KR20150062735A - Ship Power Grid Simulator - Google Patents

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KR20150062735A KR1020130147697A KR20130147697A KR20150062735A KR 20150062735 A KR20150062735 A KR 20150062735A KR 1020130147697 A KR1020130147697 A KR 1020130147697A KR 20130147697 A KR20130147697 A KR 20130147697A KR 20150062735 A KR20150062735 A KR 20150062735A
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Abstract

A ship power system simulator is disclosed. The ship power system simulator comprises: a power conversion device to convert power between a land power system and a fuel cell system for a ship; and a control device to control the power conversion device to simulate a virtual ship power system in one among a normal state, a load changing state, and a generation stop state, and control the power conversion device according to a power change between the simulated virtual ship power system and the fuel cell system.

Description

선박 전력계통 시뮬레이터{Ship Power Grid Simulator}Ship power grid simulator {Ship Power Grid Simulator}

본 발명은 선박 전력계통 시뮬레이터에 관한 것이다.The present invention relates to a ship power system simulator.

연료전지 시스템은 육상용을 대상으로 연구가 시작 되어 현재 다양한 타입이 개발되어 사용 중이다. 또한, 연료전지 시스템은 선박에서도 고효율 친환경 적인 에너지원에 대한 요구가 증가 함에 따라 선박용에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 특히, 연료전지 시스템의 전력계통 연계를 위한 인버터 시스템은 정주파수 및 정전압의 육상전력계통으로 개발되어 소수의 발전기에 의해 운전되며, 주파수와 전압이 변동하는 시스템에 적용하기 위하여 추가적인 연구가 필요하다.Fuel cell systems have been developed for land use and various types have been developed and in use. In addition, the demand for high efficiency, environmentally friendly energy sources in the fuel cell system has been increasing, and researches for the ship are being actively carried out. In particular, an inverter system for power grid connection of a fuel cell system has been developed as a constant frequency and constant voltage ground power system, operated by a small number of generators, and further studies are required for application to a system in which frequency and voltage fluctuate.

그러나, 고가의 선박에서 연료전지 시스템의 적용을 위한 인버터 시험을 수행하기에는 위험성이 크며, 육상용 시스템을 사용하기에는 그 한계가 따르므로, 선박의 전력계통과 유사한 동적 특성을 가진 시뮬레이터의 개발이 필요하다. 또한, 선박 전력계통은 그 선종에 따라 용량뿐 아니라 구성 제어 방법 등이 다양하므로, 선박 전력계통과 동일한 물리적 및 신호적 특성을 가지고, 간단한 구성 또는 제어 알고리즘의 변환으로 다양한 선박의 전력계통을 모사하여 선박용 연료전지 시스템의 검증을 수행할 수 있는 시스템이 요구된다.However, it is very dangerous to perform the inverter test for the application of the fuel cell system in high-priced vessels, and it is necessary to develop a simulator having dynamic characteristics similar to the power system of the ship . In addition, the ship power system has the same physical and signal characteristics as the ship power system, because it has various capacities as well as configuration control methods according to the vessel type. Simulation of power system of various ships is carried out by simple configuration or conversion of control algorithm There is a need for a system capable of performing verification of marine fuel cell systems.

발명의 배경기술로는 연료전지의 스택 시뮬레이터에 관한 특허문헌이 있으며, 연료전지 시스템을 구성하는 복수의 장치의 특성을 평가하는데 있어 연료전지 스택 대신 사용할 수 있는 연료전지 스택 시뮬레이터에 대하여 개시하고 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION [0002] There is a patent document on a stack simulator for a fuel cell, and discloses a fuel cell stack simulator that can be used in place of a fuel cell stack in evaluating characteristics of a plurality of devices constituting the fuel cell system.

KR 2005-0035335 A 2005. 04. 18KR 2005-0035335 A 2005. 04. 18

본 발명은 선박용 연료전지 시스템의 동작의 적절성을 판단하기 위한 선박 전력계통 시뮬레이터를 제안하는 것이다.The present invention proposes a ship power system simulator for judging the suitability of operation of a marine fuel cell system.

본 발명의 일 측면에 따르면, 육상전력계통을 전원으로 하여, 선박전력계통과 동일한 전압 및 주파수 변동특성을 나타내는 가상선박전력계통을 재현하는 선박 전력계통 시뮬레이터가 개시된다.According to an aspect of the present invention, a ship power system simulator for reproducing a virtual ship power system that uses a land power system as a power source and exhibits the same voltage and frequency variation characteristics as a ship power system.

본 발명의 실시예에 따른 선박 전력계통 시뮬레이터는 상기 육상전력계통과 검증하고자 하는 선박용 연료전지 시스템 사이에서 전력을 변환하는 전력변환장치 및 상기 전력변환장치가 정상상태, 부하변동상태 및 발전정지상태 중 어느 하나의 상기 가상선박전력계통을 재현하도록 제어하고, 상기 재현된 가상선박전력계통과 상기 연료전지 시스템 사이의 전력 변화에 따라 상기 전력변환장치를 제어하는 제어기를 포함한다.A ship power system simulator according to an embodiment of the present invention includes a power conversion apparatus for converting power between the onshore power system and a ship fuel cell system to be verified and a power conversion apparatus for converting the power conversion apparatus into a steady state, And a controller for controlling the power conversion apparatus to reproduce any one of the virtual ship power systems and controlling the power conversion apparatus in accordance with a change in power between the reproduced virtual ship power system and the fuel cell system.

상기 전력변환장치는 교류를 직류로 변환하는 컨버터, 상기 직류를 교류로 변환하는 인버터, 상기 컨버터 및 상기 인버터 사이에서 병렬로 연결되는 직류 커패시터를 포함하되, 상기 컨버터 및 상기 인버터는 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자의 동작에 의하여 전력변환이 수행된다.The converter includes a converter for converting AC into DC, an inverter for converting the DC into AC, and a DC capacitor connected in parallel between the converter and the inverter. The converter and the inverter include a plurality of switching elements And power conversion is performed by operation of the plurality of switching elements.

상기 제어기는 상기 연료전지 시스템과 상기 컨버터 사이의 전력을 측정하는 제1 측정모듈, 상기 인버터와 상기 육상전력계통 사이에서 전력을 측정하는 제2 측정모듈, 상기 직류 커패시터의 전압을 측정하는 제3 측정모듈, 상기 제1 측정모듈의 측정값을 이용하여 상기 컨버터의 스위칭 신호를 발생시키는 컨버터 제어모듈, 상기 제2 측정모듈 및 상기 제3 측정모듈의 측정값을 이용하여 상기 인버터의 스위칭 신호를 발생시키는 인버터 제어모듈 및 사용자가 입력하는 계통 설정값에 따라 상기 전력변환장치가 상기 가상선박전력계통을 재현하도록 상기 컨버터 제어모듈 및 상기 인버터 제어모듈로 상기 계통 설정값을 전달하며, 상기 제1 측정모듈, 상기 제2 측정모듈 및 상기 제3 측정모듈의 측정값을 전달받아 상기 사용자의 단말로 전송하는 모니터링 모듈을 포함한다.The controller includes a first measurement module for measuring the power between the fuel cell system and the converter, a second measurement module for measuring power between the inverter and the onshore power system, a third measurement for measuring the voltage of the DC capacitor A converter control module for generating a switching signal of the converter by using the measured value of the first measuring module, a switching control module for generating a switching signal of the inverter using the measured values of the second measuring module and the third measuring module The grid control module transmits the grid setting value to the inverter control module and the inverter control module so that the power conversion device reproduces the virtual ship power system according to the inverter control module and a grid setting value input by the user, The measurement value of the second measurement module and the measurement value of the third measurement module are received and transmitted to the terminal of the user Module.

상기 연료전지 시스템은 직류전원을 발생시키는 연료전지 및 상기 연료전지에서 생성된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터를 포함하되, 상기 인버터는 상기 가상선박전력계통의 상태에 따라 전력변환을 수행한다.The fuel cell system includes a fuel cell for generating a DC power source and an inverter for converting a DC power generated in the fuel cell into an AC power source, and the inverter performs power conversion according to the state of the virtual ship power system.

상기 컨버터 제어모듈은 상기 제1 측정모듈에 의하여 측정된 삼상 전압값을 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시킨다.The converter control module generates a converter switching signal using the three-phase voltage value measured by the first measurement module.

상기 인버터 제어모듈은 상기 제1 측정모듈에 의하여 측정된 삼상 전류값 및 상기 제3 측정모듈에 의하여 측정된 상기 직류 커패시터의 전압값을 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시킨다.The inverter control module generates a converter switching signal using the three-phase current value measured by the first measuring module and the voltage value of the DC capacitor measured by the third measuring module.

상기 전력변환장치는 상기 정상 상태인 경우, 정전압 및 정주파수로 운전되도록 전력 변환을 수행하며, 상기 연료전지 시스템의 동작에 필요한 전력을 공급한다.In the steady state, the power conversion apparatus performs power conversion to operate at a constant voltage and a constant frequency, and supplies power required for operation of the fuel cell system.

상기 전력변환장치는 상기 발전정지상태인 경우, 상기 연료전지 시스템에 전력을 공급하지 않으며, 상기 연료전지 시스템의 발전 전력을 상기 육상전력계통으로 공급하는 동작을 수행한다.The power conversion apparatus does not supply power to the fuel cell system when the power generation stop state is established and performs an operation of supplying the generated power of the fuel cell system to the onshore power system.

상기 전력변환장치는 상기 부하변동상태인 경우, Droop 특성에 따라 동작한다.The power conversion apparatus operates in accordance with the droop characteristic in the case of the load fluctuation state.

본 발명은 선박용 연료전지 시스템을 선박에 적용하기 전에, 선박용 연료전지 시스템의 동작의 적절성을 판단함으로써, 선박적용의 위험성을 회피하면서 연료전지 시스템을 검증할 수 있다.The present invention can verify the fuel cell system while avoiding the risk of ship application by determining the suitability of operation of the marine fuel cell system before applying the marine fuel cell system to the marine vessel.

