KR20180063273A - 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법 및 발전기 세트의 엔진을 위한 제어 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기 그리드에 병렬로 커플링된 적어도 2 개의 발전기 세트들의 어셈블리에서 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법에 관한 것이고, 본 방법에서,
- 실제 엔진 속도가 결정되거나 측정되고, 엔진으로의 연료 공급은 상기 실제 엔진 속도 및 속도 기준 값을 이용하여 제어되고,
- 실제 엔진 부하가 결정되거나 측정되고,
- 부하 기준 값이 상기 전기 그리드에 커플링된 엔진들의 상기 실제 엔진 부하들에 기초하여 결정되고, 그리고
- 상기 속도 기준 값은 상기 속도 기준 값이:
- 실제 엔진 부하 및 부하 기준 값을 이용하는 것에 의해 획득된 속도 기준 값의 제 1 부분, 및
- 속도 기준 값의 제 2 부분의 합이 되도록 결정되고, 속도 기준 값의 제 2 부분은:
- 부하 기준 값으로부터 과도 상태를 식별하는 것, 및
- 속도 기준 값의 제 2 부분을 제공하도록 엔진 특징들과 과도 상태를 결합하는 것에 의해 획득된다.

Description

발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법 및 발전기 세트의 엔진을 위한 제어 유닛

본 발명은 전기 전력 네트워크 또는 그리드에 접속된 발전기 세트들 간에 전력 생산을 공유하는 것에 관한 것이다. 특히 본 발명은 과도 부하 상황 동안 발전기 세트들의 엔진들 사이에서 부하를 공유하는 것에 관한 것이다.

발전기 세트는 발전기 및 부하를 받고 있는 발전기를 회전시키기 위한 기계적 작업을 제공하는 원동기 (prime mover) 를 포함한다. 그리드에 접속될 때, 발전기는 전력 네트워크에 전력을 공급한다. 생성된 전력은 그리드에 접속된 부하들에 의해 소비된다. 이 때문에 발전기의 전력 할당은 통상적으로 부하 공유라고 지칭된다.

이러한 동력 네트워크들은 해양 선박에 또한 이용되는 반면, 추진 시스템은 다른 전기 디바이스들과 함께 부하들로서 그리드에 접속된다. 용량 또는 리던던시를 위하여 둘 이상의 발전기 세트들이 병렬화될 때 이들은 모두 적절하게 관리되어야 한다.

다중-엔진 해양 설비들에서 등시성 (동일 속도) 부하 공유 모드는 일반적으로 이용되는 속도/부하 제어 모드이다. 등시성 공유 모드는 부하 레벨에 관계없이 일정한 속도를 유지한다. 원동기의 속도에 대한 작은 변동이 여전히 발생하며 그 범위 정도는 조속기의 안정성의 척도이다. 따라서 시스템의 주파수와 전압은 일정하게 유지되어 소위 드룹 제어 시스템보다 훨씬 높은 전력 품질을 제공한다.

각각의 발전기가 총 부하의 비율을 유지하도록 허용하기 위해 등시성 부하 공유 제어는 각각의 발전기의 전압 및 전류 정보를 샘플링한다. 각각의 발전기 세트들로부터의 이 정보에 의해 등시성 부하 공유 제어는 각각의 발전기 세트 조속기에 대한 정정 신호를 계산할 수 있고, 연료 속도를 조정할 수 있으며, 이는 성능에 따라 각각의 발전기의 총 부하에 비례할 수 있게 한다.

공통 부하에 접속된 발전기 세트들 간의 부하 공유는 부하 기준을 모든 발전기 세트들의 평균값으로 설정하는 것에 의해 실현된다. 일반적으로, 엔진에 사용되는 제어 전략은 엔진 부하가 부하 기준보다 낮으면, 부하를 얻기 위해 부하 기준이 증가되고 그 반대의 경우 부하 기준이 감소된다.

본 발명의 목적은 개선된 방식으로 부하 공유가 실현되는 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 개선된 부하 공유 동작을 제공하는 발전기 세트의 엔진에 대한 제어 유닛을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 본 발명의 상이한 실시형태들의 보다 세부적인 내용을 기술하는 독립항들 및 다른 청구항들에 개시된 바와 같이 충족되는 것이다.

전기 그리드에 병렬로 커플링된 적어도 2 개의 발전기 세트들의 어셈블리에서 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법에 있어서, 그리드의 부하 요구의 엔진 공유를 배정할 때 엔진의 능력이 고려되도록 엔진들 사이의 부하 공유가 제어된다.

방법에 있어서, 실제 엔진 속도가 결정되거나 측정되고, 엔진으로의 연료 공급은 실제 엔진 속도 및 속도 기준 값을 이용하여 제어된다. 실제 엔진 부하가 결정되거나 측정되고, 부하 기준 값은 전기 그리드에 커플링된 엔진들의 실제 엔진 부하들에 기초하여 결정되며, 속도 기준 값은 속도 기준 값이:

실제 엔진 부하 및 부하 기준 값을 이용하는 것에 의해 획득된 속도 기준 값의 제 1 부분, 및

속도 기준 값의 제 2 부분의 합이 되도록 결정되고,

속도 기준 값의 제 2 부분은:

부하 기준 값으로부터 과도 상태를 식별하는 것, 및

속도 기준 값의 제 2 부분을 제공하도록 엔진 특징들과 과도 상태를 결합하는 것에 의해 획득된다.

이 방식에 의해, 최상의 방법으로 과도 상태에서의 엔진을 로딩시키게 하고 노킹 또는 실호와 같은 원하지 않는 상태에서 엔진이 구동하는 위험을 최소하거나 또는 회피할 수 있게 한다. 이 문맥에서, 용어 부하는 또한 부하를 나타내는 신호를 의미할 수도 있다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 과도 상태와 엔진 특징을 결합하는 것은 부하 기준 값의 시간 도함수를 정의하는 것, 및 엔진 특징들에 기초하여 결정된 팩터와 시간 도함수를 곱하는 것을 포함한다.

보다 정확하게는, 속도 기준 값의 제 1 부분이 실제 엔진 부하 및 부하 기준 값에 따라 계산되도록 예를 들어, 속도 기준 값이 실제 엔진 부하로부터 부하 기준 값을 뺀 다음 그 나머지를 미리 정해진 팩터로 곱하는 것에 의해 획득되도록 개별적인 엔진의 속도 기준 값이 결정된다.

바람직하게, 부하 기준은 전기 그리드에 접속된 발전기 세트들을 구동시키는 엔진들의 개별적인 실제 엔진 부하들의 조작된 값이다. 바람직하게, 부하 기준은 그리드에 커플링된 발전기 세트들을 구동시키는 엔진들의 개별적인 부하들의 평균 부하 값이다. 이는 과도 상태를 결정하는 간단한 방식이다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 실제 엔진 부하는 전기 그리드에 접속된 엔진들의 각각의 엔진에 대하여 결정되고, 전기 그리드에 접속된 엔진들의 각각의 엔진의 실제 엔진 부하는 전기 그리드에 접속된 다른 엔진들 사이에 공유되고, 부하 기준은 공유된 실제 엔진 부하에 기초하여 결정된다. 제어 시스템은 데이터 버스를 포함하고, 데이터 버스를 통하여, 다른 데이터들 중에서도 엔진 부하가 엔진들 사이에서 공유된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 과도 상태는 부하 기준 값의 시간 도함수를 계산하는 것에 의해 식별되고, 속도 기준 값의 제 2 부분은 엔진 특징들에 기초하여 정의된 팩터와, 시간 도함수를 곱하는 것에 의해 획득된다. 본 방법은 계속적으로 반복되고, 그리고 부하에서의 과도 변경이 발생할 때, 속도 기준 값의 제 2 부분이 변경된다. 이 방식으로, 과도 상태를 식별하는 것은 부하 기준 값의 과도 거동 또는 과도 상태의 실질적으로 연속적인 모니터링을 바람직하게 의미한다. 따라서, 과도 상태의 단순 식별에 더하여, 과도 상태의 크기 및 유지기간이 식별되고 속도 기준 값의 결정에 있어서 고려되어진다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 속도 기준 값의 제 2 부분은 피드 포워드 제어에서 결정된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 엔진 특징은 과도 부하 변경들을 처리하는 엔진의 능력에 기초하는 팩터를 포함한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 엔진은 소위 듀얼 연료 엔진으로서, 이는 2 개의 교번 동작 모드들: 디젤 모드와 가스 모드에서 선택적으로 동작되도록 적응되며, 이 실시형태에서, 엔진 특징은 현재 적용된 동작 모드에 의존하는 팩터를 포함한다. 따라서, 속도 기준 값의 제 2 부분이 획득되는 포워드 피드 제어 설비는 엔진의 현재 동작 모드 정보에 의존하는 팩터를 포함하는 엔진 특징을 이용하도록 배치된다.

듀얼 연료 엔진의 경우, 엔진 특징은 제 1 팩터가 엔진의 현재 적용된 동작 모드에 관련하는 또는 의존하는 팩터이고, 제 2 팩터는 엔진 특징 값에 증가적으로 또는 감소적으로 영향을 주는 변수이다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 부하 기준 값의 시간 도함수가 계산되고 필터에 의해 필터링되고, 그 결과가 제 2 속도 기준 값을 획득함에 있어서 이용되도록, 속도 기준 값의 제 2 부분이 피드 포워드 제어 유닛에서 결정된다. 필터는 예를 들어, 적절하게 튜닝된 저대역 통과 필터 또는 대역 소거 필터일 수도 있다.

본 방법은 전기 그리드에 병렬로 커플링된 적어도 2 개의 발전기 세트들의 어셈블리에 대하여 이용될 수도 있고, 적어도 2 개의 발전기 세트 중 적어도 제 1 발전기 세트는 본 발명에 따라 독립적으로 동작되고, 적어도 2 개의 발전기 세트 중 적어도 제 2 발전기 세트는 본 발명에 따라 독립적으로 동작된다.

이 경우, 전기 그리드에 접속된 엔진들 모두에 대해 공통인 부하 기준 값이 결정되고, 적어도 2 개의 발전기 세트 중 제 1 발전기 세트에서의 엔진은 본 발명에 따른 방법을 적용하여 동작되고, 적어도 2 개의 발전기 세트 중 적어도 제 2 발전기 세트의 엔진은 본 발명에 따른 방법을 적용하여 동작되고, 제 1 발전기 세트에서의 엔진에 대한 속도 기준 값은 적어도 제 2 발전기 세트에서의 엔진에 대한 속도 기준 값을 결정하는데 이용되는 것들과는 상이한 엔진 특징들을 이용하여 결정된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 적어도 2 개의 발전기 세트들 중 적어도 제 1 발전기 세트는:

- 실제 엔진 속도가 결정되거나 측정되고, 엔진으로의 연료 공급은 실제 엔진 속도 및 제 1 속도 기준 값을 이용하여 제어되고,

- 실제 엔진 부하가 결정되거나 또는 측정되고, 제 1 속도 기준 값이 실제 엔진 부하 및 부하 기준 값을 이용하여 결정되도록 동작되며,

적어도 2 개의 발전기 세트들의 적어도 제 2 발전기 세트는:

- 실제 엔진 속도가 결정되거나 측정되고, 엔진으로의 연료 공급은 실제 엔진 속도 및 제 2 속도 기준 값을 이용하여 제어되고,

- 실제 엔진 부하가 결정되거나 또는 측정되고, 제 2 속도 기준 값이 실제 엔진 부하 및 부하 기준 값을 이용하여 결정되도록 동작되며, 또한,

- 제 1 속도 기준 값의 제 1 부분이 실제 엔진 부하 및 부하 기준 값을 이용하여 획득되고, 제 1 속도 기준 값의 제 2 부분이 부하 기준 값 및 엔진 특징을 이용하여 획득되도록 제 1 속도 기준 값이 제 2 속도 기준 값과 독립적으로 결정되고,

- 제 1 속도 기준은 제 1 속도 기준 값들의 제 1 부분 및 제 2 부분의 합이며,

- 제 2 속도 기준 값의 제 1 부분이 실제 엔진 부하 및 부하 기준 값을 이용하여 획득되고, 제 2 속도 기준 값의 제 2 부분이 부하 기준 값 및 엔진 특징을 이용하여 획득되도록 제 2 속도 기준 값이 제 1 속도 기준 값과 독립적으로 결정되고, 그리고

- 제 2 속도 기준은 제 2 속도 기준 값들의 제 1 부분 및 제 2 부분의 합이 되도록 한다.

전기 그리드에 병렬로 커플링된 적어도 2 개의 발전기 세트들의 어셈블리에서 발전기 세트의 엔진에 대한 제어 유닛은 엔진에 대한 제어 신호를 제공하는 적어도 하나의 제어 신호 출력으로서, 제어 신호에 기초하여 연료 어드미션이 제어되도록 하는, 상기 적어도 하나의 제어 신호 출력, 부하 기준 값의 소스에 접속가능한 제 1 제어 신호 입력, 실제 엔진 속도 값의 소스에 접속가능한 제 2 제어 신호 입력, 실제 플랜트 부하 값의 소스에 접속가능한 제 3 제어 신호 입력, 실제 엔진 속도 값 및 속도 기준 값에 기초하여 엔진에 대한 제어 신호를 제공하도록 배열된 속도 제어된 유닛 및 속도 기준 값을 제공하도록 배열된 부하 제어기 유닛을 포함한다.

제어 유닛에서, 부하 제어된 유닛은 서로 병렬로 커플링된 프라이머리 부하 제어기 유닛 및 세컨더리 부하 제어기 유닛을 포함하고, 여기에서, 프라이머리 부하 제어기 유닛은 실제 엔진 부하 및 부하 기준 값을 이용하여 속도 기준 값의 제 1 부분을 생성하도록 배열되고, 세컨더리 부하 제어기 유닛은 부하 기준 값 및 미리 정해진 엔진 관련 특징의 과도 상태에 기초하여 속도 기준 값의 제 2 부분을 제공하도록 배열된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 세컨더리 부하 제어기 유닛은 계산 유닛, 부하 이득 결정 유닛 및 증폭 유닛을 포함하고, 계산 유닛은 부하 기준 값의 시간 도함수 계산을 제공하도록 배열되고, 부하 이득 결정 유닛은 기존 엔진 특징들에 따라 증폭 유닛에 공급 신호를 제공하도록 배열되고, 증폭 유닛은 부하 기준 값의 시간 도함수를 이용하여 속도 기준 값의 제 2 부분을 제공하도록 배열된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 세컨더리 부하 제어기 유닛은 증폭 유닛에서 입력 값으로서 이용하기 위한 부하 기준 값을 계속적으로 조작하도록 적응된 필터 유닛 및 계산 유닛을 포함한다.

본 발명에 따르면, 실제 부하 형상화 제어부는 메인 로드 제어기 유닛에 병렬로 피드포워드 제어기 유닛을 도입하는 것에 의해 실현된다. 이 적용에서, 메인 로드 제어기 유닛은 프라이머리 로드 제어기 유닛으로 지칭된다. 이는 플랜트 부하 요구에서의 변화들 또는 변화율에 기초하여 속도 기준 값을 증가/감소하는 효과를 제공한다.

특히, 엔진들 중 적어도 하나가 가스 동작 피스톤 엔진일 때, 엔진의 과도 부하 능력은 많은 상이한 특이사항들에 의존한다. 발전기 세트들에서의 엔진들의 부하 능력은 예를 들어, 엔진/터보 충전기 사이즈, 엔진 스테이터스 (부하 감소), 및 현재 사용되는 연료 등급, 및 엔진들의 정격 전력으로 인하여 서로 다소 상이하다. 여러 상이하게 사이징된 발전기 세트들이 병렬화되는 것도 심지어 가능하다. 이는 발전기 세트들의 과도 부하 동안 엔진들 중 일부가 다른 것들보다 과도 조건들을 보다 처리가능하다는 것을 의미한다.

