KR20200055969A - 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

선박에서 전기를 사용하는 부하의 전기 용량을 미리 예측하고, 예측한 부하 용량에 따른 적합한 전원을 투입하여 전기계통의 전원 사용에 효율성을 도모하도록 한 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 복수의 전원 소스와 복수의 전력 부하를 포함하는 선박 전력 계통 및 선박 전력 계통과 연동하며, 복수의 전력 부하에 대응하는 투입 전원을 미리 예측하여 예측 전원으로 저장하고, 부하가 투입되면 저장한 예측 전원에 대응하는 전원 소스만을 동작시켜 부하 전원을 제어하는 전원 관리 수단을 포함하여, 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치를 구현한다.

Description

선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치 및 그 방법{Power supply control apparatus and method according to load of ship}

본 발명은 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 선박에서 전기를 사용하는 부하의 전기 용량을 미리 예측하고, 예측한 부하 용량에 따른 적합한 전원을 투입하여 전기계통의 전원 사용에 효율성을 도모하도록 한 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선박은 유한한 에너지만을 탑재하고, 해상에서 이동하는 방식이므로, 에너지 관리에 유의하여야 한다.

선박의 전기계통 부하는 크게 추진부하와 전기부하로 대별되며, 추진 부하와 전기부하에는 다수의 부하가 연계된다.

선박의 전기 에너지를 관리하는 전원 관리 시스템(PMS; Power Management System)은 부하의 운전이 요청되면 전원 투입을 하고, 부하의 운전이 종료되면 전원을 차단하도록 제어를 하는 단순 제어 동작만을 수행한다.

통상, 선박은 배터리, 연료전지, 발전기와 같은 전원 소스를 탑재하고 항행을 한다.

도 1은 일반적인 선박에 탑재된 전기계통의 구성도로서, 배터리(11), 연료전지(12), 발전기(13)로 이루어진 전원부(10), 선박의 전기 부하인 추진부하(21)와 전기부하(22)를 포함하는 부하(20), 상기 전원부(10)의 전원 공급 또는 차단을 위한 전원 차단기(31, 32, 33), 상기 부하(20)의 전원 공급 또는 차단을 위한 부하 차단기(41, 42), 그리고 선박 전기계통의 전원 공급 및 차단을 위한 전원 관리 수단(50)으로 구성된다.

전원부(10)의 배터리(11)와 연료전지(12) 및 발전기(13)는 각각 복수 개로 이루어지며, 각각의 전원 소스는 단일의 차단기를 통해 전체 전원 소스의 전원 공급 및 차단이 이루어진다.

예컨대, 특정 부하의 구동이 발생하면, 전원 관리 수단(50)은 동작 부하에 따라 부하 차단기(41, 42)를 선택적으로 온(on) 시키고, 동시에 상기 전원 차단기(31, 32, 33)의 특정 차단기와 만을 온(on) 시켜, 부하에 전원을 공급한다. 여기서 특정의 전원 차단기(예를 들어, 31)가 온 상태가 되면, 그에 연결된 모든 전원 소스인 복수의 배터리(11)의 전원이 동시에 부하에 공급된다.

상기 전원 차단기(31)가 오프되면 그에 연결된 모든 전원 소스인 복수의 배터리(11)의 전원 공급도 동시에 중단된다.

한편, 선박에서 에너지를 공급 및 관리하기 위해서 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.

<특허문헌 1> 에 개시된 종래기술은 선박에 구비되며 에너지를 생성하는 에너지 생성 시스템, 에너지 생성 시스템에 의해 생성된 에너지를 저장하는 에너지 저장 시스템, 선박을 추진시키는 프로펠러를 포함하며 에너지 생성 시스템 또는 상기 에너지 저장 시스템으로부터 에너지를 전달받아 소비하는 에너지 소모 시스템, 에너지 생성 시스템과 에너지 저장 시스템 및 에너지 소모 시스템과 양방향 통신하며 에너지 생성 시스템과 에너지 저장 시스템 및 에너지 소모 시스템을 관리하되, 선박의 운항 정보에 따라 에너지 생성 시스템에 의해 생성된 에너지를 에너지 저장 시스템 또는 에너지 소모 시스템에 전달하는 에너지 관리 시스템을 포함한다.

이러한 구성을 통해, 발전을 수행하는 에너지 생성 시스템, 부하를 포함하는 에너지 소모 시스템, 전기를 저장해두는 에너지 저장 시스템을 포함하고, 각 시스템이 양방향 통신할 수 있도록 하는 동시에 하나의 에너지 관리 시스템으로 통합 관리되도록 함으로써 에너지의 생성과 전달 및 소모를 효율적으로 관리한다.

대한민국 공개특허 10-2014-0092111(2014.07.23. 공개)(선박의 에너지 시스템)

그러나 상기와 같은 일반적인 선박의 에너지 관리 시스템 및 종래기술은 부하의 동작에 따라 전원을 투입/차단하고 전체 전기 계통이 정전(black-out)이 되지 않도록 보호하는 단순 기능만을 수행할 뿐, 부하의 용량에 맞춰서 적합한 전원 소스를 투입하지 못하여 전원 사용에 효율성이 떨어지는 단점이 있다.

또한, 복수의 전원 소스로 이루어진 전원을 단일의 차단기로 투입 및 차단하는 제어방식이므로, 전원 소스의 용량이 커지는 경우 상대적으로 차단기의 용량도 동시에 커져야 하는 단점이 있다. 여기서 차단기의 용량이 일정 레벨 이상이 되면 고가의 대용량 차단기를 사용해야 하는 부담이 따른다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 선박에서 전기를 사용하는 부하의 전기 용량을 미리 예측하고, 예측한 부하 용량에 따른 적합한 전원을 투입하여 전기계통의 전원 사용에 효율성을 도모하도록 한 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치 및 그 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치는, 복수의 전원 소스와 복수의 전력 부하를 포함하는 선박 전력 계통; 상기 선박 전력 계통과 연동하며, 복수의 전력 부하에 대응하는 투입 전원을 미리 예측하여 예측 전원으로 저장하고, 부하가 투입되면 저장한 예측 전원에 대응하는 전원 소스만을 동작시켜 부하 전원을 제어하는 전원 관리 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 선박 전력 계통은 복수의 전원 소스로 이루어져 전원을 공급하는 제1 내지 제3 전원부; 상기 전원 관리 수단의 제어에 따라 상기 제1 내지 제3 전원부의 전원을 상기 복수의 전력 부하에 선택적으로 공급하는 제1 내지 제3 차단부; 상기 전원 관리 수단의 제어에 따라 상기 제1 내지 제3 차단부를 통해 공급되는 전원을 상기 복수의 전력 부하에 선택적으로 공급하는 제4 차단부; 상기 제4 차단부에서 공급하는 전원으로 동작하는 복수의 전력 부하를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 제1 전원부는 복수의 배터리이고, 제2 전원부는 복수의 연료 전지이며, 제3 전원부는 복수의 발전기인 것을 특징으로 한다.

상기에서 제1 차단부는 복수의 배터리에 개별적으로 대응하여 독립적으로 개별 배터리의 전원을 공급 또는 차단하는 복수의 차단기로 이루어지며, 제2 차단부는 복수의 연료전지에 개별적으로 대응하여 독립적으로 개별 연료전지의 전원을 공급 또는 차단하는 복수의 차단기로 이루어지며, 제3 차단부는 복수의 발전기에 개별적으로 대응하여 독립적으로 개별 발전기의 전원을 공급 또는 차단하는 복수의 차단기로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기에서 전원 관리 수단은 실시간으로 선박의 전력 계통을 시뮬레이션하고, 시뮬레이션한 전원과 부하 용량을 통해 부하별 전원을 예측하고, 부하별 예측 전원을 생성하는 전력계통 모사부; 실제 선박의 전력 계통에서 투입하고 사용한 전원 및 부하의 정보를 저장하고, 상기 전력계통 모사부에서 생성한 부하별 예측 전원을 저장하며, 상기 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 저장하는 전력 데이터베이스; 상기 실제 사용한 부하의 전원과 예측 전원을 비교하여 그 차이에 따라 부하별 투입 전원을 평균화하여 부하별 전력 사용량 예측정보로 상기 전력 데이터베이스에 저장하며, 부하 투입이 발생하면 상기 전력 데이터베이스에 저장된 해당 부하의 전력 사용량 예측정보와 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 기초로 전원 소스를 결정하여 상기 복수의 전원 소스의 전원 공급을 제어하는 전원 관리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 전원 관리부는 실제 사용한 부하의 전원과 예측 전원을 비교하여 그 차이를 추출하는 전력 비교부; 상기 전력 비교부에서 추출한 차이에 따라 부하별 투입 전원을 평균화하는 전력 평균값 추출부; 상기 전력 평균값 추출부에서 추출한 전력 평균값을 부하별 전력 사용량 예측정보로 상기 전력 데이터베이스에 저장하는 부하별 전력 사용량 예측부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 전원 관리부는 부하 투입이 발생하면 상기 전력 데이터베이스에 저장된 해당 부하의 전력 사용량 예측정보와 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 기초로 사용할 전원 소스를 결정하는 전원소스 결정부; 상기 전원소스 결정부에서 결정한 전원 소스에 따라 차단기를 선택적으로 제어하여 투입 부하에 전원을 공급하는 차단기 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 전원소스 결정부는 배터리를 1순위로, 연료 전지를 2순위로, 발전기를 3순위로 설정하고, 사용할 전원 소스를 결정하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 전원소스 결정부는 전원 소스가 배터리일 경우, 배터리 잔량의 순서에 따라 사용되는 배터리의 우선순위를 결정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 선박의 부하에 따른 전원 공급제어방법은 (a) 전력 부하에 투입할 전원을 제어하는 전원 관리 수단에서 부하별 전력 사용량을 시뮬레이션하여 생성한 부하별 전력 사용량 예측정보를 전력 데이터베이스에 저장한 상태에서, 부하 투입 신호가 발생하면 상기 전력 데이터베이스로부터 전력 사용량 예측정보를 이용하여 부하 용량을 자동으로 계산하는 단계; (b) 상기 전원 관리 수단에서 계산한 부하 용량에 따라 전력 데이터베이스에 저장된 복수의 전원 소스의 잔류용량을 기초로 사용할 전원 소스를 결정하고, 결정한 전원 소스에 따라 차단기를 선택적으로 제어하여 투입 부하에 전원을 공급하여 부하를 가동하는 단계; (c) 상기 (b)단계의 부하 가동 후 전원 공급량을 실시간으로 계산하고, 전원 공급량에 따라 전원 소스를 유지 또는 가변하여 부하에 전원을 공급해주는 단계; (d) 상기 (c)단계에서 부하 가동 후 전원 공급량을 실시간으로 계산하고, 계산한 전원 공급량이 부하 전원 대비 부족하면 부하 중단신호를 발생하고 전원을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 선박에서 전기를 사용하는 부하의 전기 용량을 미리 예측하고, 예측한 부하 용량에 따른 적합한 전원을 투입하여 전기계통의 전원 사용에 효율성을 도모할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래 선박의 전기계통도,
도 2는 본 발명에 따른 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치의 구성도,
도 3은 도 2의 전원 관리 수단의 상세 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 선박의 부하에 따른 전원 공급제어방법을 보인 흐름도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치 및 그 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치의 구성도로서, 복수의 전원 소스(110, 120, 130)와 복수의 전력 부하(170)를 포함하는 선박 전력 계통(100), 상기 선박 전력 계통(100)과 연동하며, 복수의 전력 부하(170)에 대응하는 투입 전원을 미리 예측하여 예측 전원으로 저장하고, 부하가 투입되면 저장한 예측 전원에 대응하는 전원 소스만을 동작시켜 부하 전원을 제어하는 전원 관리 수단(200)을 포함한다.

상기 선박 전력 계통(100)은 복수의 전원 소스(배터리, 연료 전지, 발전기)로 이루어져 전원을 공급하는 제1 내지 제3 전원부(110, 120, 130), 상기 전원 관리 수단(200)의 제어에 따라 상기 제1 내지 제3 전원부(110, 120, 130)의 전원을 상기 복수의 전력 부하(170)에 선택적으로 공급하는 제1 내지 제3 차단부(140, 150, 160), 상기 전원 관리 수단(200)의 제어에 따라 상기 제1 내지 제3 차단부(140, 150, 160)를 통해 공급되는 전원을 상기 복수의 전력 부하(170)에 선택적으로 공급하는 제4 차단부(180), 상기 제4 차단부(180)에서 공급하는 전원으로 동작하는 복수의 전력 부하(170)를 포함한다.

여기서 복수의 전력 부하(170)는 추진 부하와 전기 부하를 포함한다.

상기 제1 전원부(110)는 복수의 배터리로 이루어지고, 제2 전원부(120)는 복수의 연료 전지로 이루어지며, 제3 전원부(130)는 복수의 발전기로 이루어진다.

또한, 상기 제1 차단부(140)는 복수의 배터리에 개별적으로 대응하여 독립적으로 개별 배터리의 전원을 공급 또는 차단하는 복수의 차단기(141 - 144)로 이루어지며, 제2 차단부(150)는 복수의 연료전지에 개별적으로 대응하여 독립적으로 개별 연료전지의 전원을 공급 또는 차단하는 복수의 차단기(151, 152)로 이루어지며, 제3 차단부(130)는 복수의 발전기에 개별적으로 대응하여 독립적으로 개별 발전기의 전원을 공급 또는 차단하는 복수의 차단기(161 - 163)로 이루어진다.

전원 소스인 배터리와 연료 전지와 발전기의 개수는 선박의 크기나 용량 등에 따라 그 개수가 상이하며, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 배터리는 3개이고, 연료전지는 2개이며, 발전기는 3개인 것으로 가정한다.

상기 전원 관리 수단(200)은 도 3에 도시한 바와 같이, 실시간으로 선박의 전력 계통을 시뮬레이션하고, 시뮬레이션한 전원과 부하 용량을 통해 부하별 전원을 예측하고, 부하별 예측 전원을 생성하는 전력계통 모사부(220), 실제 선박의 전력 계통에서 투입하고 사용한 전원 및 부하의 정보를 저장하고, 상기 전력계통 모사부(220)에서 생성한 부하별 예측 전원을 저장하며, 상기 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 저장하는 전력 데이터베이스(230), 상기 실제 사용한 부하의 전원과 예측 전원을 비교하여 그 차이에 따라 부하별 투입 전원을 평균화하여 부하별 전력 사용량 예측정보로 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장하며, 부하 투입이 발생하면 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장된 해당 부하의 전력 사용량 예측정보와 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 기초로 전원 소스를 결정하여 상기 복수의 전원 소스의 전원 공급을 제어하는 전원 관리부(210)를 포함한다.

또한, 상기 전원 관리부(210)는 실제 사용한 부하의 전원과 예측 전원을 비교하여 그 차이를 추출하는 전력 비교부(211), 상기 전력 비교부(211)에서 추출한 차이에 따라 부하별 투입 전원을 평균화하는 전력 평균값 추출부(212), 상기 전력 평균값 추출부(212)에서 추출한 전력 평균값을 부하별 전력 사용량 예측정보로 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장하는 부하별 전력 사용량 예측부(213)를 포함한다.

아울러 상기 전원 관리부(210)는 부하 투입이 발생하면 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장된 해당 부하의 전력 사용량 예측정보와 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 기초로 사용할 전원 소스를 결정하는 전원소스 결정부(214), 상기 전원소스 결정부(214)에서 결정한 전원 소스에 따라 차단기를 선택적으로 제어하여 투입 부하에 전원을 공급하는 차단기 제어부(215)를 포함할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 복수의 전력 부하(170) 중 특정 부하가 투입되면, 전원 관리 수단(200)의 전원 관리부(210)는 특정 부하에 전원을 공급해줌과 동시에 전력계통 모사부(220)에도 실제 선박과 동일한 제어신호를 RT 기기로 전달한다.

상기 전력계통 모사부(220)는 실시간 전력 시뮬레이션이 가능한 하드웨어를 탑재하고, 수신한 제어신호를 통해 실시간으로 선박과 동일한 전기전력계통을 시뮬레이션한다. 이어, 실시간으로 시뮬레이션한 전원과 부하 용량을 통해 부하별 전원을 예측하고, 부하별 예측 전원을 생성하여 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장한다. 즉, 전력계통의 부하별로 전원 사용량을 수학적으로 모델링하여 부하별 전원 사용을 예측한다.

아울러 전원 관리부(210)는 실제 선박의 전력 계통에서 투입하고 사용한 전원 및 부하의 정보를 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장한다. 이때, 전력 데이터베이스(230)에는 복수의 전원 소스(배터리, 연료 전지, 발전기)의 잔류 용량도 실시간으로 저장된다. 복수의 전원 소스의 잔류 용량은 잔류 용량 센서를 이용하여 검출하여 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장하는 것으로 가정한다.

이어, 전원 관리부(210)는 실제 사용한 부하의 전원과 수학적인 모델링을 통해 예측한 예측 전원을 비교하여 그 차이에 따라 부하별 투입 전원을 평균화하여 부하별 전력 사용량 예측정보를 생성하여 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장한다.

이후, 부하 투입이 발생하면 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장된 해당 부하의 전력 사용량 예측정보와 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 기초로 전원 소스를 결정하여 상기 복수의 전원 소스의 전원 공급을 제어한다.

예컨대, 전원 관리부(210)의 전력 비교부(211)는 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장된 정보를 기초로 실제 사용한 부하의 전원과 예측 전원을 비교하여 그 차이를 추출한다. 이어, 전력 평균값 추출부(212)는 상기 전력 비교부(211)에서 추출한 차이에 따라 부하별 투입 전원을 평균화한다. 즉, 부하별로 실제 사용한 전력과 예측 전원의 차이를 복수회로 산출한 후, 그 차이를 평균화한다.

다음으로, 부하별 전력 사용량 예측부(213)는 상기 전력 평균값 추출부(212)에서 추출한 전력 평균값을 부하별 전력 사용량 예측정보로 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장한다.

상기와 같은 수학적인 모델링을 통해 부하별 전력 사용량을 예측하여 저장한 상태에서, 모델링이 완료된 부하의 투입이 발생하면, 전원소스 결정부(214)는 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장된 해당 부하의 전력 사용량 예측정보와 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 기초로 사용할 전원 소스를 결정한다.

여기서 전원 소스는 배터리와 연료 전지와 발전기가 있으며, 본 발명에서 사용할 전원 소스의 우선순위는 배터리를 1순위로, 연료 전지를 2순위로, 발전기를 3순위로 설정하였다.

따라서 투입된 부하의 전력 사용량 예측 정보와 1순위로 설정된 배터리의 잔류 용량을 비교하여, 배터리의 잔류 용량이 상기 부하의 전력 사용량 예측정보보다 크면, 배터리를 사용할 전원 소스로 결정한다. 이와는 달리 배터리의 잔류 용량이 상기 부하의 전력 사용량 예측정보보다 작으면, 배터리의 잔류 용량과 연료 전지의 잔류 용량을 합산하고, 합산한 잔류 용량과 부하의 전력 사용량 예측정보를 비교한다. 이 비교 결과 합산한 잔류 용량이 부하의 전력 사용량 예측정보보다 크면 배터리와 연료 전지를 사용할 전원 소스로 결정한다. 이와는 달리 합산한 잔류 용량이 상기 부하의 전력 사용량 예측정보보다 작으면, 배터리의 잔류 용량과 연료 전지의 잔류 용량 및 발전기의 용량을 합산하여 최종 합산 용량을 산출하고, 합산한 최종 잔류 용량과 부하의 전력 사용량 예측정보를 비교하여, 합산한 최종 잔류 용량이 부하의 전력 사용량 예측정보보다 크면 배터리와 연료 전지 및 발전기를 사용할 전원 소스로 결정한다.

이러한 방식으로 배터리를 1순위로 사용할 전원 소스로, 연료 전지를 2순위로 사용할 전원 소스로, 발전기를 3순위로 사용할 전원 소스로 결정한다.

한편, 상기 사용할 전원 소스를 결정하는 과정에서, 배터리의 잔류 용량이 부하의 전력 사용량 예측정보다 크면, 복수의 배터리를 전부 사용할 전원 소스로 사용하는 것이 아니고, 다시 배터리의 잔량의 순서에 따라 사용되는 배터리의 우선순위를 결정하여 사용할 전원 소스를 결정한다. 즉, 배터리의 경우, 잔류 용량이 많은 배터리 스트링을 늦게 떨어뜨리도록 사용할 배터리의 우선순위를 결정한다.

연료 전지나 발전기의 경우에도 각각 우선순위를 정한 후, 차례대로 전원 소스로 사용하도록 제어한다.

이렇게 사용할 전원 소스가 결정되면, 차단기 제어부(215)는 상기 전원소스 결정부(214)에서 결정한 전원 소스에 따라 차단기를 선택적으로 제어하여 투입 부하에 전원을 공급한다.

여기서 전원 소스 차단부인 제1 차단부(140)는 제1 전원부(110)의 복수 배터리의 전원 투입을 선택적으로 제어하기 위해서 각각의 배터리별로 차단기가 구비되어 있으며(141 - 144), 제2 차단부(140)도 제2 전원부(120)의 복수 연료전지의 전원 투입을 선택적으로 제어하기 위해서 각각의 연료전지별로 차단기가 구비되어 있으며(151 - 152), 마찬가지로 제3 차단부(160)도 제3 전원부(130)의 복수 발전기의 전원 투입을 선택적으로 제어하기 위해서 각각의 발전기별로 차단기가 구비되어 있다(161 - 163).

이러한 차단기는 배터리별, 연료전지별, 발전기별로 별도로 마련되어 있으므로, 기존과 대용량 차단기를 사용할 필요가 없으며, 저가의 소용량 차단기를 이용하여도 된다. 따라서 차단기 설치 비용을 절감할 수 있게 된다.

전원 소스가 제1 전원부(110)이고, 투입할 배터리가 1번 및 2번 배터리이면, 차단기 제어부(215)는 제1 차단부(140)의 제1 및 제2 차단기(141, 142)만을 온(on)시키고, 나머지 차단기(143, 144)는 오프 상태를 유지한다.

따라서 1번 배터리 및 2번 배터리의 전원만이 선택된 전력 부하에 공급된다.

이와 같이 본 발명은 각각의 전원별로 소용량 차단기를 마련하고, 투입 부하에 대응하는 전원만을 잔류 용량에 따라 알맞게 선택하여 공급함으로써, 빠르고 안전하게 전원을 제어할 수 있는 장점이 있다.

또한, 배터리 1, 2, 3, 4, 연료전지 1, 2, 발전기 1, 2, 3과 같이 전원 소스를 순차적으로 투입함으로써, 전원 소스의 활용에 효율성을 도모할 수 있으며, 각각의 전원별로 소용량 차단기를 이용함으로써, 기존과 같이 고가의 단일 대용량 차단기의 사용으로 인한 설치 비용의 부담과 차단기 고장 시 고가의 단일 대용량 차단기를 교체해야 하는 부담을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

도 4는 본 발명에 따른 선박의 부하에 따른 전원 공급제어방법을 보인 흐름도로서, (a) 전력 부하에 투입할 전원을 제어하는 전원 관리 수단(200)에서 부하별 전력 사용량을 시뮬레이션하여 생성한 부하별 전력 사용량 예측정보를 전력 데이터베이스(230)에 저장한 상태에서, 부하 투입 신호가 발생하면 상기 전력 데이터베이스(230)로부터 전력 사용량 예측정보를 이용하여 부하 용량을 자동으로 계산하는 단계(S101 ~ S102), (b) 상기 전원 관리 수단(200)에서 계산한 부하 용량에 따라 전력 데이터베이스(230)에 저장된 복수의 전원 소스의 잔류용량을 기초로 사용할 전원 소스를 결정하고, 결정한 전원 소스에 따라 차단기를 선택적으로 제어하여 투입 부하에 전원을 공급하여 부하를 가동하는 단계(S103 ~ S104), (c) 상기 (b)단계의 부하 가동 후 전원 공급량을 실시간으로 계산하고, 전원 공급량에 따라 전원 소스를 유지 또는 가변하여 부하에 전원을 공급해주는 단계(S105 ~ S106), (d) 상기 (c)단계에서 부하 가동 후 전원 공급량을 실시간으로 계산하고, 계산한 전원 공급량이 부하 전원 대비 부족하면 부하 중단신호를 발생하고 전원을 차단하는 단계(S107 ~ S108)를 포함한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 선박의 부하에 따른 전원 공급제어방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 단계 S101에서 복수의 전력 부하(170) 중 특정 부하가 투입되면, 전원 관리 수단(200)의 전원 관리부(210)는 특정 부하에 전원을 공급해줌과 동시에 전력계통 모사부(220)에도 실제 선박과 동일한 제어신호를 RT 기기로 전달한다.

상기 전력계통 모사부(220)는 실시간 전력 시뮬레이션이 가능한 하드웨어를 탑재하고, 수신한 제어신호를 통해 실시간으로 선박과 동일한 전기전력계통을 시뮬레이션한다. 이어, 실시간으로 시뮬레이션한 전원과 부하 용량을 통해 부하별 전원을 예측하고, 부하별 예측 전원을 생성하여 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장한다. 즉, 전력계통의 부하별로 전원 사용량을 수학적으로 모델링하여 부하별 전원 사용을 예측한다.

아울러 전원 관리부(210)는 실제 선박의 전력 계통에서 투입하고 사용한 전원 및 부하의 정보를 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장한다. 이때, 전력 데이터베이스(230)에는 복수의 전원 소스(배터리, 연료 전지, 발전기)의 잔류 용량도 실시간으로 저장된다. 복수의 전원 소스의 잔류 용량은 잔류 용량 센서를 이용하여 검출하여 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장하는 것으로 가정한다.

이어, 전원 관리부(210)는 단계 S102와 같이 실제 사용한 부하의 전원과 수학적인 모델링을 통해 예측한 예측 전원을 비교하여 그 차이에 따라 부하별 투입 전원을 평균화하여 부하별 전력 사용량 예측정보를 생성하여 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장한다.

이후, 부하 투입이 발생하면 단계 S103에서 전원 관리부(210)는 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장된 해당 부하의 전력 사용량 예측정보와 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 기초로 전원 소스를 결정하여 상기 복수의 전원 소스의 전원 공급을 제어한다.

예컨대, 전원 관리부(210)의 전력 비교부(211)는 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장된 정보를 기초로 실제 사용한 부하의 전원과 예측 전원을 비교하여 그 차이를 추출한다. 이어, 전력 평균값 추출부(212)는 상기 전력 비교부(211)에서 추출한 차이에 따라 부하별 투입 전원을 평균화한다. 즉, 부하별로 실제 사용한 전력과 예측 전원의 차이를 복수회로 산출한 후, 그 차이를 평균화한다.

다음으로, 부하별 전력 사용량 예측부(213)는 상기 전력 평균값 추출부(212)에서 추출한 전력 평균값을 부하별 전력 사용량 예측정보로 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장한다.

상기와 같은 수학적인 모델링을 통해 부하별 전력 사용량을 예측하여 저장한 상태에서, 모델링이 완료된 부하의 투입이 발생하면, 전원소스 결정부(214)는 상기 전력 데이터베이스(230)에 저장된 해당 부하의 전력 사용량 예측정보와 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 기초로 사용할 전원 소스를 결정한다.

여기서 전원 소스는 배터리와 연료 전지와 발전기가 있으며, 본 발명에서 사용할 전원 소스의 우선순위는 배터리를 1순위로, 연료 전지를 2순위로, 발전기를 3순위로 설정하였다.

따라서 투입된 부하의 전력 사용량 예측 정보와 1순위로 설정된 배터리의 잔류 용량을 비교하여, 배터리의 잔류 용량이 상기 부하의 전력 사용량 예측정보보다 크면, 배터리를 사용할 전원 소스로 결정한다. 이와는 달리 배터리의 잔류 용량이 상기 부하의 전력 사용량 예측정보보다 작으면, 배터리의 잔류 용량과 연료 전지의 잔류 용량을 합산하고, 합산한 잔류 용량과 부하의 전력 사용량 예측정보를 비교한다. 이 비교 결과 합산한 잔류 용량이 부하의 전력 사용량 예측정보보다 크면 배터리와 연료 전지를 사용할 전원 소스로 결정한다. 이와는 달리 합산한 잔류 용량이 상기 부하의 전력 사용량 예측정보보다 작으면, 배터리의 잔류 용량과 연료 전지의 잔류 용량 및 발전기의 용량을 합산하여 최종 합산 용량을 산출하고, 합산한 최종 잔류 용량과 부하의 전력 사용량 예측정보를 비교하여, 합산한 최종 잔류 용량이 부하의 전력 사용량 예측정보보다 크면 배터리와 연료 전지 및 발전기를 사용할 전원 소스로 결정한다.

이러한 방식으로 배터리를 1순위로 사용할 전원 소스로, 연료 전지를 2순위로 사용할 전원 소스로, 발전기를 3순위로 사용할 전원 소스로 결정한다.

한편, 상기 사용할 전원 소스를 결정하는 과정에서, 배터리의 잔류 용량이 부하의 전력 사용량 예측정보다 크면, 복수의 배터리를 전부 사용할 전원 소스로 사용하는 것이 아니고, 다시 배터리의 잔량의 순서에 따라 사용되는 배터리의 우선순위를 결정하여 사용할 전원 소스를 결정한다. 즉, 배터리의 경우, 잔류 용량이 많은 배터리 스트링을 늦게 떨어뜨리도록 사용할 배터리의 우선순위를 결정한다.

연료 전지나 발전기의 경우에도 각각 우선순위를 정한 후, 차례대로 전원 소스로 사용하도록 제어한다.

이렇게 사용할 전원 소스가 결정되면, 차단기 제어부(215)는 단계 S104에서 상기 전원소스 결정부(214)에서 결정한 전원 소스에 따라 차단기를 선택적으로 제어하여 투입 부하에 전원을 공급한다.

여기서 전원 소스 차단부인 제1 차단부(140)는 제1 전원부(110)의 복수 배터리의 전원 투입을 선택적으로 제어하기 위해서 각각의 배터리별로 차단기가 구비되어 있으며(141 - 144), 제2 차단부(140)도 제2 전원부(120)의 복수 연료전지의 전원 투입을 선택적으로 제어하기 위해서 각각의 연료전지별로 차단기가 구비되어 있으며(151 - 152), 마찬가지로 제3 차단부(160)도 제3 전원부(130)의 복수 발전기의 전원 투입을 선택적으로 제어하기 위해서 각각의 발전기별로 차단기가 구비되어 있다(161 - 163).

이러한 차단기는 배터리별, 연료전지별, 발전기별로 별도로 마련되어 있으므로, 기존과 대용량 차단기를 사용할 필요가 없으며, 저가의 소용량 차단기를 이용하여도 된다. 따라서 차단기 설치 비용을 절감할 수 있게 된다.

전원 소스가 제1 전원부(110)이고, 투입할 배터리가 1번 및 2번 배터리이면, 차단기 제어부(215)는 제1 차단부(140)의 제1 및 제2 차단기(141, 142)만을 온(on)시키고, 나머지 차단기(143, 144)는 오프 상태를 유지한다.

따라서 1번 배터리 및 2번 배터리의 전원만이 선택된 전력 부하에 공급된다.

한편, 상기와 같은 방식으로 부하에 전원을 투입한 상태에서, 단계 S105 및 S106과 같이 부하 가동 후 전원 공급량을 실시간으로 계산하고, 전원 공급량이 부하 전원 사용량보다 크면 전원 소스를 유지 또는 가변하여 부하 전원을 제어한다.

이와는 달리, 부하 가동 후 전원 공급량을 실시간으로 계산하고, 계산한 전원 공급량이 부하 전원 대비 부족하면 단계 S107로 이동하여 부하 중단신호를 발생하고, 단계 S108로 이동하여 전원을 차단한다.

이와 같이 본 발명은 각각의 전원별로 소용량 차단기를 마련하고, 투입 부하에 대응하는 전원만을 잔류 용량에 따라 알맞게 선택하여 공급함으로써, 빠르고 안전하게 전원을 제어할 수 있는 장점이 있다.

또한, 배터리 1, 2, 3, 4, 연료전지 1, 2, 발전기 1, 2, 3과 같이 전원 소스를 순차적으로 투입함으로써, 전원 소스의 활용에 효율성을 도모할 수 있으며, 각각의 전원별로 소용량 차단기를 이용함으로써, 기존과 같이 고가의 단일 대용량 차단기의 사용으로 인한 설치 비용의 부담과 차단기 고장 시 고가의 단일 대용량 차단기를 교체해야 하는 부담을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.

100: 선박 전력 계통
110 - 130: 제1 내지 제3 전원부
140 - 160: 제1 내지 제3 차단부
170: 전력 부하
180: 제4 차단부
200: 전원 관리 수단
210: 전원 관리부
211: 전력 비교부
212: 전력 평균값 추출부
213; 부하별 전력 사용량 예측부
214: 전원 소스 결정부
215; 차단기 제어부
220: 전력계통 모사부
230: 전력 데이터베이스

Claims (10)

1. 선박의 부하에서 사용하는 전원을 수학적으로 예측하여 전원 공급을 제어하는 장치로서,
   복수의 전원 소스와 복수의 전력 부하를 포함하는 선박 전력 계통; 및
   상기 선박 전력 계통과 연동하며, 복수의 전력 부하에 대응하는 투입 전원을 미리 예측하여 예측 전원으로 저장하고, 부하가 투입되면 저장한 예측 전원에 대응하는 전원 소스만을 동작시켜 부하 전원을 제어하는 전원 관리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치.
   
2. 청구항 1에서, 상기 선박 전력 계통은 복수의 전원 소스로 이루어져 전원을 공급하는 제1 내지 제3 전원부; 상기 전원 관리 수단의 제어에 따라 상기 제1 내지 제3 전원부의 전원을 상기 복수의 전력 부하에 선택적으로 공급하는 제1 내지 제3 차단부; 상기 전원 관리 수단의 제어에 따라 상기 제1 내지 제3 차단부를 통해 공급되는 전원을 상기 복수의 전력 부하에 선택적으로 공급하는 제4 차단부; 상기 제4 차단부에서 공급하는 전원으로 동작하는 복수의 전력 부하를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치.
   
