KR20150125758A - 선박의 동적위치제어 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 동적위치제어 시스템을 개시한다, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 동적위치제어 시스템은, 전원을 공급하는 발전기와, 상기 발전기로부터 공급받은 전원을 선박에 구비된 다수의 부하에 공급하는 메인 배전반과, 상기 메인 배전반으로부터 전원을 공급받아 충전되는 제 1 축전지가 구비되고, 상기 제 1 축전지에 의해 구동되며 상기 메인 배전반으로부터 공급되는 전원을 변환하는 인버터 드라이버와, 상기 인버터 드라이버로부터 변환 공급되는 전원에 의해 구동 및 제어되는 추진모터, 및 선박의 정전에 따른 블랙아웃 발생과 동시에 상기 인버터 드라이버에 전원을 공급하는 무정전 전원공급장치(UPS)를 포함한다.

Description

선박의 동적위치제어 시스템{Dynamic positioning system of vessel}

본 발명은 선박의 동적위치제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 정전에 따른 블랙아웃 발생 시, 선박의 위치를 자동으로 유지하는 동적위치제어 시스템의 복구가 빠른 시간 내에 이루어질 수 있는 선박의 동적위치제어 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 선박에는 바지나 투묘를 구비하고 이를 이용하여 해상에서 일정 위치 선박이 고정될 수 있도록 한다. 그러나, 해양개발에 의한 작업 수심이 점점 더 깊어지고 약 5,000m 이상의 심해저 개발이 진행되고 있는 추세에서 바지나 투묘를 통해 선박을 일정 위치에 고정할 수 없기 때문에 깊은 수심과 작업의 안정성을 위해서 동적위치제어 시스템이 적용되고 있다.

도 1은 종래의 선박의 동적위치제어 시스템을 보여주는 개략도이다. 도 2는 종래의 선박의 동적위치제어 시스템의 정전에 따른 블랙아웃 발생 시, 시스템 복구 순서를 설명하기 위한 순서도이다.

도 1 및 2를 참고하면, 종래의 동적위치제어 시스템은 크게 전원을 공급하는 발전기(10), 메인 배전반(20), 내부에 별도의 축전지(31)를 구비하는 인버터 드라이버(30), 및 상기 인버터 드라이버(30)와 연결되어 발전기(10)에 의해 공급되는 전력에 의해 구동하는 추진모터(40)로 구성되어 선박이 환경외력, 즉 바람, 해류, 그리고 파도에 의한 하중에 대하여 추진모터(40)의 구동을 통해 미리 정해진 위치에서 어느 한도 이상으로 벗어나지 못하게 하는 시스템이다.

이때, 상기 동적위치제어 시스템이 주로 적용되는 선박중의 하나로는 드릴쉽이 대표적이며, 드릴쉽에 통한 해저 시추작업 시, 선박의 위치가 일정하게 유지되도록하는 기능을 한다.

그러나, 동적위치제어 시스템이 구비된 선박에 있어서 전기계통 이상에 따라 정전이 발생하면, 인버터 드라이버(30)에 공급되는 전원이 차단되고, 인버터 드라이버(30)의 축전지(31)가 방전되어 인버터 드라이버(30)의 구동 정지되며, 추진모터로(40)의 전원공급 및 제어가 이루어지지 않게 되어 전반적으로 동적위치제어 시스템이 제기능을 하지 못하게 된다.

이때, 드릴쉽과 같은 경우, 드릴링 작업 중에 드릴쉽의 위치가 이동되어 드릴링 파이프와 선박이 이루는 각도가 과도하게 틀어지게 되어 드릴링 파이프가 파손되 해수 오염은 물론 선박의 막대한 손상을 초례하게 된다.

또한, 동적위치제어 시스템에 의해 구동하고 있던 추진모터(40)는 전원이 중단됨에 따라 컨트롤 되지 않는 상태에서 관성에 의해 무부하 상태로 회전되게 되고, 여기에 해류의 영향까지 받아 그 회전속도의 예측이 불가능하여 선박의 위치 제어가 더욱더 곤란하게 된다.

더욱이, 정전에 따른 동적위치제어 시스템의 정지 후, 다시 재가동이 이루어지기 위해서는 도 2에 도시된 바와 같이 발전기(10)의 재가동, 상기 인버터 드라이버(30) 내부의 축전지(31)의 충전, 및 추진모터(40)의 회전수를 스캔하여 추진모터(40)의 회전속도에 대응되는 전력을 공급함으로써 시스템의 복구가 가능하게 된다.

그러나, 시스템이 복구되는데 걸리는 시간, 즉, 상기와 같이 발전기(10)의 재가동에 요구되는 시간(약25초 이내)과, 발전기(10)에 의해 인버터 드라이버(30)의 축전지(31)가 충전되는데 걸리는 시간(약 30초 이상) 및 추진모터(40)의 회전수를 스캔하는 시간(인버터 드라이버(30) 충전 후 약 40초 이상)이 소요되며, 시스템 복구에 소요되는 시간(약 95초 이상) 동안 해류에 의해 선박의 위치가 이동되는 문제점이 발생하였다.

아울러, 정전 발생에 따른 동적위치제어 시스템 복구 시, 발전기(10)가 복구가 약5~10초 이내에 빠르게 이루어지더라도 인버터 드라이버(30)의 축전지(31)의 충전이 약 30초 이상 소요됨에 따라 추진모터로의 전원공급이 빠르게 이루어지지 못할뿐더러, 상기 인버터 드라이버가 구동되어야만 추진모터(40)의 스캔이 가능함에 따라, 전반적으로 동적 위치제어 시스템이 복구되기까지의 시간을 단축시키기에는 상당한 기술적 어려움이 있었다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 동적위치제어 시스템을 구비하는 선박에 있어서, 정전 발생에 따른 블랙아웃 발생 시, 동적위치제어 시스템의 복구가 단시간에 이루어질 수 있는 선박의 동적위치제어 시스템을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전원을 공급하는 발전기와, 상기 발전기로부터 공급받은 전원을 선박에 구비된 다수의 부하에 공급하는 메인 배전반과, 상기 메인 배전반으로부터 전원을 공급받아 충전되는 제 1 축전지가 구비되고, 상기 제 1 축전지에 의해 구동되며 상기 메인 배전반으로부터 공급되는 전원을 변환하는 인버터 드라이버와, 상기 인버터 드라이버로부터 변환 공급되는 전원에 의해 구동 및 제어되는 추진모터, 및 선박의 정전에 따른 블랙아웃 발생과 동시에 상기 인버터 드라이버에 전원을 공급하는 무정전 전원공급장치(UPS)를 포함하는 선박의 동적위치제어 시스템이 제공될 수 있다.

이때, 상기 추진모터에는 상기 인버터 드라이버와 연동되고, 정전에 따른 블랙아웃발생에 의해 무부하로 회전하는 상기 추진모터의 회전수를 스캔하는 스피드 엔코더가 형성될 수 있다.

또한, 상기 무정전 전원공급장치는 상기 메인 배전반 또는 상기 제 1 축전지로부터 전원을 공급받아 충전상태를 유지하고, 블랙아웃 발생과 동시에 상기 인버터 드라이버의 상기 제 1 축전지에 전원을 공급하는 제 2 축전지가 구비될 수 있다.

아울러, 상기 인버터 드라이버와 상기 무정전 전원공급장치 사이에는 전기적 연결을 제어하는 전원 스위치가 더 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예들은, 인버터 드라이버의 축전지와 무정전 전원공급장치를 연결시켜 선박의 정전에 따른 블랙아웃 발생 시, 인버터 드라이버의 축전지가 항상 충전상태로 유지될 수 있도록 함으로써, 동적위치제어 시스템의 복구 시간을 단축 시킬 수 있다.

또한, 추진모터에 스피드 엔코더를 구비하여 추진모터의 회전속도를 신속하고 정밀하게 측정함으로써 추진모터의 스캔 시간 또한 단축시킬 수 있다.

도 1은 종래의 선박의 동적위치제어 시스템을 보여주는 개략도 이다.
도 2는 종래의 선박의 동적위치제어 시스템의 정전에 따른 블랙아웃 발생 시, 시스템 복구 순서를 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 동적위치제어 시스템을 보여주는 개략도이다.
도 4는 도 3에 도시된 선박의 동적위치제어 시스템의 무정전 전원공급장치의 다른 전원연결 상태를 보여주는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 동적위치제어 시스템의 정전에 따른 블랙아웃 발생 시, 시스템 복구 순서를 설명하기 위한 순서도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 동적위치제어 시스템을 보여주는 개략도이다. 도 4는 도 3에 도시된 선박의 동적위치제어 시스템의 무정전 전원공급장치(300)의 다른 전원연결 상태를 보여주는 개략도이다.

도 3 및 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 동적위치제어 시스템은 발전기(100), 메인 배전반(200), 인버터 드라이버(300) 추진모터(400) 및 무정전 전원공급장치(UPS : 500)를 포함한다.

발전기는(100) 선박 전체에 전원을 공급하는 장치로, 증기터빈, 가스터빈 디젤기관 등이 사용될 수 있으며 통상적으로 대형 선박에 적용되는 발전기일 수 있다.

