KR102642885B1 - 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템 - Google Patents

신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 최적제어를 위한 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 배터리 잔량을 에너지원으로 고려 여부에 따라 계수 또는 에 따른 복수의 제어모드 설정을 통해 새로운 규칙기반 제어를 제시하고 시스템 용량을 반영한 규칙기반 제어 결과값을 신경회로망에 학습하여 불특정 전부하영역에서도 시스템의 안정적인 제어가 가능한 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 전력을 생산하여 출력하는 적어도 하나의 발전부; 전력이 충전되거나, 충전된 전력을 공급하는 배터리; 상기 발전부 및 배터리로부터 필요 전력을 공급받아 추진모터로 공급하는 인버터; 상기 필요 전력을 상기 발전부 및 배터리에 분배하는 제어부; 및 사용자에 의하여 배터리를 에너지원으로 고려할지 여부에 대한 신호가 입력되고, 상기 제어부로 전달하는 입력부;를 포함하고, 상기 제어부는, 배터리를 에너지원으로 고려할지 여부, 선박의 필요 전력 및 배터리 SOC를 기초로 복수의 제어모드 중 어느 하나를 선택하고, 상기 선택된 제어 모드를 기초로 상기 발전부 및 배터리의 전력 분담설정에 의한 규칙기반 제어 결과값을 산출하여 상기 발전부 출력을 제어한다.
This research was supported by Korea Institute of Marine Science & Technology Promotion(KIMST) funded by the Ministry of Oceans and Fisheries(No. 20220603)

Description

신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템 {SHIP POWER ENERGY MANAGEMENT SYSTEM USING NEURAL NETWORK}
본 발명은 에너지 최적제어를 위한 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 배터리 잔량을 에너지원으로 고려 여부에 따라 계수 또는 에 따른 복수의 제어모드 설정을 통해 새로운 규칙기반 제어를 제시하고 시스템 용량을 반영한 규칙기반 제어 결과값을 신경회로망에 학습하여 불특정 전부하영역에서도 시스템의 안정적인 제어가 가능한 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템에 관한 것이다.
선박은 설계방법, 사용기기, 시간경과 등에 따라 선박의 에너지 관리에 있어서 최적제어 방법이 달라진다. 설계 방법에 따라서 선박 발전원의 용량과 효율이 달라지고, 상호 영향을 미치는 기기들은 용량에 따라 사용범위가 한정되는데, 시간경과에 따른 기기 노후화로 인하여 기기들의 용량은 또다시 달라지므로, 초기 설정된 제어알고리즘은 최적 설계방법에 맞지 않게 된다.
그리고 최근 많이 적용되고 있는 선박용 머신러닝 최적제어알고리즘은 해당 선박이 아닌 타 선박에서 계측된 데이터로부터 도출되는 결과만을 제시하므로, 해당선박에서의 구체적인 적용과정에서 심각한 오류를 발생시키거나, 기기 안정성을 해칠 우려가 높다.
아울러 지금까지 선박 전체의 에너지 관리 관점에서의 연구개발은 많이 이루어졌으나, 선박 추진시스템용 에너지 관리시스템 연구는 미비한 실정이어서, 기존 전력관리시스템의 기능에서 배터리, 연료전지 등의 사용을 통한 종합적인 에너지 관리시스템으로의 변화를 통해 연구 수요가 증대하고 있다.
이러한 효율적인 에너지 관리시스템은 에너지 사용 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 배출가스 저감을 통해 환경오염을 감소시킬 수 있게 된다.
아직까지 육상용 에너지 관리시스템에 관한 연구 및 신경회로망을 적용한 다양한 연구는 활발하나, 신경회로망을 적용한 선박용 에너지 관리시스템 연구는 극히 제한적이어서 친환경 선박의 건조 수요 증가와 EEXI 요건을 만족하여야 하는 종합적인 제반 여건을 고려한다면 선박용 에너지 관리시스템의 효율적인 방안이 제안되어야 할 것이며, 특히 선박 추진시스템용 에너지 관리시스템의 개선이 절실한 실정이다.
한국등록특허 제10-2359219호 (등록일자 2022. 01. 28) 한국공개특허 제10-2019-0105149호 (공개일자 2019.09.16)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 배터리 잔량을 에너지원으로 고려 여부에 따라 계수 또는 에 따른 제어모드 설정을 통해 새로운 규칙기반 제어를 제시하고, 시스템 용량을 반영한 규칙기반제어 결과값을 신경회로망에 학습하여 불특정 전부하영역에서도 시스템의 안정적인 제어가 가능하도록 함으로써 에너지 소비를 최소화하여 연료소모량 및 배출가스를 저감할 수 있는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 전력을 생산하여 출력하는 적어도 하나의 발전부; 전력이 충전되거나, 충전된 전력을 공급하는 배터리; 상기 발전부 및 배터리로부터 필요 전력을 공급받아 추진모터로 공급하는 인버터; 상기 필요 전력을 상기 발전부 및 배터리에 분배하는 제어부; 및 사용자에 의하여 배터리를 에너지원으로 고려할지 여부에 대한 신호가 입력되고, 상기 제어부로 전달하는 입력부;를 포함하고, 상기 제어부는 배터리를 에너지원으로 고려하는지 여부, 선박의 필요 전력 및 배터리 SOC를 기초로 복수의 제어모드 중 어느 하나를 선택하고, 상기 선택된 제어 모드를 기초로 상기 발전부 및 배터리의 전력 분담설정에 의한 규칙기반 제어 결과값을 산출하여 상기 발전부 출력을 제어한다.
