KR102126324B1 - 배전 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

DC 배전 시스템은 복수의 전력원들(24, 25, 26, 27), 및 복수의 DC 버스 섹션들(20, 21, 22, 23)을 포함하는 DC 배전 버스를 포함한다. 시스템은, DC 버스 섹션들 중 하나의 DC 버스 섹션을 DC 버스 섹션들 중 다른 DC 버스 섹션에 커플링하기 위한 하나 또는 그 초과의 전력 스위칭 어셈블리들(29, 30, 31)을 더 포함하며, 시스템 제어기(28)가 전력원들 및 전력 스위칭 어셈블리들을 제어한다. 컨슈머(33, 35, 37)에 전력공급하기 위해 전력 스위칭 어셈블리들(29, 30, 31) 중 하나에 인버터(32, 34, 36)가 연결된다. 어셈블리의 제1 단자는 제1 버스 섹션(20)에 전기적으로 커플링되고, 제2 단자는 제2 버스 섹션(21)에 전기적으로 커플링된다. 단자들 사이의 전류 흐름을 제어하기 위해 단자들 사이에 제1 반도체 디바이스 및 제2 반도체 디바이스(114, 116)가 전기적으로 커플링되며, 각각의 단자에서의 전류의 표시를 제공하기 위해 각각의 단자로부터 전력 스위칭 어셈블리 제어기(126)로의 전류 연결(124a, 124b)이 존재한다. 반도체 디바이스들을 통하는 전류 흐름을 제어하는 제어 신호를 이 반도체 디바이스들에 제공하기 위해, 각각의 반도체 디바이스(114, 116)와 전력 스위칭 어셈블리 제어기(126) 사이에 제어 신호 라인(128, 130)이 연결되며, 인버터 커플러(40, 41)가 인버터에 각각의 전류 연결을 커플링한다. 인버터 커플러는 전력 스위칭 어셈블리의 양측에 있는 각각의 전류 연결로부터 인버터로의 피드를 포함한다.

Description

배전 시스템 및 방법
본 발명은, 특히 오프쇼어 플랫폼(offshore platform) 또는 선박을 위한 직류(DC; direct current) 배전 시스템(power distribution system)을 동작시키는 방법에 관한 것이다.
오프쇼어 플랫폼들 또는 선박들 상에서, 많은 장비는 임계적인(critical) 것으로 여겨지며, 규제 요건들은 결함(fault)의 발생 시 전력의 이용가능성을 특정한다. 결과적으로, 결함이 하나의 섹션(section)에서 발생하면, 이 결함이 다른 섹션으로 전달되지 않고 모든 동작 능력이 손실되지 않도록, 중복적으로, 선박 장비를 섹션들로 분리(separate)시키고 각각의 섹션에 별개의 전력을 제공하는 것은 정상적인 관행이었다. 이 분리는, 상시 개방(normally open)되는, 섹션들 사이의 버스 타이(bus tie)들을 이용하여 동작시키고, 제한된 상황들에서만, 일 측이 다른 측으로부터 전력을 수신하는 것을 가능하게 하기 위해 해당 버스 타이들을 폐쇄함으로써 달성되었다.
US20130187451은 전력 스위칭 어셈블리(switching assembly)를 설명하며, 이 전력 스위칭 어셈블리는, 전류 흐름이 허용 값을 초과하는 경우 어셈블리의 제1 단자와 제2 단자를 서로 연결해제(disconnect)하기 위한 차단기로서 동작될 수 있다. 그러한 전력 스위칭 어셈블리는, 상시 폐쇄(normally closed) 버스 타이들을 이용하여 플랫폼 또는 선박 배전 시스템을 동작시킬 가능성을 열어놓는다.
본 발명의 제1 양상에 따라, DC 배전 시스템이 개시되며, 이 DC 배전 시스템은, 복수의 전력원들; 및 복수의 DC 버스 섹션들을 포함하는 DC 배전 버스를 포함하며, DC 버스 섹션들 각각에 적어도 하나의 전력원이 커플링되며(coupled), 시스템은, 하나 또는 그 초과의 전력 스위칭 어셈블리들 ―전력 스위칭 어셈블리가 복수의 DC 버스 섹션들 중 하나의 DC 버스 섹션을 복수의 DC 버스 섹션들 중 다른 DC 버스 섹션에 커플링(couple)함―; 전력원들 및 전력 스위칭 어셈블리들을 제어하기 위한 시스템 제어기; 및 컨슈머(consumer)에 전력공급(supply)하기 위해 전력 스위칭 어셈블리들 중 하나에 연결된 인버터(inverter) ―전력 스위칭 어셈블리는 제1 단자 및 제2 단자를 포함하고, 제1 단자는 배전 버스의 제1 버스 섹션에 전기적으로 커플링되고, 제2 단자는 배전 버스의 제2 버스 섹션에 전기적으로 커플링됨―; 제1 단자와 제2 단자 사이의 전류 흐름을 제어하기 위해 제1 단자와 제2 단자 사이에 전기적으로 커플링된 제1 반도체 디바이스(device) 및 제2 반도체 디바이스; 제1 단자에서의, 그리고 제2 단자에서의 전류의 표시를 제공하기 위한, 각각의 단자로부터 전력 스위칭 어셈블리 제어기로의 전류 연결; 반도체 디바이스들을 통하는 전류 흐름을 제어하는 제어 신호를 반도체 디바이스들에 제공하기 위해, 각각의 반도체 디바이스와 전력 스위칭 어셈블리 제어기 사이에 연결된 제어 신호 라인(line); 및 인버터에 각각의 전류 연결을 커플링하기 위한 인버터 커플러(inverter coupler)를 더 포함하며, 인버터 커플러는 전력 스위칭 어셈블리의 양측에 있는 각각의 전류 연결로부터 인버터로의 피드(feed)를 포함한다.
