(57)【要約】【課題】ラフシー等の異常環境下において、電気推進船の系統に対する負荷変動を適切に抑制し、発電機トリップ等に起因する停電や発電機用駆動装置の故障といった最悪のケースを回避する。【解決手段】電気推進船に設けられたプロペラ１等の負荷設備を駆動する電動機２と、発電機３から系統に対して供給された電力を、所望の電圧及び周波数に変換して、電動機２を制御するインバータ９と、電気推進船の近傍に発生している波の高さ及び周期を検出する波検出器１３と、波検出器１３によって検出された波高及び波周期に基づき、ラフシー等の異常環境を予測する系統安定化装置１０とを備える。そして、上記系統安定化装置１０は、異常環境を予測すると、インバータ９に対して運転上限速度の制限を課し、電動機２の最大負荷電流を低減させる。【選択図】図１
2010089550.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気推進船に設けられたプロペラ等の負荷設備を駆動する電動機と、
発電機から系統に対して供給された電力を、所望の電圧及び周波数に変換して、前記電動機を制御するインバータと、
前記電気推進船の近傍に発生している波の高さ及び周期を検出する波検出器と、
前記波検出器によって検出された波高及び波周期に基づいて、ラフシー等の異常環境を予測する系統安定化装置と、
を備え、
前記系統安定化装置は、異常環境の発生を予測した場合に、前記インバータに対して運転上限速度の制限を課し、前記電動機の最大負荷電流を低減させることを特徴とする電気推進船の系統安定化システム。
【請求項２】
系統安定化装置は、波検出器によって検出された波高及び波周期の偏差を算出し、所定期間内に、所定の偏差基準を超える偏差が許容回数以上算出された場合に、異常環境の発生を検出することを特徴とする請求項１に記載の電気推進船の系統安定化システム。
【請求項３】
発電機の励磁電圧を制御するＡＶＲ制御ユニットと、
前記発電機用の駆動装置に対応して設けられたガバナを制御するガバナ制御ユニットと、
を更に備え、
系統安定化装置は、異常環境の発生を予測した場合に、インバータの出力電流及び周波数の各変化率に基づいて、前記発電機に対する電圧調整率と前記駆動装置に対するガバナ調整率とを演算するとともに、その演算結果を前記ＡＶＲ制御ユニットと前記ガバナ制御ユニットとに出力して、系統の電圧と周波数とを安定化させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電気推進船の系統安定化システム。
【請求項４】
波検出器は、電気推進船の船首側に設けられ、
負荷設備は、前記電気推進船の船尾側に設けられた
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の電気推進船の系統安定化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気推進船に用いられる系統安定化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気推進船では、ラフシー等で波（水面）の変動が激しく、航行中に負荷設備であるプロペラが水面上に現れてしまうと、負荷低減（負荷抜け）となって負荷変動が発生してしまう。かかる場合、プロペラを駆動するために発電機が系統に供給していた電力に対し、系統で消費される電力量が急激に変化してそのバランスが崩れてしまい、この変化が、系統の電圧や発電機用駆動装置の速度を変動させてしまう。
なお、図５は水面位置と電気推進船のプロペラ負荷との関係を示す図である。
【０００３】
特に、発電容量と負荷消費容量とが近い値を示す系統システムにおいて、上述したような急激且つ過大な負荷変動が発生すると、系統の電圧や発電機の回転数が著しく変動する。かかる場合、発電機の電圧保護や発電機用駆動装置の速度保護が動作し、駆動装置や発電機のトリップ、或いは、停電や構内ブラックアウト等が発生する可能性があった。また、このような負荷変動が頻繁に発生する場合は、繰り返されるガバナ調節により、エンジン故障にまで至ってしまうこともあった。
【０００４】
このような問題に対し、従来では、電源系統の電圧や電流、周波数等を監視することにより、負荷変動等によってこれらの値が変化した際に、発電機ＡＶＲ制御ユニットによって発電機の励磁電圧を制御したり、駆動装置のガバナ制御ユニットによって駆動装置のトルクを制御したりして上記変化を修正し、発電容量と負荷消費電力量とのバランス、並びに、駆動装置の速度一定化を図っていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、発電機ＡＶＲ制御ユニットによる励磁電圧制御や、駆動装置のガバナ制御ユニットによるトルク制御は、その制御の応答が遅く、上述したような急激且つ過大な負荷変動が発生した際に、発電機の電圧保護や発電機用駆動装置の速度保護が動作してトリップすることがあった。
また、ラフシー等の異常環境下では、負荷変動の周期や変化率が特に激しく、電源系統の電圧等の検出結果に基づく制御だけでは制御応答が不十分で、変動頻度制御がハンチングを起こす可能性もあった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ラフシー等の異常環境下においても、系統に対する負荷変動を適切に抑制することができ、発電機トリップ等に起因する停電や発電機用駆動装置の故障といった最悪のケースを確実に回避することができる電気推進船の系統安定化システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る電気推進船の系統安定化システムは、電気推進船に設けられたプロペラ等の負荷設備を駆動する電動機と、発電機から系統に対して供給された電力を、所望の電圧及び周波数に変換して、電動機を制御するインバータと、電気推進船の近傍に発生している波の高さ及び周期を検出する波検出器と、波検出器によって検出された波高及び波周期に基づいて、ラフシー等の異常環境を予測する系統安定化装置と、を備え、系統安定化装置は、異常環境の発生を予測した場合に、インバータに対して運転上限速度の制限を課し、電動機の最大負荷電流を低減させるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、電気推進船において、ラフシー等の異常環境下においても、系統に対する負荷変動を適切に抑制することができ、発電機トリップ等に起因する停電や発電機用駆動装置の故障といった最悪のケースを確実に回避することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電気推進船の系統安定化システムを示す構成図である。
図１において、１は水中で回転することによって推進力を得るためのプロペラである。即ち、プロペラ１は、船舶（電気推進船）に設けられた負荷設備を構成する。２はプロペラ１を回転駆動するための電動機、３は系統に対して所定の交流電力を供給するための発電機、４は発電機３を駆動するための駆動装置（発電機駆動用エンジン）である。また、５は駆動装置４の回転速度を検出する検出器、６は駆動装置４に対応して設けられたガバナである。上記ガバナ６は、駆動装置４の回転速度を自律的に調整する機能を有している。
【００１１】
７は発電機３の励磁電圧を制御するためのＡＶＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）制御ユニット、８はガバナ６を制御するガバナ制御ユニット、９は電動機２を制御するためのインバータである。インバータ９は、電動機２に対して発電機３側に接続されており、発電機３側から供給される電力を所望の値の電圧及び周波数に変換して電動機２に供給する。
【００１２】
１０は本発明の要部を構成する系統安定化装置である。この系統安定化装置１０は、系統に対する負荷変動を抑制して系統を安定化させるために備えられたものであり、演算部１１と偏差カウンタ１２とによってその要部が構成される。また、系統安定化装置１０は、必要なデータ収集や基準指令の出力を行うため、ＡＶＲ制御ユニット７、ガバナ制御ユニット８、インバータ９、後述の波検出器１３等の各機器とインターフェースしている。
【００１３】
図２は波検出器の機能を説明するための図、図３はプロペラと波検出器との位置関係を示す図である。図２及び図３に基づき、上記波検出器１３について具体的に説明する。
【００１４】
波検出器１３は、船舶の極近傍に発生している波の高さｈ（以下、「波高ｈ」という）及びその波の周期ｔ（以下、「波周期ｔ」という）を検出し、検出結果を上記系統安定化装置１０に対して出力する機能を有している。ここで、図２は波検出器１３による検出方式の一例を示したものである。波検出器１３は、例えば、船体のすぐ外側に浮かべられた浮き１３ａの上下動を実測することにより、上記波高ｈと波周期ｔとを演算する。
【００１５】
なお、波検出器１３は、波高ｈ及び波周期ｔを検出するための位置が、例えば、図３に示すように船首側に配置される。一般に、推進力を得るためのプロペラ１は、図３に示すように船尾側に設けられている。このため、上記構成の電気推進船が航行する場合、波検出器１３の検出位置が水面上のある位置（Ａ点）を通過した後、所定時間経過後に、プロペラ１が上記Ａ点に最も接近する。即ち、上記構成であれば、プロペラ１が受ける波の状態を、所定時間前に、波検出器１３によって検出することができる。なお、当然のことながら、上記所定時間は、波検出器１３の検出位置及びプロペラ１間の距離と船舶の速度とに基づき求めることができる。
【００１６】
次に、図４に基づき、上記構成を有する電気推進船の系統安定化システムの動作について説明する。なお、図４は、図１に示す電気推進船の系統安定化システムの制御フローを示す図である。
【００１７】
図４に示されているように、系統安定化装置１０には、インバータ９から、その出力電流の変化率ΔＩと周波数の変化率Δｒｐｍとが入力される。また、波検出器１３からは、検出された波高ｈと波周期ｔとが入力される。そして、系統安定化装置１０は、波検出器１３から入力された波高ｈと波周期ｔとに基づき、ラフシー等の異常環境を予測する。具体的に、系統安定化装置１０では、偏差カウンタ１２により、入力された波高ｈと波周期ｔとの偏差を算出し、算出された偏差を、予め設定されている偏差基準と比較する。そして、算出された偏差が上記偏差基準を超える回数を監視及び計上し、所定期間内に、偏差基準を超える偏差が許容回数以上算出された場合に、ラフシー等の異常環境が発生している、即ち、異常環境によって負荷運転異常が発生していると判断する。
【００１８】
系統安定化装置１０は、ラフシー等の異常環境の発生を予測すると、負荷変動による発電機３とその駆動装置４とへの影響を減少させるため、インバータ９に対して速度上限リミットを出力し、迅速に運転上限速度に制限を掛ける。これにより、回転速度とトルク特性とが比例する電動機２では、最大負荷電流が低減する。即ち、負荷変動幅が狭まり、最大変動率が低くなる。
【００１９】
なお、系統安定化装置１０は、インバータ９から入力された出力電流の変化率ΔＩと周波数の変化率Δｒｐｍとに基づいてラフシー等の異常環境を予測する機能を、上記機能と共に備えても良い。即ち、系統安定化装置１０は、入力された出力電流の変化率ΔＩと周波数の変化率Δｒｐｍとの偏差を算出し、算出された偏差を、予め設定されている偏差基準と比較する。そして、算出された偏差が上記偏差基準を超える回数を監視及び計上し、所定期間内に、偏差基準を超える偏差が許容回数以上算出された場合に、ラフシー等の異常環境が発生している、即ち、異常環境によって負荷運転異常が発生していると判断する。
なお、上記機能によってラフシー等の異常環境の発生を予測した後のインバータ９に対する動作は、上述の動作と同様である。
【００２０】
そして、系統安定化装置１０は、ラフシー等の異常環境の発生を予測すると、インバータ９から入力された出力電流の変化率ΔＩと周波数の変化率Δｒｐｍとに基づき、発電機３に対する電圧調整率を演算し、その演算結果（電圧調整基準）をＡＶＲ制御ユニット７に対して出力する。発電機３では、この基準指令によってＡＶＲ制御ユニット７が動作することにより、その励磁電圧が適切に調整される。
【００２１】
同様に、系統安定化装置１０は、ラフシー等の異常環境の発生を予測すると、インバータ９から入力された出力電流の変化率ΔＩと周波数の変化率Δｒｐｍとに基づき、駆動装置４に対するガバナ調整率を演算し、その演算結果（ガバナ調整基準）をガバナ制御ユニット８に対して出力する。駆動装置４では、この基準指令によってガバナ制御ユニット８が動作することにより、そのトルクが適切に調整される。
そして、電圧調整基準とガバナ調整基準とによるガバナ６及びＡＶＲの上記調整により、系統の電圧と周波数が安定化される。
【００２２】
この発明の実施の形態１によれば、ラフシー等の異常環境下においても、系統に対する負荷変動を適切に抑制することができ、発電機トリップ等に起因する停電や発電機用駆動装置の故障といった最悪のケースを確実に回避することができるようになる。
【００２３】
即ち、船体の側面等に取り付けられた水面検出回路によって負荷変動の原因となる波の動作を事前に検出することができ、その検出結果から、航行中にプロペラ１が水面上に出てしまうようなラフシー等の異常環境が発生するか否かを判断することができる。このため、レーシングといった負荷異常状態の発生を事前に把握することができ、負荷変動が実際に発生する前、或いは、急激な負荷変動が継続して不具合が発生する前に、運転速度範囲を狭めて最大負荷変動率を低減させることができるようになる。即ち、ラフシー等の異常環境下においても、発電機トリップ等に起因する停電や発電機用駆動装置の故障等を確実に回避することが可能となる。
【００２４】
なお、実施の形態１では、電気推進船における電源系統システムについて説明したが、上記と同様の構成を有する電源系統システムを有していれば、他の産業プラントに対して応用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の実施の形態１における電気推進船の系統安定化システムを示す構成図である。
【図２】波検出器の機能を説明するための図である。
【図３】プロペラと波検出器との位置関係を示す図である。
【図４】図１に示す電気推進船の系統安定化システムの制御フローを示す図である。
【図５】水面位置と電気推進船のプロペラ負荷との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  プロペラ（負荷設備）
２  電動機
３  発電機
４  駆動装置
５  検出器
６  ガバナ
７  ＡＶＲ制御ユニット
８  ガバナ制御ユニット
９  インバータ
１０  系統安定化装置
１１  演算部
１２  偏差カウンタ
１３  波検出器
１３ａ  浮き
【図１】
2010089550.tif 000003
【図２】
2010089550.tif 000004
【図３】
2010089550.tif 000005
【図４】
2010089550.tif 000006
【図５】
2010089550.tif 000007