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KR101670871B1 - 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치 및 방법 - Google Patents

선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치 및 방법 Download PDF

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KR101670871B1
KR101670871B1 KR1020140083217A KR20140083217A KR101670871B1 KR 101670871 B1 KR101670871 B1 KR 101670871B1 KR 1020140083217 A KR1020140083217 A KR 1020140083217A KR 20140083217 A KR20140083217 A KR 20140083217A KR 101670871 B1 KR101670871 B1 KR 101670871B1
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Abstract

본 발명은 선박에 설치된 발전기에서 발전된 잉여의 전력을 육상 전력망으로 전달하거나, 선박의 발전기 가동이 어렵거나, 선박의 전력 부하가 선박의 발전기의 용량을 초과할 때 육상 전력망의 전력을 선박에 공급하는 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치에 있어서, 상기 선박의 발전기에 연결되어 상기 발전기에서 생산된 전력을 공급받는 제1 스위치 보드; 육상전력망에 연결되어 상기 발전기에서 생산된 전력을 육상 전력망으로 공급하는 제2 스위치 보드; 상기 제1 스위치 보드와 상기 제2 스위치 보드를 연력하는 버스-타이; 및 상기 제2 스위치 보드와 상기 육상 전력망 사이에 설치되어, 상기 발전기에서 생산된 전력을 저장했다가 저장된 전력을 상기 육상 전력망 및 안벽 작업 중인 선박 중 적어도 하나로 공급하는 전기 에너지 저장 시스템(EES: Electrical Energy Storage System)를 포함하는 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치가 제공된다.

Description

선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR POWER DELIVERY AND DISTRIBUTION BETWEEN SHIP AND SHORE POWER GRID}
본 발명은 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 선박에 설치된 발전기에서 발전된 잉여의 전력을 육상 전력망으로 전달하거나, 선박의 발전기 가동이 어렵거나, 선박의 전력 부하가 선박의 발전기의 용량을 초과할 때 육상 전력망의 전력을 선박에 공급하는 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박을 건조할 때는 발전기 부하(load) 테스트를 수행한다. 드릴쉽의 경우를 예로 들면, 룰(rule)에 의해 필수적으로, 히트 런(heat run) 테스트, 거버너(governor) 테스트, 병렬(parallel) 테스트, 부하 종속(load dependant) 테스트를 수행해야 한다.
발전기 부하 테스트 중에는 많은 전력이 발생한다. 예를 들어, 드릴쉽에는 일반적으로 용량이 6.75 MW이고 전압이 11 KV인 디젤 발전기 6 대가 설치된다. 그리고, 드릴쉽은 100% 부하로 4 시간 동안 발전기 부하 테스트가 수행되고, 110% 부하로 1 시간 동안 발전기 부하 테스트가 수행된다. 따라서, 드릴쉽 1 대당 발전기 부하 테스트 동안 201 MWh의 전력이 생산된다.
그런데, 종래 기술에 따르면, 발전기 부하 테스트 동안 발전된 전력을 부하 저항기(Load Bank)를 통해 열로서 소모시켰다. 따라서, 전력을 효율적으로 이용하지 못하고 환경 오염이 발생하는 문제점이 있다.
그리고, 선박을 건조하는 과정에서 발전기가 선박에 설치되기 전에 전력이 필요한 경우가 있다. 미국 또는 한국 선박은 주파수가 60 Hz인 전력을 사용하고, 유럽 선박은 주파수가 50 Hz인 전력을 사용한다. 그런데, 한국의 육상 전력망은 주파수가 60 Hz이다. 따라서, 한국에서 주파수가 60 Hz인 전력을 사용하는 선박을 건조할 때는 발전기가 선박에 설치되기 전에 전력이 필요한 경우에 선박의 스위치보드에 육상 전력망을 연결하여 육상 전력망으로부터 전력을 공급받을 수 있으나, 한국에서 주파수가 50 Hz인 전력을 사용하는 선박을 건조할 때는 발전기가 선박에 설치되기 전에 전력이 필요한 경우에 선박의 스위치보드에 육상 전력망을 연결하여 육상 전력망으로부터 전력을 공급받을 수 없다.
따라서, 종래 기술에 따르면, 50 Hz용 임시 발전기를 임대하여 사용하고 있고, 그로 인해 막대한 임대 비용이 발생하는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 선박의 발전기 부하 테스트 과정에서 발생된 전력을 효율적으로 이용할 수 있고 환경 오염을 방지할 수 있고 선박 건조 시 비용을 절감할 수 있는 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치에 있어서, 상기 선박의 발전기에 연결되어 상기 발전기에서 생산된 전력을 공급받는 제1 스위치 보드; 육상전력망에 연결되어 상기 발전기에서 생산된 전력을 육상 전력망으로 공급하는 제2 스위치 보드; 상기 제1 스위치 보드와 상기 제2 스위치 보드를 연력하는 버스-타이; 및 상기 제2 스위치 보드와 상기 육상 전력망 사이에 설치되어, 상기 발전기에서 생산된 전력을 저장했다가 저장된 전력을 상기 육상 전력망 및 안벽 작업 중인 선박 중 적어도 하나로 공급하는 전기 에너지 저장 시스템(EES: Electrical Energy Storage System)를 포함하는 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치가 제공된다.
특히, 상기 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치는 상기 발전기에서 생산된 교류 전력을 직류 전력으로 변환한 후, 다시 교류 전력으로 변환하는 VFD를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치는 상기 제2 스위치 보드와 상기 VFD 사이에 설치되어, 상기 제2 스위치 보드의 전력의 전압을 강하시켜서 상기 VFD로 공급하는 제1 변압기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치는 상기 VFD와 상기 육상 전력망 사이에 설치되어, 상기 VDF에서 출력된 전력의 전압을 상승시켜 육상 전력망으로 공급하는 제2 변압기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치는 상기 제2 스위치 보드와 상기 제1 변압기 사이에 설치되는 제1 스위치; 및 상기 제2 변압기와 상기 육상 전력망 사이에 설치되는 제2 스위치를 더 포함하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 상기 발전기가 부하 테스트를 하는 동안 상기 발전기에서 생산된 전력이 상기 육상 전력망으로 전달되도록 폐쇄될 수 있다.
또한, 상기 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 개폐를 관리하는 전력 관리 시스템(PMS, Power Management System)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 PMS는 전력량 제어 기능 및 프로텍션 기능을 제공할 수 있다.
또한, 상기 선박이 사용하는 전력의 주파수와 상기 안벽 작업 중인 선박이 사용하는 전력의 주파수가 상이한 경우, 상기 VFD는 상기 발전기에서 생산된 전력의 주파수를 상기 안벽 작업 중인 선박이 사용하는 전력의 주파수로 변환할 수 있다.
또한, 상기 EES는 상기 EES를 모니터링하고 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS, Bettery Management System)을 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법에 있어서, 상기 선박의 발전기 부하 테스트를 수행하는 단계; 전기 에너지 저장 시스템(EES: Electrical Energy Storage System)가 상기 발전기에서 생산된 전력을 저장하는 단계; 및 상기 저장된 전력을 육상 전력망으로 공급하는 단계를 포함하는 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법이 제공된다.
특히, 상기 저장하는 단계는 VFD가 상기 발전기에서 생산된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법은 상기 저장된 전력의 주파수를 변환하는 단계; 및 상기 주파수가 변환된 전력을 안벽작업중인 선박으로 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 저장하는 단계 및 상기 공급하는 단계는 전력 관리 시스템(PMS, Power Management System)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 상기 PMS는 전력량 제어 기능 및 프로텍션 기능을 제공할 수 있다.
또한, 상기 EES는 상기 EES를 모니터링하고 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS, Bettery Management System)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 선박에 설치된 발전기에서 발전된 잉여의 전력을 육상 전력망으로 전달함으로써 선박의 발전기 부하 테스트 과정에서 발생된 전력을 효율적으로 이용할 수 있고 환경 오염을 방지할 수 있다.
선박을 건조하는 과정에서 발전기가 선박에 설치되기 전과 같이 선박의 발전기 가동이 어렵거나, 선박의 전력 부하가 선박의 발전기의 용량을 초과할 때 육상 전력망의 전력을 선박에 공급함으로써 선박 건조 시 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치의 변압기 및 VFD를 상세히 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치에 의한 전력 분배를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치에 의한 전력 분배를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치를 설명한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치는 선박의 스위치 보드에 육상 전력망을 연결하여 선박의 발전기 부하 테스트 중에 발생된 전력을 육상 전력망으로 전달한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치를 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치는 제1 스위치보드(111), 제2 스위치보드(112), 제1 스위치(121), 제2 스위치(122) 및 버스-타이(bus-tie)(130)를 포함한다.
제1 스위치 보드(111)는 선박의 발전기(150)에 연결되어 발전기(150)에서 생산된 전력을 공급받아 배전한다. 제1 스위치 보드(111)에는 선박 내의 전력 부하들이 연결될 수 있고, 제1 스위치 보드(111)는 제1 스위치 보드(111)에 연결된 전력 부하들로 전력을 배전할 수 있다. 제1 스위치 보드(111)와 발전기(150) 사이에는 스위치(140)가 설치될 수 있다.
버스-타이(130)는 제1 스위치 보드(111)와 제2 스위치 보드(112)를 연결한다. 버스-타이(130)는 사고 발생 시 프로텍션(protection) 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치 보드(111)에서 전류가 급격히 올라가는 단락 사고 발생 시 스위치를 개방할 수 있다.
제2 스위치 보드(112)는 육상전력망(S/P, shore power)에 연결되어, 제1 스위치 보드(111) 및 버스-타이(130)를 통해 발전기(150)로부터 공급된 전력을 육상전력망으로 공급한다.
제2 스위치 보드(112)와 육상전력망 사이에는 스위치(121, 122)가 설치되어, 스위치(121, 122)가 폐쇄되면 제2 스위치 보드(112)로부터 육상전력망으로 전력이 전달된다. 도 1에 도시된 바와 같이 스위치는 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)를 포함할 수 있다. 즉, 안전성을 높이기 위해 제2 스위치 보드(112)와 육상전력망 사이에 두 개의 스위치가 설치될 수 있다.
제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)는 발전기(150)가 부하 테스트를 하는 동안 발전기(150)에서 생산된 전력이 육상 전력망으로 전달되도록 폐쇄된다. 그리고, 발전기 부하 테스트가 완료되면 제1 스위치(121) 및 제2 스위치(122)는 개방된다.
그리고, 제1 스위치보드(111)에는 부하 저항기가 설치될 수 있다. 부하 저항기는 발전기(150)에서 생산된 전력을 열로서 소모한다. 이는 거버너(governor) 테스트와 같이 발전기(150)의 생산 전력이 변하는 발전기(150) 부하 테스트 중에 발전기(150)의 생산 전력을 육상 전력망으로 전달하는 것만으로는 발전기(150)의 생산 전력을 전부 소모할 수 없는 경우, 부하 저항기에서 소모하기 위함이다.
다음으로, 도 2 및 3을 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치를 설명한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치는 선박의 스위치 보드와 육상 전력망 사이에 VFD(Variable Frequency drive)를 설치하여 선박의 발전기 부하 테스트 중에 발생된 전력을 VFD를 통해 육상 전력망으로 전달한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치를 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치의 변압기 및 VFD를 상세히 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치는 VFD(210), 제1 변압기(221), 제2 변압기(222), 제1 스위치(231), 제2 스위치(232), 제1 스위치보드(111), 제2 스위치보드(112), 및 버스-타이(bus-tie)(130)를 포함한다.
제1 스위치 보드(111)는 선박의 발전기(150)에 연결되어 발전기(150) 부하 테스트 중에 발전기(150)에서 생산된 전력을 공급받는다.
버스-타이(130)는 제1 스위치 보드(111)와 제2 스위치 보드(112)를 연결한다. 버스-타이(130)는 사고 발생 시 프로텍션 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치 보드(111)에서 전류가 급격히 올라가는 단락 사고 발생 시 스위치를 개방할 수 있다.
제2 스위치 보드(112)는 육상전력망에 연결되어, 제1 스위치 보드(111) 및 버스-타이(130)를 통해 발전기(150)로부터 공급된 전력을 육상전력망으로 공급한다.
제2 스위치 보드(112)와 육상전력망 사이에는 제1 변압기(221), VFD(210), 제2 변압기(222)가 설치된다.
제1 변압기(221)는 제2 스위치 보드(112)와 VFD(210) 사이에 설치되어, 제2 스위치 보드(112)의 전력의 전압을 강하시켜서 VFD(210)로 공급한다. 발전기(150)에서 생산된 전력의 전압은 11KV이고, VFD(210)는 11KV를 지원할 수 없다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, VFD(210)는 750 V를 지원할 수 있다. 그러면, 제1 변압기(221)가 발전기(150)에서 생산된 전력의 전압을 11KV에서 750V로 강하시켜 VFD(210)로 공급할 수 있다.
VFD(210)는 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환한 후, 다시 교류 전력으로 변환하여 출력한다. 즉, VFD(210)는 정류기(211) 및 인버터(212)를 포함할 수 있고, 정류기(211)는 VFD(210)로 입력된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 인버터(212)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 정류기(211)는 다이오드 12 펄스 정류기(Diode Rectifier 12Pulse Rectifier)일 수 있고, 인버터(212)는 IGBT 인버터일 수 있다.
제2 변압기(222)는 VFD(210)와 육상 전력망 사이에 설치되어, VDF(210)에서 출력된 전력의 전압을 상승시켜 육상전력망으로 공급한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, VFD(210)가 750 V를 지원하는 경우 VDF(210)에서 출력된 전력의 전압은 750V이고, 제2 변압기(222)는 VDF(210)에서 출력된 전력의 전압을 750V에서 11KV로 상승시켜 육상전력망으로 공급한다.
VFD(210)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환한 후, 다시 교류 전력으로 변환함으로써 안전을 확보할 수 있고, 주파수 변환이 가능하다.
제2 스위치 보드(112)와 제1 변압기(221) 사이에는 제1 스위치(231)가 설치되고, 제2 변압기(222)와 육상 전력망 사이에는 제2 스위치(232)가 설치된다. 제1 스위치(231) 및 제2 스위치(232)는 발전기(150)가 부하 테스트를 하는 동안 발전기(150)에서 생산된 전력이 육상 전력망으로 전달되도록 폐쇄되고, 발전기 부하 테스트가 완료되면 개방된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치는 발전기(150)에서 생산된 전력을 육상 전력망으로 전달할 뿐만 아니라, 안벽작업 중인 다른 선박으로 공급할 수도 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치에 의한 전력 분배를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치에 의한 전력 분배를 나타낸 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, VFD(210)는 부하 테스트 중인 발전기로부터 공급받은 전력을 육상 전력망 및 안벽 작업중인 선박으로 공급할 수 있다. 이때, 안벽작업 중인 선박이 주파수가 50 Hz인 전력을 사용하는 선박인 경우, VFD(210)는 선박의 발전기(150)에서 생산된 전력의 주파수를 60Hz에서 50 Hz로 변환하여 안벽 작업 중인 선박으로 전력을 공급할 수 있다.
그리고, VFD(210)가 육상 전력망의 전력을 공급받아 주파수를 60Hz에서 50 Hz로 변환하여 안벽 작업 중인 선박으로 전력을 공급할 수도 있다.
다음으로, 도 5를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법을 설명한다. 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 발전기 부하 테스트를 수행하면(S510) 발전기(150)에서 전력이 생산되고, VFD(210)가 발전기에서 생산된 교류 전력을 직류 전력으로 변환한 후, 다시 교류 전력으로 변환하여 육상 전력망으로 전달한다(S520). 이때, 제1 변압기(221)가 발전기(150)에서 생산된 전력의 전압을 강하시켜서 VFD(210)로 공급하고, 제2 변압기(222)가 VDF(210)에서 출력된 전력의 전압을 상승시켜 육상전력망으로 공급할 수 있다.
또는, VFD(210)는 발전기에서 생산된 전력의 주파수를 변환하여(S530) 안벽작업중인 선박으로 공급한다(S540).
다음으로, 도 6을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치를 설명한다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치는 선박의 스위치 보드와 육상 전력망 사이에 VFD(Variable Frequency drive) 및 전기 에너지 저장 시스템(EES: Electrical Energy Storage System)를 설치하여 선박의 발전기 부하 테스트 중에 발생된 전력을 EES에 저장했다가 육상 전력망 또는 안벽작업 중인 선박으로 전달한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치를 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치는 EES(610), 전력 관리 시스템(PMS, Power Management System)(620), VFD(210), 제1 변압기(221), 제2 변압기(222), 제1 스위치(231), 제2 스위치(232), 제1 스위치보드(111), 제2 스위치보드(112), 및 버스-타이(bus-tie)(130)를 포함한다.
제1 스위치 보드(111)는 선박의 발전기(150)에 연결되어 발전기(150) 부하 테스트 중에 발전기(150)에서 생산된 전력을 공급받는다.
버스-타이(130)는 제1 스위치 보드(111)와 제2 스위치 보드(112)를 연결한다. 버스-타이(130)는 사고 발생 시 프로텍션 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 스위치 보드(111)에서 전류가 급격히 올라가는 단락 사고 발생 시 스위치를 개방할 수 있다.
제2 스위치 보드(112)는 육상전력망에 연결되어, 제1 스위치 보드(111) 및 버스-타이(130)를 통해 발전기(150)로부터 공급된 전력을 육상전력망으로 공급한다.
제2 스위치 보드(112)와 육상전력망 사이에는 제1 변압기(221), VFD(210), EES(610), PMS(620), 제2 변압기(222)가 설치된다.
제1 변압기(221)는 제2 스위치 보드(112)와 VFD(210) 사이에 설치되어, 제2 스위치 보드(112)의 전력의 전압을 강하시켜서 VFD(210)로 공급한다.
VFD(210)는 공급받은 교류 전력을 직류 전력으로 변환한 후, 다시 교류 전력으로 변환하여 출력한다. 즉, VFD(210)는 정류기(211) 및 인버터(212)를 포함할 수 있고, 정류기(211)는 VFD(210)로 입력된 교류 전력을 직류 전력으로 변환하고, 인버터(212)는 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.
EES(610)는 발전기에서 생산된 전력을 저장했다가 저장된 전력을 육상 전력망 및 안벽 작업 중인 선박 중 적어도 하나로 공급한다. EES(610)는 스프링 텐션(spring tension), 연료전지, 플라이휠, 캐패시터, 가변 캐패시터, 울트라 캐패시터, 배터리, 또는 상술한 장치들의 조합일 수 있다. EES(610)는 배터리 관리 시스템(BMS, Bettery Management System)을 포함할 수 있다. BMS는 EES(610)의 상태를 모니터링하고 관리한다.
도 6에 도시된 바와 같이, EES(610)는 VFD(210)의 정류기(211)와 인버터(212) 사이에 설치될 수 있다. 즉, 발전기(150)에서 생산된 교류 전력이 정류기(211)에 의해 직류 전력으로 변환되고, 직류 전력이 EES(610)에 저장된다. 그리고, EES(610)에 저장된 전력은 인버터(212)에서 교류 전력으로 변환되어 육상 전력망 또는 안벽 작업 중인 선박으로 공급된다.
제2 변압기(222)는 VFD(210)와 육상 전력망 사이에 설치되어, VDF(210)에서 출력된 전력의 전압을 상승시켜 육상전력망으로 공급한다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, VFD(210)가 750 V를 지원하는 경우 VDF(210)에서 출력된 전력의 전압은 750V이고, 제2 변압기(222)는 VDF(210)에서 출력된 전력의 전압을 750V에서 11KV로 상승시켜 육상전력망으로 공급한다.
VFD(210)는 교류 전력을 직류 전력으로 변환한 후, 다시 교류 전력으로 변환함으로써 안전을 확보할 수 있고, 주파수 변환이 가능하다.
제2 스위치 보드(112)와 제1 변압기(221) 사이에는 제1 스위치(231)가 설치되고, 제2 변압기(222)와 육상 전력망 사이에는 제2 스위치(232)가 설치된다.
PMS(620)는 제1 스위치(231) 및 제2 스위치(232)의 개폐를 관리한다. 즉, PMS(620)는 발전기(150)가 부하 테스트를 하는 동안에는 제1 스위치(231)를 폐쇄하여 발전기(150)에서 생산된 전력이 EES(610)에 저장되도록 할 수 있다. 그리고, PMS(620)는 제2 스위치(232)를 폐쇄하여 EES(610)에 저장된 전력이 육상 전력망으로 공급되도록 할 수 있다.
그리고, 도 6에서 도시되지는 않았으나, 안벽 작업 중인 선박이 VFD에 연결될 수 있고, 안벽 작업 중인 선박과 VFD 사이에 스위치가 설치될 수 있다. PMS(620)는 안벽 작업 중인 선박과 VFD 사이의 스위치를 폐쇄하여 EES(610)에 저장된 전력이 안벽 작업 중인 선박으로 공급되도록 할 수 있다.
또한, PMS(620)는 전력량 제어 기능을 제공할 수 있다. PMS(620)는 EES(610)로 공급되는 전력의 전력량, 육상 전력망으로 공급되는 전력의 전력량, 안벽 작업 중인 선박으로 공급되는 전력의 전력량 등을 제어할 수 있다.
또한, PMS(620)는 프로텍션(protection) 기능을 제공할 수 있다. PMS(620)는 전류가 급격히 올라가는 단락 사고 발생 시 스위치를 개방하거나 시스템을 셧다운할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치에 의한 전력 분배를 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치에 의한 전력 분배를 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 부하 테스트 중인 발전기에서 생산된 전력은 EES(610)에 저장될 수 있고, EES(610)에 저장된 전력은 육상 전력망 및 안벽 작업중인 선박으로 공급할 수 있다. 이때, 안벽작업 중인 선박이 주파수가 50 Hz인 전력을 사용하는 선박인 경우, VFD(210)는 선박의 발전기(150)에서 생산된 전력의 주파수를 60Hz에서 50 Hz로 변환하여 안벽 작업 중인 선박으로 전력을 공급할 수 있다.
다음으로, 도 8을 참조하여 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법을 설명한다. 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 발전기 부하 테스트를 수행하면(S810) 발전기(150)에서 전력이 생산되고, 발전기(150)에서 생산된 전력은 EES(610)에 저장된다(S820). 이때, VFD(210)의 정류기(211)가 발전기에서 생산된 교류 전력을 직류 전력으로 변환한 후, 직류 전력이 EES(610)에 저장된다.
그리고, EES(610)에 저장된 전력을 육상 전력망으로 공급하거나(S830), 주파수를 변환하여(S840) 안벽 작업 중인 선박으로 공급한다(S850).
이때, S820 내지 S850 단계는 PMS에 의해 제어될 수 있다. 즉, PMS가 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 장치의 스위치들을 제어함으로써 EES로의 전력 저장 및 EES로부터의 전력 공급을 제어할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
111 : 제1 스위치보드
112 : 제2 스위치보드
121 : 제1 스위치
122 : 제2 스위치
130 : 버스-타이
150 : 발전기
210 : VFD
221 : 제1 변압기
222 : 제2 변압기
610 : EES
620 : PMS

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  10. 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법에 있어서,
    상기 선박의 발전기 부하 테스트를 수행하는 단계;
    상기 발전기와 상기 육상 전력망 사이에 마련되는 제1 스위치 및 제2 스위치를 폐쇄하여 상기 발전기와 육상 전력망을 연결하는 단계;
    상기 제1 스위치 후단에 설치된 제1 변압기에서 상기 발전기 부하 테스트 중에 생산된 전력의 전압을 하강시키는 단계;
    상기 전압이 하강된 전력을 VFD에서 직류로 변환시키는 단계;
    상기 직류로 변환된 전력을 전기 에너지 저장 시스템(EES: Electrical Energy Storage System)에 저장하는 단계; 및
    상기 VFD 후단에 마련된 제2 변압기에서 상기 VFD에서 교류로 변환된 전력의 전압을 조절하는 단계;를 포함하여,
    상기 선박의 발전기 부하 테스트 중에 생산된 전력을 저장하여 상기 육상 전력망 또는 다른 선박으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 선박의 발전기 부하 테스트가 완료되면,
    상기 제1 스위치를 개방하는 단계;를 더 포함하는, 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 저장된 전력의 주파수를 변환하는 단계; 및
    상기 주파수가 변환된 전력을 안벽작업중인 선박으로 공급하는 단계를 더 포함하는 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 저장하는 단계 및 상기 공급하는 단계는 전력 관리 시스템(PMS, Power Management System)에 의해 제어되는, 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 PMS는 전력량 제어 기능 및 프로텍션 기능을 제공하는, 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 EES는 상기 EES를 모니터링하고 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS, Bettery Management System)을 포함하는, 선박과 육상 전력망 간의 전력 전달 및 분배 방법.
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