KR20140091497A - 가변 주파수 드라이브를 위한 상시 대기 전원 - Google Patents

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KR20140091497A
KR20140091497A KR1020140004025A KR20140004025A KR20140091497A KR 20140091497 A KR20140091497 A KR 20140091497A KR 1020140004025 A KR1020140004025 A KR 1020140004025A KR 20140004025 A KR20140004025 A KR 20140004025A KR 20140091497 A KR20140091497 A KR 20140091497A
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standby
electrical
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KR1020140004025A
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죄른 토레 하우젠
하버 포셀 오마
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지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

가변 주파수 드라이브를 위한 상시 대기 전원
부유 선박의 가변 주파수 드라이브를 위한 상시 대기 전원이 제공된다. 가변 주파수 드라이브는 부유 선박의 전기 모터에 전력을 공급할 수 있다. 상시 대기 전원은 부유 선박의 메인 전원으로부터 전기 전력을 수신하기 위한 전력 입력부를 갖는다. 상시 대기 전원은 전기 전력을 제1 전압 레벨로 가변 주파수 드라이브의 컨버터 전력 입력부에 공급하도록 구성된 제1 전기 연결부, 및 전기 전력을 제2 전압 레벨로 가변 주파수 드라이브의 제어 전력 입력부에 공급하도록 구성된 제2 전기 연결부를 추가로 갖는다. 제1 전압 레벨은 제2 전압 레벨보다 더 높다. 수신 전기 전력을 제1 전압 레벨 또는 제2 전압 레벨로 트랜스폼하기 위한 트랜스포머가 추가로 제공된다.

Description

가변 주파수 드라이브를 위한 상시 대기 전원{HOT STANDBY POWER SUPPLY FOR A VARIABLE FREQUENCY DRIVE}
본 발명은 부유 선박(floating vessel), 특히 동적으로 포지셔닝되는 선박(dynamically positioned vessel)의 가변 주파수 드라이브를 위한 상시 대기 전원에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 그러한 상시 대기 전원을 포함하는 대응하는 드라이브 시스템, 그리고 상시 대기 전원을 동작시키는 방법에 관한 것이다.
몇몇 타입들의 부유 선박들, 예컨대 드릴 쉽(drill ship)들, 부유 플랫폼들, 드릴링 반-잠수정(drilling semi-submersible)들, FPSO(floating production storage and off-loading vessel)들 등등은 프로펠러들이 전기 모터들에 의해 구동되는 전기 추진 시스템들을 사용한다. 예들은 선박의 방위각(azimuth) 스러스터들을 포함하고, 상기 방위각 스러스터들은 포트 내에 배열된 전기 모터를 포함하고, 상기 전기 모터는 프로펠러에 직접 연결된다. 전기는 일반적으로, 예컨대 디젤 엔진 또는 가스 터빈에 결합된 하나 또는 그 초과의 발전기들에 의해 그러한 선박들의 보드(board) 상에서 생성되고, 그리고 스러스터를 구동시키기 위해 온보드(onboard) 전력 그리드로부터 전기 모터로 송신된다. 그러한 선박은, 동작을 위해 전기 에너지를 요구하는 전기 드라이브들 ― 앵커 윈치(anchor winch) 드라이브들, 드릴링 애플리케이션들의 드라이브들, 드로워크스(drawworks)의 드라이브들 등등을 포함함 ― 을 더 포함할 수 있고, 그리고 또한 보조기관들을 동작시키는 전기 모터들을 포함할 수 있다.
그러한 타입들의 전기 드라이브들을 사용하는 해양 선박들은 일반적으로 온보드 전력 플랜트를 포함하고, 상기 온보드 전력 플랜트는 예컨대 위에서 언급된, 발전기에 결합된 디젤 엔진 또는 가스 터빈에 의해, 요구된 전기 에너지를 생성한다. 그러한 어레인지먼트들은 선박에 메인 전원을 제공한다. 전력 플랜트가 블랙아웃을 겪는다면, 또는 온보드 전력 그리드 내에 또는 상기 온보드 전력 그리드에 결합된 컴포넌트 내에 결함이 있다면, 선박은 자신의 메인 전원을 잃을 것이다.
특히 스러스터들의 전기 모터들은, 속도 제어를 가능케 하기 위한 가변 주파수 드라이브에 의해 구동될 수 있다. 메인 전원의 블랙아웃이 발생하면, 이러한 주파수 컨버터들은 일반적으로 부족-전압에 따라 트립핑될 것이고, 그리고 블랙아웃의 지속기간 동안 서비스가 이루어지지 않을 것이다. 또한, 온보드 전력 플랜트가 동작을 재개한 이후, 가변 주파수 드라이브들은, 온라인으로 돌아가고 그리고 전기 전력을 전기 모터들에 공급하는 것을 시작하기 위한 특정 스타트업 시간을 요구한다. 가변 주파수 드라이브를 재시동시키는 것은 일반적으로 또한 모든 보조 디바이스들, 예컨대 냉각 펌프들, 팬들, 윤활(lubrication) 펌프들 등등의 시동을 포함한다. 가변 주파수 드라이브를 재시동시키기 위한 지속기간은 상당할 수 있다.
그러한 선박들의 전력 플랜트들이 가능한 한 신속하게 전기 전력을 복구시키도록 일반적으로 설계되고 그리고 전기 드라이브들이 가능한 한 신속하게 재시동하도록 설계되지만, 전기 드라이브들이 계속 동작할 수 있기 이전에 상당한 지연이 있을 수 있다. 특히 전기 추진 시스템들을 갖는 해양 선박들에 대해 긴 지연들은 바람직하지 않은데, 그 이유는 스러스터 드라이브들의 동작불능(inoperability)이 포지션 및 기동성의 손실을 유도할 수 있기 때문이다. 따라서, 더 높은 분류들의 동적 포지셔닝 시스템들, 예컨대 장비 분류 2(DP2, 예컨대 DYNPOS-AUTR) 또는 장비 분류 3(DP3, 예컨대 DYNPOS-AUTRO) 등등(IMO MSC/Circ.645, "Guidelines for vessels with dynamic positioning systems"를 보라)을 동작시키는 선박들은 전력 발전 시스템들 내에 특정 중복성을 가질 것을 요구받는다. 전력 발전 시스템은 예컨대 여러 개의 별개의 그리고 독립적인 서브시스템들로 분할될 수 있다. DYNPOS-AUTRO 분류 또는 DPS3-분류에 대해, 메인 버스 바(bar)는 예컨대 두 개 또는 그 초과의 상이한 섹션들로 분할되고, 각각이 발전기에 연결된다. 메인 전력 분배 버스의 섹션들 사이에 제공되는 버스 타이 브레이커들은, 하나의 섹션이 다른 섹션 내의 블랙아웃에 의해 영향받지 않도록, 분류 3 동작 동안 개방되어야 한다.
이러한 노력은 일반적으로, 블랙아웃 이후 스러스터들이 온라인으로 돌아가기 위해 요구하는 시간이 너무 길기 때문에 이루어지고, 이유들 중 하나는 주파수 컨버터들에 대해 요구되는 스타트업 시간이다. 전력 시스템의 분할 섹션들을 갖는 선박을 동작시키는 것은, 동작을 더욱 비효율적으로 만들고, 그리고 더 높은 연료 소모량 및 그에 따른 증가된 동작 비용들을 유도한다. 그래서, 장비 분류 3(DP3) 동작에서도, 폐쇄된 버스 타이 브레이커들을 이용하여 동작하는 것이 바람직하다. 또한, 전력 분배 버스 및 전력 그리드의 분할 섹션들을 갖는 그러한 시스템에서 또한, 선박의 안전한 동작을 재개시키기 위하여, 전력 그리드 섹션 내의 블랙아웃 이후 가능한 한 신속하게 주파수 컨버터들을 온라인으로 다시 회복시키는 것이 원해진다.
따라서, 위에서 언급된 단점들 중 적어도 몇몇을 완화하기 위한, 그리고 블랙아웃 이후 가변 주파수 드라이브가 이용 불가능한 시간을 가능한 한 짧게 만들기 위한, 즉 선박의 전력 시스템의 블랙아웃 이후 전기 드라이브의 회복 시간들을 개선하기 위한 필요가 있다.
이러한 필요는 독립 청구항들의 특징들에 의해 충족된다. 종속 청구항들은 본 발명의 실시예들을 설명한다.
본 발명의 실시예는, 부유 선박의 가변 주파수 드라이브를 위한 상시 대기 전원을 제공하고, 상기 가변 주파수 드라이브는 부유 선박의 전기 모터, 특히 스러스터의 전기 모터에 전력을 공급한다. 부유 선박은 특히 동적으로 포지셔닝되는 선박일 수 있다. 상시 대기 전원은, 부유 선박의 메인 전원으로부터 전기 전력을 수신하기 위한 전력 입력부, 전기 전력을 제1 전압 레벨로 가변 주파수 드라이브의 컨버터 전력 입력부에 공급하도록 구성된 제1 전기 연결부, 전기 전력을 제2 전압 레벨로 가변 주파수 드라이브의 제어 전력 입력부에 공급하도록 구성된 제2 전기 연결부 ― 여기서, 상기 제1 전압 레벨은 상기 제2 전압 레벨보다 더 높음 ―, 및 수신 전기 전력을 상기 제1 전압 레벨로 또는 상기 제2 전압 레벨로 트랜스폼하기 위한 트랜스포머를 포함한다. 상시 대기 전원은, 전기 전력을 저장 및 공급하기 위한 전기 전력 스토리지 유닛을 더 포함한다. 전기 전력 스토리지 유닛은, 제1 전기 연결부 및 제2 전기 연결부 둘 다에 전기 전력을 공급할 수 있도록 전기적으로 연결된다. 제1 전기 연결부 및 제2 전기 연결부 중 하나는, 전기 전력 스토리지 유닛으로부터 제1 전압 레벨 또는 제2 전압 레벨을 제공하기 위한 트랜스포머를 통해 각각 공급받는다. 상시 대기 전원은, 동작중에, 전력 입력부에 수신된 전기 전력이 제1 전기 연결부 및 제2 전기 연결부를 통해 가변 주파수 드라이브의 컨버터 전력 입력부 및 제어 전력 입력부에 제공되도록, 그리고 메인 전원으로부터의 전기 전력에 의한 공급의 중단 때, 전기 전력이 전기 전력 스토리지 유닛으로부터 제1 전기 연결부 및 제2 전기 연결부를 통해 가변 주파수 드라이브의 컨버터 전력 입력부 및 제어 전력 입력부에 공급되도록, 상시 대기 전원을 제어하도록 적응된 제어 유닛을 더 포함한다.
따라서, 상시 대기 전원은, 메인 전원으로부터 단 한 개의 전력 입력부만을 요구하는, 가변 주파수 드라이브(VFD)를 위한 전원을 제공하고, 그리고 적절한 전기 전력을 둘 다에, 즉 가변 주파수 드라이브의 컨버터 및 제어기에 제공할 수 있다. 추가로, 상시 대기 전원에 대한 전력 공급이 예컨대 메인 전원의 블랙아웃으로 인해 실패한다면, 상시 대기 전원(HSPS)은 전기 전력을 컨버터 및 제어기 둘 다에 계속 제공하고, 이로써 가변 주파수 드라이브의 지속적인 이용가능성이 보장될 수 있다. 이는, VFD가 대기 상태로 머무르도록 허용하고, 이는 메인 전원을 복구시킬 때 VFD의 신속한 재시동을 보장한다.
실시예에서, 트랜스포머는, 제1 전압 레벨로부터 제2 전압 레벨로 전압 변환을 제공하도록 구성된 스텝-다운 트랜스포머일 수 있다. 그러한 구성에서, 트랜스포머에는 따라서 제1 전압 레벨로 전압이 제공될 수 있고, 상기 제1 전압 레벨은 컨버터 전력 입력부에 대한 제1 전기 연결부에 또한 제공되고, 그리고 상기 트랜스포머는 이러한 전압을 제2 전압 레벨로 트랜스폼할 수 있고, 상기 제2 전압 레벨은 VFD의 제어 전력 입력부에 대한 제2 전기 연결부에 제공된다. 다른 구성에서, 트랜스포머는, 제2 전압 레벨로부터 더 높은 제1 전압 레벨로 전압 변환을 제공하는 스텝-업 트랜스포머일 수 있다. 구성은 HSPS의 전력 입력부에 수신되는 전압 레벨에 따라 선택될 수 있다.
제1 전압 레벨은 예컨대 약 300V 내지 약 1,000V의 범위 내에 놓일 수 있고, 제1 전압 레벨은 특히 약 350V 내지 약 700V의 범위 내에 놓일 수 있다. 예들은 400V이거나 또는 690V이다. 제2 전압 레벨은 약 100V 내지 약 700V, 특히 약 100V 내지 약 400V의 범위 내에 놓일 수 있다. 제2 전압 레벨에 대한 특정 예들은 110V, 230V, 240V, 또는 400V를 포함한다.
실시예에서, HSPS는 HSPS의 전력 입력부에 연결된 제2 트랜스포머를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 트랜스포머는 전력 입력부에 수신된 전기 전력을 수신 전압 레벨로부터 제1 전압 레벨 또는 제2 전압 레벨로 변환시키도록 구성된다. 예로서, 전기 전력이 전력 입력부에 수신되는 수신 전압 레벨은 약 690V일 수 있고, 여기서 전압은 제2 트랜스포머에 의해 약 400V의 레벨로 변환되고 그리고 제1 트랜스포머에 의해 약 230V의 레벨로 변환된다. 전기 전력 스토리지 유닛은 제2 트랜스포머의 이차 측에 전기적으로 결합될 수 있다. 전기 전력 스토리지 유닛에 의해 공급된 전기 전력은 따라서 제2 트랜스포머에 의해 다시 변환될 필요가 없을 수 있다.
따라서, 전기 전력은 제1 전압 레벨 및 제2 전압 레벨과 상이한 전압 레벨로 메인 전원으로부터 수신될 수 있다.
실시예에서, HSPS는 가변 주파수 드라이브의 보조기관들 전력 입력부에 대한 제3 전기 연결부를 더 포함할 수 있고, 여기서 보조기관들 전력 입력부는, 적어도 냉각 유닛을 포함하는 가변 주파수 드라이브의 하나 또는 그 초과의 보조기관들에 전기적으로 결합될 수 있다. 상시 대기 전원은, VFD의 냉각 유닛에 전기 전력을 제공하기 위하여, 제3 전기 연결부를 통해 전기 전력을 제1 전압 레벨 또는 제2 전압 레벨로 보조기관들 전력 입력부에 공급하도록 구성될 수 있다. 따라서, VFD의 컴포넌트들, 예컨대 VFD 내에 포함된 컨버터의 컴포넌트들을 냉각시키는 것이 요구된다면, 그러한 냉각을 제공하는 대응하는 냉각 유닛이 메인 전원의 블랙아웃 이후에도 동작될 수 있다. 심지어 그러한 VFD는, 따라서 블랙아웃 동안 대기 모드로 머무를 수 있고, 그리고 메인 전원의 리턴 직후 재시동할 수 있다. 바람직하게, HSPS는, 전기 전력을 제1 전압 레벨로 VFD의 보조기관들 전력 입력부에 제공하도록 구성된다.
실시예에서, 메인 전원으로부터 수신된 전기 전력은 AC 전기 전력이고, 그리고 전기 전력 스토리지 유닛은 DC 전기 전력 스토리지 엘리먼트 및 컨버터를 포함한다. 컨버터는, 전력 스토리지 유닛의 스토리지 엘리먼트를 충전시키기 위해 수신 AC 전기 전력을 DC 전기 전력으로 변환시키도록, 그리고 전기 전력 스토리지 유닛이 제1 전기 연결부 및 제2 전기 연결부에 전기 전력을 공급할 때, 즉 메인 전원의 블랙 아웃 동안 VFD가 전기 전력 스토리지 유닛으로부터 피드받을 때, 스토리지 엘리먼트에 의해 공급된 DC 전기 전력을 AC 전기 전력으로 변환시키도록 구성될 수 있다.
DC 전기 전력 스토리지 엘리먼트(줄여서, 스토리지 엘리먼트)는 예컨대 배터리, 커패시터 뱅크, 또는 이들의 조합일 수 있다. 전력 스토리지 유닛의 컨버터는 인버터/정류기일 수 있고, 상기 인버터/정류기는 하나의 동작 모드에서 전력 스토리지 엘리먼트를 충전시키기 위한 정류기로서 동작하고 그리고 다른 동작 모드에서 스토리지 엘리먼트로부터 전기 전력을 인출할 때 인버터로서 동작한다. 다른 실시예들에서, 상기 컨버터는 중간 DC 링크를 갖는 풀 컨버터(정류기 및 인버터를 포함함)일 수 있고, 전기 전력 스토리지 엘리먼트가 상기 중간 DC 링크에 결합되고, 그리고 HSPS의 정상 동작 동안 전력 입력부에 수신된 전기 전력이 상기 중간 DC 링크를 통과해 흐른다.
실시예에서, HSPS는 가변 주파수 드라이브의 제어기 쪽으로 통신 링크를 더 포함하고, 상기 통신 링크는 HSPS의 제어기와 VFD의 제어기 사이의 통신을 가능케 하도록 구성된다. 그러한 통신 링크를 통해, 예컨대, 메인 전원의 중단 때, VFD가 연관된 전기 모터를 액티브하게 구동시키는 것을 중지하지만, 최소 전력 소모량을 이용하여 대기 상태로 머무른다는 것이 보장될 수 있다. 또한, 메인 전원이 온라인으로 돌아간 이후, VFD의 재시동이 제어될 수 있다. HSPS의 제어기는, 이러한 기능들을 달성하기 위해 각각의 정보 및 명령들을 교환하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, HSPS 및 VFD 둘 다를 제어하기 위해 단일 제어기만이 제공될 수 있어, 그러한 통신 링크가 생략가능하게 된다.
예로서, HSPS의 제어기는, 전압 임계치 미만으로 VFD의 컨버터의 DC 링크 상의 전압 강하의 표시를 통신 링크를 통해 수신할 때, 전기 전력 스토리지 유닛으로부터 VFD로 전기 전력을 공급하는 것을 시작하도록 구성될 수 있다. 예로서, VFD의 제어기는 자신의 컨버터의 DC 링크 상의 전압 레벨을 HSPS의 제어기에 통신시킬 수 있거나, 또는 VFD의 제어기는 에러 메시지, 트리거 메시지 등등을 통신시킬 수 있다. 다른 한편으로, HSPS의 제어기는, 예컨대 전력 입력부 상의 전압 레벨을 검출함으로써 또는 선박들 전력 네트워크 또는 전력 그리드로부터 대응하는 표시, 예컨대 메시지를 수신함으로써, 메인 전원의 중단을 자체 결정할 때, 전기 전력 스토리지 유닛으로부터 전기 전력을 공급하는 것을 시작하도록 또한 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 전기 전력 스토리지 유닛은, 예컨대 전기 전력 스토리지 유닛이 (위에서 설명된 바와 같이) 전력 스토리지 엘리먼트가 결합되는 중간 DC 링크를 갖는 컨버터를 포함할 때 그리고 메인 전원 내의 중단으로 인해 중간 DC 링크 상의 전압이 강하할 때, 제어기 상호작용 없이 자동으로 전기 전력을 공급하는 것을 시작할 수 있다.
동시에, HSPS의 제어기는, VFD에 연결된 모터에 전기 전력을 공급하는 것을 중지시키기 위해, 대응하는 메시지를 통신 링크를 통해 VFD의 제어기에 전송할 수 있다. 결과적으로, VFD의 신속한 재시동을 가능케 하기 위하여, HSPS에 의해 제1 전기 연결부 상에서 VFD에 공급되는 전기 전력은, VFD의 컨버터의 DC 링크 상의 전압 레벨을 임계치 전압을 초과하여 유지시키기 위해 사용될 수 있다.
실시예에서, HSPS의 제어기는, 제1 시간량 이후 또는 미리결정된 조건이 충족된 이후 전기 전력 스토리지 유닛으로부터 VFD의 컨버터 전력 입력부 또는 제어 전력 입력부 중 적어도 하나로의 전기 전력의 공급을 중단시키도록 구성될 수 있다. 제1 시간량은 예컨대, HSPS에 의해 공급받는 VFD의 타입 및 전기 전력 스토리지 유닛의 스토리지 용량에 의해 결정될 수 있는 미리설정된 고정 시간 기간일 수 있다. 미리결정된 조건은 특정 이벤트에 의해, 예컨대 전력 스토리지 유닛의 충전 레벨이 특정 임계치 미만으로, 예컨대 약 25%, 20%, 15%, 10% 등등의 충전 레벨 미만으로 강하하는 것에 의해 동적으로 결정될 수 있다. 이는, 다시, 전기 전력 스토리지 유닛 내에서 사용되는 스토리지 엘리먼트의 타입 및 용량에 따라 그리고 전기 전력 스토리지 유닛이 VFD에 전력을 공급하는 상시 대기 동작 동안 VFD에 의해 인출된 전력에 따라 좌우될 수 있다. 시간량 또는 조건 ― 상기 시간량 또는 조건 이후, 스토리지 유닛으로부터의 전기 전력의 공급이 중지됨 ― 을 결정하는 다른 가능성들이 또한 고려가능하다. 특히, 전기 전력을 이용한 공급은, 전기 전력 스토리지 유닛 내에 저장된 전기 에너지량이 저장된 전기 전력으로부터 VFD의 재시동을 가능케 하기에 여전히 충분히 큰 가장 늦은 시점에 중지될 수 있다(물론, 상기 공급은 이전에 중지될 수 있다). 다른 실시예들에서, 제어기는, 전력 스토리지 유닛 내에 저장된 전력이 다 떨어졌을 때에만 전력 공급이 중지되도록 구성될 수 있다.
다른 실시예에서, 위에서 설명된 기능들을 수행하는 제어기는 HSPS 내에 포함될 수 있는 것이 아니라, VFD 내에서 배열될 수 있다. 특히, 제어기는, 설명된 기능을 제공하도록 구성될 수 있는 VFD 제어기일 수 있다.
제어기는, 메인 전원으로부터의 전기 전력을 이용한 공급이 재개될 것이라는 표시를 수신할 때, 특히 시동 신호가 메인 전원의 발전기에 공급된다는 표시를 수신할 때, 전력 스토리지 유닛으로부터 가변 주파수 드라이브의 적어도 컨버터 전력 입력부에 전기 전력을 공급하는 것을 재시작하도록 구성될 수 있다. 따라서, HSPS는, 메인 전원이 온라인으로 돌아가는 것과 동시에, VFD를 이미 재시동시킬 수 있다. 특히, HSPS는 VFD의 컨버터의 DC 링크의 커패시턴스를 미리-충전시키기 위해 전기 전력을 컨버터 전력 입력부에 공급할 수 있고, 그래서 전력이 메인 전원으로부터 전력 입력부에 다시 수신된 직후 VFD의 동작이 재개될 수 있다. 종래의 시스템들 내의 VFD의 부가의 재시동 시간 ― 상당할 수 있음 ― 이 따라서 방지될 수 있다. 전력 네트워크로부터 발전기들에 전송되는 시동 커맨드는, 메인 전원이 온라인으로 곧 돌아갈 것이라는 특히 우수한 표시이다.
실시예에서, HSPS는 메인 전원으로부터 보조기관들 전력을 수신하기 위한 보조기관들 전력 입력부를 더 포함할 수 있고, 그리고 VFD의 비-필수 보조기관들 입력부에 대한 추가의 전기 연결부를 더 포함할 수 있고, HSPS는 보조기관들 전력 입력부에 수신된 전력을 상기 추가의 전기 연결부를 통해 VFD의 비-필수 보조기관들 입력부에 제공하도록 구성된다.
HSPS는 셧다운 신호를 수신하기 위한 통신 입력부를 더 포함할 수 있고, 그리고 상기 인터페이스를 통해 셧다운 커맨드를 수신할 때 전기 전력 스토리지 유닛의 적어도 에너지 스토리지 엘리먼트를 연결해제시키도록 구성될 수 있고, 그리고 그러한 커맨드를 수신할 때 HSPS를 셧다운시키도록 바람직하게 구성될 수 있다.
HSPS는, 전기 전력을 제2 전압 레벨로 추가의 컨슈머들에 제공하기 위한, 특히 전기 전력을 추가의 디바이스들의 제어기들, 예컨대 VFD 트랜스포머의 제어기, VFD에 연결된 모터의 제어기 등등에 제공하기 위한 추가의 전기 연결부들을 포함할 수 있다. 이러한 목적을 위해, HSPS는 그러한 전기 연결부들을 제공하기 위한 부가의 연결 단자들을 포함할 수 있다. 내부적으로, HSPS의 이러한 단자들은 제2 전기 연결부와 병렬로 연결될 수 있다. 다른 구성들, 예컨대 HSPS의 외부에 있는 제2 전기 연결부로부터의 추가의 전기 연결부의 브랜칭(branching)이 특정하게 고려가능하다.
본 발명의 추가의 실시예에 따라, 부유 선박의 전기 모터, 특히 부유 선박의 스러스터의 전기 모터에 전력을 공급하기 위한 가변 주파수 드라이브를 포함하는 드라이브 시스템이 제공된다. 가변 주파수 드라이브는 DC 링크를 갖는 컨버터, 상기 가변 주파수 드라이브를 제어하기 위한 제어기, 전기 전력을 상기 컨버터 및 상기 DC 링크에 공급하기 위한 컨버터 전력 입력부, 및 전기 전력을 상기 가변 주파수 드라이브의 상기 제어기에 공급하기 위한 제어기 전력 입력부를 포함한다. 드라이브 시스템은 위에서 개요가 서술된 구성들 중 임의의 구성에 따른 상시 대기 전원을 더 포함한다. 상시 대기 전원의 제1 전기 연결부는 컨버터 전력 입력부에 전기 연결되고, 그리고 상시 대기 전원의 제2 전기 연결부는 제어기 전력 입력부에 전기 연결된다. 콤팩트하고 그리고 연결시키기 쉬운 드라이브 시스템이 따라서 달성될 수 있고, 상기 드라이브 시스템은, 메인 전원의 중단의 발생시 특정 시간 기간에 걸쳐 가변 주파수 드라이브를 대기 상태로 유지시킬 수 있다. 또한, 메인 전원의 중단의 경우에 요구되는 전원들의 상이한 타입들 사이의 스위칭 오버가 없다. 또한, 상시 대기 전원에 대한 단일 전력 연결부만을 이용하여, 가변 주파수 드라이브의 컨버터(특히, 상기 컨버터의 DC 링크) 및 제어기에 전기 전력이 제공될 수 있다.
실시예에서, 드라이브 시스템은 동적으로 포지셔닝되는 선박의 드라이브 시스템이고, 그리고 가변 주파수 드라이브는 전기 전력을 동적으로 포지셔닝되는 선박의 스러스터의 전기 모터에 공급하도록 구성된다. 이는, 동적으로 포지셔닝되는 선박의 전원의 블랙아웃 이후 스러스터의 신속한 재시동을 허용하고, 이로써 선박의 안전한 포지셔닝이 보장된다. 또한, 가변 주파수 드라이브에 상시 대기를 제공하는 것은, 전력 시스템(특히, 전력 분배 버스)의 섹션들 사이에 폐쇄된 버스 타이 브레이커들을 이용하여 장비 분류 3(DP3) 모드로 그러한 동작으로 포지셔닝되는 선박의 전력 시스템의 동작을 가능케 할 수 있는데, 그 이유는 전력 시스템의 블랙아웃 이후 동적으로 포지셔닝되는 선박의 스러스터들을 재시동시키기 위해 요구되는 시간이 상당히 감소될 수 있기 때문이다.
실시예에서, 가변 주파수 드라이브는 컨버터 전력 입력부와 컨버터 사이에 연결된 충전 트랜스포머를 더 포함한다. 따라서, 충전 트랜스포머는 컨버터의 DC 링크 내의 커패시턴스를 충전시키기에 적절한 전압을 공급할 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러한 충전 트랜스포머는 제공되지 않을 수 있거나, 또는 상이한 유닛, 예컨대 HSPS 내에 제공될 수 있다.
추가의 실시예에서, 가변 주파수 드라이브는 특히 컨버터의 컴포넌트를 냉각시키기 위한 냉각 유닛을 포함하고, 여기서 드라이브 시스템은 상시 대기 전원과 가변 주파수 드라이브 사이에, 전기 전력 스토리지 유닛으로부터 냉각 유닛으로의 전기 전력의 공급을 가능케 하는 전기 연결부를 포함한다. 이러한 전기 연결부는 부가의 제3 전기 연결부일 수 있거나, 또는 이러한 전기 연결부는 제1 전기 연결부 또는 제2 전기 연결부 ― 전력이 상기 제1 전기 연결부 또는 제2 전기 연결부를 통해 냉각 유닛에 전송됨 ― 일 수 있다. 메인 전원의 블랙아웃 이후 VFD의 컨버터를 동작가능하게 유지시키는 것 또는 컨버터를 재시동시키는 것은, 냉각 펌프 및/또는 냉각 유닛 제어기를 포함할 수 있는 냉각 유닛의 동작을 요구할 수 있고, 그리고 블랙아웃의 경우 이들을 동작시키기 위한 전력은 HSPS에 의해, 특히 HSPS의 전기 에너지 스토리지 유닛에 의해 전기 연결부를 통해 제공될 수 있다. 구성에 따라, 전기 연결부를 통해 제공되는 전기 전력은 제1 전압 레벨 또는 제2 전압 레벨에 있을 수 있거나, 또는 전기 연결부를 통해 제공되는 전기 전력은 제1 전압 레벨 또는 제2 전압 레벨로부터 도출된 제3 전압 레벨에 있을 수 있다. 정상 동작중에, 냉각 유닛은 HSPS 및 HSPS의 전력 입력부를 통해 그리고 상기 전기 연결부를 통해 전기 전력을 수신할 수 있다.
실시예에서, VFD는 냉각 유닛 제어기를 더 포함할 수 있고, 그리고 드라이브 시스템은 전기 전력을 HSPS로부터 VFD 제어기 및 냉각 유닛 제어기 둘 다에 제2 전압 레벨로 공급할 수 있도록 구성될 수 있다. VFD의 냉각 시스템의 제어기는 예컨대 제2 전기 연결부를 통해 전기 전력을 공급받을 수 있다.
실시예에서, VFD는 동작중의 VFD를 냉각시키기 위한 냉각 유닛 및 냉각 유닛 제어기를 포함하고, 여기서 HSPS의 제어기는, HSPS가 전기 전력을 자신의 전력 스토리지 유닛으로부터 제1 전기 연결부 및 제2 전기 연결부를 통해 VFD에 제공할 때 냉각 유닛의 동작을 중지시키도록 구성된다. 이는, 예컨대, 대응하는 명령들을 위에서 언급된 통신 링크를 통해 전송함으로써 달성될 수 있다. 따라서, 대기 모드에서 VFD에 의한 전기 에너지의 사용이 감소될 수 있다.
몇몇의 실시예들에서, HSPS의 제어기는, HSPS의 메인 컴포넌트들을 하우징하는 것과 동일한 물리적 유닛 내에서 배열될 수 있다. 다른 실시예들에서, HSPS 제어기는 다른 유닛 내에서, 예컨대 HSPS가 연결되는 VFD 내에서 배열될 수 있다. 몇몇의 실시예들에서, HSPS의 제어기는 VFD의 제어기와 동일할 수 있거나, 또는 VFD의 제어기의 일부일 수 있다. VFD 및 HSPS를 제어하기 위해 단일 제어기가 따라서 제공될 수 있고, 그리고 그러한 제어기는 유닛 내에든 또는 다른 위치에든, 예컨대 제어 룸 내에 등등에 위치될 수 있다.
실시예에서, 드라이브 시스템은 가변 주파수 드라이브 캐비닛을 더 포함하고, 상기 가변 주파수 드라이브는 가변 주파수 드라이브 캐비닛 내에 장착된다. 드라이브 시스템은 상시 대기 전원 캐비닛을 더 포함하고, 상시 대기 전원은 상시 대기 전원 캐비닛 내에 장착된다. 상시 대기 전원 캐비닛은 가변 주파수 드라이브 캐비닛에 인접한 채로 장착된다. 부유 선박의 전기 모터, 특히 스러스터의 모터에 전력을 공급하기 위한, 소형 풋 프린트(foot print)를 갖고 그리고 연결하기가 쉬운 콤팩트한 드라이브 시스템이 따라서 달성될 수 있다. VFD 캐비닛 및 HSPS 캐비닛이 공통 프레임 상에 장착될 수 있다.
실시예에서, 드라이브 시스템은 또한, 메인 전원의 중단 때 운동 버퍼링을 제공하도록 구성될 수 있다. VFD는 예컨대, VFD에 결합된 전기 모터에 의해 발전된 전기 전력을 수신하도록, 수신 전기 전력을 변환하도록, 그리고 DC 링크 상의 전압을 미리결정된 전압 레벨을 초과하여 유지시키기 위하여 상기 전기 전력을 컨버터의 DC 링크에 제공하도록 구성될 수 있다. VFD가 대기 모드로 동작될 수 있는 지속기간이 따라서 증가될 수 있다.
추가의 실시예에서, HSPS의 제어기는, 메인 전원의 중단 이후 그리고 운동 버퍼링에 의한 VFD로의 전기 전력의 공급이 미리결정된 레벨 미만으로 강하했거나 또는 중지된 이후 전기 에너지를 전기 전력 스토리지 유닛으로부터 VFD로 공급하는 것을 시작하도록 구성될 수 있다. 따라서, VFD의 대기 동작을 위한 시간이 연장될 수 있다. 다시, 다른 실시예들에서, VFD의 제어기는 이러한 기능을 제공하도록 구성될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 컨버터 전력 입력부가, VFD에 연결된 전기 모터를 동작시키기 위해 전기 전력이 VFD에 공급되도록 하는 VFD의 메인 동작 전력 입력부가 아니라는 것을 주의하라. 오히려, VFD의 컨버터 전력 입력부는 DC-링크를 미리-충전시키기 위해 VFD의 컨버터의 DC-링크에 결합된다. 그러한 실시예에서, VFD의 컨버터 전력 입력부는 컨버터 프리차지(precharge) 전력 입력부로 또한 불릴 수 있다. HSPS는 따라서, 보조 전력을 VFD에 공급하지만 메인 동작 전력을 공급하지 않는 전원을 구성할 수 있다.
다른 실시예에서, 전기 전력을 가변 주파수 드라이브에 공급하기 위한 상시 대기 전원을 동작시키는 방법이 제공된다. 방법은, 메인 전원으로부터 상시 대기 전원의 전력 입력부에서 전기 전력을 수신하는 단계, 제1 전기 연결부를 통해 전기 전력을 제1 전압 레벨로 가변 주파수 드라이브의 컨버터 전력 입력부에 제공하는 단계, 제2 전기 연결부를 통해 전기 전력을 제2 전압 레벨로 가변 주파수 드라이브의 제어기 전력 입력부에 제공하는 단계 ― 상기 제1 전압 레벨은 상기 제2 전압 레벨보다 더 높음 ―, 및 트랜스포머에 의하여, 수신된 전기 전력을 상기 제1 전압 레벨로 또는 상기 제2 전압 레벨로 트랜스폼하는 단계를 포함한다. 방법은, 전력 스토리지 유닛을 충전시키기 위해 수신 전기 전력을 상기 전력 스토리지 유닛에 제공하는 추가 단계, 상기 메인 전원에 의한 전기 전력을 이용한 공급의 중단을 검출하는 추가 단계, 및 상기 제1 전기 연결부 및 상기 제2 전기 연결부를 통해 전기 전력을 상기 전력 스토리지 유닛으로부터 가변 주파수 드라이브의 컨버터 전력 입력부 및 제어기 전력 입력부에 공급하는 추가 단계 ― 상기 제1 전기 연결부 및 상기 제2 전기 연결부 중 하나는 각각의 제1 전압 레벨 또는 제2 전압 레벨을 제공하기 위한 트랜스포머를 통해 전기 전력을 공급받음 ― 를 포함한다.
이러한 방법에 의하여, 상시 대기 전원 또는 드라이브 시스템의 실시예들에 대하여 위에서 추가로 개요가 서술된 것들과 유사한 장점들이 달성될 수 있다. 방법의 실시예들에서, 방법은, HSPS 및 드라이브 시스템에 대하여 위에서 설명된 단계들을 포함하는 추가 단계들을 포함할 수 있다. 방법은, 위에서 개요가 서술된 구성들 중 임의의 구성으로 있는 HSPS 또는 드라이브 시스템 상에서 수행될 수 있다.
실시예에서, 방법은, 상기 전기 전력 스토리지 유닛으로부터 상기 VFD로 전기 전력을 제공하기 이전, 운동 버퍼링에 의하여, VFD의 컨버터(특히, 상기 컨버터의 DC 링크)에 전기 전력을 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은, 상기 컨버터 전력 입력부에 결합된 컨버터의 DC 링크의 전압이 미리결정된 프리-차지 전압 세트포인트에 도달할 때까지 상기 VFD의 컨버터 전력 입력부에 전기 전력을 제공하는 단계, 및 DC 링크 상의 전압 레벨이 프리-차지 전압 세트포인트에 도달한 이후 상기 컨버터 전력 입력부로의 전기 전력의 공급을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은, 상기 DC 링크 상의 전압 레벨이 미리결정된 전압 임계치로 강하할 때 전기 전력을 상기 전력 스토리지 유닛으로부터 상기 VFD의 상기 컨버터 전력 입력부로 제공하기를 시작하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은, 미리결정된 시간량 이후 또는 미리결정된 조건이 충족될 때, 예컨대 상기 전력 스토리지 유닛 내에 남아 있는 전기 에너지가 미리결정된 레벨로 강하한 이후, 전기 전력을 상기 전력 스토리지 유닛으로부터 상기 VFD로 공급하기를 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에서, 방법은, 메인 전원으로부터의 전기 전력을 이용한 공급이 재개할 것이라는 표시를 수신할 때, 특히 시동 신호가 메인 전원의 발전기에 공급된다는 표시를 수신할 때, 전기 전력을 상기 전력 스토리지 유닛으로부터 상기 VFD의 컨버터 전력 입력부로 공급하기를 재시작시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, VFD는, 메인 전원이 온라인으로 다시 회복됨과 동시에, 상기 VFD가 동작을 위해 준비되는 상태로 회복될 수 있다.
위에서 언급된 실시예들의 특징들 및 아래에서 설명될, 아직 언급되지 않은 실시예들의 특징들은, 반대로 주의되지 않는 한, 서로 결합될 수 있다.
본 발명의 전술된 및 다른 특징들 및 장점들은 동반된 도면들과 관련하여 읽히는 아래의 상세한 설명으로부터 추가로 명백하게 될 것이다. 도면들에서, 같은 참조 부호들은 같은 엘리먼트들을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 부유 선박의 전력 시스템을 도시하는 개략도이다.
도 2는 메인 전원 내의 블랙아웃 때 컨버터의 DC 링크 상의 DC 전압의 강하를 도시하는 도면이다.
도 3은 메인 전원의 블랙아웃 이후 운동 버퍼링이 이용가능할 때 컨버터의 DC 링크 상의 전압을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 드라이브 시스템 및 상시 대기 전원을 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 상시 대기 전원을 도시하는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 드라이브 시스템의 물리적 구성을 도시하는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 전력이 상시 대기 전원으로부터 공급되는 시간에 걸쳐 컨버터의 DC 링크의 전압을 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라, 메인 전원의 블랙아웃 이후 메인 전원의 스타트업과 동시에 컨버터가 동작 상태로 회복될 때 컨버터의 DC 링크 상의 전압을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 방법을 예시하는 흐름도이다.
아래에서는, 본 발명의 실시예들이 동반된 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 실시예들의 아래의 설명이 예시의 목적을 위해서만 제공되고 그리고 협의로 취해지지 않을 것임이 이해될 것이다.
도면들은 개략적인 표현들인 것으로서만 간주될 것이고, 그리고 도면들 내의 엘리먼트들이 반드시 서로 스케일링되는 것은 아니다. 오히려, 다양한 엘리먼트들의 표현은, 상기 엘리먼트들의 기능 및 일반적인 목적이 기술분야의 당업자에게 명백해지도록 선택된다. 도면들에 도시되고 그리고 이후에 설명되는 바와 같은 물리적 또는 기능적 유닛들의 결합이 반드시 직접 연결 또는 결합일 필요가 없고, 또한 간접 연결 또는 결합, 즉 하나 또는 그 초과의 부가의 중간 엘리먼트들을 이용한 연결 또는 결합일 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 당업자는, 상이한 실시예들에 대하여 본 명세서에서 예시 및 설명되는 물리적 또는 기능적 유닛들이 반드시 물리적으로 별개의 유닛들로서 구현될 필요가 없음을 추가로 인정할 것이다. 하나 또는 그 초과의 물리적 또는 기능적 블록들 또는 유닛들이 공통의 회로, 칩, 회로 엘리먼트 또는 유닛으로 구현될 수 있는 반면에, 다른 물리적 또는 기능적 블록들 또는 유닛들이 별개의 회로들, 칩들, 회로 엘리먼트들 또는 유닛들로 구현될 수 있다.
도 1은 부유 선박의 전력 그리드의 개략도를 도시하고, 그리고 전력 그리드가 제공될 목적에 따라 실제로 상당히 가변할 수 있음이 주의되어야 한다. 전력 시스템(100)은 발전기(101)를 포함하고, 상기 발전기(101)는 예컨대 디젤 엔진 또는 가스 터빈에 결합될 수 있다(여러 개의 그러한 발전기들, 예컨대 네 개, 여섯 개, 여덟 개 또는 그 초과가 전력 시스템 내에 포함될 수 있음을 주의하라). 발전기(101)는 회로 차단기(CB)를 통해 고전압 스위치기어(102)에 연결된다. 다른 실시예에서, 스위치기어는 중간 전압 또는 저전압 스위치기어일 수 있다. 여러 개의 그러한 스위치기어들은 전력 시스템(100) 내에 포함될 수 있다. 스위치기어(102)를 통해, 발전기(101)에 의해 발전된 전기 전력이 선박 전체에 걸쳐서 분배된다. 전력 시스템(100)은 전기 AC 모터(104)를 더 포함하고, 상기 전기 AC 모터(104)는 선박의 스러스터의 모터이다. 모터(104)는 예컨대 방위각 스러스터의 포드(pod) 내에 포함될 수 있고, 그리고 선박은 여러 개의 그러한 모터들, 예컨대 네 개, 여덟 개 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 모터(104)의 회전 속도의 제어를 가능케 하기 위해, 모터(104)는 가변 주파수 드라이브(20)로부터 동작을 위한 전기 전력을 수신한다. 삼권선 트랜스포머(103)는 고전압 스위치기어(102)로부터 가변 주파수 드라이브(VFD)(20)로 전기 전력을 제공한다. 다른 타입들의 트랜스포머들이 다른 실시예들에서 사용될 수 있다. 트랜스포머(103), VFD(20) 및 모터(104)는 가변 주파수 드라이브 시스템(VFDS) 또는 줄여서 드라이브 시스템의 일부일 수 있다.
컴포넌트들(103, 20 및 104)은 일반적으로, 고전압 범위, 예컨대 약 1,000V 내지 약 15,000V의 범위 내의 전압들로 동작한다. 또, 이러한 엘리먼트들은 일반적으로, 더 낮은 전압 범위, 예컨대 약 20V 내지 약 1,000V로 동작되는 컴포넌트들, 예컨대 제어기들, 냉각 장비, 및 다른 보조기관들을 포함할 것이다. 이 목적을 위해, 분배 트랜스포머(105)가 제공되고, 상기 분배 트랜스포머(105)는 스위치기어(102) 상의 고전압을 더 낮은 전압으로 트랜스폼하고, 상기 더 낮은 전압은 그런 다음 저전압 분배부(106)를 통해, 예컨대 분배 버스 등등을 포함하는 저전압 분배 패널에 의하여 분배된다. 정상 동작에서, 발전기(101)에 의해 발전된 전력이 모터(104)에 제공되고, 상기 모터(104)는 선박의 스러스터의 프로펠러를 돌리고 그리고 따라서 선박을 나아가게 한다. 선박이 동적으로 포지셔닝되는 선박이라면, 상기 선박은 제어 시스템을 포함하고, 상기 제어 시스템은 선박이 자신의 포지션을 미리정의된 제한치들 내에서 유지하도록 허용한다. 이는, 일반적으로, 파도들, 전류들, 바람 등등에 대응하기 위한 스러스터 드라이브들의 지속적인 동작을 요구한다. 특히 드릴링과 같은 중대한 동작들 동안, 포지셔닝 유지가 특히 중요하고, 그래서 모터(104)의 동작가능성이 보장되어야 한다. 메인 전원의 블랙아웃이 발생하면, 모터(104)를 가능한 한 신속하게 동작 상태로 다시 회복시키는 것이 원해진다.
VFD(20)는 삼권선 트랜스포머(103)에 의해 공급되는 AC 전압을 정류하기 위한 정류기 섹션, 왜곡들(예컨대, 고조파들)을 제거하기 위한 커패시턴스를 갖는 중간 DC 링크, 및 AC 전압을 원하는 주파수로 제공하기 위한 인버터 스테이지를 포함할 수 있다. VFD(20)는 일반적으로 프리-차지 유닛을 포함하고, 상기 프리-차지 유닛은, VFD(20)을 스타트업할 때 높은 돌입 전류들을 방지하기 위하여, DC 링크의 커패시터가 프리-차징되도록 허용한다. 정상 동작중에, DC 링크 상의 전압은 도 2에서 묘사되는 특정 전압 레벨을 갖는다. 정상 동작중에, DC 링크 상의 전압(VDC -link)는 100%에 있다. 시간(201)에서 메인 전원의 블랙아웃의 발생 이후, DC 링크 상의 전압은 강하하기를 시작한다. 전압이 특정 레벨(205)(DC-링크 트립 레벨)로 강하하면, VFD(20)는 트립핑될 것이고 그리고 따라서 동작을 중단할 것이고, 회로 차단기는 개방된다(참조부호 202를 보라). 위에서 언급된 바와 같이, VFD(20)가 동작을 하지 않게 된 이후, VFD(20)는 VFD를 재시동시키기 위한 상당한 시간량을 요구할 것이다. DC 링크 트립 레벨(205)에 도달하기 이전에 메인 전원으로부터의 전력이 리턴되면, VFD(20)는 동작을 재개할 수 있다.
운동 버퍼링이 드라이브 시스템 내에서 이용가능한 상황이 도 3에서 묘사된다. 운동 버퍼링은, 모터(104)에 대한 전력 공급이 중지된 이후 모터에 연결된 회전자 내에 저장된 운동 에너지로 인해 모터(104)가 계속 돌아갈 것이라는 사실에 기초한다. 모터(104)가 이러한 저장된 운동 에너지에 의해 회전될 때, VFD(20)에 공급되는 전기 에너지가 발전된다. 따라서, DC 링크 상의 전압은 모터(104)에 의해 공급되는 전기 전력에 의하여 정의된 레벨로 유지될 수 있다. DC 링크 상의 전압이 DC 링크 트립 레벨(205)에 도달할 때까지의 시간이 따라서 연장될 수 있다. 메인 전원이 이 시간 내에서 복구된다면, VFD(20)는 동작을 재개할 수 있다(참조부호 203을 보라).
운동 버퍼링이 이용가능한 경우라도, VFD가 트립핑될 때까지의 시간은 일반적으로 상당히 짧고 그리고 메인 전원을 복구하기 위해 요구되는 시간보다 종종 더 짧다. 또한, VFD의 트립핑 이후, VFD는, 메인 전원이 복구된 이후에 VFD를 동작 상태로 다시 회복시키기 위한 상당한 시간량을 요구한다. 따라서, 본 발명은 상시 대기 전원을 제공하고, 상기 상시 대기 전원은 메인 전원의 블랙아웃 이후 VFD가 동작가능하게 머무르는 시간을 연장시키는 것을 허용하고, 그리고 메인 전원이 복구된 이후 VFD가 동작가능하게 되는 시간을 추가로 감소시킨다. 도 4는 피딩 전력 그리드의 블랙아웃 때 이벤트들의 통상적인 시퀀스를 도시하는 흐름도이다. 도 4의 예에서, 운동 버퍼링이 이용가능하다. 단계(401)의 정상 동작 및 단계(402)의 메인 전원의 블랙아웃 이후, 단계(403)에서 운동 버퍼링이 활성화된다. 드라이브 시스템 내에 이용가능한 운동 에너지가 있는 한, 운동 버퍼링은 VFD의 컨버터의 DC 링크 상의 전압을 트립 레벨을 초과하여 유지시킬 것이다. 운동 에너지가 소모되었을 때, HSPS는 단계(404)로 이어질 것이고 그리고 가능한 한 오랫동안(예컨대, HSPS 내의 에너지 스토리지가 특정 레벨로 방전될 때까지 또는 완전히 비워질 때까지) DC 링크 전압을 DC 링크 트립 레벨을 초과하여 유지시킬 것이다. HSPS의 에너지 스토리지 유닛은, 대부분의 블랙아웃 상황들에 대해, DC 링크 트립 레벨에 도달하기 이전에 메인 전원이 복구될 수 있도록 크기가 결정될 수 있다. 메인 전원을 복구한 이후, 단계(405)에서 정상 동작이 재개된다.
도 5는 운동 버퍼링이 이용가능하지 않은 상황을 도시하는 흐름도이다. 따라서, HSPS는 블랙아웃이 발생한 직후 DC 링크 전압을 유지시킬 것이다. 따라서, HSPS는 운동 버퍼링의 특징 없이 또한 사용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 가변 주파수 드라이브(20) 및 상시 대기 전원(30)을 포함하는 가변 주파수 드라이브 시스템(10)을 도시한다. 개략적으로 예시된 바와 같이, 모터(104)를 동작시키기 위한 메인 에너지는 삼권선 트랜스포머(103)를 통해 VFD(20)의 컨버터(21)에 공급된다. VFD(20)는 동작을 위해 전기 전력을 요구하는 여러 개의 다른 시스템들을 포함하고, 상기 여러 개의 다른 시스템들은 VFD 제어기(22), 충전 트랜스포머(23), 냉각 유닛(24)을 포함하는 필수 보조기관들, 및 비-필수 보조기관들(25)을 포함한다. 이러한 컴포넌트들을 위한 전력은 HSPS(30)에 의해 제공된다. 따라서, HSPS(30)는 VFD-프리 차지 및 보조기관들 전원으로 또한 불릴 수 있다. HSPS(30)는 전력 입력부(31)를 갖고, 상기 전력 입력부(31)는 예컨대 도 1의 저전압 분배 패널(106)에 연결된다. HSPS(30)는 전력 입력부(31)를 통해 약 200V 내지 약 1,000V의 AC 전압, 예컨대 690V AC를 수신할 수 있다(수신 전압 레벨). 수신 전기 전력을 다른 전압 레벨, 예컨대 더 낮은 전압 레벨, 예컨대 400V로 트랜스폼하기 위한 선택적 트랜스포머(33)가 제공될 수 있다. HSPS(30)는 전기 전력 스토리지 유닛(40)을 더 포함하고, 상기 전기 전력 스토리지 유닛(40)은 도 6의 예에서 트랜스포머(33)의 이차 측에 전기 연결된다. 전기 전력 스토리지 유닛(줄여서, 스토리지 유닛)(40)은 DC 전기 전력 스토리지 엘리먼트(줄여서, 스토리지 엘리먼트)(41)를 포함하고, 상기 DC 전기 전력 스토리지 엘리먼트(41)는 예컨대 배터리 또는 커패시터 뱅크를 포함할 수 있다. AC 전기 전력이 입력부(31)에서 수신되기 때문에, 컨버터(42)가 스토리지 유닛(40) 내에 제공된다. 컨버터(42)는, 스토리지 엘리먼트(41)를 충전할 때 정류기로서 그리고 스토리지 엘리먼트(41)를 방전할 때 인버터로서 동작가능하도록 제어가능할 수 있다. 다른 구성들에서, 컨버터(42)는 정류기 스테이지, 중간 DC 링크 및 인버터 스테이지를 포함할 수 있고, 스토리지 엘리먼트(41)는 상기 중간 DC 링크에 결합된다. 이러한 구성이 도 7에서 개략적으로 예시된다. HSPS(30)는 우회 스위치(수동 및/또는 정적)를 더 포함할 수 있고, 상기 우회 스위치는 전력 스토리지 유닛(40)의 페일(failture)의 경우 전력 스토리지 유닛(40)을 우회시키도록 적응될 수 있다(우회 스위치는 미도시).
트랜스포머(33)는 예컨대 전기 전력을 제1 전압 레벨로 제공할 수 있다. HSPS(30)는 추가의 트랜스포머(34)('제1 트랜스포머')를 포함하고, 상기 추가의 트랜스포머(34)는 전기 전력을 제2 전압 레벨로 트랜스폼한다. HSPS(30)는 VFD(20)의 컨버터 전력 입력부(26)(프리차지 입력부로 또한 불릴 수 있음) 쪽으로 제1 전기 연결부(36)와 VFD(20)의 제어기 전력 입력부(27)에 대한 제2 전기 연결부(37)를 더 갖는다. HSPS(30)는 제1 연결부(36)를 통해 제1 전압 레벨로 그리고 제2 전기 연결부(37)를 통해 제2 전압 레벨로 전기 전력을 제공한다. VFD(20)의 냉각 유닛/보조기관들 전력 입력부(28) 쪽으로의 제3 전기 연결부(38)가 또한 제공될 수 있다. 다른 구성들에서, 제3 전기 연결부(38)가 생략될 수 있고 그리고 냉각 유닛/보조기관들을 위한 전력이 VFD(20) 내의 컨버터 전력 입력부(26)로부터 취해질 수 있음이 주의된다.
추가의 전기 연결부(39)가 제공될 수 있고, 상기 추가의 전기 연결부(39)는 VFD 공간 히터들 등등과 같은 비-필수 컨슈머들(25)을 위한 전력을 VFD(20)에 공급한다. 이러한 목적을 위해, HSPS(30)는 부가의 전력 입력부(35)를 가질 수 있고, 상기 부가의 전력 입력부(35)는 각각의 저전압 분배 시스템들에 연결된다.
HSPS(30)는 HSPS 제어기(32)를 더 포함하고, 상기 HSPS 제어기(32)는 예컨대 스토리지 유닛(40)의 동작을 제어한다. 통신 링크(50)가 제공되고, 상기 통신 링크(50)를 통해, HSPS 제어기(32)는 VFD 제어기(22)와 통신할 수 있다. HSPS(30)는 전력 네트워크, 즉 메인 전원 쪽으로 통신 링크를 더 포함할 수 있고, 그래서 HSPS(30)는 메인 전원의 상태에 관한 정보 및 전력 네트워크 내에서 발행되는 커맨드들/명령들의 표시들을 수신할 수 있다.
VFD(20)는 컨버터(21)를 포함하고, 상기 컨버터(21)는, 모터(104)를 동작시키기 위해 삼권선 트랜스포머(103)로부터 두 개의 페이즈(phase) 시프트된 입력부들을 통해 전기 전력을 수신하고 그리고 전기 전력을 제어가능한 AC 주파수로 출력한다. 컨버터(21)는 VFD 제어기(22)에 의해 제어된다. VFD(20)의 동작을 시작시키기 위해, VFD(20)는 충전 트랜스포머(23)를 포함하고, 상기 충전 트랜스포머(23)를 통해, 컨버터(21)의 DC 링크의 커패시턴스가 프리-차징될 수 있다. VFD(20)는 냉각 유닛, 그리고 윤활 펌프들 등등과 같은 다른 필수 보조기관들(24)을 더 포함한다. 냉각 유닛은, 전력 전자장치들 등등과 같은 컨버터(21)의 컴포넌트들을 냉각시키기 위한 냉각 펌프를 포함한다. VFD(20)가 시동될 때 그리고 정상 동작 동안, HSPS(30)는 전기 연결부들(36, 37 및 38) 및 입력부들(26, 27 및 28) 각각을 통해 전기 전력을 VFD(20)에 공급한다. 전력은 일반적으로, 컨버터(21)의 DC 링크를 프리-차징하기 위한 VFD(20)의 스타트업 페이즈 동안 제1 전기 연결부(36) 및 컨버터 전력 입력부(26)를 통해서만 제공된다.
VFD(20) 및 HSPS(30)는 도 8에 예시된 바와 같이 공통 베이스 프레임(11) 상에 장착될 수 있다. VFD(20)는 하나 또는 그 초과의 캐비닛들 내에 포함될 수 있고, 그리고 HSPS(30)는 VFD 캐비닛들과 인접한 채로 장착된 별개의 캐비닛 내에 포함될 수 있다. 따라서, 전기 연결부들 및 통신 링크가 짧은 연결 거리들로 쉽게 설정될 수 있다. 프리-어셈블리가 또한 가능하다. 따라서 드라이브 시스템(10)의 설치 및 훅킹 업(hooking up)이 용이하게 되는데, 그 이유는 전력 입력부(31)만이 저전압 분배부(106)에 연결될 필요가 있기 때문이다. 제공된다면, 비-필수 보조기관들(25)에 대한 입력부(35)를 통한 저전압 연결이 또한 설정될 수 있다.
HSPS 제어기(32) 및 VFD 제어기(22)는, 메인 전원의 블랙아웃이 발생한 이후 VFD(20)를 대기 모드로 유지시키도록 구성된다. HSPS 제어기(32) 또는 VFD 제어기(22)에 의한 입력 전압의 측정, 선박의 전력 네트워크로부터 제어기들 중 어느 한 쪽에 의해 메시지를 수신하는 것, 컨버터(21)의 DC 링크 상의 전압을 측정하는 것을 포함하는 다양한 방식들로 블랙아웃의 발생은 검출될 수 있다. 각각의 표시가 예컨대 VFD 제어기(22)에 의해 통신 링크(50)를 통해 HSPS 제어기(32)에 제공될 수 있다. 블랙아웃의 검출 때, 스토리지 유닛(40)이 스토리지 엘리먼트(41)를 방전시킴으로써 전기 전력을 공급하도록, HSPS 제어기(32)는 이제 스토리지 유닛(40)을 제어할 수 있다. 구성에 따라, 제1 전기 연결부(36) 및 충전 트랜스포머(23)를 통해 컨버터(21)의 DC 링크에 전기 전력이 제공된다. 프리-차지 동작과 유사하게, DC 링크는 따라서 미리정의된 전압 레벨을 초과하여 유지될 수 있다. 또한, VFD(20)가 "살아 있는" 것을 가능케 하기 위해 제2 전기 연결부(37)를 통해 VFD 제어기(22)에 전기 전력이 제공된다. VFD(20)의 구성에 따라, 냉각 유닛(24)이 대기 동안 동작될 필요가 있을 수 있고 그리고 따라서 HSPS(30)로부터 전기 전력을 또한 수신할 수 있거나 또는 스위칭 오프 될 수 있다.
스토리지 유닛(40)의 크기, 특히 스토리지 엘리먼트(41)의 커패시티에 따라, VFD(20)는 특정 시간 기간 동안 대기 모드로 이제 유지될 수 있고, 상기 특정 시간 기간 동안, 컨버터(21)의 DC 링크 상의 전압은 미리결정된 전압 레벨을 초과하여 유지된다. 메인 전원이 온라인으로 돌아가자마자, VFD(20)는 따라서 동작을 재개할 수 있다. 따라서, 모터(104)의 동작을 지속시키기 위해 요구되는 시간이 상당히 감소될 수 있다. HSPS(30)을 동작시키는 상이한 가능성들이 이후에 도 9 내지 도 11에 대하여 더욱 상세히 설명된다.
도 7에 예시된 드라이브 시스템(10)은 도 6의 드라이브 시스템(10)과 유사하게 구성된다. 따라서, 위에서 주어진 설명들은, 그렇지 않다고 주의되지 않는 한, 도 7의 드라이브 시스템(10)에 대응하게 적용된다.
도 7에서, HSPS(30)는 VFD(20)의 모든 내부 보조기관들에 전력 공급을 책임진다. 예로서, VFD(20)는 690V 회로, 삼상 AC(400, 440, 480 등등과 같은 다른 전압들이 또한 사용될 수 있음)를 포함하는 전체 전력 그리드의 외부 회로들, 그리고 공간 가열 및 다른 비-필수 컨슈머들에 대해 230V(하나의 페이즈)로 있는 하나의 일반적 전력 회로에 연결될 수 있다. 전원들은 전부 절연된 테라(IT) 전원들일 수 있다. 블랙아웃의 경우, 일반적 전원 회로들 전부는 데드(dead)로서 간주되어야 한다. HSPS(30)는 VFD(20)에 대한 이러한 전입자들 전부를 대체한다. 공간 히터들 등등과 같은 비-필수 컨슈머들은 전체 전력 그리드로부터 직접 에너지를 공급받는 채로 머무르고, 각각의 연결부들만이 HSPS에 있는 종단 블록들에서 종료될 수 있다(그리고 그런 다음 묘사된 바와 같이 HSPS를 지나간다).
도 7의 예에서, 스토리지 유닛(40)은 컨버터(42)를 포함하고, 상기 컨버터(42)는 스토리지 엘리먼트(41)가 결합되는 쪽으로 DC 링크를 포함한다. 스토리지 유닛(40)은 회로 차단기(43)를 더 포함하고, 상기 회로 차단기(43)는 입력부(44)를 통해 동작될 수 있다. HSPS는, 통신 입력부(44)를 통한 에너지 스토리지 엘리먼트(41) 및/또는 HSPS의 긴급 셧다운을 허용하도록 구성될 수 있다. 도 7에서 예시되지 않았지만, 입력부(44)는, 도 7에서 도시되지 않은 HSPS 제어 유닛(32)에 연결될 수 있다.
도 7은 각각의 연결부의 상이한 페이즈들을 추가로 예시한다. 전기 연결부들(39)은 전력을 VFD 공간 히터들에 제공하고, 그리고 하나의 페이즈 및 중성부(neutral)를 포함한다. 그들은 230V IT 또는 다른 인가가능한 전압들에 의해 피딩될 수 있다. 전기 연결부들(36 및 38) 각각은 세 개의 페이즈들 및 중성부를 포함하고, 그리고 트랜스포머(33)를 통해 400V AC에 의해 제공될 수 있다. 전기 연결부(36)가 VFD 프리-차지를 피딩할 수 있고, 그리고 어쩌면 냉각 팬들을 피딩할 수 있는 반면에, 연결부(38)는 냉각 유닛 펌프들 및 다른 필수 보조기관들을 피딩할 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 전기 연결부(38)는 생략될 수 있다. 전기 연결부들(37)은 하나의 페이즈 및 중성부를 포함하고, 그리고 그들 중 하나가 VFD 제어기(22)(예컨대, 230V IT에 있음)를 피딩할 수 있는 반면에, 다른 하나는 냉각 유닛 제어기(예컨대 230V IT에 또한 있음)를 피딩할 수 있다. 또한, HSPS에는 부가의 피딩 회로들(37)이 갖추어질 수 있고, 상기 부가의 피딩 회로들(37)은 다른 컴포넌트들, 예컨대 VFD 트랜스포머(예컨대, 103), VFD 모터(예컨대, 104) 등등의 예컨대 제어기들에 연결될 수 있다.
도 7이 VFD 및 HSPS의 간략화된 예시를 도시한다는 것과 도 6에 도시된 컴포넌트들이 도 7의 VFD 및 HSPS 내에 또한 포함될 수 있다는 것이 명백해야 한다.
도 8은 드라이브 시스템(10)의 상이한 컴포넌트들을 포함하는 캐비닛들을 도시한다. 냉각 유닛(캐비닛(16))이 선택적이고 그리고 다른 실시예들에서 제공되지 않을 수 있음을 주의하라. 추가로, 다른 실시예들에서, HSPS(30)는 자립형 유닛일 수 있다. 드라이브 시스템(10)은 라인 캐비닛(13), 인버터 캐비닛(14), 제어 캐비닛(15)(VFD 제어기(22)를 포함함) 및 냉각 캐비닛(16)(냉각 유닛(24)을 포함함)을 포함한다. HSPS(30)의 캐비닛(17)을 포함하는 모든 캐비닛들은 공통 프레임(11) 상에 장착된다. 캐비닛들 안으로의 VFD(20) 컴포넌트들의 상이한 분리가 분명히 고려가능하다.
도 9는 VFD(20)가 전체 전력 그리드 블랙아웃의 경우에 HSPS(30)에 의하여 어떻게 이용가능하게 머무를 수 있는지를 예시한다. 시점(91)에서, 메인 전원이 중단된다. 볼 수 있는 바와 같이, DC 링크 전압이 강하한다. 더 낮은 전압 임계치(93)에 도달할 때, HSPS가 전기 전력을 VFD의 컨버터 전력 입력부에 공급하고, 그에 따라 DC 링크 전압이 프리-차지 전압 레벨(92)까지 다시 회복된다. 그런 다음, 전원은 다시 스위칭 오프 되고, 이로써 이 사이클이 반복된다. 시점(94)에서, 메인 전원이 복구된다. DC 링크 전압이 트립 레벨(205)을 초과하는 상기 더 낮은 전압 레벨(93)을 초과하여 유지되기 때문에, VFD(20)는 "상시 대기 모드"로 유지되고 그리고 피딩 회로 차단기의 즉각적 폐쇄 및 동작의 지속을 위해 준비된다. DC 링크 상의 전압은, 스토리지 유닛(40)의 커패시티에 따라 좌우되는 주어진 시간 동안(ΔT1), 상기 더 낮은 전압 레벨(93)을 초과하여 유지될 수 있다.
메인 전원이 ΔT1 내에서 복구된다면, DC 링크 전압은 100%로 리턴되고 그리고 동작이 지속되고, VFD에 결합된 전기 모터는 토크를 즉각 공급하기 위해 준비된다.
HSPS 제어기의 기능이 몇몇의 실시예들에서 VFD 제어기 내에서 구현될 수 있음을 주의하라. HSPS 제어기는 예컨대 HSPS 내에서 배열될 수 있는 것이 아니라, VFD 내에서 배열될 수 있거나 또는 VFD 제어기의 일부일 수 있다.
프리-차지 전압 레벨(92)은, 상시 대기 동안의 VFD의 에너지 소모량이 최소화되도록 그리고 따라서 ΔT1가 최대화되도록 셋팅될 수 있다. ΔT1 동안, HSPS는 VFD 제어기에 또는 필수 보조기관들에 전기 전력을 추가로 공급한다.
VFD 제어기(22)의 적절한 구성은, ΔT1 동안 VFD(20)가 어떠한 결함 신호도 생성하지 않거나 또는 어떠한 결함 조건을 겪지 않음을 보장할 수 있다. 도 10은, 블랙아웃의 지속기간이 ΔT1보다 더 긴 상황을 예시한다. HSPS(30)의 제어기(32)는, 미리결정된 조건이 충족된다면, 예컨대 ΔT1의 만료 이후 또는 스토리지 엘리먼트(41)가 특정 레벨로 방전된 이후, VFD(20)의 적어도 컨버터 전력 입력부에 전기 전력을 공급하는 것을 중지하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 메인 전원의 복구와 동시에 VFD(20)를 프리-차징하기 위해 특정량의 전기 에너지가 스토리지 엘리먼트(41) 내에서 유지됨이 보장될 수 있다.
도 10에서 예시된 바와 같이, 95에서 컨버터 전력 입력부로의 전기 전력의 공급을 중지한 이후, DC 링크 상의 전압은 0으로 강하할 수 있다. 메인 전원 내의 결함이 시간 기간(ΔT2) 동안 제거된다. 메인 전원이 온라인으로 돌아갈 것이라는 표시를 수신할 때, HSPS(30)는 시점(96)에서 VFD(20)의 프리-차징을 시작한다. 이러한 표시는 예컨대, 전력 시스템(100)의 메인 전력 발전기들에 주어지는 시동 신호일 수 있다. 전력 시스템(100)은, 메인 전력 발전기들에 주어지는 것과 동일한 신호 또는 커맨드가 드라이브 시스템(10), 예컨대 VFD(20) 또는 HSPS(30), 특히 그들의 각각의 제어기들에 각각의 통신 링크들을 통해 또한 주어지도록 구성될 수 있다. HSPS가 스토리지 엘리먼트(41) 내에서 유지한 전기 에너지를 이용하여, HSPS는 VFD(20)의 컨버터(21)를 프리-차징하는 것을 이제 시작하고, 그래서 컨버터(21)의 DC 링크 상의 전압이 시간 기간(ΔT3) 동안 프리-차지 전압 레벨(92) 쪽으로 다시 상승한다. 시점(94)에서, 메인 전원은 온라인으로 돌아간다. 따라서, DC 링크 전압은 100%로 리턴하고, 그리고 VFD는 동작을 지속할 수 있다. 따라서, 메인 전원의 복구 직후 VFD(20)의 피더 회로 차단기가 폐쇄될 수 있고, 그리고 VFD(20)가 이용가능하지 않은 시간이 감소될 수 있다. 따라서, 선박의 전력 그리드의 재-에너지화와 동시에 주파수 컨버터를 프리-차징하는 것은 스타트업 시간을 상당히 감소시킨다.
스토리지 유닛(40)의 커패시티에 관하여, 상기 커패시티는, 대부분의 상황들에 대해, 대부분의 환경들에서 메인 전원의 블랙아웃보다 더 긴 ΔT1가 달성될 수 있도록 선택될 수 있다. 또한, 시간 기간(ΔT3) 동안 VFD를 프리-차징하기 위해 필요한 백업 에너지는 커패시티를 결정할 때 고려될 수 있다. 또한, ΔT2 동안, 제어 전력이 VFD의 제어기에 계속 공급될 수 있고 그리고 또한 HSPS 제어기에 계속 공급될 수 있다. 이러한 컴포넌트들에 전력을 제공하기 위해 요구되는 전기 에너지는, 스토리지 엘리먼트의 커패시티를 결정할 때 또한 고려될 수 있다.
시스템(10)은, 냉각 펌프들 및 다른 보조기관들에 대한 전력 소모량 요건들이 최소치로 유지될 수 있도록 구성될 수 있다. 이러한 방식으로, 스토리지 유닛(40)의 커패시티 및 그에 따른 HSPS 유닛의 크기가 작게 유지될 수 있음이 보장될 수 있다. 예로서, ΔT1 동안의 상시 대기가, 냉각 펌프들을 실행시키는 것 없이, 달성될 수 있고, 각각의 컴포넌트들, 예컨대 IGBT 전력 트랜지스터들이 수냉 없이 대기로 유지될 수 있다. 다른 옵션은, 액티브 냉각을 요구하지 않는 대안적 컴포넌트들에 의한 컴포넌트들의 대체이다. HSPS 크기에 관한 요건들은 따라서 상당히 감소될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따라 흐름도를 도시한다. 방법이 드라이브 시스템(10), VFD(20) 및 HSPS(30)의 위에서 개요가 서술된 실시예들 중 임의의 실시예에 의해 수행될 수 있음을 주의하라. 제1 단계(S1)에서, VFD는 정상 동작 조건들에서 메인 전원으로부터 동작된다. 단계(S2)에서 메인 전원의 블랙아웃이 발생한다. 도 4에서 앞서 예시된 바와 같이, DC 링크 상의 전압을 트립 레벨을 초과하여 유지시키기 위해 단계(S3)에서 운동 버퍼링이 사용된다. 운동 버퍼링 단계(S3) 동안 메인 전원이 복구된다면, 점선 화살표에 의해 표시된 바와 같이 방법은 단계(S9)를 이용하여 지속된다.
운동 에너지가 다 사용된 이후, 방법은 단계(S4)를 이용하여 지속되고, 상기 단계(S4)에서, 전기 전력이 HSPS의 전력 스토리지 유닛으로부터 예컨대 전기 연결부들(36-38)을 통해 VFD 컨버터 전력 입력부, VFD 제어기 전력 입력부 그리고 어쩌면 VFD의 냉각 유닛/냉각 유닛 제어기로 공급된다. 이는, 도 9에서 예시되고 도 9에 대하여 설명된 바와 같이, ΔT1를 최대화시키면서, DC 링크 전압을 더 낮은 전압 임계치를 초과하여 유지하기 위하여 수행될 수 있다. 이는, 스토리지 유닛(40) 내에 저장된 전기 전력에 대한 임계치 값에 도달할 때까지(결정 단계(S5)) 지속된다. 임계치에 도달하면, HSPS는 VFD, 특히 VFD의 컨버터 전력 입력부에 전기 전력을 공급하는 것을 중지한다(단계(S6); 도 10을 또한 보라). VFD 제어기는 HSPS에 의해 전기 전력을 계속 공급받을 수 있다. 단계(S7)에서 발전기 또는 VFD 시동 커맨드 ― 메인 전원이 온라인으로 돌아갈 것임을 표시함 ― 를 수신한 이후, HSPS는 VFD 컨버터의 DC 링크를 프리-차징하기 위해 전력을 전력 스토리지 유닛으로부터 VFD 제어기 전력 입력부로 공급한다(단계(S8)). 또한, 단계(S8)에서 전기 전력은 냉각 유닛 또는 VFD의 다른 필수 보조기관들에 공급될 수 있다. 따라서 VFD는 상시 대기 조건으로 다시 회복된다. 단계(S9)에서, 메인 전원이 복구되고 그리고 VFD의 전체 동작이 재개된다. 다시, 단계(S4) 동안 메인 전원이 복구된다면, 점선 화살표에 의해 표시된 바와 같이, 방법은 단계(S9)를 이용하여 지속된다.
위로부터 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 VFD(20)에 대한 신속한 재시동 및 상시 대기를 제공하고, 이로써 메인 전원의 블랙아웃의 경우 VFD의 이용가능성이 유지된다. HSPS는 필수 보조기관 및 제어 전력 케이블들에 대해 단 한 개의 연결 지점을 요구하고, 그리고 그에 따라 설치하기가 쉽다. 또한, 연관된 UPS 컨슈머들에 전력을 공급하기 위한 별개의 UPS에 대한 필요가 제거될 수 있는데, 그 이유는 HSPS가 다른 컨슈머들에 제어 전압을 또한 공급할 수 있기 때문이다. 특히, 메인 HV 분배 시스템의 폐쇄된 링 구성을 이용하여 장비 분류 3(DP3) 모드로 동작하는 동적으로 포지셔닝되는 선박의 스러스터 드라이브 애플리케이션에서 사용될 때, 본 발명의 실시예들은 시스템의 이용가능성을 높일 수 있다. 또한, 외부 UPS 시스템들과 함께 사용될 필요가 있을 수 있는 체인지 오버 스위치들 및 그러한 스위치들에 대한 제어 시스템들이 회피될 수 있다. 더 긴 지속적인 블랙아웃들 동안에도 ― 그 동안, VFD는 전체 지속기간에 걸쳐서 상시 대기로 유지될 수 없음 ―, VFD의 병렬 프리-차징을 가능케 함으로써, 시스템의 회복 시간이 단축된다.
특정 실시예들이 본 명세서에서 개시되지만, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 다양한 변경들 및 수정들이 이루어질 수 있다. 본 실시예들은 모든 면들에서 예시적이고 비-제한적인 것으로서 간주될 것이고 그리고 첨부된 청구항들의 의미 있는 등가 범위 내에 있는 모든 변경들은 청구항들에 들어가는 것으로 의도된다.

Claims (15)

  1. 부유 선박의 가변 주파수 드라이브(20)를 위한 상시 대기 전원으로서,
    상기 가변 주파수 드라이브(20)는 상기 부유 선박의 전기 모터(104), 특히 스러스터의 전기 모터에 전력을 공급하고, 상기 상시 대기 전원은,
    상기 부유 선박의 메인 전원으로부터 전기 전력을 수신하기 위한 전력 입력부(31),
    전기 전력을 제1 전압 레벨로 상기 가변 주파수 드라이브의 컨버터 전력 입력부(26)에 공급하도록 구성된 제1 전기 연결부(36),
    전기 전력을 제2 전압 레벨로 상기 가변 주파수 드라이브의 제어 전력 입력부(27)에 공급하도록 구성된 제2 전기 연결부(37) ― 여기서, 상기 제1 전압 레벨은 상기 제2 전압 레벨보다 더 높음 ―, 및
    수신 전기 전력을 상기 제1 전압 레벨로 또는 상기 제2 전압 레벨로 트랜스폼하기 위한 트랜스포머(34)
    를 포함하고,
    상기 상시 대기 전원(30)은,
    전기 전력을 저장 및 공급하기 위한 전기 전력 스토리지 유닛(40) ― 상기 전기 전력 스토리지 유닛은, 상기 제1 전기 연결부(36) 및 상기 제2 전기 연결부(37) 둘 다에 전기 전력을 공급할 수 있도록 전기적으로 연결되고, 상기 제1 전기 연결부(36) 및 제2 전기 연결부(37) 중 하나는, 상기 제1 전압 레벨 또는 상기 제2 전압 레벨을 제공하기 위한 상기 트랜스포머(34)를 통해 각각 공급받음 ―, 및
    동작중에, 상기 전력 입력부(31)에 수신된 전기 전력이 상기 제1 전기 연결부(36) 및 상기 제2 전기 연결부(37)를 통해 상기 가변 주파수 드라이브(20)의 상기 컨버터 전력 입력부(26) 및 상기 제어 전력 입력부(27)에 제공되도록, 그리고 상기 메인 전원으로부터의 전기 전력을 이용한 공급의 중단 때, 전기 전력이 상기 전기 전력 스토리지 유닛(40)으로부터 상기 제1 전기 연결부(36) 및 상기 제2 전기 연결부(37)를 통해 상기 가변 주파수 드라이브(20)의 상기 컨버터 전력 입력부(26) 및 상기 제어 전력 입력부(27)에 공급되도록, 상기 상시 대기 전원을 제어하도록 적응된 제어 유닛(32)
    을 더 포함하는,
    부유 선박의 가변 주파수 드라이브(20)를 위한 상시 대기 전원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 트랜스포머(34)는 상기 제1 전압 레벨로부터 상기 제2 전압 레벨로 전압 변환을 제공하도록 구성된 스텝-다운 트랜스포머인,
    부유 선박의 가변 주파수 드라이브(20)를 위한 상시 대기 전원.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 상시 대기 전원의 상기 전력 입력부(31)에 연결되고, 그리고 수신 전압 레벨로부터 상기 제1 전압 레벨 또는 상기 제2 전압 레벨로 수신 전기 전력을 변환시키도록 구성된 제2 트랜스포머(33) ― 상기 전기 전력 스토리지 유닛(40)은 상기 제2 트랜스포머의 이차 측에 전기 결합됨 ―
    를 더 포함하는,
    부유 선박의 가변 주파수 드라이브(20)를 위한 상시 대기 전원.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변 주파수 드라이브(20)의 보조기관들 전력 입력부(28)에 대한 제3 전기 연결부(38) ― 상기 보조기관들 전력 입력부는 적어도 냉각 유닛(24)을 포함하는, 상기 가변 주파수 드라이브의 하나 또는 그 초과의 보조기관들에 전기 결합되고, 상기 상시 대기 전원(30)은 상기 냉각 유닛(24)에 전기 전력을 제공하기 위하여 전기 전력을 상기 제1 전압 레벨 또는 상기 제2 전압 레벨로 상기 보조기관들 전력 입력부에 공급하도록 구성됨 ―
    를 더 포함하는,
    부유 선박의 가변 주파수 드라이브(20)를 위한 상시 대기 전원.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수신 전기 전력은 AC 전기 전력이고, 상기 전기 전력 스토리지 유닛(40)은 DC 전기 전력 스토리지 엘리먼트(41) 및 컨버터(42)를 포함하고, 상기 컨버터는, 상기 스토리지 엘리먼트를 충전시킬 때 수신 AC 전기 전력을 DC 전기 전력으로 변환시키도록 그리고 상기 전기 전력 스토리지 유닛(40)이 전기 전력을 상기 제1 전기 연결부(36) 및 상기 제2 전기 연결부(37)에 공급할 때 상기 스토리지 엘리먼트(41)에 의해 공급되는 DC 전기 전력을 AC 전기 전력으로 변환시키도록 구성된,
    부유 선박의 가변 주파수 드라이브(20)를 위한 상시 대기 전원.
  6. 제 5 항에 있어서,
    DC 전기 전력 스토리지 엘리먼트(41)는 배터리 또는 커패시터 뱅크 중 적어도 하나인,
    부유 선박의 가변 주파수 드라이브(20)를 위한 상시 대기 전원.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상시 대기 전원의 제어기(32)와 상기 가변 주파수 드라이브의 제어기(22) 사이의 통신을 가능케 하도록 구성된, 상기 가변 주파수 드라이브(20)의 상기 제어기(22) 쪽으로의 통신 링크(50)
    를 더 포함하는,
    부유 선박의 가변 주파수 드라이브(20)를 위한 상시 대기 전원.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상시 대기 전원의 제어기(32)는, 제1 시간량(T1) 이후 또는 미리결정된 조건이 충족된 이후 상기 전기 전력 스토리지 유닛으로부터 상기 가변 주파수 드라이브의 적어도 상기 컨버터 전력 입력부(26)로의 전기 전력의 공급을 종료시키도록 구성된,
    부유 선박의 가변 주파수 드라이브(20)를 위한 상시 대기 전원.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기(32)는, 상기 메인 전원으로부터의 전기 전력을 이용한 공급이 재개될 것이라는 표시를 수신할 때, 특히 시동 신호가 상기 메인 전원의 발전기(101)에 공급된다는 표시를 수신할 때, 상기 전력 스토리지 유닛(40)으로부터 상기 가변 주파수 드라이브의 상기 컨버터 전력 입력부(26)로 전기 전력을 공급하는 것을 재시작하도록 구성된,
    부유 선박의 가변 주파수 드라이브(20)를 위한 상시 대기 전원.
  10. 부유 선박의 전기 모터(104), 특히 상기 부유 선박의 스러스터의 전기 모터에 전력을 공급하기 위한 가변 주파수 드라이브(20)를 포함하는 드라이브 시스템(10)으로서,
    상기 가변 주파수 드라이브는,
    DC 링크를 갖는 컨버터(21),
    상기 가변 주파수 드라이브를 제어하기 위한 제어기(22),
    상기 DC 링크를 프리차징하기 위해 전기 전력을 상기 컨버터에 공급하기 위한 컨버터 전력 입력부(26), 및
    상기 가변 주파수 드라이브의 상기 제어기에 전기 전력을 공급하기 위한 제어기 전력 입력부(27)
    를 포함하고,
    상기 드라이브 시스템은, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 상시 대기 전원(30)을 더 포함하고, 상기 상시 대기 전원의 상기 제1 전기 연결부(36)는 상기 컨버터 전력 입력부(26)에 전기 연결되고, 상기 상시 대기 전원의 상기 제2 전기 연결부(37)는 상기 제어기 전력 입력부(27)에 전기 연결되는,
    드라이브 시스템(10).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 드라이브 시스템은 동적으로 포지셔닝되는 선박의 드라이브 시스템이고, 상기 가변 주파수 드라이브(20)는 상기 동적으로 포지셔닝되는 선박의 스러스터의 전기 모터(104)에 전기 전력을 공급하도록 구성된,
    드라이브 시스템(10).
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 가변 주파수 드라이브(20)는 상기 컨버터 전력 입력부(26)와 상기 컨버터(21) 사이에 연결된 충전 트랜스포머(23)를 포함하는,
    드라이브 시스템(10).
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가변 주파수 드라이브(20)는 냉각 유닛(24)을 포함하고, 상기 드라이브 시스템(10)은 상기 전기 전력 스토리지 유닛(40)으로부터 상기 냉각 유닛(24)으로의 전기 전력의 공급을 가능케 하는, 상기 상시 대기 전원과 상기 가변 주파수 드라이브 사이에 전기 연결부(36, 38)를 포함하는,
    드라이브 시스템(10).
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가변 주파수 드라이브 캐비닛(13, 14, 15) ― 상기 가변 주파수 드라이브는 상기 가변 주파수 드라이브 캐비닛 내에 장착됨 ―, 및 상시 대기 전원 캐비닛 ― 상기 상시 대기 전원은 상기 상시 대기 전원 캐비닛 내에 장착되고, 상기 상시 대기 전원 캐비닛은 상기 가변 주파수 드라이브 캐비닛과 공통의 베이스 프레임(11) 상에 장착됨 ―
    을 더 포함하는,
    드라이브 시스템(10).
  15. 가변 주파수 드라이브(20)에 전기 전력을 공급하기 위한 상시 대기 전원(30)을 동작시키는 방법으로서,
    메인 전원으로부터 상시 대기 전원의 전력 입력부(31)에서 전기 전력을 수신하는 단계,
    제1 전기 연결부를 통해 전기 전력을 제1 전압 레벨로 상기 가변 주파수 드라이브의 컨버터 전력 입력부(26)에 제공하는 단계,
    제2 전기 연결부를 통해 전기 전력을 제2 전압 레벨로 상기 가변 주파수 드라이브의 제어기 전력 입력부(27)에 제공하는 단계 ― 여기서, 상기 제1 전압 레벨은 상기 제2 전압 레벨보다 더 높음 ―,
    트랜스포머(34)에 의하여 수신 전기 전력을 상기 제1 전압 레벨로 또는 상기 제2 전압 레벨로 트랜스폼하는 단계,
    전력 스토리지 유닛을 충전시키기 위해 수신 전기 전력을 상기 전력 스토리지 유닛(40)에 제공하는 단계,
    상기 메인 전원에 의한 전기 전력을 이용한 공급의 중단을 검출하는 단계,
    전기 전력을 상기 전력 스토리지 유닛(40)으로부터 상기 제1 전기 연결부(36) 및 상기 제2 전기 연결부(37)를 통해 상기 가변 주파수 드라이브의 상기 컨버터 전력 입력부(26) 및 상기 제어기 전력 입력부(27)에 공급하는 단계 ― 상기 제1 전기 연결부 및 상기 제2 전기 연결부 중 하나는 각각의 제1 전압 레벨 또는 제2 전압 레벨을 제공하기 위한 상기 트랜스포머(34)를 통해 전기 전력을 공급받음 ―
    를 포함하는,
    가변 주파수 드라이브(20)에 전기 전력을 공급하기 위한 상시 대기 전원(30)을 동작시키는 방법.
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