KR102249662B1 - Marine integrated power control management system - Google Patents

Marine integrated power control management system Download PDF

Info

Publication number
KR102249662B1
KR102249662B1 KR1020200025489A KR20200025489A KR102249662B1 KR 102249662 B1 KR102249662 B1 KR 102249662B1 KR 1020200025489 A KR1020200025489 A KR 1020200025489A KR 20200025489 A KR20200025489 A KR 20200025489A KR 102249662 B1 KR102249662 B1 KR 102249662B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
load
generator
power generation
control
Prior art date
Application number
KR1020200025489A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
오진석
Original Assignee
한국해양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국해양대학교 산학협력단 filed Critical 한국해양대학교 산학협력단
Priority to KR1020200025489A priority Critical patent/KR102249662B1/en
Priority to CN202110227636.XA priority patent/CN113328442A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102249662B1 publication Critical patent/KR102249662B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63JAUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00Driving of auxiliaries
    • B63J3/04Driving of auxiliaries from power plant other than propulsion power plant
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B17/00Vessels parts, details, or accessories, not otherwise provided for
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/21Control means for engine or transmission, specially adapted for use on marine vessels
    • B63H2021/216Control means for engine or transmission, specially adapted for use on marine vessels using electric control means
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63JAUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00Driving of auxiliaries
    • B63J2003/001Driving of auxiliaries characterised by type of power supply, or power transmission, e.g. by using electric power or steam
    • B63J2003/002Driving of auxiliaries characterised by type of power supply, or power transmission, e.g. by using electric power or steam by using electric power
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/42The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ships or vessels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

An integrated power control management system for a ship is provided. The system is characterized by comprising: a power generation control unit for controlling and managing a power generation device including at least one of a power generator, a battery, and a renewable power generation device; and a load control unit for controlling and managing a load device including at least one of a propulsion motor, a cooling water pump system, an engine compartment intake and exhaust fan system, a living area air conditioning system, and a load control system. The power generation control unit and the load control unit receive the feedback of the power generation status and the power load operation status in the ship, thereby executing the switching-on and switching-off of each power generation device and the selective switching-off of each load.

Description

선박용 통합전력제어관리시스템{Marine integrated power control management system}Marine integrated power control management system

본 발명은 선박용 통합전력제어관리시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박 내 발전단과 부하단으로부터 전력발전 현황과 전력부하 운용 상황을 피드백받아 각 발전장치의 투입 및 이탈과 각 부하의 선택적 차단을 수행함으로써 안정적이고 효율적인 운항이 가능하도록 선박 내 모든 전기설비를 통합 관리하기 위한 통합전력제어관리시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an integrated power control management system for ships, and more particularly, by receiving feedback on the power generation status and power load operation status from the power generation stage and the load stage in the ship, input and departure of each power generation device and selective blocking of each load are performed. Therefore, it relates to an integrated power control management system for integrated management of all electric facilities in a ship so that stable and efficient operation is possible.

종래의 선박은 대부분 디젤엔진을 주 추진장비로 탑재하여 주기관(Main Engine)으로서 선박을 운항하였고, 이는 전기기기가 아닌 내연기관이므로 기계설비로 분류되어 선박의 전력시스템에서 배제되어왔다.Conventional ships are mostly equipped with diesel engines as main propulsion equipment to operate the ship as a main engine, and since this is an internal combustion engine, not an electric device, it has been classified as a mechanical facility and has been excluded from the ship's power system.

그러나 차세대 선박으로 각광받는 전기추진선박은 추진용 전동기를 주 추진장비로 탑재하는 방식이기 때문에 내연기관 기반의 주기관(Main Engine)이 탑재되지 않는다. 또한, 전기추진선박에 탑재되는 추진용 전동기를 구동하기 위한 전력은 기존의 선박에서 관리하던 발전전력과 소요전력에 비하여 굉장히 크다. 이러한 전기추진선박은 기계식추진과 달리 전력을 통하여 추진하므로 발전체계의 안정성이 매우 중요하다. 안정성을 확보하기 위하여 종래의 발전체계는 대용량 발전기를 사용하였으나, 그 결과 저부하 운전으로 인하여 에너지 효율이 저하되고, 경제성이 낮아지는 문제점이 있었다. 따라서, 차세대 선박의 안전 항해와 직결되는 문제로서 추진용 전동기, 발전기 및 관련 발전설비, 중부하를 포함한 기관실 기타 전력부하 등을 통합하여 제어 및 관리해야 할 필요성이 커졌다.However, electric propulsion ships, which are in the spotlight as next-generation ships, are not equipped with a main engine based on an internal combustion engine because a propulsion motor is mounted as the main propulsion equipment. In addition, the power to drive the propulsion motor mounted on the electric propulsion ship is very large compared to the power generation and required power managed by the existing ship. Unlike mechanical propulsion, electric propulsion ships are propelled through electric power, so the stability of the power generation system is very important. In order to secure stability, the conventional power generation system used a large-capacity generator, but as a result, energy efficiency is lowered due to low-load operation, and economical efficiency is lowered. Therefore, the need to control and manage by integrating propulsion motors, generators and related power generation facilities, engine room and other power loads including heavy loads as a problem directly connected to safe navigation of next-generation ships has increased.

이러한 선박의 전력관리제어시스템에 대한 기술로서, '전력관리제어시스템을 구비하는 전기추진선박(등록번호 : 10-1117306)'에서는 전력관리 제어반이 추진 전동기의 회전수를 제어하고 축전지의 충전과 방전 및 배전을 제어함으로써, 축전지, 발전기 및 태양전지 모듈과 같은 전기 에너지원을 통해 추진 전동기를 구동할 수 있도록 단일화된 장비에서 배전 및 스위칭 기능을 제공하여 최적의 효율로 추진이 가능할 뿐만 아니라, 다양한 조건별로 충전과 방전 제어를 수행하도록 제어하는 전력관리제어시스템을 개시하고 있다.As a technology for the power management control system of such a ship, in the'electric propulsion ship equipped with a power management control system (registration number: 10-1117306)', the power management control panel controls the rotation speed of the propulsion motor and charges and discharges the storage battery. And by controlling the distribution, the propulsion and switching functions are provided in a single equipment so that the propulsion motor can be driven through an electric energy source such as a storage battery, a generator, and a solar cell module, so that propulsion can be carried out with optimal efficiency, as well as various conditions. Disclosed is a power management control system that controls each charging and discharging control to be performed.

그러나 추진 전동기를 최적의 효율로 구동할 수 있도록 하는 전기 에너지원의 제어시스템으로서, 추진 부하를 제외한 상용 부하, 불규칙 부하, 화물 기기 관련 부하, 갑판 부하 등 선박 내 탑재되는 다양한 부하들의 전력을 통합적으로 관리하기에는 한계가 있으므로 이에 대한 새로운 기술 개발이 절실히 요구되고 있는 시점이다.However, as a control system for electric energy sources that enables the propulsion motor to be driven with optimum efficiency, the power of various loads mounted on the ship such as commercial loads, irregular loads, cargo equipment-related loads, and deck loads, excluding propulsion loads, are integrated. Since there is a limit to management, it is the time when the development of new technology is desperately required.

KRKR 10-111730610-1117306 B1B1

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 선박 내 발전단과 부하단으로부터 전력발전 현황과 전력부하 운용 상황을 피드백받아 각 발전장치의 투입 및 이탈과 각 부하의 선택적 차단을 수행함으로써 효율적인 운항이 가능하도록 선박 내 모든 전기설비를 통합 관리하기 위한 통합전력제어관리시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, and efficient operation is possible by receiving feedback on the power generation status and power load operation status from the power generation stage and the load stage in the ship, and performing input and departure of each power generation device and selective blocking of each load. The purpose of this is to provide an integrated power control management system for integrated management of all electric facilities in a ship.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 선박 내 모든 전기설비를 통합 관리하기 위한 통합전력제어관리시스템에 있어서, 발전기, 배터리, 신재생 발전장치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발전장치를 제어 및 관리하는 발전제어부;와 추진용 전동기, 냉각수 계통 펌프 시스템(CPCS, Cooling Pump Control System), 기관실 급기 및 배기팬 시스템(ERFCS, Engine Room Fan Control System), 거주구역의 공기조화 시스템(HVACS, Heating Ventilating and Air Conditioning System), 부하제어시스템(LCS, Load Control System) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 부하장치를 제어 및 관리하는 부하제어부;를 포함하여 구성되고, 상기 발전제어부와 상기 부하제어부로부터 선박 내 전력발전 현황과 전력부하의 운용 상황을 피드백받아 각 발전장치의 투입 및 이탈과 각 부하의 선택적 차단을 수행하는 것을 특징으로 하는 선박용 통합전력제어관리시스템을 제공한다.According to the features of the present invention for achieving the above object, the present invention is an integrated power control management system for integrated management of all electrical equipment in a ship, comprising at least one of a generator, a battery, and a renewable power generation device. Power generation control unit that controls and manages power generation devices; and propulsion motors, cooling pump control systems (CPCS), engine room air supply and exhaust fan systems (ERFCS, Engine Room Fan Control System), and air conditioning systems in accommodation areas. (HVACS, Heating Ventilating and Air Conditioning System), a load control system (LCS, Load Control System) for controlling and managing a load device including at least one of the load control unit; comprises a, the power generation control unit and the load Provides an integrated power control management system for ships, characterized in that input and departure of each power generation device and selective cut-off of each load by receiving feedback from the control unit of the power generation status and the operation status of the power load in the ship.

이와 같은 본 발명에 따른 선박용 통합전력제어관리시스템의 상기 발전제어부는, 주 발전원인 발전기의 부하율 및 여유전력을 실시간으로 취득하고, 전력부하의 운용 상황에 따라 각 발전기의 시동 및 정지, 전력 투입 및 이탈을 제어하는 발전기제어장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The power generation control unit of the integrated power control management system for ships according to the present invention acquires in real time the load rate and spare power of the generator, which is the main power source, and starts and stops each generator according to the operating situation of the power load, power input, and It characterized in that it is configured to include a generator control device for controlling the departure.

이와 같은 본 발명에 따른 선박용 통합전력제어관리시스템의 상기 발전제어부는, 계통연계형인버터(Grid Tie Inverter) 또는 액티브 프론트엔드(AFE, Active Front End)를 이용하여 양방향 전력제어가 가능한 전력계통인 것을 특징으로 한다.The power generation control unit of the integrated power control management system for ships according to the present invention is a power system capable of bidirectional power control using a grid tie inverter or an active front end (AFE). It is characterized.

이와 같은 본 발명에 따른 선박용 통합전력제어관리시스템의 상기 발전제어부는, 상기 발전장치가 발전기 단일 운용모드, 배터리 단일 운용모드, 발전기운용-배터리충전 모드, 발전기-배터리 하이브리드 운용 모드 중 하나의 모드로 운전되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The power generation control unit of the integrated power control management system for ships according to the present invention, wherein the power generation device is in one of a generator single operation mode, a battery single operation mode, a generator operation-battery charging mode, and a generator-battery hybrid operation mode. It is characterized in that it is controlled to be operated.

이와 같은 본 발명에 따른 선박용 통합전력제어관리시스템의 상기 부하제어부는, 추진용 전동기의 운용 현황을 실시간으로 취득하고, 발전원의 부하율 및 여유전력을 고려하여 상기 추진용 전동기의 출력을 제어하는 추진부하제어장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The load control unit of the integrated power control management system for ships according to the present invention acquires the operating status of the propulsion motor in real time, and controls the output of the propulsion motor in consideration of the load factor and the spare power of the power generation source. It characterized in that it is configured to include a load control device.

상기 과제의 해결수단에 의한 본 발명은, 선박 내 발전단과 부하단의 각 제어부를 연동하여 공급 및 수요전력 중심의 양방향 전력망 운용이 가능하도록 하는 통합전력제어를 통해 전력계통의 안정성을 확보하고, 선박 내 발전기와 추진용 전동기의 최적 운전조건을 만족하도록 제어함으로써 선박 내 에너지 효율을 향상시키는 효과가 있다.The present invention according to the solution to the above problem is to secure the stability of the power system through integrated power control that enables bidirectional power grid operation centered on supply and demand power by interlocking each control unit of the power generation end and the load end in the ship, and There is an effect of improving the energy efficiency in the ship by controlling to satisfy the optimum operating conditions of the internal generator and the propulsion motor.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통합전력제어관리시스템의 구성블럭도.
도 2는 일반적인 전기추진선박의 결선 블럭도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 통합전력제어관리시스템에서의 전력 관리를 위한 주요 측정 데이터.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 무순단 동기절체 제어를 설명하는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발전장치의 제어모드를 설명하는 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발전기의 병렬 투입 및 이탈을 제어하기 위한 기준 부하율을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 추진용 전동기의 가속제한 기능을 설명하는 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 추진용 전동기의 기동토크 보상기능을 설명하는 도면.
도 9는 일반적인 AC전력 시스템의 안정성 기준을 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 기타부하 제어장치의 구성도.
1 is a block diagram of an integrated power control management system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a wiring block diagram of a general electric propulsion ship.
3 is main measurement data for power management in the integrated power control management system according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram for explaining a non-stepless synchronous transfer control according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a control mode of the power generation device according to an embodiment of the present invention.
6 is a view showing a reference load factor for controlling parallel input and departure of a generator according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the acceleration limiting function of the propulsion electric motor according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a starting torque compensation function of a propulsion motor according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram showing a stability standard of a general AC power system.
10 is a block diagram of the other load control device of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 10에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 발전제어, 부하제어를 포함하는 전력제어 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 10 in the accompanying drawings. On the other hand, in the drawings and detailed description, illustrations and references for configurations and actions that can be easily understood by those in the field from general power generation control, power control including load control, and the like are briefly or omitted. In particular, in the illustration and detailed description of the drawings, detailed descriptions and illustrations of specific technical configurations and actions of elements not directly related to the technical features of the present invention are omitted, and only the technical configurations related to the present invention are briefly illustrated or described. I did.

본 발명에 따른 통합전력제어관리시스템(10)은 스마트그리드를 적용한 선박용 통합전력제어관리시스템으로서, 도 1에서와 같이, 발전기 제어장치(110)와 배터리 제어장치(120)로 구성되는 발전제어부(100), 추진부하 제어장치(210)와 기타부하 제어장치(220)로 구성되는 부하제어부(200)를 포함한다.The integrated power control management system 10 according to the present invention is an integrated power control management system for ships to which a smart grid is applied, and as shown in FIG. 1, a power generation control unit consisting of a generator control device 110 and a battery control device 120 ( 100), and a load control unit 200 consisting of a propulsion load control device 210 and other load control device 220.

이러한 통합전력제어관리시스템(10)은 도 2와 같이, 발전기(111), 배터리(121), 신재생에너지 발전장치(131) 중 적어도 하나 이상의 발전원을 갖는 발전단과 추진용 전동기(211), 냉각펌프(221), 기관실팬(222), HVAC(223), 기타 보조기기(224) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 부하를 갖는 부하단으로 구성되는 전기추진선박 등에 적용될 수 있다.This integrated power control management system 10, as shown in Figure 2, a generator 111, a battery 121, a power generation stage having at least one power generation source of the renewable energy generation device 131 and a propulsion motor 211, The cooling pump 221, the engine room fan 222, the HVAC 223, and other auxiliary devices 224 can be applied to an electric propulsion ship composed of a load including at least one of the load end.

전기추진선박은 엔진이 발전기를 구동시키고, 발전되는 전기 에너지로 추진용 전동기를 회전시켜 프로펠러를 구동시키는 차세대 선박으로, 디젤엔진 발전기, 이중연료 발전기, LNG 발전기, 납축전지, 리튬이온배터리, 태양광발전, 연료전지 등을 연동하여 하이브리드 발전 체계를 구축하는 것을 특징으로 한다. 특히, 디젤엔진 등 화석연료 기반의 내연기관을 사용하여 운항하던 기존의 선박과 달리, 전기추진선박은 전체 에너지 소비량에서 전기 에너지가 차지하는 비중이 70% 이상이므로 발전단 및 부하단의 운용에서 안정성을 확보하는 것이 필수적이며, 에너지를 효율적으로 운용하기 위한 제어가 필요한 것이다.Electric propulsion ships are next-generation ships in which an engine drives a generator and rotates a propulsion motor with generated electric energy to drive a propeller.Diesel engine generator, dual fuel generator, LNG generator, lead acid battery, lithium ion battery, solar power It is characterized by establishing a hybrid power generation system by linking power generation and fuel cells. In particular, unlike conventional ships that used fossil fuel-based internal combustion engines such as diesel engines, electric propulsion ships account for more than 70% of the total energy consumption, thus ensuring stability in the operation of power generation and load stages. It is essential to secure it, and it is necessary to control the energy efficiently.

발전제어부(100)는 선박 내 모든 발전원을 제어하는 구성으로, 발전기 제어장치(110)와 배터리 제어장치(120)를 포함하여 구성된다. 선박에 추가 발전원으로 신재생에너지 발전장치가 구비된다면, 이를 제어하기 위한 신재생에너지 발전 제어장치가 더 구비될 수 있다. 이때 실시간으로 전력부하 운용 상황을 통합전력제어관리시스템(10)에 피드백함으로써 부하제어부(200)와 연동될 수 있도록 한다.The power generation control unit 100 is configured to control all power sources in the ship, and includes a generator control device 110 and a battery control device 120. If the ship is equipped with a new and renewable energy generation device as an additional power source, a new and renewable energy generation control device for controlling it may be further provided. At this time, the power load operation status is fed back to the integrated power control management system 10 in real time so that it can be interlocked with the load control unit 200.

선박에 적용되는 발전원은 주로 발전기(Generator), 에너지 저장장치(ESS, Energy Storage System), 신재생에너지(Renewable Energy)로 분류될 수 있다. 이중에서 발전기는 원동기가 내연기관이며, 사바테 사이클을 기반으로 운전하는 디젤엔진을 주로 탑재하였고, 최근에는 이중연료 발전기, LNG 발전기, 축발전기 등이 탑재되기도 한다. 에너지 저장장치는 배터리와 같이 충전과 방전을 통해 에너지를 저장할 수 있는 수단으로 이용되는 장비를 의미하고, 주로 납축전지 또는 리튬이온배터리가 많이 사용되며, 이외에도 파워 커패시터 등 운항조건에 적합하게 설계할 수 있다. 신재생에너지는 선박의 구조에 따라 태양광발전을 사용하는 경우가 많으며, 이외에도 풍력발전 등이 선박에서 사용되고 있다.Power generation sources applied to ships can be mainly classified into generators, energy storage systems (ESS), and renewable energy. Among the generators, the prime mover is an internal combustion engine, and a diesel engine that operates based on the sabate cycle is mainly mounted, and recently, a dual fuel generator, an LNG generator, and a shaft generator are sometimes installed. The energy storage device refers to equipment used as a means to store energy through charging and discharging, such as a battery, and a lead acid battery or lithium-ion battery is mainly used, and in addition, it can be designed suitable for operating conditions such as power capacitors. have. Solar power generation is often used for new and renewable energy depending on the structure of the ship, and wind power generation is also used in ships.

따라서, 발전제어부(100)는 전기추진선박에 구비되는 각 발전원의 특성에 따라 AC전력과 DC전력을 구분하고, DC전력이 AC전력의 주파수에 맞게 투입될 수 있도록 계통연계형 인버터(Grid Tie inverter) 또는 액티브 프론트엔드(AFE, Active Frond End)를 이용하여 양방향 전력제어가 가능하도록 선박 내 모든 발전원을 통합제어하는 것이다. 또한, AC전력 및 DC전력은 전기적 성질이 다르기 때문에 선내 통합전력제어관리시스템의 전력 생산량과 전력 소비량을 실시간으로 확인하고 전력계통의 안정성을 유지하기 위하여 발전제어부(100)는 도 3과 같은 데이터를 취득해야 한다.Therefore, the power generation control unit 100 divides AC power and DC power according to the characteristics of each power source provided in the electric propulsion ship, and allows the DC power to be input according to the frequency of the AC power. inverter) or an active front end (AFE, Active Frond End) to enable integrated control of all power generation sources in the ship so that bidirectional power control is possible. In addition, since AC power and DC power have different electrical properties, the power generation control unit 100 uses data as shown in FIG. 3 to check the power production and power consumption of the integrated power control management system on board in real time and maintain the stability of the power system. It must be acquired.

발전기 제어장치(110)는 선박의 주 발전원인 발전기(111)의 시동 및 정지, 전력 투입 및 이탈 등 전반적인 운용과 보호 기능을 수행한다. 이는 발전기(111)의 부하율 및 여유전력을 실시간으로 취득하여 통합전력제어관리시스템(10)에 피드백하고, 부하단의 운용 상황에 따라 발전기(111)의 시동 및 병렬접속을 제어하며, 필요에 따라 중요도가 낮은 부하장치를 선택적으로 강제 차단하는 기능 등을 통해 주 발전원인 발전기(111)의 제어 및 관리를 수행한다.The generator control device 110 performs overall operation and protection functions such as starting and stopping of the generator 111, which is the main power source of the ship, and power input and departure. This acquires the load ratio and spare power of the generator 111 in real time and feeds it back to the integrated power control management system 10, and controls the start-up and parallel connection of the generator 111 according to the operation status of the load stage. Control and management of the generator 111, which is the main power generation source, is performed through a function of selectively forcibly shutting off load devices of low importance.

배터리 제어장치(120)는 선박의 주 발전원인 발전기(111)를 제외한 선박 내 모든 발전원들의 운용 및 연동 상태를 기반으로 최적의 부하율로 운용되도록 제어한다. 이는 에너지 저장장치를 포함하는 배터리(121), 신재생에너지 발전장치(131) 등 모든 발전원의 시동 및 정지, 전력 투입 및 이탈 등 전반적인 운용과 보호 기능을 수행한다.The battery control device 120 controls to be operated at an optimal load ratio based on the operation and interlocking state of all power generation sources in the ship except for the generator 111, which is the main power generation source of the ship. This performs overall operation and protection functions such as starting and stopping of all power sources, such as the battery 121 including the energy storage device and the renewable energy power generation device 131, and power input and departure.

발전제어부(100)는 이러한 발전기 제어장치(110)와 배터리 제어장치(120)로부터 각 발전원의 운용 및 연동 상태를 기반으로 실시간 데이터를 피드백받아 최적의 부하율로 운용되도록 제어함으로써 에너지 효율을 향상시키는 것이다.The power generation control unit 100 receives real-time data feedback from the generator control device 110 and the battery control device 120 based on the operation and interlocking state of each power generation source, and controls the operation at an optimal load rate to improve energy efficiency. will be.

발전기 제어장치(110)는 각 발전기(111)에서 순시적으로 발생할 수 있는 첨두부하에 대한 보호 기능을 수행하고, 특정 발전기(111)에 과부하가 발생했을 때 해당 발전기(111)를 정지하고 다른 발전기(111)로 대체함으로써 과부하에 대한 보호 기능을 수행한다.The generator control device 110 performs a protection function for a peak load that may occur instantaneously in each generator 111, and when an overload occurs in a specific generator 111, the generator 111 stops and other generators By replacing it with (111), it performs a protective function against overload.

각 발전기(111)와 전력부하는 AC기반 또는 DC기반으로 설계되므로 서로 다른 형태의 전력을 필요로 하는 경우, 또는 특정 발전기(111)가 추진용 전동기(211)의 구동 주파수와 비동기되거나 주파수 이탈이 발생하는 경우에는 도 4와 같이, 무순단 동기절체 제어가 가능한 절체 스위치를 통해 메인버스에 접속시킴으로써 공급 전력의 변환이 원활하게 이루어질 수 있도록 하고, 전력품질 개선을 통한 에너지 효율 증대 및 운용 안정성을 확보할 수 있다.Since each generator 111 and the power load are designed based on AC or DC, when different types of power are required, or when a specific generator 111 is asynchronous with the driving frequency of the propulsion motor 211 or the frequency deviates In the case of occurrence, as shown in Fig. 4, by connecting to the main bus through a transfer switch capable of non-instantaneous synchronous transfer control, the power supply can be smoothly converted, and energy efficiency and operational stability are secured through power quality improvement. can do.

또한, 각 부하의 운용에 따라 발전기(111)의 운용이 달라져 실시간으로 전력 및 동기절체 제어를 통해 전력 최적화를 수행하면, 전력 최적화 이후 발전기(111)의 부하율이 낮아지면서 불완전 연소에 의해 연료 효율이 감소되고, 장시간 저부하 운전을 하게 되면 발전기관측에 기계적 결함이 발생할 수 있다. 따라서, 발전제어부(100)는 발전기 제어장치(110)로부터 각 발전기(111)의 운용데이터를 피드백받고, 전력의 운용상황에 맞는 운전모드를 선택하여 제어함으로써 저부하 운전을 방지할 수 있다.In addition, if the operation of the generator 111 is changed according to the operation of each load, and power optimization is performed through power and synchronous transfer control in real time, the load ratio of the generator 111 is lowered after the power optimization and fuel efficiency is reduced due to incomplete combustion. It is reduced, and if the low-load operation is performed for a long time, a mechanical defect may occur in the generator observation. Accordingly, the power generation control unit 100 receives operation data of each generator 111 from the generator control device 110 and selects and controls an operation mode suitable for the operation situation of power, thereby preventing low-load operation.

본 발명의 실시예에서는 가장 기본적인 구조로서, 주 발전원으로 이용되는 발전기(111)와 이를 보조하여 전력을 공급하는 배터리(121)로 구성되는 발전단에서 전력을 공급하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.In the embodiment of the present invention, as the most basic structure, a case where power is supplied from a power generation stage composed of a generator 111 used as a main power generation source and a battery 121 that supplies power by assisting the same will be described as an example. do.

발전단의 전력공급을 위한 운전 모드는 도 5와 같이 발전기 단일 운용 모드, 배터리 단일 운용 모드, 발전기 운용-배터리 충전 모드, 발전기-배터리 하이브리드 운용 모드로 구분된다.The operation mode for power supply of the power generation stage is divided into a generator single operation mode, a battery single operation mode, a generator operation-battery charging mode, and a generator-battery hybrid operation mode, as shown in FIG. 5.

도 5의 (a)와 같이 발전기 단일 운용 모드는 발전기(111)만 이용하여 전력을 공급하는 운전 모드이다. 이 운전 모드에서는 전력부하에 따라 발전기(111)의 부하율이 크게 변할 수 있으므로 발전기(111)의 부하율을 중점적으로 측정 및 연산하여 제어를 수행해야 한다.As shown in (a) of FIG. 5, the single generator operation mode is an operation mode in which power is supplied using only the generator 111. In this operation mode, since the load ratio of the generator 111 may vary greatly depending on the power load, the load ratio of the generator 111 must be measured and calculated in focus to perform control.

도 5의 (b)와 같이 배터리 단일 운용 모드는 배터리만 이용하여 전력을 공급하는 운전 모드이다. 이 운전 모드에서는 배터리(121)로 선내 전력부하를 감당해야 하므로 배터리(121)의 충전 상태를 중점적으로 측정 및 연산하여 제어를 수행해야 한다.As shown in FIG. 5B, the single battery operation mode is an operation mode in which power is supplied using only the battery. In this operation mode, since the battery 121 must handle the onboard power load, the state of charge of the battery 121 must be mainly measured and calculated to perform control.

도 5의 (c)와 같이 발전기 운용-배터리 충전 모드는 발전기(111)를 운용하여 전력을 공급하는 동시에 배터리(121)를 충전하는 모드이다. 이 운전 모드에서는 발전기(111)의 부하율이 배터리(121)를 충전해도 안정적이라고 판단되면 수행되는 운용 모드이며, 이때 발전기(111) 측면에서 배터리(121)는 전력부하와 동일하게 취급된다.As shown in (c) of FIG. 5, the generator operation-battery charging mode is a mode in which power is supplied by operating the generator 111 and at the same time the battery 121 is charged. In this operation mode, when it is determined that the load factor of the generator 111 is stable even when the battery 121 is charged, the battery 121 is treated the same as the power load from the side of the generator 111.

도 5의 (d)와 같이 발전기-배터리 하이브리드 운용 모드는 발전기(111)와 배터리(121)를 함께 운용하여 전력을 공급하는 모드이다. 이미 운용중인 발전기(111)에 추가로 발전기(111)를 한 대 더 병렬 접속시켜 운용하는 것 보다 배터리(121)를 투입하는 것으로 충분히 수요전력을 감당할 수 있을 때 수행되는 운용 모드이다. 예를 들어 추진용 전동기(211)의 제어에 따라 전력부하가 크게 변동하는 상황에서 발전기(111)의 첨두부하를 순시적으로 감당할 필요가 있는 경우, 배터리(121)를 신속하게 투입할 수 있다.As shown in (d) of FIG. 5, the generator-battery hybrid operation mode is a mode in which power is supplied by operating the generator 111 and the battery 121 together. It is an operation mode that is performed when the power demand can be sufficiently handled by inserting the battery 121 rather than operating by connecting one more generator 111 in parallel to the generator 111 that is already being operated. For example, in a situation in which the power load is greatly fluctuated under the control of the propulsion motor 211, when it is necessary to temporarily handle the peak load of the generator 111, the battery 121 can be quickly input.

배터리(121)는 운용 목적에 따라 용량, C-Rate 등의 사양을 다르게 설계되므로 그 목적에 맞게 배터리(121)가 운용되어야 한다. 예를 들어 발전기(111)의 첨두부하 절감 및 과부하 운전을 절감하는 기능이 배터리(121)의 주 목적일 경우, 방전 C-Rate를 높게 설계하여 순시적으로 발생하는 첨두부하를 감당할 수 있도록 운용하고, 과부하 또한 같은 방식으로 운용하되 배터리(121) 방전을 고려하여 발전기(111) 병렬운전 등의 제어를 수반하도록 한다. 반대로 방전 C-Rate를 높이지 않고 장시간 일정한 전력을 감당할 수 있도록 하는 기능도 가능하다.Since the battery 121 is designed differently in specifications such as capacity, C-Rate, etc. according to the purpose of operation, the battery 121 must be operated according to the purpose. For example, if the main purpose of the battery 121 is to reduce the peak load of the generator 111 and the overload operation, the discharge C-Rate is designed to be high and operated to handle the instantaneous peak load. , Overload is also operated in the same manner, but in consideration of the discharge of the battery 121, the control such as parallel operation of the generator 111 is accompanied. Conversely, it is also possible to handle constant power for a long time without increasing the discharge C-Rate.

발전원 중 연료전지가 탑재되는 경우에도 배터리(121)와 마찬가지로 DC전력을 생산하므로 단일 운용 모드, 하이브리드 운용 모드를 갖는다. 그러나 배터리(121)의 충전과 같이 발전기(111) 측면에서 전력부하로 취급되는 운전 모드는 운용되지 않으며, 연료전지는 배터리(121)와 달리 순시적으로 변하는 전력부하에 빠르게 대응하기가 어려우므로 연료전지가 탑재되는 경우에는 첨두부하에 대한 발전원의 보호 기능을 포함하기 위하여 배터리(121)의 충전율을 고려해야 한다.Even when a fuel cell is mounted among the power generation sources, DC power is produced like the battery 121, and thus a single operation mode and a hybrid operation mode are provided. However, the operation mode that is treated as a power load from the side of the generator 111, such as charging the battery 121, is not operated. When a battery is mounted, the charging rate of the battery 121 must be considered in order to include a protection function of the power generation source against a peak load.

그 외에도 태양광 또는 풍력 발전과 같은 신재생에너지 발전장치(131)는 전력을 직접 투입하는 것이 아니라 배터리(121)를 충전하는 방식으로 간접 발전하는 구성이므로 배터리(121)가 발전원으로 운용되지 않는 상황에는 배터리(121)가 과충전인 경우를 제외한 대부분의 상황에서 배터리(121)를 충전하도록 제어를 수행한다.In addition, the new renewable energy generation device 131 such as solar or wind power generation does not directly input power, but indirectly generates power by charging the battery 121, so the battery 121 is not operated as a power generation source. In the situation, control is performed to charge the battery 121 in most situations except when the battery 121 is overcharged.

발전제어부(100)는 발전기(111)를 추가로 투입 또는 이탈시키기 위하여 메인버스(Main Bus)에 동기화하여 제어한다. 즉, 운항 중 선박 내 전력부하의 변동으로 운용중인 발전원의 여유전력이 부족하여 발전기(111)를 추가로 운용해야 하는 경우에는 정지 상태에서 시동이 걸린 발전기(111)를 메인버스에 투입하여 발전기(111)의 병렬운전을 제어하고, 전력부하의 하강으로 인해 발전기(111)가 저부하 운전을 하는 경우에는 일정 시간을 두고 순차적으로 발전기(111)를 메인버스로부터 안전하게 비동기화 및 이탈시킨다.The power generation control unit 100 controls the generator 111 in synchronization with the main bus in order to additionally input or leave the generator 111. That is, if the generator 111 needs to be additionally operated due to insufficient power remaining in the power generation source being operated due to the fluctuation of the power load in the ship during operation, the generator 111 started in the stopped state is put into the main bus to generate the generator. The parallel operation of 111 is controlled, and when the generator 111 performs a low load operation due to a fall of the power load, the generator 111 is safely asynchronously and separated from the main bus sequentially over a predetermined period of time.

여기서, 발전기(111)의 병렬 투입 및 이탈을 제어하기 위한 기준 부하율의 예시는 도 6과 같다. 예를 들어, 1대의 발전기(111)가 투입된 상태에서 부하율이 80% 넘으면 30초 뒤에 정지중인 발전기(111)를 1대 더 투입하여 여유전력을 늘리고 전력 수급을 원활하게 한다. 또한, 순시적으로 발전기(111)의 부하율이 88%까지 급격하게 오를 경우 10초 뒤에 정지 중인 발전기(111)를 1대 더 투입한다. 반대로 2대의 발전기(111)가 투입된 상태에서 부하율이 65% 아래로 낮아지면 600초 뒤에 1대의 발전기(111)를 메인버스에서 이탈시킨 후 정지시킨다.Here, an example of a reference load factor for controlling parallel input and departure of the generator 111 is shown in FIG. 6. For example, if the load ratio exceeds 80% in the state in which one generator 111 is input, one more generator 111 that is stopped 30 seconds later increases the power reserve and facilitates power supply and demand. In addition, when the load ratio of the generator 111 rapidly rises to 88% instantaneously, one more generator 111 that is stopped after 10 seconds is input. On the contrary, if the load ratio is lowered below 65% while the two generators 111 are turned on, one generator 111 is separated from the main bus after 600 seconds and then stopped.

부하제어부(200)는 선박 내 모든 전력부하를 제어하는 구성으로, 추진부하 제어장치(210)와 기타부하 제어장치(220)로 구성된다. 이때 실시간으로 전력부하 운용 상황을 통합전력제어관리시스템(10)에 피드백함으로써 발전제어부(100)와 연동될 수 있도록 한다.The load control unit 200 is configured to control all power loads in the ship, and includes a propulsion load control device 210 and other load control devices 220. At this time, the power load operation status is fed back to the integrated power control management system 10 in real time so that it can be interlocked with the power generation control unit 100.

추진부하 제어장치(210)는 주 추진장비인 추진용 전동기(211)의 출력을 제어하며, 유사시에는 추진용 전동기(211)를 보호할 수 있도록 한다. 선박의 운항 및 해상 상황에 따라 발전원의 부하율, 선내 여유전력, 전력부하의 운용 상황 등이 달라지므로 추진용 전동기(211)의 순시적인 제어 및 관리 또한 수반되어야 한다.The propulsion load control device 210 controls the output of the propulsion motor 211, which is the main propulsion equipment, and protects the propulsion motor 211 in case of emergency. Since the load rate of the power generation source, the reserve power in the ship, and the operation situation of the power load vary according to the operation of the ship and the maritime situation, instantaneous control and management of the propulsion motor 211 must also be involved.

추진부하 제어장치(210)의 제어 기능으로는, 텔레그래프(Telegraph) 신호에 따른 추진속도제어 기능, 수요전력과 현재 소비전력에 따른 추진용 전동기(211)의 가속 제한 기능, 추진용 전동기(211)의 기동토크 보상 기능, 발전기(211) 병렬접속 또는 탈락 등 비상시 추진용 전동기(211)의 출력 저감 기능 등이 있다.Control functions of the propulsion load control device 210 include a propulsion speed control function according to a telegraph signal, an acceleration limit function of the propulsion motor 211 according to the power demand and current consumption, and the propulsion motor 211 There is a function of compensating the starting torque of the generator 211, the output reduction function of the propulsion motor 211 in case of emergency such as parallel connection or drop-out of the generator 211.

텔레그래프(Telegraph) 신호에 따른 추진속도제어 기능은 선박용 엔진의 속도를 제어하는 명령장치인 텔레그래프의 제어 신호에 따라 사용자의 명령이 전달되면 추진용 전동기(211)의 부하를 제어하는 것이다. 이는 추진부하 제어장치(210)의 가장 기본적인 기능으로 텔레그래프를 통해 선박의 운항 속력이 결정되면, 추진부하 제어장치(210)는 그에 맞는 제어신호를 출력시켜 추진용 전동기(211)를 제어한다.The propulsion speed control function according to the telegraph signal controls the load of the propulsion motor 211 when a user's command is transmitted according to the control signal of the telegraph, which is a command device that controls the speed of the marine engine. This is the most basic function of the propulsion load control device 210, and when the operating speed of the ship is determined through a telegraph, the propulsion load control device 210 controls the propulsion motor 211 by outputting a control signal corresponding thereto.

수요전력과 현재 소비전력에 따른 추진용 전동기(211)의 가속 제한 기능은 추진부하가 변동되면서 추진용 전동기(211)의 소비전력이 급격하게 변하는 상황이 발생하는 경우, 순시적으로 전력 수급이 불안정해질 수 있기 때문에 도 7과 같이, 텔레그래프 신호가 발생한 시점부터 추진용 전동기(211)의 가속에 제한을 두어 추진용 전동기(211)의 출력이 완만하게 상승하도록 하는 것이다. 이러한 제어기법을 이용한 추진용 전동기(211)의 완만한 가속을 통해 발전원의 첨두부하 또는 과부하 운용을 방지할 수 있게 된다.The acceleration limiting function of the propulsion motor 211 according to the power demand and the current power consumption is instantaneously unstable in power supply and demand when a situation in which the power consumption of the propulsion motor 211 changes rapidly occurs as the propulsion load fluctuates. As shown in FIG. 7, the acceleration of the propulsion motor 211 is limited from the time when the telegraph signal is generated, so that the output of the propulsion motor 211 gradually rises. Through the gentle acceleration of the propulsion motor 211 using such a control method, it is possible to prevent the peak load or overload operation of the power generation source.

추진용 전동기(211)의 기동토크 보상 기능은 도 8과 같이 추진용 전동기(211)의 초기 기동에 높은 토크가 필요하여 전력을 공급하는 발전원의 부하가 급격하게 증가할 수 있으므로 추진용 전동기(211)의 정격 전류보다 굉장히 큰 전류가 흐르지 않도록 기동 토크를 보상하는 기능이다. 기동 토크를 보상하는 것은 추진용 전동기(211)에 전력을 공급하는 발전원의 안정성과도 관련되며, 추진용 전동기(211)의 커플링 등 기계적 측면에서의 안정성과도 관련된다. 따라서 인버터와 같은 장치를 통해 추진용 전동기(211)의 기동 토크를 보상하는 것이 바람직하다.The starting torque compensation function of the propulsion motor 211 is a propulsion motor ( This is a function to compensate the starting torque so that a current that is much larger than the rated current of 211) does not flow. Compensating the starting torque is also related to the stability of the power generation source supplying power to the propulsion motor 211, and is also related to the stability in terms of mechanical such as coupling of the propulsion motor 211. Therefore, it is desirable to compensate the starting torque of the propulsion motor 211 through a device such as an inverter.

발전기(211) 병렬접속 또는 탈락 등 비상시 추진용 전동기(211)의 출력 저감 기능은 허용할 수 있는 전력 범위 안에서 추진용 전동기(211)의 출력을 저감하는 것이다. 이는 전기추진선박에서 운항 속력과 직결되는 부분이므로 선박 운항 및 해상 상황에 따라 선박 자체의 안전과 직결될 수 있다. 따라서 발전원의 불안정, 갑작스러운 탈락, 정전 등의 비상상황이 발생하지 않도록 발전원의 안정적인 운용을 발전제어부(100)를 통해 실시간으로 모니터링하면서 추진부하를 제어한다.The power reduction function of the propulsion motor 211 in case of emergency such as parallel connection or drop-off of the generator 211 is to reduce the output of the propulsion motor 211 within the allowable power range. Since this is a part that is directly connected to the operating speed of the electric propulsion ship, it can be directly connected to the safety of the ship itself depending on the ship's operation and maritime conditions. Therefore, in order to prevent emergency situations such as instability of the power source, sudden dropout, and power failure, the power generation control unit 100 monitors the stable operation of the power source in real time and controls the propulsion load.

여기서, 수요전력과 현재 소비전력에 따른 추진용 전동기(211)의 가속 제한 기능과 발전기(211) 병렬접속 또는 탈락 등 비상시 추진용 전동기(211)의 출력 저감 기능은 AC기반의 전력계통에서 충분한 안정성을 유지하기 위하여 도 9와 같은 선급 규정을 준수해야 한다. 즉, 추진용 전동기(211)의 기동 및 가속에 있어서 정상상태에 이르기 전까지는 과도상태에 해당하는 주파수, 전압 변동률을 준수해야하고, 이미 정상상태에 이른 상황에서는 정상상태에 해당하는 주파수, 전압 변동률을 준수해야 하므로 추진부하 제어장치(210)는 이러한 추진용 전동기(211)의 각 상태에 따른 주파수 및 전압 변동률 등을 제어하는 것이다.Here, the acceleration limiting function of the propulsion motor 211 according to the power demand and current consumption, and the output reduction function of the propulsion motor 211 in case of emergency such as parallel connection or drop-out of the generator 211 are sufficient stability in the AC-based power system. In order to maintain this, the classification regulations as shown in Fig. 9 are to be observed. That is, in the starting and accelerating of the propulsion motor 211, the frequency and voltage fluctuation rate corresponding to the transient state must be observed until the normal state is reached, and the frequency and voltage fluctuation rate corresponding to the steady state in the situation that has already reached the steady state. Since it must be observed, the propulsion load control device 210 controls the frequency and voltage fluctuation rate according to each state of the propulsion motor 211.

기타부하 제어장치(220)는 도 10과 같이 추진용 전동기(211)를 제외한 선박 내 모든 전력부하의 운용 특성에 따라 에너지 효율성을 향상시킬 수 있도록 제어 및 관리한다. 전기추진선박의 가장 크고 중요한 부하가 추진용 전동기(211)이므로 기타부하 제어장치(220)는 상대적으로 중요도가 낮은 중부하(Heavy Load) 또는 간헐성 부하(Intermittent Load)인 냉각펌프(221), 기관실팬(222), HVAC(223), 기타 보조기기(224) 등이 추진부하에 맞추어 유기적으로 운용될 수 있도록 한다. 특히, 발전제어부(100)에서 충분한 여유전력을 유지할 수 있도록 다양한 전력부하들을 효율적으로 제어함으로써 전력 공급의 유연성을 확보하는 한편 에너지 사용 효율을 개선할 수 있다.The other load control device 220 controls and manages to improve energy efficiency according to the operating characteristics of all power loads in the ship except for the propulsion motor 211 as shown in FIG. 10. Since the largest and most important load of the electric propulsion ship is the propulsion motor 211, the other load control device 220 is a cooling pump 221, which is a relatively low importance heavy load or intermittent load, engine room. The fan 222, HVAC 223, and other auxiliary devices 224 can be organically operated according to the propulsion load. In particular, by efficiently controlling various power loads so that the power generation control unit 100 maintains sufficient spare power, flexibility in power supply can be secured and energy use efficiency can be improved.

먼저 냉각펌프(221)는 추진용 전동기(211), 발전기(111) 및 발전기관, 기타 보조기기를 냉각하는 목적으로 운용되고, 펌프 구동을 위한 모터가 주요 전력부하로 포함된다. 대부분의 경우에 해수펌프, 청수펌프가 추진용 전동기(211), 발전기(111) 및 발전기관, 기타 보조기기 등을 냉각하는 데 사용되며, 이때 해수 및 청수온도에 따라 각각의 펌프를 제어함으로써 에너지 효율을 개선하고 불필요한 전력을 절감하여 여유전력을 확보할 수 있다.First, the cooling pump 221 is operated for the purpose of cooling the propulsion motor 211, the generator 111 and the generator pipe, and other auxiliary devices, and the motor for driving the pump is included as a main power load. In most cases, a sea water pump and a fresh water pump are used to cool the propulsion motor 211, the generator 111, the generator pipe, and other auxiliary equipment. Redundant power can be secured by improving efficiency and reducing unnecessary power.

기관실팬(222)은 발전기관과 같이 기관실에서 공기를 필요로 하는 각 장비에 외부 공기를 공급하는 역할을 하며, 작업자들에게는 분진과 유증기가 섞인 공기를 배기하는 역할을 한다. 또한 기계설비와 작업자에게 신선한 외부 공기를 공급하는 목적으로 운용된다. 기관실에서 모니터링 되는 온도 및 압력은 기관실 급기 및 배기팬 시스템의 주된 파라미터이며, 이에 따라 기관실의 각 급기 및 배기팬의 운전 대수와 회전속도를 제어함으로써 에너지를 절감한다.The engine room fan 222 serves to supply external air to each equipment that requires air in the engine room, such as a generator pipe, and serves to exhaust air mixed with dust and oil vapor to workers. It is also operated for the purpose of supplying fresh outside air to machinery and workers. The temperature and pressure monitored in the engine room are the main parameters of the engine room supply and exhaust fan system, and accordingly, energy is saved by controlling the number and rotational speed of each supply and exhaust fan in the engine room.

HVAC(223)는 작업자들이 거주하는 거주구역에 신선한 공기를 공급하고, 온도와 습도 제어 등을 통해 거주구역을 쾌적한 상태로 유지한다. 팬을 구동하기 위한 모터, 냉방기, 난방기 등의 전력부하를 포함하며, 난방을 위하여 보일러의 증기를 이용하는 경우 난방기는 전력부하에서 제외될 수 있다. 거주구역 각 방의 온도, 습도 등의 조건을 더욱 최적화하기 위해 변풍량 제어 방식을 적용하여 에너지를 절감한다.The HVAC 223 supplies fresh air to the residential area where workers reside, and maintains the living area in a comfortable state through temperature and humidity control. It includes a power load such as a motor for driving a fan, an air conditioner, and a heater, and when steam from a boiler is used for heating, the heater may be excluded from the power load. In order to further optimize the conditions such as temperature and humidity of each room in the living area, energy is saved by applying a variable air volume control method.

기타부하 제어장치(220)는 중부하, 간헐성 부하, 기타 보조기기 등 전력부하 운용 상황과 에너지 효율 등을 부하제어부(200)를 통해 통합전력제어관리시스템(10)에 피드백함으로써 다른 제어장치들과 연동된다. 통합전력제어관리시스템(10)에서 비중요 부하 선택적 차단이 수행되면 각 전력부하들의 우선순위 및 중요도에 따라 이들 전력부하를 차단하고, 각 에너지 절감을 위한 최저 운용 모드로 전환할 수 있다.The other load control device 220 feeds back the power load operation status and energy efficiency, such as heavy load, intermittent load, and other auxiliary devices, to the integrated power control management system 10 through the load control unit 200, so that it can be used with other control devices. It is interlocked. When the non-essential load is selectively cut off in the integrated power control management system 10, these power loads are cut off according to the priority and importance of each power load, and each power load can be switched to the lowest operating mode for energy saving.

기존 선박의 AC전력 기반 전력계통에서 전력품질이 저하되는 주된 원인 중 하나는 발전기(111)의 전압, 전류, 주파수 뿐만 아니라 전력부하 측의 운용 상황과도 관련이 있다. 따라서 통합전력제어관리시스템(10)은 선박의 전력공급 및 수급이 안정적으로 이루어지고 있는지를 확인하고, 의도하지 않은 전압강하가 발생할 경우 전원 공급원의 출력을 높이고, 설계된 전압보다 낮은 상태로 강하하였을 경우 발전원의 보호 기능을 수행한다. 또한, 통합전력제어관리시스템(10)은 통합전력망에 누설전류가 발생하고 있는지 검출함으로써 역률이 90% 이상 유지되도록 하며, 유사시 안전 조치가 가능하도록 한다.One of the main causes of deterioration in power quality in the AC power-based power system of the existing ship is related not only to the voltage, current, and frequency of the generator 111 but also to the operation situation of the power load side. Therefore, the integrated power control management system 10 checks whether the ship's power supply and supply are stably, and when an unintended voltage drop occurs, the output of the power supply source is increased, and when the voltage drops to a state lower than the designed voltage. It performs the protection function of the power generation source. In addition, the integrated power control management system 10 detects whether a leakage current is occurring in the integrated power grid so that the power factor is maintained at 90% or more, and in case of emergency, safety measures are possible.

추가로, 통합전력제어관리시스템(10)은 발전제어부(100)를 통해 발전단의 운용 데이터를, 부하제어부(200)를 통해서는 부하단의 운용 데이터를 피드백받고, 선박 내 대용량 추진용 전동기(211)를 비롯하여 기타 전력부하에 비하여 소요전력이 큰 중부하, 간헐적인 운용 패턴을 가지는 간헐성 부하, 기타 보조기기를 운용하는 동안 전력품질을 향상시키며, 선박의 운항 및 해상 환경에 대해 전력공급이 안정적으로 이루어질 수 있도록 제어하는 것이다.In addition, the integrated power control management system 10 receives operation data of the power generation stage through the power generation control unit 100, and feedback operation data of the load stage through the load control unit 200, and a large-capacity propulsion motor ( 211) and other power loads compared to heavy loads, intermittent loads with intermittent operation patterns, and other auxiliary devices, while improving power quality, and supplying stable power to the ship's operation and marine environment. It is to control so that it can be achieved.

선내 발전원 및 전력부하의 운용 상황과 관련되는 데이터들은 스마트 미터(AMI, Advanced Metering Infrastructure)를 이용하여 측정하고, 측정된 전력 데이터를 이용하여 전력 사용량을 분석하고 사용자가 적절한 조치를 취할 수 있도록 통합 모니터링 시스템에 도시함으로써 효율적으로 감시할 수 있게 된다. 이때 통합 모니터링 시스템은 사용자의 편의성을 갖춘 GUI(Graphic User Interface) 기반으로 구성하여 선박의 운항 상황을 실시간으로 감시하고 적절한 판단과 조치 및 장비 운용을 용이하게 할 수 있다. Data related to the operation status of onboard generation sources and power loads are measured using a smart meter (AMI, Advanced Metering Infrastructure), and the measured power data is used to analyze power consumption and integrate so that users can take appropriate actions. By showing in the monitoring system, it becomes possible to monitor efficiently. At this time, the integrated monitoring system can be configured based on a GUI (Graphic User Interface) with user convenience to monitor the operation status of the ship in real time, and facilitate appropriate judgment, action, and equipment operation.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 선박용 통합전력제어관리시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.As described above, the integrated power control management system for a ship according to an embodiment of the present invention has been shown according to the above description and drawings, but this is only described as an example, and various changes within the scope not departing from the technical idea of the present invention And it will be appreciated by those of ordinary skill in the art that changes are possible.

10: 통합전력제어관리시스템
100: 발전제어부
110: 발전기 제어장치
111: 발전기
120: 배터리 제어장치
121: 배터리
131: 신재생발전장치
200: 부하제어부
210: 추진부하 제어장치
211: 추진용 전동기
220: 기타부하 제어장치
221: 냉각펌프
222: 기관실팬
223: HVAC
10: Integrated power control management system
100: power generation control unit
110: generator control device
111: generator
120: battery control device
121: battery
131: renewable power generation device
200: load control unit
210: propulsion load control device
211: propulsion motor
220: other load control device
221: cooling pump
222: engine room fan
223: HVAC

Claims (5)

선박 내 모든 전기설비를 통합 관리하기 위한 통합전력제어관리시스템에 있어서,
발전기, 배터리, 신재생 발전장치 중 적어도 어느 하나를 포함하는 발전장치를 제어 및 관리하는 발전제어부;와
추진용 전동기, 냉각수 계통 펌프 시스템(CPCS, Cooling Pump Control System), 기관실 급기 및 배기팬 시스템(ERFCS, Engine Room Fan Control System), 거주구역의 공기조화 시스템(HVACS, Heating Ventilating and Air Conditioning System), 부하제어시스템(LCS, Load Control System) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 부하장치를 제어 및 관리하는 부하제어부;를 포함하여 구성되어,
상기 발전제어부와 상기 부하제어부로부터 선박 내 전력발전 현황과 전력부하의 운용 상황을 피드백받아 각 발전장치의 투입 및 이탈과 각 부하의 선택적 차단을 수행하되,
상기 발전제어부는,
주 발전원인 상기 발전기의 부하율 및 여유전력을 실시간으로 취득하고, 전력부하의 운용 상황에 따라 각 발전기의 시동 및 정지, 정력 투입 및 이탈을 제어하는 발전기제어장치를 포함하여 구성되고,
계통연계형인버터(Grid Tie Inverter) 또는 액티브 프론트엔드(AFE, Active Front End)를 이용하여 양방향 전력제어가 가능한 전력계통이며,
상기 발전장치를 발전기 단일운용모드, 배터리 단일 운용모드, 발전기운용-배터리충전 모드, 발전기-배터리 하이브리드 운용 모드 중 하나의 모드로 운전되도록 제어하는 기능 및
상기 발전기를 추가로 투입 또는 이탈시키기 위하여 메인 버스(Main bus)에 동기화하여 제어하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 선박용 통합전력제어관리시스템.
In the integrated power control management system for integrated management of all electric facilities in the ship,
A power generation control unit for controlling and managing a power generation device including at least one of a generator, a battery, and a renewable power generation device;
Propulsion motor, Cooling Pump Control System (CPCS), Engine Room Fan Control System (ERFCS), Heating Ventilating and Air Conditioning System (HVACS), Consists of including; a load control unit for controlling and managing a load device including at least one of the load control system (LCS, Load Control System),
By receiving feedback from the power generation status and operation status of the power load in the ship from the power generation control unit and the load control unit, input and release of each power generation device and selective cut-off of each load are performed,
The power generation control unit,
It is configured to include a generator control device that acquires the load rate and spare power of the generator, which is the main power generation source, in real time, and controls the start and stop of each generator, and energy input and departure according to the operation status of the power load,
It is a power system capable of bidirectional power control using a grid tie inverter or an active front end (AFE).
A function of controlling the power generation device to be operated in one of a generator single operation mode, a battery single operation mode, a generator operation-battery charging mode, and a generator-battery hybrid operation mode, and
An integrated power control management system for ships, characterized in that it performs a function of synchronizing and controlling the generator to a main bus in order to additionally input or leave the generator.
제1항에 있어서,
상기 메인 버스에 동기화하여 제어하는 기능은,
운항 중 선박 내 전력부하의 변동으로 운용중인 발전원의 여유전력이 부족하여 발전기를 추가로 운용해야 하는 경우에는 발전기를 상기 메인버스에 투입하여 발전기의 병렬운전을 제어하고,
전력부하의 하강으로 인해 상기 발전기가 저부하 운전을 하는 경우에는 순차적으로 발전기를 메인버스로부터 비동기화 및 이탈하는 기능 수행하는 것을 특징으로 하는 선박용 통합전력제어관리시스템.
The method of claim 1,
The function to control by synchronizing to the main bus,
In the event that a generator needs to be additionally operated due to insufficient power available from the power generation source in operation due to the fluctuation of the power load within the ship, the generator is inserted into the main bus to control the parallel operation of the generator,
The integrated power control management system for ships, characterized in that when the generator is operated with a low load due to a fall of the power load, the generator is sequentially asynchronousized and separated from the main bus.
제1항에 있어서,
상기 부하제어부는,
추진용 전동기의 운용 현황을 실시간으로 취득하고, 발전원의 부하율 및 여유전력을 고려하여 상기 추진용 전동기의 출력을 제어하는 추진부하제어장치를 포함하여 구성되고,
텔레그래프(Telegraph) 신호에 따른 추진속도제어 기능, 추진용 전동기의 가속 제한 기능, 기동토크 보상 기능 및 발전기 병렬접속 또는 탈락 시 비상시 추진용 전동기의 출력 저감기능을 포함하는 추진부하 제어장치 제어 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 선박용 통합전력제어관리시스템.
The method of claim 1,
The load control unit,
It is configured to include a propulsion load control device that acquires the operating status of the propulsion motor in real time, and controls the output of the propulsion motor in consideration of the load rate and spare power of the power generation source,
Performs the propulsion load control device control function including the propulsion speed control function according to the telegraph signal, the acceleration limit function of the propulsion motor, the starting torque compensation function, and the output reduction function of the propulsion motor in case of a parallel connection or drop-out of the generator. Integrated power control management system for ships, characterized in that.
제3항에 있어서,
상기 추진용 전동기의 가속 제한 기능은,
추진부하가 변동되면서 상기 추진용 전동기의 소비전력이 급격하게 변하는 경우 상기 텔레그래프 신호가 발생한 시점부터 상기 추진용 전동기의 가속을 제한하여 출력을 완만하게 상승하도록 하는 것으로, 발전원의 첨두부하 또는 과부하운용을 방지하는 것을 특징으로 하는 선박용 통합전력제어관리시스템.
The method of claim 3,
The acceleration limiting function of the propulsion motor,
When the power consumption of the propulsion motor changes rapidly while the propulsion load changes, the acceleration of the propulsion motor is limited from the point when the telegraph signal is generated to gradually increase the output. Integrated power control management system for ships, characterized in that to prevent.
제3항에 있어서,
상기 기동토크 보상 기능은,
상기 추진용 전동기의 초기 기동에 높은 토크가 필요하여 전력을 공급하는 발전원의 부하가 급격하게 증가하는 경우에 대비하여, 상기 추진용 전동기의 정격 전류보다 높은 전류가 흐르지 않도록 기동 토크를 보상하는 것을 특징으로 하는 선박용 통합전력제어관리시스템.
The method of claim 3,
The starting torque compensation function,
Compensating the starting torque so that a current higher than the rated current of the propulsion motor does not flow in case a high torque is required for the initial start of the propulsion motor and the load of the power generating source supplying power increases rapidly. Integrated power control management system for ships characterized by.
KR1020200025489A 2020-02-28 2020-02-28 Marine integrated power control management system KR102249662B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200025489A KR102249662B1 (en) 2020-02-28 2020-02-28 Marine integrated power control management system
CN202110227636.XA CN113328442A (en) 2020-02-28 2021-03-01 Comprehensive power control management system for ship

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200025489A KR102249662B1 (en) 2020-02-28 2020-02-28 Marine integrated power control management system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102249662B1 true KR102249662B1 (en) 2021-05-07

Family

ID=75916879

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200025489A KR102249662B1 (en) 2020-02-28 2020-02-28 Marine integrated power control management system

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102249662B1 (en)
CN (1) CN113328442A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115214865A (en) * 2022-07-29 2022-10-21 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 Ship hybrid power system and energy management method thereof
WO2022250203A1 (en) * 2021-05-25 2022-12-01 주식회사 빈센 Power management system for hybrid ship
KR20220167922A (en) * 2021-06-15 2022-12-22 대우조선해양 주식회사 Method For Connection And Control Of Shaft Generator-Based Battery Hybrid Power System Using Wind Turbine
KR20230055053A (en) * 2021-10-18 2023-04-25 대우조선해양 주식회사 Shaft Generator Operation Method for Ship
KR20230094367A (en) * 2021-12-21 2023-06-28 대해선박기술 주식회사 Marine vehicle power circulation structure system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114336621A (en) * 2022-02-18 2022-04-12 中船动力研究院有限公司 Gas-electric hybrid power ship energy management system and method

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101117306B1 (en) 2011-09-09 2012-02-28 지메트 (주) Electric propulsion ship including power management system
KR20140092111A (en) * 2013-01-15 2014-07-23 현대중공업 주식회사 An Energy System of Ship

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101117306B1 (en) 2011-09-09 2012-02-28 지메트 (주) Electric propulsion ship including power management system
KR20140092111A (en) * 2013-01-15 2014-07-23 현대중공업 주식회사 An Energy System of Ship

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022250203A1 (en) * 2021-05-25 2022-12-01 주식회사 빈센 Power management system for hybrid ship
KR20220158970A (en) * 2021-05-25 2022-12-02 주식회사 빈센 Power management system for hybrid boat
KR102525851B1 (en) * 2021-05-25 2023-04-26 주식회사 빈센 Power management system for hybrid boat
EP4119439A4 (en) * 2021-05-25 2023-08-09 Vinssen Co., Ltd. Power management system for hybrid ship
KR20220167922A (en) * 2021-06-15 2022-12-22 대우조선해양 주식회사 Method For Connection And Control Of Shaft Generator-Based Battery Hybrid Power System Using Wind Turbine
KR102528250B1 (en) * 2021-06-15 2023-05-03 대우조선해양 주식회사 Method For Connection And Control Of Shaft Generator-Based Battery Hybrid Power System Using Wind Turbine
KR20230055053A (en) * 2021-10-18 2023-04-25 대우조선해양 주식회사 Shaft Generator Operation Method for Ship
KR102525944B1 (en) 2021-10-18 2023-04-26 대우조선해양 주식회사 Shaft Generator Operation Method for Ship
KR20230094367A (en) * 2021-12-21 2023-06-28 대해선박기술 주식회사 Marine vehicle power circulation structure system
KR102610561B1 (en) * 2021-12-21 2023-12-06 대해선박기술 주식회사 Marine vehicle power circulation structure system
CN115214865A (en) * 2022-07-29 2022-10-21 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 Ship hybrid power system and energy management method thereof
CN115214865B (en) * 2022-07-29 2024-03-01 中国船舶重工集团公司第七0四研究所 Ship hybrid power system and energy management method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
CN113328442A (en) 2021-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102249662B1 (en) Marine integrated power control management system
US9705357B2 (en) Hybrid electric generator set
RU2422330C2 (en) Device and method for backup electric energy generation on aircraft board
US10283966B2 (en) System and methods for power generation
US8258640B2 (en) Power system having transient control
US20040053093A1 (en) System for providing backup power from a regenerative fuel cell or battery arrangement
US20100060076A1 (en) Systems and methods for providing an uninterruptible power supply to a ship-service bus of a marine vessel
US20220364546A1 (en) Providing auxiliary power using offshore wind turbines
CN112208737B (en) Hybrid electric propulsion system
CN112224372B (en) Hybrid electric propulsion system and starting method thereof
KR101211114B1 (en) Device and method for low voltage ride through of wind generator
CN112249291B (en) Control method of fuel cell unit for ship and hybrid electric propulsion system
EP2423103A1 (en) Electric propulsion of a ship incorporating an energy storage system
CN112224373B (en) Control method of fuel cell unit for ship and hybrid electric propulsion system
WO2014051175A1 (en) Device and method for low voltage ride-through of wind power generator
US20240072699A1 (en) Supplemental power system for a motor generator
CN219611404U (en) Standby power supply system of wind generating set and wind generating set
CN203707801U (en) Energy-saving high-power positioning capability ship hybrid electric propulsion system
CN115441495A (en) Combined power supply system
US11448148B2 (en) Method and system for reducing a startup time of a genset
RU2319277C1 (en) Dc electric energy autonomous supply
US20210347491A1 (en) Electric architecture for hybrid propulsion
US20220399590A1 (en) Method for managing operation of an electrical power supply system of an aircraft comprising at least one electrical energy storage set
CN116365694B (en) Diesel generator car based on double-stator winding motor
KR102181774B1 (en) Power plant linked multi-purpose energy storage system and method for operating the same

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant