KR102525947B1 - Propulsion system and Propulsion method of Ship including Shaft Generator - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해상 조건에 따라 발생하는 추진엔진의 실제 추진 출력의 변동에 따라 함께 변화되는 축발전기의 가용 출력을 실시간으로 계산하고 추진엔진에서 낼 수 있는 최대 출력을 넘지 않도록 제어함으로써, 해상 컨디션이나 추진엔진의 급격한 출력 변화에 상관없이 축발전기의 안정적인 운용이 가능하고 선내 전력망으로 안정적인 전원의 공급이 가능한 효과를 가지는 축발전기를 포함하는 선박의 추진시스템 및 축발전기의 가용 출력 계산방법을 제공한다.The present invention calculates in real time the available output of the shaft generator, which changes along with the fluctuations in the actual propulsion output of the propulsion engine that occurs according to sea conditions, and controls it so that it does not exceed the maximum output that can be produced by the propulsion engine. Provides a ship's propulsion system including a shaft generator that enables stable operation of the shaft generator and a stable supply of power to the onboard power grid regardless of the sudden change in engine output and a method for calculating the available output of the shaft generator.

Figure R1020200183449
Figure R1020200183449

Description

축발전기를 포함하는 선박의 추진시스템 및 추진 방법 {Propulsion system and Propulsion method of Ship including Shaft Generator}Propulsion system and propulsion method of Ship including shaft generator {Propulsion system and Propulsion method of Ship including Shaft Generator}

본 발명은 축발전기를 포함하는 선박의 추진시스템 및 축발전기의 가용 출력 계산방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 고정된 RPM 조건에서도 해상 컨디션에 따라 추진엔진의 출력이 시시각각 변하는 것에 대응하여 실시간으로 추진엔진의 상태에 따른 축발전기의 가용 출력을 계산하고 추진엔진에서 낼 수 있는 최대 출력을 넘지 않도록 제어되는, 축발전기를 포함하는 선박의 추진시스템 및 축발전기의 가용 출력 계산방법에 관한 것이다.The present invention relates to a ship's propulsion system including a shaft generator and a method for calculating the available output of the shaft generator, and more particularly, in real time in response to the fact that the output of a propulsion engine changes every moment according to sea conditions even under a fixed RPM condition It relates to a propulsion system of a ship including a shaft generator, which calculates the available output of the shaft generator according to the state of the propulsion engine and is controlled not to exceed the maximum output that can be produced by the propulsion engine, and a method for calculating the available output of the shaft generator.

일반적으로 선박은 통상 메인엔진이라 불리우는 추진엔진의 동력을 샤프트(shaft)에 의하여 프로펠러 등의 추진장치에 전달함으로써 추력을 얻는다. 프로펠러는 샤프트에 의해 추진엔진과 연결되며 추진엔진에 의해 발생되는 샤프트의 회전력을 전달받아 선박을 추진시킨다.In general, a ship obtains thrust by transmitting power of a propulsion engine, commonly called a main engine, to a propulsion device such as a propeller through a shaft. The propeller is connected to the propulsion engine by a shaft and receives the rotational force of the shaft generated by the propulsion engine to propel the ship.

추진장치와 이에 관련된 기계장치를 구비하는 해양 선박에서, 최근 환경 문제와 에너지 절감(연비 절감)의 목적으로 추진엔진의 샤프트에 축발전기(Shaft Generator)를 연결하여 발전하는 방식이 증가하고 있다.In a marine vessel equipped with a propulsion device and a mechanical device related thereto, a method of generating power by connecting a shaft generator to a shaft of a propulsion engine has recently been increasing for the purpose of environmental problems and energy saving (reduction of fuel consumption).

축발전기는 추진엔진에서 실제 추진을 위해 사용되는 출력을 제외한 나머지 출력을 사용하여 전기를 생산한다. 이러한 축발전기는 추진엔진으로부터 프로펠러로 공급되는 동력의 일부를 취출하여 사용하는 장치라는 점에서 동력인출장치(PTO: Power Take-Off)로 불리우기도 한다. 이러한 축발전기에 의한 발전 방식은 선박의 운항시 경제적인 발전을 통하여 에너지 절감에 효과가 있다.The shaft generator produces electricity using the remaining output except for the output used for actual propulsion from the propulsion engine. Such a shaft generator is also called a power take-off (PTO) in that it is a device that extracts and uses part of the power supplied to the propeller from the propulsion engine. The power generation method by the shaft generator is effective in saving energy through economical power generation during ship operation.

한편, 기존의 축발전기는 엔진의 RPM 구간별로 적합한 출력이 미리 설정되어 있으며, 선박의 운항시 추진엔진의 운전 RPM에 따라 기설정된 고정 출력값으로 출력을 결정하여 사용하고 있다.On the other hand, in the conventional shaft generator, an output suitable for each RPM section of the engine is preset, and the output is determined and used as a preset fixed output value according to the operating RPM of the propulsion engine during ship operation.

종래 선박의 축발전기 출력 결정 모델을 나타낸 도 1을 참조하면, 기존에는 전력관리시스템(PMS: Power Management System)이 추진엔진(메인엔진)의 RPM(샤프트의 회전 속도) 값을 기준으로 하여 해당 RPM에 맞게 설정된 값으로 축발전기의 출력을 결정하는 방식이었다.Referring to FIG. 1 showing a conventional shaft generator output determination model of a ship, conventionally, a power management system (PMS) based on the RPM (rotational speed of the shaft) value of the propulsion engine (main engine) corresponds to the RPM It was a method of determining the output of the shaft generator with a value set according to

그런데, 추진엔진의 RPM이 고정되어 있다 하더라도 선박의 항해 중에는 다양한 해상 조건(파도, 바람 등)에 따라 실제로 추진에 소요되는 출력이 시시각각 변할 수 있으며, 이에 따라 축발전기의 가용 출력이 함께 변하게 된다.However, even if the RPM of the propulsion engine is fixed, the actual output required for propulsion may change every moment according to various sea conditions (waves, wind, etc.) during the voyage of the ship, and accordingly, the available output of the shaft generator changes together.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 축발전기의 가용 출력이 변하는 요인 및 이에 대한 문제점에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, with reference to FIGS. 2 and 3, a factor in which the available output of the shaft generator changes and problems related thereto will be described in more detail.

도 2는 추진엔진의 RPM 구간별 PTO 가용 출력을 나타낸 그래프이다. 그래프에서 ①은 추진엔진에서 허용하는 최대 출력(Engine limit power)을 나타낸 라인이고, ②는 추진엔진에서 추진에 소요되는 기계적 설계 출력(Engine mechanical design power)을 나타낸 라인이다. 추진엔진의 최대 출력은 토크 한계(Torque limit)의 3~5% 이하의 값으로 결정된다. 추진엔진의 RPM이 증가하면 이에 따라 최대 허용 출력 및 추진 출력도 함께 증가한다.2 is a graph showing PTO available power for each RPM section of a propulsion engine. In the graph, ① is a line showing the maximum output allowed by the propulsion engine (Engine limit power), and ② is a line showing the mechanical design power required for propulsion in the propulsion engine. The maximum output of the propulsion engine is determined as a value of 3 to 5% or less of the torque limit. When the RPM of the propulsion engine increases, the maximum permissible output and propulsion output also increase accordingly.

추진엔진의 샤프트에 설치되는 축발전기의 가용 출력(④: SG PTO available power)은 추진엔진의 최대 허용 출력(①)에서 추진을 위해 소모되는 출력을 뺀 나머지 값이 된다.The available output (④: SG PTO available power) of the shaft generator installed on the shaft of the propulsion engine is the remaining value after subtracting the output consumed for propulsion from the maximum allowable output (①) of the propulsion engine.

그런데, 선박의 운항시 실제로 추진에 소모되는 출력은 ② 라인과 같이 선형적으로 형성되는 것이 아니라 다양한 환격적 요인에 의하여 ③ 라인(추진엔진의 실제 추진 출력, Engine actual power)과 같이 비선형적으로 형성된다. 또한, 이론적으로는 Constant 출력 구간에서 RPM의 변화에도 동일한 추진 출력을 내야 하지만, 실제로는 해상 컨디션에 따라 추진을 위한 출력이 시시각각 변하게 되고, 따라서 축발전기의 가용 출력(④)도 함께 변화하게 된다.However, the power actually consumed for propulsion during ship operation is not formed linearly like ② line, but formed non-linearly like ③ line (engine actual power) by various circumstantial factors. do. In addition, theoretically, the same propulsion output should be produced even when the RPM changes in the constant output section, but in practice, the output for propulsion changes every moment according to the sea conditions, and accordingly, the available output (④) of the shaft generator also changes together.

도 3은 RPM에 따른 축발전기의 PTO 설계 출력 및 PTO 가용 출력을 나타낸 그래프이다. 그래프에서 ⓐ 라인은 축발전기의 PTO 설계 출력(SG PTO design power)을 나타낸 라인으로서, RPM 구간별로 축발전기에서 낼 수 있는 출력 값을 나타낸 것이다. 축발전기에서 낼 수 있는 출력은 RPM이 증가함에 따라 선형적으로 증가하고 특정 RPM 이상에서는 일정한 출력을 내도록 설계된다.3 is a graph showing PTO design output and PTO available output of a shaft generator according to RPM. In the graph, line ⓐ represents the PTO design output (SG PTO design power) of the shaft generator, and shows the output value that can be generated from the shaft generator for each RPM section. The output that can be produced by the shaft generator increases linearly as the RPM increases and is designed to produce a constant output above a certain RPM.

그리고 ⓑ 및 ⓒ 라인은 축발전기의 가용 출력(SG PTO available power)을 나타낸 라인인데, ⓑ 라인은 풍력 척도(BF scale: Beaufort scale)가 0 ~ 2인 조건에서 그리고 ⓒ 라인은 풍력 척도가 6인 조건에서의 축발전기의 가용 출력을 각각 나타낸 것이다. 그래프를 참조하면, 해상 조건이 선박의 운항에 더 불리할 시, 즉 ⓑ 라인에서보다 ⓒ 라인에서 추진엔진의 추진 출력 증가로 인해 축발전기의 가용 출력이 감소됨을 알 수 있다.And the lines ⓑ and ⓒ are the lines showing the available power of the shaft generator (SG PTO available power). It shows the available output of the axial generator in each condition. Referring to the graph, it can be seen that when the sea conditions are more unfavorable for the operation of the ship, that is, the available output of the shaft generator is reduced due to the increase in the propulsion output of the propulsion engine in the ⓒ line than in the ⓑ line.

ⓑ 라인에서와 같이 해상 상황이 유리한 조건에서는 축발전기가 PTO 설계 출력의 최대치만큼 활용하여 전기를 생산하는 것이 가능하지만, ⓒ 라인에서와 같이 축발전기의 가용 출력이 PTO 설계 출력을 밑도는 상태에서 축발전기가 기존과 같이 추진엔진의 RPM에 따라 고정된 출력을 사용한다면, 축발전기에서 사용되는 출력과 추진엔진에서 선박의 추진을 위해 사용되는 출력의 합이 추진엔진의 최대 허용 출력 또는 토크 한계를 넘어서게 되어 추진엔진이 과부화되거나 장비의 트립이 발생하는 등의 문제가 있을 수 있다.As in the ⓑ line, it is possible for the shaft generator to produce electricity by utilizing the maximum value of the PTO design output under favorable conditions at sea, such as in the ⓑ line, but in the case of the ⓒ line, the shaft generator If a fixed output is used according to the RPM of the propulsion engine as in the past, the sum of the output used by the shaft generator and the output used by the propulsion engine to propel the ship exceeds the maximum allowable output or torque limit of the propulsion engine. There may be problems such as overloading the propulsion engine or tripping the equipment.

위에서 설명한 바와 같이, 선박의 운항 중에는 추진엔진의 RPM이 고정된 상태에서도 다양한 해상 컨디션에 따라 실제 추진 출력이 변하고 축발전기의 가용 출력 또한 함께 변화하게 되는데, 종래에는 축발전기가 추진엔진의 RPM 별로 고정된 출력을 사용하기 때문에 추진엔진의 출력 변화에 용이하게 대응하기가 어렵고(추진 출력의 급격한 출력 증가시 장비의 트립이 발생할 수 있음), 따라서 해상 상태가 불안정하거나 또는 급격한 부하 증가 발생시 축발전기의 가동이 불가능한 상황이 빈번하게 발생하는 문제가 있었다.As described above, during ship operation, even when the RPM of the propulsion engine is fixed, the actual propulsion output changes according to various sea conditions and the available output of the shaft generator also changes together. Conventionally, the shaft generator is fixed for each RPM of the propulsion engine It is difficult to respond easily to changes in the output of the propulsion engine because it uses the output power of the propulsion engine (a trip of the equipment may occur when the output of the propulsion output increases rapidly), and therefore, the operation of the shaft generator when the sea state is unstable or a sudden increase in load occurs There was a problem with this impossible situation occurring frequently.

본 발명의 목적은, 안정적인 축발전기의 운용을 위하여 축발전기에서 사용할 수 있는 가용 출력을 실시간으로 계산하고 추진엔진에서 낼 수 있는 최대 출력을 넘지 않도록 제어되도록 로직을 구성하여, 해상 컨디션이나 추진엔진의 급격한 출력 변화의 발생에 상관없이 선내 전력망에 안정적으로 전원 공급이 가능한, 축발전기를 포함하는 선박의 추진시스템 및 축발전기의 가용 출력 계산방법을 제공함에 있다.An object of the present invention is to calculate the available output that can be used in the shaft generator in real time for stable operation of the shaft generator and configure the logic to be controlled so as not to exceed the maximum output that can be generated by the propulsion engine, so that marine conditions or propulsion engine An object of the present invention is to provide a propulsion system of a ship including a shaft generator and a method for calculating the available output of the shaft generator, which can stably supply power to the onboard power grid regardless of the occurrence of rapid output change.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 샤프트를 통해 프로펠러와 연결되며 선박의 추진 동력을 발생시키는 추진엔진; 상기 샤프트에 설치되어 상기 추진엔진으로부터 공급되는 동력의 적어도 일부를 이용하여 전력을 생산하는 축발전기; 선내 필요한 전력을 생산하는 복수의 발전엔진; 및 선내 전력 수요를 파악하고 상기 발전엔진 및 상기 축발전기의 운전 상태를 제어하며 상기 축발전기의 운전 출력을 결정하는 전력관리시스템을 포함하고, 상기 전력관리시스템은 상기 추진엔진으로부터 실제 추진에 소모되는 출력에 관한 데이터를 실시간으로 수신받아 상기 축발전기의 가용 출력을 계산하고, 상기 축발전기의 운전 출력과 상기 추진엔진의 추진 출력의 합이 상기 추진엔진의 최대 허용 출력 또는 토크 한계를 넘지 않도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 축발전기를 포함하는 선박의 추진시스템이 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention for achieving the above object, the propulsion engine connected to the propeller through the shaft and generating the propulsion power of the ship; a shaft generator installed on the shaft to produce electric power using at least a part of the power supplied from the propulsion engine; A plurality of power generation engines that produce the necessary power in the ship; and a power management system that determines the power demand in the ship, controls the operation status of the power generation engine and the shaft generator, and determines the operation output of the shaft generator. Receives data on output in real time, calculates the available output of the shaft generator, and controls so that the sum of the operating output of the shaft generator and the propulsion output of the propulsion engine does not exceed the maximum allowable output or torque limit of the propulsion engine Characterized in that, a ship propulsion system including a shaft generator may be provided.

상기 축발전기의 가용 출력은 상기 추진엔진의 최대 허용 출력으로부터 상기 추진엔진의 실제 추진 출력을 뺀 값을 이용하여 계산되고, 상기 추진엔진의 실제 추진 출력은 상기 추진엔진에 걸리는 부하로부터 추산될 수 있다.The available output of the shaft generator is calculated using a value obtained by subtracting the actual propulsion output of the propulsion engine from the maximum allowable output of the propulsion engine, and the actual propulsion output of the propulsion engine can be estimated from the load applied to the propulsion engine. .

계산된 상기 축발전기의 가용 출력이 상기 축발전기의 PTO 설계 출력보다 낮은 경우 계산된 상기 축발전기의 가용 출력을 상기 축발전기의 최종 출력으로 설정하고, 계산된 상기 축발전기의 가용 출력이 상기 축발전기의 PTO 설계 출력보다 높은 경우에는 상기 축발전기의 PTO 설계 출력을 상기 축발전기의 최종 출력으로 설정할 수 있다.If the calculated available output of the shaft generator is lower than the PTO design output of the shaft generator, the calculated available output of the shaft generator is set as the final output of the shaft generator, and the calculated available output of the shaft generator is If it is higher than the PTO design output of the shaft generator, the PTO design output of the shaft generator may be set as the final output of the shaft generator.

상기 전력관리시스템은 상기 추진엔진의 연료 인덱스 마진에 대한 정보를 수신받고, 상기 연료 인덱스 마진이 일정 수준 이상으로 유지될 수 있도록 상기 축발전기의 운전을 제어할 수 있다.The power management system may receive information about the fuel index margin of the propulsion engine and control the operation of the shaft generator so that the fuel index margin is maintained at a predetermined level or higher.

상기 전력관리 시스템은, 상기 추진엔진의 연료 인덱스 마진이 제1 설정값 이하로 내려가는 경우, 알람을 발생시키고 상기 축발전기의 출력을 감소시키며 대기 중인 상기 발전엔진을 가동하여 상기 축발전기의 출력 감소분만큼 전력을 생산하도록 제어할 수 있다.The power management system, when the fuel index margin of the propulsion engine goes down to a first set value or less, generates an alarm, reduces the output of the shaft generator, and operates the power generation engine in standby by an amount equal to the reduction in output of the shaft generator. It can be controlled to generate electricity.

상기 전력관리 시스템은, 상기 추진엔진의 연료 인덱스 마진이 제2 설정값 이하로 내려가는 경우, 알람을 발생시키고 상기 축발전기의 가동을 중단하도록 제어할 수 있다.The power management system may control to generate an alarm and stop the operation of the shaft generator when the fuel index margin of the propulsion engine falls below a second set value.

상기 전력관리시스템은 상기 추진엔진의 연료 인덱스 값을 실시간으로 모니터링하고, 시간당 연료 인덱스가 급격하게 상승하는 경우 알람을 발생시키고 상기 축발전기의 출력을 감소시키며 대기 중인 상기 발전엔진을 가동하여 상기 축발전기의 출력 감소분만큼 전력을 생산하도록 제어할 수 있다.The power management system monitors the fuel index value of the propulsion engine in real time, generates an alarm when the fuel index per hour rapidly rises, reduces the output of the shaft generator, and operates the power generation engine in standby to generate the shaft generator. It can be controlled to produce power as much as the decrease in output.

한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 추진엔진의 샤프트에 설치되어 전력을 생산하는 축발전기를 포함하는 선박의 축발전기의 가용 출력 계산방법에 있어서, 상기 추진엔진으로부터 데이터를 수집받는 수집단계; 상기 추진엔진으로부터 수신된 데이터를 이용하여 상기 축발전기의 가용 출력을 계산하는 계산단계; 및 상기 축발전기의 최종 출력을 결정하는 결정단계를 포함하는, 축발전기를 포함하는 선박의 축발전기의 가용 출력 계산방법이 제공될 수 있다.On the other hand, according to another aspect of the present invention for achieving the above object, in a method for calculating the available output of a shaft generator of a ship including a shaft generator installed on a shaft of a propulsion engine to produce power, data from the propulsion engine A collection step of receiving collection; a calculation step of calculating available output of the shaft generator using data received from the propulsion engine; And a determination step of determining the final output of the shaft generator, a method for calculating available power of a shaft generator of a ship including a shaft generator may be provided.

상기 수집단계에서 상기 추진엔진으로부터 제공받는 데이터는, 상기 추진엔진의 RPM 정보와, 상기 추진엔진의 실제 추진 출력 정보, 그리고 상기 추진엔진의 최대 허용 출력 또는 토크 한계에 대한 정보를 포함할 수 있다.Data received from the propulsion engine in the collecting step may include RPM information of the propulsion engine, actual propulsion output information of the propulsion engine, and information on a maximum allowable output or torque limit of the propulsion engine.

상기 계산단계는, 상기 축발전기의 기계적 가용 출력을 계산하는 과정, 그리고 상기 기계적 가용 출력으로부터 상기 축발전기의 전기적 가용 출력을 계산하는 과정을 포함할 수 있다.The calculating step may include calculating available mechanical output of the shaft generator and calculating available electrical output of the shaft generator from the available mechanical output.

상기 축발전기의 기계적 가용 출력은 상기 추진엔진의 최대 허용 출력으로부터 상기 추진엔진의 실제 추진 출력을 뺀 값이며, 상기 추진엔진의 실제 추진 출력은 상기 추진엔진에 걸리는 부하로부터 추산할 수 있다.The mechanically available output of the shaft generator is a value obtained by subtracting the actual propulsion output of the propulsion engine from the maximum allowable output of the propulsion engine, and the actual propulsion output of the propulsion engine can be estimated from the load applied to the propulsion engine.

상기 축발전기의 전기적 가용 출력은 상기 기계적 가용 출력에 상기 축발전기의 전기 효율을 곱한 값으로 계산될 수 있다.The available electrical output of the axial generator may be calculated as a value obtained by multiplying the available mechanical output by the electrical efficiency of the axial generator.

상기 결정단계에서, 계산된 상기 축발전기의 전기적 가용 출력이 상기 축발전기의 PTO 설계 출력보다 낮은 경우 계산된 상기 축발전기의 전기적 가용 출력을 상기 축발전기의 최종 출력으로 설정하고, 계산된 상기 축발전기의 전기적 가용 출력이 상기 축발전기의 PTO 설계 출력보다 높은 경우에는 상기 축발전기의 PTO 설계 출력을 상기 축발전기의 최종 출력으로 설정할 수 있다.In the determining step, when the calculated electrically available output of the shaft generator is lower than the PTO design output of the shaft generator, the calculated electrically available output of the shaft generator is set as the final output of the shaft generator, and the calculated shaft generator When the electrically available output of is higher than the PTO design output of the shaft generator, the PTO design output of the shaft generator may be set as the final output of the shaft generator.

본 발명에 의하면, 해상 조건에 따라 발생하는 추진엔진의 실제 추진 출력의 변동에 따라 함께 변화되는 축발전기의 가용 출력을 실시간으로 계산하고 추진엔진에서 낼 수 있는 최대 출력을 넘지 않도록 제어함으로써, 해상 컨디션이나 추진엔진의 급격한 출력 변화에 상관없이 축발전기의 안정적인 운용이 가능하고 선내 전력망으로 안정적인 전원의 공급이 가능한 효과가 있다.According to the present invention, by calculating in real time the available output of the shaft generator, which changes along with the fluctuation of the actual propulsion output of the propulsion engine generated according to sea conditions, and controlling it so that it does not exceed the maximum output that can be produced by the propulsion engine, sea condition However, regardless of the rapid output change of the propulsion engine, the stable operation of the shaft generator is possible and the stable power supply is possible through the onboard power grid.

본 발명의 효과들은 상술된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood from the description below.

도 1은 종래 선박의 축발전기 출력 결정 모델을 도식화한 도면이다.
도 2는 추진엔진의 RPM 구간 별 축발전기의 PTO 가용 출력을 나타낸 그래프이다.
도 3은 RPM에 따른 축발전기의 PTO 설계 출력 및 PTO 가용 출력을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 선박의 추진시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 선박의 축발전기 출력 결정 모델을 도식화한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 선박의 축발전기 출력 결정 방법을 나탄낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명에서 축발전기의 최종 출력 설정을 위한 고려 조건으로서 축발전기의 PTO 설계 출력과 계산된 전기적 가용 출력을 비교하여 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 축발전기에 급격한 부하 변동이 발생하는 것을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating a model for determining the output of a shaft generator of a conventional ship.
2 is a graph showing the PTO available output of the shaft generator for each RPM section of the propulsion engine.
3 is a graph showing PTO design output and PTO available output of a shaft generator according to RPM.
4 is a schematic diagram of a propulsion system for a ship according to the present invention.
5 is a diagram illustrating a model for determining the output of a shaft generator of a ship according to the present invention.
6 is a flowchart showing a method for determining the output of a shaft generator of a ship according to the present invention.
7 is a diagram showing a comparison between the PTO design output of the shaft generator and the calculated electrically available output as a consideration condition for setting the final output of the shaft generator in the present invention.
8 is a diagram showing that rapid load fluctuations occur in the shaft generator of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의해 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다.In order to fully understand the present invention and its operational advantages and objectives achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

도 4는 본 발명에 따른 선박의 추진시스템의 개략도이고, 도 5는 본 발명에 따른 선박의 축발전기 출력 결정 모델을 도식화한 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 선박의 축발전기 출력 결정 방법을 나탄낸 흐름도이다.4 is a schematic diagram of a propulsion system of a ship according to the present invention, FIG. 5 is a diagram illustrating a model for determining the output of a shaft generator of a ship according to the present invention, and FIG. 6 is a method for determining the output of a shaft generator of a ship according to the present invention. This is the flow chart shown.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 선박의 추진시스템은, 샤프트(11)를 통해 프로펠러(12)와 연결되며 선박의 추진 동력을 발생시키는 추진엔진(10)과, 선내 필요한 전력을 생산하는 발전엔진(20)과, 샤프트(11)에 설치되어 추진엔진(10)으로부터 프로펠러(12)로 공급되는 동력의 일부를 이용하여 전력을 생산하는 축발전기(SG: Shaft Generator, 30)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the ship's propulsion system according to the present invention is connected to a propeller 12 through a shaft 11 and a propulsion engine 10 for generating propulsion power of the ship, and power generation for generating necessary power in the ship. It may include an engine 20 and a shaft generator (SG: Shaft Generator, 30) installed on the shaft 11 and generating electric power using a part of the power supplied from the propulsion engine 10 to the propeller 12. there is.

추진엔진(10)은 선박의 추진력을 제공하기 위한 메인엔진(Main Engine)으로서, 오일유(HFO, MDO 등) 및/또는 가스연료(LNG, LPG 등)를 연소시켜 동력을 얻을 수 있는 내연기관이다. 추진엔진(10)은 ME-GI 엔진(MAN Electronic-Gas Injection Engine)과 같은 2행정 추진용 엔진일 수 있으며, 선박의 추진을 위하여 1대 내지 2대가 설치될 수 있다.The propulsion engine 10 is a main engine for providing propulsion of a ship, and is an internal combustion engine capable of obtaining power by burning oil oil (HFO, MDO, etc.) and/or gas fuel (LNG, LPG, etc.) am. The propulsion engine 10 may be a 2-stroke propulsion engine such as a ME-GI engine (MAN Electronic-Gas Injection Engine), and one or two may be installed for propulsion of a ship.

추진엔진(10)은 샤프트(11)를 통해 선박의 선미에 설치된 프로펠러(12)와 연결되며, 추진엔진(10) 내부에서 피스톤의 왕복운동시 발생하는 샤프트(11)의 회전력이 프로펠러(12)로 전달되어 선박이 추진하게 된다.The propulsion engine 10 is connected to the propeller 12 installed at the stern of the ship through the shaft 11, and the rotational force of the shaft 11 generated during the reciprocating motion of the piston inside the propulsion engine 10 moves through the propeller 12. is transmitted to the ship to propel it.

발전엔진(20)은 선내에서 필요로 하는 곳에 전력을 공급하기 위한 발전기엔진(Generator Engine)으로서, DFDG(Dual Fuel Diesel Generator), DFGE(Dual Fuel GEnerator) 등과 같은 일반적인 4행정 발전용 엔진일 수 있다. 발전엔진(20)은 선내 전력 수요량에 따라 복수대(예컨대, 4대) 설치될 수 있다.The power generation engine 20 is a generator engine for supplying power where needed in a ship, and may be a general 4-stroke power generation engine such as DFDG (Dual Fuel Diesel Generator) and DFGE (Dual Fuel GENerator). . The power generation engine 20 may be installed in multiple units (eg, four units) according to the amount of electricity demand in the ship.

축발전기(30)는 추진엔진(10)의 샤프트(11)에 기계적으로 연결되어 추진엔진(10)으로부터 공급되는 동력의 일부를 취출하여 전력을 생산하는 것으로서, 일종의 동력인출장치이다.The shaft generator 30 is mechanically connected to the shaft 11 of the propulsion engine 10 to extract some of the power supplied from the propulsion engine 10 to produce electric power, and is a kind of power take-off device.

이때, 선박이 계류 또는 정박하는 등의 경우에 추진엔진(10)의 동력 전부를 고스란히 축발전기(30)로 공급할 수 있도록, 축발전기(30)와 프로펠러(12) 사이의 샤프트(11) 상에는 클러치(clutch)가 설치될 수 있다.At this time, the clutch is on the shaft 11 between the shaft generator 30 and the propeller 12 so that all of the power of the propulsion engine 10 can be supplied to the shaft generator 30 intact when the ship is moored or anchored. (clutch) can be installed.

또한, 본 발명에서 축발전기(30)는 추진엔진(10)의 동력 일부를 취출하여 사용하는 발전기로서의 기능은 물론 모터로 전환되어 샤프트(11)에 동력을 부가하여 주는 기능을 겸할 수 있는 축발전기모터(SGM: Shaft Generator Motor)로 구비될 수도 있다. 이 경우에는 축발전기(30)가 추진엔진(10)의 동력 일부를 취출하여 사용하는 동력인출장치(PTO: Power Take-Off)로서의 기능과 추진엔진(10)의 동력을 보조하는 동력인가장치(PTI: Power Take-In)로서의 기능을 모두 수행할 수 있다.In addition, in the present invention, the shaft generator 30 is a shaft generator that can function as a generator that extracts and uses part of the power of the propulsion engine 10 and also functions as a motor to add power to the shaft 11 It may be provided as a motor (SGM: Shaft Generator Motor). In this case, the shaft generator 30 functions as a power take-off (PTO) that extracts and uses part of the power of the propulsion engine 10 and a power application device that assists the power of the propulsion engine 10 ( It can perform all functions as PTI: Power Take-In).

축발전기(30)는 바람직하게는 가변주파수드라이브(VFD: Variable Frequency Drive, 31) 및 변압기(TR: Transformer, 32) 등의 전력 변환 장치를 통해 선내 전력망과 연결될 수 있으며, 선내 전력 수요처에 필요한 전력을 공급할 수 있다.The storage generator 30 may preferably be connected to the onboard power grid through a power conversion device such as a variable frequency drive (VFD) 31 and a transformer (TR: Transformer 32), and the power required for the onboard power demander. can supply

한편, 본 발명의 선박에는 선내 전력 수요를 파악하고 발전엔진(20) 및 축발전기(30)의 운전 상태를 제어하며 축발전기(30)의 운전 출력을 결정하는 전력관리시스템(PMS: Power Management System, 40)이 구비될 수 있다.On the other hand, in the ship of the present invention, a power management system (PMS: Power Management System) that determines the power demand inside the ship, controls the operation status of the power generation engine 20 and the shaft generator 30, and determines the operation output of the shaft generator 30 , 40) may be provided.

전력관리시스템(40)은 추진엔진(10)으로부터 제공받는 데이터와 연계하여 본 시스템의 제어를 수행할 수 있으며, 특히 추진엔진(10)의 출력 데이터를 실시간으로 제공받아 축발전기(30)가 사용할 수 있는 출력(가용 출력)을 계산하여 축발전기(30)의 출력 및 운전 상태를 제어하는 것에 그 특징이 있다.The power management system 40 can control the system in conjunction with data provided from the propulsion engine 10, and in particular, receives the output data of the propulsion engine 10 in real time to be used by the shaft generator 30. Its feature is that the output and operating state of the shaft generator 30 are controlled by calculating the available output (available output).

앞에서 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 기존에도 전력관리시스템(PMS)이 추진엔진의 상태를 파악하여 축발전기의 출력값 결정에 관여하고 있기는 하였으나, 이때 전력관리시스템에 의한 제어는 추진엔진의 RPM 값만을 데이터로 제공받아 그에 맞게 기설정된 축발전기의 고유 설계 출력값을 단순 선택하는 것에 불과하였다.As described above with reference to FIG. 1, although the power management system (PMS) has been involved in determining the output value of the shaft generator by grasping the state of the propulsion engine in the past, at this time, the control by the power management system is the RPM of the propulsion engine It was only a simple selection of the unique design output value of the shaft generator preset according to the provided value as data.

이러한 종래의 방식과는 달리, 본 발명에서는 전력관리시스템(40)이 추진엔진(10)의 출력 데이터를 실시간으로 제공받고, 수신받은 데이터를 이용하여 축발전기(30)의 가용 출력을 보다 정확하게 그리고 실시간으로 계산하여, 추진엔진(10)의 실제 추진 출력에 변화가 발생하더라도 실시간으로 축발전기(30)의 적절한 출력을 결정할 수 있도록 함으로써, 본 선박의 추진시스템의 안정적인 운용 및 선내 전력망으로 안정적인 전원의 공급이 가능하게 함에 그 목적이 있다.Unlike these conventional methods, in the present invention, the power management system 40 receives output data of the propulsion engine 10 in real time, and uses the received data to more accurately determine the available output of the shaft generator 30 and By calculating in real time, even if a change occurs in the actual propulsion output of the propulsion engine 10, the proper output of the shaft generator 30 can be determined in real time, thereby providing stable operation of the propulsion system of the ship and stable power supply through the onboard power grid. Its purpose is to enable supply.

이하에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에서 축발전기(30)의 출력을 결정하는 전력관리시스템(40)의 제어 방법에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, a control method of the power management system 40 for determining the output of the storage generator 30 in the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 5 and 6 .

배경기술에서 설명한 바와 같이 선박의 운전 영역 조건에 따라 추진엔진(10)의 실제 추진 출력이 가변됨에 따라, 안정적인 축발전기(30)의 운용을 위해서는 추진엔진(10)의 가변 출력에 따른 축발전기(30)의 가용 출력을 실시간으로 계산하는 것이 필요하다.As described in the background art, as the actual propulsion output of the propulsion engine 10 varies according to the operating area conditions of the ship, in order to stably operate the axial generator 30, the axial generator according to the variable output of the propulsion engine 10 ( 30) in real time.

이를 위하여 전력관리시스템(40)에는 축발전기(30)의 가용 출력 계산 로직(logic)이 제공되며, 추진엔진(10)과 축발전기(30)의 연동 제어를 위한 인터페이스가 도 5와 같이 구성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 축발전기(30)의 출력 결정 방법은 도 6에 도시된 과정을 따라 이루어질 수 있다.To this end, the power management system 40 provides a logic for calculating the available output of the shaft generator 30, and an interface for interlocking control of the propulsion engine 10 and the shaft generator 30 is configured as shown in FIG. 5 can In addition, the method for determining the output of the storage generator 30 according to the present invention may be performed according to the process shown in FIG. 6 .

우선, 전력관리시스템(40)은 추진엔진(10)으로부터 축발전기(30)의 가용 출력(SG PTO available power)을 계산하기 위한 데이터를 수집할 수 있다(S110). 이때, 추진엔진(10)으로부터 계산에 필요한 데이터는 다음과 같다.First, the power management system 40 may collect data for calculating the available output (SG PTO available power) of the shaft generator 30 from the propulsion engine 10 (S110). At this time, data required for calculation from the propulsion engine 10 are as follows.

A. 추진엔진(10)과 PMS(40) 간 송신 데이터 (실시간 데이터)A. Transmission data between propulsion engine 10 and PMS 40 (real-time data)

1) 추진엔진(10)의 RPM(Shaft speed)1) RPM (Shaft speed) of the propulsion engine 10

2) 추진엔진(10)의 실제 추진 출력(Engine actual power)2) Actual propulsion output of the propulsion engine 10 (Engine actual power)

3) 연료 인덱스(Fuel index) 3) Fuel index

4) 연료 인덱스 마진 (Fuel index margin) 4) Fuel index margin

B. 추진엔진(10) 및 축발전기(30)의 고유 설계 값 (RPM별 고정값)B. Unique design values of the propulsion engine 10 and the shaft generator 30 (fixed value per RPM)

5) 추진엔진(10)의 최대 허용 출력(Engine limit power) 또는 토크 한계(Touque limit)5) Maximum allowable power or torque limit of the propulsion engine 10

6) 축발전기(30)의 PTO 설계 출력(SG PTO desing power)6) PTO design output of the shaft generator 30 (SG PTO desing power)

상기 'A'에서 추진엔진(10)의 RPM은 추진엔진(10)의 운전 RPM으로 설정된 값을 가져오면 되고, 추진엔진의 실제 추진 출력은 추진엔진(10)에 걸리는 부하로부터 추산할 수 있다. 또한, 추진엔진(10)의 연료 인덱스는 매 분사시 추진엔진(10)의 실린더로 분사되는 연료의 양으로서, 주어진 엔진 부하에서 추진엔진(10)을 최적 작동시키는데 필요한 연료의 양으로 특정될 수 있고, 연료 인덱스 마진은 실제 연료 인덱스 제한(Actual fuel index limiter)으로부터 실제 연료 인덱스(Actual fuel index)를 뺀 값으로 계산할 수 있다.In 'A', the RPM of the propulsion engine 10 may be a value set as the operating RPM of the propulsion engine 10, and the actual propulsion output of the propulsion engine may be estimated from the load applied to the propulsion engine 10. In addition, the fuel index of the propulsion engine 10 is the amount of fuel injected into the cylinder of the propulsion engine 10 at each injection, and can be specified as the amount of fuel required to optimally operate the propulsion engine 10 at a given engine load. The fuel index margin can be calculated by subtracting the actual fuel index from the actual fuel index limiter.

그리고, 'B'에서 추진엔진(10)의 최대 허용 출력 또는 토크 한계는 추진엔진(10)의 공급업체(vendor)에서 설정한 최대 한계 출력으로서 공급업체로부터 정보를 획득할 수 있으며, 축발전기(30)의 PTO 설계 출력도 마찬가지로 축발전기(30) 공급업체로부터 정보를 획득할 수 있다.In 'B', the maximum allowable output or torque limit of the propulsion engine 10 is the maximum limit output set by the supplier of the propulsion engine 10, and information can be obtained from the supplier, and the shaft generator ( Information on the PTO design output of 30) can be obtained from the supplier of the shaft generator 30 in the same way.

다음으로, 전력관리시스템(40)은 추진엔진(10)으로부터 수집된 RPM 및 실제 추진 출력 등에 대한 데이터를 이용하여 추진엔진의 최대 허용 출력으로부터 축발전기(30)의 가용 출력의 계산을 수행할 수 있다(S120).Next, the power management system 40 calculates the available output of the shaft generator 30 from the maximum allowable output of the propulsion engine using data on RPM and actual propulsion output collected from the propulsion engine 10. Yes (S120).

이때, 축발전기(30)의 가용 출력 계산은, 먼저 축발전기(30)의 기계적 가용 출력(SG mechanical available power)을 계산한 후, 이를 이용하여 축발전기(30)의 전기적 가용 출력(SG electric available power)을 계산하는 방식으로 수행될 수 있다.At this time, the calculation of the available power of the shaft generator 30 first calculates the mechanical available power (SG mechanical available power) of the shaft generator 30, and then uses this to calculate the electrically available power of the shaft generator 30 (SG electric available power) power) can be performed.

축발전기(30)의 기계적 가용 출력은 "추진엔진(10)의 최대 허용 출력 - 추진엔진(10)의 실체 추진 출력" 으로 계산된다. 여기서 추진엔진(10)의 최대 허용 출력은 고유 설계값으로서 공급업체로부터 제공받고, 추진엔진(10)의 실제 추진 출력은 부하로부터 추산되는 것으로서 추산된 데이터가 전력관리시스템(40)으로 실시간 송수신될 수 있음을 앞에서 살펴본 바 있다.The mechanically available output of the shaft generator 30 is calculated as "maximum allowable output of the propulsion engine 10 - actual propulsion output of the propulsion engine 10". Here, the maximum permissible output of the propulsion engine 10 is provided from the supplier as a unique design value, and the actual propulsion output of the propulsion engine 10 is estimated from the load, and the estimated data is transmitted and received to the power management system 40 in real time. We have seen before that it is possible.

그리고, 축발전기(30)의 전기적 가용 출력은 "축발전기(30)의 기계적 가용 출력 × 축발전기(30)의 전기 효율" 으로 계산된다. 여기서 축발전기(30)의 전기 효율은 "축발전기(30)의 기계 효율 + VFD 효율 + TR/cable 효율" 을 의미한다. 본 식에서 '/'는 나누기를 의미한다.Also, the electrically available output of the storage generator 30 is calculated as "mechanically available output of the storage generator 30 × electrical efficiency of the storage generator 30". Here, the electrical efficiency of the shaft generator 30 means "mechanical efficiency of the shaft generator 30 + VFD efficiency + TR/cable efficiency". In this formula, '/' means division.

전술한 바와 같이 축발전기(30)에서 생산된 전력은 가변주파수드라이브(31)와 변압기(32)를 거쳐 본선으로 공급된다. 본 발명에서는 이러한 전기적 설계 사항을 고려하여 축발전기(30)의 전기적 가용 출력 계산에 가변주파수드라이브(31) 및 변압기(32)의 효율까지 포함시킨 것이다. 변압기(32)는 가변주파수드라이브(31)의 출력 전압을 본선 전압과 동일한 값으로 변환하기 위하여 적용되는 것으로서 전기 효율은 0.99%로 계산될 수 있다. 그리고 케이블(cable)은 축발전기(30)로부터 가변주파수드라이브(31) 및 변압기(32)를 거쳐 본선의 전력 네트워크로 연결되는 전체 케이블을 의미하는 것으로서 전체 케이블의 전기 효율은 0.999%로 계산될 수 있다. As described above, the power generated by the shaft generator 30 is supplied to the main line via the variable frequency drive 31 and the transformer 32. In the present invention, the efficiency of the variable frequency drive 31 and the transformer 32 is included in the calculation of the electrically available output of the shaft generator 30 in consideration of these electrical design matters. The transformer 32 is applied to convert the output voltage of the variable frequency drive 31 to the same value as the main line voltage, and the electrical efficiency can be calculated as 0.99%. In addition, the cable means the entire cable connected to the power network of the main line from the generator 30 through the variable frequency drive 31 and the transformer 32, and the electrical efficiency of the entire cable can be calculated as 0.999%. there is.

마지막으로, RPM 별 축발전기(30)의 최종 출력을 결정할 수 있다(S130). 축발전기(30)의 최종 출력은 다음과 같은 두 가지 사항을 고려하여 결정될 수 있다.Finally, the final output of the generator 30 for each RPM can be determined (S130). The final output of the storage generator 30 may be determined by considering the following two points.

우선, 상기 S110 내지 S120 과정을 통하여 계산된 축발전기(30)의 전기적 가용 출력이 축발전기(30)의 PTO 설계 출력 이하일 때(Case 1)에는, 축발전기(30)의 헌팅(hunting)을 방지하기 위하여 '계산된 전기적 가용 출력 값'으로 축발전기(30)의 출력을 설정한다.First, when the electrically available output of the generator 30 calculated through the steps of S110 to S120 is less than the PTO design output of the generator 30 (Case 1), hunting of the generator 30 is prevented To do this, the output of the shaft generator 30 is set to the 'calculated electrically available output value'.

한편, 계산된 축발전기(30)의 전기적 가용 출력이 축발전기(30)의 PTO 설계 출력 이상일 때(Case 2)에는, '축발전기(30)의 PTO 설계 출력 값'으로 축발전기(30)의 출력을 설정한다.On the other hand, when the calculated electrically available output of the axial generator 30 is greater than or equal to the PTO design output of the axial generator 30 (Case 2), the 'PTO design output value of the axial generator 30' of the axial generator 30 set the output

도 7에 도시된 일 실시예에서, ⓓ 라인은 본 발명의 축발전기(30)의 PTO 설계 출력(SG PTO design power)를 나타낸 라인이고, ⓔ 라인은 S110 내지 S130 과정에 의해 계산된 축발전기(30)의 전기적 가용 출력(SG electric available power)을 나타낸 라인이다.In one embodiment shown in FIG. 7, line ⓓ is a line representing the PTO design output (SG PTO design power) of the generator 30 of the present invention, and line ⓔ is the generator calculated by steps S110 to S130 ( 30) is a line showing the electrically available power (SG electric available power).

일 실시예에서 '제1 구간'에서는 계산된 축발전기(30)의 전기적 가용 출력이 축발전기의 PTO 설계 출력보다 낮으므로, 축발전기(30)의 최종 출력을 계산된 전기적 가용 출력으로 설정할 수 있다.In one embodiment, since the calculated electrically available output of the shaft generator 30 is lower than the PTO design output of the shaft generator in the 'first period', the final output of the shaft generator 30 can be set to the calculated electrically available output. .

반면, '제2 구간'에서는 계산된 축발전기(30)의 전기적 가용 출력이 축발전기의 PTO 설계 출력보다 높으므로, 축발전기(30)의 최종 출력을 축발전기(30)의 PTO 설계 출력으로 설정할 수 있다.On the other hand, in the 'second period', since the calculated electrically available output of the shaft generator 30 is higher than the PTO design output of the shaft generator, the final output of the shaft generator 30 is set as the PTO design output of the shaft generator 30. can

이와 같이 전술한 S110 단계에서 수집된 데이터 중 '6) 축발전기(30)의 PTO 설계 출력'은 축발전기(30)의 가용 출력을 계산하는데 직접적으로 이용되는 것은 아니고, 계산된 가용 출력과 비교하여 축발전기(30)의 최종 출력을 결정하는데에 이용되는 것이라 할 수 있다.Among the data collected in step S110 as described above, '6) PTO design output of the shaft generator 30' is not directly used to calculate the available output of the shaft generator 30, but compared to the calculated available output It can be said that it is used to determine the final output of the storage generator 30.

한편, 본 발명은 축발전기(30)의 운용시 도 8에 도시된 바와 같은 급격한 부하 변동이 발생하는 경우에 대비하여, 전력관리시스템(40)에 세이프티 로직(Safety logic) 및 이와 관련된 인터페이스를 추가 구성할 수 있다.On the other hand, in the present invention, in preparation for the case where a sudden load change as shown in FIG. 8 occurs during the operation of the shaft generator 30, safety logic and an interface related thereto are added to the power management system 40 can be configured.

즉, 본 발명은 축발전기(30)의 운전시 축발전기(30)의 출력과 추진엔진(10)의 추진 출력의 합이 추진엔진(10)의 최대 허용 출력 또는 토크 한계를 넘지 않도록 세이프티 로직을 구성하는 것에 또 다른 특징이 있다.That is, the present invention uses safety logic so that the sum of the output of the shaft generator 30 and the propulsion output of the propulsion engine 10 does not exceed the maximum allowable output or torque limit of the propulsion engine 10 during operation of the shaft generator 30. There is another characteristic of composition.

전력관리시스템(40)은 추진엔진(10)의 연료 인덱스를 활용하여 세이프티 로직을 구성할 수 있다. 즉, 전술한 S110 단계에서 수집된 데이터 중 '3) 연료 인덱스' 및 '4) 연료 인덱스 마진'은 본 시스템의 세이프티 로직과 관련되는 것이다.The power management system 40 may configure safety logic by utilizing the fuel index of the propulsion engine 10 . That is, '3) fuel index' and '4) fuel index margin' among the data collected in step S110 are related to the safety logic of the present system.

전력관리시스템(40)에는 추진엔진(10)의 연료 인덱스 마진이 0% 이상 유지될 수 있도록 세이프티 로직이 구성될 수 있으며, 이는 연료 인덱스 마진의 퍼센트율(%)에 따라 축발전기(30)의 출력을 감소시키는 방식으로 구현될 수 있다.Safety logic may be configured in the power management system 40 so that the fuel index margin of the propulsion engine 10 can be maintained at 0% or more, which is based on the percentage rate (%) of the fuel index margin of the shaft generator 30 It can be implemented in a way that reduces the output.

구체적으로, 전력관리시스템(40)은 추진엔진(10)의 연료 인덱스 마진이 1차 설정값(예컨대, 5%)보다 낮아지면 알람을 발생시키고, 축발전기(30)의 출력을 감소시키는 한편, 대기 중인 발전엔진(20)의 가동을 개시하여 축발전기(30)의 출력 감소분만큼의 전력을 생산하도록 한다(Safety 1).Specifically, the power management system 40 generates an alarm when the fuel index margin of the propulsion engine 10 is lower than the first set value (eg, 5%), and reduces the output of the shaft generator 30, The operation of the standby power generation engine 20 is started to produce power equal to the decrease in output of the shaft generator 30 (Safety 1).

그리고, 추진엔진(10)의 연료 인덱스 마진이 2차 설정값(예컨대, 0%)보다 낮아지는 경우에는 알람을 발생시키고, 축발전기(30)의 가동을 완전 중단할 수 있다(Safety 2).In addition, when the fuel index margin of the propulsion engine 10 is lower than the second set value (eg, 0%), an alarm may be generated and the operation of the shaft generator 30 may be completely stopped (Safety 2).

또한, 전력관리시스템(40)은 추진엔진(10)의 연료 인덱스 값을 실시간으로 모니터링하고, 시간당 연료 인덱스가 급격하게 상승하는 경우에는 알람 발생과 함께 대기하고 있던 발전엔진(20)을 가동하고 축발전기(30)의 출력을 예컨대 70%까지 감소시킬 수 있다(Safety 3).In addition, the power management system 40 monitors the fuel index value of the propulsion engine 10 in real time, and when the fuel index per hour rises rapidly, an alarm is generated and the standby power generation engine 20 is operated and the axis The output of the generator 30 may be reduced by, for example, 70% (Safety 3).

상기와 같은 본 발명에 의하면, 해상 조건에 따라 발생하는 추진엔진의 실제 추진 출력의 변동에 따라 함께 변화되는 축발전기의 가용 출력을 실시간으로 계산하고 추진엔진에서 낼 수 있는 최대 출력을 넘지 않도록 제어함으로써, 해상 컨디션이나 추진엔진의 급격한 출력 변화에 상관없이 축발전기의 안정적인 운용이 가능하고 선내 전력망으로 안정적인 전원의 공급이 가능한 효과가 있다.According to the present invention as described above, by calculating in real time the available output of the shaft generator, which changes along with the fluctuation of the actual propulsion output of the propulsion engine generated according to sea conditions, and controlling it so as not to exceed the maximum output that can be produced by the propulsion engine In addition, stable operation of the shaft generator is possible regardless of marine conditions or rapid output changes of the propulsion engine, and stable power supply is possible through the onboard power grid.

또한, 본 발명에 따른 선박의 추진 시스템은, 축발전기의 운용과 관련하여 추진엔진의 최대 허용 출력(또는 토크 한계)를 넘지 않도록 하는 세이프티 로직을 추가 구성함으로써, 엔진의 과부하 또는 장비의 트립 등의 문제가 발생하는 것을 미연에 방지하고 보다 안정적인 시스템의 운용이 가능한 장점이 있다.In addition, the ship's propulsion system according to the present invention, by additionally configuring the safety logic that does not exceed the maximum allowable output (or torque limit) of the propulsion engine in relation to the operation of the shaft generator, overload of the engine or equipment trip, etc. It has the advantage of preventing problems from occurring in advance and enabling more stable system operation.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It is obvious to those skilled in the art that the present invention is not limited to the described embodiments, and that various modifications and variations can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, such modifications or variations should fall within the scope of the claims of the present invention.

10: 추진엔진
20: 발전엔진
30: 축발전기
31: 가변주파수드라이브(VFD)
32: 변압기(TR)
40: 전력관리시스템10: propulsion engine
20: power generation engine
30: shaft generator
31: variable frequency drive (VFD)
32: Transformer (TR)
40: power management system

Claims (13)

샤프트를 통해 프로펠러와 연결되며 선박의 추진 동력을 발생시키는 추진엔진;
상기 샤프트에 설치되어 상기 추진엔진으로부터 공급되는 동력의 적어도 일부를 이용하여 전력을 생산하는 축발전기;
선내 필요한 전력을 생산하는 복수의 발전엔진; 및
선내 전력 수요를 파악하고 상기 발전엔진 및 상기 축발전기의 운전 상태를 제어하며 상기 축발전기의 운전 출력을 결정하는 전력관리시스템을 포함하고,
상기 전력관리시스템은 상기 추진엔진으로부터 실제 추진에 소모되는 출력에 관한 데이터를 실시간으로 수신받아 상기 축발전기의 가용 출력을 실시간으로 계산하고, 계산된 상기 축발전기의 실시간 가용 출력을 기반으로 상기 축발전기의 운전 출력을 실시간으로 결정하되, 상기 축발전기의 운전 출력과 상기 추진엔진의 추진 출력의 합이 상기 추진엔진의 최대 허용 출력 또는 토크 한계를 넘지 않도록 제어하고,
상기 축발전기의 실시간 가용 출력은 상기 추진엔진의 최대 허용 출력으로부터 상기 추진엔진의 현재 실제 추진 출력을 뺀 값으로 계산되고,
상기 추진엔진의 현재 실제 추진 출력은 상기 추진엔진에 걸리는 부하로부터 추산되며,
계산된 상기 축발전기의 실시간 가용 출력이 상기 축발전기의 PTO 설계 출력보다 낮은 경우 계산된 상기 축발전기의 실시간 가용 출력을 상기 축발전기의 운전 출력으로 설정하여 운항하고,
계산된 상기 축발전기의 실시간 가용 출력이 상기 축발전기의 PTO 설계 출력보다 높은 경우에는 상기 축발전기의 PTO 설계 출력을 상기 축발전기의 운전 출력으로 설정하여 운항하는 것을 특징으로 하는,
축발전기를 포함하는 선박의 추진시스템.A propulsion engine connected to a propeller through a shaft and generating power for propulsion of a ship;
a shaft generator installed on the shaft to produce electric power using at least a part of the power supplied from the propulsion engine;
A plurality of power generation engines that produce the necessary power in the ship; and
Including a power management system that identifies the power demand on board, controls the operating state of the power generation engine and the shaft generator, and determines the operation output of the shaft generator,
The power management system receives data on the output consumed for actual propulsion from the propulsion engine in real time, calculates the available output of the shaft generator in real time, and calculates the shaft generator based on the calculated real-time available output of the shaft generator. Determines the operating output of in real time, but controls the sum of the operating output of the shaft generator and the propulsive output of the propulsion engine not to exceed the maximum allowable output or torque limit of the propulsion engine,
The real-time available output of the shaft generator is calculated by subtracting the current actual propulsion output of the propulsion engine from the maximum allowable output of the propulsion engine,
The current actual propulsion output of the propulsion engine is estimated from the load on the propulsion engine,
If the calculated real-time available output of the shaft generator is lower than the PTO design output of the shaft generator, set the calculated real-time available output of the shaft generator as the operating output of the shaft generator and operate;
Characterized in that, when the calculated real-time available output of the shaft generator is higher than the PTO design output of the shaft generator, the PTO design output of the shaft generator is set as the operation output of the shaft generator and operated.
Ship's propulsion system including shaft generator. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 전력관리시스템은 상기 추진엔진의 연료 인덱스 마진에 대한 정보를 수신받고, 상기 연료 인덱스 마진이 일정 수준 이상으로 유지되고, 상기 연료 인덱스 마진의 퍼센트율에 따라 상기 축발전기의 출력을 감소시키도록 상기 축발전기의 운전을 제어하는 세이프티 로직을 구성하는 것을 특징으로 하는,
축발전기를 포함하는 선박의 추진시스템.The method of claim 1,
The power management system receives information on the fuel index margin of the propulsion engine, the fuel index margin is maintained above a certain level, and reduces the output of the generator according to the percentage rate of the fuel index margin. Characterized in configuring the safety logic that controls the operation of the shaft generator,
Ship's propulsion system including shaft generator. 청구항 4에 있어서,
상기 전력관리 시스템은, 상기 추진엔진의 연료 인덱스 마진이 제1 설정값 이하로 내려가는 경우, 알람을 발생시키고 상기 축발전기의 출력을 감소시키며 대기 중인 상기 발전엔진을 가동하여 상기 축발전기의 출력 감소분만큼 전력을 생산하도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
축발전기를 포함하는 선박의 추진시스템.The method of claim 4,
The power management system, when the fuel index margin of the propulsion engine goes down to a first set value or less, generates an alarm, reduces the output of the shaft generator, and operates the power generation engine in standby by an amount equal to the reduction in output of the shaft generator. Characterized in that it is controlled to produce power,
Ship's propulsion system including shaft generator. 청구항 5에 있어서,
상기 전력관리 시스템은, 상기 추진엔진의 연료 인덱스 마진이 제2 설정값 이하로 내려가는 경우, 알람을 발생시키고 상기 축발전기의 가동을 중단하도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
축발전기를 포함하는 선박의 추진시스템.The method of claim 5,
Characterized in that the power management system controls to generate an alarm and stop the operation of the shaft generator when the fuel index margin of the propulsion engine falls below a second set value,
Ship's propulsion system including shaft generator. 청구항 6에 있어서,
상기 전력관리시스템은 상기 추진엔진의 연료 인덱스 값을 실시간으로 모니터링하고, 시간당 연료 인덱스가 급격하게 상승하는 경우 알람을 발생시키고 상기 축발전기의 출력을 감소시키며 대기 중인 상기 발전엔진을 가동하여 상기 축발전기의 출력 감소분만큼 전력을 생산하도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
축발전기를 포함하는 선박의 추진시스템.The method of claim 6,
The power management system monitors the fuel index value of the propulsion engine in real time, generates an alarm when the fuel index per hour rapidly rises, reduces the output of the shaft generator, and operates the power generation engine in standby to generate the shaft generator. Characterized in that the control to produce power by the decrease in the output of
Ship's propulsion system including shaft generator. 추진엔진의 샤프트에 설치되어 전력을 생산하는 축발전기를 포함하는 선박의 추진 방법에 있어서,
상기 추진엔진으로부터 데이터를 수집받는 수집단계;
상기 추진엔진으로부터 수신된 데이터를 이용하여 상기 축발전기의 실시간 가용 출력을 계산하는 계산단계; 및
계산된 상기 축발전기의 실시간 가용 출력을 기반으로 상기 축발전기의 운전 출력을 결정하는 결정단계를 포함하고,
상기 계산단계에서, 상기 축발전기의 실시간 가용 출력은 상기 추진엔진의 최대 허용 출력으로부터 상기 추진엔진의 현재 실제 추진 출력을 뺀 값으로 계산하되, 상기 추진엔진의 현재 실제 추진 출력은 상기 추진엔진에 걸리는 부하로부터 추산하고,
상기 결정단계에서, 계산된 상기 축발전기의 실시간 가용 출력이 상기 축발전기의 PTO 설계 출력보다 낮은 경우 계산된 상기 축발전기의 실시간 가용 출력을 상기 축발전기의 운전 출력으로 설정하여 운항하고, 계산된 상기 축발전기의 실시간 가용 출력이 상기 축발전기의 PTO 설계 출력보다 높은 경우에는 상기 축발전기의 PTO 설계 출력을 상기 축발전기의 운전 출력으로 설정하여 운항하는 것을 특징으로 하는,
축발전기를 포함하는 선박의 추진 방법.In the ship propulsion method including a shaft generator installed on the shaft of the propulsion engine to produce power,
a collection step of receiving data from the propulsion engine;
a calculation step of calculating real-time available output of the shaft generator using data received from the propulsion engine; and
And a determining step of determining the operating output of the shaft generator based on the calculated real-time available output of the shaft generator,
In the calculation step, the real-time available output of the shaft generator is calculated by subtracting the current actual propulsion output of the propulsion engine from the maximum allowable output of the propulsion engine, and the current actual propulsion output of the propulsion engine is applied to the propulsion engine estimate from the load,
In the determining step, when the calculated real-time available output of the shaft generator is lower than the PTO design output of the shaft generator, the calculated real-time available output of the shaft generator is set as the operating output of the shaft generator, and the calculated Characterized in that, when the real-time available output of the shaft generator is higher than the PTO design output of the shaft generator, the PTO design output of the shaft generator is set as the operation output of the shaft generator and operated.
Ship propulsion method including shaft generator. 청구항 8에 있어서,
상기 수집단계에서 상기 추진엔진으로부터 제공받는 데이터는, 상기 추진엔진의 RPM 정보와, 상기 추진엔진의 실제 추진 출력 정보, 그리고 상기 추진엔진의 최대 허용 출력 또는 토크 한계에 대한 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는,
축발전기를 포함하는 선박의 추진 방법.The method of claim 8,
Characterized in that the data received from the propulsion engine in the collecting step includes information on RPM of the propulsion engine, actual propulsion output information of the propulsion engine, and information on a maximum allowable output or torque limit of the propulsion engine. doing,
Ship propulsion method including shaft generator. 청구항 9에 있어서,
상기 계산단계는, 상기 축발전기의 기계적 가용 출력을 계산하는 과정, 그리고 상기 기계적 가용 출력으로부터 상기 축발전기의 전기적 가용 출력을 계산하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는,
축발전기를 포함하는 선박의 추진 방법.The method of claim 9,
Characterized in that the calculating step includes the process of calculating the mechanically available output of the shaft generator and the process of calculating the electrically available output of the shaft generator from the mechanically available output.
Ship propulsion method including shaft generator. 청구항 10에 있어서,
상기 축발전기의 기계적 가용 출력은 상기 추진엔진의 최대 허용 출력으로부터 상기 추진엔진의 실제 추진 출력을 뺀 값이며, 상기 추진엔진의 실제 추진 출력은 상기 추진엔진에 걸리는 부하로부터 추산하는 것을 특징으로 하는,
축발전기를 포함하는 선박의 추진 방법.The method of claim 10,
The mechanically available output of the shaft generator is a value obtained by subtracting the actual propulsion output of the propulsion engine from the maximum allowable output of the propulsion engine, and the actual propulsion output of the propulsion engine is estimated from the load applied to the propulsion engine. Characterized in that,
Ship propulsion method including shaft generator. 청구항 11에 있어서,
상기 축발전기의 전기적 가용 출력은 상기 기계적 가용 출력에 상기 축발전기의 전기 효율을 곱한 값으로 계산되는 것을 특징으로 하는,
축발전기를 포함하는 선박의 추진 방법.The method of claim 11,
Characterized in that the electrically available output of the axial generator is calculated by multiplying the mechanically available output by the electrical efficiency of the axial generator,
Ship propulsion method including shaft generator. 삭제delete
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