KR102105757B1

KR102105757B1 - 고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 dc기반 전력 공급 시스템

Info

Publication number: KR102105757B1
Application number: KR1020180050014A
Authority: KR
Inventors: 강남숙; 김상현; 정태식; 윤영철; 이동제
Original assignee: 한국조선해양 주식회사
Priority date: 2018-02-14
Filing date: 2018-04-30
Publication date: 2020-05-29
Also published as: KR102074065B1; KR102074066B1; KR20190098661A; KR20190098664A; KR20190098662A; KR20190098660A; KR102074064B1; KR20190098663A

Abstract

실시예들은 하나 이상의 배전반으로 구성된 고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 DC기반 전력 공급 시스템에 관한 것으로서, 여기서 상기 배전반은, 직류 전류를 출력하는 발전부, 상기 발전부에서 출력된 직류 전류를 부하부에 전달하는 메인버스 및 상기 메인버스로부터 전력을 공급 받는 하나 이상의 모터로 구성된 부하부를 포함하고, 상기 발전부는, 발전기; 및 발전기에서 생산된 전력의 전압을 낮춰서 상기 메인버스로 전달되게 하는 연결장치를 포함한다.

Description

고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 DC기반 전력 공급 시스템{POWER SUPPLY SYSTEM BASED ON DC GRID FOR SHIP WITH HIGH-VOLTAGE GENERATOR AND LOW-VOLTAGE DC MAIN SWITCHBOARD}

본 발명은 선박용 DC기반 전력 공급 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 DC기반 전력 공급 시스템 에 관련된다.

종래 선박용 DC기반 전력 공급 시스템은, 메인버스을 저압직류(LVDC)로 공급하기 위하여 발전단 전압을 낮게 가져간다. 그 결과 발전기 사이즈가 커지고 케이블 굵기가 굵어짐에 따라 선체에서 차지하는 무게가 증가하는 문제가 있다.

한국 등록특허 제10-1253997호

위와 같은 문제를 해결하기 위해서 발전기 전압이 높더라도 작은 사이즈의 발전기를 이용할 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 DC기반 전력 공급 시스템은 하나 이상의 배전반으로 구성되고, 상기 배전반은, 직류 전류를 출력하는 발전부, 상기 발전부에서 출력된 직류 전류를 부하부에 전달하는 메인버스 및 상기 메인버스로부터 전력을 공급 받는 하나 이상의 모터로 구성된 부하부를 포함하고, 상기 발전부는, 발전기; 및 발전기에서 생산된 전력의 전압을 낮춰서 상기 메인버스로 전달되게 하는 연결장치를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 연결장치는, 일단이 상기 발전기에 연결되고, 다른 두 단이 각각 메인 버스에 연결되는 상치환 변압기로 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 발전부는, 상기 상치환 변압기의 메인버스 측 두 단과 상기 메인버스 사이에 각각 배치된 AC/DC 컨버터를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 연결장치는, 일단이 상기 발전기에 연결되고, 타 단이 상기 메인버스에 연결되는 DC/DC 컨버터로 구성되고, 상기 발전부는, 상기 발전기와 상기 DC/DC 컨버터 사이에 배치된 AC/DC 컨버터를 더 포함하되, 상기 DC/DC 컨버터는 상기 AC/DC 컨버터의 출력 직류 전압을 낮춰서 상기 메인버스로 전달할 수 있다.

일 실시예에서, 각 배전반은 연결부를 통해 각 배전반의 메인버스가 연결되되, 상기 연결부는, SSCB(Solid State Circuit Breaker) 또는 기계적 스위치일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상치환 변압기를 이용함으로써 고압 발전기를 구동할 수 있으므로 발전기 사이즈가 작아지고 케이블 무게가 줄어들어 선박 내 공간을 효율적으로 사용할 수 있다. 또한 변압기 델타결선을 이용하여 제3 고조파 방지가 가능해 전력설비 수명 단축 및 통신 유도 장애가 발생될 가능성이 낮다. 또한 단락 사고 발생 시, 상치환 변압기가 단락 전류를 차단하는 역할을 수행하므로 사고 확산을 막아주는 이점이 있다.

또한 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 전력변환기를 이용함으로써 고압 발전기를 구동할 수 있으므로 발전기 사이즈가 작아지고 케이블 무게가 줄어들어 선박 내 공간을 효율적으로 사용할 수 있다. 또한 단락 사고 발생 시, 정류기 및 DC/DC 컨버터가 단락 전류를 차단하는 역할을 수행하므로 사고 확산을 막아주는 이점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 DC 기반 전력 공급 시스템의 간략화된 회로도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라 상치환 변압기를 연결장치로서 구비한 발전부100를 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 DC/DC 컨버터를 연결장치로서 구비한 발전부100를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하부300를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부10의 예시를 나타낸다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 DC 기반 전력 공급 시스템의 간략화된 회로도이다. 도 1을 참조하면 고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 DC 기반 전력 공급 시스템1000은 하나 이상의 배전반1100,1200,1300으로 구성된다. 도 1에서는 3 개의 배전반이 도시되었으나, 다른 실시예에서는 2개 또는 4개 이상의 배전반이 선박용 DC기반 전력 공급 시스템1000을 구성할 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 각 배전반1100-1300은 각각 발전부100, 메인버스200 및 부하부300를 포함한다. 이하에서는 설명의 명료화를 위해서 배전반1100을 대표로하여 배전반1100에 포함되는 구성요소에 대하여 설명한다. 배전반1100의 구성요소100-300에 대한 설명은 다른 배전반1200,1300에도 대응되게 인용될 수 있다.

도 1을 더 참조하면, 각 배전반은 메인버스200를 통해 연결될 수 있고, 각 배전반 사이 연결은 연결부10에의해 제어될 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결부10의 예시를 나타낸다. 본 발명의 실시예들에 있어서 각 배전반 사이 연결은 연결부10에의해 제어될 수 있으며, 연결부10는 SSCB(solid state circuit breaker)(도 4a) 이거나 기계적 스위칭 소자(도 4b)일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

일 실시예에 있어서, 발전부100는 전력을 생성하여 메인버스200에 전달한다. 발전부100는 메인버스200에 직류 형태로 전력을 전달한다. 보다 구체적으로 발전부100는, 발전기110 및 발전기110에서 생산된 전력의 전압을 낮춰서 상기 메인버스로 전달되게 하는 연결장치140(도 2a의 실시예) 또는 160(도 2b의 실시예)를 포함할 수 있다. 실시예들에 있어서 연결장치140는 발전기에서 생성된 고전압 전력의 전압 크기를 조정하여 낮은 전압으로 메인버스200에 전달되게 하는 임의의 회로 소자일 수 있다. 이를 위해서 연결장치는 발전기110와 메인버스220 사이에 배치될 수 있다.

발전기110는 디젤발전기, 복합연료발전기, 가스연료발전기, 가스터빈 중 하나 이상이 포함될 수 있으나 이에 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

발전기110에서 생성된 교류 전력을 직류로 변환하기 전에 전압을 낮추기 위해서 상치환 변압기140가 이용되거나, 발전기에서 생성된 교류 전력을 직류로 변환한 후 직류 상태에서 전압을 낮추기 위해 DC/DC 컨버터160가 이용될 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라 상치환 변압기를 연결장치로서 구비한 발전부100를 나타낸다. 도 2a를 참조하면 연결장치는, 일단이 발전기110에 연결되고, 다른 두 단이 각각 메인 버스200에 연결되는 상치환 변압기로 구성될 수 있다. 즉 상치환 변압기140는 3개 이상의 단자를 가질 수 있으며, 그 중 일부는 발전기110에 연결되고 나머지 단자는 메인버스200 측에 연결될 수 있다.

도 2a를 더 참조하면, 발전부100는, 상치환 변압기140의 메인버스200 측 두 단과 상기 메인버스200 사이에 각각 배치된 AC/DC 컨버터120a,120b를 더 포함할 수 있다. 또한 각 AC/DC 컨버터120a,120b와 메인버스200 사이에 스위칭 소자130a,130b가 각각 구비될 수도 있다.

상치환 변압기140는 발전기110의 출력 교류 전압을 전기에너지를 자기에너지로 바꾸어 코일의 비를 통해 다시 자기에너지를 전기에너지로 변환하는 전자기 유도 현상을 이용하여 전압을 낮추는 기능을 할 수 있다.

도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 DC/DC 컨버터를 연결장치로서 구비한 발전부100를 나타낸다. 도 2b를 참조하면 연결장치는, 일단이 상기 발전기110에 연결되고, 타 단이 메인버스200에 연결되는 DC/DC 컨버터160로 구성될 수 있다. 여기서 발전부100는, 발전기110와 DC/DC 컨버터160 사이에 배치된 AC/DC 컨버터120를 더 포함할 수 있다. DC/DC 컨버터160는 상기 AC/DC 컨버터120의 출력 직류 전압을 낮춰서 상기 메인버스200로 전달할 수 있다.

또한 도 2b를 더 참조하면 발전기110와 AC/DC 컨버터120 사이에 기계적 스위칭 소자150가 더 구비될 수 있다. 기계적 스위칭 소자150(AC Circuit Breaker)는 발전기 후단에 사고 발생 시, 발전기로의 사고 확산을 막아주는 역할을 하고 반대로 발전기에서 사고 발생 시, 하위 단으로 사고 확산을 막아주는 역할을 할 수 있다.

기계적 스위칭 소자150는 도 2a에서 설명되는 실시예에서도 포함될 수 있으며, 위 설명한 바와 같이 양단으로의 사고 확산을 방지할 수 있다.

스위칭 장치130, 130a, 130b, 330는 SSCB(solid state circuit breaker)또는 기계적 스위칭 소자 중 하나 이상일 수 있으나 이에 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

도 1을 다시 참조하면, 메인버스200는 발전부100에서 출력된 직류 전류를 부하부300에 전달한다. 즉 본 발명에 있어서 메인버스200에는 직류전류가 흐르게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 부하부300를 나타낸다. 도 3을 참조하면 부하부300는, 메인버스200에서 전달받은 직류 전류를 교류로 변환하여 모터310에 전달하는 DC/AC 컨버터320 및 DC/AC 컨버터320로부터 교류 전류를 전달받는 모터310를 포함할 수 있다. 모터310는 공기압축기(Air Compressor),　카고 펌프(Cargo Pump),　발라스트 펌프(Ballast Pump) 등이 포함될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

또한 메인버스200와 DC/AC 컨버터320 사이 또는 DC/AC 컨버터320와 모터310 사이에 스위칭 소자330가 더 포함될 수 있다. 도 3에서는 메인버스200와 DC/AC 컨버터320 사이에 스위칭 소자330가 구성된 것이 도시되어있다.

이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims

복수의 배전반으로 구성된 고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 DC기반 전력 공급 시스템에 있어서,
각 배전반은,
직류 전류를 출력하는 발전부 - 상기 발전부는 발전기; 및 발전기에서 생산된 전력의 전압을 낮춰서 메인버스로 전달되게 하는 연결장치를 포함함;
상기 발전부에서 출력된 직류 전류를 부하부에 전달하는 메인버스; 및
상기 메인버스로부터 전력을 공급 받는 하나 이상의 모터로 구성된 부하부를 각각 포함하고,
상기 연결장치는 상기 발전기에서 발전된 전류를 수신하는 변압기를 포함하며,
각 배전반의 연결장치 중 적어도 하나는 상기 변압기로서 DC/DC 컨버터를 포함하고, 상기 발전부는, 상기 발전기와 상기 DC/DC 컨버터 사이에 배치된 AC/DC 컨버터를 더 포함하되,
상기 DC/DC 컨버터는 상기 AC/DC 컨버터의 출력 직류 전압을 낮춰서 상기 메인버스로 전달하는 것을 특징으로 하는, 고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 DC기반 전력 공급 시스템.
제1항에 있어서,
각 배전반의 연결장치 중 적어도 다른 하나는,
일단이 상기 발전기에 연결되고, 다른 두 단이 각각 메인 버스에 연결되는 상치환 변압기를 상기 변압기로서 구성되는 것을 특징으로 하는 고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 DC기반 전력 공급 시스템.
제2항에 있어서,
상기 발전부는,
상기 상치환 변압기의 메인버스 측 두 단과 상기 메인버스 사이에 각각 배치된 AC/DC 컨버터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 DC기반 전력 공급 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
각 배전반은 연결부를 통해 각 배전반의 메인버스가 연결되되,
상기 연결부는, SSCB(Solid State Circuit Breaker) 또는 기계적 스위치인 것을 특징으로 하는 고압 발전기와 저압 직류 배전반 연결 장치가 구비된 선박용 DC기반 전력 공급 시스템.