KR101842984B1 - 축 구동 발전기 시스템 - Google Patents

축 구동 발전기 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101842984B1
KR101842984B1 KR1020127032063A KR20127032063A KR101842984B1 KR 101842984 B1 KR101842984 B1 KR 101842984B1 KR 1020127032063 A KR1020127032063 A KR 1020127032063A KR 20127032063 A KR20127032063 A KR 20127032063A KR 101842984 B1 KR101842984 B1 KR 101842984B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
network
converter
voltage
generator
shaft
Prior art date
Application number
KR1020127032063A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130118206A (ko
Inventor
크리스토프 브루노테
마크 힐러
라이너 소머
Original Assignee
지멘스 악티엔게젤샤프트
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 지멘스 악티엔게젤샤프트 filed Critical 지멘스 악티엔게젤샤프트
Publication of KR20130118206A publication Critical patent/KR20130118206A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101842984B1 publication Critical patent/KR101842984B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/20—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J3/02—Driving of auxiliaries from propulsion power plant
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/007—Control circuits for doubly fed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/42—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ships or vessels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/35—Special adaptation of control arrangements for generators for ships
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system

Abstract

본 발명은 축 구동 발전기(18)를 가진 축 구동 발전기 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따라서, 네트워크측 인덕턴스를 가진 전압원 인버터(42)가 제공되며, 상기 전압원 변환기(42)는 발전기측과 네트워크측에 각각 구비되며 DC 전압측에서 서로 연결된 변환기(44, 46)를 갖고 있고, 상기 네트워크측의 변환기(46)는 각각이 상부 및 하부 밸브 브랜치(P1, N1, P2, N2, P3, N3)를 가진 적어도 2개의 위상 모듈을 갖고 있고, 상기 밸브 브랜치 각각은 전기적으로 직렬 연결된 복수의 2극 서브시스템(SM1, ..., SMn)을 갖고 있고, 상기 서브시스템 각각은 단극 저장 커패시터(CSM)를 갖고 있고, 상기 단극 저장 커패시터에는 스위치 오프될 수 있는 2개의 반도체 스위치(S1, S2)의 직렬 회로가 전기적으로 병렬 연결되고, 상기 반도체 스위치 각각은 역병렬로 연결된 다이오드(D1, D2)를 갖고 있다. 따라서, 정적 주파수 변환기로서 전압원 인버터(42)를 가진 축 구동 발전기 시스템이 얻어진다. 이 전압원 인버터에 의해서 네트워크에 요구되는 요건을 준수할 수 있고 과도 동작 상태가 제어될 수 있다.

