KR980012833A - 열기관 발전 시스템 - Google Patents

Abstract

발전시스템(10)은 발전기기(dynamoelectric machine)(14)의 로터에 작동 연결된 출력부재(12)를 갖는 열기관(11)을 포함한다. 시스템 출력파워를 상기 발전기기(14)의 전기적 파라메터(I)을 변화시켜 제어한다. 파워요청신호(Preq)를 엔진속도(W)에 관련시키고, 상기 전기적 파라메터(I)은 속도제어루프에 따라 변화된다. 초기에는, 파워요청신호(Preq)에서의 변화에 응답하여 전기적 파라메터(I)내의 변화 감응이 파워요청신호(Preq)과 일치하는 안정상태 출력파워를 수행하는데 요구되는 것과 반대이다. 그 후, 전기적 파라메터(I)가 변화되어 출력부재속도(W)를 요구되는 전기출력워(Preq)와 관련있는 것으로 알려진 속도(Wref)에 수렴시킨다.

Description

열기관 발전 시스템

본 발명은 열기관과 전기제너레이터를 포함하는 발전 시스템에 관한 것이며, 보다 상세히는 그 발전시스템의 출력제어에 관한 것이다.

미국정부는 에너지 부가 재정한 원계약(Prime Contract) No. DE-AC 36-83 CH 10093 하의 보조계약(Subcontract)ZCB-3-13032에 따라 본 발명에 대한 권리를 갖는다.

발전 시스템에서, 열기관 1차 동력(heat engine prime mover)은 엔진의 기계적 출력힘을 전기적 출력힘으로 변환시키기 위하여 전력제너레이터의 회전자에 작동연결된 출력부재를 갖는다. 이같은 시스템은 시리즈 하이브리드 전기 자동차와 같은 이동적용처나 백업 발전시스템, 부하 레벨링파워 발생시스템 혹은 기타 파워그리드 적용처와 같은 정치 적용처에 사용될 수 있다.

주위 작동가스 질량을 변화시켜 열기관의 파워 출력을 제어하는 것은 알려져 있다. 다른 공지의 파워 출력제어는 일정한 작동가스 질량을 유지하고 피스톤 행정을 변화시켜 그 배기량과 압력비를 변화시킨다. 상기 후자 제어방법에 대한 공지의 시스템은 유압이나 전기 모터 엑튜에이터와 같은 엑튜에이터 기구에 따라 그 각도를 제어하는 가변사판(斜板, swash Plate)기구의 사용을 포함한다. 이들 각 제어방법은 출력파워의 변경 수요에 비교적 늦게 반응하는 문제점이 있는 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 반응시간이 비교적 짧은 열기관의 파워 출력을 제어하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 비-기구적 수단에 의해 열기관의 파워 출력을 제어하는 것이다.

도1은 본 발명을 구현화하는 발전시스템의 블록도,

도2는 도1의 발전시스템의 전력 출력을 제어하는 바람직한 방법의 블록 제어도,

도3은 스터얼링 사이클 열기관의 토크와 전력특성을 일반적으로 도시한 그래프,

도4는 본 발명의 제어수행에 있어서 도1의 제너레이터 제어장치가 수행하는 프로그램지시를 나타낸 플로우차트,

도5A 내지 5D는 본 발명에 따라 제어된 발전시스템의 여러가지 량을 그래프로 표시한 그래프.

