KR102100196B1 - Generation system using engine and method for controlling the same - Google Patents

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KR102100196B1 KR1020180142619A KR20180142619A KR102100196B1 KR 102100196 B1 KR102100196 B1 KR 102100196B1 KR 1020180142619 A KR1020180142619 A KR 1020180142619A KR 20180142619 A KR20180142619 A KR 20180142619A KR 102100196 B1 KR102100196 B1 KR 102100196B1
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Abstract

The present invention relates to a power generation system, and more specifically, to, in a power generation system using an engine, a power generation system using an engine and a control method thereof, which are able to control the system in a stable manner. According to the present invention, the control method thereof, in a control method of a power generation system using an engine by using a power conversion apparatus, comprises: a step of controlling a DC-link voltage of the power conversion apparatus; a step of driving the engine at an RPM count in accordance with a target power generation amount which generates the maximum torque per current; a step of determining if a load is rejected or not; a step of measuring an increase rate of the DC-link voltage when the load is rejected; and a step of determining a decrease amount of the target power generation amount in accordance with the increase rate of the DC-link voltage, and increasing a free power component as much as the decrease amount, thereby changing the target power generation amount.

Description

엔진을 이용한 발전 시스템 및 그 제어 방법 {Generation system using engine and method for controlling the same}Generation system using engine and method for controlling the same}

본 발명은 발전 시스템에 관한 것으로 특히, 엔진을 이용한 발전 시스템에 있어서 시스템을 안정적으로 제어할 수 있도록 하는 엔진을 이용한 발전 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation system, and more particularly, to a power generation system using an engine and a control method for the power generation system using the engine to stably control the system.

열병합 발전 시스템은 가스 연료로 엔진을 작동하여 발전기에서 전력을 생산하고, 엔진 등에서 발생하는 열을 온수 등으로 변환하여 그 수요처에 공급하는 시스템을 말한다.A cogeneration system refers to a system that generates electricity from a generator by operating an engine with gas fuel, and converts heat generated from the engine into hot water, etc., and supplies it to its customers.

이러한 열병합 발전 시스템에는 공기 조화 장치가 연결되어 이 공기 조화 장치에 전력과 열 내지 온수를 공급할 수 있다.An air conditioner is connected to the cogeneration system to supply power, heat or hot water to the air conditioner.

엔진은 발전기를 회전시켜 전력을 생산하도록 한다. 또한, 발전기에서 생산되는 전력은 전력 변환 장치에서 전류, 전압, 주파수 등이 변환된 상용 전력으로 변환되어 건물 또는 공기 조화 장치와 같은 전력수요처에 공급될 수 있다.The engine rotates the generator to generate power. In addition, the power produced by the generator may be converted into commercial power in which current, voltage, frequency, etc. are converted in the power conversion device and supplied to a power demand such as a building or an air conditioner.

이와 같이, 엔진과 같은 외부 구동원에 의해서 운전되는 발전기와 이러한 과정에서 발전되는 전력을 변환하여 부하(계통)에 공급하는 상황에서, 갑작스런 부하 변동 또는 탈락은 전체 시스템에 부담을 줄 수 있다. As described above, in a situation in which a generator driven by an external drive source such as an engine and power generated in such a process are converted and supplied to a load (system), sudden load fluctuation or dropping may burden the entire system.

일반적으로 백투백(Back-to-Back) 전력 변환 장치를 구성한 발전 시스템에서 부하 측 전력이 변동할 경우 하드웨어적인 시스템 보호 기능으로써 DC-링크 캐패시터에 브레이크 저항이나 배터리를 병렬로 연결하는 경우가 있다.In general, when a load-side power fluctuates in a power generation system comprising a back-to-back power converter, a brake system or a battery may be connected in parallel to the DC-link capacitor as a hardware system protection function.

그러나, 이러한 하드웨어적인 시스템 보호 기능은 큰 부피를 차지하거나 비용 상승을 일으킬 수 있다.However, such a hardware system protection function may occupy a large volume or increase costs.

따라서, 하드웨어적인 시스템 보호 기능을 축소하면서, 발전기에서 발전되는 전력을 변환하여 부하(계통)에 공급하는 상황에서, 갑작스런 부하 변동 또는 탈락이 발생하는 경우에, 전체 시스템을 안정적으로 제어할 수 있는 방안이 요구된다.Therefore, while reducing the hardware system protection function, in the situation of converting the power generated by the generator and supplying it to the load (system), when a sudden load fluctuation or dropout occurs, a method for stably controlling the entire system Is required.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 발전 시스템에 있어서, 부하가 탈락하는 경우 시스템을 안정적으로 제어할 수 있는 엔진을 이용한 발전 시스템 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a power generation system and a control method using an engine capable of stably controlling the system when the load is dropped in the power generation system.

또한, 본 발명은, 하드웨어적인 시스템 보호 기능을 축소하면서 부하가 탈락하는 경우 시스템을 안정적으로 제어할 수 있는 엔진을 이용한 발전 시스템 및 그 제어 방법을 제공하고자 한다.In addition, the present invention is to provide a power generation system and a control method using an engine capable of stably controlling the system when the load is dropped while reducing the hardware system protection function.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 전력 변환 장치를 이용하여 엔진을 이용한 발전 시스템의 제어 방법에 있어서, 상기 전력 변환 장치의 DC-링크 전압을 제어하는 단계; 전류당 최대 토크를 발생시키는 목표 발전량에 따른 엔진 회전수로 엔진을 구동하는 단계; 부하가 탈락 되었는지 판단하는 단계; 상기 부하가 탈락된 경우에 상기 DC-링크 전압의 상승률을 측정하는 단계; 및 상기 DC-링크 전압의 상승률에 따라 상기 목표 발전량의 감소량을 판단하고, 상기 감소량만큼 무료 전력 성분을 증가시켜서 상기 목표 발전량을 변경하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.As a first aspect of the present invention for achieving the above technical problem, the present invention relates to a control method of a power generation system using an engine using a power conversion device, comprising: controlling a DC-link voltage of the power conversion device; Driving the engine at an engine speed corresponding to a target generation amount generating a maximum torque per current; Determining whether the load has been dropped; Measuring an increase rate of the DC-link voltage when the load is dropped; And determining a reduction amount of the target power generation amount according to an increase rate of the DC-link voltage and changing the target power generation amount by increasing the free power component by the reduction amount.

또한, 상기 목표 발전량을 변경하는 단계는, 상기 전류당 최대 토크를 발생시키는 지점으로부터 전류당 토크를 저하시키는 방향으로 변경할 수 있다.In addition, the step of changing the target power generation amount may be changed in a direction of decreasing the torque per current from the point generating the maximum torque per current.

또한, 상기 전류당 최대 토크를 발생시키는 토크에서 토크분 전류와 무효분 전류가 정해지고, 상기 무효분 전류를 증가시킬 수 있다.In addition, the torque current and the reactive current are determined at the torque generating the maximum torque per current, and the reactive current can be increased.

또한, 상기 목표 발전량을 변경하는 단계는, 상기 무효분 전류를 음의 방향으로 증가시켜서 전류 값에 대한 토크의 비율을 감소시킬 수 있다.In addition, in the step of changing the target power generation amount, the ratio of torque to current value may be reduced by increasing the reactive current in a negative direction.

또한, 상기 목표 발전량을 변경하는 단계는, 상기 엔진의 제어 지점을 전류당 최대 토크를 발생시키는 MTPA (maximum torque per ampere) 곡선으로부터 벗어나도록 제어할 수 있다.In addition, the step of changing the target power generation amount may control the control point of the engine to deviate from a maximum torque per ampere (MTPA) curve that generates a maximum torque per current.

또한, 상기 목표 발전량을 변경하는 단계는, 상기 엔진의 제어 지점을 전류당 최대 토크를 발생시키는 MTPA (maximum torque per ampere) 곡선으로부터 벗어나면서 동일한 토크를 발생시키도록 제어할 수 있다.In addition, the step of changing the target power generation amount may control the control point of the engine to generate the same torque while deviating from a maximum torque per ampere (MTPA) curve generating maximum torque per current.

또한, 상기 전력 변환 장치의 DC-링크 전압을 제어하는 단계는, 상기 DC-링크 전압을 주기적으로 모니터링할 수 있다.In addition, the step of controlling the DC-link voltage of the power conversion device may periodically monitor the DC-link voltage.

또한, 상기 부하가 탈락 되었는지 판단하는 단계는, 상기 발전 시스템의 발전량이 영(0)이 되었는지 판단하는 단계; 및 상기 DC-링크 전압이 급격히 상승하는지 판단하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step of determining whether the load is eliminated, determining whether the amount of power generation of the power generation system is zero (0); And determining whether the DC-link voltage increases rapidly.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 엔진을 이용한 발전 시스템에 있어서, 엔진; 상기 엔진의 구동축에 연결되어 전력을 생산하여 부하에 공급하는 발전기; 상기 발전기와 상기 부하 사이에 연결되는 전력 변환 장치; 및 상기 전력 변환 장치에 연결되어 발전량을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 전류당 최대 토크를 발생시키는 목표 발전량에 따른 엔진 회전수로 상기 엔진을 구동하고, 상기 부하의 탈락 시에 상기 전력 변환 장치의 DC-링크 전압의 상승률을 측정하여 상기 목표 발전량의 감소량을 판단하고, 상기 감소량만큼 무료 전력 성분을 증가시켜서 상기 목표 발전량을 변경할 수 있다.As a second aspect for achieving the above technical problem, the present invention, the power generation system using the engine, the engine; A generator connected to the drive shaft of the engine to generate power and supply it to a load; A power conversion device connected between the generator and the load; And a control unit connected to the power conversion device to control the amount of power generation, wherein the control unit drives the engine at an engine speed corresponding to a target amount of power generating a maximum torque per current, and the power when the load is dropped. The target power generation amount may be changed by measuring the rate of increase of the DC-link voltage of the converter to determine the reduction amount of the target power generation amount and increasing the free power component by the reduction amount.

또한, 상기 제어부는, 상기 목표 발전량을 변경 시, 상기 전류당 최대 토크를 발생시키는 지점으로부터 전류당 토크를 저하시키는 방향으로 변경할 수 있다.In addition, when changing the target power generation amount, the control unit may change the direction of decreasing the torque per current from the point at which the maximum torque per current is generated.

또한, 상기 제어부는, 상기 목표 발전량을 변경 시, 상기 전류당 최대 토크를 발생시키는 토크에서 토크분 전류와 무효분 전류가 정해지고, 상기 무효분 전류를 증가시킬 수 있다.In addition, when the target power generation amount is changed, the control unit may determine a torque current and a reactive current at a torque that generates the maximum torque per current, and increase the reactive current.

또한, 상기 제어부는, 상기 목표 발전량을 변경 시, 상기 엔진의 제어 지점을 전류당 최대 토크를 발생시키는 MTPA (maximum torque per ampere) 곡선으로부터 벗어나도록 제어할 수 있다.In addition, when changing the target power generation amount, the controller may control the control point of the engine to deviate from a maximum torque per ampere (MTPA) curve that generates a maximum torque per current.

본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.The present invention has the following effects.

먼저, 엔진과 발전기 사이의 회전수 오차를 보정함으로 발전기의 발전량 효율을 최대한 상승시킬 수 있다.First, by correcting the rotation error between the engine and the generator, it is possible to increase the power generation efficiency of the generator as much as possible.

또한, 엔진 회전수 부족에 따른 부하 증가로 인해 엔진 운전점이 임계영역에 진입하는 것을 방지하여 엔진의 신뢰성이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.In addition, it is possible to prevent the engine reliability from being lowered by preventing the engine operating point from entering the critical region due to an increase in load due to insufficient engine speed.

또한, 회전수 오차 검토를 통해 벨트와 풀리에 따른 부품 고장 문제를 사전에 점검할 수 있다.In addition, it is possible to check in advance the failure of parts due to belts and pulleys by reviewing the rotation error.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 열병합 발전 시스템의 일례를 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진을 이용한 발전 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 엔진을 이용한 발전 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진을 이용한 발전 시스템의 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진을 이용한 발전 시스템의 발전량을 변경하는 과정의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진을 이용한 발전 시스템의 구체화된 제어 과정을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진을 이용한 발전 시스템의 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing an example of a cogeneration system to which the present invention can be applied.
2 is a schematic diagram showing a power generation system using an engine according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram showing a power generation system using an engine according to another embodiment of the present invention.
4 is a flowchart illustrating a control process of a power generation system using an engine according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing an example of a process of changing the amount of power generation of a power generation system using an engine according to an embodiment of the present invention.
6 is a flowchart illustrating a detailed control process of a power generation system using an engine according to an embodiment of the present invention.
7 is a circuit diagram showing a power conversion device of a power generation system using an engine according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. While the invention allows for various modifications and variations, specific embodiments thereof are illustrated and illustrated in the drawings, which will be described in detail below. However, it is not intended to limit the invention to the specific forms disclosed, but rather the invention includes all modifications, equivalents, and substitutes consistent with the spirit of the invention as defined by the claims.

층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. When an element, such as a layer, region, or substrate, is referred to as being “on” another component, it will be understood that it may be present directly on the other element or intermediate elements may be present therebetween. .

비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.Although the terms first, second, etc. can be used to describe various elements, components, regions, layers and / or regions, these elements, components, regions, layers and / or regions It will be understood that it should not be limited by these terms.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 열병합 발전 시스템의 일례를 개략적으로 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram schematically showing an example of a cogeneration system to which the present invention can be applied.

열병합 발전 시스템(100)은 가스 연료로 엔진을 작동하여 발전기에서 전력을 생산하고, 엔진 등에서 발생하는 열을 온수 등으로 변환하여 그 수요처에 공급하는 시스템을 말한다. 본 발명의 엔진을 이용한 발전 시스템은 이와 같은 열병합 발전 시스템(100)을 이룰 수 있다.The cogeneration system 100 refers to a system that generates power from a generator by operating an engine with gas fuel, and converts heat generated from the engine to hot water, etc., and supplies it to the customer. The power generation system using the engine of the present invention can achieve such a cogeneration system 100.

이러한 열병합 발전 시스템(100)에는 공기 조화 장치가 연결되어 이 공기 조화 장치에 전력과 열 내지 온수를 공급할 수 있다.An air conditioner is connected to the cogeneration system 100 to supply power and heat to hot water to the air conditioner.

가스 연료는 제로 가버너(zero governor; 12)에 의해 입구 입력의 형태나 유량 변화에 상관없이 항상 일정한 출구 압력을 유지하면서 공급될 수 있다. 제로 가버너(12)는 넓은 범위에 걸쳐 안정된 출구 압력을 얻을 수 있으며, 엔진에 공급하는 가스 연료의 압력을 대기압 형태로 거의 일정하게 조절해 주는 기능을 가진다. 또한, 제로 가버너(12)는 2개의 솔레노이드밸브를 구비하여 공급되는 연료를 차단할 수 있다.Gas fuel can be supplied by a zero governor 12, always maintaining a constant outlet pressure regardless of the shape of the inlet input or the flow rate change. The zero governor 12 can obtain a stable outlet pressure over a wide range, and has a function of controlling the pressure of gas fuel supplied to the engine to be almost constant in the form of atmospheric pressure. In addition, the zero governor 12 may be provided with two solenoid valves to block the supplied fuel.

공기는 에어 클리너(air cleaner; 14)를 거쳐 깨끗한 공기로 여과되어 공급될 수 있다. 이러한 에어 클리너(14)는 엔진에 공급되는 외부 공기를 필터를 사용하여 먼지 및 미스트 형태의 수분 및 유분의 혼입을 차단할 수 있다.The air may be filtered and supplied as clean air through an air cleaner 14. The air cleaner 14 may block mixing of external air supplied to the engine with moisture and oil in the form of dust and mist using a filter.

이와 같이 공급된 가스 연료와 공기는 믹서(mixer; 16)에 의해 공기와 연료의 혼합비가 일정한 혼합기로 되어 엔진에 흡입될 수 있다.The gas fuel and air supplied as described above can be sucked into the engine by a mixer having a constant mixing ratio of air and fuel by a mixer 16.

믹서(16)의 입구측에는 연료밸브(13)가 구비되어 공기와 혼합되는 가스 연료의 공급량을 조절한다. 가스 연료가 많이 공급되면 공기와 연료가 혼합된 혼합기의 혼합비가 커지게 된다.A fuel valve 13 is provided on the inlet side of the mixer 16 to adjust the supply amount of gaseous fuel mixed with air. When a large amount of gas fuel is supplied, a mixing ratio of a mixture of air and fuel increases.

터보차저(turbo charger; 20)는 혼합기를 고온 고압 상태로 압축할 수 있다. 이 터보차저(20)는 배기가스의 힘으로 터빈을 회전시키고 그 회전력으로 흡기를 압축시켜 엔진의 실린더로 보내어 출력을 높이는 장치이다.The turbo charger 20 can compress the mixer to a high temperature and high pressure state. The turbocharger 20 is a device that rotates a turbine with the power of exhaust gas, compresses the intake air with the rotational force, and sends it to a cylinder of an engine to increase output.

터보차저(20)는 터보(turbine)와 슈퍼차저(super charger; 과급기)를 합성한 용어로서, 터빈과 여기에 직결된 공기압축기로 구성되어 배기가스의 에너지로 터빈 휠(turbine wheel)을 회전시키고 공기압축기에 의해 흡입된 공기를 압축하여 실린더로 보낼 수 있다.The turbocharger 20 is a term that combines a turbo and a super charger, and is composed of a turbine and an air compressor directly connected to it to rotate the turbine wheel with the energy of exhaust gas. The air sucked by the air compressor can be compressed and sent to the cylinder.

이러한 터보차저(20)는 블레이드가 설치된 터빈 휠과 공기압축기의 임펠러를 하나의 축에 연결하고 각각 하우징으로 둘러싼 구조를 가지며, 엔진의 배기 매니폴드 근처에 배치될 수 있다.The turbocharger 20 has a structure in which a turbine wheel having a blade and an impeller of an air compressor are connected to one shaft and surrounded by a housing, respectively, and may be disposed near the exhaust manifold of the engine.

혼합기는 터보차저(20)에 의해 압축되어 온도가 상승하기 때문에 인터쿨러(intercooler; 25)로 냉각시킨 후 흡기 매니폴드(32)를 통해 엔진(30)으로 유입될 수 있다. 이 인터쿨러(25)는 혼합기를 냉각시켜 밀도를 크게 함으로써 엔진으로 유입되는 혼합기의 절대량을 늘려 엔진출력을 향상시킬 수 있다.Since the mixer is compressed by the turbocharger 20 and the temperature rises, it can be introduced into the engine 30 through the intake manifold 32 after cooling with an intercooler 25. The intercooler 25 increases the density by cooling the mixer, thereby increasing the absolute amount of the mixer flowing into the engine to improve the engine output.

인터쿨러(25)는 공기로 냉각하는 공랭식 열교환기 또는 물로 냉각하는 수냉식 열교환 경로를 구성될 수 있다. 수냉식 인터쿨러는 냉각수를 매질로 사용할 수 있고, 별도의 열교환기 및 펌프를 구비하여 압축된 혼합기로부터 얻은 열량을 외부에 버리게 된다.The intercooler 25 may include an air-cooled heat exchanger cooling with air or a water-cooling heat exchange path cooling with water. The water-cooled intercooler can use cooling water as a medium, and is equipped with a separate heat exchanger and a pump to throw away the heat obtained from the compressed mixer.

이러한 인터쿨러(25)와 흡기 매니폴드(32) 사이에는, 엔진(30)에 유입되는 혼합기량을 조절하기 위해 스로틀 밸브(38)가 마련될 수 있다. 이 스로틀 밸브는 전자 스로틀 밸브(electronic throttle control valve; ETC 밸브)가 사용되는 것이 일반적이다.Between the intercooler 25 and the intake manifold 32, a throttle valve 38 may be provided to control the amount of the mixer flowing into the engine 30. The throttle valve is usually an electronic throttle control valve (ETC valve).

또한, 엔진은 별도의 엔진 제어 유닛(engine control unit; ECU; 31)을 통하여 엔진의 제어와 관련된 각종 제어 변수들이 제어될 수 있다. 예를 들어, ETC 밸브(38) 및 이 밸브의 제어 주기 등이 ECU(31)에 의하여 제어될 수 있다. 또한, 이러한 ECU(31)는 엔진 발전 시스템 전체를 제어하는 발전 제어부(94; 도 2 참고)에 의하여 제어될 수 있다.Further, the engine may control various control variables related to the control of the engine through a separate engine control unit (ECU) 31. For example, the ETC valve 38 and the control cycle of the valve can be controlled by the ECU 31. In addition, the ECU 31 may be controlled by a power generation control unit 94 (see FIG. 2) that controls the entire engine power generation system.

엔진(30)은 흡기 매니폴드(32)를 통해 유입된 혼합기를 흡입, 압축, 폭발, 배기의 4 행정을 통해 작동하는 내연기관이다. 이때, 폭발 행정은 엔진 내부에 설치된 점화플러그에 의하여 이루어질 수 있으며, 점화각도는 ECU(31)에서 점화플러그를 통한 폭발 시점을 제어함으로써 조절될 수 있다.The engine 30 is an internal combustion engine that operates through the four strokes of suction, compression, explosion, and exhaust of the mixer introduced through the intake manifold 32. At this time, the explosion stroke can be made by an ignition plug installed inside the engine, and the ignition angle can be adjusted by controlling the timing of the explosion through the ignition plug in the ECU (31).

엔진(30)이 작동함에 따라 발생하는 배기가스는 배기 매니폴드(34)를 통해 배출되며, 이때 터보차저(20)의 임펠러를 회전시킨다.The exhaust gas generated as the engine 30 operates is discharged through the exhaust manifold 34, and at this time, the impeller of the turbocharger 20 is rotated.

엔진(30)은 발전기(40)를 회전시켜 전력을 생산하도록 한다. 이를 위해, 엔진(30)의 회전축 일단에 마련된 풀리(36)와 발전기(40)의 회전축 일단에 마련된 풀리(46) 사이에 벨트가 연결될 수 있다.The engine 30 rotates the generator 40 to produce electric power. To this end, a belt may be connected between the pulley 36 provided at one end of the rotational axis of the engine 30 and the pulley 46 provided at one end of the rotational axis of the generator 40.

이러한 엔진(30)의 풀리(36)와 발전기(40)의 풀리(46)는 그 회전수 비가 대략 1:3이 되도록 마련될 수 있다. 즉, 엔진(30)이 1 회전할 때 발전기(40)는 약 3 회전할 수 있다.The pulley 36 of the engine 30 and the pulley 46 of the generator 40 may be provided so that the rotational speed ratio is approximately 1: 3. That is, when the engine 30 rotates one revolution, the generator 40 may rotate about three revolutions.

발전기(40)에서 생산되는 전력은 전력 변환 장치(90)에서 전류, 전압, 주파수 등이 변환된 상용 전력으로 변환되어 건물 또는 공기 조화 장치와 같은 전력 수요처에 공급될 수 있다. 이러한 전력 수요처는 부하라고 칭할 수도 있다. 이러한 전력 변환 장치(90)에서는 발전기(40)에서 생산되는 전력을 제어할 수 있다.The power produced by the generator 40 may be converted into commercial power in which the current, voltage, and frequency are converted by the power conversion device 90 and supplied to a power demand such as a building or an air conditioner. This power demand may be referred to as a load. In the power conversion device 90, power produced by the generator 40 can be controlled.

이러한 전력 변환 장치(90)는 제어부(94; 도 2 참조)를 포함할 수 있고, 이 제어부(94)는 전류당 최대 토크를 발생시키는 목표 발전량에 따른 엔진 회전수로 엔진(30)을 구동하고, 부하의 탈락 시에 전력 변환 장치(90)의 DC-링크 전압의 상승률을 측정하여 목표 발전량의 감소량을 판단하고, 이 감소량만큼 무료 전력 성분을 증가시켜서 목표 발전량을 변경할 수 있다.The power conversion device 90 may include a control unit 94 (see FIG. 2), which drives the engine 30 at an engine speed corresponding to a target amount of power generating maximum torque per current, , When the load is dropped, the increase rate of the DC-link voltage of the power conversion device 90 is measured to determine the reduction amount of the target power generation amount, and the target power generation amount can be changed by increasing the free power component by this reduction amount.

이와 같은 제어 과정을 통하여 부하의 탈락 시와 같은 부하 변동(급감)시에 시스템의 과도 상태를 안정적으로 제어할 수 있다. 이러한 제어 과정은 자세히 후술한다.Through this control process, the transient state of the system can be stably controlled in the case of load fluctuations (severe decreases) such as when the load is dropped. This control process will be described later in detail.

한편, 엔진(30)은 가스 연소에 의해 작동시 상당한 열이 발생하므로 냉각수를 순환시키면서 열교환시켜 엔진에서 발생하는 고온의 열을 흡수하도록 한다.On the other hand, since the engine 30 generates considerable heat during operation by gas combustion, heat is exchanged while circulating the cooling water to absorb the high temperature heat generated in the engine.

자동차에서는 냉각수 순환 유로에 라디에이터를 설치하여 엔진의 폐열을 모두 버리도록 구성되지만, 열병합 발전 시스템(100)에서는 엔진에서 발생하는 열을 흡수하여 온수를 만들어 이용할 수 있다.In a vehicle, a radiator is installed in a cooling water circulation channel to discard all of the engine's waste heat, but the cogeneration system 100 absorbs heat generated by the engine to make and use hot water.

이를 위해, 냉각수 순환 유로에는 온수 열교환기(50)가 마련되어 냉각수와 별도로 공급되는 물 사이에 열교환 함으로써 물이 고온의 냉각수로부터 열을 전달받도록 할 수 있다.To this end, a hot water heat exchanger 50 is provided in the cooling water circulation flow path, so that heat is exchanged between the cooling water and separately supplied water so that the water receives heat from the high temperature cooling water.

이 온수 열교환기(50)에 의해 생성되는 온수는 온수 저장조(51)에 저장되었다가 건물 등의 온수 수요처에 공급될 수 있다.The hot water generated by the hot water heat exchanger 50 may be stored in the hot water storage tank 51 and then supplied to a hot water demand source such as a building.

온수 수요처에서 온수를 사용하지 않는 경우에는 온수 열교환기(50)로 물이 공급되지 않아 냉각수 온도가 상승하게 되는데, 이를 방지하기 위해 별도의 방열기(70)를 설치하여 필요없는 냉각수의 열량을 실외로 버릴 수 있다.When hot water is not used at the hot water demand, water is not supplied to the hot water heat exchanger 50, so that the coolant temperature rises. In order to prevent this, a separate radiator 70 is installed to prevent unnecessary cooling water from being heated outdoors. Can be discarded.

이 방열기(70)는 고온의 냉각수가 다수의 핀(fin)에 의해 공기와 열교환함으로써 방열하는 것으로서, 방열 촉진을 위해 방열팬(72)이 구비될 수 있다.The radiator 70 is a high-temperature cooling water is to dissipate heat by heat exchange with the air by a plurality of fins (fin), a heat dissipation fan 72 may be provided to promote heat dissipation.

엔진(30)에서 나오는 냉각수 유로는 상기 온수 열교환기(50)와 방열기(70)로 분기되고, 그 분기되는 지점에 삼방밸브(53)를 설치하여 냉각수의 유동 방향을 상황에 따라 제어할 수 있다. 이 삼방밸브(53)에 의해 냉각수를 온수열교환기(50)로만 보내거나 방열기(70)로만 보내거나, 상황에 따라 온수 열교환기(50)와 방열기(70)로 소정 비율로 나누어 보낼 수 있다.The cooling water flow path from the engine 30 is branched into the hot water heat exchanger 50 and the radiator 70, and a three-way valve 53 is installed at the branching point to control the flow direction of the cooling water according to the situation. . By means of the three-way valve 53, the cooling water can be sent only to the hot water heat exchanger 50 or only to the radiator 70, or divided into a predetermined ratio to the hot water heat exchanger 50 and the radiator 70 depending on the situation.

삼방밸브(53)를 통과하여 방열기(70)에서 방열된 냉각수는 삼방밸브(53)를 통과하여 온수 열교환기(50)를 통과한 냉각수와 합쳐져서 엔진(30)으로 유입될 수 있다.The cooling water dissipated from the radiator 70 after passing through the three-way valve 53 may be combined with the cooling water passing through the hot water heat exchanger 50 through the three-way valve 53 and introduced into the engine 30.

그리고, 냉각수 순환 유로에는 냉각수 펌프(55)가 설치되어 냉각수의 유동 속도를 조절할 수 있다. 이 냉각수 펌프(55)는 냉각수 순환 유로에서 온수 열교환기(50) 및 방열기(70)의 하류와 엔진(30)의 상류에 설치될 수 있다.In addition, a cooling water pump 55 is installed in the cooling water circulation flow path to control the flow rate of the cooling water. The cooling water pump 55 may be installed downstream of the hot water heat exchanger 50 and the radiator 70 and upstream of the engine 30 in the cooling water circulation flow path.

한편, 엔진(30)의 배기 매니폴드(34)를 통해서 나오는 배기가스는 상기한 터보차저(20)를 작동시키기도 하지만, 배기가스의 폐열을 회수하기 위해 배기가스 열교환기(60)를 구비할 수 있다.On the other hand, the exhaust gas emitted through the exhaust manifold 34 of the engine 30 may operate the turbocharger 20 described above, but may have an exhaust gas heat exchanger 60 to recover waste heat of the exhaust gas. have.

이 배기가스 열교환기(60)는 냉각수 순환 유로에서 냉각수 펌프(55)와 엔진(30) 상류 사이에 설치되고, 터보차저(20)를 통해 배출되는 배기가스와 냉각수 사이에 열교환되도록 구성될 수 있다. 이 배기가스 열교환기(60)를 통해 배기가스의 폐열을 회수할 수 있다.The exhaust gas heat exchanger 60 is installed between the cooling water pump 55 and the engine 30 upstream in the cooling water circulation passage, and may be configured to exchange heat between the exhaust gas discharged through the turbocharger 20 and the cooling water. . Through this exhaust gas heat exchanger 60, the waste heat of the exhaust gas can be recovered.

배기가스 열교환기(60)를 통과하면서 냉각수가 어느 정도 가열되어 미지근한 상태로 엔진(30)으로 유입되지만, 그 냉각수도 엔진(30)을 충분히 냉각시킬 수 있다.While passing through the exhaust gas heat exchanger 60, the cooling water is heated to some extent and flows into the engine 30 in a lukewarm state, but the cooling water can also sufficiently cool the engine 30.

배기가스 열교환기(60)를 통과하면서 방열된 배기가스는 머플러(80)를 통과하게 되고, 머플러(80)에 의해 엔진의 배기 측 소음이 저감될 수 있다.The exhaust gas radiated while passing through the exhaust gas heat exchanger 60 passes through the muffler 80, and the exhaust side noise of the engine may be reduced by the muffler 80.

머플러(80)를 통과한 배기가스는 드레인 필터(85)를 통과한 후 외부로 배출될 수 있다. 이 드레인 필터(85)는 머플러(80)와 배기가스 라인 등에서 생성되는 응축수를 정화하기 위해 내부에 정화석을 내장하고 있어서, 산성의 응축수를 정화하고 중화시켜 외부로 유출할 수 있다.The exhaust gas passing through the muffler 80 may be discharged to the outside after passing through the drain filter 85. The drain filter 85 has a built-in purification stone inside to purify the condensate generated in the muffler 80 and the exhaust gas line, so that the acidic condensate can be purified and neutralized and then discharged to the outside.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진을 이용한 발전 시스템을 나타내는 개략도이다.2 is a schematic diagram showing a power generation system using an engine according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 발전 시스템은, 발전기(40)를 구동하기 위한 구동력을 공급하는 엔진(30) 및 이 엔진을 제어하는 엔진 제어부(engine control unit (ECU) 31)를 포함하고, 발전기(40)에는 이 발전기(40)의 구동에 의하여 생성되는 전력을 변환하고 발전량을 제어하기 위한 전력 변환 장치(power conversion system; 90)가 연결될 수 있다.Referring to FIG. 2, the power generation system includes an engine 30 that supplies a driving force for driving the generator 40 and an engine control unit (ECU) 31 that controls the engine, and the generator 40 ), A power conversion system 90 for converting power generated by driving the generator 40 and controlling the amount of power generation may be connected.

이러한 전력 변환 장치(90)는 발전기(40)에서 생성된 교류 전력을 직류로 변환하는 컨버터(91), 이 컨버터(91)에서 변환된 직류 전력을 교류로 변환하는 인버터(92) 및 이 컨버터(91)와 인버터(92) 사이에 위치하는 DC-링크 캐패시터(DC-link capacitor; C)를 포함할 수 있다.The power converter 90 includes a converter 91 for converting AC power generated by the generator 40 into direct current, an inverter 92 for converting DC power converted by the converter 91 into alternating current, and this converter ( 91) and a DC-link capacitor (C) located between the inverter 92.

여기서, 컨버터(91)는, 발전기(40)에서 생산되는 입력 교류 전원을 직류 전원으로 변환할 수 있다. 이러한 컨버터(91)는 발전기(40)에서 생산되는 교류 전력을 직접 직류로 변환하는 교류-직류(AC-DC) 컨버터가 이용될 수 있다.Here, the converter 91 may convert the input AC power produced by the generator 40 into DC power. The converter 91 may be an AC-DC converter that directly converts AC power produced by the generator 40 into direct current (AC-DC).

인버터(92)는, 복수 개의 인버터 스위칭 소자를 구비하고, 스위칭 소자의 온/오프 동작에 의해 컨버터(91)에서 공급되는 직류 전원을 소정 주파수의 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다. 이러한 인버터(92)는 DC-링크 캐패시터(C)에 저장된 DC 전력을 교류(AC)로 변환할 수 있다.The inverter 92 includes a plurality of inverter switching elements, and converts and outputs DC power supplied from the converter 91 to AC power of a predetermined frequency by turning on / off the switching elements. The inverter 92 may convert DC power stored in the DC-link capacitor C into alternating current (AC).

이와 같이, DC-링크 캐패시터(C)에는 발전기(40)에서 생산되어 컨버터(91)를 통하여 공급되는 직류 전원이 저장된다. 인버터에서는 이 DC-링크 캐패시터(C)에 저장된 전력을 교류 전원으로 변환하여 출력할 수 있다.As described above, the DC-link capacitor C stores DC power produced by the generator 40 and supplied through the converter 91. In the inverter, the power stored in the DC-link capacitor C can be converted into AC power and output.

이러한 상태에서, 인버터(92)를 통하여 출력되는 교류 전력에 의하여 부하(200)가 구동될 수 있다.In this state, the load 200 may be driven by AC power output through the inverter 92.

예를 들어, 부하(200)가 삼상 교류 모터를 압축기로 이용하는 공기 조화 장치라면, 인버터(92)는 이러한 교류 모터를 구동하기 위한 삼상 교류 전원을 출력하여 공기 조화 장치에 공급할 수 있다.For example, if the load 200 is an air conditioner using a three-phase AC motor as a compressor, the inverter 92 may output a three-phase AC power for driving the AC motor and supply it to the air conditioner.

또한, 이러한 전력 변환 장치(90)에는 이러한 컨버터(91) 및 인버터(92)를 제어하는 전력변환장치 제어부(94; 이하, 간략히 제어부라 칭한다)가 구비될 수 있다. 이러한 제어부(94)는 전력 변환 장치를 통하여 발전량을 제어할 수 있다. 따라서, 이러한 제어부(94)는 발전 제어부라고 칭할 수도 있다.In addition, the power conversion device 90 may be provided with a power conversion device control unit 94 (hereinafter, simply referred to as a control unit) for controlling the converter 91 and the inverter 92. The control unit 94 may control the amount of power generation through the power conversion device. Therefore, the control unit 94 may be referred to as a power generation control unit.

이와 같은 엔진을 이용한 발전 시스템은 도 1을 참조하여 설명한 열병합 발전 시스템의 일부일 수 있다. 그러나 경우에 따라, 도 1을 참조하여 설명한 열병합 발전 시스템과 별도의 발전 시스템을 구성할 수도 있다.The power generation system using such an engine may be part of the cogeneration system described with reference to FIG. 1. However, in some cases, a cogeneration system described with reference to FIG. 1 may be configured as a separate power generation system.

또한, 일례로서, 엔진을 이용한 발전 시스템의 엔진(30)은 가스를 이용한 가스 엔진(30)일 수 있다.Further, as an example, the engine 30 of the power generation system using the engine may be a gas engine 30 using gas.

엔진(30)과 발전기(40) 사이에는 벨트(45)가 연결되어 회전을 매개할 수 있다. 즉, 엔진(30)의 회전축의 회전은 벨트(45)를 통하여 발전기(40)의 회전축으로 전달될 수 있다.A belt 45 is connected between the engine 30 and the generator 40 to mediate rotation. That is, the rotation of the rotating shaft of the engine 30 may be transmitted to the rotating shaft of the generator 40 through the belt 45.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 엔진을 이용한 발전 시스템을 나타내는 개략도이다.3 is a schematic diagram showing a power generation system using an engine according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 전체적인 구성은 도 2와 동일하나, 전력 변환 장치(90)와 부하(200) 사이에 출력단 필터(95) 및 차단기(96)가 구성된 차이가 있다.Referring to FIG. 3, the overall configuration is the same as in FIG. 2, but there is a difference in that the output stage filter 95 and the breaker 96 are configured between the power converter 90 and the load 200.

출력단 필터(95)는 전력 변환 장치(90)에서 출력된 교류 성분에서 특정 주파수의 신호 또는 노이즈를 차단할 수 있다.The output stage filter 95 may block a signal or noise of a specific frequency from AC components output from the power converter 90.

또한, 차단기(96)는 발전 시스템에 오류가 발생한 경우, 부하(200)로 전달되는 전력을 비상 차단할 수 있다. 즉, 시스템에 오류가 발생하여 시스템을 정지시킨 경우에도 이미 생성된 전력은 부하(200)로 전달될 수 있으므로, 비상 시에 이 차단기(96)를 이용하여 전력을 차단할 수 있는 것이다.In addition, the breaker 96 may emergency cut off power delivered to the load 200 when an error occurs in the power generation system. That is, even when the system is stopped due to an error, the generated power can be transmitted to the load 200, so that the power can be cut off using the breaker 96 in an emergency.

그 외의 부분은 도 2를 참조하여 설명한 사항이 그대로 적용될 수 있다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.The other parts may be applied as described with reference to FIG. 2. Therefore, redundant description is omitted.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진을 이용한 발전 시스템의 제어 과정을 나타내는 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a control process of a power generation system using an engine according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 이러한 제어 과정은 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 전력 변환 장치(90)에서 이루어질 수 있다. 구체적인 예로서, 이러한 제어 과정은 전력 변환 장치(90)의 제어부(94)에서 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 4, this control process may be performed in the power conversion device 90 described with reference to FIGS. 2 and 3. As a specific example, this control process may be performed in the control unit 94 of the power conversion device 90.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한, 전력 변환 장치(90)를 이용하여 엔진(30)을 이용한 발전 시스템의 제어 방법을 설명한다.Hereinafter, a control method of a power generation system using an engine 30 using a power conversion device 90 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 4.

먼저, 발전 시스템을 운전할 수 있다(S100). 이러한 운전 과정은 각종 시스템 변수를 초기화하는 과정, 엔진(30)을 시동하여 구동하는 과정, 엔진(30)이 안정화되었을 때 발전기(40)를 연결하여 발전을 수행하는 과정 등 중에서 적어도 하나 이상의 과정이 포함될 수 있다.First, it is possible to drive the power generation system (S100). At least one of these processes is one of initializing various system variables, starting and driving the engine 30, and connecting the generator 40 when the engine 30 is stabilized to perform power generation. Can be included.

이렇게 안정적으로 발전기(40)를 통하여 전력이 부하(200)에 공급되면 DC-링크 캐패시터(C)에 축적된 전력에 의하여 DC-링크 캐패시터(C)의 양단에 걸리는 전압인 DC-링크(DC-link) 전압을 제어할 수 있다(S110). 이러한 DC-링크(DC-link) 전압을 제어하는 과정은 DC-링크 캐패시터(C) 양단에 걸리는 전압을 모니터링하는 과정을 포함할 수 있다.When the power is stably supplied to the load 200 through the generator 40 in this way, the DC-link (DC-) is a voltage applied to both ends of the DC-link capacitor C by the power accumulated in the DC-link capacitor C. link) The voltage can be controlled (S110). The process of controlling the DC-link voltage may include a process of monitoring the voltage across both ends of the DC-link capacitor C.

이후, 발전기(40)의 목표 발전량에 따른 엔진 회전수로 엔진(30)을 구동하여 전력 제어 과정을 수행할 수 있다(S120).Thereafter, the engine 30 may be driven at the engine speed according to the target power generation amount of the generator 40 to perform a power control process (S120).

다음에 시스템이 정지되었는지를 판단할 수 있다(S130). 즉, 여러 원인에 의하여 시스템이 정지되었는지를 주기적으로 판단할 수 있다.Next, it may be determined whether the system is stopped (S130). That is, it is possible to periodically determine whether the system is stopped due to various causes.

이때, 시스템이 정지된 것으로 판단되는 경우에는 전체 시스템을 안정적으로 정지시킬 수 있다(S180).At this time, if it is determined that the system is stopped, the entire system can be stably stopped (S180).

반대로, 시스템이 정지되지 않았는데 시스템에 오류가 발생한 경우, 이러한 시스템 오류가 부하탈락에 의한 것인지 판단할 수 있다(S140). 즉, 본 발명의 실시예에서는 부하탈락에 의한 시스템 오류 상황을 고려하기로 한다.Conversely, when the system is not stopped and an error occurs in the system, it may be determined whether the system error is due to load drop (S140). That is, in the embodiment of the present invention, a system error situation due to load dropout will be considered.

이러한 부하탈락의 판단은 발전 시스템의 발전량이 영(0)이 되었는지 판단하고, 이에 따라 DC-링크 전압이 급격히 상승하는지 판단함으로써 이루어질 수 있다.The determination of the load dropout can be made by determining whether the amount of power generation of the power generation system is zero, and accordingly determining whether the DC-link voltage rises rapidly.

이때, 이와 같이, 발전 시스템의 발전량이 영이되고 DC-링크 전압이 급격히 상승하여 시스템 오류가 부하탈락에 의한 것으로 판단되면 이때의 출력 전압의 상승률을 측정할 수 있다(S150). 이때, 출력 전압은 DC-링크 전압일 수 있다. 즉, DC-링크 전압의 상승률을 판단하여 출력 전압의 상승률을 측정할 수 있다.At this time, as described above, if the generation amount of the power generation system becomes zero and the DC-link voltage rises rapidly and the system error is determined to be due to load drop, the rate of increase of the output voltage at this time may be measured (S150). At this time, the output voltage may be a DC-link voltage. That is, the rate of increase of the output voltage can be measured by determining the rate of increase of the DC-link voltage.

그러면, 이러한 DC-링크 전압의 상승률에 따라 목표 발전량을 변경할 수 있다(S160). 즉, 시스템을 정지시키지 않고 목표 발전량을 DC-링크 전압의 상승률에 따라 감소시킴으로써 발전 시스템의 안정적 제어를 수행할 수 있다.Then, the target power generation amount may be changed according to the increase rate of the DC-link voltage (S160). That is, it is possible to perform stable control of the power generation system by reducing the target power generation amount according to the rate of increase of the DC-link voltage without stopping the system.

구체적인 예로서, 목표 발전량을 변경하는 과정(S160)은, DC-링크 전압의 상승률에 따라 목표 발전량의 감소량을 판단하고, 이러한 목표 발전량의 감소량만큼 무료 전력 성분을 증가시켜서 목표 발전량을 변경할 수 있다.As a specific example, in the process of changing the target power generation amount (S160), the target power generation amount may be changed by determining a reduction amount of the target power generation amount according to an increase rate of the DC-link voltage and increasing the free power component by the reduction amount of the target power generation amount.

이러한 목표 발전량을 변경하는 단계(S160)는, 전류당 최대 토크를 발생시키는 지점으로부터 전류당 토크를 저하시키는 방향으로 변경을 수행할 수 있다.In the step of changing the target power generation amount (S160), a change may be performed in a direction of decreasing the torque per current from a point generating the maximum torque per current.

이후, 이와 같은 목표 발전량을 변경하는 과정(S160)을 통하여 DC-링크 전압이 소정값 이하로 떨어졌는지 여부를 판단할 수 있다(S170). Thereafter, through the process of changing the target power generation amount (S160), it may be determined whether the DC-link voltage has dropped below a predetermined value (S170).

이에 따라 전압 상승률을 측정하여(S150) 목표 발전량을 변경하는 과정(S160)을 반복적으로 수행하거나, 시스템을 정지시킬 수 있다(S180).Accordingly, the process of changing the target power generation amount (S160) by measuring the voltage increase rate (S150) may be repeatedly performed or the system may be stopped (S180).

도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진을 이용한 발전 시스템의 발전량을 변경하는 과정의 일례를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing an example of a process of changing the amount of power generation of a power generation system using an engine according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 목표 발전량을 제어하는 과정이 도시되어 있다. 우선, 본 발명의 실시예에 의한 발전 시스템은 발전량 제어시 엔진의 제어 지점을 전류당 최대 토크를 발생시키는 MTPA (maximum torque per ampere) 곡선에 따라 토크분 전류(Id)와 무효분 전류(Iq)를 제어할 수 있다.Referring to FIG. 5, a process of controlling a target power generation amount is illustrated. First, in the power generation system according to the embodiment of the present invention, torque control current (Id) and reactive current (Iq) according to a maximum torque per ampere (MTPA) curve that generates a maximum torque per current at a control point of the engine when controlling the amount of power generation Can be controlled.

즉, MTPA (maximum torque per ampere) 곡선은 동일 토크를 내기 위한 가장 최적의 토크분 전류(Id)와 무효분 전류(Iq)의 곡선을 의미한다.That is, the maximum torque per ampere (MTPA) curve means the curve of the most optimal torque minute current (Id) and reactive current (Iq) for generating the same torque.

이때, 목표 발전량을 변경하는 단계(S160)는, 이러한 무효분 전류(Iq)를 증가시킬 수 있다. 도 5를 참조하면, 이러한 무효분 전류(Iq)는 음의 값을 가질 수 있고, 그래프 상에서 음의 방향으로 증가하는 것을 알 수 있다.At this time, the step (S160) of changing the target power generation amount may increase the reactive current Iq. Referring to FIG. 5, it can be seen that the reactive current Iq may have a negative value and increase in a negative direction on the graph.

구체적인 예로서, 만일 부하가 탈락되어 시스템 오류가 발생되었다고 판단되면 T2의 토크를 내기 위해서 제어한 A점에서 B점으로 제어를 변경할 수 있다. 이때, B점은 역률이 떨어지는 지점일 수 있다.As a specific example, if it is determined that a system error has occurred due to the load dropping, the control may be changed from A point to B point controlled to generate the torque of T2. At this time, point B may be a point at which the power factor falls.

A점과 B점 중간에서 역률이 증가하는 영역이 있을 수 있기 때문에 B점이 어떤 제어 변수에 해당하는지 사전에 설정하는 과정이 필요할 수 있으며, 이와 같이, 역률 증가하는 영역을 피해 시스템을 운전할 수 있도록 제어하는 것이 유리하다.Since there may be an area in which the power factor increases between the points A and B, it may be necessary to pre-set which control variable the point B corresponds to, and thus control the system to avoid the area with increasing power factor and operate the system. It is advantageous to do.

이와 같이, 목표 발전량을 변경하는 단계(S160)는, 무효분 전류를 음의 방향으로 증가시켜서 전류 값에 대한 토크의 비율을 감소시킬 수 있다.As described above, in the step of changing the target power generation amount (S160), the ratio of torque to current value may be reduced by increasing the reactive current in the negative direction.

즉, 목표 발전량을 변경하는 단계(S160)는, 엔진(30)의 제어 지점을 전류당 최대 토크를 발생시키는 MTPA (maximum torque per ampere) 곡선으로부터 벗어나도록 제어할 수 있다.That is, in the step of changing the target power generation amount (S160), the control point of the engine 30 may be controlled to deviate from a maximum torque per ampere (MTPA) curve generating maximum torque per current.

또한, 도 5를 참조하면, 목표 발전량을 변경하는 단계(S160)는, 엔진(30)의 제어 지점을 전류당 최대 토크를 발생시키는 MTPA (maximum torque per ampere) 곡선으로부터 벗어나면서 동일한 토크(T2)를 발생시키도록 제어할 수 있다.In addition, referring to Figure 5, the step of changing the target power generation amount (S160), the control point of the engine 30, the same torque (T2) while deviating from the maximum torque per ampere (MTPA) curve generating the maximum torque per current It can be controlled to generate.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진을 이용한 발전 시스템의 구체화된 제어 과정을 나타내는 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a detailed control process of a power generation system using an engine according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 발전 시스템의 구체화된 제어 과정을 도시하고 있다.Referring to FIG. 6, a detailed control process of the power generation system is illustrated.

여기서, 발전 시스템을 운전하는 과정(S100) 내지 부하탈락을 판단하는 과정(S140)은 위에서 도 4를 참조하여 설명한 과정과 동일할 수 있다.Here, the process of driving the power generation system (S100) or the process of determining the load dropout (S140) may be the same as the process described with reference to FIG. 4 above.

위에서 설명한 바와 같이, 발전 시스템의 발전량이 영(0)이되고 DC-링크 전압이 급격히 상승하여 시스템 오류가 부하탈락에 의한 것으로 판단되면 이때의 DC-링크 전압의 상승률을 측정할 수 있다(S151).As described above, if the generation amount of the power generation system becomes zero (0) and the DC-link voltage rises rapidly and the system error is determined to be due to load drop, the rate of increase of the DC-link voltage at this time can be measured (S151). .

이후, DC-링크 전압의 상승률이 설정값 이상인지를 판단할 수 있다(S152). 이때, DC-링크 전압의 상승률이 설정값 이상이라면 MTPA (maximum torque per ampere) 곡선에 따라 토크분 전류(Id)와 무효분 전류(Iq)를 변경하는 과정을 수행할 수 있다(S160).Thereafter, it may be determined whether the rate of increase of the DC-link voltage is greater than or equal to a set value (S152). At this time, if the rate of increase of the DC-link voltage is greater than or equal to the set value, a process of changing the torque current Id and the reactive current Iq according to the MTPA (maximum torque per ampere) curve may be performed (S160).

이때, DC-링크 전압의 상승률이 설정값 이상이 아니라면, 그리고 토크분 전류(Id)와 무효분 전류(Iq)를 변경할 수 있다(S160). 이와 같은 토크분 전류(Id)와 무효분 전류(Iq)를 변경하는 과정은 위에서 설명한 목표 발전량을 변경하는 과정(S160)이 동일하게 적용될 수 있다.At this time, if the rate of increase of the DC-link voltage is not equal to or greater than the set value, the torque current Id and the reactive current Iq may be changed (S160). In the process of changing the torque minute current Id and the reactive minute current Iq, the process of changing the target power generation amount described above (S160) may be equally applied.

이후, 이와 같은 토크분 전류(Id)와 무효분 전류(Iq)를 변경하는 과정(S160)을 통하여 DC-링크 전압이 소정값 이하로 떨어졌는지 여부를 판단할 수 있다(S170). Thereafter, it is possible to determine whether the DC-link voltage has dropped below a predetermined value through a process (S160) of changing the torque current Id and the reactive current Iq (S170).

이에 따라 전압 상승률을 측정하여(S150) 목표 발전량을 변경하는 과정(S160)을 반복적으로 수행하거나, 시스템을 정지시킬 수 있다(S180).Accordingly, the process of changing the target power generation amount (S160) by measuring the voltage increase rate (S150) may be repeatedly performed or the system may be stopped (S180).

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 엔진을 이용한 발전 시스템의 전력 변환 장치를 나타내는 회로도이다.7 is a circuit diagram showing a power conversion device of a power generation system using an engine according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 제어부(94)는 정전압 제어기(97), 전류 제어기(98) 및 PWM 구동부(99)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the control unit 94 may include a constant voltage controller 97, a current controller 98, and a PWM driver 99.

정전압 제어기(97)는 발전기(40)에서 전달되는 전력을 정전압으로 설정하여 제어할 수 있고, 전류 제어기(98)는 이에 따른 전류 값을 설정할 수 있다. 그러면 PWM 구동부(99)에서는 이렇게 설정된 전류 값에 따라 컨버터(91)에 포함된 스위칭 소자(Q1)들을 PWM 구동할 수 있다.The constant voltage controller 97 can set and control the power delivered from the generator 40 to a constant voltage, and the current controller 98 can set the current value accordingly. Then, the PWM driver 99 may PWM drive the switching elements Q1 included in the converter 91 according to the current value thus set.

이에 따라, 컨버터(91)에서 DC-링크 캐패시터(C)로 해당 구동 과정에 의한 전력(Pin)이 전달될 수 있고, 이러한 전력(Pin)에 따라 DC-링크 캐패시터(C)에 해당 전력(Pcap)이 저장될 수 있다.Accordingly, power (Pin) by a corresponding driving process may be transmitted from the converter (91) to the DC-link capacitor (C), and the power (Pcap) corresponding to the DC-link capacitor (C) according to the power (Pin) ) Can be stored.

또한, 이러한 DC-링크 캐패시터(C)의 전력(Pcap)을 이용하여, 인버터(92)의 구동에 의하여 적정 전력량이 출력되어(Pout) 부하(200)로 전달될 수 있다.In addition, by using the power (Pcap) of the DC-link capacitor (C), by driving the inverter 92, an appropriate amount of power is output (Pout) can be transferred to the load 200.

이 과정에서, 정전압 제어기(97)는 부하(200)에서 필요한 전력만큼 발전기 측에서 부하(200) 측으로 전력이 공급될 수 있도록 제어할 수 있다.In this process, the constant voltage controller 97 may control power to be supplied from the generator side to the load 200 side as much as the power required by the load 200.

이때, 입력 전력(Pin)과 출력 전력(Pout)이 동일하다면 DC-링크 전압의 변동이 없고, 입력 전력(Pin)이 출력 전력(Pout)보다 커지면 DC-링크 전압이 증가하게 된다. 반대로, 입력 전력(Pin)이 출력 전력(Pout)보다 작아지면 DC-링크 전압이 감소하게 된다.At this time, if the input power Pin and the output power Pout are the same, there is no change in the DC-link voltage, and if the input power Pin is greater than the output power Pout, the DC-link voltage increases. Conversely, when the input power Pin becomes smaller than the output power Pout, the DC-link voltage decreases.

이와 같이, DC-링크 전압의 증감은 입력 전력(Pin)과 출력 전력(Pout)에 따라 발생할 수 있으며, 이에 따라 위에서 설명한 목표 발전량을 변경하는 과정(S160) 또는 구체적으로, 토크분 전류(Id)와 무효분 전류(Iq)를 변경하는 과정(S160)을 통하여 시스템을 안정적으로 제어할 수 있는 것이다.As described above, the increase or decrease of the DC-link voltage may occur according to the input power Pin and the output power Pout, and thus the process of changing the target power generation amount described above (S160) or specifically, the torque current (Id). And through the process of changing the reactive current Iq (S160), the system can be stably controlled.

일반적으로 도 7에서 도시하는 바와 같은 백투백(Back-to-Back) 전력 변환 장치(90)를 구성한 시스템(200)에서 부하 측 전력이 변동할 경우 하드웨어적인 시스템 보호 기능으로써 DC-링크 캐패시터(C)에 브레이크 저항이나 배터리를 병렬로 연결하는 경우가 있다.In general, when the load-side power fluctuates in the system 200 constituting the back-to-back power converter 90 as shown in FIG. 7, the DC-link capacitor (C) as a hardware system protection function In some cases, a brake resistor or battery may be connected in parallel.

본 발명의 실시예에 의하면, 이러한 하드웨어적인 시스템 보호 기능을 축소시킬 수 있고, DC-링크 캐패시터(C)와 시스템 모두 과도 상태를 안정적으로 제어할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, such a hardware system protection function can be reduced, and both the DC-link capacitor C and the system can stably control the transient state.

전력 부하가 갑작스럽게 변동(급감)할 경우 공급되는 전력과 소비되는 전력이 일치하게 되지 않아 DC-링크 전압이 크게 상승하게 되는데, 본 발명의 실시예에서와 같이, 목표 발전량을 변경하는 과정을 수행하면 DC-링크 전압이 상승하지 않으며 발전기에서도 갑작스런 부하 변동 상태를 인지지 않게 된다.When the power load suddenly fluctuates (decreased), the supplied power and the consumed power do not match, and thus the DC-link voltage is greatly increased. If it does, the DC-link voltage does not rise, and the generator does not even notice a sudden change in load.

이때, 무효 전력 성분은 DC-링크 캐패시터(C)의 열에너지로 축적되나 짧은 시간 안에 충분한 온도저지(tolerance) 조건을 가진다면 전체적인 제어에 있어서 무리 없이 제어가 가능할 수 있다.At this time, the reactive power component is accumulated as the thermal energy of the DC-link capacitor (C), but if it has a sufficient temperature tolerance condition within a short time, it may be possible to control it without difficulty in overall control.

이와 같이, 본 발명은 하드웨어적인 시스템 보호 기능을 축소시킴으로써 간결하고 경제적인 시스템 구성이 가능하다.In this way, the present invention enables a simple and economical system configuration by reducing the hardware system protection function.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.On the other hand, the embodiments of the present invention disclosed in the specification and drawings are merely presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains that other modified examples based on the technical idea of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

30: 엔진 36: 엔진 측 풀리
40: 발전기 45: 벨트
46: 발전기 측 풀리 90: 전력 변환 장치
91: 컨버터 92: 인버터
94: 제어부30: engine 36: engine side pulley
40: generator 45: belt
46: generator side pulley 90: power converter
91: converter 92: inverter
94: control

Claims (12)

전력 변환 장치를 이용하여 엔진을 이용한 발전 시스템의 제어 방법에 있어서,
상기 전력 변환 장치의 DC-링크 전압을 제어하는 단계;
전류당 최대 토크를 발생시키는 목표 발전량에 따른 엔진 회전수로 엔진을 구동하는 단계;
부하가 탈락 되었는지 판단하는 단계;
상기 부하가 탈락된 경우에 상기 DC-링크 전압의 상승률을 측정하는 단계; 및
상기 DC-링크 전압의 상승률에 따라 상기 목표 발전량의 감소량을 판단하고, 상기 감소량만큼 무료 전력 성분을 증가시켜서 상기 목표 발전량을 변경하는 단계를 포함하여 구성되고,
상기 목표 발전량을 변경하는 단계는, 상기 전류당 최대 토크를 발생시키는 지점으로부터 전류당 토크를 저하시키는 방향으로 변경하는 것을 특징으로 하는 엔진을 이용한 발전 시스템의 제어 방법.In the control method of the power generation system using an engine using a power conversion device,
Controlling a DC-link voltage of the power converter;
Driving the engine at an engine speed corresponding to a target generation amount generating a maximum torque per current;
Determining whether the load has been dropped;
Measuring an increase rate of the DC-link voltage when the load is dropped; And
And determining a reduction amount of the target power generation amount according to an increase rate of the DC-link voltage, and changing the target power generation amount by increasing a free power component by the reduction amount,
In the step of changing the target power generation amount, a control method of a power generation system using an engine, characterized in that it is changed in a direction to decrease the torque per current from a point generating the maximum torque per current. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 전류당 최대 토크를 발생시키는 토크에서 토크분 전류와 무효분 전류가 정해지고, 상기 무효분 전류를 증가시키는 것을 특징으로 하는 엔진을 이용한 발전 시스템의 제어 방법.The control method of the power generation system using an engine according to claim 1, wherein torque current and reactive current are determined at torque generating the maximum torque per current, and the reactive current is increased. 제3항에 있어서, 상기 목표 발전량을 변경하는 단계는,
상기 무효분 전류를 음의 방향으로 증가시켜서 전류 값에 대한 토크의 비율을 감소시키는 것을 특징으로 하는 엔진을 이용한 발전 시스템의 제어 방법.According to claim 3, The step of changing the target amount of power generation,
Control method of a power generation system using an engine, characterized in that by increasing the reactive current in the negative direction, the ratio of the torque to the current value is reduced. 제4항에 있어서, 상기 목표 발전량을 변경하는 단계는,
상기 엔진의 제어 지점을 전류당 최대 토크를 발생시키는 MTPA (maximum torque per ampere) 곡선으로부터 벗어나도록 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진을 이용한 발전 시스템의 제어 방법.The method of claim 4, wherein the step of changing the target generation amount,
A control method of a power generation system using an engine, characterized in that the control point of the engine is controlled to deviate from a maximum torque per ampere (MTPA) curve that generates a maximum torque per current. 제4항에 있어서, 상기 목표 발전량을 변경하는 단계는,
상기 엔진의 제어 지점을 전류당 최대 토크를 발생시키는 MTPA (maximum torque per ampere) 곡선으로부터 벗어나면서 동일한 토크를 발생시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진을 이용한 발전 시스템의 제어 방법.The method of claim 4, wherein the step of changing the target generation amount,
A control method of a power generation system using an engine, characterized in that the control point of the engine is controlled to generate the same torque while deviating from a maximum torque per ampere (MTPA) curve that generates a maximum torque per current. 제1항에 있어서, 상기 전력 변환 장치의 DC-링크 전압을 제어하는 단계는, 상기 DC-링크 전압을 주기적으로 모니터링하는 것을 특징으로 하는 엔진을 이용한 발전 시스템의 제어 방법.The method of claim 1, wherein the step of controlling the DC-link voltage of the power converter comprises periodically monitoring the DC-link voltage. 제1항에 있어서, 상기 부하가 탈락 되었는지 판단하는 단계는,
상기 발전 시스템의 발전량이 0이 되었는지 판단하는 단계; 및
상기 DC-링크 전압이 급격히 상승하는지 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진 발전 시스템의 제어 방법.The method of claim 1, wherein determining whether the load has been eliminated,
Determining whether the power generation amount of the power generation system is zero; And
And determining whether the DC-link voltage rises abruptly. 엔진을 이용한 발전 시스템에 있어서,
엔진;
상기 엔진의 구동축에 연결되어 전력을 생산하여 부하에 공급하는 발전기;
상기 발전기와 상기 부하 사이에 연결되는 전력 변환 장치; 및
상기 전력 변환 장치에 연결되어 발전량을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
전류당 최대 토크를 발생시키는 목표 발전량에 따른 엔진 회전수로 상기 엔진을 구동하고, 상기 부하의 탈락 시에 상기 전력 변환 장치의 DC-링크 전압의 상승률을 측정하여 상기 목표 발전량의 감소량을 판단하고, 상기 감소량만큼 무료 전력 성분을 증가시켜서 상기 목표 발전량을 변경하고,
상기 제어부는, 상기 목표 발전량을 변경 시, 상기 전류당 최대 토크를 발생시키는 지점으로부터 전류당 토크를 저하시키는 방향으로 변경하는 것을 특징으로 하는 엔진을 이용한 발전 시스템.In the power generation system using the engine,
engine;
A generator connected to the drive shaft of the engine to generate power and supply it to a load;
A power conversion device connected between the generator and the load; And
It is connected to the power conversion device includes a control unit for controlling the amount of power generation,
The control unit,
The engine is driven at the engine speed according to the target generation amount generating the maximum torque per current, and when the load is dropped, the rate of increase of the DC-link voltage of the power conversion device is measured to determine the reduction amount of the target generation amount, Change the target power generation by increasing the free power component by the reduction amount,
The control unit, the power generation system using an engine, characterized in that when changing the target amount of power generation, in the direction of reducing the torque per current from the point generating the maximum torque per current. 삭제delete 제9항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 목표 발전량을 변경 시, 상기 전류당 최대 토크를 발생시키는 토크에서 토크분 전류와 무효분 전류가 정해지고, 상기 무효분 전류를 증가시키는 것을 특징으로 하는 엔진을 이용한 발전 시스템.The engine according to claim 9, wherein the control unit, when changing the target power generation amount, determines a torque current and a reactive current at a torque that generates the maximum torque per current, and increases the reactive current. Power generation system using. 제9항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 목표 발전량을 변경 시, 상기 엔진의 제어 지점을 전류당 최대 토크를 발생시키는 MTPA (maximum torque per ampere) 곡선으로부터 벗어나도록 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진을 이용한 발전 시스템.
10. The method of claim 9, The control unit, When changing the target generation amount, using the engine characterized in that to control the control point of the engine to deviate from the maximum torque per ampere (MTPA) curve that generates the maximum torque per current Power generation system.
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