CN107923258B - 发电系统的控制装置、发电系统及发电方法 - Google Patents

发电系统的控制装置、发电系统及发电方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107923258B
CN107923258B CN201680029852.0A CN201680029852A CN107923258B CN 107923258 B CN107923258 B CN 107923258B CN 201680029852 A CN201680029852 A CN 201680029852A CN 107923258 B CN107923258 B CN 107923258B
Authority
CN
China
Prior art keywords
load capacity
steam
capacity value
value
turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680029852.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107923258A (zh
Inventor
金星隆之
野口隆之
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Marine Machinery and Equipment Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Publication of CN107923258A publication Critical patent/CN107923258A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107923258B publication Critical patent/CN107923258B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/02—Arrangement of sensing elements
    • F01D17/04—Arrangement of sensing elements responsive to load
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/20—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/20—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted
    • F01D17/22—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical
    • F01D17/24—Devices dealing with sensing elements or final actuators or transmitting means between them, e.g. power-assisted the operation or power assistance being predominantly non-mechanical electrical
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

本发明提供一种发电系统的控制装置、发电系统及发电方法。本发明的TCP(57)进行使导入到蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行。而且，TCP(57)具备的负载容量值计算部(70)根据调速阀的目标开度与调速阀的实际开度的偏差，算出从蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值，根据所算出的负载容量值来控制调速阀开度。由此，TCP(57)不像以往那样通过脉冲信号来增减使用于调速阀开度的控制中的负载容量值，因此不产生脉冲信号特有的时间延迟便能够控制调速阀。

