JP6263088B2 - 移動体のハイブリッド推進システムおよびその制御方法 - Google Patents
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Description
本発明者らは、移動体のハイブリッド推進システムに関して、双方向電力変換装置の制御をシームレスに切り替えることについて検討した。たとえば、電動発電機に加えて、原動機および電力系統の発電機を備えたシステムでは、双方向電力変換装置は、電動発電機が単独で発電する自立運転と、電動発電機及び電力系統の発電機の双方が発電する系統連系運転とを行う必要がある。一方、図11に示すように、電動機、発電機および電動発電機の運転モードとして、4つの運転モードがある。この運転モードとしては、電気推進モード、推進加勢モード、並列モードおよび軸発モードが挙げられる。
図1は、実施の形態1に係る移動体のハイブリッド推進システム10を概略的に示すブロック図である。図1に示すように、移動体は、ハイブリッド推進システム10および推進機11を備えている。ハイブリッド推進システム10は、電動発電機19および電力変換装置25および制御器14を備えている。電動発電機19は、1つまたは複数、移動体に設けられている。なお、移動体は、推進機11が発生した推力により移動する物であって、たとえば、船舶、自動車、鉄道車両などが挙げられる。
実施の形態2に係る移動体のハイブリッド推進システム10では、図5に示すように、制御器14がレートリミッタ146をさらに備える。図5は、実施の形態2に係る移動体のハイブリッド推進システム10の制御器14を概略的に示すブロック図である。
実施の形態3に係る移動体のハイブリッド推進システム10は、実施の形態1の移動体のハイブリッド推進システム10を船舶に適用した一例である。図6は、実施の形態3に係る移動体のハイブリッド推進システム10を概略的に示すブロック図である。
実施の形態4に係る移動体のハイブリッド推進システム10では、推進機11の駆動軸に作用する負荷または推進機11の回転数の周期的な変動に基づいて、電動発電機19の制御モードを設定する。
実施の形態5に係る移動体のハイブリッド推進システム10は、推進機11の駆動軸の回転速度に基づいて、電動発電機19の制御モードを選択する。図9は、実施の形態5に係る移動体のハイブリッド推進システム10を概略的に示すブロック図である。
実施の形態6に係る移動体のハイブリッド推進システム10は、制御モードの切り替え時に、レバー12からの回転数指令または電力指令を一時的に無効化する。図10は、実施の形態6に係る移動体のハイブリッド推進システム10の制御器14を概略的に示すブロック図である。なお、図10では、レートリミッタ146が制御器14に設けられているが、実施の形態1と同様に設けられていなくてもよい。
11 プロペラ(推進機)
14 制御器
17 主機
18 主発電機(電力系統)
19 電動発電機
25 電力変換装置
25a 第1電力変換器
25b 第2電力変換器
140 第1電力指令値出力部
141 第2電力指令値出力部
144 モード選択部
145 ドループ制御部
Claims (20)
- 移動体を推進する推進機を回転力によって駆動する駆動軸に動力伝達可能に接続された電動発電機と、
交流端が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、
直流端が前記直流中間部に接続され且つ交流端が前記電動発電機に接続された第2電力変換器と、
回転数指令値を設定可能であり、設定された回転数指令値に対する前記電動発電機の回転数の偏差に基づいて電力指令値を出力する第1電力指令値出力部と、
電力指令値を設定可能であり、設定された電力指令値を出力する第2電力指令値出力部と、
前記第1電力指令値出力部からの電力指令値と前記第2電力指令値出力部からの電力指令値とを選択して出力するモード選択部と、
前記モード選択部から出力される電力指令値に基づいて前記第1電力変換器をドループ制御するドループ制御部と、
前記直流中間部の電圧が一定になるように前記第2電力変換器を制御するよう構成された第2電力変換器制御部と、を備え、
前記ドループ制御部は、前記電力指令値に基づいて、前記電力系統の周波数と前記第1電力変換器が前記電力系統に対し授与又は受給する前記電動発電機の発電電力又は電動電力(以下、対系統授受電力という)とが、前記電力系統の周波数目標値と前記対系統授受電力の目標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制御するよう構成されている、移動体のハイブリッド推進システム。 - 前記ドループ特性線は、前記電力系統の標準周波数に対しては電力指令値に設定し、前記標準周波数より高い周波数に対しては電力指令値より小さい前記電動発電機の発電電力又は電力指令値より大きい電動電力に設定し、前記標準周波数より低い周波数に対しては電力指令値より大きい前記電動発電機の発電電力又は電力指令値より小さい電動電力に設定される、請求項1に記載の移動体のハイブリッド推進システム。
- 前記ドループ制御部は、前記電力系統の周波数を、実際の前記対系統授受電力と前記ドループ特性線とから求まる周波数になるように制御するよう構成されている、請求項1または2に記載の移動体のハイブリッド推進システム。
- 前記ドループ制御部は、前記対系統授受電力を、実際の前記電力系統の周波数と前記ドループ特性線とから求まる前記対系統授受電力になるように制御するよう構成されている、請求項1または2に記載の移動体のハイブリッド推進システム。
- 前記モード選択部から出力される電力指令値が、前記第1電力指令値出力部からの電力指令値と前記第2電力指令値出力部からの電力指令値との間で切り替わる場合、前記ドループ制御部に入力される前記電力指令値が連続的に変化するように構成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の移動体のハイブリッド推進システム。
- 前記モード選択部から出力される前記電力指令値を、その変化を制限して前記ドループ制御部に入力するレートリミッタをさらに備える、請求項5に記載の移動体のハイブリッド推進システム。
- 前記推進機を駆動する前記駆動軸に動力伝達可能に接続された原動機をさらに備え、
前記原動機が動作し且つ回転数制御される場合、前記モード選択部は、前記第2電力指令値出力部からの電力指令値を選択して出力するように構成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の移動体のハイブリッド推進システム。 - 前記電力系統に電力を供給する他の機器が接続されていない場合、前記モード選択部は、前記第2電力指令値出力部からの電力指令値を選択して出力するように構成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の移動体のハイブリッド推進システム。
- 前記移動体は、電力供給が電力需要を満たすように各発電設備に発電要求を出力するパワマネジメントシステムを有し、
前記モード選択部は、前記パワマネジメントシステムから前記発電要求を受けた場合は、前記第2電力指令値出力部からの電力指令値を選択して出力するよう構成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の移動体のハイブリッド推進システム。 - 前記推進機を駆動する前記駆動軸に作用する負荷または前記推進機の回転数の周期的な変動分を検出し、前記変動の振幅が所定の閾値以上である場合、前記モード選択部は、前記第1電力指令値出力部からの電力指令値を選択して出力するように構成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の移動体のハイブリッド推進システム。
- 前記推進機を駆動する前記駆動軸の回転速度を検出し、前記回転速度が所定の閾値以上である場合、前記モード選択部は、前記第1電力指令値出力部からの電力指令値を選択して出力するように構成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の移動体のハイブリッド推進システム。
- レバーをさらに備え、
前記第1電力指令値出力部は、前記レバーの操作量に基づいて前記回転数指令値を設定し、
前記第2電力指令値出力部は、前記レバーの操作量に基づいて前記電力指令値を設定するように構成されている、請求項1〜11のいずれか一項に記載の移動体のハイブリッド推進システム。 - 前記モード選択部から出力される電力指令値が、前記第1電力指令値出力部からの電力指令値と前記第2電力指令値出力部からの電力指令値との間で切り替わる場合、前記レバーの操作による前記回転数指令値または前記電力指令値の設定を無効化し、
前記切り替わる直前の時点における実際の前記電動発電機の回転数を仮の回転数指令値に設定し、前記レバーの操作量に対応する前記第1電力指令値出力部からの前記回転数指令値が、前記仮の回転数指令値に一致するまで、または、レバーが離散的な操作量を与える場合は前記仮の回転数指令値に最も近い値に対応する操作量となる位置まで、前記レバーが操作された時点で前記無効化を解除する、または、
前記切り替わる直前の時点における実際の前記対系統授受電力を仮の電力指令値に設定し、前記レバーの操作量に対応する前記第2電力指令値出力部からの電力指令値が、前記仮の電力指令値に一致するまで、または、レバーが離散的な操作量を与える場合は前記仮の電力指令値に最も近い値に対応する操作量となる位置まで、前記レバーが操作された時点で前記無効化を解除するよう構成されている、請求項12に記載の移動体のハイブリッド推進システム。 - 第1電力指令値出力部が積分要素を備え、前記モード選択部から出力される電力指令値が、前記第2電力指令値出力部からの電力指令値から前記第1電力指令値出力部からの電力指令値に切り替わる場合、前記第1電力指令値出力部からの電力指令値が前記切り替わる直前の時点における実際の前記対系統授受電力に一致するよう、前記積分要素の値を設定するように構成されている、請求項13に記載の移動体のハイブリッド推進システム。
- 表示部をさらに備え、
前記レバーの操作による前記回転数指令値または前記電力指令値の設定が無効化されている間、当該無効化を前記表示部に表示するように構成されている、請求項13または14に記載の移動体のハイブリッド推進システム。 - 前記移動体が船舶である、請求項12〜15のいずれか一項に記載の移動体のハイブリッド推進システム。
- 前記レバーは、前記駆動軸に動力伝達可能に接続された原動機の回転数指令または燃料供給量指令をさらに兼ねている、請求項16に記載の移動体のハイブリッド推進システム。
- 前記推進機は可変ピッチプロペラであり、
前記レバーは、前記可変ピッチプロペラの翼角指令をさらに兼ねている、請求項16に記載の移動体用のハイブリッド推進システム。 - 前記推進機は可変ピッチプロペラであり、
前記レバーは、前記駆動軸に動力伝達可能に接続された原動機の回転数指令と前記可変ピッチプロペラの翼角指令とを、所定のコンビネーションカーブに沿って同時に指令する機能をさらに兼ねている、請求項16に記載の移動体のハイブリッド推進システム。 - 移動体を推進する推進機を回転力によって駆動する駆動軸に動力伝達可能に接続された電動発電機と、
交流端が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、
直流端が前記直流中間部に接続され且つ交流端が前記電動発電機に接続された第2電力変換器と、を備える移動体のハイブリッド推進システムの制御方法であって、
回転数指令値を設定し、設定された回転数指令値に対する前記電動発電機の回転数の偏差に基づいて電力指令値を出力する第1電力指令値出力ステップと、
電力指令値を設定し、設定された電力指令値を出力する第2電力指令値出力ステップと、
前記第1電力指令値出力ステップの電力指令値と前記第2電力指令値出力ステップの電力指令値とを選択して出力するモード選択ステップと、
前記モード選択ステップによって出力される電力指令値に基づいて前記第1電力変換器をドループ制御するドループ制御ステップと、
前記直流中間部の電圧が一定になるように前記第2電力変換器を制御する第2電力変換器制御ステップとを含み、
前記ドループ制御ステップにおいて、前記電力指令値に基づいて、前記電力系統の周波数と前記第1電力変換器が前記電力系統に対し授与又は受給する前記電動発電機の発電電力又は電動電力(以下、対系統授受電力という)が、前記電力系統の周波数目標値と前記対系統授受電力の目標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制御する、移動体のハイブリッド推進システムの制御方法。
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