(57)【要約】【課題】電気推進船の電気推進システムにおいて、同期投入時の許容周波数差を拡大した同期投入装置を提供し、同期投入の容易化と時間短縮を図る。【解決手段】電気推進船の電気推進システムにおける同期投入装置１０は、母線側計測用変圧器３１、投入側計測用変圧器３２及びＡＣＢ３０と接続し、該母線側計測用変圧器３１及び投入側計測用変圧器３２は、それぞれの電圧を検出して所定の電圧に変圧して同期投入装置１０に入力し、同期投入の判断ができるような二次電圧に変換する装置とし、同期投入装置１０は、自動電圧調整装置３５及びガバナ装置３６に接続し、該自動電圧調整装置３５は、投入側の発電機４２に設け、該発電機４２の供給する電圧を調整可能な装置とし、また、ガバナ装置３６は、同じく投入側のエンジン５２に設けられ、該エンジン５２の回転数を調整可能とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気推進システム（５）により推進装置（３４）を駆動し航走する電気推進船であって、該電気推進システム（５）は、推進装置（３４）を電動機（３３）で駆動し、電動機（３３）は、複数のエンジン（５１・５２）で駆動される、複数の発電機（４１・４２）より電力供給し、該電動機（３３）への電力供給系統は、第一供給系統（６１）及び第二供給系統（６２）の複数電力供給系統を、並列接続し、前記第二供給系統（６２）は、発電機（４２）から第一供給系統（６１）に接続されるまでの間に同期投入を行い、該第二供給系統（６２）の運転・停止によって運転台数制御を行い、推進負荷に適した電力供給を電動機（３３）に行い、該第一供給系統（６１）を母線側、第二供給系統（６２）を投入側とすることを特徴とする電気推進船の電気推進システム。
【請求項２】
請求項１記載の電気推進船の電気推進システムにおいて、前記同期投入装置（１０）は、母線側計測用変圧器（３１）、投入側計測用変圧器（３２）及びＡＣＢ（３０）と接続し、該母線側計測用変圧器（３１）及び投入側計測用変圧器（３２）は、それぞれの電圧を検出して所定の電圧に変圧して同期投入装置（１０）に入力し、同期投入の判断ができるような二次電圧に変換する装置とし、更に、同期投入装置（１０）は、自動電圧調整装置（３５）及びガバナ装置（３６）に接続し、該自動電圧調整装置（３５）は、投入側の発電機（４２）に設け、該発電機（４２）の供給する電圧を調整可能な装置とし、また、ガバナ装置（３６）は、同じく投入側のエンジン（５２）に設けられ、該エンジン（５２）の回転数を調整可能としたことを特徴とする電気推進船の電気推進システム。
【請求項３】
請求項１記載の電気推進船の電気推進システムにおいて、前記母線側と投入側との電圧差を検知する電圧差検知手段と、母線側と投入側との周波数差を検知する周波数差検知手段と、母線側と投入側との位相差を検知する位相差検知手段と、投入指令から到達までの投入時間差を、予め設定した周波数差毎の遅れ位相差として記憶する手段と、同期投入時に母線側周波数に応じて前記遅れ位相差を前記記憶手段から選択可能な選択手段を備えたことを特徴とする電気推進船の電気推進システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気推進船の電気推進システムにおける、母線側と投入側との電圧差、周波数差及び位相差に基づいて、投入電源を母線に同期投入する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期投入装置は、商用電源又は他の発電機から電力が供給されている母線に、発電機電力を追加する装置である。同期投入装置は、母線と新たに追加する発電機との間の電位差・周波数差が許容値以内であれば同相点を判断し同期投入を行なう。この同期投入装置は良く知られており、例えば、特許文献１で開示されている。
【特許文献１】特許第３５８３５８５号公報
【０００３】
母線側と投入側との周波数差は交流波形が同相点を通過する周期である。同期投入装置は、この周期で投入時間差に相当する遅れ位相差の演算を実施する。投入時間差とは、同期投入装置が投入指令を出してから実際に投入されるまでの時間である。例えば、投入側の起電力を、投入側の途中に介されたＡｉｒ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｒｅａｋｅｒ（以下ＡＣＢと省略する）の接点開閉にて母線側に投入する場合がある。この場合においてはＡＣＢ固有の応答性能が投入時間差に相当する。従来、同期投入装置の同期投入において、許容周波数差は±０．４Ｈｚ以下とされてきた。これは周波数差が±０．４Ｈｚ以上であった場合、同相点を通過する周期が小さく、遅れ位相差を演算する時間がないことが理由であった。さらに、ほとんどの場合に母線側が陸上の商用電源であり、母線側周波数が安定しているため±０．４Ｈｚ以上の周波数差であっても、投入側の発電機を容易に同期させるように制御することが可能であることが理由であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、電気推進システム（船舶の推進プロペラを「電動機」で駆動するシステムで、電力は、エンジン・発電機から給電される）を備えた電気推進船は、１台の電動機に対し複数台の発電機より電力を供給する場合がある。このとき、推進負荷の増加に伴い運転する発電機の台数を増加させるときにおいて、同期投入装置が用いられる。しかし、母線自体もエンジン発電機により電力が供給されており、また、推進負荷変動が大きいため、母線側も周波数が変動することがある。すなわち、互いの周波数差が±０．４Ｈｚよりも大きくなる場合がある。このように周波数が変動する母線側に対して投入側の発電機の周波数を合わせて同期投入することは難しく、周波数差が小さくなった時を見計らって同期投入させる必要があり、同期投入に長時間かかることや、不可能な場合があった。
【０００５】
そこで、解決しようとする課題は、同期投入時の許容周波数差を拡大した同期投入装置を提供し、同期投入の容易化と時間短縮を図ることである。具体的には、許容周波数差を±０．８Ｈｚ以下である同期投入装置とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
請求項１においては、電気推進システム（５）により推進装置（３４）を駆動し航走する電気推進船であって、該電気推進システム（５）は、推進装置（３４）を電動機（３３）で駆動し、電動機（３３）は、複数のエンジン（５１・５２）で駆動される、複数の発電機（４１・４２）より電力供給し、該電動機（３３）への電力供給系統は、第一供給系統（６１）及び第二供給系統（６２）の複数電力供給系統を、並列接続し、前記第二供給系統（６２）は、発電機（４２）から第一供給系統（６１）に接続されるまでの間に同期投入を行い、該第二供給系統（６２）の運転・停止によって運転台数制御を行い、推進負荷に適した電力供給を電動機（３３）に行い、該第一供給系統（６１）を母線側、第二供給系統（６２）を投入側とするものである。
【０００７】
請求項２においては、請求項１記載の電気推進船の電気推進システムにおいて、前記同期投入装置（１０）は、母線側計測用変圧器（３１）、投入側計測用変圧器（３２）及びＡＣＢ（３０）と接続し、該母線側計測用変圧器（３１）及び投入側計測用変圧器（３２）は、それぞれの電圧を検出して所定の電圧に変圧して同期投入装置（１０）に入力し、同期投入の判断ができるような二次電圧に変換する装置とし、更に、同期投入装置（１０）は、自動電圧調整装置（３５）及びガバナ装置（３６）に接続し、該自動電圧調整装置（３５）は、投入側の発電機（４２）に設け、該発電機（４２）の供給する電圧を調整可能な装置とし、また、ガバナ装置（３６）は、同じく投入側のエンジン（５２）に設けられ、該エンジン（５２）の回転数を調整可能としたものである。
【０００８】
請求項３においては、請求項１記載の電気推進船の電気推進システムにおいて、前記母線側と投入側との電圧差を検知する電圧差検知手段と、母線側と投入側との周波数差を検知する周波数差検知手段と、母線側と投入側との位相差を検知する位相差検知手段と、投入指令から到達までの投入時間差を、予め設定した周波数差毎の遅れ位相差として記憶する手段と、同期投入時に母線側周波数に応じて前記遅れ位相差を前記記憶手段から選択可能な選択手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
負荷変動等により周波数変動の可能性のある２台以上の発電機を備える船舶等、主に電気推進船において、母線側と投入側との周波数差及び位相差が従来よりも大きくても自動同期投入が可能であり、投入までの時間が従来よりも短縮できるようになる。また、安全に自動同期投入が行えることで、発電機の自動台数制御が可能である。さらに、ドレッジャー船やクレーン台船などのように、周波数変動の大きい装置を装備した船舶についても適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施例に係る電気推進船の駆動回路構成を示すブロック図、図２は同じく同期投入装置の投入回路構成を示すブロック図、図３は同期投入装置の投入を示すフローチャート図である。図４は設定器に予め設定される周波数差毎の遅れ位相差を示すテーブル図である。
【００１２】
本発明に係る実施例を、電気推進船に備えられた同期投入装置１０とする。地球環境対策の一環として、船舶のディーゼルエンジンの排ガス規制が導入され、これに伴い、「主機ディーゼルエンジン」に代わる「電気推進システム」が注目されている。「電気推進システム」は船舶の推進プロペラを「電動機」で駆動するシステムで、電力は、排ガス対策が容易な中速エンジン・発電機から給電される。「電動機」は振動・騒音も低く、また、中速エンジンは排ガス対策が容易な上に防振対策も容易で、電気推進船は排ガス対策、低振動及び低騒音にも優れている。
【００１３】
図１に示すように、電気推進船は電気推進システム５によって航走する。すなわち、電気推進システム５は、電動機３３で駆動される推進装置３４が用いられ、電動機３３は、エンジン５１・５２で駆動される発電機４１・４２より電力供給される。電動機３３への電力供給は、第一供給系統６１及び第二供給系統６２の２系統が存在し、それぞれが並列接続されている。但し、３系統以上設けることも可能である。第二供給系統６２は、発電機４２から第一供給系統６１に接続されるまでの間に、Ａｉｒ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｒｅａｋｅｒ３０を介している。同期投入装置１０は、ＡＣＢ３０のオン・オフにて同期投入を行なう。つまり、第二供給系統６２の運転・停止によって運転台数制御を行い、推進負荷に適した電力供給を電動機３３に行なう。以下では、第一供給系統６１を母線側、第二供給系統６２を投入側として、各装置について説明する。
【００１４】
同じく図１に示すように、同期投入装置１０は、母線側計測用変圧器３１、投入側計測用変圧器３２及びＡＣＢ３０と接続されている。母線側計測用変圧器３１及び投入側計測用変圧器３２は、それぞれの電圧を検出して所定の電圧に変圧して同期投入装置１０に入力し、同期投入の判断ができるような二次電圧に変換する装置である。さらに、同期投入装置１０は、調整用自動電圧調整装置（以下ＡＶＲと省略する）３５及びガバナ装置３６に接続されている。このＡＶＲ３５は、発電機４２（投入側）に設けられ、発電機４２の供給する電圧を調整可能な装置である。また、ガバナ装置３６は、同じくエンジン５２（投入側）に設けられ、エンジン５２の回転数を調整可能な装置である。
【００１５】
図２に示すように、同期投入装置１０は、大まかには同期投入回路１６と設定器２５より構成される。同期投入回路１６には、母線側電圧検出回路１１、母線側周波数検出回路１２、位相差検出回路１３、投入側周波数検出回路１４及び投入側電圧検出回路１５が配置され、これらは同期投入演算回路２０に接続されている。母線側電圧検出回路１１及び母線側周波数検出回路１２は、母線側計測用変圧器３１により計測用に変圧された二次電圧の電圧Ｖ１及び周波数ｆ１を計測する。同じく、投入側電圧検出回路１５及び投入側周波数検出回路１４は、投入側計測用変圧器３２により計測用に変圧された二次電圧の電圧Ｖ２及び周波数ｆ２を計測する。また、位相差検出回路１３は、それぞれの二次電圧の位相差Δφを検出できる。
【００１６】
図３に示すように、同期投入機の動作について説明する。本実施例では、許容電圧差ＶｐをＶ１／Ｖ２＝±０．０３％、許容周波数差ｆｐを０．８Ｈｚ、許容位相差φｐを±π／１８（ｒａｄ）及び許容経過時間Ｔｐを１分以内として、予め設定器２５に設定されている。まず、Ｓ１１０において、同期投入演算回路２０は、母線側電圧検出回路１１及び投入側電圧検出回路１５にて検出される電圧差ΔＶ（ΔＶ＝Ｖ１−Ｖ２）を測定し、ΔＶ≦Ｖｐの判定を実施する。ここで、電圧差ΔＶが許容値Ｖｐを超えるようであれば、Ｓ１１１において、ＡＶＲ３５が、発電機４２の励磁電流を増減させ、電圧差が許容値Ｖｐ以下になるように制御する。次に、Ｓ１２０において、同期投入演算回路２０は、母線側周波数検出回路１２及び投入側周波数検出回路１４にて検出される周波数差Δｆ（Δｆ＝ｆ１−ｆ２）を測定し、Δｆ≦ｆｐの判定を実施する。ここで、周波数差Δｆが許容値ｆｐを超えるようであれば、Ｓ１２１において、ガバナ装置３６が、エンジン５２の回転数を増減させ、周波数が許容値ｆｐ以下になるように制御する。
【００１７】
同じく図３に示すように、Ｓ１３０において、同期投入演算回路２０は、位相差を確認し許容位相差φｐ以下になれば（以下同相点と言う）、ＡＣＢ３０に同期投入指令をして実際に同期投入する。同期投入時、系統に最も影響を与えるものは位相差であり、同相点に対してＡＣＢ３０の投入がマッチングするように投入指令発生のタイミングを確認する。次に、Ｓ１４０において、同期投入演算回路２０は、ＡＣＢ３０に同期投入指令を行なう。なお、図３のフローチャートには示していないが、同期投入演算回路２０は、同期投入スタート（Ｓ１００）より、許容経過時間Ｔｐ以上が経過した場合、同期投入失敗と判断し同期投入を中止する。
【００１８】
ここで、遅れ位相差について説明する。実際、同期投入演算回路２０がＡＣＢ３０に同期投入指令を出し、ＡＣＢ３０の接点が閉じられるまでにいくらか時間を要する。この発生する時間差を投入時間差という。なお、この投入時間は、ＡＣＢ３０固有の応答性能が主要因であるため、予め把握することができる。同期投入装置１０は、この投入時間差に相当する時間分だけ、事前に投入指令を出す必要がある。遅れ位相差とは、この投入時間差を位相角度に演算したものである。つまり、Ｓ１３０において、同期投入演算回路２０は、同相点を確認し、遅れ位相差分早く同期投入指令を行なう必要がある。また、この遅れ位相差は、投入時間差から演算する時に、周波数差Δｆによって異なる数値となる。
【００１９】
図４に示すように、本実施例では、周波数差Δｆ毎の遅れ位相差Δθを、設定器２５に設定（記憶）しておく。つまり、母線側の周波数変動が許容される範囲は決まっており、その許容される範囲内において、その周波数毎に、所定周波数差毎に遅れ位相差を演算して記憶手段に記憶しておく。本実施例ではある特定周波数において周波数差が０．１Ｈｚ毎の遅れ位相差Δθを設定したが、設定は計測用変圧器３１・３２の精度等には関係なく、本実施例に限定されることはない。こうして、周波数が変動する母線側のある特定周波数のときに同期投入を行なうときには、その周波数のときに投入側との周波数差が、ある値であれば同期投入演算回路２０の選択手段が前記記憶手段に記憶されたある値（周波数差）の遅れ位相差を選択して（読込んで）、その遅れ位相差に相当する前進角の同相点の手前位置で同期投入するのである。
【００２０】
従来、許容周波数差ｆｐが小さい値であったので、同相点が通過する周期は大きかった。つまり、遅れ位相差Δθを演算する時間が十分にあった。しかし、許容周波数差ｆｐを大きくすると同相点が通過する周期が小さいため、遅れ位相差Δθを演算している時間がない。しかし、本実施例のように、予め周波数差Δｆ毎に遅れ位相差Δθを設定しておくことで、周波数差Δｆに相当する遅れ位相差Δθを選択するのみで同期投入が可能である。すなわち、許容周波数差を大きくすることができる。このようにして、遅れ位相差Δθを演算する時間を省略し、周波数差Δｆが大きい、すなわち同相点が通過する周期が小さい場合であっても同期投入可能である。
【００２１】
本実施例では、遅れ位相差Δθを予め周波数差Δｆ毎に設定しておき選択することで、同期投入装置の処理能力を早めた。つまり、同位相となる手前の設定角度になってから投入時間差に相当する遅れ位相差を同位相となる点から逆算する必要がなくなり、周波数差から遅れ位相差に相当する前進角が選択されて、その前進角の位置でＡＣＢ投入指令が出されるため、従来よりも周波数差が大きくても同期投入が可能となる。すなわち、周波数差Δｆが大きい場合、例えば周波数差が０．８Ｈz でも十分に対応できる。したがって、本実施例のように電気推進船のみならず、母線側の周波数が変動する状況で活用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例に係る電気推進船の駆動回路構成を示すブロック図。
【図２】同じく同期投入装置の投入回路構成を示すブロック図。
【図３】同期投入装置の投入を示すフローチャート図。
【図４】設定器に予め設定される周波数差毎の遅れ位相差を示すテーブル図。
【符号の説明】
【００２３】
１０    同期投入装置
１１    母線側電圧検出手段
１２    母線側周波数検出手段
１３    位相差検出手段
１４    投入側周波数検出手段
１５    投入側電圧検出手段
２０    同期投入演算回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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