DE112012006770T5

DE112012006770T5 - Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem und Steuervorrichtung und Steuerverfahren für ein Gasturbinensystem

Info

Publication number: DE112012006770T5
Application number: DE112012006770.3T
Authority: DE
Inventors: c/o Hitachi Ltd. Kusumi Naohiro; c/o Hitachi Ltd. Ito Tomomichi; c/o Hitachi Ltd. Hino Noriaki; c/o Hitachi Ltd. Takahashi Kazuo
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2032-08-04
Also published as: US20150171705A1; GB2519014A; WO2014020772A1; JPWO2014020772A1; US20170077750A1; US10193383B2; DE112012006770B4; JP6245670B2; CN104487678A; JP2017015096A; US9520757B2; GB201500493D0; CN104487678B; JP6236004B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung ist versehen mit: einer Hochdruckgasturbine 3H, einer ersten Drehwelle 4H, die einen Kompressor 1 und die Hochdruckgasturbine verbindet; einem Elektromotor 9, der mit der ersten Drehwelle 4H verbunden ist; einem Regler 13, der die Menge der in den Kompressor 1 angesaugten Luft einstellt; einer Niederdruckgasturbine 3L, einer zweiten Drehwelle 4L, die mit der Niederdruckgasturbine 3L verbunden ist; einem Synchronstromgenerator 7, der mit der zweiten Drehwelle verbunden ist; einem Frequenzwandler 10, der die Frequenz der zwischen dem Synchronstromgenerator 7 und dem Elektromotor 9 übertragenen Leistung umwandelt; und einer Steuervorrichtung 12, die eine Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 zum Steuern des Frequenzwandlers 10 und des Reglers 13 auf der Grundlage eines Leistungsabgabe-Befehlswerts 18, der die an das externe Stromversorgungsnetz 50 auszugebende Leistung angibt, steuert und der dadurch die Gesamtleistungsabgabe einer Zweiwellengasturbine 6 und des Elektromotors 9 steuert. Dies ermöglicht die Schaffung eines Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystems und einer Steuervorrichtung und eines Steuerverfahrens für ein Gasturbinensystem, in denen der Abfall des Wirkungsgrads wegen einer Änderung der Temperatur der Außenluft verhindert werden kann.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem, das eine Zweiwellengasturbine verwendet, und auf eine Steuervorrichtung und auf ein Steuerverfahren für ein Gasturbinensystem.
Stand der Technik
Als eine Technik in Bezug auf eine Gasturbine, die eine Last eines Stromgenerators oder dergleichen antreibt, offenbart z. B. PTL 1 ( JP-A-2010-65636 ) eine Zweiwellengasturbine mit zwei Drehwellen, die eine Drehwelle, die eine Hochdruckturbine, die durch ein in einer Brennkammer erzeugtes Verbrennungsgas angetrieben wird, und einen Kompressor zum Zuführen von Druckluft zu der Brennkammer verbindet, und eine Drehwelle, die eine Niederdruckturbine, die durch das Verbrennungsgas, das die Hochdruckturbine antreibt, angetrieben wird, und eine Last wie etwa einen Stromgenerator verbindet, enthält.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

PTL 1: JP-A-2010-65636

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der wie oben in dem obigen Stand der Technik beschriebenen Zweiwellengasturbine können die Niederdruckturbine, die eine anzutreibende Maschine wie etwa eine Pumpe oder einen Stromgenerator antreibt, und der Gasgenerator (Kompressor und Hochdruckturbine), der ein Betätigungsgas für die Niederdruckturbine erzeugt, mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Somit kann z. B. dadurch, dass der Kompressor und die Hochdruckturbine mit hoher Drehzahl rotieren und ein Betätigungsgas mit einer höheren Ausdehnungsarbeitsfähigkeit in der Niederdruckturbine erzeugen, selbst dann ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden, wenn die Drehzahl der anzutreibenden Maschine niedriger als die Nenndrehzahl der Gasturbinenseite ist.
Allerdings gibt es in der Zweiwellengasturbine wie im obigen verwandten Gebiet eine Temperaturbeschränkung an die Hochdruckturbine und eine mechanische Beschränkung hinsichtlich der Zentrifugalkraft an die Drehzahl des Kompressors. Diese Beschränkungen können folglich ein Abfallen des Wirkungsgrads verursachen.
Das heißt, falls z. B. die Temperatur der in den Kompressor angesaugten Außenluft höher als ein vorgegebener Wert ist, ist die Dichte der Luft verhältnismäßig niedrig. Da die Arbeit des Verbrennungsgases an der Turbine in diesem Fall abnimmt, fällt die Drehzahl ab und nimmt der Durchfluss der Luft des Kompressors ab. Somit steigt die Verbrennungstemperatur und steigt ebenfalls die Temperatur der Leitschaufel der Hochdruckturbine. Da die Hochdruckturbine die Temperaturbeschränkung besitzt, muss der Brennstoff verringert werden und fallen folglich die Leistungsabgabe und der Wirkungsgrad ab.
Währenddessen ist die Dichte der Luft verhältnismäßig hoch, falls die Temperatur der in den Kompressor angesaugten Luft niedriger als ein vorgegebener Wert ist. Da die Arbeit des Verbrennungsgases an der Turbine in diesem Fall zunimmt, steigt die Drehzahl. Da der Kompressor die Beschränkung an die Drehzahl besitzt, muss der Brennstoff verringert werden und sinken folglich die Leistungsabgabe und der Wirkungsgrad.
Angesichts des Vorstehenden ist eine Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystems und einer Steuervorrichtung und eines Steuerverfahrens für ein Gasturbinensystem, in denen ein Abfall des Wirkungsgrads wegen der Änderung der Temperatur der Außenluft umtrainiert werden kann.
Lösung des Problems
Zur Lösung der obigen Aufgabe ist die Erfindung versehen mit: einen Kompressor, der Luft mit Druck beaufschlagt und Druckluft erzeugt; einer Brennkammer, die die Druckluft und einen Brennstoff mischt und verbrennt; einer Hochdruckgasturbine, die durch ein in der Brennkammer erhaltenes Verbrennungsgas angetrieben wird; einer ersten Drehwelle, die den Kompressor und die Hochdruckgasturbine verbindet; einem Elektromotor, der mit der ersten Drehwelle verbunden ist; einem Regler, der eine Menge der in den Kompressor angesaugten Luft einstellt und der somit eine Leistungsabgabe der Hochdruckgasturbine steuert; einer Niederdruckgasturbine, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird, nachdem es die Hochdruckgasturbine angetrieben hat; einer zweiten Drehwelle, die mit der Niederdruckgasturbine verbunden ist; einem Synchronstromgenerator, der mit der zweiten Drehwelle verbunden ist; einem Frequenzwandler, der in einem Leistungsübertragungsweg zum Übertragen von Leistung zwischen dem mit einem externen Stromversorgungsnetz verbundenen Synchronstromgenerator und dem Elektromotor vorgesehen ist und der eine Frequenz der zu übertragenden Leistung umwandelt; und einer Steuervorrichtung, die eine Frequenzwandler-Steuervorrichtung zum Steuern des Frequenzwandlers und den Regler auf der Grundlage eines Leistungsabgabe-Befehlswerts, der die an das externe Stromversorgungsnetz ausgegebene Leistung angibt, steuert und die somit eine Gesamtleistungsabgabe der Gasturbinen und des Elektromotors steuert.
