CN102482950A - 发电系统的控制装置及发电系统及发电系统的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发电系统的控制装置，将从柴油引擎目前的运转状态得到的蒸汽轮机(9)的可供给输出作为蒸汽轮机可供给输出而得到，将蒸汽轮机(9)的输出设为需要电力与动力涡轮机最小输出及柴油引擎发电机最小输出的差值，由此以接近蒸汽轮机可供给输出的方式决定蒸汽轮机输出，以补偿蒸汽轮机(9)的输出与需要电力的差值的方式决定动力涡轮机(7)的输出。

Description

发电系统的控制装置及发电系统及发电系统的控制方法
技术领域
本发明涉及具备利用从作为船舶用柴油引擎及陆地上发电机用柴油引擎等的主引擎排出的排气的排出能量的蒸汽轮机及动力涡轮机的发电系统的控制装置及发电系统及发电系统的控制方法。
背景技术
已知有将船舶驱动用柴油引擎(主引擎)的排气一部分抽气并导入动力涡轮机作为发电输出利用，并且将在使用了同一柴油引擎排气的排气锅炉生成的蒸汽导入蒸汽轮机作为发电输出利用的发电系统。目前，该发电系统中，控制向动力涡轮机的排气供给量的进气阀为ON·OFF的开关阀。
另一方面，专利文献1中公开有不将柴油引擎排气的一部分送至增压器而导向动力涡轮机等，以排出能量为动力进行回收的技术。另外，在排气进入动力涡轮机时以缩小从柴油引擎送至增压器的排气量的变化幅度的方式对排气量进行调整。进入动力涡轮机的排气量的调整如下进行：利用多条通路形成动力涡轮机的气体入口并在各自的通路设置旁通阀。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开昭63-186916号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，上述发电系统中，由于向动力涡轮机导入排气的进气阀为ON·OFF开关阀，因此不能向动力涡轮机供给任意的排气量。因此，即使在需要电力产生变化的情况下，为向动力涡轮机供给一定的排气量，也不能使动力涡轮机的输出任意变化。因此，为了与需要电力的变化对应，不得不调整蒸汽轮机的输出，在排气锅炉中产生的蒸汽超过蒸汽轮机所需要的蒸汽量的情况下，将不对发电起作用的剩余蒸汽部分排出(清除)到空气。因此，形成从柴油引擎的排气回收的蒸汽能量的浪费丢弃，成为柴油引擎燃料的浪费。
另一方面，上述专利文献1中公开有对供给到动力涡轮机的排气量进行阶段性地调整的发明，但是记载于同一专利文献1的动力涡轮机作为柴油引擎的动力回收所使用，在将动力涡轮机的输出作为发电使用的情况下应该以哪种方式调整排气量的公开完全没有。
本发明是鉴于该情况而研发的，其目的在于提供一种不使用蒸汽轮机就可以抑制废弃的剩余蒸汽并提高主引擎的燃料效率的发电系统的控制装置及发电系统及发电系统的控制方法。
解决问题的技术方案
为了解决所述课题，本发明的发电系统的控制装置及发电系统及发电系统的控制方法采用下面的装置。
即，本发明第一方面提供一种发电系统的控制装置，对涡轮发电机，控制所述动力涡轮机及所述蒸汽轮机的输出，所述涡轮发电机具备：通过从主引擎的增压器的上游侧抽气的排气进行驱动的动力涡轮机、与该动力涡轮机串联连接并通过使用所述主引擎排气的排气锅炉生成的蒸汽驱动的蒸汽轮机、与所述动力涡轮机及所述蒸汽轮机串联连接的发电机，其特征在于，将从所述主引擎目前的运转状态得到的所述蒸汽轮机的可供给输出作为蒸汽轮机可供给输出而得到，根据与需要电力的关系以接近所述蒸汽轮机可供给输出的方式决定所述蒸汽轮机输出，以补偿所述蒸汽轮机输出与所述需要电力的差值的方式决定所述动力涡轮机的输出。
由于以接近蒸汽轮机可供给输出的方式决定蒸汽轮机的输出，因此，经由排气锅炉可以在蒸汽轮机有效地利用从主引擎得到的排气能量。因此，在蒸汽轮机不使用排气锅炉中生成的蒸汽，可以尽可能地防止作为剩余蒸汽废弃。由此，通过有效地进行主引擎的排热回收，可以使主引擎的燃料效率提高。另外，作为蒸汽轮机可供给输出典型性地使用从主引擎的排气能量得到的最大蒸汽轮机输出。
蒸汽轮机输出根据与需要电力的关系决定。即，在需要电力超过蒸汽轮机可供给输出的情况下，优选蒸汽轮机输出设为与蒸汽轮机可供给输出相等或蒸汽轮机可供给输出以下的邻近值(例如由需要电力减去动力涡轮机最小输出的值)。在需要电力成为蒸汽轮机可供给输出以下的情况下，优选以满足需要电力的方式形成可供给输出以下的蒸汽轮机输出。
另外，动力涡轮机的输出以补偿蒸汽轮机输出(例如反馈的目前值输出)与需要电力的差值的方式决定。具体而言，以使动力涡轮机分担满足需要电力的剩余负荷量的方式调整由动力涡轮机供给的排气量。由此，相对于需要电力能够使蒸汽轮机优选分担蒸汽轮机可负担的输出。
另外，作为主引擎，典型性地列举船舶驱动用的柴油引擎。
另外，本发明第一方式的发电系统的控制装置中，优选所述蒸汽轮机可供给输出相对于所述主引擎的负荷预先决定。
由于蒸汽轮机可供给输出相对于主引擎的负荷预先决定，因此即使主引擎负荷变化，也能够从变化的主引擎负荷立刻得到蒸汽轮机可供给输出。根据如此得到的可供给输出可以确定蒸汽轮机的输出，因此能够使蒸汽轮机相对于主引擎的负荷变化随动性良好地运转。
另外，主引擎负荷反映排气流量及排气压力，因此适于得到蒸汽轮机可供给输出。
另外，本发明第一方面的发电系统的控制装置中，优选所述蒸汽轮机可供给输出根据所述排气锅炉入口的排气温度修正。
由于若排气锅炉入口的排气温度变化，则通过排气锅炉生成的产生蒸汽量也变化，因此，通过排气锅炉入口的排气温度对蒸汽轮机可供给输出进行修正。具体而言，与标准温度(例如300℃)相比，如果排气温度成为高温则使可供给输出增大，与标准温度相比，如果排气温度成为低温则使可供给输出减少。
另外，本发明第一方式的发电系统的控制装置中，优选将从所述主引擎目前的运转状态得到的所述动力涡轮机的可供给输出作为动力涡轮机可供给输出而得到，所述动力涡轮机的输出以不超过所述动力涡轮机可供给输出的方式决定。
由于以不超过从主引擎目前的运转状态确定的可供给输出的方式决定动力涡轮机的输出，因此不会过量设定动力涡轮机的输出，因此可以防止过量的排气抽气并抑制对增压器及主引擎运转的影响。另外，作为动力涡轮机可供给输出，典型性地使用从主引擎的排气能量得到的最大动力涡轮机输出。
另外，本发明第一方式的发电系统的控制装置中，优选所述动力涡轮机可供给输出相对于所述主引擎的负荷预先决定。
由于动力涡轮机可供给输出相对于所述主引擎的负荷预先决定，因此即使主引擎负荷变化，也能够从变化的主引擎负荷立刻得到可供给输出。根据如此得到的可供给输出可以确定动力涡轮机的输出，因此能够使动力涡轮机相对于主引擎负荷变化随动性良好地运转。
另外，主引擎负荷反映排气流量及排气压力，因此适于得到动力涡轮机可供给输出。
另外，本发明第一方式的发电系统的控制装置中，优选所述动力涡轮机可供给输出根据所述增压器入口的空气温度修正。
若增压器入口的空气温度变化，则由于空气密度变化来自主引擎的排气能量变化，因此形成通过增压器入口的空气温度对动力涡轮机可供给输出进行修正。具体而言，与标准温度(例如25℃)相比，如果空气温度成为高温则空气密度下降，因此使可供给输出减少，与标准温度相比，如果空气温度成为低温则空气密度提高，因此使可供给输出增大。
另外，本发明第一方面的发电系统的控制装置中，优选在决定与所述涡轮发电机另外设置的柴油引擎发电机的发电用柴油引擎的输出时，以补偿所述蒸汽轮机的输出及所述动力涡轮机的输出与需要电力的差值的方式决定所述发电用柴油引擎输出。
在设有柴油引擎的情况下，以补偿蒸汽轮机的输出(例如反馈的目前值输出)及动力涡轮机的输出(例如反馈的目前值输出)与需要电力的差值的方式决定发电用柴油引擎的输出。即，将发电用柴油引擎设为分担负荷的优先顺序，将蒸汽轮机及动力涡轮机设为之后的顺序。由此，可以主要使用蒸汽轮机及动力涡轮机并以补偿它们的方式使用柴油引擎，因此可以使发电用柴油引擎的启动时间及负荷减少，作为发电系统整体可以提高能量效率。
另外，本发明第二方面提供一种发电系统，其特征在于，具备所述任一项中所述的发电系统的控制装置和通过该控制装置来控制的蒸汽轮机及动力涡轮机。
由于通过所述控制装置来控制蒸汽轮机及动力涡轮机，因此可以提供使主引擎的燃料效率提高的发电系统。
另外，本发明第三方面提供一种发电系统的控制方法，对涡轮发电机，控制所述动力涡轮机及所述蒸汽轮机的输出，所述涡轮发电机具备：通过从主引擎的增压器的上游侧抽气的排气进行驱动的动力涡轮机、与该动力涡轮机串联连接并通过使用了所述主引擎排气的排气锅炉生成的蒸汽驱动的蒸汽轮机、与所述动力涡轮机及所述蒸汽轮机串联连接的发电机，其特征在于，将从所述主引擎目前的运转状态得到的所述蒸汽轮机的可供给输出作为蒸汽轮机可供给输出而得到，根据与需要电力的关系以接近所述蒸汽轮机可供给输出的方式决定所述蒸汽轮机输出，以补偿所述蒸汽轮机输出与所述需要电力的差值的方式决定所述动力涡轮机的输出。
由于以接近蒸汽轮机可供给输出的方式决定蒸汽轮机的输出，因此，经由排气锅炉可以在蒸汽轮机有效地利用从主引擎得到的排气能量。因此，在蒸汽轮机不使用排气锅炉中生成的蒸汽，可以尽可能地防止作为剩余蒸汽废弃。由此，通过有效地进行主引擎的排热回收，可以使主引擎的燃料效率提高。另外，作为蒸汽轮机可供给输出典型性地使用从主引擎的排气能量得到的最大蒸汽轮机输出。
蒸汽轮机输出根据与需要电力的关系确定。即，在需要电力超过蒸汽轮机可供给输出的情况下，优选蒸汽轮机输出设为与蒸汽轮机可供给输出相等或蒸汽轮机可供给输出以下的邻近值(例如从需要电力减去动力涡轮机最小输出的值)。在需要电力成为蒸汽轮机可供给输出以下的情况下，优选以满足需要电力的方式形成可供给输出以下的蒸汽轮机输出。
另外，动力涡轮机的输出以补偿蒸汽轮机输出(例如反馈的目前值输出)与需要电力的差值的方式决定。具体而言，以使动力涡轮机分担满足需要电力的剩余负荷量的方式调整由动力涡轮机供给的排气量。由此，相对于需要电力能够使蒸汽轮机优选分担蒸汽轮机可负担的输出。
另外，作为主引擎，典型性地列举船舶驱动用的柴油引擎。
发明的效果
根据本发明，通过抑制剩余蒸汽的产生，可以使主引擎的燃料效率提高。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的发电系统涡轮发电机的概略构成图；
图2表示具有图1所示的涡轮发电机的发电系统控制装置概略构成；
图3是表示本发明一实施方式的发电系统控制装置局部的控制方框图；
图4是表示本发明一实施方式的发电系统控制装置的图3其它局部的控制方框图；
图5是表示本发明一实施方式的发电系统控制装置的图3其它局部的控制方框图；
图6是表示本发明一实施方式的发电系统控制装置的图3其它局部的控制方框图；
图7是表示本发明一实施方式的发电系统控制装置的图3其它局部的控制方框图；
图8是表示本发明一实施方式的发电系统控制装置动作流程的流程图；
图9是表示本发明一实施方式的发电系统负荷分担比例的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示本实施方式的发电系统的涡轮发电机的概略构成。本实施方式中，使用船舶驱动用的柴油引擎3作为主引擎。
涡轮发电机1具备：船舶驱动用的柴油引擎(主引擎)3、通过柴油引擎3的排气进行驱动的排气涡轮增压器5、通过从排气涡轮增压器5的上游侧抽气的柴油引擎3的排气进行驱动的动力涡轮机(燃气轮机)7、通过柴油引擎3的排气生成蒸汽的排气节能器(排气锅炉)11、由通过排气节能器11生成的蒸汽驱动的蒸汽轮机9。
来自柴油引擎3的输出经由推进轴与螺旋推进器直接或间接地连接。另外，柴油引擎3的各气缸的气缸部13的排气口与作为排气集合管的排气歧管15连接，排气歧管15经由第一排气管L1与排气涡轮增压器5的涡轮部5a入口侧连接，另外，排气歧管15经由第二排气管L2(抽气通路)与动力涡轮机7的入口侧连接，在将排气的一部分供给到排气涡轮增压器5之前进行抽气并将其供给到动力涡轮机7。
另一方面，各气缸部13的供气口与供气歧管17连接，供气歧管17经由供气管K1与排气涡轮增压器5的压缩机部5b连接。另外，在供气管K1设置有空气冷却器(中间冷却器)19。
排气涡轮增压器5由涡轮部5a、压缩机部5b、将涡轮部5a和压缩机部5b连结的旋转轴5c构成。
动力涡轮机7通过经由第二排气管L2从排气歧管15抽气的排气进行驱动旋转，另外，蒸汽轮机9通过排气节能器11供给生成的蒸汽被驱动旋转。
该排气节能器11将从排气涡轮增压器5的涡轮部5a的出口侧经由第三排气管L3排出的排气和从动力涡轮机7的出口侧经由第四排气管L4排出的排气导入并通过热交换部21利用排气的热使利用供水管23供给的水蒸发，产生蒸汽。而且，在排气节能器11生成的蒸汽经由第一蒸汽管J1被导入蒸汽轮机9，另外，在该蒸汽轮机9完成工作的蒸汽通过第二蒸汽管J2排出并导向未图示的冷凝器(冷凝器)。
将动力涡轮机7和蒸汽轮机9串联地结合来驱动发电机25。蒸汽轮机9的旋转轴29经由未图示的减速机及联轴器与发电机25连接，另外，动力涡轮机7的旋转轴27经由未图示的减速机及离合器31与蒸汽轮机9的旋转轴29连结。作为离合器31使用以规定转速嵌脱的离合器，例如适合使用SSS(Synchro-Self-Shifting)离合器。
另外，在第二排气管L2设有控制导入到动力涡轮机7的气体量的排气量调整阀33和在非常时截止向动力涡轮机7的排气供给的非常停止用非常截止阀35。另外，在非常停止用非常截止阀35截止时，为了防止向排气涡轮增压器5的涡轮部5a的过增压(超过发动机的最佳运转压力的增压)，在与第四排气管L4之间设有旁通阀34。
另外，在第一蒸汽管J1设有控制导入到蒸汽轮机9的蒸汽量的蒸汽量调整阀37和在非常时截止向蒸汽轮机9的蒸汽供给的非常停止用非常截止阀39。上述排气量调整阀33及蒸汽量调整阀37通过后述的控制装置43控制其开度。
如上，发电机25将船舶驱动用的柴油引擎3的排气(燃烧气体)排出能量作为动力驱动，构成排出能量回收装置。
图2表示具有图1所示的涡轮发电机1的发电系统的控制装置的概略构成。
发电系统除具备涡轮发电机1外还具备另外设置于船内的多个(本实施方式中2台)柴油引擎发电机60。
向控制装置43输入来自检测发电机25输出电力的电传感器45的信号，并输入来自检测蒸汽轮机9的旋转轴29的转速的旋转传感器49的信号作为发电机25的转速。还向控制装置43输入来自柴油引擎发电机60的输出信号和来自检测船内消耗电力的船内消耗电传感器51的信号。
另外，控制装置43具备负荷分担控制部53、动力涡轮机用调节器部55、蒸汽轮机用调节器部57、柴油引擎发电机60用调节器部(未图示)。
与由负荷分担控制部53设定的负荷率对应的输出的指示信号分别被输出到动力涡轮机用调节器部55、蒸汽轮机用调节器部57及柴油引擎发电机60用调节器部。
动力涡轮机用调节器部55基于根据从负荷分担控制部53指示的动力涡轮机7的输出设定的转速降低控制(比例控制)的控制函数，以相对于发电机25的转速变动稳定在目标转速的方式基于与由旋转传感器49检测的实际转速的偏差计算控制信号。而且，将该控制信号输出于排气量调整阀33，来控制排气量调整阀33的开度并控制供给向动力涡轮机7的排气流量。该转速降低控制函数是通过在转速目标值和实际控制的目前的转速的偏差乘以比例增益来运算控制量的函数。
另外，蒸汽轮机用调节器部57也与动力涡轮机用调节器部55一样，基于根据从负荷分担控制部53指示的蒸汽轮机9的输出负担比例设定的转速降低控制(比例控制)的控制函数，以相对于发电机25的转速变动稳定在目标转速的方式基于与由旋转传感器49检测的实际转速的偏差计算控制信号。而且，将该控制信号输出向蒸汽量调整阀37，控制该蒸汽量调整阀37的开度而控制由蒸汽轮机9供给的蒸汽量。
接着，使用图3～图7对控制装置43的详情进行说明。控制装置43在图3～图7的5个图中分割地表示，通过使这些图组合而成为控制装置43的概略整体构成。图3及图4所示的动力管理系统70位于将图3～图7并排时的上方，图5及图6所示的控制器部72位于将图3～图7并排时图3及图4的下方，图7所示的设备73位于将图3～图7并排时图5及图6的下方。
控制装置43主要由动力管理系统70和控制器部72构成。
图3及图4表示动力管理系统70的构成，成为图3位于左侧、图4位于右侧的关系，分别连接有信号线A1～A8。
图5及图6表示控制器部72的构成，成为图5位于左侧、图6位于右侧的关系，连接有信号线A9。另外，图5及图6成为位于表示动力管理系统70的图3及图4的下方的关系，分别连接有信号线B1～B9。另外，图5中为了图示的方便，显示有柴油引擎发电机60，但这属于图7所示的设备74的构成。另外，在图6的下方表示从设备74侧得到的各种信号。
图7表示发电系统的设备74，且表示图1及图2中说明的动力涡轮机7和蒸汽轮机9等。图7成为位于图5及图6的下方的关系，分别连接有信号线C1～C3、B5及AA、及电线E1。
[蒸汽轮机可供给输出Av(ST)]
将运算蒸汽轮机9的可供给输出Av(ST)时所使用的图在图6的图M1中表示。该图M1存储在设于控制器部72的存储器。图M1将蒸汽轮机可供给输出Av(ST)设为纵轴，将柴油引擎3的负荷(ME Load)设为横轴，根据设计时数据和试运转数据预先作成。另外，使用从柴油引擎3的排气能量得到的最大蒸汽轮机输出作为蒸汽轮机可供给输出Av(ST)。
将柴油引擎3的负荷从图5的柴油引擎负荷检测器78(Main Engine Load)经由信号线A9输入，由该输入值和图M1得到蒸汽轮机可供给输出Av(ST)。如此得到的蒸汽轮机可供给输出Av(ST)经由信号线B7向图4所示的动力管理系统70输出。
从图M1得到的蒸汽轮机可供给输出Av(ST)通过排气节能器11(参照图1)的入口(上游)的排气温度(ECO.GAS Inlet Temp.)进行修正(Compensation)。这是因为若排气节能器11入口的排气温度变化，则通过排气锅炉生成的产生蒸汽量变化。具体而言，与标准温度(例如300℃)相比，如果排气温度成为高温则使可供给输出增大，与标准温度相比，如果排气温度成为低温则使可供给输出减少。
[动力涡轮机可供给输出(Av(PT))
将运算动力涡轮机7的可供给输出Av(PT)时所使用的图在图6的图M2中表示。该图M2存储在设于控制器部72的存储器。图M2将动力涡轮机可供给输出Av(PT)设为纵轴，将柴油引擎3的负荷(ME Load)设为横轴，根据设计时数据和试运转数据预先作成。另外，使用从柴油引擎3的排气能量得到的最大动力涡轮机输出作为动力涡轮机可供给输出Av(PT)。
将柴油引擎3的负荷从图5的柴油引擎负荷检测器78(Main Engine Load)经由信号线A9输入，由该输入值和图M2得到动力涡轮机可供给输出Av(PT)。如此得到的动力涡轮机可供给输出Av(PT)经由信号线B8向图4所示的动力管理系统70输出。
从图M2得到的动力涡轮机可供给输出Av(PT)通过排气涡轮增压器5(参照图1)入口的空气温度进行修正(Compensation)。这是因为若排气涡轮增压器5的入口的空气温度变化，则空气密度发生变化，来自柴油引擎3的排气能量发生变化。具体而言，与标准温度(例如25℃)相比，如果空气温度成为高温则空气密度下降，因此使可供给输出减少，与标准温度相比，如果空气温度成为低温则空气密度提高，因此使可供给输出增大。另外，排气涡轮增压器5的入口空气温度虽然没有在图6的图M2中表示，但输入于图M2。
[蒸汽轮机实际输出ST(kW)]
蒸汽轮机9目前输出的实际输出(目前值输出)从图6所示的图M3得到。该图M3存储在设于控制器部72的存储器。图M3将蒸汽轮机实际输出ST(kW)设为纵轴，将蒸汽轮机9的第一阶段压力(First Stage Pressure；FSP)设为横轴。如图7所示，蒸汽轮机9的第一阶段压力FSP从设于蒸汽轮机9的第一阶段涡轮(高压涡轮)的下游侧的压力传感器(PT)经由信号线AA得到。另外，如图6所示，根据蒸汽轮机设备的冷凝器压力(Cond VacuumPress.)、入口蒸汽温度(Inlet Steam Temp.)、入口蒸汽压力(Inlet Steam Press.)修正图M3。由图M3得到的蒸汽轮机实际输出ST(kW)经由信号线B6向图4所示的动力管理系统70输出，并且向下面说明的运算部F1输出。
[动力涡轮机实际输出PT(kW)]
动力涡轮机7目前输出的实际输出(目前值输出)从图6所示的运算部F1得到。在该运算部F1使用的运算公式存储在设于控制器部72的存储器。如下面公式(1)所示，运算部F1中，由从检测发电机25(参照图7)的输出电力的电传感器45得到的涡轮发电机输出STG(kW)和在图M3得到的蒸汽轮机实际输出ST(kW)的差值得到动力涡轮机实际输出PT。
PT(kW)＝STG(kW)-ST(kW)......(1)
在运算部F1得到的动力涡轮机实际输出PT(kW)经由信号线B9向图4所示的动力管理系统70输出。
[蒸汽轮机负荷率R(ST)]
如图4所示，在动力管理系统70的运算部F2运算蒸汽轮机9的负荷率R(ST)。蒸汽轮机负荷率R(ST)通过下面公式(2)得到。
R(ST)＝[LD(kW)-[DG(min)+PT(min)]]/Av(ST)......(2)
在此，LD(kW)为船内需要电力，如图3的运算部F5所示，由柴油引擎输出DG(kW)和涡轮发电机输出STG(kW)之和得到。DG(min)为柴油引擎发电机60(参照图5)的最小输出，意思是发电用柴油引擎稳定地进行动作的最小输出。PT(min)为动力涡轮机7的最小输出，意思是动力涡轮机可稳定地运转的最小输出，具体而言，根据连结动力涡轮机7和蒸汽轮机9的离合器31嵌脱的转速的输出决定，例如设为动力涡轮机额定的10％。
如公式(2)所示，将由船内需要电力LD(kW)减去柴油引擎发电机最小输出DG(min)及动力涡轮机最小输出PT(min)的公式设为运算公式的分子，由此，与柴油引擎发电机60和动力涡轮机7相比，可以优先确定蒸汽轮机9的要求输出，在蒸汽轮机9最大限度地得到输出。另外，将蒸汽轮机可供给输出Av(ST)设为运算公式的分母，由此将蒸汽轮机9的要求输出以对于蒸汽轮机可供给输出Av(ST)的比例表示，可以最大限度地有效地利用蒸汽轮机9的输出。
另外，如运算部F2所示，蒸汽轮机负荷率R(ST)设为1以下，不要求超过蒸汽轮机可供给输出Av(ST)地输出。另外，蒸汽轮机负荷率R(ST)设为ST(min)/Av(ST)以上，不要求低于蒸汽轮机9可稳定地运转的最小输出的输出。
[动力涡轮机负荷率R(PT)]
如图4所示，在动力管理系统70的运算部F3运算动力涡轮机7的负荷率R(PT)。动力涡轮机负荷率R(PT)通过下面公式(3)得到。
R(PT)＝[LD(kW)-[DG(min)+ST(kW)]]/Av(PT)......(3)
如公式(3)所示，将从船内需要电力LD(kW)减去柴油引擎发电机最小输出DG(min)及蒸汽轮机实际输出ST(kW)的公式设为运算公式的分子，由此，对蒸汽轮机9优先进行，并且与柴油引擎发电机60相比，可以优先决定蒸汽轮机9的要求输出，最大限度地进行柴油引擎3的排热回收。另外，将动力涡轮机可供给输出Av(PT)设为运算公式的分母，由此将动力涡轮机7的要求输出以对于动力涡轮机可供给输出Av(PT)的比例表示，可以最大限度地有效地利用动力涡轮机7的输出。
另外，如运算部F3所示，动力涡轮机负荷率R(PT)设为1以下，不要求超过动力涡轮机可供给输出Av(PT)地输出。另外，动力涡轮机负荷率R(PT)设为PT(min)/Av(PT)以上，不要求低于动力涡轮机9可稳定地运转的最小输出的输出。
[柴油引擎发电机负荷率R(DG)]
如图4所示，在动力管理系统70的运算部F4运算柴油引擎发电机负荷率R(DG)。柴油引擎发电机负荷率R(DG)通过下面公式(4)得到。
R(DG)＝[LD(kW)-[ST(kW)+PT(kW)]]/Av(DG)......(4)
在此，柴油引擎发电机可供给输出Av(DG)使用柴油引擎发电机的额定输出Rated(DG)。
如公式(4)所示，将从船内需要电力LD(kW)减去蒸汽轮机实际输出ST(kW)及动力涡轮机实际输出PT(kW)的公式设为运算公式的分子，由此，对蒸汽轮机9及动力涡轮机7优先进行，尽可能抑制柴油引擎发电机60的旋转。另外，将柴油引擎发电机可供给输出Av(DG)设为运算公式的分母，由此将柴油引擎发电机60的要求输出以对于柴油引擎发电机可供给输出Av(DG)的比例表示，可以最大限度地有效地利用柴油引擎发电机60的输出。
另外，如运算部F4所示，柴油引擎发电机负荷率R(DG)设为1以下，不要求超过柴油引擎发电机可供给输出Av(DG)地输出。另外，柴油引擎发电机负荷率R(DG)设为DG(min)/Av(DG)以上，不要求低于柴油引擎发电机可稳定地运转的最小输出的输出。
[合计可供给输出Ta(kW)]
图4所示的运算部F6中，根据在各运算部F2、F3、F4得到的结果，通过下面公式(5)，求得合计可供给输出Ta(kW)。
Ta(kW)＝R(DG)×Av(DG)+R(ST)×Av(ST)+R(PT)×Av(PT)......(5)
[蒸汽轮机目标输出LT(ST)]
如图3所示，蒸汽轮机9所要求的目标输出LT(ST)使用上述的各运输值通过运算部F7根据下面公式(6)运算。
LT(ST)＝LD(kW)×[R(ST)×Av(ST)]/Ta(kW)......(6)
根据上面公式(6)得到的蒸汽轮机目标输出LT(ST)与蒸汽轮机实际输出ST(kW)比较运算后，利用频率控制器79在混合器81调整为规定频率的信号，并作为增减信号(INC/DEC)经由信号线B2输出向图5所示的控制器部72的蒸汽轮机用调节器部57。
蒸汽轮机用调节器部57中，根据在图2说明的降低控制作成控制信号，该控制信号经由信号线C2输出向蒸汽量调整阀37(参照图7)。
[动力涡轮机目标输出LT(PT)]
如图3所示，动力涡轮机7所要求的目标输出LT(PT)使用上述的各运算值通过运算部F8根据下面公式(7)运算。
LT(PT)＝LD(kW)×[R(PT)×Av(PT)]/Ta(kW)......(7)
根据上面公式(7)得到的动力涡轮机目标输出LT(PT)与动力涡轮机实际输出PT(kW)比较运算后，利用频率控制器79在混合器82调整为规定频率的信号，并作为增减信号(INC/DEC)经由信号线B1输出向图5所示的控制器部72的动力涡轮机用调节器部55。
动力涡轮机用调节器部55中，根据在图2说明的降低控制作成控制信号，该控制信号经由信号线C1输出向排气量调整阀33(参照图7)。
另外，如图5所示，在动力涡轮机用调节器部55得到动力涡轮机7的转速(PT RPM)，在动力涡轮机的额定输出附近(例如额定输出±数％)设有设置输出死区(无感带)的函数产生器85。这是为了在额定输出附近即使转速稍微变化也不会使动力涡轮机的目标输出指令变化，来保持柴油引擎3的稳定性而设置的。另外，由此，相对于额定附近的变动利用蒸汽轮机9的输出变化进行对应。蒸汽轮机9与动力涡轮机7相比，控制性良好，因此作为涡轮发电机实现稳定的运转。
[柴油引擎发电机目标输出LT(DG)]
如图3所示，柴油引擎发电机60所要求的目标输出LT(DG)使用上述的各运算值通过运算部F9根据下面公式(8)运算。
LT(DG)＝LD(kW)×[R(DG)×Av(DG)]/Ta(kW)......(8)
根据上面公式(8)得到的柴油引擎发电机目标输出LT(DG)与柴油引擎发电机实际输出DG(kW)比较运算后，利用频率控制器79在混合器83调整为规定频率的信号，并作为增减信号(INC/DEC)经由信号线B3输出向图5所示的柴油引擎发电机60的柴油引擎发电机用调节器部(未图示)。
接着，使用图8的流程图对本实施方式发电系统的控制装置动作进行说明。
经过规定的反复周期Δt后(步骤S1)，进入步骤S2，以成为由船内需要电力LD(kW)减去柴油引擎发电机最小输出DG(min)及动力涡轮机最小输出PT(min)的蒸汽轮机输出的方式在运算部F2决定蒸汽轮机负荷率R(ST)。此时，蒸汽轮机负荷率R(ST)以不超过蒸汽轮机可供给输出Av(ST)的方式进行设定。
接着，进入步骤S3，以成为从船内需要电力LD(kW)减去柴油引擎发电机最小输出DG(min)及蒸汽轮机实际输出ST(kW)的动力涡轮机输出的方式在运算部F3决定动力涡轮机负荷率R(PT)。此时，动力涡轮机负荷率R(PT)以不超过动力涡轮机可供给输出Av(PT)的方式进行设定。
接着，进入步骤S4，以成为从船内需要电力LD(kW)减去蒸汽轮机实际输出ST(kW)及动力涡轮机实际输出PT(kW)的柴油引擎发电机输出的方式在运算部F4决定柴油引擎发电机负荷率R(DG)。此时，柴油引擎发电机负荷率R(DG)以不超过柴油引擎发电机可供给输出Av(DG)的方式进行设定。
接着，进入步骤S5，在运算部F6运算合计可供给输出Ta(kW)。
然后，进入步骤S6，使用在步骤S5得到的合计可供给输出Ta(kW)运算蒸汽轮机目标输出LT(ST)、动力涡轮机目标输出LT(PT)、及柴油引擎发电机目标输出LT(DG)。
然后，在步骤S7，根据各目标输出将控制指令从控制器部72向蒸汽轮机9、动力涡轮机7及柴油引擎发电机60输出。
如此一连串的流程结束后，再返回到“开始”，以规定的反复周期Δt反复同样的流程。
接着，使用图9对本实施方式的发电系统的负荷分担比例进行说明。
图9的横轴表示对于船内需要电力的额定100％的百分率。另外，在纵轴方向从下起并排有动力涡轮机(PT)7、蒸汽轮机(ST)9、第一柴油引擎发电机(DG1)60、第二柴油引擎发电机(DG2)60，各栏的纵方向是指输出。另外，下面说明的输出控制为一例，本实施方式中假定动力涡轮机7、蒸汽轮机9、柴油引擎发电机60的输出具有大致相等的能力的构成，但在设定输出不同的系统中，适当变更船内需要电力的控制基准，实现负荷分担的最佳化。
在船内需要电力为0～25％的情况下，将动力涡轮机7的输出抑制在最小，同时根据船内需要电力的增大来逐渐增大蒸汽轮机9的输出。这样，优先使用蒸汽轮机9，将剩余蒸汽的生成及清除(向空气排放)废弃。
在船内需要电力为25～50％的情况下，根据船内需要电力的增大来逐渐增大蒸汽轮机9及动力涡轮机7的输出。此情况下，动力涡轮机7的输出以补偿船内需要电力与蒸汽轮机9输出的差值的方式增大，将剩余蒸汽的生成及清除(向冷凝器排放)废弃。另外，以补偿船内需要电力的方式用最小输出增大第一柴油引擎发电机60。
在船内需要电力为50～75％的情况下，蒸汽轮机9及动力涡轮机7一定地输出额定输出。根据船内需要电力的增大来逐渐增大第一柴油引擎发电机60的输出。
在船内需要电力为75～100％的情况下，蒸汽轮机9及动力涡轮机7及第一柴油引擎发电机60一定地输出额定输出。根据船内需要电力的增大来逐渐增大第二柴油引擎发电机60的输出。
根据以上说明的本实施方式的发电系统实现下面的作用效果。
蒸汽轮机9的输出根据由船内需要电力LD(kW)减去柴油引擎发电机最小输出DG(min)及动力涡轮机最小输出PT(min)的值决定蒸汽轮机负荷率R(ST)，因此，可以以接近蒸汽轮机可供给输出Av(ST)的方式决定蒸汽轮机输出。由此，可以在蒸汽轮机9有效地利用经由排气锅炉11从柴油引擎3得到的排气能量。因此，将在排气锅炉11生成的蒸汽不用于蒸汽轮机9而可以尽可能地抑制作为剩余蒸汽排放(清除)。由此，通过有效地进行主引擎的排热回收，可以使主引擎的燃料效率提高。
另外，由于以补偿蒸汽轮机实际输出ST(kW)与船内需要电力LD(kW)的差值的方式决定动力涡轮机7的输出，因此相对于需要电力能够使蒸汽轮机优先分担蒸汽轮机可负担的输出，可以废弃剩余蒸汽的产生。
由于蒸汽轮机可供给输出Av(ST)相对于主引擎3的负荷预先决定(参照图6的图M1)，所以即使主引擎3负荷发生变化，也能够从变化的主引擎3的负荷立刻得到蒸汽轮机可供给输出Av(ST)。根据如此得到的可供给输出Av(ST)可以决定蒸汽轮机9的输出，因此能够使蒸汽轮机9相对于柴油引擎3的负荷变化随动性良好地运转。
另外，主引擎负荷反映排气流量及排气压力，因此适于得到蒸汽轮机可供给输出Av(ST)。
由于以不超过从柴油引擎3目前的运转状态决定的动力涡轮机可供给输出Av(PT)的方式决定动力涡轮机7的输出，因此不会过量设定动力涡轮机7的输出，因此，可以防止过量的排气抽气并抑制对排气涡轮增压器5及柴油引擎3运转的影响。
由于动力涡轮机可供给输出Av(PT)相对于柴油引擎3的负荷预先决定，所以即使柴油引擎3负荷发生变化，也能够从变化的柴油引擎3负荷立刻得到可供给输出Av(PT)。根据如此得到的可供给输出Av(PT)可以决定动力涡轮机7的输出，因此，能够使动力涡轮机7相对于柴油引擎3的负荷变化随动性良好地运转。
另外，柴油引擎3的负荷反映排气流量及排气压力，因此适于得到动力涡轮机可供给输出Av(PT)。
以补偿蒸汽轮机实际输出ST(kW)及动力涡轮机实际输出PT(kW)与船内需要电力LD(kW)的差值的方式决定发电用柴油引擎60的输出。即，将发电用柴油引擎60分担负荷的优先顺序设为蒸汽轮机9及动力涡轮机7之后。由此，可以主要使用蒸汽轮机9及动力涡轮机7并以补偿它们的方式使用柴油引擎发电机60，因此，可以使发电用柴油引擎的启动时间及负荷减少，作为发电系统整体可以提高能量效率。
另外，本实施方式中，对船内使用的发电系统进行了说明，但也可以作为陆地上的发电系统使用。
另外，形成了具备柴油引擎发电机作为发电系统的实施方式，但也可以对省略了柴油引擎发电机的发电系统适用。
另外，以抑制剩余蒸汽排放的方式控制蒸汽轮机输出，但在允许稍微产生剩余蒸汽的情况下，也可以以允许剩余蒸汽为规定量的方式控制蒸汽轮机输出。
标记说明
1     涡轮发电机
3     柴油引擎
5     排气涡轮增压器
7     动力涡轮机
9     蒸汽轮机
11    排气节能器(排气锅炉)
25    发电机
33    排气量调整阀
37    蒸汽量调整阀
43    控制装置
60    柴油引擎发电机

Claims (9)

1.一种发电系统的控制装置，对涡轮发电机，控制所述动力涡轮机及所述蒸汽轮机的输出，所述涡轮发电机具备：通过从主引擎的增压器的上游侧抽气的排气进行驱动的动力涡轮机、与该动力涡轮机串联连接并通过使用所述主引擎排气的排气锅炉生成的蒸汽驱动的蒸汽轮机、与所述动力涡轮机及所述蒸汽轮机串联连接的发电机，其中，
将从所述主引擎目前的运转状态得到的所述蒸汽轮机的可供给输出作为蒸汽轮机可供给输出而得到，
根据与需要电力的关系以接近所述蒸汽轮机可供给输出的方式决定所述蒸汽轮机输出，
以补偿所述蒸汽轮机输出与所述需要电力的差值的方式决定所述动力涡轮机的输出。
2.如权利要求1所述的发电系统的控制装置，其中，所述蒸汽轮机可供给输出相对于所述主引擎的负荷预先决定。
3.如权利要求2所述的发电系统的控制装置，其中，所述蒸汽轮机可供给输出通过所述排气锅炉入口的排气温度修正。
4.如权利要求1～3中任一项所述的发电系统的控制装置，其中，将从所述主引擎目前的运转状态得到的所述动力涡轮机的可供给输出作为动力涡轮机可供给输出而得到，
所述动力涡轮机的输出以不超过所述动力涡轮机可供给输出的方式决定。
5.如权利要求4所述的发电系统的控制装置，其中，所述动力涡轮机可供给输出相对于所述主引擎的负荷预先决定。
6.如权利要求5所述的发电系统的控制装置，其中，所述动力涡轮机可供给输出根据所述增压器入口的空气温度修正。
7.如权利要求1～6中任一项所述的发电系统的控制装置，其中，在决定与所述涡轮发电机另外设置的柴油引擎发电机的发电用柴油引擎的输出时，以补偿所述蒸汽轮机的输出及所述动力涡轮机的输出与需要电力的差值的方式决定所述发电用柴油引擎输出。
8.一种发电系统，具备权利要求1～7中任一项所述的发电系统的控制装置和通过该控制装置来控制的蒸汽轮机及动力涡轮机。
9.一种发电系统的控制方法，对涡轮发电机，控制所述动力涡轮机及所述蒸汽轮机的负荷，所述涡轮发电机具备通过从主引擎的增压器上游侧抽气的排气进行驱动的动力涡轮机、与该动力涡轮机串联连接并通过使用所述主引擎排气的排气锅炉生成的蒸汽驱动的蒸汽轮机、与所述动力涡轮机及所述蒸汽轮机串联连接的发电机，
将从所述主引擎目前的运转状态得到的所述蒸汽轮机的可供给输出作为蒸汽轮机可供给输出而得到，
根据与需要电力的关系以接近所述蒸汽轮机可供给输出的方式决定所述蒸汽轮机输出，
以补偿所述蒸汽轮机输出与所述需要电力的差值的方式决定所述动力涡轮机的输出。
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