Description

发电系统的控制装置、发电系统及发电方法
技术领域
本发明涉及一种发电系统的控制装置、发电系统及发电方法。
背景技术
作为船舶用的排热回收(以下，称作“船舶用排热回收”)，已知有如下发电系统，抽出船舶推进用柴油机(主发动机)的排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排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，公开有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的内容。
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
如上述船舶用排热回收中，作为用于使所生成的蒸气以最大限度流入到蒸气涡轮机中而作为发电机输出回收的一例有变压运行，其将对导入到蒸气涡轮机的蒸气量进行控制的调速阀尽量设为全开位置进行运行。在基于变压运行的排热回收中，蒸气压力通过来自主发动机的排热量而发生变化，因此在蒸气涡轮机中可以产生的最大输出也发生变化。
在此，对于与构成发电系统的另一发电机(柴油机发电机)的负载分担，与陆上设备中的发电的不同点一同进行说明。
在与商用电源系统被互连系统，且可以与无穷大母线并联连接的陆上设备中的发电中，发电电力的频率由无穷大母线的系统频率来确定。因此，在与商用电源系统被互连系统的陆上设备中，能够将调速阀开度以全开或接近全开的方式进行固定，从而根据趋势输出发电电力。
另一方面，船舶用发电系统是未与无穷大母线连接的所谓微电网(也称作岛屿模式。)，因此发电机的调速器无法固定调速阀开度，而通过调速控制进行动作。并且，PMS(Power Management System：电力管理系统)监视发电电力的频率，使用各发电机的负载容量(Available power：在发电机中可利用的输出)来控制负载分担，以便频率成为规定值。而且，在基于变压运行的船舶用排热回收中，无法将发电机的负载容量固定为恒定值，因此在发电电力的控制中利用如下方式。
在此，在船舶用排热回收的变压运行中，除了排热量的变化以外，主蒸气压力也发生变化，但难以根据变化通过测量和运算而准确地算出发电机的负载容量。
因此，以往，如图9所示，PMS100通过负载容量值保持部102预先保持(存储)负载容量值，根据从TCP(Turbine Control Panel：透平控制盘)104输出的脉冲信号(通断信号)，使通过负载容量值保持部102而保持的负载容量值增减。从TCP104输出的脉冲信号基于主蒸气压力和调速阀开度的信号，是按规定值逐步使负载容量值增加(递增)或减少(递减)的值。如此进行根据脉冲信号逐步使所保持的负载容量值增减的控制的理由是，因为在变压运行中难以准确地算出负载容量值的绝对值。
而且，参考图9对变压运行中的以往的调速器控制详细地进行说明。
PMS100具备负载分担控制部106及调速器增减脉冲生成部108。负载分担控制部106根据在负载容量值保持部102中所保持的负载容量值，生成表示蒸气涡轮机及其他发电机110(柴油机发电机)的负载分担的负载分担信号。调速器增减脉冲生成部108根据来自负载分担控制部106的负载分担信号，对蒸气涡轮机及其他发电机110生成用于使控制值(速度设定)增加或减少的调速器增减脉冲信号，并输出到调速器112A、112B、112C。
另外，调速器112A具备于TCP104，其控制蒸气涡轮机的旋转速度，将与PMS100指示的旋转速度的速度设定(调速器增减脉冲信号)对应的调速阀开度输出到调速阀，由此控制蒸气涡轮机的输出，并且控制成调速阀开度成为目标开度。
并且，调速器112B、112C具备于各发电机110，其控制发电机110的旋转速度，将与PMS100指示的旋转速度的速度设定(调速器增减脉冲信号)对应的调速阀开度输出到调速阀，由此控制发电机110的输出。
另一方面，TCP104为了将上述脉冲信号输出到PMS100，作为一例，具备比较部114、比较部116、增加脉冲输出部118及减少脉冲输出部120。比较部114将蒸气涡轮机的调速阀的实际开度和目标开度进行比较。比较部116将主蒸气压力的测量值和主蒸气压力的最低压力的设定值进行比较。而且，增加脉冲输出部118根据比较部114、116的比较结果而生成使负载容量值增加的增加脉冲信号。并且，减少脉冲输出部120根据比较部114、116的比较结果而生成使负载容量值减少的减少脉冲信号。
即，经基于比较部114、116的比较的结果，在调速阀开度不满足目标开度的情况下，增加脉冲信号从增加脉冲输出部118输出到PMS100。并且，经基于比较部114、116的比较的结果，在调速阀开度超过目标开度的情况下、以及主蒸气压力小于最低压力的情况下，减少脉冲信号从减少脉冲输出部120输出到PMS100。
PMS100若被输入来自TCP104的脉冲信号，则将保持于负载容量值保持部102中的负载容量值根据脉冲信号而增减。PMS100根据增减的负载容量值，通过负载分担控制部106来确定蒸气涡轮机及其他发电机110的负载分担，并将调速器增减脉冲信号输出到调速器112A、112B、112C。而且，如上所述，调速器112A控制调速阀开度，在控制后的调速阀开度不同于目标开度等情况下，进而，增加脉冲信号或减少脉冲信号从TCP104输出到PMS100，负载容量值按规定值逐步被增减。
在此，若因船舶用排热回收中的设备状态发生变化而排热量等也发生变化，则实际的负载容量也发生变化，因此根据该变化也需要使保持在PMS100中的负载容量值如上所述发生变化。
然而，负载容量值根据来自TCP104的脉冲信号而增减，因此负载容量值的变化速度取决于脉冲信号的间隔(以下，称作“脉冲间隔”。)和宽度(以下，称作“脉冲宽度”。)。而且，在PMS100中，有时对来自TCP104的脉冲信号进行加权，使负载容量值发生变化。在这种情况下，负载容量值的变化速度也取决于加权。另外，加权例如根据调速阀开度、主蒸气压力、蒸气涡轮机发电机的输出(以下，称作“STG输出”。)及主机发动机负载等进行。
如上所述的从TCP104输出的脉冲信号的脉冲间隔和脉冲宽度及对PMS100中的脉冲信号的加权等，在排热量等设备状态发生变化的情况下，是对STG输出的响应带来影响的主要因素，并且是用于调整响应的调整项目。而且，在无法适当地控制STG输出的响应的情况下，有可能产生振荡等。
然而，基于脉冲信号的负载容量值的增减因逐步的增减等而产生时间延迟。因此，即使设备状态发生变化，也无法每次将设备状态的最佳值及时反应于负载容量值，在调速阀的开度控制中也产生延迟。从而，即使调整从TCP104输出的脉冲信号的脉冲间隔和脉冲宽度及对PMS100中的脉冲信号的加权等，有时也无法抑制振荡。
并且，在STG上连接有动力涡轮机的设备中，如上所述，仅通过以将主蒸气压力和调速阀开度保持为目标值的方式使负载容量值根据脉冲信号增减，则即使动力涡轮机的输出发生变化，负载容量值也不会发生变化。
在此，关于在动力涡轮机中未设置有调速器的结构中的使用了脉冲信号的以往的控制进行说明。
在使用了脉冲信号的以往的控制中，因设备的状态发生变化而动力涡轮机的输出发生变化的情况下，频率也发生变化。因此，调速器112A以根据下垂特性吸收动力涡轮机的输出变化的方式进行动作，由此使调速阀开度发生变化。然后，PMS100以将主蒸气压力和调速阀开度保持为目标值的方式使负载容量值根据脉冲信号而增减。
如此在使用了脉冲信号的以往的控制中，蒸气涡轮机的调速阀每次根据动力涡轮机的输出变化，并且根据负载容量值的变化而被控制。因此，在设备的状态发生变化的期间，因调速阀开度过度降低，或者固定于全开位置，存在控制变得不稳定的可能性。
如以上所说明，在以往的船舶用排热回收中，根据脉冲信号使负载容量值增减，因此若设备的状态发生变化，则存在控制变得不稳定的可能性。
本发明是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供一种在设备的状态发生变化的情况下的排热回收中可以更稳定地控制的发电系统的控制装置、发电系统及发电方法。
用于解决技术课题的手段
为了解决上述课题，本发明的发电系统的控制装置、发电系统及发电方法采用以下方式。
本发明的第一方式所涉及的发电系统的控制装置，其具备：蒸气涡轮机，通过由排气生成的蒸气而被驱动；调速阀，对导入到所述蒸气涡轮机的蒸气量进行控制；及发电机，与所述蒸气涡轮机连接，所述发电系统的控制装置进行使导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行，所述发电系统的控制装置具备：计算构件，根据所述调速阀的目标开度与所述调速阀的实际开度的偏差，算出从所述蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值；及控制构件，根据通过所述计算构件而算出的所述负载容量值，控制所述调速阀的开度。
该结构所涉及的发电系统具备通过由排气生成的蒸气而被驱动的蒸气涡轮机、对导入到蒸气涡轮机的蒸气量进行控制的调速阀、及与蒸气涡轮机连接的发电机，并且进行将排热使用于发电中的排热回收。作为一例，排气通过主发动机而生成。而且，该结构所涉及的发电系统控制成调速阀的开度恒定(目标开度)，由此进行使导入到蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行。
在此，在以往的控制中，例如在PMS中预先保持表示可利用于发电机中的蒸气涡轮机的输出的负载容量值，根据从TCP输出的脉冲信号，使所保持的负载容量值按规定值逐步增减。而且，根据该所保持的负载容量值，通过控制构件控制蒸气涡轮机的调速阀，控制蒸气涡轮机的输出，并且控制成调速阀开度成为目标开度。
然而，基于脉冲信号的负载容量值的增减由于产生时间延迟，因此即使设备状态发生变化，也无法每次将设备状态的最佳值及时反映于负载容量值，在调速阀的开度控制中也产生延迟。
于是，该结构根据调速阀的目标开度与调速阀的实际开度的偏差，通过计算构件将从蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值作为绝对值而算出。通过计算构件而算出的负载容量值不是如以往的脉冲信号，而是模拟信号(电压值)。而且，根据所算出的负载容量值，通过控制构件而控制调速阀的开度，调速阀开度接近于目标开度。
