JP2018125941A - Electric power distribution system of mobile - Google Patents
Electric power distribution system of mobile Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018125941A JP2018125941A JP2017015495A JP2017015495A JP2018125941A JP 2018125941 A JP2018125941 A JP 2018125941A JP 2017015495 A JP2017015495 A JP 2017015495A JP 2017015495 A JP2017015495 A JP 2017015495A JP 2018125941 A JP2018125941 A JP 2018125941A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- power converter
- converter
- command value
- load
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 18
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 20
- 230000008859 change Effects 0.000 description 12
- 230000006870 function Effects 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052987 metal hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 nickel metal hydride Chemical class 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
- B60L50/15—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with additional electric power supply
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
- B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
- B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
- B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
- B63H21/20—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
- B63J99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T70/00—Maritime or waterways transport
- Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
- Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
- Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transportation (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
本発明は、移動体の配電システムに関する。 The present invention relates to a power distribution system for a moving object.
従来から、例えば船舶等の移動体の推進システムが知られている(特許文献1参照)。最近では、発電機を高負荷で使用することによる効率向上、およびメンテナンスコスト低減の観点から、移動体の電力を発電機1台のみで運用する(以下、single generator operationともいう)ことが望ましい。 Conventionally, a propulsion system for a moving body such as a ship is known (see Patent Document 1). In recent years, it is desirable to operate the power of a moving body with only one generator (hereinafter also referred to as single generator operation) from the viewpoint of improving efficiency by using a generator at a high load and reducing maintenance costs.
しかし、上記従来の移動体の推進システムの運用に必要な電力を発電機1台で賄うことを想定した場合、急激な変動をもつ電力負荷(例えばクレーン等)によって発電機がトリップする恐れがあったため、停電のリスクが存在していた。そのため、急激な変動をもつ電力負荷を使用する場合は、追加の発電機を運転する必要があった。 However, if it is assumed that the power required for operation of the conventional mobile propulsion system is covered by a single generator, the generator may trip due to a power load (for example, a crane) having a sudden fluctuation. Therefore, there was a risk of power outage. For this reason, when using a power load having a rapid fluctuation, it is necessary to operate an additional generator.
あるいは、追加の発電機の代わりに、電力変換装置を介して電力貯蔵装置を電力系統に接続し、電力の変動量を発電機と電力貯蔵装置とで分担することもできる。しかし、変動量の大部分を電力貯蔵装置に分担させるには、各負荷に電力計測手段を設けて変動量を求め、発電機の電気機械系が応答するより前に電力変換装置の電力を高速に制御する必要があった。 Alternatively, instead of the additional generator, the power storage device can be connected to the power system via the power conversion device, and the amount of power fluctuation can be shared between the generator and the power storage device. However, in order to share most of the fluctuation amount to the power storage device, power measurement means is provided for each load to obtain the fluctuation amount, and the power of the power converter is increased before the generator's electromechanical system responds. There was a need to control.
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、簡便な方法により、急激な変動をもつ電力負荷を使用する場合でも、移動体の電力系統を発電機1台で運用することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and allows a mobile power system to be operated with a single generator even when using a power load having rapid fluctuations by a simple method. It is an object.
上記目的を達成するために、本発明のある形態に係る移動体の配電システムは、原動機を駆動力とする発電機、及び、負荷によって消費または負荷から回生される電力の変動量(以下、電力負荷変動と呼ぶ)が所定値未満の第1電力負荷、に接続される第1電力系統と、電力負荷変動が前記所定値以上となり得る第2電力負荷に接続される第2電力系統と、交流端が前記第1電力系統に接続され且つ直流端が直流中間部に接続された第1電力変換器と、交流端が前記第2電力系統に接続され且つ直流端が前記直流中間部に接続された第2電力変換器と、両直流端がそれぞれ前記直流中間部と電力貯蔵装置に接続された第3電力変換器と、前記第1電力系統から前記第1電力変換器及び前記第2電力変換器を介して前記第2電力系統へ至る給電経路に対して並列を成す経路を構成するバスタイブレーカと、を備え、前記バスタイブレーカは、前記第2電力負荷が運転していないときには接続状態とされる一方、前記第2電力負荷が運転しているときには遮断状態とされ、前記第1電力変換器は、前記第2電力変換器の電力実績値のうち所定周波数未満の低周波数成分で与えられる第1電力指令値に基づいて制御され、前記第2電力変換器はドループ制御され、前記第3電力変換器は前記直流中間部に流出入する電力の不平衡を解消するよう電力を制御する。 In order to achieve the above object, a mobile power distribution system according to an embodiment of the present invention includes a generator having a prime mover as a driving force, and a fluctuation amount of electric power consumed or regenerated from the load (hereinafter referred to as electric power). A first power system connected to a first power load whose load fluctuation is less than a predetermined value, a second power system connected to a second power load whose power load fluctuation can be greater than or equal to the predetermined value, and AC A first power converter having an end connected to the first power system and a DC terminal connected to the DC intermediate part; an AC terminal connected to the second power system; and a DC terminal connected to the DC intermediate part A second power converter, a third power converter having both DC ends connected to the DC intermediate section and the power storage device, and the first power converter and the second power conversion from the first power system. Power supply to the second power system through a device A bus tie breaker that forms a path parallel to the road, and the bus tie breaker is connected when the second power load is not operating, while the second power load is operating. The first power converter is controlled based on a first power command value given by a low frequency component less than a predetermined frequency among the actual power values of the second power converter, The second power converter is droop-controlled, and the third power converter controls the power so as to eliminate the unbalance of power flowing into and out of the direct current intermediate portion.
上記構成によれば、電力負荷変動(例えば電力の時間変化率、電力の所定周波数成分の振幅、またはステップ状の電力変動量など)が所定値以上となり得る第2電力負荷を運転する場合は、バスタイブレーカを開き、第1電力系統および第2電力系統の間を遮断状態とする。これにより、第1電力系統では発電機から第1電力負荷に直接電力が供給される一方で、第1電力系統から第1電力変換器及び第2電力変換器を介して第2電力系統へ至る給電経路を通じて第2電力負荷に電力が供給される。第2電力変換器の電力は負荷の運転状況に応じて成り行きで変化する。一方、発電機から直流中間部までの電力の流れは第1電力変換器によって制御される。また、直流中間部に流出入する電力差を吸収するように第3電力変換器が制御される。これによって、第1電力変換器と第2電力変換器の電力差は自動的に電力貯蔵装置へ吸収される。第2電力負荷において急激な負荷変動が生じた場合、第2電力変換器はドループ制御されているので、第2電力負荷への電力供給を継続することができる。また、第1電力変換器は第2電力変換器の電力実績値のうち所定周波数未満の低周波数成分で与えられる第1電力指令値に基づいて制御されているので、電力負荷変動のうち所定周波数未満の低周波数成分のみが第1電力系統における電力変動として現れ、所定周波数以上の周波数成分は第3電力変換器の制御により電力貯蔵装置で吸収される。これにより、発電機エンジンの負荷変動は抑制され、急激な負荷変動による発電機のトリップを防ぐことができる。このように、所定周波数を調整するのみで発電機エンジンの負荷変動の大きさを設定できるので、制御調整が容易であり、各負荷に電力計測手段を設ける必要もない。 According to the above configuration, when operating the second power load in which the power load fluctuation (for example, the power temporal change rate, the amplitude of the predetermined frequency component of the power, or the stepped power fluctuation amount) can be a predetermined value or more, The bus tie breaker is opened and the first power system and the second power system are disconnected. Thus, in the first power system, power is directly supplied from the generator to the first power load, while the first power system reaches the second power system via the first power converter and the second power converter. Power is supplied to the second power load through the power supply path. The electric power of the second power converter changes in accordance with the operating condition of the load. On the other hand, the flow of power from the generator to the DC intermediate part is controlled by the first power converter. Further, the third power converter is controlled so as to absorb the power difference flowing into and out of the DC intermediate part. Thereby, the power difference between the first power converter and the second power converter is automatically absorbed by the power storage device. When a sudden load fluctuation occurs in the second power load, the second power converter is droop-controlled, so that power supply to the second power load can be continued. Moreover, since the 1st power converter is controlled based on the 1st electric power command value given by the low frequency component below predetermined frequency among the electric power actual values of the 2nd power converter, it is predetermined frequency among electric power load fluctuations. Only low frequency components less than the frequency appear as power fluctuations in the first power system, and frequency components above a predetermined frequency are absorbed by the power storage device under the control of the third power converter. Thereby, the load fluctuation of a generator engine is suppressed and the trip of the generator by a sudden load fluctuation can be prevented. Thus, since the magnitude of the load fluctuation of the generator engine can be set only by adjusting the predetermined frequency, control adjustment is easy, and it is not necessary to provide power measuring means for each load.
一方、第2電力負荷を運転しない場合は、バスタイブレーカを閉じ、第1電力系統および第2電力系統を接続状態とする。これにより、第1電力系統から第1電力変換器及び第2電力変換器を介して第2電力系統へ至る給電経路に対して並列を成す経路が形成される。第2電力変換器はドループ制御されるので、発電機(第1電力系統)と連系して運転することができる。発電機が故障した場合であっても、ドループ制御の効果によって、停電に至ることなく電力貯蔵装置から給電を行うことができる。従って、急激な変動をもつ電力負荷の運転の有無を問わず、移動体の電力系統を発電機1台で運用することができる。 On the other hand, when not operating the 2nd electric power load, a bus tie breaker is closed and the 1st electric power system and the 2nd electric power system are made into a connection state. Thereby, the path | route which makes | forms parallel with the electric power feeding path | route from a 1st electric power grid | system via a 1st power converter and a 2nd power converter to a 2nd electric power system | strain is formed. Since the second power converter is droop-controlled, it can be operated in conjunction with a generator (first power system). Even if the generator is out of order, power can be supplied from the power storage device without power failure due to the effect of droop control. Therefore, the power system of the mobile body can be operated with one generator regardless of whether or not the power load having a rapid fluctuation is operated.
上記移動体の配電システムは、前記第2電力系統の周波数と前記第2電力変換器の電力実績値との関係を示すドループ特性線上の一点となるように前記第2電力変換器をドループ制御し、前記第2電力系統を前記第1電力系統から遮断した場合には、前記第2電力系統の周波数を標準周波数とするように前記ドループ特性線を調整し、前記第2電力系統を前記第1電力系統に接続した場合には、前記第2電力変換器の電力を0kWとし、且つ、前記第2電力系統の周波数を標準周波数とするように調整してもよい。 The mobile power distribution system performs droop control on the second power converter so as to be a point on a droop characteristic line indicating a relationship between the frequency of the second power system and the actual power value of the second power converter. When the second power system is cut off from the first power system, the droop characteristic line is adjusted so that the frequency of the second power system is a standard frequency, and the second power system is adjusted to the first power system. When connected to the power grid, the power of the second power converter may be adjusted to 0 kW, and the frequency of the second power grid may be adjusted to the standard frequency.
上記構成によれば、第2電力変換器は第2電力系統の周波数と第2電力変換器の電力実績値との関係を示すドループ特性線上の一点となるようにドループ制御されるので、第2電力負荷を含む第2電力系統を、発電機が接続された第1電力系統から遮断した場合には、第2電力負荷の急激な変動に対し、ドループ特性線に従って第2電力系統の周波数が変動する。すなわち、第2電力変換器は自立運転時には発電機と同様に機能することができる。さらに、発電機と同様に、変動した周波数を標準周波数とするようにドループ特性線を調整することができる。 According to the above configuration, the second power converter is droop controlled so as to be one point on the droop characteristic line indicating the relationship between the frequency of the second power system and the actual power value of the second power converter. When the second power system including the power load is disconnected from the first power system to which the generator is connected, the frequency of the second power system fluctuates according to the droop characteristic line with respect to the sudden fluctuation of the second power load. To do. That is, the second power converter can function in the same manner as the generator during the self-sustaining operation. Further, like the generator, the droop characteristic line can be adjusted so that the changed frequency becomes the standard frequency.
一方、第2電力系統を、第1電力系統に接続した場合には、第2電力変換器は発電機と並列で運転され、ドループ特性線を調整することで定常負荷の分担率を調整することができる。とくに、第2電力変換器の定常負荷分担率を0%(電力0kW)とした場合、定常状態では発電機が負荷消費電力の100%を担う。これにより、第2電力変換器による損失を抑制することができる。一方で電力負荷が変動した場合には、過渡的には第2電力変換器および発電機の両方がドループ特性線にしたがい変動する。したがって、電力負荷の変動成分のみを第2電力変換器および発電機で分担することができる。この時、もとより第2電力負荷を運転していないので、発電機が変動成分の半分程度を負担しても何ら問題はない。さらに、発電機が故障して第1電力系統から切り離されても、停電に至ることなく第2電力変換器が代わりに電力を供給できる。このときの電力は、電力貯蔵装置から供給される。このことは、本運用において電力貯蔵装置が第2電力変換器および第3電力変換器を介し、バックアップ電源として利用できることを示している。
On the other hand, when the second power system is connected to the first power system, the second power converter is operated in parallel with the generator, and the share rate of the steady load is adjusted by adjusting the droop characteristic line. Can do. In particular, when the steady load sharing ratio of the second power converter is 0% (
上記移動体の配電システムは、前記直流中間部に接続された第4電力変換器を更に備え、前記第4電力変換器の交流端には電動機が接続され、前記電動機の推進軸には推進器が取り付けられていてもよい。 The power distribution system of the mobile body further includes a fourth power converter connected to the DC intermediate part, an electric motor is connected to an AC end of the fourth power converter, and a propulsion unit is connected to a propulsion shaft of the motor. May be attached.
上記構成によれば、移動体の電気推進システムに適用することができる。 According to the said structure, it can apply to the electric propulsion system of a moving body.
上記移動体の配電システムは、前記直流中間部に接続された第4電力変換器を更に備え、
前記第4電力変換器の交流端には電動発電機が接続され、電動発電機の推進軸に主機および推進器が取り付けられていてもよい。
The power distribution system of the mobile body further includes a fourth power converter connected to the DC intermediate part,
A motor generator may be connected to the AC terminal of the fourth power converter, and the main engine and the propeller may be attached to the propulsion shaft of the motor generator.
上記構成によれば、移動体のハイブリッド推進システムに適用することができる。 According to the said structure, it can apply to the hybrid propulsion system of a mobile body.
前記第1電力指令値は、前記第2電力変換器の実績値のうち所定周波数未満の低周波数成分と前記第4電力変換器の電力実績値のうち所定周波数未満の低周波数成分との和で与えられてもよい。 The first power command value is a sum of a low frequency component less than a predetermined frequency among the actual values of the second power converter and a low frequency component less than a predetermined frequency among the actual power values of the fourth power converter. May be given.
上記構成によれば、第1電力指令値が第2電力変換器の実績値の低周波成分と前記第4電力変換器の電力実績値の低周波成分との和で与えられるので、例えば電動機の電力変動および第2電力負荷の急激な負荷変動によって生じる第1電力系統への影響を抑制することができる。特に急激な変動を含む第2負荷を運転せずにバスタイブレーカを閉じる場合は、第1電力指令値は第4電力変換器の電力実績値の低周波数成分のみを与えてもよい。 According to the above configuration, the first power command value is given as the sum of the low frequency component of the actual value of the second power converter and the low frequency component of the actual power value of the fourth power converter. The influence on the first power system caused by the power fluctuation and the rapid load fluctuation of the second power load can be suppressed. In particular, when the bus tie breaker is closed without operating the second load including a sudden change, the first power command value may give only the low frequency component of the actual power value of the fourth power converter.
前記第4電力変換器は、第4電力指令値に基づいて電力制御され、前記第4電力指令値は、操作卓から与えられる前記電動発電機の回転数指令値と、前記電動発電機の実際の回転数との偏差に基づく回転数制御によって得られる電動発電機の電力指令値であるか、又は、操作卓から与えられる電動発電機の電力指令値であってもよい。 The fourth power converter is subjected to power control based on a fourth power command value, and the fourth power command value is a rotation speed command value of the motor generator given from a console, and an actual motor generator. The power command value of the motor generator obtained by the rotation speed control based on the deviation from the rotation speed of the motor generator, or the power command value of the motor generator given from the console.
上記構成によれば、操作卓から回転数指令値又は電力指令値を与えることにより、第4電力変換器によって電動発電機の回転数制御又は電力制御を行うことができる。 According to the said structure, the rotational speed control or electric power control of a motor generator can be performed by a 4th power converter by giving rotational speed command value or electric power command value from a console.
前記電力貯蔵装置の充電率は、前記第3電力変換器の電流実績値、又は、電力実績値に基づいて計算され、充電率が所定の範囲内に収まるように充放電を行うよう、第1充放電補正電力指令値、及び、第4充放電補正電力指令値が計算され、前記第1充放電補正電力指令値は前記第1電力指令値に加算され、前記第4充放電補正電力指令値は前記第4電力指令値に加算されてもよい。 The charging rate of the power storage device is calculated based on the actual current value or the actual power value of the third power converter, and is charged and discharged so that the charging rate is within a predetermined range. A charge / discharge correction power command value and a fourth charge / discharge correction power command value are calculated, the first charge / discharge correction power command value is added to the first power command value, and the fourth charge / discharge correction power command value is calculated. May be added to the fourth power command value.
第1電力変換器と第2電力変換器および第4電力変換器の電力差は自動的に電力貯蔵装置の充放電によって吸収される。上記構成によれば、第3電力変換器の実績値に基づいて、第1充放電補正電力指令値および第4充放電補正電力指令値を加算することにより、電力貯蔵装置のSOC(State of Charge)制御を実現できる。 The power difference between the first power converter, the second power converter, and the fourth power converter is automatically absorbed by charging and discharging of the power storage device. According to the above configuration, the SOC (State of Charge) of the power storage device is added by adding the first charge / discharge correction power command value and the fourth charge / discharge correction power command value based on the actual value of the third power converter. ) Control can be realized.
本発明によれば、移動体の電力系統を発電機1台で運用することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power system of a mobile body can be operate | used with one generator.
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is the same or it corresponds through all the drawings, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る移動体の配電システム100を備える移動体の構成を概略的に示す図である。図1に示すように、移動体の配電システム100は、一台の発電機5と、電力負荷7と、電力変換装置1と、電力貯蔵装置2と、交流のバスライン8と、バスタイブレーカ4と、制御装置3と、推進システム200とを備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a mobile object including a
発電機5は、電力負荷7に電力を供給する主な電力源である。発電機5は、原動機6を駆動力とし、移動体で使用する電力を賄っている。この電力の変動が非常に大きいと、エンジントリップによって発電機5からの電力供給が遮断される恐れがある。
The
電力負荷7は、交流のバスライン8に接続された第1電力負荷7aおよび第2電力負荷7bを含む。第1電力負荷7aは、発電機5から供給された電力を消費する機器である。第1電力負荷7aは、複数設けられ、いずれも急激な電力の負荷変動を含まない機器である。第1電力負荷7aには例えば船舶の照明・空調等のホテル負荷(hotel loads)などの連続的に動作する設備、ウインチ、主機70のエンジンスタータモータ等の短時間に動作する装置が含まれる。第2電力負荷7bは、電力を消費する機器であって、例えばクレーン等の急激な電力の負荷変動を含む機器である。これらの装置は、交流のバスライン8にそれぞれ接続されている。尚、「急激な変動を含む」とは、電力の時間変化率、電力の所定周波数成分の振幅、またはステップ状の電力変動量など、消費される電力の変動に関する緒量が所定値以上であることをいう。「急激な変動を含まない」とは、これらが所定値未満であることをいう。所定値は、エンジンメーカーが提示する、負荷変動への追従性能に関する情報から決めることができる。
The
交流のバスライン8は、発電機5、第1電力負荷7aおよび電力変換装置1に接続された第1バスライン8aと、第2電力負荷7bおよび電力変換装置1に接続された第2バスライン8bで構成された給電経路である。第1バスライン8a及び第2バスライン8bはバスタイブレーカ4によって接続又は遮断される。バスタイブレーカ4は、第2電力負荷7bが運転していないときには接続状態とされる一方、第2電力負荷7bが運転しているときには遮断状態とされる。本実施形態では、バスタイブレーカ4の開閉は、制御装置3によって制御される。以下では、移動体の配電システム100において、第1バスライン8aに接続された電力系統を「第1電力系統」といい、第2バスライン8bに接続された電力系統を「第2電力系統」という。換言すれば、バスタイブレーカ4は、第1電力系統(8a)及び第2電力系統(8b)の間を開閉可能に接続すると共に、第1電力系統(8a)から第1電力変換器11及び第2電力変換器12を介して第2電力系統(8b)へ至る給電経路に対して並列を成す経路を構成することができる。
The
電力変換装置1は、その一方の端子が第1電力系統(8a)に接続され、他方の端子が第2電力系統(8b)に接続されている。具体的には、電力変換装置1は、第1電力変換器11と、第2電力変換器12と、第3電力変換器13と、直流中間部9とを有する。
The
第1電力変換器11は、第1電力系統(8a)から消費する電力を調整する。第1電力変換器11は、AC−DC変換器である。第1電力変換器11の交流端は第1電力系統(8a)に接続され、かつ、第1電力変換器11の直流端は直流中間部9に接続されている。
The
第2電力変換器12は、第2電力系統(8b)に電力を供給する。第2電力変換器12は、AC−DC変換器である。第2電力変換器12の直流端は直流中間部9に接続され、かつ、第2電力変換器12の交流端は第2電力系統(8b)に接続されている。
The
第3電力変換器13は、直流中間部9に流出入する電力の不平衡を解消するよう電力を制御するDC/DC変換器である。第3電力変換器13の一方の直流端は直流中間部9に接続され、且つ、第3電力変換器13の他方の直流端は電力貯蔵装置2に接続される。
The
直流中間部9は、第1電力変換器11の直流端、第2電力変換器12の直流端、および、第3電力変換器13の一方の直流端に接続されている。
The DC
電力貯蔵装置2は、第3電力変換器13の他方の直流端に接続される。電力貯蔵装置2は例えば二次電池、キャパシタで構成される。二次電池としては、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池および鉛蓄電池を用いてもよい。キャパシタとしては、たとえば、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、ナノハイブリッドキャパシタ、カーボンナノチューブキャパシタを用いてもよい。
The
本実施形態の配電システム100は、機械推進システムを搭載した船舶(以下、機械推進船ともいう)に適用される。機械推進船では、推進システム200は、推進器80の主駆動源としての主機70を備える。推進器80は、船舶用プロペラである。主機70は、発電機5とは独立しており、主機70の推力のみで推進器80を駆動するように構成されている。尚、推進システム200Aの構成は、配電システム100Aが搭載される船舶の種類に依存して異なるが、例えばハイブリッド船、電気推進船および軸発電機搭載機械推進船が挙げられる。
The
制御装置3は、メモリおよび演算装置を有しており(いずれも図示せず)、電力変換装置1、バスタイブレーカ4の開閉、発電機5および推進システム200を制御する。本実施形態の制御装置3は、操作卓40からの操作情報に従って、移動体の各要素を制御する。制御装置3は、図2のブロック図に示すように、メイン制御部30と、電力制御部31と、ドループ制御部32と、充放電制御部33と、ドループ制御部35と、を備える。これらの各部は、演算装置においてメモリに格納されたプログラムが実行されることにより実現される機能である。なお、電力制御部31、ドループ制御部32、充放電制御部33、および、ドループ制御部35の機能は、それぞれ、第1電力変換器11の演算装置、第2電力変換器12の演算装置、第3電力変換器13の演算装置、発電機5のエンジン制御装置のプログラムに含めてもよい。
The
メイン制御部30は、例えば操作卓40に設けられたレバーから入力されたレバーの位置を示す操作情報に基づいて推進システム200の動作モードを選択し、推進システム200の構成機器を起動・停止させる。メイン制御部30は、移動体の動作モードに応じてバスタイブレーカ4の開閉指令を生成するが、例えば運転者によって直接バスタイブレーカ4を開閉してもよい。また、メイン制御部30の一部の機能は、船舶の電力需給を管理するパワマネジメントシステムのプログラムに含めてもよい。また、メイン制御部30は、発電機5を起動・停止してもよいし、パワマネジメントシステムから起動・停止されてもよい。パワマネジメントシステムは、後述するドループ制御におけるドループ特性線の調整や電力変換装置の電力実績値の管理を行う。
The
電力制御部31は、第2電力変換器12の電力実績値のうち所定周波数未満の低周波数成分で与えられる第1電力指令値に基づいて、第1電力変換器11が電力変換する電力が第1電力指令値になるよう第1電力変換器11を制御する。電力制御部31は、フィルタ311を備える(図3のブロック図参照)。フィルタ311は一定の時定数を有するローパスフィルタ又は移動平均フィルタである。メイン制御部30から第2電力変換器12の電力実績値が入力され、フィルタ311は、第2電力変換器12の電力実績値のうち所定周波数未満の低周波数成分のみを通過し、これを第1電力指令値として第1電力変換器11に出力する。
Based on the first power command value given by the low frequency component less than the predetermined frequency among the actual power values of the
ドループ制御部32は、第2電力変換器12をドループ制御する。「ドループ制御」とは、制御装置3の内部に発電機を制御するガバナのモデルを構築することによって、第2電力変換器12に発電機に相当する特性を持たせる制御である。第2電力変換器12が発電機に相当する特性を有する結果、自立運転と系統連系運転とをシームレスに切り替えることができる。尚、「ドループ制御」は周知の技術であるので、詳しい説明は省略する。「ドループ制御」の詳細は、例えば「G. Marina & E. Gatti, “Large Power PWM IGBT Converter for Shaft Alternator Systems”, 35th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference, 2004」を参照されたい。なお、「ドループ制御」においては、電力系統の周波数と、電力系統に対して第2電力変換器12が授受する電力(有効電力)とがそれぞれのセンサ(図示せず)によって検出されてドループ制御部32に入力され、ドループ制御におけるこれらの制御に用いられる。
The
充放電制御部33は、第3電力変換器13において、電圧センサおよび電流センサ(図示せず)からのセンサデータに基づいて直流中間部9の電圧を監視して、直流中間部9の電圧が一定の値となるように電力貯蔵装置2の充放電制御を行う。充放電制御部33は、直流中間部9の電圧の変化に応じて第3電力変換器13により電力貯蔵装置2の充放電を制御する。これによって、直流中間部9に流入する電力と直流中間部9から流出する電力の差分が電力貯蔵装置2に吸収される。
The charge /
ドループ制御部35は、有効電力を検出し、ドループ特性に基づいて周波数目標値を求め、発電機5の原動機(エンジン・タービン等)の回転数制御を行う。負荷変動に対する周波数変動の追従の速さは、発電機の慣性などの機械的特性によって決まる。
The
次に、移動体の配電システム100の動作について説明する。操作卓40のレバー操作によって選択された移動体の動作モードに応じてバスタイブレーカ4の開閉が制御される(図2参照)。メイン制御部30は第2電力負荷7b(例えばクレーン)を運転する所定の動作モードが選択された場合にはバスタイブレーカ4の開指令を生成し、これをバスタイブレーカ4に送信する。図4は、バスタイブレーカ4が開かれた場合の移動体の配電システム100の構成を示すブロック図である。図4に示すように、バスタイブレーカ4によって、第1電力系統(8a)および第2電力系統(8b)の間は遮断状態になっている。第1電力系統(8a)では、発電機5から第1電力負荷7aに直接電力が供給されるが、第2電力系統(8b)は第1電力系統(8a)から分離されているので、第1電力系統(8a)から第1電力変換器11及び第2電力変換器12を介して第2電力負荷7bに電力が供給される。
Next, the operation of the mobile
このとき、第2電力変換器12を通じて第2電力系統(8b)に供給される電力は、第2電力負荷7bの運転状況に応じて変化し、これに応じて第2電力系統(8b)の周波数も変化する。具体的には、第2電力変換器12は、ドループ制御部32(図2参照)によって、ドループ制御されている。以下では、図4のようにバスタイブレーカ4が開かれて第2電力変換器12が発電機5とは自立して運転する場合を単独運転という。単独運転では、発電電力は負荷の運転状況によって決定される。図5は、単独運転時の第2電力変換器12のドループ制御に使用されるドループ特性線である。図5に示すように、ドループ特性は有効電力(発電時を正とする)と系統周波数との関係であり、有効電力が大きいほど系統周波数が低くなるよう設定される。ドループ率は、定格負荷時の周波数と無負荷時の周波数との差を定格周波数で除したもので定義される。通常、ドループ率は、各電力源で同じ値に設定されるが、必要に応じて異なる値に設定してもよい。ドループ制御部32は、第2電力系統(8b)の周波数と第2電力変換器12の電力実績値との関係を示すドループ特性線上の一点となるように第2電力変換器12をドループ制御する。
At this time, the power supplied to the second power system (8b) through the
図5(a)は、第2電力変換器12の定常状態において設定されるドループ特性線である。図5(a)に示すように、定常状態では第2電力変換器12が第2電力系統(8b)に電力P1を供給している場合、ドループ特性線は、P1に対応する周波数が標準周波数(周波数目標値)Fsとなるように、設定される(図の×印を通る線となる)。
FIG. 5A is a droop characteristic line set in the steady state of the
図5(b)は、第2電力負荷7b(例えばクレーン)において急激な負荷変動が生じた場合のドループ特性線を示している。ここでは急激な負荷変動により、第2電力変換器12が第2電力系統(8b)に供給する電力がP1からP2に増大した場合を想定する。図5(b)に示すように、第2電力変換器12は、ドループ特性線に従って、第2電力系統(8b)の周波数を低下させる(直線上の(1)の×印)。その後、パワマネジメントシステムによって、低下した第2電力系統(8b)の周波数を目標値である標準周波数Fsに戻すべくドループ特性線を調整する((2)の矢印方向)。
FIG. 5B shows a droop characteristic line when a sudden load change occurs in the
図5(c)は、パワマネジメントシステムからの調整によって新たに設定された第2電力変換器12のドループ特性線である。図5(c)に示すように、新たなドループ特性線では、P2に対応する周波数が標準周波数(周波数目標値)Fsとなるように設定されている。このように、第2電力負荷7b(例えばクレーン)において急激な負荷変動が生じた場合であっても、第2電力変換器12はドループ制御されているので、第2電力変換器12は自立運転時には発電機と同様に機能することができる。これにより、第2電力負荷7bへの電力供給を継続することができる。単独運転では、電力貯蔵装置2が電力源であるため、エンジン発電機と異なり、負荷変動が問題とならない。
FIG. 5C is a droop characteristic line of the
一方、第1電力変換器11は第1電力系統(8a)から消費する電力を調整する。具体的には、第1電力変換器11は第2電力変換器12の電力実績値のうち所定周波数未満の低周波数成分で与えられる第1電力指令値に基づいて制御されているので、所定周波数未満の低周波数成分の電力変動は第1電力系統における負荷変動として現れ、所定周波数以上の周波数成分の電力変動は電力貯蔵装置2で吸収される。これにより、発電機5からみた負荷変動は抑制され、急激な負荷変動による発電機5のトリップを防ぐことができる。
On the other hand, the
次に、第2電力負荷7b(例えばクレーン)を運転しない所定の動作モードが選択された場合の配電システム100の動作について説明する。図6は、バスタイブレーカ4が閉じられた場合の移動体の配電システム100の構成を示すブロック図である。図6に示すように、配電システム100は、バスタイブレーカ4によって、第1電力系統(8a)および第2電力系統(8b)が接続状態になっている。これにより、第1電力系統(8a)から第1電力変換器11及び第2電力変換器12を介して第2電力系統(8b)へ至る給電経路に対して並列を成す経路が形成される。以下では、バスタイブレーカ4が閉じられて第2電力変換器12が発電機5と連系して運転する場合を連系運転という。連系運転時には、連系している発電機または電力変換器の電力負荷分担率を制御することができる。尚、連系運転時は「第1電力系統」と「第2電力系統」を区別することなく、単に「電力系統」と呼ぶ。また、連系運転時では「第2電力負荷7b」は運転しないので、「第1電力負荷7a」と「第2電力負荷7b」を区別することなく、単に「電力負荷」と呼ぶ。
Next, the operation of the
図7は、連系運転時の第2電力変換器12と発電機5のドループ制御に使用されるドループ特性線である。第2電力変換器12は、電力系統の周波数と第2電力変換器12の電力実績値との関係を示すドループ特性線上の一点となるようにドループ制御される。発電機5も、同様に、ドループ特性線上の一点となるようにドループ制御される。
FIG. 7 is a droop characteristic line used for the droop control of the
図7(a)は、第2電力変換器12および発電機5の定常状態において設定されるドループ特性線である。図7(a)に示すように、第2電力変換器12のドループ特性線は、定常状態では第2電力変換器12が電力系統に電力を授与しないように、電力系統の標準周波数(周波数目標値)Fsに対して電力指令値を0kWに設定される(直線上の×印)。一方、発電機5のドループ特性線は、定常状態では発電機5が電力系統に電力を授与するように、電力系統の標準周波数(周波数目標値)Fsに対して電力指令値Pc1に設定される(直線上の×印)。いま、第2電力変換器12の電力指令値は0kWであるから、このPc1は電力系統で消費されている負荷の電力に一致する。図7(b)は、電力負荷7において負荷変動が生じた場合のドループ特性線を示している。ここでは電力負荷がPc1からPc2と小さくなった場合を想定している。このとき、発電機5の発電電力と、電力変換器12の発電電力の和がPc2となるように、ドループ特性線にしたがって、互いの運転点が変化する。図7(b)に示すように、周波数は上昇し、第2電力変換器12の運転点は直線上の(1)の×印に移動する。この場合、電力変換器12は電力系統から電力を消費することになる。負荷変動に対する周波数変動の追従の速さは、発電機の慣性などの機械的特性と電力変換器の動作特性によって決まる。その後、パワマネジメントシステムによって、上昇した電力系統の周波数を標準周波数Fsに、電力変換器12の電力を0kWに戻すべく各々のドループ特性線を調整する((2)の矢印方向)。
FIG. 7A is a droop characteristic line set in the steady state of the
図7(c)は、新たに設定された第2電力変換器12および発電機5のドループ特性線である。過渡的には第2電力変換器12のドループ特性線は変化するが、最終的には、図7(c)に示すように、第2電力変換器12のドループ特性線は、元の運転点(電力指令値(0kW),系統周波数が標準周波数Fs)に戻る。新たな定常状態では発電機5が負荷消費電力(Pc2)の100%を担う。このように、第2電力変換器12の電力を0kWとなるようにドループ特性線を調整することにより、電力負荷の変動成分のみを第2電力変換器12および発電機5で分担することができる。
FIG. 7C shows droop characteristic lines of the
このように、第2電力変換器はドループ制御により、発電機5と連系して運転しているので、発電機5が故障した場合であっても、電力負荷7に電力を供給することができるので停電に至ることはない。この場合、電力変換器12は単独運転となり、必要な電力は電力貯蔵装置2から給電することができる。
In this way, since the second power converter operates in conjunction with the
従って、本実施形態によれば、移動体の電力系統において、バスタイブレーカ4によって電力負荷7への給電経路を切替えることにより、急激な変動をもつ電力負荷7の運転の有無を問わず、発電機1台で移動体の電力系統を運用することができる。
Therefore, according to the present embodiment, in the power system of the mobile body, the power supply path to the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。本実施形態の移動体の配電システムの構成は、第1実施形態と同様である。以下では、第1実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. The configuration of the power distribution system of the moving body of this embodiment is the same as that of the first embodiment. Below, the description of the structure common to 1st Embodiment is abbreviate | omitted, and only a different structure is demonstrated.
図8は、本発明の第2実施形態に係る移動体の配電システムを備える移動体の構成を概略的に示す図である。図8に示すように、配電システム100Aは、第1実施形態(図1)と比べて、電気推進システムを搭載した船舶に適用される点が異なる。具体的には、電力変換装置1Aは直流中間部9に接続された第4電力変換器14を更に備え、推進システム200Aは、第4電力変換器14の交流端に接続された電動発電機90、および、電動発電機90の推進軸に減速装置60を介して取り付けられた推進器80を備える。
FIG. 8 is a diagram schematically illustrating a configuration of a moving object including the power distribution system for the moving object according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the
電気推進船では、電動発電機90は推進器80の主駆動源として機能する。電動発電機90は、バスライン8に接続された発電機5から第1電力変換器11及び第4電力変換器14を介して電力を受給して駆動力を発生し、それを推進器80に授与することによって、推進器80を駆動する。電気推進船では、電動発電機90は、専ら電動機として動作するが、発電機として動作してもよい。
In the electric propulsion ship, the
第1電力変換器11は、第1電力指令値に基づいて電力制御され、第4電力変換器14は、第4電力指令値に基づいて電力制御される。制御装置3Aは、第1電力変換器11を制御する電力制御部31とともに、第4電力変換器14を制御する電力制御部34を備えている(図9のブロック図参照)。
The
図10は、制御装置3Aの内部の一例を概略的に示すブロック図である。図10に示すように、第1電力変換器11の電力制御部31は、第1フィルタ311と、第2フィルタ312と、加算器313とを備える。
FIG. 10 is a block diagram schematically showing an example of the inside of the control device 3A. As illustrated in FIG. 10, the
第1フィルタ311は一定の時定数を有するローパスフィルタ又は移動平均フィルタである。メイン制御部(30)から第2電力変換器12の電力実績値が第1フィルタ311に入力される。第1フィルタ311は、第2電力変換器12の電力実績値のうち所定周波数未満の低周波数成分のみを通過し、これを加算器313に出力する。
The
第2フィルタ312は一定の時定数を有するローパスフィルタ又は移動平均フィルタである。パワマネジメントシステムから第4電力変換器14の電力実績値が第2フィルタに入力される。第2フィルタ312は、第4電力変換器14の電力実績値のうち所定周波数未満の低周波数成分のみを通過し、これを加算器313に出力する。
The
加算器313は、第2電力変換器12の実績値の低周波成分と第4電力変換器14の電力実績値の低周波成分とを加算し、これを第1電力指令値として第1電力変換器11に出力する。尚、第1フィルタ311の時定数と第2フィルタ312の時定数は同じでもよいし、異なってもよい。
The
図10の構成によれば、上記実施形態の効果に加え、第1電力指令値が第2電力変換器12の実績値の低周波成分と第4電力変換器14の電力実績値の低周波成分との和で与えられるので、例えば電動発電機90の電力変動および第2電力負荷7bの急激な負荷変動によって生じる第1電力系統(8a)への影響を抑制することができる。特に急激な変動を含む第2電力負荷7bを運転せずにバスタイブレーカ4を閉じる場合は、第4電力変換器14の電力実績値の低周波数成分を第1電力指令値としてもよい。
According to the configuration of FIG. 10, in addition to the effects of the above embodiment, the first power command value is a low frequency component of the actual value of the
また、図10に示すように、メイン制御部30は、第1ルックアップテーブル301および第2ルックアップテーブル302を備える。
As shown in FIG. 10, the
第1ルックアップテーブル301には、操作卓40に設けられたレバーから入力されたレバーの位置を示す操作情報(例えば節電指令)が入力される。第1ルックアップテーブル301は、操作卓40のレバー位置に応じた電動発電機90の電力指令値が予め記憶されており、入力された操作情報に応じてレバー位置に対応する電動発電機90の電力指令値を設定し、これを第4電力変換器14の電力制御部34に出力する。
Operation information (for example, a power saving command) indicating the position of the lever input from the lever provided on the
第2ルックアップテーブル302には、操作卓40に設けられたレバーから入力されたレバーの位置を示す操作情報(例えば速度指令)が入力される。第2ルックアップテーブル302は、操作卓40のレバー位置に応じた電動発電機90の回転数指令値が予め記憶されており、入力された操作情報に応じてレバー位置に対応する電動発電機90の回転数指令値を設定し、これを第4電力変換器14の電力制御部34に出力する。
Operation information (for example, speed command) indicating the position of the lever input from the lever provided on the
また、図10に示すように、第4電力変換器14の電力制御部34は、加減算器341と、PID制御部342と、切替スイッチ343とを備える。
As illustrated in FIG. 10, the
加減算器341には、第2ルックアップテーブル302より入力された電動発電機90の回転数指令値から、回転数検出手段(図示せず)より入力された実際の回転数を減算し、これをPID制御部342に出力する。
The adder /
PID制御部342は、入力された回転数指令値と実際の電動発電機90の回転数との偏差を比例処理、積分処理および微分処理することによって電動発電機90の電力指令値を生成し、これを切替スイッチ343に出力する。尚、積分処理や微分処理については、省略してもよい。
The
切替スイッチ343は、第1ルックアップテーブル301より設定された電動発電機90の電力指令値と、PID制御部342より生成された電動発電機90の電力指令値のいずれかを第4電力指令値として第4電力変換器14に出力する。
The
切替スイッチ343はメイン制御部30からの切替指令により操作を行うことができる。
また、切替スイッチ343が存在せず、電動発電機電力指令値、電動発電機回転数指令値のいずれかのみを用いる推進システムであっても構わない。
The
Further, there may be a propulsion system in which the
従って、第4電力指令値は、操作卓40から与えられる電動発電機90の回転数指令値と電動発電機90の実際の回転数との偏差に基づく回転数制御によって得られる電動発電機90の電力指令値であるか、又は、操作卓40から与えられる電動発電機90の電力指令値であるので、操作卓40から回転数指令値又は電力指令値を与えることにより、第4電力変換器14によって電動発電機90の回転数制御又は電力制御を行うことができる。
Therefore, the fourth power command value is obtained by the
図11は、制御装置3A内部のその他の例を概略的に示すブロック図である。図11に示すように、制御装置3Aは、SOC演算部411と、充放電電力指令値演算部412と、電力分配演算部413と、加算器414と、加算器415とを備える。
FIG. 11 is a block diagram schematically showing another example inside the control device 3A. As illustrated in FIG. 11, the control device 3A includes an
SOC演算部411には、パワマネジメントシステムから第3電力変換器13の電流実績値、又は、電力実績値が入力される。SOC演算部411は、第3電力変換器13の電流実績値、又は、電力実績値に基づいて電力貯蔵装置2の充電率を計算し、これを充放電電力指令値演算部412に出力する。
The actual SOC value or the actual power value of the
充放電電力指令値演算部412は、電力貯蔵装置2の充電率に基づいて充放電電力指令値を演算し、これを電力分配演算部413に出力する。
The charge / discharge power command
電力分配演算部413は、充放電電力指令値に基づいて、充電率が所定の範囲内に収まるように充放電を行うよう、第1充放電補正電力指令値、及び、第4充放電補正電力指令値を計算し、第1充放電補正電力指令値を加算器414に出力し、第4充放電補正電力指令値を加算器415に出力する。
Based on the charge / discharge power command value, the power
加算器414は、第1電力指令値に第1充放電補正電力指令値を加算し、これを第1電力変換器11に出力する。尚、第1電力指令値は第2電力変換器12の実績値の低周波成分と第4電力変換器14の電力実績値の低周波成分との和(図10の加算器313の出力値)を用いてもよいし、所定の値を用いてもよい。
The
加算器415は、第4電力指令値に第4充放電補正電力指令値を加算し、これを第4電力変換器14に出力する。尚、第4電力指令値は操作卓40からの回転数指令値又は電力指令値から得られた値(図10の切替スイッチ343の出力値)を用いてもよいし、所定の値を用いてもよい。
The
従って、図11の構成によれば、第3電力変換器13の実績値に基づいて、第1充放電補正電力指令値および第4充放電補正電力指令値を加算することにより、電力貯蔵装置2のSOC制御を実現できる。
Therefore, according to the configuration of FIG. 11, the
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。本実施形態の移動体の配電システムの構成は、第1実施形態と同様である。以下では、第1実施形態と共通する構成の説明は省略し、相違する構成についてのみ説明する。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. The configuration of the power distribution system of the moving body of this embodiment is the same as that of the first embodiment. Below, the description of the structure common to 1st Embodiment is abbreviate | omitted, and only a different structure is demonstrated.
図12は、本発明の第3実施形態に係る移動体の配電システムを備える移動体の構成を概略的に示す図である。図12に示すように、配電システム100Bは、第1実施形態(図1)と比べて、ハイブリッド型の推進システムを搭載した船舶に適用される点が異なる。具体的には、電力変換装置1Aが直流中間部9に接続された第4電力変換器14を更に備え、推進システム200Bは、第4電力変換器14の交流端に接続された電動発電機90、および、電動発電機90の推進軸に減速装置60を介して取り付けられた主機70および推進器80を備える。
FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a configuration of a moving object including the power distribution system for the moving object according to the third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, the
ハイブリッド船では、主機70は推進器80の主駆動源として機能し、電動発電機90は推進器80の補助駆動源として機能する。電動発電機90は、バスライン8に接続された発電機5から第1電力変換器11及び第4電力変換器14を介して電力を受給して駆動力を発生し、それを推進器80に授与することによって、主機70による推進器80の駆動をアシストする。また、電動発電機90は、主機70から動力を受給して発電し、それを第4電力変換器14及び第1電力変換器11を介してバスライン8に授与することによって発電機5によるバスライン8への電力供給をアシストする。あるいは、発電機5を停止して、電動発電機90を主たる電力源としてもよい。
In the hybrid ship, the
尚、本実施形態では「移動体」は船舶であるが、特に限定されず、移動するものであれば、車両(鉄道車両、自動車等)、飛行機でもよい。また、「推進器」は、船舶用プロペラであるが、特に限定されず、移動体を推進するものであれば、車輪、飛行用プロペラでもよい。 In this embodiment, the “moving body” is a ship, but is not particularly limited, and may be a vehicle (railway vehicle, automobile, etc.) or an airplane as long as it moves. The “propulsion device” is a marine propeller, but is not particularly limited, and may be a wheel or a propeller for flight as long as it propels a moving body.
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び機能の一方又は双方の詳細を実質的に変更できる。 From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of one or both of the structure and function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.
本発明は、船舶等の移動体の電力系統に有用である。 The present invention is useful for a power system of a moving body such as a ship.
1 電力変換装置
2 電力貯蔵装置
3 制御装置
4 バスタイブレーカ
5 発電機
6 原動機
7 電力負荷
7a 第1電力負荷(急変動あり)
7b 第2電力負荷(急変動なし)
8 バスライン
8a 第1バスライン(第1電力系統)
8b 第2バスライン(第2電力系統)
9 直流中間部
11 第1電力変換器
12 第2電力変換器
13 第3電力変換器
40 操作卓
60 減速装置
70 主機
80 推進器
90 電動発電機
100 移動体の配電システム
DESCRIPTION OF
7b Second power load (no sudden fluctuation)
8
8b Second bus line (second power system)
9 DC
Claims (7)
前記変動量が前記所定値以上となり得る第2電力負荷に接続される第2電力系統と、
交流端が前記第1電力系統に接続され且つ直流端が直流中間部に接続された第1電力変換器と、
交流端が前記第2電力系統に接続され且つ直流端が前記直流中間部に接続された第2電力変換器と、
両直流端がそれぞれ前記直流中間部と電力貯蔵装置に接続された第3電力変換器と、
前記第1電力系統及び前記第2電力系統の間を開閉可能に接続すると共に、前記第1電力系統から前記第1電力変換器及び前記第2電力変換器を介して前記第2電力系統へ至る給電経路に対して並列を成す経路を構成するバスタイブレーカと、を備え、
前記バスタイブレーカは、前記第2電力負荷が運転していないときには接続状態とされる一方、前記第2電力負荷が運転しているときには遮断状態とされ、
前記第1電力変換器は、前記第2電力変換器の電力実績値のうち所定周波数未満の低周波数成分で与えられる第1電力指令値に基づいて制御され、前記第2電力変換器はドループ制御され、前記第3電力変換器は前記直流中間部に流出入する電力の不平衡を解消するよう電力を制御される、
移動体の配電システム。 A first power system connected to a generator that uses a prime mover as a driving force, and a first power load that has a fluctuation amount of power consumed or regenerated by the load less than a predetermined value;
A second power system connected to a second power load in which the fluctuation amount may be equal to or greater than the predetermined value;
A first power converter having an AC terminal connected to the first power system and a DC terminal connected to a DC intermediate part;
A second power converter having an AC terminal connected to the second power system and a DC terminal connected to the DC intermediate part;
A third power converter having both DC ends connected to the DC intermediate section and the power storage device,
The first power system and the second power system are connected so as to be openable and closable, and from the first power system to the second power system via the first power converter and the second power converter. A bus tie breaker that forms a path parallel to the power supply path,
The bus tie breaker is in a connected state when the second power load is not operating, and is in a disconnected state when the second power load is operating,
The first power converter is controlled based on a first power command value given by a low frequency component less than a predetermined frequency among the actual power values of the second power converter, and the second power converter is droop controlled. The third power converter is controlled in power so as to eliminate an imbalance of power flowing into and out of the DC intermediate part,
Mobile power distribution system.
前記第2電力系統を前記第1電力系統から遮断した場合には、前記第2電力系統の周波数を標準周波数とするように前記ドループ特性線を調整し、
前記第2電力系統を前記第1電力系統に接続した場合には、前記第2電力変換器の電力を0kWとし、且つ、前記第2電力系統の周波数を標準周波数とするように調整する、請求項1に記載の移動体の配電システム。 Droop-controlling the second power converter so as to be one point on the droop characteristic line indicating the relationship between the frequency of the second power system and the actual power value of the second power converter,
When the second power system is cut off from the first power system, the droop characteristic line is adjusted so that the frequency of the second power system is a standard frequency,
When the second power system is connected to the first power system, the power of the second power converter is adjusted to 0 kW, and the frequency of the second power system is adjusted to a standard frequency. Item 2. A power distribution system for a moving body according to Item 1.
前記第4電力変換器の交流端には電動機が接続され、前記電動機の推進軸には推進器が取り付けられている、請求項1又は2に記載の移動体の配電システム。 A fourth power converter connected to the DC intermediate section;
The power distribution system for a moving body according to claim 1, wherein an electric motor is connected to an AC terminal of the fourth power converter, and a propulsion unit is attached to a propulsion shaft of the electric motor.
前記第4電力変換器の交流端には電動発電機が接続され、電動発電機の推進軸に主機および推進器が取り付けられている、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の移動体の配電システム。 A fourth power converter connected to the DC intermediate section;
The mobile body according to any one of claims 1 to 3, wherein a motor generator is connected to an AC terminal of the fourth power converter, and a main engine and a propeller are attached to a propulsion shaft of the motor generator. Power distribution system.
前記第4電力指令値は、操作卓から与えられる前記電動発電機の回転数指令値と、前記電動発電機の実際の回転数との偏差に基づく回転数制御によって得られる電動発電機の電力指令値であるか、又は、操作卓から与えられる電動発電機の電力指令値である、請求項3乃至5のいずれか一項に記載の移動体の配電システム。 The fourth power converter is power controlled based on a fourth power command value,
The fourth power command value is a motor power command obtained by rotation speed control based on a deviation between a rotation speed command value of the motor generator given from a console and an actual rotation speed of the motor generator. The mobile power distribution system according to any one of claims 3 to 5, which is a value or a power command value of a motor generator given from an operation console.
充電率が所定の範囲内に収まるように充放電を行うよう、第1充放電補正電力指令値、及び、第4充放電補正電力指令値が計算され、
前記第1充放電補正電力指令値は前記第1電力指令値に加算され、
前記第4充放電補正電力指令値は前記第4電力指令値に加算される、請求項3乃至6のいずれか一項に記載の移動体の配電システム。 The charging rate of the power storage device is calculated based on the actual current value of the third power converter, or the actual power value,
The first charge / discharge correction power command value and the fourth charge / discharge correction power command value are calculated so as to perform charge / discharge so that the charge rate falls within a predetermined range,
The first charge / discharge correction power command value is added to the first power command value,
The power distribution system for a moving body according to any one of claims 3 to 6, wherein the fourth charge / discharge correction power command value is added to the fourth power command value.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017015495A JP6838979B2 (en) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Mobile power distribution system |
CN201880009197.1A CN110249494B (en) | 2017-01-31 | 2018-01-23 | Power distribution system for mobile body |
PCT/JP2018/001961 WO2018143013A1 (en) | 2017-01-31 | 2018-01-23 | Power distribution system in moving body |
TW107102821A TWI661635B (en) | 2017-01-31 | 2018-01-26 | Power distribution system for moving objects |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017015495A JP6838979B2 (en) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Mobile power distribution system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018125941A true JP2018125941A (en) | 2018-08-09 |
JP6838979B2 JP6838979B2 (en) | 2021-03-03 |
Family
ID=63039598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017015495A Active JP6838979B2 (en) | 2017-01-31 | 2017-01-31 | Mobile power distribution system |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6838979B2 (en) |
CN (1) | CN110249494B (en) |
TW (1) | TWI661635B (en) |
WO (1) | WO2018143013A1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6987291B1 (en) * | 2021-07-28 | 2021-12-22 | 東京瓦斯株式会社 | Charge / discharge control device, charge / discharge control program |
JP6987292B1 (en) * | 2021-07-28 | 2021-12-22 | 東京瓦斯株式会社 | Charge / discharge control device, charge / discharge control program |
WO2023042456A1 (en) * | 2021-09-15 | 2023-03-23 | オムロン株式会社 | Battery capacity estimation device, charging plan generation device, discharging plan generation device, and battery capacity estimation method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008167647A (en) * | 2006-12-29 | 2008-07-17 | General Electric Co <Ge> | Relay device and corresponding method |
JP2010141998A (en) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Ihi Marine United Inc | Vessel power equipment and operation method for the same |
JP2012508665A (en) * | 2008-11-13 | 2012-04-12 | エス テ イクス フランス ソシエテ アノニム | Self-propelled propulsion ship |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2443002A (en) * | 2006-10-16 | 2008-04-23 | Converteam Ltd | dc power distribution system |
US7550866B2 (en) * | 2006-12-20 | 2009-06-23 | The Boeing Company | Vehicular power distribution system and method |
JP4892417B2 (en) * | 2007-06-19 | 2012-03-07 | 株式会社日立製作所 | Power system supply and demand control system, command device, and power system supply and demand control method |
GB2456179B (en) * | 2008-01-07 | 2012-02-15 | Converteam Technology Ltd | Marine power distribution and propulsion systems |
GB0818174D0 (en) * | 2008-10-03 | 2008-11-12 | Leaneco Aps | Emergency power supply apparatus |
JP5213909B2 (en) * | 2010-06-04 | 2013-06-19 | 中国電力株式会社 | Power supply system control method and power supply system |
JP5632419B2 (en) * | 2012-04-25 | 2014-11-26 | 住友重機械搬送システム株式会社 | Hybrid power supply device for crane and control method of hybrid power supply device for crane |
JP2014103838A (en) * | 2012-10-26 | 2014-06-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Dc power distribution system, system management device, computer program, and power demand-supply control method |
US20140265559A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Levant Power Corporation | Vehicular high power electrical system |
JP6352123B2 (en) * | 2014-09-12 | 2018-07-04 | 川崎重工業株式会社 | Control method of propulsion system for moving body |
CN104836258B (en) * | 2015-06-02 | 2017-01-25 | 国家电网公司 | Microgrid control method having functions of voltage unbalance compensation and harmonic suppression |
-
2017
- 2017-01-31 JP JP2017015495A patent/JP6838979B2/en active Active
-
2018
- 2018-01-23 CN CN201880009197.1A patent/CN110249494B/en active Active
- 2018-01-23 WO PCT/JP2018/001961 patent/WO2018143013A1/en active Application Filing
- 2018-01-26 TW TW107102821A patent/TWI661635B/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008167647A (en) * | 2006-12-29 | 2008-07-17 | General Electric Co <Ge> | Relay device and corresponding method |
JP2012508665A (en) * | 2008-11-13 | 2012-04-12 | エス テ イクス フランス ソシエテ アノニム | Self-propelled propulsion ship |
JP2010141998A (en) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Ihi Marine United Inc | Vessel power equipment and operation method for the same |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6987291B1 (en) * | 2021-07-28 | 2021-12-22 | 東京瓦斯株式会社 | Charge / discharge control device, charge / discharge control program |
JP6987292B1 (en) * | 2021-07-28 | 2021-12-22 | 東京瓦斯株式会社 | Charge / discharge control device, charge / discharge control program |
JP2023019166A (en) * | 2021-07-28 | 2023-02-09 | 東京瓦斯株式会社 | Charge/discharge control device and charge/discharge control program |
JP2023019165A (en) * | 2021-07-28 | 2023-02-09 | 東京瓦斯株式会社 | Charge/discharge control device and charge/discharge control program |
WO2023042456A1 (en) * | 2021-09-15 | 2023-03-23 | オムロン株式会社 | Battery capacity estimation device, charging plan generation device, discharging plan generation device, and battery capacity estimation method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6838979B2 (en) | 2021-03-03 |
CN110249494B (en) | 2022-11-18 |
CN110249494A (en) | 2019-09-17 |
TW201841449A (en) | 2018-11-16 |
WO2018143013A1 (en) | 2018-08-09 |
TWI661635B (en) | 2019-06-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10822067B2 (en) | Power system of ship | |
JP6942639B2 (en) | Dynamic hybrid control | |
JP5956991B2 (en) | Power converter for combined power generation system | |
Zahedi et al. | Modeling and simulation of all-electric ships with low-voltage DC hybrid power systems | |
US8120200B2 (en) | Fast response failure mode control methodology for a hybrid vehicle having an electric machine | |
JP5580307B2 (en) | Hybrid power supply device for crane and control method of hybrid power supply device for crane | |
JP4845515B2 (en) | Railway vehicle drive system | |
US9834206B1 (en) | Fault-tolerant operation of hybrid electric vehicle | |
TWI770019B (en) | Electric vehicle power conversion control device | |
JP2015533699A (en) | Aircraft electrical system stabilization system | |
WO2018143013A1 (en) | Power distribution system in moving body | |
JP3911517B2 (en) | Hybrid system | |
CN111769773B (en) | Method for improving voltage sag tolerance capacity of frequency converter without participation of energy storage equipment | |
JP2015227110A (en) | Ship propulsion system | |
WO2016038900A1 (en) | Control method for moving body propulsion system | |
JP2017147829A (en) | Power supply system, transportation equipment, and control method of power transmission system | |
JP2005207386A (en) | Hybrid system | |
JP2016088476A (en) | Ship propulsion system | |
JP2008189236A (en) | Control device of hybrid vehicle | |
CN116620051B (en) | Energy distribution method of electric forklift, motor control method and electric forklift | |
WO2015145748A1 (en) | Crane device, power supply unit, and modification method | |
JP2011050196A (en) | Control method and controller | |
JP3873032B2 (en) | Hybrid system | |
JP2005207385A (en) | Control method in hybrid system | |
JP7214823B1 (en) | Energy management system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191223 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210119 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210212 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6838979 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |