特許 6352123 移動体の推進システムの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6352123

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】移動体の推進システムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   B63H 21/20 20060101AFI20180625BHJP

   B63H 21/17 20060101ALI20180625BHJP

   B63J 3/02 20060101ALI20180625BHJP

   B63J 99/00 20090101ALI20180625BHJP

   B63H 21/21 20060101ALI20180625BHJP

   B60L 11/14 20060101ALI20180625BHJP

   B60L 11/18 20060101ALI20180625BHJP

   H02J 3/32 20060101ALI20180625BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20180625BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20180625BHJP

【ＦＩ】

   B63H21/20

   B63H21/17

   B63J3/02 A

   B63J99/00 A

   B63H21/21

   B60L11/14

   B60L11/18 A

   H02J3/32

   H02J7/00 X

   H02P9/04 N

【請求項の数】11

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2014-186407(P2014-186407)

(22)【出願日】2014年9月12日

(65)【公開番号】特開2016-55850(P2016-55850A)

(43)【公開日】2016年4月21日

【審査請求日】2017年7月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】江崎 秀明

(72)【発明者】

【氏名】浜松 正典

(72)【発明者】

【氏名】阪東 聡一郎

(72)【発明者】

【氏名】檜野 武憲

(72)【発明者】

【氏名】久次米 泰典

(72)【発明者】

【氏名】原田 芳輝

【審査官】 山尾 宗弘

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１４／１０３１９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１１６０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−４７０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３３３７５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６３Ｈ ２１／２０

Ｂ６０Ｌ １１／１４

Ｂ６０Ｌ １１／１８

Ｂ６３Ｈ ２１／１７

Ｂ６３Ｈ ２１／２１

Ｂ６３Ｊ ３／０２

Ｂ６３Ｊ ９９／００

Ｈ０２Ｊ ３／３２

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｐ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体を推進するための駆動軸に主軸が接続された電動発電機と、交流端が電力系統に接続されかつ直流端が直流中間部に接続された第１電力変換器と、直流端が直流中間部に接続されかつ交流端が前記電動発電機の電気端子に接続された第２電力変換器と、前記直流中間部に接続された蓄電装置と、を備え、前記駆動軸から機械力を受給して前記電力系統に電力を授与し、かつ前記電力系統から電力を受給して前記駆動軸に機械力を授与することが可能に構成された移動体の推進システムの制御方法であって、
第１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の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前記第１電力変換器をドループ制御し、
第２電力指令値に基づいて、前記第２電力変換器が電力変換する電力が当該第２電力指令値になるよう前記第２電力変換器を制御し、かつ、
前記第１電力指令値は、電力指令値であるか又は前記電動発電機の回転数指令値に基づいて生成される電力指令値である原電力指令値から変動成分を除去する処理を経て生成され、
前記第２電力指令値は、前記原電力指令値に基づくものである、移動体の推進システムの制御方法。

【請求項2】

前記蓄電装置のＳＯＣ(State Of Charge)を取得し、かつ、このＳＯＣが所定の範囲内に収まるように充放電を行うよう、充放電電力指令値を演算し、かつ、第２充放電電力指令値と第１充放電電力指令値との差が前記充放電電力指令値となるよう、前記第１充放電電力指令値と前記第２充放電電力指令値を生成し、
前記第１電力指令値を、前記原電力指令値から変動成分を除去する処理を経ることによって生成された第１推進電力指令値と、前記第１充放電電力指令値との加算により生成し、
前記第２電力指令値を、前記原電力指令値に基づいて生成された第２推進電力指令値と前記第２充放電電力指令値との加算により生成する、請求項１に記載の移動体の推進システムの制御方法。

【請求項3】

前記ドループ特性線は、電力系統の標準周波数に対しては第１電力指令値に設定し、標準周波数より高い周波数に対しては第１電力指令値より小さい前記電動発電機の発電電力又は第１電力指令値より大きい電動電力に設定され、前記標準周波数より低い周波数に対しては第１電力指令値より大きい前記電動発電機の発電電力又は第１電力指令値より小さい電動電力に設定される、請求項１に記載の移動体の推進システムの制御方法。

【請求項4】

前記ドループ制御は、電力系統の周波数を、実際の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にして行われる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の移動体の推進システムの制御方法。

【請求項5】

前記ドループ制御は、対系統授受電力を、実際の電力系統の周波数と前記ドループ特性線とから求まる電力になるように制御するようにして行われる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の移動体の推進システムの制御方法。

【請求項6】

前記原電力指令値は、操作卓又は自動船位保持システムから与えられる電動発電機の電力指令値である、請求項１又は２に記載の移動体の推進システムの制御方法。

【請求項7】

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、
前記原電力指令値は、操作卓又は自動船位保持システムから与えられる電動発電機の電力指令値に前記パワマネジメントシステムから与えられる電力指令値を加算したものである、請求項１又は２に記載の移動体の推進システムの制御方法。

【請求項8】

前記原電力指令値は、操作卓又は自動船位保持システムから与えられる電動発電機の回転数指令値と、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に基づくものである、請求項１又は２に記載の移動体の推進システムの制御方法。

【請求項9】

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、前記原電力指令値は、操作卓又は自動船位保持システムから与えられる電動発電機の回転数指令値と、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に前記パワマネジメントシステムから与えられる電力指令値を加算したものである、請求項１又は２に記載の移動体の推進システムの制御方法。

【請求項10】

前記原電力指令値から変動成分を除去する処理は、前記原電力指令値にローパスフィルタまたは位相補償フィルタを通過させるものである、請求項１又は２に記載の移動体の推進システムの制御方法。

【請求項11】

前記駆動軸の負荷を検出し、前記駆動軸の負荷が定常値より大きい場合は前記電動発電機の発電電力が減少または電動電力が増加するように推進電力補正値を求め、前記駆動軸の負荷が定常値より小さい場合は前記電動発電機の発電電力が増加または電動電力が減少するように推進電力補正値を求め、
算出した推進電力補正値を前記第２電力指令値に足し合わせる、請求項１又は２に記載の移動体の推進システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体の推進システムの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電動発電機及び双方向電力変換装置を備えた移動体推進システムとして、例えば特許文献１のような船舶のハイブリッド推進システムが知られている。この推進システムは、電力変換装置の直流部に接続された蓄電装置を備え、一時的な電力のアシストに利用している。具体的には、ウインチ等の起動によって稼働中の主発電機の能力を超える電力要求があった時、蓄電装置の放電を行うことで、追加の発電機の起動完了を待たずに迅速に電力を供給する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】米国特許第８０６２０８１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方、従来の推進システムでは、荒天時のプロペラレーシング等により、短周期の負荷変動が生じた場合、負荷変動が系統の周波数、電圧変動に影響を及ぼして停電に至る恐れが生じるという課題がある。

【0005】

そこで、本発明は、移動体の推進システムにおいて短周期の負荷変動が生じた場合に、電力系統への負荷変動の影響を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る、移動体の推進システムの制御方法は、移動体を推進するための駆動軸に主軸が接続された電動発電機と、交流端が電力系統に接続されかつ直流端が直流中間部に接続された第１電力変換器と、直流端が直流中間部に接続されかつ交流端が前記電動発電機の電気端子に接続された第２電力変換器と、前記直流中間部に接続された蓄電装置と、を備え、前記駆動軸から機械力を受給して前記電力系統に電力を授与し、かつ前記電力系統から電力を受給して前記駆動軸に機械力を授与することが可能に構成された移動体の推進システムの制御方法であって、第１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の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前記第１電力変換器をドループ制御し、第２電力指令値に基づいて、前記第２電力変換器が電力変換する電力が当該第２電力指令値になるよう前記第２電力変換器を制御し、かつ、前記第１電力指令値は、電力指令値であるか又は前記電動発電機の回転数指令値に基づいて生成される電力指令値である原電力指令値から変動成分を除去する処理を経て生成され、前記第２電力指令値は、前記原電力指令値に基づくものである。

【0007】

上記方法によれば、電動発電機が電動機として動作する場合、第１電力変換器は、電力系統の交流電力を、原電力指令値から変動成分を除去された電力指令値に基づく大きさの直流電力に変換してこれを直流中間部に出力する。一方、第２電力変換器は、直流中間部から直流電力を取り出してこれを、原電力指令値に基づく大きさの交流電力に変換してこれを電動発電機に出力する。すると、原電力指令値の変動成分に応じて、第１電力変換器から出力される電力に対して第２電力変換器から出力される電力に過不足が生じ、この過不足に応じて蓄電装置が充電又は放電される。

【0008】

また、電動発電機が発電機として動作する場合、第２電力変換器は、電動発電機の交流発電電力を原電力指令値に基づく大きさの直流電力に変換してこれを直流中間部に出力する。一方、第１電力変換器は、直流中間部から直流電力を取り出してこれを、原電力指令値から変動成分を除去された電力指令値に基づく大きさの交流電力に変換してこれを電力系統に出力する。すると、原電力指令値の変動成分に応じて、第２電力変換器から出力される電力に対して第１電力変換器から出力される電力に過不足が生じ、この過不足に応じて蓄電装置が充電又は放電される。

【0009】

一方の電力変換器から直流中間部に出力する電力と同じ量の電力を他方の電力変換器が直流中間部から取り出す場合、蓄電装置は動作しない。しかし、一方の電力変換器が直流中間部に出力する電力が他方の電力変換器が直流中間部から取り出す電力より大きい場合、直流中間部の電圧は上昇するので、直流中間部の電位は蓄電装置よりも高くなり、直流中間部から蓄電装置に電流が流れ、蓄電装置は充電される。また、一方の電力変換器が直流中間部に出力する電力が他方の電力変換器が直流中間部から取り出す電力より小さい場合、直流中間部の電圧は低下するので、直流中間部の電位は蓄電装置よりも低くなり、蓄電装置から直流中間部に電流が流れ、蓄電装置は放電される。このように、第１電力変換器と第２電力変換器との間で電力の授受に過不足がある場合のみ、蓄電装置は自動的に充放電される。

【0010】

あるいは、直流中間部と蓄電装置との間にＤＣ／ＤＣコンバータを設置し、ＤＣ／ＤＣコンバータが直流中間部の電圧を制御するようにしてもよい。この場合も同様に、第１電力変換器と第２電力変換器との間で電力の授受に過不足がある場合のみ、蓄電装置は自動的に充放電される。

【0011】

従って、第１電力変換器がドループ制御されるので、自立運転及び系統連系運転のいずれにも対応できる。しかも、第１電力変換器が原電力指令値から変動成分を除去された電力指令値に基づく大きさの電力を電力系統に対し授受し、第２電力変換器が原電力指令値に基づく大きさの電力に応じた機械力を駆動軸に対して電動発電機を介して授受し、かつ、第１電力変換器が電力系統に対して授受する電力と第２電力変換器が電動発電機を介して駆動軸に対して授受する機械力に対応する電力との差分が蓄電装置の充電又は放電によって賄われる。これにより、原電力指令値が短周期で変動した場合でも、第１電力変換器が電力系統に対して、原電力指令値の変動成分の影響を受けることなく安定して電力を授受するとともに、蓄電装置が原電力指令値の変動に応じて充放電することによって、第２電力変換器が電動発電機を介して駆動軸に対して原電力指令値の変動に応じた機械力を授受することができる。

【0012】

その結果、原電力指令値を変動させる必要がある場合でも、電力系統への変動の影響を抑制することができる。

【0013】

上記移動体の推進システムの制御方法では、前記蓄電装置のＳＯＣ(State Of Charge)を取得し、かつ、このＳＯＣが所定の範囲内に収まるように充放電を行うよう、充放電電力指令値を演算し、かつ、前記第２充放電電力指令値と前記第１充放電電力指令値との差が前記充放電電力指令値となるよう、第１充放電電力指令値と第２充放電電力指令値を生成し、前記第１電力指令値を、前記原電力指令値から変動成分を除去する処理を経ることによって生成された第１推進電力指令値と、第１充放電電力指令値との加算により生成し、前記第２電力指令値を、前記原電力指令値に基づいて生成された第２推進電力指令値と前記第２充放電電力指令値との加算により生成してもよい。

【0014】

上記方法によれば、蓄電装置のＳＯＣを取得し、ＳＯＣが所定の範囲に収まるように充放電電力指令値が演算される。ここではＳＯＣが所定の範囲よりも小さい場合は、蓄電装置を充電してＳＯＣが所定の範囲に収まるように充放電電力指令値が演算される。また、ＳＯＣが所定の範囲よりも大きい場合は、蓄電装置を放電してＳＯＣが所定の範囲に収まるように充放電電力指令値が演算される。この充放電電力指令値が第２充放電電力指令値と第１充放電電力指令値の差になるよう、第１充放電電力指令値と第２充放電電力指令値とが生成され、原電力指令値から変動成分を除去する処理を経た第１推進電力指令値と第１充放電電力指令値との加算により第１電力指令値が生成されるとともに、原電力指令値に基づいて生成された第２推進電力指令値と第２充放電電力指令値との加算により第２電力指令値が生成される。

【0015】

従って、第１電力指令値及び第２電力指令値が、蓄電装置のＳＯＣが所定の範囲に収まるように当該蓄電装置が充放電するように生成され、それによって、第１電力変換器のドループ制御及び第２電力変換器の電力制御を通じて、ＳＯＣが所定の範囲に収まるように蓄電装置が充放電される。その結果、蓄電装置が空又は過充電になることを防ぐことができる。ここでＳＯＣは、第２電力指令値と第１電力指令値の差に基づいて計算してもよいし、公知の方法、例えば蓄電装置に出入りする電力を計測して求めてもよい。

【0016】

移動体の推進システムの制御方法では、前記ドループ特性線は、電力系統の標準周波数に対しては第１電力指令値に設定し、標準周波数より高い周波数に対しては第１電力指令値より小さい前記電動発電機の発電電力又は第１電力指令値より大きい電動電力に設定され、前記標準周波数より低い周波数に対しては第１電力指令値より大きい前記電動発電機の発電電力又は第１電力指令値より小さい電動電力に設定されてもよい。

【0017】

上記方法によれば、電力系統の周波数目標値と第１電力変換器の対系統授受電力との関係を示すドループ特性線を、電力系統と連系させる上で好適に設定できる。

【0018】

上記移動体の推進システムの制御方法では、前記ドループ制御は、電力系統の周波数を、実際の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にして行われてもよい。

【0019】

上記方法によれば、ドループ制御によって第１電力変換器を周波数制御することができる。

【0020】

上記移動体の推進システムの制御方法では、前記ドループ制御は、対系統授受電力を、実際の電力系統の周波数と前記ドループ特性線とから求まる電力になるように制御するようにして行われてもよい。

【0021】

上記構成によれば、ドループ制御によって第１電力変換器を電力制御することができるので、自立運転及び電力系統上の他の発電機との系統連系運転が可能となる。

【0022】

上記移動体の推進システムの制御方法では、前記原電力指令値は、操作卓又は自動船位保持システムから与えられる電動発電機の電力指令値でもよい。

【0023】

上記方法によれば、原電力指令値が、操作卓又は自動船位保持システムから与えられる電動発電機の電力指令値であるので、電力系統への負荷変動の影響を抑制しつつ、第２電力変換器による電動発電機の電力制御を俊敏に行うことができる。

【0024】

上記移動体の推進システムの制御方法では、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、前記原電力指令値は、操作卓又は自動船位保持システムから与えられる電動発電機の電力指令値にパワマネジメントシステムから与えられる電力指令値を加算したものであってもよい。

【0025】

上記方法によれば、原電力指令値が、操作卓又は自動船位保持システムから与えられる電動発電機の電力指令値にパワマネジメントシステムから与えられる電力指令値を加算したものであるので、船舶のパワマネジメント制御を考慮しつつ第２電力変換器による電動発電機の電力制御を好適に行うことができる。

【0026】

上記移動体の推進システムの制御方法では、前記原電力指令値は、操作卓又は自動船位保持システムから与えられる電動発電機の回転数指令値と、電動発電機の実際の回転数との偏差によって得られる電動発電機の電力指令値に基づくものであってもよい。

【0027】

上記方法によれば、原電力指令値が、操作卓又は自動船位保持システムから与えられる電動発電機の回転数指令値と、電動発電機の実際の回転数との偏差によって得られる電動発電機の電力指令値であるので、電力系統への負荷変動の影響を抑制しつつ、電動発電機の俊敏な回転数制御が可能になる。

【0028】

上記移動体の推進システムの制御方法では、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、前記原電力指令値は、操作卓又は自動船位保持システムから与えられる電動発電機の回転数指令値と、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に前記パワマネジメントシステムから与えられる電力指令値を加算したものであってもよい。

【0029】

上記方法によれば、原電力指令値が、操作卓又は自動船位保持システムから与えられる電動発電機の回転数指令値と、電動発電機の実際の回転数との偏差によって得られる電動発電機の電力指令値にパワマネジメントシステムから与えられる電力指令値を加算したものであるので、船舶のパワマネジメント制御を考慮しつつ第２電力変換器による電動発電機の回転数制御を好適に行うことができる。

【0030】

上記移動体の推進システムの制御方法では、前記原電力指令値から変動成分を除去する処理は、前記原電力指令値にローパスフィルタまたは位相補償フィルタを通過させたものであってもよい。

【0031】

上記方法によれば、原電力指令値にローパスフィルタまたは位相補償フィルタを通過させることにより、原電力指令値から変動成分を除去するので、原電力指令値の高周波成分が抑制され、電動発電機への指令値の変動によって生じる電力系統への影響を抑制することができる。

【0032】

上記移動体の推進システムの制御方法では、前記駆動軸の負荷を検出し、前記駆動軸の負荷が定常値より大きい場合は前記電動発電機の発電電力が減少または電動電力が増加するように推進電力補正値を求め、前記駆動軸の負荷が定常値より小さい場合は前記電動発電機の発電電力が増加または電動電力が減少するように推進電力補正値を求め、算出した推進電力補正値を前記第２電力指令値に足し合わせてもよい。

【0033】

上記方法によれば、駆動軸の負荷の変動成分のみを加味した推進電力補正値を第２電力指令値に足し合わせることにより、積極的に主機の負荷変動を抑制することができ、燃費が向上するとともに、系統への影響を抑制することができる。従って、負荷変動に弱い種類のエンジンを主機に適用することが可能となる。

【発明の効果】

【0034】

本発明によれば、移動体の推進システムにおいて、燃費の悪化を抑制するとともに、電力系統への負荷変動の影響を抑制することができる。また、負荷変動に弱い種類のエンジンを主機に適用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】第１実施形態に係る移動体推進システムの構成を概略的に示すブロック図である。

【図2】図２（ａ）は、発電動作する電動発電機を制御する際に設定されるドループ特性線である。図２（ｂ）は、電動動作する電動発電機を制御する際に設定されるドループ特性線である。

【図3】図３（ａ）は、周波数制御時のドループ特性線である。図３（ｂ）は、電力制御時のドループ特性線である。

【図4】図１の移動体推進システムの制御系のブロック図である。

【図5】第２実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。

【図6】第３実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。

【図7】第４実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。

【図8】第５実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。

【図9】第６実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。

【図10】第７実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。

【図11】第８実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。

【図12】第９実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。

【図13】第１０実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。

【図14】本発明が適用される移動体推進システムの種類を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

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。

【0037】

（本発明の適用対象）
本発明の実施形態を説明する前に、本発明の適用対象を説明する。図１４は、本発明が適用される移動体推進システムの構成を示すブロック図である。図１４には、理解を容易にするために、移動体推進システムの典型例として、船舶の推進システムが示されている。移動体推進システムの構成は、船舶の種類に依存して異なる。本発明の推進システムが搭載される船舶の典型例として、ハイブリッド船、軸発電機搭載機械推進船、および電気推進船が挙げられる。

【0038】

図１４（ａ）に示すように、ハイブリッド船は、移動体推進システム１０と主機１７と推進器（典型的にはプロペラ）１１とを備えている。移動体推進システム１０は、電動発電機１９、第１電力変換器２５ａ、第２電力変換器２５ｂ、及び蓄電装置３０を備えている。電動発電機１９は、動力伝達機構（たとえば減速装置）２０を介して主機１７と推進器１１とに機械的に接続されている。また、電動発電機１９は第２電力変換器２５ｂと電気的に接続され、第２電力変換器２５ｂは直流中間部を介して第１電力変換器２５ａに接続されている。直流中間部には蓄電装置３０が直接、またはＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を介して接続されている。第１電力変換器２５は船内母線２２に接続されている。船内母線２２には主発電機１８が接続されている。ハイブリッド船では、電動発電機１９が、主発電機１８から第１電力変換器２５ａ及び第２電力変換器２５ｂを介して電力を受給して駆動力を発生し、それを推進器１１に授与することによって、主機１７による推進器１１の駆動をアシストする。また、電動発電機１９が、主機１７から動力を受給して発電し、それを第２電力変換器２５ｂ及び第１電力変換器２５ａを介して船内母線２２に授与することによって主発電機１８による船内母線への電力供給をアシストする。

【0039】

図１４（ｂ）に示すように、軸発電機搭載機械推進船は、ハイブリッド船と比較すると、主発電機を備えていたとしても、主発電機は電動発電機１９と系統連系することはなく、電動発電機１９が専ら発電機として動作する。従って、推進器１１は専ら主機１７によって駆動され、船内母線２２に接続された電気負荷の電力需要は電動発電機１９の発電電力によって賄われる。

【0040】

図１４（ｃ）に示すように、電気推進船は、ハイブリッド船と比較すると、主機を備えておらず、電動発電機１９が専ら電動機として動作する。従って、推進器１１は電動発電機１９によって駆動される。

【0041】

ここで、一般の移動体推進システムにおいて、「移動体」は特に限定されず、移動するものであればよい。たとえば、車両（鉄道車両、自動車等）、飛行機等が挙げられる。また、「推進器」は、特に限定されず、移動体を推進するものであればよい。たとえば、車輪、飛行用プロペラ等が挙げられる。「主機」は、一般的な「原動機」であればよい。また、軸発電機搭載機械推進移動体では、電動発電機１９は、単なる発電機であってもよい。また、電気推進移動体では、電動発電機１９は、単なる電動機であってもよい。

【0042】

（移動体推進システムの動作モード）
図１４（ａ）〜図１４（ｃ）を参照すると、ハイブリッド移動体における推進システム１０は、一般に、電気推進モード、推進加勢モード、並列モード、及び軸発モードの４つの動作モードを有する。推進加勢モードは、電動発電機１９を電動機として動作させて主機１７の推力をアシストする動作モードであり、並列モードは、電動発電機１９を発電機として動作させて、主発電機１８の電力をアシストする動作モードであり、両者はハイブリッド移動体に特有の動作モードである。電気推進モードは、電気推進移動体の動作に相当し、ハイブリッド移動体を電気推進移動体として動作させる動作モードである。換言すると、電気推進移動体の推進システムの動作は、ハイブリッド移動体の電気推進モードに相当する。

【0043】

軸発モードは、軸発電機搭載機械推進移動体の動作に相当し、ハイブリッド移動体を軸発電機搭載機械推進移動体として動作させる動作モードである。換言すると、軸発電機搭載機械推進移動体の推進システムの動作は、ハイブリッド移動体の軸発モードに相当する。

【0044】

電気推進モードの場合、電動発電機１９は回転数制御されることが一般的であるが、電力制御を行ってもよい。また、推進加勢モード、並列モード、及び軸発モードの場合、主機１７が回転数制御され、電動発電機１９は、電力制御されることが一般的である。

【0045】

以下では、電動発電機１９が回転数制御される制御モードを「回転数制御モード」と呼び、電動発電機１９が電力制御される制御モードを「電力制御モード」と呼ぶ。推進システム１０が、回転数制御モード及び電力制御モードを実行するためには、それぞれに専用の構成を備える必要がある。また、回転数制御モードと電力制御モードとは、相互に切り換えて別々に実行される。従って、制御モード毎に、その構成と動作とを一括し且つ個別に説明した方が理解しやすい。

【0046】

それ故、以下では、電動発電機１９を電力制御する実施形態と、電動発電機１９を回転数制御する実施形態とに分けて、本発明の実施形態を説明する。

【0047】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る移動体推進システム１０の構成を概略的に示すブロック図である。本実施形態は、電動発電機１９を電力制御する移動体推進システム１０を例示するものである。このような移動体推進システム１０として、推進加勢モード、並列モード、及び軸発モードを有するハイブリッド移動体の推進システム及び軸発電機搭載機械推進移動体の推進システムが相当する。なお、軸発電機搭載機械推進移動体の推進システムにおいては、電動発電機１９は発電機としてのみ動作する。

【0048】

図１に示すように、移動体は、推進システム１０および推進器１１を備えている。推進システム１０は、電動発電機１９と、電力変換装置２５と、蓄電装置３０と、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、本実施形態では、推進システム１０はハイブリッド船の推進システムである。従って、推進システム１０は、主機１７をさらに備えていて、この主機１７が、動力伝達機構（たとえば減速機構）２０を介して、推進器１１の駆動軸および電動発電機１９の主軸に互いに動力を伝達可能に接続されている。移動体は、特に限定されないが、本実施形態では、船舶である。

【0049】

推進器１１は、その駆動軸が推進システム１０の電動発電機１９の主軸および主機１７に接続されており、電動発電機１９および主機１７から伝達された動力を移動体の推力に変換する。本実施形態では、推進器１１は移動体である船舶を推進するプロペラである。

【0050】

電動発電機１９は、交流電力を動力に変換する電動機能、および、動力を交流電力に変換する発電機能を有している。電動発電機１９の主軸は、推進器１１を回転力によって駆動する駆動軸および主機１７に互いに動力伝達可能に接続されており、たとえば、減速装置、嵌脱可能なクラッチなどの動力伝達機構２０により推進器１１の駆動軸および主機１７に連結されている。また、電動発電機１９の電気端子は、双方向の電力変換装置２５を介して電力系統１８に接続されると共に、電力系統１８の母線を介して電力負荷に接続されている。電動発電機１９は、電動機として機能（電動動作）する場合、電力系統１８から電力変換装置２５を介して入力された電力を回転動力に変換し、動力を推進器１１に伝達する。一方、電動発電機１９は、発電機として機能（発電動作）する場合、推進器１１及び主機１７から伝達された回転動力を電力に変換し、電力を、電力変換装置２５を介して母線に出力する。

【0051】

電力系統１８は、母線（図１に示さず）、母線に接続された電力負荷（図示せず）、及び発電機（図１に示さず）等の他の電力源で構成されている。

【0052】

双方向の電力変換装置２５は、交流電力を一旦直流電力変換し、その変換により得られた直流電力を交流電力に変換して、電力系統１８および電動発電機１９の交流の周波数および電圧を相互に変換する機器である。電力変換装置２５は、その一方の端子が電力系統１８に接続され、他方の端子が電動発電機１９に接続されている。具体的には、電力変換装置２５は、第１電力変換器２５ａおよび第２電力変換器２５ｂを有している。第１電力変換器２５ａおよび第２電力変換器２５ｂは、一対の配線で構成されたＤＣリンク（直流中間部）により接続されている。

【0053】

第１電力変換器２５ａは、系統側電力変換器であって、たとえば双方向インバータで構成されている。第１電力変換器２５ａの交流端が電力系統１８に接続され、かつ、直流端がＤＣリンクに接続されている。第１電力変換器２５ａは、ＤＣリンクから入力された直流電力を交流電力に変換して電力系統１８に出力する。また電力系統１８から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクに出力する。

【0054】

第２電力変換器２５ｂは、電動発電機側電力変換器であって、たとえば双方向インバータで構成されている。第２電力変換器２５ｂの直流端がＤＣリンクに接続され、かつ、交流端が電動発電機１９に接続されている。第２電力変換器２５ｂは、電動発電機１９から入力された交流電力を直流電力に変換してＤＣリンクへ出力する。また、ＤＣリンクから入力された直流電力を交流電力に変換して電動発電機１９に出力する。

【0055】

蓄電装置３０は、ＤＣリンクに接続されており、ＤＣリンクの電圧（直流中間電圧）の変動を平滑化する。蓄電装置３０は、例えば二次電池、キャパシタ等のコンデンサ等で構成される。

【0056】

制御器１４は、第１電力変換器２５ａをドループ制御し、第２電力変換器２５ｂを電力制御することによって、電動発電機１９を制御する。「ドループ制御」は、制御器１４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１電力変換器２５ａに発電機に相当する特性を持たせる制御である。第１電力変換器２５ａ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。

【0057】

「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１８の周波数と、電力系統１８に対して第１電力変換器２５ａ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制御器１４（正確には後述するドループ制御部１４５（図４参照））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。

【0058】

本実施の形態では、ドループ制御において、電力系統１８の標準周波数および電力指令値Ｐｃに基づいてドループ特性線を設定する。そして、ドループ特性線上の目標値になるように電力系統１８の周波数または第１電力変換器２５ａの電力を制御している。このドループ特性線は、電力系統１８の周波数目標値と第１電力変換器２５ａの「対系統授受電力」の目標値との関係を示す。なお、「対系統授受電力」は、電力系統１８に対して第１電力変換器２５ａが授受する電力のうちの有効電力を意味する。以降、ドループ特性線の説明においては、対系統授受電力のうち第１電力変換器２５ａが電力系統に授与する電力を発電電力、第１電力変換器２５ａが電力系統から受給する電力を電動電力と呼ぶ。従って、正の電動電力は負の発電電力であり、正の発電電力は負の電動電力である。また、電動発電機から電力系統に向かう電力を正と定義し、電力系統から電動発電機に向かう電力を負と定義する。

【0059】

次に、図２（ａ）および図２（ｂ）を参照し、ドループ特性線の設定方法について説明する。図２（ａ）および図２（ｂ）は、ドループ特性線を表すグラフである。各グラフの縦軸に電力系統１８の周波数を示し、横軸に対系統授受電力を示す。

【0060】

図２（ａ）は、第１電力変換器２５ａが電力系統に電力を授与する際に設定されるドループ特性線である。図２（ａ）に示すように、第１電力変換器２５ａが電力系統に電力を授与する際には、ドループ特性線は、電力系統の標準周波数Ｆｓに対しては電力指令値Ｐｃに設定される。標準周波数Ｆｓより高い周波数に対しては電力指令値Ｐｃより小さい電動発電機の発電電力に設定される。一方、標準周波数Ｆｓより低い周波数に対しては電力指令値Ｐｃより大きい電動発電機の発電電力に設定される。

【0061】

図２（ｂ）は、第１電力変換器２５ａが電力系統から電力を受給する際に設定されるドループ特性線である。図２（ｂ）に示すように、第１電力変換器２５ａが電力系統から電力を受給する際には、ドループ特性線は、電力系統の標準周波数Ｆｓに対しては電力指令値Ｐｃに設定される。標準周波数Ｆｓより高い周波数に対しては電力指令値Ｐｃより大きい電動電力に設定される。一方、標準周波数Ｆｓより低い周波数に対しては電力指令値Ｐｃより小さい電動電力に設定される。