Auf diese Weise wird die Gesamtleistungsabgabe der Gasturbinen und des Elektromotors dadurch gesteuert, dass die Frequenzwandler-Steuervorrichtung zum Steuern des Frequenzwandlers und der Regler auf der Grundlage des Leistungsabgabe-Befehlswerts, der die an das externe Stromversorgungsnetz auszugebende Leistung angibt, gesteuert werden. Somit kann ein Abfall des Wirkungsgrads wegen der Änderung der Temperatur der Außenluft verhindert werden.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann ein Abfall des Wirkungsgrads wegen einer Änderung der Temperatur der Außenluft verhindert werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung, die die Gesamtkonfiguration eines Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystems in Übereinstimmung mit einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration eines Elektromotors zeigt.
3 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration eines Frequenzwandlers zeigt.
4 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration einer Widerstandsschaltung zeigt.
5 ist eine schematische Darstellung, die eine Atmosphärentemperaturkennlinie einer Leistungsabgabe einer Zweiwellengasturbine in der Normal-Zeit-Steuerung durch eine Steuervorrichtung zeigt.
6 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen einer Leistungsabgabe eines Synchronstromgenerators, einer Leistungsabgabe des Elektromotors und deren Gesamtleistungsabgabe zeigt.
7 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderung der Spannung eines momentanen Spannungsabfalls als ein Beispiel einer Spannungsanomalie in einem externen Stromversorgungsnetz und einem Gridcode zeigt.
8 ist eine Darstellung, die physikalische Größen der Zweiwellengasturbine und des Synchronstromgenerators zeigt, falls eine Spannungsänderung auftritt.
9 ist eine Darstellung, die physikalische Größen der Zweiwellengasturbine und des Synchronstromgenerators zeigt, falls eine Spannungsänderung auftritt.
10 ist eine Darstellung, die die Phase des Synchronstromgenerators zeigt, falls eine Spannungsänderung auftritt und ein Außertrittfallen stattfindet.
11 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration eines Elektromotors in Übereinstimmung mit einer Änderung der ersten Ausführungsform zeigt.
12 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration eines Frequenzwandlers in Übereinstimmung mit der Änderung der ersten Ausführungsform zeigt.
13 ist eine schematische Darstellung, die die Gesamtkonfiguration eines Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystems in Übereinstimmung mit einer zweiten Ausführungsform zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
Anhand der Zeichnungen wird eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
1 ist eine schematische Darstellung, die die Gesamtkonfiguration eines Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystems in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform zeigt. Außerdem sind 2, 3 und 4 schematische Darstellungen, die in dieser Reihenfolge die Konfigurationen eines Elektromotors, eines Frequenzwandlers und einer Widerstandsschaltung zeigen.
In 1 enthält das Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem dieser Ausführungsform insgesamt eine Zweiwellengasturbine 6, einen Elektromotor 9, der mit der Zweiwellengasturbine 6 verbunden ist, einen Synchronstromgenerator 7, der durch die Zweiwellengasturbine 6 angetrieben wird, einen Frequenzwandler 10, der in einem Leistungsübertragungsweg 26 zum Übertragen einer Leistung zwischen dem mit einem externen Stromversorgungsnetz 50 verbundenen Synchronstromgenerator 7 und dem Elektromotor 9 vorgesehen ist und der die Frequenz der zu übertragenden Leistung umwandelt, und eine Steuervorrichtung 12, die den Betrieb des gesamten Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystems steuert.
Die Zweiwellengasturbine 6 enthält einen Kompressor 1, der Luft darin (Außenluft) mit Druck beaufschlagt und Druckluft erzeugt, eine Brennkammer 2, die die Druckluft und einen Brennstoff mischt und verbrennt, eine Hochdruckgasturbine 3H, die durch ein in der Brennkammer 2 erhaltenes Verbrennungsgas angetrieben wird, eine erste Drehwelle 4H, die den Kompressor 1 und die Hochdruckgasturbine 3H verbindet, einen Regler 13, der die Menge der in den Kompressor 1 angesaugten Luft einstellt und somit eine Leistungsabgabe der Hochdruckgasturbine 3H steuert, eine Niederdruckgasturbine 3L, die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird, nachdem es die Hochdruckgasturbine 3H angetrieben hat, und eine zweite Drehwelle 4L, die mit der Niederdruckgasturbine 3L verbunden ist.
Der Regler 13 regelt eine Einlassführungs-Leitschaufel 5 (IGV), die ein Durchflusseinstellventil ist, das bei einer Lufteinlassöffnung des Kompressors 1 vorgesehen ist, und den eingespritzten Brennstoff in die Brennkammer 2 und stellt somit die Drehzahl und die Leistungsabgabe der Zweiwellengasturbine 6 ein.
Der Synchronstromgenerator 7 ist mit der zweiten Drehwelle 4L verbunden. Der Synchronstromgenerator 7 weist einen Stromgeneratorrotor 8 auf, der durch einen automatischen Spannungsregler (AVR) 14 gesteuert wird. Der Stromgeneratorrotor 8 wird durch die durch die zweite Drehwelle 4L übertragene Drehkraft der Niederdruckturbine 3L angetrieben. Der automatische Spannungsregler 14 regelt die Ausgangsspannung von dem Synchronstromgenerator 7 auf der Grundlage eines Detektionssignals von einer (später beschriebenen) Spannungsmessvorrichtung 16. Die mit der Niederdruckturbine 3L verbundene zweite Drehwelle 4L und der Synchronstromgenerator 7 sind ohne ein Zahnrad dazwischen mechanisch verbunden. Somit werden die Drehzahlen der Niederdruckturbine 3L und des Synchronstromgenerators 7 immer auf konstante Drehzahlen gesteuert, damit sie synchron mit der Frequenz des externen Stromversorgungsnetzes 50 sind. Zum Beispiel wird die Drehzahl des Synchronstromgenerators 7 auf eine konstante Drehzahl von 3000 min^–1 gesteuert, falls er ein 2-Pol-Generator ist und eine Ausgangsfrequenz von 50 Hz aufweist. Währenddessen wird seine Drehzahl auf eine konstante Drehzahl von 1500 min^–1 gesteuert, falls der Synchronstromgenerator 7 ein 4-Pol-Generator ist und eine Ausgangsfrequenz von 50 Hz aufweist. Ähnlich wird seine Drehzahl auf eine konstante Drehzahl von 1800 min^–1 oder 3600 min^–1 gesteuert, falls der Synchronstromgenerator 7 ein 2-Pol- oder 4-Pol-Generator ist und eine Ausgangsfrequenz von 60 Hz aufweist.