또한 예를 들어 도입 공기 압력의 생성에 있어서 폭발, 실호, 급격한 예열에 대해 민감한 어셈블리 엔진들에서, 낮은 칼로리 값 연료를 갖는 연료 등으로 구동하는 것은 플랜트 부하에서의 부하 과도들 동안 완화될 수 있다. 개별적으로, 언급된 또는 다른 유사한 엔진 특징들에 대한 둔감한 엔진들은 플랜트 부하 과도들의 상당한 부분을 차지하도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 유리한 적용은 가스 동작되는 피스톤 엔진으로 적어도 하나가 급전되는 적어도 2 개의 발전기 세트들을 드레저 베셀에 제공하는 것이다. 드레저의 동작 동안, 전력 요구는 드레저의 전기 추진 시스템과 드레징 설비 양쪽 모두로 인하여, 상당한 수의 과도 상황들을 수반한다. 드레저 베셀의 전기 그리드에 병렬로 커플링된 적어도 2 개의 발전기 세트들의 어셈블리에서 발전기 세트의 엔진은 방법 청구항들의 어느 것에 개시된 방법에 따라 유리하게 동작된다. 드레저의 발전기 세트들은 독립 장치 청구항들의 어느 것에 따른 제어 유닛에 제공된다.

전기 추전 시스템 및/또는 드레징 장비에 의해 부하받는 전기 그리드가 부하 변동을 겪는다면, 본 발명에 의해, 드레저 적용으로서 요구하는 환경들에서 가스 동작되는 피스톤 엔진을 계속적으로 이용하는 것이 가능하다.

다음에서, 본 발명은 첨부한 예시적이고 개략적인 도면들을 참조하여 설명된다:
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 발전기 세트들의 어셈블리를 개략적으로 예시한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 발전기 세트들의 어셈블리를 개략적으로 예시한다.
도 3 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 세컨더리 부하 제어기 유닛을 예시한다.
도 4 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 속도 기준 값 및 개별적인 플랜트 부하를 예시한다.

도 1 은 다수의 내연 피스톤 엔진들 (10) 이 원동기들로서, 발전기 (11) 에 접속되어, 발전기 세트 (12) 를 형성하는 발전기 세트들의 어셈블리를 개략적으로 예시한다. 발전기 세트들 (12) 는 전기 그리드 (18) 에 접속된다. 발전기 세트 (12) 는 부하 공유 유닛 (14) 및 제어 유닛 (16) 을 포함한다. 부하 공유 유닛 및 제어 유닛은 도한 서로 통합될 수도 있다. 부하 공유 유닛 (14) 은 발전기 세트들 (12) 사이에서의, 그리드 (18) 의 부하의 공유를 제어를 관리하도록 배정되고, 제어 유닛 (16) 은 개별적인 엔진 (10) 의 속도 및/또는 부하 제어를 관리하도록 배정된다. 엔진들의 부하 공유 유닛들 (14) 은 데이터 버스 (15) 를 통하여 서로 접속된다. 이 방식으로, 엔진들 (10) 사이에서 제어 관련 데이터를 송신하는 것이 가능하다. 개별적인 엔진 (10) 의 속도 및/또는 부하 제어는 해당 엔진의 연료 어드미션을 제어하는 것에 의해 획득된다. 그리드 (18), 및 발전기 세트들 (12) 에 대한 그 커플링은 통상적으로, 적절한 회로 브레이커들을 포함하지만, 명료화를 위하여 도시되지 않는다.

도 2 에서, 하나의 발전기 세트 (12) 가 도시된다. 엔진 (10) 은 발전기 (11) 에 접속되어, 엔진이 원하는 속도로 발전기를 회전시킬 수도 있고 전력을 생성하도록 기계적 전력을 제공할 수도 있도록 한다. 제어 유닛 (16) 이 또한 도시되어 있으며, 이 유닛은 엔진 (10) 에 대한 연료 어드미션을 제어하도록 적응된다. 제어 유닛 (16) 에는, 제어 신호를 제공하도록 엔진의 연료 어드미션 시스템 (도시 생략) 에 접속된 적어도 하나의 제어 신호 출력 (18) 이 제공되며, 이 제어 신호에 기초하여 엔진으로의 연료 어드미션이 제어된다. 제어 유닛 (16) 에는 또한, 부하 기준 값의 소스와 접속가능한 적어도 제 1 제어 신호 입력 (20) 이 제공된다. 이 실시형태에서, 부하 기준 값의 소스는 부하 공유 유닛 (14) 이다. 그리드에 접속된 엔진들 (10) 의 부하 공유 유닛들 (14; 도 1) 은 서로 접속되어, 엔진들의 각각의 엔진의 실제 엔진 부하가 부하 기준 값의 결정을 위하여 다른 엔진들 (10) 의 부하 공유 유닛들에 이용가능하게 되도록 한다. 또한, 모든 엔진들의 부하 공유가 중앙집중 방식으로 제어되고 각각의 엔진에 대한 부하 기준 값이 공통 부하 공유 유닛 (도시 생략) 으로 결정되는 것을 상정가능하다. 부하 공유 유닛은, 부하 기준 값이 도 1 에 도시된 바와 같이 그리드에 접속된 다수의 엔진들 (10) 의 개별적인 부하들의 평균이도록 부하 기준 값을 결정하라는 실행가능 명령들을 포함한다. 따라서, 각각의 엔진의 부하 공유 유닛 (14) 은 엔진들 (10) 중 각각의 하나의 개별적인 부하에 액세스하거나 또는 정보를 제공한다.

제어 유닛 (16) 에는 또한, 제 2 제어 신호 입력 (22) 및 제 3 제어 신호 입력 (24) 이 제공된다. 이들은 제어 유닛 (16) 에 피드백을 제공하기 위하여 발전기 세트로부터 획득된 실제 값들을 수신하도록 배열된다. 제 2 제어 신호 입력 (22) 은 엔진 속도 값의 소스에 접속된다. 엔진 속도 값의 소스는 예를 들어, 엔진에 어셈블리된 속도 센서일 수도 있다. 이는 제어 유닛 (16) 에 엔진의 실제 속도의 정보를 제공한다. 제 3 제어 신호 입력 (24) 은 실제 엔진 부하 값의 소스에 접속되고, 실제 엔진 부하 값은 제어 유닛 (16) 에 의해 이용된다.

제어 유닛 (16) 에는 속도 제어기 유닛 (26) 에 제공된다. 속도 제어 유닛 (26) 은 입력 값들 중 하나로서 실제 엔진 속도를 수신할 수도 있도록 제 2 제어 신호 입력 (22) 에 접속된다. 속도 제어 유닛 (26) 은 또한 제어 유닛 (16) 의 제어 신호 출력 (18) 에 접속되어, 속도 제어 유닛이 엔진 (10) 에 대한 연료 어드미션을 조정하기 위한 제어 신호를 제공할 수도 있게 된다.

제어 유닛 (16) 에는 또한 부하 제어기 유닛 (28) 이 제공된다. 부하 제어기 유닛 (28) 은 속도 제어기 유닛 (26) 에서 입력 신호로서 이용되는 속도 기준 값을 제공하도록 배열된다. 따라서, 속도 제어기 유닛 (26) 은 부하 제어 유닛 (28) 에 의해 제공된 속도 기준 값 및 실제 엔진 속도에 기초하여 엔진 (10) 에 대한 연료 어드미션을 조정하기 위한 제어 신호를 결정하도록 배열된다.

제 3 제어 신호 입력 (24) 은 부하 제어기 유닛 (28) 에 피드백 신호로서 엔진의 실제 부하를 제공하는 입력 신호로서 부하 제어기 유닛 (28) 에 접속된다. 부하 제어기 유닛 (28) 은 제어 유닛의 제 1 제어 신호 입력 (20) 에 그리고 따라서 부하 기준 값의 소스에 또한 접속된다. 부하 기준 값 및 엔진의 실제 부하는 속도 제어기 유닛 (26) 에 대한 속도 기준 값을 제공하도록 부하 제어기 유닛 (28) 에서 이용된다. 따라서 부하 제어기 유닛 (28) 은 실제 엔진 부하 및 부하 기준 값을 이용하여 속도 기준 값을 결정하도록 배열된다.

이때 본 발명에 따르면, 부하 제어기 유닛 (28) 은 서로에 대해 병렬로 커플링된 프라이머리 부하 제어기 유닛 (30) 및 세컨더리 부하 제어기 유닛 (32) 을 포함한다. 제 3 제어 신호 입력 (24) 은 부하 제어기 유닛 (28) 의 프라이머리 부하 제어기 유닛 (30) 에 접속된다. 이 방식으로, 엔진 (10) 의 실제 부하는 프라이머리 부하 제어기 유닛 (30) 에 이용가능하게 된다. 프라이머리 부하 제어기 유닛 (30) 은 부하 기준 값 및 실제 엔진 부하를 이용하여 속도 기준 값의 제 1 부분을 생성하도록 배열된다. 제 1 제어 신호 입력 (20) 은 제어기 유닛들 (30, 32) 에 부하 기준 값의 입력 신호를 제공하도록 프라이머리 부하 제어기 유닛 (30) 및 세컨더리 부하 제어기 유닛 (32) 양쪽에 접속된다.

세컨더리 부하 제어기 유닛 (32) 은 프라이머리 부하 제어기 유닛 (30) 에 의해 속도 제어기 유닛 (26) 에 이용가능한 속도 기준 값에 영향을 주도록 배열된 피드포워드 제어 유닛이다. 속도 기준 값의 제 2 부분은 속도 기준 값의 제 1 부분에 가산되어, 속도 제어기 유닛 (26) 에서의 이용을 위하여 실제 속도 기준 값을 형성한다. 따라서, 속도 기준 값의 제 1 부분은 값들을 합산하는 것에 의해 제 2 속도 기준 값에 의해 수정된다. 이는 프라이머리 부하 제어기 유닛 (30) 과는 독립적으로 엔진의 부하를 액티브하게 증가 또는 감소하는 것이 가능할 수도 있다. 세컨더리 부하 제어기 유닛 (32) 은 미리 정해진 엔진 관련 특징들에 기초하여 속도 기준 값의 제 2 부분을 제공하도록 배열된다. 이러한 엔진 관련 특징들은 과도 부하 상황에 대처하는 엔진 능력에 관련된다. 이 문맥에서, 단어 "관련된 엔진" 은 엔진의 외부, 이를 테면, 연료 등급, 또는 흡기 온도, 흡기 압력, 터보충전기 속도, 및/또는 엔진의 냉각수 온도인 경우에도, 엔진 성능에 영향을 주는 하나 이상의 변수들을 의미함을 이해해야 한다.