【0062】

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ドループ特性線は、電力系統１８の周波数の低下に応じて発電電力が増加して電動電力が減少する。

【0063】

ドループ特性線は、電力系統１８の標準周波数Ｆｓ、電動発電機１９に対する電力指令値Ｐｃおよび傾きにより定められる。電力系統１８の標準周波数Ｆｓは、電力系統１８ごとに予め定められており、たとえば、船舶における電源の標準周波数：６０Ｈｚや日本における電源の標準周波数：６０Ｈｚまたは５０Ｈｚが用いられる。電力指令値Ｐｃは、後述するように、操作者などにより入力された操作情報に基づいて設定される。ドループ特性線の傾きは、所定の値である。このため、標準周波数Ｆｓおよび電力指令値Ｐｃにより定められる点を通るように、ドループ特性線が設定される。これにより、電力指令値Ｐｃに応じてドループ特性線を変えることができる。なお、ここでは、標準周波数Ｆｓを電力系統１８の周波数に設定したが、標準周波数Ｆｓは適宜設定される。

【0064】

次に、図３（ａ）および図３（ｂ）を参照し、ドループ制御方法について説明する。図３（ａ）および図３（ｂ）は、ドループ特性線を表すグラフである。前述したように、ドループ特性線は、電力系統１８の標準周波数Ｆｓおよび電力指令値Ｐｃに基づいて設定される。図３（ａ）は、周波数制御時のドループ特性線である。図３（ｂ）は、電力制御時のドループ特性線である。各グラフの縦軸に電力系統１８の周波数を示し、横軸に対系統授受電力を示している。

【0065】

実際の電力系統１８の周波数（実際値）ｆおよび実際の対系統授受電力（実際値）Ｐは、各グラフのＸ印で示される。図３（ａ）の周波数制御では、Ｘ印で示す電力系統１８の周波数の実際値ｆは、Ｘ印で示す対系統授受電力の実際値Ｐとドループ特性線上とから求める周波数目標値ｆ^＊より小さい。このため、電力系統１８の周波数の実際値ｆが周波数目標値ｆ^＊になるように、第１電力変換器２５ａが制御される。また、図３（ｂ）の電力制御では、Ｘ印で示す対系統授受電力の実際値Ｐは、Ｘ印で示す電力系統１８の周波数の実際値ｆとドループ特性線とから求まる電力目標値Ｐ^＊より小さい。このため、対系統授受電力の実際値Ｐが電力目標値Ｐ^＊になるように、第１電力変換器２５ａが制御される。

【0066】

次に、図４を参照し、電動発電機１９を「電力制御モード」によって制御するための制御器１４の具体的な構成について説明する。図４は、移動体推進システム１０の制御系のブロック図である。

【0067】

制御器１４は、演算装置で構成されており、第１電力変換器２５ａおよび第２電力変換器２５ｂを制御する。制御器１４は、原電力指令値生成部１４２と、変動成分除去部１４４と、ドループ制御部１４５と、電力制御部１３０を有している。これらの制御器１４の各部は、それぞれ内蔵されるプログラムが演算装置により実行されることにより実現される機能である。

【0068】

原電力指令値生成部１４２は、操作卓１２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電力指令値である原電力指令値を生成する。ここでは原電力指令値生成部１４２は、例えば予め演算装置のメモリに記憶されたルックアップテーブルを参照してレバー位置に対応した原電力指令値を設定する。

【0069】

変動成分除去部１４４は、電力指令値である原電力指令値から変動成分を除去する処理を経て第１電力指令値を生成する。本実施の形態では、変動成分除去部１４４は、たとえば、ローパスフィルタまたは位相補償フィルタである。

【0070】

ドループ制御部１４５は、変動成分除去部１４４から出力される電力指令値に基づいて第１電力変換器２５ａをドループ制御する。ここで、ドループ制御部１４５は、第１電力指令値に基づいて、電力系統１８の周波数および対系統授受電力がドループ特性線上の一点となるように制御する。

【0071】

電力制御部１３０は、原電力指令値である第２電力指令値に基づいて、第２電力変換器２５ｂが電力変換する電力が第２電力指令値になるよう第２電力変換器２５ｂを制御する。

【0072】

次に、電動発電機を電力制御する場合の移動体推進システム１０の動作（移動体推進システム１０の制御方法）について図４を参照して説明する。

【0073】

操作者が推力を調整するために操作卓１２のレバーを操作すると、レバー位置を示す操作情報が原電力指令値生成部１４２へ出力される。原電力指令値生成部１４２では、内蔵された操作情報と電力指令値との関係を示すルックアップテーブルに基づいて、入力された操作情報に対応する原電力指令値を生成する。そして、変動成分除去部１４４では、電力指令値である原電力指令値から変動成分を除去する処理を経て第１電力指令値Ｐｃ１を生成し、これをドループ制御部１４５へ出力する。ドループ制御部１４５では、第１電力指令値Ｐｃ１に基づいて、図２（ａ）または図２（ｂ）に示すようにドループ特性線を設定する。このドループ特性線によって、操作情報に応じた電力系統１８の周波数目標値ｆ^＊または対系統授受電力の目標値Ｐ^＊が定められる。

【0074】

ドループ制御部１４５が第１電力変換器２５ａを周波数制御する場合には、図３（ａ）に示すように、対系統授受電力の実際値Ｐとドループ特性線とから周波数目標値ｆ^＊を求める。そして、ドループ制御部１４５は、周波数の実際値ｆが周波数目標値ｆ^＊に近づくように、電圧指令値または電流指令値を変化させ、これを第１電力変換器２５ａに与える。

【0075】

また、ドループ制御部１４５が第１電力変換器２５ａを電力制御する場合には、図３（ｂ）に示すように、電力系統１８の周波数の実際値ｆとドループ特性線とから電力目標値Ｐ^＊を求める。そして、ドループ制御部１４５は、対系統授受電力の実際値Ｐが電力目標値Ｐ^＊に近づくように、電圧指令値または電流指令値を変化させ、これを第１電力変換器２５ａに与える。

【0076】

次に、第２電力変換器２５ｂ等の動作を、電動発電機１９が電動機として動作する場合と電動発電機１９が発電機として動作する場合とに分けて説明する。

【0077】

まず、電動発電機１９が電動機として動作する場合について説明する。この場合、第１電力変換器２５ａは、上述のようにドループ制御しつつ、電力系統１８の交流電力を、原電力指令値から変動成分を除去された第１電力指令値Ｐｃ１に基づく大きさの直流電力に変換してこれを直流中間部の蓄電装置３０（図１）に出力する。一方、第２電力変換器２５ｂは、直流中間部の蓄電装置３０から直流電力を取り出してこれを、第２電力指令値Ｐｃ２に基づく大きさの交流電力に変換してこれを電動発電機１９に出力する。すると、原電力指令値の変動成分に応じて、第１電力変換器２５ａから出力される電力に対して第２電力変換器２５ｂから出力される電力に過不足が生じ、この過不足に応じて蓄電装置３０が充電又は放電される。これにより、操作卓１２のレバーの操作に応じて、主機１７の出力に電動発電機１９による駆動力を加えた推進力が推進器１１に伝達される。

【0078】

一方、電動発電機１９が発電機として動作する場合について説明する。この場合、第２電力変換器２５ｂは、電動発電機１９の交流発電電力を第２電力指令値Ｐｃ２に基づく大きさの直流電力に変換してこれを直流中間部の蓄電装置３０（図１）に出力する。一方、第１電力変換器２５ａは、直流中間部の蓄電装置３０から直流電力を取り出してこれを、原電力指令値から変動成分を除去された第１電力指令値Ｐｃ１に基づく大きさの交流電力に変換してこれを電力系統１８に出力する。すると、原電力指令値の変動成分に応じて、第２電力変換器２５ｂから出力される電力に対して第１電力変換器２５ａから出力される電力に過不足が生じ、この過不足に応じて蓄電装置３０が充電又は放電される。これにより、操作卓１２のレバーの操作に応じて、主機１７の出力から電動発電機１９による発電電力を除いた分の推進力が推進器１１に伝達される。

【0079】

尚、蓄電装置３０とＤＣリンク（直流中間部）との間に設置されたＤＣ／ＤＣコンバータによりＤＣリンクの電圧を制御するように構成した場合であっても、同様に、第１電力変換器２５ａと第２電力変換器２５ｂとの間で電力の授受に過不足がある場合のみ、蓄電装置３０は自動的に充放電される。

【0080】

以上の「電力制御モード」による動作により、第１電力変換器２５ａに対するドループ制御が行われるとともに、このドループ制御において電動発電機１９の電力（発電電力または消費電力（負の発電電力））がフィードバック制御される。これにより、自立運転及び系統連系運転のいずれにも対応できる。しかも、第１電力変換器２５ａが第１電力指令値Ｐｃ１に基づく大きさの電力を電力系統１８に対し授受し、第２電力変換器２５ｂが第２電力指令値Ｐｃ２に基づく大きさの電力に応じた機械力を推進器１１の駆動軸に対して電動発電機１９を介して授受し、かつ、第１電力変換器２５ａが電力系統に対して授受する電力と第２電力変換器２５ｂが電動発電機１９を介して推進器１１の駆動軸に対して授受する機械力に対応する電力との差分が蓄電装置３０の充電又は放電によって賄われる。これにより、原電力指令値が短周期で変動した場合でも、第１電力変換器２５ａが電力系統に対して、原動力指令値の変動成分の影響を受けることなく安定して電力を授受するとともに、蓄電装置３０が原電力指令値の変動に応じて充放電することによって、第２電力変換器２５ｂが電動発電機を介して駆動軸に対して原電力指令値の変動に応じた機械力を授受することができる。

【0081】

その結果、主機１７の負荷変動を抑制することができ、原電力指令値を変動させる必要がある場合でも、電力系統への変動の影響を抑制することができる。以て、荒天時等の負荷変動に際して移動体推進システム１０の安定動作が可能になる。

【0082】

また、変動成分除去部１４４により、原電力指令値をローパスフィルタまたは位相補償フィルタを通過させることにより、好適に原電力指令値から変動成分を除去することができ、ひいては、好適に電動発電機への指令値の変動によって生じる電力系統への影響を抑制することができる。

【0083】

また、原電力指令値が、操作卓１２のレバーから与えられる電動発電機１９の電力指令値であるので、電力系統への負荷変動の影響を抑制しつつ、第２電力変換器２５ｂによる電動発電機１９の電力制御を俊敏に行うことができる。

【0084】

（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推進システム１０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。

【0085】

図５は、第２実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。図５に示すように、制御器１４Ａは、自動船位保持システム（以下では、ＤＰＳ:Dynamic Positioning systemという）１５０からの入力手段（図示せず）を備える。

【0086】

ここでＤＰＳ１５０とは、船舶が洋上で定位置を保つ技術である。ＧＰＳ（全地球測位システム）等により船の位置を確認し、スラスタの推進力及び推進方向を調整することで、風や潮流等に流されることなく、船体の位置を一定に保持する。

【0087】

本実施形態では、このＤＰＳ１５０から与えられる電動発電機の電力指令値が原電力指令値である。そして、原電力指令値から変動成分を除去する処理を経て第１電力指令値Ｐｃ１が生成されるとともに原電力指令値に基づく第２電力指令値Ｐｃ２が生成される。これにより、第１電力変換器２５ａのドループ制御及び第２電力変換器２５ｂの電力制御が行われるとともに、電動発電機１９の発電／電動動作時において蓄電装置３０の充放電による負荷変動の抑制が可能になる。

【0088】

このような構成によれば、第１実施の形態と同様な効果に加えて、ＤＰＳ１５０による洋上での定位置の確保が可能となる。

【0089】

尚、制御器１４ＡがＤＰＳ１５０と操作卓１２のレバー操作と切り替え可能に接続されたＰＣＳ（Propulsion Control System）（図示せず）２６を備え、ＰＣＳから、原電力指令値である電動発電機の電力指令値が与えられるような構成でもよい。

【0090】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施の形態の移動体推進システム１０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。

【0091】

図６は、第３実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。図６に示すように、制御器１４Ｂは、パワマネジメントシステム（Power Management System、以下、単にＰＭＳという）１５１からの入力手段（図示せず）及び加減算器１７０を備える。

【0092】

ＰＭＳ１５１は、移動体における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ように構成される。

【0093】

ＰＭＳ１５１には、船舶の電力系統１８から現在の船舶の推力需要、電力需要、推力供給能力、及び電力供給能力を含む情報が入力される。ＰＭＳ１５１は、船舶の推力需要及び船舶の電力需要と推力供給能力及び電力供給能力とをそれぞれ比較し、移動体推進システム１０における電力と推力の過不足を調整するように、電動発電機１９が電動または発電する電力指令値を演算する。

【0094】

加減算器１７０は、操作卓１２から与えられる電動発電機の電力指令値にＰＭＳ１５１から与えられる電力指令値を加算して、原電力指令値を生成する。そして、原電力指令値から変動成分を除去する処理を経て第１電力指令値Ｐｃ１が生成されるとともに原電力指令値に基づく第２電力指令値Ｐｃ２が生成される。これにより、第１電力変換器２５ａのドループ制御及び第２電力変換器２５ｂの電力制御が行われるとともに、電動発電機１９の発電／電動動作時において蓄電装置３０の充放電による負荷変動の抑制が可能になる。

【0095】

このような構成によれば、電動発電機１９の電動又は発電の切り替えにより電力と推力の過不足を調整することができる。よって、第１実施の形態と同様な効果に加えて、ＰＭＳ１５１による電力系統１８の電力管理が可能となる。

【0096】

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態の移動体推進システム１０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。

【0097】

図７は、第４実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。図７に示すように、制御装置１４Ｃは、ＤＰＳ１５０、ＰＭＳ１５１からの入力手段（図示せず）及び加減算器１７０を備える。本実施形態では、原電力指令値が、ＤＰＳ１５０から与えられる電動発電機の電力指令値に、ＰＭＳ１５１から与えられる電力指令値を加算したものである点が第１実施形態と相違する。このような構成によれば、第１実施の形態と同様な効果に加えて、ＤＰＳ１５０による自動操縦及びＰＭＳ１５１による電力系統１８の電力管理の双方が可能となる。

【0098】

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態の移動体推進システム１０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。

【0099】

図８は、第５実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。図８に示すように、制御装置１４Ｅは、ＳＯＣ演算部１５５と、充放電電力指令値演算部１５６と、電力配分演算部１５７と、加減算器１７１、１７２、１７３を更に備える。

【0100】

加減算器１７３は、第２電力指令値Ｐｃ２から第１電力指令値Ｐｃ１を減算して、演算結果をＳＯＣ演算部１５５に出力する。ＳＯＣ演算部１５５は、入力された第２電力指令値Ｐｃ２と第１電力指令値Ｐｃ１の差に基づいてＳＯＣを計算する。

【0101】

ＳＯＣ演算部１５５は、入力された第２電力指令値Ｐｃ２と第１電力指令値Ｐｃ１の差に基づいて蓄電装置３０のＳＯＣを演算し、これを充放電電力指令値演算部１５６に出力する。

【0102】

充放電電力指令値演算部１５６は、入力されたＳＯＣに基づいて充放電電力指令値を演算し、これを電力配分演算部１５７に出力する。ここで充放電電力指令値は、ＳＯＣが所定の範囲内（例えば４０％〜６０％）に収まるように蓄電装置３０に充放電させるような値に決定される。

【0103】

電力配分演算部１５７は、入力された充放電電力指令値を、第１電力変換器２５ａを制御するドループ制御部１４５と、第２電力変換器２５ｂを制御する電力制御部１３０とに分配するように第１充放電電力指令値と第２充放電電力指令値を生成し、これらを加減算器１７１、１７２に出力する。本実施の形態では、第１充放電電力指令値と第２充放電電力指令値は、第２充放電電力指令値と第１充放電電力指令値との差が充放電電力指令値となるような値に生成される。第１充放電電力指令値と第２充放電電力指令値はどちらか一方にのみ値を配分し、他方はゼロにしてもよい。

【0104】

加減算器１７１は、変動成分除去部１４４により原電力指令値から変動成分を除去する処理を経ることによって生成された第１推進電力指令値と、第１充放電電力指令値とを加算して第１電力指令値Ｐｃ１を生成し、これをドループ制御部１４５に出力する。

【0105】

加減算器１７２は、原電力指令値に基づいて生成された第２推進電力指令値と第２充放電電力指令値とを加算して第２電力指令値Ｐｃ２を生成し、これを電力制御部１３０に出力する。

【0106】

以上のような構成において、第２電力変換器２５ｂ等の動作を、電動発電機１９が電動機として動作する場合と電動発電機１９が発電機として動作する場合とに分けて説明する。

【0107】

まず、電動発電機１９が電動機として動作する場合について説明する。この場合、第１電力変換器２５ａは、第１実施形態と同様にドループ制御しつつ、電力系統１８の交流電力を、原電力指令値から変動成分を除去された第１電力指令値Ｐｃ１に基づく大きさの直流電力に変換してこれを直流中間部に出力する。一方、第２電力変換器２５ｂは、直流中間部から直流電力を取り出してこれを、第２電力指令値Ｐｃ２に基づく大きさ（単位時間当たりの電力量）の交流電力に変換してこれを電動発電機１９に出力する。すると、原電力指令値の変動成分に応じて、第１電力変換器２５ａから出力される電力に対して第２電力変換器２５ｂから出力される電力に過不足が生じ、この過不足に応じて蓄電装置３０が充電又は放電される。

【0108】

このとき、第２電力指令値Ｐｃ２と第１電力指令値Ｐｃ１の差に基づいて蓄電装置３０のＳＯＣが演算され、ＳＯＣが所定の範囲よりも大きい場合（例えばＳＯＣが６０％以上）は、蓄電装置３０を放電してＳＯＣが所定の範囲に収まるように充放電電力指令値が演算される。一方で、ＳＯＣが所定の範囲よりも小さい場合（例えばＳＯＣが４０％以下）は、蓄電装置３０を充電してＳＯＣが所定の範囲に収まるように充放電電力指令値が演算される。そして、第１電力指令値Ｐｃ１及び第２電力指令値Ｐｃ２に反映される。尚、ＳＯＣが所定の範囲が所定範囲内にある場合（例えばＳＯＣが４０％〜６０％）は、蓄電装置３０を充放電させる必要は無いので充放電電力指令値はゼロに設定される。

【0109】

一方、電動発電機１９が発電機として動作する場合について説明する。この場合、第２電力変換器２５ｂは、電動発電機１９の交流発電電力を第２電力指令値Ｐｃ２に基づく大きさの直流電力に変換してこれを直流中間部に出力する。一方、第１電力変換器２５ａは、直流中間部から直流電力を取り出してこれを、原電力指令値から変動成分を除去された第１電力指令値Ｐｃ１に基づく大きさの交流電力に変換してこれを電力系統１８に出力する。すると、原電力指令値の変動成分に応じて、第２電力変換器２５ｂから出力される電力に対して第１電力変換器２５ａから出力される電力に過不足が生じ、この過不足に応じて蓄電装置３０が充電又は放電される。電動発電機１９が発電機として動作する場合でも上記のＳＯＣ制御が実行され、演算された充放電電力指令値が第１電力指令値Ｐｃ１及び第２電力指令値Ｐｃ２に反映される。

【0110】

従って、第１電力指令値Ｐｃ１及び第２電力指令値Ｐｃ２が、蓄電装置３０のＳＯＣが所定の範囲に収まるように蓄電装置３０が充放電するように生成され、それによって、第１電力変換器２５ａのドループ制御及び第２電力変換器２５ｂの電力制御を通じて、ＳＯＣが所定の範囲に収まるように蓄電装置３０が充放電される。その結果、蓄電装置３０が空又は過充電になることを防ぐことができる。

【0111】

つまり、本実施形態によれば、第１電力変換器２５ａのドループ制御及び第２電力変換器２５ｂの電力制御が行われるとともに、電動発電機１９の発電／電動動作時において蓄電装置３０のＳＯＣ制御を行いつつ充放電による負荷変動の抑制が好適に可能になる。

【0112】

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について説明する。本実施形態の移動体推進システム１０の構成は、第５実施形態と同様である。以下では、第５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。

【0113】

図９は、第６実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。図９に示すように、本実施形態では、ＳＯＣ演算部１５５は、公知の方法により、蓄電装置３０に出入りする電力を計測することによりＳＯＣを演算する点が第５実施形態と異なる。本実施形態でも、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0114】

（第７実施形態）
次に、第７実施形態について説明する。本実施形態は、電動発電機１９を回転数制御する移動体推進システム１０を例示するものである。このような移動体推進システム１０として、推進加勢モード、並列モード、及び軸発モードに加えて電気推進モードを有するハイブリッド移動体の推進システム及び電気推進移動体の推進システムが相当する。なお、電気推進移動体の推進システムにおいては、電動発電機１９は基本的に電動機として動作し、回生制動する場合には発電機として動作する。本実施形態におけるハイブリッド移動体および電気推進移動体の推進システム１０は、第１乃至第６実施形態の構成を備えており、本実施形態の構成と異なる部分のみが追加されている。そして、第１乃至第６実施形態によって実行される「電力制御」と本実施形態によって実行される「回転数制御」とを、切り替えて実行できるように適宜構成されている。

【0115】

本実施形態の移動体推進システム１０の構成は、第５実施形態とは一部異なる。以下では、第５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。

【0116】

本実施形態では、原電力指令値が、操作卓１２から与えられる電動発電機１９の回転数指令値と、電動発電機１９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１９の電力指令値に基づくものである点が第５実施形態と異なる。つまり、上記第１〜第６実施形態は、電動発電機１９の「電力制御」を実行する構成を例示するものであったが、本実施形態は、電動発電機１９の「回転数制御」を実行する構成を例示するものである。

【0117】

図１０は、第７実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。図１０に示すように、制御装置１４Ｆは、加減算器１７４と、ＰＩＤ制御部１５８を更に備える。そして、制御装置１４Ｆには電動発電機１９の実際の回転数が入力される。ここで電動発電機１９にはロータリーエンコーダ、レゾルバ等の回転数検出手段１９ａが設けられている。

【0118】

本実施形態では、原電力指令値生成部１４２は、操作卓１２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電動発電機１９の回転数指令値を生成し、これを加減算器１７４に出力する。ここでは原電力指令値生成部１４２は、例えば予め演算装置のメモリに記憶されたルックアップテーブルを参照してレバー位置に対応した回転数指令値を設定する。

【0119】

加減算器１７４は、原電力指令値生成部１４２より入力された電動発電機１９の回転数指令値から、回転数検出手段１９ａより入力された実際の回転数を減算し、これをＰＩＤ制御部１５８に出力する。

【0120】

ＰＩＤ制御部１５８は、入力された回転数指令値と、実際の電動発電機１９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原電力指令値を生成する。積分処理や微分処理については、省略してもよい。

【0121】

加減算器１７１は、変動成分除去部１４４により原電力指令値から変動成分を除去する処理を経ることによって生成された第１推進電力指令値と、第１充放電電力指令値とを加算して第１電力指令値Ｐｃ１を生成し、これをドループ制御部１４５に出力する。

