電動機駆動システム
複数の交流発電機と、共通配電母線と、複数の電力変換装置と、複数の電力変換制御回路と、複数の交流電動機とを備えた交流電動機の駆動システムである。
１つの実施の形態では、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、母線周波数検出出力により、対応する前記電力変換装置に対する速度指令を補正した補正速度指令に基づいて対応する交流電動機に対する電流指令を発生する。
別の実施の形態では、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、母線周波数検出出力により、対応する交流電動機に対する速度指令の上限値を調整した速度上限値調整以下の範囲において、交流電動機に対する速度指令を発生する。
１つの実施の形態では、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、母線周波数検出出力により、対応する前記電力変換装置に対する速度指令を補正した補正速度指令に基づいて対応する交流電動機に対する電流指令を発生する。
別の実施の形態では、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、母線周波数検出出力により、対応する交流電動機に対する速度指令の上限値を調整した速度上限値調整以下の範囲において、交流電動機に対する速度指令を発生する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
この発明は、複数の交流電動機を駆動する交流電動機の駆動システムに関するもので、特に複数の交流発電機を共通配電母線に接続し、この共通配電母線に複数の電力変換装置を接続し、この各電力変換装置から複数の交流電動機を駆動する交流電動機の駆動システムに関するものである。
【背景技術】
この種の交流電動機の駆動システムは、例えば国際特許公開ＷＯ０２／１００７１６Ａ１のＦｉｇ．１およびＳ．ＩｄｅｎとＷ．Ｒｚａｄｋｉによる「Ｍａｉｎｓ Ｐｏｗｅｒ Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｈｉｐｓ ｗｉｔｈ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する論文（ＥＰＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ，ＰＰ００００９９．ｐｄｆ，２００１）に開示されている。この先行技術に示されたものは、船舶推進用の複数の推進器（スクリュー）を駆動する複数の交流電動機の駆動システムである。この駆動システムは、原動機として複数のディーゼル機関を用いており、各ディーゼル機関によりそれぞれ対応する交流発電機を駆動することにより、複数の交流発電機を駆動している。複数の各交流発電機は、共通配線母線に接続され、この共通配線母線には、複数の電力変換装置が接続され、この複数の各電力変換装置のそれぞれに交流電動機を接続することにより、複数の交流電動機を駆動している。複数の各交流電動機はそれぞれ対応する負荷機械、例えば船舶推進用の推進器に連結されていて、船舶推進用の複数の推進器が複数の交流電動機によりそれぞれ駆動される。
このような交流電動機の駆動システムを応用した電気式船舶推進装置は、ディーゼル機関により直接推進器を駆動する従来の船舶推進装置に比べて、振動が少なく、複数の各推進器の回転方向および回転数の調整が容易であって、しかも駆動効率がよいなどの利点があり、乗り心地を重視する豪華客船および前後進を繰り返す砕氷船などの用途に適用されている。
またこの種の交流電動機の駆動システムを応用した電気式ＬＮＧプラントも出現している。この電気式ＬＮＧプラントは、複数の負荷機械として、複数の交流電動機によって駆動される複数のコンプレッサを用いて天然ガスを液化するプラントであり、天然ガス液化設備内の複数のコンプレッサをガスタービンまたはスチームタービンで直接駆動する従来のＬＮＧプラントに比べて、排気ガスが少なく、しかも駆動効率がよいなどの利点がある。この電気式ＬＮＧプラントでは、共通配電母線に接続された複数の電力変換装置によって駆動される複数の交流電動機のそれぞれにコンプレッサが連結され、複数のコンプレッサが駆動される。
しかし前述の従来の交流電動機の駆動システムは、システムダウンの問題を含んでいる。例えば複数のディーゼル機関の１台が故障した場合、残りのディーゼル機関の負荷が増加し、その回転数が低下し、そのディーゼル機関によって駆動される交流発電機の出力電圧、出力周波数の低下が起こり、共通配線母線でも母線電圧および母線周波数の低下が起こる。この共通配線母線の母線電圧および母線周波数の低下が、予め設定された下限値以下になるとシステム異常との判定が行なわれ、共通配線母線と各交流発電機との間に配置された回路遮断器が開放される。その結果、船舶推進装置では各推進器が、またＬＮＧプラントでは各コンプレッサが停止するシステムダウンが起こる。このような共通配電母線の母線電圧および母線周波数の低下に伴なうシステムダウンは、複数の交流発電機の１台が故障した場合にも同様に起こる。
また複数の電力変換装置の１台が故障した場合、その電力変換装置と共通配線母線との間に配置された回路遮断器が開放される。この場合、複数のディーゼル機関の負荷が減少し、それらの回転数が上昇するので、共通配電母線の母線電圧および母線周波数が上昇する。この母線電圧または母線周波数が、予め設定された上限値以上になると、システム異常と判定され、すべての交流発電機と共通配線母線との間の回路遮断器が開放され、すべての推進器またはコンプレッサが停止するシステム異常となる。この共通配電母線の母線電圧および母線周波数の上昇に伴なうシステム異常は、複数の交流電動機の１台が故障した場合にも同様に起こる。
通常、ディーゼル機関では、ガバナ制御によりその燃料供給量が調整され、その回転数制御が行なわれ、また交流発電機では、その励磁電流調整による出力電圧制御が行なわれ、共通配線母線の母線周波数は各ディーゼル機関のガバナ制御により抑制され、またその母線電圧は各交流発電機の励磁電流調整により抑制される。しかし、これらのガバナ制御および励磁電流調整には秒オーダの応答遅れがあるので、複数のディーゼル機関、複数の交流発電機、複数の電力変換装置、および複数の交流電動機の１台が故障した場合に、共通配電母線の母線電圧または母線周波数を、それらの上下限値以内に納めるように制御するのが困難であり、前述のシステムダウンが生じ易い。
とくに、電気式船舶推進装置または電気式ＬＮＧプラントでは、投資コストを低減するために、ディーゼル機関、交流発電機、電力変換装置および交流電動機の台数を少なくすることが望まれる傾向が強い。この傾向に従って、ディーゼル機関、交流発電機、電力変換装置および交流電動機の台数が少なくした場合には、それらの１台が故障した場合の負荷変動が大きくなり、システムダウンを回避するのがさらに困難となる。
この発明は、このようなシステムダウンをより有効に回避することが可能な改良された交流電動機の駆動システムを提案するものである。
【発明の開示】
この発明に係る交流電動機の駆動システムは、原動機により駆動される複数の交流発電機と、この複数の交流発電機が接続された共通配電母線と、この共通配電母線に接続された複数の電力変換装置と、この複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路と、前記複数の電力変換装置のそれぞれによって駆動される複数の交流電動機と、この複数の交流電動機のそれぞれによって駆動される複数の負荷機械とを備えた交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記交流電動機に対する速度指令を補正した補正速度指令に基づいて、対応する前記電力変換装置に対する電流指令を発生し、前記電力変換装置のそれぞれが、対応する前記電力変換制御回路からの前記電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記補正速度指令に対応した所定値に制御することを特徴とする。
この発明の交流電動機の駆動システムでは、複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記交流電動機に対する速度指令を補正した補正速度指令に基づいて、対応する前記電力変換装置に対する電流指令を発生するように構成されており、この電力変換制御回路からの補正速度指令は、母線周波数に即応して変化する。したがって、複数の電力変換装置は、それぞれ母線周波数に即応する前記電力変換制御回路からの前記補正速度指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記補正速度指令に対応した所定値に制御するので、複数の交流発電機、複数の電力変換装置および複数の交流電動機の１台が故障した場合にも、共通配電母線の母線周波数の変動を、その上下限値以内に容易に納めることができ、システムダウンを有効に回避できる。
また、この発明に係る別の交流電動機の駆動システムは、原動機により駆動される複数の交流発電機と、この複数の交流発電機が接続された共通配電母線と、この共通配電母線に接続された複数の電力変換装置と、この複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路と、前記複数の電力変換装置のそれぞれによって駆動される複数の交流電動機と、この複数の交流電動機のそれぞれによって駆動される複数の負荷機械とを備えた交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記交流電動機に対する速度指令の上限値を調整した速度上限値調整出力に基づいて、前記速度上限値調整出力以下の範囲において、対応する前記電力変換装置に対する電流指令を発生し、前記電力変換装置のそれぞれが、対応する前記交流電動機に対する前記速度上限値調整出力以下の範囲において、対応する前記電力変換制御回路からの前記電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記速度上限値調整出力で規制される所定値に制御することを特徴とする。
この発明の別の交流電動機の駆動システムでは、複数の電力変換装置のそれそれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記交流電動機に対する速度指令の上限値を調整した速度上限値調整出力に基づいて、前記速度上限値調整出力以下の範囲において、対応する電力変換装置に対する電流指令を発生するように構成されており、この複数の電力変換制御回路の速度上限値調整出力は、母線周波数に即応して変化する。したがって、複数の電力変換装置のそれぞれは、母線周波数に即応する前記電力変換制御回路の前記速度上限値調整出力以下に範囲において、対応する電力変換制御回路からの電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に即応して、母線周波数を前記速度上限値調整出力で規制される所定値に制御することができ、複数の交流発電機、複数の電力変換装置および複数の交流電動機の１台が故障した場合にも、共通配電母線の母線周波数の変動を、その上下限値以内に容易に納めることができ、システムダウンを有効に回避できる。
また、この発明によるさらに別の交流電動機の駆動システムは、原動機により駆動される複数の交流発電機と、この複数の交流発電機が接続された共通配電母線と、この共通配電母線に接続された複数の電力変換装置と、この複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路と、前記複数の電力変換装置のそれぞれによって駆動される複数の交流電動機と、この複数の交流電動機のそれぞれによって駆動される複数の負荷機械とを備えた交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記電力変換装置に対する電流指令の上限値を調整した電流上限値調整出力に基づいて、前記電流上限値調整出力以下の範囲において、前記交流電動機に対する電流指令を発生し、前記複数の電力変換装置のそれぞれが、前記電流上限値調整出力以下の範囲において、対応する前記電力変換制御回路からの前記電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記電流上限値調整出力で規制される所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
この別の交流電動機の駆動システムでは、複数の電力変換装置のそれそれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記電力変換装置に対する電流指令の上限値を調整した電流上限値調整出力に基づいて、前記電流上限値調整出力以下の範囲において、対応する電力変換装置に対する電流指令を発生するように構成されており、この複数の電力変換制御回路の電流上限値調整出力は、母線周波数に即応して変化する。したがって、複数の電力変換装置のそれぞれは、母線周波数に即応する前記電力変換制御回路の前記電流上限値調整出力以下に範囲において、対応する電力変換制御回路からの電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に即応して、母線周波数を前記電流上限値調整出力で規制される所定値に制御することができ、複数の交流発電機、複数の電力変換装置および複数の交流電動機の１台が故障した場合にも、共通配電母線の母線周波数の変動を、その上下限値以内に容易に納めることができ、システムダウンを有効に回避できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１を示すシステム系統図、第２図は、実施の形態１の動作波形を示す線図、第３図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態２を示すシステム系統図、第４図は実施の形態２に対応する従来の動作波形を示す線図、第５図は実施の形態２の動作波形を示す線図、第６図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態３を示すシステム系統図、第７図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態４を示すシステム系統図、第８図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態５を示すシステム系統図、第９図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態６を示すシステム系統図、第１０図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態７を示すシステム系統図、第１１図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態８を示すシステム系統図、第１２図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態９を示すシステム系統図、第１３図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１０を示すシステム系統図、第１４図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１１を示すシステム系統図、第１５図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１２を示すシステム系統図である。
【発明を実施するための最良の形態】
実施の形態１．
第１図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１を示す。この交流電動機の駆動システムは、船舶推進装置、ＬＮＧプラント、またはブロア駆動装置に応用される。
第１図に示す交流電動機の駆動システムは、５台の複数の原動機１１〜１５、５台の複数の交流発電機２１〜２５、共通配電母線３０、４台の複数の変圧器４１〜４４、４台の複数の電力変換装置５１〜５４、４台の複数の交流電動機８１〜８４、および４台の複数の負荷装置９１〜９４を含んでいる。
複数の原動機１１〜１５はそれぞれディーゼル機関である。これらのディーゼル機関１１〜１５は、ガソリンなどの液体燃料を燃焼させることにより、駆動力を発生する。しかし、液体燃料に代わってプロパンガスなどの気体燃料を燃焼させて駆動力を発生する原動機を用いることもできる。また、これらの原動機１１〜１５の台数は、５台に限らず、投資コストに応じた台数が設置される。通常船舶推進装置に応用される場合には、２台から１０台程度とされる。原動機１１〜１５のそれぞれには、ガバナ制御装置が付設され、そのガバナ制御装置によって供給燃料量が制御され、その回転数が制御されるものとする。
交流発電機２１〜２５の台数は原動機１１〜１５の設置台数と同じまたはそれ以下とされる。１台の原動機によって、例えば２台または３台の交流発電機を駆動することもできる。第１図は、５台の原動機１１〜１５によってそれぞれ１台、都合５台の交流発電機２１〜２５を駆動するシステムを示している。これらの交流発電機２１〜２５は、例えば三相交流発電機であり、それぞれ三相交流出力を発生する。しかし、単相交流発電機も使用することができる。各交流発電機２１〜２５には、励磁電流調整装置が付設され、この励磁電流調整装置により励磁電流を調整することにより、三相交流出力の出力電圧の大きさが調整されるものとする。原動機１１〜１５のガバナ制御装置による回転数の制御に基づき、交流発電機２１〜２５の出力周波数が調整される。
共通配電母線３０は、例えば三相配電母線として構成される。しかし交流発電機２１〜２５が単相交流発電機として構成される場合には、単相配電母線として構成される。この共通配電母線３０には、各交流発電機２１〜２５の三相出力端子が接続される。各交流発電機２１〜２５は、共通配電母線３０の対して互いに並列に接続される。共通配電母線３０と各交流発電機２１〜２５との間には、図示していないが、それぞれ回路遮断器が配置される。加えて、共通配電母線３０には、変圧器３１、３２を介して、低圧配線３３、３４も接続されており、低圧負荷への給電を行なうことができる。変圧器３１、３２は、この実施の形態１では、一次側がΔ結線、二次側がＹ結線された三相変圧器である。
変圧器４１〜４４は、それぞれ図示しないが回路遮断器を介して共通配電母線３０に互いに並列に接続されている。この変圧器４１〜４４は、この実施の形態１では一次側、二次側ともΔ結線された三相変圧器である。
電力変換装置５１〜５４は、それぞれ変圧器４１〜４４の二次側に直接接続されている。これらの電力変換装置５１〜５４は互いに同じに構成されるので、図面では、電力変換回路５１の内部回路だけを示し、他の電力変換装置５２〜５４の詳細は省略されている。電力変換装置５１〜５４は、それぞれ交流電力変換用の電力変換回路５５とこの電力変換回路５５に対する電力変換制御回路６０を含んでいる。
電力変換装置５１〜５４には、交流電動機８１〜８４がそれぞれ１台づつ接続される。各電力変換装置５１〜５４の電力変換回路５５は、それぞれ対応する交流発電機８１〜８４との間で、有効電力と無効電力をやり取りするように構成され、各電力変換回路５５はこの有効電力と無効電力に両者を制御可能に構成される。
電力変換回路５５には、例えば交流電力を直流電力に変換する高効率のコンバータ５６と、変換された直流電力を平滑化する平滑コンデンサ５７と、直流電力を再び交流電力に変換する自励式インバータ５８とで構成されるコンバータ／インバータ方式の電力変換回路が用いられる。しかし、マトリクスコンバータによる交流／交流方式の電力変換回路を用いることもできる。
電力変換装置５１〜５４のそれぞれに含まれる電力変換制御回路６０も、各電力変換装置５１〜５４のそれぞれで同じに構成される。この電力変換制御回路６０は、第１図の実施の形態１では、制御指令手段６１と、交流電動機８１〜８４の速度検出出力を個別に出力する速度検出出力手段６２と、速度指令出力手段６３と、速度指令補正手段６４と、母線周波数検出手段６５とを含んでいる。
制御指令手段６１は、電力変換回路５５に対して電流指令ＣＩを供給するもので、電力変換回路５５はこの電流指令ＣＩに基づいて、対応する各交流電動機８１〜８４に対する駆動電流を発生し、それを駆動する。速度情報出力手段６２は、交流電動機８１〜８４のそれぞれに付設された回転数検出手段８５〜８８からの回転数検出出力ＲＤに基づいて、各交流電動機８１〜８４の回転数を演算し、各交流電動機８１〜８４の回転数に比例した速度検出出力ＳＤを出力する。速度指令出力手段６３は、外部からの指令に基づいて速度検出出力ＳＤに対する基準値となる速度指令ＳＳを発生する。この速度指令ＳＳは、外部から設定されるか、または記憶した複数の指令値の中から、外部信号に基づいて選択される。
速度指令補正手段６４は補正速度指令ＡＳを発生する。母線周波数検出手段６５は、共通配電母線３０に直接接続され、共通配電母線３０における交流出力の母線周波数Ｆｂに比例した母線周波数検出出力ＦＤを出力する。速度指令補正手段６４は、速度指令出力手段６３からの速度指令ＳＳと、母線周波数検出手段６５からの母線周波数検出出力ＦＤとを受けるように構成されていて、速度指令ＳＳを母線周波数検出出力ＦＤで補正した補正速度指令ＡＳを発生し、この補正速度指令ＡＳを制御指令手段６１に供給する。
制御指令手段６１は、速度指令補正手段６４からの補正速度指令ＡＳと、速度情報出力手段６２からの速度検出出力ＳＤとを受け、速度検出出力ＳＤを補正速度指令ＡＳに等しくするような電流指令ＣＩを電力変換回路５５に供給する。電力変換回路５５は、この電流指令ＣＩに基づく電流で交流出力を発生する。
交流電動機８１〜８４は、それぞれ電力変換装置５１〜５４の各電力変換回路５５の出力に直接接続され、各電力変換回路５５の交流出力により駆動される。各交流電動機８１〜８４には、それぞれの回転数を検出する回転数検出手段８５〜８８が付設され、この回転数検出手段８５〜８８が速度検出出力手段６２に回転数検出出力ＲＤを供給する。交流電動機８１〜８４のそれぞれには、負荷機械９１〜９４が連結されており、この負荷機械９１〜９４は交流電動機８１〜８４により、それぞれ直接駆動される。負荷機械９１〜９４は、船舶推進装置に応用される場合には、その推進器となり、またＬＮＧプラントに応用される場合には、そのコンプレッサとなる。
さて、この実施の形態１では、電力変換装置５１〜５４のそれぞれが、共通配電母線３０の母線周波数Ｆｂの変化に即応して、速度指令ＳＳを母線周波数ｆｂに応じて補正した補正速度指令ＡＳを電流指令手段６１に与える。各電力変換装置５１〜５４の制御指令手段６１は母線周波数Ｆｂの変化に即応して、各電力変換回路５５の電流出力を変化させ、それに伴なって各電力変換回路５５と各交流電動機８１〜８４との間でやり取りされる有効電力を変化させ、各交流電動機８１〜８４の回転速度を補正速度指令ＡＳに対応した所定値に維持するように制御する。結果として、各交流電動機８１〜８４のそれぞれは、その回転速度が補正速度指令ＡＳに対応した所定回転速度まで変化した後、この所定回転速度を維持するように制御され、また母線周波数Ｆｂも補正速度指令ＡＳに対応した所定値まで変化した後、この所定値を維持するように制御される。
具体的には、５台の原動機１１〜１５の１台が故障した場合、または５台の交流発電機２１〜２５の１台が故障した場合には、共通配電母線３０の負荷が増大して母線電圧と母線周波数が低下するが、この母線周波数Ｆｂの低下に即応して補正速度指令ＡＳも低下する。この補正速度指令ＡＳの低下に即応してすべての交流電動機８１〜８４の回転速度が補正速度指令ＡＳに対応して低下し、全体としての負荷が低減されるので、各交流電動機８１〜８４の回転速度がある所定値まで低下したときに、交流電動機８１〜８４の回転速度および補正速度指令ＡＳも所定値で安定し、この所定値を維持するように制御される。結果として、この補正速度指令ＡＳに対応する所定回転速度ですべての交流電動機８１〜８４の運転が継続でき、母線周波数Ｆｂもこの補正速度指令ＡＳに対応した所定値に維持されるように、制御が行なわれる。
４台の電力変換装置５１〜５４の中の１台の電力変換装置５１が故障した場合、または４台の交流電動機８１〜８４の中の１台の交流電動機８１が故障した場合には、共通配電母線３０の負荷が減少し、母線電圧および母線周波数が上昇するが、この母線周波数の上昇に即応して補正速度指令ＡＳも上昇し、電力変換装置５２〜５４が対応する交流電動機８２〜８４の回転速度を上昇させ、これが所定値まで上昇したときに、補正速度指令ＡＳおよび交流電動機８２〜８４の回転速度は所定値に安定し、その所定値を維持するように制御が行なわれ、母線周波数Ｆｂもそれに見合った所定値を維持するように制御が行なわれ、残る電力変換装置５２〜５４により交流電動機８２〜８４の運転を継続することができる。
補正速度指令ＡＳは母線周波数検出出力ＦＤに即応し、各交流電動機の回転速度の補正もこの補正速度指令ＡＳに追従して例えば０．５秒から１秒程度の短時間で安定するように制御され、この時間内にシステムダウンの判定が出ないように設定することにより、システムダウンを回避して交流電動機の運転を継続することが可能となる。
負荷機械９１〜９４とされる船舶の推進器またはＬＮＧプラントのコンプレッサは、風水力応用機械であり、２乗トルク負荷であって、その消費電力特性は、回転速度の３乗に比例して増減する。すなわち、回転速度の小さな変化でも、消費電力はその３乗に比例して大きく変化するので、交流電動機８１〜８４の回転速度を増減することにより、電力負荷は大きく変わる結果となり、この電力負荷の大きな変動を利用して、補正速度指令ＡＳおよび交流電動機８１〜８４の回転速度を僅かに増減して、それを安定化できる。船舶の推進器、ＬＮＧプラントのコンプレッサ以外に、ブロアも風水力応用機械である。負荷機械として、ブロアにも応用できる。
第２図はこの実施の形態１による特性の変化の一例を示す。第２図（ａ）は、母線電圧Ｖｂ、（ｂ）は母線周波数Ｆｂ、（ｃ）は共通配電母線３０の負荷電流を示す。母線電圧Ｖｂおよび負荷電流は、それぞれユニット単位［ｐ．ｕ．］で示され、母線周波数Ｆｂは［Ｈｚ］で示される。横軸は何れも時間（秒）である。原点０から０．２秒経過した時点で、母線周波数Ｆｂが＋５０［Ｈｚ］から低下する現象が見られるが、原点０から０．８秒経過した時点で母線周波数Ｆｂは＋４９［Ｈｚ］にほぼ等しくなり、その後この周波数に安定する。
実施の形態２．
図３はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態２を示す。この実施の形態２は、電力変換装置５１〜５４の各電力変換制御回路６０に、さらに、無効電力指令手段６６を追加し、制御指令手段６１がこの無効電力指令手段６６からの無効電力指令ＰＩに基づき、電力変換回路５５の無効電力調整を行なうようにしたものである。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同じ部分を同じ符号で示し、説明を省略する。
無効電力指令手段６６は、各電力変換装置５１〜５４の電力変換制御回路６０のそれぞれに含まれている。この無効電力指令手段６６は、共通配電母線３０に直接接続されており、共通配電母線３０の母線電圧Ｖｂを検出し、この母線電圧Ｖｂに応じて、この母線電圧Ｖｂを所定値に維持するのに必要な無効電力を演算し、無効電力指令ＰＩを発生する。制御指令手段６１はこの無効電力指令ＰＩに基づき、電力変換回路５５の無効電力の調整を行なう。この無効電力の調整は、母線電圧Ｖｂを所定値に保つように、各電力変換回路５５と交流電動機８１〜８４との間でやり取りされる無効電力を調整する。この無効電力指令手段６６による無効電力の調整は、各電力変換装置５１〜５４のそれぞれにおいて実行される。
原動機１１〜１５、交流発電機２１〜２５のいずれかが故障した場合、または電力変換回路５１〜５４、交流電動機８１〜８４のいずれかが故障した場合、共通配電母線３０の負荷が変動し、母線電圧Ｖｂは母線周波数Ｆｂとともに変動する。この母線電圧Ｖｂの変動が、発電機システムに付設される交流電圧調整手段によって抑制できる場合は、第２図（ａ）に示すように、母線電圧Ｖｂを維持しながら、故障した電力変換装置と、それに接続された交流電動機を除いた交流電動機の駆動を継続できるが、発電機システムに付設される交流電圧調整手段によって、母線電圧Ｖｂの変動が抑制できない場合には、第４図（ａ）に示すように、母線電圧Ｖｂの変動が拡大し、やがてシステムの停止に至る。
実施の形態２では、無効電力指令手段６６によって母線電圧Ｖｂを検出し、この母線電圧Ｖｂの変動を抑制し、それを所定値に維持するのに必要な無効電力量が演算され、それに基づき無効電力指令ＰＩが制御指令手段６１に与えられるので、第５図（ａ）に示すように、母線電圧Ｖｂを所定値に維持することが可能となり、より安定して交流電動機の駆動を継続することができる。なお、第４図，第５図の（ｂ）は母線周波数Ｆｂを、またその（ｃ）は負荷電流をそれぞれ示す。
実施の形態３．
第６図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態３を示す。この実施の形態３は、共通の母線周波数検出手段７１を設け、この共通の母線周波数検出手段７１から各電力変換装置５１〜５４のそれぞれに、母線周波数検出出力ＦＤを分配するようにしたものである。その他の構成は第１図に示す実施の形態１と同じであり、同じ部分を同じ符号で示し、詳細な説明を省略する。
この実施の形態３において、母線周波数検出手段７１は、電力変換装置５１〜５４の外部に、それらに共通に設けられる。この母線周波数検出手段７１は、共通配電母線３０に直接接続され、母線周波数Ｆｂを検出して、母線周波数検出出力ＦＤを発生する。この母線周波数検出出力ＦＤは、電力変換装置５１〜５４のそれぞれの速度指令補正手段６４に分配される。この各速度指令補正手段６４は、実施の形態１と同様に補正速度指令ＡＳを発生し、制御指令手段６１に供給する。
この実施の形態３によっても、実施の形態１と同じ効果を得ることができる。加えて、複数の電力変換装置５１〜５４に対して共通に、母線周波数検出手段７１を設けるので、母線周波数検出手段６４を各電力変換装置５１〜５４のそれぞれに配置するものに比べて、母線周波数検出手段６４の特性のバラツキを解消し、各電力変換装置５１〜５４をより均一に制御することができ、また母線周波数検出手段の設置台数を低減し、構成の簡略化を図ることができる。
実施の形態４．
第７図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態４を示す。この実施の形態４は、共通の母線周波数検出手段７１と共通の無効電力指令手段７２を設け、共通の母線周波数検出手段７１から各電力変換装置５１〜５４のそれぞれに、母線周波数検出出力ＦＤを分配するとともに、共通の無効電力指令手段７２から各電力変換装置５１〜５４のそれぞれに、無効電力指令ＰＩを分配するようにしたものである。その他の構成は第１図に示す実施の形態１と同じであり、同じ部分を同じ符号で示し、詳細説明を省略する。
この実施の形態４において、母線周波数検出手段７１および無効電力指令手段７２は、電力変換装置５１〜５４の外部に、それらに共通に設けられる。母線周波数検出手段７１は、共通配電母線３０に直接接続され、母線周波数Ｆｂを検出して、母線周波数検出出力ＦＤを発生する。この母線周波数検出出力ＦＤは、電力変換装置５１〜５４それぞれに対する電力変換制御回路６０の速度指令補正手段６４に供給される。この各速度指令補正手段６４は、実施の形態１と同様に補正速度指令ＡＳを発生し、制御指令手段６１に供給する。
無効電力指令手段７２も共通配電母線３０に直接接続され、母線電圧Ｖｂを検出して、この母線電圧Ｖｂを所定値に維持するための無効電力指令ＰＩを発生する。この無効電力指令ＰＩは、電力変換装置５１〜５４のそれぞれにおける電力変換制御回路の制御指令手段６１に供給される。この各制御指令手段６１は、実施の形態２と同様に無効電力指令ＰＩに応じて、電力変換装置５１〜５４と交流電動機８１〜８４との間でやり取りされる無効電力を調整し、母線電圧Ｖｂを所定値に維持する。
この実施の形態４によっても、実施の形態２と同じ効果を得ることができる。加えて、複数の電力変換装置５１〜５４に対して共通に、母線周波数検出手段７１と無効電力指令手段７２を設けるので、母線周波数検出手段６４と無効電力指令手段６６を各電力変換装置５１〜５４の電力変換制御回路６０のそれぞれに配置するものに比べて、母線周波数検出手段６４および無効電力指令手段６６における特性のバラツキを解消し、各電力変換装置５１〜５４をより均一に制御することができ、また、母線周波数検出手段と無効電力指令手段の設置台数を低減し、構成の簡略化を図ることができる。
実施の形態５．
第８図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態５を示す。第１図、第３図、第６図、第７図に示した実施の形態１〜４では、母線周波数検出手段６５からの母線周波数検出出力ＦＤにより、速度指令手段６３からの速度指令ＳＳを補正して、補正速度指令ＡＳを出力する速度指令補正手段６４を用いたが、この実施の形態５では、電力変換装置５１〜５４に対する各電力変換制御回路６０のそれぞれにおいて、この速度指令補正手段６４に代わって、速度指令ＳＳの上限値を調整する速度上限値調整手段６７が用いられる。
速度上限値調整手段６７は、その内部において、母線周波数検出手段６５からの母線周波数検出出力ＦＤに即応し、この母線周波数検出出力ＦＤに応じて、速度指令手段６３からの速度指令ＳＳに対する速度上限値調整出力ＵＳを演算する。この速度上限値調整出力ＵＳは、母線周波数検出出力ＦＤに比例した大きさとされ、母線周波数Ｆｂが低下すればそれに即応して速度上限値調整出力ＵＳも低下し、また母線周波数Ｆｂが上昇すればそれに即応して速度上限値調整出力ＵＳも上昇する。この速度上限値調整出力ＵＳは、速度上限値調整手段６７を通過する速度指令ＳＳに対する上限値となり、母線周波数Ｆｂの変動に即応し、速度指令ＳＳをこの速度上限値調整出力ＵＳ以下の範囲に強制的に押さえ込む。速度上限値調整手段６７は、速度上限値調整出力ＵＳ以下に規制された速度指令ＬＳを出力し、この規制された速度指令ＬＳが制御指令手段６１に供給される。
速度指令ＳＳが速度上限値調整出力ＵＳより小さければ、その速度指令ＳＳはそのまま速度指令ＬＳとして出力されるが、速度指令ＳＳが速度上限値調整出力ＵＳ以上の大きさとなれば、速度上限値調整出力ＵＳが規制された速度指令ＬＳとして出力される。結果として、電力変換回路５５は速度上限値調整出力ＵＳによって規制された電流を交流電動機８１〜８４に供給し、速度上限値調整出力ＵＳで規制された有効電力を交流電動機８１〜８４との間でやり取りして、交流電動機８１〜８４は速度上限値調整出力ＵＳによって規制された回転速度で駆動される。
速度指令ＬＳは、母線周波数Ｆｂの変動に即応して速度上限値調整出力ＵＳ以下に範囲に押さえ込まれ、対応する電力変換装置５１〜５４のそれぞれは、対応する交流電動機８１〜８４の回転速度を速度上限値調整出力ＵＳに対応した回転速度以下に押さえ込む。この速度上限値調整出力ＵＳが母線周波数検出出力ＦＤに応じて調整されるので、実施の形態１と同様に、電力変換装置５１〜５４のそれぞれにおいて、共通配電母線３０の負荷変動に即応し、母線周波数Ｆｄを、その負荷状態の変化に対応した所定値に維持しながら、負荷機械９１〜９４への給電を継続できる。
具体的には、５台の原動機１１〜１５の１台が故障した場合、または５台の交流発電機２１〜２５の１台が故障した場合には、共通配電母線３０の負荷が増大して母線電圧と母線周波数が低下するが、この母線周波数Ｆｂの低下に即応して速度上限値調整出力ＵＳも低下する。この速度上限値調整出力ＵＳの低下に即応してすべての交流電動機８１〜８４の回転速度が速度上限値調整出力ＵＳ以下に低下し、全体としての負荷が低減されるので、各交流電動機８１〜８４の回転速度がある所定値まで低下したときに、交流電動機８１〜８４の回転速度および速度上限値調整出力ＵＳも所定値で安定し、この所定値を維持するように制御される。結果として、この速度上限値調整出力ＵＳ以下に規制された所定回転速度ですべての交流電動機８１〜８４の運転が継続でき、母線周波数Ｆｂもこの速度上限値調整出力ＵＳで規制された所定値に維持されるように、制御が行なわれる。
４台の電力変換装置５１〜５４の中の１台の電力変換装置５１が故障した場合、または４台の交流電動機８１〜８４の中の１台の交流電動機８１が故障した場合には、共通配電母線３０の負荷が減少し、母線電圧および母線周波数が上昇する。この母線周波数の上昇に即応して速度上限値調整出力ＵＳも上昇し、電力変換装置５２〜５４が対応する交流電動機８２〜８４の回転速度も上昇する。この交流電動機８２〜８４の回転速度が所定値まで上昇したときに、速度上限値調整出力ＵＳおよび交流電動機８２〜８４の回転速度は所定値に安定し、その所定値を維持するように制御が行なわれ、併せて母線周波数Ｆｂもそれに見合った所定値を維持するように制御が行なわれ、残る電力変換装置５２〜５４により交流電動機８２〜８４の運転を継続することができる。
速度上限値調整出力ＵＳは母線周波数検出出力ＦＤに即応し、各交流電動機の回転速度もこの速度上限値調整出力ＵＳに追従して例えば０．５秒から１秒程度の短時間で安定するように制御され、この時間内にシステムダウンの判定が出ないように設定することにより、システムダウンを回避して交流電動機の運転を継続することが可能となる。
実施の形態６．
第９図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態６を示す。この実施の形態６は、実施の形態５と同様に、速度指令ＳＳに対する速度上限値調整出力ＵＳを調整設定する上限値調整手段６７を使用するものであるが、この実施の形態６では、さらに、電力変換装置５１〜５４に対する各電力変換制御回路６０のそれぞれに、第３図に示す実施の形態２と同様に、無効電力指令手段６６が付加される。
この無効電力指令手段６６は、実施の形態２の無効電力指令手段６６と同じに、共通配電母線３０に直接接続されており、共通配電母線３０の母線電圧Ｖｂを検出し、この母線電圧Ｖｂに応じて、この母線電圧Ｖｂを所定値に維持するのに必要な無効電力を演算し、無効電力指令ＰＩを発生する。この実施の形態６でも、制御指令手段６１はこの無効電力指令ＰＩに基づき、電力変換回路５５の無効電力の調整を行なう。この無効電力の調整は、母線電圧Ｖｂを所定値に保つように、各電力変換回路５５と交流電動機８１〜８４との間でやり取りされる無効電力を調整する。この無効電力指令手段６６による無効電力の調整は、各電力変換装置５１〜５４のそれぞれにおいて実行され、母線電圧Ｖｂを所定値に調整して、母線電圧Ｖｂの安定化を図り、負荷機械９１〜９４の駆動を継続できる。
実施の形態７．
第１０図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態７を示す。この実施の形態７でも、実施の形態５と同様に、各電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに速度指令ＳＳに対する速度上限値調整出力ＵＳを演算する速度上限値調整手段６７が使用されるが、この実施の形態７では、各電力変換制御回路６０の速度上限値調整手段６７に対して共通に、母線周波数検出手段７１が設けられる。
この実施の形態７によっても、実施の形態５と同じ効果を得ることができる。加えて、複数の電力変換装置５１〜５４に対して共通に、母線周波数検出手段７１を設けるので、母線周波数検出手段６４を各電力変換装置５１〜５４のそれぞれに配置するものに比べて、母線周波数検出手段６４の特性のバラツキを解消し、各電力変換装置５１〜５４をより均一に制御することができ、また母線周波数検出手段の設置台数を低減し、構成の簡略化を図ることができる。
実施の形態８．
第１１図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態８を示す。この実施の形態８でも、実施の形態５と同様に、各電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに速度指令ＳＳに対する速度上限値調整出力ＵＳを演算する速度上限値調整手段６７が使用されるが、この実施の形態８では、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれの速度上限値調整手段６７に対して共通に、第７図に示す実施の形態４と同様に、母線周波数検出手段７１が設けられ、また各電力変換制御回路６０のそれぞれに対して共通に、無効電力指令手段７２が設けられる。
この実施の形態８によっても、実施の形態５と同じ効果を得ることができる。加えて、複数の電力変換装置５１〜５４に対して共通に、母線周波数検出手段７１と無効電力指令手段７２を設けるので、母線周波数検出手段６４と無効電力指令手段６６を各電力変換装置５１〜５４の電力変換制御回路６０のそれぞれに配置するものに比べて、母線周波数検出手段６４および無効電力指令手段６６における特性のバラツキを解消し、各電力変換装置５１〜５４をより均一に制御することができ、また、母線周波数検出手段と無効電力指令手段の設置台数を低減し、構成の簡略化を図ることができる。
実施の形態９．
第１２図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態９を示す。この実施の形態９では、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに、電流指令手段６８、電流上限値調整手段６９Ａ、および電流上限値制御出力手段６９Ｃが設けられる。
電流指令手段６８は、速度検出手段６２からの速度検出出力ＳＤと、基準速度設定手段６３からの基準速度出力ＳＳとを受けて、速度検出出力ＳＤと基準速度出力ＳＳとの差を０にするような電流指令ＣＪを発生する。電流上限値調整手段６９Ａは、母線周波数検出手段６５からの母線周波数検出出力ＦＤを受けて、この母線周波数検出出力ＦＤに比例する電流上限値調整出力ＵＣを演算し、出力する。電流上限値制御出力手段６９Ｃは、電流上限値調整出力ＵＣを受けて、この電流上限値調整出力ＵＣで上限値が規制された電流指令ＬＣを出力する。この実施の形態９では、母線周波数検出手段６５は、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに設けられ、母線３０における母線周波数Ｆｂを個別に検出し、母線周波数検出出力ＦＤを個別に出力する。
電流指令ＣＪに対する電流上限値調整出力ＵＣは、母線周波数検出出力ＦＤに応じて変化し、電流指令手段６８からの電流指令ＣＪは、電流上限値制御出力手段６９Ｃにおいて、この電流上限値調整出力ＵＣ以下の範囲に強制的に押さえ込まれ、電流上限値制御出力手段６９Ｃは、電流上限値調整出力ＵＣ以下に規制された電流指令ＬＣを電流指令ＪＣに基づいて発生する。制御指令手段６１はこの規制された電流指令ＬＣを受け、これに応じた電流指令ＣＩを電力変換装置５５に与える。電流指令ＪＣが電流上限値調整出力ＵＣより小さければ、その電流指令ＪＣはそのまま電流指令ＬＣとして出力されるが、電流指令ＪＣが電流上限値調整出力ＵＣ以上の大きさとなれば、電流上限値調整出力ＵＣが規制された電流指令ＬＣとして出力される。結果として、電力変換回路５５は電流上限値調整出力ＵＣによって規制された電流を交流電動機８１〜８４に供給し、電流上限値調整出力ＵＣで規制された有効電力を交流電動機８１〜８４との間でやり取りして、交流電動機８１〜８４は電流上限値調整出力ＵＣによって規制された回転速度で駆動される。
具体的には、５台の原動機１１〜１５の１台が故障した場合、または５台の交流発電機２１〜２５の１台が故障した場合には、共通配電母線３０の負荷が増大して母線電圧と母線周波数が低下するが、この母線周波数Ｆｂの低下に即応して電流上限値調整出力ＵＣも低下する。この電流上限値調整出力ＵＣの低下に即応してすべての交流電動機８１〜８４の回転速度が電流上限値調整出力ＵＣ以下に低下し、全体としての負荷が低減されるので、各交流電動機８１〜８４の回転速度がある所定値まで低下したときに、交流電動機８１〜８４の回転速度および速度上限値調整出力ＵＣも所定値で安定し、この所定値を維持するように制御される。結果として、この電流上限値調整出力ＵＣ以下に規制された所定回転速度ですべての交流電動機８１〜８４の運転が継続でき、母線周波数Ｆｂもこの電流上限値調整出力ＵＣで規制された所定値に維持されるように、制御が行なわれる。
４台の電力変換装置５１〜５４の中の１台の電力変換装置５１が故障した場合、または４台の交流電動機８１〜８４の中の１台の交流電動機８１が故障した場合には、共通配電母線３０の負荷が減少し、母線電圧および母線周波数が上昇する。この母線周波数の上昇に即応して電流上限値調整出力ＵＣも上昇し、電力変換装置５２〜５４が対応する交流電動機８２〜８４の回転速度も上昇する。この交流電動機８２〜８４の回転速度が所定値まで上昇したときに、電流上限値調整出力ＵＣおよび交流電動機８２〜８４の回転速度は所定値に安定し、その所定値を維持するように制御が行なわれ、併せて母線周波数Ｆｂもそれに見合った所定値を維持するように制御が行なわれ、残る電力変換装置５２〜５４により交流電動機８２〜８４の運転を継続することができる。
電流上限値調整出力ＵＣは母線周波数検出出力ＦＤに即応し、各交流電動機の回転速度もこの電流上限値調整出力ＵＣに追従して例えば０．５秒から１秒程度の短時間で安定するように制御され、この時間内にシステムダウンの判定が出ないように設定することにより、システムダウンを回避して交流電動機の運転を継続することが可能となる。
実施の形態１０．
第１３図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１０を示す。この実施の形態１０でも、実施の形態９と同様に、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに、電流指令手段６８、電流上限値調整手段６９Ａ、および電流上限値制御出力手段６９Ｃが設けられるが、それに加えて、電力変換制御回路６０のそれぞれに、実施の形態２と同様に、無効電力指令手段６６が設けられる。
この無効電力指令手段６６は、実施の形態２の無効電力指令手段６６と同じに、共通配電母線３０に直接接続されており、共通配電母線３０の母線電圧Ｖｂを検出し、この母線電圧Ｖｂに応じて、この母線電圧Ｖｂを所定値に維持するのに必要な無効電力を演算し、無効電力指令ＰＩを発生する。この実施の形態６でも、制御指令手段６１はこの無効電力指令ＰＩに基づき、電力変換回路５５の無効電力の調整を行なう。この無効電力の調整は、母線電圧Ｖｂを所定値に保つように、各電力変換回路５５と交流電動機８１〜８４との間でやり取りされる無効電力を調整する。この無効電力指令手段６６による無効電力の調整は、各電力変換装置５１〜５４のそれぞれにおいて実行され、母線電圧Ｖｂを所定値に調整して、母線電圧Ｖｂの安定化を図り、負荷機械９１〜９４の駆動を継続できる。
実施の形態１１．
第１４図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１１を示す。この実施の形態１０でも、実施の形態９と同様に、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに、電流指令手段６８、電流上限値調整手段６９Ａ、および電流上限値制御出力手段６９Ｃが設けられるが、それに加えて、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに共通に、母線周波数検出手段７１が設けられる。
この実施の形態１１によっても、実施の形態９と同じ効果を得ることができる。加えて、複数の電力変換装置５１〜５４に対して共通に、母線周波数検出手段７１を設けるので、母線周波数検出手段６４を各電力変換装置５１〜５４のそれぞれに配置するものに比べて、母線周波数検出手段６４の特性のバラツキを解消し、各電力変換装置５１〜５４をより均一に制御することができ、また母線周波数検出手段の設置台数を低減し、構成の簡略化を図ることができる。
実施の形態１２．
第１４図はこの発明による交流電動機の駆動システムに実施の形態１２を示す。この実施の形態１２でも、実施の形態９と同様に、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに、電流指令手段６８、電流上限値調整手段６９Ａ、および電流上限値制御出力手段６９Ｃが設けられるが、それに加えて、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに共通に、母線周波数検出手段７１と、無効電力指令手段７２が設けられる。
この実施の形態１２によっても、実施の形態９と同じ効果を得ることができる。加えて、複数の電力変換装置５１〜５４に対して共通に、母線周波数検出手段７１と無効電力指令手段７２を設けるので、母線周波数検出手段６４と無効電力指令手段６６を各電力変換装置５１〜５４の電力変換制御回路６０のそれぞれに配置するものに比べて、母線周波数検出手段６４および無効電力指令手段６６における特性のバラツキを解消し、各電力変換装置５１〜５４をより均一に制御することができ、また、母線周波数検出手段と無効電力指令手段の設置台数を低減し、構成の簡略化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
この発明による交流電動機の駆動システムは、船舶における複数の推進器を複数の交流電動機によって駆動する用途、ＬＰＧプラントにおける複数のコンプレッサを複数の交流電動機によって駆動する用途、または複数のブロアを複数の交流電動機によって駆動する用途など、複数の風水力利用負荷を複数の交流電動機によって駆動するのに有効に利用できる。
【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】
【図１５】
【技術分野】
この発明は、複数の交流電動機を駆動する交流電動機の駆動システムに関するもので、特に複数の交流発電機を共通配電母線に接続し、この共通配電母線に複数の電力変換装置を接続し、この各電力変換装置から複数の交流電動機を駆動する交流電動機の駆動システムに関するものである。
【背景技術】
この種の交流電動機の駆動システムは、例えば国際特許公開ＷＯ０２／１００７１６Ａ１のＦｉｇ．１およびＳ．ＩｄｅｎとＷ．Ｒｚａｄｋｉによる「Ｍａｉｎｓ Ｐｏｗｅｒ Ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ Ｓｈｉｐｓ ｗｉｔｈ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する論文（ＥＰＥ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ，ＰＰ００００９９．ｐｄｆ，２００１）に開示されている。この先行技術に示されたものは、船舶推進用の複数の推進器（スクリュー）を駆動する複数の交流電動機の駆動システムである。この駆動システムは、原動機として複数のディーゼル機関を用いており、各ディーゼル機関によりそれぞれ対応する交流発電機を駆動することにより、複数の交流発電機を駆動している。複数の各交流発電機は、共通配線母線に接続され、この共通配線母線には、複数の電力変換装置が接続され、この複数の各電力変換装置のそれぞれに交流電動機を接続することにより、複数の交流電動機を駆動している。複数の各交流電動機はそれぞれ対応する負荷機械、例えば船舶推進用の推進器に連結されていて、船舶推進用の複数の推進器が複数の交流電動機によりそれぞれ駆動される。
このような交流電動機の駆動システムを応用した電気式船舶推進装置は、ディーゼル機関により直接推進器を駆動する従来の船舶推進装置に比べて、振動が少なく、複数の各推進器の回転方向および回転数の調整が容易であって、しかも駆動効率がよいなどの利点があり、乗り心地を重視する豪華客船および前後進を繰り返す砕氷船などの用途に適用されている。
またこの種の交流電動機の駆動システムを応用した電気式ＬＮＧプラントも出現している。この電気式ＬＮＧプラントは、複数の負荷機械として、複数の交流電動機によって駆動される複数のコンプレッサを用いて天然ガスを液化するプラントであり、天然ガス液化設備内の複数のコンプレッサをガスタービンまたはスチームタービンで直接駆動する従来のＬＮＧプラントに比べて、排気ガスが少なく、しかも駆動効率がよいなどの利点がある。この電気式ＬＮＧプラントでは、共通配電母線に接続された複数の電力変換装置によって駆動される複数の交流電動機のそれぞれにコンプレッサが連結され、複数のコンプレッサが駆動される。
しかし前述の従来の交流電動機の駆動システムは、システムダウンの問題を含んでいる。例えば複数のディーゼル機関の１台が故障した場合、残りのディーゼル機関の負荷が増加し、その回転数が低下し、そのディーゼル機関によって駆動される交流発電機の出力電圧、出力周波数の低下が起こり、共通配線母線でも母線電圧および母線周波数の低下が起こる。この共通配線母線の母線電圧および母線周波数の低下が、予め設定された下限値以下になるとシステム異常との判定が行なわれ、共通配線母線と各交流発電機との間に配置された回路遮断器が開放される。その結果、船舶推進装置では各推進器が、またＬＮＧプラントでは各コンプレッサが停止するシステムダウンが起こる。このような共通配電母線の母線電圧および母線周波数の低下に伴なうシステムダウンは、複数の交流発電機の１台が故障した場合にも同様に起こる。
また複数の電力変換装置の１台が故障した場合、その電力変換装置と共通配線母線との間に配置された回路遮断器が開放される。この場合、複数のディーゼル機関の負荷が減少し、それらの回転数が上昇するので、共通配電母線の母線電圧および母線周波数が上昇する。この母線電圧または母線周波数が、予め設定された上限値以上になると、システム異常と判定され、すべての交流発電機と共通配線母線との間の回路遮断器が開放され、すべての推進器またはコンプレッサが停止するシステム異常となる。この共通配電母線の母線電圧および母線周波数の上昇に伴なうシステム異常は、複数の交流電動機の１台が故障した場合にも同様に起こる。
通常、ディーゼル機関では、ガバナ制御によりその燃料供給量が調整され、その回転数制御が行なわれ、また交流発電機では、その励磁電流調整による出力電圧制御が行なわれ、共通配線母線の母線周波数は各ディーゼル機関のガバナ制御により抑制され、またその母線電圧は各交流発電機の励磁電流調整により抑制される。しかし、これらのガバナ制御および励磁電流調整には秒オーダの応答遅れがあるので、複数のディーゼル機関、複数の交流発電機、複数の電力変換装置、および複数の交流電動機の１台が故障した場合に、共通配電母線の母線電圧または母線周波数を、それらの上下限値以内に納めるように制御するのが困難であり、前述のシステムダウンが生じ易い。
とくに、電気式船舶推進装置または電気式ＬＮＧプラントでは、投資コストを低減するために、ディーゼル機関、交流発電機、電力変換装置および交流電動機の台数を少なくすることが望まれる傾向が強い。この傾向に従って、ディーゼル機関、交流発電機、電力変換装置および交流電動機の台数が少なくした場合には、それらの１台が故障した場合の負荷変動が大きくなり、システムダウンを回避するのがさらに困難となる。
この発明は、このようなシステムダウンをより有効に回避することが可能な改良された交流電動機の駆動システムを提案するものである。
【発明の開示】
この発明に係る交流電動機の駆動システムは、原動機により駆動される複数の交流発電機と、この複数の交流発電機が接続された共通配電母線と、この共通配電母線に接続された複数の電力変換装置と、この複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路と、前記複数の電力変換装置のそれぞれによって駆動される複数の交流電動機と、この複数の交流電動機のそれぞれによって駆動される複数の負荷機械とを備えた交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記交流電動機に対する速度指令を補正した補正速度指令に基づいて、対応する前記電力変換装置に対する電流指令を発生し、前記電力変換装置のそれぞれが、対応する前記電力変換制御回路からの前記電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記補正速度指令に対応した所定値に制御することを特徴とする。
この発明の交流電動機の駆動システムでは、複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記交流電動機に対する速度指令を補正した補正速度指令に基づいて、対応する前記電力変換装置に対する電流指令を発生するように構成されており、この電力変換制御回路からの補正速度指令は、母線周波数に即応して変化する。したがって、複数の電力変換装置は、それぞれ母線周波数に即応する前記電力変換制御回路からの前記補正速度指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記補正速度指令に対応した所定値に制御するので、複数の交流発電機、複数の電力変換装置および複数の交流電動機の１台が故障した場合にも、共通配電母線の母線周波数の変動を、その上下限値以内に容易に納めることができ、システムダウンを有効に回避できる。
また、この発明に係る別の交流電動機の駆動システムは、原動機により駆動される複数の交流発電機と、この複数の交流発電機が接続された共通配電母線と、この共通配電母線に接続された複数の電力変換装置と、この複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路と、前記複数の電力変換装置のそれぞれによって駆動される複数の交流電動機と、この複数の交流電動機のそれぞれによって駆動される複数の負荷機械とを備えた交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記交流電動機に対する速度指令の上限値を調整した速度上限値調整出力に基づいて、前記速度上限値調整出力以下の範囲において、対応する前記電力変換装置に対する電流指令を発生し、前記電力変換装置のそれぞれが、対応する前記交流電動機に対する前記速度上限値調整出力以下の範囲において、対応する前記電力変換制御回路からの前記電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記速度上限値調整出力で規制される所定値に制御することを特徴とする。
この発明の別の交流電動機の駆動システムでは、複数の電力変換装置のそれそれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記交流電動機に対する速度指令の上限値を調整した速度上限値調整出力に基づいて、前記速度上限値調整出力以下の範囲において、対応する電力変換装置に対する電流指令を発生するように構成されており、この複数の電力変換制御回路の速度上限値調整出力は、母線周波数に即応して変化する。したがって、複数の電力変換装置のそれぞれは、母線周波数に即応する前記電力変換制御回路の前記速度上限値調整出力以下に範囲において、対応する電力変換制御回路からの電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に即応して、母線周波数を前記速度上限値調整出力で規制される所定値に制御することができ、複数の交流発電機、複数の電力変換装置および複数の交流電動機の１台が故障した場合にも、共通配電母線の母線周波数の変動を、その上下限値以内に容易に納めることができ、システムダウンを有効に回避できる。
また、この発明によるさらに別の交流電動機の駆動システムは、原動機により駆動される複数の交流発電機と、この複数の交流発電機が接続された共通配電母線と、この共通配電母線に接続された複数の電力変換装置と、この複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路と、前記複数の電力変換装置のそれぞれによって駆動される複数の交流電動機と、この複数の交流電動機のそれぞれによって駆動される複数の負荷機械とを備えた交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記電力変換装置に対する電流指令の上限値を調整した電流上限値調整出力に基づいて、前記電流上限値調整出力以下の範囲において、前記交流電動機に対する電流指令を発生し、前記複数の電力変換装置のそれぞれが、前記電流上限値調整出力以下の範囲において、対応する前記電力変換制御回路からの前記電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記電流上限値調整出力で規制される所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
この別の交流電動機の駆動システムでは、複数の電力変換装置のそれそれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記電力変換装置に対する電流指令の上限値を調整した電流上限値調整出力に基づいて、前記電流上限値調整出力以下の範囲において、対応する電力変換装置に対する電流指令を発生するように構成されており、この複数の電力変換制御回路の電流上限値調整出力は、母線周波数に即応して変化する。したがって、複数の電力変換装置のそれぞれは、母線周波数に即応する前記電力変換制御回路の前記電流上限値調整出力以下に範囲において、対応する電力変換制御回路からの電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に即応して、母線周波数を前記電流上限値調整出力で規制される所定値に制御することができ、複数の交流発電機、複数の電力変換装置および複数の交流電動機の１台が故障した場合にも、共通配電母線の母線周波数の変動を、その上下限値以内に容易に納めることができ、システムダウンを有効に回避できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１を示すシステム系統図、第２図は、実施の形態１の動作波形を示す線図、第３図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態２を示すシステム系統図、第４図は実施の形態２に対応する従来の動作波形を示す線図、第５図は実施の形態２の動作波形を示す線図、第６図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態３を示すシステム系統図、第７図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態４を示すシステム系統図、第８図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態５を示すシステム系統図、第９図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態６を示すシステム系統図、第１０図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態７を示すシステム系統図、第１１図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態８を示すシステム系統図、第１２図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態９を示すシステム系統図、第１３図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１０を示すシステム系統図、第１４図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１１を示すシステム系統図、第１５図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１２を示すシステム系統図である。
【発明を実施するための最良の形態】
実施の形態１．
第１図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１を示す。この交流電動機の駆動システムは、船舶推進装置、ＬＮＧプラント、またはブロア駆動装置に応用される。
第１図に示す交流電動機の駆動システムは、５台の複数の原動機１１〜１５、５台の複数の交流発電機２１〜２５、共通配電母線３０、４台の複数の変圧器４１〜４４、４台の複数の電力変換装置５１〜５４、４台の複数の交流電動機８１〜８４、および４台の複数の負荷装置９１〜９４を含んでいる。
複数の原動機１１〜１５はそれぞれディーゼル機関である。これらのディーゼル機関１１〜１５は、ガソリンなどの液体燃料を燃焼させることにより、駆動力を発生する。しかし、液体燃料に代わってプロパンガスなどの気体燃料を燃焼させて駆動力を発生する原動機を用いることもできる。また、これらの原動機１１〜１５の台数は、５台に限らず、投資コストに応じた台数が設置される。通常船舶推進装置に応用される場合には、２台から１０台程度とされる。原動機１１〜１５のそれぞれには、ガバナ制御装置が付設され、そのガバナ制御装置によって供給燃料量が制御され、その回転数が制御されるものとする。
交流発電機２１〜２５の台数は原動機１１〜１５の設置台数と同じまたはそれ以下とされる。１台の原動機によって、例えば２台または３台の交流発電機を駆動することもできる。第１図は、５台の原動機１１〜１５によってそれぞれ１台、都合５台の交流発電機２１〜２５を駆動するシステムを示している。これらの交流発電機２１〜２５は、例えば三相交流発電機であり、それぞれ三相交流出力を発生する。しかし、単相交流発電機も使用することができる。各交流発電機２１〜２５には、励磁電流調整装置が付設され、この励磁電流調整装置により励磁電流を調整することにより、三相交流出力の出力電圧の大きさが調整されるものとする。原動機１１〜１５のガバナ制御装置による回転数の制御に基づき、交流発電機２１〜２５の出力周波数が調整される。
共通配電母線３０は、例えば三相配電母線として構成される。しかし交流発電機２１〜２５が単相交流発電機として構成される場合には、単相配電母線として構成される。この共通配電母線３０には、各交流発電機２１〜２５の三相出力端子が接続される。各交流発電機２１〜２５は、共通配電母線３０の対して互いに並列に接続される。共通配電母線３０と各交流発電機２１〜２５との間には、図示していないが、それぞれ回路遮断器が配置される。加えて、共通配電母線３０には、変圧器３１、３２を介して、低圧配線３３、３４も接続されており、低圧負荷への給電を行なうことができる。変圧器３１、３２は、この実施の形態１では、一次側がΔ結線、二次側がＹ結線された三相変圧器である。
変圧器４１〜４４は、それぞれ図示しないが回路遮断器を介して共通配電母線３０に互いに並列に接続されている。この変圧器４１〜４４は、この実施の形態１では一次側、二次側ともΔ結線された三相変圧器である。
電力変換装置５１〜５４は、それぞれ変圧器４１〜４４の二次側に直接接続されている。これらの電力変換装置５１〜５４は互いに同じに構成されるので、図面では、電力変換回路５１の内部回路だけを示し、他の電力変換装置５２〜５４の詳細は省略されている。電力変換装置５１〜５４は、それぞれ交流電力変換用の電力変換回路５５とこの電力変換回路５５に対する電力変換制御回路６０を含んでいる。
電力変換装置５１〜５４には、交流電動機８１〜８４がそれぞれ１台づつ接続される。各電力変換装置５１〜５４の電力変換回路５５は、それぞれ対応する交流発電機８１〜８４との間で、有効電力と無効電力をやり取りするように構成され、各電力変換回路５５はこの有効電力と無効電力に両者を制御可能に構成される。
電力変換回路５５には、例えば交流電力を直流電力に変換する高効率のコンバータ５６と、変換された直流電力を平滑化する平滑コンデンサ５７と、直流電力を再び交流電力に変換する自励式インバータ５８とで構成されるコンバータ／インバータ方式の電力変換回路が用いられる。しかし、マトリクスコンバータによる交流／交流方式の電力変換回路を用いることもできる。
電力変換装置５１〜５４のそれぞれに含まれる電力変換制御回路６０も、各電力変換装置５１〜５４のそれぞれで同じに構成される。この電力変換制御回路６０は、第１図の実施の形態１では、制御指令手段６１と、交流電動機８１〜８４の速度検出出力を個別に出力する速度検出出力手段６２と、速度指令出力手段６３と、速度指令補正手段６４と、母線周波数検出手段６５とを含んでいる。
制御指令手段６１は、電力変換回路５５に対して電流指令ＣＩを供給するもので、電力変換回路５５はこの電流指令ＣＩに基づいて、対応する各交流電動機８１〜８４に対する駆動電流を発生し、それを駆動する。速度情報出力手段６２は、交流電動機８１〜８４のそれぞれに付設された回転数検出手段８５〜８８からの回転数検出出力ＲＤに基づいて、各交流電動機８１〜８４の回転数を演算し、各交流電動機８１〜８４の回転数に比例した速度検出出力ＳＤを出力する。速度指令出力手段６３は、外部からの指令に基づいて速度検出出力ＳＤに対する基準値となる速度指令ＳＳを発生する。この速度指令ＳＳは、外部から設定されるか、または記憶した複数の指令値の中から、外部信号に基づいて選択される。
速度指令補正手段６４は補正速度指令ＡＳを発生する。母線周波数検出手段６５は、共通配電母線３０に直接接続され、共通配電母線３０における交流出力の母線周波数Ｆｂに比例した母線周波数検出出力ＦＤを出力する。速度指令補正手段６４は、速度指令出力手段６３からの速度指令ＳＳと、母線周波数検出手段６５からの母線周波数検出出力ＦＤとを受けるように構成されていて、速度指令ＳＳを母線周波数検出出力ＦＤで補正した補正速度指令ＡＳを発生し、この補正速度指令ＡＳを制御指令手段６１に供給する。
制御指令手段６１は、速度指令補正手段６４からの補正速度指令ＡＳと、速度情報出力手段６２からの速度検出出力ＳＤとを受け、速度検出出力ＳＤを補正速度指令ＡＳに等しくするような電流指令ＣＩを電力変換回路５５に供給する。電力変換回路５５は、この電流指令ＣＩに基づく電流で交流出力を発生する。
交流電動機８１〜８４は、それぞれ電力変換装置５１〜５４の各電力変換回路５５の出力に直接接続され、各電力変換回路５５の交流出力により駆動される。各交流電動機８１〜８４には、それぞれの回転数を検出する回転数検出手段８５〜８８が付設され、この回転数検出手段８５〜８８が速度検出出力手段６２に回転数検出出力ＲＤを供給する。交流電動機８１〜８４のそれぞれには、負荷機械９１〜９４が連結されており、この負荷機械９１〜９４は交流電動機８１〜８４により、それぞれ直接駆動される。負荷機械９１〜９４は、船舶推進装置に応用される場合には、その推進器となり、またＬＮＧプラントに応用される場合には、そのコンプレッサとなる。
さて、この実施の形態１では、電力変換装置５１〜５４のそれぞれが、共通配電母線３０の母線周波数Ｆｂの変化に即応して、速度指令ＳＳを母線周波数ｆｂに応じて補正した補正速度指令ＡＳを電流指令手段６１に与える。各電力変換装置５１〜５４の制御指令手段６１は母線周波数Ｆｂの変化に即応して、各電力変換回路５５の電流出力を変化させ、それに伴なって各電力変換回路５５と各交流電動機８１〜８４との間でやり取りされる有効電力を変化させ、各交流電動機８１〜８４の回転速度を補正速度指令ＡＳに対応した所定値に維持するように制御する。結果として、各交流電動機８１〜８４のそれぞれは、その回転速度が補正速度指令ＡＳに対応した所定回転速度まで変化した後、この所定回転速度を維持するように制御され、また母線周波数Ｆｂも補正速度指令ＡＳに対応した所定値まで変化した後、この所定値を維持するように制御される。
具体的には、５台の原動機１１〜１５の１台が故障した場合、または５台の交流発電機２１〜２５の１台が故障した場合には、共通配電母線３０の負荷が増大して母線電圧と母線周波数が低下するが、この母線周波数Ｆｂの低下に即応して補正速度指令ＡＳも低下する。この補正速度指令ＡＳの低下に即応してすべての交流電動機８１〜８４の回転速度が補正速度指令ＡＳに対応して低下し、全体としての負荷が低減されるので、各交流電動機８１〜８４の回転速度がある所定値まで低下したときに、交流電動機８１〜８４の回転速度および補正速度指令ＡＳも所定値で安定し、この所定値を維持するように制御される。結果として、この補正速度指令ＡＳに対応する所定回転速度ですべての交流電動機８１〜８４の運転が継続でき、母線周波数Ｆｂもこの補正速度指令ＡＳに対応した所定値に維持されるように、制御が行なわれる。
４台の電力変換装置５１〜５４の中の１台の電力変換装置５１が故障した場合、または４台の交流電動機８１〜８４の中の１台の交流電動機８１が故障した場合には、共通配電母線３０の負荷が減少し、母線電圧および母線周波数が上昇するが、この母線周波数の上昇に即応して補正速度指令ＡＳも上昇し、電力変換装置５２〜５４が対応する交流電動機８２〜８４の回転速度を上昇させ、これが所定値まで上昇したときに、補正速度指令ＡＳおよび交流電動機８２〜８４の回転速度は所定値に安定し、その所定値を維持するように制御が行なわれ、母線周波数Ｆｂもそれに見合った所定値を維持するように制御が行なわれ、残る電力変換装置５２〜５４により交流電動機８２〜８４の運転を継続することができる。
補正速度指令ＡＳは母線周波数検出出力ＦＤに即応し、各交流電動機の回転速度の補正もこの補正速度指令ＡＳに追従して例えば０．５秒から１秒程度の短時間で安定するように制御され、この時間内にシステムダウンの判定が出ないように設定することにより、システムダウンを回避して交流電動機の運転を継続することが可能となる。
負荷機械９１〜９４とされる船舶の推進器またはＬＮＧプラントのコンプレッサは、風水力応用機械であり、２乗トルク負荷であって、その消費電力特性は、回転速度の３乗に比例して増減する。すなわち、回転速度の小さな変化でも、消費電力はその３乗に比例して大きく変化するので、交流電動機８１〜８４の回転速度を増減することにより、電力負荷は大きく変わる結果となり、この電力負荷の大きな変動を利用して、補正速度指令ＡＳおよび交流電動機８１〜８４の回転速度を僅かに増減して、それを安定化できる。船舶の推進器、ＬＮＧプラントのコンプレッサ以外に、ブロアも風水力応用機械である。負荷機械として、ブロアにも応用できる。
第２図はこの実施の形態１による特性の変化の一例を示す。第２図（ａ）は、母線電圧Ｖｂ、（ｂ）は母線周波数Ｆｂ、（ｃ）は共通配電母線３０の負荷電流を示す。母線電圧Ｖｂおよび負荷電流は、それぞれユニット単位［ｐ．ｕ．］で示され、母線周波数Ｆｂは［Ｈｚ］で示される。横軸は何れも時間（秒）である。原点０から０．２秒経過した時点で、母線周波数Ｆｂが＋５０［Ｈｚ］から低下する現象が見られるが、原点０から０．８秒経過した時点で母線周波数Ｆｂは＋４９［Ｈｚ］にほぼ等しくなり、その後この周波数に安定する。
実施の形態２．
図３はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態２を示す。この実施の形態２は、電力変換装置５１〜５４の各電力変換制御回路６０に、さらに、無効電力指令手段６６を追加し、制御指令手段６１がこの無効電力指令手段６６からの無効電力指令ＰＩに基づき、電力変換回路５５の無効電力調整を行なうようにしたものである。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同じ部分を同じ符号で示し、説明を省略する。
無効電力指令手段６６は、各電力変換装置５１〜５４の電力変換制御回路６０のそれぞれに含まれている。この無効電力指令手段６６は、共通配電母線３０に直接接続されており、共通配電母線３０の母線電圧Ｖｂを検出し、この母線電圧Ｖｂに応じて、この母線電圧Ｖｂを所定値に維持するのに必要な無効電力を演算し、無効電力指令ＰＩを発生する。制御指令手段６１はこの無効電力指令ＰＩに基づき、電力変換回路５５の無効電力の調整を行なう。この無効電力の調整は、母線電圧Ｖｂを所定値に保つように、各電力変換回路５５と交流電動機８１〜８４との間でやり取りされる無効電力を調整する。この無効電力指令手段６６による無効電力の調整は、各電力変換装置５１〜５４のそれぞれにおいて実行される。
原動機１１〜１５、交流発電機２１〜２５のいずれかが故障した場合、または電力変換回路５１〜５４、交流電動機８１〜８４のいずれかが故障した場合、共通配電母線３０の負荷が変動し、母線電圧Ｖｂは母線周波数Ｆｂとともに変動する。この母線電圧Ｖｂの変動が、発電機システムに付設される交流電圧調整手段によって抑制できる場合は、第２図（ａ）に示すように、母線電圧Ｖｂを維持しながら、故障した電力変換装置と、それに接続された交流電動機を除いた交流電動機の駆動を継続できるが、発電機システムに付設される交流電圧調整手段によって、母線電圧Ｖｂの変動が抑制できない場合には、第４図（ａ）に示すように、母線電圧Ｖｂの変動が拡大し、やがてシステムの停止に至る。
実施の形態２では、無効電力指令手段６６によって母線電圧Ｖｂを検出し、この母線電圧Ｖｂの変動を抑制し、それを所定値に維持するのに必要な無効電力量が演算され、それに基づき無効電力指令ＰＩが制御指令手段６１に与えられるので、第５図（ａ）に示すように、母線電圧Ｖｂを所定値に維持することが可能となり、より安定して交流電動機の駆動を継続することができる。なお、第４図，第５図の（ｂ）は母線周波数Ｆｂを、またその（ｃ）は負荷電流をそれぞれ示す。
実施の形態３．
第６図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態３を示す。この実施の形態３は、共通の母線周波数検出手段７１を設け、この共通の母線周波数検出手段７１から各電力変換装置５１〜５４のそれぞれに、母線周波数検出出力ＦＤを分配するようにしたものである。その他の構成は第１図に示す実施の形態１と同じであり、同じ部分を同じ符号で示し、詳細な説明を省略する。
この実施の形態３において、母線周波数検出手段７１は、電力変換装置５１〜５４の外部に、それらに共通に設けられる。この母線周波数検出手段７１は、共通配電母線３０に直接接続され、母線周波数Ｆｂを検出して、母線周波数検出出力ＦＤを発生する。この母線周波数検出出力ＦＤは、電力変換装置５１〜５４のそれぞれの速度指令補正手段６４に分配される。この各速度指令補正手段６４は、実施の形態１と同様に補正速度指令ＡＳを発生し、制御指令手段６１に供給する。
この実施の形態３によっても、実施の形態１と同じ効果を得ることができる。加えて、複数の電力変換装置５１〜５４に対して共通に、母線周波数検出手段７１を設けるので、母線周波数検出手段６４を各電力変換装置５１〜５４のそれぞれに配置するものに比べて、母線周波数検出手段６４の特性のバラツキを解消し、各電力変換装置５１〜５４をより均一に制御することができ、また母線周波数検出手段の設置台数を低減し、構成の簡略化を図ることができる。
実施の形態４．
第７図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態４を示す。この実施の形態４は、共通の母線周波数検出手段７１と共通の無効電力指令手段７２を設け、共通の母線周波数検出手段７１から各電力変換装置５１〜５４のそれぞれに、母線周波数検出出力ＦＤを分配するとともに、共通の無効電力指令手段７２から各電力変換装置５１〜５４のそれぞれに、無効電力指令ＰＩを分配するようにしたものである。その他の構成は第１図に示す実施の形態１と同じであり、同じ部分を同じ符号で示し、詳細説明を省略する。
この実施の形態４において、母線周波数検出手段７１および無効電力指令手段７２は、電力変換装置５１〜５４の外部に、それらに共通に設けられる。母線周波数検出手段７１は、共通配電母線３０に直接接続され、母線周波数Ｆｂを検出して、母線周波数検出出力ＦＤを発生する。この母線周波数検出出力ＦＤは、電力変換装置５１〜５４それぞれに対する電力変換制御回路６０の速度指令補正手段６４に供給される。この各速度指令補正手段６４は、実施の形態１と同様に補正速度指令ＡＳを発生し、制御指令手段６１に供給する。
無効電力指令手段７２も共通配電母線３０に直接接続され、母線電圧Ｖｂを検出して、この母線電圧Ｖｂを所定値に維持するための無効電力指令ＰＩを発生する。この無効電力指令ＰＩは、電力変換装置５１〜５４のそれぞれにおける電力変換制御回路の制御指令手段６１に供給される。この各制御指令手段６１は、実施の形態２と同様に無効電力指令ＰＩに応じて、電力変換装置５１〜５４と交流電動機８１〜８４との間でやり取りされる無効電力を調整し、母線電圧Ｖｂを所定値に維持する。
この実施の形態４によっても、実施の形態２と同じ効果を得ることができる。加えて、複数の電力変換装置５１〜５４に対して共通に、母線周波数検出手段７１と無効電力指令手段７２を設けるので、母線周波数検出手段６４と無効電力指令手段６６を各電力変換装置５１〜５４の電力変換制御回路６０のそれぞれに配置するものに比べて、母線周波数検出手段６４および無効電力指令手段６６における特性のバラツキを解消し、各電力変換装置５１〜５４をより均一に制御することができ、また、母線周波数検出手段と無効電力指令手段の設置台数を低減し、構成の簡略化を図ることができる。
実施の形態５．
第８図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態５を示す。第１図、第３図、第６図、第７図に示した実施の形態１〜４では、母線周波数検出手段６５からの母線周波数検出出力ＦＤにより、速度指令手段６３からの速度指令ＳＳを補正して、補正速度指令ＡＳを出力する速度指令補正手段６４を用いたが、この実施の形態５では、電力変換装置５１〜５４に対する各電力変換制御回路６０のそれぞれにおいて、この速度指令補正手段６４に代わって、速度指令ＳＳの上限値を調整する速度上限値調整手段６７が用いられる。
速度上限値調整手段６７は、その内部において、母線周波数検出手段６５からの母線周波数検出出力ＦＤに即応し、この母線周波数検出出力ＦＤに応じて、速度指令手段６３からの速度指令ＳＳに対する速度上限値調整出力ＵＳを演算する。この速度上限値調整出力ＵＳは、母線周波数検出出力ＦＤに比例した大きさとされ、母線周波数Ｆｂが低下すればそれに即応して速度上限値調整出力ＵＳも低下し、また母線周波数Ｆｂが上昇すればそれに即応して速度上限値調整出力ＵＳも上昇する。この速度上限値調整出力ＵＳは、速度上限値調整手段６７を通過する速度指令ＳＳに対する上限値となり、母線周波数Ｆｂの変動に即応し、速度指令ＳＳをこの速度上限値調整出力ＵＳ以下の範囲に強制的に押さえ込む。速度上限値調整手段６７は、速度上限値調整出力ＵＳ以下に規制された速度指令ＬＳを出力し、この規制された速度指令ＬＳが制御指令手段６１に供給される。
速度指令ＳＳが速度上限値調整出力ＵＳより小さければ、その速度指令ＳＳはそのまま速度指令ＬＳとして出力されるが、速度指令ＳＳが速度上限値調整出力ＵＳ以上の大きさとなれば、速度上限値調整出力ＵＳが規制された速度指令ＬＳとして出力される。結果として、電力変換回路５５は速度上限値調整出力ＵＳによって規制された電流を交流電動機８１〜８４に供給し、速度上限値調整出力ＵＳで規制された有効電力を交流電動機８１〜８４との間でやり取りして、交流電動機８１〜８４は速度上限値調整出力ＵＳによって規制された回転速度で駆動される。
速度指令ＬＳは、母線周波数Ｆｂの変動に即応して速度上限値調整出力ＵＳ以下に範囲に押さえ込まれ、対応する電力変換装置５１〜５４のそれぞれは、対応する交流電動機８１〜８４の回転速度を速度上限値調整出力ＵＳに対応した回転速度以下に押さえ込む。この速度上限値調整出力ＵＳが母線周波数検出出力ＦＤに応じて調整されるので、実施の形態１と同様に、電力変換装置５１〜５４のそれぞれにおいて、共通配電母線３０の負荷変動に即応し、母線周波数Ｆｄを、その負荷状態の変化に対応した所定値に維持しながら、負荷機械９１〜９４への給電を継続できる。
具体的には、５台の原動機１１〜１５の１台が故障した場合、または５台の交流発電機２１〜２５の１台が故障した場合には、共通配電母線３０の負荷が増大して母線電圧と母線周波数が低下するが、この母線周波数Ｆｂの低下に即応して速度上限値調整出力ＵＳも低下する。この速度上限値調整出力ＵＳの低下に即応してすべての交流電動機８１〜８４の回転速度が速度上限値調整出力ＵＳ以下に低下し、全体としての負荷が低減されるので、各交流電動機８１〜８４の回転速度がある所定値まで低下したときに、交流電動機８１〜８４の回転速度および速度上限値調整出力ＵＳも所定値で安定し、この所定値を維持するように制御される。結果として、この速度上限値調整出力ＵＳ以下に規制された所定回転速度ですべての交流電動機８１〜８４の運転が継続でき、母線周波数Ｆｂもこの速度上限値調整出力ＵＳで規制された所定値に維持されるように、制御が行なわれる。
４台の電力変換装置５１〜５４の中の１台の電力変換装置５１が故障した場合、または４台の交流電動機８１〜８４の中の１台の交流電動機８１が故障した場合には、共通配電母線３０の負荷が減少し、母線電圧および母線周波数が上昇する。この母線周波数の上昇に即応して速度上限値調整出力ＵＳも上昇し、電力変換装置５２〜５４が対応する交流電動機８２〜８４の回転速度も上昇する。この交流電動機８２〜８４の回転速度が所定値まで上昇したときに、速度上限値調整出力ＵＳおよび交流電動機８２〜８４の回転速度は所定値に安定し、その所定値を維持するように制御が行なわれ、併せて母線周波数Ｆｂもそれに見合った所定値を維持するように制御が行なわれ、残る電力変換装置５２〜５４により交流電動機８２〜８４の運転を継続することができる。
速度上限値調整出力ＵＳは母線周波数検出出力ＦＤに即応し、各交流電動機の回転速度もこの速度上限値調整出力ＵＳに追従して例えば０．５秒から１秒程度の短時間で安定するように制御され、この時間内にシステムダウンの判定が出ないように設定することにより、システムダウンを回避して交流電動機の運転を継続することが可能となる。
実施の形態６．
第９図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態６を示す。この実施の形態６は、実施の形態５と同様に、速度指令ＳＳに対する速度上限値調整出力ＵＳを調整設定する上限値調整手段６７を使用するものであるが、この実施の形態６では、さらに、電力変換装置５１〜５４に対する各電力変換制御回路６０のそれぞれに、第３図に示す実施の形態２と同様に、無効電力指令手段６６が付加される。
この無効電力指令手段６６は、実施の形態２の無効電力指令手段６６と同じに、共通配電母線３０に直接接続されており、共通配電母線３０の母線電圧Ｖｂを検出し、この母線電圧Ｖｂに応じて、この母線電圧Ｖｂを所定値に維持するのに必要な無効電力を演算し、無効電力指令ＰＩを発生する。この実施の形態６でも、制御指令手段６１はこの無効電力指令ＰＩに基づき、電力変換回路５５の無効電力の調整を行なう。この無効電力の調整は、母線電圧Ｖｂを所定値に保つように、各電力変換回路５５と交流電動機８１〜８４との間でやり取りされる無効電力を調整する。この無効電力指令手段６６による無効電力の調整は、各電力変換装置５１〜５４のそれぞれにおいて実行され、母線電圧Ｖｂを所定値に調整して、母線電圧Ｖｂの安定化を図り、負荷機械９１〜９４の駆動を継続できる。
実施の形態７．
第１０図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態７を示す。この実施の形態７でも、実施の形態５と同様に、各電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに速度指令ＳＳに対する速度上限値調整出力ＵＳを演算する速度上限値調整手段６７が使用されるが、この実施の形態７では、各電力変換制御回路６０の速度上限値調整手段６７に対して共通に、母線周波数検出手段７１が設けられる。
この実施の形態７によっても、実施の形態５と同じ効果を得ることができる。加えて、複数の電力変換装置５１〜５４に対して共通に、母線周波数検出手段７１を設けるので、母線周波数検出手段６４を各電力変換装置５１〜５４のそれぞれに配置するものに比べて、母線周波数検出手段６４の特性のバラツキを解消し、各電力変換装置５１〜５４をより均一に制御することができ、また母線周波数検出手段の設置台数を低減し、構成の簡略化を図ることができる。
実施の形態８．
第１１図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態８を示す。この実施の形態８でも、実施の形態５と同様に、各電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに速度指令ＳＳに対する速度上限値調整出力ＵＳを演算する速度上限値調整手段６７が使用されるが、この実施の形態８では、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれの速度上限値調整手段６７に対して共通に、第７図に示す実施の形態４と同様に、母線周波数検出手段７１が設けられ、また各電力変換制御回路６０のそれぞれに対して共通に、無効電力指令手段７２が設けられる。
この実施の形態８によっても、実施の形態５と同じ効果を得ることができる。加えて、複数の電力変換装置５１〜５４に対して共通に、母線周波数検出手段７１と無効電力指令手段７２を設けるので、母線周波数検出手段６４と無効電力指令手段６６を各電力変換装置５１〜５４の電力変換制御回路６０のそれぞれに配置するものに比べて、母線周波数検出手段６４および無効電力指令手段６６における特性のバラツキを解消し、各電力変換装置５１〜５４をより均一に制御することができ、また、母線周波数検出手段と無効電力指令手段の設置台数を低減し、構成の簡略化を図ることができる。
実施の形態９．
第１２図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態９を示す。この実施の形態９では、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに、電流指令手段６８、電流上限値調整手段６９Ａ、および電流上限値制御出力手段６９Ｃが設けられる。
電流指令手段６８は、速度検出手段６２からの速度検出出力ＳＤと、基準速度設定手段６３からの基準速度出力ＳＳとを受けて、速度検出出力ＳＤと基準速度出力ＳＳとの差を０にするような電流指令ＣＪを発生する。電流上限値調整手段６９Ａは、母線周波数検出手段６５からの母線周波数検出出力ＦＤを受けて、この母線周波数検出出力ＦＤに比例する電流上限値調整出力ＵＣを演算し、出力する。電流上限値制御出力手段６９Ｃは、電流上限値調整出力ＵＣを受けて、この電流上限値調整出力ＵＣで上限値が規制された電流指令ＬＣを出力する。この実施の形態９では、母線周波数検出手段６５は、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに設けられ、母線３０における母線周波数Ｆｂを個別に検出し、母線周波数検出出力ＦＤを個別に出力する。
電流指令ＣＪに対する電流上限値調整出力ＵＣは、母線周波数検出出力ＦＤに応じて変化し、電流指令手段６８からの電流指令ＣＪは、電流上限値制御出力手段６９Ｃにおいて、この電流上限値調整出力ＵＣ以下の範囲に強制的に押さえ込まれ、電流上限値制御出力手段６９Ｃは、電流上限値調整出力ＵＣ以下に規制された電流指令ＬＣを電流指令ＪＣに基づいて発生する。制御指令手段６１はこの規制された電流指令ＬＣを受け、これに応じた電流指令ＣＩを電力変換装置５５に与える。電流指令ＪＣが電流上限値調整出力ＵＣより小さければ、その電流指令ＪＣはそのまま電流指令ＬＣとして出力されるが、電流指令ＪＣが電流上限値調整出力ＵＣ以上の大きさとなれば、電流上限値調整出力ＵＣが規制された電流指令ＬＣとして出力される。結果として、電力変換回路５５は電流上限値調整出力ＵＣによって規制された電流を交流電動機８１〜８４に供給し、電流上限値調整出力ＵＣで規制された有効電力を交流電動機８１〜８４との間でやり取りして、交流電動機８１〜８４は電流上限値調整出力ＵＣによって規制された回転速度で駆動される。
具体的には、５台の原動機１１〜１５の１台が故障した場合、または５台の交流発電機２１〜２５の１台が故障した場合には、共通配電母線３０の負荷が増大して母線電圧と母線周波数が低下するが、この母線周波数Ｆｂの低下に即応して電流上限値調整出力ＵＣも低下する。この電流上限値調整出力ＵＣの低下に即応してすべての交流電動機８１〜８４の回転速度が電流上限値調整出力ＵＣ以下に低下し、全体としての負荷が低減されるので、各交流電動機８１〜８４の回転速度がある所定値まで低下したときに、交流電動機８１〜８４の回転速度および速度上限値調整出力ＵＣも所定値で安定し、この所定値を維持するように制御される。結果として、この電流上限値調整出力ＵＣ以下に規制された所定回転速度ですべての交流電動機８１〜８４の運転が継続でき、母線周波数Ｆｂもこの電流上限値調整出力ＵＣで規制された所定値に維持されるように、制御が行なわれる。
４台の電力変換装置５１〜５４の中の１台の電力変換装置５１が故障した場合、または４台の交流電動機８１〜８４の中の１台の交流電動機８１が故障した場合には、共通配電母線３０の負荷が減少し、母線電圧および母線周波数が上昇する。この母線周波数の上昇に即応して電流上限値調整出力ＵＣも上昇し、電力変換装置５２〜５４が対応する交流電動機８２〜８４の回転速度も上昇する。この交流電動機８２〜８４の回転速度が所定値まで上昇したときに、電流上限値調整出力ＵＣおよび交流電動機８２〜８４の回転速度は所定値に安定し、その所定値を維持するように制御が行なわれ、併せて母線周波数Ｆｂもそれに見合った所定値を維持するように制御が行なわれ、残る電力変換装置５２〜５４により交流電動機８２〜８４の運転を継続することができる。
電流上限値調整出力ＵＣは母線周波数検出出力ＦＤに即応し、各交流電動機の回転速度もこの電流上限値調整出力ＵＣに追従して例えば０．５秒から１秒程度の短時間で安定するように制御され、この時間内にシステムダウンの判定が出ないように設定することにより、システムダウンを回避して交流電動機の運転を継続することが可能となる。
実施の形態１０．
第１３図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１０を示す。この実施の形態１０でも、実施の形態９と同様に、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに、電流指令手段６８、電流上限値調整手段６９Ａ、および電流上限値制御出力手段６９Ｃが設けられるが、それに加えて、電力変換制御回路６０のそれぞれに、実施の形態２と同様に、無効電力指令手段６６が設けられる。
この無効電力指令手段６６は、実施の形態２の無効電力指令手段６６と同じに、共通配電母線３０に直接接続されており、共通配電母線３０の母線電圧Ｖｂを検出し、この母線電圧Ｖｂに応じて、この母線電圧Ｖｂを所定値に維持するのに必要な無効電力を演算し、無効電力指令ＰＩを発生する。この実施の形態６でも、制御指令手段６１はこの無効電力指令ＰＩに基づき、電力変換回路５５の無効電力の調整を行なう。この無効電力の調整は、母線電圧Ｖｂを所定値に保つように、各電力変換回路５５と交流電動機８１〜８４との間でやり取りされる無効電力を調整する。この無効電力指令手段６６による無効電力の調整は、各電力変換装置５１〜５４のそれぞれにおいて実行され、母線電圧Ｖｂを所定値に調整して、母線電圧Ｖｂの安定化を図り、負荷機械９１〜９４の駆動を継続できる。
実施の形態１１．
第１４図はこの発明による交流電動機の駆動システムの実施の形態１１を示す。この実施の形態１０でも、実施の形態９と同様に、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに、電流指令手段６８、電流上限値調整手段６９Ａ、および電流上限値制御出力手段６９Ｃが設けられるが、それに加えて、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに共通に、母線周波数検出手段７１が設けられる。
この実施の形態１１によっても、実施の形態９と同じ効果を得ることができる。加えて、複数の電力変換装置５１〜５４に対して共通に、母線周波数検出手段７１を設けるので、母線周波数検出手段６４を各電力変換装置５１〜５４のそれぞれに配置するものに比べて、母線周波数検出手段６４の特性のバラツキを解消し、各電力変換装置５１〜５４をより均一に制御することができ、また母線周波数検出手段の設置台数を低減し、構成の簡略化を図ることができる。
実施の形態１２．
第１４図はこの発明による交流電動機の駆動システムに実施の形態１２を示す。この実施の形態１２でも、実施の形態９と同様に、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに、電流指令手段６８、電流上限値調整手段６９Ａ、および電流上限値制御出力手段６９Ｃが設けられるが、それに加えて、電力変換装置５１〜５４に対する電力変換制御回路６０のそれぞれに共通に、母線周波数検出手段７１と、無効電力指令手段７２が設けられる。
この実施の形態１２によっても、実施の形態９と同じ効果を得ることができる。加えて、複数の電力変換装置５１〜５４に対して共通に、母線周波数検出手段７１と無効電力指令手段７２を設けるので、母線周波数検出手段６４と無効電力指令手段６６を各電力変換装置５１〜５４の電力変換制御回路６０のそれぞれに配置するものに比べて、母線周波数検出手段６４および無効電力指令手段６６における特性のバラツキを解消し、各電力変換装置５１〜５４をより均一に制御することができ、また、母線周波数検出手段と無効電力指令手段の設置台数を低減し、構成の簡略化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
この発明による交流電動機の駆動システムは、船舶における複数の推進器を複数の交流電動機によって駆動する用途、ＬＰＧプラントにおける複数のコンプレッサを複数の交流電動機によって駆動する用途、または複数のブロアを複数の交流電動機によって駆動する用途など、複数の風水力利用負荷を複数の交流電動機によって駆動するのに有効に利用できる。
【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】
【図１５】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機により駆動される複数の交流発電機と、この複数の交流発電機が接続された共通配電母線と、この共通配電母線に接続された複数の電力変換装置と、この複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路と、前記複数の電力変換装置のそれぞれによって駆動される複数の交流電動機と、この複数のそれぞれによって駆動される複数の負荷機械とを備えた交流電動機の駆動システムであって、
前記複数の電力変換制御装置のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記交流電動機に対する速度指令を補正した補正速度指令に基づいて、対応する前記電力変換装置に対する電流指令を発生し、
前記複数の電力変換装置のそれぞれが、対応する前記電力変換制御回路からの前記電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記補正速度指令に対応した所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項２】
請求項１記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を個別に検出して前記母線周波数検出出力を出力する母線周波数検出手段と、この母線周波数検出手段から出力される前記母線周波数検出出力に基づいて前記補正速度指令を出力する補正速度指令手段とを有することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項３】
請求項２記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、さらに、前記共通配電母線の母線電圧を個別に検出してその母線電圧に応じた無効電力指令を出力する無効電力指令手段を有し、前記電力変換装置のそれぞれが、さらに、前記無効電力指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる無効電力を制御し、前記母線電圧を所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項４】
請求項１記載の交流電動機の駆動システムであって、前記共通配電母線の母線周波数を検出して前記母線周波数検出出力を出力する母線周波数検出手段を備え、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記母線周波数検出手段から前記前記母線周波数検出出力を受けるように構成されたことを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項５】
請求項４記載の交流電動機の駆動システムであって、さらに、前記共通配電母線の母線電圧を検出してその母線電圧に応じた無効電力指令を出力する無効電力指令手段を備え、前記電力変換装置のそれぞれが、さらに前記無効電力指令手段からの無効電力指令を受け、この無効電力指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる無効電力を制御し、前記母線電圧を所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項６】
原動機により駆動される複数の交流発電機と、この複数の交流発電機が接続された共通配電母線と、この共通配電母線に接続された複数の電力変換装置と、この複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路と、前記複数の電力変換装置のそれぞれによって駆動される複数の交流電動機と、この複数の交流電動機のそれぞれによって駆動される複数の負荷機械とを備えた交流電動機の駆動システムであって、
前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記交流電動機に対する速度指令の上限値を調整した速度上限値調整出力に基づいて、前記速度上限値調整出力以下の範囲において、対応する前記電力変換装置に対する電流指令を発生し、
前記電力変換装置のそれぞれが、対応する前記交流電動機に対する前記速度上限値調整出力以下の範囲において、対応する前記電力変換制御回路からの前記電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記速度上限値調整出力で規制される所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項７】
請求項６記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を個別に検出して前記母線周波数検出出力を出力する母線周波数検出手段と、この母線周波数検出手段から出力される前記母線周波数検出出力に基づいて前記速度上限値調整出力を発生する速度上限値調整手段とを有することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項８】
請求項６記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれがさらに、前記共通配電母線の母線電圧を個別に検出してその母線電圧に応じた無効電力指令を出力する無効電力指令手段を有し、前記電力変換装置のそれぞれが、さらに、前記無効電力指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる無効電力を制御し、前記母線電圧を所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項９】
請求項６記載の交流電動機の駆動システムであって、前記共通配電母線の母線周波数を検出して前記母線周波数検出出力を出力する母線周波数検出手段を備え、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記母線周波数検出手段から前記母線周波数検出出力を受け、前記速度上限値調整出力を発生する速度上限値調整手段を有することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１０】
請求項９記載の交流電動機の駆動システムであって、さらに、前記共通配電母線の母線電圧を検出してその母線電圧に応じた無効電力指令を出力する無効電力指令手段を有し、前記電力変換装置のそれぞれが、さらに、前記無効電力指令手段からの無効電力指令を受け、この無効電力指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる無効電力を制御し、前記母線電圧を所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１１】
原動機により駆動される複数の交流発電機と、この複数の交流発電機が接続された共通配電母線と、この共通配電母線に接続された複数の電力変換装置と、この複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路と、前記複数の電力変換装置のそれぞれによって駆動される複数の交流電動機と、この複数の交流電動機のそれぞれによって駆動される複数の負荷機械とを備えた交流電動機の駆動システムであって、
前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記電力変換装置に対する電流指令の上限値を調整した電流上限値調整出力に基づいて、前記電流上限値調整出力以下の範囲において、前記交流電動機に対する電流指令を発生し、
前記複数の電力変換装置のそれぞれが、前記電流上限値調整出力以下の範囲において、対応する前記電力変換制御回路からの前記電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記電流上限値調整出力で規制される所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を個別に検出して前記母線周波数検出出力を出力する母線周波数検出手段と、この母線周波数検出手段から出力される前記母線周波数検出出力に基づいて前記電流上限値調整出力を発生する電流上限値調整手段とを有することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１３】
請求項１２記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれがさらに、前記共通配電母線の母線電圧を個別に検出してその母線電圧に応じた無効電力指令を出力する無効電力指令手段を有し、前記電力変換装置のそれぞれが、さらに、前記無効電力指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる無効電力を制御し、前記母線電圧を所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１４】
請求項１１記載の交流電動機の駆動システムであって、前記共通配電母線の母線周波数を検出して前記母線周波数検出出力を出力する母線周波数検出手段を備え、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記母線周波数検出手段から前記前記母線周波数検出出力を受け、前記電流上限値調整出力を発生する電流上限値調整手段を有することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１５】
請求項１４記載の交流電動機の駆動システムであって、さらに、前記共通配電母線の母線電圧を検出してその母線電圧に応じた無効電力指令を出力する無効電力指令手段を有し、前記電力変換装置のそれぞれが、さらに、前記無効電力指令手段から前記無効電力指令を受け、この無効電力指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる無効電力を制御し、前記母線電圧を所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１６】
請求項１、６または１１記載の交流電動機の駆動システムであって、単数または複数の原動機を備え、この原動機が燃料の燃焼により駆動力を発生して、前記複数の交流発電機を駆動することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１７】
請求項１、６または１１記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の負荷機械が風水力応用機械であることを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１】
原動機により駆動される複数の交流発電機と、この複数の交流発電機が接続された共通配電母線と、この共通配電母線に接続された複数の電力変換装置と、この複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路と、前記複数の電力変換装置のそれぞれによって駆動される複数の交流電動機と、この複数のそれぞれによって駆動される複数の負荷機械とを備えた交流電動機の駆動システムであって、
前記複数の電力変換制御装置のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記交流電動機に対する速度指令を補正した補正速度指令に基づいて、対応する前記電力変換装置に対する電流指令を発生し、
前記複数の電力変換装置のそれぞれが、対応する前記電力変換制御回路からの前記電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記補正速度指令に対応した所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項２】
請求項１記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を個別に検出して前記母線周波数検出出力を出力する母線周波数検出手段と、この母線周波数検出手段から出力される前記母線周波数検出出力に基づいて前記補正速度指令を出力する補正速度指令手段とを有することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項３】
請求項２記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、さらに、前記共通配電母線の母線電圧を個別に検出してその母線電圧に応じた無効電力指令を出力する無効電力指令手段を有し、前記電力変換装置のそれぞれが、さらに、前記無効電力指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる無効電力を制御し、前記母線電圧を所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項４】
請求項１記載の交流電動機の駆動システムであって、前記共通配電母線の母線周波数を検出して前記母線周波数検出出力を出力する母線周波数検出手段を備え、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記母線周波数検出手段から前記前記母線周波数検出出力を受けるように構成されたことを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項５】
請求項４記載の交流電動機の駆動システムであって、さらに、前記共通配電母線の母線電圧を検出してその母線電圧に応じた無効電力指令を出力する無効電力指令手段を備え、前記電力変換装置のそれぞれが、さらに前記無効電力指令手段からの無効電力指令を受け、この無効電力指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる無効電力を制御し、前記母線電圧を所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項６】
原動機により駆動される複数の交流発電機と、この複数の交流発電機が接続された共通配電母線と、この共通配電母線に接続された複数の電力変換装置と、この複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路と、前記複数の電力変換装置のそれぞれによって駆動される複数の交流電動機と、この複数の交流電動機のそれぞれによって駆動される複数の負荷機械とを備えた交流電動機の駆動システムであって、
前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記交流電動機に対する速度指令の上限値を調整した速度上限値調整出力に基づいて、前記速度上限値調整出力以下の範囲において、対応する前記電力変換装置に対する電流指令を発生し、
前記電力変換装置のそれぞれが、対応する前記交流電動機に対する前記速度上限値調整出力以下の範囲において、対応する前記電力変換制御回路からの前記電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記速度上限値調整出力で規制される所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項７】
請求項６記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を個別に検出して前記母線周波数検出出力を出力する母線周波数検出手段と、この母線周波数検出手段から出力される前記母線周波数検出出力に基づいて前記速度上限値調整出力を発生する速度上限値調整手段とを有することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項８】
請求項６記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれがさらに、前記共通配電母線の母線電圧を個別に検出してその母線電圧に応じた無効電力指令を出力する無効電力指令手段を有し、前記電力変換装置のそれぞれが、さらに、前記無効電力指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる無効電力を制御し、前記母線電圧を所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項９】
請求項６記載の交流電動機の駆動システムであって、前記共通配電母線の母線周波数を検出して前記母線周波数検出出力を出力する母線周波数検出手段を備え、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記母線周波数検出手段から前記母線周波数検出出力を受け、前記速度上限値調整出力を発生する速度上限値調整手段を有することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１０】
請求項９記載の交流電動機の駆動システムであって、さらに、前記共通配電母線の母線電圧を検出してその母線電圧に応じた無効電力指令を出力する無効電力指令手段を有し、前記電力変換装置のそれぞれが、さらに、前記無効電力指令手段からの無効電力指令を受け、この無効電力指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる無効電力を制御し、前記母線電圧を所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１１】
原動機により駆動される複数の交流発電機と、この複数の交流発電機が接続された共通配電母線と、この共通配電母線に接続された複数の電力変換装置と、この複数の電力変換装置のそれぞれに対応して設けられた複数の電力変換制御回路と、前記複数の電力変換装置のそれぞれによって駆動される複数の交流電動機と、この複数の交流電動機のそれぞれによって駆動される複数の負荷機械とを備えた交流電動機の駆動システムであって、
前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を検出した母線周波数検出出力により、対応する前記電力変換装置に対する電流指令の上限値を調整した電流上限値調整出力に基づいて、前記電流上限値調整出力以下の範囲において、前記交流電動機に対する電流指令を発生し、
前記複数の電力変換装置のそれぞれが、前記電流上限値調整出力以下の範囲において、対応する前記電力変換制御回路からの前記電流指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる有効電力を制御することにより、前記共通配電母線の負荷変動に応じて、前記母線周波数を前記電流上限値調整出力で規制される所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１２】
請求項１１記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記共通配電母線の母線周波数を個別に検出して前記母線周波数検出出力を出力する母線周波数検出手段と、この母線周波数検出手段から出力される前記母線周波数検出出力に基づいて前記電流上限値調整出力を発生する電流上限値調整手段とを有することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１３】
請求項１２記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれがさらに、前記共通配電母線の母線電圧を個別に検出してその母線電圧に応じた無効電力指令を出力する無効電力指令手段を有し、前記電力変換装置のそれぞれが、さらに、前記無効電力指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる無効電力を制御し、前記母線電圧を所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１４】
請求項１１記載の交流電動機の駆動システムであって、前記共通配電母線の母線周波数を検出して前記母線周波数検出出力を出力する母線周波数検出手段を備え、前記複数の電力変換制御回路のそれぞれが、前記母線周波数検出手段から前記前記母線周波数検出出力を受け、前記電流上限値調整出力を発生する電流上限値調整手段を有することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１５】
請求項１４記載の交流電動機の駆動システムであって、さらに、前記共通配電母線の母線電圧を検出してその母線電圧に応じた無効電力指令を出力する無効電力指令手段を有し、前記電力変換装置のそれぞれが、さらに、前記無効電力指令手段から前記無効電力指令を受け、この無効電力指令に基づいて、対応する前記交流電動機との間でやり取りされる無効電力を制御し、前記母線電圧を所定値に制御することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１６】
請求項１、６または１１記載の交流電動機の駆動システムであって、単数または複数の原動機を備え、この原動機が燃料の燃焼により駆動力を発生して、前記複数の交流発電機を駆動することを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【請求項１７】
請求項１、６または１１記載の交流電動機の駆動システムであって、前記複数の負荷機械が風水力応用機械であることを特徴とする交流電動機の駆動システム。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００２０３９
【国際公開日】平成１７年１月６日（２００５．１．６）
【発行日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０３２１８（Ｐ２００５−５０３２１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／００８１１８
【国際出願日】平成１５年６月２６日（２００３．６．２６）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年１月６日（２００５．１．６）
【発行日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／００８１１８
【国際出願日】平成１５年６月２６日（２００３．６．２６）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
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