KR102285921B1 - 리던던트 전력 공급 네트워크, 및 온보드 네트워크로서 리던던트 전력 공급 네트워크를 갖는 선박 - Google Patents

리던던트 전력 공급 네트워크, 및 온보드 네트워크로서 리던던트 전력 공급 네트워크를 갖는 선박 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리던던트 전력 공급 네트워크(1)에 관한 것으로, 리던던트 전력 공급 네트워크(1)는 제1 중간 dc 회로(12)를 갖는 제1 인입-피드 전력 컨버터(11) 및 제2 중간 dc 회로(22)를 갖는 제2 인입-피드 전력 컨버터(21), 제1 전력원(13) 및 제2 전력원(23), 교류 전압 네트워크(2), 및 외부 네트워크(5)를 위한 단자(4)를 가지며, 여기서, 제1 인입-피드 전력 컨버터(11) 및 제2 인입-피드 전력 컨버터(21)는 교류 전압 측에서 교류 전압 네트워크(2)에 각각 연결되고, 제1 전력원(13)은 제1 중간 dc 회로(12)에 연결되며, 그리고 제2 전력원(23)은 제2 중간 dc 회로(22)에 연결된다. 외부 네트워크에 의한 피드에 대하여 리던던트 전력 공급 네트워크를 개선시키기 위하여, 제1 인입-피드 전력 컨버터(11)와 교류 전압 네트워크(2) 사이에 제1 주 스위치(14)가 배열되며, 여기서, 제1 중간 dc 회로(12)와 제2 중간 dc 회로(22)는 중간 회로 스위치(3)에 의하여 서로 연결될 수 있으며, 외부 네트워크(5)를 위한 단자(4)로의 연결부(6)가 제1 인입-피드 전력 컨버터(11)와 제1 메인즈 스위치(14) 사이에 배열되는 것이 제안된다. 또한, 본 발명은 온보드 네트워크를 갖는 워터 비히클(10)에 관한 것으로, 여기서, 온보드 네트워크는 이러한 유형의 리던던트 전력 공급 네트워크(1)로서 구현된다. 또한, 본 발명은 외부 네트워크(5)에 이러한 유형의 리던던트 전력 공급 네트워크(1)를 연결하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

리던던트 전력 공급 네트워크, 및 온보드 네트워크로서 리던던트 전력 공급 네트워크를 갖는 선박{REDUNDANT POWER SUPPLY NETWORK AND SHIP WITH REDUNDANT POWER SUPPLY NETWORK AS ONBOARD NETWORK}
본 발명은, 제1 중간 dc 회로를 갖는 제1 인입-피드(incoming-feed) 전력 컨버터(converter) 및 제2 중간 dc 회로를 갖는 제2 인입-피드 전력 컨버터를 가지는 리던던트(redundant) 전력 공급 네트워크(network), 그리고 제1 전력원 및 제2 전력원, 교류 전압 네트워크, 및 외부 네트워크를 위한 단자에 관한 것이며, 여기서, 제1 인입-피드 전력 컨버터 및 제2 인입-피드 전력 컨버터는 교류 전압 측에서 교류 전압 네트워크에 각각 연결되며, 제1 전력원은 제1 중간 dc 회로에 연결되고 제2 전력원은 제2 중간 dc 회로에 연결된다. 본 발명은 추가로, 온보드(onboard) 네트워크를 갖는 선박에 관한 것이며, 여기서, 온보드 네트워크는 이러한 유형의 리던던트 전력 공급 네트워크로서 구현된다. 또한, 본 발명은 이러한 유형의 리던던트 전력 공급 네트워크를 외부 네트워크에 연결하기 위한 방법에 관한 것이다.
전기 부하들에 전력을 공급하기 위해 전력 공급 네트워크들이 사용된다. 그러한 전력 공급 네트워크는 종종, 중요한 부하들에 대해 리던던트하게(redundantly) 설계된다. 이는, 하나 이상의 구성요소들이 고장나면 전력 공급 네트워크가 계속해서 신뢰성 있게 전력을 제공할 수 있다는 것을 의미한다. 이는 예컨대, 비히클(vehicle)들, 특히 선박들과 같은 워터(water) 비히클들에 있는 전기 부하들에 대한 경우이다. 특히, 선박이 이동하고 있는 동안, 리던던트 전력 공급 네트워크로부터 임계(critical) 전기 부하들이 전력을 공급받을 필요가 있다.
부하들에는 교류 전압 네트워크를 통해 전력이 공급된다. 리던던트 전력 공급 네트워크는 2 개의 전력원들로부터 피딩된다(fed). 예컨대, 전력원들은 단지 발전기들, 이를테면, 예컨대 연소 엔진(engine)에 대해 동작되는 발전기들, 또는 전력 저장 유닛(unit)들, 이를테면 배터리(battery)들일 수 있다. 이러한 전력 저장 유닛들은 전력을 제공할 뿐만 아니라 전력을 흡수하고 저장할 수 있다. 또한, 선박에서는, 전력원들로서 축 발전기들을 사용하는 것이 가능하다. 여기서, 기계 동력이 발전기에 의하여 선박의 구동 축인 선박의 축으로부터 취해지고, 전력 공급 네트워크에 피딩된다. 여기서, 전력원은 흔히 전력 컨버터를 포함하며, 따라서 전력원은 인입-피드 전력 컨버터의 중간 dc 회로에 연결될 수 있다.
인입-피드 전력 컨버터는 전력원과 교류 전압 네트워크 사이에 배열된다. 이는 전력원과 교류 전압 네트워크 사이의 전력 교환을 제어하거나 또는 조절하는 것을 가능하게 한다. 이들은 교류 전압 네트워크에서의 시스템 외란(system disturbance)들에 대한 요건들을 충족시키며, 그리고 전압 및 주파수에 의하여 교류 전압 네트워크를 형성할 수 있다.
부가하여, 전력원들에 의해서가 아니고 외부 네트워크에 교류 전압 네트워크를 연결하고, 상기 외부 네트워크로부터의 전력을 교류 전압 네트워크에 공급할 필요가 있을 수 있다. 이는 예컨대 유지보수 목적들을 위해 요구될 수 있다. 비히클들에 대해, 이러한 비히클들이, 디젤(diesel) 엔진의 동작이 허용되지 않는 창고(depot)에 있을 필요가 있을 수 있다. 동일한 사항이 선박들에 적용되며, 선박들에서는, 환경적 이유들로 소정의 영역들에서 디젤 엔진의 동작이 금지되고, 그런 다음, 교류 전압 네트워크에는 육상(onshore) 피드, 육상 단자 또는 육상 네트워크로서 또한 알려진 외부 네트워크에 의하여 전력이 공급되어야 한다. 그런 다음, 이를 위해, 외부 네트워크와 교류 전압 네트워크 사이의 전력 교환을 제어하거나 또는 조절하는 추가적인 전력 컨버터가 제공된다.
본 발명의 근본적인 목적은 외부 네트워크에 의한 피드에 대하여 리던던트 전력 공급 네트워크를 개선시키는 것이다.
이 목적은 리던던트 전력 공급 네트워크에 의해 달성되며, 이 리던던트 전력 공급 네트워크는, 제1 중간 dc 회로를 갖는 제1 인입-피드 전력 컨버터 및 제2 중간 dc 회로를 갖는 제2 인입-피드 전력 컨버터, 제1 전력원 및 제2 전력원, 교류 전압 네트워크, 및 외부 네트워크를 위한 단자를 가지며, 여기서, 제1 인입-피드 전력 컨버터 및 제2 인입-피드 전력 컨버터는 교류 전압 측에서 교류 전압 네트워크와 각각 연결되며, 제1 전력원은 제1 중간 dc 회로에 연결되고 제2 전력원은 제2 중간 dc 회로에 연결되며, 제1 인입-피드 전력 컨버터와 교류 전압 네트워크 사이에 제1 메인즈 스위치(mains switch)가 배열되며, 제1 중간 dc 회로와 제2 중간 dc 회로는 중간 회로 스위치에 의하여 서로 연결될 수 있으며, 외부 네트워크를 위한 단자로의 연결부가 제1 인입-피드 전력 컨버터와 제1 메인즈 스위치 사이에 배열된다. 또한, 이 목적은, 온보드 네트워크를 갖는 워터 비히클에 의해 달성되며, 여기서, 온보드 네트워크는 이러한 유형의 리던던트 전력 공급 네트워크로서 구현된다. 또한, 이 목적은, 이러한 유형의 리던던트 전력 공급 네트워크를 외부 네트워크와 연결하기 위한 방법들에 의해 달성되며, 여기서, 중간 회로 스위치는 폐쇄되고 제1 메인즈 스위치는 개방되며, 제1 메인즈 스위치를 개방한 후에, 외부 네트워크는 제1 인입-피드 전력 컨버터에 전기 전도성 방식으로 연결된다.
본 발명의 추가적인 유리한 실시예들은 종속 청구항들에서 특정된다.
본 발명의 근본적인 지식은, 외부 네트워크와의 연결을 위해 제1 인입-피드 전력 컨버터를 사용하는 것은, 부가적인 전력 컨버터들 없이 외부 네트워크로부터의 공급을 쉽게 보장한다는 것이다. 이를 위해, 교류 전압 네트워크와 제1 인입-피드 전력 컨버터를 분리하는 스위치가 교류 전압 네트워크와 제1 인입-피드 전력 컨버터 사이에 단지 존재할 필요가 있다. 이 스위치를 다른 스위치들과 구별할 수 있기 위하여, 이 스위치는 메인즈 스위치로 지칭된다. 제1 메인즈 스위치를 개방한 후에, 외부 네트워크를 위한 단자로의 연결부를 통해, 제1 인입-피드 전력 컨버터와 외부 네트워크 사이에 전기 전도성 연결이 설정될 수 있다. 예컨대, 이는, 외부 네트워크가 예컨대 케이블(cable) 및 연관된 플러그(plug)를 통해 단자에 연결된다는 점에서 일어날 수 있다. 마찬가지로, 단자로의 연결부에 배치된 스위치를 폐쇄하고 이에 따라 전기 전도성 연결을 설정하기 위해, 심지어 제1 메인즈 스위치를 개방하기 전에 그리고 제1 메인즈 스위치를 개방한 후에, 네트워크와 단자 사이에 연결을 설정하는 것이 가능하다. 외부 네트워크와 교류 전압 네트워크 사이에서 전력 교환이 구체화될 수 있기 위하여, 제1 인입-피드 전력 컨버터의 중간 dc 회로와 제2 인입-피드 전력 컨버터의 중간 dc 회로는 서로 연결되어야 한다. 이는, 스위치를 사용하여 유리하게 이루어질 수 있다. 이 스위치를 다른 스위치들과 구별할 수 있기 위하여, 이 스위치는 중간 회로 스위치로 지칭된다.
교류 전압 네트워크는 단상 또는 다상 네트워크로서 구현될 수 있다. 특히, 3상 전류가 전기 부하들에 전력을 공급하기에 유용한 것으로 증명되었으며, 시장에서 스스로 자리를 잡았다.
주목할 만한 하나의 특정 장점은, 외부 네트워크를 연결하는 이러한 프로세스(process)가 중단 없이 수행된다는 점, 즉 온보드 네트워크가 연속적으로 전력을 공급받는다는 점이다. 이 경우, 외부 네트워크로부터의 공급에 따라, 전력원들은 또한, 모터(motor)들 그리고 또한 발전기들 양자 모두로서 계속해서 연속적으로 동작될 수 있다.
외부 네트워크와의 전기적 연결을 설정하기 전에 또는 전기적 연결을 설정한 후에 둘 모두에서, 외부 네트워크의 전압 및 주파수와 제1 인입-피드 전력 컨버터로부터의 전압 및 주파수의 동기화가 이루어질 수 있다. 외부 네트워크와의 전기적 연결을 설정한 후에 동기화가 이루어지면, 외부 네트워크와 리던던트 전력 공급 네트워크의 구성요소들 사이의 원치 않는 보상 프로세스들을 방지하기 위하여, 외부 네트워크와의 연결 시 제1 인입-피드 전력 컨버터는 차단되어야 한다.
외부 네트워크에 의한 피드를 위해 제1 인입-피드 전력 컨버터를 사용하는 것은 또한, 재그룹화(regrouping)로 지칭될 수 있다. 다시 말해서, 중간 회로들의 연결을 이용한 전력 컨버터들의 재그룹화는, 부가적인 인버터 하드웨어(inverter hardware) 없이, 기존의 인입-피드 전력 컨버터들이 전력 커플링(coupling) 컨버터들을 형성하여 이에 따라 외부 네트워크, 특히 육상 단자에 의한 공급을 가능하게 하도록 변환될 수 있게 한다. 이를 위해, 교류 전압 네트워크와 제1 인입-피드 전력 컨버터를 분리하기 위하여, 스위치와 인입-피드 전력 컨버터의 중간 dc 회로들 사이에 스위칭가능(switchable) 연결만이 요구된다.
전력 컨버터들과 관련된 전력 공급부에서의 리던던시(redundancy)가 재그룹화의 결과로서 손실되며, 반면에, 외부 네트워크에 의하여 전력 공급부에 높은 신뢰성이 제공된다.
예컨대, 워터 비히클, 이를테면 선박에서의 리던던트 전력 공급 네트워크의 사용이 특히 유리하다. 대부분의 사례들에서, 선박이 리던던시 이유들로 2 개의 채널(channel)들로 구조화되기 때문에, 안전한 전력 공급을 보장하기 위하여, 흔히 좌현(portside) 전력 컨버터와 우현(starboard) 전력 컨버터가 존재한다. 이 이중 채널은 선박이 이동하고 있는 동안, 즉 선박의 동작 동안 신뢰성 있는 전력 공급을 보장한다. 그러나, 이중 채널은 항구(port)에 절대적으로 필요한 것은 아니다. 다시 말해서, 항구에서는 교류 전압 네트워크로의 리던던트 피드를 없애는 것이 가능하다. 소스(source)들에 대한 리던던시는 계속해서 존재한다. 그러므로, 리던던트 전력 공급 네트워크는 선박에 특히 적합한데, 그 이유는 예컨대, 동작 동안, 리던던트 전력 공급 네트워크가 바다에서의 리던던시를 보장하고, 동시에, 인입-피드 전력 컨버터를 사용함으로써, 추가적인 전력 컨버터들 없이 외부 네트워크로부터의 피드를 가능하게 하며, 이러한 방식으로, 필요하지 않은 경우 리던던시를 없애기 때문이다. 다시 말해서, 피드에서의 리던던시의 손실에 의해 획득된 자유도는, 제1 중간 dc 회로와 제2 중간 dc 회로가 중간 dc 스위치들에 의하여 서로 연결됨으로써 전력 컨버터를 재그룹화하기 위해 사용된다. 중간 dc 회로 스위치들은 예컨대 보호기(protector)들 또는 분리기들로서 구현될 수 있다. 이러한 이유로, 리던던트 전력 공급 네트워크는 선박의 온보드 네트워크를 형성하는 것에 특히 적합하다.
단 하나의 인입-피드 전력 컨버터만이 교류 전압 네트워크에 피딩(feed)하기 때문에 외부 네트워크를 통한 공급으로 생성되는, 교류 전압 네트워크로의 더 낮은 피드 전력은, 온보드 네트워크에 요구되는 전력이 감소되기 때문에 항구에서는 큰 의미가 없다.
또한, 인입-피드 전력 컨버터들을 재그룹화함으로써, 이러한 전력 컨버터들의 기존의 네트워크 필터(filter)들이 사용될 수 있다. 예컨대 추가적인 전력 컨버터들의 사용으로 요구될 바와 같은 추가적인 네트워크 필터들을 없애고, 이에 따라 전력 공급 네트워크의 비용들, 중량 및 설치 공간을 절약하는 것이 가능하다.
또한, 리던던트 전력 공급부는 독립형 시스템들에서 유리하게 사용될 수 있다. 일반적으로, 2 개의 인입-피드 전력 컨버터들의 존재 시, 그리드-링크 동작(grid-linked operation)은 재그룹화에 의하여 수행될 수 있다. 예컨대, 독립형 시스템들은, 외부 네트워크로서 상호연결된 시스템과, 이들이 전력 잉여(power surplus)를 갖는다면 연결될 수 있다. 잉여 전력 때문에, 발전(power generation)에서의 리던던시가 더 이상 절대적으로 필요한 것은 아니다. 마찬가지로, 전력원 또는 전력원들의 임박한 고갈에 대해, 외부 네트워크로의 연결을 이용하여 신뢰성 있는 전력 공급을 보장하는 것이 가능하다.
본 발명의 유리한 실시예에 따라, 제1 전력원 및 제2 전력원은 축 발전기로서 구현된다. 리던던트 전력 공급 네트워크로서 선박의 온보드 네트워크의 실시예에 따라, 다음의 유리한 애플리케이션 옵션(application option)들이 특히 생성된다.
제1 시나리오(scenario)에서, 선박은 항구에 도달하여 정박되고, 프로세스(process)에서 축 발전기의 주 구동부(main drive)들은 계속해서 스위칭 온된다(switched on). 제1 인입-피드 전력 컨버터가 먼저, 선박의 네트워크인 교류 전압 네트워크와 분리된다. 제2 인입-피드 전력 컨버터는 축 발전기들 중 하나인 제2 전력원으로부터 교류 전압 네트워크에 연속적으로 전력을 공급한다. 그런 다음, 임의의 순서로, 중간 회로 스위치가 폐쇄되고, 제1 인입-피드 전력 컨버터가 외부 네트워크로서 육상 네트워크와 동기화되며, 그리고 육상 네트워크와의 연결이 설정된다. 이는, 연결을 설정함으로써, 예컨대, 케이블로 플러깅(plugging)함으로써 또는 연결 스위치를 폐쇄함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 이러한 방식으로, 예컨대 선박의 위치결정을 지원하기 위하여, 외부 네트워크와의 연결 후에 축 발전기들은 계속 동작 상태로 있을 수 있다.
다음의 애플리케이션이 제2 시나리오로서 가능하다. 항구에 도달하기 전에, 덜 환경 친화적인 연소 엔진을 종종 포함하는 주 구동부는 스위칭 오프되고(switched off), 더 작고 더 깨끗한 디젤(diesel) 엔진들이 스위칭 온된다. 축 발전기는 이제, 모터(motor)를 이용하여 선박을 구동하기 위해 사용된다. 그러므로, 전력원은 일시적으로 전력 싱크(sink)를 표현하며, 축 발전기는 구동부가 되었다. 전력 흐름은 이제, 교류 전압 네트워크로부터 축 발전기로 이동하며, 축 발전기는 이제, 모터를 이용하여 동작된다. 선박이 정박에 도달할 때, 모터를 이용하여 돌아가는 축 발전기들은 스위칭 오프될 수 있으며, 그리고 제1 시나리오에서 설명된 바와 같이, 제1 인입-피드 전력 컨버터들 중 하나가 온보드 네트워크로부터 분리되고, 육상 네트워크와의 연결이 설정된다. 여기서, 유리하게, 축 발전기들이 동작하여 이에 따라 선박의 위치결정을 지원할 수 있게 하는 것이 또한 가능하다. 그러므로, 항구의 인근에서, 특히 더욱 환경 친화적인 동작이 달성될 수 있다. 리던던트 전력 공급 네트워크에 의하여, 특히 국가의 영토들 내에서 또는 항구의 인근에서, 엄격한 배출 규정들을 준수하는 것이 또한 쉽게 가능하다.
본 발명의 추가적인 유리한 실시예에 따라, 제1 전력원 및/또는 제2 전력원은 전력 저장 유닛으로서, 특히 배터리로서 구현된다. 위에서 설명된 바와 같이, 제1 인입-피드 전력 컨버터는 차례로 온보드 네트워크로부터, 또는 일반적으로 교류 전압 네트워크로부터 분리된다. 제1 인입-피드 전력 컨버터는 교류 전압 측에서, 외부 네트워크를 위한 단자로의 연결부를 통해 외부 네트워크, 예컨대 육상 네트워크와 연결된다. 제1 인입-피드 전력 컨버터는 육상 네트워크 또는 외부 네트워크에 대해 설명된 방법과 유사하게 동기화된다. 이제, 육상 네트워크는 배터리가 충전되는 것을 가능하게 할 뿐만 아니라, 동시에, 교류 전압 네트워크를 위한 전압도 생성되고 계속 온보드 전력 공급부에 있는 제2 인입-피드 전력 컨버터와 함께 유지된다. 이 실시예는 특히, 전기적으로 동작되는 선박에 적합하다. 전력 저장 유닛들은, 전기 구동 모터들의 공급을 위해 독점적으로 또는 부분적으로 제공되는 저장 디바이스(device)들일 수 있다.
본 발명의 추가적인 유리한 실시예에 따라, 외부 네트워크의 단자로의 연결부는 연결 스위치를 갖는다. 위에서 설명한 바와 같이, 연결 스위치는 절대적으로 필요한 것은 아니다. 그러나, 연결 스위치는 폐-루프 제어부(closed-loop control)에 의하여 외부 네트워크의 연결을 제어한다. 그러므로, 외부 네트워크와의 연결은 인입-피드 전력 컨버터의 동기화의 기능으로서 이루어질 수 있다. 스위치의 체크백 콘택(checkback contact)은, 외부 네트워크가 제1 인입-피드 전력 컨버터에 연결되는지 여부를 폐-루프 제어부에게 통보한다. 따라서, 외부 네트워크를 연결하는 방법은 예컨대 인입-피드 전력 컨버터 또는 인입-피드 전력 컨버터들 둘 모두의 폐-루프 제어부에 의하여 쉽게 자동화될 수 있다.
본 발명은 도면들에서 도시된 예시적인 실시예들에 기초하여 아래에서 더욱 상세히 설명되고 해석되며, 도면들에서:
도 1은 알려진 전력 공급 네트워크를 도시하고,
도 2는 외부 네트워크를 위한 단자를 갖는 리던던트 전력 공급 네트워크의 예시적인 실시예를 도시하고,
도 3 내지 도 5는 전력원의 실시예들을 도시하며, 그리고
도 6은 외부 네트워크를 위한 단자를 갖는 리던던트 전력 공급 네트워크를 갖는 선박을 도시한다.
도 1은 도시되지 않은 전기 부하들에 전력을 공급하기 위한 교류 전압 네트워크(2)에 제1 전력원(13) 및 제2 전력원(23)으로부터의 전력이 공급되는 알려진 전력 공급 네트워크를 도시한다. 이 예에서, 전력은 2 개의 페이즈(phase)들을 통해 공급되며, 2 개의 페이즈들 각각은 인입-피드 전력 컨버터(11, 21), 중간 dc 회로(12, 22) 및 전력원(13, 23)을 갖는다. 전력원들(13, 23)은 각각의 경우, 개개의 인입-피드 전력 컨버터(11, 21)의 제1 또는 제2 중간 dc 회로(12, 22)에 연결된다. 개개의 전력원들(13, 23)은 전기 기계(132, 232)에 부가하여 액추에이터(actuator)(131, 231)를 갖는다. 이 액추에이터(131, 231)는 전기 기계에 의해 제공되는 교류 전압을 직류 전압으로 변환할 수 있으며, 따라서 전력원(13, 23)은 개개의 중간 dc 회로(12, 22)에 연결될 수 있다. 교류 전압 네트워크는 하나 이상의 인입-피드 전력 컨버터들(11, 12)에 의하여 형성될 수 있다. 이 예에서, 제1 인입-피드 전력 컨버터(11) 및 제2 인입-피드 전력 컨버터(21)가 도시되며, 제1 인입-피드 전력 컨버터(11) 및 제2 인입-피드 전력 컨버터(21)는, 각자에게 연결된 전력원(13, 23)과 교류 전압 네트워크(2) 사이의 전력의 교환을 제어하거나 또는 조절할 수 있다. 2 개의 페이즈들의 어레인지먼트(arrangement)는 리던던시를 생성하며, 이는 또한, 페이즈의 구성요소들 중 하나가 고장나더라도 다른 페이즈를 통해 계속해서 교류 전압 네트워크(2)에 전력이 신뢰성 있게 공급될 수 있게 한다.
또한, 2 개의 전력원들(13, 23)로부터의 전력 공급에 부가하여, 교류 전압 네트워크(2)는 부가적으로 또는 대안적으로, 디젤 발전기(30)로부터 계속해서 피딩될 수 있다.
하나의 그러한 전력 공급 네트워크가 여기서 도시되지 않은 외부 네트워크(5)에 연결되면, 여기서 도시되지 않은 추가적인 전력 컨버터가 중간 dc 회로들(12, 22) 중 하나에 배열되며, 추가적인 전력 컨버터는 외부 네트워크(5)를 중간 dc 회로(12, 22)에 연결한다. 전력 컨버터를 절약하기 위하여, 외부 네트워크(5)는 또한, 액추에이터(131, 231)와 전기 기계(132, 232) 사이의 전력 공급 네트워크에 연결될 수 있다. 그런 다음, 개개의 액추에이터(131 또는 231)는, 외부 네트워크(5)를 중간 dc 회로(12, 22)와 연결하고 게다가 교류 전압 네트워크(2)에 전력을 피딩하는 작업을 맡을 수 있다. 그런 다음, 이 페이즈에서, 전기 기계(132, 232)는 예컨대 스위치를 사용하여 전력 공급 네트워크로부터 분리되어야 한다.
도 2는 외부 네트워크(5)를 위한 단자(4)를 갖는 리던던트 전력 공급 네트워크(1)를 도시한다. 반복들의 방지를 위해, 도 1과 관련된 설명 및 그 안의 참조 부호들이 참조된다. 도 1에서의 전력 공급 네트워크와 비교하여, 외부 네트워크(5)를 위한 단자(4)를 갖는 리던던트 전력 공급 네트워크(1)는 교류 전압 네트워크(2)와 제1 인입-피드 전력 컨버터(11) 사이에 배열되는 제1 메인즈 스위치(14)를 갖는다. 리던던트 전력 공급 네트워크(1)는 이 메인즈 스위치(14), 그리고 제1 메인즈 스위치(14)와 제1 인입-피드 전력 컨버터(11) 사이의 연결부와, 외부 네트워크(5)를 위한 단자(4) 사이에 배열되는 연결 스위치(7)를 사용하여 재그룹화될 수 있으며, 이에 따라 전력은 외부 네트워크(5)로부터 제1 인입-피드 전력 컨버터(11) 및 제2 인입-피드 전력 컨버터(21)를 통해 교류 전압 네트워크(2)로 피딩될 수 있다. 제1 인입-피드 전력 컨버터(11) 및 제2 인입-피드 전력 컨버터(21)는 함께 네트워크 커플링 인버터를 형성한다. 교류 전압 네트워크(2)와 외부 네트워크(5) 사이의 전력 교환이 이루어질 수 있다는 것을 보장하기 위해, 제1 중간 dc 회로(12)와 제2 중간 dc 회로는 도 1에서의 어레인지먼트와 반대로 서로 연결될 수 있다. 이를 위해, 일 예시적인 실시예에서, 제1 중간 dc 회로와 제2 중간 dc 회로 사이에 중간 dc 회로(3)가 배열된다. 연결 스위치(7)는 전력원들(13, 23)로부터 교류 전압 네트워크(2)의 리던던트 전력 공급부에서 개방된다. 바람직하게, 중간 회로 스위치(3)가 반드시 개방되는 것은 아니며, 이에 따라 전력 공급은 전력원들로부터 리던던트하게 수행되고, 하나의 페이즈에서의 오류는 다른 페이즈에 영향을 미치지 않는다. 외부 네트워크(5)를 연결하기 위해, 외부 네트워크(5)는 단자(4)에 연결되고, 중간 회로 스위치(3)는 폐쇄되며, 그리고 메인즈 스위치(14)는 개방된다. 제1 전력원(13)이 계속 동작 상태로 있어야 한다면, 제1 메인즈 스위치(14)가 개방되기 전에 중간 회로 스위치(3)가 폐쇄되어야 하며, 이에 따라 제1 전력원(13)으로부터 전력이 취해질 수 있다. 제1 메인즈 스위치(14)를 개방한 후에, 연결 스위치(7)는 폐쇄될 수 있고, 이에 따라 외부 네트워크(5)는 교류 전압 네트워크(2)에 연결된다. 이 연결이 중단 없이 수행되는 것을 보장하도록 주의가 기울여져야 한다. 이 연결을 위해 전력원들(13, 23) 중 아무것도 스위칭 오프될 필요가 없다.
이러한 어레인지먼트는, 항구에서 또는 항구의 인근에서 환경 친화적인 디젤 발전기(30)를 이용하여 동작되는 선박에 특히 유리하다. 여기서 도시되지 않은, 선박의 프로펠러(propeller)를 구동하기 위한 디젤 구동 유닛(31)은 정지될 수 있는데, 그 이유는 항구에서는 또는 항구의 인근에서는 더 작은 구동 라인(line)만이 요구되기 때문이다. 이 디젤 구동 유닛(31)은 종종, 대체로 덜 환경 친화적이다. 이 경우 축 발전기들로서 구현되는 전력원들(13, 23)은 교류 전압 네트워크(2)로부터 전력을 취하고, 이에 따라, 여기서 도시되지 않은 선박 축(32)을 구동할 수 있다. 이 동작에서 외부 네트워크(5)의 연결이 또한 가능한데, 그 이유는 전력원들(13, 23)이 계속 스위칭 온된(switched on) 상태로 있을 수 있기 때문이다. 이들은 또한, 선박을 원하는 포지션(position)으로 유지하기 위해 항구에서 사용될 수 있다. 외부 네트워크(5)가 리던던트 전력 공급 네트워크에 연결되자마자, 디젤 발전기(30)는 또한 스위칭 오프될 수 있고, 2 개의 축 발전기들은 이 절차 동안 그리고 이 절차 후에 계속 동작 상태로 있을 수 있다.
교류 전압 네트워크와 전력 저장 유닛, 특히 제2 전력 저장 유닛 사이의 전력 교환을 중단할 수 있기 위하여, 추가적인 스위치들, 특히 제2 메인즈 스위치에 의해 어레인지먼트가 확장될 수 있다. 이는 특히 전력 공급 네트워크에서의 구성요소들을 보호하기 위해 유용할 수 있다.
도 3은 제1 전력원(13) 또는 제2 전력원(23)에 대한 예시적인 실시예를 도시한다. 전기 기계(132, 232)에 부가하여, 이는 전기 기계(132, 232)의 전압이 중간 dc 회로(12, 22)에 대해 조정될 수 있게 하는, 즉, 교류 전압으로부터 직류 전압으로 변환될 수 있게 하는 액추에이터를 갖는다. 전기 기계(132, 232)는 여기서, 발전기 및 모터 둘 모두를 사용하여 동작될 수 있다. 그런 다음, 예컨대 전기 기계가 연소 엔진에 커플링될(coupled) 때, 발전기를 사용하는 동작이 일어난다. 추가적인 예는 선박이며, 여기서, 전기 기계(132, 232)는 선박에서의 축 발전기를 표현한다. 여기서, 발전기로서의 전기 기계는 선박의 구동 축으로부터 기계 동력을 취하고, 이 기계 동력을 온보드 네트워크인 교류 전압 네트워크(2)에 피딩한다. 유사하게, 저-전력 동작이 가능하며, 여기서, 구동 전력은 교류 전압 네트워크(2)로부터 취해지고, 구동 축의 하나 이상의 축 발전기들, 즉 선박의 선박 축(32) 및 이에 따른 선박의 프로펠러(33)를 통해 피딩된다.
하나의 추가적인 옵션은, 전기 기계(132, 232)를 회전 질량(rotating mass)에 커플링(coupling)하고 이에 따라 회전 질량 저장 디바이스를 동작시키는 것으로 구성되며, 이 회전 질량 저장 디바이스는 교류 전압 네트워크(2)로부터 전력을 취할 뿐만 아니라 전력을 교류 전압 네트워크(2)로 피딩하는 것도 할 수 있다.
도 4는 전력원(13, 23)으로서 배터리 저장 디바이스를 도시한다. 이러한 방식으로, 배터리(133, 233)는 액추에이터(131, 231)를 통해 중간 dc 회로(12, 22)에 연결될 수 있다. 액추에이터(133, 233)는 이 경우 DC/DC 액추에이터를 표현한다. 배터리는 외부 네트워크(5)와의 연결에 의해 리던던트 전력 공급 네트워크(1)를 통해 쉽게 충전될 수 있다. 이 애플리케이션은 비히클들, 특히 워터 비히클들에 특히 유리하다. 배터리(133, 233)에 저장된 전력은, 비히클의 온보드 네트워크에 피딩할 뿐만 아니라 구동을 위한 전력을 취하기 위해서도 사용될 수 있다. 전기 구동식 비히클들에 대한 수요가 시장에서 증가하고 있으며, 이 전기 구동식 비히클들은 온보드 네트워크에서의 중단을 유발하지 않고 외부 네트워크(5)를 통해 이러한 방식으로 쉽게 충전될 수 있다.
도 5는 배터리들(133, 233) 대신에 커패시터 뱅크(capacitor bank)(134, 234)를 갖는 비슷한 예시적인 실시예를 도시한다. 반복들을 방지하기 위해, 도 4와 관련된 설명 및 그 안의 참조 부호들이 참조된다. 커패시터들은 배터리와 비교하여 상당히 더 높은 전기 출력들을 제공할 수 있다. 이 애플리케이션은, 특히, 예컨대 가속을 위한 고전력이 잠시 트리거되어야(triggered) 하는 비히클들에 적합하다. 이 목적을 위해, 커패시터 뱅크(134, 234)가 사용될 수 있으며, 이 커패시터 뱅크(134, 234)는 그런 다음, 비히클이 정지 상태에 있을 때 외부 네트워크(5)로부터 또는 교류 전압 네트워크(2)로부터 충전된다.
도 6은 리던던트 전력 공급부(1)를 갖는 워터 비히클(10)을 도시한다. 반복들을 방지하기 위해, 도 1 내지 도 4와 관련된 설명 및 그곳에서 도입된 참조 부호들이 참조된다. 전력원들(13, 23)은 축 발전기들로서 구현되며, 축 발전기들은, 선박의 축(32)으로부터 구동 디젤 유닛(31)에 의해 도입되는 전력을 취할 수 있을 뿐만 아니라, 선박의 축(32) 및 이에 따른 선박의 프로펠러(33)를 구동할 수도 있고, 이와 함께 구동 디젤 유닛(31)이 적어도 일시적으로, 바람직하게는 항구에서 정지하는 것을 가능하게 할 수도 있다. 단자(4)는 외부 네트워크(5)로서 육상 네트워크를 갖는 항구에서 연결되기에 적합하다. 외부 네트워크(5)로서 육상 네트워크에 의하여 공급부를 연결하는 것은 도 2와 관련된 설명으로부터 취해질 수 있다. 교류 전압 네트워크(2) 상의 화살표들은 선박의 온보드 네트워크의 개별적인 전기 부하들로의 유출들을 식별한다.
제1 인입-피드 전력 컨버터(11), 제1 중간 dc 회로(12) 및 제1 전력원(13)을 갖는 제1 페이즈가 바람직하게는, 높은 정도의 리던던시를 보장하기 위하여 선박의 일 측(우현 또는 좌현)에 배열되는 한편, 그런 다음, 제2 인입-피드 전력 컨버터(21), 제2 중간 dc 회로(22) 및 제2 전력원(23)을 갖는 제2 페이즈는 선박의 대향 측(좌현 또는 우현)에 배열된다.
요약하면, 본 발명은, 제1 중간 dc 회로를 갖는 제1 인입-피드 전력 컨버터 및 제2 중간 dc 회로를 갖는 제2 인입-피드 전력 컨버터를 가지는 리던던트 전력 공급 네트워크, 그리고 제1 전력원 및 제2 전력원, 교류 전압 네트워크, 및 외부 네트워크를 위한 단자에 관한 것이며, 여기서, 제1 인입-피드 전력 컨버터 및 제2 인입-피드 전력 컨버터는 교류 전압 측에서 교류 전압 네트워크에 각각 연결되며, 제1 전력원은 제1 중간 dc 회로에 연결되고 제2 전력원은 제2 중간 dc 회로에 연결된다. 외부 네트워크에 의한 피드에 대하여 리던던트 전력 공급 네트워크를 개선시키기 위해, 제1 인입-피드 전력 컨버터와 교류 전압 네트워크 사이에 제1 메인즈 스위치가 배열되고, 여기서, 제1 중간 dc 회로와 제2 중간 dc 회로는 중간 회로 스위치에 의하여 서로 연결될 수 있으며, 외부 네트워크를 위한 단자로의 연결이 제1 인입-피드 전력 컨버터와 제1 네트워크 스위치 사이에 배열되는 것이 제안된다. 본 발명은 추가로, 온보드 네트워크를 갖는 워터 비히클에 관한 것이며, 여기서, 온보드 네트워크는 이러한 유형의 리던던트 전력 공급 네트워크로서 구현된다. 또한, 본 발명은 이러한 유형의 리던던트 전력 공급 네트워크를 외부 네트워크에 연결하기 위한 방법에 관한 것이다.

Claims (7)

  1. 리던던트(redundant) 전력 공급 네트워크(1)로서,
    제1 중간 dc 회로(12)를 갖는 제1 인입-피드(incoming-feed) 전력 컨버터(converter)(11) 및 제2 중간 dc 회로(22)를 갖는 제2 인입-피드 전력 컨버터(21),
    제1 전력원(13) 및 제2 전력원(23),
    교류 전압 네트워크(network)(2), 및
    외부 네트워크(5)를 위한 단자(4)
    를 가지며,
    상기 제1 인입-피드 전력 컨버터(11) 및 상기 제2 인입-피드 전력 컨버터(21)는 각각의 경우 교류 전압 측에서 상기 교류 전압 네트워크(2)와 연결되며, 상기 제1 전력원(13)은 상기 제1 중간 dc 회로(12)에 연결되고 상기 제2 전력원(23)은 상기 제2 중간 dc 회로(22)에 연결되며,
    상기 제1 인입-피드 전력 컨버터(11)와 상기 교류 전압 네트워크(2) 사이에 제1 메인즈 스위치(mains switch)(14)가 배열되며, 상기 제1 중간 dc 회로(12)와 상기 제2 중간 dc 회로(22)는 중간 회로 스위치(3)에 의하여 서로 연결될 수 있으며, 상기 외부 네트워크(5)를 위한 상기 단자(4)로의 연결부(6)가 상기 제1 인입-피드 전력 컨버터(11)와 상기 제1 메인즈 스위치(14) 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    리던던트 전력 공급 네트워크(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력원(13) 및 상기 제2 전력원(23)은 축 발전기로서 구현되는,
    리던던트 전력 공급 네트워크(1).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전력원(13) 및/또는 상기 제2 전력원(23)은 전력 저장 유닛(unit)으로서, 특히 배터리(battery)로서 구현되는,
    리던던트 전력 공급 네트워크(1).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부 네트워크(5)의 상기 단자(4)로의 상기 연결부(6)는 연결 스위치(7)를 갖는,
    리던던트 전력 공급 네트워크(1).
  5. 온보드(onboard) 네트워크를 갖는 워터 비히클(water vehicle)(10)로서,
    상기 온보드 네트워크는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 리던던트 전력 공급 네트워크(1)로서 구현되는,
    온보드 네트워크를 갖는 워터 비히클(10).
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 리던던트 전력 공급 네트워크(1)를 외부 네트워크(5)와 연결하기 위한 방법으로서,
    상기 중간 회로 스위치(3)는 폐쇄되고 상기 제1 메인즈 스위치(14)는 개방되며, 상기 제1 메인즈 스위치(14)를 개방한 후에, 상기 외부 네트워크(5)는 상기 제1 인입-피드 전력 컨버터(11)에 전기 전도성 방식으로 연결되는,
    방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 외부 네트워크(5)는, 제4항에 따른 상기 연결 스위치(7)를 폐쇄함으로써 상기 제1 인입-피드 전력 컨버터(11)에 전기 전도성 방식으로 연결되는,
    방법.
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