KR101623392B1 - Power system use the breaking resistors and drill ship of offshore platform including the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 드로우워크(Drawwork)를 운전하면서 생산되는 전기를 제동저항기를 이용하고 열교환기를 통해 열을 회수하고 회수된 열을 숙박시설의 난방이나 온수로 공급할 수 있으며 증기를 발생시켜 동력발전에 이용할수 있도록 한 제동저항기를 이용한 동력시스템에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은 모터(200)의 제동시 발생되는 회생에너지를 제동저항기(300)에서 열교환시켜 열을 회수하고 회수된 열을 시설의 난방이나 온수로 공급하며, 모터(200)에서 발생되는 회생에너지를 이용하여 증기를 발생시키는 증기발생기(500)를 설치하고 상기 증기발생기(500)에서 발생되는 증기로 동력을 발생시키는 증기터빈(600)이 설치되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the electricity generated while driving the drawwork is used as a braking resistor, the heat is recovered through a heat exchanger, the recovered heat can be supplied to the heating or hot water of the accommodation, and the steam can be used for the power generation To a power system using a braking resistor.
To this end, according to the present invention, the regenerative energy generated when the motor 200 is braked is heat-exchanged in the braking resistor 300, the heat is recovered, the recovered heat is supplied to the heating or hot water of the facility, A steam generator 500 for generating steam using energy is installed and a steam turbine 600 for generating power by steam generated from the steam generator 500 is installed.

Description

제동저항기를 이용한 동력시스템 및 이를 가지는 시추선 또는 해양구조물{POWER SYSTEM USE THE BREAKING RESISTORS AND DRILL SHIP OF OFFSHORE PLATFORM INCLUDING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a power system using a braking resistor and a drill ship or an offshore structure having the same.

본 발명은 제동저항기를 이용한 동력시스템 및 이를 가지는 시추선 또는 해양구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 드로우워크(Drawwork)를 운전하면서 생산되는 전기를 제동저항기를 이용하고 열교환기를 통해 열을 회수하고 회수된 열을 숙박시설의 난방이나 온수로 공급할 수 있으며 증기를 발생시켜 동력발전에 이용할 수 있도록 한 제동저항기를 이용한 동력시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power system using a braking resistor and a drill ship or an offshore structure having the same. More particularly, the present invention relates to a power system using a braking resistor and recovering heat through a heat exchanger, To a power system using a braking resistor capable of supplying heat to the heating or hot water of the accommodation and generating steam to be used for power generation.

전동기가 감속(즉, 제동)할 경우 회생 에너지에 의해 전동기를 구동시키는 인버터의 직류단 콘덴서 전압이 상승하고, 이 전압 상승에 의해 인버터가 소손될 수 있으며 또한 전압 상승에 의한 과전압으로 운전이 정지될 수 있다.When the motor decelerates (that is, brakes), the direct-current capacitor voltage of the inverter that drives the motor by the regenerative energy rises, and the inverter may be burned due to this voltage rise. .

그래서 모터의 제동시 발생되는 전기적 에너지(회생에너지)를 제동저항기(DBR, Dynamic Breaking Resistor)를 통해 열에너지로 변환하여 소거시킴으로써, 인버터의 전압 상승에 의한 정지 및 소손을 방지한다.Thus, electrical energy (regenerative energy) generated during braking of the motor is converted into heat energy through DBR (Dynamic Breaking Resistor) and erased, thereby preventing stoppage and burnout caused by the voltage rise of the inverter.

이러한 제동저항기는 크레인, 철도 차량, 엘리베이터, 풍력 발전기 등의 대형 설비는 물론, 세탁기, 탈수기 등에도 장착되어 널리 사용되고 있다.These braking resistors are widely used not only in large facilities such as crane, railway vehicle, elevator and wind power generator, but also in washing machine, dehydrator and the like.

도 1은 컨버터 및 제동저항기 유닛(DBR unit)을 포함하는 모터 구동용 양방향 전력 제어를 위한 전력 변환 시스템을 나타낸 도면이다.Figure 1 shows a power conversion system for bidirectional power control for motor drive comprising a converter and a braking resistor unit (DBR unit).

도 1에 도시된 바와 같이, 전력 변환 시스템은 전력 제어를 위한 제1컨버터, DC 링크 전압 제어를 위한 제2컨버터 및 DBR(Dynamic Breaking Resistor) 유닛(110)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the power conversion system includes a first converter for power control, a second converter for DC link voltage control, and a Dynamic Breaking Resistor (DBR) unit 110.

전력 변환 시스템의 구성은 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The configuration of the power conversion system is obvious to those skilled in the art, so a detailed description thereof will be omitted.

계통 측에 오류가 발생되는 등의 이유로 계통 측 컨버터인 제1컨버터가 정지되면, 부하를 긴급 정지하기 위해서는 강제로 모터가 회전하는 방향의 반대로 토크를 인가하여야 하며, 이때 모터로부터 유입되는 에너지가 제2컨버터의 DC 전압을 상승시키게 된다.When the first converter, which is a system side converter, is stopped due to an error in the system side or the like, in order to stop the load in an emergency, torque must be applied in the opposite direction to the direction of rotation of the motor. 2 converter to increase the DC voltage of the converter.

그러나 이런 DC 전압의 상승은 컨버터의 소손 원인이 될 수 있으므로, DBR 유닛(110)은 순시적 에너지를 구비한 저항을 이용하여 소비함으로써 컨버터를 보호한다.However, such an increase in the DC voltage may cause the converter to be destroyed, so that the DBR unit 110 protects the converter by consuming it with a resistor having a momentary energy.

이때, 제어 유닛(120)은 DBR 유닛(110), 제1 및 제2컨버터와 아날로그 신호 및 디지털 신호의 송수신을 통해 각 구성 요소의 동작을 제어한다.At this time, the control unit 120 controls the operation of each component through transmission and reception of analog signals and digital signals with the DBR unit 110, the first and second converters.

참고로, DBR 유닛(110)에는 그 내부에 존재하는 반도체 소자(예를 들어, IGBT)를 보호하기 위해 전류 센서를 구비하고 있으며, 제어 유닛(120)은 DBR 유닛(110) 내에 미리 지정된 최대치 이하로 전류가 흐르도록 하는 보호 알고리즘을 운용하고 있다.The DBR unit 110 is provided with a current sensor for protecting a semiconductor element (for example, an IGBT) present therein. The control unit 120 controls the DBR unit 110 to have a predetermined maximum value And a protection algorithm that allows current to flow through the circuit.

이와 같이, 계통 측의 오류 등에 의해 부하(load)의 동작 정지 과정에서 DBR 유닛(110)의 동작은 필수적일 수 있으며, DBR 유닛(110)의 보호를 위한 전류값 제한 등의 조치가 취해지고 있다.In this way, the operation of the DBR unit 110 may be necessary in the process of stopping the operation of the load due to an error in the system side, and measures such as limitation of the current value for protection of the DBR unit 110 are taken .

그러나, DBR 유닛 내부에 구비된 반도체 소자의 불량이나 전류 센서의 불량 등을 간단하게 검출할 수 있는 방안은 제시되지 못하고 있다.However, a method of easily detecting defective semiconductor devices or defective current sensors provided in the DBR unit has not been proposed.

도 2는 종래의 제동저항기를 이용한 냉각시스템을 도시한 흐름도이다.2 is a flowchart showing a cooling system using a conventional braking resistor.

종래에는 도 2에 도시된 바와 같이, 드로우워크(Drawwork)를 운전하면서 생산되는 전기를 제동저항기(Breaking resistor)(10)를 이용해 열에너지로 변환시키면서 냉각시스템(20)으로 소모시켜 버리며, 순간 최대 7MW에 이르는 막대한 양의 전기를 냉각시스템(20)으로 소모하게 되어 고갈되는 자원의 재활용이 필요하게 되는 실정이다.Conventionally, as shown in FIG. 2, electricity generated while driving a drawwheel is consumed by the cooling system 20 while being converted into heat energy by using a breaking resistor 10, A large amount of electric power is consumed by the cooling system 20, and the exhausted resources need to be recycled.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 그 목적은 모터에서 발생되는 회생에너지를 제동저항기를 이용하면서 열교환시켜 시설의 난방이나 온수로 공급하며 증기를 발생시키고 증기터빈을 회전시켜 동력원으로 재사용할 수 있도록 한 제동저항기를 이용한 동력시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its object is to provide a method and apparatus for recovering regenerative energy generated by a motor by heat exchange using a braking resistor to supply heat to a facility or hot water, generate steam, And to provide a power system using a braking resistor that can be reused.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 모터의 제동시 발생되는 회생에너지를 제동저항기에서 열교환시켜 열을 회수하고 회수된 열을 시설의 난방이나 온수로 공급하게 된다.In order to accomplish the above object, the present invention resides in that the regenerative energy generated in the braking of the motor is heat-exchanged in the braking resistor to recover the heat and supply the recovered heat to the heating or hot water of the facility.

즉, 본 발명은 제동저항기에 열교환기를 설치하여 모터에서 발생되는 회생에너지를 제동저항기에서 회수하여 열교환기를 통해 가열시켜 시설의 난방이나 온수로 공급한다.That is, according to the present invention, a heat exchanger is installed in the braking resistor, the regenerative energy generated in the motor is recovered from the braking resistor, heated through the heat exchanger, and supplied to the heating or hot water of the facility.

또한, 본 발명은 모터에서 발생되는 회생에너지를 이용하여 증기를 발생시키는 증기발생기를 설치하고 상기 증기발생기에서 발생되는 증기로 동력을 발생시키는 증기터빈이 설치되는 것을 특징으로 한다.Further, the present invention is characterized in that a steam generator for generating steam using regenerative energy generated from a motor is installed, and a steam turbine for generating power by steam generated from the steam generator is installed.

이와 같이 본 발명의 제동저항기를 이용한 동력시스템에 따른 효과를 살펴보면 아래와 같다.The effects of the power system using the braking resistor according to the present invention will be described below.

첫째, 본 발명은 모터에서 발생되어 제동저항기를 통해 소모되는 회생에너지를 열교환을 통해 회수하면서 열교환시켜 시설의 난방이나 온수로 공급하여 재활용함으로써 자원고갈을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.First, the present invention has an effect of preventing resource depletion by recycling the regenerative energy generated in the motor and consumed through the braking resistor through heat exchange while supplying heat to the heating or hot water of the facility and recycling it.

둘째, 본 발명은 모터에서 발생되는 회생에너지를 이용하여 증기를 발생시키고 증기터빈을 회전시켜 동력원으로 사용할 수 있도록 함으로써 에너지 효율성을 극대화할 수 있는 효과를 갖는다.Second, the present invention has an effect of maximizing energy efficiency by generating steam by using regenerative energy generated from a motor, and rotating the steam turbine to use it as a power source.

도 1은 컨버터 및 제동저항기 유닛(DBR unit)을 포함하는 모터 구동용 양방향 전력 제어를 위한 전력 변환 시스템을 도시한 흐름도이다.
도 2는 종래의 제동저항기를 이용한 냉각시스템을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제동저항기를 이용한 동력시스템을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 제동저항기를 이용한 동력시스템의 다른 일 예를 도시한 흐름도이다.1 is a flow chart illustrating a power conversion system for bi-directional power control for motor drive including a converter and a braking resistor unit (DBR unit).
2 is a flowchart showing a cooling system using a conventional braking resistor.
3 is a flow chart illustrating a power system using a braking resistor in accordance with the present invention.
4 is a flowchart illustrating another example of the power system using the braking resistor according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 따른 제동저항기를 이용한 동력시스템을 도시한 흐름도이며, 도 4는 본 발명에 따른 제동저항기를 이용한 동력시스템의 다른 일 예를 도시한 흐름도이다.FIG. 3 is a flowchart showing a power system using a braking resistor according to the present invention, and FIG. 4 is a flowchart showing another example of a power system using the braking resistor according to the present invention.

실시 예 1.Example 1.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 제동저항기를 이용한 동력시스템으로서, 모터(200)의 제동시 발생되는 전기적인 회생에너지를 공급받아 열에너지로 변환시키는 제동저항기(300), 상기 제동저항기(300)에 설치되어 제동저항기(300)로 공급되면서 열에너지로 변환된 회생에너지를 열교환시키는 열교환기(310), 상기 열교환기(310)에서 열교환되어 가열된 열을 시설의 온수나 난방으로 공급하는 공급부(400)를 포함한다.As shown in FIG. 3, the present invention is a power system using a braking resistor, which includes a braking resistor 300 for converting an electric regenerative energy generated during braking of the motor 200 into thermal energy, A heat exchanger 310 installed in the heat exchanger 310 for heat-exchanging regenerative energy converted into heat energy while being supplied to the braking resistor 300, a supply unit for supplying heat, heat-exchanged and heated in the heat exchanger 310, 400).

한편, 상기 제동저항기(300)에서 열에너지로 변환된 회생에너지가 과도하게 발생되어질 경우 회생에너지의 일부는 냉각시스템(700)을 이용하여 소모시키게 된다.On the other hand, when regenerative energy converted into thermal energy in the braking resistor 300 is excessively generated, a part of the regenerative energy is consumed by using the cooling system 700.

즉, 본 발명은 모터(200)에서 발생되는 회생에너지를 제동저항기(300)를 이용해 전량 소모시키지 않고 열교환기(310)의 열교환을 통해 버려지는 열을 회수하고 회수된 열을 공급부(400)에서 각 시설의 난방이나 온수로 공급하여 재활용할 수 있게 된다.That is, according to the present invention, the regenerative energy generated by the motor 200 is recovered by heat exchange of the heat exchanger 310 without consuming the entire amount by using the braking resistor 300, and the recovered heat is supplied to the supply unit 400 And it can be supplied to the heating or hot water of each facility to be recycled.

또한, 상기 제동저항기(300)에는 냉각시스템(700)에서 발생되는 냉각수가 펌프(P)의 작동으로 공급되어지게 된다.In addition, cooling water generated in the cooling system 700 is supplied to the braking resistor 300 through the operation of the pump P.

그리고, 상기 열교환기(310)에는 냉수(800)가 펌프(P)의 작동으로 공급되면서 열교환되어지게 된다.
The cold water (800) is supplied to the heat exchanger (310) by the operation of the pump (P) to be heat-exchanged.

실시 예 2.Example 2.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 다른 일측면에 따른 제동저항기를 이용한 동력시스템으로서, 모터(200)의 제동시 발생되는 회생에너지를 공급받아 열에너지로 변환시키는 제동저항기(300), 상기 제동저항기(300)에 설치되어 제동저항기(300)로 공급되면서 열에너지로 변환된 회생에너지를 열교환시켜 시설의 온수나 난방으로 공급하기 위한 열교환기(310), 모터에서 발생되는 회생에너지를 이용하여 증기를 발생시키는 증기발생기(500), 상기 증기발생기(500)에서 발생되는 증기로 동력을 발생시킬 수 있도록 하는 증기터빈(600)을 포함한다.As shown in FIG. 4, the present invention is a power system using a braking resistor according to another aspect, which includes a braking resistor 300 for converting regenerative energy generated during braking of a motor 200 into thermal energy, A heat exchanger 310 installed in the resistor 300 and supplied to the braking resistor 300 for supplying heat to the hot water or heating of the facility by heat exchange with regenerative energy converted into heat energy, And a steam turbine 600 for generating power from the steam generated in the steam generator 500. The steam generator 500 includes a steam turbine 600,

또한, 상기 증기발생기(500)에서 발생되는 증기는 펌프(P)를 통해 증기터빈(600)으로 공급되면서 증기터빈(600)을 가동시킬 수 있게 된다.
The steam generated in the steam generator 500 can be supplied to the steam turbine 600 through the pump P to operate the steam turbine 600.

상술한 구성을 갖는 모터(200)에서 발생되는 회생에너지를 이용하여 제동저항기(300)에서 열교환시켜 시설의 온수나 난방으로 공급하고 증기를 발생시켜 동력을 발전시킬 수 있도록 하는 제동저항기를 이용한 동력시스템을 가지는 시추선 또는 해양구조물에 적용되어진다.
A power system using a braking resistor for generating heat by supplying heat to the hot water or heating of the facility by heat exchange in the braking resistor 300 using the regenerative energy generated by the motor 200 having the above- Or to an ocean structure.

상기와 같은 시스템을 갖는 본 발명에 따른 작용상태를 살펴보면 아래와 같다.The operation state according to the present invention having the above system will be described below.

상기 모터(200)의 제동시 발생되는 회생에너지(전기적 에너지)를 제동저항기(300)에서 공급받아 열에너지로 변환시키게 된다.The regenerative energy (electric energy) generated when the motor 200 is braked is supplied from the braking resistor 300 and converted into thermal energy.

그리고, 상기 제동저항기(300)에서 열에너지로 변환되며 제동저항기(300)에 설치되는 열교환기(310)에서 열교환되면서 가열되어진다.Then, the heat is converted into thermal energy in the braking resistor 300, and the heat is exchanged in the heat exchanger 310 installed in the braking resistor 300 to be heated.

이에 상기 제동저항기(300)에서 회생에너지를 공급받고 열교환기(310)의 열교환을 통해 열을 회수하고 회수된 열을 열교환시켜 주택, 건물 등의 시설에 난방이나 온수로 공급하게 된다.The regenerative energy is supplied to the braking resistor 300, the heat is recovered through the heat exchange of the heat exchanger 310, and the recovered heat is heat-exchanged to be supplied to a facility such as a house or a building as heating or hot water.

이때, 상기 열교환기(310)의 열교환을 통해 회수된 열을 난방이나 온수로 공급할 때 공급량이 너무 많게 되면 제동저항기(300)에 공급되는 회생에너지의 일부는 냉각시스템(700)을 이용해서 소모시키게 된다.At this time, when the heat recovered through the heat exchanger 310 is supplied to the heating or hot water, if the supply amount is excessively large, a part of the regenerative energy supplied to the braking resistor 300 is consumed by the cooling system 700 do.

즉, 본 발명은 모터(200)의 제동에 따라 발생되면서 제동저항기(300)에서 열에너지로 변환되어 버려지는 회생에너지를 열교환기(310)를 통해 열교환시켜 시설에 난방이나 온수로 공급하게 됨으로써 폐열을 열원으로 재활용할 수 있어 에너지 고갈을 미연에 방지할 수 있게 된다.That is, according to the present invention, the regenerative energy generated by the braking of the motor 200 and converted into heat energy by the braking resistor 300 is heat-exchanged through the heat exchanger 310 to be supplied to the facility as heating or hot water, It can be recycled as a heat source, thereby preventing energy exhaustion.

또한, 본 발명은 상기 모터(200)에서 발생되는 전기적인 회생에너지를 제동저항기(300)에서 열에너지로 변환시키며 상기 제동저항기(300)에서 생성되는 열에너지를 증기발생기(500)에서 공급받아 증기를 발생시키고 상기 펌프(P)를 통해 증기터빈(600)으로 증기가 공급되면서 증기터빈(700)을 회전시킬 수 있게 된다.
In the present invention, the electric regenerative energy generated by the motor 200 is converted into thermal energy from the braking resistor 300, and the thermal energy generated by the braking resistor 300 is supplied from the steam generator 500 to generate steam And the steam is supplied to the steam turbine 600 through the pump P so that the steam turbine 700 can be rotated.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims and their equivalents. Of course, such modifications are within the scope of the claims.

200 : 모터 300 : 제동저항기
310 : 열교환기 400 : 공급부
500 : 증기발생기 600 : 증기터빈
700 : 냉각시스템 800 : 냉수
P : 펌프200: motor 300: braking resistor
310: heat exchanger 400: supply section
500: steam generator 600: steam turbine
700: Cooling system 800: Cold water
P: Pump

Claims (6)

모터의 제동시 발생되는 전기적인 회생에너지를 공급받아 열에너지로 변환시키는 제동저항기;
상기 제동저항기에 설치되어 제동저항기로 공급되면서 열에너지로 변환된 회생에너지를 열교환시켜 시설의 온수나 난방으로 공급하기 위한 열교환기;
상기 열교환기에서 열교환되어 가열된 열을 시설의 온수나 난방으로 공급하는 공급부;
상기 모터에서 발생되는 회생에너지를 이용하여 증기를 발생시키는 증기발생기;
상기 증기발생기에서 발생되는 증기로 동력을 발생시키는 증기터빈;을 포함하며,
상기 제동저항기에서는 열에너지로 변환된 회생에너지의 일부를 냉각시스템으로 보내어 소모시키고,
상기 열교환기에는 냉수가 펌프의 작동으로 공급되면서 열교환되며,
상기 증기발생기에서 발생되는 증기는 펌프를 통해 증기터빈으로 공급되면서 증기터빈을 가동시키는 것을 특징으로 하는 제동저항기를 이용한 동력시스템.A braking resistor for converting an electric regenerative energy generated during braking of the motor into heat energy;
A heat exchanger installed in the braking resistor and supplied to the braking resistor to supply heat to the hot water or heating of the facility by heat exchange with regenerative energy converted into thermal energy;
A supply unit for supplying heat, which is heat-exchanged in the heat exchanger, to heated water or heating of the facility;
A steam generator for generating steam using regenerative energy generated by the motor;
And a steam turbine generating power by steam generated in the steam generator,
In the braking resistor, part of the regenerative energy converted into heat energy is sent to the cooling system to be consumed,
The cold water is supplied to the heat exchanger through the operation of the pump,
Wherein the steam generated in the steam generator is supplied to the steam turbine through a pump to operate the steam turbine. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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