KR102355397B1 - Forced commutation control apparatus for torque ripple reduction of turbine start-up equipment, Method thereof, and Computer readable medium storage having the same - Google Patents

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Abstract

터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템이 개시된다. 상기 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템은, 다수의 제 1 스위칭 소자가 배치되는 제 1 컨버터, 상기 제 1 컨버터와 연결되며 다수의 제 2 스위칭 소자가 배치되는 인버터, 상기 제 1 컨버터에 인가되는 입력 전압 및 상기 인버터로부터 출력되는 출력 전압을 감지하여 상기 제 2 스위칭 소자의 스위칭 전환시 토크리플 저감을 위한 강제 전류 제어를 실행하는 제어 블럭, 및 상기 강제 전류 제어에 의해 동작하는 동기 발전기를 포함하는 것을 특징으로 한다.A forced current control system for a turbine starting device is disclosed. The forced current control system of the turbine starting device includes a first converter in which a plurality of first switching elements are disposed, an inverter connected to the first converter and in which a plurality of second switching elements are disposed, and an input applied to the first converter A control block that senses a voltage and an output voltage output from the inverter to execute forced current control for reducing torque ripple when switching the second switching element, and a synchronous generator operated by the forced current control characterized.

Figure R1020190082710
Figure R1020190082710

Description

토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템, 이의 제어 방법, 및 이 방법을 저장한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체{Forced commutation control apparatus for torque ripple reduction of turbine start-up equipment, Method thereof, and Computer readable medium storage having the same}Forced current control system for a turbine starting device for reducing torque ripple, a control method thereof, and a computer-readable storage medium storing the method readable medium storage having the same}

본 발명은 가스터빈 발전 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a gas turbine power generation technology, and more particularly, to a system and method for controlling a forced current of a turbine starting device for reducing torque ripple.

발전 산업용 가스터빈 발전기는 터빈과 압축기, 그리고 동기 발전기가 일축형으로 구성된 브레이튼 사이클 발전방식을 사용하고 있다. 이러한 발전 방식에서 필요로 하는 가스터빈의 회전력을 얻는 것은 초기에 터빈로터를 직접 구동시키는 토크 컨버터를 사용하는 것이었다. 그러나, 1990년대부터 전력변환기술의 급속한 발전으로 대형 동기 발전기를 전동기 형식으로 구동하는 기술이 적용되면서 지속적인 기술개발이 이어지고 있다. The gas turbine generator for the power generation industry uses the Brayton cycle power generation method in which a turbine, a compressor, and a synchronous generator are uniaxial. To obtain the rotational force of the gas turbine required in this power generation method, it was initially to use a torque converter that directly drives the turbine rotor. However, with the rapid development of power conversion technology from the 1990s, the technology of driving a large synchronous generator in the form of a motor has been applied, and continuous technological development is continuing.

대용량(수백MW) 가스터빈 동기 발전기는 증기터빈 발전기와 달리 압축기와 한 몸체로 구성된 가스터빈 로터가 일정속도 이상의 회전상태가 되어야 압축되는 공기와 LNG(liquefied natural gas) 연료의 혼합연소가 가능하다. In a large-capacity (several hundred MW) gas turbine synchronous generator, unlike a steam turbine generator, the compressed air and liquefied natural gas (LNG) fuel can be mixed and burned only when the gas turbine rotor composed of a compressor and a single body rotates at a certain speed or higher.

일반적인 가스터빈 발전기의 운전특성은 정격속도 3600rpm 기준으로 약 1,000rpm까지 승속이 되었을 때 LNG 연료 점화와 연소 유지가 가능한 것으로 알려져 있다. 그 후 속도특성은 공급되는 연료량에 의한 연소가스와 기동장치에 의한 동기 발전기 회전력에 따라 결정된다. It is known that the operation characteristics of a general gas turbine generator are capable of igniting LNG fuel and maintaining combustion when the speed is increased to about 1,000 rpm based on the rated speed of 3600 rpm. Then, the speed characteristic is determined according to the combustion gas by the amount of fuel supplied and the rotational force of the synchronous generator by the starting device.

기동장치의 역할은 정격속도의 대략 90% 시점까지이며, 정격속도까지는 연소가스에 의한 자력으로 도달된다. 가스터빈 발전기의 초기기동을 위한 기동장치는 현재 싸이리스터 전력 반도체 소자를 활용한 정지형 부하 전류형 인버터 시스템(이하 기동장치)이 상용화되어 많이 운전되고 있다.The role of the starting device is up to about 90% of the rated speed, and up to the rated speed is reached by the magnetic force of the combustion gas. As a starting device for initial starting of a gas turbine generator, a stationary load current inverter system (hereinafter, referred to as a starting device) using a thyristor power semiconductor device has been commercialized and operated in many cases.

터빈 기동장치의 전력변환 소자인 싸이리스터 오프(OFF) 방법은 일반적인 전력 반도체 소자와 다르게 스위치의 애노드와 캐소드 사이에 전류가 역으로 흐를 정도의 역전압을 인가하거나 소자에 전류가 흐르지 않도록 하여야 한다. The thyristor OFF method, which is the power conversion element of the turbine starting device, must apply a reverse voltage enough to reverse the current flow between the anode and the cathode of the switch, or prevent the current from flowing in the element, unlike a general power semiconductor element.

하지만, 정지 상태에서 초기기동을 하는 동기 발전기(즉, 동기 모터)의 경우 저속에서 유도되는 역기전압이 작아 동기 발전기 측과 연결된 인버터 싸이리스터 OFF가 어렵고 다음 스위치로의 전환이 힘들게 된다. 따라서 이 구간에서는 스위칭 전환 시 강제적으로 컨버터에서 공급되는 전류를 0[A]로 만들어서 인버터의 싸이리스터 온(ON) 상태를 강제로 오프(OFF)시키는 것이다. 강제전류제어 시 직류단 전류를 0 [A]로 만드는 방법으로 컨버터 비례적분 제어기는 역전압이 인가되도록 점호한다.However, in the case of a synchronous generator (ie, a synchronous motor) that is initially started from a stop state, it is difficult to turn off the inverter thyristor connected to the synchronous generator side because the back electromotive voltage induced at low speed is small, and it is difficult to switch to the next switch. Therefore, in this section, the thyristor ON state of the inverter is forcibly turned OFF by forcibly setting the current supplied from the converter to 0 [A] during switching. In the case of forced current control, the DC link current is set to 0 [A], and the converter proportional integral controller fires so that the reverse voltage is applied.

그런데, 발전소 터빈 기동장치는 동기 발전기를 초기에 승속시키는 장비로 정지 시부터 일정속도까지 속도가 증가하게 한다. 저속으로 운전될 때 싸이리스터 소자 특성상 강제전류 제어를 사용하게 되는데 직류 리액터 전류가 0[A]가 되는 구간이 상당히 긴 구간이 발생하여 토크 리플이 발생하였다.However, the power plant turbine starting device is a device for initially increasing the speed of the synchronous generator, and increases the speed from a stop to a constant speed. When operated at low speed, forced current control is used due to the characteristics of the thyristor element, but the section in which the DC reactor current becomes 0 [A] is quite long, resulting in torque ripple.

이때 역전압에 의하여 전류는 급속히 0[A]가 되어 인버터가 다음 스위치로 전환될 수 있는 조건을 만들어 준다. 기존 기술을 시험한 결과 인버터 스위칭에는 문제가 없었으나, 0[A] 구간이 길어지는 단점을 발견하였다. At this time, the current rapidly becomes 0 [A] due to the reverse voltage, creating a condition for the inverter to be switched to the next switch. As a result of testing the existing technology, there was no problem in inverter switching, but the disadvantage of lengthening the 0[A] section was found.

또한, 이 구간을 짧게 하려고, 비례적분 제어기의 튜닝값을 놓여 응답특성을 빠르게 하려고 하였으나 오버슈트값이 발생하여 이 기술도 동기 발전기의 토크 리플을 발생시키는 역할을 하였다. In addition, in order to shorten this section, the tuning value of the proportional integral controller was set to speed up the response characteristics, but an overshoot value occurred, and this technology also played a role in generating the torque ripple of the synchronous generator.

1.한국등록특허번호 제10-1624845호(등록일자: 2016.05.23)1. Korea Patent No. 10-1624845 (Registration Date: 2016.05.23) 2.한국공개특허번호 제10-2009-0074265호2. Korea Patent Publication No. 10-2009-0074265 3.일본등록특허번호 제4157218호(2008.07.18)3. Japanese Patent No. 4157218 (2008.07.18)

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해, 스위칭 전환 시 강제적으로 컨버터에서 공급되는 전류를 제로(0[A])로 만드는 구간을 길어지게 하지 않으면서도 인버터 스위칭이 가능한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problem according to the above background art, the present invention is a forced turbine starting device capable of inverter switching without lengthening the section for forcibly reducing the current supplied from the converter to zero (0 [A]) during switching switching. It is an object to provide a current control system and method.