Description

축 구동 발전기 시스템{SHAFT-DRIVEN GENERATOR SYSTEM}
본 발명은 축 구동 발전기를 구비한 축 구동 발전기 시스템에 관한 것이다.
독일 출판물 「"WGA 23 -ein modernes Wellengeneratorsystem (WGA 23 - a modern shaft-driven generator system)", 독일 정기 간행물 "HANSA"의 특별판, Vol. 120, No. 13, 1983, July edition, P. 1203-1207」에는 축 구동 발전기 시스템이 개시되어 있다. 축 구동 발전기 시스템은 전기 에너지를 저렴하게 생산하기 위해 선박에 흔히 사용되는 시스템이다. 선박의 온 보드 전력 네트워크(on-board power network)의 일 구성요소인 축 구동 발전기 시스템은 하기의 구성 성분을 포함한다.
- 가변 주파수로 전기 에너지를 발생시키기 위해 가변 속도로 구동되는 축 구동 발전기,
- 축 구동 발전기와 온 보드 네트워크의 주파수와 전압과 관련하여 디커플링(decoupling)을 위한 DC 링크로서 구체화되며, 발전기측 정류기, 네트워크측 인버터 및 중간 DC 링크 회로로 이루어진 주파수 변환기,
- DC 링크 변환기가 DC 링크 전류를 평활화하는데 필요한 DC 링크 초크(choke),
- 전압원 변환기가 DC 링크 전압을 평활화하는데 필요한 DC 링크 커패시터,
- 회로 단락(short-circuit) 전류와 고조파를 제한하기 위한 네트워크 초크,
- 회로 단락 보호를 향상시키고 네트워크의 무효(reactive) 전류 요구를 충족시키는데 필요한 런업 모터(run-up motor)가 내장된 무효 전력 기계,
- 필요하다면, 축 구동 발전기 폐루프 제어의 일부로서 축 구동 발전기 여자기 전류를 조정하는 정합 변압기를 가진 계자 정류기(field rectifier),
- 완전 전자식 폐루프, 개루프 및 모니터링 시스템, 및
- 고장이나 회로 단락이 생긴 경우에 축 구동 발전기 시스템의 필수 기능을 제공하기 위한 배터리 분할기(battery splitter).
이러한 축 구동 발전기 시스템은 스위치에 의해 네트워크측의 온 보드 네트워크 버스바(busbar)에 연결될 수 있다. 네트워크에서의 극단적인 부하를 안전하게 피하기 위해 소위 듀플렉스 초크(duplex choke)가 네트워크 초크로서 제공된다. 이 듀플렉스 초크에 의해 고조파 전파가 방지되며 회로 단락 전류가 크게 감소된다. 듀플렉스 초크는 흔히 전류 분할기 초크 코일, 밸런싱 초크 또는 평활화 초크라고도 한다. 이상적인 듀플렉스 초크는 여러 개의 작은 에어갭을 가진 철심 상에 작은 표유 인덕턴스(stray inductance)의 2개의 권선을 가진 특수 변압기이다.
논문 「Netzgestaltung mit Duplexdrosseln (Designing networks with Duplex chokes)" by W. Schild and Dr. W. Planitz, printed in the German publication Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft (shipbuilding society yearbook), Vol. 91, 1997, P.173 ff.」은 단락 회로로부터의 보호를 향상시키기 위해 듀플레스 초크를 이용하는 방법을 개시한다. 이 논문에서는 듀플렉스 초크를 이용하여 디젤 전기구동 페리(ferry)의 네트워크 품질을 향상시키는 2가지 네트워크 개념이 제시된다. 듀플렉스 초크가 이용되면, 전기 추진 시스템에 대한 영향이 감소된다. 네트워크에 대한 이러한 영향은 축 구동 발전기 시스템의 변환기로부터 나오는 것인데, 공급 온 보드 네트워크에 상당한 양의 고조파를 발생시켜 네트워크 품질을 저하시키게 된다.
보조 유닛, 조명 장치, 항해 장치, 통신 장치는 물론 생활 영역 내의 공급 시스템의 공급을 위한 선박의 서비스 네트워크는 저고조파 공급 전압을 필요로 한다. 고조파 왜곡이 과대하게 되면 추가 손실과 오작동이 일어날 수 있고, 극단적인 경우에는 구성 부품이 파괴될 수 있다. 고조파 왜곡이 작은 서브네트워크가 듀플렉스 초크에 의해 디커플링(decoupling)된다.
또한, 이 논문은 축출력이 10MW 이상이면 직접 변환기 공급 동기식 모터가 프로펠러 구동 장치로 이용되는 것에 대해 개시하고 있다. 직접 변환기 공급 동기식 모터뿐만 아니라 부하 전류 변환기(load-commutated converter)를 구비한 변환기 모터도 프로펠러 구동 장치로서 이용된다.
DE 10 2006 020 144 B4는 폐열 회수를 이용하여 선박 구동 시스템을 동작시키는 방법과 폐열 회수를 이용하는 선박 구동 시스템을 개시한다. 선박 구동 시스템은 변환기에 의하여 온 보드 네트워크로부터의 네트워크측 변압기를 공급받는 축 구동 발전기/모터와 같은 장치를 포함한다. 모터와 같은 축 구동 발전기의 동작을 PTI(Power-Take-In)라 한다. 또한, 축 구동 발전기, 정적 주파수 변환기 및 네트워크측 변압기는 축 구동 발전기로부터 온 보드 네트워크로 에너지가 공급되자마자 축 구동 발전기 시스템을 구성한다. 발전기로서의 축 구동 발전기의 동작(즉, 온 보드 네트워크를 위한 전기 에너지를 발생하는 것)은 PTO(Power-Take-Off)라고 한다. 그러나, 이 특허에서는 이러한 축 구동 발전기는 디젤 엔진 구동 장치 옆에서 부스터 구동 장치로서 주로 이용된다. 따라서 이 주 구동 장치가 적당한 에너지 소모로 동작할 수 있고 디젤 발전기 세트가 스위치 오프될 수 있다.
축 구동 발전기의 모터 동작으로부터 발전기 동작으로의 전환 기간 중에, 선박의 네트워크의 전압 및 주파수가 소정 한계값 미만이 되지 않도록 에너지원이 선박 네트워크에 전기 에너지를 공급한다. 그와 같은 전환은 네트워크 고장, 특히, 선박의 정전(停電)의 경우에 일어난다. 이러한 공지의 축 구동 발전기 시스템이 부스터 구동 장치로 이용된다면, 모터/발전기 동작 전환 중에 무효 전력 기계가 이 에너지원을 구성하며, 이로부터 온 보드 네트워크에 에너지가 공급된다.
축 구동 발전기 시스템의 다른 실시예에서, 전압원 인버터가 정적 주파수 변환기로서 제공된다. 이 전압원 인버터는 축 구동 발전기의 동작 전환 중에 선박의 네트워크에 에너지를 공급하는 에너지원을 구성하는 DC 링크 커패시터를 갖고 있다. DC 링크 전압 변환기가 발전기와 네트워크측 각각에 자기 전류(self-commutated) 펄스 제어 변환기, 특히 IGBT 펄스 제어 변환기를 갖고 있다면 전환 속도가 한층 더 빨라질 수 있다.
발전기와 네트워크측 각각에 IGBT 펄스 제어 변환기를 가진 이런 유형의 전압원 인버터는 DE 10 2005 059 760 A1의 도 3에 더 자세히 도시되어 있다. 부스터 구동 장치로서의 축 구동 발전기 시스템에서 전류원 변환기 대신에 전압원 인버터를 구동 장치 변환기로 이용하면 온 보드 네트워크는 주파수와 관련하여 발전기로부터 분리되는 것뿐만 아니라 전압과도 관련하여 분리된다. 게다가, 전압원 인버터는 무효 전력 기계가 더 이상 필요치 않도록 무효 전력을 공급할 수 있다.
전류원 변환기가 축 구동 발전기 시스템의 정적 주파수 변환기로서 이용되는 경우에는, 듀플렉스 초크 이외에도 변압기와, 런업 모터를 가진 무효 전력 기계가 필요하다. 앞서 설명한 바와 같이, 회로 단락 보호를 향상시키기 위해서는 이상적으로 특수 변압기인 듀플렉스 초크가 필요하다. 이 변압기는 변환기 출력 전압과 온 보드 네트워크 전압 간의 전압 정합에 필요하다. 이들 추가적인 구성 성분들 각각은 선박에서는 쉽사리 확보할 수 없는 설치 공간을 필요로 한다.
전압원 인버터가 축 구동 발전기 시스템의 정적 주파수 변환기로서 이용되는 경우에는, 변환기 출력 전압과 온 보드 네트워크 전압 간의 전압 정합을 위해 변압기가 제공될 것이다. 전압원 인버터의 2개의 변환기는 2점 토폴로지(저전압)나 3점 토폴로지(중간 전압)로 구체화되어야 할 것이다. 10MW 이상의 출력을 위해서는 많은 2점 또는 3점 변환기가 출력측에 전기적으로 병렬 연결되어야 할 것이며, Δi 폐루프 제어로 알려진 밸런싱 폐루프 제어가 존재해야 할 것이다. 현재, 저전압 변환기에는 스위치 오프될 수 있는 반도체 스위치, 특히 전압 등급 1200V 또는 1700V의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 스위치가 이용된다. 반면에, 중간 전압 변환기에는 전압 등급 3300V, 4500V 또는 6500V의 IGBT 또는 IGCT가 이용된다. 그러나 전압 등급이 증가할수록 스위칭 주파수는 감소하고 반도체 가격은 증가한다.
IGBT의 제한된 스위칭 주파수는 선급(船級) 협회(classification societies)의 시스템 섭동 요건을 준수하기 위해 온 보드 네트워크측에 필터 수단이 구현되어야 한다는 것을 의미한다. 특히 중간 전압 변환기에 1kV를 훨씬 넘는 DC 링크 전압이 이용되는 경우에는 스위칭 주파수는 수백 헤르츠로 제한된다. 이 또한 필터 설계를 더 어렵게 만든다. 온 보드 네트워크는 그 동작 상태에 따라서 임피던스가 다르고 그에 따라 공진 주파수가 다를 수 있는 아일랜드 네트워크(island network)를 포함하기 때문에 애초부터 필터 설계가 어렵다. 따라서, 전압 인버터의 출력에 작용하는 최종 공진 주파수가 변할 것이며, 이에 따라 전압원 인버터의 스위칭 주파수에 필터 설계를 매칭시키는 것은 매우 어려울 것이다.
축 구동 발전기 시스템의 정적 주파수 변환기로서 이용되는 발전기측 또는 네트워크측 변환기의 IGBT의 낮은 스위칭 주파수는 이 변환기의 다이나믹스(dynamics)를 제한한다. 이는, 구성 성분의 오버디맨셔닝(overdimensioning)에도 불구하고 예컨대 네트워크 회로 단락, 네트워크 전압의 드롭아웃(dropout)과 복귀(return), 부하 차단(load rejection)과 같은 과도적인 동작 상태를 다루는 것을 거의 불가능하게 만든다. 게다가 상기 필터는 과도 동작 상태에서 발진하는 경향이 있다.
네트워크 회로 단락과 기타 다른 과도 동작 상태를 다루는 것이 특히 중요하게 된다. 이러한 과도 동작 상태를 어떻게든 다룰 수 있기 위해서는, 축 구동 발전기 시스템의 전압원 인버터가 네트워크 상에 항상 유지되어야 한다. 즉, 이 인버터는 과전류 때문에 스위치 오프되지 않을 수 있다. 이는 정상 동작 시에 또 회로 단락의 경우에 2점 폐루프 제어를 이용하여 전류를 조절하거나, 개별 단계에서 파이어링(firing) 신호를 일시적으로 차단했다가 다시 가동시킴으로써 달성될 수 있다. 그와 같은 경우에, 변환기 출력 전압에는 예기치 않은 추가적인 고조파가 발생하여 존재하는 네트워크 필터를 작동시키게 될 수 있는데, 이는 네트워크 고조파에 요구되는 한계를 준수하는데 큰 비용이 들어야 한다는 것을 의미한다.
이런 이유로 지금까지는, 특히 중간 전압 애플리케이션의 경우에, 중간 전압 범위에서 상기 요건을 완전히 충족시키도록 구성된, 전압원 변환기를 정적 주파수 변환기로서 갖는 축 구동 발전기 시스템은 없었다.
<발명의 개요>
본 발명의 기본 목적은 특히 네트워크 회로 단락을 동적으로 제한할 수 있는 전압원 변환기를 그 정적 주파수 변환기로서 가진 축 구동 발전기 시스템을 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제1항에 기재된 특징에 따라 달성된다.
전압원 변환기의 네트워크측 변환기가 각 밸브 브랜치의 서브모듈의 수에 따라서 분산된 에너지 저장 장치를 구비한 변환기로서 구체화되기 때문에 이 변환기의 출력 전압은 주어진 온 보드 네트워크 전압에 적합하게 될 수 있다. 또한 서브모듈의 수는 이 변환기의 출력 전압의 전압 곡선의 스텝 수도 마찬가지로 증가한다는 것을 의미하며, 따라서 선급 협회의 시스템 섭동 요건이 준수될 수 있게 하기 위해 온 보드 네트워크측에 더 이상 필터 수단을 구현할 필요가 없다. 마찬가지로, 서브모듈의 수가 많으면, 저전압 영역으로부터 스위치 오프될 수 있고 상당히 높은 스위치 주파수로 동작될 수 있는 반도체 스위치가 중간 전압 변환기에 이용될 수가 있다. 그 결과, 분산된 에너지 저장 장치를 구비한 이 변환기는 높은 최종 스위칭 주파수를 보여주게 되며, 따라서 이 변환기의 출력 전류는 단자 전압의 급속한 조정에 의해 회로 단락의 경우에도 매우 동적으로 제한될 수 있다. 이는 회로 단락의 경우에 과전류 때문에 이 변환기가 더 이상 스위치 오프되지 않는다는 것을 의미한다. 따라서, 회로 단락 전류를 주입하는 것에 관한 선박 네트워크의 요건이 간단히 충족될 수 있다. 이는 축 구동 발전기 시스템의 정적 주파수 변환기로서의 본 발명의 전압원 인버터는 듀플렉스 초크가 없어도 회로 단락 보호를 제공할 수 있다.
분산된 에너지 저장 장치를 구비한 변환기의 서브모듈에 이용되는 저전압 IGBT(LV-IGBT)의 높은 스위칭 주파수는 이 변환기가 매우 높은 최종 스위칭 주파수를 보여준다는 것을 의미한다. 이에 따라서 관련 폐루프 제어의 한계 주파수도 높은 값으로 시프트될 수 있으며, 따라서 이 주파수는 온 보드 네트워크의 가능한 공진 영역 밖에 있게 된다. 이는 시스템과 무관한 매개변수화를 가능하게 한다.
분산된 에너지 저장 장치를 구비한 변환기의 폐루프 제어 특성 때문에, 그의 네트워크측 변환기가 분산된 에너지 저장 장치를 구비한 변환기이고 그의 발전기측 변환기가 비제어 변환기, 예컨대 다이오드 정류기인 전압원 인버터에서, 이 전류원 변환기의 DC 링크 전류가 거의 일정하게 유지될 수 있다. 이는 축 구동 발전기 시스템의 발전기의 발전기 전류가 낮은 고조파 성분을 보여주며, 실효치(root mean square)가 낮다는 것을 의미한다. 발전기 전류가 거의 블록 형상이라는 것은 축 구동 발전기 시스템의 손실이 감소된다는 것을 의미한다.
이하 본 발명의 축 구동 발전기 시스템의 예시적인 실시예들이 개략적으로 도시된 도면을 참조로 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 축 구동 발전기 구동 변환기로서 전압원 인버터를 가진 공지의 선박 구동 시스템의 기본 회로도.
도 2는 축 구동 발전기 구동 변환기로서 전압원 인버터를 가진 이 공지의 선박 구동 시스템의 기본 회로도.
도 3은 본 발명에 따른 제1 축 구동 발전기 시스템의 제1 실시예를 도시한 도.
도 4는 본 발명에 따른 축 구동 발전기 시스템의 제2 실시예를 도시한 도.
도 5는 바람직한 실시예에서 도 3 또는 4에 따른 축 구동 발전기 시스템의 네트워크측 변환기의 기본 회로도.
도 1에 도시된 바와 같이, DE 10 2006 020 144 B4에 개시된 선박의 구동 시스템(2)은 저속 작동 2행정 디젤 엔진으로서 구체화된 주 엔진(4)을 포함하며, 이 주 엔진은 프로펠러축(6)을 통해 선박 추진을 위한 선박 프로펠러(8)에 연결되어 있다. 온 보드 네트워크 버스바(10)로 나타낸 선박 네트워크를 위한 에너지를 생성하기 위해서 다수의 발전기(12)가 구비되며, 각 발전기는 주 엔진보다 더 빠르게 작동되는 보조 엔진(14)에 의해 구동된다. 보조 엔진(14)은 보통은 고속 작동 4행정 디젤 엔진을 포함한다. 통상적으로 발전기(12)와 디젤 엔진(14)은 각 경우에 디젤 발전기 세트(16)로 조합된다.