如此，在该结构中，不是通过各种测量值来算出实际的负载容量值，而是根据实际的调速阀开度与目标开度的偏差而算出负载容量值，并控制调速阀开度。即，该结构将实际的调速阀开度和目标开度进行比较，以调速阀开度成为目标开度的方式使负载容量值增减。由此，该结构不是如以往那样通过脉冲信号来增减在调速阀开度的控制中所使用的负载容量值，因此不会产生脉冲信号特有的时间延迟而能够控制调速阀。
从而，该结构在设备的状态发生变化的情况的排热回收中，可以进行更稳定的控制。
在上述第一方式中，通过所述计算构件而算出的所述负载容量值上可以被规定有上限。
根据该结构，负载容量值的上限例如是根据主发动机的负载及外部气体温度而算出的值，由于负载容量值上被规定有上限，因此可算出符合现实的负载容量值。
在上述第一方式中，所述计算构件可以算出在基于所述调速阀的目标开度与所述调速阀的实际开度的偏差的第1负载容量值、及基于导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力的设定值与实际的蒸气压力的偏差的第2负载容量值中更小的值，作为从所述蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值。
调速阀的开度越开放，蒸气压力越降低，但由于在蒸气压力上被设定有最小值，因此需要使实际的蒸气压力不会小于被设定的最小值。在此，第2负载容量值小于第1负载容量值的情况是实际的蒸气压力小于设定最小值的情况。在这种情况下，第2负载容量值被选择，且算出能够将实际的蒸气压力维持最小值以上的负载容量值。
由此，能够防止导入到蒸气涡轮机的蒸气压力小于最小值。
在上述第一方式中，可以具备通过所述排气而被驱动的动力涡轮机，所述发电机与所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机连接，所述计算构件输出所算出的所述负载容量值与所述动力涡轮机的输出值之和，作为可利用于所述发电机中的负载容量值。
根据该结构，即使发电机与动力涡轮机及蒸气涡轮机连接，也能够简单地算出可利用于发电机中的负载容量值。
在上述第一方式中，可以从所述发电机的输出的测量值减去所述蒸气涡轮机的输出的计算值，从而算出所述动力涡轮机的输出值。
根据该结构，能够简单地算出动力涡轮机的输出值的绝对值。
本发明的第二方式所涉及的发电系统的控制装置具备：动力涡轮机，通过排气而被驱动；蒸气涡轮机，通过由所述排气生成的蒸气而被驱动；调速阀，对导入到所述蒸气涡轮机的蒸气量进行控制；及发电机，与所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机连接，所述发电系统的控制装置进行使导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行，所述发电系统的控制装置具备：计算构件，从所述发电机的输出的测量值减去所述蒸气涡轮机的输出的计算值，从而算出所述动力涡轮机的输出值，将所算出的所述动力涡轮机的输出值与从所述蒸气涡轮机得到的负载容量值进行相加，由此算出所述发电机的负载容量值；及控制构件，根据通过所述计算构件而算出的所述发电机的负载容量值来控制所述调速阀的开度。
该结构所涉及的发电系统具备通过排气而被驱动的动力涡轮机、通过由排气生成的蒸气而被驱动的蒸气涡轮机、对导入到蒸气涡轮机中的蒸气量进行控制的调速阀、与动力涡轮机及蒸气涡轮机连接的发电机，并进行将排热使用于发电中的排热回收。作为一例，排气通过主发动机而生成。而且，该结构所涉及的发电系统控制成调速阀的开度恒定(目标开度)，由此，进行使导入到蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行。
在使用了脉冲信号的以往的控制中，蒸气涡轮机的调速阀每次根据动力涡轮机的输出变化，并且根据负载容量值的变化而被控制，因此在设备的状态发生变化的期间，因调速阀开度过度降低，或者被固定于全开位置，存在控制变得不稳定的可能性。
另一方面，该结构中，从发电机的输出的测量值减去蒸气涡轮机的输出的计算值，从而算出动力涡轮机的输出值，并将所算出的动力涡轮机的输出值与从蒸气涡轮机得到的负载容量值相加，从而算出发电机的负载容量值。因此，动力涡轮机的输出变化实时反映于发电机的负载容量值。由此，即使动力涡轮机的输出发生变化，也能够无时间延迟地算出所算出的发电机的负载容量值，由此能够使调速阀的控制稳定。
从而，该结构在设备的状态发生变化的情况的排热回收中，可以进行更稳定的控制。
本发明的第三方式所涉及的发电系统具备上述所记载的控制装置，进行使导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行。
本发明的第四方式所涉及的发电方法，具备：通过由排气生成的蒸气而驱动蒸气涡轮机的工序；通过调速阀而控制导入到所述蒸气涡轮机的蒸气量的工序；及通过所述蒸气涡轮机的驱动而进行发电的工序，所述发电方法进行使导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行，所述发电方法具备：第1工序，根据所述调速阀的目标开度与所述调速阀的实际开度的偏差，算出从所述蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值；及第2工序，根据通过所述第1工序而算出的所述负载容量值来控制所述调速阀的开度。
本发明的第五方式所涉及的发电方法具备：通过排气而驱动动力涡轮机的工序；通过由所述排气生成的蒸气而驱动蒸气涡轮机的工序；通过调速阀而控制导入到所述蒸气涡轮机的蒸气量的工序；及通过所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机的驱动而进行发电的工序，所述发电方法进行使导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行，所述发电方法具备：第1工序，从所述发电机的输出的测量值减去所述蒸气涡轮机的输出的计算值，从而算出所述动力涡轮机的输出值，将所算出的所述动力涡轮机的输出值与从所述蒸气涡轮机得到的负载容量值相加，从而算出所述发电机的负载容量值；及第2工序，根据通过所述第1工序而算出的所述发电机的负载容量值来控制所述调速阀的开度。
发明效果
根据本发明，在使设备的状态发生变化的情况的排热回收中，具有可以进行更稳定的控制的优异的效果。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的涡轮发电机系统的概略结构图。
图2是表示本实施方式所涉及的发电系统的概略结构图。
图3是本发明的实施方式所涉及的调速器控制所涉及的功能框图。
图4是与本发明的实施方式的负载容量值计算部中的动力涡轮机的输出值的计算有关的功能框图的一例。
图5是表示在本发明的实施方式所涉及的变压运行中的各种控制值的时间变化的曲线图。
图6A是表示在动力涡轮机起动时的以往的各种控制值的时间变化的曲线图。
图6B是表示在动力涡轮机起动时的本发明的实施方式所涉及的各种控制值的时间变化的曲线图。
图7A是表示在动力涡轮机停止时的以往的各种控制值的时间变化的曲线图。
图7B是表示在动力涡轮机停止时的本发明的实施方式所涉及的各种控制值的时间变化的曲线图。
图8A是表示在船内电力负载增加时的以往的各种控制值的时间变化的曲线图。
图8B是表示在船内电力负载增加时的本发明的实施方式所涉及的各种控制值的时间变化的曲线图。
图9是以往的调速器控制所涉及的框图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明所涉及的发电系统的控制装置、发电系统及发电方法的一实施方式进行说明。
图1表示本实施方式所涉及的发电系统的涡轮发电机系统1的概略结构。在本实施方式中，作为主发动机3而使用船舶推进用柴油机。
涡轮发电机系统1具备主发动机3、通过主发动机3的排气而被驱动的增压器5、通过从增压器5的上游侧抽出的主发动机3的排气而被驱动的动力涡轮机(气体涡轮机)7、通过主发动机3的排气而生成蒸气的排气节能器11、及通过由排气节能器11生成的蒸气(高压蒸气)而被驱动的蒸气涡轮机9。
来自主发动机3的输出经由螺桨轴直接或间接地连接于螺旋桨。并且，主发动机3的各气筒的缸体部13的排气口与作为排气收集管的排气歧管15连接，排气歧管15经由第1排气管L1与增压器5的涡轮部5a的入口侧连接，并且，排气歧管15经由第2排气管L2(抽气通道)与动力涡轮机7的入口侧连接，一部分排气在供给到增压器5之前被抽出而供给到动力涡轮机7。
另一方面，各缸体部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(中冷器)19。
增压器5由涡轮部5a、压缩部5b、连结涡轮部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抽出的排气被旋转驱动，并且，蒸气涡轮机9被供给通过排气节能器11生成的蒸气而被旋转驱动。
在该排气节能器11中，导入从增压器5的涡轮部5a的出口侧经由第3排气管L3排出的排气和从动力涡轮机7的出口侧经由第4排气管L4排出的排气，并通过热交换部21，由排气的热使由供水管23供给的水蒸发而产生蒸气。然后，在排气节能器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，已在该蒸气涡轮机9结束工作的蒸气通过第2蒸气管J2排出，并导入到凝汽器(冷凝器)40。
并且，第1蒸气管J1上设置有抽取朝向蒸气涡轮机9的蒸气而引向冷凝器40的蒸气放泄配管J3。蒸气放泄配管J3上设置有对从蒸气放泄配管J3被引向冷凝器40的蒸气量进行控制的放泄阀41。通过该蒸气放泄配管J3，被供给到蒸气涡轮机9时过剩的蒸气绕过蒸气涡轮机9被废弃到冷凝器40。
