KR100847654B1 - Engine-generator provided with super capacitor - Google Patents

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KR100847654B1
KR100847654B1 KR1020070017179A KR20070017179A KR100847654B1 KR 100847654 B1 KR100847654 B1 KR 100847654B1 KR 1020070017179 A KR1020070017179 A KR 1020070017179A KR 20070017179 A KR20070017179 A KR 20070017179A KR 100847654 B1 KR100847654 B1 KR 100847654B1
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Abstract

An engine-generator system having a super capacitor is provided to improve a response speed of a generator for variation of a load size by discharging an electric energy charged at the super capacitor to the load when the load is increased instantaneously. An engine-generator system includes an engine(110), a generator(120), a rectifier(302), an inverter(400), and a super capacitor(500). The generator is driven by an output of the engine and generates an electric power. The rectifier converts an electric power outputted from the generator into a direct current. The inverter is coupled between a positive terminal and a negative terminal of an output terminal of the rectifier. The inverter converts the direct current power outputted from the rectifier into an alternative current power and supplies an electric power to a load. The super capacitor charges and discharges an electric energy. The super capacitor is coupled between a neutral point of the generator and the positive terminal or the negative terminal of the output terminal of the rectifier.

Description

수퍼캐패시터를 구비하는 엔진-발전기 시스템 {Engine-Generator Provided with Super Capacitor}Engine-Generator Provided with Super Capacitor

도 1은 종래의 일정 속도 엔진-발전기 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a conventional constant speed engine-generator system.

도 2는 종래의 가변속 엔진-발전기 시스템의 구성도.2 is a block diagram of a conventional variable speed engine-generator system.

도 3은 엔진-발전기 시스템에 사용되는 인버터의 구성도.3 is a block diagram of an inverter used in an engine-generator system.

도 4는 별도의 기동기가 필요 없는 가변속 엔진-발전기 시스템의 구성도.4 is a block diagram of a variable speed engine-generator system without a separate starter.

도 5는 가변속 엔진-발전기 시스템에 사용되는 펄스폭 변조 방식(PWM) 승압형 정류기의 구성도.5 is a block diagram of a pulse width modulation (PWM) boost type rectifier used in a variable speed engine-generator system.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 엔진-발전기 시스템의 구성도.6 is a configuration diagram of an engine-generator system according to a first embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 엔진-발전기 시스템의 구성도.7 is a block diagram of an engine-generator system according to a second embodiment of the present invention.

도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 엔진-발전기 시스템에 사용되는 DC/DC 변환기의 구성도.8 is a block diagram of a DC / DC converter used in the engine-generator system according to the second embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 엔진-발전기 시스템의 구성도.9 is a configuration diagram of an engine-generator system according to a third embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 엔진-발전기 시스템의 구성도.10 is a configuration diagram of an engine-generator system according to a fourth embodiment of the present invention.

도 11은 본 발명에 따른 엔진-발전기 시스템을 무정전 전원 장치로 사용한 예를 도시한 것.11 shows an example of using the engine-generator system according to the present invention as an uninterruptible power supply.

본 발명은 엔진을 구동하여 전력을 발생시키는 엔진-발전기 시스템에 관한 것으로서, 엔진, 발전기, 정류기, 인버터, 및 수퍼캐패시터를 포함하되, 상기 수퍼캐패시터는 상기 정류기의 출력단 중 (+) 단자 또는 (-) 단자와 상기 발전기의 중성점 사이에 연결된다. 상기 엔진-발전기로부터 전력을 공급받는 부하의 크기가 순간적으로 증가하는 경우, 상기 수퍼캐패시터에 충전되어 있던 전기에너지가 방전되어 상기 부하로 공급된다. 따라서, 부하 크기의 변동에 대한 발전기 시스템의 응답 속도를 향상시킬 수 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an engine-generator system that generates power by driving an engine, including an engine, a generator, a rectifier, an inverter, and a supercapacitor, wherein the supercapacitor includes a positive terminal or a (-) terminal of an output of the rectifier. ) Is connected between the terminal and the neutral point of the generator. When the magnitude of the load supplied with power from the engine generator increases momentarily, electrical energy charged in the supercapacitor is discharged and supplied to the load. Therefore, it is possible to improve the response speed of the generator system to the variation of the load size.

현재 여러 산업 현장에서 엔진-발전기가 폭넓게 사용되고 있다. 엔진-발전기는 상용전원의 공급이 어려운 건설 현장, 지형적으로 고립된 장소, 또는 운반용 장비(예 : 대형 트럭, 항만용 콘테이너 크레인 등) 등에서 일정 전압/일정 주파수(Constant Voltage/Constant Frequency)의 전력을 공급하는데 광범위하게 이용되고 있다.Engine-generators are now widely used in many industrial sites. Engine-generators deliver constant voltage / constant frequency power at construction sites where terrain is difficult to supply commercially, on topographically isolated sites, or on transport equipment (eg heavy trucks, port container cranes, etc.). It is widely used to supply.

도 1은 종래 통상적인 엔진-발전기 시스템을 도시한 것이다. 상기 엔진-발전기 시스템은 엔진(110), 및 상기 엔진의 출력에 의하여 구동되어 전력을 발생시키는 권선형 동기 발전기(122)로 이루어지는 엔진-발전기(100)를 포함하며, 상기 발전기(122)에서 출력되는 전력이 전기 부하(200)로 공급된다.1 illustrates a conventional conventional engine-generator system. The engine-generator system includes an engine-generator (100) comprising an engine (110) and a winding-type synchronous generator (122) driven by the output of the engine to generate power, the output from the generator (122). The power to be supplied is supplied to the electrical load 200.

상기 엔진-발전기 시스템의 부하인 전기 부하(200)는 전기적 시스템이어서 그 응답 특성이 매우 빠르고, 부하 크기의 변동이 심하다. 반면에, 엔진(110)을 사용하는 엔진-발전기(100)는 기계적 구동 시스템이어서 상대적으로 응답 속도가 느리기 때문에 엔진-발전기(100)의 출력 전압 및 주파수 변동이 불가피하다.The electrical load 200, which is the load of the engine-generator system, is an electrical system, so its response characteristics are very fast, and the load size fluctuates. On the other hand, since the engine-generator 100 using the engine 110 is a mechanical drive system and thus has a relatively slow response speed, the output voltage and frequency variation of the engine-generator 100 are inevitable.

이를 완화하기 위하여, 통상의 엔진-발전기 시스템은 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 엔진 회전 속도(ωrpm) 값에 대응하여 드로틀 밸브(114)를 제어하여 엔진으로 들어가는 연료의 양을 조절함으로써 엔진의 속도(출력 주파수)를 일정하게 조절하는 속도 조정기(Governor)(112)를 포함한다. 또한, 발전기의 출력 전압 값에 대응하여 계자권선(124)을 이용하여 발전기의 여자전류를 제어하고, 출력 전압을 일정하게 조절하는 전압 조정기(Automatic Voltage Regulator, AVR)(122)를 구비한다.To mitigate this, a conventional engine-generator system controls the throttle valve 114 in response to an engine rotational speed (ω rpm ) value as shown in FIG. 1 to adjust the amount of fuel entering the engine. And a speed governor 112 which constantly adjusts the speed (output frequency). In addition, a voltage regulator 122 is used to control the excitation current of the generator using the field winding 124 in response to the output voltage value of the generator, and to constantly adjust the output voltage.

