전력계통 및 발전기의 안정 운용을 위해 발전기 제어계의 정밀 제어와 정확한 계통 해석을 위한 발전기 관련 정밀 파라미터 취득 및 관리가 요구되는 상황에서 발전기 현장시험과 발전기 관련 안정도 해석용 데이터 취득이 필요한 실정임. 현장 시험(발전기 제어계 특성시험)을 통해서 취득한 데이터를 가지고 모델링 및 제어정수를 조정하여 전력계통 안정도 해석용 데이터 베이스를 구축하게 되는데, 여자기 형식에 따라서 계단 입력 신호가 주어졌을 때 시간응답 특성이 약간씩 차이가 나게 됨. 그리고 발전기 제어계 특성시험은 발전기 직접 관련 데이터 및 원동기(터빈) 입력신호(주증기 유량신호, 주증기 제어밸브 개도 등)까지 측정하게 되는데, 본 논문에서는 발전기 여자제어에 관련된 부분만을 살펴 보았음.
최근 산업계에서 급증하는 전력수요와 부하의 다양화는 전원의 안정도에 악영항을 미치고 있다. 이는 전압강하는 역률 저하 유/무효 전력의 변동을 초래하고 타부하에 영향을 미치게 되므로 이를 효과적으로 보상할 수 있는 종합적인 보상 시스템이 필요하다. 본 논문에서는 이러한 전력보상 시스템중의 하나로서 플라이휠을 장착한 권선형 유도기의 2차 여자방식을 제시한다. 본 시스템은 전동기 2차 여자방식을 이용함으로서 기존의 정지형 보상기에 비하여 인버터의 용량을 기존의 것보다 수배 감소시킬 수 있는 장점이 있으며 히스테리시스 전류제어기를 사용하여 직접 전류제어기를 사용하여 직접전류 제어방식을 이용하므로 기존의 시스템과 비교하여 PI제어기의 게인선정의 어려움을 극복하고 제어 알고리즘을 간략화 할 수 있는 특징을 가지고 있다. 또한 전력을 보상하기 위한 에너지 저장요소로 플라이휠의 관성에너지를 사용함으로서 기존의 배터리 방식의 무정전 전원공급장치를 대신하는 효과를 보인다. 설계된 시스템과 제어방식은 시뮬레시션을 통하여 입증하였다.
동기발전기의 출력전압은 여자 시스템의 계자 전류 제어에 의해 일정하게 유지된다. 현재 대부분의 발전기 여자기의 여자전류제어를 위해 사용되는 AVR 시스템의 AC/DC 컨버터 부는 출력전압 제어가 가능한 위상제어 컨버터나 출력전압을 제어할 수 없는 다이오드 정류기와 DC/DC 컨버터를 결합하여 사용하고 있다. AC/DC 전력 변환장치로서 위상제어 컨버터나 출력전압을 제어할 수 없는 다이오드 정류기의 경우, AVR시스템의 전력을 공급하는 모선의 역률저하 및 저차 고조파 발생의 문제점을 야기 시키게 된다. 본 논문에서는 동기발전기의 여자전류 제어를 위해 사용되는 AVR 시스템 설계에 있어 단위역률 동작이 가능한 Boost형 AC/DC 컨버터와 모선의 부하변동에 속응성 있게 동작할 수 있는 전류 제어형 Buck 컨버터를 결합한 2단 3상 PWM AC/DC 컨버터에 대해 연구하였다. 제안된 AC/DC 컨버터를 시뮬레이션 한 결과 Boost 컨버터의 경우 단위 역률 동작 및 출력 DC 전압의 Boost 동작이 원할히 이루어졌으며, Buck 컨버터의 경우 다른 위상제어 컨버터에 비해 응답시간이 개선되었음을 알 수 있었다.
능동시각시스템의 가장 큰 장점은 주어진 환경에 대해 능동적으로 반응할 수 있는 자유도가 있어 이를 활용하여 필요한 정보를 쉽게 추출할 수 있다는 점이다. 이를 위해서는 능동시각시스템의 시선을 원하는 위치로 이동시키는 것이 필요한데, 시스템의 여자유도 인해 해가 무수히 많이 존재하게 된다. 본 논문에서는 이러한 여자유도 문제를 기구의 동역학적 특성을 제한 조건으로 하여 최적의 해를 구하고 이를 이용해 각 관절을 제어하는 제어기를 설계하는 방법에 대해 소개한다. 설계된 제어기는 제작과 실험을 통해 고속으로 움직이는 물체를 실시간으로 추적하는 성능을 보였다.
본 논문에서는 부하 변동에 강인하고, 제어기의 구성이 매우 간단한 순시전압제어기법을 적용한 여자제어 시스템을 제안한다. 제안하는 순시전압 제어기법은 제어기의 이득을 결정하기 위한 복잡한 설계가 요구되지 않으며, 제어기의 시정수 설정만으로, 전력 변환 장치의 최대 응답성을 유도 할 수 있으며 과도 응답 상태에서 오버슈트의 발생을 크게 억제할 수 있는 장점이 있다. 제안된 순시전압 제어기법에 의한 동기 발전기 여자 시스템은 컴퓨터 시뮬레이션과 소형 발전기 시스템에 적용된 실험을 통하여 그 성능을 검증하였다.
본 논문에서는 이중여자 유도기를 풍력발전에 적용할 때 회전자위치 센서를 사용하지 않고 발전 출력제어 방법을 제안하였다. 모델기를 풍력발전에 적용하여 운전할 때 고정자는 계통선에 연결되어 있기 때문에 고정자 자속은 일정 값을 가지며 고정자 자속의 동기 각\ulcorner고는 일정한 상수값을 가진다. 또한 회전자 전류 및 고정자 전압과 전류를 이용하여 슬립각을 추정함으로써 속도를 추정할 수 있고 뿐만 아니라 회전자 전류제어에 의해 고정자측의 발전전력을 제어할 수가 있다. 이른 토대로 속도제어 및 발전출력에 대한 결과를 나타내므로써 제안한 알로리즘의 타당성을 입증하였다.
본 논문은 높은 추력비(전동기 추력/전동기 중량=N/ Kg)를 갖는 영구자석 여자 횡축형 선형 전동기(TFLM)를 가진기 엑츄에이터로 사용하여 부피와 체적을 줄이고 적은 중량이 요구되는 고출력 전동식 가진기 시스템을 유압식을 대체하여 구현하고 가변 변위 및 가변 속도가 가능한 제어 방법을 개발하여 적용하고자 한다.
본 논문에서는 권선형 유도기를 사용한 이중여자 유도형 풍력발전기용 제어기를 개발하였다. 제어기는 발전기의 회전속도와 발전량, 기리고 계통 전압 등의 조건에 따라서 발전기를 자동으로 제어한다. 발전이 가능한 조건에서는 발전기의 유효전력은 최적값이 되도록 제어된다. 또한, 풍력발전 시스템의 무효전력은 계통 운영자의 요구, 계통 전압, 그리고 발전량 등을 고려하여 무효전력 제어 모드를 스스로 결정하도록 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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