(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主ＤＣバス（３）と、
前記主ＤＣバス（３）に給電するように構成された発電ユニット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）と、
主ＤＣバスの故障の場合に前記発電ユニット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）を前記主ＤＣバス（３）から絶縁するために前記主ＤＣバス（３）と前記発電ユニット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）との間に構成された断路器（７）と、
前記主ＤＣバス（３）によって給電されるように構成された駆動ユニット（Ｄ１、Ｄ２）と、を備える船舶に電力供給するためのＤＣ電源システム（１）であって、
前記駆動ユニット（Ｄ１、Ｄ２）が、駆動ユニットバスシステム（ＤＢ）と、前記駆動ユニットバスシステム（ＤＢ）に接続された変換器ユニット（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）と、駆動ユニットの故障の場合に前記変換器ユニット（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）を保護するために前記駆動ユニットバスシステム（ＤＢ）と前記変換器ユニット（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）との間に構成されたヒューズ（Ｆ）とを備え、
前記駆動ユニット（Ｄ１、Ｄ２）が、前記主ＤＣバス（３）と前記駆動ユニットバスシステム（ＤＢ）との間に構成された第１の種類の入力ユニット（１７）を備え、前記第１の種類の入力ユニット（１７）が、駆動ユニットの故障の場合に前記駆動ユニット（Ｄ１、Ｄ２）を前記主ＤＣバス（３）から切り離すための断路器を備え、
前記ＤＣ電源システム（１）において故障が起きたとき、前記発電ユニット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）がその出力電圧および電流を、断路器がその定格内で動作することが可能になるレベルにまで制限することができる、船舶に電力供給するためのＤＣ電源システム（１）。
【請求項２】
前記第１の種類の入力ユニット（１７）が、前記駆動ユニットバスシステム（ＤＢ）から前記主ＤＣバス（３）への方向の電流を阻止し、電流が前記主ＤＣバス（３）から前記駆動ユニット（Ｄ１、Ｄ２）に流れることを可能にするように構成された電流阻止デバイス（１１）を備える、請求項１に記載のＤＣ電源システム（１）。
【請求項３】
前記主ＤＣバス（３）に給電するように構成されたエネルギー貯蔵ユニット（Ｅ）を備え、前記エネルギー貯蔵ユニット（Ｅ）が、エネルギー貯蔵ユニットバスシステム（ＥＢ）と、電源設備ユニット（Ｂ、Ｃ）と、エネルギー貯蔵ユニットの故障の場合に前記電源設備ユニット（Ｂ、Ｃ）を保護するために前記エネルギー貯蔵ユニットバスシステム（ＥＢ）と前記電源設備ユニット（Ｂ、Ｃ）との間に構成されたヒューズ（Ｆ）とを備える、請求項２に記載のＤＣ電源システム（１）。
【請求項４】
前記エネルギー貯蔵ユニット（Ｅ）が、前記エネルギー貯蔵ユニットバスシステム（ＥＢ）と前記主ＤＣバス（３）との間に構成された第２の種類の入力ユニット（９）を備え、前記第２の種類の入力ユニット（９）が、エネルギー貯蔵ユニットの故障の場合に、前記エネルギー貯蔵ユニット（Ｅ）を前記主ＤＣバス（３）から切り離すための断路器を備える、請求項３に記載のＤＣ電源システム（１）。
【請求項５】
前記第２の種類の入力ユニット（９）が、前記エネルギー貯蔵ユニットバスシステム（ＥＢ）から前記主ＤＣバス（３）への方向の電流を阻止し、電流が前記主ＤＣバス（３）から前記エネルギー貯蔵ユニット（Ｅ）に流れることを可能にするように構成された電流阻止デバイス（１１）と、電流が前記電流阻止デバイス（１１）を迂回し、前記主ＤＣバス（３）に流れることを選択的に可能にするための半導体スイッチングユニット（１３）とを備える、請求項４に記載のＤＣ電源システム（１）。
【請求項６】
前記電流阻止デバイス（１１）と前記半導体スイッチングユニット（１３）が逆並列に接続される、請求項５に記載のＤＣ電源システム（１）。
【請求項７】
前記発電ユニット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）が、発電機（Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４）と整流器（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）とを備え、前記整流器（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）が、整流器の故障の場合に、前記整流器（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）を保護するように構成された複数のヒューズ（Ｆ）を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のＤＣ電源システム（１）。
【請求項８】
前記整流器（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）内に含まれる前記複数のヒューズ（Ｆ）が、前記整流器（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４）の下流の故障の結果、故障電流を受けたときに切れないように寸法設定されている、請求項７に記載のＤＣ電源システム（１）。
【請求項９】
前記各変換器ユニット（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）が、前記駆動ユニットバスシステム（ＤＢ）に接続された端子を有し、前記変換器ユニット（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）の各端子が、ヒューズ（Ｆ）に接続される、請求項１から８のいずれか一項に記載のＤＣ電源システム（１）。
【請求項１０】
前記電流阻止デバイス（１１）がダイオードである、請求項２から９のいずれか一項に記載のＤＣ電源システム（１）。
【請求項１１】
前記第１の種類の入力ユニットが、電流が前記電流阻止デバイス（１１）を迂回し、前記主ＤＣバスに流れることを選択的に可能にするために前記電流阻止デバイス（１１）に逆並列に接続された半導体スイッチングユニットを備える、請求項２から１０のいずれか一項に記載のＤＣ電源システム（１）。
【請求項１２】
主ＤＣバス（３）と、前記主ＤＣバス（３）に給電するように構成された発電ユニット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）と、前記発電ユニット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）を前記主ＤＣバス（３）から絶縁するために前記主ＤＣバス（３）と前記発電ユニット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）との間に構成された断路器（７）と、前記主ＤＣバス（３）によって給電されるように構成された駆動ユニット（Ｄ１、Ｄ２）と、を備えたＤＣ電源システム（１）において故障を処理する方法であって、前記駆動ユニット（Ｄ１、Ｄ２）が、駆動ユニットバスシステム（ＤＢ）と、前記駆動ユニットバスシステム（ＤＢ）に接続された変換器ユニット（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）と、駆動ユニットの故障の場合に前記変換器ユニット（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）を保護するために前記駆動ユニットバスシステム（ＤＢ）と前記変換器ユニット（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）との間に構成されたヒューズ（Ｆ）とを備え、前記駆動ユニット（Ｄ１、Ｄ２）が、前記主ＤＣバス（３）と前記駆動ユニットバスシステム（ＤＢ）との間に構成された第１の種類の入力ユニット（１７）を備え、前記第１の種類の入力ユニット（１７）が、駆動ユニットの故障の場合に前記駆動ユニット（Ｄ１、Ｄ２）を前記主ＤＣバス（３）から切り離すための断路器を備え、前記方法は、
前記ＤＣ電源システム（１）において故障が起きたときの状況において、エネルギー源の出力電圧および電流を、前記断路器（７）がそれらの定格内で動作することが可能になるレベルにまで制限することを含み、前記断路器（７）は、前記発電ユニット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）を前記主ＤＣバス（３）から切り離すことができる、方法。
