KR20130095633A

KR20130095633A - 정류기 및 인버터 기반 비틀림 모드 완화 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20130095633A
Application number: KR1020127028235A
Authority: KR
Inventors: 사이몬 허버트 슈람; 크리스토프 마틴 실러; 알프레도 세바스찬 아킬레스; 파올라 로톤도
Original assignee: 누보 피그노네 에스피에이
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2013-08-28
Also published as: ITCO20100011A1; AU2016203729A1; JP2013527737A; CN102918764A; BR112012024812A2; WO2011121041A1; IT1399116B1; CA2794819A1; EP2553804A1; AU2011234459A1; CN102918764B; MX2012011414A; US20130106330A1; RU2012141146A

Abstract

전기 기기 및 비전기 기기를 포함하는 구동 트레인을 구동하는 컨버터에 접속된 비틀림 모드 완화 제어기 시스템이 제공된다. 이 제어기 시스템은 컨버터 혹은 구동 트레인의 변수에 관한 측정 데이터를 수신하도록 구성된 입력 인터페이스 및 입력 인터페이스에 연결된 제어기를 포함한다. 이 제어기는, 입력 인터페이스로부터의 측정 데이터에 기초하여, 구동 트레인의 축의 부분을 따라서 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분을 계산하고, 이 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분에 기초하여 상기 구동 트레인의 상기 축에서의 비틀림 오실레이션을 완화시키도록, 컨버터의 정류기 및 인버터의 제어 데이터를 생성하며, 이 제어 데이터를 정류기 및 인버터에 송신해서 컨버터와 전기 기기 사이에서 교환되는 유효 전력을 조절하도록 구성된다.

Description

정류기 및 인버터 기반 비틀림 모드 완화 시스템 및 방법{RECTIFIER AND INVERTER BASED TORSIONAL MODE DAMPING SYSTEM AND METHOD}

본 명세서에 개시되는 청구 대상의 실시예는 전반적으로 방법 및 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 회전 시스템에서 나타나는 비틀림 진동을 흡수하는 메커니즘 및 기법에 관한 것이다.

석유 산업 및 가스 산업에서, 다양한 기기를 다양한 속도로 구동시킬 필요성이 증대했다. 이러한 머신으로는 압축기, 전기 모터, 익스팬더, 가스 터빈, 펌프 등을 들 수 있다. 가변 주파수의 전기 구동은 에너지 효율을 높이고, 기기의 유연성을 증대시킨다. 예컨대, 대형의 가스 압축 트레인(train)를 구동시키는 메커니즘 중 하나가 LCI(load commutated inverter)이다. 가스 압축 트레인은 예컨대, 가스 터빈, 모터 및 압축기를 포함하고 있다. 가스 압축 트레인은 몇 개의 전기 기기 및 터보-머신을 포함할 수 있다. 그러나, 파워 일렉트로닉스 구동형 시스템에 있어서의 문제는 전기 고조파에 의한 전기 기기의 토크에서의 리플 성분의 발생이다. 이 토크의 리플 성분은, 구동 트레인(drive train)의 비틀림 고유 주파수에서, 기계 시스템과 상호 작용을 일으킬 수 있으며, 이는 바람직하지 않다.

비틀림 오실레이션 즉 진동은, 진동 각 운동으로, 이는 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 다양한 매스(mass)들이 부착되어 있는 축에서 나타날 수 있다. 도 1은 가스 터빈(12), 모터(14), 제 1 압축기(16) 및 제 2 압축기(18)를 포함한 시스템(10)을 나타내고 있다. 이들 머신의 축(20)은 서로 접속되어 있거나, 혹은 하나의 축(20)을 이들 머신이 공유하고 있다. 축을 따라 임펠러 및 다른 매스가 분포되어 있기 때문에, 축(20)의 회전에는, 속도가 서로 다른 매스(예컨대 임펠러)가 축에 부착되어 회전함으로써 발생하는 비틀림 오실레이션이 영향을 미칠 수 있다.

상술한 바와 같이, 비틀림 진동은 전형적으로 전기 모터를 구동하는 파워 일렉트로닉스에 의해 유도된다. 예컨대, 도 1은 LCI(24)에 전력을 공급해서, 모터(14)의 축(20)을 구동하는, 전력 그리드 소스(전력원)(22)을 나타내고 있다. 전력 그리드는 별도의 발전기가 될 수 있다. 도 2(이는 본 발명과 동일한 양수인에게 양도된 미국 특허 제 7,173,399호의 도 1에 대응하고, 이 미국 특허의 전체 내용은 여기에 참조로서 포함된다)에 도시된 바와 같이, 비틀림 진동을 완화(최소화)하기 위해서, LCI(24)의 인버터(28)에 인버터 제어기(26)가 마련될 수 있고, 이는 인버터 지연 각 변화(Δβ)를 도입해서 인버터(28)로부터 모터(14)로 전달되는 유효 전력의 양을 조절하도록 구성될 수 있다. 다른 방안으로, 정류기(32)에 정류기 제어기(30)가 마련될 수 있고, 이는 정류기 지연 각 변화(Δα)를 도입해서, 발전기(22)로부터 DC-링크(44)로, 그리고 모터(14)로 전달되는 유효 전력의 양을 조절하도록 구성될 수 있다. 발전기(22)로부터 모터(14)로 전달되는 유효 전력의 양을 조절함으로써, 모터(14) 및 가스 터빈(12)을 포함한 시스템에서 나타나는 비틀림 진동을 완화시킬 수 있다. 이 때, 모터(14) 및 가스 터빈(12)의 축은 서로 접속되어 있는 반면, 발전기(22)의 축은 모터(14) 혹은 가스 터빈(12) 어디에도 접속되지 않는다는 점에 주목한다.

2개의 제어기(26, 30)는 입력으로서 각각 센서(36, 38)로부터의 신호를 받고, 이들 신호는 모터(14) 및/또는 발전기(22)가 경험하게 되는 토크를 나타내고 있다. 환언하면, 인버터 제어기(26)는 센서(36)가 감지한 토크값을 처리해서 인버터 지연 각 변화(Δβ)를 생성하고 있는 반면, 정류기 제어기(30)는 센서(38)가 감지한 토크값을 처리해서 정류기 지연 각 변화(Δα)를 생성한다. 인버터 제어기(26) 및 정류기 제어기(30)는 서로 독립되어 있으며, 시스템에 따라서는, 이들 제어기가 모두 구현될 수도 있고 어느 하나만 구현될 수도 있다. 도 2는 센서(36)가 모터(14)의 축의 부분(섹션)(40)을 모니터하고, 센서(38)가 발전기(22)의 축(42)을 모니터하는 것을 나타내고 있다. 도 2에는 정류기(32)와 인버터(28) 사이의 DC 링크(44)도 도시되어 있다.

