KR102554221B1 - External Power ICCP System for Ships - Google Patents

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KR102554221B1
KR102554221B1 KR1020220091488A KR20220091488A KR102554221B1 KR 102554221 B1 KR102554221 B1 KR 102554221B1 KR 1020220091488 A KR1020220091488 A KR 1020220091488A KR 20220091488 A KR20220091488 A KR 20220091488A KR 102554221 B1 KR102554221 B1 KR 102554221B1
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김종수
지창민
전현민
김성완
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한국해양대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 DC/DC 컨버터를 활용하여 양극을 통해 리플이 작은 안정된 방식전류를 출력하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 관한 것으로, AC/DC 컨버터 및 DC/DC 컨버터를 활용함으로써 PWM 제어를 통한 안정된 전압과 방식전류를 공급하여 선체의 안정적인 방식이 가능하며, 배터리, 전력원과 태양광 시스템을 활용함으로써, AC/DC 컨버터의 고장이나 선박의 블랙아웃과 같은 비상 상황 발생 시에도 방식전류를 공급하여 어떠한 상황에서도 선체의 방식이 가능하다는 효과가 있다.The present invention relates to an external power supply cathodic protection system for ships, and more particularly, to an external power supply cathodic protection system for ships that outputs stable current with low ripple through an anode using a DC/DC converter, and relates to an AC/DC converter. and DC/DC converter to supply stable voltage and method current through PWM control, enabling stable method of the hull, and by using battery, power source and solar system, AC/DC converter failure or ship Even in the event of an emergency such as an out, there is an effect that the hull can be corroded under any circumstances by supplying anticorrosive current.

Description

선박용 외부전원 음극방식 시스템{External Power ICCP System for Ships}External Power Cathodic Protection System for Ships {External Power ICCP System for Ships}

본 발명은 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 DC/DC 컨버터를 활용하여 양극을 통해 리플이 작은 안정된 방식전류를 출력하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an external power cathodic protection system for ships, and more particularly, to an external power cathodic protection system for ships that outputs a stable anticorrosion current with small ripple through an anode using a DC/DC converter.

ICCP(Impressed Current Cathodic Protection)는 선체외판의 부식 방지를 위해 선체외판에 강제적으로 전류를 공급해 녹슬지 않도록 하는 방법이며, 선체외판, 러더 및 평형수 탱크내 등에 티타늄 같은 양극(anode)를 부착하여 선체외판, 러더 및 평형수 탱크내 등을 음극화시키고, 강제적으로 양극(anode)에 적정수준의 전류를 흘려보내고 전류량을 유지하면서 선체부식을 방지하는 방법이다.ICCP (Impressed Current Cathodic Protection) is a method of forcibly supplying electric current to the outer hull plate to prevent corrosion of the outer hull plate to prevent rusting. It is a method to prevent hull corrosion by forcibly sending an appropriate level of current to the anode and maintaining the amount of current by cathodicizing the inside of the , rudder and ballast water tank.

기존 선박 ICCP 시스템 구성은 전력을 생성하는 발전기, 전력이 모이는 배전반, 전압을 변압하는 변압기, 교류를 직류로 정류하는 AC/DC 컨버터, AC/DC 컨버터를 제어하는 컨트롤러, 방식전류를 출력하는 양극 및 선체의 전위를 측정하는 기준전극으로 구성된다. 발전기에서 생성된 전력이 배전반에 모이고 3상 교류전력은 변압기를 거쳐서 교류로 변환된다. 변환된 교류는 정류기를 거쳐 직류로 변환되어 양극을 통해 방식전류가 출력된다. 양극으로는 가볍고 전도성이 좋으며 부식에 강한 티타늄 등이 주로 사용된다.The existing ship ICCP system consists of a generator that generates power, a switchboard that gathers power, a transformer that transforms voltage, an AC/DC converter that rectifies alternating current to direct current, a controller that controls the AC/DC converter, an anode that outputs anticorrosive current, and It consists of a reference electrode that measures the potential of the hull. The power generated by the generator is gathered in the switchboard, and the three-phase AC power is converted into AC through a transformer. The converted alternating current is converted into direct current through a rectifier, and an anticorrosive current is output through the anode. As the anode, titanium, which is lightweight, has good conductivity, and is resistant to corrosion, is mainly used.

기존 ICCP 시스템의 선체의 방식전위 제어는 기준전극과 선체의 상대전위와 set point 차이가 오차신호로 PI 제어기에 입력되고 점호각 신호가 AC/DC 컨버터에 입력된다. AC/DC 컨버터에서는 점호각에 따라 출력전압이 조절되고 양극을 통해 출력전압에 비례하는 방식전류가 출력되어 선체가 항상 최적의 방식전위를 유지하게 한다. 또한 교류 변압기의 부피가 크고 가격이 높으며, SCR을 적용한 AC/DC 컨버터를 사용하므로 출력파형에 리플이 많이 포함되고 출력측에 크기가 큰 리액터가 필요하다는 단점이 있다. 또한, 비상전원 시스템이 없으므로 선박 블랙아웃 시 ICCP 사용이 불가하여 선체를 방식할 수 없고 제어기의 프로그래밍이 불편하다는 단점이 있다.In the method potential control of the hull of the existing ICCP system, the difference between the relative potential and the set point of the reference electrode and the hull is input to the PI controller as an error signal, and the firing angle signal is input to the AC/DC converter. In the AC/DC converter, the output voltage is adjusted according to the firing angle, and a corrosion protection current proportional to the output voltage is output through the anode, so that the hull always maintains the optimum corrosion protection potential. In addition, the AC transformer is bulky and expensive, and since an AC/DC converter with SCR is used, the output waveform contains a lot of ripple and a large reactor is required on the output side. In addition, since there is no emergency power system, ICCP cannot be used in case of ship blackout, so the hull cannot be protected and programming of the controller is inconvenient.

