CN106030051A - 发电系统以及发电系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对基于发电容量变化的用于稳定运行的输出分担进行控制的发电系统以及发电系统的控制方法。本发明的发电系统(100)具备：动力涡轮机(7)，由发动机中生成的废气驱动；蒸气涡轮机(9)，由发动机的废气所生成的蒸气驱动；涡轮发电机(25)，连接于动力涡轮机(7)及蒸气涡轮机(9)；TCP(57)，控制蒸气涡轮机(9)的输出；及PMS(53)，控制动力涡轮机(7)的输出以及蒸气涡轮机(9)的输出的负载分担，其中，当动力涡轮机(7)上升时，进行使涡轮发电机(25)的负载容量增加的增加指令请求。

Description

发电系统以及发电系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种具备蒸气涡轮机以及动力涡轮机的发电系统中的发电系统以及发电系统的控制方法，所述蒸气涡轮机利用的是从船舶用柴油机或陆上发电机用柴油机等主发动机排出的废气的废气能量。

背景技术

已知有如下发电系统，抽出船舶推进用柴油机(主发动机)的废气的一部分并引导至动力涡轮机，用作发电输出，并且将利用柴油机的废气所生成的蒸气引导至蒸气涡轮机，用作发电输出。这种发电系统中，在蒸气涡轮机上设置有调速器，调整用于驱动蒸气涡轮机的流体的流量。

在专利文献1中，在蒸气涡轮机上设置有调速器，调速器所生成的控制信号被输出到调整阀，从而蒸气涡轮机的输出发生变化。

以往技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5155977号公报

发明的概要

发明要解决的技术课题

然而，在上述专利文献1中，公开有在整个系统的请求输出变更时的各设备的输出分担，即由耗电变化引起的输出分担，但是并未公开有关请求输出恒定时的各设备的输出分担，即由发电容量的变化引起的输出分担。

本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种控制基于发电容量的变化的用于稳定运行的输出分担的发电系统以及发电系统的控制方法。

用于解决技术课题的手段

为了解决上述问题，本发明的发电系统以及发电系统的控制方法采用以下方式。

本发明的第1实施方式为一种发电系统，其具备：动力涡轮机，由主发动机中生成的废气驱动；蒸气涡轮机，由所述主发动机的废气所生成的蒸气来驱动；发电机，连接于所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机；涡轮机控制部，控制所述蒸气涡轮机的输出；及负载分担控制部，控制所述动力涡轮机的输出以及所述蒸气涡轮机的输出的负载分担，其中，当所述动力涡轮机上升时，进行使所述发电机的负载容量增加的增加指令请求。

有时将动力涡轮机连结于驱动发电机的原动机，例如蒸气涡轮机。作为如此连结动力涡轮机的方式，有在一个轴上串联连接发电机、蒸汽涡轮机、动力涡轮机的方式，和分别并联连接蒸气涡轮机及动力涡轮机的方式等。该情况下，调速器仅设置有针对主原动机即蒸气涡轮机的调速器。这是因为若分别对蒸气涡轮机及动力涡轮机设置调速器，则控制变得复杂。

由此，当基于动力涡轮机的输出发生变化时，发电系统控制装置控制蒸气涡轮机的输出即控制调速器。

在此，由于在动力涡轮机未设置有调速器，因此动力涡轮机的控制为仅控制阀的开闭。从而，若动力涡轮机的输出有变化，则蒸气涡轮机的输出变动较大，以吸收其变化量。

例如，当动力涡轮机上升时，通过调速器的控制，蒸气涡轮机的输出降低，以便按照下垂特性保持发电机的输出。但是，若蒸气涡轮机的调速阀的开度达到规定的下限值，则动力涡轮机通过联锁被强制停止，因此根据情况，将导致动力涡轮机在启动之前停止。

于是，在上述方式中，在动力涡轮机上升时，进行使发电机的负载容量增加的增加指令请求。

由此，在动力涡轮机上升时，通过来自涡轮机控制部的负载容量增加指令请求，发电机的负载容量增加，且蒸气涡轮机的输出在增加的方向上起作用，因此与按照下垂特性的输出减少相抵消，且输出减少得以缓和，由此蒸气涡轮机的调速阀的开度不会达到规定的下限值，因此动力涡轮机不会被强制停止。从而，蒸气涡轮机的输出不会变动较大，而且发电机能够稳定的运行。

并且，动力涡轮机的输出的变化也根据主发动机的负载的变化而产生，这在发电机中构成外部干扰。始终监视动力涡轮机的输出的变化，在上升时，使发电机的负载容量发生变化，并对蒸气涡轮机进行输出变化的控制，这在因主发动机的负载变化而产生外部干扰时，在实现发电机的稳定化方面是有效的。

本发明的第2实施方式为一种发电系统，其具备：动力涡轮机，由主发动机中生成的废气驱动；蒸气涡轮机，由所述主发动机的废气所生成的蒸气驱动；发电机，连接于所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机；涡轮机控制部，控制所述蒸气涡轮机的输出；及负载分担控制部，控制所述动力涡轮机的输出以及所述蒸气涡轮机的输出的负载分担，其中，当所述动力涡轮机下降时，进行使所述发电机的负载容量减少的减少指令请求。

有时将动力涡轮机连结于驱动发电机的原动机例如蒸气涡轮机。此时，在一个轴上串联连接例如发电机、蒸气涡轮机、动力涡轮机。如此连接于一个轴上时，调速器仅设置有针对主原动机即蒸气涡轮机的调速器。这是因为若分别对蒸气涡轮机及动力涡轮机设置调速器，则控制变得复杂。

