KR101531365B1 - 선박 전력계통 시뮬레이터 - Google Patents

선박 전력계통 시뮬레이터 Download PDF

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KR101531365B1
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Abstract

선박 전력계통 시뮬레이터가 개시된다. 선박 전력계통 시뮬레이터는 육상전력계통과 검증하고자 하는 선박용 연료전지 시스템 사이에서 전력을 변환하는 전력변환장치 및 전력변환장치가 정상상태, 부하변동상태 및 발전정지상태 중 어느 하나의 가상선박전력계통을 재현하도록 제어하고, 재현된 가상선박전력계통과 연료전지 시스템 사이의 전력 변화에 따라 전력변환장치를 제어하는 제어기를 포함한다.

Description

선박 전력계통 시뮬레이터{Ship Power Grid Simulator}
본 발명은 선박 전력계통 시뮬레이터에 관한 것이다.
연료전지 시스템은 육상용을 대상으로 연구가 시작 되어 현재 다양한 타입이 개발되어 사용 중이다. 또한, 연료전지 시스템은 선박에서도 고효율 친환경 적인 에너지원에 대한 요구가 증가 함에 따라 선박용에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 특히, 연료전지 시스템의 전력계통 연계를 위한 인버터 시스템은 정주파수 및 정전압의 육상전력계통으로 개발되어 소수의 발전기에 의해 운전되며, 주파수와 전압이 변동하는 시스템에 적용하기 위하여 추가적인 연구가 필요하다.
그러나, 고가의 선박에서 연료전지 시스템의 적용을 위한 인버터 시험을 수행하기에는 위험성이 크며, 육상용 시스템을 사용하기에는 그 한계가 따르므로, 선박의 전력계통과 유사한 동적 특성을 가진 시뮬레이터의 개발이 필요하다. 또한, 선박 전력계통은 그 선종에 따라 용량뿐 아니라 구성 제어 방법 등이 다양하므로, 선박 전력계통과 동일한 물리적 및 신호적 특성을 가지고, 간단한 구성 또는 제어 알고리즘의 변환으로 다양한 선박의 전력계통을 모사하여 선박용 연료전지 시스템의 검증을 수행할 수 있는 시스템이 요구된다.
발명의 배경기술로는 연료전지의 스택 시뮬레이터에 관한 특허문헌이 있으며, 연료전지 시스템을 구성하는 복수의 장치의 특성을 평가하는데 있어 연료전지 스택 대신 사용할 수 있는 연료전지 스택 시뮬레이터에 대하여 개시하고 있다.
KR 2005-0035335 A 2005. 04. 18
본 발명은 선박용 연료전지 시스템의 동작의 적절성을 판단하기 위한 선박 전력계통 시뮬레이터를 제안하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 육상전력계통을 전원으로 하여, 선박전력계통과 동일한 전압 및 주파수 변동특성을 나타내는 가상선박전력계통을 재현하는 선박 전력계통 시뮬레이터가 개시된다.
본 발명의 실시예에 따른 선박 전력계통 시뮬레이터는 상기 육상전력계통과 검증하고자 하는 선박용 연료전지 시스템 사이에서 전력을 변환하는 전력변환장치 및 상기 전력변환장치가 정상상태, 부하변동상태 및 발전정지상태 중 어느 하나의 상기 가상선박전력계통을 재현하도록 제어하고, 상기 재현된 가상선박전력계통과 상기 연료전지 시스템 사이의 전력 변화에 따라 상기 전력변환장치를 제어하는 제어기를 포함한다.
상기 전력변환장치는 교류를 직류로 변환하는 컨버터, 상기 직류를 교류로 변환하는 인버터, 상기 컨버터 및 상기 인버터 사이에서 병렬로 연결되는 직류 커패시터를 포함하되, 상기 컨버터 및 상기 인버터는 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자의 동작에 의하여 전력변환이 수행된다.