3. 청구항 2에서, 상기 제1 전원부는 복수의 배터리이고, 제2 전원부는 복수의 연료 전지이며, 제3 전원부는 복수의 발전기인 것을 특징으로 하는 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치.
   
4. 청구항 2에서, 상기 제1 차단부는 복수의 배터리에 개별적으로 대응하여 독립적으로 개별 배터리의 전원을 공급 또는 차단하는 복수의 차단기로 이루어지며, 제2 차단부는 복수의 연료전지에 개별적으로 대응하여 독립적으로 개별 연료전지의 전원을 공급 또는 차단하는 복수의 차단기로 이루어지며, 제3 차단부는 복수의 발전기에 개별적으로 대응하여 독립적으로 개별 발전기의 전원을 공급 또는 차단하는 복수의 차단기로 이루어진 것을 특징으로 하는 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치.
   
5. 청구항 1에서, 상기 전원 관리 수단은 실시간으로 선박의 전력 계통을 시뮬레이션하고, 시뮬레이션한 전원과 부하 용량을 통해 부하별 전원을 예측하고, 부하별 예측 전원을 생성하는 전력계통 모사부; 실제 선박의 전력 계통에서 투입하고 사용한 전원 및 부하의 정보를 저장하고, 상기 전력계통 모사부에서 생성한 부하별 예측 전원을 저장하며, 상기 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 저장하는 전력 데이터베이스; 상기 실제 사용한 부하의 전원과 예측 전원을 비교하여 그 차이에 따라 부하별 투입 전원을 평균화하여 부하별 전력 사용량 예측정보로 상기 전력 데이터베이스에 저장하며, 부하 투입이 발생하면 상기 전력 데이터베이스에 저장된 해당 부하의 전력 사용량 예측정보와 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 기초로 전원 소스를 결정하여 상기 복수의 전원 소스의 전원 공급을 제어하는 전원 관리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치.
   
6. 청구항 5에서, 상기 전원 관리부는 실제 사용한 부하의 전원과 예측 전원을 비교하여 그 차이를 추출하는 전력 비교부; 상기 전력 비교부에서 추출한 차이에 따라 부하별 투입 전원을 평균화하는 전력 평균값 추출부; 상기 전력 평균값 추출부에서 추출한 전력 평균값을 부하별 전력 사용량 예측정보로 상기 전력 데이터베이스에 저장하는 부하별 전력 사용량 예측부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치.
   
7. 청구항 6에서, 상기 전원 관리부는 부하 투입이 발생하면 상기 전력 데이터베이스에 저장된 해당 부하의 전력 사용량 예측정보와 복수의 전원 소스의 잔류 용량을 기초로 사용할 전원 소스를 결정하는 전원소스 결정부; 상기 전원소스 결정부에서 결정한 전원 소스에 따라 차단기를 선택적으로 제어하여 투입 부하에 전원을 공급하는 차단기 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치.
   
8. 청구항 7에서, 상기 전원소스 결정부는 배터리를 1순위로, 연료 전지를 2순위로, 발전기를 3순위로 설정하고, 사용할 전원 소스를 결정하는 것을 특징으로 하는 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치.
   
9. 청구항 7 또는 청구항 8에서, 상기 전원소스 결정부는 전원 소스가 배터리일 경우, 배터리 잔량의 순서에 따라 사용되는 배터리의 우선순위를 결정하는 것을 특징으로 하는 선박의 부하에 따른 전원 공급제어장치.
   
10. 선박의 부하에서 사용하는 전원을 수학적으로 예측하여 전원 공급을 제어하는 방법으로서,
    (a) 전력 부하에 투입할 전원을 제어하는 전원 관리 수단에서 부하별 전력 사용량을 시뮬레이션하여 생성한 부하별 전력 사용량 예측정보를 전력 데이터베이스에 저장한 상태에서, 부하 투입 신호가 발생하면 상기 전력 데이터베이스로부터 전력 사용량 예측정보를 이용하여 부하 용량을 자동으로 계산하는 단계;
    (b) 상기 전원 관리 수단에서 계산한 부하 용량에 따라 전력 데이터베이스에 저장된 복수의 전원 소스의 잔류용량을 기초로 사용할 전원 소스를 결정하고, 결정한 전원 소스에 따라 차단기를 선택적으로 제어하여 투입 부하에 전원을 공급하여 부하를 가동하는 단계;
    (c) 상기 (b)단계의 부하 가동 후 전원 공급량을 실시간으로 계산하고, 전원 공급량에 따라 전원 소스를 유지 또는 가변하여 부하에 전원을 공급해주는 단계; 및
    (d) 상기 (c)단계에서 부하 가동 후 전원 공급량을 실시간으로 계산하고, 계산한 전원 공급량이 부하 전원 대비 부족하면 부하 중단신호를 발생하고 전원을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 부하에 따른 전원 공급제어방법.
    
    
    
    
    
    

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