專利名稱：船舶用陸上電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在例如船舶的停泊期間從陸上對船舶供給電力的船舶用陸上電 源裝置。
背景技術(shù)：
以往，不論是船舶的航行還是停泊的狀態(tài)，對搭載在船舶中的各種電機設(shè)備供給 的電力都從搭載在船舶中的發(fā)電機供給。但是，近年來，考慮到地球環(huán)境，為了減少排氣氣 體的排出，當船舶入港時，使船舶的發(fā)電機停止，而從配置在陸上的電力供給裝置對船舶供 給電力。當將電源系統(tǒng)從船舶的發(fā)電機切換為陸上的電源時，如果不是無瞬間斷電地進行 切換，則向負載的供電短時間停止，船舶內(nèi)的信息設(shè)備等有可能會發(fā)生問題。因此有下提 案進行使船舶的發(fā)電機的輸出與陸上的電源一致的同步調(diào)節(jié)，在接通陸上的電源而短時 間進行了船舶的發(fā)電機與陸上的電源的并行運轉(zhuǎn)后，將來自船舶的發(fā)電機的電力斷開(例 如參照專利文獻1)。專利文獻1 日本特開2005-237151號公報(第6 8頁，圖1)專利文獻1中記載的方法僅在船舶的發(fā)電機的輸出頻率與陸上的電源的頻率相 同(通常是60Hz)的情況下是有效的，此外，如果陸上的電源的頻率及電壓不穩(wěn)定，則系統(tǒng) 切換時的上述同步調(diào)節(jié)花費工夫而比較困難。然而，在船舶的發(fā)電機的輸出頻率與陸上的電源的頻率不相同的情況下，需要使 船舶的發(fā)電機的輸出頻率與陸上的電源的頻率一致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述那樣的問題而做出的，目的是提供一種能夠使船舶的發(fā)電 機的輸出頻率與陸上的電源的頻率一致、并且能夠較簡單地進行系統(tǒng)切換的船舶用陸上電 源裝置。為了達到上述目的，本發(fā)明的船舶用陸上電源裝置，是經(jīng)由輸出開閉器從陸上對 船舶供給電力的船舶用陸上電源裝置，其特征在于，具備電力變換器，用于將交流電源的 電壓變換為不同的電壓/頻率；交流濾波器，設(shè)在上述電力變換器的輸出與上述開閉器之 間；控制機構(gòu)，控制上述電力變換器的輸出頻率及輸出電壓；第1電壓檢測器，設(shè)在上述開 閉器的輸入側(cè)；第2電壓檢測器，設(shè)在上述開閉器的輸出側(cè)；在上述船舶內(nèi)的發(fā)電機向上述 船舶內(nèi)的負載設(shè)備的供電中，并且在上述輸出開閉器開的狀態(tài)下將上述開閉器的輸出連接 在上述發(fā)電機的輸出側(cè)的狀態(tài)下，上述控制機構(gòu)進行相位控制以使上述電力變換器的輸出 頻率與上述第2電壓檢測器的檢測電壓的頻率為相同頻率且相位偏差為最小，并且上述控 制機構(gòu)進行電壓控制以使上述第1電壓檢測器的檢測電壓與上述第2電壓檢測器的檢測電 壓的電壓偏差為最??；當上述相位偏差小于規(guī)定值并且上述電壓偏差小于規(guī)定值時，上述 控制機構(gòu)接通上述輸出開閉器，然后斷開上述船舶內(nèi)的發(fā)電機。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠使船舶的發(fā)電機的輸出頻率與陸上的電源的頻率 一致、并且能夠較簡單地進行系統(tǒng)切換的船舶用陸上電源裝置。


圖1是本發(fā)明的實施例1所涉及的船舶用陸上電源裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。圖2是本發(fā)明的實施例1所涉及的船舶用陸上電源裝置的系統(tǒng)切換動作的流程圖 (其一)。圖3是本發(fā)明的實施例1所涉及的船舶用陸上電源裝置的系統(tǒng)切換動作的流程圖 (其二)。圖4是本發(fā)明的實施例2所涉及的船舶用陸上電源裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。圖5是本發(fā)明的實施例3所涉及的船舶用陸上電源裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。圖6是本發(fā)明的實施例3所涉及的船舶用陸上電源裝置的系統(tǒng)切換動作的流程 圖。圖7是本發(fā)明的實施例4所涉及的船舶用陸上電源裝置的電力變換器的電路結(jié)構(gòu) 圖。圖8是實施例4的電力變換器的單位逆變器的電路結(jié)構(gòu)圖。標號說明1交流電源2輸入變壓器3電力變換器4控制裝置5交流濾波器6、11、13 開閉器7電流檢測器8A、8B、14電壓檢測器10發(fā)電機12負載設(shè)備3T、3U1、…、3W3單位逆變器31整流器32電容器33逆變器41相位同步電路42V生成電路43PWM 電路44V校正電路45電壓控制器46頻率檢測器47電壓一致檢測電路48相位一致檢測電路
49AND 電路50電流控制器51切換器
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。[實施例1]以下，參照圖1至圖3說明本發(fā)明的實施例1所涉及的船舶用陸上電源裝置。圖1是本發(fā)明的實施例1所涉及的船舶用陸上電源裝置的電路結(jié)構(gòu)圖。從交流電源1供給的3相交流電壓被輸入變壓器2變換為適當?shù)碾妷憾┙o到電 力變換器3中。另外，根據(jù)電力變換器3的規(guī)格，也可以將輸入變壓器2省略。電力變換器 3例如如果交流電源1的頻率是50Hz則將其變換為作為船舶用電源的頻率的60Hz，并且能 夠輸出船舶用電源的額定電壓。因此，電力變換器3由控制部4控制。電力變換器3的輸 出經(jīng)由交流濾波器5及輸出開閉器6連接在與船舶側(cè)的連接點P上。在交流濾波器5的輸 入側(cè)設(shè)有電流檢測器7，在輸出側(cè)設(shè)有電壓檢測器8A。此外，在輸出開閉器6的輸出側(cè)設(shè)有 電壓檢測器8B。并且，它們的檢測信號被傳送給控制部4。船舶內(nèi)的發(fā)電機10的輸出經(jīng)由開閉器11連接在負載設(shè)備12上，通常，發(fā)電機10 經(jīng)由開閉器11對負載設(shè)備12供給電力。此外，負載設(shè)備12經(jīng)由開閉器13連接在連接點 P上，能夠從陸上對負載設(shè)備12供給電力。以下，說明控制部4的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。將基本上與船內(nèi)的發(fā)電機10的輸出頻率相同的 頻率作為f指令傳送給相位同步電路41。并且，通過頻率檢測器46根據(jù)由電壓檢測器8B 檢測到的電壓檢測頻率，傳送給相位同步電路41。相位同步電路41作為所謂的PLLO^hase Locked Loop 鎖相環(huán))電路進行動作，輸出與由頻率檢測器46檢測到的頻率的相位相同相 位的頻率作為輸出傳送給V生成電路42。 在V生成電路42中，輸出與被傳給的頻率相對應(yīng)的電壓指令，傳送給PWM (脈寬調(diào) 制電路)電路43。PWM電路43對未圖示的電力變換器3內(nèi)部的開關(guān)元件進行開啟關(guān)閉控 制，以使電力變換器3的輸出成為被傳給的頻率的3相電壓。這樣將電力變換器3的輸出 電壓控制為所需的值，但施加給連接點P或負載設(shè)備12的電壓因濾波器5及線路的阻抗下 降而與電力變換器3的輸出電流大致成比例地下降。因此，將電流檢測器7的輸出傳送給 電壓校正電路44，電壓校正電路44與電力變換器3的輸出電流對應(yīng)地輸出適當?shù)男Ｕ妷?基準，加算到上述V生成電路42的輸出電壓指令中。為了將負載設(shè)備12的供電電源從發(fā)電機10切換為電力變換器3，需要使兩者的電 壓一致。因此，將由電壓檢測器8A及電壓檢測器8B檢測到的電壓傳送給電壓控制器45。 電壓控制器45根據(jù)兩者的電壓偏差將適當?shù)碾妷嚎刂浦噶钶敵鼋oV生成電路42。并且，在 V生成電路42內(nèi)部，上述電壓指令受到校正，結(jié)果使上述兩者的電壓偏差最小。還將由電壓檢測器8A及電壓檢測器8B檢測到的電壓輸入到電壓一致檢測電路47 中，當該兩者的電壓偏差為規(guī)定的閾值以下時，電壓一致檢測電路47輸出“ 1”，傳送給AND 電路49。同樣，將頻率檢測器46的輸出和相位同步電路41的輸出傳送給相位一致檢測器 48，當兩者的相位差為規(guī)定值以下時，相位一致檢測器48輸出“1”，傳送給AND電路49。
參照圖2及圖3說明以上所述的本發(fā)明的實施例1所涉及的船舶用陸上電源裝置 的同步切換動作。圖2是本發(fā)明的實施例1所涉及的船舶用陸上電源裝置的系統(tǒng)切換動作 的流程圖(其一)。在圖2中，首先在船舶停泊在港中之后，在圖1的P點將主電路用電纜連接(步驟 S10)。此時，開閉器6及開閉器13斷開，發(fā)電機10經(jīng)由開閉器11對負載設(shè)備12供電。接著，使電力變換器3在無負載狀態(tài)下運轉(zhuǎn)(步驟Sll)，接通開閉器13 (步驟 S12)。由此，經(jīng)由電壓檢測器8B得到發(fā)電機10的輸出電壓，通過上述相位同步電路41及 電壓控制電路45的動作，使電力變換器3的輸出頻率包括其相位在內(nèi)地與發(fā)電機10的輸 出頻率一致，并且電壓檢測器8A的檢測電壓與電壓檢測器8B的檢測電壓一致。因而，作為 同步檢測電路的AND電路49的輸出為“1” (步驟S13)。接著，通過上述AND電路49的同步檢測信號，接通開閉器6，進行發(fā)電機10與電力 變換器3的并行運轉(zhuǎn)(步驟S14)。該并行運轉(zhuǎn)短時間即可，所以例如將開閉器6的輔助觸 點的閉合信號作為觸發(fā)信號而將開閉器11斷開(步驟S15)，完成切換動作。另外，在此情 況下，在陸上側(cè)與船內(nèi)之間需要信號的交換，但在圖1中省略了該圖示。圖3是本發(fā)明的實施例1所涉及的船舶用陸上電源裝置的系統(tǒng)切換動作的流程圖 (其二)。圖3的流程圖與圖2的不同點是在步驟S13中進行同步檢測之后追加了將該狀 態(tài)的電壓、相位固定的步驟(步驟S13A)這一點。在圖2的流程圖中，在步驟S13的同步檢測之后，如果在進行著頻率的閉環(huán)控制及 電壓的閉環(huán)控制的狀態(tài)下轉(zhuǎn)移到步驟S14并接通開閉器6，則根據(jù)情況會發(fā)生控制系統(tǒng)的 紊亂，電流等有可能超過容許變動量。相對于此，如圖3的流程圖所示，如果在步驟S13的 同步檢測之后，在步驟S13A中將相位同步電路41及電壓控制電路45的輸出分別固定為該 狀態(tài)的相位及電壓，在開環(huán)控制的狀態(tài)下轉(zhuǎn)移到步驟14而接通開閉器6，則能夠避免上述 閉環(huán)控制造成的控制系統(tǒng)的紊亂。