JP2019176597A - 電源システムの制御装置および制御方法、並びに電気推進船用電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】発電機にかかる負荷の変動を確実に抑えて、電源システムを安定化できる電源システムの制御装置および制御方法、並びにこれらを用いる電気推進船用電源システムを提供する。【解決手段】電源システムの制御装置（１）は、発電機（１３）と、複数の負荷（１２）と、を含む複数の機器を備え、負荷の動作変動を検出する負荷変動検出部（６）と、負荷の動作変動に関する情報と、発電機の負荷変動を抑制するための制御方法に関する情報とが関連付けられて蓄積されるデータベース（５）と、負荷の動作変動に応じて、データベースを検索して、制御方法を抽出するデータベース処理部（７）と、抽出される制御方法に基づいて、発電機の負荷変動を抑制するために、複数の機器のいずれかに指令する制御方法を探索する制御方法探索部（９）とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、発電機を備える電源システムの制御装置および制御方法、並びにこれらを用いる電気推進船用電源システムに関する。

近年、電動機でプロペラを回転させる電気推進を用いる船舶が増えてきている。特に、推進用電動機や船内の他の負荷に対して共通の発電機から給電を行う統合電気推進方式が、電力需要の状況に応じて負荷間で電力を効率的に融通しあえることから、負荷容量の大きいクルーズ客船や大型フェリーなどで用いられている。

船舶内では機器の設置スペースが限られているため、余裕のある十分な発電容量を準備することが難しい。例えば、電気推進船における推進用電動機の負荷容量に対し、発電容量は１１０〜１６０％程度に止まる。したがって一般的な発電機に比べ、船舶用発電機は相対的に小型であり、バッファとして発電機回転軸に蓄えられる運動エネルギーが小さく、その分、急な負荷変動の際に発電機回転速度の変動が大きくなり易い。

例えば、波浪等の影響による急な推進負荷変動や、大容量負荷の間欠的使用、あるいは系統故障による負荷脱落や並行運転発電機の脱落などが起こると、発電機にかかる負荷が急変し、電源システムの周波数・電圧に大きな変動を引き起こす。

これに対し、急な負荷変動が予想される船舶用電源システムにおいて、発電機にかかる負荷の変動を抑え、電源システムを安定化させる制御技術として、特許文献１に記載の従来技術が知られている。

本従来技術では、船舶の間欠運転機器が複数個同時に動作しないように発停タイミングを制御することで、負荷変動を抑える。

特開２０１６−４２７５１号公報

上記従来技術による負荷変動補償は、負荷が同時に発停しないように指令を制御し発電機にかかる負荷変動を抑えているが、大容量負荷の場合は単にその発停だけでも発電機にとっては大きな負荷変動となりうるため、電源システムの安定性確保が難しい。

そこで本発明は、発電機にかかる負荷の変動を確実に抑えて、電源システムを安定化できる電源システムの制御装置および制御方法、並びにこれらを用いる電気推進船用電源システムを提供する。

上記課題を解決するために、本発明による電源システムの制御装置は、発電機と、発電機によって電力が供給される複数の負荷と、を含む複数の機器を備えるものであって、電源システムにおける負荷の動作変動を検出する負荷変動検出部と、負荷の動作変動に関する情報と、負荷の動作変動に応じて発電機の負荷変動を抑制するための制御方法に関する情報とが関連付けられて蓄積されるデータベースと、負荷変動検出部によって検出される負荷の動作変動に応じて、データベースを検索して、制御方法を抽出するデータベース処理部と、データベース処理部によって抽出される制御方法に基づいて、負荷変動検出部によって検出される負荷の動作変動に伴って発生する発電機の負荷変動を抑制するために、複数の機器のいずれかに指令する制御方法を探索する制御方法探索部と、を備える。

また、上記課題を解決するために、本発明による電源システムの制御方法は、発電機と、発電機によって電力が供給される複数の負荷と、を含む複数の機器を備える電源システムの制御方法であって、負荷の動作変動を検出し、検出される負荷の動作変動に応じて、負荷の動作変動に関する情報と、負荷の動作変動に応じて発電機の負荷変動を抑制するための制御方法に関する情報とが関連付けられて蓄積されるデータベースを検索して、制御方法を抽出し、抽出される制御方法に基づいて、負荷の動作変動に伴って発生する発電機の負荷変動を抑制するために複数の機器のいずれかに指令する制御方法を探索する。

また、上記課題を解決するために、本発明による電気推進船用電源システムは、発電機と、発電機によって電力が供給される複数の負荷と、を含む複数の機器を備え、複数の負荷は、推進用の電動機を含み、さらに、複数の機器を制御する制御装置を備え、制御装置は、電気推進船用電源システムにおける負荷の動作変動を検出する負荷変動検出部と、負荷の動作変動に関する情報と、負荷の動作変動に応じて発電機の負荷変動を抑制するための制御方法に関する情報とが関連付けられて蓄積されるデータベースと、負荷変動検出部によって検出される負荷の動作変動に応じて、データベースを検索して、制御方法を抽出するデータベース処理部と、データベース処理部によって抽出される制御方法に基づいて、負荷変動検出部によって検出される負荷の動作変動に伴って発生する発電機の負荷変動を抑制するために、複数の機器のいずれかに指令する制御方法を探索する制御方法探索部と、を備える。

本発明によれば、負荷の動作変動に伴って発生する発電機の負荷変動を確実に抑制できるので、電源システムの安定性を向上することができる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１である電気推進船用電源システムの構成を示す。 図１における電源システム制御装置における信号あるいは情報の流れを示す。 負荷変動検出部が実行する情報処理のフロー図である。 図１，２におけるデータベース処理部の構成を示す。 データベースに蓄積されるデータの構成を示す。 データベース処理部が実行する情報処理のフロー図である。 データベース処理部が実行する他の情報処理のフロー図である。 時間計測部が実行する情報処理のフロー図である。 制御方法探索部が実行する情報処理のフロー図である。 電源システム応答計算部が実行する情報処理のフロー図である。 実施例２である電気推進船用電源システムの電源システム制御装置内における信号あるいは情報の流れを示す。 実施例２において負荷変動検出部が実行する情報処理のフロー図である。 実施例２における制御方法探索部が実行する情報処理のフロー図である。

以下、本発明の実施形態について、下記の実施例１〜２により、図面を用いながら説明する。なお、各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。

図１は、本発明の実施例１である電気推進船用電源システムの構成を示す。

図１に示すように、本実施例１の電気推進船用電源システムは、発電機１３（Ｇ）を備え、発電機１３が発生する電力が、複数の負荷１２に供給される。複数の負荷には、推進用の水中プロペラを回転駆動する電動機が含まれると共に、他の負荷（例えば、ポンプなど）も含まれる。発電機１３および複数の負荷１２は、それぞれ制御装置１１によって制御される。なお、発電機１３としては、例えば、エンジンやタービンなどの原動機によって回転される交流発電機（同期発電機）が適用される。

発電機１３の制御装置１１は、発電機１３側から船内給配電系統への送電電力を、定電圧もしくは定周波数、もしくは、定電圧かつ定周波数に制御する。発電機１３の出力電力を直接、船内給配電系統へ供給する場合、制御装置１１は、原動機を操作したり、発電機の励磁を操作したりする。また、電力変換器およびその制御部を備える制御装置１１によって、発電機１３の出力電力を、定電圧もしくは定周波数、もしくは、定電圧かつ定周波数の送電電力に変換しても良い。なお、船内給配電系統の系統電力は、交流電力および直流電力のいずれでも良い。従って、発電機１３側から船内給配電系統への送電電力は、交流電力および直流電力のいずれでも良い。

負荷１２の制御装置１１は、船内給配電系統からの受電電力によって動作する負荷１２を、負荷１２に与える電力を操作することによって、負荷１２を所望の動作状態に制御する。例えば、負荷が推進用の交流電動機である場合、電力変換器およびその制御部を備える制御装置１１によって、受電電力を可変電圧・可変周波数の交流電力に変換して、交流電動機を可変速運転しても良い。なお、負荷１２は、交流負荷および直流負荷のいずれでも良い。

複数の負荷１２の動作状態が変動する場合、発電機１３の動作の変動を抑制して船内給配電系統を安定に保つために、電源システム制御装置１から、負荷変動のパターンに応じて、船内給配電系統を安定化するための制御方法（例えば、負荷１２の出力を制限）を示す指令信号Ｓ１０１が、負荷１２もしくは発電機１３の制御装置１１に送信される。制御装置１１は、受信した指令信号が示す制御方法によって、船内給配電系統における機器、すなわち負荷１２または発電機１３、もしくは両者を制御する。

本実施例１における電源システム制御装置１は、負荷１２および発電機１３の動作状態、たとえば負荷１２および発電機１３における電圧、電流、周波数、電動機の回転周波数（回転数）などを測定するセンサー１４から、各測定値を示す信号Ｓ１００を受信する。電源システム制御装置１は、受信した信号Ｓ１００の情報から、比較的大きな負荷１２の動作変動を検知すると、発電機１３にかかる負荷の変動を抑制して船内給配電系統を安定化するために適正な制御方法を探索し、探索結果である制御方法を示す指令信号Ｓ１０１を作成して、電源システム中の機器（負荷１２、発電機１３）を制御する制御装置１１に信号Ｓ１０１を送信する。電源システム内の各装置（センサー１４、制御装置１１、電源システム制御装置１）間の信号経路は、有線または無線のネットワークによって構成される。

なお、図１中においては、発電機１３と負荷１２との間の電力伝送経路と信号経路を、簡単のため同じ実線で表している。

図１に示すように、本実施例１における電源システム制御装置１は、通信部２と、記憶装置部３および演算部４より構成されている。

通信部２は、電源システム制御装置１内外での信号を送受信する。センサー１４からの信号Ｓ１００は、通信部２によって受信され、受信された信号Ｓ１００の情報が演算部４に取込まれる。

記憶装置部３は、負荷の動作変動に関する情報、並びに、負荷の動作変動時に船内給配電系統を安定化するために発電機１３にかかる負荷変動を抑制する機器制御方法に関する情報が蓄積されているデータベース５を有する。

演算部４は、信号Ｓ１００の情報から負荷の動作変動を検知する負荷変動検出部６と、データベース５に蓄積されている情報から検知された負荷の動作変動に関連する情報を抽出するデータベース処理部７と、演算時間を管理する時間計測部８と、負荷変動検出部６で検出した負荷の動作変動に応じて、発電機１３にかかる負荷変動を抑制する制御方法を探索する制御方法探索部９と、電源システムの過渡応答を計算する電源システム応答計算部１０を有する。演算部４は、これらの機能部によって、制御装置１１に実行させる制御方法を演算し、演算結果が通信部２によって指令信号Ｓ１０１として制御装置１１へ送信される。

図２は、図１における電源システム制御装置１内における信号あるいは情報の主たる流れを示す。

負荷変動検出部６は、センサー１４からの信号Ｓ１００を受け、信号Ｓ１００に応じて検知される負荷の動作状態の変動を示す負荷変動情報（信号Ｓ２３）および制御方法探索処理に要する時間の計測開始を指令する計測開始信号Ｓ２４を、それぞれデータベース処理部７および時間計測部８へ送る。

データベース処理部７は、負荷変動検出部６からの負荷変動情報（信号Ｓ２３）から負荷変動の特徴量を抽出し、さらに、データベース５を検索して、データベース５に蓄積される負荷の動作変動に関する情報（特徴量）から、抽出された特徴量に類似する情報を抽出する。データベース処理部７は、抽出された負荷の動作変動に関する情報と関連付けられている船内給配電系統安定化のための制御方法に関する情報と、負荷変動情報とを、信号Ｓ３５として制御方法探索部９へ送る。

時間計測部８は、計測開始信号Ｓ２４を受けると時間計測を開始し、計測時間が所定時間を超えたら、処理の終了を指令する終了指令信号Ｓ４５を制御方法探索部９へ送る。

制御方法探索部９は、データベース処理部７からの信号Ｓ３５を受けると、信号Ｓ３５が示す負荷変動情報および制御方法（信号Ｓ５６）を電源システム応答計算部１０へ送る。

電源システム応答計算部１０は、制御方法探索部９からの信号Ｓ５６が示す制御方法に応じた電源システムの過渡応答を計算する。さらに、電源システム応答計算部１０は、計算された過渡応答に基づいて、発電機にかかる負荷変動の抑制の程度を所定の評価関数によって評価し、評価結果である評価関数値（信号Ｓ６５）を制御方法探索部９へ送る。

制御方法探索部９は、電源システム応答計算部１０からの評価関数値に基づいて、所望の負荷変動抑制がなされると判定した場合、評価対象とした制御方法を適正な制御方法として、この適正な制御方法の実行を指令する指令信号Ｓ１０１を制御装置１１へ送る。また、制御方法探索部９は、この適正な制御方法に関する情報と負荷変動情報（特徴量）（信号Ｓ５３）をデータベース処理部７へ送り、これらの情報はデータベース５に格納される。

次に、演算部４の各機能部（負荷変動検出部６、データベース処理部７、時間計測部８、制御方法探索部９、電源システム応答計算部１０）が実行する情報処理について説明する。なお、本実施例１においては、マイクロコンピュータなどの演算処理装置（但し、一個）が、所定のプログラムを実行することにより、電源システム制御装置１の演算部の各機能部として動作する。なお、演算処理装置に代えて、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を適用しても良い。

図３は、負荷変動検出部６が実行する情報処理のフロー図である。

負荷変動検出部６は、まず、センサー１４からの信号（Ｓ１００）を取り込む（ステップ１００）。

次に、負荷変動検出部６は、信号Ｓ１００が示す負荷の動作変動、例えば電圧の変動が、電源システムにおける機器の仕様や規格を基に予め算定した規定値を超えているか否かを判断する（ステップ１０１）。負荷変動検出部６は、負荷変動が規定値を超えている場合（ステップＳ１０１のＹＥＳ）、次にステップ１０２および１０３を実行し、負荷変動が規定値を超えていない場合（ステップＳ１０１のＮＯ）、処理を終了する。

ステップ１０２において、負荷変動検出部６は、規定値を超えた負荷変動を示す電圧等を負荷変動情報（信号Ｓ２３）としてデータベース処理部７に送る。また、ステップ１０３において、負荷変動検出部６は、時間計測部８に計測開始信号（Ｓ２４）を送る。ステップ１０２およびステップ１０３を実行後、負荷変動検出部６は処理を終了する。

なお、本実施例１では、マイクロコンピュータなどの演算処理装置を用いて情報処理が実行されるので、ステップ１０２および１０３は順次実行される。これに対し、ＦＰＧＡなどを用いれば、ステップ１０２および１０３は並列処理できる。

図４は、図１，２におけるデータベース処理部７の構成を示す。

図４に示すように、データベース処理部７は、図１に示したデータベース５と、後述するようにデータベース５を検索したりデータベース５に情報を格納したりする、データベース演算部２０とから構成される。

図５は、データベース５に蓄積されるデータの構成を示す。

図５に示すように、データベース５においては、負荷変動の特徴量１０００および負荷変動を抑制するための制御方法２０００が、テーブル化されている。なお、テーブルデータにおいて、負荷変動の特徴量１０００および負荷変動を抑制するための制御方法２０００は、データベース演算部２０による検索処理の入力側テーブルおよび出力側テーブルを構成する。

負荷変動の特徴量１０００は、負荷の動作変動を特徴付け、分類するための指標であり、本実施例１においては、負荷変動波形の種類１００１、負荷変動の大きさ１００２（規定値からの変動分）、変動発生場所（センサー１４の設置場所）とその動作状態１００３（図５では、水中プロペラの回転数）、負荷変動の継続時間（図示せず）などである。

発電機にかかる負荷の変動を抑制するための制御方法２０００は、負荷変動の特徴量１０００を有する負荷の動作変動に応じた制御方法であり、本実施例１においては、制御を行う対象機器２００１、対象機器に対する出力指令値２００２、指令継続時間２００３などである。

テーブルデータ中の各行（レコードＮＯ．１，ＮＯ．２，ＮＯ３，…）は、負荷変動の特徴量１０００の複数の項目（１００１，１００２，１００３，…）と、負荷変動の特徴量１０００として複数の項目（１００１，１００２，１００３…）を備える負荷の動作変動に応じた制御方法２０００の各項目（２００１，２００２，２００３，…）を列（フィールド）として構成されている。すなわち、データベース５には、負荷変動の特徴量１０００と発電機にかかる負荷の変動を抑制するための制御方法２０００とが、互いに関連付けられて蓄積されている。これにより、データベース演算部２０は、負荷変動の特徴量１０００をキーとして、発電機にかかる負荷の変動を抑制するための制御方法２０００を検索できる。

なお、検索のキーとなる負荷変動の特徴量１０００の項目数は単数でも良いが、本実施例１のように複数項目であれば、負荷変動抑制のために、より適正な制御方法を検索することができる。また、図５中のＮｏ．１の行（レコード）のように、負荷の動作変動に応じて複数の機器（機器１，機器３）を同時に操作する制御方法をデータベース５に蓄積してもよい。これにより、制御方法の自由度が広がる。また、制御方法として、図示の機器に対する電力指令のほか、発停タイミング指令などを設定しても良い。

図６は、図５のデータベース演算部２０が実行する情報処理、すなわちデータベース処理部７が実行する情報処理（データ検索）のフロー図である。

データベース処理部７は、まず、負荷変動検出部６から、センサー１４を用いて検知される負荷変動情報（信号Ｓ２３）を取り込む（ステップ２００）。

次に、データベース処理部７は、負荷変動情報から、負荷の動作変動の特徴量を抽出する（ステップ２０１）。なお、本ステップ２０１における、負荷変動情報および特徴量を、以下、それぞれ、センサー１４を用いて検出された負荷の動作変動に関係するという意味で、「負荷変動情報（検出）」および「特徴量（検出）」と記す。

次に、データベース処理部７は、データベース５（図５参照）から、特徴量（検出）に類似する負荷変動特徴量１０００を含む行データ（レコード）を検索する（ステップ２０２）。ここで、データベース処理部７は、特徴量（検出）に類似する負荷変動特徴量１０００を、負荷変動特徴量１０００の各項目（図５における１００１，１００２，１００３，…）によって表わされる特徴量空間における、特徴量（検出）と各負荷変動特徴量１０００（ＮＯ１，ＮＯ２，ＮＯ３，…）の距離に基づいて判定する。例えば、データベース処理部７は、特徴量（検出）との距離が最短である負荷変動特徴量１０００が特徴量（検出）に類似すると判定する。また、データベース処理部７は、特徴量（検出）との距離が所定値以内である負荷変動特徴量１０００が特徴量（検出）に類似すると判定してもよい。

次に、データベース処理部７は、特徴量（検出）に類似する負荷変動特徴量１０００を有する行（レコード）から、発電機にかかる負荷の変動を抑制するための制御方法２０００を抽出し、抽出した制御方法と、ステップ２００で取り込んだ負荷変動情報（検出）とを、信号Ｓ３５として、制御方法探索部９（図１，２）に送る（ステップ２０３）。ステップ２０３実行後、データベース処理部７は、処理を終了する。

なお、ステップ２０２において、特徴量（検出）との距離が所定値以内である負荷変動特徴量１０００を含む行（レコード）が複数検索される場合、ステップ２０３において、データベース処理部７は、それら複数の行に含まれる複数の制御方法を平均化して、平均化された制御方法を制御方法探索部９（図１，２）に送る。

図７は、データベース処理部７が実行する他の情報処理（データ格納）のフロー図である。

データベース処理部７は、まず、後述する制御方法探索部９からの信号Ｓ５３（負荷変動情報（検出）と、制御装置１１に指令する「適正な制御方法」（探索処理結果である最終的な制御方法））を取り込む（ステップ３００）。

次に、データベース処理部７は、取り込んだ信号Ｓ５３が示す、負荷変動情報（検出）と最終的な制御方法を１行（１レコード）としてデータベース５に格納する（ステップ３０１）。なお、格納された行データは、既に蓄積されているテーブルデータとともに、次に制御方法を探索する際に用いられる。これにより、対処可能な負荷の変動状態が広がり、適正な制御方法の探索精度が向上する。ステップ３０１実行後、データベース処理部７は、処理を終了する。

図８は、時間計測部８（図１，２）が実行する情報処理のフロー図である。

時間計測部８は、まず、負荷変動検出部６から、計測開始信号Ｓ２４を取り込む（ステップ４００）。

次に、時間計測部８は、計測開始信号を取り込んだ、すなわち受信した時刻を始まりとして、制御方法探索に要している時間の計測を開始する（ステップ４０１）。

次に、時間計測部８は、計測した時間が所定の終了時間を超えたか否かを判定する（ステップ４０２）。時間計測部８は、計測時間が終了時間を超えた場合（ステップ４０２のＹＥＳ）、次にステップ４０３を実行し、超えていない場合（ステップ４０２のＮＯ）、次にステップ４０４を実行する。なお、終了時間は、発電機１３や、発電機１３を駆動する原動機の変動時定数（過渡的動作の時定数）に基づいて設定される。

ステップ４０３において、時間計測部８は、制御方法探索部９に処理の終了を指令する終了指令（信号Ｓ４５）を送る。時間計測部８は、ステップ４０３実行後、処理を終了する。

また、ステップ４０４において、時間計測部８は、処理時間の計測を継続し、再度ステップ４０２を実行する。

このような時間計測部８によれば、後述するように制御方法探索部９における制御方法探索処理に一定時間以上の時間を要する場合、所定の負荷変動抑制効果を満足する最終的な探索結果を得ることよりも、言わばある程度の効果がある探索途中段階の制御方法を用いて、制御目的である電源システムの安定化を優先することができる。

図９は、制御方法探索部９（図１，２）が実行する情報処理のフロー図である。

制御方法探索部９は、まず、データベース処理部７から、負荷変動情報（検出）およびデータベース処理部７が抽出した制御方法（信号Ｓ３５）を取り込む（ステップ５００）。

次に、制御方法探索部９は、ステップ５００で取り込んだ負荷変動情報（検出）および制御方法を、信号Ｓ５６として電源システム応答計算部１０に送る（ステップ５０１）。

次に、制御方法探索部９は、後述する電源システム応答計算部１０から、電源システム応答計算部１０が制御方法探索部からの信号Ｓ５６に応じて計算した制御方法の評価関数値を示す信号６５を受信したか否かを判定する（ステップ５０２）。制御方法探索部９は、信号Ｓ６５を受信した場合（ステップ５０２のＹＥＳ）、次にステップ５０３を実行し、受信していない場合（ステップ５０２のＮＯ）、ステップ５０２を再度実行する。

ステップ５０３において、制御方法探索部９は、電源システム応答計算部１０から受信した信号Ｓ６５が示す評価関数値を取り込む。

次に、制御方法探索部９は、ステップ５０３で取り込んだ評価関数値が、電源システムの機器の仕様や規格を基に予め算定される規定値以下であるか、もしくは時間計測部８から終了指令（信号Ｓ４５）を受信しているかを判定する（ステップ５０４）。制御方法探索部９は、評価関数値が規定値以下である場合、すなわち評価対象の制御方法により所望の負荷変動抑制効果が得られると予測される場合、もしくは終了指令を受信している場合、次に、ステップ５０５を実行する。また、制御方法探索部９は、評価関数値が規定値よりも大きく、かつ終了指令を受信していない場合、次に、ステップ５０７を実行する。

ステップ５０５において、制御方法探索部９は、現時点で評価された制御方法を、最終的な制御方法（信号Ｓ１０１）として、制御装置１１に送る。

次に、制御方法探索部９は、ステップ５０５で制御装置１１へ送った最終的な制御方法と、ステップ５００でデータベース処理部７から取り込んだ負荷変動情報（検出）とを、信号Ｓ５３として、データベース処理部７に送る（ステップ５０６）。ステップ５０６実行後、制御方法探索部９は処理を終了する。

