KR101380024B1 - System for controlling super conduction generator - Google Patents

Abstract

The present invention relates to a super conduction generator control system. The super conduction generator control system comprises; a super conduction generator including a stator having a double armature wire which is formed of a rotator having a single field magnet wire, a first armature wire for outputting power for a base load, and a second armature wire for outputting power for a fluctuating load; an exciter including a rotator having a single armature wire which supplies power to the single field magnet wire; a weight which compensates the eccentricity of the rotator of the super conduction generator and the rotator of the exciter; a rectifier which is mounted on the weight and converts three-phase voltage produced in the single armature wire of the exciter into a direct current voltage which is necessary for the single field magnet wire of the super conduction generator; and an inverter which is connected to the second armature wire of the super conduction generator and outputs a voltage which is changed according to a system load as a constant voltage and connects the voltage to a power system. [Reference numerals] (AA) Power system

Description

Translated fromKorean

초전도 발전기 제어 시스템{System for Controlling Super Conduction Generator}{System for Controlling Super Conduction Generator}

본 발명은 초전도 발전기 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이중 전기자 권선을 가지는 고정자를 포함하는 초전도 발전기를 포함하는 초전도 발전기 제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a superconducting generator control system, and more particularly to a superconducting generator control system comprising a superconducting generator comprising a stator having a double armature winding.

기존의 상전도 발전기 제어 시스템은 초전도 발전기 제어 시스템에 비해 주 발전기의 계자 권선의 시정수가 현저히 낮기 때문에 자동전압조정장치(Auto Voltage Regulator, AVR)를 이용하여 부하 조건에 따라 변화하는 주 발전기의 출력 전압을 일정하게 유지하도록 제어한다.Since the time constant of the field winding of the main generator is significantly lower than that of the superconducting generator control system, the conventional high-voltage generator control system uses an automatic voltage regulator (AVR) To be constant.

도 1은 종래의 상전도 발전기 제어 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a configuration of a conventional three-phase generator control system.

도 1을 참조하면, 종래의 상전도 발전기 제어 시스템은 계통 부하의 변화에 따라 변화하는 주 발전기(130)의 출력 전압을 일정하게 유지하기 위해, 전압 센서(140)를 이용하여 주 발전기(130)의 출력 전압을 계측하고, 자동전압조정장치(150)를 이용하여 여자기(110)의 고정된 계자 전류의 크기를 제어한다.Referring to FIG. 1, a conventional three-phase generator control system includes amain generator 130 using avoltage sensor 140 to maintain a constant output voltage of themain generator 130, And controls the magnitude of the fixed field current of theexciter 110 by using theautomatic voltage regulator 150. [

여자기(110)의 회전하는 전기자 권선(112)에서 발생되는 교류 전력은 축에 부착된 정류기(120)를 거쳐 직류 전력으로 변환되고, 변환된 직류 전력은 주 발전기(130)의 회전하는 계자 권선(132)에 인가된다.The alternating current power generated in the rotating armature winding 112 of theexciter 110 is converted into direct current power through arectifier 120 attached to the shaft and the converted direct current power is supplied to the rotating field winding (132).

상술한 바와 같이, 여자기(110)의 전기자 권선(112)에서 발생한 교류 전력을 직접 제어하는 경우, 회전축에 정류기(120)가 장착되어야 하고, 자동전압조정장치(150)가 무선으로 여자기(110)의 회전하는 전기자 권선(112)의 출력을 직접 제어해야 한다.As described above, in the case of directly controlling the AC power generated in the armature winding 112 of theexciter 110, therectifier 120 must be mounted on the rotating shaft, and theautomatic voltage regulator 150 is connected to the exciter The output of the rotating armature winding 112 of therotor 110 must be directly controlled.

그러나, 초전도 발전기 제어 시스템은 초전도 계자 권선의 고 인덕턴스(High Inductance)와 제로 저항(Zero Resistance) 특성에 의한 큰 시정수로 인해 상전도 발전기 제어 시스템과 같은 인가 전압 변환 방식의 제어 기법으로 초전도 발전기의 출력 전압을 일정하게 제어하는 것은 사실상 불가능하다.However, due to the high time constant due to the high inductance and zero resistance of the superconducting field winding, the control system of the superconducting generator is a control technique of the applied voltage conversion method such as the normal phase generator control system. It is practically impossible to control the output voltage constantly.

