KR101660228B1 - 해상 선박의 전원 시스템 - Google Patents

해상 선박의 전원 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101660228B1
KR101660228B1 KR1020147016561A KR20147016561A KR101660228B1 KR 101660228 B1 KR101660228 B1 KR 101660228B1 KR 1020147016561 A KR1020147016561 A KR 1020147016561A KR 20147016561 A KR20147016561 A KR 20147016561A KR 101660228 B1 KR101660228 B1 KR 101660228B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
voltage
power
set point
generator
power system
Prior art date
Application number
KR1020147016561A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140080563A (ko
Inventor
다미르 라단
Original Assignee
지멘스 악티엔게젤샤프트
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지멘스 악티엔게젤샤프트 filed Critical 지멘스 악티엔게젤샤프트
Publication of KR20140080563A publication Critical patent/KR20140080563A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101660228B1 publication Critical patent/KR101660228B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/107—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for limiting effects of overloads
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J3/02—Driving of auxiliaries from propulsion power plant
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/007—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources
    • H02J3/0073—Arrangements for selectively connecting the load or loads to one or several among a plurality of power lines or power sources for providing alternative feeding paths between load and source when the main path fails, e.g. transformers, busbars
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/02—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks using a single network for simultaneous distribution of power at different frequencies; using a single network for simultaneous distribution of ac power and of dc power
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J4/00—Circuit arrangements for mains or distribution networks not specified as ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/42—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ships or vessels
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/388—Islanding, i.e. disconnection of local power supply from the network

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

해상 선박의 전원 시스템이 제공된다. 전원 시스템은, 전력 분배 버스에 커플링된 복수의 전기 모터들에 전력을 공급하기 위해 해상 선박의 상기 전력 분배 버스에 커플링되도록 적응된다. 전원 시스템은, 전기 전력을 발전시키기 위한 발전기, 그리고 상기 발전기에 커플링되고 전압 세트포인트에 따라 발전기의 출력 전압을 제어하도록 적응된 제어 시스템을 포함한다. 제어 시스템은, 발전기에 의해 발전된 전기 전력의 파라미터를 측정하기 위한 측정 유닛, 그리고 측정된 파라미터에 따라 발전기의 출력 전압에 대한 전압 세트포인트를 제어하도록 적응된 제어 유닛을 포함한다.

Description

해상 선박의 전원 시스템{POWER SUPPLY SYSTEM OF A MARINE VESSEL}
본 발명은 해상 선박의 전원 시스템(power supply system), 그리고 그러한 선박의 전력 시스템에 관한 것이다. 추가로, 본 발명은 해상 선박의 전원 시스템을 동작시키는 방법에 관한 것이다.
해양 구조물들, 시추 또는 제조 선박들과 같은 해상 선박들은 독립적인 전력 시스템들을 종종 포함하고, 상기 독립적인 전력 시스템들은 디젤 엔진(diesel engine) 또는 가스 터빈(gas turbin)과 같은 기계적 에너지 소스(source of mechanical energy)에 커플링(coupling)된 발전기를 갖는다. 발전기에 의해 생성된 전기 전력은 전력 분배 버스(power distribution bus)에 걸쳐 분배되고, 복수의 컨슈머(consumer)들이 상기 전력 분배 버스에 연결된다. 대형 컨슈머들이 스러스터 드라이브(thruster drive)들, 시추 드라이브 또는 드로워크스(drilling drive or drawworks)를 포함하는 반면에, 더 작은 컨슈머들은 펌프(pump)들, 압축기들, 및 그러한 선박 상에 제공된 다른 전기 디바이스(electric device)들일 수 있다.
일반적으로 복수의 소스들로부터 전기 에너지를 얻는 육지 전력 시스템들과 달리, 해상 선박들의 격리된 전력 시스템들은 비교적 적은 개수의 설치된 발전기들, 통상적으로 4개 내지 6개의 발전기들을 갖는다. 짧은 케이블 루트(cable route)들, 버스 바(bus bar)들의 사용 및 경로에 트랜스포머(transformer)들이 없음으로 인해, 발전기들 사이의 임피던스(impedance)들은 일반적으로 상당히 낮고, 거의 미미하다. 버스 바 결함 또는 발전기 상호연결 케이블 결함과 같이 전력 시스템에서 결함이 존재한다면, 낮은 임피던스들로 인해, 비교적 높은 전압 강하가 발생한다. 따라서, 전력 시스템에 연결된 전기 모터(electric motor)들이 일반적으로 상당히 감소된 전류 공급 하에서 동작할 것이고, 결과적으로 느려질 것이다. 예로서, 해상 선박의 전력 시스템은, 수십 또는 수백 개의 연결된 소형 전기 모터들, 예컨대 DOL(direct online) 인덕션 모터(induction motor)들을 가질 수 있다.
결함이 제거된 이후, 전기 모터들은 각자의 속도를 다시 공칭값까지 증가시킬 것이고, 이는 상당한 돌입 전류를 초래할 것이다. 몇몇 시스템들에서, 자동 전압 조절기(AVR)가 발전기를 제어할 것이고, 따라서 주 전력 분배 버스 상의 전압을 제어할 것이다. 결함 이후 시스템 복구 동안, 전압 오버슛(voltage overshoot)이 일반적으로 발생할 것인데, 그 이유는 AVR이 전압 강하를 보상하려고 노력할 것이기 때문이고, 이때 오버슈팅은 통상적으로 150%보다 더 높다. 해상 선박이 수송중이라면, 해상 선박은 일반적으로 DP2 모드(mode)로(즉, DNV(Det Norske Veritas)의 동적 포지셔닝 2 사양(dynamic positioning 2 specification)들에 따라) 동작할 것이다. 이러한 동작 모드에서, 전압 오버슛은 일반적으로 문제점인 것으로 간주되지 않는다. 오버슛이 다른 컴포넌트(component)의 블랙아웃(blackout)을 유도할 것이라면, 상기 컴포넌트는 시스템으로부터 격리될 수 있고 수리될 수 있으며, 이는 일반적으로 DP2 동작 하에서 중대하지 않다. 다른 한편으로, 선박이 DP3 모드로 동작한다면, 예컨대 시추 동작을 수행할 때, 전력 분배 버스의 버스 타이 브레이커(bus tie breaker)들이 열리고, 그래서 해상 선박의 전력 시스템이 본질적으로 여러 개의 독립적인 전력 시스템들로 분할된다. 예로서, 전력 분배 버스의 2개, 3개 또는 4개 섹션(section)들이 제공될 수 있고, 섹션들 각각은 독립적인 중복 전력 시스템으로서 동작한다. 이러한 서브시스템(subsystem)들 중 하나에서 결함이 존재한다면, 다른 서브시스템들은 영향받지 않을 것인데, 그 이유는 다른 서브시스템들이 결함 서브시스템으로부터 전기적으로 격리되기 때문이다. 따라서, 결함 서브시스템의 동작을 재개한 이후 발생할 수 있는 전압 오버슛을 나머지 서브시스템들은 겪지 않을 것이다.
열린 버스 타이 브레이커들을 이용하여 전력 시스템을 동작시키는 것이 중복성을 제공하고, 컴포넌트에서의 결함의 경우 완전한 블랙아웃을 방지하지만, 상기는, 각각의 서브섹션(subsection)에서 발전기가 동작될 필요가 있고, 몇몇 발전기들이 각자의 최대 용량으로 동작할 수 있는 반면에 다른 발전기들은 유휴에 가까운 채로만 동작할 수 있기 때문에 발전기들의 동작이 일반적으로 상당히 비효율적이라는 단점을 갖는다.
따라서, 닫힌 버스 타이 브레이커들을 이용하여 전력 시스템을 동작시키면서, 동시에 DP3 사양들에 따른 요건들이 충족되는 결함 저항 동작을 보장하는 것이 원해진다. 특히, 하나의 컴포넌트에서의 결함이 전력 시스템의 나머지 섹션들의 나머지 컴포넌트들, 예컨대 발전기들 및 드라이브들의 동작에 영향을 끼치지 않음을 보장하는 것이 원해진다.
따라서, 위에서 언급된 단점들 중 적어도 몇몇을 완화시키는, 해상 선박에 대한 개선된 전원 시스템에 대한 필요가 존재한다.
이러한 필요는 독립 청구항들의 특징들에 의해 충족된다. 종속 청구항들은 본 발명의 실시예들을 설명한다.
실시예는 해상 선박의 전원 시스템을 제공하고, 상기 전원 시스템은 전력 분배 버스에 커플링된 복수의 전기 모터들에 전력을 공급하기 위해 해상 선박의 상기 전력 분배 버스에 커플링되도록 적응된다. 전원 시스템은, 전기 전력을 발전시키기 위한 발전기를 포함하고, 발전은, 동작 중에, 발전기의 출력부에 출력 전압을 제공하고, 상기 출력 전압은 교류(AC) 전압이다. 전원 시스템은, 발전기에 커플링되고 전압 세트포인트(voltage setpoint)에 따라 발전기의 출력 전압을 제어하도록 적응된 제어 시스템을 더 포함하고, 상기 전압 세트포인트는, 동작 중에, 동작 전압 세트포인트로 셋팅(setting)된다. 제어 시스템은 발전기에 의해 발전된 전기 전력의 파라미터(parameter)를 측정하도록 적응된 측정 유닛을 포함하고, 여기서 파라미터는 전원 시스템에 커플링된 컴포넌트에서의 결함을 표시할 수 있고, 상기 결함은 발전기 출력부 상에 전압 강하를 초래한다. 측정되는 파라미터는 예컨대, 발전기 출력부에서의 출력 전압, 또는 출력 전압의 AC 주파수일 수 있다. 제어 시스템은, 파라미터의 값이 임계치 미만으로 떨어지면 전압 세트포인트가 감소되도록, 측정된 파라미터에 따라 발전기의 출력 전압에 대한 전압 세트포인트를 제어하도록 적응된 제어 유닛을 더 포함한다. 제어 유닛은, 결함이 전원 시스템으로부터 전기적으로 격리된 이후, 전압 세트포인트를 다시 동작 전압 세트포인트로 점진적으로 증가시키도록 추가로 적응된다.
결함 이후 전압 세트포인트를 낮추고, 전압 세트포인트를 다시 점진적으로 정상이 되게 함으로써, 전압 오버슛이 수용할만한 제한치들 내에서 유지될 수 있거나 또는 심지어 방지될 수 있다. 전압 오버슛을 제한함으로써, 해상 선박의 전력 분배 버스에 커플링된 다른 전기 컴포넌트들에의 손상 및/또는 상기 다른 전기 컴포넌트들의 트립핑(tripping)이 방지될 수 있다. 따라서, 버스 타이 브레이커들이 닫히고 전력 시스템에서 결함이 발생하더라도, 신뢰할만한 동작이 보장될 수 있다. 따라서, 닫힌 버스 타이 브레이커들을 이용한, DP3 사양들에 따른 전력 시스템의 동작이 달성될 수 있다.
결함이 전원 시스템으로부터 전기적으로 격리된다는 것은 결함이 제거됨을 의미하고, 상기는 예컨대, 결함을 갖는 컴포넌트를 전원 시스템으로부터 분리시킴으로써, 예컨대 결함을 갖는 컴포넌트를 전력 분배 버스로부터 분리시킴으로써, 또는 결함이 발생한 전력 분배 버스의 섹션을 전력 분배 버스의 나머지 섹션들로부터 분리시킴으로써, 또는 가능하다면 결함의 원인을 단순히 제거함으로써 발생할 수 있다. 분리는 회로 차단기들, 버스 타이 브레이커들, 릴레이(relay)들, 퓨즈(fuse)들, 전력 전자장치들 등등에 의하여 발생할 수 있다.
실시예에서, 제어 시스템들은, 예컨대 측정된 파라미터가 임계치 미만으로 떨어질 때, 결함이 발생했음을 결정할 수 있고, 그런 다음 위에서 설명된 바와 같이 전압 세트포인트를 제어할 수 있다. 또한, 결함의 발생이 명시적으로 결정되지 않았지만, 제어 유닛이 측정된 파라미터에 따라, 예컨대 미리정의된 관계에 따라 전압 세트포인트를 단순히 제어하는 것이 가능하다. 결함은 예컨대, 전력 분배 버스에 커플링된 컴포넌트 또는 전력 분배 버스 자체에서의 단락, 예컨대 버스 바 결함, 또는 발전기 상호연결 케이블 결함 등등일 수 있다. 그러한 결함은 일반적으로, 결함 발생 이후 발전기 출력부 상에 전압 강하를 유도한다. 동작 전압 세트포인트는, 발전기가 자신의 정상 동작에서 전달해야하는 전압을 정의한다. 이와 같이, 동작 전압 세트포인트는, 정상 동작(즉, 결함의 존재가 없는 동작) 동안 요구되는 바와 같이 가변될 수 있다.
실시예에서, 동작 전압 세트포인트로의 전압 세트포인트의 돌아감 이후 발생하는 전압 오버슛이 동작 전압의 125% 미만, 바람직하게는 120% 미만이 되도록, 전압 세트포인트의 점진적 증가가 수행된다. 제어 시스템의 그러한 구성에 의해, 전력 시스템을 동작시키기 위한 DP3 사양들이 달성될 수 있음이 보장될 수 있다.
실시예에서, 파라미터는 발전기 출력부에서의 전압이고, 제어 유닛은, 발전기 출력부에서의 전압이 전압 임계치 미만으로 강하한다면 전원 시스템 또는 전원 시스템에 커플링된 컴포넌트들에서 결함이 존재한다고 결정하도록 적응된다. 해상 선박의 전력 시스템에서의 낮은 임피던스들로 인해, 컴포넌트의 결함, 특히 단락이 상당한 전압 강하를 초래할 것이고, 그래서 발전기의 출력부에서의 전압을 측정하는 것은 결함의 발생에 대한 우수한 표시자이다.
다른 실시예에서, 파라미터는 발전기 출력부에서의 출력 전압의 AC 주파수이고, 제어 유닛은, 발전기 출력부에서의 AC 주파수가 주파수 임계치 미만으로 강하한다면 전원 시스템 또는 전원 시스템에 커플링된 컴포넌트들에서 결함이 존재한다고 결정하도록 적응된다. 컴포넌트들 중 하나에서 단락과 같은 결함은 일반적으로 전원 시스템의 발전기로부터 커다란 전류가 인출되게 유도할 것이고, 따라서 발전기 상의 부하가 증가할 것이다. 이는, 발전기의 샤프트(shaft) 회전 속도의 감소를 초래할 수 있고, 따라서 출력 전압의 주파수에서의 감소를 초래할 수 있다. 따라서, 발전기 출력부에서의 AC 주파수는 전력 시스템에서 결함의 발생에 대한 우수한 표시자이다.
실시예에서, 제어 유닛은, 결함 검출 이후 전압 세트포인트를 시작 전압 세트포인트로 셋팅하도록, 그리고 그 이후 전압 세트포인트를 동작 전압 세트포인트로 올리도록 적응된다. 결함 이후 전압 세트포인트를 증가시키기 위해 램프(ramp)를 사용함으로써, 전압 오버슛이 낮게 유지될 수 있다. 시작 전압 세트포인트들은 예컨대 동작 전압 세트포인트의 0% 내지 50%의 범위에 놓일 수 있다.
시작 전압 세트포인트로부터 동작 전압 세트포인트로의 전압 세트포인트의 램핑(ramping)은 약 0.1초 내지 약 3초의 범위로부터, 그리고 바람직하게는 약 0.5초 내지 약 2초의 범위로부터 선택된 시간 기간 내에서 발생할 수 있다.
그러한 시작 전압 세트포인트에 의해, 전력 분배 버스에 연결된 전기 모터들로 돌입하는 전류가 상당히 감소될 수 있다. 그러한 램프를 사용함으로써, 너무 낮은 전압으로 인한 컨슈머들의 트립핑(즉, 컨슈머들의 자기 개시된 셧다운)이 방지될 수 있다. 특히, 3초 미만, 바람직하게는 2초 미만의 램프 지속기간을 만듦으로써, 너무 긴 지속기간 동안 전압이 감소된다면 운동 에너지 복구가 더 이상 가능하지 않을 때 발생할 수 있는, 저전압으로 인한 스러스터 드라이브들의 주파수 컨버터(frequency converter)들의 트립핑이 방지될 수 있다.
예로서, 두 개의 램프들이 사용될 수 있고, 이때 제1 램프가 시작 전압 세트포인트에서 시작하고 중간 전압 세트포인트까지 연장되고, 제2 램프가 중간 전압 세트포인트에서 시작하고 동작 전압 세트포인트까지 연장된다. 중간 전압 세트포인트는 예컨대, 동작 전압 세트포인트의 약 70% 내지 약 90%, 바람직하게는 약 75% 내지 약 85%의 범위 내에 놓일 수 있다. 따라서, 다시 정상 동작 전압으로의 신속한 복구가 달성되면서, 동시에 전압 오버슛을 최소화시킬 수 있다.
실시예에서, 제어 유닛은 보호 제어기 및 자동 전압 조절기(AVR:automatic voltage regulator)를 포함하고, 여기서 보호 제어기는 AVR에 대한 인터페이스(interface)를 갖고, 전압 세트포인트를 제어하기 위해 제어 신호를 생성하도록 적응되고, 상기 인터페이스를 통해 상기 제어 신호를 AVR에 공급하도록 추가로 적응된다. AVR은, 공급받은 제어 신호로부터 전압 세트포인트를 결정하도록, 그리고 결정된 전압 세트포인트에 따라 발전기의 필드 전압(field voltage)을 제어하도록 적응된다. 예로서, AVR은 전력 시스템 스태빌라이저(stabilizer)에 대해 보통 사용되는 입력을 가질 수 있고, 이러한 입력은 위에서 개설된 전압 세트포인트를 제어하기 위해 보호 제어기에 의해 이제 사용될 수 있다. 상기 입력은 예컨대 아날로그 전압 또는 전류 입력일 수 있다. 보호 제어기는 예컨대, 위에서 설명된 바와 같이 전압 세트포인트를 올리는 제어 신호를 제공할 수 있고, 이로써 전압 오버슛이 최소화된다.
실시예에서, 제어 유닛은 자동 전압 조절기(AVR)를 포함하고, 자동 전압 조절기는, 더 낮은 AC 주파수가 전압 세트포인트에 대한 더 낮은 제한치를 초래하도록 발전기의 출력 전압의 AC 주파수에 따라 전압 세트포인트를 제한시키는 주파수대 전압 제한기(Volts per Hertz limiter)를 포함한다. 따라서, AC 주파수가 결함 발생으로 인해 강하하면, 주파수대 전압 제한기는 결과적으로 전압 세트포인트를 감소시킬 것이고, 결함이 제거된 이후 전압 세트포인트를 점진적으로 증가시킬 것이다. 따라서, 과도한 돌입 전류들 및 전압 오버슛이 방지될 수 있다.
주파수대 전압 제한기는 특히, 전압 세트포인트 대 AC 주파수의 비율이 미리정의된 제한치 미만에서 유지되도록 구성될 수 있다. 이러한 제한치가 초과된다면, 주파수대 전압 제한기는 전압 세트포인트를 감소시킨다. 예로서, 공칭 AC 주파수에서, 최대 전압 세트포인트는 동작 전압 세트포인트의 105%와 120% 사이, 바람직하게 약 110%로 제한될 수 있다. 이러한 제한은 전압 세트포인트 대 AC 주파수의 최대 비율(예컨대, 1.1의 비율)을 정의한다. 주파수대 전압 제한기는, 이러한 최대 비율이 AC 주파수들 전부에 대해 초과되지 않도록, 전압 세트포인트를 제한시키도록 구성될 수 있다. 따라서, AC 주파수가 공칭 AC 주파수의 50%까지 강하하면, 전압 세트포인트는 동작 전압 세트포인트의 최대 55%까지 제한될 수 있다.
실시예에서, AVR은 보호 제어기에 커플링될 수 있고, 주파수대 전압 제한기를 포함할 수 있다(즉, AVR은 두 개의 위에서 언급된 실시예들을 결합시킬 수 있다). AVR은, 공급받은 제어 신호에 따라 전압 세트포인트를 제어하도록, 그리고 동시에, 주파수대 전압 제한기에 의하여 발전기의 출력 전압의 AC 주파수에 따라 전압 세트포인트를 제한시키도록 적응될 수 있다. 따라서, 전압 오버슛에 대비한 이중 보호가 달성될 수 있다. 예로서, 보호 제어기가 페일(fail)될 수 있다면, 주파수대 전압 제한기는 여전히 전압 오버슛을 수용할만한 레벨로 감소시킬 것이다.
본 발명의 다른 실시예는 해상 선박, 특히 해양 구조물 또는 시추 또는 제조 선박의 전력 시스템을 제공한다. 전력 시스템은 위에서 언급된 구성들 중 임의의 구성의 복수의 전원 시스템들, 그리고 여러 개의 섹션들로 분할된 전력 분배 버스 ― 각각의 섹션은 적어도 하나의 전원 시스템에 커플링됨 ― 를 포함한다. 섹션들은 버스 타이 브레이커들에 의해 연결 가능하고, 전력 분배 버스는 전원 시스템들에 의해 발전된 전기 전력을 전력 분배 버스에 커플링된 복수의 전기 모터들에 공급하도록 적응된다. 위에서 설명된 바와 같은 전원 시스템들을 사용함으로써, 전력 분배 버스의 섹션이 분리되고 시스템에 다시 전력이 공급된 이후 전압 오버슛이 방지될 수 있다.
실시예에서, 전원 시스템들 각각은, 전원 시스템들, 또는 분배 버스 또는 분배 버스에 커플링된 컴포넌트들 중 하나에서의 결함 이후 발생하는 전압 오버슛을 각각의 전원 시스템의 공칭 동작 전압의 125% 미만, 바람직하게는 120% 미만으로 제한시키도록 적응된다. 전원 시스템들로부터 결함을 전기적으로 격리시킨 이후 전압 세트포인트의 위에서 언급된 점진적 증가에 의해 제한이 발생한다.
전력 시스템은, 결함 검출 이후, 결함이 발생한 전력 분배 버스의 섹션의 버스 타이 브레이커들을 열도록 적응될 수 있고, 이로써 전력 분배 버스의 나머지 섹션들에 커플링된 전원 시스템들로부터 결함이 격리된다. 위에서 언급된 수단에 의해, 과도한 전압 오버슛을 유발하는 것 없이, 나머지 전원 시스템들은 정상 동작으로 돌아갈 수 있다.
전력 분배 버스의 섹션들은 링 구성으로 연결될 수 있다. 심지어 섹션이 전력 분배 버스로부터 분리되더라도, 나머지 섹션들은 따라서 서로 연결된 채로 유지된다. 닫힌 버스 타이 브레이커들을 이용한 링 구성에 의하여, 요구되는 만큼의 많은 발전기들만이 온라인(online)이 될 필요가 있는데, 즉 전력 분배 버스에 전력을 전달할 필요가 있다. 추가로, 여러 개의 발전기들을 동작시킬 때, 이들 사이에 부하가 공유될 수 있고, 그래서 심지어 발전기들이 상이한 버스 섹션들에 연결되더라도, 발전기들은 효율적인 동작 범위들에서 동작할 수 있다.
실시예에서, 해상 선박은 동적으로 포지셔닝되는 선박이다.
전력 시스템은 부류 3 동작 모드를 갖는 동적 포지셔닝 장비 부류 3 전력 시스템일 수 있다. 예로서, 전력 시스템은 여러 개의 물리적으로 별개의 컴파트먼트(compartment)들(예컨대, 각각은 전력 분배 버스의 섹션을 포함함)로 분할될 수 있고, 전력 시스템은 임의의 그러한 컴파트먼트의 버닝(burning) 또는 플러딩(flooding)을 포함한 어떠한 단일 페일로부터도 포지션(position) 손실이 발생하지 않도록 구성된다. 부류 3 동작 모드는, 이러한 요건이 충족되는 동작 모드를 의미한다(전력 시스템은 페일 방지에 관한 덜 엄격한 요건들을 갖는 다른 모드들로 동작할 수 있다).
실시예에서, 전력 시스템은 전력 분배 버스의 섹션들 사이에서 닫히는 버스 타이 브레이커들을 이용하여 부류 3 동작 모드로 동작하도록 적응된다. 위에서 개설된 바와 같이 구성된 전원 시스템들을 사용함으로써, 닫힌 버스 타이 브레이커들을 이용하여 부류 3 동작 모드를 인에이블링하는 레벨(level)들로 전압 오버슛이 감소될 수 있다. 특히, 하나의 컴파트먼트로부터 다른 컴파트먼트로의 결함의 전파가 방지되고, 이로써 심지어 버스 타이 브레이커들이 닫힐 때에도, 페일 안전 동작에 관한 엄격한 요건들이 충족될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예는 해상 선박의 전원 시스템을 동작시키는 방법을 제공한다. 전원 시스템은 전력 분배 버스에 커플링된 복수의 전기 모터들에 전력을 공급하기 위해 해상 선박의 상기 전력 분배 버스에 커플링된다. 전원 시스템은 발전기, 그리고 전압 세트포인트에 따라 발전기의 출력 전압을 제어하도록 적응된 제어 시스템을 포함한다. 방법은, 동작 전압 세트포인트로 셋팅된 전압 세트포인트를 이용하여 전원 시스템을 동작시키는 단계; 발전기에 의해 발전된 전기 전력의 파라미터를 측정하는 단계 ― 여기서, 파라미터는 전원 시스템에 커플링된 컴포넌트에서의 결함을 표시할 수 있고, 상기 결함은 발전기 출력부 상에 전압 강하를 초래함 ― 를 포함한다. 방법은, 파라미터의 값이 임계치 미만으로 떨어진다면, 발전기의 출력 전압에 대한 전압 세트포인트를 감소시키고, 결함이 전원 시스템으로부터 전기적으로 격리된 이후, 전압 세트포인트를 다시 동작 전압 세트포인트로 점진적으로 증가시키는 단계를 더 포함한다. 방법에 의해, 전원 시스템에 대해 위에서 추가로 개설된 것들과 유사한 장점들이 달성될 수 있다.
방법의 실시예에서, 방법은, 전압 임계치 미만으로 발전기의 출력 전압의 강하를 검출함으로써 또는 주파수 임계치 미만으로 발전기의 출력 전압의 AC 주파수의 강하를 검출함으로써, 전원 시스템에 커플링된 컴포넌트에서의 결함을 검출하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은, 결함이 발생한 전력 분배 버스의 섹션의 버스 타이 브레이커들을 엶으로써, 결함을 격리시키는 단계를 더 포함할 수 있고, 이로써 결함이 전원 시스템으로부터 전기적으로 격리된다. 결함을 전기적으로 격리시키는 것은, 예컨대 대응하는 회로 차단기, 릴레이 등등에 의하여, 전력 분배 버스로부터 결함을 유발하는 컴포넌트를 분리시킴으로써 또한 발생할 수 있다.
방법의 실시예들은 위에서 설명된 구성들 중 임의의 구성의 전원 시스템 상에서 수행될 수 있다. 특히, 전원 시스템의 실시예들에 대해 위에서 설명된 임의의 방법 단계들이 해상 선박의 전원 시스템을 동작시키는 방법에서 구현될 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 실시예들의 특징들 그리고 아래에서 또한 설명될 특징들은, 반대로 주의되지 않는 한, 서로 결합될 수 있다.
본 발명의 앞선 그리고 다른 특징들 및 장점들은 동반된 도면들과 함께 읽히는 다음의 상세한 설명으로부터 추가로 명백해질 것이다. 도면들에서, 같은 참조 부호들은 같은 엘리먼트들을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전원 시스템을 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1의 전원 시스템의 가능한 구성을 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 3은 도 1 또는 도 2의 전원 시스템을 포함할 수 있는 본 발명의 실시예에 따른 전력 시스템을 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 해상 선박의 전원 시스템을 동작시키는 방법의 흐름도이다.
도 5는 전원 시스템의 실시예들에서 사용될 수 있는 주파수대 전압 제한기의 가능한 구현을 예시하는 개략적인 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 주파수대 전압 제한기에 대한 AC 주파수에 따른 전압 세트포인트 제한치를 예시하는 도면이다.
도 7은 500㎳ 결함의 발생 이후 전압 오버슛을 예시하는 도면이다.
도 8은 주파수대 전압 제한기를 이용하여 전압 세트포인트가 감소될 때 500㎳ 결함 이후 전압 오버슛을 예시하는 도면이다.
도 9는 보호 제어기의 제어 신호를 사용함으로써 전압 세트포인트가 감소될 때 500㎳ 결함 이후 전압 오버슛을 예시하는 도면이다.
다음에서는, 본 발명의 실시예들이 동반된 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다. 실시예들의 다음의 설명이 예시의 목적을 위해서만 제공되고 제한하는 의미로 취해지지 않을 것임이 이해될 것이다.
도면들이 개략적인 표현들인 것으로서만 간주될 것이고 도면들의 엘리먼트들이 반드시 서로에 대해 실척에 맞는 것은 아님이 주의되어야 한다. 오히려, 다양한 엘리먼트들의 표현은 각자의 기능 및 일반적인 목적이 기술분야의 당업자에게 명백해지도록 하기 위해 선택된다. 또한, 도면들에서 도시되고 이후에 설명되는 바와 같은 물리적 또는 기능적 유닛들의 커플링이 반드시 커플링의 직접 연결일 필요가 없으며, 또한 간접 연결 또는 커플링, 즉 퓨즈들, 회로 차단기들, 트랜스포머들 등등과 같은 하나 또는 그 초과의 부가적인 사이에 오는 엘리먼트들과의 연결 또는 커플링일 수 있음이 이해될 것이다. 당업자는, 상이한 실시예들에 대해 본 명세서에서 예시되고 설명되는 물리적 또는 기능적 유닛들이 반드시 물리적으로 별개의 유닛들로서 구현될 필요가 없음을 추가로 인정할 것이다. 하나 또는 그 초과의 물리적 또는 기능적 블록들 또는 유닛들이 공통 회로, 칩, 회로 엘리먼트 또는 유닛으로 구현될 수 있는 반면에, 도시된 다른 물리적 또는 기능적 블록들 또는 유닛들은 별개의 회로들, 칩들, 회로 엘리먼트 또는 유닛들로 구현될 수 있다.
도 1은 해상 선박의 전력 시스템(10)을 개략적으로 예시한다. 전력 시스템(10)은 해상 선박을 동작시키기 위해 전기 전력을 제공하는 전원 시스템(20)을 포함한다. 전원 시스템(20)은 회로 차단기(14)를 통해 해상 선박의 전력 분배 버스(11)에 커플링된다. 전력 분배 버스(11)는 여러 개의 섹션들을 포함하고, 상기 여러 개의 섹션들 중 두 개가 도 1에 도시된다. 동작 중에, 전력 분배 버스(11)의 상이한 섹션들은 버스 타이 브레이커들(13)을 통해 커플링된다. 전력 분배 버스(11)에 의해 전기 전력을 공급받는 부하들은 전기 모터들(12)을 포함한다. 전기 모터들(12)은 시추 드라이브, 스러스터 드라이브 또는 드로워크스와 같은 드라이브들의 일부일 수 있고, 전기 모터들(12)은 또한, 예컨대 펌프들, 압축기들 등등을 동작시키기 위한 보조 전기 모터들을 포함한다. 특히, 전기 모터들(12)은 DOL(direct online) 인덕션 모터들을 포함할 수 있다.
해상 선박의 전원 시스템(10)은 DP2(dynamic positioning 2) 모드 및 DP3(dynamic positioning 3) 모드를 포함한 여러 개의 상이한 동작 모드들로 동작하도록 적응된다. 이러한 모드들의 요건들은 DNV(Det Norske Veritas)에 의해 정의된다. DP3 요건들을 충족시키는 것은, 해상 선박의 "DYNPOS AUTRO" 분류를 초래할 수 있다.
예컨대 DP2 모드는 수송 동안 사용될 수 있고, 여기서 컨슈머들의 트립핑(즉, 전력 시스템으로부터 컨슈머들을 분리시킴)에 관한 요건들은 그렇게 엄격하지 않다. 선박은 예컨대, 시추 장소 위에서 매우 안정한 포지션 유지를 요구하는 시추 동작들 동안 DP3 모드로 동작될 필요가 있을 수 있다. 따라서, 전력 시스템의 무결성에 관한 요건들은 DP3 동작 모드에 대해 매우 엄격하다. 특히, DP3 사양들을 충족시키기 위해, 전력 분배 버스를 여러 개의 섹션들로 분할할 것이 일반적으로 요구되고, 상기 여러 개의 섹션들 각각은 자신만의 전원 시스템(20)에 의해 전력을 공급받는다. 이는, 버스 타이 브레이커들(13) 전부를 엶으로써 달성될 수 있다. 결함이 발생할 때, 결함은 전력 분배 버스(11)의 서브섹션에서 격리될 것이고, 나머지 섹션들에 영향을 끼치지 않을 것이며, 그래서 해상 선박의 안전 동작이 달성된다. 2개, 3개 또는 4개 중복 서브섹션들이 제공될 수 있어, 따라서 높은 정도의 중복성이 제공된다. DP2 모드에서, 무결성 및 신뢰성 요건들은 그렇게 높지 않고, 그래서 전력 분배 버스(11)는 닫힌 버스 타이 브레이커들(13)을 이용하여 동작될 수 있다.
버스 타이 브레이커들(13)이 닫히고, 예컨대 전력 분배 버스(11) 상의 결함, 버스 바 결함 또는 발전기 상호연결 케이블 결함으로 인해 결함이 발생할 때, 전력 분배 버스(11) 상의 전압은 강하할 것이다. 전압 강하 동안, 트랜스포머들을 통해 저전압 피더들에 연결될 수 있는 DOL 모터들을 포함한 모터들(12)은 전력을 잃고, 따라서 상당히 감소된 전류 공급 하에서 동작할 수 있다. 모터들(12)은 결과적으로, 부하 토크 곡선 및 모터 관성에 따라, 각자의 속도를 감소시키기 시작할 것이다. 전력 시스템(10)은 수십 또는 수백 개의 그러한 소형 DOL 모터들을 포함할 수 있다. 이는, 결함의 경우, 전력 시스템(10)의 전체 시스템 동작의 예측을 어렵게 만든다.
예컨대 결함을 유발하는 컴포넌트를 전력 시스템(10)으로부터 분리시킴으로써, 또는 (예컨대, 대응하는 버스 타이 브레이커들(13)을 엶으로써) 전력 분배 버스(11)의 섹션을 격리시킴으로써, 결함이 제거된 이후, 모터들(12)은 각자의 속도를 다시 공칭값까지 증가시킬 것이고, 이는 상당할 수 있는 돌입 전류를 초래한다.
전력 분배 버스(11) 상에 동작 전압을 제공하기 위해, 전원 시스템(20)은 발전기(21)를 포함하고, 상기 발전기(21)는 예컨대 디젤 엔진 또는 가스 터빈에 커플링되고, 발전기(21)와 인터페이싱하는 제어 시스템(30)에 의해 제어된다. 제어 시스템(30)은, 전력 분배 버스(11) 상의 전압이 다시 정상 동작 전압, 즉 공칭 전압의 100%가 되게 하려고 노력할 것이다. 이러한 목적을 위해, 제어 시스템(30)은 자동 전압 조절기(AVR)를 포함할 수 있다. 해상 선박들의 통상적인 전원 시스템들에서, 결함이 전압 오버슈팅의 발생을 초래할 것이고, 상기 전압 오버슈팅은 통상적으로, 공칭 동작 전압의 약 140% 내지 150%보다 더 높다. 그러한 고전압 오버슛이 해상 선박의 전력 분배 버스(11)에 연결된 다른 전기 컴포넌트들의 트립핑 및/또는 상기 다른 전기 컴포넌트들에의 손상을 유발할 수 있기 때문에, 버스 타이 브레이커들(13)은 DP3 모드에서의 동작 동안 열릴 것이고, 그래서 전력 분배 버스(11)의 하나의 섹션에서 그러한 전압 오버슛이 발생한다면, 다른 섹션들은 영향받지 않는다. 따라서, 항해 장비와 같은 필수 컨슈머들의 트립핑이 방지될 수 있다. 예로서, 150% 전압 오버슛이 발생하면, 공칭 230V AC로 동작하는 컨슈머는 수초 동안 350V AC를 감지할 수 있어, 퓨즈들 또는 브레이커들의 열림 또는 브레이킹, 또는 장비에의 손상이 유도된다.
도 1의 실시예에서, 전원 시스템(20)은 그러한 결함 이후에 발생하는 전압 오버슛을 공칭 동작 전압의 125% 미만, 바람직하게는 심지어 공칭 동작 전압의 120% 미만으로 최소화시키도록 적응된다. 이러한 목적을 위해, 제어 시스템(30)은 측정 유닛(31)을 포함하고, 상기 측정 유닛(31)은 발전기(21)에 의해 발전된 전기 전력의 파라미터, 예컨대 발전기(21)의 출력 전압 또는 출력 전압의 AC 주파수를 측정한다. 결함 발생은 발전기(21)의 출력부 상에 전압 강하를 초래할 것이다. 파라미터를 측정함으로써, 전압 강하가 감지될 수 있거나, 또는 전압을 다시 공칭값까지 올리려고 시도할 때 발전기가 느려질 것이기 때문에, 출력 전압의 AC 주파수의 강하가 결함을 표시할 수 있다.
제어 시스템(30)은 제어 유닛(33)을 포함하고, 상기 제어 유닛(33)은 전압 세트포인트에 따라 발전기(21)의 필드 코일(field coil)의 전압/전류를 제어함으로써 발전기(21)의 출력 전압을 조정한다. 정상 동작 중에, 전압 세트포인트는 동작 전압 세트포인트로 셋팅되고, 그래서 발전기(21)는 공칭 동작 전압을 자신의 출력부에 제공한다.
이제, 제어 유닛(33)은, 파라미터의 값이 임계치 미만으로 떨어진다면 ― 따라서, 결함 발생이 표시됨 ―, 전압 세트포인트가 감소되도록, 측정 유닛(31)에 의해 측정된 파라미터에 따라 발전기(21)의 출력 전압에 대한 전압 세트포인트를 제어하도록 적응된다. 제어 유닛(33)은 결함을 검출할 수 있고, 전압 세트포인트를 미리정의된 더 낮은 값으로 셋팅할 수 있거나, 또는 제어 유닛(33)은 측정된 파라미터와 전압 세트포인트 사이에 미리정의된 관계를 제공할 수 있고, 그래서 파라미터의 강하가 자동으로 전압 세트포인트의 강하를 초래한다.
제어 유닛(30)은, 결함이 전원 시스템으로부터 전기적으로 격리된 이후, 전압 세트포인트를 다시 동작 전압 세트포인트로 점진적으로 증가시키도록 추가로 적응된다. 다시, 제어 유닛(33)은 미리정의된 프로시저에 따라 전압 세트포인트를 증가시킬 수 있거나, 또는 제어 유닛(33)은 측정된 파라미터와 전압 임계치 사이에 관계를 제공할 수 있고, 그래서 측정된 파라미터가 다시 정상으로 돌아가면, 전압 세트포인트가 또한 다시 동작 전압 세트포인트로 돌아간다.
따라서, 전압 세트포인트가 먼저 낮추어지고 그런 다음 다시 동작 전압 세트포인트로 점진적으로 증가되기 때문에, 전압 오버슛이 상당히 감소될 수 있다. 특히, 점진적 증가는 전압 오버슛이 공칭 동작 전압의 125% 미만, 바람직하게는 120% 미만으로 제한되도록 선택될 수 있다. 그러한 구성에서, 심지어 DP3 동작 모드로, 닫힌 버스 타이 브레이커들(13)을 이용하여 전력 시스템(10)을 동작시키는 것이 가능한데, 그 이유는 전원 시스템(20)이 DP3 사양들을 넘기 위해 전압 오버슛을 방지할 것이기 때문이다.
도 2는 도 1의 전력 시스템(10)에서 사용될 수 있는 전원 시스템(20)의 실시예를 도시한다. 전원 시스템(20)의 제어 시스템(30)은, 자동 전압 조절기(AVR)(35) 및 보호 제어기(34)에 의하여 구현된다. AVR(35)은 기술분야에서 알려진 임의의 자동 전압 조절기의 기능을 구현할 수 있고, 그 특정 구성은 발전기(21)의 타입과 전원 시스템(20)에 대한 전력 요건들에 따라 선택된다. AVR(35)은 측정 유닛(31)과 인터페이싱하고, 상기 측정 유닛(31)은 예컨대 전압 및/또는 전력 감지 회로의 형태로 구현될 수 있다. 측정 유닛(31)은 발전기(21)에 의해 발전된 AC 전압의 AC 주파수를 측정하기 위한 주파수 감지 회로를 더 포함할 수 있다. 측정 유닛(31) 자체가 AC 전압, 또는 출력 전압의 AC 주파수를 결정할 필요가 없음을 주의하라. 측정 유닛(31)은 예컨대 발전기 출력부 상의 측정 지점들에서 시간 전압 값들에 걸쳐 샘플링하는데 단순히 사용될 수 있고, 측정 값들의 시퀀스로부터, 출력 전압의 RMS 값이 결정될 수 있고, (예컨대, 푸리에 변환을 이용함으로써) 출력 전압의 주파수가 결정될 수 있다. 이는, AVR(35)에서 수행될 수 있다. 발전기(21)의 출력 전압은 예컨대 고정자 권선에서 측정될 수 있거나, 또는 보조 권선에서 측정될 수 있다.
AVR(35)은 전압 제어기(37)를 포함하고, 상기 전압 제어기(37)는 전압 제어 목적들을 위해 발전기(21)의 출력부에서 측정 유닛(31)에 의해 감지된 전압을 사용한다. 특히, 전압 제어 유닛(37)은 발전기(21)의 여자 필드(exciter field)에 피드(feed)되는 전압 또는 전력을 제어하고, 따라서 발전기의 출력 전압을 제어한다. 일반적인 동작 중에, 동작 전압 세트포인트는 AVR(35)에서 정의되고, 전압 제어기(37)는 발전기(21)의 전압 출력이 동작 전압 세트포인트에 대응하도록 필드 전압을 조정한다. 따라서, 발전기(21)의 출력 전압의 닫힌 루프(loop) 제어가 달성될 수 있고, AVR(35)은 발전기(21)의 부하, 속도, 온도, 역률 등등을 보상할 수 있다.
도 2의 실시예에서, AVR(35)에는 주파수대 전압 제한기(36)가 제공된다. 주파수대 전압 제한기(36)는 발전기(21)의 출력 전압의 AC 주파수에 따라 AVR(35)의 전압 세트포인트를 제한한다. 이러한 제한은, 주파수대 전압 제한기(36)에서 정의된 특징 곡선에 따라 발생할 수 있다.
그러한 특징 곡선의 예가 도 6에서 실례가 된다. 도 6의 도면의 X-축이 ㎐ 관점에서 발전기 출력부에서의 AC 주파수를 나타내는 반면에, Y-축은 발전기의 출력 전압을 나타낸다. 정상 동작 조건들에서, 출력 전압은 공칭 AC 주파수(100%) 및 공칭 출력 전압 값(100%)을 가질 것이다. 라인(line)(600)은 출력 전압의 실제 AC 주파수에 따라 최대 전압 세트포인트를 제한하는 고정 V/㎐ 비율(여기서, 1.1의 고정 비율)을 예시한다. 따라서, AC 주파수가 예컨대 50%로 강하하면, 최대 전압 세트포인트는 55%로 제한된다. 도 6의 도면에서 직선 라인(600)을 초래하는 고정 비율을 이용하는 것 외에, 도 6의 도면의 특징 곡선을 따라서 초래할, 발전기 주파수에 따라 바뀌는 비율이 사용될 수 있다.
주파수대 최대 전압 비율(maximum Volts per Hertz ratio), 즉 라인(600)은 주파수 임계치를 출력 전압의 AC 주파수에 효과적으로 포즈(pose)시킨다. AC 주파수가 이러한 임계치 미만으로 강하하면, 즉 라인(600)이 네거티브 X-방향으로 교차된다면, 시스템의 동작이 라인(600) 미만의 구역에서 계속되도록 전압 세트포인트가 감소된다. 유사하게, AC 주파수가 증가한다면, 전압 세트포인트는 주파수대 전압 비율, 즉 라인(600)에 의해 주어지는 제한치로 증가될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 측정 유닛(31)은 주파수 측정 회로(위에서 설명된 바와 같이 구현될 수 있음)를 포함하고, 따라서 출력 전압의 주파수를 주파수대 전압 제한기(36)에 제공한다. 그런 다음, 주파수대 전압 제한기(36)는 최대 허용 전압 세트포인트를 전압 제어기(37)에 제공하고, 상기 전압 제어기(37)는 제한치에 따라 자신의 전압들 세트포인트를 감소시키고 필드 전압을 따라서 제어한다.
이제 결함이 전력 시스템에서 발생하면, 전원 시스템(20)으로부터 인출된 전류가 증가할 것이어서, 발전기(21)의 출력부에서 전압 강하가 초래되고, 발전기(21)의 감소된 회전 주파수가 초래되고, 따라서 출력 전압의 감소된 AC 주파수가 초래된다. 이는, 주파수대 전압 제한기(36)에 의해 검출되고, 상기 주파수대 전압 제한기(36)는 따라서 전압 세트포인트를 감소시킨다. 결함이 시스템으로부터 제거될 때, 발전기는 속도를 다시 회복시킬 것이어서, 출력 전압의 증가하는 AC 주파수 및 그에 따른 최대 허용 전압 세트포인트의 대응하는 증가가 초래된다. 따라서, 전압 세트포인트는 다시 정상 동작 전압 세트포인트로 점진적으로 증가하고, 이로써 전압 오버슈팅이 작게 유지될 수 있다.
주파수대 전압 제한기(36)를 동작시키기 위한 대안으로써 또는 그에 부가하여, 전원 시스템(20)의 제어 시스템(30)은 보호 제어기(34)를 포함할 수 있다. 보호 제어기(34)는 자동 전압 조절기(35)의 입력부(38)와 인터페이싱하고, 자동 전압 조절기(35)를 통해, 보호 제어기(34)는 AVR의 전압 세트포인트를 제어한다. 보호 제어기(34)는 측정 유닛(32)과 인터페이싱하고, 상기 측정 유닛(32)은 발전기(21)의 출력 전압을 감지하기 위한 전압 감지 회로들을 포함한다. AVR(35) 및 보호 제어기(34) 둘 다에 결함을 표시하는 파라미터의 측정들을 제공하는 단일 측정 유닛(즉, 측정 유닛들(31 및 32)을 대체함)을 제공하는 것이 충분함을 주의하라.
입력부(38)는 아날로그 입력부일 수 있고, 보호 제어기(34)는 전압 세트포인트의 변화를 표시하기 위한 아날로그 제어 신호를 AVR(35)에 제공할 수 있다. 예로서, -10 내지 +10 V DC 범위의 아날로그 전압, 또는 예컨대 4 내지 20㎃의 범위 내의 전류가 제어 신호로서 사용될 수 있다. 보호 제어기(34)는 측정된 출력 전압을 모니터링하고, 출력 전압이 전압 임계치 미만으로 강하하면, 보호 제어기(34)는 결함 발생을 식별한다. 제어 신호에 의하여, 보호 제어기(34)는 전압 세트포인트를 시작 전압 세트포인트로 제어하고, 상기 시작 전압 세트포인트는 예컨대 동작 전압 세트포인트의 약 0% 내지 50%의 범위에 놓일 수 있다. 결함 제거 이후, 보호 제어기(34)는 전압 세트포인트를 다시 동작 전압 세트포인트로 올린다. 램프는 약 0.1 내지 약 3초, 바람직하게는 약 0.5 내지 2초의 지속기간을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 전력 시스템에 커플링된 모터들(12)로의 돌입 전류가 감소될 수 있는 동시에, 전력 시스템에 커플링된 다른 컴포넌트들이 너무 낮은 전압으로 인해, 예컨대 전압이 너무 느리게 증가될 때 트립핑될 것이 방지될 수 있다. 예는 스러스터 주파수 컨버터이고, 상기 스러스터 주파수 컨버터는 분리될 수 있는데, 그 이유는 전압이 너무 긴 지속기간 동안 감소되면, 운동 에너지 복구가 더 이상 가능하지 않을 수 있기 때문이다.
시작 전압 세트포인트로부터 동작 전압 세트포인트로의 단일 램프를 이용하는 것 외에, 램핑은 동작 전압 세트포인트로 돌아가는데 요구되는 시간량을 감소시키면서, 동시에 전압 오버슛을 최소화하기 위하여 더욱 복잡하게 이루어질 수 있다. 예로서, 제1 램프가 동작 전압 세트포인트의 약 75% 내지 85%의 전압 세트포인트로 올리는데 사용될 수 있고, 제2 램프가 이러한 중간 전압 세트포인트로부터 동작 전압 세트포인트로 전압 세트포인트를 돌아가게 하는데 사용될 수 있다. 제1 램프는 제2 램프의 기울기보다 더 급격한 기울기를 갖도록 구성되어, 이로써 복구를 위한 시간이 최소화되고, 동시에 전압 오버슛이 감소된다.
특정 구현에서, 출력 전압이 20% 미만으로 또는 10% 미만으로 강하하면, 보호 제어기는 결함 발생을 검출한다. 결함 제거 이후, 그런 다음 2초 내에 10%로부터 100%로 전압 세트포인트의 소프트 램프-업(soft ramp-up)이 시작될 것이다. 이러한 구성이, 아래에서 추가로 설명되는 도 9의 결과들을 획득하는데 사용되었다. 결함의 지속기간이 상대적으로 짧기 때문에(예컨대, 0.5초 미만), 결함 검출 직후에 램프가 시작될 수 있어, 결함 제거 이후 발생하는 램프의 최대 파트가 초래되거나, 또는 램프는 페일 제거 검출(예컨대, 출력 전압이 다시 상승하거나, 또는 임계치 전압을 초과하여 상승함) 이후에만 시작될 수 있다.
도 2에 도시된 구성에서, 주파수대 전압 제한기(36) 및 보호 제어기(34) 둘 다가 동시에 사용된다. 결함 이후, 전압 세트포인트는 위에서 설명된 바와 같이 보호 제어기(34)에 의해 제어된다. 보호 제어기가 페일되면, 주파수대 전압 제한기(36)는 전압 세트포인트에 제한치를 여전히 제공할 것이고, 그래서 심지어 그러한 경우에도, 전압 오버슛이 상당히 감소된다. 다른 실시예들에서, 주파수대 전압 제한기(36) 또는 보호 제어기(34) 중 단 한 개만이 사용될 수 있다. 주파수대 전압 제한기(36)만을 사용하는 것은, 전압 측정들/주파수 측정들이 AVR에 의해 취해지는 것만이 요구되고 부가적인 제어기가 구현될 필요가 없다는 장점을 갖는다. 다른 한편으로, 보호 제어기(34)를 사용하는 것은, 훨씬 더 낮은 전압 오버슈팅이 달성될 수 있고, 신속한 복구 및 최소 전압 오버슛을 달성하기 위하여 전압 세트포인트의 램핑 업이 최적화될 수 있다는 장점을 갖는다. 둘 다를 동시에 사용하는 것은, 중복성이 제공되어, 심지어 둘 중 하나가 페일되더라도 시스템이 동작가능하게 유지된다는 장점을 갖는다.
도 3에서, 전력 시스템(10)의 특정 구현이 개략적으로 예시된다. 도 3의 전력 시스템(10)은 위에서 개설된 바와 같은 전원 시스템(20)의 구성들 중 임의의 구성을 구현할 수 있다. 따라서, 위에서 주어진 설명들 중 임의의 설명이 도 3의 전력 시스템(10)에 동일하게 적용된다. 전원 시스템들(20)은 회로 차단기들을 통해 전력 분배 버스(11)에 커플링되고, 그래서 각각의 전원 시스템에서의 결함의 경우 전원 시스템들(20)은 전력 분배 버스(11)로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 전력 분배 버스(11)는 세 개의 섹션들(15, 16, 17)을 포함하고, 상기 세 개의 섹션들(15, 16, 17) 각각에는 두 개의 전원 시스템들(20)이 커플링된다. 섹션들은 버스 타이 브레이커들(13)을 통해 상호연결된다. 따라서, 전력 분배 버스(11)는 링 구성을 갖는다. 또한, 전기 모터들(12)을 포함한 부하들/컨슈머들이 회로 차단기들을 통해 전력 분배 버스(11)에 커플링되고, 그래서 상기 부하들/컨슈머들은 결함의 경우 전력 분배 버스(11)로부터 전기적으로 격리될 수 있다.
점선들에 의해 표시된 바와 같이, 전력 분배 버스의 각각의 섹션에 커플링된 발전기들은 각자만의 개별 엔진 룸(room)들에서 동작하고 있고, 상기 개별 엔진 룸들은 다른 엔진 룸들로부터 방화벽 및 방수 분리부에 의해 분리된다. 전력 분배 버스의 하나의 섹션에서, 예컨대 주 전력 시스템 버스 바들 또는 버스 타이 케이블들 상에 결함이 존재한다면, 전력 분배 버스(11)의 전체 섹션이 나머지 섹션들로부터 디커플링(decoupling)될 수 있어, 이로써 전력 분배 버스(11)의 나머지 섹션들의 결함이 전기적으로 격리된다. 본 발명의 실시예들에 따라 구성된 전원 시스템들(20)을 이용함으로써, 버스 타이 브레이커들(13)은 DP3 동작 동안 닫힐 수 있는데, 그 이유는 결함 발생 이후, 전력 시스템이 정상 동작을 재개할 때 발생하는 전압 오버슛이 최소화되기 때문이다.
도 4의 흐름도에서 예시된 방법은 위에서 설명된 전원 시스템들 또는 전력 시스템들 중 임의의 시스템 상에서 수행될 수 있다. 제1 단계(401)에서, 전원 시스템(20)은 동작 전압 세트포인트로 동작된다. 단계(402)에서, 예컨대 위에서 언급된 바와 같이 전압 및 주파수 측정 회로에 의해, 시점들에서 전압을 샘플링하고 샘플링된 신호 등등을 분석함으로써, 출력 전압 및/또는 출력 전압의 AC 주파수가 측정된다. 단계(403)에서, 결함이 전력 시스템에서 발생한다. 위에서 설명된 바와 같이, 이는 모니터링되는 파라미터의 강하로서, 즉 발전기의 출력부에서의 전압 또는 주파수의 강하로서 인지될 것이다. 단계(405)에서, 제어 시스템의 전압 세트포인트가 낮춰지는데, 즉 보호 제어기의 제어 신호에 따라 또는 주파수대 전압 제한기의 전압 세트포인트 제한치에 따라 낮춰진다. 위에서 언급된 바와 같이, 오버슛 보호 타입들 둘 다는 동시에 동작될 수 있고, 하나가 다른 하나에 대한 백업으로서의 역할을 한다.
결함 제거 이후, 보호 제어기로부터의 제어 신호에 따라서든 또는 주파수대 전압 제한기의 증가하는 전압 세트포인트 제한치에 따라서든, 전압 세트포인트가 점진적으로 증가된다(단계 406). 전압 세트포인트가 전원 시스템(20)이 정상 조건들 하에서 동작하는 동작 전압 세트포인트에 도달할 때, 정상 동작이 재개된다(단계 407). 이는, 전압 세트포인트가 더 이상 주파수대 전압 제한기 또는 보호 제어기에 의해 제한되는 것이 아니라, AVR에 의한 동작 조건들에 따라 제어됨을 의미한다.
도 5는 주파수대 전압 제한기의 구현을 개략적으로 예시하는 블록도이다. 이것은 단지 개략적인 도면이고, 이러한 구현이 주파수대 전압 제한기의 출력을 시뮬레이팅하는데 사용됨을 주의하라. 그러나, 주파수대 전압 제한기(36)의 실제 셋업을 반영할 필요가 없을 수 있다.
도 7 내지 도 9는, 전력 시스템에서의 결함 발생에 대해 상이한 구성들로 전원 시스템(20)의 반응의 시뮬레이션 결과를 도시하는 도면들을 포함한다. 시뮬레이션들은 Matlab® Simulink®을 이용함으로써 획득되었다. 도 8의 주파수대 전압 제한기 구성의 시뮬레이션들은, 도 5에 도시된 구성과 유사한 구성을 이용하여 획득되었다.
도 7에서, 어떠한 전압 세트포인트 제한도 사용하지 않는 시스템에 대해, 500㎳의 지속기간의 결함(단락)에 대한 반응이 도시된다. 볼 수 있는 바와 같이, 결함 발생시, 발전기 출력부에서의 단자 전압이 상당히 강하한다. 500㎳ 이후에 결함의 제거 이후, 전압은 다시 증가하기 시작한다(상부 도면). 주파수대 전압 제한기 없이 그리고 보호 제어기 없이, 전압은 AVR에 의해 제어된다. 단자 전압은 발전기의 출력부에서 측정된 전압이다. 중간에 있는 도면은 필드 전압을 예시하고, 상기 필드 전압은 AVR에 의해 제어되는 파라미터이고, 발전기의 여자 필드에 피드된 전력의 측정치이다. 볼 수 있는 바와 같이, 결함 발생 이후, AVR이 단자 전압을 다시 공칭값이 되게 하려고 노력하여, 이로써 필드 전압이 증가된다. 이는, 현재 경우에 동작 전압의 140%를 초과하는 상당한 오버슛(상부 도면을 보라)을 유도한다. 하부 도면은 발전기의 샤프트 속도를 예시하고, 상기 샤프트 속도는 결함 발생 이후 강하하지만, 필드 전압이 증가됨에 따라, 그 공칭 동작 속도에 관한 값들로 증가한다.
도 8의 도면에서, 주파수대 전압 제한기는, 도 2의 구성과 유사하게, AVR에서 구현되고 동작하고 있다. 위에서 두 번째 도면은, 주파수대 전압 제한기가 전압 세트포인트를 제한시키기 때문에, 500㎳ 결함 이후, 필드 전압이 도 7에서보다 더 느리게 증가됨을 나타낸다. 결과적으로, 오버슛이 감소되고, 상부 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 오버슛은 공칭 동작 전압의 130% 미만이다.
도 7 및 도 8과 유사하게, 도 9는 500㎳ 지속기간의 결함에 대한 전원 시스템의 반응을 도시한다. 도 9에서, 제어 시스템은 보호 제어기를 구현하고, 상기 보호 제어기는 결함의 발생 및 제거 이후 전압 세트포인트를 느리게 올린다. 필드 전압 도면으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 필드 전압은 도 7의 시스템 구성에 대한 경우에서만큼 과도하게 증가되지는 않는다. 그보다는, 결함 발생 이후 필드 전압은 감소하고 느리게 증가한다. 결과적으로, 전압 오버슛은 최소화된다. 상기 전압 오버슛은 현재 경우에 공칭 동작 전압의 120% 미만이다.
요약하면, 결함 발생 이후 전압 세트포인트를 점진적으로 증가시키도록 제어 시스템을 구성함으로써, 전압 오버슈팅이 감소될 수 있어, 해상 선박들 상에 전압 안전성에 대한 개선들이 제공된다. 주파수대 전압 제한기 및 보호 제어기 둘 다를 구현하는 것은, 시스템들 중 하나의 시스템의 블랙 아웃의 경우 중복성을 제공한다. 개선된 전압 안정성은 선박 블랙아웃 및 포지션 손실의 위험을 감소시킨다. 결함 이후 과도적 전압(voltage transient)들이 감소되기 때문에, 전력 시스템에 커플링된 컴포넌트들이 연장된 수명으로부터 추가로 이익을 얻을 수 있다.
특정 실시예들이 본 명세서에서 개시되지만, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, 다양한 변경들 및 수정들이 이루어질 수 있다. 본 실시예들은 모든 면들에서 예시적인 것으로서 간주될 것이고, 제한적인 것으로 간주되지 않으며, 첨부된 청구항들의 의미 및 등가 범위 내에 오는 모든 변경들은 상기 청구항들에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (21)

  1. 해상 선박의 전원 시스템(power supply system)으로서,
    상기 전원 시스템(20)은 전력 분배 버스(power distribution bus)(11)에 커플링(coupling)된 복수의 전기 모터(motor)들(12)에 전력을 공급하기 위해 상기 해상 선박의 상기 전력 분배 버스(11)에 커플링되도록 구성되고, 상기 전원 시스템은,
    전기 전력을 발전시키기 위한 발전기(21) ― 상기 발전기는, 동작 중에, 상기 발전기의 출력부에 출력 전압을 제공하고, 상기 출력 전압은 AC 전압임 ―;
    상기 발전기에 커플링되고, 전압 세트포인트(voltage setpoint)에 따라 상기 발전기(21)의 상기 출력 전압을 제어하도록 구성된 제어 시스템(30) ― 상기 전압 세트포인트는, 동작 중에, 동작 전압 세트포인트로 셋팅(setting)됨 ―
    을 포함하고, 상기 제어 시스템은,
    상기 발전기(21)에 의해 발전된 전기 전력의 파라미터(parameter)를 측정하도록 구성된 측정 유닛(31) ― 상기 파라미터는 상기 전원 시스템에 커플링된 컴포넌트(component)에서의 결함을 표시할 수 있고, 상기 결함은 발전기 출력부 상에 전압 강하를 초래함 ―; 및
    상기 파라미터의 값이 임계치 미만으로 떨어지면 상기 전압 세트포인트가 감소되도록, 측정된 파라미터에 따라 상기 발전기(21)의 상기 출력 전압에 대한 상기 전압 세트포인트를 제어하도록 구성된 제어 유닛(33)
    을 포함하고,
    상기 제어 유닛(33)은, 상기 결함이 상기 전원 시스템으로부터 전기적으로 격리된 이후, 상기 전압 세트포인트를 다시 상기 동작 전압 세트포인트로 점진적으로 증가시키도록 추가로 구성되어, 그에 의해 전압 오버슛(voltage overshoot)이 제한되고, 상기 해상 선박의 상기 전력 분배 버스(11)에 커플링된 전기 컴포넌트들의 트립핑(tripping)이 방지되는,
    해상 선박의 전원 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라미터는 상기 발전기 출력부에서의 전압이고, 상기 제어 유닛(33)은, 상기 발전기 출력부에서의 전압이 전압 임계치 미만으로 강하하면 상기 전원 시스템 또는 상기 전원 시스템에 커플링된 컴포넌트들에서 결함이 존재한다고 결정하도록 구성되는,
    해상 선박의 전원 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파라미터는 상기 발전기 출력부에서의 상기 출력 전압의 AC 주파수이고, 상기 제어 유닛(33)은, 상기 발전기 출력부에서의 AC 주파수가 주파수 임계치 미만으로 강하하면 상기 전원 시스템 또는 상기 전원 시스템에 커플링된 컴포넌트들에서 결함이 존재한다고 결정하도록 구성되는,
    해상 선박의 전원 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(33)은, 상기 결함의 검출 이후 상기 전압 세트포인트를 시작 전압 세트포인트로 셋팅하고 그 후에 상기 전압 세트포인트를 상기 동작 전압 세트포인트로 올리도록 구성되는,
    해상 선박의 전원 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시작 전압 세트포인트로부터 상기 동작 전압 세트포인트로의 상기 전압 세트포인트의 램핑(ramping)은 0.1초 내지 3초의 범위로부터 선택된 시간 기간 내에서 발생하는,
    해상 선박의 전원 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(33)은 보호 제어기(34) 및 자동 전압 조절기(35)를 포함하고, 상기 보호 제어기(34)는 상기 자동 전압 조절기(35)에 대한 인터페이스(interface)(38)를 갖고, 상기 전압 세트포인트를 제어하기 위해 제어 신호를 생성하고 상기 인터페이스(38)를 통해 상기 제어 신호를 상기 자동 전압 조절기(35)에 공급하도록 구성되고, 상기 자동 전압 조절기(35)는, 공급받은 제어 신호로부터 상기 전압 세트포인트를 결정하고 결정된 전압 세트포인트에 따라 상기 발전기(21)의 필드 전압(field voltage)을 제어하도록 구성되는,
    해상 선박의 전원 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 유닛(33)은 자동 전압 조절기(35)를 포함하고, 상기 자동 전압 조절기(35)는, 더 낮은 AC 주파수가 상기 전압 세트포인트에 대한 더 낮은 제한치를 초래하도록 상기 발전기의 상기 출력 전압의 AC 주파수에 따라 상기 전압 세트포인트를 제한시키는 주파수대 전압 제한기(Volts per Hertz limiter)(36)를 포함하는,
    해상 선박의 전원 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 자동 전압 조절기(35)는 상기 보호 제어기(34)에 커플링되고, 주파수대 전압 제한기(36)를 포함하며, 상기 자동 전압 조절기(35)는, 공급받은 제어 신호에 따라 상기 전압 세트포인트를 제어하고, 동시에, 상기 주파수대 전압 제한기에 의하여 상기 발전기의 상기 출력 전압의 AC 주파수에 따라 상기 전압 세트포인트를 제한시키도록 구성되는,
    해상 선박의 전원 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    공칭 AC 주파수에서, 상기 전압 세트포인트는 상기 동작 전압 세트포인트의 105% 내지 120%로 제한되고, 상기 제한은 상기 전압 세트포인트 대 상기 AC 주파수의 최대 비율을 정의하고, 상기 주파수대 전압 제한기(36)는, 상기 최대 비율이 AC 주파수들 전부에 대해 초과되지 않도록, 상기 전압 세트포인트를 제한시키도록 구성되는,
    해상 선박의 전원 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 시스템(30)은, 상기 발전기(21)의 필드 전압을 제어함으로써 상기 전압 세트포인트에 따라 상기 발전기(21)의 상기 출력 전압을 제어하도록 구성되는,
    해상 선박의 전원 시스템.
  11. 해상 선박의 전력 시스템으로서,
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 복수의 전원 시스템들(20),
    여러 개의 섹션(section)들(15, 16, 17)로 분할된 전력 분배 버스(11) ― 각각의 섹션은 적어도 하나의 전원 시스템(20)에 커플링되고, 상기 섹션들(15, 16, 17)은 버스 타이 브레이커(bus tie breaker)들(13)에 의해 연결 가능하고, 상기 전력 분배 버스(11)는 전원 시스템들(20)에 의해 발전된 전기 전력을 상기 전력 분배 버스(11)에 커플링된 복수의 전기 모터들(12)에 공급하도록 구성됨 ―
    를 포함하는,
    전력 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전원 시스템들(20) 각각은, 상기 결함의 격리 이후 상기 전압 세트포인트의 상기 점진적 증가에 의해, 상기 전원 시스템들, 분배 버스 또는 상기 분배 버스에 커플링된 컴포넌트들 중 하나에서의 결함 이후 발생하는 전압 오버슛을 각각의 전원 시스템(20)의 공칭 동작 전압의 125% 미만으로 제한시키도록 구성되는,
    전력 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 전력 시스템(10)은, 상기 결함의 검출 이후, 상기 결함이 발생한 상기 전력 분배 버스(11)의 섹션(15, 16, 17)의 버스 타이 브레이커들(13)을 열도록 구성되어, 그에 의해 상기 전력 분배 버스(11)의 나머지 섹션들에 커플링된 전원 시스템들(20)로부터 상기 결함이 격리되는,
    전력 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 전력 분배 버스(11)의 상기 섹션들(15, 16, 17)은 링 구성으로 연결되는,
    전력 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 해상 선박은 동적으로 포지셔닝되는(positioned) 선박이고, 상기 전력 시스템(10)은 부류 3 동작 모드를 갖는 동적 포지셔닝 장비 부류 3 전력 시스템이고, 상기 전력 시스템(10)은 상기 전력 분배 버스(11)의 상기 섹션들(15, 16, 17) 사이에서 닫힌 상기 버스 타이 브레이커들(13)을 이용하여 상기 부류 3 동작 모드로 동작하도록 구성되는,
    전력 시스템.
  16. 해상 선박의 전원 시스템(20)을 동작시키는 방법으로서,
    상기 전원 시스템(20)은 전력 분배 버스(11)에 커플링된 복수의 전기 모터들(12)에 전력을 공급하기 위해 상기 해상 선박의 상기 전력 분배 버스(11)에 커플링되고, 상기 전원 시스템(20)은 발전기(21), 및 전압 세트포인트에 따라 상기 발전기의 출력 전압을 제어하도록 구성된 제어 시스템(30)을 포함하고, 상기 방법은,
    동작 전압 세트포인트로 셋팅된 상기 전압 세트포인트를 이용하여 상기 전원 시스템(20)을 동작시키는 단계;
    상기 발전기(21)에 의해 발전된 전기 전력의 파라미터를 측정하는 단계 ― 상기 파라미터는 상기 전원 시스템(20)에 커플링된 컴포넌트에서의 결함을 표시할 수 있고, 상기 결함은 발전기 출력부 상에 전압 강하를 초래함 ―; 및
    상기 파라미터의 값이 임계치 미만으로 떨어진다면, 상기 발전기(21)의 상기 출력 전압에 대한 상기 전압 세트포인트를 감소시키고, 상기 결함이 상기 전원 시스템(20)으로부터 전기적으로 격리된 이후, 상기 전압 세트포인트를 다시 상기 동작 전압 세트포인트로 점진적으로 증가시켜, 그에 의해 전압 오버슛이 제한되고, 상기 해상 선박의 상기 전력 분배 버스(11)에 커플링된 전기 컴포넌트들의 트립핑이 방지되게 하는 단계
    를 포함하는,
    해상 선박의 전원 시스템(20)을 동작시키는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전원 시스템(20)은 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따라 구성되는,
    해상 선박의 전원 시스템(20)을 동작시키는 방법.
  18. 제 4 항에 있어서,
    상기 시작 전압 세트포인트로부터 상기 동작 전압 세트포인트로의 상기 전압 세트포인트의 램핑은 0.5초 내지 2초의 범위로부터 선택된 시간 기간 내에서 발생하는,
    해상 선박의 전원 시스템.
  19. 제 9 항에 있어서,
    상기 전압 세트포인트는 상기 동작 전압 세트포인트의 110%로 제한되는,
    해상 선박의 전원 시스템.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 해상 선박은 해양 구조물 또는 시추 또는 제조 선박인,
    전력 시스템.
  21. 제 12 항에 있어서,
    상기 전원 시스템들(20) 각각은, 전압 오버슛을 각각의 전원 시스템(20)의 공칭 동작 전압의 120% 미만으로 제한시키도록 구성되는,
    전력 시스템.
KR1020147016561A 2011-11-17 2012-11-07 해상 선박의 전원 시스템 KR101660228B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11189595.9A EP2595265A1 (en) 2011-11-17 2011-11-17 Power supply system of a marine vessel
EP11189595.9 2011-11-17
PCT/EP2012/071977 WO2013072226A2 (en) 2011-11-17 2012-11-07 Power supply system of a marine vessel

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140080563A KR20140080563A (ko) 2014-06-30
KR101660228B1 true KR101660228B1 (ko) 2016-09-27

Family

ID=47178651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147016561A KR101660228B1 (ko) 2011-11-17 2012-11-07 해상 선박의 전원 시스템

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9209732B2 (ko)
EP (2) EP2595265A1 (ko)
KR (1) KR101660228B1 (ko)
CN (1) CN104011958B (ko)
BR (1) BR112014011963A2 (ko)
SG (1) SG11201402080YA (ko)
WO (1) WO2013072226A2 (ko)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2930815B1 (en) 2014-04-10 2018-11-14 GE Energy Power Conversion Technology Ltd Power distribution systems
US10064312B1 (en) * 2014-06-17 2018-08-28 Amazon Technologies, Inc. Purge-resilient air circulation control
US9780643B2 (en) 2014-09-22 2017-10-03 General Electric Company DC power system for marine applications
US9744925B2 (en) 2014-07-31 2017-08-29 General Electric Company DC power system for marine applications
WO2016052816A1 (ko) * 2014-09-29 2016-04-07 대우조선해양 주식회사 해양플랜트의 전력 제어 장치 및 방법
DK3209556T3 (da) 2014-10-20 2020-08-10 Siemens Ag Strømforsyningssystem til et flydende fartøj
US9537438B2 (en) * 2015-01-12 2017-01-03 Cummins Power Generation, Ip, Inc. Buss potential isolation module
US10000296B2 (en) * 2015-02-18 2018-06-19 Hamilton Sundstrand Corporation Electrical control system
EP3259821B1 (en) 2015-02-20 2019-01-30 Mærsk Drilling A/S Power generation and distribution system for offshore drilling units
US9800088B2 (en) * 2015-03-30 2017-10-24 General Electric Company Method and system for high-speed power source transfer (HS-PST)
CA2932101C (en) * 2015-06-10 2023-10-03 Rolls-Royce Corporation Synchronizing motors for an electric propulsion system
CN105137834A (zh) * 2015-08-03 2015-12-09 佛山市派能机电有限公司 船用发电机组配电***
JP2017093190A (ja) * 2015-11-12 2017-05-25 ファナック株式会社 主電源電圧の異常判定機能を有するモータ駆動装置
CA2954717A1 (en) 2016-03-24 2017-09-24 Rolls-Royce North American Technologies, Inc. Windmill synchronization in an electric propulsion system
US10601217B2 (en) * 2017-04-27 2020-03-24 Qualcomm Incorporated Methods for detecting an imminent power failure in time to protect local design state
US10903776B2 (en) 2017-05-31 2021-01-26 Abb Schweiz Ag Industrial electrical machine
WO2018233824A1 (en) * 2017-06-21 2018-12-27 Abb Schweiz Ag CONTROL OF MMC DURING A BREAK
KR102155422B1 (ko) * 2018-06-18 2020-09-14 한국조선해양 주식회사 저압 배전이 적용된 선박
KR102017074B1 (ko) * 2018-09-05 2019-10-21 한국남동발전 주식회사 선박 육상전력공급시스템 및 방법
US11491935B2 (en) * 2019-10-25 2022-11-08 Sea Clear Power Inc. Systems and methods for distribution of power in a marine vessel, ATVS, and vehicles
US11515704B2 (en) * 2019-11-22 2022-11-29 Battelle Memorial Institute Using distributed power electronics-based devices to improve the voltage and frequency stability of distribution systems
CN112039054B (zh) * 2020-08-05 2022-04-08 广州珠江电力有限公司 一种基于电力现货模式的发电***调整方法
CN113922362B (zh) * 2021-09-24 2024-03-15 国网北京市电力公司 断路器控制***及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7228206B2 (en) 2001-02-01 2007-06-05 Siemens Aktiengesellschaft Electrical system for a ship
EP1914162A1 (en) 2006-10-16 2008-04-23 Converteam Ltd DC power distribution system
WO2008098370A1 (en) 2007-02-15 2008-08-21 Aka Information Design Generator power plant protection system and method

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1516424A2 (en) * 2002-06-18 2005-03-23 Ingersoll-Rand Energy Systems Corporation Microturbine engine system
EP2162812B1 (en) * 2007-05-31 2016-04-27 Caterpillar Inc. Gen-set control system having proactive load relief
US20100038907A1 (en) * 2008-08-14 2010-02-18 EncoGen LLC Power Generation
US8379839B2 (en) * 2009-08-07 2013-02-19 Microsemi Semiconductor (U.S.) Inc. Method and apparatus for controlling ringing voltage
US8159178B2 (en) * 2009-08-21 2012-04-17 Xantrex Technology Inc. AC connected modules with line frequency or voltage variation pattern for energy control
DE102010023038A1 (de) * 2010-06-08 2011-12-08 Repower Systems Ag Windenergieanlage und Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage
ES2578712T3 (es) * 2010-10-18 2016-07-29 Siemens Aktiengesellschaft Un sistema de protección para un sistema de distribución de potencia eléctrica usando detección de corriente direccional y lógica dentro de relevos de protección
EP2485378A1 (en) * 2011-02-08 2012-08-08 Converteam Technology Ltd Control arrangement and method for regulating the output voltage of a dc source power converter connected to a multi-source dc system
FR2973960B1 (fr) * 2011-04-05 2013-05-24 Converteam Technology Ltd Chaine d'entrainement comprenant une machine electrique doublement alimentee et un convertisseur continu-alternatif commande suivant une loi limitant la puissance active delivree
US9172249B2 (en) * 2011-08-12 2015-10-27 Rocky Research Intelligent microgrid controller
DK2654157T3 (da) * 2012-04-17 2022-09-12 Siemens Energy AS Fejlbeskyttelsessystem for et elektrisk system til et dynamisk positioneret fartøj
EP2654156B1 (en) * 2012-04-17 2021-05-26 Siemens Energy AS Fault protection system for a power system of dynamically positioned vessel
JP5682593B2 (ja) * 2012-05-24 2015-03-11 株式会社デンソー スイッチング素子の駆動装置
JP5776721B2 (ja) * 2013-04-15 2015-09-09 株式会社デンソー 駆動対象スイッチング素子の駆動回路

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7228206B2 (en) 2001-02-01 2007-06-05 Siemens Aktiengesellschaft Electrical system for a ship
EP1914162A1 (en) 2006-10-16 2008-04-23 Converteam Ltd DC power distribution system
WO2008098370A1 (en) 2007-02-15 2008-08-21 Aka Information Design Generator power plant protection system and method

Also Published As

Publication number Publication date
CN104011958A (zh) 2014-08-27
KR20140080563A (ko) 2014-06-30
SG11201402080YA (en) 2014-06-27
CN104011958B (zh) 2017-06-27
EP2761711B1 (en) 2016-01-20
BR112014011963A2 (pt) 2017-05-30
EP2761711A2 (en) 2014-08-06
WO2013072226A3 (en) 2013-10-31
US9209732B2 (en) 2015-12-08
WO2013072226A2 (en) 2013-05-23
US20140320092A1 (en) 2014-10-30
EP2595265A1 (en) 2013-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101660228B1 (ko) 해상 선박의 전원 시스템
EP2654157B1 (en) Fault protection system for a power system of dynamically positioned vessel
JP5657051B2 (ja) 自動位置保持船の電力システム用の障害保護システム
JP4159546B2 (ja) 確実な電力を重要な負荷に供給するシステム
US9413164B2 (en) Protection system for electrical power distribution system using directional current detection and logic within protective relays
US9325272B2 (en) Hot standby power supply for a variable frequency drive
KR20170108062A (ko) 선박 상에서의 전기 에너지의 분배
EP2408079A2 (en) Method and system for power quality protection
CN109088395B (zh) 基于闭环船舶电力***的发电机保护装置
US7005833B2 (en) Method of and apparatus for detecting sensor loss in a generator control system
CN109565275B (zh) 配电***和方法
JP2005096881A (ja) エレベータの安全回路
JP2011133295A (ja) 原子炉冷却材再循環ポンプ駆動用モータの欠相検出方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant