KR20190134638A - 선박 상에서의 전기 에너지의 분배 - Google Patents

선박 상에서의 전기 에너지의 분배 Download PDF

Info

Publication number
KR20190134638A
KR20190134638A KR1020197029128A KR20197029128A KR20190134638A KR 20190134638 A KR20190134638 A KR 20190134638A KR 1020197029128 A KR1020197029128 A KR 1020197029128A KR 20197029128 A KR20197029128 A KR 20197029128A KR 20190134638 A KR20190134638 A KR 20190134638A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrical energy
circuit
primary
consumers
bus
Prior art date
Application number
KR1020197029128A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102493190B1 (ko
Inventor
에스펜 하우간
하랄드 키에스부
알프 올라프 발렌
Original Assignee
지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지멘스 악티엔게젤샤프트 filed Critical 지멘스 악티엔게젤샤프트
Publication of KR20190134638A publication Critical patent/KR20190134638A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102493190B1 publication Critical patent/KR102493190B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/007—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
    • H02J3/0073—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources for providing alternative feeding paths between load and source when the main path fails, e.g. transformers, busbars
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J3/04—Driving of auxiliaries from power plant other than propulsion power plant
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/062—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for AC powered loads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/08—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
    • H02J9/061—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems for DC powered loads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J2003/001—Driving of auxiliaries characterised by type of power supply, or power transmission, e.g. by using electric power or steam
    • B63J2003/002—Driving of auxiliaries characterised by type of power supply, or power transmission, e.g. by using electric power or steam by using electric power

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

선박 또는 플랫폼을 위한 전기 에너지 분배 시스템은 AC 발전기(127)를 포함하는 적어도 1차 에너지 소스를 포함한다. AC 발전기의 제1 출력은 변압기(143) 및 AC-DC 변환기(133)를 통해 제1 DC 버스(105, 105')에 커플링되고, AC 발전기의 제2 출력은 정류기(130)를 통해 제2 DC 버스(125, 125')에 개별적으로 커플링된다. 제2 DC 버스는 제1 전압 레벨에서 동작가능하고, 하나 이상의 1차 컨슈머들(135)에 연결된다. 제1 DC 버스(105, 105')는 제1 전압 레벨보다 더 낮은 제2 전압 레벨에서 동작가능하고, 제2 컨슈머들(123)에 연결된다. 제1 DC 버스(125, 125') 상의 1차 컨슈머들(135)로의 AC 발전기(127)의 출력이 불충분할 시에, 전기 에너지 저장 엘리먼트들(103)로부터의 에너지는 정류기(130) 및 제1 DC 버스(125, 125')를 통해 1차 컨슈머들(135)에 공급된다.

Description

선박 상에서의 전기 에너지의 분배
본 개시내용은 배(ship) 또는 플랫폼(platform)을 포함하는 선박(vessel) 상에서의 전기 에너지(electric energy)의 분배를 위한 어레인지먼트(arrangement), 및 선박 상에서의 전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트를 동작시키는 방법에 관한 것이다.
선박, 특히 배 또는 플랫폼, 예컨대 석유 탐사 플랫폼(oil exploration platform)을 동작시키기 위해서는, 선박 상에서 동작되어야 할 다수의 컨슈머(consumer)들, 이를테면, 스러스터(thruster)들 및 펌프(pump)들에 전기 에너지가 분배되어야 할 필요가 있을 수 있다. 전기 에너지는 원동기(prime mover)들, 이를테면, 디젤 엔진(diesel engine)들 및 발전기들에 의해 생성될 수 있거나, 또는 에너지 저장소로부터 공급될 수 있다. 선박 또는 플랫폼은, 에너지 분배 시스템(energy distribution system)의 일부의 고장 시에도 전기 에너지가 공급되어야 할 필요가 있는 필수적인 컴포넌트(component)들을 포함할 수 있다. 고장 시에, 고장으로 인해 이용가능하지 않은 전기 에너지를 제공하기 위해, 백업 에너지 저장 시스템(backup energy storage system)이 요구될 수 있다.
선박은 동작을 위해 필수적인 다수의 스러스터들을 가질 수 있으며, 통상적인 수는 4개 또는 8개의 스러스터들이고, 이들은 AC 메인 공급 그리드(main supply grid)를 통해 전력을 공급받는다. 선박을 적절히 동작시키기 위해, 특히 물에서 선박의 포지션(position)을 유지하기 위해, 이러한 스러스터들은 동작상태(operational)를 유지해야 한다. 필수적인 스러스터들 각각에 대해, 고장, 예컨대 메인 에너지 공급 그리드의 고장 시에, 스러스터에 전기 에너지를 공급할 수 있는 특정 백업 에너지 저장 시스템이 제공될 수 있다. 개별 에너지 저장 백업 시스템들은 비교적 높은 용량을 갖도록 요구될 수 있으며, 따라서 비교적 크기가 크고, 고비용이고 복잡할 수 있다.
게다가, 에너지 저장 시스템들이 통상적으로 DC 입력/출력으로 동작하기 때문에, 통합 문제가 있다. 스러스터들 및 스러스터들에 커플링된(coupled) 다른 컴포넌트들로부터의 가변적 수요와 함께, AC 메인 공급 그리드로의 공급이 변화할 때, AC 메인 공급 그리드에서 동적 안정성을 관리하는 것은 어려울 수 있다.
그러므로, 선박 상에서의 전기 에너지의 분배를 위한 개선된 어레인지먼트, 및 선박 상에서의 전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법을 제공하는 것이 바람직하다.
이러한 필요성은 독립항들에 따른 청구대상에 의해 충족될 수 있다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속항들에 의해 설명된다.
본 발명의 제1 양상에 따르면, 선박 또는 플랫폼을 위한 전기 에너지 분배 시스템은, 적어도 1차 에너지 소스(energy source)를 포함하며; 1차 에너지 소스는 AC 발전기를 포함하고; AC 발전기의 제1 출력은 변압기 및 AC-DC 변환기(AC to DC converter)를 통해 제1 DC 버스(bus)에 커플링되고; 그리고 AC 발전기의 제2 출력은 정류기를 통해 제2 DC 버스에 개별적으로 커플링되고; 제2 DC 버스는 제2 전압 레벨(voltage level)에서 동작가능하고 그리고 하나 이상의 1차 컨슈머들에 연결되고; 제1 DC 버스는 제2 전압 레벨보다 더 낮은 제1 전압 레벨에서 동작가능하고 그리고 2차 컨슈머들에 연결되고; 그리고 제2 DC 버스 상의 1차 컨슈머들로의 AC 발전기의 출력이 불충분할 시에, 전기 에너지 저장 엘리먼트(electric energy storage element)들로부터의 에너지가 정류기 및 제2 DC 버스를 통해 1차 컨슈머들에 공급된다.
본 발명에서, AC 발전기의 제1 출력은 변압기 및 AC-DC 변환기를 통해 제1 DC 버스에 커플링되고, AC 발전기의 제2 출력은 정류기를 통해 제2 DC 버스에 개별적으로 커플링된다. 이는, 1차 에너지 공급부의 고장 시에 또는 불충분 시에, 저장된 에너지가 제1 DC 버스로부터 제2 DC 버스 상의 컨슈머들에 공급될 수 있는 장점을 갖는다. 예컨대, 제2 DC-회로는, 1차 전기 에너지 공급부가 고장나거나 또는 공급 요건에 대해 불충분할 시에, 저장된 에너지를 제1 AC 컨슈머 그룹(consumer group)의 AC 컨슈머들에 공급할 수 있고, 그리고 제1 및 제2 AC 컨슈머 그룹들이 상이한 공급 요건들을 갖더라도, 동시에 제2 DC-회로에 커플링된 제2 AC 컨슈머 그룹의 AC 컨슈머들에게 공급할 수 있다.
제2 DC-회로는 제1 DC-회로의 전압과 상이한 전압에서 동작가능할 수 있으며, 예컨대 제2 DC 버스와 연관된 제2 DC-회로는 제2 DC 버스와 연관된 제1 DC-회로보다 더 높은 전압에서 동작가능할 수 있다.
바람직하게, DC 회로들 둘 모두는, 저장된 에너지 소스(stored energy source)를 포함할 수 있다. 따라서, 필요에 따라, 저장된 에너지가 DC 버스들로부터 공급될 수 있다. 1차 에너지 소스는, 정상 동작에서, 전기 에너지를 제1 DC-회로 및 제2 DC-회로에 공급하기 위한 복수의 발전기들을 포함할 수 있다. 정류기는 다이오드 정류기(diode rectifier)를 포함할 수 있다.
제2 DC-회로는 중간 전압(Medium Voltage) "MV" DC-회로를 포함할 수 있다. 제2 DC-회로는, 예컨대 10 kV 내지 20 kV, 이를테면, 10 kV 내지 15 kV, 특히 대략 12 kV DC에서 동작될 수 있다. 이로써, 전압은, 인버터(inverter)들을 통해 제2 DC-회로에 연결될 수 있는 종래의 컨슈머들, 특히 종래의 AC 컨슈머들에 전력을 공급하는 데 적합할 수 있다. 제2 DC-회로는 다수의 섹션(section)들의 고전력 케이블(high power cable)들을 포함할 수 있다. 제2 DC-회로는 몇몇 섹션들의 DC-바(bar)(DC 버스 바(bus bar)들)를 포함할 수 있다.
제1 DC-회로는 저전압(Low Voltage) "LV" DC-회로를 포함할 수 있고, 예컨대 1200 V 미만, 이를테면, 500 V 내지 1000 V, 특히 대략 930 V DC에서 동작될 수 있다. 이로써, 전압은, 제2 DC-회로에 커플링된 컨슈머들과 상이한 정격에서 동작하는 종래의 컨슈머들, 특히 인버터들을 통해 제1 DC-회로에 연결될 수 있는 종래의 AC 컨슈머들에 전력을 공급하는 데 적합할 수 있다. 제1 DC-회로는 다수의 섹션들의 고전력 케이블들을 포함할 수 있다. 제1 DC-회로는 몇몇 섹션들의 DC-바(DC 버스 바들)를 포함할 수 있다.
그러한 제1 및 제2 DC-회로들을 전력 변환기를 통해 서로 커플링시키는 것에는 몇몇 장점들이 있다. 그 장점들은, 회로들 사이의 보호를 제공하는 것, 및 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에 그리고 정상 동작 조건들에서, 분배 어레인지먼트의 전력의 흐름의 능동적인 관리를 또한 가능하게 하는 것을 포함한다.
제1 및 제2 그룹들의 AC 컨슈머들을 제1 및 제2 DC-회로들의 동작 전압들에 각각 매칭(matching) 시키는 것은, 다양한 컨슈머들에 대해 AC 분배 어레인지먼트에서 요구되는 변압기들에 대한 필요성을 회피하며, 분배 어레인지먼트에서의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들의 연결 및 동작을 단순화시킨다. 또한, DC-회로들이 공급을 위해 사용되기 때문에, 약한(weak) AC 분배 시스템들의 불안정성의 문제들이 회피된다. 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들을 AC 컨슈머들과 통합하는 것은, 선박의 동작 동안에 상당히 상이한 양들의 전력을 필요로 하는 상이한 AC 컨슈머들에 대해서도 일관된 아키텍처(architecture)로 수행될 수 있다.
제1 DC-회로는, 펄스 폭 변조(pulse width modulation)를 사용하여 입력 및 출력 전류 및/또는 입력 및 출력 전압을 제어하도록 적응된 전력 변환기를 통해 제2 DC-회로에 동작가능하게 커플링될 수 있다. 제1 DC-회로는, 인버터, 변압기 및 정류기를 포함하는 전력 변환기를 통해 제2 DC-회로에 동작가능하게 커플링될 수 있어서, 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에도, 제1 DC-회로로부터의 전기 에너지가 제2 DC-회로의 정상 동작 조건들과 일치하는 전압으로 제2 DC-회로에 전달되는 것이 가능하다.
이러한 방식으로, 제2 AC 컨슈머 그룹의 AC 컨슈머들은, 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에, 어떤 개별적인 재구성도 필요로 함이 없이 동작할 수 있다.
제1 DC-회로는, 1차 전기 에너지 공급부의 정상 동작 시에, 전력 변환기를 통해 1차 전기 에너지 공급부에 동작가능하게 커플링될 수 있다. 제1 DC-회로는, 펄스 폭 변조를 사용하여 출력 전압을 제어하도록 적응된 전력 변환기를 통해 1차 전기 에너지 공급부에 동작가능하게 커플링될 수 있다.
이러한 방식으로 전력 변환기를 사용하는 것은, 1차 전기 에너지 공급부의 출력이 제1 AC 컨슈머 그룹의 AC 컨슈머들의 요건들에, 그리고 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들에 매칭되는(matched) 것을 가능하게 하여서, 전기 에너지가 1차 전기 에너지 공급부의 정상 동작에서 둘 모두에 선택적으로 공급될 수 있다.
1차 전기 에너지 공급부의 정상 동작에서 제1 DC-회로를 1차 전기 에너지 공급부에 커플링(couple)시키는 전력 변환기가 양방향 동작을 위해 구성될 수 있어서, 1차 전기 에너지 공급부의 정상 동작에서, 전기 에너지는 전력 변환기를 통해 1차 전기 에너지 공급부로부터 제1 DC-회로로 전달되고, 그리고 전기 에너지는 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에, 전력 변환기를 통해 제1 DC-회로로부터 제2 DC-회로로 전달될 수 있다.
따라서, 전력 변환기는, 1차 전기 에너지로부터의 AC를 제1 DC-회로에 DC로서 전달하도록, 그리고 정류 및 제2 DC-회로로의 전달을 위해 제1 DC-회로로부터의 DC를 AC로서 전달하도록, 정류기 동작 사이에서 스위칭가능(switchable)할 수 있다. 이러한 방식으로, 1차 전기 에너지 공급부로부터 제1 DC-회로로의 AC 연결이 양방향들에서 사용될 수 있어서, 어레인지먼트를 단순화시킬 수 있다.
전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트는 또한, 디젤 발전기(diesel generator)들 또는 가스 터빈 발전기(gas turbine generator)들과 같이 전기 에너지를 생성하기 위한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 1차 전기 에너지 공급부는, 정상 동작에서, 전기 에너지를 제1 DC-회로 및 제2 DC-회로에 공급하기 위해 하나 이상의 발전기들을 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 DC-회로는, 전기 에너지를 제2 DC-회로에 공급하기 위한, 링(ring)으로 연결되는 복수의 발전기들에 커플링될 수 있다. 그 다음으로, 링에 공급된 전기 에너지는 제1 DC-회로의 제1 AC 컨슈머 그룹의 하나 이상의 AC 컨슈머들에 전달될 수 있으며, 발전기와 연관된 장애와 같은, 제2 DC-회로 상에서의 장애 시에, 하나 이상의 발전기들을 제2 DC-회로로부터 연결해제하도록 동작가능한 적어도 하나의 차단기 유닛(breaker unit)을 더 포함한다. 발전기들 중 하나가 고장나는 경우, 다른 연관된 발전기들은 여전히, 제2 DC-회로의 필수적인 AC 컨슈머들에, 또는 전력 변환기를 통해 제1 DC-회로에 대체(substitute) 전기 에너지를 제공할 수 있다. 따라서, 에너지 분배 어레인지먼트의 신뢰성이 향상될 수 있다.
제1 DC-회로는, 링으로 연결되는 복수의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들을 포함할 수 있으며, 복수의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들은, 전기 에너지를 제1 DC-회로에 공급하기 위한 것이고, 그리고 추가로, 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에, 그 복수의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들로부터의 전기 에너지를 제2 DC-회로의 하나 이상의 AC 컨슈머들에 공급하기 위한 것이다. 제1 DC-회로는, 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트와 연관된 장애와 같은, 제1 DC-회로 상에서의 장애 시에, 하나 이상의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들을 제1 DC-회로로부터 연결해제하도록 동작가능한 적어도 하나의 차단기 유닛을 더 포함할 수 있다. 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들 중 하나가 고장나는 경우, 다른 연관된 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들은 여전히, 제2 DC-회로의 필수적인 AC 컨슈머들에, 또는 전력 변환기를 통해 제1 DC-회로에 대체 전기 에너지를 제공할 수 있다. 따라서, 에너지 분배 어레인지먼트의 높은 신뢰성이 추가로 향상될 수 있다.
전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트는 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들로서 배터리(battery)들을 포함할 수 있다.
백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들은, 위에서 설명된 바와 같이, 1차 전기 공급부의 고장 또는 결함 시에, 필수적인 엘리먼트들, 특히 AC 컨슈머 그룹의 필수적인 AC 컨슈머들, 이를테면, 스러스터들에 대한 공급의 일관성을 가능하게 하기 위해 제공된다. 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들은 전기 에너지를 제1 DC-회로에 직접적으로 피딩(feed)할 수 있고, 그리고 제2 DC-회로의 AC 컨슈머들에 간접적으로 피딩할 수 있다.
본질적으로, 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들은, 고장 시에, DC 전력 공급을 제1 및 제2 DC-회로들에 제공할 수 있다. 정상 상태들 하에서, 복수의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들은 1차 전기 에너지 공급부로부터 로딩되거나(loaded) 또는 충전될 수 있다. 복수의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들 중 각각의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트는, 자신들을 링으로부터 제거하기 위해, 개별적으로 또는 다른 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들과 함께, 제1 DC-회로로부터 연결해제될 수 있다. 따라서, 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들 중 하나의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트에서의 잠재적 고장 시에, 고장난 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트는 신속하고 신뢰적인 방식으로 제1 DC-회로로부터 연결해제될 수 있다. 이는, 전기 에너지를 선박의 컨슈머들에게 제공하기 위한, 또는 그 컨슈머들에 대한 공급부가 정상적으로 동작하는 경우에는, 백업 엘리먼트들이 충전 또는 로딩되도록 허용하기 위한, 다른 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들의 계속되는 동작을 가능하게 한다.
정상 동작에서는 링으로 서로 연결되는 복수의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들을 갖는 것에는 몇몇 장점들이 있다. 특히, 선박에 설치된 상이한 AC 컨슈머들, 이를테면, 상이한 스러스터들은 선박의 동작 동안 상이한 양들의 전력을 필요로 할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 어레인지먼트에서, 특정 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들이 하나의 특정 컨슈머와 독점적으로 연관되지 않기 때문에, 백업 엘리먼트들은 종래의 시스템들과 비교하여 더 낮은 에너지 공급 용량을 갖는 것이 가능할 수 있다.
왜냐하면, 이는, 복수의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들의 에너지 출력이, 공유되고, 조합되고, 그리고 제1 또는 제2 DC-회로들 상의 상이한 컨슈머들 중 임의의 컨슈머 또는 모든 컨슈머들에 공급하는 데 사용될 수 있기 때문이다. 특히, 특정 연관된 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트만으로부터의 에너지를 특정 AC 컨슈머에게 공급하는 것은, 특정 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트가 특정 AC 컨슈머에게 충분한 전력을 공급하도록 설계될 필요성을 회피한다. 모든 컨슈머들의 결합된 전력 수요가 충족될 수 있도록, 모든 백업 엘리먼트들의 결합된 전력 출력이 선택될 수 있다. 이로써, 종래의 시스템들과 비교하여, 복수의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들의 공간 및 복잡성 및 용량이 감소될 수 있다.
차단기 유닛은 하나 이상의 센서(sensor)들, 및 센서들을 동작시키고 측정 신호들을 획득하는 전자 제어기를 포함할 수 있다. 따라서, 차단기 유닛은 독립적 방식으로 자율적으로 동작할 수 있다. 차단기 유닛은 임계값을 설정하기 위해 프로그래밍될(programmed) 수 있으며, 임계값을 초과하는 경우, 차단기 유닛은 링 내의 연결을 연결해제 또는 중단시킬 수 있다. 따라서, 어레인지먼트를 동작시키기 위해 어떤 추가의 측정 또는 제어 장비도 요구되지 않을 수 있다.
정상 동작 상태 또는 고장 상태에서의 전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트를 설정하기 위해, 어레인지먼트의 상이한 컴포넌트들 사이에 복수의 스위치(switch)들이 제공될 수 있다. 적어도 백업 엘리먼트들 사이의 스위치들은, 매우 빠른 스위칭 속도(switching speed)들을 갖는 차단기 유닛들로서 구성될 수 있다. 다른 스위치들은 또한, 백업 엘리먼트들 사이의 차단기 유닛들의 스위칭 속도보다 10배 더 작은 스위칭 속도들과 같이 훨씬 더 낮은 스위칭 속도들을 갖는 기계적 스위치들을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, AC 컨슈머는 인버터 시스템을 통해 DC-회로에 연결가능하다. AC 컨슈머는 가변 속도 구동부(variable speed drive), 스러스터, 또는 보조 장비 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
인버터 시스템은 DC 전력 스트림(power stream)을, 조절가능한 듀티 사이클(duty cycle) 및 주파수를 갖는 정사각형 또는 직사각형 신호를 포함하는 전력 스트림 또는 AC 전력 스트림으로 인버팅(invert)할 수 있다. 특히, 스러스터는 원하는 주파수로 동작할 수 있고, 인버터 시스템은 원하는 주파수, 이를테면, 고조파 전력 스트림 또는 직사각형 또는 정사각형 파를 갖는 전력 스트림을 제공하도록 적응될 수 있다.
이러한 방식으로, 선박의 상이한 스러스터들은 예컨대 상이한 주파수들 또는 회전 속도들로 동작되어, 원하는 대로의 선박의 포지셔닝(positioning)을 보장할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 적어도 하나의 스러스터는 인버터 시스템의 2개의 인버터들을 통해 DC-회로로부터 에너지를 수신한다. AC 컨슈머들을 위해 4-2 스트림들을 제공하는 것은 종래의 AC 컨슈머들, 이를테면, 스러스터들을 유리한 방식으로 지원할 수 있다. 다른 개수들의 인버터들이 가능할 수 있다.
제2 AC 컨슈머 그룹은 스러스터 인버터에 의해 제2 DC-회로로부터 피딩되는(fed) 스러스터를 포함할 수 있으며, 제1 AC-컨슈머 그룹은 보조 인버터에 의해 제1 DC-회로로부터 피딩되는 그 스러스터와 연관된 보조 장비를 포함한다. 보조 인버터에는, 제1 DC-회로에 대한, 예컨대 제2 DC-회로의 분배 링의 상이한 부분들에 대한 2개의 연결부들이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 어레인지먼트는 AC-바를 더 포함하며, 제3 AC 컨슈머 그룹의 AC 컨슈머들이 AC-바에 커플링된다. AC-바는 인버터를 통해 제1 DC-회로로부터의 전기 에너지를 피딩받을 수 있다. 제3 AC 컨슈머 그룹의 AC 컨슈머들은 보조 장비를 포함할 수 있다. AC-바는 AC-링을 형성하도록 적어도 하나의 다른 AC-바에 연결가능할 수 있다.
선박은 해양에서 동작될 수 있고, 예컨대 플랫폼 또는 배를 포함할 수 있다.
선박 상에서의 전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트를 위해 개별적으로 또는 임의의 조합으로 제공되거나, 설명되거나, 또는 이용되는 특징들이 또한, 본 발명의 실시예에 따른 선박 상에서의 전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트를 동작시키기 위한 방법에서 사용되거나 또는 제공될 수 있으며, 그 반대도 가능하다는 것이 이해되어야 한다.
복수의 AC 컨슈머들을 포함하는 선박 상에서의 전기 에너지의 분배를 위한 저장된 전기 에너지 분배 어레인지먼트(stored electric energy distribution arrangement)를 동작시키는 방법이 제공될 수 있으며, 방법은: 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에, 제1 DC-회로의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트로부터, 제1 DC-회로에 커플링된 제1 AC 컨슈머 그룹의 하나 이상의 AC 컨슈머들에 전기 에너지를 공급하는 단계; 및 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에, 제1 DC-회로로부터 그리고 전력 변환기를 통해, 제2 DC-회로에 커플링된 제2 AC 컨슈머 그룹의 하나 이상의 AC 컨슈머들에 전기 에너지를 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제2 양상에 따르면, 선박 또는 플랫폼을 위한 전기 에너지 분배 시스템을 동작시키는 방법에 있어서, 시스템은 적어도 1차 에너지 소스를 포함하며; 1차 에너지 소스는 AC 발전기를 포함하고; AC 발전기의 제1 출력은 변압기 및 AC-DC 변환기를 통해 제1 DC 버스에 커플링되고; 그리고 AC 발전기의 제2 출력은 정류기를 통해 제2 DC 버스에 개별적으로 커플링되고; 제2 DC 버스는 하나 이상의 1차 컨슈머들에 연결되고; 제1 DC 버스는 2차 컨슈머들에 연결되고; 방법은, 제1 전압 레벨에서 제1 DC 버스를 동작시키는 단계; 제1 전압 레벨보다 더 높은 제2 전압 레벨에서 제2 DC 버스를 동작시키는 단계; 및 제2 DC 버스 상의 1차 컨슈머들로의 AC 발전기의 출력이 불충분할 시에, 전기 에너지 저장 엘리먼트들로부터의 에너지를 정류기 및 제2 DC 버스를 통해 1차 컨슈머들에 공급하는 단계를 포함한다.
방법은 본원에서 설명된 실시예들 중 임의의 실시예에서 언급된 바와 같은 에너지 분배를 위한 어레인지먼트에 의해 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 특징들은 종속항들 및 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 실시예들은 이제 첨부 도면들을 참조하여 설명된다. 본 발명은 예시된 또는 설명된 실시예들로 한정되거나 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들은 상이한 청구대상을 참조하여 설명된다. 특히, 일부 실시예들은 방법형 청구항들을 참조하여 설명되는 반면, 다른 실시예들은 장치형 청구항들을 참조하여 설명된다. 그러나, 당업자는, 달리 통지되지 않는 한, 하나의 유형의 청구대상에 속하는 특징들의 임의의 조합에 부가하여, 특히 방법형 청구항들의 특징들과 장치형 청구항들의 특징들 사이에서의, 상이한 청구대상과 관련된 특징들의 임의의 조합이 또한 본 명세서에 의해 개시되는 것으로 간주된다는 것을 상기 및 하기 설명으로부터 추측할 것이다.
본 발명에 따른 어레인지먼트 및 방법의 예들은 이제 첨부 도면들을 참조하여 설명될 것이며, 도면들에서:
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른, 전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트의 회로도를 개략적으로 예시하고;
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트의 회로도를 개략적으로 예시하고;
도 3은 본 발명의 다른 실시예에서 사용하기 위한, 스러스터 및 스러스터의 보조 장비로의 전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트의 회로도를 개략적으로 예시하고; 그리고
도 4는 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따른, 저장된 전기 에너지 분배 어레인지먼트를 동작시키는 방법을 개략적으로 예시한다.
도면들에서의 예시는 개략적 형태이다. 상이한 도면들에서, 유사한 또는 동일한 엘리먼트들에는 동일한 참조 부호들이 제공되거나, 또는 대응하는 참조 부호들과 첫 번째 숫자 내에서만 상이한 참조 부호들이 제공된다는 것이 주목된다.
본 개시내용은, 선박 또는 플랫폼 상에서의 전기 에너지의 분배를 위한 시스템을 제공할 수 있으며, 부피가 크지 않고 저렴한, 덜 복잡한 장비를 필요로 하는 신뢰적인 에너지 백업 시스템이 달성되는 동시에, 메인 에너지 분배 그리드 또는 에너지 분배 그리드 내의 일부 서브-컴포넌트(sub-component)들의 고장 시에 선박의 필수적인 컴포넌트들로의 전기 에너지의 신뢰적이고 안전한 공급이 보장된다.
도 1에 예시된 선박 상에서의 전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트(100)는, 배터리들(103)의 형태의 복수의 백업 전기 에너지 공급 엘리먼트들을 갖는 제1 DC-회로(101)를 포함한다. 정상 동작에서, 제1 DC-회로(101)는 전력 변환기들(133)을 통해 발전기들(127)에 의해 공급받으며, 발전기들(127)은 어레인지먼트(100)로의 1차 전기 에너지 공급을 담당한다. 제1 DC-회로(101)는, 전력 변환기들(133)의 출력에 의해 결정되는 바와 같은 예컨대 대략 930 V DC에서 동작하는 저전압(LV) DC-회로를 포함한다.
