(57)【要約】  【課題】  大容量の原動機駆動電源装置と、小容量の原動機駆動電源装置から小容量の比較的負荷変動の小さい負荷系統へ切替え可能に給電するものにおいて、小容量の原動機駆動電源装置からの給電時に大容量原動機駆動電源装置の外乱に伴う変動の影響が及ばないようにして、小容量負荷への給電が不安定になることを防止する。  【解決手段】  共通の原動機により大容量発電機と小容量発電機とを駆動するように構成した主電源装置と小容量原動機駆動の補助電源装置を設け、両方の電源装置から小容量負荷への給電を切替える際に、一時的に両方の電源装置から並行して給電し、可能な限り短時間に一方の電源からの給電を停止させるようにする。【選択図】        図１
2005354861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大容量の原動機とこれによって共通に駆動される大容量の発電機および小容量の発電機とから構成した主電源装置と、小容量の補助原動機とこれによって駆動される小容量の補助発電機とから構成した補助電源装置とを備え、前記主電源装置の大容量発電機から負荷変動の大きな大容量負荷を有する大容量負荷給電系統に給電するとともに、前記主電源装置の小容量発電機と前記補助電源装置の小容量発電機とから選択的に負荷変動の小さな小容量負荷を有する小容量負荷給電系統に給電するようにした給電装置において、前記小容量負荷給電系統への給電切替え指令によりこの小容量負荷給電系統から切離されている主電源装置の小容量発電機または補助電源装置の小容量発電機の電圧および周波数を、この系統に給電されている電力の電圧および周波数に一致させる制御を行い、一致したところで切離されている方の発電機をこの系統に投入する投入制御手段と、切離されている方の発電機が投入されてから所定時間後に小容量負荷給電系統に既に接続されていた補助電源装置の小容量発電機または主電源装置の小容量発電機を系統から切離す分離制御手段とを設けたことを特徴とする原動機駆動電源装置による給電装置。
【請求項２】
請求項１記載の給電装置において、電気推進装置を備える船舶に適用される原動機駆動電源装置による給電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼル・エンジンや蒸気タービンあるいはガスタービンのような原動機により発電機を駆動して発電し、負荷へ給電する、いわゆる原動機駆動電源装置から例えば船舶の電気推進装置のような負荷変動の大きな大容量負荷を有する系統および比較的負荷変動が小さくかつ小容量の船内動力負荷の接続された系統へ給電を行う給電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気推進方式の船舶においては、一般に、電動機駆動の推進装置が２基備わっていて、これを駆動するために推進機に対応して２台の原動機駆動主電源装置が設けられており、船舶の通常の運転領域（巡航速度領域）では、運航コストの低減などの目的で２台のうちの１台の主電源装置で１基または２基の推進装置を駆動し、そして、高負荷となる高速運転領域では２台の主電源装置で２基の推進装置を駆動するようにしている。
【０００３】
また、このような推進装置を駆動するための主電源装置を、船内動力の電源にも共用する場合があるが、この場合は、推進装置が大きく負荷変動しても、主電源装置の駆動原動機が安定に運転され、かつ船内動力に対して安定した電力を供給することが要求される。
【０００４】
このような要求に応えるために、既に特許文献１に示すような給電装置が提案されている。図２にその構成を示す。
【０００５】
図２において、Ｐ１およびＰ２は、それぞれディーゼル・エンジンからなる原動機ＤＥ１およびＤＥ２によりそれぞれ駆動軸を介して共通に駆動される三相交流の大容量発電機ＧＬ１、小容量発電機ＧＳ１および大容量発電機ＧＬ２、小容量発電機ＧＳ２を備えた原動機駆動主電源装置である。主電源装置における大容量発電機ＧＬ１およびＧＬ２は、遮断器ＣＢ１、ＣＢ２および給電制御用の電力変換装置ＣＩ１、ＣＩ２を介して、船舶の推進機（図示せず）の駆動軸に結合された大容量の推進電動機Ｍ１、Ｍ２を並列接続した推進系給電母線Ｂｄに並列接続され、大容量負荷である推進電動機へ給電する。
【０００６】
主電源装置Ｐ１、Ｐ２のもう一つの小容量発電機ＧＳ１、ＧＳ２は、図示しない船内動力負荷の接続された動力系給電母線Ｂｓに、無接点の半導体スイッチＴＳ１、TＳ２および遮断器ＣＢｓ１、ＣＢｓ２を介して並列に接続され、船内動力負荷へ給電する。船内動力負荷は、推進動力負荷（推進電動機）の容量の１０％程度の小容量負荷である。
【０００７】
このように、各主電源装置における大容量発電機ＧＬと小容量発電機ＧＳは、共通の原動機ＤＥにより駆動されるが互いに異なる独立した負荷へ給電を行う。なお、推進系給電母線Ｂｄ中に設けられたスイッチＳｄは、推進電動機Ｍ１、Ｍ２の並列運転と単独運転とを選択するスイッチで、これを閉じることにより並列運転が選択される。
【０００８】
また、Ｐｅは、ディーゼル・エンジンからなる補助の原動機ＤＥｅと発電機Ｇｅとで構成された補助電源装置であり、何らかの原因で主電源装置Ｐ１、Ｐ２における小容量発電機ＧＳ１、ＧＳ２から船内動力負荷への給電が不能となるような非常時または長期停泊等により主電源装置が停止された時などに運転され、停電による停止が許されない船内の動力負荷へ給電するために、動力系給電母線Ｂｓに遮断器ＣＢｅを介して接続される。
【０００９】
このような給電装置において、推進電動機Ｍ１、Ｍ２が通常に負荷をとって船舶が巡航しているときは、２組の原動機駆動電源装置Ｐ１、Ｐ２が共に運転され、スイッチＳｄを閉じて、両方の大容量の推進用発電機ＧＬ１、ＧＬ２から並列に推進電動機Ｍ１、Ｍ２へ給電される。船内動力負荷へは２台の小容量の船内動力用発電機ＧＳ１、ＧＳ２から並列に給電される。このときは、原動機ＤＥ１、ＤＥ２には適当な負荷がかかっているため、これらは並列運転されていても安定した運転状態を保つ。したがって、このときは、小容量発電機ＧＳ１、ＧＳ２の運転も安定しており、安定した電力が動力系給電母線Ｂｓへ供給される。
【００１０】
船舶の運行状態が低速あるいは停止状態になると、推進電動機Ｍ１、Ｍ２の消費電力が減少し、通常の１／１０以下のほぼ船内動力負荷だけを負担する軽負荷状態となり、２組の主電源装置Ｐ１、Ｐ２のディーゼル・エンジンＤＥ１、ＤＥ２の並列運転状態が不安定となる。
【００１１】
図２には示していない負荷検出装置が低負荷を検出したとき、いずれか一方の、例えば電力変換装置ＣＩ２の出力を絞り込んで、発電機ＧＬ２からの給電を停止して、発電機ＧＬ1だけから推進電動機Ｍ１、Ｍ２へ給電を行うようにする。このとき同時に、主電源装置Ｐ２側の小容量発電機ＧＳ２の出力を絞り込むか、半導体スイッチ等からなる高速度スイッチにより小容量発電機ＧＳ２の出力を遮断して、船内動力負荷の接続された動力系給電母線Ｂｓへの給電を、給電を継続している側の主電源装置Ｐ１の小容量発電機ＧＳ１だけから行うようにする。
【００１２】
これにより、軽負荷となった状態では、一方の主電源装置Ｐ１の発電機（ＧＬ１，ＧＳ１）だけから給電が行われ、他方の主電源装置Ｐ２の発電機（ＧＬ２，ＧＳ２）からは給電が停止されるので、主電源装置Ｐ２の側の原動機ＤＥ２は負荷がなくなりアイドリング状態となって、主電源装置Ｐ１側の原動機ＤＥ１を単独で運転しているのと同じ状態となる。これにより２台の原動機は軽負荷となっても運転が不安定となることなく安定した運転を継続する。
【００１３】
このような給電装置においては、船舶の長期停泊中は推進装置が停止されるので燃料の節約などのために主電源装置が停止され、補助電源装置だけが運転される。停泊期間中は補助電源装置から船内の動力系給電母線Ｂｓへ給電されるが、船舶が出航するときに推進装置の駆動のために主電源装置の運転が再開される。主電源装置の運転が再開されたところで、船内の動力系給電母線への給電を補助電源装置から主電源装置の小容量発電機に切替える必要がある。またこれとは逆に船舶の停泊に伴って主電源装置を停止するときは、停止する前に補助電源装置を起動し、これから船内動力系給電母線へ給電を行うように切替える必要がある。
【００１４】
このような動力系給電母線へ給電する電源を切替える過程で、主電源装置の小容量発電機と補助電源装置の発電機とが動力系給電母線に並列に接続されて並列運転される期間が生じる。この期間において、主電源装置には負荷変動の大きい推進電動機が接続される関係で主電源装置に大きな変動を伴う外乱が加わることがある。一般に主電源装置の原動機と補助電源装置の原動機とは容量が１０：１程度の違いがあるため並列運転中にこのような外乱を受けると補助電源装置の原動機の容量が主電源装置の原動機の容量に比べて小さすぎるために、補助電源装置は、主電源装置の原動機に支配されて発電機の出力の周波数および電圧が過渡的に変動し、最悪の場合は補助電源装置の発電機が脱調を起し、機械的な損傷を生じることがある。
【特許文献１】特開２００３−２１９５５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
この発明は、前記した従来装置における問題を解決するために、船内の動力系給電母線（小容量負荷給電系統）への給電を主電源装置の小容量発電機と補助電源装置の発電機との間で停電なしに切替える過程で、補助電源装置が主電源装置から受ける影響を軽減することのできる給電装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この発明は、前記課題を解決するため、大容量の原動機とこれによって共通に駆動される大容量の発電機および小容量の発電機とから構成した主電源装置と、小容量の補助原動機とこれによって駆動される小容量の補助発電機とから構成した補助電源装置とを備え、前記主電源装置の大容量発電機から負荷変動の大きな大容量負荷を有する大容量負荷給電系統に給電するとともに、前記主電源装置の小容量発電機と前記補助電源装置の小容量発電機とから選択的に負荷変動の小さな小容量負荷を有する小容量負荷給電系統に給電するようにした給電装置において、前記小容量負荷給電系統への給電切替え指令によりこの小容量負荷給電系統から切離されている主電源装置の小容量発電機または補助電源装置の小容量発電機の電圧および周波数を、この系統に給電されている電力の電圧および周波数に一致させる制御を行い、一致したところで切離されている方の発電機をこの系統に投入する投入制御手段と、切離されている方の発電機が投入されてから所定時間後に小容量負荷給電系統に既に接続されていた補助電源装置の小容量発電機または主電源装置の小容量発電機を系統から切離す分離制御手段とを設けたことを特徴とする。
【００１７】
そしてこの発明は、電気推進装置を備えた船舶の給電装置に適用するのが最適である。
【発明の効果】
【００１８】
前記のとおり、この発明によれば、大容量の原動機とこれによって共通に駆動される大容量の発電機および小容量の発電機とから構成した主電源装置と、小容量の補助原動機とこれによって駆動される小容量の補助発電機とから構成した補助電源装置とを備え、前記主電源装置の大容量発電機から負荷変動の大きな大容量負荷を有する大容量負荷給電系統に給電するとともに、前記主電源装置の小容量発電機と前記補助電源装置の小容量発電機とから選択的に負荷変動の小さな小容量負荷を有する小容量負荷給電系統に給電するようにした給電装置において、小容量負荷給電系統への給電をこの系統に既に接続されている主電源装置の小容量発電機または補助電源装置の小容量発電機を切離されている方の補助電源装置の小容量発電機または主電源装置の小容量発電機に切替える際に、切離されていた方の発電機が系統に投入されると自動的に所定時間以内に既に接続されていた方の発電機が系統から分離されるので、両方の発電機が同系統に並列接続される期間が短時間となるため、主電源装置が補助電源装置に比べて著しく大きな容量を持つ場合でも補助電源側の発電機が主電源装置側の大容量負荷の変動に影響されることが少なくなり、切替え過程で主電源装置の動作に影響されて補助電源装置側の発電機が脱調などの変調を起こすことがほぼなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明を図に示す実施例について説明する。
【００２０】
図１はこの発明の実施例を示す構成図である。
【００２１】
図１のこの発明の実施例は、電気推進装置を有する船舶の給電装置に適用した例を示すものであり、図２の従来装置における構成要素と同じものは同一の符号を付して示す。
【００２２】
それぞれ、ディーゼル・エンジンなどの原動機ＤＥ１、ＥＤ２とこれによって駆動される大容量の推進電動機用発電機ＧＬ１、ＧＬ２および小容量の動力電源用発電機ＧＳ１、ＧＳ２により２組の主電源装置Ｐ１、Ｐ２が構成される。この主電源装置Ｐ１、Ｐ２は推進機ＤＰ１、ＤＰ２とこれを駆動する推進電動機Ｍ１、Ｍ２および推進電動機Ｍ１、Ｍ２を制御する電力変換装置ＣＩ１、ＣＩ２により構成された電気推進装置ＥＤ１、ＥＤ２に給電する。
【００２３】
この主電源装置Ｐ１、Ｐ２における各々の発電機には自動励磁調整装置EXL1、EXL2およびEXS1、EXS2を設けて、各々の発電機の出力電圧を制御する。そして原動機ＤＥ１、ＤＥ２には、自動調速装置ＡＧ１、ＡＧ２が設けられ、これによって発電機の出力周波数が一定になるように原動機の速度を制御する。
【００２４】
これらの主電源装置Ｐ１、Ｐ２における大容量発電機ＧＬ１、ＧＬ２の出力は、それぞれスイッチＳＷＬ１、ＳＷＬ２を介して大容量負荷となる電気推進装置ＥＤ１、ＥＤ２に給電される。電気推進装置ＥＤ１、ＥＤ２の接続された給電母線Ｂ１、Ｂ２は、並列運転選択スイッチSWLpを介して並列に接続される。この選択スイッチSWLpが投入されると主電源装置Ｐ１、Ｐ２と電気推進装置ＥＤ１、ＥＤ２が互いに並列に接続され、電源装置Ｐ１、Ｐ２が並列に運転され、負荷を均等に負担する。なお、選択スイッチSWLpを投入しないで、主電源装置Ｐ１から電気推進装置ＥＤ１に給電するとともに主電源装置Ｐ２から電気推進装置ＥＤ２に給電するようにして独立運転を行いこともできる。
【００２５】
主電源装置Ｐ１、Ｐ２の小容量発電機ＧＳ１、ＧＳ２は、船内の比較的負荷変動が小さく、容量も電気推進装置に比べると1／１０以下の小容量の船内動力負荷へ給電するための動力系給電母線ＢＳにスイッチSWS1、SWS2を介して並列に接続される。なお、スイッチSW1、SW2のいずれか一方を投入して、小容量発電機ＧＳ１、ＧＳ２のいずれか一方から船内動力負荷へ給電することができる。
【００２６】
前記の主電源装置とは別に、動力系給電母線に給電するために補助電源装置Ｐｅが設けられる。この補助電源装置Ｐｅは、補助原動機ＤＥｅと小容量の補助発電機Ｇｅとで構成され、スイッチＳＷｅを介して動力系給電母線ＢＳに接続される。この補助電源装置Ｐｅにおいても、補助原動機の速度調節のために、自動調速装置ＡＧｅと発電機の電圧調節のために自動励磁調整装置ＥＸｅが設けられ、動力系給電母線ＢＳへ給電する交流電力の周波数と電圧を一定にする。主電源装置Ｐ１、Ｐ２の小容量発電機ＧＳ１、ＧＳ２と補助電源装置Ｐｅの発電機Ｇｅとから行われる動力系給電母線ＢＳへの給電を選択するためにスイッチＳＷｐが設けられる。小容量発電機ＧＳ１、ＧＳ２と補助発電機Ｇｅから動力系給電母線ＢＳへの給電の切替えは系統制御装置ＳＣによって自動的に行われる。
【００２７】
以上の構成により、大容量の電気推進装置への給電と小容量の船内動力負荷への給電が電気的に分離された大容量発電機と小容量発電機または補助発電機から独立しておこなえるため、両給電回路の相互干渉がなく、それぞれの回路へ安定した電力の供給ができる。特に、電気推進回路の電力変換装置で発生する電圧歪みの影響が動力負荷回路へ全く及ぶことがないので動力回路に安定した電力供給が可能となり、動力回路の機器の動作が安定する。
電源切替動作
船舶が長時間停泊するときは、推進電動機は停止しているため、船内動力機器へは補助電源装置Ｐｅを運転して、補助発電機ＧｅからスイッチＳＷｅを介して動力系給電母線ＢＳへ電力を供給する。したがって、このときはスイッチＳＷｅが投入され、ＳＷｐが遮断されている。
【００２８】
この状態から船舶の出航のために主電源装置Ｐ１、Ｐ２の何れかが起動された場合は、これらの電源装置の小容量発電機ＧＳ１あるいはＧＳ２から動力回路へ電力が供給可能となるので、これから給電しようとするときには給電回路の切替えが必要となる。
【００２９】
発電機給電系統を切替える準備として、主電源装置の小容量発電機ＧＳ1またはＧＳ２の出力の周波数および電圧が所定値になったところで、スイッチSWS1またはSWS2を投入する。
【００３０】
そして、切替指令Ｒが系統制御装置ＳＣへ入力されると、この系統制御装置ＳＣは、既に補助発電機Ｇｅから給電されている動力系統給電母線ＢＳのａ点の周波数Ｆａおよび電圧ＶａとスイッチＳＷｐの主電源側のｂ点の周波数Ｆｂおよび電圧Ｖｂを読み取り、両方の値が一致するよう主電源装置の原動機ＤＥ１またはＤＥ２の自動調速装置ＡＧ１またはＡＧ２へ調速信号ＡまたはＣを与えて原動機の速度を調整して小容量発電機ＧＳ１またはＧＳ２の周波数を調整し、また自動励磁調整装置EXS1またはEXS2へ電圧指令信号ＢまたはＤを与えて小容量発電機ＧＳ１またはＧＳ２の電圧を調整する。
【００３１】
系統制御装置ＳＣは、ｂ点の周波数Ｆｂ・電圧Ｖｂとａ点の周波数Ｆａ・電圧Ｖａとを比較し、一致したことが判定されると、主電源装置のスイッチＳＷｐに投入指令Ｇを与えてスイッチＳＷｐを投入して、小容量発電機ＧＳ１またはＧＳ２を動力系給電母線ＢＳに接続する。そしてこのスイッチＳＷｐの投入が確認されてから所定時間後に補助電源装置のスイッチＳＷｅに遮断指令信号Ｈを与えてスイッチＳＷｅを遮断し、補助発電機Ｇｅからの給電を停止して小容量発電機ＧＳ１またはＧＳ２からの給電に切替える。
【００３２】
このように、動力系給電母線ＢＳへの給電を補助電源装置からの給電から主電源装置からの給電へ切替えるとき、一旦補助電源装置からの給電と主電源装置からの給電が並行して行われる状態とした上で補助電源装置からの給電を遮断することにより動力系給電母線の電源の瞬断は発生しない。
【００３３】
また、船舶が航海を終えて入港したときは、主電源装置Ｐ１またはＰ２の少なくとも一方が運転されているので小容量発電機ＧＳ１またはＧＳ２の主電源給電装置から動力系給電母線ＢＳへの給電が行われている。これを停泊のために主電源装置の運転を停止して、補助電源装置からの給電に切替えるために補助電源装置Ｐｅの原動機ＤＥｅを起動し、補助発電機Ｇｅを立ち上げる。このときは、主電源装置のスイッチＳＷｐが投入、補助電源装置スイッチＳＷｅが遮断状態にある。
【００３４】
補助電源装置Ｐｅが起動したところで、切替指令信号Ｒが系統制御装置ＳＣへ入力されると、既に給電されている動力系給電母線ＢＳのａ点の周波数Ｆａおよび電圧Ｖａと補助電源装置の出力端のｃ点の周波数Ｆｃおよび電圧Ｖｃが一致するように補助電源装置Ｐｅの原動機ＤＥｅの自動調速装置ＡＧｅおよび補助発電機Ｇｅの自動電圧調整装置ＥＸｅへそれぞれ速度指令信号Ｅおよび電圧指令信号Ｆを与えて補助電源装置の出力周波数および電圧を調整する。
【００３５】
補助電源装置Ｐｅの出力端のｃ点の周波数Ｆｃ・電圧Ｖｃが動力系給電母線ＢＳのａ点の周波数Ｆａと電圧Ｖａに一致したことが系統制御装置ＳＣにより判定されたところで、補助電源装置のスイッチＳＷｅに投入指令信号Ｈを与えてスイッチＳＷｅを投入する。またこのスイッチＳＷｅの投入が確認されると所定時間後に主電源装置のスイッチＳＷｐに遮断指令信号Ｇを与えてスイッスイッチＳＷｐを遮断し、主電源装置の小容量発電機ＧＬ１またはＧＬ２からの給電を停止して補助電源装置の発電機Ｇｅからの給電へ切替える。
【００３６】
この切替えの際も、一旦主電源装置からの給電と補助電源装置からの給電が並行して行われる短い期間をおいた後に主電源系の給電を停止するので動力系給電母線へ給電が瞬断されることなく連続して行われる。
【００３７】
このように、この発明において、２つの原動機駆動電源装置からの給電の切替えを短時間で行う理由は、推進電動機へ電力を供給する大容量用発電機と動力回路へ電力を供給する小容量発電機の容量比に関わり、一般的にはおおよそ10：１の容量比であることから、大容量発電機ＧＬ１またはＧＬ２を駆動する原動機ＤＥ１またはＤＥ２の同軸上で駆動される小容量発電機ＧＳ１またはＧＳ２と小容量の補助電源装置Ｐｅの補助発電機Ｇｅの並列運転が長期間になると、主電源装置の大容量発電機に何らかの外乱を受けて駆動原動機ＤＥ１またはＤＥ２が過渡的に変動すると補助電源装置の補助発電機Ｇｅは大容量の原動機に駆動される発電機ＧＳ１またはＧＳ２に支配されて出力周波数、電圧が過渡的に変動するようになる。
【００３８】
この場合、補助発電機Ｇｅを駆動する原動機ＤＥｅの容量に比べ、主電源装置側の原動機ＤＥ１またはＤＥ２の容量が１０倍以上大きいため、補助発電機Ｇｅは大容量負荷の変動にともなって変動する大容量原動機ＤＥ１またはＤＥ２の変動の影響を受けて、出力周波数および電圧変動をさせ、最悪の場合には脱調を起こし、発電機が機械的に損傷するような重大事故に至る恐れがある。
【００３９】
しかしながら、この発明のように、大容量の原動機により駆動される主電源装置の小容量発電機ＧＳ１またはＧＳ２と小容量の原動機で駆動される補助電源装置の補助発電機Ｇｅからの給電を切替える際に、両発電機の並列接続期間を極端に短く（約１秒以下に）することにより、小容量の原動機で駆動される補助電源装置が大容量の原動機で駆動される主電源装置に影響される機会がほとんどなくなるので動力系給電母線への給電を安全に安定して行うことができるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
この発明の実施例は、電気推進装置を備えた船舶における給電装置に適用した例について説明したが、この発明は大容量の負荷と小容量の負荷を備えた２つの系統に給電するようにした一般的な給電装置にも利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明の基本的な実施例を示す構成図。
【図２】従来の装置を示す構成図。
【符号の説明】
【００４２】
Ｐ１，Ｐ２：原動機駆動電源装置
ＧＬ１，Ｇｌ２：推進用発電機（大容量発電機）
ＧＳ１，ＧＳ２：船内動力用発電機（小容量発電機）
Ｍ１，Ｍ２：推進電動機（大容量負荷）
Ｂｄ：推進系給電母線
Ｂｓ：船内動力系給電母線
【図１】
2005354861.tif 000003
【図２】
2005354861.tif 000004