그러나, 정류기 지연 각 변화(Δα) 혹은 인버터 지연 각 변화(Δβ)를 개별적으로 측정하는 것이 항상 실용적인 것은 아니며, 정확하지도 않다. 따라서, 다른 방식을 이용해서 진동형 오실레이션을 완화시키는 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직할 것이다.

예시적인 실시예에 따라서, 전기 기기 및 비전기 기기를 포함하는 구동 트레인(drive train)을 구동하는 컨버터에 접속된, 비틀림 모드 완화 제어기 시스템이 제공된다. 제어기 시스템은, 컨버터 혹은 구동 트레인의 변수에 관한 측정 데이터를 수신하도록 구성된 입력 인터페이스 및 이 입력 인터페이스에 접속된 제어기를 포함한다. 이 제어기는 입력 인터페이스로부터의 측정 데이터에 기초하여, 구동 트레인의 축의 부분을 따라서 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분을 계산하고, 이 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분에 기초하여 구동 트레인의 축에서의 비틀림 오실레이션을 완화시키기 위한 컨버터의 정류기 및 인버터의 제어 데이터를 생성하며, 이 제어 데이터를 정류기 및 인버터에 송신해서 컨버터와 전기 기기 사이에서 교환되는 유효 전력을 조절한다.

다른 예시적인 실시예에 따라서, 구동 트레인의 부분인 전기 기기를 구동하는 시스템이 제공된다. 이 시스템은 전원으로부터 교류 전류를 받고, 이 교류 전류를 직류 전류로 변환하도록 구성된 정류기와, 정류기에 접속되며 직류 전류를 전송하도록 구성된 직류 전류 링크와, 직류 전류 링크에 접속되고 받은 직류 전류를 교류 전류로 변경하도록 구성된 인버터와, 컨버터 혹은 구동 트레인의 변수에 관한 측정 데이터를 수신하도록 구성된 입력 인터페이스와, 입력 인터페이스에 접속된 제어기를 포함한다. 이 제어기는 입력 인터페이스로부터의 측정 데이터에 기초하여, 구동 트레인의 축의 부분을 따라서 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분을 계산하고, 이 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분에 기초하여, 기계 시스템의 축에서의 비틀림 오실레이션을 완화시키도록, 정류기와 인버터의 제어 데이터를 생성하며, 제어 데이터를 정류기 및 인버터에 송신해서 컨버터와 전기 기기 사이에서 교환되는 유효 전력을 조절하도록 구성된다.

또 다른 예시적인 실시예에 따라서, 전기 기기를 포함한 구동 트레인의 비틀림 오실레이션을 완화시키는 방법에 제공된다. 이 방법은, (i) 전기 기기를 구동하는 컨버터 혹은 (ⅱ) 구동 트레인 혹은 (ⅲ) 컨버터와 구동 트레인 모두의 변수에 관한 측정 데이터를 수신하는 단계와, 측정 데이터에 기초하여 구동 트레인의 축의 부분을 따라서 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분을 계산하는 단계와, 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분에 기초하여 구동 트레인의 축에서의 비틀림 오실레이션을 완화시키도록 컨버터의 정류기와 인버터의 제어 데이터를 생성하는 단계와, 이 제어 데이터를 정류기 및 인버터에 송신해서 컨버터와 전기 기기 사이에서 교환되는 유효 전력을 조절하는 단계를 포함한다.

또 다른 예시적인 실시예에 따라서, 컴퓨터 실행 가능 인스트럭션을 포함한 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공되며, 이 인스트럭션은 실행시에, 비틀림 진동을 완화시키는 방법을 실시한다. 컴퓨터 인스트럭션은 상술한 방법에 개시한 단계들을 포함한다.

상세한 설명의 부분로서 그 안에 포함되는 첨부된 도면은, 하나 이상의 실시예를 나타내고 있으며, 상세한 설명과 함께 이들 실시예를 설명한다.
도 1은 전기 기기 및 2개의 압축기에 접속된 종래의 가스 터빈을 나타내는 개략도,
도 2는 정류기 제어기 및 인버터 제어기를 포함한 구동 트레인의 개략도,
도 3은 예시적인 실시예에 따른 제어기에 의해 제어되는 가스 터빈, 모터 및 부하의 개략도,
도 4는 예시적인 실시예에 따른 컨버터 및 관련 로직의 개략도,
도 5는 예시적인 실시예에 따른 컨버터 및 관련 로직의 개략도,
도 6은 완화 제어가 작용하지 않는 경우의, 축의 토크를 나타내는 그래프,
도 7은 예시적인 실시예에 따른 완화 제어가 작용하는 경우의 축의 토크를 나타내는 그래프,
도 8은 예시적인 실시예에 따른 컨버터 및 관련 로직의 개략도,
도 9는 예시적인 실시예에 따른, 컨버터를 제어하여 비틀림 진동을 완화시키도록 구성된 제어기의 개략도,
도 10은 예시적인 실시예에 따른, 정류기에 조절을 제공하는 제어기의 개략도,
도 11은 예시적인 실시예에 따른, 정류기를 제어해서 비틀림 진동을 완화시키는 방법의 흐름도,
도 12는 예시적인 실시예에 따른, 정류기 및 인버터에 조절을 제공하는 제어기의 개략도,
도 13은 예시적인 실시예에 따른, 컨버터의 인버터, 정류기 및 DC 링크에 걸리는 전압을 나타내는 개략도,
도 14는 예시적인 실시예에 따른, 알파각 및 베타 각 조절의 비틀림 효과를 나타내는 그래프,
도 15는 예시적인 실시예에 따른, 인버터 및 정류기를 제어해서 비틀림 진동을 완화시키는 방법의 흐름도,
도 16은 예시적인 실시예에 따른, 비틀림 오실레이션을 완화시키기 위한, 전압원 인버터 및 관련 제어기의 개략도,
도 17은 다중 매스 시스템의 개략도이다.

이하의 예시적인 실시예의 설명에서는 첨부된 도면을 참조한다. 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 혹은 유사한 구성 요소를 나타낸다. 이하의 상세한 설명은 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 범주는 첨부된 청구 범위에 의해서 정의된다. 이하 실시예는, 간략하게 하기 위해, LCI(load commutated inverter)에 의해 구동되는 전기 모터의 용어 및 구조와 관련해서 설명된다. 그러나, 이하 설명되는 실시예가 이 시스템으로 한정되는 것은 아니며, 다른 장치 예컨대 VSI(a voltage source inverter)로 구동되는 다른 시스템에 적용될 수 있다(적절하게 조정하여).

명세서 전반에 걸쳐서 '일 실시예'를 참조한다는 것은, 일 실시예와 관련해서 설명된 특정한 특성, 구조 혹은 특징이, 개시된 청구 대상의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 상세한 설명 전반에 걸쳐서 사용되는 '일 실시예'라는 표현이, 반드시 동일 실시예를 가리키는 것은 아니다. 또한, 각각의 특징, 구조 혹은 특성은 하나 이상의 실시예에서는 적절한 방식으로 조합될 수 있다.

예시적인 실시예에 따라서, 비틀림 모드 완화 제어기는, 전기 기기(모터 혹은 발전기 등)의 축 및/또는 전기 기기에 기계적으로 접속된 터보-기기의 축에 관한 전기적인 측정값 및/또는 기계적인 측정값을 획득하고, 이 전기적인 측정값 및/또는 기계적인 측정값에 기초하여, 구동 트레인의 축의 소망의 위치에서의 다이나믹 토크 성분 및/또는 토크 진동을 산출하도록 구성될 수 있다. 다이나믹 토크 성분은 축의 토크, 비틀림 위치, 비틀림 속도 혹은 비틀림 가속도가 될 수 있다. 제어기는, 하나 이상의 다이나믹 토크 성분에 기초하여, 정류기의 하나 이상의 파라미터를 조정/수정해서, 토크 오실레이션을 완화시킬 소망의 토크를 적용하도록 전기 기기를 구동할 수 있다. 이하 설명되는 바와 같이, 정류기 제어에 기초하여 완화를 결정하기 위한, 제어기의 다양한 데이터 소스가 존재한다.

도 3에 도시된 예시적인 실시예에 따라서, 시스템(50)은 가스 터빈(52), 모터(54) 및 부하(56)를 포함한다. 가스 터빈 및/또는 복수의 압축기 혹은 부하(56)로서 다른 터보-머신을 포함한 다른 구성이 가능하다. 또 다른 구성은 하나 이상의 익스펜더, 하나 이상의 발전기 혹은, 예컨대, 풍력 발전용 터빈, 기어 박스와 같은 회전부를 가진 다른 머신을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 시스템은 예시적인 것으로, 신규한 특성을 더 잘 이해할 수 있도록 간략화되어 있다. 그러나, 당업자라면, 더 많은 혹은 더 적은 구성 요소를 가진 다른 시스템이 여기 설명되는 신규한 특성을 포함하도록 채택될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.

다양한 매스(기기의 회전자 및 임펠러와 관련된)를 축(58)에 접속시키면, 시스템에는 잠재적으로 비틀림 진동이 발생할 수 있다. 이 잠재적 비틀림 진동은 축(58)을 비틀어서, 상당한 수명 감소를 일으킬 수 있고, 나아가서는 축 시스템을 파손시킬 수도 있다(이는, 축뿐만 아니라, 상황에 따라서는 연결부 및 기어 박스에서도 일어날 수 있다). 예시적인 실시예에서는 비틀림 진동을 감소시킬 메커니즘을 제공한다.

모터(54)를 가동시키기 위해서, 섬형의(island like) 전력 시스템인 경우, 전력 그리드 혹은 국부 발전기(60)로부터 전력이 공급된다. 모터(54)를 다양한 속도로 구동하기 위해서, 그리드(60)와 모터(54) 사이에 LCI(62)가 마련된다. 도 4에 도시된 바와 같이, LCI(62)는 DC 링크(68)에 접속된 정류기(66)를 포함하고, 이 DC 링크(68)는 인버터(70)에 접속되어 있다. 정류기(66), DC 링크(68) 및 인버터(70)는 공지된 것으로, 여기서는 그 상세한 구조는 더 이상 설명하지 않는다. 상술한 바와 같이, 신규한 특성이 적절한 변경을 거쳐서 VSI 시스템에 적용될 수 있다. 단지 설명을 위해서, 예시적인 VSI가 도시되어 있으며, 도 16을 참조로 간략하게 설명한다. 도 4는 그리드(60)로부터 받는 전류 및 전압이 각각 3상 전류 및 전압이라는 것을 나타내고 있다. 이는 정류기, 인버터 및 모터의 전류 및 전압에서도 마찬가지이고, 이러한 점은 도 4에 기호 '/3'으로 표시되어 있다. 그러나, 예시적인 실시예의 신규 특성은, 3상 이상의 시스템, 예컨대 6상 시스템 및 12상 시스템으로 동작하도록 구성된 시스템에도 적용될 수 있다.

LCI(62)는 또한 전류 센서 및 전압 센서를 포함하며, 이는 도 4에 원문자 A 및 원문자 V로 표시되어 있다. 예컨대, DC 링크(68) 내에 전류 센서(72)가 마련되어서, 전류 i_DC를 측정한다. 이와 달리 DC 링크 내의 전류는 AC 측에서 예컨대 전류 센서(84, 74)에서 수행되는 측정에 기초하여 계산되며, 이들 센서는 DC 센서보다 가격이 저렴하다. 다른 예는, 인버터(70)가 모터(54)에 제공하는 전류 i_abc를 측정하는 전류 센서(74) 및 인버터(70)가 모터(54)에 제공하는 전압 v_abc을 측정하는 전압 센선(76)이다. 이들 전류 및 전압은 제어기(78)로의 입력으로서 제공될 수 있다는 점에 주의한다. 여기서 용어 '제어기'는, 지정된 제어 기능을 수행하는, 임의의 적절한 디지털, 아닐로그, 혹은 이들의 조합의 회로, 혹은 처리 유닛을 포함하여 사용된다. 도 3으로 돌아가면, 제어기(78)는 LCI(62)의 부분이 될 수도 있고, LCI(62)와 신호를 주고받는 독립형 제어기가 될 수도 있다. 제어기(78)는 비틀림 모드 완화 제어기가 될 수 있다.

도 4는, 도 3에 도시된 가스 터빈(52), 모터(54) 및 부하(56) 중 하나 이상에 관한 기계적인 측정값을 LCI 제어기(80)가 받을 수 있다는 것을 나타내고 있다. 이는 제어기(78)의 경우에도 성립된다. 환언하면, 제어기(78)는 도 3에 도시된 시스템(50)의 구성 요소 중 어느 하나로부터 측정 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 도 4는 측정 데이터 소스(79)를 나타내고 있다. 이 데이터 소스는 시스템(50)의 구성 요소 중 어느 하나로부터의 기계적인 측정값 및/또는 전기적인 측정값을 제공할 수 있다. 특정 실시예로는 데이터 소스(79)가 가스 터빈(52)에 관한 것인 경우가 있으며, 이는 이해를 더 돕기 위한 것으로, 예시적인 실시예를 한정하는 것이 아니다. 다. 가스 터빈(52)의 비틀림 위치, 속도, 가속도 혹은 토크는 기존 센서에 의해 측정될 수 있다. 이 데이터는 도 4에 도시된 바와 같이 제어기(78)에 제공될 수 있다. 다른 예는 컨버터(62) 혹은 모터(54)에서 획득한 전기적인 측정값이다. 데이터 소스(79)는 이들 측정값을 필요에 따라서 제어기(78) 혹은 제어기(80)에 제공할 수 있다.

제어기(80)는 다양한 기준값(82) 및 센서(84)로부터 받은 전류 i_dx에 기초하여, 정류기(66)를 제어하기 위한 정류기 지연각 α을 생성할 수 있다. 정류기 지연각 α과 관련해서, LCI가 그리드(60)로부터 모터(54)로 혹은 그 반대로 유효 전력을 전달하도록 설계된다는 점에 주의한다. 이러한 전달을 최적의 역률로 수행하기 위해서는, 정류기 지연각 α 및 인버터 지연각 β이 필요하다. 정류기 지연각 α은 예컨대 정현파 조절을 기준값에 적용함으로써 조절될 수 있다. 이 조절은 일정 시간 동안 적용될 수 있다. 일 응용예에서, 이 조절은 계속해서 적용되지만, 조절의 진폭을 달라진다. 예컨대, 예컨대, 축에 비틀림 진동이 없는 경우라면, 조절의 진폭이 제로가 될 수 있고, 즉 어떤 조절도 없고 기준값만 있게 된다. 다른 예에서, 조절의 진폭은 검출된 축의 비틀림 진동에 비례할 수 있다.

인버터(70)의 인버터 지연각 β을 작성하기 위해서 다른 제어기(86)가 사용될 수도 있다. 인버터 지연각 β을 조절함으로써, 인버터 DC 전압을 조절해서 DC 링크 전류를 조절하고, 그 결과 부하 입력 전력의 유효 전력 오실레이션을 유발한다. 환언하면, 비틀림 모드 완화를 수행하도록 인버터 지연각을 조절하는 것 만으로, 완화 전력은 주로 DC 링크(68)에 저장된 자기 에너지로부터 들어오게 된다. 인버터 지연각을 조절하면, 회전 축이 가속되고 있는지 감속되고 있는지에 따라, 회전 에너지가 자기 에너지로, 혹은 그 반대로 변환된다.

또한, 도 4에는, 제어기(80, 86)로부터 수신한 정보에 기초하여 정류기와 인버터를 직접 제어하는, 정류기(66)용 게이트 제어 유닛(88) 및 인버터(70)용 게이트 제어 유닛(90)이 도시되어 있다. 광센서(92)는 모터(54)의 축 바로 부근에 위치되어서 다이나믹 토크 성분 예컨대, 축에 나타나는 토크 혹은 축의 비틀림 속도 혹은 축의 비틀림 가속도 혹은 축의 비틀림 위치를 검출할 수 있다. 다른 유사한 센서(92)가 모터(54)와 가스 터빈(52) 사이에 혹은 가스 터빈(52)에 위치될 수 있다. (센서(92)에 의해) 측정된 다이나믹 토크 성분에 관한 정보 u_x는 제어기(78, 80, 86)로 제공될 수 있다. 도 4에는 또한, 제어기(78)로부터의 신호를 제어기(80, 86)가 생성한 신호에 합산하는 합산 블록(94, 96)이 도시되어 있다.

도 5에 도시된 예시적인 실시예에 따라서, 비틀림 모드 완화 제어기(78)는 LCI(62) 혹은 인버터(70)의 출력단(91)에서 측정된 전류 i_abc 및 전압 v_abc을 받을 수 있다. 이들 값에 기초하여(모터 축의 측정된 토크나 속도나 가속도에 관한 정보가 아님), 모터의 에어갭 토크가 계산되어서, 시스템의 기계적 모델로 공급된다. 시스템의 기계적 모델은, 기계 시스템의 다이나믹 동작을 나타내며, 전기적인 파라미터를 시스템의 기계적인 파라미터에 연계시키는 몇 가지 차동 방정식으로 표현될 수 있다. 모델 표현으로는 예컨대, 산출된 관성, 완화도 및 강성값(이는 현장 측정에 의해 입증될 수 있다)을 들 수 있으며, 이로써 축의 다이나믹 동작, 예컨대 비틀림 오실레이션을 계산할 수 있다. 비틀림 모드 완화와 관련된 것은 주로 다이나믹 토크 성분의 위상의 정확성으로, 진폭 정보나 절대 토크값은 중요하지 않기 때문에, 비틀림 모드 완화에 요구되는 정확성을 달성할 수 있다.

이에 대해서, 전기 기기의 에어갭 토크가 구동 트레인의 전기 시스템과 기계 시스템 사이의 링크라는 점에 주의한다. 전기 시스템의 모든 고조파 및 상호-고조파는 에어갭 토크에서도 볼 수 있다. 상호-고조파는 기계 시스템의 고유 주파수에서 비틀림 오실레이션을 여기시킬 수 있으며, 이는 잠재적으로 기계 시스템의 다이나믹 토크값이 축의 정격(rating)를 벗어나게 할 수 있다. 현재의 비틀림 모드 완화 시스템은 이러한 비틀림 오실레이션에는 대응할 수 있지만, 모터의 다이나믹 토크를 나타내는 신호를 필요로 하고, 이 신호는 모터의 축 혹은, 모터의 축을 따라 장착된 톱니바퀴와 같은, 모터의 축 구성 요소를 고효율로 모니터하는 센서로부터 얻어진다. 예시적인 실시예에 따라서, 다이나믹 토크 성분이 전기적인 측정값에 기초하여 산출되기 때문에 이러한 신호를 필요하지 않다. 그러나, 이하 설명하는 바와 같이, 부분 예시적인 실시예에서는, 기계적인 축에 따른 다이나믹 토크 성분을 측정하는데, 시스템의 다른 구성 요소, 예컨대 가스 터빈에서 입수 가능한 기계적인 측정값이 이용될 수도 있다.

환언하면, 예시적인 실시예에서의 장점은, 기계 시스템에서 비틀림 오실레이션을 검지할 필요없이 비틀림 모드 완화를 적용한다는 점이다. 따라서, 전기 시스템 혹은 기계 시스템에 추가 센서를 장착하지 않고도, 비교적 가격이 저렴한 기존의 전압 및/또는 전류 및/또는 속도 센서를 그대로 이용해서, 비틀림 모드 완화를 적용할 수 있다. 이와 관련해서, 토크를 측정하는 기계적인 센서는 고전력 애플리케이션의 경우 상당히 고가이고, 경우에 따라서는 이들 센서를 현재의 시스템에 추가할 수 없다는 점에 주목한다. 따라서, 현재의 비틀림 모드 완화 시스템에서, 토크를 나타내는 시스템의 기계적인 파라미터를 나타내는 신호를 측정하는 센서가 필요한 경우에는, 기존의 비틀림 모드 완화 솔루션은 구현될 수 없다. 이와 달리, 도 5의 예시적인 시스템의 방식은 신뢰할 수 있고, 저렴하며, 현재의 시스템에 장착될 수 있다.

도 5에서 전류 및 전압을 수신할 때, 제어기(78)는 정류기 지연각 α 및/또는 인버터 지연각 β을 제어하기 위해서 적절한 신호(Δα와 Δβ 중 하나 이상을 조절)를 생성할 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 실시예에 따르면, 제어기(78)는 측정된 전기적인 정보를 인버터(70)의 출력단(91)으로부터 수신하고, 예컨대 미국 특허 제 7,173,399 호에 개시된 완화 원리에 기초하여 다양한 지연각을 측정/계산한다. 일 응용예에서는, 지연각은 인버터 및/또는 컨버터의 동작에 영향을 미치지 않도록, 예컨대 2 내지 3도의 좁고 한정된 범위로 한정될 수 있다. 일 응용예에서 지연각은 사이리스터의 과부하-연소에 의한 전류 실패(commutation failure)를 방지하도록 한쪽 방향(양 방향 혹은 음 방향)만으로 한정될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이 예시적인 실시예는, 다양한 각도의 보정이 모터(54)에 접속된 기계적인 구동 트레인의 측정 신호(피드백)에 기초하여 조절/확인되지 않으므로, 오픈 루프이다. 또한, 시뮬레이션 수행 결과, 제어기(78)의 가동시에는, 비틀림 진동이 감소되었다. 도 6은 제어기(78) 비가동시의, 모터(54) 축의 토크의 오실레이션(100)을 시간에 대해서 나타내고 있고, 도 7은 제어기(78)가 가동해서 예컨대 시간 40s에서 알파 조절을 생성하고, 기계적인 구동 트레인은 t=40초의 기준 속도를 가로질러서 다양한 속도로 동작하고 있을 때, 도 6과 같은 오실레이션이 감소/완화되고 있다는 것을 나타내고 있다. 도 6 및 도 7 모두에서, y축은 시뮬레이션된 토크이고, x축은 시간이다.

도 8에 도시된 다른 예시적인 실시예에 따라서, 제어기(78)는 DC 링크(68)로부터 획득한 전기적인 양에 기초하여 지연각 변화(조절)(Δα 및/또는 Δβ) 중 하나 이상을 계산하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 전류 i_DC는 DC 링크(68)의 인덕터(104)에서 측정될 수 있고, 이 값은 제어기(78)에 제공될 수 있다. 일 응용예에서, 제어기(78)에 공급하는 것은 하나의 전류 측정값만이 사용된다. 측정한 전류값 및 시스템의 기계적인 모델에 기초하여, 제어기(78)는 상술한 지연각 변화를 생성할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 따라서, 정류기(66) 또는 인버터(70)에서 수행되는 전류 및/또는 전압 측정에 기초하여 직류 전류 I_DC가 산출될 수 있다.

도 5 및 도 8과 관련해서 설명된 실시예 중 하나에서 제어기(78)에 의해 계산되는 지연각 변화는, 폐루프 구성인 경우에는 수정될 수 있다. 폐루프 구성은 도 8에 점선(110)으로 도시되어 있다. 폐루프는, 모터(54)의 각 위치, 속도, 가속도 혹은 토크가 적절한 센서(112)에 의해 측정될 수 있고, 이 값이 제어기(78)에 제공될 수 있다는 것을 나타낸다. 이는 센서(112)가 가스 터빈 혹은 도 3에 도시된 축(58)의 다른 위치에 마련된 경우에도 성립한다.

제어기(78)의 구조를 도 9를 참조하여 설명한다. 예시적인 실시예에 따라서, 제어기(78)는 프로세서, 아날로그 회로, 재구성가능 FPGA 카드 등(122) 중 하나에 접속된 입력 인터페이스(120)를 포함할 수 있다. 구성 요소(122)는 LCI(62)로부터 전기적인 파라미터를 수신해서, 지연 각 변화를 계산하도록 구성된다. 구성 요소(122)는 기계적인 모델(128)을 저장하고(이에 대해서는 도 17과 함께 더 상세하게 설명함), 입력 인터페이스(120)로 수신한 전기적인 측정값 및/또는 기계적인 측정값을 기계적인 모델(128)에 입력해서 모터(54)의 하나 이상의 다이나믹 토크 성분을 계산하도록 구성될 수 있다. 이 하나 이상의 다이나믹 토크 성분에 기초하여, 완환 제어 유닛(130)에서 완화 제어 신호가 생성되며, 그 출력 신호는 합산 블록 및 게이트 제어 유닛으로 전송된다. 다른 예시적인 실시예에 따라서, 제어기(78)는 아날로그 회로, 재구성가능 FPGA 카드 혹은 지연 각 변화를 측정할 수 있는 다른 전용 회로가 될 수 있다.

일 예시적인 실시예에서, 제어기(78)는 전기적인 측정값을 다양한 전류 및 전압 센서로부터 연속해서 수신하고, 이 전기적인 측정값에 기초하여 계산된 다이나믹 토크 성분에 기초하여 비틀림 완화 신호를 연속해서 계산한다. 이 예시적인 실시예에 따라서, 제어기는 축에 비틀림 진동이 존재하는지 여부는 판정하지 않고, 계산된 다이나믹 토크 값에 기초하여 비틀림 완화 신호를 연속적으로 계산한다. 그러나, 비틀림 진동이 없는 경우, 제어기에 의해서 생성되어서 인버터 및/또는 정류기로 전송된 비틀림 완화 신호는 인버터 및/또는 정류기에 영향을 미치지 않고, 즉, 완화 신호에 의해 제공되는 각 변화는 무시할 수 있으며, 즉 제로가 된다. 따라서, 예시적인 실시예에 따라서, 비틀림 진동이 있을 때에만 이 신호는 인버터 및/또는 정류기에 영향을 미친다.

예시적인 실시예에 따라서, 가스 터빈 축에서의 직접적인 토크 혹은 속도 측정값(혹은 축의 산출된 속도 혹은 토크 정보)을 통해서, 제어기는 반대 위상인 LCI의 에너지 전달을 비틀림 오실레이션의 비틀림 속도로 조절할 수 있다. 발전기와 LCI 드라이브 사이에서 교환되는 완화 전력은 전자적으로 조정될 수 있고, 축 시스템의 고유 주파수에 대응하는 주파수를 가질 수 있다. 이 완화 방법은 Q 팩터가 높은 기계 시스템에서, 즉, 높은 비틀림 강도를 가진 강철로 제조된 로보트 축 시스템에서 효과적이다. 아울러, 오실레이팅 전기 토크를 모터의 축에 인가하고, 기계 시스템의 공진 주파수에 대응하는 주파수를 갖는 이 방법은, 완화 전력을 거의 이용하지 않는다.

따라서, 상술한 제어기는, LCI 기술에 기초하여 구동 시스템에 일체화될 수 있으며, 구동 시스템에 부하를 가하지 않는다. 이 때문에, 신규한 제어기를 새로운 혹은 기존의 전력 시스템에 구현하는 것이 용이하며, 경제적으로도 상당한 이점을 제공한다. 제어기는 기존의 전력 시스템을, 예컨대 섬형 네트워크 내의 LCI 드라이브 중 하나의 제어기 시스템까지도, 변경하지 않고도 구현될 수 있다.

LCI 동작 속도 및 토크가 넓은 범위에서 변화하는 경우, 비틀림 모드 완화의 효율은 그리드측의 컨버터 전류 제어 성능에 따라 달라질 수 있다. 비틀림 모드 완화 동작을 통해서, 비틀림 고유 주파수에서의 추가 DC 링크 전류 리플을 감소시킨다. 그 결과, 이 주파수에서는 2개의 전력 성분, 즉 인버터 점호각(firing angle) 제어에 기인한 의도적인 성분과, 추가적인 전류 리플에 기인한 추가 성분이 존재한다. 이 추가 전력 성분의 위상 및 진폭은, 시스템 파라미터, 전류 제어 설정 및 동작 포인트의 함수이다. 이들 성분은, 전류 제어에 따라 달라지는 전력 성분과, 각 조절에 따라 달라지는 성분으로 나누어진다.

예시적인 실시예에 따라서, 서로 다른 2개의 전력 조절 방식이 제어기에 의해 구현될 수 있다. 첫번째 방식은 그리드측의 전류 기준을 직접 이용하는 것으로(이는 고속 전류 제어 구현을 필요로 한다), 예컨대 완화 성분으로 α-조절하는 것이다. 두번째 방식은 그리드측의 각과 머신측의 각을 조절해서, dc-링크 전류를 일정하게 하는 것으로 예컨대, 완화 주파수 성분으로 α-β-조절하는 것이다. 그리드측의 전류 제어는 이 완화 제어의 부분로, 따라서, 전류 제어는 각 조절의 효과를 없애지 않는다. 이 방식이, 완화 효과는 더 높고, 전류 제어 설정에 의존하지 않는다.

도 10에 도시된 예시적인 실시예에 있어서, 시스템(50)은 도 3 및 4에 도시된 시스템과 유사한 구성 요소를 포함한다. 제어기(78)는, 시스템(50)의 모터(54) 혹은 부하(56) 혹은 가스 터빈(도시 생략) 중 하나 이상과 관한, 전기적인 측정값(도 4, 5, 8에 도시됨) 및/또는 기계적인 측정값(예컨대, 도 4 및 8, 혹은 도 10의 센서(112) 및 링크(110) 참조)을 수신하도록 구성된다. 전기적인 측정값에만 기초하여, 혹은 기계적인 측정값에만 기초하여, 혹은 이들의 조합에 기초하여, 제어기(78)는 정류기(66)에 α-조절을 적용하기 위한 제어 신호를 생성한다. 예컨대, 전류 기준 조절은 α-조절에 의해 수행되고, β-각은 인버터(70)에서 일정하게 유지된다. α-조절은 도 4 및 10 모두에서 Δα로 표현되어 있다. 이 α-조절은 적어도 2가지 이유로 미국 특허 제 7,173,399호에 개시된 것과는 상이하다. 첫번째 차이점은 본 예시적인 실시예에서는 기계적인 측정값(사용되는 경우)이 축(58)의 한 위치로부터 회득되는 반면, 미국 특허 제 7,173,399호에서는 발전기(22)(도 2 참조)의 측정값을 이용한다는 점이다. 두번째 차이점은 예시적인 실시예에 따라서, 기계적인 측정값이 제어기(78)에 의해서 수신되어서, α-조절을 수행하는데 이용된다는 점이다.

도 11에 도시된 예시적인 실시예에 따라서, 전기 기기를 포함한 압축 트레인에서의 비틀림 진동을 완화시키는 방법이 제공된다. 이 방법은 (i) 전기 기기를 구동하는 컨버터 혹은 (ⅱ) 압축 트레인의 파라미터에 관한 측정 데이터를 수신하는 단계(1100)와, 측정 데이터에 기초하여 전기 기기의 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분을 계산하는 단계(1102)와, 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분에 기초하여 압축 트레인의 축의 비틀림 오실레이션을 완화시키기 위한, 컨버터의 정류기의 제어 데이터를 생성하는 단계(1104)와, 컨버터와 전기 기기 사이에서 교환되는 유효 전력을 조절하기 위해 정류기에 제어 데이터를 전송하는 단계(1106)를 포함한다.

도 12에 도시된 다른 예시적인 실시예에 따라서, 시스템(50)은 비틀림 오실레이션을 완화하기 위해서 정류기(66)와 인버터(70)를 동시에 함께 제어한다(즉, α-조절 및 β-조절 모두). 도 12에 도시된 바와 같이, 제어기(78)는 정류기 제어기(88) 및 인버터 제어기(90) 모두를 조절한다. 제어기(78)는 (i) 모터(54), 부하(56) 및/또는 가스 터빈(52) 중 하나에서 센서(112)에 의해 측정된 기계적인 측정값, (ⅱ), 도 4, 5 및 8에 도시된 바와 같은 전기적인 측정값에 기초하여, 혹은 (i)와 (ⅱ)의 조합에 기초하여 적절한 조절을 결정한다.

더 상세하게, α-조절 및 β-조절은 도 13을 참조로 이하 설명되는 바와 같이 상관 관계가 있다. 도 13은 정류기(66), DC 링크(68) 및 인버터(70)에 걸리는 전압 강하를 나타내고 있다. α-조절 및 β-조절의 결과, DC 링크 전류는 일정해야 한다. 도 13에 도시된 관련 전압 강하는

로 주어지며, 여기서 V_ACG는 도 12에서 전력 그리드(60)의 전압 선대선 rms 진폭이고, V_ACM는 모터(54)의 전압 선대선 rms 진폭이다. 팩터 k는 정류기/인버터 구조, 예컨대 B6C 구성의 3·sqrt(2)/pi에 기초하여 선택되었다.

마지막 관계식을 시간으로 미분하고, V_DCL의 경시적인 변화가 제로인 조건을 도입하면, α-조절와 β-조절 사이에서는 이하의 수학적인 관계식이 얻어진다.

이는,

의 동작점 주위에서의 신호 변화가 작다는 것을 나타낸다.

이 마지막 관계식에 기초하여, 예컨대 도 14에 도시된 바와 같이 α-조절과 β-조절이 동시에 수행된다. 도 14는 유효 토크(200)가 약 t₀=1.5초에서 증가하는 것을 나타내고 있다. t₀와 t₁ 사이에는 α-조절(202)도 β-조절(204)도 적용되지 않는다는 점에 주의한다. t₁에서, 여기(206)가 적용되고, t₁과 t₂ 사이에는 조절(202, 204)이 모두 적용된다. t₁에서 t₂까지의 시간의 끝에, 모든 조절이 제거되고, 기계적인 구동 트레인의 고유한 기계적인 완화 특성으로 인해서, 토크(200)의 오실레이션은 기하급수적으로 감소된다. 이 예는 시뮬레이션된 것으로, 실제 시스템에서 측정된 것은 아니다. 따라서, 모든 조절이 엄격하게 제어되고 있으며, 예컨대, t₁에서 시작되고 t₂에서 종료되고 있다. 그러나, α-조절 및 β-조절의 실제 구현시에는, 비틀림 오실레이션의 정확성(severity)에 기초하여 조절의 크기를 조정하면서 조절이 연속해서 수행될 수 있다. β-조절에 조절을 조합하는 것의 이점은 서로 다른 동작점에서의 위상 적응이 필요없고, LCI 제어 파라미터가 완화 성능에 영향을 미치지 않는다는 점이다. 이 조절예는 기계 시스템에서의 모든 지연각을 조절하는 것의 효과를 나타내기 위해서 제공된 것이다. 이 시뮬레이션 결과는 반대의 완화 성능을 가진 비틀림 완화 시스템의 기계 시스템에 대한 오픈 루프 응답을 이용해서 도시된다.

도 15에 도시된 예시적인 실시예에 따라서, 전기 기기를 포함한 구동 트레인에서의 비틀림 진동을 완화하는 방법이 제시된다. 이 방법은 (i) 전기 기기를 구동하는 컨버터 혹은 (ⅱ) 구동 트레인의 파라미터에 관한 측정 데이터를 수신하는 단계(1500)와, 이 측정 데이터에 기초하여 전기 기기의 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분을 계산하는 단계(1502)와, 이 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분에 기초하여, 구동 트레인의 축에서의 비틀림 오실레이션을 완화하도록, 컨버터의 인버터와 정류기 각각의 제어 데이터를 생성하는 단계(1504)와, 컨버터와 전기 기기 사이에서 교환되는 유효 전력을 조절하도록, 인버터 및 정류기에 제어 데이터를 송신하는 단계(1506)를 포함한다. 다이나믹 토크 성분은 기계적인 축의 부분와 관련된 회전 위치, 회전 속도, 회전 가속도 혹은 토크를 포함한다는 점에 주목한다. 또한, 유효 전력을 조절한다는 것은 기간 T 동안의 평균 유효 전력이 제로인 경우에도 동시에 조절을 행한다는 것을 의미한다. 또한, LCI 대신 VSI가 사용되는 경우에는 유효 전력 대신 다른 전기적인 양이 수정될 수도 있다.

도 16에 도시된 예시적인 실시예에 따라서, VSI(140)는 정류기(142), DC 링크(144) 및 인버터(146)를 포함하며, 이들은 이 순서로 서로 접속되어 있다. 정류기(142)는 전원(148)로부터 그리드 전압을 받으며, 예컨대, 자기 전류형 반도체 소자에 기초하여 다이오드 브리지 혹은 액티브 프론트엔드를 포함할 수 있다. 정류기(142)에 의해 제공되는 dc 전압은 DC 링크(144) 내의 캐패시터(C)에 의해 필터링되어 평활화된다. 이후, 필터링된 dc 전압은 인버터(146)에 인가되고, 이 인버터(146)는 예컨대, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistors)를 포함한 자기 전류형 반도체 소자에 인가되며, 여기서 모터(150)에 인가될 ac 전압을 생성한다. 정류기 및 인버터 제어기에 더해서 혹은 정류기 및 인버터 제어기와 일체로서, 제어기(152, 154)가 정류기(142) 및 인버터(146)용으로 마련되어서, 모터(150)의 축에서의 비틀림 오실레이션을 완화시킬 수 있다. 정류기 제어기(153) 및 인버터 제어기(155)가 반도체 소자 중 부분에 접속된 것으로 도시되어 있지만, 모든 반도체 소자가 제어기에 접속될 수도 있다. 제어기(152, 154)가 모두 제공될 수도 있고 하나만 제공될 수도 있으며, 이들은 도 4 및 5와 관련해서 상기 설명된 전기적인 측정값에 기초하여 다이나믹 토크 성분을 측정하고, 내장형 정류기 및 인버터 제어기의 제어 기준, 예컨대 토크 혹은 전류-제어 기준에 영향을 미치도록 구성된다.

도 17에 도시된 예시적인 실시예에 따라서, 일반적인 다중 매스(multimass) 시스템(160)은 대응하는 관성 모멘트가 J₁부터 J_n까지인 다양한 매스를 포함할 수 있다. 예컨대, 제 1 매스는 가스 터빈에 대응할 수 있고, 제 2 매스는 압축기에 대응할 수 있으며, 마지막 매스는 전기 모터에 대응할 수 있는 등이다. 전기 모터의 축에서 기계적인 측정값, 예컨대 회전 위치, 속도 가속도 혹은 토크를 얻을 수 없다고 가정한다. 또한, 가스 터빈의 축에서는 얻을 수 있고, 상기 기계적인 파라미터 중 하나를 가스 터빈에서 직접 측정할 수 있다고 가정한다. 이 때, 일반적으로 가스 터빈은, 가스 터빈을 가능한 손상으로부터 보호하기 위해서 축의 다양한 기계적인 변수를 측정하는, 높은 정확도의 센서를 갖고 있다는 점에 주목한다. 이에 반해서, 종래의 모터는 이러한 센서를 갖고 있지 않고, 부분 센서가 있더라도 그 측정 정확도는 매우 낮다. 전체 기계 시스템의 차동 방정식은

로 주어지며, 여기서 J(비틀림 행렬), D(완화 행렬) 및 K(비틀림 강도 행렬)은 제 1 매스의 특성(예컨대, d₁₀, d₁₂, k₁₂, J₁)을 다른 매스의 특성에 접속시키는 행렬이고, T_ext는 예컨대, 모터에 의해서 시스템에 인가되는 외부(순(net)) 토크이다. 이러한 기계 시스템 모델에 기초하여, 예컨대 제 1 매스의 특성을 알고 있다면, 'n'개의 매스의 토크 혹은 다른 다이나믹 토크 성분이 측정될 수 있다. 환언하면, 가스 터빈에 마련된 높은 정확도의 센서가 가스 터빈의 축의 회전 위치, 속도, 가속도 혹은 토크 중 적어도 하나를 측정하는데 이용될 수 있다. 이 측정된 값에 기초하여, 모터('n'개의 매스) 혹은 구동 트레인의 다른 부분의 다이나믹 토크 성분이 시스템의 프로세서 혹은 제어기(78)에 의해 계산될 수 있으며, 따라서 상술한 바와 같이 인버터 혹은 제어 데이터가 생성될 수 있다.

환언하면, 이 예시적인 실시예에 따라서, 제어기(78)는 모터에 접속된 하나의 터보-기기로부터 관련된 기계적인 정보를 수신해야 하고, 제어기는 이 관련된 기계적인 정보에 기초하여, 비틀림 진동을 완화시키는 모터부의 토크를 생성하도록 컨버터를 제어할 수 있다. 터보-기기는 가스 터빈이 될 수 있을 뿐만 아니라, 압축기, 익스펜더 혹은 다른 공지된 기기가 될 수도 있다. 일 응용예에서, 완화를 행하는기 위해서 반드시 전기적인 측정값이 필요한 것은 아니다. 그러나, 이 전기적인 측정값은 완화를 행하기 위해서 기계적인 측정값과 조합될 수는 있다. 일 응용예에서, 완화를 적용하는 머신(완화 기기)에서 기계적인 측정값은 얻을 수 없고, 이 완화 기기의 다이나믹 토크 성분은 완화 기기에 기계적으로 접속된 다른 기기에서 수행되는 기계적인 측정에 의해 계산된다.

상술한 예시적인 실시예에서는 비틀림 진동을 완화시키는 시스템 및 방법을 제공했다. 이 상세한 설명이 본 발명을 한정하는 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 오히려, 이 예시적인 실시예가, 첨부된 청구항에 정의된 본 발명의 사상 및 범주에 들어가는 대안예, 수정 및 동등물을 커버하도록 하였다. 예컨대, 이 방법은 대형 양수기, 펌프식 수력 발전소 등과 같은 다른 전기 모터 구동식 기계 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 예시적인 실시예의 상세한 설명에서는, 청구된 발명의 이해를 돕기 위해서 많은 구체적인 세부 사항을 들었다. 그러나, 당업자라면 이러한 구체적인 세부 사항없이도 다양한 실시예를 실시할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

본 예시적인 실시예의 특징 및 구성 요소가 실시예의 특정한 조합으로 설명되었지만, 각각의 특징 혹은 구성 요소는 실시예의 다른 특성 및 구성 요소없이 단독으로 사용될 수도 있고, 혹은 여기 개시된 다른 특성 및 구성 요소와의 조합으로 혹은 다른 조합으로 사용될 수도 있다.

상술한 설명은, 당업자가, 임의의 장치 혹은 시스템을 제작해서 이용하고, 임의의 방법을 수행하는 것과 같이, 청구 대상을 실시할 수 있도록, 개시된 청구 대상의 예를 이용하고 있다. 청구 대상의 특허 가능 범주는 청구항에 의해서 정의되어 있으며, 당업자에게 가능한 다른 예를 포함할 수 있다. 이러한 다른 예가 청구함의 범주에 들어가도록 했다.

Claims

전기 기기 및 비전기 기기를 포함하는 구동 트레인(drive train)을 구동하는 컨버터에 접속된 비틀림 모드 완화 제어기 시스템(a torsional mode damping controller system)에 있어서,
상기 컨버터 혹은 상기 구동 트레인의 변수에 관한 측정 데이터를 수신하도록 구성된 입력 인터페이스와,
상기 입력 인터페이스에 접속된 제어기를 포함하고,
상기 제어기는,
상기 입력 인터페이스로부터의 상기 측정 데이터에 기초하여, 상기 구동 트레인의 축(a shaft)의 부분을 따라서 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분(at least one dynamic torque component)을 계산하고,
상기 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분에 기초하여, 상기 구동 트레인의 상기 축에서의 비틀림 오실레이션을 완화(damping)시키기 위한 상기 컨버터의 정류기 및 인버터의 제어 데이터를 생성하며,
상기 제어 데이터를 상기 정류기 및 상기 인버터에 송신해서 상기 컨버터와 상기 전기 기기 사이에서 교환되는 유효 전력(an active power)을 조절(modulating)하는
비틀림 모드 완화 제어기 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제어 데이터는, α-조절이 β-조절과 상관 관계에 있도록, 상기 정류기를 α-조절하고 상기 인버터를 β-조절하는
비틀림 모드 완화 제어기 시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 제어 데이터에 정류기 지연각(a rectifier delay angle) 및 인버터 지연각(an inverter delay angle)에 적용될 정현파 혹은 정현 반파를 삽입하도록 구성되는
비틀림 모드 완화 제어기 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 정현파의 진폭은 3도 미만인
비틀림 모드 완화 제어기 시스템.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 정류기의 α각 조절 및 상기 인버터의 β각 조절을 연속해서 수행하도록 구성되는
비틀림 모드 완화 제어기 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 컨버터의 전기적인 변수에 관한 측정 데이터에만 기초하여 상기 제어 데이터를 생성하도록 구성되는
비틀림 모드 완화 제어기 시스템.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 구동 트레인의 기계적인 변수에 관한 측정 데이터에만 기초하여 상기 제어 데이터를 생성하도록 구성되는
비틀림 모드 완화 제어기 시스템.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 전기 기기를 제외한 상기 구동 트레인의 기계적인 변수에 관한 측정 데이터에만 기초하여 상기 제어 데이터를 생성하도록 구성되는
비틀림 모드 완화 제어기 시스템.
구동 트레인의 부분인 전기 기기를 구동하는 시스템에 있어서,
전원으로부터 교류 전류를 수신하고, 상기 교류 전류를 직류 전류로 변환하도록 구성된 정류기와,
상기 정류기에 접속되며, 상기 직류 전류를 전송하도록 구성된 직류 전류 링크와,
상기 직류 전류 링크에 접속되고, 수신한 직류 전류를 교류 전류로 변경하도록 구성된 인버터와,
컨버터 혹은 상기 구동 트레인의 변수에 관한 측정 데이터를 수신하도록 구성된 입력 인터페이스와,
상기 입력 인터페이스에 접속된 제어기를 구비하고,
상기 제어기는,
상기 입력 인터페이스로부터의 상기 측정 데이터에 기초하여, 상기 구동 트레인의 축의 부분을 따라서 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분을 계산하고,
상기 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분에 기초하여, 상기 구동 트레인의 상기 축에서의 비틀림 오실레이션을 완화시키기 위한 상기 정류기 및 상기 인버터의 제어 데이터를 생성하며,
상기 제어 데이터를 상기 정류기 및 상기 인버터에 송신해서 상기 컨버터와 상기 전기 기기 사이에서 교환되는 유효 전력을 조절하는
시스템.
전기 기기를 포함하는 구동 트레인의 비틀림 진동을 완화시키는 방법에 있어서,
(i) 상기 전기 기기를 구동하는 컨버터 혹은 (ⅱ) 상기 구동 트레인 혹은 (ⅲ) 상기 컨버터와 상기 구동 트레인 모두의 변수에 관한 측정 데이터를 수신하는 단계와,
상기 측정 데이터에 기초하여, 상기 구동 트레인의 축의 부분을 따라서 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분을 계산하는 단계와,
상기 적어도 하나의 다이나믹 토크 성분에 기초하여, 상기 구동 트레인의 상기 축에서의 비틀림 오실레이션을 완화시키기 위한 상기 컨버터의 정류기와 인버터의 제어 데이터를 생성하는 단계와,
상기 제어 데이터를 상기 정류기 및 상기 인버터에 송신해서 상기 컨버터와 상기 전기 기기 사이에서 교환되는 유효 전력을 조절하는 단계를 포함하는
방법.