정상 동작에서, 제1 DC-회로(101)에 커플링되고 그리고 제1 AC 컨슈머 그룹을 구성하는 AC 컨슈머들은 발전기들(127)로부터의 전기 에너지를 전력 변환기들(133)을 통해 제1 DC-회로(101)로부터 공급받는다. 제1 AC 컨슈머 그룹은, 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같은 스러스터들(123)을 포함한다. 정상 동작에서, 제1 DC-회로(101)에 전달된 전기 에너지는 또한, 저장을 위해, 즉, 배터리들(103)을 충전시키기 위해, 백업 전기 에너지 공급 엘리먼트들에 공급될 수 있다.
또한, 어레인지먼트(100)의 일부는 제2 DC-회로(102)이며, 제2 DC-회로(102)는, 정상 동작에서, 또한, 발전기들(127)에 의해 공급받는다. 발전기들(127)은 AC 전기 발전기들에 커플링된 디젤 모터(diesel motor)들을 포함한다. 발전기(127)와 연관된 정류기(130)는, 도 1의 "HV 공급부"로서의 제2 DC-회로로의 공급을 위해, 정류기(130)의 입력에 공급된 AC를 DC로 변환한다. 정상 동작에서, 그 동안, 정류기에는 연관된 발전기(127)의 출력이 피딩된다. 제2 DC-회로(102)는, 예컨대 대략 12 kV DC에서 동작하는 중간 전압(MV) DC-회로를 포함한다.
발전기들(127)로부터의 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에, 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들은 저장된 에너지를 제1 AC 컨슈머 그룹의 AC 컨슈머들에서의 사용을 위해 제1 DC-회로(101)에 전달한다.
게다가, 제1 DC-회로(101)는 전력 변환기(133)에 커플링되며, 전력 변환기(133)는 제1 DC-회로(101)로부터 제2 DC-회로(102)로, 제2 AC 컨슈머 그룹의 AC 컨슈머들에서 사용하기 위해 제2 DC-회로의 더 높은 전압 레벨로, 전력이 전달되는 것을 가능하게 한다.
HV 공급부에 전기 에너지를 전달하여 제2 DC-회로에 전력을 공급할 뿐만 아니라, 1차 전기 에너지 공급부는 또한, 도 1의 LV 공급부를 통하여, 격리 스위치(isolation switch)(141) 및 변압기(143)를 통해, 전력 변환기(133)를 피딩한다. 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시의 동작과 관련하여 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 필터(filter)(145)가 변압기(143)와 전력 변환기(133) 사이에 제공된다.
정상 동작에서, 1차 전기 에너지 공급부로부터의 LV 공급은 AC로서 전력 변환기(133)에 전달되고, 전기 에너지는 그로부터 제1 DC-회로(101)에 전달된다. 전력 변환기(133)는 제1 DC-회로의 동작 전압을 제어한다. 스위치 또는 퓨즈(fuse)의 형태의 보호 엘리먼트들(147)이 전력 변환기(133)와 제1 DC-회로 사이에 제공된다.
1차 전기 에너지 소스의 고장 시에, 전력 변환기(133)는 자신의 동작 모드(operation mode)를 변경하고, 전기 에너지를 자신을 통해 제2 DC-회로에 전달한다. 이러한 경우, LV 공급부의 정상 교류 전압(normal alternating voltage)과 호환가능하도록 하기 위해, 전력 변환기는 펄스 폭 변조 인버터(pulse width modulating inverter)로서 동작하고, 그로부터의 출력은 필터(145)에 의해 필터링되고(filtered), 변압기(143)에 의해 변압된다(transformed). LV 공급부는 이러한 방식으로 정류기(130)에 피딩하도록 동작하고, 그에 따라, 배터리들(103)로부터의 에너지는 제2 AC 컨슈머 그룹의 AC 컨슈머들에서의 사용에 이용가능해진다. 변압기(143)의 다른 기능은, 제1 DC-회로와 제2 DC-회로 사이에 갈바닉 절연(galvanic isolation)을 제공하는 것이다.
전력 변환기들(133), 다른 능동 엘리먼트들, 이를테면, 아래에서 설명되는 차단기들의 동작은, 정상 제어 시스템 고려사항들에 따라, 일반적으로 선박 및 전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트(100)의 감지된 조건들에 따라 제어기(도시되지 않음)에 의해 수행된다. 제어기는 중앙집중형 또는 분산형일 수 있고, 본 문서에서 설명되는 바와 같이 전기 에너지의 분배 및 회로 엘리먼트들의 연결을 결정하는 것을 담당하는 것으로 이해되어야 한다.
4개의 인버터들(119, 119')을 포함하는 인버터 시스템(117)을 통해, 제1 DC-회로(101)는 스위치들(121) 및 퓨즈들(122)을 통해 제1 AC 컨슈머 그룹의 AC 컨슈머들에 연결가능하다. 예시된 예에서, AC 컨슈머들(123)은 필수적인 스러스터들을 포함하지만, AC 컨슈머의 실제 유형 및 AC 컨슈머의 정격은 애플리케이션(application)에 따른다. 예컨대, 5.5 MW의 정격을 갖는 스러스터들이 예상된다.
이러한 예의 경우, 어레인지먼트(100)에 의해 전기 에너지를 공급받는 선박은, 선박을 해양에 포지셔닝하는 데 사용되는, 제1 DC-회로에 커플링된 4개의 스러스터들(123)을 포함한다. 스러스터들(123)은 선수 및 선미 포트 스러스터(fore and aft port thruster)들 및 선수 및 선미 우현 스러스터(fore and aft starboard thruster)들을 포함한다. 더 많은 또는 더 적은 스러스터들이 제공될 수 있다. 통상적으로 각각의 스러스터에 대해 변압기 및 전용 전력 전자 구동기(power electronics driver) 둘 모두를 필요로 하는 AC 분배 어레인지먼트와 대조적으로, 인버터들 및 인버터 구성에 적합한 DC 피드(feed)를 사용하는 것은, 스러스터에 대한 전력 변환 및 구동부 제어 기능들이 용이하게 통합될 수 있음을 의미한다. 이는, 변압기의 제거를 가능하게 하여서, 스러스터 주변의 공간을 절약하고, 분배 어레인지먼트에 대한 스러스터의 연결을 단순화한다. 게다가, 이러한 어레인지먼트는 스러스터들을 저속으로 구동시킬 때 더 양호한 제어를 가능하게 하는데, 왜냐하면, AC 분배 어레인지먼트와 대조적으로, 인버터들의 출력은 AC 입력의 동작 주파수에 링크되지(linked) 않기 때문이다.
제1 DC-회로(101)에서, 인버터 시스템(117)은, AC 전력을 필터 엘리먼트(165) 및 컨슈머 변압기(167)를 통해 보조 컨슈머 링(169, 169')에 제공하기 위해 컨슈머 인버터로서 동작하는 인버터(119')를 더 포함한다. 보조 컨슈머 링(169)은, 그의 일 부분의 고장 시에, 보호 목적들을 위해 차단기들(163, 163')에 의해 섹션들로 분할된다. 보조 컨슈머 링은, 베어링(bearing) 등을 위한 펌프 또는 스러스터 보조부(도 1에 도시되지 않음)와 같은 보조 컨슈머들을 제3 AC 컨슈머 그룹으로서 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 보조 컨슈머 링(169, 169')은 690 V의 정격이지만, 이해될 바와 같이, 그 정격은 특정 애플리케이션에 따른다.
유사한 방식으로, 제2 DC-회로(102)에서, 인버터들(137)은, 스위치들(139)을 통해 제1 AC 컨슈머 그룹의 AC 컨슈머들(135)에 연결하기 위해 제2 DC-회로(103)에서 사용된다. 예시된 예에서, AC 컨슈머들(135)은 스러스터들, 유틸리티 변압기(utility transformer), 드릴링 변압기(drilling transformer) 등을 포함한다.
배터리들(103)은, 제1 DC 버스들(105, 105'), 예컨대 케이블 섹션(cable section)들, 또는 버스 바 섹션들에 의해 스위치(115) 및 퓨즈(113)를 통해 제1 DC-회로(101)에 연결되며, 스위치(115') 및 퓨즈(113')의 형태의 국부적인 보호를 제공받는다. 도시된 예에서, 배터리들(103)은 1.25 MW를 최대 60 분 동안 제공하는 것이 가능하지만, 동작 요건들에 따라 다른 저장 용량들이 선택될 수 있다. 전력 변환기(133)가 제1 DC-회로에서 전압을 제어하도록 동작하기 때문에, 그렇지 않은 경우에 배터리들을 AC 분배 어레인지먼트에 커플링하는 데 필요했을 수 있는 어떤 국부적인 변압기/정류기도 없다. 제1 AC 컨슈머 그룹의 AC 컨슈머들로부터의 요구에 따라 배터리(103)와 전력 변환기(133)의 통합을 설계함으로써, 임의의 DC-DC 변환 요건들 없이, 배터리들, 및 제1 AC 컨슈머 그룹의 AC 컨슈머들에 대한 인버터들에 공급하도록 제1 DC-회로를 동작시키는 것이 가능해진다. 따라서, 전력 변환기는 제1 DC-회로에 대한 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들의 연결을 단순화한다.
백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들은 케이블 섹션들 또는 바 섹션들(105, 105')에 의해 형성되는 링으로 연결된다. 차단기 유닛들(109)은 바 섹션들(105, 105') 사이에 포지셔닝된다(positioned). 각각의 차단기 유닛(109)은, 수 마이크로초(microsecond) 내에 제1 DC-회로(101)의 바 섹션들(105, 105')로부터의 연결을 중단시키기 위해 직렬로 연결된 전력 트랜지스터(power transistor)들을 포함한다. 연결해제는 예컨대 고장 시에 발생할 수 있다. 그러한 고장을 검출하기 위해, 각각의 차단기 유닛(109)은 측정 센서들, 및 예컨대 측정된 전류가 전류 임계치를 초과하고 그리고/또는 양 측들 사이에서 측정된 전압차가 전압 임계치를 초과하는 경우에 연결을 연결해제 또는 중단시키는 제어 로직(control logic)을 포함한다.
제2 DC-회로(102)에서, 복수의 발전기들(127) 각각은, 스위치들(129)을 통해 제2 DC 버스들(125, 125'), 예컨대 케이블 섹션들 또는 바 섹션들에 의해 형성되는 링으로 연결된다. 도 1에서, 정류기들(130)은 간단한 다이오드로서 개략적으로 도시되지만, 전력 변환기(133)의 동작과 관련하여 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 정류기로부터의 다이오드 기능성이, 제2 DC-회로(102)로부터 다시(back) 연관된 발전기(127)로의 그리고 제1 DC-회로(101)로의 에너지 흐름을 차단하는, 다른 정류 어레인지먼트들이 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
차단기 유닛들(129)은 바 섹션들(125, 125') 사이에 포지셔닝된다. 각각의 차단기 유닛(129)은, 수 마이크로초 내에 제2 DC-회로(102)의 바 섹션들(125, 125')로부터의 연결을 중단시키기 위해 직렬로 연결된 전력 트랜지스터들을 포함한다. 연결해제는 예컨대 고장 시에 발생할 수 있다. 그러한 고장을 검출하기 위해, 각각의 차단기 유닛(129)은 측정 센서들, 및 예컨대 측정된 전류가 전류 임계치를 초과하고 그리고/또는 양 측들 사이에서 측정된 전압차가 전압 임계치를 초과하는 경우에 연결을 연결해제 또는 중단시키는 제어 로직을 포함한다. 인식될 바와 같이, 제1 및 제2 DC-회로들 사이의 상호연결에 있어서 리던던시(redundancy)를 제공하는 것은, 양 방향들에서, 개별 엘리먼트의 고장들에 대한 응답으로 어레인지먼트의 동작 탄력성을 전체적으로 증가시킨다. 도 1은 도 1a 및 도 1b에 걸쳐 2개의 부분들로 도시되는 어레인지먼트를 포함하는 반면, 그 어레인지먼트는 스케일링가능(scalable)하므로, 3개, 4개, 또는 그보다 많은 대응하는 부분들로 확장될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트(200)의 회로도를 개략적으로 예시한다. 이러한 실시예에서, 도 1a 및 도 1b의 실시예와 비교하여 2개의 변화들이 있다.
첫 번째로, dc-dc 변환기들(223)이 제1 DC-회로와 배터리들(103) 사이에 제공된다. dc-dc 변환기들(223)은 배터리들(103)로의 전하의 공급을 제어하는 데 유용하고, 그리고 제1 DC-회로에 공급하기 위해 배터리들의 방전이 발생할 때, 배터리 전압을 제1 DC-회로의 동작 전압에 매칭(match)시키는 데 유용하다. AC 컨슈머들/AC 컨슈머들에 커플링된 전력 변환기의 동작 전압 및 정격을 고려할 때, 배터리들이 제1 DC-회로 상에서 비교적 작은 드레인(drain)이고, 결과적으로, 그에 대한 비교적 작은 공급 소스인 경우, dc-dc 변환기들(223)은 배터리들(103)을 이러한 회로의 동작 전압에 더 양호하게 매칭시키는 것을 가능하게 한다.
두 번째로, 에너지 저장 옵션(option)들의 유연성을 증가시키기 위해, 제2 DC-회로를 형성하는 링 각각에 커플링된 배터리(203)가 제공된다. 도시되지 않은 다른 실시예들에서, dc-dc 변환기들은 제2 DC-회로의 배터리들(203)을 위해 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 스러스터 및 스러스터의 보조 장비로의 전기 에너지의 분배를 위한 어레인지먼트의 회로도를 개략적으로 예시한다.
도 1에 도시된 보조 컨슈머 링(169)의 사용에 부가하여 또는 대안으로서, 보조 컴포넌트들과 같은 AC 컨슈머들에 공급하기 위해 제2 DC-회로(102)를 사용하는 것에서 장점들이 있을 수 있다. 도 3은 스러스터(135)와 연관된 스러스터 보조부들(135)을 도시한다. 스러스터(135)는 인버터(137)에 의해 제2 DC-회로로부터 피딩되며, 따라서, 제2 AC 컨슈머 그룹의 부분이다. 제1 AC 컨슈머 그룹은 보조 인버터(237)에 의해 제1 DC-회로(101)로부터 피딩될 보조 장비(135')를 포함한다. 보조 인버터(237)의 출력을 평활화(smooth)하기 위해 필터(239)가 제공된다. 탄력성을 증가시키기 위해, 보조 장비(135')는 제2 DC-회로의 하나보다 많은 부분(이 경우, 바(105) 및 바(105') 둘 모두)에 연결된다.
인식될 바와 같이, 보조 장비(135')에 대한 공급에 있어서의 리던던시는, 제2 DC-회로의 부분들 중 어느 하나가 고장을 겪는 경우에도, 공급의 일관성을 보장한다. 바들(105, 105')에 대한 2개의 연결들이 만나는 보조 인버터(237)의 입력 측에서 2개의 바들(105, 105')의 격리를 위해 다이오드들(230, 230')이 제공되며, 스위치들(231, 231')은, 필요한 경우, 보조 컴포넌트들(135')을 제2 DC-회로로부터 선택적으로 격리시키도록 구성된다.
통상적으로, 제1 DC 버스(105)는 제1 전압 레벨에서 동작될 수 있고, 제2 DC 버스(125)는 제1 전압 레벨보다 더 높은 제2 전압 레벨에서 동작될 수 있다. 제2 DC 버스(125) 상의 1차 컨슈머들(135)로의 AC 발전기(127)의 출력이 불충분할 시에, 또는 고장 시에, 전기 에너지 저장 엘리먼트들로부터의 에너지는 정류기(130) 및 제2 DC 버스(125)를 통해 1차 컨슈머들에 공급된다. 전기 에너지 저장 엘리먼트들(103, 203)은 제1 또는 제2 DC 버스 상에 있을 수 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른, 저장된 전기 에너지 분배 어레인지먼트를 동작시키는 방법을 개략적으로 예시한다. 방법은, 선박에서, 1차 전기 에너지 공급부의 고장 또는 불충분 시에 수행된다. 단계(S1)에서, 전기 에너지는, 예컨대 제1 DC-회로의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트(103)로부터, 선박의 제1 DC-회로(101)에 커플링된 제1 AC 컨슈머 그룹의 하나 이상의 AC 컨슈머들에 공급될 수 있다. 단계(S2)에서, 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에, 또는 불충분한 에너지 공급이 1차 에너지 공급부로부터 이용가능한 경우, 전기 에너지는, 제1 DC-회로(101)로부터 그리고 정류기(130)를 통해, 제2 DC-회로(102)에 커플링된 제2 AC 컨슈머 그룹의 하나 이상의 AC 컨슈머들(135)에 공급될 수 있다. 추가의 단계들에서, 도시되지 않은 전기 에너지는, 1차 전기 에너지 공급부(127)(동작가능한 경우)로부터 제1 및 제2 DC-회로들(101, 102)로 전달될 수 있다.
본원에서 설명된 전기 분배 어레인지먼트를 사용함으로써, 선박의 동작의 높은 보안성 및 높은 신뢰성이 달성될 수 있고, 비용들은 백업 에너지의 스케일링(scaling)에 수반된다. 예컨대, 발전기들로부터 제1 DC-회로로 전기 에너지를 분배하기 위해 발전기들과 전력 변환기들 사이의 일 대 일 관계, 및 배터리들과, 동일한 연관된 전력 변환기들 사이의 일 대 일 관계가 제공될 수 있다. 인식될 바와 같이, 설명된 바와 같은 연관된 복수의 전력 변환기들을 이용한 복수의 발전기들/배터리들에 걸친 전기 에너지의 생성 및 분배를 확산시키는 것은 어레인지먼트에서의 탄력성을 증가시키고, 그리고 또한, 개별적인 분산된 엘리먼트들의 더 낮은 정격을 가능하게 한다.
"포함하는"이라는 용어는 다른 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 단수형은 복수형을 배제하지 않는다는 것이 주목되어야 한다. 또한, 상이한 실시예들과 연관되어 설명되는 엘리먼트들은 조합될 수 있다. 본 명세서(임의의 첨부된 청구항들, 요약서 및 도면들을 포함함)에 개시된 특징들 모두 및/또는 그렇게 개시된 임의의 방법 또는 프로세스(process)의 단계들 모두는, 그러한 특징들 및/또는 단계들의 적어도 일부가 상호 배타적인 조합들을 제외하고, 임의의 조합으로 조합될 수 있다.
본 명세서(임의의 첨부된 청구항들, 요약서 및 도면들을 포함함)에 개시된 각각의 특징은, 명백하게 달리 언급되지 않는 한, 동일한, 동등한, 또는 유사한 목적을 제공하는 대안적인 특징들로 대체될 수 있다. 따라서, 명백하게 달리 언급되지 않는 한, 개시된 각각의 특징은 오직 일반적인 일련의 동등하거나 또는 유사한 특징들의 일 예이다. 청구항들에서의 참조 부호들은 청구항들의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 것이 또한 주목되어야 한다. 본 발명은 전술한 실시예들의 세부사항들로 제한되지 않는다. 본 발명은, 본 명세서(임의의 첨부된 청구항들, 요약서 및 도면들을 포함함)에서 개시된 특징들 중 임의의 신규한 특징, 또는 임의의 신규한 조합, 또는 그렇게 개시된 임의의 방법 또는 프로세스의 단계들 중 임의의 신규한 단계, 또는 임의의 신규한 조합으로 확장된다.

Claims (17)

  1. 선박(vessel) 또는 플랫폼(platform)을 위한 전기 에너지 분배 시스템(electrical energy distribution system)으로서,
    적어도 1차 에너지 소스(energy source)(127)를 포함하며,
    상기 1차 에너지 소스는 AC 발전기를 포함하고, 상기 AC 발전기의 제1 출력은 변압기(143) 및 AC-DC 변환기(AC to DC converter)(133)를 통해 제1 DC 버스(bus)(105)에 커플링되고(coupled), 그리고 상기 AC 발전기의 제2 출력은 정류기(130)를 통해 제2 DC 버스(125)에 개별적으로 커플링되고, 상기 제2 DC 버스(125)는 제2 전압 레벨(voltage level)에서 동작가능하고 그리고 하나 이상의 1차 컨슈머(consumer)들(135)에 연결되고, 상기 제1 DC 버스(105)는 상기 제2 전압 레벨보다 더 낮은 제1 전압 레벨에서 동작가능하고 그리고 2차 컨슈머들(123)에 연결되고, 그리고 상기 제2 DC 버스(125) 상의 상기 1차 컨슈머들(135)로의 상기 AC 발전기(127)의 출력이 불충분할 시에, 전기 에너지 저장 엘리먼트(electric energy storage element)들(103)로부터의 에너지는 상기 정류기(130) 및 상기 제2 DC 버스(125)를 통해 상기 1차 컨슈머들(135)에 공급되는,
    전기 에너지 분배 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 DC 버스(125)와 연관된 제2 DC-회로(102)는 상기 제1 DC 버스(105)와 연관된 제1 DC-회로(101)보다 더 높은 전압에서 동작가능한,
    전기 에너지 분배 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 DC 회로들(102, 101) 둘 모두는 저장된 에너지 소스(stored energy source)(103)를 포함하는,
    전기 에너지 분배 시스템.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 1차 에너지 소스는, 정상 동작에서, 제1 DC-회로(101) 및 제2 DC-회로(102)에 전기 에너지를 공급하기 위한 복수의 발전기들(127)을 포함하는,
    전기 에너지 분배 시스템.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정류기(130)는 다이오드 정류기(diode rectifier)를 포함하는,
    전기 에너지 분배 시스템.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 DC-회로(102)는 중간 전압 DC-회로를 포함하고, 그리고 상기 제1 DC-회로(101)는 저전압 DC-회로를 포함하는,
    전기 에너지 분배 시스템.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 DC-회로(101)는, 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에, 정류기(130), 변압기(143), 및 인버터(inverter)(133)를 포함하는 전력 변환기를 통해 상기 제2 DC-회로(102)에 동작가능하게 커플링되는,
    전기 에너지 분배 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 1차 전기 에너지 공급부는, 상기 1차 전기 에너지 공급부의 정상 동작에서, 상기 전력 변환기(133)를 통해 상기 제1 DC-회로에 동작가능하게 커플링되는,
    전기 에너지 분배 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 전력 변환기(133)는, 상기 1차 전기 에너지 공급부의 정상 동작에서, 전기 에너지가 상기 전력 변환기(133)를 통해 상기 1차 전기 에너지 공급부로부터 상기 제1 DC-회로(101)로 전달되도록, 그리고 상기 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에, 전기 에너지가 상기 전력 변환기(133)를 통해 상기 제1 DC-회로(101)로부터 상기 제2 DC-회로(102)로 전달되도록, 양방향 동작(two way operation)을 위해 구성되는,
    전기 에너지 분배 시스템.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 DC-회로(102)는 복수의 발전기들(127)을 포함하고, 그리고 적어도 하나의 차단기 유닛(breaker unit)(129)을 더 포함하고,
    상기 복수의 발전기들(127)은, 상기 제2 DC-회로(102)에 전기 에너지를 공급하기 위해 상기 제2 DC-회로(102)에 커플링되고, 그리고 링(ring)(125, 125')으로 연결되고, 그리고 상기 복수의 발전기들(127)로부터의 전기 에너지를 제1 AC 컨슈머 그룹(consumer group)(135)의 하나 이상의 AC 컨슈머들에 공급하기 위한 것이고, 그리고
    상기 적어도 하나의 차단기 유닛(129)은, 상기 제2 DC-회로(102) 상에서의 장애 시에 하나 이상의 발전기들(127)을 상기 제2 DC-회로(102)로부터 연결해제하도록 동작가능한,
    전기 에너지 분배 시스템.
  11. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 DC-회로(101)는 복수의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트(backup electric energy storage element)들(103)을 포함하고, 그리고 적어도 하나의 차단기 유닛을 더 포함하고,
    상기 복수의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들(103)은 링으로 연결되고, 전기 에너지를 상기 제1 DC-회로(101)에 공급하기 위한 것이고, 그리고 추가로, 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에, 상기 복수의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들(103)로부터의 전기 에너지를 상기 제2 DC-회로(102)의 하나 이상의 AC 컨슈머들에 공급하기 위한 것이고, 그리고
    상기 적어도 하나의 차단기 유닛은, 상기 제1 DC-회로(101) 상에서의 장애 시에 하나 이상의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들을 상기 제1 DC-회로로부터 연결해제하도록 동작가능한,
    전기 에너지 분배 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트들은, 상기 1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에 사용하기 위한, 전기 에너지를 저장하기 위한 배터리(battery)(103)를 포함하는,
    전기 에너지 분배 시스템.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 AC 컨슈머 그룹(123)의 AC 컨슈머들은 인버터 시스템(119, 119')을 통해 상기 제1 DC-회로(101)에 연결되고, 그리고/또는 제2 AC 컨슈머 그룹(135)의 AC 컨슈머들은 인버터 시스템(137)을 통해 상기 제2 DC-회로(102)에 연결되는,
    전기 에너지 분배 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 및/또는 제2 AC 컨슈머 그룹들(123, 135)의 AC 컨슈머들은, 가변 속도 구동부(variable speed drive), 스러스터(thruster), 또는 보조 장비 중 하나 이상을 포함하는,
    전기 에너지 분배 시스템.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 제2 AC 컨슈머 그룹은 스러스터 인버터(137)에 의해 상기 제2 DC-회로(102)로부터 피딩되는(fed) 스러스터(135)를 포함하고, 그리고 상기 제1 AC 컨슈머 그룹은, 상기 스러스터(135)와 연관되고 그리고 보조 인버터(237)에 의해 상기 제1 DC-회로(101)로부터 피딩되는 보조 장비(135')를 포함하는,
    전기 에너지 분배 시스템.
  16. 복수의 AC 컨슈머들을 포함하는 선박 상에서의 전기 에너지의 분배를 위한 저장된 전기 에너지 분배 어레인지먼트(stored electric energy distribution arrangement)를 동작시키는 방법으로서,
    1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에, 제1 DC-회로의 백업 전기 에너지 저장 엘리먼트로부터, 상기 제1 DC-회로에 커플링된 제1 AC 컨슈머 그룹의 하나 이상의 AC 컨슈머들에 전기 에너지를 공급하는 단계(S1); 및
    1차 전기 에너지 공급부의 고장 시에, 상기 제1 DC-회로로부터 그리고 전력 변환기를 통해, 제2 DC-회로에 커플링된 제2 AC 컨슈머 그룹의 하나 이상의 AC 컨슈머들에 전기 에너지를 공급하는 단계(S2)를 포함하는,
    방법.
  17. 선박 또는 플랫폼을 위한 전기 에너지 분배 시스템을 동작시키는 방법으로서,
    상기 시스템은 적어도 1차 에너지 소스(127)를 포함하며, 상기 1차 에너지 소스는 AC 발전기를 포함하고, 상기 AC 발전기의 제1 출력은 변압기(143) 및 AC-DC 변환기(133)를 통해 제1 DC 버스(105)에 커플링되고, 그리고 상기 AC 발전기의 제2 출력은 정류기(130)를 통해 제2 DC 버스(125)에 개별적으로 커플링되고, 상기 제2 DC 버스(125)는 하나 이상의 1차 컨슈머들(135)에 연결되고, 상기 제1 DC 버스(105)는 2차 컨슈머들(123)에 연결되고,
    상기 방법은,
    상기 제1 DC 버스(105)를 제1 전압 레벨로 동작시키는 단계;
    상기 제2 DC 버스(125)를, 상기 제1 전압 레벨보다 더 높은 제2 전압 레벨로 동작시키는 단계; 및
    상기 제2 DC 버스(125) 상의 상기 1차 컨슈머들(135)로의 상기 AC 발전기의 출력이 불충분할 시에, 전기 에너지 저장 엘리먼트들로부터의 에너지를 상기 정류기(130) 및 상기 제2 DC 버스(125)를 통해 상기 1차 컨슈머들(135)에 공급하는 단계를 포함하는,
    방법.
KR1020197029128A 2017-04-07 2018-04-05 선박 상에서의 전기 에너지의 분배 KR102493190B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17165555 2017-04-07
EP17165555.8 2017-04-07
PCT/EP2018/058790 WO2018185249A1 (en) 2017-04-07 2018-04-05 Distribution of electric energy on a vessel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190134638A true KR20190134638A (ko) 2019-12-04
KR102493190B1 KR102493190B1 (ko) 2023-01-27

Family

ID=58709201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197029128A KR102493190B1 (ko) 2017-04-07 2018-04-05 선박 상에서의 전기 에너지의 분배

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10910836B2 (ko)
EP (1) EP3607633B1 (ko)
KR (1) KR102493190B1 (ko)
CN (1) CN110476321B (ko)
AU (1) AU2018247933B2 (ko)
CY (1) CY1124497T1 (ko)
DK (1) DK3607633T3 (ko)
ES (1) ES2886167T3 (ko)
WO (1) WO2018185249A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6945315B2 (ja) * 2017-03-24 2021-10-06 三菱重工業株式会社 発電プラント及び発電プラントの運転方法
CN115917909A (zh) * 2020-04-30 2023-04-04 维斯塔斯风力系统集团公司 电网连接的电池存储系统
FR3112040A1 (fr) * 2020-06-30 2021-12-31 Naval Group Systeme de production et de distribution d'energie electrique pour un navire comprenant au moins une batterie
CN115195984B (zh) * 2022-06-29 2024-05-24 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种针对大容量电动船的动力系统
US20240097453A1 (en) * 2022-09-19 2024-03-21 SPOC Automation, Inc. Galvanically isolated energy storage - tie inverter

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140022465A (ko) * 2011-07-18 2014-02-24 에이비비 에이에스 선박용 전력 시스템
EP2966740A2 (en) * 2014-07-11 2016-01-13 General Electric Company Dc power system for marine applications

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015088569A1 (en) * 2013-12-14 2015-06-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Powering loads with a power supply and an uninterruptible power supply
EP3035477A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-22 ABB Technology Ltd A power system comprising a central energy storage system and a method of controlling power transfer in a power system
EP3046206B1 (en) 2015-01-15 2018-10-31 Siemens Aktiengesellschaft Power distribution on a vessel
SG11201705214RA (en) 2015-01-23 2017-08-30 Siemens Ag Distribution of electric energy on a vessel
CN105743132B (zh) * 2016-05-05 2018-03-27 江苏省镇江船厂（集团）有限公司 船舶主电站两级配电双环网系统

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140022465A (ko) * 2011-07-18 2014-02-24 에이비비 에이에스 선박용 전력 시스템
EP2966740A2 (en) * 2014-07-11 2016-01-13 General Electric Company Dc power system for marine applications

Also Published As

Publication number Publication date
AU2018247933A1 (en) 2019-08-29
US20200185917A1 (en) 2020-06-11
WO2018185249A1 (en) 2018-10-11
KR102493190B1 (ko) 2023-01-27
CN110476321B (zh) 2024-02-13
CY1124497T1 (el) 2022-07-22
ES2886167T3 (es) 2021-12-16
EP3607633A1 (en) 2020-02-12
AU2018247933B2 (en) 2022-06-23
EP3607633B1 (en) 2021-06-16
CN110476321A (zh) 2019-11-19
US10910836B2 (en) 2021-02-02
DK3607633T3 (da) 2021-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102493190B1 (ko) 선박 상에서의 전기 에너지의 분배
KR102609347B1 (ko) 해양 애플리케이션을 위한 전력 시스템
US20170373498A1 (en) Distribution of electric energy on a vessel
KR101931138B1 (ko) 선박 상에서의 전력 분배
US20150349687A1 (en) Electric Power Generation and Distribution for Islanded or Weakly-Connected Systems
CN110582916A (zh) 充电系统和方法
JP2013541934A (ja) 整流装置に接続されるモジュール式多電圧値出力変換器装置
RU2517395C2 (ru) Система снабжения электрической энергией, в частности, в летательном аппарате
CN113056853B (zh) 用于涉水设施的能量供给系统
CN109245083A (zh) 电力系统和操作电力系统的方法
CN114902513A (zh) 能量分配系统
CN113169551B (zh) 具有发电机系统的用于对不同的直流电压母线馈电的第一和第二绕组系统的用于涉水设施的能量供应系统
CN110663152B (zh) 高度冗余的直流电压网络
CN113169550A (zh) 用于具有不同连接区的涉水装置的供能系统
KR102464058B1 (ko) 전력 공급 네트워크 및 그 작동 방법
CN113196607B (zh) 用于具有多个区域的涉水设施的能量供应系统
WO2021175695A1 (en) Vessel energy management system

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant