KR20160071338A - 저항 제동 능력을 이용한 발전 시스템 및 발전 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 발전 시스템은, 전력을 발생시키고 이 전력을 그리드에 공급하기 위해, 엔진에 작동식으로 연결된 발전기를 포함한다. 또한, 상기 발전 시스템은 발전기와 그리드 사이에 작동식으로 연결된 저항 제동 시스템을 포함한다. 상기 저항 제동 시스템은, 저항기와 병렬 접속된 기계식 스위치와, 그리드 이벤트에 응답하여 상기 엔진으로부터의 전력을 제어하고 상기 기계식 스위치와 상기 병렬 접속된 저항기의 사이에서 전류의 경로를 재설정하도록 상기 기계식 스위치를 작동시키는 컨트롤러를 포함한다.

Description

저항 제동 능력을 이용한 발전 시스템 및 발전 방법{POWER GENERATION SYSTEM AND METHOD WITH RESISTIVE BRAKING CAPABILITY}

본 발명은 일반적으로 전기 에너지 변환에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 낮은 관성 모멘트를 갖고 전기 그리드에 접속되어 있는 소형 발전기 세트의 저항 제동 능력에 관한 시스템 및 방법에 관한 것이다.

분산형 에너지원(DER) 시스템은, 통상적으로 3 ㎾ 내지 10000 ㎾ 범위의 소형 발전기로서, 여러 소스로부터 전력을 발생시키고 이렇게 발생된 전력을 발전기에 접속되어 있는 그리드에 전달하는 발전기들이다. 상기 그리드는 전력 그리드 또는 섬 그리드일 수 있다. 또한, 상기 그리드는 복수의 발전기에서 발생된 전력을 모아, 이 전력을 다른 장소 또는 하나 이상의 고객 부하에 전송한다. 통상적으로, DER 시스템은 종래의 전력 시스템의 대안 또는 개선안이다. 소형 발전기는 소형 가스 터빈으로 작동될 수 있거나, 또는 예를 들어 연료 전지 및/또는 풍력 발전기를 포함할 수 있다. DER 시스템은 송전시에 손실되는 에너지의 양을 줄이는 데, 이는 전기가 사용되는 곳에 매우 가까운 곳에서, 아마도 심지어 동일 건물 내에서, 전기가 발생되기 때문이다. DER 시스템은 또한 구축하여야 하는 전력선의 크기 및 수를 줄인다. 그러나, 분산 발전의 이용의 증대로 인하여, 다수의 그리드 코드가, 고장 전압 순간 보상(fault voltage ride through) 등과 같은 개선된 능력을 제공하는 소형 발전기 세트를 필요로 하고 있다.

전력 시스템에서 고장이 일어나는 경우, 고장이 소거될 때까지의 단기간(통상적으로 500 밀리초 미만) 동안, 시스템에서 상당한 양의 전압이 강하할 수 있다. 상도체(phase conductor)가 지면에 접속되는 상황(접지 고장) 또는 상도체의 단락 등과 같은 고장이, 낙뢰 및 폭풍 동안에 또는 사고로 지면에 접속된 송전선으로 인해 일어날 수 있다. 종래에는, 우발적인 고장시에 그리고 전력의 외란이 큰 상황하에서, 전압 강하가 일어날 때마다, 소형 발전기 세트가 라인을 오프시키는 것이 용납되었고 바람직하였다. 이러한 식의 작동에서는, 소형 발전기 세트의 침투 레벨이 낮은 경우, 전기의 공급에 미치는 유해한 영향이 실질적으로 없다. 그러나, 전력 시스템에서의 소형 발전기 세트의 침투가 증대됨에 따라, 이러한 소형 발전기 세트는, 저전압 상태 등을 순간 보상하고 라인을 온 상태로 유지시키며, 전기 그리드와 동기화된 채로 있고, 고장이 소거된 이후에는 그리드에의 전력 공급을 재개할 수 있는 것이 바람직하다. 이는 대형 발전기 세트에 적용되는 요건과 유사하다.

따라서, 전술한 문제점들을 해결하는 방법 및 시스템을 알아내는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 발전 시스템이 제공된다. 상기 발전 시스템은, 전력을 발생시키고 이 전력을 그리드에 공급하기 위해, 엔진에 작동식으로 연결된 발전기를 포함한다. 또한, 상기 발전 시스템은 발전기와 그리드 사이에 작동식으로 연결된 저항 제동 시스템을 포함한다. 상기 저항 제동 시스템은, 저항기와 병렬 접속된 기계식 스위치와, 그리드 이벤트에 응답하여 상기 엔진으로부터의 동력을 제어하고 상기 기계식 스위치와 상기 병렬 접속된 저항기의 사이에서 전류의 경로를 재설정하도록 상기 기계식 스위치를 작동시키는 컨트롤러를 포함한다.

본원의 다른 양태에 따르면, 발전기와 그리드 사이에 접속되어 있는 저항 제동 시스템에 연결된 발전기로부터 그리드에 전력을 공급하는 방법이 제공된다. 상기 저항 제동 시스템은 저항기와 병렬 접속된 기계식 스위치를 포함한다. 상기 방법은, 정상 작동 상태 하에서 전력을 상기 기계식 스위치를 통해 상기 그리드에 공급하는 것을 포함한다. 상기 방법은, 그리드 이벤트가 검출되었을 때, (a) 상기 발전기로의 동력을 제어하는 것과, (b) 상기 발전기로부터의 전류의 방향이 상기 기계식 스위치와 상기 저항기 사이에서 재설정되도록 상기 기계식 스위치를 작동시키는 것을 포함한다.

전술한 본 발명의 특징, 양태 및 이점과 그 밖의 특징, 양태 및 이점은, 도면 전반에 걸쳐 유사한 부품들에 유사한 부호들이 표시된, 첨부 도면을 참조로 하여 이하의 상세한 설명을 읽으면 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 고장의 이전, 도중 및 이후에, 그리드 코드에서 규정되는 전압 프로파일을 플롯한 도면이다.
도 2는 전기 그리드에 접속되어 있고 본원의 양태에 따른 저항 제동 시스템을 이용하는 발전 시스템을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 3a 내지 도 3g는 본원의 양태에 따른 저항 제동 작동의 여러 단계들을 모식적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 본원의 양태에 따라, 전력을 발전기로부터 그리드에 공급하는 방법을 보여주는 흐름도이다.

이하에 상세히 거론되는 바와 같이, 본 발명의 실시형태는, 낮은 관성 모멘트를 갖고 그리드에 접속되어 있는 소형 발전기 세트의 저항 제동 능력에 관한 시스템 및 방법을 제공하는 역할을 한다.

도 1은 그리드에 대한 발전기의 접속 지점(POC)에 있어서 그리드 코드의 전압 프로파일의 일례를 보여주는 그래프(10)이다. 일부 그리드 기관들은, POC에서의 전압이 도시된 전압 프로파일보다 높은 경우에, 발전기가 그리드로부터 접속 해제되어서는 안 된다는 것을 기대한다. 그러나, 이는 하나의 예시적인 경우이고, 전압 프로파일 요건은 국가마다 또는 그리드 기관마다 다를 수 있다. 그래프(10)에는, 시간을 밀리초 단위로 나타내는 수평 축(12)과, 전압을 공칭 전압의 백분율 값으로 나타내는 수직 축(14)이 도시되어 있다. 고장은 0 밀리초에서 일어난다. 고장 이전에, 시스템은 안정된 상태이므로, POC에서의, 즉 0 밀리초 이전에서의 고장전 전압(16)은 유닛당 100% 또는 1이다. 그리드에서의 고장으로 인해, 0 밀리초에서의 전압(18)이 고장의 초반에 5%까지 강하한다. POC에서의 전압 강하는 고장 지점에서 POC까지의 거리, 고장 임피던스, 고장의 타입, 그리드 특성 등에 따라 좌우된다는 것을 주목할 필요가 있다. 일 실시형태에서, 전압은 공칭 전압의 5%보다 낮을 수 있고, 또는 다른 실시형태에서 전압은 공칭 전압의 5%보다 클 수 있다.

전압이 공칭 전압의 5%까지 떨어지는 경우에는, 저전압 상태 동안에 발전기가 전출력을 그리드에 보낼 수 없을 공산이 있다. 동시에 원동기가 일정한 기계력을 발전기에 계속 전달하는 경우에는, 이는 엔진-발전기 회전 질량의 가속을 초래할 것이고, 로터 속도가 증가할 것이다. 이러한 로터 속도의 증가는 동기 발전기 로터 각도의 과도한 증가를 초래할 것이고, 그 결과 동기성을 잃게 될 수 있다. 이러한 환경에서, 발전기는 주행할 것이고 그리드 코드 요건을 충족시키지 못할 것이다. 이는, 회전 속도를 동기 속도까지 또는 동기 속도 아래로 줄이고, 이와 함께 동기성을 잃기 전에 로터 각도를 증가시키는 것을 중단하며, 발전 시스템을 안정적인 작동 지점으로 되돌리는 것을 통하여, 방지될 수 있다. 로터 속도를 줄이는 것은, 회전 질량의 속도를 적기에 줄이는 것을 필요로 한다. 그리드 코드 전압 프로파일의 예에서, 고장 이벤트 기간이 150 ms로 나타내어져 있다.

도 2는 그리드(44)에 접속되어 있고 본 발명의 일 실시형태에 따른 저항 제동 시스템(46)을 이용하는 발전 시스템(40)을 보여준다. 발전 시스템(40)은 원동기(60)와, 그리드(44)에 접속되어 있는 발전기(42)를 포함한다. 일 실시형태에서, 발전기(42)는 예컨대 10 ㎿ 미만 등과 같은 소규모의 정격 용량을 가질 수 있다. 또한, 발전기(42)는 원동기(60)에 기계식으로 연결되어 있는데, 이 원동기는 일 실시형태에서 엔진을 포함한다. "원동기"와 "엔진"은 이하의 설명에서 호환 가능하게 사용될 수 있다는 점을 주목할 수 있다. 일 실시형태에서, 엔진(60)은 가스 터빈, 가스 엔진, 또는 풍력 터빈을 포함할 수 있다. 일부 실시형태에서, 발전기(42)는 전력 전자 컨버터(도시 생략)를 통해 그리드(44)에 연결될 수 있고, 다른 실시형태에서, 발전기(42)는 전력 전자 컨버터 없이 그리드(44)에 연결될 수 있다. 그리드(44)는 전력을 다른 장소에 전송하는 전력 그리드이거나 또는 하나 이상의 고객 부하를 지지하는 섬 그리드일 수 있다는 점을 주목할 수 있다.

도 2의 실시형태에서, 발전기(42)는 저항 제동 시스템(46), 변압기(48) 및 송전선(50)을 경유하여 그리드(44)에 접속되어 있다. 도 2에 도시된 배치 구성은 하나의 예시적인 형태라는 점과 다른 형태가 사용될 수 있다는 점을 주목해야 할 필요가 있다. 예를 들어, 저항 제동 시스템(46)은 변압기(48)와 그리드(44)의 사이에 접속될 수 있다. 추가적으로, 보여주기 쉽게 하기 위해 도 2는 그리드(44)의 단선결선도를 도시하고 있다는 점을 주목해야 할 필요가 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 저항 제동 시스템(46)은 발전기(46)와 직렬 접속되어 있고, 저항기(52), 기계식 스위치(54) 및 컨트롤러(56)를 포함한다. 저항기(52)와 기계식 스위치(54)는 서로 병렬로 접속되어 있다. 저항기(52)는 그리드 이벤트 동안에 전력을 발전기(42)로부터 흡수하는 데 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 그리드 이벤트는 그리드(44)에서의 저전압 상태를 포함할 수 있다. 그리드 이벤트 동안 또는 그리드 이벤트 직후에는, 발전기(42)에의 기계력 입력이 그리드(44)에의 전력 출력보다 클 것이고, 이에 따라 저항기(52)는 발전기(42)의 가속을 방지하기 위해 발전기(42)로부터 전력을 흡수하는 데 사용된다. 컨트롤러(56)는 입력 신호(58)를 수신하고, 하나 이상의 제어 신호를 기계식 스위치(54) 및 엔진(60)에 제공한다. 일 실시예에서, 컨트롤러(56)는 제어 신호를 엔진(60)의 점화 장치(도시 생략)에 송신하여 엔진(60)의 속도를 제어한다. 발전기(42)에 제공되는 기계력을 조정하기 위해, 엔진(60)의 속도가 제어될 수 있다.

일 실시형태에서, 입력 신호(58)는 전압 신호, 전류 신호, 발전기 파워 신호, 속도 신호, 로터 각도 신호, 엔진 파워 신호, 엔진 토크 신호, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 전압 신호의 일례에서, 전압 신호는 접속 지점(POC)(62) 또는 그리드(44)에서의 고장 전압을 나타낼 수 있다. 다른 예로서, 전류 신호는 발전기(42)에서의 전류를 나타낼 수 있다. 또 다른 예에서, 발전기 파워 신호는 발전기(42)에 의해 생성된 전력을 나타낼 수 있다. 로터 각도 신호는, 예컨대 발전기(42)의 스테이터 전압과 그리드(44)에서의 전압 사이의 전기각을 나타낼 수 있다. 속도 신호는 발전기(42)와 엔진(60) 사이에 연결된 회전 가능한 샤프트의 속도를 나타낼 수 있다. 끝으로, 엔진 파워 신호와 엔진 토크 신호는 엔진(60)에서의 기계력과 토크를 각각 나타낼 수 있다. 컨트롤러(56)는, 시스템에서 그리드 이벤트가 발생되었는지의 여부를 밝히기 위해 입력 신호(58)를 사용하고, 그리드 이벤트가 발생한 경우에는 엔진(60) 및 기계식 스위치(54)의 작동을 제어하기 위해 제어 신호를 제공한다.

작동시, 정상 상태 동안에는 기계식 스위치(54)가 폐쇄되어 있고 통전 상태 또는 온(ON) 상태이다. 통전시, 기계식 스위치(54)는 저항기(52)와 견주어 보았을 때 무시해도 될 정도의 온-저항을 갖고, 이에 따라 발전기(42)로부터의 전류는 기계식 스위치(54)를 통과하도록 방향이 설정된다.

그리드 이벤트가 그리드(44)에서 발생한 경우, 발전기(42)의 POC(62)에서의 전압은 크게 강하한다. 그리드 이벤트는 시스템(40)에서의 저전압 상태를 포함할 수 있다. 어느 한 실시예에서는, POC(62)에서의 저전압 상태가 임계 시간 동안 계속되는 경우, 발전기 로터와 그리드(44) 사이의 큰 각도로 인해, 발전기(42)는 매우 높은 전류의 영향을 받을 수 있다. 따라서, 저항기(42)는 그 자체를 상기한 높은 전류로부터 보호하기 위해 그리드(44)로부터 접속 해제되어야만 한다. 또한, 이와 같이 발전기 로터와 그리드(44) 사이의 각도가 커짐에 따라, 발전기(42)와 그리드(44) 사이의 동기성의 소실이 야기될 수 있고, 이러한 동기성의 소실로 인해, 발전기(42)를 그리드(44)로부터 접속 해제하는 것이 요구될 것이다. 그러나, 그리드 코드 고장 순간 보상 요건을 충족시키기 위해서는, 발전기(42)가 그리드(44)에 접속된 채로 있을 수 있고, 그리드 이벤트가 소거된 이후에는 그리드(44)에의 전력 공급을 재개할 수 있어야 하며, POC(62)에서의 전압은 그리드 이벤트 이전의 레벨로 회복된다. 다시 말하자면, 그리드 이벤트 상태 동안에는, POC(62)에서의 전압이 그리드 코드에 의해 주어지는 전압 프로파일보다 위에 있는 한, 발전기 속도와 로터 각도는 허용 한계 내에서 벗어나지 않아야 한다.

본 발명의 일 실시형태에서는, 그리드(44)에서의 그리드 이벤트로 인하여 POC(62)에서 전압이 강하된 경우, 컨트롤러(56)가, 그리드 이벤트를 검출하고, 발전기에 전달되는 동력을 제어하여 발전기의 속도를 제어하도록 발전기(42)에 접속되어 있는 엔진(60)을 트리거한다. 일 실시예에서, 컨트롤러(56)는 엔진(60)의 점화 장치를 부분적으로 또는 완전히 스위치 오프하도록 엔진(60)의 점화 장치에 제1 제어 신호를 송신할 수 있다. POC(62)에서의 저전압 상태 동안에 발전기(42)가 그리드(44)에 공급할 수 있는 전력이 제한되기 때문에, 결과적으로 발전기(42)의 가속이 줄어들거나 중단될 수 있다.

또한, 컨트롤러(56)는 기계식 스위치(54)를 개방 또는 턴오프하도록 기계식 스위치(54)에 제2 제어 신호를 송신할 수 있다. 일 실시형태에서, 컨트롤러(56)는 제1 제어 신호와 제2 제어 신호를 함께 송신할 수 있다. 제1 제어 신호와 제2 제어 신호가 함께 송신되는 경우라도, 스위치 개방에 필요한 브레이크 타임으로 인해, 기계식 스위치의 개방에는 고유의 지연이 약간 있을 것이다. 일 실시예에서, 브레이크 타임은 약 50 ms 내지 약 100 ms의 범위 내에 있을 수 있다.

일 실시형태에서는, 그리드 이벤트의 검출로부터 제1 예정 시간이 경과하기 전에, 기계식 스위치(54)가 개방되거나 혹은 턴오프될 수 있다. 기계식 스위치(54)가 개방되는 데 약 100 ms가 걸리는 일 실시예에서, 그리드 이벤트의 발생으로부터 20 ms에 그리드 이벤트가 검출된 경우에는, 그리드 이벤트의 발생으로부터 120 ms가 지나서 기계식 스위치(54)가 완전히 개방 또는 턴오프될 수 있도록, 기계식 스위치가 검출과 동시에 트리거될 수 있다. 이러한 기간 동안, 전류는 기계식 스위치(54)를 경유하여 그리드(44)로 계속 흘러갈 수 있고, 발전기(42)는 그리드(44)와의 동기성을 소실할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 그리드 이벤트가 검출된 경우, 컨트롤러(56)는 또한 보다 신속하게 엔진(60)의 점화 장치를 부분적으로 또는 완전히 스위치 오프하도록 제1 제어 신호를 송신할 수 있다. 엔진(60)의 점화 장치가 부분적으로 또는 완전히 스위치 오프된 경우, 발전기(42)에 제공되는 기계력은 줄어들거나 또는 통제된다. 결과적으로, 이 기간 동안에는 발전기 속도와 로터 각도가 허용 한계 내로 규제된다. 또한, 발전기(42)와 그리드(44)의 사이에서 동기성이 유지될 수 있다.

기계식 스위치(54)가 개방되도록 작동된 경우, 발전기(42)로부터의 전류는 그 방향이 저항기(52)쪽으로 재설정되고, 전력은 저항기(52)를 가로지르며 열(熱)로서 소모될 수 있다. 그리드 이벤트 상태 동안에 저항기(52)에 의해 소비되는 유효 전력은, 저항기(52)의 횡단 전압에 따라 좌우되며, 일반적으로 Vr²/R에 의해 주어지는데, 여기서 Vr은 저항기(52)의 횡단 전압의 제곱 평균 제곱근(RMS)이고 R은 저항기(52)의 저항값이다. 이에 따라, Vr이 0.3 pu이고 R이 0.1 pu인 경우에는, 저항기(52)에 의해 소비되는 전력이 0.9 pu일 것인데, 이는 발전기(42)에 의해 공급된 총 전력과 거의 동등한 것이다. 다시 말하자면, 이러한 경우에, 저항기(52)는, 엔진(60)에 의해 발전기(42)에 공급된 동력의 90%까지 소비할 수 있고, 이에 따라 저전압 상태 동안에 발전기 가속을 대폭 줄일 수 있다. 따라서, 발전기(42)는 그 회전 속도 또는 로터 각도를 허용 범위 내로 유지할 수 있어, 그리드 이벤트 동안에 또는 이후에, 그리드(44)로부터 접속 해제될 필요가 없다.

다른 실시형태에서, 제1 예정 시간(120 ms) 이후에, 컨트롤러(56)는 엔진(60)을 부분적으로 또는 완전히 스위치 온하도록 엔진의 점화 장치에 제3 제어 신호를 송신할 수 있다. 이는, 긴 기간(예컨대, 하나 이상의 엔진 사이클) 동안에, 엔진의 점화 장치가 완전히 스위치 오프될 수 없는 경우에, 특히 유용하다. 구체적으로, 엔진(60)이 예정된 기간 내에 스위치 온되지 않는 경우에, 미연소 가스가 엔진(60)의 배기부측에 축적될 수 있다. 결과적으로, 배기부 자체에서 연소가 일어나게 되어, 엔진(60)이 손상될 수 있다. 이에 따라, 이러한 문제점을 해결하도록, 제1 예정 시간 이후에 엔진(60)이 부분적으로 또는 완전히 스위치 온된다.

그리드 이벤트로부터 제2 예정 시간 내에, 예컨대 250 ms 내에, 그리드 이벤트가 소거되었고, 발전기(42)가 그리드(44)에 전력을 공급할 수 있는 허용 레벨로, POC에서의 전압이 되돌아갔다는 것을, 컨트롤러(56)가 알아낸 경우, 기계식 스위치(54)가 스위치 온되도록 트리거된다. 구체적으로, 컨트롤러(56)는 기계식 스위치(54)를 폐쇄 또는 스위치 온하도록 기계식 스위치(54)에 제4 제어 신호를 송신할 수 있다. 기계식 스위치의 개방에 고유의 물리적 지연이 있는 것과 마찬가지로, 기계식 스위치(54)의 폐쇄에도 약간의 시간이 필요할 것이다. 일 실시예에서, 기계식 스위치는 그리드 이벤트 상황으로부터 450 ms가 지나서 폐쇄될 수 있다. 일단 기계식 스위치(54)가 완전히 스위치 온되면, 발전기(42)로부터의 전류가 기계식 스위치(54)를 통해 흐를 수 있고, 이에 따라 정상 작동 또는 그리드 이벤트 이전의 상태가 복원된다.

그러나, 그리드 이벤트가 제2 예정 시간(250 ms) 내에 소거되지 않고, 발전기(42)가 정지하게 되면, 발전기 로터와 그리드(44) 사이의 큰 각도로 인해, 발전기가 매우 높은 전류의 영향을 받게 되는 것을 방지하도록, 발전기(42)는 그리드(44)로부터 접속 해제될 필요가 있을 것이다. 이 실시형태에서, 컨트롤러(56)는 발전기(42)를 접속 해제하도록 제5 제어 신호를 송신할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 예정 시간은 그리드 이벤트의 발생으로부터 약 220 ms 내지 약 280 ms의 범위 내에 있을 수 있다. 다른 실시예들에서, 제2 예정 시간은 그리드 코드 요건에 의거하여 오퍼레이터에 의해 결정될 수 있고, 일반적으로 고장 전압 순간 보상에 필요한 최대 기간이다. 다시 말하자면, 그리드 이벤트가 제2 예정 시간 내에 소거되지 않으면, 엔진(60)은 결국에는 스위치 오프되고, 그 결과 발전기(42)에 의해 그리드(44)에 공급되는 전력이 없게 된다.

도 3a 내지 도 3g는 본원의 일 실시예에 따른 저항 제동 작동의 여러 단계들을 보여주고, 도 4는 관련 흐름도이다. 모든 기간은 단지 예로 들기 위한 것이다. 도 3a는 정상 상태 또는 그리드 이벤트가 없는 상태(t<0)를 보여주는데, 이 상태에서는 도 4의 단계 402에 의해 나타내어진 바와 같이 기계식 스위치(54)는 통전 상태이고 저항기(52)는 비통전 상태이다. 본원에서 기계식 스위치(54)는 "통전 상태"로서 저항기(52)는 "비통전 상태"로서 기술되어 있다면, 이는 전류가 주로 기계식 스위치(54)를 통과한다는 의미이며, 약간의 소량의 전류가 저항기(52)를 통과할 가능성을 배제한다는 의미는 아니다. 이 스테이지 동안, 발전기의 전류(70)는 저항기(52)를 통해서는 흐르지 않고 기계식 스위치(54)를 통해 흐른다. t=0(도 3b)에서, 그리드에 그리드 이벤트가 일어나고, t=20 ms(도 3c)에서, 도 4의 단계 404에 의해 나타내어진 바와 같이 그리드 이벤트가 저항 제동 시스템(46)에 의해 검출된다. 일 실시형태에서, 그리드 이벤트는 전압 신호, 전류 신호, 속도 신호, 파워 신호, 토크 신호, 로터 각도 신호, 또는 이들의 임의의 조합에 의거하여 검출될 수 있다. 도 3b 및 도 3c에서 확인 가능한 바와 같이, 이러한 스테이지들 동안, 발전기의 전류(70)는 계속 저기 스위치(54)를 통해 흐르는 데, 그 이유는 제어 동작이 개시되지 않았기 때문이다. 여기에 도시된 타이밍(즉, t=0, 20, 120, 250 ms 등)은 단지 예시를 목적으로 한 것이고, 다른 실시형태에서는 시스템 및 제어 파라미터에 의거하여 타이밍이 정해질 수 있다는 점을 주목해야 할 필요가 있다.

또한, 그리드가 이벤트가 저항 제동 시스템에 의해 검출되는 때인 t=20 ms에서는, 도 4의 단계 406에 의해 나타내어진 바와 같이, 발전기 엔진의 점화 장치를 부분적으로 또는 완전히 스위치 오프하도록 제1 제어 신호가 발전기 엔진에 송신된다. 이와 동시에 또는 직후에, 도 4의 단계 408에 의해 나타내어진 바와 같이, 기계식 스위치를 개방하도록 제2 제어 신호가 기계식 스위치(54)에 송신된다. 그러나, 기계식 스위치(54)는 완전히 개방하기까지 일정 시간이 걸릴 수 있다. 이러한 기간 동안, 발전기의 전류(70)는 기계식 스위치(54)를 통하여 계속 흐를 수 있다.

또한, 제1 예정 시간(예컨대, t≤120 ms)에 또는 그 이전에, 기계식 스위치는 개방되거나 또는 스위치 오프되고, 그 결과 발전기의 전류(70)는 도 3d에 도시된 바와 같이 기계식 스위치(54)를 통해서는 흐르지 않고 저항기(52)를 통해서만 흐른다. 이 스테이지에서, 저항기(52)는 발전기(42)로부터 전력을 흡수하는 데 사용된다. 또한, 제1 예정 시간 이후에, 도 4의 단계 410에 의해 나타내어진 바와 같이, 엔진(60)의 점화 장치를 스위치 온하도록 제3 제어 신호가 송신된다. 일 실시예에서, 엔진의 점화 장치는 그리드 이벤트 이전의 파워 레벨로 다시 스위치 온된다. 이는 일반적으로, 긴 기간(예컨대, 하나 이상의 엔진 사이클) 동안에, 엔진의 점화 장치가 스위치 오프될 수 없는 실시형태에서 행해진다.

이후에, 컨트롤러(56)는, 도 4의 단계 412에 의해 나타내어진 바와 같이, 그리드 이벤트가 제2 예정 시간 내에 소거되었는가를 검사한다. 그리드 이벤트가 제2 예정 시간 내에, 예컨대 t≤250 ms에 소거된 경우(도 3e), 기계식 스위치(54)는 도 4의 단계 414에 의해 나타내어진 바와 같이 폐쇄 또는 스위치 온되도록 트리거된다. 일 실시형태에서는, 상기 그리드 이벤트의 소거와 더불어, 발전기(42)가 그리드(44)에 전력을 공급할 수 있는 허용 레벨로 전압이 되돌아갔다는 것을 확인하기 위해, POC에서의 전압을 검사할 수 있다.

기계식 스위치(54)를 트리거한 후, 기계식 스위치(54)는 완전히 폐쇄하기까지 일정 시간, 예컨대 t=450 ms이 걸릴 수 있다. 이러한 기간 동안, 발전기의 전류(70)는 도 3e에 도시된 바와 같이 저항기(52)를 통하여 계속 흐를 수 있다. 또한, 일단 기계식 스위치(54)가 예컨대 t=450 ms에 완전히 폐쇄되면, 저항 제동 시스템(46)은 그리드 이벤트 이전의 정상 상태 동안의 그 초기 상태로 되돌아간다. 이 스테이지에, 발전기의 전류는 도 3f에 도시된 바와 같이 기계식 스위치(54)를 통해 흐를 수 있다.

또한, 제2 예정 시간 이후에, 예컨대 t>250 ms에 그리드 이벤트가 소거되지 않았고(도 3g), POC에서의 전압이 그리드 코드에 의해 주어진 전압 프로파일보다 낮다면, 엔진의 점화 장치는 도 4의 단계 414에 의해 나타내어진 바와 같이 완전히 스위치 오프되도록 트리거되고, 그 결과 기계식 스위치(54)와 엔진의 점화 장치는 오프 상태가 된다. 따라서, 발전기(42)는 그리드(44)로부터 신속하게 접속 해제되고, 그 결과 결국에는 발전기(42)에 의해 그리드(44)에 공급되는 전력이 없어진다.

본원에 개시된 실시형태의 장점 중 하나는 저항 제동을 신속화 및 장기화한다는 것이다. 구체적으로, 저항 제동 시스템이 (엔진 제어부 없이) 병렬 관계의 저항기를 갖는 기계식 스위치만을 포함하는 경우, 제동력의 양과 지속 기간은 저항기의 전기적 특성 및 열적 특성에 의해 정해지고, 응답 속도는 기계식 스위치의 개방 속도에 의해 정해진다. 따라서, 이러한 저항 제동의 응답 시간은 기계식 스위치의 속도에 의해 제한되며, 예컨대 50 ms이거나 또는 이보다 길 수 있다. 또한, 엔진 제어부 없이 병렬 관계의 저항기를 갖는 기계식 스위치는 발전기의 속도를 조절할 수 없다. 한편, 저항 제동 시스템이 (병렬 관계의 저항기를 갖는 기계식 스위치 없이) 엔진 제어부만을 포함하는 경우, 이 시스템은 그리드 이벤트에 대해 거의 즉각적으로 응답할 수 있고 엔진 점화 장치를 부분적으로 또는 완전히 스위치 오프함으로써 발전기의 속도를 제어할 수 있지만, 이러한 속도 제어는 잠깐 지속되는 데, 그 이유는 엔진이 너무 긴 시간동안 스위치 오프될 수 없기 때문이다. 이에 따라, 상기한 예시적인 시스템 및 방법을 이용함으로써, 병렬 관계의 저항기를 갖는 기계식 스위치와 엔진 제어부를 조합하여, 발전기 속도 조절 능력을 가지면서 신속하게 작동하는 저항 제동 시스템을 달성한다.

본 발명의 어떤 특정한 피처만을 본원에 예시하고 기술하였지만, 당업자에게는 여러 변형 및 변경이 떠오를 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 본 발명의 진정한 정신 내에 속하는 이러한 모든 변형 및 변경을 보호하려는 의도가 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (19)

1. 발전 시스템으로서,
   전력을 발생시키고 이 전력을 그리드에 공급하기 위해, 엔진에 작동식으로 연결된 발전기; 및
   상기 발전기와 상기 그리드 사이에 작동식으로 연결된 저항 제동 시스템
   을 포함하고, 상기 저항 제동 시스템은,
   저항기와 병렬 접속된 기계식 스위치와,
   그리드 이벤트에 응답하여, 상기 엔진으로부터의 동력을 제어하고 상기 기계식 스위치와 상기 병렬 접속된 저항기의 사이에서 전류의 경로를 재설정하도록 상기 기계식 스위치를 작동시키는 컨트롤러를 구비하는 것인 발전 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 그리드 이벤트가 검출되었을 때, 엔진의 점화 장치를 부분적으로 또는 완전히 스위치 오프하여 엔진으로부터의 동력을 제어하기 위해, 제1 제어 신호를 송신하도록 구성되어 있는 것인 발전 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 그리드 이벤트가 검출되었을 때, 기계식 스위치를 개방하기 위해, 제2 제어 신호를 송신하도록 구성되어 있고, 기계식 스위치는 제1 예정 시간 이전에 개방되는 것인 발전 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 저항기는, 기계식 스위치가 개방되었을 때, 발전기로부터 일정량의 전력 및 에너지를 흡수하기에 충분한 규모인 것인 발전 시스템.
5. 제3항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 제1 예정 시간 이후에, 엔진의 점화 장치를 부분적으로 또는 완전히 스위치 온하기 위해, 제3 제어 신호를 송신하도록 구성되어 있는 것인 발전 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 제어된 상기 엔진으로부터의 동력에 기초하여 발전기의 속도를 조절하도록 구성되어 있는 것인 발전 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 그리드 이벤트의 발생으로부터 제2 예정 시간 이전에 그리드 이벤트가 소거된 경우에, 기계식 스위치를 폐쇄하기 위해 제4 제어 신호를 송신하도록 구성되어 있는 것인 발전 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 그리드 이벤트가 상기 제2 예정 시간 이후에 지속되는 경우에, 엔진의 점화 장치를 스위치 오프하기 위해 제5 제어 신호를 송신하도록 구성되어 있는 것인 발전 시스템.
9. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 입력 신호에 기초하여 그리드 이벤트를 검출하도록 구성되어 있는 것인 발전 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 입력 신호는 전압 신호, 전류 신호, 발전기 파워 신호, 속도 신호, 로터 각도 신호, 엔진 파워 신호, 엔진 토크 신호, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 발전 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 엔진은 가스 터빈, 가스 엔진, 또는 풍력 터빈을 포함하는 것인 발전 시스템.
12. 발전기와 그리드 사이에 접속되어 있는 저항 제동 시스템에 연결된 발전기로부터 그리드에 전력을 공급하는 발전 방법으로서, 상기 저항 제동 시스템은 저항기와 병렬 접속된 기계식 스위치를 포함하는 것이고, 이 발전 방법은,
    정상 작동 상태 하에서 전력을 상기 기계식 스위치를 통해 상기 그리드에 공급하는 단계;
    그리드 이벤트가 검출되었을 때, (a) 상기 발전기로의 동력을 제어하는 단계, 그리고 (b) 상기 발전기로부터의 전류의 방향이 상기 기계식 스위치와 상기 저항기 사이에서 재설정되도록 상기 기계식 스위치를 작동시키는 단계
    를 포함하는 것인 발전 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 발전기로의 동력을 제어하는 단계는, 상기 발전기에 연결된 엔진의 동력을 제어하는 것을 포함하는 것인 발전 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 그리드 이벤트가 검출되었을 때, 엔진의 점화 장치를 부분적으로 또는 완전히 스위치 오프하는 단계를 더 포함하는 발전 방법.
15. 제13항에 있어서, 제1 예정 시간 이후에 엔진의 점화 장치를 부분적으로 또는 완전히 스위치 온하는 단계를 더 포함하는 발전 방법.
16. 제13항에 있어서, 제2 예정 시간 이전에 그리드 이벤트가 소거된 경우, 기계식 스위치를 폐쇄하는 단계를 더 포함하는 발전 방법.
17. 제16항에 있어서, 제2 예정 시간 이후에 그리드 이벤트가 지속되는 경우, 엔진의 점화 장치를 스위치 오프하는 단계를 더 포함하는 발전 방법.
18. 제12항에 있어서, 상기 그리드 이벤트는 입력 신호에 기초하여 검출되는 것인 발전 방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 입력 신호는 전압 신호, 전류 신호, 발전기 파워 신호, 속도 신호, 로터 각도 신호, 엔진 파워 신호, 엔진 토크 신호, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 것인 발전 방법.

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