KR102115787B1 - Dc shipboard power system - Google Patents

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KR102115787B1
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김성일
두짓 드라젠
김수남
박영호
이덕수
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현대일렉트릭앤에너지시스템(주)
에꼴 뽈리떼끄니끄 페데랄르 드 로잔느(으뻬에프엘)
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    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 보호 민감도 및 선택 차단을 확보할 수 있는 직류 선상 전력 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 직류 선상 전력 시스템은 발전기로부터의 전력을 변환하여 부하에 공급하는 직류 모선(DC BUS)을 각각 갖는 복수의 전력 공급부, 상기 복수의 전력 공급부의 직류 모선 간에 연결되어 상기 복수의 전력 공급부를 전기적으로 연결 또는 차단시키는 버스 타이 차단기(BUS TIE BREAKER) 및 상기 복수의 전력 공급부의 직류 모선 간에 연결되어 상기 복수의 전력 공급부 중 고장난 전력 공급부에 용량성 에너지를 공급하는 에너지 제공부를 포함할 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, there is provided a DC linear power system capable of ensuring protection sensitivity and selective blocking.
The DC linear power system according to an embodiment of the present invention is connected between a plurality of power supply units each having a DC bus (DC BUS) that converts power from a generator and supplies it to a load, and is connected between the DC buses of the plurality of power supply units. Bus tie breaker (BUS TIE BREAKER) that electrically connects or disconnects a plurality of power supply units and an energy supply unit that is connected between the DC buses of the plurality of power supply units to supply capacitive energy to a failed power supply unit among the plurality of power supply units It can contain.

Figure R1020180116473
Figure R1020180116473

Description

직류 선상 전력 시스템{DC SHIPBOARD POWER SYSTEM}DC SHIPBOARD POWER SYSTEM

본 발명은 직류 선상 전력 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a DC linear power system.

일반적으로 선박은 프로펠러 및 스러스터의 디젤 전기 전력 공급을 구비한다. 전기 에너지는 디젤 엔진 및/또는 가스 터빈에 의해 구동되는 발전기, 그리고 PMS(Power Management System)를 포함한 해양 자동화 시스템을 구비한 발전소에 의해 본선상(On board the vessel)에서 생산된다.In general, ships are equipped with diesel electric power supply for propellers and thrusters. Electrical energy is produced on board the vessel by a power plant equipped with a diesel engine and/or a generator driven by a gas turbine, and a marine automation system including a Power Management System (PMS).

최근, 선박에 에너지 절약을 위하여 직류 선상 전력 시스템의 적용이 증가하는 추세이다. 또한 선박 제어 향상을 위하여 전력 변환 장치로 구동되는 스러스터(thruster)가 많이 활용되어지고 있다. 2. Description of the Related Art In recent years, the application of a DC-line power system has increased to save energy on ships. In addition, a thruster driven by a power conversion device has been widely used to improve ship control.

특히 직류가 적용되는 선박에서 추력기, 예를 들면 스러스터를 동시 적용시 제어반에서 각각의 피더(Feeder)를 구성하여 스러스터의 속도를 제어하였다.In particular, when a thruster, for example, a thruster is simultaneously applied in a ship to which direct current is applied, the speed of the thruster is controlled by configuring each feeder in the control panel.

이러한 직류 선상 전력 시스템은 직류 선박 부하 피더에 고장이 발생되는 경우 퓨즈가 녹아 고장을 제거하게 되는데, 선박 운전 모드별 또는 고장 위치에 따라 고장 크기 또는 에너지가 큰 차이를 보일 수 있고, 퓨즈의 보호 민감도 및 선택 차단을 모두를 만족하기 어려울 수 있다.In the DC line power system, when a failure occurs in the DC ship load feeder, the fuse is melted to eliminate the failure. The magnitude or energy of the failure may differ greatly depending on the ship operation mode or the location of the failure, and the protection sensitivity of the fuse And blocking selection can be difficult to satisfy all.

즉, 동일한 고장 피더 사고에 대해 운전 모드에 따라 고장 전류 크기 및 에너지가 차이가 발생되어 예를 들어 운전 모드 1에서 건전 피더의 고장 전류 크기 및 에너지가 운전모드 3에서의 고장 피더보다 더 커서 보호 민감도 및 선택 차단이 어려운 문제점이 발생할 수 있다.That is, for the same fault feeder accident, a difference in the magnitude and energy of the fault current occurs depending on the operation mode. For example, in operation mode 1, the magnitude and energy of the fault current in the healthy feeder is greater than the fault feeder in the operation mode 3, and the protection sensitivity is higher. And difficulty in blocking selection may occur.

대한민국 공개특허번호 제10-2017-0104578호Republic of Korea Patent No. 10-2017-0104578

본 발명의 일 실시예에 따르면, 보호 민감도 및 선택 차단을 확보할 수 있는 직류 선상 전력 시스템이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a DC linear power system capable of ensuring protection sensitivity and selective blocking.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 선상 전력 시스템은 발전기로부터의 전력을 변환하여 부하에 공급하는 직류 모선(DC BUS)을 각각 갖는 복수의 전력 공급부, 상기 복수의 전력 공급부의 직류 모선 간에 연결되어 상기 복수의 전력 공급부를 전기적으로 연결 또는 차단시키는 버스 타이 차단기(BUS TIE BREAKER) 및 상기 복수의 전력 공급부의 직류 모선 간에 연결되어 상기 복수의 전력 공급부 중 고장난 전력 공급부에 용량성 에너지를 공급하는 에너지 제공부를 포함할 수 있다. In order to solve the problems of the present invention described above, the DC linear power system according to an embodiment of the present invention includes a plurality of power supply units each having a DC bus (DC BUS) that converts power from a generator and supplies it to a load. Bus tie breaker (BUS TIE BREAKER) which is connected between the DC bus lines of a plurality of power supply units and electrically connects or cuts off the plurality of power supply units, and is connected between the DC bus lines of the plurality of power supply units, and the failed power among the plurality of power supply units The supply unit may include an energy supply unit that supplies capacitive energy.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 한쪽 모선사고에 대해 건전모선의 전압강하를 막아 보호안정성을 향상시키고 보호 민감도 및 선택 차단이 가능할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to prevent the voltage drop of the healthy bus for one bus accident to improve the protection stability and to protect the sensitivity and selectivity.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 선상 전력 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 선상 전력 시스템의
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 선상 전력 시스템의 버스 커패시터의 용량에 따른 실효 전류(Prospective Current) 그래프이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 선상 전력 시스템의 실효 전류 그래프 및 전류 흐름을 나타내는 도면이다.
1 is a schematic configuration diagram of a DC linear power system according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are diagrams of a DC linear power system according to an embodiment of the present invention.
3A and 3B are graphs of a prospective current according to a capacity of a bus capacitor of a DC linear power system according to an embodiment of the present invention.
4A to 4F are diagrams showing an effective current graph and current flow of a DC linear power system according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art to which the present invention pertains can easily implement the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 선상 전력 시스템의 개략적인 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram of a DC linear power system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 선상 전력 시스템(100)는 복수의 전력 공급부(110,120), 버스 타이 차단기(BUS TIE BREAKER)(130) 및 에너지 제공부(140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the DC linear power system 100 according to an embodiment of the present invention includes a plurality of power supply units 110 and 120, a bus tie breaker 130 and an energy supply unit 140 can do.

복수의 전력 공급부(110,120)는 적어도 제1 전력 공급부(110), 제2 전력 공급부(120)를 포함할 수 있다.The plurality of power supply units 110 and 120 may include at least a first power supply unit 110 and a second power supply unit 120.

제1 및 제2 전력 공급부(110,120) 각각은 컨버터부(111,121) 및 인버터부(113,123)와, 컨버터부(111,121)로부터의 직류 전력을 인버터부(113,123)에 전달하는 직류 모선(112,122)을 포함할 수 있다.Each of the first and second power supply units 110 and 120 includes a converter unit 111 and 121 and an inverter unit 113 and 123, and a DC busbar 112 and 122 that delivers DC power from the converter units 111 and 121 to the inverter units 113 and 123. can do.

컨버터부(111,121)는 발전기(G)로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 복수의 컨버터를 포함할 수 있고, 인버터부(113,123)는 직류 모선(112,122)로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 복수의 인버터를 포함할 수 있다.The converter units 111 and 121 may include a plurality of converters that convert AC power from the generator G into DC power, and the inverter units 113 and 123 convert DC power from the DC bus lines 112 and 122 into AC power. It may include a plurality of inverters.

직류 모선(112,122)과 인버터부(113,123) 간에는 퓨즈부(114,124)가 배치될 수 있다.Fuse parts 114 and 124 may be disposed between the DC bus lines 112 and 122 and the inverter parts 113 and 123.

퓨즈부(114,124)는 직류 모선(112,122)과 인버터부(113,123)의 복수의 인버터 각각 간에 배치되는 복수의 퓨즈를 포함할 수 있고, 상기 복수의 퓨즈는 해당 경로의 전력 전달 이상시 전력 전달 경로를 차단할 수 있다.The fuse units 114 and 124 may include a plurality of fuses disposed between the DC buses 112 and 122 and each of the plurality of inverters of the inverter units 113 and 123, and the plurality of fuses may provide a power transmission path when power transmission of the corresponding path is abnormal. Can be blocked.

