KR102334345B1

KR102334345B1 - 선박 추진 시스템

Info

Publication number: KR102334345B1
Application number: KR1020200040543A
Authority: KR
Inventors: 유재익; 김현재; 정상원
Original assignee: 한국조선해양 주식회사
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2021-12-06
Anticipated expiration: 2040-04-02
Also published as: KR102371908B1; KR102504915B1; KR20210112210A; KR20210112208A; KR102334344B1; KR20210112207A; KR20210112212A; KR20220020876A; KR102478755B1; KR20210112213A; KR102478754B1; KR20210112209A; KR20210112211A

Abstract

본 발명은, 에너지 저장 시스템을 기반으로, 축 발전기가 단독 운진시 선박 전력 계통에 야기되는 블랙 아웃의 회복 시간을 단축할 수 있는 선박 추진 시스템이 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템은 메인 엔진의 동작에 따라 전력을 생성하는 축 발전기, 상기 축 발전기에 의해 생성된 전력을 가변하고 제어에 따라 상기 축 발전기의 동작을 제어하는 가변 주파수 드라이브, 상기 가변 주파수 드라이브로부터의 가변된 전력 또는 보조 발전기에 의해 생성된 전력 중 적어도 하나를 부하에 전달하는 메인 스위치 보드, 상기 가변 주파수 드라이브로부터의 가변된 전력을 저장하고, 제어에 따라 저장된 전력을 방전하는 에너지 저장 시스템, 상기 메인 스위치 보드에서 측정된 전압에 따라 상기 보조 발전기의 동작 및 상기 에너지 저장 시스템의 전력 충방전 동작을 제어하는 전력 관리 시스템을 포함할 수 있다.

Description

선박 추진 시스템{SHIP PROPULSION SYSTEM}

본 발명은 선박 추진 시스템에 관한 것이다.

최근 국제해사기구(International Maritime Organization; IMO) 환경규제에 따라 선박 제조 연비 지수(Energy Efficiency Design Index; EEDI) 개선을 위한 다양한 방법들이 끊임없이 회자되고 있다. 이를 개선하기 위한 방안 중 축 발전기(shaft generator)를 통하여 선박 제조 연비 지수를 저감하는 방안이 일반적이다.

상술한 축 발전기는 다양한 상황에서 의도치 않게 선박 전력계통에 전력 공급을 중단하여, 일반 항해 모드(normal seagoing mode)와 같은 축 발전기 단독 운전 시 선박 전력계통에 블랙 아웃(black-out)을 야기시킬 수 있는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0116920호

본 발명의 일 실시예에 따르면, 에너지 저장 시스템을 기반으로, 축 발전기가 단독 운진시 선박 전력 계통에 야기되는 블랙 아웃의 회복 시간을 단축할 수 있는 선박 추진 시스템이 제공된다.

상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템은 메인 엔진의 동작에 따라 전력을 생성하는 축 발전기, 상기 축 발전기에 의해 생성된 전력을 가변하고 제어에 따라 상기 축 발전기의 동작을 제어하는 가변 주파수 드라이브, 상기 가변 주파수 드라이브로부터의 가변된 전력 또는 보조 발전기에 의해 생성된 전력 중 적어도 하나를 부하에 전달하는 메인 스위치 보드, 상기 가변 주파수 드라이브로부터의 가변된 전력을 저장하고, 제어에 따라 저장된 전력을 방전하는 에너지 저장 시스템, 상기 메인 스위치 보드에서 측정된 전압에 따라 상기 보조 발전기의 동작 및 상기 에너지 저장 시스템의 전력 충방전 동작을 제어하는 전력 관리 시스템을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박 전력계통 내 민감 장비 및 부하들에 야기될 수 있는 데이터 손실 및 시스템 가동 휴지 시간(downtime)을 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 동작을 나타내는 플로우챠트이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템(100)은 메인 엔진(Maing Engine; M/E)(110), 축 발전기(120), 가변 주파수 드라이브(Variable Frequency Drive; VFD)(130), 메인 스위치 보드(Main Switch board; MSBD)(140), 에너지 저장 시스템(Energy Saving System; ESS)(150) 및 전력 관리 시스템(Power Management System; PMS)(160)를 포함할 수 있다.

메인 엔진(110)은 축에 연결된 프로펠러를 회전시켜 선박을 추진시킬 수 있다.

축 발전기(120)는 선박의 메인 엔진(110)의 동작에 따라 전력을 생성할 수 있으며, 외부에서 전력을 공급받는 경우 전동기로 동작하여 단독으로 선박을 추진할 수도 있다.

축 발전기(120)는 메인 엔진(110)의 프리 엔드(free-end)(크랭크 축(crank shaft) 바로 앞)에 설치하는 방식의 엔진 장착(Engine Mounted) 방식의 엔진 마운티드 발전기(Engine Mounted Generator; EMG)(121) 또는 메인 엔진(110)과 프로펠러 사이의 중간축에 설치하는 방식의 인-라인 타입 축 발전기(in-line type shaft generator (S/G))(122) 일 수 있다. 엔진 마운티드 발전기(111)의 경우 메인 엔진(M/E)에 장착되어 크랭크 축에 연결되므로, 인-라인 타입 축 발전기(122)에 대비하여 엔진룸의 부피를 더 저감시킬 수도 있다.

축 발전기(120)는 여자기(Exciter) 혹은 로터(rotor)의 동작 실패에 의한 전력 공급 중단 상황 또는 여자기 혹은 로터에서의 와인딩 쇼트(winding short)가 발생되어 자동 전압 조정기(Auto Voltage Regulator; AVR)의 과도한 필드 출력 (excessive field output)에 따른 과여자 상태가 되어 자동 전압 조정기가 셧다운(shutdown)되는 상황에서 선박 전력계통에 전력 공급을 중단하여, 일반적인 항해 모드(normal seagoing mode)와 같은 단독 운전 시 선박 전력계통에 블랙 아웃(black-out)을 야기시킬 수 있다.

즉, 단독 운전 중인 축 발전기(120)에 사고 발생 시, 자동 블랙-아웃 회복(automatic black-out recovery)에 의한 보조 발전기(aux. generator; AG)의 기동 시점(수 십 초 소요)까지 선박 전력계통은 블랙 아웃(black-out)이 지속될 수 있다.

선박들은 첨단 기술을 탑재하기 위해, 점차 다수의 민감한 전력전자 장비들을 도입하고 있고, 이러한 민감한 장비들은 갑작스런 블랙 아웃(black-out) 발생 시, 데이터 손실 및 시스템 가동 휴지 시간(downtime)을 야기할 수 있다. 이는 선박에서 보조적인 역할을 담당한 기존 전력계통과 달리, 자율운항 등 첨단 기술을 포함한 미래 선박에 치명적인 문제를 야기할 수 있다. 이에 따라 축 발전기(120)가 단독 운전하는 선박 추진 시스템에서 블랙 아웃(black-out) 발생 방지 혹은 지속시간 감소를 위한 대책이 필요하다.

가변 주파수 드라이브(130)는 축 발전기(120)의 출력을 제어(전압 조정)할 수 있다. 가변 주파수 드라이브(130)는 축 발전기(120)로부터의 전력을 전압 조정 및 주파수 제어하여 출력을 제어할 수 있다. 주파수 제어의 경우 메인 스위치 보드(140)로부터 전압을 인가받지 않아도 정격 주파수가 50 또는 60Hz로 규정되어 있어 출력을 항시 유지할 수 있다.

또한 가변 주파수 드라이브(130)는 전력 관리 시스템(Power Management System; PMS)(160)의 제어에 의해 메인 스위치 보드(140)로부터 가변된 전력의 전압 측정값을 받고, 축 발전기(120)의 동작 상태 정보를 확인하여 축 발전기(120)에 차단기 동작 명령을 전달하여 축 발전기(120)의 동작을 중지시킬 수 있다.

메인 스위치 보드(140)는 가변 주파수 드라이브(130)로부터의 가변된 전력의 전압을 측정하여 전달하고, 보조 발전기(AG)에 의해 생성된 전력을 가변 주파수 드라이브(130)를 통해 축 발전기(120)나 부하에 전달할 수 있다.

에너지 저장 시스템(150)은 가변 주파수 드라이브(130)로부터의 가변된 전력을 저장하고, 전력 관리 시스템(160)의 제어에 따라 저장된 전력을 방전시킬 수 있다.

전력 관리 시스템(160)은 메인 스위치 보드(140)의 전압 측정값에 따라 보조 발전기(AG)의 전력 생성 동작 및 에너지 저장 시스템(150)의 전력 충방전 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 전력 관리 시스템(160)은 상기 메인 스위치 보드(140)에서 측정한 전압이 기준 전압 이하이면, 상기 보조 발전기(AG)를 동작시키고 상기 에너지 저장 시스템(150)의 전력을 방전시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 동작을 나타내는 플로우챠트이다.

도 1과 함께, 도 2를 참조하면, 축 발전기(120)의 단독 운전 모드시 전력 공급이 중단되면(S10), 전력 관리 시스템(160)은 메인 스위치 보드(140)의 전압 측정값에 따라 블랙-아웃(black-out)(예를 들어, 정격전압의 10% 미만)을 판단하고(S20), 전력 관리 시스템(160)은 자동 블랙 아웃 회복 동작을 수행하며(S30, S40) 전력 평균 배분(Load Shedding) 동작을 통해 필수 부하 운전을 수행할 수 있다(S50).

이후, 전력 관리 시스템(160)은 보조 발전기(AG)를 기동시킴과 동시에 에너지 저장 시스템(150)의 저장된 전력을 방전시킬 수 있다. 에너지 저장 시스템(150)는 매우 빠른 속응성을 바탕으로 보조 발전기(AG)가 정상 동작하기 위한 수 초 동안 블랙-아웃(black-out)을 방지할 수 있다.

즉, 예기치 못한 추진 시스템의 블랙-아웃(black-out) 발생 시, 속응성이 빠른 에너지 저장 시스템(150) 운전을 통해 선박 전력계통 내 민감 장비 및 부하들에 야기될 수 있는 데이터 손실 및 시스템 가동 휴지 시간(downtime)을 최소화할 수 있다.

전력 관리 시스템(160)은 보조 발전기(AG)가 기동하여(S70) 정상적으로 전력이 공급되면, 에너지 저장 시스템(150)의 방전을 정지시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.

100: 선박 추진 시스템
110: 메인 엔진
120: 축 발전기
130: 가변 주파수 드라이브
140: 메인 스위치 보드
150: 에너지 저장 시스템
160: 전력 관리 시스템

Claims

메인 엔진의 동작에 따라 전력을 생성하는 축 발전기;
상기 축 발전기에 의해 생성된 전력을 가변하고 제어에 따라 상기 축 발전기의 동작을 제어하는 가변 주파수 드라이브;
상기 가변 주파수 드라이브로부터의 가변된 전력 또는 보조 발전기에 의해 생성된 전력 중 적어도 하나를 부하에 전달하는 메인 스위치 보드;
상기 가변 주파수 드라이브로부터의 가변된 전력을 저장하고, 제어에 따라 저장된 전력을 방전하는 에너지 저장 시스템; 및
상기 메인 스위치 보드에서 측정된 전압에 따라 상기 보조 발전기의 동작 및 상기 에너지 저장 시스템의 전력 충방전 동작을 제어하는 전력 관리 시스템을 포함하고,
상기 전력 관리 시스템은 상기 축 발전기의 단독 운진 모드시 전력 공급이 중단되면 상기 메인 스위치 보드에서 측정된 전압에 따라 블랙-아웃(black-out)을 판단하여 상기 에너지 저장 시스템의 저장된 전력을 방전시키는 선박 추진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전력 관리 시스템은 상기 메인 스위치 보드에서 측정한 측정 전압이 기준 전압 이하이면 상기 보조 발전기를 동작시키고, 상기 에너지 저장 시스템의 전력을 방전시키는 선박 추진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전력 관리 시스템은 선박의 부하 중 필수 부하를 제외한 나머지 부하들에 대하여 전력 평균 분배(Load Shedding)을 수행하는 선박 추진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 가변 주파수 드라이브는 상기 전력 관리 시스템의 제어에 따라 상기 축 발전기의 추진 동작을 중단시키는 선박 추진 시스템.
제1항에 있어서,
상기 전력 관리 시스템은 상기 에너지 저장 시스템이 방전되고 상기 보조 발전기가 동작하여 전력이 공급되면, 상기 에너지 저장시스템의 방전을 정지시키는 선박 추진 시스템.