(57)【要約】      （修正有）【課題】電力系統において事故が発生した際に、機器の優先順位を考慮しつつ事故の影響を電力系統全体に波及するのを防ぐことが可能な電気推進移動体及び電気推進移動方法を提供する。【解決手段】電力系統で事故発生から事故部分を切り離して推進負荷を含む他の負荷６、６１への電力供給を状況に応じて供給する構成を実現する際に、電力系統の過渡安定度を考慮して、最適な系統構成への遷移を実現する事が可能となる。また最適な系統構成への遷移により、事故除去後の電気推進船１内での電力系統の不安定化を防ぎ、電気推進機器７を含む系統内電気負荷への通常に近い状態での電力供給を電気負荷６、６１の優先順位を考慮した上で可能な限り継続する事が可能となる。【選択図】図１
2018002064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源の電力を電気推進機器及び負荷に供給する電力系統を備えた電気推進移動体において、前記電力系統内で回路を切替える際に生ずる少なくとも前記電源又は前記負荷の過渡的な動揺を予測演算し、前記負荷及び前記電機推進機器に係る優先順位と前記予測演算の結果を用いて前記電力系統内の系統構成の切替手順を導出し、前記切替手順に従って、前記系統構成に係る前記電力系統の回路の切替えを行うことを特徴とする電気推進移動体。 
【請求項２】
請求項１において、前記電力系統の各種負荷の電力供給及び運転継続に関する優先順位をもとに、前記事故及び擾乱を除いた後の最適系統構成と前記最適系統構成に遷移する過程を求めて前記電力系統の回路の切替えを行うことを特徴とする電気推進移動体。 
【請求項３】
請求項１において、系統解析部と最適構成部を有し、前記系統解析部は、系統構成候補案に基づいて潮流を予測演算して潮流予測演算結果として求め、系統遷移情報に基づいて電力系統の構成が遷移する際の少なくとも周波数変化、位相変化、潮流のいずれかを予測演算して過渡動揺予測演算結果として求め、前記最適構成部は、前記潮流予測演算結果と負荷優先度情報より前記系統構成候補案を評価し、前記過渡動揺予測演算結果に基づいて最適な工程を評価することを特徴とする電気推進移動体 。
【請求項４】
請求項１において、潮流予測演算部と、過渡動揺予測演算部を有し、前記潮流予測演算部は、系統構成候補案に基づいて潮流を予測演算して潮流予測演算結果として求め、前記過渡動揺演算部は、系統状態情報と系統遷移情報のいずれかに基づいて電力系統の構成が遷移する過程の少なくとも周波数変化、位相変化、潮流のいずれかを予測演算して過渡動揺予測演算結果として求めることを特徴とする電気推進移動体。
【請求項５】
請求項１において、最適構成決定部と過渡安定度評価部を有し、前記過渡安定度評価部は、少なくとも周波数変化と位相変化のいずれかを導出し、前記周波数変化が所定の範囲内であるか、又は前記位相差が過渡安定度評価で安定か否かを判定し、系統構成遷移案において、周波数が所定の範囲外、あるいは過渡安定度評価で不安定であればリセット信号を送信し、前記最適構成決定部は、負荷優先度情報に照らし合わせて系統事故を除去した後の最適な系統構成である最適構成案候補を導出し、前記リセット信号を受信した際は、他の前記最適構成候補案を導出することを特徴とする電気推進移動体。
【請求項６】
請求項５において、前記過渡安定度評価部は、系統遷移案生成部、系統変動評価部、過渡安定度演算部、系統遷移案評価部を備え、前記系統遷移案評価部は、最適構成案候補を受けて系統遷移情報を送信し、リセット信号を受信した際は、再度、系統事故除去後から前記最適構成案候補への系統遷移情報を送信し、生成停止信号を受けて前記系統遷移案情報の生成を停止し、前記系統変動評価部は、前記過渡動揺予測演算結果を受けて系統事故発生時からの周波数変化分、発電機間位相差を導出し、発電機間位相差がしきい値以上の場合は前記過渡安定度演算部、前記系統遷移案評価部に周波数変化分、発電機間位相差を送信し、発電機間位相差がしきい値未満の場合は、前記系統遷移案評価部に周波数、発電機間位相差を送信し、前記過渡安定度演算部は、発電機間位相差がしきい値以上の場合において過渡安定度を評価してその結果を送信し、前記系統遷移案評価部は、前記過渡動揺予測演算結果、事故発生時からの周波数変化、発電機間位相差、過渡安定度評価結果を受けて前記系統遷移情報による系統構成の遷移の工程が最適か否かを判定し、周波数変化分、過渡安定度評価いずれかで、全ての工程案が問題ある場合は前記最適構成決定部および前記系統遷移案生成部に前記リセット信号を送信し、ある工程を評価した際に周波数変化分、過渡安定度評価のいずれかで、問題がある場合はその工程を最低と評価し、周波数変化分、過渡安定度評価ともに問題ない工程案の中で最適な工程案を評価する機能を有することを特徴とする電気推進移動体。
【請求項７】
請求項１おいて、系統解析部と最適構成遷移部を有し、前記系統解析部は系統事故情報を含む系統状態情報を受信した際は電力系統の周波数変化、位相変化、潮流を予測演算して過渡動揺予測演算結果として求め、系統遷移情報を受け前記系統遷移情報より前記電力系統の構成が遷移する過程の周波数変化、位相変化、潮流を予測演算し過渡動揺予測演算結果として求め、前記最適構成遷移部は、系統事故情報を含む前記系統状態情報を受けて系統遷移情報を送信し、過渡動揺予測演算結果を受けて構成が遷移した後の前記電力系統を、負荷優先度情報、周波数変化分、発電機間位相差、過渡安定度をもとに評価することを特徴とする電気推進移動体。
【請求項８】
