JP2017189061A - 船舶用陸上電源システム及び船舶への給電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】陸上電力と船舶内電力との同期を確実に行なって擾乱を生じることなく電力切換えを行なうことができる船舶用陸上電源システム及び船舶への給電方法を提供する。【解決手段】陸上の系統電源から入力される系統交流電力を船舶用交流電力に変換する船舶用電源制御部と、その船舶用交流電力を停泊中の船舶の船舶用系統電源にケーブルを介して供給する船舶用給電部とを備え、船舶用電源制御部は、入力される系統交流電力を直流電力に変換する第１電力変換部と、この第１電力変換部の直流電力を船舶用交流電力に変換する第２電力変換部と、この第２電力変換部を船舶用交流電力の電圧及び位相が船舶内交流電力の電圧及び位相と整合するように同期調整制御する同期調整制御部と、この同期調整制御部の同期調整制御が完了したときに、第２電力変換部をドループ制御しながら船舶用電源からの負荷移行を行うドループ制御部とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、停泊している船舶へ陸上から電源を供給する船舶用陸上電源システム及び船舶への給電方法に関する。

この種の船舶への給電方法としては、港に停泊し、船内に発電機を備えている船舶に、陸上から電源を給電する際に、陸上からの電力と発電機からの電力との同期調整を行なう工程と、同期調整を行なった後、陸上からの電力と発電機からの電力との短時間並列運転を行なう工程と、短時間並列運転の後、発電機からの電力を遮断し、陸上からの電力によって船舶に給電する工程とを有する船舶への給電方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２３７１５１号公報

ところで、上記特許文献１に記載されている従来の船舶への給電方法では、陸上からの電力と発電機からの電力との同期調整を発電機から通常負荷に供給する電力を陸上からの電力に合わせるように、電圧計、周波数計、同期計を用いて手動で行なうようにしている。そして、同期調整が終了した後に、陸上からの電力と発電機からの電力との短時間並列運転が行なわれる。
このため、上記従来例では、同期調整に時間が掛かり、作業員の負担が大きいとともに、陸上からの電力と発電機からの電力との電圧や位相を完全に一致させることができず、位相や電圧の誤差により併入時に突入電流による擾乱を与える可能性が高いという課題がある。

そこで、本発明は、上記特許文献１に記載された従来例の課題に着目してなされたものであり、陸上電力と船舶内電力との同期を確実に行なって擾乱を生じることなく電力切換えを行なうことができる船舶用陸上電源システム及び船舶への給電方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る船舶用陸上電源システムの一態様は、陸上の系統電源から入力される系統交流電力を船舶用交流電力に変換する船舶用電源制御部と、該船舶用電源制御部から出力される船舶用交流電力を停泊中の船舶の船舶用系統電源にケーブルを介して供給する船舶用給電部とを備え、前記船舶用電源制御部は、入力される系統交流電力を前記船舶用交流電力に変換する電力変換部と、該力変換部から出力される船舶用交流電力の電圧及び位相が船舶内交流電力の電圧及び位相と整合するように当該電力変換部を同期調整制御する同期調整制御部と、該同期調整制御部の同期調整制御が完了したときに、前記電力変換部をドループ制御しながら船舶用電源からの負荷移行を行うドループ制御部とを備えている。

また、本発明に係る船舶への給電方法の一態様は、入力側が陸上の系統電源に入力遮断器を介して接続され、出力側が船舶の系統電源に出力遮断器及び船舶給電部を介して接続され、系統交流電力を船舶用交流電力に変換する船舶用電源制御部を複数並列接続し、該各船舶用電源制御部は、系統交流電力を船舶用交流電力に変換する電力変換部と、該電力変換部の出力側に接続された出力側開閉器とを備え、前記船舶給電部にケーブルを介して停泊中の船舶の船舶内系統電源を接続するステップと、前記出力側開閉器を開状態とした状態で、前記入力遮断器及び出力遮断器を閉状態とするステップと、前記出力側開閉器の電力変換部から出力される船舶用交流電圧と、前記出力側開閉器の船舶から入力される船舶内交流電圧とを検出し、前記船舶用交流電力の電圧及び位相が前記船舶内交流電力の電圧及び位相と整合するように前記電力変換部を同期調整制御するステップと、前記同期調整制御による電圧及び位相の同期調整が完了したときに、前記出力側開閉器を閉状態としてから前記電力変換部に対して前記各船舶用電源制御部のドループ特性を揃えて当該船舶用電源制御部間の横流を抑制するドループ制御を行なうステップと、前記船舶内系統電源の負荷分担を順次低下させて当該船舶用系統電源を遮断するステップとを備えている。

本発明の一態様によれば、船舶内交流電力の電圧及び位相を検出し、検出した船舶内交流電力の電圧及び位相に整合するように陸上系統電源から生成した船舶用交流電力を同期調整制御するので、船舶用交流電力を船舶内交流電力に正確に一致させることができ、擾乱を生じることなく、船舶内交流電力から船舶用交流電力に切換えることができる。

本発明に係る船舶用陸上電源システムの第１の実施形態を示す回路図である。 ドループ制御の一例を説明するための簡略回路図である。 出力電圧ドループ制御の無効電流と出力電圧との関係を示す特性線図である。 出力周波数ドループ制御の有効電流と出力周波数との関係を示す特性線図である。 船舶の給電方法の説明に供するフローチャートである。 船舶の給電停止方法の説明に供するフローチャートである。 本発明に係る船舶用陸上電源システムの第２の実施形態を示す回路図である。 第２の実施形態における単位インバータを示す回路図である。

次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下、本発明の一の実施の形態に係る船舶用陸上電源システムについて図面を参照して説明する。

船舶用陸上電源システム１０は、船舶が接岸する埠頭に配置される。図１に示すように、この船舶用陸上電源システム１０は、入力遮断器１２、入力側変圧器１３、並列接続された複数例えば５つの船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅ、出力側変圧器１５、出力遮断器１６及び船舶用給電部１７が直列に接続された構成を有する。
入力遮断器１２は、例えば電圧が１０ｋＶで周波数が５０Ｈｚの系統交流電力を供給する陸上系統電源１１に接続されている。この入力遮断器１２は船舶用陸上電源システム１０を統括制御する例えばプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）で構成されるシステムコントローラ１８によって開閉制御される。

入力側変圧器１３は、一次側巻線が入力遮断器１２に接続され、二次側巻線が船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅに接続されている。この入力側変圧器１３は、系統電源１１から入力される三相の高圧の系統交流電力を降圧して低圧用の船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅに供給する。
出力側変圧器１５は、一次側巻線が船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅに接続され、二次側巻線が出力遮断器１６に接続されている。この出力側変圧器１５は、船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅから出力される三相の船舶用交流電圧を昇圧して出力遮断器１６に供給するとともに、船舶内交流電力を降圧して船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅに供給する。

出力遮断器１６は、出力側変圧器１５及び船舶用給電部１７間に接続されている。この出力遮断器１６は入力遮断器１２と同様にシステムコントローラ１８によって開閉制御される。
船舶用給電部１７は船舶が接岸する埠頭に配置され、ケーブルを介して船舶内系統電源に接続される。ここで、船舶内系統電源は、大型船舶では複数の発電機を備えており、船舶のバウスラスタ等の推進補機負荷、保冷庫等の荷役用負荷、電灯等の通常負荷に系統電力を供給している。なお、推進補機負荷は推進時、接岸時や離岸時には使用するが、停泊中には使用されることはない。

船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅの構成を、船舶用電源制御部１４Ａを代表として説明する。この船舶用電源制御部１４Ａは、入力側処理部２０及び出力側処理部２１を備えている。
入力側処理部２０は、直列に接続された入力端子ｔｉｕ〜ｔｉｗ、入力側フューズＦｉｕ〜Ｆｉｗ、入力側開閉器ＳＷｉｕ〜ＳＷｉｗ、入力側ノイズフィルタ回路２２及び第１電力変換部２３を備えている。また、入力側処理部２０は、入力側開閉器ＳＷｉｕ〜ＳＷｉｗ及び入力側ノイズフィルタ２２と並列に接続された初期充電回路２４を備えている。

入力側開閉器ＳＷｉｕ〜ＳＷｉｗは、システムコントローラ１８によって開閉制御される。
入力側ノイズフィルタ回路２２は、Ｕ相ラインＬｕ、Ｖ相ラインＬｖ及びＷ相ラインのそれぞれに、直列に接続された２つのリアクトルＬ１及びＬ２と、これらリアクトルＬ１及びＬ２間の接続点に一端が接続され、他端が抵抗Ｒｕ〜Ｒｗの一端に接続された開閉器ＳＷｆｕ〜ＳＷｆｗと、抵抗Ｒｕ及びＲｗの他端間に接続されたコンデンサＣ０と、抵抗Ｒｕ及びＲｖの他端間に接続されたコンデンサＣ１と抵抗Ｒｖ及びＲｗの他端間に接続されたコンデンサＣ２とでＬＣＲフィルタが構成されている。ここで、開閉器ＳＷｆｕ〜ＳＷｆｗは、システムコントローラ１８によって開閉制御される。

