JP2016078478A - 船舶の電力制御方法及び船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統を安定させつつ、電力により駆動される副推進装置に電力を供給することができる船舶の電力制御方法及び船舶を提供する。
【解決手段】推進力を発生させる主推進装置１２と、電力系統１９と、電力系統に接続される発電機１７と、電力系統に接続され、電力を消費する複数の負荷機器１８と、電力系統に接続され、電力により駆動される副推進装置１６と、を有する船舶１０の電力制御方法である。船舶の電力制御方法は、副推進装置の起動時に電力系統の電力の変動を予測し、電力の変動の予測値が閾値を超えないと判定した場合、副推進装置の出力の許容変動幅を設計値に設定して、副推進装置の出力を決定し、電力の変動の予測値が閾値を超えると判定した場合、許容変動幅を設計値よりも低い抑制値に設定して、副推進装置の出力を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、船舶の電力制御方法及び船舶に関する。

エンジン等の回転機械の回転を推進力に変換する主推進装置に加え、電力により駆動される副推進装置を備えている船舶がある。副推進装置としては、電気推進器や、主に接岸時や離岸時に使用されるスラスタ装置がある。電力により駆動される副推進装置を有する船舶は、副推進装置を起動させると使用する電力が急激に増加するため、電力系統の電圧や周波数が不安定になることがある。

例えば、特許文献１には、発電機と、空調装置を含む電力を消費する複数の負荷機器と、船舶に横方向推進力を与えるスラスタ装置と、を有する船舶の電力制御方法が記載されている。特許文献１に記載の電力制御方法は、船舶の離岸および接岸時に、空調装置の運転を抑制することが記載されている。

特開２０１２−１５３３４２号公報

特許文献１に記載の装置のように空調装置を含む負荷機器の運転を抑制することで、電力系統の負荷を低減することができ、系統全体の消費電力の増加を抑制することができる。

しかしながら、空調装置で調整できる消費電力は、時期によって増減する。例えば冷房機能を使用していない時期は、空調設備の消費電力が少ない。このため、船舶は、空調装置を含む負荷機器の運転を抑制しても、電力により駆動される副推進装置による変動が大きくなる場合がある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、電力系統を安定させつつ、電力により駆動される副推進装置に電力を供給することができる船舶の電力制御方法及び船舶を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明は、推進力を発生させる主推進装置と、電力系統と、前記電力系統に接続される発電機と、前記電力系統に接続され、電力を消費する複数の負荷機器と、前記電力系統に接続され、電力により駆動される副推進装置と、を有する船舶の電力制御方法であって、前記副推進装置の起動時に前記電力系統の電力の変動を予測し、前記電力の変動の予測値が閾値を超えないと判定した場合、前記副推進装置の出力の許容変動幅を設計値に設定して、前記副推進装置の出力を決定し、前記電力の変動の予測値が閾値を超えると判定した場合、前記許容変動幅を前記設計値よりも低い抑制値に設定して、前記副推進装置の出力を決定することを特徴とする。

上述の目的を達成するために、本発明は、推進力を発生させる主推進装置と、電力系統と、前記電力系統に接続される発電機と、前記電力系統に接続され、電力を消費する複数の負荷機器と、前記電力系統に接続され、電力により駆動される副推進装置と、を有する船舶の電力制御方法であって、前記副推進装置の起動時に前記電力系統の電力の変動を予測し、前記電力の変動の予測値が閾値を超えないと判定した場合、前記副推進装置の入力の指令値に基づいて、前記副推進装置の出力を決定し、前記電力の変動の予測値が閾値を超えると判定した場合、前記副推進装置の入力の指令値を低い値に変換し、変換した指令値に基づいて、前記副推進装置の出力を決定することを特徴とする。

ここで、前記電力系統の電力の変動は、前記電力系統の周波数の変動を含むことが好ましい。

また、前記電力系統の電力の変動は、前記発電機の発電電力の変動と、前記負荷機器の消費電力の変動に基づいて予測することが好ましい。

さらに、前記電力系統の電力の変動に基づいて、前記電力系統のトリップのリスクを算出し、前記トリップのリスクの閾値が高くなった場合、前記副推進装置の出力を低くすることが好ましい。

上述の目的を達成するために、本発明は、推進力を発生させる主推進装置と、電力系統と、前記電力系統に接続される発電機と、前記電力系統に接続され、電力を消費する複数の負荷機器と、前記電力系統に接続され、電力により駆動される副推進装置と、を有する船舶の電力制御方法であって、前記副推進装置の起動時に前記電力系統の電力の変動を予測し、前記電力系統の電力の変動に基づいて、前記電力系統のトリップのリスクを算出し、前記トリップのリスクの閾値が高くなった場合、前記副推進装置の出力を低くすることを特徴とする。

また、前記負荷機器は、停止可能なモータを少なくとも１つ含み、さらに、前記電力系統の電力の変動に基づいて、無効電力の変動を算出し、前記無効電力の変動が閾値以上の場合、前記副推進装置の起動時に前記停止可能なモータを停止することが好ましい。

また、設定した時間以内に前記副推進装置を起動する可能性があると判定した場合、停止可能な設定であり、かつ現状停止しているモータを起動させることが好ましい。

また、前記副推進装置に入力される操作に基づいて、前記副推進装置の起動時を検出することが好ましい。

また、船舶の位置情報に基づいて、前記副推進装置の起動時を検出することが好ましい。

上述の目的を達成するために、本発明は、船舶であって、推進力を発生させる主推進装置と、電力系統と、前記電力系統に接続される発電機と、前記電力系統に接続され、電力を消費する複数の負荷機器と、前記電力系統に接続され、電力により駆動される副推進装置と、前記副推進装置の出力を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記副推進装置の起動時に前記電力系統の電力の変動を予測し、前記電力の変動の予測値が閾値を超えないと判定した場合、前記副推進装置の出力の許容変動幅を設計値に設定して、前記副推進装置の出力を決定し、前記電力の変動の予測値が閾値を超えると判定した場合、前記許容変動幅を前記設計値よりも低い抑制値に設定して、前記副推進装置の出力を決定することを特徴とする。

上述の目的を達成するために、本発明は、船舶であって、推進力を発生させる主推進装置と、電力系統と、前記電力系統に接続される発電機と、前記電力系統に接続され、電力を消費する複数の負荷機器と、前記電力系統に接続され、電力により駆動される副推進装置と、前記副推進装置の出力を制御する制御装置と、を有し、前記制御装置は、前記副推進装置の起動時に前記電力系統の電力の変動を予測し、前記電力の変動の予測値が閾値を超えないと判定した場合、前記副推進装置の入力の指令値に基づいて、前記副推進装置の出力を決定し、前記電力の変動の予測値が閾値を超えると判定した場合、前記副推進装置の入力の指令値を低い値に変換し、変換した指令値に基づいて、前記副推進装置の出力を決定することを特徴とする。

本発明によれば、電力系統を安定させつつ、電力により駆動される副推進装置に電力を供給することができる。

図１は、本実施形態に係る船舶の概略構成を示すブロック図である。 図２は、推進装置制御部の構造の一例を示すブロック図である。 図３は、推進装置制御部の構造の一例を示すブロック図である。 図４は、制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図５は、制御装置の処理動作を説明するための説明図である。 図６は、制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図７は、制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図８は、制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図９は、制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。 図１０は、制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る船舶の概略構成を示すブロック図である。船舶１０は、メインエンジン（主推進装置）１２と、電気推進器（副推進装置）１４と、スラスタ装置（副推進装置）１６と、発電機１７と、負荷機器１８と、電力系統１９と、操作部２０と、負荷状態検出部２２と、電力系統状態検出部２４と、位置検出部２６と、制御装置３０と、を有する。

メインエンジン（主推進装置）１２は、ディーゼルエンジン等の原動機と、原動機によって回転されるシャフトと、シャフトで回転されるプロペラ等を有する。メインエンジン１２は、原動機で燃料を燃焼する等により動力を発生させ、シャフトを介して動力を伝達することで、プロペラを回転させ、推進力を発生させる。

電気推進器１４は、モータ等を有し、電気が供給されることで、プロペラ等の推進機器を回転させ、推進力を発生させる。電気推進器１４は、メインエンジンのプロペラと同方向に推進力を発生させてもよいが、アジマス推進器のように推進力を発生させる方向を可変とすることが好ましい。電気推進器１４は、メインエンジン１２よりも推進力が小さい。

スラスタ装置（単にスラスタともいう）１６は、船舶に横方向推進力を与える装置である。スラスタ装置１６は、電気で駆動される。スラスタ装置１６は、例えば、バウスラスタ装置、スタンスラスタ装置を有する。バウスラスタ装置は、船舶１０の船首に横方向の推進力を与える。また、スタンスラスタ装置は、船舶１０の船尾に横方向の推進力を与える。

船舶１０は、出港又は入港時に離岸又は接岸等の港内での操船に副推進装置として、電気推進器１４やスラスタ装置１６を用いる。船舶１０は、電気推進器１４やスラスタ装置１６を用いることで、タグボートを用いずに操船を行うことができ、離岸又は接岸等の所用時間を短くすることができる。このように、電気推進器１４、スラスタ装置１６を有する船舶１０は、旅客、乗用車、貨物等を積載し、停泊、出港、航行、入港、停泊の運航状態区分を１航海として繰り返す定期航路を運航する定期航路船舶の用途に適している。なお、副推進装置は、主推進装置とは、別の推進装置であり、電気で駆動される推進装置である。副推進装置は、停泊、出港、航行、入港、停泊の運航状態区分、つまり港内モード以外のモードで使用してもよい。

発電機１７は、発電する機器であり、例えば、ディーゼル発電機関である。発電機１７は、発電量を調整することができる。発電機１７は、複数の発電機関を含むことが好ましい。この場合、複数の発電機関は、同型形式であると、作業員の習熟によりメンテナンスが容易となり、かつ、いずれかの発電機が故障した場合に代替稼働ができ、起動する発電機関と停止する発電機関を組み合わせることで発電量を調整することができる。また、発電機１７は、メインエンジン１２の回転により発電する発電機を含んでいてもよいし、メインエンジン１２の排熱を回収して生成した蒸気のエネルギーでタービンを回転させる発電システムを含んでもよい。

複数の負荷機器１８は、機関補機、甲板補機、荷役装置、照明装置、船体サービス補機、空調機器等、船舶の電力系統１９に接続されている各機器を含んでいる。図１に示す負荷機器１８は、３つとしたが、負荷機器の数は限定されない。また、負荷機器には、主冷却海水ポンプ、機関室給気通風機、発電機室給気通風機、油圧ポンプユニット、トリミングポンプ、ヒールポンプ等の船舶の傾き又は水位を調整可能な機器、あるいは、保冷車への給電用変圧器、一般照明用の変圧器、厨房機器用変圧器等がある。

電力系統１９は、発電機１７で発電した電力を、電力を消費する電気推進器１４、スラスタ装置１６、負荷機器１８等に供給する。電力系統１９は、各部を接続する配線、各部に流れる電力を制御する配電盤等を有する。配電盤は、電力の変圧、電力の投入、開閉、制御、又は作業安全のために遮断する電力開閉制御装置である。

操作部２０は、メインエンジン操作部４２と、電気推進器操作部４４と、スラスタ操作部４６と、を有する。メインエンジン操作部４２は、メインエンジン１２の出力の指令値等を入力するデバイスである。電気推進器操作部４４は、電気推進器１４の出力の指令値等を入力するデバイスである。スラスタ操作部４６は、スラスタ装置１６の出力の指令値等を入力するデバイスである。ここで、本実施形態では、操作部２０のうち推進装置を操作するデバイスのみを示したが、操作部２０は、他の各機器を操作するデバイスを有していてもよい。また、メインエンジン操作部４２と、電気推進器操作部４４と、スラスタ操作部４６とは、同じ場所例えば操舵室にあっても別々の場所にあってもよい。また、操作部２０は、各操作部を複数有していてもよい。

負荷状態検出部２２は、各負荷機器１８の電力に関する状態を検出する、負荷状態検出部２２は、負荷機器１８の稼動状態（稼動しているか停止しているか）、消費電力、最大消費電力等の情報を取得する。負荷状態検出部２２は、検出した情報を制御装置３０に送る。

負荷状態検出部２２は、各負荷機器１８に供給される電流、電圧等のデータも取得する。負荷状態検出部２２は、計測時間データとともに電圧データ及び電流データに基づく計測データを取得する。また、負荷状態検出部２２は、電圧データ及び電流データに基づく計測データとして、有効電力、無効電力、皮相電力、相別の実行電圧及び電流、力率のいずれかについて、各々の瞬時値、最大値、最小値を演算装置で計算してもよい。

電力系統状態検出部２４は、電力系統１９の電圧、電流、周波数等を検出する。電力系統状態検出部２４は、電力系統１９の電圧、電流、周波数の時間経過による変化を検出することで、電力系統１９の変動を検出する。電力系統検出部２４は、検出した情報を制御装置３０に送る。

位置検出部２６は、例えば汎地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）により、船舶１０の現在位置情報を取得する。また、位置検出部２６は、検出した位置情報に基づいて、対地船速として速度データを取得してもよい。

制御装置３０は、メインエンジン１２、電気推進器１４、スラスタ装置１６、発電機１７、負荷機器１８、電力系統１９、操作部２０、負荷状態検出部２２、電力系統状態検出部２４、位置検出部２６等の船舶１０の各部の動作を制御する。具体的には、制御装置３０は、操作部２０、負荷状態検出部２２、電力系統状態検出部２４または位置検出部２６等で取得した情報に基づいて、メインエンジン１２、電気推進器１４、スラスタ装置１６、発電機１７または負荷機器１８等の動作を制御する。制御装置３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を含む処理部と、ＲＡＭのような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ハードディスクドライブあるいはこれらの組み合わせを含む記憶部等を有する。制御装置３０は、記憶部に船舶１０の動作手順を含むコンピュータプログラム等が記憶されている。制御装置３０は、記憶部に記憶されているコンピュータプログラムを処理部で実行することで、各部の処理を実行する。

上記コンピュータプログラムは、制御装置３０の処理部へすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、船舶１０の動作手順を実行するものであってもよい。また、この制御装置３０は、コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、船舶１０の動作手順を実行するものであってもよい。

また、船舶１０の動作手順は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション、あるいはプラント制御用コンピュータ等のコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。また、このプログラムは、ハードディスク等の記録装置、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」には、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線網を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものを含むものとする。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

制御装置３０は、電力制御部３２と、推進装置制御部３４と、を有する。電力制御部３２と、推進装置制御部３４と、は、記憶部に記憶されているコンピュータプログラムを処理部で実行することでそれぞれの機能を実現する。

電力制御部３２は、操作部２０、負荷状態検出部２２、電力系統状態検出部２４、位置検出部２６の情報に基づいて、電力系統１９を流れる電力を制御する。具体的には、電力制御部３２は、発電機１７から電力系統１９に供給する電力を制御する。また、電力制御部３２は、負荷機器１８を制御して、電力系統１９に接続されている機器の負荷電力を制御する。また、電力制御部３２は、電気推進器１４とスラスタ装置１６とを動作する条件を決定するための情報を、推進装置制御部３４に送る。電力制御部３２は、各部の動作を制御することで、電力系統１９に流れる電気の周波数や電圧の変動を抑制し、安定した電力が供給される状態が維持されるように各部の動作を制御する。

推進装置制御部３４は、操作部２０に入力された操作や、負荷状態検出部２２、電力系統状態検出部２４、位置検出部２６で検出した結果に基づいて、メインエンジン１２、電気推進器１４及びスラスタ装置１６の動作を制御する。

図２は、推進装置制御部の構造の一例を示すブロック図である。以下、図２を用いて、推進装置制御部３４の構造を説明する。図２は、推進装置制御部３４の構造（制御回路構造）の一部を示しており、電気推進器１４及びスラスタ装置１６の出力を制御する回路である。推進装置制御部３４は、図２に示す構造以外にもメインエンジン１２を制御する制御部を有する。また、推進装置制御部３４は、物理的に一か所に設けられている必要はなく、船舶１０の複数の箇所に分離して配置されていてもよい。推進装置制御部３４は、系統情報検出部６０と、指令検出部６２と、実運転状態検出部６４と、ゲイン調整部６６と、差分検出部６８と、制御値決定部７０と、を有する。

系統情報検出部６０は、電力系統１９に関する情報を取得する。具体的には、系統情報検出部６０は、負荷状態検出部２２及び電力系統状態検出部２４で取得した各種情報を取得する。指令検出部６２は、操作部２０の電気推進器操作部４４またはスラスタ操作部４６に入力された操作に対応する指令値を検出する。実運転状態検出部６４は、電気推進器１４またはスラスタ装置１６の出力の情報を取得する。

ゲイン調整部６６は、系統情報検出部６０で検出した電力系統１９の状態に基づいて、ゲインを決定する。ゲインは、電気推進器１４またはスラスタ装置１６の出力の変動の許容値である。つまり、横軸を時間、縦軸を出力とした場合の、電気推進器１４またはスラスタ装置１６の出力の時間変化の傾きの許容値である。ゲイン調整部６６は、決定したゲインの情報を制御値決定部７０に送る。

ゲイン調整部６６は、必要な場合に制御値の変動を小さくなるように、系統情報検出部６０の結果に基づいてゲインの値を調整する。具体的には、電力系統１９を流れる電力の変動が許容値よりも大きくならないようにゲインの値を調整する。電力系統１９を流れる電力の変動は、現状の検出値に基づいて算出しても、各種情報（各部の履歴）に基づいて変動を推定してもよい。具体的な方法については後述する。ゲイン調整部６６は、電力系統１９を流れる電力の変動が許容値よりも大きくならない場合、基準のゲイン、具体的には電気推進器１４、スラスタ装置１６それぞれの機器で実行可能な変動幅（設計値の変動幅）で出力を変動させる値とする。また、ゲイン調整部６６は、電力系統１９を流れる電力の変動が許容値よりも大きくなる場合、ゲインを小さくする。つまり、設計値の変動幅よりも小さい変動幅で出力を変動させる設定とする。ゲイン調整部６６は、予測した値が許容値を超えない範囲で、特定の目的関数（エンジン燃費や周波数変動量など）が最小となるようゲインの大きさを決定することが好ましい。

差分検出部６８は、指令検出部６２で検出した指令値と、実運転状態検出部６４で検出した実際の運転時の値との差分を検出する。つまり、推進装置の出力を変動させれば、指令値の出力とするために必要な、推進装置の出力の変動値となる。

制御値決定部７０は、差分検出部６８で検出した値とゲイン調整部６６で検出したゲインに基づいて、制御値を決定する。制御値決定部７０は、差分が同じでゲインが基準のゲインよりも低い場合、基準のゲインで算出される制御値よりも低い制御値を算出する。

推進装置制御部３４は、以上のような構成であり、ゲイン調整部６６により、電力系統１９の状態（変動、変動の予測値）に基づいて、ゲインを決定する。また、推進装置制御部３４は、差分検出部６８で、指令値と実運転状態との差分を検出する。推進装置制御部３４は、ゲインと差分とに基づいて制御値を決定し、決定した制御値に基づいて電気推進器１４またはスラスタ装置１６の出力を制御する。

ここで、図２に示す推進装置制御部３４は、差分に基づいて制御値を決定する際の処理に用いるゲインを調整し、ゲインと差分値に基づいて、推進装置（電気推進器１４、スラスタ装置１６）の出力の制御値を決定したが、これに限定されない。推進装置制御部３４は、系統情報検出部６０の結果に基づいて、必要な場合に制御値の変動を小さくできればよい。

図３は、推進装置制御部の構造の一例を示すブロック図である。図３に示す推進装置制御部は、系統情報検出部６０と、指令検出部６２と、実運転状態検出部６４と、差分検出部６８と、制御値決定部７０と、調整部７２と、を有する。系統情報検出部６０と、指令検出部６２と、実運転状態検出部６４とは、図２の各部と同様の処理を行う。系統情報検出部６０は、検出した情報を調整部７２に送る。

調整部７２は、系統情報検出部６０で検出した電力系統１９の状態に基づいて、指令値を調整する。調整部７２は、制御値を決定する際のゲインを調整することに代えて、指令値を調整する。調整部７２は、予測した値が許容値を超えない範囲で、特定の目的関数（エンジン燃費や周波数変動量など）が最小となるように指令値を変換することが好ましい。

調整部７２は、必要な場合に制御値の変動が小さくなるように、系統情報検出部６０の結果に基づいて指令値を調整する。具体的には、電力系統１９を流れる電力の変動が許容値よりも大きくならないように指令値を調整する。調整部７２は、電力系統１９を流れる電力の変動が許容値よりも大きくならない場合、指令値をそのまま出力する。また、調整部７２は、電力系統１９を流れる電力の変動が許容値よりも大きくなる場合、指令値を小さくする。

差分検出部６８は、調整部７２を通過した指令値と、実運転状態検出部６４で検出した実際の運転時の値との差分を検出する。つまり、推進装置の出力を変動させれば、指令値の出力とするために必要な、推進装置の出力の変動値となる。

制御値決定部７０は、差分検出部６８で検出した値と設定された演算式に基づいて、制御値を決定する。

図３に示す推進装置制御部３４は、以上のような構成であり、調整部７２により、電力系統１９の状態（変動、変動の予測値）に基づいて、指令値を調整する。また、推進装置制御部３４は、差分検出部６８で、指令値と実運転状態との差分を検出する。推進装置制御部３４は、差分に基づいて制御値を決定し、決定した制御値に基づいて電気推進器１４またはスラスタ装置１６の出力を制御する。

次に、図４〜図１０を用いて、船舶の制御動作、具体的には、船舶の電力制御方法について説明する。図４は、制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。図４に示す処理は、制御装置３０が、各部で取得した情報及び指示に基づいて主に推進装置制御部３４で処理を実行することで実現することができる。以下、制御装置３０の処理として説明する。

制御装置３０は、港内モードでの操船開始かを判定する（ステップＳ１２）。港内モードとは、電気推進器１４、スラスタ装置１６を駆動して、操船を行うモードである。つまり、制御装置３０は、港内モードでの操船開始か否かを判定することで、電気推進器１４、スラスタ装置１６を駆動（起動）するか否かを判定する。制御装置３０は、位置検出部２６で検出した位置情報と地図上の港湾の位置の情報とに基づいて、港内に入っているかを判定し、港内にいる場合、港内モードでの操船開始と判定するようにしてもよい。また、制御装置３０は、電気推進器１４、スラスタ装置１６に対する操作や、メインエンジン１２に入力されている操作、船舶の速度等に基づいて判定するようにしてもよい。制御装置３０は、港内モードではない（ステップＳ１２でＮｏ）と判定した場合、本処理を終了する。つまり、制御装置３０は、外洋を航海しており、電気推進器１４、スラスタ装置１６を駆動する状態ではないと判定した場合、処理を終了する。

制御装置３０は、港内モードである（ステップＳ１２でＹｅｓ）と判定した場合、電力系統１９の電力の変動を予測する（ステップＳ１４）。制御装置３０は、電力の変動を予測し、予測した値を算出する。予測した値は、値が大きいほど変動が大きい。制御装置３０は、予測した値が許容値を超えるかを判定する（ステップＳ１６）。

制御装置３０は、予測した値が許容値を超える（ステップＳ１６でＹｅｓ）と判定した場合、制限処理を実行する（ステップＳ１８）。ここで、制限処理は、図２に示す構造の場合、ゲインを低くする処理であり、図３に示す構造の場合、調整部７２で指令値を小さくする処理である。ステップＳ１６、１８の処理は、図２に示す構造の場合、ゲイン調整部６６で行い、図３に示す構造の場合、調整部７２で行う。

制御装置３０は、予測した値が許容値を超えていない（ステップＳ１６でＮｏ）と判定した場合、または、ステップＳ１８の処理を行った場合、港内モードでの操船終了かを判定する（ステップＳ２０）。制御装置３０は、港内モードでの操船を終了しない（ステップＳ２０でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ１４に戻り、ステップＳ１４からステップＳ２０の処理を再び実行する。制御装置３０は、港内モードでの操船を終了する（ステップＳ２０でＹｅｓ）と判定した場合、制限を解除して、処理を終了する（ステップＳ２２）。つまり、指令値の変換係数、ゲインを基準値に設定し、処理を終了する。

制御装置３０は、このように、電気推進器１４やスラスタ装置１６等電気で駆動される駆動源を駆動させる場合、電力の変動を予測し、電力の変動が大きい場合、電気推進器１４やスラスタ装置１６等の出力の変動を小さくしつつ、駆動させることで、電力系統１９の電力の変動を低減することができる。

図５は、制御装置の処理動作を説明するための説明図である。図５に示すように、時間ｔでスラスタ装置１６を駆動させる操作が入力された場合、つまり、スラスタ指令値が増加する。このとき、船内負荷（スラスタ装置１６以外の電気を使用する機器の負荷の合計）が一定で、発電機１７での発電電力の増加の傾きに対して、スラスタ指令値の傾きの方が大きい場合、スラスタ指令値に基づいてスラスタ負荷を増加させると、発電電力に対して消費電力（船内負荷とスラスタ負荷の合計）の方が大きくなり、発電電力と消費電力のバランスが変化し、不安定になる。

これに対して、制御装置３０は、図５に示すスラスタ負荷のように、スラスタ指令値よりもスラスタ負荷の増加を緩やかにすることで、発電電力と消費電力のバランスの変化を抑制することができ、スラスタ装置１６の駆動時のバランスを安定化させることができる。なお、図５では、簡単にするために船内負荷を一定としたが、スラスタ装置１６の駆動時に船内負荷を低減する処理も行うことができる。このような場合も船内負荷を低減可能な範囲が小さく、船内負荷の低減だけでは発電電力と消費電力のバランスが不安定になる場合に、スラスタ指令値よりもスラスタ負荷の増加を緩やかにすることができ、発電電力と消費電力のバランスの変化を抑制することができる。

また、電力系統の変動を抑制することでガバナの操作が低減し、燃費を向上でき、エンジンへの機械的・熱的負担を低減することができる。また、電力系統の変動を抑制することで、需給バランスのずれを抑制でき、発電機のトリップ（ブラックアウト）の発生を抑制できる。また、既存の設備を活用することができるため、コストの増加やスペースの増大を抑制することができる。

次に、図６から図８を用いて、電力系統の変動の評価対象の一例について説明する。電力系統の変動は、電圧、電流、周波数等、発電電力と消費電力のバランスの変動により変化する種々のパラメータを対象とすることができる。また、電力系統の変動の評価対象は、現状の値を比較して判定してもよいが、検出した値の履歴と船舶１０の負荷機器の設計値に基づいて変化を予測した値を用いてもよい。具体的には、船体運動モデル（数式）、船内電力系統モデル（数式）に、スラスタ装置または電気推進器への時々刻々の指令値や風・波浪・海流などの外乱を入力として与え、数ミリ秒から 数十ミリ秒先の状態を予測してもよい。

図６は、制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。制御装置３０は、電力系統の周波数の変動を検出する（ステップＳ３２）。制御装置３０は、周波数の変動に基づいて、予測した値を算出する（ステップＳ３４）。

制御装置３０は、図６に示すように電力系統１９の周波数の変動に基づいて予測した値を算出してもよい。また、周波数に代えて電力系統１９の電圧の変動に基づいて予測した値を算出してもよい。

図７は、制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。制御装置３０は、発電電力を予測し（ステップＳ４０）、消費電力を予測する（ステップＳ４２）。ここで、発電電力は、発電機１７の状態と、設計値、入力されている指示等に基づいて、予測する。ここで、消費電力は、電気推進器１４、スラスタ装置１６、負荷機器１８の状態と、設計値、入力されている指示、是から入力される指示の予測等に基づいて、予測する。次に、制御装置３０は、発電電力と消費電力との差分に基づいて予測した値を算出する（ステップＳ４４）。

制御装置３０は、図７に示すように、電力系統１９の計測結果ではなく、電力系統１９に接続されている各部の状態に基づいて、予測した値を算出してもよい。なお、図７に示す処理では、発電電力と消費電力とを履歴に基づいて予測したが、現在の発電電力と消費電力を基準としてもよい。

図８は、制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。制御装置３０は、電力系統の周波数の変動を検出する（ステップＳ４６）。制御装置３０は、電力系統の周波数の変動に基づいて、予測した値として、トリップリスクを算出する（ステップＳ４８）。トリップリスクとは、電力系統の周波数が変動し、基準の状態からかい離することで生じるトリップ（発電機の停止）が起きる危険性の指標である。

制御装置３０は、図８に示すようにトリップリスクを予測した値とし、トリップリスクに基づいて副推進装置の出力を制御することでも電力系統を安定させることができる。

次に、制御装置３０は、電気推進器１４またはスラスタ装置１６に加え、負荷機器１８のモータの起動と停止を制御することが好ましい。

図９は、制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。制御装置３０は、港内モードでの操船開始かを判定する（ステップＳ５２）。港内モードで操船を開始しない（ステップＳ５２でＮｏ）と判定した場合、本処理を終了する。制御装置３０は、港内モードで操船を開始する（ステップＳ５２でＹｅｓ）と判定した場合、電気推進器１４またはスラスタ装置（スラスタ）１６の起動時の電圧の低下の変動を予測する（ステップＳ５４）。つまり、制御装置３０は、電力系統１９の電圧の変動を予測する。電力系統１９は、スラスタ装置または電気推進器を起動させることで、消費電力が増えるため、電圧は低下する。なお、本実施形態では電圧に基づいて予測した、上述した各パラメータを予測値とすることができる。

制御装置３０は、変動を予測したら予測した値が許容値を超えるかを判定する（ステップＳ５６）。制御装置３０は、許容値を超えない（ステップＳ５６でＹｅｓ）と判定した場合、停止可能なモータがあるかを判定する（ステップＳ５８）。制御装置３０は、停止可能なモータがある（ステップＳ５８でＹｅｓ）と判定した場合、対象のモータを停止する設定とし（ステップＳ６０）、ステップＳ５４に戻る。制御装置３０は、停止可能なモータがない（ステップＳ５８でＮｏ）と判定した場合、制限処理を実行する設定とし（ステップＳ６２）、ステップＳ５４に戻る。

制御装置３０は、予測した許容値を超えない（ステップＳ５６でＮｏ）と判定した場合、スラスタ装置１６または電気推進器１４を起動させる（ステップＳ６４）。制御装置３０は、スラスタ装置１６または電気推進器１４の起動と同時に、設定したモータを停止させる。また、制御装置３０は、制限装置を実行する設定になっている場合、上述した各処理を実行する。

制御装置３０は、スラスタ装置または電気推進器を起動させた場合、港内モードでの操船終了かを判定する（ステップＳ６６）。制御装置３０は、港内モードでの操船を終了しない（ステップＳ６６でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ６６に戻る。制御装置３０は、港内モードでの操船を終了する（ステップＳ６６でＹｅｓ）と判定した場合、制限を解除して、停止したモータを起動し、本処理を終了する（ステップＳ６８）。つまり、停止したモータがある場合、停止した順番とは逆の順番で再起動する。なお、再起動の必要がなければ停止したままにしてもよい。また、指令値の変換係数、ゲインを基準値に設定する。

制御装置３０は、ステップＳ５４からステップＳ６２の処理を行うことで、停止可能なモータを抽出することができ、電気推進器１４またはスラスタ装置１６の起動時に生じる系全体の消費電力の増加を抑制することができる。また、無効電力の変動も抑制することができる。

ここで、船舶１０は、停止可能なモータと停止不可能なモータを予め設定している。停止可能なモータとは、操船、旅客サービスまたは安全衛生の面において、停止しても問題のない機器を駆動するための電動機（モータ）であり、かつ電力系統１９に接続されている電動機である。停止可能なモータとしては、例えば、バラストポンプ、プール給水ポンプ、空気潤滑装置ブロワ、チラー用給水ポンプ、下位工業用水ポンプ、造水装置用海水供給ポンプ、造水装置用逆洗ポンプ、飲料水バンカータンク用循環ポンプ、空調用ファンコイルユニットに含まれるモータがある。また、停止不可能なモータとしては、ビルジポンプ、消火用ポンプ、消化装置給水ポンプ、天井消化装置給水ポンプ、エンジン起動用空気圧縮機、冷却用海水ポンプに含まれるモータがある。

また、制御装置３０は、図９に示す処理を行う場合、予め停止可能なモータを起動させておくことが好ましい。以下図１０を用いて説明する。

図１０は、制御装置の処理動作の一例を示すフローチャートである。制御装置３０は、港内から所定距離以内かを判定する（ステップＳ９０）。制御装置３０は、港内から所定距離以内ではない（ステップＳ９０でＮｏ）と判定した場合、つまり港内から遠い場合、本処理を終了する。

制御装置３０は、港内から所定距離以内である（ステップＳ９０でＹｅｓ）と判定した場合、負荷機器の稼動状態を検出する（ステップＳ９２）。制御装置３０は、負荷機器の稼動状態を検出した場合、停止可能で現状起動できるモータがあるかを判定する（ステップＳ９４）。制御装置３０は、停止可能で現状起動できるモータがない（ステップＳ９４でＮｏ）と判定した場合、本処理を終了する。制御装置３０は、停止可能で現状起動できるモータがある（ステップＳ９４でＹｅｓ）と判定した場合、モータを起動する（ステップＳ９６）。制御装置３０は、モータを起動させたら、停止可能なモータの無効電力合計が閾値以下であるかを判定する（ステップＳ９８）。制御装置３０は、モータの無効電力合計が閾値以下である（ステップＳ９８でＹｅｓ）と判定した場合、ステップＳ９２に戻る。制御装置３０は、モータの無効電力合計が閾値以下ではない（ステップＳ９８でＮｏ）と判定した場合、本処理を終了する。

制御装置３０は、図１０に示す処理を行うことで、副推進装置の起動時に生じる変動をより確実に抑制することができる。また、停止可能なモータを予め起動させておくことで、船舶１０の運転に与える影響を小さくすることができる。また、停止可能なモータを順番に予め起動させておくことで、モータの起動時に生じる電力系統の変動も緩やかにすることができる。

ここで、船舶１０は、上述した処理の基準を組み合わせて使用してもよい。また、上記実施形態では港内モードか否かを判定したが、副推進装置が駆動されるか否かは、種々の基準で判断することができる。例えば、船舶１０は、副推進装置のスイッチが入ったか否か等で判定して、実行する制御を切り換えるようにしてもよい。

上記実施形態の推進装置制御部３４は、ゲインや指令値を減少させるかを調整する設定としたが、ゲイン調整部６６や調整部７２を備えていない回路を別に設けて、港内モードか否かで使う回路を切り換えるようにしてもよい。

１０ 船舶
１２ メインエンジン（主推進装置）
１４ 電気推進器（副推進装置）
１６ スラスタ装置（副推進装置）
１７ 発電機
１８ 負荷機器
１９ 電力系統
２０ 操作部
２２ 負荷状態検出部
２４ 電力系統状態検出部
２６ 位置検出部
３０ 制御装置
３２ 電力制御部
３４ 推進装置制御部
４２ メインエンジン操作部
４４ 電気推進器操作部
４６ スラスタ操作部
６０ 系統情報検出部
６２ 指令検出部
６４ 実運転状態検出部
６６ ゲイン調整部
６８ 差分検出部
７０ 制御値決定部
７２ 調整部

Claims (12)

1. 推進力を発生させる主推進装置と、電力系統と、前記電力系統に接続される発電機と、前記電力系統に接続され、電力を消費する複数の負荷機器と、前記電力系統に接続され、電力により駆動される副推進装置と、を有する船舶の電力制御方法であって、
   前記副推進装置の起動時に前記電力系統の電力の変動を予測し、前記電力の変動の予測値が閾値を超えないと判定した場合、前記副推進装置の出力の許容変動幅を設計値に設定して、前記副推進装置の出力を決定し、
   前記電力の変動の予測値が閾値を超えると判定した場合、前記許容変動幅を前記設計値よりも低い抑制値に設定して、前記副推進装置の出力を決定することを特徴とする船舶の電力制御方法。
2. 推進力を発生させる主推進装置と、電力系統と、前記電力系統に接続される発電機と、前記電力系統に接続され、電力を消費する複数の負荷機器と、前記電力系統に接続され、電力により駆動される副推進装置と、を有する船舶の電力制御方法であって、
   前記副推進装置の起動時に前記電力系統の電力の変動を予測し、前記電力の変動の予測値が閾値を超えないと判定した場合、前記副推進装置の入力の指令値に基づいて、前記副推進装置の出力を決定し、
   前記電力の変動の予測値が閾値を超えると判定した場合、前記副推進装置の入力の指令値を低い値に変換し、変換した指令値に基づいて、前記副推進装置の出力を決定することを特徴とする船舶の電力制御方法。
3. 前記電力系統の電力の変動は、前記電力系統の周波数の変動を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の船舶の電力制御方法。
4. 前記電力系統の電力の変動は、前記発電機の発電電力の変動と、前記負荷機器の消費電力の変動に基づいて予測することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の船舶の電力制御方法。
5. さらに、前記電力系統の電力の変動に基づいて、前記電力系統のトリップのリスクを算出し、前記トリップのリスクの閾値が高くなった場合、前記副推進装置の出力を低くすることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の船舶の電力制御方法。
6. 推進力を発生させる主推進装置と、電力系統と、前記電力系統に接続される発電機と、前記電力系統に接続され、電力を消費する複数の負荷機器と、前記電力系統に接続され、電力により駆動される副推進装置と、を有する船舶の電力制御方法であって、
   前記副推進装置の起動時に前記電力系統の電力の変動を予測し、前記電力系統の電力の変動に基づいて、前記電力系統のトリップのリスクを算出し、前記トリップのリスクの閾値が高くなった場合、前記副推進装置の出力を低くすることを特徴とする船舶の電力制御方法。
7. 前記負荷機器は、停止可能なモータを少なくとも１つ含み、
   さらに、前記電力系統の電力の変動に基づいて、無効電力の変動を算出し、前記無効電力の変動が閾値以上の場合、前記副推進装置の起動時に前記停止可能なモータを停止することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の船舶の電力制御方法。
8. 設定した時間以内に前記副推進装置を起動する可能性があると判定した場合、停止可能な設定であり、かつ現状停止しているモータを起動させることを特徴とする請求項７に記載の船舶の電力制御方法。
9. 前記副推進装置に入力される操作に基づいて、前記副推進装置の起動時を検出することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の船舶の電力制御方法。
10. 船舶の位置情報に基づいて、前記副推進装置の起動時を検出することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の船舶の電力制御方法。
11. 推進力を発生させる主推進装置と、
    電力系統と、
    前記電力系統に接続される発電機と、
    前記電力系統に接続され、電力を消費する複数の負荷機器と、
    前記電力系統に接続され、電力により駆動される副推進装置と、
    前記副推進装置の出力を制御する制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、前記副推進装置の起動時に前記電力系統の電力の変動を予測し、前記電力の変動の予測値が閾値を超えないと判定した場合、前記副推進装置の出力の許容変動幅を設計値に設定して、前記副推進装置の出力を決定し、
    前記電力の変動の予測値が閾値を超えると判定した場合、前記許容変動幅を前記設計値よりも低い抑制値に設定して、前記副推進装置の出力を決定することを特徴とする船舶。
12. 推進力を発生させる主推進装置と、
    電力系統と、
    前記電力系統に接続される発電機と、
    前記電力系統に接続され、電力を消費する複数の負荷機器と、
    前記電力系統に接続され、電力により駆動される副推進装置と、
    前記副推進装置の出力を制御する制御装置と、を有し、
    前記制御装置は、前記副推進装置の起動時に前記電力系統の電力の変動を予測し、前記電力の変動の予測値が閾値を超えないと判定した場合、前記副推進装置の入力の指令値に基づいて、前記副推進装置の出力を決定し、
    前記電力の変動の予測値が閾値を超えると判定した場合、前記副推進装置の入力の指令値を低い値に変換し、変換した指令値に基づいて、前記副推進装置の出力を決定することを特徴とする船舶。

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