从而，当基于动力涡轮机的输出发生变化时，发电系统控制装置控制蒸气涡轮机的输出即控制调速器。

在此，由于动力涡轮机未设置有调速器，因此动力涡轮机的控制为仅控制阀的开闭。从而，若动力涡轮机的输出发生变化，则蒸气涡轮机的输出变动较大，以吸收其变化量。

例如，当动力涡轮机下降时，通过调速器的控制，蒸气涡轮机的输出增加，以便按照下垂特性而保持发电机的输出。但是，在动力涡轮机停止之前，导致蒸气涡轮机的调速阀达到全开状态，且输出饱和的状态持续，无法进一步提高蒸气涡轮机的输出，且无法维持发电机的输出。

于是，在上述方式中，在动力涡轮机下降时，进行使发电机的负载容量减少的减少指令请求。

由此，在动力涡轮机下降时，通过来自涡轮机控制部的负载容量减少指令请求，发电机的负载容量减少，且蒸气涡轮机的输出在减少的方向起作用，因此与按照下垂特性的输出增加相抵消，且输出增加得以缓和，由此蒸气涡轮机的调速阀的开度到达全开状态，且输出饱和的状态不会持续，因此能够维持发电机的输出，且发电机能够稳定地运行。

并且，动力涡轮机的输出的变化也根据主发动机的负载的变化而产生，这在发电机中构成外部干扰。始终监视动力涡轮机的输出的变化，在下降时，使发电机的负载容量发生变化，并对蒸气涡轮机进行输出变化的控制，这在因主发动机的负载发生变化而产生外部干扰时，在实现发电机的稳定化方面是有效的。

在上述实施方式中，根据所述增加指令请求或所述减少指令请求向所述涡轮机控制部输出的指令，也可以构成为作为对供给到所述蒸气涡轮机的主蒸气量进行调整的调整阀的开度而被控制。

若动力涡轮机的输出发生变化，则通过蒸气涡轮机的输出即调速器进行的调速阀的操作量变动较大，以吸收其变化量。

例如，在动力涡轮机上升的情况下，调速器所控制的调速阀的开度变小。但是，在调速阀的开度上设定有规定的下限值，若达到其下限值，则动力涡轮机被强制停止，因此根据情况，将导致动力涡轮机在启动之前停止。

相反地，在动力涡轮机下降的情况下，调速器所控制的调速阀的开度变大。但是，有时导致在动力涡轮机停止之前，调速阀的开度呈全开状态，且全开状态持续，无法进一步提高蒸气涡轮机的输出，并无法维持发电机的输出。

于是，在上述实施方式中，根据增加指令请求及减少指令请求向涡轮机控制部输出的指令，作为对供给到蒸气涡轮机的主蒸气量进行调整的调速阀的开度而被控制。

由此，在动力涡轮机上升时，由于发电机的负载容量增加，并且调速阀的开度变大，因此蒸气涡轮机的输出增加，与按照下垂特性的输出减少相抵消，且输出减少得到缓和，由此调速阀的开度不会达到下限值，因此动力涡轮机不会被强制停止。从而，通过调速器进行的调速阀的操作量不会变动较大，且发电机能够稳定地运行。

并且，在动力涡轮机下降时，由于发电机的负载容量减少，并且调速阀的开度变小，因此蒸气涡轮机的输出减少，与随着下垂特性的输出增加相抵消，且输出增加得到缓和，由此调速阀的开度不会成为全开状态，或全开状态不会持续，因此能够维持发电机的输出，且发电机能够稳定地运行。

在上述实施方式中也可以从所述涡轮机控制部对所述负载分担控制部的指令请求间隔的值设定为，适合于所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机的运行状态的值。

根据上述结构，由于将从涡轮机控制部对负载分担控制部的指令请求间隔的值设定为，适合于动力涡轮机及蒸气涡轮机的运行状态的值，因此能够获得与运行状态相应的负载分担控制部的响应性，进而能够获得蒸气涡轮机的输出变化指示。

在上述结构中也可以在所述动力涡轮机上升或下降时，或者来自低压蒸气源的蒸气量增加时或减少时，从所述涡轮机控制部对所述负载分担控制部的指令请求间隔的值设为较小。

根据上述结构，当动力涡轮机上升或下降时，或者来自低压蒸气源的蒸气量增加或减少时，缩短了从涡轮机控制部对负载分担控制部的指令请求间隔，因此无需配合例如在动力涡轮机或低压蒸气源的稳定状态(除了启动中或者停止中以外)下的，存在涡轮发电机的负载容量变动时的指令请求间隔等，便能够设定配合运行状态的指令请求间隔。由此，尤其通过缩短从涡轮机控制部对负载分担控制部请求指令的间隔，响应性变得良好，且在动力涡轮机上升时或低压蒸气的蒸气量增加时，调速阀的开度不会变得过小，或者当动力涡轮机下降时或低压蒸气的蒸气量减少时，调速阀的开度不会变得过大，从而发电机能够进行稳定的运行。

在此，与来自低压蒸气源的蒸气供给相比，动力涡轮机对发电机输出的分担比较大。从而，动力涡轮机缩短指令请求间隔，以使响应性比低压蒸气源好。

在上述结构中，与所述动力涡轮机下降时相比，在所述动力涡轮机上升时，从所述涡轮机控制部对所述负载分担控制部的所述指令请求间隔的值可以设为较小，以及与来自所述低压蒸气源的蒸气量减少时相比，在来自所述低压蒸气源的蒸气量增加时，从所述涡轮机控制部对所述负载分担控制部的所述指令请求间隔的值也可以设为较小。

在动力涡轮机上升时，配合动力涡轮机的输出增加，并按照下垂特性，蒸气动力的输出降低。在此，由于在蒸气涡轮机的调速阀的开度上存在规定的下限值，因此若到达下限值，则动力涡轮机被强制停止。

