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公開番号2024175790
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023093799
出願日2023-06-07
発明の名称発電システムの制御器および発電システムの制御方法
出願人川崎重工業株式会社
代理人弁理士法人有古特許事務所
主分類H02P 6/22 20060101AFI20241212BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】 1つの電動発電機を、スタータおよび発電機の両方として機能させながら、損失を低減することができる発電システムの制御器および制御方法を提供する。
【解決手段】発電システムの制御器は、処理回路を備え、処理回路は、第1制御モードと、エンジンを停止状態から始動させるために、直流配線の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を同期電動発電機に供給するように第1電力変換器を制御する第2制御モードとを実行可能であり、第2制御モードは、エンジンの回転数が基準回転数未満である期間、第1電力変換器におけるキャリア周波数を第1制御モードにおける第1キャリア周波数よりも低い第2キャリア周波数に設定する周波数低減処理、および、直流配線における直流電圧目標値を第1制御モードにおける第1直流電圧目標値よりも低い第2直流電圧目標値に設定する電圧低減処理の少なくとも1つを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
エンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な同期電動発電機と、前記同期電動発電機に電気的に接続される第１電力変換器を備えた発電システムの制御器であって、
処理回路を備え、
前記処理回路は、前記同期電動発電機との間の交流配線の交流電力を直流電力に変換して直流配線に出力するように前記第１電力変換器を制御する第１制御モードと、前記エンジンを停止状態から始動させるために、前記直流配線の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を前記同期電動発電機に供給するように前記第１電力変換器を制御する第２制御モードとを実行可能であり、
前記第２制御モードは、前記エンジンの回転数が基準回転数未満である期間、前記第１電力変換器におけるキャリア周波数を前記第１制御モードにおける第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数に設定する周波数低減処理、および、前記直流配線における直流電圧目標値を前記第１制御モードにおける第１直流電圧目標値よりも低い第２直流電圧目標値に設定する電圧低減処理の少なくとも１つを含む、発電システムの制御器。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記発電システムは、
前記直流配線に電気的に接続され、前記直流配線における直流電圧を定義するキャパシタと、
前記直流配線と所定の電源との間に電気的に接続される第２電力変換器と、を備え、
前記第２制御モードは、前記電圧低減処理を含み、
前記処理回路は、前記第２制御モードを開始する際に、前記直流配線の直流電圧が前記第２直流電圧目標値となるように前記電源における電源電圧を降圧して前記キャパシタを充電するように前記第２電力変換器を制御する、請求項１に記載の発電システムの制御器。
【請求項３】
前記第２制御モードは、前記周波数低減処理を含み、
前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記エンジンまたは前記同期電動発電機の回転数を取得し、前記回転数が前記エンジンが着火する回転数として設定された着火回転数以上になった場合に、前記キャリア周波数を前記第２キャリア周波数から前記第１キャリア周波数に上昇させる、請求項１に記載の発電システムの制御器。
【請求項４】
前記第２制御モードは、前記周波数低減処理を含み、
前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記同期電動発電機に流れる電流が所定範囲内になった場合に、前記キャリア周波数を前記第２キャリア周波数から前記第１キャリア周波数に上昇させる、請求項１に記載の発電システムの制御器。
【請求項５】
前記処理回路は、前記キャリア周波数を前記第２キャリア周波数から前記第１キャリア周波数にランプ状に上昇させる、請求項３または４に記載の発電システムの制御器。
【請求項６】
前記第２制御モードは、前記電圧低減処理を含み、
前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記同期電動発電機に流れる電流が所定範囲内になった場合に、前記直流電圧目標値を前記第２直流電圧目標値から前記第１直流電圧目標値に上昇させる、請求項１に記載の発電システムの制御器。
【請求項７】
前記処理回路は、前記直流電圧目標値を前記第２直流電圧目標値から前記第１直流電圧目標値にランプ状に上昇させる、請求項６に記載の発電システムの制御器。
【請求項８】
前記同期電動発電機は、回転角度の検出が行われないセンサレス制御により制御される、請求項１または２に記載の発電システムの制御器。
【請求項９】
前記処理回路は、前記第２制御モードにおいて、前記第１電力変換器から前記交流配線を介して前記同期電動発電機に流れる電流が所定値以下になった場合に、所定の期間、前記第１電力変換器に対する制御を停止し、前記所定の期間の経過後、前記第１制御モードを実行する、請求項８に記載の発電システムの制御器。
【請求項１０】
前記第２制御モードは、前記電圧低減処理を含み、
前記処理回路は、前記同期電動発電機に流れる電流が前記所定値以下になってから所定の期間が経過するまで前記直流配線の前記直流電圧を前記第２直流電圧目標値に維持するように前記第２電力変換器を制御する、請求項８に記載の発電システムの制御器。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、発電システムの制御器および発電システムの制御方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
車両、船舶、航空機等における駆動源としてエンジンを備え、エンジンの駆動力により発電を行う電動発電機がエンジンに機械的に接続される発電システムが知られている。さらに、下記特許文献１では、電動発電機を発電だけでなく、エンジンを始動させるためのスタータとして用いることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００１－３３４９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、１つの電動発電機に、発電機およびスタータの両方の役割を持たせるためには以下のような問題がある。すなわち、電動発電機がスタータとして機能する場合、エンジンを回転させるために大きなトルクが必要となる。このために電動発電機は、低周波数ではあるが大電流が要求される。一方、電動発電機が発電機として機能する場合、エンジンの高速回転に対応する必要がある。エンジンの高速回転時には誘起電圧が高くなる。このために電動発電機は、高周波数かつ大電圧が要求される。
【０００５】
これらの２つの機能を同時に実現するために、電動発電機に電力を供給し、電動発電機で発電された電力を受け取る電力変換器をどのように構成するかについて特許文献１には特段記載されていない。電力変換器を低電圧、低周波数および大電流に最適化すると、高電圧および高周波数に対応できない。電力変換器を高電圧、高周波数に最適化すると、低電圧、低周波数および大電流時にスイッチング損失が増大する。１つの制御モードで電動発電機に要求される大電流かつ大電圧に対応しようとすると、電力変換器が大型化してしまう。
【０００６】
本開示は、上記課題を解決するものであり、１つの電動発電機を、スタータおよび発電機の両方として機能させながら、損失を低減することができる発電システムの制御器および発電システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る発電システムの制御器は、エンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な同期電動発電機と、前記同期電動発電機に電気的に接続される第１電力変換器を備えた発電システムの制御器であって、処理回路を備え、前記処理回路は、前記同期電動発電機との間の交流配線の交流電力を直流電力に変換して直流配線に出力するように前記第１電力変換器を制御する第１制御モードと、前記エンジンを停止状態から始動させるために、前記直流配線の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を前記同期電動発電機に供給するように前記第１電力変換器を制御する第２制御モードとを実行可能であり、前記第２制御モードは、少なくとも前記エンジンが停止状態であるときに、前記第１電力変換器におけるキャリア周波数を前記第１制御モードにおける第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数に設定する周波数低減処理、および、前記直流配線における直流電圧目標値を前記第１制御モードにおける第１直流電圧目標値よりも低い第２直流電圧目標値に設定する電圧低減処理の少なくとも１つを含む。
【０００８】
本開示の他の態様に係る発電システムの制御方法は、エンジンと、前記エンジンに機械的に接続され、前記エンジンの駆動力を利用して発電可能な同期電動発電機と、前記同期電動発電機に電気的に接続される第１電力変換器を備えた発電システムの制御方法であって、前記同期電動発電機との間の交流配線の交流電力を直流電力に変換して直流配線に出力するように前記第１電力変換器を制御する第１制御モードと、前記エンジンを停止状態から始動させるために、前記直流配線の直流電力を交流電力に変換し、当該交流電力を前記同期電動発電機に供給するように前記第１電力変換器を制御する第２制御モードとを切り替えて実行し、前記第２制御モードにおいて、少なくとも前記エンジンが停止状態であるときに、前記第１電力変換器におけるキャリア周波数を前記第１制御モードにおける第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数に設定する、または、前記直流配線における直流電圧目標値を前記第１制御モードにおける第１直流電圧目標値よりも低い第２直流電圧目標値に設定する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、１つの電動発電機を、スタータおよび発電機の両方として機能させながら、損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、本開示の一実施の形態における発電システムの概略構成を示すブロック図である。
図２は、図１に示す第１電力変換器の回路構成の一例を示す図である。
図３は、図１に示す発電システムにおける処理回路の概略構成を示す図である。
図４は、本実施の形態における電圧目標値生成回路の例を模式的に示すブロック図である。
図５は、本実施の形態の第２制御モードにおける発電システムに関する各種パラメータのタイムチャートである。
図６は、一変形例の第２制御モードにおける発電システムに関する各種パラメータのタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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