請求項１において、系統遷移案生成部、系統変動評価部、過渡安定度評価部、最適構成案判定部を有し、前記系統遷移案生成部は、系統事故情報を含む前記系統状態情報を受けて系統遷移情報を求め、生成停止信号を受けて系統遷移情報の送信を停止し、系統変動評価部は、前記過渡動揺予測演算結果を受けて系統事故発生後からの周波数変化分、発電機間位相差を導出し、発電機間に相差が所定のしきい値を超える場合は、周波数変化分、発電機間位相差を送信し、前記過渡安定度評価部は、周波数変化分と発電機間位相差をもとに過渡安定度を評価しその結果を過渡安定度評価結果として求め、前記最適構成判定部は、前記負荷優先度情報、前記過渡安定度評価結果、周波数変化、発電機間位相差、過渡動揺予測演算結果をもとに系統構成の遷移の工程を評価し最適な系統構成を導出することを特徴とする電気推進移動体。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、前記電気推進機器はスクリューを回転させて船舶を移動させることを特徴とする電気推進移動体。
【請求項１０】
電源の電力を電気推進機器及び負荷に供給する電力系統と、運航支援部を備えた移動体を移動させる電気推進移動方法であって、前記運航支援部は、系統事故に対し、前記電力系統内で回路を切替える際に生ずる少なくとも前記電源又は前記負荷の過渡的な動揺を予測演算し、前記負荷及び前記電機推進機器に係る優先順位と前記予測演算の結果を用いて前記電力系統内の系統構成の切替手順を導出し、前記切替手順に従って、前記系統構成に係る前記電力系統の回路の切替えを行う電気推進移動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気推進移動体及び電気推進移動方法に係り、特に、系統事故が発生した際に電力供給を継続するのに好適な電気推進移動体及び電気推進移動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶等の移動体では電気推進機器の導入が進み、電気推進機器や他の各電機機器に電力を供給する電力系統が構築されている。このような独立で稼動し、スペースの都合上、系統安定化機器の設置にも制約のある電力系統は、系統事故が発生した際に、極力系統事故および擾乱の影響が系統全体に波及しないように抑制し、同一系統内の電気推進機器を含む他の負荷への電力供給を極力維持する機能が一般の大規模電力系統以上に要求される。
【０００３】
一方、系統を複数用意しておき、系統故障の際に、故障が発生した系統を切り離す技術が知られている。このような技術は、例えば、特開２００７‐６２４０７号公報に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７‐６２４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
船舶等の移動体の電力系統は、系統事故に対して事故の影響が系統全体に波及する事を抑制することが要求されるところ、上記従来技術では、系統全体に波及する事を抑制するとの意識がないことが問題であった。さらに具体的には、例えば系統事故時に発電機と負荷の需給バランスが崩れることによる、発電機間の同期が保てない状態、発電機の回転が所定の速度範囲を超えて加速あるいは減速することによる脱調を防ぐための技術が挙げられる。
【０００６】
また、船舶の運航時において、船舶に設置された機器の電力供給維持に関する優先度は、移動運転中等の状況で異なるところ、上記従来技術では、機器の優先度に応じた事故対応ができていないとの問題があった。さらに具体的には、巡航時に系統事故が起きた際に、最優先に電力供給を維持すべき負荷と考えられる、船舶の移動手段である電気推進機器に極力電力を供給するための制御が挙げられる。
【０００７】
本発明の目的は、電力系統において事故が発生した際に、機器の優先順位を考慮しつつ事故の影響を電力系統全体に波及するのを防ぐことが可能な電気推進移動体及び電気推進移動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、電源の電力を電気推進機器及び負荷に供給する電力系統と、運航支援システムを備えた電気推進移動体において、前記運航支援システムは、系統事故に対し、前記電力系統内で回路を切替える際に生ずる少なくとも前記電源又は前記負荷の過渡的な動揺を予測演算し、前記負荷及び前記電機推進機器に係る優先順位と前記予測演算の結果を用いて前記電力系統内の系統構成の切替手順を導出し、前記切替手順に従って、前記系統構成に係る前記電力系統の回路の切替えを行うように構成した。
【０００９】
また、具体的には、電気推進機器を含む各電力機器を備えた電気推進船において電力を供給するための電源及び電力系統、事故発生時に事故の影響を除去し系統構成を切り替える系統構成手段、前記系統構成手段と前記電力系統を制御し、電気推進船内への事故の波及を抑える運航支援システムを備えていることを特徴とする。
【００１０】
また、前記電気推進船の前記電力系統内で系統事故が発生した際に、負荷の優先順位を考慮した系統事故除去後の系統構成を導出し、さらに、動揺方程式、系統事故発生時から事故を除去するまでの時間、前記系統構成手段が動作してから次の前記系統構成手段が動作するまでの時間をもとに、発電機の周波数変化分、発電機間の位相差変化分を予測演算し、発電機間の位相差が所定のしきい値を超える場合は過渡安定度を評価したうえで、導出した前記系統構成に遷移する工程を導出する事を特徴とする。
【００１１】
また、前記電気推進船の前記電力系統内で系統事故が発生した際に、前記負荷の優先順位、前記動揺方程式による前記発電機の周波数変化分、発電機間の位相差変化分の予測演算結果、発電機間の位相差が所定のしきい値を超える場合は過渡安定度の評価結果を用いて、系統事故除去後の前記電力系統の構成の遷移を各工程で評価して最適な構成を導出する事を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電力系統において事故が発生した際に、機器の優先順位を考慮しつつ事故の影響を電力系統全体に波及するのを防ぐことが可能となる。更に詳細には、例えば本発明によれば、系統事故が生じた際、系統より事故を除去した後に発電機間の同期を保持するように、また、電気推進機器への電力供給を最優先とする場合、極力電気推進機器への電力供給を妨げることなく系統を切り替えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第一実施形態の電気推進船の構成図である。
【図２】本発明の第一実施形態の運航支援システムの構成図である。
【図３】本発明の第一実施形態の系統状態制御システムの構成図である。
【図４】本発明の第一実施形態の系統解析システムの構成図である。
【図５】本発明の第一実施形態の最適構成システムの構成図である。
【図６】本発明の第一実施形態の過渡安定度評価部の構成図である。
【図７】本発明にかかる発電機の周波数変動、発電機間の位相差変動のイメージ図である。
【図８】本発明の第一実施形態における電力系統事故発生から最適な系統構成への遷移を導出する一連の工程を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第二実施形態の系統状態制御システムの構成図である。
【図１０】本発明の第二実施形態の最適構成遷移システムの構成図である。
【図１１】本発明の第二実施形態における電力系統事故発生から最適な系統構成への遷移を導出する一連の工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明の発明を実施するための形態（実施例）について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
本発明の第一実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１６】
本発明の第一実施形態を図１〜図８を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明の第一の実施形態を表した電気推進船の構成図である。本発明の電気推進船１は、運航支援システム２、電力系統５、系統構成手段４、電源３、電源３０、負荷６、負荷６１、電気推進機器７、シャフト９、プロペラ８で構成される。
【００１８】
本発明の系統構成手段４は事故を検知して開くことで事故部分を電力系統５から分断し、また運航支援システム２から指示信号を受け開閉することで電力系統５の構成を決定する。
尚、系統構成手段４は遮断器や保護リレー等が考えられるが本発明の具体的な構成ではこれらに限定しない。図１の例では系統構成手段４は系統構成手段４ａ〜４ｇで構成されている。系統構成手段４ａ〜４ｇを総称して系統構成手段４と称する。ここで、説明のために、系統構成手段４は簡略化しているが、例えば大型の船舶のように数十乃至数百の個々の系統構成手段で構成されるものが同様な考え方で適用される。
【００１９】
運航支援システム２は、電力系統５において系統事故が発生した場合に、事故発生点付近の系統構成手段４によって検知された事故情報と、電力系統５に配置されている他の系統構成手段４の開閉情報を含む系統情報信号１０を受信し、事故を除去した後の系統構成を指示する系統指示信号１１を電力系統５の系統構成手段４に送信する。また運航支援システム２は、電力系統５に系統指示信号１１を送信する際は系統構成を切り替える順序に合わせて送信する。系統指示信号１１により系統構成手段４ａ〜４ｇがＯＮ（導通）にするかＯＦＦ（遮断）に制御される。
【００２０】
系統指示信号１１は、事故が除去されてから、時間の経過に伴い例えば所定の時間間隔で時間と共に異なる系統指示信号１１が送信され、最終的に最適な構成に相当する系統指示信号１１が送信される。
【００２１】
電源３，３０は電力系統５に設置されており、電気推進機器７及び負荷６、負荷６１への電力供給を担う。例えば、負荷６は照明施設等であり、負荷６１は空調などのアメニティ設備等である。
【００２２】
尚、本発明は、本実施例の電力系統構成および電源、電気推進機器、負荷の台数に限定されるものではない。また電源は同期発電機や蓄電池等が考えられるがこれらに限定されるものではない。
【００２３】
電気推進機器７は電源３、３０より供給される電力を用いてシャフト９を回転させることでプロペラ８を回転させて推進力を得る。
【００２４】
図２は本発明の第一の実施形態における運航支援システム２の全体構成図である。以下、運航支援システム２の構成について説明する。
【００２５】
運航支援システム２は系統状態制御システム２１と系統構成制御システム２２と状況管理システム２５によって構成される。系統構成制御システム２２は、系統情報信号１０を受信しその情報を系統状態情報２３として系統状態制御システム２１に送信する。系統状態情報２３には系統構成手段４ａ〜４ｇのそれぞれがＯＮ状態であるかＯＦＦ状態であるかの情報が含まれる。系統状態情報２３を受信した、系統状態制御システム２１は、系統状態情報２３と状況管理システム２５より送信される負荷優先度情報２６とを用いて電力系統５の構成を切替える為の情報である系統構成案２４を導出し、系統構成制御システム２２に送信する。系統構成案２４を受信した系統構成制御システム２２は、系統構成案２４をもとに系統構成手段４に系統指示信号１１を送信する。系統構成案２４は、系統構成手段４ａ〜４ｇの各々についてＯＮにするかＯＦＦにするかを示す信号である。系統指示信号１１は、系統構成手段４ａ〜４ｇの各々についてＯＮ又はＯＦＦに制御するための信号である。
【００２６】
なお状況管理システム２５は負荷の優先順位を制御する役割を担うが、優先順位の制御方法は自動、手動のどちらに限定されるものではない。
【００２７】
図３は本発明の第一実施形態における系統状態制御システム２１の構成図である。以下、系統状態制御システム２１の構成について説明する。
【００２８】
系統状態制御システム２１は系統解析システム２１１と最適構成システム２１２により構成される。
【００２９】
系統解析システム２１１は事故情報を含む系統状態情報２３を受信すると事故中の電力系統５の過渡的な変動を予測演算し過渡動揺予測演算結果２１６として最適構成システム２１２に送信する。事故中とは、例えば事故近傍の系統構成手段（４ａ〜４ｇのいずれか）が稼働するまでの時間のことである。すなわち、事故中では、事故に係る系統が切り離されないままの状態となっている。
【００３０】
また系統解析システム２１１は最適構成システム２１２より系統構成候補案２１３を受信するとこの系統構成に対する潮流を予測演算しその結果を潮流予測演算結果２１４として最適構成システム２１２に送信する。
【００３１】
また系統解析システム２１１は、系統遷移情報２１５を受信した際は系統構成が遷移する過程における過渡的な変動を予測演算し過渡動揺予測演算結果２１６として最適構成システム２１２に送信する。
【００３２】
最適構成システム２１２は系統状態情報２３を受信すると、系統構成候補案２１３を生成し系統解析システム２１１へ送信する。最適構成システム２１２は系統解析システム２１１より潮流予測演算結果２１４を受信し、負荷優先度情報２６と潮流予測演算結果２１４から事故除去後の系統構成の評価を実施する。
【００３３】
最適構成システム２１２は、系統構成候補案２１３を送信し、潮流予測演算結果２１４を、負荷優先度情報２６を用いて評価する工程を繰り返し、事故を除去した後の最適な系統の構成を選出する。
【００３４】
最適構成システム２１２は、事故除去後の最適な系統構成を選出した後に、電力系統５がこの最適な系統構成へ遷移する工程を導出すべく、系統解析システム２１１に系統遷移情報２１５を送信する。系統解析システム２１１は系統遷移情報２１５を受信して、電力系統５の構成が遷移する過程の潮流、周波数変化、位相変化といった過渡的な変化を予測演算し、これを過渡動揺予測演算結果２１６として最適構成システム２１２に送信する。
【００３５】
最適構成システム２１２は過渡動揺予測演算結果２１６を受信しこの結果をもとに導出した事故除去後から最適な系統構成への遷移の工程を評価することで系統構成案２４を導出し系統構成制御システム２２に送信する。
【００３６】
図４は本発明の第一実施形態における系統解析システム２１１の構成図である。以下、系統解析システム２１１の構成について説明する。
【００３７】
系統解析システム２１１は潮流予測演算部２１１１および過渡動揺予測演算部２１１２で構成される。
【００３８】
潮流予測演算部２１１１は最適構成システム２１２から系統構成候補案２１３を受信し系統構成候補案２１３における潮流を予測演算して潮流予測演算結果２１４を最適構成システム２１２に送信する。
【００３９】
過渡動揺予測演算部２１１２は、系統状態情報２３より事故情報を受信した際には、系統の機器情報及び潮流情報から、事故中の潮流および周波数変化分、位相変化分を予測演算し、事故除去後の系統遷移情報２１５を受信した際には、系統構成が遷移する過程での発電機の周波数変化分、位相変化分および潮流を予測演算し、これらの演算結果を過渡動揺予測演算結果２１６として最適構成システム２１２に送信する。
【００４０】
尚、潮流予測演算方法として、電力系統網の節点アドミタンス行列を用いた逐次代入法やＮｅｗｔｏｎ―Ｒａｐｈｓｏｎ法等が挙げられるが、本実施例の潮流予測演算法はこれに限定されるものではない。
【００４１】
ここで、過渡動揺予測演算部２１１２で算出する過渡動揺予測演算結果２１６における発電機の周波数変化分Δｆ、位相変化分Δδを導出する方法は、計算負荷の高い微小時間の動揺を求めるシミュレーションではなく、以下に示すような電力系統５の発電機の動揺方程式を利用し、事故発生時から事故を除去するまでの時間と、系統構成手段４が動作してから他の系統構成手段４が動作するまでの時間で積分して導出する。なおΔωは角速度の変化分に該当する。
【００４２】
M×dΔω/dt ＝ PM - PE            (１)
Δｆ ＝ Δω／２π    (２)
dΔδ/dt ＝ Δω  (３)
ここで、上記各式に含まれる記号の意味およびその単位は、つぎのとおりである。
【００４３】
M：発電機の単位慣性定数［s２/rad］
PM：発電機の機械入力［pu］
PE：発電機の電気出力［pu］
尚、本実施例における角速度変化分Δωおよび位相変動Δδを導出する際に利用する動揺方程式は上式（１）、（３）に限定されるものではない。また、本発明に係わるΔω、Δδを導出する方法は、事故発生時、事故除去時および系統構成を切替える瞬時のPE値で予測演算する方法が考えられるが、これに限定せず、PEの変動をシミュレーション以外の他の簡易計算方法で計算した結果を利用してもかまわない。
【００４４】
図５は最適構成システム２１２の構成図である。以下最適構成システム２１２の構成について説明する。
【００４５】
最適構成システム２１２は系統状態情報２３より事故情報を受信し事故除去後の最適な系統構成の候補となる案を生成する最適構成決定部２１２１と、最適な系統構成の候補案に遷移する際の過渡安定度を考慮したうえで、最適な系統構成とその工程である系統構成案２４を導出する過渡安定度評価部 ２１２２より構成される。
【００４６】
最適構成決定部２１２１は、系統解析システム２１１に最適な系統構成の候補となる系統構成候補案２１３を送信し、系統解析システム２１１より潮流予測演算結果２１４を受信して、負荷優先度情報２６と照らし合わせて系統構成候補案２１３を評価し最適構成案候補２１２３を決定する。
【００４７】
尚、最適構成案候補２１２３を導出する方法として遺伝的アルゴリズムや粒子群最適化等の組み合わせ最適化の手法が挙げられるが、本実施例ではこれらに限定しない。
【００４８】
最適構成案候補２１２３を決定後、最適構成決定部２１２１は過渡安定度評価部２１２２へ最適構成案候補２１２３を送信する。
【００４９】
最適構成案候補２１２３を受信した過渡安定度評価部２１２２は最適構成案候補２１２３へ遷移する際の工程を評価すべく系統解析システム２１１へ系統遷移情報２１５を送信し、系統解析システム２１１から、最適な系統構成に遷移する過程の過渡動揺予測演算結果２１６を受信し、この工程を評価して最適な系統構成遷移案である系統構成案２４を導出する。
【００５０】
過渡安定度評価部２１２２が、系統構成案２４を導出する方法として、系統の潮流、周波数変動分、発電機間位相差変動分、同期安定度等を評価基準としたグラフ理論が考えられるが本実施例ではこれに限定しない。
【００５１】
ただし、過渡安定度評価部２１２２で評価した結果、全ての系統構成遷移案においても周波数変化分が所定の範囲を逸脱、または過渡安定度が不安定となる場合はリセット信号２１２４を最適構成決定部２１２１に送信する。
【００５２】
リセット信号２１２４を受信した最適構成決定部２１２１は送信した最適構成案候補２１２３の評価を最低として、再度他の最適構成案候補２１２３を導出する。
【００５３】
図６は過渡安定度評価部２１２２の構成図である。以下過渡安定度評価部２１２２の構成について説明する。
【００５４】
過渡安定度評価部２１２２は系統遷移案生成部２１２２１、系統変動評価部２１２２２、過渡安定度演算部２１２２３、系統遷移案評価部２１２２４で構成される。
【００５５】
系統遷移案生成部２１２２１は最適構成案候補２１２３を受信し系統解析システム２１１に系統遷移情報２１５を送信する。
【００５６】
系統変動評価部２１２２２は系統解析システム２１１より過渡動揺予測演算結果２１６を受信し、事故発生時からの周波数変化分と発電機間位相差を導出し、各過程において発電機間の位相差が一定の値を超えると予測される場合は、系統遷移案評価部２１２２４と過渡安定度演算部２１２２３へ位相、周波数変動情報２１２２５を送信し、発電機間の位相差が一定の範囲内であれば系統遷移案評価部２１２２４に位相、周波数変動情報２１２２５を送信する。
【００５７】
過渡安定度演算部２１２２３では、位相、周波数変動情報２１２２５を受信し同期安定度をはじめとした過渡安定度を評価し、その結果を過渡安定度評価結果２１２２６として系統遷移案評価部２１２２４に送信する。
【００５８】
尚、過渡安定度の導出方法として、等面積法やエネルギー関数法等が挙げられるが本発明においてはこれらに限定しない。
【００５９】
系統遷移案評価部２１２２４は最適構成案候補２１２３、過渡動揺予測演算結果２１６、位相、周波数変動情報２１２２５、過渡安定度評価結果２１２２６を受信し、最適構成案候補２１２３への工程案を評価する。
【００６０】
系統遷移案評価部２１２２４は全ての状態遷移案において、周波数変化分が所定の値を超える、又は過渡安定度評価でどの過程においても不安定な状態となると判断される場合、最適構成案候補２１２３に遷移する事は不可能と判断し、他の最適な系統構成案を導出する為にリセット信号２１２４を最適構成案決定部２１２１及び系統遷移案生成部２１２２１に送信し、再度、他の最適構成案候補２１２３を受信し状態遷移案を評価する。
【００６１】
最適な工程を導出した際は、系統遷移案評価部２１２２４は、系統遷移案生成部２１２２１に生成停止信号２１２２７を送信し、系統遷移案生成部２１２２１が遷移案を生成するのを停止させて、系統構成案２４を系統構成制御システム２２へ送信する。
【００６２】
尚、第一実施形態における最適な遷移の工程を判定する手段として、過渡動揺予測演算結果２１６、位相、周波数変動情報２１２２５、過渡安定度評価結果２１２２６を判断材料としたグラフ理論を用いる事が考えられるが本発明はこれに限定しない。
【００６３】
図７は本発明にかかる、発電機の周波数、発電機一機の位相の変化、発電機が複数の時の位相の変化及び発電機間の位相差の変化のイメージ図である。以下、図７について説明する。
【００６４】
図７は、縦軸が事故発生時からの周波数変化Δｆｔ、発電機の位相δ、発電機２機の位相δ１、δ２、発電機間の位相差ΔδＧ、横軸が時間を示している。
【００６５】
Δｆｔは、事故中および系統構成が遷移する各過程での周波数変化分Δｆを加算して更新することで導出される。
【００６６】
発電機の位相δは、事故中および系統構成が遷移する各過程での位相変化分Δδを加算して更新することで導出される。
【００６７】
尚、各過程におけるΔｆおよびΔδの導出方法は前述した様な動揺方程式を利用する。
【００６８】
発電機間の位相差ΔδＧは図７における発電機１および発電機２の位相差に該当する。
【００６９】
Δｆｔｌｉｍｉｔは、発電機の周波数変化の上限値で規格等によって定められる値である。Δｆｔの絶対値｜Δｆｔ｜は、系統構成の遷移を終えて、最適な系統構成に遷移した時にこのΔｆｔｌｉｍｉｔを超えないように遷移する必要がある。
【００７０】
全ての系統遷移案においてΔｆｔがΔｆｔｌｉｍｉｔを下回らない場合、この最適な系統構成に遷移する事は不可能と判定し他の最適な構成を再度探索する必要がある。
【００７１】
ΔδＧｓａｔは発電機間の相差角におけるしきい値で、最適な系統構成に遷移するどの過程においてもこの値を超える場合は、発電機間の同期安定度を確認する必要がある。
【００７２】
尚ΔδＧｓａｔの値に関しては特に規格等で決められているものではない。
【００７３】
ここで、ΔδＧｍａｘを、各系統遷移案の全工程におけるΔδＧの最大値とした場合、どの系統遷移案におけるΔδＧｍａｘにおいても同期安定度評価で不安定と判定される場合は、この最適な系統構成に遷移する事は不可能と判定し他の最適な構成を再度探索する必要がある。
【００７４】
尚、系統遷移情報２１５による最適構成案候補２１２３への遷移に関しては、１つの遷移案に対して、ΔｆｔがΔｆｔｌｉｍｉｔ以上、又は過渡安定度が不安定となる場合はその遷移案は実現不可能と判定され、評価を最低とすることで再度同じ遷移案を生成する事を防ぎ、最適構成案候補２１２３への全遷移案において、ΔｆｔがΔｆｔｌｉｍｉｔ以上、又は過渡安定度が不安定となる場合は最適構成案候補２１２３への遷移は実現不可能と判定され、この最適構成案候補２１２３の評価を最低とすることで、再度同じ最適構成案候補２１２３案を生成しないようにする方法が考えられるが、本発明において、再度この様な実現不可能と判定される最適構成案候補２１２３や遷移案を生成する事を防ぐ手法はこの方法に限定されない。