반도체 디바이스들, 다이오드(diode)들 및 격리 스위치(switch)들은 전력 스위칭 어셈블리에 대한 다른 기능들을 계속해서 수행하지만, 다이오드 및 반도체 회로는, 양측에서 단방향(unidirectional) 전류 흐름을 달성하고, 양측에서 역방향(reverse direction)으로의 전류 흐름을 차단하는 것을 가능하게 한다.
전력 스위칭 어셈블리는 DC 배전 버스에서 전력을 스위칭(switch)하도록 구성될 수 있다.
전력 스위칭 어셈블리 제어기는, 각각의 단자에서의 전류의 표시를 해당 전류 연결 또는 각각의 전류 연결을 통해 수신하도록, 그리고 수신된 전류의 표시에 기반하여 제1 반도체 디바이스 및 제2 반도체 디바이스를 제어하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 반도체 디바이스는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor)를 포함한다.
바람직하게는, 전력원은 원동기, 발전기, 또는 에너지(energy) 저장부 중 하나를 포함한다.
본 발명의 제2 양상에 따라, DC 배전 시스템을 동작시키는 방법이 개시되며, 이 DC 배전 시스템은, 복수의 전력원들; 복수의 DC 버스 섹션들을 포함하는 DC 배전 버스; DC 버스 섹션들 각각에 커플링된 적어도 하나의 전력원; 하나 또는 그 초과의 전력 스위칭 어셈블리들 ―각각의 전력 스위칭 어셈블리는 복수의 DC 버스 섹션들 중 하나의 DC 버스 섹션과 복수의 DC 버스 섹션들 중 다른 DC 버스 섹션 사이에 커플링됨―; 전력원들 및 전력 스위칭 어셈블리들을 제어하기 위한 시스템 제어기; 및 전력 스위칭 어셈블리의 제1 단자 및 제2 단자 각각에 연결된 인버터에 의해, 전력 스위칭 어셈블리들 중 하나에 연결된 적어도 하나의 컨슈머를 포함하며, 방법은, 전력 스위칭 어셈블리의 제1 단자에서 그리고 제2 단자에서, 전류를 검출하는 단계; 검출된 전류에 기반하여, 전력 스위칭 어셈블리 제어기로부터, 제1 단자와 제2 단자 사이에 전기적으로 커플링된 제1 반도체 디바이스 및 제2 반도체 디바이스로, 단자들 중 하나에서의 요구 전류 수준을 제공하기 위해 제1 단자와 제2 단자 사이의 전류 흐름을 제어하는 제어 신호를 제공하는 단계; 및 요구 전류 수준이 제공되는 하나의 단자로부터 인버터 커플러를 통해 인버터에 전류를 공급하는 단계를 포함한다.
인버터 커플러를 통해 인버터에 공급되는 전류는 전류 연결로부터 피드를 통해 공급될 수 있으며, 전력 스위칭 어셈블리의 양측에 있는 각각의 전류 연결로부터 인버터로 피드가 제공된다.
바람직하게는, 시스템 제어기는, 특정 컨슈머에 전력을 공급하도록 전력 스위칭 어셈블리 제어기에 명령을 제공한다.
바람직하게는, 방법은, 결함 조건이 정정되었는지 여부를 결정하기 위해 전력 스위칭 어셈블리의 단자들에서의 전압을 모니터링(monitoring)하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은, 시스템 제어기로부터의 추가적인 명령의 수신 시, 해당 컨슈머로의 전력의 공급을 중단하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은, 제1 단자에서의 전압과 제2 단자에서의 전압을 비교하는 단계, 및 전압이 더 높은 단자로부터 인버터 커플러를 통해 인버터에 전류를 공급하는 단계를 더 포함한다.
이제, 본 발명에 따른 배전 시스템 및 방법의 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 이 도면들에서:
도 1은 종래의 전력 스위칭 어셈블리의 예를 예시하고;
도 2는 컨슈머에 전력을 공급하기 위해 연결된 배전 시스템의 섹션에서의, 도 1의 전력 스위칭 어셈블리를 예시하고;
도 3은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 배전 시스템의 예를 도시하고;
도 4는 컨슈머와 도 3의 배전 시스템 사이의 연결들의 더 많은 상세를 도시하며;
도 5는 본 발명에 따른 동작 방법의 흐름 다이어그램(diagram)이다.
오프쇼어 플랫폼 또는 선박 상에 설치된 종래의 DC 배전 시스템에서, 시스템 내의 버스들 사이의 상시 개방 차단기들은, US20130187451에서 설명되고 도 1에서 도시된 유형의 전력 스위칭 어셈블리로 교환될 수 있어서, 배전 시스템은 상시 폐쇄 차단기들을 이용하여 동작될 수 있다.
전력 스위칭 어셈블리(108)는, 제1 단자(110)로부터 제2 단자(112)로의, 그리고 제2 단자(112)로부터 제1 단자(110)로의 전류 흐름의 제어가능성을 제공하기 위하여, 제1 단자(110)와 제2 단자(112) 사이에 전기적으로 커플링된 제1 반도체 엘리먼트(element)(114) 및 제2 반도체 엘리먼트(116)를 포함한다. 반도체 엘리먼트들(114, 116)은 단자들(110, 112)에 커플링된 절연 게이트 양극성 트랜지스터들여서, 제1 반도체 엘리먼트(114)는 제1 단자(110)로부터 제2 단자(112)로 전류를 전도하고, 제2 반도체 엘리먼트(116)는 제2 단자(112)로부터 제1 단자(110)로 전류를 전도한다. 개개의 다른 반도체 엘리먼트를 우회시키기 위하여, 추가적인 반도체 엘리먼트들로서 프리휠(freewheel) 다이오드들(118, 120)이 제공된다. 특히, 제1 다이오드(118)는 제1 반도체 엘리먼트(114)에 병렬로 커플링되며, 여기서, 제1 반도체 엘리먼트(114)의 전도 방향은 연관된 제1 다이오드(118)의 전도 방향에 역이다. 마찬가지로, 도 1에서 도시된 바와 같이, 제2 다이오드(120)는 제2 반도체 엘리먼트(116)에 병렬로 커플링되며, 여기서, 제2 반도체 엘리먼트(116)의 전도 방향은 연관된 제2 다이오드(120)의 전도 방향에 역이다. 제1 반도체 엘리먼트(114)와 제2 반도체 엘리먼트(116)는 제1 단자(110)와 제2 단자(112) 사이에 직렬로 커플링된다.
전력 스위칭 어셈블리(108)는, 제1 반도체 엘리먼트(114) 및 제2 반도체 엘리먼트(116)(트랜지스터들)에 직렬로 커플링된 전류 센서(sensor)(122)를 더 포함한다. 전류 센서(122)는, 제1 단자(110)와 제2 단자(112) 사이에서 흐르는 전류를 감지하고, 이에 대한 응답으로, 전류 신호(124)를 제어기(126)에 제공하도록 구성된다. 전력 스위칭 어셈블리(108)의 제어기(126)는, 전류 신호(124)를 수신하고, 이에 대한 응답으로, 예컨대, 제1 전압 신호(128)를 제1 반도체 엘리먼트(114)에 제공하고 제2 전압 신호(130)를 제2 반도체 엘리먼트(116)에 제공함으로써, 제1 반도체 엘리먼트(114) 및 제2 반도체 엘리먼트(116)를 제어하도록 구성된다.
제어기(126)는, 전류 신호(124)에 따라, 각각의 단자에서 배전 버스 섹션을 다른 버스 섹션에 연결 및 연결해제하기 위하여 제1 반도체 엘리먼트(114) 및 제2 반도체 엘리먼트(116)를 제어하도록 구성될 수 있으며, 따라서 전력 스위칭 어셈블리(108)는 차단기로서의 역할을 한다. 이 유형의 차단기는 배전 버스 상에서 발생하는 전력 수준, 통상적으로는 1000 볼트(volt)(V)를 처리할 수 있다.
도 1의 전력 스위칭 어셈블리의 사용은, 시추 또는 오프쇼어 생산에 대해 규제 당국들에 의해 요구되는, 임계 장비, 이를테면 스러스터(thruster)들에 대한 중복성(redundancy) 정도를 계속해서 제공하면서, 플랫폼 상의 원동기들 및 발전기들의 수 및 비용의 상당한 감소를 가능하게 한다. 그러나, 시스템의 버스 타이로서 이 유형의 전력 스위칭 어셈블리를 사용할 때, DC 배전 시스템으로부터의 전력이 컨슈머에 제공될 수 있도록, 컨슈머들에 연결될 필요가 있다. 통상적으로, 이는 도 2에서 예시된 바와 같이 수행된다.
전력 스위칭 어셈블리 또는 지능형 부하 제어기(ILC; intelligent load controller)(108)는, 자신의 단자들(110, 112)을 통해, DC 분배 버스의 2개의 섹션들(10, 11) 사이에 연결된다. 각각의 단자(110, 112)와, 각각의 단자(110, 112)의 개개의 버스 섹션(10, 11) 사이에 차단기들(12, 13)이 제공된다. US20130187451에 대해 설명된 바와 같이, ILC 차단기들은 정상 동작중에 개방된 상태로 있게 되거나, 또는 폐쇄될 수 있다. 하나의 버스 섹션(10)과, ILC(108)의 다른 측의 단자(112) 사이에 중복(redundant) 공급부가 제공된다. 컨슈머, 이를테면, 리트랙터블 방위각(retractable azimuth) 스러스터(14), 또는 다른 컨슈머들(미도시)로의 연결을 위한 로컬(local) 버스(15)에 DC 버스 섹션들(10, 11)을 연결하기 위하여, 스러스터(14) 또는 로컬 버스(15)에 대한 별개의 피더(feeder)가 요구된다. 각각의 피더는, 새로운 스위치보드(switchboard)에 직렬로 다이오드(16) 및 퓨즈(fuse)(17)와 함께 별개의 버스바(busbar)(18) 및 차단기(19)를 포함한다. 현실적인 측면(practical term)들에서, 이는 몇 미터(meter)의 스위치보드 및 많은 전기 구성요소들에 이를 수 있으며, 이는 값비싸며, 선박 또는 플랫폼 상에서 부가적인 공간을 차지한다.
이 문제는, 별개의 피더를 갖는 것이 아니라, 컨슈머들에 대한 피더로서 직접적으로 ILC를 사용함으로써 해결된다. 이는 도 3 및 도 4에서 더욱 상세히 예시된다. DC 배전 시스템은 복수의 전력원들(24, 25, 26, 27), 및 복수의 DC 버스 섹션들(20, 21, 22, 23)을 포함하는 DC 배전 버스를 포함하며, DC 버스 섹션들 각각에 적어도 하나의 전력원이 커플링된다. 하나 또는 그 초과의 전력 스위칭 어셈블리들(29, 30, 31)은 DC 버스 섹션들 중 하나의 DC 버스 섹션을 DC 버스 섹션들 중 다른 DC 버스 섹션에 커플링하며, 시스템 제어기(28)가 제공된다. 전력 스위칭 어셈블리들(29, 30, 31) 및 전력원들(24, 25, 26, 27), 이를테면, 원동기들, 발전기들, 배터리(battery)들, 또는 커패시터(capacitor)들은 시스템 제어기(28)에 의해 제어되며, 전력 스위칭 어셈블리는 DC 배전 버스에서 전력을 스위칭하도록 구성된다. 버스 섹션마다 둘 또는 그 초과의 전력원들이 존재할 수 있다. 일부 경우들에서, 전력원들 중 일부는, 동작하고 있는 발전기들로부터 이용가능한 과잉 전력이 존재할 때 충전하는 에너지 저장부들일 수 있다. 각각의 버스 섹션이 전력 스위칭 어셈블리(29, 30, 31)에 의해 자신의 이웃에 연결되어서, 차단기들이 폐쇄된 상태이고 전력 스위칭 어셈블리가 DC 버스 섹션들을 전기적으로 연결하는 상태로, 정상 동작 시, 하나의 버스 섹션 상의 부하는 다른 버스 섹션 상의 발전기에 의해 구동될 수 있다. 따라서, 모든 전력원들이 항상 동작중인 것은 아니어서, 임의의 유형의 전력원에 대한 마모(wear and tear) 또는 발전기들에 대한 연료가 아껴질 것이다. 예컨대, 부하에서의 결함 또는 버스 결함의 발생 시, 하나의 버스 섹션으로부터의 결함 전류들이 다른 버스 섹션으로 전파되는 것을 제한하기 위해, 전력 스위칭 어셈블리(29, 30, 31)에 의해 전류 흐름이 제어될 수 있다. 컨슈머들(33, 35, 37)은 인버터들(32, 34, 36)에 의해 DC 버스 섹션들에 커플링된다. 컨슈머들은 스러스터들, 또는 다른 임계 장비일 수 있다.
전력 스위칭 어셈블리의 컨슈머에 대한 이 전력 스위칭 어셈블리의 연결은 도 4에서 더욱 상세히 볼 수 있다. 전력 스위칭 어셈블리는 제1 단자 및 제2 단자를 포함하고, 제1 단자는 배전 버스의 제1 버스 섹션에 전기적으로 커플링되고, 제2 단자는 배전 버스의 제2 버스 섹션에 전기적으로 커플링된다. 제1 단자와 제2 단자 사이의 전류 흐름을 제어하기 위해, 제1 단자와 제2 단자 사이에 제1 반도체 디바이스 및 제2 반도체 디바이스가 전기적으로 커플링된다. 반도체 디바이스들은 절연 게이트 양극성 트랜지스터들일 수 있다. 각각의 단자로부터 전력 스위칭 어셈블리 제어기로의 전류 연결이 제공되며, 이 전류 연결은 제1 단자에서의, 그리고 제2 단자에서의 전류의 표시를 제어기에 제공한다. 전력 스위칭 어셈블리 제어기는, 각각의 단자에서의 전류의 표시를 해당 전류 연결 또는 각각의 전류 연결을 통해 수신하도록, 그리고 수신된 전류의 표시에 기반하여 제1 반도체 디바이스 및 제2 반도체 디바이스를 제어하도록 구성될 수 있다.
반도체 디바이스들을 통하는 전류 흐름을 제어하는 제어 신호를 반도체 디바이스들 각각에 제공하기 위해, 각각의 반도체 디바이스와 전력 스위칭 어셈블리 제어기 사이에 연결된 제어 신호 라인(line)이 사용된다. 인버터 커플러가 각각의 전류 연결을 인버터에 커플링하여서, 전력은 인버터와 연관된 컨슈머에 공급된다. 시스템 제어기는, 특정 컨슈머에 이러한 방식으로 전력이 공급되게 하기 위한 신호, 또는 예컨대, 이 특정 컨슈머가 동작 상태가 될 것을 요구했던 결함이 처리되었고 결함을 겪었던 장비가 이제 다시 동작 상태이면, 이 특정 컨슈머에 대한 공급이 종료되게 하기 위한 신호를 전력 스위칭 어셈블리 제어기에 전송할 수 있다.
전력 스위칭 어셈블리(29)는 도 1의 전력 스위칭 어셈블리와 유사하며, 회로에서의 내추럴 인덕턴스(natural inductance)들이 또한 예시된다. 그러나, 회로는 상이한 구현을 가지며, 상이한 방식으로 사용된다. 도 2의 예에서, 인버터를 통한 모터(motor)(14)로의 피드는, DC 버스 섹션으로부터, 새로운 스위치보드에 직렬로 있는 다이오드(16) 및 퓨즈(17)와 함께 별개의 버스바(18) 및 차단기(19)를 통해 나왔다. 그에 반해서, 도 4에서 예시된 본 발명은, 전력 스위칭 어셈블리(108) 내에 연결을 생성한다. 전류 연결들(124a, 124b)은 ILC 제어기(126)가 ILC의 단자들 둘 모두에서 전류를 검출하는 것을 가능하게 하여서, 단자들 사이의 어느 방향으로의 전류 흐름이든 가능하도록 트랜지스터들이 제어될 수 있게 한다. 따라서, 모터 인버터(32)로부터의 연결(44)이, 양측에 인버터 연결들(40, 41)을 포함하는 ILC 스너버(snubber) 회로를 갖는 전력 스위칭 어셈블리(29) 내의 라인(45)에 인버터를 연결한다. 단자들과 전력 스위칭 어셈블리 제어기(126) 사이의 전류 연결들(124a, 124b) 각각에서 인버터 연결(40, 41)이 출발된다. 이는 인버터(32) 및 모터(33)로의 중복 공급을 양측으로부터 가능하게 하며, 그리고 모터 인버터(32)와의 연결에서 별개의 격리 스위치 및 별개의 다이오드들에 대한 필요를 방지한다. 전류 흐름의 방향을 제어하기 위해 각각의 전류 연결(124a, 124b)에 다이오드(42, 43)가 제공될 수 있으며, 제어기(126)와 다이오드 사이에서 인버터 연결(40, 41)이 출발될 수 있다. 각각의 라인(124a, 124b)에서의 전류 흐름의 양(amount)은, 트랜지스터들(114, 116)에 대한 제어 신호들(128, 130)을 수정하는 ILC 제어기(126)에 의해 제어된다.
인버터 연결들(40, 41)은 ILC 제어기에 의해 설정된 전류의 피드를 인버터(32)에 제공한다. 인버터는, 스러스터의 모터로서 여기서 도시된 컨슈머(33)를 구동시키기 위해 DC를 교류(AC; alternating current)로 변환한다. 버스 섹션(20)으로부터의 공급이 실패(fail)하게 하는 결함의 발생 시, 스러스터는 버스 섹션(21)으로부터 전력을 계속해서 수신할 수 있거나, 또는 그 반대로도 마찬가지이다. 버스 섹션들(20, 21) 둘 모두가 동작하고 있으면, 단자들(110, 112)에서의 이용가능한 전압을 비교하고, 더 높은 전압을 갖는 단자 측의 전류가 요구 값이 되게 하기 위해 반도체 디바이스들(114, 116)을 통하는 전류의 흐름을 조정하며, 그리고 다른 측의 단자로부터 인버터로 흐르는 전류를 방지함으로써, ILC 제어기(126)는 어느 측 전류 공급이 온(on) 상태가 되는지를 제어한다.
본 발명에서, ILC는 상시 폐쇄되는, 양측의 차단기들을 이용하여 동작될 수 있다. 도 3의 시스템 다이어그램에서 볼 수 있는 바와 같이, 시스템 제어기는 다수의 ILC들(29, 30, 31), 그들의 연관된 컨슈머들(33, 35, 37) 및 전력원들(24, 25, 26, 27)의 동작을 제어할 수 있다. ILC들 중 하나로부터, 인버터(32)의 컨슈머(33), 예컨대 스러스터의 인버터(32)로의 직접 연결(40, 41)은, 선박 또는 플랫폼 상의 제어기(28)가 동작 상태가 되도록 컨슈머(33), 이를테면 중복 스러스터에 명령할 때, 이어서 스러스터가, 어느 측이든 이용가능한 최고 전압을 갖는 버스 섹션(20, 21)으로부터 ILC(29)를 통해 전류를 인출한다는 것을 의미한다. 따라서, 심지어 일 측에 공급의 실패가 존재하더라도, 스러스터는 다른 측으로부터 전류를 인출할 것이다. 주어진 예는 스러스터에 대한 것이지만, 이득들은, 중복성이 존재하며 제어기(18)에 의해 시동하도록 명령받을 수 있는 임의의 구성요소에 적용된다.
본 발명은, 각각의 컨슈머에 대한 별개의 피더를 요구하는 것이 아니라, 전력 스위칭 어셈블리가 직접적으로 컨슈머들에 피딩(feed)하는 것을 가능하게 하기 위해 전력 스위칭 어셈블리를 변경함으로써, 컨슈머로의 DC 공급을 제공하는 것의 체적, 크기, 비용 및 복잡성을 감소시킨다. 이는 중복성, 즉, 실패를 허용하기 위한 임계 구성요소들의 과잉용량(overcapacity), 이를테면, 주요 스러스터의 실패의 경우 사용하기 위한 중복 스러스터들을 통합하는 오프쇼어 시스템들에서 특히 중요한데, 그 이유는 중복 구성요소는, 규제 표준들을 준수할 필요가 있지만, 종종 사용되지 않을 수 있기 때문이다. 드물게 사용되는 어떤 것에 대해, 해당 중복 구성요소에 대해 또한 요구되는 연관 장비가 더 많을수록, 비용이 더 크며, 따라서 연관 장비 중 일부를 전적으로(altogether) 배제하는 설계가 바람직하다. 더 많은 공간을 풀어주고(free up) 유지보수 요건들을 감소시키기 위해, 본 발명에 따른 전력 스위칭 어셈블리의 레트로-피팅(retro-fitting)은 기존의 중복 시스템들을 이용하여 가능하다.
본 발명에 따른 DC 배전 시스템을 동작시키는 것은, 전력 스위칭 어셈블리의 제1 단자 및 제2 단자에서 전류를 검출하는 것, 그리고 검출된 전류에 기반하여, 전력 스위칭 어셈블리 제어기로부터, 단자들 사이에 전기적으로 커플링된 제1 반도체 디바이스 및 제2 반도체 디바이스로, 제어 신호를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 제어 신호는, 반도체 디바이스들로 하여금, 이 반도체 디바이스들이 단자들 사이의 전류 흐름을 제어하고 단자들 중 하나에 요구 전류 수준을 제공하도록 동작하게 한다. 요구 전류 수준이 제공되는 단자로부터 인버터 커플러를 통해 컨슈머의 인버터에 전류가 공급된다. 시스템 제어기 또는 전력 스위칭 어셈블리 제어기는, 결함 조건이 정정되었는지 여부를 결정하기 위해 전력 스위칭 어셈블리의 단자들에서의 전압을 모니터링(monitoring)할 수 있다.
도 5의 흐름 다이어그램은, 본 발명의 전력 스위칭 어셈블리를 사용하여, 플랫폼 또는 선박 상에서의 중복 시스템의 동작의 예를 예시한다. 중복 시스템에서, 설치되는 모든 장비가 임의의 특정 시간에 동작하고 있는 것은 아니다. 일차 장비가 사용될 수 없을 경우에만 동작 상태가 되는 어떤 중복 장비가 제공될 수 있다. 예컨대, 주요 스러스터들이 실패할 경우에만 동작하는 부가적인 스러스터들, 또는 주요 발전기가 결함을 갖는 경우에만 동작되는 예비(standby) 발전기들이 선박에 제공될 수 있다. 시스템 제어기(28)는 결함들 또는 장비 실패에 대해 시스템을 모니터링(monitor)하며(50), 그러한 결함 조건이 검출되면, 시스템 제어기(28)는, ILC 제어기(126)로 하여금, 이하에서 중복 컨슈머로 지칭되는 적절한 중복 장비를 시동하게 하는 신호를 ILC 제어기(126)에 전송한다. ILC 제어기(126)는 ILC의 각각의 단자(110, 112)에서, 효과적으로는, ILC(108)의 어느 측이든 2개의 상이한 버스 섹션들(20, 21)에서 이용가능한 전압을 결정한다(51). ILC 제어기는, 제1 단자에서의 전압과 제2 단자에서의 전압을 비교하고, 전압이 더 높은 단자로부터 인버터 커플러 연결(40, 41)을 통해 인버터에 전류를 공급할 수 있다. ILC 제어기는, ILC 제어기가 각각의 트랜지스터(114, 116)에 전송하는 제어 신호(128, 130)를 수정함으로써(52), 이것을 수행할 수 있다. 전류(124a, 124b)는 더 높은 전압 측으로부터 ILC를 통해 인출되고(53), 적절한 연결(40, 41)을 따라 인버터(32)에 피딩된다(fed). 인버터는, 컨슈머(33)에 전력공급하기 위하여 DC 공급을 AC로 변환한다(54).
중복 장비가 효과적으로는 여분(spare)이지만, 중복 장비는, 장비의 본래 피스(piece)가 대체될 수 있을 때까지 긴 시간 기간 동안 동작해야 할 수 있거나(예컨대, 화재에 기인하는 엔진(engine) 실패), 또는 중복 장비는 장비의 중단되지 않는 동작을 보장하기 위해 몇 초 또는 몇 분 동안에만 스위칭 온될(switched on) 수 있으며(이를테면, 동적 포지셔닝(positioning) 또는 시추 장비로의 공급에서의 스파이크(spike)), 그리고 결함이 제거되었을 때, 중복 장비는 다시, 이용가능하지만 동작중이지 않은 상태가 된다. 따라서, 중복 장비의 시작을 명령한 후에, 시스템 제어기(28)는, 시스템 내의 임의의 변화들, 이를테면, 결함이 제거되었다는 표시에 대해 계속해서 모니터링하며(55), 그리고 중복 컨슈머가 대체했던 본래 장비이든 간에, 또는 중복 컨슈머와 연관되어 발생하는 결함에 기인하여, 변화(56)가, 이 중복 컨슈머가 다른 컨슈머를 위해서 셧다운(shut down)되어야 한다는 것이면(59), 시스템 제어기는, 전류 흐름을 다시 적응시키도록(60) ILC 제어기에 명령하여서, 해당 컨슈머로의 공급은 중단될 것이다. 이후에, 시스템 제어기는 결함 조건에 대한 모니터링(50)으로 되돌아간다. 검출된 변화(56)가, 중복 컨슈머에게 셧다운될 것을 요구하는 것이 아니면(57), 중복 컨슈머로의 공급은 ILC를 통해 계속되며(58), 시스템 제어기는 변화들에 대해 계속해서 모니터링한다(55).

Claims (11)

  1. DC 배전 시스템(power distribution system)으로서,
    복수의 전력원들; 및
    복수의 DC 버스 섹션(bus section)들을 포함하는 DC 배전 버스
    를 포함하며,
    상기 DC 버스 섹션들 각각에 적어도 하나의 전력원이 커플링되며(coupled),
    상기 시스템은,
    하나 또는 그 초과의 전력 스위칭 어셈블리(switching assembly)들 ―전력 스위칭 어셈블리가 상기 복수의 DC 버스 섹션들 중 하나의 DC 버스 섹션을 상기 복수의 DC 버스 섹션들 중 다른 DC 버스 섹션에 커플링(couple)함―;
    상기 전력원들 및 상기 전력 스위칭 어셈블리들을 제어하기 위한 시스템 제어기; 및
    컨슈머(consumer)에 전력공급(supply)하기 위해 상기 전력 스위칭 어셈블리들 중 하나에 연결된 인버터(inverter) ―상기 전력 스위칭 어셈블리는 제1 단자 및 제2 단자를 포함하고, 상기 제1 단자는 상기 배전 버스의 제1 버스 섹션에 전기적으로 커플링되고, 상기 제2 단자는 상기 배전 버스의 제2 버스 섹션에 전기적으로 커플링됨―;
    상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 전류 흐름을 제어하기 위해 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전기적으로 커플링된 제1 반도체 디바이스(device) 및 제2 반도체 디바이스;
    상기 제1 단자에서의, 그리고 상기 제2 단자에서의 전류의 표시를 제공하기 위한, 각각의 단자로부터 전력 스위칭 어셈블리 제어기로의 전류 연결;
    반도체 디바이스들을 통하는 전류 흐름을 제어하는 제어 신호를 상기 반도체 디바이스들에 제공하기 위해, 각각의 반도체 디바이스와 상기 전력 스위칭 어셈블리 제어기 사이에 연결된 제어 신호 라인(line); 및
    상기 인버터에 각각의 전류 연결을 커플링하기 위한 인버터 커플러(inverter coupler)
    를 더 포함하며,
    상기 인버터 커플러는 상기 전력 스위칭 어셈블리의 양측에 있는 각각의 전류 연결로부터 상기 인버터로의 피드(feed)를 포함하는,
    DC 배전 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 스위칭 어셈블리는 상기 DC 배전 버스에서 전력을 스위칭(switch)하도록 구성되는,
    DC 배전 시스템.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 전력 스위칭 어셈블리 제어기는, 각각의 단자에서의 전류의 표시를 해당 전류 연결 또는 각각의 전류 연결을 통해 수신하도록, 그리고 수신된 전류의 표시에 기반하여 상기 제1 반도체 디바이스 및 상기 제2 반도체 디바이스를 제어하도록 구성되는,
    DC 배전 시스템.
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 반도체 디바이스는 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor)를 포함하는,
    DC 배전 시스템.
  5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 전력원은 원동기, 발전기, 또는 에너지(energy) 저장부 중 하나를 포함하는,
    DC 배전 시스템.
  6. DC 배전 시스템을 동작시키는 방법으로서,
    상기 DC 배전 시스템은,
    복수의 전력원들;
    복수의 DC 버스 섹션들을 포함하는 DC 배전 버스;
    상기 DC 버스 섹션들 각각에 커플링된 적어도 하나의 전력원;
    하나 또는 그 초과의 전력 스위칭 어셈블리들 ―각각의 전력 스위칭 어셈블리는 상기 복수의 DC 버스 섹션들 중 하나의 DC 버스 섹션과 상기 복수의 DC 버스 섹션들 중 다른 DC 버스 섹션 사이에 커플링됨―;
    상기 전력원들 및 상기 전력 스위칭 어셈블리들을 제어하기 위한 시스템 제어기; 및
    상기 전력 스위칭 어셈블리의 제1 단자 및 제2 단자 각각에 연결된 인버터에 의해, 상기 전력 스위칭 어셈블리들 중 하나에 연결된 적어도 하나의 컨슈머
    를 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 전력 스위칭 어셈블리의 상기 제1 단자에서 그리고 상기 제2 단자에서, 전류를 검출하는 단계;
    검출된 전류에 기반하여, 전력 스위칭 어셈블리 제어기로부터, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이에 전기적으로 커플링된 제1 반도체 디바이스 및 제2 반도체 디바이스로, 단자들 중 하나에서의 요구 전류 수준을 제공하기 위해 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 사이의 전류 흐름을 제어하는 제어 신호를 제공하는 단계; 및
    상기 요구 전류 수준이 제공되는 하나의 단자로부터 인버터 커플러를 통해 상기 인버터에 전류를 공급하는 단계
    를 포함하는,
    DC 배전 시스템을 동작시키는 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 인버터 커플러를 통해 상기 인버터에 공급되는 전류는, 상기 전력 스위칭 어셈블리의 양측에 있는 각각의 전류 연결로부터 상기 인버터로의 피드를 통해 공급되는,
    DC 배전 시스템을 동작시키는 방법.
  8. 제6 항 또는 제7 항에 있어서,
    상기 시스템 제어기는, 특정 컨슈머에 전력을 공급하도록 상기 전력 스위칭 어셈블리 제어기에 명령을 제공하는,
    DC 배전 시스템을 동작시키는 방법.
  9. 제6 항 또는 제7 항에 있어서,
    상기 방법은, 결함(fault) 조건이 정정되었는지 여부를 결정하기 위해 상기 전력 스위칭 어셈블리의 상기 단자들에서의 전압을 모니터링(monitoring)하는 단계를 더 포함하는,
    DC 배전 시스템을 동작시키는 방법.
  10. 제6 항 또는 제7 항에 있어서,
    상기 방법은, 상기 시스템 제어기로부터의 추가적인 명령의 수신 시, 해당 컨슈머로의 전력의 공급을 중단하는 단계를 더 포함하는,
    DC 배전 시스템을 동작시키는 방법.
  11. 제6 항 또는 제7 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 제1 단자에서의 전압과 상기 제2 단자에서의 전압을 비교하는 단계, 및
    전압이 더 높은 단자로부터 상기 인버터 커플러를 통해 상기 인버터에 전류를 공급하는 단계
    를 더 포함하는,
    DC 배전 시스템을 동작시키는 방법.
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