상기 메인 배전반(200)은 상기 발전기(100)와 연결되어 발전기(100)로부터 공급되는 전원을 선박에 구비되는 다수의 부하에 공급하는 것으로, 상기 부하는 전력공급이 요구되는 객실, 식당, 휴게실과 같은 거주시설 및 선박의 운항에 직접적으로 관련한 항해 시스템, 추진시스템, 드릴쉽일 경우 시추 시스템 등의 각종 장치 및 시스템들이 해당될 수 있다.

상기 인버터 드라이버(300)는 상기 메인 배전반(200)과 연결되어 상기 추진모터(400)로 공급되는 전압의 제어를 통해 추진모터(400)의 구동 및 회전수를 제어하는 것으로, 상기 인버터 드라이버(300)는 전압 대신 추진모터(400)로 공급되는 주파수의 공급을 통해 추진모터(400)의 구동 및 회전수를 제어할 수 있는 주파수 제어 드라이버가 적용될 수도 있다.

또한, 상기 인버터 드라이버(300)는 상기 메인 배전반(200)으로부터 공급되는 전원에 의해 충전되며, 인버터 드라이버(300)의 구동에 요구되는 전력을 공급하는 제 1 축전지(310)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 제 1 축전지(310)는 상기 인버터 드라이버(300)에 항상 전원이 공급될 수 있도록 충전된 상태로 유지되어 있다.

상기 추진모터(400)는 선박의 운항을 위한 추진과, 동적위치제어 시스템에 의한 선박의 위치 제어를 병행하여 수행할 수 있는 추진체로, 전기적 전원에 의해 구동되는 전기 모터로 구성되며, 상기 인버터 드라이버(300)가 주파수제어 드라이버일 경우 주파수 변환 제어모터로 구성될 수 있다.

또한, 상기 추진모터(400)에는 상기 추진모터(400)의 회전수를 측정하기 위한 스피드 엔코더(410)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 스피드 엔코더(410)는 상기 인버터 드라이버(300)와 연동되어 동적위치제어 시스템 복구 시, 무부하로 회전되는 상기 추진모터(400)의 회전수를 센싱하여 상기 인버터 드라이버(300)가 상기 추진모터(400)의 회전수에 대응되는 전원이 공급될 수 있도록 한다.

상기 무정전 전원공급장치(500)는 선박의 정전에 따른 블랙아웃 발생과 동시에 상기 인버터 드라이버(300)의 제 1 축전지에 전원을 공급하는 장치로 제 2 축전지(510)를 기본 구성으로 구비할 수 있다.

이때, 상기 제 2 축전지(510)는 항상 완충된 상태로 유지되게 되며, 충전을 위해 상기 메인 배전반(200)과 연결되는 상태로 형성될 수 있으며, 상기 제 1 축전지(310)와 연결되는 상태로 형성될 수도 있다. 이에 따라, 상기 제 2 축전지(510)는 상기 메인 배전반(200) 및 상기 제 1 축전지(310)와 연결되어 있음에 따라 메인 배전반(200)으로부터 공급되는 전원에 의해 항상 완충 상태의 유지가 가능하다.

또한, 상기 무정전 전원공급장치(500)에 구비되는 제 2 축전지(510)는 상기 제 1 축전지(310)에 전원을 공급하여 충전시킬 정도의 용량의 축전지로, 보다 상세하게는 상기 제 1 축전지(310)를 약 10분동안 충전시킬 정도의 약 5KVA 내외의 용량을 갖는 축전지로 구성될 수 있다.

아울러, 상기 무정전 전원공급장치(500)는 전원 공급을 제어하는 전원 스위치(520)를 더 포함할 수 있다. 상기 전원 스위치(520)는 상기 인버터 드라이버(300)와 상기 무정전 전원공급장치(500) 사이, 즉, 상기 제 1 축전지(310)와 상기 제 2 축전지(510) 사이에 형성되어 상기 제 1 축전지(310)와 상기 제 2 축전지(510) 사이를 전기적 연결 및 연결 해제시킬 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 상기 무정전 전원공급장치(500)는 평상 시에는 완충된 상태로 상기 전원 스위치(520)에 의해 상기 제 1 축전지(310)와 전기적으로 접속되지 않도록 연결해제 되어 있으며, 정전 발생에 따른 블랙아웃 발생과 동시에 상기 제 1 축전지(310)와 전기적으로 접속될 수 있도록 연결될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 동적위치제어 시스템의 정전에 따른 블랙아웃 발생 시, 시스템 복구 순서를 설명하기 위한 순서도이다.

이하에서는 상기에서 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 동적위치제어 시스템의 작동에 대해 설명하기로 한다.

우선, 동적위치제어 시스템의 작동 시, 발전기(100)로부터 공급되는 전원이 메인 배전반(200)을 거쳐 인버터 드라이버(300) 및 제 1 축전지(310)로 공급되고, 상기 인버터 드라이버(300)는 상기 제 1 축전지(310)로부터 전원을 공급받아 작동되어 상기 메인 배전반(200)으로부터 공급되는 전원을 변환하여 추진모터(400)로 공급한다.

한편, 무정전 전원공급장치(500)의 제 2 축전지(510)는 상기 제 1 축전지(310)와 함께 항상 완충되어 있으며, 완충된 후에는 전원 스위치(520)에 의해 상기 제 1 축전지(310)와 접속 해제된 상태로 유지된다.

이때, 상기 무정전 전원공급장치(500)의 제 2 축전지(510)가 상기 제 1 축전지(310)를 거쳐 충전이 이루어지는 경우, 완충된 상태에서 제 1 축전지(310)와의 접속이 해제되어 있더라도 시간적 흐름에 의해 미미하게나마 자체 방전되어 완충상태 유지되지 않을 수도 있으나, 상기 제 2 축전지(510)가 완충 상태가 아닌 경우 상기 전원 스위치(520)가 상기 제 1 축전지(310)와 접속될 수 있도록 선택적으로 자동 연결됨으로써 상기 제 2 축전지(510)를 항상 완충 상태로 유지시킬 수 있다.

반면, 선박의 정전에 의해 블랙아웃 발생 시, 발전기(100)로부터 공급되는 전원이 차단됨에 따라, 제 1 축전지(310)의 방전에 의해 인버터 드라이버(300)의 구동이 정지되고 상기 추진모터(400)로 공급되는 전원이 차단되어 상기 추진모터(400)는 무부하 상태로 회전하게 된다.

이때, 상기 인버터 드라이버(300)는 상기에서 상술한 바와 같이 선박의 정전에 의한 블랙아웃 발생과 동시에 무정전 전원공급장치(500)와 연결됨에 따라 상기 제 1 축전지(310)가 충전된 상태로 유지되어 인버터 드라이버(300)의 구동이 가능할 수 있다.

또한, 선박의 정전에 의한 블랙아웃 발생과 동시에 상기 인버터 드라이버(300)의 구동이 가능함에 따라, 상기 인버터 드라이버(300)의 구동과 동시에 스피드 엔코더(410)를 통해 무부하 상태로 회전하는 추진모터(400)의 회전수 스캔이 빠르게 이루어질 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예와 같은 선박의 동적위치제어 시스템의 경우, 도 5와 같이 선박에 블랙아웃 발생 후 시스템 복구 시, 발전기(100)가 복구되는 시간(약 25초) + 스피드 엔코더에 의한 추진모터(400) 회전수 스캔시간(약 10초 미만)만이 요구되기 때문에 동적위치제어 시스템이 복구되는 시간을 1분 이내(25~40초 이내)로 단축시킬 수 있어 선박이 해류 또는 다른 외부 환경에 의한 선박의 위치 변위를 최소화 할 수 있으며, 선박의 위치 이동에 따른 부가적인 피해를 미연에 방지할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100: 발전기 200: 메인 배전반
300: 인버터 드라이버 310: 제 1 축전지
400: 추진모터 410: 스피드 엔코더
500: 무정전 전원공급장치 510: 제 2 축전지
520: 전원 스위치

Claims (4)

1. 전원을 공급하는 발전기와,
   상기 발전기로부터 공급받은 전원을 선박에 구비된 다수의 부하에 공급하는 메인 배전반과,
   상기 메인 배전반으로부터 전원을 공급받아 충전되는 제 1 축전지가 구비되고, 상기 제 1 축전지에 의해 구동되며 상기 메인 배전반으로부터 공급되는 전원을 변환하는 인버터 드라이버와,
   상기 인버터 드라이버로부터 변환 공급되는 전원에 의해 구동 및 제어되는 추진모터, 및
   선박의 정전에 따른 블랙아웃 발생과 동시에 상기 인버터 드라이버에 전원을 공급하는 무정전 전원공급장치(UPS)를 포함하는 선박의 동적위치제어 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 추진모터에는 상기 인버터 드라이버와 연동되고, 정전에 따른 블랙아웃발생에 의해 무부하로 회전하는 상기 추진모터의 회전수를 스캔하는 스피드 엔코더가 형성되는 선박의 동적위치제어 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 무정전 전원공급장치는 상기 메인 배전반 또는 상기 제 1 축전지로부터 전원을 공급받아 충전상태를 유지하고, 블랙아웃 발생과 동시에 상기 인버터 드라이버의 상기 제 1 축전지에 전원을 공급하는 제 2 축전지가 구비되는 선박의 동적위치제어 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 인버터 드라이버와 상기 무정전 전원공급장치 사이의 전기적 연결을 제어하기 위한 전원 스위치가 형성되는 선박의 동적위치제어 시스템.
   
   
   

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