한국등록특허공보 제 10-1902009호("해양플랜트 냉각 해수 배관의 복합유지관리 시스템", 등록일 2018.09.18.)Korean Patent Registration No. 10-1902009 (“Comprehensive Maintenance System for Cooling Seawater Piping in Offshore Plants”, Registration Date 2018.09.18.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, PWM 제어를 통해 안정된 전압과 방식전류를 공급하기 위한 DC/DC 컨버터를 활용하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an external power cathodic protection system for ships utilizing a DC / DC converter for supplying stable voltage and current through PWM control. .

또한 본 발명의 목적은, 비상 상황 발생 시에도 선체의 방식을 유지하기 위한 방식전류를 출력하기 위해 배터리와 전력원, 태양광 시스템을 구비하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an external power cathodic protection system for ships having a battery, a power source, and a photovoltaic system to output a corrosion protection current for maintaining the protection of the hull even when an emergency occurs.

본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템은 선체를 방식하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 있어서, 선체에 있어서 상대적으로 바닥면에 가까운 영역을 제 1 영역이라 하고, 상대적으로 바닥면에서 먼 영역을 제 2 영역이라 할 때, DC 전원이 연결된 DC 링크단과 입력단이 연결되고, 출력의 양극단이 상기 제 1 영역에 구비되고, 출력의 음극단이 상기 제 2 영역에 구비되어, 전류를 상기 선체에 인가하는 DC/DC 컨버터와 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역의 전위차를 측정하는 제 1 전압 센서 및 측정된 상기 전위차를 기초로 상기 DC/DC 컨버터를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.An external power cathodic protection system for ships according to an embodiment of the present invention is an external power cathodic protection system for ships that protects a hull, and an area relatively close to the bottom surface in the hull is called a first area, and a relatively When the remote area is referred to as the second area, the DC link terminal to which the DC power is connected and the input terminal are connected, the positive end of the output is provided in the first area, and the negative end of the output is provided in the second area, so that the current Characterized in that it comprises a DC / DC converter applied to the hull, a first voltage sensor for measuring the potential difference between the first region and the second region, and a control unit for controlling the DC / DC converter based on the measured potential difference do.

또한, 입력단이 AC 전원과 연결되고, 출력단이 상기 DC 링크단과 연결되어 상기 DC 링크단에 DC 전원을 제공하는 AC/DC 컨버터를 더 포함한다.In addition, an AC/DC converter having an input terminal connected to AC power and an output terminal connected to the DC link terminal to provide DC power to the DC link terminal is further included.

또한, 일측이 배터리 또는 태양광 발전시스템과 연결되고, 타측이 상기 DC/DC 컨버터의 입력단과 연결된 양방향 DC/DC 컨버터를 더 포함하고, 상기 제어부가, 상기 DC 링크단의 전압에 기초하여 상기 양방향 DC/DC컨버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, a bidirectional DC/DC converter having one side connected to a battery or a photovoltaic power generation system and the other side connected to an input terminal of the DC/DC converter, wherein the control unit performs the bidirectional operation based on a voltage of the DC link terminal. It is characterized in that it controls the DC / DC converter.

또한, 상기 제어부는 상기 DC 링크단의 전압값이 기설정된 전압값보다 낮을 경우, 상기 배터리 또는 태양광 발전시스템의 에너지를 상기 DC 링크단에 공급하도록 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, when the voltage value of the DC link terminal is lower than the predetermined voltage value, the control unit controls the bidirectional DC / DC converter to supply energy from the battery or the photovoltaic power generation system to the DC link terminal. do.

또한, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전류를 측정하는 전류 센서를 더 포함한다.In addition, a current sensor for measuring an output current of the DC/DC converter is further included.

또한, 상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 측정하는 제 2 전압 센서를 더 포함한다.In addition, it further includes a second voltage sensor for measuring the output voltage of the DC / DC converter.

또한, 상기 제어부는 상기 제 2 전압 센서로부터 측정되는 전압값, 상기 제 1 전압 센서로부터 측정되는 전위차와 상기 전류 센서로부터 측정되는 전류값을 기초로 상기 DC/DC 컨버터의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the controller controls the output of the DC / DC converter based on the voltage value measured by the second voltage sensor, the potential difference measured by the first voltage sensor, and the current value measured by the current sensor. do.

또한, 상기 제어부는 상기 제 1 전압 센서에서 측정된 전위차에 기초하여 상기 선체의 외판 상태가 과방식 혹은 부족방식으로 판단되거나 상기 제 2 전압 센서를 통해 측정되는 전압값이 비정상적으로 출력됨이 판단될 경우, 알람을 발생시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit determines that the state of the outer shell of the hull is excessive or insufficient based on the potential difference measured by the first voltage sensor or that the voltage value measured through the second voltage sensor is abnormally output. In this case, it is characterized in that an alarm is generated.

또한, 상기 제어부가 상기 DC링크단으로부터 출력되는 전력이 기설정된 값보다 큰 것이 감지되면, 동작되는 스위치와 상기 스위치가 동작하면 상기 전력을 소모시키는 제동 저항을 포함하는 보호회로를 포함한다.In addition, when the control unit detects that the power output from the DC link terminal is greater than a predetermined value, a protection circuit including a switch that is operated and a braking resistor that consumes the power when the switch is operated.

