KR102129177B1

KR102129177B1 - Spdt를 이용한 직류배전단 교차 전력 공급 시스템을 갖는 선박

Info

Publication number: KR102129177B1
Application number: KR1020180127565A
Authority: KR
Inventors: 강남숙; 정태식; 임도형; 이인호; 윤영철; 김상현
Original assignee: 한국조선해양 주식회사
Priority date: 2018-06-18
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2020-07-02
Also published as: KR20190142694A; KR20190142700A; KR20190142697A; KR20190142738A; KR102222737B1; KR102150201B1; KR102222740B1; CN112566841A; KR20190142737A; KR102155423B1; KR102150169B1; KR20190142695A; JP2021528310A; KR20190142714A; KR102150168B1; KR20190142735A; KR102155424B1; KR102235080B1; JP7236474B2; KR20190142703A

Abstract

실시예들은 제1 배전반 및 제2 배전반을 포함한 복수의 배전반; 및 상기 복수의 배전반의 전기 신호 상태를 모니터링하여 전력 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 선박 에 관련된다. 여기서, 각 배전반은 직류 전기 신호를 출력하는 복수의 발전부; 상기 발전부에서 출력된 직류 전기 신호를 부하부에 전달하는 메인버스; 각 발전부와 메인버스 사이에 각각 위치한 복수의 스위치로서, 각 스위치는 상기 메인버스와 상기 발전부 사이의 메인 경로 또는 상기 메인버스와 타 배전반의 발전부 사이의 서브 경로를 전기적으로 연결 가능한, 복수의 스위치; 및 상기 메인버스를 통해 전력을 공급받는 부하부를 포함한다.

Description

SPDT를 이용한 직류배전단 교차 전력 공급 시스템을 갖는 선박{SHIP HAVING CROSS FEEDING SYSTEM OF DC DISTRIBUTION WITH SPDT}

본 발명은 선박에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 SPDT(Single Pole Double Throw)를 이용하여 한 배전반에 연결된 발전기로부터 분리된 다른 배전반의 부하로 교차 전력 공급을 가능하게 하는 선박용 전력 공급 시스템을 갖는 선박에 관련된다.

일반적으로 선박을 운용함에 있어서, 동력원으로 발전기를 사용하여 선박 내 모터와 같은 추진 부하, 및/또는 다양한 부하들에 전력을 공급한다. 선박을 운용하기 위한 전력 공급 시스템은 크게 직류(DC) 형, 또는 교류(AC) 형으로 선박의 부하에게 전력을 공급하는데, 직류(DC) 기반 전력 공급 시스템은 교류(AC) 기반 전력 공급 시스템과 비교하여 발전기 병렬 운전시, 주파수와 위상 동기화 없이 바로 연계 가능하며 고정 rpm 발전기가 아닌 가변 rpm 발전기 적용이 가능하다. 또한 역률이 1이므로 무효전력이 발생하지 않아 에너지 효율이 향상되고 태양광과 같은 신재생 에너지와 에너지저장장치(ESS; Energy Storage System)과 연계가 용이하다는 이점이 있어, 최근 직류(DC) 기반 전력 공급 시스템에 대한 관심이 지속되고 있다. 다만, 직류(DC) 기반 전력 공급 시스템의 단락 사고 발생시, 교류(AC) 기반 전력 공급 시스템과 다르게 사고 전류가 영점을 지나며 교번하지 않고 매우 빠르게 피크치에 도달하기 때문에 신속한 차단이 요구된다.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른, 선박용 직류(DC) 기반 전력공급시스템을 나타낸다.

일반적으로 선박용 직류(DC) 기반 전력 공급 시스템은 하나 이상의 배전반(예컨대, 도 1의 10 내지 30)으로 구성되며, 각 배전반은 버스 연결 차단기(Bus-tie breaker)에 의해 차단 및 연결이 제어된다. 예를 들어, 한 배전반에서 단락 사고와 같은 고장 상황이 발생할 경우, 버스 연결 차단기가 동작하여 사고가 발생한 배전반과 다른 배전반을 분리/차단시켜 사고의 확산을 막는다.

도 1에 도시된 전력 공급 시스템은 버스 연결 차단기(51, 52)로 기계식 직류 차단기를 사용하였다. 그러나, 기계식 직류 차단기는 차단에 걸리는 시간이 상대적으로 길어 (예를 들어, 3~5ms) 사고 전류가 확산될 가능성이 매우 크다. 또한, 대전류 차단이 불가능한 문제가 있다.