在动力涡轮机下降时，配合动力涡轮机的输出减少，并按照下垂特性，蒸气动力的输出上升。若蒸气涡轮机的调速阀达到全开状态，则负载分担控制部将负载分担转移到其他柴油机发电机。

从而，当动力涡轮机上升或者低压蒸气源的蒸气量增加时，与下降时或者减少时相比，缩短从涡轮机控制部对负担分担控制部的指令请求间隔，从而紧急性较高的动力涡轮机上升时或者低压蒸气源的蒸气量增加时响应性变得良好，并能够防止动力涡轮机的强制停止。

在上述实施方式中也可以预先得出所述动力涡轮机及所述低压蒸气源的输出变化率与所述指令请求间隔的关系，并且得出对所求出的所述输出变化率的最佳的所述指令请求间隔。

各输出变化率中分别存在最佳的指令请求间隔。

于是，通过预先分别得出动力涡轮机及低压蒸气源的输出变化率与指令请求间隔的关系，例如在动力涡轮机的情况下，从由主发动机的负载、动力涡轮机的入口压力、温度、废气流量及废气量调整阀开度等算出的输出变化率能够得出最佳的指令请求间隔。由此，蒸气涡轮机的调速阀能够被调整为最佳的开度，且涡轮发电机能够稳定地运行。

本发明的第3实施方式为一种发电系统的控制方法，其具备：由主发动机中生成的废气来驱动动力涡轮机的工序；由所述主发动机的废气所生成的蒸气来驱动蒸气涡轮机的工序；及通过所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机的驱动来发电的工序，其中，所述发电系统的控制方法具备：涡轮机控制步骤，控制所述蒸气涡轮机的输出；增加指令请求步骤，当所述动力涡轮机上升时，进行增加指令请求，所述增加指令请求通过所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机的驱动来增加发电的负载容量。

在动力涡轮机上升时，进行增加发电机的负载容量的增加指令请求。

由此，当动力涡轮机上升时，发电机的负载容量增加，并且蒸气涡轮机的输出增加，因此与按照下垂特性的输出减少相抵消，且输出减少得以缓和，由此蒸气涡轮机的调速阀的开度不会达到规定的下限值，因此动力涡轮机不会被强制停止。从而，蒸气涡轮机的输出不会变动较大，且发电机能够稳定地运行。

本发明的第4实施方式为一种发电系统的控制方法，其具备：由主发动机中生成的废气来驱动动力涡轮机的工序；由所述主发动机的废气所生成的蒸气来驱动蒸气涡轮机的工序；及通过所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机的驱动来发电的工序，其中，所述发电系统的控制方法具备：涡轮机控制步骤，控制所述蒸气涡轮机的输出；减少指令请求步骤，当所述动力涡轮机下降时，进行减少指令请求，所述减少指令请求通过所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机的驱动来减少发电的负载容量。

在动力涡轮机下降时，涡轮机控制部对负载分担控制部进行减少涡轮发电机的负载容量的减少指令请求。

由此，当动力涡轮机下降时，发电机的负载容量减少，并且蒸气涡轮机的输出减少，因此与按照下垂特性的输出增加相抵消，且输出增加得以缓和，由此蒸气涡轮机的调速阀不会达到全开状态，且输出饱和的状态不会持续，因此能够维持发电机的整体输出，且发电机能够稳定地运行。

发明效果

根据本发明，由于通过基于动力涡轮机等的输出的增减使发电机的负载容量增减，因此能够抑制蒸气涡轮机的输出变化的变动，并能够进行稳定的运行。

附图说明

图1是表示本发明所涉及的发电系统的涡轮发电机系统的概略结构图。

图2是表示具有图1所示的涡轮发电机系统的发电系统的概略结构图。

图3是表示作为参考例的发电系统以及本发明的第1实施方式所涉及的发电系统中的发电机以及动力涡轮机的输出、调速阀开度及频率变化的时序图。

图4是表示本发明的第2实施方式所涉及的发电系统控制装置中的指令请求间隔的概略图。

图5是表示作为参考例的发电系统以及本发明的第2实施方式所涉及的发电系统的运行状态与指令请求间隔的关系的图表。

图6是表示本发明的第2实施方式所涉及的指令请求间隔、PMS的响应性及蒸气涡轮机的输出变化指示的关系的曲线图。

图7是表示本发明的第3实施方式所涉及的动力涡轮机的输出变化率与指令请求间隔的关系的曲线图。

具体实施方式

以下，参考附图对本发明所涉及的发电系统及发电系统的控制方法的一个实施方式进行说明。

[第1实施方式]

以下，关于本发明的第1实施方式，用图1进行说明。

图1中示出本实施方式所涉及的发电系统的涡轮发电机系统的概略结构。本实施方式中，作为主发动机而使用船舶推进用柴油机3。

涡轮发电机系统1具备：发动机(主发动机)3；增压器5，由发动机3的废气驱动；动力涡轮机(气体涡轮机)7，由从增压器5的上游侧被抽出的发动机3的废气驱动；废气经济器(废气锅炉)11，通过发动机3的废气而生成蒸气；及蒸气涡轮机9，由废气经济器11所生成的蒸气驱动。

来自发动机3的输出经由螺桨轴直接或间接地连接于螺旋桨。并且，发动机3的各气筒的缸体部13的排气口连接于作为废气收集管的排气歧管15，排气歧管15经由第1排气管L1与增压器5的涡轮机部5a的入口侧连接，并且，排气歧管15经由第2排气管L2(抽气通路)与动力涡轮机7的入口侧连接，一部分废气在供给到增压器5之前被抽出而供给到动力涡轮机7。

一方面，各缸体部13的供气口连接于供气歧管17，供气歧管17经由供气管K1与增压器5的压缩部5b连接。并且，在供气管K1上设置有空气冷却器(冷风机)19。

增压器5由涡轮机部5a、压缩部5b、连结涡轮机部5a和压缩部5b的旋转轴5c构成。

动力涡轮机7通过经由第2排气管L2从排气歧管15被抽出的废气被旋转驱动，并且，蒸气涡轮机9被供给通过废气经济器11生成的蒸气而被旋转驱动。

在该废气经济器11中，导入从增压器5的涡轮机5a的出口侧经由第3排气管L3排出的废气，并导入从动力涡轮机7的出口侧经由第4排气管L4排出的废气，并通过热交换部21，由废气的热使供给到供水管23的水蒸发而产生蒸气。然后，在废气经济器11生成的蒸气经由第1蒸气管J1导入到蒸气涡轮机9，并且，在该蒸气涡轮机9结束工作的蒸气通过第2蒸气管J2排出，并导入到未图示的凝汽器(冷凝器)。

动力涡轮机7和蒸气涡轮机9被串联结合来驱动涡轮发电机25。蒸气涡轮机9的旋转轴29经由未图示的减速机以及联轴器而连接于涡轮发电机25，并且动力涡轮机7的旋转轴27经由未图示的减速机及离合器31与蒸气涡轮机9的旋转轴29连结。作为离合器31，使用以规定的转速嵌入和脱出的离合器，例如优选使用SSS(Synchro Self Shifting)离合器。另外，在本实施方式中，通过串联结合动力涡轮机7和蒸气涡轮机9而驱动涡轮发电机25，但是也可以并列结合动力涡轮机7和蒸气涡轮机9，并由各自的旋转动力经由减速机驱动涡轮发电机25。

并且，在第2排气管L2上设置有：废气量调整阀33，控制导入到动力涡轮机7中的气体量：及紧急停止用紧急切断阀35，紧急时切断向动力涡轮机7供给废气。

另外，在第1蒸气管J1上设置有：调速阀(蒸气量调整阀)37，控制导入到蒸气涡轮机9中的蒸气量；及紧急停止用紧急切断阀39，紧急时切断向蒸气涡轮机9供给蒸气。调速阀37通过后述的发电系统控制装置43的调速器59来控制其开度。

如上所述，涡轮发电机系统1将发动机3的废气(燃烧气体)的废气能量作为动力而被驱动，并构成废气能量回收装置。

图2中示出具有图1所示的涡轮发电机系统的发电系统的概略结构。

发电系统100不仅具备涡轮发电机系统1(参考图1)，而且还具备另外设置于船内的多个(本实施方式中为2台)柴油机发电机(发电机)60。

在发电系统控制装置43中，输入有来自对涡轮发电机25的输出电力进行检测的电力传感器45的信号。并且，在发电系统控制装置43中，输入有来自柴油机发电机60的输出信号，和来自对船内耗电进行检测的船内耗电传感器51的信号。

并且，发电系统控制装置43具备：PMS(Power Management System；电力管理系统/负载分担控制部)53；TCP(Turbine Control Panel；透平控制盘/涡轮机控制部)57；及柴油机发电机60用调速部(未图示)。并且，TCP57具备调速器59。调速器59控制蒸气涡轮机9的转速，通过对调速阀37输出与PMS53所指示的转速的速度设定对应的调速阀37的开度，从而控制蒸气涡轮机9的输出。

与由负载分担控制部53设定的负载率对应的输出的指示信号，分别输出到TCP57、以及柴油机发电机60用调速器部。

根据由PMS53指示的蒸气涡轮机9的输出负担比例，控制信号输出到TCP57的调速器59，调速器59将与之相应的调速阀37的开度输出到调速阀37，通过控制调速阀37的开度而控制供给到蒸气涡轮机9的蒸气量。

在此，动力涡轮机7、蒸气涡轮机9及涡轮发电机25串联结合于1个轴上。如此分别串联连接于1个轴的情况下，调速器仅设置有针对主原动机即蒸气涡轮机9的调速器59。这是因为若在1个轴上设置两个以上的调速器，则控制变得比较复杂。

由此，当基于动力涡轮机7的输出发生变化时，发电系统控制装置43控制蒸气涡轮机9的输出，即通过调速器59来控制调速阀37。

在此，由于在动力涡轮机7中未设置调速器，因此动力涡轮机7的控制为仅控制废气量调整阀33的开闭的控制，在稳定运行中始终呈全开的状态。但是，只有在动力涡轮机7上升及下降时，废气调整阀33的开度逐渐增大或逐渐减小。由此，若动力涡轮机7的输出有变化，则蒸气涡轮机9的输出即通过调速器59进行的调速阀37的开度控制变动，以吸收其变化量。

在此，动力涡轮机7上升定义为，以动力涡轮机7的输出为0的状态为起点使输出增加，动力涡轮机的下降定义为，减少输出，以使动力涡轮机7的输出成为0。

并且，在蒸气涡轮机9的中间段，从低压蒸气源71被供给混合蒸气。在混合蒸气的供给线上，设置有对导入到蒸气涡轮机9的混合蒸气量进行控制的调整阀79。伴随低压蒸气源71中的蒸气的产生量的增加及减少，调整阀79的开度增加或减少。由此，若混合蒸气的供给量发生变化，则蒸气涡轮机9的输出即通过调速器59进行的调速阀37的开度控制发生变动，以吸收其变化量。作为低压蒸气源，可举出废气经济器11的低压段(参考图1)。

