WO2026010449A1 - Ship propulsion system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 선박 추진 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a ship propulsion system.
선박에서는 추진을 위한 메인 엔진 외에도 각종 장비와 시스템에 필요한 전력을 공급하기 위해 별도의 발전 시스템이 필요하다. 이에 따라, 메인 엔진의 추진 축에 결합되어 회전력을 이용해 전력을 생산하는 축 발전기(shaft generator) 시스템이 널리 활용되고 있다. 축 발전기는 선박 운항 중 메인 엔진의 회전을 통해 지속적으로 전력을 생산할 수 있어, 별도의 디젤 발전기를 가동하지 않고도 계통 부하에 전력을 공급할 수 있다는 장점이 있다. 이를 통해 연료 소모량을 줄이고, 온실가스 배출도 감소시킬 수 있어 친환경적 운항에 기여할 수 있다.In addition to the main engine for propulsion, ships require a separate power generation system to supply the power required for various equipment and systems. Accordingly, shaft generator systems, which are coupled to the main engine's propulsion shaft and utilize rotational force to generate electricity, are widely used. Shaft generators can continuously produce power through the rotation of the main engine during operation, providing power to system loads without the need for a separate diesel generator. This reduces fuel consumption and greenhouse gas emissions, contributing to environmentally friendly operation.
한편, 메인 엔진이 2행정 직결 추진방식을 따르는 경우, 엔진의 구조적 특성상 출력이 주기적으로 요동하는 경향이 있다. 또한, 해상 상태의 변화, 선박의 계통 부하의 급변, 보조 추진장치의 작동 등 다양한 외부 조건에 따라 메인 엔진이 감지하는 부하가 시시각각 변동하게 되며, 이로 인해 출력의 변동이 더욱 증폭된다. 이러한 출력 변동은 연료 분사량의 불균일을 초래하고, 엔진 운전 조건이 최적 상태에서 벗어나게 되어 결과적으로 연비 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. Meanwhile, when the main engine uses a two-stroke direct-drive propulsion system, its structural characteristics tend to cause periodic fluctuations in output. Furthermore, the load detected by the main engine fluctuates constantly due to various external conditions, such as changes in sea conditions, sudden changes in the ship's system load, and the operation of auxiliary propulsion systems. This further amplifies output fluctuations. These output fluctuations can lead to uneven fuel injection and shift engine operating conditions away from optimal conditions, ultimately reducing fuel efficiency.
본 발명의 목적은 선박 추진 및 전력계통의 전체 효율이 개선된 선박 추진 시스템을 제공하는 데에 있다. 본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The purpose of the present invention is to provide a ship propulsion system that improves the overall efficiency of the ship propulsion and power system. The objectives of the present invention are not limited to those mentioned above, and other unmentioned objectives will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the description below.
본 발명의 일 측면에 따른 선박 추진 시스템은 추진 축을 통해 추진기와 연결되며 선박의 추진 동력을 발생시키는 메인 엔진; 상기 메인 엔진에 결합되고, 상기 메인 엔진에 의해 발생된 동력의 적어도 일부를 인출하여 전력을 생성하는 축 발전기; 및 상기 축 발전기의 동력 인출량을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 메인 엔진의 출력 변동이 발생 또는 예상된 경우, 상기 메인 엔진의 출력 변동을 상쇄하도록 상기 축 발전기의 동력 인출량을 가변 제어한다.A ship propulsion system according to one aspect of the present invention comprises: a main engine connected to a propulsion unit through a propulsion shaft and generating propulsion power for the ship; a shaft generator coupled to the main engine and generating electric power by extracting at least a portion of the power generated by the main engine; and a control unit controlling a power output amount of the shaft generator, wherein the control unit variably controls the power output amount of the shaft generator to offset the output fluctuation of the main engine when a fluctuation in the output of the main engine occurs or is expected.
상기 제어부는 상기 메인 엔진의 출력이 감소되거나 감소될 것으로 예상된 경우, 상기 축 발전기의 부하를 증가시킴으로써 상기 메인 엔진의 출력 변동을 상쇄하고, 상기 메인 엔진의 출력이 증가되거나 증가될 것으로 예상된 경우, 상기 축 발전기의 부하를 감소시킴으로써 상기 메인 엔진의 출력 변동을 상쇄할 수 있다.The control unit can offset the output fluctuation of the main engine by increasing the load of the shaft generator when the output of the main engine is reduced or is expected to be reduced, and can offset the output fluctuation of the main engine by reducing the load of the shaft generator when the output of the main engine is increased or is expected to be increased.
상기 축 발전기로부터 생성된 전력의 적어도 일부를 저장하거나 기 저장된 전력을 방전하는 배터리를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 축 발전기의 동력 인출량의 변동에 대응하여 상기 배터리가 기 저장된 전력을 상기 선박의 계통 부하에 공급하거나, 상기 축 발전기의 발전량 중 적어도 일부를 저장하도록 제어함으로써, 상기 축 발전기에 의한 발전량과 상기 계통 부하의 요구 전력의 차이를 커버할 수 있다.The ship further includes a battery that stores at least a portion of the power generated from the shaft generator or discharges the stored power, and the control unit controls the battery to supply the stored power to the system load of the ship or to store at least a portion of the power generated by the shaft generator in response to a change in the power output of the shaft generator, thereby covering the difference between the power generated by the shaft generator and the power required by the system load.
상기 선박의 계통 부하에 전력을 공급하는 발전기 엔진을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 축 발전기의 동력 인출량의 변동에 대응하여 상기 발전기 엔진의 공급 전력을 제어함으로써 상기 축 발전기에 의한 발전량과 상기 계통 부하의 요구 전력의 차이를 커버할 수 있다.The ship further includes a generator engine that supplies power to the system load, and the control unit controls the power supplied by the generator engine in response to a change in the power output of the shaft generator, thereby covering the difference between the power generated by the shaft generator and the power required by the system load.
상기 축 발전기로부터 생성된 전력의 적어도 일부를 저장하거나 기 저장된 전력을 방전하는 배터리; 및 상기 선박의 계통 부하에 전력을 공급하는 발전기 엔진을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 축 발전기의 동력 인출량의 변동에 대응하여 상기 배터리 및 상기 발전기 엔진 중 적어도 하나를 제어함으로써 상기 축 발전기에 의한 발전량과 상기 계통 부하의 요구 전력의 차이를 커버할 수 있다.A battery for storing at least a portion of the power generated from the shaft generator or discharging the stored power; and a generator engine for supplying power to the system load of the ship, wherein the control unit controls at least one of the battery and the generator engine in response to a change in the power output of the shaft generator, thereby covering the difference between the power generated by the shaft generator and the power required by the system load.
상기 제어부는 상기 축 발전기의 가변 제어에 따라 상기 축 발전기의 발전량이 상기 계통 부하의 요구 전력보다 많은 경우 상기 계통 부하의 요구 전력을 제외한 잉여 전력을 상기 배터리에 저장하고, 상기 축 발전기의 발전량이 상기 계통 부하의 요구 전력보다 적은 경우 상기 배터리가 기 저장된 전력을 방전하거나 상기 발전기 엔진이 전력을 생산하도록 함으로써 상기 축 발전기에 의한 발전량과 계통 부하의 요구 전력의 차이를 커버할 수 있다.The control unit can cover the difference between the amount of power generated by the shaft generator and the power required by the system load by storing surplus power excluding the power required by the system load in the battery when the amount of power generated by the shaft generator is greater than the power required by the system load according to the variable control of the shaft generator, and by causing the battery to discharge the power already stored or the generator engine to produce power when the amount of power generated by the shaft generator is less than the power required by the system load.
상기 제어부는 상기 배터리의 충전 상태에 기초하여 상기 배터리 및 상기 발전기 엔진 중 우선적으로 상기 계통 부하에 전력을 공급할 공급원을 선택할 수 있다.The control unit can select a power source to supply power to the system load preferentially among the battery and the generator engine based on the state of charge of the battery.
상기 제어부는 상기 배터리의 충전 상태가 미리 결정된 임계값 이상인 경우에는 상기 배터리가 우선적으로 기 저장된 전력을 방전하도록 제어하고, 상기 배터리의 충전 상태가 미리 결정된 임계값 미만인 경우에는 상기 발전기 엔진이 전력을 생산하도록 제어할 수 있다.The control unit may control the battery to preferentially discharge stored power when the state of charge of the battery is higher than a predetermined threshold value, and may control the generator engine to produce power when the state of charge of the battery is lower than the predetermined threshold value.
상기 제어부는 상기 추진 축에 걸리는 토크에 기초하여 타겟 대역에 해당하는 토크 변동 성분을 추출하고, 상기 추출된 토크 변동 성분을 상쇄하도록 상기 축 발전기의 부하를 조절함으로써 상기 메인 엔진의 출력 변동을 상쇄하는 방향으로 상기 축 발전기의 동력 인출량을 가변 제어할 수 있다.The control unit extracts a torque fluctuation component corresponding to a target band based on the torque applied to the propulsion shaft, and adjusts the load of the shaft generator to offset the extracted torque fluctuation component, thereby variably controlling the power output of the shaft generator in a direction that offsets the output fluctuation of the main engine.
상기 추진 축에 걸리는 토크는 상기 메인 엔진의 출력 변동을 반영하고, 상기 메인 엔진의 출력 변동은 상기 선박의 계통 부하의 변동, 해상 상황에 의한 변동 및 상기 메인 엔진 자체에서 발생되는 변동 중 적어도 하나에 의해 발생될 수 있다.The torque applied to the propulsion shaft reflects the output fluctuation of the main engine, and the output fluctuation of the main engine may be caused by at least one of a fluctuation in the system load of the ship, a fluctuation due to the sea conditions, and a fluctuation generated by the main engine itself.
본 발명의 다른 측면에 따른 선박 추진 시스템은 선박의 추진 동력을 발생시키는 메인 엔진; 상기 메인 엔진에 결합되고, 상기 메인 엔진에 의해 발생된 동력의 적어도 일부를 인출하여 전력을 생성하는 축 발전기; 및 상기 축 발전기의 부하를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 메인 엔진의 출력 변동이 발생 또는 예상된 경우 상기 메인 엔진의 출력 변동을 상쇄하도록 상기 축 발전기의 부하를 가변 제어할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a ship propulsion system includes a main engine that generates propulsion power for the ship; a shaft generator coupled to the main engine and generating electric power by extracting at least a portion of the power generated by the main engine; and a control unit that controls a load of the shaft generator, wherein the control unit can variably control the load of the shaft generator to offset a change in the output of the main engine when a change in the output of the main engine occurs or is expected.
본 발명은 선박 추진 및 전력계통의 전체 효율이 개선되는 효과를 갖는다. 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The present invention has the effect of improving the overall efficiency of ship propulsion and power systems. The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.Figure 1 is a schematic diagram of a ship propulsion system according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 도 1에 도시된 메인 엔진의 출력 및 연료소모량을 나타낸 도면이다.Figure 2 is a drawing showing the output and fuel consumption of the main engine illustrated in Figure 1.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.Figure 3 is a schematic diagram of a ship propulsion system according to a second embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.Figure 4 is a schematic diagram of a ship propulsion system according to a third embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.Figure 5 is a schematic diagram of a ship propulsion system according to a fourth embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.Figure 6 is a schematic diagram of a ship propulsion system according to a fifth embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개략적인 구성도이다.Figure 7 is a schematic diagram of a ship propulsion system according to a sixth embodiment of the present invention.
도 8은 도 3의 선박 추진 시스템의 메인 엔진의 출력을 나타내는 그래프이다.Fig. 8 is a graph showing the output of the main engine of the ship propulsion system of Fig. 3.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.The objects, specific advantages, and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments, taken in conjunction with the accompanying drawings. In this specification, when reference numerals are assigned to components in each drawing, it should be noted that, where possible, identical components are given the same reference numerals even if they appear in different drawings. Furthermore, in describing the present invention, if a detailed description of a related known technology is deemed to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In addition, the attached drawings are only intended to facilitate easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical ideas disclosed in this specification are not limited by the attached drawings, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Additionally, terms including ordinal numbers, such as first, second, etc., may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only to distinguish one component from another.
본 발명은 이하에서 설명하는 선박 추진 시스템이 구비되는 선박을 포함한다. 이때 선박은 가스운반선, 각종 화물이나 사람을 운반하는 상선, FLNG, FSRU 등과 같은 해양플랜트를 포괄하는 개념이다.The present invention encompasses a vessel equipped with the ship propulsion system described below. The term "vessel" encompasses gas carriers, merchant ships transporting various cargoes or people, and offshore plants such as FLNG and FSRU.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 추진 시스템의 개념도이다. 참고로, 도 1은 하나의 실시예에 포함된 구성들 중 적어도 일부분을 각각 개념도로 도시한 것이다.FIG. 1 is a conceptual diagram of a ship propulsion system according to a first embodiment of the present invention. For reference, FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating at least a portion of the components included in one embodiment.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)은 메인 엔진(10), 축 발전기(20), 제1 컨버터(30). 제2 컨버터(40) 및 제어부(50)를 포함한다. Referring to FIG. 1, a ship propulsion system (1) according to a first embodiment of the present invention includes a main engine (10), a shaft generator (20), a first converter (30), a second converter (40), and a control unit (50).
메인 엔진(10)은 추진 축을 통해 선박의 선미에 설치된 추진기와 연결되며, 메인 엔진(10)에서 발생한 회전력이 추진 축을 통해 추진기로 전달되어 선박을 추진시킨다. 이때, 추진기는 프로펠러일 수 있으며, 프로펠러는 메인 엔진(10)으로부터의 회전력을 통해 회전함으로써 유체의 흐름을 형성하여 선박을 전진시킬 수 있다.The main engine (10) is connected to a propulsion device installed at the stern of the ship via a propulsion shaft, and the rotational force generated by the main engine (10) is transmitted to the propulsion device via the propulsion shaft to propel the ship. At this time, the propulsion device may be a propeller, and the propeller can rotate through the rotational force from the main engine (10) to form a fluid flow and move the ship forward.
메인 엔진(10)은 오일유(HFO, MDO 등) 및/또는 가스연료(LNG, LPG 등)를 연소하여 동력을 발생시키는 내연기관으로서, 본 실시예에서는 ME-GI 엔진(MAN Electronic-Gas Injection Engine)과 같은 2행정 추진용 엔진일 수 있다.The main engine (10) is an internal combustion engine that generates power by burning oil fuel (HFO, MDO, etc.) and/or gas fuel (LNG, LPG, etc.), and in the present embodiment, may be a two-stroke propulsion engine such as a ME-GI engine (MAN Electronic-Gas Injection Engine).
메인 엔진(10)의 출력은 선박의 계통 부하의 변동, 해상 상황에 의한 변동 및 메인 엔진 자체에서 발생되는 변동 중 적어도 하나에 의해 변동될 수 있으며, 이러한 메인 엔진(10)의 출력 변동은 추진 축에 걸리는 토크에 반영될 수 있다.The output of the main engine (10) may vary due to at least one of changes in the system load of the ship, changes due to sea conditions, and changes occurring in the main engine itself, and such changes in the output of the main engine (10) may be reflected in the torque applied to the propulsion shaft.
메인 엔진(10)의 출력 및 연료 소비량의 변동을 나타내는 도 2를 참조하여 살펴보면, 축 발전기(20)에 의한 동력 인출이 발생하지 않는 경우(도 2a) 및 축 발전기(20)에 의한 동력 인출이 발생하는 경우(도 2b) 모두에서 시간에 따라 메인 엔진(10)의 출력 및 연료 소모량의 변동이 나타나는 것을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 2, which shows the variation in output and fuel consumption of the main engine (10), it can be confirmed that the variation in output and fuel consumption of the main engine (10) occurs over time in both cases where power extraction by the shaft generator (20) does not occur (Fig. 2a) and where power extraction by the shaft generator (20) occurs (Fig. 2b).
축 발전기(20)는 메인 엔진(10)에 의해 발생된 동력의 적어도 일부를 인출하여 전력을 생성한다. 축 발전기는 메인 엔진(10)으로부터 추진기로 공급되는 동력의 일부를 인출하여 사용하는 장치라는 점에서 일종의 동력인출장치(PTO: Power Take-Off)이다. 이러한 축 발전기에 의한 발전 방식은 선박의 운항 시 경제적인 발전을 통하여 에너지 절감에 효과가 있다.The shaft generator (20) generates electric power by extracting at least a portion of the power generated by the main engine (10). The shaft generator is a type of power take-off device (PTO) in that it extracts and uses a portion of the power supplied to the propulsion unit from the main engine (10). This method of generating power using the shaft generator is effective in saving energy through economical power generation during ship operation.
축 발전기(20)는 메인 엔진(10)의 프리 엔드(free-end)에 설치하는 엔진 장착(Engine Mounted) 방식의 엔진 마운티드 발전기(Engine Mounted shaft Generator; EMG)(20) 또는 메인 엔진(10)과 추진기 사이의 추진 축에 설치하는 방식의 인-라인 타입 축 발전기(in-line type shaft generator)(20) 중 하나일 수 있다. The shaft generator (20) may be either an engine mounted shaft generator (EMG) (20) installed at the free-end of the main engine (10) or an in-line type shaft generator (20) installed at the propulsion shaft between the main engine (10) and the propulsion unit.
축 발전기(20)는 추진 축의 회전으로부터 동력을 받아 전력을 생성하므로, 축 발전기(20)의 부하가 증가할수록 메인 엔진(10)으로부터 인출되는 동력의 양이 증가하며, 축 발전기(20)의 부하가 감소할수록 메인 엔진(10)으로부터 인출되는 동력의 양이 감소한다. Since the shaft generator (20) receives power from the rotation of the propulsion shaft and generates electric power, as the load of the shaft generator (20) increases, the amount of power drawn from the main engine (10) increases, and as the load of the shaft generator (20) decreases, the amount of power drawn from the main engine (10) decreases.
제1 컨버터(30)는 축 발전기(20)에 의해 생성된 가변 주파수의 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 이를 통해 회전수 변화에 따른 전압·주파수 변동을 제거하고, 안정적인 전력 변환이 가능하도록 한다. 한편, 제1 컨버터(30)는 DC 링크로부터 축 발전기(20) 측으로 전력이 공급되는 경우(예컨대, 축 발전기가 PTI 모드로 동작하는 경우) DC 전력을 AC 전력으로 변환하여 공급하는 인버터로 동작할 수 있다. 즉, 제1 컨버터(30)는 양방향 전력 흐름이 가능하도록 구성된 AC-DC/DC-AC 겸용 변환 장치로, 추진축의 운전 모드에 따라 전력 변환 방향을 유연하게 제어할 수 있다.The first converter (30) converts the variable frequency AC power generated by the shaft generator (20) into DC power. This eliminates voltage and frequency fluctuations due to changes in rotational speed, enabling stable power conversion. Meanwhile, the first converter (30) can operate as an inverter that converts DC power into AC power and supplies it when power is supplied from the DC link to the shaft generator (20) (e.g., when the shaft generator operates in PTI mode). That is, the first converter (30) is an AC-DC/DC-AC dual-purpose conversion device configured to enable bidirectional power flow, and can flexibly control the power conversion direction according to the driving mode of the propulsion shaft.
제2 컨버터(40)는 DC 링크를 통해 전달된 직류 전력을 선박 시스템이 요구하는 전압·주파수 위상 조건의 교류 전력으로 재변환하여 스위치 보드 또는 계통 부하에 공급한다. 이를 통해 정격 교류 부하에 적합한 전력을 공급할 수 있으며, 다양한 계통 요구에 유연하게 대응할 수 있다.The second converter (40) reconverts the direct current power transmitted via the DC link into alternating current power with the voltage, frequency, and phase conditions required by the ship's system and supplies it to the switchboard or system load. This enables the supply of power appropriate for the rated alternating current load and enables flexible response to various system demands.
한편, 제2 컨버터(40)는 AC 그리드로부터의 전력이 DC 링크에 공급되는 경우, 해당 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 정류기 동작을 수행한다. 즉, 제2 컨버터(40)는 양방향 전력 흐름이 가능하도록 구성된 DC-AC/AC-DC 겸용 변환 장치로, 계통 부하의 조건 또는 운전 모드에 따라 전력 변환 방향을 유연하게 제어할 수 있다.Meanwhile, the second converter (40) performs a rectifier operation to convert AC power into DC power when power from the AC grid is supplied to the DC link. In other words, the second converter (40) is a DC-AC/AC-DC dual-purpose conversion device configured to enable bidirectional power flow, and can flexibly control the power conversion direction depending on the conditions of the system load or the operating mode.
제어부(50)는 축 발전기(20)의 동력 인출량을 가변 제어한다. 본 실시예에서, 제어부(50)는 축 발전기(20)의 부하를 조절함으로써 축 발전기(20)의 동력 인출량을 가변적으로 제어할 수 있다. 제어부(50)는 메인 엔진(10)의 출력 변동이 발생되거나 발생이 예상되는 경우, 메인 엔진(10)의 출력 변동을 상쇄하는 방향으로 축 발전기(20)의 부하를 조정함으로써 메인 엔진(10)의 출력이 보다 평활하게 유지되도록 제어할 수 있다. The control unit (50) variably controls the power output of the shaft generator (20). In the present embodiment, the control unit (50) can variably control the power output of the shaft generator (20) by adjusting the load of the shaft generator (20). When a change in the output of the main engine (10) occurs or is expected to occur, the control unit (50) can control the output of the main engine (10) to be maintained more smoothly by adjusting the load of the shaft generator (20) in a direction that offsets the change in the output of the main engine (10).
보다 구체적으로, 제어부(50)는 메인 엔진(10)의 출력이 감소되거나 감소될 것으로 예상되는 경우, 축 발전기(20)의 부하를 증가시켜 메인 엔진(10)의 출력을 증가시킴으로써 메인 엔진(10)의 출력이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있다. 한편, 제어부(50)는 메인 엔진(10)의 출력이 증가되거나 증가될 것으로 예상되는 경우, 축 발전기(20)의 부하를 감소시켜 메인 엔진(10)의 출력을 감소시킴으로써 메인 엔진(10)의 출력이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있다.More specifically, the control unit (50) can control the output of the main engine (10) to be maintained constant by increasing the load of the shaft generator (20) to increase the output of the main engine (10) when the output of the main engine (10) is reduced or is expected to be reduced. Meanwhile, the control unit (50) can control the output of the main engine (10) to be maintained constant by decreasing the load of the shaft generator (20) to decrease the output of the main engine (10) when the output of the main engine (10) is increased or is expected to be increased.
본 실시예에서, 제어부(50)는 전체 출력 평활화를 위하여, 평균 출력값 또는 RMS(root mean square) 출력값 등을 기준으로 한 목표 출력 레벨을 설정하고, 메인 엔진(10)은 저주파수 대역의 출력 보정을, 축 발전기(20)는 고주파수 대역의 출력 변동을 보정하도록 제어함으로써 전체 출력의 평활화를 구현할 수 있다.In this embodiment, the control unit (50) sets a target output level based on an average output value or an RMS (root mean square) output value, etc., for overall output smoothing, and controls the main engine (10) to compensate for output in the low-frequency band and the shaft generator (20) to compensate for output fluctuations in the high-frequency band, thereby enabling smoothing of the overall output.
본 실시예에서, 제어부(50)는 제1 컨버터(30)의 전류 제어값 및 제2 컨버터(40)의 전류 지령값을 변경함으로써, 축 발전기(20)의 부하를 조절할 수 있다. 예를 들면, 제어부(50)는 제2 컨버터(40)에 인가되는 전류 지령값을 증가시켜 제1 컨버터(30)를 통해 축 발전기(20)로부터 인출되는 전류를 증가시킴으로써 축 발전기(20)의 전기적 부하를 증가시킬 수 있고, 제2 컨버터(40)에 인가되는 전류 지령값을 감소시켜 제1 컨버터(30)를 통해 축 발전기(20)로부터 인출되는 전류를 감소시킴으로써 축 발전기(20)의 전기적 부하를 감소시킬 수 있다.In this embodiment, the control unit (50) can adjust the load of the shaft generator (20) by changing the current control value of the first converter (30) and the current command value of the second converter (40). For example, the control unit (50) can increase the electrical load of the shaft generator (20) by increasing the current command value applied to the second converter (40) and thereby increasing the current drawn from the shaft generator (20) through the first converter (30), and can reduce the electrical load of the shaft generator (20) by decreasing the current command value applied to the second converter (40) and thereby decreasing the current drawn from the shaft generator (20) through the first converter (30).
본 발명의 실시예에서, 제어부(50)는 추진 축에 걸리는 토크에 기초하여 축 발전기(20)의 동력 인출량을 가변 제어함으로써 메인 엔진(10)의 출력을 평활하게 유지시킬 수 있다. 예를 들면, 제어부(50)는 메인 엔진(10)의 출력 변동이 발생되거나 발생이 예상되는 경우 추진 축에 걸리는 토크를 계측하고, 계측된 토크에 기초하여 타겟 대역에 해당하는 토크 변동 성분을 추출할 수 있다. 이후, 제어부(50)는 추출된 토크 변동 성분을 상쇄하도록 축 발전기(20)의 부하를 조절하여 해당 시점에서 인출되는 토크량을 제어함으로써 축 발전기(20)의 동력 인출량을 조절하고 메인 엔진(10)의 출력을 평활하게 유지시킬 수 있다. In an embodiment of the present invention, the control unit (50) can smoothly maintain the output of the main engine (10) by variably controlling the power output of the shaft generator (20) based on the torque applied to the propulsion shaft. For example, when a change in the output of the main engine (10) occurs or is expected to occur, the control unit (50) can measure the torque applied to the propulsion shaft and extract a torque fluctuation component corresponding to a target band based on the measured torque. Thereafter, the control unit (50) can control the load of the shaft generator (20) to offset the extracted torque fluctuation component, thereby controlling the amount of torque extracted at that point in time, thereby controlling the power output of the shaft generator (20) and smoothly maintaining the output of the main engine (10).
본 발명의 일 실시예에서, 제어부(50)는 미드 패스 필터(mid-pass filter)를 이용하여 타겟 대역에 해당하는 토크 변동 성분을 추출할 수 있다. 제어부(50)는 미드 패스 필터를 이용하여 중간 주파수 대역에 해당하는 토크 진동 성분을 추출하고, 이를 보상 대상이 되는 토크 변동 성분으로 결정할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the control unit (50) can extract a torque fluctuation component corresponding to a target band using a mid-pass filter. The control unit (50) can extract a torque vibration component corresponding to an intermediate frequency band using the mid-pass filter and determine this as a torque fluctuation component to be compensated.
이후, 제어부(50)는 토크가 증가하는 타이밍에서는 축 발전기(20)의 부하를 증가시킴으로써 추진 축의 토크 상승을 억제하고, 토크가 감소하는 타이밍에서는 축 발전기(20)의 부하를 감소시켜 추진 축의 토크 하강을 보상함으로써 메인 엔진(10)의 출력을 평활화시킨다.Thereafter, the control unit (50) suppresses the increase in torque of the propulsion shaft by increasing the load of the shaft generator (20) at a timing when the torque increases, and smooths the output of the main engine (10) by compensating for the decrease in torque of the propulsion shaft by reducing the load of the shaft generator (20) at a timing when the torque decreases.
이처럼, 제어부(50)는 미드 패스 필터를 이용하여 해상 변화와 같은 느린 요동에 의한 저주파 영역이나 센서 노이즈에 의한 고주파 영역을 제외하고 중간 주파수 영역의 토크 진동 성분만을 선택적으로 제어함으로써 효율적으로 메인 엔진(10)의 출력을 평활화시킬 수 있다. In this way, the control unit (50) can efficiently smooth the output of the main engine (10) by selectively controlling only the torque vibration components of the intermediate frequency range, excluding the low frequency range caused by slow fluctuations such as sea level changes and the high frequency range caused by sensor noise, using a mid-pass filter.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 제어부(50)는 제어 알고리즘의 단순화 또는 응답 속도 향상을 위해, 하이 패스 필터(high-pass filter)를 이용하여 고주파 대역에 포함된 토크 진동 성분을 추출하고, 이를 보상 대상이 되는 토크 변동 성분으로 결정할 수 있다. 이후, 제어부는 결정된 토크 변동 성분에 대해 축 발전기(20)의 부하를 조정함으로써 메인 엔진(10)의 출력을 평활화시킬 수 있다. Meanwhile, in another embodiment of the present invention, the control unit (50) may extract torque vibration components contained in a high-frequency band using a high-pass filter to simplify the control algorithm or improve the response speed, and determine these as torque fluctuation components to be compensated. Thereafter, the control unit may smooth the output of the main engine (10) by adjusting the load of the shaft generator (20) for the determined torque fluctuation components.
앞서, 제어부(50)가 미드 패스 필터 또는 하이 패스 필터를 이용하여 보상 대상이 되는 토크 변동 성분을 결정하는 구성을 예시하였으나, 제어부(50)는 미드 패스 필터 및 하이 패스 필터 외의 특정 타겟을 필터링 할 수 있는 밴드 패스 필터(band pass filter)를 이용하여 보상 대상이 되는 토크 변동 성분을 결정할 수 있으며, 필터가 아닌 다른 방식으로 토크 변동 성분을 검출하는 것도 물론 제한되지 않는다.As mentioned above, the configuration in which the control unit (50) determines the torque fluctuation component to be compensated for using a mid-pass filter or a high-pass filter has been exemplified, but the control unit (50) can determine the torque fluctuation component to be compensated for using a band-pass filter capable of filtering a specific target other than the mid-pass filter and the high-pass filter, and of course, detecting the torque fluctuation component in a way other than a filter is not limited.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)의 개략적인 구성도이다. 이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략하는 부분은 앞선 내용으로 갈음한다. 이는 이하 다른 실시예에도 적용된다. Figure 3 is a schematic diagram of a ship propulsion system (1) according to a second embodiment of the present invention. Below, the differences between this embodiment and the previous embodiment will be primarily described. Any omitted portions will be replaced with the previous description. This also applies to other embodiments below.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)은 제1 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)의 메인 엔진(10), 축 발전기(20), 제1 컨버터(30). 제2 컨버터(40) 및 제어부(50)를 포함하고, 배터리(60)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, a ship propulsion system (1) according to a second embodiment of the present invention includes a main engine (10), a shaft generator (20), a first converter (30), a second converter (40), and a control unit (50) of the ship propulsion system (1) according to the first embodiment, and may further include a battery (60).
배터리(60)는 제어부(50)의 제어에 따라 축 발전기(20)로부터 생성된 전력의 적어도 일부를 저장하고, 저장된 전력을 방전할 수 있다. 배터리(60)는 직류 전력을 저장하고 방전하며, 배터리(60)로부터 방전된 직류전력은 DC-DC 컨버터(61)에 의해 적절한 직류 전력으로 변환된 후 직류 계통으로 공급된다. 여기서, 배터리(60)는 BMS(Battery Management System), PCS(Power Conversion System) 또는 EMS(Energy Management System)을 포함할 수 있다.The battery (60) can store at least a portion of the power generated from the shaft generator (20) under the control of the control unit (50) and discharge the stored power. The battery (60) stores and discharges direct current power, and the direct current power discharged from the battery (60) is converted into appropriate direct current power by the DC-DC converter (61) and then supplied to the direct current system. Here, the battery (60) can include a BMS (Battery Management System), a PCS (Power Conversion System), or an EMS (Energy Management System).
제1 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)에서 살펴본 바와 같이, 제어부(50)는 축 발전기(20)의 동력 인출량을 가변 제어함으로써 메인 엔진(10)의 출력을 평활화한다. 이때, 축 발전기(20)의 동력 인출량이 시간에 따라 변동됨에 따라 축 발전기(20)에 의해 발생된 발전량과 계통 부하의 요구 전력에 차이가 발생될 수 있다. As described in the ship propulsion system (1) according to the first embodiment, the control unit (50) smooths the output of the main engine (10) by variably controlling the power output of the shaft generator (20). At this time, as the power output of the shaft generator (20) varies over time, a difference may occur between the power generated by the shaft generator (20) and the power required by the system load.
즉, 축 발전기(20)에 의해 발생된 발전량이 계통 부하의 요구 전력보다 큰 경우에는 잉여 전력이 발생되고, 축 발전기(20)에 의해 발생된 발전량이 계통 부하의 요구 전력보다 작은 경우에는 계통 부하에 충분한 전력을 공급할 수 없다.That is, if the amount of power generated by the shaft generator (20) is greater than the power required by the system load, surplus power is generated, and if the amount of power generated by the shaft generator (20) is less than the power required by the system load, sufficient power cannot be supplied to the system load.
본 실시예에서, 제어부(50)는 축 발전기(20)의 동력 인출량의 변동에 대응하여 배터리(60)가 기 저장된 전력을 선박의 계통부하에 공급하거나, 축 발전기(20)의 발전량 중 적어도 일부를 저장하도록 제어함으로써 축 발전기(20)에 의한 발전량과 계통 부하의 요구 전력의 차이를 커버한다. In this embodiment, the control unit (50) controls the battery (60) to supply stored power to the system load of the ship or to store at least a portion of the power generated by the shaft generator (20) in response to a change in the power output of the shaft generator (20), thereby covering the difference between the power generated by the shaft generator (20) and the power required by the system load.
예컨대, 제어부(50)는 메인 엔진(10)의 출력 평활화를 위한 축 발전기(20)의 가변 제어에 따라 축 발전기(20)로부터의 발전량이 계통 부하의 요구 전력보다 많은 경우 계통 부하의 요구 전력량을 제외한 잉여 전력을 배터리(60)에 저장하고, 축 발전기(20)로부터의 발전량이 계통 부하의 요구 전력보다 적은 경우 배터리(60)가 기 저장된 전력을 부족분만큼 방전하도록 함으로써 축 발전기(20)에 의한 발전량과 계통 부하의 요구 전력의 차이를 커버할 수 있다. For example, the control unit (50) stores surplus power excluding the power demand of the system load in the battery (60) when the amount of power generated from the shaft generator (20) is greater than the power demand of the system load according to variable control of the shaft generator (20) for smoothing the output of the main engine (10), and covers the difference between the power generated by the shaft generator (20) and the power demand of the system load by causing the battery (60) to discharge the amount of power already stored by the amount of the shortfall when the amount of power generated from the shaft generator (20) is less than the power demand of the system load.
본 실시예에 따르면, 저용량의 배터리(60)를 이용하여 메인 엔진(10)의 연비를 추가적으로 개선할 수 있는 기술적 효과가 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 축 발전기(20)의 동력 인출량을 가변 제어하고, 배터리(60)가 축 발전기(20)의 동력 인출량의 변동을 보완함으로써 메인 엔진(10)의 출력 평활화가 이루어지고, 이에 따라 연료 소비가 최적화될 수 있다. 따라서, 설치를 위한 설비 비용(CAPEX)은 증가되지만, 선박 운용 비용(OPEX)은 줄어드는 효과가 있다. According to this embodiment, there is a technical effect that can additionally improve the fuel efficiency of the main engine (10) by using a low-capacity battery (60). In addition, according to this embodiment, the power output of the shaft generator (20) is variably controlled, and the battery (60) compensates for the fluctuations in the power output of the shaft generator (20), thereby smoothing the output of the main engine (10), and thus fuel consumption can be optimized. Therefore, although the equipment cost for installation (CAPEX) increases, there is an effect that the ship operating cost (OPEX) decreases.
도 8은 메인 엔진(10)의 출력 변동, 제어부(50)에 의한 출력 평활화 결과 및 평활화된 출력과 계통 부하의 요구 전력량 간의 차이를 나타낸다. 도 8에서 Pm은 메인 엔진(10)의 추진을 위해 이용된 출력, 즉 축 발전기(20)에 의한 동력 인출이 없는 경우의 출력, Pr은 메인 엔진(10)의 추진을 위해 이용된 출력과 축 발전기(20)에 의해 인출된 출력의 합, 즉 메인 엔진(10)의 전체 출력, 그리고 Pm'는 제어부(50)의 축 발전기(20) 가변 제어에 따라 평활화된 메인 엔진(10)의 출력을 나타낸다.Fig. 8 shows the output fluctuation of the main engine (10), the result of output smoothing by the control unit (50), and the difference between the smoothed output and the power demand of the system load. In Fig. 8, P m represents the output used for propulsion of the main engine (10), i.e., the output in the case where there is no power extraction by the shaft generator (20), P r represents the sum of the output used for propulsion of the main engine (10) and the output extracted by the shaft generator (20), i.e., the total output of the main engine (10), and P m' represents the output of the main engine (10) smoothed according to the variable control of the shaft generator (20) by the control unit (50).
만약, 후술할 보조 추진장치(80)가 계통 부하에 포함되는 경우, 보조 추진장치(80)에 의한 부하 변동이 Pr에 포함될 수 있다.If the auxiliary propulsion device (80) described later is included in the system load, the load change due to the auxiliary propulsion device (80) may be included in P r .
도 8을 참조하면, 제어부(50)의 축 발전기(20) 가변 제어에 의해 메인 엔진(10)의 출력 평활화가 이루어짐으로써 일부 시간 구간에서는 계통에서 요구하는 전력 Pgrid 보다 축 발전기(20)에 의해 생성되는 전력 PSG가 많고, 일부 시간 구간에서는 계통에서 요구하는 전력 Pgrid 보다 축 발전기(20)에 의해 생성되는 전력 PSG가 적다. Referring to FIG. 8, the output smoothing of the main engine (10) is achieved by variable control of the shaft generator (20) of the control unit (50), so that in some time sections, the power P SG generated by the shaft generator (20) is greater than the power P grid required by the system, and in some time sections, the power P SG generated by the shaft generator (20) is less than the power P grid required by the system.
이에 따라, 제어부(50)는 도 8의 PB-구간과 같이 Pgrid가 PSG를 초과할 경우에는 배터리(60)가 기저장된 전력을 방전하도록 제어하고, PB+구간과 같이 Pgrid가 PSG 보다 적은 경우에는 배터리(60)가 잉여 전력을 저장하도록 제어함으로써 축 발전기(20)의 발전량과 전체 전력 요구량의 차이를 효과적으로 보상할 수 있다. 이에 따라, 선박 내 전력 계통이 안정화된다.Accordingly, the control unit (50) controls the battery (60) to discharge the stored power when P grid exceeds P SG , as in the P B- section of FIG. 8, and controls the battery (60) to store surplus power when P grid is less than P SG , as in the P B+ section, thereby effectively compensating for the difference between the power generation of the shaft generator (20) and the total power demand. Accordingly, the power system within the ship is stabilized.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)의 개략적인 구성도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)은 제1 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)의 메인 엔진(10), 축 발전기(20), 제1 컨버터(30). 제2 컨버터(40) 및 제어부(50)를 포함하고, 발전기 엔진(70)을 더 포함할 수 있다. FIG. 4 is a schematic diagram of a ship propulsion system (1) according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the ship propulsion system (1) according to the third embodiment of the present invention includes the main engine (10), shaft generator (20), first converter (30), second converter (40), and control unit (50) of the ship propulsion system (1) according to the first embodiment, and may further include a generator engine (70).
발전기 엔진(70)은 선내에 구비되어 제어부(50)의 제어에 따라 발전기를 구동하여 교류 전력을 생성한다. 이때 발전기는 디젤 발전기일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.A generator engine (70) is installed on board and drives a generator under the control of a control unit (50) to generate AC power. At this time, the generator may be a diesel generator, but is not limited thereto.
본 실시예에서, 제어부(50)는 축 발전기(20)의 동력 인출량의 변동에 대응하여 발전기 엔진(70)의 공급 전력을 제어함으로써 축 발전기(20)에 의한 발전량과 계통 부하의 요구 전력의 차이를 커버한다.In this embodiment, the control unit (50) controls the power supply of the generator engine (70) in response to the change in the power output of the shaft generator (20), thereby covering the difference between the power generated by the shaft generator (20) and the power required by the system load.
예컨대, 제어부(50)는 메인 엔진(10)의 출력 평활화를 위한 축 발전기(20)의 가변 제어에 따라 축 발전기(20)로부터의 발전량이 계통 부하의 요구 전력보다 적은 경우 발전기 엔진(70)이 부족한 전력을 공급하도록 제어함으로써 축 발전기(20)에 의한 발전량과 계통 부하의 요구 전력의 차이를 커버할 수 있다.For example, the control unit (50) can cover the difference between the power generated by the shaft generator (20) and the power required by the system load by controlling the generator engine (70) to supply the insufficient power when the power generated from the shaft generator (20) is less than the power required by the system load according to the variable control of the shaft generator (20) for smoothing the output of the main engine (10).
한편, 발전기 엔진(70)에 의해 생성된 전력으로 계통 부하에 전력을 충분히 공급할 수 있고, 축 발전기(20)의 발전량이 계통 부하의 요구 전력량을 초과하는 경우 발전기 엔진(70)이 잉여 전력을 저장할 수 없으므로, 본 실시예에서는 제2 실시예의 축 발전기(20) 보다 더 적은 용량의 축 발전기(20)를 사용하는 것이 가능하다. Meanwhile, since the power generated by the generator engine (70) can sufficiently supply power to the system load, and the generator engine (70) cannot store surplus power when the power generation amount of the shaft generator (20) exceeds the power required by the system load, it is possible to use a shaft generator (20) with a smaller capacity than the shaft generator (20) of the second embodiment in this embodiment.
본 실시예에 따르면, 고가의 배터리(60)를 사용하지 않고도 축 발전기(20)의 발전량 변동을 보상할 수 있어 메인 엔진(10)의 연비가 개선되는 효과가 있다.According to this embodiment, the fuel efficiency of the main engine (10) is improved by compensating for fluctuations in the power generation of the shaft generator (20) without using an expensive battery (60).
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)의 계략적인 구성도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)은 제2 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)의 메인 엔진(10), 축 발전기(20), 제1 컨버터(30). 제2 컨버터(40), 제어부(50) 및 배터리(60)를 포함하고, 제3 실시예에 따른 발전기 엔진(70)을 더 포함할 수 있다.FIG. 5 is a schematic diagram of a ship propulsion system (1) according to a fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the ship propulsion system (1) according to the fourth embodiment of the present invention includes the main engine (10), shaft generator (20), first converter (30), second converter (40), control unit (50), and battery (60) of the ship propulsion system (1) according to the second embodiment, and may further include a generator engine (70) according to the third embodiment.
본 실시예에서, 제어부(50)는 축 발전기(20)의 동력 인출량의 변동에 대응하여 배터리(60) 및 발전기 엔진(70)을 제어함으로써 축 발전기(20)에 의한 발전량과 계통 부하의 요구 전력의 차이를 커버한다. In this embodiment, the control unit (50) controls the battery (60) and the generator engine (70) in response to changes in the power output of the shaft generator (20), thereby covering the difference between the power generated by the shaft generator (20) and the power required by the system load.
제어부(50)는 메인 엔진(10)의 출력 평활화를 위한 축 발전기(20)의 가변 제어에 따라 축 발전기(20)로부터의 발전량이 계통 부하의 요구 전력보다 많은 경우 계통 부하의 요구 전력량을 제외한 잉여 전력을 배터리(60)에 저장하고, 축 발전기(20)로부터의 발전량이 계통 부하의 요구 전력보다 적은 경우 배터리(60)가 기 저장된 전력을 부족분만큼 방전하거나 발전기 엔진(70)이 전력을 생산하도록 함으로써 축 발전기(20)에 의한 발전량과 계통 부하의 요구 전력의 차이를 커버할 수 있다. The control unit (50) stores surplus power excluding the power demand of the system load in the battery (60) when the amount of power generated from the shaft generator (20) is greater than the power demand of the system load according to variable control of the shaft generator (20) for smoothing the output of the main engine (10), and when the amount of power generated from the shaft generator (20) is less than the power demand of the system load, the control unit (50) can cover the difference between the power generated by the shaft generator (20) and the power demand of the system load by discharging the power already stored by the battery (60) to the amount of the shortfall or by causing the generator engine (70) to produce power.
본 실시예에서, 제어부(50)는 배터리(60)의 충전 상태에 기초하여 배터리(60) 및 발전기 엔진(70) 중 우선적으로 계통 부하에 전력을 공급할 공급원을 선택할 수 있다In this embodiment, the control unit (50) can select a power source to supply power to the system load preferentially among the battery (60) and the generator engine (70) based on the state of charge of the battery (60).
일 실시예에서, 제어부(50)는 배터리(60)의 충전 상태(state of charge; SOC)가 미리 결정된 임계값 이상인 경우에는 배터리(60)가 우선적으로 기저장된 전력을 방전하도록 제어하고, 이후 배터리(60)의 방전으로도 계통 부하의 요구 전력이 채워지지 않는 경우 순차적으로 발전기 엔진(70)이 모자른 전력을 공급하도록 할 수 있다. 반면, 제어부(50)는 배터리(60)의 충전 상태가 미리 결정된 임계값 미만인 경우에는 배터리(60)는 전력 방전을 하지 않고, 발전기 엔진(70)이 축 발전기(20)의 발전량과 계통 부하의 요구 전력의 차이를 공급하도록 할 수 있다. In one embodiment, the control unit (50) may control the battery (60) to preferentially discharge pre-stored power when the state of charge (SOC) of the battery (60) is equal to or greater than a predetermined threshold value, and then sequentially allow the generator engine (70) to supply the insufficient power when the discharge of the battery (60) does not satisfy the power demand of the system load. On the other hand, the control unit (50) may control the battery (60) not to discharge power when the state of charge of the battery (60) is less than a predetermined threshold value, and allow the generator engine (70) to supply the difference between the power generation amount of the shaft generator (20) and the power demand of the system load.
본 실시예에 따르면, 축 발전기(20) 자체의 용량을 줄이고, 대신 발전기 엔진(70)을 효율적으로 사용함으로써 설비 비용(CAPEX)을 절감하는 한편, 메인 엔진(10)의 출력 평활화가 이루어짐에 따라 연료의 효과적인 사용으로 운용 비용(OPEX)도 절감 가능하여, 이는 LNG 연료 추진 선박에서 특히 유리하다.According to this embodiment, the capacity of the shaft generator (20) itself is reduced, and instead, the generator engine (70) is used efficiently, thereby reducing the equipment cost (CAPEX), while the operating cost (OPEX) is also reduced through effective use of fuel as the output of the main engine (10) is smoothed, which is particularly advantageous in LNG fuel propulsion ships.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)의 개략적인 구성도이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)은 제1 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)의 메인 엔진(10), 축 발전기(20), 제1 컨버터(30). 제2 컨버터(40) 및 제어부(50)를 포함하고, 보조 추진장치(80)를 더 포함할 수 있다.Fig. 6 is a schematic diagram of a ship propulsion system (1) according to a fifth embodiment of the present invention. Referring to Fig. 6, the ship propulsion system (1) according to the fifth embodiment of the present invention includes the main engine (10), shaft generator (20), first converter (30), second converter (40), and control unit (50) of the ship propulsion system (1) according to the first embodiment, and may further include an auxiliary propulsion device (80).
보조 추진장치(80)는 전력을 소모하여 선박의 추진 동력을 발생시킨다. 본 실시예에서, 보조 추진장치(80)는 풍력을 이용하여 선박의 추진 동력을 발생시키는 풍력 보조 추진장치로서 로터 및 윙 세일 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The auxiliary propulsion device (80) consumes electric power to generate propulsion power for the vessel. In the present embodiment, the auxiliary propulsion device (80) is a wind-assisted propulsion device that generates propulsion power for the vessel using wind power, and may include at least one of a rotor and a wing sail, but is not limited thereto.
본 실시예에서, 보조 추진장치(80)는 동작 중 전력을 소모하므로 추진 축에서 축 발전기로 전달되는 토크 부하는 증가시키지만, 동시에 추진 동력을 보조함으로써 추진 축에 걸리는 전체 부하는 감소시킬 수 있다. 한편, 이러한 보조 추진장치(80)의 소모 전력과, 발생 추진 동력의 크기는 해상 환경 및 운항 조건에 따라 변동될 수 있다.In this embodiment, the auxiliary propulsion device (80) consumes power during operation, thereby increasing the torque load transmitted from the propulsion shaft to the shaft generator, but simultaneously reducing the overall load on the propulsion shaft by assisting the propulsion power. Meanwhile, the power consumed and the magnitude of the generated propulsion power of the auxiliary propulsion device (80) may vary depending on the maritime environment and operating conditions.
제어부(50)는 이러한 보조 추진장치(80)의 전력 소모 및 추진 동력 발생에 의한 메인 엔진(10)의 출력 변동이 발생 또는 예상된 경우 메인 엔진(10)의 출력 변동을 상쇄하는 방향으로 축 발전기(20)의 동력 인출량을 가변 제어함으로써 메인 엔진(10)의 출력을 평활화한다.When a change in the output of the main engine (10) due to the power consumption and propulsion power generation of the auxiliary propulsion device (80) occurs or is expected, the control unit (50) variably controls the power output of the shaft generator (20) in a direction that offsets the change in the output of the main engine (10), thereby smoothing the output of the main engine (10).
한편, 본 실시예에서, 제어부(50)는 보조 추진장치(80)의 작동 상태, 풍속 및 풍향에 따른 예상 추진력 및 전력 소모량 정보 중 적어도 하나를 실시간으로 수신하고, 수신된 정보에 기초하여 축 발전기(20)의 동력 인출량을 사전 조정함으로써 보조 추진장치(80)의 작동에 따른 출력 변동을 사전에 예측하고, 보다 정밀하게 평활화 제어를 수행할 수 있다. Meanwhile, in the present embodiment, the control unit (50) receives in real time at least one of the operating status of the auxiliary propulsion device (80), the expected propulsion force and power consumption information according to the wind speed and wind direction, and adjusts the power output of the shaft generator (20) in advance based on the received information, thereby predicting output fluctuations according to the operation of the auxiliary propulsion device (80) in advance and performing smoothing control more precisely.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)의 개략적인 구성도이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 제6 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)은 제5 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)의 메인 엔진(10), 축 발전기(20), 제1 컨버터(30). 제2 컨버터(40), 제어부(50) 및 보조 추진장치(80)를 포함하고, 제2 실시예에 따른 배터리(60)를 더 포함할 수 있다.Fig. 7 is a schematic diagram of a ship propulsion system (1) according to a sixth embodiment of the present invention. Referring to Fig. 7, the ship propulsion system (1) according to the sixth embodiment of the present invention includes the main engine (10), shaft generator (20), first converter (30), second converter (40), control unit (50), and auxiliary propulsion device (80) of the ship propulsion system (1) according to the fifth embodiment, and may further include a battery (60) according to the second embodiment.
앞서 설명한 바와 같이, 선박 추진 시스템(1)에 보조 추진장치(80)가 포함된 경우, 보조 추진장치(80)에 의한 전력 소모 및 추진 보조 효과에 의해 메인 엔진(10)의 출력의 변동이 커질 수 있다. 이때, 제어부(50)가 축 발전기(20)의 동력 인출량을 가변 제어하여 메인 엔진(10)의 출력을 평활화하게 되면, 축 발전기(20)의 발전량과 계통 부하의 요구 전력량에 차이가 발생될 수 있다. 앞서, 언급한 바와 같이, 축 발전기(20)의 발전량과 계통 부하의 요구 전력량에 차이는 배터리(60)의 충전 및 방전에 의해 효과적으로 보상될 수 있다.As previously explained, when the ship propulsion system (1) includes an auxiliary propulsion device (80), the fluctuations in the output of the main engine (10) may increase due to the power consumption and propulsion assistance effect of the auxiliary propulsion device (80). At this time, when the control unit (50) variably controls the power output of the shaft generator (20) to smooth the output of the main engine (10), a difference may occur between the power generation of the shaft generator (20) and the power demand of the system load. As previously mentioned, the difference between the power generation of the shaft generator (20) and the power demand of the system load can be effectively compensated for by charging and discharging the battery (60).
본 실시예에 따른 선박 추진 시스템(1)에 따르면, 제어부(50)가 메인 엔진(10)의 출력 변동이 발생 또는 예상되는 경우, 메인 엔진(10)의 출력 변동을 상쇄하는 방향으로 축 발전기(20)의 동력 인출력을 가변 제어함으로써 메인 엔진(10)의 출력을 평활하게 유지할 수 있으며, 이에 따라 메인 엔진(10)의 연비 효율 및 전력 공급 안정성이 향상될 수 있다. According to the ship propulsion system (1) according to the present embodiment, when a change in the output of the main engine (10) occurs or is expected, the control unit (50) can smoothly maintain the output of the main engine (10) by variably controlling the power output of the shaft generator (20) in a direction that offsets the change in the output of the main engine (10), thereby improving the fuel efficiency and power supply stability of the main engine (10).
본 발명은 앞서 설명된 실시예 외에도, 상기 실시예와 공지기술의 조합에 의해 발생하는 실시예들을 모두 포괄한다. The present invention encompasses all embodiments resulting from a combination of the above embodiments and known techniques, in addition to the embodiments described above.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is intended to specifically explain the present invention, and the present invention is not limited thereto, and it will be apparent that modifications and improvements can be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications or changes of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| JP2010235049A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Marine power system |
| US20120309242A1 (en) * | 2009-11-09 | 2012-12-06 | Rolls-Royce Marine As | Hybrid propulsion system for a vessel |
| KR20130025335A (en) * | 2011-09-01 | 2013-03-11 | 닛뽕 유센 가부시키가이샤 | Ship propulsion system |
| KR20160126744A (en) * | 2015-04-24 | 2016-11-02 | 삼성중공업 주식회사 | Ship |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010235049A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Marine power system |
| US20120309242A1 (en) * | 2009-11-09 | 2012-12-06 | Rolls-Royce Marine As | Hybrid propulsion system for a vessel |
| KR20130025335A (en) * | 2011-09-01 | 2013-03-11 | 닛뽕 유센 가부시키가이샤 | Ship propulsion system |
| KR20160126744A (en) * | 2015-04-24 | 2016-11-02 | 삼성중공업 주식회사 | Ship |
| KR20230152498A (en) * | 2022-04-27 | 2023-11-03 | 삼성중공업 주식회사 | Hybrid ship and power management method thereof |
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