KR100947975B1

KR100947975B1 - 직접적이고 순시적인 발전기의 여자기 제어시스템 및 방법

Info

Publication number: KR100947975B1
Application number: KR1020070099676A
Authority: KR
Inventors: 안진우; 이동희
Original assignee: 경성대학교 산학협력단
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2007-10-04
Publication date: 2010-03-15
Also published as: US20100201329A1; WO2009045058A3; WO2009045058A2; KR20090034464A; US8525489B2

Abstract

본 발명에 따른 직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어시스템은 지령전압과 시정수에 의해 조절된 발전기의 출력전압의 전압오차를 계산하는 전압오차계산부, 전압오차에 대응하여 스위칭신호를 생성하는 스위칭신호생성부, 및 스위칭신호에 대응하여 여자기를 제어하는 여자제어부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 제어기의 이득을 결정하기 위한 복잡한 설계 없이도 제어기의 시정수 설정만으로, 전력 변환 장치의 최대 응답성을 유도할 수 있고 과도 응답 상태에서 오버슈트의 발생을 크게 억제할 수 있다.

여자제어, 시정수, 전압오차

Description

직접적이고 순시적인 발전기의 여자기 제어시스템 및 방법{Exciter control system of generator with direct and instantaneous method}

도 1은 디젤 엔진으로 구동되는 기본적인 동기 발전기 제어 시스템의 블록도를 도시한 도면,

도 2는 간략화된 동기 발전기 제어 시스템의 블록도를 도시한 도면,

도 3은 PID 제어기로 구성된 DAVR 장치의 제어 블록도를 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 직접적이고 순시적인 발전기의 여자기 제어시스템의 블록도를 도시한 도면,

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 초퍼형 인버터의 스위칭 상태에 따른 동작 모드의 일 예를 도시한 도면,

도 6a 및 도 6b는 각각 직접 계자 제어 방식에 따른 시스템 블록도의 일 예 및 여자기 계자 제어 방식에 따른 DIVC 제어기 블록도의 일 예를 도시한 도면,

도 7은 히스테리시스 제어의 일 예를 설명하기 위한 도면 및

도 8은 본 발명에 따른 직접적이고 순시적으로 발전기의 여자 제어방법의 순서도를 도시한 도면이다.

본 발명은 직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어시스템 및 방법에 관한 것으로, 출력기준전압 즉 지령전압과 시정수에 의해 조절된 발전기의 피드백전압의 전압오차에 대응한 스위칭신호를 이용한 발전기의 여자제어시스템 및 방법에 관한 것이다.

동기 발전기 여자시스템의 기본기능은 발전기 계자 권선에 직류전류를 공급하여 발전기 출력 단자 전압을 일정하게 유지 또는 조정하는 것을 제1의 목적으로 하고 있다. 단자 전압 조정을 통해서 전력계통에 발생하는 동요 진동을 억제하여 안정도를 향상시키기도 하고, 발전소의 승압 변압기의 고압 측인 송전전압 제어를 수행해서 전압을 안정시킴으로써 부하단에서의 전력용 콘덴서와 동기 조상기의 기능을 병행하기도 한다.

여자시스템은 발전기 전압제어, 발전기 여자기 시스템 보호·제한 기능을 수행하는 제어기와 제어기로부터 제어신호를 받아서 필요한 계자 전류를 공급하는 위상제어 정류기 부분으로 구분할 수 있다. 전압 제어부분은 단자전압 설정기, 발전기 전압을 검출 및 필터, 비례·적분 조절부가 기본을 이루며, 제어대상인 발전기와 여자시스템 자체를 전기적 및 열적으로부터 보호하여 발전기 자신의 능력 한계 이내에서 최대의 성능을 발휘할 수 있도록 하는 기능을 포함하고 있다.

위상제어 정류기는 여자기 또는 발전기 출력단에 연결된 여자 변압기로부터 여자전원을 확보하고 이 교류 전압을 사이리스터 위상제어 정류기에서 직류 전압으로 변환해서 발전기 계자에 공급한다. 동기 발전기 능력 관점에서 볼 때 여자시스템은 동기발전기가 연속 운전할 수 있는 범위 내에서 동기기 유효 출력 변화 또는 무효 출력, 단자전압 변화에 응하여 계자 전류를 자동 조정함으로써 발전기 단자전압을 목표 값으로 신속·안정하게 유지할 수 있어야 한다. 두 번째로는 발전기의 순간적이고 단시간 성능에 부합하는 계자강화를 수행함으로써 과도적인 외란에 대응할 수 있어야 한다.

반도체 소자기술의 발달로 대용량 정류기가 출현함으로써 최근에는 정지형 여자시스템이 주류를 이루고 있다. 정지형 여자시스템은 제어 속응성과 정상 전압이 높아 계통의 과도 안정도 향상 대책에는 유리하나 동태 안정도를 해칠 수 있다. 따라서 응답이 빠른 여자시스템에 전력계통 전력동요의 진동을 제동하기 위해서 전력계통 안정화 장치(PSS : Power System Stabilizer)를 부가하여 전력계통 안정 운전에 기여하기도 한다.

여자시스템은 구성되는 요소기기 및 제어장치에 따라서 크게 3종류로 분류할 수 있는데, 직류 발전기를 이용한 직류 여자기 방식, 여자변압기와 사이리스터 변환기(정류기)로 구성된 정지형 여자방식, 교류 여자기 발전기와 다이오드 정류기 로 구성된 교류 여자기 방식이 있다. 최근에는 전력전자 반도체 기술의 발달로 속응성이 있으며 회전부가 없어 유지보수에 유리한 정지형 여자방식이 주로 적용되는 추세에 있으나, 이 방식은 여자 전원을 발전기 출력단자에서 취하기 때문에 출력단에서 선로 사고가 발생할 경우 여자전원을 안정적으로 확보할 수 없는 단점을 갖고 있다.

여자 시스템의 기능은 전력계통에 안정적인 전력 공급을 위해서 발전기 전압을 일정하게 유지해야함은 물론 계통의 급격한 전압강하가 있을 때는 빠르게 회복시킬 수 있는 능력을 보유해야 한다. 그러기 위한 기능으로 발전기 전압 제어기능, 발전기와 주변시스템을 보호하기 위한 보호기능이 필요하다.

발전기의 전압 제어와 관련하여, AVR(Automatic Voltage Regulator: 자동 전압 조절기)은 발전기의 운전 상황의 변화에도 불구하고 주어진 설정값에 일치하도록 발전기 단자 전압을 자동으로 조절하는 역할을 한다.

AVR(Automatic Voltage Regulator)을 적용한 동기 발전기 시스템은 부하 변동에 대하여 강인하고, 신뢰성이 높아 육상 플랜트용 발전기뿐 만 아니라, 건물 비상용 발전기, 군사용 및 선박용 전원 장치에 이르기 까지 그 활용이 크게 증가하고 있다. 일반적으로 발전기의 출력전압을 제어하는 AVR은 발전기에 맞게 설계된 아날로그 AVR이 많이 적용되어 왔으나, 다양한 발전기의 생산에 따른 AVR 적용의 어려 움과 파라미터 변경의 문제와 더불어, 병렬 운전 및 고성능 제어 요구에 따른 시스템이 복잡해지는 문제점이 있었다.

최근에는 종래의 AVR의 성 문제로 인하여 점점 디지털 AVR(DAVR : Digital Automatic Voltage Regulator) 시스템으로 전환되고 있다. DAVR 시스템에서 발전기의 출력전압을 일정하게 제어하기 위한 제어기는 다양한 형태가 연구되고 있지만, 대부분의 실제 플랜트에서는 고전적인 PID 제어기가 널리 사용되고 있다. 이는 PID 제어기는 제어기가 단순하고, 현장 엔지니어에게 익숙하다는 장점이 있기 때문이다. 그러나, 이러한 PID 제어기는 제어 이득의 선정에 따라서 응답특성이 다르게 나타나므로 제어이득의 조정이 매우 어렵다는 문제점과, 정상상태 오차를 줄이기 위하여 제어이득을 높게 선정하는 경우 과도응답에서 높은 오버슈트 등이 발생하는 문제점이 있었다.

이러한 제어기법의 문제와 함께, 기존의 여자기 제어시스템에서는 전력변환장치의 속응성과 스위칭 소자의 잡음에 대한 안정성에 관한 문제를 가지고 있다. 기존 여자기의 계자 전압을 제어하기 위한 전력 변환장치는 고전적으로 TCR(Thyristor Control Rectifier)가 널리 사용되었다. 그러나, TCR의 경우에는 정격이 60[㎐]인 3상 동기기의 경우에 180[㎐]에 한 번씩만 제어 신호의 출력이 가능하므로, 과도 상태의 응답성이 매우 늦고, 이러한 점호각 제어에 따른 고주파 전류에 의한 노이즈로 인하여 게이트 발생기 및 제어기의 오동작이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 부하 변동에 강인하고, 제어기의 구성이 매우 간단하여 현장에서 쉽게 적용할 수 있는 직접순시 전압제어기법에 의한 동기발전기의 여자제어시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 복잡한 설계 없이 간단하게 전력 변환 장치의 최대 응답성을 유도할 수 있으며 과도 응답 상태에서 오버슈트의 발생을 크게 억제할 수 있는 직접순시 전압제어기법에 의한 동기발전기의 여자제어시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는 발전기의 출력전압에 관계없이 일정한 전압을 연속적으로 제어함으로써, 응답특성이 일정하고 오동작을 줄일 수 있는 직접순시 전압제어기법에 의한 동기발전기의 여자제어시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어시스템은 지령전압과 시정수에 의해 조절된 발전기의 출력전압의 전압오차를 계산하는 전압오차계산부, 전압오차에 대응하여 스위칭신호를 생성하는 스위칭신호생성부, 및 스위칭신호에 대응하여 여자기를 제어하는 여자제어부를 포함하는 것이 바람직하다.

전압오차계산부는 발전기의 출력전압을 검출하는 전압검출부, 출력전압을 소정의 시정수로 미분하여 출력전압을 조절하는 출력전압조절부, 및 지령전압 및 조절된 출력전압의 전압오차를 계산하는 합산기를 포함하는 것이 바람직하다.

시정수는 발전기의 출력전압을 피이드백 받기 위한 지연 시정수로, 스위칭에 의한 출력전압의 노이즈를 억제하는 것이 바람직하다.

스위칭신호생성부는 연속적인 스위칭신호의 생성이 가능하도록 IGBT로 구성된 초퍼형 인버터를 포함하는 것이 바람직하다.

스위칭신호는 전압오차의 대역에 대응하여 서로 다른 상태를 갖는 것이 바람직하다.

스위칭신호(Sk)는 1과 0으로 이루어진 두 개의 상태로 구성되며, 스위칭신호(Sk)는 지상인 경우에

로 동작하며, 진상인 경우에는 지상인 경우와 반대로 스위칭 신호가 동작하는 것이 바람직하다.

직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어시스템은 발전기의 과여자 및 부족여자 상태가 발생하지 않도록 스위칭신호의 상태를 연속적으로 턴오프 또는 턴온하도록 제어하는 스위칭상태제어부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

스위칭상태제어부는 발전기의 과여자를 제한하는 과여자보호기, 및 발전기의 부족여자를 제한하는 부족여자제한기를 포함하는 것이 바람직하다.

직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어방법은 지령전압과 시정수에 의해 조절된 발전기의 피드백전압의 전압오차를 계산하는 단계, 전압오차의 대역에 대응하여 서로 다른 스위칭신호를 생성하는 단계, 및 스위칭신호에 대응하여 여자기 또는 발전기를 제어하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

스위칭신호는 연속적인 스위칭이 가능한 IGBT로 구성된 초퍼형 인버터에 의하여 두 개의 상태신호를 출력하며, 두 개의 상태신호는 IGBT가 턴온되어 계자전압이 인가되는 제1상태와 IGBT가 턴오프되어 프리휠링이 되는 제2상태로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어시스템은 지령전압과 시정수에 의해 조절된 발전기의 실제출력전압의 전압오차를 계산하는 전압오차계산부, 전압오차의 대역에 대응하여 스위칭신호를 생성하는 스위칭신호생성부 및 스위칭신호에 대응하여 여자기를 제어하는 여자제어부를 포함한다.

도 1은 디젤 엔진으로 구동되는 기본적인 동기 발전기 제어 시스템의 블록도를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 동기 발전기 제어 시스템은 일반적으로 발전기를 구동하는 디젤 엔진과 조속기, AVR, 여자기 및 발전기와 전력계통을 포함하며, 이때 여자기와 발전기의 조합은 발전 시스템에 따라서 다양하게 구성된다. 여자기의 전원을 공급하는 PMS(Power Management System)는 발전기의 구성에 따라, 발전기의 출력단 전압과 변압기로부터 전원을 공급하는 정지형 여자시스템과, 발전기에 부착된 영구자석 동기발전기의 출력으로부터 전원을 공급하는 브러쉬리스형 등 이외에도 무정전 전원장치(UPS) 또는 외부 전원으로 부터 전력을 공급 받아 여자기의 계자를 제어하는 여자시스템이 있다.

도 1의 동기 발전기 제어 시스템에서 실제로 발전기의 출력을 제어하는 것은 여자기의 출력전압에 따른 발전기 계자 전류이다. 발전기의 출력전압은 여자기의 계자에 연결된 사이리스터의 점호각에 따라 여자기의 계자 전압을 조절함으로써 제어된다. 이때, 실제적인 사이리스터의 점호각은 PMS로부터 공급되는 전압의 주파수에 따라 달라진다. 3상 60[㎐]의 전원이 공급되는 경우에는 180[㎐]에 한번씩 만 계자 전압의 제어가 가능하다.

따라서 이러한 동기 발전기 제어 시스템은 미세한 출력전압의 조절이 어렵고, 정확한 점호각의 제어오차에 따라 발전기의 전압이 변동하게 되며, 급격한 부하 변동에 대하여 속응성이 떨어지는 단점을 가지고 있다.

도 2는 간략화된 동기 발전기 제어 시스템의 블록도를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면,

각각 AVR의 증폭이득 및 시정수를 나타내며,

각각 여자기와 발전기의 시정수를 나타낸다. 간략화된 동기 발전기 제어시스템의 전달 함수는 다음과 같다.

간략화 된 발전기 제어시스템의 전달 함수에서 시스템의 응답성은 AVR 증폭이득에 매우 의존적으로 안정적인 제어기의 구성이 매우 어렵다. 따라서 도 3과 같은 PID 제어기의 적용이 필요하다.

도 3은 PID 제어기로 구성된 DAVR 장치의 제어 블록도를 도시한 도면이다. 도 3과 같은 일반적인 PID 제어기의 출력은 다음과 같다.

DAVR에서 이산치 모델로 변형된 PID 제어기는 다음과 같이 표현된다.

식 (4)와 같이 표현되는 PID 제어기는 그 구성이 간단하고, 계산이 용이하여 DAVR 시스템에 쉽게 적용되지만, 근본적으로 각각의 제어 이득의 조정이 매우 어렵다는 단점이 있다.

이에 반해, 본 발명에 의하면 부하 변동에 강인하고, 제어기의 구성이 매우 간단하여 현장에서 쉽게 적용이 가능한 순시전압제어기법을 적용한 여자제어 시스템을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 순시전압제어 기법은 고성능 전동기 및 전력변환 장치에서 순시토크를 제어하기 위해, 직접 전력변환 장치의 스위칭 패턴을 제어하는 방식이다. 따라서, 발전기 전압 제어 시스템에서는 전동기와 달리, 전류 또 는 전압에 따른 토크 모델이 없어도 직접 발전기의 단자 출력 전압에 대한 스위칭 패턴을 결정할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어시스템의 블록도를 도시한 도면이다. 본 발명에 따른 직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어시스템은 지령전압과 시정수에 의해 조절된 발전기의 피드백전압의 전압오차를 계산하는 전압오차계산부(410), 전압오차의 대역에 대응하여 스위칭신호를 생성하는 스위칭신호생성부(430), 발전기의 과여자 및 부족여자 상태가 발생하지 않도록 스위칭 상태를 제어하는 스위칭상태제어부(440) 및 스위칭신호에 대응하여 여자기를 제어하는 여자제어부(450)를 포함한다.

전압오차계산부(410)는 발전기의 출력전압을 검출하는 전압검출부(412), 출력전압을 소정의 시정수로 미분하여 피드백전압을 조절하는 출력전압조절부(414), 지령전압 및 피드백전압의 전압오차를 계산하는 합산기(416)를 포함하는 것이 바람직하다. 합산기(416)에서 Vref전압은 합산기(416)의 +입력으로 VT의 전압은 합산기의 -입력으로 들어간다. 따라서 e(t)는 V_ref와 V_T의 차이므로 블록도에 있는 부분을 수식으로 표현하면 e(t)=V_ref+(-V_T)로 표시된다. 스위칭신호생성부(430)는 e(t)를 감소시키기 위한 출력을 각 제어방식을 통해 생성하고 이를 이용하여 스위칭패턴을 만들어 컨버터를 동작시킨다.

스위칭신호생성부(430)에서 출력되는 스위칭 패턴은 전력변환장치에 따라 달리 구성할 수 있다. 스위칭신호생성부(430)는 연속적인 스위칭이 가능한 IGBT로 구성된 초퍼형 인버터를 적용하는 것이 바람직하다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 초퍼형 인버터의 스위칭 상태에 따른 동작 모드의 일 예를 도시한 도면이다. 도 5a는 초퍼형 인버터 구조의 일 예가 도시되어 있다. 도 5b는 초퍼형 인버터의 스위칭 동작상태 1의 동작모드를 도시하고 있으며, 도 5c는 초퍼형 인버터의 스위칭 동작상태 0의 동작모드를 도시하고 있다. 각각의 스위칭 상태는 IGBT가 턴-온 되어 계자 전압이 인가되는 1과 턴-오프되어 프리휠링이 되는 0의 상태로 구성되며, 각 상태에 따른 인가 전압의 크기는 다음과 같다.

상태 1 :

(5)

상태 0 :

(6)

스위칭상태제어부(440)는 발전기의 과여자 및 부족여자 상태가 발생하지 않도록 스위칭신호의 상태를 연속적으로 턴오프 또는 턴온하도록 제어한다. 스위칭상 태제어부(440)는 발전기의 과여자를 제한하는 과여자보호기 및 발전기의 부족여자 제한하는 부족여자제한기를 포함하는 것이 바람직하다.

도 6a 및 도 6b는 각각 직접 계자 제어 방식에 따른 시스템 블록도의 일 예 및 여자기 계자 제어 방식에 따른 DIVC 제어기 블록도의 일 예를 도시한 도면이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 전압오차계산부에서 출력되는 전압오차 e(k)에 의하여 스위칭이 결정된다. 보다 상세하게 설명하면, 지령 전압

대한 실제 발전기의 출력단 전압과 피이드백된 피드백전압

전압오차에 따라 IGBT 인버터의 스위칭이 직접 결정된다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 스위칭신호생성부에는 초퍼형 인버터를 적용하였다. 단위 샘플링 구간에서 초퍼형 인버터의 스위칭 신호

지상인 경우 발전기 전압오차에 따라 다음과 같이 결정된다. 진상인 경우에는 스위칭 신호는 반대로 동작하게 된다.

일반적인 초퍼형 인버터의 경우 적용 가능한 스위칭의 상태는 도 5에 도시된 바와 같이 1, 0의 두 가지 상태이다. 이러한 경우, 식 (7) 내지 (9)에 의하여 출력전압 오차의 대역에 따라 스위칭이 결정된다.

도 7은 히스테리시스 제어의 일 예를 설명하기 위한 도면이다. 일반적으로 히스테리시스 제어에서는 제어밴드의 상한값과 하한값을 가지고 있다. 따라서 히스테리시스 기준치에서 상한값 이상으로 제어대상이 커지게 되면 작게 하도록 동작하고 작은 값이면 크게 하도록 동작한다. 도 7를 참조하면, 식(9)에서 표시된 e_BW는 밴드의 상한, -e_BW는 하한을 나타낸다. 도 7를 참조하면, e(k)(700)의 일 예를 나타낸다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면,

발전기 단자의 출력전압을 피드백 받기 위한 1차 지연 시정수이다. 스위칭에 의한 출력전압의 노이즈를 억제하여 부드러운 출력전압이 생성되도록 시정수를 조절하는 것이 바람직하다.

또한,

각각 발전기의 과여자 및 부족여자 제한을 위한 계자 전류의 제한치를 나타낸다. 이는 DIVC의 출력 상태에 따라 발전기가 부족여자 상태나 과여자 상태가 발생하지 않도록 스위칭 상태를 연속적으로 턴-오프 또는 턴-온 하도록 제어하게 된다. 이러한 방법으로 스위칭상태를 제어한다.

전압오차계산부는 지령전압과 시정수에 의해 조절된 발전기의 피드백전압의 전압오차를 계산한다(S710). 발전기 단자의 출력전압을 피드백 받기 위한 시정수는 1차 지연 시정수를 이용하는 것이 바람직하다. 또한 스위칭에 의한 출력전압의 노이즈를 억제하여 부드러운 출력전압이 생성되도록 시정수를 조절하는 것이 바람직하다.

전압오차의 대역에 대응하여 서로 다른 스위칭신호를 생성한다(S720). 전압오차의 대역을 설정오차의 대역과 비교하여 서로 다른 스위칭 신호를 생성한다. 식 (7) 내지 식(9)에 그 일 예가 표시되어 있다. 스위칭신호는 연속적인 스위칭이 가능한 IGBT로 구성된 초퍼형 인버터에 의하여 두 개의 상태신호를 출력하는 것이 바람직하다. 두 개의 상태신호는 IGBT가 턴온되어 계자전압이 인가되는 제1상태와 IGBT가 턴오프되어 프리휠링이 되는 제2상태로 구성하는 것이 바람직하다.

스위칭신호에 대응하여 여자기 또는 발전기를 제어한다(S730).

본 발명에 따른 순시전압 제어기법은 제어기의 이득을 결정하기 위한 복잡한 설계 없이도 제어기의 시정수 설정만으로, 전력 변환 장치의 최대 응답성을 유도할 수 있다. 또한 과도 응답 상태에서 오버슈트의 발생을 크게 억제할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 부하 변동에 강인하고 제어기의 구성이 매우 간단하여 현장에서 쉽게 적용이 가능한 순시전압제어기법을 적용한 여자제어 시스템을 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 여자제어 시스템은 고성능 전동기 및 전력변환 장치에서 순시토크를 제어하기 위해, 직접 전력변환 장치의 스위칭 패턴을 제어하는 방식을 사용하였다. 따라서, 발전기 전압 제어 시스템에서는 전동기와 달리, 전류 또는 전압에 따른 토크 모델이 요구되지 않을 뿐만 아니라 직접 발전기의 단자 출력 전압을 피이드백 받을 수 있으므로 그 적용이 매우 용이하고 제어기의 이득을 결정하기 위한 복잡한 설계가 요구되지 않는다.

또한 본 발명에 따르면, 제어기의 시정수 설정만으로, 전력 변환 장치의 최대 응답성을 유도 할 수 있으며 과도 응답 상태에서 오버슈트의 발생을 크게 억제할 수 있는 장점이 있다. 순시 전압 제어기법을 적용하기 위해서는 기존의 TCR 전력 변환 장치로는 구현이 불가능하므로, 본 발명에서는 고속 스위칭이 가능한 IGBT형 인버터를 적용하였다.

또한 본 발명에 따르면, IGBT를 적용한 전력 변환 장치는 연속적인 출력전압을 제어함으로써 점호각 검출 및 동작에 따른 부담이 없고, 발전기의 출력전압에 관계없이 일정한 전압을 연속적으로 제어할 수 있다. 따라서, TCR의 점호각 동작에 따른 높은 고주파 전류의 유입을 억제할 수 있어 응답특성이 일정하고 오동작을 줄일 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims

지령전압과 시정수에 의해 조절된 발전기의 출력전압의 전압오차를 계산하는 전압오차계산부,

상기 전압오차에 대응하여 스위칭신호를 생성하는 스위칭신호생성부,

상기 스위칭신호에 대응하여 여자기를 제어하는 여자제어부 및

상기 발전기의 과여자 및 부족여자 상태가 발생하지 않도록 상기 스위칭신호의 상태를 연속적으로 턴오프 또는 턴온하도록 제어하는 스위칭상태제어부를 포함하며,

상기 전압오차계산부는

상기 발전기의 출력전압을 검출하는 전압검출부,

상기 발전기의 출력전압을 피이드백 받기 위한 지연 시정수로 출력전압을 조절하는 출력전압조절부 및

상기 지령전압 및 상기 조절된 출력전압의 전압오차를 계산하는 합산기를 포함하는 직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어시스템.
삭제
제1항에 있어서,

상기 시정수는 스위칭에 의한 출력전압의 노이즈를 억제하는 직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어시스템.
제1항에 있어서,

상기 스위칭신호생성부는 연속적인 스위칭신호의 생성이 가능하도록 IGBT로 구성된 초퍼형 인버터를 포함하는 직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어시스템.
삭제
제1항에 있어서,

상기 스위칭신호(Sk)는 1과 0으로 이루어진 두 개의 상태로 구성되며,

상기 스위칭신호(Sk)는 지상인 경우에

로 동작하며, 진상인 경우에는 지상인 경우와 반대로 스위칭 신호가 동작하는 직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어시스템.
삭제
제1항에 있어서,

상기 스위칭상태제어부는

상기 발전기의 과여자를 제한하는 과여자보호기; 및

상기 발전기의 부족여자를 제한하는 부족여자제한기;를 포함하는 직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어시스템.
지령전압과 시정수에 의해 조절된 발전기의 피드백전압의 전압오차를 계산하는 단계,

상기 전압오차에 대응하여 서로 다른 스위칭신호를 생성하는 단계 및

상기 스위칭신호에 대응하여 여자기 또는 발전기를 제어하는 단계를 포함하고,

상기 스위칭신호는 연속적인 스위칭이 가능한 IGBT로 구성된 초퍼형 인버터에 의하여 두 개의 상태신호를 출력하며,

상기 두 개의 상태신호는 상기 IGBT가 턴온되어 계자전압이 인가되는 제1상태와 상기 IGBT가 턴오프되어 프리휠링이 되는 제2상태로 구성되는 직접적이고 순시적인 발전기의 여자제어방법.
삭제