상술한 바와 같이, 직류 선상 전력 시스템은 직류 선박 부하 피더에 고장이 발생되는 경우 퓨즈가 녹아 고장을 제거하게 되는데, 선박 운전 모드별 또는 고장 위치에 따라 고장 크기 또는 에너지가 큰 차이를 보일 수 있고, 퓨즈의 보호 민감도 및 선택 차단 모두를 만족하기 어려울 수 있다.As described above, in the DC line power system, when a failure occurs in the DC ship load feeder, the fuse is melted to eliminate the failure. The magnitude or energy of the failure may vary depending on the ship operation mode or the location of the failure. It can be difficult to satisfy both the fuse's protective sensitivity and selective disconnection.

즉, 동일한 고장 피더 사고에 대해 운전 모드에 따라 고장 전류 크기 및 에너지가 차이가 발생되어 예를 들어 운전 모드 1에서 건전 피더의 고장 전류 크기 및 에너지가 운전모드 3에서의 고장 피더보다 더 커서 보호 민감도 및 선택 차단이 어려운 문제점이 발생할 수 있다.That is, for the same fault feeder accident, a difference in the magnitude and energy of the fault current occurs depending on the operation mode. For example, in operation mode 1, the magnitude and energy of the fault current in the healthy feeder is greater than the fault feeder in the operation mode 3, and the protection sensitivity is higher. And difficulty in blocking selection may occur.

이에 따라, 본 발명의 직류 선상 전력 시스템은 에너지 제공부(140)를 포함한다.Accordingly, the DC linear power system of the present invention includes an energy providing unit 140.

에너지 제공부(140)는 복수의 커패시터(C1,C2)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 제1 및 제2 전력 공급부(110,120)가 형성되는 경우, 제1 직류 모선(112)의 일단측 폴-투-폴(pole to pole)에 제1 커패시터(C1)가 배치될 수 있고, 제2 직류 모선(124)의 단측부 중 제1 직류 모선(112)의 일단측과 인접한 일단측 폴-투-폴에 제2 커패시터(C2)가 배치될 수 있다.The energy providing unit 140 may include a plurality of capacitors C1 and C2, and, for example, when the first and second power supply units 110 and 120 are formed, one end side of the first DC bus 112 A first capacitor C1 may be disposed at a pole-to-pole, and one end pole adjacent to one end of the first DC bus 112 among the short sides of the second DC bus 124- A second capacitor C2 may be disposed on the two-pole.

에너지 제공부(140)는 복수의 전력 공급부 중 고장난 전력 공급부에 용량성 에너지를 공급할 수 있으며, 예를 들어, 제2 전력 공급부(120)에서 퓨즈부(124)가 제1 내지 제3 퓨즈를 구비하는 경우, 제1 내지 제3 퓨즈가 연결된 전력 전달 경로(피더(Feeder))의 부하(스러스터, 대용량 모터, 호텔 부하) 중 하나가 이상 동작하여 전력 전달 경로에 과도 전류가 흐르면 해당 퓨즈가 녹아 전력 전달 경로를 차단하도록 에너지를 제공할 수 있다. The energy supply unit 140 may supply capacitive energy to a failed power supply unit among a plurality of power supply units. For example, the fuse unit 124 in the second power supply unit 120 may include first to third fuses. If the first to third fuse is connected to one of the load (thruster, large-capacity motor, hotel load) of the power transmission path (feeder), the fuse is melted when an excessive current flows in the power transmission path Energy may be provided to cut off the power transmission path.

사고 전류가 임계 값에 도달하면 버스 타이 차단기(130)가 사고 전류를 빠르게 차단 한 다음 정상 버스의 전압은 다시 상승한다. 표준. 즉, 정상적인 버스의 최대 전압 강하는 고장 차단 시간(Fault Clearing Time) 동안 컨버터의 저전압 트립 상태보다 높아야 한다.When the accident current reaches the threshold, the bus tie breaker 130 quickly interrupts the accident current, and then the voltage of the normal bus rises again. Standard. That is, the maximum voltage drop of a normal bus must be higher than the converter's low voltage trip during the Fault Clearing Time.

직류 선상 전력 시스템 중 고장난 구성과 정상적인 구성 사이의 인덕턴스는 급격한 전류 변화에서 반대되는 특성으로 정상적인 버스의 전압 강하를 완화하는 데 중요한 역할을 한다. 이 인덕턴스가 없으면 모든 직류 모선은 DC 고장로 인한 막대한 전압 강하를 겪을 수 있으며 버스에서 모든 전기 소스와 부하를 분리할 수 있다. DC 폴트의 초기 전류는 DC 폴-투-폴 (pole-to-pole)에 설치된 커패시터에 의해 주로 기여된다. 왜냐하면 커패시터가 교류 발전기보다 훨씬 빠른 응답을 하기 때문이다.In the DC line power system, the inductance between a failed configuration and a normal configuration plays an important role in alleviating the voltage drop of a normal bus due to the opposite characteristic of a rapid current change. Without this inductance, all DC busbars can suffer huge voltage drops due to DC failures and can isolate all electrical sources and loads from the bus. The initial current of the DC fault is mainly contributed by a capacitor installed in the DC pole-to-pole. This is because capacitors respond much faster than alternators.

도 2a는 커패시터와 인덕터의 값에 따른 직류 커패시터 잔존 전압의 민감도 분석 그래프이다. 즉, 커패시턴스의 값이 높을수록 두 버스 간의 동적 결합을 감소시켜 DC 커패시터의 전압 강하를 완화시키는 것을 볼 수 있다. DC 인덕턴스는 DC 용량보다 전압 강하에 더 많은 영향을 미친다. 2A is a graph for analyzing the sensitivity of the residual voltage of a DC capacitor according to values of a capacitor and an inductor. That is, it can be seen that the higher the value of the capacitance, the less the dynamic coupling between the two buses, thereby reducing the voltage drop of the DC capacitor. DC inductance has more effect on voltage drop than DC capacity.

여기서, OM1, OM2, OM3은 각각은 운전 모드로, OM1은 동적 배치 (최대 부하 조건), OM2는 항구 입/출항 (중간 부하 조건) 및 OM3는 항해 (최소 부하 조건) 운전 모드를 의미할 수 있다.Here, OM1, OM2, and OM3 are each operating mode, OM1 is dynamic placement (maximum load condition), OM2 is port entry/exit (medium load condition), and OM3 can mean navigation (minimum load condition) operation mode. have.

도 2b는 시스템별 전압 강하 분석을 수행한 결과 그래프이고, 도 2c는 시스템에 필요한 최소 인덕턴스 그래프이다.2B is a graph of a result of performing voltage drop analysis for each system, and FIG. 2C is a graph of a minimum inductance required for the system.

중앙 집중식과 분산형 시스템간의 차이점은 발전기와 정류기, 정류기와 직류 모선, 직류 모선-인버터 및 인버터 부하와 같은 다른 장비를 연결하는 방법에서 비롯된다. 중앙 집중식 시스템은 교류 케이블을 사용하여 발전기 정류기와 인버터 부하를 연결할 수 있고, 분산형 시스템은 직류 케이블을 사용하여 직류 모선과 인버터, 컨버터를 연결할 수 있다.The difference between centralized and decentralized systems comes from how to connect generators and rectifiers, rectifiers and other equipment such as DC busbars, DC busbar-inverters and inverter loads. A centralized system can connect an alternator rectifier and an inverter load using an AC cable, and a distributed system can connect a DC bus, an inverter, and a converter using a DC cable.

앞서 언급했듯이 시스템 인덕턴스의 특정 값은 정상적인 구성의 버스 전압을 유지하는 데 필요하다. 분산 시스템 (T3)은 직류 케이블로 인해 중앙 집중식 시스템 (T1)보다 훨씬 높은 인덕턴스를 갖는다. 회로 상태, 예컨대 동작 모드 및 폴트 위치는 또한 전압 강하에 큰 영향을 준다.As mentioned earlier, a specific value of the system inductance is necessary to maintain the bus voltage in a normal configuration. The distributed system (T3) has a much higher inductance than the centralized system (T1) due to the direct current cable. Circuit conditions, such as operating mode and fault location, also have a large impact on the voltage drop.

중앙 집중식 시스템 (T1)은 분산형 시스템 (T3)보다 모든 동작 모드에서 더 높은 전압 강하를 갖는 것으로 관찰된다. 작동 모드 중 스러스터 모터 피더 (FTM)의 고장은 중앙 집중식 시스템(T1), 분산형 시스템(T3), 버스 커패시터를 갖는 중앙 집중식 시스템(T2) 및 분산형 시스템(T4)의 최대 전압 강하를 나타낸다.It is observed that the centralized system T1 has a higher voltage drop in all modes of operation than the distributed system T3. Failure of the thruster motor feeder (FTM) during the operation mode indicates the maximum voltage drop of the centralized system (T1), the distributed system (T3), the centralized system with bus capacitors (T2) and the distributed system (T4). .

100mF의 추가 버스 커패시터를 버스에 설치하면 중앙 집중식 시스템, 분산형 시스템의 잔존 전압 (T2 및 T4)이 버스 커패시터 가 없는 중앙 집중식 및 분산 시스템(T1 및 T3)에 비해 향상된다.Installing an additional 100 mF bus capacitor on the bus improves the residual voltages (T2 and T4) of the centralized and decentralized systems compared to the centralized and distributed systems (T1 and T3) without bus capacitors.

도 2c를 참조하면, 스러스터 모터 피더 (F TM)에서 고장이 발생한 항구 입출항 모드 (OM2)가 최악의 경우이며, 이 조건에서 각 시스템에 필요한 최소 인덕턴스를 분석한 결과를 볼 수 있다. 고장 후 1ms에서 0.8pu (컨버터 저전압 조건)의 전압을 유지하기 위해, 시스템 토폴로지에 따라 3~30μH의 시스템 인덕턴스가 필요하다. 중앙 집중식 시스템에서 시스템 인덕턴스가 작기 때문에 버스 타이 차단기의 중앙에 추가로 인덕턴스를 설치해야 한다. 또는 버스 커패시터를 설치하여 인덕턴스 값을 최소화할 수 있다. 일반적으로 시스템 인덕턴스가 높으면 시스템 상태 및 컨버터 유형에 따라 불안정성 문제가 발생할 수 있는 반면 높은 시스템 커패시턴스는 시스템 안정도를 향상시킨다. 따라서 직류 선상 전력 시스템에 에너지 제공부(140)를 포함함으로써 시스템 안정도를 높일 수 있다.Referring to FIG. 2C, the port entry/exit mode (OM2) in which the failure occurred in the thruster motor feeder (F TM) is the worst case, and the minimum inductance required for each system under this condition can be seen. In order to maintain a voltage of 0.8pu (converter low voltage condition) at 1ms after a failure, a system inductance of 3~30μH is required depending on the system topology. Since the system inductance is small in a centralized system, an additional inductance must be installed in the center of the bus tie breaker. Alternatively, a bus capacitor may be installed to minimize the inductance value. In general, a high system inductance can cause instability problems depending on the system state and converter type, while a high system capacitance improves system stability. Therefore, the system stability can be increased by including the energy supply unit 140 in the DC linear power system.

버스 보호 후(버스 타이 차단기 개방 후), 고속 퓨즈 (또는 반도체 퓨즈)는 수백 마이크로 초 내에 소자를 녹여 결함이 있는 급전선을 격리시킨다. 직류 선상 전력 시스템에서 시스템 커패시턴스는 퓨즈를 용단시키는 주된 에너지 원이며 그 값은 퓨즈의 총 클리어링 시간과 관련이 있다. 상기 총 클리어링 시간은 퓨즈로 고장을 제거하는 데 걸리는 총 시간이다. After bus protection (after opening the bus tie breaker), the high-speed fuse (or semiconductor fuse) melts the device within hundreds of microseconds to isolate the faulty feeder. In a DC-line power system, system capacitance is the main energy source that blows the fuse and its value is related to the total clearing time of the fuse. The total clearing time is the total time taken to clear the fault with the fuse.

도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 선상 전력 시스템의 버스 커패시터의 용량에 따른 실효 전류(Prospective Current) 그래프이다.3A and 3B are graphs of a prospective current according to a capacity of a bus capacitor of a DC linear power system according to an embodiment of the present invention.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 선상 전력 시스템중 중앙 집중식(Centralised) 시스템의 버스 커패시터의 용량에 따른 실효 전류 그래프이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 선상 전력 시스템 중 분산형(Distributed) 시스템의 버스 커패시터의 용량에 따른 실효 전류 그래프이다.3A is an effective current graph according to the capacity of a bus capacitor of a centralized system among DC linear power systems according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a DC linear power system according to an embodiment of the present invention. It is a graph of the effective current according to the capacity of the bus capacitor in a distributed system.

중앙 집중식 시스템 (T1)은 그림 7의 동일한 고장에 대해 분산 시스템 (T3)보다 빠른 고장 클리어링 타임을 보여준다.The centralized system (T1) shows a faster fault clearing time than the distributed system (T3) for the same fault in Figure 7.

"C = 100 %"의 경우 총 클리어 시간은 중앙 집중식 시스템 (T1)의 경우 약 0.45~0.65ms이고 선택된 퓨즈 (퓨즈 1, 2 및 3)의 경우 분산 시스템 (T3)의 약 1.5~2.0ms이다. 분산 시스템 (T3)의 경우 피더 보호 (2 차 보호)와 발전기 - 정류기 고장 제어 (3 차 보호) 사이의 시간 조정은 이러한 총 클리어링 시간을 사용하여 구현하기 어렵다. The total clear time for "C = 100%" is about 0.45 to 0.65 ms for the centralized system (T1) and about 1.5 to 2.0 ms of the distributed system (T3) for the selected fuses (fuses 1, 2 and 3). . For the distributed system (T3), the time adjustment between feeder protection (secondary protection) and generator-rectifier failure control (third protection) is difficult to implement using these total clearing times.

보호 신뢰성을 높이기 위해 필요한 두 보호 사이의 시간 마진은 발전기 - 정류기 고장 제어 (3 차 보호) 동작 시간 및 반도체 소자의 고장내력을 고려할 때 충분하지 않다. 게다가 두 시스템 모두 (T1과 T3) 높은 커패시턴스 값 ("C = 200 %")이 고장 전류 크기와 에너지를 증가시킨다는 것을 알 수 있다. 그러나 높은 커패시턴스("C = 200 %")를 갖는 직류 선상 전력 시스템은 느린 실효 전류 상승 특성을 가지며, 낮은 커패시턴스의 경우 ("C = 50 %")와 비교하여 지연된 고장 클리어링 타임을 제공한다.The time margin between the two protections necessary to increase the protection reliability is not sufficient considering the generator-rectifier fault control (3rd protection) operating time and the fault tolerance of the semiconductor device. In addition, it can be seen that both systems (T1 and T3) have high capacitance values ("C = 200%") that increase the magnitude and energy of the fault current. However, DC linear power systems with high capacitance ("C = 200 %") have a slow effective current rise characteristic and provide a delayed fault clearing time compared to low capacitance ("C = 50 %").

시스템 보호에는 선택성과 민감도이라는 두 가지 중요한 기술적 측면이 있다. 선택도는 고장이 있는 피더에 연결된 퓨즈가 다른 피더에 연결된 퓨즈의 용단(Pre-arcing)없이 고장을 제거해야 함을 의미한다. 반면, 민감도는 결함이 있는 피더의 퓨즈가 최대 고장 에너지 조건뿐만 아니라 최소 고장 에너지 조건에 대한 고장을 제거해야 함을 의미한다. 퓨즈를 사용하여 시스템을 보호하려면 이러한 측면을 고려하여 설계해야 한다. There are two important technical aspects to system protection: selectivity and sensitivity. Selectivity means that the fuse connected to the faulty feeder must eliminate the fault without pre-arcing the fuse connected to the other feeder. On the other hand, the sensitivity means that the fuse of the defective feeder must eliminate the fault for the minimum fault energy condition as well as the maximum fault energy condition. In order to protect the system with a fuse, it must be designed with this aspect in mind.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 선상 전력 시스템의 실효 전류 그래프 및 전류 흐름을 나타내는 도면이다. 4A to 4F are diagrams showing an effective current graph and current flow of a DC linear power system according to an embodiment of the present invention.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 중앙 집중식 시스템 (T1)의 경우 제2 퓨즈와 제3 퓨즈는 고장이 있는 피더(LM 피더) (결함 급전선)의 퓨즈와 정상적인 피더(TM 피더)의 퓨즈 (정상적인 급전선과 동일한 퓨즈 / 전류 정격을 가짐) 사이의 선택도를 제공한다. 반면에, 항해 모드(OM3)의 작은 고장 전류 및 고장 에너지로 인해 동적 배치 모드(OM1) 및 항해 모드(OM3)를 모두 만족하는 퓨즈를 선정할 수 없다. 즉, 민감도를 달성할 수 없다. 이 민감도 문제는 도 4c의 분산 시스템 (T3)에서도 관찰된다. 민감도 문제는 TM 피더의 퓨즈를 통과하는 고장 에너지가 항해 모드(OM3)시 호텔 부하 (CHL)의 커패시터에 의해서만 제공된다는 사실에서 기인한다. 고장 에너지는 선택된 호텔 부하 (CHL)의 값이 대용량 모터 (CLM)보다 매우 적은 값을 갖기 때문에 대형 모터 피터에 적용된 퓨즈를 용단시키기에 충분하지 않다.4A and 4B, in the case of the centralized system T1, the second fuse and the third fuse are fuses of a faulty feeder (LM feeder) (fault feeder) and fuses of a normal feeder (TM feeder) (normal Provides selectivity between the feeder and the same fuse/current rating). On the other hand, due to the small fault current and fault energy of the navigation mode OM3, it is not possible to select a fuse that satisfies both the dynamic placement mode OM1 and the navigation mode OM3. That is, sensitivity cannot be achieved. This sensitivity problem is also observed in the dispersion system T3 of Fig. 4c. The sensitivity problem is due to the fact that the fault energy passing through the fuse of the TM feeder is only provided by the capacitor of the hotel load (CHL) in voyage mode (OM3). Fault energy is not sufficient to blow fuses applied to large motor peters because the value of the selected hotel load (CHL) is much less than that of a large capacity motor (CLM).

버스 커패시터를 갖는 중앙 집중식 시스템 및 분산형 시스템 (T2 및 T4)에서 100mF의 버스 커패시터는 그림 4c 및 도 4f와 같이 고장 조건에서 고장 급전선의 퓨즈를 통과하는 추가 고장 에너지에 직접적으로 기여한다. 또한, 버스 커패시터를 갖는 중앙 집중식 시스템 및 분산형 시스템(T2 및 T4)과 중앙 집중식 시스템 및 분산형 시스템(T1 및 T3)을 비교하여, 버스 커패시터가 정상적인 피더(TM 피더)의 퓨즈를 통과하는 전류의 상승 속도 및 최대값을 감소시킨다는 것이 관찰된다. 즉, 버스 커패시터를 사용하면 민감도 문제를 해결할 수 있다.In centralized and decentralized systems with bus capacitors (T2 and T4), a bus capacitor of 100 mF directly contributes to the additional fault energy through the fuse feeder's fuse under fault conditions, as shown in Figures 4c and 4f. Also, by comparing the centralized and decentralized systems with bus capacitors (T2 and T4) and the centralized and decentralized systems (T1 and T3), the current through which the bus capacitor passes through the fuses of the normal feeder (TM feeder). It is observed that it decreases the ascent rate and the maximum value of. That is, using a bus capacitor can solve the sensitivity problem.

도 4c에서, 버스 커패시터를 갖는 중앙 집중식 시스템(T2)에 대해 제1 퓨즈및 제2 퓨즈를 사용하여 고장이 발생된 피더(LM 피더)와 정상적인 피더 (TM 피더) 사이의 선택도를 달성할 수 있다. 제3 퓨즈의 경우 동적 배치 모드(OM1) 용 고장이 발생된 피더(LM 피더)의 총 클리어링 시간과 동적 배치 모드(OM1) 용 정상적인 피더 (TM 피더)의 용단(Pre-arcing) 시간 사이에는 시간 마진이 없다.In Fig. 4c, for a centralized system T2 with a bus capacitor, the first fuse and the second fuse can be used to achieve selectivity between a failed feeder (LM feeder) and a normal feeder (TM feeder). have. For the third fuse, the time between the total clearing time of the faulty feeder (LM feeder) for the dynamic placement mode (OM1) and the pre-arcing time of the normal feeder (TM feeder) for the dynamic placement mode (OM1). There is no margin.

추가 버스 커패시턴스의 이점은 버스 커패시터를 갖는 분산형 시스템 (T4)에서 더욱 중요하다.The advantage of additional bus capacitance is even more important in a distributed system (T4) with bus capacitors.

도 4f에 도시 된 바와 같이, 정상적인 피더 (TM 피더)의 고장 전류 크기는 동적 배치 모드(OM1) 및 항해 모드(OM3)에 대한 고장이 발생된 피더(LM 피더)의 고장 전류보다 분명히 작다. 이는 고려된 버스 커패시터의 용량 값보다 실제 버스 커패시터의 값이 더 높거나 제1 퓨즈보다 등급이 낮은 퓨즈가 버스 커패시터를 갖는 분산형 시스템(T4)에 적용될 경우, 버스 커패시터를 갖는 분산형 시스템(T4)에 대한 더 빠른 고장 클리어가 가능함을 의미한다.As shown in Fig. 4f, the magnitude of the fault current of the normal feeder (TM feeder) is clearly smaller than the fault current of the faulty feeder (LM feeder) for the dynamic placement mode OM1 and the navigation mode OM3. This is a decentralized system with a bus capacitor (T4) when a fuse with a value higher than the actual bus capacitor's capacity value or a lower rating than the first fuse is applied to the decentralized system (T4) with the bus capacitor. ), which means faster fault clearing is possible.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.The present invention described above is not limited by the above-described embodiments and the accompanying drawings, but is limited by the claims, which will be described later, and the configuration of the present invention can be varied within the scope of the technical spirit of the present invention. Those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can readily appreciate that such changes and modifications can be made.

100: 직류 선상 전력 시스템.
110: 제1 전력 공급부
111,121: 컨버터부
112: 제1 직류 모선
113, 123: 인버터부
114, 124: 퓨즈부
120: 제2 전력 공급부
122: 제2 직류 모선
130: 버스 타이 차단기
140: 에너지 제공부
C1: 제1 커패시터
C2: 제2 커패시터
100: DC linear power system.
110: first power supply
111,121: converter unit
112: first DC bus
113, 123: inverter unit
114, 124: fuse unit
120: second power supply
122: second DC bus
130: bus tie breaker
140: energy provider
C1: first capacitor
C2: Second capacitor

Claims (5)

발전기로부터의 전력을 변환하여 부하에 공급하는 직류 모선(DC BUS)을 각각 갖는 복수의 전력 공급부
상기 복수의 전력 공급부의 직류 모선 간에 연결되어 상기 복수의 전력 공급부를 전기적으로 연결 또는 차단시키는 버스 타이 차단기(BUS TIE BREAKER); 및
상기 복수의 전력 공급부의 직류 모선 간에 연결되어 상기 복수의 전력 공급부 중 고장난 전력 공급부에 용량성 에너지를 공급하는 에너지 제공부를 포함하고,
상기 복수의 전력 공급부는 제1 전력 공급부 및 제2 전력 공급부를 포함하고,
상기 에너지 제공부는 상기 직류 모선들 간에 상기 버스 타이 차단기와 병렬로 배치되며,
상기 에너지 제공부는 상기 제1 전력 공급부의 직류 모선과 접지 간에 배치된 제1 커패시터와, 상기 제2 전력 공급부의 직류 모선과 접지 간에 배치되되 상기 제1 커패시터와 인접하게 배치되는 제2 커패시터를 포함하고,
상기 제1 커패시터는 상기 제1 전력 공급부의 퓨즈가 연결된 전력 전달 경로의 부하 중 적어도 하나가 이상 동작하여 전력 전달 경로에 과도 전류가 흐르면 해당 퓨즈에 에너지를 제공하여 전력 전달 경로를 차단하도록 하고, 상기 제2 커패시터는 상기 제2 전력 공급부의 퓨즈가 연결된 전력 전달 경로의 부하 중 적어도 하나가 이상 동작하여 전력 전달 경로에 과도 전류가 흐르면 해당 퓨즈에 에너지를 제공하여 전력 전달 경로를 차단하도록 하는 직류 선상 전력 시스템.
A plurality of power supply units each having a DC bus that converts power from the generator and supplies it to the load
A bus tie breaker connected between the DC bus lines of the plurality of power supply units to electrically connect or cut off the plurality of power supply units (BUS TIE BREAKER); And
And an energy supply unit connected between the DC bus lines of the plurality of power supply units to supply capacitive energy to the failed power supply unit among the plurality of power supply units,
The plurality of power supply units include a first power supply unit and a second power supply unit,
The energy supply unit is arranged in parallel with the bus tie breaker between the DC buses,
The energy supply unit includes a first capacitor disposed between the DC bus line and the ground of the first power supply, and a second capacitor disposed between the DC bus line and the ground of the second power supply, and disposed adjacent to the first capacitor. ,
In the first capacitor, when at least one of loads of a power transmission path to which the fuse of the first power supply is connected operates, and an excessive current flows in the power transmission path, energy is supplied to the corresponding fuse to cut off the power transmission path. The second capacitor is DC line power to provide energy to the fuse to cut off the power transmission path when at least one of the loads of the power transmission path to which the fuse of the second power supply is connected operates, and an excessive current flows in the power transmission path. system.
제1항에 있어서,
상기 복수의 전력 공급부 각각은
상기 발전기로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 복수의 컨버터를 갖는 컨버터부;
상기 컨버터부로부터의 직류 전력을 전달하는 상기 직류 모선으로부터의 상기 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 복수의 인버터를 갖는 인버터부; 및
상기 직류 모선과 상기 복수의 인버터 각각의 사이에 배치되는 복수의 퓨즈(Fuse)를 갖는 퓨즈부
를 포함하는 직류 선상 전력 시스템.
According to claim 1,
Each of the plurality of power supply unit
A converter unit having a plurality of converters that convert AC power from the generator into DC power;
An inverter unit having a plurality of inverters for converting the DC power from the DC bus to transfer DC power from the converter unit into AC power; And
Fuse unit having a plurality of fuses (Fuse) disposed between each of the DC bus and the plurality of inverters
DC line power system comprising a.
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