また、ステップ５０７において、制御方法探索部９は、ステップ５００でデータベース処理部７から取り込んだ信号Ｓ３５が示す制御方法、すなわち現時点で評価された制御方法を基に、この制御方法における機器に対する操作量等を所定の範囲内で調整することにより、新たな制御方法を作成する。本ステップ５０７実行後、制御方法探索部９は、ステップ５０１以降を再度実行する。

このような制御方法探索部９により、制御装置１１に対して、所定時間内に、所望の負荷変動抑制効果が得られると予測される制御方法、もしくは、所望の効果ではなくてもある程度の負荷変動抑制効果が予測される制御方法を指令することができる。

図１０は、電源システム応答計算部１０が実行する情報処理のフロー図である。

電源システム応答計算部１０は、まず、制御方法探索部９から、前述の図９のステップ５０１で送信された信号Ｓ５６を取り込む（ステップ６００）。

次に、電源システム応答計算部１０は、取り込んだ信号Ｓ５６が示す負荷の動作変動が発生した船内給配電系統において、信号Ｓ５６が示す制御方法を実行した際における、発電機周波数や、水中プロペラの回転数（すなわち推進用電動機の回転数）等の過渡的な応答を計算する（ステップ６０１）。過渡的応答は、所定の運動方程式や回路方程式を用いて計算される。なお、船内給配電系統の過渡応答としては、負荷変動が発電機の動作に影響することによって変動が起きる電気的量（前述の発電機周波数や系統電圧など）や機械的量（前述の水中プロペラの回転数など）の過渡応答であればよい。

次に、電源システム応答計算部１０は、ステップ６０１で算出された過渡応答に基づいて、制御方法による負荷変動抑制効果を評価するために、所定の評価関数の値を計算し、計算した評価関数値を制御方法探索部９に信号Ｓ６５として送る（ステップ６０２）。本ステップ６０２実行後、電源システム応答計算部１０は処理を終了する。

ここで、評価関数は、制御方法の負荷変動抑制効果を評価するために用いられ、過渡応答の大きさとその定格値もしくは定常値との違いの大きさを表す。本実施例１では、評価関数Ｆが式（１）に設定される。

式（１）の評価関数Ｆにおいて、ｆ_ｂａｓｅは発電機周波数（回転周波数、もしくは出力電圧周波数）の定格周波数であり、ｆ（ｔ）は発電機周波数の過渡応答である。電源システム応答計算部１０は、図１０のステップ６０２で、評価関数Ｆの値、例えば最大値を算出し、算出値を評価関数値（信号Ｓ６５）として、制御方法探索部９へ送る。制御方法探索部９は、図９のステップ５０４で、この評価関数値が規定値以下であるかを判定する。この場合の規定値は、発電機１３について許容されるｆ_ｂａｓｅからの周波数変動値に基づいて予め設定される。

上述のように、本実施例１によれば、負荷の動作変動に関する情報と、この負荷の動作変動に応じて、発電機にかかる負荷の変動を抑制して電気推進船用電源システムを安定化するための制御方法に関する情報とが関連付けて蓄積されるデータベースを準備して、検出された負荷の動作変動に応じて、データベースを検索することにより、発電機にかかる負荷の変動を抑制できる制御方法が抽出される。これにより、種々の負荷の動作変動に対して、発電機にかかる負荷の変動を抑制できる制御方法を迅速に探索して電気推進船用電源システムに適用することができる。従って、発電機にかかる負荷の変動を確実に抑えることができる。

また、実施例１によれば、発電機にかかる負荷の変動を抑制するための制御方法が多数存在する場合でも、これらの制御方法から適正な制御方法を高速に探索することができる。従って、いわば制御方法に関する多数の知識を用いながらも、探索された制御方法を、リアルタイムに、すなわち負荷の動作変動の影響が大きく現れる前の時点で適用することができる。

また、実施例１によれば、データベースに、制御方法として、負荷の動作変動に対して二台以上の複数の機器を操作する制御方法を蓄積することにより、制御方法の自由度が広がる。これにより、様々な負荷の動作変動状態に対して、柔軟に対応することが可能になる。

また、実施例１においては、時間計測部８により探索処理に要する時間が管理される。これにより、制御方法適用のリアルタイム性が確保できる。

また、実施例１においては、抽出された制御方法を適用する場合の船内給配電系統すなわち電気推進船用電源システムの過渡応答を予測し、予測された過渡応答に基づいて、制御方法を評価する。これにより、発電機の負荷変動を確実に抑制できる制御方法を探索することができる。

また、検出された負荷変動情報およびこれに応じて探索された制御方法がデータベースに蓄積される。すなわち、いわば新たに取得された制御方法に関する知識がデータベースに蓄積される。これにより、負荷変動の影響を抑制できる適正な制御方法の探索精度が向上する。

次に、本発明の実施例２について説明する。なお、主に、実施例１と異なる点について説明する。

図１１は、本発明の実施例２である電気推進船用電源システムの電源システム制御装置内における信号あるいは情報の主たる流れを示す。図１１は、前述の図２に対応する。

図１１が示すように、本実施例２においては、実施例１（図２）と異なり、負荷変動検出部６は、負荷変動模擬部３０からの信号Ｓ１００−１を受ける。また、制御方法探索部９は、制御装置１１へ制御方法の実行を指令する指令信号Ｓ１０１を送信しない。

負荷変動模擬部３０は、負荷変動に関する信号Ｓ１００−１を送信するが、実施例１（図２）におけるセンサー１４とは異なり、電気推進船用電源システムにおける機器の故障や大容量負荷の使用などを想定した仮想的な負荷変動情報を生成し、信号Ｓ１００−１として負荷変動検出部６へ送信する。

なお、本実施例２における電気推進船用電源システムの構成は、電源システム制御装置１に上述の負荷変動模擬部３０が加わる以外、実施例１（図１）と同様である。

図１２は、本実施例２において負荷変動検出部６が実行する情報処理のフロー図である。図１２は、前述の図３に対応する。

図１２に示すように、負荷変動検出部６が実行する情報処理では、図３におけるステップ１００が、ステップ１００−１に置き換わる。このステップ１００−１において、負荷変動検出部６は、負荷変動模擬部３０からの信号Ｓ１００、すなわち仮想的な負荷変動情報を取り込む。従って、負荷変動検出部６は、仮想的な負荷変動情報について、ステップ１０１以降の処理を実行する。

データベース処理部７、時間計測部８および電源システム応答計算部１０については、負荷変動情報が仮想的な負荷変動情報になるだけで、各部とも実施例１（図６，７，８，１０）と同様の情報処理を実行する。

図１３は、本実施例２における制御方法探索部９（図１１）が実行する情報処理のフロー図である。図１３は、前述の図９に対応する。

図１３に示すように、制御方法探索部９が実行する情報処理では、負荷変動情報が仮想的な負荷変動情報になるほか、図９におけるステップ５０５は実行せず、ステップ５０４の次にステップ５０６が実行されて、処理が終了する。すなわち、制御方法探索部９は、仮想的な負荷変動情報に応じて探索された最終的な制御方法を制御装置１１に送信することなく、データベース処理部７へ送信する。

従って、データベース処理部７は、負荷変動模擬部３０が作成する仮想的な負荷変動情報と、仮想的な負荷変動情報が示す負荷変動による影響を抑制するための制御方法とを、データベース５に格納する。これにより、データベース５に、負荷変動による影響を抑制するための新たな制御方法が追加される。すなわち、図５に示すテーブルデータに新たな行（レコード）が追加される。

実施例１では、負荷変動が検出された場合に、探索された制御方法が、データベース５に蓄積される。これに対し、本実施例２では、発生する頻度が少ない負荷変動状態についても、このような負荷変動状態を仮想的な負荷変動情報とすることにより、制御方法に関するデータ量を確保することができる。

上述のように、本実施例２によれば、データベース５を拡充することが可能となる。従って、検出された負荷変動情報に対する制御方法の探索精度が向上する。

また、本実施例２による電源システム制御装置１は、センサー１４により負荷変動が検出されていないことを確認したら、もしくは、予め設定された時刻においてセンサー１４により負荷変動が検出されていないことを確認したら、仮想的な負荷変動情報に応じた制御方法を探索するようにしても良い。これにより、電気推進船用電源システムが稼動中において、仮想的な負荷変動情報を用いて、データベース５を自動的に拡充することができる。また、電気推進船用電源システムの運用者や管理者が、適切なタイミングで、例えば、電気推進船用電源システムが停止しているときや電気推進船用電源システムのメンテナンス時に、電源システム制御装置１に指令を与えて、仮想的な負荷変動情報によるデータベース拡充を実行させても良い。

なお、本実施例２による電源システム制御装置は、図１に示す電気推進船用電源システムにおける電源システム制御装置１とは独立していても良い。この場合、任意のタイミングで、データベース５を拡充できる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

例えば、電源システム制御装置１は、電気推進船用電源システムに限らず、分散電源システムのように、発電機および負荷装置を備え、商用電力系統とは切り離されて単独運転可能な種々の電源システムに適用できる。

１ 電源システム制御装置
２ 通信部
３ 記憶装置部
４ 演算部
５ データベース
６ 負荷変動検出部
７ データベース処理部
８ 時間計測部
９ 制御方法探索部
１０ 電源システム応答計算部
１１ 制御装置
１２ 負荷
１３ 発電機
１４ センサー
２０ データベース演算部
３０ 負荷変動模擬部

Claims (10)

1. 発電機と、前記発電機によって電力が供給される複数の負荷と、を含む複数の機器を備える電源システムの制御装置において、
   前記電源システムにおける前記負荷の動作変動を検出する負荷変動検出部と、
   前記負荷の動作変動に関する情報と、前記負荷の動作変動に応じて前記発電機の負荷変動を抑制するための制御方法に関する情報とが関連付けられて蓄積されるデータベースと、
   前記負荷変動検出部によって検出される前記負荷の前記動作変動に応じて、前記データベースを検索して、前記制御方法を抽出するデータベース処理部と、
   前記データベース処理部によって抽出される前記制御方法に基づいて、前記負荷変動検出部によって検出される前記負荷の前記動作変動に伴って発生する前記発電機の前記負荷変動を抑制するために、前記複数の機器のいずれかに指令する制御方法を探索する制御方法探索部と、
   を備えることを特徴とする電源システムの制御装置。
2. 請求項１に記載の電源システムの制御装置において、
   前記負荷の仮想的な前記動作変動を生成する負荷変動模擬部を備え、
   前記負荷変動検出部は、前記負荷変動模擬部が生成する仮想的な前記動作変動を検出することを特徴とする電源システムの制御装置。
3. 請求項１に記載の電源システムの制御装置において、
   前記負荷の前記動作変動のもとで、前記データベース処理部によって抽出される前記制御方法が適用される場合の、前記電源システムの過渡応答を計算し、前記過渡応答に応じて所定の評価関数の値を計算する電源システム応答計算部を備え、
   前記制御方法探索部は、前記電源システム応答計算部によって計算される前記評価関数の値に基づいて、前記複数の機器のいずれかに指令する前記制御方法を探索することを特徴とする電源システムの制御装置。
4. 請求項１に記載の電源システムの制御装置において、
   前記データベース処理部は、前記データベースにおいて、前記負荷変動検出部によって検出される前記負荷の前記動作変動に類似する前記負荷の動作変動に関する情報に関連付けられる前記制御方法を抽出することを特徴とする電源システムの制御装置。
5. 請求項１に記載の電源システムの制御装置において、
   前記データベース処理部は、前記データベースから抽出される複数の前記制御方法を平均化し、
   前記制御方法探索部は、前記データベース処理部によって平均化される前記制御方法に基づいて、前記複数の機器のいずれかに指令する前記制御方法を探索することを特徴とする電源システムの制御装置。
6. 請求項１に記載の電源システムの制御装置において、
   前記複数の機器のいずれかに指令する前記制御方法を探索するために要する時間を計測し、計測時間が所定の終了時間を超えたら、前記制御方法探索部に処理の終了を指令する時間計測部を備えることを特徴とする電源システムの制御装置。
7. 請求項１に記載の電源システムの制御装置において、
   前記データベース処理部は、前記負荷の前記動作変動と、前記制御方法によって探索される前記制御方法とを関連付けて、前記データベースに格納することを特徴とする電源システムの制御装置。
8. 発電機と、前記発電機によって電力が供給される複数の負荷と、を含む複数の機器を備える電源システムの制御方法において、
   前記負荷の動作変動を検出し、
   検出される前記負荷の前記動作変動に応じて、前記負荷の動作変動に関する情報と、前記負荷の動作変動に応じて前記発電機の負荷変動を抑制するための制御方法に関する情報とが関連付けられて蓄積されるデータベースを検索して、前記制御方法を抽出し、
   抽出される前記制御方法に基づいて、前記負荷の前記動作変動に伴って発生する前記発電機の前記負荷変動を抑制するために前記複数の機器のいずれかに指令する制御方法を探索することを特徴とする電源システムの制御方法。
9. 請求項８に記載の電源システムの制御方法において、
   前記負荷の前記動作変動のもとで、抽出される前記制御方法が適用される場合の、前記電源システムの過渡応答を計算し、前記過渡応答に応じて所定の評価関数の値を計算し、
   計算される前記評価関数の値に基づいて、前記複数の機器のいずれかに指令する前記制御方法を探索することを特徴とする電源システムの制御方法。
10. 電気推進船用電源システムにおいて、
    発電機と、前記発電機によって電力が供給される複数の負荷と、を含む複数の機器を備え、前記複数の負荷は、推進用の電動機を含み、
    さらに、前記複数の機器を制御する制御装置を備え、
    前記制御装置は、
    前記電気推進船用電源システムにおける前記負荷の動作変動を検出する負荷変動検出部と、
    前記負荷の動作変動に関する情報と、前記負荷の動作変動に応じて前記発電機の負荷変動を抑制するための制御方法に関する情報とが関連付けられて蓄積されるデータベースと、
    前記負荷変動検出部によって検出される前記負荷の前記動作変動に応じて、前記データベースを検索して、前記制御方法を抽出するデータベース処理部と、
    前記データベース処理部によって抽出される前記制御方法に基づいて、前記負荷変動検出部によって検出される前記負荷の前記動作変動に伴って発生する前記発電機の前記負荷変動を抑制するために、前記複数の機器のいずれかに指令する制御方法を探索する制御方法探索部と、
    を備えることを特徴とする電気推進船用電源システム。

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