상기 제어기는 상기 연료전지 시스템과 상기 컨버터 사이의 전력을 측정하는 제1 측정모듈, 상기 인버터와 상기 육상전력계통 사이에서 전력을 측정하는 제2 측정모듈, 상기 직류 커패시터의 전압을 측정하는 제3 측정모듈, 상기 제1 측정모듈의 측정값을 이용하여 상기 컨버터의 스위칭 신호를 발생시키는 컨버터 제어모듈, 상기 제2 측정모듈 및 상기 제3 측정모듈의 측정값을 이용하여 상기 인버터의 스위칭 신호를 발생시키는 인버터 제어모듈 및 사용자가 입력하는 계통 설정값에 따라 상기 전력변환장치가 상기 가상선박전력계통을 재현하도록 상기 컨버터 제어모듈 및 상기 인버터 제어모듈로 상기 계통 설정값을 전달하며, 상기 제1 측정모듈, 상기 제2 측정모듈 및 상기 제3 측정모듈의 측정값을 전달받아 상기 사용자의 단말로 전송하는 모니터링 모듈을 포함한다.
상기 연료전지 시스템은 직류전원을 발생시키는 연료전지 및 상기 연료전지에서 생성된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터를 포함하되, 상기 인버터는 상기 가상선박전력계통의 상태에 따라 전력변환을 수행한다.
상기 컨버터 제어모듈은 상기 제1 측정모듈에 의하여 측정된 삼상 전압값을 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시킨다.
상기 인버터 제어모듈은 상기 제1 측정모듈에 의하여 측정된 삼상 전류값 및 상기 제3 측정모듈에 의하여 측정된 상기 직류 커패시터의 전압값을 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시킨다.
상기 전력변환장치는 상기 정상 상태인 경우, 정전압 및 정주파수로 운전되도록 전력 변환을 수행하며, 상기 연료전지 시스템의 동작에 필요한 전력을 공급한다.
상기 전력변환장치는 상기 발전정지상태인 경우, 상기 연료전지 시스템에 전력을 공급하지 않으며, 상기 연료전지 시스템의 발전 전력을 상기 육상전력계통으로 공급하는 동작을 수행한다.
상기 전력변환장치는 상기 부하변동상태인 경우, Droop 특성에 따라 동작한다.
본 발명은 선박용 연료전지 시스템을 선박에 적용하기 전에, 선박용 연료전지 시스템의 동작의 적절성을 판단함으로써, 선박적용의 위험성을 회피하면서 연료전지 시스템을 검증할 수 있다.
도 1은 선박 전력계통 시뮬레이터의 구성을 개략적으로 예시한 도면.
도 2는 도 1은 선박 전력계통 시뮬레이터의 구성을 보다 자세히 나타낸 도면.
도 3은 컨버터 제어모듈의 구성을 예시한 도면.
도 4는 인버터 제어모듈의 구성을 예시한 도면.
도 5는 선박 전력계통 시뮬레이터의 동작 방법을 나타낸 흐름도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.
또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.
도 1은 선박 전력계통 시뮬레이터의 구성을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)는 전력변환 장치(10) 및 제어기(20)를 포함한다. 또한, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)는 육상전력계통(300)을 전원으로 사용하며, 필요에 따라 병렬로 연결된 콘덕터, 인덕터, 저항 등과 같은 부하를 더 포함할 수 있다.
선박 전력계통 시뮬레이터(200)는 선박용으로 개발된 연료전지 시스템(100)이 실제 선박전력계통과 연결되어 적절하게 동작하는지를 검증하는 장치로, 실제 선박전력계통과 구조적인 차이가 있으나, 동작 특성이 동일하여 선박전력계통과 동일한 전압 및 주파수 변동특성을 나타낼 수 있다.
전력변환장치(10)는 연료전지 시스템(100)과 육상전력계통(300) 사이에서 제어기(20)의 제어에 따라 전력을 변환하는 장치이다. 예를 들어, 전력변환장치(10)는 연료전지 시스템(100)에 연결되어 연료전지 시스템(100)에서 생성되는 전력을 육상전력계통(300)로 공급할 수 있으며, 교류를 직류로 변환하는 컨버터와 직류를 교류로 변환하는 인버터를 포함할 수 있다. 또한, 전력변환장치(10)는 육상전력계통(300)로부터 전달되는 계통 전력을 연료전지 시스템(100)으로 공급할 수 있다.
특히, 전력변환장치(10)는 육상전력계통(300)을 전원으로 함으로써, 육상전력계통(300)로부터 전달되는 계통 전력이 선박전력계통과 동일한 전압 및 주파수 변동특성을 나타내도록 제어하여 가상의 선박전력계통을 재현할 수 있다.
예를 들어, 전력변환장치(10)는 제어기(20)의 제어에 의하여, 정상상태, 부하변동상태(주파수 및/또는 전압 변동) 및 발전정지상태 등과 같은 다양한 상태를 재현할 수 있다.
제어기(20)는 사용자 입력값에 따라 전력변환장치(10)를 제어하며, 연료전지 시스템(100)의 동작을 모니터링한다.
이후, 도 2를 참조하여 선박 전력계통 시뮬레이터(200)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 도 1은 선박 전력계통 시뮬레이터의 구성을 보다 자세히 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 전력변환장치(10)는 교류를 직류로 변환하는 AC/DC 컨버터(11)(이하, 컨버터), 직류를 교류로 변환하는 DC/AC 인버터(15)(이하, 인버터), 컨버터(11) 및 인버터(15)와 병렬로 연결되는 직류 커패시터(13)를 포함한다.
여기서, 컨버터(11) 및 인버터(15)는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 복수의 스위칭 소자의 동작에 의하여 전력변환이 수행된다. 복수의 스위칭 소자는 제어기(30)로부터 전달되는 스위칭 신호에 따라 동작할 수 있다. 컨버터(11) 및 인버터(15)의 구조는 당업자라면 용이하게 알 수 있는 바 자세한 설명은 생략하기로 한다.
제어기(20)는 연료전지 시스템(100)과 컨버터(11) 사이의 전력을 측정하는 제1 측정모듈(22), 인버터(15)와 육상전력계통(300) 사이에서 전력을 측정하는 제2 측정모듈(25), 직류 커패시터(13)의 전압을 측정하는 제3 측정모듈(24), 제1 측정모듈(22)의 측정값을 이용하여 컨버터(11)의 스위칭 신호를 발생시키는 컨버터 제어모듈(21), 제2 측정모듈(25) 및 제3 측정모듈(24)의 측정값을 이용하여 인버터(15)의 스위칭 신호를 발생시키는 인버터 제어모듈(23), 제1 측정모듈(22), 제2 측정모듈(25) 및 제3 측정모듈(24)의 측정값을 전달받아 사용자 단말(400)로 전송하며, 사용자 단말(400)로부터 사용자가 입력한 계통 설정값을 수신하고, 계통 설정값에 따라 전력변환장치(10)가 가상선박전력계통을 재현하도록 컨버터 제어모듈(21) 및 인버터 제어모듈(23)로 계통 설정값을 전달하는 모니터링 모듈(26)을 포함한다. 여기서, 제1 측정모듈(22) 및 제2 측정모듈(25)의 측정값은 전력값, 전압값, 전류값 중 적어도 하나가 될 수 있다.
컨버터 제어모듈(31)은 제1 측정모듈(22)에 의하여 측정된 삼상 전압값(Vabc)을 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시킨다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 도 3은 컨버터 제어모듈(21)의 구성을 예시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 컨버터 제어모듈(21)은 삼상 전압값(Vabc)에 대한 측정값 및 기준값과 지령 주파수값(frequencycommand)을 입력으로 하고, 비례적분(PI) 제어기를 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시킬 수 있다.
인버터 제어모듈(23)은 제2 측정모듈(25)에 의하여 측정된 삼상 전류값(Ig) 및 제3 측정모듈(24)에 의하여 측정된 직류 커패시터(13)의 전압값(Vdc)을 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시킨다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 도 4는 인버터 제어모듈(23)의 구성을 예시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 인버터 제어모듈(23)은 삼상 전류값(Ig)과 직류 커패시터(13)의 전압값(Vdc)에 대한 측정값 및 기준값과 계통 주파수값(frequencygrid)을 입력으로 하고, 비례적분(PI) 제어기를 이용하여 인버터 스위칭 신호를 발생시킬 수 있다.
모니터링 모듈(26)은 사용자 단말(400)과의 인터페이스를 통해 사용자로부터 계통 설정값을 입력받아 컨버터 제어모듈(21) 및 인버터 제어모듈(23)로 전달함으로써, 육상전력계통(300)을 전원으로 하는 전력변환장치(10)가 가상선박전력계통을 재현하도록, 컨버터 제어모듈(21) 및 인버터 제어모듈(23)이 전력변환장치(10)를 제어하게 할 수 있다.
여기서, 계통 설정값은 연료전지 시스템(100)의 검증을 위하여 전력변환장치(10)가 특정 상황의 가상선박전력계통을 재현하게 할 수 있다.
예를 들어, 전력변환장치(10)는 사용자의 계통 설정값에 따라 정상상태, 부하변동상태(주파수 및/또는 전압 변동) 및 발전정지상태를 나타내는 가상선박전력계통을 재현할 수 있다.
