KR20220048037A - 베어링 검사 방법, 검사 시스템, 가스 터빈의 시동 방법, 시동 시스템 - Google Patents

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푸 진
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티엑스이쥐티 오토모티브 파워트레인 테크놀로지 씨오., 엘티디
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Abstract

본 발명은 베어링 검사 방법, 검사 시스템, 가스 터빈의 시동 방법, 시동 시스템을 제공하고, 여기서 베어링 검사 방법은, 로터를 시동시켜 제1 방향을 따라 제1 회전 속도로 회전시키되, 제1 방향은 로터가 정상 운행시 회전하는 방향이고, 제1 회전 속도는 교정 값인 단계; 제1 토크를 획득하되, 제1 토크는 로터가 제1 방향을 따라 제1 회전 속도로 회전 시의 출력 토크인 단계; 및 제1 토크와 토크 임계값을 판단하되, 토크 임계값은 교정 값이고, 제1 토크가 토크 임계값보다 작으면, 베어링에 고장이 없는 것으로 판단하는 단계를 포함한다. 본 발명의 검사 방법은 가스 터빈의 시동 단계에서 공기 베어링의 우수한 운행을 보장함으로써, 공기 베어링에 고장이 있는 것을 모르는 상태로 섣불리 가스 터빈을 가속하여 로터와 제어 베어링 사이의 마찰력이 너무 커서 로터를 가속할 수 없는 상황이 발생하는 것을 방지하고, 나아가 로터가 손상되거나 가스 터빈의 기타 부품이 손상되는 심각한 결과를 초래하는 것을 방지할 수 있다.

Description

베어링 검사 방법, 검사 시스템, 가스 터빈의 시동 방법, 시동 시스템
본 발명은 베어링 기술 관련 분야에 관한 것이고, 특히 베어링 검사 방법, 검사 시스템, 가스 터빈의 시동 방법, 시동 시스템에 관한 것이다.
공기 베어링은 공기 탄성 쿠션을 이용하여 지지 작용을 하는 베어링이다. 다른 유형의 베어링에 비해, 공기 베어링은 공기의 점도가 매우 낮아 마찰 손실이 적고 열 변형이 적으며 작동이 간단하고 비용이 저렴하며 신뢰성이 높고 유지 보수가 간단하고 윤활유 공급 및 여과 시스템의 에너지 소비를 방지하는 장점이 있다. 따라서 공기 베어링은 마이크로 가스 터빈과 같은 초정밀 및 초고속 회전축의 적용에 매우 적합하다. 공기 베어링이 정상적으로 운행하여 압력 공기막을 형성함으로써 가스 터빈 로터를 지지하는 것은 가스 터빈의 성공적인 시동을 위한 전제 조건이다. 가스 터빈의 시동 단계에서 공기 베어링이 손상되거나 로터 축이 휘어 변형되어 가스 터빈 로터를 지지하는 압력 공기막이 형성되지 않으면 로터와 제어 베어링 사이의 마찰이 너무 커서 로터를 가속할 수 없는 상황이 발생한다. 이때 로터를 강제로 드래그하여 가속하면, 로터가 손상되거나 가스 터빈의 기타 부품이 손상되는 심각한 결과를 초래할 수 있다.
따라서 공기 베어링을 사용하는 로터 시스템의 경우, 베어링이 로터를 성공적으로 지지하고 베어링에 고장이 발생할 경우 고장을 제때에 보고하기 위해 시동 단계에서 공기 베어링을 검사하는 것이 당업자가 시급히 해결해야 할 기술적 과제이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 베어링 검사 방법, 검사 시스템, 가스 터빈의 시동 방법, 시동 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 로터를 지지하는 공기 베어링 또는 공기 베어링과 자기 서스펜션 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링의 로터 시동 시의 고장을 검사하기 위한 베어링 검사 방법을 제공하고, 상기 방법은,
로터를 시동시켜 제1 방향을 따라 제1 회전 속도로 회전시키되, 제1 방향은 로터가 정상 운행시 회전하는 방향이고, 제1 회전 속도는 교정 값인 단계;
제1 토크를 획득하되, 제1 토크는 로터가 제1 방향을 따라 제1 회전 속도로 회전 시의 출력 토크인 단계; 및
제1 토크와 토크 임계값을 판단하되, 토크 임계값은 교정 값이고, 제1 토크가 토크 임계값보다 작으면, 베어링에 고장이 없는 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
또한, 제1 토크와 토크 임계값을 판단할 경우, 제1 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 베어링에 대해 추가 검사를 수행하고, 추가 검사를 수행하는 방법은,
로터가 방향을 변환하도록 제어하여, 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전시키되, 제2 방향은 제1 방향과 반대되는 방향이고, 제2 회전 속도는 교정 값인 단계;
방향 변환 시간을 획득하되, 방향 변환 시간은 로터가 방향을 변환한 시각으로부터 로터가 제2 방향을 따라 회전하는 속도가 제2 회전 속도에 도달한 시각까지의 시간길이인 단계, 및
방향 변환 시간과 방향 변환 시간 임계값을 판단하되, 방향 변환 시간 임계값은 교정 값이고, 방향 변환 시간이 방향 변환 시간 임계값보다 크거나 같으면, 베어링에 고장이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
또한, 제1 토크와 토크 임계값을 판단할 경우, 제1 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 베어링에 대해 추가 검사를 수행하고, 추가 검사를 수행하는 방법은,
로터가 방향을 변환하도록 제어하여, 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전시키되, 제2 방향은 제1 방향과 반대되는 방향이고, 제2 회전 속도는 교정 값인 단계;
제2 토크를 획득하되, 제2 토크는 로터가 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전 시의 출력 토크인 단계; 및
제2 토크와 토크 임계값을 판단하되, 토크 임계값은 모두 교정 값이고, 제2 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 베어링에 고장이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
또한,제1 토크와 토크 임계값을 판단할 경우, 제1 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 베어링에 대해 추가 검사를 수행하고, 추가 검사를 수행하는 방법은,
로터가 방향을 변환하도록 제어하여, 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전시키되, 제2 방향은 제1 방향과 반대되는 방향이고, 제2 회전 속도는 교정 값인 단계;
방향 변환 시간, 제2 토크를 획득하되, 방향 변환 시간은 로터가 방향을 변환한 시각으로부터 로터가 제2 방향을 따라 회전하는 속도가 제2 회전 속도에 도달한 시각까지의 시간길이이고, 제2 토크는 로터가 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전 시의 출력 토크인 단계; 및
방향 변환 시간과 방향 변환 시간 임계값, 제2 토크와 토크 임계값을 판단하되, 방향 변환 시간 임계값, 토크 임계값은 모두 교정 값이고, 방향 변환 시간이 방향 변환 시간 임계값보다 작고 제2 토크가 토크 임계값보다 작으면, 베어링에 고장이 없는 것으로 판단하며, 아니면 베어링에 고장이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 로터가 방향을 변환하도록 제어하여, 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전시키는 방법은, 먼저 로터의 속도를 0으로 낮춘 다음, 로터를 역방향으로 회전시켜 제2 회전 속도까지 상승하도록 제어하는 단계는 포함한다.
또한, 상기 제1 토크, 제2 토크를 획득하는 방법은,
로터가 모터 로터일 경우, 피드백 전압 및 전류 값에 기초하여, 로터의 출력 토크
Figure pct00001
을 결정하는 단계를 포함하고,
Figure pct00002
(1)
Figure pct00003
(2)
상기 식에서,
Figure pct00004
는 로터가 출력하는 기계 동력이고,
Figure pct00005
는 모터의 전기 동력이며, ω는 각속도이고, 상 전류
Figure pct00006
과 선 전류
Figure pct00007
은 같다.
또한, 상기 제1 토크, 제2 토크를 획득하는 방법은, 로터가 모터 로터일 경우, 피드백 전압 및 전류 값에 기초하여, 로터의 출력 토크
Figure pct00008
을 결정하는 단계를 포함하고,
Figure pct00009
(1)
Figure pct00010
(3)
상기 식에서,
Figure pct00011
는 로터가 출력하는 기계 동력이고,
Figure pct00012
는 모터의 전기 동력이며, ω는 각속도이고, 상 전류
Figure pct00013
과 선 전류
Figure pct00014
은 같은 같으며, η는 모터 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 효율로서 추정값이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 로터를 지지하는 공기 베어링 또는 공기 베어링과 자기 서스펜션 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링의 로터 시동 시의 고장을 검사하기 위한 베어링 검사 시스템을 제공하고, 상기 검사 시스템은 상술한 베어링 검사 방법을 이용하여 로터 시동 시의 베어링 고장을 검사한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 공기 베어링 또는 공기 베어링과 자기 서스펜션 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링을 사용하는 가스 터빈의 시동 방법을 제공하고, 상기 방법은, 가스 터빈 시동 시, 상술한 베어링 검사 방법을 이용하여 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 검사하고, 베어링에 고장이 없으면 가스 터빈의 가속 단계에 진입하고, 아니면 고장을 보고하고 가스 터빈을 정지시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 공기 베어링 또는 공기 베어링과 자기 서스펜션 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링을 사용하는 가스 터빈의 시동 시스템을 제공하고, 가스 터빈 시동 시, 상기 시동 시스템은 상술한 베어링 검사 방법을 이용하여 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 검사하고, 베어링에 고장이 없으면 가스 터빈의 가속 단계에 진입하고, 아니면 고장을 보고하고 가스 터빈을 정지시킨다.
선행기술에 비해, 본 발명은 아래와 같은 유익한 효과를 구비한다.
1. 본 발명의 검사 방법, 검사 시스템은 공기 베어링 또는 공기 베어링과 자기 서스펜션 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링을 사용하는 로터 시스템의 시동 단계에서 공기 베어링 또는 하이브리드 베어링의 우수한 운행을 보장함으로써, 공기 베어링 또는 하이브리드 베어링에 고장이 있는 것을 모르는 상태로 섣불리 로터 시스템을 가속하여 로터와 베어링 사이의 마찰력이 너무 커서 로터를 가속할 수 없는 상황이 발생하는 것을 방지하고, 나아가 로터가 손상되거나 가스 터빈의 기타 부품이 손상되는 심각한 결과를 초래하는 것을 방지할 수 있다.
2. 본 발명의 가스 터빈의 시동 방법, 시동 시스템은 가스 터빈의 안정적인 시동을 보장할 수 있고, 가스 터빈 로터와 베어링 사이의 마찰력이 너무 커서 로터가 손상되거나 가스 터빈 기타 부품이 손상되는 심각한 결과를 초래하는 것을 효과적으로 방지함으로써, 본 발명의 가스 터빈의 시동 방법, 시동 시스템이 간단하고 믿음직하며, 별도의 검사 기구를 추가할 필요없이 기존의 하드웨어에 의해 검사가 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예의 가스 터빈 발전기 세트의 로터 베어링 지지 방식의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 베어링 검사 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예의 충전 시스템의 구조 원리도이다.
도 4는 본 발명의 실시예의 다수의 충전건을 사용하는 충전 시스템의 구조 원리도이다.
도 5는 본 발명의 실시예의 에너지원의 구조 원리도이다.
도 6은 본 발명의 실시예의 충전 방법의 전체 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예의 가스 터빈을 시동시키는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예의 가스 터빈을 정지시키는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시예의 동력 할당 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예의 에너지원의 출력 동력 결정 방법의 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 실시예의 기여 계수 결정 방법의 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시예의 다중 모드 충전 방법의 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 실시예의 에너지 저장 모듈의 전력 보충 흐름도이다.
본 발명의 기술적 해결수단을 보다 잘 이해하기 위하여, 아래 구체적인 실시예, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 제공하는 가스 터빈 발전기 세트 로터의 베어링 지지 방식 모식도이다. 도면에서, 도면부호는 각각 1: 1호 공기 베어링; 2, 2호 공기 베어링; 3: 로터; 4: 터보머신; 5: 압축기; 6: 모터이다. 도면에서 지지방식은 예시적인 것일 뿐이고, 실제 응용에서 다양한 지지 방식이 있을 수 있다. 예를 들어 압축기(5)와 터보머신(4) 사이에 3호 베어링이 설치될 수 있다.
이해해야 할 것은, 로터의 베어링 지지 방식은 본 발명 중 가스 터빈 시동 단계의 베어링 검사에 대해 제한하지 않는다. 베어링은 비접촉 베어링으로 공기 베어링 또는 공기 베어링과 자기 서스펜션 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링일 수 있다.
아울러, 이해해야 할 것은, 본 발명에서 가스 터빈은 공기 베어링 또는 공기 베어링과 자기 서스펜션 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링을 포함하는 로터 시스템의 일례일 뿐이다. 설명할 것은, 비록 본 발명의 실시예에서 바람직하게 정격 파워가 작은 마이크로 가스 터빈 발전기 세트를 로터 시스템으로 사용하지만, 실제로 본 발명이 제안하는 베어링 검사 방법, 검사 시스템, 가스 터빈 검사 방법, 시동 시스템은 동력이 큰 소형, 중형, 대형 가스 터빈 발전기 세트를 포함하는 시스템 및 기타 공기 베어링 또는 공기 베어링과 자기 서스펜션 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링 로터 시스템에도 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 제공하는 가스 터빈 시동 시 베어링 검사 프로세스 202로서 아래 단계를 포함한다.
S212: 공기 펌프 및 공기 밸브를 개방한다.
구체적으로,
Figure pct00015
에 의해 공기 펌프 및 공기 밸브를 개방하도록 제어하고, 공기 베어링에 공기 공급원을 제공하며, 공기 공급원은 공기 베어링의 흡기공을 통해 유입된다. 전자 제어 유닛(
Figure pct00016
, Electronic Control Unit)은 주로 오일 및 가스 회로 중 펌프 본체, 밸브 본체, 점화 컨트롤러 등 액추에이터를 통해, 각 센서가 피드백한 정보를 결합하고 컨트롤러(
Figure pct00017
, Digital Power Controller)와 협력하여, 가스 터빈 출력 동력의 폐루프 제어를 구현한다.
Figure pct00018
,
Figure pct00019
에 대한 구체적인 설명은 후술되는 충전 시스템 및 에너지원의 구조 실시예, 도 3-5 및 관련 설명에 자세히 설명되어 있다.
S222: 로터가 제1 방향을 따라 제1 회전 속도로 회전하도록 드래그한다.
구체적으로,
Figure pct00020
가 작동하면, 가스 터빈과 동축으로 연결된 동기 모터 로터가 드래그되어 제1 방향을 따라 제1 회전 속도로 회전한다. 제1 방향은 가스 터빈의 임펠러가 정상 운행 시 회전 방향으로 정의할 수 있다. 제1 회전 속도의 값 범위는 구체적으로 한정하지 않고, 교정 실험 시의 교정 값을 기준으로 한다. 예를 들어, 정격 회전 속도가 십몇만 내지 몇십만인 가스 터빈의 경우, 제1 회전 속도의 회전 속도는 분당 수백 내지 수만 회전(r/m)일 수 있다.
S232: 제1 방향에 대응되는 제1 토크를 결정한다.
제1 토크는 동기 모터 로터가 제1 방향을 따라 제1 회전 속도로 회전 시의 출력 토크(비틀림 모멘트라고도 함)이다. 구체적으로,
Figure pct00021
는 피드백 전압 및 전류 값에 기초하여, 제1 토크
Figure pct00022
을 결정한다. 구체적으로, 모터에 있어서, 로터의 출력 토크
Figure pct00023
이다.
Figure pct00024
는 로터가 출력하는 기계 동력이고, ω는 각속도이다. 로터가 출력하는 기계 동력은 모터의 전기 동력에 의해 근사하게 구할 수 있다.
Figure pct00025
. 상기 식에서 상 전류
Figure pct00026
과 선 전류
Figure pct00027
은 같다.
다른 일부 실시예에서, 모터의 전기 동력에 모터 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 효율 η를 곱하여 기계 동력
Figure pct00028
를 구할 수도 있다, 예를 들어
Figure pct00029
이고, η는 추정값이다.
S242: 제1 토크가 토크 임계값보다 작으면, 베어링 성능이 우수한 것으로 결정하고, 가스 터빈 가속 단계에 진입한다. 구체적으로, 베어링 성능이 우수한 것으로 결정될 경우, 베어링 검사 프로세스를 종료하고, 계속하여 가스 터빈 시동 프로세스 201을 수행한다. 즉 프로세스 201의 S221로부터 시작하여 수행하고(이때 DC bus의 전압이 이미 구축되었기 때문임), 프로세스 201은 후술되는 가스 터빈 시동 실시예를 참조 바란다.
공기 베어링의 성능이 우수하여 손상 또는 고장이 없을 경우, 공기 베어링과 가스 터빈 로터 사이에는 압력 공기막이 형성되어 로터를 지지하고 모터 로터는 “부유” 상태에 있으며 공기 베어링과의 사이에 기계적 접촉이 없다. 이때 제1 토크는 토크 임계값보다 작다.
토크 임계값의 크기는 구체적으로 한정하지 않고, 교정 실험 시의 교정 값을 기준으로 한다. 상이한 모델의 가스 터빈, 또는 동일한 모델의 가스 터빈이 상이한 제1 회전 속도로 운행시 교정된 토크 임계값이 상이할 수 있다.
S252: 아니면 방향 변환 시간 및 제2 토크를 결정한다.
일부 실시예에서, 제1 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 이때 즉시 공기 베어링에 고장이 존재한다고 판단하지 못하고, 방향 변환 시간을 추가로 결정해야 하며, 방향 변환 시간을 통해 공기 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 추가로 판단해야 한다.
다른 일부 실시예에서, 제1 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 이때 즉시 공기 베어링에 고장이 존재한다고 판단하지 못하고, 제2 토크를 추가로 결정해야 하며, 제2 토크를 통해 공기 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 추가로 판단해야 한다.
다른 일부 실시예에서, 제1 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 이때 즉시 공기 베어링에 고장이 존재한다고 판단하지 못하고, 방향 변환 시간 및 제2 토크를 추가로 결정해야 하며, 방향 변환 시간 및 제2 토크를 통해 공기 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 추가로 판단해야 한다.
방향 변환 시간은 로터가 방향을 변환하도록 제어한 시각으로부터 로터가 제2 방향을 따라 회전하는 속도가 제2 회전 속도에 도달한 시각까지의 시간길이로 정의한다. 제2 토크는 동기 모터 로터가 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전 시의 출력 토크로 정의한다. 제2 방향은 제1 방향과 반대되는 방향으로 정의한다. 제2 회전 속도의 크기는 제1 회전 속도의 크기와 같거나 다를 수 있다.
S262: 방향 변환 시간이 방향 변환 시간 임계값보다 작고 제2 토크가 토크 임계값보다 작으면, 베어링 성능이 우수한 것으로 결정하고, 가스 터빈 가속 단계에 진입한다. 구체적으로, 베어링 성능이 우수한 것으로 결정될 경우, 베어링 검사 프로세스를 종료하고, 계속하여 가스 터빈 시동 프로세스 201을 수행한다. 즉 프로세스 201의 S221로부터 시작하여 수행하고(이때 DC bus의 전압이 이미 구축되었기 때문임), 프로세스 201은 후술되는 가스 터빈 시동 실시예를 참조 바란다.
구체적으로,
Figure pct00030
에 의해 우선 로터를 드래그하여 속도를 0으로 낮춘 다음, 로터를 역방향으로 회전시켜 제2 회전 속도로 상승시킨다.
Figure pct00031
은 동기 모터의 3상 통전 상순(phase sequence)을 제어하여 로터의 방향을 변환할 수 있다. 제2 토크를 결정하는 방법은 제1 토크를 결정하는 방법과 동일하다.
일부 실시예에서, 방향 변환 시간만 사용하여 공기 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 추가로 판단할 경우, 방향 변환 시간이 방향 변환 시간 임계값보다 작으면, 추가로 제2 토크에 의해 공기 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 판단하고, 방향 변환 시간이 방향 변환 시간 임계값보다 작고 제2 토크가 토크 임계값보다 작으면, 베어링 성능이 우수한 것으로 결정한다.
다른 일부 실시예에서, 제2 토크만 사용하여 공기 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 추가로 판단하는 경우, 제2 토크가 방향 변환 시간 임계값보다 작으면, 추가로 방향 변환 시간에 의해 공기 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 판단하고, 방향 변환 시간이 방향 변환 시간 임계값보다 작고 제2 토크가 토크 임계값보다 작으면, 베어링 성능이 우수한 것으로 결정한다.
다른 일부 실시예에서, 방향 변환 시간 및 제2 토크 두가지를 동시에 사용하여 공기 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 판단할 경우, 방향 변환 시간이 방향 변환 시간 임계값보다 작고 제2 토크가 토크 임계값보다 작으면, 베어링 성능이 우수한 것으로 결정한다.
S272: 방향 변환 시간이 방향 변환 시간 임계값보다 크거나 같거나, 제2 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 공기 베어링에 고장이 존재하는 것으로 결정한다.
구체적으로,
Figure pct00032
가 베어링에 고장이 존재한다고 판단한 후,
Figure pct00033
에 고장을 보고하고,
Figure pct00034
는 HCU에 추가로 고장을 보고하며, HCU는 가스 터빈을 즉시 정지할지 여부를 결정한다. 가스 터빈을 정지할 것이 결정되면, 가스 터빈 정지 프로세스 300를 개시한다. HUC에 대한 구체적인 설명은 후술되는 충전 시스템 실시예를 참조하고, 가스 터빈 정지 프로세스 300은 후술되는 가스 터빈 정지 프로세스 실시예를 참조하기 바란다.
일부 실시예에서, 방향 변환 시간만 사용하여 공기 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 추가로 판단할 경우, 방향 변환 시간이 방향 변환 시간 임계값보다 크거나 같으면, 공기 베어링에 고장이 존재하는 것으로 결정한다.
다른 일부 실시예에서, 제2 토크만 사용하여 공기 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 추가로 판단할 경우, 제2 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 공기 베어링에 고장이 존재하는 것으로 결정한다.
다른 일부 실시예에서 방향 변환 시간 및 제2 토크 두가지를 동시에 사용하여 공기 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 판단할 경우, 방향 변환 시간이 방향 변환 시간 임계값보다 크거나 같거나, 제2 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 베어링 성능이 우수한 것으로 결정한다.
본 실시예에서 제공하는 상기 베어링 검사 방법은 가스 터빈 시동 단계에서 공기 베어링의 우수한 운행을 보장함으로써, 공기 베어링에 고장이 있는 것을 모르는 상태로 섣불리 가스 터빈을 가속하여 로터와 제어 베어링 사이의 마찰력이 너무 커서 로터를 가속할 수 없는 상황이 발생하는 것을 방지하고, 나아가 로터가 손상되거나 가스 터빈의 기타 부품이 손상되는 심각한 결과를 초래하는 것을 방지할 수 있으며, 검사 방법이 간단하고 믿음직하며, 별도의 검사 기구를 추가할 필요없이 기존의 하드웨어에 의해 검사가 가능하다.
본 기술을 더 잘 이해하기 위해, 본 발명의 실시예는 충전 시스템을 더 제공한다.
도 3을 참조하면, 도 3은 본 발명이 제공하는 충전 시스템의 일 실시예의 원리도이다.
전반 충전 시스템(CS, Charging System)은 N(N≥1)개의 병렬된 에너지원
Figure pct00035
, 충전 제어 유닛(CHRG, Charging Control Unit), 하이브리드 제어 유닛(HCU, Hybrid Control Unit), 버스바, 충전건을 포함한다. 충전건은 버스바를 통해 에너지원
Figure pct00036
에 연결되고, HCU는 통신 버스를 통해 각 에너지원
Figure pct00037
에 연결된다. 충전 제어 유닛(CHRG)은 직접 피충전 차량의 충전 제어 통신에 참여한다. 충전 제어 유닛(CHRG)의 소프트웨어 및 하드웨어의 기능 요구 사항은 오프보드 충전기를 통해 전기 자동차를 충전하기 위한 국가표준(GB T 27930-2015)을 따르며, 물리적 연결 완료, 저전압 보조 전원 제공, 흔들 충전(shake to charge), 충전 파라미터 구성, 충전 단계 및 충전 종료 등 프로세스를 포함한다. 충전 제어 유닛(CHRG)은 충전 과정에서 동력 수요 및 전력 배터리 SOC 값과 같은 피충전 차량의 각 파라미터를 기록하고, HCU에 동적으로 업로드한다. HCU 또는 에너지원
Figure pct00038
내부의 에너지 관리 시스템
Figure pct00039
(Energy Management System)은 피충전 부하 동력 수요 및 각 에너지원
Figure pct00040
상태 정보에 따라, 각 에너지원
Figure pct00041
의 출력 동력을 결정하고, 충전 전류는 충전건을 거쳐 피충전 부하에 출력되며, 충전건은 피충전 부하와 직접 연결된다.
도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명이 제공하는 충전 시스템의 다른 실시예의 원리도이다. 본 실시예에서, 충전 시스템(CS)은 다수의 충전건을 설치할 수 있다. 도면에는 2개의 충전건이 설치된 경우를 예시적으로 도시하였다. 2개의 충전건은 각각 2개의 충전 제어 유닛(CHRG)을 통해 HCU에 연결되고, 2개의 충전건은 각각 버스바를 통해 전력 할당 유닛에 연결되며, 전력 할당 유닛은 에너지원
Figure pct00042
의 개수와 동일한 개수의 스위치를 포함하고, 스위치는 에너지원
Figure pct00043
의 전기 에너지를 버스바 1과 2 중 하나를 선택하여 출력하는데 사용된다. 다수의 충전건을 설치하는 것을 통해, 다수의 피충전 부하에 대해 동시에 충전 작업이 가능하다. 본 실시예에서, HCU도 마찬가지로 각 CHRG로부터 각 피충전 부하 동력 수요를 획득하고, HCU 또는 에너지원
Figure pct00044
내부의 에너지 관리 시스템
Figure pct00045
은 피충전 부하 동력 수요 및 각 에너지원
Figure pct00046
상태 정보에 따라, 각 에너지원
Figure pct00047
의 출력 동력을 결정한다.
도 5를 참조하면, 도 5는 본 발명이 제공하는 에너지원
Figure pct00048
의 일 실시예의 구조도이다. 본 실시예에서, N개의 병렬된 에너지원
Figure pct00049
에서, 각 에너지원
Figure pct00050
은 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00051
, 에너지 저장 모듈
Figure pct00052
및 에너지 관리 시스템
Figure pct00053
을 포함한다.
본 실시예에서, 단일 에너지원
Figure pct00054
은 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00055
, 에너지 저장 모듈
Figure pct00056
(배터리 관리 시스템(
Figure pct00057
)을 포함)을 포함하는 외에, 연료 공급 시스템, 센서, 전자 제어 유닛(ECU, Electronic Control Unit),
Figure pct00058
(Digital Power Controller), DC/DC 컨트롤러,
Figure pct00059
(일일이 도시하지 않았음)을 더 포함한다.
여기서, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00060
: 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00061
은 전기 에너지를 발생하기 위한 것으로서, 원동기 및 발전기로 이루어지고, 원동기는 연료의 에너지를 기계적 에너지로 변환하고 회전축을 통해 기계적 에너지를 출력하는 열기관이고, 발전기는 원동기가 발생한 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하여 출력한다. 발전기는 또한 원동기의 시동 단계에서 모터로 작동하여 원동기를 드래그하여 회전시킬 수 있다. 원동기는 디젤 발전기, 가솔린 발전기, 가스 터빈 등일 수 있다. 본 실시예에서 바람직하게 마이크로 가스 터빈(마이크로 터빈 또는 마이크로형 터빈, MT(Microturbine)로 약칭)을 원동기로 사용하며, 이때 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00062
이 바로 마이크로 가스 터빈과 발전기로 이루어진 마이크로 가스 터빈 발전기 세트이다. 종래의 내연기관 발전기 세트(예를 들어 디젤 발전기 세트)와 비교하여, 마이크로 가스 터빈 발전기 세트는 소형, 경량, 저진동, 저소음, 빠른 시동, 적은 가동 부품, 긴 사용 수명, 간단한 유지 보수, 환경 친화적, 넓은 연료 적응성과 같은 장점이 있다. 따라서, 군사 분야의 중요 방위시설의 상용전원으로 사용하는 것 외에도 군사 통신 및 미사일 발사장비의 예비전원으로 사용이 가능하며, 민간분야에서는 소규모 상업용 건물의 상용/예비전원, 외딴 지역 분산식 배전 시스템으로 사용되는 외에도, 마이크로 가스 터빈 발전기 세트는 전기 자동차 충전 분야에서 광범위한 적용이 예상된다.
마이크로 가스 터빈(발전기 세트)의 단일 기계 용량은 일반적으로 300 kW 이내이다. 그러나 마이크로 가스 터빈(발전기 세트)의 단일 기계 용량 범위에 대한 통일된 국제적 정의는 없으며, 일부 학자들은 동력이 500 kW보다 작으면 마이크로 가스 터빈(발전기 세트)라고 본다. 그러나 이런 것들은 본 발명에 대한 제한을 구성하지 않는다. 설명할 것은, 본 실시예에서 바람직하게 정격 파워가 작은 마이크로 가스 터빈 발전기 세트를 전기 에너지 발생 모듈로 사용하였으나, 실제로 본 발명이 제안하는 방법은 동력이 큰 소형, 중형, 대형 가스 터빈 발전기 세트를 포함하는 시스템에도 적용될 수 있다. 따라서 본 발명은 가스 터빈(발전기 세트)의 단일 기계 용량을 구체적으로 한정하지 않고, 본 발명에서 언급될 경우 “가스 터빈”이라는 총칭을 지칭한다. 또한, 가스 터빈 발전기 세트에 있어서, 가스 터빈은 원동기로서 에너지를 공급하는 일측이며, 가스 터빈으로부터 발전기로의 에너지 손실은 무시할 수 있다. 따라서 본 발명에서 “가스 터빈의 출력 동력/정격 파워/단일 기계 용량”과 “가스 터빈 발전기 세트의 출력 동력/정격 파워/단일 기계 용량”은 같다. 마찬가지로, 본 발명에서 “원동기의 출력 동력/정격 파워/단일 기계 용량”과 “전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00063
의 출력 동력/정격 파워/단일 기계 용량” 역시 같다.
전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00064
의 시동 제어는 충전 시스템(CS)의 제어 내용 중 하나이다.전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00065
의 시동 제어가 바로
Figure pct00066
의 발전기가
Figure pct00067
의 원동기를 드래그하여 정지 상태로부터 시동 회전 속도로 운행하는 것을 의미한다. 따라서 본 발명에서 용어 “전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00068
의 시동”, “전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00069
원동기의 시동”, “원동기의 시동” 등은 동일한 의미이다. 시동 단계에서,
Figure pct00070
의 발전기는 모터로서 작동하고, 필요한 전기 에너지는 에너지 저장 모듈
Figure pct00071
에 의해 제공된다. 시동 단계에서, 전기 에너지를 소비하여 원동기를 드래그하여 시동 회전 속도로 운행시켜야 할 뿐만 아니라, 온도, 연료 공급량, 공기량 등과 같은 다른 파라미터에 정확한 제어도 필요하다. 이로부터 알 수 있는 바, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00072
의 시동은 에너지 소모적이고 복잡한 과정이다. 충전 시스템(CS)의 작동 과정에서, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00073
의 시동과 정지 횟수를 합리적으로 줄이면 시스템 효율성을 효과적으로 향상시키고 시스템 손실을 줄이며 제어 시스템의 부담을 줄일 수 있다.
에너지 저장 모듈
Figure pct00074
: 에너지 저장 모듈
Figure pct00075
의 작용은 아래 몇 가지를 포함한다. 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00076
의 원동기에 시동 전기 에너지를 제공하고; 부하 외부에 전기 에너지를 출력하며; 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00077
이 발생한 전기 에너지를 저장한다. 본 실시예에서 에너지 저장 모듈
Figure pct00078
은 축전지, 슈퍼커패시터 등 임의의 형태의 충방전이 가능한 전기 에너지 저장 장치일 수 있다.
에너지 관리 시스템
Figure pct00079
: 할당된 출력 동력에 따라 단일 에너지원
Figure pct00080
내부 동력 관리를 완료하고, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00081
의 시동과 정지 및 에너지 저장 모듈
Figure pct00082
의 충방전 전기 동력을 결정하여, 에너지의 효율적인 사용을 실현한다.
Figure pct00083
: 오일 및 가스 회로 중 펌프 본체, 밸브 본체, 점화 컨트롤러 등 액추에이터를 통해, 각 센서가 피드백한 정보를 결합하고
Figure pct00084
와 협력하여, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00085
출력 동력의 폐루프 제어를 구현한다.
Figure pct00086
: 버스 전압을 안정화하고, 에너지 저장 모듈
Figure pct00087
의 충방전을 제어하여, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00088
의 원활한 시동과 정지를 구현한다.
Figure pct00089
:
Figure pct00090
의 명령에 기초하여, 외부 피충전 부하에 대해 방전한다.
본 실시예의 에너지원
Figure pct00091
구조와 관련하여, 에너지원
Figure pct00092
에 연결된 HCU 또는 에너지원
Figure pct00093
내부의
Figure pct00094
의 상호 조정을 통해 부하 수요 동력을 할당할 수 있다.
HCU를 통해 부하 수요 동력을 할당할 경우, HCU에 의해 피충전 부하의 동력 정보(부하 동력 수요 및/또는 부하 전원 배터리 SOC 값 등을 포함) 및
Figure pct00095
에 의해 제공되는 각각의 에너지원
Figure pct00096
의 상태 정보(현재 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00097
의 운행 상태 정보 및 에너지 저장 모듈
Figure pct00098
의 전력 상태 정보 등을 포함)를 실시간으로 획득하고, 부하 동력 정보 및 에너지원
Figure pct00099
의 상태 정보에 따라, 각 에너지원
Figure pct00100
의 출력 동력을 결정하며;
에너지원
Figure pct00101
내부의
Figure pct00102
상호 조정을 통해 부하 수요 동력을 할당할 경우, HCU에 의해 피충전 부하의 동력 정보(부하 동력 수요 및/또는 부하 전원 배터리 SOC 값 등을 포함)를 실시간으로 획득하여 각 에너지 관리 시스템
Figure pct00103
에 발송하고, 각 에너지 관리 시스템
Figure pct00104
이 부하 동력 수요 및 에너지원
Figure pct00105
의 상태 정보(현재 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00106
의 운행 상태 정보 및 에너지 저장 모듈
Figure pct00107
의 전력 상태 정보 등을 포함)에 따라, 각 에너지원
Figure pct00108
중 각 에너지원
Figure pct00109
의 출력 동력
Figure pct00110
을 결정한다.
에너지원
Figure pct00111
에 연결된 HCU는 상기 기능을 제외하고, 또한 모든 에너지원
Figure pct00112
의 상태 정보 및 피충전 부하의 상태 정보를 실시간으로 취합하여 차량 탑재 단말 및/또는 상위 서버에 보고하는 상태 취합 보고; 및 차량 탑재 단말 및/또는 상위 서버의 정보(예를 들어 스케줄링 명령, 피충전 부하의 위치 정보 등)의 수신에 사용할 수 있다.
본 실시예에서, 각 에너지원
Figure pct00113
내부에는 모두 하나의 에너지 저장 모듈
Figure pct00114
이 포함되고, 이런 설치 방식은 충전 시스템(CS)이 출력 동력에 대해 미세 조정이 가능하도록 함으로써, 부하 수요를 정확하게 추적할 수 있기에, 충전 시간을 절감하고 충전 효율을 향상시키며 급속 충전을 필요로 하는 응급 충전 상황에 더욱 적합하다. 예를 들어, 충전 시스템(CS)이 이동 차량에 탑재될 경우, (응급) 충전 차량으로서 사용자의 전력 사용 요청을 수시로 수신하고 소정 서비스 지점까지 주행하여 전력 사용 부하(예를 들어 전기 자동차)를 위해 전력 사용 서비스를 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예는 또한 다른 에너지원
Figure pct00115
구조를 더 제공한다. 본 실시예에서, 각 에너지원
Figure pct00116
은 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00117
및 에너지 관리 시스템
Figure pct00118
을 포함하고, 에너지원
Figure pct00119
내부에는 에너지 저장 모듈
Figure pct00120
이 포함되지 않으며, 상응한 에너지원
Figure pct00121
내부에도
Figure pct00122
가 포함되지 않는다. 이때 전반 충전 시스템(CS) 중 다수의 에너지원
Figure pct00123
은 하나의 외부 에너지 저장 모듈 B 및 상응한
Figure pct00124
(미도시)를 공유하고, 이때 에너지 저장 모듈 B의 주요 기능은 다수의 에너지원
Figure pct00125
중 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00126
에 시동 전기 에너지를 제공하는 것이다. 따라서 부하 수요 동력를 할당 시, 에너지 저장 모듈 B의 출력을 고려할 필요가 없다. 본 실시예에서, 에너지 저장 모듈 B이 부하에 동력을 출력할 필요가 없기에, 에너지원
Figure pct00127
에 연결된 HCU는 에너지원
Figure pct00128
사이의 동력 할당 기능을 담당할 필요가 없고, 각 에너지원
Figure pct00129
내부의
Figure pct00130
사이에서 상호 조정한다.
본 실시예의 에너지원
Figure pct00131
구조와 관련하여, 에너지원
Figure pct00132
에 연결된 HCU 또는 에너지원
Figure pct00133
내부의
Figure pct00134
의 상호 조정을 통해 부하 수요 동력을 할당할 수 있다.
HCU을 통해 부하 수요 동력을 할당할 경우, HCU에 의해 피충전 부하의 동력 정보(부하 동력 수요 및/또는 부하 전원 배터리 SOC 값 등을 포함) 및
Figure pct00135
에 의해 제공되는 각각의 에너지원
Figure pct00136
의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00137
의 운행 상태 정보를 실시간으로 획득하고, 부하 동력 정보 및 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00138
의 운행 상태 정보에 따라, 각 에너지원
Figure pct00139
의 출력 동력을 결정하며;
에너지원
Figure pct00140
내부의
Figure pct00141
상호 조정을 통해 부하 수요 동력을 할당할 경우, HCU에 의해 피충전 부하의 동력 정보(부하 동력 수요 및/또는 부하 전원 배터리 SOC 값 등을 포함)를 실시간으로 획득하여 각 에너지 관리 시스템
Figure pct00142
에 발송하고, 각 에너지 관리 시스템
Figure pct00143
이 부하 동력 수요 및 에너지원
Figure pct00144
의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00145
의 운행 상태 정보에 따라, 각 에너지원
Figure pct00146
중 각 에너지원
Figure pct00147
의 출력 동력
Figure pct00148
을 결정한다.
본 실시예에서, 다수의 에너지원
Figure pct00149
이 하나의 에너지 저장 모듈 B을 공유하기에, 비용을 절감하는 외에(전원 배터리의 비용이 높음), 동력 할당도 보다 간단하고 나아가 제어 시스템의 복잡성을 감소시킨다. 에너지 저장 모듈 B이 부하에 전기 에너지를 출력하지 않기 때문에, 이때 충전 시스템(CS)은 일반적으로 부하 동력 수요를 정확하게 추적할 수 없지만, 부하 동력 수요보다 낮은 동력값으로 부하에 전력을 공급하므로, 비용 절감이나 충전 시간에 대해 엄격한 요구가 없는 상황에 적합하다. 예를 들어, 충전 시스템(CS)은 전기 자동차에 충전 서비스를 제공하기 위해 십여 개 에너지원
Figure pct00150
을 병렬연결하여 주차장 또는 충전소의 전원 장치로 사용할 수 있다
본 발명의 상기 실시예에서, HCU에 의해 부하 동력의 할당을 통일적으로 수행하고, 에너지원 내부의 EMS는 HCU가 발송한 동력 명령에 따라 내부 에너지 저장 모듈
Figure pct00151
및 전기 에너지 발생 모듈 2개의 전원에 대한 제어만 수행하면 되기에, 시스템의 복잡성을 감소할 수 있고, 시스템의 확장이 용이해지며, 예를 들어 구체적인 응용 상황에 따라 에너지원의 개수를 추가하거나 감소하려면 HCU 제어 소프트웨어에 대해 약간의 수정만 거치면 된다. 아울러 에너지원 내부의 EMS를 통해 HCU이 제공하는 부하 동력 수요에 따라 부하 동력의 할당을 상호 조정할 수 있다. 구체적인 실시 과정에서 각 에너지 관리 시스템
Figure pct00152
에 하나의 마스터 에너지 관리 시스템
Figure pct00153
을 설치하고, 다른 에너지 관리 시스템
Figure pct00154
은 슬레이브 에너지 관리 시스템
Figure pct00155
이며, 마스터 에너지 관리 시스템
Figure pct00156
은 주로 조정 작업을 하고, 이로써 시스템의 복잡성을 감소할 수 있고, 시스템의 확장이 용이해지며, 예를 들어 구체적인 응용 상황에 따라 에너지원의 개수를 추가하거나 감소하려면 HCU 제어 소프트웨어에 대해 약간의 수정만 거치면 된다. 각 에너지 관리 시스템
Figure pct00157
에 대한 마스터와 슬레이브 관계의 구분이 없으면 에너지원
Figure pct00158
이 확장될 때 상응한 각 에너지 관리 시스템
Figure pct00159
의 수정이 더 복잡해지고 확장된 에너지원
Figure pct00160
이 많을 수록 시스템이 더 복잡해진다. 가 확장될수록 더 복잡해집니다. 시스템이 됩니다.
본 발명의 실시예는 충전 방법을 더 제공하고, 본 충전 방법은 에너지원
Figure pct00161
을 통해 부하에 전기 에너지를 출력하고, 에너지원
Figure pct00162
의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00163
및 에너지 저장 모듈
Figure pct00164
의 합리적인 제어를 통해 충전 효율을 향상시킨다. 이해해야 할 것은, 본 발명의 도 3, 도 4에 도시된 충전 시스템에 다수의 에너지원이 포함되지만, 본 충전 방법은 마찬가지로 단일 에너지원의 상황에도 적용 가능하다.
도 6을 참조하면, 본 실시예의 충전 방법의 전체 흐름도이다.
본 실시예의 충전 방법에서, 각 에너지원
Figure pct00165
은 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00166
(바람직하게 가스 터빈 발전기 세트, 즉 가스 터빈 + 발전기이고, 다른 임의의 형태의 전기 에너지를 생산할 수 있는 발전 장치일 수 있음) 및 에너지 저장 모듈
Figure pct00167
(바람직하게 축전지이고, 다른 임의의 형태의 충방전 가능한 전기 에너지 저장 장치일 수 있음)을 포함한다.
전반적인 충전 프로세스 100은 주로 아래 단계를 포함한다.
S110: 충전건과 피충전 부하를 연결한 후, 충전 제어 유닛(CHRG)은 피충전 부하와 통신하고, 외부 피충전 부하의 접속을 확인하며 피충전 부하가 발송한 부하 수요 관련 정보를 획득한다.
부하 수요 관련 정보는 동력 수요
Figure pct00168
및 피충전 부하의 전원 배터리의 SOC 값을 포함한다.
S120: 부하 수요 관련 정보에 기초하여, 적어도 하나의 에너지원
Figure pct00169
중 각 에너지원
Figure pct00170
의 출력 동력
Figure pct00171
을 결정한다.
구체적으로, 충전 시스템(CS)이 하나의 에너지원
Figure pct00172
만 포함할 경우, 즉 부하 수요 동력
Figure pct00173
을 해당 에너지원
Figure pct00174
의 출력 동력
Figure pct00175
으로 결정한다. 충전 시스템(CS)이 둘 이상의 에너지원
Figure pct00176
을 포함할 경우, HCU에 의해 에너지원
Figure pct00177
사이의 동력 할당 작업을 완료하고, 구체적으로 부하의 실시간 동력 수요에 기초하여, 각 에너지원
Figure pct00178
의 출력 능력의 차이에 따라, 출력 동력 작업을 각 에너지원
Figure pct00179
에 할당하여 부하의 실시간 동력 수요를 충족시키고, 즉 각 에너지원
Figure pct00180
의 출력 동력
Figure pct00181
을 결정하며, 부하 수요 동력 할당 방법은 프로세스 400, 프로세스 500, 프로세스 600에 자세히 설명되어 있다. 에너지원
Figure pct00182
내부의 에너지 관리 유닛
Figure pct00183
은 HCU가 할당한 출력 동력
Figure pct00184
을 수신하고, 출력 동력
Figure pct00185
에 따라 에너지원
Figure pct00186
내부의 동력 할당을 추가로 수행하며, 나아가 에너지원
Figure pct00187
내부 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00188
의 시동과 정지 및 에너지 저장 모듈
Figure pct00189
의 충방전을 제어하며, 프로세스 700에 자세히 설명되어 있다.
S130: 출력 동력
Figure pct00190
에 기초하여 충전 전류
Figure pct00191
를 결정한다.
구체적으로, HCU는 각 에너지원
Figure pct00192
의 출력 동력
Figure pct00193
을 결정한 후, 출력 동력
Figure pct00194
을 상응한 에너지원
Figure pct00195
의 에너지 관리 유닛
Figure pct00196
에 발송한다. 그 후
Figure pct00197
은 출력 동력
Figure pct00198
에 기초하여 충전 전류
Figure pct00199
를 결정한다.
Figure pct00200
,
Figure pct00201
는 피충전 부하와 관련된다. 예를 들어, 피충전 부하가 전기 자동차의 전원 배터리일 경우,
Figure pct00202
는 전원 배터리 SOC의 함수이고, SOC와 일대일로 대응된다. 추후 DC/DC 컨트롤러가
Figure pct00203
를 제어하여 충전 전류
Figure pct00204
에 따라 외부에 전기 에너지를 출력한다.
S140: 출력 동력
Figure pct00205
에 기초하여, 에너지원
Figure pct00206
의 작동 모드를 결정하고, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00207
의 시동과 정지 및/또는 에너지 저장 모듈
Figure pct00208
의 충방전을 제어한다.
충전 시스템(CS)의 각각의 에너지원
Figure pct00209
내부에 2개의 전력 래원, 즉 에너지 저장 모듈
Figure pct00210
및 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00211
이 포함된다. 이때, 에너지원
Figure pct00212
내부의 에너지 관리 유닛
Figure pct00213
이 HCU가 할당한 출력 동력
Figure pct00214
을 수신하고, 출력 동력
Figure pct00215
에 따라 에너지원 내부의 동력 할당을 추가로 수행함으로써, 내부의 2개의 전력 래원을 제어하고, 2개의 전력 래원의 상이한 운행 상태를 에너지원
Figure pct00216
의 다수의 작동 모드로 조합한다.
구체적으로,
Figure pct00217
이 출력 동력
Figure pct00218
의 크기 및 에너지 저장 모듈
Figure pct00219
의 SOC 값에 따라 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00220
의 시동 또는 정지 여부를 판단한다. 예를 들어, 출력 동력
Figure pct00221
및 에너지 저장 모듈
Figure pct00222
의 SOC에 기초하여, 에너지원
Figure pct00223
의 작동 모드가 L1 모드에서 L2 모드로 전환되거나, M1 모드에서 M2 모드로 전환되거나, 또는 M1 모드에서 H 모드로 전환된 것으로 결정될 경우, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00224
을 시동하도록 결정하며, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00225
의 원동기가 가스 터빈일 경우, 가스 터빈 시동 프로세스 201에 진입하고; 출력 동력
Figure pct00226
및 에너지 저장 모듈
Figure pct00227
의 SOC에 기초하여 에너지원
Figure pct00228
의 작동 모드가 L2 모드에서 L1 모드로 전환된 것으로 결정될 경우, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00229
을 정지시키며, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00230
의 원동기가 가스 터빈일 경우, 가스 터빈 정지 프로세스 300에 진입한다. 출력 동력
Figure pct00231
및 에너지 저장 모듈
Figure pct00232
의 SOC에 기초하여 에너지원
Figure pct00233
의 작동 모드가 L2 모드에서 M2 모드로 전환되거나, M2 모드에서 L2 모드로 전환된 것으로 결정될 경우, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00234
의 운행 상태를 유지한다. 에너지원
Figure pct00235
작동 모드에 대한 정의 및 각 모드 간의 전환 조건은 프로세스 700 및 관련 설명에 자세히 설명되어 있다.
본 발명의 상기 단계에서, S130 및 S140의 순서는 한정하지 않는다.
S150: 충전 전류
Figure pct00236
에 기초하여, 외부에 전기 에너지를 출력한다.
구체적으로,
Figure pct00237
는 그 출력 전류가
Figure pct00238
이고 부하에 충전할 수 있도록 보장하기 위해, 직류 버스(DC bus)의 직류를 크기가
Figure pct00239
보다 약간 큰 직류 전압으로 변환하고, 즉
Figure pct00240
의 출력 전압
Figure pct00241
은
Figure pct00242
보다 약간 크다. 예를 들어,
Figure pct00243
는 400V이고,
Figure pct00244
는 415V이다.
Figure pct00245
와
Figure pct00246
의 차이가 너무 클 경우, 예를 들어 전자가 600V이고 후자가 400V이면,
Figure pct00247
가
Figure pct00248
와 동일한 크기로 낮춰져 부하를 충전할 수 없게 된다.
Figure pct00249
의 크기는 테스트 실험을 통해 교정하여 적절한 값을 선택할 수 있다.
S160: 시스템이 충전 완료라고 판단하면, 외부에 전기 에너지를 출력하는 것을 중지한다.
구체적으로, 판단 조건은 사용자가 충전 서비스를 중지할 것을 요청할 경우(예를 들어 사용자가 휴대폰의 app 인터페이스에서 “충전 종료”를 클릭) 또는 피충전 부하의 전원 배터리 SOC가 특정 희망값(예를 들어 90%)보다 높을 경우일 수 있다.
일부 실시형태에서, 시스템이 충전 서비스 완료로 판단하고 외부 충전을 중지한 후, 시스템 내부의 에너지원
Figure pct00250
의 에너지 저장 모듈
Figure pct00251
은 전기 부족 상태이고 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00252
에 의해 전력을 보충하거나 외부 전원(예를 들어 전력망)에 의해 전력을 보충해야 하며, 관련 설명은 프로세스 800에 자세히 설명되어 있다.
본 실시예의 충전 방법은, 전기 에너지 발생 모듈의 시동-발전-정지 과정 및 에너지 저장 모듈에 대한 합리적인 제어를 통해 충전 시스템에 접속한 피충전 부하에 대한 효율적인 충전을 구현한다. 전기 에너지 발생 모듈의 원동기가 마이크로 가스 터빈일 경우, 마이크로 가스 터빈에 의해 경량·소형 충전식 차량, 대형 트럭에 대해 주행이 원활하고 도로의 제약이 적으며 언제 어디서나 전기가 부족한 차량에 충전 서비스를 제공할 수 있다. 전력망으로 부터 전력이 공급되는 종래의 충전소에 비해, 마이크로 가스 터빈 기반의 충전소는 전력망에 의존하지 않아 건설 비용을 절감하고 보다 유연한 설치가 가능하며, 대량의 전기 자동차가 동시에 충전 시에도 전력망에 부담을 주지 않아 전력망에 대한 압력을 완화하는 동시에 교통 압력을 완화한다.
본 발명의 실시예는 다른 한가지 충전 방법을 더 제공하고, 본 실시예의 충전 방법에서, 각 에너지원
Figure pct00253
은 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00254
을 포함하며, 다수의 에너지원
Figure pct00255
은 하나의 에너지 저장 모듈 B을 공유한다. 본 실시예에서 전반 충전 프로세스, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00256
시동과 정지 프로세스는 상기 실시예의 충전 방법과 동일하다. 다른 점은 충전 시스템(CS)의 다수의 에너지원
Figure pct00257
이 하나의 에너지 저장 모듈 B을 공유 시, 해당 에너지 저장 모듈 B은 부하에 대한 전기 에너지의 출력에 참여하지 않고, 충전 시스템(CS)의 에너지원
Figure pct00258
중 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00259
에 시동 전기 에너지만 제공하는 것을 담당하기에, 충전 과정에서 에너지 저장 모듈 B의 동력을 고려할 필요가 없다. 이때, 충전 과정에서, 출력 동력
Figure pct00260
에 기초하여, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00261
의 시동과 정지를 제어하기만 하면 되고, 구체적으로
Figure pct00262
이 0보다 크고 에너지원
Figure pct00263
의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00264
이 정지 상태이면, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00265
을 시동하고;
Figure pct00266
이 0보다 크고 에너지원
Figure pct00267
의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00268
이 운행 상태이면, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00269
을 운행 상태로 유지하며;
Figure pct00270
이 0이고 에너지원
Figure pct00271
의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00272
이 운행 상태이면, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00273
을 정지시킨다.
실시예의 충전 방법은 전기 에너지 발생 모듈의 시동-발전-정지 과정에 대한 합리적인 제어를 통해 충전 시스템에 접속한 피충전 부하에 대한 효율적인 충전을 구현하는 동시에 전기 에너지 발생 모듈의 빈번한 시동을 방지하여 에너지를 절약하고 전기 에너지 발생 모듈의 사용 수명을 연장시킨다.
본 발명의 실시예는 가스 터빈의 시동 방법을 더 제공한다. 본 발명의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00274
의 원동기가 가스 터빈일 경우, 바람직하게 본 실시예의 가스 터빈의 시동 방법을 이용하여 가스 터빈을 원활하게 시동하고, 가스 터빈의 시동 과정에서 바람직하게 본 발명의 베어링 검사 방법을 이용하여 베어링 고장을 검사한다.
도 7을 참조하면, 가스 터빈 시동 프로세스 201이다.
S211: 직류 버스(DC bus)를 직류 버스 기준 전압
Figure pct00275
으로 승압한다.
일부 실시예에서, 가스 터빈의 시동이 결정될 경우, DC bus의 전압이 구축되지 않으면, 즉 DC bus의 전압이 설정값
Figure pct00276
에 도달하지 않으면, 이때 DC bus 전압을 구축해야 한다.
일부 실시예에서, 에너지원
Figure pct00277
내부는 에너지 저장 모듈
Figure pct00278
을 포함한다. 이때, 에너지 저장 모듈
Figure pct00279
이 시동하여 외부에 전기 에너지를 출력하며, DC/DC 컨트롤러는
Figure pct00280
를 제어하여 에너지 저장 모듈
Figure pct00281
이 출력한 직류를 승압 변환하고, DC bus의 전압 값을 직류 버스 기준 전압
Figure pct00282
에 안정시킨다.
Figure pct00283
의 크기는 설정 가능하고, 그 값이 크면 출력 손실을 줄이는데 도움이 되지만, 상응하게 전체 충전 시스템(CS)의 각 소자의 내압 레벨도 상응하게 높게 설정되어야 한다.
일부 실시예에서, 가스 터빈의 시동이 결정될 경우, 시스템이 이미 대기 상태이면, 예를 들어, 시동 전기 에너지를 제공하는 에너지 저장 모듈
Figure pct00284
및
Figure pct00285
이 이미 작동 중이면, DC bus의 전압을 설정값
Figure pct00286
(예를 들어 780V, 800V, 교정 가능)으로 상승한다. 이때
Figure pct00287
을 다시 시동하여 전압을 구축할 필요가 없다. 따라서 단계 S211가 꼭 필요한 건 아니다.
S221: “시동” 명령을 획득하고, 가스 터빈을 점화 속도까지 드래그한다.
구체적으로,
Figure pct00288
이
Figure pct00289
의“시동” 명령을 획득하고,
Figure pct00290
가 인버터 모드에서 작동하며, DC bus의 직류를 교류로 변환시킨다. 교류는 가스 터빈과 동축으로 설치된 모터에 교류 전원을 제공하고, 모터는 전기 모드로 작동하며, 모터가 회전하면서 가스 터빈이 운행되고, 속도가 점차 점화 속도까지 상승한다.
S231: 점화기를 제어하여 점화한다.
구체적으로, 가스 터빈이 점화 속도에 도달한 후,
Figure pct00291
가 공기 펌프를 제어하여 기압을 증가하고, 연료 펌프 및 상응한 밸브 본체를 개방하여 연료를 수송하고, 준비 작업이 완료된 후
Figure pct00292
가 점화 컨트롤러를 제어하여 점화하며 연료가 가스 터빈의 연소실에서 연소되기 시작한다.
S241: 가스 터빈을 드래그하여 제1 설정 회전 속도까지 가속하고, 가스 터빈을 제1 지정 온도까지 가열한다.
구체적으로,
Figure pct00293
이 가스 터빈을 드래그하여 제1 설정 회전 속도(이 값은 가스 터빈마다 다르고, 가스 터빈의 설계 단계에서 결정된 하나의 회전 속도 범위이며, 예를 들어 50000~55000 회/s이다)까지 가속한다. 그 다음 가스 터빈이 제1 지정 회전 속도를 유지하고, 가스 터빈 온도(예를 들어 가스 터빈 터빈 후단의 온도)는 폐루프 제어하여, 가스 터빈 온도가 제1 지정 온도(가스 터빈마다 다름)까지 상승하도록 한다. 이는 가스 터빈이 일종의 열기관으로서, 일정 온도에 도달해야만 연료의 화학적 에너지를 운동 에너지로 효율적으로 변환할 수 있기 때문이다.
S251: 타깃 회전 속도 신호에 따라 가스 터빈을 타깃 회전 속도까지 드래그한다.
구체적으로,
Figure pct00294
이
Figure pct00295
에 타깃 회전 속도 신호(타깃 회전 속도는 가스 터빈의 타깃 출력 동력에 의해 계산되고, 예를 들어, 가스 터빈의 타깃 출력 동력은 그 정격 파워이며, 정격 파워에 따라 계산한 회전 속도는 타깃 회전 속도임)를 발송하고,
Figure pct00296
은 신호를 수신한 후 가스 터빈을 타깃 회전 속도까지 드래그한다. 이 단계에서,
Figure pct00297
은 새로운 회전 속도 신호에 기초하여 가스 터빈을 새로운 회전 속도(새로운 출력 동력에 대응)까지 드래그할 수 있다.
본 발명의 실시예는 또한 가스 터빈 정지 방법을 더 제공하고, 본 발명의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00298
의 원동기가 가스 터빈일 경우, 바람직하게 본 실시예의 가스 터빈 정지 방법을 이용하여 가스 터빈을 제어하여 원활하게 정지한다.
도 8을 참조하면, 가스 터빈 정지 프로세스 300은 아래 단계를 포함한다.
S310: “정지” 명령을 수신한 후 오일 공급을 중지한다.
구체적으로,
Figure pct00299
은 HCU가 발송한 정지 명령을 수신한 후, 오일 및 가스 회로를 제어하여 오일 공급을 중지하는 동시에
Figure pct00300
에 제2 지정 회전 속도 신호를 발송한다. 제2 지정 회전 속도는 제1 지정 회전 속도와 같거나 다를 수 있다.
S320: 가스 터빈을 제2 지정 회전 속도까지 드래그하고, 가스 터빈을 제2 지정 온도까지 냉각시킨다.
구체적으로,
Figure pct00301
은 가스 터빈을 제2 지정 회전 속도까지 드래그하고, 가스 터빈을 제2 지정 회전 속도로 운행하도록 유지하며, 충전 시스템(CS)의 냉각 시스템을 시동하여, 가스 터빈을 제2 지정 온도까지 냉각시킨다. 제2 지정 온도는 제1 지정 온도와 같거나 다를 수 있다.
S330:
Figure pct00302
에 의해 가스 터빈을 타깃 회전 속도 0까지 드래그하고, 가스 터빈을 정지시킨다.
본 발명의 실시예는 동력 할당 방법을 더 제공하고, 상기 동력 할당은 에너지원
Figure pct00303
사이의 동력 할당이다. 상기 동력 할당 방법은 충전 과정에서 부하의 실시간 동력 수요에 기초하여, 각 에너지원
Figure pct00304
의 출력 능력의 차이에 따라, 출력 동력 작업을 각 에너지원
Figure pct00305
에 할당하여 부하의 실시간 동력 수요를 충족시키고, 즉 각 에너지원
Figure pct00306
의 출력 동력
Figure pct00307
을 결정한다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 동력 할당 방법 흐름도이다.
본 실시예의 동력 할당 방법은 2개 이상의 에너지원
Figure pct00308
을 병렬연결하고, 각 에너지원
Figure pct00309
은 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00310
및 에너지 저장 모듈
Figure pct00311
의 충전 시스템을 포함하여 사용한다. 다수의 에너지원 동력 할당 프로세스 400은 아래 단계를 포함한다.
S410: 부하 동력 수요
Figure pct00312
를 결정한다. 즉 HCU에 의해 CHRG로부터 외부 피충전 부하 동력 수요
Figure pct00313
를 획득한다.
S420: N(N≥2)개의 에너지원 중 각 에너지원
Figure pct00314
의 상태 정보를 획득한다. 상태 정보는 HCU에 의해 에너지원
Figure pct00315
내부의
Figure pct00316
로부터 획득된다.
본 실시예의 동력 할당 방법에서, 각 에너지원
Figure pct00317
은 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00318
(바람직하게 가스 터빈 발전기 세트, 즉 가스 터빈 + 발전기이고, 다른 임의의 형태의 전기 에너지를 생산할 수 있는 발전 장치일 수 있음) 및 에너지 저장 모듈
Figure pct00319
(바람직하게 축전지이고, 다른 임의의 형태의 충방전 가능한 전기 에너지 저장 장치일 수 있음)을 포함한다.
Figure pct00320
이다. 상태 정보는 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00321
의 운행 상태 정보 및 에너지 저장 모듈
Figure pct00322
의 전력 상태 정보를 포함한다. 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00323
의 운행 상태 정보는 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00324
의 현재 운행 상황을 나타내고, 정지(또는 중지, 오프) 상태, 대기 상태, 발전 상태, 고장 상태 등일 수 있고, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00325
의 출고일, 잔여 연료량 등 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00326
성능 상태를 보여주는 정보일 수도 있다. 에너지 저장 모듈
Figure pct00327
의 전력 상태 정보는 에너지 저장 모듈
Figure pct00328
의 현재 전력 상황을 보여주고, 예시적으로, 에너지 저장 모듈
Figure pct00329
이 바람직하게 축전지일 경우 전력 상태 정보는 배터리 하전 상태 SOC 또는 배터리 건강도 S0H이고; 에너지 저장 모듈
Figure pct00330
이 바람직하게 슈퍼커패시터일 경우, 전력 상태 정보는 슈퍼커패시터 하전 상태 SOC일 수 있다. 여기서, 배터리 하전 상태 SOC(state of charge)는 배터리의 잔여 용량 상황을 반영하는 물리량으로, 그 수치는 배터리 잔여 용량이 배터리 용량에서 차지하는 비율로 정의한다. 슈퍼커패시터 하전 상태 SOC(super capacitor state of charge)는 실제 측정된 커패시터 에너지에 기초하여 커패시터 쌍의 최대 공칭 전압의 제곱의 백분율로 표시된다.
배터리 하전 상태 SOC(state of charge), 배터리 건강도 SOH(state of health)는 배터리 관리 시스템(BMS)에 의해 모니터링되고, 최종적으로 HCU에 보고된다. 여기서 에너지 저장 모듈
Figure pct00331
에 있어서, 그
Figure pct00332
이고,
Figure pct00333
는 에너지 저장 모듈
Figure pct00334
의 현재 출력 가능한 최대 용량이며, 이 데이터는 에너지 저장 모듈
Figure pct00335
의
Figure pct00336
에 의해 제공된다.
Figure pct00337
은 에너지 저장 모듈
Figure pct00338
의 출고 용량이다.
Figure pct00339
의 정상 수치 범위를
Figure pct00340
로 설정할 수 있고, 즉
Figure pct00341
이 80%(이 수치는 교정 가능함)일 경우, 상기 에너지 저장 모듈
Figure pct00342
은 바로 폐기하고 교체해야 한다.
S430: 부하 동력 수요
Figure pct00343
및 에너지원
Figure pct00344
상태 정보에 기초하여, N개의 에너지원
Figure pct00345
중 각 에너지원
Figure pct00346
의 출력 동력
Figure pct00347
을 결정한다.
본 실시예에서, 각 에너지원
Figure pct00348
모듈의 출력 동력
Figure pct00349
을
Figure pct00350
로 정의한다. 여기서
Figure pct00351
는 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00352
의 출력 동력이고,
Figure pct00353
의 값은 0보다 크거나 같다.
Figure pct00354
는 에너지 저장 모듈
Figure pct00355
의 출력 동력이고,
Figure pct00356
의 값은 0보다 크거나 같을 수 있고 0보다 작을 수도 있다.
Figure pct00357
의 값이 0보다 클 경우, 에너지 저장 모듈
Figure pct00358
이 방전 상태이고, 즉 부하에 대해 전기 에너지를 출력함을 설명한다.
Figure pct00359
의 값이 0보다 작을 경우, 에너지 저장 모듈
Figure pct00360
이 충전 상태이고, 즉
Figure pct00361
이 부하에 전기 에너지를 출력하는 외에, 에너지 저장 모듈
Figure pct00362
을 충전할 잔여 전기 에너지가 남아있다는 것을 설명한다.
본 실시예의 충전 방법에서, 상술한 바와 같이 각 에너지원
Figure pct00363
은 2개의 전기 에너지 래원, 즉 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00364
및 에너지 저장 모듈
Figure pct00365
을 포함하고, 에너지원
Figure pct00366
사이의 동력 할당 방식은 프로세스 500 내지 600에 자세히 설명되었다.
S440: HCU에 의해
Figure pct00367
을 결정한 후,
Figure pct00368
을 상응한
Figure pct00369
에 발송한다.
Figure pct00370
이
Figure pct00371
에 기초하여 에너지원
Figure pct00372
내부의 2개의 전원, 즉 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00373
및 에너지 저장 모듈
Figure pct00374
을 제어하여, 에너지원
Figure pct00375
의 출력 동력
Figure pct00376
을 충족시킨다. 보다 상세하게,
Figure pct00377
이
Figure pct00378
에 기초하여 에너지원
Figure pct00379
내부 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00380
및 에너지 저장 모듈
Figure pct00381
에 대한 제어는 프로세스 700 및 관련 설명을 참조하기 바란다.
도 10을 참조하면, 상기 S430의 서브 단계 프로세스 500은 아래 단계를 포함한다.
S510: 에너지원
Figure pct00382
의 상태 정보에 기초하여, N개의 에너지원
Figure pct00383
을 분류한다.
S511: 우선 N개의 에너지원
Figure pct00384
모듈에서 현재 부하에 대해 전기 에너지를 출력하지 않는 에너지원을 결정한다. 아래 3가지 경우중 임의의 하나를 만족하면, 현재 부하에 대해 전기 에너지를 출력하지 않는 에너지원으로 판단하고, 그 개수를 p개로 기록한다.
첫 번째 경우: 에너지 저장 모듈
Figure pct00385
의
Figure pct00386
(이 수치는 교정 가능함)일 경우, 에너지원
Figure pct00387
을 교체할 에너지 저장 모듈
Figure pct00388
의 에너지원으로 결정한다. 교체할 에너지 저장 모듈
Figure pct00389
은 외부에 동력을 출력하지 않고, 즉 출력 동력이 0이다.
두 번째 경우: 에너지원
Figure pct00390
모듈의 모든 배터리에 대응되는 SOH를 배열하고 제일 큰 SOH를 SOHmax로 기록하며, 에너지원
Figure pct00391
모듈의 모든 배터리에 대응되는
Figure pct00392
에 대해
Figure pct00393
를 계산하고,
Figure pct00394
가 0.04(이 수치는 교정 가능함)보다 크거나 같으면, 해당 에너지원
Figure pct00395
은 외부에 동력을 출력하지 않고, 즉 출력 동력이 0이다.
세 번째 경우: 충전 시스템(CS)은 하나 이상의 충전건(예를 들어 도 2에 도시된 바와 같음)을 포함하고, 즉 충전 시스템(CS)이 다수의 부하를 동시에 충전할 경우, 특정 에너지원
Figure pct00396
이 다른 하나의 피충전 부하를 충전하기 위해 운행 중이면, 해당 에너지원
Figure pct00397
도 현재 부하에 대해 전기 에너지를 출력하지 않는 에너지원
Figure pct00398
모듈로 결정한다.
S512: 나머지 N-p개의 에너지원
Figure pct00399
모듈에서 제1 타깃 에너지원 및 제2 타깃 에너지원을 결정한다.
에너지원
Figure pct00400
의 상태 정보에 기초하여, 나머지 N-p개의 에너지원
Figure pct00401
모듈에서 N개의 제1 타깃 에너지원을 결정한다.
전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00402
의 운행 상태 정보가 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00403
이 발전 상태(
Figure pct00404
이 HCU에 피드백한 것)임을 나타낼 경우, 에너지원
Figure pct00405
을 제1 타깃 에너지원으로 결정하고 N개로 기록한다. 제1 타깃 에너지원 중 전기 에너지 발생 모듈을 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00406
로 기록하고, 에너지 저장 모듈을 에너지 저장 모듈
Figure pct00407
로 기록하며; 여기서,
Figure pct00408
는 N개의 제1 타깃 에너지원 중 제
Figure pct00409
번째를 가리키고,
Figure pct00410
이다.
전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00411
의 운행 상태 정보가 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00412
이 정지 상태임을 나타낼 경우, 에너지원
Figure pct00413
을 제2 타깃 에너지원으로 결정하고 m개로 기록한다. 제1 타깃 에너지원 중 전기 에너지 발생 모듈을 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00414
로 기록하고, 에너지 저장 모듈을 에너지 저장 모듈
Figure pct00415
로 기록하며; 여기서,
Figure pct00416
는 m개의 제2 타깃 에너지원 중 제
Figure pct00417
번째를 가리키고,
Figure pct00418
이다.
에너지원 모듈의 총 개수는 N=p+m+n를 만족한다.
여기서 N은 에너지원 모듈의 총 개수이고, p는 현재 부하에 대해 전기 에너지를 출력하지 않는 에너지원으로 결정된 개수이며, n은 제1 타깃 에너지원의 개수이고, m은 제2 타깃 에너지원 개수이다.
설명할 것은, S512에서 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00419
이 발전 상태인지 아니면 정지/대기 상태인지에 기초하여 에너지원
Figure pct00420
을 분류한다. 다른 일부 실시예에서, 또한 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00421
의 기타 운행 상태 정보에 기초하여 에너지원
Figure pct00422
을 분류할 수 있다. 예를 들어, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00423
이 발전/정지/대기 상태에 있는지 여부 및 잔여 연료량을 결부하여 에너지원
Figure pct00424
을 분류할 수 있고, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00425
이 발전 상태이고 잔여 연료량이 기설정 임계값보다 크거나 같은 에너지원
Figure pct00426
을 제1 타깃 에너지원으로 결정하고; 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00427
이 발전 상태이지만 잔여 연료량이 기설정 임계값보다 작거나, 또는 정지/대기 상태의 에너지원
Figure pct00428
을 제2 타깃 에너지원으로 결정한다.
또한, 상태 정보에 기초하여 모든 에너지원
Figure pct00429
을 정렬하고 번호를 매길 수 있다.
제1 타깃 에너지원의 번호 범위를 1에서 n으로 정의하고, 상기 n개의 제1 타깃 에너지원을 임의의 순서로 배열할 수 있으며, 아래에서 그 에너지 저장 모듈
Figure pct00430
의 SOC 값이 큰데서 작아지는 배열 순서로 번호를 매겨 설명한다. 제2 타깃 에너지원의 번호 범위를 n+1에서 n+m로 정의하고, 상기 m개의 제2 타깃 에너지원을 그 에너지 저장 모듈
Figure pct00431
의 SOC 값이 큰데서 작아지는 배열 순서로 번호를 매겨 설명한다. 나머지 N-(n+m)개, 즉 p개로 정의하며, 현재 부하에 대해 전기 에너지를 출력하지 않는 에너지원의 번호 범위는 n+m+1에서 N이고, 임의의 순서로 번호를 매길 수 있다.
즉 다시 번호를 매긴 후의 N개의 에너지원은
Figure pct00432
이고, 이에 대응되는 전기 에너지 발생 모듈 및 에너지 저장 모듈도 동일하게 번호를 부여한다. 설명할 것은, 에너지원에 대해 다시 배열하고 번호를 매기는 조작은 필수적인 것이 아니고, 그저 구분이 편리하고자 하기 위함이다.
S520: S510의 분류 결과에 기초하여, 에너지 저장 모듈
Figure pct00433
의 전체 출력 동력
Figure pct00434
을 결정한다.
우선 제1 타깃 에너지원에서 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00435
이 출력 가능한 동력을 감산한 후, 피충전 차량에 여전히 필요한 충전 동력은
Figure pct00436
이고,
Figure pct00437
는 제1 타깃 에너지원의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00438
의 총 출력 동력이다.
본 실시예에서, 시스템이 안정적인 운행 상태에 있는 경우, 특정 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00439
의 출력 동력
Figure pct00440
은 시간에 따라 변화하거나 일정한 값일 수 있다. 각 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00441
의 출력 동력
Figure pct00442
의 값은 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 바람직하게 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00443
의 원동기가 가스 터빈이고, 모든 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00444
원동기, 발전기의 파라미터는 동일하다. 시스템이 안정적인 운행 상태에 있는 경우, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00445
이 안정적인 발전 상태에 있고, 가스 터빈이 최적의 작동 지점에서 작동하며, 출력 동력
Figure pct00446
이 일정하고, 가스 터빈의 정격 출력 동력이다. 이때 전기 에너지 발생 모듈 출력 동력
Figure pct00447
이고,
Figure pct00448
는 상수이며, 즉 가스 터빈의 정격 출력 동력이고, 예를 들어 15kW(예시)이다. 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00449
이 정지 상태에 있을 경우, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00450
의 출력 동력
Figure pct00451
=0이다.
S530: 에너지 저장 모듈
Figure pct00452
의 전체 출력 동력
Figure pct00453
에 기초하여, 각 에너지원
Figure pct00454
의 구체적인 출력 동력
Figure pct00455
을 결정한다.
Figure pct00456
의 크기에 따라 3가지 경우로 나뉜다.
첫 번째 경우:
Figure pct00457
이면, 외부 동력 수요가 제1 타깃 에너지원 중 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00458
의 출력 동력보다 작다는 것을 설명하고, 이 경우 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00459
의 출력 동력은 외부 동력 수요 동력을 충족시키는 동시에 잔여 출력 동력이 충전 시스템의 에너지 저장 모듈
Figure pct00460
을 충전한다. 각 제1 타깃 에너지원의 출력 동력
Figure pct00461
의 계산 공식은 아래와 같다.
Figure pct00462
Figure pct00463
를 결정하는 방법은 프로세스 600(후술되는 내용 참조)의 논리적 알고리즘에 따라 계산한다. 전술한 공식
Figure pct00464
에 따라, 제1 타깃 에너지원 중 에너지 저장 모듈
Figure pct00465
의 충전 동력
Figure pct00466
을 계산할 수 있다. 이 상태에서, 제2 타깃 에너지원 중 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00467
(정지 상태) 및 에너지 저장 모듈
Figure pct00468
의 출력 동력은 모두 0이다.
두 번째 경우:
Figure pct00469
이면, N개의 제1 타깃 에너지원이 부하 동력 수요를 충족시킬 수 있음을 설명하고, 제1 타깃 에너지원의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00470
및 에너지 저장 모듈
Figure pct00471
에 의해 동시에 부하에 동력을 출력해야 한다. 이때, 제2 타깃 에너지원 중 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00472
(정지 상태) 및 에너지 저장 모듈
Figure pct00473
의 출력 동력은 모두 0이다.
Figure pct00474
은 제1 타깃 에너지원 중 에너지 저장 모듈
Figure pct00475
의 출력 가능한 최대 허용 동력값이고, 에너지 저장 모듈
Figure pct00476
이 바람직하게 축전지일 경우, 상기 최대 허용 동력 값은 현재 배터리 SOC, 배터리 및 환경 온도, 습도 등의 영향을 받는다. 이 밖에, 전체 시스템이 지속적으로 외부 충전 수요를 충족할 수 있도록, 제1 타깃 에너지원 중 에너지 저장 모듈
Figure pct00477
의 출력 가능한 최대 허용 동력
Figure pct00478
값에 대해 상응한 제한을 하고, 이는 교정 룩업 테이블을 통해 실현 가능하다. 아래 단계에 따라 제1 타깃 에너지원의 출력 동력
Figure pct00479
을 결정한다.
A. 각 제1 타깃 에너지원 중 에너지 저장 모듈
Figure pct00480
의 방전 계수
Figure pct00481
는
Figure pct00482
,
Figure pct00483
,
Figure pct00484
(
Figure pct00485
를 결정하는 방법은 프로세스 600의 논리적 알고리즘에 따라 계산함)이고, 즉
Figure pct00486
또는
Figure pct00487
또는
Figure pct00488
이다.
B. 에너지 저장 모듈
Figure pct00489
의 방전 동력
Figure pct00490
계산 공식은 아래와 같다.
Figure pct00491
C. 제1 타깃 에너지원의 출력 동력
Figure pct00492
을 결정한다.
Figure pct00493
세 번째 경우:
Figure pct00494
이면, n개의 제1 타깃 에너지원이 부하 동력 수요를 충족시킬 수 없음을 설명하고, m개의 제2 타깃 에너지원을 보충해야 한다. 아래 단계에 따라 수행한다.
A. n개의 제1 타깃 에너지원의 출력 동력
Figure pct00495
를 계산한다. 이때, 제1 타깃 에너지원의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00496
은 최적 동력 지점에서 출력되고, 제1 타깃 에너지원의 에너지 저장 모듈
Figure pct00497
는 출력 가능한 최대 허용 동력 값
Figure pct00498
으로 출력된다. 즉
Figure pct00499
이다.
B. m개의 제2 타깃 에너지원의 출력 동력
Figure pct00500
을 계산한다. 이때, 제2 타깃 에너지원의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00501
(정지 상태)의 출력 동력은 0이고, 제2 타깃 에너지원의 에너지 저장 모듈
Figure pct00502
의 출력 동력은 아래와 같이 할당된다.
B1: n개의 제1 타깃 에너지원의 전체 출력 동력
Figure pct00503
을 계산한다.
Figure pct00504
B2: 잔여 동력
Figure pct00505
을 할당하고, 각 제2 타깃 에너지원의 출력 동력은 아래와 같다.
Figure pct00506
도 11을 참조하면, 기여 계수 결정 프로세스 600에서 기여 계수
Figure pct00507
및
Figure pct00508
를 결정하는 방법은 아래 단계를 포함한다.
S610: 기여 계수
Figure pct00509
에 대하여, 기준 값
Figure pct00510
을 결정하고, 기준 값
Figure pct00511
의 계산 공식은 아래와 같다.
Figure pct00512
기여 계수
Figure pct00513
에 대하여, 기준 값
Figure pct00514
을 결정하고, 기준 값
Figure pct00515
의 계산 공식은 아래와 같다.
Figure pct00516
S620: 기여 계수
Figure pct00517
를 계산한다.
Figure pct00518
기여 계수
Figure pct00519
를 계산한다.
Figure pct00520
S630: SOH 값에 기초하여
Figure pct00521
,
Figure pct00522
를 보정한다.
S631: 1차 보정:
Figure pct00523
,
Figure pct00524
; 상기 보정은 SOH 값이 에너지 저장 모듈의 충방전 가능 용량에 대한 영향을 고려하여, 에너지 저장 모듈의 사용 수명을 보장한다.
S632: 2차 보정:
Figure pct00525
,
Figure pct00526
; 상기 보정은
Figure pct00527
,
Figure pct00528
를 보장하여, 부하 동력 수요를 최대한 충족시키는 동시에 시스템 출력 동력이 부하 동력 수요보다 큰 상황이 발생하는 것을 방지한다.
상기 보정은 필수적인 것이 아니고, 상기 보정은
Figure pct00529
인 경우에만 작용한다.
본 실시예는 전기 에너지 발생 모듈 운행 상태, 에너지 저장 모듈 전력 상태가 할당 전략에 대한 영향를 전면적으로 고려함으로써, 본 실시예의 동력 할당 방법은 부하 동력 수요를 최대한 충족시키는 전제하에, 전기 에너지 발생 모듈의 빈번한 시동과 정지를 감소하여 전기 에너지 발생 모듈의 사용 수명을 연장하고 전기 에너지 발생 모듈의 빈번한 시동과 정지로 인한 에너지 손실을 감소하는 동시에 에너지 저장 모듈의 균형 잡힌 사용을 보장하여 배터리의 사용 수명을 연장한다.
본 발명의 실시예는 다른 동력 할당 방법을 더 제공한다. 상기 동력 할당 방법 실시예와의 다른 점은 본 실시예는 2개 이상의 에너지원
Figure pct00530
이 병렬연결되고, 각 에너지원
Figure pct00531
은 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00532
을 포함하며, 다수의 에너지원
Figure pct00533
은 하나의 에너지 저장 모듈 B의 충전 시스템을 공유한다. 본 실시예에서, 부하 동력 할당은 아래 방법을 사용한다. 충전 시스템(CS)의 다수의 에너지원
Figure pct00534
이 하나의 에너지 저장 모듈 B을 공유 시, 해당 에너지 저장 모듈 B은 부하에 대한 전기 에너지의 출력에 참여하지 않고, 충전 시스템(CS)의 에너지원
Figure pct00535
중 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00536
에 시동 전기 에너지만 제공하는 것을 담당하기에, 부하 동력 할당 시 에너지 저장 모듈 B의 동력을 고려할 필요가 없다. 이때, 에너지원
Figure pct00537
의 상태 정보가 바로 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00538
의 운행 상태 정보이다. 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00539
의 운행 상태 정보는 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00540
의 현재 운행 상황을 나타내고, 정지(또는 중지, 오프) 상태, 대기 상태, 발전 상태, 고장 상태 등일 수 있고, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00541
의 출고일, 잔여 연료량 등 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00542
성능 상태를 보여주는 정보일 수도 있다. 이때, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00543
의 운행 상태 정보에 따라 어느 에너지원
Figure pct00544
으로 부하에 동력
Figure pct00545
을 출력할지만 선택하면 되고, 에너지원
Figure pct00546
의 출력 동력이 바로 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00547
이 안정적으로 운행 시의 출력 동력
Figure pct00548
이다. 예를 들어, 잔여 연료량을 선별 기준으로 하면, 잔여 연료량이 많은 에너지원
Figure pct00549
을 선택하여 부하에 동력
Figure pct00550
을 출력할 수 있고, 다른 예를 들어, 바람직하게 대기 상태에 있는 에너지원
Figure pct00551
을 선택하여 부하에 동력
Figure pct00552
을 출력한다.
본 실시예에서, 시스템이 안정적인 운행 상태에 있는 경우, 특정 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00553
의 출력 동력
Figure pct00554
은 시간에 따라 변화하거나 일정한 값일 수 있다.각 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00555
의 출력 동력
Figure pct00556
의 값은 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 바람직하게 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00557
의 원동기가 가스 터빈이고, 모든 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00558
원동기, 발전기의 파라미터는 동일하다. 시스템이 안정적인 운행 상태에 있는 경우, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00559
이 안정적인 발전 상태에 있고, 가스 터빈이 최적의 작동 지점에서 작동하며, 출력 동력
Figure pct00560
이 일정하고, 가스 터빈의 정격 출력 동력이다. 이때 전기 에너지 발생 모듈 출력 동력
Figure pct00561
이고,
Figure pct00562
는 상수이며, 즉 가스 터빈의 정격 출력 동력이고, 예를 들어 15kW(예시)이다. 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00563
이 정지 상태에 있을 경우, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00564
의 출력 동력
Figure pct00565
=0이다.
본 실시예는 전기 에너지 발생 모듈 운행 상태가 할당 전략에 대한 영향를 전면적으로 고려함으로써, 본 실시예의 동력 할당 방법은 부하 동력 수요를 최대한 충족시키는 전제하에, 전기 에너지 발생 모듈의 빈번한 시동과 정지를 감소하여 전기 에너지 발생 모듈의 사용 수명을 연장하고 전기 에너지 발생 모듈 빈번한 시동과 정지로 인한 에너지 손실을 감소한다.
본 발명의 실시예는 다중 모드 충전 방법을 더 제공하고, 충전 시스템에서, 단일 에너지원을 사용하여 부하를 충전할 경우, 부하의 실시간 동력 수요에 기초하여, 상기 단일 에너지원의 출력 동력
Figure pct00566
을 결정한다. 다수의 에너지원을 사용하여 외부 부하를 충전할 경우, 부하의 실시간 동력 수요에 기초하여, 각 에너지원의 출력 능력의 차이에 따라, 출력 동력 작업을 각 에너지원에 할당하여 부하의 실시간 동력 수요를 충족시키고, 즉 각 에너지원의 출력 동력
Figure pct00567
을 결정하며, 다수의 에너지원을 사용하여 외부 부하를 충전할 경우, 부하 수요 동력 할당 방법은 프로세스 400, 프로세스 500, 프로세스 600에 자세히 설명되어 있다. 전기 에너지 발생 모듈 및 에너지 저장 모듈인 2개의 전력 래원로 구성된 에너지원에서, 에너지원의 출력 동력
Figure pct00568
을 결정한 후, 추가로 에너지원 내부의 작동 모드를 결정해야 한다. 본 실시예의 다중 모드 충전 방법은 에너지원이 할당된 출력 동력
Figure pct00569
에 기초하여, 에너지원 내부 전기 에너지 발생 모듈 및 에너지 저장 모듈 2개의 전력 래원의 작동 모드를 추가로 결정하는 것이다. 이해해야 할 것은, 비록 본 발명이 도 1, 도 2에 도시된 충전 시스템에서 다수의 에너지원을 포함하지만, 다중 모드 충전 방법은 단일 에너지원 상황에도 적용 가능하다.
도 12를 참조하면, 도 12는 본 발명이 제공하는 다중 모드 충전 방법 실시예의 흐름도이다.
본 실시예에서, 에너지원
Figure pct00570
은 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00571
(바람직하게 가스 터빈 발전기 세트, 즉 가스 터빈 + 발전기이고, 다른 임의의 형태의 전기 에너지를 생산할 수 있는 발전 장치일 수 있음) 및 에너지 저장 모듈
Figure pct00572
(바람직하게 축전지이고, 다른 임의의 형태의 충방전 가능한 전기 에너지 저장 장치일 수 있음)을 포함한다.
다중 모드 충전 프로세스 700은 아래 단계를 포함한다.
각 에너지원
Figure pct00573
의 운행 모드는 저 동력 모드(L 모드), 중간 동력 모드(M 모드), 고 동력 모드(H 모드) 및 전기 에너지 발생 모듈 독립 운행 모드(T 모드) 등 네가지 모드로 나뉜다. 여기서, L 모드 및 M 모드는 또 각각 L1, L2 및 M1, M2 모드로 세분화된다(자세한 내용은 도 12 참조).
Figure pct00574
은 HCU이 발송한 출력 동력
Figure pct00575
을 수신하고, 출력 동력
Figure pct00576
의 크기에 따라, 에너지원
Figure pct00577
의 초기 작동 모드를 결정한다.
1.
Figure pct00578
이면, 에너지원
Figure pct00579
이 L 모드에 진입하여 운행하도록 결정하고,
Figure pct00580
는 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00581
이 최적의 작동 지점에서 작동 시의 출력 동력이다. 본 실시예에서, 시스템이 안정적인 운행 상태에 있는 경우, 특정 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00582
의 출력 동력
Figure pct00583
은 시간에 따라 변화하거나 일정한 값일 수 있다. 각 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00584
의 출력 동력
Figure pct00585
의 값은 같거나 다를 수 있다. 예를 들어, 바람직하게 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00586
의 원동기가 가스 터빈이고, 모든 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00587
원동기, 발전기의 파라미터는 동일하다. 시스템이 안정적인 운행 상태에 있는 경우, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00588
이 안정적인 발전 상태에 있고, 가스 터빈이 최적의 작동 지점에서 작동하며, 출력 동력
Figure pct00589
이 일정하고, 가스 터빈의 정격 출력 동력이다. 이때 전기 에너지 발생 모듈 출력 동력
Figure pct00590
이고,
Figure pct00591
는 상수이며, 즉 가스 터빈의 정격 출력 동력이고, 예를 들어 15kW(예시)이다. 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00592
이 정지 상태에 있을 경우, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00593
의 출력 동력
Figure pct00594
=0이다.
L 모드에 진입한 후, 에너지원
Figure pct00595
은 기본적으로 L1 모드에서 운행된다. L1 모드에서, 에너지 저장 모듈
Figure pct00596
만으로 동력
Figure pct00597
를 충족한다. 이는 에너지원
Figure pct00598
출력한 동력
Figure pct00599
이 작아야 하는 경우, 에너지원
Figure pct00600
의 에너지 저장 모듈
Figure pct00601
이 일반적으로 수요를 충족시킬 수 있고, 에너지원
Figure pct00602
의 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00603
을 시동할 필요가 없기 때문이다.
에너지원
Figure pct00604
은 기본적으로 L1 모드에서 운행하고, 에너지 저장 모듈
Figure pct00605
의 SOC 값이 제1 임계값(예를 들어 40%, 교정 가능; SOC 값이 제1 임계값보다 작다는 것은 에너지 저장 모듈
Figure pct00606
의 잔여 전력이 부족함을 설명함)보다 작을 경우, L2 모드에 진입하여, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00607
을 시동한다. L2 모드에서, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00608
출력 동력
Figure pct00609
(예를 들어 15kW, 45kW, 60kW, 가스 터빈의 모델과 관련됨)이
Figure pct00610
을 충족시키는 경우, 나머지 동력
Figure pct00611
을 에너지 저장 모듈
Figure pct00612
에 충전한다. 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00613
출력 동력
Figure pct00614
로 에너지 저장 모듈
Figure pct00615
을 충전하는 과정에서, 에너지 저장 모듈
Figure pct00616
의 SOC 값이 지속적으로 상승하고, 에너지 저장 모듈
Figure pct00617
의 SOC 값이 제2 임계값(예를 들어 80%, 교정 가능; SOC 값이 제2 임계값보다 크거나 같다는 것은 에너지 저장 모듈의 전력이 충분하여 외부에 전기 에너지를 출력 가능함을 설명함)보다 크거나 같을 경우, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00618
를 정지하고, L1 모드로 돌아가 운행하며, 즉 에너지 저장 모듈
Figure pct00619
로만 동력
Figure pct00620
를 충족시킨다.
본 실시예에서, 각 에너지원
Figure pct00621
모듈의 출력 동력
Figure pct00622
을
Figure pct00623
로 정의한다. 여기서
Figure pct00624
는 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00625
의 출력 동력이고,
Figure pct00626
의 값은 0보다 크거나 같다.
Figure pct00627
는 에너지 저장 모듈
Figure pct00628
의 출력 동력이고,
Figure pct00629
의 값은 0보다 크거나 같을 수 있고 0보다 작을 수도 있다.
Figure pct00630
의 값이 0보다 클 경우, 에너지 저장 모듈
Figure pct00631
이 방전 상태이고, 즉 부하에 대해 전기 에너지를 출력함을 설명한다.
Figure pct00632
의 값이 0보다 작을 경우, 에너지 저장 모듈
Figure pct00633
이 충전 상태이고, 즉
Figure pct00634
이 부하에 전기 에너지를 출력하는 외에, 에너지 저장 모듈
Figure pct00635
을 충전할 잔여 전기 에너지가 남아있다는 것을 설명한다.
2.
Figure pct00636
이면, 에너지원이 M 모드에 진입하여 운행하도록 결정한다. 여기서,
Figure pct00637
는 설정 동력이고, 에너지 저장 모듈
Figure pct00638
의 파라미터와 관련된다. 예를 들어,
Figure pct00639
는 에너지 저장 모듈
Figure pct00640
방전 배율이 1C인 경우 대응되는 방전 동력이다.
M 모드에 진입한 후, 2가지 방법으로 M1 모드로 운행할지 M2 모드로 운행할 지를 판단할 수 있다.
첫 번째: 에너지원
Figure pct00641
은 기본적으로 M1 모드에서 운행된다. M1 모드에서, 에너지 저장 모듈
Figure pct00642
만으로 동력
Figure pct00643
를 충족한다.
SOC 값이 제3 임계값(예를 들어 35%, 교정 가능)보다 작을 경우, M2 모드에 진입하여, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00644
을 시동한다. M2 모드에서, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00645
의 출력 동력은
Figure pct00646
(예를 들어 15kW, 45kW, 60kW, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00647
의 모델과 관련됨)이고, 아울러, 에너지 저장 모듈 출력 동력은
Figure pct00648
이다.
두 번째: 에너지 저장 모듈
Figure pct00649
이 제공 가능한 전력이 부하 수요 전력를 충족시킬 수 있으면, M1 모드에 진입하고, 아니면 M2 모드에 진입한다. M1 모드 진입을 판단하는 조건은 아래와 같다.
Figure pct00650
Figure pct00651
는 부하 수요 전력이고,
Figure pct00652
은 에너지 저장 모듈
Figure pct00653
이 제공 가능한 전력이며, 2개의 파라미터는 각각 아래 공식으로 계산된다.
Figure pct00654
Figure pct00655
는 총 부하 용량이고,
Figure pct00656
는 부하가 도달하고자 하는 최종 SOC 값이며, 경험에 따라 설정한 디폴트 값(예를 들어 90%)이거나, 사용자가 입력한 수치일 수 있으며;
Figure pct00657
는 부하의 SOC 값이다.
Figure pct00658
Figure pct00659
은 에너지 저장 모듈이 제공 가능한 전력이고;
Figure pct00660
은 에너지 저장 모듈의 총 용량이며,
Figure pct00661
은 에너지 저장 모듈의 현재 SOC 값이고,
Figure pct00662
은 에너지 저장 모듈의 제1 한계값이며, 에너지 저장 모듈의
Figure pct00663
이 제1 한계값보다 작을 경우, M1 모드에서 M2 모드로 전환하여 운행한다.
3.
Figure pct00664
이면, 에너지원이 H 모드에 진입하여 운행하도록 결정한다.
H 모드에서, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00665
출력 동력은
Figure pct00666
(예를 들어 15kW, 45kW, 60kW, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00667
의 모델과 관련됨)이고, 아울러, 에너지 저장 모듈
Figure pct00668
출력 동력은
Figure pct00669
이다.
충전 과정에서,
Figure pct00670
가 변화(상승 또는 하강)함에 따라, 에너지원
Figure pct00671
은 4가지 운행 모드(L 모드, M 모드, H 모드 및 T 모드) 사이에서 자동으로 전환하고, 즉 에너지원
Figure pct00672
는 초기 작동 모드(현재 작동 모드) 및
Figure pct00673
의 변화에 기초하여 작동 모드(또는 새로운 작동 모드를 결정한다고 함)를 업데이트하여, 출력 동력
Figure pct00674
을 보다 잘 추적한다.
L 모드에서 M 모드로 전환:
에너지원
Figure pct00675
이 L 모드에서 작동 할 경우,
Figure pct00676
이 검출되면, 자동으로 M 모드로 전환한다. 구체적으로 M1로 전환할지 아니면 M2 모드로 전환할지는 추가 판단이 필요한데, 에너지원
Figure pct00677
의 현재 운행 모드가 L1, 즉
Figure pct00678
이면 M1 모드로 전환하고, 즉
Figure pct00679
이며; 에너지원
Figure pct00680
의 현재 운행 모드가 L2, 즉
Figure pct00681
이면, M2 모드로 전환하며, 즉
Figure pct00682
이다. L1 모드에서 M1 모드로 전환하고, L2 모드에서 M2 모드로 전환하는 유익한 효과는, 에너지원
Figure pct00683
의 출력이 보다 원활하도록 하고, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00684
의 시동과 정지 조작을 감소하며, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00685
을 보호하는 동시에 시스템 손실을 줄이고 효율을 향상시키는 것이다. 반대로, L1 모드에서 M2 모드로 전환한다고 가정하면, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00686
을 시동해야 하고, L2 모드에서 M1 모드로 전환하면, 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00687
을 정지해야 한다.
M 모드에서 L 모드로 전환:
에너지원이 M 모드에서 작동 시,
Figure pct00688
이 검출되면, 자동으로 L 모드로 전환한다. 구체적으로 L1로 전환할지 아니면 L2 모드로 전환할지는 추가 판단이 필요한데, 에너지원
Figure pct00689
의 현재 운행 모드가 M1, 즉
Figure pct00690
이면 M1 모드로 전환하고, 즉
Figure pct00691
이며; 에너지원
Figure pct00692
의 현재 운행 모드가 M2, 즉
Figure pct00693
이면, M2 모드로 전환하며, 즉
Figure pct00694
이다.
M 모드에서 H 모드로 전환:
에너지원
Figure pct00695
이 M 모드에서 작동 시,
Figure pct00696
이 검출되면, 자동으로 H 모드로 전환한다.
H 모드에서 M2 모드로 전환:
에너지원
Figure pct00697
이 H 모드에서 작동 시,
Figure pct00698
이 검출되면, 자동으로 M2 모드로 전환한다.
H/M2 모드에서 T 모드로 전환:
에너지원
Figure pct00699
이 H 모드 또는 M2 모드에서 운행 시, 에너지 저장 모듈
Figure pct00700
의 SOC가 제4 임계값(예를 들어 25%, 교정 가능)보다 작을 경우, 에너지원
Figure pct00701
이 자동으로 T 모드로 전환한다. 에너지 저장 모듈
Figure pct00702
의 SOC 값이 이미 매우 작을 경우, 방전을 계속하면 에너지 저장 모듈
Figure pct00703
에 특정 손상이 발생하기 때문이다.
T 모드에서 L2 모드로 전환:
에너지원이 T 모드에서 작동 시, 충전이 진행됨에 따라,
Figure pct00704
이 작아지고,
Figure pct00705
이
Figure pct00706
조건을 만족할 만큼 작아진 경우, 에너지원은 T 모드에서 자동으로 L2 모드로 전환하며, 즉 전기 에너지 발생 모듈
Figure pct00707
이 출력하는 동력은
Figure pct00708
를 충족하는 외에, 나머지 동력
Figure pct00709
로 에너지 저장 모듈
Figure pct00710
을 충전한다.
본 발명의 실시예가 제공하는 다중 모드 충전 방법은 에너지원이 다수의 작동 모드에서 자동으로 전환되도록 하여, 에너지원이 지속적으로 변화하는 부하 동력 수요를 정확하게 추적할 수 있도록 한다. 작동 모드 사이의 전환 조건의 설정은 에너지원의 출력이 보다 원활하도록 하고, 전기 에너지 발생 모듈의 시동과 정지 조작을 감소하며, 전기 에너지 발생 모듈을 보호하는 동시에 시스템 손실을 줄이고 효율을 향상시킨다.
본 발명의 실시예는 충전이 완료된 후 에너지 저장 모듈이 희망 전력을 구비하도록 보장하는 에너지 저장 모듈의 전력 보충 방법을 더 제공한다.
도 13을 참조하면, 에너지 저장 모듈의 전력 보충 프로세스 800은 아래 단계를 포함한다.
충전 과정에서, 사용자가 충전 서비스를 중지할 것을 요청할 경우(예를 들어 사용자가 휴대폰의 app 인터페이스에서 “충전 종료”를 클릭) 또는 피충전 부하의 전원 배터리 SOC가 특정 희망값(예를 들어 90%)보다 높은 것으로 검출될 경우, 도 13에 도시된 프로세스 따라 수행한다. 구체적으로, 충전이 종료된 후, 먼저 에너지 저장 모듈의 SOC 값을 판단하고, 그 SOC 값이 85%(이 값은 실제 상황에 따라 설정할 수 있음)보다 크거나 같을 경우, 에너지 저장 모듈에 충전이 필요하지 않다고 결정하고; 아니면 에너지 저장 모듈에 충전이 필요한지 여부를 결정하며, 에너지 저장 모듈에 충전이 필요할 경우, 외부 전력 보충을 수행할지 여부를 결정하고, 외부 전력 보충을 수행할 경우, 외부 전원에 의해 에너지 저장 모듈에 전력을 보충하며, 외부 전력 보충을 수행할 필요가 없을 경우, 가스 터빈의 운행에 의해 에너지 저장 모듈에 전력을 보충한다.
상술한 내용은 본 출원의 바람직한 실시예 및 적용된 기술적 원리에 대한 설명이다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 출원에 관련된 발명의 범위가 상기 기술 특징들의 특정한 조합으로 이루어진 기술적 해결수단에 제한되지 않으며, 본 발명의 개념을 벗어나지 않으면서 상기 기술 특징 또는 그 균등한 특징의 임의의 조합으로 이루어진 다른 기술적 해결수단 역시 포괄해야 함을 이해할 것이다. 예를 들어, 상기 특징은 본 출원에 개시된 것과 유사한 기능을 갖는다(그러나 이에 제한되지 않음).

Claims (10)

  1. 로터를 지지하는 공기 베어링 또는 공기 베어링과 자기 서스펜션 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링의 로터 시동 시의 고장을 검사하기 위한 베어링 검사 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    로터를 시동시켜 제1 방향을 따라 제1 회전 속도로 회전시키되, 제1 방향은 로터가 정상 운행시 회전하는 방향이고, 제1 회전 속도는 교정 값인 단계;
    제1 토크를 획득하되, 제1 토크는 로터가 제1 방향을 따라 제1 회전 속도로 회전 시의 출력 토크인 단계; 및
    제1 토크와 토크 임계값을 판단하되, 토크 임계값은 교정 값이고, 제1 토크가 토크 임계값보다 작으면, 베어링에 고장이 없는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 토크와 토크 임계값을 판단할 경우, 제1 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 베어링에 대해 추가 검사를 수행하고, 추가 검사를 수행하는 방법은,
    로터가 방향을 변환하도록 제어하여, 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전시키되, 제2 방향은 제1 방향과 반대되는 방향이고, 제2 회전 속도는 교정 값인 단계;
    방향 변환 시간을 획득하되, 방향 변환 시간은 로터가 방향을 변환한 시각으로부터 로터가 제2 방향을 따라 회전하는 속도가 제2 회전 속도에 도달한 시각까지의 시간길이인 단계, 및
    방향 변환 시간과 방향 변환 시간 임계값을 판단하되, 방향 변환 시간 임계값은 교정 값이고, 방향 변환 시간이 방향 변환 시간 임계값보다 크거나 같으면, 베어링에 고장이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 토크와 토크 임계값을 판단할 경우, 제1 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 베어링에 대해 추가 검사를 수행하고, 추가 검사를 수행하는 방법은,
    로터가 방향을 변환하도록 제어하여, 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전시키되, 제2 방향은 제1 방향과 반대되는 방향이고, 제2 회전 속도는 교정 값인 단계;
    제2 토크를 획득하되, 제2 토크는 로터가 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전 시의 출력 토크인 단계; 및
    제2 토크와 토크 임계값을 판단하되, 토크 임계값은 모두 교정 값이고, 제2 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 베어링에 고장이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 검사 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 토크와 토크 임계값을 판단할 경우, 제1 토크가 토크 임계값보다 크거나 같으면, 베어링에 대해 추가 검사를 수행하고, 추가 검사를 수행하는 방법은,
    로터가 방향을 변환하도록 제어하여, 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전시키되, 제2 방향은 제1 방향과 반대되는 방향이고, 제2 회전 속도는 교정 값인 단계;
    방향 변환 시간, 제2 토크를 획득하되, 방향 변환 시간은 로터가 방향을 변환한 시각으로부터 로터가 제2 방향을 따라 회전하는 속도가 제2 회전 속도에 도달한 시각까지의 시간길이이고, 제2 토크는 로터가 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전 시의 출력 토크인 단계; 및
    방향 변환 시간과 방향 변환 시간 임계값, 제2 토크와 토크 임계값을 판단하되, 방향 변환 시간 임계값, 토크 임계값은 모두 교정 값이고, 방향 변환 시간이 방향 변환 시간 임계값보다 작고 제2 토크가 토크 임계값보다 작으면, 베어링에 고장이 없는 것으로 판단하며, 아니면 베어링에 고장이 존재하는 것으로 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 검사 방법.
  5. 제2항 또는 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터가 방향을 변환하도록 제어하여, 제2 방향을 따라 제2 회전 속도로 회전시키는 방법은,
    먼저 로터의 속도를 0으로 낮춘 다음, 로터를 역방향으로 회전시켜 제2 회전 속도까지 상승하도록 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베어링 검사 방법.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 토크, 제2 토크를 획득하는 방법은,
    로터가 모터 로터일 경우, 피드백 전압 및 전류 값에 기초하여, 로터의 출력 토크
    Figure pct00711
    을 결정하는 단계를 포함하고,
    Figure pct00712
    (1)
    Figure pct00713
    (2)
    상기 식에서,
    Figure pct00714
    는 로터가 출력하는 기계 동력이고,
    Figure pct00715
    는 모터의 전기 동력이며, ω는 각속도이고, 상 전류
    Figure pct00716
    과 선 전류
    Figure pct00717
    은 같은 것을 특징으로 하는 베어링 검사 방법.
  7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 토크, 제2 토크를 획득하는 방법은,
    로터가 모터 로터일 경우, 피드백 전압 및 전류 값에 기초하여, 로터의 출력 토크
    Figure pct00718
    을 결정하는 단계를 포함하고,
    Figure pct00719
    (1)
    Figure pct00720
    (3)
    상기 식에서,
    Figure pct00721
    는 로터가 출력하는 기계 동력이고,
    Figure pct00722
    는 모터의 전기 동력이며, ω는 각속도이고, 상 전류
    Figure pct00723
    과 선 전류
    Figure pct00724
    은 같으며, η는 모터 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 효율로서 추정값인 것을 특징으로 하는 베어링 검사 방법.
  8. 로터를 지지하는 공기 베어링 또는 공기 베어링과 자기 서스펜션 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링의 로터 시동 시의 고장을 검사하기 위한 베어링 검사 시스템에 있어서,
    상기 검사 시스템은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 베어링 검사 방법을 이용하여 로터 시동 시의 베어링 고장을 검사하는 것을 특징으로 하는 베어링 검사 시스템.
  9. 공기 베어링 또는 공기 베어링과 자기 서스펜션 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링을 사용하는 가스 터빈의 시동 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    가스 터빈 시동 시, 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 베어링 검사 방법을 이용하여 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 검사하고, 베어링에 고장이 없으면 가스 터빈의 가속 단계에 진입하고, 아니면 고장을 보고하고 가스 터빈을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 시동 방법.
  10. 공기 베어링 또는 공기 베어링과 자기 서스펜션 베어링으로 구성된 하이브리드 베어링을 사용하는 가스 터빈의 시동 시스템에 있어서,
    가스 터빈 시동 시, 상기 시동 시스템은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 베어링 검사 방법을 이용하여 베어링에 고장이 존재하는지 여부를 검사하고, 베어링에 고장이 없으면 가스 터빈의 가속 단계에 진입하고, 아니면 고장을 보고하고 가스 터빈을 정지시키는 것을 특징으로 하는 가스 터빈의 시동 시스템.
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