KR20230102190A - 선박의 전력 제어 방법 및 그 장치 - Google Patents

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KR20230102190A
KR20230102190A KR1020210192130A KR20210192130A KR20230102190A KR 20230102190 A KR20230102190 A KR 20230102190A KR 1020210192130 A KR1020210192130 A KR 1020210192130A KR 20210192130 A KR20210192130 A KR 20210192130A KR 20230102190 A KR20230102190 A KR 20230102190A
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권기용
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Abstract

발전기가 전력을 공급하고 있는 발전기 부하를 계산하고, 발전기 부하와 저장된 최대 효율 부하를 비교하고, 발전기 부하가 최대 효율 부하를 초과하는 경우, 적어도 하나의 배터리의 SOC를 검출하여, 적어도 하나의 배터리의 SOC가 소정의 임계치 이상인 경우, 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이는 적어도 하나의 배터리가 전력을 공급하는 선박의 전력 제어 방법 및 그 장치가 개시되어 있다.

Description

선박의 전력 제어 방법 및 그 장치{Method and apparatus of controlling power in ship}
본 발명은 발전기의 부하가 최적 연료 소모량보다 높은 경우, 배터리로 전력 공급을 추가하여 발전기의 부하가 최적 연료소모량 범위에 있어 연료 소모량을 줄이는 선박에서의 공급 전력 관리 방법에 관한 것이다.
선박을 추진하는 방식은 동력원에 따라 증기터빈, 디젤엔진, LNG 엔진, 가스터빈 방식 등으로 구분되며, 최근에는 모터가 적용된 하이브리드 추진방식도 적용되고 있다.
디젤엔진에 의해 추진되는 선박의 경우, 디젤엔진과 발전기를 구비한다. 발전기는 디젤엔진의 구동에 따라 전력을 생산하며, 발전기에 의해 생산된 전력은 추진모터에 공급된다. 추진모터는 추진모터 구동 축을 동작시켜 감속기어의 메인 휠을 구동시키는 역할을 한다.
또한, 선박에 요구되는 전력을 제어하는 전력관리장치(PMS, power monitoring system)이 구비된다. 전력관리장치(PMS)는 선박에 요구되는 배전 전력을 고려하여 발전기의 동작 여부를 제어하는 역할을 한다.
한편, 발전기에 의한 전력 생산은 연료 소모가 뒤따르는데, 발전기의 부하에 따라 소모되는 연료량에 차이가 있다. 선박 운전 통계에 따르면, 발전기의 부하가 50∼75%일 때 연료 소모량이 최적 상태인 것으로 알려져 있다. 반면, 발전기의 부하가 30% 미만이면 연료 소모량이 증가한다.
전력관리장치(PMS)가 복수의 발전기의 동작을 제어함에 있어서, 발전기 부하에 무관하게 복수의 발전기를 동작시키는 방식을 택하고 있어 연료 소모 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 발전기의 부하 상태를 체크하여 배터리가 발전기의 부담을 줄여 발전기의 부하가 최적 연료소모량 범위에 속하도록 제어함으로써 연료소모량을 최소화할 수 있는 선박에서의 공급 전력 관리 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따라, 전력 제어 방법은 발전기가 전력을 공급하고 있는 발전기 부하를 계산하는 단계; 상기 발전기 부하와 저장된 최대 효율 부하를 비교하는 단계; 상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하를 초과하는 경우, 적어도 하나의 배터리의 SOC를 검출하는 단계; 및 상기 적어도 하나의 배터리의 SOC가 소정의 임계치 이상인 경우, 상기 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이는 상기 적어도 하나의 배터리가 전력을 공급하는 단계를 포함한다.
