KR20080034397A

KR20080034397A - 전력 분배 시스템

Info

Publication number: KR20080034397A
Application number: KR1020070102781A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 크레인 앨런
Original assignee: 컨버팀 엘티디.
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2007-10-11
Publication date: 2008-04-21
Also published as: US20100284117A1; EP1914162B2; EP1914162A1; CN101165988B; DK1914162T3; ATE470625T1; GB0620463D0; CA2604992A1; CA2604992C; ES2347364T3; GB2443002A; CN101165988A; DE602007007033D1; KR101474559B1; EP1914162B1; NO20075292L; US7989977B2; SG142229A1

Abstract

본원 발명은 함정과 잠수함에 사용될 수 있는 전력 분배 시스템을 제공한다. 전력 분배 시스템은 제1서비스 분배 시스템에 전력을 공급하기 위하여 적어도 하나의 전원(13),(14),(15)을 포함하는 제1발전 시스템을 포함한다. 제1서비스 분배 시스템은 분배 전압과 분배 전류를 옮기기 위한 적어도 하나의 직류 분배 버스바(25)와 접점을 가지는 보호개폐기를 포함하는 적어도 하나의 배전반(16)을 포함한다. 지역(zonal) 전력 분배 부시스템은 또한 제공되고 적어도 하나의 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 지역 전력 공급 장치(23)와 지역 전력 공급 장치(23)에 전력을 공급하기 위하여 제1서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반(16)에 연결된 지역 에너지 저장장치(22)를 포함한다. 적어도 하나의 전원(13),(14),(15)은 전원 폴드백(foldback) 및 안정화 특성과 전원 기동 특성에 따라 조정된다. 적어도 하나의 전기 부하는 부하 쉐딩(load shedding) 및 안정화 특성에 따라 조정된다.

전력 분배 시스템, 발전 시스템, 지역 전력 분배 부시스템

Description

전력 분배 시스템 {Power distribution systems}

본원발명은 전력 분배 시스템(Power distribution systems)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박용 전력과 추진 시스템에 사용되는 "스마트" 전력 분배 시스템에 관한 것이다. 상기 전력 분배 시스템은 선박용 전력과 추진 시스템으로 하여금 최대의 전력 밀도, 효율성, 안정성 얻을 수 있도록 하고 모듈러 접근과 표준 인터페이스의 방법에 의한 장래의 기술 삽입을 용이하게 한다.

통상적인 선박용 전력과 추진 시스템은 전체 전기 추진(full electric propulsion, FEP)을 사용하고 고장 전류 크기-시간 식별은 보호개폐기가 모든 다른 부회로에 최소한의 실질적인 차단을 야기하는 동안 특정 부회로에서 과전류 고장을 차단하는 것이 가능하도록 사용된다. 그러한 FEP시스템은 특정 시간에 발생되는 총부하에 대해 그 당시에 온라인에 있는 발전 용량을 적응시키는 것을 목적으로 하는 "전력 스테이션 원리(power station principle)"를 사용하는 것을 말한다. 이것은 연료 효율성을 최대화하는 이점을 갖는다. 그러한 FEP시스템의 환경설정은 우선순위로 부하를 쉐드(shed)하고 발전기를 작동시키는 권위를 갖는 파워 관리 시스템에 의하여 어느 정도 자동화된다. 교류는 지상 기지(land-based)시스템과 호환성을 유 지하기 위하여 중간 전압(medium voltage,MV)으로 FEP시스템을 통하여 분배된다.

도 1은 통상적인 FEP시스템의 한 예를 보여준다. 일련의 터빈(T)과 디젤 엔진(D)은 개개의 발전기(G)를 작동하는데 사용된다. 이것들은 보호개폐기를 장착한 중간 전압(MV) 교류 버스바(busbar) 시스템을 통하여 FEP시스템으로 교류전력을 공급한다. 보호개폐기는 회로차단기들과 연관 제어들로 구성되어 있고 X 심벌로 도 1에 표시된다. 전력 변환기들(PC)은 프로펠러를 조정하는 전력 추진 모터(PM)에 중간 전압 교류 버스바 시스템을 연결하는데 사용되어 진다. 필터들(F)은 또한 중간전압 교류 버스바 시스템에 연결되어 진다. 중간전압 교류 버스바 시스템은 제1중간 전압 교류 버스바와 제2중간 전압 교류 버스바로 나누어져 있고 보호개폐기에 의하여 서로 연결되어 있다. 제1저전압(LV) 교류 버스바는 제1변압기에 의하여 제1중간 전압 교류 버스바에 연결되어 있다. 제2저전압 교류 버스바는 제2변압기에 의하여 제2중간 전압 교류 버스바에 연결되어 있다. 제1 및 제2 저전압 교류 버스바들은 보호개폐기에 의하여 서로 연결되어 있다. 일련의 명시되지 않은 크고 작은 부하들은 각각, 제1 및 제2 저전압 교류 버스바들에 연결되어 질 수 있다. 작은 부하들은 제1 및 제2 마이너 저전압 교류 버스바들을 통하여 제1 및 제2 저전압 교류 버스바들에 연결되어 짐을 도 1로부터 확실히 알 수 있을 것이다.

FEP시스템의 여섯 개의 크가-시간 식별 레벨은 도 1의 오른손 방향을 따라서 보여진다. 보호개폐기는 각 식별 레벨마다 X 심벌에 의해 나타내어 진다. 예를 들 어, 식별 레벨 6 보호개폐기는 중간 전압 교류 버스바와 각 발전기(G) 사이에 위치한다. 식별 레벨 5 보호개폐기는 중간 전압 교류 버스바와 각 필터들(F) 사이 및 중간 전압 교류 버스바와 각 전력변환기(PC)들 사이에 위치한다. 보호개폐기는 중간 전압 교류 버스바와 각각 제1 및 제2 중간 전압 교류 버스바들을 제1 및 제2 저전압 교류 버스바들에 연결하는데 사용되어 지는 각 변압기들 사이에 위치한다. 식별 레벨 4 보호개폐기는 각 변압기들과 각각의 저전압 교류 버스바들 사이에 위치한다. 식별 레벨 3 보호개폐기는 제1 및 제2 저전압 교류 버스바들과 각 큰 부하들 사이에 위치하고 각 공급들과 작은 저전압 교류 버스바들 사이에 위치한다. 식별 레벨 2 보호개폐기는 제1 및 제2 저전압 교류 버스바들과 작은 저전압 교류 버스바들의 연관된 부분들과의 사이에 위치한다. 식별 레벨 1 보호개폐기는 작은 저전압 교류 버스바들과 각 작은 부하들 사이에 위치한다.

FEP시스템의 임의의 특정 식별 레벨에서 단락 회로(short circuit)는 그 레벨에서의 연관된 보호개폐기를 트립(trip)해야 하나 어떤 다른 보호개폐기를 트립하게 해서는 안 된다. 보호 고장 전류 레벨들은 전체적으로 공급 임피던스에 의해 결정되고 보호개폐기는 최대 고장 전류가 지나간 훨씬 후에 고장 전류(즉, 고장 동안 FEP시스템에 흐르는 전류)만을 차단할 수 있다. 그러므로 고장 전류는 일반적으로 라인 전류 반전(line current reversals)에, 또는 그 이후에 잠깐 차단될 뿐이다.

도 1에서 보이는 통상적인 FEP시스템은 다음의 기술적 결점이 있다.

고장 전류의 크기는 공통 결합의 특정 포인트에 온라인상인 발전기(G)들의 수와 타입에 의하여 영향을 받는다; 더 작은 결합한 발전기 임피던스, 더 큰 고장 전류. 예상된 고장 전류에서 다양한 변동이 일어나고 보호 장비 설정이 고장 식별을 보장하기 위하여 지속적으로 조정되어야 할 것이다.

고장 전류의 크기는 분배 전압(즉, FEP시스템에서 다양한 교류 버스바들에 의하여 운반된 전압)이 감소하면서 증가하게 된다. 전체 설비 전력율이 증가함으로써 및/또는 분배 전압이 감소함으로써 결과적인 고장 전류가 이용할 수 있는 보호개폐기의 용량을 초과할 것이다. 중간 전압 전력 분배 시스템은 보호개폐기 제한을 극복하기 위해 사용되는 충분히 높은 분배 전압을 주기 위하여 부하 체강 변압기와 특수한 절연 시스템들의 사용에 의지해야만 할 것이다.

발전기(G)들의 특성들은 시간 종속과 부하 분담을 돕기 위한 교류와 직류 성분들의 최대치에 의하여 크게 변화할 것이다. (자동전압조정장치 (Automatic Voltage Regulator, AVRs)은 부하분담에 도움이 되게 디자인되어 진다.) 더욱이 이 특성들은 발전기에 결합되는 원동기들(예를 들어, 디젤엔진(D) 또는 터빈(T))의 타입에 크게 영향받고 그것들의 결합, 지배, 조정 응답은 중요한 불평등을 겪을 것이다. 한 그룹의 발전기(G)들이 공통결합의 한 지점에 연결되었을 때에 불평등들은 종종 문제를 발생하고, 특히 필터들과 변압기들과 같은 수동 회로들의 스위칭 과정과 부하 과도상태 동안에 그러하다.

FEP시스템은 흔히 "아일랜드(islands)"로 일컬어지는 공통결합의 다중 포인트들로 나누어진다. 모든 아일랜드들은 개개의 아일랜드 배열을 위해 병렬로 함께 연결될 수도 있고 (즉, 개개의 엔진 작동을 위하여) 또는 장비고장에 따른 용량의 여분과 여유로운 고장을 제공하기 위하여 떨어져 있을 수도 있다. 개개의 아일랜드들 사이의 동기화와 부하 전송은 복잡하고, 특히 그것들이 다른 고조파 장애 정도를 가질 때 그리고 위에서 언급된 불평등들이 존재할 때에 복잡하다. 추진력은 통상적으로 추진 분배 시스템(Propulsion Distribution System, PDS)의 아일랜드들로부터 야기되고 다른 부하들은 선박 서비스 분배 시스템(Ship Service Distribution System, SSDS)의 아일랜드들에 의해 공급되며 그것의 전력은 PDS로부터 파생된다. 보호 식별과 전원 품질은 보통 가장 큰 발전기(G) 하부로부터 가장 작은 전기 부하로 연장된 공통 계층에 의하여 연관된다. 장비들은 PDS의 상대 로버스트(robust) 전력과 추진 장비의 잠재적인 유해 효과들로부터 상대적으로 민감한 SSDS를 분리하기 위하여 제공되어 져야 한다. 중요한 전기 부하들은 그들 스스로 전용 전력 변환을 가진 국부 무결성 전원들과 PDS로부터 요구되는 디커플링 정도에 이르기 위한 에너지 저장장치를 필요로 할 것이다. 공급되는 이러한 국부 전력을 보통 지역 전력 공급 장비들(Zonal Power Supply Units, ZPUS)이라 하고 그들의 에너지 저장장치를 지역 에너지 저장장치(Zonal Energy Stores, ZES)라고 한다.

상기 FEP시스템은 교류 시스템이고 다수의 변수들이 그것의 디자인에 영향을 줄 수 있다. 이것들은 특히 전압, 주파수, 위상각, 역률, 사이클 스위칭 사고점, 위상 불평등, 정수 그리고 비정수 고조파 왜곡을 포함한다. 왜냐하면 이것은 복잡한 교류 시스템이고 그러한 전력 분배 시스템에 영향을 주는 표유 그리고 고의적인 임피던스들 사이의 피할 수 없는 공진 모드들을 줄이는 것이 매우 어렵다는 것은 잘 알려져 있기 때문이다. 일단 교류 분배 주파수(즉, FEP시스템의 다양한 교류 버스바들에 의하여 옮겨지는 교류 전류의 주파수)가 선택되면 이것은 발전기 토폴로지에 크게 영향을 줄 것이고 마침내 원동기의 축스피드에 제한을 둘 것이다. 많은 경우에 이것은 발전기와 원동기의 크기와 작동에 역으로 영향을 준다.

대다수 통상적인 FEP시스템들은 중간 전압에서 교류 전류를 분배하는 동안(MVAC) 저전압에서 직류 전류를 분배하는 것으로 알려졌다(LVDC). 비록 이러한 LVDC시스템들이 전류가 제한된 파워 일렉트로닉스(electronics)를 통해 MADC 전류 공급체로부터 그들의 직류전류를 얻을지라도, 그것들은 중요한 고장 전류를 차단하기 위하여 직류 회로차단기(DCCB)에 의존한다.

예를 들어, SSDS는 통상적인 MVAC 분배 시스템으로부터 LVDC 분배 전압을 얻기 위하여 위상조정 변압기와 정류기를 사용할 것이다. 병렬 여분 급전선들은 고장 정격 전류 DCCB를 포함하는 배전반들을 통하여 LVDC 분배 전압을 분배한다. 각 ZPSU는 조정 파워 일렉트로닉스와 반 역류 다이오드들의 조정을 통하여 이러한 배전반들의 여분으로부터 공급된다.

또 다른 SSDS는 통상적인 MVAC 전력 분배 시스템으로부터 LVDC 분배 전압을 얻기 위하여 절연변압기와 연속적으로 펄스 폭 변조(pulse width modulated, PWM) 전압원 변환기들(보통 MV/AV 링크 변환기로 일컬어 진다.)을 사용할 것이다. LVDC는 고장 정격 전류 DCCB를 통하여 ZPSU 및 다른 전기 부하들로 여분을 공급하기 위하여 링 메인(ring main)을 사용하여 분배된다.

통상적인 교류 전류 분배 시스템과는 달리, 직류 전류 분배 시스템은 정규 전류 라인 반전을 경험하지 않을 것이다. 그러므로 DCCB는 전기기계적으로 접점을 개방함으로써 고장 전류를 차단해야 하고 그 때문에 접점 사이에서 아크 전압이 발생된다. 아크 전압은 고장 전류를 흐르게 하고 고장 전류의 임의의 감소를 저지하는 전압을 유도적으로 발생하는 전원 장치(power supply) 전압원의 합인 시스템전압과 반대된다. 이것은 아크 전압이 고장 전류를 감소시키기는 것을 허용하고 마침내 완전히 고장 전류를 차단한다. 고장 전류가 최종 차단에 접근함에 따라 아크 전압은 SSDS에 연결되어 있는 스트레스 성분들로 알려진 과도증가를 경험할 것이고 전자방해 (Electromagnetic interference, EMI)를 발생한다. 이 스트레스 성분은 DCCB 과도 아크 전압의 합과 전원 장치 전압원에서 흐르는 고장 전류의 차단으로부터 야기되는 SSDS분배 전압의 회복에 의하여 악화된다. 그것은 과도 아크 전압과 EMI를 줄이기 위하여 그러한 전력 분배 시스템들에 서지 피뢰기(surge arrester)와 스너버 (snubber)를 적용한다고 알려진다.

그것은 또한 직렬로 연결된 전력 전자 스위칭 장비들의 결합과 전기전자적으로 작동하는 전기 부하들을 사용하여 전력 전자 스위칭 장비가 빠르게 스위치오프되고, 서지 피뢰기와 스너버가 합성 전압 과도을 조정하며 전기 접점이 고장 전류의 차단에 따라 개방되는 하이브리드(hybrid) DCCB를 사용하는 것으로 알려졌다.

선형 조정기 직류 전원 장치들은 단락 부하 조건 동안에 조정기 전력 장비 손실을 제한하기 위하여 폴드백(foldback)이라 불리는 기술을 사용한다. 폴드백 시스템은 일반적으로 출력 전압에 의존하는 관계에 있는 출력 전류 제한 조정기를 포함한다. 만약 부하 임피던스가 특정 임계값 아래로 떨어진다면, 전류 제한 조정기의 초기 동작은 출력 전압을 감소시키고, 적당한 작은 레벨로 출력 전류와 전압을 제한하고 조정기 전력 장비 손실을 제한하는 재생 동작을 따른다.

통상적인 선박용 전력 및 추진 시스템에 사용되는 FEP시스템에서 고장 전류의 크기는 공통 결합의 특정 포인트에 온라인상인 발전기(G)들의 수와 타입에 의하여 영향을 받는다. 예상된 고장 전류에서 다양한 변동이 일어나고 보호 장비 장착이 고장 식별을 보장하기 위하여 지속적으로 조정되어야 할 것이다.

고장 전류의 크기는 분배 전압(즉, FEP시스템에서 다양한 교류 버스바들에 의하여 운반된 전압)이 감소하면서 증가하게 된다. 전체 설비 전력율이 증가함으로써 및/또는 분배 전압이 감소함으로써 최종 고장 전류가 이용할 수 있는 보호개폐기의 용량을 초과할 것이다. 중간 전압 전력 분배 시스템은 보호개폐기 제한을 극복하기 위해 사용되는 충분히 높은 분배 전압을 주기 위하여 부하 체강 변압기와 특수한 절연 시스템들의 사용에 의지해야만 할 것이다.

본원발명은 분배 전압과 분배 전류를 운반하기 위하여 적어도 하나의 직류 분배 버스바와, 접점을 갖는 보호개폐기를 구비하는 적어도 하나의 배전반을 포함하는 제1서비스 분배 시스템에 전력을 공급하기 위하여 적어도 하나의 전원을 포함하는 제1발전 시스템;

적어도 하나의 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 지역 전력 공급 장비와, 상기 지역 전력 공급 장비에 전력을 공급하기 위하여 상기 제1서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결된 지역 에너지 저장장치를 포함하는 지역 전력 분배 부시스템;

전원 폴드백 및 안정화 특성과 전원 기동 특성에 따라 조정되는 상기 하나 이상의 전원;

부하 쉐딩 및 안정화 특성에 따라 조정되는 상기 하나 이상의 전기 부하;

(a) 상기 분배 전압 양단에 과도하게 낮은 임피던스가 연결하게 하는 고장, (b) 상기 전력 분배 시스템에서 자동으로 발생하는 오버라이딩 인터트리핑 명령, (c) 상기 전력 분배 시스템에서 수동으로 발생하는 오버라이딩 인터트리핑 명령, (d) 원격으로 발생하는 오버라이딩 인터트리핑 명령 중 하나와 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 상호 작용에 의하여 상기 분배 전압과 상기 분배 전류가 허용가능한 레벨로 감소한 때에만 개방되도록 만들어지는 상기 보호개폐기의 접점; 및

(a) 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성과 상기 전원 기동 시퀀스, (b) 상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성 중 하나에 의하여 제한될 수 있도록 상기 접점 양단의 극성이 있을 때에만 닫히도록 만들어지는 상기 보호개폐기의 접점;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템을 제공한다.

일반적으로 상기 전력 분배 시스템은 적어도 하나의 전원을 포함하고 그것의 출력 전류는 정류되거나 자연적으로 직류 전류를 생산한다. 상기 출력 전류는 바람직하게는 통상적인 임피던스 제한 경우보다 더 큰 최대 보호 고장 전류를 야기하고 이어서 협조 동작(coordinated action)에서 출력 전류를 정류시키는 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성에 따라 속동 장비들(예를 들어, 전력 변환기와 같은)에 의하여 제한된다. 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성은 또한 정상 상태 수하 요소(steady state droop component)를 결합함으로써 병렬 연결된 전원 사이에서의 전류 분담를 용이하게 한다. 더욱이 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성은 또한 정상 상태 수하 요소에 더 붙여진 적당한 과도 응답을 결합함으로써 분배 전압의 안정화를 용이하게 한다.

저임피던스 고장이 상기 전력 분배 시스템에 적용될 때 상기 적어도 하나의 전원의 작동은 결국 폴드백 방법에 따라 고장 전류를 차단한다. 상기 고장 전류 차단이 진행되는 동안, 상기 고장 전류의 흐름과 연관된 배전반의 보호개폐기에 결합된 센서와 전자 프로세서는 고장을 탐지하고 상기 보호개폐기가 개방되도록 결정한 다. 일단 상기 고장이 차단되면 상기 전자 프로세서는 이것이 그러한 경우인지 결정하고 상기 보호개폐기(선택적으로 오프- 로드 타입 개폐기)가 개방되도록 지시한다.

다수의 전기 부하들은 상기 전력 분배 시스템에 연결될 것이고 이것들은 모두 전자적으로 위에서 언급한 적어도 하나의 전원의 출력 전류의 정류와 대등하게 하는 방법으로 부하 전류가 제거되도록 하는 특정 부하 쉐딩 및 안정화 특성에 따라 속동 장비들(예를 들어, 전력변환기와 같은)에 의하여 조정된다. 상기 보호개폐기가 열렸을 때, 부하 전류 제거의 효과는 폴드백 방법에 의하여 적어도 하나의 전원의 출력 전압을 회복시키는 것이다. 이 출력 전압의 회복은 부하 쉐딩 방법에 따라 전기 부하들의 재적용을 시작한다. 상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성은 또한 전기 부하들의 정상 상태 응답에 덧붙여지는 전원 전압에 대한 부하 전류의 특정 과도 응답을 일으킨다.

상기 위의 방법은 또한 다른 센서들과 전자 프로세서에 의하여, 또는 개별 전자 프로세서 명령들에 의하여, 인터트리핑 방법에 의하여 탐지되는 다른 고장 모드들에 의하여 시작될 수도 있다. 상기 방법의 모든 양상들은 바람직하게는 적합한 장비들에 의하여 프로그램가능해진다. 상기 전력 분배 시스템은 작동하기 위한 적어도 하나의 전원, 보호개폐기와 전기 부하들 사이의 직렬 통신을 요구하지 않는다. 왜냐하면 분산 지능과 통신의 효율적인 장비가 전력 분배 시스템 자체적으로 공급되어 지기 때문이다. 상기 전력 분배 시스템의 모든 구성 부분들은 자동으로 그리고 자체적으로 작동할 수 있다. 그러나 만약 직렬 통신이 제공된다면 그때 상기 전력 분배 시스템은 증가한 지능과 자동화로부터 이익을 얻을 수 있다. 국부 수동 제어들은 모든 구성 부분들에 제공될 것이다.

전력은 상기 전력 분배 시스템에 의하여 분배되고 특히 지역 에너지 저장장치가 결합한 하나 또는 그 이상의 지역 전력 분배 부시스템으로 분배된다. 이러한 지역 에너지 저장장치들은 본질적으로 가역 전력 조류를 지지할 수 있다. 상기 지역 에너지 저장장치들은 분배 전압의 차단에도 불구하고 상기 지역 전원 장치에 연결된 전기 부하들에 연속 전력을 공급하기 위하여 상기 제1서비스 분배 시스템으로부터 충전될 것이다. 그러나 상기 지역 에너지 저장장치들은 또한 상기 분배 전압의 안정화를 위하여 상기 제1전력 분배 시스템에 역으로 전력을 공급할 것이다.

전력변환기들은 바람직하게는 모든 전원들의 출력을 적당한 직류 분배 전압에 적용시키고 고장 전류 제한을 공급하기 위하여 사용된다. 이것은 더 나은 디자인 자유와 발전 장비의 최적화를 허용한다. 모든 전기 부하들은 또한 바람직하게는 활발히 분배 전압 및 제한 고장 전류와 스위칭 과도의 안정화를 지원하는 전력변환기들에 의하여 조정된다. 상기 전력 분배 시스템, 특히 상기 보호개폐기는 고장 전류들과 스위칭 과도들이 능동 장비들에 의하여 제한되면 오직 그것의 연속 가동 부하들을 위하여 최적화될 필요가 있다.

상기 전력 분배 시스템은 바람직하게는 더 나은 열화(degradation)를 제공하기 위하여 큰 중복, 재구성 토폴로지를 가진다. 이것은 특히 비록 구성 부분들이 손상되더라도 중요 시스템에 끊임없이 전력을 공급해야 하는 함정이나 잠수함에 사용되는 전력 분배 시스템에 중요하다. 상기 전력 분배 시스템의 안정성은 큰 펄스 부하들이(예를 들어, 운동에너지(KE)발사체, 무인항공기(UAV) 발사대와 같은) 제공될 수 있 수 있음을 의미한다. 어떤 전기 부하에 의한 전력률은 끊임없이 단독 아일랜드와 다수 아일랜드 구성들 사이에 효율성을 최적화하고 "범프 프리(bump-free)" 천이를 용이하게 하기 위하여 조정될 것이다. 분배 전압이 전체 설치 발전 용량에 대하여는 통상적인 전력 분배 시스템들보다 더 낮을 것이고, 그 때문에 절연 요구는 감소하고 전력 밀도는 최대화된다.

상기 전력 분배 시스템의 작동은 본질적으로 자동이나 수동 복귀 모드들을 결합할 것이다. 모든 중요한 구성 부분들은 바람직하게는 지능적이고 자동이다. 상기 지능은 다음과 같이 요약된다. 전원(예를 들어, 발전기 같은)이 기동 되었을 때 그것에 결합한 전력 변화기는 출력을 조정하고 원하는 출력 전압으로 증가시킨다. 상기 결합한 보호개폐기는 준비와 닫힘 상태를 탐지한다. 상기 전원은 백피드에 대해 안정하고 온라인에 있는 것을 감지하고 그것의 특정 출력 특성으로 천이한다.

심각한 과부하가 발생한 때 고장 전류는 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성에 의하여 제한된다. 상기 보호개폐기는 빠르게 위치하고 감지기를 참고하여 고장을 분류한다. 상기 고장이 지속한다면 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성은 출력 전압을 감소시킬 것이다. 모든 전기 부하들은 쉐드되거나 지역 에너지 저장장치로 되돌아간다. 상기 보호개폐기는 영향받은 출력을 개방해도 안전한지 감지한다. 상기 고장이 제거되었을 때, 쉐드되었거나 지역 에너지 저장장치로 되돌아갔던 모든 전기 부하들, 출력 전압은 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성에 의하여 회복되고 상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성은 제거된다.

상기 전력 분배 시스템은 제2서비스 분배 시스템에 전력을 공급하기 위하여 적어도 하나의 전원을 포함하는 제2발전 시스템을 더 포함할 것이다. 상기 제2서비스 분배 시스템은 바람직하게는 분배 전압과 분배 전류를 옮기기 위한 적어도 하나의 직류 분배 버스바와 접접들을 가진 보호개폐기를 포함하는 적어도 하나의 배전반을 포함한다. 상기 지역 전력 분배 시스템의 상기 지역 에너지 저장장치는 상기 제2서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결될 수 있다. 이런 식으로, 상기 지역 에너지 저장장치는 상기 제1서비스 분배 시스템 및/또는 상기 제2서비스 분배 시스템으로부터 공급될 수 있다.

상기 전력 분배 시스템이 해양 전력 및 추진 시스템의 한 부분을 형성하는 경우에는 제1추진 구동 시스템, 제2추진 구동 시스템, 적어도 하나의 전원을 포함하는 제1추진 발전 시스템, 적어도 하나의 전원을 포함하는 제2추진 발전 시스템을 더 포함할 것이다. 상기 제1 및 제2추진 구동 시스템 각각은 추진 모터에 의하여 구동되는 프로펠러를 포함할 것이고 그것의 전력 조류는 전력 변환기에 의하여 조정된다. 상기 제1 및 제2추진 구동 시스템 각각은 전력 변환기에 전력을 공급하는 발전기를 구동하는 원동기(예를 들어, 터빈같은)을 포함할 것이다.

상기 제1추진 구동 시스템은 바람직하게는 3개의 전원 입력을 가지며, 각 입력은 선택할 수 있다. (예를 들어, 수동으로 연결된 링크들의 시스템 장비 또는 다른 적합한 절연장비들에 의하여) 상기 제1전원 장치 입력은 상기 제1추진 발전 시스템에 연결할 것이고, 상기 제2전원 장치 입력은 상기 제2추진 발전 시스템에 연결할 것이며, 상기 제3전원 장치 입력은 상기 제1서비스 분배 발전 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결될 것이다. 그러므로 상기 제1추진 구동 시스템은 상기 제1전원 장치 입력을 통하여 상기 제1추진 발전 시스템에 의하거나/의하고 상기 제2전원 장치 입력을 통하여 상기 제2추진 발전 시스템에 의하여 전력을 공급받을 것이다. 전력은 또한 상기 제3전원 장치 입력을 통하여 상기 제1서비스 분배 시스템으로부터 상기 제1추진 구동 시스템으로 공급될 수도 있다. 만약 상기 제1추진 구동 시스템이 재생 모드에서 동작한다면 그것은 또한 상기 제1서비스 분배 시스템에 전력을 공급하는데에 사용될 수도 있다.

상기 제2추진 구동 시스템은 바람직하게는 3개의 전원 입력을 가지며, 각 입력은 선택할 수 있다. (예를 들어, 수동으로 연결된 링크들의 시스템 장비 또는 다른 적합한 절연장비들에 의하여) 상기 제1전원 장치 입력은 상기 제1추진 발전 시 스템에 연결할 것이고, 상기 제2전원 장치 입력은 상기 제2추진 발전 시스템에 연결할 것이고, 상기 제3전원 장치 입력은 상기 제2서비스 전력 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결될 것이다. 그러므로 상기 제2추진 구동 시스템은 상기 제1전원 장치 입력을 통하여 상기 제1추진 발전 시스템에 의하거나/의하고 상기 제2전원 장치 입력을 통하여 상기 제2추진 발전 시스템에 의하여 전력을 공급받을 것이다. 전력은 또한 상기 제3전원 장치 입력을 통하여 상기 제2서비스 분배 시스템으로부터 상기 제2추진 구동 시스템으로 공급될 수도 있다. 만약 상기 제2추진 구동 시스템이 재생 모드에서 동작한다면 그것은 또한 상기 제2서비스 전력 분배 시스템에 전력을 공급하는데에 사용될 수도 있다.

만약 상기 제1 및 제2서비스 분배 시스템의 배전반이 상호결합되거나 교차하여 링크되어 있다면 상기 전력 분배 시스템의 양쪽 사이에 더욱더 여분이 제공될 수도 있다.

상기 제1추진 발전 시스템은 바람직하게는 제1 및 제2전원 장치 출력을 가지며, 각각은 선택할 수 있다.(예를 들어, 수동으로 연결된 링크들의 시스템 장비 또는 다른 적합한 절연장비들에 의하여) 상기 제1전원 장치 출력은 상기 제1추진 구동 시스템의 상기 제1전원 장치 입력에 연결될 것이고 상기 제2전원 장치 출력은 상기 제2추진 구동 시스템의 상기 제1전원 장치 입력에 연결될 것이다. 그러므로 상기 제1추진 발전 시스템은 상기 제1전원 장치 출력을 통하여 상기 제1추진 구동 시스템에 전력을 공급하거나/공급하고 상기 제2전원 장치 출력을 통하여 상기 제2추진 구동 시스템에 전력을 공급할 것이다. 만약 상기 제1추진 발전 시스템이 선택가능하고 상기 제1서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결된 제3전원 장치 출력을 가진다면 전력은 또한 상기 제1서비스 분배 시스템에 제공될 수도 있다.

상기 제2추진 발전 시스템은 바람직하게는 제1 및 제2전원 장치 출력을 가지며, 각각은 선택할 수 있다.(예를 들어, 수동으로 연결된 링크들의 시스템 장비 또는 다른 적합한 절연장비들에 의하여) 상기 제1전원 장치 출력은 상기 제1추진 구동 시스템의 상기 제2전원 장치 입력에 연결될 것이고 상기 제2전원 장치 출력은 상기 제2추진 구동 시스템의 상기 제2전원 장치 입력에 연결될 것이다. 그러므로 상기 제2추진 발전 시스템은 상기 제1전원 장치 출력을 통하여 상기 제1추진 구동 시스템에 전력을 공급하거나/공급하고 상기 제2전원 장치 출력을 통하여 상기 제2추진 구동 시스템에 전력을 공급할 것이다. 만약 상기 제2추진 발전 시스템이 선택가능하고 상기 제2서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결된 제3전원 장치 출력을 가진다면 전력은 또한 상기 제2서비스 분배 시스템에 제공될 수도 있다.

상기 전력 분배 시스템은 전력이 다음 중 하나 또는 다수에 의하여 적어도 하나의 배전반을 통하여 제1서비스 분배 시스템으로 공급될 수 있도록 구성될 것이 다: 예를 들어, 제1발전 시스템, 지역 전력 분배 부시스템의 지역 에너지 장치, 재생모드에서 동작하는 추진 구동 시스템, 추진 발전 시스템, 그리고 기지가 육상에 있는 (shore-based) 전원 장치와 같은 원격 전원 장치 시스템.

상기 제1발전 시스템의 적어도 하나의 전원은 바람직하게는 다음 중 하나 또는 다수이다: 디젤 발전기, 가스 터빈 발전기, 증기 터빈 발전기, 복합 사이클 가스 증기 발전기, 밀폐 사이클(무산소 호흡) 디젤 발전기, 배터리, 연료전지, 플로우 전지, 플라이 휠 발전기, 슈퍼커패시터(즉, 매우 높은 용량과 용량 에너지 밀도를 가지는 커패스터), 초전도 자기 에너지 저장장치. 이것만이 아니라 다른 전원들도 사용될 수 있음이 쉽게 이해될 것이다.

상기 제1발전 시스템의 적어도 하나의 전원은 바람직하게는 전력 변환기에 의하여 상기 제1서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결된다.

상기 지역 전력 분배 부시스템의 상기 지역 에너지 저장장치는 또한 바람직하게는 전력 변환기에 의하여 상기 제1서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결된다. 두 경우, 상기 전력 변환기는 바람직하게는 펄스 폭 변조 DC/DC 변환기이다.

상기 DC/DC 변환기는 바람직하게는 전력이 상기 제1서비스 분배 시스템으로 부터 상기 지역 전력 분배 부시스템의 상기 지역 에너지 저장장치로 흐를 때 스텝-업 쵸퍼 (step-up chopper)처럼 분극하고, 상기 DC/DC 변환기는 상기 지역 전력 분배 부시스템의 상기 지역 에너지 저장장치로부터 상기 제1서비스 분배 시스템으로 흐를 때 스텝-다운 쵸퍼(step-down chopper)처럼 분극한다.

상기 제1발전 시스템의 적어도 하나의 전원의 출력 전압과 출력 전류는 바람직하게는 조정되어 전류의 흐름이 단방향이다. 이 이상의 조정은 정상 상태 출력 전압이 오프 로드 버스 전압 설정값(off load bus voltage setpoint)의 합이 될 수 있도록 하고 정상 상태 수하 요소(steady state droop component)가 부하 전류에 비례하여 정상 상태 출력 전압은 정상 상태 부하선(steady state load line)을 따른다. 정상 상태 부하점(steady state loading point) 근처에서의 과도 부하 전류 변동은 바람직하게는 출력 전압을 정상 상태 부하선의 기울기보다 더 작은 기울기를 갖는 과도 부하선(transient load line)을 따르도록 한다. 정상 상태 전류는 바람직하게는 특정 레벨로 제한된다. 만약 부하 전류가 과도하게 정상 상태 전류 제한을 초과하고 특정 과도 전류 제한 레벨을 초과하지는 않았으나 접근한다면, 출력 전압은 바람직하게는 과도하게 정상 상태 부하선에 따라 감소할 것이고 정상 상태 전류가 정상 상태 전류 제한 밑으로 감소할 때 정상 상태 부하선으로 회복할 것이다. 만일 부하 전류가 계속하여 정상 상태 전류 제한을 초과하거나 특정 과도 전류 제한을 초과한다면 폴드백이 적용되어 출력 전압과 출력 전류는 재생 절차에 따라 제로(0)로 감소하고, 출력 전압과 출력 전류는 부하 임피던스가 특정 레벨을 넘어 서 증가할 때까지 제로(0)에 남는다. 만일 부하 임피던스가 특정 레벨을 넘어서 증가한다면 부하 전압은 초기에 부분적으로 회복하고 바람직하게는 원하는 동작 포인트로 끌어 올려진다.

상기 부하 전압은 전력 분배 시스템 내에서 최종 전압 과도값을 최소화하기 위하여 지정되는 시변(time-variable) 증가율에 따라 원하는 동작 포인트로 끌어 올려질 수 있다.

상기 분배 전압은 바람직하게는 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 과도 부하선 함수와 상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성의 부하 전류 함수의 변화율의 제한에 의하여 안정화된다.

상기 제1발전 시스템은 제1서비스 분배 시스템에 전력을 공급하기 위하여 다수의 병렬 연결된 전원을 포함할 것이다. 이 경우, 상기 다수 전원들의 정상 상태 전류 분담은 각 전원의 전원 폴드백 및 안정화 특성의 정상 상태 수하 함수(steady state droop function)에 의하여 조정될 수 있다. 상기 다수 전원들의 과도 전류 분담은 각 전원의 전원 폴드백 및 안정화 특성의 과도 부하선 함수에 의하여 조정될 수 있다.

상기 적어도 하나의 개폐기는 분배 버스바들, 인커밍(incoming) 버스바들. 아웃고잉(outgoing) 버스바들을 포함할 것이다. 전기전자적으로 작동하는 적어도 하나의 오프-로드 2극(off-load double pole) 스위치는 바람직하게는 분배 버스바들에 연결된다. 상기 적어도 하나의 개폐기는 바람직하게는 전자 프로세서, 모든 분배 버스바들, 인커밍 버스바들과 아웃고잉 버스바들 위의 전류 감지기, 모든 분배 버스바들, 인커밍 버스바들과 아웃커밍 버스바들 위의 전압 감지기, 인터-트리핑 입력들, 인터-트리핑 출력들 그리고 스위치 작동기를 위한 드라이버들을 포함하는 전자 제어 시스템에 의하여 조정된다. 상기 전자 제어 시스템은 또한 국부 작동 인터페이스와 원격 제어 인터페이스를 포함할 것이다.

(a) 상기 분배 전압 양단에 과도하게 낮은 임피던스가 연결하게 하는 고장, (b) 상기 전력 분배 시스템에서 자동으로 발생하는 오버라이딩 인터트리핑 명령, (c) 상기 전력 분배 시스템에서 수동으로 발생하는 오버라이딩 인터트리핑 명령, (d) 원격으로 발생하는 오버라이딩 인터트리핑 명령 중 하나와 전원 폴드백 및 안정화 특성의 상호 작용에 의하여 상기 분배 전압과 상기 분배 전류가 허용가능한 레벨로 감소한 때에만 개방되도록 만들어지는 상기 보호개폐기의 접점; 및

(a) 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성과 전원 기동 시퀀스, (b) 부하 쉐딩 및 안정화 특성 중 하나에 의하여 제한될 수 있도록 상기 접점 양단의 극성이 있을 때에만 닫히도록 만들어지는 상기 보호개폐기의 접점;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템을 제어하는 방법은,

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성과 상기 전원 기동 특성에 따라 상기 하나 이상의 전원을 조정하는 단계; 및

상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성에 따라 상기 하나 이상의 전기 부하를 조정하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법을 또한 제공한다.

상기 분배 전압은 바람직하게는 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 과도적인 부하선 함수에 의하여 그리고 상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성의 부하 전류 함수의 변화율을 제한하는 것에 의하여 안정화된다.

상기 전력 분배 시스템은 바람직하게는 전원 기동 시퀀스를 구비하며,

여기서, 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 오프 로드 버스 전압 설정값은 초기에 제로(0)로 설정되고;

상기 제1발전 시스템의 적어도 하나의 전원은 (a) 상기 제1서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반이 닫히는 것으로 인하여 분배 전압의 존재와, (b) 상기 전력 분배 시스템 내에서 자동으로 생성되는 오버라이딩 기동 명령과, (c) 상기 전력 분배 시스템 내에서 수동으로 생성되는 오버라이딩 기동 명령, 그리고 (d) 원격으로 생성되는 오버라이딩 기동 명령 중 하나를 감지함으로써 전력 공급을 시작할 필요를 탐지하며;

전력 공급을 시작할 필요를 탐지할 때, 상기 적어도 하나의 전원이 시작되고 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 오프 로드 버스 전압 설정값이 원하는 동작 포인트까지 끌어 올려진다.

상기 부하 전압은 적어도 하나의 전원의 동적 성능에 따라 그리고 적어도 하나의 전원이 전력 분배 시스템 내에서 총 부하 전류를 점차 증가하는 비율로 공급하도록 하기 위한 필요성에 따라 전력 분배 시스템 내에서 최종 전압 과도값을 최소화하기 위해 지정되는 시변 증가율(time-variable ramp rate)에 따라 원하는 동작 포인트까지 끌어 올려질 수 있다.

상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성은 바람직하게는 부하 전류가 임의의 원하는 값을 얻을 수 있게 허용되지만 항상 오버라이딩 조정기 함수를 따르도록 전류 제한에 따라 상기 부하 전류를 조정하는 단계를 포함하고,

상기 오버라이딩 조정기 함수는,

분배 전압 과도로부터 발생하는 부하 전류의 변화율을 제한하고;

부하 전류가 전류 제한을 초과하도록 할 수 있는 임의의 동작을 저지하며;

그리고 상기 전류 제한은,

특정 전류 제한까지는 조정이 가능하나 이를 초과하지는 않으며;

공급 전압이 부하 쉐딩 임계값을 초과할 때에는 일정하게 유지되고;

공급 전압이 부하 쉐딩 임계값 이하이고 모든 공급 전압 레벨에서 절대값이 최소인 부하 전압 이상으로 감소할 때 점진적으로 감소되며;

공급 전압이 절대값이 최소인 부하 전압보다 더 작을 때 제로(0)로 설정되고;

공급 전압이 절대값이 최소인 부하 전압보다 더 작은 값으로부터 특정 값에 이르기까지 증가할 때 제로(0)로 설정되며;

공급 전압이 증가될 때 점진적으로 증가된다.

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성, 부하 쉐딩 및 안정화 특성, 및 전원 기동 시퀀스의 모든 파라미터는 바람직하게는 임의의 편리한 수단에 의해 프로그래밍가능하다.

상기 전력 분배 시스템은 바람직하게는 상기 전력 분배 시스템에 저임피던스 고장이 발생하는 상황에서 과전류를 방지하는 시퀀스를 구비하고,

상기 과전류 방지 시퀀스는:

상기 전력 분배 시스템 내에서 저임피던스 고장을 찾아내는 단계;

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성을 적용함으로써 상기 고장 전류 및 분배 전압을 제한하는 단계;

상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성을 적용함으로써 상기 부하 전류를 제한하는 단계;

고장 차단을 탐지하는 단계;

상기 보호개폐기의 접점을 개방하는 단계;

상기 보호개폐기의 접점의 개방에 의하여 야기된 상기 분배 전압의 부분적인 복구를 기다리는 단계;

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 적용에 의하여 야기된 상기 분배 전압의 완전한 복구를 기다리는 단계;

상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성의 적용에 의하여 야기된 상기 부하 전류의 재적용을 기다리는 단계;를 포함한다.

상기 전력 분배 시스템은 바람직하게는 다목적 보호 또는 전력 관리 시퀀스를 구비하고,

상기 다목적 보호 또는 전력 관리 시퀀스는:

상기 보호개폐기의 개방될 것을 요구하는 임의의 전력 관리 조건을 설정하거나 고장 조건을 탐지하는 단계;

오버라이딩 인터트리핑 명령을 생성하는 단계;

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성을 적용하여 상기 분배 전압을 제한하는 단계;

상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성을 적용하여 상기 부하 전류를 제한하는 단계;

부하 전류 차단을 탐지하는 단계;

상기 보호개폐기의 접점을 개방하는 단계;

상기 보호개폐기의 접점의 개방에 의하여 야기되는 상기 분배 전압의 부분적인 복구를 기다리는 단계;

상기 지역 전력 분배 부시스템의 상기 지역 에너지 저장장치는 상기 제1서비스 분배 시스템으로부터 전력을 수신하거나 이 시스템으로 전력을 공급할 수 있다. 상기 전력은 바람직하게는 상기 지역 에너지 저장장치를 재충전하는 단계와, 상기 지역 전력 분배 부시스템의 상기 지역 전원 장치에 전력을 공급하는 단계와, 상기 제1서비스 분배 시스템에 전력을 공급하는 단계와, 벌크 에너지 저장장치를 제공하는 단계와, 임의의 목적을 위해 전력을 연속적으로 공급하는 단계와, 분배 전압을 안정화하는 것을 돕기 위해 전력을 과도하게 공급하는 단계와, 불량한 과도 응답을 가지는 다른 전원을 지원하기 위해 전력을 과도하게 공급하는 단계와, 상기 제1서비스 분배 시스템이 고장나는 경우 상기 지역 전원 장치가 독립적으로 동작할 수 있게 상기 지역 에너지 저장장치와 상기 제1서비스 분배 시스템 사이에 절연을 제공하는 단계와, 또는 상기 지역 에너지 저장장치나 상기 지역 전원 장치가 고장나는 경우 상기 지역 에너지 저장장치와는 독립적으로 상기 제1서비스 분배 시스템이 동작할 수 있게 하는 단계를 위하여 조정된다.

본원 발명인, 전력 분배 시스템은 선박용 전력과 추진 시스템으로 하여금 최대의 전력 밀도, 효율성, 안정성 얻을 수 있도록 하고 모듈러 접근과 표준 인터페이스의 방법에 의한 장래의 기술 삽입을 용이하게 한다.

또한 본원 발명인, 전력 분배 시스템 및 그 제어 방법은 육상(land-based) 또는 항공(aircraft-based) 시스템과 같은 다른 종류의 전력 분배 시스템에 사용될 수 있다.

비록 다음 설명이 해양 적용을 위한 전력 분배 시스템에 직접적이라고 하더라도, 특히 함정과 잠수함에 적합한 전력 분배 시스템, 비슷한 토폴로지와 제어 방법은 예를 들어 육상(land-based) 또는 항공(aircraft-based) 시스템과 같은 다른 종류의 전력 분배 시스템에 사용될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

본원 발명에 따른 전력 분배 시스템의 기본적인 토폴로지는 지금 도 2를 참 조하여 설명될 것이다. 도 2의 모든 입력들, 출력들, 단자들, 상호 접속들은 2극 직류 타입(double pole direct current type)이라고 이해될 것이다.

제1추진 발전 시스템(Propulsion Power Generation System, PPGC)은 출력 변환기(3)에 전력을 공급하기 위하여 발전기(2)를 구동하는 터빈(1)을 포함한다. 유사하게, 제2추진 발전 시스템은 출력 변환기(12)에 전력을 공급하기 위하여 발전기(11)를 구동하는 터빈(10)을 포함한다. 제1추진 구동 시스템(Propulsion Drive System, PDS)은 추진모터(5)에 의하여 구동되는 프로펠러(6)를 포함하고 그것의 전력 조류는 추진 변환기(4)에 의하여 조정된다. 유사하게, 제2추진 발전 시스템은 추진 모터(8)에 의하여 구동되는 프로펠러(9)를 포함하고 그것의 전력 조류는 추진변환기(7)에 의하여 조정된다. 상기 출력 변환기(3),(12) 각각은 세 개의 출력 단자를 가지고 상기 추진 변환기(4),(7) 각각은 세 개의 입력 단자를 가지며, 그러한 모든 단자들은 링크된 배열(linking arrangment)을 가지고 아래에서 더 자세하게 설명될 것이다.

상기 발전기(2),(11)은 많은 다른 구성 요소들을 사용함으로써 구현될 것이고 그 선택은 보통 원동기의 종류에 의하여 영향을 받을 것이다. 예를 들어, 통상적인 가스 터빈 발전기는 영국의 CV21 1BU, 위윅쉬어, 럭비, 보우톤 로드에 있는 컨버팀 주식회사(Converteam Ltd of Boughton Road, Rugby, Warwickshire, CV21 1BU, United Kingdom, 이하 컨버팀이라 한다)에 의해 공급되는 고체 극 동기기의 2 극 터보 범위(Two Pole Turbo range of solid pole synchronous alternators)을 사용함으로써 구현될 것이다. 더 빠른 터빈 발전기는 컨버팀에 의해 공급되는 모토 그랜드 비테세 (Motor Grand Vitesse)를 사용함으로써 구현될 것이다. 마지막으로, 더 느린 터빈 및 디젤 엔진 발전기는 컨버팀에 의해 공급되는 돌극동기기(salient pole synchronous machine)의 알파(ALPHA), 베타(BETA), 감마(GAMMA) 범위를 사용함으로써 구현될 것이다.

상기 추진 변환기(4),(7)은 컨버팀에 의해 공급되는 펄스 폭 변조(PWM) 전압원 변환기의 VDM2500, MV7000, 그리고 MV3000 범위를 사용함으로써 구현될 것이다.

상기 추진 모터(5),(8)은 컨버팀에 의해 공급되는 진보 유도 모터(Advanced Induction Motors)를 사용함으로써 구현될 것이다.

제1선박 서비스 발전 시스템(Ship Service Power Generation System, SSSPGS)은 출력 변환기(15)에 전력을 공급하기 위한 발전기(14)를 구동하는 디젤 엔진(13)을 포함한다. 유사하게, 제2선박 서비스 발전 시스템은 출력 변환기(19)에 전력을 공급하기 위한 발전기(18)를 구동하는 디젤 엔진(17)을 포함한다. 다수 지역 전력 분배 부시스템 각각은 통상적인 저전압 분배 시스템으로 전력을 공급하고 제1DC/DC 변환기(21) 및 제2DC/DC 변환기(24)에 연결된 지역 에너지 저장장치(Zonal Energy Store, ZES)(22)로부터 전력을 끌어오는 지역 전력 공급 장 비(Zonal Power Supply Unit, ZPSU)(23)를 포함한다. 도 2에서는 세 개의 지역 전력 분배 부시스템을 나타내나 실질적으로 더 많이 또는 더 적게 사용될 것이다.

상기 발전기(14),(18)은 컨버팀에 의해 공급되는 돌극 동기기의 알파(ALPHA), 베타(BETA), 감마(GAMMA) 범위를 사용함으로써 구현될 것이다.

상기 출력 변환기(15),(19)는 컨버팀에 의해 공급되는 펄스 폭 변조 전압원 인버터의 VDM2500, MV7000, 그리고 MV3000 범위를 사용함으로써 구현될 것이다.

상기 DC/DC 변환기(21),(24)와 지역 전원 장치(23)은 컨버팀에 의해 공급되는 델타(DELTA) 모듈을 사용함으로써 구현될 것이다.

제1선박 서비스 분배 시스템은 (Ship Service Distribution System, SSDS)은 아래에서 더 상세하게 설명할 배전반(16),(26),(28) 사이에 끼우는 직류 분배 버스바(25),(27),(29)를 포함한다. 유사하게, 제2선박 서비스 분배 시스템은 배전반 (20),(31),(33) 사이에 끼우는 직류 분배 버스바(30),(32),(34)를 포함한다. 도 2에서, 상기 제1 및 제2선박 서비스 분배 시스템 각각은 세 개의 배전반을 포함하는데 이 수량은 지역 전력 분배 부시스템의 수량과 연관되나 실질적으로 더 많이 또는 더 적게 사용될 것이다. 육지 공급(shore supply)(39)는 육지 공급 출력 변환기 (38)에 연결된다.

전력 분배 시스템의 다양한 구성 요소 부분들은 다음과 같이 상호연결된다:

상기 추진 변환기(4)의 제1입력은 상호연결(41)에 의하여 상기 출력 변환기(3)의 제1출력에 연결된다.

상기 추진 변환기(4)의 제2입력은 상호연결(43)에 의하여 상기 출력 변환기(12)의 제1출력에 연결된다.

상기 추진 변환기(4)의 제3입력은 상호연결(42)에 의하여 상기 배전반(16)의 제1출력에 연결된다.

상기 추진 변환기(7)의 제1입력은 상호연결(46)에 의하여 상기 출력 변환기(3)의 제2출력에 연결된다.

상기 추진 변환기(7)의 제2입력은 상호연결(44)에 의하여 상기 출력 변환기(12)의 제2출력에 연결된다.

상기 추진 변환기(7)의 제3입력은 상호연결(45)에 의하여 상기 배전반(20)의 제1출력에 연결된다.

상기 출력 변환기(15)의 출력은 상기 배전반(16)의 제1입력에 연결된다.

상기 출력 변환기(19)의 출력은 상기 배전반(20)의 제1입력에 연결된다.

상기 출력 변환기(3)의 제3출력은 상호연결(47)에 의하여 상기 배전반(16)의 제2입력에 연결된다.

상기 출력 변환기(12)의 제3출력은 상호연결(48)에 의하여 상기 배전반(20)의 제2입력에 연결된다.

상기 DC/DC 변환기(21)의 공급단자는 상기 배전반(16)의 제2출력에 연결된다.

상기 DC/DC 변환기(24)의 공급단자는 상기 배전반(20)의 제2출력에 연결된다.

상기 배전반(16)의 교차결합 단자는 교차결합(35)에 의하여 상기 배전반(20)의 교차결합 단자에 결합된다.

상기 배전반(26)의 교차결합 단자는 교차 결합(36)에 의하여 상기 배전반(31)의 교차결합 단자 및 육지 공급 링크(37)에 의하여 상기 출력 변환기(38)의 출력 단자에 결합한다.

유사하게, 배전반(26),(28),(31),(33)은 추가 지역 전력 분배 부시스템에 연결된다.

유사하게, 배전반(28),(33)은 교차결합(40)에 의하여 연결된다.

"입력"과 "출력"이 전력 조류의 일반적인 방향을 나타내는 것은 쉽게 인식될 것이나 전력 조류가 어떤 상황에서 입력의 밖으로 그리고 출력으로 흐르는 경우가 있을 것이다. 예를 들어 전력은 상호연결(42)을 통하여 보통 상기 배전반(16)의 제1출력으로부터 상기 추진 변환기(4)의 제3입력으로 흐를 것이다. 그러나, 만약 상기 추진 모터(5)가 재생 모드에서 작동된다면 전력은 상호연결(42)을 통하여 상기 추진 변환기(4)의 제3입력으로부터 상기 배전반(16)의 제1출력으로 흐를 것이다.

전류가 단락 회로에서 흐르거나 저저항 고장이 차단되는 때의 절차가 도 3을 참조하여 설명될 것이다. 이 설명을 위해, 고장은 DC/DC 변환기(21)에서 발생하는 것으로 간주된다. 가변 부하 전류는 상기 고장에 우선하여 흐르고 디젤 엔진(13), 발전기(14)와 출력 변환기(15)를 포함하는 전원의 보호 작동은 고장을 차단하는 것으로 간주된다. 그러나, 다음 설명은 전력 분배 시스템 내 어디서든지 그리고 전력 분배 시스템에 공급하는 어떤 전원에서 일어날지도 모르는 고장에 동등하게 적용된다는 것을 유념해야할 것이다.

도 3은 상기 디젤 엔진(13), 상기 발전기(14) 그리고 상기 출력 변환기(15)를 포함하는 전원에서 가변 출력 전류에 대한 출력 전압 특성을 보여준다. 상기 디젤 엔진(13)은 통상적인 조속기(governor)에 의해서 조정되고 어떤 편리한 회전 속도로 움직이도록 설정된다. 상기 발전기(14)는 통상적인 자동 전압 조정기 (Automatic Voltage Regulator, AVR)에 의해 조정되고 발전기 출력 전압은 임의의 편리한 레벨로 설정된다. 상기 출력 변환기(15)는 도3에서 보여지는 폴드백 및 안정화 특성에 따라 조정기에 의해 조정된다; 이 특성은 통상적인 조속기와 자동 전압 조정기의 작동과 실질적으로 독립적이다. 임의의 편리한 조정기의 종류는 출력 변환기(15)를 조정하는 목적으로 사용될 것이나 프로그램 가능 디지털 조정기가 선호하는 종류일 것이다.

오프 로드 버스 전압 설정값(이하 "설정값")은 상기 출력 변환기(15)의 조정 기에 제공되어 지고 상기 폴드백 및 안정화 특성의 모든 다른 영역들은 이로부터 비롯된다. 상기 DC/DC 변환기(21)에서 부하 전류 정상적인 작동은 점진적으로 증가하는 것이고 상기 출력 변환기(15)에서 출력 전류는 또한 점진적으로 증가하는 것이며 상기 출력 변환기(15)에서 출력 전압은 정상 상태 수하(steady state droop)에 따라 설정값과 비교하여 밑으로 처진 정상 상태 부하선(steady state load line)을 따라 감소한다. 정상 상태 수하는 출력 전압에 비례할 것이고 또는 그것은 어떤 다른 적당한 특성에 순응할 것이다. 조정기 작동을 빠르게 함으로써 부하 전류에서의 과도 변화와 대응하는 출력 전류는 출력 전압을 정상 상태 부하선으로부터 옮겨놓을 것이다. 만약 출력 전류와 출력 전압의 정상 상태 평균값이 도 3에서 보여주는 정상 상태 부하점(loading point)이고 출력 전류의 과도 섭동이 정상 상태 부하점 근처에서 일어난다면 출력 전압은 예시 정상 상태 부하점 근처에 있는 과도 부하선(transient load line)에 순응할 것이다. 과도 부하선은 정상 상태 부하점의 양방향으로 뻗어가는 파선 화살표로 도 3에 나타나고 출력 전류 과도 섭동에 비례하는 정도만큼 정상 상태 부하선으로부터 떨어져 있을 것이며, 또는 임의의 다른 적합한 특성에 순응할 것이다.

출력 전류가 속동 오버라이딩 과도 전류 제한에 적용받아 출력 전압은 과도 전류 제한 초과로부터 출력 전류의 순간 레벨을 보호하기 위하여 감소된다. 부하전류가 또한 정상 상태 전류 제한에 적용받아 출력 전압은 정상 상태 전류 제한 초과로부터 출력 전류의 정상 상태 평균 레벨을 보호하기 위하여 감소된다. 만일 부하 저항이 정상 상태 폴드백 특성의 기울기보다 아래로 떨어진다면 폴드백이 적용된다. 이것은 과도 출력 전류 제한이 출력 전압에 의존하는 레벨로 감소한다는 것을 의미하고 이러한 의존은 출력 전류와 출력 전압의 재생적인 감소를 야기하는 것과 같다. 재생 동작은 출력 전류와 출력 전압이 거의 제로(0)로 감소하는 점으로 모이게 한다. 실질적으로, 고장이 적용되고 동시에 정상상태 출력 전류가 정상상태 전류 제한에 접근하는 때에, 출력 전류는 과도 전류 제한 동작이 출력 전압을 붕괴하게 할 때까지 빠르게 증가할 것이다. 폴드백은 그때 적용되고 고장은 출력 전류와 출력 전압이 제로(0)로 접근한 때 차단된다. 실질적인 폴드백 특성은 과도 전류 제한이 작고, 제로(0)가 아닌 것이고, 이유는 지금 설명될 것이다.

고장 전류가 실질적으로 차단되었을 때 작고, 제로(0)가 아닌 점에서, 출력 전류는 상기 배전반(16)의 보호개폐기를 통하여 상기 DC/DC 변환기(21)에 의하여 나타나는 부하로 흐를 것이다. 만일 이 개폐기가 열리고 작고, 제로(0)가 아닌, 전류 레벨을 차단할 수 있다면 분배 전압은 증가할 것이고, 다른 부하가 존재하지 않는다.

다른 부하가 존재하지 않는 경우, 고장은 분배 전압이 증가한 때에 제거된다고 알려진다. 분배 전압이 증가한 때에 부하 저항이 정상 상태 폴드백 특성의 기울기를 넘어서 증가한다면 폴드백의 재생 동작은 해제되고 분배 전압은 설정값에 의해 설정된 레벨로 돌아간다.

상기 DC/DC 변환기(21)에 병렬 연결된 다른 부하가 있는 경우에, 이 부하에 의해 존재하는 저항이 정상상태 폴드백 특성의 기울기보다 작다면 폴드백은 해제되지 않을 것이다. 다수의 부하들이 병렬로 연결되어 있을 때 그들은 고장 차단과 해제 후의 동작으로 되돌려져야만 하고, 분배 전압이 폴드백이 해제되도록 하기 위하여 정상 운용 레벨 아래로 감소한 때 그들은 부하를 쉐드(shed)할 필요가 있다.

본원 발명의 폴드백 및 안정화 특성의 이점은 보호개폐기가 제로(0)전류-제로(0)전압 조건 근처에서 작동하도록 요구되어 지므로, 직류에 반대하여 사용되는 복잡한 아크 제어 장치가 있는 통상적인 개폐기를 사용할 필요를 피할 수 있다는 데에 있다. 각각의 전원 출력 특성이 속동 조정기 함수와 전력 전자에 의하여 조정될 것이므로 폴더백 및 안정화 특성은 또한 다수 그리고 이종의 전원들의 병렬결합을 용이하게 한다. 이런 식으로 이종의 발전기의 고유 임피던스 및 응답 특성들은 분리될 수 있다.

결합된 부하 쉐딩 및 안정화 특성은 지금 도 4를 참조하여 더 자세하게 설명될 것이다. 이 설명을 위해, 도 3을 참조하여 앞에서 설명된 것과 같은 고장은 추가 부하가 상기 프로펠러(6), 상기 추진 모터(5), 상기 추진 변환기(4)를 포함하는 추진 구동에 의하여 존재하는 동안 상기 DC/DC 변환기(21)에서 발생하는 것으로 간주된다. 이것은 상기 DC/DC 변환기(21)과 추가 부하가 병렬로 연결됨을 의미한다. 가변 부하 전류는 고장에 우선하여 흐르고 상기 디젤 엔진(13), 상기 발전기(14), 상기 출력 변환기(15)를 포함하는 전원의 보호 동작은 고장을 차단하는 것으로 간주된다.

상기 DC/DC 변환기(21)에서의 고장의 발생에 우선하는 상기 출력 변환기(15)의 출력 전류는 상기 DC/DC 변환기(21)과 추진 구동에 의하여 이끌어진 부하 전류들의 합이다. 추진 구동 부하는 상기 추진 변환기(4)를 제어하는 조정기에 의하여 조정된다. 추진 구동 부하는 일정한 추진력을 얻기 위하여 조정되거나 임의의 다른 동작 요구를 만족하기 위하여 조정된다. 그러나 일정한 전력의 경우 부하 쉐딩 및 안정화 특성의 설명의 목적을 잘 수행한다. 만약 일정한 추진력이 상기 추진 변환기(4)에 의하여 이끌어진다면 그것의 부하 전류는 그것의 공급 전압에 대체적으로 반비례할 것이다. (공급 전압 감소는 일정한 전력을 유지하기 위한 부하 전류 감소와 관계된다.) 그것은 추진 변환기 부하가 정격 전력에 있고 공급 전압이 정격 최소 한도 아래로 감소될 때, 정격 전류 제한을 초과하는 것을 예방하는 공급 전류 제한 기능을 가지는 추진 변환기로 유명하다. 도 4는 일정한 전력일 때 공급 전압과 부하 전류의 세 가지 곡선을 보여준다. 가장 높은 일정한 전력 곡선은 "일정 정격 전력(constant rated power)"으로 특정되고 이것은 정격 전류 제한(rated current limit)과 정격 부하에 대한 최소 전압(minimum voltage for rated load)을 교차한다. 만약 공급 전압이 이 교차 아래로 감소한다면 부하 전류는 초기에 정격 전류 제한 레벨로 일정하게 유지되고 추진 부하 전력은 공급 전압에 비례하여 감소 한다. 만약 공급 전압이 부하 쉐드 제한(load shed limit) 아래로 감소한다면 부하 쉐딩이 적용되고 부하 전류는 알려진 정격 전류로부터 빗나가고 제1공급 전압 종속 전류 제한에 따라 조정될 것이다. 이것은 추진 부하 전력이 공급 전압 비례보다 더 높은 명령 법칙에 따라 감소함을 의미한다. 부하 쉐딩은 공급 전압이 특정 절대 최소 부하 전압으로 감소할 때까지 적용되고 그 아래에서 분배 전압이 고장의 결과로 붕괴되고 부족 전압 트리핑이 발생한다.

부족 전압 트립이 발생한 때 추진 구동은 그것의 공급 전류가 상기 추진 변환기(4)에 의하여 끊어지는 제어 상태를 나타내고 추진 구동은 일단 고장 상태가 해제되면 빠른 재기동을 할 수 있는 제어 아래에 남는다. 추진 구동은 공급 전압이 부하 쉐딩이 해제되는 특정 레벨로 증가할 때까지 이러한 제어 상태에 남고 부하 전류는 정상 운용이 재개되는 때까지 제2공급 전압 의존 전류 제한을 통하여 증가하는 것이 허락된다.

위에서 설명된 부하 쉐딩의 특성은 추진 구동 또는 어떤 다른 부하가 공급으로부터 전력을 끌어오는 허용하는 것, 유용하게는, 제한 규정 내의 공급 전압을 제공하는 것에 유익하다. "일정 소비 전력 곡선(constant reduced power curve)"은 공급 전압이 부하 전류 곡선이 정격 전류 제한선과 부하 차단 임계가 교차하는 점으로 감소할 때까지 어떻게 공급 전류가 제한으로부터 자유로워지게 될 것인지를 보여준다. "허용되는 저공급 전압에서 일정 소비 전력(constant reduced power at permitted low supply voltage)"곡선은 추진 구동이 "정격 부하 전압(voltages for rated load)"의 범위보다 상당히 더 낮은 공급 전압을 가진 상대적으로 낮은 출력 전력에서 작동될 때 공급 전류가 어떻게 제한으로부터 자유로워지게 될 것인지를 보여준다. 예를 들어, 750V의 공칭 공급 전압 정격을 가지는 SSDS 전원장치로부터 작동하기 위하여, 예를 들어, 5kV 공칭 공급 정격을 가지는 중간 전압 구동 능력은 본원 발명에 의하여 허용되고 통상적인 전력 분배 시스템을 뛰어 넘는 뚜렷한 기술 이점을 제공한다. 더욱이, 본원 발명에서 "절대 최소 부하 전압(absolute minimum loaded voltage)" 아래 부하 쉐딩 특성은 전원 폴드백이 해제되는 것을 허용하는 것, 고장을 제거하기 위하여 열리도록 지시되는 보호개폐기를 제공하는 것에 유익하다.

부하 쉐딩 및 안정화 특성의 다른 면은 부하 전류의 변화량을 최소화하기 위한 부하의 조정이고 이는 공급 전압에서의 과도 변화 또는 구동 시스템에서의 다른 섭동에 대응하여 발생할 것이다. 이러한 경우, 만약 부하가 "예시 정상 상태 부하점(example steady stste loading point)"에서 작동하고 공급 전압 요동이 일어난다면 부하 전류는 일정 전력 곡선으로부터 벗어날 것이고 "예시 정상 상태 부하점에 대한 과도 부하선(transient load line about example steady stste loading point)"을 채택할 것이다. 숙련된 독자는 최소 동적 부하 저항이 불안정을 초래하지 않으면서 특정 동적 소스 저항을 가지는 전원에 적용될 수 있고 동적 소스 저항 (dynamic source resistance)의 함수임을 알 수 있을 것이다. (즉, 만약 동적 부하 저항이 너무 작다면 분배 전압은 안정화되지 않을 것이다.) 그러므로 본원 발명의 부하 쉐딩 및 안정화 특성은 동적 부하 저항이 동적 소스 저항에 대응하여 충분히 큼을 보증하는 필요한 수단을 제공하고, 분배 전압 안정화가 이루어졌음을 보증한다. "동적 소스 저항"과 "동적 부하 저항"이라는 말들이 실제 물리적 저항과 결과의 전력 소모가 분배 전압을 안정화하기 위하여 사용되어 짐을 의미하지는 않는다는 것을 유념해야 할 것이다. 그와 반대로, 그 말들은 동등한 수동 소자들의 효과와 전달 함수를 모방하는 고전적인 제어 함수를 참조한다. 부하 쉐딩 및 안정화 특성은 또한 공통 결합점에 하나의 부하보다 많은 부하의 병렬 연결을 용이하게 하고 부하 쉐딩은 공급 전압의 넓은 범위에서 효과적이다. 부하들과 전원들의 그룹이 병렬로 연결된 때, 전원 그룹에 의하여 체험되는 전체 동적 저항은 부하 특성들의 병렬 결합이고 이것들은 최대 설계 동적 소스 저항을 가진 안정한 동작을 달성하도록 프로그램밍될 것이다. 병렬 결합한 전원들이 분배 선로에 결합하면서 동적 소스 저항은 감소하고 안정화 여유는 증가할 것이다.

도 2의 전력 분배 토폴로지에서, 상기 DC/DC 변환기(21),(24)는 일상적으로 일부 시간 동안 부하로써, 그리고 잔여 시간 동안 전원으로서 동작하도록 요구될 것이다. ZES(22)를 충전되고/충전되거나 ZPSU(23)에 전력을 공급한 때, 상기 DC/DC 변환기(21),(24)의 조정기는 위에서 언급한 부하 쉐딩 및 안정화 특성에 따라야 한다. ZES(22)가 상기 DC/DC 변환기(21),(24)를 통하여 SSDS로 전력을 공급한 때, 상기 DC/DC 변환기(21),(24)의 조정기는 위에서 언급한 부하 쉐딩 및 안정화 특성에 따라야 한다. 무단계 양방향 전달은 이 특성들 사이에 요구된다. 추진 구동은 또한 양방향 전력 조류를 위한 용량이 주어질 것이다.

전원이 다른 전원으로부터 전력을 얻지못하거나 받는 것이 허락되지 않을 때, 도 3에서 보이는 폴드백 및 안정화 특성의 안티-백피디(anti-backfeed) 구역이 사용된다. 이 방법에 의할 때, 전에 존재한 공급 전압은 전원의 출력에 연결될 것이고 그것의 출력 전압은 특성의 안티-백피디 구역이 소멸되고 전원이 전력을 방출할 때까지 증가될 것이다. 안티-백피디 함수의 이점은 SSDS를 위하여 개폐기가 유입 전류를 겪지않거나 교류 분배 시스템에 통상적으로 결합되는 복잡한 동기화 장치를 가지는 전원을 요구함이 없이 전원 출력에서 닫힐 것이다.

배전반(16),(26),(28),(31) 그리고 (33) 내의 보호개폐기의 작동은 도 5를 참조하여 지금 설명될 것이다. 도 5는 도 1에서 사용된 독립선 형태(single line format)보다 전체 2극 형태(full double pole format)로 보임을 유념해야 하고 이유는 아래에서 더 자세하게 설명될 것이다. 상기 배전반(16),(26),(28),(31) 그리고 (33)의 기능성은 일반적인 기능성과 일치하고 이러한 일반적인 기능성은 어떤 특정 배전반 내의 정확한 회로를 상세하게 참고하지 않고 설명될 것이다. 특정 배전반의 상세한 회로소자는 오직 교환 입력과 출력의 수에 관한 도 5에서 보여지는 일반적인 배전반의 그것과 다르다. 배전반은 편리한 만큼의 입력과 출력의 수를 가지고 생산될 수 있음을 인식할 수 있을 것이다.

도 5의 일반적인 배전반은 다수의 전력 단자들을 포함한다. 절반의 전력 단자들(즉, 101,105,108,110 그리고 112로 명명된 것들)은 직류 시스템의 (+)극에 결합한다. 다른 절반의 전력 단자들(즉, 102,106,107,109 그리고 111로 명명된 것들)은 직류 시스템의 (-)극에 결합한다.

두 개의 분배 버스바들이 또한 제공된다. 상기 제1버스바(103)는 직류 시스템의 (+)극에 결합되고 상기 제2버스바(104)는 직류 시스템의 (-)극에 결합된다. 다수의 개별 링크들은 전력 단자들을 제1버스바와 제2버스바에 연결한다. 절반의 링크들은(즉, 113,116,117로 명명된 것들)은 직류 시스템의 (+)극에 결합한다. 다른 절반의 링크들(즉, 114,115,118로 명명된 것들)은 직류 시스템의 (-)극에 결합한다.

배전반은 두 개의 2극 모터 구동 스위치(119),(120)과 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은 전자 프로세서(139), 직류 시스템의 (+)극에 결합된 제1 직렬 전류 감지기들(129),(132),(134),(136) 그리고 (137), 직류 시스템의 (-)극에 결합된 제2 직렬 전류 감지기들 (130),(131),(133),(135) 그리고 (138), 직류 시스템의 (+)극에 결합된 제1 직렬 전압 감지기들(121),(123),(125) 그리고 (128), 직류 시스템의 (-)극에 결합된 제2 직렬 전압 감지기들(122),(124),(126) 그리고 (127), 국부 작동기 인터페이스(140), 원격 제어 인터페이스(143), 그리고 스위치 (119), (120)에 결합된 두 개의 상호 트리핑 인터페이스(141),(142)를 각각 포함한다.

상기 전자 프로세서(139)는 컨버팀에 의해 공급되는 PECe 마이크로컨트롤러를 사용함으로써 구현될 것이다. 상기 스위치(119),(120)는 PECe 마이크로컨트롤러에 적합하게 연결되는 전용 모터 구동 모듈 케이스와 샤시형 고속 직류 회로 차단기(High Speed Direct Current Circuit Breakers)를 사용함으로써 구현될 것이다.

상기 링크들(113),(114),(115),(116),(117) 그리고 (118)은 사용자가 전력 분배 시스템의 구역을 절연시킬 수 있도록 수동으로 결합된 링크들이나 이 링크들은 원한다면 부가 2극 모터 구동 스위치들에 의하여 대체될 수 있음을 알 수 있을 것이다.

이 설명을 위해, 상기 전력 단자들(111),(112)는 전원에 연결되는 것으로 간주되고 전력 단자들(109),(110)는 부하에 연결되는 것으로 간주된다.

개폐기 작동 절차는 제어 시스템을 상세하게 참고하지 않고 지금 설명될 것이다. 이는 아래에서 더 상세하게 설명될 것이다.

저저항 고장이 부하에서 일어난 때, 고장 전류는 상기 전력 단자(110)를 나와 상기 분배 버스바(103)를 통하여 상기 전력 단자(112)로 흐르고, 상기 전력 단 자(111)를 나와 상기 분배 버스바(104)를 통하여 상기 전력 단자(109)로 흐른다. 상기 회로는 상기 2극 스위치들(119),(120)에 의하여 완성된다. 제어 시스템은 고장이 부하에서 일어났음을 결정할 수 있고 제로(0)전류가 이 스위치에서 흐를 때 오직 상기 2극 스위치(119)를 개방함으로써 보호 시퀀스를 용이하게 한다. 상기 2극 스위치(120)가 또한 제로(0)전류가 이 스위치를 통하여 흐를 때 개방될 수 있음을 인지될 것이다. 그러나 이것은 다른 부하들이 상기 분배 버스바(103),(104)에 의해 전원에 연결된 때에는 좋지 않다. 왜냐하면 이 부하들은 위에서 설명한 고장의 차단 및 해제 이후 전원으로부터의 전력 조류의 재개에 의지하게 될 것이기 때문이다.

제어 시스템에 의하여 제공되는 약간의 이점은 지금 설명할 것이다.

상기 전자 프로세서(139)는 고장의 성질이 결정될 수 위도록 충분하게 빠른 응답을 가지는 전류 감지기(129)부터 (138)까지와 전압 감지기(121)부터 (128)까지에 의하여 발생한 신호들의 표본을 되풀이하여 만든다. 저저항 고장은 설명될 것이고 이 고장의 존재, 그것의 정확한 성질은, 전압 감지기(123),(124)와 함께 전류 감지기(133),(134),(135),(136)에 의하여 식별될 것이다. 폴드백 과정이 재생되고 고장 전류가 차단되기 전에, 고장 전류의 감지와 탐지가 행해지는 동안 전류 감지는 고장의 시초와 위치를 식별하기에 충분하다. 일단 폴드백이 재생되면, 고장 전류는 차단되고 분배 전압은 거의 제로(0)로 붕괴하고, 상기 전자 프로세서(139)는 스위치를 개방되어도 안정하다고 결정하고 스위치(119)는 개방된다. 위에서 간단하게 언급한 것처럼, 만약 상기 전자 프로세서(139)가 다른 부하들이 고장의 시초에 우선하여 전력을 공급받음을 인지한다면 스위치(119)는 보통 스위치(120)에 우선하여 열릴 것이다. 다른 부하들의 존재는 감지기(129),(131),(132),(137) 그리고 (138)를 사용하여 부하 전류를 감지함으로써 탐지될 것이다.

그러한 상기 전자 프로세서(139)와 감지기들의 포괄적인 배열은 다른 타입 고장의 넓은 범위를 탐지할 수 있을 것이고, 이러한 고장들은 직류 시스템의 (+)극과 (-)극에서 전류 흐름의 비대칭을 야기할 것임이 명백할 것이다. 예를 들어, 접지 고장은 전류를 오직 한 극에서만 흐르도록 한다고 알려졌다. 유사하게, 전압에서 비대칭을 접지 고장 동안 일어날 것이다. 그러므로 전원 출력 전류가 지나치지 아니한 때에 수행되어 지는 폴드백 특성을 야기할 수 있는 제어 시스템이 필요가 있고 이것은 인터트리핑 절차에 의하여 수행된다. 만약 상기 전자 프로세서(139)가 안전 전류와 분배 전압이 존재할 때 어떤 특정 스위치를 개방할 필요가 있다고 결정한다면 최초로 인터트리핑을 야기해야 한다. 도 5에서, 인터트리핑 신호(141), (142)는 각각 단자(111),(112)에 연결된 전원 및, 단자(109),(110)에 연결된 부하와의 통신에 전용된다. 만약 인터트리핑 신호가 인터페이스(142)로 출력된다면 단자(111),(112)에 연결된 전원은 영향을 주는 그것의 폴드백 특성을 가져야만 하고, 폴드백은 오버라이딩 인터트리핑 신호의 수신에 의하여 개시되어야 한다. 다른 경우에, 부하에서 심각한 고장 상태는 인터트리핑을 정당화하기 위한 것과 같다. 이 경우에, 인터트리핑 신호(141)의 수신은 인터트리핑 출력(142)을 사용하여 전원을 인터트립(inter-trip)할 필요에 의하여 전자 프로세서(139)에 의하여 차단될 것이다.

다른 경우에, 상기 전자 프로세서(139)는 특히 국부 조정기 인터페이스(140)에 의하여 발생한 국부 조정기 명령 및 원격 제어 인터페이스(143)에 의해 전달되는 외부에서 발생한 명령을 포함한 다른 명령들에 대응하여 인터트리핑 시퀀스를 발생할 것이다. 그러한 상기 전자 프로세서(139)는 또한 전력 분배 시스템에서 모든 전원이 인터트립되도록 전체적인 인터트리핑 인터페이스를 구비할 수도 있음을 인식할 것이다. 상기 스위치(119),(120)은 부정하게 개방되어서는 안 되고 그것들은 또한 상기 전자 프로세서(139)를 통하여 인터트립되고 연동하여야 함을 또한 인식할 것이다. 그러한 스위치들은 수동적인 복귀 작동 모드를 가질 것이고 인터트리핑은 초기 차단 접점(early break contact), 기계적 연동(mechanical interlock) 그리고 전자 프로세서를 가지는 적합한 인터페이싱(interfacing)의 수단에 의하여 개시될 것이다.

본원 발명에 따른 큰 전력 분배 시스템은 많은 이러한 타입의 스위치를 결합시킬 것임을 인식할 것이다. 상기 전력 분배 시스템은 물리적으로 광대해질 것이고 (+)극과 (-)극 사이에 상당한 전기 용량을 가질 것이다. 실질적인 부하들은 또한 (+)극과 (-)극 사이에 전기 용량을 가질 것이고 그것들의 부하 쉐딩은 불완전할 것 이다. 도 3을 참조하여 설명된 폴드백 및 안정화 특성은 이러한 이슈들과 도 6에서 보여지는 실질적인 특성을 고려하지 않음을 인식할 것이다. 이러한 실질적인 특성에서, 폴드백이 해제되어 있을 때 전압과 전류의 궤적은 고장이 해제된 후 분배 전압의 회복으로부터 발생하는 전류의 존재를 나타낸다.

도 1은 전체 전기 추진(FEP)을 사용하는 통상적인 해양 전력 및 추진 시스템의 개략도;

도 2는 본원 발명에 따른 전력 분배 시스템의 개략도;

도 3은 도 2의 전력 분배 시스템의 전원 부분의 출력 전압 대 출력 전류 특성을 보여주는 개략도;

도 4는 도 2의 전력 분배 시스템의 전기 부하 부분의 부하 전류 대 공급 전압 특성을 보여주는 개략도;

도 5는 도 2의 전력 분배 시스템의 보호개폐기 부분의 개략도; 및

도 6은 불완전한 부하 쉐딩의 영향이 나타나는 도 2의 전력 분배 시스템의 전원 부분의 출력 전압 대 출력 전류 특성을 보여주는 개략도.

Claims

분배 전압과 분배 전류를 운반하기 위하여 적어도 하나의 직류 분배 버스바와, 접점을 갖는 보호개폐기를 구비하는 적어도 하나의 배전반을 포함하는 제1서비스 분배 시스템에 전력을 공급하기 위하여 적어도 하나의 전원을 포함하는 제1발전 시스템;

적어도 하나의 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 지역 전력 공급 장비와, 상기 지역 전력 공급 장비에 전력을 공급하기 위하여 상기 제1서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결된 지역 에너지 저장장치를 포함하는 지역 전력 분배 부시스템;

전원 폴드백 및 안정화 특성과 전원 기동 특성에 따라 조정되는 상기 하나 이상의 전원;

부하 쉐딩 및 안정화 특성에 따라 조정되는 상기 하나 이상의 전기 부하;

(a) 상기 분배 전압 양단에 과도하게 낮은 임피던스가 연결하게 하는 고장, (b) 상기 전력 분배 시스템에서 자동으로 발생하는 오버라이딩 인터트리핑 명령, (c) 상기 전력 분배 시스템에서 수동으로 발생하는 오버라이딩 인터트리핑 명령, (d) 원격으로 발생하는 오버라이딩 인터트리핑 명령 중 하나와 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 상호 작용에 의하여 상기 분배 전압과 상기 분배 전류가 허용가능한 레벨로 감소한 때에만 개방되도록 만들어지는 상기 보호개폐기의 접점; 및

(a) 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성과 상기 전원 기동 시퀀스, (b) 상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성 중 하나에 의하여 제한될 수 있도록 상기 접점 양단의 극성이 있을 때에만 닫히도록 만들어지는 상기 보호개폐기의 접점;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
제1항에 있어서,

분배 전압과 분배 전류를 운반하기 위하여 적어도 하나의 직류 분배 버스바 와, 접점을 가지는 보호개폐기를 구비하는 적어도 하나의 배전반을 포함하는 제2서비스 분배 시스템에 전력을 공급하기 위하여 적어도 하나의 전원을 포함하는 제2발전 시스템을 더 포함하여 구성되고,

상기 지역 전력 분배 시스템의 상기 지역 에너지 저장장치는 상기 제2서비스 분배시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
제2항에 있어서,

제1추진 구동 시스템;

제2추진 구동 시스템;

적어도 하나의 전원을 포함하는 제1추진 발전 시스템; 및

적어도 하나의 전원을 포함하는 제2추진 발전 시스템;을 더 포함하여 구성되고,

상기 제1추진 구동 시스템은 세 개의 전원 장치 입력을 가지고, 각각의 입력 은 선택가능하며, 그리고 상기 제1추진 구동 시스템의 제1전원 장치 입력은 상기 제1추진 발전 시스템에 연결되고, 상기 제1추진 구동 시스템의 제2전원 장치 입력은 상기 제2추진 발전 시스템에 연결되며, 그리고 상기 제1추진 구동 시스템의 제3전원 장치 입력은 제1서비스 분배 발전 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
제3항에 있어서,

상기 제2추진 구동 시스템은 세 개의 전원 장치 입력을 가지고, 각각의 입력은 선택가능하며, 그리고 상기 제2추진 구동 시스템의 제1전원 장치 입력은 상기 제1추진 발전 시스템에 연결되고, 상기 제2추진 구동 시스템의 제2전원 장치 입력은 상기 제2추진 발전 시스템에 연결되며, 그리고 상기 제2추진 구동 시스템의 제3전원 장치 입력은 제2서비스 전력 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 제1추진 발전 시스템은 제1전원 장치 출력과 제2전원 장치 출력을 가지고, 각각은 선택가능하며, 상기 제1추진 발전 시스템의 제1전원 장치 출력은 상기 제1추진 구동 시스템의 상기 제1전원 장치 입력에 연결되고 상기 제1추진 발전 시스템의 제2전원 장치 출력은 상기 제2추진 구동 시스템의 상기 제1전원 장치 입력에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
제5항에 있어서,

상기 제1추진 발전 시스템은 선택가능하고 상기 제1서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결되는 제3전원 장치 출력을 가지는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2추진 발전 시스템은 제1전원 장치 출력과 제2전원 장치 출력을 가지고, 각각은 선택가능하며, 상기 제2추진 발전 시스템의 제1전원 장치 출력은 상기 제1추진 구동 시스템의 상기 제2전원 장치 입력에 연결되고 상기 제2추진 발전 시스템의 제2전원 장치 출력은 상기 제2추진 구동 시스템의 상기 제2전원 장치 입력에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
제7항에 있어서,

상기 제2추진 발전 시스템은 선택가능하고 상기 제2서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결되는 제3전원 장치 출력을 가지는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1발전 시스템;

상기 지역 전력 분배 부시스템의 상기 지역 에너지 저장장치;

재생 모드에서 작동하는 추진 구동 시스템;

추진 발전 시스템; 및

원격 전력 공급 시스템 중 어느 하나 이상의 것에 의해 전력이 적어도 하나의 배전반을 통하여 상기 제1서비스 분배 시스템에 공급되어 지는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1발전 시스템의 적어도 하나의 전원은,

디젤 발전기;

가스 터빈 발전기;

증기 터빈 발전기;

복합 사이클 가스 및 증기 발전기;

밀폐 사이클(무산소 호흡) 디젤 발전기;

배터리;

연료 전지;

플로우 전지;

플라이 휠 발전기;

슈퍼커패시터; 및

초전도 자기 에너지 저장장치 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1발전 시스템의 적어도 하나의 전원은 전력 변환기에 의하여 상기 제1서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
제11항에 있어서,

상기 전력 변환기는 펄스 폭 변조 DC/DC 변환기인 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 지역 전력 분배 부시스템의 상기 지역 에너지 저장장치는 상기 전력 변환기에 의하여 상기 제1서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
제13항에 있어서,

상기 전력 변환기는 펄스 폭 변조 DC/DC 변환기인 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
제14항에 있어서,

상기 DC/DC 변환기는,

전력이 상기 제1서비스 분배 시스템에서 상기 지역 전력 분배 부시스템의 상기 지역 에너지 저장장치로 흐를 때 스텝-업(step-up) 초퍼처럼 분극화되고,

전력이 상기 지역 전력 분배 부시스템의 상기 지역 에너지 저장장치에서 상기 제1서비스 분배 시스템으로 흐를 때 스텝-다운(step-down) 초퍼처럼 분극화되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1발전 시스템의 적어도 하나의 전원의 출력 전압과 출력 전류가 조정되어,

전류 흐름은 단방향이고;

정상 상태 출력 전압은 오프 로드 버스 전압 설정값의 합이고 정상 상태 수하 요소가 부하 전류에 비례하여 상기 정상 상태 출력 전압이 정상 상태 부하선에 따르고;

정상 상태 부하점 근처에서의 과도 부하 전류 변동은 상기 출력 전압을 상기 정상 상태 부하선의 기울기보다 더 작은 기울기를 갖는 과도 부하선을 따르도록 하고;

정상 상태 전류는 특정 레벨로 제한되고;

만약 부하 전류가 과도하게 상기 정상 상태 전류 제한을 초과하고 특정 과도 전류 제한 레벨을 초과하지는 않았으나 접근한다면, 상기 출력 전압은 과도하게 상기 정상 상태 부하선을 따라 감소할 것이고 상기 정상 상태 전류가 상기 정상 상태 전류 제한 밑으로 감소한 때 상기 정상 상태 부하선으로 회복할 것이고;

만약 부하 전류가 계속하여 상기 정상 상태 전류 제한을 초과하거나 상기 특정 과도 전류 제한 레벨을 초과한다면, 폴드백이 적용되어 상기 출력 전압과 상기 출력 전류가 재생 절차에 따라 제로(0)로 감소하고, 상기 출력 전압과 상기 출력 전류가 부하 임피던스가 특정 레벨 이상 증가할 때까지 제로(0)로 남고;

만약 부하 임피던스가 상기 특정 레벨 이상 증가한다면 부하 전압은 초기에 부분적으로 회복하고 원하는 동작 포인트로 끌어 올려지는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
제16항에 있어서,

상기 부하 전압은,

상기 전력 분배 시스템에서 최종 전압 과도값을 최소화하기 위하여 지정된 시변 증가율에 따라 원하는 동작 포인트로 끌어 올려지는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분배 전압은,

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 과도 부하선 함수에 의하고 상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성의 부하 전류 함수의 변화율의 제한에 의하여 안정화되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1발전 시스템은 상기 제1서비스 분배 시스템에 전력을 공급하기 위하여 다수의 병렬 연결된 전원들을 포함하고,

상기 다수 전원들의 정상 상태 전류 분담은 각 전원의 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 정상 상태 수하 함수에 의하여 조정되며,

상기 다수 전원들의 과도 전류 분담은 각 전원의 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 과도 부하선 함수에 의하여 조정되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템.
분배 전압과 분배 전류를 운반하기 위하여 적어도 하나의 직류 분배 버스바와, 접점을 갖는 보호개폐기를 구비하는 적어도 하나의 배전반을 포함하는 제1서비스 분배 시스템에 전력을 공급하기 위하여 적어도 하나의 전원을 포함하는 제1발전 시스템;

적어도 하나의 전기 부하에 전력을 공급하기 위한 지역 전력 공급 장비와, 상기 지역 전력 공급 장비에 전력을 공급하기 위하여 상기 제1서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반에 연결된 지역 에너지 저장장치를 포함하는 지역 전력 분배 부시스템;

(a) 상기 분배 전압 양단에 과도하게 낮은 임피던스가 연결하게 하는 고장, (b) 상기 전력 분배 시스템에서 자동으로 발생하는 오버라이딩 인터트리핑 명령, (c) 상기 전력 분배 시스템에서 수동으로 발생하는 오버라이딩 인터트리핑 명령, (d) 원격으로 발생하는 오버라이딩 인터트리핑 명령 중 하나와 전원 폴드백 및 안정화 특성의 상호 작용에 의하여 상기 분배 전압과 상기 분배 전류가 허용가능한 레벨로 감소한 때에만 개방되도록 만들어지는 상기 보호개폐기의 접점; 및

(a) 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성과 전원 기동 시퀀스, (b) 부하 쉐딩 및 안정화 특성 중 하나에 의하여 제한될 수 있도록 상기 접점 양단의 극성이 있을 때에만 닫히도록 만들어지는 상기 보호개폐기의 접점;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템을 제어하는 방법은,

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성과 상기 전원 기동 특성에 따라 상기 하나 이상의 전원을 조정하는 단계; 및

상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성에 따라 상기 하나 이상의 전기 부하를 조정하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.
제20항에 있어서,

상기 제1발전 시스템의 적어도 하나의 전원의 출력 전압과 출력 전류를 조정하는 단계를 더 포함하여,

전류 흐름은 단방향이고;

정상 상태 출력 전압은 오프 로드 버스 전압 설정값의 합이고 정상 상태 수 하 요소가 부하 전류에 비례하여 상기 정상 상태 출력 전압이 정상 상태 부하선에 따르고;

정상 상태 부하점 근처에서의 과도 부하 전류 변동은 상기 출력 전압을 상기 정상 상태 부하선의 기울기보다 더 작은 기울기를 갖는 과도 부하선을 따르도록 하고;

정상 상태 전류는 특정 레벨로 제한되고;

만약 부하 전류가 과도하게 상기 정상 상태 전류 제한을 초과하고 특정 과도 전류 제한 레벨을 초과하지는 않았으나 접근한다면, 상기 출력 전압은 과도하게 상기 정상 상태 부하선을 따라 감소할 것이고 상기 정상 상태 전류가 상기 정상 상태 전류 제한 밑으로 감소한 때 상기 정상 상태 부하선으로 회복할 것이고;

만약 부하 전류가 계속하여 상기 정상 상태 전류 제한을 초과하거나 상기 특정 과도 전류 제한 레벨을 초과한다면, 폴드백이 적용되어 상기 출력 전압과 상기 출력 전류가 재생 절차에 따라 제로(0)로 감소하고, 상기 출력 전압과 상기 출력 전류가 부하 임피던스가 특정 레벨 이상 증가할 때까지 제로(0)로 남고;

만약 부하 임피던스가 상기 특정 레벨 이상 증가한다면 부하 전압은 초기에 부분적으로 회복하고 원하는 동작 포인트로 끌어 올려지는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.
제21항에 있어서,

상기 부하 전압은,

상기 전력 분배 시스템에서 최종 전압 과도값을 최소화하기 위하여 지정되는 시변 증가율에 따라 원하는 동작 포인트로 끌어 올려지는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.
제21항 또는 제22항에 있어서,

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 모든 파라미터들이 프로그램가능한 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.
제20항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 분배 전압은,

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 과도 부하선 함수에 의하고 상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성의 부하 전류 함수의 변화율의 제한에 의하여 안정화되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.
제20항 내지 제24항에 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1발전 시스템은 상기 제1서비스 분배 시스템에 전력을 공급하기 위하여 다수의 병렬 연결된 전원들을 포함하고,

상기 다수의 전원들의 정상 상태 전류 분담은 각 전원의 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 정상 상태 수하 함수에 의하여 조정되며,

상기 다수의 전원들의 과도 전류 분담은 각 전원의 상기 전원 폴드백 및 안 정화 특성의 과도 부하선 함수에 의하여 조정되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.
제20항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전력 분배 시스템은,

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 오프 로드 버스 전압 설정값은 초기에 제로(0)로 설정되고;

상기 제1발전 시스템의 적어도 하나의 전원은 (a) 상기 제1서비스 분배 시스템의 적어도 하나의 배전반이 닫히는 것으로 인하여 분배 전압의 존재와, (b) 상기 전력 분배 시스템 내에서 자동으로 생성되는 오버라이딩 기동 명령과, (c) 상기 전력 분배 시스템 내에서 수동으로 생성되는 오버라이딩 기동 명령, 그리고 (d) 원격으로 생성되는 오버라이딩 기동 명령 중 하나를 감지함으로써 전력 공급을 시작할 필요를 탐지하며;

전력 공급을 시작할 필요를 탐지할 때, 상기 적어도 하나의 전원이 시작되고 상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 오프 로드 버스 전압 설정값이 원하는 동작 포인트까지 끌어 올려지는 전원 기동 시퀀스를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.
제26항에 있어서,

상기 부하 전압은,

적어도 하나의 전원의 동작 성능에 따라 그리고 적어도 하나의 전원이 상기 전력 분배 시스템 내에서 총 부하 전류를 점차 증가하는 비율로 공급하도록 하기 위한 필요에 따라 상기 전력 분배 시스템 내에서 최종 전압 과도값을 최소화하기 위해 지정되는 시변 증가율에 따라 원하는 동작 포인트까지 끌어 올려지는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.
제26항 또는 제27항에 있어서,

상기 전원 기동 시퀀스의 모든 파라미터들은 프로그램가능한 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법
제20항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성은 부하 전류가 임의의 원하는 값을 얻을 수 있게 허용되지만 항상 오버라이딩 조정기 함수를 따르도록 전류 제한에 따라 상기 부하 전류를 조정하는 단계를 포함하고,

상기 오버라이딩 조정기 함수는,

분배 전압 과도로부터 발생하는 부하 전류의 변화율을 제한하고;

부하 전류가 전류 제한을 초과하도록 할 수 있는 임의의 동작을 저지하며;

그리고 상기 전류 제한은,

특정 전류 제한까지는 조정이 가능하나 이를 초과하지는 않으며;

공급 전압이 부하 쉐딩 임계값을 초과할 때에는 일정하게 유지되고;

공급 전압이 부하 쉐딩 임계값 이하이고 모든 공급 전압 레벨에서 절대값이 최소인 부하 전압 이상으로 감소할 때 점진적으로 감소되며;

공급 전압이 절대값이 최소인 부하 전압보다 더 작을 때 제로(0)로 설정되고;

공급 전압이 절대값이 최소인 부하 전압보다 더 작은 값으로부터 특정 값에 이르기까지 증가할 때 제로(0)로 설정되며;

공급 전압이 증가될 때 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.
제29항에 있어서,

상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성의 모든 파라미터들은 프로그램가능한 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.
제20항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전력 분배 시스템은 상기 전력 분배 시스템에 저임피던스 고장이 발생하는 상황에서,

상기 전력 분배 시스템 내에서 저임피던스 고장을 찾아내는 단계;

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성을 적용함으로써 상기 고장 전류 및 분배 전압을 제한하는 단계;

상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성을 적용함으로써 상기 부하 전류를 제한하는 단계;

고장 차단을 탐지하는 단계;

상기 보호개폐기의 접점을 개방하는 단계;

상기 보호개폐기의 접점의 개방에 의하여 야기된 상기 분배 전압의 부분적인 복구를 기다리는 단계;

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 적용에 의하여 야기된 상기 분배 전압의 완전한 복구를 기다리는 단계; 및

상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성의 적용에 의하여 야기된 상기 부하 전류의 재적용을 기다리는 단계;를 포함하는 과전류 방지 시퀀스를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.
제20항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전력 분배 시스템은,

상기 보호개폐기의 개방될 것을 요구하는 임의의 전력 관리 조건을 설정하거나 고장 조건을 탐지하는 단계;

오버라이딩 인터트리핑 명령을 생성하는 단계;

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성을 적용하여 상기 분배 전압을 제한하는 단계;

상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성을 적용하여 상기 부하 전류를 제한하는 단계;

부하 전류 차단을 탐지하는 단계;

상기 보호개폐기의 접점을 개방하는 단계;

상기 보호개폐기의 접점의 개방에 의하여 야기되는 상기 분배 전압의 부분적인 복구를 기다리는 단계;

상기 전원 폴드백 및 안정화 특성의 적용에 의하여 야기된 상기 분배 전압의 완전한 복구를 기다리는 단계; 및

상기 부하 쉐딩 및 안정화 특성의 적용에 의하여 야기된 상기 부하 전류의 재적용을 기다리는 단계;를 포함하는 다목적 보호 또는 전력 관리 시퀀스를 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.
제20항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 지역 전력 분배 시스템의 상기 지역 에너지 저장장치는 상기 제1서비스 분배 시스템으로부터 전력을 수신하거나 상기 제1서비스 분배 시스템으로 전력을 공급하고,

상기 전력은,

상기 지역 에너지 저장장치를 재충전하는 단계;

상기 지역 전력 분배 부시스템의 상기 지역 전원 장치에 전력을 공급하는 단계;

상기 제1서비스 분배 시스템에 전력을 공급하는 단계;

벌크 에너지 저장장치를 제공하는 단계;

임의의 목적을 위해 전력을 계속하여 공급하는 단계;

상기 분배 전압의 안정화를 돕기 위해 전력을 과도하게 공급하는 단계;

불량한 과도 응답을 가지는 다른 전원을 지원하기 위해 전력을 과도하게 공급하는 단계;

상기 제1서비스 분배 시스템이 고장나는 경우 지역 전원 장치가 독립적으로 동작할 수 있게 상기 지역 에너지 저장장치와 상기 제1서비스 분배 시스템 사이에 절연을 제공하는 단계; 및

또는 상기 지역 에너지 저장장치나 상기 지역 전원 장치가 고장나는 경우 상기 지역 에너지 저장장치와는 독립적으로 상기 제1서비스 분배 시스템이 동작할 수 있게 하는 단계;를 위하여 조정되는 것을 특징으로 하는 전력 분배 시스템 제어방법.