KR20220148643A - 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치 - Google Patents

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KR20220148643A KR1020210056004A KR20210056004A KR20220148643A KR 20220148643 A KR20220148643 A KR 20220148643A KR 1020210056004 A KR1020210056004 A KR 1020210056004A KR 20210056004 A KR20210056004 A KR 20210056004A KR 20220148643 A KR20220148643 A KR 20220148643A
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이명훈
김상현
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김재우
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한국조선해양 주식회사
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Abstract

본 발명은 선박 부하장치의 전력부하량이 급격히 증가하는 경우 부하장치의 전력부하량과 발전기의 전력생산량 간의 차이를 출력보상시스템을 통해 보상함으로써 전력부하량의 급격한 변동에 효과적으로 대응할 수 있는 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치는 부하장치의 가동에 따른 전력부하량 신호를 수신하여 발전기의 전력 생산 및 공급, 출력보상장치의 전력 저장 및 공급을 제어하는 전력제어장치; 전력제어장치의 제어 하에 부하장치의 전력부하량 신호에 대응되는 전력이 부하장치에 공급되도록 발전기를 제어하는 발전기 출력 제어부; 전력제어장치의 제어 하에 부하장치가 해당 전력부하량을 발생시키도록 부하장치의 동력장치를 제어하는 부하 출력 제어부; 전력제어장치의 제어 하에 발전기의 전력생산량 증가속도와 부하장치의 전력부하량 증가속도를 계산하고, 부하장치가 목표 전력부하량에 도달하기까지의 발전기 전력생산량과 부하장치 전력부하량 간의 차이값인 부하장치의 전력부족량을 산출하여, 부하장치의 전력부족량만큼 부하장치에 전력이 공급되도록 출력보상장치를 제어하는 출력 보상 제어부; 및 출력 보상 제어부의 제어 하에 부하장치의 전력부족량에 대응되는 전력을 부하장치에 공급하는 출력보상장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치{power management system for ship including power compensation device}
본 발명은 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박 부하장치의 전력부하량이 급격히 증가하는 경우 부하장치의 전력부하량과 발전기의 전력생산량 간의 차이를 출력보상시스템을 통해 보상함으로써 전력부하량의 급격한 변동에 효과적으로 대응할 수 있는 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치에 관한 것이다.
선박에는 전력을 소모하는 다양한 부하장치 예를 들어, 엔진, 펌프, 스러스터(thruster) 등이 구비된다. 발전기에 의해 생산된 전력은 부하장치에 바로 공급되거나 ESS(energy storage system) 등과 같은 에너지저장장치에 저장된다.
일반적으로, 발전기와 ESS는 상호보완적으로 관리된다. 발전기의 잉여 전력은 ESS에 저장되며, 발전기의 생산 전력량보다 부하장치의 필요 전력량보다 크면 ESS로부터 부하장치에 전력이 공급된다. 이러한 발전기와 ESS의 상호보완적 관리를 통해 선박 부하장치에 안정적으로 전력을 공급할 수 있다.
한편, 발전기와 ESS의 운용에 있어서 선박 부하장치로의 안정적인 전력 공급 이외에 발전기의 발전효율이 고려될 필요가 있다. 발전기의 발전효율은 연료 공급량 대비 생산 전력량을 의미하는 것으로서, 발전기의 발전효율은 부하장치로의 전력 공급량과 밀접한 관계를 갖는다. 발전기의 발전효율은 생산 전력량 대비 부하장치로의 전력 공급량이 약 80%일 때 가장 우수한 것으로 알려져 있다. 이러한 점을 고려하여, 한국등록특허 제2039911호는 선박 부하장치 및 ESS를 포함한 부하장치로의 전력 공급량이 약 80%가 되도록 ESS를 제어하는 기술을 제시하고 있다.
그러나, 한국등록특허 제2039911호에 개시된 기술은 발전기의 발전효율에 초점이 맞추어져 ESS를 제어함에 따라, 선박 부하장치에 대용량의 전력부하량이 갑작스럽게 발생하는 경우, 예를 들어 동적위치제어(dynamic positioning)를 위해 스러스터의 출력이 급격히 증가하는 경우 등에 효과적으로 대응할 수 없다.
한국등록특허 제2039911호(2019. 11. 27. 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 선박 부하장치의 전력부하량이 급격히 증가하는 경우 부하장치의 전력부하량과 발전기의 전력생산량 간의 차이를 출력보상시스템을 통해 보상함으로써 전력부하량의 급격한 변동에 효과적으로 대응할 수 있는 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치는 부하장치의 가동에 따른 전력부하량 신호를 수신하여 발전기의 전력 생산 및 공급, 출력보상장치의 전력 저장 및 공급을 제어하는 전력제어장치; 전력제어장치의 제어 하에 부하장치의 전력부하량 신호에 대응되는 전력이 부하장치에 공급되도록 발전기를 제어하는 발전기 출력 제어부; 전력제어장치의 제어 하에 부하장치가 해당 전력부하량을 발생시키도록 부하장치의 동력장치를 제어하는 부하 출력 제어부; 전력제어장치의 제어 하에 발전기의 전력생산량 증가속도와 부하장치의 전력부하량 증가속도를 계산하고, 부하장치가 목표 전력부하량에 도달하기까지의 발전기 전력생산량과 부하장치 전력부하량 간의 차이값인 부하장치의 전력부족량을 산출하여, 부하장치의 전력부족량만큼 부하장치에 전력이 공급되도록 출력보상장치를 제어하는 출력 보상 제어부; 및 출력 보상 제어부의 제어 하에 부하장치의 전력부족량에 대응되는 전력을 부하장치에 공급하는 출력보상장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 출력 보상 제어부는 발전기 전력생산량이 부하장치 전력부하량을 초과하면 출력보상장치를 제어하여 부하장치로의 전력 공급을 차단한다.
복수의 발전기가 구비되고 각 발전기에 독립적인 전력계통이 구비되며, 상기 출력 보상 제어부는 특정 전력계통의 부하장치에 전력부하량 발생신호가 발생되면, 해당 전력계통의 발전기의 전력생산량 증가속도를 계산함과 함께 해당 전력계통의 부하장치의 전력부하량 증가속도를 계산하고, 이를 기반으로 발전기 전력생산량과 부하장치 전력부하량 간의 차이값인 해당 부하장치의 전력부족량을 산출하여, 부하장치의 전력부족량에 대응되는 전력을 출력보상장치를 통해 해당 부하장치로 공급한다.
출력보상장치가 구비되지 않은 특정 전력계통의 부하장치에 전력부하량 발생신호가 발생되면, 상기 전력제어장치는 전력계통 간에 구비되어 있는 차단기를 제어하여 출력보상장치가 구비된 전력계통과 출력보상장치가 구비되지 않은 전력계통을 전기적으로 연결시킨다.
본 발명에 따른 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치는 다음과 같은 효과가 있다.
발전기의 전력생산량 증가속도와 부하장치의 전력부하량 증가속도의 계산에 근거한 부하장치 전력부족량의 산출 그리고 출력보상장치를 통한 부하장치 전력부족량에 대응되는 전력 공급을 통해, 직류 전력계통에 연결된 다양한 부하장치의 급격한 전력부하량 변동에 안정적으로 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치의 구성도.
도 2는 발전기의 전력생산량 증가속도와 부하장치의 전력부하량 증가속도 간의 차이에 기인한 부하장치의 전력부족량 개념을 설명하기 위한 참고도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치의 구성도.
본 발명은 부하장치의 전력부하량이 급격히 증가하여 발전기의 전력생산량이 부하장치의 전력부하량을 충족시키지 못하는 경우에 출력보상시스템을 통해 부하장치에 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 기술을 제시한다.
발전기의 출력을 높여 전력생산량을 증가시키는 경우에 있어서, 발전기가 목표 출력에 도달하기까지 일정 시간이 걸린다. 즉, 발전기의 출력은 시간 경과에 따라 증가되며, 목표 출력에 도달하면 발전기는 해당 목표 출력을 유지하면서 동작된다.
한편, 대용량의 전력부하량을 발생시키는 부하장치의 경우에 있어서도, 부하장치가 목표 전력부하량을 발생시키기까지 부하장치의 전력부하량은 시간 경과에 따라 증가되는 경향을 나타낸다. 즉, 부하장치가 목표 전력부하량을 발생하도록 제어신호가 인가되는 경우, 부하장치의 전력부하량은 시간 경과에 따라 증가되어 일정 시점에 도달하면 부하장치는 목표 전력부하량의 발생을 유지시킨다.
예를 들어, 스러스터(thruster)에 동적위치제어를 위해 대용량의 전력부하량이 발생되도록 제어신호가 인가되면 스러스터는 목표 전력부하량이 발생되도록 전력을 사용함과 함께 발전기는 스러스터의 목표 전력부하량에 대응되는 전력을 공급하게 되는데, 상술한 바와 같이 발전기는 시간 경과에 따라 전력생산량이 증가되는 경향을 나타내고 스러스터 또한 시간 경과에 따라 전력부하량이 증가되는 경향을 나타내는 바, 발전기의 전력생산량 증가속도가 부하장치의 전력부하량 증가속도보다 낮으면 부하장치에 공급되는 전력이 부족하여 부하장치가 목표 전력부하량을 발생시키지 못하게 된다.
발전기의 전력생산량 증가속도와 부하장치의 전력부하량 증가속도 간의 차이는 발전기의 전력생산량과 부하장치의 전력부하량 간의 차이로 정리된다. 즉, 발전기의 전력생산량 증가속도가 부하장치의 전력부하량 증가속도보다 느리면 발전기의 전력생산량이 부하장치의 전력부하량을 충족시키지 못하게 된다.
따라서, 발전기의 전력생산량 증가속도 및 부하장치의 전력부하량 증가속도의 계산을 통해 발전기의 전력생산량과 부하장치의 전력부하량 간의 차이값 즉, 부하장치의 전력부족량을 계산할 수 있다.
본 발명은 발전기의 전력생산량 증가속도 및 부하장치의 전력부하량 증가속도의 계산을 통해 부하장치의 전력부족량을 산출하고, 부하장치의 전력부족량에 대해 출력보상시스템을 통해 부하장치로 전력을 공급하는 기술을 제시한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치는 전력제어장치(110), 발전기 출력 제어부(130), 부하 출력 제어부(140), 출력 보상 제어부(120) 및 출력보상장치(150)를 포함하여 이루어진다.
상기 전력제어장치(110)는 부하장치(20)의 전력 수요에 따라 발전기(10)의 전력 생산 및 공급, 출력보상장치(150)의 전력 저장 및 공급을 제어하는 역할을 한다. 부하장치(20)의 가동에 따라 전력부하량 신호가 전력제어장치(110)에 전달되면, 전력제어장치(110)는 발전기 출력 제어부(130), 부하 출력 제어부(140) 및 출력 보상 제어부(120)를 제어하여 발전기(10)의 전력 생산 및 공급, 출력보상장치(150)의 전력 저장 및 공급을 통해 부하장치(20)의 전력부하량에 대응되는 전력을 부하장치(20)에 공급한다.
상기 발전기 출력 제어부(130)는 전력제어장치(110)의 제어 하에 부하장치(20)의 전력부하량 신호에 대응되는 전력이 부하장치(20)에 공급되도록 발전기(10)를 제어하는 역할을 하며, 상기 부하 출력 제어부(140)는 전력제어장치(110)의 제어 하에 부하장치(20)가 해당 전력부하량을 발생시키도록 부하장치(20)의 동력장치를 제어한다.
상기 출력 보상 제어부(120)는 전력제어장치(110)의 제어 하에 발전기(10)의 전력생산량 증가속도와 부하장치(20)의 전력부하량 증가속도를 계산하고, 부하장치(20)가 목표 전력부하량에 도달하기까지의 발전기(10) 전력생산량과 부하장치(20) 전력부하량 간의 차이값 즉, 부하장치(20)의 전력부족량을 산출하며, 부하장치(20)의 전력부족량만큼 부하장치(20)에 전력이 공급되도록 출력보상장치(150)를 제어하는 역할을 한다.
발전기(10)의 전력생산량 증가속도와 부하장치(20)의 전력부하량 증가속도 간에 차이가 발생된다면 이는 발전기(10) 전력생산량과 부하장치(20) 전력부하량 사이에 차이가 발생됨을 의미한다.
도 2를 참조하면, 발전기(10)의 전력생산량 증가속도와 부하장치(20)의 전력부하량 증가속도 간에 차이가 발생되면, 이를 기반으로 발전기(10) 전력생산량과 부하장치(20) 전력부하량 간의 차이값을 계산할 수 있으며, 발전기(10) 전력생산량과 부하장치(20) 전력부하량 간의 차이값은 부하장치(20)의 전력부족량에 해당되며 도 2의 빗금 친 영역의 면적이 부하장치(20)의 전력부족량에 해당된다.
이와 같이, 출력 보상 제어부(120)는 발전기(10)의 전력생산량 증가속도와 부하장치(20)의 전력부하량 증가속도를 계산을 계산하고 이에 근거하여 발전기(10) 전력생산량과 부하장치(20) 전력부하량 간의 차이값 즉, 부하장치(20)의 전력부족량을 산출할 수 있다. 나아가, 출력 보상 제어부(120)는 출력보상장치(150)를 제어하여 산출된 부하장치(20)의 전력부족량만큼 부하장치(20)에 전력이 공급되도록 한다.
또한, 출력 보상 제어부(120)는 발전기(10) 전력생산량이 부하장치(20) 전력부하량을 초과하여 부하장치(20)의 전력부족량이 존재하지 않게 되면 출력보상장치(150)를 제어하여 부하장치(20)로 전력이 공급되는 것을 차단한다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치를 설명하였는데, 본 발명의 전력관리장치는 직류 전력계통에 보다 효과적으로 적용될 수 있다. 통상, 선박에는 교류 전력계통이 적용되는데, 전력 효율 측면 및 다양한 부하장치(20)를 조합하기 위해서는 직류 전력계통이 유리하나 직류 전력계통을 안정적으로 운용하기 위해서는 부하장치(20)의 전력부하량 변동에 즉각적으로 전력 공급이 가능해야 한다.
본 발명은 발전기(10)의 전력생산량 증가속도와 부하장치(20)의 전력부하량 증가속도의 계산에 근거한 부하장치(20) 전력부족량의 산출 그리고 출력보상장치(150)를 통한 부하장치(20) 전력부족량에 대응되는 전력 공급을 통해, 직류 전력계통에 연결된 다양한 부하장치(20)의 급격한 전력부하량 변동에 안정적으로 대응할 수 있다.
한편, 본 발명의 전력관리장치는 복수의 발전기(10)에 기반한 복수의 전력계통이 구비되는 경우에도 적용할 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이 선박 내에 복수의 발전기(10)가 구비되고 각 발전기(10)에 독립적인 전력계통이 구비되는 경우, 하나의 출력보상장치(150)를 통해 특정 전력계통의 부하장치(20)에 상술한 바와 같은 부하장치(20)의 전력부족량에 대응되는 전력을 공급할 수 있다. 이 경우, 출력 보상 제어부(120)는 특정 전력계통의 부하장치(20)에 전력부하량 발생신호가 발생되면, 해당 전력계통의 발전기(10)의 전력생산량 증가속도를 계산함과 함께 해당 전력계통의 부하장치(20)의 전력부하량 증가속도를 계산하고, 이를 기반으로 발전기(10) 전력생산량과 부하장치(20) 전력부하량 간의 차이값 즉, 해당 부하장치(20)의 전력부족량을 산출하여, 부하장치(20)의 전력부족량에 대응되는 전력을 출력보상장치(150)를 통해 해당 부하장치(20)로 공급할 수 있다.
이와 같은 구성은 상술한 바와 같이, 복수의 전력계통이 구비되고 특정 전력계통에만 출력보상장치(150)가 구비되는 경우에 적용되고, 출력보상장치(150)가 구비되지 않은 다른 전력계통의 부하장치(20)에 상술한 바와 같은 과정을 통해 전력이 공급되는 경우, 전력제어장치(110)는 전력계통 간에 구비되어 있는 차단기를 제어하여 출력보상장치(150)가 구비된 전력계통과 출력보상장치(150)가 구비되지 않은 전력계통을 전기적으로 연결시킨다. 전력계통이 서로 연결됨에 따라, 출력보상장치(150)의 전력이 다른 전력계통의 부하장치(20)에 공급될 수 있다.
도 1 및 도 3에 적용되는 출력보상장치(150)는 전력저장장치와 교류전력을 직류전력으로 변환시키는 컨버터의 조합으로 구성될 수 있으며, 전력저장장치는 ESS(energy storage system) 또는 연료전지로 구성할 수 있다.
10 : 발전기 20 : 부하장치
110 : 전력제어장치 120 : 출력 보상 제어부
130 : 발전기 출력 제어부 140 : 부하 출력 제어부
150 : 출력보상장치

Claims (4)

  1. 부하장치의 가동에 따른 전력부하량 신호를 수신하여 발전기의 전력 생산 및 공급, 출력보상장치의 전력 저장 및 공급을 제어하는 전력제어장치;
    전력제어장치의 제어 하에 부하장치의 전력부하량 신호에 대응되는 전력이 부하장치에 공급되도록 발전기를 제어하는 발전기 출력 제어부;
    전력제어장치의 제어 하에 부하장치가 해당 전력부하량을 발생시키도록 부하장치의 동력장치를 제어하는 부하 출력 제어부;
    전력제어장치의 제어 하에 발전기의 전력생산량 증가속도와 부하장치의 전력부하량 증가속도를 계산하고, 부하장치가 목표 전력부하량에 도달하기까지의 발전기 전력생산량과 부하장치 전력부하량 간의 차이값인 부하장치의 전력부족량을 산출하여, 부하장치의 전력부족량만큼 부하장치에 전력이 공급되도록 출력보상장치를 제어하는 출력 보상 제어부; 및
    출력 보상 제어부의 제어 하에 부하장치의 전력부족량에 대응되는 전력을 부하장치에 공급하는 출력보상장치;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 출력 보상 제어부는 발전기 전력생산량이 부하장치 전력부하량을 초과하면 출력보상장치를 제어하여 부하장치로의 전력 공급을 차단하는 것을 특징으로 하는 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 복수의 발전기가 구비되고 각 발전기에 독립적인 전력계통이 구비되며,
    상기 출력 보상 제어부는 특정 전력계통의 부하장치에 전력부하량 발생신호가 발생되면, 해당 전력계통의 발전기의 전력생산량 증가속도를 계산함과 함께 해당 전력계통의 부하장치의 전력부하량 증가속도를 계산하고, 이를 기반으로 발전기 전력생산량과 부하장치 전력부하량 간의 차이값인 해당 부하장치의 전력부족량을 산출하여, 부하장치의 전력부족량에 대응되는 전력을 출력보상장치를 통해 해당 부하장치로 공급하는 것을 특징으로 하는 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 출력보상장치가 구비되지 않은 특정 전력계통의 부하장치에 전력부하량 발생신호가 발생되면, 상기 전력제어장치는 전력계통 간에 구비되어 있는 차단기를 제어하여 출력보상장치가 구비된 전력계통과 출력보상장치가 구비되지 않은 전력계통을 전기적으로 연결시키는 것을 특징으로 하는 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치.
KR1020210056004A 2021-04-29 2021-04-29 출력보상시스템을 구비한 선박 전력관리장치 KR20220148643A (ko)

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KR102039911B1 (ko) 2018-05-28 2019-11-27 삼성중공업 주식회사 선박 ess 제어 시스템 및 방법

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