KR20090035467A - 이중급전형 비동기기용 전류제한방법과 장치 - Google Patents

이중급전형 비동기기용 전류제한방법과 장치 Download PDF

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KR20090035467A
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스테판 엥겔하르트
안제이 게니우슈
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우드워드 쎄그 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

이중급전형 비동기기(5)의 출력 또는 입력 유효 및 무효전력을 제어하기 위한 방법과 장치에서, 하위전류제어기의 이용없이 비동기기의 최대허용전류(16)의 유지는 이중급전형 비동기기의 작동중에 출력 또는 입력될 유효전력(10a)의 최대허용기준값과 출력 또는 입력될 무효전력(10b)의 최대허용기준값이 최대허용전류(16)로부터 비동기기의 모델에 기초하여 계산되거나 좋기로는 비동기기의 제한될 전류의 실제값을 이용하여 보정되어 최대허용전류(16)가 초과되지 않는다. 사전에 결정된 유효 및 무효전력기준값이 계산된 최대허용유효전력 및 무효전력 기준값으로 제한된다.
Figure P1020087023224
비동기기, 전류제한, 유효전력, 무효전력, 최대허용전류.

Description

이중급전형 비동기기용 전류제한방법과 장치 {CURRENT LIMITATION FOR A DOUBLE-FED ASYNCHRONOUS MACHINE}
본 발명은 전류가 제한되어야 하는 이중급전형 비동기기(double-fed asychronous machine)의 출력 또는 입력 유효전력 및 무효전력을 조절하기 위한 방법과 장치에 관한 것이다.
이중급전형 비동기기는 고정자가 일반적으로 일정한 진폭과 주파수의 전압으로 작동되고 예를 들어 전기적인 네트워크에 연결되는 비동기기이다. 이중급전형 비동기기의 회전자는 슬립 링을 통하여 컨버터, 좋기로는 펄스 컨버터에 전기적으로 연결된다. 이와 같이 함으로서 가변 진폭 및 주파수의 전압이 회전자에 인가될 수 있다. 이중급전형 비동기기는 일정한 고정자 전압 또는 네트워크 전압과 가변회전자속도에서 작동될 수 있다. 컨버터가 제어유니트에 의하여 작동될 수 있어 이중급전형 비동기기에 의하여 입출력되는 유효전력 및 무효전력이 조절될 수 있다. 이중급전형 비동기기는 예를 들어 파력발전기 또는 관성질량저장수단에 연결하여 사용되는 고출력 풍력설비에 이용된다.
기기와 컨버터를 열적 과부하로부터 보호하기 위하여 최대허용전류가 초과될 수 없다. 이점에 관하여 최대허용가능한 정적전류와 최대허용가능한 동적전류 사이 에서 특징이 나와야 한다.
최대허용가능한 정적전류는 예를 들어 기기의 슬립주파수, 주위온도 또는 컨버터의 스위칭 주파수와 같은 다양한 요인에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 또한 최대허용가능한 정적전류는 기기와 컨버터의 냉각상태에 따라서 달라질 수도 있다. 별도의 팬을 이용하는 강제공냉방식의 경우 역시 허용가능한 전류는 일반적으로 네트워크 전압에 일치하는 팬전압에 따라서 달라질 수 있다.
영구부하를 갖는 시스템의 경우, 최대허용가능한 정적전류를 충분히 고정시킬 수 있다. 일정하게 변화하는 부하를 갖는 시스템은 이러한 시스템을 최대단기부하에 일치하는 영구부하용으로 설계하지 않도록 하기 위하여 일반적으로 한정된 부하적용을 허용하는 조건을 필요로 한다. 이러한 경우, 허용가능한 영구전류 이상의 전류가 단기간 동안 허용된다. 일반항으로 단순화하는 경우, 전력손실과 이에 따른 시스템의 열적부하는 전류의 제곱에 비례하는 것으로 가정한다. 시스템이 과부하가 되지 않도록 하기 위하여, 전류 제곱의 배수에 대한 평균값이 최대허용가능한 영구전류의 제곱을 초과하지 않아야 한다. 최대허용가능한 동적전류가 이러한 방식으로 정하여진다.
이중급전형 비동기기의 출력 또는 입력 유효전력 및 무효전력을 조절하기 위하여 주로 연속조절구조가 이용된다. 이와 같은 경우, 유효전력과 무효전력을 위한 각각의 조절기가 있다. 전력조절기의 출력은 하위전류조절기를 위한 전류의 기준값을 나타낸다. 전류의 기준값이 실제값과 비교된다. 차신호(difference signal)가 하위전류조절기의 입력을 구성한다. 최대허용가능한 정적전류값 또는 최대허용가능 한 동적전류값에 관계없이 이들 전류를 최대허용가능한 값으로 제한하는 것은 유효전력 및 무효전력 조절기의 출력을 제한하는 구성에 의하여 매우 용이하게 실현될 수 있다. 그러나, 이러한 조절구조는 현저한 결점, 즉, 하위전류조절기를 갖는 연속구조에 의하여, 역학관계에 대하여 억제가 허용되어야 한다는 결점을 갖는다. 역학관계는 정하여진 조절기구조에 의하여 명백히 개선될 수 있으나, 이러한 조절기 구조는 파라메타 보상을 크게 요구한다. 각 설비에 대하여 조심스럽게 매칭되는 조절기 구조가 조절을 위한 역학관계를 개선한다.
