(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力線で搬送通信する電力線搬送通信装置を電力系統に接続し、エンジンで発生された電力を電力変換器を経て前記電力系統に供給する船舶の主機軸駆動発電システムであって、前記電力変換器の出力側に接続される高調波低減用でかつ線間電圧の歪み波形改善用のリアクトルと、このリアクトルの出力側に接続するコンデンサと、このコンデンサの他端をアースして高調波発生源の前記電力変換器から電力線に伝搬するノイズを抑制させ、さらに前記歪み波形改善用のリアクトルと前記コンデンサとの接続点と前記電力系統への接続点との間に、リアクトルとこのリアクトルと並列に接続した抵抗器を挿入し、前記電力変換器から電力線に伝搬するノイズの抑制及び電力線搬送通信の信号の減衰を防ぎ、有害な共振を効果的に回避して通信不能を防止できることを特徴とするノイズ抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力線搬送通信装置が電力系統に接続された発電システムや電動機駆動システムまたは船舶の主機軸駆動発電システムにおいて、電力線搬送通信への妨害ノイズを防止するノイズ抑制装置装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発電システムや電動機駆動システムの一例を図９の電力系統システムを参照して説明する。
【０００３】
図９に示すように、電力変換器１はリアクトル２及び遮断器３を介して電力系統１０に接続され、電動機７などの負荷に遮断器６を介して電力を供給している。また、通常その電力系統１０には電力線搬送通信装置８や他の電力線搬送通信装置９がそれぞれ遮断器４及び遮断器５を介して接続されている。この通信装置は、電力系統１０の電力線と対地との間を伝送路として互いに信号のやりとりを行っている。
【０００４】
一般的に、電力変換器１は高調波を発生するので、電力線の電圧波形は歪むことになる。その電力線の線間電圧歪み波形の改善の目的でリアクトル２が用いられている。しかし、電力変換器１は高調波だけでなく、電力線搬送通信を妨害するノイズも電力線と大地との間に発生させるため、このノイズ防止のために従来では、例えば特許文献１に示されているように電力系統の適当な所にコンデンサを接続し、そのコンデンサの他端を接地して電力線搬送通信の妨害ノイズを抑制する対策か、または絶縁トランスを設置してノイズの発生側電力系統と電力線搬送通信側の電力系統を分離させてノイズの影響を少なくする対策が一般的であった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１２１９８８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来は、電力線搬送波通信の系統にコンデンサを設置することで電力変換器からのノイズ防止の対策を行っていたが、コンデンサではノイズを抑制させるだけでなく本来必要な電力線搬送通信の信号も同時に減衰させてしまうという欠点があった。電力線搬送通信の信号が減衰すると、通信の誤動作を引き起こすことがあり、このためノイズ対策用コンデンサの設置は根本的な解決に至らなかった。また、もう一つの対策である絶縁トランスの設置は、ノイズ発生側の電力系統と電力線搬送通信の電力系統とを分離させるために電力変換器の容量に見合った非常に大きな絶縁トランスを設置せねばならず、トランス自体が高価であるばかりか、重量も極めて大きく、しかも大きな設置スペースを必要とするという欠点があった。
【０００７】
本発明は、上記状況に対処するためになされたもので、その課題は、小型でしかも効果的な発電システムや電動機駆動システムまたは船舶の主機軸駆動発電システムに用いるノイズ抑制装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１記載のノイズ抑制装置は、電力線で搬送通信する電力線搬送通信装置を電力系統に接続し、エンジンで発生された電力を電力変換器を経て前記電力系統に供給する船舶の主機軸駆動発電システムであって、前記電力変換器の出力側に接続される高調波低減用でかつ線間電圧の歪み波形改善用のリアクトルと、このリアクトルの出力側に接続するコンデンサと、このコンデンサの他端をアースして高調波発生源の前記電力変換器から電力線に伝搬するノイズを抑制させ、さらに前記歪み波形改善用のリアクトルと前記コンデンサとの接続点と前記電力系統への接続点との間に、リアクトルとこのリアクトルと並列に接続した抵抗器を挿入し、前記電力変換器から電力線に伝搬するノイズの抑制及び電力線搬送通信の信号の減衰を防ぎ、有害な共振を効果的に回避して通信不能を防止できることを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の発明によると、発電システムや電動機駆動システムまたは船舶の主機軸駆動発電システムにおいて、非常に高価で重量や外形が過大な絶縁トランスを用いなくても電力線搬送通信を妨害するノイズを効果的に除去することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る電力系統システムの構成図であり、既に説明した図９の従来の電力系統システムと異なる構成は、ノイズ抑制装置を設けた点にあり、その他の構成は図９と同一であるので、同一構成部分には同一符号を付して、その説明は省略する。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態ではノイズ抑制効果をもつノイズ抑制装置を設けている。すなわち、線間電圧の歪み波形改善用リアクトル２の出力点にフィルタ用コンデンサ１２を接続し、このコンデンサの他端を接地することにより電力線搬送通信の妨害ノイズを抑制するとともに、線間電圧の歪み波形改善用リアクトル２とフィルタ用コンデンサ１２との接続点と電力系統１０への接続点との間にインピーダンス１３を挿入することによって電力系統１０での電力線搬送通信信号の減衰を防止するように構成したものである。
【００１５】
次に、本実施形態のノイズ抑制装置によるノイズ抑制効果の動作原理を図２の回路図を参照して説明する。
図に示すように、線間電圧の歪み波形改善用リアクトル２は、本来、線間に発生する高調波を抑制するために用いるが、そのリアクトルを用いて電力線搬送通信を妨害するノイズも抑制させている。ここで、Ｖ1 は電力変換器出力の対地間に発生するノイズ、Ｖ2 は電力線通信系統に伝わるノイズ、Ｖ3 は電力線搬送通信装置に伝わるノイズである。
【００１６】
電力線搬送通信側の系統は、電力系統のインダクタンス１５と電力系統の対地間静電容量１４とに近似できるが、電力線にインピーダンス１３を挿入することにより電力線搬送通信系統の影響は軽微なものと考えることができるので、線間電圧の歪み波形改善用リアクトル２のインダクタンスの値Ｌ1 （ヘンリー）とフィルタ用コンデンサ１２の静電容量の値Ｃ1 （ファラッド）によって、ノイズＶ1 は以下に示すＬＣフィルタの効果で、ノイズＶ2 へ抑制されることになる。
【００１７】
つまり、図２において、電力線にインピーダンス１３を挿入することによって、電力線搬送通信系統の影響を軽減して考えることができるので、
Ｖ2 ／Ｖ1 ＝１／絶対値［１−ω2 ・Ｌ1 ・Ｃ1 ］………（１）
となる。
【００１８】
ただし、ωは対象とする周波数の角速度であり、一般的にフィルタとしては、ω2 ・Ｌ1 ・Ｃ1 を１より十分大きな値に選定するため、上記（１）式の分母の絶対値［１−ω2 ・Ｌ1 ・Ｃ1 ］＞１であり、その結果、Ｖ2 ／Ｖ1 ＜１となる。線間電圧の歪み波形改善用リアクトル２のインダクタンスの値Ｌ1 （ヘンリー）とフィルタ用コンデンサ１２の静電容量の値Ｃ1 （ファラッド）により、ノイズＶ1 はＬＣフィルタ効果でノイズＶ2 へと減衰させることができる。
【００１９】
図３は図１のノイズ抑制装置による電力線搬送通信信号の減衰防止効果を説明する回路図である。
図３において、Ｖ4 は電力線搬送通信装置９から出力される信号、Ｖ5 は電力系統１０に伝わる信号、Ｖ6 は電力変換器の対地間に伝わる信号である。
【００２０】
電力線搬送通信装置９から別の電力線搬送通信装置８へ信号伝送している場合、電力系統は図のように電力系統のインダクタンス１５と電力系統の対地間静電容量１６とに近似できる。信号Ｖ4 は電力系統のインダクタンス１５と電力系統の対地間静電容量１６を介してＬＣフィルタ効果で信号Ｖ5 に変換されて伝達することになるが、電力系統に与えるインピーダンス１３が存在しなかった従来方式において、このインピーダンス１３を無視するので、電力系統の対地間静電容量１６にはフィルタ用コンデンサ１２が加算されることにより、全体の対地間静電容量が増大する。その結果、電力系統のインダクタンス１５の値Ｌ3 （ヘンリー）と静電容量の合計値Ｃ1 ＋Ｃ2 （ファラッド）とによって、以下のように、ＬＣフィルタの効果で信号Ｖ4 は信号Ｖ5 へ大きく減衰してしまうことになる。
【００２１】
つまり、図３において、
Ｖ5 ／Ｖ4 ＝１／絶対値［１−ω2 ・Ｌ3 ・Ｃ2 ］………（２）
であるが、電力線に挿入するインピーダンス１３が存在しない従来方式においては、静電容量の合計がＣ1 ＋Ｃ2 （ファラッド）となるので、
Ｖ5 ／Ｖ4 ＝１／絶対値［１−ω2 ・Ｌ3 ・（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）］…（３）
となってしまう。
【００２２】
一般的に、フィルタ用コンデンサ１２の静電容量の値Ｃ1 は、電力系統の対地間静電容量１６の値Ｃ2 よりかなり大きく、電力系統のインダクタンス１５の値Ｌ3 も実績値から考えると、上記（３）式の分母である絶対値［１−ω2 ・Ｌ3・（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）］＞＞１となり得る関係にある。その結果、Ｖ5 ／Ｖ4 ＜＜１となるので、インピーダンス１３の無い従来方式においては、電力系統１０に伝わる信号Ｖ5 は元の出力信号Ｖ4 に比べて減衰することが起きていた。
【００２３】
このように従来方式のフィルタ用コンデンサ１２を付けた対策では、ノイズだけではなく通信信号も減衰させてしまうことになるので、通信ができなくなってしまうことがあり、その改善が望まれていた。
【００２４】
そこで、本来、高調波低減の目的で装備される線間電圧の歪み波形改善用リアクトル２を用い、これにフィルタ用コンデンサ１２を接続しノイズを抑制させるとともに、電力系統にインピーダンス１３を挿入することにより、電力系統の対地間静電容量１６とフィルタ用コンデンサ１２との静電容量を各々分離し、信号の減衰を防止させるように構成したのが、本発明であり、電力線搬送通信の系統における通信不能を防ぎ、信頼性を向上させる効果がある。
【００２５】
上述したように、本実施形態のノイズ抑制装置は、発電システムや電動機駆動システムにおいて、非常に高価で重量や外形が過大な絶縁トランスを用いなくても電力線搬送通信を妨害するノイズを効果的に除去できるので、コスト削減と通信の信頼性の向上に大きな効果を発揮することができる。
【００２６】
図４は本発明の第２実施形態に係る船舶用の主機軸駆動発電システムの構成図であり、自家発電システムと電動機駆動発電システム以外の船舶用の主機軸駆動発電システムにノイズ抑制装置を適用した場合である。
【００２７】
図に示すように、本実施形態では、メインエンジン１８により軸発電機１９とプロペラ１７を回転する。軸発電機１９の回転により発電した電力は、コンバータ用電力変換器２０、インバータ用電力変換器２１から線間電圧の歪み波形改善用のリアクトル２を経て、フィルタ用コンデンサ１２とインピーダンス１３からなるノイズ抑制装置を経過して船内母線である電力系統１０へ供給されるように構成されている。この船内母船である電力系統１０には電力線搬送通信装置８及び９が接続されている。なお、本実施形態のノイズ抑制装置によるノイズ抑制効果は、図１ないし図３と同一であるので、その説明は省略する。
【００２８】
上述したように、本実施形態のノイズ抑制装置は、船舶の主機軸駆動発電システムにおいて、非常に高価で重量や外形が過大な絶縁トランスを用いなくても電力線搬送通信を妨害するノイズを効果的に除去できるので、コスト削減と通信の信頼性の向上に大きな効果を発揮することができる。
【００２９】
図５は本発明の第３実施形態に係る船舶用の主機軸駆動発電システムの構成図である。
図に示すように、本実施形態は、図１及び図４のノイズ抑制装置として、線間電圧の歪み波形改善用のリアクトル２とフィルタ用コンデンサ１２との接続点と、電力系統１０への接続点との間にリアクトル２２を挿入しているが、このリアクトル２２は一般的にはインピーダンスで構成することができる。このように構成することによって電力線搬送通信信号の系統における通信不能を効果的に防止できる。特に、電力系統に挿入するインピーダンスをリアクトル２２で構成することで、商用周波数での電力ロスが少なく、かつ電力線搬送通信で用いる高い周波数においては高インピーダンスを得ることができるので、小型化が可能であり、コスト的にも大いに有利である。
【００３０】
上述したように、本実施形態のノイズ抑制装置は、船舶の主機軸駆動発電システムにおいて、非常に高価で重量や外形が過大な絶縁トランスを用いなくても電力線搬送通信を妨害するノイズを効果的に除去できるので、コスト削減と通信の信頼性の向上に大きな効果を発揮することができる。
【００３１】
図６は図５のノイズ抑制装置によるノイズ抑制効果を説明するための回路図である。
図に示すように、線間電圧の歪み波形改善用のリアクトル２は、本来、線間に発生する高調波を抑制するために用いるが、そのリアクトルを用いて電力線搬送通信を妨害するノイズも抑制させている。ここで、Ｖ1 は電力変換器１の出力の対地間に発生するノイズ、Ｖ2 は電力線通信系統に伝わるノイズ、Ｖ3 は電力線搬送通信装置９に伝わるノイズである。つまり、電力線にリアクトル２２を挿入することによって、電力線搬送通信系統の影響は軽微なものになると考えられるので、線間電圧の歪み波形改善用リアクトル２のインダクタンス値Ｌ1 （ヘンリー）とフィルタ用コンデンサ１２の静電容量値Ｃ1 （ファラッド）とのＬＣフィルタの効果により、ノイズＶ1 はＶ2 へと抑制させることができる。
【００３２】
次に、図５のノイズ抑制装置による電力線搬送通信信号の減衰防止効果を図７を参照して説明する。
図７において、電力線搬送通信装置９から別の電力線搬送通信装置８へ信号伝送している場合、電力系統は図のように電力系統のインダクタンス１５と電力系統の対地間静電容量１６とに近似できる。Ｖ4 の信号は電力系統のインダクタンス１５と電力系統の対地間静電容量１６を介してＶ5 に変換されて伝達することになる。ここで、Ｖ4 は電力線搬送通信装置９から出力される信号、Ｖ5 は電力線通信系統に伝わる信号、Ｖ6 は電力変換器の対地間に伝わる信号である。
【００３３】
ところで、電力系統に与えるリアクタンス２２が存在しなかった従来方式では、このリアクタンス２２を無視するので、電力系統の対地間静電容量１６にはフィルタ用コンデンサ１２が加算されることにより、全体の対地間静電容量が増大し、その結果、電力系統のインダクタンスとこれらの静電容量とによって信号はＬＣフィルタの効果で大きく減衰してしまうことになる。
【００３４】
図８は本発明の第４実施形態に係る船舶用の主機軸駆動発電システムの構成図である。
図に示すように、本実施形態では、図５のノイズ抑制装置のように電力系統にインピーダンスとしてリアクトル２２を挿入するが、このリアクトル２２と並列に抵抗器２３を接続した構成によって、電力系統からの電力線搬送通信信号の減衰を防止するとともに、さらに有害な共振を効果的に回避したものである。
【００３５】
上述の第３実施形態のように、リアクトル２２だけでも十分な効果が発揮できるが、このリアクトル２２だけでは電力系統の対地間静電容量やインダクタンス等の分布状況によって予期せぬ共振が発生してしまい、ノイズの増幅や信号の減衰が起こり、電力線搬送通信が支障を受けることも考えられる。
【００３６】
そこで、本実施形態は、リアクトル２２に抵抗器２３を並列接続した構成とすることで、リアクトル２２に関わる周波数特性を変化させ、有害な共振点を目的の周波数から移動させること、あるいは共振自体を低減可能としたものである。また、電力のほとんどがリアクトル側を通過するために、抵抗器側の発熱はわずかであるので、安価な抵抗器を接続することにより、有害な共振を効果的に回避することができる。さらに、この抵抗体にに可変抵抗器を用いれば、周波数特性を連続的に変化させることが可能であり、共振回路の調整が容易となる。
【００３７】
上述したように、本実施形態のノイズ抑制装置は、船舶の主機軸駆動発電システムにおいて、非常に高価で重量や外形が過大な絶縁トランスを用いなくても電力線搬送通信を妨害するノイズを効果的に除去できるので、コスト削減と通信の信頼性の向上に大きな効果を発揮することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のノイズ抑制装置によると、電力線搬送通信に対してノイズ抑制効果を得ることができるとともに、電力線搬送通信信号の減衰も防止することができるので、非常に効果的に通信不能を防止することが可能である。また、電力系統内に設置される高価な絶縁トランスが不要になり、さらに絶縁トランスの設置スペースも縮小することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力系統システムの構成図。
【図２】図１におけるノイズ抑制効果を説明するための回路図。
【図３】図１における電力線搬送通信信号の減衰防止効果を説明するための回路図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る船舶用の主機軸駆動発電システムの構成図。
【図５】本発明の第３実施形態に係る船舶用の主機軸駆動発電システムの構成図。
【図６】図５のノイズ抑制装置によるノイズ抑制効果を説明するための回路図。
【図７】図５における電力線搬送通信信号の減衰防止効果を説明するための回路図。
【図８】本発明の第４実施形態に係る船舶用の主機軸駆動発電システムの構成図。
【図９】従来の電力系統システムの構成図。
【符号の説明】
１…電力変換器、２…波形改善用リアクトル、３，４，５，６…遮断器、７…電動機、８，９…電力線搬送通信装置、１０，１１…電力系統、１２…フィルタ用コンデンサ、１３…インピーダンス、１４…電力系統の対地間静電容量、１５…電力系統のインダクタンス、１６…電力系統の対地間静電容量、１７…プロペラ、１８…メインエンジン、１９…軸発電機、２０…コンバータ用電力変換器、２１…インバータ用電力変換器、２２…リアクトル、２３…抵抗器。
【図１】
0003721456.tif 000002
【図２】
0003721456.tif 000003
【図３】
0003721456.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003721456.tif 000006
【図６】
0003721456.tif 000007
【図７】
0003721456.tif 000008
【図８】
0003721456.tif 000009
【図９】
0003721456.tif 000010