CN102104254B - 船舶用陆上电源装置 - Google Patents

Abstract

提供能够使船舶的发电机的输出频率与陆上的电源的频率一致并能够简单地进行系统切换的船舶用陆上电源装置。船舶用陆上电源装置具有电力变换器、设在电力变换器的输出与开闭器之间的交流滤波器、控制电力变换器的控制机构、电压检测器、和电压检测器。在船舶内的发电机向负载设备的供电中，并且在开闭器为开的状态下，控制机构进行相位控制以使电力变换器的输出频率与电压检测器的检测电压的频率是相同的频率并且相位偏差为最小，并且进行电压控制以使电压检测器的检测电压与电压检测器的检测电压的电压偏差最小，当该相位偏差小于规定值且该电压偏差小于规定的阈值时，接通输出开闭器，然后将船舶内的发电机断开。

Description

船舶用陆上电源装置

技术领域

本发明涉及用于在例如船舶的停泊期间从陆上对船舶供给电力的船舶用陆上电源装置。

背景技术

以往，不论是船舶的航行还是停泊的状态，对搭载在船舶中的各种电机设备供给的电力都从搭载在船舶中的发电机供给。但是，近年来，考虑到地球环境，为了减少排气气体的排出，当船舶入港时，使船舶的发电机停止，而从配置在陆上的电力供给装置对船舶供给电力。

当将电源系统从船舶的发电机切换为陆上的电源时，如果不是无瞬间断电地进行切换，则向负载的供电短时间停止，船舶内的信息设备等有可能会发生问题。因此有下提案：进行使船舶的发电机的输出与陆上的电源一致的同步调节，在接通陆上的电源而短时间进行了船舶的发电机与陆上的电源的并行运转后，将来自船舶的发电机的电力断开(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本特开2005-237151号公报(第6～8页，图1)

专利文献1中记载的方法仅在船舶的发电机的输出频率与陆上的电源的频率相同(通常是60Hz)的情况下是有效的，此外，如果陆上的电源的频率及电压不稳定，则系统切换时的上述同步调节花费工夫而比较困难。

然而，在船舶的发电机的输出频率与陆上的电源的频率不相同的情况下，需要使船舶的发电机的输出频率与陆上的电源的频率一致。

发明内容

本发明是为了解决上述那样的问题而做出的，目的是提供一种能够使船舶的发电机的输出频率与陆上的电源的频率一致、并且能够较简单地进行系统切换的船舶用陆上电源装置。

为了达到上述目的，本发明的船舶用陆上电源装置，是经由输出开闭器从陆上对船舶供给电力的船舶用陆上电源装置，其特征在于，具备：电力变换器，用于将交流电源的电压变换为不同的电压/频率；交流滤波器，设在上述电力变换器的输出与上述开闭器之间；控制机构，控制上述电力变换器的输出频率及输出电压；第1电压检测器，设在上述开闭器的输入侧；第2电压检测器，设在上述开闭器的输出侧；在上述船舶内的发电机向上述船舶内的负载设备的供电中，并且在上述输出开闭器开的状态下将上述开闭器的输出连接在上述发电机的输出侧的状态下，上述控制机构进行相位控制以使上述电力变换器的输出频率与上述第2电压检测器的检测电压的频率为相同频率且相位偏差为最小，并且上述控制机构进行电压控制以使上述第1电压检测器的检测电压与上述第2电压检测器的检测电压的电压偏差为最小；当上述相位偏差小于规定值并且上述电压偏差小于规定值时，上述控制机构接通上述输出开闭器，然后断开上述船舶内的发电机。

根据本发明，能够提供一种能够使船舶的发电机的输出频率与陆上的电源的频率一致、并且能够较简单地进行系统切换的船舶用陆上电源装置。

附图说明

图1是本发明的实施例1所涉及的船舶用陆上电源装置的电路结构图。

图2是本发明的实施例1所涉及的船舶用陆上电源装置的系统切换动作的流程图(其一)。

图3是本发明的实施例1所涉及的船舶用陆上电源装置的系统切换动作的流程图(其二)。

图4是本发明的实施例2所涉及的船舶用陆上电源装置的电路结构图。

图5是本发明的实施例3所涉及的船舶用陆上电源装置的电路结构图。

图6是本发明的实施例3所涉及的船舶用陆上电源装置的系统切换动作的流程图。

图7是本发明的实施例4所涉及的船舶用陆上电源装置的电力变换器的电路结构图。

图8是实施例4的电力变换器的单位逆变器的电路结构图。

标号说明

1交流电源

2输入变压器

3电力变换器

4控制装置

5交流滤波器

6、11、13开闭器

7电流检测器

8A、8B、14电压检测器

10发电机

12负载设备

3T、3U1、…、3W3单位逆变器

31整流器

32电容器

33逆变器

41相位同步电路

42V生成电路

43PWM电路

44V校正电路

45电压控制器

46频率检测器

47电压一致检测电路

48相位一致检测电路

49AND电路

50电流控制器

51切换器

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。

[实施例1]

以下，参照图1至图3说明本发明的实施例1所涉及的船舶用陆上电源装置。

图1是本发明的实施例1所涉及的船舶用陆上电源装置的电路结构图。

从交流电源1供给的3相交流电压被输入变压器2变换为适当的电压而供给到电力变换器3中。另外，根据电力变换器3的规格，也可以将输入变压器2省略。电力变换器3例如如果交流电源1的频率是50Hz则将其变换为作为船舶用电源的频率的60Hz，并且能够输出船舶用电源的额定电压。因此，电力变换器3由控制部4控制。电力变换器3的输出经由交流滤波器5及输出开闭器6连接在与船舶侧的连接点P上。在交流滤波器5的输入侧设有电流检测器7，在输出侧设有电压检测器8A。此外，在输出开闭器6的输出侧设有电压检测器8B。并且，它们的检测信号被传送给控制部4。

船舶内的发电机10的输出经由开闭器11连接在负载设备12上，通常，发电机10经由开闭器11对负载设备12供给电力。此外，负载设备12经由开闭器13连接在连接点P上，能够从陆上对负载设备12供给电力。

以下，说明控制部4的内部结构。将基本上与船内的发电机10的输出频率相同的频率作为f指令传送给相位同步电路41。并且，通过频率检测器46根据由电压检测器8B检测到的电压检测频率，传送给相位同步电路41。相位同步电路41作为所谓的PLL(Phase Locked Loop：锁相环)电路进行动作，输出与由频率检测器46检测到的频率的相位相同相位的频率作为输出传送给V生成电路42。

在V生成电路42中，输出与被传给的频率相对应的电压指令，传送给PWM(脉宽调制电路)电路43。PWM电路43对未图示的电力变换器3内部的开关元件进行开启关闭控制，以使电力变换器3的输出成为被传给的频率的3相电压。这样将电力变换器3的输出电压控制为所需的值，但施加给连接点P或负载设备12的电压因滤波器5及线路的阻抗下降而与电力变换器3的输出电流大致成比例地下降。因此，将电流检测器7的输出传送给电压校正电路44，电压校正电路44与电力变换器3的输出电流对应地输出适当的校正电压基准，加算到上述V生成电路42的输出电压指令中。

为了将负载设备12的供电电源从发电机10切换为电力变换器3，需要使两者的电压一致。因此，将由电压检测器8A及电压检测器8B检测到的电压传送给电压控制器45。电压控制器45根据两者的电压偏差将适当的电压控制指令输出给V生成电路42。并且，在V生成电路42内部，上述电压指令受到校正，结果使上述两者的电压偏差最小。

还将由电压检测器8A及电压检测器8B检测到的电压输入到电压一致检测电路47中，当该两者的电压偏差为规定的阈值以下时，电压一致检测电路47输出“1”，传送给AND电路49。同样，将频率检测器46的输出和相位同步电路41的输出传送给相位一致检测器48，当两者的相位差为规定值以下时，相位一致检测器48输出“1”，传送给AND电路49。

参照图2及图3说明以上所述的本发明的实施例1所涉及的船舶用陆上电源装置的同步切换动作。图2是本发明的实施例1所涉及的船舶用陆上电源装置的系统切换动作的流程图(其一)。

在图2中，首先在船舶停泊在港中之后，在图1的P点将主电路用电缆连接(步骤S10)。此时，开闭器6及开闭器13断开，发电机10经由开闭器11对负载设备12供电。

接着，使电力变换器3在无负载状态下运转(步骤S11)，接通开闭器13(步骤S12)。由此，经由电压检测器8B得到发电机10的输出电压，通过上述相位同步电路41及电压控制电路45的动作，使电力变换器3的输出频率包括其相位在内地与发电机10的输出频率一致，并且电压检测器8A的检测电压与电压检测器8B的检测电压一致。因而，作为同步检测电路的AND电路49的输出为“1”(步骤S13)。

接着，通过上述AND电路49的同步检测信号，接通开闭器6，进行发电机10与电力变换器3的并行运转(步骤S14)。该并行运转短时间即可，所以例如将开闭器6的辅助触点的闭合信号作为触发信号而将开闭器11断开(步骤S15)，完成切换动作。另外，在此情况下，在陆上侧与船内之间需要信号的交换，但在图1中省略了该图示。

图3是本发明的实施例1所涉及的船舶用陆上电源装置的系统切换动作的流程图(其二)。图3的流程图与图2的不同点是在步骤S13中进行同步检测之后追加了将该状态的电压、相位固定的步骤(步骤S13A)这一点。

在图2的流程图中，在步骤S13的同步检测之后，如果在进行着频率的闭环控制及电压的闭环控制的状态下转移到步骤S14并接通开闭器6，则根据情况会发生控制系统的紊乱，电流等有可能超过容许变动量。相对于此，如图3的流程图所示，如果在步骤S13的同步检测之后，在步骤S13A中将相位同步电路41及电压控制电路45的输出分别固定为该状态的相位及电压，在开环控制的状态下转移到步骤14而接通开闭器6，则能够避免上述闭环控制造成的控制系统的紊乱。另外，向该开环控制的转移也可以仅针对相位或电压的任意其一进行。

如以上说明，根据本实施例，能够较简单地进行从发电机10向电力变换器3的无瞬间断电的系统切换。这是因为，由于电力变换器3是静止型变换器，所以能够以所需的响应特性对其进行频率控制及电压控制。此外，以下说明的其他实施例也同样具有上述优点。

[实施例2]

图4是本发明的实施例2所涉及的船舶用陆上电源装置的模块结构图。对于该实施例2的各部，与图1的本发明的实施例1所涉及的船舶用陆上电源装置的各部相同的部分用相同的标号表示，省略其说明。该实施例2与实施例1不同的点是设有具有当电流检测器7的输出超过了规定值时根据其输出对电压指令施加负的校正的功能的电流控制器50这一点。

在通过电力变换器3进行运转中，在例如因负载设备12的追加启动等原因而使电流变得过大时，该电流控制器50动作，以减小电力变换器3的输出电压。因而，能够将因负载设备12的负载变动等使电力变换器3的保护功能动作而发生跳闸等情况防止于未然。

[实施例3]

以下，参照图5及图6对本发明的实施例3所涉及的船舶用陆上电源装置进行说明。

图5是本发明的实施例3所涉及的船舶用陆上电源装置的块结构图。对于该实施例3的各部，与图1的本发明的实施例1所涉及的船舶用陆上电源装置的各部相同的部分用相同的标号表示，省略其说明。该实施例3与实施例1不同的点是设有直接检测发电机10的输出电压的电压检测器14这一点、还有构成为将电压检测器8B的输出经由切换器51传送给电压控制器45及电压一致检测器47、将该切换器51的输入切换为电压检测器8B的输出、或者电压检测器14的输出的结构这一点。

在本实施例中做成这样的结构是因为，能够无瞬间断电地再次从由电力变换器3对负载设备12进行供电的状态切换为从发电机10的供电。以下，根据图6的本发明的实施例3所涉及的船舶用陆上电源装置的系统切换动作的流程图说明上述切换动作。

首先，连接图5的点Q的信号线(步骤S20)。另外，通常该信号线连接在实施例1的主电路连接时已经进行了。接着，运转发电机10(步骤S21)。接着，将切换器51从陆上侧切换为船内侧(步骤S22)。接着，与实施例1的步骤S13同样，通过相位同步电路41及电压控制电路45的动作，使电力变换器3的输出频率包括其相位在内地与发电机10的输出频率一致、并且电压检测器8A的检测电压与电压检测器14的检测电压一致。因而，作为同步检测电路的AND电路49的输出为“1”(步骤S23)。进而，在同步状态下接通开闭器11(步骤S24)，进行短时间的并行运转。最后，通过开闭器11的闭合信号等，将开闭器6断开(步骤S25)，完成从电力变换器3向发电机10的电源切换。

在上述中，也可以与在实施例1中图3所示的步骤13A的方法同样，在步骤S23的同步检测之后，固定为该状态的相位及电压而避免闭环控制造成的控制系统的紊乱。此外，在实施例1中，在使用图3的步骤13A的方法以开环进行了通过电力变换器3进行的从陆上的供电的情况下，需要在图6的步骤S23以前再次回到闭环控制。

在该实施例的情况下，虽然在图5中没有图示，但由于通过AND电路49的输出来接通开闭器11，所以需要在陆上侧和船内侧进行其信号的交换。对于并行运转确认的信号也同样。

[实施例4]

以下，参照图7及图8说明本发明的实施例4所涉及的船舶用陆上电源装置。

图7是表示本发明的实施例4所涉及的船舶用陆上电源装置的电力变换器的电路结构图。在图7中也表示了本实施例的电力变换专用的输入变压器。

输入变压器2的一次侧连接在交流电源1上，二次侧具有作为3的倍数的多个二次线圈。在这些二次线圈上分别连接着单位逆变器3T(3U1、3U2、3U3、3V1、3V2、3V3、3W1、3W2、3W3)。这些单位逆变器3T如图8所示，具有将3相交流输入变换为直流的整流器31、将该直流电压平滑化的电容器32、和将直流变换为单相的交流的逆变器33。

单位逆变器3U1、3U2及3U3的输出被串联连接，同样，单位逆变器3V1、3V2、3V3以及3W1、3W2、3W3的输出分别被串联连接。并且，这些串联连接体的一端作为中性点相互连接，将其另一端作为电力变换器3的交流输出。

在此，使单位逆变器3T的输出频率都相同，使构成串联连接体的各个单位逆变器3T的输出为相同的相位并且与属于其他串联连接体的单位逆变器T之间的相位差相互为120度。另外，在图7中将单位逆变器3T的串联数设为3，但也可以是任意的值。

将以上所述的图7所示的串联多级逆变器应用到电力变换器3中的优点在于，能够较容易地供给船舶所需求的电源电压、即与发电机10的输出电压一致的电压。因此，只要适当选择单位逆变器的额定输出电压和其串联数即可。例如，当有6kV的需求时，相电压为其

分之一，所以只要将单位逆变器设为580V的额定输出电压、将串联数设为6即可。此外，如果使用这样的串联多级逆变器，则输出高谐波变少，所以能够降低交流滤波器5的容量。

Claims (7)

1.一种船舶用陆上电源装置，经由输出开闭器从陆上对船舶供给电力，其特征在于，

具备：

电力变换器，用于将交流电源的电压变换为不同的电压/频率；

交流滤波器，设在上述电力变换器的输出与上述开闭器之间；

控制机构，控制上述电力变换器的输出频率及输出电压；

第1电压检测器，设在上述开闭器的输入侧；以及

第2电压检测器，设在上述开闭器的输出侧；

在上述船舶内的发电机对上述船舶内的负载设备的供电中，并且在上述输出开闭器开的状态下将上述开闭器的输出连接在上述发电机的输出侧的状态下，上述控制机构进行相位控制以使上述电力变换器的输出频率与上述第2电压检测器的检测电压的频率为相同的频率且相位偏差为最小，并且上述控制机构进行电压控制以使上述第1电压检测器的检测电压与上述第2电压检测器的检测电压的电压偏差为最小；

当上述相位偏差小于规定值并且上述电压偏差小于规定的阈值时，上述控制机构接通上述输出开闭器，然后将上述船舶内的发电机断开。

2.如权利要求1所述的船舶用陆上电源装置，其特征在于，

当上述相位偏差小于规定值并且上述电压偏差小于规定的阈值时，上述控制机构将上述相位控制中的相位及上述电压控制中的电压的至少一个固定后，接通上述输出开闭器。

3.如权利要求1或2所述的船舶用陆上电源装置，其特征在于，

还设有检测上述电力变换器的输出电流的电流检测器；

当由上述电流检测器检测到的上述输出电流超过了规定的阈值时，减小上述电力变换器的输出电压。

4.如权利要求1或2所述的船舶用陆上电源装置，其特征在于，

还设有直接检测上述发电机的输出电压的第3电压检测器；

在上述电力变换器向上述船舶内的负载设备的供电中使上述发电机无负载运转的状态下，上述控制机构进行相位控制以使上述电力变换器的输出频率与上述第3电压检测器的检测电压的频率为相同的频率且相位偏差为最小，并且上述控制机构进行电压控制以使上述第1电压检测器的检测电压与上述第3电压检测器的检测电压的电压偏差为最小；

当上述相位偏差小于规定值并且上述电压偏差小于规定的阈值时，上述控制机构并入上述发电机，然后将上述输出开闭器断开。

5.如权利要求4所述的船舶用陆上电源装置，其特征在于，

当上述相位偏差小于规定值并且上述电压偏差小于规定阈值时，上述控制机构将上述相位控制中的相位及上述电压控制中的电压的至少一个固定后，并入上述发电机。

6.如权利要求1或2所述的船舶用陆上电源装置，其特征在于，

上述控制机构具有根据上述电力变换器的输出电流校正上述电力变换器的输出电压的电压校正机构。

7.如权利要求1或2所述的船舶用陆上电源装置，其特征在于，

在上述电力变换器的输入侧设有具备多个二次线圈的输入变压器；

上述电力变换器具有多台单位逆变器，所述多台单位逆变器的各自的输入分别连接在上述二次线圈上，输出所需的电压、频率的单相交流电压；

将上述多台单位逆变器分割为3组，按照组将其输出串联连接，并且，将其一端作为中性点连接，从另一端得到三相交流输出。

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