第１電力変換部２３は、入力側ノイズフィルタ回路２２を通じて入力される低圧交流電力を直流電力に変換する順変換器で構成され、６個のスイッチング素子とこれと逆並列接続された還流ダイオードによるブリッジ回路を構成し、出力側に平滑用コンデンサＣｃが接続されている。この第１電力変換部２３は内部コントローラ２５によってスイッチング制御される。なお、スイッチング素子に代えてダイオードのブリッジ回路を適用することもできる。この場合には内部コントローラ２５を省略することができる。
初期充電回路２４は、抵抗Ｒｃｕ〜Ｒｃｗと開閉器ＳＷｃｕ〜ＳＷｃｗとの直列回路で構成され、開閉器ＳＷｃｕ〜ＳＷｃｗがシステムコントローラ１８によって開閉制御される。

出力側処理部２１は、第１電力変換部２３に直列に接続された第２電力変換部２６、出力側ノイズフィルタ回路２７、出力側開閉器ＳＷｏｕ〜ＳＷｏｗ、出力側フューズＦｏｕ〜Ｆｏｗ及び出力端子ｔｏｕ〜ｔｏｗを備えている。
第２電力変換部２６は、第１電力変換部２３から出力される直流電力を船舶用交流電力に変換するもので、例えば６個のスイッチング素子にダイオードを逆並列接続したものを２つずつ直列に接続した３つのアームを並列に接続した構成を有する。そして、各アームの接続中点からから３相の船舶用交流電力が出力される。この第２電力変換部２６は、内部コントローラ２８によって各スイッチング素子がスイッチング制御される。第１電力変換部２３と第２電力変換部２６とで電力変換部が構成されている。

出力側ノイズフィルタ回路２７は、Ｕ相ラインＬｕ、Ｖ相ラインＬｖ及びＷ相ラインのそれぞれに、直列に接続された２つのリアクトルＬ１及びＬ２と、これらリアクトルＬ１及びＬ２間の接続点に一端が接続され、他端が抵抗Ｒｕ〜Ｒｗの一端に接続された開閉器ＳＷｆｕ〜ＳＷｆｗと、抵抗Ｒｕ及びＲｗの他端間に接続されたコンデンサＣ０と、抵抗Ｒｕ及びＲｖの他端間に接続されたコンデンサＣ１と抵抗Ｒｖ及びＲｗの他端間に接続されたコンデンサＣ２とでＬＣＲフィルタが構成されている。ここで、開閉器ＳＷｆｕ〜ＳＷｆｗは、システムコントローラ１８によって開閉制御される。

また、出力側開閉器ＳＷｏｕ〜ＳＷｏｗの第２電力変換部２６側には第２電力変換部２６から出力される船舶用交流電力の電圧を検出する第１電圧検出部２９が計器用変圧器（ＰＴ）を介して接続されている。さらに、出力側開閉器ＳＷｏｕ〜ＳＷｏの出力端子ｔｏｕ〜ｔｏｗ側には船舶内電力の電圧を検出する第２電圧検出部３１が計器用変圧器（ＰＴ）３２を介して接続されている。そして、第１電圧検出部２９で検出された船舶用交流電力の電圧と第２電圧検出部３１で検出された船舶内交流電力の電圧とが内部コントローラ２８のＡＤ変換入力端子に入力されている。

この内部コントローラ２８は、同期調整制御部２８ａとドループ制御部２８ｂとを備えている。同期調整制御部２８ａは、船舶用交流電力の電圧及び位相を船舶内交流電力の電圧及び位相に整合させる同期調整指令値を算出し、同期調整指令値に応じたパルス幅変調（ＰＷＭ）信号を生成し、生成したパルス幅変調信号を第２電力変換部２６の各スイッチング素子のゲートに出力する。
ドループ制御部２８ｂは、同期調整制御部２８ａでの同期調整制御が完了した後に、船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅのそれぞれのドループ特性を揃えて船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅ間の横流を抑制するドループ制御を行う。このドループ制御は、第２電力変換部２６から出力される船舶用交流電力の無効電流及び有効電流を検出して電圧ドループ（垂下）制御及び周波数ドループ（垂下）制御を行う。

電圧ドループ制御は、検出した無効電流をもとに図３に示す出力電圧算出マップを参照して出力電圧指令を算出する。
ここで、図３の出力電圧算出マップは、横軸を無効電流検出値Ｉｄとし、縦軸を出力電圧Ｖｏとし、無効電流検出値Ｉｄが零であるときに出力電圧Ｖｏが最大電圧Ｖｏｍａｘとなり、無効電流検出値Ｉｄが零から増加するにつれて出力電圧Ｖｏが徐々に所定の右下がりの勾配ΔＶ（１／１００％程度）の特性線Ｌ１１にしたがって減少するように設定されている。

このため、電圧ドループ制御では、無効電流検出値Ｉｄが増加すると、出力電圧Ｖｏが低下し、これによって無効電流検出値Ｉｄが減少することになり、バランス機能が発揮される。
周波数ドループ制御は、検出した有効電流をもとに図４に示す出力周波数算出マップを参照して出力周波数指令を算出する。
ここで、図４の出力周波数算出マップは、横軸を有効電流検出値Ｉｑとし、縦軸を出力周波数ｆｏとし、有効電流検出値Ｉｑが零であるときに出力周波数ｆｏが最大周波数ｆｏｍａｘとなり、有効電流検出値Ｉｑが零から増加するにつれて出力周波数ｆｏが徐々に所定の右下がりの勾配Δｆ（１／１００％程度）の特性線Ｌ１２にしたがって減少するように設定されている。

このため、周波数ドループ制御では、有効電流検出値Ｉｑが増加すると、出力周波数が低下し、これによって有効電流検出値Ｉｑが減少することになり、バランス機能を発揮する。
したがって、図２に簡略的に示すように、例えば船舶用電源制御部１４Ａ及び１４Ｂのドループ特性を揃えることで船舶用電源制御部１４Ａ及び１４Ｂ間の横流Ｉｃを抑制し、船舶用電源制御部１４Ａ及び１４Ｂの電流Ｉａ及びＩｂをバランスさせることができる。本実施形態のように５つの船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅを並列に接続した場合には、全ての船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅで電流をバランスさせることができる。

次に、船舶への給電方法を図５に示すフローチャートを伴って説明する。
先ず、埠頭に船舶が停泊していない状態では、船舶用陸上電源システム１０は入力遮断器１２及び出力遮断器１６が開放状態となっている。また、船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅの入力側開閉器ＳＷｉｕ〜ＳＷｉｗ、出力側開閉器ＳＷｏｕ〜ＳＷｏｗ、入力側ノイズフィルタ回路２３及び出力側ノイズフィルタ回路２７のＳＷｆｕ〜ＳＷｆｗ、初期充電回路２４のスイッチＳＷｃｕ〜ＳＷｃｗが開状態に制御され、第１電力変換部２３及び第２電力変換部２６へのパルス幅変調信号が供給停止状態に制御されている。

この状態で、埠頭に船舶が停泊するために接岸し、陸上系統電源１１の系統電力の給電を必要とする場合には、船舶内の系統電源に接続された受電設備に設けられた遮断器を開放した状態で、受電設備と船舶用給電部１７との間を電源ケーブルで接続する。
この電源ケーブルの接続作業が完了したことを確認し、システムコントローラ１８に起動指令が入力されると（ステップＳ１）、入力遮断器１２を投入し（ステップＳ２）、次いで、船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅの初期充電回路２４のスイッチＳＷｃｕ〜ＳＷｃｗを閉状態とする（ステップＳ３）。これによって、陸上系統電源１１の陸上系統交流電力が入力遮断器１２を通り、入力側変圧器１３で降圧されて各船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅの入力端子ｔｉｕ〜ｔｉｗを通り、初期充電回路２５を通って平滑用コンデンサＣｃを充電し、直流電力が確立すると入力側開閉器ＳＷｉｕ〜ＳＷｉｗ、入力側ノイズフィルタ回路２３のスイッチＳＷｆｕ〜ＳＷｆｗを閉状態とし、初期充電回路２４のスイッチＳＷｃｕ〜ＳＷｃｗを開状態とする。

次いで、出力遮断器１６を投入する（ステップＳ４）。この出力遮断器１６の投入によって船舶の船舶内交流電力が電力ケーブル、船舶用給電部１７、出力遮断器１６を通り、出力側変圧器１５で降圧されて各船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅの出力端子ｔｏｕ〜ｔｏｗを通じて出力側開閉器ＳＷｏｕ〜ＳＷｏｗの可動接点まで供給される。
次いで、全ての船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅの内部コントローラ２５から第１電力変換部２３にパルス幅変調信号を供給するともに、内部コントローラ２８から第２電力変換部２６にパルス幅変調信号を供給する（ステップＳ５）。これにより、各船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅでは、第１電力変換部２３で陸上系統電源１１の交流電力が入力側変圧器１３で降圧された三相の低圧交流電力が直流電力に変換され、この第１電力変換部２３の直流電力が第２電力変換部２６で三相の船舶用交流電力に変換されて出力側ノイズフィルタ回路２７を通って出力側開閉器ＳＷｏｕ〜ＳＷｏｗの固定接点に供給される。この状態では、出力側開閉器ＳＷｏｕ〜ＳＷｏｗが開状態を維持するので、船舶用交流電力と船舶内交流電力が併入されることはない。

次いで、各船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅではそれぞれ、出力側開閉器ＳＷｏｕ〜ＳＷｏｗに供給される船舶用交流電力の電圧及び位相を第１電圧検出部２９で検出するとともに、船舶内交流電力の電圧及び位相を第２電圧検出部３１で検出し、検出した船舶用交流電力の電圧及び位相と船舶内交流電力の電圧及び位相とを内部コントローラ２８のＡＤ変換入力端子に入力する。このため、内部コントローラ２８の同期調整制御部２８ａで第２電力変換部２６から出力される船舶用交流電力の電圧及び位相が船舶用交流電力の電圧及び位相と整合するように第２電力変換部２６が同期調整制御される（ステップＳ６）。

次いで、同期調整制御部２８ａによる同期調整制御が完了したか否かを判定する（ステップＳ７）。この判定結果が、同期調整制御が完了していないときには同期調整制御が完了するまで待機し、同期調整制御が完了したときには、全ての船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅの出力側開閉器ＳＷｏｕ〜ＳＷｏｗを投入して船舶用交流電力と船舶内交流電力との双方を船舶の負荷に供給する併入状態となる（ステップＳ８）。
この併入状態では、各船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅではそれぞれドループ制御部２８ｂで第２電力変換部２６を出力電圧ドループ制御及び出力周波数ドループ制御を行なう（ステップＳ９）。このドループ制御によって、並列に接続された船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｗのドループ特性を揃え、各船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅ間の横流を抑制して各船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅの電流がバランスされた並列運転を行なう。

その後、船舶内系統電源に設けられた発電機のガバナを調整することにより、発電機の速度を下げて、起電力の位相を遅らせて発電機の負荷分担を徐々に軽くし、発電機の負荷分担が所定値未満となったとききに船舶側発電機用遮断器を開放する（ステップＳ１０）。これにより、船舶内系統電源から船舶内の各負荷への電力供給が遮断され（ステップＳ１１）、船舶用陸上電源システム１０から給電される船舶用交流電力に切換えられる（ステップＳ１２）。これにより給電制御処理を終了する。

一方、船舶用陸上電源システム１０から船舶内の各負荷に船舶用交流電力を給電している状態で、船舶が出港する場合には、図６に示す陸上電源停止処理が実行される。
この陸上電源停止処理は、先ず、船舶内系統電源の発電機を起動して低速運転状態として船舶側発電機用遮断器を投入する（ステップＳ２１）。次いで、発電機のガバナを調整して発電機の速度を上げて起電力の位相を進ませることにより、発電機の負荷分担を順次重くし、発電機への負荷移行を行なう（ステップＳ２２）。
次いで、発電機の負荷分担が所定値以上となったときに船舶用陸上電源システム１０の出力遮断器１６を開放する（ステップＳ２３）。これにより、船舶用陸上電源システム１０の負荷分担が切り離され、船舶内系統電源への切換えを完了する。

次いで、全ての船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅの出力側開閉器ＳＷｏｕ〜ＳＷｏｗを遮断するとともに、入力側開閉器ＳＷｉｕ〜ＳＷｉｗを遮断し、さらに全ての船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅの第１電力変換部２３及び第２電力変換部２６へのパルス幅変調信号の供給を停止する（ステップＳ２４）。
そして、最後に船舶用陸上電源システム１０の入力遮断器１２を遮断して船舶用陸上電源システム１０の動作を停止させる。
このように、上記第１の実施形態によると、停泊する船舶の船舶内系統電源を船舶用給電部１７に電力ケーブルを介して接続してから出力遮断器１６を投入して、船舶内系統電源の船舶内交流電力を船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅ内に出力側変圧器１５で降圧して引き込む。そして、この船舶内交流電力の電圧及び位相を検出するとともに、第２電力変換部２６から出力される船舶用交流電力の電圧及び位相を検出する。

そして、同期調整制御部２８ａによって第２電力変換部２６を船舶用交流電力の電圧及び位相が船舶内交流電力の電圧及び位相と整合するように同期調整制御を行なう。そして、船舶用交流電力の電圧及び位相が船舶内交流電力の電圧及び位相と整合して同期調整制御が完了した時点で、ドループ制御部２８ｂによる第２電力変換部２６の出力電圧ドループ制御及び出力周波数ドループ制御を行なうことにより、並列に接続された各船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅのドループ特性を揃えて、横流を抑制ながら並列運転を行なう。

このドループ制御中に船舶内系統電源の負荷分担を徐々に軽くしてから船舶内系統電源を負荷から切り離すことにより、瞬間停電や擾乱を生じることなく船舶内系統電源から船舶用陸上電源システムへの負荷移行を行なうことができる。
しかも、船舶用陸上電源システム１０の船舶用給電部１７にケーブルを介して船舶内系統電源を接続し、船舶内系統電源から船舶内交流電力を船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅに供給するだけで、船舶内交流電力の電圧及び位相に整合させた船舶用交流電力を発生することができる。このため、船舶用系統電源から船舶用陸上電源システムへの負荷移行を短時間で容易且つ正確に行なうことができる。

また、逆に、船舶用陸上電源システム１０から船舶内系統電源への負荷移行も船舶内系統電源の発電機を起動して、低速回転状態から増速することにより、負荷分担が軽い状態から重い状態に制御した状態で、出力遮断器１６を遮断するだけで、負荷移行を短時間で容易且つ正確に行なうことができる。
なお、上記第１の実施形態では、複数の船舶用電源制御部１４Ａ〜１４Ｅを並列に接続した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、船舶用電源制御部の並列数は２以上の任意数に設定することができる。
また、船舶用電源制御部を一つのみで船舶用陸上電源システム１０を構成することもでき、この場合には、船舶内系統電源との間でドループ制御を行なうようにすればよい。

次に、本発明の第２の実施形態について図７を伴って説明する。
この第２の実施形態では、低圧用の船舶用電源制御部に代えて高圧用の船舶用電源制御部を適用したものである。
すなわち、第２の実施形態では、図７に示すように、複数ｎ台（ｎに任意の整数、この実施形態ではｎ＝５に設定されている）の高圧用の船舶用電源制御部６０Ａ〜６０Ｅが並列に接続されている。この船舶用電源制御部６０Ａ〜６０Ｅのそれぞれは、入力側変圧器６１と、この入力変圧器６１の複数ｍ個（ｍは３の倍数で本実施形態ではｍ＝９に設定されている）の二次巻線に個別に接続された複数ｍ個の単位インバータ６２ａ〜６２ｉと、これら単位インバータ６２ａ〜６２ｉを駆動する内部コントローラ６３とで構成されている。

入力側変圧器６１の一次巻線は入力側開閉器ＳＷｉｕ〜ＳＷｉｗを介して入力端子ｔｉｕ〜ｔｉｗに接続されている。そして、各船舶用電源制御部６０Ａ〜６０Ｅの入力端子ｔｉｕ〜ｔｉｗが入力遮断器１２を介して陸上系統電源１１に接続されている。
各単位インバータ６２ａ〜６２ｉのそれぞれは、図８に示すように、第１電力変換部ＣＮ１と平滑用コンデンサＣと第２電力変換部ＣＮ２とが直列に接続されている。
第１電力変換部ＣＮ１は、６個のダイオードＤ１〜Ｄ６が２つずつ直列に接続されブリッジ回路で構成されている。この第１電力変換部ＣＮ１は、入力側変圧器６１から入力される陸上系統電源１１の交流電力を直流電力に変換する。

第２電力変換部ＣＮ２は、４個のトランジスタＱ１１〜Ｑ１４が２つずつ直列に接続されたブリッジ回路で構成され、各トランジスタＱ１１〜Ｑ１４には逆並列に還流ダイオードが接続されている。この第２電力変換部ＣＮ２は、第１電力変換部ＣＮ１から出力される直流電力を交流電力に変換するものであり、トランジスタＱ１１及びＱ１２の接続点及及びトランジスタＱ１３及びＱ１４の接続点から出力端子が導出されている。
各単位インバータ６２ａ〜６２ｉは３グループに分割され、グループ毎にその出力が直列に接続され、直列接続された一端が中性点として互いに接続され、他端から３相交流の一相分の交流出力を得るようにしている。

各単位インバータ６２ａ〜６２ｉから出力される三相交流電力は、前述した第１の実施形態と同様に、出力側ノイズフィルタ回路６４、出力側開閉器ＳＷｏｕ〜ＳＷｏｗを介して出力端子ｔｏｕ〜ｔｏｗに接続されている。
各船舶用電源制御部６０Ａ〜６０Ｅの出力端子ｔｏｕ〜ｔｏｗは、第１の実施形態と同様に出力側変圧器１５、出力遮断器１６を介して船舶用給電部１７に接続されている。
ここで、内部コントローラ６３は、前述した第１の実施形態と同様に同期調整制御部６３ａとドループ制御部６３ｂとを備えている。

したがって、同期調整制御部６３ａでは３グループの単位インバータ６２ａ〜６２ｃ、６２ｄ〜６２ｆ及び６２ｇ〜６２ｉから出力される船舶用交流電力の電圧及び位相が船舶内交流電力の電圧及び位相と整合するように同期調整制御を行なう。
ドループ制御部６３ｂでは、船舶用交流電力の無効電流及び有効電流を検出し、検出した無効電流検出値及び有効電流検出値をもとに前述した図３の出力電圧算出マップ及び図４の出力周波数算出マップを参照して出力電圧Ｖｏ及び出力周波数ｆｏを算出する。
そして、ドループ制御部６３ｂは、算出した出力電圧Ｖｏ及び出力周波数ｆｏに基づいて単位インバータ６２ａ〜６２ｃ、６２ｄ〜６２ｆ及び６２ｇ〜６２ｉを制御するパルス幅変調信号を生成し、生成したパルス幅変調信号を単位インバータ６２ａ〜６２ｃ、６２ｄ〜６２ｆ及び６２ｇ〜６２ｉの各トランジスタＱ１１〜Ｑ１４のゲートに出力する。

これにより、出力電圧ドループ制御及び出力周波数ドループ制御を行なって、各船舶用電源制御部６０Ａ〜６０Ｅのドループ特性を揃えて、各船舶用電源制御部６０Ａ〜６０Ｅ間の横流を抑制し、各船舶用電源制御部６０Ａ〜６０Ｅの電流がバランスされた並列運転を可能とする。
この第２の実施形態では、入力側ノイズフィルタ回路、初期充電回路及び第１電力変換部が省略され、各船舶用電源制御部６０Ａ〜６０Ｅが入力変圧器６１と複数ｍ個の単位インバータ６２ａ〜６２ｉで構成されていることを除いては、前述した第１の実施形態と同様の構成を有するので、前述した第１の実施形態の図５のフローチャートで、ステップＳ３の初期充電処理を省略したフローチャートで船舶への給電を行なうことができる。

したがって、第２の実施形態でも前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができるとともに、単位インバータ６２ａ〜６２ｉを除く構成を簡易化することができる。
この第２の実施形態でも、船舶用電源制御部の並列数に２以上の任意数に設定することができるとともに、船舶用電源制御部を１組とした場合には、この船舶用電源制御部と船舶内系統電源との間でドループ制御を行なうことができる。

１０…船舶用陸上電源システム、１１…陸上系統電源、１２…入力遮断器、１３…入力変圧器、１４Ａ〜１４Ｅ…船舶用電源制御部、１５…出力側変圧器、１６…出力遮断器、１７…船舶用給電部、１８…システムコントローラ、２２…入力側ノイズフィルタ回路、２３…第１電力変換部、２４…初期充電回路、２５…内部コントローラ、２６…第２電力変換部、２７…出力側ノイズフィルタ回路、２８…内部コントローラ、２８ａ…同期調整制御部、２８ｂ…ドループ制御部、２９…第１電圧検出部、３１…第２電圧検出部、６０Ａ〜６０Ｅ…船舶用電源制御部、６１…入力変圧器、６２ａ〜６２ｉ…単位インバータ，６３…内部コントローラ、６３ａ…同期調整制御部、６３ｂ…ドループ制御部

Claims (9)

1. 陸上の系統電源から入力される系統交流電力を船舶用交流電力に変換する船舶用電源制御部と、
   該船舶用電源制御部から出力される船舶用交流電力を停泊中の船舶の船舶内系統電源にケーブルを介して供給する船舶用給電部とを備え、
   前記船舶用電源制御部は、
   入力される系統交流電力を前記船舶用交流電力に変換する電力変換部と、
   該電力変換部から出力される船舶用交流電力の電圧及び位相が船舶内交流電力の電圧及び位相と整合するように当該電力変換部を同期調整制御する同期調整制御部と、
   該同期調整制御部の同期調整制御が完了したときに、前記電力変換部をドループ制御しながら船舶用電源からの負荷移行を行うドループ制御部とを備えている
   ことを特徴とする船舶用陸上電源システム。
2. 前記系統電源と前記船舶用電源制御部との間に接続された入力側遮断器と、
   前記船舶用電源制御部と前記船舶用給電部との間に接続された変圧器と、
   該変圧器の二次側に接続された出力側遮断器とを少なくとも備えていることを特徴とする請求項１に記載の船舶用陸上電源システム。
3. 前記電力変換部は、陸上の系統電源から入力される系統交流電力を直流に変換し、出力側に平滑用コンデンサを有する第１電力変換部と、該第１電力変換部から出力される直流電力を船舶用交流電力に変換する第２電力変換部とを備え、前記船舶用電源制御部は、入力側開閉器と並列に前記平滑用コンデンサを初期充電する初期充電回路を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用陸上電源システム。
4. 前記舶用電源制御部は、前記入力側開閉器と前記第１電力変換部との間に抵抗及びコンデンサを含むフィルタ回路がフィルタ用開閉器を介して接続され、前記フィルタ用開閉器は前記初期充電回路が動作中は開状態に制御されることを特徴とする請求項３に記載の船舶用陸上電源システム。
5. 前記船舶用電源制御部は、系統電力が供給される入力端子と前記第１電力変換部との間に接続された入力側開閉器と、前記電力変換部と出力端子との間に接続された出力側開閉器と、前記出力側開閉器の前記電力変換部側の第１電圧を検出する第１電圧検出部と、前記出力側開閉器の出力端子側の第２電圧を検出する第２電圧検出部とを備え、
   前記同期調整制御部は、前記出力側開閉器を開いた状態で、前記第１電圧検出部で検出した第１電圧と前記第２電圧検出部で検出した第２電圧との電圧及び位相が整合するように前記電力変換部を同期調整制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用陸上電源システム。
6. 前記電力変換部は、一次巻線に複数ｍ個（ｍは３の倍数）の二次巻線を有する入力側変圧器と、該入力側変圧器の二次巻線に個別に接続された複数ｍ個の単相交流電力を出力する単位インバータとで構成され、各単位インバータは３グループに分割され、グループ毎にその出力が直列に接続され、直列接続された一端が中性点として互いに接続され、他端から３相交流の一相分の交流出力を得るように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用陸上電源システム。
7. 前記船舶用電源制御部を複数並列に接続し、各船舶用電源制御部の前記ドループ制御部は、当該船舶用電源制御部のドループ特性を揃えて当該船舶用電源制御部間の横流を抑制するドループ制御を行うことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の船舶用陸上電源システム。
8. 入力側が陸上の系統電源に入力遮断器を介して接続され、出力側が船舶の系統電源に出力遮断器及び船舶給電部を介して接続され、系統交流電力を船舶用交流電力に変換する船舶用電源制御部を複数並列接続し、該各船舶用電源制御部は、系統交流電力を船舶用交流電力に変換する電力変換部と、該電力変換部の出力側に接続された出力側開閉器とを備え、
   前記船舶給電部にケーブルを介して停泊中の船舶の船舶内系統電源を接続するステップと、
   前記出力側開閉器を開状態とした状態で、前記入力遮断器及び出力遮断器を閉状態とするステップと、
   前記出力側開閉器の電力変換部から出力される船舶用交流電圧と、前記出力側開閉器の船舶から入力される船舶内交流電圧とを検出し、前記船舶用交流電力の電圧及び位相が前記船舶内交流電力の電圧及び位相と整合するように前記電力変換部を同期調整制御するステップと、
   前記同期調整制御による電圧及び位相の同期調整が完了したときに、前記出力側開閉器を閉状態としてから前記電力変換部に対して前記各船舶用電源制御部のドループ特性を揃えて当該船舶用電源制御部間の横流を抑制するドループ制御を行なうステップと、
   前記船舶内系統電源の負荷分担を順次低下させて当該船舶用系統電源を遮断するステップと
   を備えたことを特徴とする船舶への給電方法。
9. 前記各船舶用電源制御部で船舶用交流電力を船舶の負荷に供給している状態で、前記船舶内系統電源を起動し、当該船舶内系統電源の負荷分担を順次増加させるステップと、
   前記船舶内系統電源で前記船舶の負荷を賄える状態となったときに、前記出力遮断器を遮断し、前記各船舶用電源制御部の動作を停止させてから入力遮断器を開放するステップとをさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載の船舶への給電方法。

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