【請求項１３】
前記発電ユニットが発電機と整流器とを備え、前記制限することが、前記整流器の出力電圧および電流が、絶縁開閉器がそれらの定格内で動作することが可能になるレベルにまで制限されるように、前記整流器を制御することを伴う、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に電源システムに関し、詳しくは保護能力を有するＤＣ電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電源システムは、典型的には、１つまたは複数の発電源や駆動装置、エネルギー貯蔵モジュールなど、複数の構成部品を備える。このような構成部品は、典型的には、電源システムに接続された１つまたは複数の負荷に電力を提供するために電流が流れることができるバスバーシステムを用いて相互接続される。
【０００３】
ある時点で、短絡などの故障が電源システム内において、バスバーシステム、システムの構成部品の１つ、または負荷のいずれかに、起きることは避けられない。故障の場合には、正常な電源設備が健全な部分を用いて継続できるように、かつ健全な部分を損傷から保護するために、システムの健全な部分から故障を絶縁することが重要である。このために、典型的には、保護システムが電源システムに含まれる。
【０００４】
電源システム内の故障を処理するように構成された保護システムは、典型的には、電源システム内の電流など、電気的パラメータを監視するように構成された監視機器と、監視機器によって制御される回路遮断器とを備える。回路遮断器は、故障の場合に、選択的故障絶縁を得ることができるように電源システム内に構成される。
【０００５】
しかし、既存の保護システムは、用途によっては、非常に高価でもあり、場所もとることがある。
【発明の概要】
【０００６】
直流（ＤＣ）回路遮断器は、交流（ＡＣ）回路遮断器に反して、ゼロ交差に依存できないので、格別に大型である。したがって、適正な保護を確保するために、ＤＣ回路遮断器には、より大きな空隙が必要とされる。その結果、ＤＣ回路遮断器は、典型的には、大容量の空間を占め、製造するのに高価である。
【０００７】
上記考察に鑑み、本開示の一般的な一目的は、従来技術より小さい空間を必要とする保護能力を有するＤＣ電源システムを提供することにある。
【０００８】
別の一目的は、手ごろな価格のＤＣ電源システムを提供することにある。
【０００９】
したがって、主ＤＣバスと、主ＤＣバスに給電するように構成された発電ユニットと、主ＤＣバスの故障の場合に発電ユニットを主ＤＣバスから絶縁するために主ＤＣバスと発電ユニットとの間に構成された絶縁開閉器と、主ＤＣバスによって給電されるように構成された駆動ユニットとを備え、駆動ユニットが、駆動ユニットバスシステムと、駆動ユニットバスシステムに接続された変換器ユニットと、駆動ユニットの故障の場合に変換器ユニットを保護するために駆動ユニットバスシステムと変換器ユニットとの間に構成されたヒューズとを備える、ＤＣ電源システムが提供される。
【００１０】
したがって、ＤＣ電源システム内の様々なユニットを、ユニットのいずれかにおける故障の場合または主ＤＣバス上における故障の場合に、大型で、場所をとり、および高価である回路遮断器を使用せずに、選択的に保護することができる。
【００１１】
一実施形態によれば、駆動ユニットは、主ＤＣバスと駆動ユニットバスシステムとの間に構成された第１の種類の入力ユニットを備え、第１の種類の入力ユニットは、駆動ユニットの故障の場合に駆動ユニットを主ＤＣバスから切り離すための絶縁開閉器を備える。したがって、駆動ユニットを、駆動ユニット内の故障の場合に、回路遮断器を利用せずに、残りのＤＣ電源システムから切り離すことができる。
【００１２】
一実施形態によれば、第１の種類の入力ユニットは、駆動ユニットバスシステムから主ＤＣバスへの方向の電流を阻止し、電流が主ＤＣバスから駆動ユニットに流れることを可能にするように構成された電流阻止デバイスを備える。したがって、電流阻止デバイスが本質的に駆動ユニットバスシステムから主ＤＣバスへの方向に開回路として働くので、駆動ユニット内の変換器ユニットのコンデンサバンクから主ＤＣバス上または主ＤＣバスに接続された別のユニット内の故障に提供される故障電流を低減し、または除去することができる。
【００１３】
一実施形態は、主ＤＣバスに給電するように構成されたエネルギー貯蔵ユニットを備え、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵ユニットバスシステムと、電源設備ユニットと、エネルギー貯蔵ユニットの故障の場合に電源設備ユニットの保護のためにエネルギー貯蔵ユニットバスシステムと電源設備ユニットとの間に構成されたヒューズとを備える。したがって、例えば、冗長性用の予備電源構成部品がシステムに追加された場合、この構成部品も回路遮断器を利用せずに内部故障から保護することができる。
【００１４】
一実施形態によれば、エネルギー貯蔵ユニットは、エネルギー貯蔵ユニットバスシステムと主ＤＣバスとの間に構成された第２の種類の入力ユニットを備え、第２の種類の入力ユニットは、エネルギー貯蔵ユニットの故障の場合にエネルギー貯蔵ユニットを主ＤＣバスから切り離すための絶縁開閉器を備える。したがって、エネルギー貯蔵ユニットを、回路遮断器を利用せずに主ＤＣバスから切り離すことができる。
【００１５】
一実施形態によれば、第２の種類の入力ユニットは、エネルギー貯蔵ユニットバスシステムから主ＤＣバスへの方向の電流を阻止し、電流が主ＤＣバスからエネルギー貯蔵ユニットに流れることを可能にするように構成された電流阻止デバイスと、電流が電流阻止デバイスを迂回し、主ＤＣバスに流れることを選択的に可能にするための半導体スイッチングユニットとを備える。したがって、電流は、エネルギー貯蔵ユニットから追加の電力を必要とする場合に、半導体スイッチングユニットをオン状態に設定することにより、主ＤＣバス中に流れることが可能になることができる。
【００１６】
あるいは、エネルギー貯蔵ユニットから主ＤＣバス上のまたはＤＣ電源システムの別の部分における故障への故障電流を、半導体スイッチングユニットがオフ状態に設定された場合、最小限に抑えることができる。
【００１７】
一実施形態によれば、電流阻止デバイスと半導体スイッチングユニットは、逆並列に接続される。
【００１８】
一実施形態によれば、発電ユニットは、発電機と整流器とを備え、整流器は、整流器の故障の場合に整流器を保護するように構成された複数のヒューズを含む。したがって、内部の整流器の故障は、発電ユニット内の局部回路遮断器を利用せずに、ヒューズを用いて処理することができる。
【００１９】
一実施形態によれば、整流器内に含まれる複数のヒューズは、整流器の下流の故障の結果、故障電流を受けたときに切れないように寸法設定される。したがって、ヒューズは、整流器内の内部故障によって生じる電流によってのみ切られる。したがって、発電ユニットの外側の故障に提供される故障電流は、ヒューズを切る作動をさせない。したがって、整流器内のヒューズの電流定格は、当該発電ユニットにおける整流器の故障によって生じた故障電流によってのみ達するまたは超えられる閾値電流レベルになるように選択される。
【００２０】
一実施形態によれば、各変換器ユニットは、駆動ユニットバスに接続された端子を有し、変換器ユニットの各端子は、ヒューズに接続される。
【００２１】
一実施形態によれば、電流阻止デバイスはダイオードである。
【００２２】
一実施形態によれば、第１の入力ユニットは、電流が電流阻止デバイスを迂回し、主ＤＣバスに流れることを選択的に可能にするために、電流阻止デバイスに逆並列に接続された半導体スイッチングユニットを備える。
【００２３】
本明細書に開示するように、ヒューズと絶縁開閉器とを組み合わせることにより、局部故障、すなわち、特定のユニットにおける故障がヒューズによって処理され、全域故障、すなわち、主ＤＣバス上の故障が、該当する絶縁開閉器がＤＣ電源システムの影響を受ける部分を絶縁することができるように電源における電流の中断によって処理される、混成保護システムが得られる。したがって、ヒューズのサイズは、より小さく維持することができ、局部故障の場合に局部故障の電流の大きさは確実にヒューズを切ることができるものであり、したがって、局部的にも全域的にも信頼できるＤＣ電源システムの保護を確保できる。必要であれば、追加のコンデンサバンクを設置して余分な故障電流を提供し、それによってヒューズが故障を解消するのに利用可能な十分な故障電流を確実に有することができる。
【００２４】
一般に、特許請求の範囲に使用されるすべての用語は、本明細書に明白に他の定義がない限り、当該技術分野における通常の意味により解釈するものとする。「１つの／その」要素、装置、構成部品、手段等へのすべての参照は、他に明白な記載がない限り、当該要素、装置、構成部品、手段等の少なくとも１つの事例を参照するとして率直に解釈するものとする。
【００２５】
添付の図面を参照して、例によって、本発明概念の特定の諸実施形態を次に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ＤＣ電源システムの概略図である。
【図２】図１におけるＤＣ電源システム内の発電ユニットの概略図である。
【図３ａ】図１におけるＤＣ電源システム内の故障の一例を示す図である。
【図３ｂ】図１におけるＤＣ電源システム内の故障の別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、本発明概念を、例示的な諸実施形態が示される添付の図面を参照して、以下に、より十分に説明する。しかし、本発明概念は、多くの種々の形態で実施することができ、本明細書に記載する諸実施形態に限定されるものと解釈すべきでない。むしろ、このような諸実施形態は、例によって提供されるので、この開示は、徹底的に完全であり、本発明概念の範囲を当業者に十分に伝えるものである。説明全体にわたって、同じ番号は同じ要素を表す。
【００２８】
図１に、ＤＣ電源システム１の一例の概略図を示す。ＤＣ電源システム１は、バスタイ遮断器５を用いて分離可能な第１のバスバー３−１と第２のバスバー３−２を有する主ＤＣバス３と、第１の発電ユニットＰ１と、第２の発電ユニットＰ２と、第３の発電ユニットＰ３と、第４の発電ユニットＰ４と、エネルギー貯蔵ユニットＥと、第１の駆動装置Ｄ１と、第２の駆動装置Ｄ２とを備える。
【００２９】
第１の駆動ユニットＤ１と第２の駆動ユニットＤ２は、電動機または類似の機器に電力供給するように構成される。このような駆動ユニットの諸例には、単一の駆動装置と、複数の駆動装置と、通常のＡＣ消費者に５０Ｈｚまたは６０ＨｚのＡＣ電力を供給することを意図した静止形周波数変換器とがある。
【００３０】
ＤＣ電源システム１は、発電ユニットＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を主ＤＣバス３から切り離すことができる、それぞれの発電ユニットＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４に関連した絶縁開閉器７、すなわち、断路器をさらに備える。したがって、各発電ユニットを、例えば、主ＤＣバス３上の故障から絶縁することができ、または保守の目的のために絶縁することができる。
【００３１】
第１の発電ユニとＰ１は、主ＤＣバス３に給電するように構成され、絶縁開閉器７を介して主ＤＣバス３に接続可能である。図１の例によれば、第１の発電ユニットＰ１は、第１のバスバー３−１に接続可能である。
【００３２】
第２の発電ユニットＰ２は、主ＤＣバス３に給電するように構成され、絶縁開閉器７を介して主ＤＣバス３に接続可能である。図１の例によれば、第２の発電ユニットＰ２は、第１のバスバー３−１に接続可能である。
【００３３】
第３の発電ユニットＰ３は、主ＤＣバス３に給電するように構成され、絶縁開閉器７を介して主ＤＣバス３に接続可能である。図１の例によれば、第３の発電ユニットＰ３は、第２のバスバー３−２に接続可能である。
【００３４】
第４の発電ユニットＰ４は、主ＤＣバス３に給電するように構成され、絶縁開閉器７を介して主ＤＣバス３に接続可能である。図１の例によれば、第４の発電ユニットＰ４は、第２のバスバー３−２に接続可能である。
【００３５】
第１の発電ユニットＰ１は、交流電流を発生するように構成された、ディーゼルエンジン駆動発電機などの発電機Ｇ１と、交流電流を主ＤＣバス３中に給電される直流電流に変換するように構成された整流器Ｒ１とを備える。整流器Ｒ１には、整流器Ｒ１における故障の場合に切れるような寸法設定になったヒューズを設けることができる。
【００３６】
第２の発電ユニットＰ２、第３の発電ユニットＰ３、および第４の発電ユニットＰ４は、第１の発電ユニットＰ１に類似した設計を有することができる。このために、第２の発電ユニットＰ２、第３の発電ユニットＰ３、および第４の発電ユニットＰ４の各々は、ＤＣ信号を主ＤＣバス３に提供するために、それぞれの発電機Ｇ２、Ｇ３、Ｇ４、およびそれぞれの整流器Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を備えることができる。しかし、種々の発電機の種類の組合せが、同じシステム内で可能であることに留意されたい。
【００３７】
第１の駆動ユニットＤ１および第２の駆動ユニットＤ２の各々は、第１のバスＤＢ１と、第２のバスＤＢ２とを備える駆動ユニットバスシステムＤＢを有する。さらに、第１の駆動ユニットＤ１および第２の駆動ユニットＤ２の各々は、以下にインバータＩ１、Ｉ２、Ｉ３によって例示され、それぞれの駆動ユニットバスシステムＤＢに接続された変換器ユニットと、インバータＩ１、Ｉ２、Ｉ３の端子と駆動ユニットバスシステムＤＢとの間に構成されたヒューズＦとをいくつか有する。適切なインバータの例は、ＡＢＢのＡＣＳ８００インバータである。
【００３８】
第１の駆動ユニットＤ１および第２の駆動ユニットＤ２の各々は、一端が主ＤＣバス３に接続するように構成された第１の種類の入力ユニット１７をさらに有する。多端において、第１の種類の入力ユニット１７は、駆動ユニットバスシステムＤＢに接続される。第１の種類の入力ユニット１７は、駆動ユニットＤ１、Ｄ２を主ＤＣバス３から切り離すように構成された絶縁開閉器と、駆動ユニットバスシステムＤＢから主ＤＣバス３への方向の電流の流れを阻止し、電流が主ＤＣバス３から駆動ユニットバスシステムＤＢへの方向に流れることを可能にすることができる電流阻止デバイス１１とを備える。このような電流阻止デバイスは、１つのダイオードやいくつかのダイオードもしくは絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やサイリスタなどの半導体デバイス、または類似のデバイスでよい。
【００３９】
駆動ユニットは、応用例により、１つのインバータから複数のインバータまで、異なる数のインバータを使用して設計できることに留意されたい。さらに、第１の種類の駆動ユニットは、一実施形態において、電流阻止デバイスに逆並列に接続され、それにより、ＤＣ電源システムの通常動作の間、逆電力供給が可能になる、半導体スイッチングユニットを備える。このような半導体スイッチングユニットは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）でよい。
【００４０】
エネルギー貯蔵ユニットＥは、第１のバスＥＢ１と第２のバスＥＢ２とを有するエネルギー貯蔵ユニットバスシステムＥＢを有する。エネルギー貯蔵ユニットＥは、エネルギー貯蔵ユニットバスシステムＥＢに接続された、電池ユニットＢやコンデンサバンクＣ、エネルギー貯蔵ユニットバスシステムＥＢに接続されたＤＣ−ＤＣ変換器１５などの電源設備ユニットと、ヒューズＦとをさらに備える。ヒューズＦは、ＤＣ−ＤＣ変換器１５の端子とエネルギー貯蔵ユニットバスシステムＥＢとの間、コンデンサバンクＣとエネルギー貯蔵ユニットバスシステムＥＢとの間、および電池ユニットＢとエネルギー貯蔵ユニットバスシステムＥＢとの間に構成される。
【００４１】
電力がエネルギー貯蔵ユニットＥから主ＤＣバス３に提供される場合、ＤＣ−ＤＣ変換器１５を用いて、電池ユニットＢの電圧レベル出力を制御することができる。
【００４２】
エネルギー貯蔵ユニットＥは、いくつかの電源設備ユニットおよび変換器に関する多くの可能な構成の一例であることに留意されたい。例えば、エネルギー貯蔵ユニットＥのある変形は、コンデンサバンクを有しない。エネルギー貯蔵ユニットにおけるコンデンサバンクの一般的目的は、内部故障の場合にヒューズを切るのを助けることにある。
【００４３】
エネルギー貯蔵ユニットＥは、一端が主ＤＣバス３に接続されるように構成された第２の種類の入力ユニット９をさらに有する。第２の種類の入力ユニット９は、他端において、エネルギー貯蔵ユニットバスシステムＥＢに接続される。第２の種類の入力ユニット９は、エネルギー貯蔵ユニットＥを主ＤＣバス３から切り離すための絶縁開閉器と、半導体スイッチングユニット１３と、エネルギー貯蔵ユニットバスシステムＥＢから主ＤＣバス３への方向の電流の流れを阻止し、電流が主ＤＣバス３からエネルギー貯蔵ユニットバスシステムＥＢへの方向に流れることを可能にすることができる電流阻止デバイス１１とを備える。このような電流阻止デバイスは、１つのダイオードやいくつかのダイオードもしくはＩＧＢＴやサイリスタなどの半導体デバイス、または類似のデバイスでよい。半導体スイッチングユニット１３は、例えば、ＩＧＢＴであり得る。半導体スイッチングユニット１３および電流阻止デバイス１１は、逆並列に構成することができ、それにより、半導体スイッチングデバイス１３が適正な制御信号を用いて飽和または開状態に設定される場合、電流がエネルギー貯蔵ユニットバスシステムＥＢから主ＤＣバス３への方向に流れることを可能にすることができる。したがって、電流阻止デバイス１１および半導体スイッチングユニット１３を用いて、電流が電流阻止デバイスを迂回し、主ＤＣバス３に流れることを選択的に可能にすることができる。
【００４４】
図２は、発電ユニットＰ１の概略図である。整流器Ｒ１の内部構成部品を示す。電気的位相毎に、発電機Ｇ１によって発生されたＡＣ信号は、整流器Ｒ１のそれぞれの足部に提供される。スイッチングデバイスＴが各足部に設けられ、それにより、ＤＣ信号が整流器Ｒ１によって出力され得るようにスイッチングデバイスＴを制御することができる。図２の例において、スイッチングデバイスは、サイリスタによって例示されるが、他のスイッチ手段、例えばＩＧＢＴも可能である。さらに、整流器Ｒ１は、整流器Ｒ１における故障、すなわち、短絡の場合に整流器Ｒ１を保護するためのヒューズＦを備える。その場合、１つまたは複数のヒューズは、ヒューズＦを通じて故障に流れる故障電流に応答して切れる。図２の例において、各スイッチングデバイスＴは、ヒューズＦに関連する。したがって、各足部、すなわち各位相は、２つのヒューズＦに関連する。発電ユニットＰ１の他の可能な実現形態は、整流器のＤＣ端子の陽極上のダイオードオンダイオードと共にバール設計を含む。一般的な考え方としては、内部故障が起きた場合、発電機を有する整流器は、整流器自体をＤＣ電源システムから絶縁して、より広いシステムへの影響を最小限に抑えることである。
【００４５】
有利には、整流器内のヒューズＦは、整流器の下流の故障の結果、故障電流を受けたときに切れないように寸法設定される。下流という用語は、ＤＣ電源システム１における電流の流れの方向に関連して理解されるものとする。
【００４６】
図３ａは、故障１９がＤＣ電源システム１内で起きたときの状況の一例である。図３ａの例において、故障１９は、短絡であり、主ＤＣバス３上に起きている。したがって、故障１９は全域故障である。この場合、いくつかの異なる故障処理戦略が可能である。
【００４７】
いずれの場合も、故障１９により、故障電流２０−１、２０−２、２０−３、２０−４が故障１９の場所に流れ、この例では、その場所は第１のバスバー３−１上にある。一般に、故障１９は、ＤＣ電源システム１を監視する複数のセンサ、例えば、電流測定センサのうちの少なくとも１つによって検知される。
【００４８】
故障を処理する一戦略によれば、バスタイ遮断器５には、故障が検知されると開命令が与えられる。健全な側、すなわち、第２のバスバー３−２は、領域確保後に自動的に再始動する。したがって、ＤＣ電源システムが分割されると、健全な側は動作を再開する。故障の側、すなわち、第１のバスバー３−１は、故障の場所が分かる場合、再始動しない。場所が分からない場合、情報の不足により、故障の側は、故障を検知するために再始動を試みる。
【００４９】
戦略の別の一バージョンでは、発電ユニットＰ１〜Ｐ４の整流器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、それらの電流出力がゼロに向かうように制御され、他のどんなエネルギー源も、電流をＤＣ電源システム中に制限し、一方で開命令をバスタイ遮断器５に与える。システムが分割されると、健全な側は、故障が解消したことを検知し、一方、故障の側は故障が存続することを確かめる。これにより、故障の側のエネルギー源、例えば、発電ユニットは、電流が故障に入るのを阻止する。
【００５０】
戦略のさらに別の一バージョンにおいて、エネルギー源は、その出力電圧および電流を絶縁開閉器がその定格内で動作することが可能になるレベルにまで制限することができ、絶縁開閉器７は、発電ユニットを主ＤＣバス３から切り離すことができる。
【００５１】
第１の駆動ユニットＤ１および第２の駆動ユニットＤ２は、電流阻止デバイス１１の電流阻止機能のため故障電流に寄与しない、または少なくとも最小限に寄与する。さらに、第１の種類の入力ユニット１７の絶縁開閉器により、第１の駆動ユニットＤ１および第２の駆動ユニットＤ２を、主ＤＣバス３から切り離すことができる。したがって、第１の駆動ユニットＤ１および第２の駆動ユニットＤ２の各々を、主ＤＣバス３上の故障の場合に保護することができる。
【００５２】
エネルギー貯蔵ユニットＥも、主ＤＣバス３上の故障１９の間、保護される。エネルギー貯蔵ユニットＥが故障１９の発生する前に電力を主ＤＣバス３に提供する最中にあった場合、ＤＣ−ＤＣ変換器１５の電流出力を制御する、例えばゼロに設定することができる。したがって、エネルギー貯蔵ユニットＥを、第２の種類の入力ユニット９の絶縁開閉器を用いて主ＤＣバス３から絶縁することができる。さらに、エネルギー貯蔵ユニットＥが主ＤＣバス３から絶縁される前に、第２の種類の入力ユニット９は、電流が故障１９に流れるのを阻止することができる。これは、第２の種類の入力ユニット９の電流阻止デバイス１１を用いて、および半導体スイッチングユニット１３をオフ状態に設定することによって、得られる。
【００５３】
第１の種類の入力デバイス１７および第２の種類の入力デバイス９の電流阻止特性を用いて、故障１９への故障電流を低減することができる。
【００５４】
図３ｂを参照して、故障２２が第１の駆動ユニットＤ１内に起きた状況を次に説明する。したがって、この故障は、第１の駆動ユニットＤ１内の局部故障である。
【００５５】
図３ｂの例によれば、短絡が駆動ユニットバスシステムＤＢ上に起きている。第１のバスＤＢ−１および第２のバスＤＢ−２は、例えば、短絡することがある。故障２２が起きたとき、電流２３−１、２３−２、２３−３、２３−４および２３−５は、故障２２に流れる。電流２３−３、２３−４、２３−５は、インバータＩ１、Ｉ２、Ｉ３内のコンデンサバンクによって提供される。コンデンサバンクによって提供された電流２３−３、２３−４、２３−５は、第１の駆動ユニットＤ１内に構成されたヒューズＦを通じて流れ、ヒューズＦは、切れる可能性があり、それにより、インバータＩ１、Ｉ２、Ｉ３を故障２２から切り離す。インバータＩ１、Ｉ２、Ｉ３に接続された負荷は、それにより、駆動ユニットバスシステムＤＢから切り離される。発電ユニットＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４からの電流が、例えば、整流器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の適正な制御によって低減するので、第１の駆動ユニットＤ１の第１の種類の入力ユニット１７の遮断開閉器は、第１の駆動ユニットＤ１を主ＤＣバス３から切り離し、したがって、故障２２を完全に絶縁することができる。故障２２が絶縁されたとき、ＤＣ電源システム１の残りの部分は、通常の動作を再開することができる。
【００５６】
本質的には、第２の駆動ユニットＤ２の第１の種類の入力ユニット１７における電流阻止デバイス１１のため、故障２２には第２の駆動ユニットＤ２のコンデンサバンクによって電流は何も提供されない。
【００５７】
さらに、エネルギー貯蔵ユニットＥの第２の種類の入力ユニット９は、電流が故障２２に流れるのを阻止できる。これは、第２の種類の入力ユニット９の電流阻止デバイス１１を用いて、および半導体スイッチングユニット１３をオフ状態に設定することによって得られる。
【００５８】
したがって、第１の種類の入力デバイス１７および第２の種類の入力デバイス９の電流阻止特性を用いて、故障２２への故障電流を低減することができる。
【００５９】
インバータＩ１、Ｉ２、Ｉ３の下流に故障が起きるときの状況において、このような故障は、典型的には、当該インバータのヒューズＦによって処理される。
【００６０】
一般に、発電ユニットやエネルギー貯蔵ユニット、駆動ユニットなどのユニット内のヒューズの下流の故障は、当該ユニットのヒューズによって処理される。
【００６１】
有利には、本明細書に説明するＤＣ電源システムは、船舶に電力供給するための船上電源システムとして、または大型のＤＣ回路遮断器が望ましくない、他の限定された空間内における電源システムとして使用することができる。本ＤＣ電源システムは、典型的には、低電圧環境において使用されるが、より高い電圧用途、例えば、中位の電圧も想定される。
【００６２】
本発明概念は、主に少数の例を参照して上に説明してきた。しかし、当業者には容易に理解されるように、上に開示した諸実施形態以外の他の諸実施形態が、添付の特許請求の範囲によって定義されているように、本発明概念の範囲内で等しく可能である。例えば、本開示によるＤＣ電源システムは、図１に記載した例より少ないもしくは多い発電ユニットを含むことができる。さらに、ＤＣ電源システムは、エネルギー貯蔵ユニットを含まなくてもよい、あるいは追加のエネルギー貯蔵ユニットおよび／またはより少ないもしくは多い駆動ユニットを含むことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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