KR102086483B1 - 소수력 발전 유지보수 시스템 및 이의 제공 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템은, 상류수가 지나 가는 주 배관; 상기 주 배관의 압력을 조절하기 위해 구비되는 덤프 배관; 상기 주 배관의 유량을 측정하는 유량계; 상기 주 배관과 덤프 배관 사이에 구비된 밸브; 상기 주 배관을 통해 공급되는 물을 동력으로 변환하는 터빈발전기; 상기 밸브를 제어하는 제어부 및 상기 제어부의 동작을 모니터링할 수 있는 어플리케이션이 포함된 관리자 단말을 포함하는 소수력 발전 유지보수 시스템을 제공할 수 있다.

Description

소수력 발전 유지보수 시스템 및 이의 제공 방법{Small hydro power maintenance system and method of providing it}
본 발명은 소수력 발전 유지보수 시스템 및 이의 제공 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소수력 발전의 신속한 안전관리와 예방, 유지보수의 시스템 구축에 용이한 모니터링 기술을 바탕으로 하는 소수력 발전 유지보수 시스템 및 이의 제공 방법에 관한 것이다.
지구 온난화의 영향으로 대형 수해를 겪으면서 산사태 등의 자연재해를 저감시키는 사방댐을 지속적으로 확대하고 있는데 다목적으로 산불진화 취수용, 농업용수 공급원등으로 설치를 하고 있는 추세이며, 물의 유량을 이용한 소수력발전이 많이 적용되고 있다.
소수력 발전은 지속 가능성이 높은 에너지 시스템 중의 하나인 신재생에너지이다.
또한, 신재생에너지 중 하나인 태양광 발전은 태양에 의존적이라 계절, 날씨에 따라 발전량의 변동이 크지만 소수력은 상류 수의 물의 양만 충분하다면 상대적으로 태양광에 비해 약 4배의 신재생에너지 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 흐린 날씨가 많은 나라, 태양이 적게 뜨는 지역 등에 소수력 발전 시스템의 적용되고 있는 추세이다.
소수력 발전은 상류수(산 저수지)의 물이 주 배관을 통해 발전기(마을, 혹은 발전지)까지 도달하고 이에 따른 소수력 발전이 이뤄지게 된다.
종래의 기술로 한국등록특허공보 제10-0691529호(발명의 명칭: 소수력을 이용한 발전시스템)와 같은 발명이 제안되었다.
이때, 일정하지 못한 상류 수의 환경에 따른 배관의 파손 및 발전 효율을 악화시킨다. 즉, 산악 소수력 발전의 안정적인 유량은 발전량과 유지 보수에 기인한다. 따라서, 안정적이고 일정한 유량을 확보하는 것이 소수력 발전 시스템 구축에 핵심이며, 상기 소수력 발전 시스템의 유지 보수 방안에 대해 기술 개발이 필요한 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 소수력 발전의 신속한 안전관리와 예방, 유지보수의 시스템 구축에 용이한 모니터링 기술을 바탕으로 하는 소수력 발전 유지보수 시스템 및 이의 제공 방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템에 있어서, 상류수가 지나 가는 주 배관; 상기 주 배관의 압력을 조절하기 위해 구비되는 덤프 배관; 상기 주 배관의 유량을 측정하는 유량계; 상기 주 배관과 덤프 배관 사이에 구비된 밸브; 상기 주 배관을 통해 공급되는 물을 동력으로 변환하는 터빈발전기; 상기 밸브를 제어하는 제어부 및 상기 제어부의 동작을 모니터링할 수 있는 어플리케이션이 포함된 관리자 단말을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 유량계를 이용해 상기 주 배관의 유량을 측정한 후, 기준 범위 외의 유량이 흐르면 상기 밸브를 개통하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 유량 대비 상기 터빈발전기 회전수를 체크하여 효율 변화를 측정하며, 상기 터빈발전기의 회전수는 접점 센서 또는 근접 센서를 이용해 카운팅되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 터빈발전기로부터 공급되는 단상/3상 전력을 직류(DC)로 전환하여 출력하는 정류기; 상기 정류기에서 변환된 전력을 저장하는 배터리 및 상기 정류기에서 공급되는 전력을 교류(AC)로 전환하여 부하에 공급하는 전력변환기를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 정류기로부터 출력되는 전력, 상기 전력변환기로 입력되는 전력과 상기 배터리로 입력되는 전력을 계측하여 상호 효율을 측정하거나, 상기 정류기, 전력변환기, 배터리의 전압, 전류, 주파수, 온도를 측정하여 상기 정류기, 전력변환기, 배터리의 결함 여부를 판단할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 정류기로부터 출력되는 전력, 상기 전력변환기로 입력되는 전력, 상기 배터리로 입력되는 전력 및 상기 부하로 입력되는 전력을 계측하여 통합 효율을 측정하여 상기 정류기, 전력변환기, 배터리 및 부하의 결함 여부를 판단할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 터빈발전기의 공회전(또는 과회전)으로 인한 손상을 방지하기 위한 안전제어장치를 더 포함하고, 상기 안전제어장치는, 상기 터빈발전기와 상기 정류기 사이에서 스위칭 역할을 하며, 상기 터빈발전기의 전력량이 임시 부하로 분배되도록 하여 공회전(또는 과회전)의 회전수를 최소화 시키는 것을 특징으로 한다.
한편 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 제공방법에 있어서, (a) 유량계를 통한 주 배관의 유량을 측정하고, 판단하는 단계 및 (b) 상기 판단에 따라 덤프 배관의 밸브 개통을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 터빈발전기의 회전수를 측정하여, 유량과 대비하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 유량 대비 터빈발전기 회전수가 적절할 시에 제어부가 정류기로부터 출력되는 전력, 전력변환기로 입력되는 전력과 배터리로 입력되는 전력을 계측하여 상호 효율을 측정하거나 정류기, 전력변환기, 배터리의 전압, 전류, 주파수, 온도를 측정하여 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유량 대비 터빈발전기 회전수가 적절하지 않을 시에 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상호 효율 및 정류기, 전력변환기, 배터리의 전압, 전류, 주파수, 온도 가 적절할 시에 제어부가 정류기로부터 출력되는 전력, 전력변환기로 입력되는 전력, 배터리로 입력되는 전력 및 부하로 입력되는 전력을 계측하여 통합 효율을 측정하고, 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상호 효율 및 정류기, 전력변환기, 배터리의 전압, 전류, 주파수, 온도 가 적절하지 않을 시에 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통합 효율이 허용 범위 내에 속할 경우에 상기 (a) 단계부터 순차적으로 다시 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통합 효율이 허용 범위 내에 속하지 않은 경우에 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작은, 덤프 배관의 밸브 및 터빈발전기 동작이고, 상기 동작 정보를 관리자 단말에 전송하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유량 대비 터빈발전기의 회전수가 적절하지 않을 시에 공회전(또는 과회전)으로 판단하여 안전제어장치를 더 가동시키고, 상기 동작 정보를 관리자 단말에 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 및 이의 제공 방법은 모니터링을 통해 소수력 발전의 유지보수를 관리할 수 있다.
또한, 적절한 유량을 확보할 수 있어 배관의 안정성을 보장할 수 있다.
또한, 장비의 결함을 모니터링을 통해 방지할 수 있고, 신속하게 대처할 수 있다.
또한, 터빈발전기가 공회전(또는 과회전) 시 발생할 수 있는 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템의 구성 및 상호 효율계산을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 통합 효율계산을 위해 부하를 더 구비한 구성도이다.
도 3 내지 6은 도 1 및 2의 소수력 발전 유지보수 시스템 제공 방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 안전제어장치의 구성을 도시한 구성도이다.
도 8 및 도 9는 도 7에서 도시된 안전제어장치의 구성 추가에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 제공 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 갖는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템은 어플리케이션(또는 모바일 앱)을 이용하여 무선통신망을 통해 통신하는 스마트 폰 및 PC를포함하는 이동통신 단말기에서 제공될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의상 이동통신 단말기 위주로 설명하기로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 및 이의 제공 방법을 첨부한 도 1 내지 9를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
우선, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 및 이의 제공 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템의 구성 및 상호 효율계산을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 통합 효율계산을 위해 부하(90)를 더 구비한 구성도이다.
도 3 내지 6은 도 1 및 2의 소수력 발전 유지보수 시스템 제공 방법을 도시한 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 소수력 발전 유지보수 시스템은 주 배관(10), 덤프 배관(20), 유량계(15), 밸브(25), 터빈발전기(30), 제어부(50) 및 관리자 단말(40)을 포함할 수 있다.
또한, 정류기(60), 배터리(70), 전력변환기(80)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 각 구성에 대해 설명하면, 주 배관(10)은 상류수(산 저수지 물)가 흐르는 통로 역할을 하는 것이며, 최종적으로 발전기(마을, 혹은 발전지)까지 도달할 수 있도록 한다.
덤프 배관(20)은 주 배관(10)의 변동하는 압력을 일정하게 유지되도록 하여 유량의 변동률과 주 배관(10)의 파손을 방지하고, 안정적인 유량 확보에 기여하는 역할을 한다.
즉, 덤프 배관(20)은 주 배관(10)의 일측에 연결될 수 있고, 내측에 구비된 밸브(25)를 통해 주 배관(10)에 흐르는 상류수를 배출할 수 있는데, 이는 주 배관(10)의 압력이 허용 이상의 압력이 걸릴 경우 덤프 배관(20)으로 압력이 빠질 수 있게 밸브(25)를 개통하여 이루어질 수 있다.
참고로, 물은 상대적으로 주 배관(10)의 반지름과 덤프배관의 반지름에 대한 관계식에 의해 적절한 유량이 정해진다.
유량계(15)는 주 배관(10)의 유량을 측정하는 것으로, 주 배관(10)에 유량이 허용 이상이 흐르는 지를 측정하여 제어부(50)와 연동되어 덤프 배관(20)의 밸브(25) 개폐를 조절하는 것이다. 이때, 정확한 측정을 위해서는 전자 유량계를 사용하는 것이 좋다.
터빈발전기(30)는 주 배관(10)을 통해 공급되는 물을 동력으로 변환할 수 있다.
또한, 본 발명의 터빈발전기(30)는 유량 대비 효율을 계산하기 위해 회전수를 측정하는 접점센서 또는 근접센서가 구비될 수 있다.
제어부(50)는 유량계(15)와 연동되어 설정된 기준범위 유량 값에 따라 밸브(25)의 개폐를 제어할 수 있고, 터빈발전기(30)와 연동되어 회전수에 따른 유량 대비 효율이 측정되면 측정 값에 따라 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작여부를 판단할 수 있다.
관리자 단말(40)은 제어부(50)의 동작 모니터링을 위한 어플리케이션이 실행될 수 있는 것으로, 본 발명의 소수력 발전을 총 관리하는 관리자가 소유한 단말일 수 있다.
상기에서 제어부(50)의 동작이란, 제어부(50)와 연동되는 모든 장치들의 동작 및 제어정보를 말할 수 있다.
또한, 제어부(50)와 연동되어 제어부(50)와 연동된 장치들의 동작을 원격으로 제어할 수도 있다.
다음으로, 정류기(60)는 터빈발전기(30)로부터 공급되는 단상/3상 전력을 직류(DC)로 전환하여 출력하는 역할을 하는 것으로, 교류(AC)/직류(DC)정류기(60)일 수 있다.
배터리(70)는 상기 터빈발전기(30)에 의해 발전된 전력을 정류기(60)에서 직류(DC)로 변환된 전력을 저장하는 것이며, 직류(DC)/직류(DC)컨버터를 통해 손실 없이 일정한 양을 전력을 배터리(70)로 전달할 수 있다. 즉, 스위칭 방식을 이용하기 위함이다.
전력변환기(80)는 상기 정류기(60)에서 공급되는 전력을 교류(AC)로 전환하여 부하(90)에 공급할 수 있다.
상기 정류기(60), 배터리(70) 및 전력변환기(80)는 제어부(50)와 연동되어 전력을 계측할 수 있고, 구해진 상호 효율 값이 적합한지 판단하여 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작여부를 판단할 수 있다.
즉, 도 1을 참조하면, 전력계측을 통해 이하 수학식 1을 적용하여 상호 효율이 계산될 수 있다.
[수학식 1]
P[in] = P[out1] + P[out2] + 손실전력P[out3]
효율η = (P[out1] + P[out2]) /　P[in]
참고로, 정류기(60)에서 변환되어 출력된 전력을 Pin, 전력변환기(80)로 입력되는 전력을 Pout1, 배터리(70)로 입력되는 전력을 Pout2라고 하여 상기 수학식 1에 대입하여 계산될 수 있다.
이때, 상기 각각의 P[in], P[out1], P[out2]의 전력은 제어부(50)를 통해 전력을 계측할 수 있다.
또한, 제어부(50)는 정류기(60), 전력변환기(80), 배터리(70)의 내측에 구비된 센서들과 연동되어 정류기(60), 전력변환기(80), 배터리(70)의 전압, 전류, 주파수, 온도가 기준범위를 벗어나는 지 적합한지 판단하여 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작여부를 판단할 수 있다.
즉, 상기에서 상호 효율 값 또는 정류기(60), 전력변환기(80), 배터리(70)의 전압, 전류, 주파수, 온도 값 중 하나라도 이상이 감지되면, 제어부(50)는 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작여부를 판단하여 제어할 수 있다.
다음으로, 도 2를 참조하면, 상기의 전력변환기(80)로부터 전력을 인가 받는 부하(90)가 구비됨으로써, 통합 효율을 측정할 수 있다.
즉, 통합 효율은 이하 수학식 2를 통해 계산될 수 있다.
[수학식 2]
P1 = P2 + P3 + P(손실1)　P2 = P4 + P(손실2)
P1 = P3 + P4 + P(손실1) + P(손실2)
효율η2 = (P3 + P4) /　P1
참고로, 정류기(60)에서 변환되어 출력된 전력을 P1, 전력변환기(80)로 입력되는 전력을 P2, 배터리(70)로 입력되는 전력을 P3, 부하(90)로 인가되는 전력은 P4라고 하여 수학식 2에 대입하여 계산될 수 있다.
이때, 상기 Pin, Pout1, Pout2의 전력 계측과 마찬가지로 각각의 P1, P2, P3, P4의 전력은 제어부(50)를 통해 전력을 계측할 수 있다.
즉, 상기에서 계산된 통합 효율 값이 허용 범위를 벗어나게 되면, 제어부(50)는 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작여부를 판단하여 제어할 수 있다.
상기의 내용을, 도 3 내지 6을 통해 이하에서 구체적으로 설명하도록 한다.
우선, 도 3에선 유량계(15)를 통한 유량을 측정하는 단계(S100), 측정된 유량이 기준 범위에 속하는지 판단하는 단계(S110), 기준 범위에 속하지 않을 경우 덤프 배관(20)의 밸브(25)를 개통하는 단계(S120), 기준 범위에 속할 경우 터빈발전기(30)의 회전 수를 측정하는 단계(S130), 유량 대비 터빈발전기(30)의 회전수가 적절한지 판단하는 단계(S140)로 이루어 질 수 있다.
상기 S140단계에서 유량 대비 터빈발전기(30)의 회전수가 적절하지 않은 경우에는 A-1단계로 넘어가고, 적절할 경우에는 B단계로 진행될 수 있다.
상기의 A-1단계는 도 4를 참조하여 설명할 수 있다.
구체적으로, A-1단계는 유량 대비 터빈발전기(30)의 회전수가 적절하지 않은 경우에 진행되는 단계일 수 있으며, 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작을 판단하는 단계(S200), 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작을 멈춰야 되는 경우에는 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작에 해당하는 덤프 배관(20)의 밸브(25)를 개통, 터빈발전기(30) 정지를 진행하는 단계(S210) 및 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작을 멈추지 않아도 되는 경우에는 관리자 단말(40)로 동작 정보를 전송하는 단계(S220)단계로 이루어 질 수 있다.
동작 정보는 멈추지 않아도 되는 경우에도 전송될 수 있지만, S210단계를 진행하였을 때도 전송될 수 있다.
즉, 동작 정보는 멈추지 않아도 되는 경우에는 소수력 발전 유지보수 시스템의 실시간 상태일 수 있고, 멈춰야 되는 경우에는 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작에 해당하는 덤프 배관(20)의 밸브(25)를 개통, 터빈발전기(30) 정지 동작에 대한 정보일 수 있다.
다음으로, 상기 B단계는 도 5를 참조하여 설명할 수 있다.
구체적으로, B단계는 유량 대비 터빈발전기(30)의 회전수가 적절할 경우에 진행되는 단계일 수 있으며, 상호 효율 측정 또는 정류기(60) 온도를 측정하는 단계(S300), 측정된 상호 효율 또는 정류기(60), 전력변환기(80), 배터리(70)의 전압, 전류, 주파수, 온도 값이 적절한지 판단하는 단계(S310)로 이루어 질 수 있다.
상기 S310단계에서 측정된 상호 효율 또는 정류기(60), 전력변환기(80), 배터리(70)의 전압, 전류, 주파수, 온도 값이 적절하지 않을 경우에는 상기에서 설명한 A-1단계를 진행할 수 있고, 측정된 상호 효율 또는 정류기(60), 전력변환기(80), 배터리(70)의 전압, 전류, 주파수, 온도 값이 적절할 경우에는 C단계를 진행할 수 있다.
상기 단계를 통해 제어부(50)는 상기에서 설명한 정류기(60), 전력변환기(80), 배터리(70)의 결함 여부를 판단할 수 있다.
또한, A-1단계는 상기에서 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
상기의 C단계는 도 6을 참조하여 설명할 수 있다.
구체적으로, C단계는 측정된 상호 효율 또는 정류기(60), 전력변환기(80), 배터리(70)의 전압, 전류, 주파수, 온도 값이 적절할 경우에 진행되는 단계일 수 있으며, 통합 효율을 측정하는 단계(S400), 측정된 통합 효율이 허용 범위에 속하는 지 판단하는 단계(S410)로 이루어 질 수 있으며, S410단계에서 허용 범위를 벗어난다고 판단될 경우 A-1단계를 진행할 수 있고, 허용 범위를 벗어나지 않는다고 판단될 경우 S100단계로 돌아가 다시 순차적으로 수행될 수 있다.
상기 단계를 통해 제어부(50)는 상기에서 설명한 정류기(60), 전력변환기(80), 배터리(70)의 결함 여부를 판단할 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템은 안전제어장치(65)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 안전제어장치(65)는 터빈발전기(30)의 공회전(또는 과회전)으로 인한 손상을 방지하기 위해 구비될 수 있고, 상기 터빈발전기(30)와 상기 정류기(60) 사이에서 스위칭 역할을 하며, 상기 터빈발전기(30)의 전력량이 임시 부하로 분배되도록 하여 공회전(또는 과회전)의 회전수를 최소화 시킬 수 있다.
또한, 안전제어장치(65)는 제어부(50)를 통해 제어될 수 있다.
안전제어장치(65)를 구비하는 소수력 발전 유지보수 시스템 제공 방법은 이하에서 도 8 및 9를 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 8 및 도 9는 도 7에서 도시된 안전제어장치(65)의 구성 추가에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 제공 방법을 도시한 흐름도이다.
우선, 도 8을 참조하면, 유량계(15)를 통한 유량을 측정하는 단계(S100), 측정된 유량이 기준 범위에 속하는지 판단하는 단계(S110), 기준 범위에 속하지 않을 경우 덤프 배관(20)의 밸브(25)를 개통하는 단계(S120), 기준 범위에 속할 경우 터빈발전기(30)의 회전 수를 측정하는 단계(S130), 유량 대비 터빈발전기(30)의 회전수가 적절한지 판단하는 단계(S145)로 이루어 질 수 있다.
상기 S145단계에서 유량 대비 터빈발전기(30)의 회전수가 적절하지 않은 경우에는 A-2단계로 넘어가고, 적절할 경우에는 B단계로 진행될 수 있다.
상기의 A-2단계는 도 9를 참조하여 설명할 수 있다.
구체적으로, A-2단계는 유량 대비 터빈발전기(30)의 회전수가 적절하지 않은 경우에 진행되는 단계일 수 있는데, A-1단계와 다른 점은 터빈발전기(30)의 회전수가 공회전(또는 과회전)으로 감지될 시에 적용하는 단계이며, 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작을 판단하는 단계(S200), 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작을 멈춰야 되는 경우에는 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작에 해당하는 덤프 배관(20)의 밸브(25)를 개통, 터빈발전기(30) 정지 및 안전제어장치(65) 가동을 진행하는 단계(S215) 및 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작을 멈추지 않아도 되는 경우에는 관리자 단말(40)로 동작 정보를 전송하는 단계(S220)단계로 이루어 질 수 있다.
동작 정보는 멈추지 않아도 되는 경우에도 전송될 수 있지만, S215단계를 진행하였을 때도 전송될 수 있다.
즉, 동작 정보는 멈추지 않아도 되는 경우에는 소수력 발전 유지보수 시스템의 실시간 상태일 수 있고, 멈춰야 되는 경우에는 소수력 발전 유지보수 시스템의 동작에 해당하는 덤프 배관(20)의 밸브(25)를 개통, 터빈발전기(30) 정지 및 안전제어장치(65) 가동 동작에 대한 정보일 수 있다.
한편, 상기에서 설명한 본 발명의 일 및 제2 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템은 유량이 클 경우에 유량변동을 일정하도록 유지 및 보수하는 구성에 해당한다.
그러나, 유량이 상대적으로 적을 경우가 있을 수도 있고, 이에 따른 유량 변동은 유량이 클 경우와 같이 배관의 파손 및 장비들의 결함을 유발하는 문제점이 있다.
이에 따라, 이하에서는 유량이 상대적으로 적을 경우를 대비한 구성 및 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 제3 내지 제6 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템은 유량이 상대적으로 적어질 경우에 유량변동을 일정하도록 유지 및 보수하는 것으로 본 발명의 일 및 제2 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템에 별도의 구성이 하기와 같이 추가되어 제어부에 의해 조절될 수 있다.
구체적으로, 도10에 도시된 본 발명의 제3 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템은 상기 일 및 제2 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 구성에 모터(100)를 더 구비한 것으로, 모터(100)는 주 배관(10)의 내부에 구비될 수 있다.
상기 모터(100)는 유량이 적을 때, 동작할 수 있도록 제어부(50)에 의해 제어되며 유량이 일정하도록 조절할 수 있다.
즉, 모터(100)는 주 배관(10)으로 상류수로부터 유입되는 물의 흐름을 빠르게 하여 적었던 유량을 일정 범위로 증대시키도록 하는 원리를 이용할 수 있다.
다음으로, 도 11에 도시된 본 발명의 제4 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템은 상기 일 및 제2 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 구성에 보조배관(200) 및 모터(100)를 더 구비한 것으로, 보조배관(200)은 일단 및 타단이 주 배관(10) 일측과 연결되어 유량변동에 의한 주 배관(10)의 손상을 방지할 수 있다.
모터는 보조배관(200) 내부에 구비되고, 제3 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 구성인 모터(100)와 같은 역할을 수행할 수 있어 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
다음으로, 도 12에 도시된 본 발명의 제5 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템은 상기 일 및 제2 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 구성에 분산배관(300) 및 보조밸브(400)를 더 구비한 것으로, 분산배관(300)은 일단이 상기 주 배관(10)과 연결되고, 타단이 상류수와 연결되며, 보조밸브(400)는 분산배관(300)과 주 배관(10) 사이에 구비될 수 있다.
즉, 보조밸브(400)를 통해 주 배관(10)에 흐르는 유량이 적어졌을 경우 제어부(50)를 통해 제어되어 상류수의 물을 분산배관(300)을 통해 주 배관(10)으로 유량을 전달함으로써, 유량변동을 조절할 수 있다.
다음으로, 도 13에 도시된 본 발명의 제6 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템은 상기 일 및 제2 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 구성에 제5 실시예의 구성 중 분산배관(300)의 타단이 상류수와 연결되는 대신 보조수조(500)와 분산배관(300) 타단이 연결되도록 하며, 보조밸브(400) 또는 모터(100)를 더 구비하는 것이다.
즉, 제6 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템은 제5 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템보다 상류수가 너무 멀 때를 대비한 것으로, 물이 저장된 보조수조(500)로부터 물을 공급 받아 사용하여 시간을 합리적으로 사용하여 유량을 주 배관(10)으로 전달할 수 있다.
분산배관(300)에 보조밸브(400)를 사용할 경우에는 낙차가 커야 되는데, 모터(100)를 사용하면, 낙차가 작아도 상관없는 이점이 있어 되도록 모터(100)를 적용하는 것이 좋다.
여기서, 모터(100)는 제3 및 제4 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템의 구성인 모터와 동일한 역할을 수행할 수 있다.
또한, 상기 유량이 상대적으로 적을 시 본 발명의 제3 내지 제6 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템도 본 발명의 일 및 제2 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 제공 방법을 동일하게 사용하여 모니터링 및 유지 보수할 수 있다.
본 발명의 제5 및 제6 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 제공 방법은, 덤프 배관(20)의 밸브(25)를 개통하는 단계(S120)를 분산배관(300)의 보조밸브(400)를 개통하는 단계로 전환되어 포함할 수 있다.
이에 따라, 소수력 발전 유지보수 시스템 동작에서 덤프 배관(20)의 밸브(25) 동작이 분산배관(300)의 보조밸브(400)의 동작으로 전환될 수 있다.
본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 제공 방법은 덤프 배관(20)의 밸브(25)를 개통하는 단계(S120)를 모터(100)를 동작시키는 단계로 전환되어 포함할 수 있다.
이에 따라, 소수력 발전 유지보수 시스템 동작에서 덤프 배관(20)의 밸브(25) 동작이 모터(100)의 동작으로 전환될 수 있다.
상기에서 어플리케이션은 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템을 기반으로 생성된 안드로이드, iOS기반의 일반 어플리케이션을 의미하고, 제공방법으로는 단말(40)이 소수력 발전 유지보수 시스템을 기반으로 생성된 어플리케이션 서버에 접속하여 다운로드 받거나 또는 온라인 어플 마켓(예컨대, 안드로이드 마켓, 애플 스토어, 통신사의 온라인 마켓 등)을 통해 다운로드 받아 설치할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 소수력 발전 유지보수 시스템 및 이의 제공 방법은, 모니터링을 통해 소수력 발전의 유지보수를 관리할 수 있다.
또한, 적절한 유량변동을 방지하여 확보할 수 있어 배관의 안정성을 보장할 수 있다.
또한, 장비의 결함을 모니터링을 통해 방지할 수 있고, 신속하게 대처할 수 있다.
또한, 터빈발전기(30)가 공회전(또는 과회전) 시 발생할 수 있는 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 주 배관
15 : 유량계
20 : 덤프 배관
25 : 밸브
30 : 터빈발전기
40 : 관리자 단말
50 : 제어부
60 : 정류기
65 : 안전제어장치
70 : 배터리
80 : 전력변환기
90 : 부하
100 : 모터
200 : 보조배관
300 : 분배배관
400 : 보조밸브
500 : 보조수조

Claims (12)

  1. 상류수가 지나 가는 주 배관;
    상기 주 배관의 압력을 조절하기 위해 구비되는 덤프 배관;
    상기 주 배관의 유량을 측정하는 유량계;
    상기 주 배관과 덤프 배관 사이에 구비된 밸브;
    상기 주 배관을 통해 공급되는 물을 동력으로 변환하는 터빈발전기;
    상기 밸브를 제어하는 제어부 및
    상기 제어부의 동작을 모니터링할 수 있는 어플리케이션이 포함된 관리자 단말을 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 유량계를 이용해 상기 주 배관의 유량을 측정한 후, 기준 범위에 속하지 않을 경우 상기 밸브를 개통하는 것을 특징으로 하며,
    상기 터빈발전기로부터 공급되는 단상/3상 전력을 직류(DC)로 전환하여 출력하는 정류기;
    상기 정류기에서 변환된 전력을 저장하는 배터리 및
    상기 정류기에서 공급되는 전력을 교류(AC)로 전환하여 부하에 공급하는 전력변환기를 더 포함하되,
    상기 제어부는,
    상기 정류기로부터 출력되는 전력, 상기 전력변환기로 입력되는 전력과 상기 배터리로 입력되는 전력을 계측하여 상호 효율을 측정하거나, 상기 정류기, 전력변환기, 배터리의 전압, 전류, 주파수, 온도를 측정하여 상기 정류기, 전력변환기, 배터리의 결함 여부를 판단할 수 있는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 유지보수 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    유량 대비 상기 터빈발전기 회전수를 체크하여 효율 변화를 측정하며, 상기 터빈발전기의 회전수는 접점 센서 또는 근접 센서를 이용해 카운팅되는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 유지보수 시스템.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 정류기로부터 출력되는 전력, 상기 전력변환기로 입력되는 전력, 상기 배터리로 입력되는 전력 및 상기 부하로 입력되는 전력을 계측하여 통합 효율을 측정하여 상기 정류기, 전력변환기, 배터리 및 부하의 결함 여부를 판단할 수 있는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 유지보수 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 터빈발전기의 공회전(또는 과회전)으로 인한 손상을 방지하기 위한 안전제어장치를 더 포함하고,
    상기 안전제어장치는,
    상기 터빈발전기와 상기 정류기 사이에서 스위칭 역할을 하며, 상기 터빈발전기의 전력량이 임시 부하로 분배되도록 하여 공회전(또는 과회전)의 회전수를 최소화 시키는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 유지보수 시스템.
  7. 상류수가 지나 가는 주 배관; 상기 주 배관의 압력을 조절하기 위해 구비되는 덤프 배관, 상기 주 배관의 유량을 측정하는 유량계, 상기 주 배관과 덤프 배관 사이에 구비된 밸브, 상기 주 배관을 통해 공급되는 물을 동력으로 변환하는 터빈발전기, 상기 밸브를 제어하는 제어부 및 상기 제어부의 동작을 모니터링할 수 있는 어플리케이션이 포함된 관리자 단말을 포함하는 소수력 발전 유지보수 시스템의 제공방법에 있어서,
    (a) 상기 제어부가 유량계를 통해 주 배관의 유량을 측정하고, 판단하는 단계 및
    (b) 상기 제어부가 상기 판단에 따라 덤프 배관의 밸브 개통을 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 터빈발전기의 회전수에 따른 유량 대비 효율을 측정하기 위해, 상기 제어부가 유량과 상기 터빈발전기의 회전수를 대비하는 단계를 더 포함하며,
    상기 유량과 상기 터빈발전기의 회전수를 대비하는 단계는,
    상기 유량과 상기 터빈발전기의 회전수를 대비하여 상기 회전수에 따른 유량 대비 효율이 측정되면, 상기 측정된 값이 유량 대비 효율의 기준범위에 속할 경우 회전수가 적절하다고 판단하고, 상기 측정된 값이 유량 대비 효율의 기준범위에 속하지 않을 경우 회전수가 적정하지 않다고 판단하고,
    상기 유량 대비 터빈발전기 회전수가 적절할 시에
    제어부가 정류기로부터 출력되는 전력, 전력변환기로 입력되는 전력과 배터리로 입력되는 전력을 계측하여 상호 효율을 측정하거나 정류기, 전력변환기, 배터리의 전압, 전류, 주파수, 온도를 측정하여 판단하고,
    상기 유량 대비 터빈발전기 회전수가 적절하지 않을 시에
    소수력 발전 유지보수 시스템의 동작여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 유지보수 시스템 제공방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 상호 효율 및 정류기, 전력변환기, 배터리의 전압, 전류, 주파수 및 온도 모두가 이상이 없는 경우,
    제어부가 정류기로부터 출력되는 전력, 전력변환기로 입력되는 전력, 배터리로 입력되는 전력 및 부하로 입력되는 전력을 계측하여 통합 효율을 측정하고, 판단하고,
    상기 상호 효율 및 정류기, 전력변환기, 배터리의 전압, 전류, 주파수 및 온도 중 어느 하나 이상이 이상이 있는 경우,
    소수력 발전 유지보수 시스템의 동작여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 유지보수 시스템 제공방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 통합 효율이 허용 범위 내에 속하지 않은 경우에
    소수력 발전 유지보수 시스템의 동작여부를 판단하고,
    상기 통합 효율이 허용 범위 내에 속할 경우에
    상기 (a) 단계부터 순차적으로 다시 수행하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 유지보수 시스템 제공방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 유량 대비 터빈발전기의 회전수가 적절하지 않을 시에
    공회전(또는 과회전)으로 판단하여 안전제어장치를 더 가동시키고,
    상기 동작 정보를 관리자 단말에 전송하는 것을 특징으로 하는 소수력 발전 유지보수 시스템 제공방법.


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