JP7214823B1 - エネルギーマネージメントシステム - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統において安定な電力給電が行えるエネルギーマネージメントシステムを提供する。【解決手段】システムは、発電手段４０の出力より構成される交流母線５０と、発電手段の出力を検出する第１電力検出手段３１と、直流電源１０を電源として構成される直流母線５１と、直流電源を電源として回転機軸を駆動、制動するための発電電動機に接続される発電駆動用電力変換器２２と、交流母線と直流母線を接続して電力を双方向に変換する交直母線電力変換器２１と、交直母線電力変換器の出力を検出する第２電力検出手段３２と、第１電力検出手段が検出した第１出力値及び第２電力検出手段により検出された第２出力値が入力され、交流母線電力及び直流母線電力の電力分担量を決定する制御器３０を備え、発電手段の出力と交直母線電力変換器の交流部を並列運転する際に、発電駆動用電力変換器に与える電力調整量を交直母線電力変換器に連動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統におけるエネルギーマネージメントシステムに関する。

移動体における電力貯蔵装置や電動発電機を組合せた系統安定化方法は特許文献１に示されるような手段が提案されている。また、船舶の電力設備と運用方法については発電手段とエネルギー貯蔵装置を組合せた特許文献２に示されるような設備や方法が提案されている。

図１１に特許文献１で示される従来技術による電力システムを示す。１１０は第１電力貯蔵装置、１２０は第２電力貯蔵装置、１２１は第１電力変換器、１２２は第２電力変換器、１２３は第３電力変換器、１２４は第４電力変換器、１３０は制御システム、１４０は主発電機、１５０は交流船内母線、１５１は直流中間母線、１６０は船内電力負荷、１７０は主機、１８０は推進用電動発電機、１９０はプロペラである。

主発電機１４０から構成される交流船内母線１５０には、船内電力負荷１６０と電力貯蔵するための第１電力変換器１２１を介した第１電力貯蔵装置１１０及び第２電力変換器１２２を介した第２電力貯蔵装置１２０が接続されている。また、主機１７０と同軸に接続されたプロペラ１９０を駆動する推進用電動発電機１８０も第４電力変換器１２４を通じて一度直流中間母線１５１に電力変換され、その後、第３電力変換器を介して交流船内母線１５０に接続される。第１電力変換器１２１及び第２電力変換器１２２は制御システム１３０により充放電制御される。

ここで、第１電力変換器１２１は第２電力変換器１２２よりもエネルギー密度が大きく、第２電力変換器１２２は第１電力変換器１２１よりも出力密度が大きい機器が選定されている。

この電力システムにおいてはベース電力を給電するように第１電力貯蔵装置１１０を第２電力貯蔵装置１２０より優先的に放電させ、負荷変動を伴う作業時には系統安定化用として第２電力貯蔵装置１２０を第１電力貯蔵装置１１０より優先させるように充放電制御を行う。また、主機１７０に変動が生じた場合は推進用電動発電機１８０の駆動又は発電電力を調整するように第２電力貯蔵装置１２０を第１貯蔵装置１１０より優先させるように充放電制御を行う。

以上の構成によれば、負荷変動や主機１７０の変動に対して電力貯蔵装置のエネルギー密度や出力密度に応じて電力給電を行うことができ、電力システムにおけるエネルギー分担方法としてよく知られている。

図１２に特許文献２で示される従来技術による電力設備及び運用方法を示す。

２１０はエネルギー貯蔵手段、２２１は電力変換器、２２２は始動器、２３０は第１切替手段、２３１は第２切替手段、２３２は第３切替手段、２４０は主発電機、２５０は交流船内母線、２６０は第１船内電力負荷、２６１は第２船内電力負荷、２６２は第３船内電力負荷である。

主発電機２４０から構成される交流船内母線２５０には始動器２２２により駆動される第１船内電力負荷２６０と第１切替手段２３０を介して第２船内電力負荷２６１及び第３船内電力負荷２６２が接続されている。また、電力貯蔵するために、交流船内母線２５０から第２切替手段２３１を介して電力変換器２２１に接続されて、変換された電力はエネルギー貯蔵手段２１０に蓄えられる。さらに、電力変換器２２１は第３切替手段２３２、第１切替手段２３０を介して交流船内母線２５０に接続されている。

ここで、主発電機２４０の負荷率と負荷の基準値の比較及びエネルギー貯蔵手段２１０のエネルギー充填量と充填の基準の比較に応じて、発電量が小さく且つエネルギー貯蔵量が大きい場合は主発電機２４０を停止させて、エネルギー貯蔵手段２１０より負荷給電を単独給電モードとして運用し、発電量が小さく且つエネルギー貯蔵量が小さい場合は主発電機２４０よりエネルギー貯蔵手段２１０へ充電を行う充填モードとして運用し、発電量が大きく且つエネルギー貯蔵量が大きい場合は主発電機２４０及びエネルギー貯蔵手段２１０の共に負荷給電を行うアシストモードとして運用し、発電量が大きく且つエネルギー貯蔵量が小さい場合はエネルギー貯蔵手段２１０を休止させて発電機２４０より負荷給電するように運用させる。

以上の構成は、発電量及びエネルギー貯蔵量に応じて交流母線２５０に接続される回路を切替えることで貯蓄エネルギーを有効利用しながら負荷給電できる運用方法としてよく知られている。

特許第６７５７５７０号公報 特許第５３５７５２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では直流母線に接続される変換器を介した回転機やバッテリ、燃料電池等の直流母線機器間の負荷分担方法については記載されておらず、交流母線の負荷変動に応じて電力変換器を使い分けることはできるものの、直流母線に接続される機器の負荷変動に対処することができない。また、交流負荷の変動に対応させて電力変換器を選択して動作させることで、直流母線電圧の変動を招いた場合、交流母線の変動を誘発する恐れもある。

特許文献２に記載の技術では発電手段とエネルギー貯蔵手段の状況に応じて回路を切り替える設備と運用方法が示されているが、エネルギー貯蔵装置が直流母線のような複合設備から構成される場合にあっては、直流母線に接続されたそれぞれの設備の運転状況に応じた複雑な判断や手続きが必要であった。

本発明は、電力変換器で接続された交流母線と直流母線で構成される電力系統において安定な電力給電が行えるエネルギーマネージメントシステムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、発電手段の出力より構成される交流母線と、前記発電手段の出力を検出する第１電力検出手段と、直流電源を電源として構成される直流母線と、前記直流電源を電源として回転機軸を駆動、制動するための発電電動機に接続される発電駆動用電力変換器と、前記交流母線と前記直流母線を接続して電力を双方向に変換する交直母線電力変換器と、前記交直母線電力変換器の出力を検出する第２電力検出手段と、前記第１電力検出手段により検出された第１出力値及び前記第２電力検出手段により検出された第２出力値が入力され、前記交流母線の電力及び前記直流母線の電力の電力分担量を決定して前記発電手段及び発電駆動用電力変換器及び前記交直母線電力変換器のそれぞれに電力調整量を指示する制御器を備え、前記発電手段の出力と前記交直母線電力変換器の交流部を並列運転する際に、前記発電駆動用電力変換器に与える電力調整量を前記交直母線電力変換器に連動させることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は請求項１記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記発電手段がエネルギー貯蔵装置と充放電用電力変換器により構成されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は請求項１または請求項２記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する電力調整量をパルス信号で与えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は請求項１または請求項２記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、制御器から指示する電力調整量を電力に対応した連続信号で与えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は請求項１乃至請求項４の何れかに記載のエネルギーマネージメントシステムに対して、前記交直母線電力変換器の出力を検出して前記制御器に検出電力信号を入力する第３電力検出手段を追加した構成において、前記制御器から指示する前記発電駆動用電力変換器に与える電力調整量を、前記直流母線に接続される機器台数に応じて比率設定することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は請求項１乃至請求項５の何れかに記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する前記発電手段への電力調整量を優先的に設定することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は請求項１乃至請求項４の何れかに記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する前記交直母線電力変換器に与える電力調整量の内、前記発電駆動用電力変換器に与える電力調整量を優先的に設定することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は請求項１乃至請求項４の何れかに記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する交直母線電力変換器に与える電力調整量の内、前記発電駆動用電力変換器に与える電力調整量を、ゼロを含む最小分量に設定することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は請求項１乃至請求項４の何れかに記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する前記発電駆動用電力変換器に与える電力調整量を優先的に設定するとともに、前記発電駆動用電力変換器に与える電力調整量と前記交直母線電力変換器に与える電力調整量を連動させることを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は請求項９記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する前記交直母線電力変換器に与える電力調整量を負荷に応じて変化させることを特徴とするエネルギーマネージメントシステム。

請求項１１に記載の発明は請求項１乃至請求項４の何れかに記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する電力調整量を前記直流母線に接続されるバッテリの充放電量が変化しないように前記発電手段の出力及び前記発電駆動用電力変換器に配分設定することを特徴とする。

本発明のエネルギーマネージメントシステムによれば、電力変換器で接続された交流母線と直流母線で構成される電力系統において安定な電力給電が行えるエネルギーマネージメントシステムを提供することができる。

本発明の第１の実施形態を示す図。 本発明の第２の実施形態を示す図。 本発明の第３の実施形態における制御器から出力される電力調整量を説明するための図。 制御器による電力負荷分担の基本動作について示すフローチャート。 本発明の第６の実施形態による制御器の動作を示すフローチャート。 本発明の第７の実施形態による制御器の動作を示すフローチャート。 本発明の第８の実施形態による制御器の動作を示すフローチャート。 本発明の第９の実施形態による制御器の動作を示すフローチャート。 本発明の第１０の実施形態による制御器の動作を示すフローチャート。 本発明の第１１の実施形態による制御器の動作を示すフローチャート。 従来技術による電力システムを示す図。 従来技術による電力設備及び運用方法を示す図。

＜第１の実施形態＞
（構成）
図１は本発明の第１の実施形態を示す図である。図１において、１０は第１エネルギー貯蔵装置、２１は交直母線電力変換器、２２は発電駆動用電力変換器、３０は制御器、３１は第１電力検出手段（電力検出器）、３２は第２電力検出手段（電力検出器）、４０は発電手段（主発電機）、５０は交流母線、５１は直流母線、６０は電力負荷、７０は主機、８０は発電電動機（回転機）、９０は回転負荷機である。発電手段は、例えばディーゼル機関４０１などで駆動されて発電する発電機４０２を含む。
（作用）
発電手段４０により構成される交流母線５０により電力負荷６０に給電されている。一方、第１エネルギー貯蔵装置１０で構成される直流母線５１には、主機７０及び回転負荷機９０の同軸に接続された発電電動機８０を駆動、制動制御するための発電駆動用電力変換器２２が接続されている。尚、発電電動機８０の接続は、主機７０や回転負荷機９０の同軸に限らず変速機を介した連動する軸構成であってもよい。また、交流母線５０と直流母線５１は、交直母線電力変換器２１により接続され、双方向に電力変換を行うことができる。交流母線５０は、発電手段４０及び交直母線電力変換器２１と並列運転を行っており、電力負荷６０へ給電される電力分担を制御器３０の電力調整量の指示に応じて行う。

一般に、発電手段４０は、調速機において垂下特性を有しており、発電手段４０と異なる発電手段との並列運転時における負荷分担は、例えば、ディーゼル機関４０１の調速操作（発電機４０２の出力周波数操作）又は異なる発電手段の調速操作（出力周波数操作）又はその両方によって電力分担量を変化させる方法で行われる。

制御器３０は、第１電力検出手段３１より検出された発電手段４０の出力電力値（第１出力値）が入力され、第２電力検出手段３２より検出された交直母線電力変換器２１の出力電力値（第２出力値）が入力され、第３電力検出手段３３より検出された発電駆動用電力変換器２２の出力電力値（第３出力値）が入力され、各出力電力値に基づいて発電手段４０と交直母線電力変換器２１と発電駆動用電力変換器２２に電力調整量又は増減操作を指示する。第２電力検出手段３２は、交直母線電力変換器２１の交流部の電力又は直流部の電力の何れを検出するものでもよい。また、第３電力検出手段３３は、直流母線５１と発電駆動用電力変換器２２の間の直流電力又は発電電動機（回転機）８０の電機子電力を計測するものでもよく、回転機軸のトルク及び回転速度から出力値を算出するものでもよい。

ここで、第１の実施形態における制御器３０は、交直母線電力変換器２１に指示する電力と連動させて発電駆動用電力変換器２２に同量の電力指示を与える。このように作用させることで、交流母線５０に接続された電力負荷６０の変化に応じて交直母線電力変換器２１へ指示する電力を変化させる場合、発電駆動用電力変換器２２へ指示する電力を同量の変化となるように変化レートと量を連動させることで、主機７０に同軸に接続された発電電動機８０より回収される電力が交流母線５０に接続された電力負荷６０の変化に連動する。ここで示す同量の電力は変換器の効率を無視している。そのため、厳密に入出力量を同量とするために、効率を考慮して入力に損失分を加えた量にしてもよい。

このことから、交直母線電力変換器２１の交流側及び直流側の通過電力が同じになることで、直流母線５１を安定させたまま、交流母線５０に接続された電力負荷６０の変化にスムーズに対応することができる。

（効果）
第１の実施形態によれば、交流負荷変化に応じて直流電力を連動変化させることで、直流母線の電圧や電流を動揺させることなく、交流母線及び直流母線の安定を維持しつつ負荷分担を行うことが可能となる。

＜第２の実施形態＞
（構成）
図２は本発明の第２の実施形態を示す図である。第１の実施形態に対して発電手段４０の代わりに、第２エネルギー貯蔵装置２０を電源として交流母線充放電用電力変換器２３を接続した手段に置き換えた構成である。加えて他の発電手段２４（例えば、発電機、他のエネルギー貯蔵装置、船外電源など）により交流母線５０に電源を給電するプラグイン電路４５を有する。その他の構成要素は第１の実施形態と同様につき説明は割愛する。

（作用）
交流母線５０は、第２エネルギー貯蔵装置２０に交流母線充放電用電力変換器２３を接続した貯蔵電源より構成される。また、交流母線５０は、他の発電手段２４より電源給電を行うことができるプラグイン電路４５を有しており、プラグイン電路４５に他の発電手段２４を接続して、交流母線充放電用電力変換器２３を充電動作させることで、第２エネルギー貯蔵装置２０を充電することができる。

交流母線５０の電力負荷６０の電力分担は、第１の実施形態と同様に制御器３０の電力調整量の指示に応じて行う。交流母線充放電用電力変換器２３は、出力周波数に垂下特性を有しており、交直母線電力変換器２１との並列運転時における負荷分担は交流母線充放電用電力変換器２３と交直母線電力変換器２１のそれぞれの垂下特性と制御器３０から与えられる出力周波数の増減操作によって電力分担量を変化させる方法で行われる。

第１の実施形態と同様に、制御器３０は、交直母線電力変換器２１に指示する電力と連動させて発電駆動用電力変換器２２に同量の電力指示を与える。これにより、交直母線電力変換器２１の交流側及び直流側の通過電力が同じになることで、直流母線５１を安定させたまま、交流母線に接続された電力負荷の変化にスムーズに対応することができる。ここで示す同量の電力は変換器の効率を無視している。そのため、厳密に入出力量を同量とするために、効率を考慮して入力に損失分を加えた量にしてもよい。

（効果）
第２の実施形態によれば、発電手段として第２エネルギー貯蔵装置２０と交流母線充放電用電力変換器２３を設けた構成において、交流負荷変化に応じて直流電力を連動変化させることで、直流母線の電圧や電流を動揺させることなく、交流母線及び直流母線の安定を維持しつつ負荷分担を行うことが可能となる。

＜第３の実施形態＞
（構成）
第３の実施形態における構成は、第１の実施形態乃至第２の実施形態と同様であるので説明を割愛する。

（作用）
第１の実施形態及び第２の実施形態において、負荷分担を説明する際、発電手段の構成の違いのみであり、分担の作用に影響がないため、以後の説明は発電手段４０を代表として説明する。特記なき場合、発電手段４０は、第２の実施形態の第２エネルギー貯蔵装置２０と交流母線充放電用電力変換器２３を組合せた貯蔵手段と読み替えてもよい。また、発電手段の構成においては、発電手段４０と第２エネルギー貯蔵装置２０と交流母線充放電用電力変換器２３の並列された組合せであってもよい。

制御器３０から発電手段４０、交直母線電力変換器２１、発電駆動用電力変換器２２へ出力される電力調整量は、図３（Ａ）で示す増パルス信号、図３（Ｂ）で示す減パルス信号で与える。制御器３０は、負荷増の場合は増パルスを所定の時間オンして、負荷減の場合は減パルスを所定の時間オンすることで増減操作が行われる。

ここで、図３（Ｃ）に示す増減の基準となる基準値（電力基準又は回転速度基準又は周波数基準）、及び増パルス信号、減パルス信号の入力期間における変化レートは、発電手段４０、交直母線電力変換器２１、発電駆動用電力変換器２２のそれぞれの機器で設定値が定義されている。該設定値は、あらかじめ定めた固定値やユーザによる任意の設定値でもよい。また、パルス信号は、ハード機器で構成された接点信号、有線無線を問わない通信信号でインタフェースしてもよい。

（効果）
第３の実施形態によれば、交流母線に接続された発電手段の負荷分担操作を制御器からパルス信号を与えることで行うことができ、簡単な演算や操作、インタフェースで構築することができる。

＜第４の実施形態＞
（構成）
第４の実施形態における構成は、第１の実施形態乃至第２の実施形態と同様であるので説明を割愛する。

（作用）
制御器３０から発電手段４０、交直母線電力変換器２１、発電駆動用電力変換器２２へ出力される電力調整量は、発電総出力量の総和に対してあらかじめ設定した分担割合量を演算して、連続した電力指令信号（連続信号）で与える。制御器３０は、演算された分担量（電力）に応じた電力指令信号（連続信号）を、それぞれに送ることで増減操作を行う。

例えば、発電手段４０と交直母線電力変換器２１の出力を５０％ずつで分担する場合、電力指令信号＝発電総出力量／２と演算される。一般化すると、一方の電力指令信号＝発電総出力量×ＫＰ、他方の電力指令信号＝発電総出力量×（１－ＫＰ）と表すことができる。ＫＰは比率であり０～１の数値を取る。

ここで、電力指令信号は、ハード機器で構成されたアナログ信号、有線無線を問わない通信信号でインタフェースしてもよい。また、図３に示す演算を制御器３０内にて行うことで第３の実施形態との組合せのようにアナログ信号をパルス信号から生成してもよい。さらに、発電手段が２台以上存在する場合は発電手段で分担する電力の比率の和が１となるように任意に配分すればよい。

（効果）
第４の実施形態によれば、機器の負荷分担操作を連続した電力信号で指示することができ、即座に分担電力を決定することができ、負荷変動に対して応答を早めたシステムが可能となる。

＜第５の実施形態＞
（構成）
第５の実施形態における構成は、第１の実施形態と同様であるので説明を割愛する。

（作用）
第１の実施形態の説明と同様に、交流母線５０は、発電手段４０及び交直母線電力変換器２１と並列運転を行っており、電力負荷６０へ給電される電力分担は制御器３０の電力調整量の指示に応じて行い、制御器３０により発電手段４０と交直母線電力変換器２１が負担する電力を決定し、それぞれに対して増減操作を行う。

ここで、制御器３０は、発電駆動用電力変換器２２に与える指令値を直流母線５１に並列接続される第１エネルギー貯蔵装置１０とに配分するように指示する。

具体的に言えば、５０％ずつに配分する場合は発電駆動用電力変換器２２に与える電力指令は直流負荷分担量に１／２を乗じた値となる。一般化すると、一方の電力指令信号＝直流負荷分担量×Ｋ、他方の電力指令信号＝直流負荷分担量×（１－Ｋ）とあらわすことができる。Ｋは比率であり０～１の数値を取る。

ここで示す直流負荷分担量は、交流母線５０における発電手段４０及び交直母線電力変換器２１の分担に応じて決まり、交直母線電力変換器２１の通過電力のことであり、Ｋは発電駆動用電力変換器２２と第１エネルギー貯蔵装置１０が出力する電力の配分比率と言える。さらに、エネルギー貯蔵装置は複数台であってもよく、この場合、直流で分担する電力の比率の和が１となるように任意に配分すればよい。

ここで示す配分比率についてはあらかじめ定めた固定値やユーザによる任意の設定値でもよく、主機７０に同軸に接続された発電電動機８０より回収可能な電力に応じて設定されてもよい。

このように、発電駆動用電力変換器２２に指示する電力調整量を直流母線５１に並列接続される第１エネルギー貯蔵装置１０又は複数台のエネルギー貯蔵装置とで、機器台数に応じて比率設定し、直流母線系統で負荷分担させることで交流負荷変化に直流母線負荷が連動することとなり、直流母線５１を安定させたまま、直流母線系統においても負荷分担させることができる。

（効果）
第５の実施形態によれば、交流負荷変化に応じて直流母線負荷に負荷分担をさせながら連動変化させることで、直流母線の電圧や電流を動揺させることなく、交流母線及び直流母線の安定を維持しつつ負荷分担を行うことができる。また、回転機軸エネルギーの回収電力が制限される場合や回転機や変換器の容量を小さく設定したい場合においても直流母線の安定を維持しつつ直流母線内で負荷分担を行うことが可能となる。

＜第６の実施形態＞
（構成）
第６の実施形態の構成は、第１の実施形態乃至第５の実施形態と同様であるので説明を割愛する。

（作用）
第１の実施形態の説明と同様に、交流母線５０は、発電手段４０及び交直母線電力変換器２１と並列運転を行っており、電力負荷６０へ給電される電力分担は制御器３０の電力調整量の指示に応じて行い、制御器３０により発電手段４０と交直母線電力変換器２１が分担する電力を決定し、それぞれに対して増減操作を行う。

ここで、制御器３０は、発電手段４０に与える指令値をあらかじめ定めた設定となるように優先的に指示する。尚、交直母線電力変換器２１及び発電駆動用電力変換器２２へ与える電力調整量は、第１の実施形態乃至第５の実施形態で説明した通りであるため、説明は割愛する。

制御器３０による電力負荷分担の基本動作について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

制御器３０は、第１電力検出手段３１より検出された発電手段４０の出力電力値（第１出力値）をもとに発電手段４０の出力状態を判定する第１出力状態判定部、発電手段４０に対する電力操作処理部、第２電力検出手段３２より検出された交直母線電力変換器２１の出力電力値（第２出力値）をもとに交直母線電力変換器２１の出力状態を判定する第２出力状態判定部、交直母線電力変換器２１に対する第１電力操作部、発電駆動用電力変換器２２に対する第２電力操作部の各機能部を有する。

制御器３０の第１出力状態判定部は、電力Ａ（発電手段４０の出力状態（第１出力電力値））と、あらかじめ設定された発電手段４０の目標電力設定である設定値１を比較する（ステップ１Ａ）。電力Ａが設定値１より小さければ（Ａ＜１）、電力操作処理部は、発電手段４０に対する電力増操作を行う（ステップ１Ｂ１）。

一方、電力Ａが設定値１より大きければ、電力操作処理部は、発電手段４０に対する電力減操作を行う（ステップ１Ｂ２）。これにより、発電手段４０の出力電力を目標電力に近づける。

また、電力Ａと設定値１が一致している場合は（「＝」）、電力操作処理部は、増減操作処理を行わない。

次に、制御器３０の第１出力状態判定部は、電力Ｂ（総負荷電力から発電手段４０の出力を引いた値）と電力Ｃ（交直母線電力変換器出力２１の出力状態（第２出力値））を比較する（ステップ１Ｃ）。電力Ｂが電力Ｃより小さければ（Ｂ＜Ｃ）、第１電力操作部は、交直母線電力変換器２１に対して電力増操作を行う（ステップ１Ｄ１）。また、第２電力操作部は、発電駆動用電力変換器２２に対して電力増操作を行う（ステップ１Ｅ１）。ここで示す総負荷電力は交流母線５１に接続される発電装置の総和で求められる。尚、負荷電力６０で消費する電力を直接計測して算出してもよい。

一方、電力Ｂが電力Ｃより大きければ（Ｂ＞Ｃ）、第１電力操作部は、交直母線電力変換器２１に対して電力減操作を行う（ステップ１Ｄ２）。また、第２電力操作部は、発電駆動用電力変換器２２に対して電力減操作を行う（ステップ１Ｅ２）。

また、電力Ｂと電力Ｃが一致している場合は（「＝」）、電力操作処理部は、増減操作処理を行わない。このような動きにより負荷分担を決定している。

ここで、第６の実施形態による制御器３０の動作を示すフローチャートを図５に示す。

基本動作は、図４に示すフローチャートと同様であるため、詳細な説明は割愛する。異なる点は、制御器３０の第１出力状態判定部は、発電手段４０の目標電力設定（ステップ１Ａにおける判定値）を設定値１’にすることである。設定値１’は、発電手段４０が高効率点となる電力設定値にすることを示している。これによれば、発電手段４０を高効率に維持しながら、負荷分担を行うことができる。

目標とする設定値は、あらかじめ定めた固定値やユーザによる任意の設定値でもよい。また、発電手段が複数台ある場合は、定格容量比やあらかじめ定めた比率によって配分してもよい。さらに、比較判定部については細かな増減操作を回避するために不感帯やヒステリシスを設けてもよい。

このように、発電手段４０又は第２エネルギー貯蔵装置２０と交流母線充放電用電力変換器２３を組合せたエネルギー貯蔵装置に対して、出力電力値があらかじめ定めた設定値となるように優先的に電力調整量を指示しながら、直流母線で構成される電力系統においても安定な電力給電を行うことができる。

（効果）
第６の実施形態によれば、交流母線に接続される発電手段に負荷を集中させることで、最適な効率点で運転することができる。また、エネルギー貯蔵装置や発電手段とエネルギー貯蔵装置を組合せた場合であれば、ベースの発電手段としてシステム構成することができ、システム構成や機器容量の設定が容易となる。

＜第７の実施形態＞
（構成）
第７の実施形態の構成は、第１の実施形態乃至第５の実施形態と同様であるので説明を割愛する。

（作用）
第１の実施形態の説明と同様に、交流母線５０は、発電手段４０及び交直母線電力変換器２１と並列運転を行っており、電力負荷６０に給電を行う電力分担は制御器３０の電力調整量の指示に応じて行い、制御器３０により発電手段４０と交直母線電力変換器２１の分担する電力を決定し、それぞれに対して増減操作を行う。

ここで、制御器３０は、交直母線電力変換器２１に与える電力調整量の内、発電駆動用電力変換器２２に与える電力調整量をあらかじめ定めた分量となるように優先的に指示する。

図６は、第７の実施形態における制御器３０の動作を示すフローチャートである。図４、図５と同一の処理を実行するステップ（設定値を含む）については、同一の符号を付して説明を割愛する。

第７の実施形態における制御部３０は、第３電力検出手段３３より検出された発電駆動用電力変換器２２の出力電力値（第３出力値）をもとに、発電駆動用電力変換器２２の出力状態を判定する出力判定部をさらに有する。

図４と同様に、ステップ１Ａ及びステップ１Ｃにおける判定結果に応じて、発電手段４０及び交直母線電力変換器２１に対して電力増減操作が行われる。第１電力操作部による交直母線電力変換器２１の電力操作が行われた後、制御器３０の出力判定部は、電力Ｄ（発電駆動用電力変換器２２の出力状態）と、あらかじめ設定された発電駆動用電力変換器２２の目標電力設定である設定値２を比較する（ステップ１Ｆ）。

電力Ｄと設定値２を比較した結果、第２電力操作部は、電力Ｄが設定値２より大きければ（Ｄ＞設定値２）、発電駆動用電力変換器２２に対して電力増操作を行い（ステップ１Ｅ１）、電力Ｄが設定値２より小さければ（Ｄ＜設定値２）、発電駆動用電力変換器２２に対して電力減操作を行う（ステップ１Ｅ２）。

また、電力Ｄと設定値２が一致している場合は（「＝」）、第２電力操作部は、増減操作処理を行わない。

この操作によれば、ステップ１Ｃの判定結果に応じて交直母線電力変換器２１に対して電力増減操作が行われた出力状態において、設定値２で示した電力を優先的に発電駆動用電力変換器２２に指示することができる。

目標とする設定値は、あらかじめ定めた固定値やユーザによる任意の設定値でもよい。また、比較判定部については細かな増減操作を回避するために不感帯やヒステリシスを設けてもよい。

このように、交直母線電力変換器２１に与える電力調整量の内、発電駆動用電力変換器２２の出力を優先的に指示しながら、交流母線、直流母線で構成される電力系統においても安定な電力給電を行うことができる。

（効果）
第７の実施形態によれば、交直母線電力変換器に指示する電力調整量に対して、回転機軸エネルギーを回収する発電駆動用電力変換器の出力電力を優先的に指示することで、直流母線に接続される電力系統において最適効率運転が可能となる。

＜第８の実施形態＞
（構成）
第８の実施形態の構成は、第１の実施形態乃至第５の実施形態と同様であるので説明を割愛する。

（作用）
第１の実施形態の説明と同様に交流母線５０は発電手段４０及び交直母線電力変換器２１と並列運転を行っており、電力負荷６０へ給電される電力分担は制御器３０の電力調整量の指示に応じて行い、制御器３０により発電手段４０と交直母線電力変換器２１の分担する電力を決定し、それぞれに対して増減操作を行う。

ここで、制御器３０から交直母線電力変換器２１に与える指令値の内、発電駆動用電力変換器２２に与える指令値を、ゼロを含む最小分量の何れか、すなわちゼロ又はあらかじめ定めた最小量によって指示する。

図７は、第８の実施形態における制御器３０の動作を示すフローチャートである。図４～６と同一の処理を実行するステップ（設定値を含む）については、同一の符号を付して説明を割愛する。

図７に示すステップ１Ｆの設定値２’は、発電駆動用電力変換器２２の目標電力設定をゼロ又は最小量設定であることを示している。このフローによれば、発電駆動用電力変換器２２の出力をゼロ又は最小限となるように動作する。つまり、直流母線５１に並列に接続される第１エネルギー貯蔵装置に負荷電力を主体的に消費させるように動作する。

目標とする設定値はあらかじめ定めた固定値やユーザによる任意の設定値でもよい。また、エネルギー貯蔵装置の放電状態に応じて設定されてもよい。さらに、回転機軸エネルギーの回収電力の制限に応じて設定されてもよい。加えて、比較判定部については細かな増減操作を回避するために不感帯やヒステリシスを設けてもよい。

このように、交直母線電力変換器２１に与える電力調整量の内、発電駆動用電力変換器２２の出力をゼロ又は最小量となるように設定しながら、交流母線、直流母線共に安定な電力給電を行うことができる。

（効果）
第８の実施形態によれば、交直母線電力変換器に指示する電力調整量に対して、回転機軸エネルギーを回収する発電駆動用電力変換器の出力電力をゼロ又は最小量に指示することで、エネルギー貯蔵装置の貯蔵量が容量の限界に到達し、直流母線系統における電力分担が行えなくなることを事前に回避することができる。また、回転機軸エネルギーが回収できない場合にも対処できる。

＜第９の実施形態＞
第９の実施形態の構成は、第１の実施形態乃至第５の実施形態と同様であるので説明を割愛する。

（作用）
第１の実施形態の説明と同様に、交流母線５０は発電手段４０及び交直母線電力変換器２１と並列運転を行っており、電力負荷６０に給電を行う電力分担は制御器３０の電力調整量の指示に応じて行い、制御器３０により発電手段４０と交直母線電力変換器２１の分担する電力を決定し、それぞれに対して増減操作を行う。

ここで、制御器３０から発電駆動用電力変換器２２へ与える電力調整量をあらかじめ定めた分量となるように優先的に指示する。同時に、交直母線電力変換器２１に与える電力調整量を発電駆動用電力変換器２２へ与える電力調整量と同量になるように変化レートと量を連動させる。

この時、電力負荷６０への給電は発電手段４０と交直母線電力変換器２１の負荷分担によって決まるため、発電駆動用電力変換器２２の負担電力と交直母線電力変換器２１の負担電力を連動させれば、発電手段４０は残りの電力を賄うこととなり、全てが連動して動作する。

尚、発電手段４０で賄う電力がマイナスになる場合は発電手段４０からの電力が不要であることを意味するため、発電手段４０を停止してよい。また、発電手段４０で賄う電力が軽負荷運転になる場合も発電効率が著しく低下するため、発電手段４０を停止してよい。

発電手段４０が停止された場合、交直母線電力変換器２１の単独給電となり、直流母線系統においては主として発電駆動用電力変換器２２が給電を行い、不足分を第１エネルギー貯蔵装置１０が賄うこととなる。

図８は、第９の実施形態における制御器３０の動作を示すフローチャートである。図４～７と同一の処理を実行するステップ（設定値を含む）については、同一の符号を付して説明を割愛する。

図８に示すステップ１Ｆの設定値３は、発電駆動用電力変換器２２の目標電力設定を発電電動機（回転機）８０で回収可能な高電力設定（定格）（軸回収目標電力設定２）であることを示している。このフローによれば、電力Ｄと設定値３との比較結果に応じて（ステップ１Ｆ）、発電駆動用電力変換器２２に対して増減操作処理をして出力を主体的に利用するとともに（ステップ１Ｅ１，１Ｅ２）、連動して交直母線電力変換器出力２１に対して増減操作処理をして出力を変化させるように動作する（ステップ１Ｄ１，１Ｄ２）。交流母線５０に接続される電力負荷６０で不足する電力は、電力Ａと電力Ｂ２（総負荷電力から直流母線５１の発電駆動用電力変換器２２の出力を引いた値）の比較結果に基づく（ステップ１Ａ）、発電手段４０に対する増減操作処理により発電手段４０から賄われる（ステップ１Ｂ１，１Ｂ２）。ここで示す総負荷電力は交流母線５１に接続される発電装置の総和で求められる。尚、負荷電力６０で消費する電力を直接計測して算出してもよい。

目標とする設定値はあらかじめ定めた固定値やユーザによる任意の設定値でもよい。また、エネルギー貯蔵装置の放電状態に応じて設定されてもよい。さらに、回転機軸エネルギーの回収電力の制限に応じて設定されてもよい。加えて、比較判定部については細かな増減操作を回避するために不感帯やヒステリシスを設けてもよい。

このように、発電駆動用電力変換器２２に与える電力を優先的に指示しながら、交直母線電力変換器２１を連動動作させて、さらに電力負荷６０に対して不足する電力は発電手段４０より電力給電を行うことができる。

（効果）
第９の実施形態によれば、直流母線において回転機軸エネルギー回収する発電駆動用電力変換器に負荷を集中させて交流母線に接続される交直母線電力変換器を連動させることで、回転機軸に主機などの効率の影響が大きい機器が接続される場合において、システムの最適な効率点で運転することができる。

また、交流母線に接続される電力負荷によっては交直母線電力変換器で負荷が賄える場合は発電手段や交流母線に接続されるエネルギー貯蔵装置を停止することができ、効率向上を図ることができる。さらに、発電手段がディーゼル機関で構成される場合は排ガスの抑制にも寄与できる。

＜第１０の実施形態＞
（構成）
第１０の実施形態における構成は、第１の実施形態乃至第５の実施形態と同様であるので説明を割愛する。

（作用）
第９の実施形態の説明と同様に、交流母線５０は、発電手段４０及び交直母線電力変換器２１と並列運転を行っており、電力負荷６０に給電を行う電力分担は制御器３０の電力調整量の指示に応じて行い、制御器３０により発電手段４０と交直母線電力変換器２１の分担する電力を決定し、それぞれに対して増減操作を行う。

ここで、制御器３０は、発電駆動用電力変換器２２へ与える電力調整量をあらかじめ定めた分量となるように優先的に指示する。同時に、交直母線電力変換器２１へ与える電力調整量を、発電手段４０又は電力負荷６０に応じて個別に指示する。これによれば、発電駆動用電力変換器２２を優先的に使用しながら、電力負荷６０の発電手段４０と交直母線電力変換器２１の分担する電力を個別に指示することで不足分を第１エネルギー貯蔵装置１０が賄うように動作する。

図９は、第１０の実施形態における制御器３０の動作を示すフローチャートである。図４～８と同一の処理を実行するステップ（設定値を含む）については、同一の符号を付して説明を割愛する。

図９に示すステップ１Ｃの設定値４は、交直母線電力変換器出力２１の目標電力設定である。図９に示すフローは第９の実施形態（図８）の変形例であり、電力Ｄと設定値３を比較した結果に応じて（ステップ１Ｆ）、発電駆動用電力変換器２２に対して増減操作処理をすることで（ステップ１Ｅ１，１Ｅ２）、発電駆動用電力変換器２２の出力を主体的に利用しながら、電力Ｃと設定値４を比較した結果に応じて（ステップ１Ｃ）、交直母線電力変換器出力２１に対して電力増操作を行うことで（ステップ１Ｄ１，１Ｄ２）、交流母線５０に接続される電力負荷６０に対して交直母線電力変換器２１の出力を操作することで、発電手段４０と第１エネルギー貯蔵装置１０の負荷分担を行うことができる。

目標とする設定値はあらかじめ定めた固定値やユーザによる任意の設定値でもよい。また、エネルギー貯蔵装置の放電状態に応じて設定されてもよい。さらに、回転機軸エネルギーの回収電力の制限に応じて設定されてもよい。加えて、比較判定部については細かな増減操作を回避するために不感帯やヒステリシスを設けてもよい。

このように、発電駆動用電力変換器２２に与える電力を優先的に指示しながら、交直母線電力変換器２１の出力を操作することで、交流母線５０に接続された電力負荷６０に対して不足する電力を発電手段４０と直流母線５１に接続された第１エネルギー貯蔵装置１０で分担しながら電力給電を行うことができる。

（効果）
第１０の実施形態によれば、直流母線において回転機軸エネルギー回収する発電駆動用電力変換器に負荷を集中させることで回転機軸に接続される主機などの効率の影響が大きい機器を最適な効率点で運転するとともに、交流電力負荷の分担についても発電手段と交直母線電力変換器の分担する電力を操作することで、最適効率点で運転することができる。

＜第１１の実施形態＞
（構成）
第１１の実施形態における構成は、第１の実施形態乃至第５の実施形態と同様であるので説明を割愛する。

（作用）
第１の実施形態の説明と同様に、交流母線５０は、発電手段４０及び交直母線電力変換器２１と並列運転を行っており、電力負荷６０に給電を行う電力分担は制御器３０の電力調整量の指示に応じて行い、制御器３０により発電手段４０と交直母線電力変換器２１の分担する電力を決定し、それぞれに対して増減操作を行う。

ここで、制御器３０から発電手段４０、交直母線電力変換器２１、発電駆動用電力変換器２２のそれぞれへ与える電力調整量において、第１エネルギー貯蔵装置１０の通過電力がゼロ（充電も放電もしない）となるように配分する。尚、実際は制御器の応答遅れや検出の誤差によって完全にゼロにならない場合がある。

図１０は、第１１の実施形態における制御器３０の動作を示すフローチャートである。図４～９と同一の処理を実行するステップ（設定値を含む）については、同一の符号を付して説明を割愛する。

図１０に示すステップ１Ａの設定値５は、発電手段４０の目標電力設定を示しており、
総負荷電力＝発電手段４０の出力＋発電駆動用電力変換器２２の出力
となるように設定された値である。このフローによれば、交直母線電力変換器２１を通過する電力は、発電駆動用電力変換器２２と等しくなり、第１エネルギー貯蔵装置１０（バッテリ）が充放電を行わない（充放電量が変化しない）状態となる。

目標とする設定値は、あらかじめ定めた固定値やユーザによる任意の設定値でもよい。また、エネルギー貯蔵装置の放電状態に応じて設定されてもよい。さらに、回転機軸エネルギーの回収電力の制限に応じて設定されてもよい。加えて、比較判定部については細かな増減操作を回避するために不感帯やヒステリシスを設けてもよい。

このように、発電手段４０の目標電力設定を操作することで第１エネルギー貯蔵装置１０の通過電力が発生しない状態を作ることができる。

（効果）
第１１の実施形態によれば、エネルギー貯蔵装置の電力を温存したい場合に有効に使用することができる。また、メンテナンスのためにエネルギー貯蔵装置を運転中に切り離す場合に通過電流がゼロ（小さく）にすることができ、遮断器や開閉器を容易に解列することが可能となる。

このようにして、本実施形態におけるエネルギーマネージメントシステムによれば、電力変換器で接続された交流母線５０と直流母線５１で構成される電力系統において、負荷変動に連動した直流変化を実現することで安定した電源システムを提供できる。また、集約させる負荷を発電手段やエネルギー貯蔵装置の状態に応じて変化させることで最適化することが可能となる。

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０ 第１エネルギー貯蔵装置
２０ 第２エネルギー貯蔵装置
２１ 交直母線電力変換器
２２ 発電駆動用電力変換器
２３ 交流母線充放電用電力変換器
２４ 発電手段
３０ 制御器
３１ 第１電力検出手段
３２ 第２電力検出手段
３３ 第３電力検出手段
４０ 発電手段（主発電機）
４５ プラグイン電路
５０ 交流母線
５１ 直流母線
６０ 電力負荷
７０ 主機
８０ 発電電動機
９０ 回転負荷機
１１０ 第１電力貯蔵装置
１２０ 第２電力貯蔵装置
１２１ 第１電力変換器
１２２ 第２電力変換器
１２３ 第３電力変換器
１２４ 第４電力変換器
１３０ 制御システム
１４０ 主発電機
１５０ 交流船内母線
１５１ 直流中間母線
１６０ 船内電力負荷
１７０ 主機
１８０ 推進用電動発電機
１９０ プロペラ
２１０ エネルギー貯蔵手段
２２１ 電力変換器
２２２ 始動器
２３０ 第１切替手段
２３１ 第２切替手段
２３２ 第３切替手段
２４０ 主発電機
２５０ 交流船内母線
２６０ 第１船内電力負荷
２６１ 第２船内電力負荷
２６２ 第３船内電力負荷

Claims (11)

1. 発電手段の出力より構成される交流母線と、
   前記発電手段の出力を検出する第１電力検出手段と、
   直流電源を電源として構成される直流母線と、
   前記直流電源を電源として回転機軸を駆動、制動するための発電電動機に接続される発電駆動用電力変換器と、
   前記交流母線と前記直流母線を接続して電力を双方向に変換する交直母線電力変換器と、
   前記交直母線電力変換器の出力を検出する第２電力検出手段と、
   前記第１電力検出手段により検出された第１出力値及び前記第２電力検出手段により検出された第２出力値が入力され、前記交流母線の電力及び前記直流母線の電力の電力分担量を決定して前記発電手段及び発電駆動用電力変換器及び前記交直母線電力変換器のそれぞれに電力調整量を指示する制御器を備え、
   前記発電手段の出力と前記交直母線電力変換器の交流部を並列運転する際に、前記発電駆動用電力変換器に与える電力調整量を前記交直母線電力変換器に連動させることを特徴とするエネルギーマネージメントシステム。
2. 請求項１記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記発電手段がエネルギー貯蔵装置と充放電用電力変換器により構成されることを特徴とするエネルギーマネージメントシステム。
3. 請求項１または請求項２記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する電力調整量をパルス信号で与えることを特徴とするエネルギーマネージメントシステム。
4. 請求項１または請求項２記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、制御器から指示する電力調整量を電力に対応した連続信号で与えることを特徴とするエネルギーマネージメントシステム。
5. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載のエネルギーマネージメントシステムに対して、前記交直母線電力変換器の出力を検出して前記制御器に検出電力信号を入力する第３電力検出手段を追加した構成において、前記制御器から指示する前記発電駆動用電力変換器に与える電力調整量を、前記直流母線に接続される機器台数に応じて比率設定することを特徴とするエネルギーマネージメントシステム。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する前記発電手段への電力調整量を優先的に設定することを特徴とするエネルギーマネージメントシステム。
7. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する前記交直母線電力変換器に与える電力調整量の内、前記発電駆動用電力変換器に与える電力調整量を優先的に設定することを特徴とするエネルギーマネージメントシステム。
8. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する交直母線電力変換器に与える電力調整量の内、前記発電駆動用電力変換器に与える電力調整量を、ゼロを含む最小分量に設定することを特徴とするエネルギーマネージメントシステム。
9. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する前記発電駆動用電力変換器に与える電力調整量を優先的に設定するとともに、前記発電駆動用電力変換器に与える電力調整量と前記交直母線電力変換器に与える電力調整量を連動させることを特徴とするエネルギーマネージメントシステム。
10. 請求項９記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する前記交直母線電力変換器に与える電力調整量を負荷に応じて変化させることを特徴とするエネルギーマネージメントシステム。
11. 請求項１乃至請求項４の何れかに記載のエネルギーマネージメントシステムにおいて、前記制御器から指示する電力調整量を前記直流母線に接続されるバッテリの充放電量が変化しないように前記発電手段の出力及び前記発電駆動用電力変換器に配分設定することを特徴とするエネルギーマネージメントシステム。

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