【0122】

加減算器１７２は、原電力指令値に基づいて生成された第２推進電力指令値と第２充放電電力指令値とを加算して第２電力指令値Ｐｃ２を生成し、これを電力制御部１３０に出力する。

【0123】

ドループ制御部１４５は、変動成分除去部１４４から出力される電力指令値に基づいて第１電力変換器２５ａをドループ制御する。ここで、ドループ制御部１４５は、第１電力指令値Ｐｃ１に基づいて、第１実施形態の「電力制御モード」と同様の制御がなされ、電力系統１８の周波数および対系統授受電力がドループ特性線上の一点となるように制御する。

【0124】

以上のような構成において、第２電力変換器２５ｂ等の動作を、電動発電機１９が電動機として動作する場合について説明する。

【0125】

電動発電機１９が電動機として動作する場合、第１電力変換器２５ａは、電力系統１８の交流電力を、原電力指令値から変動成分を除去された第１電力指令値Ｐｃ１に基づく大きさの直流電力に変換してこれを直流中間部に出力する。一方、第２電力変換器２５ｂは、直流中間部から直流電力を取り出してこれを、第２電力指令値Ｐｃ２に基づく大きさの交流電力に変換してこれを電動発電機１９に出力する。電動発電機１９の電動動作における電動発電機１９の回転数は、推進器１１から伝達される負荷や、第２電力変換器２５ｂが電動発電機１９に与える電力によって定まる。このとき、蓄電装置３０は、第１電力変換器２５ａから出力される電力に対する第２電力変換器２５ｂから出力される電力の過不足に応じて充電又は放電する。

【0126】

以上の「回転数制御モード」による動作により、第１電力変換器２５ａに対するドループ制御が行われるとともに、電動発電機１９の回転数がフィードバック制御される。

【0127】

更に、本実施形態では、第１電力指令値Ｐｃ１及び第２電力指令値Ｐｃ２が、蓄電装置３０のＳＯＣが所定の範囲に収まるように蓄電装置３０が充放電するように生成されているので第５実施形態のＳＯＣ制御も実現される。

【0128】

また、原電力指令値が、操作卓１２のレバーから与えられる電動発電機１９の回転数指令値と、電動発電機１９の実際の回転数との偏差によって得られる電動発電機１９の電力指令値に基づいているので、電力系統への負荷変動の影響を抑制しつつ、電動発電機１９の俊敏な回転数制御が可能になる。

【0129】

（第８実施形態）
次に、第８実施形態について説明する。本実施形態の移動体推進システム１０の構成は、第７実施形態と同様である。以下では、第７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。

【0130】

図１１は、第８実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。図１１に示すように、本実施形態では、ＤＰＳ１５０により電動発電機１９の回転数指令値を生成し、これを加減算器１７４に出力する点が第７実施形態（図１０）と異なる。このような構成によれば、第７実施の形態と同様な効果に加えて、ＤＰＳ１５０による洋上での定位置の確保が可能となる。

【0131】

（第９実施形態）
次に、第９実施形態について説明する。本実施形態の移動体推進システム１０の構成は、第７実施形態と同様である。以下では、第７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。

【0132】

図１２は、第９実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。図１２に示すように、制御装置１４Ｈは、ＰＭＳ１５１及びＰＩＤ制御部１５８の後段に加減算器１７５を更に備える点が第７実施形態（図１０）と異なる。

【0133】

本実施形態では、原電力指令値は、操作卓１２から与えられる電動発電機の回転数指令値と、電動発電機１９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にＰＭＳ１５１から与えられる電力指令値を加算したものである。

【0134】

具体的には、加減算器１７５は、ＰＩＤ制御部１５８の出力値にＰＭＳ１５１から与えられる電力指令値を加算して、原電力指令値を生成する。そして、原電力指令値から変動成分を除去する処理を経て第１電力指令値Ｐｃ１が生成されるとともに原電力指令値に基づく第２電力指令値Ｐｃ２が生成される。

【0135】

このような構成によれば、電動発電機１９の電動又は発電の切り替えによる電力と推力の過不足を調整することができる。よって、本実施形態によれば、第７実施形態と同様な効果に加えて、ＰＭＳ１５１による電力系統１８の電力管理が可能となる。

【0136】

尚、本実施形態では、電動発電機１９の回転数指令値は、操作卓１２のレバー操作を通じて与えられたが、第８実施形態と同様に、ＤＰＳ１５０から与えられてもよい。

【0137】

（第１０実施形態）
次に、第１０実施形態について説明する。本実施形態の移動体推進システム１０の構成は、第７実施形態と同様である。以下では、第７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。

【0138】

図１３は、第１０実施形態に係る移動体推進システムの制御系のブロック図である。図１３に示すように、制御装置１４Ｉは、加減算器１７５と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１５９と、増幅器１６０を更に備える。更に、制御装置１４Ｉには、推進器１１の駆動軸に設けられた軸負荷検出手段１１ａから電動発電機１９の実際の駆動軸の負荷が入力される。軸負荷検出手段１１ａは、負荷計を用いて直接的に軸負荷を検出するように構成されてもよいし、回転数、電動発電機電流、可変ピッチプロペラ翼角などを用いて間接的に軸負荷を検出するように構成されてもよい。

【0139】

ＨＰＦ１５９は、軸負荷検出手段１１ａにより検出された軸負荷信号の高周波成分のみを通過させ、これを増幅器１６０に出力する。増幅器１６０は、ハイパスフィルタ１５９の出力値のゲインを調整して推進電力補正値を生成し、これを加減算器１７５に出力する。加減算器１７５は、第２電力指令値Ｐｃ２に、増幅器１６０の出力値である推進電力補正値を加算し、補正を施した第２電力指令値Ｐｃ２を加減算器１７３及び電力制御部１３０に出力するように構成されている。

【0140】

以上のような構成によれば、推進器１１の駆動軸の負荷を検出し、駆動軸の負荷が定常値より大きい場合は電動発電機１９の発電電力が減少または電動電力が増加するように推進電力補正値を求め、算出した推進電力補正値を第２電力指令値に足し合わせる。一方で、駆動軸の負荷が定常値より小さい場合は電動発電機１９の発電電力が増加または電動電力が減少するように推進電力補正値を求め、算出した推進電力補正値を第２電力指令値に足し合わせる。

【0141】

従って、本実施の形態によれば、第７実施形態の効果に加え、駆動軸の負荷の変動成分のみを加味した推進電力補正値を第２電力指令値に足し合わせることにより、積極的に主機の負荷変動を抑制することができ、燃費が向上するとともに、系統への影響を抑制することができる。従って、負荷変動に弱い種類のエンジンの主機への適用が可能となる。

【0142】

（その他の実施形態）
第７乃至第１０実施形態において、充放電指令を生成及び加算する構成を省略してもよい。

【0143】

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。

【産業上の利用可能性】

【0144】

本発明は、電動発電機と双方向電力変換器を備えた移動体の推進システムに有用である。

【符号の説明】

【0145】

１０ 移動体推進システム
１１ プロペラ（推進器）
１１ａ 軸負荷検出手段
１２ 操作卓
１４ 制御器
１７ 主機
１８ 電力系統（主発電機）
１９ 電動発電機
１９ａ 回転数検出手段
２０ 減速装置
２２ 船内母線
２５ 電力変換装置
２５ａ 第１電力変換器
２５ｂ 第２電力変換器
３０ 蓄電装置
１３０ 電力制御部
１４２ 原電力指令値生成部
１４４ 変動成分除去部（ＬＰＦ）
１４５ ドループ制御部
１５０ ＤＰＳ
１５１ ＰＭＳ
１５５ ＳＯＣ演算部
１５６ 充放電電力指令値演算部
１５７ 電力配分演算部
１５８ ＰＩＤ制御部
１５９ ＨＰＦ
１６０ 増幅部
１７０〜１７５ 加減算器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】