축 구동 발전기/모터(18)는 프로펠러축(6)에 기계적으로 결합되며, 변환기(20)와 변압기(22)를 통해 선박 네트워크의 온 보드 네트워크 버스바(10)에 전기적으로 연결된다. 전압원 인버터가 발전기와 네트워크측에 각각 제어가능한 변환기(24, 26)를 가진 변환기(20)로서 제공되며, 이 변환기들(24, 26)은 DC 전원측에서 DC 링크 초크에 의해 서로 전기적으로 도통하도록 연결된다. 이들 2개의 제어가능한 변환기(24, 26)에 대한 제어 신호는 개루프 및 폐루프 제어 시스템(28)에 의해 발생된다. 저속 작동 동기식 기계가 축 구동 발전기/모터(18)로서 이용되기 때문에, 이 기계는 여기(excitation) 변환기(30)를 통해 온 보드 네트워크 버스바(10)에 전기적으로 도통하도록 추가적으로 연결된다. 전압원 인버터가 축 구동 발전기 시스템의 변환기(20)로서 제공되고 이것은 선박 네트워크에 유효 전력(active power)만을 공급할 수 있기 때문에, 선박 네트워크의 무효 전력 수요는 무효 전력 기계(32)에 의해 제공된다. 이 무효 전력 기계(32)는 정상 동작에서는 위상 시프터로서만 작용하고 온 보드 네트워크 버스바(10)에 유효 전력을 공급하지 않는다. 런업 변환기(34)와 런업 모터(36)가 무효 전력 기계(32)를 런업시키는데 이용된다. 런업 변환기(34)도 마찬가지로 개루프 및 폐루프 제어 시스템(28)에 의해 제어된다.
축 구동 발전기/모터(18)와, 관련 개루프 및 폐루프 제어 시스템(28)을 가진 전류원 변환기와, 그리고 런업 변환기(34)와 런업 모터(36)를 가진 무효 전력 기계(32)는 상기 언급된 독일 정기 간행물 "HANSA"의 논문에 개시된 축 구동 발전기 시스템을 구성한다.
이 공지의 선박 구동 시스템에서, 축 구동 발전기(18)는 모터로서 동작되며, 이를 통해 선박 네트워크로부터의 전기 에너지는 전압원 인버터와 축 구동 발전기/모터(18)에 의해 기계적 에너지로 변환된다. 이 프로세스는 선박 네트워크에 비축된 전력이 선박의 추진력을 향상시키는데 이용되고, 이를 통해 선박 속도가 증가되거나, 선박 속도는 그대로 유지하면서 주 엔진에 대한 부하가 경감될 수 있다는 것을 의미한다.
도 2에는 적어도 런업 변환기(34)와 런업 모터(36)를 가진 별도의 무효 전력 기계(32)가 없어도 되는 다른 공지의 선박 구동 시스템(38)의 기본 회로도가 개략적으로 도시되어 있다. 이 선박 구동 시스템(38)은 전압원 인버터가 변환기(20)로서 제공된다는 점에서 도 1에 따른 선박 구동 시스템(2)과 차이가 있다. 축 구동 발전기(18)는 모터로서 동작하므로, 이 전압원 인버터와 DC 링크 커패시터 배터리(40)도 발전기측에 제어가능한 변환기(24)를 갖는다. 자기 전류 펄스식 변환기, 특히 IGBT 펄스식 변환기가 이 전압원 인버터의 제어가능한 변환기(24, 26)로서 제공된다. DC 링크 커패시터 배터리(40)는, 축 구동 발전기(18)가 모터 동작에서 발전기 동작으로 전환하는 중에 선박 네트워크의 전압과 주파수가 각 경우에 소정 한계치 미만으로 떨어지지 않도록 선박 네트워크에 전기적 에너지가 공급되도록 하는 정도의 용량을 갖고 있다.
이 축 구동 발전기 시스템은 폐열 회수 시스템에 의한 에너지 생성이 예기치 않게 실패한 경우에만 모터 동작에서 발전기 동작으로 전환된다. 이 전환은 디젤 발전기 세트(16)가 기동될 때까지 지속된다. 이는 축 구동 발전기 시스템의 발전기 동작은 짧은 브리징 기간(bridging period) 동안만 의도된 것임을 의미한다. 이 브리징 기간 동안에는 선박의 온 보드 네트워크에서의 고조파 함유량(harmonic content)이 고려된다. 온 보드 네트워크에서의 이 고조파 함유량을 줄이기 위해서는 온 보드 네트워크측에 필터 수단(미도시)이 필요할 것이다. 따라서, 이 축 구동 발전기 시스템은 대개는 부스터 구동 장치로서 이용된다.
변환기 밸브(예컨대, 전압원 인버터의 네트워크측 변환기(26)의 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT))가 높은 변환기 출력 전압 때문에 제한된 스위칭 주파수를 갖는다는 것은 기존 필터의 필터 설계가 더욱 더 어려워진다는 것을 의미한다. 선박의 온 보드 네트워크가 그 동작 상태에 따라 임피던스가 다르고 따라서 공진 주파수가 다를 수 있는 아일랜드 네트워크(island network)를 포함하기 때문에 필터 설계가 특히 더 어렵게 된다. 따라서, 변환기(20)의 네트워크측 단자에 작용하는 최종 공진 주파수도 변하며, 이는 변환기의 스위칭 주파수들과 매칭하도록 필터를 설계하는 것을 더욱 어렵게 만든다.
네트워크측 변환기(26)의 HV-IGBT의 스위칭 주파수와 그 관련 다이나믹스(dynamics)가 제한된 결과, 부하 차단(load rejection), 온 보드 네트워크에서의 회로 단락, 네트워크 복구 등과 같은 과도적인 동작 상태를 다루는 것은 어렵고, 필연적으로 이 전압원 인버터의 구성 성분의 오버디맨셔닝(overdimensioning)에 이르게 된다. 극복하기 어려운 다른 난점은 이용된 필터가 과도 동작 상태에서 발진하는 경향이 있다는 것이다.
선급 협회의 시스템 섭동 요건(system perturbation requirements)을 준수할 수 있기 위해 그리고 네트워크 회로 단락 및 기타 과도 동작 상태를 다룰 수 있기 위해, 이 전압원 인버터는 축 구동 발전기 시스템의 정적 주파수 변환기로서는 적당하지 않다. 이런 이유로, 전압원 인버터를 구비한 이 축 구동 발전기 시스템은 대개는 모터로서 작동되며, 전환 기간 중에 에너지 생성 시스템의 고장 발생 시에만 전환이 되는 발전기로서의 동작에 대해서는 시스템 섭동 요건이 충족될 수 없다는 사실이 고려된다. 마찬가지로 이 동작 상태에서는 과도 동작 상태가 발생하지 않는다고 가정한다. 발전기로서의 축 구동 발전기 시스템의 이러한 동작은 디젤 발전기 세트(16)가 런업될 때까지만 지속된다.
도 3은 본 발명에 따른 축 구동 발전기의 제1 실시예의 개략도이다. 본 발명에 따른 축 구동 발전기 시스템은, 축 구동 발전기(18) 이외에도, 그의 발전기측 변환기(44)로서 비제어 변환기, 예컨대 6펄스 또는 그 이상의 펄스 다이오드 정류기를 가진 전압원 인버터(42)를 갖고 있다. 멀티펄스 자기 전류 변환기도 발전기측 변환기(44)로서 제공될 수 있다. 네트워크측(온 보드 네트워크측) 변환기(46)로서 본 발명의 축 구동 발전기 시스템은 분산된 에너지 저장 장치를 구비한 변환기를 갖고 있다. 변환기들(44, 46)은 DC 전압측에서 서로 직접적으로 전기적으로 도통되게 연결되어 있다. AC 전압측에서는 분산된 에너지 저장 장치를 구비한 변환기의 실시예에서의 변환기(46)는 변압기(22)에 의해 온 보드 네트워크(48)에 연결될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 축 구동 발전기 시스템의 제2 실시예의 개략도이다. 이 실시예는 분산된 에너지 저장 장치를 구비한 변환기로서 구체화된 네트워크측 변환기(46)가 AC 전압측에서 네트워크 초크(50)에 의해 온 보드 네트워크(48)에 연결될 수 있다는 점에서 도 3에 따른 실시예와 다르다.
도 5에는 분산된 에너지 저장 장치를 구비한 변환기(46)의 등가 회로도가 더 자세히 도시되어 있다. 이 도에 따라서 이 변환기(2)는 각각이 상부 및 하부 밸브 브랜치(P1과 N1, P2와 N2, 또는 P3과 N3)를 가진 3개의 위상 모듈을 갖고 있다. 각 위상 모듈의 이들 2개의 밸브 브랜치(P1과 N1, 또는 P2와 N2, 또는 P3과 N3)는 브리지 브랜치에 연결된다. 상부 및 하부 밸브 브랜치(P1과 N1, 또는 P2와 N2, 또는 P3과 N3)의 접속점은 각 위상 모듈의 AC 전압측 단자(L1, L2 또는 L3)로서 기능한다. 평활화를 위해서, 내부 변환기 회로 전류 결합 브랜치 초크(LZ)가 이용된다. 네트워크 초크(50)는 이들 AC 전압측 단자(L1, L2 또는 L3)에 연결되어 있다. 이들 3개의 위상 모듈은 서로 전기적으로 병렬이며 DC 전압 공급 장치(발전기측 변환기(44))(더 구체적으로 도시되지 않음)에 연결되어 있고, 이 공급 장치는 분산된 에너지 저장 장치(CSM)를 구비한 변환기(2)의 DC 단자(P, N)에 연결되어 있다. 생성된 DC 전압(Udo)은 이들 DC 단자들(P, N) 사이에 존재한다.
또한, 이 등가 회로도로부터는 각 밸브 브랜치(P1, N1, P2, N2, P3, N3)가 직렬 연결된 복수의 2극 서브모듈(SM1, SM2, ..., SMn)을 갖고 있음을 알 수 있다. 각 2극 서브모듈(SM1, SM2, ..., SMn)은, 서브모듈(SM1)의 확대도에 따라서, 단극 저장 커패시터(CSM), 스위치 오프될 수 있는 2개의 반도체 스위치(S1, S2), 및 2개의 다이오드(D1, D2)를 갖고 있다. 스위치 오프될 수 있는 이 2개의 반도체 스위치(S1, S2)는 전기적으로 직렬 연결되어 있으며, 이 직렬 회로는 단극 저장 커패시터(CSM)에 전기적으로 병렬 연결되어 있다. 각 경우에 스위치 오프될 수 있는 반도체 스위치(S1, S2)에는 다이오드(D1 또는 D2)가 역병렬 연결되어 있다. 따라서 이들 다이오드(D1, D2)는 프리휠링(freewheeling) 다이오드를 구성한다. 스위치 오프될 수 있는 이 2개의 반도체 스위치(S1, S2)의 접속점은 모듈 단자(X2)로서 기능한다. 단극 저장 커패시터(CSM)의 음단자는 제2 모듈 단자(X1)를 구성한다. 단극 저장 커패시터(CSM)의 충전 상태에서는 커패시터 전압(USM)이 강하된다.
각 밸브 브랜치(P1, N1, P2, N2, P3, N3)의 2펄스 서브시스템(SM1, SM2, ..., SMn)의 이들 커패시터 전압들(USM1, USM2, ..., USMn)은 각 경우에 밸브 전압(UZP1, UZN1, UZP2, UZN2, UZP3, UZN3)에 더해진다. 각 경우에 위상 모듈의 2개의 밸브 전압(UZP1과 UZN1, 또는 UZP2와 UZN2, 또는 UZP3과 UZN3)의 가산은 DC 단자들(P, N) 사이에 존재하는 DC 전압(Udo)을 생성한다.
이들 2극 서브모듈(SM1, SM2, ..., SMn) 각각은 3가지 스위칭 상태, 즉, 스위칭 상태 I, II 및 III 중 어느 하나로 제어될 수 있다. 모듈 단자(X2, X1)에서 어느 단자 전압(Ux2x1)이 어느 스위칭 상태 I, II 또는 III에 존재하는지와 스위치 오프될 수 있는 반도체 스위치(S1, S2)가 스위칭 상태 I, II 또는 III에서 어떻게 제어되는지에 대해서는 이 제공된 변환기 토폴로지를 개시하는 DE 101 03 031 A1에 설명되어 있다.
도 4의 실시예와 비교해, 커패시터(C1)와 저항(R1)의 직렬 회로가 각 경우에 축 구동 발전기 시스템의 출력 단자(52, 54, 56)와 네트워크 초크(50) 사이에 연결되어 있으며, 이들 저항(R1)의 자유단은 서로 전기적으로 도통하도록 연결되어 있다. 직렬 회로의 이 2개의 성분(C1, R1)의 순서는 이 도에 도시된 레이아웃에서 반대로 될 수도 있다. 그래서 이 방식은 커패시터들(C1)의 자유단이 서로 전기적으로 도통하도록 연결된다는 것을 의미한다. 이들 감쇠(damped) 커패시터 브랜치는 네트워크 초크(50)의 인덕턴스와 함께 로패스 필터를 구성하며, 3개의 저항(R1)의 접속점(58)은 축 구동 발전기 시스템의 스타 포인트(star point)를 구성한다. 이 접속점(58)에서는 고저항 저항기가 온 보드 네트워크(48)의 접지 접속점에 연결될 수 있다. 그와 같은 고저항 접속에 의해 고저항 접지 온 보드 네트워크(48)에서 쇼트-그라운드(short-to-ground)가 검출될 수 있다.
분산된 에너지 저장 장치(CSM)를 구비한 변환기(46)를 이용함으로써, 한편으로는 전기적으로 직렬 연결된 서브모듈(SM1, SM2, SMn)의 수에 의해, 스텝 형상 출력 전압의 스텝 단계의 수가 결정되고, 다른 한편으로 변환기 출력 전압은 온 보드 네트워크의 임의의 주어진 크기, 예컨대 중간 전압 네트워크에 적합하게 될 수 있다. 변환기(46)의 위상 모듈의 각 밸브 브랜치(P1, N1, P2, N2, P3, N3)의 2극 서브모듈(SM1, SM2, ..., SMn)의 수가 클수록 변환기 출력 전압은 더 정현파에 가까워지게 된다. 이에 의해, 선급 협회의 시스템 섭동 요건을 준수할 수 있기 위해 어떤 필터 수단도 필요치 않게 된다.
절연 게이트 바이폴라 트랜지스터, 특히 LV-IGBT는 각 2극 서브모듈(SM1,SM2, ..., SMn)의 스위치 오프될 수 있는 반도체 스위치(S1, S2)로서 이용된다. 1200V 또는 1700V의 차단 전압을 가진 이들 LV-IGBT는 3300V, 4500V 또는 6500V의 차단 전압을 가진 HV-IGBT에 비해 매우 높은 펄스 주파수로 클록킹될 수 있다. 게다가, LV-IGBT는 HV-IGBT에 비해 매우 저렴하다. 중간 전압 변환기(42)와 복수의 2극 서브모듈(SM1, SM2, ..., SMn)에 LV-IGBT를 이용함으로써 이 변환기(42)의 출력 전류는 회로 단락의 경우에 매우 동적으로 제한될 수 있다. 이에 의해, 회로 단락 전류의 주입에 대한 선박 네트워크의 요건은 간단하게 충족될 수 있다. 변환기(46)의 밸브 브랜치(P1, N1, P2, N2, P3, N3) 당 2극 서브모듈(SM1, SM2, ..., SMn)의 수가 많으면 온 보드 네트워크측 필터는 없어도 되므로, 과도 동작 상태가 더욱 쉽게 처리될 수 있다. 그 이유는 온 보드 네트워크측에는 더 이상 필터가 존재하기 않아 과도 동작 상태가 더 이상 고조파를 여기시킬 수 없기 때문이다. 마찬가지로, 분산된 에너지 저장 장치(CSM)를 구비한 변환기(46)의 밸브 브랜치(P1, N1, P2, N2, P3, N3) 당 2극 서브모듈(SM1, SM2, ..., SMn)의 수에 따라서, 이 변환기(46)는 주어진 출력 전압에 쉽게 맞추어질 수 있으며, 따라서 여러 응용에 있어 변압기(22)가 없어도 된다.
분산된 에너지 저장 장치를 구비한 변환기(46)를 축 구동 발전기의 전압원 인버터(42)의 온 보드 네트워크측 변환기(26)로 이용하면 이 전압원 인버터(42)의 개루프 및 폐루프 제어 시스템(28)를 위해 훨씬 더 높은 클록 주파수가 이용될 수 있고, 이를 통해 이 제어 및 폐루프 제어 시스템의 한계 주파수는 가능한 공진 범위 밖에 있게 된다. 이에 따라서 변환기(46)의 시스템 독립 매개변수화가 가능하게 된다.
전압원 인버터(42)의 온 보드 네트워크측 변환기(26)를 복수의 에너지 저장 장치(CSM)를 구비한 변환기(46)로서 이용함으로써, 전압원 인버터(42)는 축 구동 발전기 변환기(20)로서 이용될 수 있고, 따라서 런업 변환기(34)와 런업 모터(36)를 가진 무효 전력 기계(32)가 더 이상 필요없게 된다. 마찬가지로, 필터와 변압기도 온 보드 네트워크측에서 더 이상 필요없게 된다. 이러한 변환기 토폴로지를 통해 LV-IGBT가 중간 전압 변환기를 위한 2극 서브모듈(SM1, SM2, ..., SMn)에 이용되며, 따라서, 이 변환기(46)는 많은 수위 서브모듈(SM1, SM2, ..., SMn)과 함께 높은 최종 스위칭 주파수를 보여주게 되며, 따라서 회로 단락 전류가 매우 동적으로 제한될 수 있다. 분산된 에너지 저장 장치(CSM)를 구비한 변환기(46)를 DC 링크 커패시터 배터리(40)가 복수의 저장 커패시터(CSM)에 분산되어 있는 전압원 인버터인 축 구동 변환기의 온 보드 네트워크측 변환기(26)로서 이용하게 되면 디젤 전기 구동 선박 상의 네트워크 품질이 크게 향상될 수 있다.

Claims (8)

  1. 선박에 제공된 축 구동(shaft-driven) 발전기 시스템으로서,
    상기 축 구동 발전기 시스템은, 상기 선박의 축 구동(shaft-driven) 발전기(18), 상기 축 구동 발전기(18)와 상기 선박의 온 보드 네트워크(48) 사이에 제공된 중간 전압 회로형 변환기(voltage intermediate circuit type converter)(42), 및 네트워크 측 인덕턴스를 가지며,
    상기 중간 전압 회로형 변환기(42)는, 상기 온 보드 네트워크(48)로부터의 상기 축 구동 발전기(18)의 주파수 관련 디커플링 및 전압 관련 디커플링을 위해 동작하고,
    상기 중간 전압 회로형 변환기(42)는, 입력측에서 상기 발전기에 연결된 변환기(44)와, 출력측에서 네트워크에 연결된 인버터(46)를 포함하고, 상기 변환기와(44) 상기 인버터(46)는 그들의 DC 링크측에서 연결되고,
    상기 온 보드 네트워크(48)는 동작 상태에 따라 다른 공진 주파수들을 가질 수 있는 아일랜드 네트워크(island network)이고,
    상기 네트워크 측에서 상기 인버터(46)는 적어도 두 개의 위상 모듈을 가지며, 각 위상 모듈은 상부 밸브 브랜치 및 하부 밸브 브랜치(P1, N1, P2, N2, P3, N3)를 갖고, 각 상부 밸브 브랜치 및 각 하부 밸브 브랜치(P1, N1, P2, N2, P3, N3)는 전기적으로 직렬 연결된 복수의 2극 서브시스템들(SM1, ..., SMn)을 갖고, 각 2극 서브시스템(SM1, ..., SMn)은 단극 저장 커패시터(CSM) 및 2개의 게이트 제어형 턴-오프 반도체 스위치들(S1, S2)과 상기 반도체 스위치들(S1, S2)에 일대일 대응으로 역병렬 연결된 다이오드들(D1, D2)로 이루어진 직렬 회로를 가지며, 상기 저장 커패시터(CSM)는 상기 직렬 회로와 전기적으로 병렬 연결되고,
    각각의 밸브 브랜치(P1, N1, P2, N2, P3, N3)에서의 스위치-온 상태의 상기 서브시스템들(SM1, ..., SMn)의 수를 제어하여, 상기 온 보드 네트워크 측에서의 상기 인버터(46)의 출력 전압이 주어진 온 보드 네트워크 전압으로 조정되도록 하고,
    상기 저장 캐패시터(CSM)의 용량과 상기 반도체 스위치들(S1, S2)의 스위칭 주파수에 따라 각 밸브 브랜치(P1, N1, P2, N2, P3, N3)에서 스위치 온 상태에 있는 상기 서브 시스템들(SM1, ..., SMn)의 수를 제어하여, 상기 온 보드 네트워크(48)에서의 단락(short-circuit) 발생의 경우에 상기 밸브 브랜치(P1, N1, P2, N2, P3, N3)의 제어에 의한 상기 인버터(46)의 상기 출력 전압의 조정을 통해, 상기 인버터(46)로부터의 출력 전류가 상기 2극 서브시스템들(SM1, ..., SMn)의 단자 전압들의 조정에 의해서 제한되도록 하는,
    축 구동 발전기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    입력 측에서 상기 발전기에 연결된 상기 변환기(44)는 멀티펄스 다이오드 정류기인 축 구동 발전기 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    입력 측에서 상기 발전기에 연결된 상기 변환기(44)는 멀티펄스 자기 전류(self-commutated) 변환기인 축 구동 발전기 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 네트워크측 인덕턴스는 네트워크 초크(50)인 축 구동 발전기 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    각각의 상기 네트워크 초크(50)는 커패시터(C1)와 저항(R1)으로 이루어진 직렬 회로에 연결되고, 상기 저항들(R1)의 자유단들이 서로 연결된 축 구동 발전기 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    각각의 상기 네트워크 초크(50)는 저항(R1)과 커패시터(C1)로 이루어진 직렬 회로에 연결되고, 상기 커패시터들(C1)의 자유단들이 서로 연결된 축 구동 발전기 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 축 구동 발전기 시스템은, 상호 접속된 네트워크 측 필터(interconnected network-side filter)를 필요로 하지 않는, 축 구동 발전기 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 축 구동 발전기 시스템은, 초크를 필요로 하지 않는, 축 구동 발전기 시스템.
KR1020127032063A 2010-06-08 2011-05-02 축 구동 발전기 시스템 KR101842984B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010023019A DE102010023019A1 (de) 2010-06-08 2010-06-08 Wellengeneratorsystem
DE102010023019.7 2010-06-08
PCT/EP2011/056892 WO2011154196A2 (de) 2010-06-08 2011-05-02 Wellengeneratorsystem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130118206A KR20130118206A (ko) 2013-10-29
KR101842984B1 true KR101842984B1 (ko) 2018-05-14

Family

ID=44626159

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127032063A KR101842984B1 (ko) 2010-06-08 2011-05-02 축 구동 발전기 시스템

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9088229B2 (ko)
EP (1) EP2580857B1 (ko)
JP (1) JP5881685B2 (ko)
KR (1) KR101842984B1 (ko)
CN (1) CN102934343B (ko)
DE (1) DE102010023019A1 (ko)
DK (1) DK2580857T3 (ko)
ES (1) ES2689178T3 (ko)
RU (1) RU2528180C1 (ko)
WO (1) WO2011154196A2 (ko)

Families Citing this family (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9148016B2 (en) * 2011-05-26 2015-09-29 Pika Energy Inc. DC microgrid for interconnecting distributed electricity generation, loads, and storage
US9425705B2 (en) * 2012-08-13 2016-08-23 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method and apparatus for bypassing cascaded H-bridge (CHB) power cells and power sub cell for multilevel inverter
DK2920062T3 (en) 2012-11-12 2018-09-03 Torqeedo Gmbh Boat with electric drive
US8994206B2 (en) * 2013-01-14 2015-03-31 Abb Technology Ag Turbine-based energy generation system with DC output
US9898018B2 (en) * 2013-03-14 2018-02-20 Arda Power Inc. Power clipping method and system
US10666047B2 (en) 2013-03-14 2020-05-26 Arda Power Inc. Power management concept in DC distributed systems
US9401633B2 (en) * 2014-01-24 2016-07-26 The Boeing Company Three-phase inverter with a repositioned choke
US9331594B2 (en) 2014-01-24 2016-05-03 The Boeing Company Conversion system for converting direct current into alternating current
US9800054B2 (en) 2014-07-31 2017-10-24 Abb Schweiz Ag DC connection system for renewable power generators
JP2016103968A (ja) 2014-10-21 2016-06-02 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ 送電網損失ライドスルー機能を有する誘導発電機システム
CN104578178A (zh) * 2014-12-30 2015-04-29 北京赛思亿电气科技有限公司 轴带发电系统与柴油发电机并联发电功率调节方法
CN104608901B (zh) * 2015-02-04 2017-02-22 刘清河 复合传动型船舶恒频轴带发电装置
JP5961734B1 (ja) * 2015-08-06 2016-08-02 西芝電機株式会社 軸駆動発電システム
EP3131377A1 (de) 2015-08-14 2017-02-15 Siemens Aktiengesellschaft Phasenmodul für einen stromrichter
CN105406785A (zh) * 2015-12-30 2016-03-16 中国船舶重工集团公司第七一一研究所 船用轴带双馈发电机系统
CN105515476B (zh) * 2016-02-17 2018-10-23 南京海广缘新能源技术有限公司 提高无刷电励磁轴带发电系统短路过载能力的装置和方法
WO2018099545A1 (en) * 2016-11-30 2018-06-07 Abb Schweiz Ag Electric power system of marine vessel
US10826371B2 (en) 2017-01-06 2020-11-03 Energy Producing Systems of America LLC Electrical power generation and distribution
CN106864715A (zh) * 2017-01-24 2017-06-20 同济大学 双馈式船舶混合轴带电机单机起动与推进的系统及方法
US20180328234A1 (en) * 2017-05-10 2018-11-15 Connected Mobil Group, LLC Power cogeneration system
US10158299B1 (en) 2018-04-18 2018-12-18 Rockwell Automation Technologies, Inc. Common voltage reduction for active front end drives
EP3605771B1 (de) * 2018-08-03 2020-07-15 Siemens Aktiengesellschaft Redundantes energieversorgungsnetz und schiff mit redundantem energieversorgungsnetz als bordnetz
DE102019207931B3 (de) 2019-05-29 2020-08-06 Siemens Aktiengesellschaft Energieversorgungseinrichtung
CA3142065A1 (en) * 2019-06-03 2020-12-10 Energy Producing Systems of America LLC Electrical power generation and distribution
US11211879B2 (en) 2019-09-23 2021-12-28 Rockwell Automation Technologies, Inc. Capacitor size reduction and lifetime extension for cascaded H-bridge drives
US11342878B1 (en) 2021-04-09 2022-05-24 Rockwell Automation Technologies, Inc. Regenerative medium voltage drive (Cascaded H Bridge) with reduced number of sensors
CN113093007B (zh) * 2021-04-29 2023-02-07 哈动国家水力发电设备工程技术研究中心有限公司 一种可变速电机电动工况次同步负载试验方法
CN113734144B (zh) * 2021-08-26 2023-06-13 华人运通(江苏)技术有限公司 车辆的动力系统的模式控制方法、设备、系统和车辆
CN114248882B (zh) * 2022-01-11 2023-12-22 武汉理工大学 一种混合动力船舶的模拟实验装置及其控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009506736A (ja) * 2005-08-26 2009-02-12 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 分散配置されたエネルギー蓄積器を有する電力変換回路
JP2009535258A (ja) * 2006-05-02 2009-10-01 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 廃熱回収式船舶推進システムの運転のための方法ならびに廃熱回収式船舶推進システム
WO2009146961A1 (de) * 2008-06-05 2009-12-10 Siemens Aktiengesellschaft Verlustbehaftetes dreiphasiges tiefpassfilter

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1199238A (fr) 1957-10-02 1959-12-11 Maison Breguet Perfectionnements aux centrales électriques montées à bord des navires
CH693524A5 (de) * 1994-05-11 2003-09-15 Schaffner Emv Ag Einrichtung zur Begrenzung der Aenderungsgeschwindigkeit der Ausgangsgrössen eines über einen Gleichspannungszwischenkreis selbstgeführten mehrphasigen Umrichters.
RU2110441C1 (ru) 1997-05-14 1998-05-10 Государственная морская академия им.адм.С.О.Макарова Электроэнергетическая установка судна
JPH1189242A (ja) 1997-09-08 1999-03-30 Yaskawa Electric Corp 電力変換装置
US6532140B1 (en) 2000-06-02 2003-03-11 Raytheon Company Arc-fault detecting circuit breaker system
DE10103031B4 (de) 2001-01-24 2011-12-01 Siemens Ag Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern und Verfahren zur Steuerung einer derartigen Stromrichterschaltung
DE10146527A1 (de) * 2001-09-21 2003-04-24 Siemens Ag Umrichter mit einem netz- und lastseitigen selbstgeführten Pulsstromrichter
JP2004064830A (ja) 2002-07-25 2004-02-26 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
US20060022524A1 (en) 2003-02-10 2006-02-02 Bryde Jan H Distributed power generation, conversion, and storage system
DE10330473A1 (de) 2003-07-05 2005-01-27 Alstom Technology Ltd Frequenzumwandler für Hochgeschwindigkeitsgeneratoren
JP4365171B2 (ja) 2003-09-01 2009-11-18 三菱電機株式会社 電力変換装置及びそれを用いたパワーコンディショナ
DE102004046701A1 (de) * 2004-09-24 2006-04-06 Aloys Wobben Regeneratives Energiesystem
DE102005012371A1 (de) 2005-03-09 2006-09-14 Siemens Ag Zwölfpuls-Hochspannungsgleichstromübertagung
US7239035B2 (en) * 2005-11-18 2007-07-03 General Electric Company System and method for integrating wind and hydroelectric generation and pumped hydro energy storage systems
DE102005059760B4 (de) 2005-12-14 2007-09-27 Siemens Ag Antriebssystem für ein Wasserfahrzeug
DE102006010536B4 (de) 2006-03-07 2008-06-12 Siemens Ag Dieselelektrisches Antriebssystem mit einem permanent erregten Synchrongenerator
FI118555B (fi) * 2006-05-22 2007-12-14 Verteco Ltd Kestomagneettigeneraattorin ohjaus
ATE471595T1 (de) * 2007-02-14 2010-07-15 Semikron Elektronik Gmbh Umrichterschaltung für einen doppeltgespeisten asynchrongenerator mit variabler leistungsabgabe und verfahren zu deren betrieb
RU2337465C1 (ru) 2007-11-01 2008-10-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора
DE102008007658A1 (de) * 2008-02-06 2009-08-13 Siemens Aktiengesellschaft Statischer Umformer
DE102008007659A1 (de) 2008-02-06 2009-02-19 Siemens Aktiengesellschaft Umrichter
DE102008022617A1 (de) * 2008-05-07 2009-11-19 Siemens Aktiengesellschaft Windenergiepark mit einer Vielzahl von Windenergieanlagen
US9163607B2 (en) * 2009-03-25 2015-10-20 Joseph Akwo Tabe Wind and hydropower vessel plant
CN101594045A (zh) 2009-07-06 2009-12-02 中国电力科学研究院 一种模块化多电平换流器的特定消谐方法
CN201430498Y (zh) 2009-07-07 2010-03-24 江门市安利电源工程有限公司 船用逆变式轴带发电机
CN101635466A (zh) 2009-08-28 2010-01-27 新疆全新环保新技术科技有限公司 采用多相发电机和多电平变换器的兆瓦级变速风电机组

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009506736A (ja) * 2005-08-26 2009-02-12 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 分散配置されたエネルギー蓄積器を有する電力変換回路
JP2009535258A (ja) * 2006-05-02 2009-10-01 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 廃熱回収式船舶推進システムの運転のための方法ならびに廃熱回収式船舶推進システム
WO2009146961A1 (de) * 2008-06-05 2009-12-10 Siemens Aktiengesellschaft Verlustbehaftetes dreiphasiges tiefpassfilter

Also Published As

Publication number Publication date
US20130300380A1 (en) 2013-11-14
ES2689178T3 (es) 2018-11-08
JP5881685B2 (ja) 2016-03-09
RU2528180C1 (ru) 2014-09-10
DE102010023019A1 (de) 2011-12-08
WO2011154196A2 (de) 2011-12-15
EP2580857B1 (de) 2018-06-27
DK2580857T3 (en) 2018-09-03
US9088229B2 (en) 2015-07-21
RU2012157093A (ru) 2014-07-20
WO2011154196A3 (de) 2012-10-11
CN102934343B (zh) 2015-10-07
JP2013535181A (ja) 2013-09-09
KR20130118206A (ko) 2013-10-29
CN102934343A (zh) 2013-02-13
EP2580857A2 (de) 2013-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101842984B1 (ko) 축 구동 발전기 시스템
RU2414046C2 (ru) Дизель-электрическая система привода с возбуждаемым постоянными магнитами синхронным генератором
DK2274825T3 (en) Power device
US8487568B2 (en) Circuit arrangement for an electric drive
US8138694B2 (en) Bidirectional buck-boost power converters
US8958181B2 (en) Electrical system for starting up aircraft engines
US20080315583A1 (en) Hybrid Propulsion System For a Watercraft
US9391503B2 (en) Converter circuit
US20090045761A1 (en) Diesel-electric drive system having a synchronous generator with permanent-magnet excitation
EP2627557B1 (en) Marine propulsion systems
KR20110040715A (ko) 전력 분배 시스템
KR102290404B1 (ko) 배전 시스템
US11025069B2 (en) System for distributing mixed DC and AC electrical power for supplying variable frequency loads and fixed frequency loads
US6728120B1 (en) Rectifier apparatus for high voltages
US9774187B2 (en) Coupling-in and coupling-out of power in a branch of a DC voltage network node comprising a longitudinal voltage source
CA2835297A1 (en) Electric drivetrain of a device, and gas compression equipment including such a drivetrain
Narasimhan et al. Comparative study of a 3.3 kV SiC-based voltage and current source inverter for high-speed motor drive applications
EP2798714B1 (en) Inverter and power system with fuse protection
EP3297149B1 (en) Parallel-connected converter assembly
US20200274359A1 (en) Series compensation device
Pravinbhai et al. Multilevel inverter topologies for marine propulsion systems: A review
Kuznetsov Advanced AC to AC power conversion techniques for naval ship propulsion drives
Sadeque et al. Adaptive Control of Surge Impedance for Electric Motors in Motor Drive Systems
Chang Development of a power supply for high power IGBTs used in three-phase inverters

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant