KR20200102234A

KR20200102234A - 선박용 전력 공급 시스템

Info

Publication number: KR20200102234A
Application number: KR1020190020616A
Authority: KR
Inventors: 이의영
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2020-08-31
Also published as: KR102160874B1

Abstract

실시예들은 가변 RPM으로 운전 가능한 발전기; 상기 발전기의 전력을 추진 모터(propulsion motor)를 포함한 선내 부하로 전달하는 제1 배전반; 및 선박의 운항 모드에 따라 상기 가변 RPM 발전기의 운전을 제어하는 제어부를 포함하는 선박용 전력 공급 시스템과 관련된다. 실시예들에 따르면 선내 요구 부하 용량이 줄어드는 경우 이에 대응하여 발전 용량을 감소시킬 수 있도록 구성되며, 정류기가 발전기 출력단에 설치되지 않고 상대적으로 저렴한 교류(AC) 계통으로 구성되어, 직류(DC) 그리드 시스템과 비교하여 시스템 구축 비용이 저렴하다.

Description

선박용 전력 공급 시스템{POWER SUPPLYING SYSTEM FOR SHIP}

본 발명은 선박용 전력 공급 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가변 RPM 발전기를 이용하면서, 발전기 출력단에 정류기를 설치하지 않고 값비싼 직류(DC) 주배전반(main switchboard)이 아닌 저렴한 교류(AC) 주배전반을 이용함으로써 낮은 비용으로 연료 소모의 효율성을 높일 수 있는 선박용 전력 공급 시스템에 관련된다

최근 전기/전자 기술의 발전으로 인해, 선박 내 전력 부하(또는 선내 부하로 지칭됨)는 많아지고 다양해지는 추세이다. 따라서, 모터, 컨슈머와 같은 선내 부하의 특성에 따라 효율적으로 전력을 공급하는 전력 공급 시스템이 요구된다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 고정 RPM 발전기 기반 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 선박용 전력 공급 시스템(1)은 고정 RPM 발전기 기반 전력 공급 시스템으로서, 고정 RPM 발전기(11, 12, 13, 14)를 포함한 발전부(10), 고압이 적용된 교류 주배전반(AC main switchboard)(30), 교류(AC) 주배전반(30)에 연결된 모터, 부배전반(auxiliary switchboard)(71, 72, 73, 74), 컨슈머(81, 82, 83, 84), 차단기(88, 89) 및 전력 공급을 제어하는 제어부(90)를 포함한다.

종래의 일 실시예에서, 모터는 추진 모터(41, 44), 항해시 구동하는 단일 속도 모터(42, 45) 비항해시 구동하는 단일 속도 모터(43, 46)를 포함하고, 추진 모터(41, 44)는 변압기(61, 65) 및 VFD(Variable Frequency Drive)(51, 52)를 통해 전력을 공급 받는다. 부배전반(71, 72, 73, 74)은 변압기(62, 63, 66, 67)를 통해 주배전반(30)의 전력을 전달 받는다. 부배전반(71)은 항해를 위해 전력을 소모하는 컨슈머(81, 84), 비항해를 위해 전력을 소모하는 컨슈머(82, 83)로 전력을 공급한다.

종래의 시스템(1)은 발전부(10)에 포함된 발전기(11, 12, 13, 14)가 고정 RPM으로 운전하게 하는 제어부(90)의 제어 신호에 기초하여 (예컨대, 60Hz와 같은) 고정 주파수를 갖는 전력을 생산한다. 상기 고정 주파수를 갖는 전력은 교류 주배전반(AC main switchboard)(30)을 통해 부배전반(auxiliary switchboard)(50)으로 전달되어 부배전반(71, 72, 73, 74)에 연결된 선박 내 컨슈머들(81, 82, 83, 84)에 전력이 공급되도록 구성된다.

이러한 도 1의 구조를 갖는 시스템(1)은 시스템의 구성하는 것이 간단하기 때문에, 경제적인 전력 공급/분배 시스템의 구성이 가능하여 선박 분야에서 널리 사용되어 왔다. 그러나, 선박 운행 도중에 부하 특성이 변경될 경우, 비효율적인 문제가 있다. 구체적으로, 특정 시간(예컨대, 감속운행에 의해 추진모터의 회전수가 감소하는 경우)에는 선내 요구 부하 용량이 감소할 수 있다. 그러나, 도 1의 시스템(1)은 고정 RPM 발전기를 이용하기 때문에 선내 요구 부하 용량이 감소함에도 불구하고 시스템(1)에서 요구하는 고정 주파수를 갖는 전력을 생산하기 위해 고정 RPM 으로 계속 운전하므로, 연료 소모 측면에서 효율성이 좋지 않다.

이를 해결하기 위해, 직류(DC) 배전반 기반의 가변 RPM 발전기를 이용한 기술이 개발되었다. 상기 기술은 "직류(DC) 그리드(Grid)" 시스템으로 널리 알려져 있으며, 낮은 선내 요구 부하 용량에서도 연료 소모의 효율성을 높이기 위해, 교류(AC) 주배전반 대신 직류(DC) 주배전반이 적용하고, 고정 주파수가 필요한 각 부배전반의 입력단에는 VFD(Variable Frequency Drive)를 설치함으로써 각 부배전반의 부하가 원하는 주파수로 변환시킨 뒤 부하들에게 전력을 공급하도록 구성된다.

예를 들어, 직류(DC) 그리드 시스템은 가변 RPM 발전기가 선내 요구 용량이 경부하 시에는 낮은 RPM으로 운전하게 하고 중부하 시에는 높은 RPM으로 운전하게 한다. 이에 따르는 가변적인 주파수의 전력은 발전기 출력단에 정류기(rectifier)를 설치하여 직류(DC)로 변환하고 직류(DC) 주배전반에 전달한 후, 각 60Hz를 갖는 전력이 필요한 모터들이 연결된 부배전반의 입력단에 인버터를 설치하여 60Hz의 전력을 공급한다.

이와 같이, 상기 직류(DC) 그리드 시스템은 주배전반에 직류(DC)가 적용되고 정류기(Rectifier)가 설치되어 RPM 및 주파수를 고정할 필요가 없다. 따라서, 낮은 부하에서는 낮은 RPM으로 운전시켜 연료 소모의 효율성을 향상시킬 수 있는 솔루션이다.

그러나, 직류(DC) 배전반을 사용하는 직류(DC) 그리드 시스템은 교류(AC) 배전반을 사용하는 시스템에 비해 시스템 구축 비용이 많이 소모된다. 결국, 직류(DC) 그리드 시스템은 CAPEX(Capital expenditures) 측면의 부담이 너무 커서 널리 활용되지 못하는 한계가 있다.

공개특허공보 제10-2017-0118285호

본 발명의 일 측면에 따르면 가변 RPM 발전기를 이용하면서, 발전기 출력단에 정류기를 설치하지 않고 값비싼 직류(DC) 주배전반(main switchboard)가 아닌 저렴한 교류(AC) 주배전반을 이용함으로써 낮은 비용으로 연료 소모의 효율성을 높일 수 있는 선박용 전력 공급 시스템이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박용 전력 공급 시스템은 가변 RPM으로 운전 가능한 발전기; 상기 발전기의 전력을 추진 모터(propulsion motor)를 포함한 선내 부하로 전달하는 제1 배전반; 및 선박의 운항 모드에 따라 상기 가변 RPM 발전기의 운전을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 추진 모터의 구동 관련 신호에 기초하여 항해 모드 또는 비항해 모드를 결정하고, 결정된 모드에 기초하여 상기 발전기의 운전을 제어하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 추진 모터의 구동 신호(Run signal)을 수신하면 항해 모드로 결정하고, 상기 추진 모터의 정지 신호를 수신하면 비항해 모드로 결정하도록 더 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제어부는, 상기 결정된 운항 모드가 항해 모드인 경우, 선내 부하의 변화에 따른 선내 부하 용량에 대응하는 RPM으로 상기 발전기를 운전하게 하고, 상기 결정된 운항 모드가 비항해 모드인 경우, 고정 RPM으로 상기 가변 RPM 발전기를 운전하게 하도록 더 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 선내 부하 용량에 대응하는 RPM은 상기 추진 모터의 전력 선속에 기초하여 결정된 선내 부하 용량별로 미리 설정된 RPM일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 선박용 전력 공급 시스템은 상기 추진 모터와 상기 제1 배전반 사이에 설치되어, 상기 추진 모터의 모터 속도를 제어하는 VFD(Variable Frequency Drive)를 더 포함하할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 배전반에 적용되는 제1 전압 보다 낮은 제2 전압이 적용되는 제2 배전반; 상기 제1 배전반과 제2 배전반 사이에 설치되는 감압 변압기; 및 상기 제2 배전반을 통해 전력을 공급 받는 단일 속도 모터(single speed motor)를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 선박용 전력 공급 시스템은, 상기 단일 속도 모터와 제2 배전반 사이에 입력단의 전압을 승압한 전압을 출력하는 승압 변압기를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 단일 속도 모터는 상기 제2 전압 보다 높은 전압이 적용되도록 구성된다.

일 실시예에서, 상기 단일 속도 모터는 상기 제1 전압 보다 낮은 전압이 적용되도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 전력 공급 시스템은 가변 RPM 발전기를 이용하여 선내 요구 부하 용량이 줄어드는 경우 이에 대응하여 발전 용량을 감소시킬 수 있다. 그 결과 연료 소모의 효율성이 증가하여, OPEX(Operating Expenses) 절감 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 선박용 전력 공급 시스템은 정류기가 발전기 출력단에 설치되지 않고 상대적으로 저렴한 교류(AC) 계통으로 구성되어, 직류(DC) 그리드 시스템과 비교하여 시스템 구축 비용이 저렴하다. 그 결과, CAPEX 부담이 크지 않다.

따라서, 본 발명에 따른 선박용 전력 공급 시스템은 OPEX 절감 및 낮은 CAPEX 부담의 효과를 모두 얻을 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 고정 RPM 발전기 기반 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 시스템 구조도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 공급의 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 부배전반에 연결된 선내 부하를 더욱 상세하게 도시한 개략도이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 기재된 특징, 영역, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 및/또는 성분을 구체화하는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 영역, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 및/또는 성분의 존재 또는 부가를 제외시키는 것이 아니다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박용 전력 공급 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 2를 참조하면, 선박용 전력 공급 시스템(100)은 발전부(110); 주배전반(130); 선내 부하 및 제어부(190)를 포함한다. 여기서, 선박용 전력 공급 시스템(100)의 선내 부하는 요구되는 선내 부하 용량이 상황에 따라 상이하도록 가변적이다. 예를 들어, 도 2의 선박용 전력 공급 시스템(100)이 적용된 선박은 항해 모드에서는 선내 부하 용량이 상대적으로 많이 요구되고 선속에 따라 가변적이며, 비항해 모드에서는 선내 부하 용량이 상대적으로 적게 요구되도록 구성될 수 있다.

본 명세서에서, 항해 모드는 선박의 운항 모드의 일 측면으로서, 추진 장치가 추력을 발생시키는 모드이다.

한편, 본 명세서에서, 비항해 모드는 선박의 운항 모드의 다른 일 측면으로서, 추진 장치가 동작하지 않아 추력이 발생하지 않는 모드이다. 일 예에서, 비항해 모드는 터미널 정박 후 하역(cargo handling) 모드를 포함할 수 있다.

실시예들은 전적으로 하드웨어이거나, 전적으로 소프트웨어이거나, 또는 부분적으로 하드웨어이고 부분적으로 소프트웨어인 측면을 가질 수 있다. 예컨대, 제어부(190)는 데이터 처리 능력이 구비된 하드웨어 및 이를 구동시키기 위한 운용 소프트웨어를 통칭할 수 있다. 본 명세서에서 "부(unit)", "모듈(module)", "장치", 또는 "시스템" 등의 용어는 하드웨어 및 해당 하드웨어에 의해 구동되는 소프트웨어의 조합을 지칭하는 것으로 의도된다. 예를 들어, 하드웨어는 CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit) 또는 다른 프로세서(processor)를 포함하는 데이터 처리 기기일 수 있다. 또한, 소프트웨어는 실행중인 프로세스, 객체(object), 실행파일(executable), 실행 스레드(thread of execution), 프로그램(program) 등을 지칭할 수 있다.

발전부(110)는 가변 RPM으로 운전 가능하여 가변 주파수를 갖는 전력을 생산 가능하도록 구성된다. 예를 들어, 발전부(110)는 가변 RPM 발전기를 포함할 수 있다. 발전부(110)에 의해 생성되는 전력은 교류(AC) 배전이 가능한 교류 전력이다.

일 실시예에서, 발전부(110)는 시스템 안정성을 높이기 위해 복수의 발전기(예컨대, 111, 112, 113, 114)를 포함할 수 있다. 이하, 설명의 명료성을 위해, 발전부(110)는 4개의 발전기(111, 112, 113, 114)를 포함하는 것으로 서술하나, 이에 제한되진 않는다.

상기 발전부(110)는 주배전반(130)을 통해 선내 부하에 전력을 공급한다. 여기서, 발전부(110)의 출력단에는 정류기가 설치되지 않고, 주배전반(130)으로 별도의 변환 장치 없이 바로 연결된다.

주배전반(130)은 고압이 적용되어 발전부(110)에서 생성된 교류(AC) 전력을 선내 부하로 전달한다. 주배전반(130)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 선내 부하(예컨대, 컨슈머)에 전력을 공급한다.

일 실시예에서, 주배전반(130)이 전력을 공급하는 부하는 추진 모터(141, 144), 단일 속도 모터(142, 143, 145, 146) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 추진 모터(141, 144)는 선박 내 추진 장치가 추력을 발생하게 하는 모터이다. 추진 모터(141, 144)는 요구되는 선속에 따라 가변적으로 추진 모터 속도가 제어된다. 일부 실시예에서, 요구되는 선속은 사용자에 의해 결정되거나, 시스템(100)에 미리 설정될 수 있다.

일 실시예에서, 추진 모터(141, 144)는 VFD(Variable Frequency Drive)(151, 153)에 의해 모터 속도가 제어되는 VFD 구동 모터(VFD driven motor)일 수 있다. VFD(151, 153)은 추진 모터(141, 144)의 모터 속도를 제어하고, 추진 모터(141, 144)가 구동하는지를 나타내는 구동 관련 신호를 생성하게 한다.

일 실시예에서, 추진 모터(141, 144)에 주배전반(130)의 전압 보다 낮은 전압이 적용되는 경우, 높은 전압을 입력 받아 낮은 전압을 출력하도록 구성된 감압 변압기(161, 165)가 설치되고, 상기 감압 변압기(161, 165)를 통해, 도 2에 도시된 바와 같이, 추진 모터(141, 144)에 전력이 공급될 수 있다.

단일 속도 모터(single speed motor)(142, 143, 145, 146)는 항해시 동작하는 단일 속도 고압 모터(single speed HV motor)(142, 145), 비항해시 동작하는 단일 속도 고압 모터(143, 146)를 포함한다.

