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KR102654748B1 - 계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법 및 시스템 - Google Patents

계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법 및 시스템 Download PDF

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KR102654748B1
KR102654748B1 KR1020220042415A KR20220042415A KR102654748B1 KR 102654748 B1 KR102654748 B1 KR 102654748B1 KR 1020220042415 A KR1020220042415 A KR 1020220042415A KR 20220042415 A KR20220042415 A KR 20220042415A KR 102654748 B1 KR102654748 B1 KR 102654748B1
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류호선
조재용
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한국전력공사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법으로서, 동기기가 계통에 병입되는 병입 단계, 동기기의 출력 전압 및 출력 전류를 측정하는 측정단계, 출력 전압과 출력 전류를 동기기의 운전 파라미터로 변환하는 신호처리 단계, 동기기에서 출력 가능한 최대 무효전력을 출력하는 최대 무효전력 출력 단계, 최대 무효전력과 유효전력으로 최대 유기기전력을 출력하는 최대 유기기전력 출력 단계, 동기기 계자 권선의 열적 내력을 고려하지 않은 최대 계자 허용 전류를 설정된 계자 전류 최대값으로 하고, 동기기 계자 권선의 열적 내력을 고려한 최대 계자 허용 전류인 연산된 계자 전류 최대값을 출력하는 연산된 계자 전류 최대값 단계, 계자권선 반한시 계전기에 운전 중 발생하는 계자 전류가 입력되어 계자권선 반한시 계전기의 작동여부가 결정되는 작동여부 결정 단계 그리고 계자권선 반한시 계전기의 작동여부에 따라 과여자 제한기가 제어신호를 전송하여 제어하는 제어 단계를 포함하는 과여자 제한값 자동설정 이다.

Description

계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법 및 시스템{AN AUTOMATIC SETTING METHOD AND SYSTEM FOR REALTIME OVER EXCITATION LIMIT TO IMPROVE TRANSIENT STABILITY OF GRID VOLTAGE }
동기기의 여자시스템을 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 특히 계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법 및 시스템에 관한 것이다.
여자시스템 과여자 제한기(OEL, Over Excitation Limiter) 제어는 크게 2종류로 사용된다. 첫 번째는 동기기 전압제어 기준신호에 더하는 방식으로, 사용자는 계자 전류의 최대값이 상수로 고정된 상태로 입력하고, 계자 전류가 설정한 최대값을 넘으면 동기기 기준신호를 감소시킨다. 두 번째는 절체 타입의 과여자 제한기 제어 방식으로, 기설정된 계자 전류 최대값 이상의 전류 발생 시에 계자 전류 제어를 실행한다.
두 가지 방식 모두 계통의 안정도에는 기여한다. 하지만, 첫번째와 두번째 방식 모두 과도상태에서 동기기에서 수용가능한 계자 전류의 최대값을 수용할 수 없다. 그러므로 계통 안정도의 효율적인 향상에 제한적이다.
본 발명의 일 실시예는, 계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법으로서, 동기기가 계통에 병입되는 병입 단계, 동기기의 출력 전압 및 출력 전류를 측정하는 측정단계, 출력 전압과 출력 전류를 동기기의 운전 파라미터로 변환하는 신호처리 단계, 동기기에서 출력 가능한 최대 무효전력을 출력하는 최대 무효전력 연산 단계, 최대 무효전력과 유효전력으로 최대 유기기전력을 출력하는 최대 유기기전력 연산 단계, 동기기 계자 권선에 흐르는 전류량을 조절하는 기설정된 계자 한계 전류를 설정된 계자 전류 최대값으로 하고, 동기기 계자 권선의 열적 내력을 고려한 최대 계자 한계 전류인 연산된 계자 전류 최대값을 출력하는 계자 전류 수치 한계값 출력 단계 계자권선 반한시 계전기에 운전 중 발생하는 계자 전류가 입력되어 계자권선 반한시 계전기의 작동여부가 결정되는 동작여부 결정 단계 그리고 계자권선 반한시 계전기의 작동여부에 따라 과여자 제한기가 제어신호를 전송하여 계통의 무효전력을 제어하는 제어 단계를 포함할 수 있다.
신호처리 단계는, 출력 전압과 출력 전류를 동기기의 파라미터인 전압(V), 전류(I), 유효전력(P), 무효전력(Q), 주파수(F)로 변환할 수 있다.
최대 무효전력 출력 단계는 y축을 무효전력으로 하고 x축을 유효전력으로 하는 2차원 평면상에 동기기의 작동점이 출력되며, 동기기에서 제한하는 기설정된 최대 계자 전류 한계 수치에 대응되는 무효전력 수치와 유효전력 수치 좌표를 연결한 제1 원을 설정하고, 제1 원에서 동기기 계자 권선의 열적 내력을 고려하면 한계 수치가 늘어나며, 늘어난 한계 수치는 제1 원의 동심원 형태로 지름이 ΔIfd 만큼 증가한 제3 원이고, 작동점의 유효전력에 대응되는 최대 무효전력이 하기의 수학식을 만족할 수 있다.
Qmax는 최대 무효전력(kVAR), V는 동기기 단자 전압(V), Ifd_max는 연산된 계자 전류 최대값(A), P는 유효전력(kW)일 수 있다.
최대 유기기전력 출력 단계는, 최대 무효전력, 동기기의 리액턴스, 그리고 최대 무효전력에 대응하는 유효전력을 입력으로 하고, 하기의 수학식을 만족하는 최대 유기기전력을 출력할 수 있다.
Emax는 최대 유기기전력(V), V는 동기기 단자전압(V), P는 유효전력(kW), Xs는 동기기 동기 리액턴스(Ω), Qmax는 최대 무효전력(kVAR)일 수 있다.
연산된 계자 전류 최대값 단계는, 최대 유기기전력이 최대 계자 자속과 비례하며, 최대 계자 자속이 계자 전류와 비례하는 관계를 이용하고, 최대 유기기전력에 비례하는 계자 전류는 연산된 계자 전류 최대값이며, 연산된 계자 전류값은 하기의 수학식을 만족할 수 있다.
Ifd_max는 연산된 계자 전류 최대값(A), Emax는 최대 유기기전력(V), f,max는 최대 계자 자속(Wb), Xad는 동기기 상호 리액턴스(Ω), K는 과여자 제한기의 작동 파라미터, ω는 동기기의 회전 각속도(rad/s)일 수 있다.
작동여부 결정 단계는 계자권선 반한시 계전기가 동기기의 제1 계자 전류 제어수치를 입력 받을 수 있다.
계자 전류 제어값 입력단계에서 계자권선 반한시 계전기가 트립되지 않으면, 과여자 제한기의 계자 전류 최대값이 연산된 계자 전류 최대값으로 설정되는 최대 제어수치 설정 단계를 포함할 수 있다.
