KR101948905B1 - 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템 - Google Patents

직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템 Download PDF

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주식회사 케이티이
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Abstract

본 발명은 전력을 생성하고 생성된 전력의 전압과 주파수(RPM)를 가변하여 AC전류 공급이 가능한 제1 가변속 교류발전기(110); 상기 제1 가변속 교류발전기(110)로부터 공급되는 AC전류를 DC전류로 변환하여 DC전류를 출력하기 위해 상기 제1 가변속 교류발전기(110)와 전기적으로 연결되는 제1 컨버터(120); 상기 제1 컨버터(120)의 출력 전력을 공급받아 DC전류를 AC전류로 변환하여 AC전류를 출력하기 위해 상기 제1 컨버터(120)와 전기적으로 연결되는 제1 인버터(130); 상기 제1 인버터(130)로부터 출력되는 AC전류를 이용하여 동력을 생성하는 제1 AC모터(140); 및 상기 제1 가변속 교류발전기(110)의 생성 전력, 제1 컨버터(120)의 출력 전력 및 제1 AC모터(140)의 전력소비량을 계측하고, 상기 제1 가변속 교류발전기(110)의 생성 전력, 제1 컨버터(120)의 출력 전력 및 제1 AC모터(140)의 전력소비량을 제어 가능한 제1 전력제어부(150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템을 제공한다.

Description

직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템{Load sharing control system for ship power supply under DC electric power system}
본 발명은 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부하의 상황에 따라 발전기를 가변속 제어하여 선박의 연료를 효율적으로 절약할 수 있는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템에 관한 것이다.
선박에서의 일반적인 전력공급방식은 발전기를 이용한 교류전원 공급이고, 종래의 선박에서의 전력관리시스템은 부하의 변동에 따른 발전기의 주파수 변동을 측정하여 정주파수가 유지되도록 발전기의 가바나(Governor)를 제어하는 형식으로 부하분담제어를 수행하였다.
구체적으로 종래 선박에서의 전력관리방식은 교류 발전기와 배전반 내의 ACB(Air Circuit Breaker) 차단기 등을 제어할 수 있도록 전력관리시스템과 신호를 연동하고, 부하 변동에 따라 발전기의 전압과 주파수가 변동하는 부분을 전력관리시스템에서 정전압과 정주파수로 유지하도록 제어하는 방식으로 이루어졌다. 따라서, 다수의 발전기를 운용하는 경우 전체 부하량을 전력관리시스템에서 계측하여 각 발전기에 균등 분산될 수 있도록 각 발전기별 목표 부하량을 계산하고 그에 따라 가바나를 통해 각 발전기의 출력을 제어하여 부하 분담을 제어하였다. 그러나, 종래 방식에 따른 선박 전력관리시스템은 부하량에 상관없이 발전기가 일정한 스피드를 유지하여야 하므로 불필요한 연료 소모가 발생하고, 전력시스템의 에너지 효율이 낮다는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 개선하기 위해 다양한 전력관리시스템에 대한 연구가 이루어지고 있다. 대한민국 등록특허 10-1667594호는 "가변속 디젤발전기를 포함하는 마이크로그리드 시스템 및 그 제어 방법"에 관한 것으로, DC그리드로 연결되어 있는 마이크로그리드 시스템에서, 출력별 최대 효율을 나타내는 발전기 속도 정보를 저장하고 있으며 상기 정보를 이용하여 각 출력에서 발전기 속도를 출력 대비 최대 효율점으로 제어하는 가변속 디젤발전기, 및 AC/DC 전력변환을 통해 상기 가변속 디젤발전기의 출력을 상기 DC그리드로 전달하는 AC/DC컨버터를 포함하며, 상기 DC그리드에 대해 전압제어를 수행하는 제1전력원; 상기 DC그리드의 전압변동을 인식하고 상기 전압변동에 따라 전류지령치를 계산하여 상기 DC그리드에 대하여 전류제어를 수행하는 제2전력원; 및 상기 DC그리드로부터 전력을 공급받는 부하를 포함하는 마이크로그리드 시스템을 개시하고 있다. 