KR20190126402A - 수력 기계를 작동시키는 방법, 및 수력 에너지를 전기 에너지로 전환하는 상응하는 설비 - Google Patents

수력 기계를 작동시키는 방법, 및 수력 에너지를 전기 에너지로 전환하는 상응하는 설비 Download PDF

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Abstract

수력 에너지를 전기 에너지로 전환하는 설비는 펌프 모드 또는 터빈 모드로 작동하도록 된 수력 기계를 포함한다.
또한, 펌프 모드와 터빈 모드 간의 전이 동안의 수력 기계의 회전 속도를 제어하도록 로터에 전기 토크를 인가하는 수단(25)을 더 포함한다.

Description

수력 기계를 작동시키는 방법, 및 수력 에너지를 전기 에너지로 전환하는 상응하는 설비
본 발명은 수력 기계(hydraulic machine)를 작동시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 수력 기계의 작동 모드들 간의 전이를 제어하도록 수력 기계를 작동시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 그 방법이 실시될 수 있는, 수력 에너지(hydraulic energy)를 전기 에너지로 전환하는 설비에 관한 것이다.
하나의 실시예에서, 본 발명은 펌프 터빈을 갖는 수력 발전소의 작동을 제어하는 방법에 관한 것이다.
펌프 터빈을 갖는 수력 발전소는, (i) 수력 에너지를 이용하여 발전기에 결합된 샤프트를 회전시켜 회전하는 샤프트의 기계적 에너지를 전기 에너지로 전환하는 터빈 모드, 또는 (ii) 전기 에너지를 펌프 터빈에 급전하여 물을 저수지 등의 고도가 높은 저장 용적 내로 펌핑하는 펌프 모드로 작동할 수 있다. 저장된 물은 나중에 터빈 모드에서 펌프 터빈을 구동하는 데에 이용될 수 있다.
터빈 모드의 수력 기계는 다수의 작동 상태 및 이에 상응하는 작동 모드 전이, 즉 정지 모드 또는 속도 무부하 작동 모드를 갖는다.
터빈 모드에서의 시동 중에, 수력 기계는 런너(runner)에 가해지는 수력 토크를 이용하여 가속된다. 런너는 물의 흐름에 의해 밀어지는 블레이드를 포함한다. 런너는 발전기를 회전시키는 샤프트에 결합되어 있다.
수력 토크는 우선 그 기계의 상류의 수력 파이프 내에 장착된 메인 유입 밸브의 개방시부터 인가된다. 그 수력 기계는 가이드 밸브, 인젝터 또는 제어 가능 피치 등의 제어 가능한 부품들이 작동될 때에 회전하기 시작한다.
따라서, 터빈 모드에서 수력 기계의 시동 시퀀스는 다수의 단계들을 포함한다. 즉, 메인 유입 밸브가 개방되기 시작하는 제1 단계; 그 기계가 가속되는 속도 상승 단계; 그 기계를 배전망(grid)에 커플링하는 단계; 및 부하 유입 단계(load inlet step)를 포함한다. 그 커플링은 통상 메인 회로 차단기를 닫음으로써 달성된다.
터빈 모드에서 수력 기계의 시동 시퀀스에 걸리는 시간을 줄일 필요성이 존재한다. 국제 특허 출원 공개 제WO 2005/073550호를 참조할 수 있으며, 여기서는 수력 기계를 목표 속도로 가속하기 위해 시동 컨버터 및 수력 토크를 이용하여 펌프 터빈을 시동하는 방법 및 장치를 개시하고 있다.
하지만, 펌프 모드와 터빈 모드 간의 전이 동안의 전이 시간을 감소시킬 필요성이 여전히 존재한다.
유럽 특허 출원 공개 번호 제EP 2 818 692 A1호에서는 펌프 터빈의 회전 속도가 최적 회전 속도와 비교되는 있는 시스템을 개시하고 있다. 그 시스템은 펌프 모드 또는 터빈 모드에서 작동하도록 구성되지만, 그 모드들 간에 어떠한 식으로 전이할 지에 대해서는 개시하고 있지 않다.
따라서, 본 발명은, 수력 기계의 펌프 모드와 수력 기계의 터빈 모드 간의 전이를 제어하도록 수력 기계를 작동시키는 방법을 제안한다. 바람직하게는, 그 방법은, 전이 동안의 수력 기계의 회전 속도를 제어하도록 수력 기계에 수력 토크 및/또는 바람직하게는 전기 토크를 제공하는 단계를 포함한다. 그 수력 기계는 고정 속도 전기 기계 또는 가변 이중여자 전기 기계(variable doubly-fed electric machine)를 포함할 수 있다.
전기 토크는 그 기계를 가속 또는 감속시키는 데에 이용되며, 이는 펌프 모드와 터빈 모드 간의 전이 시간을 감소시킬 수 있게 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 그 방법은 또한, 목표 회전 속도에 도달하도록 수력 기계에 전기 토크를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 유리하게는 목표 회전 속도에 도달하도록 수력 기계의 회전 속도를 증가 또는 감소시키기 위해 포지티브 또는 네거티브 전기 토크, 즉 모터 토크 또는 제동 토크를 수력 기계에 제공한다.
상기한 방법의 다른 바람직한 특징에 따르면, 전기 토크는 전원과 바람직하게는 제어기를 포함하는 제어 루프를 갖는 제어 루프 피드백에 의해 제공될 수 있다. 제어기는 바람직하게는, 수력 기계의 측정된 회전 속도와 목표 회전 속도 간의 속도차를 감소시키도록 전원을 제어하도록 구성된다.
그 방법은, 수력 기계의 회전 속도와 목표 회전 속도 간의 속도차를 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 그 방법은, 배향에 따라 분배기를 배향시키는 단계를 포함할 수 있다. 그 방법은, 속도차에 대응하게 수력 기계에 전기 토크를 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전력 및/또는 전기 토크는 가변 주파수 드라이브에 의해 제공될 수 있으며, 가변 주파수 드라이브는 전기 배전망에, 바람직하게는 수력 기계의 얼터네이터에 연결될 수 있다. 가변 주파수 드라이브는 정지형 주파수 컨버터(static frequency converter)일 수 있다. 정지형 주파수 컨버터는 전압 소스 인버터 또는 전류 소스 인버터일 수 있다.
하나의 실시예에서, 전력은 수력 기계의 얼터네이터에 연결된 배터리를 이용하여 제공될 수도 있다. 바람직하게는, 전력은 직류를 교류로 변환할 수 있는 전력 변환 유닛(DC/AC)에 의해 제공될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 전기 토크는, 배전망에 그리고 수력 기계의 얼터네이터에 연결된 가변 주파수 드라이브와, 얼터네이터에 연결된 배터리 모두를 이용하여 제공될 수도 있다.
그 방법은, 수력 기계를 배전망에 커플링하는 단계를 포함할 수 있다. 수력 기계를 배전망에 커플링하는 단계는, 전기 토크의 소스와 수력 기계 사이의 전기 토크 회로 차단기를 개방하는 것을 포함할 수 있다. 수력 기계를 배전망에 커플링하는 단계는, 수력 기계와 배전망 사이의 배전망 회로 차단기를 닫는 것을 포함할 수 있다.
속도차는 분배기의 배향을 계산하도록 처리될 수 있다. 그 방법은, 속도차를 처리하여 배향 제어 설정값을 출력하는 단계를 포함할 수 있다. 배향 제어 설정값은 분배기를 배향시키도록 액추에이터에 의해 수신될 수 있다.
속도차는 전기 토크 제어기에 의해 처리될 수 있다. 전기 토크는 속도차를 감소시키도록 전원에 의해 제공될 수 있다.
전기 토크는 배터리에 의해 제공될 수도 있다. 전원은 전기 배전망에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 수력 에너지를 전기 에너지로 전환하는 설비를 제공한다. 그 설비는 바람직하게는 펌프 모드 또는 터빈 모드로 작동하도록 된 수력 기계를 포함한다. 그 수력 기계는 바람직하게는 런너에 작동적으로 연결된 로터를 포함한다. 그 설비는 또한, 펌프 모드와 터빈 모드 간의 전이 동안의 수력 기계의 회전 속도를 제어하도록 로터에 전기 토크를 인가하는 장치를 더 포함할 수 있다.
상기한 설비의 또 다른 특징에 따르면, 로터에 전기 토크를 인기하는 장치는 제어 루프 피드백 시스템을 포함할 수 있다. 제어 루프 피드백 시스템은, 수력 기계에 인가되는 전기 토크를 제어하도록 전원과 바람직하게는 제어기를 갖는 제어 루프를 포함할 수 있다. 전기 토크는 로터가 목표 회전 속도에 도달하도록 수력 기계에 인가될 수 있다.
수력 기계는 물의 흐름을 수정하도록 된 분배기를 포함할 수 있다.
그 설비는 또한, 분배기의 배향을 계산하고 계산된 배향에 따라 분배기를 배향시키도록 구성된 추가적 제어 루프를 포함할 수 있다.
그 설비는 또한, 배향 설정값을 출력하도록 구성된 제어 장치를 더 포함할 수 있다.
그 제어 장치는, 수력 기계의 회전 속도와 목표 회전 속도 간의 속도차를 처리하도록 구성될 수 있다.
추가적 제어 루프는 분배기를 배향시키도록 구성된 액추에이터를 포함할 수 있다. 액추에이터는 분배기의 최적 배향에 상응할 수 있는 배향에 따라 분배기를 배향시키도록 구성될 수 있다.
제어 루프는 속도차를 감소시키기 위해 전기 토크를 수력 기계에 제공하도록 구성된 전원을 포함할 수 있다. 그 설비는 또한, 전원과 수력 기계 사이의 전원 회로 차단기를 포함할 수 있다.
그 설비는 또한, 수력 기계와 전기 배전망 사이의 배전망 회로 차단기를 포함할 수 있다.
전원은, 배전망에, 그리고 바람직하게는 수력 기계의 얼터네이터에 연결될 수 있는 가변 주파수 드라이브를 포함할 수 있다. 전원은 배터리를 포함할 수 있다. 배터리는 수력 기계의 얼터네이터에 연결될 수 있다.
제어 장치는 전기 토크 설정값을 출력하도록 구성될 수 있다. 제어 장치는 전기 토크 설정값을 출력하도록 전기 토크 설정값 제어기를 포함할 수 있다.
기타 특징 및 이점들은 첨부 도면을 고려하여 단지 예로서 제시된 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 펌프 터빈을 포함하는, 수력 에너지를 전기 에너지로 전환하는 설비의 개략적 단면도이며,
도 2는 그 설비의 시동 시간을 감소시키기 위한 본 발명에 따른 방법의 제어 방안이며,
도 3은 배전망, 펌프 터빈, 및 그 사이에 존재하는 가변 주파수 드라이브 및 전력 연결부를 도시하는 개략도이며,
도 4는 배전망, 펌프 터빈 및 이들 사이에 존재하는 배터리, DC/AC 전력 변환 유닛 및 연결부들을 포함하는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 개략도이며,
도 5는 도 1의 설비의 펌프 터빈의 터빈 모드에서 시간의 경과에 따른 수력 기계의 회전 속도를 나타내는 그래프로서, 펌프 작동 모드와 터빈 작동 모드 간의 전이를 나타내는 그래프이며,
도 6은 수력 기계의 동기화 단계 중에 시간의 경과에 따른 수력 기계의 회전 속도를 나타내는 보다 큰 스케일의 그래프를 도시한다.
먼저 도 1을 참조하면, 수력 에너지를 전기 에너지로 전환하는 설비(1)를 도시하며, 그 설비(1)는 수력 기계(2)를 포함한다. 도시한 예에서, 수력 기계는, 터빈 모드에서 수력 에너지를 이용하여 샤프트(3)를 회전시키는 펌프 터빈(2)이다. 샤프트(3)는, 회전하는 로터의 기계적 에너지를 전환하여 전기 에너지를 생성하는 얼터네이터(alternator)를 갖는 발전기(generator)(도시 생략)의 로터에 결합된다.
펌프 모드에서, 발전기는 전기 배전망에 의해 제공되는 전기 에너지에 의해 급전되어, 물을 보다 높은 고도로 펌핑하도록 펌프 터빈(2)을 구동한다. 이에 의해, 전기 에너지를 위치 에너지를 변환한다.
본 발명의 하나의 양태에서, 수력 기계의 발전기는 고정 속도 기계이다. 대안적으로, 수력 기계는, 발전기가 로터 및 스테이터 상에 세팅된 다상 권선과, 로터 전류를 제어하도록 전압 소스 컨버터를 포함하는, 이중여자 전기 기계, 즉 가변 속도 기계일 수 있다.
이하에서, 펌프 터빈(2)의 기능을 터빈 모드에서 설명한다. 펌프 터빈(2)은 콘크리트 블록(5, 6)에 의해 지지되는 볼류트(volute)(4)를 포함한다. 예를 들면, 도시 생략한 펜스톡(penstock)이 도시 생략한 상류측 저수지와 볼류트(4) 사이에서 연장한다. 그 펜스톡은 수력 기계(2)를 구동하는 강제 물 흐름을 생성한다.
수력 기계(2)는 샤프트(3)에 결합된 런너(7)를 포함하며, 이 런너(7)는 볼류트(4)에 의해 둘러싸여 있는 한편, 블레이드(8)들을 포함하며, 작동 조건에서 이들 블레이드(8) 사이에 물이 흐른다. 그 결과, 런너(7)는 샤프트의 축선(x-x')을 중심으로 회전한다.
분배기가 런너(7) 둘레에 배치된다. 분배기는 런너(7) 둘레에 균일하게 분포된 복수의 가동 가이드 베인(9)을 포함한다. 그 분배기 상류에서 그 둘레에 사전 분배기가 배치된다. 수력 기계가 펌프 터빈인 도시한 실시예에서, 사전 분배기는 런너(7)의 회전축선(x-x')을 중심으로 균일하게 분포된 복수의 고정 가이드 베인(10)에 의해 형성된다.
흡입 파이프(11)가 런너(7) 아래에 배치되어 물을 하류측으로 비우도록 되어 있다.
분배기의 가이드 베인(9)은 각각 런너(7)의 회전축선(x-x')에 평행한 축선을 중심으로 조절 가능한 피치를 갖고 있다. 그 결과, 가이드 베인(9)은 물의 유량을 조절하도록 선회될 수 있다. 가이드 베인(9)들은 모두 폐쇄 위치에 대해 동일한 각도로 배향되며 시동 시에 개방된다.
전술한 바와 같이, 펌프 모드와 터빈 모드 간의 전이 동안의 전이 시간을 감소시킬 필요성이 존재한다.
이하, 도 2를 참조하면, 도 2는 펌프 모드와 터빈 모드 간의 전이를 제어할 수 있게 하는 수력 설비의 제어 방안을 도시하고 있다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 제어 루프 피드백 시스템(20)에 의해 구현된다. 제어 루프 피드백 시스템(20)은 수력 토크를 이용하여 수력 기계의 회전 속도를 대략 목표 회전 속도(N_sp)로 조절하는 제1 제어 루프(22)와, 전기 토크를 이용하여 수력 기계의 회전 속도를 대략 목표 회전 속도(N_sp)로 조절하는 제2 제어 루프(25)를 포함한다.
예를 들면, 터빈의 회전 속도는 샤프트(3)에 결합된 전기 발전기의 주파수를 측정함으로써 결정할 수 있다.
제1 제어 루프(22)는, 수력 기계의 회전 속도(N)와 목표 회전 속도(N_sp) 간의 속도차(ε)를 입력으로서 취하는 제1 가이드 베인 제어기(23)와, 가이드 베인 액추에이터(24)를 포함한다. 제1 제어기(23)는 배향 제어 신호(γ_sp)를 가이드 베인 액추에이터(24)에 출력하여, 그에 상응하게 가이드 베인 배향(γ)에 영향을 주도록 되어 있다.
제1 제어기(23)는 속도차(ε)를 처리하여 배향 제어 설정값(γ_sp)을 가이드 베인 액추에이터(24)에 출력한다. 배향 제어 설정값(γ_sp)은 수력 기계를 안정화시키기 위한 최적 가이드 베인 배향(γ)에 상응한다. 가이드 베인 액추에이터(24)는 최적 가이드 베인 배향(γ)에 따라 가이드 베인을 배향시킨다.
가이드 베인 제어기(23)는 예를 들면 비례 적분 미분 제어기(PID)일 수 있다.
제2 제어 루프(25)는, 수력 기계의 회전 속도(N)와 목표 회전 속도(N_sp) 간의 속도차(ε)를 입력으로서 취하여 전기 토크 설정값(Telec_sp)을 출력하는 전기 토크 제어기(26)를 포함한다.
제어 루프 피드백 시스템(20)은 또한 로터에 제공되는 전기 토크(Telec)에 상응하게 영향을 주는 전원(270)을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 단일의 메인 제어기가 가이드 베인 제어기(23)와 전기 토크 제어기(26) 중 하나 또는 둘 모두의 기능을 수행하도록 구성된다.
전기 토크 설정값은, 속도차(ε)를 감소 또는 제거하기 위해 수력 기계의 회전 속도를 가속 또는 감속하도록 제어기(26)에 의해 계산될 수 있다.
하나의 실시예에서, 제2 제어기(26)는 정지형 주파수 컨버터 제어기(SFC) 등의 가변 주파수 드라이브 제어기이다.
전원(270)은 가변 주파수 드라이브(VFD)(27), 예를 들면 정지형 주파수 컨버터일 수 있다. 정지형 주파수 컨버터는 전압 소스 인버터 또는 전류 소스 인버터일 수 있다. 가변 주파수 드라이브는 전기 배전망에 연결되어, 발전기에 포지티브 또는 네거티브 전기 토크를 제공하도록 가변 주파수 드라이브 제어기(26)에 의해 제어될 수 있다.
예를 들면, 정지형 주파수 컨버터는 직류 전류를 생성하도록 배전망에 연결된 정류기 스테이지와, 전압 및 주파수 변환을 위한 인버터 스테이지를 포함할 수 있다.
도 3은 가변 주파수 드라이브(27)가 펌프 터빈 기계(2)에 전기 토크를 제공하는 본 발명의 실시예를 도시한다. 회로 차단기(28)가 가변 주파수 드라이브(27)를 기계(2)에 연결한다. 회로 차단기(28)가 닫힌 위치에 있는 경우, 가변 주파수 드라이브(27)가 기계(2)에 전기 토크를 제공한다. 동시에, 기계(2)와 배전망(34) 사이에 위치한 메인 회로 차단기(30)가 개방 위치에 있다. 가변 주파수 드라이브(27)는 AC 변압기(33) 및 VFD 케이블(32)을 통해 배전망(34)에 의해 급전된다.
기계(2)의 회전 속도가 안정되고 나면, 메인 회로 차단기(30)의 각 측에서의 주파수는 동일해진다. 이러한 동일화가 달성되고 나면, 배전망(34)에 대한 기계(2)의 연결이 메인 회로 차단기(30)를 닫고 회로 차단기(28)를 개방함으로써 수행된다. 그러면, 발전 작동 시에 전력이 라인(31)을 통해 배전망(34)에 직접 제공된다.
가변 주파수 드라이브(27)는, 원하는 전기 토크를 생성하도록 SFC 제어기(26)에 의해 제어되고 스위치로서 작동하는 다이오드 및 트랜지스터를 이용한 스위칭 셀을 포함할 수 있다.
제2 루프(25)에 의해 제공되는 전기 토크는, 펌프 모드와 터빈 모드 간의 전이 시간을 감소시키도록 제1 루프로부터의 수력 토크와 협동하도록 이용된다.
도 4는 수력 기계(2)에 전기 토크를 제공하는 대안적인 방법을 도시하고 있다. 도 4에서 볼 수 있는 구성들은 도 3에서 볼 수 있는 도면 부호를 유지한다.
이러한 대안적인 실시예에서, 가변 주파수 드라이브(27) 대신에 배터리(35)가 이용된다. DC/AC 변환 유닛(36)이 배터리(35)의 전력을 회로 차단기(28)를 통해 수력 기계(2)에 제공한다. 배터리(35)가 전력을 기계(2)에 제공하는 경우, 회로 차단기(28)는 닫힌 위치에 있고 메인 회로 차단기(30)는 개방 위치에 있다.
펌프 터빈(2)의 속도가 안정되고 나면, 메인 회로 차단기(30)의 각 측에서의 주파수는 동일해진다. 이는 배전망(34)에 대한 기계(2)의 연결을 가능하게 하며, 이러한 연결은 메인 회로 차단기(30)를 닫고 회로 차단기(28)를 개방함으로써 달성된다. 그러면, 발전 작동 시에 전력이 라인(31) 및 AC 변압기(33)를 통해 배전망(34)에 직접 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2 제어 루프(25)는 VFD 제어기에 의해 관리되는 가변 주파수 드라이브와, 배터리 제어기에 의해 관리되는 배터리를 포함한다. 배터리는, 기계의 회전 속도를 조절기 위해 전기 토크를 기계의 발전기에 제공하도록 가변 주파수 드라이브와 병렬로 연결된다. 바람직하게는, 배터리는 배전망에 의해 충전될 수도 있다.
배터리는 기계의 발전기에 포지티브 또는 네거티브 전기 토크를 제공하여 기계의 회전 속도를 목표 속도값을 조절하기 위해 제어기(26)에 연결된 내부 제어 스테이지를 포함할 수 있다.
이하, 도 5 및 도 6을 참조하면, 펌프 모드에서 터빈 모드로의 전이 동안의 본 발명의 이점을 도시하고 있다.
도 5 및 도 6에서, 곡선 C1은 기계가 수력 토크를 이용하여 가속되도록 제1 제어 루프(22)를 이용하는 펌프 모드에서 터빈 모드의 전이에 상응하는 한편, 곡선 C2는 기계가 제1 및 제2 제어 루프로부터의 수력 토크 및 전기 토크를 이용하여 가속되는, 펌프 모드에서 터빈 모드로의 전이에 상응한다.
도 5 및 도 6은 시간의 경과에 따른 수력 기계의 회전 속도의 변화를 도시한다. 도 6은 기계의 회전 속도의 변화를 도 5에 비해 더 큰 스케일로 나타낸다.
전이는 펌프 모드에서 터빈 모드로 전이하도록 시점 t1에 개시 명령을 수신하는 경우에 시작한다. 전이 기간(29)은 펌프 모드에서 터빈 모드로 전이하는 데에 걸리는 시간의 길이이다. 개시 명령은 메인 회로 차단기(30)를 개방시켜, 더 이상은 전력이 물을 보다 높은 고도로 펌핑하도록 발전기에 공급되지 않게 한다.
전력이 발전기에 더 이상 공급되지 않는 경우, 중력이 기계를 통한 물의 흐름을 늦추고 반대로 하도록 작용한다. 이러한 작용의 결과를 곡선 C1에 의해 나타낸다.
도시한 바와 같이, 수력 기계는, 그 회전 속도가 커플링 범위(21)(도 6 참조) 내에 놓일 때까지 가속된다. 게다가, 회전 속도가 커플링 범위(21) 내에 있는 경우, 대략 커플링 구역에서 회전 속도에서의 요동을 감소시키기 위한 안정화 단계가 수행된다.
도 6에 도시한 바와 같이, 메인 회로 차단기(30)가 개방되고 수력 기계가 단지 수력 토크에 의해 펌프 모드로부터 감속되고 터빈 모드로 가속되는 경우, 회전 속도는 개시 명령이 수신되고 대략 22초 후에 커플링 구역(21)에 도달한다.
곡선 C2는 수력 기계에 본 발명에 따라 수력 토크와 전기 토크가 작용하는 경우의 시간에 경과에 따른 회전 속도를 나타낸다. 확인할 수 있는 바와 같이, 회전 속도는 개시 명령이 수신되고 대략 18초 후에 커플링 구역에 도달할 수 있다.