이를 극복하기 위해 버스 연결 차단기(51, 52)로 반도체 차단기를 적용한 전력 공급 시스템이 있으나, 반도체 차단기는 그 용량이 한정적이고 가격이 비싸고 상용화된 제품이 제한적인 한계가 있다.

공개특허공보 제10-2017-0118285호

본 발명의 일 측면에 따르면 SPDT(Single Pole Double Throw)를 이용하여 한 배전반에 연결된 발전기로부터 분리된 다른 배전반의 부하로 교차 전력 공급을 가능하게 하는 선박용 전력 공급 시스템을 갖는 선박이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박은 제1 배전반 및 제2 배전반을 포함한 복수의 배전반; 및 상기 복수의 배전반의 전기 신호 상태를 모니터링하여 전력 공급을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 여기서, 각 배전반은 직류 전기 신호를 출력하는 복수의 발전부; 상기 발전부에서 출력된 직류 전기 신호를 부하부에 전달하는 메인버스; 각 발전부와 메인버스 사이에 각각 위치한 복수의 스위치로서, 각 스위치는 상기 메인버스와 상기 발전부를 연결하는 메인 경로 또는 상기 메인버스와 타 배전반의 발전부를 연결하는 서브 경로를 전기적으로 연결 가능한, 복수의 스위치; 및 상기 메인버스를 통해 전력을 공급받는 부하부를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 제1 배전반의 스위치가 상기 메인 경로를 전기적으로 연결하고 있는 상태에서, 상기 제어부는 상기 모니터링 결과에 기초하여 제1 배전반에서의 전력 공급 상태를 사고 상태로 판단하면, 상기 제2 배전반의 스위치가 상기 서브 경로를 전기적으로 연결하게 할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는 배전반에서의 전기적 신호가 소정 임계치를 초과하는 경우, 전력 공급 상태를 사고 상태로 판단할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부에 의한 스위칭은 경부하 모드에서 수행될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는 전력관리시스템(PMS)을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 발전부는 부하율에 따라 속도를 변화할 수 있는 가변 rpm 발전기를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 발전부는 교류 전기 신호를 생성하는 교류 발전기; 및 각 교류 발전기의 교류 전기 신호를 직류 전기 신호로 변환하여 메인버스로 출력하는 복수의 제1 컨버터를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 부하부는 상기 메인버스로부터 수신한 직류 전기 신호를 교류 전기 신호로 변환하는 하나 이상의 제2 컨버터; 및 상기 메인버스를 통해 전력을 공급받는 메인부하를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 부하부는 상기 메인버스의 전압 보다 낮은 전압을 갖는 서브버스; 상기 제2 컨버터와 상기 서브버스 사이에 위치한 변압기; 및 상기 서브버스를 통해 전력을 공급받는 서브부하를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 선박은 상기 제1 배전반의 서브버스와 상기 제2 배전반의 서브버스를 전기적으로 연결하되, 상기 제1 배전반 또는 제2 배전반에서의 전력 공급 상태의 변화가 소정 범위를 초과하는 경우 상기 서브버스 간의 연결을 차단하는 교류 차단기를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 적용된 직류(DC) 기반 선박용 전력 공급 시스템은 발전기 병렬 운전 시, 주파수 및 위상 동기화가 필요 없고 가변 rpm 발전기를 사용함으로써 부하율에 맞게 속도를 변화시켜 효율적으로 전력을 공급 할 수 있다. 이 때문에 경부하 모드에서 각 메인 배전반을 서로 분리하는 오픈 버스 방식으로 전력 공급을 가능하게 할 수 있다.

반대로, 교류(AC) 기반의 전력 공급 시스템은 발전기 병렬 운전 시, 주파수 및 위상 동기화로 인해 발전기 투입시간이 상대적으로 느리고 고정 rpm 발전기를 사용함으로써 부하율과 상관없이 일정 속도로 계속 운전되어야 하므로 직류(AC) 기반의 전력 공급 시스템 대비 에너지 효율이 상대적으로 나쁘다. 이 때문에 경부하 모드에서는 한 발전기로 다수의 배전반 부하에 전력을 공급해야하므로 각 메인 배전반을 서로 연결하여야 하는 클로즈 버스 방식이 필요하다.

따라서, 클로즈 버스 방식으로 운영되어야 하는 교류(AC) 기반의 전력 공급 시스템의 한계를 극복할 수 있다.

