KR102058343B1 - 파력발전 운영 안정화를 위한 유압 pto 시스템 및 부하제어방법 - Google Patents

파력발전 운영 안정화를 위한 유압 pto 시스템 및 부하제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유압 PTO 에너지 변환 시스템에 관한 것으로, 상기 유압 PTO 에너지 변환 시스템은 파랑의 입사파 에너지를 흡수하며, 상기 입사파를 왕복진자동으로 변환시키는 로터의 왕복 진자운동에 연동하는 로우터리 베인펌프 및 PTO유닛을 포함하되, 상기 PTO유닛은, 오일이 수용되는 오일탱크, 상기 로우터리 베인펌프에 연결되어 상기 로우터리 베인펌프의 양방향 토출에 따른 오일의 순환 경로를 스위칭하고 회로 압력을 제어하는 솔릴리프밸브, 상기 오일을 오일탱크측으로 환원시키는 유압모터, 상기 유압모터와 연결되며, 상기 유압모터가 구동됨에 따라 발생되는 부하에 대응하는 축 토크를 전기에너지로 생산하는 발전기, 상기 솔릴리프밸브와 유압모터 사이의 유압모터 입력라인에 결합되어, 유압 모터측으로 흐르는 오일의 유량을 비례제어하여 조절하는 유량제어밸브, 상기 솔릴리프밸브와 유량제어밸브 사이의 유압모터 입력라인에 설치되어 압력에 따라 유량을 축압 및 방출시킴으로써 유압모터에 인가되는 유량을 일정하게 유지하는 축압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 것으로, 따라서 본 발명은 유압모터에 인가되는 유량을 일정하게 유지하고, 발전기 회전속도가 일정하게 유지되도록 함으로써, 발전설비가 안정적으로 발전되어 에너지 발전효율이 향상되는 현저한 효과가 있다.

Description

파력발전 운영 안정화를 위한 유압 PTO 시스템 및 부하제어방법 {Hydraulic PTO system and load control method to stabilize wave power generation operation}
본 발명은 신재생에너지 중 입사되는 에너지의 변동성이 높은 파력발전뿐만 아니라 에너지 변환계로 유압 PTO(Power Takeoff) 시스템이 적용되는 재생에너지 발전 설비일 경우 적용되어 안정적으로 에너지가 발전될 수 있도록 하는 파력발전 운영 안정화를 위한 유압 PTO 시스템 및 부하제어방법에 관한 것이다.
전기는 우리 생활에서 필수불가결한 요소이며, 종래에는 우리 생활에 필요한 전기를 대부분 화석 에너지를 원료로 하여 전기를 생산하였다.
그러나 근래에는 제한된 화석연료의 고갈과 연료 구입의 어려움, 지구환경의 파괴, 발전설비의 고비용 등 많은 문제가 부딪히면서 화석 에너지를 이용한 발전설비 대신에 새로운 에너지를 이용한 발전설비가 강구되어야 하는 필요성이 제기되었다.
최근 들어 에너지 의무할당제(RPS, Renewable Portapolio Standard)와 같이, 정책과 경제성을 고려하여 신재생 해양에너지 개발에 전 세계적인 관심이 증대되고 있다. 이러한 요구에 의해 석유나 석탄 자원이 필요없고 방사능이나핵폐기물 문제가 없는 발전 방법으로 태양열 발전, 파력 발전, 조력 발전, 풍력 발전등이 있으며, 이 이 가운데 조수간만의 차이에 따라 조수가 수평이동하는 힘을이용한 조력발전과 파랑을 이용하여 발전을 행하는 파력발전이 수력을 이용한 수력발전의 형태로 대표적으로 사용되고 있다.
파력발전은 해상에 발생하는 파도의 유체 에너지를 이용하여 발전하는 것으로, 예를 들면 파랑의 운동 및 위치 에너지를 이용하여 터빈을 구동하거나, 파랑에 따른 기계장치의 반복적인 운동을 통하여 전기를 생산하는 것이다.
미국특허 US 5,808,368의 "파랑 에너지 변환 장치"(이하 선행기술)와 같은 동력변환식(SALTER DUCK) 파력발전은 래칫 메카니즘을 채용하여 발전하는 방식이다.
그러나 선행기술을 포함한 일반적인 동력변환식 파력발전은 다수의 로터가 하나의 축에 연결되어 일체로 회전하며 발전하는 구조이므로 유지 보수에 어려움이 많았다.
특히, 선행기술을 포함한 일반적인 동력변환식 파력발전은 다수의 로터 중 적어도 하나의 로터에 이상이 발생한 경우 축에 연결된 해당 로터와 이웃한 다른 로터들도 분리하고 체결 조립해야 하는 번거로움이 있었던 것이다.
또한, 선행기술을 포함한 종래에는 발전기 PCS 부하 제어 변동폭이 크지 않아서, 불규칙한 입력에너지 변동성에 대응하는 부하 제어가 원활하게 되지 않아, 발전기 운영 범위를 벗어나게 될 경우 발전기가 SHUT OFF 되거나 혹은 발전기 출력 전압 대비 높은 전류 부하가 걸리게 되는 상황이 되어 심각한 데미지를 입는 문제점이 있었다.
미국특허 US 5,808,368
본 발명은 이를 해결하고자 안출된 것으로, 파랑에너지를 흡수하는 구조물과 연계하여 가동되는 유압 펌프를 통해서 토출된 유량이 축압기(어큐뮬레이터)를 통해 축압 또는 방출되는 과정을 거치며 유압 에너지를 유압모터로 인가하여 발전기를 구동시키도록 하되, 유압 모터 리턴 라인에 유압 부하 장치를 구성하여 안정적인 발전기 회전속도를 유지하도록 한 파력발전 운영 안정화를 위한 유압 PTO 시스템 및 부하제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 파력발전 운영 안정화를 위한 유압 PTO 시스템 및 부하제어방법에 관한 것으로, 상기 유압 PTO 시스템은 파랑의 입사파 에너지를 흡수하며, 상기 입사파를 왕복진자동으로 변환시키는 로터의 왕복 진자운동에 연동하는 로우터리 베인펌프 및 PTO유닛을 포함하되, 상기 PTO유닛은, 오일이 수용되는 오일탱크, 상기 로우터리 베인펌프에 연결되어 상기 로우터리 베인펌프의 양방향 토출에 따른 오일의 순환 경로를 스위칭하고 회로 압력을 제어하는 솔릴리프밸브, 상기 오일을 오일탱크측으로 환원시키는 유압모터, 상기 유압모터와 연결되며, 상기 유압모터가 구동됨에 따라 발생되는 부하에 대응하는 축 토크를 전기에너지로 생산하는 발전기, 상기 솔릴리프밸브와 유압모터 사이의 유압모터 입력라인에 결합되어, 유압 모터측으로 흐르는 오일의 유량을 비례제어하여 조절하는 유량제어밸브, 상기 솔릴리프밸브와 유량제어밸브 사이의 유압모터 입력라인에 설치되어 압력에 따라 유량을 축압 및 방출시킴으로써 유압모터에 인가되는 유량을 일정하게 유지하는 축압기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 유압모터 리턴라인에 유압 부하 제어장치가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 파력발전 운영 안정화를 위한 유압 PTO 시스템의 부하제어방법은, 외부로부터 미리 설정된 발전기의 목표 회전수와 유압 모터 초기 용적값을 입력받는 초기화 단계, 상기 초기화단계에서 설정된 발전기의 목표 회전수에서 발전기의 평균 회전수를 뺀 오차를 계산하는 오차 계산 단계, 상기 오차 계산 단계에서 연산된 값이 미리 설정된 오차 허용 범위 이내 인지를 판단하는 오차 허용범위 판단 단계, 상기 오차 허용범위 판단 단계에서의 판단결과, 발전기의 목표 회전수에서 발전기의 평균 회전수를 뺀 오차가 허용범위 내에 있지 않으면, PID 제어기를 통해 유압 부하를 제어하는 유압 부하 제어단계, 상기 오차 허용범위 판단 단계에서의 판단결과, 발전기의 목표 회전수에서 발전기의 평균 회전수를 뺀 오차가 허용범위 내인 경우에는, P&O 제어기를 이용하여 유압모터의 용적을 제어하는 유압 모터용적 제어단계를 포함하되, 상기 유압부하 제어단계의 유압 부하는, 축압기 및 유압부하 제어장치에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 유압모터에 인가되는 유량을 일정하게 유지하고, 발전기 회전속도가 일정하게 유지되도록 함으로써, 발전설비가 안정적으로 발전되어 에너지 발전효율이 향상되는 현저한 효과가 있다.
또한, 유압 모터 리턴 라인에서 유압 부하 제어 장치로 유압 부하를 제어함으로써, 발전기의 회전수를 제어하여, 발전 운영이 안정적인 효과가 있다.
또한, 본 발명은 신재생에너지 중 입사되는 에너지의 변동성이 높은 파력발전 뿐만 아니라, 에너지 변환계로 유압 PTO(Power Takeoff) 시스템이 적용되는 재생에너지 발전 설비에도 적용 가능하여, 발전 효율성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전 운영 안정화를 위한 유압 PTO 시스템의 전체적인 구조를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파력발전 운영 안정화를 위한 유압 PTO 시스템의 부하 제어방법의 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 PTO 시스템의 전체적인 구조를 나타낸 개념도이다.
본 발명은 PTO유닛에 로우터리 베인펌프가 연결된 구조이다.
상기 로우터리 베인펌프(200)는 파랑의 입사파 에너지를 흡수하며, 상기 입사파를 왕복진자동으로 변환시키는 로터의 왕복 진자운동에 연동한다.
더욱 상세하게 설명하면, 우선, 로터는 파랑의 입사파 에너지를 흡수하며 입사파를 왕복 진자 운동으로 변환시키는 것이다.
이러한 로터는 회전축에 의하여 회전 지지되고, 로우터리 베인펌프(200)는 회전축과 동축상에 배치되어 로터의 왕복 진자 운동에 연동하는 것으로, 외부로부터 해수의 유입이 차단되는 기밀 수단에 의하여 내구성을 유지토록 한다.
즉, 상기 로터와 연결된 회전축은 로우터리 베인 펌프(200)와 동축(同軸) 관계이므로, 입사파에 의하여 로터에 가해지는 수직방향의 하중이 로우터리 베인 펌프에 직접적으로 전달되지 않기 때문에 로우터리 베인 펌프는 회전 모멘트에 대한 부하만 고려하여 설계 및 설치하면 되므로, 우수한 내구성을 가지게 되는 것이다.
상기 로우터리 베인 펌프(200)는 복수 개가 배치되어 PTO유닛과 연결되며, 이 때 상기 로터 및 회전축은 입사파에 대하여 독립적으로 각각 회전하게 된다.
상기 PTO유닛(1000)은 오일탱크(100)와, 솔릴리프밸브(300)와, 방향제어밸브(400)와, 축압기(500)와, 유량제어밸브(600)와, 유압모터(700)와, 발전기(800)와, 유압부하 제어장치(900)를 포함한다.
또한, 설명의 편의를 위해 로우터리 베인펌프(200)에서 유압모터(700)측으로 가는 배관을 유압모터 입력라인(110)이라하고, 유압모터(700)에서 오일탱크(100)로 가는 배관을 유압모터 리턴라인(120)이라 한다.
상기 오일탱크(100)는 오일이 수용되는 탱크이다.
상기 로우터리 베인펌프(200)는 로터의 왕복진자운동에 연동하여 상기 오일탱크 내부에 저장된 오일을 토출하게 된다.
상기 솔릴리프밸브(300)는 상기 로우터리 베인펌프에 연결되어 상기 로우터리베인펌프의 양방향 토출에 따른 오일 순환 경로를 스위칭하고 회로 압력을 제어하는 역할을 한다.
상기 솔릴리프밸브는 유량의 방향을 제어하면서 회로 압력을 제어하는 밸브로서, 상기 로우터리 베인펌프에 설정값 이상으로 유압 부하가 걸리는 것을 규제하면서, 오일 순환 경로를 스위칭한다.
상기 방향제어밸브(400)는 상기 솔릴리프밸브(300)와 연결되어 오일의 방향을 제어하는 것으로, 상기 방향제어밸브는 오일을 유압모터(700)측으로 토출되도록 하거나, 오일탱크(100)로 순환하도록 경로를 스위칭하는 역할을 한다.
더욱 상세하게 설명하면, 입사파에 따른 파랑(波浪) 에너지는 로터에 의하여 최초에 흡수되는데, 파랑의 주기적인 운동에 의하여 왕복 진자 운동을 하게 된다.
이에 따라 상기 로터와 연결된 로우터리 베인 펌프는 정, 역방향의 운동시에 발전기의 부하에 의하여 축 토크가 발생하게 된다.
이때, 불규칙한 주파수 형태를 가진 파랑 에너지는 전술한 바와 같이 로터에 의하여 흡수되고 입사파는 로터를 리프트시키며 힘을 전달하게 된다.
이후, 로터가 초기 위치로 복원하기 위한 복원력은 로터 자체의 하중 뿐인 상태가 되는 것이다.
그러나, 로터와 연결된 로우터리 베인 펌프는 양방향으로 토출하면서 고압측 회로로 연결됨에 따라 발전기의 출력만큼 부하량이 회전축)에 가해지게 되는 것이다.
따라서, 로터는 로터 자체의 하중만으로 발전기의 출력량에 대응하는 부하 토크를 로우터리 베인 펌프측에 에너지로 전달하면서 초기 위치로 복귀하기는 어렵다.
이에, 방향제어밸브(400)는 로터의 초기 위치 복원시 로우터리 베인 펌프에 토출라인이 고압측으로 연결되지 않고 저압측으로 연결되도록 무부하시키는 역할을 한다.
상기 축압기(500)는 상기 방향제어밸브(400)와 유압모터(700) 사이의 유압모터 입력라인(110)에 결합되어, 압력에 따라 유량을 축압 및 방출시킴으로써 유압모터에 인가되는 유량을 일정하게 유지하는 역할을 한다.
상기 축압기(500)에 의해 유량이 축압 또는 방출됨에 따라 유압모터(700)로 인가되는 유량이 변동되며, 축압기는 유압 회로의 압력이 증가 할수록 설계용량만큼 많은 유량을 축압하게 되고 압력이 낮아지게 되면 그만큼 축압된 유량을 방출시키게 되며, 이에 따라 발전기의 회전속도가 일정하게 유지되어지는 것이다.
즉, 상기 축압기는 파력발전기의 고압 유체를 조절 및 축적하고, 전력조절기(810)에 의해 수신된 수신 동력이 발전기(800)의 정격 동력보다 높은 경우 예비 동력을 저장하고 수신 동력이 발전기(800)의 정격동력보다 낮은 경우 유압모터(700)의 부족한 동력을 보상하도록 하는 유닛이다.
한편, 상기 유량제어밸브(600)는 상기 축압기(500)와 유압모터(700) 사이의 유압모터 입력라인(110)에 결합되어, 유압모터측으로 흐르는 오일의 유량을 비례제어하여 조절한다.
상기 유량제어밸브는 비상시에 사용되는 밸브로, 평소에는 개폐되지 않고, 상한치인 고압의 유량에 대해서만 작동한다.
상기 유압모터(700)는 회전축을 중심으로 로터가 회동한 만큼 구동된다.
즉, 상기 유압모터는 발전기(800)의 구동유닛으로, 발전기는 유압모터의 동력에 의해 구동되며, 상기 유압모터는 발전기의 특성을 좌우할 수 있는 유닛이다.
예를 들어, 축압기를 통해 압력이 감소하는 경우 유압 모터는 출력되는 동력을 일정하게 유지하기 위해 유량을 늘리고, 반대로 압력이 증가하는 경우 유압모터에서 출력되는 동력을 일정하기 유지하기 위해 유량을 줄인다.
이러한 유압모터는 PID 제어기 또는 P&O 제어기를 통해 제어될 수 있다.
상기 발전기(800)는 상기 유압모터(700)와 연결되며, 상기 유압모터(700)가 오일탱크(100)측으로 오일을 환원시킴에 따라 발생되는 부하에 대응하는 축 토크를 전기에너지로 생산한다.
또한, 상기 발전기는 전력조절기(Power Conditioning System; PCS)(810)와 연결된다.
상기 전력조절기는 발전기에서 발생되는 최대 출력을 유지하기 위한 회로, 축전기 또는 DC 전원과의 출력 값을 변환하는 변환 회로 등이 구비된 구성으로, 발전기의 전력을 제어하는 유닛이다.
상기 전력조절기는 PID 제어기 또는 P&O 제어기를 통해 제어될 수 있다.
또한, 상기 발전기는 상기 발전기의 회전속도를 기반으로 유압 요소에 대한 측정을 수행하는 측정기와 연결된다.
상기 측정기는 상기 발전기, 유압 모터 초기 용적, 전력 변환기의 최소 부하값을 초기화한 후 상기 발전기의 회전수를 기초하여 상기 전력 변환기의 부하 및 상기 유압 모터의 용적을 제어하는 역할을 한다.
상기 측정기는, 상기 발전기의 목표 회전수, 유압 모터 초기 용적 및 전력조절기(PowerConditioning System; PCS) 최소 부하값을 포함하는 초기화값을 입력받는 입력부; 및 상기 발전기의 평균 회전수와 상기 발전기의 회전수 오차를 연산하여 상기 전력조절기의 부하 및 유압모터의 용적을 제어하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 유압모터와 발전기 사이에는 토크 센서가 배치된다.
한편, 상기 유압모터 리턴라인(120)에는 유압 부하 제어장치(900)인 전자비례 압력제어 밸브가 결합된다.
유압 모터 리턴 라인(120)에서 유압 부하 제어 장치(900)로 유압을 제어하게 되면 로우터리 베인펌프, 축압기, 유압모터를 포함하는 유압모터 입력 라인의 회로 압력도 제어 방향에 따라 증감하게 되므로, 결과적으로 발전기의 회전수를 제어할 수 있게 된다.
발전기가 안정적인 운영 속도를 유지하는 것은 출력되는 전기의 질적인 면에서도 중요하지만 에너지 발전효율 및 발전설비 연속구동 측면에서도 필요한 제어 요소이다.
발전설비는 발전기 PCS (Power Control System)을 통하여 발전기에 부하를 인가하여 발전을 하게 되나, 발전기 타입에 따라 PCS에서 부하를 인가하기 위해서는 발전기 출력 전압(=발전기 회전 속도)이 운영범위내로 안정적으로 출력되어야 하는 조건이 요구된다.
따라서 이 경우 유압 부하제어 장치는 초기 발전 안정화를 위한 좋은 해결 방안이 될 수 있다.
한편, 상기 유압모터를 구동시키고 난 이후의 오일은 오일탱크로 배출되어, 다시 순환되어진다.
이하에서는 도1을 참조하여, 본 발명에 따라 PTO 에너지 변환시스템이 구동되는 방법을 설명한다.
먼저, 로터는 파랑의 입사파 에너지를 흡수하며 입사파를 왕복 진자 운동으로 변환시키며,
이러한 로터는 회전축에 의하여 회전 지지되고, 로우터리 베인 펌프(200)는 회전축과 동축상에 배치되어 로터의 왕복 진자 운동에 연동하게 된다.
이에 따라 상기 오일탱크 내부에 저장된 오일이 토출하게되며, 상기 로우터리 베인펌프(200)에는 솔릴리프밸브(300)가 연결되어, 상기 로우터리 베인펌프의 양방향 토출에 따른 오일 순환 경로를 스위칭하고, 상기 로우터리 베인펌프에 설정값 이상으로 유압 부하가 걸리는 것을 규제하여, 회로 압력을 제어하게된다.
또한, 상기 솔릴리프밸브(300)에는 방향제어밸브(400)가 연결되며, 상기 방향제어밸브(400)는 오일을 유압모터측으로 토출되도록 하거나, 오일탱크로 순환하도록 순환경로를 스위칭하여, 로우터리 베인 펌프에 토출라인이 고압측으로 연결되지 않고 저압측으로 연결되도록 무부하시키는 역할을 한다.
상기 축압기(500)는 파력발전기의 고압 유체를 조절 및 축적하고, 전력조절기에 의해 수신된 수신 동력이 발전기의 정격 동력보다 높은 경우 예비 동력을 저장하고 수신 동력이 발전기의 정격 동력보다 낮은 경우 유입 모터의 부족한 동력을 보상한다.
즉, 상기 축압기는 유압모터 입력라인에 결합되어, 상기 유압모터에 인가되는 유량이 일정하게 유지되도록 한다.
또한, 유압모터 리턴라인(120)에는 유압 부하 제어장치(900)가 연결되어, 로우터리 베인펌프, 축압기, 유압모터를 포함하는 유압모터 입력 라인의 회로 압력을 제어하여, 발전기의 회전수를 제어한다.
이에 따라 상기 유압모터 및 발전기가 안정적인 운영 속도를 유지하게 되며, 에너지 발전효율이 향상되는 것이다.
이하에서는 도2를 참조하여, PTO 에너지 변환 시스템이 제어되는 방법을 설명한다.
먼저, 제어부는 외부로부터 미리 설정된 발전기(800)의 목표 회전수와 유압 모터 초기 용적값을 입력 받는다(S100).
그 다음, 상기 발전기의 회전수를 모니터링하고, 상기 발전기의 회전수를 기초하여 상기 발전기의 평균 회전수를 측정한다.
이후, 미리 설정된 발전기의 목표 회전수에서 발전기의평균 회전수를 뺀 오차를 계산하고(S200), 연산된 값이 미리 설정된 오차 허용 범위내인지를 판단한다(S300).
판단결과, 발전기의 목표 회전수에서 발전기의 평균 회전수를 뺀 오차가 허용범위 이내인 경우에는, P&O 제어기를 이용하여 유압모터의 용적을 제어한다(S500).
한편, 판단결과, 발전기의 목표 회전수에서 발전기의 평균 회전수를 뺀 오차가 허용범위 내에 있지 않으면, PID 제어기를 통해 유압부하를 제어한다(S400).
이 후, 현재 발전기의 평균 회전수 및 회전수 오차, 즉, 발전기의 목표 회전수에서 발전기의 평균 회전수를 뺀 값을 다시 한번 계산하는 과정을 거친다(S200).
이에 따라 상기 유압모터 및 발전기가 안정적인 운영 속도를 유지하게 되며, 에너지 발전효율이 향상되는 것이다.
이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.
1000:PTO유닛
100: 오일탱크
110:유압모터 입력라인 120:유압모터 리턴라인
200:로우터리 베인펌프
300:솔릴리프밸브
400:방향제어밸브
500:축압기
600:유량제어밸브
700:유압모터
800:발전기 810:전력조절기(PCS)
900:유압부하제어장치
S100: 초기화 단계
S200: 오차계산 단계
S300: 오차 허용범위 판단 단계
S400: 유압 부하제어단계
S500: 유압 모터용적 제어단계

Claims (3)

  1. 파랑의 입사파 에너지를 흡수하며, 상기 입사파를 왕복진자동으로 변환시키는 로터의 왕복 진자운동에 연동하는 로우터리 베인펌프 및 PTO유닛을 포함하되,
    상기 PTO유닛은,
    오일이 수용되는 오일탱크;
    상기 로우터리 베인펌프에 연결되어 상기 로우터리 베인펌프의 양방향 토출에 따른 오일의 순환 경로를 스위칭하고 회로 압력을 제어하는 솔릴리프밸브;
    상기 오일을 오일탱크측으로 환원시키는 유압모터;
    상기 유압모터와 연결되며, 상기 유압모터가 구동됨에 따라 발생되는 부하에 대응하는 축 토크를 전기에너지로 생산하는 발전기;
    상기 솔릴리프밸브와 상기 유압모터 사이의 유압모터 입력라인에 결합되어, 유압 모터측으로 흐르는 오일의 유량을 비례제어하여 조절하는 유량제어밸브;
    상기 솔릴리프밸브와 상기 유량제어밸브 사이의 유압모터 입력라인에 설치되어 압력에 따라 유량을 축압 및 방출시킴으로써 유압모터에 인가되는 유량을 일정하게 유지하는 축압기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파력발전 운영 안정화를 위한 유압 PTO 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압모터와 상기 오일탱크 사이의 유압모터 리턴라인에는 유압 부하 제어장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 파력발전 운영 안정화를 위한 유압 PTO 시스템.
  3. 외부로부터 미리 설정된 발전기의 목표 회전수와 유압 모터 초기 용적값을 입력받는 초기화 단계;
    상기 초기화단계에서 설정된 발전기의 목표 회전수에서 발전기의 평균 회전수를 뺀 오차를 계산하는 오차 계산 단계;
    상기 오차 계산 단계에서 연산된 값이 미리 설정된 오차 허용 범위 이내 인지를 판단하는 오차 허용범위 판단 단계;
    상기 오차 허용범위 판단 단계에서의 판단결과, 발전기의 목표 회전수에서 발전기의 평균 회전수를 뺀 오차가 허용범위 내에 있지 않으면, PID 제어기를 통해 유압 부하를 제어하는 유압 부하 제어단계;
    상기 오차 허용범위 판단 단계에서의 판단결과, 발전기의 목표 회전수에서 발전기의 평균 회전수를 뺀 오차가 허용범위 내인 경우에는, P&O 제어기를 이용하여 유압모터의 용적을 제어하는 유압 모터용적 제어단계;를 포함하되,
    상기 유압부하 제어단계에서의 유압 부하는, 로우터리 베인펌프와 유압모터사이의 유압모터 입력라인에 설치되는 축압기 및 유압모터와 오일탱크 사이의 유압모터 리턴라인에 설치되는 유압부하 제어장치에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 파력발전 운영 안정화를 위한 유압 PTO 시스템의 부하제어방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111536092A (zh) * 2020-04-03 2020-08-14 湖南双达机电有限责任公司 液压系统、液压系统的调整方法以及工程车辆
CN112879211A (zh) * 2021-03-22 2021-06-01 西安交通大学 一种深海海流能水轮机液压发电自适应动态压力补偿系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015108344A (ja) 2013-12-05 2015-06-11 国立大学法人 東京大学 波力発電システム
KR101976623B1 (ko) 2017-12-12 2019-05-09 유원산업(주) 파력발전 장치 부하 제어 시스템 및 시뮬레이션 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015108344A (ja) 2013-12-05 2015-06-11 国立大学法人 東京大学 波力発電システム
KR101976623B1 (ko) 2017-12-12 2019-05-09 유원산업(주) 파력발전 장치 부하 제어 시스템 및 시뮬레이션 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111536092A (zh) * 2020-04-03 2020-08-14 湖南双达机电有限责任公司 液压系统、液压系统的调整方法以及工程车辆
CN112879211A (zh) * 2021-03-22 2021-06-01 西安交通大学 一种深海海流能水轮机液压发电自适应动态压力补偿系统
CN112879211B (zh) * 2021-03-22 2021-11-19 西安交通大学 一种深海海流能水轮机液压发电自适应动态压力补偿系统

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