KR20140022465A - 선박용 전력 시스템 - Google Patents

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Abstract

선박의 다이나믹 포지셔닝을 위한 전력 시스템 (3) 이 제시된다. 여기에 개시된 전력 시스템은 특정의 연료 소비를 감소시키고, 연소 기관 구동 발전기들 내에 있는 동안 탄소 축적 퇴적물들 및 실린더 내경 글레이징의 위험을 감소시키며, 수개의 다이나믹 포지셔닝 클래스들을 위해 정전들에 대한 적절한 보호를 제공한다. 전력 시스템 (3) 은 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1), 제 2 연소 기관 구동 발전기 (G2), 배터리 유닛 (11), 및 배터리 유닛 (11) 으로부터 선박 (1) 으로 전력을 제공하도록 배열된 변환기 유닛 (9) 을 포함하고, 전력 시스템의 제 1 동작 상태에서는, 상기 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 만이 선박에 전력을 전달하도록 배열되며, 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 가 고장난 제 2 동작 상태에서는, 제 2 연소 기관 구동 발전기 (G2) 가 선박에 전력을 전달하도록 배열되고, 변환기 유닛 (9) 은 제 1 동작 상태로부터 제 2 동작 상태로의 천이 동안 선박에 전력을 전달하도록 배열된다. 상기에 정의된 수개의 전력 시스템들 (3) 을 포함하는 시스템인 섹션화된 전력 시스템 (2) 이 제시된다.

Description

선박용 전력 시스템{POWER SYSTEM FOR VESSELS}
본 개시는 선박용 전력 시스템에 관한 것이고, 특히 선박들의 다이나믹 포지셔닝 (dynamic positioning) 을 위한 전력 백업 (backup) 을 제공하는 전력 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 또한 적어도 2 개의 그러한 전력 시스템들을 포함하는 섹션화된 전력 시스템에 관한 것이다.
다이나믹 포지셔닝 (DP) 은 일반적으로 선박의 추진 수단에 의해 선박의 위치 및 방향 (heading) 을 유지하는 방법이다. 다이나믹 포지셔닝을 사용하는 선박들은 반잠수식 시추선들 및 드릴쉽 (drillship) 들을 포함한다.
안전 관련 규칙들이 다이나믹 포지셔닝 선박들에 대해 설정되어 왔다. 이들 규칙들은 클래스들 (DP1, DP2 및 DP3) 을 정의한다. DP2 및 DP3 선박들에 대한 클래스 규칙들은 위치가 단일의 고장에 후속하여 유지되어야 한다는 것을 요구한다. 실제로, 이것은 결코 정전들이 발생하는 것이 허용되지 않아야 한다는 것을 의미한다. 이를 달성하기 위해, DP 선박들은 통상 개방된 버스타이들 (open busties) 을 갖는 분할된 버스 구성 (configuration) 으로 운행된다. 반잠수식 시추선들의 경우, 이것은 일반적으로 2 중 분할된 구성을 의미하는 반면, 드리쉽들의 경우는 3 중 분할된 구성이 통상적이다. 이들 구성들은 정전을 방지하는데 충분하고 대부분의 환경 조건들 하에서의 DP2 및 DP3 동작에 대한 클래스 요건들을 만족시킨다.
시추선들은 종종 분할된 버스 구성에 의해 제공되는 것에 더하여 여분의 리던던시 (redundancy) 로 동작된다. 일부 시추선 오퍼레이터들은, 각각의 분할 (split) 내에서의 부분적 정전의 위험을 최소화하기 위해, 시추선들에 DP 동작들 동안 각각의 분할 내에 적어도 2 개의 운전 발전기들 (running generators) 을 제공한다. 그러나, 수개의 운전 발전기들을 갖는 구성들은 몇 가지 단점들을 갖는다.
본 발명자는 통상의 동작에서 각각의 분할에 수개의 운전 발전기들을 갖는 구성들에서의 발전기들 상의 부하는 통상적으로 15-20% 로서 낮을 수 있다는 것을 인식하게 되었다.
낮은 부하들을 갖는 동작들은 몇 가지 단점들을 갖는다. 예를 들어, 그러한 동작은 디젤 발전기들의 디젤 엔진들에 의한 높은 특정의 연료 소비를 초래하는 열악한 효율을 갖는다. 또한, CO2, NOx, SOx 및 분진 방출이 증가되고, 탄소 축적이 증가하고 디젤 엔진들에서의 실린더 내경 글레이징 (glazing) 의 위험이 존재한다.
상기의 관점에서, 본 개시의 목적은 탄소 퇴적들의 축적 및 실린더 내경 글레이징의 위험을 감소시키면서 부분적 및 전체적인 정전들에 대한 강건성의 충분한 레벨을 갖는 DP 선박을 위한 전력 시스템을 제공하는 것이다.
본 개시의 다른 목적은 특정의 연료 소비 및 환경에 대한 오염물의 방출을 감소시키는 것이다.
따라서, 본 개시는 선박의 다이나믹 포지셔닝을 위한 전력 시스템을 제공하며, 그 전력 시스템은 제 1 연소 기관 구동 발전기, 제 2 연소 기관 구동 발전기, 배터리 유닛, 및 배터리 유닛으로부터 선박으로 전력을 제공하도록 배열된 변환기 유닛을 포함하고, 전력 시스템의 제 1 동작 상태에서는 제 1 연소 기관 구동 발전기만이 선박에 전력을 전달하도록 배열되며, 제 1 연소 기관 구동 발전기가 고장난 제 2 동작 상태에서는, 제 2 연소 기관 구동 발전기가 선박에 전력을 전달하도록 배열되고, 변환기 유닛은 제 1 동작 상태로부터 제 2 동작 상태로의 천이 동안 선박에 전력을 전달하도록 배열된다.
정상적인 동작에서 적어도 하나의 연소 기관 구동 발전기, 예를 들어 제 2 연소 기관 구동 발전기가 운전 중이 아니어서 선박에 전력을 제공하는 중이 아닌 전력 시스템을 제공함으로써, 운전 중인 연소 기관 구동 발전기, 즉 제 1 연소 기관 구동 발전기 상의 부하가 증가된다. 예를 들어, 버스 분할 당 2 개의 발전기 구성의 경우, 부하는 운전 발전기, 즉 선박의 다이나믹 포지셔닝을 위해 선박에 전력을 전달하는 발전기 상에서 배가된다. 발전기 상의 부하를 증가시킴으로써, 특정의 연료 소비가 감소된다. 또한, 증가된 부하는 탄소 퇴적물들의 축적 및 실린더 내경 글레이징의 위험을 감소시킨다.
정상적인 동작에서 적어도 하나의 연소 기관 구동 발전기가 운전 중이지 않은 전력 시스템을 제공함으로써, 전력 시스템에 대한 총 엔진 운전 시간들이 더욱 느리게 누적된다.
이롭게도, 더 낮은 연료 소비는 연료 비용들 및 위험한 물질들의 방출을 감소시킨다. 또한, 운전 시간들의 더 느린 누적 및 탄소 퇴적물들의 감소된 축적 및 실린더 내경 글레이징의 감소된 위험은 연소 엔진 구동 발전기들의 유지보수 간격들을 상당히 길게 할 수 있다.
제 1 동작 상태는 제 1 연소 기관 구동 발전기가 정상적인 운전 모드에 있는 상태일 수도 있다. 이리하여, 제 2 연소 기관 구동 발전기는 제 1 연소 기관 구동 발전기가 고장나는 경우 동작을 개시하여 선박에 전력을 전달한다. 배터리 유닛 및 변환기 유닛은 제 1 연소 기관 구동 발전기의 고장의 발생과 제 2 동작 상태에서의 제 2 연소 기관 구동 발전기의 작동 사이의 시간에 버스 분할에서의 본질적으로 연속적인 전력 전달을 허용한다. 따라서, 배터리 유닛 및 변환기 유닛은 제 1 동작 상태와 제 2 동작 상태 사이의 천이에서 전력을 전달하도록 배열된다.
여기서 버스 분할은 분리되는 버스 또는 버스바, 즉 하나 이상의 버스타이들 또는 단로기들에 의해 다른 버스들 또는 버스바들로부터 연결해제되는 버스로서 해석된다.
하나의 실시형태는 버스를 포함하며, 여기서 제 1 연소 기관 구동 발전기 및 제 2 연소 기관 구동 발전기는 그 버스에 연결가능하고, 변환기 유닛은 그 버스 및 배터리 유닛에 연결가능하다.
하나의 실시형태는 로터리 변환기를 포함하고, 여기서 변환기 유닛은 그 로터리 변환기를 통해 버스에 연결가능하다. 로터리 변환기에 의해, 전력 시스템 주파수 및 전압의 매끄러운 유지가, 운전 발전기, 즉 제 1 연소 기관 구동 발전기가 트립 (trip) 하는 경우에 변환기 유닛이 전력을 전달하기 시작할 때까지 제공될 수 있다. 특히, 그 매끄러운 유지는 로터리 변환기의 회전가능한 샤프트 또는 로우터에 의해 제공되는 관성에 의해 달성될 수 있다.
하나의 실시형태에서, 로터리 변환기는 로터리 변환기의 회전가능한 샤프트를 통해 전기적으로 커플링된 유도 기기 및 발전기를 포함한다. 이롭게, 변동가능한 주파수 구동을 포함할 수도 있는 변환기 유닛은 이로써 유도 전동기의 회전 속도를 제어할 수 있고, 이리하여 발전기를 통해 선박에 전달되는 전력을 제어할 수 있으며, 예를 들어 부하 변동들의 경우에 전력 시스템의 주파수 변화들을 보상할 수 있다. 따라서, 변환기 유닛은 임의의 관성력들이 로터리 변환기의 공통 회전가능한 샤프트의 회전을 느리게 하기 전에 선박에 전력을 전달할 수 있고, 이것에 의해 연속적이고 매끄러운 전력 전달이 선박에 제공될 수 있다. 로터리 변환기의 발전기는 전력 시스템에서의 전압 변화들을 보상할 수 있다. 따라서, 부분적이거나 전체적인 정전에 대한 적당한 강건성이 제공될 수 있다. 부분적인 정전은 하나의 버스 또는 버스 분할에서의 정전 또는 전력 제공 실패를 의미하는 것으로 이해되는 반면, 전체적인 정전은 모든 버스들 또는 버스 분할들에서의 정전 또는 전력 제공 실패를 의미한다.
하나의 실시형태에서, 발전기는 MV 동기 발전기이다. MV 발전기, 즉 중간 전압 발전기는 전력 시스템의 버스 분할에 연결될 수 있고, 그 버스 분할은 통상 예를 들어 11 kV 의 중간 전압 버스이다.
하나의 실시형태에서, 유도 기기는 LV 유도 기기이다. LV 유도 기기, 즉 저전압 유도 기기는 로터리 변환기에서의 발전기와 변환기 유닛 사이의 인터페이스를 제공하고, 발전기를 구동한다. LV 유도 기기는 이리하여 LV 변환 유닛에 연결될 수 있다. 예로서, LV 유도 기기는 690 V 로 규격이 정해질 수도 있고, 이것은 그 후 690 V 에서 동작하도록 설계된 저전압 변환기 유닛에 연결될 수 있다. 이로써, 하나의 실시형태의 로터리 변환기와 함께 전력 시스템에서의 전력 백업 장치의 일부를 형성하는 변환기 유닛 및 배터리 유닛을 위해 현존하는 표준 컴포넌트들이 사용될 수 있다. 하나의 실시형태에서, 유도 기기는 변환기 유닛에 연결가능하고, 발전기는 버스에 연결가능하다. 이리하여, 발전기, 즉 발전기의 로우터는 유도 기기에 의해 구동된다. 특히, 유도 기기 및 발전기는 전력 전송을 위해 동일한 로터리 샤프트를 공유한다.
변환기 유닛은 바람직하게는 배터리 유닛에 의해 제공된 직류를 유도 기기를 제어하는데 사용되는 교류로 변환하기 위한 DC 대 AC 변환기, 즉 인버터를 포함한다.
하나의 실시형태에서, 변환기 유닛은 전력 시스템 주파수가 미리결정된 임계값 아래인 경우 선박에 전력을 전달하도록 구성된다. 따라서, 제어 유닛은 제 1 및 제 2 상태 사이의 천이 동안에도 전력 시스템 내의 전압 및 주파수 레벨을 유지하기 위해 변환기 유닛의 스위칭 엘리먼트들, 예를 들어 반도에 디바이스들의 적절한 스위칭을 제공할 수 있다.
하나의 실시형태에서, 변환기 유닛은 유도 전동기의 회전 속도를 제어하기 위한 가변 주파수 드라이브를 포함한다.
이롭게, 여기에 개시된 적어도 2 개의 전력 시스템들은 섹션화된 전력 시스템에서 사용될 수 있다. 이를 위해, 섹션화된 전력 시스템은 적어도 2 개의 전력 시스템들 및 그 적어도 2 개의 전력 시스템들을 연결할 수 있는 적어도 하나의 버스타이를 포함한다. 섹션화된 전력 시스템은 이리하여 제 1 및 제 2 연소 기관 구동 발전기들의 수개의 세트들 및 대응하는 배터리 유닛들 및 변환기 유닛들의 세트들을 포함하는, 선박의 다이나믹 포지셔닝을 위한 전력 시스템이다. DP 동작에서, 버스타이들은 통상 하나의 버스 분할로 고장의 전파를 제한할 시도로 개방된다. 이러한 구성은 전체적인 정전들의 위험을 감소시키고 일반적으로 반잠수식 시추선들 및 드릴쉽들에 대해 사용된다.
바람직하게는, 선박은 그러한 섹션화된 전력 시스템을 포함할 수도 있다.
일반적으로, 청구범위에 사용된 모든 용어들은 여기에서 명확하게 달리 정의되지 않는 한 본 기술 분야에서 보통의 의미에 따라 해석되어야 한다. "엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등"에 대한 참조들은 명시적으로 달리 언급되지 않는 한 엘리먼트, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등을 지칭하는 것으로 개방적으로 해석되어야 한다.
이제 본 발명의 개념이 첨부하는 도면을 참조하여 예로써 기술될 것이다.
도 1 은 물줄기에서의 다이나믹 포지셔닝을 수행하는 선박의 평면도이다.
도 2 는 2 개의 전력 시스템들을 포함하는 섹션화된 전력 시스템의 개략적 단일 라인 다이어그램이다.
도 3 은 도 2 의 전력 시스템들 각각에 대한 백업 시스템의 개략적인 단일 라인 다이어그램이다.
이제 본 발명의 개념이 소정의 실시형태들이 도시되어 있는 첨부하는 도면들을 참조하여 이하에 더욱 완전하게 기술될 것이다. 그러나, 여기에 개시된 선박 및 전력 시스템들은 많은 상이한 형태들로 구현될 수도 있고, 이하에 진술된 실시형태들에 제한되는 것으로 해석되지 않아야하며, 오히려 이들 실시형태들은 본 개시가 철저하고 완전하게 되고 당업자에게 본 발명의 범위를 완전히 전달하도록 예시로써 제공된다. 동일한 참조 번호들은 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 엘리먼트들을 지칭한다.
도 1 을 참조하면, 이하에 선박으로서 지칭되는 선박 (1) 이 도시되어 있다. 선박 (1) 은 물줄기 (W) 에서 위로부터 도시되어 있고, 여기서 선박 (1) 은 파도 운동 (M), 해류 및 바람을 포함할 수도 있는 환경적 영향들로 인한 힘들 (F1) 을 받는다.
선박 (1) 은 예를 들어 그의 위치 및 방향을 제어하기 위해 다이나믹 포지셔닝을 사용하는 드릴쉽 또는 반잠수식 시추선 또는 임의의 타입의 선박일 수도 있다.
예시적인 선박 (1) 은 섹션화된 전력 시스템 (2) 및 섹션화된 전력 시스템 (2) 과 동작적으로 연결된 스러스터들 (thrusters) (5a, 5b, 및 7) 을 포함한다. 선박 (1) 은 또한 선박 (1) 에 작용하는 힘들 (F1) 에도 불구하고 그 선박이 그의 위치 및 방향을 유지하도록 스러스터들을 제어하기 위한 센서 시스템 및 제어 시스템을 갖는다. 센서 시스템 및 제어 시스템은, 그러한 시스템들이 다이나믹 포지셔닝의 목적으로 알려져 있기 때문에 여기에서 더욱 상세히 기술되지 않을 것이다.
선박 (1) 은 단지 이하에 더욱 상세히 기술될 섹션화된 전력 시스템 (2) 과 함께 사용하기에 적합한 선박의 예일 뿐이다. 따라서, 일반적으로 섹션화된 전력 시스템 (2) 이 피팅된 선박은 도 1 의 예에서 도시된 도면에서와는 상이한 구성의 스러스터들 또는 추진 디바이스들을 가질 수도 있다. 또한, 섹션화된 전력 시스템 (2) 의 배치는 개략적이라는 것이 주의되어야 한다. 이리하여, 섹션화된 전력 시스템 (2) 은 분포된 섹션화된 전력 시스템의 경우에 다른 로케이션 또는 로케이션들에 위치될 수 있을 것이다.
도 1 로 되돌아가서, 선박 (1) 은 선박 (1) 의 길이방향 연장에 대한 횡단 방향으로 선박 (1) 의 선수에 배열된 선수 스러스터 (7), 및 2 개의 아지무스 (azimuth) 스러스터들 (5a 및 5b) 을 갖는다. 아지무스 스러스터들 (5a 및 5b) 은 선박 (1) 의 포지셔닝 제어를 위해 각각의 본질적으로 수직축들 주위에서 회전가능하다. 따라서, 센서 시스템이 선박 (1) 에 인가된 힘들 (F1) 을 감지하는 경우, 제어 시스템은 힘들 (F1) 에 반력들 (F2 및 F3) 을 제공하는 추진력의 생성을 위해 스러스터들 (5a, 5b 및 7) 로 제어 신호들을 제공한다. 이를 위해, 섹션화된 전력 시스템 (2) 은 스러스터들 (5a, 5b 및 7) 에 전력을 제공하도록 배열된다. 특히, 섹션화된 전력 시스템 (2) 은 그렇게 배열되어, 이하에 설명되는 바와 같이, 섹션화된 전력 시스템 (2) 에 발전기 고장이 존재하는 경우에도 그것은 선박이 위치를 유지할 수 있는 방식으로 선박 (1) 의 스러스터들 (5a, 5b 및 7) 의 일부 또는 전부로 전력을 제공한다.
이롭게도, 여기에 제시된 섹션화된 전력 시스템 (2) 은 현존하는 백업 전력 솔루션들에 비해 특정의 연료 소비 및 탄소 축적 퇴적물들을 감소시키면서 선박 (1) 으로의 전력 제공을 위한 안전한 수단을 제공한다.
전력 시스템 및 섹션화된 전력 시스템의 예들이 이하에 더욱 상세히 기술될 것이다.
도 2 는 수 개의 전력 시스템들 (3) 을 포함하는 섹션화된 전력 시스템 (2) 의 예의 단일 라인 다이어그램을 도시한다. 바람직하게는, 섹션화된 전력 시스템 (2) 은 3상 전력 시스템이지만, 더 적거나 더 많은 상들을 갖는 변형들이 또한 가능하다는 것이 이해되어야 한다.
각 전력 시스템 (3) 은 디젤 발전기들과 같은 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 및 제 2 연소 기관 구동 발전기 (G2) 를 포함한다. 다른 예들에서, 연소 기관 구동 발전기들 (G1 및 G2) 은 가스 터빈들 또는 다른 연소 기관들일 수 있다.
제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 및 제 2 연소 기관 구동 발전기 (G2) 의 각각은 연소 기관 구동 엔진 및 그 연소 기관 구동 엔진에 의해 구동되는 로우터를 갖는 발전기를 포함하여, 전류를 발생시킨다.
각 전력 시스템 (3) 은 또한 변환기 유닛 (9) 및 배터리 유닛 (11) 을 포함하는 전력 백업 장치 (10) 를 포함한다. 변환기 유닛 (9) 은 배터리 유닛에 의해 제공된 DC 전력을, 다이나믹 포지셔닝 목적으로 선박 (1) 및 특히 그의 스러스터들로의 전력 제공을 위한 AC 전력으로 변환하도록 배열된다.
각 전력 시스템 (3) 은, 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1), 제 2 연소 기관 구동 발전기 (G2) 및 전력 백업 장치 (10) 중 어느 유닛들이 버스 (13) 에 연결되어야 하는지를 선택적으로 제어하기 위해, 차단기들 (D) 를 통해 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 및 제 2 연소 기관 구동 발전기 (G2) 및 전력 백업 장치 (10) 가 연결가능한 버스 (13) 를 포함한다. 버스 (13) 는 하나의 실시형태에서 11 kV 버스일 수도 있다.
또한, 차단기들 (D) 은 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1), 제 2 연소 기관 구동 발전기 (G2) 및 전력 백업 장치 (10) 중 임의의 것을, 이들 디바이스들 중 임의의 것이 고장나거나 트립할 필요가 있는 경우에, 연결해제하는데 사용될 수도 있다.
전력 시스템 (3) 의 동작의 제 1 상태에서, 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 는 버스 (13) 에 연결되어 선박 (1) 에 그리고 그의 스러스터들에 전력을 전달할 수 있다. 전력 백업 장치 (10) 는 또한 통상 버스 (13) 에 연결되어, 변환기 유닛 (9) 이 선박 (1) 에 전력을 전달할 수 있다. 특히, 제어 유닛 (도시하지 않음) 은 제 1 연소 기관 구동 발전기의 고장의 경우에 선박에 적절한 전력 보상이 제공될 수 있도록 변환기 유닛 (9) 을 제어하도록, 즉 변환기 유닛 (9) 의 스위칭 엘리먼트들의 스위칭을 제어하도록 배열된다.
제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 가 고장이 난 상태인, 동작의 제 2 상태에서, 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 는 트립되며, 즉 차단기가 버스 (13) 로부터 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 를 연결해제한다. 후속적으로, 대기 발전기로서 기능하는 제 2 연소 기관 구동 발전기 (G2) 는 선박 (1) 에 전력을 전달할 수 있도록 운전 모드로 들어간다. 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 가 고장나는 것과 제 2 연소 기관 구동 발전기 (G2) 가 운전 모드에서 전력을 발생시킬 수 있는 것 사이의 시간에, 전력 백업 장치 (10) 는 배터리 유닛 (11) 및 변환기 유닛 (9) 을 통해 선박 (1) 에 전력을 제공한다. 이로써, 전력 시스템 (3) 의 전압 레벨 및 주파수 레벨이 발전기 고장 동안에도 유지될 수 있다.
도 3 은 전력 시스템 (3) 과 같은 전력 시스템의 부분을 형성하는 전력 백업 장치 (10-1) 의 예를 도시한다. 전력 백업 장치 (10-1) 는 배터리 유닛 (11), 배터리 유닛 (11) 에 연결가능한 변환기 유닛 (9), 및 변환기 유닛 (9) 에 연결가능한 로터리 변환기 (12) 를 포함한다. 하나의 실시형태에서, 로터리 변환기 (12) 는 690 V:11kV 로터리 변환기이다.
로터리 변환기 (12) 는 전동기 (15) 및 발전기 (17) 을 포함한다. 로터리 변환기 (12) 는 회전가능 샤프트 (15-1), 즉 로우터를 갖는다. 바람직하게는, 회전가능 샤프트 (15-1) 는 발전기 (17) 및 전동기 (15) 에 대해 공통의 샤프트이다. 이리하여, 변환기 유닛 (9) 을 통해 전동기 (15) 가 회전가능 샤프트 (15-1) 를 회전하도록 구동하는 경우, 회전가능 샤프트 (15-1) 는 발전기 (17) 의 스테이터에 전류를 유도한다. 발전기 (17) 는 이로써 선박 (1) 및 그의 스러스터들로 전력을 전달할 수 있다.
하나의 실시형태에서, 발전기 (17) 는 동기 발전기이다. 발전기는 특히 버스 (13) 에 그리고 전동기 (15) 에 연결가능한 MV 동기 발전기일 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 전동기는 유도 전동기이다. 하나의 실시형태에서, 전동기 (15) 는 LV 유도 전동기이다. MV 동기 발전기는 예를 들어 11 kV 를 전달하도록 구성될 수도 있고, LV 유도 기기는 회전가능 샤프트 (15-1) 를 구동하기 위해 690 V 입력 단자들을 가질 수도 있다.
전력 백업 장치 (10-1) 는 또한 로터리 변환기 (12) 에 연결된 자동 전압 조정기와 같은 전압 조정기 (19) 를 포함할 수도 있다. 이로써, 로터리 변환기 (12) 는 제 1 연소 기관 구동 발전기가 고장나거나 부하 변동들 동안에도 일정한 진폭 레벨로 교번하는 버스 전압을 유지할 수 있다.
전력 시스템 (13) 의 정상의 동작에서, 배터리 유닛 (11) 은 버스 (13), 로터리 변환기 (12) 및 변환기 유닛 (9) 을 통해 충전된다. 대안적으로, 배터리 유닛 (11) 은 다른 수단을 통해 충전될 수 있다. 또한, 정상의 동작에서, 전력 백업 장치 (10-1) 는 버스 (13) 에 연결되고, 여기서 발전기 (17) 는 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 와 무효 부하를 공유한다. 따라서, 발전기 (17) 는 전압 제어 문제들로 인한 트립들을 방지하는 것을 돕는다.
변환기 유닛 (9) 은 토크 및 이리하여 전동기 (15) 의 회전 속도를 제어하기 위해 직접 토크 제어 (Direct Torque Control: DCT) 를 구비한 가변 주파수 드라이브를 포함할 수도 있다.
제 2 동작 상태에 있는 전력 시스템을 야기하는 상황이 발생하는 경우, 예를 들어 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 가 트립하는 경우, 로터리 변환기 (12) 는 변환기 유닛 (9) 이 전력을 전달하기 시작할 때까지 전력 시스템 전압 및 주파수를 매끄럽게 유지하며, 여기서 로터리 변환기는 선박 (1) 에 유효 및 무효 전력 양자 모두를 제공한다.
변환기 유닛 (9) 이 가변 주파수 드라이브를 포함하는 하나의 실시형태에서, 주파수 제어는 스피드 참조 (speed reference) 를 두룹 모드 (droop mode) 에서 통상 발생할 수도 있는 최저 rpm 값, 통상 60 Hz 전력 시스템에서 57.6 Hz 인 96% 로 설정함으로써 달성된다. 변환기 유닛 (9) 은 그 후 발전기 트립 또는 중부하 트랜지언트의 결과로서 주파수가 그 값 아래로 떨어지자마자 전력을 전달하기 시작할 것이다. 여기에 제시된 전력 시스템들은 또한 60 Hz 이외의 다른 주파수들로 사용될 수도 있다.
수개의 버스들이 병렬로 운용될 수도 있는 전력 시스템 구성들, 예를 들어 2-분할 버스 모드에서의 반잠수식 시추선의 경우, 일부 실시형태들에서, 주파수 드룹이 스피드 참조에 적용되어 각각의 버스 또는 버스 분할의 변환기 유닛들이 병렬로 운용되는 것을 허용할 수 있을 것이다. 주파수 드룹은 로터리 변환기 (12) 에 대한 스피드 설정점이 로터리 변환기 상의 증가하는 부하, 통상적으로 유효 전력 부하에 따라 감소되는 것을 의미한다. 주파수 드룹은 발전기들의 통상의 스피드 제어에 대한 필요 없이 병렬 운전 발전기들 사이에서 공유하는 부하를 달성하는데 사용될 수 있다. 발전기들의 스피드 설정점과 부하 사이의 관계가 미리 결정되고 정상적인 동작에서 변화하지 않는 전력 시스템들은 고정 드룹 전력 시스템들로 불린다.
고정 드룹 전력 시스템들에서, 추가적인 능력들은 변환기 유닛들의 드룹 곡선들의 주의 깊은 선택에 의해 달성될 수 있을 것이다. 예를 들어, 하나의 실시형태에서, 변환기 유닛들은 발전기들 상의 부하가 60% 와 80% 사이에 있는 경우 그들의 전력을 전달하도록 설계되어, 피크 부하 셰이빙 (shaving) 의 형태를 달성하고 연소 기관 구동 발전기들 상의 충분한 전력 비축들을 유지하는 것을 돕는다.
하나의 실시형태에서, 가변 주파수 드라이브 상의 모터링 및 브레이킹 토크 제한들이 오버라이딩 PLC 에서 운용될 수 있는 배터리 관리 애플리케이션에 의해 제어될 수 있을 것이다. PLC 애플리케이션은 또한 배터리 전력 상에서 로터리 변환기를 시동하고 그것을 전력 시스템에 동기화하는 기능들을 포함할 수 있을 것이다. 연소 기관에 의해 부과된 제약들 없이, 로터리 변환기의 정격 스피드는 그의 비용, 중량 및 관성의 모멘트 (주파수 다이나믹스) 를 최적화하기 위해 보다 자유롭게 선택될 수 있을 것이다. 그의 낮은 듀티 사이클은 또한 그것이 언더-디멘져닝될 수 있어 사이즈 및 중량에서의 추가의 감축들을 야기할 수 있다는 것을 의미할 것이다.
대안의 실시형태에서, 전력 시스템은 배터리 유닛, 배터리 유닛에 연결가능한 변환기 유닛, 및 버스에 연결가능한 변압기 (도시하지 않음) 를 포함하는 전력 백업 장치를 갖는다. 이러한 실시형태에서, 변환기 유닛은 변압기 권선들의 일 측에 연결가능하고, 버스는 변압기 권선들의 타측에 연결가능하다. 변압기는 예를 들어 690 V:11kV 변압기일 수도 있다. 이로써, 저전압 변환기 유닛이 중간 전압 버스에 연결될 수 있다.
이러한 실시형태에서, 변환기 유닛은 제 1 연소 기관 구동 발전기의 갑작스런 고장의 경우에 버스 전압 및 주파수를 유지하는 것을 보장하는 제어기가 제공된다. 제어기는 또한 제 1 동작 상태, 제 2 동작 상태, 및 제 1 동작 상태와 제 2 동작 상태 사이의 천이 동안에 변환기 유닛에 의해 전달되는 유효 및 무효 전력의 올바른 제어를 보장하도록 배열된다.
임의의 실시형태에서, 배터리 유닛 (9) 의 용량은 예를 들어 범위 25-75 kWh 에서 선택될 수 있을 것이다. 사용될 수도 있는 비교적 저용량 배터리 유닛은 통상 1 분 미만인, 대기 연소 기관 구동 발전기를 시동하는데 요구되는 짧은 시간에 기인한다. 따라서, 낮은 듀티 사이클 및 높은 전압과 결합된 낮게 요구되는 에너지 용량은 피크 전력이 합리적으로 사이징된 배터리와 부합되는 것을 허용할 수도 있다.
본 발명의 개념이 주로 몇가지 실시형태들을 참조하여 상술되었다. 그러나, 당업자에 의해 용이하게 인정되는 바와 같이, 상술된 것들 이외의 다른 실시형태들이 첨부된 특허청구범위에 의해 정의되는 바와 같은, 본 발명의 개념의 범위 내에서 동일하게 가능하다.

Claims (12)

  1. 선박 (1) 의 다이나믹 포지셔닝을 위한 전력 시스템 (3) 으로서,
    상기 전력 시스템 (3) 은,
    제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1),
    제 2 연소 기관 구동 발전기 (G2),
    배터리 유닛 (11), 및
    상기 배터리 유닛 (11) 으로부터 상기 선박 (1) 으로 전력을 제공하도록 배열된 변환기 유닛 (9) 을 포함하고,
    상기 전력 시스템의 제 1 동작 상태에서는, 상기 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 만이 상기 선박 (1) 에 전력을 전달하도록 배열되며,
    상기 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 가 고장난 제 2 동작 상태에서는, 상기 제 2 연소 기관 구동 발전기 (G2) 가 상기 선박 (1) 에 전력을 전달하도록 배열되고,
    상기 변환기 유닛 (9) 은 상기 제 1 동작 상태로부터 상기 제 2 동작 상태로의 천이 동안 상기 선박 (1) 에 전력을 전달하도록 배열되는, 전력 시스템 (3).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 동작 상태는 상기 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 가 정상 동작 모드에 있는 상태인, 전력 시스템 (3).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    버스 (13) 를 포함하고,
    상기 제 1 연소 기관 구동 발전기 (G1) 및 상기 제 2 연소 기관 구동 발전기 (G2) 는 상기 버스 (13) 에 연결가능하며,
    상기 변환기 유닛 (9) 은 상기 버스 (13) 에 그리고 상기 배터리 유닛 (11) 에 연결가능한, 전력 시스템 (3).
  4. 제 3 항에 있어서,
    로터리 변환기 (10) 를 포함하고,
    상기 변환기 유닛 (9) 은 상기 로터리 변환기 (10) 를 통해 상기 버스 (13) 에 연결가능한, 전력 시스템 (3).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 로터리 변환기 (10) 는 상기 로터리 변환기 (10) 의 회전가능 샤프트 (15-1) 를 통해 전기적으로 커플링된 발전기 (17) 및 유도 기기 (15) 를 포함하는, 전력 시스템 (3).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 발전기 (17) 는 MV 동기 발전기인, 전력 시스템 (3).
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 유도 기기 (15) 는 LV 유도 기기인, 전력 시스템 (3).
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도 기기 (15) 는 상기 변환기 유닛 (9) 에 연결가능하고,
    상기 발전기 (17) 는 상기 버스 (13) 에 연결가능한, 전력 시스템 (3).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환기 유닛 (9) 은 전력 시스템 주파수가 미리결정된 임계값 미만인 경우 상기 선박 (1) 에 전력을 전달하도록 구성되는, 전력 시스템 (3).
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환기 유닛 (9) 은 유도 전동기 (15) 의 회전 스피드를 제어하기 위한 가변 주파수 드라이브를 포함하는, 전력 시스템 (3).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 2 개의 전력 시스템들 (3), 및 적어도 하나의 버스타이 (D) 를 포함하고,
    상기 적어도 2 개의 전력 시스템들 (3) 은 상기 적어도 하나의 버스타이 (D) 에 의해 연결가능한, 섹션화된 전력 시스템 (2).
  12. 제 11 항에 기재된 섹션화된 전력 시스템 (2) 을 포함하는 선박 (1).
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