여기서, 연료전지 시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 직류전원(DC)을 발생시키는 연료전지(110) 및 연료전지(110)에서 생성된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 DC/AC 인버터(120)를 포함할 수 있다. 그래서, 연료전지 시스템(100)이 가동되어 선박 전력계통 시뮬레이터(200)에 연계되는 경우, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)에 의하여 재현된 가상선박전력계통의 특정 상황에 따라 DC/AC 인버터(120)가 전력변환을 수행할 수 있다. 따라서, DC/AC 인버터(120)로부터 출력되는 전력을 측정 및 모니터링함으로써, 연료전지 시스템(100)이 실제 선박전력계통에 안정적으로 연계될 수 있는지 여부가 검증될 수 있다.
이와 같은, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)의 동작에 대해서는 이후, 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 선박 전력계통 시뮬레이터의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
S510 단계에서, 모니터링 모듈(26)은 사용자로부터 계통 설정값을 입력받는다. 그리고, 모니터링 모듈(36)은 입력받은 계통 설정값을 컨버터 제어모듈(21) 및 인버터 제어모듈(23)로 전달한다. 그래서, 컨버터 제어모듈(21) 및 인버터 제어모듈(23)은 육상전력계통(300)을 전원으로 하는 전력변환장치(10)가 가상선박전력계통을 재현하도록, 계통 설정값에 따라 전력변환장치(10)를 제어한다.
예를 들어, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)는 크게 발전 모드와 발전 중단 모드로 동작할 수 있고, 발전 모드에서, 정전압 및 정주파수로 운전되는 정상상태 또는, 주파수 변동 및/또는 전압 변동으로 운전되는 부하변동상태로 동작할 수 있다.
이와 같은, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)의 동작 모드 또는 동작 상태는 사용자가 설정하는 계통 설정값에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 계통 설정값은 발전전력량, 사용전력량, 정상상태의 전압값, 유효전력변동에 따른 주파수 변동값(df/dP), 무효전력변동에 따른 전압 변동값(dV/dQ), droop rate 등을 포함할 수 있다. 여기서, 발전전력량 및 사용전력량은 육상전력계통(300)에 연결된 발전기 및 부하의 발전전력량 및 사용전력량이 될 수 있다.
즉, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)는 발전전력량, 사용전력량, 정상상태의 전압값 및 droop rate를 이용하여 초기의 전압과 주파수를 형성한 후, 부하변동상태인 경우, 설정되는 입력값인 유효전력변동에 따른 주파수 변동값(df/dP) 및 무효전력변동에 따른 전압 변동값(dV/dQ)을 이용하여 부하변동을 수행하고, 발전중단모드인 경우, 설정되는 입력값인 부하의 사용전력량을 이용하여 발전중단모드로 동작할 수 있다.
예를 들어, 초기에 형성되는 주파수는 다음의 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.
[수학식 1]
초기 주파수=정격주파수ㅧ(1-droop rate×사용전력량/발전전력량)
그리고, 일반적인 Droop 특성에 따라 발전전력량과 사용전력량에 따른 주파수의 변동은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
발전전력량>사용전력량: 주파수 증가
발전전력량<사용전력량: 주파수 감소
발전전력량=사용전력량: 주파수 유지
S520 단계에서, 연료전지 시스템(100)이 가동되어 선박 전력계통 시뮬레이터(200)에 연계된다.
S530 단계에서, 전력변환장치(10)는 제어기(20)의 제어에 의하여, 연료전지 시스템(100)과 육상전력계통(300)로부터 전송되는 전력의 상태에 따라 전력 변환을 수행한다.
예를 들어, 전력변환장치(10)는 발전모드에서 정상 상태인 경우, 정전압 및 정주파수로 운전되도록 전력 변환을 수행하며, 이때, 연료전지 시스템(100)에 전력을 공급함으로써, 연료전지 시스템(100)의 동작에 필요한 전력을 공급할 수 있다.
이후, 제어기(20)는 연료전지 시스템(100)으로부터 공급되는 전류를 센싱하여 재현된 가상선박전력계통에서 감소하는 부하량을 산출하고, 산출된 부하량을 이용하여 주파수를 산출하여 산출된 주파수만큼 주파수가 증가되도록 전력변환장치(10)를 제어할 수 있다. 이것은, 연료전지 시스템(100)에서 발전된 전력이 실제 선박전력계통에 공급되면, 실제 선박전력계통에 연결된 발전기의 부하가 감소하게 되어 주파수가 상승하게 되는 동작을 구현하기 위한 것이다.
예를 들어, 증가하는 주파수값은 다음의 수학식 3과 같이 산출될 수 있다.
[수학식 3]
증가 주파수=정격주파수×(1-droop rate×(사용전력량- 연료전지 시스템으로부터의 공급전력량)/발전전력량)
또한, 제어기(20)는 발전모드에서, 부하변동상태인 경우, 부하 변동량을 입력받아 초기에 입력받은 주파수 변동값(df/dP) 및 전압 변동값(dV/dQ)에 따라 주파수와 전압이 변동되도록 전력변환장치(10)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 변동 주파수는 다음의 수학식 4와 같이 산출될 수 있다.
[수학식 4]
변동 주파수=정격주파수×(1-droop rate×(사용전력량- 부하변동량)/발전전력량)
이때, 연료전지 시스템(100)은 외부에서 급격한 전압 및 주파수의 변동이 발행하기 때문에 원활한 전력변환을 위하여 인버터 스위칭을 제어하게 된다.
또한, 전력변환장치(10)는 발전중단모드인 경우, 연료전지 시스템(100)에 전력을 공급하지 않으며, 연료전지 시스템(100)의 발전 전력을 육상전력계통(300)으로 공급하는 동작만을 수행한다. 예를 들어, 연료전지 시스템(100)이 발전을 시작하면, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)는 연료전지의 초기 가동시에 급격한 전류가 발생하지 않도록 연료전지 시스템(100)에서 육상전력계통(300)으로 흐르는 전류가 0이 되도록 제어하고, 사용자로부터 사용자가 선택한 부하종류와 부하의 시간당 증가율을 입력받으면, 육상전력계통(300)으로 공급되어야 할 전류를 산출하여 육상전력계통(300)으로 연료전지 시스템(100)의 발전 전력을 공급할 수 있다.
S540 단계에서, 모니터링 모듈(26)은 연료전지 시스템(100)으로부터 공급되는 전력을 모니터링한다. 예를 들어, 모니터링 모듈(26)은 제1 측정모듈(22)의 측정값을 컨버터 제어모듈(21)로부터 전달받아 사용자 단말(400)로 출력할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 연료전지 시스템 110: 연료전지
120: DC/AC 인버터 200: 선박 전력계통 시뮬레이터
300: 육상전력계통 400: 사용자 단말
10: 전력변환 장치 11: AC/DC 컨버터
13: 직류 커패시터 15: DC/AC 인버터
20: 제어기 21: 컨버터 제어모듈
22: 제1 측정모듈 23: 인버터 제어모듈
24: 제3 측정모듈 25: 제2 측정모듈
26: 모니터링 모듈

Claims (9)

  1. 육상전력계통을 전원으로 하여, 선박전력계통과 동일한 전압 및 주파수 변동특성을 나타내는 가상선박전력계통을 재현하는 선박 전력계통 시뮬레이터에 있어서,
    상기 육상전력계통과 검증하고자 하는 선박용 연료전지 시스템 사이에서 전력을 변환하는 전력변환장치; 및
    상기 전력변환장치가 정상상태, 부하변동상태 및 발전정지상태 중 어느 하나의 상기 가상선박전력계통을 재현하도록 제어하고, 상기 재현된 가상선박전력계통과 상기 연료전지 시스템 사이의 전력 변화에 따라 상기 전력변환장치를 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 전력변환장치는
    상기 정상 상태인 경우, 정전압 및 정주파수로 운전되도록 전력 변환을 수행하며, 상기 연료전지 시스템의 동작에 필요한 전력을 공급하고,
    상기 발전정지상태인 경우, 상기 연료전지 시스템에 전력을 공급하지 않으며, 상기 연료전지 시스템의 발전 전력을 상기 육상전력계통으로 공급하는 동작을 수행하고,
    상기 부하변동상태인 경우, Droop 특성에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전력변환장치는
    교류를 직류로 변환하는 컨버터;
    상기 직류를 교류로 변환하는 인버터;
    상기 컨버터 및 상기 인버터 사이에서 병렬로 연결되는 직류 커패시터를 포함하되,
    상기 컨버터 및 상기 인버터는 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자의 동작에 의하여 전력변환이 수행되는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 연료전지 시스템과 상기 컨버터 사이의 전력을 측정하는 제1 측정모듈;
    상기 인버터와 상기 육상전력계통 사이에서 전력을 측정하는 제2 측정모듈;
    상기 직류 커패시터의 전압을 측정하는 제3 측정모듈;
    상기 제1 측정모듈의 측정값을 이용하여 상기 컨버터의 스위칭 신호를 발생시키는 컨버터 제어모듈;
    상기 제2 측정모듈 및 상기 제3 측정모듈의 측정값을 이용하여 상기 인버터의 스위칭 신호를 발생시키는 인버터 제어모듈; 및
    사용자가 입력하는 계통 설정값에 따라 상기 전력변환장치가 상기 가상선박전력계통을 재현하도록 상기 컨버터 제어모듈 및 상기 인버터 제어모듈로 상기 계통 설정값을 전달하며, 상기 제1 측정모듈, 상기 제2 측정모듈 및 상기 제3 측정모듈의 측정값을 전달받아 상기 사용자의 단말로 전송하는 모니터링 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지 시스템은
    직류전원을 발생시키는 연료전지; 및
    상기 연료전지에서 생성된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터를 포함하되,
    상기 인버터는 상기 가상선박전력계통의 상태에 따라 전력변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 컨버터 제어모듈은 상기 제1 측정모듈에 의하여 측정된 삼상 전압값을 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 인버터 제어모듈은 상기 제1 측정모듈에 의하여 측정된 삼상 전류값 및 상기 제3 측정모듈에 의하여 측정된 상기 직류 커패시터의 전압값을 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160128640A (ko) * 2015-04-29 2016-11-08 대우조선해양 주식회사 부유식 해상 구조물의 전력 관리 시스템을 테스트하기 위한 방법
CN106487240A (zh) * 2015-08-28 2017-03-08 中国电力科学研究院 一种具有精确谐波电压和虚拟阻抗控制的电网模拟器

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102629112B1 (ko) * 2019-11-15 2024-01-24 삼성중공업 주식회사 선박 및 상기 선박의 전력망을 테스트하는 장치
KR102238184B1 (ko) * 2020-08-24 2021-04-07 한국해양과학기술원 선박용 친환경 추진시스템의 육상실증 및 운용실적 확보를 위한 육상 테스트 베드
KR102228676B1 (ko) * 2020-08-24 2021-03-15 한국해양과학기술원 선박용 친환경 추진시스템의 해상실증 및 운용실적 확보를 위한 해상 테스트 베드
KR102528780B1 (ko) * 2021-06-29 2023-05-04 (주)피씨에스컴퍼니 Dc 커먼 방식의 인버터 테스트 베드 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030037609A (ko) * 2001-11-06 2003-05-14 한국전기연구원 다기능 가변부하 시험장치
JP2009254196A (ja) * 2008-04-10 2009-10-29 Honda Motor Co Ltd 電力変換装置
KR101214442B1 (ko) * 2011-02-15 2012-12-21 한국전기연구원 전자식 능동 부하 장치
KR20130122434A (ko) * 2012-04-30 2013-11-07 주식회사 에이아이텍 고체산화물 연료전지 시스템의 성능을 모니터링하기 위한 장치 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030037609A (ko) * 2001-11-06 2003-05-14 한국전기연구원 다기능 가변부하 시험장치
JP2009254196A (ja) * 2008-04-10 2009-10-29 Honda Motor Co Ltd 電力変換装置
KR101214442B1 (ko) * 2011-02-15 2012-12-21 한국전기연구원 전자식 능동 부하 장치
KR20130122434A (ko) * 2012-04-30 2013-11-07 주식회사 에이아이텍 고체산화물 연료전지 시스템의 성능을 모니터링하기 위한 장치 및 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160128640A (ko) * 2015-04-29 2016-11-08 대우조선해양 주식회사 부유식 해상 구조물의 전력 관리 시스템을 테스트하기 위한 방법
KR101695893B1 (ko) 2015-04-29 2017-01-12 대우조선해양 주식회사 부유식 해상 구조물의 전력 관리 시스템을 테스트하기 위한 방법
CN106487240A (zh) * 2015-08-28 2017-03-08 中国电力科学研究院 一种具有精确谐波电压和虚拟阻抗控制的电网模拟器
CN106487240B (zh) * 2015-08-28 2019-02-05 中国电力科学研究院 一种具有精确谐波电压和虚拟阻抗控制的电网模拟器

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