또한, 메인 배전반이 서로 연결되어 있는 클로즈 버스 방식과 달리 별도로 메인 버스 간의 연결을 차단하는 버스 연결 차단기(Bus-tie breaker)를 필요로 하지 않아, 패키지 구성이 간소화되고 공간 활용이 용이하고 경제적이다. 또한, 이미 배전반 간에 오픈되어 있기 때문에 단락 사고 발생시, 사고 전류가 사고 부스에서 정상 배전반으로 확산되지 않는다.

나아가, 발전기 탈락 시, SPDT를 사용하여 정상 동작 중인 정상 배전반의 전력을 공급받을 수 있도록 스위칭할 수 있다. 따라서, 발전기가 탈락된 배전반의 부하들은 탈락된 발전기로부터의 전력 공급이 차단되더라도, 다른 배전반 정상 발전기의 스위칭을 통해 전력을 공급받을 수 있다.

추가적으로, 직류(DC) 기반의 어느 한 메인 배전반의 사고 발생으로 인한 하위 보조 배전단의 전력 공급 부족할 경우, 교류(AC) 기반의 보조 배전반 사이의 버스 연결 차단기(Bus-tie breaker)를 클로즈 시켜 아이슬란드(Island) 구조로 운영할 수 있다.

만약 한 보조 배전반에서 사고 발생(Local fault)시, 보조 배전반 사이의 버스 연결 차단기(Bus-tie breaker)를 오픈시켜 사고 전류가 다른 보조 배전반으로 흐르는 것을 차단한다.

본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1은 종래의 일 실시예에 따른 직류(DC) 기반 선박용 전력 공급 시스템을 나타낸다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, SPDT를 이용한 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 발전부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스위치(SPDT; Single Pole Double Throw)를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 메인부하부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 서브부하부를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 발전기 한대 탈락 시 선박용 전력 공급 시스템의 동작을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 아이슬란드(Island) 구조를 더 포함하고 SPDT를 이용한 직류(DC) 기반 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 회로도이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 기재된 특징, 영역, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 및/또는 성분을 구체화하는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 영역, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 및/또는 성분의 존재 또는 부가를 제외시키는 것이 아니다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에 기술된 실시예는 전적으로 하드웨어이거나, 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어이거나, 또는 전적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 본 명세서에서 "부(unit)","모듈(module)", "장치" 또는 "시스템" 등은 하드웨어, 하드웨어와 소프트웨어의 조합, 또는 소프트웨어 등 컴퓨터 관련 엔티티(entity)를 지칭한다. 예를 들어, 본 명세서에서 부, 모듈, 장치 또는 시스템 등은 실행중인 프로세스, 프로세서, 객체(object), 실행 파일(executable), 실행 스레드(thread of execution), 프로그램(program), 및/또는 컴퓨터(computer)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 컴퓨터에서 실행중인 애플리케이션(application) 및 컴퓨터의 양쪽이 모두 본 명세서의 부, 모듈, 장치 또는 시스템 등에 해당할 수 있다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, SPDT를 이용한 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 하나 이상의 배전반(100, 200 등), 및 상기 배전반의 상태를 모니터링하는 제어부(300)를 포함한다. 배전반(100)은 복수의 발전부, 부하부, 메인버스 및 복수의 스위치를 포함한다. 일부 실시예에서, 부하부(130)는 메인부하부(140)를 포함할 수 있다. 또한, 서브부하부(150)를 더 포함할 수도 있다. 배전반(100)의 구성요소는 상호작용하도록 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 스위치, 메인버스를 통해 발전부로부터 부하부까지를 전기적으로 연결하는 전력 공급선을 사용하여 부하에 전력을 공급할 수 있다.

이하, 설명의 명료성을 위해 선박용 전력 공급 시스템(1)은 2개의 배전반(100, 200)을 포함하고, 각 배전반은 2개의 발전부(110, 120, 210, 220), 및 2개의 스위치(170, 180, 270, 280)를 각각 포함하는 것으로 서술되나, 이에 제한되는 것으로 해석되진 않는다. 또한, 경우에 따라 2개의 구성요소에 대한 상세한 설명은 1개의 구성요소에 대한 상세한 설명으로 대표하여 서술된다.

발전부(110)는 부하부(130)에서 소모하기 위한 전력을 생성하고 출력한다. 발전부(110)는 메인버스(160)를 통해 부하부(130)로 전력을 공급한다.