【００７５】
図８は本発明の第一実施例における一連の工程を示すフローチャートである。図８を用いて第一実施形態における系統事故発生から状況に合わせた系統構成に遷移する一連の工程について説明する。
【００７６】
ステップＳ１
ステップＳ１は、電力系統５で系統事故が発生した際に、事故を検知した状態である。事故を検知する際に事故点に最も近い系統構成手段４は開放状態となり、事故情報を含む系統情報信号１０を運航支援システム２に送信する。
【００７７】
ここで、図７において、時間ｔ１の時に系統構成手段４が構成１であったとする。例えば、構成１は、系統構成手段４ａ、４ｃ、４ｅ、４ｆをＯＮとして系統構成手段４ｄをＯＦＦとし、さらに、系統構成手段４ｂ，４ｇをＯＮとする。すなわち、電源３から電力推進機器７と負荷６に電力を供給し、一方、電源３０から負荷６１に電力を供給すると仮定する。
【００７８】
例えば、系統構成手段４ｃ付近で事故が発生したと仮定する。直ぐには系統構成手段４ｃをＯＦＦにはできず、事故の検出及び制御遅れのため、時間ｔ２で、系統構成手段４ｃがＯＦＦになったと仮定する。よって、時間ｔ２では構成２に遷移する。
【００７９】
ステップＳ２
ステップＳ２では、電力系統５より系統情報信号１０を介して系統事故情報を受信した運航支援システム２の系統構成制御システム２２が、系統状態制御システム２１へ系統状態情報２３を送信する。系統状態制御システム２１では系統解析システム２１１及び最適構成システム２１２内の最適構成決定部２１２１によって系統構成候補案２１３を評価して最適構成案候補２１２３を導出する。この最適構成案候補２１２３を導出する際は、組合せ最適化手法等を用いる。また事故情報を含む系統状態情報２３を受信した過渡動揺予測演算部２１１２において、事故中の周波数変化分、位相変化分、潮流を予測演算し、その結果を過渡動揺予測演算結果２１６として過渡安定度評価部２１２２に送信する。
【００８０】
ここで、例えば、最適構成案候補２１２３はであるｔ５の構成５は、負荷優先情報２６により、電力推進機器７と負荷６の電力供給を優先（負荷６０への電力供給は断念）するよう指示があった場合は、系統構成手段４ｇをＯＦＦとし、一方、系統構成手段４ａ、４ｅ、系統構成手段４ｂ、４ｄ、４ｆをＯＮとする（系統構成手段４ｃはＯＦＦのまま）と仮定する。
【００８１】
この最適構成案候補２１２３では、電源３から電力推進機器７に電力を供給し、一方、電源３０からと負荷６に電力を供給すると仮定する（負荷６１には電力を供給しない）。
【００８２】
また、「系統構成候補案の潮流予測演算結果」の「系統構成候補案」として、例えば、系統構成手段４ａ〜４ｇの全ての組み合わせに対して、予め「潮流予測演算結果」を演算で得ておいても良い。
【００８３】
ステップＳ３
ステップＳ３では、最適構成案候補２１２３を受信した過渡安定度評価部２１２２の系統遷移案生成部２１２２１が系統遷移情報２１５を生成し系統解析システム２１１に送信する。
【００８４】
系統遷移情報２１５は、例えば、図７における、時間ｔ３の時の構成３である。具体的には、系統構成手段４ｄ、４ｇのＯＮ/ＯＦＦの変更である。
【００８５】
もちろん、ステップＳ３では、未だに候補案であり、場合によっては、数回このフローを繰り返し、フローの終了の時に候補案が確定に移る。
【００８６】
ステップＳ４
ステップＳ４では、系統遷移情報２１５を受信した系統解析システム２１１の過渡変動予測演算部２１１２が、系統構成が遷移する過程の周波数変化分Δｆ、位相変化分Δδ、潮流を予測演算し、その予測演算結果を過渡動揺予測演算結果２１６として最適構成システム２１２の過渡安定度評価部２１２２に送信する。
【００８７】
ステップＳ５
ステップＳ５では、過渡動揺予測演算結果２１６を受信した最適構成システム２１２の過渡安定度評価部２１２２の系統変動評価部２１２２２が、事故直後からの周波数変化分Δｆｔ、発電機間の位相差ΔδＧを予測演算する。
【００８８】
ステップＳ６
ステップＳ６では、発電機間の位相差ΔδＧを評価する。事故発生から最適な系統構成に遷移するどの過程においても発電機間位相差の絶対値｜ΔδＧ｜がしきい値ΔδＧｓａｔ以上の場合は過渡安定度評価をする必要があり、ΔδＧｓａｔ未満であれば、系統構成の遷移が完了した後の周波数変動Δｆｔの評価に移る。
ステップＳ７
ステップＳ７は、発電機間の位相差の絶対値がしきい値ΔδＧｓａｔ以上となる場合に過渡安定度評価部２１２２３において過渡安定度評価を実施する。過渡安定度評価で安定と判断した場合は、系統構成の遷移が最適か否かの評価に移り、不安定と判断した場合、この系統構成の遷移案は、再度生成される事が無いように最低と評価される。
【００８９】
ステップＳ７１
ステップＳ７１では、全ての系統構成遷移案のΔδＧの最大値ΔδＧｍａｘに対して、全ての系統構成遷移案にて過渡安定度が不安定となる場合は、他の最適構成案候補２１２３を導出するように、最適構成決定部２１２１および系統遷移案生成部２１２２１にリセット信号２１２４を送信する。そうでない場合はもう一度、系統遷移案生成部２１２２１で系統構成の遷移案を生成し直す。
【００９０】
ステップＳ８
ステップＳ８は、系統遷移案評価部２１２２４において位相、周波数変動情報２１２２５を受信して、周波数の変化分をチェックする。周波数変化分の絶対値｜Δｆｔ｜が一定の値Δｆｔｌｉｍｉｔ以上となる場合、その系統構成変化の遷移の工程は採用不可能となり、この遷移の工程の評価は最低となる。｜Δｆｔ｜がΔｆｔｌｉｍｉｔ未満の場合は、電力系統５において事故を除去した直後の系統構成からの遷移が最適か否かの判定に移る。
【００９１】
ステップＳ８１
ステップＳ８１では全ての系統構成遷移案において｜Δｆｔ｜がΔｆｔｌｉｍｉｔ以上と判断された場合は、最適構成案候補２１２３への遷移は不可能と判断し、他の最適構成案候補２１２３を再導出するように、最適構成決定部２１２１および系統遷移案生成部２１２２１にリセット信号２１２４を送信する。
【００９２】
ステップＳ９
ここでは、周波数変化分、同期安定度ともに問題ない場合、系統の遷移が最適か否かを評価する部分である。ここでいう最適とは周波数変化分、発電機間の位相差が少なく、遷移する工程も少ないことを言う。最適解と判定した場合は、その最適解を系統構成案２４として系統構成制御手段２２を介し、系統指示信号１１として電力系統５へ送信され、系統の構成は最適解となるように切り替えを実施する。
【００９３】
ステップＳ１０
ステップＳ１０では、最適構成案候補２１２３への系統構成遷移案においてΔｆｔ、過渡安定度の条件が満たせない場合、この系統構成遷移案を再度生成しないように評価を最低と設定する。
【００９４】
ステップＳ１１
ステップＳ１１では、全ての系統構成遷移案においてΔｆｔ、過渡安定度の条件を満たせない場合、この最適構成案候補２１２３に最低評価を下し、最適構成決定部２１２１および系統遷移案生成部２１２２１にリセット信号を送信して、最適構成決定部２１２１に新たに他の最適構成案候補２１２３を生成させる。
【００９５】
以上、本発明の第一の実施形態では事故情報を受け、事故除去後に状況により変化する負荷の優先順位を考慮した最適系統構成を導出し、周波数、発電機間の位相差の変化といった過渡的な変動を考慮して最適系統構成に至るまでの最適な工程を導出することで、極力電気推進機器をはじめとした優先順位の高い負荷への電力供給と実現し、これら電気負荷を極力通常に近い状態で使用継続し、また電力系統の不安定化を防ぐ事が出来る。
【実施例２】
【００９６】
続いて、本発明の第二実施形態について説明する。
【００９７】
本発明の第二実施形態においても電気推進船１の構成と運航支援システム２の構成は第一実施形態と同じである。第一実施形態と異なる部分は、運航支援システム２の系統状態制御システム２１において予め系統構成候補案２１３の生成および最適構成案候補２１２３を設定しないところにある。
【００９８】
図９は本発明の第二実施形態における系統状態制御システム２１の構成図である。以下系統状態制御システム２１について説明する。
【００９９】
本発明の第二実施形態における系統状態制御システム２１は最適構成遷移システム２１７と系統解析システム２１８とで構成される。
【０１００】
最適構成遷移システム２１７は事故の情報を系統状態情報２３より受信し系統遷移情報２１５を系統解析システム２１８に送信し、系統解析システム２１８より過渡動揺予測演算結果２１６を受信する。
【０１０１】
系統解析システム２１８は事故情報を含む系統状態情報２３を受信した際に事故中の周波数、位相の変化分、事故中の潮流を予測演算し、その結果を過渡動揺予測演算結果２１６として最適構成遷移システムに送信する。
【０１０２】
また、系統解析システム２１８は系統遷移情報２１５を受信した際には、遷移の過程における周波数、位相変化分、潮流を計算しその結果を過渡動揺予測演算結果２１６として、最適構成遷移システム２１７へ送信する。
【０１０３】
図１０は本発明の第二実施形態における最適構成遷移システム２１７の構成図である。以下最適構成遷移システム２１７について説明する。
【０１０４】
最適構成遷移システム２１７は、系統遷移案生成部２１７１、系統変動評価部２１７２、過渡安定度評価部２１７３、最適構成案判定部２１７４より構成される。
【０１０５】
系統遷移案生成部２１７１は系統状態情報２３より事故情報を受け、系統遷移情報２１５を生成して系統解析システム２１８へ送信し、最適な系統遷移案を導出した場合は生成停止信号２１７７を受信して系統遷移情報２１５の生成を停止する。
【０１０６】
系統変動評価部２１７２は、系統解析システム２１８より過渡動揺予測演算結果２１６を受信し、事故発生時からの周波数、発電機間の位相差の変化分Δｆｔ、ΔδＧを導出する。
【０１０７】
また、系統変動評価部２１７２は、発電機間の位相差ΔδＧが所定の値以上の場合、系統変動評価部２１７２より位相、周波数変動情報２１７５を最適構成判定部２１７４及び過渡安定度評価部２１７３へ送信し、ΔδＧが所定の値未満の場合は、位相、周波数変動情報２１７５を最適構成判定部２１７４に送信する。
【０１０８】
過渡安定度評価部２１７３では位相、周波数変動情報２１７５を受信しΔｆｔ、ΔδＧを用いて過渡安定度を評価し、その結果を過渡安定度評価結果２１７６として最適構成判定部２１７４に送信する。
【０１０９】
最適構成判定部２１７４では、過渡動揺予測演算結果２１６、位相、周波数変動情報２１７５、過渡安定度評価結果２１７６、負荷優先度情報２６より系統構成の遷移及び系統構成が最適であるかを判定し、最適な系統構成の遷移を導出した場合は系統遷移案生成部２１７１に生成停止信号２１７７を送信し系統構成案２４を系統構成制御システム２２に送信する。
【０１１０】
尚、第二実施形態における最適な系統構成の遷移を導出する方法として、負荷優先度情報２６、過渡動揺予測演算結果２１６、過渡安定度評価結果２１７６、位相、周波数変動情報２１７５を評価材料とした機械学習等が考えられるが本発明においてはこれに限定されない。
【０１１１】
図１１は本発明の第二実施例における一連の工程を示すフローチャートである。図１１を用いて第二実施形態における系統事故発生から状況に合わせた系統構成に遷移する一連の工程について説明する。
【０１１２】
ステップＳ１
ステップＳ１は、電力系統５で系統事故が発生した際に、事故を検知した状態である。事故を検知する際に事故点に最も近い前記系統構成手段４は開放状態となり、事故情報を系統状態情報１１として運航支援システム２に送信する。
【０１１３】
ステップＳ２
ステップＳ２では、電力系統５より系統状態情報１１を介して系統事故情報を受信した運航支援システム２の系統構成制御システム２２が、系統状態制御システム２１へ系統状態情報２３を送信する。系統状態制御システム２１では、系統状態情報２３を受信した系統解析システム２１８で事故中の周波数、位相変化分、及び潮流を予測演算し過渡動揺予測演算結果２１６として最適構成遷移システム２１７に送信する。また系統状態情報２３を受信した最適構成遷移システム２１７内の系統遷移案生成部２１７１によって系統遷移情報２１５を生成し系統解析システム２１８に送信する。
【０１１４】
ステップＳ３
ステップＳ３は、系統遷移情報２１５を受信した系統解析システム２１８において、系統の構成が遷移する過程における周波数の変化分Δｆ、位相の変化分Δδ、潮流を予測演算する。
【０１１５】
ステップＳ４
ステップＳ４では、ステップＳ３で予測演算したΔｆ、Δδ、潮流を過渡動揺予測演算結果２１６として、最適構成遷移システム２１７へ送信し、系統変動評価部２１７２で事故発生時からの周波数変化分Δｆｔ、発電機間位相差ΔδＧを計算する。
ステップＳ５
ステップＳ５では、系統変動評価部２１７２で発電機間の位相差ΔδＧを評価する。発電機間位相差の絶対値｜ΔδＧ｜がしきい値ΔδＧｓａｔ以上の場合は過渡安定度評価をする必要があり、過渡安定度評価部２１７３へ位相、周波数変動情報２１７５に該当するΔδＧおよびΔｆｔの情報を送信し、ΔδＧｓａｔ未満であれば、Δｆｔの評価に移る。
ステップＳ６
ステップＳ６では発電機間の位相差の絶対値がしきい値ΔδＧｓａｔ以上となる場合に過渡安定度評価部２１７３で同期安定度評価を実施する。同期安定度評価で安定と判断した場合は、系統構成の遷移が最適か否かの評価に移り、不安定と判断した場合は、この遷移の評価は最低と評価される。
【０１１６】
ステップＳ７
ステップＳ７は、最適構成案判定部２１７４で系統構成の遷移が完了した時点での周波数変化分の絶対値｜Δｆt｜がΔｆｔｌｉｍｉｔを超えているか否かを確認する。ここでΔｆｔｌｉｍｉｔを超える様であればこの系統の構成もしくはこの系統構成に至るまでの工程は不適切であり、評価としては最低と判断する。
【０１１７】
ステップＳ８
ステップＳ８は、最適構成案判定部２１７４において、位相、周波数変動情報２１７５、過渡安定度評価結果２１７６、過渡動揺予測演算結果２１６、位相、周波数変動情報２１７５、負荷優先度情報２６、系統構成手段４の切り替え回数を含めて、系統の構成及び系統構成遷移の工程を評価する。
【０１１８】
ステップＳ９
ここでは、周波数変化分、同期安定度ともに問題ない場合、系統の遷移が最適か否かを評価する部分である。系統構成の遷移に関する評価は、負荷の優先順位を考慮し、周波数、発電機間の位相差の変化が少なく系統遷移の回数が少ないほど高い。最適解と判定した場合は、その最適解を系統構成案２４として系統構成制御手段２２を介し、系統指示信号１１として電力系統５へ送信され、電力系統５の構成は最適解となるように切り替えを実施する。
【０１１９】
以上、本発明の第二の実施形態では事故情報を受け、事故除去後の最適系統構成を考慮する際に、周波数、発電機間の位相差の変化といった過渡的な変動、負荷の優先順位、系統構成手段４の切り替えの回数を考慮して最適系統構成に至るまでの最適な工程を導出することで、電気推進機器をはじめとした優先順位の高い負荷への電力供給を実現し、これら電気負荷を極力通常に近い状態で使用継続し、また電力系統の不安定化を防ぐ事が出来る。
【０１２０】
以上のように、本実施例では、電力系統で事故発生から事故部分を切り離して推進負荷を含む他の負荷への電力供給を状況に応じて供給する構成を実現する際に、前記電力系統の過渡安定度を考慮して、最適な系統構成への遷移を実現する事が可能となる。また最適な系統構成への遷移により、事故除去後の電気推進船内での電力系統の不安定化を防ぎ、電気推進機器を含む系統内電気負荷への通常に近い状態での電力供給を電気負荷の優先順位を考慮した上で可能な限り継続する事が可能となる。
【０１２１】
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、前記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。
【符号の説明】
【０１２２】
１：電気推進船 ，２：運航支援システム，３：電源，３０：電源，４：系統構成手段，
５：電力系統 ，６：負荷，６１：負荷，７：電気推進機器，８：プロペラ，９：回転軸，１０：系統情報信号 ，１１：系統指示信号 ，２１：系統状態制御システム，２２：系統構成制御システム ，２３：系統状態情報，２４：系統構成案，２５：状況管理システム，２６：負荷優先度情報， ２１１：系統解析システム，２１２：最適構成システム，２１３：系統構成候補案，２１４：潮流予測演算結果 ，２１５：系統遷移情報，２１６：過渡動揺予測演算結果 ，２１１１：潮流予測演算部，２１１２：過渡動揺予測演算部，２１２１：最適構成決定部，２１２２：過渡安定度評価部，２１２３.最適構成案候補，２１２４：リセット信号，２１２２１：系統遷移案生成部，２１２２２：系統変動評価部 ，２１２２３：過渡安定度演算部，２１２２４：系統遷移案評価部，２１２２５：位相、周波数変動情報，２１２２６：過渡安定度評価結果，２１２２７：生成停止信号，２１７：最適構成遷移システム，２１８：系統解析システム，２１７１：系統遷移案生成部，２１７２：系統変動評価部，２１７３：過渡安定度評価部，２１７４：最適構成案判定部，２１７５：位相、周波数変動情報，２１７６：過渡安定度評価結果，２１７７：生成停止信号 
【図１】
2018002064.tif 000003
【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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【図７】
2018002064.tif 000009
【図８】
2018002064.tif 000010
【図９】
2018002064.tif 000011
【図１０】
2018002064.tif 000012
【図１１】
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