일 실시예에서, 선박용 전력 공급 시스템(100)은 스위치, 단로기, 차단기 등을 더 포함하여, 시스템에서 발생하는 사고의 확산을 차단할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 사고 발생 시 선박용 전력 공급 시스템(100)의 서브 전력 계통을 분리하도록 구성된 차단기(188, 189)가 설치될 수 있다. 발전기 고장 등과 같은 사고가 발생한 경우, 차단기(188 및/또는 189)가 오픈되어 배전반 간의 연결이 차단되는 고립 구조(island construction)가 형성되어, 사고 여파가 다른 배전반으로 확대되지 않는다.

이러한 선박용 전력 공급 시스템(100)은 추진 모터(141, 144) 및 VFD(151, 153)에 기초하여 시스템의 연료 효율을 향상시킬 수 있다.

추진 모터(141, 144)가 구동하지 않는 비항해 모드에서는 선박용 전력 공급 시스템(100)은 비항해 모드에서의 선내 부하 용량이 항해 모드에서의 선내 부하 용량 보다 적게 요구된다. 또한, 항해 시에는 상황에 따라서 추진 모터(141, 144)이 모터 속도의 변화가 발생할 수 있어, 항해 모드에서의 부하 용량은 가변적일 수 있다.

이와 같이, 선박용 전력 공급 시스템(100)의 선내 부하 용량은 가변적이므로, 모드에 따른 선내 부하 용량에 기초하여 미리 설정된 RPM 값에 따라 발전기를 가변적으로 운전하여, 소모 연료를 절감한다. 이러한 전력 공급의 제어는 제어부(190)에 의해 수행된다.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 전력 공급의 제어를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 제어부(190)는 추진 모터(141, 144)의 구동 관련 신호(예컨대, 구동 신호(Run signal) 및/또는 정지 신호(Stop signal))를 수신하고, 발전부(110)의 발전기(예컨대, 111, 112, 113, 114 등)의 운전 속도를 제어함으로써, 전력 공급을 제어한다. 일 실시예에서, 제어부(190)는 IAS(Integrated Automation System)(191), PMS(Power Management System)(192), 가버너(193) 등을 포함할 수 있다.

선박용 전력 공급 시스템(100)(예컨대, 제어부(190))은 추진 모터(141, 144)로부터 구동 신호가 발생하면 항해 모드, 정지 신호가 발생하면 비항해 모드로 시스템의 운항 모드를 결정한다. 일 실시예에서, 상기 구동 신호 및/또는 정지 신호를 포함한 구동 관련 신호는 IAS(191) 및 PMS(192)로 전달된다. PMS(192)는 수신한 구동 관련 신호에 기초하여 시스템 환경이 항해 모드인지 비항해 모드인지를 나타내는 모드 신호를 가버너(193)에 전송한다. 예를 들어, PMS(192)는 수신한 구동 관련 신호가 구동 신호인 경우 항해 모드로 결정하고, 항해 모드를 나타내는 항해 모드 신호를 가버너(193)에 전달한다. 한편, PMS(192)는 수신한 구동 관련 신호가 정지 신호인 경우 비항해 모드로 결정하고, 비항해 모드를 나타내는 비항해 모드 신호를 가버너(193)에 전달한다.

가버너(193)는 수신한 모드 신호에 기초하여 발전부(110)의 발전기의 운전을 제어한다. 가버너(193)는 항해 모드 신호를 수신한 경우, 발전기가 부하 변화에 따라 가변 RPM으로 운전하게 하고, 반면 비항해 모드 신호를 수신한 경우, 발전기가 고정 RPM으로 운전하게 설정된다.

항해 모드에서 선내 부하 용량의 대부분은 추진 모터(141, 144)가 차지한다. 항해 모드인 경우, 선박용 전력 공급 시스템(100)은 요구되는 전력 선속에 따라 가변적으로 추진 모터(141, 144)의 모터 속도를 VFD(151, 152)를 이용하여 제어함으로써, 발전부(110)의 엔진 부하도 가변적이게 된다. 선박용 전력 공급 시스템(100)은 발전부(110)의 엔진을 선내 부하 용량별로 미리 설정된 최적 RPM 값에 따라 가변적으로 운전하게 한다.