본 발명에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템은 AC/DC 컨버터 및 DC/DC 컨버터를 활용함으로써 PWM 제어를 통한 안정된 전압과 방식전류를 공급하여 선체의 안정적인 방식이 가능하다는 효과가 있다.The external power cathodic protection system for ships according to the present invention has an effect of enabling stable protection of the hull by supplying stable voltage and protection current through PWM control by utilizing an AC / DC converter and a DC / DC converter.

또한, 배터리, 전력원과 태양광 시스템을 활용함으로써, AC/DC 컨버터의 고장이나 선박의 블랙아웃과 같은 비상 상황 발생 시에도 방식전류를 공급하여 어떠한 상황에서도 선체의 방식이 가능하다는 효과가 있다.In addition, by using a battery, a power source, and a photovoltaic system, there is an effect that the hull can be protected under any circumstances by supplying anticorrosive current even in the event of an emergency such as AC/DC converter failure or ship blackout.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템을 나타낸 블록도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 AC/DC 컨버터를 추가로 나타낸 블록도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 양방향 DC/DC 컨버터를 추가로 나타낸 블록도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 전류 센서를 추가로 나타낸 블록도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 제 2 전압 센서를 추가로 나타낸 블록도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 보호회로를 추가로 나타낸 블록도1 is a block diagram showing an external power cathodic protection system for ships according to an embodiment of the present invention
Figure 2 is a block diagram showing an additional AC / DC converter to the external power cathodic protection system for ships according to an embodiment of the present invention
Figure 3 is a block diagram showing an additional bi-directional DC / DC converter to the external power cathodic protection system for ships according to an embodiment of the present invention
Figure 4 is a block diagram showing an additional current sensor to the external power cathodic protection system for ships according to an embodiment of the present invention
Figure 5 is a block diagram showing an additional second voltage sensor to the external power cathodic protection system for ships according to an embodiment of the present invention
Figure 6 is a block diagram showing an additional protection circuit in the external power cathodic protection system for ships according to an embodiment of the present invention

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described in more detail using the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to the usual or dictionary meaning, and the inventor appropriately uses the concept of the term in order to explain his/her invention in the best way. It should be interpreted as a meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, various modifications that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be examples.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시된 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described in more detail using the accompanying drawings. Since the accompanying drawings are only examples shown to explain the technical idea of the present invention in more detail, the technical idea of the present invention is not limited to the form of the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템을 나타낸 블록도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 AC/DC 컨버터를 추가로 나타낸 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 양방향 DC/DC 컨버터를 추가로 나타낸 블록도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 전류 센서를 추가로 나타낸 블록도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 제 2 전압 센서를 추가로 나타낸 블록도이며, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 보호회로를 추가로 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram showing an external power cathodic protection system for ships according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a block diagram showing an additional AC / DC converter in the external power cathodic protection system for ships according to an embodiment of the present invention Figure 3 is a block diagram showing an additional bi-directional DC / DC converter to the external power cathodic protection system for ships according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is an external power cathode method for ships according to an embodiment of the present invention A block diagram showing an additional current sensor to the system, Figure 5 is a block diagram showing the addition of a second voltage sensor to the cathodic protection system for external power supply for ships according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is an embodiment of the present invention It is a block diagram showing an additional protection circuit to the external power cathodic protection system for ships according to the example.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 선체(10)를 방식하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 있어서, 선체(10)에 있어서 상대적으로 바닥면에 가까운 영역을 제 1 영역(11)이라 하고, 상대적으로 바닥면에서 먼 영역을 제 2 영역(12)이라 할 때, DC 전원이 연결된 DC 링크단과 입력단이 연결되고, 출력의 양극단이 제 1 영역(11)에 구비되고, 출력의 음극단이 제 2 영역(12)에 구비되어, 전류를 선체(10)에 인가하는 DC/DC 컨버터(100)와 제 1 영역(11)과 제 2 영역(12)의 전위차를 측정하는 제 1 전압 센서(200) 및 측정된 상기 전위차를 기초로 DC/DC 컨버터(100)를 제어하는 제어부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.As shown in FIGS. 1 to 6, in the external power cathodic protection system for ships that protects the hull 10, the area relatively close to the bottom surface in the hull 10 is called a first area 11, When the area relatively far from the floor is referred to as the second area 12, the DC link terminal to which the DC power is connected and the input terminal are connected, the positive end of the output is provided in the first area 11, and the negative end of the output is The DC/DC converter 100 provided in the second region 12 to apply current to the hull 10 and the first voltage sensor 200 to measure the potential difference between the first region 11 and the second region 12 ) and a controller 300 controlling the DC/DC converter 100 based on the measured potential difference.

DC/DC 컨버터(100)는 상기 DC 링크단으로부터 DC 전원을 입력받아 선체(10)에 전류를 인가하며, DC 전원이 연결된 DC 링크단과 입력단이 연결되고, 출력의 양극단이 제 1 영역(11)에 구비되고, 출력의 음극단이 제 2 영역(12)에 구비된다. 더욱 정확하게는, DC/DC 컨버터(100)의 출력의 양극단이 선체(10)의 제 1영역(11)에 구비된 양극과 연결되며, DC/DC 컨버터(100)의 출력의 음극단은 선체(10)의 제 2영역(12) 내 방식대상물인 선체(10)에 연결된다. 즉, DC/DC 컨버터(100)에서 출력되는 전류는 제 1 영역(11)에 구비되는 양극으로 인가되며, 상기 전류를 제어함으로써 선체(10)의 방식이 진행된다. 여기서, 양극은 DC/DC 컨버터(100)로부터 전류를 인가받아 해수를 통해 선체(10)로 골고루 상기 전류를 공급하는 역할을 하며, 이에 따라 선체(10)를 음극화함으로써 선체(10)를 방식시킨다. 본 발명에서 선체(10)에 구비되는 양극은 백금도금 티타늄, MMO(mixed metal oxide)로 처리된 티타늄, Pb-Ag 합금, HSCI(High Silicon Cast Iron)를 활용하나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 본 발명에서 DC/DC 컨버터(100)에 사용되는 반도체 소자는 MOSFET과 IGBT를 활용하나, 이에 한정하지 않으며, 컨버터에 활용할 수 있는 모든 반도체 소자를 활용할 수 있다. 또한, 본 발명에서 제 1 영역(11)은 해수면 안에 있는 영역을 의미하며, 제 2 영역(12)은 해수면 밖에 있는 영역을 의미한다.The DC/DC converter 100 receives DC power from the DC link end and applies current to the hull 10, the DC link end to which the DC power is connected and the input end are connected, and the positive end of the output is the first region 11 , and the negative end of the output is provided in the second region 12 . More precisely, the positive end of the output of the DC / DC converter 100 is connected to the positive end provided in the first region 11 of the hull 10, and the negative end of the output of the DC / DC converter 100 is connected to the hull ( 10) is connected to the hull 10, which is an anticorrosive object in the second area 12. That is, the current output from the DC/DC converter 100 is applied to the anode provided in the first region 11, and the method of the hull 10 proceeds by controlling the current. Here, the anode plays a role in receiving current from the DC/DC converter 100 and supplying the current evenly to the hull 10 through seawater. let it In the present invention, the anode provided in the hull 10 utilizes platinum-plated titanium, mixed metal oxide (MMO)-treated titanium, a Pb-Ag alloy, or HSCI (High Silicon Cast Iron), but is not limited thereto. In addition, the semiconductor device used in the DC/DC converter 100 in the present invention uses MOSFET and IGBT, but is not limited thereto, and all semiconductor devices that can be used in the converter can be used. Further, in the present invention, the first area 11 means an area within the sea level, and the second area 12 means an area outside the sea level.

제 1 전압 센서(200)는 선체(10)의 제 1 영역(11)과 제 2 영역(12)의 전위차를 측정한다. 더욱 정확하게는, 상기 제 1 영역(11)에 구비되는 기준전극과 선체(10)의 상기 제 2 영역 내 선체(10)와의 전위차를 측정한다. 여기서, 상기 기준전극은 선체(10)와 절연되어 설치되며, 전위를 측정할 때 기준이 되는 전극을 의미한다. 본 발명에서 기준전극은 포화염화은, 해수염화은, 아연, 포화황산동, 포화카로멜, 해수카로멜을 활용하나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 제 1 전압 센서(200)에서 측정되는 전위차는 상기 양극에서 흘린 전류에 의해 형성된 선체(10)와 해수와의 전위차를 의미한다.The first voltage sensor 200 measures the potential difference between the first area 11 and the second area 12 of the hull 10 . More precisely, the potential difference between the reference electrode provided in the first region 11 and the hull 10 in the second region of the hull 10 is measured. Here, the reference electrode is installed insulated from the hull 10, and means an electrode that becomes a reference when measuring the potential. In the present invention, saturated silver chloride, seawater silver chloride, zinc, saturated copper sulfate, saturated caromel, or seawater caromel is used as the reference electrode, but is not limited thereto. In addition, the potential difference measured by the first voltage sensor 200 means the potential difference between the hull 10 and seawater formed by the current flowing from the anode.

제어부(300)는 측정된 상기 전위차를 기초로 DC/DC 컨버터(100)를 제어한다. 여기서, 전위차는 제 1 전압 센서(200)에서 측정된 전위차이며, 선체(10)와 해수와의 전위차를 의미한다. 즉, 상기 전위차가 정상치를 벗어난다면, DC/DC 컨버터(100)에서 인가되는 전류량을 조절함으로써, 최적의 방식전위차를 유지하기 위해 전류량을 제어한다는 것을 의미한다. 따라서, 제어부(300)가 DC/DC 컨버터(100)로부터 인가되는 전류량을 제어함으로써, 선체(10)에 필요한 최적의 방식전위차를 유지하여 선체(10)의 안정적인 방식이 가능하다.The controller 300 controls the DC/DC converter 100 based on the measured potential difference. Here, the potential difference is the potential difference measured by the first voltage sensor 200, and means the potential difference between the hull 10 and seawater. That is, if the potential difference is out of the normal value, it means that the amount of current is controlled to maintain the optimum mode potential difference by adjusting the amount of current applied from the DC/DC converter 100. Therefore, by controlling the amount of current applied from the DC/DC converter 100 by the control unit 300, a stable method of the hull 10 is possible by maintaining an optimal method potential difference required for the hull 10.

또한, 입력단이 AC 전원과 연결되고, 출력단이 상기 DC 링크단과 연결되어 상기 DC 링크단에 DC 전원을 제공하는 AC/DC 컨버터(400)를 더 포함한다. AC/DC 컨버터(400)는 입력단이 AC 전원과 연결되고, 출력단이 상기 DC 링크단과 연결된다. 즉, AC/DC 컨버터(400)는 DC/DC 컨버터(100)에 상기 DC 전원을 공급하기 위해 AC 전원을 DC 전원으로 변환하는 역할을 하며, 상기 DC 링크단에 DC 전원을 제공함으로써, DC/DC 컨버터(100)에 DC 전원을 공급한다. 본 발명에서 AC/DC 컨버터(400)에 사용되는 반도체 소자는 MOSFET과 IGBT를 활용하나, 이에 한정하지 않으며, 컨버터에 활용할 수 있는 모든 반도체 소자를 활용할 수 있다.In addition, an AC/DC converter 400 having an input terminal connected to AC power and an output terminal connected to the DC link terminal to provide DC power to the DC link terminal is further included. The AC/DC converter 400 has an input terminal connected to AC power and an output terminal connected to the DC link terminal. That is, the AC/DC converter 400 serves to convert AC power into DC power to supply the DC power to the DC/DC converter 100, and provides DC power to the DC link terminal, thereby providing DC/DC power. DC power is supplied to the DC converter 100 . In the present invention, the semiconductor device used in the AC/DC converter 400 utilizes MOSFET and IGBT, but is not limited thereto, and all semiconductor devices that can be utilized in the converter may be utilized.