계자 전류 제어값 입력단계에서, 계자권선 반한시 계전기는 제1 계자 전류 제어수치를 열수치로 전환하며, 일정 이상의 열을 축적하면 계자권선 반한시 계전기가 트립되고, 계자권선 반한시 계전기가 트립되면 제어수치 최대값을 설정된 계자 전류 최대값인 "1 p.u(per unit)"로 하여 과여자 제한기의 최대 제어수치를 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
제어 단계는, 계자권선 반한시 계전기는 제1 계자 전류 제어수치를 열수치로 변환한 수치에 의해 작동하거나 미작동하고, 작동하는 경우에는 절체부에 포함된, 제1 절체 회선으로 설정된 계자 전류 최대값이 입력되어 그대로 출력하는 제어수치 최대값 출력단계, 미작동하는 경우에는 절체부에 포함된, 제2 절체 회선으로 연산된 계자 전류 최대값이 입력되어 그대로 출력하는 제어수치 최대값 출력단계, 중 하나의 단계를 실행하고, 설정된 계자 전류 최대값 또는 연산된 계자 전류 최대값과 동기기의 제1 계자 전류 제어수치의 편차를 출력하는 편차 출력단계, 편차를 과여자 제한기에 입력하여 PI제어한 후에 제2 계자 전류 제어수치를 출력하는 과여자 제한기 제어 단계, 동기기의 제1 계자 전류 제어수치와 과여자 제한기 제어 단계의 제2 계자 전류 제어수치를 입력으로 하여 둘 중 더 작은 수치를 출력하는 최소값 선택 단계 그리고 최소값 선택단계의 출력으로 계통 전압에 무효전력을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 시스템으로서, 무효전력 및 유효전력을 생산하는 동기기 유닛, 동기기의 과여자 상태를 제한하는 과여자 제한기 유닛, 동기기 유닛과 과여자 제한기 유닛을 연동하는 계전기 유닛, 동기기 유닛의 제어수치와 과여자 제한기의 제어수치를 비교하는 최소값 출력 유닛, 그리고 제어수치를 수신하여 계통을 제어하는 전력계통 유닛을 포함할 수 있다.
동기기 유닛은, 동기기의 기준전압과 실제 전압 간의 편차를 출력하는 제1 편차부, 제1 편차부의 출력을 PI 제어하는 제1 제어부, 제어수치를 제1 계자 전류 제어수치로 하여 과여자 제한기 유닛, 계전기 유닛, 그리고 최소값 출력 유닛에 전송하는 출력부를 포함할 수 있다.
과여자 제한기 유닛은, 동기기의 단자 전류와 단자 전압을 입력 받는 신호처리부, 동기기의 유효전력으로 무효전력 최대값을 출력하는 무효전력부, 무효전력부의 출력으로 최대 유기기전력을 출력하는 유기기전력부, 유기기전력부의 출력으로 연산된 계자 전류 최대값을 출력하는 기준 신호 자동 출력부, 계전기 유닛의 트립신호 수신 여부에 따라 제2 절체 회선에서 제1 절체 회선으로 절체를 실행하는 절체부, 동기기 유닛에서 수신한 제1 계자 전류 제어수치와 기준 신호 자동 출력부의 출력인 연산된 계자 전류 최대값의 편차를 출력하는 제2 편차부, 그리고 제2 편차부의 출력으로 PI 제어를 하여 제2 계자 전류 제어수치를 출력하는 제2 제어부를 포함할 수 있다.
신호처리부는, 출력 전압과 출력 전류를 동기기의 파라미터인 전압(V), 전류(I), 유효전력(P), 무효전력(Q), 주파수(F)로 변환할 수 있다.
무효전력부는, y축을 무효전력으로 하고 x축을 유효전력으로 하는 2차원 평면상에 동기기의 작동점이 출력되며, 동기기에서 제한하는 기설정된 최대 계자 전류 한계 수치에 대응되는 무효전력 수치와 유효전력 수치 좌표를 연결한 제1 원을 설정하고, 제1 원에서 동기기 계자 권선의 열적 내력을 고려하면 한계 수치가 늘어나며, 늘어난 한계 수치는 제1 원의 동심원 형태로 지름이 ΔIfd 만큼 증가한 제3 원이고, 작동점의 유효전력에 대응되는 최대 무효전력이 하기의 수학식을 만족할 수 있다.
Qmax는 최대 무효전력(kVAR), V는 동기기 단자 전압(V), Ifd_max는 제1 제어수치 최대값(A), P는 유효전력(kW)일 수 있다.
유기기전력부는, 최대 무효전력, 동기기의 리액턴스, 그리고 최대 무효전력에 대응하는 유효전력을 입력으로 하고, 하기의 수학식을 만족하는 최대 유기기전력을 출력할
수 있다.
Emax는 최대 유기기전력(V), V는 동기기 단자전압(V), P는 유효전력(kW), Xs는 동기기 동기 리액턴스(Ω), Qmax는 최대 무효전력(kVAR)일 수 있다.
기준 신호 자동 출력부에서 연산된 계자 전류 최대값 출력은, 최대 유기기전력이 최대 계자 자속과 비례하며, 최대 계자 자속이 계자 전류와 비례하는 관계를 이용하고, 최대 유기기전력에 비례하는 계자 전류는 연산된 계자 전류 최대값이며, 연산된 계자 전류 최대값은 하기의 수학식을 만족할 수 있다.
Ifd_max는 연산된 계자 전류 최대값(A), Emax는 최대 유기기전력(V), f,max는 최대 계자 자속(Wb), Xad는 동기기 상호 리액턴스(Ω), K는 과여자 제한기의 작동 파라미터, ω는 동기기의 회전 각속도(rad/s)일 수 있다.
절체부는 계전기 유닛의 전송부에서 정상 신호를 전송하면, 절체부의 제2 절체 회선의 데이터가 전송되고, 계전기 유닛의 전송부에서 트립 신호를 전송하면, 절체부의 제1 절체 회선의 데이터가 전송될 수 있다.
제1 절체 회선은 설정된 계자 전류 최대값을 전송하고, 제2 절체 회선은 연산된 계자 전류 최대값을 전송하며, 설정된 계자 전류 최대값은 1 p.u(per unit)이면서 제1 절체 회선의 출력이고, 연산된 계자 전류 최대값은 제2 절체 회선의 출력일 수 있다.
제어부는, 제2 편차부의 출력 데이터를 PI 제어하여 제2 계자 전류 제어수치를 출력하고, 제2 계자 전류 제어수치를 최소값 출력 유닛에 전송할 수 있다.
최소값 출력 유닛은. 동기기 유닛의 제1 계자 전류 제어수치를 수신하는 제1 수신부, 과여자 제한기 유닛의 제2 계자 전류 제어 수치를 수신하는 제2 수신부, 그리고 제1 수신부와 제2 수신부에서 수신한 제어 수치를 비교하여, 더 작은 수치를 출력하여 전력계통 유닛에 전송하는 비교부를 포함할 수 있다.
전력계통 유닛은, 최소값 출력 유닛의 출력을 수신하는 전력 수신부, 그리고 수신한 최소값 출력 유닛의 계자 전류 제어 수치 출력으로 계통에 무효전력을 공급하는 제어부를 포함할 수 있다.
지락 사고 등 위험 상황이 발생하면 계통내 전압이 급격하고 불안정하게 변동한다. 이러한 사고가 발생한 경우 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법 및 시스템은, 계자 권선 열적 내량의 허용 범위 내에서 최대 무효전력을 공급하여 효율적인 무효전력 제어를 수행한다. 따라서 계통내 전압을 보다 빠르게 안정시켜 계통 전압 안정도에 기여한다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 시스템이다.
