特表 2023-545111 電力システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-26

(54)【発明の名称】電力システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20231019BHJP

   B63J 99/00 20090101ALI20231019BHJP

   H02H 3/087 20060101ALI20231019BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 309Q

B63J99/00 A

H02J1/00 304D

H02J1/00 306D

H02H3/087

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023521757

(86)(22)【出願日】2021-09-16

(85)【翻訳文提出日】2023-04-10

(86)【国際出願番号】 EP2021075403

(87)【国際公開番号】W WO2022078697

(87)【国際公開日】2022-04-21

(31)【優先権主張番号】20201968.3

(32)【優先日】2020-10-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518102517

【氏名又は名称】ダンフォス・エディトロン・オーワイ

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】パークナイネン，ユッシ

(72)【発明者】

【氏名】ラナ，アンドレイ

【テーマコード（参考）】

5G004

5G165

【Ｆターム（参考）】

5G004AA04

5G004AB03

5G004BA03

5G004BA04

5G004DA01

5G004DC06

5G165BB04

5G165DA01

5G165EA02

5G165EA04

5G165EA10

5G165FA01

5G165GA01

5G165GA04

5G165HA07

5G165JA09

5G165LA02

5G165MA01

5G165MA02

5G165MA10

5G165NA01

5G165NA10

5G165PA05

(57)【要約】

電力システムが、直流電圧バス（１０１、１０２）と、それぞれが直流電圧バスの間に接続されている少なくとも２つのバス－タイリンク（１０３～１０５）と、を含む。各バス－タイリンクは、バス－タイリンクの正極と負極との間に少なくとも１つのキャパシタ（１０６～１１１）を含む。各バス－タイリンクのうち少なくとも１つの極は、ヒューズなどの過電流保護デバイス（１１２～１１７）を介して、直流電圧バスのそれぞれの極（１１８、１１９）に接続されている。バス－タイリンクのキャパシタは、障害電流を電力システムに供給して、ゾーン選択性が実現されるように過電流保護デバイスを動作させることが可能な、分散型キャパシタ蓄積を形成する。電力システムは、例えば、船又は別の船舶の電力システムとすることができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の直流電圧バス及び第２の直流電圧バス（１０１、１０２、２０１、２０２）を含む電力システムにおいて、
－前記電力システムが、前記第１の直流電圧バスと前記第２の直流電圧バスとの間にそれぞれが接続されている少なくとも２つのバス－タイリンク（１０３～１０５、２０３～２０５）をさらに含み、
－前記バス－タイリンクのそれぞれが、前記バス－タイリンクの第１の極と第２の極との間に少なくとも１つのキャパシタ（１０６～１１１、２０６、２０８、２１０）を含み、且つ、
－前記バス－タイリンクのそれぞれの少なくとも前記第１の極が、過電流保護デバイス（１１２～１１７、２１２～２１７）を介して、前記第１の直流電圧バス及び前記第２の直流電圧バスの第１の極（１１８、１１９、２１８、２１９）に接続され、前記過電流保護デバイスのそれぞれが、前記過電流保護デバイスの過電流状況に応じて電流を遮断するように構成されていることを特徴とする、電力システム。

【請求項2】

前記バス－タイリンクのそれぞれの前記第２の極が、他の過電流保護デバイス（２２０～２２５）を介して、前記第１の直流電圧バス及び前記第２の直流電圧バスの第２の極（２２６、２２７）に接続されている、請求項１に記載の電力システム。

【請求項3】

前記バス－タイリンク（１０３～１０５）のそれぞれが、それぞれが前記バス－タイリンクの前記第１の極と前記第２の極との間にある２つのキャパシタ（１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１）を含む、請求項１又は２に記載の電力システム。

【請求項4】

前記バス－タイリンクの物理的な長さの大部分が前記２つのキャパシタ（１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１）の間にあるように、前記２つのキャパシタが検討中の前記バス－タイリンクの端部の近傍にある、請求項３に記載の電力システム。

【請求項5】

前記第１の直流電圧バスが、前記第１の直流電圧バスの前記第１の極（１１８）と前記第１の直流電圧バスの第２の極との間にキャパシタ（１２６）を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の電力システム。

【請求項6】

前記第２の直流電圧バスが、前記第２の直流電圧バスの前記第１の極（１１９）と前記第２の直流電圧バスの第２の極との間にキャパシタ（１２７）を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の電力システム。

【請求項7】

前記第１の直流電圧バス及び前記第２の直流電圧バスのそれぞれが、過電流保護デバイス（１３０）が設けられ、且つ、前記電力システムの負荷に電力を供給するのに適した少なくとも１つの電源コンセント（１２８）を含む、請求項１～６のいずれか一項に記載の電力システム。

【請求項8】

前記バス－タイリンクのそれぞれの各キャパシタが、１つ又は複数の電気二重層キャパシタ素子を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の電力システム。

【請求項9】

前記過電流保護デバイスがヒューズを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の電力システム。

【請求項10】

前記バス－タイリンクのそれぞれが、前記第１の直流電圧バスと前記第２の直流電圧バスとの間の前記バス－タイリンクで実装される電気接続を切断するためのスイッチ断路器（２３１）を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載の電力システム。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか一項に記載の電力システムを含む船舶（１３２）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、必須ではないが、例えば、船又は別の船舶の電力システムとすることができる電力システムに関する。

【背景技術】

【0002】

多くの場合、電力システムは、負荷に電気エネルギーを供給するように構成され、且つ、互いに独立して動作可能性を維持することが求められる２つ以上の直流電圧バスを含む。電力システムは、例えば、船又は別の船舶の電力システムとすることができ、この場合、電力システムの負荷は、例えば、１つ又は複数の推進モータと、船舶の交流電圧ネットワークと、例えば、１つ又は複数のバウスラスタモータのようなその他の負荷と、を含む場合がある。モータは、有利には、交流電流「ＡＣ：ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ」モータであり、対応する負荷コンバータが、直流電圧バスの直流電圧をＡＣモータに適した交流電圧に変換するためのインバータである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

上記で言及した種類の電力システムの費用対効果に優れた設計は、通常動作のために相互接続された直流電圧バスを介しての電力の流れに大きく依存することになる場合が多く、その一方で、直流電圧バスが切断された状態であってもなお、故障時動作が可能である。典型的な設計では、直流電圧バスは、通常動作の間バス－タイリンクと相互接続されており、バス－タイリンクには、故障状況時に直流電圧バスを互いに切断するための、ヒューズ又は過電流継電器などの過電流保護デバイスが設けられている。しかしながら、例えば、バス－タイリンクに障害が発生した場合、障害電流は、両方の直流電圧バスから障害まで流れる可能性があるため、バス－タイリンクを直流電圧バスに接続する過電流保護デバイスはそれぞれ、障害電流の一部、例えば、約半分だけを通すので、上記で言及した種類の電力システムに関連して、過電流保護でゾーン選択性を維持することは難しい場合がある。したがって、短絡電流の利用可能性が制限されている直流電圧電気システム、及び／又はシステムの直流電圧キャパシタによって提供されている直流電圧電気システムでは、高電力定格バス－タイリンクは、過電流保護デバイスを起動して、例えば、バス－タイリンクに位置するヒューズを溶断するのに必要なエネルギーを供給するためには、直流電圧バスに多量の静電容量が必要である。

【課題を解決するための手段】

【0004】

以下は、様々な本発明の実施形態のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、単純化された概要を提示している。この概要は、本発明の広範な大要ではない。これは、本発明の主要な又は重要な要素を識別することを意図したものではなく、本発明の範囲を線引きすることを意図したものでもない。以下の概要は、本発明の例示的な実施形態のより詳細な説明に対する前置きとして単純化された形態において本発明のいくつかの概念を提示するものに過ぎない。

【0005】

本発明に従って、必須ではないが、例えば、船又は別の船舶の電力システムとすることができる新たな電力システムが提供されている。

【0006】

本発明による電力システムは、第１の直流電圧バス及び第２の直流電圧バス、並びに、それぞれが第１の直流電圧バスと第２の直流電圧バスとの間に接続されている、少なくとも２つのバス－タイリンクを含むとともに、
－バス－タイリンクのそれぞれが、バス－タイリンクの第１の極と第２の極との間に少なくとも１つのキャパシタを含み、且つ、
－バス－タイリンクのそれぞれの少なくとも第１の極が、過電流保護デバイス、例えば、ヒューズ又は過電流継電器を介して、第１の直流電圧バスの第１の極及び第２の直流電圧バスの第１の極に接続され、過電流保護デバイスのそれぞれが、過電流保護デバイスにおける過電流状況に応じて電流を遮断するように構成されている。

【0007】

上述のバス－タイリンクのキャパシタは、障害電流を電力システムに供給して、ゾーン選択性が実現されるように過電流保護デバイスを動作させることが可能な、分散型キャパシタ蓄積を形成する。上述のバス－タイリンクの第１の極、並びに第１の直流電圧バスの第１の極及び第２の直流電圧バスの第１の極は、例えば、バス－タイリンクの正極、並びに第１の直流電圧バスの正極及び第２の直流電圧バスの正極とすることができる。しかしながら、第１の極が負極であることもまたあり得る。

【0008】

本発明に従って、本発明による電力システムを含む新たな船舶もまた提供されている。船舶の電力システムの負荷は、例えば、１つ又は複数の推進モータ、船舶の交流電圧ネットワーク、及び／又は例えば、１つ又は複数のバウスラスタモータのような、その他の負荷を含む場合がある。モータは、有利には、交流電流「ＡＣ」モータであり、対応する負荷コンバータが、直流電圧をＡＣモータに適した交流電圧に変換するためのインバータである。

【0009】

例示的且つ非限定的な実施形態については、添付の従属請求項に記載されている。

【0010】

構造及び動作方法の両方に関する様々な例示的且つ非限定的な実施形態については、その追加の目的及び利点とともに、添付図面に関連して読めば、特定の例示的且つ非限定的な実施形態に関する以下の説明から、最もよく理解することができよう。

【0011】

「含む（ｔｏ ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「含む（ｔｏ ｉｎｃｌｕｄｅ）」という動詞は、本明細書においては、記述されていない特徴の存在を除外するものでも、必要とするものでもない、開かれた限定（ｏｐｅｎ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ）として使用されている。従属請求項において記述されている特徴は、そうではない旨が明示的に述べられていない限り、相互に自由に組み合わせることが可能である。さらに、「１つの（ａ）」又は「１つの（ａｎ）」の、すなわち、単数形の使用は、本明細書の全体を通じて、複数形を除外するものではないことを理解されたい。

【0012】

以下、例示の意味合いにおいて、また、添付図面を参照しながら、例示的且つ非限定的な実施形態及びそれらの利点について、さらに詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】例示的且つ非限定的な一実施形態による電力システムの概略図を示している。

【図2】例示的且つ非限定的な一実施形態による電力システムの概略図を示している。

【発明を実施するための形態】

【0014】

下記本明細書において提供されている特定の例は、添付の特許請求の範囲及び／又は適用可能性を限定するものであると解釈しないものとする。下記本明細書において提供されている例のリスト及び群は、そうではない旨が明示的に述べられていない限り、すべてを網羅したものではない。

【0015】

図１は、例示的且つ非限定的な一実施形態による電力システムの概略図を示している。この例示的な場合では、電力システムは、例えば、船とすることができる船舶１３２の電力システムである。電力システムは、第１の直流電圧バス１０１及び第２の直流電圧バス１０２を含む。図１に図示されている例示的な電力システムでは、第１の直流電圧バス１０１に接続された電源装置が、直流電圧－直流電圧「ＤＣ－ＤＣ」コンバータ１３２を介して、及び過電流保護デバイス１３３を介して、第１の直流電圧バス１０１に電気エネルギーを供給するように構成されたバッテリデバイス１３１を含む。しかしながら、例示的且つ非限定的な一実施形態による電力システムが、バッテリデバイスに加えて、又はバッテリデバイスの代わりに、例えば、発電機及び／又は燃料電池を含むこともまたあり得る。図１に図示されている例示的な場合では、過電流保護デバイス１３３は、ヒューズであるが、過電流保護デバイス１３３は過電流継電器であることもまたあり得る。

【0016】

第１の直流電圧バス１０１は電源コンセントを含み、電源コンセントはそれぞれ、電力システムの負荷に電力を供給するように構成されているとともに、過電流保護デバイスが設けられている。図１では、電源コンセントのうちの１つが参照符号１２８で表示され、電源コンセント１２８の過電流保護デバイス、例えば、ヒューズ又は過電流継電器が、参照符号１３０で表示されている。電源コンセント１２８によって供給される負荷は、参照符号１２９で表示されている。この例示的な場合では、負荷１２９は、交流電流「ＡＣ」推進モータ１３５と、第１の直流電圧バス１０１の直流電圧を推進モータ１３５に適した交流電圧に変換するためのインバータ１３４と、を含む。さらに、第１の直流電圧バス１０１は、船舶１３２の交流電流「ＡＣ」ネットワーク１３６の少なくとも一部を含む負荷に電気エネルギーを供給するための別の電源コンセントを含む。図１に図示されている例示的な電力システムでは、第２の直流電圧バス１０２に接続された電源装置及び負荷が、第１の直流電圧バス１０１に接続された、同様の電源装置及び負荷である。しかしながら、第１の直流電圧バス及び第２の直流電圧バスが、異なる電源装置及び／又は異なる負荷に接続されることもまたあり得る。

【0017】

電力システムは、それぞれが第１の直流電圧バス１０１と第２の直流電圧バス１０２との間に接続されているバス－タイリンクを含む。図１に図示されている例示的な場合では、電力システムは、３つのバス－タイリンク１０３、１０４、及び１０５を含む。しかしながら、例示的且つ非限定的な一実施形態による電力システムが、２つの直流電圧バスの間に２つのバス－タイリンクしか含まないこと、又は４つ以上のバス－タイリンクを含むこともまたあり得る。バス－タイリンクのそれぞれが、バス－タイリンクの第１の極と第２の極との間にキャパシタを含む。バス－タイリンク１０３は、キャパシタ１０６及び１０７を含み、バス－タイリンク１０４は、キャパシタ１０８及び１０９を含み、バス－タイリンク１０５は、キャパシタ１１０及び１１１を含む。それぞれのバス－タイリンク上では、バス－タイリンクの物理的な長さの大部分が２つのキャパシタの間にあるように、２つのキャパシタは、有利には、検討中のバス－タイリンクの端部の近傍にある。各キャパシタは、例えば、１つ又は複数の電気二重層キャパシタ「ＥＤＬＣ：ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ」素子を含む場合がある。

【0018】

バス－タイリンク１０３～１０５のそれぞれの第１の極は、過電流保護デバイス、例えば、ヒューズ又は過電流継電器を介して、第１の直流電圧バス１０１及び第２の直流電圧バス１０２の第１の極１１８及び１１９に接続されている。第１の極は、例えば、正電圧極とすることができる。過電流保護デバイスはそれぞれ、検討中の過電流保護デバイスの過電流状況に応じて電流を遮断するように構成されている。バス－タイリンク１０３は、過電流保護デバイス１１２及び１１３を介して、第１の直流電圧バス１０１及び第２の直流電圧バス１０２の第１の極１１８及び１１９に接続されている。同様に、バス－タイリンク１０４は、過電流保護デバイス１１４及び１１５を介して、第１の直流電圧バス及び第２の直流電圧バスの第１の極に接続され、また、バス－タイリンク１０５は、過電流保護デバイス１１６及び１１７を介して、第１の直流電圧バス及び第２の直流電圧バスの第１の極に接続されている。

【0019】

例証のために、バス－タイリンクのうちの１つに障害、例えば、短絡又は電線の対接地短絡がある例示的な障害状況について検討する。一般性を制限することなく、バス－タイリンク１０５に障害１３７がある障害状況について検討することができる。この例示的な場合では、電流がキャパシタ１１０及び１１１によって障害１３７に供給されている。さらに、電流は、第１の直流電圧バス１０１のキャパシタ１２６によって過電流保護デバイス１１６を介して、及び第２の直流電圧バス１０２のキャパシタ１２７によって過電流保護デバイス１１７を介して、障害１３７に供給されている。さらにその上、電流は、バス－タイリンク１０３のキャパシタ１０６及び１０７によって過電流保護デバイス１１２、１１３、１１６、及び１１７を介して、障害１３７に供給されている。さらにその上、電流は、バス－タイリンク１０４のキャパシタ１０８及び１０９によって過電流保護デバイス１１４、１１５、１１６、及び１１７を介して、障害１３７に供給されている。したがって、過電流保護デバイス１１６及び１１７の総電流は、多数の電源からの電流を含み、そのため、過電流保護デバイス１１６及び１１７は、過電流保護デバイス１１２～１１５が過電流保護デバイス１１２～１１５が反応するほどの長い時間にわたり多くの電流を伝導してしまう前に、電流を遮断し、これにより、バス－タイリンク１０５及び障害１３７を電力システムの他の部分から切り離す。

【0020】

次に、直流電圧バスのうちの１つに障害がある例示的な障害状況について検討する。一般性を制限することなく、第１の直流電圧バス１０１に障害１３８がある状況について検討することができる。この例示的な場合では、電流がキャパシタ１２６によって障害１３８に供給されている。さらに、キャパシタ１０６～１１１によって過電流保護デバイス１１２、１１４、及び１１６を介して、電流が障害１３８に供給されている。当然の帰結として、過電流保護デバイス１１２、１１４、及び１１６は、電流を遮断し、これにより、第１の直流電圧バス１０１は、第２の直流電圧バス１０２から切り離される。

【0021】

上記で提示されている例示的な障害状況によって図示されているように、バス－タイリンク１０３～１０５のキャパシタ１０６～１１１は、電力システムに障害電流を供給して、ゾーン選択性が実現されるように過電流保護デバイスを動作させることが可能な、分散型キャパシタ蓄積を形成する。

【0022】

図２は、例示的且つ非限定的な一実施形態による電力システムの概略図を示している。電力システムは、第１の直流電圧バス２０１及び第２の直流電圧バス２０２を含む。電力システムは、それぞれが第１の直流電圧バス２０１と第２の直流電圧バス２０２との間に接続されている、３つのバス－タイリンク２０３、２０４、及び２０５を含む。バス－タイリンクのそれぞれが、バス－タイリンクの第１の極と第２の極との間にキャパシタを含む。バス－タイリンク２０３は、キャパシタ２０６を含み、バス－タイリンク２０４は、キャパシタ２０８を含み、バス－タイリンク２０５は、キャパシタ２１０を含む。バス－タイリンク２０３～２０５のそれぞれの第１の極は、過電流保護デバイス２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、及び２１７、例えば、ヒューズ又は過電流継電器を介して、第１の直流電圧バス２０１及び第２の直流電圧バス２０２の第１の極２１８及び２１９に接続されている。同様に、バス－タイリンク２０３～２０５のそれぞれの第２の極は、過電流保護デバイス２２０、２２１、２２２、２２３、２２４、及び２２５を介して、第１の直流電圧バス２０１及び第２の直流電圧バス２０２の第２の極２２６及び２２７に接続されている。図２に図示されている例示的な電力システムでは、上述の第１の極は正極であり、上述の第２の極は負極である。図２に図示されている例示的な電力システムでは、バス－タイリンクは、第１の直流電圧バス２０１と第２の直流電圧バス２０２との間のバス－タイリンクで実装される電気接続を切断するためのスイッチ断路器２３１を含む。

【0023】

上記本明細書において提供されている特定の例は、添付の特許請求の範囲の適用可能性及び／又は解釈を限定するものであると解釈しないものとする。上記本明細書において提供されている例のリスト及び群は、そうではない旨が明示的に述べられていない限り、すべてを網羅したものではない。

【図1】

【図2】

【国際調査報告】