그러나, 상기 대한민국 등록특허 10-1667594호에 따른 마이크로그리드 시스템은 특수한 선박 분야에서 발생하는 부하분담제어를 위한 전력관리시스템에 적용되기 어렵다는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 10-2015-0004421호 "예측 제어 시스템"은 전력 분배 시스템에서 주파수 및/또는 전압 변동을 감축하는 시스템으로, 적어도 하나의 발전기 및 적어도 하나의 소비장치에 연결되는 전력 제어 유닛으로서, 전력 제어 시스템이 상기 적어도 하나의 발전기로부터의 시스템 내의 측정된 부하와 상기 적어도 하나의 소비장치로부터의 전력 소비를 모니터링하는, 전력 제어 유닛; 및 계획된 또는 예측된 전력 소비에 관하여 정보를 각각의 소비장치로부터 수신하고 상기 시스템의 예상되는 전력소비를 계산하고, 할당된 전력 소비를 모터 발전 시스템(MGS) 제어기에 공급하는 예측 할당 시스템;을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템을 개시하고 있다. 그러나, 상기 대한민국 공개특허 10-2015-0004421호에 따른 예측 제어 시스템은 선박에서 전력관리시스템 부하량의 변동에 따라 발전기의 특성에 맞게 전압과 주파수를 가변하여 전력을 공급하거나 다수개의 발전기를 사용시 전체 부하량을 전력관리시스템에서 측정하여 각 발전기의 속도 및 전압을 조절하여 균등하게 부하가 분담되도록 구현하는 시스템으로 구성하기 어렵다는 문제점이 있었다.
또한, 대한민국 공개특허 10-2012-0100924호는 "발전 장치 및 시스템"에 관한 것으로, 제 1 AC 전류를 생성하기 위해 엔진에 의해 구동 가능한 교류발전기(alternator)와, DC 전류를 생성하기 위해 상기 교류발전기와 전기 통신하는 정류기와, 제 2 AC 전류를 생성하기 위해 상기 정류기와 전기 통신하는 인버터 - 상기 제 2 AC 전류는 수용 가능한 주파수 및/또는 전압을 갖고, 상기 인버터는 제 2 AC 전류에 응답하여 하나 이상의 전기 부하와 전기 통신함 - 와, 상기 교류발전기, 정류기 및/또는 인버터에 전기적으로 연결하는 것이 가능한 에너지 저장 디바이스를 포함하는 장치를 개시하고 있다. 그러나, 상기 대한민국 공개특허 10-2012-0100924호에 따른 발전 장치는 다수개의 발전기를 사용시 직류 전력 계통 전체의 부하량을 전력관리시스템에서 측정하여 각 발전기에 할당 가능한 목표 부하량을 계산한 후 목표량에 따라 각 발전기의 속도 및 전압을 조절하여 균등하게 부하가 분담되도록 구현하기 어렵다는 문제점이 있었다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 부하의 상황에 따라 발전기를 가변속 제어하여 선박의 연료를 효율적으로 절약할 수 있고, 다수의 발전기 사용시 직류 전력 전체의 부하량을 측정 후 각 발전기에 할당 가능한 목표 부하량을 계산하여 목표량에 따라 각 발전기의 전압 및 주파수를 조절하는 것에 의하여 균등하게 부하가 부담되도록 구현할 수 있는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템은, 전력을 생성하고 생성된 전력의 전압과 주파수(RPM)를 가변하여 AC전류 공급이 가능한 제1 가변속 교류발전기(110); 상기 제1 가변속 교류발전기(110)로부터 공급되는 AC전류를 DC전류로 변환하여 DC전류를 출력하기 위해 상기 제1 가변속 교류발전기(110)와 전기적으로 연결되는 제1 컨버터(120); 상기 제1 컨버터(120)의 출력 전력을 공급받아 DC전류를 AC전류로 변환하여 AC전류를 출력하기 위해 상기 제1 컨버터(120)와 전기적으로 연결되는 제1 인버터(130); 상기 제1 인버터(130)로부터 출력되는 AC전류를 이용하여 동력을 생성하는 제1 AC모터(140); 및 상기 제1 가변속 교류발전기(110)의 생성 전력, 제1 컨버터(120)의 출력 전력 및 제1 AC모터(140)의 전력소비량을 계측하고, 상기 제1 가변속 교류발전기(110)의 생성 전력, 제1 컨버터(120)의 출력 전력 및 제1 AC모터(140)의 전력소비량을 제어 가능한 제1 전력제어부(150);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 부하분담제어시스템은, 전력을 생성하고 생성된 전력의 전압과 주파수(RPM)를 가변하여 AC전류 공급이 가능한 제2 가변속 교류발전기(210); 상기 