(30)로 공급하도록 발전 장치(2)와 열 부하(30)를 연결하는 것으로서, 발전 장치(2)의 열을 열 부하(30)로 공급되도록 열 매체가 순환되는 배관 등의 열 공급 유로를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 전열 열 공급 장치(50)는, 상기 발전 장치(1)에서 생성된 전력으로 열을 발생하여 열 공급수단(40)과 열 부하(30) 중 적어도 하나로 공급하는 것으로서, 전기를 이용하여 열이 발생되는 전열 히터 등의 모든 종류의 전열 기기가 적용 가능하다.
상기 전열 열 공급 장치(50)는 열 공급 수단(40)이나 열 부하(30)의 배관에 직접 연결되어 배관으로 열을 공급하는 것도 가능하고, 별도의 보조 열교환기의 기타 장치를 설치하여 보조 열교환기의 기타 장치를 통해 열을 공급하는 것도 가능함은 물론이다.
상기 전열 열 공급 장치(50)는 상기 발전 장치(2)의 전력 용량과 같거나 유사하게 설치되는 것이 바람직하고, 발전 장치(2)의 최소 전력 부하 이상이면, 건물(B)의 열 수요 등의 상황에 따라서 발전 장치(2)의 전력 용량보다 많거나 적게 설치되는 것도 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전기의 개념도이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템(100)은, 직렬 연계된 복수의 가스엔진 발전기 세트(110)를 포함할 수 있다. 각 가스엔진 발전기 세트(110)는, 가스엔진(111), 발전기(112), 전력 변환기(113)를 포함하고, 수전단(200)에 전력을 공급할 수 있다.
상기 가스엔진(111)의 구동에 따라 상기 발전기(112)에서 전력이 생산되고, 상기 발전기(112)에서 생산된 전력은 상기 전력 변환기(113)를 거쳐 상기 수전단(200)의 부하로 공급될 수 있다.
상기 전력 변환기(113)는 입력 전력을 변환하여 상기 수전단(200)의 부하로 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 전력 변환기(113)는 상기 발전기(112)에서 생산된 전력을 3상 교류로 전환하여 부하로 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템(100)은, 복수의 가스엔진 발전기 세트(110)를 제어할 수 있는 통합 제어기(190)를 더 포함할 수 있다.
통합 제어기(190)는, 빌딩 관리 시스템의 제어부의 일부이거나 제어부로부터 수신되는 신호에 기초하여 동작할 수 있다. 또는, 상기 통합 제어기(190)는 복수의 가스엔진 발전기 세트(110) 중 어느 하나의 제어부일 수도 있다.
상기 통합 제어기(190)는, 복수의 가스엔진 발전기 세트(110)의 상태를 모니터링(monitoring)하고, 복수의 가스엔진 발전기 세트(110)를 제어할 수 있다.
또한, 상기 통합 제어기(190)는, 수전단(200)의 전력 요구량을 모니터링(monitoring)하고, 수전단(200)의 전력 요구량에 따라, 구동될 가스엔진 발전기 세트(110)의 수와 구동되는 각 가스엔진 발전기 세트(110)의 발전량을 제어할 수 있다.
평상시에는, 상기 통합 제어기(190)는 계통으로부터 공급되는 상용 전압이 수전단(200)으로 공급되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 통합 제어기(190)는 평상시에 가스엔진 발전기 세트(110)를 상용 전압의 보조 전력원으로써 동작하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 가스엔진 발전기 세트(110)는, 전력 사용량과 전기 요금이 높은 구간에서 구동되어, 일반 부하에 전력을 공급함으로써, 비용을 절감할 수 있다.
또한, 가스엔진 발전기 세트(110)는, 열을 열 부하(30)로 공급함으로써, 효율성을 더욱 높일 수 있다.
또한, 계통로부터 공급되는 상용 전압이 끊기는 정전이 발생하는 경우에, 상기 통합 제어기(190)는 가스엔진 발전기 세트(110)를 비상 전력원으로써 동작하도록 제어할 수 있다.