그러나, 이러한 제어 장치에도 불구하고, 전기 부하가 급변하는 경우에 기계적 시스템의 느린 응답 특성으로 인하여 출력 전압 및 주파수의 변동은 불가피하다.However, in spite of such a control device, fluctuations in output voltage and frequency are inevitable due to the slow response characteristics of the mechanical system in the case of sudden changes in the electrical load.

일반적으로, 이러한 변동을 억제하기 위하여 부하의 최대 정격보다 더 큰 용량의 엔진-발전기를 설치하여, 급변하는 전기적 부하에 대해 엔진-발전기가 덜 민감하게 반응할 수 있도록 시스템을 설계한다. 그러나, 이는 통상적인 부하시 또는 경부하시 운전 효율을 떨어뜨려, 발전 시스템의 운전 비용을 증가시키고, 부하에 비하여 용량이 큰 엔진-발전기를 설치하여야 하므로, 초기 설비 비용을 증가시킨다.In general, in order to suppress such fluctuations, an engine-generator with a capacity greater than the maximum rating of the load is installed, so that the system is designed to make the engine-generator less sensitive to rapidly changing electrical loads. However, this lowers the operating efficiency at normal load or light load, thereby increasing the operating cost of the power generation system and increasing the initial installation cost since an engine-generator having a larger capacity than the load must be installed.

대부분의 발전기들은 정격 부근에서 동작하는 경우보다 경부하 또는 무부하로 동작하는 시간이 훨씬 많기 때문에, 경부하시의 발전 효율 향상은 엔진-발전기의 전체 운전 효율향상에 매우 중요한 문제이다. 현재와 같이 연료비 단가가 지속적으로 상승하는 경우에는 경부하시의 발전 효율 향상이 더욱 중요한 문제가 된다.Since most generators have much more time to operate at light load or no load than at near nominal speed, improvement of power generation efficiency at light load is a very important problem for improving the overall operating efficiency of the engine-generator. If the cost of fuel continues to rise, the improvement of power generation efficiency at light loads becomes more important.

기존의 엔진-발전기는 무부하 또는 경부하에도 발전기의 출력 주파수를 일정하게 유지하기 위하여 정격 출력이 가능한 일정한 속도로 계속 회전하여야 한다. 그러나, 이러한 경우 엔진 특성 상 출력 대비 연료 소모가 매우 커진다.Existing engine-generators must continue to rotate at a constant speed where rated power is available to keep the generator's output frequency constant, even at no or light loads. However, in this case, the fuel consumption is very large compared to the output due to the engine characteristics.

엔진을 통하여 기계적 출력을 얻는 자동차에서는 엔진의 기계적 출력에 대응하여 변속기를 조작함으로써, 연비가 최적화되는 운전점으로 엔진의 동작 속도를 이동시켜 연비를 개선한다. 그러나, 항상 일정 속도로 회전해야하는 엔진-발전기에서는 이러한 동작이 불가능하여 무부하 또는 경부하시 엔진-발전기 효율은 정격부하시 엔진-발전기 효율의 수분의 일 이하이다.In a vehicle that obtains mechanical power through the engine, by operating the transmission in response to the engine's mechanical power, the engine speed is improved by moving the operating speed of the engine to an operating point at which fuel efficiency is optimized. However, such an operation is not possible with an engine generator that must always rotate at a constant speed so that the engine-generator efficiency at no load or light load is less than a few minutes of the rated engine-generator efficiency.

또한, 엔진-발전기 시스템은 일정 속도 하에서도 출력이 변동하는 경우에 발생하는 내부 임피던스 강하에 따른 단자 전압의 변동을 억제하기 위하여 계자 전류를 제어해야 하므로, 계자 권선(124)을 구비하는 권선형 동기 발전기(122)를 사용하여야 한다. 이러한 엔진-발전기 시스템은 계자 권선과 그 권선에 전기를 공급하는 기계적 시스템으로 인하여 구조가 복잡하며, 영구자석을 이용하는 동기 발전기에 비해 발전기 자체의 효율이 낮다.In addition, since the engine-generator system must control the field current to suppress the variation of the terminal voltage due to the internal impedance drop that occurs when the output fluctuates even under a constant speed, the winding type synchronization having the field winding 124 is provided. Generator 122 should be used. This engine-generator system is complicated in structure due to the field winding and the mechanical system for supplying the winding thereof, and the generator itself is less efficient than the synchronous generator using permanent magnets.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 가변속 엔진-발전기가 개발되고 있다. 통상의 가변속 엔진-발전기는 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 영구 자석 교류 발전 기(120)의 출력에 다이오드 정류기(300)를 연결하여 직류 전원을 얻고, 인버터(400)를 사용하여 상기 직류 전원을 일정 전압/일정 주파수의 교류로 변환하여 전기 부하(200)에 공급한다. 또한, 정류기에서 출력단 사이에 캐패시터(310)를 두어, 상기 출력단 사이의 전압 값에 대응하여 드로틀 밸브(114)를 제어하여 엔진의 속도를 제어할 수 있다. 따라서, 전기적 부하에 따라 엔진의 속도를 조절할 수 있어 무부하, 경부하시 연비를 크게 개선할 수 있다.In order to solve this problem, a variable speed engine-generator has been developed. A typical variable speed engine-generator is connected to the diode rectifier 300 to the output of the permanent magnet alternator 120, as shown in Figure 2 to obtain a direct current power, using an inverter 400 to drive the direct current power It is converted into alternating current of a constant voltage / constant frequency and supplied to the electric load 200. In addition, by placing the capacitor 310 between the output stage in the rectifier, it is possible to control the throttle valve 114 in response to the voltage value between the output stage to control the engine speed. Therefore, the engine speed can be adjusted according to the electrical load, thereby significantly improving fuel efficiency at no load and light load.

도 3은 상기 엔진-발전기 시스템에 사용되는 3상 일정 전압/일정 주파수(CVCF) 인버터(400)의 구성을 예시한 것이다.3 illustrates the configuration of a three phase constant voltage / constant frequency (CVCF) inverter 400 used in the engine-generator system.

그러나, 상기 가변속 엔진-발전기 시스템의 출력 전압은 회전 속도에 비례하기 때문에, 경부하시 엔진(110)의 연비를 최적화하기 위하여 엔진 속도를 낮추는 경우에 다이오드 정류기(300)의 출력인 직류 전압 역시 낮아지게 된다. 따라서, 상기 엔진-발전기는 엔진(110)의 최소 동작 속도에 대해서도 인버터(400)가 정격 전압을 출력하도록 설계되어야 한다. 이를 위하여, 정격 출력을 위한 정격 속도 운전시 인버터(400) 및 다이오드 소자(300)의 전압 정격이 교류 출력 전압에 비해 과도하게 증가하게 되어, 인버터(400)와 다이오드 정류기(300)의 용량이 증가하고, 가격이 상승한다.However, since the output voltage of the variable speed engine-generator system is proportional to the rotational speed, the DC voltage, which is the output of the diode rectifier 300, is also lowered when the engine speed is lowered to optimize the fuel efficiency of the engine 110 at light load. do. Therefore, the engine-generator should be designed such that the inverter 400 outputs the rated voltage even for the minimum operating speed of the engine 110. To this end, the voltage rating of the inverter 400 and the diode element 300 is excessively increased compared to the AC output voltage during the rated speed operation for the rated output, the capacity of the inverter 400 and the diode rectifier 300 is increased And the price rises.

이러한 경우, 발전기(120)로서 계자 권선을 가지는 권선형 교류 발전기(도 1의 122)를 사용하여 엔진 회전 속도 변동에 따른 다이오드 정류기(300)의 출력 전압 변동을 어느 정도 완화시킬 수 있다. 그러나, 권선형 교류 발전기(도 1의 122)의 경우 구조가 복잡하고, 효율이 떨어지고, 발전기 가격이 상승한다는 문제가 있 다.In this case, a winding type alternator (122 of FIG. 1) having a field winding as the generator 120 may be used to mitigate the output voltage variation of the diode rectifier 300 according to the engine rotational speed variation to some extent. However, in the case of the wound alternator (122 of FIG. 1), there is a problem in that the structure is complicated, the efficiency is low, and the price of the generator is increased.

한편, 도 1에 도시된 일정 속도 엔진-발전기 및 도 2에 도시된 가변속 엔진-발전기는 모두 엔진(110)을 기동하기 위한 별도의 기동기(Starting Motor)(미도시)를 구비하여야 한다. 이는 가격부담과 기계적 복잡성을 야기한다.Meanwhile, the constant speed engine generator shown in FIG. 1 and the variable speed engine generator shown in FIG. 2 should each include a separate starting motor (not shown) for starting the engine 110. This causes cost burden and mechanical complexity.

최근에 전력전자 기술이 보편화되고, 전력용 반도체 가격이 하락함에 따라 가변속 엔진-발전기 시스템의 다이오드 정류기(도 2의 300)를 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 펄스폭 변조 방식(PWM)의 승압형 정류기(PWM Boost Rectifier)(302)로 대체한 시스템이 등장하였다. 도 5는 상기 엔진-발전기 시스템에 사용되는 3상 펄스폭 변조 방식 승압형 정류기의 구성을 예시한 것이다.As power electronic technology has become more common in recent years and the price of power semiconductors has decreased, the diode rectifier (300 in FIG. 2) of a variable speed engine-generator system is shown in FIG. A system has emerged that has been replaced with a PWM Boost Rectifier (302). 5 illustrates a configuration of a three-phase pulse width modulation type boosting rectifier used in the engine-generator system.

상기 엔진-발전기 시스템에서는 초기 기동시 직류단(310)에 전압이 확보되어 있는 경우에 별도의 기동기 없이 상기 펄스폭 변조 방식 정류기(302)를 인버터로 사용하여 발전기(120)를 전동기로 구동하여 엔진(100)을 기동시킬 수 있다. 엔진의 속도가 0(정지시)에서 정격 속도까지 변하더라도, 직류단(310) 전압을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 교류 전압을 출력하는 일정전압/일정주파수 인버터의 전압 정격을 최적화할 수 있다.In the engine-generator system, when the voltage is secured to the DC stage 310 at the initial startup, the generator 120 is driven by an electric motor using the pulse width modulation rectifier 302 as an inverter without a separate starter. 100 can be activated. Even if the engine speed changes from 0 (stopped) to the rated speed, the DC stage 310 voltage can be kept constant. Therefore, it is possible to optimize the voltage rating of the constant voltage / constant frequency inverter outputting the AC voltage.

상기한 바와 같은 기존의 엔진-발전기 시스템들은 모두 기계적 엔진(110)으로부터 전기적 출력을 얻는다. 따라서, 전기 부하(200)가 급변하는 경우에 기계적 구동 시스템(즉, 엔진-발전기의 출력)의 응답 지연으로 인하여, 교류 출력 전압이 변동한다는 근본적인 문제점을 여전히 안고 있다.Conventional engine-generator systems as described above all derive electrical output from the mechanical engine 110. Thus, there is still a fundamental problem that the AC output voltage fluctuates due to the response delay of the mechanical drive system (ie, the output of the engine-generator) when the electrical load 200 changes suddenly.

특히, 가변속 엔진-발전기의 경우, 경부하시 엔진의 연비를 개선하기 위하여 정격 출력점의 엔진 운전 속도보다 현저히 낮은 속도에서 운전하게 되는데, 이 때 전기적 부하가 급격히 증가할 경우 엔진의 속도는 급격히 증가하지 못하므로, 이로 인하여 인버터 교류 출력 전압은 급격히 떨어지게 되어, 부하가 차단되거나 오동작 되는 사례가 발생한다. 따라서, 가변속 엔진-발전기 시스템은, 전기 부하의 변동이 느리거나 또는 그 변동을 미리 예측할 수 있는 경우에는 엔진의 연비를 획기적으로 개선시킬 수 있으나, 일반적인 비상 발전기 또는 건설 장비에 사용되는 발전기와 같이 부하를 예측할 수 없거나 부하 변동을 제어할 수 없는 경우, 현실적으로 출력 전압 변동이 크다는 단점으로 인하여 뛰어난 연비 개선 효과에도 불구하고 그 사용이 제한될 수 밖에 없다.In particular, in the case of a variable speed engine-generator, in order to improve the fuel efficiency of the engine at light loads, the engine is operated at a speed significantly lower than the engine operating speed at the rated output point. At this time, if the electrical load increases rapidly, the engine speed does not increase rapidly. As a result, the AC output voltage of the inverter drops sharply, causing the load to be cut off or malfunction. Therefore, the variable speed engine-generator system can dramatically improve the fuel economy of the engine when the fluctuation of the electrical load is slow or when the fluctuation can be predicted in advance, but the load, such as a generator used in general emergency generators or construction equipment If it is unpredictable or the load fluctuation cannot be controlled, the use thereof is limited despite the excellent fuel efficiency improvement due to the fact that the output voltage fluctuation is large in reality.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 엔진-발전기 시스템은 엔진, 발전기, 승압형 정류기, 인버터, 및 수퍼캐패시터를 포함하되, 상기 수퍼캐패시터는 상기 정류기의 출력단 중 (+) 단자 또는 (-) 단자와 상기 발전기의 중성점 사이에 연결된다. 상기 엔진-발전기로부터 전력을 공급받는 부하의 크기가 순간적으로 증가하는 경우, 상기 수퍼캐패시터에 충전되어 있던 전기에너지가 방전되어 상기 부하로 공급된다.The present invention has been made to solve the problems described above, the engine-generator system according to the present invention includes an engine, a generator, a boosted rectifier, an inverter, and a supercapacitor, wherein the supercapacitor is the output stage of the rectifier It is connected between the positive (+) terminal or the (-) terminal and the neutral point of the generator. When the magnitude of the load supplied with power from the engine generator increases momentarily, electrical energy charged in the supercapacitor is discharged and supplied to the load.

따라서, 본 발명에 의하면 부하 크기의 변동에 대한 발전기 시스템의 응답 속도를 향상시킬 수 있으며, 종래 엔진-발전기 시스템에서 부하 크기의 변동에 대한 기계적 응답(즉, 엔진 속도의 제어)이 느렸던 문제점을 해결하였다.Therefore, according to the present invention, the response speed of the generator system to the change in the load size can be improved, and the mechanical response (that is, the control of the engine speed) to the change in the load size in the conventional engine-generator system is slow. Solved.

따라서, 본 발명의 목적은 부하 크기의 변동에 대한 응답 속도를 향상시킨 엔진-발전기 시스템을 제공하는 것에 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an engine-generator system which improves the response speed to a change in load size.

본 발명은 엔진을 구동하여 전력을 발생시키는 엔진-발전기 시스템에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은, 엔진; 상기 엔진의 출력에 의하여 구동되어 전력을 발생시키는 발전기; 상기 발전기에서 출력되는 전력을 직류로 변환시키는 정류기; 상기 정류기의 출력단에 전기적으로 연결되어, 상기 정류기에서 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환시켜 부하에 전원을 공급하는 인버터; 및 전기 에너지를 충전 및 방전할 수 있는 수퍼캐패시터를 포함한다.The present invention relates to an engine-generator system that generates power by driving an engine. More specifically, the present invention, the engine; A generator driven by the output of the engine to generate power; A rectifier for converting the power output from the generator into direct current; An inverter electrically connected to an output terminal of the rectifier and converting DC power output from the rectifier into AC power to supply power to a load; And a supercapacitor capable of charging and discharging electrical energy.

여기에서, 상기 수퍼캐패시터는 상기 정류기의 출력단 중 (+) 단자 또는 (-) 단자와 상기 발전기의 중성점 사이에 연결된다. 상기 엔진-발전기로부터 전력을 공급받는 부하의 크기가 순간적으로 증가하는 경우, 상기 수퍼캐패시터에 충전되어 있던 전기에너지가 방전되어 상기 부하로 공급된다.Here, the supercapacitor is connected between the positive or negative terminal of the output terminal of the rectifier and the neutral point of the generator. When the magnitude of the load supplied with power from the engine generator increases momentarily, electrical energy charged in the supercapacitor is discharged and supplied to the load.

따라서, 본 발명에 의하면 부하 크기의 변동에 대한 발전기 시스템의 응답 속도를 향상시킬 수 있으며, 종래 엔진-발전기 시스템에서 부하 크기의 변동에 대한 기계적 응답(즉, 엔진 속도의 조정) 속도가 느렸던 문제점을 해결하였다.Therefore, according to the present invention, the response speed of the generator system to the change in the load size can be improved, and the mechanical response to the change in the load size (that is, the adjustment of the engine speed) is slow in the conventional engine-generator system. Solved.

대안으로서, 상기 수퍼캐패시터는 상기 정류기의 출력단의 (+) 단자 및 (-) 단자 사이에 연결될 수 있다. 이러한 경우, 상기 수퍼캐패시터는 상기 인버터에 대하여 전기적으로 병렬형태로 연결되게 된다.Alternatively, the supercapacitor may be connected between the positive and negative terminals of the output of the rectifier. In this case, the supercapacitor is electrically connected in parallel with the inverter.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 엔진-발전기 시스템에 대하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다. 설명의 편의를 위하여, 각 실시예에서 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하였으며, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 그 설명을 반복하지 아니하였다.Hereinafter, an engine-generator system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited by the following examples. For convenience of description, the same or similar reference numerals are given to the same or similar elements in each embodiment, and the description is not repeated for the same or similar elements.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 엔진-발전기 시스템의 구성을 도시한 것이다.6 shows the configuration of an engine-generator system according to the first embodiment of the present invention.

본 발명의 제1실시예에 따른 엔진-발전기 시스템은 엔진(110), 상기 엔진(110)의 출력에 의하여 구동되어 전력을 발생시키는 발전기(120), 상기 발전기(120)에서 출력되는 전력을 직류로 변환시키는 펄스폭 변조 방식의 승압형 정류기(302), 상기 정류기(302)의 출력단(1, 2)에 전기적으로 연결되어, 상기 정류기(302)에서 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환시켜 부하(200)에 전원을 공급하는 인버터(400); 및 전기 에너지를 충전 및 방전할 수 있는 수퍼캐패시터(500)를 포함한다.Engine-generator system according to the first embodiment of the present invention is driven by the output of the engine 110, the engine 110, the generator 120 for generating power, the power output from the generator 120 direct current Step-up rectifier 302 of the pulse width modulation method, and electrically connected to the output terminals (1, 2) of the rectifier 302, converts the DC power output from the rectifier 302 to AC power to load An inverter 400 for supplying power to the 200; And a supercapacitor 500 capable of charging and discharging electrical energy.

상기 수퍼캐패시터(500)는 상기 정류기의 출력단의 (+) 단자(1) 및 (-) 단자(2) 사이에 연결되어 있으며, 상기 인버터(400)에 대해서는 전기적으로 병렬형태로 연결되게 된다. 상기 수퍼캐패시터(500)는 엔진-발전기(100)의 출력에 여유가 있는 경우에 승압형 정류기(302)의 직류단(1, 2) 전압으로부터 충전할 수 있다.The supercapacitor 500 is connected between the positive terminal (1) and the negative terminal (2) of the output terminal of the rectifier, and the inverter 400 is electrically connected in parallel. The supercapacitor 500 may charge from the DC stage 1 and 2 voltages of the boost type rectifier 302 when there is a margin in the output of the engine generator 100.

상기 전기 부하(200)의 크기가 급격히 증가하고, 엔진-발전기(100)의 기계적 응답이 지연되어 순간적으로 전력부족 현상이 발생하는 경우에, 상기 수퍼캐패시터(500)에 충전된 에너지를 부하(200)에 공급함으로써 전력부족 문제를 해결할 수 있다.When the size of the electric load 200 is rapidly increased, and the mechanical response of the engine-generator 100 is delayed and a power shortage occurs momentarily, the energy charged in the supercapacitor 500 is loaded into the load 200. ) Can solve the power shortage problem.

또한, 정격 속도/정격 출력 운전시에도 순간적으로 인가되는 전기적 부하에 대하여 수퍼캐패시터의 에너지를 활용하여 순시 부하에 추가적으로 전력을 공급함으로써 엔진-발전기의 용량을 순시 최대 부하가 아닌 정상상태의 최대 부하에 대응하게 설정할 수 있다. 따라서, 엔진-발전기의 용량을 크게 줄일 수 있다.In addition, by supplying additional power to the instantaneous load by utilizing supercapacitor energy for the instantaneously applied electrical load even at the rated speed / rated output operation, the capacity of the engine generator is not limited to the instantaneous maximum load but rather to the normal maximum load. Can be set correspondingly. Thus, the capacity of the engine generator can be greatly reduced.

도 6에 도시된 바와 같은 시스템에서 수퍼캐패시터(500)의 에너지는 직류단 전압의 제곱에 비례한다(Ecap=1/2×CV2). 따라서, 수퍼캐패시터(500)의 에너지를 완전히 충전된 상태인 전체 에너지에 대하여 3/4까지 사용하기 위해서는(즉, 수퍼캐패시터(500)의 최대 용량의 3/4을 방전하기 위해서는), 직류단 전압이 최대 충전시 전압의 1/2까지 변동하여야 한다. 이러한 경우에도 일정 전압의 교류 전력을 출력하기 위해서는, 앞서 설명한 다이오드 정류기(도 2의 300)를 사용하는 가변속 엔진-발전기 시스템의 경우와 마찬가지로, 정격 출력을 위한 정격 속도 운전시 인버터 소자(400)의 정격 전압이 교류 출력전압에 비해 과도하게 크게 되어, 인버터(400)의 용량 및 가격이 증가한다.In the system as shown in FIG. 6, the energy of the supercapacitor 500 is proportional to the square of the DC link voltage (Ecap = 1/2 × CV 2 ). Therefore, in order to use the energy of the supercapacitor 500 up to 3/4 of the total energy in the fully charged state (that is, to discharge 3/4 of the maximum capacity of the supercapacitor 500), the DC link voltage At this maximum charge, it should fluctuate to half of the voltage. Even in such a case, in order to output the AC power of a constant voltage, as in the case of the variable speed engine-generator system using the diode rectifier (300 in FIG. 2) described above, the inverter element 400 is operated at the rated speed for the rated output. The rated voltage is excessively large compared to the AC output voltage, thereby increasing the capacity and price of the inverter 400.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 엔진-발전기 시스템의 구성도이다.7 is a configuration diagram of an engine-generator system according to a second embodiment of the present invention.

본 실시예에서는 적은 용량의 인버터(400)를 사용할 수 있도록 하기 위하여, 직류 전압의 크기를 변환시켜 양방향으로 전력을 전달할 수 있는 DC/DC 변환기(510)를 수퍼캐패시터(500)와 직류단(1, 2) 사이에 삽입한다.In this embodiment, in order to be able to use the inverter 400 having a small capacity, the supercapacitor 500 and the DC terminal 1 may include a DC / DC converter 510 capable of transferring power in both directions by converting the magnitude of the DC voltage. , Between 2).

이와 같이 구성하는 경우, 상기 DC/DC 변환기(510)가 입력 및 출력 사이의 전압 차를 적절하게 유지할 수 있기 때문에, 상기 수퍼캐패시터(500)의 충전 및 방전에 관계없이 직류단(1, 2) 전압을 최적의 상태로 유지할 수 있다. 또한, 수퍼캐패시터(500)의 충전 및 방전은 직류단(1, 2) 전압과 상관없이 DC/DC 변환기(510)에 의하여 독립적으로 제어될 수 있다.In this configuration, since the DC / DC converter 510 can properly maintain the voltage difference between the input and the output, the DC terminals 1 and 2 regardless of the charge and discharge of the supercapacitor 500. The voltage can be kept in an optimal state. In addition, the charging and discharging of the supercapacitor 500 may be independently controlled by the DC / DC converter 510 regardless of the DC terminal voltage.

도 8은 상기 엔진-발전기 시스템에 사용되는 양방향 DC/DC 변환기(510)의 구성을 예시한 것으로서, 상기 도 8에 도시되어 있는 바와 같이 DC/DC 변환기(510)의 일단은 직류단(1, 2)에 연결되고, 타단은 평활용 인덕터(512)를 통하여 수퍼캐패시터(500)에 연결된다. 따라서, 수퍼캐패시터(500)의 전압이 에너지 충방전에 따라 변동하더라도, 일정한 전압의 직류단에 원하는 만큼의 에너지를 공급할 수도 있고, 또한 에너지를 공급받을 수도 있다.FIG. 8 illustrates a configuration of the bidirectional DC / DC converter 510 used in the engine-generator system, and as shown in FIG. 8, one end of the DC / DC converter 510 is connected to a DC terminal 1, 2), and the other end is connected to the supercapacitor 500 through the smoothing inductor 512. Therefore, even if the voltage of the supercapacitor 500 varies depending on the energy charging and discharging, the desired amount of energy may be supplied to the DC terminal of a constant voltage, and energy may also be supplied.

상기 엔진-발전기 시스템은 수퍼캐패시터(500)를 이용하여 가변속 엔진-발전기 시스템이 가지는 여러 단점을 해결하고, 무부하 또는 경부하시 엔진-발전기의 연비를 개선할 수 있다. 그러나, 부가적으로 DC/DC 변환기(510)를 더 구비하므로, 시스템의 단가가 상승한다.The engine-generator system may solve various disadvantages of the variable speed engine-generator system using the supercapacitor 500, and may improve the fuel efficiency of the engine-generator at no load or light load. However, the additional cost of the system increases because of the additional DC / DC converter 510.

도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 엔진-발전기 시스템의 구성도이다.9 is a configuration diagram of an engine-generator system according to a third embodiment of the present invention.

본 실시예에서는 DC/DC 변환기(도 7의 510)를 사용하지 아니하면서도 무부하 또는 경부하시의 엔진-발전기 연비를 개선하기 위하여, 발전기(120)의 고정자 권선의 중성점(3)과 직류단의 (+) 단자(1) 또는 (-) 단자(2) 사이에 수퍼캐패시터(500) 를 연결한다(도 6에서는 편의상 중성점(3)과 (-) 단자(2) 사이에 연결함).In this embodiment, in order to improve the engine-generator fuel efficiency at no load or light load without using a DC / DC converter (510 in FIG. 7), the neutral point 3 of the stator winding of the generator 120 and the DC terminal ( +) Connect the supercapacitor 500 between the terminal 1 or the (-) terminal 2 (connected between the neutral point 3 and the (-) terminal 2 in FIG. 6 for convenience).

이와 같이 구성함으로써 별도의 DC/DC 변환기를 구비하지 아니하여도, 수퍼캐패시터(500)에 저장된 에너지의 충전 및 방전을 효율적으로 제어할 수 있다.By configuring in this way, it is possible to efficiently control the charging and discharging of the energy stored in the supercapacitor 500 even without providing a separate DC / DC converter.

수퍼캐패시터(500)는 엔진-발전기(100)의 출력에 비하여 부하(200)의 크기가 작아서 엔진-발전기(100)의 출력에 여유가 있는 경우에 충전시킬 수 있다. 수퍼캐패시터(500)는 승압형 정류기(302) 각 상의 영상분 전압을 제어함으로써 수퍼캐패시터(500)의 충방전을 제어할 수 있다.The supercapacitor 500 may be charged when the size of the load 200 is smaller than the output of the engine generator 100 so that the output of the engine generator 100 is sufficient. The supercapacitor 500 may control charge / discharge of the supercapacitor 500 by controlling the image voltage of each phase of the boost type rectifier 302.

승압형 정류기(302)의 동작을 제어하는 제어기(미도시)에 의하여 승압형 정류기(302)의 각 상의 전압을 제어함으로써, 영상분 전류(즉, 각 상에 흐르는 전류 합의 1/3)를 제어할 수 있으며, 상기 영상분 전류의 3배가 수퍼캐패시터(500)에 흐르게 된다. 따라서, 각 상의 영상분 전압을 제어하여, 수퍼캐패시터에 흐르는 전류를 제어함으로써, 수퍼캐패시터(500)의 충방전을 제어할 수 있다.By controlling the voltage of each phase of the boosted rectifier 302 by a controller (not shown) that controls the operation of the boosted rectifier 302, the image current (i.e., 1/3 of the sum of the currents flowing in each phase) is controlled. In this case, three times the image current may flow in the supercapacitor 500. Therefore, it is possible to control the charge and discharge of the supercapacitor 500 by controlling the video voltage of each phase and controlling the current flowing through the supercapacitor.

부하(200)의 크기가 증가하거나 감소하는 경우, 승압형 정류기의 제어기(미도시)를 통하여 승압형 정류기(302)의 PWM 패턴을 조정함으로써, 승압형 정류기(302)의 각 상의 전압을 제어할 수 있으며, 궁극적으로 수퍼캐패시터(500)의 충방전을 제어할 수 있다.When the size of the load 200 increases or decreases, the voltage of each phase of the boosted rectifier 302 can be controlled by adjusting the PWM pattern of the boosted rectifier 302 through a controller (not shown) of the boosted rectifier. And ultimately, it is possible to control the charge and discharge of the supercapacitor 500.

전기 부하(200)의 크기가 급격히 증가하고, 엔진-발전기(100)의 기계적 응답이 지연되어 순간적으로 전력부족 현상이 발생하는 경우에, 상기 수퍼캐패시터(500)에 충전된 에너지를 부하(200)에 공급함으로써 전력부족 문제를 해결할 수 있다.When the size of the electric load 200 is rapidly increased and the mechanical response of the engine-generator 100 is delayed and a power shortage occurs momentarily, the energy charged in the supercapacitor 500 is loaded into the load 200. The problem of power shortage can be solved.

본 실시예에 따른 엔진-발전기 시스템에서는 전기적 출력에 따라 연비가 최적화되는 점에서 엔진-발전기(100)가 동작하도록 드로틀 밸브(114)를 제어하여 엔진 속도를 제어한다.In the engine-generator system according to the present embodiment, the engine speed is controlled by controlling the throttle valve 114 so that the engine-generator 100 operates in that fuel efficiency is optimized according to the electrical output.

만일 경부하 또는 무부하시 엔진 속도가 낮아진 상태에서 전기적 부하가 급증하는 경우, 승압형 정류기(302)의 영상분 전압을 제어하여 발전기의 영상분 전류(즉, 슈퍼캐패시터에 흐르는 전류)를 제어하여 부족한 전기 에너지를 수퍼캐패시터(500)의 방전을 통하여 부하(200)에 공급한다. 이후, 드로틀 밸브(114)를 조정하여 최적의 연비에서 증가된 부하에 대응되는 엔진-발전기 출력이 나오는 속도에 엔진의 회전속도가 도달하는 경우에, 다시 영상분 전압을 조정하여 수퍼캐패시터(500)의 방전을 멈추게 하고, 필요하면 엔진-발전기(100)의 출력을 부하보다 크게 하여 여분의 전력을 만들고 이를 이용하여 수퍼캐패시터(500)를 충전할 수 있다.If the electrical load rapidly increases while the engine speed is lowered at light load or no load, the image voltage of the boost type rectifier 302 is controlled to control the image current of the generator (that is, the current flowing through the supercapacitor). Electrical energy is supplied to the load 200 through the discharge of the supercapacitor 500. Then, when the rotational speed of the engine reaches the speed at which the engine-generator output corresponding to the increased load at the optimum fuel economy by adjusting the throttle valve 114, the image voltage is adjusted again to supercapacitor 500 To stop the discharge of, if necessary, the output of the engine-generator 100 is greater than the load to make extra power and can be used to charge the supercapacitor 500.

만일 정격 부하에서 엔진-발전기(100)가 정격 출력을 부하(200)에 공급하고 있는 중에 부하(200)의 크기가 급격히 감소하는 경우에는, 엔진-발전기(100)의 출력과 부하(200) 사이의 잉여 전력을 수퍼캐패시터(500)가 흡수한다. 또한, 엔진(110) 속도를 감소된 부하에 대하여 최적의 연비를 갖는 속도로 감소시켜, 부하(200)의 크기가 급격히 변동하는 과도 상태에서도 엔진-발전기(100) 출력의 과잉 현상에 대하여 직류단 전압이 변동하지 않도록 한다.If the size of the load 200 is drastically reduced while the engine generator 100 is supplying the rated power to the load 200 at the rated load, between the output of the engine generator 100 and the load 200. The surplus power of the supercapacitor 500 absorbs. In addition, the speed of the engine 110 is reduced to a speed having an optimal fuel economy with respect to the reduced load, so that the direct current stage for the excess phenomenon of the output of the engine-generator 100 even in a transient state in which the size of the load 200 changes rapidly. Do not allow voltage to fluctuate.

통상적인 승압형 정류기(302)에 영구자석 발전기(120)가 연결되어 있는 경우, 발전기의 중성점은 어디에도 연결되어 있지 아니하므로, 발전기 각 상이 평형 인 경우에는(즉, 각 상의 임피던스가 동일한 경우), 승압형 정류기(302)가 어떠한 전압을 만들더라도 발전기 각 상의 영상분 전압 및 전류는 존재하지 않는다. 즉, 각 상에 흐르는 전류의 합은 키르호르프의 전류 법칙에 의하여 순시적으로 언제나 0이다.When the permanent magnet generator 120 is connected to a conventional boost type rectifier 302, since the neutral point of the generator is not connected anywhere, so that each phase of the generator is in equilibrium (i.e., the impedance of each phase is the same), No matter what voltage the boosted rectifier 302 creates, there is no image voltage and current on each generator. That is, the sum of the currents flowing in each phase is always zero instantaneously according to Kirchhoff's current law.

그러나, 상기 실시예와 같이 발전기 중성점(3)이 수퍼캐패시터(500)를 통하여 직류단(상기 실시예에서는 (-) 단자(2))에 연결되는 경우에는, 승압형 정류기(302)가 영상분 전압을 만들어 내고, 상기 영상분 전압에 의하여 수퍼캐패시터(500)를 통하는 영상분 전류가 만들어진다. 따라서, 승압형 정류기(302)의 영상분 전압을 적절히 제어함으로써, 슈퍼캐패시터(500)를 흐르는 전류의 크기와 방향을 제어할 수 있다.However, when the generator neutral point 3 is connected to the DC terminal ((-) terminal 2 in the above embodiment) through the supercapacitor 500 as in the above embodiment, the boost type rectifier 302 is connected to the image. A voltage is generated, and an image current is generated through the supercapacitor 500 by the image voltage. Therefore, by appropriately controlling the image voltage of the boost type rectifier 302, the magnitude and direction of the current flowing through the supercapacitor 500 can be controlled.

또한, 발전기(120) 권선의 영상분 인덕턴스(누설 인덕턴스)를 수퍼캐패시터(500)와 승압형 정류기(302) 사이의 인덕턴스로 활용한다. 따라서, 수퍼캐패시터(500) 전류의 맥동 성분을 줄일 수 있고, 수퍼캐패시터(500) 자체의 손실을 줄일 수 있다.In addition, the image inductance (leakage inductance) of the winding of the generator 120 is used as an inductance between the supercapacitor 500 and the boost type rectifier 302. Therefore, the pulsation component of the supercapacitor 500 current can be reduced, and the loss of the supercapacitor 500 itself can be reduced.

도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 엔진-발전기 시스템의 구성도이다.10 is a configuration diagram of an engine-generator system according to a fourth embodiment of the present invention.

본 실시예에서는 수퍼캐패시터(500)와 발전기(120)의 각 권선에 흐르는 영상분 전류의 맥동 성분에 의한 운전 상태 손실을 줄이기 위하여, 수퍼캐패시터(500)와 직렬로 평활용 인덕터(530) 또는 인덕터 및 캐패시터로 구성되는 평활용 필터(미도시)를 연결하여 구성하였다.In the present embodiment, in order to reduce the operating state loss caused by the pulsation component of the image current flowing through the windings of the supercapacitor 500 and the generator 120, the smooth inductor 530 or the inductor in series with the supercapacitor 500. And it was configured by connecting a smoothing filter (not shown) consisting of a capacitor.

또한, 수퍼캐패시터(500)가 충전 또는 방전하지 않고, 대기하고 있는 상태에서 영상분 전류 자체에 의한 발전기(120) 및 수퍼캐패시터(500)의 손실을 억제하기 위하여, 수퍼캐패시터(500)와 직렬로 전자 접촉기(Magnetic Contactor)(520) 또는 전력용 반도체로 구성되는 정지형 차단기(Solid State Relay)(미도시)를 연결할 수도 있다.In addition, in order to suppress the loss of the generator 120 and the supercapacitor 500 due to the image split current itself in a state where the supercapacitor 500 is not charged or discharged and is in standby, in series with the supercapacitor 500. A magnetic contactor 520 or a solid state relay (not shown) composed of a power semiconductor may be connected.

도 11은 본 발명에 따른 엔진-발전기 시스템을 무정전 전원 장치로 사용한 예를 도시한 것이다.11 shows an example of using the engine-generator system according to the present invention as an uninterruptible power supply.

본 실시예에서는 전술한 제4 실시예에 따른 엔진-발전기 시스템을 이용하여 무정전 전원 장치(Uninterruptible Power Supply, UPS)로서 사용할 수 있도록 구성하였다.In this embodiment, the engine-generator system according to the fourth embodiment is configured to be used as an uninterruptible power supply (UPS).

즉, 전기 부하(200)는 인버터(400) 및 다이오드 정류기(320)를 통하여 상용전원(330)과 연결시켜 구동하되, 상기 상용전원(330)이 정전되는 경우에 대비하여 상기 전기 부하(200)에 전력을 공급할 수 있도록 본 발명에 따른 엔진-발전기 시스템을 상기 상용전원(330)에 대하여 병렬적으로 전기 부하(200)에 연결한다.That is, the electric load 200 is driven by connecting to the commercial power source 330 through the inverter 400 and the diode rectifier 320, the electric load 200 in case the commercial power source 330 is out of power. An engine-generator system according to the present invention is connected to the electrical load 200 in parallel with respect to the commercial power source 330 to supply power to the commercial power source 330.

이와 같이 구성하는 경우, 상기 수퍼캐패시터(500)는 PWM 승압형 정류기(302)를 통하여 상기 상용전원(330)의 여유 전력으로부터 충전되어, 만약에 상용전원이 정전되는 경우를 대비한다. 만일 상기 상용전원(330)이 정전되는 경우(순시 정전의 대부분은 1~2초 이내의 짧은 정전이다), 상기 수퍼캐패시터(500)에 저장되어 있던 에너지를 승압형 정류기(302)를 통하여 방전시켜 직류단에 공급함으로 써, 상용전원(330)이 공급되지 않는 짧은 시간동안 부하(200)에 전력을 공급할 수 있다.In such a configuration, the supercapacitor 500 is charged from the spare power of the commercial power source 330 through the PWM boost type rectifier 302 to prepare for the case where the commercial power supply is out of power. If the commercial power source 330 is out of power (most of the instantaneous power outages are short power failures within 1 to 2 seconds), the energy stored in the supercapacitor 500 is discharged through the boost type rectifier 302. By supplying the DC terminal, it is possible to supply power to the load 200 for a short time when the commercial power source 330 is not supplied.

정전 시간이 길어지는 경우에는, PWM 승압형 정류기(302)를 사용하여 수퍼캐패시터(500)에 저장된 에너지를 방전시켜 상기 발전기(120)를 전동기 모드로 동작시켜 엔진(110)을 기동한 후, 엔진(110)의 기계적 출력을 발전기(120), 승압형 정류기(302), 및 일정전압/일정주파수를 만드는 인버터(400)를 통하여 변환하여 부하(200)에 전력을 공급할 수 있게 한다. 동시에 엔진-발전기(100)가 기동하여 부하(200)가 요구하는 출력을 낼 때까지는 PWM 승압형 정류기(302)를 사용하여 수퍼캐패시터(500)에 저장된 에너지를 직류단(310)에 공급하여 부하가 필요로하는 전력을 중단없이 공급할 수 있다.When the blackout time is long, the energy stored in the supercapacitor 500 is discharged using the PWM boost type rectifier 302 to operate the generator 120 in an electric motor mode to start the engine 110. The mechanical output of 110 may be converted through a generator 120, a boosted rectifier 302, and an inverter 400 to produce a constant voltage / constant frequency to supply power to the load 200. At the same time, until the engine-generator 100 is started to produce the output required by the load 200, the PWM boosted rectifier 302 is used to supply the energy stored in the supercapacitor 500 to the DC stage 310. Can supply power without interruption.

상기 수퍼캐패시터(500)는 상용전원(330)이 다시 정상화된 후, 승압형 정류기(310)를 통하여 충전할 수도 있고, 정전 중에도 전기적 부하가 엔진-발전기(100)의 출력 이하인 경우에 여분의 발전기 출력을 통하여 충전할 수도 있다.The supercapacitor 500 may be charged through the boost type rectifier 310 after the commercial power 330 is normalized again, and the extra generator may be charged when the electrical load is less than or equal to the output of the engine generator 100 even during a power failure. You can also charge through the output.

정전시 엔진-발전기(100)가 부하(200)에 전력을 공급하는 경우에도, 부하(200)의 순시 최대 전력의 일부는 수퍼캐패시터(500)로 충전될 수 있으며, 상기 수퍼캐패시터에 충전된 전기에너지가 정전시에 전기 부하(200)로 공급된다. 따라서, 정전시 동작하는 비상용 엔진-발전기(110)의 용량을 줄일 수 있다.Even when the engine-generator 100 supplies power to the load 200 during a power failure, a part of the instantaneous maximum power of the load 200 may be charged by the supercapacitor 500, and the electricity charged in the supercapacitor Energy is supplied to the electrical load 200 at the time of power failure. Therefore, it is possible to reduce the capacity of the emergency engine-generator 110 that operates during power outages.

상기 실시예에서는 3상 2레벨의 엔진-발전기(100)를 사용하였으나, 필요에 따라서는 2상, 4상, 5상, 및 6상 등 다양한 형태의 엔진-발전기를 사용할 수 있다. 또한, 필요에 따라서 3레벨 이상의 멀티 레벨 엔진-발전기를 사용할 수 있다. 이 에 따라 적합한 형태의 정류기, 및 인버터 등을 사용할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에에 자명하다.In the above embodiment, the three-phase, two-level engine-generator 100 is used, but various types of engine-generators such as two-phase, four-phase, five-phase, and six-phase may be used as necessary. In addition, a multi-level engine-generator of three or more levels can be used as necessary. Accordingly, it is apparent to those skilled in the art that suitable types of rectifiers, inverters, and the like can be used.

전술한 바와 같이, 본 발명에서는 부하의 크기가 순간적으로 증가하는 경우, 수퍼캐패시터에 충전되어 있던 전기에너지가 방전되어 상기 부하로 공급된다. 따라서, 부하 크기의 변동에 대한 발전기 시스템의 응답 속도를 향상시킬 수 있으며, 종래 엔진-발전기 시스템에서 부하 크기의 변동에 대한 기계적 응답(즉, 엔진 속도의 제어)이 느렸던 문제점을 해결할 수 있다.As described above, in the present invention, when the magnitude of the load increases instantaneously, electrical energy charged in the supercapacitor is discharged and supplied to the load. Therefore, it is possible to improve the response speed of the generator system to the variation in load size, and solve the problem that the mechanical response (ie control of the engine speed) to the variation in load size is slow in the conventional engine-generator system.

본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정되지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.The embodiment according to the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various alternatives, modifications, and changes can be made without departing from the scope of the present invention.

Claims (10)

엔진;engine; 상기 엔진의 출력에 의하여 구동되어 전력을 발생시키는 발전기;A generator driven by the output of the engine to generate power; 상기 발전기에서 출력되는 전력을 직류로 변환시키는 정류기;A rectifier for converting the power output from the generator into direct current; 상기 정류기의 출력단의 (+) 단자 및 (-) 단자 사이에 연결되어 있으며, 상기 정류기에서 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환시켜 부하에 전원을 공급하는 인버터; 및An inverter connected between the (+) terminal and the (-) terminal of the output terminal of the rectifier and converting the DC power output from the rectifier into AC power to supply power to the load; And 전기 에너지를 충전 및 방전할 수 있는 수퍼캐패시터를 포함하되,Includes a supercapacitor capable of charging and discharging electrical energy, 상기 수퍼캐패시터는 상기 정류기의 출력단 중 (+) 단자 또는 (-) 단자와 상기 발전기의 중성점 사이에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 시스템.The supercapacitor is connected between a positive or negative terminal of the output of the rectifier and a neutral point of the generator. 제 1 항에 있어서, 상기 부하의 크기가 증가하는 경우에 상기 수퍼캐패시터에 충전되어 있던 전기에너지가 상기 수퍼캐패시터로부터 방전되어 상기 부하로 공급되는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 시스템The engine-generator system according to claim 1, wherein when the magnitude of the load increases, electric energy charged in the supercapacitor is discharged from the supercapacitor and supplied to the load. 제 2 항에 있어서, 상기 수퍼캐패시터의 충전 및 방전의 제어는 상기 발전기의 영상분 전류 제어에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 시스템.3. The engine-generator system according to claim 2, wherein the control of the charging and discharging of the supercapacitor is performed by controlling the image current of the generator. 제 1 항에 있어서, 상기 수퍼캐패시터와 상기 발전기의 영상분 전류의 맥동 성분을 제거하기 위하여 평활용 인덕터 또는 평활용 필터가 상기 수퍼캐패시터에 대하여 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 시스템.2. An engine-generator system according to claim 1, wherein a smoothing inductor or a smoothing filter is connected in series with the supercapacitor to remove pulsation components of the video capacitor current of the supercapacitor and the generator. 제 1 항에 있어서, 상기 수퍼캐패시터가 충방전을 하지 않고 대기하고 있는 기간 동안 상기 발전기의 영상분 전류를 제거하기 위하여 전자 접촉기 또는 정지형 차단기가 상기 수퍼캐패시터에 대하여 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 시스템.The method of claim 1, wherein a magnetic contactor or a stationary circuit breaker is connected in series with the supercapacitor to remove the image current of the generator during the period during which the supercapacitor is not charged and discharged. Engine-generator system. 제 1 항에 있어서, 상기 정류기는 펄스폭 변조 방식(PWM)의 정류기인 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 시스템.2. The engine-generator system according to claim 1, wherein the rectifier is a pulse width modulation (PWM) rectifier. 제 1 항에 있어서, 상기 정류기의 출력단의 전압 크기 및 상기 엔진의 회전속도를 입력받아, 상기 엔진에 공급되는 연료의 양을 조절하는 드로틀 밸브를 제어하여 엔진의 회전 속도를 연비가 최적화되도록 제어하는 엔진속도 조정기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 시스템.According to claim 1, The output voltage of the rectifier and the rotation speed of the engine receives the input, by controlling a throttle valve for adjusting the amount of fuel supplied to the engine to control the rotation speed of the engine to optimize the fuel economy An engine-generator system, further comprising an engine speed regulator. 제 6 항에 있어서, 상기 엔진이 정지되어 있는 경우에 상기 엔진을 기동하기 위하여, 상기 펄스폭 변조 방식 정류기에 의하여 상기 발전기가 전동기로 동작하는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 시스템.7. An engine-generator system according to claim 6, wherein said generator operates as an electric motor by said pulse width modulation rectifier for starting said engine when said engine is stopped. 엔진;engine; 상기 엔진의 출력에 의하여 구동되어 전력을 발생시키는 발전기;A generator driven by the output of the engine to generate power; 상기 발전기에서 출력되는 전력을 직류로 변환시키는 정류기;A rectifier for converting the power output from the generator into direct current; 상기 정류기의 출력단의 (+) 단자 및 (-) 단자 사이에 연결되어 있으며, 상기 정류기에서 출력되는 직류 전원을 교류 전원으로 변환시켜 부하에 전원을 공급하는 인버터; 및An inverter connected between the (+) terminal and the (-) terminal of the output terminal of the rectifier and converting the DC power output from the rectifier into AC power to supply power to the load; And 전기 에너지를 충전 및 방전할 수 있는 수퍼캐패시터를 포함하되,Includes a supercapacitor capable of charging and discharging electrical energy, 상기 수퍼캐패시터는 상기 정류기의 출력단의 (+) 단자 및 (-) 단자 사이에 연결되어 있으며, 상기 인버터에 대하여 전기적으로 병렬형태로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 시스템.And said supercapacitor is connected between the (+) and (-) terminals of the output of said rectifier and is electrically connected in parallel with said inverter. 제 9 항에 있어서, 직류 전압의 크기를 변환시키는 DC/DC 컨버터가 상기 정류기의 출력단 및 상기 수퍼캐패시터 사이에 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 엔진-발전기 시스템.10. An engine-generator system according to claim 9, wherein a DC / DC converter for converting the magnitude of the DC voltage is interposed between the output terminal of the rectifier and the supercapacitor.
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