WO2017164531A1 - 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어하는 방법 - Google Patents

계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어하는 방법 Download PDF

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강수덕
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윈월드(주)
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    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the present invention relates to a torque control method of a hydrophobic power generator, and in detail, a hydrophobic force is generated in response to fluctuations in inflow flow without a system frequency synchronous outgoing which enables the power system to continuously supply power without a breakdown phenomenon even when the inflow flow rate changes.
  • a method of controlling the torque of a generator is a method of controlling the torque of a generator.
  • Electricity is an indispensable power source in modern society.
  • Hydroelectric power generation means small-scale hydropower facilities with a capacity of less than 15,000 Kw, but in Korea, less than 10,00 Kw is usually called hydropower.
  • Small hydro power generation is not different from general large-scale hydro power generation in principle, but has the advantage that large-scale hydro power generation does not affect the environment, and is known as clean energy without pollution compared to large-scale hydro power generation.
  • Small-scale power generation is working properly at various points. For example, small-scale power generation using effluent treated in sewage treatment plant has little civil construction cost for dam construction in general rivers, so it can save initial investment cost. It has the advantage of high efficiency of power generation and the increase of power generation near twice that of river.
  • Another example of small hydro power generation facilities is installed in a water purification plant that naturally descends from the water intake dam to the water well.
  • hydro power generation is possible by using a drop between the water dam and the water well.
  • the water purification plant has a constant flow rate, resulting in an annual operation rate of more than 90 percent, which is advantageous in terms of economic efficiency and significantly shortens the payback period compared to general hydropower generation.
  • small-scale power generation using flow and irrigation flows in agricultural reservoirs and beams is possible.
  • the hydrophobic power generation is widely used in recent years as a power generation method that does not affect the environment.
  • Patent Documents 1 to 3 are examples.
  • Patent document 1 is a reservoir connected to the outlet of the sewage treatment plant; An aberration having a plurality of blades having a variable pitch angle on an outer circumferential surface of the hub, the aberration being disposed below the reservoir; A transfer pipe connected from the reservoir to the aberration; An inlet valve installed at an upstream end of the aberration to open and close a flow path of a transport pipe; Hydraulic drive unit for opening and closing the inlet valve to adjust the pitch angle of the blade; Control unit for controlling the operation of the hydraulic drive unit; A generator connected to the aberration; And an electronic switch that operates when the rotational speed of the aberration reaches the rated speed to connect the output terminal of the generator to the KEPCO system.
  • Patent document 2 is a step of operating a hydropower generator; Step of measuring the generator output current and voltage by CT (Instrument Transformer) and PT (Instrument Transformer) ; Collecting the output values measured by the hydrophobic power generator, and scanning the data to extract the maximum value; Setting an output value to a maximum value extracted by the hydropower generator to drive a valve (Wicket Gate or Guide Vane); The hydropower generator measuring the output current and the voltage of the generator through a CT (meter current transformer) and a PT (meter transformer) and scanning again; Determining, by the hydro-power generator, whether the output value scanned and the extracted maximum value match again; And when the output value and the maximum value extracted again coincide with each other as a result of the determination of the output value and the maximum value determination step, the hydropower generator stops driving the valve and operates the generator to the maximum value.
  • CT Instrument Transformer
  • PT Instrument Transformer
  • Patent document 3 can be applied to the hydrophobic power generating device that generates power by driving the aberration formed on the other side of the transfer pipe when the fluid flows from the reservoir formed on one side of the transfer pipe, the sensing step and the detected water level to detect the water level of the reservoir And a control step of controlling an inflow amount of the fluid flowing into the conveying pipe so that it is within a predetermined range, and controlling the hydrophobic erection to control a preset pitch angle of the blade formed in the aberration according to the water tank level. It is about a method.
  • the ordinary hydropower generator is generating power by using an induction generator (a squirrel type / wound type) or a synchronous generator requiring a DC power supply, and these are generated by frequency synchronization by synchronous rpm without controlling torque.