도 1은 선박 전력계통 시뮬레이터의 구성을 개략적으로 예시한 도면.
도 2는 도 1은 선박 전력계통 시뮬레이터의 구성을 보다 자세히 나타낸 도면.
도 3은 컨버터 제어모듈의 구성을 예시한 도면.
도 4는 인버터 제어모듈의 구성을 예시한 도면.
도 5는 선박 전력계통 시뮬레이터의 동작 방법을 나타낸 흐름도.1 schematically illustrates a configuration of a ship power system simulator;
Fig. 2 is a view showing the configuration of a ship power system simulator in more detail; Fig.
3 is a diagram illustrating a configuration of a converter control module;
4 is a diagram illustrating a configuration of an inverter control module;
5 is a flow chart illustrating a method of operating a ship power system simulator.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the present invention has been described in connection with certain exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, numerals (e.g., first, second, etc.) used in the description of the present invention are merely an identifier for distinguishing one component from another.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Also, in this specification, when an element is referred to as being "connected" or "connected" with another element, the element may be directly connected or directly connected to the other element, It should be understood that, unless an opposite description is present, it may be connected or connected via another element in the middle.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In order to facilitate a thorough understanding of the present invention, the same reference numerals are used for the same means regardless of the number of the drawings.

도 1은 선박 전력계통 시뮬레이터의 구성을 개략적으로 예시한 도면이다.1 is a view schematically illustrating a configuration of a ship power system simulator.

도 1을 참조하면, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)는 전력변환 장치(10) 및 제어기(20)를 포함한다. 또한, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)는 육상전력계통(300)을 전원으로 사용하며, 필요에 따라 병렬로 연결된 콘덕터, 인덕터, 저항 등과 같은 부하를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a ship power system simulator 200 includes a power inverter 10 and a controller 20. Also, the ship power system simulator 200 uses the offshore power system 300 as a power source, and may further include a load such as a capacitor, an inductor, a resistor, and the like connected in parallel as needed.

선박 전력계통 시뮬레이터(200)는 선박용으로 개발된 연료전지 시스템(100)이 실제 선박전력계통과 연결되어 적절하게 동작하는지를 검증하는 장치로, 실제 선박전력계통과 구조적인 차이가 있으나, 동작 특성이 동일하여 선박전력계통과 동일한 전압 및 주파수 변동특성을 나타낼 수 있다.The ship power system simulator 200 is a device that verifies whether the fuel cell system 100 developed for a ship is connected to the actual ship power system and operates appropriately and has a structural difference from the actual ship power system, And can exhibit the same voltage and frequency variation characteristics as the ship power system.

전력변환장치(10)는 연료전지 시스템(100)과 육상전력계통(300) 사이에서 제어기(20)의 제어에 따라 전력을 변환하는 장치이다. 예를 들어, 전력변환장치(10)는 연료전지 시스템(100)에 연결되어 연료전지 시스템(100)에서 생성되는 전력을 육상전력계통(300)로 공급할 수 있으며, 교류를 직류로 변환하는 컨버터와 직류를 교류로 변환하는 인버터를 포함할 수 있다. 또한, 전력변환장치(10)는 육상전력계통(300)로부터 전달되는 계통 전력을 연료전지 시스템(100)으로 공급할 수 있다.The power conversion apparatus 10 is a device for converting power under the control of the controller 20 between the fuel cell system 100 and the offshore power system 300. For example, the power conversion apparatus 10 may be connected to the fuel cell system 100 to supply power generated in the fuel cell system 100 to the offshore power system 300, and may include a converter for converting the alternating current into direct current And an inverter for converting the direct current into the alternating current. In addition, the power conversion apparatus 10 can supply the grid power delivered from the offshore power system 300 to the fuel cell system 100. [

특히, 전력변환장치(10)는 육상전력계통(300)을 전원으로 함으로써, 육상전력계통(300)로부터 전달되는 계통 전력이 선박전력계통과 동일한 전압 및 주파수 변동특성을 나타내도록 제어하여 가상의 선박전력계통을 재현할 수 있다.Particularly, the power conversion apparatus 10 controls the system power supplied from the offshore power system 300 to exhibit the same voltage and frequency variation characteristics as the ship power system by using the offshore power system 300 as a power source, Power system can be reproduced.

예를 들어, 전력변환장치(10)는 제어기(20)의 제어에 의하여, 정상상태, 부하변동상태(주파수 및/또는 전압 변동) 및 발전정지상태 등과 같은 다양한 상태를 재현할 수 있다.For example, the power inverter 10 can reproduce various states such as a steady state, a load fluctuation state (frequency and / or voltage fluctuation) and a power generation stop state, etc., under the control of the controller 20. [

제어기(20)는 사용자 입력값에 따라 전력변환장치(10)를 제어하며, 연료전지 시스템(100)의 동작을 모니터링한다.The controller 20 controls the power conversion apparatus 10 according to the user input value and monitors the operation of the fuel cell system 100.

이후, 도 2를 참조하여 선박 전력계통 시뮬레이터(200)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the ship power system simulator 200 will be described in detail with reference to FIG.

도 2는 도 1은 선박 전력계통 시뮬레이터의 구성을 보다 자세히 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a ship power system simulator in more detail. FIG.

도 2를 참조하면, 전력변환장치(10)는 교류를 직류로 변환하는 AC/DC 컨버터(11)(이하, 컨버터), 직류를 교류로 변환하는 DC/AC 인버터(15)(이하, 인버터), 컨버터(11) 및 인버터(15)와 병렬로 연결되는 직류 커패시터(13)를 포함한다.2, the power conversion apparatus 10 includes an AC / DC converter 11 (hereinafter referred to as a converter) for converting AC to DC, a DC / AC inverter 15 (hereinafter referred to as inverter) A converter 11 and a DC capacitor 13 connected in parallel with the inverter 15. [

여기서, 컨버터(11) 및 인버터(15)는 복수의 스위칭 소자들을 포함하고, 복수의 스위칭 소자의 동작에 의하여 전력변환이 수행된다. 복수의 스위칭 소자는 제어기(30)로부터 전달되는 스위칭 신호에 따라 동작할 수 있다. 컨버터(11) 및 인버터(15)의 구조는 당업자라면 용이하게 알 수 있는 바 자세한 설명은 생략하기로 한다.Here, the converter 11 and the inverter 15 include a plurality of switching elements, and the power conversion is performed by the operation of the plurality of switching elements. The plurality of switching elements can operate in accordance with a switching signal transmitted from the controller 30. [ The structure of the converter 11 and the inverter 15 can be easily understood by those skilled in the art, and a detailed description thereof will be omitted.

제어기(20)는 연료전지 시스템(100)과 컨버터(11) 사이의 전력을 측정하는 제1 측정모듈(22), 인버터(15)와 육상전력계통(300) 사이에서 전력을 측정하는 제2 측정모듈(25), 직류 커패시터(13)의 전압을 측정하는 제3 측정모듈(24), 제1 측정모듈(22)의 측정값을 이용하여 컨버터(11)의 스위칭 신호를 발생시키는 컨버터 제어모듈(21), 제2 측정모듈(25) 및 제3 측정모듈(24)의 측정값을 이용하여 인버터(15)의 스위칭 신호를 발생시키는 인버터 제어모듈(23), 제1 측정모듈(22), 제2 측정모듈(25) 및 제3 측정모듈(24)의 측정값을 전달받아 사용자 단말(400)로 전송하며, 사용자 단말(400)로부터 사용자가 입력한 계통 설정값을 수신하고, 계통 설정값에 따라 전력변환장치(10)가 가상선박전력계통을 재현하도록 컨버터 제어모듈(21) 및 인버터 제어모듈(23)로 계통 설정값을 전달하는 모니터링 모듈(26)을 포함한다. 여기서, 제1 측정모듈(22) 및 제2 측정모듈(25)의 측정값은 전력값, 전압값, 전류값 중 적어도 하나가 될 수 있다.The controller 20 includes a first measurement module 22 for measuring the power between the fuel cell system 100 and the converter 11, a second measurement module 22 for measuring power between the inverter 15 and the offshore power system 300, A third measuring module 24 for measuring the voltage of the DC capacitor 13, a converter control module (not shown) for generating the switching signal of the converter 11 using the measured values of the first measuring module 22 An inverter control module 23 for generating a switching signal of the inverter 15 using the measured values of the first measurement module 21, the second measurement module 25 and the third measurement module 24, a first measurement module 22, 2 measurement module 25 and the third measurement module 24 and transmits the measured values to the user terminal 400. The user terminal 400 receives the grid setting values input by the user, The power conversion apparatus 10 transmits the grid setting values to the converter control module 21 and the inverter control module 23 so as to reproduce the virtual ship power system It includes a monitoring module (26). Here, the measurement values of the first measurement module 22 and the second measurement module 25 may be at least one of a power value, a voltage value, and a current value.

컨버터 제어모듈(31)은 제1 측정모듈(22)에 의하여 측정된 삼상 전압값(Vabc)을 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시킨다.The converter control module 31 generates a converter switching signal using the three-phase voltage value V abc measured by the first measurement module 22.

예를 들어, 도 3을 참조하면, 도 3은 컨버터 제어모듈(21)의 구성을 예시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 컨버터 제어모듈(21)은 삼상 전압값(Vabc)에 대한 측정값 및 기준값과 지령 주파수값(frequencycommand)을 입력으로 하고, 비례적분(PI) 제어기를 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시킬 수 있다.For example, referring to FIG. 3, FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the converter control module 21. 3, the converter control module 21 is a three-phase voltage values (V abc) measured value and the reference value and the reference frequency value (frequency command) for the input, and using a proportional-integral (PI) controller Converter switching signal can be generated.

인버터 제어모듈(23)은 제2 측정모듈(25)에 의하여 측정된 삼상 전류값(Ig) 및 제3 측정모듈(24)에 의하여 측정된 직류 커패시터(13)의 전압값(Vdc)을 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시킨다.The inverter control module 23 compares the three-phase current value I g measured by the second measurement module 25 and the voltage value V dc of the DC capacitor 13 measured by the third measurement module 24 To generate a converter switching signal.

예를 들어, 도 4를 참조하면, 도 4는 인버터 제어모듈(23)의 구성을 예시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 인버터 제어모듈(23)은 삼상 전류값(Ig)과 직류 커패시터(13)의 전압값(Vdc)에 대한 측정값 및 기준값과 계통 주파수값(frequencygrid)을 입력으로 하고, 비례적분(PI) 제어기를 이용하여 인버터 스위칭 신호를 발생시킬 수 있다.For example, referring to FIG. 4, FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the inverter control module 23. 4, the inverter control module 23 compares a measured value and a reference value and a grid frequency value (frequency grid ) with respect to the three-phase current value I g , the voltage value V dc of the DC capacitor 13 Input, and the inverter switching signal can be generated using a proportional-integral (PI) controller.

모니터링 모듈(26)은 사용자 단말(300)과의 인터페이스를 통해 사용자로부터 계통 설정값을 입력받아 컨버터 제어모듈(21) 및 인버터 제어모듈(23)로 전달함으로써, 육상전력계통(300)을 전원으로 하는 전력변환장치(10)가 가상선박전력계통을 재현하도록, 컨버터 제어모듈(21) 및 인버터 제어모듈(23)이 전력변환장치(10)를 제어하게 할 수 있다.The monitoring module 26 receives a system setting value from a user through an interface with the user terminal 300 and transfers the system setting value to the converter control module 21 and the inverter control module 23, The converter control module 21 and the inverter control module 23 can control the power conversion device 10 so that the power conversion device 10 that performs the power conversion of the virtual ship power system 10 reproduces the virtual ship power system.

여기서, 계통 설정값은 연료전지 시스템(100)의 검증을 위하여 전력변환장치(10)가 특정 상황의 가상선박전력계통을 재현하게 할 수 있다.Here, the grid setting value may enable the power conversion apparatus 10 to reproduce the virtual ship power system in a specific situation for the verification of the fuel cell system 100. [

예를 들어, 전력변환장치(10)는 사용자의 계통 설정값에 따라 정상상태, 부하변동상태(주파수 및/또는 전압 변동) 및 발전정지상태를 나타내는 가상선박전력계통을 재현할 수 있다.For example, the power conversion apparatus 10 can reproduce a virtual ship power system indicating a steady state, a load fluctuation state (frequency and / or voltage fluctuation), and a power generation stop state according to a user's grid setting value.

여기서, 연료전지 시스템(100)은 도 2에 도시된 바와 같이, 직류전원(DC)을 발생시키는 연료전지(110) 및 연료전지(110)에서 생성된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 DC/AC 인버터(120)를 포함할 수 있다. 그래서, 연료전지 시스템(100)이 가동되어 선박 전력계통 시뮬레이터(200)에 연계되는 경우, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)에 의하여 재현된 가상선박전력계통의 특정 상황에 따라 DC/AC 인버터(120)가 전력변환을 수행할 수 있다. 따라서, DC/AC 인버터(120)로부터 출력되는 전력을 측정 및 모니터링함으로써, 연료전지 시스템(100)이 실제 선박전력계통에 안정적으로 연계될 수 있는지 여부가 검증될 수 있다.2, the fuel cell system 100 includes a fuel cell 110 that generates a DC power source and a DC / AC converter 110 that converts the DC power generated by the fuel cell 110 into an AC power source, An inverter 120 may be included. Thus, when the fuel cell system 100 is activated and associated with the ship power system simulator 200, the DC / AC inverter 120 is controlled according to the specific situation of the virtual vessel power system reproduced by the ship power system simulator 200, Can perform power conversion. Therefore, by measuring and monitoring the power output from the DC / AC inverter 120, it can be verified whether the fuel cell system 100 can be stably connected to the actual ship power system.

이와 같은, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)의 동작에 대해서는 이후, 도 5를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.The operation of the ship power system simulator 200 will be described later in detail with reference to FIG.

도 5는 선박 전력계통 시뮬레이터의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart showing an operation method of the ship power system simulator.

S510 단계에서, 모니터링 모듈(26)은 사용자로부터 계통 설정값을 입력받는다. 그리고, 모니터링 모듈(36)은 입력받은 계통 설정값을 컨버터 제어모듈(21) 및 인버터 제어모듈(23)로 전달한다. 그래서, 컨버터 제어모듈(21) 및 인버터 제어모듈(23)은 육상전력계통(300)을 전원으로 하는 전력변환장치(10)가 가상선박전력계통을 재현하도록, 계통 설정값에 따라 전력변환장치(10)를 제어한다.In step S510, the monitoring module 26 receives the grid setting value from the user. The monitoring module 36 transfers the input grid setting values to the converter control module 21 and the inverter control module 23. Thus, the converter control module 21 and the inverter control module 23 can control the power conversion apparatus 10 that uses the offshore power system 300 as a power source to operate the power conversion apparatus 10).

예를 들어, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)는 크게 발전 모드와 발전 중단 모드로 동작할 수 있고, 발전 모드에서, 정전압 및 정주파수로 운전되는 정상상태 또는, 주파수 변동 및/또는 전압 변동으로 운전되는 부하변동상태로 동작할 수 있다. For example, the ship power system simulator 200 can operate largely in a power generation mode and a power generation stop mode, and can operate in a steady state operating at a constant voltage and a constant frequency or in a frequency variation and / or a voltage variation in a power generation mode It can operate in a load fluctuation state.

이와 같은, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)의 동작 모드 또는 동작 상태는 사용자가 설정하는 계통 설정값에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 계통 설정값은 발전전력량, 사용전력량, 정상상태의 전압값, 유효전력변동에 따른 주파수 변동값(df/dP), 무효전력변동에 따른 전압 변동값(dV/dQ), droop rate 등을 포함할 수 있다. 여기서, 발전전력량 및 사용전력량은 육상전력계통(300)에 연결된 발전기 및 부하의 발전전력량 및 사용전력량이 될 수 있다.The operation mode or operation state of the ship power system simulator 200 may be determined according to the grid setting value set by the user. For example, the grid setting value may be a power generation amount, a used power amount, a steady state voltage value, a frequency variation value (df / dP) according to active power variation, a voltage variation value (dV / dQ) And the like. Here, the generated power amount and the used power amount may be the generated power amount and the used power amount of the generator and the load connected to the offshore power system 300.

즉, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)는 발전전력량, 사용전력량, 정상상태의 전압값 및 droop rate를 이용하여 초기의 전압과 주파수를 형성한 후, 부하변동상태인 경우, 설정되는 입력값인 유효전력변동에 따른 주파수 변동값(df/dP) 및 무효전력변동에 따른 전압 변동값(dV/dQ)을 이용하여 부하변동을 수행하고, 발전중단모드인 경우, 설정되는 입력값인 부하의 사용전력량을 이용하여 발전중단모드로 동작할 수 있다.That is, the ship power system simulator 200 forms an initial voltage and frequency using the generated power amount, the used power amount, the steady-state voltage value and the droop rate, and then, when the load is in the fluctuation state, (DV / dQ) according to the variation of the reactive power and the voltage fluctuation value (dV / dQ) in accordance with the fluctuation of the reactive power, and in the case of the power generation interruption mode, It is possible to operate in the power generation interruption mode.

예를 들어, 초기에 형성되는 주파수는 다음의 수학식 1과 같이 산출될 수 있다.For example, an initially formed frequency can be calculated by the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

초기 주파수=정격주파수ㅧ(1-droop rate×사용전력량/발전전력량)Initial frequency = rated frequency ㅧ (1-droop rate × power used / power generated)

그리고, 일반적인 Droop 특성에 따라 발전전력량과 사용전력량에 따른 주파수의 변동은 다음의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.The fluctuation of the frequency depending on the generated power amount and the used power amount can be expressed by the following Equation 2 according to the general droop characteristic.

[수학식 2]&Quot; (2) "

발전전력량>사용전력량: 주파수 증가Power generation> Power consumption: Frequency increase

발전전력량<사용전력량: 주파수 감소Power generation <Power consumption: Frequency reduction

발전전력량=사용전력량: 주파수 유지Power generation amount = energy used: frequency maintenance

S520 단계에서, 연료전지 시스템(100)이 가동되어 선박 전력계통 시뮬레이터(200)에 연계된다. In step S520, the fuel cell system 100 is activated and associated with the ship power system simulator 200. [

S530 단계에서, 전력변환장치(10)는 제어기(20)의 제어에 의하여, 연료전지 시스템(100)과 육상전력계통(300)로부터 전송되는 전력의 상태에 따라 전력 변환을 수행한다.The power conversion apparatus 10 performs power conversion according to the state of the electric power transmitted from the fuel cell system 100 and the land electric power system 300 under the control of the controller 20. [

예를 들어, 전력변환장치(10)는 발전모드에서 정상 상태인 경우, 정전압 및 정주파수로 운전되도록 전력 변환을 수행하며, 이때, 연료전지 시스템(100)에 전력을 공급함으로써, 연료전지 시스템(100)의 동작에 필요한 전력을 공급할 수 있다. For example, the power conversion apparatus 10 performs power conversion so as to operate at a constant voltage and a constant frequency in a steady state in the power generation mode, at which time, by supplying power to the fuel cell system 100, 100 can be supplied with electric power.

이후, 제어기(20)는 연료전지 시스템(100)으로부터 공급되는 전류를 센싱하여 재현된 가상선박전력계통에서 감소하는 부하량을 산출하고, 산출된 부하량을 이용하여 주파수를 산출하여 산출된 주파수만큼 주파수가 증가되도록 전력변환장치(10)를 제어할 수 있다. 이것은, 연료전지 시스템(100)에서 발전된 전력이 실제 선박전력계통에 공급되면, 실제 선박전력계통에 연결된 발전기의 부하가 감소하게 되어 주파수가 상승하게 되는 동작을 구현하기 위한 것이다.Thereafter, the controller 20 senses the current supplied from the fuel cell system 100, calculates a load to be reduced in the reproduced virtual ship power system, calculates the frequency using the calculated load, The power conversion apparatus 10 can be controlled so as to be increased. This is for realizing an operation in which when the electric power generated in the fuel cell system 100 is supplied to the actual ship power system, the load of the generator connected to the actual ship power system is reduced and the frequency is raised.

예를 들어, 증가하는 주파수값은 다음의 수학식 3과 같이 산출될 수 있다.For example, the increasing frequency value can be calculated by the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) &quot;

증가 주파수=정격주파수×(1-droop rate×(사용전력량- 연료전지 시스템으로부터의 공급전력량)/발전전력량)Increased frequency = rated frequency x (1-droop rate x (amount of power used - amount of power supplied from the fuel cell system) / amount of generated power)

또한, 제어기(20)는 발전모드에서, 부하변동상태인 경우, 부하 변동량을 입력받아 초기에 입력받은 주파수 변동값(df/dP) 및 전압 변동값(dV/dQ)에 따라 주파수와 전압이 변동되도록 전력변환장치(10)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 변동 주파수는 다음의 수학식 4와 같이 산출될 수 있다.Further, in the power generation mode, when the load is in the power generation mode, the controller 20 changes the frequency and the voltage in accordance with the frequency variation value df / dP and the voltage variation value dV / dQ, So that the power conversion apparatus 10 can be controlled. For example, the variation frequency can be calculated by the following equation (4).

[수학식 4]&Quot; (4) &quot;

변동 주파수=정격주파수×(1-droop rate×(사용전력량- 부하변동량)/발전전력량)Variable frequency = rated frequency × (1-droop rate × (used power amount - load fluctuation) / generated power amount)

이때, 연료전지 시스템(100)은 외부에서 급격한 전압 및 주파수의 변동이 발행하기 때문에 원활한 전력변환을 위하여 인버터 스위칭을 제어하게 된다.At this time, since the fuel cell system 100 generates an abrupt voltage and frequency fluctuation from the outside, the inverter switching is controlled for smooth power conversion.

또한, 전력변환장치(10)는 발전중단모드인 경우, 연료전지 시스템(100)에 전력을 공급하지 않으며, 연료전지 시스템(100)의 발전 전력을 육상전력계통(300)으로 공급하는 동작만을 수행한다. 예를 들어, 연료전지 시스템(100)이 발전을 시작하면, 선박 전력계통 시뮬레이터(200)는 연료전지의 초기 가동시에 급격한 전류가 발생하지 않도록 연료전지 시스템(100)에서 육상전력계통(300)으로 흐르는 전류가 0이 되도록 제어하고, 사용자로부터 사용자가 선택한 부하종류와 부하의 시간당 증가율을 입력받으면, 육상전력계통(300)으로 공급되어야 할 전류를 산출하여 육상전력계통(300)으로 연료전지 시스템(100)의 발전 전력을 공급할 수 있다.The power conversion apparatus 10 does not supply power to the fuel cell system 100 and only supplies the generated power of the fuel cell system 100 to the offshore power system 300 do. For example, when the fuel cell system 100 starts to generate electricity, the ship power system simulator 200 performs a simulation of the off-grid power system 300 in the fuel cell system 100 so that a sudden current does not occur at the initial operation of the fuel cell. When the user inputs the type of load selected by the user and the rate of increase per unit time of the load from the user, the current to be supplied to the offshore power system 300 is calculated and transmitted to the offshore power system 300, And can supply the generated power of the battery 100.

S540 단계에서, 모니터링 모듈(26)은 연료전지 시스템(100)으로부터 공급되는 전력을 모니터링한다. 예를 들어, 모니터링 모듈(26)은 제1 측정모듈(22)의 측정값을 컨버터 제어모듈(21)로부터 전달받아 사용자 단말(400)로 출력할 수 있다.In step S540, the monitoring module 26 monitors the power supplied from the fuel cell system 100. [ For example, the monitoring module 26 may receive the measurement value of the first measurement module 22 from the converter control module 21 and output the measurement value to the user terminal 400.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.

100: 연료전지 시스템 110: 연료전지
120: DC/AC 인버터 200: 선박 전력계통 시뮬레이터
300: 육상전력계통 400: 사용자 단말
10: 전력변환 장치 11: AC/DC 컨버터
13: 직류 커패시터 15: DC/AC 인버터
20: 제어기 21: 컨버터 제어모듈
22: 제1 측정모듈 23: 인버터 제어모듈
24: 제3 측정모듈 25: 제2 측정모듈
26: 모니터링 모듈100: Fuel cell system 110: Fuel cell
120: DC / AC inverter 200: ship power system simulator
300: Land power system 400: User terminal
10: Power converter 11: AC / DC converter
13: DC capacitor 15: DC / AC inverter
20: controller 21: converter control module
22: first measurement module 23: inverter control module
24: third measuring module 25: second measuring module
26: Monitoring module

Claims (9)

육상전력계통을 전원으로 하여, 선박전력계통과 동일한 전압 및 주파수 변동특성을 나타내는 가상선박전력계통을 재현하는 선박 전력계통 시뮬레이터에 있어서,
상기 육상전력계통과 검증하고자 하는 선박용 연료전지 시스템 사이에서 전력을 변환하는 전력변환장치; 및
상기 전력변환장치가 정상상태, 부하변동상태 및 발전정지상태 중 어느 하나의 상기 가상선박전력계통을 재현하도록 제어하고, 상기 재현된 가상선박전력계통과 상기 연료전지 시스템 사이의 전력 변화에 따라 상기 전력변환장치를 제어하는 제어기를 포함하는 선박 전력계통 시뮬레이터.1. A ship power system simulator for simulating a virtual ship power system that uses the offshore power system as a power source and exhibits the same voltage and frequency variation characteristics as a ship power system,
A power conversion device for converting power between the onshore power system and a marine fuel cell system to be verified; And
Wherein the power conversion device controls the virtual ship power system to reproduce any one of the steady state, the load fluctuation state, and the power generation stop state, and controls the power And a controller for controlling the conversion device. 제1항에 있어서,
상기 전력변환장치는
교류를 직류로 변환하는 컨버터;
상기 직류를 교류로 변환하는 인버터;
상기 컨버터 및 상기 인버터 사이에서 병렬로 연결되는 직류 커패시터를 포함하되,
상기 컨버터 및 상기 인버터는 복수의 스위칭 소자를 포함하고, 상기 복수의 스위칭 소자의 동작에 의하여 전력변환이 수행되는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.The method according to claim 1,
The power converter
A converter for converting AC to DC;
An inverter for converting the direct current into an alternating current;
And a DC capacitor connected in parallel between the converter and the inverter,
Wherein the converter and the inverter include a plurality of switching elements, and the power conversion is performed by the operation of the plurality of switching elements. 제2항에 있어서,
상기 제어기는
상기 연료전지 시스템과 상기 컨버터 사이의 전력을 측정하는 제1 측정모듈;
상기 인버터와 상기 육상전력계통 사이에서 전력을 측정하는 제2 측정모듈;
상기 직류 커패시터의 전압을 측정하는 제3 측정모듈;
상기 제1 측정모듈의 측정값을 이용하여 상기 컨버터의 스위칭 신호를 발생시키는 컨버터 제어모듈;
상기 제2 측정모듈 및 상기 제3 측정모듈의 측정값을 이용하여 상기 인버터의 스위칭 신호를 발생시키는 인버터 제어모듈; 및
사용자가 입력하는 계통 설정값에 따라 상기 전력변환장치가 상기 가상선박전력계통을 재현하도록 상기 컨버터 제어모듈 및 상기 인버터 제어모듈로 상기 계통 설정값을 전달하며, 상기 제1 측정모듈, 상기 제2 측정모듈 및 상기 제3 측정모듈의 측정값을 전달받아 상기 사용자의 단말로 전송하는 모니터링 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.3. The method of claim 2,
The controller
A first measurement module for measuring power between the fuel cell system and the converter;
A second measurement module for measuring power between the inverter and the onshore power system;
A third measuring module for measuring a voltage of the DC capacitor;
A converter control module for generating a switching signal of the converter using the measured value of the first measuring module;
An inverter control module for generating a switching signal of the inverter using the measured values of the second measurement module and the third measurement module; And
Wherein the power conversion device transmits the grid setting value to the converter control module and the inverter control module so that the power conversion device reproduces the virtual ship power system according to a grid setting value input by the user, And a monitoring module for receiving the measurement values of the first measurement module, the second measurement module, and the third measurement module and transmitting the measurement values to the user terminal. 제1항에 있어서,
상기 연료전지 시스템은
직류전원을 발생시키는 연료전지; 및
상기 연료전지에서 생성된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 인버터를 포함하되,
상기 인버터는 상기 가상선박전력계통의 상태에 따라 전력변환을 수행하는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.The method according to claim 1,
The fuel cell system
A fuel cell that generates DC power; And
And an inverter for converting a DC power generated in the fuel cell into an AC power,
Wherein the inverter performs power conversion according to a state of the virtual ship power system. 제3항에 있어서,
상기 컨버터 제어모듈은 상기 제1 측정모듈에 의하여 측정된 삼상 전압값을 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.The method of claim 3,
Wherein the converter control module generates a converter switching signal using the three-phase voltage value measured by the first measurement module. 제3항에 있어서,
상기 인버터 제어모듈은 상기 제1 측정모듈에 의하여 측정된 삼상 전류값 및 상기 제3 측정모듈에 의하여 측정된 상기 직류 커패시터의 전압값을 이용하여 컨버터 스위칭 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.The method of claim 3,
Wherein the inverter control module generates a converter switching signal by using the three-phase current value measured by the first measuring module and the voltage value of the DC capacitor measured by the third measuring module. . 제1항에 있어서,
상기 전력변환장치는 상기 정상 상태인 경우, 정전압 및 정주파수로 운전되도록 전력 변환을 수행하며, 상기 연료전지 시스템의 동작에 필요한 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.The method according to claim 1,
Wherein the power converter performs power conversion to operate at a constant voltage and a constant frequency in the steady state and supplies power required for operation of the fuel cell system. 제1항에 있어서,
상기 전력변환장치는 상기 발전정지상태인 경우, 상기 연료전지 시스템에 전력을 공급하지 않으며, 상기 연료전지 시스템의 발전 전력을 상기 육상전력계통으로 공급하는 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.The method according to claim 1,
Wherein the power conversion apparatus performs an operation of supplying power generated by the fuel cell system to the onshore power system without supplying power to the fuel cell system when the power generation stop state is established, . 제1항에 있어서,
상기 전력변환장치는 상기 부하변동상태인 경우, Droop 특성에 따라 동작하는 것을 특징으로 하는 선박 전력계통 시뮬레이터.


The method according to claim 1,
Wherein the power converter operates in accordance with the droop characteristic when the load is in the load fluctuation state.


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