예를 들어, 엔진들에 이용되는 터보충전기는 고속의 부하 변경의 엔진 능력들에 영향을 준다. 터보충전기가 낮은 부하들로 전력을 제한하는 일 유형의 경우, 세컨더리 부하 제어기 유닛 (32) 은 낮은 부하 범위에서 속도 기준 값을 증가시키라는 명령들을 가질 수도 있다. 이는 터보충전기의 특징들, 즉, 엔진 특징들의 영향들을 보상할 수도 있다. 또한, 과도 거동에 영향을 주는 제어 시스템에서 엔진에 배정된 일정 상태 또는 제약이 존재할 수도 있다. 또한, 이용된 연료 유형 또는 등급이 엔진 과도 거동에 영향을 줄 수도 있다. 이는 엔진의 과도한 부하 동안, 엔진들의 일부가 과도 조건들을 처리하도록 보다 양호한 포지션에 있다. 본 발명에 의하면, 제 1 제어 신호에 기초하는 속도 기준 값에 영향을 주면서 임의의 미리 정해진 엔진 관련 특징들을 동시에 관리하는 것이 가능하다.

도 3 에서, 본 발명에 따른 세컨더리 부하 제어기 유닛 (32) 을 보다 자세한 방식으로 도시한다. 세컨더리 부하 제어기 유닛은 제 1 제어 신호 입력 (20) 을 통하여 획득가능한 부하 기준 값을 계속적으로 조작하도록 적응된 필터 유닛 (38) 및 계산 유닛 (36) 을 포함한다.

계산 유닛 (36) 은 부하 기준 값의 시간 도함수 계산을 제공하도록 배열된다. 이 방식으로, 세컨더리 제어기 유닛 (32) 은 과도 상태 보상 제어기로서 동작한다. 계산 유닛의 출력 신호는 부하 기준 값의 변화율을 표현한다. 이후, 플랜트 부하 값의 변화율은 필터 유닛 (38) 에서 프로세싱된다. 필터 유닛 (38) 은 세컨더리 제어 유닛 (32) 이 영향을 주도록 요망되는 부하 변화율의 범위의 선택을 가능하게 하는 특징을 제공한다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 필터 유닛은 저대역 통과 필터를 포함하며, 이 필터에 의해, 엔진의 과도 능력에 대해 너무 고속이어서 대처할 수 없는 이러한 변화들을 배제하게 한다. 필터 유닛 (38) 은 또한 미리 정해진 변화율의 원하지 않는 범위를 필터링 제거하는 대역 소거 필터를 포함한다.

추가적으로, 세컨더리 부하 제어기 유닛 (32) 은 증폭 유닛 (40) 및 부하 이득 결정 유닛 (34) 을 포함한다. 부하 이득 결정 유닛 (34) 은 기존의 엔진 특징들에 따라 증폭 유닛에 공급 신호를 제공하도록 배열된다. 이득 결정 유닛 (34) 으로부터의 출력 신호는 효과를 강화 또는 억제하기 위해 포지티브 또는 네가티브일 수도 있다. 따라서, 세컨더리 부하 제어기 유닛 (32) 의 영향은 부하 기준 값의 변화율에 의존하고, 세컨더리 제어기 유닛 (32)의 영향의 크기는 지배적인 엔진 특징들에 따라 제어될 수 있다. 부하 이득 결정 유닛 (34) 에는 엔진 특성 및/또는 제어에서의 이들의 영향을 결정하기 위한 적절한 입력들 (미도시) 이 제공될 수도 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 부하 이득 결정 유닛 (34) 은 이전에 설명된 바와 같이, 엔진 특성 및/또는 이들의 제어에 미치는 영향을 결정하기 위한 적절한 정보를 포함하는 저장 유닛을 가질 수 있거나 또는 액세스할 수도 있다.

본 발명의 예로서 도 1 을 다시 참조하여 보면, 엔진들 (10) 이 소위 가스 모드로 동작하는 메인 연료로서 가스 연료를 사용하고, 소위 디젤 모드에서 동작하는 백업 연료로서 액체 연료를 이용하도록 적응되는 소위 듀얼 연료 엔진과 같은 것으로 고려할 수도 있다. 엔진들 일부가 가스 모드에서 동작하고 엔진들 중 일부가 디젤 모드에서 동작하는 것으로 가정하면, 어셈블리에서, 가스 모드에서 동작하는 것은 디젤 모드에서 동작하는 것보다 더 신속하는 부하 변화들에 더욱 민감하다.

따라서, 가스 모드에서 구동하는 엔진들은 실제 엔진 속도가 결정 또는 측정되도록 동작되고, 엔진으로의 연료 공급은 제 1 속도 기준 값 및 실제 엔진 속도를 이용하여 제어된다. 추가적으로, 제 1 속도 기준 값의 제 1 부분이 실제 엔진 부하 및 부하 기준 값을 이용하여 획득되고, 제 1 속도 기준 값의 제 2 부분이 부하 기준 값 및 엔진 특징을 이용하여 획득되도록 제 1 속도 기준 값이 결정된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 가스 모드에서의 엔진 특징은 엔진의 가스 모드 동작의 과도 거동에 일반적으로 대응하도록 적응되는 제 1 팩터, 및 제 1 팩터 및 엔진 특징 값에 증가적으로 또는 감소적으로 영향을 주는 변수인 제 2 팩터로 간단하게 구성된다.

디젤 모드에서 구동하는 엔진들은 실제 엔진 속도가 결정 또는 측정되도록 동작되고, 엔진으로의 연료 공급은 제 2 속도 기준 값 및 실제 엔진 속도를 이용하여 제어된다. 추가적으로, 제 2 속도 기준 값의 제 1 부분이 실제 엔진 부하 및 부하 기준 값을 이용하여 획득되고, 제 2 속도 기준 값의 제 2 부분이 디젤 모드에서 부하 기준 값 및 엔진 특징을 이용하여 획득되도록 제 2 속도 기준 값이 독립적으로 결정된다. 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 디젤 모드에서의 엔진 특징은 엔진의 디젤 모드 동작의 과도 거동에 일반적으로 대응하도록 적응되는 제 1 팩터, 및 제 1 팩터 및 엔진 특징 값에 증가적으로 또는 감소적으로 영향을 주는 변수인 제 2 팩터로 간단하게 구성된다.

따라서, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 플랜트 부하에서의 부하 과도는 예를 들어, 디젤 모드에서 구동하는 엔진들이 부하 과도의 상당한 부분을 차지하고 플렌트 전체 안정도가 증가하는 방식으로 성형될 수도 있다.

본 발명은 또한 엔진들 중 적어도 하나의 엔진이 다른 것들보다 더 좁은 노킹 마진을 갖는 동작과 같이 전용 제어 처리를 요구하는 별개의 특징을 갖는 경우 다수의 가스 엔진들 (10) 과 접속하여 이용될 수도 있다.

도 4 에서, 시간 스케일 (수평축) 에서의 곡선들 (42, 44) 이 있으며, 상부 곡선 (42) 은 부하 제어된 유닛 (28) 에 의해 제공된 속도 기준 값을 나타내고, 하부 곡선 (44) 은 개별적인 플랜트 부하를 나타낸다. 점선들은 본 발명에 따른 대안의 그리고 예시적인 제어 방식들을 나타낸다. 알수 있는 바와 같이, 기간 (t₁ 및 t₂) 동안 발생하는 과도 부하 증가가 존재한다. 위의 예에 계속하여, 가스 모드에서 구동하는 엔진들은 곡선 42.1 에 따라 제어되고, 이는 도면에서 곡선 44.1 에 따른 부하의 증가를 가져온다. 개별적으로, 디젤 모드에서 구동하는 엔진들은 곡선 42.2 에 따라 제어되고, 이는 결국 도면에서 곡선 44.2 에 따른 부하의 증가를 가져온다. 곡선들은 당연히 2 개의 상이한 경우들만을 나타내며, 기준 값의 형상은 개별적인 엔진 특징들에 따라 조정 및 제어될 수도 있음이 분명하다.

이 방식으로, 예를 들어, 폭발, 실호, 급격한 예열, 도입 공기 압력에 대해 보다 민감한 어셈블리 엔진들이 플랜트 부하에서의 부하 과도들 동안 완화될 수 있다 (곡선들 42.1, 44.1). 개별적으로, 위에 언급된 팩터들에 대해 보다 둔감한 엔진들은 플랜트 부하 과도들의 상당한 부분을 차지하도록 구성될 수 있다 (곡선들 42.2, 44.2).

본 발명은 현재 가장 바람직한 실시형태들인 것으로 간주되는 것들과 관련하여 예들을 들어 기술되었지만, 본 발명은 개시된 실시형태들에 한정되지 않고, 그 특징의 조합 또는 수정, 및 본 발명의 범위 내에 포함되는 여러 다른 적용들을 포함하도록 의도됨을 이해할 것이다. 임의의 실시형태와 연계하여 언급된 세부사항은 이러한 조합이 기술적으로 실현가능할 때 다른 실시형태와 관련하여 이용될 수도 있다.

Claims (13)

1. 전기 그리드에 병렬로 커플링된 적어도 2 개의 발전기 세트들의 어셈블리에서 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법으로서,
   - 실제 엔진 속도가 결정되거나 측정되고, 상기 엔진으로의 연료 공급은 상기 실제 엔진 속도 및 속도 기준 값을 이용하여 제어되고,
   - 실제 엔진 부하가 결정되거나 측정되고,
   - 부하 기준 값이 상기 전기 그리드에 커플링된 엔진들의 상기 실제 엔진 부하들에 기초하여 결정되고, 그리고
   - 상기 속도 기준 값은 상기 속도 기준 값이:
   o 상기 실제 엔진 부하 및 상기 부하 기준 값을 이용하는 것에 의해 획득된 상기 속도 기준 값의 제 1 부분, 및
   o 상기 속도 기준 값의 제 2 부분의 합이 되도록 결정되고,
   상기 속도 기준 값의 제 2 부분은:
   

   

   상기 부하 기준 값으로부터 과도 상태를 식별하는 것, 및
   

   

   상기 속도 기준 값의 제 2 부분을 제공하도록 엔진 특징들과 상기 과도 상태를 결합하는 것에 의해 획득되는, 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   - 상기 전기 그리드에 접속된 모든 엔진들에 공통인 부하 기준 값이 결정되고, 그리고
   - 상기 적어도 2 개의 발전기 세트들 중 제 1 발전기 세트에서의 엔진은 제 1 항에 기재된 방법을 적용하여 동작되고,
   - 상기 적어도 2 개의 발전기 세트들 중 적어도 제 2 발전기 세트의 엔진은 제 1 항에 기재된 방법을 적용하여 동작되고, 상기 제 1 발전기 세트에서의 상기 엔진에 대한 상기 속도 기준 값은 상기 적어도 제 2 발전기 세트에서의 상기 엔진에 대한 속도 기준 값을 결정하는데 이용되는 것들과는 상이한 엔진 특징들을 이용하여 결정되는 것을 특징으로 하는 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 실제 엔진 부하는 상기 전기 그리드에 접속된 상기 엔진들의 각각의 엔진에 대하여 결정되고, 상기 전기 그리드에 접속된 상기 엔진들의 각각의 엔진의 상기 실제 엔진 부하는 상기 전기 그리드에 접속된 상기 엔진들 사이에 공유되고, 부하 기준은 공유된 실제 엔진 부하에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 과도 상태는 부하 기준 값의 시간 도함수를 계산하는 것에 의해 식별되고, 상기 속도 기준 값의 제 2 부분은 상기 엔진 특징들에 기초하여 정의된 팩터와 상기 시간 도함수를 곱하는 것에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법.
5. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 엔진 특징들은 과도 부하 변화들을 처리하는 상기 엔진의 능력에 기초하는 팩터를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법.
6. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 엔진은 2 개의 교번 동작 모드들 : 디젤 모드와 가스 모드에서 선택적으로 동작되고, 상기 엔진 특징은 현재 적용된 동작 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 엔진 특징은 2 개의 팩터들로 구성되고, 제 1 팩터는 상기 엔진의 현재 적용된 동작 모드이고, 제 2 팩터는 엔진 특징 값에 증가적으로 또는 감소적으로 영향을 주는 변수인 것을 특징으로 하는 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법.
8. 제 4 항에 있어서,
   상기 부하 기준 값의 시간 도함수가 계산되고 필터에 의해 필터링되고, 그 결과가 상기 속도 기준 값을 획득하는데 이용되는 것을 특징으로 하는 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법.
9. 제 3 항에 있어서,
   상기 부하 기준은 상기 전기 그리드에 접속된 상기 발전기 세트들을 구동시키는 상기 엔진들의 개별적인 실제 엔진 부하들의 조작된 값인 것을 특징으로 하는 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    부하 기준은 상기 발전기 세트들을 구동시키는 상기 엔진들의 개별적인 부하들의 평균 값인 것을 특징으로 하는 발전기 세트의 엔진 동작을 제어하는 방법.
11. 전기 그리드에 병렬로 커플링된 적어도 2 개의 발전기 세트들의 어셈블리에서 발전기 세트의 엔진을 위한 제어 유닛으로서,
    - 상기 엔진에 제어 신호를 제공하기 위한 적어도 하나의 제어 신호 출력 (18) 으로서, 상기 제어 신호에 기초하여 상기 엔진으로의 연료 어드미션 (fuel admission) 이 제어되는, 상기 적어도 하나의 제어 신호 출력 (18),
    - 부하 기준 값 (14) 의 소스와 접속가능한 제 1 제어 신호 입력 (20),
    - 실제 엔진 속도 값의 소스에 접속가능한 제 2 제어 신호 입력 (22),
    - 실제 엔진 부하 값의 소스에 접속가능한 제 3 제어 신호 입력 (24),
    - 상기 실제 엔진 속도 값 및 속도 기준 값에 기초하여 상기 엔진에 상기 제어 신호를 제공하도록 배열된 속도 제어기 유닛 (16),
    - 상기 속도 기준 값을 제공하도록 배열된 부하 제어기 유닛 (28) 을 포함하고,
    - 상기 부하 제어기 유닛은 서로 병렬로 커플링된 프라이머리 부하 제어기 유닛 (30) 및 세컨더리 부하 제어기 유닛 (32) 을 포함하고, 상기 프라이머리 부하 제어기 유닛 (30) 은 상기 실제 엔진 부하 및 상기 부하 기준 값을 이용하여 상기 속도 기준 값의 제 1 부분을 생성하도록 배열되고, 상기 세컨더리 부하 제어기 유닛 (32) 은 상기 부하 기준 값의 과도 상태 및 미리 정해진 엔진 관련 특징들에 기초하여 상기 속도 기준 값의 제 2 부분을 제공하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 발전기 세트의 엔진을 위한 제어 유닛.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 세컨더리 부하 제어기 유닛 (32) 은 계산 유닛 (36), 부하 이득 결정 유닛 (34) 및 증폭 유닛 (40) 을 포함하고, 상기 계산 유닛 (36) 은 상기 부하 기준 값의 시간 도함수 계산을 제공하도록 배열되고, 상기 부하 이득 결정 유닛 (34) 은 기존 엔진 특징들에 따라 상기 증폭 유닛 (40) 에 공급 신호를 제공하도록 배열되고, 상기 증폭 유닛 (40) 은 상기 부하 기준 값의 시간 도함수를 이용하여 상기 속도 기준 값의 제 2 부분을 제공하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 발전기 세트의 엔진을 위한 제어 유닛.
13. 제 11 항에 있어서,
    상기 세컨더리 부하 제어기 유닛 (32) 은 증폭 유닛 (40) 에서 입력 값으로서 이용하기 위한 상기 부하 기준 값을 계속적으로 조작하도록 구성된 필터 유닛 (38) 및 계산 유닛 (36) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 발전기 세트의 엔진을 위한 제어 유닛.

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