JP2012081813A - Marine electric propulsion system, motor drive system, power converter, and power conversion method - Google Patents

Marine electric propulsion system, motor drive system, power converter, and power conversion method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a marine electric propulsion system, along with a motor drive system, a power converter and a power conversion method, capable of maintaining an inboard system stability, even if a load fluctuation occurs in an inboard power system, irrespective of a ship space restricted.SOLUTION: In the marine electric propulsion system with a high power load, a power converter 5 for supplying an effective power to a propulsion electric motor 6 regulates power supplied to the propulsion electric motor 6 based on the effective power supplied to the high power load 9, thereby achieving the stabilization of the inboard power system upon the sudden change of the inboard load.

Description

本発明は、船舶用電気推進システム,モータドライブシステム,電力変換装置及び電力変換方法に関する。   The present invention relates to a marine electric propulsion system, a motor drive system, a power conversion device, and a power conversion method.

一般に、船舶を電気動力にて推進するシステムでは、1台、もしくは2台以上の発電機を船舶内に備え、その発電機で発生した電力を船内負荷と共に電力変換装置に連携し、その電力変換装置から推進用電動機に供給する電力を制御することで、船舶を推進させる。   In general, in a system for propelling a ship with electric power, one or more generators are provided in the ship, and the power generated by the generator is linked to the power converter together with the ship load to convert the power. The ship is propelled by controlling the power supplied from the device to the propulsion motor.

船舶内には推進用電動機の他にも多様な電力負荷があるが、電力貯蔵装置を備えて、気象海象予測電子データ受信器で受信した気象海象データと船舶の運航データに基づいて、電力貯蔵装置の出力調整すると共に発電機駆動用原動機出力を調整することで、船舶航行と共に船内負荷の変動に対応していた。このような技術は、例えば、特開2008−24187号公報に記載されている。   In addition to propulsion motors, there are various power loads in the ship, but it is equipped with a power storage device that stores power based on meteorological sea state data and ship operation data received by the weather sea state prediction electronic data receiver. By adjusting the output of the device and the output of the motor for driving the generator, it was possible to cope with fluctuations in the ship load as well as ship navigation. Such a technique is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-24187.

特開2008−24187号公報JP 2008-24187 A

しかしながら、船内の負荷は近年多様化しており、発電機の発電容量に匹敵する電力を要するものもあり、負荷変動が大きい大電力負荷も存在するために、従来のように、気象海象予測電子データ受信器で受信した気象海象データと船舶の運航データに基づいて負荷制御するのでは、特に、大電力負荷が短時間で電力消費すると、負荷の急激な増大による船内電力系統の擾乱が発生してしまう。そのため、負荷の急変に対応することは困難であるとの問題が発生していた。また、この負荷の急変を電力貯蔵装置で対応しようとすると、電力貯蔵装置の大型化,重量の増大が避けられず、船舶というスペースに制約がある状況では搭載性が悪化してしまうとの問題も生じている。   However, ship loads have been diversified in recent years, and some of them require power comparable to the power generation capacity of generators, and there are large power loads with large load fluctuations. When load control is performed based on meteorological and oceanographic data received by the receiver and ship operation data, especially when a large power load consumes power in a short time, disturbance of the inboard power system due to a rapid increase in load may occur. End up. Therefore, there has been a problem that it is difficult to cope with a sudden change in load. In addition, if the power storage device tries to cope with this sudden change in load, the power storage device is inevitably increased in size and weight, and the mountability deteriorates in a situation where the space of the ship is limited. Has also occurred.

本発明の目的は、制約された船舶スペースにもかかわらず、船内電力系統の負荷に変動があっても船内の系統安定性の維持が可能な船舶用電気推進システム,モータドライブシステム,電力変換装置及び電力変換方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an electric propulsion system for a ship, a motor drive system, and a power conversion device capable of maintaining the system stability in the ship even if the load on the ship power system is fluctuated despite the restricted ship space. And providing a power conversion method.

上記目的を達成するために、本発明では、電力負荷の有効電力に基づいて、発電機の電力を電力変換する電力変換装置を制御して、該電力変換装置からの電力で船舶を推進させるように構成した。   In order to achieve the above object, the present invention controls a power conversion device that converts power of a generator based on the active power of a power load, and propels a ship with the power from the power conversion device. Configured.

本発明によれば、船舶内の限られたスペースを有効的に使用でき、なお且つ、船内電力系統の負荷に変動があっても、船内の系統安定性が維持できる。   According to the present invention, it is possible to effectively use a limited space in a ship, and maintain the in-board system stability even when the load of the in-board power system varies.

実施例1における船内の電力系統図。FIG. 3 is a power system diagram in the ship according to the first embodiment. 実施例1における電力変換装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a power conversion device according to Embodiment 1. FIG. 実施例1におけるコンバータ11の構成図。1 is a configuration diagram of a converter 11 in Embodiment 1. FIG. 実施例1におけるインバータ12の構成図。1 is a configuration diagram of an inverter 12 in Embodiment 1. FIG. 実施例1における中央制御装置1の制御ブロック図。1 is a control block diagram of a central control device 1 in Embodiment 1. FIG. 実施例1における直流リンクコンデンサ一定制御演算器21の制御ブロック図。FIG. 3 is a control block diagram of the DC link capacitor constant control calculator 21 in the first embodiment. 実施例1における推進用電動機出力制御演算器の制御ブロック図。FIG. 3 is a control block diagram of a propulsion motor output control arithmetic unit according to the first embodiment. 実施例1における制御装置15の制御ブロック図。FIG. 3 is a control block diagram of the control device 15 in the first embodiment. 実施例1における制御装置18の制御ブロック図。FIG. 3 is a control block diagram of the control device 18 according to the first embodiment. 実施例2における船内の電力系統図。The power system figure in a ship in Example 2. FIG. 実施例3における船内の電力系統図。The power system figure in a ship in Example 3. FIG. 実施例4における船内の電力系統図。The power system figure in a ship in Example 4. FIG. 実施例3における電力貯蔵装置42の構成図。The block diagram of the electric power storage apparatus 42 in Example 3. FIG. 実施例3における中央制御装置1の制御ブロック図。FIG. 7 is a control block diagram of the central control device 1 in Embodiment 3. 実施例4におけるインバータ12の制御ブロック図。FIG. 6 is a control block diagram of an inverter 12 in a fourth embodiment. 実施例5における電力変換装置5の構成図。The block diagram of the power converter device 5 in Example 5. FIG. 実施例5におけるコンバータ11の構成図。FIG. 10 is a configuration diagram of a converter 11 according to a fifth embodiment. 実施例6における電力変換装置5の構成図。The block diagram of the power converter device 5 in Example 6. FIG. 実施例6におけるコンバータ11の構成図。FIG. 10 is a configuration diagram of a converter 11 according to a sixth embodiment. 実施例6におけるインバータ12の構成図。The block diagram of the inverter 12 in Example 6. FIG. 実施例6における単位変換器54の構成図。FIG. 10 is a configuration diagram of a unit converter 54 according to a sixth embodiment. 実施例6における中央制御装置1の制御ブロック図。FIG. 10 is a control block diagram of a central control device 1 in a sixth embodiment. 実施例6における直流リンク電圧一定制御演算器71の制御ブロック図。FIG. 12 is a control block diagram of a DC link voltage constant control computing unit 71 in the sixth embodiment. 実施例6における推進用電動機出力制御演算器72の制御ブロック図。FIG. 10 is a control block diagram of a propulsion motor output control calculator 72 in a sixth embodiment. 実施例6における制御装置15の制御ブロック図。FIG. 10 is a control block diagram of a control device 15 according to a sixth embodiment. 実施例6における制御装置18の制御ブロック図。FIG. 10 is a control block diagram of a control device 18 according to a sixth embodiment. 実施例7における単位変換器54の構成図。FIG. 10 is a configuration diagram of a unit converter 54 according to a seventh embodiment. 実施例7における制御装置15の制御ブロック図。FIG. 10 is a control block diagram of a control device 15 in a seventh embodiment. 実施例9におけるコンバータ11の構成図。The block diagram of the converter 11 in Example 9. FIG. 実施例9における高調波フィルタ95の構成図。FIG. 10 is a configuration diagram of a harmonic filter 95 according to the ninth embodiment.

以下に、本発明の一実施例を図面とともに説明する。なお、以下の実施例は発明の一形態を示すものであり、本発明は要旨を逸脱しない限り、他の形態を含むものである。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The following examples show one form of the invention, and the present invention includes other forms unless departing from the gist.

図1に本発明の一実施例である電力変換装置が連系している船内の電力系統を示す。船内の電力系統は、電力系統全体の制御を実施する中央制御装置1,発電機を駆動させるガスタービン2(2a,2b)(ガスタービン2以外でも電力を発生させるものであればディーゼルエンジン等でも代替えできる。),発電機3(3a,3b),配電盤4,電力変換装置5,推進用電動機6,推進用プロペラ7,照明等の船内負荷8,大電力負荷9,大電力負荷に供給される有効電力を検出する有効電力検出器10から構成されている。   FIG. 1 shows a power system in a ship to which a power conversion apparatus according to an embodiment of the present invention is connected. The power system in the ship is a central controller 1 that controls the entire power system 1, a gas turbine 2 (2a, 2b) that drives the generator (a diesel engine or the like that generates power other than the gas turbine 2) ), Generator 3 (3a, 3b), switchboard 4, power conversion device 5, propulsion motor 6, propeller 7 for propulsion, inboard load 8 such as lighting, large power load 9, and large power load The active power detector 10 detects the active power.

電力変換装置5の概略構成図を図2に示す。電力変換装置5は、コンバータ11,インバータ12,直流リンクコンデンサ13,直流リンクコンデンサに掛る電圧(以降、直流リンクコンデンサ電圧と称する。)を検出する直流リンク電圧検出センサ14から構成されている。   A schematic configuration diagram of the power converter 5 is shown in FIG. The power converter 5 includes a converter 11, an inverter 12, a DC link capacitor 13, and a DC link voltage detection sensor 14 that detects a voltage applied to the DC link capacitor (hereinafter referred to as a DC link capacitor voltage).

コンバータ11,インバータ12の回路構成には様々な方式が適用可能である。本実施例では、2レベル回路方式を適用した場合について説明する。   Various systems can be applied to the circuit configurations of the converter 11 and the inverter 12. In this embodiment, a case where a two-level circuit method is applied will be described.

図3にコンバータ11の構成図を示す。コンバータ11は制御装置15、UVW相の正側,負側に設置したIGBT素子16(16Ua,16Va,16Wa,16Ub,16Vb,16Wb)、交流側に流れる各相の電流を検出する電流センサ17、交流側の相電圧を検出する電圧センサ98で構成されている。また、図4にインバータ12の構成を示す。インバータ12は制御装置18,UVW相の正側負側に設置したIGBT素子19(19Ua,19Va,19Wa,19Ub,19Vb,19Wb)、交流側に流れる各相の電流を検出する電流センサ20,交流側の相電圧を検出する電圧センサ100で構成されている。本実施例ではインバータ12と同じ構成としているが、他の回路方式としても良い。   FIG. 3 shows a configuration diagram of the converter 11. The converter 11 includes a control device 15, IGBT elements 16 (16 Ua, 16 Va, 16 Wa, 16 Ub, 16 Vb, and 16 Wb) installed on the positive side and the negative side of the UVW phase, a current sensor 17 that detects a current of each phase flowing on the AC side, The voltage sensor 98 detects the phase voltage on the AC side. FIG. 4 shows the configuration of the inverter 12. The inverter 12 includes a control device 18, an IGBT element 19 (19Ua, 19Va, 19Wa, 19Ub, 19Vb, 19Wb) installed on the positive and negative sides of the UVW phase, a current sensor 20 for detecting the current of each phase flowing on the AC side, AC It comprises a voltage sensor 100 that detects the side phase voltage. In this embodiment, the configuration is the same as that of the inverter 12, but other circuit methods may be used.

本発明で電力変換装置が実施する制御は、直流リンクにある直流リンクコンデンサ13にかかる電圧をある所定値に保持する直流リンクコンデンサ電圧一定制御と、推進用電動機6に供給する有効電力を調整する推進用電動機出力制御であり、これらの制御について説明する。   The control performed by the power conversion apparatus according to the present invention adjusts the DC link capacitor voltage constant control for maintaining the voltage applied to the DC link capacitor 13 in the DC link at a predetermined value, and the effective power supplied to the propulsion motor 6. It is propulsion motor output control, and these controls will be described.

まず、中央制御装置1の制御ブロック図を図5に示す。中央制御装置1はコンバータ11のUVW相の電圧指令値を演算する直流リンクコンデンサ電圧一定制御演算器21と、インバータ12のUVW相の電圧指令を演算する推進用電動機出力制御演算器22で構成されている。以下、両演算器について説明する。   First, a control block diagram of the central controller 1 is shown in FIG. The central controller 1 includes a DC link capacitor voltage constant control calculator 21 that calculates the UVW phase voltage command value of the converter 11 and a propulsion motor output control calculator 22 that calculates the UVW phase voltage command of the inverter 12. ing. Hereinafter, both arithmetic units will be described.

直流リンクコンデンサ電圧一定制御演算器21の制御ブロック図を図6に示す。直流リンクコンデンサ電圧一定制御演算器21は電流センサ17で検出された各相の電流Iu1,Iv1,Iw1、電圧センサ109で検出された各相の電圧Vu1,Vv1,Vw1、直流リンク電圧検出センサ14で検出された直流リンクコンデンサ電圧Vdc、系統周波数fを入力とする。ただし、系統周波数fはセンサ等で検出するものではなく、予め直流リンクコンデンサ電圧一定制御演算器21内に保持している値である。uvw−dq変換器23では、上記Iu1,Iv1,Iw1,Vu1,Vv1,Vw1を座標軸変換してdq軸電流Id1,Iq1,Vd1,Vq1に変換する。なお、d軸電流、電圧は無効成分、q軸電流、電圧は有効成分とする。q軸電圧指令演算器24では、系統周波数f,直流リンクコンデンサ電圧Vdc、予め設定した直流リンクコンデンサ電圧指令値Vdc*、dq軸電流Id1,Iq1、q軸電圧Vq1を入力としてq軸電流指令値Iq1*、q軸電圧指令値Vq1*を演算する。また、d軸電圧指令演算器25では、uvw−dq変換器23の出力Id1,Iq1,Vd1、系統周波数f、q軸電圧指令演算器24で演算したq軸電流指令値Iq1*を入力として、d軸電圧指令値Vd1*を演算する。こうして求めたVq1*,Vd1*をdq−uvw変換器26で座標軸変換した値に、予め設定した直流リンクコンデンサ電圧指令値Vdc*を足したものがコンバータ11のUVW相電圧指令値Vu1*,Vv1*,Vw1*となる。 A control block diagram of the DC link capacitor voltage constant control calculator 21 is shown in FIG. The DC link capacitor voltage constant control calculator 21 includes currents Iu1, Iv1, Iw1 detected by the current sensor 17, voltages Vu1, Vv1, Vw1 detected by the voltage sensor 109, and a DC link voltage detection sensor 14. The DC link capacitor voltage Vdc and the system frequency f detected in the above are input. However, the system frequency f is not detected by a sensor or the like, but is a value held in the DC link capacitor voltage constant control calculator 21 in advance. The uvw-dq converter 23 converts the Iu1, Iv1, Iw1, Vu1, Vv1, and Vw1 into coordinate axes and converts them into dq-axis currents Id1, Iq1, Vd1, and Vq1. The d-axis current and voltage are invalid components, and the q-axis current and voltage are effective components. The q-axis voltage command calculator 24 receives the system frequency f, the DC link capacitor voltage Vdc, the preset DC link capacitor voltage command value Vdc * , the dq-axis currents Id1, Iq1, and the q-axis voltage Vq1, and receives the q-axis current command value. Iq1 * and q-axis voltage command value Vq1 * are calculated. Further, in the d-axis voltage command calculator 25, the outputs Id1, Iq1, and Vd1 of the uvw-dq converter 23, the system frequency f, and the q-axis current command value Iq1 * calculated by the q-axis voltage command calculator 24 are input. The d-axis voltage command value Vd1 * is calculated. The value obtained by adding the DC link capacitor voltage command value Vdc * set in advance to the value obtained by converting the coordinate axes of the Vq1 * and Vd1 * obtained in this way by the dq-uvw converter 26 is the UVW phase voltage command value Vu1 * , Vv1 of the converter 11. * , Vw1 * .

続いて、推進用電動機出力制御演算器22の制御ブロック図を図7に示す。本実施例では、推進用電動機が永久磁石モータの場合について説明する。推進用電動機出力制御演算器22は、有効電力検出器10で検出される大電力負荷へ供給される有効電力P、推進用電動機の回転角速度ω、インバータ12の交流側出力に設置した電流センサ20により検出したUVW相電流Iu2,Iv2,Iw2を入力としている。ただし、回転角速度ωは予め推進用電動機出力制御演算器22内に保持している値である。uvw−dq変換器27では、上記Iu2,Iv2,Iw2を座標軸変換してdq軸電流Id2,Iq2に変換する。ΔP処理器28では、有効電力検出器10で検出された大電力負荷へ供給される有効電力Pを入力として、推進用電動機6へ供給する有効電力の変化量ΔPを演算する。ここでは、大電力負荷9へ供給される有効電力量の変化が急峻な場合にも船内電力系統の安定性を確保する必要があるために、推進用電動機6へ供給する有効電力量PMを迅速に演算することが求められる。そこで、迅速な演算を実現するための方法の一つとして、一制御周期前の大電力負荷へ供給される有効電力P_z1と現在値Pの差分により、推進用電動機6へ供給する有効電力PMの変化量ΔPを演算する。ただし、ΔPが小さい場合にも推進用電動機へ供給する有効電力PMを変化させてしまうと、システム全体の安定性を損ねることになる。このため、ΔP処理器28に入力される有効電力Pをハイパスフィルタにかけて、その出力値Phiと所定の閾値Pthを比較し、PhiがPthを下回っている場合にはΔPをゼロとするようなΔPに不感帯を設けても良い。また、この時に有効電力Pの値に応じてハイパスフィルタの定数、あるいは閾値Pthを変化させても良い。   Subsequently, a control block diagram of the propulsion motor output control calculator 22 is shown in FIG. In the present embodiment, a case where the propulsion motor is a permanent magnet motor will be described. The propulsion motor output control arithmetic unit 22 includes an active power P supplied to a large power load detected by the active power detector 10, a rotational angular velocity ω of the propulsion motor, and a current sensor 20 installed at the AC side output of the inverter 12. The UVW phase currents Iu2, Iv2, and Iw2 detected by the above are input. However, the rotational angular velocity ω is a value held in advance in the propulsion motor output control calculator 22. The uvw-dq converter 27 converts the Iu2, Iv2, and Iw2 into coordinate axes and converts them into dq-axis currents Id2 and Iq2. The ΔP processor 28 calculates the amount of change ΔP in the active power supplied to the propulsion motor 6 using the active power P supplied to the large power load detected by the active power detector 10 as an input. Here, since it is necessary to ensure the stability of the inboard power system even when the change in the effective power amount supplied to the large power load 9 is steep, the effective power amount PM supplied to the propulsion motor 6 is quickly increased. It is required to calculate to. Therefore, as one of the methods for realizing a quick calculation, the effective power PM supplied to the propulsion motor 6 is determined based on the difference between the active power P_z1 supplied to the large power load one control cycle before and the current value P. A change amount ΔP is calculated. However, if the effective power PM supplied to the propulsion motor is changed even when ΔP is small, the stability of the entire system is impaired. Therefore, the active power P input to the ΔP processor 28 is subjected to a high-pass filter, the output value Phi is compared with a predetermined threshold value Pth, and ΔP is set to zero when Phi is lower than Pth. A dead zone may be provided. At this time, the constant of the high-pass filter or the threshold value Pth may be changed according to the value of the active power P.

ここで、電動機出力をP′、電動機トルクをτとすると、P′=τωという関係があるため、電動機出力をΔP変動させる方法しては、電動機回転速度を一定として電動機トルクをΔτ変化させる、または電動機トルクを一定として電動機回転速度をΔω変化させる、あるいは電動機トルクτと電動機回転速度ωを両方変化させる、の3通りの方法がある。ここでは電動機回転速度を一定として電動機トルクをΔτ変化させることにより電動機出力をΔP変化させる方法を例に説明する。Δτはトルク係数kE,磁束Φ,q軸電流の変化量ΔIq2とすると、 Here, if the motor output is P ′ and the motor torque is τ, there is a relationship P ′ = τω. Therefore, the method of changing the motor output by ΔP is to change the motor torque by Δτ while keeping the motor rotation speed constant. Alternatively, there are three methods of changing the motor rotation speed by Δω while keeping the motor torque constant, or changing both the motor torque τ and the motor rotation speed ω. Here, a method of changing the motor output by ΔP by changing the motor torque by Δτ while keeping the motor rotation speed constant will be described as an example. Δτ is a torque coefficient k E , a magnetic flux Φ, and a q-axis current change amount ΔIq 2.

Figure 2012081813
Figure 2012081813

という関係があることから、式(1)に基づいてq軸電流差分演算器29ではΔIq2を演算する。 Therefore, the q-axis current difference calculator 29 calculates ΔIq2 based on the equation (1).

dq軸電圧指令演算器30では、上記で演算されたId2,Iq2,ΔIq2を入力として、次式(2)に基づいてdq軸電圧指令値Vd2*,Vq2*を演算する。 The dq-axis voltage command calculator 30 calculates the dq-axis voltage command values Vd2 * and Vq2 * based on the following equation (2), using Id2, Iq2, and ΔIq2 calculated as described above as inputs.

Figure 2012081813
Figure 2012081813

ただし、r,Ld,Lq,kEはそれぞれ推進用電動機6の電機子巻線抵抗、d軸インダクタンス、q軸インダクタンス、トルク定数である。 Here, r, L d , L q , and k E are the armature winding resistance, d-axis inductance, q-axis inductance, and torque constant of the propulsion motor 6, respectively.

こうして求めたVd2*,Vq2*をdq−uvw変換器31で座標軸変換して、インバータ12のUVW相電圧指令値Vu2*,Vv2*,Vw2*を求める。 The thus obtained Vd2 * and Vq2 * are coordinate-axis converted by the dq-uvw converter 31 to obtain the UVW phase voltage command values Vu2 * , Vv2 * and Vw2 * of the inverter 12.

上記の直流リンクコンデンサ一定制御演算器21で演算された相電圧指令値Vu1*,Vv1*,Vw1*と直流リンクコンデンサ電圧指令Vdc*、直流リンクコンデンサ電圧Vdcを入力として、コンバータ11の制御装置15では各IGBT素子16のON/OFF信号を演算する。図8に制御装置15の制御ブロック図を示す。変調波演算器(変調波生成器とも称する)32では、以下の式(3)に基づいて各IGBT素子16の変調波を算出する。 The controller 15 of the converter 11 receives the phase voltage command values Vu1 * , Vv1 * , Vw1 * , the DC link capacitor voltage command Vdc * , and the DC link capacitor voltage Vdc calculated by the DC link capacitor constant control calculator 21 as input. Then, the ON / OFF signal of each IGBT element 16 is calculated. FIG. 8 shows a control block diagram of the control device 15. The modulation wave calculator (also referred to as modulation wave generator) 32 calculates the modulation wave of each IGBT element 16 based on the following equation (3).

Figure 2012081813
Figure 2012081813

なお、本実施例のコンバータ11の回路方式の場合、上側にあるIGBT素子16と下側にあるIGBT素子16の電圧指令は、半周期ずれた相電圧指令値を利用してON/OFF信号を演算する必要があるため、変調波演算器32ではVu1*,Vv1*,Vw1*と位相が180°ずれた電圧指令値をそれぞれ生成して、各IGBT素子16の変調波を演算する。そして、比較器34において、スイッチング駆動用搬送波生成器33で生成された搬送波と上記で演算された変調波の大小関係を比較する。この大小関係を入力として、ゲートドライバ35において各IGBT素子16のON/OFF信号を出力する。また、インバータ12の制御装置18の制御ブロック図を図9に示す。変調波演算器36では、上記推進用電動機出力制御演算器22で演算した相電圧指令値Vu2*,Vv2*,Vw2*と直流リンクコンデンサ電圧Vdcを入力として、以下の式(4)に基づいて各IGBT素子19の変調波を求める。 In the case of the circuit system of the converter 11 according to the present embodiment, the voltage command of the IGBT element 16 on the upper side and the IGBT element 16 on the lower side is an ON / OFF signal using a phase voltage command value shifted by a half cycle. Since it is necessary to calculate, the modulation wave calculator 32 generates voltage command values whose phases are shifted by 180 ° from Vu1 * , Vv1 * , Vw1 *, and calculates the modulation wave of each IGBT element 16. Then, the comparator 34 compares the magnitude relationship between the carrier wave generated by the switching drive carrier wave generator 33 and the modulated wave calculated above. Using this magnitude relationship as an input, the gate driver 35 outputs an ON / OFF signal for each IGBT element 16. A control block diagram of the control device 18 of the inverter 12 is shown in FIG. In the modulation wave calculator 36, the phase voltage command values Vu2 * , Vv2 * , Vw2 * calculated by the propulsion motor output control calculator 22 and the DC link capacitor voltage Vdc are input and based on the following equation (4). The modulation wave of each IGBT element 19 is obtained.

Figure 2012081813
Figure 2012081813

式(4)で求めた変調波を利用して、制御装置18はコンバータ11の制御装置15と同様に各IGBT素子19のON/OFF信号を出力する。   The control device 18 outputs the ON / OFF signal of each IGBT element 19 in the same manner as the control device 15 of the converter 11 using the modulated wave obtained by the equation (4).

このようにして電力変換装置5を制御することにより、大電力負荷9の負荷が極短時間に急激に増加した場合にも、その増加分に応じて推進用電動機へ供給する有効電力を調整することができる。その結果、発電機の停止を防止し、船内電力系統の安定性を確保することが可能となる。   By controlling the power conversion device 5 in this way, even when the load of the large power load 9 suddenly increases in a very short time, the effective power supplied to the propulsion motor is adjusted according to the increase. be able to. As a result, it is possible to prevent the generator from being stopped and to ensure the stability of the inboard power system.

実施例1では、大電力負荷9に供給される有効電力Pを有効電力検出器10により直接検出していたが、電流センサ40、および電圧センサ41を図10に示す位置に設置して、大電力負荷に流れる電流、および掛る電圧に基づいて有効電力を検出しても良い。なお、ここでは有効電力の瞬時値を求めることとし、大電力負荷に流れる各相の電流をIu3,Iv3,Iw3、大電力負荷に掛る各相の電圧をVu3,Vv3,Vw3とすると以下の式(5)で求めることができる。   In the first embodiment, the active power P supplied to the large power load 9 is directly detected by the active power detector 10, but the current sensor 40 and the voltage sensor 41 are installed at the positions shown in FIG. The active power may be detected based on the current flowing through the power load and the applied voltage. Here, it is assumed that the instantaneous value of the active power is obtained, the current of each phase flowing through the large power load is Iu3, Iv3, Iw3, and the voltage of each phase applied to the large power load is Vu3, Vv3, Vw3. (5).

Figure 2012081813
Figure 2012081813

上記の実施例では、大電力負荷9に供給される有効電力Pの変動に基づいて推進用電動機6に供給する有効電力PMを調整していたが、船舶電気推進システム内に電力貯蔵装置42を備えて、電力貯蔵装置42から供給される有効電力分を考慮して有効電力PMを調整しても良い。電力貯蔵装置42はコンバータ43を介して船舶用電気推進システムに連系させる。この時、図11に示す様に有効電力検出器10と大電力負荷9の間でコンバータ43を連系する方法と、図12に示す様に配電盤4にコンバータ43を連系する方法がある。前者の場合、大電力負荷9が要求する有効電力の変化に対して、電力貯蔵装置42が供給する有効電力の影響により有効電力検出器10で検出される有効電力の変化量が減少するため、推進用電動機6に供給する有効電力の調整量が少なくてすむ。一方、後者の場合は、推進用電動機6に供給する有効電力量の調整の際に発生する遅れ等により有効電力の調整量が不足する場合に、電力貯蔵装置42から供給される有効電力により補うことになる。   In the above embodiment, the active power PM supplied to the propulsion motor 6 is adjusted based on the fluctuation of the active power P supplied to the large power load 9, but the power storage device 42 is provided in the ship electric propulsion system. The active power PM may be adjusted in consideration of the active power supplied from the power storage device 42. The power storage device 42 is linked to the marine electric propulsion system via the converter 43. At this time, there are a method of connecting the converter 43 between the active power detector 10 and the large power load 9 as shown in FIG. 11 and a method of connecting the converter 43 to the switchboard 4 as shown in FIG. In the former case, the amount of change in active power detected by the active power detector 10 is reduced due to the effect of active power supplied by the power storage device 42 with respect to the change in active power required by the large power load 9. The adjustment amount of the active power supplied to the propulsion motor 6 can be reduced. On the other hand, in the latter case, when the amount of adjustment of the active power is insufficient due to a delay or the like generated when adjusting the amount of active power supplied to the propulsion motor 6, it is compensated by the effective power supplied from the power storage device 42. It will be.

図13に電力貯蔵装置42の概略構成図を示す。電力貯蔵装置42は、電解キャパシタ,リチウムイオンキャパシタや鉛蓄電池等の蓄電装置44,蓄電装置44の電圧を検出する電圧センサ45,蓄電装置44を流れる電流を検出する電流センサ46で構成される。電圧センサ45および電流センサ46で検出される蓄電装置出力電圧VB,蓄電装置出力電流IB,コンバータ43の交流出力端に設置した電流センサで検出された電流Iu4,Iv4,Iw4、大電力負荷9からの要求有効電力P*は中央制御装置1に送られ、図14に示す電力貯蔵装置出力制御演算器47の入力となる。なお、コンバータ43の制御方法については上記の実施例と同様である。 FIG. 13 shows a schematic configuration diagram of the power storage device 42. The power storage device 42 includes a power storage device 44 such as an electrolytic capacitor, a lithium ion capacitor, or a lead storage battery, a voltage sensor 45 that detects the voltage of the power storage device 44, and a current sensor 46 that detects a current flowing through the power storage device 44. From storage device output voltage VB detected by voltage sensor 45 and current sensor 46, storage device output current IB, currents Iu4, Iv4, Iw4 detected by a current sensor installed at the AC output terminal of converter 43, and large power load 9 The required active power P * is sent to the central control device 1 and input to the power storage device output control calculator 47 shown in FIG. The control method of the converter 43 is the same as that in the above embodiment.

上記の実施例では、推進用電動機6は永久磁石同期電動機としていたが、これを誘導電動機としても良い。この場合のインバータ12の制御ブロック図を図15に示す。なお、上記実施例におけるdq軸電流の定義に基づき、d軸電流は励磁電流、q軸電流はトルク電流と定義する。回転速度制御器(あるいは回転速度演算器とも称する)48では、回転速度指令値ω*とdq軸電圧指令演算器52で求められる回転速度推定値

Figure 2012081813
を入力としてトルク電流Iq2′を演算する。また、ΔP処理器49では上記の実施例に記載の方法でΔPを演算する。そして、Iq2′,Id2*,ΔPを入力として滑り演算器50では推進用電動機6の滑り周波数ωsを演算する。ここで、電動機回転速度を一定として電動機トルクを変化させることでΔPを発生させる場合について説明する。この場合には上記実施例に記載の通り、ΔPよりΔIq2を求める。この時、滑り周波数ωsは以下の式(6)で求めることができる。 In the above embodiment, the propulsion motor 6 is a permanent magnet synchronous motor, but it may be an induction motor. A control block diagram of the inverter 12 in this case is shown in FIG. Based on the definition of the dq-axis current in the above embodiment, the d-axis current is defined as an excitation current and the q-axis current is defined as a torque current. In the rotation speed controller (or also referred to as a rotation speed calculator) 48, the rotation speed command value ω * and the estimated rotation speed value obtained by the dq axis voltage command calculator 52 are used.
Figure 2012081813
Is used as an input to calculate the torque current Iq2 '. Also, the ΔP processor 49 calculates ΔP by the method described in the above embodiment. The slip calculator 50 calculates the slip frequency ω s of the propulsion motor 6 by using Iq2 ′, Id2 * , and ΔP as inputs. Here, the case where ΔP is generated by changing the motor torque while keeping the motor rotation speed constant will be described. In this case, ΔIq2 is obtained from ΔP as described in the above embodiment. At this time, the slip frequency ω s can be obtained by the following equation (6).

Figure 2012081813
Figure 2012081813

ただし、L2は二次巻線インダクタンス、R2は二次巻線抵抗を表す。これより、滑り演算器50はωsとIq2*(=Iq2′−ΔIq2)を出力する。 However, L 2 is the secondary winding inductance, R 2 represents a secondary winding resistance. Thus, the slip calculator 50 outputs ω s and Iq2 * (= Iq2′−ΔIq2).

滑り演算器50より出力されたωsとIq2*、uvw−dq変換器51より出力されたIq2,Id2、d軸電流指令値Id2*を入力としてdq軸電圧指令演算器52ではdq軸電圧指令Vq2*,Vd2*、周波数指令ω1を演算する。なお、周波数指令ω1は式(7)により求められる。 The ω s and Iq2 * output from the slip calculator 50, Iq2 and Id2 output from the uvw-dq converter 51, and the d-axis current command value Id2 * are input, and the dq-axis voltage command calculator 52 receives the dq-axis voltage command. Vq2 * , Vd2 * , and frequency command ω1 are calculated. Note that the frequency command ω1 is obtained by Expression (7).

Figure 2012081813
Figure 2012081813

ただし、kP1,kI1はPI制御の比例ゲイン,積分ゲインである。また、上記の回転速度推定値

Figure 2012081813
は式(8)に示す様に、式(9)の第1項,第2項の部分に相当する。 Here, k P1 and k I1 are the proportional gain and integral gain of PI control. In addition, the above estimated rotational speed
Figure 2012081813
Corresponds to the first and second terms of equation (9) as shown in equation (8).

Figure 2012081813
Figure 2012081813

これより、dq電圧指令Vq2*,Vd2*は式(9)により求められる。 Accordingly, the dq voltage commands Vq2 * and Vd2 * are obtained by the equation (9).

Figure 2012081813
Figure 2012081813

上記の実施例では、コンバータ11,インバータ12,コンバータ43の回路構成は2レベル回路方式としていたが、3レベル回路方式としても良い。この時の電力変換器の概略構成図を図16に示す。この場合、直流リンクコンデンサ13はコンバータ11,インバータ12と並列に2個接続され、中性点を含め3ヶ所でコンバータ11とインバータ12で接続している。   In the above embodiment, the circuit configuration of the converter 11, the inverter 12, and the converter 43 is a two-level circuit method, but may be a three-level circuit method. FIG. 16 shows a schematic configuration diagram of the power converter at this time. In this case, two DC link capacitors 13 are connected in parallel with the converter 11 and the inverter 12, and the converter 11 and the inverter 12 are connected at three locations including a neutral point.

例としてコンバータ11を3レベル回路方式とした場合の構成図を図17に示す。IGBT素子16およびダイオード53が図17に示す様に配置されている。この回路構成の時のコンバータ11,インバータ12,コンバータ43のUVW相の電圧指令の演算方法は上記の実施例と同様であるので省略する。   As an example, FIG. 17 shows a configuration diagram when the converter 11 is a three-level circuit system. The IGBT element 16 and the diode 53 are arranged as shown in FIG. The calculation method of the UVW-phase voltage command of the converter 11, the inverter 12, and the converter 43 in this circuit configuration is the same as that in the above embodiment, and will be omitted.

コンバータ11,インバータ12,コンバータ43の回路構成としては、上記の実施例以外にも、IGBT素子,直流コンデンサ等から構成されている単位変換器を直列に接続して構成するカスケード方式もある。図18にカスケード方式の場合の電力変換装置5の構成図を示す。電力変換装置5はコンバータ11,インバータ12,直流リンクに掛る電圧を検出する直流リンク電圧検出センサ14により構成される。図19にコンバータ11をカスケード方式とした場合の構成図を示す。コンバータ11は、制御装置15,単位変換器54,バッファリアクトル55で構成されている。また、図19に示す通り、制御装置15と単位変換器54は信号線57によって数珠つなぎに接続されている。ここで、図19に示す通り、カスケード状に接続されている複数の単位変換器をまとめてアームと称する。そして、上側の3つのアームをそれぞれU相アーム54_U,V相アーム54_V,W相アーム54_W、下側の3つのアームをそれぞれU相アーム54_u,V相アーム54_v,W相アーム54_wと称す。ここで、前述の6つのアームに流れる電流を検出する電流センサ56を図19に示す位置に設置する。同様にインバータ12の構成図を図20に示す。インバータ12も同様に制御装置18,単位変換器58,バッファリアクトル59で構成されており、制御装置18と単位変換器58は信号線61によって数珠つなぎに接続されている。そして、上側の3つのアームをそれぞれU相アーム58_U,V相アーム58_V,W相アーム58_W、下側の3つのアームをそれぞれU相アーム58_u,V相アーム58_v,W相アーム58_wと称す。ここで、前述の6つのアームに流れる電流を検出する電流センサ60を図20に示す位置に設置する。   As a circuit configuration of the converter 11, the inverter 12, and the converter 43, there is a cascade system in which unit converters configured by IGBT elements, DC capacitors, and the like are connected in series in addition to the above-described embodiments. FIG. 18 shows a configuration diagram of the power conversion device 5 in the cascade system. The power conversion device 5 includes a converter 11, an inverter 12, and a DC link voltage detection sensor 14 that detects a voltage applied to the DC link. FIG. 19 shows a configuration diagram when the converter 11 is a cascade system. The converter 11 includes a control device 15, a unit converter 54, and a buffer reactor 55. Further, as shown in FIG. 19, the control device 15 and the unit converter 54 are connected in a daisy chain by a signal line 57. Here, as shown in FIG. 19, a plurality of unit converters connected in cascade are collectively referred to as an arm. The upper three arms are referred to as U-phase arm 54_U, V-phase arm 54_V, and W-phase arm 54_W, respectively, and the lower three arms are referred to as U-phase arm 54_u, V-phase arm 54_v, and W-phase arm 54_w, respectively. Here, the current sensor 56 for detecting the current flowing through the six arms is installed at the position shown in FIG. Similarly, a configuration diagram of the inverter 12 is shown in FIG. Similarly, the inverter 12 includes a control device 18, a unit converter 58, and a buffer reactor 59. The control device 18 and the unit converter 58 are connected in a daisy chain by a signal line 61. The upper three arms are referred to as U-phase arm 58_U, V-phase arm 58_V, and W-phase arm 58_W, respectively, and the lower three arms are referred to as U-phase arm 58_u, V-phase arm 58_v, and W-phase arm 58_w, respectively. Here, the current sensor 60 for detecting the current flowing through the six arms is installed at the position shown in FIG.

続いて、上述の単位変換器54の構成図を図21に示す。単位変換器(あるいは単位セルとも称する)54は2つのIGBT素子62,1つの直流コンデンサ63,ヒューズ64で構成されるセル65,ゲートドライバ66,ゲート電源67,単位変換器制御回路68,自給電源69,電圧センサ70より構成されている。ゲートドライバ66,単位変換器制御回路68は、直流コンデンサ63に充電された電力を自給電源69,ゲート電源67を通して供給する。また、電圧センサ70で検出した直流コンデンサ電圧は中央制御装置1へ送られる。なお、これ以降単位変換器54の直流コンデンサ63に掛る電圧を直流コンデンサ電圧と称する。また、コンバータ12内の単位変換器58の構成については、図21に示す構成と同様である。   Then, the block diagram of the above-mentioned unit converter 54 is shown in FIG. A unit converter (or unit cell) 54 includes two IGBT elements 62, one DC capacitor 63, a cell 65 composed of a fuse 64, a gate driver 66, a gate power supply 67, a unit converter control circuit 68, and a self-supplied power supply. 69 and a voltage sensor 70. The gate driver 66 and the unit converter control circuit 68 supply the power charged in the DC capacitor 63 through the self-supply power source 69 and the gate power source 67. The DC capacitor voltage detected by the voltage sensor 70 is sent to the central controller 1. Hereinafter, a voltage applied to the DC capacitor 63 of the unit converter 54 is referred to as a DC capacitor voltage. The configuration of unit converter 58 in converter 12 is the same as the configuration shown in FIG.

本実施例における中央制御装置1の制御ブロック図を図22に示す。本実施例における電力変換装置5は、直流リンク電圧を一定にする制御、および推進用電動機の出力制御を行うため、中央制御装置1内は、直流リンク電圧一定制御演算器71,推進用電動機出力制御演算器72を備えている。なお、船舶用電気推進システム内に電力貯蔵装置を搭載している場合には、上記の実施例の様に、電力貯蔵装置出力制御演算器も備えるが、ここでは電力貯蔵装置が無い場合について説明する。   A control block diagram of the central controller 1 in this embodiment is shown in FIG. Since the power conversion device 5 in this embodiment performs control to make the DC link voltage constant and control the output of the propulsion motor, the central control device 1 includes a DC link voltage constant control computing unit 71, a propulsion motor output. A control calculator 72 is provided. In addition, when the power storage device is mounted in the electric propulsion system for ships, the power storage device output control arithmetic unit is also provided as in the above-described embodiment, but here, the case where there is no power storage device will be described. To do.

直流リンク電圧一定制御演算器71の制御ブロック図を図23に示す。直流リンク電圧一定制御演算器71は、電流センサ56a,56c,56eで検出されたコンバータの上側アームのUVW相電流値Iu1a,Iv1a,Iw1a、電流センサ56b,56d,56fで検出されたコンバータの下側アームのUVW相電流値Iu1b,Iv1b,Iw1b,発電機周波数f,電圧センサ70で検出された直流コンデンサ電圧Vcを入力とする。uvw−dq変換器73では上記Iu1a,Iv1a,Iw1a,Iu1b,Iv1b,Iw1bを座標軸変換して上側アームのdq軸電流Id1a,Iq1a、下側アームのdq軸電流Id1b,Iq1bに変換する。q軸電圧指令演算器74ではId1a,Iq1a,Id1b,Iq1b,ω,Vc、予め設定した直流コンデンサ電圧指令値Vc*を入力として上側アームのq軸電圧指令値Vq1a*、下側アームのq軸電圧指令値Vq1b*を演算する。また、d軸電圧指令演算器75はId1a,Iq1a,Id1b,Iq1b,ω、予め設定したq軸電流指令値Id1*を入力として上側アームのd軸電圧指令値Vd1a*、下側アームのd軸電圧指令値Vd1b*を演算する。こうして求めたVd1a*,Vq1a*,Vd1b*,Vq1b*をdq−uvw変換器76で座標軸変換した値に、予め設定した直流リンク電圧指令値Vdc*を足したものがコンバータ11の上側アームのUVW相電圧指令値Vu1a*,Vv1a*,Vw1a*、下側アームのUVW相電圧指令値Vu1b*,Vv1b*,Vw1b*となる。 A control block diagram of the DC link voltage constant control calculator 71 is shown in FIG. The DC link voltage constant control computing unit 71 is located under the converters detected by the UVW phase current values Iu1a, Iv1a, Iw1a of the upper arms of the converter detected by the current sensors 56a, 56c, 56e, and the current sensors 56b, 56d, 56f. The UVW phase current values Iu1b, Iv1b, Iw1b of the side arm, the generator frequency f, and the DC capacitor voltage Vc detected by the voltage sensor 70 are input. The uvw-dq converter 73 converts the above Iu1a, Iv1a, Iw1a, Iu1b, Iv1b, and Iw1b into coordinate axes and converts them into dq-axis currents Id1a and Iq1a of the upper arm and dq-axis currents Id1b and Iq1b of the lower arm. The q-axis voltage command calculator 74 receives Id1a, Iq1a, Id1b, Iq1b, ω, Vc, a preset DC capacitor voltage command value Vc *, and inputs the q-axis voltage command value Vq1a * of the upper arm and the q-axis of the lower arm. The voltage command value Vq1b * is calculated. Further, the d-axis voltage command calculator 75 receives Id1a, Iq1a, Id1b, Iq1b, ω, a preset q-axis current command value Id1 *, and inputs the d-axis voltage command value Vd1a * of the upper arm and the d-axis of the lower arm. The voltage command value Vd1b * is calculated. UVW of the upper arm of the converter 11 is obtained by adding Vd1a * , Vq1a * , Vd1b * , and Vq1b * thus obtained to the coordinate axis converted by the dq-uvw converter 76 and a preset DC link voltage command value Vdc *. The phase voltage command values Vu1a * , Vv1a * , Vw1a * and the lower arm UVW phase voltage command values Vu1b * , Vv1b * , Vw1b * .

続いて、推進用電動機出力制御演算器72の制御ブロック図を図24に示す。推進用電動機出力制御演算器72は電流センサ60a,60c,60eで検出されたインバータの上側アームのUVW相電流値Iu2a,Iv2a,Iw2a、電流センサ60b,60d,60fで検出されたインバータの下側アームのUVW相電流値Iu2b,Iv2b,Iw2b,推進用電動機の回転数ω,有効電力検出器で検出された大電力負荷への供給有効電力Pを入力とする。uvw−dq変換器77では上記インバータUVW相電流値Iu2a,Iv2a,Iw2a,Iu2b,Iv2b,Iw2bを座標軸変換してdq軸電流Id2a,Iq2a,Id2b,Iq2bに変換する。ΔP処理器78では、大電力負荷への供給有効電力Pより、上記の実施例と同様の方法によりΔPを演算し、ωとともにq軸電流差分演算器79の入力となる。q軸電流差分演算器79で上側アームのq軸電流の変化分ΔIq2aと下側アームのq軸電流の変化分ΔIq2bを演算して、これらと前述のId2a,Iq2a,Id2b,Iq2bを入力として、dq軸電圧指令演算器80でインバータの上側アームのdq軸電圧指令値Vd2a*,Vd2b*、インバータの下側アームのdq軸電圧指令値Vq2a*,Vq2b*を演算する。最後にdq−uvw変換器81で座標軸変換をしてインバータの上側アームのUVW相電圧指令値Vu2a*,Vv2a*,Vw2a*、インバータの下側アームのUVW相電圧指令値Vu2b*,Vv2b*,Vw2b*を求める。 Subsequently, a control block diagram of the propulsion motor output control calculator 72 is shown in FIG. The propulsion motor output control calculator 72 is the lower side of the inverter detected by the UVW phase current values Iu2a, Iv2a, Iw2a of the inverter upper arm detected by the current sensors 60a, 60c, 60e, and the current sensors 60b, 60d, 60f. The arm UVW phase current values Iu2b, Iv2b, Iw2b, the number of revolutions ω of the propulsion motor, and the effective power P supplied to the large power load detected by the active power detector are input. The uvw-dq converter 77 converts the inverter UVW phase current values Iu2a, Iv2a, Iw2a, Iu2b, Iv2b, Iw2b into coordinate axes and converts them into dq-axis currents Id2a, Iq2a, Id2b, Iq2b. In the ΔP processor 78, ΔP is calculated from the active power P supplied to the large power load by the same method as in the above embodiment, and is input to the q-axis current difference calculator 79 together with ω. The q-axis current difference calculator 79 calculates the change amount ΔIq2a of the q-axis current of the upper arm and the change amount ΔIq2b of the q-axis current of the lower arm, and inputs these and the aforementioned Id2a, Iq2a, Id2b, Iq2b, dq-axis voltage command value of the upper arm of the inverter dq-axis voltage command calculator 80 Vd2a *, Vd2b *, dq-axis voltage command value of the lower arm of inverter Vq2a *, calculates the Vq2b *. Finally dq-uvw converter 81 UVW phase voltage command value of the upper arm of the inverter and the coordinate axis conversion Vu2a *, Vv2a *, Vw2a * , UVW phase voltage command value of the lower arm of inverter Vu2b *, Vv2b *, Vw2b * is obtained.

図25にコンバータ11の制御装置15の制御ブロック図を示す。直流リンク電圧一定制御演算器71で求めた相電圧指令Vu1a*,Vv1a*,Vw1a*,Vu1b*,Vv1b*,Vw1b*、および直流リンク電圧指令Vdc*,直流リンク電圧Vdcを入力として変調波演算器82において、式(10)に基づいて変調波を演算する。 FIG. 25 shows a control block diagram of the control device 15 of the converter 11. Modulation wave calculation using the phase voltage commands Vu1a * , Vv1a * , Vw1a * , Vu1b * , Vv1b * , Vw1b * , and the DC link voltage command Vdc * , DC link voltage Vdc obtained by the DC link voltage constant control calculator 71 as inputs. In the device 82, the modulated wave is calculated based on the equation (10).

Figure 2012081813
Figure 2012081813

ただし、Nはアーム内の単位変換器の数である。この変調波とスイッチング駆動用搬送波生成器83で生成されるスイッチング駆動用搬送波との大小比較を比較器84で行い、これを入力としてゲートドライバ85においてIGBT素子62のON/OFF信号を演算する。また、図26にインバータ12の制御装置18の制御ブロック図を示す。推進用電動機出力制御演算器72で求めた相電圧指令Vu1a*,Vv1a*,Vw1a*,Vu1b*,Vv1b*,Vw1b*、および直流リンク電圧Vdcを入力として変調波演算器86において、式(11)に基づいて変調波を演算する。 N is the number of unit converters in the arm. The comparator 84 compares the modulation wave with the switching driving carrier wave generated by the switching driving carrier wave generator 83, and the comparator 84 calculates the ON / OFF signal of the IGBT element 62 as input. FIG. 26 shows a control block diagram of the control device 18 of the inverter 12. In the modulation wave calculator 86, the phase voltage commands Vu1a * , Vv1a * , Vw1a * , Vu1b * , Vv1b * , Vw1b * and the DC link voltage Vdc obtained by the propulsion motor output control calculator 72 are input in the equation (11 ) To calculate a modulated wave.

Figure 2012081813
Figure 2012081813

ただし、Nはアーム内の単位変換器の数である。あとはコンバータ11の制御装置15と同様にしてIGBT素子62のON/OFF信号を演算する。   N is the number of unit converters in the arm. Thereafter, the ON / OFF signal of the IGBT element 62 is calculated in the same manner as the control device 15 of the converter 11.

上述の単位変換器54および58はいわゆるチョッパ回路構成であったが、図27に示す様にフルブリッジ回路構成としても良い。この時、単位セル65は4つのIGBT素子62,直流コンデンサ63で構成される。単位セル65以外の構成要素は上記実施例のチョッパ回路の場合と同じである。図中の62AはIGBT素子62a、および62bを、62BはIGBT素子62c、および62dをそれぞれ指しており、62A,62BをそれぞれレグA,レグBと定義する。本実施例におけるコンバータ11の制御装置15の制御ブロック図を図28に示す。制御装置15におけるフローは上記実施例と同様である。ただし、レグAの電圧指令とレグBの電圧指令は互いに1/2周期シフトしたものとするため、変調波演算器90において、入力される相電圧指令Vu1a*,Vv1a*,Vw1a*,Vu1b*,Vv1b*,Vw1b*に対して1/2周期シフトした相電圧指令を生成し、これらをレグA電圧指令値Vu1aA*,Vv1aA*,Vw1aA*,Vu1bA*,Vv1bA*,Vw1bA*、レグB電圧指令値Vu1aB*,Vv1aB*,Vw1aB*,Vu1bB*,Vv1bB*,Vw1bB*として、上式(12)に基づいて変調波を演算する。ここで求めた変調波とスイッチング駆動用搬送波生成器91で生成されたスイッチング駆動用搬送波の大小比較を比較器92で行い、ゲートドライバ93でIGBT素子62のON/OFF信号を演算する。なお、レグA,レグB内にある二つのIGBT素子のON/OFF信号は、両方がON、あるいはOFFとなることは無く、ゲートドライバ93では、比較器103の入力に基づいて演算されたON/OFF信号とは反転させたもう一つのON/OFF信号を生成してIGBT素子62へ出力する。 The unit converters 54 and 58 described above have a so-called chopper circuit configuration, but may have a full bridge circuit configuration as shown in FIG. At this time, the unit cell 65 includes four IGBT elements 62 and a DC capacitor 63. The components other than the unit cell 65 are the same as those in the chopper circuit of the above embodiment. In the figure, 62A indicates IGBT elements 62a and 62b, 62B indicates IGBT elements 62c and 62d, and 62A and 62B are defined as leg A and leg B, respectively. FIG. 28 shows a control block diagram of the control device 15 of the converter 11 in this embodiment. The flow in the control device 15 is the same as in the above embodiment. However, since the voltage command for leg A and the voltage command for leg B are shifted from each other by a half cycle, the phase voltage commands Vu1a * , Vv1a * , Vw1a * , Vu1b * inputted in the modulation wave calculator 90 are used . , Vv1b * , Vw1b * are generated by generating a phase voltage command that is shifted by a half period, and these are converted to leg A voltage command values Vu1aA * , Vv1aA * , Vw1aA * , Vu1bA * , Vv1bA * , Vw1bA * , leg B voltage. Modulated waves are calculated based on the above equation (12) as command values Vu1aB * , Vv1aB * , Vw1aB * , Vu1bB * , Vv1bB * , and Vw1bB * . The comparator 92 compares the modulation wave obtained here with the switching drive carrier wave generated by the switching drive carrier generator 91, and the gate driver 93 calculates the ON / OFF signal of the IGBT element 62. Note that the ON / OFF signals of the two IGBT elements in the leg A and the leg B are not both ON or OFF. In the gate driver 93, the ON / OFF signal calculated based on the input of the comparator 103 is used. Another ON / OFF signal inverted from the / OFF signal is generated and output to the IGBT element 62.

上記の実施例では、単位変換器内のスイッチング素子をIGBTとしたが、換わりにMOSFETを利用しても良い。   In the above embodiment, the switching element in the unit converter is an IGBT, but a MOSFET may be used instead.

コンバータ11の回路構成は、上記の実施例以外にも、図29に示す様にダイオードを利用した整流回路方式としても良い。この場合、交流出力側に高調波フィルタ95を設置する。高調波フィルタ95の回路構成としては、図30に示すようなリアクトル96,コンデンサ97で構成される方式としても良い。なお、本実施例では、ダイオード94を各相2個ずつ合計6個設置しているが、入力する交流電圧と使用するダイオードの定格電圧に応じてダイオードの数を決定すれば良い。   The circuit configuration of the converter 11 may be a rectifier circuit system using a diode as shown in FIG. 29 in addition to the above embodiment. In this case, a harmonic filter 95 is installed on the AC output side. As a circuit configuration of the harmonic filter 95, a system including a reactor 96 and a capacitor 97 as shown in FIG. In the present embodiment, a total of six diodes 94 are provided, two for each phase, but the number of diodes may be determined according to the input AC voltage and the rated voltage of the diode to be used.

1 中央制御装置
2 ガスタービン
3 発電機
4 配電盤
5 電力変換装置
6 推進用電動機
7 推進用プロペラ
8 船内負荷
9 大電力負荷
10 有効電力検出器
11,43 コンバータ
12 インバータ
13 直流リンクコンデンサ
14 直流リンク電圧検出センサ
15,18 制御装置
16,19,62 IGBT素子
17,20,40,46,56,60 電流センサ
21 直流リンクコンデンサ電圧一定制御演算器
22,72 推進用電動機出力制御演算器
23,27,51,73,77 uvw−dq変換器
24,74 q軸電圧指令演算器
25,75 d軸電圧指令演算器
26,31,76,81 dq−uvw変換器
28,49,78 ΔP処理器
29,79 q軸電流差分演算器
30,52,80 dq軸電圧指令演算器
32,36,82,86,90 変調波演算器
33,37 スイッチング駆動用搬送波生成器
34,38,84,88,92 比較器
35,39,66,85,89,93 ゲートドライバ
41,45,70,98,99,100,101 電圧センサ
42 電力貯蔵装置
44 蓄電装置
47 電力貯蔵装置出力制御演算器
48 回転速度制御器
50 滑り演算器
53 ダイオード
54,58 単位変換器
55,59 バッファリアクトル
57,61 信号線
63 直流コンデンサ
64 ヒューズ
65 セル
67 ゲート電源
68 単位変換器制御回路
69 自給電源
71 直流リンク電圧一定制御演算器
83,87,91 スイッチング駆動用搬送波生成器
94 ダイオード
95 高調波フィルタ
96 リアクトル
97 コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Central control apparatus 2 Gas turbine 3 Generator 4 Distribution board 5 Power converter 6 Propulsion motor 7 Propulsion propeller 8 Inboard load 9 Large power load 10 Active power detector 11, 43 Converter 12 Inverter 13 DC link capacitor 14 DC link voltage Detection sensor 15, 18 Control device 16, 19, 62 IGBT element 17, 20, 40, 46, 56, 60 Current sensor 21 DC link capacitor voltage constant control calculator 22, 72 Propulsion motor output control calculator 23, 27, 51, 73, 77 uvw-dq converter 24, 74 q-axis voltage command calculator 25, 75 d-axis voltage command calculator 26, 31, 76, 81 dq-uvw converter 28, 49, 78 ΔP processor 29, 79 q-axis current difference calculator 30, 52, 80 dq-axis voltage command calculator 32, 36, 82, 86, 90 Modulated wave Calculator 33, 37 Switching drive carrier generator 34, 38, 84, 88, 92 Comparator 35, 39, 66, 85, 89, 93 Gate driver 41, 45, 70, 98, 99, 100, 101 Voltage sensor 42 Power storage device 44 Power storage device 47 Power storage device output control calculator 48 Rotational speed controller 50 Slip calculator 53 Diode 54, 58 Unit converter 55, 59 Buffer reactor 57, 61 Signal line 63 DC capacitor 64 Fuse 65 Cell 67 Gate power supply 68 Unit converter control circuit 69 Self-supplied power supply 71 DC link voltage constant control calculator 83, 87, 91 Switching drive carrier generator 94 Diode 95 Harmonic filter 96 Reactor 97 Capacitor

Claims (15)

1台、もしくは2台以上の発電機と、前記発電機で発生した電力を配電する配電手段と、前記配電手段に連系した電力負荷と、前記配電手段に連系した電力変換装置と、前記電力変換装置に連系した推進用電動機と、前記推進用電動機に接続した船舶の推進手段と、前記電力変換装置を制御する制御手段を有し、前記制御手段は、前記電力負荷の有効電力に基づいて前記電力変換装置を制御することを特徴とする船舶用電気推進システム。   One or two or more generators, power distribution means for distributing power generated by the power generator, a power load linked to the power distribution means, a power converter linked to the power distribution means, A propulsion motor linked to a power converter, a ship propulsion unit connected to the propulsion motor, and a control unit for controlling the power converter, wherein the control unit is configured to increase the effective power of the power load. The electric propulsion system for ships which controls the power converter based on the above. 請求項1において、前記制御手段は、前記電力負荷の有効電力の変動量に基づいて前記電力変換装置を制御することを特徴とする船舶用電気推進システム。   2. The marine electric propulsion system according to claim 1, wherein the control unit controls the power conversion device based on a fluctuation amount of an active power of the power load. 請求項2において、前記制御手段は、前記電力負荷の有効電力が増加する場合は、前記推進用電動機に供給される電力を減少させるように制御することを特徴とする船舶用電気推進システム。   3. The marine electric propulsion system according to claim 2, wherein when the effective power of the electric power load increases, the control unit controls the electric power supplied to the propulsion motor to decrease. 請求項2において、前記変動量は、所定周期毎に前回値との比較で求められることを特徴とする船舶用電気推進システム。   3. The marine electric propulsion system according to claim 2, wherein the fluctuation amount is obtained by comparison with a previous value every predetermined period. 請求項3において、前記変動量と磁束から前記推進用電動機に供給される電力を減少させるようq軸の電流指令の変化量を求め、前記q軸の電流指令の変化量に基づいて、前記電力変換装置を制御することを特徴とする船舶用電気推進システム。   4. The change amount of a q-axis current command is determined so as to reduce the power supplied to the propulsion motor from the fluctuation amount and the magnetic flux, and the power is determined based on the change amount of the q-axis current command. A marine electric propulsion system characterized by controlling a conversion device. 請求項1において、前記電力負荷に供給される有効電力を検出する電力負荷有効電力検出手段を有し、前記検出された電力負荷の有効電力に基づいて前記電力変換装置を制御することを特徴とする船舶用電気推進システム。   The power conversion apparatus according to claim 1, further comprising a power load active power detection unit configured to detect active power supplied to the power load, and controlling the power converter based on the detected active power of the power load. Electric propulsion system for ships. 請求項2において、前記有効電力に基づいて推進用電動機のトルクを変化させることを特徴とする船舶用電気推進システム。   3. The marine electric propulsion system according to claim 2, wherein the torque of the propulsion motor is changed based on the active power. 請求項1において、前記電力変換装置は、交流電力を略直流電力に変換する整流器と、前記略直流電力を所定の周波数の電力に変換する変換器からなることを特徴とする船舶用電気推進システム。   2. The marine electric propulsion system according to claim 1, wherein the power conversion device includes a rectifier that converts AC power into substantially DC power, and a converter that converts the substantially DC power into power having a predetermined frequency. . 請求項8において、前記整流器,前記変換器の少なくとも一方は、スイッチング素子を利用した2レベル変換機能を有する回路であることを特徴とする船舶用電気推進システム。   9. The marine electric propulsion system according to claim 8, wherein at least one of the rectifier and the converter is a circuit having a two-level conversion function using a switching element. 請求項8において、前記整流器,前記変換器の少なくとも一方は、スイッチング素子およびダイオードを利用したダイオードクランプ型の3レベル変換機能を有することを特徴とする船舶用電気推進システム。   9. The marine electric propulsion system according to claim 8, wherein at least one of the rectifier and the converter has a diode clamp type three-level conversion function using a switching element and a diode. 請求項8において、前記整流器、前記変換器の少なくとも一方は、バッファリアクトルと、複数の単位変換器をカスケード状に接続して構成されるアームと、前記アームに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記複数の単位変換器を制御する制御装置と、前記制御装置から前記単位変換器へ制御信号を伝送する信号線を備えて、前記アームを3相の各相の正側,負側にそれぞれ配置することを特徴とする船舶用電気推進システム。   9. The rectifier or the converter according to claim 8, wherein at least one of the rectifier and the converter includes a buffer reactor, an arm configured by cascading a plurality of unit converters, and current detection means for detecting a current flowing through the arm. A control device that controls the plurality of unit converters, and a signal line that transmits a control signal from the control device to the unit converter, and the arms are respectively connected to the positive side and the negative side of each of the three phases. A marine electric propulsion system characterized by being arranged. 請求項1において、電力を貯蔵する電力貯蔵手段と、前記電力貯蔵手段の貯蔵電力が前記電力負荷に供給されることを特徴とする船舶用電気推進システム。   2. The marine electric propulsion system according to claim 1, wherein the electric power storage means for storing electric power and the electric power stored in the electric power storage means are supplied to the electric power load. 発電機で発生した電力を配電する配電手段と、前記配電手段に連系した電力負荷と、前記配電手段に連系した電力変換装置と、前記電力変換装置に連系して船舶を推進させる推進用電動機を有するモータドライブシステムにおいて、前記電力負荷の有効電力に基づいて前記電力変換装置を制御することを特徴とするモータドライブシステム。   Power distribution means for distributing power generated by the generator, a power load linked to the power distribution means, a power conversion device linked to the power distribution means, and a propulsion for propelling the ship linked to the power conversion device The motor drive system which has an electric motor for controlling the said power converter device based on the active electric power of the said electric power load, The motor drive system characterized by the above-mentioned. 発電機で発生した電力を電力変換して船舶を推進させる推進用電動機に供給する電力変換装置において、前記発電機の電力で作動する電力負荷の有効電力に基づいて前記電力変換装置を制御することを特徴とする電力変換装置。   In a power converter for supplying electric power generated by a generator to a propulsion motor for propelling a ship, the power converter is controlled based on the active power of a power load that operates with the power of the generator The power converter characterized by this. 前記発電機の電力で作動する電力負荷の有効電力に基づいて指令値を求め、前記指令値に基づいて前記発電機から供給される電力を電力変換して、船舶を推進させる推進用電動機に供給する電力変換方法。   A command value is obtained based on the active power of the power load that operates with the power of the generator, and the power supplied from the generator is converted into power based on the command value and supplied to a propulsion motor that propels the ship. Power conversion method.
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