另外，向該開環(huán)控制的轉(zhuǎn)移也可以僅針對相位或電壓的 任意其一進行。如以上說明，根據(jù)本實施例，能夠較簡單地進行從發(fā)電機10向電力變換器3的無 瞬間斷電的系統(tǒng)切換。這是因為，由于電力變換器3是靜止型變換器，所以能夠以所需的響 應(yīng)特性對其進行頻率控制及電壓控制。此外，以下說明的其他實施例也同樣具有上述優(yōu)點。[實施例2]圖4是本發(fā)明的實施例2所涉及的船舶用陸上電源裝置的模塊結(jié)構(gòu)圖。對于該實 施例2的各部，與圖1的本發(fā)明的實施例1所涉及的船舶用陸上電源裝置的各部相同的部 分用相同的標號表示，省略其說明。該實施例2與實施例1不同的點是設(shè)有具有當電流檢 測器7的輸出超過了規(guī)定值時根據(jù)其輸出對電壓指令施加負的校正的功能的電流控制器 50這一點。在通過電力變換器3進行運轉(zhuǎn)中，在例如因負載設(shè)備12的追加啟動等原因而使電 流變得過大時，該電流控制器50動作，以減小電力變換器3的輸出電壓。因而，能夠?qū)⒁蜇?載設(shè)備12的負載變動等使電力變換器3的保護功能動作而發(fā)生跳閘等情況防止于未然。[實施例3]以下，參照圖5及圖6對本發(fā)明的實施例3所涉及的船舶用陸上電源裝置進行說明。
圖5是本發(fā)明的實施例3所涉及的船舶用陸上電源裝置的塊結(jié)構(gòu)圖。對于該實施 例3的各部，與圖1的本發(fā)明的實施例1所涉及的船舶用陸上電源裝置的各部相同的部分 用相同的標號表示，省略其說明。該實施例3與實施例1不同的點是設(shè)有直接檢測發(fā)電機 10的輸出電壓的電壓檢測器14這一點、還有構(gòu)成為將電壓檢測器8B的輸出經(jīng)由切換器51 傳送給電壓控制器45及電壓一致檢測器47、將該切換器51的輸入切換為電壓檢測器8B的 輸出、或者電壓檢測器14的輸出的結(jié)構(gòu)這一點。在本實施例中做成這樣的結(jié)構(gòu)是因為，能夠無瞬間斷電地再次從由電力變換器3 對負載設(shè)備12進行供電的狀態(tài)切換為從發(fā)電機10的供電。以下，根據(jù)圖6的本發(fā)明的實 施例3所涉及的船舶用陸上電源裝置的系統(tǒng)切換動作的流程圖說明上述切換動作。首先，連接圖5的點Q的信號線(步驟S20)。另外，通常該信號線連接在實施例 1的主電路連接時已經(jīng)進行了。接著，運轉(zhuǎn)發(fā)電機10 (步驟S21)。接著，將切換器51從陸 上側(cè)切換為船內(nèi)側(cè)(步驟S22)。接著，與實施例1的步驟S13同樣，通過相位同步電路41 及電壓控制電路45的動作，使電力變換器3的輸出頻率包括其相位在內(nèi)地與發(fā)電機10的 輸出頻率一致、并且電壓檢測器8A的檢測電壓與電壓檢測器14的檢測電壓一致。因而，作 為同步檢測電路的AND電路49的輸出為“1” (步驟S23)。進而，在同步狀態(tài)下接通開閉器 11 (步驟S24)，進行短時間的并行運轉(zhuǎn)。最后，通過開閉器11的閉合信號等，將開閉器6斷 開(步驟S25)，完成從電力變換器3向發(fā)電機10的電源切換。在上述中，也可以與在實施例1中圖3所示的步驟13A的方法同樣，在步驟S23的 同步檢測之后，固定為該狀態(tài)的相位及電壓而避免閉環(huán)控制造成的控制系統(tǒng)的紊亂。此外， 在實施例1中，在使用圖3的步驟13A的方法以開環(huán)進行了通過電力變換器3進行的從陸 上的供電的情況下，需要在圖6的步驟S23以前再次回到閉環(huán)控制。在該實施例的情況下，雖然在圖5中沒有圖示，但由于通過AND電路49的輸出來 接通開閉器11，所以需要在陸上側(cè)和船內(nèi)側(cè)進行其信號的交換。對于并行運轉(zhuǎn)確認的信號 也同樣。[實施例4]以下，參照圖7及圖8說明本發(fā)明的實施例4所涉及的船舶用陸上電源裝置。圖7是表示本發(fā)明的實施例4所涉及的船舶用陸上電源裝置的電力變換器的電路 結(jié)構(gòu)圖。在圖7中也表示了本實施例的電力變換專用的輸入變壓器。輸入變壓器2的一次側(cè)連接在交流電源1上，二次側(cè)具有作為3的倍數(shù)的多個二 次線圈。在這些二次線圈上分別連接著單位逆變器3T(3U1、3U2、3U3、3V1、3V2、3V3、3W1、 3W2.3W3)。這些單位逆變器3T如圖8所示，具有將3相交流輸入變換為直流的整流器31、 將該直流電壓平滑化的電容器32、和將直流變換為單相的交流的逆變器33。單位逆變器3U1、3U2及3U3的輸出被串聯(lián)連接，同樣，單位逆變器3V1、3V2、3V3以 及3W1、3W2、3W3的輸出分別被串聯(lián)連接。并且，這些串聯(lián)連接體的一端作為中性點相互連 接，將其另一端作為電力變換器3的交流輸出。在此，使單位逆變器3T的輸出頻率都相同，使構(gòu)成串聯(lián)連接體的各個單位逆變器 3T的輸出為相同的相位并且與屬于其他串聯(lián)連接體的單位逆變器T之間的相位差相互為 120度。另外，在圖7中將單位逆變器3T的串聯(lián)數(shù)設(shè)為3，但也可以是任意的值。將以上所述的圖7所示的串聯(lián)多級逆變器應(yīng)用到電力變換器3中的優(yōu)點在于，能夠較容易地供給船舶所需求的電源電壓、即與發(fā)電機10的輸出電壓一致的電壓。因此，只 要適當選擇單位逆變器的額定輸出電壓和其串聯(lián)數(shù)即可。例如，當有6kV的需求時，相電壓 為其VJ分之一，所以只要將單位逆變器設(shè)為580V的額定輸出電壓、將串聯(lián)數(shù)設(shè)為6即可。 此外，如果使用這樣的串聯(lián)多級逆變器，則輸出高諧波變少，所以能夠降低交流濾波器5的容量。
權(quán)利要求
1.一種船舶用陸上電源裝置，經(jīng)由輸出開閉器從陸上對船舶供給電力，其特征在于， 具備電力變換器，用于將交流電源的電壓變換為不同的電壓/頻率； 交流濾波器，設(shè)在上述電力變換器的輸出與上述開閉器之間； 控制機構(gòu)，控制上述電力變換器的輸出頻率及輸出電壓； 第1電壓檢測器，設(shè)在上述開閉器的輸入側(cè)；以及 第2電壓檢測器，設(shè)在上述開閉器的輸出側(cè)；在上述船舶內(nèi)的發(fā)電機對上述船舶內(nèi)的負載設(shè)備的供電中，并且在上述輸出開閉器開 的狀態(tài)下將上述開閉器的輸出連接在上述發(fā)電機的輸出側(cè)的狀態(tài)下，上述控制機構(gòu)進行相 位控制以使上述電力變換器的輸出頻率與上述第2電壓檢測器的檢測電壓的頻率為相同 的頻率且相位偏差為最小，并且上述控制機構(gòu)進行電壓控制以使上述第1電壓檢測器的檢 測電壓與上述第2電壓檢測器的檢測電壓的電壓偏差為最??；當上述相位偏差小于規(guī)定值并且上述電壓偏差小于規(guī)定的閾值時，上述控制機構(gòu)接通 上述輸出開閉器，然后將上述船舶內(nèi)的發(fā)電機斷開。
2.如權(quán)利要求1所述的船舶用陸上電源裝置，其特征在于，當上述相位偏差小于規(guī)定值并且上述電壓偏差小于規(guī)定的閾值時，上述控制機構(gòu)將上 述相位控制中的相位及上述電壓控制中的電壓的至少一個固定后，接通上述輸出開閉器。
3.如權(quán)利要求1或2所述的船舶用陸上電源裝置，其特征在于， 還設(shè)有檢測上述電力變換器的輸出電流的電流檢測器；當由上述電流檢測器檢測到的上述輸出電流超過了規(guī)定的閾值時，減小上述電力裝置 的輸出電壓。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項所述的船舶用陸上電源裝置，其特征在于， 還設(shè)有直接檢測上述發(fā)電機的輸出電壓的第3電壓檢測器；在上述電力變換器向上述船舶內(nèi)的負載設(shè)備的供電中使上述發(fā)電機無負載運轉(zhuǎn)的狀 態(tài)下，上述控制機構(gòu)進行相位控制以使上述電力變換器的輸出頻率與上述第3電壓檢測器 的檢測電壓的頻率為相同的頻率且相位偏差為最小，并且上述控制機構(gòu)進行電壓控制以使 上述第1電壓檢測器的檢測電壓與上述第3電壓檢測器的檢測電壓的電壓偏差為最??；當上述相位偏差小于規(guī)定值并且上述電壓偏差小于規(guī)定的閾值時，上述控制機構(gòu)并入 上述發(fā)電機，然后將上述輸出開閉器斷開。
5.如權(quán)利要求4所述的船舶用陸上電源裝置，其特征在于，當上述相位偏差小于規(guī)定值并且上述電壓偏差小于規(guī)定閾值時，上述控制機構(gòu)將上述 相位控制中的相位及上述電壓控制中的電壓的至少一個固定后，并入上述發(fā)電機。
6.如權(quán)利要求1 5中任一項所述的船舶用陸上電源裝置，其特征在于，上述控制機構(gòu)具有根據(jù)上述電力變換器的輸出電流校正上述電力變換器的輸出電壓 的電壓校正機構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1 6中任一項所述的船舶用陸上電源裝置，其特征在于， 在上述電力變換器的輸入側(cè)設(shè)有具備多個二次線圈的輸入變壓器；上述電力變換器具有多臺單位逆變器，所述多臺單位逆變器的各自的輸入分別連接在 上述二次線圈上，輸出所需的電壓、頻率的單相交流電壓；將上述多臺單位逆變器分割為3組，按照組將其輸出串聯(lián)連接，并且，將其一端作為中 性點連接，從另一端得到三相交流輸出。
全文摘要
提供能夠使船舶的發(fā)電機的輸出頻率與陸上的電源的頻率一致并能夠簡單地進行系統(tǒng)切換的船舶用陸上電源裝置。船舶用陸上電源裝置具有電力變換器、設(shè)在電力變換器的輸出與開閉器之間的交流濾波器、控制電力變換器的控制機構(gòu)、電壓檢測器、和電壓檢測器。在船舶內(nèi)的發(fā)電機向負載設(shè)備的供電中，并且在開閉器為開的狀態(tài)下，控制機構(gòu)進行相位控制以使電力變換器的輸出頻率與電壓檢測器的檢測電壓的頻率是相同的頻率并且相位偏差為最小，并且進行電壓控制以使電壓檢測器的檢測電壓與電壓檢測器的檢測電壓的電壓偏差最小，當該相位偏差小于規(guī)定值且該電壓偏差小于規(guī)定的閾值時，接通輸出開閉器，然后將船舶內(nèi)的發(fā)電機斷開。
文檔編號H02J3/06GK102104254SQ20101012485
公開日2011年6月22日 申請日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者鈴木寬充 申請人:東芝三菱電機產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)株式會社