(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超伝導巻き線を備えた推進モーターおよび出力コンバーターを有する第１推進駆動システムと、
前記第１推進駆動システムに給電する第１推進発電システムであり、超伝導巻き線を備えた発電機および出力コンバーターを有する前記第１推進発電システムと、
分配電圧および分配電流を搬送する少なくとも一つの直流分配母線、および少なくとも一つの配電盤を有する第１サービス分配システムと、
前記第１サービス分配システムに電力を供給するための出力コンバーターと電源とを有する第１発電システムと、
を備え、
前記電源が前記第１発電システムの出力コンバーターによって前記配電盤に接続されることを特徴とする船舶用配電／推進システム。
【請求項２】
負荷電流を各々の電気負荷から離脱させる負荷シェディング/安定化特性に従って、前記第１推進駆動システムの出力コンバーターを調節する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
電源フォールドバック/安定化特性および電源開始シーケンスに従って、前記第１推進発電システムの出力コンバーターの調節をする請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
電源フォールドバック/安定化特性および電源開始シーケンスに従って、前記第１発電システムの出力コンバーターの調節をする請求項１に記載のシステム。 
【請求項５】
前記第１推進発電システムの出力コンバーターを前記第１推進駆動システムの出力コンバーターに接続した請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１推進発電システムの出力コンバーターを前記第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続した請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１推進駆動システムの出力コンバーターを前記第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続した請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項８】
さらに、少なくとも一つの電気負荷に給電する区域給電ユニットおよびこの区域給電ユニットに給電する前記第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続された区域エネルギー保存装置を有する区域配電サブシステムからなる請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
区域配電サブシステムの区域エネルギー保存装置を出力コンバーターによって第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続した請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
区域配電サブシステムの区域エネルギー保存装置を少なくとも一つの配電盤に接続した出力コンバーターが、パルス幅変調ｄｃ/ｄｃコンバーターである請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
出力が前記第１サービス分配システムから前記区域配電サブシステムの前記区域エネルギー保存装置に流れるさいに、前記区域配電サブシステムの前記区域エネルギー保存装置を少なくとも一つの配電盤に接続した前記ｄｃ/ｄｃコンバーターがステップアップチョッパーとして極性化され、そして
出力が前記区域配電サブシステムの前記区域エネルギー保存装置から前記第１サービス分配システムに流れるさいに、前記区域配電サブシステムの前記区域エネルギー保存装置を少なくとも一つの配電盤に接続した前記ｄｃ/ｄｃコンバーターがステップダウンチョッパーとして極性化される請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１発電システムの出力コンバーターが、パルス幅変調ｄｃ/ｄｃコンバーターである請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤が、接点をもつ保護開閉装置を含み、
電源フォールドバック/安定化特性および電源開始シーケンスに従って、前記第１発電システムの出力コンバーターの調節をして、および、
負荷電流を各々の電気負荷から離脱させる負荷シェディング/安定化特性に従って、前記第１推進駆動システムの出力コンバーターの調節をして、
前記電源フォールドバック／安定化特性と、（ａ）分配電圧間に過剰に低いインピーダンスが接続される故障、（ｂ）船舶用配電／推進システム内に自動的に発生した最優先のインタートリッピング指令、（ｃ）船舶用配電／推進システム内に手動発生した最優先のインタートリッピング指令、および（ｄ）遠隔発生した最優先のインタートリッピング指令との相互作用によって、分配電圧および分配電流が許容できるレベルまで小さくなった場合にのみ、保護開閉装置の接点を開き、そして
過渡電流または進入電流が（ａ）前記電源フォールドバック／安定化特性および電源開始シーケンス、および（ｂ）前記負荷シェディング／安定化特性のうち一つによって制限されるように、接点両端間の電圧の極性になった場合にのみ、前記保護開閉装置の接点が閉じるように構成した請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
電源フォールドバック/安定化特性の過渡負荷線機能によって、および負荷電流を各々の電気負荷から離脱させる負荷シェディング/安定化特性の負荷電流機能の変化率の制限によって分配電圧を安定化した請求項１〜１３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１５】
第１発電システムが、第１サービス分配システムに給電する複数の並列接続電源を有し、複数の電源の定常電流分担を各電源の電源フォールドバック/安定化特性の定常垂下機能によって調和させるとともに、複数の電源の過渡電流分担を各電源の電源フォールドバック/安定化特性の過渡負荷線機能によって調和させる請求項１３または１４に記載のシステム。
【請求項１６】
電流の流れが一方向になり、
定常出力電圧は、オフ負荷母線電圧セットポイントと、定常出力電圧が定常負荷線に従うように負荷電流に比例する定常垂下成分との和であり、
定常負荷点を中心として過渡負荷電流が変動すると、定常負荷線の傾きよりも傾きが小さい過渡負荷線に出力電圧が従い、
定常電流は、ある特定のレベルに制限され、
負荷電流が過渡的に過渡電流制限レベルを超え、ある特定の過渡電流制限レベルを超えない程度に接近すると、抵抗負荷線に対して、出力電圧が過渡的に低くなり、そして定常電流が定常電流制限以下になると、定常負荷線に回復し、
負荷電流が定常電流制限を連続的に越えるか、あるいは上記特定の過渡電流制限レベルを超えると、フォールドバックがかかり、再生プロセスに従って出力電圧および出力電流がほぼゼロまで小さくなり、そして負荷インピーダンスがある特定のレベルを超えて増加するまで、出力電圧および出力電流がほぼゼロの状態を保ち、そして
負荷インピーダンスがこの特定のレベルを超えると、最初部分的に負荷電圧が回復し、次に所望の運転点まで段階的に上昇するように、電源フォールドバック/安定化特性が前記第１発電システムの出力コンバーターの出力電圧および出力電流を調節する請求項１〜１５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１７】
船舶用配電/推進システム内部で発生する電圧過渡状態を最小限に抑えるように特定化された時間変動上昇率に従って、負荷電圧を所望の動作点まで段階的に高くする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
さらに、前記第１サービス分配システムの少なくとも一つの前記配電盤に出力コンバーターで接続した少なくとも一つの電気負荷を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤が、接点を備えた保護開閉装置を有し、
電源フォールドバック/安定化特性および電源開始シーケンスに従って、前記第1発電システムの出力コンバーターを調節し、
負荷電流を各々の電気負荷から離脱させる負荷シェディング/安定化特性に従って、前記の少なくとも一つの電気負荷を前記第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続する出力コンバーターを調節し、
前記電源フォールドバック／安定化特性と、（ａ）分配電圧間に過剰に低いインピーダンスが接続される故障、（ｂ）船舶用配電／推進システム内に自動的に発生した最優先のインタートリッピング指令、（ｃ）船舶用配電／推進システム内に手動発生した最優先のインタートリッピング指令、および（ｄ）遠隔発生した最優先のインタートリッピング指令との相互作用によって分配電圧および分配電流が許容できるレベルまで小さくなった場合にのみ、保護開閉装置の接点を開き、そして
過渡電流または進入電流が（ａ）前記電源フォールドバック／安定化特性および電源開始シーケンス、および（ｂ）前記負荷シェディング／安定化特性のうち一つによって制限されるように、接点両端間の電圧の極性になった場合にのみ、前記保護開閉装置の接点が閉じるように構成した請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
電源フォールドバック/安定化特性の過渡負荷線機能によって、および負荷電流を各々の電気負荷から離脱させる負荷シェディング/安定化特性の負荷電流機能の変化率の制限によって分配電圧を安定化した請求項１８または１９に記載のシステム。
【請求項２１】
第１発電システムが、第１サービス分配システムに給電する複数の並列接続電源を有し、複数の電源の定常電流分担を各電源の電源フォールドバック/安定化特性の定常垂下機能によって調和させるとともに、複数の電源の過渡電流分担を各電源の電源フォールドバック/安定化特性の過渡負荷線機能によって調和させる請求項１８に記載のシステム。
【請求項２２】
電流の流れが一方向になり、
定常出力電圧は、オフ負荷母線電圧セットポイントと、定常出力電圧が定常負荷線に従うように負荷電流に比例する定常垂下成分との和であり、
定常負荷点を中心として過渡負荷電流が変動すると、定常負荷線の傾きよりも傾きが小さい過渡負荷線に出力電圧が従い、
定常電流は、ある特定のレベルに制限され、
負荷電流が過渡的に過渡電流制限レベルを超え、ある特定の過渡電流制限レベルを超えない程度に接近すると、抵抗負荷線に対して、出力電圧が過渡的に低くなり、そして定常電流が定常電流制限以下になると、定常負荷線に回復し、
負荷電流が定常電流制限を連続的に越えるか、あるいは上記特定の過渡電流制限レベルを超えると、フォールドバックがかかり、再生プロセスに従って出力電圧および出力電流がほぼゼロまで小さくなり、そして負荷インピーダンスがある特定のレベルを超えて増加するまで、出力電圧および出力電流がほぼゼロの状態を保ち、そして
負荷インピーダンスがこの特定のレベルを超えると、最初部分的に負荷電圧が回復し、次に所望の運転点まで段階的に上昇するように、電源フォールドバック/安定化特性が前記第１発電システムの出力コンバータの出力電圧および出力電流を調節する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２３】
船舶用配電/推進システム内部で発生する電圧過渡状態を最小限に抑えるように特定化された時間変動上昇率に従って、負荷電圧を所望の動作点まで段階的に高くする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
さらに、分配電圧および分配電流を搬送する少なくとも一つのｄｃ分配母線、および接点を備えた保護開閉装置を有する少なくとも一つの配電盤を有する第２サービス分配システムを含み、
前記第２サービス分配システムに電力を供給するための出力コンバーターと電源とを有する第２発電システムとを備え、前記第２発電システムの前記電源が前記第２発電システムの出力コンバーターによって前記第２サービス分配システムの前記配電盤に接続して、
区域配電サブシステムの区域エネルギー保存装置を前記第２サービス分配システムの少なくとも一つの前記配電盤に出力コンバーターで接続した請求項８に記載のシステム。
【請求項２５】
さらに、推進モーターおよび出力コンバーターを有する第２推進駆動システム、および第２推進駆動システムに給電し、発電機および出力コンバーターを有する第２推進発電システムからなる請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
第２推進発電システムの出力コンバーターを第２推進駆動システムの出力コンバーターに接続した請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
第２推進発電システムの出力コンバーターを第２サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続した請求項２５または２６に記載のシステム。
【請求項２８】
第２推進駆動システムの出力コンバーターを第２サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続した請求項２５〜２７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２９】
第１推進発電システムの出力コンバーターを第２推進駆動システムの出力コンバーターに接続した請求項２５〜２８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３０】
第２推進発電システムの出力コンバーターを第１推進駆動システムの出力コンバーターに接続した請求項２５〜２９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３１】
第１推進駆動システムが３つの電源入力を有し、各入力が選択可能であり、第１電源入力を第１推進発電システムに接続し、第２電源入力を第２推進発電システムに接続し、そして第３電源入力を第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続した請求項２５に記載のシステム。
【請求項３２】
第２推進駆動システムが３つの電源入力を有し、各入力が選択可能であり、第１電源入力を第１推進発電システムに接続し、第２電源入力を第２推進発電システムに接続し、そして第３電源入力を第２サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続した請求項３１に記載のシステム。
【請求項３３】
第１推進発電システムが第１電源出力および第２電源出力を有し、各出力が選択可能であり、第１電源出力を第１推進駆動システムの第１電源入力に接続し、そして第２電源出力を第２推進駆動システムの第１電源入力に接続した請求項３１または３２に記載のシステム。
【請求項３４】
第１推進発電システムが第３電源出力を有し、この第３出力が選択可能であるとともに、第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続されている請求項３３に記載のシステム。
【請求項３５】
第２推進発電システムが第１電源出力および第２電源出力を有し、各出力が選択可能であり、第１電源出力を第１推進駆動システムの第２電源入力に接続し、そして第２電源出力を第２推進駆動システムの第２電源入力に接続した請求項３１〜３４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３６】
第２推進発電システムが第３電源出力を有し、この第３出力が選択可能であるとともに、第２サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続されている請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】
第１発電システム、
区域配電サブシステムの区域エネルギー保存装置、
再生モードで動作する推進駆動システム、
推進発電システム、および
遠隔給電システムのうちの一つか複数によって、少なくとも一つの配電盤を介して第１サービス分配システムに給電する請求項１〜３６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３８】
第１発電システムの少なくとも一つの電源が、
ディーゼル発電機、
ガスタービン発電機、
蒸気タービン発電機、
複合サイクルガス/蒸気タービン発電機、
閉サイクル（空気を吸い込まない）ディーゼル発電機、
電池、
燃料電池、
フローセル、
フライホイール発電機、
超キャパシター、および
超伝導磁気エネルギー保存装置のうちの一つか複数である請求項１〜３７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項３９】
第１推進駆動システムの推進モーターが、高温超伝導（ＨＴＳ）巻き線を有する請求項１〜３８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４０】
第１推進駆動システムの出力コンバーターが、推進モーターと一体化されている請求項１〜３９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４１】
第１推進駆動システムの推進モーターが、静的出力電子装置を利用した電子整流回路を有する請求項１〜４０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４２】
第１推進駆動システムの推進モーターを船舶の船体内部に配設した請求項１〜４１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４３】
第１推進駆動システムの推進モーターを船舶のポッド内部に配設した請求項１〜４１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４４】
第１推進駆動システムの推進モーターを船舶の外部に同軸配置した請求項１〜４１のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４５】
推進モーターが回転子および固定子を有し、回転子を固定子の内部に、あるいは外部に同軸配置した請求項１〜４４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４６】
超伝導ケーブルまたは母線を利用して、少なくとも一つのｄｃ分配母線を配設した請求項１〜４５のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４７】
第１推進発電システムの発電機が、高温超伝導（ＨＴＳ）巻き線を有する請求項１〜４６のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４８】
第１推進発電システムの出力コンバーターが、発電機と一体化されている請求項１〜４７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項４９】
第１推進発電システムの発電機が、静的出力電子装置を利用した電子整流回路を有する請求項１〜４８のいずれか１項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶用配電/推進システムに関する。特に、本発明は、出力密度、出力効率および出力安定性を最大化できるとともに、モジュール技術および標準インターフェース技術によって将来の技術展開を加速するシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フル電気推進（ＦＥＰ）を利用する従来の船舶用配電/推進システムの場合、故障電流の大きさ−時間識別を利用して、保護開閉装置によって特定のサブ回路における過大電流故障を遮断するとともに、これ以外のすべてのサブ回路に対する悪影響を最小限に抑えている。このようなＦＥＰシステムについては、特定の時間においてオンライン状態にある発電キャパシティーをこの時間に引き出される全負荷に対応させることが目的である“パワーステーション原理”を利用しているといわれている。これには、燃料効率最大化する効果がある。このようなＦＥＰシステムの構成では、出力管理システムによって通常ある程度まで自動化し、優先順位に従って負荷をシェディングし、発電機を始動させている。中電圧（ＭＶ）でＦＥＰシステムを介して交流電流を分配して地上システムとの対応を維持する。
【０００３】
現在利用されているＦＥＰシステムの一例を図１に示す。一連のタービンＴおよびディーゼルエンジンＤを使用して個々の発電機Ｇに給電する。これらが、保護開閉装置を備えた中電圧（ＭＶ）交流母線システムを利用してＦＥＰシステムに交流電力を供給する。保護開閉装置は、回路遮断器と対応する制御装置からなり、図１では記号ｘで示す。出力コンバーターＰＣを使用して、プロペラーを駆動する電気推進モーターＰＭにＭＶ交流母線システムを接続する。ＭＶ交流母線システムには、フィルターＦも接続する。ＭＶ交流母線システムは、保護開閉装置によって相互接続される第１ＭＶ交流母線と第２交流ＭＶ母線とに分割される。第１変圧器によって第１ＭＶ交流母線に第１低電圧（ＬＶ）交流母線を接続し、第２変圧器によって第２ＭＶ交流母線に第２ＬＶ交流母線を接続する。第１ＬＶ交流母線および第２ＬＶ交流母線は、保護開閉装置によって相互接続される。第１ＬＶ交流母線および第２ＬＶ交流母線それぞれには、一連の不特定の大小の負荷を接続できる。なお、図１から理解できるように、小負荷は、第１および第２の小ＬＶ交流母線によって第１および第２のＬＶ交流母線に接続する。
【０００４】
図１の右側に、ＦＥＰシステムにおける６つの大きさ−時間識別レベルを示す。各識別レベルにおいて、保護開閉装置は記号ｘで示す。例えば、識別レベル６では、保護開閉装置は、ＭＶ交流母線と各発電機Ｇとの間に位置する。識別レベル５では、保護開閉装置は、ＭＶ交流母線と各フィルターＦとの間と、ＭＶ交流母線と各出力コンバーターＰＣとの間に位置する。保護開閉装置は、また、ＭＶ交流母線と、それぞれ第１および第２のＬＶ交流母線に第１および第２のＭＶ交流母線を接続するために使用する各変圧器との間に位置する。識別レベル４では、保護開閉装置は、各変圧器と各ＬＶ交流母線との間に位置する。識別レベル３では、保護開閉装置は、第１および第２のＬＶ交流母線と各大負荷との間、および小ＬＶ交流母線へのそれぞれの給電部の間に位置する。識別レベル２では、別な保護開閉装置が、第１および第２のＬＶ交流母線と、小ＬＶ交流母線の対応する部分との間に位置する。識別レベル１では、保護開閉装置は、小ＬＶ交流母線と、各小負荷との間に位置する。
【０００５】
ＦＥＰシステムにおけるある特定の識別レベルで短絡が発生した場合には、このレベルで対応する保護開閉装置を遮断しなければならないが、これ以外の保護開閉装置を遮断する必要はない。保護故障電流レベルは、供給インピーダンスによって全体的に決定されるため、保護開閉装置は、最大の故障電流が流れてからかなり経過した後に、故障電流（即ち、故障時にＦＥＰシステム内に流れる電流）を遮断できるに過ぎない。従って、通常では、故障電流は、線電流の反転時、あるいは反転直後に遮断される。
【０００６】
技術的にみて、図１に示した公知のＦＥＰシステムには、次の欠陥がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】英国特許出願第２４３１５１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
故障電流の大きさは、共通結合のある特定の点でオンライン状態にある発電機Ｇの数とタイプの影響を受けるため、合わせた発電機のインピーダンスが低くなると、故障電流が大きくなる。考えられる故障電流の変動が大きいため、保護装置の設定を連続調整して、故障の識別を確保する必要がある。
【０００９】
分配電圧（即ち、ＦＥＰシステム内の各種交流母線によって搬送される電圧）が下がると、故障電流が大きくなる。全設定出力定格が大きくなるか、および／または分配電圧が下がると、発生する故障電流が、利用できる保護開閉装置の能力を上回ることがある。中電圧配電システムの場合、負荷ステップダウン式変圧器および専用の設定システムを利用して、分配電圧を十分に高くし、保護開閉装置への制約を外す必要がある。
【００１０】
発電機Ｇの特性は、負荷分担を助ける交流成分および直流成分の時間依存性および最大大きさの点で変動幅が広い。（自動電圧調整器（ＡＶＲ）は、負荷分担を助けるために設計されている）。さらに、これら特性は、発電機に結合されている（例えば、ディーゼルエンジンＤまたはタービンＴなど）の原動機のタイプの影響が大きく、結果として生じる結合され、制御され、かつ調整された応答の格差が大きくなりやすい。発電機Ｇ群を共通結合点に接続した場合には、格差が問題になることが多く、特に、フィルターや変圧器などの受動回路の切り換え時や、負荷遷移時に問題になる。
【００１１】
ＦＥＰシステムの場合、“島”と呼ばれることもある複数の共通結合点に分割されることが多い。全ての島を並列接続すると、単独の島構成（例えば、独立してエンジンを動作できる）が得られ、また分離すると、冗長性および能力の低下につながり、装置が故障することになる。特に、異なる程度の調和汚染がある場合や、上記格差が存在する場合に、個々の島を同期させ、これらの間に負荷を遷移させることが複雑になる。通常、推進力分配システム（ＰＤＳ）の島から、推進力を引き出し、通常ＰＤＳから推進力を誘導する船舶サービス分配システム（ＳＳＤＳ）では島によって他の負荷を供給できる。通常、電力供給の保護識別および品質は、最大の発電機Ｇから最小の電気負荷に至る共通ヒエラルキーによって関係付けられる。ＰＤＳにおける比較的耐久性のある出力／推進装置の潜在的に有害な影響から比較的感度のあるＳＳＤＳをデカップリングする手段を設ける必要がある。臨界的な電気負荷の場合、専用の出力変換／エネルギー保存装置を使用して、一体性の高い固有な出力を与え、必要な、ＰＤＳからのデカップリング度を実現することができる。これら局部的な出力装置は、区域出力装置（ＺＰＳＵ）と呼ばれ、またエネルギー保存装置は、区域エネルギー保存装置と呼ばれることが多い。
【００１２】
ＦＥＰシステムは交流システムであるため、多数の変数が設計に影響する。これら変数の中には、特に、電圧、周波数、位相角度、力率、サイクル切り換え点、位相インピーダンス、整数および非整数の調和歪みがある。複雑な交流システムであるため、このような出力分配システムに影響する漂遊インピーダンスと目的インピーダンスとの間で必然的な共振モードを減衰することは極めて難しいことが認識されている。一旦、交流分配周波数（即ち、ＦＥＰシステムの各交流母線によって搬送される交流電流の周波数）を選定すると、これが発電機の位置に大きく影響するとともに、最終的には、原動機のシャフト速度を制約することになる。この結果、発電機および原動機の大きさおよび性能に悪影響をもつことが多い。
【００１３】
従来の大半のＦＥＰシステムは、中電圧で交流を分配（ＭＶＡＣ）するが、低電圧で直流を分配する（ＬＶＤＣ）ことも知られている。これらＬＶＤＣシステムの場合、電流制限式出力電子装置を介してＭＶＡＣ電流供給装置から直流を誘導するものであるが、有意味な故障電流を遮断するために、直流回路遮断機（ＤＣＣＢ）を利用している。
【００１４】
例えば、ＳＳＤＳでは、位相制御式変圧整流器を利用して、従来のＭＶＡＣ分配システムからＬＶＤＣ分配電圧を誘導することができる。平行冗長化供給装置が、故障電流定格化ＤＣＣＢを有する交換台を介してＬＶＤＣ分配電圧を分配する。各ＺＰＳＵが、調整された出力電子装置および逆供給防止ダイオードを介在させることによって、冗長化対のこれら交換台から供給される。
【００１５】
別なＳＳＤＳの場合には、変圧器で分離した、連続パルス幅変調（ＰＷＭ）電圧源インバーター（ＭＶ／ＬＶリンクインバーターとも呼ばれている）を使用して、通常のＭＶＡＣ分配システムからＬＶＤＣ分配電圧を誘導することができる。このＬＶＤＣの場合、リングメインを使用して、この場合には故障電流定格化ＤＣＤＢを介して冗長性をＺＰＳＵおよび他の電気負荷に与える。
【００１６】
従来の交流分配システムの場合と異なり、直流分配システムの場合、規則的な電流線の反転は起きない。従って、ＤＣＣＢの場合には、接点を電気機械的に開き、これによって接点間にアーク電圧を発生することによって、故障電流を遮断する必要がある。アーク電圧は、故障電流を流す原因になる電力供給電圧源と、故障電流低減の妨げになる誘導発生電圧との和であるシステム電圧を妨害する。このため、アーク電圧が故障電流を小さくし、最終的にこれを完全に遮断する。故障電流が最終的な遮断に近づくと、アーク電圧が過渡的に高くなるため、ＳＳＤＳに接続される構成部品にストレスを加えることが知られている。また、電磁干渉（ＥＭＩ）を発生させる。この構成部品ストレスは、ＤＣＣＢ過渡アーク電圧と電力供給電圧源に流れる故障電流の遮断から発生するＳＳＤＳ分配電圧の再生との加算によってさらに悪化する。このような出力分配システムにサージアレスターおよびスナッバーを応用して、過渡アーク電圧およびＥＭＩを小さくすることは知られている。
【００１７】
また、出力電子切換え装置と電磁作動式電気接点とを直列接続したものを利用する複合ＤＣＣＢを利用することも知られている。この場合、出力電子切換え装置が急激にオフ状態になり、サージアレスターおよびスナッバーが発生した電圧過渡状態を中和し、故障電流の遮断後に、電気接点が開く。
【００１８】
線形のレギュレーター直流出力供給装置の場合、“フォールドバック”と呼ばれている技術を利用して、短絡負荷状態時に、レギュレーター出力装置の散逸を制限する。一例として、フォールドバックシステムは、基準が出力電圧に依存する出力電流制限レギュレーターからなる。負荷インピーダンスがある具体的な閾値より小さくなると、電流制限レギュレーターが初期作用して、出力電圧を下げた後、再生作用によって出力電流および電圧を適当な低いレベルまで制限し、レギュレーター出力装置の散逸を制限する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、
超伝導巻き線を備えた推進モーターおよび出力コンバーターを有する第１推進駆動システム、
第１推進駆動システムに給電するシステムであって、超伝導巻き線を備えた発電機および出力コンバーターを有する第１推進発電システム、および
分配電圧および分配電流を搬送する少なくとも一つの直流分配母線、および少なくとも一つの配電盤を有する第１サービス分配システムに給電する少なくとも一つの電源を有する第１発電システムからなる船舶用配電／推進システムを提供するものである。
【００２０】
一般的にいって、配電システムは、出力電流を整流するか、あるいは出力電流が自然に直流電流を生成する少なくとも一つの電源を有する。考えられる最大の故障電流を従来のインピーダンス制限式の場合よりもはるかに大きく設定し、かつ次に出力電流を協調作用で整流する電源フォールドバック／安定化特性に従って（例えば、出力コンバーターなどの）高速作用手段によって制限するのが好ましい。さらに、電源フォールドバック／安定化特性の場合、定常垂下部品を利用することによって、並列接続電源間の電流分担を促進することができる。電源フォールドバック／安定化特性の場合、定常垂下部品に重畳する適当な過渡応答を利用することによって、分配電圧の安定化を促進することもできる。
【００２１】
船舶用配電／推進システムに低インピーダンス故障電流を作用させると、少なくとも一つの電源の作用によって、最終的に故障電流がフォールドバック方法に従って遮断される。故障電流の遮断が続いている間、故障電流の電流路に対応する配電盤の保護開閉装置に対応するセンサー、および対応する電子処理装置が故障電流を検出し、当該保護開閉装置を開く必要があると判断する。故障電流が一旦遮断されると、電子処理装置が、この状態を認識し、保護開閉装置（場合によっては、オフロード式開閉装置）に開くこと指示する。
【００２２】
多数の電子負荷を船舶用配電／推進システムに接続することができ、これら全ては、少なくとも一つの電源の出力電流の上記整流と協調した方法で負荷電流を取り除く特定の負荷シェディング／安定化特性に従って（例えば、出力コンバーターなどの）高速作用手段によって電子的に調整される。保護開閉装置が開くと、負荷電流の除去効果によって、少なくとも一つの電源の出力電圧がフォールドバック法に従って再生される。この出力電圧が再生されると、負荷シェディング法に従って電気負荷の再印加が開始する。また、この負荷シェディング／安定化特性により、供給電圧に対する負荷電流の特定の過渡応答が、電気負荷の定常応答に重畳する。
【００２３】
上記方法は、他のセンサーおよび電子処理装置によってか、あるいは特定の電子処理装置指令またはインタートリッピング法によって検出される他の故障態様によっても開始できる。この方法の全ての態様について、適当な手段によってプログラムを組むことが好ましい。船舶用配電／推進システムの場合、運転するために、少なくとも一つの電源と、保護開閉装置と、電気負荷との間に直列的な通信を必要としない。分配された情報および連絡の有効な手段を配電システムそれ自体によって確保できるからである。船舶用配電／推進システムの全ての構成部品は、自動的かつ独立的に運転できる。なお、直列的な通信を利用する場合には、船舶用配電／推進システムは、増加する情報および自動化の恩恵を受けることができる。全ての構成部品について、局部的な手動制御装置を設定することもできる。
【００２４】
船舶用配電／推進システムによって、特に、区域エネルギー保存装置を利用する一つかそれ以上の区域配電サブシステムに配電するのが好ましい。より具体的には、各区域配電サブシステムは、少なくとも一つの電気負荷に給電する区域給電ユニット、および第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続され、区域給電ユニットに給電する区域エネルギー保存装置を有する。これら区域エネルギー保存装置は、その特有な性質として、反転可能な電力流れを支持できる装置である。区域エネルギー保存装置に、第１サービス分配システムからのエネルギーを保存して、分配電圧に遮断があっても、区域給電ユニットに接続された電気負荷に電力を連続供給できるように構成することが可能である。なお、区域エネルギー保存装置によって、電力を第１配電システムに戻し、分配電圧の安定化に役に立つように構成することができる。
【００２５】
出力コンバーターを利用するのが好ましく、これによってすべての電源の出力を適正な直流分配電圧に合わせ、故障電流を制限することが好ましい。これによって、設計の自由度を高め、そして発電装置を最適化できる。また、分配電圧の安定化に積極的に役立ち、かつ故障電流および切換え遷移状態を制限する出力コンバーターによって電気的負荷の状態を調節するのが好ましい。船舶用配電／推進システム、特に保護開閉装置の場合、故障電流および切換え過渡状態が能動手段によって制限されるため、その連続動作負荷についてのみ最適化すればよい。
【００２６】
船舶用配電／推進システムの場合、冗長性が高く、再構成可能なトポロジーによって洗練された性能劣化をもつように構成するのが好ましい。これは、特に、構成部品が損傷を受けた場合でも臨海的なシステムに給電する必要のある海軍船舶や潜水艦に船舶用配電／推進システムを艤装する場合重要である。船舶用配電／推進システムの安定化は、（例えば、運動エネルギー（ＫＥ）自動推進体や無人飛行体（ＵＡＶ）発射機などの）ヘビーパルス負荷を供給できることを意味する。任意の電気的負荷によって取られる電力の割合を連続的に調整して、効率を最大化するとともに、独立島構成と複数の島からなる島構成との間に“障害物のない”過渡状態を確立することを促進することができる。設置全発電能力に関しては、分配電圧は、従来の配電システムよりも低くできるため、設置必要条件を削減でき、また出力密度を最大化できる。
【００２７】
船舶用配電／推進システムは本質的には自動運転であるが、手動逆運転モードを利用することも可能である。全ての臨界的構成部品がインテリジェント能力をもち、独立して機能できることが好ましい。インテリジェント能力については、次のように要約することができる。
【００２８】
（例えば、発電機などの）電源の始動時に、その対応する出力コンバーターが出力電圧を調節し、これを所望の出力電圧のすぐ下に準備調節する。対応する保護開閉装置がこの準備状態を検出し、閉じる。電源は、逆供給に対して安全であり、オンライン状態にあることを検出し、その特定の出力特性に移行する。
【００２９】
重大な過大負荷が発生した場合、電源をフォールドバックし、特性を安定化することによって故障電流を制限する。保護開閉装置が、対応するセンサーを参照することによって故障を直ちに検出し、分類する。故障が続く場合には、電源のフォールドバック／安定化特性に従って出力電圧が下がる。そしてすべての電気的負荷を区域エネルギー保存装置にシェディングするか、あるいは戻す。保護開閉装置が、影響を受けた出力を開くことが安全であるかを検出する。故障が取り除かれ、電気的負荷がシェディングされるか、あるいは既に区域エネルギー保存装置に戻されている場合には、電源フォールドバック／安定化特性に従って出力電圧が回復し、負荷シェディング／安定化特性を解除する。
【００３０】
第１推進駆動システムの推進モーターは、負荷シェディング／安定化特性に従って調整できる。より具体的には、第１推進駆動システムの出力コンバーターは、レギュレーターによって調整するのが好ましい。レギュレーターは、常に負荷シェディング／安定化特性の必要条件を満たした上で、船舶の推進条件を満たすように第１推進駆動システムの推進モーターおよび出力コンバーターを制御する。実際、プロペラー、推進モーターおよび出力コンバーターからなる推進駆動装置は、オペレーターの命令（例えば、船舶の制御レベルから直接与えられる命令信号）に応答する。なお、分配電圧が、例えば保護フォールドバック状態時に低い場合を除いて、あるいは要求されている負荷出力が、例えば、利用できる発電能力を超えている場合を除いて、この応答によって、船舶用配電／推進システムの安定状態がくずれることはない。推進駆動システムの応答によって、船舶用配電／推進システムの安定状態がくずれた場合には、必要に応じて、この負荷を調節および／または徐々にシェディングして、分配電圧を安定化する。
【００３１】
第１推進発電システムの出力コンバーターは、電源フォールドバック／安定化特性に従って調節できる。
【００３２】
第１推進発電システムの出力コンバーターは、第１推進駆動システムの出力コンバーターおよび第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤の一方か両者に接続するのが好ましい。また、第１推進駆動システムの出力コンバーターは、第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続するのが好ましい。
【００３３】
第１発電システムの少なくとも一つの電源は、出力コンバーターによって第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続するのが好ましい。
【００３４】
区域配電サブシステムの区域エネルギー保存装置についても、出力コンバーターによって第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続するのが好ましい。いずれの場合も、出力コンバーターとしては、パルス幅変調ｄｃ／ｄｃコンバーターを利用するのが好ましい。
【００３５】
区域分配サブシステムの区域エネルギー保存装置と第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤との間のｄｃ／ｄｃコンバーターについては、電力が第１サービス分配システムから区域配電サブシステムの区域エネルギー保存装置に流れる場合には、ステップアップチョッパーとして極性化するのが好ましく、また電力が区域配電サブシステムの区域エネルギー保存装置から第１サービス分配システムに流れる場合には、ステップダウンチョッパーとして極性化するのが好ましい。
【００３６】
また、第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤については、接点をもつ保護開閉装置を有するのが好ましい。第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に第１発電システムの少なくとも一つの電源を接続する出力コンバーターについては、電源フォールドバック／安定化特性に従って調節するのが好ましく、また少なくとも一つの電気的負荷については、負荷シェディング／安定化特性に従って調節するのが好ましい。保護開閉装置の接点が開くのは、以下の場合だけである。即ち、電源フォールドバック／安定化特性と、（ａ）分配電圧間に過剰に低いインピーダンスが接続される故障、（ｂ）船舶用配電／推進システム内に自動的に発生した最優先のインタートリッピング指令、（ｃ）船舶用配電／推進システム内に手動発生した最優先のインタートリッピング指令、および（ｄ）遠隔発生した最優先のインタートリッピング指令との相互作用によって分配電圧および分配電流が許容できるレベルまで小さくなった場合である。さらに、保護開閉装置の接点が閉じるのは、次の場合だけである。過渡電流または進入電流が（ａ）電源フォールドバック／安定化特性および電源開始シーケンス、および（ｂ）負荷シェディング／安定化特性のうち一つによって制限されるように、接点両端間の電圧の極性になった場合である。
【００３７】
分配電圧については、電源フォールドバック／安定化特性の過渡負荷線機能によって、かつ負荷シェディング／安定化特性の負荷電流機能の変化速度の制限によって安定化するのが好ましい。
【００３８】
第１発電システムは、第１サービス分配システムに給電するために、複数の並列電源を備えることができる。この場合、複数の電源によって分担される定常電流は、各電源の電源フォールドバック／安定化特性の定常垂下機能によって調和を図られ、そして複数の電源によって分担される過渡電流は、各電源の電源フォールドバック／安定化特性によって調和を図られる。
【００３９】
第１発電システムの少なくとも一つの電源の出力電圧および出力電流については、電流の流れが一方向になるように調節できる。定常出力電圧は、オフロード母線電圧設定点と、定常出力電圧が定常負荷線に従うように負荷電流に比例する定常垂下成分との和である。定常負荷点を中心として過渡負荷電流が変動すると、定常負荷線の傾きよりも傾きが小さい過渡負荷線に出力電圧が従う。定常電流は、ある特定のレベルに制限される。負荷電流が過渡的に過渡電流制限レベルを超え、ある特定の過渡電流制限レベルを超えない程度に接近すると、抵抗負荷線に対して、出力電圧が過渡的に低くなり、そして定常電流が定常電流制限以下になると、定常負荷線に回復する。負荷電流が定常電流制限を連続的に越えるか、あるいは上記特定の過渡電流制限レベルを超えると、フォールドバックがかかり、再生プロセスに従って出力電圧および出力電流がほぼゼロまで小さくなり（出力電流が非常に低いレベル（例えば約２Ａ）まで小さくなり、負荷インピーダンスの検出を促進することが有利に作用する場合もある）、そして負荷インピーダンスがある特定のレベルを超えて増加するまで、出力電圧および出力電流がほぼゼロの状態を保つ。負荷インピーダンスがこの特定のレベルを超えると、最初部分的に負荷電圧が回復し、次に所望の運転点まで段階的に上昇する。
【００４０】
負荷電圧の場合、船舶用配電／推進システム内に発生した電圧過渡状態を最小限に抑えるように特定化した時間変数である準備率に従って所望運転点まで高くし、準備できる。
【００４１】
配電システムは、さらに、少なくとも一つの電源を備え、第２サービス分配システムに給電する第２発電システムを備えることができる。第２サービス分配システムの場合、分配電圧および分配電流を搬送する少なくとも一つの直流分配母線、および接点をもつ保護開閉装置を有する少なくとも一つの配電盤を配設するのが好ましい。区域配電システムの区域エネルギー保存装置は、第２サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続できる。このように構成すると、第１サービス分配システムおよび／または第２サービス分配システムから区域エネルギー保存装置のエネルギーを供給できる。
【００４２】
船舶用配電／推進システムは、さらに、推進モーターおよび出力コンバーターをもつ第２推進駆動システムを備えることができる。第２推進駆動システムに給電する第２推進発電システムの場合、発電機および出力コンバーターを有するのが好ましい。
【００４３】
第１および第２の推進駆動システムそれぞれは、各推進モーターによって駆動されるプロペラーを備えることができる。あるいは、第１および第２の推進駆動システムの推進モーターを使用して、共通のプロペラー（いわゆるタンデム式推進駆動）を駆動してもよい。タンデム式推進駆動を構成する推進モーターは一体型でもよく、あるいは分離型でもよいが、いずれも場合も、同じプロペラーシャフトシステムを共有するものである。なお、容易に理解できるように、個々の船舶は、その推進の必要条件に応じて、任意の数、および任意の構成の推進駆動装置を使用すればよい。プロペラーは従来の形式のプロペラーでよく、例えば、複数の羽をもつスクリューやダクト式ポンプジェットなどを使用することができる。
【００４４】
また、第１および第２の推進発電システムのそれぞれに、各発電機を駆動する原動機（例えば、タービンなど）を利用することができる。
【００４５】
第１および第２の推進駆動システムの推進モーターは、高温超伝導（ＨＴＳ）巻き線からなるものが好ましい。より具体的には、界磁巻き線および電気子巻き線の一方または両方を任意の好適なＨＴＳ材料から形成したケーブル、テープまたはワイヤから構成することができる（即ち、約２５Ｋ以上で超伝導特性（抵抗ゼロで、非常に高い電流密度を搬送できる特性）を保持する材料）。
【００４６】
代表的な一例を挙げれば、界磁巻き線を回転子に、そして電気子巻き線を推進モーターの固定子に配設する。あるいは、逆の構成も可能である。推進モーターの回転子および固定子の一方または両方は、また、バルク型ＨＴＳ材料で構成してもよく、容易に理解できるように、ここで使用する“巻き線”には、通常の巻き線パターンでは構成できないバルク型ＨＴＳ材料を含むものとする。例えば、バルク型ＨＴＳ材料は、英国特許出願第２４３１５１９号明細書に記載されている超伝導磁気材料の要部を構成することができるものであり、熱的手段を利用する２つの磁性固定子（例えば、反磁性や強磁性の固定子）の間で切換え可能な磁性材料の層を設け、磁場を繰り返しフラックスポンプし、バルク型ＨＴＳ材料を磁化、あるいは脱磁化させる。回転子および固定子の一方のみが超伝導巻き線をもつ場合には、他方には、例えば、通常の銅巻き線または永久磁石を配設すればよい。
【００４７】
通常運転状態では、ＨＴＳ巻き線は、３０Ｋと７７Ｋとの間の温度に保持される。こうすると、冷却材として液体ヘリウムを使用する必要がなくなり、またＨＴＳ導体が持続維持できる電流密度が、温度依存性になるからである（持続可能な電流密度は、温度が下がると、高くなる）。従って、ＨＴＳ巻き線の設計動作温度は、所望の電流密度と、対応する低温冷却プラントの実際の性能制限との間の妥協の産物である。ＨＴＳ巻き線を使用すると、通常のモーターに匹敵する例外的に高いエアギャップせん断応力で推進モーターを運転できる。
【００４８】
推進モーター単独に、あるいは複数に、第１および第２の推進駆動システムの対応する出力コンバーターによって給電することができる。
【００４９】
第１および第２の推進駆動システムの出力コンバーターを対象とする出力電子装置は、推進モーターと完全に一体化するのが有利である。出力コンバーターについては、対応する推進モーターの性能を最大化し、かつ配電システムの安定性を強化するように設計するのが好ましい。また、第１および第２の推進駆動システムの推進モーターには、静的な出力電子装置を利用した電子整流回路を配設することができる。
【００５０】
第１および第２の推進駆動システムの推進モーターは、通常、回転子および固定子を有し、この回転子は、固定子の内部または外部において同軸構成にできる。
【００５１】
少なくとも一つの直流分配母線は、超伝導ケーブルまたは母線を利用して構成できる。この超伝導ケーブルは、任意の適当なＨＴＳ材料から、あるいはこれを含んで形成したケーブル、テープまたはワイヤで構成することができる。
【００５２】
第１および第２の推進発電システムの発電機は、ＨＴＳ巻き線を有するのが好ましい。より具体的には、界磁巻き線および電気子巻き線の一方または両方は、任意の適当なＨＴＳ材料から、あるいはこれを含んで形成したケーブル、テープまたはワイヤで構成することができる。例えば、界磁巻き線は回転子に、電気子巻き線は発電機の固定子に配設することができるが、逆の構成も可能である。また、発電機の回転子および固定子の一方または両方についても、バルク型ＨＴＳ材料で構成することができる。回転子および固定子の一方のみが超伝導巻き線を有する場合には、他方を例えば従来の銅まき線または永久磁石で構成することができる。
【００５３】
ＨＴＳ巻き線を使用すると、従来の発電機に匹敵に例外的に高いエアギャップせん断応力をもって発電機を運転することができ、出力密度および効率が極めて大きくなる作用効果がある。
【００５４】
第１および第２の推進駆動システムの出力コンバーターを対象とする出力電子装置は、発電機と完全に一体化するのが有利である。また、第１および第２の推進発電システムの発電機には、静的な出力電子装置を利用した電子整流回路を配設することができる。ＨＴＳ巻き線を用いた発電機の一つの問題は、起こりうる故障電流が比較的大きいことである。この問題は、高品質の給電を維持するとともに、発電システムの安定性を強化した状態で、配電システムの故障電流を制限する出力コンバーターを利用すると解決できる。
【００５５】
容易に理解できるように、ＨＴＳ巻き線を用いた発電機および推進モーターの場合、コンパクト性が高い上に、軽量であり、そして最大の電気効率を実現でき、スロットのない電気子巻き線と併用すると、ノイズレベルおよび振動レベルを低く抑えることができる。このため、船舶に使用するのに特に好適である。また、発電機、推進モーターおよび対応する出力コンバーターは、プログラム式出力管理および洗練された劣化の方法によって配電安定性および利用性を強化できるため、好ましい。
【００５６】
第２推進発電システムの出力コンバーターは、第２推進駆動システムの出力コンバーターおよび第２サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤の一方または両方に接続するのが好ましい。また、第２推進駆動システムの出力コンバーターは、第２サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続するのが好ましい。
【００５７】
第１推進発電システムの出力コンバーターは、第２推進駆動システムの出力コンバーターおよび第２推進駆動システムの出力コンバーターに接続するのが好ましい。また、第２推進発電システムの出力コンバーターは、第１推進駆動システムの出力コンバーターに接続するのが好ましい。
【００５８】
第１推進駆動システムは、３つの給電入力を有するのが好ましく、各入力は、（例えば手動接続リンクまた他の好適な分離手段などからなるシステムによって）選択可能である。第１給電入力は、第１推進発電システムに、第２給電入力は、第２推進発電システムに、そして第３給電入力は、第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続することができる。従って、第１推進駆動システムには、第１給電入力を介して第１推進発電システムおよび／または第２給電入力を介して第２推進発電システムによって給電できる。また、第１推進駆動システムには、第３給電入力を介して第１サービス分配システムから給電することができる。第１推進駆動システムを再生モードで運転する場合には、これを利用して、第１サービス分配システムに給電することも可能である。
【００５９】
第２推進駆動システムは、３つの給電入力を有するのが好ましく、各入力は、（例えば手動接続リンクまた他の好適な分離手段などからなるシステムによって）選択可能である。第１給電入力は、第１推進発電システムに、第２給電入力は、第２推進発電システムに、そして第３給電入力は、第２サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続することができる。従って、第２推進駆動システムには、第１給電入力を介して第１推進発電システムおよび／または第２給電入力を介して第２推進発電システムによって給電できる。また、第２推進駆動システムには、第３給電入力を介して第２サービス配電システムから給電することができる。第２推進駆動システムを再生モードで運転する場合には、これを利用して、第２サービス分配システムに給電することも可能である。
【００６０】
第１および第２のサービス分配システムの配電盤を相互接続するか、クロスリンクした場合には、配電システムの両側でさらに冗長性を実現できる。
【００６１】
第１推進発電システムは、第１および第２の給電出力を有しているのが好ましく、各出力は、例えば手動接続リンクまた他の好適な分離手段などからなるシステムによって）選択可能である。第１給電出力は、第１推進駆動システムの第１給電入力に、そして第２給電出力は、第２推進駆動システムの第１給電入力に接続することができる。従って、第１推進発電システムが、第１給電出力を介して第１推進駆動システムおよび／または第２給電出力を介して第２推進駆動システムに給電を行うことができる。第１推進発電システムが、選択可能で、かつ第１サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続された第３給電出力をもつ場合には、第１サービス分配システムにも給電を行うことができる。
【００６２】
第２推進発電システムは、第１および第２の給電出力を有しているのが好ましく、各出力は、例えば手動接続リンクまた他の好適な分離手段などからなるシステムによって）選択可能である。第１給電出力は、第１推進駆動システムの第２給電入力に、そして第２給電出力は、第２推進駆動システムの第２給電入力に接続することができる。従って、第２推進発電システムが、第１給電出力を介して第１推進駆動システムおよび／または第２給電出力を介して第２推進駆動システムに給電を行うことができる。第２推進発電システムが、選択可能で、かつ第２サービス分配システムの少なくとも一つの配電盤に接続された第３給電出力をもつ場合には、第２サービス分配システムにも給電を行うことができる。
【００６３】
船舶用配電／推進システムは、少なくとも一つの配電盤を介して以下のうち一つかそれ以上によって第１サービス分配システムに給電を行うことができるように構成することができる。即ち、第１発電システム、区域配電サブシステムの区域エネルギー保存装置、再生モードで運転される推進駆動システム、推進発電システム、および例えば、海岸に設置した給電システムなどの遠隔設置の給電システムである。こうすると、冗長性がかなり高くなる。
【００６４】
第１発電システムの少なくとも一つの電源は、以下のうち一つかそれ以上であることが好ましい。即ち、ディーゼル発電機、ガスタービン発電機、蒸気タービン発電機、合成サイクル式ガス／蒸気タービン発電機、閉サイクル式（非空気取り入れ式）ディーゼル発電機、電池、燃料電池、フローセル、フライホイール発電機、超キャパシター（即ち、容量および容量エネルギー密度が非常に高いキャパシター）、および超伝導磁気エネルギー保存装置である。これは、本発明を制限するものではなく、他の電源も利用可能である。第１発電システムの少なくとも一つの電源が発電機の場合には、適宜、ＨＴＳ巻き線を用いることができる。対応する出力コンバーターの出力電子装置も、発電機と完全に一体化することができる。
【００６５】
少なくとも一つの配電盤には、分配母線、入力母線、出力母線を配設することができる。少なくとも一つの電磁動作式オフロード二極スイッチを分配母線に接続するのが好ましい。電子処理装置、全ての分配母、入力母線および出力母線上の電流センサー、全ての分配母線、入力母線および出力母線の電圧センサー、インタートリッピング入力、インタートリッピング出力およびスイッチアクチュエータの駆動装置を有する電子制御システムによって、少なくとも一つの配電盤を制御するのが好ましい。電子制御システムには、局部的な操作インターフェース装置および遠隔制御インターフェース装置を配設することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】全電気推進（ＦＥＰ）を利用した、従来の船舶用配電/推進システムを示す概略図である。
【図２】本発明の船舶用配電/推進システムを示す概略図である。
【図３】図２の船舶用配電/推進システム要部を構成する電源の出力電圧対出力電流特性を示す図である。
【図４】図２の船舶用配電/推進システム要部を構成する電気負荷の負荷電流対供給電圧特性を示す図である。
【図５】図２の船舶用配電/推進システム要部を構成する保護開閉装置を示す概略図である。
【図６】図２の船舶用配電/推進システム要部を構成する電源の出力電圧対出力電流特性を示す図であって、完全ではない負荷シェディングの効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
本発明の船舶用配電／推進システムの基本的な配置関係を図２について説明する。なお、図２に示す入力、出力、端子および相互接続の形式は、すべて二極直流式である。
【００６８】
第１推進発電システム（ＰＰＧＳ）は、発電機２を駆動して、出力コンバーター３に給電するタービン１を有する。同様に、第２ＰＰＧＳは、発電機１１を駆動して出力コンバーター１２に給電するタービン１０を有している。第１推進駆動システム（ＰＤＳ）は、推進コンバーター４によって電力流れを調節する推進モーター５によって駆動されるプロペラー６を有している。同様に、第２ＰＤＳは、推進コンバーター７によって電力流れを調節する推進モーター８によって駆動されるプロペラー９を有している。出力コンバーター３、１２はそれぞれ三組の出力端子を備え、また推進コンバーター４、７はそれぞれ三組の入力を備えている。これら端子すべては、以下に詳しく説明するように、リンク構成である。
【００６９】
発電機２、１１は高温超伝導（ＨＴＳ）回転子巻き線を備え、出力コンバーター３、１２は電気機械に完全に一体化している。即ち、発電機２、１１には、一体化出力電子装置を配設する。ＨＴＳ回転子巻き線を利用した発電機は、リアクタンスが非常に低く、これらを従来の交流配電システムに接続した場合には、通常厄介な問題の原因になる。これら問題には、高い確率で発生することが考えられる短絡故障電流、短絡故障トルク、分配電圧歪みに対する高いアドミッタンスがある。いずれもこのような発電機の設計に大きな制約になるが、一体化出力電子装置を利用すると、発電機２、１１を船舶用配電／推進システムの他の部分から有効に遮断できるため、上記の問題が解決できる上、即ち上記問題を要因とする設計制約がないため、発電機設計者の自由度が高くなる。発電機２、１１の励起は、低温システムの安全運転を考慮に入れて、運転効率および運転信頼性について最適化することができる。
【００７０】
発電機２、１１には、性能改善の点で設計者に大きな自由度を与える静的な出力電子装置を利用する電子整流回路を備えた“能動”固定子を利用することができる。出力電子装置は、モジュール式で、電気機械内に完全に一体化できるため、冷却システム、補助システム、構造および封止体を兼ねることになり、出力密度を高くできる。
【００７１】
以下に詳しく説明するように、電源フォールドバック／安定化特性に従って出力コンバーター３、１２を調節する。発電機２、１１の故障リアクタンスが低いこと、およびＨＴＳ回転子巻き線に保存されるエネルギー量が大きいことは、発電機の出力電圧が下がることがないため、重大な故障が発生したときに、対応する出力コンバーター３、１２の出力電子装置を十分迅速に保護できることを意味する。即ち、保護手段を補足しない限り、ほぼ全ての重大な故障は、対応する出力コンバーター内における永久的な破損に結果することを意味する。従って、各出力コンバーター３、１２には、多数の並列チャネルを配設し、各チャネルを例えば高速ヒューズによって保護する。換言すれば、出力コンバーター３、１２は、一連の故障モードの後に洗練された劣化が続くように設計することができる。
【００７２】
タービン１、１０は、単純なサイクルまたは複合的なサイクルで動作する、例えば蒸気タービンまたはガスタービンであればよい。ガスタービンとしては、単純サイクル、中間冷却サイクルおよび／または熱回収サイクルで動作する、単スプール式または複スプール式ガスタービンを使用することができる。なお、容易に理解できるように、具体的な環境に応じて、タービンの代わりにディーゼルエンジンおよび熱気エンジンを利用することができる。
【００７３】
推進モーター５、８はＨＴＳ回転子巻き線を用い、そして推進コンバーター４、７は電気機械に完全に一体化する。換言すれば、推進モーター５、８には、一体的な出力電子装置を配設する。船舶船体下部に懸垂配設されて潜水艦の船体外部において同軸的に推進および操船の両機能を与えるポッド内において、船舶の船体内部に推進モーター５、８を配設することができる（即ち、船尾管パッキン押さえを形成した軸線を介してプロペラーを駆動する船内モーター）。推進モーター５、８については、回転子を固定子の内側で、あるいは外側で同軸的に存在するように構成することができる。推進モーター５、８の励起は、低温システムの安全運転を考慮に入れて、運転効率および運転信頼性について最適化することができる。
【００７４】
推進モーター５、８には、性能改善の点で設計者に大きな自由度を与える静的な出力電子装置を利用する電子整流回路を備えた“能動”固定子を利用することができる。出力電子装置は、モジュール式で、電気機械内に完全に一体化できるため、冷却システム、補助システム、構造および封止体を兼ねることになり、出力密度を高くできる。
【００７５】
以下により詳しく説明するように、負荷シェディング／安定化特性に従って推進モーター５、８を調節する。
【００７６】
第１船舶サービス発電システム（ＳＳＰＧＳ）は、発電機１４を駆動して、出力コンバーター１５に給電するディーゼルエンジン１３からなる。同様に、第２ＳＳＰＧＳは、発電機１８を駆動して、出力コンバーター１９に給電するディーゼルエンジン１７からなる。複数の区域配電サブシステムそれぞれは、従来の低電圧（ＬＶ）分配システムに給電し、第１ｄｃ／ｄｃコンバーター２１および第２ｄｃ／ｄｃコンバーター２４に接続された区域エネルギー保存装置（ＺＥＳ）２２から電力を引き出す区域給電ユニット（ＺＰＳＵ）２３からなる。図２には、３つの区域配電サブシステムを図示してあるが、実際にはその数は加減することができる。
【００７７】
発電機１４、１８については、イギリス、ＣＶ２１  １ＢＵ、ワーウィックシャー、ラグビー、ボートンロードのコンバーチーム社（以下単にコンバーチームと呼ぶ）から入手できるＡＬＰＨＡ、ＢＥＴＡおよびＧＡＭＭＡクラスの巻き線形始動同期機械を利用して、配設することができる。なお、容易に理解できるように、発電機１４、１８については、船舶用配電／推進システムの具体的な必要条件に応じて、ＨＴＳ回転子巻き線および／またはＨＴＳ固定子巻き線をもつ電気機械を利用して、配設することもできる。
【００７８】
出力コンバーター１５、１９は、コンバーチームから入手できるパルス幅変調（ＰＷＭ）電圧源インバーターＶＤＭ２５０００、ＭＶ７０００、ＭＶ３０００を使用して配設することができる。容易に理解できるように、出力コンバーター１５、１９は、発電機１４、１８と完全に一体化できるように配設することも可能である。
【００７９】
また、ｄｃ／ｄｃコンバーター２１、２４およびＺＰＳＵ２３も、コンバーチームから入手できるＤＥＬＴＡモジュールを利用して配設することができる。
【００８０】
第１船舶サービス分配システム（ＳＳＤＳ）は、以下に詳しく説明する配電盤１６、２６、２８を介在させた（適宜ＨＴＳケーブルまたは母線を利用して配設することができる）直流分配母線２５、２７、２９を有する。同様に、第２ＳＳＤＳは、配電盤２０、３１、３３を介在させた（適宜ＨＴＳケーブルまたは母線を使用して配設することができる）直流分配母線３０、３２、３４を有する。図２では、第１および第２のＳＳＤＳそれぞれは、図示の区域配電サブシステムに対応して３台の配電盤からなるが、実際には加減することができる。海岸に配設した電源３９は、海岸に配設した出力コンバーター３８に接続する。
【００８１】
船舶用配電／推進システムの各構成部品は、以下のように相互接続する。
推進コンバーター４の第１入力は、相互接続線４１によって出力コンバーター３の第１出力に接続する。
推進コンバーター４の第２入力は、相互接続線４３によって出力コンバーター１２の第１出力に接続する。
推進コンバーター４の第３入力は、相互接続線４２によって配電盤１６の第１出力に接続する。
推進コンバーター７の第１入力は、相互接続線４６によって出力コンバーター３の第２出力に接続する。
推進コンバーター７の第２入力は、相互接続線４４によって出力コンバーター１２の第２出力に接続する。
推進コンバーター７の第３入力は、相互接続線４５によって配電盤２０の第１出力に接続する。
出力コンバーター１５の出力は、配電盤１６の第１入力に接続する。
出力コンバーター１９の出力は、配電盤２０の第１出力に接続する。
出力コンバーター３の第３出力は、相互接続線４７によって配電盤１６の第２入力に接続する。
出力コンバーター１２の第３出力は、相互接続線４８によって配電盤２０の第２入力に接続する。
ｄｃ／ｄｃコンバーター２１の電源端子は、配電盤１６の第２出力に接続する。
ｄｃ／ｄｃコンバーター２４の電源端子は、配電盤２０の第２出力に接続する。
配電盤１６のクロスリンク端子は、クロスリンク３５によって配電盤２０のクロスリンク端子に接続する。配電盤２６のクロスリンク端子は、クロスリンク３６によって配電盤３１のクロスリンク端子に、そして海岸に配設した電源リンク３７によって出力コンバーター３８の出力端子に接続する。
同様に、配電盤２６、２８、３１、３３は、付設した区域配電サブシステムに接続する。
同様に、配電盤２８、３３はクロスリンク４０によって接続する。
【００８２】
容易に理解できるように、“入力”および“出力”は、電力流れの正常な方向を指すものであるが、場合によっては、電力流れが、入力から出て、出力に入ることもある。例えば、通常、電力は、相互接続線４２を通って配電盤１６の第１出力から推進コンバーター４の第３入力に流れるが、推進モーター５が再生モードで回転する場合には、電力は、相互接続線４２を通って推進コンバーター４の第３入力から配電盤１６の第１出力に流れる。
【００８３】
短絡故障や低抵抗故障のさいに流れる電流を遮断するプロセスを図３について説明する。ここでは、ｄｃ／ｄｃコンバーター２１内部に故障が発生したと想定する。故障に先立って可変負荷電流が流れ、ディーゼルエンジン１３、発電機１４および出力コンバーター１５からなる電源の保護作用が、この故障を遮断するものと考えられる。なお、以下の説明は、船舶配電／推進システム内部のどこかで発生する恐れのある故障にも、そして船舶配電／推進システムに給電する任意の電源にも同様に適用することができる。
【００８４】
図３は、ディーゼルエンジン１３、発電機１４および出力コンバーター１５からなる電源の可変出力電流に対する出力電圧の特性を示す図である。ディーゼルエンジン１３は、通常の調速機によって調速し、任意の回転速度で回転するように設定する。発電機１４は、通常の自動電圧調節機（ＡＶＲ）によって調節し、発電機の出力電圧は、任意のレベルに調節する。出力コンバーター１５は、図３に示すフォールドバック／安定化特性に従って（図示しない）調節機によって調節する。なお、この特性は、通常調速機およびＡＶＲの作用から実質的に独立している。出力コンバーター１５を調節するためには、任意の形式の調節機を利用することができるが、好ましい形式は、プログラム式デジタル調節機である。
【００８５】
出力コンバーター１５の調節機にオフロード母線電圧設定点を設定し、フォールドバック／安定化特性のその他の全ての領域をこれから誘導する。通常運転時、ｄｃ／ｄｃコンバーター２１の負荷電流が徐々に増加すると、出力コンバーター１５の出力電流も徐々に増加し、そして出力コンバーター１５の出力電圧が、定常垂下に従って、設定点に対して垂下する定常負荷線に従って減少する。定常垂下は、出力電流に比例するか、あるいは他の適当な特性に一致するものである。高速調節機の作用により、負荷電流および等価出力電流が過渡的に変化するため、出力電圧が定常負荷線から変位する。出力電流および出力電圧の定常平均値が、図３に示す定常負荷点にあり、出力電流が定常負荷点を中心として過渡的に動揺した場合には、出力電圧が例として示した定常負荷点を中心とする過渡負荷線に一致することになる。過渡的負荷線は、図３において、定常負荷点の両側に伸びる点線矢印で示す。この負荷線は、出力電流の過渡的同様に比例するか、あるいは他の適当な特性に一致する程度だけ、定常負荷線から変位することができる。
【００８６】
出力電圧が下がって、出力電流の瞬間レベルが過渡的電流制限を越えないように、出力電流は、高速の遮断過渡的電流制限を受ける。また、出力電圧が下がって、出力電流の定常平均レベルが抵抗電流制限を越えないように、負荷電流も、定常電流制限を受ける。負荷抵抗が、定常フォールドバック特性の傾き未満になった場合には、フォールドバックが作用する。これは、過渡的出力電流が、出力電圧に依存するレベルまで小さくなることを意味する。この依存状態により、出力電流および出力電圧が再生的に小さくなる。再生作用は、出力電流および出力電圧がほぼゼロになる点に集中する。故障が、定常出力電流が定常電流制限に近づいた時点で作用するさいには、過渡的電流制限作用によって出力電圧が減衰するまで、出力電流が急速に増大する。次に、フォールドバックが作用し、出力電流および出力電圧がゼロになると、故障が遮断されることになる。実際のフォールドバック特性は、過渡的電流制限の最小レベルが、以下に説明する理由でゼロではない、小さいにレベルになる特性である。
【００８７】
電流が実際に遮断された時点で、ゼロではない小さいレベルの出力電流がｄｃ／ｄｃコンバーター２１によって表される負荷に流入し、配電盤１６の保護開閉装置に流れる。この開閉装置が開き、このゼロではない小さいレベルの電流を遮断できると、他の負荷がない場合には、分配電圧が高くなる。
【００８８】
他の負荷がない場合には、分配電圧が高くなった時点で、故障が取り除かれたことがわかる。分配電圧が高くなった時点で、負荷抵抗が定常フォールドバック特性の傾きよりも増大しているため、フォールドバックの再生作用が解除され、分配電圧が設定点によって設定されたレベルに戻る。
【００８９】
付加的な負荷が、ｄｃ／ｄｃコンバーター２１に並列接続されている場合、この負荷によって表される抵抗が定常フォールドバック特性の傾き未満にあるならば、このフォールドバックは解除されない。複数の負荷を並列接続し、故障遮断および故障を取り除いた後にこれらの運転を再開する必要がある場合には、分配電圧が通常の運転レベル以下に下がった時点で負荷をシェディングし、フォールドバックを解除する必要がある。
【００９０】
本発明のフォールドバック／安定化特性によれば、保護開閉装置をゼロに近い電流、ゼロ電圧の条件で運転できるため、複雑なアーク制御装置を使用して直流を相殺する従来の開閉装置を使用する必要がない作用効果が得られる。また、それぞれの電源出力特性を高速作動調節機機能および出力電子装置によって制御することができるため、複数の本質的に異なる形式の電源の並列接続が容易になる。このように、本質的に異なる形式の発電機の自然なインピーダンスおよび応答特性を分離できる。
【００９１】
対応する負荷シェディング／安定化特性を図４について詳しく説明する。説明の便宜を図るため、図３について説明した同じ故障がｄｃ／ｄｃコンバーター２１内に発生し、付加的な負荷が、プロペラー６、推進モーター５および推進コンバーター４からなる推進駆動装置によって表されるものとする。これは、ｄｃ／ｄｃコンバーター２１および付加的な負荷が並列接続していることを意味する。故障に先立って可変負荷電流が流れ、ディーゼルエンジン１３、発電機１４および出力コンバーター１５からなる電源の保護作用によって、故障を遮断するものとする。
【００９２】
ｄｃ／ｄｃコンバーター２１内に故障が発生する前、出力コンバーター１５の出力電流は、ｄｃ／ｄｃコンバーター２１と推進駆動装置によって引き出される負荷電流の和である。推進駆動装置負荷は、推進コンバーター４を制御する調節機によって調節される。推進駆動装置負荷は、一定の推進力を得るか、あるいはその他の任意の運転必要条件を満足するように調節することができるが、推進力を一定とした方が、負荷シェディングスラッシュ安定化特性の説明には役立つ。一定の推進力を推進コンバーター４によって引き出す場合には、その負荷電流は、供給電圧に実質的に反比例する。なお、供給電圧が低下すると、負荷電流が増大するため、一定の推進力を維持できる。推進コンバーターが、供給電流制限機能をもち、推進コンバーターが定格化出力にあり、そして供給電圧が定格化最小値以下になったときに、定格化電流制限を越えないようにすることは知られている。図４に、一定出力下にある供給電圧および負荷電流について３つの曲線を示す。最も上の一定の出力曲線は、“一定の定格化出力”に特異的なもので、これが、定格化電流および定格化負荷の最小電圧を示す線と交差する。供給電圧がこの交点以下になると、負荷電流は、最初は、定格化電流制限レベルで一定に保持され、推進負荷出力が供給電圧と共に一定の割合で小さくなる。供給電圧が負荷シェディング閾値以下になると、負荷シェディングが作用し、負荷電流が既知の定格化電流制限から逸脱し、第１の供給電圧依存電流制限に従って調節される。これは、推進負荷出力が、供給電圧に比例する以上の高い法則に従って減少することを意味する。供給電圧が特定の絶対最小負荷電圧まで下がるまで、負荷シェディングが作用する。この絶対最小負荷電圧未満では、故障の結果、および電圧トリッピングが発生するため、分配電圧が減衰すると考えられている。
【００９３】
アンダーな電圧トリップが発生した場合、推進駆動装置が、その供給電流が推進コンバーター４によってオフに切換わり、かつ推進駆動装置が制御下にある制御状態を維持するため、一旦故障状態が取り除かれると、直ちに再始動することができる。また、負荷シェディングが解除される特定のレベルに供給電圧が増加するまで、推進駆動装置は、この制御状態を維持し、かつ通常の（電流に制限されない）動作が再開するまで、負荷電流が第２の供給電圧依存電流制限に従って増加する。
【００９４】
以上の負荷シェディング特性は、推進駆動装置やその他の負荷が、供給電圧が所定の制限内にあることを条件にして、電源から有効に出力を引き出すさいに有利に作用する。ここで、“一定の小さな出力曲線”は、負荷電流の曲線が定格化電流制限および負荷シェディング閾値の線と交差する点に供給電圧が下がるまで、どのようにすれば供給電流が制限から自由になれるかを示す。また、“許容される低供給電圧で一定な小さな出力”曲線は、“定格負荷の電圧”の範囲よりもかなり低い供給電圧での比較的低い出力で推進駆動装置が運転される場合どのようにすれば供給電流が制限から自由になれるかを示す。例えば、５ｋＶの公称供給定格の中電圧駆動装置の、例えば７５０Ｖの公称供給電圧定格をもつＳＳＤＳ電源から運転できる能力は、本発明によって実現でき、従来の船舶用配電／推進システムに対して顕著な技術上の作用効果を発揮する。さらに、本発明における“絶対最小負荷電圧”未満の負荷シェディング特性は、保護開閉装置に、故障をクリアするために開くことが指示されている条件で、電源フォールドバックを解除するさいに有利に作用する。
【００９５】
負荷シェディング／安定化特性の別な態様によれば、負荷を調節して、駆動システム内部の供給電圧の過渡的な変動やその他の動揺に応答して発生する場合がある負荷電流の変化率を最小限に抑えることができる。この場合、（最小レベルと公称レベルとの間にある供給電圧における）“代表的な定常負荷点”で負荷を運転し、かつ供給電圧が変動する場合、負荷電流は一定の出力レベルから逸脱し、“代表的な定常負荷点を中心とする過渡的負荷線”に従うことになる。当業者ならば、不安定性を招くことなく、特定な動的電源抵抗をもつ電源に適用できる最小動的負荷抵抗が、動的電源抵抗の関数であることを認識できるはずである。即ち、動的負荷抵抗があまりにも低い場合には、分配電圧を安定化できない。従って、本発明の負荷シェディング／安定化特性は、動的電源抵抗に対して動的負荷抵抗が十分に大きくなることを確保し、分配電圧安定性を確保するために必要な手段になる。なお、“動的電源抵抗”および“動的負荷抵抗”は、分配電圧を安定化するために、実際の物理的抵抗およびその結果としての電力散逸を利用しなければならないことを意味するものではない。逆に、これらは、等価な受動的成分の効果および伝達機能を模倣する古典的な制御機能を指すものである。また、負荷シェディング／安定化特性は、一つ以上の負荷を共通結合点に並列接続することに役立ち、負荷の分担が、広い範囲の供給電圧にわたって有効になる。負荷群および電源群を並列接続する場合、電源群が経験する全動的負荷抵抗は、負荷特性の並列接続であり、これらについては、最大設計動的電源抵抗で安定な運転を実行できるように、プログラムを設定することができる。並列接続電源を配電網に加えると、動的電源抵抗が高くなり、安定性の余裕が増す。
【００９６】
図２の配電構成の場合、普通ｄｃ／ｄｃコンバーター２１、２４を呼び出し、時間の一部に関する負荷として、そして時間のその他の部分に関する電源として運転する。ＺＥＳ２２を充電するか、および／またはＺＰＳＵ２３に給電する場合、ｄｃ／ｄｃコンバーター２１、２４の調節機は、上記の負荷シェディング／安定化特性を満足する必要がある。ＺＥＳ２２がｄｃ／ｄｃコンバーター２１、２４を介してＳＳＤＳに給電する場合、ｄｃ／ｄｃコンバーター２１、２４の調節機が、上記のフォールドバック／安定化特性を満足する必要がある。これら特性の間には、ステップレスの双方向伝達が必要である。推進駆動装置には、双方向に出力を流す特性が必要である。
【００９７】
電源が必要ない場合、あるいは電源が別な電源から出力を受け取らない場合、図３に示すフォールドバック／安定化特性の逆流防止領域を利用する。この手段によって、予め存在する供給電圧を電源の出力に接続することができ、また上記特性の逆流防止領域を解除し、かつ電源が出力するまで、その出力電圧を段階的に上げることができる。逆流防止機能は、電流を流入させることなく、あるいは電源が交流分配システムに通常対応する複雑な同期装置を利用することなく、電源出力にＳＳＤＳの開閉装置を閉じることができる作用効果をもつ。
【００９８】
配電盤１６、２６、２８、３０、３１および３３内部の保護開閉装置の動作について、図５を参照して説明する。なお、以下詳しく説明する理由から、図５については、図１に示した単線構成ではなく、完全な複極構成で図示してある。配電盤１６、２６、２８、３０、３１および３３の機能は、総体的なプロセスに従うもので、この総体的な機能を説明するが、具体的な配電盤内部の正確な回路には詳しく言及しない。具体的な配電盤の詳しい回路は、切り換え入力数および出力数に関してのみ、図５に示した総体的な配電盤と異なっている。なお、配電盤については、任意の入力数および出力数で構成することができる。
【００９９】
図５の総体的な配電盤は、複数の出力端子を有する。出力端子の半分（即ち、端子１０１、１０５、１０８、１１０、１１２）は、直流システムの正（＋）極に対応する。出力端子の残りの半分（即ち、端子１０２、１０６、１０７、１０９、１１１）は、直流システムの負（−）極に対応する。
【０１００】
２つの分配母線を配設する。第１母線１０３は、直流システムの正極に対応し、そして第２母線１０４は、直流システムの負極に対応する。多数の個々のリンクが、出力端子を第１および第２の母線１０３、１０４に接続する。リンクの半分（即ち、リンク１１３、１１７、１１６）は、直流システムの正極に対応する。リンクの残りの半分（即ち、リンク１１４、１１８、１１５）は、直流システムの負極に対応する。
【０１０１】
配電盤は、２つの複極モーター駆動スイッチ１１９、１２０および制御システムを有する。制御システムは、電子処理装置１３９、直流システムの正極に対応する第１の直列式電流センサー１２９、１３７、１３２、１３４、１３６、直流システムの負極に対応する第２の直列式電流センサー１３０、１３８、１３１、１３３、１３５、直流システムの正極に対応する第１の直列式電圧センサー１２８、１２１、１２３、１２５、直流システムの負極に対応する第２の直列式電圧センサー１２７、１２２、１２４、１２６、局部オペレーターインターフェース装置１４０、遠隔式制御インターフェース装置１４３、およびそれぞれスイッチ１１９、１２０に対応する２つのインタートリッピングインターフェース装置１４１、１４２を有する。
【０１０２】
電子処理装置１３９は、コンバーチームから入手できるＰＥＣｅマイクロコントローラーを利用して、配設することができる。スイッチ１１９、１２０は、専用のモーター駆動式モジュールケース、および好ましくはＰＥＣｅマイクロコントローラーにインターフェース接続したシャシ形高速直流遮断機を利用して配設することができる。
【０１０３】
リンク１１３、１１７、１１６、１１４、１１８、１１５は手動ボルト式リンクで、使用者が、船舶用配電/推進システムの部分を分離できるものであるが、望む場合には、これらリンクの代わりに、複極式モーター駆動スイッチを利用することができる。
なお、説明の便宜上、出力端子１１１、１１２は、電源に接続するものとし、そして出力端１０９、１１０は、負荷に接続するものとする。
【０１０４】
開閉装置の運転プロセスを制御システムに詳しく言及せずに、以下により詳しく説明する。
【０１０５】
負荷に低抵抗故障が発生した場合、故障電流が出力端子１１２に入り、分配母線１０３を通り、出力端子１１０から出、出力端子１０９に戻り、分配母線１０４を通り、出力端子１１１から流出する。回路は、複極式スイッチ１１９、１２０によって完成する。制御システムは、故障が負荷に発生したかを判定できるもので、ゼロ電流がこのスイッチに流れたときにのみ、複極式スイッチ１１９を開くことによって保護シーケンスを促進する。なお、複極式スイッチ１２０も、ゼロ電流がこのスイッチに流れたときに、開くものであるが、これは、他の負荷を分配母線１０３、１０４によって電源に接続した場合には好ましくない。というのは、これら負荷は、上記故障を遮断し、取り除いた後の電源からの出力流れの再開に依存するからである。
【０１０６】
制御システムによって実現される作用効果のいくつかについて以下説明する。
【０１０７】
電子処理装置１３９は、電流センサー１２９〜１３８および電圧センサー１２１〜１２８が発生した信号を十分速い応答速度で繰り返しサンプリングし、故障の性質を判定できる。低抵抗故障について説明してきたが、この故障の存在およびその性質は、電圧センサー１２３、１２４とともに電流センサー１３６、１３４、１３３、１３５によって確認できる。フォールドバックプロセスが再生モードになり、そして故障電流が遮断される前に、故障電流の検出を行う限り、電流検出があれば、故障の開始および位置を確認するにはそれで十分である。一旦フォールドバックが再生モードになると、故障電流は遮断され、分配電圧がほぼゼロまで減衰し、電子処理装置１３９が、スイッチを開けても安全であるかを判定し、スイッチ１１９を開く。以上簡単に説明したように、電子処理装置１３９が、故障の前に、他の負荷に給電されていたことを認識している場合には、スイッチ１２０に優先して、通常スイッチ１１９が開く。他の負荷の存在は、センサー１２９、１３２、１３７、１３０、１３１、１３８による負荷電流の検出によって検出されることになる。
【０１０８】
なお、このような電子処理装置１３９および広範囲に配設したセンサーがあれば、広い範囲の他のタイプの故障を発見でき、またこれら故障があると、直流システムの正負極に非対称的な電流の流れが発生する。例えば、接地故障がある場合には、電流が一方の極にのみ流れることが知られている。同様に、非対称的な電圧が発生するのは接地故障がある場合である。従って、電源出力電流が過剰でないときに、制御システムがフォールドバック特性を発揮させることが必要であり、またこれは、インタートリッピングのプロセスによって行われる。電子処理装置１３９が、電流が流れ、分配電圧が存在する場合に任意の特定のスイッチを開く必要があると判定した場合には、まずインタートリッピングを起こす必要がある。図５において、インタートリッピング信号１４１、１４２が、それぞれ端子１１２、１１１に接続された電源、および端子１１０、１０９に接続された負荷に連絡するように割り当てられる。インタートリッピング信号がインターフェース１４２への出力の場合、端子１１２、１１１に接続された電源は、そのフォールドバック特性を発揮する必要があり、フォールドバックを遮断インタートリッピング信号の受信によって開始する。別な場合、負荷における重大な故障は、インタートリッピングを正当化するものである。この場合、電子処理装置１３９によって、インタートリッピング信号１４１の受信が、インタートリッピング出力１４２を利用して、電源をインタートリップする必要があるとして遮断されることになる。
【０１０９】
別な場合、電子処理装置１３９は、特に、局部オペレーターインターフェース１４０が発生するオペレーター指令および遠隔制御インターフェース１４３によって連絡される、外部発生指令を含む他の指令に応答して、インタートリッピングシーケンスを発生することができる。なお、このような電子処理装置１３９には、船舶用配電/推進システムのすべての電源をインタートリップするグローバルインタートリッピングインターフェース装置を設けることができる。また、スイッチ１１９、１２０が誤って開かないように構成する必要があり、電子処理装置１３９によってインタートリップやインターロックする必要がある。このようなスイッチは、手動で逆動作できる機能をもっていてもよく、インタートリッピングは、早期遮断、機械的インターロックや電子処理装置との適当なインターフェースにより開始することができる。
【０１１０】
なお、（例えば海軍船舶や潜水艦などに使用される）本発明の大形船舶用配電/推進システムには、このタイプの多数の配電盤を配設することができる。船舶用配電/推進システムは物理的に広く、正負極間にかなりのキャパシタンスがある。実際の負荷も、正負極間にキャパシタンスをもち、負荷シェディングは完全ではない。また、図３を参照して説明したフォールドバック/安定化特性は、これら問題を想定しておらず、実際の特性については図６に示す。この実際的な特性の場合、フォールドバックを解除した場合の電圧および電流の軌跡は、故障を取り除いた後の分配電圧の回収から発生する電流の存在を示すものである。
【符号の説明】
【０１１１】
２：発電機、
３：出力コンバーター、
４：出力コンバーター、
５：推進モーター、
１４：電源、
１５：出力コンバーター、
１６：配電盤、
２３：区域電源ユニット。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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