정전이 발생하면, 상기 통합 제어기(190)는 가스엔진 발전기 세트(110)를 구동하여, 소방 설비 부하 등 비상 부하에 우선적으로 전력을 공급하고, 발전량 및 요구 전력량에 따라 일반 부하에도 전력을 공급하도록 제어할 수 있다.
통상적으로 가스엔진 발전기를 포함하는 자립발전 시스템은 가스엔진 발전기의 초기 기동에 필요한 전력을 공급하는 배터리를 포함하게 된다.
이 경우에 사용되는 배터리는 초기 기동에 필요한 모든 전력을 충당하기 위하여 발전기 용량에 따라 커질 수 밖에 없어, 비용 및 관리면에서 비효율적이다.
또한, 이러한 시스템이 병렬화된다고 해도 개별 발전기들이 별도 배터리를 구비되는 것에는 변함이 없다.
따라서 본 발명은 가스엔진 발전기 시스템이 시리즈(series)화되어 설치된 환경에서 모든 자립발전 시스템에 설치된 배터리를 제거할 수 있는 방안을 제안한다.
본 발명에 따르면, 상기 직렬 연계된 복수의 가스엔진 발전기 세트(110) 중 어느 하나의 가스엔진 발전기 세트가 최소대기전력 충당용 세트로 운용되며, 상기 최소대기전력 충당용 세트는, 정전 발생시, 적어도 하나의 다른 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급할 수 있다.
또한, 상기 최소대기 전력 충당용 세트는, 상기 복수의 가스엔진 발전기 세트 중에서 로테이션(rotation) 선정될 수 있다. 이에 따라, 특정 발전기 세트가 다른 나머지 세트와 구동 시간에서 큰 차이가 발생하는 것을 방지하고, 발전기 세트들의 구동 시간이 최대한 균등하게 관리될 수 있다. 또한, 특정 발전기 세트의 부품이 빨리 소모, 손상되거나, 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
통상적인, 자립발전용 가스엔진 발전시스템에는 그 목적과 구조상 정전시 운전상태가 아닌 가스 엔진의 초기 기동 성공을 위한 배터리가 필수 구성이다.
하지만, 본 발명과 같이, 가스엔진 발전기 세트가 복수의 시리즈 연계된 상태라면, 2개 이상의 모든 세트에 배터리를 제거하고도 정전시 수전단에 안정적인 3상 380V가 공급 가능하다.
본 발명에 따른 자립발전이 가능한 계통연계형 가스엔진 발전 시리즈 시스템은, 수전단 빌딩의 전부 혹은 일부의 전력을 담당할 수 있다. 빌딩이 학교 또는 병원, 거주지의 경우 등 어떤 형태로는 빌딩 내 대기전력이 필요하다.
이러한 대기전력은 보통 환기(ventilation) 시스템, 보안(security) 시스템, 헬스케어 시스템, 가전제품 등의 최소유지전력 또는 대기 운전(operation standby) 전력이 해당될 수 있다.
빌딩을 담당하는 자립발전이 가능한 계통연계형 가스엔진 발전 시리즈 시스템이라면 일반상황에서 대기전력 충당의 역할도 담당할 수 있다. 특히 가스엔진 발전으로 생산되는 전력이 상용전압이 많이 쓰이는 시간대인 피크전력 시간대에는 가스 발전하여 충당하는 것이 훨씬 저렴할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 건물의 최소대기전력을 충당하기 위해 발전량 피드백 제어를 하고 있는 1기의 가스엔진 발전기를 항시 운전할 수 있다.
또한, 이 최소대기전력충당 운전세트는 시리즈 연계된 상태에서 로테이션으로 운전하는 것을 원칙으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 가스엔진 발전기 시스템이. 수전단의 전력 요구량을 실시간 모니터링하여, 최소대기전력용 세트만 운전하다가, 비상시 정지되어 있는 다른 세트에 전원을 공급함으로써, 배터리 없이 자립발전 구성이 가능하다.
여기서, 상기 최소대기 전력 충당용 세트는, 정전 발생시, 상기 적어도 하나의 다른 가스엔진 발전기 세트의 초기 구동을 위한 전력과 수전단의 최소 대기 전력보다 많은 전력을 발전할 수 있다.
이후, 상기 최소대기전력 충당용 세트로부터 비상 전력을 공급받은 가스엔진 발전기 세트는, 상기 복수의 가스엔진 발전기 세트 중 대기 상태에 있는 하나 이상의 다른 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급할 수 있다.
예를 들어, 상기 최소대기전력 충당용 세트는, 정전 발생시, 제1 가스엔진 발전기 세트와 제2 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급하고, 상기 제1 가스엔진 발전기 세트는, 구동 후에, 제3 가스엔진 발전기 세트와 제4 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급하며, 상기 제2 가스엔진 발전기 세트는, 구동 후에, 제4 가스엔진 발전기 세트와 제5 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급할 수 있다.
이와 같이, 직렬 연계된 가스엔진 발전기 세트들이 순차적으로 다른 발전기 세트들을 위한 전력을 공급하고, 순차적으로 구동됨으로써 배터리 없이 전 가스엔진 발전기 세트들이 구동될 수 있다.
한편, 통합 제어기(190)는, 수전단(200)의 전력 요구량을 모니터링할 수 있고, 상기 수전단(200)의 전력 요구량과 상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 하나 이상의 가스엔진 발전기 세트의 초기 시동에 필요한 전력 요구량을 상기 최소대기전력 충당용 세트로 전송할 수 있다.
통합 제어기(190)로부터 상기 수전단(200)의 전력 요구량과 가스엔진 발전기 세트의 초기 시동에 필요한 전력 요구량을 수신한 최소대기 전력 충당용 세트는, 상기 적어도 하나의 다른 가스엔진 발전기 세트의 초기 구동을 위한 전력과 수전단(200)의 최소 대기 전력보다 많은 전력을 발전할 수 있다.
만약, 최소대기 전력 충당용 세트의 최대 발전량이 수신한 전력 요구량의 총합보다 작은 경우에는, 최소대기 전력 충당용 세트는 발전량을 최대로 구동하고, 다른 가스엔진 발전기 세트에 전력을 우선적으로 공급할 수 있다.
한편, 상기 통합 제어기(190)는, 상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 하나 이상의 가스엔진 발전기 세트가 입력 전원 패스(path)를 변경하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 하나 이상의 가스엔진 발전기 세트는 입력 전원 패스를 상기 최소대기전력 충당용 세트로 변경할 수 있다.
예를 들어, 상기 통합 제어기(190)는, 정전 발생 전에 입력 전원 패스가 계통으로부터 공급되는 상용 전압에 연결된 가스엔진 발전기 세트가, 정전 발생 시, 상기 최소대기전력 충당용 세트로 입력 전원 패스를 형성하도록 제어할 수 있다.
또는, 상기 통합 제어기(190)는, 상기 최소대기전력 충당용 세트 외에 나머지 가스엔진 발전기 세트가, 대기 상태로 진입하면서, 입력 전원 패스를 각각에 직렬로 연계된 가스엔진 발전기 세트로 형성하도록 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 모든 가스엔진 발전기에서 정전시 시동에 필요한 모든 에너지 저장장치를 제거할 수 있다. 또한, 가스엔진 발전기가 초기시동을 위하여 구비하는 배터리들을 제거할 수 있다.
배터리는 보통 자동차용 배터리나 리튬이온 배터리를 사용하게 되는데 사이즈나 가격면에서 작게하거나 저렴한 제품을 사용하기 어렵다. 따라서, 배터리를 제거하게 된다면 그만큼 공간적, 재료비적인 측면에서 장점이 있다.
또한, 어떤 배터리의 경우도 수명문제가 있는데 배터리를 제거함으로써, 배터리를 소정 주기로 교체하면서 생기는 추가 설치비용을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 발전량 피드백 제어가 되는 최소대기전력충당 세트가 항시 운전중이므로 정전시 수전단에 빠른 대응이 가능하다.
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템에 포함되는 시리즈로 연계된 복수의 가스엔진 발전기 중에서 일부 가스엔진 발전기(110A, 110B, 110C, 110D, 110F, 110G)를 예시한다.
D 가스엔진 발전기(110D)는, 출력단이 수전단(200), B 가스엔진 발전기(110B), F 가스엔진 발전기(110F)와 연결될 수 있다.
또한, B 가스엔진 발전기(110B)는, 출력단이 수전단(200), A 가스엔진 발전기(110A), C 가스엔진 발전기(110C)와 연결될 수 있다.
또한, F 가스엔진 발전기(110F)는, 출력단이 수전단(200), D 가스엔진 발전기(110D), G 가스엔진 발전기(110G)와 연결될 수 있다.
이러한 방식으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템에 포함되는 복수의 가스엔진 발전기는 전부 시리즈로 연계될 수 있다.
한편, 도 4와 도 5의 예시에서 최소대기전력 충당용 세트로 D 가스엔진 발전기(110D)가 운용되는 경우를 예시한다. 이러한 최소대기전력 충당용 세트는 로테이션(rotation) 선정될 수 있다. 예를 들어, 다음 대기 상태에서는, B 가스엔진 발전기(110B)가 최소대기전력 충당용 세트로 선정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템은, 전력요구와 상태를 실시간으로 모니터링하는 통합 제어기(도 2의 190 참조)로부터 피드백받아 수전단(200)의 최소대기전력 충당용 세트(110D)를 운용할 수 있다.
최소대기전력 충당용 세트(110D) 운용 중에 정전일 발생하면, 최소대기전력 충당용 세트(110D)로부터 B 가스엔진 발전기(110B), F 가스엔진 발전기(110F)의 초기 시동에 필요한 전류상승분에 대한 전류지령치가 전달될 수 있다.
최소대기전력 충당용 세트(110D)는 자체적으로 B 가스엔진 발전기(110B), F 가스엔진 발전기(110F)의 초기 시동에 필요한 전류상승분에 대한 전류지령치를 가지고 있거나, 통합 제어기로부터 수신할 수 있다.
최소대기전력 충당용 세트(110D)에 직렬로 연계된 B 가스엔진 발전기(110B), F 가스엔진 발전기(110F)는, 제1 그룹의 가스엔진 발전기 세트로 명명될 수 있고, B 가스엔진 발전기(110B), F 가스엔진 발전기(110F)에 직렬로 연계된 가스엔진 발전기들은 제2 그룹의 가스엔진 발전기 세트로 명명될 수 있다.
모든 가스엔진 발전기가 직렬로 연계되기 때문에, 순환 구조를 이루고, 하위 그룹의 가스엔진 발전기 세트는 상위 그룹의 가스엔진 발전기 세트에도 해당될 수 있다. 예를 들어, 최소대기전력 충당용 세트(110D)는 최상위 그룹 세트이지만, F 가스엔진 발전기(110F)로부터 입력단이 연결될 수 있다.
한편, B 가스엔진 발전기(110B)와 F 가스엔진 발전기(110F)는, 최소대기전력 충당용 세트(110D)의 세트D 의 출력으로 세트전원 패스(510, 520)를 변경할 수 있다.
전력을 공급받아 시동에 성공하는 즉시 B 가스엔진 발전기(110B)는, A 가스엔진 발전기(110A), C 가스엔진 발전기(110C)의 초기시동에 필요한 전원을 공급할 수 있다.
동일한 방식으로, F 가스엔진 발전기(110F)는 D 가스엔진 발전기(110D), G 가스엔진 발전기(110G)의 초기시동에 필요한 전원을 공급한다. 본 예에서는, D 가스엔진 발전기(110D)가 이미 구동되고 있으므로, D 가스엔진 발전기(110D)로는 전력을 공급할 필요가 없다.
또한, 초기 시동에 성공한 가스엔진 발전기(110D)는 입력단의 전력 패스를 상용전압으로 변경할 수 있다.
한편, 초기 시동에 성공한 개별 세트는, 비상운전 시퀸스(sequenc)로 동작하며, 주변 세트의 초기 시동에 필요한 전력과 수전단에 필요한 전력을 통합제어기(190)로부터 지속적으로 피드백받아 정전시 수전단의 요구전력에 공백이 생기지 않도록 할 수 있다.
복수의 가스엔진 발전기를 포함하는 자립발전 시스템의 경우, 수전단의 최소대기전력 공급을 위해 1기 또는 최소 세트만이 가스엔진 발전을 수행하고 대기할 수 있다.
따라서, 본 발명은, 평상 시 또는 대기 모드에서, 최소대기전력을 유지하는 1기 또는 최소 운전세트만으로 동작을 하다가, 정전이 발생하면 최소대기전력 충당용 세트로 동작중인 세트가 연결된 세트에 3상 380V 전압 등 비상 전원을 인가할 수 있다.
또한, 최소대기전력 충당용 세트로부터 전력을 수신한 세트가 가스엔진 발전을 시작하게 되면, 다른 가스엔진 세트에 전원을 공급해주는 방식으로 수전단에 필요한 전력을 공급할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 직렬 연계된 복수의 가스엔진 발전기 세트 중 어느 하나의 가스엔진 발전기 세트가 최소대기전력 충당용 세트로 운용될 수 있다(S610). 상기 최소대기 전력 충당용 세트는, 상기 직렬 연계된 복수의 가스엔진 발전기 세트 중에서 로테이션(rotation) 선정될 수 있다.
한편, 정전이 발생한 경우에(S620), 상기 최소대기전력 충당용 세트가 적어도 하나의 다른 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급할 수 있다(S640). 예를 들어, 상기 최소대기전력 충당용 세트가, 상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 제1 그룹의 가스엔진 발전기 세트로, 비상 전력을 공급할 수 있다.
실시예에 따라서는, 정전이 발생하면(S620), 상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 하나 이상의 가스엔진 발전기 세트가 입력 전원 패스를 변경할 수 있다(S630). 예를 들어, 정전이 발생하면(S620), 제1 그룹의 가스엔진 발전기 세트가 입력 전원 패스를 변경할 수 있다(S630).
또는, 사전에 미리 상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 하나 이상의 가스엔진 발전기 세트가 입력 전원 패스를 변경할 수도 있다.
한편, 통합 제어기(190)는, 수전단의 전력 요구량을 모니터링(monitoring)할 수 있고, 상기 최소대기전력 충당용 세트는, 상기 수전단의 전력 요구량과 상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 하나 이상의 가스엔진 발전기 세트의 초기 시동에 필요한 전력 요구량에 따라 발전할 수 있다.
한편, 실시예에 따라서, 상기 제1 그룹의 가스엔진 발전기 세트에 직렬로 연결된 제2 그룹의 가스엔진 발전기 세트가 입력 전원 패스를 변경할 수 있고(S650), 초기 기동에 성공한 상기 제1 그룹의 가스엔진 발전기 세트가, 제2 그룹의 가스엔진 발전기 세트로, 비상 전력을 공급할 수 있다(S660).
이러한 비상 전력의 공급 중에, 상용 전압이 복구되면(S670), 가스엔진 발전 시스템은, 정전에 따른 비상 제어를 종료하고, 정상 제어로 돌아갈 수 있다(S680).
만약, 상용 전압이 복구되지 않으면(S670), 정전에 따른 비상 제어를 유지할 수 있다(S680).
본 발명에 따르면, 초기 시동에 필요한 배터리없이, 정전 상황에 빠른 대응이 가능하고, 안정적인 전력 공급이 가능하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템의 제어 방법을 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 시리즈 연계 가스엔진 발전 시스템은 하나 이상의 세트를 최소대기전력 충당용 운전세트로 운용할 수 있다(S710). 이 경우에, 최소대기전력 충당용 운전세트는 로테이션 시스템으로 운용되는 것이 바람직하다.
시리즈 연계 가스엔진 발전 시스템은 실시간 수전단 전력 요구량을 모니터링하면서, 필요발전량을 제어할 수 있다(S721).
정전이 발생하면(S723), 시리즈 연계 가스엔진 발전 시스템은 비상 프로토콜(Emergency protocol)로 동작할 수 있다(S725).
비상 프로토콜에 따라, 최소대기전력 충당용 운전세트는 인접 1~2세트의 초기시동에 필요한 전력과 수전단 전력 요구량만큼의 발전량 지령을 수신할 수 있고(S727), 인접 1~2세트의 입력 전원 패스(path)가 변경될 수 있다(S730).
최소대기전력 충당용 운전세트는, 발전량을 최대로 발전할 수 있다(S740). 이에 따라, 최소대기전력 충당용 운전세트에서 발전된 전력은 인접 1~2세트로 공급되고, 수전단에도 공급될 수 있다.
또한, 최소대기전력 충당용 운전세트에서 발전된 전력은 인접 1~2세트도 초기 시동 후에 비상 프로토콜에 따라 동일한 동작을 수행할 수 있다.
통합 제어기(190)는, 비상 프로토콜 제어 중, 수전단 실시간 전력 요구량이 현재 발전량보다 큰 지 여부를 판별할 수 있다.
만약, 수전단 실시간 전력 요구량이 현재 발전량보다 크다면, 비상 프로토콜에 따라, 점차 더 많은 세트들이 구동될 수 있다(S725).
만약, 수전단 실시간 전력 요구량이 현재 발전량보다 크지 않다면, 추가적으로 더 많은 세트를 구동하지는 않고, 현상태 발전량을 유지할 수 있다(S760).
예를 들어, 인근세트들의 초기 시동을 위한 전력 공급 및 동작을 정지하고, 현상태 발전량을 유지할 수 있다.
한편, 발전량이 충분한 상태에서, 상용전압이 미복구 상태이면(S770), 현재 상태를 유지할 수 있다(S750).
상용전압이 복구되면(S780), 비상 프로토콜을 오프(OFF)하고, 정상 제어를 온(on)하여, 비상 상황을 종료할 수 있다.
본 발명에 다르면, 배터리가 없이 일반적인 목적의 가스엔진 발전과 비상발전이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템은, 수전단 요구전력을 모니터링하여 최소대기전력용 시스템 세트만 동작시키고 나머지는 정지상태로 유지할 수 있다.
만약 자립발전 필요 상황이 된다면, 가스엔진 발전 시스템은, 신속히 동작하여 상용전원 대신 주변의 가스엔진 발전기에 전원을 투입하고 가동된 타 가스엔진발전기들에게서도 신속히 수전단에 전원을 공급하게 할 수 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 정전 발생시, 가스엔진 발전기를 이용하여 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 별도의 비상발전기 없이, 정전 상황에서도 전력을 공급하여 경제성과 안정성 측면에서 효과적이다.
또한, 본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 고효율의 무정전 전원 공급 방법을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 가스엔진 발전 시스템은 상기한 바와 같이 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 가스엔진 발전 시스템의 제어 방법은, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
가스엔진 발전 시스템: 100
가스엔진 발전기 : 110
통합 제어기: 190
수전단: 200

Claims (14)

  1. 어느 하나의 가스엔진 발전기 세트의 출력단에 적어도 하나의 다른 가스엔진 발전기 세트가 연결되어 전체 가스엔진 발전기가 직렬 연계된 복수의 가스엔진 발전기 세트;를 포함하고,
    상기 복수의 가스엔진 발전기 세트 중 어느 하나의 가스엔진 발전기 세트가 최소대기전력 충당용 세트로 운용되며,
    상기 최소대기전력 충당용 세트는, 정전 발생시, 적어도 하나의 다른 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 발전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 최소대기 전력 충당용 세트는, 상기 복수의 가스엔진 발전기 세트 중에서 로테이션(rotation) 선정되는 것을 특징으로 하는 가스엔진 발전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 최소대기 전력 충당용 세트는, 정전 발생시, 상기 적어도 하나의 다른 가스엔진 발전기 세트의 초기 구동을 위한 전력과 수전단의 최소 대기 전력보다 많은 전력을 발전하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 발전 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 최소대기전력 충당용 세트로부터 비상 전력을 공급받은 가스엔진 발전기 세트는, 상기 복수의 가스엔진 발전기 세트 중 대기 상태에 있는 하나 이상의 다른 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 발전 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 최소대기전력 충당용 세트는, 정전 발생시, 제1 가스엔진 발전기 세트와 제2 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급하고,
    상기 제1 가스엔진 발전기 세트는, 구동 후에, 제3 가스엔진 발전기 세트와 제4 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급하며,
    상기 제2 가스엔진 발전기 세트는, 구동 후에, 제4 가스엔진 발전기 세트와 제5 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 발전 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    수전단의 전력 요구량을 모니터링(monitoring)하는 통합 제어기;를 더 포함하는 가스엔진 발전 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 통합 제어기는, 상기 수전단의 전력 요구량과 상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 하나 이상의 가스엔진 발전기 세트의 초기 시동에 필요한 전력 요구량을 상기 최소대기전력 충당용 세트로 전송하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 발전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 통합 제어기는, 상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 하나 이상의 가스엔진 발전기 세트가 입력 전원 패스를 변경하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 발전 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 하나 이상의 가스엔진 발전기 세트는 입력 전원 패스를 상기 최소대기전력 충당용 세트로 변경하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 발전 시스템.
  10. 어느 하나의 가스엔진 발전기 세트의 출력단에 적어도 하나의 다른 가스엔진 발전기 세트가 연결되어 전체 가스엔진 발전기가 직렬 연계된 복수의 가스엔진 발전기 세트 중 어느 하나의 가스엔진 발전기 세트가 최소대기전력 충당용 세트로 운용하는 단계; 및,
    정전이 발생한 경우에, 상기 최소대기전력 충당용 세트가 적어도 하나의 다른 가스엔진 발전기 세트로 비상 전력을 공급하는 단계;를 포함하는 가스엔진 발전 시스템의 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    수전단의 전력 요구량을 모니터링(monitoring)하는 단계를 더 포함하고,
    상기 최소대기전력 충당용 세트는, 상기 수전단의 전력 요구량과 상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 하나 이상의 가스엔진 발전기 세트의 초기 시동에 필요한 전력 요구량에 따라 발전하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 발전 시스템의 제어 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 하나 이상의 가스엔진 발전기 세트가 입력 전원 패스를 변경하는 단계;를 더 포함하는 가스엔진 발전 시스템의 제어 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 비상 전력 공급 단계는,
    상기 최소대기전력 충당용 세트가, 상기 최소대기전력 충당용 세트에 직렬로 연결된 제1 그룹의 가스엔진 발전기 세트로, 비상 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 가스엔진 발전 시스템의 제어 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 그룹의 가스엔진 발전기 세트가, 상기 제1 그룹의 가스엔진 발전기 세트에 직렬로 연결된 제2 그룹의 가스엔진 발전기 세트로, 비상 전력을 공급하는 단계;를 더 포함하는 가스엔진 발전 시스템의 제어 방법.

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