발전부(110)는 직류 전기 신호를 출력하여 부하부(130)에 전력을 공급하며, 발전기(111)를 포함한다. 발전기(111)는 디젤발전기, 복합연료발전기, 가스연료발전기, 가스터빈 등이 포함될 수 있으나 이에 제한되지는 않는다.

발전부(110)의 발전기 속성은 부하에 의존한다. 예를 들어, 선박의 운용을 위한 모터 부하가 정출력부하인 경우, 교류 계통의 발전기가 사용될 수 있다. 또한, 발전기의 수용율이 85%이고, 부하 용량이 1메가인 경우, 발전기의 발전 용량은 1.2메가일 수 있다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 발전부를 설명하기 위한 도면이다.

일 실시예에서, 발전부(110)는 교류 전력을 생성하는 교류 발전기(111)를 포함한다. 이 교류 발전기는 고정 rpm 발전기 또는 가변 rpm 발전기일 수 있다.

일 실시예에서, 발전부(110)는 발전기(111)에서 발전된 교류 전기 신호를 수신하여 직류 형태로 변환하는 교류(AC)/직류(DC) 인버터를 더 포함한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 배전반(100)은 두 개의 교류 발전기(111, 121) 및 각 교류 발전기(111, 121)에서 생성된 교류 전기 신호를 직류 전기 신호로 변환하는 두 개의 인버터(113, 123)를 포함할 수 있다.

전력 공급 시스템(1)은 시간대에 따라 전력 공급량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 배전반(100)의 부하부(130)가 두 개의 발전기(111, 121)의 발전 용량을 필요로 하지 않는 경우, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 적어도 하나의 발전기(예컨대, 발전기(111))를 부하부(130)로의 전력 공급 이외 목적으로 사용할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 전력 공급이 정지된 적어도 하나의 발전기(예컨대, 발전기(111))는 리던던시(redundancy) 목적의 발전기로 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 아래의 도 4를 참조하여 보다 상세하게 서술한다.

다시 도 2 및 도 3을 참조하면, 인버터(113, 123)로부터 출력된 직류 전기 신호는 스위치(170, 180)를 통해 메인버스(160)로 전달된다. 메인버스(160)는 발전부(110)에서 출력된 직류 전기 신호를 부하부(130)로 전달한다. 즉, 메인버스(160)에서는 직류 전기 신호(예컨대, 직류 전류)로 전력 공급이 실시된다.

또한, 배전반(100)은 하나 이상의 스위치를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 배전반(100)은 발전기의 수와 동일한 수의 스위치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 두 개의 발전기(110, 120)를 포함한 경우, 두 개의 스위치(170, 180)를 포함할 수 있다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스위치(SPDT; Single Pole Double Throw)를 설명하기 위한 도면이다.

스위치(170)는 발전부(110)와 메인버스(160) 사이의 전기적 경로인 메인 경로, 또는 발전부(110)와 상기 스위치(170)가 포함되지 않은 다른 배전반의 메인버스(도 2 및 도 3의 제2 배전반(200)의 메인버스(260)) 사이의 전기적 경로인 서브 경로를 전기적으로 연결하도록 구성된다.

또한, 스위치(180)는 발전부(120)와 메인버스(160) 사이의 전기적 경로인 메인 경로, 또는 발전부(120)와 상기 스위치(180)가 포함되지 않은 다른 배전반의 발전부(도 2 및 도 3의 제2 배전반(200)의 메인버스(260)) 사이의 전기적 경로인 서브 경로를 전기적으로 연결하도록 구성된다.

각 배전반(100, 200)이 하나 이상의 스위치(170, 180, 270, 280)를 포함하는 경우, 각 부하부(130, 230)로 연결된 전력 공급 경로의 경우의 수는 각 배전반에 포함된 발전기의 수에 의존한다. 예를 들어, 도 3과 같이 각 배전반에 포함된 발전기의 수가 각각 2개인 경우, 총 4개의 경로가 가능하다.

상기 스위치(170)는 제어부(300)로부터 배전반(100)에 대한 모니터링 결과를 수신하여 경로를 전기적으로 연결한다. 예를 들어, 스위치(170)는 제어부(300)로부터 특정 신호를 수신한 경우 메인 경로를 연결하도록 스위칭되고, 다른 특정 신호를 수신한 경우 서브 경로를 연결하도록 스위칭된다. 이러한 스위치(170)의 스위칭에 의해, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 경로의 연결에 의해 발전기가 전력 공급 경로로부터 탈락할 수 있다. 또한, 다른 배전반으로의 전력 공급이 (즉, 교차 전력 공급이) 가능해 질 수 있다. 이에 대해서는 아래의 도 8을 참조하여 보다 상세하게 서술한다.