도 2는 종래의 초전도 발전기 제어 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.2 is a diagram showing a configuration of a conventional superconducting generator control system.

도 2를 참조하면, 종래의 초전도 발전기 제어 시스템에서는 DC-DC 컨버터(230)가 여자기(210)에서 출력된 전력을 직접 전압 변조하여 제어하고, 초전도 발전기(250)의 입력단에는 시정수를 저하시키기 위한 대용량의 저항(240)이 삽입된다.Referring to FIG. 2, in the conventional superconducting generator control system, the DC-DC converter 230 directly modulates and controls the power output from theexciter 210, and the input of thesuperconducting generator 250 decreases the time constant A large-capacity resistor 240 is inserted.

DC-DC 컨버터(230)는 초전도 발전기(250)의 출력 전압을 계측한 후 무선으로 제어 신호를 DC-DC 컨버터(230)로 송신하는 외부에 고정된 제어 시스템에 의해 제어된다.The DC-DC converter 230 is controlled by an externally fixed control system that measures the output voltage of thesuperconducting generator 250 and wirelessly transmits the control signal to the DC-DC converter 230.

그러나, 종래의 초전도 발전기 제어 시스템은 수백 KW급 용량의 DC-DC 컨버터 및 시정수 저하용 저항을 회전축에 고정하는 데 구조적인 곤란성이 있고, DC-DC 컨버터와 시정수 저하용 저항을 고정시킬 때 브러시와 같은 별도의 기계적인 장치를 필요로 하며, 또한 저항의 용량만큼 손실이 발생되어 시스템의 효율 저하로 인해 사실상 적용이 불가능하다.However, in the conventional superconducting generator control system, there is a structural difficulty in fixing a DC-DC converter having a capacity of several hundreds of kW and a resistance for lowering the time constant to the rotary shaft. In fixing the DC-DC converter and the resistance for lowering the time constant A separate mechanical device such as a brush is required, and a loss due to the capacity of the resistor is generated, which makes it practically impossible to apply the system due to a reduction in the efficiency of the system.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 초전도 발전기의 출력단에 인버터를 적용하는 것을 고려해볼 수 있으나, 발전기 용량급의 인버터가 필요하여 시스템 단가가 급격히 상승하는 문제점이 있었다.In order to solve such a problem, it may be considered to apply an inverter to the output terminal of the superconducting generator, but there is a problem that the system cost increases rapidly because an inverter of the generator capacity class is required.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 인버터 용량을 저감하여 시스템 단가를 저감할 수 있는 초전도 발전기 제어 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a superconducting generator control system that can reduce the unit cost by reducing the inverter capacity.

이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 초전도 발전기 제어 시스템은, 단일 계자 권선을 가지는 회전자와, 기저부하용 전력을 출력하는 제1 전기자 권선 및 변동부하용 전력을 출력하는 제2 전기자 권선으로 구성되는 이중 전기자 권선을 가지는 고정자를 포함하는 초전도 발전기; 상기 단일 계자 권선에 전력을 공급하는 단일 전기자 권선을 가지는 회전자를 포함하는 여자기; 상기 초전도 발전기의 회전자와 상기 여자기의 회전자의 편심을 보정하는 무게추; 상기 무게추에 장착되고, 상기 여자기의 단일 전기자 권선에서 생성된 3상 교류 전압을 초전도 발전기의 단일 계자 권선에 필요한 직류 전압으로 변환하는 정류기; 및 상기 초전도 발전기의 제2 전기자 권선에 연결되어, 계통부하에 따라 변하는 전압을 일정한 전압으로 출력하여 전력계통에 연결하는 인버터를 포함한다.In order to achieve the above object, according to an embodiment of the present invention, a superconducting generator control system according to the present invention, a rotor having a single field winding, a first armature winding and a variable load power for outputting the base load power A superconducting generator comprising a stator having a double armature winding configured as a second armature winding to output a; An exciter comprising a rotor having a single armature winding for powering the single field winding; A weight for correcting the eccentricity of the rotor of the superconducting generator and the rotor of the exciter; A rectifier mounted on the weight and converting a three-phase alternating voltage generated in the single armature winding of the exciter into a DC voltage required for the single field winding of the superconducting generator; And an inverter connected to the second armature winding of the superconducting generator and outputting a voltage varying according to a system load at a constant voltage to be connected to the power system.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 이중 전기자 권선을 가지는 고정자를 포함하는 초전도 발전기를 포함하는 초전도 발전기 제어 시스템을 제공함으로써, 변동 부하 용량의 인버터 용량으로 일정 출력의 전압 제어가 가능하게 하여 인버터 용량 저감에 따라 시스템 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by providing a superconducting generator control system including a superconducting generator including a stator having a double armature winding, it is possible to control the voltage of a constant output with the inverter capacity of the variable load capacity, the inverter capacity The reduction has the effect of lowering the system cost.

도 1은 종래의 상전도 발전기 제어 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 종래의 초전도 발전기 제어 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초전도 발전기 제어 시스템의 구성을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 초전도 발전기의 전기자 권선의 자세한 구성을 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a configuration of a conventional three-phase generator control system,
2 is a diagram showing a configuration of a conventional superconducting generator control system,
3 is a diagram illustrating a configuration of a superconducting generator control system according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a detailed configuration of the armature winding of the superconducting generator according to the embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 초전도 발전기 제어 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a superconducting generator control system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 초전도 발전기 제어 시스템은 초전도 발전기(310), 여자기(320), 무게추(Balance Weigh)(330), 정류기(340) 및 인버터(350) 등을 포함한다.Referring to FIG. 3, the superconducting generator control system according to the present invention includes asuperconducting generator 310, anexciter 320, abalance weight 330, arectifier 340, aninverter 350, and the like. .

본 발명에 따른 초전도 발전기(310)는 차폐 실드(Mechanical Shield)(311), 이중 전기자 권선(Armature Winding)(312) 및 공심 코어(Air Core)(313)를 포함하는 고정자와, 보빈(Bobbin Complete)(314), 토크 디스크(Torque Disk)(315) 및 단일 계자 권선(Field Winding)(316)을 포함하는 회전자로 구성된다.Thesuperconducting generator 310 according to the present invention includes a stator including a shield shield (311), a dual armature winding (312) and an air core (313), and bobbin complete 314, atorque disk 315, and a rotor comprising a single field winding 316.

차폐 실드(311)는 원통 형태의 규소 강판 재질의 자기 차폐 실드이다.Theshielding shield 311 is a magnetic shield shield made of a cylindrical silicon steel sheet.

이중 전기자 권선(312)은 전력계통의 기저부하용 전력을 출력하는 제1 전기자 권선(312a) 및 변동부하용 전력을 출력하는 제2 전기자 권선(312b)으로 구성된다.The double armature winding 312 is composed of a first armature winding 312a for outputting the base load power of the power system and a second armature winding 312b for outputting the variable load power.

공심 코어(313)는 이중 전기자 권선(312) 즉, 고정자 권선을 고정한다. 자세하게는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 제2 전기자 권선(312a, 312b)은 공심 코어(313)에 감겨지고, 웨지(Wedge)(313a)에 의해 움직이지 않도록 고정된다. 이를 위해, 공심 코어(313)는 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics) 재질로 이루어진다.Thecore core 313 secures thedual armature windings 312, ie the stator windings. In detail, as shown in FIG. 4, the first andsecond armature windings 312a and 312b are wound around thecore core 313 and fixed so as not to move by thewedge 313a. To this end, thecore core 313 is made of Glass Fiber Reinforced Plastics (GFRP).

보빈(314)은 단일 계자 권선(316) 즉, 초전도 선재를 고정 및 전도 냉각한다. 이를 위해, 보빈(314)은 알루미늄 재질로 이루어진다.Thebobbin 314 fixes and conductively cools the single field winding 316, ie the superconducting wire. For this purpose, thebobbin 314 is made of aluminum.

토크 디스크(315)는 샤프트(Shaft)(301)의 회전력을 전달한다.Torque disk 315 transmits the rotational force ofshaft 301.

단일 계자 권선(316)은 계자 자속을 발생한다.The single field winding 316 generates field magnetic flux.

본 발명에 따른 여자기(320)는 단일 전기자 권선(321) 및 제1 철심 코어(322)를 포함하는 회전자와, 영구자석(323) 및 제2 철심 코어(324)를 포함하는 고정자로 구성된다.Exciter 320 according to the present invention consists of a rotor including a single armature winding 321 and thefirst core core 322, and a stator including apermanent magnet 323 and thesecond core core 324 do.

단일 전기자 권선(321)은 초전도 발전기(310)의 단일 계자 권선(316)에 전력을 공급한다. 이를 위해, 단일 전기자 권선(321)은 구리 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.The single armature winding 321 supplies power to the single field winding 316 of thesuperconducting generator 310. To this end, the single armature winding 321 is preferably made of a copper material.

제1 철심 코어(322)는 단일 전기자 권선(321)을 고정하고 자속을 집속한다. 이를 위해, 제1 철심 코어(322)는 규소 강판 재질로 이루어진다.Thefirst iron core 322 fixes a single armature winding 321 and focuses the magnetic flux. To this end, thefirst core core 322 is made of a silicon steel sheet material.

영구자석(323)은 계자 자속을 생성한다.Thepermanent magnet 323 generates the field magnetic flux.

제2 철심 코어(324)는 영구자석(323)을 고정하고 자속을 집속한다. 이를 위해, 제2 철심 코어(324)는 규소 강판 재질로 이루어진다.Thesecond core core 324 fixes thepermanent magnet 323 and focuses the magnetic flux. To this end, thesecond core core 324 is made of a silicon steel sheet material.

무게추(330)는 초전도 발전기(310)의 회전자와 여자기(320)의 회전자의 편심을 보정한다.Theweight 330 corrects the eccentricity of the rotor of thesuperconducting generator 310 and the rotor of theexciter 320.

정류기(340)는 무게추(330)에 장착되고, 여자기(320)의 단일 전기자 권선(321)에서 생성된 3상 교류 전압을 초전도 발전기(310)의 단일 계자 권선(316)에 필요한 직류 전압으로 변환한다.Therectifier 340 is mounted on theweight 330, and the three-phase alternating voltage generated by the single armature winding 321 of theexciter 320 is required for the single field winding 316 of thesuperconducting generator 310. Convert to

인버터(350)는 초전도 발전기(310)의 제2 전기자 권선(312b)에 연결되어, 계통부하에 따라 변하는 전압을 일정한 전압으로 출력하여 전력계통에 연결한다. 이를 위해, 인버터(350)는 초전도 발전기(310)의 제2 전기자 권선(312b)에서 발생되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 AC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 전력계통에서 요구하는 전압으로 출력하는 DC-DC 컨버터 및 DC-DC 컨버터에서 출력되는 전압을 전력계통에서 요구하는 교류 전압으로 변환하는 DC-AC 컨버터를 포함한다.Theinverter 350 is connected to the second armature winding 312b of thesuperconducting generator 310, and outputs a voltage varying according to the system load as a constant voltage to connect to the power system. To this end, theinverter 350 converts the AC voltage generated by the second armature winding 312b of thesuperconducting generator 310 into a DC voltage, and converts the DC voltage converted by the AC-DC converter into a power system. DC-DC converter for outputting the voltage required by the DC-DC converter and DC-AC converter for converting the voltage output from the power system required by the power system.

본 발명의 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다.The embodiments disclosed in the specification of the present invention do not limit the present invention. The scope of the present invention should be construed according to the following claims, and all the techniques within the scope of equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

301: 샤프트 310: 초전도 발전기
311: 차폐 실드 312: 이중 전기자 권선
312a: 제1 전기자 권선 312b: 제2 전기자 권선
313: 공심 코어 314: 보빈
315: 토크 디스크 316: 단일 계자 권선
320: 여자기 321: 단일 전기자 권선
322: 제1 철심 코어 323: 영구자석
324: 제2 철심 코어 330: 무게추
340: 정류기 350: 인버터301: shaft 310: superconducting generator
311shield shield 312 double armature winding
312a: first armature winding 312b: second armature winding
313: Core Core 314: Bobbin
315: torque disk 316: single field winding
320: exciter 321: single armature winding
322: first core core 323: permanent magnet
324: second core core 330: weight
340: rectifier 350: inverter

Claims (3)

Translated fromKorean

단일 계자 권선을 가지는 회전자와, 기저부하용 전력을 출력하는 제1 전기자 권선 및 변동부하용 전력을 출력하는 제2 전기자 권선으로 구성되는 이중 전기자 권선을 가지는 고정자를 포함하는 초전도 발전기;
상기 단일 계자 권선에 전력을 공급하는 단일 전기자 권선을 가지는 회전자를 포함하는 여자기;
상기 초전도 발전기의 회전자와 상기 여자기의 회전자의 편심을 보정하는 무게추;
상기 무게추에 장착되고, 상기 여자기의 단일 전기자 권선에서 생성된 3상 교류 전압을 초전도 발전기의 단일 계자 권선에 필요한 직류 전압으로 변환하는 정류기; 및
상기 초전도 발전기의 제2 전기자 권선에서 발생되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 AC-DC 컨버터, 상기 AC-DC 컨버터에 의해 변환된 직류 전압을 전력계통에서 요구하는 전압으로 출력하는 DC-DC 컨버터 및 상기 DC-DC 컨버터에서 출력되는 전압을 전력계통에서 요구하는 교류 전압으로 변환하는 DC-AC 컨버터를 포함하고, 상기 초전도 발전기의 제2 전기자 권선에 연결되어, 계통부하에 따라 변하는 전압을 일정한 전압으로 출력하여 전력계통에 연결하는 인버터;
를 포함하는 초전도 발전기 제어 시스템.A superconducting generator comprising a stator having a rotor having a single field winding and a double armature winding consisting of a first armature winding for outputting base load power and a second armature winding for outputting power for variable loads;
An exciter comprising a rotor having a single armature winding for powering the single field winding;
A weight for correcting the eccentricity of the rotor of the superconducting generator and the rotor of the exciter;
A rectifier mounted on the weight and converting a three-phase alternating voltage generated in the single armature winding of the exciter into a DC voltage required for the single field winding of the superconducting generator; And
An AC-DC converter for converting an AC voltage generated in the second armature winding of the superconducting generator into a DC voltage, a DC-DC converter for outputting the DC voltage converted by the AC-DC converter to a voltage required by a power system; It includes a DC-AC converter for converting the voltage output from the DC-DC converter to the AC voltage required by the power system, is connected to the second armature winding of the superconducting generator, the voltage that changes according to the system load to a constant voltage An output inverter connected to the power system;
Superconducting generator control system comprising a.삭제delete단일 계자 권선을 가지는 회전자와, 기저부하용 전력을 출력하는 제1 전기자 권선 및 변동부하용 전력을 출력하는 제2 전기자 권선으로 구성되는 이중 전기자 권선을 가지는 고정자를 포함하는 초전도 발전기;
상기 단일 계자 권선에 전력을 공급하는 단일 전기자 권선을 가지는 회전자를 포함하는 여자기;
상기 초전도 발전기의 회전자와 상기 여자기의 회전자의 편심을 보정하는 무게추;
상기 무게추에 장착되고, 상기 여자기의 단일 전기자 권선에서 생성된 3상 교류 전압을 초전도 발전기의 단일 계자 권선에 필요한 직류 전압으로 변환하는 정류기; 및
상기 초전도 발전기의 제2 전기자 권선에 연결되어, 계통부하에 따라 변하는 전압을 일정한 전압으로 출력하여 전력계통에 연결하는 인버터;
를 포함하되,
상기 제1 전기자 권선은 일정한 전압을 상기 전력계통에 직입하고, 상기 제2 전기자 권선은 상기 일정한 전압을 상기 인버터를 거쳐 상기 전력계통에 직입하는 것을 특징으로 하는 초전도 발전기 제어 시스템.A superconducting generator comprising a stator having a rotor having a single field winding and a double armature winding consisting of a first armature winding for outputting base load power and a second armature winding for outputting power for variable loads;
An exciter comprising a rotor having a single armature winding for powering the single field winding;
A weight for correcting the eccentricity of the rotor of the superconducting generator and the rotor of the exciter;
A rectifier mounted on the weight and converting a three-phase alternating voltage generated in the single armature winding of the exciter into a DC voltage required for the single field winding of the superconducting generator; And
An inverter connected to the second armature winding of the superconducting generator and outputting a voltage varying according to a system load at a constant voltage to be connected to a power system;
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And the first armature winding directly injects a constant voltage into the power system, and the second armature winding injects the constant voltage directly into the power system through the inverter.

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