일 실시예에서, 선박용 전력 공급 시스템(100)은 발전부(110)의 엔진을 (예컨대, 제어부(190)에 의해) 항해 모드에서 가변적인 부하 변동에 따른 선내 부하 용량에 대응하는 RPM 값으로 운전하게 구성될 수 있다. 여기서, 가변적인 부하 변동에 대응하는 RPM 값은 추진 모터(141, 144)의 전력 선속에 기초하여 결정된 선내 부하 용량의 전력을 발전하기 위한 최적 RPM 값으로 미리 설정된다.

예를 들어, 선박용 전력 공급 시스템(100)은 제1 선내 부하 용량에 대하여, 제1 RPM 값을 미리 설정하고, 또한 제1 선내 부하 용량 보다 더 큰 제2 선내 부하 용량에 대하여, 제1 RPM 값 보다 더 큰 제2 RPM 값으로 미리 설정한 뒤, 전력 선속에 기초하여 제1 선내 부하 용량 또는 제2 선내 부하 용량이 결정된 경우, 해당되는 미리 설정된 RPM 값으로 발전부(110)의 엔진을 운전하게 한다.

이러한 선내 부하 용량별 RPM 값에 따른 운전에 의해, 시스템의 연료 소모를 최소화할 수 있다. 한편, 비항해 모드에서는 추진 모터(141, 144)가 동작하지 않아, 발전부(110)의 엔진의 부하 변동이 항해 모드에 비해 빈번하게 발생하지 않는다. 따라서, 선박용 전력 공급 시스템(100)은 발전부(110)의 엔진을 부하 변화에 관계없이 고정 RPM으로 운전하게 한다.

일 실시예에서, 비항해모드에서의 고정 RPM은 부하 용량과 관계없이 정격 RPM으로 설정될 수 있다. 비항해모드에서는 고정 주파수(예컨대, 60Hz)를 공급해야 하기 때문이다.

이와 같이, 전력 공급 시스템(100)은 VFD(151, 152)를 이용하여 추진 모터(141, 144)의 모터 속도를 제어하고, 추진 모터(141, 144)의 구동 관련 신호에 기초하여 미리 설정된 RPM 값으로 발전부(110)의 엔진을 운전시켜 시스템(100)의 연료 효율성을 향상시킨다.

또한, 주배전반(130)은 부배전반(auxiliary switchboard)에 전력을 전달하여 주배전반(130)을 통해 전력을 공급 받는 모터(141, 143, 144, 146) 이외의 다른 선내 부하(예컨대, 컨슈머(consumer) 등)에 전력이 공급되게 한다.

도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 부배전반에 연결된 선내 부하를 더욱 상세하게 도시한 개략도이다.

도 4를 참조하면, 선박용 전력 공급 시스템(100)은 부배전반(171, 172, 173, 174)를 통해 전력을 공급 받는 선내 부하를 포함할 수 있다. 여기서, 부배전반을 통해 전력을 공급 받는 선내 부하는 컨슈머(181, 182, 183, 184) 및/또는 단일 속도 모터(142, 145)를 포함할 수 있다. 상기 도 4의 단일 속도 모터(142, 145)는 도 1의 단일 속도 모터(42, 45)에 대응한다.

상기 컨슈머(181, 182, 183, 184)에 적용되는 전압이 교류(AC) 주배전반(130)의 전압 보다 낮은 경우, 감압 변압기(162, 163, 166, 167)가 주배전반(130) 및 부배전반(171, 172, 173, 174) 사이에 설치될 수 있다.

선박용 전력 공급 시스템(100)은 상기 다른 부하의 기능에 따라 전력을 공급 받는 부배전반이 상이하게 구성될 수 있다. 부배전반(171)은 항해를 위한 컨슈머(181, 184)에 전력을 공급하고, 다른 부배전반(172, 173, 174)은 비항해를 위한 컨슈머(182, 183)를 포함한다. 여기서, 항해를 위한 컨슈머(181, 184)는 항해 모드에서 전력을 소모하는 선내 부하를 포함하며, 비항해를 위한 컨슈머(182, 183)는 비항해 모드에서 전력을 소모하는 선내 부하를 포함한다.

다시 도 1을 참조하면, 종래에는 고정 RPM 발전기를 이용하기 때문에 항해시 동작하는 추진 모터(41, 44) 및 단일 속도 모터(42, 45), 그리고 비항해시 동작하는 단일 속도 모터(43, 46)가 교류(AC) 주배전반(30)에 연결되어도 각 부하의 동작에는 문제가 없다.

그러나, 본 발명의 선박용 전력 공급 시스템(100)은, 전술한 바와 같이, 발전부(110) 출력단에 정류기를 설치하지 않아, 항해 모드에서 발전부(110)의 발전기가 가변적으로 동작할 때 가변 주파수가 교류(AC) 주배전반(130) 및 부배전반(171 내지 174)에 그대로 전달된다.

추진 모터(141, 144)는 VFD(151, 153)의 존재로 인해, 가변 주파수를 갖는 가변적인 전력을 주배전반(130)을 통해 공급 받아도 가변 주파수가 추진 모터(141, 144)의 동작에 영향을 미치지 않는다.

그리고, (예컨대 단일 속도 모터(143, 146), 컨슈머(182, 183, 184) 등을 포함한) 비항해 모드에서 동작하는 선내 부하는 발전기가 가변적으로 동작하는 항해 시에는 동작하지 않아 전력이 공급될 필요가 없다. 따라서, 비항해 모드에서 동작하는 선내 부하 역시 교류(AC) 주배전반(130)에 연결되어도 가변 주파수가 부하 동작에 영향을 미치지 않는다.

한편, 항해시 동작하는 선내 부하는 고정 주파수를 갖는 전력을 소모하는 부하(예컨대, 단일 속도 모터(142, 145))를 포함할 수 있다. 따라서, 단일 속도 모터(142, 145)와 교류(AC) 주배전반(130) 사이에 VFD(153, 154)가 설치되어, 선박용 전력 공급 시스템(100)은 항해 모드에서, 도 2에 도시된 바와 같이, VFD(153, 154)에 의해 교류(AC) 부배전반(130)의 가변 주파수와 관계 없이 항상 일정한 주파수를 갖는 전력을 부배전반(171, 174)로 전달한다.

추가적으로, 부배전반(171, 174)의 출력단의 구성은 단일 속도 모터(142, 145)의 특성에 의존한다.

일 실시예에서, 단일 속도 모터(142, 145)가 부배전반(171, 174)의 전압 보다 높은 전압이 적용되도록 구성된 경우 (예컨대, 단일 속도 모터(142, 145)가 도 1의 단일 속도 모터(42, 45)와 동일한 경우), 부배전반(171, 174)와 단일 속도 모터(142, 145) 사이에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 승압 변압기(step-up transformer)(164, 168)를 설치하여 단일 속도 모터(142,145)에 전력을 공급한다.

다른 일 실시예에서, 단일 속도 모터(142, 145)는 주배전반(130)의 전압 보다 낮은 전압(예컨대, 컨슈머(181, 184)과 같이 부배전반(171, 174)의 전압)이 적용되도록 구성될 수 있다. 상기 실시예에서, 선박용 전력 공급 시스템(100)은 단일 속도 모터(142, 145)를 위한 승압 변압기(164, 168)를 포함하지 않는다.

이와 같은 선박용 전력 공급 시스템(100)은 가변 RPM 발전기를 이용하여 선내 요구 부하 용량이 줄어드는 경우 이에 대응하여 발전 용량을 감소시킬 수 있다. 그 결과 연료 소모의 효율성이 증가하여, OPEX(Operating Expenses) 절감 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 실시예들에 따른 선박용 전력 공급 시스템에 의한 동작은 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램으로 구현되어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 예를 들어, 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터-판독가능 매체로 구성되는 프로그램 제품과 함께 구현되고, 이는 기술된 임의의 또는 모든 단계, 동작, 또는 과정을 수행하기 위한 프로세서에 의해 실행될 수 있다.

상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등을 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 또한, 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트(segment)들은 본 실시예가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

1, 100 : 선박용 전력 공급 시스템
10, 110 : 발전부
11, 12, 13, 14, 111, 112, 113, 114 : 발전기
30, 130 : 주배전반
141, 144 : 추진 모터
142, 143, 145, 146 : 단일 속도 모터
51, 52, 151, 152, 153, 154 : VFD
61, 62, 63, 65, 66, 67, 161, 162, 163,165, 166, 167 : 감압 변압기
164, 168 : 승압 변압기
71, 72, 73, 74, 171, 172, 173, 174 : 부배전반
81, 84, 181, 184 : 항해용 컨슈머
82, 83, 182, 183 : 비항해용 컨슈머
88, 89, 188, 189 : 차단기

Claims

선박용 전력 공급 시스템에 있어서,
가변 RPM으로 운전 가능한 발전기;
상기 발전기의 전력을 추진 모터(propulsion motor)를 포함한 선내 부하로 전달하는 제1 배전반; 및
선박의 운항 모드에 따라 상기 가변 RPM 발전기의 운전을 제어하는 제어부를 포함하는 선박용 전력 공급 시스템.
제1항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 추진 모터의 구동 관련 신호에 기초하여 항해 모드 또는 비항해 모드를 결정하고, 결정된 모드에 기초하여 상기 발전기의 운전을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선박용 전력 공급 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 추진 모터의 구동 신호(Run signal)을 수신하면 항해 모드로 결정하고,
상기 추진 모터의 정지 신호를 수신하면 비항해 모드로 결정하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 선박용 전력 공급 시스템.
제2항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 결정된 운항 모드가 항해 모드인 경우, 선내 부하의 변화에 따른 선내 부하 용량에 대응하는 RPM으로 상기 발전기를 운전하게 하고,
상기 결정된 운항 모드가 비항해 모드인 경우, 고정 RPM으로 상기 가변 RPM 발전기를 운전하게 하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 선박용 전력 공급 시스템.
제4항에 있어서,
상기 선내 부하 용량에 대응하는 RPM은 상기 추진 모터의 전력 선속에 기초하여 결정된 선내 부하 용량별로 미리 설정된 RPM인 것을 특징으로 하는 선박용 전력 공급 시스템.
제1항에 있어서,
상기 추진 모터와 상기 제1 배전반 사이에 설치되어, 상기 추진 모터의 모터 속도를 제어하는 VFD(Variable Frequency Drive)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 전력 공급 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 배전반에 적용되는 제1 전압 보다 낮은 제2 전압이 적용되는 제2 배전반;
상기 제1 배전반과 제2 배전반 사이에 설치되는 감압 변압기; 및
상기 제2 배전반을 통해 전력을 공급 받는 단일 속도 모터(single speed motor)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 전력 공급 시스템.
제7항에 있어서,
상기 단일 속도 모터와 제2 배전반 사이에 입력단의 전압을 승압한 전압을 출력하는 승압 변압기를 더 포함하고,
상기 단일 속도 모터는 상기 제2 전압 보다 높은 전압이 적용되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선박용 전력 공급 시스템.
제7항에 있어서,
상기 단일 속도 모터는 상기 제1 전압 보다 낮은 전압이 적용되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 선박용 전력 공급 시스템.