가변속해수펌프가 적용된 선박용 저온냉각수시스템의 효율개선을 위한 제어기 설계

Abstract

Until recently, most diesel ships have used a central low-temperature fresh water(L.T.F.W) to discharge waste heat. This system regulates the flow rate of the L.T.F.W entering the L.T.F.W central cooler by using a three-way valve and a controller to keep the temperature of L.T.F.W supplied to various heat exchangers constant. With the development of technology, recently, seawater pump equipped with a variable speed motor and a controller are additionally applied to ships equipped with the existing central L.T.F.W cooling system to save energy in ships. The three-way valve and variable speed seawater pump are each driven by independent PID controllers. However, since the two independent control systems use the same output variable of L.T.F.W outlet temperature, there are frequent problems in that the three-way valve and the variable speed seawater pump are not efficiently controlled differently from the purpose. In this study, in order to avoid collision between the 3-way valve and the variable speed seawater pump control system, a control circuit is constructed that combines the feed-forward controller and the 3-way valve controller according to the main engine load fluctuation (disturbance). Through this, the collision phenomenon between the two control systems is solved and the variable speed seawater pump is intended to realize effective energy saving. The heat exchange model for the simulation is based on the central cooling system of the training ship 'Hannara', and the effectiveness of the proposed control method is verified by conducting a simulation.

최근까지 대부분의 디젤선박은 폐열을 배출하기 위해 중앙저온냉각수시스템을 사용해 왔다. 이 시스템은 각종 열교환기에 공급되는 저온냉각수온도를 일정하게 유지하기 위해 3방 밸브와 제어기를 이용하여 중앙저온냉각수냉각기로 들어가는 저온냉각수 유량을 조절한다. 기술의 발전에 따라, 근래엔 기존의 중앙저온냉각수시스템을 탑재한 선박에 가변속전동기가 장착된 해수펌프와 제어기를 부가 적용하여 선박의 에너지를 절감하고 있다. 3방밸브와 가변속해수펌프는 각각 독립된 PID 제어기에 의하여 구동되고 있다. 그러나 독립된 두 제어시스템이 저온냉각수 출구온도라는 동일한 출력변수를 사용함으로써 목적과는 다르게 3방밸브, 가변속해수펌프 모두 효율적인 제어를 하지 못하는 문제가 빈번히 발생하고 있다. 본 논문에서는 3방밸브와 가변속해수펌프 제어시스템 간의 충돌을 피하기 위하여 주기관 부하변동(외란)에 따른 피드포워드 제어기와 3방 밸브 제어기를 결합한 제어회로를 구성한다. 이를 통해 두 제어시스템 간의 간섭 현상을 해결하고, 가변속해수펌프가 효과적인 에너지 절약을 수행할 수 있도록 한다. 모의실험을 위한 열교환 모델은 실습선 한나라호의 중앙냉각시스템을 기반으로 하고, 이에 대해 시뮬레이션을 실시하여 제안한 제어 방식의 유효성을 검증한다.