도 2는 도 1 방법의 개략적인 순서도이다.
도 3은 도 1 하드웨어의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로, 계통에서 지락 발생시 동기기, 조속기 그리고 여자시스템의 개략도이다.
도 5는 반한시 계전기 특성곡선의 개략도이다.
도 6은 실시간 과여자 제한값 자동설정 수치를 계자 전류 최대값으로 설정하는 방법의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예인 발전모드의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예인 조상기 모드의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예인 펌프모드의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 실시예인 재생에너지 인버터의 개략도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 네트워크를 구성하는 장치들은 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 명세서에 기재된 "……부", "……기", "……모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 설명하는 장치들은 적어도 하나의 프로세서, 메모리 장치, 통신 장치 등을 포함하는 하드웨어로 구성되고, 지정된 장소에 하드웨어와 결합되어 실행되는 프로그램이 저장된다. 하드웨어는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 실행할 수 있는 구성과 성능을 가진다. 프로그램은 도면들을 참고로 설명한 본 발명의 일 실시예에 따 동작 방법을 구현한 명령어(instructions)를 포함하고, 프로세서와 메모리 장치 등의 하드웨어와 결합하여 본 발명의 일 실시예를 실행한다.
본 명세서에서 "전송 또는 제공"은 직접적인 전송 또는 제공하는 것뿐만 아니라 다른 장치를 통해 또는 우회 경로를 이용하여 간접적으로 전송 또는 제공도 포함할 수 있다.
본 명세서에서 단수로 기재된 표현은 "하나" 또는 "단일" 등의 명시적인 표현을 사용하지 않은 이상, 단수 또는 복수로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 도면을 참고하여 설명한 흐름도에서, 동작 순서는 변경될 수 있고, 여러 동작들이 병합되거나, 어느 동작이 분할될 수 있고, 특정 동작은 수행되지 않을 수 있다.
도 1은 계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 시스템이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 과여자 제한값 자동설정 시스템으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 1의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 1을 참조하면, 과여자 기준신호 자동연산 시스템(100)은 동기기 유닛(110), 과여자 제한기 유닛(120), 계자권선 반한시 계전기(130), 최소값 출력 유닛(140), 그리고 전력계통 유닛(150)을 포함한다.
동기기 유닛(110)은 계통 병입될 예정이거나 이미 병입되어 있는 동기기의 무효전력 공급량을 조절하는 제어신호를 전송한다. 과여자 제한기 유닛(120)은 동기기가 과도 상태일 때, 여자전류 제어값을 정상상태일 때 제한되어 있는 값보다 더 크게 하여 더 많은 무효전력을 공급한다. 계자권선 반한시 계전기(130)는 동기기 유닛(110)과 과여자 제한기 유닛(120)을 연결하여 제어값 출력을 조절하는 역할을 한다.
동기기 유닛(110)은 제1 편차부(111)와 제1 제어부(112)를 포함한다. 제1 편차부(111)는 발전기에서 출력하고자 하는 전압 설정 수치(Vref) 및 현재 출력전압(V)의 편차를 출력하며, 제1 제어부(112)는 전압 설정 수치(Vref) 및 현재 출력전압(V)의 편차에 기초해 PI 제어를 수행해, 제1계자 전류 제어 수치(Ifd1)를 출력한다. 제1 제어부(112)에서 출력된 제1 계자 전류 제어 수치(Ifd1)는 과여자 제어기 유닛(120), 최소값 출력 유닛(140)과 계자권선 반한시 계전기(Thermal Inverse Timer)(130)에 입력된다.
계자권선 반한시 계전기(130)는 입력된 제1 계자 전류 제어 수치를 열수치로 전환하고, 열수치가 충족되면 트립시신호를 출력한다.
과여자 제한기 유닛(120)은 신호처리부(121), 기준신호 자동 출력부(122), 절체부(123), 제2 편차부(126), 그리고 제2 제어부(127)를 포함한다.
신호처리부(121)는 전력계통에 포함된 PT(Potential Transformer)와 CT(Current Transformer)에서 출력하는 발전기 전압 Vabc 신호와 발전기 전류인 Iabc 신호를 입력받아, 전압(V), 전류(I), 유효전력(P), 무효전력(Q), 그리고 주파수(F) 데이터로 변환하여 출력한다.
기준신호 자동 출력부(122)는 신호처리부(121)에서 출력된 신호에 기초해 과여자 제한 기준신호에 대한 자동연산을 수행해 연산된 계자 전류 최대값(Ifd_max)을 출력한다.
절체부(123)는 설정된 계자 전류 최대값(1.0pu)과 기준신호 자동 출력부(122)에서 출력된 연산된 계자 전류 최대값(Ifd_max)을 각각 제1 절체 회선(124) 및 제2 절체 회선(125)을 통해 입력받아, 계자권선 반한시 계전기(130)의 트립 신호에 기초해서 대응 신호를 절체해서 출력한다.
계자권선 반한시 계전기(130)가 트립신호를 출력하기 전에는, 절체부(123)는 기준신호 자동 출력부(122)에서 출력된 연산된 계자 전류 최대값(Ifd_max)을 절체해서 출력한다.
제2 편차부(126)는 절체부(123)에 의해 출력된 연산된 계자 전류 최대값(Ifd_max)과 동기기 유닛(110)의 출력인 제1 계자 전류 제어 수치(Ifd1) 사이의 편차를 출력한다.
그러면 제2 제어부(127)는 절체부(123)에 의해 출력된 연산된 계자 전류 최대값(Ifd_max)과 동기기 유닛(110)의 출력인 제1 계자 전류 제어 수치(Ifd1)의 편차에 기초해 PI 제어를 수행해 제2 계자 전류 제어수치(Ifd2)를 출력한다.
최소값 출력 유닛(140)은 동기기 유닛(110)의 출력인 제1 계자 전류 제어 수치(Ifd1)와 제2 제어부(127)의 출력인 제2 계자 전류 제어수치(Ifd2)의 크기를 비교하여, 입력된 계자 전류 제어 수치 중 더 작은 계자 전류 제어 수치를 출력한다. 전력 계통 유닛(150)의 제어부는 최소값 출력 유닛(140)에서 출력된 계자 전류 제어 수치에 기초해 계자 전류를 제어하여, 발전기 열적 내력 허용범위에 최대 무효 전력 공급을 수행한다.
본 발명의 실시예에서, 제2 계자 전류 제어 수치(Ifd2)는 정상 상태의 계자 전류 제어 수치 보다 크게 설정된다. 이에 따라, 계자권선 반한시 계전기(130)가 트립 신호를 출력하기 전에는 최소값 출력 유닛(140)은 항상 정상상태의 계자 전류 제어 수치를 출력하므로, 동기기 전압 제어에 영향을 주지 않는다.
계자권선 반한시 계전기(130)의 열수치가 충족되어 트립신호를 출력하면, 절체부(123)는 제2 절체 회선(125)에서 제1 절체 회선(124)으로 회선 절체를 실행한다.
이를 보다 구체적으로 설명하면, 계통에 과도상태가 발생하는 경우 발전기 전압 설정 수치는 동일하나 출력전압이 하강해 제1 제어부(112)의 출력이 최대가 되고, 이에 따라 최소값 출력 유닛(140)은 제1 제어수치 최대값을 출력한다. 제1 제어수치 최대값으로 동기기 전압을 제어하면, 동기기에서 계통에 공급하는 무효전력이 증가하고 계자권선 반한시 계전기(130)에 입력되는 정상상태 계자 전류 제어수치가 열적 한계 수치에 도달하면, 계자권선 반한시 계전기(130)가 트립되어 트립 신호를 출력한다. 그러면 트립 신호를 수신한 절체부(123)는 제2 절체 회선(125)에서 제1 절체 회선(124)으로 회선을 절체한다. 그러면 계자 전류 최대값이 연산된 계자 전류 최대값에서 설정된 계자 전류 최대값인 1.0 pu가 된다. 이후에는 상술한 과여자 제한기 유닛(120)의 동작과 동일하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법의 개략적인 순서도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 2의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 2를 참조하면, 과여자 제한값을 자동으로 설정할 동기기가 계통에 병입된다. (s10). 그러면 계통에 포함되어 있는 PT가 동기기의 출력전압을 측정하고 CT는 출력 전류를 측정한다(s20). 이후, 측정된 동기기 출력 전압과 출력 전류를 측정에 기초해 동기기 운전 파라미터(V, I, P, Q, F)를 계산해 동기기 운전 전압(V), 전류(I), 유효 전력(P), 무효전력(Q), 그리고 주파수(F)를 출력한다. (s30) 그리고 하기의 수학식 1을 만족하는 최대 무효전력을 출력하고, (s40)그 후에 최대 계자 전류 기준값(Ifd_max)을 계산해 출력한다.
[수학식 1]
Qmax는 최대 무효전력(kVAR), V는 동기기 단자 전압(V), I는 동기기 단자 전류(A), P는 유효전력(kW)이다.
이후, 계자권선 반한시 계전기가 동작하는지를 판단하여(s60), 계자권선 반한시 계전기가 동작하지 않은 경우, Ifd_max로 과여자 제한기 기준값을 설정한다.. 그러면 계자 전류 제어 수치가 연산된 계자 전류 최대값으로 설정된다. 그러면, 계통 전압이 과도 상태인 경우에만 제2 계자 전류 제어 수치에 의하여 동기기 전압이 제어된다.(s80) 따라서 과도 상태인 경우 동기기의 열적 내력치를 고려한 최대 무효전력을 공급한다.(s90)
그리고 정상상태인 경우 제1 계자 전류 제어 수치에 의해 제어된다. 그 후에 계자권선 반한시 계전기 동작여부에 따라 상술한 과정들을 반복 실행한다.
상기 단계 S600에서 계전기가 동작한 경우에는 Ifd = 1.0 p.u로 과여자 제한기 기준값이 설정된다. (s71). 그러면 제1 절체회선에 입력된 설정된 계자 전류 최대값이 과여자 제한기의 계자 전류 최대값으로 설정된다. 그리고 제1 제어수치 최대값에 의하여 동기기 전압이 제어되어 무효전력이 제한 공급된다. (s81)
다음으로, 도 2에서 최대 무효전력 연산(s40) 단계와 최대 계자 전류 기준값(Ifd_max) 계산(s50) 단계에 대하여 상세하게 설명한다.
동기기 운전 V, I, P, Q, F 계산(s30) 단계에서 출력된 데이터에 기초해, 수학식 1을 만족하는 최대 무효전력을 연산한다.(s40) 그리고 최대 무효전력 수치로 최대 유기기전력을 출력한다.
구체적으로, 동기기 리액턴스 Xs와 연산된 최대 무효전력 수치에 기초해 하기의 수학식 2를 만족하는 최대 유기기전력을 출력한다.
[수학식 2]
Emax는 최대 유기기전력(V), V는 동기기 단자전압(V), P는 유효전력(kW), Xs는 동기기 동기 리액턴스(Ω), Qmax는 최대 무효전력(kVAR)이다.
다음에는 최대 계자 전류 기준값(Ifd_max)을 계산하는 단계(s50)를 보다 상세히 설명한다.
먼저 동기기의 최대 유기기전력과 자속은 하기의 수학식 6을 만족한다. 그리고 최대 유기기전력과 자속은 정격인 경우를 기준으로 결정한다.
[수학식 3]
Emax는 최대 유기기전력(V), f,max는 최대 계자 자속(Wb), K는 과여자 제한기의 작동 파라미터, ω는 동기기의 회전 각속도(rad/s)다.
수학식 3에서 과여자 제한기의 작동 파라미터 K와 동기기의 회전 각속도 ω는 정격인 경우를 기준으로 한다. 그러므로 pu 단위로 나타내는 경우에 과여자 제한기의 작동 파라미터는 1pu이다. 마찬가지로 동기기의 회전 각속도도 1이다. 따라서 최대 유기기전력과 최대 계자 자속의 관계는 하기의 수학식 4를 만족한다.
[수학식 4]
Emax는 최대 유기기전력(V), f,max는 최대 계자 자속(Wb), K는 과여자 제한기의 작동 파라미터, ω는 동기기의 회전 각속도(rad/s)다.
수학식 4로 최대 계자 자속을 출력하면 하기의 수학식 5로 연산된 계자 전류 최대값을 출력한다. 연산된 계자 전류 최대값은 최대 계자 자속, 동기기 상호 리액턴스인 Xad, 그리고 최대 유기기전력의 관계를 통해 출력한다. 그러면 출력된 연산된 계자 전류 최대값이 절체부의 제2 절체 회선에 입력된다.
[수학식 5]
Ifd_max는 연산된 계자 전류 최대값(A), Emax는 최대 유기기전력(V), f,max는 최대 계자 자속(Wb), Xad는 동기기 상호 리액턴스(Ω)다.
도 3은 도 1 하드웨어의 개략도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 과여자 제한값 자동설정 시스템으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 3의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 3을 참조하면, 과여자 제한 기준신호 자동연산 시스템(100)은 적어도 하나의 컴퓨팅 장치로 구현될 수 있고, 일 실시예에 따른 동작을 실행하도록 기술된 명령들(instructions)이 포함된 컴퓨터 프로그램을 실행할 수 있다. 과여자 제한 기준신호 자동연산 시스템(100)의 하드웨어는 하나 이상의 프로세서(processor)(210), 하나 이상의 메모리(memory)(230), 하나 이상의 스토리지(storage)(220), 그리고 하나 이상의 통신 인터페이스(communication interface)(240)를 포함할 수 있고, 이들은 버스(bus)를 통해 서로 연결될 수 있다. 이외에도, 과여자 제한 기준신호 자동연산 시스템(100)의 하드웨어는 입력 장치, 출력 장치 등의 하드웨어를 포함할 수 있다. 또한, 과여자 제한 기준신호 자동연산 시스템(100)에는 프로그램을 구동할 수 있는 운영 체제를 비롯한 각종 소프트웨어가 탑재될 수 있다.
프로세서(210)는 과여자 제한 기준신호 자동연산 시스템(100)의 동작을 제어하는 장치로서, 프로그램에 포함된 명령들을 처리하는 다양한 형태의 프로세서일 수 있다. 예를 들어, 프로세서(210)는 CPU(Central Processing Unit), MPU(Micro Processor Unit), MCU(Micro Controller Unit), GPU(Graphic Processing Unit) 등일 수 있다. 메모리(230)는 일 실시예에 따른 동작을 실행하도록 기술된 명령들이 프로세서(210)에 의해 처리되도록 해당 프로그램을 로드 한다. 예를 들어, 메모리(230)는 ROM(read only memory), RAM(random access memory) 등일 수 있다. 스토리지(220)는 일 실시예에 따른 동작을 실행하는데 요구되는 각종 데이터, 프로그램 등을 저장한다. 통신 인터페이스(240)는 유/무선 통신 모듈로서, 유무선 네트워크를 통해 외부 데이터베이스와 연동할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로, 계통에서 지락 발생시 동기기, 조속기 그리고 여자시스템의 개략도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 과여자 제한값 자동설정 시스템으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 4의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
여자 시스템은 계자전선에 직류전류를 공급하여 계자 자속을 발생시킨다. 그리고 계자 자속으로 동기기 유기 전압을 생성한다. 직류전류를 조정하여 계자 전류의 양을 증감시키고, 계자 전류의 증감에 의해 계자 자속이 변동한다. 따라서 여자 시스템의 계자 전류를 조정하여 출력 단자 전압을 일정하게 유지 또는 변동시킨다.
여자 시스템은 동기기 발전기가 계통에 병입된 후에는 계통전압에 대응될 수 있도록 속응 제어를 한다. 또한, 발전기에 발생할 수 있는 지락과 같은 사고에도 안정적인 전압을 유지하기 위한 제어기능을 수행한다. 그리고 부하 측의 순시 부하 변동에 안정적인 전압 유지를 위한 제어기능도 수행한다.
도 4를 참조하면, 전력계통에 지락사고가 발생한 경우 여자 시스템이 무효전력을 공급하는 방법의 개략도이다. 하기의 표 1은 여자 시스템에서 제어하는 대표적인 보호제한 제어이다. 과자속 제한, 부족여자 제한, 과여자 제한, 고정자 전류 제한을 포함하고, 동기기가 발전기나 전동기로 운전될 때 고장 등의 이상이 발생한 경우 동기기의 능력곡선 상에서 동기기가 운전될 수 있도록 제한한다.
기 능 설 명
V/HZ 과자속 제한
UEL 부족여자 제한
OEL 과여자 제한
SCL 고정자전류 제한
도 5는 반한시 계전기 특성곡선의 개략도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 5의 방법을 다르게 변형할 수 있다.도 5를 참조하면, 특성곡선의 y축은 pu 단위로 비율화한 계자 전류이다. 그리고 x축은 sec 단위의 시간을 나타낸다. 그리고 반한시 계전기에서 계자 권선의 열적 내력(Thermal capacity)을 고려한 계자 전류의 절체 기준 수치와 계전기에 기설정 되어 있는 계자 전류 절체 기준 수치이다.
본 발명의 실시예에서, 반한시 계전기의 특성 곡선은 동기기 계자 권선의 열적 내력을 고려하여 과여자 제한기 기준신호를 절체한다. 계자 권선의 열적 내력 수치를 절체 기준으로 하는 경우, 계자 권선이 소손되지 않고, 동기기의 계자 전류 수용값이 더 증가한다. 따라서 동기기의 최대 계자 전류(Ifd_max) 수치를 기존의 최대 계자 전류보다 높게 하는 것이다.
그러면, 기존대비 무효전력 공급 능력이 향상된다. 따라서 지락 등의 사고나 순시 부하 변동이 일어나는 경우에도 안정적으로 무효전력을 공급한다. 그러므로 계통의 전압 안정도가 향상된다.
도 6은 실시간 과여자 제한값 자동설정 수치를 계자 전류 최대값으로 설정하는 방법의 개략도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 6의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 6을 참조하면, y축은 무효 전력이고, x축은 유효전력인 2차원 평면이다. 제1 원(310)은 과여자 제한기에서 제1 제어수치 최대값을 가지는 경우의 제어 임계값을 나타낸다. 즉, 운전중인 동기기의 유효전력과 무효전력 수치가 제1 원(310)의 경계와 같아지는 경우 과여자 제한기가 작동한다.
제2 원(320)은 과여자 제한기에 계자 권선의 열적 내력치를 반영하여, 연산된 계자 전류 최대값이 반영된 임계값이다. 제3 원(330)은 해당하는 과여자 제한기 임계치인 제1 원(310)의 반지름을 ΔIfd만큼 증가시켜 비율적으로 확장한 것이다.
①은 현재 운전점이다. 제1 원을 과여자 제한기의 임계점으로 한다. 그러면 운전점에 해당하는 유효전력을 기준으로 하면, 무효전력의 최대치는 ①의 유효전력점에서 y축과 평행선이면서 양의 방향으로 가상의 직선을 가정하면 해당하는 직선과 제1 원의 교점②가 생긴다. 그러면 그 교점②가 제1 원에서의 과여자 제한기 임계점이다.
그리고 계통에 설치된 PT와 CT를 통하여 동기기의 단자전류, 단자전압을 측정한다. 그리고 측정한 단자전압과 단자전류로 현재 운전점인 ①에서 계통 전압, 계통전류, 유효전력, 무효전력, 주파수를 추출하면 수학식 1을 만족하는 ②의 무효전력 최대값을 산출할 수 있다.
그리고 ③은 계자 권선의 열적 임계치를 적용한 임계점이다. 그러므로 ③을 임계치로 정한 경우, 제1 원의 임계점부터 제2 원까지의 계자 전류 증가분과 ②의 계자 전류를 합하여 연산된 계자 전류 최대값이 산출된다. 그리고 연산된 계자 전류 최대값으로 최대 무효전력도 산출한다. ③은 하기의 수학식 6을 만족한다.
[수학식 6]
Ifd_max는 연산된 계자 전류 최대값(A), Ifd는 계자 전류(A), ΔIfd는 계자 전류 증가분(A)이다.
제3 원은 ③에서 제1 원의 중심까지 가상의 직선을 반지름으로 한다. 그리고 하기의 수학식 7을 만족한다. 그러면 수학식 7로 수학식 2를 만족하는 최대 유기기전력 Emax를 산출한다.
[수학식 7]
P는 ③의 유효전력(kW), Q는 ③의 무효전력(kVAR), V는 ③의 전압(V), Xs는 동기기 동기 리액턴스(Ω), E는 유기기전력(V)이다.
수학식 3, 수학식 4, 그리고 수학식 5로 ③의 연산된 계자 전류 최대값을 산출한다. 그리고 하기의 수학식 8을 만족하는 최대 무효전력을 산출한다.
[수학식 8]
Qmax는 최대 무효전력(kVAR), Emax는 최대 유기기전력(V), V는 ③의 전압(V), Xs는 동기기 동기 리액턴스(Ω)다.
도 7은 본 발명의 실시예인 발전모드의 개략도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 과여자 제한값 자동설정 시스템으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 7의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 7을 참조하면, 양수발전소의 동기기가 발전 모드일 때 과여자 제한값 자동설정 방법이다. 발전 모드는 유효전력과 무효전력 모두 "0" 이 아닌 값을 가지는 경우를 말한다. 먼저 발전기 전압과 발전기의 전류를 입력으로 하여 신호처리를 한다. 신호처리를 하면 발전기의 전류와 전압에서 계통 전압, 계통전류, 유효전력, 무효전력, 주파수성분을 추출한다.
추출한 성분들을 과여자 제한기에 입력한다. 그러면 제1 원(310)과 제2 원(320)의 교점을 산출한다. 산출된 교점을 수학식 1을 만족하는 최대 무효전력으로 산출한다. 그리고 산출한 최대 무효전력으로 유효전력을 산출한다.
그 다음 산출한 유효전력과 무효전력으로 수학식 2를 만족하는 최대 유기기전력을 산출한다. 그러면 최대 유기기전력이 최대 자속에 비례하고 최대 자속이 제어수치 최대값과 비례하는 관계를 이용하여 과여자 제한 기준신호를 자동 산출한다.
도 8은 본 발명의 실시예인 조상기 모드의 개략도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 과여자 제한값 자동설정 시스템으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 8의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 8을 참조하면, 양수발전소의 동기기가 조상기 모드일 때 과여자 제한값 자동설정 방법이다. 조상기 모드는 계통에 무효전력을 공급하거나 소비하는 모드이다. 따라서 유효전력이 무시할 수 있을 정도의 크기이므로 각각의 수학식에서 유효전력을 제거한다. 발전기 전압과 발전기의 전류를 입력으로 하여 신호처리를 한다. 신호처리를 하면 발전기의 전류와 전압에서 계통 전압, 계통전류, 유효전력, 무효전력, 주파수성분을 추출한다.
추출한 성분들을 과여자 제한기에 입력한다. 그러면 제1 원(310)과 제2 원(320)의 교점을 산출한다. 산출된 교점을 하기의 수학식 9을 만족하는 최대 무효전력으로 산출한다. 그리고 산출한 최대 무효전력으로 유효전력을 산출한다.
[수학식 9]
Qmax = VI
Qmax는 최대 무효전력, V는 최대 무효전력일 때 동기기의 단자전압(V), I는 최대 무효전력일 때 동기기의 단자전류(A)이다.
그 다음 산출한 유효전력과 무효전력으로 하기의 수학식 10을 만족하는 최대 유기기전력을 산출한다. 그러면 최대 유기기전력이 최대 자속에 비례하고 최대 자속이 제어수치 최대값과 비례하는 관계를 이용하여 과여자 제한 기준신호를 자동 산출한다.
[수학식 10]
Emax는 최대 유기기전력(V), V는 동기기 단자전압(V), Xs는 동기기 동기 리액턴스(Ω), Qmax는 최대 무효전력(kVAR)이다.
도 9는 본 발명의 실시예인 펌프모드의 개략도이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 과여자 제한값 자동설정 시스템으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 9의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 9를 참조하면, 양수발전소의 동기기가 조상기 모드일 때 과여자 제한값 자동설정 방법이다. 펌프 모드는 효율 극대화를 위해 역률을 "1"로 하는 제어를 실행하는 모드이다. 따라서 무효전력은 무시할 수 있을 정도의 크기이므로 각각의 수학식에서 무효전력을 제거한다. 발전기 전압과 발전기의 전류를 입력으로 하여 신호처리를 한다. 신호처리를 하면 발전기의 전류와 전압에서 계통 전압, 계통전류, 유효전력, 무효전력, 주파수성분을 추출한다.
추출한 성분들을 과여자 제한기에 입력한다. 그러면 제1 원(310)과 제2 원(320)의 교점을 산출한다. 그런데 최대 무효전력이 "0" 이므로, 전체 전력이 유효전력이 된다.
그 다음 산출한 유효전력과 무효전력으로 하기의 수학식 11을 만족하는 최대 유기기전력을 산출한다. 그러면 최대 유기기전력이 최대 자속에 비례하고 최대 자속이 제어수치 최대값과 비례하는 관계를 이용하여 과여자 제한 기준신호를 자동 산출한다.
[수학식 11]
Emax는 최대 유기기전력(V), V는 동기기 단자전압(V), Xs는 동기기 동기 리액턴스(Ω), P는 유효전력(kW)이다.
도 10은 본 발명의 실시예인 재생에너지 인버터의 개략도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 과여자 제한값 자동설정 시스템으로 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 10의 방법을 다르게 변형할 수 있다.
도 10을 참조하면, 재생에너지 인버터, 출력필터와 변압기 리액턴스, 그리고 계통의 연결을 개략적으로 도시한 것이다. 인버터의 유효/무효전력 제어기에 기준 각속도, 기준 전압, 기준 유효전력, 기준 무효전력, 계통 전압, 계통 전류값이 입력된다. 그리고 펄스 폭 변조(PWM, Pulse Width Modulation) 모듈에 입력되고 펄스 폭 변조 모듈의 출력이 전력변환 시스템(PCS, Power Conversation System)에 입력되어 교류전압을 출력한다.
출력되는 전압은 동기기의 유기기전력과 대응된다. 즉, 재생에너지 시스템에서 인버터 시스템의 입출력이 본 발명의 실시예 중 동기기의 유기전력과 대응되는 구성이다. 따라서 인버터 출력전압이 동기기의 단자전압과 대응된다. 그러므로 인버터 출력 전압을 E로 한다.
그리고 E는 출력필터와 변압기를 거쳐 계통전압 V로 출력된다. 출력필터와 변압기는 본 발명의 실시예 중 동기기의 동기 리액턴스와 대응된다. 그래서 도 8의 방법을 적용하면 본 발명의 실시예와 유사한 자동 조정 결과를 얻을 수 있다.
이상에서 본 개시의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 개시의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 개시의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 개시의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 과여자 제한 기준신호 자동설정 시스템
110 : 동기기 유닛
111 : 제1 편차부
112 : 제1 제어부
120 : 과여자 제한기 유닛
121 : 과여자 제한기 입력부
122 : 기준 신호 자동 출력부
123 : 절체부
124 : 제1 절체회선
125 : 제2 절체회선
126 : 제2 편차부
127 : 제2 제어부
130 : 계자권선 반한시 계전기
140 : 최소값 출력 유닛
150 : 전력계통 유닛
210 : 프로세서
220 : 스토리지
230 : 메모리
240 : 통신 인터페이스
310 : 제1 원
320 : 제2 원
330 : 제3 원

Claims (20)

  1. 계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 방법으로서,
    동기기의 출력 전압 및 출력 전류를 측정하는 측정단계;
    상기 동기기의 출력 전압과 상기 동기기의 출력 전류를 상기 동기기의 운전 파라미터로 변환하는 신호처리 단계;
    상기 동기기에서 출력 가능한 최대 무효전력을 출력하는 최대 무효전력 연산 단계;
    상기 최대 무효전력과 유효전력으로 최대 유기기전력을 출력하는 최대 유기기전력 연산 단계;
    상기 동기기 계자 권선에 흐르는 전류량을 조절하는 기설정된 계자 한계 전류를 설정된 계자 전류 최대값으로 하고, 상기 동기기 계자 권선의 열적 내력을 고려한 최대 계자 한계 전류인 연산된 계자 전류 최대값을 출력하는 계자 전류 수치 한계값 출력 단계;
    계자권선 반한시 계전기에 운전 중 발생하는 계자 전류가 입력되어 상기 계자권선 반한시 계전기의 작동여부가 결정되는 동작여부 결정 단계; 그리고
    상기 계자권선 반한시 계전기의 작동여부에 따라 과여자 제한기가 제어신호를 전송하여 계통의 무효전력을 제어하는 제어 단계
    를 포함하는 과여자 제한값 자동설정 방법.
  2. 제1항에서
    상기 신호처리 단계는,
    상기 출력 전압과 상기 출력 전류를 상기 동기기의 파라미터인 전압(V), 전류(I), 유효전력(P), 무효전력(Q), 주파수(F)로 변환하는 과여자 제한값 자동설정 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 최대 무효전력 출력 단계는,
    y축을 무효전력으로 하고 x축을 유효전력으로 하는 2차원 평면상에 상기 동기기의 작동점이 출력되며,
    상기 동기기에서 제한하는 기설정된 최대 계자 전류 한계 수치에 대응되는 상기 무효전력 수치와 상기 유효전력 수치 좌표를 연결한 제1 원을 설정하고,
    상기 제1 원에서 상기 동기기 계자 권선의 열적 내력을 고려하면 한계 수치가 늘어나며, 늘어난 상기 한계 수치는 상기 제1 원의 동심원 형태로 지름이 ΔIfd 만큼 증가한 제3 원이고, 상기 작동점의 유효전력에 대응되는 최대 무효전력이 하기의 수학식을 만족하는 상기 최대 무효전력인 과여자 제한값 자동설정 방법.

    상기 Qmax는 최대 무효전력(kVAR), 상기 V는 동기기 단자 전압(V), 상기 Ifd_max는 제1 제어수치 최대값(A), 상기 P는 유효전력(kW)임
  4. 제1항에서,
    상기 최대 유기기전력 출력 단계는,
    상기 최대 무효전력, 상기 동기기의 리액턴스, 그리고 상기 최대 무효전력에 대응하는 유효전력을 입력으로 하고,
    하기의 수학식을 만족하는 상기 최대 유기기전력을 출력하는 과여자 제한값 자동설정 방법.

    상기 Emax는 최대 유기기전력(V), 상기 V는 동기기 단자전압(V), 상기 P는 유효전력(kW), 상기 Xs는 동기기 동기 리액턴스(Ω), 상기 Qmax는 최대 무효전력(kVAR)임
  5. 제1항에서,
    상기 연산된 계자 전류 최대값 단계는,
    상기 최대 유기기전력이 최대 계자 자속과 비례하며, 상기 최대 계자 자속이 계자 전류와 비례하는 관계를 이용하고,
    상기 최대 유기기전력에 비례하는 계자 전류는 상기 연산된 계자 전류 최대값이며,
    상기 연산된 계자 전류 최대값은 하기의 수학식을 만족하는 과여자 제한값 자동설정 방법.


    Ifd_max는 연산된 계자 전류 최대값(A), Emax는 최대 유기기전력(V), f,max는 최대 계자 자속(Wb), Xad는 동기기 상호 리액턴스(Ω), K는 과여자 제한기의 작동 파라미터, ω는 동기기의 회전 각속도(rad/s)임
  6. 제1항에서,
    상기 작동여부 결정 단계는
    상기 계자권선 반한시 계전기가 상기 동기기의 제1 계자 전류 제어수치를 입력 받는 계자 전류 제어값 입력 단계;
    상기 계자 전류 제어값 입력단계에서 상기 계자권선 반한시 계전기가 트립되지 않으면, 상기 과여자 제한기의 계자 전류 최대값이 상기 연산된 계자 전류 최대값으로 설정되는 최대 제어수치 설정 단계;
    를 포함하는 과여자 제한값 자동설정 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 계자 전류 제어값 입력단계에서,
    상기 계자권선 반한시 계전기는 상기 제1 계자 전류 제어수치를 열수치로 전환하며, 일정 이상의 열을 축적하면 상기 계자권선 반한시 계전기가 트립되고,
    상기 계자권선 반한시 계전기가 트립되면 제어수치 최대값을 상기 설정된 계자 전류 최대값인 "1 p.u(per unit)"로 하여 과여자 제한기의 최대 제어수치를 설정하는 단계;
    를 포함하는 과여자 제한값 자동설정 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 제어 단계는,
    상기 계자권선 반한시 계전기는 제1 계자 전류 제어수치를 열수치로 변환한 수치에 의해 작동하거나 미작동하고,
    작동하는 경우에는 절체부에 포함된, 제1 절체 회선으로 상기 설정된 계자 전류 최대값이 입력되어 그대로 출력하는 제어수치 최대값 출력단계;
    미작동하는 경우에는 절체부에 포함된, 제2 절체 회선으로 상기 연산된 계자 전류 최대값이 입력되어 그대로 출력하는 제어수치 최대값 출력단계; 중 하나의 단계를 실행하고,
    상기 설정된 계자 전류 최대값 또는 상기 연산된 계자 전류 최대값과 상기 동기기의 제1 계자 전류 제어수치의 편차를 출력하는 편차 출력단계;
    상기 편차를 상기 과여자 제한기에 입력하여 PI제어한 후에 제2 계자 전류 제어수치를 출력하는 과여자 제한기 제어 단계;
    상기 동기기의 제1 계자 전류 제어수치와 상기 과여자 제한기 제어 단계의 제2 계자 전류 제어수치를 입력으로 하여 둘 중 더 작은 수치를 출력하는 최소값 선택 단계; 그리고
    상기 최소값 선택단계의 출력으로 계통 전압에 상기 무효전력을 공급하는 단계
    를 포함하는 과여자 제한값 자동설정 방법.
  9. 계통전압 과도 안정도 향상을 위한 실시간 과여자 제한값 자동설정 시스템으로서,
    무효전력 및 유효전력을 생산하는 동기기 유닛,
    상기 동기기의 과여자 상태를 제한하는 과여자 제한기 유닛,
    상기 동기기 유닛과 상기 과여자 제한기 유닛을 연동하는 계전기 유닛,
    상기 동기기 유닛의 제어수치와 상기 과여자 제한기의 제어수치를 비교하는 최소값 출력 유닛, 그리고
    제어수치를 수신하여 계통을 제어하는 전력계통 유닛
    을 포함하는 과여자 제한값 자동설정 시스템.
  10. 제9항에서
    상기 동기기 유닛은,
    상기 동기기의 기준전압과 실제 전압 간의 편차를 출력하는 제1 편차부,
    상기 제1 편차부의 출력을 PI 제어하는 제1 제어부,
    상기 제어수치를 제1 계자 전류 제어수치로 하여 과여자 제한기 유닛, 계전기 유닛, 그리고 최소값 출력 유닛에 전송하는 출력부
    를 포함하는 과여자 제한값 자동설정 시스템.
  11. 제9항에서,
    상기 과여자 제한기 유닛은,
    상기 동기기의 단자 전류와 단자 전압을 입력 받는 신호처리부,
    상기 동기기의 상기 유효전력으로 무효전력 최대값을 출력하고, 출력된 상기 무효전력 최대값으로 최대 유기기전력을 출력하며, 출력된 상기 최대 유기기전력으로 연산된 계자 전류 최대값을 출력하는 기준 신호 자동 출력부,
    상기 계전기 유닛의 트립신호 수신 여부에 따라 제2 절체 회선에서 제1 절체 회선으로 절체를 실행하는 절체부,
    상기 동기기 유닛에서 수신한 제1 계자 전류 제어수치와 상기 기준 신호 자동 출력부의 출력인 연산된 계자 전류 최대값의 편차를 출력하는 제2 편차부, 그리고
    상기 제2 편차부의 출력으로 PI 제어를 하여 제2 계자 전류 제어수치를 출력하는 제2 제어부
    를 포함하는 과여자 제한값 자동설정 시스템.
  12. 제11항에서,
    상기 신호처리부는,
    상기 출력 전압과 상기 출력 전류를 상기 동기기의 파라미터인 전압(V), 전류(I), 유효전력(P), 무효전력(Q), 주파수(F)로 변환하는 과여자 제한값 자동설정 시스템.
  13. 제11항에서,
    상기 기준 신호 자동 출력부에서 무효전력 최대값 출력 과정은,
    y축을 무효전력으로 하고 x축을 유효전력으로 하는 2차원 평면상에 상기 동기기의 작동점이 출력되며,
    상기 동기기에서 제한하는 기설정된 최대 계자 전류 한계 수치에 대응되는 상기 무효전력 수치와 상기 유효전력 수치 좌표를 연결한 제1 원을 설정하고,
    상기 제1 원에서 상기 동기기 계자 권선의 열적 내력을 고려하면 한계 수치가 늘어나며, 늘어난 상기 한계 수치는 상기 제1 원의 동심원 형태로 지름이 ΔIfd 만큼 증가한 제3 원이고, 상기 작동점의 유효전력에 대응되는 최대 무효전력이 하기의 수학식을 만족하는 상기 최대 무효전력인 과여자 제한값 자동설정 시스템.

    상기 Qmax는 최대 무효전력(kVAR), 상기 V는 동기기 단자 전압(V), 상기 Ifd_max는 제1 제어수치 최대값(A), 상기 P는 유효전력(kW)임
  14. 제11항에서,
    상기 기준 신호 자동 출력부에서 최대 유기기전력 출력 과정은,
    상기 최대 무효전력, 상기 동기기의 리액턴스, 그리고 상기 최대 무효전력에 대응하는 유효전력을 입력으로 하고,
    하기의 수학식을 만족하는 상기 최대 유기기전력을 출력하는 과여자 제한값 자동설정 시스템.

    상기 Emax는 최대 유기기전력(V), 상기 V는 동기기 단자전압(V), 상기 P는 유효전력(kW), 상기 Xs는 동기기 동기 리액턴스(Ω), 상기 Qmax는 최대 무효전력(kVAR)임
  15. 제11항에서,
    상기 기준 신호 자동 출력부에서 연산된 계자 전류 최대값 출력은,
    상기 최대 유기기전력이 최대 계자 자속과 비례하며, 상기 최대 계자 자속이 계자 전류와 비례하는 관계를 이용하고,
    상기 최대 유기기전력에 비례하는 계자 전류는 상기 연산된 계자 전류 최대값이며,
    상기 연산된 계자 전류 최대값은 하기의 수학식을 만족하는 과여자 제한값 자동설정 시스템.


    Ifd_max는 연산된 계자 전류 최대값(A), Emax는 최대 유기기전력(V), f,max는 최대 계자 자속(Wb), Xad는 동기기 상호 리액턴스(Ω), K는 과여자 제한기의 작동 파라미터, ω는 동기기의 회전 각속도(rad/s)임
  16. 제11항에서,
    상기 절체부는
    상기 계전기 유닛의 전송부에서 정상 신호를 전송하면,
    상기 절체부의 상기 제2 절체 회선의 데이터가 전송되고,
    상기 계전기 유닛의 전송부에서 트립 신호를 전송하면,
    상기 절체부의 상기 제1 절체 회선의 데이터가 전송되는,
    과여자 제한값 자동설정 시스템.
  17. 제16항에서,
    상기 제1 절체 회선은 상기 설정된 계자 전류 최대값을 전송하고,
    상기 제2 절체 회선은 상기 연산된 계자 전류 최대값을 전송하며,
    상기 설정된 계자 전류 최대값은 1 p.u(per unit)이면서 상기 제1 절체 회선의 출력이고,
    상기 연산된 계자 전류 최대값은 상기 제2 절체 회선의 출력인 과여자 제한값 자동설정 시스템.
  18. 제11항에서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 편차부의 출력 데이터를 PI 제어하여 제2 계자 전류 제어수치를 출력하고,
    상기 제2 계자 전류 제어수치를 상기 최소값 출력 유닛에 전송하는 과여자 제한값 자동설정 시스템.
  19. 제9항에서,
    상기 최소값 출력 유닛은.
    상기 동기기 유닛의 제1 계자 전류 제어수치를 수신하는 제1 수신부,
    상기 과여자 제한기 유닛의 제2 계자 전류 제어 수치를 수신하는 제2 수신부, 그리고
    상기 제1 수신부와 상기 제2 수신부에서 수신한 제어 수치를 비교하여, 더 작은 수치를 출력하여 상기 전력계통 유닛에 전송하는 비교부
    를 포함하는 과여자 제한값 자동설정 시스템.
  20. 제9항에서,
    전력계통 유닛은,
    상기 최소값 출력 유닛의 출력을 수신하는 전력 수신부, 그리고
    수신한 상기 최소값 출력 유닛의 계자 전류 제어 수치 출력으로 계통에 무효전력을 공급하는 제어부
    를 포함하는 과여자 제한값 자동설정 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013187953A (ja) 2012-03-06 2013-09-19 Jfe Steel Corp 自動力率制御装置および自動力率制御方法
JP2021191176A (ja) 2020-06-03 2021-12-13 株式会社東芝 同期発電機の励磁制御装置
JP2022047022A (ja) 2020-09-11 2022-03-24 三菱重工業株式会社 電力系統安定化システム及び電力系統安定化方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101142946B1 (ko) * 2010-09-30 2012-05-10 한국전력공사 발전기 무효전력 성능시험 장치 및 방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013187953A (ja) 2012-03-06 2013-09-19 Jfe Steel Corp 自動力率制御装置および自動力率制御方法
JP2021191176A (ja) 2020-06-03 2021-12-13 株式会社東芝 同期発電機の励磁制御装置
JP2022047022A (ja) 2020-09-11 2022-03-24 三菱重工業株式会社 電力系統安定化システム及び電力系統安定化方法

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