제2 가변속 교류발전기(210)로부터 공급되는 AC전류를 DC전류로 변환하여 DC전류를 출력하기 위해 상기 제1 가변속 교류발전기와 전기적으로 연결되는 제2 컨버터(220); 상기 제2 컨버터(220)의 출력 전력을 공급받아 DC전류를 AC전류로 변환하여 AC전류를 출력하기 위해 상기 제2 컨버터(220)와 전기적으로 연결되는 제2 인버터(230); 상기 제2 인버터(230)로부터 출력되는 AC전류를 이용하여 동력을 생성하는 제2 AC모터(240); 상기 제2 가변속 교류발전기(210)의 생성 전력, 제2 컨버터(220)의 출력 전력 및 제2 AC모터(240)의 전력소비량을 계측하고, 상기 제2 가변속 교류발전기(210)의 생성 전력, 제2 컨버터(220)의 출력 전력 및 제2 AC모터(240)의 전력소비량을 제어 가능한 제2 전력제어부(250); 및 상기 제1 컨버터(120), 제1 인버터(130), 제2 컨버터(220) 및 제2 인버터(230)와 전기적으로 연결되고, 제1 컨버터(120), 제1 인버터(130), 제2 컨버터(220) 및 제2 인버터(230) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 메인스위치(310)를 포함하는 DC 그리드(300);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 부하분담제어시스템은, 상기 제1 컨버터(120)와 DC 그리드(300) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 제1 스위치(160); 및 상기 제1 인버터(130)와 DC 그리드(300) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 제2 스위치(170);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 부하분담제어시스템은, 상기 제2 컨버터(220)와 DC 그리드(300) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 제3 스위치(260); 및 상기 제2 인버터(230)와 DC 그리드(300) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 제4 스위치(270);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)는 통합적으로 제어되고, 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 가동시 측정된 전체 직류 전력의 부하량에 따라 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)에 할당 가능한 목표 부하량을 계산하여 계산된 목표 부하량에 따라 상기 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 전압과 주파수(RPM)를 부하가 균등하게 부담되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)는 통합적으로 제어되되 상기 제1 스위치(160), 제2 스위치(170), 제3 스위치(260) 및 제4 스위치(270)를 제어하고, 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 가동시 측정된 전체 직류 전력의 부하량에 따라 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)에 할당 가능한 목표 부하량을 계산하여 계산된 목표 부하량에 따라 상기 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 전압과 주파수(RPM)를 부하가 균등하게 부담되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 부하분담제어시스템은 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)를 시각적으로 통합 제어 가능한 디스플레이 유닛(400)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 부하분담제어시스템은 제3 가변속 교류발전기와 제3 전력제어부를 더 포함하고, 상기 제1 전력제어부(150), 제2 전력제어부(250) 및 제3 전력제어부는 통합적으로 제어되며, 상기 제3 가변속 교류발전기는 고정된 출력량으로 가동되되 상기 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 가동시 측정된 전체 직류 전력의 부하량에 따라 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)에 할당 가능한 목표 부하량을 계산하여 계산된 목표 부하량에 따라 상기 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 전압과 주파수(RPM)를 부하가 균등하게 부담되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기 부하분담제어시스템은 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)를 시각적으로 통합 제어 가능한 디스플레이 유닛(400)을 더 포함하고, 상기 디스플레이 유닛(400)은 상기 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 전압과 주파수(RPM)를 부하가 균등하게 부담되도록 제어하는 균등부하분담모드와 상기 제3 가변속 교류발전기를 고정된 출력량으로 가동하되 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 전압과 주파수(RPM)를 부하가 균등하게 부담되도록 제어하는 최적부하분담모드를 선택적으로 설정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 부하의 상황에 따라 발전기를 가변속 제어하여 선박의 연료를 효율적으로 절약할 수 있고, 다수의 발전기 사용시 직류 전력 전체의 부하량을 측정 후 각 발전기에 할당 가능한 목표 부하량을 계산하여 목표량에 따라 각 발전기의 전압 및 주파수를 조절하는 것에 의하여 균등하게 부하가 부담되도록 구현할 수 있는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템을 제공하는 발명의 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 상술한 해결하고자 하는 과제, 특징 및 장점들은 본 발명을 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로 기술되는 것은 아니고, 본 발명의 범위는 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템은, 전력을 생성하고 생성된 전력의 전압과 주파수(RPM)를 가변하여 AC전류 공급이 가능한 제1 가변속 교류발전기(110); 상기 제1 가변속 교류발전기(110)로부터 공급되는 AC전류를 DC전류로 변환하여 DC전류를 출력하기 위해 상기 제1 가변속 교류발전기(110)와 전기적으로 연결되는 제1 컨버터(120); 상기 제1 컨버터(120)의 출력 전력을 공급받아 DC전류를 AC전류로 변환하여 AC전류를 출력하기 위해 상기 제1 컨버터(120)와 전기적으로 연결되는 제1 인버터(130); 상기 제1 인버터(130)로부터 출력되는 AC전류를 이용하여 동력을 생성하는 제1 AC모터(140); 및 상기 제1 가변속 교류발전기(110)의 생성 전력, 제1 컨버터(120)의 출력 전력 및 제1 AC모터(140)의 전력소비량을 계측하고, 상기 제1 가변속 교류발전기(110)의 생성 전력, 제1 컨버터(120)의 출력 전력 및 제1 AC모터(140)의 전력소비량을 제어 가능한 제1 전력제어부(150);를 포함하여 구성된다.
제1 가변속 교류발전기(110)는 전력을 생성하고 생성된 전력의 전압과 주파수(RPM)를 가변하여 AC전류 공급이 가능한 장치로, 디젤 발전기(Diesel generator)를 바람직하게 사용 가능하다. 제1 가변속 교류발전기(110)로부터 공급되는 AC전류는 제1 컨버터(120)에 의해 DC전류로 변환되어 제1 컨버터(120)는 DC전류를 출력한다. 따라서, 제1 컨버터(120)는 제1 가변속 교류발전기(110)와 전기적으로 연결된다. 상기 제1 컨버터(120)로부터 출력되는 DC전류는 제1 컨버터(120)와 전기적으로 연결되는 제1 인버터(130)에 의해 AC전류로 변환되고, 제1 인버터(130)에 의해 출력되는 AC전류는 제1 AC모터(140)에 전달된다. 이 과정에서 제1 전력제어부(150)는 제1 가변속 교류발전기(110)의 생성 전력, 제1 컨버터(120)의 출력 전력 및 제1 AC모터(140)의 전력소비량을 계측하고, 상기 제1 가변속 교류발전기(110)의 생성 전력, 제1 컨버터(120)의 출력 전력 및 제1 AC모터(140)의 전력소비량을 제어 가능하도록 구성된다.
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템은 상술한 제1 가변속 교류발전기(110), 제1 컨버터(120), 제1 인버터(130), 제1 AC모터(140) 및 제1 전력제어부(150) 이외에, 전력을 생성하고 생성된 전력의 전압과 주파수(RPM)를 가변하여 AC전류 공급이 가능한 제2 가변속 교류발전기(210); 상기 제2 가변속 교류발전기(210)로부터 공급되는 AC전류를 DC전류로 변환하여 DC전류를 출력하기 위해 상기 제1 가변속 교류발전기와 전기적으로 연결되는 제2 컨버터(220); 상기 제2 컨버터(220)의 출력 전력을 공급받아 DC전류를 AC전류로 변환하여 AC전류를 출력하기 위해 상기 제2 컨버터(220)와 전기적으로 연결되는 제2 인버터(230); 상기 제2 인버터(230)로부터 출력되는 AC전류를 이용하여 동력을 생성하는 제2 AC모터(240); 상기 제2 가변속 교류발전기(210)의 생성 전력, 제2 컨버터(220)의 출력 전력 및 제2 AC모터(240)의 전력소비량을 계측하고, 상기 제2 가변속 교류발전기(210)의 생성 전력, 제2 컨버터(220)의 출력 전력 및 제2 AC모터(240)의 전력소비량을 제어 가능한 제2 전력제어부(250); 및 상기 제1 컨버터(120), 제1 인버터(130), 제2 컨버터(220) 및 제2 인버터(230)와 전기적으로 연결되고, 제1 컨버터(120), 제1 인버터(130), 제2 컨버터(220) 및 제2 인버터(230) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 메인스위치(310)를 포함하는 DC 그리드(300)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 제1 가변속 교류발전기(110)와 제2 가변속 교류발전기(210)는 운용 가능한 RPM(회전수) 범위를 가지고 있고 이 범위 내에서 회전수에 따라 출력 주파수가 결정되며 각 주파수 단계별로 적정한 전압범위를 가지기 때문에 이에 따라 분담 가능한 부하의 크기도 함께 결정될 수 있다.
예를 들어, 제1 전력제어부(150)는 기본적으로 제1 가변속 교류발전기(110)의 생성 전력, 제1 컨버터(120)의 출력 전력 및 제1 AC모터(140)의 전력소비량을 계측하고, 상기 제1 가변속 교류발전기(110)의 생성 전력, 제1 컨버터(120)의 출력 전력 및 제1 AC모터(140)의 전력소비량을 제어하게 된다. 이 과정에서 부하가 발생하는 경우에는 메인스위치(310)를 On 상태로 제어하여 제2 컨버터(220)로부터 공급되는 DC전류를 공급받을 수 있다는 이점을 갖는다. 물론, 제2 컨버터(220)로부터 공급되는 DC전류는 제2 인버터(230)에도 공급되지만 제1 가변속 교류발전기(110)와 제2 가변속 교류발전기(210)는 전력 및 주파수를 가변적으로 운용 가능하기 때문에 전체 선박전력공급에 대하여 부하를 효율적으로 분담하도록 구성할 수 있다.
상기 부하의 분담 기능은 균등부하분담과 최적부하분담의 두 가지로 구분할 수 있고, 상기 균등부하분담의 경우 전력 공급 중인 다수의 발전기가 동일한 부하를 담당하는 것이고, 최적부하분담은 하나의 발전기를 최적의 출력량(약 80%의 부하)으로 고정하고 나머지 부하를 잔여 발전기가 균등하게 부담하도록 제어하는 것으로 효율적인 연료 소모와 발전기의 수명 관리를 위해 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 부하분담제어시스템은, 상기 제1 컨버터(120)와 DC 그리드(300) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 제1 스위치(160); 및 상기 제1 인버터(130)와 DC 그리드(300) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 제2 스위치(170);를 더 포함하거나 상기 제2 컨버터(220)와 DC 그리드(300) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 제3 스위치(260); 및 상기 제2 인버터(230)와 DC 그리드(300) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 제4 스위치(270);를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 전력제어부(150) 또는 제2 전력제어부(250)는 각각의 제어에 의해 전체 선박전력공급에 대하여 부하를 효율적으로 분담하도록 설계될 수 있지만 이러한 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)의 제어에 의해서도 전체 선박전력공급에 대하여 부하가 발생하거나 일부 영역에 대하여 과도한 부하가 발생하는 경우에는 전체 선박전력공급을 안정적으로 운영하기 위해 제1 스위치(160), 제2 스위치(170), 제3 스위치(260) 및 제4 스위치(270)를 On 또는 Off로 제어하는 것에 의해 전체적인 선박전력공급을 위한 부하를 매우 효율적으로 분담하도록 구성할 수 있다.
구체적으로, 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)는 통합적으로 제어되고, 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 가동시 측정된 전체 직류 전력의 부하량에 따라 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)에 할당 가능한 목표 부하량을 계산하여 계산된 목표 부하량에 따라 상기 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 전압과 주파수(RPM)를 부하가 균등하게 부담되도록 제어하도록 설계하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)는 상호간에 CAN(Controller Area Network) 통신 또는 이에 준하는 통신방식을 이용하여 상호간의 정보를 상시 교환하고 그 정보를 바탕으로 총 소모전력량 등을 계산하여 각 발전기에 할당된 목표치를 자동으로 설정하고 그에 따라 발전기의 출력을 조절 가능하다.
또한, 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)는 통합적으로 제어되되 상기 제1 스위치(160), 제2 스위치(170), 제3 스위치(260) 및 제4 스위치(270)를 제어하고, 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 가동시 측정된 전체 직류 전력의 부하량에 따라 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)에 할당 가능한 목표 부하량을 계산하여 계산된 목표 부하량에 따라 상기 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 전압과 주파수(RPM)를 부하가 균등하게 부담되도록 제어할 수도 있다.
또한, 본 발명의 부하분담제어시스템은 제3 가변속 교류발전기(미도시)와 전기적으로 연결된 제3 전력제어부(미도시)를 더 포함할 경우 제1 전력제어부(150), 제2 전력제어부(250) 및 제3 전력제어부를 통합적으로 제어하고, 제3 가변속 교류발전기에 고정 부하가 걸리도록 출력량을 고정한 후 나머지의 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 부하를 균등하게 부담되도록 제어하는 방식으로 운용될 수도 있다.
본 발명의 부하분담제어시스템은 제어시스템을 통합적으로 안정되게 운영하기 위해 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)를 시각적으로 통합 제어 가능한 디스플레이 유닛(400)을 더 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다. 디스플레이 유닛(400)은 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)와 동일한 통신망 하에서 모든 정보를 수집하여 화면을 통해 운용자에게 디스플레이하고, 운용자의 명령 또는 파라미터 설정 등을 각 전력제어부에 전송할 수 있다. 또한, 디스플레이 유닛(400)은 상술한 부하의 분담 기능과 관련하여 균등부하분담과 최적부하분담의 모드로 설정할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
110: 제1 가변속 교류발전기
120: 제1 컨버터
130: 제1 인버터
140: 제1 AC모터
150: 제1 전력제어부
160: 제1 스위치
170: 제2 스위치
210: 제2 가변속 교류발전기
220: 제2 컨버터
230: 제2 인버터
240: 제2 AC모터
250: 제2 전력제어부
260: 제3 스위치
270: 제4 스위치
300: DC 그리드
310: 메인스위치
400: 디스플레이 유닛

Claims (9)

  1. 전력을 생성하고 생성된 전력의 전압과 주파수(RPM)를 가변하여 AC전류 공급이 가능한 제1 가변속 교류발전기(110);
    상기 제1 가변속 교류발전기(110)로부터 공급되는 AC전류를 DC전류로 변환하여 DC전류를 출력하기 위해 상기 제1 가변속 교류발전기(110)와 전기적으로 연결되는 제1 컨버터(120);
    상기 제1 컨버터(120)의 출력 전력을 공급받아 DC전류를 AC전류로 변환하여 AC전류를 출력하기 위해 상기 제1 컨버터(120)와 전기적으로 연결되는 제1 인버터(130);
    상기 제1 인버터(130)로부터 출력되는 AC전류를 이용하여 동력을 생성하는 제1 AC모터(140); 및
    상기 제1 가변속 교류발전기(110)의 생성 전력, 제1 컨버터(120)의 출력 전력 및 제1 AC모터(140)의 전력소비량을 계측하고, 상기 제1 가변속 교류발전기(110)의 생성 전력, 제1 컨버터(120)의 출력 전력 및 제1 AC모터(140)의 전력소비량을 제어 가능한 제1 전력제어부(150);를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부하분담제어시스템은,
    전력을 생성하고 생성된 전력의 전압과 주파수(RPM)를 가변하여 AC전류 공급이 가능한 제2 가변속 교류발전기(210);
    상기 제2 가변속 교류발전기(210)로부터 공급되는 AC전류를 DC전류로 변환하여 DC전류를 출력하기 위해 상기 제1 가변속 교류발전기와 전기적으로 연결되는 제2 컨버터(220);
    상기 제2 컨버터(220)의 출력 전력을 공급받아 DC전류를 AC전류로 변환하여 AC전류를 출력하기 위해 상기 제2 컨버터(220)와 전기적으로 연결되는 제2 인버터(230);
    상기 제2 인버터(230)로부터 출력되는 AC전류를 이용하여 동력을 생성하는 제2 AC모터(240);
    상기 제2 가변속 교류발전기(210)의 생성 전력, 제2 컨버터(220)의 출력 전력 및 제2 AC모터(240)의 전력소비량을 계측하고, 상기 제2 가변속 교류발전기(210)의 생성 전력, 제2 컨버터(220)의 출력 전력 및 제2 AC모터(240)의 전력소비량을 제어 가능한 제2 전력제어부(250); 및
    상기 제1 컨버터(120), 제1 인버터(130), 제2 컨버터(220) 및 제2 인버터(230)와 전기적으로 연결되고, 제1 컨버터(120), 제1 인버터(130), 제2 컨버터(220) 및 제2 인버터(230) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 메인스위치(310)를 포함하는 DC 그리드(300);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 부하분담제어시스템은,
    상기 제1 컨버터(120)와 DC 그리드(300) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 제1 스위치(160); 및 상기 제1 인버터(130)와 DC 그리드(300) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 제2 스위치(170);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 부하분담제어시스템은,
    상기 제2 컨버터(220)와 DC 그리드(300) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 제3 스위치(260); 및 상기 제2 인버터(230)와 DC 그리드(300) 상호 간에 전류의 On/Off를 제어 가능한 제4 스위치(270);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)는 통합적으로 제어되고, 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 가동시 측정된 전체 직류 전력의 부하량에 따라 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)에 할당 가능한 목표 부하량을 계산하여 계산된 목표 부하량에 따라 상기 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 전압과 주파수(RPM)를 부하가 균등하게 부담되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)는 통합적으로 제어되되 상기 제1 스위치(160), 제2 스위치(170), 제3 스위치(260) 및 제4 스위치(270)를 제어하고, 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 가동시 측정된 전체 직류 전력의 부하량에 따라 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)에 할당 가능한 목표 부하량을 계산하여 계산된 목표 부하량에 따라 상기 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 전압과 주파수(RPM)를 부하가 균등하게 부담되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 부하분담제어시스템은 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)를 시각적으로 통합 제어 가능한 디스플레이 유닛(400)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 부하분담제어시스템은 제3 가변속 교류발전기와 제3 전력제어부를 더 포함하고, 상기 제1 전력제어부(150), 제2 전력제어부(250) 및 제3 전력제어부는 통합적으로 제어되며, 상기 제3 가변속 교류발전기는 고정된 출력량으로 가동되되 상기 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 가동시 측정된 전체 직류 전력의 부하량에 따라 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)에 할당 가능한 목표 부하량을 계산하여 계산된 목표 부하량에 따라 상기 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 전압과 주파수(RPM)를 부하가 균등하게 부담되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 부하분담제어시스템은 상기 제1 전력제어부(150) 및 제2 전력제어부(250)를 시각적으로 통합 제어 가능한 디스플레이 유닛(400)을 더 포함하고, 상기 디스플레이 유닛(400)은 상기 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 전압과 주파수(RPM)를 부하가 균등하게 부담되도록 제어하는 균등부하분담모드와 상기 제3 가변속 교류발전기를 고정된 출력량으로 가동하되 제1 가변속 교류발전기(110) 및 제2 가변속 교류발전기(210)의 전압과 주파수(RPM)를 부하가 균등하게 부담되도록 제어하는 최적부하분담모드를 선택적으로 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 직류전력계통 하에서의 선박전력공급을 위한 부하분담제어시스템.
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KR102442582B1 (ko) * 2021-03-02 2022-09-13 대우조선해양 주식회사 선박 부하의 에너지 절감을 위한 공통 dc 멀티드라이브 시스템 및 동 시스템을 구비한 선박

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