*도면의 주요부위에 대한 부호의 설명

10...발전시스템(power generation system)

11...열기관(heat engine)

12...출력부재(output member)

13...입력부재(input member)

14...제너레이터(generator)

이들 목적의 달성에 있어서, 스터얼링 사이클 열기관과 같은 열기관을 갖는 발전시스템은 출력부재에 토크를 부여한다. 상기 열기관은 작동가스(working gas)와 이에 열입력을 제공하는 입력열원을 갖는다. 상기 작동가스 질량은 엔진의 피스톤 행정과 같이 고정된 것이 바람직하다. 상기 작동가스를 실질적으로 일정온도로 유지하기 위하여는 온도제거가 효과적이며, 온도제어는 폐쇄루프 온도제어 형태를 취할 수 있다. 유도발전기와 같은 발전기(dynamoelectric machine)가 전기 출력파워를 생성하는데 효과적이다. 상기 발전기는 열기관의 출력부재에 작동연결된 로터(rotor, 회전자)를 가지며 특정제어된 전기적 파라메터에 따라 출력부재에 하중토크를 부여한다. 회전속도는 가변 자기저항(reluctance)이나 자기저항성(magnetic-resistive)센서와 같은 검지수단에 의해 검지된다. 전기 출력파워는 시스템 제어기나 직접 조작자 입력으로부터의 신호 형태를 취할 수 있는 파워요청신호를 거칠 것이 요구된다. 상기 파워요청신호에 응답하여 최소하나의 전기적 파라메터를 조절하는 수단이 제공된다. 이에따라 상기 출력부재는 열기관의 알려진 속도 대(對) 파워출력관계에 따라 정해진 속도로 제어된다.

본 발명의 일견지에 의하면, 상기 입력열원은 연료연소시스템이다. 본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 발전기는 다상(多相, multi-phase) 출력을 제공하는 유도기기이다. 요구되는 속도를 달성하도록 제어된 바람직한 전기적 파라메터는 출력전류이다. 이같은 발전시스템의 전기 출력파워를 제어하는 방법이 또한 제공되며, 이 방법은 요구되는 전기 출력파워를 나타내는 신호를 모니터함을 포함한다. 상기 전기 출력파워가 요구되는 전력과 같지 않을 때, 열기관 출력부재에 대한 하중이 변화되어 출력부재의 가속을 일으키도록 전기적 파라메터가 조절된다. 이같은 가속을 일으키는 전기적 파라메터를 조절함으로써 요구되는 출력파워에 반대방향으로 전기적 파워 출력의 변화가 일어나게 된다. 그러나 상기 출력부재의 가속은 출력부재 속도가 요구되는 전기 출력파워와 관련되는 것으로 알려진 속도에 접근하는 방향으로 일어난다. 그후 전기적 파라메터의 제어는 요구되는 전기 출력파워와 관련한 것으로 알려진 속도로 출력부재속도의 집중을 이루는 방향으로 이루어진다.

이하 첨부도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1에서 발전시스템의 블록도를 전체적으로 부호 1로 나타내었다.

열기관 11은 발전시스템 1차 동력이다.

본 실시예서는 Stirling Thermal Motors, Inc.의 40kw 스터얼링 사이클 열기관을 사용하였다.

스터얼링 사이클 열기관은 넓은 속도범위에 걸쳐 출력부재에 비교적 일정한 토크를 포함한다는 점에서 본 발명에 바람직한 열기관이다.

바람직한 열원은 열기관의 작동유체에 열이 전달되는 열챔버 내에서의 실질적으로 연속적인 연료 연소과정에서 나온 것이다. 이같은 연료 연소시스템은 열기관 분야에서 숙련된자에게는 잘 알려진 것들이다.

태양열원과 같은 다른 열원 역시 사용될 수 있다.

이같은 열기관의 왕복 또는 주기적 피스톤 운동은 회전운동으로 기계적으로 변환되며 출력부재 12에 연결된다. 출력부재 12는 본 실시예에서 유도기기인 제너레이터 14의 입력부재 13에 작동연결되고, 이에 따라 제너레이터 14의 로터(도시되지 않음)에 기관의 출력토크를 연결시켜 기관 11의 기계적 에너지를 전기 에너지로 변 환시킨다.

상기 전기 제너레이터 14는 단일상 또는 다상 AC기기, DC기기, 철주기기(saliant pole machine) 및 영구자석 기기 등을 포함하는 여러가지 발전기들을 포함할 수 있다.

기관 12의 출력부재는 전기 제너레이터의 입력부재 13에 직접 연결되어 이에따라 로터를 1:1 속도비로 구동시키거나, 혹은 선택적으로 일치가 아닌 속도비를 이루도록 유성기어세트나 체인과 같은 기어세트(미도시됨) 혹은 스프로켓세트를 통해 입력부재에 연결될 수 있다.

상기 제너레이터 14는 나아가 본 실시예에서는 도면에서 부호 15로 표시한 3-상 파워 출력라인으로 표시한 바와같은 3상과 같이 교류다상 출력을 포함한다.

3-상 변환기 21은 제너레이터로부터의 AC 3-상 출력을 DC 파워버스 30에 대한 정해진 DC 출력으로 정류하기에 효과적인 상쌍(phase pairs)으로 배열된 고전류 절연 게이트 바이폴과 트랜지스터(IGBT)와 같은 제어된 절환파워장치를 포함하는 통상의 3-상 브리지 변환기를 포함한다.

파워버스 30에 또한 연결된 것은 하나이상의 커패시터 혹은 전기 화학적 축전지 31과 같은 전기저장수단과 시스템 부하 33이다.

시스템 부하의 예로서는 자동차의 경우 구동모터를 포함한 구동시스템, 파워 인버터 및 부수적인 자동차 하중을 포함한다.

시스템하중은 일반적으로 상기 발전시스템으로부터의 저장되었거나 발생된 전기적에너지의 조합을 소비하거나 재분배하는 DC버스 결합성분 또는 시스템을 의미한다.

파워 변환기는 또한 감시모우드에서의 작동을 위해 제너레이터에 대한 가변저항, 가변주파수 AC 공급을 위한 DC를 AC로 변환하는 인버터로서 작동할 수도 있다.

선택적으로, 상기 제너레이터가 로터 필드코일을 갖는 철극자극기기를 포함하면, 예시된 제어된 컨버터대신 수동브리지인버터를 사용할 수 있다.

어떤 경우에도, 버스전압 및 출력전류에 따라 제너레이터에 의해 전기적 출력파워가 생성된다. 여기 사용된 용어 "출력전류" 란 DC 파워버스에 전달되는 DC 전류를 가르킨다.

생성된 AC 출력을 정류하지 않는 적용처에서는, 출력전류는 이같은 DC 출력전류의 AC 아나로그를 의미한다.

펄스폭 변조(pulse width modulation, PWM) 발생기는 컨버터의 파워장치의 전도상태를 제어하는 적절한 게이트 구동분리증폭기를 포함하는 공지의 게이트 구동회로를 포함한다.

상기 게이트구동회로의 상류에 있는 것은 검지선 45상의 각각의 상전류(ia, ib, ic)와 선 47상의 명령상전류(ia', ib', ic')에 따라 컨버터 21의 파워장치의 절환 순간이나 도전타이밍을 제어하기 위하여 선 40상의 PWM 구동신호 확립에 사용된 통상의 3-상 PWM 신호발생기 43이다.

각각의 상 오류신호는 바람직하게는 선 45상의 상전류 및 선 47상의 명령상전류에 관하여 발생되고 적절한 반응 및 안정성을 위해 통상의 비레-일체(proportional-integral, PI)처리를 받는 것이 바람직하다.

그후 상기 상오류 신호는 고주파 삼각기준파의 각각의 상과 비교되어 상응하는 수의 디지탈 PWM기준신호에 도달하고 이는 다시 통상의 게이트 구동회로로 처리하여 선 40상에 변환 및 미변환된, 분리된, PWM 구동신호를 제공한다.

공간 벡터 펄스폭 변조와 같은 PWM발생기술을 성공적으로 사용할 수도 있다.

스터얼링 사이클 열기관 11 연료흐름은 폐쇄루프 온도제어에 따라 제어된다.