如以上内容，从PMS53对操作调速阀37的调速器59输出与输出负担比例对应的控制信号。

图3中示出表示作为参考例的发电系统以及本发明的第1实施方式所涉及的发电系统中的发电机以及动力涡轮机的输出、调速阀开度及频率变化的时序图。

该时序图的横轴表示时间，纵轴表示发电机25及动力涡轮机7的输出、调速阀37的开度及频率，图3(A)表示作为参考例的发电系统100，图3(B)表示本实施方式所涉及的发电系统100的时序图。并且，在图3的纵轴表示输出的时序图中，实线表示动力涡轮机7的输出，粗实线表示涡轮发电机25的负载容量，虚线表示涡轮发电机25的输出。

在此，负载容量为动力涡轮机7的输出和蒸气涡轮机9的输出的上线值，定义为在不超过该上线值的范围内，调整涡轮发电机25及其他柴油机发电机60的负载分担。

关于作为参考例的发电系统100中的动力涡轮机7上升时的动作，根据图3(A)进行说明。

由于发电系统100的动力涡轮机7未启动，因此输出为0。并且，蒸气涡轮机9分担所有的负载。若动力涡轮机7开始启动，则动力涡轮机7的输出增加。若输出增加，则频率发生变化，一瞬间，调速器59对调速阀37进行减小开度的输出减少控制，以便按照下垂特性吸收输出的变化量。

在此，在调速阀37的开度设置有规定的下限值D。由于动力涡轮机7的输出增加，因此蒸气涡轮机9的输出下降，以吸收输出的变化量，由此，若调速阀37的开度过度下降，则无法控制调速阀37在关闭方向上的速度，因此有可能产生蒸气涡轮机9超速。于是，在调速器59所操作的调速阀37的开度设置规定的下限值D，并通过强制地切断(或者停止)动力涡轮机7和低压蒸气源71，能够设定调速器59可以控制的范围。

有时动力涡轮机7继续启动且输出增加，并且调速阀37的开度变小，在动力涡轮机7启动之前就达到规定的下限值D。若调速阀37的开度达到规定的下限值D(用开度信号或极限开关等检测成为下限值D以下的情况)，则通过未图示的动力涡轮机保护装置，动力涡轮机7强制地停止。从而，尤其在输出较大的动力涡轮机7启动时，调速器59减小调速阀37的开度并使其达到规定的下限值D，从而强制切断动力涡轮机7，使动力涡轮机7无法启动而断电，或者无法稳定地运行。

并且，例如，蒸气涡轮机9不是在其发动机3的负载下的最大输出，而是在部分负载下，以调速阀37的开度较低的状态进行运行时，若动力涡轮机7启动，则启动时调速阀37的开度较低，因此达到规定的下限值D的时间缩短。并且，动力涡轮机7的输出与蒸气涡轮机9的输出之比越大，达到规定的下限值D的时间越短。

与此相对，关于本实施方式的发电系统100中的动力涡轮机7上升时的动作，根据图3(B)进行说明。

由于发电系统100的动力涡轮机7未启动，因此输出为0。并且，蒸气涡轮机9分担所有的负载。若使动力涡轮机7启动，则动力涡轮机7的输出增加。若输出增加，则频率发生变化，一瞬间，调速器59对调速阀37进行减小开度的输出减少控制，以便按照下垂特性吸收输出的变化量。

同时，若检测到动力涡轮机7的输出增加，则TCP57对PMS53进行指令请求，使赋予PMS53的涡轮发电机25的负载容量增加。PMS53将输出增加指令输出到TCP57的调速器59。接收该输出增加指令之后，调速器59提高蒸气涡轮机9的转速设定，并在输出增加方向上进行动作，控制调速阀37的开度增加，起到与减小按照所述下垂特性的开度的减少控制相抵消的作用，因此调速阀37的开度的减少相抵消或缓和。

由此，调速阀37的开度不会急剧减少，并且也不会达到规定的下限值D。从而，由于动力涡轮机7不会强制停止，因此发电系统100稳定地运行。

接着，关于作为参考例的发电系统100中的动力涡轮机7下降时的动作，根据图3(A)进行说明。

发电系统100的动力涡轮机7及蒸气涡轮机9分担输出。若动力涡轮机7的输出减少，则频率发生变化，一瞬间，调速器59对调速阀37进行加大开度的增加控制，以便按照下垂特性来吸收输出的变化量。

动力涡轮机7的输出减少，并且调速阀37的开度变大，在动力涡轮机7停止之前，有时调速阀37的开度成为全开(即100％的开度)状态。若调速阀37的开度成为全开状态，则无法进一步提高蒸气涡轮机9的输出，且不会发出涡轮发电机25的请求输出，因此产生无法维持涡轮发电机25的输出的状况。该情况下，在调速阀37的开度成为全开的时刻，PMS53进行协调控制，以对其他各柴油机发电机60分担不足的输出量，并进行协调运行。

与此相对，关于本实施方式的发电系统100中的动力涡轮机7下降时的动作，根据图3(B)进行说明。

发电系统100的动力涡轮机7及蒸气涡轮机9分担着输出。在使动力涡轮机7停止时，动力涡轮机7的输出减少。若输出减少，则频率发生变化，一瞬间，调速器59按照衰减特性对调速阀37进行加大开度的增加控制，以吸收输出的变化量。

同时，若检测到动力涡轮机7的输出减少，则TCP57对PMS53进行指令请求，使赋予PMS53的涡轮发电机25的负载容量减少。PMS53将输出减少指令输出到TCP57的调速器59。接收该输出减少指令之后，调速器59降低蒸气涡轮机9的转速设定，并在输出减少方向上进行动作，控制调速阀37的开度减少，并起到与按照所述下垂特性增大开度的增加控制相抵消的作用，因此调速阀37的开度的增加抵消或缓和。并且在接收到来自TCP57的指令请求的时刻，PMS53进行协调控制，以对其他各柴油机发电机60分担不足的输出量。

由此，调速阀37的开度不会成为全开状态，全开状态不会持续，并且在频率发生变化的同时进行协调运行，因此发电系统100稳定地运行。

并且，也有动力涡轮机7因联锁而停止等动力涡轮机7的输出急剧减少的情况。该情况下也进行同样的处理。

以上，如已进行说明，根据本实施方式所涉及的发电系统及发电系统的控制方法，在动力涡轮机7上升时，涡轮发电机25的负载容量增加，并且蒸气涡轮机9的输出在增加方向上起作用，因此与按照下垂特性的输出减少相抵消，且输出减少得以缓和，由此调速阀37的开度不会达到规定的下限值D，因此动力涡轮机7不会通过联锁被强制停止。从而，蒸气涡轮机9的输出不会变动较大，涡轮发电机25能够进行稳定的运行。

并且，当动力涡轮机7下降时，涡轮发电机25的负载容量减少，并且蒸气涡轮机9的输出在减少方向上起作用，因此与按照下垂特性的输出增加相抵消，且输出增加得以缓和，由此蒸气涡轮机9的调速阀37不会达到全开状态，且输出饱和的状态不会持续，因此能够维持涡轮发电机25的输出，涡轮发电机25能够稳定地运行。

并且，动力涡轮机7的输出的变化也会通过发动机3的负载的变化而产生，这在涡轮发电机25构成外部干扰。始终监视动力涡轮机7的输出的变化，并在上升及下降时，使发电机25的负载容量发生变化，并对蒸气涡轮机9进行输出变化的控制，这在改变主发动机3的负载而产生外部干扰时，在实现涡轮发电机25的稳定化方面是有效的。

在动力涡轮机7上升时，涡轮发电机25的负载容量增加，并且因调速阀37的开度增大而蒸气涡轮机9的输出增加，与按照下垂特性的输出减少相抵消，且输出减少得以缓和，由此调速阀37的开度不会达到规定的下限值D，因此动力涡轮机7不会被强制停止。从而，通过调速器50进行的调速阀37的操作量不会变动较大，涡轮发电机25能够稳定地运行。

并且，当动力涡轮机7下降时，涡轮发电机25的负载容量减少，并且通过减小调速阀37的开度而蒸气涡轮机9的输出减少，与按照下垂特性的输出增加相抵消，且输出增加得以缓和，由此调速阀37的开度不会成为全开状态，且全开状态不会持续，因此能够维持涡轮发电机25的输出，涡轮发电机25能够稳定地运行。

[第2实施方式]

以下，关于本发明的第2实施方式，利用图4至6进行说明。

上述第1实施方式中，按照动力涡轮机7的输出变化，进行了涡轮发电机25的负载及调速器59和调速阀37的控制，但是在本实施方式中，除此之外，还按照动力涡轮机7的输出变化来改变从TCP57对PMS53的指令请求间隔。其他方面与第1实施方式相同，因此省略说明。

图4中示出本实施方式所涉及的发电系统控制装置中的指令请求间隔的一例。

TCP57对PMS53进行涡轮发电机25的负载容量变化的请求，即蒸气涡轮机9的输出变化的请求。与之相应地，PMS53将输出变化指令输出给调速器59，调速器59变更蒸气涡轮机9的转速设定，并以与其对应的开度来控制调速阀37。由此，通过改变供给到蒸气涡轮机9的主蒸气量来改变蒸气涡轮机9的输出。

此时，将从TCP57对PMS53的输出变化的请求，即指令请求的间隔(时刻)作为指令请求间隔，将该值设为T。如图4所示，指令请求间隔T表示从结束1个指令请求至下一个指令请求结束的时间。

若该指令请求间隔T的值较小，则来自TCP57的指令请求以较短的间隔被请求，PMS53的响应性提高。

图5表示作为参考例的发电系统以及本实施方式所涉及的发电系统的运行状态与指令请求间隔的关系。

首先，关于参考例的发电系统100的情况进行说明。

在参考例的发电系统100中，当稳定运行时，即低压蒸气源71及动力涡轮机7并非在启动中或者停止中的任一种情况下运行时，将存在涡轮发电机25的负载变动或发动机3的负载变动时的指示请求间隔T设为T1，将该时间设为例如30秒。并且，当来自低压蒸气源71的蒸气量增加以及减少时，动力涡轮机7上升以及下降时的指示请求间隔T也全部调整为T1。该情况下，来自低压蒸气源71的蒸气量的增加以及动力涡轮机7上升时，由于指令请求间隔过长，因此PMS53的响应性差，且通过调速器59进行的调速阀37的控制频度下降，因此如图3(A)的动力涡轮机7上升时的曲线图那样，有时调速阀37的开度变得过小。并且来自低压蒸气源71的蒸气量减少以及动力涡轮机7下降时，同样指令请求间隔也过长，因此PMS53的响应性差，通过调速器59进行的调速阀37的控制频度下降，因此如图3(A)的动力涡轮机7下降时的曲线图那样，有时调速阀37的开度变得过大。从而在除了稳定状态以外的情况下，可产生涡轮发电机25的运行不稳定的状态。

与此相对，关于本实施方式的发电系统100的情况进行说明。

本实施方式的发电系统100中，在稳定状态下，将存在涡轮发电机25的负载变动或发动机3的负载变动时的指示请求间隔T设为T1，将该时间设为例如30秒。

并且，将来自低压蒸气源71的蒸气量增加时的指示请求间隔T设定为T6，将来自低压蒸气源71的蒸气量减少时的指示请求间隔T设定为T7，将动力涡轮机7上升时的指示请求间隔T设定为T8，将动力涡轮机7下降时的指示请求间隔T设定为T9。并且，将T6的时间设为20秒，将T7的时间设为25秒，将T8的时间设为10秒，将T9的时间设为15秒，分别比T1缩短指令请求间隔。在此，由如下理由将T6至T9的值设为各不相同的值，而并非是恒定值。

与来自低压蒸气源71的蒸气供给相比，动力涡轮机7对涡轮发电机25的输出的分担比较大。蒸气涡轮机9、动力涡轮机7及低压蒸气源71的分担比例如为5：4：1左右。由此，与低压蒸气的输出变动相比，由于动力涡轮机7的输出变动较大，因此需要提高PMS53的响应性。由此，针对动力涡轮机7的输出变动的指示请求间隔T8及T9被设为小于针对低压蒸气源71的输出变动的指示请求间隔T6及T7的值。

并且，来自低压蒸气源71的蒸气量增加时、以及动力涡轮机7上升时，由于调速阀37的开度变得较小，因此接近规定的下限值D。若调速阀37的开度达到规定的下限值D，则也有可能动力涡轮机7或低压蒸气源71停止，且发电系统100断电，因此需要提高PMS53的响应性。

在低压蒸气源71的蒸气量下降时、以及动力涡轮机7下降时，由于调速阀37的开度变大，因此接近全开状态。若调速阀37的开度成为全开状态，则无法维持涡轮发电机25的输出，但是由于通过PMS53进行协同运行，因此各柴油机发电机60分担不足输出量，从而能够使涡轮发电机25的运行稳定。

由此，来自低压蒸气源71的蒸气量减少时、比动力涡轮机7下降时紧急性高的来自低压蒸气源71的蒸气量增加时、以及动力涡轮机7上升时，需要提高PMS53的响应性。由此，针对来自低压蒸气源71的蒸气量增加时、动力涡轮机7上升时的输出变动的指示请求间隔T6及T8的值，小于针对来自低压蒸气源71的蒸气量减少时、动力涡轮机7下降时的输出变动的指示请求间隔T7及T9的值。

如上所述，通过配合各种状态来设定指令请求间隔T，能够将指令请求间隔T最佳化。

图6中示出本实施方式所涉及的指令请求间隔、PMS的响应性及蒸气涡轮机的输出变化指示的关系。在图6的曲线图中，纵轴表示响应性，横轴表示脉冲间隔，实线表示PMS指令，虚线表示蒸气涡轮机的输出变化指示。脉冲间隔越长，PMS指令、蒸气涡轮机输出变化指示的响应性也越低。

如上所述，在指令请求间隔T为如Tf那样较短的情况下，PMS53的响应性Pf提高。相反，在指令请求间隔T为如Ts那样较长的情况下，PMS53的响应性Ps降低。如Pf那样响应性较高的情况下，PMS53进行快速控制，相反，如Ps那样响应性较低的情况下，PMS53进行缓慢控制。

并且，在针对蒸气涡轮机9的输出变化指示Sf为频繁且快速指示的情况下，指令请求间隔T如Tf那样较短。相反，在针对蒸气涡轮机9的输出变化指示Ss不需要如Sf那样快速的指示的情况下，指令请求间隔T如Ts那样较长。即，如Sf那样需要频繁且快速指示的是动力涡轮机7上升时和来自低压蒸气源71的蒸气量增加时或者来自低压蒸气源71的蒸气量减少时、动力涡轮机7下降时等，指令请求间隔T值设为较小。这是为了通过加快对蒸气涡轮机9的控制的响应，以免产生动力涡轮机7等的启动及停止的重复。相反，在稳定运行等时，如Ss那样无需快速的指示。

以上，如已进行说明，根据本实施方式所涉及的发电系统以及发电系统的控制方法，将从TCP57对PMS53的指令请求间隔的值设定为适合于涡轮发电机25的运行状态的值，因此能够获得对应于运行状态的PMS53的响应性，进而能够获得蒸气涡轮机9的输出变化指示。

并且，当动力涡轮机7上升时或者下降时、来自低压蒸气源71的蒸气量增加时或者减少时，将从TCP57对PMS53的指令请求间隔的值设为较小，因此例如无需配合在动力涡轮机7或低压蒸气源71稳定运行时(除了启动中或者停止中以外)的，存在涡轮发电机25的负载容量变动时的指令请求间隔等，便能够设定配合于运行状态的指令请求间隔。由此，尤其使从TCP57对PMS53请求指令的间隔变短，PMS53的响应性变得良好，当动力涡轮机7上升时、来自低压蒸气源71的蒸气量增加时，调速阀37的开度不会变得过小，或者当动力涡轮机7下降时、来自低压蒸气源71的蒸气量减少时，调速阀37的开度不会变得过大，且涡轮发电机25能够稳定地运行。

在此，与来自低压蒸气源71的蒸气供给相比，动力涡轮机7所分担的负载较多。从而动力涡轮机7缩短指令请求间隔，以便比低压蒸气源71提高响应性。

并且，当动力涡轮机7上升时，配合动力涡轮机7的输出增加，蒸气涡轮机9的输出按照下垂特性而降低。在此，由于在蒸气涡轮机9的调速阀37的开度存在规定下限值D，因此若到达下限值D，则动力涡轮机7被强制停止。

当动力涡轮机7下降时，配合动力涡轮机7的输出减少，蒸气涡轮机9的输出按照下垂特性而上升。若蒸气涡轮机9的调速阀37到达全开状态，则PMS53将负载分担转移到其他柴油机发电机60。

从而，动力涡轮机7上升时或者来自低压蒸气源71的蒸气量增加时，与动力涡轮机7下降时、以及来自低压蒸气源71的蒸气量减少时相比，更能够缩短从TCP57对PMS53的指令请求间隔，因此紧急性高的动力涡轮机7上升时或者低压蒸气源71的蒸气量增加时的响应性变得良好。

[第3实施方式]

以下，关于本发明的第3实施方式，利用图7进行说明。

上述第2实施方式中，在指令请求间隔T中设定有固定值，但是在本实施方式中，由输出变化率与指令请求间隔的关系导出最佳的指令请求间隔。关于其他方面，因为与第2实施方式相同，因此省略说明。

图7中示出本实施方式所涉及的动力涡轮机的输出变化率与指令请求间隔的关系。

首先，设定动力涡轮机7的输出变化率与指令请求间隔的关系。由此，可获得例如如图7的曲线图。曲线图的横轴表示输出变化率，纵轴表示指令请求间隔。若输出变化率增大，则指令请求间隔减小。

在动力涡轮机7的情况下，计算出能够由发动机3的负载、动力涡轮机7的入口压力、温度、废气流量、废气量调整阀33的开度等获得的输出的变化率Ra，通过将所计算出的输出变化率Ra适用于图7的曲线图，能够获得最佳的指令请求间隔Ta。

同样地，设定低压蒸气源71的输出变化率与指令请求间隔的关系。该情况下，从低压蒸气源71的压力、温度、流量、调整阀79的开度计算出输出的变化率，并应用所计算出的输出变化率，因此能够获得最佳的指令请求间隔。

以上，如已进行说明，通过预先分别得出动力涡轮机7以及低压蒸气源71的蒸气的输出变化率与指令请求间隔的关系，例如在动力涡轮机7的情况下，从由发动机3的负载、动力涡轮机7的入口压力、温度、废气流量以及废气量调节阀33的开度等计算出的输出变化率，能够获得最佳的指令请求间隔。由此，蒸气涡轮机9的调速阀37被调整为最佳的开度，因此涡轮发电机25能够稳定地运行。

以上，参考附图关于本发明的实施方式进行了详细的陈述，但是具体的结构并不限定于该实施方式，也包括不脱离本发明的宗旨的范围的设计变更等。

例如，在上述各实施方式中，关于使用于船内的发电系统100进行了说明，但是也能够用作陆上发电系统100。

符号说明

1-涡轮发电机系统，3-发动机(主发动机)，5-增压器，7-动力涡轮机，9-蒸气涡轮机，11-废气经济器，25-涡轮发电机(发电机)，37-调速阀，43-发电系统控制装置，53-PMS(负载分担控制部)，57-TCP(涡轮机控制部)，60-柴油机发电机(发电机)，71-低压蒸气源，100-发电系统。

Claims (9)

1.一种发电系统，其具备：

动力涡轮机，由主发动机中生成的废气驱动；

蒸气涡轮机，由所述主发动机的废气所生成的蒸气驱动；

发电机，连接于所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机；

涡轮机控制部，控制所述蒸气涡轮机的输出；及

负载分担控制部，控制所述动力涡轮机的输出以及所述蒸气涡轮机的输出的负载分担，其中，

当所述动力涡轮机上升时，进行使所述发电机的负载容量增加的增加指令请求。

2.一种发电系统，其具备：

动力涡轮机，由主发动机中生成的废气驱动；

蒸气涡轮机，由所述主发动机的废气所生成的蒸气驱动；

发电机，连接于所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机；

涡轮机控制部，控制所述蒸气涡轮机的输出；及

负载分担控制部，控制所述动力涡轮机的输出以及所述蒸气涡轮机的输出的负载分担，其中，

当所述动力涡轮机下降时，进行使所述发电机的负载容量减少的减少指令请求。

3.根据权利要求1或2所述的发电系统，其中，

根据所述增加指令请求或所述减少指令请求向所述涡轮机控制部输出的指令，作为对被供给到所述蒸气涡轮机的主蒸气量进行调整的调速阀的开度而被控制。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的发电系统，其中，

从所述涡轮机控制部对所述负载分担控制部的指令请求间隔的值被设定为，适合于所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机的运行状态的值。

5.根据权利要求4所述的发电系统，其中，

在所述动力涡轮机上升或下降时，或者来自低压蒸气源的蒸气量增加时或者减少时，从所述涡轮机控制部对所述负载分担控制部的所述指令请求间隔的值设为较小。

6.根据权利要求5所述的发电系统，其中，

与所述动力涡轮机下降时相比，在所述动力涡轮机上升时，从所述涡轮机控制部对所述负载分担控制部的指令请求间隔的值设为较小，以及与来自所述低压蒸气源的蒸气量减少时相比，来自所述低压蒸气源的蒸气量增加时，从所述涡轮机控制部向所述负载分担控制部的所述指令请求间隔的值设为较小。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的发电系统，其中，

预先获得所述动力涡轮机及所述低压蒸气源的输出变化率与所述指令请求间隔的关系，并获得针对所求出的所述输出变化率为最佳的所述指令请求间隔。

8.一种发电系统的控制方法，该方法具备：

由主发动机中生成的废气来驱动动力涡轮机的工序；

由所述主发动机的废气所生成的蒸气来驱动蒸气涡轮机的工序；及

通过所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机的驱动而发电的工序，其中，

所述发电系统的控制方法具备：

涡轮机控制步骤，控制所述蒸气涡轮机的输出；及

增加指令请求步骤，当所述动力涡轮机上升时进行增加指令请求，该增加指令请求通过所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机的驱动来增加发电的负载容量。

9.一种发电系统的控制方法，该方法具备：

通过在主发动机中生成的废气来驱动动力涡轮机的工序；

通过由所述主发动机的废气生成的蒸气来驱动蒸气涡轮机的工序；及

通过所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机的驱动来发电的工序，其中，

所述发电系统的控制方法具备：

涡轮机控制步骤，控制所述蒸气涡轮机的输出；

减少指令请求步骤，当所述动力涡轮机下降时进行减少指令请求，该减少指令请求通过所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机的驱动来减少发电的负载容量。