An Isolated Power System Based on Variable Speed Engine Generator with Super-capacitor

슈퍼캐패시터와 가변속 엔진발전기를 이용한 독립형 전원 시스템

  • 이준환 (서울대 전기컴퓨터공학부) ;
  • 이승환 (서울대 전기컴퓨터공학부) ;
  • 설승기 (서울대 전기컴퓨터공학부)
  • Published : 2008.04.20

Abstract

The variable speed engine generator set is interested for an isolated power system due to reduced fuel consumption and less emission. However, because of sluggish dynamic behavior of the internal combustion engine the power quality would be degraded during the sudden load power surge, where the power required by the load is not available by the engine due to the reduced engine speed. An isolated power system based on variable speed engine with a super-capacitor bank can improve dynamic characteristics under such a sudden load change, and power quality, fuel consumption, and pollutants can be improved remarkably. Also, it is verified by the computer simulation that the inverter of 3phase-4leg is compatible to the isolated power system with unbalanced load. In this paper, the feasibility of the system has been verified based on a 26kw commercial diesel engine system.

독립형 전원시스템에서 엔진을 이용한 발전시스템은 지금까지 에너지의 효율적인 측면보다는 설치 단가 및 신뢰성이 중요한 이슈가 되어왔으나, 최근 들어 신뢰성과 함께 에너지의 효율적 사용, 대기 환경 개선 및 발전 전력 품질 등이 점차 중요시 되어가고 있다. 가변속 엔진 발전 시스템의 경우 출력 전력에 대응하여 엔진 속도를 가변함으로써, 경부하시 획기적인 효율 개선이 가능하다. 또한 부하 전압, 주파수는 출력 인버터에 의해 제어되므로, 그 응답 속도가 빨라 고 품질의 전력을 전원에 공급할 수 있다. 특히 급격한 부하 증가 시 엔진 출력이 늘어나는 시간동안 부족한 전력을 슈퍼캐패시터로부터 공급받음으로써, 부하 급증 시에도 안정된 전력 공급이 가능하다. 본 논문에서는 소형 디젤 엔진과 슈퍼캐패시터를 이용한 가변속 엔진 발전 시스템의 개념을 설명하고, 가변속 운전의 필요성, 고정 운전속 대비 연비 절감 및 3상 4선식 인버터를 사용한 고품질의 전력 공급 등의 타당성을 모의 실험과 실험을 통하여 검증하도록 한다.

Keywords

References

  1. Leon M.Tolbert, William A. Peterson, et al., "Electronic Power Conversion System for an Advanced Mobile Generator Set", IEEE IAS 2001 Annual Meeting, Vol. 3, pp. 1763-1768, 2001, Sep./Oct.
  2. Jan Leuchter, Pavol Bauer, et al., "Dynamic Behavior Identification of Electrical Gen-Set", International Power Electronics and Motion Control Conference, pp. 1528-1535, 2006, Aug.
  3. Michael J. Ryan, Robert D. Lorenz, "A "Power-Mapping" Variable-Speed Control Technique for a Constant-Frequency Conversion System powered by a IC Engine and PM Generator", IEEE IAS 2000 Annual Meeting, Rome, Italy, pp.2376-2382, 2000
  4. Lech M. Grzesiak, Jacek G. Tomasik, "Autonomous Power Generating System with Multi-Level Converter", IECON 2006 Annual Conference, pp. 2815-2820, 2006, Nov.
  5. 김장환, "멀티레그 멀티레벨 전압형 인버터를 위한 전압 변조 기법의 일반화에 대한 연구", 서울대학교 박사학위 논문, 2006. 8
  6. 김효성,이상준, 설승기, "동적전압 보상기의 과도특성을 개선하기 위한 디지털방식의 전향제어기 설계", 전력전자학회 논문지, 제9권, 제3호, pp. 275-283, 2003. 1