KR102627677B1 - 동적 하이브리드 제어 - Google Patents

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올레 헨릭 요르겐센
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콩스베르그 마리타임 에이에스
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Abstract

본 발명은 해양 선박 내 전력 플랜트를 제어하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 시스템은 적어도 하나의 스위치보드를 포함하고, 전력 발전기 및 에너지 저장 장치와 같은 전력 공급기들, 적어도 하나의 소비장치, 및 기설정된 전력 플랜트 및 선박 관련 파라미터들을 모니터링하기 위한 측정 수단과 향후 가변 시간 기간 동안 상기 전력 플랜트 내 전력 및 에너지 요건들을 산출하고 예측하기 위한 산출 수단을 포함하는 동적 하이브리드 제어 유닛을 더 포함한다. 본 발명에 따른 시스템은 전력 플랜트 내 전압, 주파수 변동을 포함하는 일시적 변동 및 전력 발전기 상의 부하 변동을 최소화하기 위해, 전력 플랜트 구성들 사이의 전력 및 에너지를 사전-계획하고 할당하기 위한 상기 전력 및 에너지 요건들을 활용한다.

Description

동적 하이브리드 제어
본 발명은 하이브리드 해양 선박 또는 설비에 사용되는 전력 관리 시스템에 관한 것이다.
오늘날 대부분의 현대식 해양 선박들은 디젤-전기 전력 시스템을 사용한다. 이것은, 스러스터(thruster)와 같은 추진 장치들이, 디젤로 구동되는 모터 발전기 세트(Motor Generator Sets, MGS)가 제공하는 전력을 사용해 전기적으로 구동된다는 것을 의미한다. 디젤 엔진에 대한 대안으로서의 다른 MGS로는 연료 전지, 가스 터빈, 이종 연료 엔진(dual fuel engine) 등이 있다. MGS 제어 시스템의 가장 흔한 실행 예로는 속도 제어용 조속기(governor)와 전력 관리 시스템 (Power Management System, PMS)을 통한 설정값 조절이 가능한 자동 전압 제어용 유닛이 포함되고, 또는 이에 대한 대안으로 이 모든 것들이 단일 유닛 내에서 수행될 수도 있다.
대부분의 해양 선박들은, 전력 플랜트 네트워크나 그리드 상의 파라미터들을 조절하는 제1 제어 시스템과, 상기 선박의 이동을 조절하는 제2 제어 시스템 등, 적어도 두 개의 제어 시스템을 더 포함한다. 상기 제2 제어 시스템은, 일반적으로 위치, 속도 및 방위(heading)를 포함하는 파라미터들을 제어함으로써 이러한 조절을 달성한다. 보다 발전된 선박의 경우, 요(yaw, 이탈), 피치(pitch, 상하 움직임), 롤(roll, 구름), 히브(heave, 상하동요), 스웨이(sway, 상하전후 동요), 및 서지(surge, 전후 진동) 등의 이동 또한 별도의 제어 시스템, 또는 또 다른 제어 시스템에 의해 제어가 가능하다.
상기 제1 제어 시스템, 또는 PMS는, 그리드 상의 안전한 동작 조건들을 유지한다. PMS의 범위 내 기능들에는, 전압 및 주파수와 같은 그리드 파라미터들에 대한 모니터링, 및 특정 상황에 따라 MGS들과 소비 장치들을 분리하는 기능이 포함된다. PMS는, 그리드 상의 우세한 조건들에 따라 MGS들을 시작하거나 중단할 수 있다. 그리드 파라미터들에 대한 세부 조절을 위해, PMS는 하나 이상의 대기중인(standby) MGS들을 시작하거나 중단하지 않는 대신, 가동중인 MGS들 상의 부하 조건들을 다르게 할 수 있다. 기타 PMS 기능에는 그리드 상의 다양한 보호 장치 및 차단기(breaker), 및 소비 장치들에 대한 상기와 같은 장치들에 대한 관리가 포함된다.
가령, 동적 위치 결정(Dynamic Positioning, DP) 시스템 등의 상기 제2 제어 시스템의 기능에는, 일반적으로, 속도, 방위(heading) 및 위치 등의 위치 결정 관련 요건들을 충족하기 위한, 추진 장치들에 대한 제어가 포함되고, 가령, 선박의 히브(heave, 상하동요) 및 스웨이(sway, 상하전후 동요) 등의 이동을 보상함으로써 선박의 안정성을 제어하는 것이 더 포함될 수 있다.
일반적인 동적 시나리오에서, DP 시스템은, 선박 위치를 유지하려고 할 때, 선박 파라미터들을 제어하기 위해, 스러스터(thruster)와 같은 다양한 추진 장치들에게 명령 또는 신호를 발행한다. 이러한 명령들은 일반적으로 그리드 상의 변동(fluctuation)을 일으키는데, 이 변동들은 소비 장치들로부터의 다양한 에너지 수요와 연계된다. 이 경우, PMS는, 그리드 상에서 관찰된 변수에 따라 전력 플랜트 파라미터들을 조절하려고 한다. PMS는, 늘어난 수요를 충족하기 위해, 온라인 MGS들 상의 부하를 달리하거나, 대기중인 MGS들에게 시작 명령을 발행할 수 있다. MGS에 대한 시작 명령 발행 시점부터 상기 MGS가 그리드에 전력을 공급하기 시작할 때까지는 몇 초가 걸릴 수 있다. 변동의 역학 관계와 제어 루프(control loop)에서의 지연에 따라, 상기 제어 시스템들은 불안정해질 수 있고, 그리드가 부분적으로 또는 전부 정전이 되는 것과 같은 상황으로 이어질 수 있다. 이러한 상황이 자주 발생하는 것을 방지하기 위해, 이 시스템들은 일반적으로 가령 MGS들이 부분적인 부하 상에서 가동되도록 하는 등, 일정한 여유(headroom)를 두고 가동되어, 시스템 내 갑작스러운 일시적 변동 상황을 처리한다. MGS의 부분적인 부하는, 오염뿐만 아니라 높은 연료 소비로 이어지기 때문에 바람직하지 않다. 일정한 한계치 미만의 부하는, MGS의 상태와 수명에 치명적일 수 있다.
수년간, 연안 산업은 주파수 및/또는 전압 변동 또는 잠재적 정전 증가의 위험 없이 온라인 MGS의 개수를 줄이고자 해왔다. 앞에서 개략적으로 설명한 바와 같이, 온라인 MGS의 개수를 줄임으로써 배출량 감소, 연료 소비 감소, 및 엔진 유지 보수 노력 감소 등 얻을 수 있는 몇 가지 혜택이 있다. 그리드 상의 총 전력 출력 값이 같을 경우, 낮은 부하에서 더 많은 그룹의 MGS들을 가동하는 것보다, 높은 부하에서 더 적은 그룹의 MGS들을 가동하는 것이 경제적이고 환경 친화적인 것이 일반적이다. 그러나, 그리드 상의 주파수와 전압 변수와 같은 일시적 변동을 다룰 수 있도록 하는 여유(headroom) 요건들을 갖추기 위해서는, 꾸준한 상태 또는 일정한 부하 동작에 요구되는 것보다 더 많은 수의 MGS들이 필요하다.
전력 분배 시스템에서 주파수와 전압 변수를 줄이기 위한 시스템은 NO 334364에 기재되어 있다. 이 시스템은 예측된 부하 변동의 피드포워드(feedforward) 신호들을 활용하여 그리드 상의 상기 변수들을 최소화한다. NO 334364에 기재된 시스템은, 비록 MGS 상의 빠른 속도로 일어나는 일시적 변동은 감소시키지만, MGS 상의 가변적인 부하 조건들을 제거하지는 않는다.
배터리로부터의 예비 용량을 저장하고 도출하는 기술은, 종래 기술에서 널리 다루어지고 있다. 하이브리드 전력 시스템으로도 알려진 이러한 시스템에서는, 연료 소비를 줄이고 MGS로부터의 여유 요건들을 줄일 목적으로, 종래의 MGS들과 충전 가능한 배터리들을 결합한다. 가령, 자헤디, 비.(Zahedi, B.) 등이 Power Sources (Elsevier) 저널, 제 255권, 2014년 6월 1일, 페이지 341-352에 기고한 "dc 하이브리드 전력 시스템들에 의한, 전력으로만 가동되는 선박들의 최적화된 효율(Optimized efficiency of all-electric ships by dc hybrid power systems)"에서는, 다양한 부하 조건에서 연료 소비를 최소화하기 위한 최적화 알고리즘을 제안한 바 있다. 이 연구는, 디젤 엔진, 동기식 발전기-정류 유닛, 전교 양방향 컨버터(full-bridge bidirectional converter), 및 에너지 저장 장치로서의 Li-이온 배터리 뱅크(bank) 등을 포함하여 수행된다.
드 브루에커, 에스.(De Bruecker, S.) 등이 전기 선박 기술 심포지엄 (Electric Ship Technologies Symposium), 2009. ESTS 2009, IEEE, 페이지 310-352에 기고한 "플러그-인 전기 선박들의 가능한 적용(Possible application of Plug-in Hybrid Electric Ships)"에서는, 하이브리드 선박 내 배터리들에 에너지를 저장하기 위한 다양한 옵션에 대한 개요가 기재되어 있다.
US2011/0281478 A1 (블루멘탈(Blumenthal))에서는, 화석 연료 소비와 오염을 줄이기 위해 해양 추진을 위한 에너지 원천들을 조합하는 것에 대해 기재하고 있다. 여기서 제안한 해결 방안에는, 재충전 가능한 배터리의 사용도 포함되어 있다.
WO2009/030807 A2는 해양 선박 내 부하 반응 개선을 위한 구성에 관한 것이다.
상기 언급한 문헌들 중 어느 것도, 에너지 저장 요소, 또는 배터리, 그리고 전력 발전기, 또는 MGS들 간의 전력 및 에너지 분배를 계획하고 제어하기 위한 시스템이나 방법을 기재하고 있지는 않다. 종래 기술이 갖고 있는 이러한 문제점 및 기타 문제점은, 이하 본 발명에 대한 설명 및 첨부된 청구항들에 기재된 특징에 의해 해결 가능한 것으로 이해되어질 것이다.
본 발명은, 동적으로 위치 결정된 선박에 대한 선박 제어에 악영향을 미치지 않으면서, 하이브리드 전력 분배 시스템 내 각각의 전력 공급기의 특징들의 이용을 개선하기 위한 메커니즘들을 포함하는, 동적 하이브리드 제어 시스템(Dynamic Hybrid Control System, DHS)에 관한 것이다.
본 문헌에서는, 연료의 종류와 상관 없이, 디젤 발전기(DG), 가스 터빈, 이종 연료 엔진 등과 같은 기계 장치들을 비롯한 전기 전력 발전기들을 일컫는 용어로, 달리 구체적으로 명시되어 있지 않은 한, MGS, 발전기 또는 전력 공급기 등의 용어를 사용하고 있으나, 이에 대한 제한 및 일반적인 의미의 손실 없이 사용되었다.
이하 설명에서, 에너지 저장 장치, 에너지 저장 유닛, 배터리 또는 커패시터 등의 용어들은, 달리 구체적으로 명시되어 있지 않은 한, 가령, 배터리의 경우 각각 충전 및 방전과 관련된 바와 같이, 에너지의 저장 및 배출로 특징 지워지는 전기 전력 공급기들을 가리키나, 이에 대한 제한 및 일반적인 의미의 손실 없이 사용되었다.
본 발명에서 제안하는 시스템은, DP 시스템에 전력을 공급하는 적어도 두 개의 서로 다른 전력 공급기들에 결합된 에너지 제어 시스템 (Energy Control System, ECS)을 포함하는데, 상기 DP 시스템은 DP 제어 시스템과, 상기 전력 공급기들에 의한 전력으로 가동되는 스러스터들(thrusters)을 포함한다. 이러한 전력 공급기들 중 적어도 하나는 전력 발전기이고, 상기 전력 공급기들 중 적어도 하나는 에너지 저장 장치이다. ECS는 상기 시스템의 다양한 부분들에 대한 에너지 및 전력의 할당 및 흐름을 계획하고 제어하도록 조절되었다.
본 발명에 따른 DP 제어 시스템은, 저주파수(low frequency, LF) 또는 점차적으로 변동하는 전력 및 에너지 수요를 예측한다. 이러한 예측은 ECS에 의해 속도가 느린 전력 공급기들과 속도가 빠른 전력 공급기들 간의 부하를 공유하는데 사용된다. 여기서, 전력 발전기, MGS 등은 속도가 느린 전력 공급기들로 일컬을 수 있는데 반해, 에너지 저장 장치 또는 배터리는 속도가 빠른 전력 공급기들로 일컬을 수 있다. 여기에 제안하는, 속도가 느린 전력 공급기와 속도가 빠른 전력 공급기라는 용어는 상당히 정성적이다. 즉, 일부 실시예에서는, 부하에 전력을 공급하기 시작하는데 대략 수 초 이상의 반응 시간이 일반적으로 요구되는 경우를 속도가 느린 전력 공급기로 분류한다. 또 다른 실시 예에서는, 충분히 충전된 배터리 또는 충분히 충전된 커패시터 등의 전력 공급기들은, 부하에 전력을 거의 즉시 공급할 수 있기 때문에, 속도가 빠른 전력 공급기들로 분류된다.
종래의 전력 관리 시스템들은 일반적으로 반응성을 나타내는 특징이 있는데, 다시 말해, 이러한 시스템들은, 그리드 파라미터들에서 이탈(deviation)을 탐지한 후 반응하기 시작한다. 필수적인 그리드 파라미터들에는, 전압과 주파수가 포함되며, 그리드에 연결되는 발전기들은, 위상이 동기화되어야 한다. 일반적인 반응 시스템에서는, 그리드 파라미터들에서 각각의 명목 값에 있어서 변화가 탐지된 후에야, 발전기들을 조절하라는 명령이 전송된다. 그리드 파라미터들에서의 이러한 이탈 또는 일시적 변동이 스러스터와 같은 고전력 소비 장치에 의한 것일 경우, 상기 일시적 변동은 값이 큰 것이 일반적이다. 이러한 시나리오에서는, 가령 노르웨이 특허 NO 20131161에 제안된 바와 같이, 전력 관리 시스템으로 하여금 어떻게든 이러한 일시적 변동을 무시하도록 하는데, 그렇지 않을 경우, 전력 발전기 내 불필요한 일시적 변동으로 이어져 마모, 연료 소비 및 오염 증가를 일으킬 수 있고, 최악의 경우, 그리드 파라미터들을 조절하는 피드백 루프의 안정성에 따라, 그리드가 붕괴되는 결과가 나타날 수 있다. 그리드에 연결된 고전력 소비 장치의 개수가 증가함에 따라, 이러한 문제는 더욱 복잡해진다.
본 발명은 다양한 시나리오의 계획을 가능하게 하는 기능성을 제안하며, 다가올 일시적 변동들을 처리하도록 PMS를 미리 준비시키는 것뿐만 아니라, 본 발명에서 제안한 바에 따른 결과적 시스템으로 인해 그리드 상의 변동이 실질적으로 제거될 수 있도록, 적합한 경우마다 피드포워드를 사용해, 속도가 빠른 전력 공급기들을 배치하는 것을 제안한다.
디. 레이단(D. Radan)은 그의 박사 논문 "해양 전기 전력 시스템들에 대한 통합적 제어(Integrated Control of Marine Electrical Power Systems)"에서, 추진력 부하로 인해 주요 동력 장치(prime movers)(엔진)에 가해지는 과도한 압박을 줄이기 위한 추진력 부하율 제한을 언급했는데, 이는 해양 산업에서 일반적인 접근법으로, 이를 통해 전기 스러스터들에 대해 일정한 슬루 레이트(slew rate)의 한계가 설정된다. 게다가, 위 논문의 또 다른 부분에는, 발전기 상의 주파수 변동을 줄일 수 있는 가능성이 있는 요소로서, 배터리, 커패시터 등의 에너지 저장 장치들이 나열되어 있다. 위 문헌은, 위치 제어의 반응, 가령, 가속화가, 전력 분배 시스템의 반응에 대해 축소되도록, 전력 공급기들의 이용 가능성을 바탕으로 부하 경사(load ramp)를 조정(adapting)하는 것을 기재하고 있지는 않다. 본 발명은 또한, 지금까지 발견된 종래 기술에서는 새로운 기술인, 부하 제어를 선박의 위치/속도 제어와 연결시키는 방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 예시적으로 도시하는 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1은 서로 다른 전력 공급기들과 소비 장치들을 포함하는 일반적인 전력 플랜트의 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 시스템의 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 피드포워드 처리 시스템의 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른, 전력 공급기들을 조정하는 피드포워드 처리 메커니즘의 일 실시 예를 도시한 것이다.
도 1은 MGS와 같은 다양한 전력 발전기들을 포함하는 일반적인 전력 플랜트 구성의 예를 도시한 것으로, 본 예에서는, MGS에 디젤 발전기(Diesel Generator, DG) 세트들(103)이라는 용어를 사용했고, 에너지 저장 장치로는 배터리들(101)이 사용되었다. 배터리들과 주고 받는 전력과 에너지는 컨버터(102)에 의해 조정된다. 상기 컨버터(102)는, 전하를 배터리에 전송하는 동안, 교류(AC)식 신호, 전류 또는 전압을, 직류(DC)식 신호, 전류 또는 전압으로 변환하는 제1 변환을 일반적으로 수행한다. 이러한 제1 변환을 가리키는 또 다른 용어로 정류가 있다. 상기 컨버터(102)는 또한, 배터리에서 스위치보드나 그리드에 전하를 전송하는 동안, 배터리의 DC 전압을 AC 도메인 신호, 일반적으로는 전압으로 변환하는 제2 변환을 수행한다. 이러한 제2 변환을 가리키는 또 다른 용어로 인버전(inversion)이 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 시스템은, 가령 변압기(115) 또는 이와 유사한 기능을 갖는 장치를 사용해, 상기 AC 전압에 대한 추가적인 조건 조절 기능을 사용할 수 있다. 상기 변압기들(115)은, 배터리 측에 비해 더 높은 AC 전압(단계적으로 상승된 전압)을 스위치보드 측에서 달성하는데 사용될 수 있다. 마찬가지로, 배터리(101)를 충전하는 동안, 상기 동일한 변압기(115)는, 단계적으로 감소하는 동작을 수행한다. 즉, 스위치보드 측에서 배터리 측으로 전압 수준을 낮추는 것이다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 에너지 저장 장치(101)는 커패시터이다. 본 발명의 대안적인 일 실시 예에 따르면, 본 시스템은 복수의 배터리, 커패시터 또는 그와 유사한 기능을 갖는 장치들을 혼합하여 각 종류의 에너지 저장 장치와 연계된 이점들을 활용한다.
도 1에 도시된 예에서는 비록 AC 스위치보드와 특정 DC 구성 요소들을 포함하는 특정 일 실시예를 논의하고 있지만, 본 발명은 특정한 스위치보드 구성 또는 본 시스템 내 AC 또는 DC 도메인의 정도에 제한되는 것은 아니다. 제안된 DHC 개념은 전 DC 시스템 또는 기타 혼합형 AC/DC 시스템을 포함하는 기타 버스 시스템들에도 동일하게 적용 가능하다.
일 실시 예에 따르면, 메인 스위치보드는 서로 다른 섹션들로 분리되어 있다. 특히 도 1의 예를 참조로, 제1 섹션은 메인 스위치보드 포트 측(110)을 가리키고, 제2 섹션은 메인 스위치보드 우현측(starboard side)을 가리킨다. 상기 섹션들은 일반적으로 타이-브레이커(tie-breaker, 112)와 함께 결합된다. 상기 스위치보드는 가령, 상기 메인 스위치보드의 특정 섹션들 상의 결함이나 유지 보수 필요 시 시스템의 이용 가능성을 개선하기 위해 기타 섹션들로 더욱 세부 분리될 수 있다. 메인 스위치보드는 저전압 스위치보드들(120)에게 전력을 추가 공급할 수 있는데, 이 경우, 가령 변압기(116) 등을 사용해 전압 변환이 이루어진다.
메인 스위치보드는 또한, 도 1에 예시적으로 도시된 복수의 소비 장치(104) 또는 스러스터들에 연결된다. 각각의 스러스터(104)는 개별 제어 모듈(114)에 의해 조정되는데, 이 개별 제어 모듈(114)은 가령, 스러스터들에 전력 및 부하율 제한을 설정하는데 사용된다.
각각의 전력 공급기와 소비 장치는 개별 보호 차단기(protection breaker, 113)를 통해 특정 스위치보드 섹션에 결합된다. 상기 차단기는 가령, 결함이 발견되거나 유지 보수를 위해 특정 장치를 분리하는 등 필요할 때마다 스위치보드에서 특정 전력 공급기나 소비 장치를 분리하는데 사용된다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 동적 하이브리드 제어 유닛(220)을 포함하는 시스템의 일 실시 예를 도시한 것이다. 이 시스템은 제어 법(Control Law, 210), 스러스트 할당 로직(Thrust Allocation Logic, 211), 스러스트 할당 최적화(Thrust Allocation Optimization, 212), 에너지 제어 유닛(213), 및 소비 장치 부하 제어(Consumer Load Control, 206)을 포함하는 모듈들을 포함한다.
설명의 간소화를 위해, 도 2에서는 단지 일반적인 신호명과 흐름이 도시되어 있다. 상기 신호명들은 시스템 내 다양한 모듈들 사이의 신호 흐름을 나타내는 화살표 상에 표시되어 있다.
상기 제안된 제어 법 모듈(210)의 범위에는, 각각의 제어된 축들 내 힘의 수요(demand)를 계산하는 것이 포함되는데, 이는 동작기 또는 시스템의 명시된 위치와 속도, 그리고 가령 PID 제어기에 의한 실제 선박의 위치 및 속도(201) 측정값들 간의 이탈을 보상하기 위한 것이다. 상기 제어 법 모듈(210)은 에너지 제어 유닛(213)이 산출한 최대 부하 경사를 나타내는 신호 값을 수신한다. 상기 부하 경사는 일반적으로, 스러스터들에 대한 반응 시간, 그리고 이에 따른 선박에 대한 가속 또는 저크(jerk)에서의 발생 가능한 변동을 제한한다. 수신된 최대 부하 경사 값은 제어 법 모듈(210)에 의해 최대 저크 값으로 변환된다. 상기 최대 저크 값은 파라미터들을 조절하기 위해 제어 법(210)에 의해 사용되는데, 가령, 위치 및 속도 제어기 내 PID 이득 값들을 조정함으로써, 부하 경사가 매우 낮은 값으로 떨어졌을 때 상기 제어기가 불안정해지지 않도록 보장한다. 다시 말해, 제어 법 모듈(210)의 범위에는, 제어기의 안정성을 보장하기 위해 PID 이득 값을 모니터링하는 것이 포함한다.
선박의 위치나 방위를 변경하기 위해, 제어 법(210)은 일정한 저크 궤도를 생성하여, 위치, 속도 및 가속도를 포함하는 파라미터들에 대한 기준 값을 도출하여, 상기 변동 중에, 사용될 수 있도록 한다. 가령 해시케(Haschke) 등에 의한, "시간-최적, 저크-제한 궤도들에 대한 온라인 계획(On-line Planning of Time-Optimal, Jerk-Limited Trajectories)", IROS 회담, 니스 2008.에서는 일반적인 저크 궤도 생성 장치를 기재한 바 있다. 궤도 생성에서는, 궤도가 생성되면, 선박이 상기 도출된 궤도 기준을 따르도록 최대 저크를 고려한다.
힘 수요 추가기 모듈(Force Demand Adder module, 203)은 측정 모듈(202)로부터 전송된, 바람 및 장력을 포함하는 실시간 힘 측정치를 포함하는 입력치를 수신한다. 스러스트 할당 최적화 모듈(212)은, 힘 수요 추가기(203)에 의해 주어진 각 축에서의 스러스트 수요가 충족되도록, DP 제어 시스템에서 제어하는 각각의 스러스터, 프로펠러 및 방향키(rudder)에 대한 스러스트 양과 방향을 포함하는 파라미터들을 계산하기 위해, 비선형 최적화 문제점을 해결한다. 전력 제한 및 스러스터 섹터 제한 등, 최적화 문제점에 대한 기타 제한 사항 또한 적용 가능하다. 스러스트 할당 최적화 모듈(212)에서 해결되는 최소화 문제점에 대한 주요 목적들 중 하나는, 스러스터 및 프로펠러와 같은 소비 장치에 대한 총 전력 사용을 최소화하는 것이다. 스러스트 할당 로직(211)은 일반적으로, 스러스트 할당 최적화 모듈(212)에 의해 해결할 최적화 문제점에 대한 목적과 제한을 설정한다.
본 발명에 제시된 DHC 시스템의 일 실시 예에 따르면, 두 가지 최적화 문제점이 해결된다. 첫번째 문제점은 DP 제어 시스템에 필요한 힘의 할당에 관한 것으로, 이로 인해 본 시스템은 명령 신호를 스러스터들에 전송하게 된다. 상기 할당은, 에너지 제어 유닛(213)에 의해 제공된 스러스터 명령 신호들 내 변화가 최대 부하 경사 신호들 내 변화와 항상 조화를 이루도록, 에너지 제어 유닛(213)에서 산출된 최대 부하 경사를 고려한다. 스러스트 할당 최적화 모듈(212)에 의해 해결된 두번째 문제점은 힘 수요 추가기(203)에 의해 스러스트 할당 로직(211)에 제공되는 저주파수(LF) 힘을 사용한다. 상기 LF 힘 수요는 스러스트 할당 최적화(212)에 의해 각각의 스러스터에 대한 LF 스러스트 값으로 변환되고, 각각의 스러스터에 대한 LF 전력 수요를 계산하는데 사용된다. 각각의 LF 전력 수요는 에너지 제어 유닛(213)으로 전달되고, 여기서 상기 LF 전력 수요는 MGS들에 대한 기초 부하를 산출하기 위한 기준 중 하나로서 사용된다.
위치 설정 값으로부터 표류 이동(drift)하는 DP 제어된 선박의 경우, 제어 시스템이 선박 위치를 상기 위치 설정 값으로 정렬시키기 전까지는 전력 수요가 증가하게 된다. DP 제어 시스템은 가령, NO 334364에 기재된 바와 같이, 예측 모델을 활용해 각각의 특정 표류 이동에 대한 최대 전력 사용량을 추정하고, 총 전력 사용량을 산출한다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, DHC에서는 상기와 같은 전력 추정치를 사용하여 전력 분배를 계획 및 실행한다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 예측 모델은 선박의 실제 가동 시간 특성들을 바탕으로 정기적으로 업데이트되어 상기 모델의 정확성이 개선된다.
본 발명의 주요 기능 중 일부를 좀 더 상세히 설명하기 위해, 본 발명으로 달성 가능한 특성들을 아래와 같이 설명한다.
동적 용량(Dynamic Capacity):
본 발명에 따른 시스템 및 방법에 따르면, ECS(213)는 MGS들의 전력 플랜트 구성 및 유형, 그리고 배터리 또는 커패시터와 같은 에너지 저장 유닛들에 맞게 자동으로 조정되어, 임의의 특정 시점에서의 이용 가능한 총 부하 경사량 (kW/s)을 계산한다. 이렇게 하여 계산된 총 부하 경사량은, 스러스트 할당 최적화(212)에 의해 제공된 스러스터 명령 신호들 내 변화가 언제나 최대 부하 경사 신호들 내 변화와 조화를 이루도록, DP 제어 시스템으로 전달되고 사용된다. 또 다른 일 실시 예에 따르면, 본 시스템은, 연결된 MGS 및 배터리 유닛들의 특성을 바탕으로 동적 또는 이용 가능한 일시적 전력 용량 내 변화를 자동으로 고려하는데, 이는, 배터리의 동적 용량이 배터리에 대한 충방전율을 바탕으로 실질적으로 달라질 수 있기 때문이다. 충방전율은 일반적으로 배터리의 온도와 같은 동작 조건들과 관련 있다. 만약에 가령, 배터리가 그것의 보통의 C-정격 전압에 근접하거나 높게 구동되는 경우, 이 배터리의 온도는 일반적으로 상승하는데, 이로 인해, 가령 빠른 방전 등, 고부하 동작 이후 일정시간 동안, 더 낮은 전력 전달율 (kW/s) 및/또는 최대 총 방전 (kW)에서 상기 배터리를 동작해야만 할 수 있다. 이어, kW/s 값은, 소비 장치 부하 제어(206) 내부로 전송되어 추가 보호로서 사용되거나 DP가 제어하지 않는 다른 소비 장치들을 위해 사용된다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 총 이용 가능한 부하 경사 (kW/s) 값이 특정 시나리오에서 요구되는 값보다 낮다는 것을 DP 제어 시스템이 발견하게 되면, DP 시스템은 상기 요건들에 미치지 못함을 나타내는 신호를 ECS 모듈(213)에 전송한다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, ECS(213)는 하나 이상의 MGS들의 설정 값을 올리거나, 하나 이상의 대기 중인 MGS들에게 시작 명령을 발행하여 DP 시스템에서 전송된 요건들이 충족되도록 한다.
DP로부터 전송된 저주파수 (LF) 피드포워드 :
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 시스템은, ECS 내 LF 피드포워드 전력 수요 예측을 사용하여, 가동 중인 MGS 유닛들의 기초 부하 설정 값을 설정한다. 이를 통해, 가동 중인 MGS 유닛들의 안정적인 부하가 달성된다. MGS는 DP 내 LF 날씨 예보 및 예측 모델들에 따라 보상된다. 가변 부하 조건들은, 배터리나 커패시터와 같은 에너지 저장 유닛들에 의해 흡수된다. 제안된 특성에 따르면, 본 시스템은, MGS 유닛들의 설정 값을 이동시키기 위해, 배터리의 충전 상태가 변할 때까지 기다릴 필요가 없다. 따라서, 하이브리드 전력 공급기들을 사용하는 시스템을 비롯한 종래 시스템들의 반응적 특성과 반대로, 본 시스템은 적극적으로 반응하게 된다. 이하, 본 발명과 종래의 비-하이브리드 시스템 및 종래의 하이브리드 시스템을 간략하게 비교하면 아래 표(표 1)와 같다.
종래의 전력 시스템 종래의 하이브리드 전력 시스템 본 발명
1. DP 시스템이 스러스터들에게 명령을 전송한다.
2. 스러스터들이 반응하기 시작함에 따라, 더 많은 전력을 "요청"한다.
3. 라인 주파수와 전압이 약간 하락한다.
4. 디젤 엔진들의 속도가 증가하여 라인 주파수와 전압 (피드백 루프)을 회복한다.		 1. DP 시스템이 스러스터들에게 명령을 전송한다.
2. 스러스터들이 반응하기 시작함에 따라, 더 많은 전력을 "요청"한다.
3. 라인 주파수와 전압이 약간 하락한다.
4. 배터리가 "개방"되어 전압을 회복하고, 디젤 엔진들은 속도가 증가하여 라인 주파수와 전압(피드백 루프)을 회복한다.		 1. DP 시스템이 스러스터들에게 명령을 전송한다.
2. 스러스터들이 반응하기 시작함에 따라, 더 많은 전력을 "요청"하고, 그리고 배터리가 "개방"되어 추가 전력(피드포워드)을 제공한다.
3. 라인 전압과 주파수는 하락하지 않고, 이에 따라 실질적으로 안정적으로 유지된다.
4. 디젤 엔진들의 속도가 증가하지 않는다.
표 1: 본 발명과 종래 전력 시스템들 간의 비교
충전 부하 상태 제어 유닛(State of Charge Load Control Unit, SLCU ):
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, ECU(213)는, 배터리 충전 상태 (State of Charge, SOC) 피드백 신호를 바탕으로 산출된 특정 부하 수준을 MGS 상에서 유지하는 충전 부하 상태 제어 유닛(SLCU)을 포함한다. SLCU는, MGS 시스템의 전반적인 부하에서 요구되는 델타를 산출하고, 상기 델타의 기설정된 단편(fraction)을, 기초 부하 모드에서 가동 중인 MGS 유닛들 각각의 LF 설정 값에 추가함으로써, 상기 부하를, 가동 중인 MGS들에 분배한다. 이러한 분배의 이점에는, MGS 유닛들에 대해 부하가 안정적으로 제공된다는 것이 포함된다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 가령, 특정 MGS의 특성들에 따라, 하나의 가동 중인 MGS에 추가한 기설정된 단편은, 부하를 보다 최적화하기 위해 다른 가동 중인 MGS에 추가한 단편과는 다르다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, SLCU는 또한, 전력 시스템 내 다른 부하 변화들에도 반응하며, 상기 델타 산출에 이러한 부하 변화들도 포함시킨다. 여기서 말하는 다른 부하 변화는 일반적으로, DP 및 예측 시스템들을 제외한, 소비 장치들과 관련된 부하 로딩을 말한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 극단적인 경우, 에너지 저장 유닛이 일시적 부하 (kW/s)에서의 단계를 처리하지 못하면, SLCU가 새로운 상황에 적응하도록 기다리지 않는 대신, 대응하는 추가 부하가 MGS 유닛들의 설정 값들에 추가된다.
본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, SLCU는, DP 시스템으로부터의 총 부하 소비량을 비롯한, 전력 소비량 예보 또는 예측을 위한 신호들을 수신한다. 상기 신호들은 일반적으로 가령, 궤도 계산 수치를 바탕으로 예측 또는 계획한 선박 이동, 및 날씨 관련 데이터를 포함하는 이동 파라미터들과 관련된다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 신호들은 상기 제안된 피드포워드 계획에 사용되어 SLCU의 행동을 조정한다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 본 시스템은 상기 예측 및 예보의 정확성을 정기적으로 비교하고, DP 시스템을 조정하여 미래 예측 또는 예보의 정확성을 개선한다.
고주파수 피드포워드 , 동적 부하 예측(DLP):
노르웨이 특허 NO334364에서는, DLP 시스템이 소개되었다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에서는, DP 소비 장치들로부터 수신한 단기 부하 변화들이, ECS(213)로부터, 배터리와 같은 에너지 저장 유닛들로 분배되어, 빠른 속도의 부하 변동 또는 일시적 변동이 처리된다. ECS(213)는 DP 시스템으로부터 피드포워드 신호들을 수신하고, 빠른 속도의 일시적 부하 변동을 배터리 유닛들에 분배한다. 배터리 유닛들은, ECS(213)로부터 명령을 수신하면, 상기 빠른 속도의 일시적 부하 변동에 대해 전력을 공급하기 시작한다. MGS 유닛들은 ECS(213)에 의해 설정된 기초 부하 설정 값을 따름으로써, 안정적인 부하를 유지한다. 상기 제안된 시스템에 따르면, 배터리들은, MGS 유닛들이 상기 수요를 충족하기 위해 그들의 부하 로딩을 달리할 필요가 없도록, 미래의 명목 일시 변동 조건에 대해 전력을 전달할 수 있게 미리 준비되고, 이에 따라 MGS 기초 부하 설정 값에서 동작을 지속할 수 있다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 본 시스템은, 빠른 속도의 일시적 부하 변동이 MGS들에 의해 처리되는 것이 방지되도록, 앞으로의 부하 로딩 프로파일에 대한 이용 가능한 배터리 용량 및 예보 또는 예측, 및 날씨 관련 데이터에 따라 MGS 기초 부하 설정 값을 정렬한다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 이용 가능한 배터리 용량은 가령, 온도 측정치, 충전 또는 방전 프로파일, 배터리 동작 이력, 배터리 모델 등, 또는 특정 시점의 이용 가능한 배터리 용량을 나타내는 기타 측정치에 의해 정기적으로 추정 또는 측정된다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 본 시스템은, 상기 저장 유닛들의 수명이 최대화되도록, 에너지 저장 유닛들 또는 배터리들의 동작을 조정한다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 본 시스템은, 일정한 기설정된 파라미터들의 최적화되도록, 부하를 저장 유닛들에 분배한다. 본 발명의 또 다른 일 실시 예에 따르면, 상기 기설정된 파라미터들은 배터리 수명, 부하의 최대 일시적 변동, 비용, 실패 사이의 평균 시간(mean time), 연료 소비 및 총 연료 소비량을 포함한다.
본 발명에 따른 DHC 내 피드포워드 처리 메커니즘들의 일 실시 예가 도 3에 예시적으로 도시되어 있다. 피드포워드 신호들의 신호 처리는 두 개의 메인 카테고리, 즉, 단기(301)와 장기(302) 신호 처리로 나뉘어진다. 즉, 본 시스템은, 피드포워드 신호들에 대한 추가적인 세부-분할, 가령, 중간 피드포워드 신호들을 포함할 수 있으나, 간결한 설명을 위해, 도 3에는 두 개의 카테고리만 도시했다. 단기 신호들은 가령, 대략 2초 이하의 시간 범위 내에 발생하는 이벤트와 관련된 사건들로 정의될 수 있다. 이러한 단기 이벤트들은, DP 스러스터 할당 설정 값 변화, MGS 또는 DG 트립(trip) 탐지 및 MGS 트립 사전-경고를 포함할 수 있다. 장기 피드포워드 메커니즘(302) 또한 장기 예측 및 감시적 부하 제어와 관련된다. 장기 피드포워드 모듈(302)은, 원하는 MGS 부하 수준, 또는 MGS 기초 부하, 부하 공유 모드, 요구되는 최소 배터리 충전 수준, 및 충전만 하기, 피크 쉐이빙(peak shaving), 및 아일랜드 모드(island mode)와 같은 하이브리드 동작을 위한 특정 제어 모드를 포함하는 모드들과 관련된 명령을 발행한다. 상기 모듈(302)은, DP 동작 모드, DP 시스템 이득, 날씨와 해양 활동 관련 예측, 및 배터리 충전 수준 요건 또는 기타 제약을 비롯한 입력치를 수신한다. 상기 모듈(302)은 차단기들(breakers)의 상태, MGS, 및 기타 구성 요소들 등의 전력 플랜트 구성을 비롯한 전력 플랜트와 관계된 신호들, 그리고 부하 조건, 및 충전 수준, 온도, 또는 배터리의 건강 및 상태와 관련된 기타 신호들을 수신할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 일 실시 예를 도시한 것으로, MGS 제어와 ESU 제어에서 피드포워드 신호들이 어떻게 사용되는지 보여주고 있다. MGS들에 발행된 피드포워드 명령들은 MGS 제어기(401)에 수신되고, 상기 제어기는 수신된 명령을 평가하고, 원하는 시스템 상태를 달성하기 위해 내부 제어기들을 조정한다. MGS 시스템에 대한 상기 내부 제어기들은 기초 속도 제어기, 속도 제어기, 분사 보조 제어기, 및 자동 전압 조정기(automatic voltage regulator-AVR)를 포함한다. 상기 내부 제어기들은 MGS 가동 파라미터들을 조정한다. ESU들에 발행된 피드포워드 신호들은 양방향 구동 유닛(402) 내 제어기에 의해 수신된다. 상기 유닛(402)의 기능들에는, 일반적으로 DC인 ESU 전압과, 일반적으로 AC인 전력 플랜트 전압 사이의 변환, ESU들의 충반전 제어, 및 이용 가능한 전력 또는 공급, 그리고 수요에 따른 명령들을 ESU들에 발행하는 것 등이 포함된다. 상기 명령들은, 수신된 명령들과 각각의 ESU들의 상태에 따라 ESU들을 조정하는 ESU들(403)에 대해 제어기에 의해 수신된다.
정리하자면, 본 발명은 해양 선박 내 전력 플랜트를 제어하기 위한 시스템 및 방법이다. 상기 전력 플랜트는 적어도 하나의 스위치보드를 포함하고 상기 스위치보드는 차단기와 같은 적어도 하나의 스위칭 장치를 포함한다. 본 시스템은 적어도 하나의 소비 장치를 더 포함하고, 일반적인 소비 장치에는 스러스터와 프로펠러와 같은 추진 장치와 방향키(rudder)가 포함된다. 상기 시스템은 전기 전력을 공급하고 이를 통해 상기 스위치보드에 에너지를 공급하는 적어도 하나의 전력 발전기, 그리고 스위치보드에 결합된 적어도 하나의 에너지 저장 장치를 더 포함한다. 여기서 결합되었다 함은, 상기 에너지 저장 장치와 스위치보드 사이에 다른 전기 장치 또는 구성 요소들이 연결될 수 있다는 것을 의미한다. 상기 다른 전기 장치 또는 구성 요소는 차단기, 변압기 및 전력 컨버터일 수 있다.
일반적인 에너지 저장 장치에는 배터리와 커패시터가 포함된다. 에너지 저장 장치는 스위치보드로부터 수신한 과잉 에너지를 저장할 수 있으며, 스위치보드를 통해, 상기 스위치보드에 결합된 하나 이상의 소비 장치로, 상기 저장된 에너지를 공급할 수 있다.
상기 전력 발전기 또는 복수의 전력 발전기를 포함하는 전력 플랜트 구성들(members), 상기 에너지 저장 장치 또는 복수의 에너지 저장 장치, 그리고 상기 소비 장치 또는 복수의 소비 장치는 동적 하이브리드 제어(DHC) 유닛에 결합된다. 상기 DHC 유닛은 각각의 상기 전력 플랜트 구성들을 조정 및 제어하여 상기 스위치보드 상에서의 전력 및 에너지의 할당과 흐름을 제어할 수 있다. 가령, DHC 유닛은, 소비 장치들에 사용되는 것보다 많은 과잉 전력(또는 에너지)이, 배터리와 같은 에너지 저장 장치들을 충전하는데 사용되도록, 하나 이상의 전력 발전기들의 설정 값을 높일 수 있다. DHC는 또한, 하나 이상의 대기 중인 전력 발전기들이 온라인상에 존재하도록 상기 전력 발전기들에 시작 명령을 발행할 수 있다. 마찬가지로, DHC 유닛은, 적합한 경우, 하나 이상의 온라인 발전기들을 대기 상태로 배치하도록 하는 명령을 발행할 수 있다. DHC 유닛은 또한, 하나 이상의 에너지 저장 장치의 충반전율을 결정할 수 있다.
상기 DHC 유닛은 기설정된 전력 플랜트와 선박 관련 파라미터들을 모니터링하기 위한 측정 수단을 더 포함하고, 상기 전력 플랜트와 선박 관련 파라미터에는 힘, 응력, 날씨와 해양 파라미터, 속도, 가속도, 방위, 전압, 전류, 주파수, 전력, 위상 및 에너지 저장 장치 파라미터가 포함된다. 상기 DHC 유닛은 또한, 상기 측정 수단에 의해 모니터링된 파라미터, 기설정 모델, 색인표(lookup table), 및 하나 이상의 전력 발전기, 하나 이상의 에너지 저장 요소, 및 하나 이상의 소비 장치와 관련되어 예상되는 에너지 흐름 경향 등을 포함하는 데이터를 바탕으로, 향후 가변 시간 동안 전력 플랜트 내의 전력, 및 에너지 요건들을 산출하고 예측하기 위한 산출 수단을 포함한다. 상기 산출 수단은 또한 상기 데이터를 저장하고 로그 기록하기 위한 저장 수단을 포함한다. 상기 저장 수단은 가령, 하드디스크와 같은 디지털 메모리, 플래시 기반 메모리 또는 메모리류 또는 저장 매체이다.
본 발명에 따른 시스템은, 하나 이상의 전력 발전기, 하나 이상의 에너지 저장 요소, 및 하나 이상의 소비 장치에 대한 전력 및 에너지를 미리 계획하고 할당하기 위한 산출 수단에 의해 예측된 상기 전력 및 에너지 요건들을 활용한다. 다시 말해, 본 시스템은 다가오는 이벤트들에 대한 전력(그리고 그에 따른 에너지에 대한) 요건 시나리오를 미리-계획하고, 상기 시나리오를 최소 두 개의 다른 카테고리로 나누는데, 여기서 제1 카테고리는 저주파수 요건들을 포함하고, 제2 카테고리는 고주파수 요건들을 포함한다. 저주파수 전력(또는 에너지) 요건들은 일반적으로 하나 이상의 전력 발전기의 설정 값들을 조절하는데 사용되는 반면, 고주파수 전력(또는 에너지) 요건들은, 스위치보드나 그리드 상의 일시적인 부하 조건들이 하나 이상의 에너지 저장 요소들에 의해 처리될 수 있도록, 상기 하나 이상의 에너지 저장 요소들을 준비하는데 사용된다. 이를 통해, 본 시스템은, 전압과 주파수와 같은 그리드 파라미터들의 변동을 최소화할 뿐만 아니라 온라인 전력 발전기 상에서 비교적 일정한 최적 부하를 유지할 수 있다. 상기 최적 부하가 의미하는 것은, 상기 전력 발전기들이 위치한 동작 영역 또는 동작 지점이, 가령 연료 소비에 있어서 효율적이고, 및/또는 상기 전력 발전기들의 마모와 손상이 대략 최소가 되고, 및/또는 상기 전력 발전기들로부터의 배출량이 대략 최소가 되도록 하는 기준을 말한다. 이러한 기준은 전력 플랜트 구성들을 조정하고 제어하기 위해 사용하는 기설정 입력치들 중 하나로서 본 시스템의 운영자나 사용자가 명시할 수 있다. 또한, 본 시스템은 측정 수단으로부터 얻은 측정치를 더 활용하여, 각각의 전력 플랜트 구성들에 대한 최적화 기준을 모니터링하고, 산출 및 업데이트할 수 있다.
본 시스템은 또한, 각각의 서로 다른 시나리오에 대한 전력 플랜트 내 총 전력 소비량이 최소화되도록, 요구되는 배터리 충전, 충방전율, 온라인 상에 있어야 하는 전력 발전기의 개수, 스러스트, 서로 다른 소비 장치들에 적용되어야 하는 부하 제한 등의 파라미터들을 산출하고 프로그램하고 모니터할 수 있다. 본 시스템은 상기 파라미터들을 지속적으로 모니터하고 업데이트하여 전력 플랜트 전반의 효율적인 운영을 유지한다.
그리드 변동이 크게 감소되기 때문에, 전력 발전 시스템 상의 요건들도 크게 감소된다. 본 발명에 따른 전력 발전기들은 일반적으로 일시적인 부하 조건들을 처리하지 않아도 되며, 전력 플랜트 내에서의 전압과 주파수 변동을 비롯한 일시적 변동, 및 상기 일시적 변동으로 인해 상기 적어도 하나의 전력 발전기 상에서 발생하는 부하 변동을 최소화하기 위해 마모와 오염 또한 크게 감소되도록 최적의 일정한 부하에서 작동될 수 있다.
본 시스템은 또한, 부하 제어 시스템 및 위치/속도 제어 시스템이 종래의 시스템에서 관찰되는 것과 같이 잠재적으로 서로에 대항해 작동하지 않고, 함께 작동하도록, 상기 시스템들 사이에서의 일반적이지 않은 조율을 달성한다.
본 시스템은 따라서 종래 시스템들에 비해 일부 측면에서 성능, 비용 및 동작 이점을 달성한다. 본 시스템은 또한, 원하는 경우, 종래의 시스템으로서 기능하도록 구성될 수도 있다.

Claims (18)

  1. 해양 선박 내 전력 플랜트를 제어하기 위한 시스템으로서,
    적어도 하나의 스위칭 장치를 포함하는 적어도 하나의 스위치보드, 및 적어도 하나의 소비 장치;
    상기 적어도 하나의 스위치보드에 전기 에너지를 공급하는 적어도 하나의 전력 발전기; 및
    상기 스위치보드에 결합되고, 상기 스위치보드로부터의 과잉 에너지를 저장할 수 있고, 상기 저장된 에너지를, 상기 스위치보드를 통해 상기 적어도 하나의 소비 장치로 공급할 수 있는, 적어도 하나의 에너지 저장 장치;
    상기 적어도 하나의 전력 발전기, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치, 및 상기 적어도 하나의 소비 장치는 동적 하이브리드 제어 (DHC) 유닛에 결합되고, 상기 DHC 유닛은 상기 적어도 하나의 스위치보드 상의 에너지의 흐름을 제어하고,
    상기 DHC 유닛은,
    기설정된 전력 플랜트 및 선박 관련 파라미터들을 모니터링하기 위한 측정 수단; 및
    상기 적어도 하나의 전력 발전기, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 요소, 및 상기 적어도 하나의 소비 장치와 관련된, 상기 측정 수단에 의해 모니터링된 상기 파라미터들, 기설정된 모델들, 및 예상되는 에너지 흐름 동향을 포함하는 데이터를 바탕으로, 향후 가변 시간 기간 동안 상기 전력 플랜트 내 전력 및 에너지 요건들을 산출하고 예측하기 위한 산출 수단을 포함하고,
    상기 시스템은, 상기 전력 플랜트 내 전압, 주파수 변동을 포함하는 일시적변동, 및 상기 일시적 변동으로 인한 상기 적어도 하나의 전력 발전기 상의 부하 변동을 최소화하기 위해, 상기 적어도 하나의 전력 발전기, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 요소 및 상기 적어도 하나의 소비 장치에 전력 및 에너지를 사전-계획하고 할당하기 위한, 상기 산출 수단에 의해 예측된 상기 전력 및 에너지 요건들을 활용하고,
    상기 시스템은, 상기 예측, 상기 사전-계획, 및 상기 할당을 포함하는 기능들을 위한 피드포워드 신호들을 전달하고, 상기 피드포워드 신호들은,
    전력 수요;
    상기 일시적 변동을 처리하기 위한 에너지 저장 장치들의 조정;
    상기 적어도 하나의 전력 발전기의 설정 조정; 및
    상기 적어도 하나의 소비 장치에 대해 부하 제한 설정을 포함하고,
    상기 시스템은, 스러스트 할당 최적화 모듈과 힘 수요 추가기 모듈을 더 포함하고, 추진 장치에 대한 저주파수 전력 수요 값을 더 계산하기 위해, 상기 힘 수요 추가기 모듈에 의해 산출된 저주파수 힘 수요 신호를 활용하여, 최적화 문제점을 해결하고; 상기 저주파수 전력 수요 값은, 상기 전력 플랜트 내 상기 전력및 에너지의 사전-계획과 상기 할당을 위한, 피드포워드 신호로서 더 전송되고,
    상기 DHC 유닛은 에너지 제어 유닛을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치와 상기 적어도 하나의 전력 발전기의 상태를 바탕으로, 최대 이용 가능한 부하 경사 (kW/s) 값을 산출하는, 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산출 수단에 의해 예측된 상기 전력 및 에너지 요건들은, 상기 전력 플랜트 내 전반적인 에너지 소비가 최소화되도록, 상기 적어도 하나의 전력 발전기, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 요소 및 상기 적어도 하나의 소비 장치에 상기 에너지의 흐름을 할당하고 조정하기 위해 상기 시스템에서 더 사용되는, 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 배터리인, 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는 커패시터인, 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 측정 및 산출 수단은, 적어도 부분적으로는, 동적 부하 예측 시스템을 포함하는, 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소비 장치는, 스러스터 및 프로펠러와 같은 추진 장치와, 방향키(rudder)를 포함하는, 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 소비 장치는, 각각의 상기 소비 장치와 연계된 개별 제어 모듈에 의해 조정되는, 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 DHC 유닛은, 적어도 부분적으로는, DP 시스템을 포함하는, 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 또한, 스러스트 할당 모듈을 포함하고, 상기 스러스트 할당 모듈은, 상기 전력 플랜트 내 전반적인 에너지 소비를 최소화하기 위해, 각각의 상기 추진 장치들에 대한 스러스트 양, 부하율, 및 방향을 포함하는 파라미터들을 계산하기 위한 하나 이상의 비선형 최적화 문제점들을 해결하는, 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은, DP 시스템과 상기 최대 이용 가능한 부하 경사 값에 의해 발행된 힘 할당 신호를 바탕으로 최적화 문제점을 해결하고, 그런 다음, 상기 추진 장치에 대한 명령 신호를 발행하여, 추진 장치들에 대한 상기 명령 신호가 상기 최대 이용 가능한 부하 경사 신호와 항상 조화를 이루도록 하는, 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 저주파수 전력 수요 값과 관련된 상기 피드포워드 신호는, 상기 적어도 하나의 전력 발전기에 대한 기초 부하를 조정하기 위해, 상기 에너지 제어 유닛에 의해 사용되는, 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 제어 법 모듈을 또한 포함하고, 상기 최대 이용 가능한 부하 경사 값을 최대 저크(jerk) 값으로 변환하며, 상기 최대 저크 값은, 상기 제어 법 모듈 내 이득 값들을 조절하는데 더 사용되어, 상기 제어 법 모듈 내 제어기 불안정을 방지하는, 시스템.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치에 대한 충전 부하 상태 제어 유닛을 또한 포함하고, 배터리 충전 상태 (SOC) 신호를 발행하며, 상기 시스템은, 상기 SOC 신호, 및 상기 산출 수단에 의해 예측된 상기 에너지 요건들을 사용하여 상기 적어도 하나의 전력 발전기의 설정 값이나 기초 부하를 조절하는, 시스템.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피드포워드 신호들은 고주파수 피드포워드 신호들을 또한 포함하고, 상기 적어도 하나의 에너지 저장 장치에, 일시적으로 변동하는 부하 조건들을 할당하는데 사용되는, 시스템.
  15. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 및 에너지 요건들에 대한 예측은, 서로 다른 동작 조건들에서의 상기 적어도 하나의 소비 장치에 대한 모델들, 색인표들, 및 에너지 소비 프로파일들을 포함하는, 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 모델들, 색인표들, 및 프로파일들은, 상기 모델들, 색인표들 및 프로파일들의 정확성 또는 타당성을 개선하기 위해 기설정된 시간 간격을 두고 업데이트 되는, 시스템.
  17. 삭제
  18. 삭제
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