또한, 일측이 배터리 또는 태양광 발전시스템과 연결되고, 타측이 DC/DC 컨버터(100)의 입력단과 연결된 양방향 DC/DC 컨버터(500)를 더 포함하고, 제어부(300)가, 상기 DC 링크단의 전압에 기초하여 양방향 DC/DC컨버터(500)를 제어하는 것을 특징으로 한다. 양방향 DC/DC 컨버터(500)는 일측이 배터리 또는 태양광 발전시스템과 연결되고, 타측이 DC/DC 컨버터(100)의 입력단과 연결된다. 양방향 DC/DC 컨버터(500)는 상기 DC 전원에 이상이 생겼을 시, 상기 배터리 또는 태양광 발전시스템으로부터 전원을 인가받아 DC/DC 컨버터(100)에 DC 전원을 제공하는 상기 DC 링크단에 상기 DC 전원을 공급한다. 본 발명에서 양방향 DC/DC 컨버터(500)에 사용되는 반도체 소자는 MOSFET과 IGBT를 활용하나, 이에 한정하지 않으며, 컨버터에 활용할 수 있는 모든 반도체 소자를 활용할 수 있다. 여기서, 본 발명에서는 배터리 또는 태양광 발전시스템을 활용하나, 이에 한정하지 않으며, 연료전지, 커패시터, 풍력 발전시스템 등 DC 전원을 제공할 수 있는 다양한 전력원을 활용할 수 있다.In addition, a bidirectional DC/DC converter 500 having one side connected to a battery or a photovoltaic power generation system and the other side connected to an input terminal of the DC/DC converter 100 is further included, and the control unit 300 is connected to the DC link terminal. It is characterized in that the bidirectional DC / DC converter 500 is controlled based on the voltage of. The bidirectional DC/DC converter 500 has one side connected to a battery or a photovoltaic power generation system and the other side connected to an input terminal of the DC/DC converter 100. The bi-directional DC/DC converter 500 receives power from the battery or the photovoltaic power generation system and provides DC power to the DC/DC converter 100 when an abnormality occurs in the DC power supply. supply power In the present invention, the semiconductor device used in the bidirectional DC/DC converter 500 utilizes MOSFET and IGBT, but is not limited thereto, and all semiconductor devices that can be used in the converter may be used. Here, in the present invention, a battery or a photovoltaic power generation system is used, but is not limited thereto, and various power sources capable of providing DC power such as a fuel cell, a capacitor, and a wind power generation system may be used.

다음으로 제어부(300)가 상기 DC 링크단의 전압에 기초하여 양방향 DC/DC 컨버터(500)를 제어하는 특징을 좀 더 상세하게 표현하고자 한다. 제어부(300)는 상기 DC 링크단의 전압값이 기설정된 전압값보다 낮을 경우, 상기 배터리 또는 태양광 발전시스템의 에너지를 상기 DC 링크단에 공급하도록 상기 양방향 DC/DC 컨버터(500)를 제어하는 것을 특징으로 한다. 제어부(300)가 상기 DC 링크단에 DC 전원의 전력이 부족하다는 것이 판단되면, 상기 배터리 또는 태양광 발전시스템의 에너지를 상기 DC 링크단에 공급할 수 있다. 따라서 상기 DC 링크단으로부터 부족한 전압이 나오는 비상 상황 발생 시에도 배터리 또는 태양광 발전시스템으로부터 DC 전원을 공급할 수 있으므로 어떤 상황에서도 선체(10)의 방식이 가능하다.Next, the feature that the control unit 300 controls the bidirectional DC/DC converter 500 based on the voltage of the DC link terminal will be expressed in more detail. The controller 300 controls the bi-directional DC/DC converter 500 to supply energy from the battery or solar power generation system to the DC link terminal when the voltage value of the DC link terminal is lower than a preset voltage value. characterized by When the control unit 300 determines that the power of the DC power supply is insufficient in the DC link terminal, the energy of the battery or the photovoltaic power generation system may be supplied to the DC link terminal. Therefore, since DC power can be supplied from a battery or a photovoltaic power generation system even in an emergency situation where insufficient voltage is generated from the DC link terminal, the method of the hull 10 is possible in any situation.

또한, DC/DC 컨버터(100)의 출력 전류를 측정하는 전류 센서(600)를 더 포함한다.In addition, a current sensor 600 for measuring an output current of the DC/DC converter 100 is further included.

전류 센서(600)는 DC/DC 컨버터(100)로부터 출력 전류를 측정하는 역할을 하며, DC/DC 컨버터(100)와 제 1 영역(11) 사이에 직렬로 연결된다. 더욱 정확하게는, 전류 센서(600)는 DC/DC 컨버터(100)로부터 출력되는 전류의 값을 측정하여 제어부(300)로 송신한다. 따라서 전류 센서(600)를 통해 제어부(300)는 DC/DC 컨버터(100)로부터 출력되는 전류의 값을 실시간으로 확인이 가능하며, 이에 따라 상황에 맞게 전류량의 조절이 가능하다.The current sensor 600 serves to measure the output current from the DC/DC converter 100 and is connected in series between the DC/DC converter 100 and the first region 11 . More precisely, the current sensor 600 measures the value of current output from the DC/DC converter 100 and transmits it to the control unit 300 . Therefore, the control unit 300 can check the value of the current output from the DC/DC converter 100 in real time through the current sensor 600, and accordingly, the amount of current can be adjusted according to circumstances.

또한, DC/DC 컨버터(100)의 출력 전압을 측정하는 제 2 전압 센서(700)를 더 포함한다.In addition, a second voltage sensor 700 for measuring the output voltage of the DC/DC converter 100 is further included.

제 2 전압 센서(700)는 DC/DC 컨버터(100)에서 출력되는 전압을 측정하는 역할을 한다. 제 2 전압 센서(700)는 DC/DC 컨버터의 출력의 양극단과 DC/DC 컨버터의 출력의 음극단 사이에 병렬로 연결된다. 따라서, DC/DC 컨버터(100)에서 출력되는 전압을 측정함으로써, 실시간으로 출력되는 전압값을 알 수 있어, 제어부(300)가 상황에 맞게 DC/DC 컨버터(100)로부터 출력되는 전압값을 조절할 수 있다.The second voltage sensor 700 serves to measure the voltage output from the DC/DC converter 100 . The second voltage sensor 700 is connected in parallel between the positive end of the output of the DC/DC converter and the negative end of the output of the DC/DC converter. Therefore, by measuring the voltage output from the DC/DC converter 100, it is possible to know the voltage value output in real time, so that the control unit 300 adjusts the voltage value output from the DC/DC converter 100 according to the situation. can

또한, 제어부(300)는 제 2 전압 센서(700)로부터 측정되는 전압값, 제 1 전압 센서(200)로부터 측정되는 전위차와 전류 센서(600)로부터 측정되는 전류값을 기초로 DC/DC 컨버터(100)의 출력을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the control unit 300 is a DC / DC converter based on the voltage value measured from the second voltage sensor 700, the potential difference measured from the first voltage sensor 200, and the current value measured from the current sensor 600 ( 100) is characterized in that it controls the output.

제어부(300)는 PWM 제어를 이용하여 DC/DC 컨버터(100)의 출력을 제어한다. 더욱 정확하게는, PWM 신호가 DC/DC 컨버터(100)에 입력되면 PWM 신호의 듀티비에 비례한 전압을 출력하고, 전압에 비례한 전류를 출력함으로써, 제어부(300)가 DC/DC 컨버터(100)에서 출력되는 전류량을 제어하게 된다. 여기서, PWM 제어는 제 2 전압 센서(700)로부터 측정되는 전압값, 제 1 전압 센서(200)로부터 측정되는 전위차와 전류 센서(600)로부터 측정되는 전류값을 기초로 제어하며, 제 1 전압 센서(200)로부터 측정되는 전위차는 선체의 기준전위를 말하는 것으로, 선체의 방식에 필요한 최적방식전위를 유지하고 있는지를 확인하는 것이다. 또한, 제 2 전압 센서(700)로부터 측정되는 전압값은 현재 DC/DC 컨버터(100)에서 출력되는 전압값을 의미하며, 이는 실시간으로 DC/DC 컨버터(100)에서 출력되는 전압값을 확인하는 것이고, 전류 센서(600)로부터 측정되는 전류값은 실시간으로 DC/DC 컨버터(100)에서 출력되는 전압에 비례하는 전류값을 확인하는 것이다. 결국, 제 1 전압 센서(200)로부터 측정되는 전위차를 통해 선체(10)와 해수와의 전위차를 파악하고, 제 2 전압 센서(700)로부터 측정되는 전압값과 전류센서(600)로부터 측정되는 전류값을 확인 및 최적방식전위에 필요한 전압값 및 전류값과의 차이를 파악하여 DC/DC 컨버터(100)를 제어하여 DC/DC 컨버터(100)로부터 출력되는 전압을 제어한다.The controller 300 controls the output of the DC/DC converter 100 using PWM control. More precisely, when a PWM signal is input to the DC/DC converter 100, the control unit 300 outputs a voltage proportional to the duty ratio of the PWM signal and outputs a current proportional to the voltage, so that the controller 300 controls the DC/DC converter 100. ) controls the amount of current output. Here, the PWM control is controlled based on the voltage value measured from the second voltage sensor 700, the potential difference measured from the first voltage sensor 200, and the current value measured from the current sensor 600, and the first voltage sensor The potential difference measured from (200) refers to the reference potential of the hull, and it is to check whether the optimum mode potential required for the hull method is maintained. In addition, the voltage value measured by the second voltage sensor 700 means a voltage value currently output from the DC/DC converter 100, which is used to check the voltage value output from the DC/DC converter 100 in real time. And, the current value measured by the current sensor 600 checks the current value proportional to the voltage output from the DC/DC converter 100 in real time. As a result, the potential difference between the hull 10 and seawater is determined through the potential difference measured from the first voltage sensor 200, and the voltage value measured from the second voltage sensor 700 and the current measured from the current sensor 600 The voltage output from the DC/DC converter 100 is controlled by controlling the DC/DC converter 100 by checking the value and determining the difference between the voltage value and the current value required for the optimum mode potential.

또한, 제어부(300)는 제 1 전압 센서(200)에서 측정된 전위차에 기초하여 선체(10)의 외판 상태가 과방식 혹은 부족방식으로 판단되거나 제 2 전압 센서(700)를 통해 측정되는 전압값이 비정상적으로 출력됨이 판단될 경우, 알람을 발생시키는 것을 특징으로 한다. 과방식은 방식 상태가 필요 이상으로 과하게 음분극되어 방식 대상물 및 타 시설에 음극 박리, 간섭 영향에 의한 전식 등의 나쁜 영향을 끼치게 되는 상태이며, 부족방식은 방식 상태가 필요 이하로 이루어져 방식 대상물에 방식이 제대로 이루어지지 않는 상태이다. 또한,제 2 전압 센서(700)를 통해 측정되는 전압값이 비정상적으로 출력됨이 판단되는 것은 DC/DC 컨버터(100)를 통해 전압이 비정상적으로 출력된다는 것을 의미하며, 이는 DC 전원이 연결된 상기 DC 링크단에서 전압이 과하게 출력되거나, 부족하게 출력되는 것을 의미한다. 즉, 상기 과방식 혹은 부족방식으로 판단되거나 제 2 전압 센서(700)를 통해 측정되는 전압값이 비정상적으로 출력됨이 판단되는 경우는 선체(10)에 원활하게 방식이 이루어지지 않는다는 것이며, 이를 관리자에게 알리기 위해 제어부(300) 내에 부착된 알람을 발생시킨다. 따라서 비상 상황 발생 시 알람을 통해 관리자가 빠르게 상황을 파악할 수 있어 비상 상황에 맞는 대처를 신속히 할 수 있다.In addition, the control unit 300 determines that the state of the outer shell of the hull 10 is excessive or insufficient based on the potential difference measured by the first voltage sensor 200 or the voltage value measured through the second voltage sensor 700 When it is determined that the output is abnormal, it is characterized in that an alarm is generated. Overcorrosion is a state in which the anticorrosive state is negatively polarized more than necessary, causing adverse effects such as cathode peeling and electrocution due to interference effects on the object and other facilities to be corroded. This is not working properly. In addition, determining that the voltage value measured by the second voltage sensor 700 is abnormally output means that the voltage is abnormally output through the DC/DC converter 100, which means that the DC power supply is connected. It means that the voltage is output excessively or insufficiently at the link terminal. That is, if it is determined that the over- or under-system or that the voltage value measured through the second voltage sensor 700 is abnormally output, the system is not smoothly performed on the hull 10, and the manager An alarm attached to the control unit 300 is generated to notify the user. Therefore, when an emergency occurs, the manager can quickly grasp the situation through an alarm, so that he can quickly respond to the emergency.

또한, 제어부(300)가 상기 DC링크단으로부터 출력되는 전력이 기설정된 값보다 큰 것이 감지되면, 동작되는 스위치와 상기 스위치가 동작하면 상기 전력을 소모시키는 제동 저항을 포함하는 보호회로(800)를 포함한다. 보호회로(800)는 상기 DC 링크단으로부터 과도한 전력이 발생될 경우 상기 시스템을 보호하기 위한 회로이다. 따라서, 제어부(300)가 상기 DC 링크단으로부터 출력되는 DC 전원에 과도한 전력이 발생됨이 판단되면, 상기 전력을 보호회로(800)로 이동시킴으로써, 상기 DC 링크단으로부터 과도한 전력의 발생에 따른 시스템의 손상을 방지하며, 선체(10)에 과도한 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다.In addition, when the control unit 300 detects that the power output from the DC link terminal is greater than a predetermined value, the protection circuit 800 includes a switch that is operated and a braking resistor that consumes the power when the switch is operated. include The protection circuit 800 is a circuit for protecting the system when excessive power is generated from the DC link terminal. Therefore, when the control unit 300 determines that excessive power is generated in the DC power output from the DC link end, by moving the power to the protection circuit 800, the system due to the generation of excessive power from the DC link end Damage can be prevented, and excessive current can be prevented from flowing through the hull 10.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따르면, AC/DC 컨버터(200) 및 DC/DC 컨버터(100)를 활용함으로써 PWM 제어를 통한 안정된 전압과 방식전류를 공급하여 선체(10)의 안정적인 방식이 가능하며, 배터리, 전력원과 태양광 시스템을 활용함으로써, AC/DC 컨버터(200)의 고장이나 선박의 블랙아웃과 같은 비상 상황 발생 시에도 방식전류를 공급하여 어떠한 상황에서도 선체(10)의 방식이 가능하다.As described above, according to an embodiment of the present invention, by utilizing the AC / DC converter 200 and the DC / DC converter 100, a stable method of the hull 10 is supplied by supplying stable voltage and current through PWM control. It is possible, by utilizing a battery, a power source and a solar system, to supply anticorrosive current even in the event of an emergency such as a breakdown of the AC / DC converter 200 or a blackout of the ship, so that the hull 10 can be protected from damage in any situation. this is possible

10 : 선체
11 : 제 1 영역
12 : 제 2 영역
100 : DC/DC 컨버터
200 : 제 1 전압 센서
300 : 제어부
400 : AC/DC 컨버터
500 : 양방향 DC/DC 컨버터
600 : 전류 센서
700 : 제 2 전압 센서
800 : 보호회로10: hull
11: first area
12: Second area
100: DC/DC converter
200: first voltage sensor
300: control unit
400: AC/DC converter
500: bidirectional DC/DC converter
600: current sensor
700: second voltage sensor
800: protection circuit

Claims (9)

선체를 방식하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템에 있어서,
선체에 있어서 해수면 안에 있는 영역을 제 1 영역이라 하고, 해수면 밖에 있는 영역을 제 2 영역이라 할 때,
입력단이 AC 전원과 연결되고, 출력단이 DC 링크단과 연결되어 상기 DC 링크단에 DC 전원을 제공하는 AC/DC 컨버터;
상기 DC 링크단과 입력단이 연결되고, 출력의 양극단이 상기 제 1 영역에 구비되고, 출력의 음극단이 상기 제 2 영역에 구비되어, 전류를 상기 선체에 인가하는 DC/DC 컨버터;
상기 선체와 절연되고 상기 제 1 영역에 구비된 기준전극과 상기 제 2 영역 내 선체와의 전위차를 측정하여 선체와 해수와의 전위차를 측정하는 제 1 전압 센서; 및
측정된 상기 전위차를 기초로 상기 전위차가 정상치를 벗어난다면, 최적의 방식전위차를 유지하기 위해 전류량을 조절하도록 상기 DC/DC 컨버터를 제어하는 제어부;를 포함하는 것
을 특징으로 하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템.
In the external power cathodic protection system for ships that protects the hull,
When the area within the sea level in the hull is referred to as the first area and the area outside the sea level is referred to as the second area,
An AC/DC converter having an input terminal connected to AC power and an output terminal connected to a DC link terminal to provide DC power to the DC link terminal;
A DC/DC converter to which the DC link terminal and the input terminal are connected, the positive end of the output is provided in the first region, and the negative end of the output is provided in the second region to apply current to the hull;
a first voltage sensor for measuring a potential difference between the hull and seawater by measuring a potential difference between a reference electrode insulated from the hull and provided in the first region and the hull in the second region; and
Including; based on the measured potential difference, if the potential difference is out of the normal value, controlling the DC / DC converter to adjust the amount of current to maintain the optimum method potential difference
External power cathodic protection system for ships, characterized in that.
 삭제delete 제 1항에 있어서,
일측이 배터리 또는 태양광 발전시스템과 연결되고, 타측이 상기 DC/DC 컨버터의 입력단과 연결된 양방향 DC/DC 컨버터;를 더 포함하고,
상기 제어부가,
상기 DC 링크단의 전압에 기초하여 상기 양방향 DC/DC컨버터를 제어하는 것
을 특징으로 하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템.
According to claim 1,
A bidirectional DC/DC converter having one side connected to a battery or a photovoltaic power generation system and the other side connected to an input terminal of the DC/DC converter;
the control unit,
Controlling the bi-directional DC/DC converter based on the voltage of the DC link terminal
External power cathodic protection system for ships, characterized in that.
 제 3항에 있어서,
상기 제어부는
상기 DC 링크단의 전압값이 기설정된 전압값보다 낮을 경우, 상기 배터리 또는 태양광 발전시스템의 에너지를 상기 DC 링크단에 공급하도록 상기 양방향 DC/DC 컨버터를 제어하는 것
을 특징으로 하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템.
According to claim 3,
The control unit
Controlling the bidirectional DC/DC converter to supply energy from the battery or photovoltaic system to the DC link terminal when the voltage value of the DC link terminal is lower than a preset voltage value
External power cathodic protection system for ships, characterized in that.
 제 1항에 있어서,
상기 DC/DC 컨버터의 출력 전류를 측정하는 전류 센서;
를 더 포함하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템.
According to claim 1,
a current sensor measuring an output current of the DC/DC converter;
An external power cathodic protection system for ships further comprising a.
 제 5항에 있어서,
상기 DC/DC 컨버터의 출력 전압을 측정하는 제 2 전압 센서;
를 더 포함하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템.
According to claim 5,
a second voltage sensor measuring an output voltage of the DC/DC converter;
An external power cathodic protection system for ships further comprising a.
 제 6항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제 2 전압 센서로부터 측정되는 전압값, 상기 제 1 전압 센서로부터 측정되는 전위차와 상기 전류 센서로부터 측정되는 전류값을 기초로 상기 DC/DC 컨버터의 출력을 제어하는 것
을 특징으로 하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템.
According to claim 6,
The control unit
Controlling an output of the DC/DC converter based on a voltage value measured from the second voltage sensor, a potential difference measured from the first voltage sensor, and a current value measured from the current sensor
External power cathodic protection system for ships, characterized in that.
 제 6항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제 1 전압 센서에서 측정된 전위차에 기초하여 상기 선체의 외판 상태가 과방식 혹은 부족방식으로 판단되거나 상기 제 2 전압 센서를 통해 측정되는 전압값이 비정상적으로 출력됨이 판단될 경우, 알람을 발생시키는 것
을 특징으로 하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템.
According to claim 6,
The control unit
Based on the potential difference measured by the first voltage sensor, the state of the outer shell of the hull is judged to be excessive or insufficient, or the voltage value measured through the second voltage sensor is abnormally output. When it is determined, an alarm is generated letting
External power cathodic protection system for ships, characterized in that.
 제 1항에 있어서,
상기 제어부가 상기 DC링크단으로부터 출력되는 전력이 기설정된 값보다 큰 것이 감지되면, 동작되는 스위치와 상기 스위치가 동작하면 상기 전력을 소모시키는 제동 저항을 포함하는 보호회로;를 더 포함하는 선박용 외부전원 음극방식 시스템.According to claim 1,
When the control unit detects that the power output from the DC link terminal is greater than a preset value, a protection circuit including a switch that is operated and a braking resistor that consumes the power when the switch operates; an external power source for ships further comprising cathodic protection system.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101902009B1 (en) 2018-04-02 2018-11-08 한국해양대학교 산학협력단 Combined maintenance management system of cooling sea water pipe in off-shore plant
KR20210000191A (en) * 2019-06-24 2021-01-04 한국수자원공사 Electric corrosion protection apparatus and method using impedance estimation

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