KR102479108B1 - excitation current controlling systems and methods for generator corresponding input of turbine for electricity generation - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발전기 운전 중 터빈으로 유입되는 입력 에너지가 발전기 정격 여자전류 설계값의 100% 이하로 변동이 발생하여도, 발전기의 회전속도 저하에 따른 발전기 주파수 변동 및 발전기 축의 토오크 과다로 인하여 발전기 방향에서 계통으로의 발전전력 송전의 중단을 방지하고, 발전기가 계속하여 구동 및 발전하여 계통으로 발전기 출력을 송전하기 할 수 있게 한 것으로, 엔코더를 사용하지 않고 출력 전압과 주파수로부터 발전기의 회전속도 및 토오크를 산출하고, 산출된 회전속도 및 토오크에 맞추어 발전기를 구동시킬 수 있게 한 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. In the present invention, even if the input energy flowing into the turbine during generator operation fluctuates below 100% of the generator rated excitation current design value, the generator frequency fluctuates due to the rotational speed of the generator and the torque of the generator shaft is excessive. It prevents interruption of the transmission of generated power to the grid, and enables the generator to continuously drive and generate power to transmit the generator output to the grid. The rotation speed and torque of the generator can be calculated from the output voltage and frequency without using an encoder. It relates to a device and method for controlling an excitation current of an induction generator and a permanent magnet generator in response to a change in input energy flowing into a power generation turbine capable of driving a generator according to the calculated rotational speed and torque.

Description

발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치 및 방법{excitation current controlling systems and methods for generator corresponding input of turbine for electricity generation}Excitation current controlling systems and methods for generator corresponding input of turbine for electricity generation}

본 발명은 계통전원으로부터 발전기내부에 인가되는 여자전류값의 크기를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 발전기 운전 중 터빈으로 유입되는 입력 에너지가 발전기 정격 여자전류 설계값의 100% 이하로 변동이 발생하여도, 발전기의 회전속도 저하에 따른 발전기 주파수 변동 및 발전기 축의 토오크 과다로 인하여 발전기 방향에서 계통으로의 발전전력 송전의 중단을 방지하고, 발전기가 계속하여 구동 및 발전하여 계통으로 발전기 출력을 송전하기 할 수 있게 한 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for controlling the magnitude of an excitation current value applied from a system power supply to the inside of a generator, and more particularly, when the input energy flowing into a turbine during operation of a generator is less than 100% of the design value of the rated excitation current of the generator. Even when fluctuations occur, it prevents interruption of power transmission from the direction of the generator to the grid due to the alternating frequency of the generator due to the decrease in rotational speed of the generator and excessive torque on the generator shaft, and the generator continues to drive and generate electricity to output the generator to the grid. It relates to a device and method for controlling the excitation current of a magnet generator in response to input energy fluctuations flowing into a power generation turbine capable of transmitting power.

또한 본 발명은 엔코더를 사용하지 않고 출력 전압과 주파수로부터 발전기의 회전속도 및 토오크를 산출하고, 산출된 회전속도 및 토오크에 맞추어 발전기를 구동시킬 수 있게 한 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. In addition, the present invention calculates the rotational speed and torque of the generator from the output voltage and frequency without using an encoder, and responds to the input energy fluctuation flowing into the power generation turbine that enables the generator to be driven according to the calculated rotational speed and torque. It relates to a device and method for controlling the excitation current of an induction generator and a permanent magnet generator.

전기는 현대 사회에서 없어서는 안되는 중요한 동력원으로 전기를 발생시키기 위한 수단으로 발전기가 사용된다. Electricity is an important power source indispensable in modern society, and a generator is used as a means for generating electricity.

발전기는 운전 중 터빈(유체 or 기체)으로 유입되는 입력 에너지가 유량감소 또는 압력감소 등의 원인에 의해 발전기 정격 여자전류(A) 설계값의 100% 이하로 입력에너지 변동이 발생하면 유도발전기의 경우 전동기화(Motoring)가 발생한다. In the case of an induction generator, if the input energy flowing into the turbine (fluid or gas) during operation of the generator fluctuates below 100% of the design value of the rated excitation current (A) of the generator due to a decrease in flow rate or pressure, etc. Motoring occurs.

예를 들면, 61hz 부터 68hz 사이에서 발전기 고정자 권선의 2차 전류 방향이 계통 방향으로 바뀌어 발전기가 되고, 61hz이하시 전류방향이 반대로 바뀌어 발전기는 모터가 된다. For example, between 61Hz and 68Hz, the secondary current direction of the generator stator winding changes to the grid direction, resulting in a generator, and below 61Hz, the current direction reverses and the generator becomes a motor.

발전기는 종류에 따라 안정적으로 계통으로 전원을 공급하기 위한 기술이 사용되고 있으며, 유도발전기는 터빈으로 유입되는 입력에너지(유량 또는 압력, 이하, "입력에너지"라 통칭함)의 저감에 발전기 여자전류(A) 설계값 기준의 약 70%까지만 기계적으로 유량 또는 기체의 이동 궤도를 좁거나 넓히는 가이드베인의 개도를 조절하는 것으로, 설계값 기준인 70%이하로 입력에너지가 유입되면 발전이 정지된다. Depending on the type of generator, a technology for stably supplying power to the system is used, and the induction generator is used to reduce the input energy (flow rate or pressure, hereinafter collectively referred to as “input energy”) flowing into the turbine. A) Mechanically adjusts the opening of the guide vane to narrow or widen the movement trajectory of flow rate or gas only up to about 70% of the design value standard.

동기발전기는 자동전압조정기(Automatic Voltage Regulator)를 구비하여 자기장 형성(자화)을 위한 DC전원 에너지를 공급한다. The synchronous generator is equipped with an automatic voltage regulator to supply DC power energy for magnetic field formation (magnetization).

계통전원의 상태에 따라 전력계통과 동기 상태 유지를 위하여 약여자 운전과 강여자 운전을 하며 무효전력을 공급하거나 흡수함으로써 전력계통의 전압을 안정적으로 유지할 수 있게 한다. 이는 대용량(10MW ~ 수백MW)의 단위 발전기의 경우 급격한 부하용량 변동 발생시 순간적인 여자전류 상실로 계통무효전력을 과도하게 흡수하거나 방출하여 계통정전을 초래하거나 계통주파수(60hz)의 헌팅을 초래할 수 있기 때문이다. Weak excitation operation and strong excitation operation are performed to maintain synchronization with the power system according to the state of the system power supply, and the voltage of the power system can be stably maintained by supplying or absorbing reactive power. This is because in the case of a large-capacity (10MW ~ hundreds of MW) unit generator, when a sudden change in load capacity occurs, the momentary excitation current is lost and excessively absorbs or releases system reactive power, which can cause system outages or hunting of the system frequency (60hz). Because.

동기발전기는 강여자, 약여자 TAP절환으로 터빈으로 유입되는 입력에너지의 저감에 설계값 기준의 약 50%까지 대처 가능하지만, 매우 고가이고 유지보수의 어려움 때문에 통상 50MW이상의 원자력, 화력 발전소 외에는 기타 신재생에너지 발전에서는 거의 사용하지 못하는 문제가 있다.Synchronous generators can cope with the reduction of the input energy flowing into the turbine by about 50% of the design value standard by switching between strong excitation and weak excitation TAP, but are very expensive and difficult to maintain. There is a problem that is rarely used in renewable energy generation.

영구자석발전기는 터빈으로 유입되는 입력에너지의 저감에 설계값 기준의 약 50%까지 대처 가능하나, 반드시 인버터를 사용하여야하고, 인버터를 사용하더라도 발전기 여자전류(A)의 제어기능이 없으므로 인버터는 발전기에 계속해서 설계된 여자전류값(A)의 100%가 인가되고, 이로 인해 발전기축은 서서히 느려지다가 정지하게 된다.The permanent magnet generator can cope with the reduction of the input energy flowing into the turbine by about 50% of the design value standard, but an inverter must be used, and even if the inverter is used, there is no control function of the generator excitation current (A), so the inverter is a generator Subsequently, 100% of the designed excitation current value (A) is applied, and due to this, the generator shaft gradually slows down and then stops.

즉, 입력에너지 대비 발전기에서 발생되는 여자전류값(A)(부하전류(A) 또는 발전기 축 힘(Torque)라고 부름)이 너무 크기 때문이다. 인버터는 기본적으로 전압 및 주파수(hz)를 다시 생성 하므로 발전기에서 발전된 주파수와 전압은 발전전력이 계통으로 송전 가능한 환경을 제공하지만 발전기축에 인가되는 축 힘이 입력에너지(유량 또는 압력)대비 너무 크면 발전기 축 회전 정지로 발전기로부터 출력이 발생하지 않기 때문에 인버터가 있어도 출력은 0이 된다.That is, this is because the excitation current value (A) generated by the generator compared to the input energy (called load current (A) or generator shaft torque (Torque)) is too large. Since the inverter basically regenerates the voltage and frequency (Hz), the frequency and voltage generated by the generator provide an environment in which the generated power can be transmitted to the grid, but if the axial force applied to the generator shaft is too large compared to the input energy (flow or pressure) Since no output is generated from the generator when the rotation of the generator shaft is stopped, the output becomes 0 even if there is an inverter.

이는 유입되는 (유량 또는 압력)에너지 대비 발전기 에 인가되는 여자전류값(A)이 너무 크기 때문이다. 통상의 인버터 기능은 발전기가 계통 방향으로 보내는 전압 및 주파수(hz)를 인버터에서 AC to DC to AC의 순으로 전압, 주파수(hz)를 재 생성만할 뿐 발전기 내부에 인가되는 여자전류(A) 제어 기능을 갖지 못한다.This is because the excitation current value (A) applied to the generator is too large compared to the incoming (flow or pressure) energy. The normal inverter function only regenerates the voltage and frequency (hz) that the generator sends to the grid in the order of AC to DC to AC, and the excitation current (A) applied to the inside of the generator have no control function.

이는 유입되는 (유량 또는 압력)에너지를 50%정도 발전에 사용하지 못하고 그냥 날려 버리는 단점이 있다.This has the disadvantage that the inflow (flow or pressure) energy is not used for power generation by about 50% and is simply blown away.

이에 발전기의 출력 주파수가 계통주파수와 주파수 위상을 동기화하고 입력되는 에너지의 크기에 비례하는 많큼 출력을 발전기로부터 회생시킴에 의해 과도한 여자전류값(A)를 제어하기 위한 다양한 기술이 개발되고 있고, 그 예로 특허문헌 1 내지 2가 있다. Accordingly, various technologies are being developed to control the excessive excitation current value (A) by synchronizing the generator's output frequency with the grid frequency and the frequency phase and regenerating the output from the generator as much as it is proportional to the size of the input energy. Examples include Patent Documents 1 and 2.

이들은 여자전류를 제어하는 기술로, 이들은 발전기의 출력 회전수를 엔코더를 이용하여 감지하고, 감지된 회전속도에 따라 여자전류를 제어하고 있으나, 이러한 종래의 기술들은 엔코더를 더 구비하여야 함에 따라 구조가 복잡해짐은 물론 엔코더의 고장에 의해 발전기 전체 시스템의 유지 보수에 많은 어려움이 있었다.These are technologies for controlling the excitation current. These detect the output rotational speed of the generator using an encoder and control the excitation current according to the detected rotational speed. In addition to complexity, there were many difficulties in maintenance of the entire system of the generator due to the failure of the encoder.

대한민국 공개특허 제10-1997-0055217호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1997-0055217 대한민국 공개특허 제10-2002-0029910호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2002-0029910

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 발전기 주파수 동기탈조가 발생하지 않고, 발전기의 출력 주파수가 계통주파수와 주파수 위상을 동기화하고 입력되는 에너지의 크기에 비례하는 많큼 출력을 발전기로부터 회생시킴에 의해 과도한 여자전류값(A) 때문에 발생되는 문제를 해결하고, 지속적으로 전력계통에 발전전력을 공급할 수 있게 하는 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was developed to solve the problems of the prior art as described above, and generator frequency desynchronization does not occur, the output frequency of the generator synchronizes the frequency phase with the grid frequency, and the output is proportional to the magnitude of the input energy. By regenerating from the generator, induction generator and permanent magnet solve the problem caused by the excessive excitation current value (A) and respond to the input energy fluctuation flowing into the power generation turbine that enables the continuous supply of generated power to the power system. It is an object of the present invention to provide a device and method for controlling an excitation current of a generator.

또한 본 발명은 터빈을 통과한 유체 또는 기체가 특정한 압력으로 계속 배관속으로 유동될 수 있도록 터빈을 통과한 유체 또는 기체의 배관내의 압력을 측정하여 필요한 유지 압력을 제어할 수 있게 한 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is a power generation turbine capable of controlling the necessary holding pressure by measuring the pressure in the pipe of the fluid or gas that has passed through the turbine so that the fluid or gas that has passed through the turbine can continue to flow into the pipe at a specific pressure. It is an object of the present invention to provide a device and method for controlling an excitation current of an induction generator and a permanent magnet generator in response to input energy fluctuations.

또한 본 발명은 엔코더를 사용하지 않고 출력 전압과 주파수로부터 발전기의 회전속도 및 토오크를 산출하고, 산출된 회전속도 및 토오크에 맞추어 발전기를 구동시킬 수 있게 한 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention calculates the rotational speed and torque of the generator from the output voltage and frequency without using an encoder, and responds to the input energy fluctuation flowing into the power generation turbine that enables the generator to be driven according to the calculated rotational speed and torque. It is an object of the present invention to provide a device and method for controlling the excitation current of an induction generator and a permanent magnet generator.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치는 터빈으로 유입되는 입력에너지의 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구발전기의 여자전류를 제어하는 장치에 있어서, 상기 발전기의 구동을 제어하는 제어기를 구비하되, 상기 제어기는 발전기의 출력 전압과 주파수를 감지하여 감지된 출력전압과 출력주파수로부터 발전기 축의 토오크와 회전수를 산출하는 토오크 및 회전수 산출프로그램을 구비한 제어보드와, 산출된 토오크와 회전수에 비례하여 구동토오크를 비례제어하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.An apparatus for controlling the excitation current of a magnet generator in response to fluctuations in input energy flowing into a turbine for power generation according to the present invention to achieve this object is an excitation current of an induction generator and a permanent generator in response to fluctuations in input energy flowing into the turbine. In the apparatus for controlling, provided with a controller for controlling the driving of the generator, wherein the controller senses the output voltage and frequency of the generator and calculates the torque and rotational speed of the generator shaft from the detected output voltage and output frequency Torque and It is characterized in that it includes a control board having a rotational speed calculation program, and an inverter for proportionally controlling the driving torque in proportion to the calculated torque and rotational speed.

상기 제어보드는 PLC(Programable Logic Control)로 이루어진 것이 바람직하다.Preferably, the control board is made of PLC (Programmable Logic Control).

상기 터빈에는 터빈에 공급되는 입력에너지의 압력을 감지하는 압력센서를 더 구비하고, 상기 압력센서에서 감지된 압력은 토오크 및 회전수 산출프로그램에서의 토오크 및 회전수 산출과정에 반영되는 것이 바람직하다.It is preferable that the turbine further includes a pressure sensor for detecting pressure of input energy supplied to the turbine, and the pressure sensed by the pressure sensor is reflected in a torque and rotation speed calculation process in a torque and rotation speed calculation program.

본 발명의 다른 일 양상에 따른 발전기 제어 방법은 평균 유입유량에 의해 공급되는 토오크에 맞추어 구동토오크가 설정된 발전기를 제어하되, 발전기의 출력전압과 주파수를 감지하여 발전기 축의 토오크와 회전수를 산출하고, 산출된 회전축의 토오크와 회전수에 대응되도록 발전기의 구동토오크를 조절하여, 유입유량이 변하여도 발전기가 멈추지 않고 계속 작동되게 한 것을 특징으로 한다.A generator control method according to another aspect of the present invention controls a generator whose driving torque is set according to the torque supplied by the average inflow flow rate, detects the output voltage and frequency of the generator to calculate the torque and rotational speed of the generator shaft, It is characterized in that the driving torque of the generator is adjusted so as to correspond to the calculated torque and rotational speed of the rotating shaft, so that the generator continues to operate without stopping even if the inflow flow rate changes.

조절된 구동토오크는 감지된 발전기 회전축의 회전수의 범위에 따라 설정된 구동토오크를 비례제어한다.The adjusted driving torque proportionally controls the driving torque set according to the range of the rotational speed of the rotation shaft of the generator detected.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치 및 방법은 발전기 주파수 동기탈조가 발생하지 않고, 발전기의 출력 주파수가 계통주파수와 주파수 위상을 동기화하고 입력되는 에너지의 크기에 비례하는 많큼 출력을 발전기로부터 회생시킴에 의해 과도한 여자전류값(A)가 발생하는 것을 방지하여 지속적으로 전력계통에 발전전력을 공급할 수 있는 효과가 있다. As described above, the device and method for controlling the excitation current of the induction generator and the permanent magnet generator in response to the input energy input to the turbine for power generation according to the present invention does not cause desynchronization of the generator frequency, and the output frequency of the generator Synchronizes the frequency phase with the grid frequency and regenerates an output proportional to the size of the input energy from the generator to prevent excessive excitation current values (A) from occurring, thereby continuously supplying generated power to the power system It works.

또한 본 발명은 발전기의 출력전압 및 주파수로부터 발전기의 출력 토오크 및 회전수를 역으로 산출할 수 있게 함에 따라 발전기에 엔코더를 설치하지 않아 발전기 전체의 구조를 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔코터의 유지 보수에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention makes it possible to calculate the output torque and rotational speed of the generator inversely from the output voltage and frequency of the generator, thereby simplifying the structure of the entire generator by not installing an encoder on the generator, as well as maintaining the encoder It has the effect of reducing the time and cost required for

도 1은 본 발명에 따른 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치를 구성하는 제어기의 메인화면
도 3은 본 발명에 따른 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치를 구성하는 제어기의 인버터 상태화면
도 4는 본 발명에 따른 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치에 의해 제어되는 발전기의 출력 그래프
도 5는 본 발명에 따른 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 신호흐름도1 is a block diagram of a device for controlling the excitation current of an induction generator and a permanent magnet generator in response to input energy fluctuations flowing into a turbine for power generation according to the present invention.
Figure 2 is the main screen of the controller constituting the device for controlling the excitation current of the induction generator and the permanent magnet generator in response to the input energy fluctuation flowing into the turbine for power generation according to the present invention.
3 is an inverter state screen of a controller constituting a device for controlling the excitation current of an induction generator and a permanent magnet generator in response to input energy fluctuations flowing into a turbine for power generation according to the present invention.
Figure 4 is an output graph of a generator controlled by a device for controlling the excitation current of an induction generator and a permanent magnet generator in response to fluctuations in input energy flowing into a turbine for power generation according to the present invention.
5 is a signal flow chart for controlling the excitation current of an induction generator and a permanent magnet generator in response to input energy fluctuations flowing into a turbine for power generation according to the present invention.

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.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

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.Like reference numerals have been used for like elements throughout the description of each figure. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여, 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 발전기의 출력전압 및 주파수로부터 발전기의 출력 토오크 및 회전수를 역으로 산출할 수 있게 함에 따라 발전기에 엔코더를 설치하지 않아 발전기 전체의 구조를 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 엔코더의 유지 보수에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있다. According to the present invention, the output torque and number of rotations of the generator can be calculated inversely from the output voltage and frequency of the generator, so that the entire structure of the generator can be simplified by not installing an encoder on the generator, and the maintenance of the encoder is required can reduce time and cost.

본 발명에 따른 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치는 도 1에 도시한 바와 같이, 터빈(100)으로 유입되는 입력에너지의 변동에 대응하여 발전기(200)의 여자전류를 제어하는 장치에 있어서, 상기 발전기의 구동을 제어하는 제어기(10)를 구비하되, 상기 제어기는 발전기의 출력 전압과 주파수를 감지하여 감지된 출력전압과 출력주파수로부터 발전기 축의 토오크와 회전수를 산출하는 토오크 및 회전수 산출프로그램을 구비한 제어보드(11)와, 산출된 토오크와 회전수에 비례하여 구동토오크를 비례제어하는 인버터(12)를 포함하는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 1, the device for controlling the excitation current of the induction generator and the permanent magnet generator in response to the input energy fluctuation flowing into the turbine for power generation according to the present invention is related to the fluctuation of the input energy flowing into the turbine 100. Correspondingly, in the apparatus for controlling the excitation current of the generator 200, a controller 10 for controlling the driving of the generator is provided, wherein the controller senses the output voltage and frequency of the generator to detect the output voltage and output frequency. A control board 11 equipped with a torque and rotational speed calculation program for calculating the torque and rotational speed of the generator shaft from, and an inverter 12 for proportionally controlling the driving torque in proportion to the calculated torque and rotational speed to be

상기 제어기(10)는 통상의 발전기를 제어하는 제어기에 상기한 제어보드(11)와 인버터(12)를 구비하고 있으며, 상기 제어보드(11)는 발전기의 출력전압과 주파수를 감지하여 이들로부터 역으로 발전기 회전축의 토오크와 회전수를 산출한다. The controller 10 includes the control board 11 and the inverter 12 in a controller for controlling a normal generator, and the control board 11 senses the output voltage and frequency of the generator and inverts them from them. Calculate the torque and number of revolutions of the generator shaft.

즉 본 발명은 발전기 회전축의 회전수를 감지하기 위한 물리적인 수단인 엔코더를 구비하지 않고도 발전기 회전축의 회전수를 감지할 수 있는 것이다. That is, the present invention can detect the number of rotations of the rotation shaft of the generator without having an encoder, which is a physical means for detecting the number of rotations of the rotation shaft of the generator.

상기 제어보드(11)는 PLC(Programable Logic Control)로 이루어진 것이다. The control board 11 is composed of PLC (Programmable Logic Control).

즉, 상기 제어보드는 상기 토오크 및 회전수 산출프로그램를 구비하기 위해 PLC로 이루어져 있으며, 토오크 및 회전수 산출프로그램에 의해 감지된 발전기의 출력전압과 출력 주파수로부터 회전축의 회전수를 산출하는 것이다. That is, the control board is composed of a PLC to have the torque and rotation speed calculation program, and calculates the rotation speed of the rotation shaft from the output voltage and output frequency of the generator detected by the torque and rotation speed calculation program.

상기 토오크 및 회전수 산출프로그램에서 터빈에 입력되는 입력에너지를 산출하는 일예는 발전기 설계 전압이 440V이고, 현재 발전기 발생 전압이 210V 이라면 설계값 대비 터빈으로 유입되는 입력에너지는 50% 라고 계산한다.An example of calculating the input energy input to the turbine in the torque and rotational speed calculation program is that if the generator design voltage is 440V and the current generator generated voltage is 210V, the input energy flowing into the turbine compared to the design value is calculated as 50%.

다른 예로 발전기 설계 주파수(hz)가 60(hz)이고, 현재 발전기 발생 주파수(hz)가 30(hz) 이라면 설계값 대비 터빈으로 유입되는 입력에너지는 역시 50%라고 계산하고, 발전기 설계 정격전류(A)값이 100(A)이고, 현재 발전기에서 발생되는 전류(A)값이 50(A)(발전기 R,S,T출력단자 측정값) 이라면 설계값 대비 터빈으로 유입되는 입력에너지가 50% 라고 계산한다.As another example, if the generator design frequency (hz) is 60 (hz) and the current generator generation frequency (hz) is 30 (hz), the input energy flowing into the turbine compared to the design value is also calculated as 50%, and the generator design rated current ( If the A) value is 100 (A) and the current (A) value generated by the current generator is 50 (A) (measured value of the generator R, S, T output terminals), the input energy flowing into the turbine compared to the design value is 50% Calculate that

상기 산출프로그램에 의해 산출된 발전기와 터빈상태는 도 2에 도시한 바와 같이 화면에 출력되고, 도 4에 도시한 바와 같이 인버터 화면을 통해 동기화 하여 출력할 수 있다. The generator and turbine states calculated by the calculation program are output on the screen as shown in FIG. 2, and can be displayed in synchronization through the inverter screen as shown in FIG. 4.

이와 같이 산출된 입력에너지에 맞추어 발전기의 구동토오크를 낮추어 설정하면 터빈으로 유입되는 입력에너지가 적은 상태에서도 발전기가 지속적으로 구동하여 발전이 이루어질 수 있는 것이다. If the driving torque of the generator is lowered and set according to the input energy calculated in this way, the generator can be continuously driven to generate electricity even when the input energy flowing into the turbine is small.

물론, 구동토오크를 낮추어 설정하는 것은 인버터(12)에 의해 이루어진다. Of course, setting the driving torque by lowering it is performed by the inverter 12.

상기 터빈에는 터빈에 공급되는 입력에너지의 압력을 감지하는 압력센서(20)를 더 구비하고, 상기 압력센서에서 감지된 압력은 토오크 및 회전수 산출프로그램에서의 토오크 및 회전수 산출과정에 반영될 수 있다.The turbine may further include a pressure sensor 20 for detecting pressure of input energy supplied to the turbine, and the pressure sensed by the pressure sensor may be reflected in a torque and rotation speed calculation process in a torque and rotation speed calculation program. there is.

터빈에 공급되는 입력에너지의 설정된 압력이 70bar이고, 현재 터빈을 통과하는 입력에너지의 압력이 35bar이라하면, 입력에너지는 50%로 계산하고, 이를 반영하여 발전기의 구동토오크를 제어하는 것이다. 즉, 발전기의 구동토오크를 50% 인가한다. If the set pressure of the input energy supplied to the turbine is 70 bar and the current pressure of the input energy passing through the turbine is 35 bar, the input energy is calculated as 50%, and the driving torque of the generator is controlled by reflecting this. That is, 50% of the driving torque of the generator is applied.

상기와 같이 구성된 제어 장치를 이용한 발전기 제어 방법은 도 5에 도시한 바와 같이, 발전기의 출력전압과 주파수를 감지하여 발전기 축의 토오크와 회전수를 산출하고, 산출된 회전축의 토오크와 회전수에 대응되도록 발전기의 구동토오크를 조절하여, 유입유량이 변하여도 발전기가 멈추지 않고 계속 작동되게 한다. As shown in FIG. 5, the generator control method using the control device configured as described above detects the output voltage and frequency of the generator, calculates the torque and number of rotations of the generator shaft, and corresponds to the calculated torque and number of rotations of the rotation shaft. By adjusting the drive torque of the generator, the generator continues to operate without stopping even when the inflow flow rate changes.

즉, 평균 유입유량에 의해 공급되는 토오크에 맞추어 구동토오크가 설정된 발전기를 제어하되, 특히, 발전기의 출력전압과 주파수를 감지하여 발전기 축의 토오크와 회전수를 산출하고, 산출된 회전축의 토오크와 회전수에 대응되도록 발전기의 구동토오크를 조절한다. That is, the generator whose drive torque is set according to the torque supplied by the average inflow flow rate is controlled. In particular, the output voltage and frequency of the generator are sensed to calculate the torque and number of revolutions of the generator shaft, and the torque and number of rotations of the rotation shaft are calculated. Adjust the drive torque of the generator to correspond to

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. The driving torque adjusted in the present invention is proportionally controlled according to the detected number of rotations of the rotation shaft of the generator. That is, when the detected number of revolutions is decelerated, the generator is driven in a state in which the drive torque is reset to a drive torque lower than the initial design torque by the decelerated rate.

이러한 비례제어에서 회전수의 감지는 엔코더가 아니라 제어보드에 구비된 토오크 및 회전수 산출프로그램에 의해 산출된다. In this proportional control, the number of rotations is detected by the torque and number of rotations calculation program provided on the control board, not by the encoder.

이렇게 발전기의 구동토오크를 제어하면 발전기는 유체의 유입 변동량 즉, 터빈의 입력에너지의 변화에 따라 실시간으로 100 내지 1000rpm/min 사이 구간을 오가며 정지하지 않고 계속하여 구동되어 발전이 이루어지는 것이다. When the driving torque of the generator is controlled in this way, the generator is continuously driven without stopping, going back and forth between 100 and 1000 rpm/min in real time according to the change in the inflow of fluid, that is, the change in the input energy of the turbine, to generate power.

이때 출력 주파수는 6hz에서 60hz까지이고, 발전기 출력 전압은 10V에서 500V까지 각기 다르나 이를 인버터에서 스위칭하여 전력계통주파수와 동기화하여 계통으로 송전한다.At this time, the output frequency is from 6hz to 60hz, and the generator output voltage is different from 10V to 500V, but it is switched by the inverter and transmitted to the grid in synchronization with the power system frequency.

10: 제어기
11: 제어보드 12: 인버터
20: 압력센서
100: 터빈
200: 발전기10: Controller
11: control board 12: inverter
20: pressure sensor
100: turbine
200: generator

Claims (5)

터빈(100)으로 유입되는 입력에너지의 변동에 대응하여 발전기(200)의 여자전류를 제어하는 장치로, 상기 발전기의 구동을 제어하는 제어기(10)를 구비하되, 상기 제어기는 PLC(Programable Logic Control)로 이루어지고 발전기의 출력 전압과 주파수를 감지하여 감지된 출력전압과 출력주파수로부터 발전기 축의 토오크와 회전수를 산출하는 토오크 및 회전수 산출프로그램을 구비한 제어보드(11)와; 산출된 토오크와 회전수에 비례하여 구동토오크를 비례제어하는 인버터(12)를 포함하고, 상기 터빈에는 터빈에 공급되는 입력에너지의 압력을 감지하는 압력센서(20)를 더 구비하고, 상기 압력센서에서 감지된 압력은 토오크 및 회전수 산출프로그램에서의 토오크 및 회전수 산출과정에 반영되며, 상기 제어보드(11)는 발전기의 출력전압과 주파수를 감지하여 이들로부터 역으로 발전기 회전축의 토오크와 회전수를 역 산출하는 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 장치를 이용한 발전기 제어 방법으로,
평균 유입유량에 의해 공급되는 토오크에 맞추어 구동토오크가 설정된 발전기를 제어하며, 발전기의 출력전압과 주파수를 감지하여 발전기 축의 토오크와 회전수를 산출하고, 산출된 회전축의 토오크와 회전수에 대응되도록 발전기의 구동토오크를 조절하여, 유입유량이 변하여도 발전기가 멈추지 않고 계속 작동되게 하는 제어하는 방법에 있어서,
상기 인버터는 구동토오크를 제어하되, 상기 발전기의 출력 전압에 따른 상기 발전기 축의 토오크와 회전수를 산출하고, 상기 터빈을 통과하는 입력에너지의 압력을 감지하여 토오크 및 회전수를 산출하여,
상기 발전기 축의 토오크 및 회전수 대비 상기 터빈을 통과하는 입력에너지의 압력에 따른 토오크 및 회전수를 대비하여 상기 터빈을 통과하는 입력에너지의 압력에 따른 토오크 및 회전수의 대응되도록 발전기의 구동토오크를 제어하는 것을 특징으로 하는 발전용 터빈으로 유입되는 입력에너지 변동에 대응하여 유도발전기 및 영구자석발전기의 여자전류를 제어하는 방법.A device for controlling the excitation current of the generator 200 in response to fluctuations in the input energy flowing into the turbine 100. ) and a control board 11 having a torque and rotational speed calculation program for detecting the output voltage and frequency of the generator and calculating the torque and rotational speed of the generator shaft from the detected output voltage and output frequency; An inverter 12 proportionally controls the driving torque in proportion to the calculated torque and the number of rotations, and the turbine further includes a pressure sensor 20 for sensing the pressure of input energy supplied to the turbine, the pressure sensor The pressure detected in is reflected in the torque and rotation speed calculation process in the torque and rotation speed calculation program, and the control board 11 detects the output voltage and frequency of the generator and inversely from them, the torque and rotation speed of the generator rotation shaft A generator control method using a device for controlling the excitation current of an induction generator and a permanent magnet generator in response to input energy fluctuations flowing into a power generation turbine that calculates inversely,
It controls the generator whose drive torque is set according to the torque supplied by the average inflow flow rate, detects the output voltage and frequency of the generator, calculates the torque and number of revolutions of the generator shaft, and corresponds to the calculated torque and number of revolutions of the generator shaft. In the control method for controlling the driving torque of the generator so that the generator continues to operate without stopping even if the inflow flow rate changes,
The inverter controls the driving torque, calculates the torque and rotational speed of the generator shaft according to the output voltage of the generator, and detects the pressure of the input energy passing through the turbine to calculate the torque and rotational speed,
The driving torque of the generator is controlled so that the torque and the number of rotations corresponding to the pressure of the input energy passing through the turbine are compared to the torque and number of rotations according to the pressure of the input energy passing through the turbine compared to the torque and number of rotations of the generator shaft. A method for controlling the excitation current of an induction generator and a permanent magnet generator in response to input energy fluctuations flowing into a turbine for power generation, characterized in that. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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