JP3987529B2 - 孤立ネットワーク用電力供給システム - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも１台の発電機と少なくとも２組の三相電力系統を備えた孤立ネットワーク用電力供給システムに関する。

孤立ネットワーク用電力供給システムとは、全体的な電力供給システム、即ち電気エネルギつまり電力を発生し、伝送し、かつ最終的に再び他のエネルギ形態に変換する孤立した電力供給システムと意味する。その際、システムはそのサイズによって空間的に制限され、空間的な制約の少ない陸上の電力供給装置とは比較できない。かかるシステムは、特に海上に係留され、又は海上を動く装置に見出せる。そのような装置は、例えば船舶やその他の海上輸送船、掘削プラットホーム又は他の隔絶した、特に海上に係留されたエネルギ需要を伴う工業的設備である。

この種電力供給システムは、電気的な位相差を持つ少なくとも２組の三相電力系統を備え、それら三相電力系統から、並列接続された電力変換器を経て駆動装置に電力を供給する。両三相電力系統に位相差を持たせることで、電流と電圧の高調波が減少する。現在この種の位相差を持たせた三相電力系統は、電力変換器用変圧器を用いて実現され、両三相電力系統の位相差は開閉器群の然るべき選択によりもたらされる。

上述の孤立ネットワーク、特に海上の孤立ネットワーク用の電力供給システムでは、使用するシステム部品の大きな重量が深刻な問題を提起している。そのため現在、システムに含まれる電力変換器用変圧器や電力変換器等の装置の重量に関する最適化、即ち軽量化を試みる種々の対策が存在する。

本発明の課題は、少なくとも１台の発電機と少なくとも２組の三相電力系統を備えた孤立ネットワーク用電力供給システムを、特に上述の問題に関し一層改善することである。

上記課題は本発明によれば、電力供給装置の発電機が各々三相電力系統に割り当てられる少なくとも２組の三相巻線装置を備え、巻線装置には電圧が誘起され、発電機の巻線装置は空間的に、両三相電力系統の電圧位相が互いに電気的にずれるように配置されることによって達成される。

本発明によれば、両三相電力系統を構成する電力変換器用変圧器を完全に又は殆ど省略することで、重量とコストを低減し、更に設置場所を節約することができる。

両三相電力系統間の位相差は３０°とするのがよい。この位相差は、場合によっては出力側に並列に接続された電力変換器を介して給電される他の三相電力系統における電流と電圧の高調波を抑制し得る点で特に好ましい。

好ましくは、発電機の巻線装置をスロット内に短絡電流が最小となるように装着する。かくして、発電機における巻線装置の固定子側磁気結合による望ましくない電力導入を明らかに低減させ得る。

１組を超える多くの三相電力系統に負荷を接続するとよい。２組を超えた、又は多重の２つの三相電力系統が存在するなら、システム内の冗長性による損失を回避できる。

少なくとも１組の一次系統と少なくとも１組の二次三相電力系統を備え、少なくとも２組の三相電力系統が一次系統を形成し、この一次系統が二次三相電力系統の少なくとも１つに結合されるのがよい。かくして、一次および二次系統に、異なる電圧領域用に設計した、異なる開閉装置又は電力変換器又はその両者を使用できる。その際、電圧領域に関する設計は各々給電すべき負荷に合わせて定める。要するに、かくして場合によっては低圧領域用の好ましい装置が使用可能になるので、コストの低減を図り得る。

二次三相電力系統は発電機に結合するとよい。これにより、電力発生に際して他のシステムに事故が生じた時でも、二次系統又は一次系統の負荷に電力を供給できる。

少なくとも１組の一次系統と少なくとも１組の二次三相電力系統との結合は、二次三相電力系統に結合された発電機で発生した電力を一次系統に導くように行うとよい。かくして非常時に、二次系統に接続した発電機で、一次系統に接続した負荷に給電できる。

次に添付図面を参照し、本発明の実施例および更なる利点について説明する。

図１は、本発明による孤立ネットワーク用電力供給システムの一実施例を示す。ここでは両三相電力系統１ａ、１ｂに接続された発電機３が、例えばディーゼル機関用燃料の燃焼に伴い電気エネルギ、即ち電力を発生する。発電機３は各々三相電力系統１ａ、１ｂに割り当てられた２組の三相巻線装置を備え、各巻線装置に電圧が生ずる。巻線装置は発電機３内に空間的に、両三相電力系統１ａ、１ｂの電圧の位相が互いに電気的にずれるように配置されている。そのため両三相電力系統を構成する電力変換器用変圧器の全部又は一部を省略できる。

両三相電力系統１ａ、１ｂは共同して一次系統１を形成する。両三相電力系統１ａ、１ｂは、好ましくは電気的に３０°の位相差を持ち、少なくとも１組の変圧器装置４により二次三相電力系統２に電力を供給する。この結果二次三相電力系統２内の電流と電圧の高調波が減少する。図１に示す実施例では、変圧器装置４は二次側を並列接続した２台の変圧器を含んでいる。

一次系統１にも二次系統２にも図示しない負荷、例えば電動機や他の駆動装置を接続できる。二次系統２に接続された発電機７は非常用発電機としての機能を果たし、主発電機３が稼働しない場合に、二次系統２並びに一次系統１内への電力供給を保証する。

図２は、一次系統１に負荷６ａ、６ｂが接続された本発明による電力供給システムの他の実施例を示す。発電機３は、特に互いに３０°の電圧位相差を有する両三相電力系統１ａ、１ｂに接続されている。両三相電力系統１ａ、１ｂは一次系統１を形成する。両電力変換器５ａ、５ｂを介して電動機６ａ、６ｂに駆動電力が供給される。

一次系統１は、両変圧器４を経て二次三相電力系統２に接続されている。図には、電動機６ａ、６ｂに付加的に一次系統１に接続される他の負荷は示していない。二次三相電力系統２に、端子８ａ、８ｂ、８ｃを経て、図示しない他の負荷と、少なくとも１台の発電機とが接続される。

図２の実施例では、発電機３の構成により、特に三相電力系統１ａと１ｂに接続される固定子巻線の側に油井掘削に適する電動機６ａ、６ｂ等の負荷を接続する際、均等な負荷分配を可能としている。その場合、一次系統１内では可能な限り高電圧レベルでの運転が望ましい。

一次系統１への二次三相電力系統２の結合は、変圧器４で対称的に行う。その際、例えば両変圧器４の一次側は共に三角結線とするが、二次側は三角又は星形結線とする。

図３と図４は、一次系統１と二次三相電力系統２とを結合する変圧器装置４の更なる構成例を示す。ここで変圧器装置４の個々の巻線装置は、両一次三相電力系統１ａ、１ｂ、又は端子８ａ、８ｂ、８ｃを持つ二次三相電力系統２に割り当てられている。図３と４に示す変圧器装置４は、一体型の変圧器装置として実現できる。即ち、変圧器装置４は二次側に端子８ａ、８ｂ、８ｃに関し図示の如く単一の巻線装置のみを備える。

図３に示す変圧器装置４では、二次側の単一の巻線装置を二次三相電力系統２の側に星形結線で配置している。

図４に示す変圧器装置４では、二次側の単一の巻線装置を二次三相電力系統２の側に三角結線で配置している。

図１と２は、本発明による基本的な孤立ネットワーク用電力供給システムを示す。この種の少なくとも２組の電力供給システムを互いに結合できる。また本発明による少なくとも１組の電力供給システムを既存の孤立ネットワーク用電力供給システムに結合できる。

図１又は２に示す基本的な孤立ネットワーク用電力供給システムを複数組備える電力供給システムは、対応する高度の電力要求に応えるべく、主発電機３に対し付加的に他の主発電機３を備えてもよい。この電力供給システムは、単数又は複数の二次系統に給電する複数の一次系統１を備えるようにも構成できる。この電力供給システムは、単数の一次系統１が単数又は複数の二次三相電力系統２に給電し、又は単数の二次三相電力系統２が単数又は複数の一次系統１から給電され、又は両方式を併用するようにも構成できる。

本発明による電力供給システムは少なくとも同じ電力、自由度および容量の下で、全体として安価であり、既存のシステムより重量が明らかに少ない。更に位相差を有する２つの三相電力系統１ａ、１ｂを構成するために従来必要とした電力変換器を節約し、その結果、現存するシステムより明らかに僅かな場所しか必要としない。

本発明による孤立ネットワーク用電力供給システムの一実施例を示す回路図。 一次系統に負荷を持つ本発明による電力供給システムの一例を示す回路図。 一次系統および二次系統を結合する変圧器装置の一構成例を示す結線図。 一次系統および二次系統を結合する変圧器装置の他の構成例を示す結線図。

符号の説明

１ 一次系統、１ａ、１ｂ 三相電力系統、２ 二次三相電力系統、３ 発電機、４ 変圧器装置（変圧器）、５ａ、５ｂ 電力変換器、６ａ、６ｂ 電動機、７ 発電機、８ａ、８ｂ、８ｃ 端子

Claims (7)

1. 少なくとも１台の発電機（３）と少なくとも２組の三相電力系統（１ａ、１ｂ）とを備えた孤立ネットワーク用電力供給システムにおいて、
   前記発電機（３）が各々前記三相電力系統（１ａ、１ｂ）に割り当てられる少なくとも２組の三相巻線装置を備え、前記巻線装置には電圧が誘起され、前記発電機（３）の巻線装置は空間的に、前記両三相電力系統（１ａ、１ｂ）の電圧位相が互いに電気的にずれるように配置されたことを特徴とする電力供給システム。
2. 前記両三相電力系統（１ａ、１ｂ）間の位相差が３０°であることを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記発電機（３）の巻線装置が、短絡電流が最小となるようにスロット内に装着されたことを特徴とする請求項１又は２記載の電力供給システム。
4. １組より多くの三相電力系統（１ａ、１ｂ）に負荷（６ａ、６ｂ）が接続されたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の電力供給システム。
5. 少なくとも１組の一次系統（１）および少なくとも１組の二次三相電力系統（２）を備え、少なくとも２組の三相電力系統（１ａ、１ｂ）が前記一次系統（１）を形成し、この一次系統（１）が前記二次三相電力系統（２）の少なくとも１つに結合されたことを特徴とする請求項１から４の１つに記載の電力供給システム。
6. 前記二次三相電力系統（２）が発電機に結合されたことを特徴とする請求項５記載の電力供給システム。
7. 少なくとも１組の一次系統（１）と少なくとも１組の二次三相電力系統（２）との間の結合が、前記二次三相電力系統（２）に結合された発電機により発生された電力を前記一次系統（１）に導くように行われることを特徴とする請求項６記載の電力供給システム。

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