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与涡轮发电机25连接，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离的离合器，例如优选使用SSS(Synchro Self Shifting：同步自脱)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，但是也可以并联结合动力涡轮机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：排气量调整阀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的排气的供给。另外，排气量调整阀33不具有调速器控制功能。即，动力涡轮机7不受调速器的控制。
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的蒸气的供给。调速阀37通过发电系统控制装置43的调速器59来控制其开度。
如上所述，涡轮发电机系统1将主发动机3的排气(燃烧气体)的排气能量作为动力而被驱动，并构成排气能量回收装置。
图2中示出具有图1所示的涡轮发电机系统1的发电系统2的概略结构。
发电系统2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。
而且，本实施方式所涉及的发电系统2的控制装置即发电系统控制装置43控制成调速阀37的开度恒定(目标开度)，由此进行使导入到蒸气涡轮机9的蒸气压力发生变化的变压运行。
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量进行检测的船内耗电量传感器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)53；TCP(Turbine Control Panel：透平控制盘)57；及柴油机发电机60用调速部(图3的调速部87、88)。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PMS53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，则控制会变得比较复杂。
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的控制为仅控制排气量调整阀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启动及停止时，排气量调整阀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。另外，动力涡轮机7启动定义为，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7的停止定义为，减少输出，以使动力涡轮机7的输出成为0。
并且，向蒸气涡轮机9的中间段，从低压蒸气源61供给混合蒸气(低压蒸气)。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62。伴随低压蒸气源61中的蒸气的产生量的增加及减少，调整阀62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61，可举出排气节能器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。
接着，关于本实施方式所涉及的调速器控制进行说明。
在本实施方式所涉及的调速器控制中，通过TCP57，并根据表示可利用于涡轮发电机25中的蒸气涡轮机9的输出的负载容量的限制值(以下，称作“限制负载容量值”。)、及调速阀37的目标开度与调速阀37的实际开度的偏差，算出从蒸气涡轮机9得到的实际的负载容量值。而且，根据所算出的负载容量值，通过调速器59而控制调速阀开度。另外，调速阀37的目标开度例如为90％的开度，无需必须是全开。
参考图3对本实施方式所涉及的调速器控制详细地进行说明。图3是本实施方式所涉及的TCP57及PMS53的调速器控制所涉及的功能框图。
TCP57具备算出输出到PMS53的负载容量值的负载容量值计算部70。负载容量值计算部70不是如以往那样将使预先保持于PMS53中的负载容量值增减的脉冲信号输出到PMS53，而是算出负载容量值的绝对值，作为模拟信号(电压值)输出到PMS53。
负载容量值计算部70具备算出限制负载容量值的限制值计算部71。
限制值计算部71例如根据主发动机3的负载(M/E Load)算出负载容量值的限制值(以下，称作“限制负载容量值”。)，并输出到乘法运算部72。限制负载容量值换言之是所算出的负载容量值的上限值。即，用负载容量值计算部70来算出的负载容量值上规定有上限值。如此，由于负载容量值上规定有上限，因此负载容量值计算部70算出符合现实的负载容量值。
另外，作为一例，限制值计算部71根据将主发动机3的负载和外部气体温度(Atomos.Temp.)设为变数的预先规定的函数来算出理论上所要求的限制负载容量值。理论上所要求的限制负载容量值换言之是负载容量值的设计值。然而，限制负载容量值并不限定于此，也可以对该设计值加上其他参数而设为复合现实的限制负载容量值。
并且，TCP57具备减法运算部73及PID运算部74。
减法运算部73算出调速阀37的目标开度(GV lift Setting)与调速阀37的实际开度(GV Lift)的偏差即开度偏差，并输出到PID运算部74。
PID运算部74根据开度偏差来运算负载容量值(以下，称作“开度偏差负载容量值”。)，并输出到低值选择部75。另外，PID运算部74根据将开度偏差设为变数的预先规定的函数来算出开度偏差负载容量值。
开度偏差负载容量值在低值选择部75中，与基于导入到蒸气涡轮机9的蒸气压力的设定值和实际的蒸气压力的偏差的负载容量值(以下，称作“压力偏差负载容量值”。)进行比较，更小的值从低值选择部75输出。从低值选择部75输出的负载容量值换言之为负载容量的目标值(以下，称作“负载容量目标值”。)。
从低值选择部75输出的负载容量目标值经由减法运算部76而输入到PID运算部77。
减法运算部76用负载容量目标值来减去从乘法运算部72输出的负载容量值，并将减法运算值输出到PID运算部77。即，从乘法运算部72输出的值是负载目标值的当前值，在减法运算部76中算出负载容量的目标值与当前值的偏差。
PID运算部77以所输入的偏差成为1以下的值的方式进行运算，并输出到乘法运算部72。即，以所算出的负载容量值不超过限制负载容量值的方式，PI D运算部77将负载容量的目标值与当前值的偏差设为1以下，在乘法运算部72与限制负载容量值相乘。
如此，负载容量值计算部70根据调速阀37的目标开度与调速阀37的实际开度的偏差来算出将限制负载容量值设为上限的负载容量值。
另外，本实施方式所涉及的蒸气涡轮机9中导入有高压蒸气和低压蒸气，关于低压蒸气，未受到调速器控制。因此，从乘法运算部72输出的负载容量值通过加法运算部78而与基于另外算出的低压蒸气的负载容量值(LP Avail.kW)相加。从加法运算部78输出的负载容量值是本实施方式所涉及的蒸气涡轮机9的负载容量值(ST Avail.kW)。
并且，本实施方式所涉及的涡轮发电机系统1也具备动力涡轮机7，因此另外算出的动力涡轮机7的输出值(PT Act.kW)也通过加法运算部79而进一步被相加。即，从加法运算部79输出的负载容量值是本实施方式所涉及的涡轮发电机25的实际的负载容量值(STGAvail.kW)的绝对值，该值作为模拟信号(电压值)输出到PMS53所具备的负载分担控制部80。
并且，本实施方式所涉及的负载容量值计算部70，如上所述，算出开度偏差负载容量值和压力偏差负载容量值中更小的值，作为从蒸气涡轮机9得到的实际的负载容量值(负载容量目标值)。
该理由如下：调速阀开度越开放，蒸气压力越降低，但在蒸气压力上设定有最小值，因此实际的蒸气压力不会小于设定最小值。即，压力偏差负载容量值小于开度偏差负载容量值的情况是实际的蒸气压力小于设定最小值的情况。这种情况下，通过低值选择部75而选择压力偏差负载容量值，并算出能够将实际的蒸气压力维持为设定最小值以上的负载容量值。
由此，能够防止导入到蒸气涡轮机9的蒸气压力小于设定最小值。
因此，负载容量值计算部70具备减法运算部81及PID运算部82，以算出压力偏差负载容量值。
减法运算部81算出高压蒸气压力的测量值(HP Press)与高压蒸气压力的设定最小值(HP Press Min Setting)的偏差即压力偏差，并输出到PID运算部82。
PID运算部82根据压力偏差来运算压力偏差负载容量值，并输出到低值选择部75。另外，PID运算部82根据将压力偏差设为变数的预先规定的函数来算出压力偏差负载容量值。
并且，若实际的蒸气压力与设定最小值的偏差过大，则所算出的负载容量值的时间变化也变大，若使用这种负载容量值来进行调速器控制，则涡轮发电机系统1大幅发生变化，存在控制变得不稳定的可能性。控制变得不稳定的原因在于，若使蒸气涡轮机9的调速阀37的开度急剧开放，则高压蒸气压力急剧降低，在高压筒(未图示)与排气节能器11之间即高压蒸发部之间，存在使水循环的循环水泵(未图示)引起气蚀的可能性。在高压筒(及循环水泵吸入配管)中，与水(液体)的温度相比，若压力急剧下降，则水进行蒸发，存在因循环水泵的吸入而产生气蚀的可能性。
为了防止这种情况，负载容量值计算部70具备减法运算部83、高值选择部84及速率限制器85。
减法运算部83从高压蒸气压力的测量值减去预先规定的变动抑制值(限制值)。变动抑制值例如为0.5bar。
高值选择部84将减去变动抑制值的测量值与设定最小值进行比较，将更小的值输出到速率限制器85。
速率限制器85将从高值选择部84输出的值以规定的时间变化率输出到减法运算部83。
在此，在高压蒸气压力的测量值例如为6.2bar，且设定最小值例如为5.5bar的情况下，从高值选择部84输出的值为5.7bar，从减法运算部81输出的值为0.5bar。并且，在高压蒸气压力的测量值例如为5.8bar，且设定最小值例如为5.5bar的情况下，从高值选择部84输出的值为5.5bar，从减法运算部81输出的值为0.3bar。另一方面，在高压蒸气压力的测量值为8.0bar的情况下，从高值选择部84输出的值也为7.5bar，因此从减法运算部81输出的值为0.5bar。即，即使高压蒸气压力的测量值与设定最小值的偏差大，本实施方式所涉及的负载容量值计算部70也不会利用超过变动抑制值的偏差，即，将变动抑制值作为限制值，以变动抑制值以下的值来算出负载容量值。由此，抑制通过负载容量值计算部70算出的负载容量值的时间变化大幅发生变化。
如此用TCP57来算出的负载容量值(STG Avail.kW)作为模拟信号(电压值)输出到PMS53。
PMS53具备负载分担控制部80及调速器增减脉冲生成部86。
负载分担控制部80根据从TCP57输入的负载容量值而生成表示蒸气涡轮机9及柴油机发电机60的负载分担的负载分担信号。调速器增减脉冲生成部86根据来自负载分担控制部80的负载分担信号对蒸气涡轮机9及柴油机发电机60生成表示用于使控制值(速度设定值)增加或减少的调速器增加或调速器减少的脉冲信号(以下，称作“调速器增减脉冲信号”。)，并输出到与各自对应的调速器59、87、88。
另外，调速器59具备于TCP57，其控制蒸气涡轮机9的旋转速度，将与P MS53指示的旋转速度的速度设定值(调速器增减脉冲信号)对应的调速阀开度输出到调速阀37，由此控制蒸气涡轮机9的输出，并且控制成调速阀开度成为目标开度。
并且，调速器87、88具备于各自对应的柴油机发电机60，其控制柴油机发电机60的旋转速度，将与PMS53指示的旋转速度的速度设定值(调速器增减脉冲信号)对应的调速阀开度输出到调速阀37，由此控制柴油机发电机60的输出。
接着，关于动力涡轮机7的输出值(PT Act.kW)的计算进行说明。
如上所述，涡轮发电机25的负载容量值(STG Avail.kW)是蒸气涡轮机9的负载容量值(ST Avail.kW)和动力涡轮机7的输出值(PT Act.kW)之和((1)式)。
STG Avail.kW＝ST Avail.kW+PT Act.kW……(1)
在此，动力涡轮机7的输出值(PT Act.kW)，如(2)式所示，通过从涡轮发电机25的输出测量值(STG Act.kW)减去蒸气涡轮机9的输出测量值(ST Act.kW)而算出。
PT Act.kW＝STG Act.kW-ST Act.kW……(2)
另外，使用导入于蒸气涡轮机9的主蒸气压力、蒸气温度、蒸气的排气压力等各种测量值，通过已知方法算出蒸气涡轮机9的输出测量值。
而且，以下，对根据(1)式来算出涡轮发电机25的负载容量值(STG Avail.kW)的理由进行详述。
也可以考虑使用动力涡轮机7的负载容量值(PT Avail.kW)，由下述(3)式算出涡轮发电机25的负载容量值(STG Avail.kW)。
STG Avail.Kw＝ST Avail.kW+PT Avail.kW……(3)
在此，对基于主发动机3的负载的函数，将外部气体温度(增压器5的吸入温度)作为参数进行修正，由此求出动力涡轮机7的负载容量值(PT Avail.kW)。即，在(3)式中，动力涡轮机7的负载容量值(PT Avail.kW)通过主发动机3的负载和外部气体温度而被确定为某一值，因此通过主发动机3的负载和外部气体温度无法算出在动力涡轮机7的起动中时刻发生变化的动力涡轮机7的负载容量值(PT Avail.kW)。从而，在(3)式中，也无法算出在动力涡轮机7起动中的涡轮发电机25的负载容量值(STG Avail.kW)。
另外，也可以考虑如下方法：以接近于起动中的实际的动力涡轮机7的输出值的变化的方式进行预测，使动力涡轮机7的负载容量值(PT Avail.kW)逐渐发生变化。然而，若实际与预测之间存在差异，则也可以考虑到蒸气涡轮机9的调速阀37为了吸收该差分而大幅动作的可能性。
由此，如(1)式，通过使用动力涡轮机7的输出值(PT Act.kW)本身，而能够将动力涡轮机7在起动中的负载容量值的变化以高精度实时反映于涡轮发电机25的负载容量值(STG Avail.kW)。由此，也不会产生如上所述蒸气涡轮机9的调速阀37的开度大幅变动的问题。
另外，若以将蒸气涡轮机9的调速阀37的开度(换言之，蒸气涡轮机9的输出)维持现状为目的，则能够认为动力涡轮机7在起动中的输出值(PT Act.kW)的变化即也为涡轮发电机25的负载容量值(STG Avail.kW)的变化。并且，动力涡轮机7在起动中输出的变化作为由(2)式算出的PT Act.kW的变化而显现，可以以高精度得到。
图4是与负载容量值计算部70中的动力涡轮机7的输出值的计算有关的功能框图的一例。
负载容量值计算部70具备减法运算部90、减法运算部91及PID运算部92。
减法运算部90从涡轮发电机25的输出测量值(STG Act.kW)减去蒸气涡轮机9的输出测量值(ST Act.kW)，算出动力涡轮机7的输出值(PT Act.kW)。
减法运算部91对来自减法运算部90的输出值(PT Act.kW)和从PID运算部92输出的动力涡轮机7的负载容量值进行减法运算，并输出偏差。另外，从减法运算部91输出的偏差为非0的情况是在动力涡轮机7的输出中存在变化的情况。
PID运算部92根据从减法运算部91输出的偏差来算出动力涡轮机7的负载容量值，并输出到加法运算部79。另外，PID运算部92在动力涡轮机7的输出中存在变化，且被输入较大值的偏差的情况下，不会使动力涡轮机7的输出值急剧发生变化，而是伴随时间变化使动力涡轮机7的输出值(负载容量值)逐渐发生变化而输出。
通过如此算出动力涡轮机7的输出值，在主发动机3的负载发生变化的情况下，动力涡轮机7的输出的变化作为绝对值(模拟信号)而显现。
在此，在使用脉冲信号的以往的控制中，蒸气涡轮机9的调速阀37每次根据动力涡轮机7的输出变化，并且根据PMS53中的负载容量值的变化而被控制，因此在设备的状态发生变化期间，因调速阀开度过度降低，或者固定于全开位置，存在控制变得不稳定的可能性。
另一方面，在本实施方式中，动力涡轮机7的输出变化实时反映于涡轮发电机25的负载容量值。因此，即使动力涡轮机7的输出发生变化，PMS53也能够使用所算出的负载容量值(STG Avail.kW)而无时间延迟地算出船内各发电机的负载分担，而对各发电机输出表示调速阀开度的增加或减少的指令(调速器增减脉冲信号)。即，即使动力涡轮机7的输出发生变化，也能够无时间延迟地算出所算出的涡轮发电机25的负载容量值，因此能够使调速阀开度控制稳定。而且，即使动力涡轮机7的输出发生变化，调速阀开度也不会大幅发生变化，而可以进行更稳定的控制。
接着，关于本实施方式所涉及的涡轮发电机系统1的变压运行，具体参考图5～8进行说明。
图5是表示变压运行中的各种控制值的时间变化的曲线图，图5(A)表示主发动机3的负载的时间变化，图5(B)表示蒸气涡轮机9的调速阀开度的时间变化(实线)及放泄阀41的开度的时间变化(虚线)，图5(C)表示高压蒸气压力的时间变化，图5(D)表示涡轮发电机25的输出的时间变化。另外，图5的横轴(时间)如期间(1)～(14)那样被简便地分割。
首先，关于主发动机3的负载增加的情况，对每一个期间(1)～(8)进行说明。
期间(1)：主发动机3的起动开始，排气节能器11起动，从而高压蒸气开始生成并压力上升。
期间(2)：若高压蒸气压力上升至放泄阀41的设定压力，则放泄阀41开放，伴随蒸气量的增加，放泄阀41的开度被控制成使高压蒸气压力成为恒压。
期间(3)：蒸气涡轮机9开始起动。而且，与调速阀37的开度增加联动，或者与负载的增加联动，蒸气被导入于蒸气涡轮机9。随之，放泄阀41的开度减少，最终放泄阀41完全关闭。即，从期间(1)到期间(3)的期间，高压蒸气压力通过放泄阀41而被控制。
而且，直至期间(3)，高压蒸气压力超过设定最小值，并且，调速阀开度小于目标开度，因此TCP57使输出到PMS53的负载容量值增加。
PMS53根据所增加的负载容量值，对调速器59输出表示调速器增加指令的脉冲信号，由此调速器59增加调速阀开度，因此蒸气涡轮机9的负载增加。
期间(4)：放泄阀41完全关闭，与调速阀开度增加联动，高压蒸气压力降低。另外，期间(4)中的TCP57及PMS53的动作和负载容量值的变化与期间(3)相同。
期间(5)：在使调速阀开度增加以便成为目标开度的期间，若高压蒸气压力降低而达到设定最小值，则调速阀开度被控制成维持设定最小值。而且，与蒸气量的增加联动，一边维持设定最小值，一边调速阀开度增加。
另外，若高压蒸气压力小于设定最小值，则即使调速阀开度未达到目标开度，TCP57停止如到此为止的负载容量值的增加，调整负载容量值以维持设定最小值。
期间(6)：若调速阀开度达到目标开度，则开度的控制停止，之后，若蒸气量增加，则在维持调速阀37的目标开度的状态下，高压蒸气压力增加。
另外，使调速阀开度成为目标开度的控制暂且停止，但严格地讲，在该状态下，若蒸气量增加，则蒸气涡轮机9的旋转速度增加，因此调速器59以使导入于蒸气涡轮机9的蒸气量减少的方式动作，调速阀开度减少。而且，TCP57使负载容量值增加，以便进一步使调速阀开度成为目标开度，负载根据PMS53的调速器增加指令而增加。如此，在达到调速阀37的目标开度之后，也伴随蒸气量增加，一边重复使调速阀开度成为目标开度的控制，一边负载容量值增加，蒸气涡轮机9的负载增加。
期间(7)：动力涡轮机7的起动开始。过渡性地伴随动力涡轮机7的输出的增加调速阀开度也发生变动，但是由于以变动不会变大的方式控制着负载容量值，因此在该图中进行了省略。
期间(8)：伴随因主发动机3的负载增加引起的动力涡轮机7的输出增加和蒸气量增加，直至从PMS53接收调速器增加指令，调速阀开度以减少的方式被控制，通过与期间(6)相同的动作，负载容量值及蒸气涡轮机9的负载增加。另外，若调速阀开度减少为比目标开度小，则为了使调速阀开度恢复到目标开度，TCP57使涡轮发电机25的负载容量值(STGAvail.kW)增加。然后，从PMS53接收调速器增加指令，从而调速阀开度向目标开度增加。如此，在期间(8)中，调速阀开度一边重复较小的增减，一边维持目标开度。
接着，关于主发动机3的负载减少的情况，对每一个期间(11)～(14)进行说明。
期间(11)：伴随因主发动机3的负载减少引起的动力涡轮机7的输出增加和蒸气量的减少，直至从PMS53接收调速器减少指令，调速阀开度向增加方向移动，以弥补蒸气涡轮机9的速度降低。另一方面，TCP57减少负载容量值，以使调速阀开度恢复到目标开度，负载根据PMS53的调速器减少指令而减少。
另外，若调速阀开度增加为比目标开度大，则为了使调速阀开度恢复到目标开度，TCP57减少涡轮发电机25的负载容量值(STG Avail.kW)。然后，从PMS53接收调速器减少指令，从而调速阀开度向目标开度减少。如此，在期间(11)中，调速阀开度一边重复较小的增减，一边维持目标开度。
期间(12)：动力涡轮机7停止。通常，因主发动机3的负载减少而抽气容许量降低，由此动力涡轮机7停止。过渡性地动力涡轮机7的输出减少，而且，伴随停止而调速阀开度也发生变动，但是由于以变动不会变大的方式控制着负载容量值，因此在该图中进行了省略。
期间(13)：伴随因主发动机3的负载减少引起的蒸气量的进一步降低，调速阀开度维持目标开度，且高压蒸气压力降低至设定最小值。之后，减少负载容量值，以维持高压蒸气压力的设定最小值，因此调速阀开度减少。
期间(14)：若负载容量值达到预先规定的最小值，则负载容量值不会进一步减少，PMS53欲保持上述最小值的负载而对调速器59赋予指令(例如增加指令)，因此高压蒸气压力开始降低为比设定最小值还要小。之后，伴随输出的降低和高压蒸气压力的降低，蒸气涡轮机9停止。
图6A及图6B是表示动力涡轮机7起动时的以往的各种控制值的时间变化、及本发明的实施方式所涉及的各种控制值的时间变化的曲线图。另外，图6A表示以往的各种控制值的时间变化，图6B表示本发明的实施方式所涉及的各种控制值的时间变化。并且，时间T1表示通过开放排气量调整阀33而使动力涡轮机7起动的时刻，时间T2表示将动力涡轮机7的离合器31接通，动力涡轮机7与涡轮发电机25连接的时刻，时间T3表示在本实施方式中动力涡轮机7的输出变恒定的时刻，时间T4表示排气量调整阀33全开的时刻。
图6A的(A-1)，图6B的(B-1)表示主发动机3的负载的时间变化，在图6A及图6B中，作为一例，表示主发动机3的负载恒定的情况。
图6A的(A-2)、图6B的(B-2)表示排气量调整阀33的开度的时间变化。排气量调整阀33的开度在时间T1到时间T4之间从完全关闭到全开连续发生变化。
图6A的(A-3)、图6B的(B-3)表示PMS53中的负载容量值(涡轮发电机25的负载容量值)的时间变化。另外，在以往所涉及的图6A的(A-3)中，负载容量值通过脉冲信号而增减，因此随着时间的推移逐步增加。另一方面，在本实施方式所涉及的图6B的(B-3)中，负载容量值由模拟信号来表示，因此连续增加。
在以往的使用了脉冲信号的负载容量值的增加中，在动力涡轮机7的输出变恒定的时间T3之后，也因时间延迟而负载容量值逐步增加。另一方面，在本实施方式所涉及的控制中，在动力涡轮机7的输出变恒定的时间T3的时刻，负载容量值的增加结束，之后变恒定。
图6A的(A-4)、图6B的(B-4)表示相对于蒸气涡轮机9的调速器速度设定值的时间变化。
调速器速度设定值的变化取决于负载容量值的增减，因此在以往所涉及的图6A的(A-4)中，在动力涡轮机7的输出变恒定的时间T3之后，也因时间延迟而调速器速度设定值按规定值逐步增加。另一方面，在本实施方式所涉及的图6B的(B-4)中，在动力涡轮机7的输出变恒定的时间T3的时刻，调速器速度设定值的增加结束，之后变恒定。
图6A的(A-5)、图6B的(B-5)表示调速阀开度的时间变化。并且，图6A的(A-6)、图6B的(B-6)与蒸气涡轮机9的输出及动力涡轮机7的输出一同表示涡轮发电机25的输出的时间变化。
如图6A的(A-5)、图6B的(B-5)所示，动力涡轮机7的输出增加，并且调速阀开度减少。这是期间a。另一方面，在期间b进行使过度减少的调速阀开度成为目标开度的控制。
以往，伴随动力涡轮机7的输出变化而控制调速阀开度，之后，根据脉冲信号进行了使保持在PMS53中的调速阀开度和蒸气压力成为目标值的控制。因此，在控制中产生了时间延迟，即使排气量调整阀33全开，动力涡轮机7和蒸气涡轮机9也未成为稳定状态。
另一方面，在本实施方式中，如(1)式所示，动力涡轮机7的输出变化实时反映于涡轮发电机25的负载容量值(模拟信号)，因此可以无时间延迟地进行调速阀开度的控制，在使过度减少的调速阀开度成为目标开度的控制中所需要的时间(期间b)也比以往短。尤其，在本实施方式中，在排气量调整阀33全开的时刻，能够使调速阀开度成为目标开度，因此动力涡轮机7和蒸气涡轮机9也比以往更快成为稳定状态。
图7A及图7B是表示动力涡轮机停止时以往的各种控制值的时间变化、及本发明的实施方式所涉及的各种控制值的时间变化的曲线图。另外，图7A表示以往的各种控制值的时间变化，图7B表示本发明的实施方式所涉及的各种控制值的时间变化。并且，时间T5表示关闭排气量调整阀33的时刻，时间T6表示将动力涡轮机7的离合器31断开，动力涡轮机7与涡轮发电机25成为非连接的时刻，时间T7表示排气量调整阀33完全关闭的时刻。
图7A的(A-1)、图7B的(B-1)表示主发动机3的负载的时间变化，在图7中，作为一例，表示主发动机3的负载恒定的情况。
图7A的(A-2)、图7B的(B-2)表示排气量调整阀33的开度的时间变化。排气量调整阀33的开度在时间T5到时间T7之间从全开到完全关闭连续发生变化。
图7A的(A-3)、图7B的(B-3)表示PMS53中的负载容量值(涡轮发电机25的负载容量值)的时间变化。另外，在以往所涉及的图7A的(A-3)中，负载容量值通过脉冲信号而增减，因此逐步减少。另外，在图7A的(A-3)中，因基于脉冲信号的负载容量值的增减的时间延迟，涡轮发电机25的负载容量值过度减少，之后，转为增加而变恒定。
另一方面，在本实施方式所涉及的图7B的(B-3)中，负载容量值通过模拟信号来表示，因此连续减少，也不存在时间延迟。
图7A的(A-4)、图7B的(B-4)表示相对于蒸气涡轮机9的调速器速度设定值的时间变化。
调速器速度设定值的变化取决于负载容量值的增减，因此在以往所涉及的图7A的(A-4)中，在调速器速度设定值减少之后增加而变恒定。另一方面，在本实施方式所涉及的图7B的(B-4)中，不存在如以往那样的调速器速度设定值的减少/增加，调速器速度设定值在减少之后变恒定。
图7A的(A-5)、图7B的(B-5)表示调速阀开度的时间变化。并且，图7A的(A-6)、图7B的(B-6)与蒸气涡轮机9的输出及动力涡轮机7的输出一同表示涡轮发电机25的输出的时间变化。
以往，在控制中产生时间延迟，因此涡轮发电机25的输出直至成为稳定状态需要时间。另一方面，在本实施方式中，可以无时间延迟地进行控制，因此直至涡轮发电机25的输出成为稳定状态的时间比以往短。
图8A及图8B是表示在船内电力负载增加时以往的各种控制值的时间变化、及本发明的实施方式所涉及的各种控制值的时间变化的曲线图。另外，图8A表示以往的各种控制值的时间变化，图8B表示本发明的实施方式所涉及的各种控制值的时间变化。并且，时间T10表示船内电力负载增加的时刻。
图8A的(A-1)、图8B的(B-1)表示主发动机3的负载的时间变化，在图8A及图8B中，作为一例，表示主发动机3的负载恒定的情况。
图8A的(A-2)、图8B的(B-2)表示调速阀开度的时间变化，图8A的(A-3)、图8B的(B-3)表示PMS53中的负载容量值(涡轮发电机25的负载容量值)的时间变化，图8A的(A-4)、图8B的(B-4)表示相对于蒸气涡轮机9的调速器速度设定值的时间变化，图8A的(A-5)、图8B的(B-5)与蒸气涡轮机9的输出及动力涡轮机7的输出一同表示涡轮发电机25的输出的时间变化。
若在时间T10上船内电力负载增加，则随之调速阀开度增加，涡轮发电机25的输出也增加。另一方面，由于调速阀开度增加，因此负载容量值减少，以便使调速阀开度成为目标开度。根据该负载容量值的变化，调速器速度设定值及涡轮发电机25的输出值也发生变化。
在此，以往使保持在PMS53中的负载容量值根据脉冲信号而增减，因此相对于涡轮发电机25的输出变化，在负载容量值的变化上产生延迟。其结果，在调速器速度设定值和调速阀开度的变化上也存在延迟，因此如图8A的(A-2)～(A-5)所示，在各种控制值上有可能产生振荡。换言之，基于脉冲信号的负载容量值的变化的相位与涡轮发电机25的输出、调速器速度设定值和调速阀开度的变化的相位偏离，因此有可能产生振荡。
另一方面，在本实施方式中，用TCP57来算出负载容量值的绝对值，并通过模拟信号而输出到PMS53，因此可以无时间延迟地进行负载容量值的计算、调速器速度设定值的输出、调速阀开度的控制，因此能够抑制如以往那样的振荡。
如以上说明，本实施方式所涉及的TCP57将调速阀37的开度控制成恒定(目标开度)，由此进行使导入于蒸气涡轮机9的蒸气压力发生变化的变压运行。而且，TCP57根据调速阀37的目标开度与调速阀37的实际开度的偏差，算出从蒸气涡轮机9得到的实际的负载容量值，并根据所算出的负载容量值而控制调速阀开度。
由此，本实施方式所涉及的TCP57不像以往那样利用脉冲信号来增减使用于调速阀开度的控制中的负载容量值，因此不会产生脉冲信号特有的时间延迟，而能够控制调速阀37。从而，TCP57在设备的状态发生变化的情况下的排热回收中，可以进行更稳定的控制。
以上，利用上述实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于上述实施方式中所记载的范围。在不脱离发明主旨的范围内，能够对上述实施方式追加各种变更或改进，追加该变更或改进的方式也包括于本发明的技术范围。
例如，在上述实施方式中，关于本实施方式所涉及的涡轮发电机系统1被用作船舶用发电系统的方式进行了说明，但本发明并不限定于此，本实施方式所涉及的涡轮发电机系统1例如也可以为适用于陆上工厂设备中的方式。
该方式的情况下，工厂设备通过不与无穷大母线连接的所谓微电网(也称作岛屿模式。)来运行。
并且，在上述实施方式中，作为一例，关于排气通过主发动机3而生成的方式进行了说明，但本发明并不限定于此，可以将排气设为在除了主发动机3以外生成的排气，例如在锅炉生成的排气。
符号说明
2-发电系统，3-主发动机，7-动力涡轮机，9-蒸气涡轮机，25-涡轮发电机(发电机)，37-调速阀，43-发电系统控制装置(控制装置)，59-调速器(控制构件)，70-负载容量值计算部(计算构件)。

Claims (8)

1.一种发电系统的控制装置，其具备：
蒸气涡轮机，通过由排气生成的蒸气而被驱动；
调速阀，对导入到所述蒸气涡轮机的蒸气量进行控制；及
发电机，与所述蒸气涡轮机连接，
所述发电系统的控制装置进行使导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行，
所述发电系统的控制装置具备：
计算构件，根据所述调速阀的目标开度与所述调速阀的实际开度的偏差，算出从所述蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值；及
控制构件，根据通过所述计算构件而算出的所述负载容量值，控制所述调速阀的开度，
所述计算构件算出在基于所述调速阀的目标开度与所述调速阀的实际开度的偏差的第1负载容量值、及基于导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力的设定值与实际的蒸气压力的偏差的第2负载容量值中更小的值，作为从所述蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值。
2.根据权利要求1所述的发电系统的控制装置，其中，
通过所述计算构件而算出的所述负载容量值被规定上限。
3.根据权利要求1所述的发电系统的控制装置，其中，
具备通过所述排气而被驱动的动力涡轮机，
所述发电机与所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机连接，
所述计算构件输出所算出的所述负载容量值与所述动力涡轮机的输出值之和，作为可利用于所述发电机中的负载容量值。
4.根据权利要求3所述的发电系统的控制装置，其中，
从所述发电机的输出的测量值减去所述蒸气涡轮机的输出的计算值，从而算出所述动力涡轮机的输出值。
5.一种发电系统的控制装置，其具备：
动力涡轮机，通过排气而被驱动；
蒸气涡轮机，通过由所述排气生成的蒸气而被驱动；
调速阀，对导入到所述蒸气涡轮机的蒸气量进行控制；及
发电机，与所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机连接，
所述发电系统的控制装置进行使导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行，
所述发电系统的控制装置具备：
第1计算构件，根据所述调速阀的目标开度与所述调速阀的实际开度的偏差，算出从所述蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值；
第1控制构件，根据通过所述第1计算构件而算出的所述负载容量值来控制所述调速阀的开度；
第2计算构件，从所述发电机的输出的测量值减去所述蒸气涡轮机的输出的计算值，从而算出所述动力涡轮机的输出值，将所算出的所述动力涡轮机的输出值与从所述蒸气涡轮机得到的负载容量值相加，由此算出所述发电机的负载容量值；及
第2控制构件，根据通过所述第2计算构件而算出的所述发电机的负载容量值来控制所述调速阀的开度，
所述第1计算构件算出在基于所述调速阀的目标开度与所述调速阀的实际开度的偏差的第1负载容量值、及基于导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力的设定值与实际的蒸气压力的偏差的第2负载容量值中更小的值，作为从所述蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值。
6.一种发电系统，其具备权利要求1或5所述的控制装置，进行使导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行。
7.一种发电方法，其具备：
通过由排气生成的蒸气而驱动蒸气涡轮机的工序；
通过调速阀而控制导入到所述蒸气涡轮机的蒸气量的工序；及
通过所述蒸气涡轮机的驱动而进行发电的工序，
所述发电方法进行使导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行，
所述发电方法具备：
第1工序，根据所述调速阀的目标开度与所述调速阀的实际开度的偏差，算出从所述蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值；
第2工序，根据通过所述第1工序而算出的所述负载容量值来控制所述调速阀的开度；及
第3工序，算出在基于所述调速阀的目标开度与所述调速阀的实际开度的偏差的第1负载容量值、及基于导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力的设定值与实际的蒸气压力的偏差的第2负载容量值中更小的值，作为从所述蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值。
8.一种发电方法，其具备：
通过排气而驱动动力涡轮机的工序；
通过由所述排气生成的蒸气而驱动蒸气涡轮机的工序；
通过调速阀而控制导入到所述蒸气涡轮机的蒸气量的工序；及
通过所述动力涡轮机及所述蒸气涡轮机的驱动而进行发电的工序，
所述发电方法进行使导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力发生变化的变压运行，
所述发电方法具备：
第1工序，根据所述调速阀的目标开度与所述调速阀的实际开度的偏差，算出从所述蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值；
第2工序，根据通过所述第1工序而算出的所述负载容量值来控制所述调速阀的开度；
第3工序，从发电机的输出的测量值减去所述蒸气涡轮机的输出的计算值，从而算出所述动力涡轮机的输出值，将所算出的所述动力涡轮机的输出值与从所述蒸气涡轮机得到的负载容量值相加，由此算出所述发电机的负载容量值；
第4工序，根据通过所述第3工序而算出的所述发电机的负载容量值来控制所述调速阀的开度；及
第5工序，算出在基于所述调速阀的目标开度与所述调速阀的实际开度的偏差的第1负载容量值、及基于导入到所述蒸气涡轮机的蒸气压力的设定值与实际的蒸气压力的偏差的第2负载容量值中更小的值，作为从所述蒸气涡轮机得到的实际的负载容量值。
CN201680029852.0A 2015-08-14 2016-08-05 发电系统的控制装置、发电系统及发电方法 Active CN107923258B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-160126 2015-08-14
JP2015160126A JP6552913B2 (ja) 2015-08-14 2015-08-14 発電システムの制御装置、発電システム、及び発電方法
PCT/JP2016/073151 WO2017030027A1 (ja) 2015-08-14 2016-08-05 発電システムの制御装置、発電システム、及び発電方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107923258A CN107923258A (zh) 2018-04-17
CN107923258B true CN107923258B (zh) 2020-01-14

Family

ID=58046943

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680029852.0A Active CN107923258B (zh) 2015-08-14 2016-08-05 发电系统的控制装置、发电系统及发电方法

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3293364B1 (zh)
JP (1) JP6552913B2 (zh)
KR (1) KR101982962B1 (zh)
CN (1) CN107923258B (zh)
WO (1) WO2017030027A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6545737B2 (ja) * 2017-02-23 2019-07-17 三菱重工業株式会社 発電システム及び発電システムの制御方法
CN108512232B (zh) * 2018-04-12 2022-02-22 国网天津市电力公司电力科学研究院 一种燃煤发电机组速度不等率的计算方法
JP7150498B2 (ja) * 2018-06-29 2022-10-11 三菱重工マリンマシナリ株式会社 発電システム及びその制御装置並びに制御方法
CN113904588B (zh) * 2021-10-28 2023-03-21 国网湖南省电力有限公司 一种发电-储能系统的波动压力发电控制方法及装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5155977A (en) 1974-11-11 1976-05-17 Nippon Telegraph & Telephone Dohakanno seizohoho
JPS5593906A (en) * 1979-01-10 1980-07-16 Hitachi Ltd Controller for turbine regulating valve in pressure change operation
JPS5818506A (ja) * 1981-07-24 1983-02-03 Hitachi Ltd ボイラ−タ−ビン変圧運転の制御方法
JP3587630B2 (ja) * 1996-09-20 2004-11-10 日立造船株式会社 発電設備および動力設備
JP2001295607A (ja) * 2000-04-17 2001-10-26 Babcock Hitachi Kk 火力発電プラントの負荷制御方法と装置
CN1959067A (zh) * 2005-11-03 2007-05-09 沈阳创思达自动化系统有限公司 汽轮机的调速控制系统
CN102265012B (zh) * 2008-12-26 2013-07-17 三菱重工业株式会社 废热回收系统的控制装置
JP5155977B2 (ja) * 2009-09-30 2013-03-06 三菱重工業株式会社 発電システムの制御装置および発電システムならびに発電システムの制御方法
CN103089342B (zh) * 2011-11-04 2014-11-12 华北电力科学研究院有限责任公司 汽轮机及其调速系统模型参数修正方法
CN102536343B (zh) * 2012-02-15 2015-02-25 中国华电工程(集团)有限公司 孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法及系统
JP2013029111A (ja) * 2012-09-28 2013-02-07 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 発電方法、タービン発電機、タービン発電機の制御方法、制御装置、および該タービン発電機を備えた船舶
JP6037448B2 (ja) * 2013-03-15 2016-12-07 三菱日立パワーシステムズ株式会社 蒸気タービン発電プラント

Also Published As

Publication number Publication date
KR101982962B1 (ko) 2019-05-27
EP3293364B1 (en) 2019-10-02
EP3293364A1 (en) 2018-03-14
JP6552913B2 (ja) 2019-07-31
WO2017030027A1 (ja) 2017-02-23
KR20170139653A (ko) 2017-12-19
CN107923258A (zh) 2018-04-17
EP3293364A4 (en) 2018-08-22
JP2017036721A (ja) 2017-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107923258B (zh) 发电系统的控制装置、发电系统及发电方法
KR101296499B1 (ko) 발전 시스템의 제어 장치 및 발전 시스템 그리고 발전 시스템의 제어 방법
KR101232393B1 (ko) 터빈 발전기의 제어 방법 및 장치
JP2011027053A5 (zh)
KR101589424B1 (ko) 발전 시스템 및 발전 시스템의 제어 방법
JP5232766B2 (ja) 船舶の機関制御システム
JP2011161952A (ja) Ｌｎｇ船の燃料ガス供給システム
CN110242374B (zh) 发电系统和发电系统的控制方法
EP2508720B1 (en) Method for controlling a power plant and system for increasing the operational flexibility of a power plant
JP2016176338A (ja) ガスエンジンの空燃比制御装置及び空燃比制御装置付きガスエンジンを搭載した船舶
JP2013029111A (ja) 発電方法、タービン発電機、タービン発電機の制御方法、制御装置、および該タービン発電機を備えた船舶
JP2019094802A (ja) 舶用機関の排熱回収システム、及び、舶用機関の排熱回収システムの制御方法
JP6704149B2 (ja) ガスエンジンの空燃比制御装置及び空燃比制御装置付きガスエンジンを搭載した船舶
WO2020003600A1 (ja) 発電システム及びその制御装置並びに制御方法
JP5675932B2 (ja) 発電方法、タービン発電機、タービン発電機の制御方法、制御装置、および該タービン発電機を備えた船舶

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20200916

Address after: No.1, 1-1, shiozhimachi, Nagasaki, Nagasaki, Japan

Patentee after: Mitsubishi Heavy Industries Marine Machinery Co.,Ltd.

Address before: Japan's Tokyo port harbor two chome 16 No. 5

Patentee before: MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, Ltd.

TR01 Transfer of patent right