  • the output is being transmitted by grid power.
  • the power generation method of the small hydro power plant is able to transmit stable power to the grid by synchronizing with the system frequency only when the stable inflow flow is guaranteed. Variation occurs because the synchronizing frequency is not made properly, the outage phenomenon occurs to stop the generator, there is a problem that can not transmit a stable output to the grid power.
  • the generator of a normal hydropower generator is provided with a torque for driving the generator according to the rated flow rate, when the supplied flow rate does not reach the rated flow rate, the generator may not operate, and thus the flow rate may be reduced.
  • the water is discharged as it is consumed.
  • Patent Document 0001 1. Republic of Korea Patent No. 10-1268137
  • Patent Document 0002 2. Republic of Korea Patent No. 10-1369332
  • Patent Document 0003 3. Republic of Korea Patent No. 10-1455033
  • the present invention has been developed to solve the problems of the prior art as described above, by controlling the torque that the generator can be driven in accordance with the flow rate supplied in the system frequency synchronization without flowing out to allow the generator to be driven in accordance with the fluctuation of the flow rate
  • An object of the present invention is to provide a method of controlling the torque of a hydrophobic power generator in response to a flow rate variation.
  • the apparatus for controlling the torque of the hydro-power generator in response to the fluctuation of the inflow flow without removing the system frequency synchronization is a device for controlling the generator of the hydro-power generator with the driving torque set according to the average inflow flow. It is installed on the rotating shaft of the generator rotates by the encoder to detect the rotational speed of the rotational axis of the generator, and controls the driving torque of the generator in accordance with the rotational speed of the generator detected by the encoder, but the driving torque is proportional to the detected rotational speed It characterized in that it comprises a control means for controlling.
  • the control means is preferably made of PLC (Programmable Logic Control).
  • the generator control method controls the generator in which the driving torque is set according to the torque supplied by the average inflow flow, by detecting the change in the rotational speed of the generator shaft in accordance with the actual inflow flow rate of the inflow flow rate By detecting the change and adjusting the drive torque of the generator to correspond to the detected rotational speed of the rotating shaft, the generator is characterized in that the generator continues to operate without stopping even if the flow rate changes.
  • the method of controlling the torque of the hydro-power generator in response to fluctuations of the inflow flow without grid frequency synchronization elimination according to the present invention has an effect of obtaining a higher generation utilization rate than the general hydroelectric generation method.
  • FIG. 1 is a block diagram of a control device for controlling the torque of a hydrophobic power generator in response to fluctuations of inflow flow without system frequency synchronization elimination according to the present invention
  • Figure 2 is a photograph of an example of a device for controlling the torque of the hydrophobic power generator in response to fluctuations of the inflow flow without grid frequency synchronization elimination according to the present invention
  • Figure 3 is a torque control screen of the control device for the torque of the hydrophobic power generator in response to fluctuations of the inflow flow rate without grid frequency synchronization elimination according to the present invention
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of controlling torque of a hydrophobic power generator in response to fluctuations in inflow flow without grid frequency synchronization elimination according to the present invention.
  • a device for controlling a generator of a small hydro power plant with a driving torque set according to an average inflow flow rate the generator being installed on a rotating shaft of a generator rotating by aberration and detecting the rotational speed of the rotating shaft of the generator.
  • the control means 20 controls the torque of the generator in accordance with the number, the control means 20 outputs the pulse of the encoder 10 for outputting the rotational speed of the generator shaft in the form of a pulse that changes according to the inflow flow rate supplied to the aberration It detects the rotational speed of the rotating shaft by counting, and compares the preset reference rotational speed and the detected rotational speed, proportionally control the drive torque of the generator by controlling the driving of the aberration according to the ratio of the detected rotational speed reduced do.
  • the present invention controls the driving torque of the hydropower generator so that the generator can be driven in response to the inflow flow fluctuation without grid frequency synchronization elimination.
  • the apparatus for controlling the torque of the hydrophobic power generator in response to fluctuations in the inflow flow rate without the system frequency synchronization elimination according to the present invention
  • the generator of the hydrophobic power generation facility in which the driving torque is set according to the average inflow flow rate.
  • an encoder 10 installed on a rotating shaft of a generator rotating by aberration and sensing the rotational speed of the rotating shaft of the generator, and controlling the torque of the generator according to the rotational speed of the generator detected by the encoder, the sensing And control means 20 for proportionally controlling the drive torque set in accordance with the set number of revolutions.
  • the encoder 10 is a means for detecting the rotational speed of the generator rotational shaft changes according to the inflow flow rate supplied to the aberration, and outputs the rotational speed in the form of a pulse, by counting the pulse can detect the rotational speed of the rotational shaft In addition, it is possible to detect a change in the inflow flow rate by detecting the number of revolutions of the rotating shaft.
  • the rotation speed of the rotating shaft detected by the encoder 10 is transmitted to the control means 20 to become the generator drive torque adjustment basic information.
  • the control means 20 is a means for detecting the inflow flow rate from the rotational speed of the rotary shaft sensed by the encoder and controlling the drive torque of the generator in accordance with the detected inflow flow rate may be made of a conventional PLC (Programmable Logic Control).
  • the control means 20 has a reference rotational speed set to be compared with the rotational speed of the rotary shaft sensed by the encoder, and by contrast with the reference rotational speed can recognize the change in the inflow flow rate supplied to the current generator.
  • control means 20 is provided with arithmetic processing means for controlling the drive torque of the generator so as to correspond to the detected rotational speed of the generator shaft, the operation processing method is a speed reduction of the detected rotational shaft Lower the drive torque of the initially designed generator proportionally.
  • the driving of the generator is controlled by the driving torque set according to the detected rotational speed of the rotating shaft.
  • the rated torque is 788 N.m.
  • the rotation speed detected by the encoder is 650 rpm, and in this case, torque is applied 100%, and the inflow flow rate is reduced by 50%, and the rotation speed detected by the encoder is reduced by 50%, and the torque is applied by 50%.
  • the change in the inflow flow rate is detected by detecting the change in the rotational speed of the generator shaft according to the change in the inflow flow rate.
  • the driving torque adjusted in the present invention is proportionally controlled according to the detected rotation speed of the generator shaft. That is, when the detected rotation speed is decelerated, the generator is driven in the state of resetting to the drive torque lowered by the decelerated ratio by the initial design torque.
  • the generator is driven continuously without stopping in a section between 100 and 1000 rpm / min in real time according to the inflow fluctuation amount of the fluid to generate power.
  • the output frequency is from 6hz to 60hz, and the generator output voltage varies from 10V to 500V, but it is switched in the inverter and synchronized with the power system frequency to transmit to the grid.
  • the flow of the inflow flow only if water is introduced. Even if the width is large, the generator is always operated, and the effect of being able to transmit the generated output to the grid power is an invention of high industrial applicability.

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Abstract

본 발명은 유입유량이 변하여도 탈조 현상이 발생하지 않고 지속적으로 전력계통에 전력을 공급할 수 있게 한 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 수차에 의해 회전하는 발전기의 회전축에 설치되어 발전기의 회전축의 회전수를 감지하는 엔코더와, 상기 엔코더에서 감지된 발전기의 회전수에 맞추어 발전기의 토오크를 제어하되, 감지된 회전수에 비례하여 구동토오크를 제어하하는 제어수단을 포함하며, 평균 유입유량에 의해 공급되는 토오크에 맞추어 구동토오크가 설정된 발전기를 제어하되, 실제 유입유량의 변화에 따른 발전기 회전축의 회전수 변화를 감지하여 유입유량의 변화를 감지하고, 감지된 회전축의 회전수에 대응되도록 발전기의 구동토오크를 조절하여, 유입유량이 변하여도 발전기가 멈추지 않고 계속 작동되게 한 것을 특징으로 한다.

Description

계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어하는 방법
본 발명은 소수력 발전기의 토오크 제어 방법에 관한 것으로, 상세하게는 유입유량이 변하여도 탈조 현상이 발생하지 않고 지속적으로 전력계통에 전력을 공급할 수 있게 한 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어하는 방법에 관한 것이다.
전기는 현대 사회에서 없어서는 안 되는 중요한 동력원이다.
이러한 전기를 생산하기 위한 발전 시설로는 다양한 것이 있으나, 그 중 하나로 소수력 발전 설비가 있다.
수소력 발전은 설비 용량이 15,000Kw미만의 소규모 수력 발전 설비를 의미하지만, 국내에는 보통 10,00Kw미만을 소수력발전으로 부르고 있다. 소수력발전은 일반적인 대규모 수력 발전과 원리 면에서는 차이가 없으나 대규모 수력발전이 환경에 영향을 주지 않는 다는 이점이 있고, 대규모 수력 발전에 비해 공해가 없는 청정에너지로서 알려져 있다.
이러한 소수력 발전은 순수한 자연에너지이고 환경 공해 발생 문제가 없는 청정한 에너지로서 국내 기술에 의해 개발을 유도할 수 있는 최선의 자원이기 때문에 현시점에서부터 적극적인 개발이 요구되고 있다.
소수력 발전은 다양한 지점에 적절히 설치되어 효과를 발휘하고 있다. 일예로, 하수처리장에서 처리된 방류수를 이용한 소수력 발전은 일반 하천의 댐 건설 등에 소요되는 토목공사비가 거의 없어 초기 투자비를 절약할 수 있어서 하천을 이용해 발전하는 것에 비해 경제성이 있고, 안정적인 유량 확보로 시스템의 고효율 발전이 가능하며, 하천의 두 배 가까이 발전량이 증대되는 등의 장점을 지니고 있다.
또 다른 소수력 발전 설비의 일예는 취수댐으로부터 착수정까지 자연 유하시키는 정수장에 설치한 것이다, 정수장의 경우도 취수댐과 착수정 사이의 낙차를 이용해 수력 발전이 가능하다. 정수장의 경우도 하수처리장과 마찬가지로 유량이 일정하여 연간 가동율이 90퍼센트 이상이 되므로 일반 소수력 발전에 비해 경제성이 우수하고 투자비 회수 기간을 크게 단축시킬 수 있는 장점이 있다. 이외에도 농업용 저수지와 보에 관개용수의 흐름과 낙차를 이용한 소수력 발전도 가능하다.
이러한 소수력 발전은 전술한 바와 같이 환경에 영향을 주지 않는 발전 방법으로 근자에 많이 사용되고 있다.
이러한 소수력 발전 및 제어 기술과 관련하여 다양한 기술이 있으며, 그 예로 특허문헌 1 내지 3이 있다.
특허문헌 1은 하수처리장의 방류구에 연결되어 설치된 저수조; 허브의 외주면에 피치각이 가변가능한 복수의 블레이드를 가지고, 저수조의 하부에 배치된 수차; 저수조에서 수차까지 연결된 이송관; 수차의 상류단 측에 설치되어 이송관의 유로를 개폐하는 입구밸브; 입구밸브를 개폐함과 더불어 블레이드의 피치각을 조절하도록 유압구동부; 유압구동부의 작동을 제어하는 제어유닛; 수차에 연결된 발전기; 및 수차의 회전속도가 정격속도에 도달하면 작동하여 발전기의 출력단자를 한전계통에 접속시키는 전자 개폐기를 포함하는 것이고,
특허문헌 2는 소수력발전기가 작동하는 단계; 소수력발전기가 밸브(Wicket Gate or Guide ane)를 상하로 구동시켜 수차에 유입되는 유량이 변화하여 변동되는 발전기 출력 전류 및 전압을 CT(계기용변류기)와 PT(계기용변압기)를 통해 계측하는 단계; 소수력발전기가 계측된 출력값을 수집하여 데이터화하고, 스캐닝하여 최대값을 추출하는 단계; 소수력발전기가 추출한 최대값으로 출력값을 설정하여 밸브(Wicket Gate or Guide Vane)를 구동시키는 단계; 소수력발전기가 발전기의 출력 전류 및 전압을 CT(계기용변류기)와 PT(계기용변압기)를 통해 계측하고, 재차 스캐닝하는 단계; 소수력발전기가 재차 스캐닝한 출력값과 기 추출한 최대값이 일치하는지 여부를 판단하는 단계; 및 출력값과 최대값 판단 단계의 판단결과, 재차 스캐닝한 출력값과 기 추출한 최대값이 일치하는 경우, 소수력발전기가 밸브의 구동을 정지시키고, 최대값으로 발전기를 운전하는 단계를 포함하는 소수력잘전기의 최대출력제어방법에 관한 것이며,
특허문헌 3은 이송관의 일측에 형성된 저수조로부터 유체가 유입되면 이송관의 타측에 형성된 수차가 구동되어 전력을 생산하는 소수력발전장치에 적용될 수 있으며, 저수조의 수위를 감지하는 감지단계 및 감지된 수위가 기 설정된 범위 내에 있도록, 이송관으로 유입되는 유체의 유입량을 제어하는 제어단계를 포함하고, 제어단계에서 저수조의 수위에 따라 수차에 형성된 블레이드의 기 설정된 피치각을 조절할 수 있게 한 소수력발기의 제어 방법에 관한 것이다.
그러나 이러한 종래의 소수력발전설비나 제어기술은 발전 장치를 구동시키기 위한 물의 유량 변동이 심하여 그 유량 변동으로 인해 발전되는 전력량의 변동이 심하게 발생하고, 이로 인해 그 발전효율이 극히 저하되는 단점이 있었다.
즉, 통상의 소수력 발전기는 유도발전기( 농형/ 권선형) 또는 DC전원공급장치가 필요한 동기발전기를 사용하여 발전을 하고 있고, 이들은 토오크(Torque)를 제어하지 않고, 동기rpm에 의한 주파수 동기화로 발전된 출력을 계통전력으로 송전하고 있다.
이때 발전량 중 30% 가까운 무효전력이 발생하며 이를 콘덴서를 이용하여 보상한다.
이러한 소수력 발전 설비의 발전 방식은 안정적인 유입유량이 보장될 경우에만 계통주파수와 동기화되어 안정적인 전력을 계통에 송전할 수 있지만, 전술한 바와 같이 소수력 발전 설비에 공급되는 유입유량은 변동이 심하고, 유입유량의 변동은 동기주파수가 제대로 이루어지지 않음에 따라 발전기를 정지시키는 탈조 현상이 발생하여 안정적인 출력을 계통전력으로 송전할 수 없는 문제가 있다.
예를 들면, 낙차 20M, 유입유량 1.0mㅃ/sec, 800rpm/min 의 400Kw의 유도발전기를 이용하여 소수력발전 설비를 구성할 경우, 유도발전기는 59 ~ 61hz로 계통에 강제 병입되어 이후 계통 주파수를 따라간다.
강제 병입시 선로 임피던스에 의한 전압강하가 6% 정도 발생한다.
만약 갑자기 유입유량이 0.50mㅃ/sec 로 바뀐다면 발전기 RPM이 대폭 떨어져 발전 전력은 계통주파수에서 벗어나게 된다.
이는 계통에 아주 나쁜 영향을 준다. 즉, 전력계통의 정 주파수 유지에 반작용하게 된다. 이에 따라 소수력 발전기는 계통 전력으로부터 이탈하고, 발전이 이루어지지 않게 된다.
즉, 통상의 소수력발전 설비의 발전기는 정격 유량에 맞추어 발전기가 구동될 수 있는 토오크가 설치되어 있으므로, 공급되는 유량이 정격 유량에 못 미칠 경우에는 발전기가 작동하지 못하고, 이에 따라 유량이 적게 공급될 때에는 물이 그대로 배출되어 소비되는 단점이 있다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 1. 대한민국 등록특허 제10-1268137호
(특허문헌 0002) 2. 대한민국 등록특허 제10-1369332호
(특허문헌 0003) 3. 대한민국 등록특허 제10-1455033호
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 공급되는 유량에 따라 발전기가 구동될 수 있는 토오크를 제어하여 유량의 변동에 맞추어 발전기가 구동될 수 있게 한 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어 장치는 평균 유입유량에 맞추어 구동토오크가 설정된 소수력 발전 설비의 발전기를 제어하는 장치로, 수차에 의해 회전하는 발전기의 회전축에 설치되어 발전기의 회전축의 회전수를 감지하는 엔코더와, 상기 엔코더에서 감지된 발전기의 회전수에 맞추어 발전기의 구동토오크를 제어하되, 감지된 회전수에 따라 구동토오크를 비례제어하는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어수단은 PLC(Programable Logic Control)로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 양상에 따른 발전기 제어 방법은 평균 유입유량에 의해 공급되는 토오크에 맞추어 구동토오크가 설정된 발전기를 제어하되, 실제 유입유량의 변화에 따른 발전기 회전축의 회전수 변화를 감지하여 유입유량의 변화를 감지하고, 감지된 회전축의 회전수에 대응되도록 발전기의 구동토오크를 조절하여, 유입유량이 변하여도 발전기가 멈추지 않고 계속 작동되게 한 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어하는 방법은 일반적인 수력 발전 방식보다 높은 발전 이용률을 얻을 수 있는 효과가 있다.
즉, 소수력 발전 설비에서 전력계통과의 동기 탈조에 의한 발전기 정지 시간이 없으므로 물이 유입되기만 하면, 유입유량의 유동 폭이 커도 항상 발전기가 작동되고, 발전된 출력을 계통전력으로 전송할 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어 장치의 일예의 사진
도 3은 본 발명에 따른 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어 장치의 토오크 제어화면
도 4는 본 발명에 따른 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도
도면의 주요부호 설명
10: 엔코더
20: 제어수단
평균 유입유량에 맞추어 구동토오크가 설정된 소수력 발전 설비의 발전기를 제어하는 장치로, 수차에 의해 회전하는 발전기의 회전축에 설치되어 발전기의 회전축의 회전수를 감지하는 엔코더(10)에서 감지된 발전기의 회전수에 맞추어 제어수단(20)이 발전기의 토오크를 제어하되, 상기 제어수단(20)은 수차에 공급되는 유입유량의 따라 변하는 발전기 회전축의 회전수를 펄스 형태로 출력하는 엔코더(10)의 펄스를 계수함에 의해 회전축의 회전수를 감지하고, 기 설정된 기준 회전수와 감지된 회전수를 비교하여, 감지된 회전수가 줄어든 비율에 따라 수차의 구동을 제어하여 발전기의 구동토오크를 비례 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실 시예를 가질 수 있는 바, 특정 실 시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여, 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 소수력 발전기의 구동토오크를 제어하여 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 발전기가 구동될 수 있게 한다.
이러한 본 발명에 따른 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어 장치는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 평균 유입유량에 맞추어 구동토오크가 설정된 소수력 발전 설비의 발전기를 제어하는 장치로, 수차에 의해 회전하는 발전기의 회전축에 설치되어 발전기의 회전축의 회전수를 감지하는 엔코더(10)와, 상기 엔코더에서 감지된 발전기의 회전수에 맞추어 발전기의 토오크를 제어하되, 감지된 회전수에 따라 설정된 구동토오크를 비례 제어하는 제어수단(20)을 포함한다.
상기 엔코더(10)는 수차에 공급되는 유입유량의 따라 변하는 발전기 회전축의 회전수를 감지하기 위한 수단으로, 회전수를 펄스 형태로 출력하며, 이 펄스를 계수함에 의해 회전축의 회전수를 감지할 수 있고, 회전축의 회전수를 감지함에 의해 유입유량의 변화를 감지할 수 있다.
상기 엔코더(10)에서 감지된 회전축의 회전수는 상기 제어수단(20)에 전달되어 발전기 구동 토오크 조절 기초 정보가 된다.
상기 제어수단(20)은 엔코더에서 감지된 회전축의 회전수로부터 유입유량을 감지하고 감지된 유입유량에 맞추어 발전기의 구동토오크를 제어하는 수단으로 통상의 PLC(Programable Logic Control)로 이루어질 수 있다.
상기 제어수단(20)에는 엔코더에서 감지된 회전축의 회전수와 비교되는 기준 회전수가 설정되어 있고, 이 기준 회전수와 대비함에 의해 현재 발전기에 공급되는 유입유량의 변화를 인지할 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 제어수단(20)은 감지된 발전기 회전축의 회전수에 대응되도록 발전기의 구동토오크를 제어하기 위한 연산 처리수단을 구비하고 있고, 연산 처리 방법은 감지된 회전축의 회전수가 감속된 비율만큼 초기에 설계된 발전기의 구동토오크를 비례하여 낮춘다.
일예를 들면, 아래의 표와 같이 감지된 회전축의 회전수에 따라 설정된 구동토오크로 발전기의 구동을 제어하는 것이다.
예를 들면, 즉 50KW / 650RPM 으로 설계된 발전기가 있다면, 정격 토오크는 788N.m이다.
정상적으로 발전기가 구동되면, 엔코더에서 감지된 회전수 650rpm이고, 이때는 토오크를 100%인가하고, 유입유량이 줄어 앤코더에서 감지된 회전수가 50% 감속되어 325rpm 일때는 토오크를 50% 인가한다.
물론, 감지된 회전수가 500rpm일 경우에는 정격 토오크의 70%에 해당하는 구동토오크를 인가한다.
상기와 같이 구성된 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어 장치를 이용한 발전기의 토오크 제어방법은 전술한 바와 같이, 발전기가 유입유량이 변하여도 정지하지 않고 계속하여 구동될 수 있게 하기 위한 것으로, 평균 유입유량에 의해 공급되는 토오크에 맞추어 구동토오크가 설정된 발전기를 제어하되, 실제 유입유량의 변화에 따른 발전기 회전축의 회전수 변화를 감지하여 유입유량의 변화를 감지하고, 감지된 회전축의 회전수에 대응되도록 발전기의 구동토오크를 조절하여, 유입유량이 변하여도 발전기가 멈추지 않고 계속 작동되게 한 것이다.
이러한 본 발명에서 조절된 구동토오크는 감지된 발전기 회전축의 회전수에 따라 비례제어된다. 즉, 감지된 회전수가 감속되면, 감속된 비율만큼 최초 설계토크보다 낮춘 구동토오크로 재설정한 상태에서 발전기를 구동시키는 것이다.
이렇게 발전기의 구동토오크를 제어하면 발전기는 유체의 유입 변동량에 따라 실시간으로 100 내지 1000rpm/min 사이 구간을 오가며 정지하지 않고 계속하여 구동되어 발전이 이루어지는 것이다.
이때 출력 주파수는 6hz에서 60hz까지이고, 발전기 출력 전압은 10V에서 500V까지 각기 다르나 이를 인버터에서 스위칭하여 전력계통주파수와 동기화하여 계통으로 송전한다.
본 발명의 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어하는 방법에 따르면 소수력 발전 설비에서 전력계통과의 동기 탈조에 의한 발전기 정지 시간이 없으므로 물이 유입되기만 하면, 유입유량의 유동 폭이 커도 항상 발전기가 작동되고, 발전된 출력을 계통전력으로 전송할 수 있는 효과가 있어 산업상 이용 가능성이 매우 높은 발명인 것이다.

Claims (2)

  1. 평균 유입유량에 맞추어 구동토오크가 설정된 소수력 발전 설비의 발전기를 제어하는 장치로,
    수차에 의해 회전하는 발전기의 회전축에 설치되어 발전기의 회전축의 회전수를 감지하는 엔코더(10)에서 감지된 발전기의 회전수에 맞추어 제어수단(20)이 발전기의 토오크를 제어하되,
    상기 제어수단(20)은 수차에 공급되는 유입유량의 따라 변하는 발전기 회전축의 회전수를 펄스 형태로 출력하는 엔코더(10)의 펄스를 계수함에 의해 회전축의 회전수를 감지하고, 기 설정된 기준 회전수와 감지된 회전수를 비교하여, 감지된 회전수가 줄어든 비율에 따라 수차의 구동을 제어하여 발전기의 구동토오크를 비례 제어하는 것을 특징으로 하는 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크 제어 장치.
  2. 제1항의 제어 장치를 이용한 발전기 제어 방법으로,
    평균 유입유량에 의해 공급되는 토오크에 맞추어 기준 구동토오크가 설정된 발전기를 제어하되,
    엔코더를 이용하여 실제 유입유량의 변화에 따라 변하는 발전기 회전축의 회전수를 감지하고, 감지된 회전수를 펄스 형태로 출력하여 펄스를 계수함에 의해 회전축의 회전수를 감지하고, 기 설정된 기준 회전수와 감지된 회전수를 비교하여, 기준회전수와 감지된 회전수의 비율에 비례하여 발전기의 구동토오크를 조절하여, 유입유량이 변하여도 발전기가 멈추지 않고 계속 작동되게 한 것을 특징으로 하는 계통주파수동기 탈조없이 유입유량 변동에 대응하여 소수력 발전기의 토오크를 제어하는 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102053960B1 (ko) * 2017-09-29 2019-12-12 한국생산기술연구원 다기능 차압 발전 유닛을 구비하는 지역 난방 시스템
KR20230137035A (ko) 2022-03-21 2023-10-04 한국전력공사 계통 주파수 검출 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060029354A (ko) * 2004-10-01 2006-04-06 삼성테크윈 주식회사 분산 발전 시스템 및 그 제어 방법
KR20080066597A (ko) * 2007-01-12 2008-07-16 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 발전 장치
US20120146330A1 (en) * 2007-07-05 2012-06-14 Salvatore Shifrin Hydro turbine generator
KR20140109284A (ko) * 2013-03-05 2014-09-15 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 발전 장치 및 발전 방법

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101268137B1 (ko) 2013-02-08 2013-05-27 한라건설주식회사 소수력발전장치 및 그 제어방법
KR101369332B1 (ko) 2013-07-18 2014-03-06 한국농어촌공사 전력 ｓｃａｎ에 의한 소수력발전기 최대출력 제어 방법
KR101455033B1 (ko) 2014-06-27 2014-10-27 코오롱글로벌 주식회사 유량 대응형 소수력발전장치의 제어방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060029354A (ko) * 2004-10-01 2006-04-06 삼성테크윈 주식회사 분산 발전 시스템 및 그 제어 방법
KR20080066597A (ko) * 2007-01-12 2008-07-16 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 발전 장치
US20120146330A1 (en) * 2007-07-05 2012-06-14 Salvatore Shifrin Hydro turbine generator
KR20140109284A (ko) * 2013-03-05 2014-09-15 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 발전 장치 및 발전 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RIZWAN RAFIQUE: "Doubly-Fed Induction Machine for use in Mini-Hydro Power Plants", MASTER THESIS, NORWEGIAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY, August 2015 (2015-08-01), XP055601180 *

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