KR102382196B1 - 육상전력공급장치(amp)로부터 전력을 공급받아 에너지를 이용하는 중소형 선박용 에너지관리시스템 - Google Patents

육상전력공급장치(amp)로부터 전력을 공급받아 에너지를 이용하는 중소형 선박용 에너지관리시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 육상전력공급장치(AMP)로부터 전력을 공급받은 중소형 선박용 에너지관리시스템에 관한 것으로 상세하게는, 근자에 항만 및 하역부두에 출입이 잦고, 육상전력공급장치(AMP)로부터 전력을 공급받기 위해 필요한 연동시스템이 구축되지 않은 중소형 선박을 대상으로 대한민국 정부의 특별법으로 인해 필수적으로 도입되어야하는 실정이다.
따라서 본 발명은 육상전력공급장치(AaMP)와 연동(에너지충전 가능한)이 가능한 중소형 선박용 에너지관리시스템을 제공하고, 또 대기전력을 최소화 하는 시스템을 제공한다.

Description

육상전력공급장치(AMP)로부터 전력을 공급받아 에너지를 이용하는 중소형 선박용 에너지관리시스템{a ship including a battery}
본 발명은 육상전력공급장치(AMP)로부터 전력을 공급받은 중소형 선박용 에너지관리시스템에 관한 것으로 상세하게는, 근자에 항만 및 하역부두에 출입이 잦고, 육상전력공급장치(AMP)로부터 전력을 공급받기 위해 필요한 연동시스템이 구축되지 않은 중소형 선박을 대상으로 대한민국 정부의 특별법으로 인해 필수적으로 도입되어야하는 실정이다.
따라서 본 발명은 육상전력공급장치(AaMP)와 연동(에너지충전 가능한)이 가능한 중소형 선박용 에너지관리시스템을 제공하고, 또 대기전력을 최소화 하는 시스템을 제공한다.
최근 전력 전자 기술의 발전으로 인해 직류 배전 시스템에 대한 관심이 증가되고 있다. 특히, 종래의 선박내 전력공급(에어컨, 냉장고 등등)이 기계식발전 시스템에서 전기식 구동 시스템이 도입됨에 따라, 선박 내에 전력 발전, 전력 분배, 전력 변환, 전력부하, 전력 제어 시스템으로 구성되는 통합 전력계통 시스템이 구축되고 있다.
충전 가능한 2차 배터리 기술은 점점 발전하고 있으며, 용량 대비 그 크기가 감소되고 있다. 현재, 대용량 전력을 저장 및 공급할 수 있는 2차 배터리는 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)이라고 명명되어 전력 운용 계통의 보조 공급 전원으로서 이용되고 있다
참고로, 일반적으로 배터리에 계통이나 다른 에너지원을 이용하여 에너지를 저장하기 위해서는 충전기가 필요하다. 충전기는 배터리에서 요구되는 에너지를 충전하기 위하여 사용되는데, 상기 배터리를 충전하기 위해서는 배터리 팩의 전압, 전류 감지가 필요하며, 상기 감지한 전압 및 전류 정보를 이용하여 배터리를 충전하게 된다.
배터리의 특성상 안정성 측면에서 배터리를 관리하는 별도의 배터리 관리 시스템(Battery Management System,BMS)이 필요하다. 일반적으로, 배터리는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩에 의해 구성되며, 이는 낮은 셀 전압을 시스템에 적용하기 위한 것이다.
상기 배터리는, 배터리 셀 자체 보호를 목적으로 낮은 배터리 셀 전압을 시스템에 적용하기 위하여 팩을 구성하게 되는데, 이때 배터리를 팩으로 구성할 경우, 별도의 보호가 필요로 하게 되며, 이를 위한 배터리 팩의 전압과 전류 감지가 요구된다.
한편, 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)는 계통에서 생성된 전력을 배터리에 저장하거나, 배터리에 저장된 전력을 부하에 공급하는 기능을 수행한다. 즉, 에너지 저장 시스템용 전력 변환 장치
(Power Converter System, PCS)는 부하(선박에서 사용되는 에어컨,냉장고,TV,라디오,조명1,조명2 등등)에서 요구되는 전력을 공급하게 되는데, 상기 전력 공급에 대한 동작은 상기 전력 변환 장치 자체에서 제어할 수도 있고, 별도의 배터리 관리 시스템이나 전력 관리 시스템과 같은 상위 제어를 이용하여 제어할 수도 있다.
상기 통합 전력계통 시스템은 발전기에서 생성된 교류 전원을 부하로 공급하는 교류 배전 방식을 이용하거나, 상기 발전기에서 생성된 교류 전원을 직류 전원으로 변환한 후, 상기 변환된 직류 전원을 부하로 공급하는 직류배전 방식을 이용하고 있다.
최근 새로운 성장의 모멘텀으로 사물인터넷(Internet of Things,
"IoT"라고도 함), 나아가 만물인터넷(Internetof Everything,"IoE"라고도 함)이 제시되고 있다.
이러한 사물인터넷과 만물인터넷은 통신 가능한 모든 사물들을 네트워크에 연결하여 상호 통신 수행이 가능한 개념을 의미한다. 시스템적으로 인지할 수 있는 모든 객체는 Things 또는 Object로 분류하며, 여기에는 RFID를 포함한 근거리 및 원거리 통신 기능을 탑재하고, 센서 등 데이터 생산 및 이용이 가능한 사물
(또는 센서 노드라칭함) 또는 사람이 이에 포함될 수 있다. 여기서, 만물인터넷은 사물인터넷이 진화하여 만물이 인터넷에 연결되는 미래의 인터넷이므로, 사물인터넷으로 통칭하여 설명한다.
사물인터넷에서 사용되는 센서 노드는 통신 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있으며, 또한 다른 공간에 있는 센서 노드 등의 사물로부터 정보를 얻거나 제어할 수 있도록 한다. 존재하는 다양한 센서 노드들은 각 센서 노드별 네트워크에 최적화된 이기종의 프로토콜이 각각 사용된다.
이러한 사물인터넷 시대에서는 수많은 센서 노드들이 다양한 전기,전자기기를 감시한다
종래 등록번호 10-1672261호 대용량 배터리를 포함하는 선박이 제공된다. 선박은, 전력 계통; 상기 전력 계통에 연결되고 상기 전력 계통으로부터 전기를 공급받아 충전되거나 상기 전력 그리드에 전력을 공급하도록 방전되는 하나 이상의 대용량 배터리;
및 상기 대용량 배터리를 수용하는 보관실을 포함하되, 상기 보관실은 상기 보관실 내부를 둘러싸는 내벽을 포함하고, 상기 내벽은 플라스틱 폼, 합성 고무, 천연 고무 중 하나 이상으로 이루어진 완충 부재로 형성된 것을 제공하고 있으나
선박에 에너지저장장치를 탑재하여 이를 통해 선박내 에어컨, 냉장고, TV, 라디오, 조명1, 조명2 등등을 공급하는 전력을 관리하는 시스템이 절실하다.
상기 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서,
본 발명은 육상전력공급장치(AaMP)와 연동(에너지충전 가능한)이 가능한 중소형 선박용 에너지 관리시스템을 제공하고, 또 대기전력을 최소화 하는 시스템을 제공한다.
상기 이상의 과제는 구체적인 내용에서 더 밝혀진다.
첨부한 도면에 의해 구성을 살펴보면 다음과 같다.
육상전력공급장치(100, 태양전지 모듈 전력 및 한전전력)의 전력 케이블이
선박(300)과 연결되는 육상전력케이블(101)과; 상기 육상전력케이블(101)의 출력케이블(101a)과
콘트롤러장치(110)의 제1인입부(110a)에 연결되고;
상기 콘트롤러장치(110)의 제1출력회로(111)는 에너지저장장치(120)의 제2인입부(121)와 연결되고;
상기 에너지저장장치(120)의 제2출력회로(122)는 dc전력을 ac전력으로 변환하는 인버터(130)의 제3인입부(131)와 연결되고;
상기 인버터(130)의 복수의 제3, 3a, 3b출력회로(132, 133, 134)는 선박에서 사용되고 있는 복수의 가전제품(140, 141, 142)과 각각 연결되고,
상기 제3, 3a, 3b출력회로(132, 133, 134)의 각각에 전력을 온/오프하는 복수의 릴레이스위치(150, 151, 152)를 연결하며; 복수의 제3, 3a, 3b출력회로(132, 133, 134)에 흐르는 전력값을 각각 측정하는 측정부(160)와;
상기 측정부(160)의 신호를 읽어들이며 상기 복수의 릴레이스위치(150, 151, 152)를 제어하는 제어부(170)와; 상기 제어부(170)의 정보를 통신하는 통신수단(180)으로 이루어진 상태에서,
상기 제어부(170)는 상기 측정부(160)를 통해 읽어들인 측정값이 미리 설정한 설정값이 발생하는 경우 해당 가전제품(141)에 상기 가전제품(141)에서 소비되는 소비전력이 발생하는 것으로 판단하고,
상기 측정부(160)를 통해 읽어들인 측정값이 설정값 이하로 발생하는 경우 대기전력이 발생하는 것으로 판단하고 해당 가전제품(141)으로 공급되는 출력회로(133a)의 릴레이스위치(151)는 오프하며,
상기 측정부(160)를 통해 읽어들인 측정값이 설정값 이상 발생하는 경우 누전이 발생하는 것으로 판단하고 해당 가전제품(141)으로 공급되는 출력회로(133a)의 릴레이스위치(151)는 오프하는 구성이다.
① case : 발전량이 전력사용량보다 클 경우
if(SOC>90%) : 현재시간 2시간 이전이 예측피크시간 또는 소비전력피크시간일 경우 배터리 방전(mode 1), 피크시간이 지나기 전일 경우 배터리 방전 대기(mode 2)else: 배터리 충전(mode 3)
② case : 발전량이 전력사용량보다 작을 경우if(SOC>90%) : 현재시간 2시간 이전이 예측피크시간 또는 소비 전력 피크시간일 경우 배터리를 방전(mode 4,5)하며 피크시간이 지나기 전일 경우 배터리 방전 대기(mode 6)
else : 경부하의 경우 배터리 충전(mode7), 경부하가 아닐 경우 배터리 대기 피크시간일 경우 배터리 방전(mode9), 피크시간이 아닐 경우 배터리 대기(mode 10)
-기타 다양한 장애 및 이벤트 발생 알림 서비스 설계
① 선박 법정 제품 및 추가 설비, ESS 요소설비 등 장애발생시 서버로 이벤트 알림신호 전송하며 서버에서는 장애코드를 추출하여 코드 분석을 통한 장애원인 파악하도록 설계
② 전송된 장애신호는 웹서버 에서 수신하며, 웹서버는 알림 이벤트를통해 사용자에게 장애 발생내용 제공한다
본 발명은 육상전력공급장치(AaMP)와 연동(에너지충전 가능한)이 가능한 중소형 선박용 에너지관리시스템을 제공하고, 또 대기전력을 최소화 하는 시스템을 제공함으로서 에너지 절약 측면에서 효과적이다.
상기 이상의 효과는 구체적인 내용에서 더 밝혀진다.

도 2, 3, 4, 5는 본 발명의 모니터화면들
첨부한 도면에 의해 구성을 살펴보고 실시예를 설명한다.
육상전력공급장치(100, 태양전지 모듈 전력 및 한전전력)의 전력 케이블이
선박(300)과 연결되는 육상전력케이블(101)과; 상기 육상전력케이블(101)의 출력케이블(101a)과
콘트롤러장치(110)의 제1인입부(110a)에 연결되고;
상기 콘트롤러장치(110)의 제1출력회로(111)는 에너지저장장치(120)의 제2인입부(121)와 연결되고;
상기 에너지저장장치(120)의 제2출력회로(122)는 dc전력을 ac전력으로 변환하는 인버터(130)의 제3인입부(131)와 연결되고;
상기 인버터(130)의 복수의 제3, 3a, 3b출력회로(132, 133, 134)는 선박에서 사용되고 있는 복수의 가전제품(140, 141, 142)과 각각 연결되고,
상기 제3, 3a, 3b출력회로(132, 133, 134)의 각각에 전력을 온/오프하는 복수의 릴레이스위치(150, 151, 152)를 연결하며; 복수의 제3, 3a, 3b출력회로(132, 133, 134)에 흐르는 전력값을 각각 측정하는 측정부(160)와;
상기 측정부(160)의 신호를 읽어들이며 상기 복수의 릴레이스위치(150, 151, 152)를 제어하는 제어부(170)와; 상기 제어부(170)의 정보를 통신하는 통신수단(180)으로 이루어진 상태에서,
상기 제어부(170)는 상기 측정부(160)를 통해 읽어들인 측정값이 미리 설정한 설정값이 발생하는 경우 해당 가전제품(141)에 상기 가전제품(141)에서 소비되는 소비전력이 발생하는 것으로 판단하고,
상기 측정부(160)를 통해 읽어들인 측정값이 설정값 이하로 발생하는 경우 대기전력이 발생하는 것으로 판단하고 해당 가전제품(141)으로 공급되는 출력회로(133a)의 릴레이스위치(151)는 오프하며,
상기 측정부(160)를 통해 읽어들인 측정값이 설정값 이상 발생하는 경우 누전이 발생하는 것으로 판단하고 해당 가전제품(141)으로 공급되는 출력회로(133a)의 릴레이스위치(151)는 오프하는 구성이다.
통신수단(180)은, 상기 제어부(170)의 연산처리결과를 WAP을 이용하여 관리자나 사용자의 이동 통신단말기 및 PC에 전송하는 무선 모듈과,
상기 무선모듈과 기존 이동통신 통신망을 통하여 원격지의 관리자나 사용자의 이동통신 단말기(관리자 pc)로 에너지저장시스템의 고유번호와 정해진 문자 및 기억장치에 저장된 측정데이터를 원격지의 관리자나 사용자에게 전송하는 것으로 어느 에너지저장장치의 정보를 원격지에서 알 수 있게 해준다.
이러한, 원격감시 시스템의 능동적인 작동을 간략하게 설명하면, 원격관리를 원하는 관리자나 사용자가 이동통신 단말기에 설치되어 있는 응용프로그램을 구동하여 제어부(170)에 접속하고, 제어부(170)로 상태확인 요청을 전송하면, 제어부(170)는 관리자나 사용자로부터의 상태확인 요청에 의하여 추출된 현재 또는 과거의 결과를 관리자나 사용자의 이동통신 단말기로 전송해준다.
본 실시예에서는 제어부(170) 및 관리자나 사용자의 이동통신 단말기에 설치되어, 양 장비 사이의 무선 데이터통신을 가능하게 하는 WAP(무선 응용 프로토콜)을 이용함으로써, 별도의 장비없이, 원격감시를 수행할 수 있다.
WAP는 하나의 통신에뮬레이터의 역할을 하는 것으로, 미리 정해진 프로토콜에 따라, 상대방으로부터 수신·복조된 신호를 의미 있는 정보로 변환하는 역할을 하여, 이동통신 단말기로 원격지에 있는 에너지저장장치의 시스템의 상태를 감시할 수 있게 해준다.
① case : 발전량이 전력사용량보다 클 경우
if(SOC>90%) : 현재시간 2시간 이전이 예측피크시간 또는 소비전력피크시간일 경우 배터리 방전(mode 1), 피크시간이 지나기 전일 경우 배터리 방전 대기(mode 2)else: 배터리 충전(mode 3)
② case : 발전량이 전력사용량보다 작을 경우if(SOC>90%) : 현재시간 2시간 이전이 예측피크시간 또는 소비 전력 피크시간일 경우 배터리를 방전(mode 4,5)하며 피크시간이 지나기 전일 경우 배터리 방전 대기(mode 6)
else : 경부하의 경우 배터리 충전(mode7), 경부하가 아닐 경우 배터리 대기 피크시간일 경우 배터리 방전(mode9), 피크시간이 아닐 경우 배터리 대기(mode 10)
-기타 다양한 장애 및 이벤트 발생 알림 서비스 설계
① 선박 법정 제품 및 추가 설비, ESS 요소설비 등 장애발생시 서버로 이벤트 알림신호 전송하며 서버에서는 장애코드를 추출하여 코드 분석을 통한 장애원인 파악하도록 한다
아래 그림은 선박용 전력공급시스템
Figure 112020138603928-pat00001
아래 그림은 선내 설비별 전력 부하상태 디스플레이 기능의 예시이다.
Figure 112020138603928-pat00002
아래 그림은 선내 설비 별 전원 온/오프제어 기능 상태이다.
Figure 112020138603928-pat00003
아래 그림은 내설비 상태정보 및 전원공급장치 설비 상태정보 모니터링 상태이다.
Figure 112020138603928-pat00004
아래 그림은 실시간 설비 전력 제어 및 모니터링 기능 상태이다.
Figure 112020138603928-pat00005
1) 설비전력은 상태, 제어, 스케줄, 이력 메뉴 제공
가. 설비 전력의 상태 화면에서는 선내 설비별 평균 전력 사용량 표시,
AC/DC 설비별 전력, 전압, 전류 표시
나. 배터리 잔여량 및 설비별 지속 가능 시간 표시
아래 그림은 스케줄 선정에 따른 온/으프 제어 예시이다
Figure 112020138603928-pat00006
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
본 발명의 센서 로드는 ESS(배터리라 칭함)의 정보, 선박내에서 사용하는 에어컨, 선풍기, TV, 라디오, 조명 등을 감시한다
100 : 육상전력공급장치
101 : 육상전력케이블
110 : 콘트롤러장치
111 : 제1출력회로
120 : 에너지저장장치
121 : 제2인입부
122 : 제2출력회로
130 : 인버터
131 : 제3인입부
141 : 가전제품
151 : 릴레이스위치
160 : 측정부
170 : 제어부

Claims (1)

  1. 육상전력공급장치(100, 태양전지 모듈 전력 및 한전전력)의 전력 케이블이
    선박(300)과 연결되는 육상전력케이블(101)과; 상기 육상전력케이블(101)의 출력케이블(101a)과
    콘트롤러장치(110)의 제1인입부(110a)에 연결되고;
    상기 콘트롤러장치(110)의 제1출력회로(111)는 에너지저장장치(120)의 제2인입부(121)와 연결되고;
    상기 에너지저장장치(120)의 제2출력회로(122)는 dc전력을 ac전력으로 변환하는 인버터(130)의 제3인입부(131)와 연결되고;
    상기 인버터(130)의 복수의 제3, 3a, 3b출력회로(132, 133, 134)는 선박에서 사용되고 있는 복수의 가전제품(140, 141, 142)과 각각 연결되고,
    상기 제3, 3a, 3b출력회로(132, 133, 134)의 각각에 전력을 온/오프하는 복수의 릴레이스위치(150, 151, 152)를 연결하며; 복수의 제3, 3a, 3b출력회로(132, 133, 134)에 흐르는 전력값을 각각 측정하는 측정부(160)와;
    상기 측정부(160)의 신호를 읽어들이며 상기 복수의 릴레이스위치(150, 151, 152)를 제어하는 제어부(170)와; 상기 제어부(170)의 정보를 통신하는 통신수단(180)으로 이루어진 상태에서,

    상기 제어부(170)는 상기 측정부(160)를 통해 읽어들인 측정값이 미리 설정한 설정값이 발생하는 경우 해당 가전제품(141)에 상기 가전제품(141)에서 소비되는 소비전력이 발생하는 것으로 판단하고,

    상기 측정부(160)를 통해 읽어들인 측정값이 설정값 이하로 발생하는 경우 대기전력이 발생하는 것으로 판단하고 해당 가전제품(141)으로 공급되는 출력회로(133a)의 릴레이스위치(151)는 오프하며,

    상기 측정부(160)를 통해 읽어들인 측정값이 설정값 이상 발생하는 경우 누전이 발생하는 것으로 판단하고 해당 가전제품(141)으로 공급되는 출력회로(133a)의 릴레이스위치(151)는 오프하는 구성을 특징으로 하는 육상전력공급장치(AMP)로부터 전력을 공급받아 에너지를 이용하는 중소형 선박용 에너지관리시스템.



KR1020200179338A 2020-12-21 2020-12-21 육상전력공급장치(amp)로부터 전력을 공급받아 에너지를 이용하는 중소형 선박용 에너지관리시스템 KR102382196B1 (ko)

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KR20240022673A (ko) 2022-08-12 2024-02-20 재단법인한국조선해양기자재연구원 비접지 절연저항 모니터링 기능을 갖는 선박용 육상전원공급장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101933653B1 (ko) * 2018-04-16 2018-12-28 여대훈 캠핑카의 전원 제어 시스템

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