상기 언급된 결점에 의하여, 높은 역학적 조건에 관하여 목적은 하위전류조절기를 없애는 것이다.
이를 위하여, 특히 출력 또는 입력의 유효전력 및 무효전력의 기준값을 제한함으로서 전류가 간접적으로 제한될 수 있음을 생각할 수 있다. 이를 위하여, 여러가지 영향을 주는 파라메타에 따라서, 출력 또는 압력 유효 및 무효전력에 대하여 최대허용전류값을 갖는 특성곡선을 확인하고 이용할 수 있을 것이다. 이와 같이 영향을 주는 파라메타는 예를 들어 전압, 주파수 또는 회전속도일 수 있다. 그러나, 다수의 영향을 주는 다른 파라메타가 필연적으로 사전에 계산된 특성곡선이 비교적 크게 불확실한 결과를 가져오도록 할 것이다. 이러한 결과로 많은 작동조건에서의 전류가 실질적으로 설비를 보호하는데 요구된 것보다 더 심하게 제한되어야 할 것이다. 따라서 이러한 보호개념으로 컨버터와 기기는 항상 허용가능한 값을 유지하기 위하여 그 만큼 높은 전력용으로 설계되어야 한다. 그러나, 이러한 방법으로는 허용가능한 값의 영구적인 유지를 생략하는 것이 불가능하다.
따라서 본 발명의 목적은 전력조절의 역학관계가 영향을 받지 않고 설비가 가능한 한 최저전력용으로 설계될 수 있도록 출력 또는 입력 유효 및 무효전력이 조절되는 이중급전형 비동기기의 전류를 신뢰가능하게 제한하는 것에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 청구항 제1항의 특징을 갖는 방법과 청구항 제16항의 특징을 갖는 장치를 제공한다.
본 발명의 유리한 구성은 첨부된 청구범위에서 설명된다.
이러한 목적을 달성하기 위하여, 출력 또는 입력 유효 및 무효전력이 조절되는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법을 제공하는 바, 이중급전형 비동기기의 작동중에 출력 또는 입력될 유효전력의 최대허용기준값과 출력 또는 입력될 무효전력의 최대허용기준값이 최대허용전류로부터 비동기기의 모델에 의하여 계산되어 최대허용기준값이 초과되지 않고 사전에 결정된 유효 및 무효전력기준값이 계산된 최대허용값으로 제한된다.
따라서, 본 발명에 따른 해결방법에 따라, 출력 또는 입력 유효 및 무효전력의 기준값이 제한되고 이와 같이 전류제한이 간접적으로 이루어지므로 하위전류조절기가 더 이상 요구되지 않는다. 특성곡선에 관련하여 상기 언급된 해결방법과는 대조적으로, 출력 또는 입력 유효 및 무효전력의 최대허용기준값은 미리 계산되지 않으나 이중급전형 비동기기의 작동중에, 좋기로는 적당한 피드백을 이용하여 계산된다. 이러한 방식으로 출력 또는 입력 유효 및 무효전력에 대한 최대허용기준값은 각 작업점에 대하여 각각 측정될 수 있다.
본 발명의 우선실시형태에서 유효 및 무효전력에 대한 최대허용기준값의 계산에서 적어도 제한될 전류의 실제값이 보정을 위하여 이용된다.
본 발명의 우선실시형태에 따라서, 유효전력이 우선함을 지정할 때 먼저 출력 또는 입력될 유효전력의 최대허용기준값이 결정되고 출력 또는 입력될 유효전력의 기준값에 따라서 출력 또는 입력될 무효전력의 최대허용기준값이 결정된다. 무효전력이 우선함을 지정할 때 먼저 출력 또는 입력될 무효전력의 최대허용기준값이 결정되고 출력 또는 입력될 무효전력의 최대허용기준값에 따라서 출력 또는 입력될 유효전력의 최대허용기준값이 결정된다.
유효전력의 우선이 지정될 때 유효전력이 우선하여 발생된다. 즉, 무효전력이 먼저 감소된다. 이러한 우선권은 예를 들어 구동열 제동을 위하여 사전에 결정된다. 무효전력의 우선이 지정될 때 무효전력이 우선하여 발생된다. 즉, 전류가 지나치게 높을 때 유효전력이 먼저 감소된다. 예를 들어 무효전력의 우선은 전압유지를 위하여 지정된다.
유효 또는 무효전력의 우선권 지정은 이중급전형 비동기기를 구비한 장치가 관련된 각각의 조건에 적응할 수 있도록 한다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 최대허용피상전력은 최대허용전류로부터 이중급전형 비동기기의 단순화된 모델에 의하여 확인된다.
이중급전형 비동기기와 이에 결합된 컨버터의 열적 보호를 위하여, 전류의 양을 제한하는 것이 필요하다. 이점에 관하여 이러한 전류가 유효전류 또는 무효전류를 포함하는지의 여부는 중요하지 않다. 따라서 최대허용전류는 피상전류이다. 단순화된 모델을 이용하여 최대허용피상전류로부터 최대허용피상전력을 간단히 확인할 수 있다. 특히 이러한 실시형태는 보편적인 실시형태이다. 이는 유효전력의 우선 또는 무효전력의 우선이 지정되는 것에 관계없이, 또는 유효 및 무효전력의 주어진 비율, 즉, 역률이 사전에 결정되는 지의 여부에 관계없이 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서, 유효전력이 우선을 지정할 때 출력 또는 입력되어야 할 유효전력의 최대허용기준값이 최대허용피상전력 및 보정유효전력으로부터 결정되고 출력 또는 입력되어야 할 무효전력의 최대허용기준값이 출력 또는 입력 유효전력의 실제값, 보정유효전력 및 보정무효전력으로부터 결정된다.
최대허용피상전력은 단순화된 모델에 의하여 결정된다. 이러한 이유에서 실제로 최대허용피상전력은 상하 모두가 다를 수 있다. 따라서 유효전력의 우선이 지정될 때 출력 또는 입력되어야 할 유효전력의 최대허용기준값은 최대허용피상전력으로부터 단순히 확인되지 않고 특히 보정유효전력으로 갖는 최대허용피상전력에 작용하는 것이 유리하다. 설비를 최적하게 이용할 수 있도록 하기 위하여 유효전력의 우선을 지정할 때, 출력 또는 입력될 무효전력의 최대허용기준값은 유효 및 무효전력을 위한 보정값에 관련하여 최대허용피상전력이 초과하지 않도록 결정되는 것이 유리하다. 이점에 관하여, 출력 또는 입력 무효전력의 최대허용기준값을 확인하기 위하여, 출력 또는 입력될 유효전력의 실제값이 고려되어야 할 것이다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 무효전력의 우선이 지정될 때 출력 또는 입력될 무효전력의 최대허용기준값이 최대허용피상전력 및 보정무효전력으로부터 결정되고 출력 또는 입력되어야 할 유효전력의 최대허용기준값이 출력 또는 입력 무효전력의 실제값, 보정무효전력 및 보정유효전력으로부터 결정된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 보정유효전력은 출력 또는 입력 유효전력의 실제값과 근사값으로부터 적응기법에 의하여 결정되고, 근사값은 피드백 보정유효전력과 이중급전형 비동기기의 단순화된 모델에 의하여 확인되는 유효전력의 합으로 구성된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 보정무효전력은 출력 또는 입력 무효전력의 실제값과 근사값으로부터 적응기법에 의하여 결정되고, 근사값은 피드백 보정무효전력과 이중급전형 비동기기의 단순화된 모델에 의하여 확인되는 무효전력의 합으로 구성된다.
따라서, 유효 및 무효전력의 보정값을 확인하는 작동은 관측기에 의하여 이루어지는 것이 좋다. 관측기는 근사값이 측정된 시스템 파라메타와 일치되게 하는 적당한 피드백을 갖는 간단한 모델로 구성된다. 이러한 일치는 적응기법에 의하여 이루어진다. 적응기법은 적당한 방식으로 적응작동이 이루어지도록 선택되어야 한다. 적응기법의 간단한 실행은 조절기 또는 필터에 의한 근사값과 실제값의 차이를 평가하는 것이다. 관측기의 시스템 파라메타는 유효 및 무효전력이다. 단순화된 모델은 제한될 전류의 실제값과 전압으로부터 모델유효 및 무효전력을 계산한다. 이에 피드백이 유효전력과 무효전력을 위한 보정값을 가산하여 상기 합이 조절되고 출력 또는 입력될 유효 및 무효전력에 일치하도록 한다.
일반적으로 이중급전형 비동기기는 대칭 3상 네트워크에서 작동되는 것으로 가정된다. 그러나, 실제로 항상 그러한 것은 아니다. 비대칭에 의하여, 정위상 시컨스 시스템을 제외하고 부위상 시컨스 시스템이 전압과 전류에서 작동된다. 출력 또는 입력될 유효 및 무효전력의 조절 또는 전류제한의 실행을 위하여 요구되는 측정된 전류와 전압은 알려진 방법에 의하여 정위상 시컨스 시스템 및 부위상 시컨스 시스템으로 향하는 것이 차단될 수 있다. 이러한 방법은 예를 들어 2004년 Shaker 출판사에서 출판한 H Wrede 의 논문 'Beitrage zur Erhohung von Versorgungssicherheit und Spannungsqulitat in der Ubertragung und Vertreilung elektrischer Energie durch leistungselektronische Betriebsmittel'에서 찾아 볼 수 있다.
전류의 부위상 시컨스 시스템 성분은 부가적인 열적부하의 결과를 보이도록 함으로서 본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 최대허용피상전력이 정위상 시컨스 시스템 파라메타로부터 결정되고 전류의 최대허용 정위상 시컨스 시스템 성분이 전류실제값의 부위상 시컨스 시스템 성분에 의하여 최대허용전류를 감소시킴으로서 결정된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 출력 또는 입력 유효전력의 실제값을 대신하여 출력 또는 입력 정위상 시컨스 시스템 유효전력의 실제값이 사용되고 출력 또는 입력 무효전력의 실제값을 대신하여 출력 또는 입력 정위상 시컨스 시스템 무효전력의 실제값이 사용된다.
스타 포인트(star point)의 접지 없이 시스템을 위한 기초모드성분의 총전력은 4개 승산값의 합, 즉, 전류와 전압의 정위상 시컨스 시스템 성분의 승산값, 전류와 전압의 부위상 시컨스 시스템 성분의 승산값, 전압의 정위상 시컨스 시스템 성분과 전류의 부위상 시컨스 시스템 성분의 승산값과, 전압의 부위상 시컨스 시스템 성분과 전류의 부위상 시컨스 시스템 성분의 승산값의 합으로 구성된다. 특히 정위상 및 부위상 시컨스 시스템 성분의 승산값은 교류의 전력이 발생하므로 전력조절 및 전류제한에 관하여 문제가 야기될 수 있도록 한다. 기초모드주파수가 50 Hz 인 경우 교류의 전력은 100 Hz 의 주파수를 포함한다. 대조적으로 각각 부위상 시컨스 시스템 성분과 정위상 시컨스 시스템 성분으로부터만 얻은 승산값은 정상상태 상황에서 불변값을 제공한다. 정위상 시컨스 시스템 전력은 정위상 및 부위상 시컨스 시스템 성분의 승산값과 부위상 시컨스 시스템 성분의 승산값에 의하여 감소되는 총전력에 의하여 계산된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 정위상 시컨스 시스템 파라메타가 이중급전형 비동기기의 단순화 모델에 의하여 유효전력과 무효전력을 확인하기 위하여 사용된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 이중급전형 비동기기의 회전자 전류가 제한된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 이중급전형 비동기기의 고정자 전류가 제한된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 이중급전형 비동기기의 고정자의 유효 및 무효전력이 조절된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 이중급전형 비동기기가 연결되는 네트워크의 유효 및 무효전력이 조절된다.
더욱이 특정목적을 달성하기 위하여, 이중급전형 비동기기의 출력 또는 입력 유효 및 무효전력을 조절하기 위한 것으로, 이중급전형 비동기기의 전류를 제한하기 위한 수단을 갖는 장치를 제공하는 바, 이중급전형 비동기기의 작동중에 출력 또는 입력되어야 할 유효전력의 최대허용기준값과 출력 또는 입력되어야 할 무효전력의 최대허용기준값이 전류가 초과하지 않도록 최대허용전류로부터 비동기기의 모델의 기초에 의하여 결정됨을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 장치는 예를 들어 측정값과 기준값의 사전설정값을 수신하기 위한 인터페이스를 구비하는 컨버터의 작동을 위한 제어장치와 인터페이스 신호의 평가와 조절의 실행을 위한 하나 이상의 마이크로콘트롤러로 구성될 수 있다.
본 발명의 우선실시형태에 따라서 장치는 우선권을 지정하기 위한 우선권지정수단을 포함하며, 유효전력이 우선함을 지정할 때 먼저 출력 또는 입력될 유효전력의 최대허용기준값이 상기 수단에 의하여 결정되고 출력 또는 입력될 유효전력의 기준값에 따라서 출력 또는 입력될 무효전력의 최대허용기준값이 상기 수단에 의하여 결정되며, 무효전력이 우선함을 지정할 때 먼저 출력 또는 입력될 무효전력의 최대허용기준값이 사이 수단에 의하여 결정되고 출력 또는 입력될 무효전력의 최대허용기준값에 따라서 출력 또는 입력될 유효전력의 최대허용기준값이 상기 수단에 의하여 결정된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 상기 수단은 최대허용전류로부터 이중급전형 비동기기의 단순화 모델을 이용하여 최대허용피상전력을 결정한다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 유효전력이 우선을 지정할 때 출력 또는 입력되어야 할 유효전력의 최대허용기준값이 최대허용피상전력 및 보정유효전력으로부터 상기 수단에 의하여 결정되고 출력 또는 입력되어야 할 무효전력의 최대허용기준값이 출력 또는 입력 유효전력의 실제값, 보정유효전력 및 보정무효전력으로부터 상기 수단에 의하여 결정된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 무효전력의 우선이 지정될 때 출력 또는 입력될 무효전력의 최대허용기준값이 최대허용피상전력 및 보정무효전력으로부터 상기 수단에 의하여 결정되고 출력 또는 입력되어야 할 유효전력의 최대허용기준값이 출력 또는 입력 무효전력의 실제값, 보정무효전력 및 보정유효전력으로부터 상기 수단에 의하여 결정된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 보정유효전력은 출력 또는 입력 유효전력의 실제값과 근사값으로부터 적응유니트에 의하여 결정되고, 근사값은 피드백 보정유효전력과 이중급전형 비동기기의 단순화된 모델을 이용하는 수단에 의하여 계산된 유효전력의 합으로 구성된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 보정무효전력은 출력 또는 입력 무효전력의 실제값과 근사값으로부터 적응유니트에 의하여 결정되고, 근사값은 피드백 보정무효전력과 이중급전형 비동기기의 단순화된 모델을 이용하는 수단에 의하여 계산된 무효전력의 합으로 구성된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 최대허용피상전력은 정위상 시컨스 시스템 파라메타로부터 결정되고 전류의 최대허용 정위상 시컨스 시스템 성분이 전류실제값의 부위상 시컨스 시스템 성분에 의하여 최대허용전류를 감소시기 위한 수단에 의하여 결정된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 상기 수단은 출력 또는 입력 유효전력의 실제값을 대신하여 출력 또는 입력 정위상 시컨스 시스템 유효전력의 실제값을 이용하고 상기 수단은 출력 또는 입력 무효전력의 실제값을 대신하여 출력 또는 입력 정위상 시컨스 시스템 무효전력의 실제값을 이용한다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 유효전력과 무효전력을 계산하기 위한 수단은 이중급전형 비동기기의 단순화된 모델을 이용한다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 이중급전형 비동기기의 회전자 전류가 제한된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 이중급전형 비동기기의 고정자 전류가 제한된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 이중급전형 비동기기의 고정자의 유효 및 무효전력이 조절된다.
본 발명의 다른 우선실시형태에 따라서 이중급전형 비동기기가 연결되는 네트워크의 유효 및 무효전력이 조절된다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 하위전류조절기 없이 이중급전형 비동기기의 출력 또는 입력 유효 및 무효전력을 조절하기 위한 조절구조의 도식도.
도 2는 출력 또는 입력될 유효 및 무효전력의 최대허용기준값을 결정하는 본 발명에 따른 방법을 보인 도식도.
도 3은 보정유효전력을 확인하는 방법을 보인 도식도.
도 4는 보정무효전력을 확인하는 방법을 보인 도식도.
본 발명은 이중급전형 비동기기의 출력 또는 입력 유효 및 무효전력의 조절에 관한 것으로, 비동기기의 전류가 제한된다. 이후부터 본 발명은 네트워크에 입력 또는 출력되는 유효 및 무효전력이 조절되는 이중급전형 비동기기의 회전자 전류를 제한하는 예를 들어 설명된다.
도 1은 관련된 조절기술을 갖는 이중급전형 비동기기를 보인 것이다. 비동기기(5)는 고정자(5a)와 회전자(5b)로 구성된다. 또한 비동기기는 위치전송기(5c)를 갖는다. 또한 이중급전형 비동기기를 작동시키기 위하여 컨버터(6)가 필요하다. 이 경우에 있어서, 컨버터는 네트워크측 컨버터(6a)와 기기측 컨버터(6b)로 구성된다. 네트워크측 및 기기측 컨버터는 dc 전압 중간회로(6c)에 의하여 함께 연결된다. 기기측 컨버터(6b)는 슬립 링에 의하여 비동기기의 회전자(5b)에 연결된다. 비동기기의 고정자(5a)는 전기적인 네트워크(9)와 네트워크측 컨버터(6a)에 연결된다. 위치전송기(5c)는 평가유니트(도시하지 않았음)를 포함한다. 이와 같이 함으로서 회전자 위치와 회전자 회전속도가 조절을 위하여 유효하게 이용될 수 있다. 다른 실시형태에서 회전자 위치와 회전자 회전속도는 기계적인 센서를 이용하지 않고 비동기기의 전기적인 파라메타로부터 결정될 수 있다.
이중급전형 비동기기의 조절시스템은 출력 또는 입력될 유효전력의 기준 값(1a)(이후 줄여서 유효전력기준값이라 함)과 출력 또는 입력될 무효전력의 기준값(1b)(이후 줄여서 무효전력기준값이라 함)을 수신한다. 도 1은 네트워크에 입력 또는 출력되는 유효 및 무효전력의 기준값에 관련된 것이다. 네트워크유효전력(2a)의 실제값과 네트워크무효전력(2b)의 실제값은 전력계산모듈(2)에서 네트워크전류와 네트워크전압의 실제값으로부터 결정된다. 유효전력기준값(1a)과 네거티브 유효전력실제값(2a)이 가산수단(4a)에 보내어지고 기준파라메타차이를 제공한다. 동일한 방식으로 무효전력기준값(1b)과 네거티브 무효전력실제값(2b)이 가산수단(4a)에 보내어지고 기준파라메타차이를 결정한다. 이에 상응하는 기준파라메타차이가 유효전력조절기(3a)와 무효전력조절기(3b)에 보내어진다.
하위전류조절기 없이 전력을 조절하는 중요한 구성부분은 모델기반의 피드백이다. 이는 피드백 유니트(7)에 의하여 계산된다. 피드백 유니트(7)는 고정자 전압, 고정자 전류 및 회전자 전류를 수신하며, 이들의 각 3상 측정변수는 변환유니트(8a-c)에 의하여 2상 좌표계로 변환된다. 2상 좌표계는 권선고정형 및 회전형 좌표계일 수 있다. 피드백의 각 특성에 따라서 이들 변수의 일부만이 요구된다. 아울러 일반적으로 비동기기의 회전속도는 피드백 작동을 위하여 요구된다. 이를 위하여 회전속도가 위치전송기의 평가유니트로부터 피드백 유니트(7)로 전송된다. 전력조절기(3a)(3b)의 출력은 가산수단(4c)에 의하여 피드백 유니트의 출력의 작용을 받는다. 사용된 좌표계의 각 특성에 따라서 전력조절기의 출력은 피드백 유니트(8e)에 의하여 해당 죄표계로 사전에 변형된다. 변형유니트(8d)에 의한 3상 고유좌표로 변환후에 가산수단(4c)의 합은 기기측 컨버터를 위한 설정신호를 형성한다.
도 2는 출력 또는 입력 유효 및 무효전력의 최대허용기준값을 결정하는 본 발명에 따른 방법을 설명하고 있다. 이점에 관하여 유효전력기준값(1a)은 출력 또는 입력 유효전력(10a)의 최대허용기준값으로 제한된다. 또한 도 1에서 보인 바와 같이 제한된 유효전력기준값이 가산수단(4a)에 의하여 유효전력(2a)의 네거티브 실제값에 작용하고 유효전력조절기(3a)에 보내어진다. 동일한 방식으로 무효기준값(1b)이 출력 또는 입력 무효전력(10b)의 최대허용기준값으로 제한되고 가산수단(4b)에 의하여 무효전력의 네거티브 실제값에 작용하며 무효전력조절기(3b)에 공급된다.
유효 및 무효전력의 최대허용기준값은 전류제한유니트(10)에 의하여 확인된다. 전류제한유니트(10)는 유효전력 우선권 또는 무효전력 우선권을 사전에 결정할 수 있다. 우선권에 관계없이 최대허용피상전력 Smax 는 다음 등식(1)에 따라서 전류제한유니트에 의하여 계산된다.
Figure 112008066823816-PCT00001
(1)
이 등식에서 UGen 은 제너레이터 전압(15)의 값이고 IRot , max 는 최대허용회전자전류(16)를 나타낸다. 유효변환율 w21 은 단순화된 모델의 파라메타이다.
유효전력이 우선함을 지정할 때 출력 또는 입력 유효전력(10a)의 최대허용기준값 Pmax 는 등식(2)으로부터 계산되고, 출력 또는 입력 무효전력(10b)의 최대허용기준값 Qmax 는 등식(3)으로부터 계산된다.
Figure 112008066823816-PCT00002
(2)
Figure 112008066823816-PCT00003
(3)
상기 등식에서 P0 는 보정유효전력(11a)이고 Q0 는 보정무효전력(11b)으로 이들은 보정유니트(11)에 의하여 전류제한유니트(10)로 전달된다. 입력 또는 출력 유효전력(2a)의 실제값 Pactual 은 전력계산모듈(2)에 의하여 전류제한유니트(10)로 전달된다. 파라메타 s 는 역시 전류제한유니트에도 유효한 슬립(12)이다.
무효전력우선권을 지정할 때 출력 또는 입력 무효전력(10b)의 최대허용기준값 Qmax 가 등식(4)으로부터 계산되고 출력 또는 입력 유효전력(10a)의 최대허용기준값 Pmax 가 등식(5)로부터 계산된다.
Figure 112008066823816-PCT00004
(4)
Figure 112008066823816-PCT00005
(5)
상기 언급된 파라메타에 부가하여유효전력 실제값과 유사한 출력 또는 입력 무효전력(2b)이 실제값 Qactual 이 전력계산모듈(2)에 의하여 전류제한유니트(10)로 전달된다.
출력 또는 입력 유효전력(2a)의 실제값이 보정유효전력(11a)과 보정무효전력(11b)를 확인하기 위하여 보정유니트(11)로 전달된다. 아울러 슬립(12)과 제너레 이터 전압(13) 및 회전자 전류(14)의 실제값이 보정유니트에 공급된다. 보정유니트의 작동모드가 도 3 및 도 4에 상세히 도시되어 있다.
도 3은 보정유효전력(11a)을 확인하는 방법을 보이고 잇다. 제너레이터 전압(13), 회전자 전류(14) 및 슬립(12)이 계산유니트(17a)에 공급된다. 예시된 실시형태에서 제너레이터 전압과 회전자 전류는 권선고정형 2상 좌표계에서 표시된다. 제너레이터 전압은 성분 UGen ,α 와 UGen ,β 로 설명된다. 회전자 전류는 성분 IRoy ,α 와 IRot,β 로 구성된다. 따라서 유효전력 Pmodel 은 단순화된 모델로부터 계산된다.
Pmodel=(I-s)·w21·(UGen ,α,·IRot ,α + UGen ,β·IRot ,β) (6)
모델유효전력 Pmodel 은 계산유니트(17a)의 출력을 형성한다. 모델유효전력은 가산수단(18a)에 의하여 피드백된 보정유효전력(11a)에 작용하고 입력 또는 출력 유효전력에 대하여 근사값을 제공한다. 근사값과 유효전력 실제값(2a)는 적응유니트(19a)에 공급되고 보정유효전력(11a)이 적응기법에 의하여 결정된다. 적응작동은 가산수단(20a)과 조절기(21a)에 의하여 이루어진다. 가산수단(20a)은 네거티브 근사값과 유효전력 실제값으로부터 조절기를 위한 입력값을 확인한다. 조절기(21a)의 출력값은 보정유효전력(11a)을 형성한다.
도 4는 보정무효전력을 확인하는 방법을 설명한다. 계산유니트(17b)가 제너레이터 전압(13)과 회전자 전류(14)로부터 모델무효전력 Qmodel 를 결정한다. 모델무효전력은 다음의 등식(7)을 따라 권선고정형 2상 좌표계에서 계산된다.
Qmodel=·w21·(-UGen ,α·IRot ,β + UGen ,β·IRot ,α) (7)
모델유효전력은 가산수단(18b)에 의하여 피드백된 보정무효전력에 작용하고 입력 또는 출력 유효전력에 대하여 근사값을 제공한다. 네거티브 근사값과 무효전력 실제값(2b)로부터 가산수단(20b)은 조절기(21b)에 공급된 차이를 확인한다. 가산수단(20b)과 조절기(21b)는 적응유니트(19b)를 형성한다.
이상의 실시형태는 대칭의 3상 네트워크에서 이중급전형 비동기기의 작동에 관련된 상황에서만 신뢰가능하게 작동한다. 그러나 비대칭의 경우를 고려할 수도 있다. 이를 위하여 측정파라메타는 정위상 시컨스 시스템과 부위상 시컨스 시스템으로 나누어진다.
전류제한유니트(10)에 이용되는 최대허용회전자전류(16)는 회전자전류의 최대허용 정위상시컨스 시스템 성분 IRot , max , positive 로 대체된다. 이러한 정위상시컨스 시스템 성분은 최대허용회전자전류 IRot , max 와 회전자전류 실제값의 부위상 시컨스 성분 IRot , negative 로부터 제공된다.
Figure 112008066823816-PCT00006
(8)
입력 또는 출력 유효전력(2a) 및 무효전력(2b)의 실제값은 전류제한유니트(10)와 또한 보정유니트(11)를 위하여 실제값의 정위상 시컨스 시스템 성분에 의하여 대체된다.
제너레이터 전압과 회전자 전류의 정위상 시컨스 시스템 성분은 모델유효전 력 및 무효전력의 계산을 위하여 이용된다.
Pmodel=(I-s)·w21·(UGen ,α, positive·IRot ,α, positive + UGen ,β, positive·IRot ,β, positive) (9)
Qmodel=·w21·(UGen ,α, positive·IRot ,β, positive + UGen ,β, positive·IRot ,α, positive) (10)
본 발명에 따른 방법의 이러한 설명은 보호개념이 전기적인 네트워크의 비대칭성에 관련하여 이용됨을 의미한다.
본 발명의 방법은 또한 이중급전형 비동기기의 고정자 전류를 제한하는데 유사하게 이용될 수 있다. 더욱이, 고정자의 유효전력 및 무효전력이 조절되는 경우에 이용될 수 있다.

Claims (29)

  1. 출력 또는 입력 유효 및 무효전력이 사전에 결정된 유효 및 무효전력기준값에 기초하여 조절되는 이중급전형 비동기기(5)의 전류제한방법에 있어서, 이중급전형 비동기기의 작동중에 출력 또는 입력될 유효전력(10a)의 최대허용기준값과 출력 또는 입력될 무효전력(10b)의 최대허용기준값이 최대허용전류(16)로부터 비동기기의 모델에 기초하여 계산되어 최대허용기준값이 초과되지 않고 사전에 결정된 유효 및 무효전력기준값이 계산된 최대허용유효전력 및 무효전력 기준값으로 제한됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  2. 제1항에 있어서, 유효 및 무효전력에 대한 최대허용기준값의 계산에서 적어도 제한될 전류의 실제값이 보정을 위하여 이용됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유효전력의 우선권을 지정할 때 먼저 출력 또는 입력될 유효전력(10a)의 최대허용기준값이 결정되고 출력 또는 입력될 유효전력의 기준값에 따라서 출력 또는 입력될 무효전력(10b)의 최대허용기준값이 결정되며, 무효전력의 우선권을 지정할 때 먼저 출력 또는 입력될 무효전력(10b)의 최대허용기준값이 결정되고 출력 또는 입력될 무효전력의 최대허용기준값에 따라서 출력 또는 입력될 유효전력(10a)의 최대허용기준값이 결정됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  4. 제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 있어서, 최대허용피상전력은 최대허용전류로부터 이중급전형 비동기기(5)의 단순화된 모델에 의하여 확인됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  5. 제4항에 있어서, 유효전력의 우선권을 지정할 때 출력 또는 입력되어야 할 유효전력(10a)의 최대허용기준값이 최대허용피상전력 및 보정유효전력(11a)으로부터 결정되고 출력 또는 입력되어야 할 무효전력(10b)의 최대허용기준값이 출력 또는 입력 유효전력(2a)의 실제값, 보정유효전력(11a) 및 보정무효전력(11b)으로부터 결정됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  6. 제4항에 있어서, 무효전력의 우선권을 지정할 때 출력 또는 입력될 무효전력(10b)의 최대허용기준값이 최대허용피상전력 및 보정무효전력(11b)으로부터 결정되고 출력 또는 입력되어야 할 유효전력(10a)의 최대허용기준값이 출력 또는 입력 무효전력(2b)의 실제값, 보정무효전력(11b) 및 보정유효전력(11a)으로부터 결정됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 보정유효전력(11a)이 출력 또는 입력 유효전력(2a)의 실제값과 근사값으로부터 적응기법에 의하여 결정되고, 근사값은 피드백 보정유효전력(11a)과 이중급전형 비동기기의 단순화된 모델에 의하여 확인되는 유효전력의 합으로 구성됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 보정무효전력(11b)이 출력 또는 입력 무효전력(2b)의 실제값과 근사값으로부터 적응기법에 의하여 결정되고, 근사값은 피드백 보정무효전력(11b)과 이중급전형 비동기기의 단순화된 모델에 의하여 확인되는 무효전력의 합으로 구성됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  9. 제4항 내지 제8항의 어느 한 항에 있어서, 최대허용피상전력이 정위상 시컨스 시스템 파라메타로부터 결정되고 전류의 최대허용 정위상 시컨스 시스템 성분이 전류실제값의 부위상 시컨스 시스템 성분에 의하여 최대허용전류를 감소시킴으로서 결정됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  10. 제5항 내지 제8항의 어느 한 항에 있어서, 출력 또는 입력 유효전력의 실제값을 대신하여 출력 또는 입력 정위상 시컨스 시스템 유효전력의 실제값이 사용되고 출력 또는 입력 무효전력의 실제값을 대신하여 출력 또는 입력 정위상 시컨스 시스템 무효전력의 실제값이 사용됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서, 정위상 시컨스 시스템 파라메타가 이중급전형 비동기기의 단순화 모델에 의하여 유효전력과 무효전력을 확인하기 위하여 사용됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  12. 제1항 내지 제11항의 어느 한 항에 있어서, 이중급전형 비동기기의 회전자 전류가 제한됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  13. 제1항 내지 제11항의 어느 한 항에 있어서, 이중급전형 비동기기의 고정자 전류가 제한됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  14. 제1항 내지 제13항의 어느 한 항에 있어서, 이중급전형 비동기기의 고정자의 유효 및 무효전력이 조절됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  15. 제1항 내지 제13항의 어느 한 항에 있어서, 이중급전형 비동기기가 연결되는 네트워크의 유효 및 무효전력이 조절됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한방법.
  16. 이중급전형 비동기기(5)의 출력 또는 입력 유효 및 무효전력을 조절하기 위한 것으로, 이중급전형 비동기기의 전류를 제한하기 위한 수단을 갖는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치에 있어서, 이중급전형 비동기기의 작동중에 출력 또는 입력되어야 할 유효전력(10a)의 최대허용기준값과 출력 또는 입력되어야 할 무효전 력(10b)의 최대허용기준값이 최대허용전류(16)가 초과되지 않도록 사전에 결정된 최대허용전류로부터 비동기기의 모델의 기초에 의하여 결정됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  17. 제16항에 있어서, 장치가 우선권을 지정하기 위한 수단을 포함하며, 유효전력의 우선권을 지정할 때 먼저 출력 또는 입력될 유효전력(10a)의 최대허용기준값이 상기 수단에 의하여 결정되고 출력 또는 입력될 유효전력의 기준값에 따라서 출력 또는 입력될 무효전력(10b)의 최대허용기준값이 상기 수단에 의하여 결정되며, 무효전력의 우선권을 지정할 때 먼저 출력 또는 입력될 무효전력(10b)의 최대허용기준값이 사이 수단에 의하여 결정되고 출력 또는 입력될 무효전력의 최대허용기준값에 따라서 출력 또는 입력될 유효전력(10a)의 최대허용기준값이 상기 수단에 의하여 결정됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 수단이 최대허용전류로부터 이중급전형 비동기기의 단순화 모델을 이용하여 최대허용피상전력을 결정함을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  19. 제18항에 있어서, 유효전력의 우선권을 지정할 때 출력 또는 입력되어야 할 유효전력(10a)의 최대허용기준값이 최대허용피상전력 및 보정유효전력(11a)으로부터 상기 수단에 의하여 결정되고 출력 또는 입력되어야 할 무효전력(10b)의 최대허 용기준값이 출력 또는 입력 유효전력(2a)의 실제값, 보정유효전력(11a) 및 보정무효전력(11b)으로부터 상기 수단에 의하여 결정됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  20. 제18항에 있어서, 무효전력의 우선권이 지정될 때 출력 또는 입력될 무효전력(10b)의 최대허용기준값이 최대허용피상전력 및 보정무효전력(11b)으로부터 상기 수단에 의하여 결정되고 출력 또는 입력되어야 할 유효전력(10a)의 최대허용기준값이 출력 또는 입력 무효전력(2b)의 실제값, 보정무효전력(11b) 및 보정유효전력(11a)으로부터 상기 수단에 의하여 결정됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 보정유효전력(11a)이 출력 또는 입력 유효전력(2a)의 실제값과 근사값으로부터 적응유니트에 의하여 결정되고, 근사값은 피드백 보정유효전력(11a)과 이중급전형 비동기기의 단순화된 모델을 이용하는 수단에 의하여 계산된 유효전력의 합으로 구성됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  22. 제19항 또는 제20항에 있어서, 보정무효전력(11b)이 출력 또는 입력 무효전력(2b)의 실제값과 근사값으로부터 적응유니트에 의하여 결정되고, 근사값은 피드백 보정무효전력(11b)과 이중급전형 비동기기의 단순화된 모델을 이용하는 수단에 의하여 계산된 무효전력의 합으로 구성됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  23. 제18항 내지 제22항의 어느 한 항에 있어서, 최대허용피상전력이 정위상 시컨스 시스템 파라메타로부터 결정되고 전류의 최대허용 정위상 시컨스 시스템 성분이 전류실제값의 부위상 시컨스 시스템 성분에 의하여 최대허용전류를 감소시기 위한 수단에 의하여 결정됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  24. 제19항 내지 제22항의 어느 한 항에 있어서, 출력 또는 입력 유효전력의 실제값을 대신하여 상기 수단이 출력 또는 입력 정위상 시컨스 시스템 유효전력의 실제값을 이용하고 상기 수단이 출력 또는 입력 무효전력의 실제값을 대신하여 출력 또는 입력 정위상 시컨스 시스템 무효전력의 실제값을 이용함을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  25. 제21항 또는 제22항에 있어서, 유효전력과 무효전력을 계산하기 위한 수단이 이중급전형 비동기기의 단순화된 모델을 이용함을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  26. 제16항 내지 제25항에 있어서, 이중급전형 비동기기의 회전자 전류가 제한됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  27. 제16항 내지 제25항의 어느 한 항에 있어서, 이중급전형 비동기기의 고정자 전류가 제한됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  28. 제16항 내지 제25항의 어느 한 항에 있어서, 이중급전형 비동기기의 고정자의 유효 및 무효전력이 조절됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
  29. 제16항 내지 제25항의 어느 한 항에 있어서, 이중급전형 비동기기가 연결되는 네트워크의 유효 및 무효전력이 조절됨을 특징으로 하는 이중급전형 비동기기의 전류제한장치.
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