일 실시예에서, 스위치(170)는 SPDT(Single Pole Double Throw)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되진 않는다.

또한, 전력 공급 시스템(1)의 각 배전반(100, 200)은 각 배전반에서 사고가 발생한 경우 (예컨대, 발전기(111, 121) 고장인 경우) 발전부(110, 120)와 메인버스(160, 260) 사이의 전기적 연결을 차단하는 단로기(disconnector)를 더 포함할 수 있다. 일 예에서, 단로기는 소정의 임계치를 초과하는 이상 전기 신호를 수신하면, 전기적 연결을 차단하고, 이상 전기 신호의 경로 상에 위치하는 발전부를 전력 공급 경로에서 탈락 시킨다.

단로기의 위치는 도 4에 도시된 바와 같이, 스위치(170)와 메인버스(160) 사이에 배치될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

부하부(130)는 전력을 소모하는 다양한 부하를 포함한다. 상기 부하는 선박의 운용을 위해 사용되는 선박용 부하 및/또는 선박의 운용 이외에 부가적으로 사용되는 기타 부하를 포함한다.

도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 메인부하부를 설명하기 위한 도면이다. 전술한 바와 같이, 부하부(130)는 메인부하부(140)를 포함한다.

메인부하부(130)는 메인버스(160)로부터 수신한 직류 전기 신호를 교류 전기 신호로 변환하는 직류(DC)/교류(AC) 컨버터(141), 상기 컨버터(141)의 교류 전기 신호를 수신하여 교류 전력을 소모하는 메인부하(147)을 포함한다.

아래의 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 메인부하(147)는 다양한 목적의 펌프, 쓰러스터 모터(thruster motor) 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되진 않는다.

이와 같이, 전력 공급 시스템(1)의 배전반(100)은 직류(DC) 기반 전력 공급 시스템은 발전기 병렬 운전 시, 주파수 및 위상 동기화가 필요 없고 가변 rpm 발전기를 사용함으로써 부하율에 맞게 속도를 변화시켜 효율적으로 전력을 공급 할 수 있다. 이 때문에 경부하 모드에서 각 메인 배전반을 서로 분리하는 오픈 버스 방식으로 전력 공급을 가능하게 할 수 있다.

반대로, 교류(AC) 기반의 전력 공급 시스템의 경우, 발전기 병렬 운전 시, 주파수 및 위상 동기화로 인해 발전기 투입시간이 상대적으로 느리고 고정 rpm 발전기를 사용함으로써 부하율과 상관없이 일정 속도로 계속 운전되어야 한다. 이 때문에 경부하 모드에서 각 메인 배전반을 서로 연결하여야 하는 클로즈 버스 방식이 필요하다.

따라서, 메인 배전반이 서로 연결되어 있는 클로즈 버스 방식과 달리 별도로 메인 버스 간의 연결을 차단하는 버스 연결 차단기(Bus-tie breaker)를 필요로 하지 않아, 패키지 구성이 간소화되고 공간 활용이 용이하고 경제적이다. 또한, 이미 배전반 간에 오픈되어 있기 때문에 단락 사고 발생시, 사고 전류가 사고 부스에서 정상 배전반으로 확산되지 않는다.

배전반(200)의 구성요소 및 동작은 배전반(100)의 구성요소 및 동작과 유사하므로, 자세한 설명은 생략한다.

추가적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 부하부(130, 230)는 서브부하부(150, 250)를 더 포함할 수 있다.

도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 서브부하부를 설명하기 위한 도면이다.

도 2 및 도 6을 참조하면, 서브부하부(150, 250)는 메인버스(160)로부터 수신한 직류 전기 신호를 교류 전기 신호로 변환하는 DC/AC 컨버터(151, 251), 상기 메인버스(160, 260)의 전압 보다 낮은 전압을 갖는 서브버스(153, 253), 상기 컨버터(151, 251)와 서브버스(153, 253) 사이에 위치하는 변압기(155, 255) 및 상기 서브버스(153, 253)를 통해 전력을 공급받아, 전력을 소모하는 서브부하(미도시)를 더 포함할 수 있다.

제어부(300)는 선박용 전력 공급 시스템(1)의 동작을 전반적으로 제어하는 구성요소로서, 예를 들어, 제어부(300)는 하나 이상의 프로세서 등을 포함한 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다.