또한, 본 발명은 동기 발전기의 토크 리플 및/또는 오버슈트를 발생시키지 않으면서도 응답특성을 빠르게 하는 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a system and method for controlling a forced current of a turbine starting device that speed up response characteristics without generating torque ripple and/or overshoot of the synchronous generator.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 스위칭 전환 시 강제적으로 컨버터에서 공급되는 전류를 0[A]로 만드는 구간을 길어지게 하지 않으면서도 인버터 스위칭이 가능한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템을 제공한다.The present invention provides a forced current control system of a turbine starting device capable of inverter switching without lengthening the section for forcibly reducing the current supplied from the converter to 0 [A] during switching switching in order to achieve the task presented above. .

상기 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템은,The forced current control system of the turbine starting device,

다수의 제 1 스위칭 소자가 배치되는 제 1 컨버터;a first converter in which a plurality of first switching elements are disposed;

상기 제 1 컨버터와 연결되며 다수의 제 2 스위칭 소자가 배치되는 인버터; an inverter connected to the first converter and arranged with a plurality of second switching elements;

상기 제 1 컨버터에 인가되는 입력 전압 및 상기 인버터로부터 출력되는 출력 전압을 감지하여 상기 제 2 스위칭 소자의 스위칭 전환시 토크리플 저감을 위한 강제 전류 제어를 실행하는 제어 블럭; 및 a control block sensing an input voltage applied to the first converter and an output voltage output from the inverter to execute forced current control for reducing torque ripple when switching the second switching element; and

상기 강제 전류 제어에 의해 동작하는 동기 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.and a synchronous generator operated by the forced current control.

또한, 상기 강제 전류 제어는 상기 인버터의 강제전류시 상기 제 1 컨버터의 출력값을 미리 설정되는 최대의 (-) 출력 전압값으로 한 후 다시 복귀하는 동안에 리셋신호에 의하여 미리 설정되는 초기값으로 상기 인버터의 현재 출력 전압값을 이용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the forced current control sets the output value of the first converter to a preset maximum (-) output voltage value during the forced current of the inverter, and then returns the inverter to an initial value preset by a reset signal during recovery. It is characterized by using the current output voltage value of .

또한, 상기 제어 블럭은, 상기 강제 전류 제어를 실행하는 전류 제어기를 포함한다.Further, the control block includes a current controller that executes the forced current control.

이때, 상기 전류 제어기는, 상기 동기 발전기의 역기전력에 의한 유기전압 신호를 필터링하는 저역통과필터; 3상선간 전압 파형으로부터 필터링된 유기전압 신호를 분리한 후 제로점을 찾아 식별하는 제로점 식별기; 및 상기 제로점에 따른 상기 리셋 신호를 생성하기 강제펄스 로직 신호를 생성하는 강제펄스 로직 신호 발생기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the current controller may include: a low-pass filter for filtering the induced voltage signal by the counter electromotive force of the synchronous generator; a zero point identifier for finding and identifying a zero point after separating the filtered induced voltage signal from the three-phase voltage waveform; and a forced pulse logic signal generator configured to generate a forced pulse logic signal to generate the reset signal according to the zero point.

또한, 상기 강제펄스 로직 신호는 전류 비례적분 제어기의 초기값을 리셋하기 위한 신호인 것을 특징으로 한다.In addition, the forced pulse logic signal is a signal for resetting the initial value of the current proportional integral controller.

또한, 상기 초기값은 가변 초기값이며, 상기 가변 초기값을 계산하기 위해 상기 동기 발전기의 단자전압은 정류된 선간전압 실효치로 연산되는 것을 특징으로 한다.In addition, the initial value is a variable initial value, and in order to calculate the variable initial value, the terminal voltage of the synchronous generator is calculated as a rectified rms line voltage.

또한, 상기 가변 초기값은 상기 제 1 컨버터의 선간전압 실효치도 함께 사용되어 연산되는 것을 특징으로 한다.In addition, the variable initial value is calculated by using the rms line voltage of the first converter as well.

또한, 상기 가변 초기값은 수학식

Figure 112019070267006-pat00001
에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.In addition, the variable initial value is
Figure 112019070267006-pat00001
It is characterized in that it is calculated by

또한, 상기 가변 초기값은 컨버터의 직류단 전압과 인버터의 직류단 전압간 차이가 제로일 때 직류 리액터 전류가 0[A]인 것을 특징으로 한다.In addition, the variable initial value is characterized in that the DC reactor current is 0 [A] when the difference between the DC link voltage of the converter and the DC link voltage of the inverter is zero.

또한, 상기 전류 비례 적분 제어기는 직류 리액터 전류를 빠르게 0[A]로 만들기 위하여 점호각 제어신호를 180ㅀ로 하여 역전압을 발생시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the current proportional integration controller is characterized in that to generate a reverse voltage by setting the firing angle control signal to 180 ° in order to quickly make the DC reactor current 0 [A].

또한, 상기 전류 비례 적분 제어기는 직류 전류 제로 구간의 폭을 줄이기 위해 상기 동기 발전기의 단자전압과 비례하는 초기값을 적용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the current proportional integration controller is characterized by applying an initial value proportional to the terminal voltage of the synchronous generator to reduce the width of the DC current zero section.

또한, 상기 저역통과필터는 고주파 노이즈는 제거되지만 위상지연이 없도록 주파수에 따라 질점 주파수가 변화되는 필터인 것을 특징으로 한다.In addition, the low-pass filter is characterized in that the high-frequency noise is removed but a filter in which the frequency of the material point is changed according to the frequency so that there is no phase delay.

또한, 상기 강제 전류 제어는 정격속도의 초기 10%까지만 수행되는 것을 특징으로 한다.In addition, the forced current control is characterized in that only the initial 10% of the rated speed is performed.

또한, 상기 제 2 스위칭 소자는 싸이리스터인 것을 특징으로 한다.In addition, the second switching element is characterized in that the thyristor.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, (a) 다수의 제 1 스위칭 소자가 배치되는 제 1 컨버터에 입력 전압이 인가되는 단계; (b) 상기 제 1 컨버터와 연결되며 다수의 제 2 스위칭 소자가 배치되는 인버터로부터 출력전압이 출력되는 단계; (c) 제어 블럭이 상기 입력 전압 및 상기 출력 전압을 감지하여, 상기 제 2 스위칭 소자의 스위칭 전환시 토크리플 저감을 위한 강제 전류 제어를 실행하는 단계; 및 (c) 상기 강제 전류 제어에 동기 발전기가 동작되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 방법을 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention comprises the steps of: (a) applying an input voltage to a first converter in which a plurality of first switching elements are disposed; (b) outputting an output voltage from an inverter connected to the first converter and in which a plurality of second switching elements are disposed; (c) detecting the input voltage and the output voltage by a control block, and executing forced current control for reducing torque ripple when switching the second switching element; and (c) operating a synchronous generator to control the forced current.

이때, 상기 (c) 단계는, 전류 제어기의 저역통과필터가 상기 동기 발전기의 역기전력에 의한 유기전압 신호를 필터링하는 단계; 제로점 식별기가 3상선간 전압 파형으로부터 필터링된 유기전압 신호를 분리한 후 제로점을 찾아 식별하는 단계; 및 강제펄스 로직 신호 발생기가 상기 제로점에 따른 상기 리셋 신호를 생성하기 강제펄스 로직 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the step (c) may include: filtering, by the low-pass filter of the current controller, the induced voltage signal by the counter electromotive force of the synchronous generator; After the zero point identifier isolates the filtered induced voltage signal from the voltage waveform between three phases, finding and identifying the zero point; and generating, by the forced pulse logic signal generator, a forced pulse logic signal to generate the reset signal according to the zero point.

또 다른 한편으로, 본 발명의 또 다른 일실시예는, 위에서 기술된 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 방법을 실행시키기 프로그램 코드를 저장한 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체를 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention provides a computer-readable storage medium storing a program code for executing the forced current control method of the turbine starting device for torque ripple reduction described above.

본 발명에 따르면, 강제전류 0[A] 구간을 최대한 짧게 하는 것이 가능하다.According to the present invention, it is possible to make the forced current 0 [A] section as short as possible.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 강제전류 제어에 가변 초기값을 적용함으로서 0[A] 구간이 상당히 짧아졌고 토크 리플도 줄어들었다는 점을 들 수 있다. In addition, as another effect of the present invention, by applying a variable initial value to the forced current control, the 0[A] section is considerably shortened and the torque ripple is also reduced.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 강제전류 제어 부분은 정격속도의 10%이하 부분에서 사용되는데 이때는 속도가 서서히 증가하는데, 본 발명의 일실시예의 적용으로 동기 발전기는 강제전류 구간이 짧아져서 전체 승속시간이 단축되는 효과를 거둘 수 있으며, 더불어 대용량 기동장치가 사용하는 전기비용도 절감할 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, as another effect of the present invention, the forced current control part is used at 10% or less of the rated speed, and at this time, the speed is gradually increased. It is possible to achieve the effect of shortening the time, and in addition, it is possible to reduce the electricity cost used by the large-capacity starting device.

도 1은 일반적인 가스터빈의 기동 장치에 대한 간략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 가스터빈의 기동 장치의 전력 흐름도이다.
도 3은 도 1에 도시된 가스터빈의 기동 장치 등가 회로도이다.
도 4는 일반적인 기동장치의 강제전류제어시 직류 리액터 전류 및 동기 발전기 전압 파형도이다.
도 5는 일반적인 기동장치의 강제전류제어의 원리를 설명하는 개념도이다.
도 6은 도 5에서 스위칭 소자 도통 전류를 "0"으로 하여 강제로 스위칭 오프되게하는 개념도이다.
도 7은 도 6의 상태에서 스위칭 소자 도통 전류를 "0"으로 하여 강제로 스위칭 오프되게하는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 강제전류제어에서 직류 리액터 전류와 동기 발전기 상전류를 표현한 펄스도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 토크리플 저감을 위한 강제전류 제어기 리셋신호 발생 파형도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템의 블럭도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 토크리플 저감 강제전류 제어로직 적용 전과 후의 직류 리액터 전류파형이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 토크리플 저감을 위한 기동장치 강제전류 제어 순차 흐름도이다.
1 is a simplified diagram of a general starting device of a gas turbine.
FIG. 2 is a power flow diagram of the starting device of the gas turbine shown in FIG. 1 .
3 is an equivalent circuit diagram of the starting device of the gas turbine shown in FIG. 1 .
4 is a waveform diagram of a DC reactor current and a synchronous generator voltage during forced current control of a general starting device.
5 is a conceptual diagram illustrating the principle of forced current control of a general starting device.
6 is a conceptual diagram for forcibly switching off the switching element by setting the conduction current of the switching element to “0” in FIG. 5 .
FIG. 7 is a conceptual diagram for forcibly switching off the switching element by setting the conduction current of the switching element to “0” in the state of FIG. 6 .
8 is a pulse diagram illustrating a DC reactor current and a synchronous generator phase current in forced current control according to an embodiment of the present invention.
9 is a waveform diagram of a forced current controller reset signal generation for reducing torque ripple according to an embodiment of the present invention.
10 is a block diagram of a forced current control system of a turbine starting device for reducing torque ripple according to an embodiment of the present invention.
11 is a DC reactor current waveform before and after applying a torque ripple reduction forced current control logic according to an embodiment of the present invention.
12 is a flowchart illustrating a control sequence of a forced current starting device for reducing torque ripple according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and will be described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다. 제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. In describing each figure, like reference numerals are used for like elements. Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The term “and/or” includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

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 의미가 있다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. shouldn't

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a system and method for controlling a forced current of a turbine starting device for reducing torque ripple according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일실시예에서는 직류 리액터 전류값이 컨버터와 인버터 사이의 전압차이에 의하여 결정된다는 것에 주목하였다. 강제전류 시 컨버터 출력값을 최대로 (-)값으로 한 후 다시 복귀하는 과정에서 리셋신호에 의하여 초기값으로 현재 인버터 출력전압 값을 이용함으로써 컨버터 비례적분 제어기는 기준 설정 신호값에 더 빨리 도달함을 확인하였다. 따라서, 동기 발전기(SM:Synchronous motor, 동기 모터)가 회전승속 시 단자전압이 상승함으로써 초기값은 실시간으로 변화되고 있다.It was noted that in an embodiment of the present invention, the DC reactor current value is determined by the voltage difference between the converter and the inverter. In the case of forced current, the converter proportional-integral controller reaches the reference set signal value faster by using the current inverter output voltage value as the initial value by the reset signal in the process of returning the converter output value to the maximum (-) value. Confirmed. Accordingly, the initial value is changed in real time as the terminal voltage rises when the synchronous generator (SM: Synchronous motor) increases the rotation speed.

도 1은 일반적인 가스터빈의 기동 장치에 대한 간략도이다. 도 1을 참조하면, 기동장치(100)는 정지상태 동기 발전기(즉, 동기 모터)(120)를 회전자와 고정자 상호작용에 의하여 회전시키며, 최대 토크로 구동하기 위하여 최적의 스위칭 소자(11)의 스위칭 순번으로 제어된다. 이를 위해, 기동장치(100)는 기동장치용 입력 변압기(101), 이 기동장치용 입력 변압기(101)로부터 전력을 공급받는 제 1 컨버터(111), 제 1 컨버터(111)와 DC(Direct Current) 리액터(112)로 연결되는 인버터(113), 여자용 변압기(102), 이 여자용 변압기(102)로부터 여자전류(Ie)를 공급받는 제 2 컨버터(115), 전력을 생산하거나 초기 기동을 수행하는 동기 발전기(120), 동기 발전기(120)를 회전시키거나 동기 발전기(120)에 의해 초기 기동하는 터빈(130) 등으로 구성될 수 있다. 즉, 동기 발전기(120)로부터 생성된 전력이 인버터(113)를 통해 직류전류(Idc)로 변환되어 제 1 컨버터(111)에 공급된다.1 is a simplified diagram of a general starting device of a gas turbine. Referring to FIG. 1 , the starting device 100 rotates a stationary synchronous generator (ie, a synchronous motor) 120 by interaction between a rotor and a stator, and an optimal switching element 11 to drive it with maximum torque. is controlled by the switching sequence of To this end, the starting device 100 includes an input transformer 101 for a starting device, a first converter 111 receiving power from the input transformer 101 for the starting device, a first converter 111 and a DC (Direct Current) ) The inverter 113 connected to the reactor 112, the excitation transformer 102, the second converter 115 receiving the excitation current Ie from the excitation transformer 102, to produce power or to start the initial operation It may be composed of a synchronous generator 120 to perform, a turbine 130 that rotates the synchronous generator 120 or is initially started by the synchronous generator 120 . That is, the power generated from the synchronous generator 120 is converted into a DC current Idc through the inverter 113 and supplied to the first converter 111 .

스위칭 소자(11)는 사이리스터가 될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET), IGBT(Insulated Gate Bipolar Mode Transistor), 파워 정류 다이오드 등과 같은 반도체 스위칭 소자, GTO(Gate Turn-Off) 사이리스터, TRIAC(Triode for alternating current), SCR(Silicon Controlled Rectifier), I.C(Integrated Circuit) 회로 등이 사용될 수 있다. 특히, 반도체 소자의 경우 바이폴라, 전력 MOSFET(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor) 소자 등이 사용될 수 있다. 전력 MOSFET 소자는 고전압 고전류 동작으로 일반 MOSFET와 달리 DMOS(Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor) 구조를 갖는다.The switching element 11 may be a thyristor, but is not limited thereto, and a semiconductor switching element such as a Field Effect Transistor (FET), a Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET), an Insulated Gate Bipolar Mode Transistor (IGBT), and a power rectifying diode. , GTO (Gate Turn-Off) thyristor, TRIAC (Triode for alternating current), SCR (Silicon Controlled Rectifier), IC (Integrated Circuit) circuit and the like may be used. In particular, in the case of a semiconductor device, a bipolar device, a power MOSFET (Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor) device, etc. may be used. The power MOSFET device has a double-diffused metal oxide semiconductor (DMOS) structure unlike general MOSFETs due to high voltage and high current operation.

동기 발전기(120)가 타여자 방식인 대형 동기 발전기인 경우, 고정자(미도시)와 회전자(미도시)의 자속생성을 위하여 일정전류를 공급하여야 하므로 고정자에는 회전 자속 생성을 위하여 교류가 공급되고, 회전자에는 직류가 공급하게 되어 있다. 터빈(130)은 증기 터빈, 수력 터빈, 화력 터빈 등이 될 수 있다. When the synchronous generator 120 is a large synchronous generator of a different excitation method, a constant current must be supplied to generate magnetic flux between the stator (not shown) and the rotor (not shown). , direct current is supplied to the rotor. The turbine 130 may be a steam turbine, a hydro turbine, a thermal power turbine, or the like.

수십 MW 기동장치 특성상 동기 발전기(120)에 높은 기동토크를 주기 위하여 수kA의 전류가 주입되는데 저속 스위칭 시 강제전류(强制轉流)에서 많은 토크리플이 발생하여 터빈(130)에서 진동 및/또는 노이즈가 발생하고 있다. 강제전류 시 컨버터 전류를 0[A]로 만드는 과정에서 컨버터 전압을 최대(-)전압까지 한 후 다시 복귀하는 과정에서 비례 적분 제어기(미도시)의 정상전류 도달시점까지의 지연으로 0[A] 전류 구간이 길어져 전류의 리플이 발생하고, 이 리플은 토크에 비례함으로 저속에서 많은 진동을 야기하고 있다. Several kA of current is injected to give a high starting torque to the synchronous generator 120 due to the characteristics of the tens of MW starting device, but a lot of torque ripple occurs in the forced current during low-speed switching, so that the turbine 130 vibrates and/or Noise is occurring. In the process of making the converter current 0 [A] in the case of forced current, the converter voltage reaches the maximum (-) voltage and then in the process of returning again, 0 [A] due to the delay until the steady current of the proportional integral controller (not shown) is reached. As the current section becomes longer, a ripple of the current occurs, and this ripple is proportional to the torque, causing a lot of vibration at low speed.

본 발명의 일실시예에서는 강제전류시 비례적분 제어기(미도시)에 동기 발전기 단자전압과 비례하는 초기값을 적용함으로써 직류 리액터 전류0[A] 구간을 최대로 적게 하여 동기 발전기(120)의 진동을 최대로 억제한다. 따라서, 터빈(130) 기동시, 진동에 의한 베어링 소손을 줄일 수 있으며, 전체 강제전류 구간을 작게 하여 터빈(130)의 기동 시간 또한 단축할 수 있다.In an embodiment of the present invention, by applying an initial value proportional to the synchronous generator terminal voltage to a proportional integral controller (not shown) during forced current, the DC reactor current 0 [A] section is minimized to minimize the vibration of the synchronous generator 120 . suppressed to the maximum. Therefore, when the turbine 130 is started, it is possible to reduce bearing damage due to vibration, and by making the entire forced current section small, it is also possible to shorten the starting time of the turbine 130 .

도 2는 도 1에 도시된 가스터빈의 기동 장치의 전력 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 기동장치는 크게 컨버터(111), 직류 리액터(112), 및 인버터(113) 등으로 구성될 수 있다. 컨버터 전압(Vd_cov)과 인버터 전압(Vd_inv)의 차이에 의하여 직류 리액터(112)에 직류전류(Idc)가 흐르고 이 양에 따라서 동기 발전기(120)에 전달되는 토크값도 결정된다. 컨버터(111)에 인가되는 선간 전압(즉 양단 전압)은 Vrs이고, 인버터(113)에 출력되는 선간 전압은 Vab이다. 또한, 컨버터(111)에서의 전력은 다음식과 같다. FIG. 2 is a power flow diagram of the starting device of the gas turbine shown in FIG. 1 . Referring to FIG. 2 , the starting device may largely include a converter 111 , a DC reactor 112 , an inverter 113 , and the like. A DC current Idc flows in the DC reactor 112 by the difference between the converter voltage Vd_cov and the inverter voltage Vd_inv, and the torque value transmitted to the synchronous generator 120 is also determined according to the amount. The line voltage applied to the converter 111 (ie, the voltage across both ends) is Vrs, and the line voltage output to the inverter 113 is Vab. In addition, the power in the converter 111 is as follows.

Figure 112019070267006-pat00002
Figure 112019070267006-pat00002

도 3은 도 1에 도시된 터빈(130)의 기동 장치 등가 회로도이다. 도 3에 도시된 기동장치의 등가회로를 보면, 컨버터(111)의 출력전압은 최대 (+)1.35Vrs ∼ (-)1.35Vrs가 되며, 인버터(113)도 (+)1.35Vab ∼(-)1.35Vab 된다. 그러나 인버터(113)는 강제전류제어에서는 전압이 낮고 역률을 좋게 하기 위하여 위상값 β =180로 하여 제어를 한다. 도 3에서 "Zdc"는 직류 전류 임피던스를 나타내고, 최대토크제어일 때 α는 β와 반대의 위상값이 된다. 따라서, 위상값 β =180인 경우, α=0로하여 제어한다.FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a starting device of the turbine 130 shown in FIG. 1 . Looking at the equivalent circuit of the starting device shown in Fig. 3, the output voltage of the converter 111 is the maximum (+)1.35Vrs ~ (-)1.35Vrs, and the inverter 113 is also (+)1.35Vab ~(-) It becomes 1.35Vab. However, in the forced current control, the inverter 113 performs control with a low voltage and a phase value β = 180 in order to improve the power factor. In FIG. 3, “Z dc ” denotes a direct current impedance, and α becomes a phase value opposite to β when the maximum torque control is performed. Therefore, when the phase value β = 180, α = 0 for control.

도 4는 일반적인 기동장치의 강제전류제어시 직류 리액터 전류 및 동기 발전기 전압 파형도이다. 도 4를 참조하면, 기동장치 강제전류 시 이상적인 직류 리액터 전류(Idc) 및 동기 발전기 단자전압(Va), 전류파형(Ia)을 나타내고 있다. 에너지 절감을 위하여 기동장치는 동기 발전기(120)의 승속을 위하여 최적의 토크로 운전되어야 한다.4 is a waveform diagram of a DC reactor current and a synchronous generator voltage during forced current control of a general starting device. Referring to FIG. 4 , an ideal DC reactor current (Idc), a synchronous generator terminal voltage (Va), and a current waveform (Ia) are shown when the starting device is forced current. In order to save energy, the starting device should be operated with an optimal torque for increasing the speed of the synchronous generator 120 .

도 5는 일반적인 기동장치의 강제전류제어의 원리를 설명하는 개념도이다. 도 5를 참조하면, 강제전류 제어에서 동기 발전기(120)측 인버터 점호각은 180ㅀ로 하며, 계자전류는 최대토크를 위해 약계자로 제어하지 않을 때는 일정전류제어를 하고 있으므로 일정자속을 가진 영구자석 형태로 표현할 수 있다. 동기 발전기 토크는 고정자 자속과 회전자 자속의 크기, 그리고 자속각에 의하여 결정된다.5 is a conceptual diagram illustrating the principle of forced current control of a general starting device. Referring to FIG. 5, in the forced current control, the firing angle of the inverter on the synchronous generator 120 side is 180°, and when the field current is not controlled by a field weakening for maximum torque, constant current control is performed. Therefore, a permanent magnet having a constant magnetic flux can be expressed in the form The synchronous generator torque is determined by the magnitude of the stator flux and rotor flux, and the flux angle.

고정자 자속과 회전자 자속의 크기는 일정 제어를 하고 있으므로 최대 토크를 발생하기 위해서는 θ값이 약 90ㅀ가 되도록 하는 것이 최선이다. 그러나, 스위칭 소자 쌍((T4 및 T1, T6 및 T3, T2 및 T5)이 60ㅀ간격으로 전류되므로 평균 토크를 최대로 하기 위하여 120ㅀ∼90ㅀ∼60ㅀ로 운전되는 것이 최적이다. Va,Vb,Vc는 동기 발전기 단자 전압을 나타낸다. 도 5는 회전자의 위치가 단자전압 Va 기준으로 30ㅀ에 위치에 있을 때 최적의 토크를 발생하기 위해서 스위칭 소자 3,4번(T3,T4)이 스위칭 ON되어야 하고 반시계 방향으로 회전함을 나타낸다. 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.Since the magnitudes of the stator flux and the rotor flux are controlled constant, it is best to set the θ value to about 90° in order to generate the maximum torque. However, since the switching element pairs (T4 and T1, T6 and T3, T2 and T5) are current at intervals of 60°, it is optimal to operate at 120° to 90° to 60° in order to maximize the average torque. Va, Vb and Vc represent the synchronous generator terminal voltage Fig. 5 shows that when the rotor position is at 30° based on the terminal voltage Va, the switching elements 3 and 4 (T3, T4) are It indicates that it should be switched on and rotate in a counterclockwise direction.

Figure 112019070267006-pat00003
Figure 112019070267006-pat00003

여기서, Tm는 최적의 토크, K는 정수값 , Ψs은 고정자 자속, Ψr은 회전자 자속, θ는 고정자 자속과 회전자 자속의 각도이다.Here, Tm is the optimal torque, K is an integer value, Ψs is the stator flux, Ψr is the rotor flux, and θ is the angle between the stator flux and the rotor flux.

도 6은 도 5에서 스위칭 소자 도통 전류(예를 들면, 스위칭 소자로서 싸이리스터를 사용한 경우에 해당한다)를 "0"으로 하여 강제로 스위칭 오프되게하는 개념도이고, 도 7은 도 6의 상태에서 스위칭 소자 도통 전류를 "0"으로 하여 강제로 스위칭 오프되게하는 개념도이다. 도 6 및 도 7은 동기 발전기(120) 초기 기동을 위한 강제전류 제어의 원리를 설명하고 있다. 6 is a conceptual diagram of forcibly switched off by setting the switching element conduction current (for example, when a thyristor is used as a switching element) in FIG. 5 to "0", and FIG. It is a conceptual diagram of forcibly switching off by setting the switching element conduction current to "0". 6 and 7 illustrate the principle of forced current control for the initial start of the synchronous generator 120 .

먼저 도 6을 참조하면, 제 2 컨버터(도 1의 115)에 의해 여자전류가 인가된 상태에서 회전자는 자속(Ψr)을 발생하며, 최대토크 발생을 위하여 인버터(113)는 제 4 및 제 5 스위칭 소자(T4, T5)를 스위칭하여 고정자 자속(Ψs)을 발생하여 회전하게 된다. 도 6에 따른 회전자의 회전 상태에서, 도 7을 참조하면, 다음 인버터 스위치 쌍으로 전류하기 위하여 제 4 및 제 5 스위칭 소자(T4, T5)를 오프(OFF)시켜야 되는데 강제전류제어로 직류 리액터 전류(Idc)를 0[A]로 OFF하게 한다. 이때 0[A]구간이 길어지면 토크 리플이 심하게 발생하게 된다.First, referring to FIG. 6 , in a state in which an excitation current is applied by the second converter ( 115 in FIG. 1 ), the rotor generates a magnetic flux Ψr, and the inverter 113 operates fourth and fifth to generate maximum torque. The switching elements T4 and T5 are switched to generate a stator magnetic flux ?s to rotate. In the rotational state of the rotor according to FIG. 6, referring to FIG. 7, the fourth and fifth switching elements T4 and T5 must be turned off in order to flow current to the next inverter switch pair. Turn OFF the current (Idc) to 0[A]. At this time, if the 0[A] section is long, the torque ripple is severely generated.

도 8은 강제전류제어에서 직류 리액터 전류(Idc)와 동기 발전기 상전류(Ia,Ib,Ic)를 표현한 펄스도이다. 도 8을 참조하면, 강제전류 제어에서 직류 리액터 전류(Idc)를 0[A]로 만들기 위해서 컨버터 비례적분 제어기는 출력을 최대 역전압이 되도록 순간적으로 점호각을 조절한다. 8 is a pulse diagram expressing a DC reactor current (Idc) and a synchronous generator phase current (Ia, Ib, Ic) in forced current control. Referring to FIG. 8 , in order to make the DC reactor current (Idc) 0 [A] in the forced current control, the converter proportional integral controller instantaneously adjusts the firing angle so that the output becomes the maximum reverse voltage.

단방향으로만 전류가 흐르는 싸이리스터 특성에 따라서 직류 리액터 전류는 감소되고, 동기 발전기측 인버터(113)의 싸이리스터에 흐르는 전류도 0[A]가 되어 토크가 발생하지 않고 동기 발전기(113)의 기계적인 관성으로 회전하게 되는 구간이 발생한다. 이러한 강제전류구간은 정격속도의 초기 약 10%까지이다. 도 8에서는 회전자의 위치에 따라서 약 60ㅀ간격으로 컨버터(113)의 점호각을 달리하여 인버터측 싸이리스터 전류를 0[A]로 만들어 주는 것을 볼 수 있다.The DC reactor current is reduced according to the characteristics of the thyristor, through which current flows in only one direction, and the current flowing through the thyristor of the inverter 113 on the synchronous generator side also becomes 0 [A], so no torque is generated and the machine of the synchronous generator 113 is There is a section that rotates with negative inertia. This forced current section is up to about 10% of the initial rated speed. In FIG. 8, it can be seen that the firing angle of the converter 113 is changed at intervals of about 60° according to the position of the rotor to make the inverter-side thyristor current 0 [A].

도 9는 토크리플 저감을 위한 강제전류 제어기 리셋신호 발생 파형도이다. 도 9를 참조하면, 동기 발전기 단자전압(Va, Vb, Vc)은 선간전압(Vac, Vba, Vcb)로 만들어지며, 이 신호들은 “0” 신호와 비교된다. 신호는 초기 동기 발전기 전압파형으로 만들어 지는데 고주파가 많이 함유되어 있어서 특수한 필터가 요구된다. 9 is a waveform diagram of a forced current controller reset signal generation for torque ripple reduction. Referring to FIG. 9 , the synchronous generator terminal voltages Va, Vb, and Vc are made of line voltages Vac, Vba, and Vcb, and these signals are compared with a “0” signal. The signal is made with the initial synchronous generator voltage waveform, and a special filter is required because it contains a lot of high frequency.

최대 토크로 제어되기 위하여 전압 위상이 중요한데 필터에 따라서 지연을 막기 위하여 주파수 증가에 따라서 필터의 주요 파라미터가 선형적으로 변화되고 절점 주파수가 이동되는 기존과 다른 방식을 사용한다. In order to control the maximum torque, the voltage phase is important. In order to prevent delay depending on the filter, the main parameter of the filter is changed linearly as the frequency increases, and a different method is used in which the node frequency is moved.

최대로 고주파가 저감된 정현파에 가까운 파형을 이용하여 각각은 사각파형(910)이 되며, 사각파형의 상승과 하강신호를 센싱하여 사용자가 원하는 시간동만 ON을 유지하고 다시 입력 신호대로 복귀하는 부분을 만든다. 이 신호들은 한 주기당 6개의 사각펄스 형태의 리셋 신호(920)를 갖는다. 부연하면, 리셋 신호(920)는 3상 전압 파형 중 2개가 교차하는 교차점(911)에서 생성된다. 이 파형은 실제 강제펄스 로직신호 발생기(미도시)로부터 미리 프로그래밍에 의해 설정되어 출력이 된다. 도 9에서 ωt는 위상을 나타낸다.Using a waveform close to a sine wave with reduced high frequency to the maximum, each becomes a square wave 910, and by sensing the rising and falling signals of the square wave, it maintains ON only for the time desired by the user and returns to the input signal again. makes These signals have a reset signal 920 in the form of six square pulses per cycle. In other words, the reset signal 920 is generated at the intersection 911 where two of the three-phase voltage waveforms intersect. This waveform is set in advance by programming from an actual forced pulse logic signal generator (not shown) and is output. In FIG. 9, ωt represents a phase.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템(1000)의 블럭도이다. 도 10을 참조하면, 강제전류 제어 시스템(1000)은, 동기 발전기(120)를 제어하는 제어 블럭(1001), 제 1 컨버터(111) 및 인버터(113)에 각각 펄스 신호를 인가하는 제 1 및 제 2 펄스 로직(1000-1,1000-2) 등을 포함하여 구성될 수 있다. 제어 블럭(1001)은 전류 제어기(1001), 이 전류 제어기(1001-1)와 케스케이드로 연결되는 속도 제어기(1001-2)로 구성될 수 있다.10 is a block diagram of a forced current control system 1000 of a turbine starting device for reducing torque ripple according to an embodiment of the present invention. 10, the forced current control system 1000, the control block 1001 for controlling the synchronous generator 120, the first converter 111 and the inverter 113 for applying a pulse signal to each of the first and The second pulse logic 1000-1 and 1000-2 may be included. The control block 1001 may include a current controller 1001 and a speed controller 1001-2 connected in cascade with the current controller 1001-1.

기동장치가 회전자의 위치를 감지하고, 최대토크 승속을 위한 컨버터(111)와 인버터(113)의 스위칭 소자에 대한 점호를 시작한 후 동기 발전기(120)는 서서히 회전하게 된다. After the starting device detects the position of the rotor and starts firing on the switching elements of the converter 111 and the inverter 113 for increasing the maximum torque, the synchronous generator 120 rotates slowly.

이때, 동기 발전기(120)의 역기전력에 의한 유기전압이 발생하는데 이 유기전압신호는 제 2 센서(1080-2)를 통과 후 주파수에 따라서 가변되는 저역통과 필터(1011)에 입력된다. 제 2 센서(1080-2)는 전압 변성기(PT: Potential transformer) 등이 사용될 수 있다. At this time, an induced voltage is generated by the counter electromotive force of the synchronous generator 120 . This induced voltage signal passes through the second sensor 1080 - 2 and is input to the low pass filter 1011 which is changed according to the frequency. As the second sensor 1080-2, a potential transformer (PT) or the like may be used.

또한, 저역통과 필터(1011)는 주파수에 따라서 절점 주파수가 변화되는 필터로 주파수 변화에 따라서 고주파 노이즈는 제거되지만 위상지연이 없는 장점을 가지고 있다. In addition, the low-pass filter 1011 is a filter in which the node frequency is changed according to the frequency, and has an advantage that high-frequency noise is removed according to the frequency change, but there is no phase delay.

제로점 식별기(1012)는 도 9에 도시된 리셋신호(920)를 만들기 위하여 3상 선간 전압 파형으로 필터링된 유기전압신호를 분리한 후 제로점(즉, 도 9의 교차점(911)에 해당)을 찾아식별하는 기능을 수행한다.The zero point identifier 1012 separates the filtered induced voltage signal into a three-phase line voltage waveform to create the reset signal 920 shown in FIG. It performs the function of finding and identifying

강제펄스 로직신호 발생기(1013)는 식별된 제로점을 찾아 강제펄스 로직신호를 만들게된다. 이 강제펄스 로직신호는 전류 비례적분 제어기(1016)의 초기값 리셋 신호로 사용된다. The forced pulse logic signal generator 1013 creates a forced pulse logic signal by finding the identified zero point. This forced pulse logic signal is used as an initial value reset signal of the current proportional integral controller 1016 .

가변 초기값 연산부(1015)는 전류 비례적분 제어기(1016)의 초기값 리셋시 가변 초기값 계산을 위하여 동기 발전기의 단자전압(Vabc)을 제 2 정류기(1014-2)로 정류되는 동기 발전기의 선간전압 실효치로 연산한다. The variable initial value calculating unit 1015 rectifies the terminal voltage Vabc of the synchronous generator with the second rectifier 1014-2 to calculate the variable initial value when the initial value of the current proportional integral controller 1016 is reset. Calculate with rms voltage.

이때, 제 1 컨버터(111)의 선간전압 실효치도 함께 입력으로 사용되어 가변 초기값 연산이 이루어진다. 즉, 인가전압(Vrst)을 제 1 센서(1080-1)로 센싱하고 제 1 정류기(1080-1)로 정류되는 제 1 컨버터(111)의 선간전압 실효치로 연산한다. 제 1 및 제 2 센서(1080-1,1080-2)는 전압 변성기(PT: Potential transformer) 등이 사용될 수 있다. At this time, the line-to-line voltage rms of the first converter 111 is also used as an input to calculate a variable initial value. That is, the applied voltage Vrst is sensed by the first sensor 1080 - 1 and calculated as an effective value of the line voltage of the first converter 111 , which is rectified by the first rectifier 1080 - 1 . As the first and second sensors 1080-1 and 1080-2, a potential transformer (PT) or the like may be used.

가변 초기값 연산은 다음식과 같이 정의된다.Variable initial value operation is defined as follows.

Figure 112019070267006-pat00004
Figure 112019070267006-pat00004

여기서, Vd_con는 컨버터의 출력전압을 나타낸다.Here, V d_con represents the output voltage of the converter.

Figure 112019070267006-pat00005
Figure 112019070267006-pat00005

여기서, Vd_inv는 인버터의 출력전압을 나타낸다.Here, V d_inv represents the output voltage of the inverter.

Figure 112019070267006-pat00006
Figure 112019070267006-pat00006

Figure 112019070267006-pat00007
Figure 112019070267006-pat00007

Figure 112019070267006-pat00008
Figure 112019070267006-pat00008

여기서, α초기값은 강제전류 초기 제어값인 점호각이다.Here, the initial value of α is the firing angle, which is the initial control value of the forced current.

가변 초기값 연산은 제 1 컨버터(111)의 직류단 전압과 인버터(113)의 직류단 전압간 차이가 “0”일 때 직류 리액터 전류가 0[A]이므로 위 수학식 6과 같다. 컨버터의 강제전류 비례 적분 제어기(1016)는 직류 리액터 전류를 빠르게 0[A]로 만들기 위하여 점호각 제어신호를 180ㅀ로 하여 역전압이 발생되게 한다. The variable initial value calculation is as in Equation 6 above because the DC reactor current is 0 [A] when the difference between the DC link voltage of the first converter 111 and the DC link voltage of the inverter 113 is “0”. The forced current proportional integration controller 1016 of the converter sets the firing angle control signal to 180° in order to quickly bring the DC reactor current to 0 [A] to generate a reverse voltage.

그리고, 수학식 6에서 인버터의 점호각은 최대로 역률을 좋게 하기 위하여 180ㅀ로 하기 때문에 (-1)이 된다. 다음 강제전류 초기 제어값이 컨버터의 점호각(α)이므로 가변 초기값은 수학식 7과 같이 구할 수 있다.And, in Equation 6, the firing angle of the inverter becomes (-1) because 180° is set to maximize the power factor. Since the following forced current initial control value is the firing angle (α) of the converter, the variable initial value can be obtained as in Equation (7).

제 1 펄스 로직부(1000-1) 및 제 2 펄스 로직부(1000-2)는 전류 비례적분 제어기(1016)의 출력값을 이용하여 제 1 컨버터(111) 및 인버터(113)에 인가할 펄스 신호를 생성한다. 위상 동기 루프(PLL: Phase Locked Loop)(1090)는 제 1 센서(1080-1)에 의해 감지된 인가전압(Vrst)에 대해 주파수가 일정하게 유지되는 출력 신호를 생성하여 제 1 펄스 로직부(1000-1)에 제공한다.The first pulse logic unit 1000 - 1 and the second pulse logic unit 1000 - 2 use the output value of the current proportional integral controller 1016 to apply pulse signals to the first converter 111 and the inverter 113 . to create A phase locked loop (PLL) 1090 generates an output signal whose frequency is kept constant with respect to the applied voltage Vrst sensed by the first sensor 1080-1 to generate a first pulse logic unit ( 1000-1).

계측기(1070)는 제 1 컨버터(111)에 인가되는 인가 전류(irst)를 센싱하며, 이 인가 전류는 제 3 정류기(1014-3)에 의해 정류되어 제 2 감산기(1042)에 입력된다.The meter 1070 senses the applied current irst applied to the first converter 111 , the applied current is rectified by the third rectifier 1014-3 and input to the second subtractor 1042 .

한편, 속도 제어기(1001-2)의 속도 계산부(1020)는 동기 발전기(120)의 현재 회전 속도(Nx)를 계산한다. 현재 회전 속도(Nx)는 동기 발전기(120)에 인가되는 전압을 이용하여 산출될 수 있다. 즉 회전수와 전압의 관계식을 이용하여 산출하는 것이 가능하다.Meanwhile, the speed calculator 1020 of the speed controller 1001 - 2 calculates the current rotation speed Nx of the synchronous generator 120 . The current rotation speed Nx may be calculated using a voltage applied to the synchronous generator 120 . That is, it is possible to calculate using the relational expression between the number of rotations and the voltage.

이 현재 회전 속도(Nx)는 저역 통과 필터(1011), 시퀀스 제어 로직부(1030), 제 2 감산기(1041), 및 제한기(1060) 등에 제공된다.This current rotation speed Nx is provided to the low-pass filter 1011 , the sequence control logic unit 1030 , the second subtractor 1041 , the limiter 1060 , and the like.

시퀀스 제어 로직부(1030)는 현재 회전 속도(Nx)를 받으면 속도 기준 신호(1040)를 제어하여 사용자에 의해 또는 프로그램밍에 의해 미리 설정되는 기준 회전 속도(Nw)를 출력한다.When the sequence control logic unit 1030 receives the current rotation speed Nx, it controls the speed reference signal 1040 to output the reference rotation speed Nw preset by the user or by programming.

제 2 감산기(1041)는 기준 회전 속도(Nw)에서 현재 회전 속도(Nx)를 빼는 연산을 수행하여 이 차이값을 비례 적분 제어기(1050)에 전달한다.The second subtractor 1041 performs an operation of subtracting the current rotation speed Nx from the reference rotation speed Nw and transmits the difference value to the proportional integration controller 1050 .

제한기(1060)는 속도에 따라서 리액터에 흐르는 전류를 제한하는 것으로 이 값이 전류제어기 기준신호가 되며, 토크값과 비례한다.The limiter 1060 limits the current flowing through the reactor according to the speed, and this value becomes the current controller reference signal and is proportional to the torque value.

제 2 감산기(1042)는 정류된 현재 인가 전류(idx)를 산출 인가 전류(idw)를 빼서 이 차이 전류를 전류 비례 적분 제어기(1016)에 전달한다.The second subtractor 1042 subtracts the calculated applied current idw from the rectified current applied current idx and transfers the difference current to the current proportional integration controller 1016 .

도면 기재된 "…부" 의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어 구현에 있어, 소프트웨어 구성 컴포넌트(요소), 객체 지향 소프트웨어 구성 컴포넌트, 클래스 구성 컴포넌트 및 작업 구성 컴포넌트, 프로세스, 기능, 속성, 절차, 서브 루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로 코드 , 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 배열 및 변수를 포함할 수 있다. 소프트웨어, 데이터 등은 메모리에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.The term “…unit” described in the drawings means a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented in software and/or hardware. In hardware implementation, application specific integrated circuit (ASIC), digital signal processing (DSP), programmable logic device (PLD), field programmable gate array (FPGA), processor, microprocessor, other It may be implemented as an electronic unit or a combination thereof. In software implementation, software component (element), object-oriented software component component, class component component and task component component, process, function, attribute, procedure, subroutine, segment of program code, driver, firmware, microcode, data , databases, data structures, tables, arrays, and variables. Software, data, etc. may be stored in a memory and executed by a processor. The memory or processor may employ various means well known to those skilled in the art.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 토크리플 저감 강제전류 제어로직 적용 전과 후의 직류 리액터 전류파형이다. 도 11을 참조하면, 토크리플은 전류파형(1120)에 비례한다. 따라서, 이상적으로 되기 위해서는 최대한 전류가 0[A]로 되는 구간을 줄여야 한다. 강제전류를 위하여 0[A]로 전류 제어기(1001-1)가 역전압 생성한 후 가변 초기값이 적용되지 않으면 전류 제어기(1001-1)가 최소값에서 일정 전류값까지 올라오는데 시간이 걸리는 반면 가변 초기값 적용한 전류 제어기(1001-1)의 출력신호(1110)는 순간적으로 전류 비례 적분 제어기(1016)의 상승한 후 전류 비례 적분 제어기(1016)의 출력신호(1110)가 조정되기 때문에 직류 전류 제로 구간(1130)을 최소화할 수 있다. 직류 전류 제로 구간(1130)은 전류가 O[A]가 되는 구간을 말한다.11 is a DC reactor current waveform before and after applying a torque ripple reduction forced current control logic according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11 , the torque ripple is proportional to the current waveform 1120 . Therefore, in order to be ideal, the section in which the current becomes 0 [A] should be reduced as much as possible. If the variable initial value is not applied after the current controller 1001-1 generates a reverse voltage to 0 [A] for the forced current, it takes time for the current controller 1001-1 to rise from the minimum value to a constant current value, whereas the variable Since the output signal 1110 of the current controller 1001-1 to which the initial value is applied is instantaneously increased, the output signal 1110 of the current proportional integral controller 1016 is adjusted after the current proportional integration controller 1016 rises, so the DC current zero section (1130) can be minimized. The DC current zero section 1130 refers to a section in which the current becomes O[A].

도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 토크리플 저감을 위한 기동장치 강제전류 제어 순차 흐름도이다. 도 12를 참조하면, 처음 기동할 때 강제 전류 제어를 시작한다(단계 S1210). 동기 발전기(120)가 회전하면 동기 발전기의 단자전압이 입력이 되며 이 신호는 주파수에 따라서 가변되는 절점 주파수 이동형 저역통과 필터와 실효치 계산을 위하여 두 개로 분리된다(단계 S1230,S1240). 12 is a flowchart illustrating a control sequence of a forced current in a starting device for reducing torque ripple according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 12 , when starting for the first time, forced current control is started (step S1210). When the synchronous generator 120 rotates, the terminal voltage of the synchronous generator is input, and this signal is divided into two for calculating the effective value and the nodal frequency shifting low-pass filter that varies according to the frequency (steps S1230 and S1240).

두 개의 분기중 첫 번째의 경우, 전류 제어기(도 10의 1001-1)의 리셋 신호를 발생하기 위하여 먼저 노이즈 제거용 주파수에 가변되는 저역통과 필터(도 10의 1011)가 사용된다. 이 저역통과 필터(1011)는 주파수 증가에 따라서 필터 파라미터가 변화되어 단자전압 신호에서 고주파 노이즈를 제거함은 물론 위상이 지연되지 않는 특징이 있다(단계 S1231). In the case of the first of the two branches, in order to generate a reset signal of the current controller (1001-1 in FIG. 10), a low-pass filter (1011 in FIG. 10) that is variable in frequency for noise removal is used first. The low-pass filter 1011 has a characteristic that the filter parameter is changed according to an increase in frequency to remove high-frequency noise from the terminal voltage signal and the phase is not delayed (step S1231).

그 후 3상전압의 제로점 식별기(1012)로 사각파형을 만든 후 강제펄스 로직 신호 발생기(1013)은 일정시간 동안 ON 되는 강제펄스 로직신호를 만든다. 이 신호에 의하여 전류 비례 적분 제어기(1016)의 초기값 적용이 결정된다(단계 S1233,S1235). Thereafter, after making a square waveform with the zero point identifier 1012 of the three-phase voltage, the forced pulse logic signal generator 1013 creates a forced pulse logic signal that is turned on for a predetermined time. The application of the initial value of the current proportional integral controller 1016 is determined by this signal (steps S1233 and S1235).

두 번째 분기의 경우, 동기 발전기의 선간전압으로 실효값이 계산된다(단계 S1240). 동기 발전기의 선간전압은 속도가 상승함에 따라서 여자전류가 일정하면, 선간전압 실효값은 증가하게 된다. 가변되는 신호와 컨버터의 선간전압 실효치를 적용하면, 위 수학식에 의하여 초기값이 결정된다(단계 S1201,S1241). 비록 수식은 간단 하지만 전류의 0[A] 구간을 상당히 감소할 수 있다. In the case of the second branch, the rms value is calculated as the line voltage of the synchronous generator (step S1240). As the speed of the line voltage of the synchronous generator increases, if the excitation current is constant, the line voltage effective value increases. When the variable signal and the rms line voltage of the converter are applied, the initial value is determined by the above equation (steps S1201 and S1241). Although the formula is simple, the 0[A] section of current can be significantly reduced.

마지막으로 동기 발전기의 속도가 10% 이상일 때는 동기 발전기의 전압이 싸이리스터를 OFF 할 정도로 높으므로 강제전류 제어와 초기값 적용도 필요없게 된다.Lastly, when the speed of the synchronous generator is more than 10%, the forced current control and application of the initial value are not necessary because the voltage of the synchronous generator is high enough to turn off the thyristor.

또한, 여기에 개시된 실시형태들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은, 마이크로프로세서, 프로세서, CPU(Central Processing Unit) 등과 같은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 (명령) 코드, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. In addition, the steps of the method or algorithm described in relation to the embodiments disclosed herein are implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means such as a microprocessor, a processor, a CPU (Central Processing Unit), etc. It can be recorded on any available medium. The computer-readable medium may include program (instructions) codes, data files, data structures, etc. alone or in combination.

상기 매체에 기록되는 프로그램 (명령) 코드는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프 등과 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD, 블루레이 등과 같은 광기록 매체(optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 (명령) 코드를 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 반도체 기억 소자가 포함될 수 있다. The program (instructions) code recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, Blu-rays, and the like, and ROM, RAM ( A semiconductor memory device specially configured to store and execute program (instruction) code such as RAM), flash memory, and the like may be included.

여기서, 프로그램 (명령) 코드의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Here, examples of the program (instruction) code include high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like as well as machine language codes such as those generated by a compiler. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

11: 스위칭 소자
100: 기동 장치
101: 기동장치 입력 변압기
102: 여자 변압기
111: 제 1 컨버터
112: 직류 전류 리액터
115: 제 2 컨버터
120: 동기 발전기
130: 터빈
11: switching element
100: starting device
101: starter input transformer
102: excitation transformer
111: first converter
112: DC current reactor
115: second converter
120: synchronous generator
130: turbine

Claims (20)

다수의 제 1 스위칭 소자(11)가 배치되는 제 1 컨버터(111);
상기 제 1 컨버터(111)와 연결되며 다수의 제 2 스위칭 소자(11)가 배치되는 인버터(113);
상기 제 1 컨버터(111)에 인가되는 입력 전압 및 상기 인버터(113)로부터 출력되는 출력 전압을 감지하여 상기 제 2 스위칭 소자(11)의 스위칭 전환시 토크리플 저감을 위한 강제 전류 제어를 실행하는 제어 블럭(1001); 및
상기 강제 전류 제어에 의해 동작하는 동기 발전기(120);를 포함하며,
상기 강제 전류 제어는 상기 인버터(113)의 강제전류시 상기 제 1 컨버터(111)의 출력값을 미리 설정되는 최대의 (-) 출력 전압값으로 한 후 다시 복귀하는 동안에 리셋신호(920)에 의하여 미리 설정되는 초기값으로 상기 인버터(113)의 현재 출력 전압값을 이용하는 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템.
a first converter 111 in which a plurality of first switching elements 11 are disposed;
an inverter 113 connected to the first converter 111 and in which a plurality of second switching elements 11 are disposed;
Control for executing forced current control for reducing torque ripple when switching of the second switching element 11 by sensing the input voltage applied to the first converter 111 and the output voltage output from the inverter 113 block 1001; and
It includes; a synchronous generator 120 operating by the forced current control.
In the forced current control, the output value of the first converter 111 is set to a preset maximum (-) output voltage value during the forced current of the inverter 113 and is returned in advance by a reset signal 920 during recovery. Forced current control system of a turbine starting device for reducing torque ripple, characterized in that using the current output voltage value of the inverter (113) as the set initial value.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제어 블럭(1001)은, 상기 강제 전류 제어를 실행하는 전류 제어기(1001-1)를 포함하며,
상기 전류 제어기(1001-1)는,
상기 동기 발전기(120)의 역기전력에 의한 유기전압 신호를 필터링하는 저역통과필터(1011);
3상선간 전압 파형으로부터 필터링된 유기전압 신호를 분리한 후 제로점을 찾아 식별하는 제로점 식별기(1012); 및
상기 제로점에 따른 상기 리셋 신호를 생성하기 강제펄스 로직 신호를 생성하는 강제펄스 로직 신호 발생기(1013);를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템.
The method of claim 1,
The control block 1001 includes a current controller 1001-1 that executes the forced current control,
The current controller 1001-1,
a low-pass filter 1011 for filtering the induced voltage signal by the counter electromotive force of the synchronous generator 120;
a zero point identifier 1012 for separating the filtered induced voltage signal from the three-phase voltage waveform and then finding and identifying a zero point; and
Forced pulse logic signal generator (1013) for generating a forced pulse logic signal to generate the reset signal according to the zero point; Forced current control system of a turbine starting device for reducing torque ripple comprising a.
제 3 항에 있어서,
상기 강제펄스 로직 신호는 전류 비례적분 제어기(1016)의 초기값을 리셋하기 위한 신호인 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템.
4. The method of claim 3,
The forced pulse logic signal is a forced current control system of a turbine starting device for reducing torque ripple, characterized in that it is a signal for resetting the initial value of the current proportional integral controller (1016).
제 4 항에 있어서,
상기 초기값은 가변 초기값이며, 상기 가변 초기값을 계산하기 위해 상기 동기 발전기(120)의 단자전압은 정류된 선간전압 실효치로 연산되는 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템.
5. The method of claim 4,
The initial value is a variable initial value, and in order to calculate the variable initial value, the terminal voltage of the synchronous generator 120 is a forced current of a turbine starting device for reducing torque ripple, characterized in that calculated as a rectified line-to-line voltage effective value control system.
제 5 항에 있어서,
상기 가변 초기값은 상기 제 1 컨버터(111)의 선간전압 실효치도 함께 사용되어 연산되는 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템.
6. The method of claim 5,
The variable initial value is a forced current control system of a turbine starting device for reducing torque ripple, characterized in that the calculation is also used together with the line voltage effective value of the first converter (111).
제 6 항에 있어서,
상기 가변 초기값은 수학식
Figure 112019070267006-pat00009
에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템.
7. The method of claim 6,
The variable initial value is the equation
Figure 112019070267006-pat00009
Forced current control system of the turbine starting device for torque ripple reduction, characterized in that calculated by.
제 5 항에 있어서,
상기 가변 초기값은 컨버터의 직류단 전압과 인버터의 직류단 전압간 차이가 제로일 때 직류 리액터 전류가 0[A]인 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템.
6. The method of claim 5,
The variable initial value is a forced current control system of a turbine starting device for reducing torque ripple, characterized in that the DC reactor current is 0 [A] when the difference between the DC link voltage of the converter and the DC link voltage of the inverter is zero.
제 4 항에 있어서,
상기 전류 비례 적분 제어기(1016)는 직류 리액터 전류를 빠르게 0[A]로 만들기 위하여 점호각 제어신호를 180ㅀ로 하여 역전압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템.
5. The method of claim 4,
The current proportional integral controller 1016 is a forcible current of a turbine starting device for reducing torque ripple, characterized in that it generates a reverse voltage by setting the firing angle control signal to 180 ° in order to quickly make the DC reactor current 0 [A] control system.
제 9 항에 있어서,
상기 전류 비례 적분 제어기(1016)는 직류 전류 제로 구간(1130)의 폭을 줄이기 위해 상기 동기 발전기(120)의 단자전압과 비례하는 초기값을 적용하는 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템.
10. The method of claim 9,
The current proportional integral controller 1016 applies an initial value proportional to the terminal voltage of the synchronous generator 120 in order to reduce the width of the DC current zero section 1130. A turbine starting device for reducing torque ripple of forced current control system.
제 3 항에 있어서,
상기 저역통과필터(1011)는 고주파 노이즈는 제거되지만 위상지연이 없도록 주파수에 따라 질점 주파수가 변화되는 필터인 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템.
4. The method of claim 3,
The low-pass filter 1011 is a forced current control system for a turbine starting device for reducing torque ripple, characterized in that the high-frequency noise is removed, but the particle frequency is changed according to the frequency so that there is no phase delay.
제 1 항에 있어서,
상기 강제 전류 제어는 정격속도의 초기 10%까지만 수행되는 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템.
The method of claim 1,
The forced current control is a forced current control system for a turbine starting device for reducing torque ripple, characterized in that performed only up to the initial 10% of the rated speed.
제 1 항에 있어서,
상기 제 2 스위칭 소자는 싸이리스터인 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 시스템.
The method of claim 1,
The second switching element is a forced current control system of a turbine starting device for reducing torque ripple, characterized in that the thyristor.
(a) 다수의 제 1 스위칭 소자(11)가 배치되는 제 1 컨버터(111)에 입력 전압이 인가되는 단계;
(b) 상기 제 1 컨버터(111)와 연결되며 다수의 제 2 스위칭 소자(11)가 배치되는 인버터(113)로부터 출력전압이 출력되는 단계;
(c) 제어 블럭(1001)이 상기 입력 전압 및 상기 출력 전압을 감지하여, 상기 제 2 스위칭 소자의 스위칭 전환시 토크리플 저감을 위한 강제 전류 제어를 실행하는 단계; 및
(c) 상기 강제 전류 제어에 동기 발전기(120)가 동작되는 단계;를 포함하며,상기 강제 전류 제어는 상기 인버터(113)의 강제전류시 상기 제 1 컨버터(111)의 출력값을 미리 설정되는 최대의 (-) 출력 전압값으로 한 후 다시 복귀하는 동안에 리셋신호(920)에 의하여 미리 설정되는 초기값으로 상기 인버터(113)의 현재 출력 전압값을 이용하는 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 방법.
(a) applying an input voltage to a first converter 111 in which a plurality of first switching elements 11 are disposed;
(b) outputting an output voltage from an inverter 113 connected to the first converter 111 and in which a plurality of second switching elements 11 are disposed;
(c) the control block 1001 senses the input voltage and the output voltage, and performs forced current control for reducing torque ripple when switching the second switching element; and
(c) operating the generator 120 synchronously to the forced current control, wherein the forced current control sets the output value of the first converter 111 when the forced current of the inverter 113 is set in advance. Turbine start for torque ripple reduction, characterized in that the current output voltage value of the inverter 113 is used as the initial value preset by the reset signal 920 during the return after returning to the (-) output voltage value of How to control the forced current of the device.
삭제delete 제 14 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
전류 제어기(1001-1)의 저역통과필터(1011)가 상기 동기 발전기(120)의 역기전력에 의한 유기전압 신호를 필터링하는 단계;
제로점 식별기(1012)가 3상선간 전압 파형으로부터 필터링된 유기전압 신호를 분리한 후 제로점을 찾아 식별하는 단계; 및
강제펄스 로직 신호 발생기(1013)가 상기 제로점에 따른 상기 리셋 신호를 생성하기 강제펄스 로직 신호를 생성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 방법.
15. The method of claim 14,
Step (c) is,
filtering, by the low-pass filter 1011 of the current controller 1001-1, the induced voltage signal due to the back electromotive force of the synchronous generator 120;
The zero point identifier 1012 separates the filtered induced voltage signal from the voltage waveform between three phases and then finds and identifies the zero point; and
Forced pulse logic signal generator (1013) generating a forced pulse logic signal to generate the reset signal according to the zero point; Forced current control method of a turbine starting device for reducing torque ripple comprising a.
제 16 항에 있어서,
상기 강제펄스 로직 신호는 전류 비례적분 제어기(1016)의 초기값을 리셋하기 위한 신호인 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 방법.
17. The method of claim 16,
The forced pulse logic signal is a forced current control method of a turbine starting device for reducing torque ripple, characterized in that the signal for resetting the initial value of the current proportional integral controller (1016).
제 14 항에 있어서,
상기 강제 전류 제어는 정격속도의 초기 10%까지만 수행되는 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 방법.
15. The method of claim 14,
The forced current control is a forced current control method of a turbine starting device for reducing torque ripple, characterized in that performed only up to the initial 10% of the rated speed.
제 14 항에 있어서,
상기 제 2 스위칭 소자는 싸이리스터인 것을 특징으로 하는 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 방법.
15. The method of claim 14,
The second switching element is a forced current control method of a turbine starting device for reducing torque ripple, characterized in that the thyristor.
제 14 항, 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 토크리플 저감을 위한 터빈 기동장치의 강제전류 제어 방법을 실행시키기 프로그램 코드를 저장한 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체.[Claim 20] A computer-readable storage medium storing a program code for executing the method for controlling a forced current of a turbine starting device for reducing torque ripple according to any one of claims 14, 16 to 19.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP4157218B2 (en) 1999-04-01 2008-10-01 株式会社東芝 Control device for gas turbine starter
US7710081B2 (en) 2006-10-27 2010-05-04 Direct Drive Systems, Inc. Electromechanical energy conversion systems
KR101624845B1 (en) * 2013-08-26 2016-05-30 한국전력공사 Apparatus for analyzing start-up system of gas turbine synchronous generator and method for the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012200109A (en) * 2011-03-23 2012-10-18 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp Apparatus for controlling ac motor

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