KR20080055617A - 잠수함 - Google Patents

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KR20080055617A
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잉고 부더
샤빈 피쉬케
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호발츠벨케 도이췌 벨프트 게엠베하
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/08—Propulsion
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/268—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured for dc systems

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Abstract

본 발명은 하나의 공통 버스 바에 전력을 공급하는 두 개 이상의 인버터를 구비하는 전기식 메인 파워 서플라이를 갖춘 잠수함, 그리고 잠수함용의 전기식 메인 파워 서플라이를 위한 파워 서플라이 보호 구상에 관한 것으로서,
본 발명에 따른 잠수함의 경우에 상기 두 개 이상의 인버터들에는 각각 독립적인 조절 장치가 하나씩 설치되어 있으며, 상기 조절 장치는 상기 버스 바에서 현재의 전기 특성값들을 검출하도록 그리고 인버터의 출력 전압을 상기 검출된 특성값들에 따라 적응시키도록 형성되었다.

Description

잠수함 {SUBMARINE BOAT}
본 발명은 전기식 메인 파워 서플라이(main power supply)를 갖춘 잠수함에 관한 것이다.
잠수함의 경우에 전기 메인 파워 서플라이는 통상적으로, 배터리 또는 연료 전지 장치에 의해서 송출되는 직류 전압을 교류 전압(교류 또는 직류)으로 변환하는 인버터에 의해서 전력을 공급받는다. 잠수함에서는 고장에 대한 안전의 이유로 점점 더 많은 변환기 또는 인버터가 사용된다. 상기와 같은 목적을 위하여, 지금까지 잠수함의 메인 파워 서플라이는 통상적으로 두 개 또는 다수의 부분 파워 서플라이들로 분할되었고, 상기 부분 파워 서플라이들은 각각 하나의 인버터에 의해서 전류를 공급받는다. 또한, 통상적으로는 적어도 하나의 예비 인버터가 추가로 제공되었으며, 상기 예비 인버터는 영구적으로 작동 상태에 있지 않고, 부분 파워 서플라이들 중에서 하나의 파워 서플라이에 있는 인버터가 고장인 경우에 상기 고장난 부분 파워 서플라이에 선택적으로 접속될 수 있다. 고장에 대한 안전도를 더욱 높이기 위하여, 두 개의 부분 파워 서플라이들을 함께 스위칭할 수 있는 가능성도 또한 존재할 수 있으며, 이와 같은 경우에는 하나의 공통 인버터에 의해서 상기 두 개의 부분 파워 서플라이에 전력이 공급된다. 이와 같은 구상에서의 단점은, 전력 공급 장치의 인터럽트 없는 상태를 단지 제한적으로만 허용하는 원리적인 스위칭-오버 시간이 주어져 있다는 것이며, 이와 같은 단점은 스위칭-오버의 경우에 데이터 손실, 드롭-아웃(drop-out), 설비의 고장 그리고 그와 유사한 상황들을 야기할 수 있다.
본 발명의 과제는, 인터럽트가 거의 없는 전력 공급 장치를 가능케 하고, 설비의 고장을 광범위하게 피할 수 있는 전기 메인 파워 서플라이를 갖춘 잠수함을 제작하는 것이다.
상기 과제는 청구항 1에 기재된 특징들을 갖는 잠수함에 의해서 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들에서 나타난다.
본 발명에 따르면, 잠수함은 적어도 두 개의 컨버터 장치 또는 인버터를 갖춘 전기 파워 서플라이를 구비하며, 상기 컨버터 장치 또는 인버터는 예를 들어 하나의 배터리에 의해서 제공된 직류 전압을 상기 메인 파워 서플라이를 위한 교류 전압으로 변환시킨다. 이 경우에는 상기 적어도 두 개의 인버터가 동시에 하나의 공통 버스 바(bus bar)에 전력을 공급한다. 다시 말해 본 발명에서는, 각각 단 하나의 인버터에 의해서 전력을 공급받는, 분리된 버스 바들을 구비한 다수의 부분 파워 서플라이들로 메인 파워 서플라이를 분할하던 지금까지의 통상적인 분할 방식이 포기된다.
하나의 파워 서플라이에서 두 개의 인버터를 동시에 작동하기 위해서는 인버터의 동기화가 필요하다. 고장에 대한 안전도를 높이기 위하여, 본 발명에서는 상위 제어 장치들이 없거나 인버터들 간에 직접적인 통신이 이루어지지 않더라도 충 분히 실행될 수 있는 동기화가 제시되었다.
상기와 같은 동기화는 각각의 인버터가 독립된 하나의 조절 장치를 구비함으로써 성취되며, 상기 조절 장치는 해당 인버터가 파워 서플라이를 기준으로 하여 동기화 되도록 하기 위해서 이용된다. 이 목적을 위하여 각 인버터의 조절 장치는, 상기 조절 장치가 버스 바에서 현재의 전기 특성값을 검출할 수 있도록, 그리고 이와 같은 특성값을 토대로 하여 해당 인버터 그리고 특히 상기 인버터의 출력 전압 및 주파수를 조절함으로써, 상기 인버터가 동일한 버스 바에 있는 나머지 인버터들과 동시에 파워 서플라이에 전력을 공급하도록 형성되었다. 다시 말해, 각각의 인버터들은 독립된 자체 조절 장치를 기준으로 하여, 상기 조절 장치에 의해서 검출된 특성값에 따라 자신의 출력 전압 및 주파수를 적응시킨다. 이와 같은 방식의 장점은, 각각의 인버터들이 동시에 하나의 공통된 메인 파워 서플라이, 즉 하나의 공통된 버스 바에 전력을 공급할 수 있고, 그와 동시에 인버터의 비의존성이 보장됨으로써, 결과적으로 하나의 인버터가 고장인 경우에 추가 인버터(들)의 추가적인 작동이 보장되어, 전체적으로 고장에 대한 안전도가 상승한다는 것이다.
나중에 다른 하나의 인버터가 고장인 경우에 상기 인버터의 기능을 전반적으로 인터럽트 없이 담당할 수 있기 위하여, 메인 파워 서플라이의 특성값을 연속적으로 검출하고, 상기 메인 파워 서플라이를 기준으로 하여 연속으로 동기화를 실행하는 예비 인버터를 제공하는 것도 또한 가능하다. 각각의 인버터들이 독립적이기 때문에, 즉 직접적인 연결, 직접적인 통신 또는 상위 제어 장치 없이 동작하기 때문에, 본 발명에 따르면 고장의 경우에 전체 설비의 총체적인(total) 고장을 야기 할 수 있는, 공통의 작동을 위한 추가의 연결 기능 부품들 또는 상위 부품들이 전혀 존재하지 않는다. 또한, 모든 인버터 그리고 상기 인버터의 조절 장치들은 바람직하게 동일하게 형성되었고, 동일한 작동 권한을 갖는다. 따라서, 주/종(master/slave)-조절 장치와 달리 한 인버터의 고장이 총체적인 고장을 야기할 수 있는 가능성이 전혀 없다.
각각의 조절 장치는 바람직하게 버스 바에서 전기적인 특성값을 검출하기 위한 검출 모듈을 구비한다. 전기적인 특성값이란 특히 버스 바에서의 선간(線間) 전압 및 선간 전류이다. 이 경우에는 전체 전압 또는 전체 전류 또는 각각의 위상에 대한 개별 전압 및 개별 전류가 검출될 수 있다.
또한, 바람직하게 각각의 조절 장치는 특히 유효 전력 및 무효 전력 그리고 주파수 및 출력 터미널 전압(output terminal voltage)의 도출된 특성값들을 상기 검출된 전기적인 특성값들을 토대로 하여 산출하기 위한 산출 모듈을 구비한다. 상기 도출된 특성값들은 나중에 추가의 조절을 위한 근거가 될 수 있다.
각각의 조절 장치는 바람직하게 조절 모듈을 하나씩 구비하며, 상기 조절 모듈은 상기 특성값들 및/또는 상기 도출된 특성값들을 토대로 하여 해당 인버터의 출력 전압을 조절하도록 형성되었다. 이와 같은 형성예에 의해서는, 조절 장치가 해당 인버터를 오로지 상기 인버터 자체에 의해서 검출된 특성값들 또는 상기 특성값들로부터 도출된 특성값을 토대로 하여서만 조절할 수 있음으로써, 결과적으로 인버터는 메인 파워 서플라이를 기준으로 자동으로 동기화될 수 있다. 따라서, 외부 및 특히 상위 조절 장치가 전혀 필요치 않게 된다.
각 조절 장치의 조절 모듈은 바람직하게 1차 조절기를 하나씩 구비하고, 상기 1차 조절기 내에는 인버터를 위한 정적(static) 특성 곡선이 저장되어 있으며, 상기 특성 곡선을 토대로 하여 조절 모듈 내에서 상기 1차 조절기를 위한 기준 변수들이 결정된다.
상기 정적 특성 곡선들은 특히 전압-무효 전력 다이어그램 및/또는 주파수-유효 전력 다이어그램일 수 있으며, 상기 다이어그램들로부터 상기 검출된 특성값들에 의존하는 및/또는 상기 특성값들로부터 도출된 특성값들에 의존하는 기준 변수들로서는 무효 전력이 결정되고 그리고/또는 후속하는 조절을 위한 기준 변수들로서는 유효 전력이 결정될 수 있다. 이때 유효 전력은 주파수 조절을 위해서 이용되고, 무효 전력은 전압 조절을 위해서 이용된다. 정적 특성 곡선들은 각 인버터들에 고정적으로 할당되어 있고, 인버터들이 파워 서플라이에서 특정한 작용을 하도록, 바람직하게는 동기 제너레이터의 작용과 유사한 작용을 하도록 한다. 특히 상기 특성 곡선들은, 이 특성 곡선들이 일정하지 않고 오히려 부하에 따라 하강하도록, 즉 하강 계수를 갖도록 선택되었다. 이와 같은 상기 특성 곡선의 부하에 따른 진행에 의해서는, 두 개 이상의 인버터들이 동기화된 상태에서 공동으로 메인 파워 서플라이에 전력을 공급할 수 있도록, 상기 인버터들을 동일한 메인 파워 서플라이에 배치하여 조절하는 것이 가능하다.
1차 조절기는 바람직하게 무효 전력 조절기 및 유효 전력 조절기를 구비하며, 상기 전력 조절기들은 설명된 바와 같이 인버터 출력에서의 주파수 및 전압을 조절하기 위하여 이용된다.
상기 목적을 위하여, 조절 모듈은 바람직하게 출력 전압 조절기를 구비하며, 상기 출력 전압 조절기에는 무효 전력 조절기 및 유효 전력 조절기의 조절 변수들, 특히 주파수 및 전압이 기준 변수들로서 제공된다. 이때 출력 전압 조절기는 상기 기준 변수들에 따라, 바람직하게는 모든 위상을 위한 출력 전압 및 주파수를 조절한다.
더 나아가, 각각의 조절 장치에는 바람직하게 적어도 하나의 2차 조절기가 설치되어 있으며, 상기 2차 조절기는 전력이 주어진 경우에 특히 주파수 및 전압의 사전 설정된 목표값들을 얻기 위하여, 특성값들 또는 상기 특성값들로부터 도출된 특성값들을 토대로 하여 상기 1차 조절기 내에 저장된 정적 특성 곡선의 평행 변위를 야기하거나 또는 실행할 수 있다. 부하에 의존하는 상기 특성 곡선의 전술된 바와 같은 진행으로 인하여 조절 편차가 생긴다. 잠수함의 파워 서플라이 품질에 대한 높은 수준의 요구 조건에 도달할 수 있기 위해서는, 상기 정적 특성 곡선의 하강 진행으로 인한 조절 편차들이 회피되거나 최소화되어야 한다. 이와 같은 상황은 현재 나타나고 있는 전력에서 목표 전압 및 목표 주파수가 유지되도록 상기 특성 곡선을 변위 시키는 2차 조절기에 의해서 발생할 수 있다.
전술한 조절 장치를 구비한 두 개 이상의 인버터를 사용하는 경우에는, 독립적인 조절로 인하여 개별 인버터들 간에 비대칭적인 부하 분포를 야기하는 바람직하지 않은 문제점이 발생하게 된다. 이와 같은 문제점을 피하기 위하여, 2차 조절기에는 바람직하게 부하 분포를 대칭화 하기 위한 대칭화 장치가 설치되어 있다. 이 경우 상기 대칭화 장치들도 마찬가지로, 상기 대칭화 장치들이 각각의 인버터를 위하여 다른 인버터들의 대칭화 장치들과 무관하게 독립적으로 동작하도록 형성되었다. 다시 말해, 부하 분포의 대칭화를 위한 인버터들 간의 직접적인 통신이 전혀 이루어지지 않거나 또는 상위 제어 장치 혹은 조절 장치가 전혀 없다.
대칭화 장치는 바람직하게, 상기 대칭화 장치가 전체 전력에 대한 해당 인버터의 송출 전력 비율을 버스 바에서 검출하고, 상기 비율의 변동들을 기록하도록 형성되었다. 대칭화 장치도 마찬가지로 전력이 주어진 경우에 목표값, 특히 주파수 및 전압에 도달하기 위하여, 상기 비율의 변동과 무관하게 1차 조절기에 저장된 정적 특성 곡선의 평행 변위(parallel translation)를 야기할 수 있다. 개별 인버터의 2차 조절기들이 바람직하게는 자체의 독립적인 조절에 의하여 메인 파워 서플라이 내에서의 목표 주파수 및 목표 전압의 대칭화와 회복 사이에 변동을 야기함으로써, 전체적으로 볼 때 상기와 같은 변동에 의해서는 메인 파워 서플라이 내에서의 부하 분포가 대칭인 경우에는 일정한 주파수에 도달할 수 있게 된다. 이와 같은 동작은, 부하 변동시에 우선 임의의 한 인버터가 변동된 부하의 송출 전력을 적응시키기 위하여 자체 전력의 적응을 실행하는 방식으로 이루어진다. 그럼으로써, 특히 메인 파워 서플라이 내에서 목표 주파수가 회복되며, 이와 같은 사실은 나중에 재차 다른 하나의 인버터에 의하여 부하 변동으로서 기록된다. 하지만 목표 주파수에 이미 도달했기 때문에, 상기 인버터에서는 대칭화 장치가 동작하고, 제 2 인버터의 전력 적응을 위해서 이용된다. 상기 제 2 인버터의 전력 적응이 재차 제 1 인버터에 의하여 부하 변동으로서 감지됨으로써, 상기 제 1 인버터는 재차 전력 적응을 실행하게 되고, 그 결과 두 개의 인버터들은 목표 주파수에서의 대칭적인 부하 분포에 맞추어 진동할 수 있다. 상기 방법은 두 개 이상의 인버터에 의해서 상응하게 이루어진다. 또한, 하나의 인버터가 고장인 경우에도 나머지 인버터들은 버스 바에서 일정한 주파수 및 균일한 부하 분포에 맞추어 조절된다.
각각의 조절 장치는 바람직하게 두 개의 2차 조절기들을 구비하며, 두 개의 2차 조절기들 중에서 각각 하나는 주파수 조절을 위해서 이용되고, 다른 하나는 전압 조절을 위해서 이용된다. 다시 말해, 각각의 2차 조절기들은 1차 조절기에서의 정적 특성 곡선들 중에서 한 특성 곡선의 평행 변위를 야기한다. 즉, 전압에 대한 무효 전력의 진행을 지시하는 전압-무효 전력 다이어그램에서의 특성 곡선 그리고 주파수에 대한 유효 전력을 지시하는 주파수-유효 전력 다이어그램에서의 특성 곡선의 평행 변위를 야기한다.
각각의 조절 장치 및 특히 각각의 2차 조절기 그리고 더욱 바람직하게 상기 2차 조절기의 대칭화 장치에는 바람직하게 과부하 안전 장치가 설치되어 있으며, 상기 과부하 안전 장치는 비교적 긴 시간 동안 나타나는 인버터의 과부하가 피해지도록 하며, 경우에 따라서는 인버터가 조기에 스위치-오프 되도록 한다.
전반적으로 인터럽트 없는 상태로 이루어지는 전력 공급은 본 발명에 따라 개선된 보호 구상에 의해서도 가능하다. 상기 보호 구상은 어떠한 경우에도 전체 메인 파워 서플라이의 총체적인 고장이 발생하지 않도록 보장해야만 한다. 이와 같은 보호 구상은 특히 전술된 바와 같이 공통의 메인 파워 서플라이가 다수의 인버터들에 의해서 전력을 공급받는 경우에 바람직하다. 즉, 선행 기술에서와 같은 분리된 다수의 버스 바가 제공되지 않는다.
본 발명에 따르면, 전기식 메인 파워 서플라이는 다수의 부분 파워 서플라이들로 분할되며, 상기 부분 파워 서플라이들은 정상 작동의 경우에는 상호 연결되어 공동으로 작동된다. 이 경우 상기 부분 파워 서플라이들은 특히, 전술된 바와 같이, 다수의 인버터들에 의해서 공동으로 전력을 공급받을 수 있다. 본 발명에 따라 메인 파워 서플라이 또는 버스 바에는 파워 스위치가 배치되어 있으며, 에러의 경우에 메인 파워 서플라이의 한 부분 영역에서 상기 메인 파워 서플라이의 총체적인 고장을 방지하기 위하여, 상기 파워 스위치의 개방에 의해 부분 파워 서플라이들이 공통의 메인 파워 서플라이로부터 분리될 수 있거나 또는 경우에 따라서는 메인 파워 서플라이가 다수의 부분 파워 서플라이들로 분할될 수 있다.
개별 부분 파워 서플라이들에는 상기 개별 부분 파워 서플라이들의 현재 특성 데이터를 연속으로 검출하기 위한 센서들이 설치되어 있다. 또한 상기 센서들 및 파워 스위치들이 하나의 공통된 제어 장치에 연결되어 있음으로써, 센서 및 파워 스위치들은 상기 제어 장치와 통신할 수 있게 되고, 특히 상기 공통의 제어 장치는 파워 스위치를 스위칭할 수 있게 된다. 이 경우 제어 장치는, 파워 스위치가 상기 제어 장치에 의해서 현재 검출된 특성 데이터에 따라 선택적으로 스위칭 될 수 있도록 형성되었다. 이와 같은 형성예에 의해서는, 메인 파워 서플라이의 부분 영역에서의 단락을 유추할 수 있는 특성 데이터가 센서들에 의하여 검출되는 경우에, 단락이 발생된 상기 부분 파워 서플라이의 해당 파워 스위치(들)의 개방에 의해서 제어 장치가 메인 파워 서플라이로부터 분리될 수 있다. 파워 스위치와 센서 간의 통신 그리고 제어 장치를 가급적 고장에 대하여 안전하게 하기 위하여, 상기 제어 장치가 여유롭게(redundantly) 형성될 수 있음으로써, 결과적으로 예를 들어 상기 제어 장치가 고장인 경우에는 제 2의 제어 장치가 즉시 제어 기능을 담당할 수 있게 된다.
센서들에 의해서 검출되는 개별 부분 파워 서플라이들의 특성 데이터는 바람직하게 개별 부분 파워 서플라이들에서의 전류들을 포함한다. 따라서, 제어 장치는 하나의 부분 파워 서플라이에서의 전류가 단락을 유추하게 하는 값에 언제 도달하게 될지를 검출할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제어 장치 내에 적어도 하나의 표가 저장되어 있다는 것이 특히 바람직한데, 상기 표에는 각각 부분 파워 서플라이들 중에서 하나의 부분 파워 서플라이가 단락된 경우에 개별 부분 파워 서플라이드들 내에서 그리고/또는 해당 센서들에서 각각 발생하는 단락 전류들 또는 상기 단락 전류들 상호 간의 비율이 저장되어 있다. 이 표는, 하나의 단락이 메인 파워 서플라이의 하나의 부분 파워 서플라이 또는 한 부분 파워 서플라이에서는 통상적으로 그곳에서 발생하는 전류의 변동을 야기할 뿐만 아니라, 메인 파워 서플라이의 다른 부분 영역 및 그곳에 배치된 센서들에서는 전류의 변동까지도 야기한다는 검출 내용을 이용하며, 이와 같은 변동은 단지 메인 파워 서플라이의 구조에만 그 원인을 두고 있다. 따라서, 개별 측정점들 또는 센서들에서는 특히 발생하는 단락 전류의 상이한 다양성 및 상기 단락 전류의 극성 신호가 나타나며, 이와 같은 다양성 및 극성 신호는 그곳에 배치된 센서들에 의해서 검출될 수 있다. 상기 표에는 바람직하게 각각의 단락 때마다 모든 센서에서 발생하는 전류들의 상태가 저장되어 있음으로써, 결과적 으로 개별 센서들에서 발생하는 단락 전류들의 저장된 이미지로부터 반대로 상기 표를 참조하여, 메인 파워 서플라이의 어느 부분 영역에서 단락이 발생 되었는지가 추론될 수 있다. 이 경우에는, 각각의 단락 상황마다 명확하게 장소를 확인할 수 있는 단락 전류의 이미지가 모든 센서에 담겨져 있다는 것이 바람직하다. 다시 말하자면, 발생하는 전류들의 이미지를 참조하여 특정 단락 상황이 명확하게 식별된다는 것이다.
제어 장치는 바람직하게 그에 상응하게, 단락 상황의 장소를 찾는 작업, 즉 단락이 발생한 부분 파워 서플라이를 검출하는 작업이 상기 저장된 표를 참조하여 단락 전류의 이미지 또는 발생하는 조합을 할당함으로써 이루어지고, 그 다음에 상기 부분 파워 서플라이에 할당된 상응하는 파워 스위치가 단락 상황의 장소가 확인된 부분 파워 서플라이를 분리시키기 위하여 제어 장치에 의해서 스위칭 될 수 있도록 형성되었다. 다시 말해, 단락 상황에서는 모든 센서에서 발생하는 단락 전류의 양 및 극성 부호들이 상기 센서들에서 검출되기 때문에, 제어 장치는 상기 표를 참조한 할당을 통하여, 어느 부분 파워 서플라이에서 단락이 발생했는지 그리고 상기 부분 파워 서플라이가 해당 파워 스위치의 개방에 의해서 스위치-오프 되었는지를 확인할 수 있다.
더 나아가서는 제어 장치 내부에 하나 또는 다수의 표(들)가 저장되어 있는 것이 바람직한데, 상기 표(들)에는 하나 또는 다수의 특정 파워 스위치가 개방된 경우에 부분 파워 서플라이들 중에서 하나의 부분 파워 서플라이가 단락될 때마다 각각의 부분 파워 서플라이에서 및/또는 해당 센서들에서 발생하는 단락 전류들 또 는 상기 단락 전류들 상호 간의 비율이 저장되어 있다. 이와 같은 추가의 표들은, 해당 파워 스위치의 개방에 의해 부분 파워 서플라이들이 이미 메인 파워 서플라이로부터 분리된 경우에 발생하는 단락 상황들을 고려하고 있다. 이와 같은 경우, 개별 센서들에서 발생하는 단락 전류들은 파워 스위치가 폐쇄되어 모든 부분 파워 서플라이들이 메인 파워 서플라이에 접속되어 있는 상황에 비하여 양 및 극성 부호가 변동될 수 있다. 어느 파워 스위치가 스위칭 되었는지 또는 개방되었는지가 제어 장치에 공지되어 있기 때문에, 상기 제어 장치는 추가의 단락 상황이 발생한 경우에는 특정 파워 스위치의 개방 후에, 하나의 특정 파워 스위치 또는 다수의 특정 파워 스위치들이 개방된 상태에서 단락 전류들의 이미지를 재현하는 추가의 표를 참조하여, 단락 상황이 새롭게 발생된 장소 또는 부분 파워 서플라이의 위치를 확인할 수 있다. 그 다음에 제어 장치는 단락이 발생한 상기 부분 파워 서플라이를 메인 파워 서플라이로부터 분리하기 위하여, 상기 부분 파워 서플라이의 파워 스위치를 개방할 수 있다.
다시 말해, 제어 장치는 바람직하게, 부분 파워 서플라이를 분리하기 위한 파워 스위치의 스위칭 후에 단락 상황의 위치를 확인하기 위하여, 상기 파워 스위치의 개방된 상태를 고려한 변경된 표가 사용되도록 형성되었다.
특히 바람직하게는 센서들이 파워 스위치에 통합되어 있다. 다시 말하자면, 지능적인 파워 스위치가 사용되는데, 상기 파워 스위치는 상태 변수, 특히 상기 파워 스위치를 스위칭하는 라인 내부의 전류를 검출할 수 있는 동시에 그 전류를 중앙 제어 장치로 전송할 수 있다. 이 목적을 위하여 상기 파워 스위치에는 상응하 는 통신 인터페이스가 설치되어 있으며, 상기 통신 인터페이스는 한편으로는 센서에 의해서 검출된 특성 데이터를 제어 장치로 전달하고, 다른 한편으로는 파워 스위치의 개방 및/또는 폐쇄를 가능케 하는 스위칭 명령들을 제어 장치로부터 수신할 수 있다.
본 발명에 따른 보호 구상에 의해서는, 메인 파워 서플라이에서 발생하는 에러 위치를 정확하게 확인할 수 있으며, 나머지 메인 파워 서플라이에서 전력 공급이 중단되지 않으면서 에러가 발생한 부분 파워 서플라이들이 메인 파워 서플라이로부터 신속하게 분리될 수 있다. 이 경우에는 파워 스위치를 기술된 방식으로 중앙에서 제어함으로써 스위치의 선택 가능성이 얻어진다. 그럼으로써, 거의 인터럽트 없는 전력 공급 상태가 보장된다. 이상적으로는, 전력 공급의 중단이 물리적으로 야기되는 최소값으로, 즉 단락 모멘트로 제한되었다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.
도 1은 하나의 공통된 메인 파워 서플라이에 있는 세 개 컨버터의 동시적인 동작을 개략적으로 보여준다. 컨버터 또는 인버터(WR1, WR2 및 WR3)는 배터리 또는 연료 전지 설비로부터 제공된 직류 전압을 교류 전압 또는 3상 전류로 변환시킨다. 개관을 명확하게 할 목적으로 도면에는 단상 실시예가 도시되어 있다. 정상 동작 중에는 스위치(1, 2, 3, 4 및 5)들 중에서 스위치(4 및 5)가 폐쇄됨으로써, 하나의 공통된 버스 바(6)가 형성된다. 또한 바람직하게는, 정상 동작 중에 스위치(1 및 3)가 폐쇄됨으로써 결과적으로 인버터(WR1 및 WR3)가 공동으로 메인 파워 서플라이 에 전력을 공급하도록 도 1에 도시된 설비를 동작시키는 것도 생각할 수 있다. 정상 동작 중에는 스위치(2)가 개방됨으로써, 인버터(WR2)는 파워 서플라이에 연결되지 않고, 다른 인버터들 중에 하나의 인버터(WR1 또는 WR3)가 고장인 경우에 스위칭 되는 예비 인버터로서 이용된다. 버스 바(6)에 대한 개별 사용자 장치의 단자들은 부호 a 내지 f로 표시되어 있다. 스위치(4 및 5)에 의해서는, 버스 바(6)가 세 개의 섹션(Ⅰ,Ⅱ 및 Ⅲ)들로 분할되거나 또는 스위칭 개방에 의해서 분할될 수 있다.상기 스위치(1 내지 5)들에는 또한 전류를 검출하기 위한 측정점들이 양 및 방향에 따라 배치되어 있다. 이 목적을 위하여, 상기 값들을 동시에 검출하여 중앙 제어 장치로 전송할 수 있는 파워 스위치(1, 2, 3, 4 및 5)들이 제공되며, 상기 중앙 제어 장치는 스위치(1 내지 5)의 개방 및 폐쇄를 위해서도 책임이 있다. 이 목적을 위하여 스위치(1 내지 5)에는 상응하는 통신 모듈이 설치되어 있다.
공통적인 버스 바(6)에서 이루어지는 두 개 인버터, 예컨대 인버터(WR1 및 WR3)의 동시 동작은 출력 전압 및 주파수의 동기화를 필요로 한다. 본 발명에 따르면, 상기 동기화는 인버터에 통합되어 있는 독립적인 조절 장치들에 의해서 이루어지며, 상위 제어 장치 또는 인버터들 간에 이루어지는 직접적인 통신은 필요치 않다. 더 나아가 인버터들은 동작 중에 동일한 권한을 갖는다. 다시 말해, 주/종-원리에 따른 종속 관계가 전혀 없다.
인버터(WR1, WR2 및 WR3)는 조절 장치들을 구비하며, 상기 조절 장치들은 메 인 파워 서플라이, 즉 특히 버스 바(6)에서의 전류 및 전압을 자동으로 검출하고, 해당 인버터(WR1, WR2 또는 WR3)가 자동으로 파워 서플라이를 기준으로 동기화 되도록 상기 인버터들을 조절한다.
도 2는 상기 조절 장치의 원리적인 기능을 개략적으로 보여준다. 앞에서 설명된 바와 같이, 선간 전압 및 선간 전류는 인버터에 의해서 검출되고, 상기 조절 장치의 산출 모듈(8)에서는 상기 특성값들을 토대로 하여 도출된 특성값들, 즉 후속하는 조절 과정을 위한 기준 변수로서 이용되는 유효 전력 및 무료 전력 그리고 주파수 및 출력 터미널 전압이 산출된다. 따라서, 상기 산출된 주파수는 유효 전력 조절기(10)를 통해 주파수를 조절하기 위해서 이용되고, 상기 산출된 전압은 유효 전력 조절기(12)를 통해 전압을 조절하기 위해서 이용된다. 유효 전력 조절기(6) 및 무효 전력 조절기(8)는 1차 조절기(9)의 부분이다. 상기 1차 조절 장치는 인버터에 고정적으로 미리 제공되어 조절 장치의 메모리에 저장된 정적 특성 곡선들을 고려한다. 상기 정적 특성 곡선들이란, 전압 조절을 위해서 사용되는 전압-무효 전력 특성 곡선(Q(Un)-정적 변수) 그리고 주파수 조절을 위해서 사용되는 주파수-유효 전력 특성 곡선(P(f)-정적 변수)이다.
도 3에는 상기 주파수-유효 전력-정적 변수의 진행 상태가 예로 도시되어 있다. 상기 전압-무효 전력-정적 변수의 진행은 그에 상응한다. 중요한 것은, 이 경우에는 부하에 의존하는 특성 곡선이 이용된다는 것이다. 다시 말해서, 상기 특성 곡선은 상수, 즉 다이어그램에 있는 수평선이 아니며, 오히려 부하가 증가함에 따라 전압 또는 주파수의 하강이 이루어진다. 이와 같은 하강 계수를 갖는 특성 곡선의 형상에 의해서는 우선 두 개의 인버터들이 파워 서플라이 내에서 동일한 조절 방향을 가짐으로써, 상기 두 개의 인버터들은 동기화된 상태에서 파워 서플라이에 공동으로 전력을 공급할 수 있게 된다. 고정 입력된 정적 변수들은 전류 조절기에 대하여 조절된 동기 제너레이터의 특성을 강요한다.
이하에는 조절 과정이 예로 설명되어 있으며, 이 경우에는 단순화를 위해서 단 하나의 위상이 관찰된다.
출발 상태에서 파워 서플라이 내부의 전압은 주파수(f1) 및 진폭(U1)을 갖는다. 파워 서플라이 내부의 해당 전력들은 P1 및 Q1이다(유효 전력 및 무효 전력). 추가 부하가 접속되는 경우, 전류는 변동되고, 전력은 P2 및 Q2로 상승하지만, 전압 진폭은 처음에는 U1에 머무르고, 주파수는 f1에 머무르게 되는데, 그 이유는 컨버터 또는 인버터 자체가 상기 변수들의 변동을 야기할 수는 없기 때문이다. 컨버터 또는 인버터는 일정한 주파수를 갖는 일정한 출력 전압을 전달한다. 이와 같은 변동은 미리 주어진 정적 변수들, 즉 P(f)-정적 변수 및 Q(Un)-정적 변수에 의해서 비로소 가능해진다. 상기 정적 변수들에 의해서는, 유효 전력 조절기(10) 및 무효 전력 조절기(12)를 위한 기준 변수로서 또한 P1 및 Q1이 검출된다. 상기 조절 변수들은 (파워 서플라이 내에서, 즉 버스 바(6)에서 측정된) P2 및 Q2로 변동되었다. 그럼으로써, 조절기에 의해서 조정되는 조절 편차가 형성된다. 전력 조절기, 즉 유 효 전력 조절기(10) 및 무효 전력 조절기(12)는 Uq * 및 θ*(
Figure 112007077396115-PAT00001
*)를 위한 새로운 값들을 생성한다. 상기 값들은 컨버터 출력 전압 조절기(14)를 위한 기준 변수를 형성하며, 상기 컨버터 출력 전압 조절기는 3상 전류 파워 서플라이의 경우에 상기 기준 변수를 토대로 하여 인버터(Usoll, 1, Usoll, 2 및 Usoll, 3)의 새로운 출력 전압들을 조절한다. 상기 각(θ*)의 시간에 따른 변동으로부터 주파수 변동이 나타난다. 파워 서플라이 내부의 전압은 변동되고, 진폭은 U2로 되며, 주파수는 f2로 된다.
상기 정적 변수들의 하강 진행 상태를 토대로 하면, 상기 주파수 및 진폭은 더 이상 파워 서플라이의 원하는 고정된 목표값에 상응하지 않으며, 오히려 상기 정적 변수들 때문에 편차가 발생하게 된다. 이와 같은 편차를 보상하고 일정한 수준의 파워 서플라이 품질을 제공할 수 있기 위하여, 1차 조절 장치 이외에 2차 조절 장치가 추가로 제공된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 2차 조절 장치들, 즉 두 개의 2차 조절기(16, 18)들은 주파수 2차 조절(f-2차 조절) 및 전압 2차 조절(U-2차 조절)을 목적으로 제공되었다. 상기 2차 조절 장치들은 1차 조절기 내에 저장된 정적 변수들, 즉 P(f)-정적 변수 및 Q(Un)-정적 변수의 변위를 야기한다. 이와 같은 변위는 예를 들어 P(f)-정적 변수를 참조하여 도 4에 도시되어 있다. Q(Un)-정적 변수의 변위는 그에 상응하게 이루어진다. 상기 변위에 의하여 특성 곡선들이 재차 목표값들로 변위 됨으로써, 결과적으로 파워 서플라이 내부에 부하가 주어진 경우에는 미리 제공된 주파수 및 미리 제공된 전압이 유지될 수 있다. 이 와 같은 회복은 2차 조절기(16 및 18) 내에서 회복 모듈에 의하여 이루어진다.
인버터의 2차 조절기에 의해서 실행된 정적 변수의 변위는 파워 서플라이에 연결된 다른 인버터들에 의하여 전력 도약으로서 해석되며, 이와 같은 전력 도약은 재차 비대칭적인 부하 변위를 야기한다. 이와 같은 이유에서, 2차 조절 장치는 2차 조절기(16 및 18)들 내부에 추가로 대칭 모듈을 각각 하나씩 구비하며, 상기 대칭 모듈은 파워 서플라이 내에 있는 관련 인버터들 간에 대칭적인 부하 분포를 성취하기 위해서 이용된다. 이때 주의해야 할 점은, 상기 대칭화도 역시 인버터들 간에 직접적인 통신 또는 상위 제어 장치가 없이 이루어진다는 것이다.
파워 서플라이 내에서 부하 교체가 전혀 발생하지 않는 타임 슬롯(time slot)들 내에서도 대칭화를 실행할 수 있기 위하여, 2차 조절기(16 및 18)들 내부에는 "테스팅"-모듈이 각각 하나씩 제공되어 있다. 상기 테스팅-모듈은 P(f)-정적 변수를 fo ,T만큼 그리고 및 Q(Un)-정적 변수를 Uno ,T만큼 변위 시킨다. 주파수 또는 전압의 회복은 회복 모듈에 의해서 시작된다. 그 경우에 대칭화는 대칭화 모듈에 의해서 이루어지며, 상기 대칭화 모듈의 원리적인 조절 구조는 도 5에 도시되어 있다.
두 개의 동일한 인버터들, 예컨대 인버터(WR1 및 WR3)가 하나의 공통된 버스 바(6)에서 작동되면, 처음에 출발 주파수는 예를 들어 f0이고, 유효 전력은 P0이다. 이때 부하가 P1로 확대되면, 주파수는 f1로 떨어진다. 이때 예를 들어 제 1 인버 터(WR1)의 조절 장치가 먼저 반응하여 주파수(f0)가 회복되면, 제 2 인버터(WR3)는 상기 주파수 변동을 부하 변동으로서 해석하여 그에 상응하게 자신의 송출 전력을 떨어뜨리게 된다. 이와 같은 상황은 앞에서 이미 언급한 비대칭적인 부하 분포를 야기한다. 상기와 같은 비대칭적인 부하 분포를 보상하기 위하여, 대칭화 과정에서는 값(PsollS)이 0으로 선택된다. 파워 서플라이 내부에서의 부하 상승에 의하여, 인버터(P/PN)의 개별 부하에 대한 전체 부하의 비율은 커지고, 그 반대로 값(fOS)은 작아진다(양적으로는 커지지만, 음의 영역으로 커진다). 인버터(WR1)에 의해서 이미 조절된 주파수는 값 fO,W = 0이 되도록 유도한다. 즉, fO은 파워 서플라이 내부에 미리 인가된다. 그럼에도, 인버터(WR3)는 자신의 전력을 다시 상승시키기 위하여, 대칭화를 근거로 자신의 주파수를 떨어뜨린다. 그때에 상기 강하된 주파수는 인버터(WR2)의 경우보다 약간만 더 작은 정도로 인버터(WR1)의 전력을 상승시킨다. 따라서, 이와 같은 실행은 주파수의 새로운 회복을 야기하게 된다. 대칭화와 회복 사이에서는 변동이 발생하며, 이 경우 상기 대칭화와 회복은 대칭적인 부하 분포에서 거의 목표 주파수 및 목표 전력이 설정될 때까지 변동된다. 따라서, 두 개의 인버터(WR1 및 WR3)들이 동시에 동작하는 경우에는 언제나 한 컨버터의 변동이 또한 다른 컨버터의 변동까지도 야기하게 되며, 이 경우 상기와 같은 변동 상황은 단지 각 인버터의 조절 장치를 이용하여 파워 서플라이를 직접적으로 모니터링 함으로써만 이루어진다.
따라서, 파워 서플라이 내부의 목표 전압 및 목표 주파수를 유지하기 위하여, 개별 인버터들은 다른 하나의 인버터의 고장도 파워 서플라이 내부의, 즉 버스 바(6)에서의 특성값 변동을 참조하여 검출하게 되고, 상기 인버터들의 출력 전압을 진폭 및 주파수에 따라 상응하게 조절하게 된다.
이하에서는 또한 도 1의 회로를 참조하여 본 발명에 따른 파워 서플라이 안전 장치를 위한 한 가지 보호 구상이 설명되며, 상기 보호 구상은 특히 도시된 바와 같이 두 개 또는 다수의 인버터들이 동시에 동작할 때에 한 버스 바에서 거의 인터럽트 없는 전력 공급을 보장할 수 있다. 이 목적을 위하여, 파워 스위치(1 내지 5)에는 측정 기록 장치 또는 센서가 설치되어 있으며, 상기 측정 기록 장치 또는 센서는 스위칭 상태에서의 전류를 검출하여 상기 전류를 도면에 도시되지 않은 중앙 제어 장치로 전송한다. 상기 제어 장치는 평가 과정을 실행하며, 이 평가 과정에서 제어 장치는 파워 서플라이 내부의 에러, 즉 단락을 검출하여 그 위치를 확인할 수 있고, 그 다음에 목적한 바대로 단락과 관련된 파워 서플라이 부분들 또는 부분 파워 서플라이를 분리시킬 수 있기 위하여 소수의 스위치(1 내지 5)를 개방시킬 수 있다. 이와 같은 구상에 의해서는, 전체 파워 서플라이 내에 있는 보호 기관들의 선택성이 보장된다.
본 발명에 따른 보호 구상의 기본적인 발견은, 파워 서플라이 내부의 에러, 즉 단락이 개별 측정 위치들에서의 단락 전류들의 특정한 조합에 의해서 검출되고 위치 확인될 수 있다는 것이다. 이 경우에는 측정 위치들이 파워 스위치에 통합되어 있기 때문에, 상기 측정 위치들은 파워 스위치의 장소에 있게 된다. 하지만 다 른 장소에 별도의 센서 또는 측정 기록 장치들이 제공될 수도 있다. 중앙 제어 장치는 스위치(1 내지 5)의 측정점들에서 검출된 전류값들을 지속적으로 문의하고 평가한다. 이 목적을 위하여, 상호 통신하는 파워 스위치들의 측정값들은 예를 들어 버스 시스템을 통해 중앙 제어 장치로 전송될 수 있다. 하지만, 파워 스위치와 제어 장치 간에 통상적으로 이용 가능한 다른 통신 경로들도 사용될 수 있다.
도 6은 도 1에 따른 회로 장치에서 발생하는 단락 전류들의 조합들을 보여주며, 이 경우 정상 동작 중에는 스위치(1, 3, 4 및 5)가 폐쇄되어 있다. 즉, 섹션(Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅲ)들이 하나의 공통 버스 바(6)에 함께 접속되어 있고, 인버터(WR1 및 WR3)는 작동 중에 있다. 인버터(WR2)는 다른 인버터들 중에 하나의 인버터가 고장인 경우에 그 기능을 담당할 수 있기 위한 예비 인버터로서 제공된다. 도 6의 표에서는 스위치(1 내지 5)에 있는 측정 위치들이 행으로 기재되어 있고, 인버터(WR1, WR2 및 WR3)에 상응하는 장소(A, B 및 C) 그리고 버스 바(6)의 분기(Ⅰ, Ⅱ 및 Ⅲ)에 있는 단락 장소들은 열로 기재되어 있다. 상기 표에서 형성되는 매트릭스에서는, 발생하는 단락 전류들의 극성 부호가 상호 비례적으로 기재되어 있으며, 이 경우 전류 방향에 대한 규정은 도 1의 화살표로부터 알 수 있다.
인버터(WR2)가 스위치(2)의 개방에 의해서 스위치-오프 되었기 때문에, 분기(B) 내에서는 결국 단락 전류가 전혀 발생하지 않는다.
단락이 발생하는 장소에 따라, 인버터(WR1) 내에서, 즉 인버터(WR3)의 A에 서, 즉 C에서 또는 버스 바(2)의 섹션(Ⅰ, Ⅱ 또는 Ⅲ)에 있는 측정 위치(1 내지 5)들에서 단락 전류들의 상이한 분포 또는 조합들이 나타난다는 것을 알 수 있다. 각각의 단락 상황에서 발생하는 단락들의 조합은 한 가지 단락 상황에 명확하게 할당된, 단락 전류 분포의 특정한 이미지를 형성한다. 따라서, 측정 위치(1 내지 5)에서 측정된 전류들로부터는 제어 장치에 의하여 어디에서 단락이 발생했는지가 명확하게 결정될 수 있다.
그에 상응하게 그 경우에는 적합한 스위치가 개방될 수 있다. 예를 들어 인버터(WR1)에서, 즉 장소 A의 측정 위치 1에서 단락이 발생하는 경우에는 음(-)의 단락 전류가 결정되고, 측정 위치 2에서는 결국 단락 전류가 전혀 결정되지 않으며, 측정 위치 3에서는 양(+)의 단락 전류가 그리고 측정 위치 4 및 5에서는 각각 단순한 음의 단락 전류가 결정된다. 이와 같은 단락 상황을 제거하기 위해서는, 스위치(1)가 개방되어야만 한다. 도 6의 표에는, 단락의 경우에 파워 서플라이 부분을 스위치-오프 하기 위해서 개방되어야만 하는 스위치들이 x로 표시되어 있다. 버스 바 섹션(Ⅱ)에서 단락이 발생하는 경우에는, 예를 들어 스위치(4 및 5)가 개방되어야만 한다.
도 6에 도시된 바와 같은 표는 중앙 제어 장치에 저장되고, 상기 중앙 제어 장치는 측정 위치(1 내지 5)에서 측정된 전류들을 상기 표와 비교한다. 상기 표에 기재되어 있는 전류들의 조합이 형성되면, 제어 장치는 상기와 같은 방식으로 특정 위치에서의 단락 장소를 확인하고, 그에 상응하게 단락과 관련된 파워 서플라이 부분을 분리하기 위해서 필요한 스위치들을 트리거링 한다. 상기 스위치들은 도 6에 x로 표시되어 있다.
도 6에 도시된 표는 인버터(WR1 및 WR3)가 작동 중에 있는 상황과 관련이 있다. 다른 인버터 조합들이 작동 중인 상황에 상응하는 추가의 표들이 저장될 수 있으며, 이 경우에는 제어 장치가 스위치를 개방 및 폐쇄하기 때문에, 상기 제어 장치에는 어느 인버터가 파워 서플라이에 접속되어 있는지 그리고 올바른 표에 액세스할 수 있는지가 공지되어 있다. 또한, 매트릭스 또는 표들은 도 6에서 컨버터 고장에 대해서도 결함을 갖는 스위치 또는 트리거링 되지 않는 스위치와 유사하게 작성될 수 있다. 이와 같은 형태의 표들은 도 7 내지 9에 도시되어 있다. 따라서 도 7에는, 인버터들 중에 하나의 인버터(WR1, WR2 또는 WR3)(컨버터 1, 컨버터 2 및 컨버터 3)가 고장인 경우에는 측정 위치(1 내지 5)에서 어떤 단락 전류가 발생하는지가 목록으로 작성되어 있다. 이 경우에도 마찬가지로 에러를 제거하기 위해서는, 어느 장소에서 단락이 발생하는지에 따라 재차 x로 표시된 스위치들이 개방되어야만 한다.
도 8은 스위치(1 내지 4)들 중에 하나의 스위치가 결함이 있는 상황을 고려한 표를 보여주고 있으며, 이 경우 도 8의 표에는 모든 다섯 가지의 상황들, 즉 스위치 1이 결함인 상황, 스위치 2가 결함인 상황, 스위치 3이 결함인 상황, 스위치 4가 결함인 상황 또는 스위치 5가 결함인 상황이 도시되어 있다. 이와 같은 상황들도 역시, 다만 인버터(WR1 및 WR3)만이 작동 중에 있고 예비 인버터로서 작용하는 인버터(WR2)는 스위치(2)의 개방에 의해 스위치-오프 된 상태로부터 출발한다. 도 8에 따른 표에도, 개별 단락 상황에 대하여 상응하는 부분 파워 서플라이를 분리하기 위하여 개방되어야만 하는 스위치들이 x로 표시되어 있다. 추가로, 원래 트리거링 되어야만 하는 스위칭들 중에 하나의 스위치가 결함인 경우에 개방되어야만 하는 스위치들은 y로 표시되어 있다. 이와 같은 문제점은 예를 들어 컨버터(WR3)에서 단락이 발생하고 스위치 3이 결함인 경우에 나타난다. 원래 인버터(WR3)를 스위치-오프 하기 위해서는 스위치 3이 개방되어야만 했다. 도 8의 표에 있는 매트릭스의 우측 상단에서 알 수 있는 바와 같이, 그 경우에는 인버터(WR3)와 연결되어 있는 더 큰 부분 영역을 버스 바(6)로부터 분리하기 위하여 대안적으로 스위치 5가 개방된다. 그 경우에는 단 하나의 부분 파워 서플라이만 지속한다. 하지만, 총체적인 고장은 피해진다.
도 9는 스위칭 과정에 참여한 다른 스위치들을 트리거링 한 후에 한 스위치가 고장인 경우에 형성되는 단락 전류들의 조합을 보여준다.
도 10은 제어 장치 내에서 진행되는 적합한 프로그램 시퀀스를 개략적으로 보여준다. 파워 스위치 내에 있는 측정 위치들 - 도 1의 경우에는 위치 1 내지 5 - 에서 전류를 연속으로 측정하는 단계로부터 시작된다. 단락 전류의 특정 이미지가 도 6의 표에 따라 결정되면, 도 6을 참조하여 설명된 바와 같이, 제 1 단계에서는 단락의 경우에 파워 서플라이의 부분을 스위치-오프 하기 위해 어느 스위치가 개방되어야만 하는지가 결정된다. 이와 같은 결정은 단계 S1에서 이루어지고, 이어서 새로운 전류 측정이 이루어지며, 이때에는 또한 단락이 확인되고, 이미 개방 된 스위치를 고려한 새로운 표가 고려된다. 그 다음에 상기 새로운 표를 참조하여 어느 스위치가 개방되어야만 하는지가 재차 결정된다. 이와 같은 결정은 단계 S2에서 이루어지며, 이 경우에 상응하는 스위치는 시간 지연된 상태에서 개방되어야만 한다. 이어서 새로운 전류 측정이 이루어진다. 에러 상황이 계속해서 나타나면, 본 절차의 마지막에는 시스템 스위치-오프에 대한 결정이 이루어져야만 한다. 전류 측정의 경우에 상기 전류가 재차 단락 전류라는 사실이 확인되면, 프로그램 시퀀스는 처음부터 다시 시작된다. 전류 측정의 처음에 전류들 중에서 하나의 전류가 0이라는 사실, 즉 하나의 컨버터 또는 하나의 인버터가 고장이라는 사실이 확인되면, 단계 S1b에서는, 결함이 있는 스위치 또는 컨버터를 고려하고, 상응하는 단락 전류의 이미지 또는 상응하는 단락 전류의 분포를 포함하는, 상응하게 변경된 표에 대한 액세스가 이루어진다. 상기 표를 참조하여 단락 발생 여부가 모니터링 되며, 단락의 경우에는 단락 발생 장소가 확인되고, 개방될 스위치가 선택된다. 그 다음에 전류 측정이 새롭게 이루어지고, 단락이 계속해서 존재하는 경우에는 단계 S2b에서 상기 단계 S2에 상응하게 변경된 새로운 표를 참조하여 모니터링이 새로이 실행된다.
선행하는 설명에서는 비록 세 개의 인버터 그리고 총 다섯 개의 파워 스위치를 구비한 파워 서플라이를 참조한 실시예가 기술되어 있으나, 세 개 이상 또는 세 개 이하의 인버터를 구비한 파워 서플라이도 기술된 방법 또는 기술된 배열 상태에 따라 작동될 수 있다는 내용으로 이해될 수 있다. 또한, 더 복잡한 파워 서플라이의 경우에는 다섯 개 이상의 스위치가 제공될 수도 있으며, 이 경우 파워 서플라이 를 위한 보호 구상은 선행하는 설명에 상응하게 더 복잡한 표들과 기능적으로 관계한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
6: 버스 바 8: 산출 모듈
9: 1차 조절기 10: 유효 전력 조절기
12: 무효 전력 조절기 14: 출발 전압 조절기
16, 18: 2차 조절기 WR1, WR2, WR3: 인버터
도 1은 세 개의 인버터를 구비한 하나의 공통된 버스 바의 기본 회로도다.
도 2는 한 인버터의 조절 장치의 원리적인 조절 구조를 도시한 개략도다.
도 3은 주파수-유효 전력-정적 변수이다.
도 4는 주파수를 회복하기 위한 주파수-유효 전력-정적 변수의 변위를 도시한 개략도다.
도 5는 대칭화를 위한 원리적인 조절 구조를 도시한 개략도다.
도 6에는 도 1에 따른 메인 파워 서플라이의 작동 중에 발생하는 단락 전류들의 조합이 표로 기재되어 있다.
도 7에는 개별 컨버터의 고장 중에 발생하는 단락 전류들의 조합이 표로 기재되어 있다.
도 8에는 개별 스위치의 고장 중에 발생하는 단락 전류들이 표로 기재되어 있다.
도 9는 스위칭 과정에 관여한 다른 스위치의 트리거링 후에, 개별 스위치의 고장 중에 발생하는 전류들의 조합이 표로 기재되어 있다.
도 10은 본 발명에 따른 파워 서플라이 안전 시스템을 위한 프로그램 흐름도이다.

Claims (19)

  1. 하나의 공통 버스 바(6)에 전력을 공급하는 두 개 이상의 인버터(WR1, WR3)를 구비하는 전기식 메인 파워 서플라이를 갖춘 잠수함으로서,
    상기 두 개 이상의 인버터(WR1, WR3)들에는 각각 독립적인 조절 장치가 하나씩 설치되어 있으며, 상기 조절 장치는 상기 버스 바(6)에서 현재의 전기 특성값들을 검출할 목적으로 그리고 인버터의 출력 전압을 상기 검출된 특성값들에 따라 적응시킬 목적으로 형성된, 잠수함.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 조절 장치가 상기 버스 바(6)에서 전기적인 특성값들, 특히 선간 전압 및 선간 전류를 검출하기 위한 검출 모듈을 구비하는, 잠수함.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각의 조절 장치가 상기 검출된 전기 특성값들을 토대로 하여 도출된 특성값들, 특히 유효 전력 및 무효 전력 그리고 주파수 및 출력 터미널 전압을 산출하기 위한 산출 모듈(8)을 구비하는, 잠수함.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 조절 장치가 조절 모듈을 구비하며, 상기 조절 모듈은 상기 특성값들 및/또는 상기 도출된 특성값들을 토대로 하여 출력 전압을 조절할 목적으로 형성된, 잠수함.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 조절 모듈이 1차 조절기(9)를 구비하고, 상기 조절기 내에는 인버터(WR1, WR3)를 위한 정적(static) 특성 곡선들이 저장되어 있으며, 상기 정적 특성 곡선들을 토대로 하여 상기 1차 조절기를 위한 기준 변수들이 결정되는, 잠수함.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 정적 특성 곡선들은 전압-무효 전력 다이어그램 및/또는 주파수-유효 전력 다이어그램을 포함하며, 상기 다이어그램들로부터는 상기 검출된 특성값들 및/또는 상기 도출된 특성값들에 따라 무효 전력 및/또는 무료 전력이 기준 변수로서 결정되는, 잠수함.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 1차 조절기(9)가 무효 전력 조절기(12) 및 유효 전력 조절기(10)를 구비하는, 잠수함.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 조절 모듈이 출력 전압 조절기(14)를 구비하며, 상기 출력 전압 조절기에는 상기 무효 전력 조절기(12) 및 유효 전력 조절기(10)의 조절 변수들, 특히 주파수 및 전압이 기준 변수로서 제공되는, 잠수함.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 조절 장치에는 하나 이상의 2차 조절기(16, 18)가 설치되어 있으며, 상기 2차 조절기는 상기 특성값들 또는 상기 도출된 특성값들을 토대로 하여 목표값, 특히 전력이 주어진 경우에는 주파수 및 전압을 얻을 목적으로 상기 1차 조절기(9) 내에 저장된 한 정적 특성 곡선의 평행 변위를 실행하는, 잠수함.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 2차 조절기에 부하 분포를 대칭화 하기 위한 대칭화 장치가 설치되어 있는, 잠수함.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 대칭화 장치는 전체 전력에 대한 해당 인버터(WR1, WR2)의 송출 전력의 비율을 버스 바(6)에서 검출하고, 상기 비율의 변동에 따라 목표값, 특히 전력이 주어진 경우에는 주파수 및 전압을 얻을 목적으로 상기 1차 조절기(9) 내에 저장된 한 정적 특성 곡선의 평행 변위를 실행하는, 잠수함.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조절 장치에는 두 개의 2차 조절기(16, 18)가 제공되며, 그 중에서 하나의 2차 조절기는 주파수 조절을 위해서 이용되고, 다른 하나의 2차 조절기는 전압 조절을 위해서 이용되는, 잠수함.
  13. 각각 하나 이상의 파워 스위치(1, 2, 3, 4, 5)들에 의해서 안전하게 보호된 다수의 부분 파워 서플라이(A, B, C, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)들로 분할된 전기식 메인 파워 서플라이를 갖춘, 특히 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 잠수함으로서,
    상기 개별 부분 파워 서플라이(A, B, C, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)들에는 상기 개별 부분 파워 서플라이(A, B, C, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)들의 특성 데이터를 검출하기 위한 센서(1, 2, 3, 4, 5)가 설치되어 있으며,
    상기 센서들 및 파워 스위치(1, 2, 3, 4, 5)들은 하나의 공통 제어 장치와 통신하며,
    상기 파워 스위치(1, 2, 3, 4, 5)들은 현재 검출된 특성 데이터에 따라 제어 장치에 의해서 선택적으로 스위칭 될 수 있는, 잠수함.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 개별 부분 파워 서플라이(A, B, C, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)들의 특성 데이터가 상기 개별 부분 파워 서플라이 내부의 전류들을 포함하는, 잠수함.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 제어 장치 내에는 하나 이상의 표가 저장되어 있으며, 상기 표에는 상기 부분 파워 서플라이(A, B, C, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)들 중에 한 부분 파워 서플라이의 각각의 단락 상황에 대하여, 상기 개별 부분 파워 서플라이(A, B, C, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)들에서 및/또는 해당 센서(1, 2, 3, 4, 5)들에서 발생하는 단락 전류들 또는 상기 단락 전류들 상호 간의 비율이 저장되어 있는, 잠수함.
  16. 제 15 항에 있어서,
    발생하는 단락 전류들의 조합을 상기 저장된 표를 참조하여 할당함으로써 단락 상황의 위치를 확인하는 작업이 이루어지도록 그리고 그 다음에 상기 제어 장치에 의하여 상기 단락 상황의 위치가 확인된 부분 파워 서플라이(A, B, C, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)들을 분리하기 위한 상응하는 파워 스위치(1, 2, 3, 4, 5)가 스위칭 될 수 있도록 상기 제어 장치가 형성된, 잠수함,
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 제어 장치 내에는 하나 또는 다수의 표(들)가 저장되어 있으며, 상기 표에는 상기 부분 파워 서플라이(A, B, C, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)들 중에 한 부분 파워 서플라이의 각각의 단락 상황에서, 하나 또는 다수의 특정 파워 스위치(1, 2, 3, 4, 5)가 개방된 상황에 대하여, 상기 개별 부분 파워 서플라이(A, B, C, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)들 에서 및/또는 해당 센서들에서 발생하는 단락 전류들 또는 상기 단락 전류들 상호 간의 비율이 저장되어 있는, 잠수함.
  18. 제 17 항에 있어서,
    하나의 파워 스위치(1, 2, 3, 4, 5)가 스위칭 된 후에는, 후속적인 단락 상황들의 위치를 확인하기 위하여 한 부분 파워 서플라이(A, B, C, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ)를 분리할 목적으로, 파워 스위치의 개방된 상태를 고려하는 해당 표가 사용되는, 잠수함.
  19. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서들이 상기 파워 스위치(1, 2, 3, 4, 5)들에 통합된, 잠수함.
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