제어부(300)는 배전반의 전기 신호(예컨대, 전력, 전압 등)에 기초하여 배전반의 일부 또는 전부의 상태를 모니터링하고 전력 공급을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)는 모니터링 결과에 기초하여 특정 전기적 신호를 스위치로 전송하고, 상기 특정 신호를 통해 스위치를 스위칭시켜 전력 공급 경로를 변경할 수 있다.

일 실시예에서, 제어부(300)는 전력관리시스템(PMS; Power Management System)을 포함할 수 있다.

제어부(300)는 선박용 전력 공급 시스템(1)의 구성요소 중 적어도 하나와 상호작용하며, 상기 제어부(300)의 동작에 대해서는 아래의 8을 참조하여 보다 상세하게 서술한다.

도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 발전기 탈락 시, 선박용 전력 공급 시스템의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 명세서에서 사고 상황은 선박 운행 중 사고, 발전기 고장, 사고 및/또는 고장이 없으나 이상 신호 발생, 배전반 근처의 환경 변화 (예컨대, 온도, 습도, 자기장의 급격한 변화 등) 등과 같이, 전력 공급이 불가능하거나, 전력 공급을 유지하면 부하에 손상을 미치는 것과 같은 비 정상적인 전력 공급 상태를 나타낸다. 이하, 설명의 명료성을 위해, (예컨대, 배전반(100)의 발전기(121)에서 고장이 발생한 것과 같은) 발전기 고장을 사고 상황으로 예시적으로 지칭하여 사고 상황 발생시 선박용 전력 공급 시스템(1)의 동작을 자세히 서술한다.

전술한 바와 같이, 경부하 시간대에서는 부하부(130, 230)에 많은 전력 공급이 요구되지 않는다. 예를 들어, 경부하 모드에서는 각 부하부(130, 230)의 부하를 구동시키기 위해 하나의 발전기(예컨대, 110, 210)로 충분할 수 있다.

배전반(200)에 포함된 스위치(270)는 발전기 탈락 발생 이전에 발전기(210)가 부하부(230)에 전력을 공급하도록 연결된다. 배전반(100)에서 사고 상황이 발생하지 않은 것과 같이, 배전반(100)의 전기 신호의 변화가 소정 임계치 이내인 경우(예컨대, 소정의 공차 범위 이하인 경우), 스위치(270)는 메인 경로(즉, 발전부(210)에서 메인버스(260)으로의 경로)에 대한 전기적 연결을 유지한다. 일 예에서, 제어부(300)는 발전부(110)의 직류 전기 신호가 ±10% 범위 이내인 경우 정상 상태로 판단한다. 그러나, 이에 제한되지 않으며, 임계 범위는 발전기의 발전 규모, 발전 계통에 따라 다양하게 설정될 수도 있다. 또는 발전기의 출력 신호 이외의 다른 신호를 사고를 판단하는 기준으로 사용할 수도 있다.

사고 상황이 배전반(100)에서 발생한 경우, 제어부(300)는 배전반의 전기 신호(예컨대, 전력, 전압 등)에 기초하여 배전반(100)에서의 전력 공급 상태의 변화에 기초하여 사고 상황를 감지하고, 배전반(100)의 전력 공급 상태를 사고 상태로 판단한다.

일 실시예에서, 전력 공급 상태의 변화는 배전반의 전기적 신호(예컨대, 전류 신호)가 소정 임계치를 초과하는 경우, 또는 배전반의 전기적 신호의 소정 범위를 초과하는 변화량 등을 포함할 수 있다. 일 예에서, 제어부(300)는 발전부(110)의 직류 전기 신호가 ±10% 범위를 초과하는 경우 사고 상태로 판단한다.

또한, 배전반(100)의 사고 상황에 의해 단로기가 동작하여 발전부(120)와 메인 버스(160) 사이의 전기적 연결이 차단될 수도 있다. 단로기에 의한 차단은 상기 사고 상황과 일치하는 상황에 수행되거나, 또는 소정의 편차를 갖는 상황에서 수행될 수도 있다.

사고 상황이 발생했다고 판단시, 제어부(300)는 부하부(130)으로의 전력 공급 상황을 유지하기 위해, 정상 동작 중인 배전반(200)의 발전부(210, 220) 중 하나로부터 배전반(100)의 부하로 전력 공급이 되게 한다. 즉, 정상 운전하는 배전반(200)의 스위치가 교차 전력 공급을 위해 릴레이 스위칭된다. 예를 들어, 제어부(300)는 배전반(100)의 전력 공급 상태를 사고 상태로 판단하면, 사고 상황을 나타내는 특정 신호를 스위치(270)로 전송한다. 스위치(270)는 상기 특정 신호를 수신하면, 교차 전력 공급을 위해, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이, 배전반(200)의 스위치(270)가 스위칭되어 발전부(210)와 메인버스(160)가 전기적으로 연결될 수 있다.

이러한 릴레이 스위칭에 의해 배전반(200)의 일부 전력이 배전반(100)으로 교차 공급되어, 배전반(100)의 부하 손상을 방지한다.

추가적으로, 제어부(300)는 한 대의 발전기(111 또는 121)에 의해 배전반(100)의 부하로 전력 공급이 가능한지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 제어부(300)는 배전반(100)의 부하율 증가로 한 대의 발전기(111 또는 121)에 의한 전력 공급이 부족하다고 판단하면, 배전반(100)에 포함된 (또는 연결되어 있는) 추가 발전기를 가동하지 않고, 배전반(200)의 스위치가 서브 경로를 전기적으로 연결한다.

추가적으로, 제어부(300)는 배전반(100 및/또는 200)에서의 전력 공급 상태가 부하율이 낮은 경부하 모드에 해당하는지 여부를 판단한 뒤, 릴레이 스위칭을 수행할 수 있다. 예를 들어, 배전반(100)의 스위치가 메인 경로를 전기적으로 연결하고 있는 상태에서, 제어부(300)는 모니터링 결과에 기초하여 (예컨대, 제1 배전반에 부하율 증가로 한 대의 발전기(121)에 의한 전력 공급이 부족하고 배전반(200)에서의 전력 공급 상태를 부하율이 낮은 경부하 모드로 판단하면, 배전반(100)에 포함된 (또는 연결되어 있는) 추가 발전기를 가동하지 않고, 배전반(200)의 스위치가 서브 경로를 전기적으로 연결하여 효율적인 전력 운영을 가능하게 한다.

교차 전력 공급이 시작된 이후, (고장난 발전기가 다시 정상적으로 동작 가능한 경우 또는 사고 발전기가 정상 발전기로 대체된 경우, 및/또는 단로기에 의한 차단이 다시 연결된 경우 등과 같이) 사고 이전 상태로 배전반(100)의 전력 공급 상태가 복구된 경우, 배전반(100) 내부의 전기적 신호(예컨대, 전류 등)는 정상 범위에 포함된다. 따라서, 제어부(300)는 배전반(100)의 전력 공급 상태를 다시 정상 상태로 판단할 수 있다.

그러면, 제어부(300)는 배전반(200)의 스위치(270)를 제어하여, 메인버스(260)와 발전부(210)를 다시 연결하게 한다. 즉, SPDT의 릴레이 스위칭이 재전환된다. 예를 들어, 제어부(300)는 정상 상황을 나타내는 다른 특정 신호를 스위치(270)로 전송하고, 상기 스위치(270)가 다른 특정 신호를 수신하면 서브 경로를 연결하도록 스위칭될 수 있다.

실시예들에서, 상기 교차 전력 공급은 하나의 배전반의 발전기 일부 또는 전부에 대하여 사고 상황 발생한 경우 수행될 수 있다.

일 예에서, 도 5의 배전반(100)에 있어서, 발전기(111) 및 발전기(121)에서 고장이 발생한 경우에 배전반(200)으로부터 메인버스(160)로의 교차 전력 공급이 수행될 수도 있다.

다른 일 예에서, 도 5의 배전반(100)의 발전기(예컨대, 발전기(111))에서 고장이 발생한 경우, 배전반(200)으로부터 메인버스(160)로의 교차 전력 공급이 수행될 수도 있다.

다른 일부 실시예에서, 도 5의 배전반(100)의 발전기(예컨대, 발전기(111))에서 고장이 발생한 경우, 배전반(100)의 다른 발전기(예컨대, 발전기(121))이 메인버스(160)를 통해 부하로 전력을 공급할 수도 있다. 이 경우, 릴레이 스위칭은 사고 상황이 발생한 배전반(100) 내부에서 전력 공급이 어렵거나, 불가능한 경우에 동작할 수 있다.

도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 아이슬란드(Island) 구조를 더 포함한 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 회로도이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 선박용 전력 공급 시스템(1)은 배전반(100)의 서브버스(151)와 배전반(200)의 서브버스(251) 사이에 위치하는 버스 연결 차단기(Bus-tie breaker)로서, 상기 배전반(100) 또는 배전반(200)의 일부 또는 전부에서 사고 상황이 발생한 경우 상기 서브버스(153, 253) 사이의 연결을 차단하는 교류 차단기(1000)를 더 포함할 수 있다. (도 7의 DC breaker를 AC breaker로 수정하였습니다)

상기 교류 차단기(1000)는 예를 들어, 배전반(100) 또는 배전반(200)의 서브버스로부터 (예컨대, 전기 신호의 변화 상태가 소정 범위를 초과하는 것을 포함한) 전력 공급 상태가 비정상적인 사고 상황이 발생한 경우, 상기 서브버스 간의 연결을 차단하도록 구성될 수 있다.

이와 같이, 배전반의 일부(예를 들어, 메인버스 보다 낮은 전압의 서브버스)가 차단기를 통해 연결되어 있는 경우, 타 배전단의 전력 공급이 부족한 경우 일 배전단으로부터 보조적인 전력 공급이 가능하다. 또한, 이와 같이 차단기(1000)로 연결되어 있는 구조는 일 배전단에서 단락 사고(Local fault)가 발생한 경우에는 차단기(1000)가 오픈되어 다른 배전단으로 사고 전류가 확대되지 않는다.

이상에서 설명한 실시예들에 따른 선박용 전력 공급 시스템을 갖는 선박의 동작은 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램으로 구현되어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 예를 들어, 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터-판독가능 매체로 구성되는 프로그램 제품과 함께 구현되고, 이는 기술된 임의의 또는 모든 단계, 동작, 또는 과정을 수행하기 위한 프로세서에 의해 실행될 수 있다.

상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 실시예가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

제1 배전반 및 제2 배전반을 포함한 복수의 배전반으로서, 각 배전반은: 전기 신호를 출력하는 복수의 발전부; 발전부에서 출력된 전기 신호를 수신하는 메인버스; 및 각 발전부와 메인버스 사이에 각각 위치한 복수의 스위치를 포함하고, 각 스위치는 상기 메인버스와 상기 발전부를 연결하는 메인 경로 또는 상기 메인버스와 타 배전반의 발전부를 연결하는 서브 경로를 전기적으로 연결 가능하도록 구성된, 복수의 배전반; 및
상기 복수의 배전반의 전기 신호 상태를 모니터링하여 전력 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 선박.
제1항에 있어서, 각 배전반은,
상기 메인버스를 통해 전력을 공급받는 부하부를 더 포함하고,
상기 발전부는 직류 전기 신호를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제1 배전반의 스위치가 상기 메인 경로를 전기적으로 연결하고 있는 상태에서, 상기 모니터링 결과에 기초하여 제1 배전반에서의 전력 공급 상태를 사고 상태로 판단하면, 상기 제2 배전반의 스위치가 상기 서브 경로를 전기적으로 연결하게 하는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서,
상기 제어부에 의한 스위칭은 경부하 모드에서 수행되는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
배전반에서의 전기적 신호가 소정 임계치를 초과하는 경우, 사고 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 발전부는,
부하율에 따라 속도를 변화할 수 있는 가변 rpm 발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 각 배전반은,
상기 발전부와 메인버스 사이에 위치하는 단로기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
전력관리시스템(PMS)을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 발전부는,
교류 전기 신호를 생성하는 교류 발전기; 및
각 교류 발전기의 교류 전기 신호를 직류 전기 신호로 변환하여 메인버스로 출력하는 복수의 제1 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
제1항에 있어서, 상기 부하부는,
상기 메인버스로부터 수신한 직류 전기 신호를 교류 전기 신호로 변환하는 하나 이상의 제2 컨버터; 및
상기 메인버스를 통해 전력을 공급받는 메인부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
제10항에 있어서, 상기 부하부는,
상기 메인버스의 전압 보다 낮은 전압을 갖는 서브버스;
상기 제2 컨버터와 상기 서브버스 사이에 위치한 변압기; 및
상기 서브버스를 통해 전력을 공급받는 서브부하를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
제11항에 있어서,
상기 제1 배전반의 서브버스와 상기 제2 배전반의 서브버스를 전기적으로 연결하되,
상기 제1 배전반 또는 제2 배전반에서의 전력 공급 상태의 변화가 소정 범위를 초과하는 경우 상기 서브버스 간의 연결을 차단하는 교류 차단기를 더 포함하는 선박.