A Study on Reference Voltage Control of Variable Speed Engine Synchronous Generator for Ship DC Distribution

속도 변화에 따른 기준 전압을 조정하기 위해 신경망을 이용하여 자동 전압 조정 장치의 외부 단자에 입력되는 가변 저항의 크기를 조정하는 기준 전압 제어 방법을 제안하였다. 따라서 본 논문에서는 신경망을 이용하여 자동 전압 조정 장치의 외부 단자에 입력되는 가변 저항의 크기를 조정하여 장착된 DC 분포의 속도 변화에 따라 기준 전압을 조정하는 기준 전압 제어 방법을 제안한다. 체계. 가변속 모터제너레이터를 개발했는데 제가 제안한 것은 아닙니다.

연구내용

그러나 이러한 시스템을 적용하기 위해서는 발전기 모터의 속도에 따라 기준전압을 변화시키는 제어방식이 적용되어야 한다. 본 논문에서는 DC 배전방식을 이용한 가변속도 동기발전시스템을 구축하고, 신경망을 이용하여 속도에 따라 발전기의 기준전압을 조절할 수 있는 제어기를 제안하였다.

논문의 구성

현재 운항 중인 대부분의 전력 선박은 AC 기반의 전력 분배 시스템을 사용합니다. 발전기에서 생성된 출력이 그림과 같이 AC 배전반을 통해 부하로 공급되는 방식입니다.

Fig. 2.1 Diagram of AC distribution system of conventional electric propulsion ship

직류배전시스템

직류배전시스템의 구성

또한, 발전기 출력측에 전력변환장치를 설치하여 선박의 부하에 따라 발전기 모터의 속도를 가변시킬 수 있는 가변속도 시스템의 적용이 가능하며, 생태계와의 연결이 용이하다. - 연료전지나 배터리 저장 장치와 같은 친화적인 에너지원. 선박에 대한 적용이 점차 증가하고 있습니다 [11-15]. 현재 사용 중인 대부분의 전기추진선박의 전력분배시스템은 AC 배전방식으로 설계되어 있으나, 최근에는 가변속 엔진 발전을 위한 시스템으로 전력망에 쉽게 연결할 수 있는 DC 배전방식을 채택하는 전기추진선박도 늘어나고 있다. 증가했습니다. 배터리 저장 장치 등이 증가하고 있습니다.

가변속엔진 동기발전기

전력변환장치

AFE 방식은 발전기에서 생산된 교류 전력을 능동적으로 제어하여 직류로 변환하고, IGBT, MOSFET 등의 On/Off 제어가 가능한 전력반도체 스위치를 사용한다. 그러나 AFE 방식은 전력 변환 과정에서 전력 반도체의 온/오프 스위칭으로 인해 DFE 방식에 비해 스위칭 손실이 증가한다.

Fig. 2.6 Diagram of electric propulsion ship with DFE rectifier

교류배전시스템과 직류배전시스템의 비교

동기발전기의 원리

기존 동기발전기 기준전압 제어방법. 전위차계의 가변저항값을 조정하여 분압전압을 낮추면 차동증폭회로는 발전기 출력전압이 기준전압보다 낮다고 판단하고 여자를 방지하기 위한 (+)전압을 출력한다.

Fig. 3.2 Sectional configuration of synchronous generator

동기발전기의 구조

동기발전기의 종류

또한, 전기자 전류는 슬립링을 거치지 않고 고정형 전기자 단자에서 직접 외부 회로로부터 공급받을 수 있어 대전류에도 적합하다. 회전 전기자 교류 발전기(rotating armature alternator)는 전기자가 고정된 자기장 내에서 회전하는 방식으로, 구조는 직류 발전기와 거의 동일하나 정류자 대신 슬립링(slip ring)을 갖고 있다는 점에서 차이가 있다.

동기발전기의 여자시스템

직류 여자시스템
교류회전형 여자시스템
교류정지형 여자시스템
정지형 여자시스템

일반적으로 이 발전 시스템에서는 발전기가 발전기의 샤프트에 연결됩니다. 정류기는 발전기 필드에 필요한 여자 전류를 생성하기 위해 발전기 출력에 설치됩니다.

Fig. 3.9 Diagram of DC excitation system

기존의 동기발전기 기준전압 제어방식

동기발전기의 수동 기준전압제어

발전기의 기준전압을 설정하는 전압조정기(VR, Voltge Regulator)는 배전반 내부에 위치하며, 전압조정기에는 가변저항기가 설치된다. 기준 전압을 복원하려면 수동 전압 조정기 스위치를 사용하여 가변 저항의 크기를 조정하면 발전기 기준 전압이 변경됩니다.

동기발전기의 자동 기준전압제어

따라서 발전기의 계자 권선에 직접 공급되지 않고 증폭기를 통해 계자 권선에 공급됩니다.

가변속 동기발전기의 자동 기준전압제어

③ 자동전압조정기의 기준전압 제어를 설정합니다. 가변속 동기발전기의 자동전압조정장치의 기준전압을 조정하는 회로는 도 1에 도시되어 있다.

Fig. 3.17 Flow chart of Reference voltage control system for conventional variable speed engine synchronous generator

신경회로망의 구성요소와 뉴런 모델 동작특성

신경망에서 사용되는 활성화 함수는 그림 1에 나와 있습니다. 최근에는 (f)와 같은 단방향 선형 단위인 ReLU 함수가 심층 신경망에도 사용됩니다.

Fig. 4.2 Structure of neuron with multiple inputs and one output

다층구조의 신경회로망 구조와 동작특성

2, 3단계에서는 본격적인 학습이 이루어지며, 모든 학습 데이터가 수집됩니다. 여기서 MSE는 Mean Square Error를 나타내고 는 학습률을 나타냅니다.

Fig. 4.4 Structure of multi layer neural network

모멘텀과 학습률의 변화

동기발전기

여기서는 동기발전기의 회전속도를 신경망의 입력성분으로 설정하고, 출력성분을 전위차계 입력의 현재값으로 설정하였다. 신경망의 입력 구성 요소는 발전기의 회전 속도이고, 출력 구성 요소는 가변 저항 값을 생성하는 전위차계의 입력 전류 값입니다.

Fig. 5.1 Simulation model of synchronous generator

가변속엔진

가변속엔진 동기발전기 기준전압 제어시스템

본 논문에서 적용한 발전시스템의 모델은 교류발전기 모델이다. 본 논문에서는 IEEE AC3A 모델 생성기의 단순화된 시스템이 그림 1에 제시되어 있다.

Fig. 5.6 Block diagram of excitation system(IEEE, AC3A)

신경회로망을 이용한 가변속엔진 동기발전기 기준전압 제어방식

포텐셔미터 출력의 입력 전류값이 1800[rpm]으로 변하면서 나타난 결과입니다. 또한, 발전기 속도 명령이 변화하는 지점에서 전위차계 입력 전류가 목표값에 도달할 때까지 과도 상태에서 불안정한 출력이 발생함을 알 수 있다.

Fig. 5.9 Block diagram of neural network estimator for finding optimal connection weight of variable speed engine synchronous generator

신경회로망을 이용한 가변속엔진 발전기의 기준전압제어

가변속엔진 발전기
전력관리장치
전위차계
신경회로망을 이용한 기준전압 제어기

자동전압조정장치는 부하변화에 따라 변속모터-발전기의 기준전압을 변화시키고, 그 변화된 값을 일정하게 유지하는 장치로서 그림 1과 같다. 이 원리를 사용하여 발전기의 기준 전압 크기가 가변 속도에 따라 조정됩니다.

Fig. 6.8 Simulation circuit of the proposed variable speed engine system

실험결과 및 검토

7.17 ~ 7.20은 동기발전기의 속도지령을 사용하지 않는 임의의 값으로 증가시켰을 때 발전기의 기준전압을 조정하기 위해 자동전압조정기의 외부저항값을 조정하는 전위차계의 입력전류에 대한 실험이다. 신경망을 학습합니다. 결과를 보여주세요. 그러나 이러한 시스템을 사용하는 경우에는 속도 변화에 따라 발전기 기준 전압을 조정하기 위해 컨트롤러를 사용해야 합니다.