KR102498395B1

KR102498395B1 - 선박 전력안전 제어 시스템 및 그 작동 방법

Info

Publication number: KR102498395B1
Application number: KR1020210076549A
Authority: KR
Inventors: 빙-시안 첸; 한-춘 카오; 헝-시 린; 우-웨이 린; 충-칭 린; 셍-화 첸; 시아오-우 수; 웨이-춘 청
Original assignee: 쉽 앤드 오션 인더스트리즈 알&디 센터
Priority date: 2020-12-02
Filing date: 2021-06-14
Publication date: 2023-02-09
Also published as: CN114578722B; JP2022088288A; US20220169347A1; CN114578722A; KR20220077839A; TWI760952B; JP7221924B2; TW202224304A

Abstract

본 발명은 선박 전력안전 제어 시스템 및 그 작동 방법을 제공한다. 선박 전력안전 제어 시스템에는 부하전원 관리 모듈, 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈, 그리고 통합 컴퓨팅 모듈이 있다. 본 발명은 자율 운항 선박 운항 중 장비에 고장 또는 이상이 발생할 경우 부하전원 관리 모듈이 명령을 내려서 직류 링크를 폐쇄회로에서 개방회로로 전환시켜 기타 장비들을 보호하고, 선박 장비의 이상이 제거되었는지를 판단한 후 전원 관리 시스템은 스마트한 방식으로 자동 복귀 프로그램을 수행해서 직류 링크를 개방회로에서 폐쇄회로로 전환해서 계속 전원을 투입하여 선박 장비들이 사용할 수 있게 한다.

Description

선박 전력안전 제어 시스템 및 그 작동 방법{Vessel power safety control system and operating method thereof}

본 발명은 선박 전력안전 제어 시스템 및 그 작동 방법, 특히 전동 선박, 복합 동력 선박, 그리고 자율 운항 선박에 응용할 수 있는 선박 전력안전 제어 시스템 및 그 작동 방법에 관한 것이다. 이 시스템은 부하전원 관리 모듈을 통해서 선박 장비의 작동 상황을 모니터링하고 장비 고장이나 이상 상황이 발생하는 경우 부하전원 관리 모듈은 곧장 직류 링크를 폐쇄회로에서 개방회로로 전환하여 기타 장비들을 보호한다. 이는 선박의 선원들이 수동 방식으로 상기 상황을 처리하고 장비들을 재설정하는 것과 다르다.

최근 기술의 발전에 따라 선박 운항에도 다각도적인 경영 방식이 적용되고 있다. 이 중에서 선박에 근무하는 선원수를 줄이면 인력 비용 지출을 줄일 수 있어 운영 효율을 제고할 수 있다. 또한, 무인 선박 사용이 점차적으로 확대됨에 따라 무인 선박의 신뢰성, 안전성, 안정성 등도 매우 중요시되고 있다.

예전에는 무인 선박 운항 중 장비 고장 또는 이상 상황이 발생할 때 선원이 있는 선박과 달리 쉽게 선원을 통해서 고장 또는 이상을 제거하거나 동력 시스템을 재설정할 수 없었다. 무인 선박이 임무 수행 중 정전과 같이 전력을 공급할 수 없는 상황이 발생하는 경우 무인 선박을 회수할 수 없는 문제가 발생하게 된다. 그러므로 무인 선박에 전력 공급 이상이 발생하는 확률을 줄이면 선박 운영 효율을 제고할 수 있다. 이런 이유로 인해 어떻게 하면 선박 운항 중 효율적으로 전력 공급원을 사용하고 고장 발생률을 줄일 수 있는지는 매우 중요한 문제이다.

기존의 무인 선박의 전력 시스템은 대부분 계전기를 이용해서 전원 스위치를 제어한다. 하지만, 이러한 계전기의 효율은 여전히 미흡하기 때문에 어떻게 하면 이상이 발생한 설비가 다른 정상적인 설비에 영향을 주어 손상을 일으키는 위험을 줄이는 것은 속히 해결되어야 하는 문제이다.

발명의 배경이 되는 기술에서 마주치는 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 부하전원 관리 모듈, 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈, 그리고 통합 컴퓨팅 모듈이 있는 선박 전력안전 제어 시스템을 제시한다.

본 발명의 부하전원 관리 모듈에는 고장 보호 모듈과 복귀 모듈이 제공된다. 더 나아가서 상기 부하전원 관리 모듈에는 최소한 한 개의 버스, 상기 최소한 한 개의 버스와 고장 보호 모듈에 연결되는 최소한 한 개의 전기회로 차단 유닛, 상기 최소한 한 개의 전기회로 차단 유닛과 복귀 모듈에 연결되는 최소한 한 개의 전원 전환 유닛, 상기 전기회로 차단 유닛에 연결되는 최소한 한 개의 동력 모듈, 상기 전기회로 차단 유닛에 연결되는 최소한 한 개의 에너지 공급 유닛, 및 상기 에너지 공급 유닛에 연결되는 최소한 한 개의 배터리가 제공된다.

본 발명은 또한 선박 전력안전 제어 시스템 작동 방법을 제시한다. 이 방법에는 다음 단계들이 포함된다. (A) 단계: 청구항 1에서 설명하는 선박 전력안전 제어 시스템을 제공한다. (B) 단계: 상기 선박 전력안전 제어 시스템이 시작할 때, 부하전원 관리 모듈은 시작 신호를 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈로 전송하여 모니터링 시뮬레이션을 시행한다. (C) 단계: 상기 모니터링 시뮬레이션은 즉각적으로 통합 컴퓨팅 모듈의 시스템 상태 측정 모듈로 전송되어 시스템 상태 측정을 시행한다. (D) 단계: 시스템 상태 측정 결과 정상 상태 모드로 판단되는 경우, 계속해서 (B) 단계에서 (D) 단계까지 시행한다. 이상 모드라고 판단되는 경우에는 (E) 단계로 간다. (E) 단계: 부하전원 관리 모듈의 고장 보호 모듈을 시작하여 차단 이탈 명령을 내리고, 차단 이탈 시간 내에 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈이 판단한 최소한 한 개의 고장 설비를 격리시킨 다음 나머지 설비들을 격리시켜 손상 점검을 시행한다. (F) 단계: 손상 점검에 따라 부하전원 관리 모듈의 복귀 모듈을 시작하여 이상 제거를 시행하고 시스템 상태 측정 모듈이 정상 상태 모드라고 판단할 때까지 (D) 단계에서 (E) 단계를 반복한다. (G) 단계: 시스템 상태 측정 모듈이 시스템 상태 측정을 시행하여 정상 상태 모드라고 판단하면 계속해서 (H) 단계를 시행하고, 이상 모드라고 판단하면 시스템 상태 측정이 정상 상태 모드가 될 때까지 반복해서 (E) 단계에서 (G) 단계까지 시행한다. (H) 단계: 상기 복귀 모듈은 복귀 시간 내에 시스템 자동 복귀를 수행하고 (B) 단계로 돌아간다.

본 발명에 관한 상기 간략한 설명은 본 발명의 여러 기술적 특징에 대해 기초적인 소개를 제공할 목적에 있다. 발명의 간략한 설명은 본 발명에 대해 상세히 기술한 것이 아니므로 본 발명의 핵심적 또는 중요한 구성 부품을 특별히 열거할 목적이나 본 발명의 범위를 규정하기 위함이 아니며, 단지 간결한 방식으로 본 발명의 여러 가지 개념을 제시하기 위함일 뿐이다.

발명에 따라 상술된 문제점의 해결이 가능한 부하전원 관리 모듈, 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈, 그리고 통합 컴퓨팅 모듈이 있는 선박 전력안전 제어 시스템이 제공된다.

도 1은 본 발명의 실시예로 제공되는 선박 전력안전 제어 시스템을 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예로 제공되는 선박 전력안전 제어 시스템의 작동 방법 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 실시예로 제공되는 선박 전력안전 제어 시스템의 전력 구성과 및 동력 구조를 보여 주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예로 제공되는 선박 전력안전 제어 시스템의 전기차단 유닛의 전기회로 구조를 보여 주는 도면이다.

본 발명의 기술적 특징과 실용 효과를 충분히 이해할 수 있도록 돕기 위해 도면에서 볼 수 있는 실시예로 아래와 같이 설명한다.

도 1과 3을 동시에 참고한다. 도 1은 본 발명의 실시예로 제공되는 선박 전력안전 제어 시스템(1)을 보여 주는 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예로 제공되는 선박 전력안전 제어 시스템의 전력 및 동력 구조를 보여 주는 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예로 제공되는 선박 전력안전 제어 시스템(1)에는 부하전원 관리 모듈(200), 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈(300), 및 통합 컴퓨팅 모듈(500)과 같은 세 가지 시스템 구조로 구성된다.

우선 도 1을 참고한다. 본 발명의 부하전원 관리 모듈(200)은 상기 통합 컴퓨팅 모듈(500)에 연결된다. 본 실시예에서는 도 3도 같이 참고한다. 상기 부하전원 관리 모듈(200)을 시행하는 데는 최소한 한 개의 버스(201), 최소한 한 개의 전기회로 차단 유닛(202), 최소한 한 개의 전원 전환 유닛(203), 최소한 한 개의 동력 모듈(20), 최소한 한 개의 에너지 공급 유닛(206), 그리고 최소한 한 개의 배터리(204)가 필요하다. 이 중에서, 버스(201)는 직류 링크이거나 교류 링크일 수 있으며, 본 발명은 이에 제한을 두지 않는다. 상기 최소한 한 개의 전기회로 차단 유닛(202)은 각각 상기 버스(201)에 연결되고 고장 보호 모듈(2100)과 연결된다(도면에 표시되지 않았음). 상기 최소한 한 개의 전원 전환 유닛(203)는 선택적으로 상기 최소한 한 개의 전기회로 차단 유닛(202)에 연결된다. 이는 단말 설비에 직류/교류 전원 전환이 필요한지, 또는 변압이나 구동 기능에 따라 결정된다. 그리고 상기 최소한 한 개의 전원 전환 유닛(203)는 도 1의 복귀 모듈(2200)과 연결된다(도면에 표시되지 않았음).

본 실시예에서, 상기 최소한 한 개의 전원 전환 유닛(203)는 변환기(Converter), 정류기(Rectifier) 또는 변환 유닛(인버터, Inverter)일 수 있다. 상기 최소한 한 개의 동력 모듈(20) 역시 전기회로 차단 유닛(202)에 연결된다. 동력 모듈(20)에는 구동 유닛(21)과 모터 유닛(22)이 있다. 구동 유닛(21)은 전기회로 차단 유닛(202)에 연결되며, 모터 유닛(22)는 구동 유닛21에 연결된다. 구동 유닛(21)은 추진기(Propulsion driver) 또는 기타 선박 운항을 구동하는 설비일 수 있으며, 본 발명은 이에 제한을 두지 않는다. 상기 최소한 한 개의 에너지 공급 유닛(206)은 전기회로 차단 유닛(202)에 연결된다. 에너지 공급 유닛(206)은 발전기, 재생 에너지 생성 유닛, 또는 기타 에너지를 생성할 수 있는 설비일 수 있다. 상기 최소한 한 개의 배터리(204)는 에너지 공급 유닛(206)에 연결된다. 본 실시예에서는 독립된 리튬 배터리이거나 서로 병렬된 리튬 배터리일 수 있으며, 본 발명은 이에 제한을 두지 않는다. 시스템 고장 또는 이상 발생 시를 대비해서 부하전원 관리 모듈에는 최소한 한 개의 예비 전원도 설치된다(도면에 표시되지 않았음).

계속해서 도 3을 참고한다. 부하전원 관리 모듈(200)에는 호텔로드(205, Hotel Load), 즉 흔히 일컫는 일반부하가 설치된다. 호텔로드(205)는 전기회로 차단 유닛(202)을 통해서 버스(201)와 연결된다. 이 밖에, 부하전원 관리 모듈(200)에는 또한 최소한 한 개의 중/저 전압 부하(207)가 설치되며, 전기회로 차단 유닛(202)을 통해서 버스(201)와 연결된다. 여러 가지 실시예에서, 상기 부하전원 관리 모듈(200)에는 또한, 최소한 한 개의 누전 보호기(209)가 설치되어, 상기 중/저 전압 부하(207)가 복귀 프로그램에서 누전 보호 점검을 하게 한다. 상기 버스에 캐패시터(208)를 설치하여 고전압 부하 예비 충전 프로그램 완충 실시에 사용할 수 있다(상세한 실시 방법은 나중에 설명된다).

도 4를 참고한다. 상기 최소한 한 개의 전기회로 차단 유닛(202)은 버스(201)에 연결되며, 다른 한쪽 끝은 각종 부하에 연결된다(도 4는 이 중 한 가지 실시예로 중/저 전압 부하[207]에 연결). 본 실시예에서, 상기 전기회로 차단 유닛(202)에는 더 나아가서 퓨즈(2022), 자동 차단기(2021) 또는 이 두 가지의 조합이 들어있다. 전기회로 차단 유닛(202)의 차단 시간은 250 마이크로 세컨드(μs)에서 170 밀리 세컨드(ms)까지에 달할 수 있다. 상기 자동 차단기(2021)는 본 실시예에서 상황에 따라 단방향 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 설치 또는 쌍방향 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)로 설치될 수 있으며, 본 발명은 이에 제한을 두지 않는다.

계속해서 도 1을 참고한다. 본 실시예의 선박 전력안전 제어 시스템(1)의 부하전원 관리 모듈(200)에는 또한 고장 보호 모듈(2100)과 복귀 모듈(2200)이 들어있으며, 전력 시스템에 대해 제어를 시행한다. 통합 컴퓨팅 모듈(500)이 선박 전력안전 제어 시스템(1)이 이상 모드에 처해 있다고 판단할 때는 고장 보고 모듈(2100)을 시작하여 첫 번째 차단 이탈을 시행한다. 즉 고장이 발생한 설비를 우선 버스로부터 격리시킨다. 또한, 고장 보호 모듈(2100)은 고장이 발생한 설비를 격리시킨 후 전력 임시 중단을 시행하는 동시에 손상 점검을 하기 위해 나머지 설비들을 격리시킨다.

상기 복귀 모듈(2200)에는 또한, 이상 제거 모듈(2210)과 시스템 자동 복귀 모듈(2220)이 들어있다. 이상 제거 모듈(2210)은 위에서 설명한 손상 점검 후 손상 점검 결과에 따라 이상 제거를 시행한다. 이상 제거는 주로 이상 상태가 발생한 설비에 대해 고장을 제거하는 것이다. 이상 상태를 제거하지 못하는 경우, 이상 상태가 발생하는 설비를 버스로부터 격리시켜 시스템 설비가 모두 정상 상태인 것을 확인한 다음 시스템 복귀 프로그램을 수행한다. 구체적으로 말하면, 이상 제거는 선박 전력안전 제어 시스템(1)이 다시 시작되고 원래의 작업 전압으로 서서히 돌아오게 하는 것이다. 선박 전력안전 제어 시스템(1)이 정상 상태인 것으로 확인되면 시스템 자동 복귀 모듈(2220)은 시스템 자동 복귀 프로그램을 수행한다.

선박 전력안전 제어 시스템(1)의 시스템 자동 복귀 프로그램을 수행할 때, 고전압 전원, 중/저 전압 전원에 대해 각각 특별할 복귀 프로그램이 있으며, 이는 시스템 자동 복귀 모듈(2220)에 들어있는 고전압 전원 복귀 유닛과 중/저 전압 전원 복귀 유닛이 제각기 수행한다. 상세한 특별 복귀 프로그램은 나중에 설명한다. 상기 고전압 전원 복귀 유닛은 동력 추진 시스템과 같은 직류 전압이 330V인 고전압 시스템을 복귀시키는 데 사용된다. 상기 중/저 전압 전원 복귀 유닛은 중전압 시스템 및 저전압 시스템을 복귀시키는 데 사용된다. 중전압 시스템에는 직류 전압 24V에서 교류 전압 110V까지 사용하는 시스템. 예를 들어 교류 인버터가 포함된다. 저전압 시스템에는 직류 전압 330V에서 직류 전압 24V까지 사용하는 시스템, 예를 들어 추진기 전환기, 호텔로드 전환기 등이 포함된다. 중/저 전압 전원 복귀 유닛은 중/저 전압 전원 프로그램을 완료하기 위해 반드시 부하전원 관리 모듈(200) 중 최소한 한 개의 누전 보호기와 함께 사용되어야 한다. 그리고 고전압 전원과 중/저 전압 전원의 복귀 프로그램이 모두 완료되어야 전력이 다시 버스와 연결된다. 이 중 한 가지 프로그램이라도 완료되지 않은 경우, 이상 진단 및 제거 프로그램을 다시 수행해야 한다.

도 1을 참고한다. 본 실시예의 선박 전력안전 제어 시스템(1)에는 또한 통합 컴퓨팅 모듈(500)에 연결되는 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈(300)이 설치된다. 본 실시예의 선박 전력안전 제어 시스템(1)이 시작되면 시작 신호를 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈(300)로 전송하며, 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈(300)은 시스템 시뮬레이션을 즉각적으로 시행하여 여러 설비들의 상태 정보를 즉각 모니터링한다. 예를 들어 동력 모듈(20) 자체 또는 기타 설비들의 작동 상태 등. 통합 컴퓨팅 모듈(500)에 설치되는 시스템 상태 측정 모듈(520) 상태를 판단하여 정상 상태 모드, 자진 이상 모드, 또는 비자진 이상 모드를 생성한다.

선박 전력안전 제어 시스템(1)에 이상이 발생하는 경우, 자진 이상 모드 또는 비자진 이상 모드로 판단되면 전원 관리 시스템은 전력 차단 이탈 명령을 내리고 동시에 상기 모니터링 시뮬레이션 모듈이 모니터링 시뮬레이션을 수행하는 것을 중지시킨다. 이상 상태와 고장이 모두 제거된 후, 부하전원 관리 모듈(200)은 즉각적으로 시스템 자동 복귀 프로그램을 수행해서 선박 전력안전 제어 시스템1을 다시 시작하고, 모니터링 시뮬레이션 모듈이 모니터링 시뮬레이션을 수행하도록 하여 시스템의 정상 작동을 회복한다.

도 2를 같이 참고한다. 이는 본 발명의 실시예로 제시하는 선박 전력안전 제어 시스템(1)의 작동 방법 흐름도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 선박 전력안전 제어 시스템(1)의 작동 방법에는 다음 단계들이 포함된다. (A) 단계: 위에서 설명하는 선박 전력안전 제어 시스템(1)을 제공한다. (B) 단계: 상기 선박 전력안전 제어 시스템(1)이 시작할 때, 부하전원 관리 모듈(200)은 시작 신호를 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈(300)로 전송하여 모니터링 시뮬레이션을 시행한다. (C) 단계: 상기 모니터링 시뮬레이션은 즉각적으로 통합 컴퓨팅 모듈(500)의 시스템 상태 측정 모듈(520)로 전송되어 시스템 상태 측정을 시행한다. (D) 단계: 시스템 상태 측정 결과 정상 상태 모드로 판단되는 경우, 계속해서 (B) 단계에서 (D) 단계까지 시행한다. 이상 모드라고 판단되는 경우에는 (E) 단계로 간다. (E) 단계: 부하전원 관리 모듈(200)의 고장 보호 모듈(2100)을 시작하여 첫 번째 차단 이탈 명령을 내리고, 차단 이탈 시간 내에 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈(300)이 판단한 최소한 한 개의 고장 설비와 나머지 설비들에 대해 첫 번째 격리를 시행한 다음 나머지 설비에 대해 손상 점검을 시행한다. (F) 단계: 손상 점검에 따라 부하전원 관리 모듈(200)의 복귀 모듈(2200)을 시작하여 이상 제거를 시행한다. (G) 단계: 시스템 상태 측정 모듈(520)이 시스템 상태 측정을 시행하여 정상 상태 모드라고 판단하면 계속해서 (H) 단계를 시행하고, 이상 모드라고 판단하면 시스템 상태 측정이 정상 상태 모드가 될 때까지 반복해서 (E) 단계에서 (G) 단계까지 시행한다. (H) 단계: 상기 복귀 모듈(2200)은 복귀 시간 내에 시스템 자동 복귀를 수행하고 (B) 단계로 돌아간다.

선박 전력안전 제어 시스템(1)은 작동 중에 전원 관리 시스템을 사용해서 전력 시스템에 대해 시스템 시작, 작동, 그리고 정지 조작을 시행한다. 먼저 (A) 단계에서 상기 부하전원 관리 모듈(200)과 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈(300)이 합쳐진 선박 전력안전 제어 시스템(1)을 제공한다. 시스템이 시작하기 전에는 예비 전원으로 전기 에너지를 제공하여 선박 전력안전 제어 시스템(1)이 대기 상태에 처하게 한다. 그런 다음 본 실시예의 (B) 단계에서 시스템이 시작할 때, 배터리는 리튬철-인산염 배터리를 선택해서 전기 에너지로 직류 링크(DC-BUS) 내에 도입하여 직류 링크상의 각종 설비, 예를 들어 좌/우 모터, 직류 전압 안정기 전압 하강, 그리고 호텔로드, 좌/우 뱃머리 추진기 등에 전기 에너지를 제공한다.

동시에 부하전원 관리 모듈(200)은 시작 신호를 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈(300)로 전송하며, 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈(300)은 명령을 수신한 후 시스템 내의 각종 설비에 대해 모니터링 시뮬레이션을 시작한다. 사용자는 모니터링 시뮬레이션 결과를 통해서 각종 설비의 작동 상태를 알 수 있다. 예를 들어, 좌/우 추진 시스템, 좌/우 호텔로드 전환기, 그리고 좌/우 뱃머리 추진기 전환기의 즉각적인 상태는 설정된 6개의 유닛 고장 디지털 신호를 통해서 장비 이상 모니터링을 시행하고 1과 0으로 판단하거나(시스템이 정상 작동되면 모든 핀 전위는 1이며, 0일 경우에는 설비에 이상이 있음), 좌/우 모터 속도, 직류 전압 안정기의 출력 전압 등 관련 데이터를 모니터링하고 취득한다. 작동 상태에 있는 좌/우 모터는 예비 전원에 대해 충전을 시행할 수 있다.

본 실시예의 (C) 단계에서, (B) 단계의 모니터링 시뮬레이션 결과는 즉각 통합 운용 모듈(500)로 전송되고 부하전원 관리 모듈(200)로부터 전송된 전력 사용 상태와 합쳐져 시스템 상태 측정 모듈(520)에서 시스템 상태 측정을 수행하고 대응하는 핀 전위를 토대로 하여 어느 장비에 이상이 발생하였는지 판단한다. 장비가 정상 작동 상태일 때, 어느 장비의 이상 시뮬레이션 신호를 촉발시키는 경우, 고장 판단이 시행되며, 잡음 신호인지 확인한다. 장비의 디지털 핀이 1에서 0으로 바뀌면 장비에 이상이 생겼다는 것을 나타낸다.

(D) 단계에서 시스템 상태 측정 결과에 대해 분류하고 판단한다. 시스템 상태 측정 모듈(520)은 측정 결과에 근거하여 선박 전력안전 제어 시스템(1)이 정상 상태 모드, 자진 이상 모드, 비자진 이상 모드 또는 이런 모드의 조합을 생성한다. 정상 상태 모드로 판단되는 경우, (B) 단계의 정상 작동 시의 모니터링 시뮬레이션과 (C) 단계 의 즉각 시스템 상태 측정으로 돌아가서 선박 전력안전 제어 시스템(1)의 즉각적인 상황을 언제든지 파악하고 시스템 상태 측정 모듈(520)이 이상 상태를 판단한 후에야 (E) 단계를 진행한다.

상기 이상 상태는 자진 이상 모드와 비자진 이상 모드로 나뉘어 진다. 자진 이상 모드에는 통합 컴퓨팅 모듈(500)이 기획한 좌측 추진 시스템 이상, 우측 추진 시스템 이상, 좌측 호텔로드 전환기 전력 공급 이상, 우측호텔로드 전환기 전력 공급 이상, 좌측 뱃머리 추진기 전환기 전력 공급 이상, 그리고 우측 뱃머리 추진기 전력 공급 이상 등 6가지의 고장 촉발 시나리오가 있다. 비자진 이상 모드에는 전기회로 합선, 미사일에 피격 당함 등 외부 요소로 인한 예기 불가능한 이상이 있다.

위에서 설명한 바와 같이, (D) 단계에서 만약 상기 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈(300)이 이상 설비를 판단하고 더 나아가 시스템 상태 측정 모듈(520)이 그 이상 모드가 비자진 이상 모드라고 판단하는 경우, 부하전원 관리 모듈(200)이 우선 두 번째 차단 이탈 명령을 내린 다음 (E) 단계를 계속 진행한다.

상기 두 번째 차단 이탈은 상기 이상 설비의 전기회로 차단 유닛을 시작하여 이상 설비를 버스로부터 격리시킨다. 상기 이상 설비를 버스로부터 격리시키는 기타 모든 방법은 본 발명의 범위에 속한다. 구제적으로 말하면, 상기 두 번째 차단 이탈은 이상 설비의 퓨즈가 타서 연결이 끊기고 직류 전력으로부터 격리되는 것이다. 이때 연결이 끊기는 시간은 90 마이크로 세컨드(μs)에서 250 마이크로 세컨드(μs) 사이이다. 상기 두 번째 차단 이탈의 목적은 복귀가 불가능한 이상 설비를 자동 복귀 프로그램의 설비 범위에서 제거해서 그 후의 시스템 에러 제거 및 이상 제거를 편리하게 하는 것이다.

도 2의 (E) 단계를 계속해서 참고한다. 시스템 상태 측정 결과 이상 모드로 판단되는 경우, 부하전원 관리 모듈(200)의 고장 보호 모듈(2100)을 시작하여 첫 번째 차단 이탈 명령을 내린다. 이 첫 번째 차단 이탈은 차단 이탈 시간 내에 상기 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈(300)이 판단한 최소한 한 개의 고장 설비를 버스로부터 격리시키는 것이다.

구체적으로 말하면, 상기 최소한 한 개의 고장 설비의 전기회로 차단 유닛을 시작하여 그 고장 설비를 직류 링크로부터 탈퇴시킨 다음 나머지 설비들에 대해서 첫 번째 차단 이탈을 시행한다. 즉 기타 설비들에 대해 전기 공급을 잠시 차단하여 손상 점검이 동시에 진행되게 한다. 본 실시예에서 상기 차단 이탈 시간은 250 마이크로 세컨드(μs)에서 170 밀리 세컨드(ms) 사이이다. (F) 단계에서, 위에서 설명한 고장 설비 이외의 설비들에 대해 손상 점검을 시행한 후, 손상 점검 결과에 근거하여 부하전원 관리 모듈(200)의 복귀 모듈(2200)을 시작하여 이상 제거를 시행한다.

상기 이상 제거에는 고장 제거를 시행하거나 이상 설비의 전기회로 차단 유닛을 시작하거나 또는 그 조합이 포함된다. 구체적으로 말하면, 고장을 제거할 수 없는 경우, 그 이상 설비를 격리시킨다. 즉 이상 설비를 직류 링크로부터 탈퇴시킨다.

(F) 단계의 이상 제거 후 도 2의 본 실시예의 (G) 단계를 참고한다. 시스템 상태 측정 모듈(520)은 시스템 상태 측정을 다시 시행하여 정상 상태 모드라고 판단 확인한 다음, 즉 정상 작동 상태를 회복할 수 있을 때 계속해서 (H) 단계의 시스템 자동 복귀 프로그램을 수행한다. 그렇지 않고 이상 상태 모드라고 판단하는 경우, 반드시 (E) 단계로 돌아가서 고장 보호의 첫 번째 차단 이탈 및 손상 점검과 (F) 단계의 이상 제거를 시행한 다음, 즉 (E) 단계에서 (G) 단계까지의 순환을 반복하여 정상 상태 모드로 판단된 후에야 (H) 단계를 시행해서 선박 전력안전 제어 시스템1이 자동 복귀 프로그램을 수행하기 전에 모든 설비들이 정상적으로 작동할 수 있는 것을 보장한다.

마지막으로 (H) 단계에서, 선박 전력안전 제어 시스템(1)이 정상 상태 모드에 있는 상황에서 부하전원 관리 모듈(200)의 시스템 자동 복귀 모듈(2220)은 복귀 시간 내에 시스템 자동 복귀 프로그램을 수행한다. 자동 복귀 시간은 3초에서 27초 사이이다. 시스템 자동 복귀 프로그램 수행이 완료된 후에야 (B) 단계로 돌아가서 선박 전력안전 제어 시스템(1)을 다시 시작한다.

구체적으로 말하면, 상기 "시스템 자동 복귀 프로그램"의 정의는 위에서 설명한 전기 공급 잠시 차단 수행 중에 이상 설비 및 고장 설비의 완전 격리 또는 이상 제거를 시행하고, 동시에 손상 점검을 진행하여 안전하다고 확인한 후 나머지 정상적 작동이 가능한 설비들을 다시 시작하는 프로그램이다. 상기 시스템 자동 복귀 프로그램에는 또한 고전압 전원 복귀 프로그램과 중/저 전압 전원 복귀 프로그램이 있다. 이 두 가지 복귀 프로그램이 모두 완료되어야 전력이 다시 직류 링크와 연결되고 시스템이 다시 시작하게 된다. 그렇지 않을 경우 (C) 단계에서 (F) 단계까지로 돌아가서 시스템 상태 측정과 그 후의 고장 제거, 손상 점검, 그리고 이상 제거를 다시 해야 한다.

다시 말해서, 본 실시예에서는 다른 전압 수요에 대해 필요한 조치를 취해야 한다. 주의해야 하는 것은, 본 실시예의 선박 전력안전 제어 시스템(1)의 (H) 단계 시스템 자동 복귀 프로그램에는 고전압 전원 복귀 프로그램이 포함되는 점이다. 이는 다음 단계들로 시행된다. (I) 단계: 고전압 전원은 예비 충전 프로그램을 수행한다. (J) 단계: 고저항 예비 충전 회로의 전기 기계 부하 캐패시터에서 충전을 수행한다. (K) 단계: 전기 기계 부하 캐패시터의 전압과 주요 전원의 전압차가 적을 때 예비 충전 프로그램을 완료한다. 그리고 (L) 단계: 버스를 투입하여 전력을 공급한다.

예를 들어, 고전압 전원이 직류 링크와 다시 연결되어야 할 때는 우선 예비 충전 프로그램을 진행하여 고저항 예비 충전 회로가 직류 링크 상의 전기 기계 부하 캐패시터(208)와 우선 충전하도록 한다. 이렇게 하는 주요 목적은 전력 주요 회로가 직류 링크에 다시 투입될 때 캐패시터(208)에 순간 합선이 생겨 큰 전류가 생성되어 시스템 손상을 야기하는 문제를 해결하기 위해서이다. 부하 캐패시터(208)의 전압이 주전원 전압과 차이가 적을 때 전원을 다시 직류 링크에 투입하여 전력을 공급한다. 중/저 전압 복귀 프로그램에서는 누전 보호기 측정을 통해서 직류 링크에 누전 문제가 발생하지 않았는지 확인해야 한다. 문제가 없을 때만 중/저 전압 전원을 버스에 투입하여 전원 출력을 공급한다.

본 발명에 따른 실시예의 전원 자동 차단 설비에는 마이크로 세컨드 등급의 스위치 메커니즘이 있다. 본 발명의 보다 나은 실시예에서 이러한 스위치 메커니즘은 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)이며, 이에 국한되지 않는다. 이러한 트랜지스터의 장점은 효율이 높고 전환 속도가 빠르다. 본 선박 전력안전 제어 시스템(1)에는 통합 컴퓨팅 모듈(500)이 있어 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈(300)과 부하전원 관리 모듈(200)을 효과적으로 연결하여 시스템 내 각종 설비의 상태를 즉각적으로 모니터링하고 언제든지 각종 이상 설비 또는 고장 설비에 대응하여 필요한 격리 조치를 취해서 나머지 설비들에 손상이 발생하는 것을 줄인다. 본 발명의 시스템 자동 복귀 프로그램을 통해서 짧은 전원 자동 차단 기간에 이상 제거 및 손상 점검을 한 후 시스템 안전 상태를 토대로 하여 설비 파라미터의 차이에 효과적으로 대응하고 적절한 복귀 프로그램을 진행할 수 있다.

위에서 설명한 내용은 본 발명의 보다 이상적인 실시예일뿐이며 설명 내용으로 본 발명 실시예의 범위를 제한하지 말아야 한다. 실시예과 같은 효과를 지니는 변환과 치환은 본 창작의 범위에 속해야 하며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 것을 준거로 해야 할 것이다.

1 선박 전력안전 제어 시스템
20 동력 모듈
21 구동 유닛
22 모터 유닛
200 부하전원 관리 모듈
201 버스
202 전기회로 차단 유닛
2021 자동 차단기
2022 퓨즈
203 전원 전환 유닛
204 배터리
205 호텔로드
206 에너지 공급 유닛
207 중/저 전압 부하
208 캐패시터
209 누전 보호기
2100 고장 보호 모듈
2200 복귀 모듈
2210 이상 제거 모듈
2220 시스템 자동 복귀 모듈
300 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈
500 통합 컴퓨팅 모듈
520 시스템 상태 측정 모듈
(A)~(H) 단계

Claims

선박 전력안전 제어 시스템에 있어서, 상기 시스템은:
통합 컴퓨팅 모듈;
통합 컴퓨팅 모듈에 연결되는 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈; 및
통합 컴퓨팅 모듈에 연결되는 부하전원 관리 모듈을 포함하고,
부하전원 관리 모듈에는 고장 보호 모듈과 복귀 모듈이 있고,
부하 전원 관리 모듈은
최소한 한 개의 버스;
최소한 한 개의 버스와 상기 고장 보호 모듈에 연결되는 최소한 한 개의 전기회로 차단 유닛;
상기 복귀 모듈과 최소한 한 개의 전기회로 차단 유닛에 연결되는 최소한 한 개의 전원 전환 유닛;
상기 최소한 한 개의 전기회로 차단 유닛에 연결되는 최소한 한 개의 동력 모듈;
상기 최소한 한 개의 전기회로 차단 유닛에 연결되는 최소한 한 개의 에너지 공급 유닛; 및
상기 에너지 공급 유닛에 연결되는 최소한 한 개의 배터리를 포함하고,
통합 컴퓨팅 모듈은 시스템 상태 측정 모듈을 포함하고, 시스템 상태 측정 모듈은 장비의 디지털 핀이 0에서 1로 변화하는지 고장 판정을 수행하여, 시스템 상태 측정 모듈이 정상 상태 또는 이상 상태를 생성하도록 하는 선박 전력안전 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 부하전원 관리 모듈에는 최소한 한 개의 호텔로드, 최소한 한 개의 예비 전원, 최소한 한 개의 누전 보호기, 최소한 한 개의 캐패시터 또는 그 조합이 있는 선박 전력안전 제어 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 전기회로 차단 유닛에는 퓨즈, 자동 차단기 또는 그 조합이 있으며, 차단 시간은 250μs에서 170ms까지인 선박 전력안전 제어 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 자동 차단기는 단방향 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) 또는 쌍방향 절연 게이트 양극성 트랜지스터(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)인 선박 전력안전 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 복귀 모듈에는 이상 제거 모듈 및 시스템 자동 복귀 모듈이 포함되는 선박 전력안전 제어 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 시스템 자동 복귀 모듈에는 고전압 전원 복귀 유닛 및 중/저 전압 전원 복귀 유닛이 포함되는 선박 전력안전 제어 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 이상 상태에는 자진 이상 모드 및 비자진 이상 모드가 포함되는 선박 전력안전 제어 시스템.
선박 전력안전 제어 시스템 작동 방법에 있어서, 상기 방법은:
청구항 1에서 설명하는 선박 전력안전 제어 시스템을 제공하는 (A) 단계;
상기 선박 전력안전 제어 시스템이 시작할 때, 부하전원 관리 모듈은 작동 신호를 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈로 전송하여 모니터링 시뮬레이션을 시행하는 (B) 단계;
상기 모니터링 시뮬레이션은 즉각적으로 통합 컴퓨팅 모듈의 시스템 상태 측정 모듈로 전송되어 시스템 상태 측정을 시행하는 (C) 단계;
상기 시스템 상태 측정 결과 정상 상태 모드로 판단되는 경우, 계속해서 (B) 단계에서 (D) 단계까지 시행하고 이상 모드라고 판단되는 경우에는 (E) 단계를 시행하는 (D) 단계;
상기 부하전원 관리 모듈의 고장 보호 모듈을 시작하여 첫 번째 차단 이탈 명령을 내리고, 차단 이탈 시간 내에 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈이 판단한 최소한 한 개의 고장 설비와 나머지 설비들에 대해 첫 번째 격리를 시행한 다음 나머지 설비에 대해 손상 점검을 시행하는 (E) 단계;
손상 점검에 따라 부하전원 관리 모듈의 복귀 모듈을 시작하여 이상 제거를 시행하는 (F) 단계;
상기 시스템 상태 측정 모듈이 시스템 상태 측정을 시행하여 정상 상태 모드라고 판단하면 계속해서 (H) 단계를 시행하고, 이상 모드라고 판단하면 시스템 상태 측정이 정상 상태 모드가 될 때까지 (E) 단계에서 (G) 단계까지 순환 반복하는 (G) 단계; 및
상기 복귀 모듈은 복귀 시간 내에 시스템 자동 복귀를 수행하고 (B) 단계로 돌아가는 (H) 단계가 있는 선박 전력안전 제어 시스템 작동 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 시스템 상태 측정 모듈은 정상 상태 모드, 자진 이상 모드, 비자진 이상 모드 또는 그 조합을 생성하는 선박 전력안전 제어 시스템 작동 방법.
청구항 9에 있어서,
(D) 단계에서, 만약 즉각 모니터링 시뮬레이션 모듈이 이상 설비를 판단하고 더 나아가 시스템 상태 측정 모듈이 그 이상 모드가 비자진 이상 모드라고 판단하는 경우, 부하전원 관리 모듈이 우선 두 번째 차단 이탈 명령을 내린 다음 (E) 단계를 계속 진행하는 선박 전력안전 제어 시스템 작동 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 두 번째 차단 이탈은 상기 이상 설비의 전기회로 차단 유닛을 시작하여 이상 설비를 버스로부터 격리시키는 선박 전력안전 제어 시스템 작동 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 이상 설비의 전기회로 차단 유닛을 시작하는 것은 이상 설비의 퓨즈가 타서 연결이 끊기는 것이 포함되는 선박 전력안전 제어 시스템 작동 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (E) 단계에서, 차단 이탈 시간은 250 마이크로 세컨드(μs)에서 170 밀리 세컨드(ms)인 선박 전력안전 제어 시스템 작동 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (E) 단계에서, 첫 번째 차단 이탈에는 최소한 한 개의 고장 설비의 전기회로 차단 유닛을 시작하여 상기 최소한 한 개의 고장 설비가 버스로부터 격리되게 하는 것이 포함되는 선박 전력안전 제어 시스템 작동 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (F) 단계에서, 이상 제거에는 고장 제거, 이상 설비의 전기회로 차단 유닛 시작 또는 그 조합이 포함되는 선박 전력안전 제어 시스템 작동 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (H) 단계에서, 복귀 시간은 3초에서 27초까지인 선박 전력안전 제어 시스템 작동 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 (H) 단계에서, 시스템 자동 복귀에는 고전압 전원 복귀 프로그램과 중/저 전압 복귀 프로그램이 포함되는 선박 전력안전 제어 시스템 작동 방법.
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