KR20010032025A

KR20010032025A - 전기 장비용 전력 공급 시스템

Info

Publication number: KR20010032025A
Application number: KR1020007005143A
Authority: KR
Inventors: 베지넷마크; 제라드진; 브론델클라우드
Original assignee: 쉬에르 피에르; 레르 리뀌드, 소시에떼 아노님 뿌르 레뛰드 에 렉스쁠로와따시옹 데 프로세데 죠르쥬 끌로드
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1999-09-14
Publication date: 2001-04-16
Also published as: KR100675109B1; WO2000016461A1; JP2002526010A; US6188143B1; EP1046208A1; FR2783367A1; FR2783367B1

Abstract

본 발명은 전기 장비(10)에 공급하는 전력을 발생하는 수단(14)을 포함하는 전기 장비(10)를 위한 전력 공급 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 상기 장비로의 공급에서의 불안정 상태를 보상하는 수단(18)을 포함하며, 보상 수단(18)은 유효 전력을 축적하여 불안정한 상태가 발생할 때 상기 전기 장비에서의 유효 전력을 교환하는 수단(20)을 포함한다.

Description

전기 장비용 전력 공급 시스템{ELECTRIC POWER SUPPLY SYSTEM FOR AN ELECTRICAL EQUIPMENT}

어떤 응용 분야에서, 특히 전자 공학 및 마이크로 전자 공학 분야에서는 고품질의 전력 공급 시스템을 사용하는 것이 필요하다.

이러한 전력 공급 시스템은 영구히 매우 안정된 주파수 예를 들어, 약 1 %보다 작은 변동의 주파수와 약 10 %보다 작은 전압의 변동, 양호하게는 8 %보다도 작은 변동을 갖도록 공급해야 하며, 예를 들어 30 Megawatts에 도달하는 전력 레벨에서도 실행될 수 있어야 한다.

더구나, 전력 공급 시스템의 전압에서 브레이크 또는 딥(dip)이 있을때, 전력 공급 시스템은 고정 한계치 이상의 주파수 변동 및 전압 변동을 일으켜서는 안된다.

따라서, 공중 전력 배전망(public electric power distribution network)은, 상기 공급된 전압치 강하를 수반하는 100 ms 내지 800 ms 동안 지속되는 전압 저하(brownout)를 발생하기 쉽기 때문에, 사용하기에 적합한 전력을 공급할 수 없다.

본 발명은 적어도 하나의 전기 장비를 위한 전력 공급 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 공급 시스템의 개요 전체도이다.

도 2는 상기 장비에 제공되는 전력 공급시 발생하기 쉬운 외란을 보상하는 수단의 구성을 도시하는 도면이다.

도 3은 상기 보상 수단의 다른 실시예의 도면이다.

본 발명의 목적은 고품질의 공급 즉, 상기 언급된 요구에 부합되는 공급을 할 수 있는 공급 시스템을 제공하는 것이다.

따라서 본 발명은 전력 배전망에 연결된 공급 라인에 접속되어 있는 적어도 하나의 전기 장비에서 사용하는 전원 공급 시스템이며, 상기 라인에 접속되어 있는 적어도 하나의 전력 발생기와, 상기 전력 배전망과 상기 공급 라인 사이에 삽입되어 상기 장비에 제공되는 전력 공급에서 발생하는 외란(disturbance)을 보상하는 수단으로서 외란 발생시 상기 전기 장비와 유효 전기 에너지를 교환하도록 적합하게 되어있는 유효 전기 에너지 축적 수단을 포함하는 보상 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 본 발명에 따른 상기 공급 시스템은 절연 또는 모든 기술적으로 가능한 조합에 따라 얻어진 이하 특성에서 하나 이상을 포함한다.

- 에너지 축적 수단은 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하고 상기 장비의 공급 라인(12)에 연결되어 있는 가역 수단에 결합되어 있는 적어도 하나의 회전 매체를 포함하는 것이다.

- 상기 시스템은 상기 에너지 축적 수단에 결합된 주파수 변환 수단을 더 포함한다.

- 전력 공급 시스템은 상기 에너지 축적 수단에 의하여 공급된 유효 전력을 상기 전기 장비에서 교환되기 위한 유효 전력으로 변환하는 가역 수단을 더 포함한다.

- 상기 시스템은 전기 장비의 상기 공급 라인과 상기 에너지 축적 수단 사이에 접속되어 있는 적어도 하나의 승압 변압기(step-up transformer)를 더 포함한다.

다른 특성 및 장점은 실시예 및 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명에서 분명해진다.

도 1은 본 발명에 따른 공급 시스템의 전체도이다. 이 공급 시스템은 도면 부호(10)로 표시되는 적어도 하나의 전기 장비에 전력을 공급하는 것을 목적으로 한다.

본 명세서의 구성에서, 전기 장비는 전력 장치, 모터 등과 같은 전력을 소비하는 장치 또는 설비의 유형을 의미하는 것으로 이해된다.

전술된 바와 같이, 상기 장비(10)는 예를 들어, 약 1 %보다 작은 변동의 안정된 주파수와 10 % 보다 작은 전압 변동, 양호하게는 8 % 보다 작은 전압 변동과 전력 배전망에서 전압 저하 또는 단락시 발생하는 전압 딥이 없는 전력 공급을 받아야 한다.

예를 들어, 상기 장비(10)에 공급되는 전압은 수 십 Megawatts의 전력에 대해서 수 십 kV 이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 공급 시스템은 이 실시예의 일반 배전망에서 다상 전력 배전망(R)에 플러그 연결되어 있고, 가스로 동작하는 모터 또는 터빈의 실시예를 구성하는, 도면 부호(14)와 같은 전력 발생기의 세트에 플러그 연결되어 있는 공급 라인(12)을 포함한다.

전력 발생기(14)의 수는 상기 장비(10)의 요구 즉, 공급되는 총전력, 각각의 발생기의 전력 및 최대 허용 로드(load)의 효과 즉, 전기적으로 상기 장비(10)에 플러그 연결되었을 때 발생되는 주파수 변동에 의해 결정된다.

예를 들어, 3.8 Megawatts의 전력을 각각 공급하는 발생기(14)에서, 8개의 동일한 발생기(14)가 사용되어 병렬로 공급 라인(12)에 플러그 연결되는데, 이러한 방식으로 전체적으로는 약 30 Megawatts의 전력을 얻게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 발생기(14)는 상기 라인(12)에 공급되는 전압을 상기 장비(10)에 공급되는 전압 레벨 예를 들어, 20 kV와 동일한 전압까지 공급할 수 있는, 도면 부호(16)와 같은 승압 변압기에 결합되어 있다.

또, 상기 공급 시스템은 상기 장비(10)로의 공급에서 발생할 수 있는 외란을 보상하는 수단을 제공하며, 이 수단은 도 1에서 도면 부호(18)로 간결하게 표시된다.

상기 보상 수단(18)은 전력 배전망(R) 및 공급 라인(12) 사이에 삽입된다.

보상 수단(18)은 에너지 축적 수단에 의하여 공급되거나 흡수된 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하고 공급 라인(12)에 연결된 가역 수단(21)과 연관되어 있는 회전 매체로 구성된 전기 에너지 축적 수단(20)을 포함한다.

도 2는 상기 보상 수단(18)의 제1 실시예를 도시한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 보상 수단(18) 내의 에너지 축적 수단(20)은, 한 쪽은 전력 분배망(R)에 그리고 다른 한 쪽은 공급 라인(12)에 플러그 연결되어 있는 2개의 인덕턴스 코일(22, 24) 사이에 결합되어 있어서, 상기 장비(10)의 공급 전압을 일정하게 유지하기 위하여 공급시 외란이 발생할 때 예를 들어, 공급망(R)에 의해 발생되는 전압 저하 또는 발생기(14) 중의 하나에서의 오동작이 발생할 때 상기 전기 장비 및 상기 망에서의 에너지 교환을 가능하게 한다.

에너지 축적 수단(20)은 예를 들어 5 MW의 유효 전력을 공급할 수 있는 승압 변압기(26)를 경유하여 상기 코일(22, 24)에 플러그 연결되어 있다.

에너지 축적 수단은 도면 부호(33)와 같은 적합한 스위치 장치를 경유하여 상기 변압기(26)에 병렬로 배열되어 플러그 연결되어있는 몇 개의 동일한 분기(28, 30, 32)를 포함한다.

각각의 상기 분기(28, 30, 32)는 상기 망 공급에서 발생하기 쉬운 외란을 보상하기 위하여 전기 장비(10) 및 상기 망(R)에서의 유효 전력을 교환하기에 적합하다.

상기 망 공급에서 발생한 외란을 보상하기 위하여, 상기 각각의 분기(28, 30, 32)는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 가역 수단(40, 42, 44)과 연관되어 있는, 전형적인 유형의 관성 플라이휠로 구성된 회전 매체(34, 36, 38)를 포함하며, 상기 가역 수단은 관성 플라이휠(34, 36, 38)에 의해 공급된 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하기도 하고, 공급 라인(12)에서 흡수된 전기 에너지를 관성 플라이휠을 회전시키기 위한 대응하는 기계적 에너지로 변환시키기도 한다.

예를 들어, 각각의 관성 플라이휠은 10 s 동안 1650 kW의 유효 전력을 공급할 수 있는 관성 플라이휠이다.

이러한 관성 플라이휠의 동작점은 관성 플라이휠의 동작 영역의 중간에 위치하는 방식으로 조절되어서, 유효 전력을 동일하게 공급하거나 흡수하게 된다.

또, 상기 시스템이 개시될 때, 관성 플라이휠은 회전 가능한 모터 장치(도시하지 않음)에 결합되어있다.

에너지 변환 수단(40, 42, 44)은 전기 장비(10)의 공급 주파수와 호환될 수 있는 50 Hz의 주파수를 출력처럼 공급할 수 있는 전형적인 유형의 주파수 변환기(46, 48, 50)에 더 연결되어 있다.

각각의 상기 분기(28, 30, 32)는 예를 들어, 교류기로 구성된 변환기(52, 54, 56)를 더 추가하는데, 이 변환기는 관성 플라이휠(34, 36, 38)에 의하여 공급된 유효 전력을 대응하는 유효 전력으로 변환하여 공급 라인(12)으로 이 유효 전력을 주입하고, 공급 라인(12)로부터의 유효 전력을 대응하는 유효 전력으로 변환하여 상기 관성 플라이휠에 축적하게 된다.

실시예의 구조에서 사용되는 3개의 관성 플라이휠에서, 공급 라인(12)과 약 5 Megawatts의 전력을 교환하여, 상기 발생기(14) 중의 하나의 순간 고장을 카운터(counter)하고 상기 배전망(R)에서 발생하는 전압 저하의 영향을 제한하는 것이 가능하다.

상기 망(R)에서 단락이 발생할 때, 상기 코일(22, 24)은 상기 망(R)에 구비되어 있는 회로 브레이커(58)가 동작하지 않는 동안, 망의 고장 부분으로의 전기 에너지 전송을 제한하며, 이 제한은 500 ms까지의 시간 이후에 실행된다.

따라서, 이러한 단락의 효과는 제한된다.

에너지 축적 수단에 구비되어 있는 도면 부호(33)와 같은 스위치 소자는 상기 회로 브레이커(58)의 응답 시간에 비교하여 무시해도 좋은 응답 시간을 갖는 전형적인 전기 장치에 의하여 구동되므로, 상기 망(R) 내에서 발생하는 오동작의 효과를 제한하게 된다.

도 3은 보상 수단(18)의 다른 실시예를 도시한다.

이 실시예에 따라, 에너지 축적 수단(20)은 2개의 권선형 회전자(wound-rotor) 회전 기계(62, 64) 사이에 결합되어 있는데, 도면 부호(62)는 전력 배전망(R)에 플러그 연결되어 있고 도면 부호(64)는 공급 라인(12)에 플러그 연결되어 있어서, 공급에서 외란이 발생할 때 예를 들어, 상기 공급 망(R)에 의해 발생되는 전압 저하 또는 발생기(14) 중의 하나에서 오동작이 발생할 때 상기 전기 장비 및 상기 망에서의 에너지 교환을 가능하게 한다.

상기 회전 기계(62, 64)는 예를 들어 3 MW의 유효 전력을 공급할 수 있는 2개의 승압 변압기(66, 68)를 경유하여 상기 망(R) 및 공급 라인(12)에 플러그 연결되어 있다.

도 2에 도시되어 있는 실시예에 따르면, 보상 수단(18)은 병렬로 배열되어 있는 몇 개의 동일한 분기를 포함한다.

각각의 상기 분기는 전기 장비(10) 및 상기 망(R)과 유효 전력을 교환하여 이 망의 공급에서 발생할 수 있는 외란을 보상하게 된다.

에너지 축적 수단(20)의 각각의 상기 분기는 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 가역 수단(72, 74)에 결합되어 있는 전형적인 유형의 관성 플라이휠로 구성된 일반적인 에너지 축적 회전 매체(70)를 포함하며, 가역 수단은 관성 플라이휠에 의하여 공급된 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하기도 하고 상기 공급 라인(12)에서 흡수된 전기 에너지를 관성 플라이휠을 회전시키기 위한 대응하는 기계적 에너지로 변환시키기도 한다.

예를 들어, 상기 관성 플라이휠은 3 s 동안 3000 kW의 유효 전력을 공급할 수 있는 관성 플라이휠이다.

에너지 변환 수단(72, 74)은 상기 플라이휠(70)의 회전의 주파수와 호환될 수 있는 가변 주파수를 출력에서 더 공급할 수 있다.

전술된 실시예의 구조에서 사용되는 2개의 회전 기계에서, 상기 공급 라인(12)과 약 6 Megawatts의 전력을 교환하여, 상기 발생기(14) 중의 하나의 순간 고장을 카운터하고 전술된 실시예와 같이, 상기 배전망(R)에서 발생하는 전압 저하의 영향을 제한하게 된다.

단락이 상기 망(R)에서 발생할 때, 상기 회전 기계(62, 64)는 상기 망(R)에 구비되어 있는 회로 브레이커(76)가 동작하지 않는 동안 망의 고장 부분으로의 전기 에너지 전송을 제한한다.

따라서, 이러한 단락의 효과는 제한된다.

전술된 실시예에 따르면, 상기 에너지 축적 수단에 구비되어 있는 스위치 소자는 회로 브레이커(76)의 응답 시간에 비교하여 무시해도 좋은 응답 시간을 갖는 전기 장치에 의하여 구동되므로, 상기 망(R) 내에서 발생하는 오동작의 영향을 제한하게 된다.

마지막으로, 상기 시스템은 예상되는 사용에 적합한 인덕터 및 다이오드 브리지(diode bridge)를 추가한다.

상기 축적 수단(20) 및 상기 공급 라인(12) 사이에 에너지의 교환은 상기 망(R)에서의 오동작의 발생 또는 상기 발생기(14) 중의 하나의 고장 또는 상기 장비의 상기 라인(12)으로의 플러그 연결(plugging in)시 발생하기 쉬운 전압 강하를 보상하게 하며, 상기 보상 수단(18)은 필요한 양의 에너지를 주입하여 이 고장을 카운터하게 된다.

상기와 같은 방식으로 상기 공급 라인(12)에서 로드 흡수 및 주입은 오동작의 발생시 공급 주파수를 안정하게 유지할 수 있다는 것이 이해될 것이다.

도 1 및 도 2에서 도시되어 있는 상기 공급 시스템은 주로 관성 플라이휠로 구성되어 있는 에너지 축적 수단에 적합하다.

그러나, 이러한 관성 플라이휠은 다른 유형의 적합한 에너지 축적 수단 예를 들어, 전기 에너지 어큐멀레이터로 대체될 수 있다.

마지막으로, 본 발명은 특히 보상 수단의 구성과 같은 상기 기술된 실시예에 제한되지 않으며, 다른 적당한 장치가 동일하게 사용될 수 있다.

Claims

전력 배전망(R)에 연결된 공급 라인(12)에 접속되어 있는 적어도 하나의 전기 장비(10)에서 사용하는 전력 공급 시스템에 있어서,

상기 라인(12)에 접속되어 있는 적어도 하나의 전력 발생기(14)와,

상기 전력 배전망(R)과 상기 공급 라인(12) 사이에 삽입되어 상기 장비(10)에 제공되는 전력 공급에서 발생하는 외란을 보상하는 수단으로서, 외란 발생시 상기 전기 장비와 유효 전기 에너지를 교환하도록 적합하게 되어 있는 유효 전기 에너지 축적 수단(20)을 포함하는 보상 수단(18)

을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 시스템.
제1항에 있어서, 상기 에너지 축적 수단(20)은 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하고 상기 장비의 공급 라인(12)에 연결되어 있는 가역 수단(40, 42, 44; 72, 74)에 결합되어 있는 적어도 하나의 회전 매체(34, 36, 38, 70)를 포함하는 것인 전력 공급 시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에너지 축적 수단(20)에 결합된 주파수 변환 수단(46, 48, 50; 72, 74)을 더 포함하는 전력 공급 시스템.
제3항에 있어서, 상기 에너지 축적 수단(20)에 의하여 공급된 유효 전력을 상기 전기 장비(10)에서 교환되기 위한 유효 전력으로 변환하는 가역 수단(52, 54, 56)을 더 포함하는 전력 공급 시스템.
제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 장비의 상기 공급 라인(12)과 상기 에너지 축적 수단(20) 사이에 접속되어 있는 적어도 하나의 승압 변압기(26; 66, 68)를 더 포함하는 전력 공급 시스템.