여기서 상기 발전부는 회전력을 생산하는 제1엔진, 제2엔진 및 제3엔진과, 상기 제1엔진의 회전력을 통해 전력을 생산하여 출력하는 제1발전기와, 상기 제2엔진의 회전력을 통해 전력을 생산하여 출력하는 제2발전기 및 상기 제3엔진의 회전력을 통해 전력을 생산하여 출력하는 제3발전기를 포함한다.
아울러 상기 복수의 제어모드는 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않는 경우에는, 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기 중 어느 하나의 소정 출력으로 상기 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력을 공급하는 배터리미포함-최소부하모드와, 상기 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기 중 어느 2개의 출력으로 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력을 공급하는 배터리미포함-경부하모드 및 상기 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기의 소정 출력으로 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력을 공급하는 배터리미포함-중부하모드를 포함한다.
또한 상기 복수의 제어모드는 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하는 경우에는, 상기 배터리의 충전 전력으로 상기 필요 전력을 공급하는 배터리모드와, 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기 중 어느 하나의 소정 출력과 상기 배터리의 충전 전력으로 필요 전력을 공급하는 배터리포함-최소부하모드와, 상기 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기 중 어느 2개의 출력과 상기 배터리의 충전 전력으로 필요 전력을 공급하는 배터리포함-경부하모드 및 상기 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기의 소정 출력과 상기 배터리의 충전 전력으로 필요 전력을 공급하는 배터리포함-중부하모드를 포함한다.
아울러 상기 제어부는, 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않는 경우에는, 상기 필요 전력인 , 기설정된 제1엔진의 최소 출력량인 에 기초하여 상기 복수의 제어모드 중 어느 하나를 선택한다.
또한 상기 제어부는 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않는 경우에는, 계수 에 따라 상기 복수의 제어모드 중 어느 하나를 선택하되, 이며, 인 경우 배터리미포함-최소부하모드를 선택하고, 상기 3개 엔진 중 2개 엔진은 정지시키고 나머지 1개 발전기의 출력은 가 되도록 1개 엔진의 출력을 제어하며, 상기 나머지 1개 발전기의 출력으로 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력이 공급되도록 제어한다.
아울러 상기 배터리미포함-경부하모드는 인 제1배터리미포함-경부하모드와, 인 제2배터리미포함-경부하모드를 포함한다. (여기서 상기 및 는 각각 기설정된 제1엔진 및 제2엔진의 최적 출력, 및 는 각각 기설정된 제1엔진 및 제2엔진의 최대 출력)
또한 상기 제어부는 인 경우 제1배터리미포함-경부하모드를 선택하고, 상기 제1배터리미포함-경부하모드에서는, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진의 출력은 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제2엔진의 출력은 으로 제어하고, 상기 3개의 발전기 중 제1발전기 및 제2발전기의 출력으로 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력이 공급되도록 제어한다. (여기서 상기 는 상기 3개의 발전기 중 제1발전기의 출력)
아울러 상기 제어부는 인 경우 제2배터리미포함-경부하모드를 선택하고, 상기 제2배터리미포함-경부하모드에서는, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진 및 제2엔진의 출력은 각각 로 제어하며, 상기 3개의 발전기 중 제1발전기 및 제2발전기의 출력으로 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력이 공급되도록 제어한다.
또한 상기 배터리미포함-중부하모드는 인 제1배터리미포함-중부하모드와, 인 제2배터리미포함-중부하모드를 포함한다. (여기서 상기 는 기설정된 제3엔진의 최적 출력, 는 기설정된 제3엔진의 최대 출력)
아울러 상기 제어부는 인 경우 제1배터리미포함-중부하모드를 선택하고, 상기 제1배터리미포함-중부하모드에서는, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진 및 제2엔진의 출력은 각각 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제3엔진의 출력은 로 제어하고, 상기 3개의 발전기의 출력으로 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력이 공급되도록 제어한다. (여기서 상기 는 상기 3개의 발전기 중 제2발전기의 출력)
또한 상기 제어부는 인 경우 제2배터리미포함-중부하모드를 선택하고, 상기 제2배터리미포함-중부하모드에서는, 상기 3개의 엔진의 출력은 각각 로 제어하며, 상기 3개의 발전기의 출력으로 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력이 공급되도록 제어한다.
아울러 상기 제어부는, 배터리 잔량을 에너지원으로 고려한 경우, 상기 필요 전력인 , 상기 배터리 SOC에 따른 배터리 충전 전력인 에 기초하여 상기 복수의 제어모드 중 어느 하나를 선택한다.
또한 상기 제어부는 배터리 잔량을 에너지원으로 고려한 경우, 계수 에 따라 상기 복수의 제어모드 중 어느 하나를 선택하되, 이며, 상기 제어부는 인 경우 배터리모드를 선택하고, 제1엔진, 제2엔진 및 제3엔진의 출력을 정지시키고 배터리의 충전 전력으로 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어한다.
아울러 상기 제어부는 인 경우 배터리포함-최소부하모드를 선택하고, 상기 3개 엔진 중 2개 엔진은 정지시키고 나머지 1개 발전기의 출력은 가 되도록 1개 엔진의 출력을 제어하며, 상기 나머지 1개 발전기의 출력과 배터리의 충전 전력으로 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어한다.
또한 상기 배터리포함-경부하모드는 인 제1배터리포함-경부하모드와, 인 제2배터리포함-경부하모드를 포함한다.
아울러 상기 제어부는 인 경우 제1배터리포함-경부하모드를 선택하고, 상기 제1배터리포함-경부하모드에서는, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진의 출력은 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제2엔진의 출력은 으로 제어하고, 상기 3개의 발전기 중 제1발전기 및 제2발전기의 출력과 배터리의 충전 전력으로 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어한다.
또한 상기 제어부는 인 경우 제2배터리포함-경부하모드를 선택하고, 상기 제2배터리포함-경부하모드에서는, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진 및 제2엔진의 출력은 각각 로 제어하며, 상기 3개의 발전기 중 제1발전기 및 제2발전기의 출력과 배터리의 충전 전력으로 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어한다.