제1 및 제2 제어 루프를 이용하여, 즉 수력 기계에 인가되는 전기 토크와 수력 토크에 의해 수력 기계를 감속시키고 반대로 작동시킴으로써, 펌프 터빈을 배전망에 커플링하는 데에 걸리는 시간을 감소시킨다.
수력 기계는 단지 곡선 C1 및 C2가 커플링 구역 내에 유지될 때에 터빈 모드로 배전망에 커플링될 수 있다.
이러한 특징 실시예에서, 가변 주파수 드라이브에 의해 지원되는 가속을 이용하여, 수력 기계는 개시 명령이 수신되고 28초 후에 수력 기계가 배전망에 커플링될 수 있다. 이는, 개시 명령이 수신되고 46초 후에야 겨우 수력 기계가 배전망에 연결될 수 있는 종래 기술의 수력 토크만을 이용한 방법과는 상반되는 것이다.
전술한 실시예들은 첨부된 청구 범위의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 게다가, 상기한 실시예들 중 하나 이상 실시예의 특징들은 다른 실시예의 하나 이상의 특징과 용이하게 조합될 수도 있다. 또한, 다양한 대체, 변경 및 수정이 청구 범위에 의해 정해지는 본 발명의 보호 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명에 대해 이루어질 수 있다는 점도 본 발명자들은 고려한다.

Claims (13)

  1. 수력 기계(2)의 펌프 모드와 수력 기계(2)의 터빈 모드 간의 전이를 제어하도록 수력 기계(2)를 작동시키는 방법으로서,
    전이 동안의 상기 수력 기계(2)의 회전 속도를 제어하도록 상기 수력 기계(2)에 수력 토크 및 전기 토크를 제공하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 토크는 제어 루프(25)를 갖는 제어 루프 피드백 시스템(20)을 이용하여 안가되며, 상기 제어 루프(25)는 상기 수력 기계에 인가될 전기 토크를 제어하도록 전원과 제어기(26)를 포함하는 것인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전기 토크는, 전기 배전망에 그리고 상기 수력 기계의 얼터네이터에 연결된 가변 주파수 드라이브를 이용하여 제공되는 것인 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 토크는 DC/AC 변환 유닛을 통해 상기 수력 기계의 얼터네이터에 연결된 배터리를 이용하여 제공되는 것인 방법.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 토크는, 배전망에 그리고 상기 수력 기계의 얼터네이터에 연결된 가변 주파수 드라이브(26, 27)와, 상기 얼터네이터에 연결된 배터리를 이용하여 제공되는 것인 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수력 기계(2)는 고정 속도 전기 기계 또는 가변 이중여자 전기 기계(variable doubly-fed electric machine)를 포함하는 것인 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수력 기계(2)를 배전망(34)에 커플링하는 단계를 더 포함하는 것인 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수력 기계(2)를 배전망(34)에 커플링하는 단계는, 상기 수력 기계(2)와 상기 배전망(34) 사이의 배전망 회로 차단기(30)를 닫는 것을 포함하는 것인 방법.
  9. 수력 에너지를 전기 에너지로 전환하는 설비로서, 펌프 모드 또는 터빈 모드로 작동하도록 된 수력 기계를 포함하는 설비에 있어서,
    상기 펌프 모드와 상기 터빈 모드 간의 전이 동안의 상기 수력 기계의 회전 속도를 제어하도록 로터에 전기 토크를 인가하는 수단(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 설비.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 로터에 전기 토크를 인가하는 수단은, 제어 루프(24)를 갖는 제어 루프 피드백 시스템(20)을 포함하며, 상기 제어 루프는 상기 수력 기계에 인가될 전기 토크를 제어하도록 전원과 제어기(26)를 포함하는 것인 설비.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전원은, 전기 배전망에 그리고 상기 수력 기계의 얼터네이터에 연결되도록 된 정지형 주파수 컨버터를 포함하는 것인 설비.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 전원은 상기 수력 기계의 얼터네이터에 연결되도록 된 배터리를 포함하는 것인 설비.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전원은, 전기 배전망에 그리고 상기 수력 기계의 얼터네이터에 연결되도록 된 가변 주파수 드라이브와, 상기 수력 기계의 얼터네이터에 연결되도록 된 배터리를 포함하는 것인 설비.
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