전력 제어 방법은 상기 적어도 하나의 배터리의 SOC가 소정의 임계치 미만인 경우, 발전기를 추가하는 단계; 및 상기 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이는 상기 추가된 발전기가 전력을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전력 제어 방법은 상기 추가된 발전기는 상기 적어도 하나의 배터리를 충전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
전력 제어 방법은 상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하 이하인 경우, 상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하와 동일하도록 상기 발전기 부하의 일부를 감소시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하 이하인 경우, 상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하와 동일하도록 상기 발전기 부하의 일부를 감소시키는 단계는, 상기 발전기 부하의 우선 순위를 추출하는 단계; 및 상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하와 동일하도록 상기 추출된 부하의 우선 순위에 기초하여 상기 발전기 부하의 일부를 감소시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따라, 전력 제어장치는 발전기가 전력을 공급하고 있는 발전기 부하를 계산하는 부하 계산부; 최대 효율 부하, 소정의 임계치 및 부하의 우선 순위를 저장하고 있는 저장부; 상기 발전기 부하와 상기 최대 효율 부하를 비교하는 비교부; 및 상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하를 초과하는 경우, 적어도 하나의 배터리의 SOC를 검출하고, 상기 적어도 하나의 배터리의 SOC가 상기 소정의 임계치 이상인 경우, 상기 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이는 상기 적어도 하나의 배터리가 전력을 공급하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 발전기의 부하 부담을 배터리가 공급함으로써, 발전기의 부하를 최적 연료소모량 범위에 속하도록 제어하여, 선박 연료소모를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법의 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 2는 발전기의 가동 부하에 대한 단위 생산전력당 연료소모를 도시한 것으로 최대 효율 부하를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 장치에 관한 블록 다이어그램을 나타내는 도면이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서 특정 구성을 "포함"한다고 기술하는 내용은 해당 구성 이외의 구성을 배제하는 것이 아니며, 추가적인 구성이 본 발명의 실시 또는 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함될 수 있음을 의미한다.
또한 본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
또한, 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에서 특정 구성을 "포함"한다고 기술하는 내용은 해당 구성 이외의 구성을 배제하는 것이 아니며, 추가적인 구성이 본 발명의 실시 또는 본 발명의 기술적 사상의 범위에 포함될 수 있음을 의미한다.
또한 본 발명의 실시예에 나타나는 구성부들은 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시되는 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수 개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리 범위에 포함된다.
또한, 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 방법의 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 단계 110에서, 전력 제어 장치는 발전기가 전력을 공급하고 있는 발전기 부하를 계산한다.
발전기 부하는 현재 발전기를 통하여 전력을 인가하고 있는 부하의 총량을 의미하며, 산술 값을 가진다.
발전기는 선박 추진용과 선박운영을 위하여 전력을 생산하여 배전반을 통하여 부하에 공급을 한다. 발전기는 터빈발전기, 디젤발전기, 엔진발전기, 초전도발전기 등을 포함하며, 본 발명에서는 엔진발전기가 바람직하다. 본 발명에서, 발전기는 복수의 발전기가 구비된다.
단계 120에서, 전력 제어 장치는 계산된 발전기 부하와 최대 효율 부하를 비교한다.
최대 효율 부하는 연비가 최대가 되는 지점의 부하를 의미한다. 발전기가 부하에 전력을 공급하는 경우, 가동 부하가 증가함에 따라 단위 생산전력당 연료소모는 감소하게 되며, 어느 지점에서는 단위 생산 전력당 연료 소모가 최소가 된다. 여기에서 어느 지점이 최대 효율 부하이다.
도 2는 발전기의 가동 부하에 대한 단위 생산전력당 연료소모를 도시한 것으로 최대 효율 부하를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 발전기에서 생산되는 가동 부하가 증가함에 따라 단위 생산전력당 연료소모는 점진적으로 감소되며, 최대 효율 부하 이후에 약간 증가를 하게 된다.
여기에서, 최대 효율 부하는 연비가 최대가 되는, 즉, 단위 생산전력당 연료 소모가 최소가 되는 지점인 A 지점의 가동 부하이다.
발전기 부하에 따른 연료소모량 정보는 전력 제어 장치에 저장되어 있다. 최적의 연료소모량에 속하는 발전기 부하는 발전기의 스펙 및 운항 조건에 따라 각 발전기별로 별도로 설정할 수도 있다.
단계 130에서, 발전기 부하가 최대 효율 부하를 초과하는 경우에는 단계 140으로 진행하고, 이하인 경우에는 단계 180으로 진행한다.
단계 140에서, 발전기 부하가 최대 효율 부하를 초과하는 경우, 선박에 구비되어 있는 배터리의 SOC(State of charge)를 검출한다. 배터리의 SOC가 소정의 임계치를 초과하는 경우에는 단계 150으로 진행하고, 배터리의 SOC가 소정의 임계치 이하인 경우에는 단계 160으로 진행한다.
단계 150에서, 전력 제어 장치는 배터리가 전력을 공급한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 배터리는 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이만큼의 전력을 발전기 부하에 공급한다.
배터리는 각종 버스를 통하여 각종 부하에 전력을 공급할 수 있다. 배터리의 경우, 선박에 적용될 수 있는 용량만 가지고 있으면 그 개수 및 종류에 제한은 없다.
단계 160에서, 전력 제어 장치는 발전기를 추가하여 전력을 공급한다. 배터리에서 전력을 공급할 수가 없기 때문에, 발전기의 개수를 증가시키게 된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 추가된 발전기는 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이만큼의 전력을 발전기 부하에 공급한다.
단계 170에서, 추가된 발전기는 배터리를 충전한다. 발전기는 일반적으로 출력 용량이 크기 때문에, 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이만큼의 전력을 공급하더라도, 여분의 전력을 더 공급할 수가 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 추가된 발전기의 여분의 전력은 SOC가 낮은 배터리를 충전할 수 있다.
단계 180에서, 발전기 부하가 최대 효율 부하 이하인 경우, 전력 제어 장치는 발전기 부하의 일부를 감소시킨다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 전력 제어 장치는 저장되어 있는 부하의 우선 순위를 추출하고, 발전기 부하가 최대 효율 부하와 동일하도록 추출된 부하의 우선 순위에 기초하여 발전기 부하를 감소시킨다. 우선 순위는 부하 감소를 위하여 설정된 순위이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 제어 장치에 관한 블록 다이어그램을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 전력 제어 장치(310)는 부하 계산부(312), 저장부(314), 비교부(316) 및 제어부(318)를 포함하고 있고, 전력 제어 장치(310)는 발전기(320), 배터리(330) 및 부하(340)와 연결되어 있고, 발전기(320)는 배터리(330)에 전력을 공급하여 충전하거나 부하(340)에 전력을 공급하고, 배터리(330)도 부하(340)에 전력을 공급한다.
발전기(320)는 선박 추진용과 선박운영을 위하여 전력을 생산하여 배전반에 공급을 한다. 발전기(320)는 터빈발전기, 디젤발전기, 엔진발전기, 초전도발전기 등을 포함하며, 본 발명에서는 엔진발전기가 바람직하다. 발전기(320)는 복수의 발전기가 구비된다.
배터리(330)는 발전기(320)를 통하여 충전될 수 있으며, 각종 버스를 통하여 각종 부하에 전력을 공급할 수 있다. 배터리(330)의 경우, 선박에 적용될 수 있는 용량만 가지고 있으면 그 종류에 제한은 없다.
발전기(320), 배터리(330) 및 부하(340)에는 각종 컨버터, 인버터 및 버스 등이 연결되어 있을 수 있다.
부하 계산부(312)는 발전기가 전력을 공급하고 있는 발전기 부하를 계산한다.
발전기 부하는 현재 발전기를 통하여 전력을 인가하고 있는 부하의 총량을 의미하며, 산술 값을 가진다.
비교부(316)는 계산된 발전기 부하와 최대 효율 부하를 비교한다.
최대 효율 부하는 연비가 최대가 되는 지점의 부하를 의미한다. 발전기(320)가 부하(340)에 전력을 공급하는 경우, 가동 부하가 증가함에 따라 단위 생산전력당 연료소모는 감소하게 되며, 어느 지점에서는 단위 생산 전력당 연료 소모가 최소가 된다. 여기에서 어느 지점이 최대 효율 부하이다.
최대 효율 부하에 대한 그래프는 도 2에 도시하였고, 중복된 설명을 피하기 위하여 생략한다.
발전기 부하에 따른 연료소모량 정보는 저장부(314)에 저장되어 있다. 최적의 연료소모량에 속하는 발전기 부하는 발전기의 스펙 및 운항 조건에 따라 각 발전기별로 별도로 설정할 수도 있다.
발전기 부하가 최대 효율 부하를 초과하는 경우, 제어부(318)는 선박에 구비되어 있는 배터리(130)의 SOC(State of charge)를 검출한다.
발전기 부하가 최대 효율 부하 이하인 경우, 제어부(318)는 발전기 부하의 일부를 감소시킨다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제어부(318)는 저장부(312)에 저장되어 있는 부하의 우선 순위를 추출하고, 발전기 부하가 최대 효율 부하와 동일하도록 추출된 부하의 우선 순위에 기초하여 발전기 부하를 감소시킨다. 우선 순위는 부하 감소를 위하여 설정된 순위이다.
발전기 부하가 최대 효율 부하를 초과하고, 배터리(130)의 SOC가 소정의 임계치를 초과하는 경우에는 제어부(318)는 배터리(130)가 전력을 공급하도록 제어한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 배터리(130)는 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이만큼의 전력을 발전기 부하에 공급한다.
배터리(130)의 SOC가 소정의 임계치 이하인 경우에는, 제어부(318)는 발전기(120)를 추가하여 전력을 공급한다. 배터리(130)에서 전력을 공급할 수가 없기 때문에, 발전기(120)의 개수를 증가시키게 된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 추가된 발전기(120)는 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이만큼의 전력을 발전기 부하에 공급한다.
그 후, 추가된 발전기(120)는 배터리를 충전한다. 발전기(120)는 일반적으로 출력 용량이 크기 때문에, 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이만큼의 전력을 공급하더라도, 여분의 전력을 더 공급할 수가 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 추가된 발전기(120)의 여분의 전력은 SOC가 낮은 배터리(130)를 충전할 수 있다.
전력 제어 장치: 310
부하 계산부: 312 저장부: 314
비교부: 316 제어부: 318
발전기: 320 배터리: 330 부하: 340

Claims (10)

  1. 발전기가 전력을 공급하고 있는 발전기 부하를 계산하는 단계;
    상기 발전기 부하와 저장된 최대 효율 부하를 비교하는 단계;
    상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하를 초과하는 경우, 적어도 하나의 배터리의 SOC를 검출하는 단계; 및
    상기 적어도 하나의 배터리의 SOC가 소정의 임계치 이상인 경우, 상기 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이는 상기 적어도 하나의 배터리가 전력을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 제어 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배터리의 SOC가 소정의 임계치 미만인 경우, 발전기를 추가하는 단계; 및
    상기 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이는 상기 추가된 발전기가 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 제어 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 추가된 발전기는 상기 적어도 하나의 배터리를 충전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 제어 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하 이하인 경우, 상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하와 동일하도록 상기 발전기 부하의 일부를 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 제어 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하 이하인 경우, 상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하와 동일하도록 상기 발전기 부하의 일부를 감소시키는 단계는,
    상기 발전기 부하의 우선 순위를 추출하는 단계; 및
    상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하와 동일하도록 상기 추출된 부하의 우선 순위에 기초하여 상기 발전기 부하의 일부를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 제어 방법.
  6. 발전기가 전력을 공급하고 있는 발전기 부하를 계산하는 부하 계산부;
    최대 효율 부하, 소정의 임계치 및 부하의 우선 순위를 저장하고 있는 저장부;
    상기 발전기 부하와 상기 최대 효율 부하를 비교하는 비교부; 및
    상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하를 초과하는 경우, 적어도 하나의 배터리의 SOC를 검출하고, 상기 적어도 하나의 배터리의 SOC가 상기 소정의 임계치 이상인 경우, 상기 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이는 상기 적어도 하나의 배터리가 전력을 공급하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 제어 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 최대 효율 부하와 발전기 부하의 차이는 상기 추가된 발전기가 전력을 공급하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 제어 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 추가된 발전기가 상기 적어도 하나의 배터리를 충전하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 제어 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하 이하인 경우, 상기 제어부는 상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하와 동일하도록 상기 발전기 부하의 일부를 감소시키는 것을 특징으로 하는 선박의 전력 제어 장치.
  10. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 발전기 부하의 상기 우선 순위를 추출하고, 상기 발전기 부하가 상기 저장된 최대 효율 부하와 동일하도록 상기 추출된 부하의 우선 순위에 기초하여 상기 발전기 부하의 일부를 감소시키는 단계를 것을 특징으로 하는 선박의 전력 제어 장치.
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