아울러 상기 배터리포함-중부하모드는 인 제1배터리포함-중부하모드와, 인 제2배터리포함-중부하모드를 포함한다.
또한 상기 제어부는 인 경우 제1배터리포함-중부하모드를 선택하고, 상기 제1배터리포함-중부하모드에서는, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진 및 제2엔진의 출력은 각각 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제3엔진의 출력은 로 제어하고, 상기 3개의 발전기의 출력과 배터리의 충전 전력으로 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어한다.
아울러 상기 제어부는 인 경우 제2배터리포함-중부하모드를 선택하고, 상기 제2배터리포함-중부하모드에서는, 상기 3개의 엔진의 출력은 각각 로 제어하며, 상기 3개의 발전기의 출력과 배터리의 충전 전력으로 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어한다.
또한 상기 제어부는 상기 필요 전력 및 배터리 SOC와, 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기의 출력에 대한 규칙기반 제어 결과값을 각각 입력패턴과 출력패턴으로 하여 신경회로망에 학습시킨 신경회로망 모델을 포함하고, 상기 신경회로망 모델에 기초하여 필요 전력 및 배터리 SOC별 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기의 출력 지령값을 산출하고, 산출된 상기 출력 지령값에 기초하여 상기 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기의 출력을 제어한다.
본 발명에 따르면 선박 부하 및 배터리 SOC 입력 값에 따른 부하분담이 아닌 계수 또는 에 따른 복수의 제어모드를 설정하여 새로운 규칙기반 제어를 제시하고 이를 통한 규칙기반 제어 결과값을 신경회로망에 학습시킴에 따라 불특정 전부하영역에서도 시스템의 안정적인 제어가 가능하도록 하는 효과가 있다.
이에 따라 에너지 소비가 최소화됨은 물론 연료소모량 및 배출가스를 저감하여 환경 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않은 경우에 필요 전력과 배터리 SOC별 부하모드와 전력 분담설정을 규정하는 규칙기반 제어 기준을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하는 경우에 필요 전력과 배터리 SOC별 부하모드와 전력 분담설정을 규정하는 규칙기반 제어 기준을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에 따른 규칙기반 제어를 통해 필요 전력과 배터리 SOC별 발전기 전력 분담지형을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3에 따른 규칙기반 제어를 통해 필요 전력과 배터리 SOC별 발전기 전력 분담지형을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않은 경우에 신경회로망 제어기의 발전기 출력지령을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하는 경우에 신경회로망 제어기의 발전기 출력지령을 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않은 경우에 필요 전력과 배터리 SOC별 부하모드와 전력 분담설정을 규정하는 규칙기반 제어 기준을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하는 경우에 필요 전력과 배터리 SOC별 부하모드와 전력 분담설정을 규정하는 규칙기반 제어 기준을 나타내는 도면이다.
또한 도 4는 도 2에 따른 규칙기반 제어를 통해 필요 전력과 배터리 SOC별 발전기 전력 분담지형을 나타내는 도면이고, 도 5는 도 3에 따른 규칙기반 제어를 통해 필요 전력과 배터리 SOC별 발전기 전력 분담지형을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않은 경우에 신경회로망 제어기의 발전기 출력지령을 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하는 경우에 신경회로망 제어기의 발전기 출력지령을 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템(1000)은 크게 전력을 생산하여 출력하는 적어도 하나의 발전부(100)와, 전력이 충전되거나, 충전된 전력을 공급하는 배터리(200)와, 상기 발전부(100) 및 배터리(200)로부터 필요 전력을 공급받아 추진모터로 공급하는 인버터(300)와, 및 상기 필요 전력을 상기 발전부(100) 및 배터리(200)에 분배하는 제어부(400) 및 사용자에 의하여 배터리를 에너지원으로 고려할지 여부에 대한 신호가 입력되고, 상기 제어부로 전달하는 입력부(500)로 구성된다.
여기서 상기 발전부(100)는 회전력을 생산하는 제1엔진(111), 제2엔진(121) 및 제3엔진(131), 상기 제1엔진(111)의 회전력을 통해 전력을 생산하여 출력하는 제1발전기(110)와, 상기 제2엔진(121)의 회전력을 통해 전력을 생산하여 출력하는 제2발전기(120)와, 상기 제3엔진(131)의 회전력을 통해 전력을 생산하여 출력하는 제3발전기(130)을 포함한다.
본 발명의 일실시예에서는 선박의 필요 전력을 공급하기 위한 발전부(100)가 제1발전기(110), 제2발전기(120)와 제3발전기(130)로 구성하였으나, 필요에 따라 2개소 이하의 발전기 또는 4개소 이상의 발전기로 구성할 수 있다.
또한 상기 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)는 상기 제어부(400)의 전력 분담설정에 따라 출력이 제어되며 각각 제1엔진(111), 제2엔진(121)과 제3엔진(131)의 출력 제어를 통해 상기 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 출력이 제어되게 된다.
아울러 본 발명은 일실시예에 따라 선박에 공급되는 필요 전력의 공급원으로 제1발전기(110), 제2발전기(120), 제3발전기(130) 및 배터리(200)를 채택하였으나, 설정에 따라 필요 전력의 공급원으로 연료전지 또는 슈퍼커패시터 등으로 일부를 대체하거나 추가 구성될 수 있음은 물론이다.
한편 상기 배터리(200)는 현재 배터리 충전상태인 배터리 SOC(State of Charge)에 따라 충전 전력을 필요 전력으로 인버터(300)에 공급하게 된다.
이와 같은 상기 발전부(100)의 출력 및 배터리(200)의 충전 전력은 인버터(300)로 공급되기 전 컨버터(도면 미표시)에서 AC/DC(교류-직류) 변환 또는 DC/DC(직류-직류) 변환 과정을 수행하고 변환된 직류 전력이 인버터(300)로 공급됨은 물론이다.
또한 상기 발전부(100)의 출력을 컨버터에서 AC/DC 변환 후 이를 평활화하기 위한 평활부(도면 미표시)가 병렬연결될 수 있다.
한편 상기 제어부(400)는 상기 선박의 필요 전력에 따른 필요 전력을 상기 발전부(100) 및 배터리(200)에 분배 제어하게 되는데, 이러한 분배 제어는 선박의 필요 전력 및 배터리 SOC에 따라 달리 설정되어야 하며, 이를 최적화하여 제어하기 위해 본 발명의 일실시예에서는 상기 배터리를 에너지원으로 고려할 지 여부, 상기 필요 전력 및 배터리 SOC를 기초로 복수의 제어모드를 분류하고, 해당 제어모드별로 상기 발전부(100) 및 배터리(200)의 전력 분담설정에 의한 규칙기반 제어 결과값을 산출한다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템(1000)은 상기 제어부(400)와 전기적으로 연결되어 사용자에 의한 신호가 입력되고, 입력된 신호를 상기 제어부로 전달하는 입력부(500)를 더 포함한다. 상기 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하는지 여부는 상기 입력부(500)를 통하여 사용자에 의하여 입력될 수 있다.
배터리 잔량이 부족하거나 배터리 충전이 필요한 경우 등의 이유로 배터리를 에너지원으로 고려하지 는 경우에는, 사용자가 상기 입력부(500)에서 배터리미포함모드를 선택하여 배터리를 에너지원으로 고려하지 않는다는 입력 신호를 상기 제어부(400)에 전달하게 된다.
또한, 배터리 충전이 필요 없거나 배터리 잔량이 충분하여 배터리의 충전 전력으로 상기 선박의 필요 전력을 공급하고자 하는 경우에는, 사용자가 상기 입력부(500)에서 배터리포함모드를 선택하여 배터리를 에너지원으로 고려한다는 입력 신호를 상기 제어부(400)에 전달하게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따라 상기 발전부(100)가 제1발전기(110), 제2발전기(120)와 제3발전기(130)로 구성됨에 따라 상기 규칙기반 제어 결과값은 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 출력 즉, 제1엔진(111), 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)의 출력에 대한 제어 결과값이다.
이는 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 출력이 제1엔진(111), 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)의 출력에 의해 결정되므로 제어부(400)가 제1엔진(111), 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)의 출력을 제어함으로써 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 출력을 제어하게 되는 것이다.
기존에는 단순히 선박의 필요 전력 및 배터리 SOC에 따라 규칙기반 제어를 통해 각 발전기의 전력 분담설정을 수행하였으나, 본 발명의 일실시예에서는 배터리를 에너지원으로 고려할 지 여부, 필요 전력 및 배터리 SOC를 기초로 복수의 제어모드를 설정하고, 각 제어모드별로 제1엔진(111), 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)의 출력을 별도로 지정함에 따라 규칙기반 제어를 수행하게 된다.
이와 같은 본 발명의 복수 제어모드는 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않는 경우에는, 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130) 중 어느 하나의 소정 출력을 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력으로 공급하는 배터리미포함-최소부하모드와, 상기 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130) 중 어느 2개의 출력으로 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력을 공급하는 배터리미포함-경부하모드 및 상기 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 소정 출력으로 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력을 공급하는 배터리미포함-중부하모드로 구성되며, 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하는 경우에는, 상기 배터리(200)의 충전 전력으로 필요 전력을 공급하는 배터리모드와, 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130) 중 어느 하나의 소정 출력과 상기 배터리(200)의 충전 전력을 필요 전력으로 공급하는 배터리포함-최소부하모드와, 상기 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130) 중 어느 2개의 출력과 상기 배터리(200)의 충전 전력으로 필요 전력을 공급하는 배터리포함-경부하모드 및 상기 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 소정 출력과 상기 배터리(200)의 충전 전력으로 필요 전력을 공급하는 배터리포함-중부하모드로 구성된다.
본 발명의 일실시예에서는 제어부(400)가 배터리를 에너지원으로 고려할 지 여부, 필요 전력 및 배터리 SOC를 기초로 상기 복수의 제어모드 중 어느 하나를 선택하게 되는데, 이를 선택하기 위한 기준으로 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않는 경우에는 계수 를, 배터리 잔량을 에너지원으로 고려한 경우에는 를 이용한다. 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않는 경우에는, 상기 계수 는 상기 필요 전력인 , 기설정된 제1엔진의 최소 출력량인 에 기초하여 설정되는 관계식으로 본 발명의 일실시예에서는 로 정의한다.
이에 따라 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않는 경우에는, 상기 제어부(400)는 도 2에 도시된 바와 같이 인 경우 배터리미포함-최소부하모드를 선택하며, 인 경우 제1배터리미포함-경부하모드를 선택하고, 인 경우 제2배터리미포함-경부하모드를 선택하며, 인 경우 제1배터리미포함-중부하모드를 선택하고, 인 경우 제2배터리미포함-중부하모드를 선택하게 된다.
여기서 상기 , 및 는 각각 기설정된 제1엔진, 제2엔진 및 제3엔진의 최적 출력이며, , 및 는 각각 기설정된 제1엔진, 제2엔진 및 제3엔진의 최대 출력이다.
본 발명의 일실시예에서는 는 최대 출력의 20%, , 및 는 최대 출력의 75%, , 및 는 최대 출력 100%로 설정하였다.