이같이, 연료는 본질적으로 연속적인 연소가 일어나는 제어된 속도로 연소챔버나 히터내로 도시된다. 히터로가는 공기 및 연료흐름은 선 17상의 온도제어신호에 응답하여 통상의 연료 이송시스템밸브, 연료압력조절기 및 연소송풍기와 같은 공기/연료 제어하드웨어 13을 거치게 된다.

히터온도 T는 선 19에 의해 감시된다.

선 24상의 엔지 제어장치 22에 의해 기준기관온도 또는 요구되는 히터 온도가 제공되며, 상기 온도는 모니터(감시)된 히터 온도와 함께 노드 25에서 합해져서 폐쇄루프 히터온도 제어를 완료하게 된다.

엔진제어장치 22 진단기능과 같은 여러가지 다른 기능 가운데 폐쇄루프 히터제어를 행하는 프로그램지시를 수행하기 위한 컴퓨티 기초 제어장치이다. 상기 엔진 제어장치는 선 24상의 히터기준온도 Tref와 선 52상의 속도기준 ωref인 1쌍의 출력에 관하여 예시되어 있다. 속도기준은 파워 요청신호 Preq 에서 구현화됨과 같이 요청되었거나 필요한 파워출력에 따라 엔진제어 장치에 의해 결정된다. 이와같이 상기 엔진제어장치는 라인 29상의 요청된 파워 출력 Preq에 상응하는 입력을 갖는 것을 예시하고 있다.

Preq는 미리정한 시스템 셋트에 따라 적절하 파워 작동포인트를 정하는 컴퓨터 기초시스템 제어기(도시되지 않음)가 발생한 디지탈 또는 아나로그 신호이거나 혹은 수동조작된 입력장치로 부터 얻은 고정점(set point) 신호일 수 있다.

요청된 파워신호 Preq의 소스 또는 형태에 관계없이 Preq는 요구되는 수준의 파워 출력을 나타내는 것으로 이해된다.

본 발명에 의하면, 제너레이터 제어장치는 CPU, ROM, RAM, A/D와 D/A 및 고속내부클락을 포함하는 컴퓨터 기초 제어기이다.

제너레이터 제어장치 50은 제너레이터 14와 엔진 출력 12와 속도에 비례하는 선 51상의 회전속도신호 ω, 선 52상의 회전속도신호에 대한 요구되는 속도 또는 기준속도 ωref, 및 축전지 31와 거의 같은 선 53상의 버스전압 Vb를 포함하는 3개의 입력을 갖는다.

상기 기준속도 ωref는 요청된 파워의 함수로서 엔진 제어장치에 의해 제너레이터 제어장치 50으로 공급된다. 상기 회전속도신호는 선 51에 공급되고 센서 54와 회전부재 55의 협력에 의해 발생된다.

회전부재 55는 제너레이터 14의 로터 및 엔지 11의 엔진 출력부재 12에 비례하여 회전한다. 회전부재 55는 치차기어 또는 엔코더 휠을 포함할 수 있으며 상기 센서는 상기 회전부재 주연에 근접하여 고정된 가변자기저항 혹은 자기저항성 센서를 포함한다.

상기 버스 전압신호는 버스의 양(+)레일에 연결된 검지선 53을 통해 공급된다. 제너레이터 제어장치는 도2의 제너레이터 제어장치가 수행하는 제어알고리즘의 기능 블록도에서 예시된 바와같이 파외 출력제어를 수행하는 일련의 프로그램지시로 된 ROM을 포함한다.

도면의 좌측에 있는 것은 도1의 하드웨어 블록도에서 설명한 입력들이다.

측정속도 ω는 접합노드 60에서 기준속도 ωref와 비교되어 속도오류신호 △ω를 발생하며, △ω는 비례-적분(proportional-integral)(PI)제어 62에 의해 처리되어 엔진토크에 비레하는 신호 Tg를 발생한다.

상기 PI단계는 시스템 시간 상수 및 제너레이터 전기적 파라메터에 따라 선려된 비례이득상수(K3)와 적분 이득상수(K4)를 이용한다.

본 실시예에서는 K3와 K4가 실질적으로 각각 2.5 및 0.4이다.

상기 PI 방정식은 다음과 같다.

Tq=(K3 + K4/S)*△ω .....(1)

Tq를 제너레이터 속도 ω와 곱하고, 그 값을 버스전압 Vb로 나눔으로써, 신호 Iref는 소스 DC 전류에 비례하는 결과로 된다.

이 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

Iref = Tq*ω/Vb .....(2)

다음에 상기 기준전류 신호 Iref는 상기 3-상 제너레이터에 대한 동기 d-q기준프레임에서 직접 및 횡축 전류 벡터성분 Ids 와 Iqs를 각각 개발하는데 사용된다. 먼저 바람직하게는 시스템의 속도 작동범위를 지나는 높은 제너레이터 효율을 나타내는 정해진 프럭스 프로필 64는 측정속도 ω와 기준 전류신호 Iref에 따라 제너레이터 프럭스값(flux)를 제공한다. 직접 축전류 성분인 Ids는 프럭스와 제너레이터 상호인덕턴스(Lm)의 함수로써 다음과 같이 계산된다.

Ids = K1 * flux .....(3)

단, 상기 식에서 K1 = 1/Lm 이다.

획축전류 성분 Iqs는 기준전류 Iref, 프럭스, 제너레이터 상호인덕턴스, 로터 인덕턴스(Lr) 및 로터극쌍의 수(Pp)의 함수로써 다음과 같이 계산된다.

Iqs = (Iref* K2)/flux

여기서 K2 = 2* Lr/(3* Lm* Pp) .....(4)

상기 2개의 전류량은 보다 처리되어 다음 함수에 따라 제너레이터 슬립주파수 ωsl을 얻는다.

ωsl = K* Iqs/Ids .....(5)

단, 상기 식에서 K는 로터 전기적 시간 상수(Tr)의 역수이며, Tr은 로터 인덕턴스를 로터저항으로 나눈 값(Lr/Rr)이다.

그리고 나서 제너레이터 슬립 주파수 ωsl을 노드(node) 65에서의 측정속도 ω으로부터 빼서 스테터 회전장속도 ωst를 얻는다.

스테터 회전장 속도 ωst를 적분하여 0∼360。 범위에서 변하는 상각도 θ를 얻는다.

결국, 도 2의 제어블록도에 관하여, 주파수, 직접 및 횡축 전류 성분 Ids와 Iqs 각각의 크기 및 각정보, 그리고 상각도 θ를 사용하여 3-상 전류 명령 47(ia', ib', ic')를 개발한다.

작동에 있어서, 기술된 바와 같이 제너레이터 제어는 제너레이터 전기 파라메터에 의해 발전시스템의 파워출력을 제어하는데 효과적이다.

스터얼링 사이클 열기관의 파워출력은 제너레이터의 제어에 감응하여 종속적이다. 상기 스터얼링 사이클 열기관은 도 3 그래프의 점선 73으로 예시한 바와같은 엔진 속도에 대하여 도 3 그래프의 실선 71로 나타낸 특징적으로 평탄한 토크 출력에 기인하여 제너레이터 출력제어의 적용에 특히 접합한 것이다.

회전속도와 토크의 결과로서, 파워는 엔진 속도 범위의 거의 대부분에 걸쳐 거의 직선이다. 따라서 엔진 출력속도와 출력파워 사이의 직접 부합은 제너레이터의 독특한 속도 제어를 통해 편리한 엔진 파워의 간접 제어를 제공한다.

시스템의 작동을 도 5A 내지 5D를 참조하여 설명한다.

이들 도면에서의 모든 그래프는 수평축이 시간을 나타내며, 파워수요가 임의의 초기 상태(Pi)로부터 보다 높은 파워상태(P)까지 그리고 보다 낮은 파워수준까지 변하는 일정기간동안의 시스템의 여러가지 파라메터를 예시하고 있다.

도 5A는 파워요청 신호 Preq를 나타내며, 도 5B는 실제의 시스템 파워 출력 Pact를 나타내며, 도 5C는 엔진 출력부재속도와, 본 실시예에서는 엔진 출력부재에 의해 로터의 직접구동을 갖는, 로터 속도 ω를 나타낸다. 마지막으로 도 5D는 본 발명의 제어에 의해 발생된 기준전류 Iref를 가르킨다.

먼저, 상기 시스템은 파워출력 Pact가 파워요청신호 Preq에 일치하고 속도 및 기준전류가 안정되어 있는 안정상태로 작동하는 것으로 가정한다.

시각 t1에서도 도5A의 Preq에서 계단으로 예시한 바와같이 보다 큰 파워가 요구된다. 기준속도 ωref가 요청된 파워의 함수로서 엔진제어 장치에 의해 제네레이터 제어장치 50으로 공급된다.

바람직하게는 상기 기준속도 ωref는 독립변수로서 파워요청 Pref 및 종속변수로서 기준속도 ωref를 포함하는 탐색표(look-up table)로 부터 유도된 것이 좋다.

요구된 파워에 기준 속도를 양(+) 선형 일치시키면 음(-) 속도오류신호 △ω로 되며 이는 선택된 PI 제어 파라메터에 따라 토크기준 신호 Tq를 초기에 낮추게 하며 그결과 기준전류 Iref를 비례감소시킨다.

궁극적으로, 시스템의 파워출력, Pact는 도 5B 및 도5D에서 보는 바와같이 기준 전류 신호를 따른다.

엔진 출력부재의 부재는 도 5C에 예시된 바와같이 출력부재속도를 증대시킨다.

엔진속도가 증대됨에 따라, 폐쇄 루프 온도제어는 연료 공급을 조절하여 설정온도를 유지시킨다.

상기 측정속도 ω가 증대하고 기준속도 ωref에 수렴함에 따라 속도오류는 보다 적게 되고 토크기준은 선택된 PI제어 파라메터에 따라 회복한다.

또한, 측정속도 ω가 증대됨에 따라, 마찬가지로 곱셈인자(multilplicative factor) ω/Vb가 증대하고 이는 기준전류 Iref에 기여한다.

결국, 기준속도와 측정속도의 수렴은 기준전류 Iref를 안정화하며, 이는 새로이 요구되고 얻은 파워수준 P및 Pact와 각각 일치한다.

상기 폐쇄 루프 열제어는, 본 발명의 제어와 별도로, 평형상태를 얻었으며, 온도 설정점에서 작동하는 연료 이송시스템이 독립적으로 수립된다.

마찬가지로, t2에서 시작하여, 도5A의 Preq에서 계단으로 예시한 바와같이 파워감소가 요구된다.

그 결과 양(+) 속도오류신호 △ω는 초기에는 선택된 PI제어 파라메터에 따라 토크기준신호 Tq를 상승시켜 기준 전류 Iref를 증대시킨다. 결국 시스템의 파워출력, Pact는 도 5B 및 도5D에서 보는 바와같이 기준 전류신호를 따른다.

엔진 출력부재의 부하증대는, 도5C에 예시된 바와같이 출력부재속도를 낮춘다.

엔진속도가 감소함에 따라 폐쇄루프 온도제어가 연료공급을 조절한다.

측정 속도 ω가 감소하고 기준속도 ωref에 수렴함에 따라 속도오류는 보다 적게되고 선택된 PI제어 파라메터에 따라 토크기준이 회복된다. 덧붙여서, 측정속도 ω가 감소함에 따라 곱셈인자 ω/Vb가 증대하고 이는 기준전류 Iref에 기여한다.

결국, 기준속도와 측정속도의 수렴은 그 결과인 기준전류 Iref를 안정화하고, 이는 새로이 요구되고 얻은 파워수준 Pd 와 Pact와 각각 일치한다.

상기 폐쇄루프 열제어는, 븐 발명의 제어와는 별도로, 또한 평형상태를 얻었으며, 온도 설정점에서 작동하는 연료이송시스템이 독립적으로 수립된다.

도4의 플로우차트를 참조하여, 기술된 바와같이 제어를 수행하기 위하여 도1의 제너레이터 제어장치 50에 의해 프로그램지시세트로서 수행하기 위한 예시적인 단계들이 나타나 있다.

도4의 플로우 차트는 제너레이터의 작동에 관련있는 진단과 같은 다른 임부를 수행하는 프로그램 지시중 일부로서 이해된다.

블록 81부터 시작하면, 기준속도 신호 ωref가 엔진제어장치로부터 제너레이터 제어장치에 의해 수신된다.

블록 83은 제너레이터 속도ω, 상전류 ia,ib와 ic, 버스전압 Vb를 읽고 저장하는 지시를 수행한다.

블록 85에서는 PI 제어에 따라 기준전류의 계산이 수행되며, K3과 K4는 요구되는 시스템의 응답 특성과 제어루프 안정성을 얻기 위해 제너레이터 전기-기계적 시간상수에 따라 선택된 비례 및 적분 이득상수이다.

블록 87은 기준전류 Iref와 제너레이터 속도 ω의 함수로써 프럭스데이타를 갖는 표를 나타낸다.

이같은 표데이타는 예를 들어 기기효율, 기기온도제한 및 제너레이터 토크수준과 같은 특정 바람직한 작동 목표에 따라 실험적으로 도출된 값들을 포함할 수 있다.

그후 블록 89와 91은 각각 직접 및 횡축 전류 성분에 대한 값을 각각 연산한다.

보정상수 K1과 K2는 제너레이터 상호인덕턴스, 로터 인덕턴스 및 본 실시 예에서 유도기기가 구비된 기기극쌍의 수로부터 유도된다.

단계 93에서는 직접 및 횡축 전류성분 Ids와 lqs가 PWM 제어신호의 발생에 사용되는 주파수, 상(phase), 및 크기 정보를 갖는 적절한 3-상 AC 파형신호 ia', ib' 및 ic'로 변환된다. 이같은 변환은 예를 들어 하기와 같은 표준 벡터 변환에 따라 수행되는 표준 좌표 변환에 의해 성취될 수 있다.

마지막으로, 블록95는 3-상 브리지 변환기의 파워절환장치의 전도상태를 제어하기 위하여 PWM 신호발생기에 3-상 AC파형 신호 in', ib', 및 ic'를 제공한다.

상기 프로그램지시는 회귀선 97로 나타낸 바와같이 계속적으로 수행되어 제너레이터를 연속 제어하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 기술하였으나 이 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 상기한 바를 기초로 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 그 변형이 가능한 것이다.

본 발명에 의하면 기계적 수단을 사용하지 않고 열기관의 파워출력을 신속히 제어할 수 있다.

Claims (10)

1. 작동가스, 입력 열원 및 작동가스를 본질적으로 일정한 정해진 온도로 유지하기 위한 온도제어수단을 포함하는, 출력부재에 토크를 부여하는 열기관(heat engine)(11) ; 상기 출력부재에 작동연결된 로터를 갖고 전기적 출력파워를 생성하며 최소하나의 제어가능한 전기적 파라메터에 따라 출력부재에 하중 토크를 부과하는 발전기기(dynamoelectric machine)(14) ; 상기 출력부재의 속도를 검출하는 속도 검지수단(54) ; 요구되는 전기출력파워의 수준을 나타내는 파워요청신호(29) ; 및 상기 출력부재를 상기 요구되는 전기 출력파워수준과 일치하는 정해진 속도로 제어하기 위하여 상기 파워요청신호에 응답하여 상기 최소하나의 전기적 파라메터를 조절하기 위한 조절수단(50) ; 을 포함하는 발전시스템(10).
2. 제1항에 있어서, 상기 입력 열원은 연료연소시스템을 포함하여 구성되며, 상기 온도제어수단은 정해진 요구되는 온도(Tref)로부터 작동가스 온도의 편차에 응답하여 연료 이송시스템을 조절하기 위한 폐쇄 루프제어(19, 25, 17, 13)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 발전시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 발전기기(dynamoelectric machine)(14)는 스테터(stator)와 다상(多相) 출력권취를 포함하는 유도기기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 발전시스템.
4. 제1항에 있어서, 살기 열기관은 고정피스톤 행정을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 발전시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 작동가스는 변하지 않는 질량체를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 발전시스템.
6. 제3항에 있어서, 상기 최소하나의 전기적 파라메터 조절수단은 출력전류제어수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 발전 시스템.
7. 작동가스와 입력열원을 포함하여, 출력부재에 토크를 부여하는 열기관(heat engine)(11) ; 상기 출력부재에 작동연결된 로터(rotor)를 갖고 전기적 출력파워를 생성하며, 최소 하나의 제어가능한 전기적 파라메터에 따라 출력부재에 하중토크를 부과하는 발전기기(dynamoeletric machine)(14) ; 상기 작동가스를 본질적으로 일정온도(Tref)를 유지하기에 효과적인 폐쇄루프 온도제어(19, 25, 17, 13) ; 및 상기 출력부재에 부과된 하중 토크를 제어함으로써 로터의 속도를 정해진 바라는 속도(Wref)로 제어하기 위해 상기 최소하나의 제어가능한 전기적 파라메터를 조절하기에 적합한 폐쇄루프 속도제어(54, 57, 50, 47, 43, 40, 21, 15) ; 를 포함하는 발전시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 발전기기(14)는 스테터를 포함하는 3-상 유도기기를 포함하여, 상기 최소하나의 제어가능한 전기적 파라메터는 상기 스테터내에 수립된 회전장의 속도를 포함함을 특징으로 하는 발전시스템.
9. 작동가스, 입력열원 및 작동가스를 본질적으로 일정한 미리 정한 온도(Tref)로 유지하기 위한 폐쇄루프 온도제어를 포함하며 출력부재(12)에 토크를 부여하는 열기관(heat engine)(11), 및 상기 출력부재에 작동연결된 로터를 갖고 전기적 출력파워를 생성하며, 최소 하나의 제어가능한 전기적 파라메터에 따라 상기 출력부재에 하중 토크를 부과하는 발전기기(dynamoelectric machine)(14) ; 을 갖는 발전시스템(10)의 전기적 출력파워를 제어하는 방법에 있어서, 요구되는 전기적 출력파워를 나타내는 신호(Preq)를 감시하는 단계 ; 전기적 출력 파워가 요구되는 전기적 파워와 일치하지 않을 때, 요구되는 전기적 파워를 얻는데 필요한 것과 반대감응을 갖는 상기 출력부재(12)상에 부과된 하중 토크의 변경을 수행하기 위해 상기 최소하나의 제어가능한 전기적 파라메터(I)을 순간적으로 제어함으로써 요구되는 전기적 출력파워에 관련된 것으로 알려진 속도(Wtef)를 향해 상기 출력부재를 가속화하는 단계 ; 및 그 후 요구되는 전기적 출력파워와 관련 있는 것으로 알려진 상기 속도(Wref)로 상기 출력 부재속도(W)의 수렴을 수행하기 위해 상기 최소 하나의 제어가능한 전기적 파라메터(I)을 제어하는 단계 ; 를 포함함을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 최소하나의 제어가능한 전기적 파라메터는 출력전류를 포함여 구성됨을 특징으로 하는 방법.

    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.