이와 같이 , , , , , 및 는 설정에 따라 달라질 수 있으며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
상기 배터리미포함-최소부하모드는 제어부(400)가 인 경우에 선택하는 것으로, 선박의 필요 전력이 후술할 배터리미포함-경부하모드 또는 배터리미포함-중부하모드보다는 작은 경우이다.
이에 따라 제어부(400)는 제1엔진(111), 제2엔진(121) 또는 제3엔진(131) 중 어느 하나만 구동시키되 구동되는 엔진을 통한 발전기의 출력은 가 되도록 엔진의 출력을 제어한다.
전술한 바와 같이 이다. 따라서 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)을 중지시키고, 제1엔진(111)을 구동시킬 경우, 제1발전기(110)의 출력은 , 즉 필요 전력()에서 기설정된 제1엔진(111)의 최소 출력량() 을 더한 전력값이다.
본 실시예에서는 이와 같은 제1엔진(111)의 출력에서와 같이 구동하는 엔진의 출력을 로 정의하는데, 배터리미포함-최소부하모드 또는 배터리포함-최소부하모드에서는 이와 같은 제1엔진(111)의 출력이 로 표현될 수 있다.
한편 상기 배터리미포함-경부하모드는 인 제1배터리미포함-경부하모드와, 인 제2배터리미포함-경부하모드로 구성되는데, 제어부(400)는 인 경우 제1배터리미포함-경부하모드를 선택하고, 상기 제3엔진(131)은 중지시키고, 상기 제1엔진(111)의 출력은 (75%)으로 제어하며, 상기 제2엔진(121)의 출력은 으로 제어한다.
여기서 상기 는 상기 3개의 발전기 중 제1발전기의 출력이다.
물론 상기 제3엔진(131)은 중지시키고, 상기 제2엔진(121)의 출력을 (75%)으로 제어하며, 상기 제1엔진(111)의 출력을 으로 제어할 수도 있을 것이다.
아울러 상기 제1엔진(111)은 중지시키고, 상기 제2엔진(121)의 출력을 (75%)으로 제어하며, 제3엔진(131)의 출력을 으로 제어하거나, 상기 제1엔진(111)은 중지시키며, 상기 제3엔진(131)의 출력을 (75%)으로 제어하고, 상기 제2엔진(121)의 출력을 으로 제어할 수도 있을 것이다.
여기서 상기 는 상기 3개의 발전기 중 제2발전기의 출력이며, 상기 는 상기 3개의 발전기 중 제3발전기의 출력이다.
또한 상기 제2엔진(121)은 중지시키며, 상기 제1엔진(111)의 출력을 (75%)으로 제어하고, 제3엔진(131)의 출력을 으로 제어하거나, 상기 제2엔진(121)은 중지시키며, 상기 제3엔진(131)의 출력을 (75%)으로 제어하고, 상기 제1엔진(111)의 출력을 으로 제어할 수도 있을 것이다.
이에 따라 제1배터리미포함-경부하모드에서는 상기 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3빌전기(130) 중 어느 2개의 출력을 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력으로 공급되게 된다.
아울러 상기 제어부(400)는 인 경우 제2배터리미포함-경부하모드를 선택하고, 제3엔진(131)은 중지시키며, 제1엔진(111) 및 제2엔진(121)의 출력은 으로 제어하는데, 이에 따라 전술한 제1배터리미포함-경부하모드와 마찬가지로 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130) 중 어느 2개의 출력이 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력으로 공급된다.
한편 상기 배터리미포함-중부하모드는 인 제1배터리미포함-중부하모드와, 인 제2배터리미포함-중부하모드로 구성되는데, 제어부(400)는 인 경우 제1배터리미포함-중부하모드를 선택하고, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진(111) 및 제2엔진(121)의 출력은 각각 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제3엔진(131)의 출력은 로 제어하고, 상기 3개의 발전기의 출력으로 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력이 공급되도록 제어한다.
물론 상기 3개 엔진 중 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)의 출력을 각각 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진(111) 출력을 으로 제어할 수도 있을 것이다.
아울러 상기 3개 엔진 중 제1엔진(111) 및 제3엔진(131)의 출력을 각각 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제2엔진(121) 출력을 으로 제어할 수도 있다.
이에 따라 제1배터리미포함-중부하모드에서는 상기 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 출력 모두가 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력으로 공급되게 된다.
아울러 상기 제어부(400)는 인 경우 제2배터리미포함-중부하모드를 선택하고, 제1엔진(111), 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)의 출력은 각각 로 제어하는데, 이에 따라 전술한 제1배터리미포함-중부하모드와 마찬가지로 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 출력 모두를 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력으로 공급한다.
배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않는 경우에는, 이와 같은 복수의 제어모드와 계수 를 통해 도 4와 같은 발전기 전력 분담지형을 도출할 수 있다.
상기 도 4는 배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않는 경우에 선박의 필요 전력과 배터리의 SOC별 제1엔진(111), 제2엔진(121)과 제3엔진(131)의 출력을 나타낸 것이다.
배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않는 경우에는, 본 발명의 일실시예에서는 이와 같은 계수 를 통한 복수의 제어모드와 해당 제어모드별 제1엔진(111), 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)의 출력 제어를 규칙기반 제어방식으로 도출한다.
배터리 잔량을 에너지원으로 고려한 경우, 상기 계수 는 상기 필요 전력인 , 상기 배터리 SOC에 따른 배터리 충전 전력인 에 기초하여 설정되는 관계식으로 본 발명의 일실시예에서는 로 정의한다.
이에 따라 배터리 잔량을 에너지원으로 고려한 경우에는, 상기 제어부(400)는 도 3에 도시된 바와 같이 인 경우 배터리모드를 선택하고, 인 경우 배터리포함-최소부하모드를 선택하며, 인 경우 제1배터리포함-경부하모드를 선택하고, 인 경우 제2배터리포함-경부하모드를 선택하며, 인 경우 제1배터리포함-중부하모드를 선택하고, 인 경우 제2배터리포함-중부하모드를 선택하게 된다.
이에 따라 배터리 잔량을 에너지원으로 고려한 경우, 상기 배터리모드는 일 경우 제어부(400)가 선택하게 되는데, 이때 제어부(400)는 제1엔진(111), 제2엔진(121)과 제3엔진(131)의 출력을 0, 즉 제1엔진(111), 제2엔진(121)과 제3엔진(131)의 구동을 정지시켜 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 출력을 0으로 하고, 선박의 필요 전력은 배터리의 충전 전력으로 공급되도록 제어하게 된다.
이러한 배터리모드는 계수 가 0과 같거나 0보다 작아 선박의 필요 전력이 적은 경우에 해당되므로 필요 전력은 배터리(200)의 충전 전력으로 충분히 공급될 수 있다.
따라서 이 경우 제1엔진(111), 제2엔진(121)과 제3엔진(131)의 구동을 정지시켜 에너지 사용을 최소화한다.
한편 상기 배터리포함-최소부하모드는 제어부(400)가 인 경우에 선택하는 것으로, 선박의 필요 전력이 배터리모드보다는 크지만 후술할 배터리포함-경부하모드 또는 배터리포함-중부하모드보다는 작은 경우이다.
이에 따라 제어부(400)는 제1엔진(111), 제2엔진(121) 또는 제3엔진(131) 중 어느 하나만 구동시키되 구동되는 엔진을 통한 발전기의 출력은 가 되도록 엔진의 출력을 제어한다.
전술한 바와 같이 이다. 따라서 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)을 중지시키고, 제1엔진(111)을 구동시킬 경우, 제1발전기(110)의 출력은 , 즉 필요 전력()에서 배터리(200)의 충전 전력을 차감한 전력값이다.
한편 상기 배터리포함-경부하모드는 인 제1배터리포함-경부하모드와, 인 제2배터리포함-경부하모드로 구성되는데, 제어부(400)는 인 경우 제1배터리포함-경부하모드를 선택하고, 상기 제3엔진(131)은 중지시키고, 상기 제1엔진(111)의 출력은 (75%)으로 제어하며, 상기 제2엔진(121)의 출력은 으로 제어한다.
여기서 상기 는 상기 3개의 발전기 중 제1발전기의 출력이다.
물론 상기 제3엔진(131)은 중지시키고, 상기 제2엔진(121)의 출력을 (75%)으로 제어하며, 상기 제1엔진(111)의 출력을 으로 제어할 수도 있을 것이다.
아울러 배터리 잔량을 에너지원으로 고려한 경우, 상기 제1엔진(111)은 중지시키고, 상기 제2엔진(121)의 출력을 (75%)으로 제어하며, 제3엔진(131)의 출력을 으로 제어하거나, 상기 제1엔진(111)은 중지시키며, 상기 제3엔진(131)의 출력을 (75%)으로 제어하고, 상기 제2엔진(121)의 출력을 으로 제어할 수도 있을 것이다.
또한 상기 제2엔진(121)은 중지시키며, 상기 제1엔진(111)의 출력을 (75%)으로 제어하고, 제3엔진(131)의 출력을 으로 제어하거나, 상기 제2엔진(121)은 중지시키며, 상기 제3엔진(131)의 출력을 (75%)으로 제어하고, 상기 제1엔진(111)의 출력을 으로 제어할 수도 있을 것이다.
이에 따라 제1배터리포함-경부하모드에서는 상기 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3빌전기(130) 중 어느 2개의 출력과 배터리(200)의 충전 전력을 선박의 필요 전력으로 공급되게 된다.
아울러 상기 제어부(400)는 인 경우 제2배터리포함-경부하모드를 선택하고, 제3엔진(131)은 중지시키며, 제1엔진(111) 및 제2엔진(121)의 출력은 으로 제어하는데, 이에 따라 전술한 제1배터리포함-경부하모드와 마찬가지로 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130) 중 어느 2개의 출력과 배터리(200)의 충전 전력이 선박의 필요 전력으로 공급된다.
한편 상기 배터리포함-중부하모드는 인 제1배터리포함-중부하모드와, 인 제2배터리포함-중부하모드로 구성되는데, 제어부(400)는 인 경우 제1배터리포함-중부하모드를 선택하고, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진(111) 및 제2엔진(121)의 출력은 각각 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제3엔진(131)의 출력은 로 제어하고, 상기 3개의 발전기의 출력과 배터리의 충전 전력으로 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어한다.
물론 상기 3개 엔진 중 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)의 출력을 각각 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진(111) 출력을 으로 제어할 수도 있을 것이다.
아울러 상기 3개 엔진 중 제1엔진(111) 및 제3엔진(131)의 출력을 각각 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제2엔진(121) 출력을 으로 제어할 수도 있다.
이에 따라 제1배터리포함-중부하모드에서는 상기 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 출력과 배터리(200)의 충전 전력 모두가 선박의 필요 전력으로 공급되게 된다.
아울러 상기 제어부(400)는 인 경우 제2배터리포함-중부하모드를 선택하고, 제1엔진(111), 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)의 출력은 각각 로 제어하는데, 이에 따라 전술한 제1배터리포함-중부하모드와 마찬가지로 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 출력과 배터리(200)의 충전 전력 모두를 선박의 필요 전력으로 공급한다.
배터리 잔량을 에너지원으로 고려한 경우, 이와 같은 복수의 제어모드와 계수 를 통해 도 5과 같은 발전기 전력 분담지형을 도출할 수 있다.
상기 도 5는 필요 전력과 배터리의 SOC별 제1엔진(111), 제2엔진(121)과 제3엔진(131)의 출력을 나타낸 것이다.
본 발명의 일실시예에서는 배터리 잔량을 에너지원으로 고려한 경우, 이와 같은 계수 를 통한 복수의 제어모드와 해당 제어모드별 제1엔진(111), 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)의 출력 제어를 규칙기반 제어방식으로 도출한다.
이와 같은 규칙기반 제어에도 특정 필요 전력량과 특정 배터리 SOC에 따른 각 발전기 전력분담 지령 즉, 각 엔진의 출력 지령만 존재할 뿐 실시간 변하는 설정 이외의 값은 지령에 반영할 수 없는 한계가 있으므로 본 발명의 일실시예에서는 도 2 및 도 3의 규칙기반 제어 결과값을 신경회로망에 학습시킴으로써 규칙기반 제어 설정이외의 값에서도 시스템이 원활하고 정확하게 동작되도록 한다.
이에 따라 상기 제어부(400)는 상기 필요 전력 및 배터리 SOC와, 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 출력에 대한 규칙기반 제어 결과값을 각각 입력패턴과 출력패턴으로 하여 신경회로망에 학습시킨 신경회로망 모델(410)을 포함하며, 상기 신경회로망 모델(410)에 기초하여 필요 전력 및 배터리 SOC별 제1발전기(110), 제2발전기(120)와 제3발전기(130)의 출력 지령값을 산출하고, 산출된 상기 출력 지령값에 기초하여 상기 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 출력을 제어한다.
물론 제1발전기(110), 제2발전기(120) 및 제3발전기(130)의 출력 제어는 제1엔진(111), 제2엔진(121) 및 제3엔진(131)의 출력을 제어함으로써 달성할 수 있다.
이에 따라 도 6과 도 7를 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템을 통해 실시간 변하는 필요 전력량에 제1발전기(110), 제2발전기(120)와 제3발전기(130)의 출력지령이 안정적임을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발병의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
100 : 발전기 110 : 제1발전기
111 : 제1엔진 120 : 제2발전기
121 : 제2엔진 130 : 제3발전기
131 : 제3엔진 200 : 배터리
300 : 인버터 400 : 제어부
410 : 신경회로망 모델 500 : 입력부
1000 : 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템

Claims (22)

  1. 전력을 생산하여 출력하는 적어도 하나의 발전부;
    전력이 충전되거나, 충전된 전력을 공급하는 배터리;
    상기 발전부 및 배터리로부터 필요 전력을 공급받아 추진모터로 공급하는 인버터;
    상기 필요 전력을 상기 발전부 및 배터리에 분배하는 제어부;및
    사용자에 의하여 배터리를 에너지원으로 고려할지 여부에 대한 신호가 입력되고, 상기 제어부로 전달하는 입력부;를 포함하고,
    상기 제어부는, 배터리를 에너지원으로 고려할지 여부, 선박의 필요 전력 및 배터리 SOC를 기초로 복수의 제어모드 중 어느 하나를 선택하고,
    상기 선택된 제어 모드를 기초로 상기 발전부 및 배터리의 전력 분담설정을 위한 규칙기반 제어 결과값을 산출하여 상기 발전부 출력을 제어하며,
    상기 발전부는
    회전력을 생산하는 3개의 엔진인 제1엔진, 제2엔진 및 제3엔진과,
    상기 엔진의 회전력을 통해 전력을 생산하여 출력하는 3개의 발전기인 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제어모드는,
    배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않는 경우에는,
    제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기 중 어느 하나의 소정 출력으로 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력을 공급하는 배터리미포함-최소부하모드;
    제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기 중 어느 2개의 출력으로 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력을 공급하는 배터리미포함-경부하모드; 및
    상기 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기의 소정 출력으로 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력을 공급하는 배터리미포함-중부하모드를 포함하고,
    배터리 잔량을 에너지원으로 고려하는 경우에는,
    상기 배터리의 충전 전력으로 필요 전력을 공급하는 배터리모드;
    제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기 중 어느 하나의 소정 출력과 상기 배터리의 충전 전력으로 필요 전력을 공급하는 배터리포함-최소부하모드;
    제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기 중 어느 2개의 출력과 상기 배터리의 충전 전력으로 필요 전력을 공급하는 배터리포함-경부하모드; 및
    상기 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기의 소정 출력과 상기 배터리의 충전 전력으로 필요 전력을 공급하는 배터리포함-중부하모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    배터리 잔량을 에너지원으로 고려하지 않는 경우에는,
    상기 필요 전력인 , 기설정된 제1엔진의 최소 출력량인 에 기초하여 상기 복수의 제어모드 중 어느 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는
    계수 에 따라 상기 복수의 제어모드 중 어느 하나를 선택하되,
    인 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는
    인 경우 배터리미포함-최소부하모드를 선택하고, 상기 3개의 엔진 중 2개의 엔진은 정지시키고, 나머지 1개 발전기의 출력은 가 되도록 1개 엔진의 출력을 제어하며, 상기 나머지 1개 발전기의 출력으로 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 배터리미포함-경부하모드는
    인 제1배터리미포함-경부하모드와,
    인 제2배터리미포함-경부하모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
    (여기서 상기 및 는 각각 기설정된 제1엔진 및 제2엔진의 최적 출력, 및 는 각각 기설정된 제1엔진 및 제2엔진의 최대 출력)
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    인 경우 제1배터리미포함-경부하모드를 선택하고,
    상기 제1배터리미포함-경부하모드에서는, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진의 출력은 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제2엔진의 출력은 으로 제어하고, 상기 3개의 발전기 중 제1발전기 및 제2발전기의 출력으로 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
    (여기서 상기 는 상기 3개의 발전기 중 제1발전기의 출력)
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는
    인 경우 제2배터리미포함-경부하모드를 선택하고,
    상기 제2배터리미포함-경부하모드에서는, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진 및 제2엔진의 출력은 각각 로 제어하며, 상기 3개의 발전기 중 제1발전기 및 제2발전기의 출력으로 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 배터리미포함-중부하모드는
    인 제1배터리미포함-중부하모드와,
    인 제2배터리미포함-중부하모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
    (여기서 상기 는 기설정된 제3엔진의 최적 출력, 는 기설정된 제3엔진의 최대 출력)
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    인 경우 제1배터리미포함-중부하모드를 선택하고,
    상기 제1배터리미포함-중부하모드에서는, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진 및 제2엔진의 출력은 각각 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제3엔진의 출력은 로 제어하고, 상기 3개 발전기의 출력으로 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
    (여기서 상기 는 상기 3개의 발전기 중 제2발전기의 출력)
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는
    인 경우 제2배터리미포함-중부하모드를 선택하고,
    상기 제2배터리미포함-중부하모드에서는, 상기 3개의 엔진의 출력은 각각 로 제어하며, 상기 3개의 발전기의 출력으로 선박의 필요 전력과 배터리 충전을 위한 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는,
    배터리 잔량을 에너지원으로 고려한 경우,
    상기 필요 전력인 , 상기 배터리 SOC에 따른 배터리 충전 전력인 에 기초하여 상기 복수의 제어모드 중 어느 하나를 선택하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는
    계수 에 따라 상기 복수의 제어모드 중 어느 하나를 선택하되,
    인 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는
    인 경우 배터리모드를 선택하고, 상기 엔진의 출력을 정지시키고 배터리의 충전 전력으로 상기 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제어부는
    인 경우 배터리포함-최소부하모드를 선택하고, 상기 3개의 엔진 중 2개의 엔진은 정지시키고, 나머지 1개 발전기의 출력은 가 되도록 1개 엔진의 출력을 제어하며, 상기 나머지 1개 발전기의 출력과 배터리의 충전 전력으로 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 배터리포함-경부하모드는
    인 제1배터리포함-경부하모드와,
    인 제2배터리포함-경부하모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
    (여기서 상기 및 는 각각 기설정된 제1엔진 및 제2엔진의 최적 출력, 및 는 각각 기설정된 제1엔진 및 제2엔진의 최대 출력)
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는
    인 경우 제1배터리포함-경부하모드를 선택하고,
    상기 제1배터리포함-경부하모드에서는, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진의 출력은 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제2엔진의 출력은 으로 제어하고, 상기 3개의 발전기 중 제1발전기 및 제2발전기의 출력과 배터리의 충전 전력으로 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제어부는
    인 경우 제2배터리포함-경부하모드를 선택하고,
    상기 제2배터리포함-경부하모드에서는, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진 및 제2엔진의 출력은 각각 로 제어하며, 상기 3개의 발전기 중 제1발전기 및 제2발전기의 출력과 배터리의 충전 전력으로 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 배터리포함-중부하모드는
    인 제1배터리포함-중부하모드와,
    인 제2배터리포함-중부하모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
    (여기서 상기 는 기설정된 제3엔진의 최적 출력, 는 기설정된 제3엔진의 최대 출력)
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는
    인 경우 제1배터리포함-중부하모드를 선택하고,
    상기 제1배터리포함-중부하모드에서는, 상기 3개의 엔진 중 제1엔진 및 제2엔진의 출력은 각각 최적 출력 으로 제어하며, 상기 3개의 엔진 중 제3엔진의 출력은 로 제어하고, 상기 3개 발전기의 출력과 배터리의 충전 전력으로 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제어부는
    인 경우 제2배터리포함-중부하모드를 선택하고,
    상기 제2배터리포함-중부하모드에서는, 상기 3개의 엔진의 출력은 각각 로 제어하며, 상기 3개의 발전기의 출력과 배터리의 충전 전력으로 선박의 필요 전력이 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 필요 전력 및 배터리 SOC와 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기의 출력에 대한 규칙기반 제어 결과값을 각각 입력패턴과 출력패턴으로 하여 신경회로망에 학습시킨 신경회로망 모델을 포함하고,
    상기 신경회로망 모델에 기초하여 필요 전력 및 배터리 SOC별 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기의 출력 지령값을 산출하고, 산출된 상기 출력 지령값에 기초하여 상기 제1발전기, 제2발전기 및 제3발전기의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 신경회로망을 적용한 선박 전력 에너지관리시스템.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170067331A (ko) * 2015-12-08 2017-06-16 삼성중공업 주식회사 선박 및 그 전력 운용 방법
KR20180065042A (ko) * 2016-12-06 2018-06-18 우리산업 주식회사 제로 에미션 운항 하이브리드 전기 선박의 전류누설 감지 시스템 및 그 제어 방법
KR20190105149A (ko) 2018-02-19 2019-09-16 한국전자통신연구원 인공지능 기반의 선박 제어 시스템 및 그 동작방법
KR102359219B1 (ko) 2021-11-10 2022-02-09 한국해양대학교 산학협력단 선박용 하이브리드 전기추진시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170067331A (ko) * 2015-12-08 2017-06-16 삼성중공업 주식회사 선박 및 그 전력 운용 방법
KR20180065042A (ko) * 2016-12-06 2018-06-18 우리산업 주식회사 제로 에미션 운항 하이브리드 전기 선박의 전류누설 감지 시스템 및 그 제어 방법
KR20190105149A (ko) 2018-02-19 2019-09-16 한국전자통신연구원 인공지능 기반의 선박 제어 시스템 및 그 동작방법
KR102359219B1 (ko) 2021-11-10 2022-02-09 한국해양대학교 산학협력단 선박용 하이브리드 전기추진시스템

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