Der Elektromotor 9 ist mit der ersten Drehwelle 4H verbunden. Der Elektromotor 9 wird durch die über die erste Drehwelle 4H übertragene Drehkraft des Kompressors 1 und der Hochdruckturbine 3H angetrieben. Als der Elektromotor 9 ist ein Motor mit einer kleineren Leistung als der Synchronstromgenerator 7 verwendet. Außerdem sind die erste Drehwelle 4H, die mit dem Kompressor 1 und mit der Hochdruckturbine 3H verbunden ist, und der Elektromotor 9 ohne ein Zahnrad dazwischen mechanisch verbunden.
Wie in 2 gezeigt ist, weist der Elektromotor 9 einen Stator 230 und einen Rotor 250 auf. Der Stator 230 ist in einem Gehäuse 212 aufgenommen. Der Stator 230 enthält einen Statoreisenkern 230, der an dem Gehäuse befestigt ist, und eine Statorwicklung 238, die an dem Statoreisenkern 230 befestigt ist. Währenddessen enthält der Rotor 250 eine Welle 218, einen Rotoreisenkern 252, der an der Welle 218 befestigt ist, und einen Permanentmagneten 254, der in den Rotoreisenkern 252 eingebettet ist.
Auf beiden Seiten in der axialen Richtung des Gehäuses 212 (auf beiden Seiten in der Links- und in der Rechtsrichtung in 2) ist eine Lagerbrücke 214 vorgesehen. Die Welle 218 ist über ein an der Lagerbrücke 214 vorgesehenes Lager 216 drehbar gehalten. Die Welle 218 ist mit der ersten Drehwelle 4H der Zweiwellengasturbine 6 mechanisch verbunden. Der Stator 230 und der Rotor 250 sind in der Weise angeordnet, dass zwischen dem Stator und dem Rotor ein Spalt 222 vorgesehen ist.
An der Welle 218 sind ein Magnetpositionsdetektor 224, der die Magnetposition detektiert und ein Detektionssignal an eine (später beschriebene) Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 sendet, und ein Drehzahldetektor 223, der die Drehzahl der Welle 218 detektiert, vorgesehen. Die Detektion der Drehzahl durch den Drehzahldetektor 223 kann auf der Grundlage der durch den Magnetpositionsdetektor 224 detektierten Magnetposition berechnet werden. Somit kann der Drehzahldetektor 223 in diesem Fall weggelassen sein. Außerdem kann der Magnetpositionsdetektor 223 weggelassen sein, falls eine sensorlose Vektorsteuerung ausgeführt wird.
Da die Nenndrehzahl des Kompressors 1 eine hohe Drehzahl ist, wird der mit der ersten Drehwelle verbundene Elektromotor 9 mit einer hohen Drehzahl z. B. von 3600 min^–1 oder höher angetrieben. Somit muss der mit der ersten Drehwelle verbundene Elektromotor 9 eine Struktur aufweisen, die die hohe Drehzahl bewältigen kann. Ein Permanentmagnet-Elektromotor, der für den Rotor 250 den Permanentmagneten 254 verwendet, wie der Elektromotor 9 dieser Ausführungsform kann leicht ein mechanisches Gleichgewicht annehmen, da der Rotor 250 mit einer einfachen Struktur gebildet sein kann, so dass der Elektromotor eine schnelle Drehung verhältnismäßig leicht bewältigen kann. Außerdem ist ein solcher Elektromotor 9 dadurch vorteilhaft, dass der Elektromotor eine robuste Struktur aufweist und dass seine Wartung leicht ist.
Zurück zu Fig. 1.
Der Ausgang des Synchronstromgenerators 7 ist über einen Transformator 19A, der die Spannung umwandelt, mit dem externen Stromversorgungsnetz 50 verbunden, wobei ein Schutzschalter 15 in der Weise vorgesehen ist, dass er die Übertragung von Leistung von dem Transformator 19A unterbrechen kann. Zwischen dem Schutzschalter 15 und dem externen Stromversorgungsnetz 50 ist eine Spannungsmessvorrichtung 16 vorgesehen, die die Spannung des externen Stromversorgungsnetzes 50 detektiert. Das Ergebnis der Detektion durch die Spannungsmessvorrichtung 16 wird an die Steuervorrichtung 12, an den automatischen Spannungsregler 14 und an eine (später beschriebene) Anomaliesteuervorrichtung 22 gesendet.
Außerdem ist in dem Leistungsübertragungsweg zwischen dem Synchronstromgenerator 7 und dem Transformator 19A eine Widerstandsschaltung 21 angeordnet, die zwischen dem Synchronstromgenerator 7 und dem Transformator 19A parallelgeschaltet ist und mit einer Schaltvorrichtung 501 zum Schalten zwischen Verbindung (mit anderen Worten Kurzschluss) und Trennung (mit anderen Worten offener Stromkreis) zwischen dem Synchronstromgenerator 7 und dem Transformator 19A auf der Grundlage eines Steuersignals von der (später beschriebenen) Anomaliesteuervorrichtung 22 versehen ist (siehe 4). Die Widerstandsschaltung 21 weist einen Widerstand 502 auf, der zu dem Leistungsübertragungsweg zwischen dem Synchronstromgenerator 7 und dem Transformator 19A über die Schaltvorrichtung 501 parallelgeschaltet ist. Falls der Widerstand 502 durch die Schaltvorrichtung 501 in einem getrennten Zustand ist, hat die Widerstandsschaltung 21 keinen Einfluss auf die Leistungsübertragung zwischen dem Synchronstromgenerator 7 und dem Transformator 19A. Falls der Widerstand 502 durch die Schaltvorrichtung 501 in einem verbundenen Zustand ist, verbraucht die Widerstandsschaltung 21 zwischen dem Synchronstromgenerator 7 und dem Transformator 19A die Leistung.
Außerdem ist der Ausgang des Synchronstromgenerators 7 über den Leistungsübertragungsweg 26 mit dem Elektromotor 9 verbunden. Der Leistungsübertragungsweg 26 dient zum Übertragen von Leistung zwischen der Seite des Synchronstromgenerators 7, des Transformators 19A und des Elektromotors 9. In dem Leistungsübertragungsweg 26 sind der Frequenzwandler 10, der eine Frequenzwandlung ausführt und die Übertragungsrichtung der zwischen dem Synchronstromgenerator 7 und dem Elektromotor 9 übertragenen Leistung schaltet, und ein Transformator 19B, der die Spannung der zwischen dem Synchronstromgenerator 7 und dem Frequenzwandler 10 übertragenen Leistung umwandelt, vorgesehen.
Der Frequenzwandler 10 wird durch die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 gesteuert. Die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 steuert den Frequenzwandler 10 auf der Grundlage von Detektionssignalen von den auf der Seite des Synchronstromgenerators 7 (d. h. auf der Seite des Transformators 19A) bzw. auf der Seite des Elektromotors 9 des Frequenzwandlers 10 in dem Leistungsübertragungsweg 26 vorgesehenen Stromsensoren 20A, 20B, eines Steuersignals von der Steuervorrichtung 12 und eines Anomal-Zeit-Steuersignals von der Anomaliesteuervorrichtung 22 und führt eine Frequenzwandlung aus und schaltet die Übertragungsrichtung der zwischen dem Synchronstromgenerator 7 und dem Elektromotor 9 übertragenen Leistung. Da das von dem Elektromotor 9 über die erste Drehwelle an den Kompressor 1 angelegte Drehmoment durch die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 gesteuert wird, kann der Kompressor 1 mit variablen Drehzahlen gesteuert werden.
Wie in 3 gezeigt ist, enthält der Frequenzwandler 10 einen Wandler 403, der AC-Leistung auf der Seite des externen Stromversorgungsnetzes 50 (d. h. auf der Seite des Synchronstromgenerators 7) in DC umwandelt, einen Wandler 402, der die in DC umgewandelte Leistung in AC umwandelt und die Leistung auf die Seite des Elektromotors 9 überträgt, und einen Kondensator 404, der den Betrag der Leistungsänderung zwischen dem Wandler 403 und dem Wandler 402 glättet. Außerdem weist jeder der Wandler 402, 403 sowohl die Funktion zum Umwandeln von AC-Leistung in DC als auch die Funktion zum Umwandeln von DC-Leistung in AC auf. Somit wird die AC-Leistung auf der Seite des Elektromotors 9 durch den Wandler 402 in DC umgewandelt, wird der Betrag der Leistungsänderung durch den Kondensator 404 geglättet und wird die DC-gewandelte Leistung durch den Wandler 403 in AC umgewandelt und zur Seite des Synchronstromgenerators 7 übertragen, falls die Leistung auf der Seite des Elektromotors 9 frequenzgewandelt werden soll und auf die Seite des Elektromotors 7 übertragen werden soll.
Zurück zu Fig. 1.
Die Steuervorrichtung 12 steuert die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 und den Regler 13 auf der Grundlage eines von einer Steuervorrichtung höherer Ordnung (nicht gezeigt) ausgegebenen Leistungsabgabe-Befehlswerts 18 oder eines Messergebnisses von einer Außenluftzustands-Messvorrichtung (Thermometer, Barometer, Hygrometer) 17, die den Zustand (Atmosphärentemperatur, Atmosphärendruck, Feuchtigkeit) der in den Kompressor 1 angesaugten Luft misst, und des Leistungsabgabe-Befehlswerts 18 und steuert dadurch die Gesamtleistungsabgabe der Leistungsabgabe der Zweiwellengasturbine 6 und des Elektromotors 9.
Die Anomaliesteuervorrichtung 22 detektiert auf der Grundlage des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einem vorgegebenen Bestimmungsreferenzwert (Gridcode, später beschrieben) für die Spannungsanomalie in dem externen Stromversorgungsnetz 50 und eines Messergebnisses von der Spannungsmessvorrichtung 16 eine in dem externen Stromversorgungsnetz 50 erzeugte Spannungsanomalie. Falls eine Spannungsanomalie detektiert wird, d. h., falls bestimmt wird, dass in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Spannungsanomalie erzeugt wird, steuert die Anomaliesteuervorrichtung 22 die Schaltvorrichtung 501 der Widerstandsschaltung 21 zum Schalten von Trennung auf Verbindung. Andernfalls steuert die Anomaliesteuervorrichtung 22 die Schaltvorrichtung 501 der Widerstandsschaltung 21 in einen getrennten Zustand. Außerdem sendet die Anomaliesteuervorrichtung 22 ein Anomal-Zeit-Steuersignal an die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11, falls eine Spannungsanomalie in dem externen Stromversorgungsnetz 50 detektiert wird.
Wenn die Anomaliesteuervorrichtung 22 zu normalen Zeiten keine Spannungsanomalie in dem externen Stromversorgungsnetz 50 detektiert, arbeitet die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 in Übereinstimmung mit der Steuerung durch die Steuervorrichtung 12 (Normal-Zeit-Steuerung, später beschrieben). Wenn zu anomalen Zeiten eine Spannungsanomalie detektiert wird, arbeitet die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 in Übereinstimmung mit der Steuerung durch die Anomaliesteuervorrichtung 22 (Anomal-Zeit-Steuerung, später beschrieben).
Hier wird die Verarbeitung der Spannungsanomaliebestimmung für das externe Stromversorgungsnetz 50 durch die Anomaliesteuervorrichtung 22 beschrieben.
7 zeigt die Beziehung zwischen einer zeitlichen Änderung der Spannung des momentanen Spannungsabfalls als ein Beispiel einer Spannungsanomalie in dem externen Stromversorgungsnetz 50 und einem Gridcode. Die vertikale Achse repräsentiert die Stromversorgungsnetzspannung des externen Stromversorgungsnetzes 50. Die horizontale Achse repräsentiert die Zeit.
In 7 ist der Gridcode durch eine durchgezogene Linie 201 angegeben und sind zwei Beispiele von Spannungssignalformen, wenn ein momentaner Spannungsabfall auftritt, durch Strichlinien 101, 102 angegeben.
Als die zahlenmäßige Einstellung zu jeder Zeit des Gridcodes ist z. B. in Übereinstimmung mit den europäischen Gridcodes die Zeitdauer von einem Zeitpunkt t0, wenn ein momentaner Spannungsabfall auftritt, bis zu einem Zeitpunkt t2 näherungsweise auf 0,1 bis 0,2 Sekunden eingestellt und die Zeitdauer von dem Zeitpunkt t0 bis zu einem Zeitpunkt t3 auf näherungsweise 1 Sekunde eingestellt.
Falls sich die Spannung wegen einer Anomalie in dem externen Stromversorgungsnetz 50 z. B. innerhalb des wie durch die Strichlinie 101 angegebenen Bereichs des Gridcodes 201 ändert, bestimmt die Anomaliesteuervorrichtung 22 nicht, dass in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Spannungsanomalie erzeugt wird.
Währenddessen bestimmt die Anomaliesteuervorrichtung 22, dass in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Spannungsanomalie erzeugt wird, und führt sie eine Anomal-Zeit-Steuerung aus, falls die Spannung den Gridcode 201 z. B. wegen einer Anomalie in dem externen Stromversorgungsnetz 50 wie durch die Strichlinie 102 (siehe den Zeitpunkt t2) angegeben schneidet und sich in der Weise ändert, dass sie den Bereich des Gridcodes 201 übersteigt.
Hier werden Einzelheiten der Normal-Zeit-Steuerung und der Anomal-Zeit-Steuerung in dem wie oben beschriebenen Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem dieser Ausführungsform beschrieben.
Normal-Zeit-Steuerung
Wenn die Anomaliesteuervorrichtung 22 zu normalen Zeiten in dem externen Stromversorgungsnetz 50 keine Spannungsanomalie detektiert, steuert die Steuervorrichtung 12 die Frequenzwandlervorrichtung 11 und den Regler 13 auf der Grundlage des von der Steuervorrichtung höherer Ordnung (nicht gezeigt) ausgegebenen Leistungsabgabe-Befehlswerts 18 oder des Messergebnisses von der Außenluftzustands-Messvorrichtung 17, die den Zustand (Atmosphärentemperatur, Atmosphärendruck, Feuchtigkeit) der in den Kompressor 1 angesaugten Luft misst, und des Leistungsabgabe-Befehlswerts 18 und steuert sie dadurch die Gesamtleistungsabgabe der Leistungsabgabe der Zweiwellengasturbine 6 und des Elektromotors 9.
5 ist eine schematische Darstellung, die die Atmosphärentemperaturkennlinie der Leistungsabgabe der Zweiwellengasturbine in der Normal-Zeit-Steuerung durch die Steuervorrichtung 12 zeigt. Die vertikale Achse repräsentiert die Gasturbinenleistungsabgabe. Die horizontale Achse repräsentiert die Atmosphärentemperatur. Die Atmosphärentemperatur ist hier die Temperatur der in den Kompressor 1 angesaugten Luft. In 5 zeigen die Kennlinien A1, B1 Eigenschaften der Normal-Zeit-Steuerung dieser Ausführungsform und zeigen die Kennlinien A2, B2 Eigenschaften eines Vergleichsbeispiels, in dem die Normal-Zeit-Steuerung dieser Ausführungsform nicht ausgeführt wird.
Falls die Atmosphärentemperatur innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs liegt, steuert die Steuervorrichtung 12 über den Regler 13 den Betrieb der Zweiwellengasturbine 6 und steuert sie außerdem über die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 den Betrieb des Frequenzwandlers 10, wobei sie eine Steuerung in der Weise ausführt, dass eine Gesamtleistungsabgabe 301 einer Leistungsabgabe 303 des durch die Zweiwellengasturbine 6 angetriebenen Synchronstromgenerators 7 und einer Leistungsabgabe 302 des Elektromotors 9 bei dem Leistungsbefehlswert 18 im Gleichgewicht sind (siehe 6). Falls die Steuerung hier in der Weise ausgeführt wird, dass der Kompressor 1 durch den Elektromotor 9 unterstützt wird, ist ein durch Subtrahieren einer Leistungseingabe des Elektromotors 9, die zur Unterstützung erforderlich ist (zugeführte Leistung in der Gegenrichtung der Leistungsabgabe 302), von der der Leistungsabgabe 303 der Zweiwellengasturbine 6 erhaltener Wert die Leistungsabgabe 301 an das externe Stromversorgungsnetz 50. Währenddessen ist die Summe der Leistungsabgabe 303 von der Zweiwellengasturbine 6 und der Leistungsabgabe 302 von dem Elektromotor 9 die Leistungsabgabe an das externe Stromversorgungsnetz 50, falls durch den Elektromotor 9 eine Bremsung auf den Kompressor 1 ausgeübt wird.
Die Zweiwellengasturbine 6 ist in der Weise ausgelegt und wird in der Weise gesteuert, dass zur Zeit des Nennlastbetriebs wie oben beschrieben der Wirkungsgrad zunimmt und somit die beste Leistungsfähigkeit erzielt wird, d. h. die Temperatur des Verbrennungsgases zu der kritischen Temperatur des Komponentenmaterials der Hochdruckturbine 3H wird, während die Temperatur des Verbrennungsgases in der Brennkammer 2 höher wird.
Falls die Atmosphärentemperatur höher als ein vorgegebener Wert wird, steuert die Steuervorrichtung 12 den Betrieb des Frequenzwandlers 10 über die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 in der Weise, dass in dem Elektromotor 9 eine Antriebskraft in der Vorwärtsrichtung (in derselben Richtung wie der Drehrichtung des Kompressors 1) erzeugt wird. Zu dieser Zeit wird die Drehung des Kompressors 1 über die erste Drehwelle 4H durch den Elektromotor 9 unterstützt.
Auf diese Weise ist die Dichte der Luft verhältnismäßig niedrig, falls die Temperatur der in den Kompressor 1 angesaugten Außenluft höher als ein vorgegebener Wert ist. Da die Arbeit an der Turbine durch das Verbrennungsgas in diesem Fall abnimmt, fällt die Drehzahl ab und nimmt der Luftdurchfluss in dem Kompressor ab. Somit steigt die Verbrennungstemperatur und steigt die Temperatur der Hochdruckturbinen-Leitschaufel ebenfalls. Da die Hochdruckturbine in dem Vergleichsbeispiel die Temperaturbeschränkung aufweist, muss der Brennstoff verringert werden und nehmen folglich die Leistungsabgabe und der Wirkungsgrad, wie durch die Kennlinie A2 angegeben ist, ab.
Im Gegensatz dazu kann in der Ausführungsform der Durchfluss der der Brennkammer zugeführten Luft erhöht werden und folglich eine größere Menge Brennstoff eingespritzt werden, da der Elektromotor 9 die Drehung des Kompressors 1 über die erste Drehwelle 4H unterstützt. Somit wird die Atmosphärentemperaturkennlinie der Zweiwellengasturbine 6 von der Kennlinie A2 zu der Kennlinie A1 verbessert werden.
Außerdem steuert die Steuervorrichtung 12 den Betrieb des Frequenzwandlers 10 über die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 in der Weise, dass in dem Elektromotor 9 eine Antriebskraft in der Gegenrichtung (in der Gegenrichtung der Drehrichtung des Kompressors 1) erzeugt wird, falls die Atmosphärentemperatur niedriger als ein vorgegebener Wert wird. Zu dieser Zeit wird durch den Elektromotor 9 über die erste Drehwelle 4H eine Bremsung auf die Drehung des Kompressors 1 ausgeübt.
Auf diese Weise ist die Dichte der Luft verhältnismäßig hoch, falls die Temperatur der in den Kompressor 1 angesaugten Außenluft niedriger als ein vorgegebener Wert ist. Da die Arbeit des Verbrennungsgases an der Turbine in diesem Fall zunimmt, steigt die Drehzahl. Da der Kompressor 1 die Beschränkung an die Drehzahl besitzt, muss der Brennstoff verringert werden und fallen folglich, wie durch die Kennlinie B2 angegeben ist, die Leistungsabgabe und der Wirkungsgrad ab.
Im Gegensatz dazu kann in der Ausführungsform der Durchfluss der der Brennkammer 2 zugeführten Luft verringert werden und kann folglich die Temperatur des Verbrennungsgases erhöht werden, während auf die Drehung des Kompressors 1 durch den Elektromotor 9 über die erste Drehwelle 4H eine Bremsung ausgeübt wird. Somit ist die Atmosphärentemperaturkennlinie der Leistungsabgabe der Zweiwellengasturbine 6 von der Kennlinie B2 zu der Kennlinie B1 verbessert.
Anomal-Zeit-Steuerung
Falls bestimmt wird, dass in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Spannungsanomalie erzeugt wird, steuert die Anomaliesteuervorrichtung 22 die Schaltvorrichtung 501 der Widerstandsschaltung 21 zum Schalten von Trennung auf Verbindung. Andernfalls steuert die Anomaliesteuervorrichtung 22 die Schaltvorrichtung 501 der Widerstandsschaltung 21 auf einen getrennten Zustand. Außerdem sendet die Anomaliesteuervorrichtung 22 ein Anomal-Zeit-Steuersignal an die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11, um den Frequenzwandler 10 zu steuern und um somit die Drehung zu steuern, die den Elektromotor 9 antreibt, und um somit eine Steuerung in der Weise auszuführen, dass die wie von der Hochdruckturbine 3H über die erste Drehwelle 4H gesehene Last durch den Elektromotor 9 verhältnismäßig abnimmt, falls in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Spannungsanomalie detektiert wird. Falls bestimmt wird, dass in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Spannungsanomalie erzeugt wird, führt die Anomaliesteuervorrichtung 22 eine Steuerung in der Weise aus, dass das durch den Elektromotor 9 an die Hochdruckturbine 3H angelegte Drehmoment im Vergleich zu der Zeit vor dem Auftreten der Spannungsanomalie erhöht wird oder dass der Betrag der Stromerzeugung in dem Elektromotor 9 von der Hochdruckturbine 3H im Vergleich zu der Zeit vor dem Auftreten der Spannungsanomalie verringert wird.
Anhand von 8 bis 10 wird hier die Anomal-Zeit-Steuerung durch die Anomaliesteuervorrichtung 22, falls in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Spannungsanomalie erzeugt wird, ausführlicher beschrieben.
8 ist eine Darstellung, die physikalische Größen der Zweiwellengasturbine 6 und des Synchronstromgenerators 7 zeigt, falls die durch die durchgezogene Linie 101 angegebene Spannungsänderung auftritt.
Wie in 8 gezeigt ist, ist die Leistungsabgabe der Zweiwellengasturbine 6 unabhängig von der Spannungsänderung in dem externen Stromversorgungsnetz 50 im Wesentlichen auf einem konstanten Wert. Da die Zweiwellengasturbine 6 eine große mechanische Vorrichtung ist und da die Leistungsabgabe davon durch den Durchfluss von Druckluft und durch die Temperatur des Verbrennungsgases bestimmt wird, ist die Zeitkonstante der Leistungsabgabeänderung lang. Somit folgt die Zweiwellengasturbine 6 einer scharfen Leistungsabgabeänderung, die in dem externen Stromversorgungsnetz 50 innerhalb einer Zeit von näherungsweise 0,2 Sekunden erzeugt wird, nicht. Obwohl die Leistungsabgabe der Zweiwellengasturbine 6 innerhalb einer Zeitdauer von näherungsweise 1 bis 2 Sekunden durch Notabschaltung auf 0 (null) verringert werden kann, kann die Leistungsabgabe im Gegensatz dazu nicht schnell erhöht werden. Somit wird die Leistungsabgabe der Zweiwellengasturbine 6 im Wesentlichen als konstant angesehen, falls keine Notabschaltung ausgeführt wird.
Hinsichtlich der elektrischen Leistungsabgabe des Synchronstromgenerators 7 kann die Leistungsabgabe wegen eines Störfalls in dem externen Stromversorgungsnetz 50 vorübergehend nicht gesendet werden. Folglich wird eine überschüssige Leistungseingabe in den Synchronstromgenerator 7 erzeugt. Das Ergebnis dieser überschüssigen Leistungseingabe und der Anomaliedauer ist Rotationsenergie in dem Synchronstromgenerator 7. Außerdem wird die Drehbeschleunigung des Synchronstromgenerators 7 durch die Rotationsenergie und durch die Trägheit des Synchronstromgenerators 7 bestimmt. Somit ist die Änderung der Drehzahl des Synchronstromgenerators klein, wenn eine Anomalie auftritt, falls die Anomaliedauer kurz ist oder falls die Trägheit des Synchronstromgenerators 7 hoch ist. Außerdem braucht die Phase des Rotors des Synchronstromgenerators 7 in Bezug auf die Stromversorgungsnetzfrequenz nur geringfügig nach früh verstellt zu werden, falls die Beschleunigung des Synchronstromgenerators 7 zur Zeit des Auftretens einer Anomalie langsam ist. Wenn die Spannung des externen Stromversorgungsnetzes 50 wiederhergestellt wird, nimmt diese Phasendifferenz ab und kehrt sie zu dem Ausgangszustand zurück, während eine Synchronisationskraft wirkt.
Eine Synchronisationskraft P in dem Synchronstromgenerator 7 wird unter Verwendung einer induzierten Spannung E des Synchronstromgenerators 7, eines synchronen Blindwiderstands Xd und eines Lastwinkels σ, der der Phasenwinkel zwischen einer Klemmenspannung V und der induzierten Spannung E ist, durch die folgende Gleichung 1 ausgedrückt: P = E^2/(2·Xg)cosσ (1)
Der Lastwinkel σ ist hier die Spannungsphase des externen Stromversorgungsnetzes 50 und die Phase der induzierten Spannung E, d. h. im Fall eines 2-Pol-Stromgenerators der Drehwinkel des Stromgeneratorrotors 8 selbst. Wie aus der obigen Gleichung 1 zu sehen ist, gilt bei dem Lastwinkel σ = 90° die Synchronisationskraft P = 0 (null). Zu Normalbetriebszeiten arbeitet der Synchronstromgenerator 7 mit dem Lastwinkel σ ≈ 40°. Somit muss der Winkel des Rotors, wenn die Spannung des externen Stromversorgungsnetzes 50 von der Anomalie wiederhergestellt wird, in Bezug auf den Winkel des Rotors vor der Anomalie innerhalb eines Bereichs von mehreren zehn Grad liegen, damit die Synchronisationskraft wirkt (P > 0).
Falls die Phasendifferenz des Rotors wegen der Beschleunigung des Synchronstromgenerators 7 wegen des Auftretens der Anomalie in dem externen Stromversorgungsnetz 50 einen oberen Bereich übersteigt, wirkt die Synchronisationskraft P nicht und beschleunigt der Synchronstromgenerator 7 somit unmittelbar, was eine Synchronisationsdifferenz von der Frequenz des externen Stromversorgungsnetzes 50 verursacht (siehe 10). Dieser Zustand wird ein Außertrittfallen genannt. In dem Zustand des Außertrittfallens kann der Synchronstromgenerator 7 keine Leistung erzeugen.
Da die Stromgeneratorphase in 8 kleiner als π/2 ist, kehrt der Synchronstromgenerator 7 durch die Synchronisationskraft P zu dem synchronen Zustand zu der Zeit vor dem Auftreten der Anomalie zurück.
9 ist eine Darstellung, die physikalische Größen der Zweiwellengasturbine 6 und des Synchronstromgenerators 7 zeigt, falls die durch die Strichlinie 102 angegebene Spannungsänderung auftritt.
Wie oben beschrieben wurde, steuert die Anomaliesteuervorrichtung 22 die Schaltvorrichtung 501 der Widerstandsschaltung 21 zum Schalten von Trennung zu Verbindung, falls detektiert wird, dass in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Spannungsanomalie erzeugt wird. Andernfalls steuert die Anomaliesteuervorrichtung 22 die Schaltvorrichtung 501 der Widerstandsschaltung 21 in einen Trennungszustand. Außerdem sendet die Anomaliesteuervorrichtung 22 ein Anomal-Zeit-Steuersignal an die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11, um den Frequenzwandler 10 zu steuern und um somit den Drehantrieb des Elektromotors 9 zu steuern und um dadurch eine Steuerung derart auszuführen, dass die wie von der Hochdruckturbine 3H über die erste Drehwelle 4H gesehene Last durch den Elektromotor 9 verhältnismäßig abnimmt, falls eine Spannungsanomalie in dem externen Stromversorgungsnetz 50 detektiert wird. Falls bestimmt wird, dass in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Spannungsanomalie erzeugt wird, führt die Anomaliesteuervorrichtung 22 eine Steuerung derart aus, dass das durch den Elektromotor 9 an die Hochdruckturbine 3H angelegte Drehmoment im Vergleich zu einer Zeit vor dem Auftreten der Spannungsanomalie erhöht wird oder dass der Betrag an Stromerzeugung in dem Elektromotor 9 von der Hochdruckturbine 3H im Vergleich zu der Zeit vor dem Auftreten der Spannungsanomalie verringert wird. In Normalbetriebszeiten gibt es Fälle, in denen der Elektromotor 9 den Kompressor 1 unterstützt und in denen der Elektromotor 9 eine Bremsung auf den Kompressor 1 ausübt. Falls eine Spannungsanomalie in dem externen Stromversorgungsnetz 50 detektiert wird, falls der Elektromotor 9 den Kompressor 1 unterstützt, erhöht der Elektromotor 9 den Betrag der Unterstützung. Außerdem wird der Betrag an Unterstützung aufrechterhalten, falls der Betrag an Unterstützung an seiner Obergrenze ist. Da der Elektromotor 9 für eine kurze Zeitdauer von näherungsweise einigen Sekunden näherungsweise das Doppelte der Nennleistung ausgeben kann, kann hier der Betrag an Unterstützung momentan erhöht werden. Währenddessen wird überschüssige Energie auf der Seite der Niederdruckturbine 3L im Vergleich zu dem Zustand vor dem Auftreten der Anomalie dadurch verringert, dass der Betrag der Stromerzeugung durch den Elektromotor 9 verringert wird oder dass zu der Unterstützung für den Kompressor 1 geschaltet wird, falls eine Spannungsanomalie in dem externen Stromversorgungsnetz 50 detektiert wird, falls der Elektromotor 9 eine Bremsung auf den Kompressor 1 ausübt.
Wie in 9 gezeigt ist, steuert die Anomaliesteuervorrichtung 22 den Elektromotor 9 t4 Sekunden nach dem Auftreten der Spannungsanomalie zur Unterstützung der Drehung des Kompressors 1, falls bestimmt wird, dass in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Spannungsanomalie erzeugt wird. Das heißt, zum Zeitpunkt t4 und von da an wird die Ausgangsleistung des Synchronstromgenerators 7 über den Elektromotor 9 an den Kompressor 1 gesendet. Somit ändert sich die in dem Synchronstromgenerator 7 erzeugte überschüssige Leistungseingabe entlang der durchgezogenen Linie. Da der Kompressor 1 durch den Elektromotor 9 unterstützt wird, nimmt außerdem die Drehzahl wie durch die durchgezogene Linie angegeben zu. Allerdings findet eine Beschleunigung nicht leicht statt und gibt es wenig Änderung der Drehzahl, da der Leistungsverbrauch des Kompressors 1 das Quadrat zur dritten Potenz der Drehzahl ist.
Es werden die vorteilhaften Wirkungen der wie oben beschrieben konfigurierten Ausführungsform beschrieben.
In der Zweiwellengasturbine können die Niederdruckturbine, die die anzutreibende Maschine wie etwa die Pumpe oder den Stromgenerator antreibt, und der Gasgenerator (Kompressor und Hochdruckturbine), der ein Betätigungsgas für die Niederdruckturbine erzeugt, mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Somit kann z. B. dadurch, dass sich der Kompressor und die Hochdruckturbine mit einer hohen Drehzahl drehen und in der Niederdruckturbine ein Betätigungsgas mit einer hohen Expansionsarbeitsfähigkeit erzeugt wird, ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden, selbst wenn die Drehzahl der anzutreibenden Maschine niedriger als die Nenndrehzahl auf der Gasturbinenseite ist.
Allerdings gibt es in der Zweiwellengasturbine in Übereinstimmung mit dem verwandten Gebiet eine Temperaturbeschränkung an die Hochdruckturbine und eine mechanische Beschränkung hinsichtlich der Zentrifugalkraft an die Drehzahl des Kompressors. Folglich können diese Beschränkungen einen Abfall des Wirkungsgrads verursachen. Das heißt, z. B. ist die Dichte der Luft verhältnismäßig niedrig, falls die Temperatur der in den Kompressor angesaugten Außenluft höher als ein vorgegebener Wert ist. Da die Arbeit des Verbrennungsgases an der Turbine in diesem Fall abnimmt, fällt die Drehzahl ab und nimmt der Durchfluss der Luft des Kompressors ab. Somit steigt die Verbrennungstemperatur und steigt die Temperatur der Hochdruckturbinen-Leitschaufel ebenfalls. Da die Hochdruckturbine eine Temperaturbeschränkung besitzt, muss der Brennstoff verringert werden und fallen folglich die Leistungsabgabe und der Wirkungsgrad ab. Währenddessen ist die Dichte der Luft verhältnismäßig hoch, falls die Temperatur der in den Kompressor angesaugten Außenluft niedriger als ein vorgegebener Wert ist. Da die Arbeit des Verbrennungsgases an der Turbine in diesem Fall zunimmt, steigt die Drehzahl. Da der Kompressor die Beschränkung an die Drehzahl besitzt, muss der Brennstoff verringert werden und fallen folglich die Leistungsabgabe und der Wirkungsgrad ab.
Im Gegensatz dazu ist die Ausführungsform dafür konfiguriert, die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 zum Steuern des Frequenzwandlers 10 und des Reglers 13 auf der Grundlage des Leistungsabgabe-Befehlswerts 18, der die an das externe Stromversorgungsnetz 50 auszugebende Leistung angibt, zu steuern und dadurch die Gesamtleistungsabgabe der Zweiwellengasturbine 6 und des Elektromotors 9 zu steuern. Somit kann ein Abfall des Wirkungsgrads wegen der Änderung der Temperatur der Außenluft verhindert werden.
Außerdem wird in dem Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem in Übereinstimmung mit dem verwandten Gebiet die Zweiwellengasturbine von dem externen Stromversorgungsnetz getrennt (parallel aus) und somit geschützt, wenn in dem externen Stromversorgungsnetz eine Anomalie auftritt. Allerdings ist vorauszusehen, dass das gesamte Stromversorgungsnetz instabil wird, da die Einführung erneuerbarer Energie wie etwa Windleistung fortschreitet, so dass es Bedenken gibt, dass wie im verwandten Gebiet eine Spannung in dem Stromversorgungsnetz als Ganzes abfallen kann und sich die parallele Ausschaltung auf verkettete Weise zu anderen Stromgeneratoren ausbreiten kann, was einen weiträumigen Stromausfall verursacht, falls ein bestimmter Stromgenerator parallel ausgeschaltet zu werden beginnt, um seine eigene Vorrichtung zur Zeit des Auftretens einer Anomalie in dem externen Stromversorgungsnetz zu schützen.
Um solche Umstände zu bewältigen, sind in Europa und in China Standards formuliert worden, die erfordern, dass verteilte Stromquellen wie etwa Windstromgeneratoren und Solarstromgeneratoren selbst dann, wenn eine Anomalie auftritt, eine Betriebsfortsetzungsfunktion (Fault-Ride-Through-Funktion (FRT-Funktion)) aufweisen. Ein solcher Standard, der die FRT unterstützt, wird ein Gridcode genannt. Das heißt, ein Gridcode ist ein Standard, von dem ein für die Stabilität eines Stromversorgungsnetzes verantwortlicher Betreiber fordert, dass er von einem Stromerzeuger befolgt wird, und der vorschreibt, dass der mit dem Stromversorgungsnetz verbundene Stromgenerator nicht parallel abgeschaltet werden darf, falls die Spannung bei einem Stromgeneratoranschluss innerhalb dieses Gridcodes liegt. Eine solche Maßnahme ist ebenfalls für Wärmestromgeneratoren und Gasturbinenstromgeneratoren einer zentralisierten Stromversorgung erforderlich.
Allerdings kann der Synchronstromgenerator zur Zeit eines Stromversorgungsnetz-Störfalls wie etwa eines Kurzschlusses die von der Gasturbine empfangene Energie vorübergehend nicht an das externe Stromversorgungsnetz senden. Somit besteht ein Risiko, dass die überschüssige Leistungseingabe in den Synchronstromgenerator während der Zeitdauer die Drehzahl des Synchronstromgenerators beschleunigen kann, was ein sogenanntes Außertrittfallen verursacht, in dem der Synchronstromgenerator einen synchronen Zustand verlässt. In dem Zustand des Außertrittfallens kann keine Leistung erzeugt werden. Außerdem dauert es eine Zeit von mehreren bis zehn Minuten, um den Zustand, in dem die Stromerzeugung möglich ist, wiederherzustellen, wenn ein Außertrittfallen auftritt. Somit ist die Betriebsfortsetzung unmöglich. Somit ist es notwendig zu verhindern, dass der Synchronstromgenerator außer Tritt fällt, um die Betriebsfortsetzungsfunktion sicherzustellen.
Somit ist die Anomaliesteuervorrichtung 22 in der Ausführungsform im Gegensatz dazu in der Weise konfiguriert, dass die Anomaliesteuervorrichtung 22 ein Anomal-Zeit-Steuersignal an die Frequenzwandler-Steuervorrichtung 11 sendet, um den Frequenzwandler 10 zu steuern und um somit den Drehantrieb des Elektromotors 9 zu steuern und um dadurch eine Steuerung in der Weise auszuführen, dass die wie von der Hochdruckturbine 3H über die erste Drehwelle 4H gesehene Last durch den Elektromotor 9 verhältnismäßig abnimmt, falls eine Spannungsanomale detektiert wird, in der die Spannung des externen Stromversorgungsnetzes 50 von dem Gridcode abweicht. Das heißt, die Ausführungsform ist in der Weise konfiguriert, dass die Energie auf der Seite des mit der Niederdruckwelle verbundenen Synchronstromgenerators 7 über den Elektromotor 9 momentan zu der Seite des Kompressors 1 verschoben wird, wenn in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Anomalie auftritt. Somit kann das Auftreten eines Außertrittfallens wegen der Beschleunigung des Synchronstromgenerators 7 verhindert werden und kann die Kontinuität des synchronen Betriebs des Synchronstromgenerators 7 verbessert werden.
Außerdem ist die Anomaliesteuervorrichtung 22 in der Weise konfiguriert, dass die Anomaliesteuervorrichtung 22 die Schaltvorrichtung 501 der Widerstandsschaltung 21 zum Schalten von Trennung auf Verbindung steuert, falls bestimmt wird, dass in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Spannungsanomalie erzeugt wird. Somit nimmt die überschüssige Energieabgabe von dem Synchronstromgenerator 7 ab, was das Auftreten eines Außertrittfallens weniger wahrscheinlich macht.
Außerdem können in Bezug auf die überschüssige Leistung von dem Synchronstromgenerator 7, die erzeugt wird, falls in dem externen Stromversorgungsnetz 50 eine Spannungsanomalie erzeugt wird, die zwei Verfahren der Leistungssteuerung durch den Elektromotor 9 und des Verbrauchs durch die Widerstandsschaltung 21 kombiniert werden. Somit können die Leistung des Elektromotors 9 und die Leistung des Frequenzwandlers 10, die notwendig sind, um das Außertrittfallen zu verhindern, verringert werden und kann somit eine Senkung der Kosten erzielt werden.
Änderung der ersten Ausführungsform
Anhand der Zeichnungen wird eine Änderung der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
In der ersten Ausführungsform ist der wie in 2 gezeigte Elektromotor 9 verwendet. Allerdings kann ebenfalls ein wie in 11 gezeigter Elektromotor 9A verwendet werden.
Der Elektromotor 9A in 11 weist den Stator 230 und den Rotor 250 auf. Der Stator 230 ist in dem Gehäuse 212 aufgenommen. Der Stator 230 enthält den Statoreisenkern 230, der an dem Gehäuse befestigt ist, und die Statorwicklung 238, die an dem Statoreisenkern 230 befestigt ist. Währenddessen enthält der Rotor 250 die Welle 218, den Rotoreisenkern 252, der an der Welle 218 befestigt ist, einen Leiterstab 255, der in den Rotoreisenkern 252 eingebettet ist, und einen Stirnring, der mit dem Leiterstab 255 elektrisch verbunden ist. Die anderen Teile der Konfiguration sind ähnlich denen des Elektromotors 9 der ersten Ausführungsform. Diese wie oben beschrieben konfigurierte Änderung kann ebenfalls ähnliche Wirkungen wie die erste Ausführungsform erzielen.
Außerdem ist in der ersten Ausführungsform, wie in 3 gezeigt ist, der Fall beschrieben, dass der mit den Wandlern 402, 403 versehene Frequenzwandler 10, der AC-Leistung in DC umwandelt und DC-Leistung in AC umwandelt, sowohl auf der Seite des externen Stromversorgungsnetzes 50 (d. h., auf der Seite des Synchronstromgenerators 7) als auch auf der Seite des Elektromotors 9 verwendet ist. Allerdings ist dies nicht einschränkend und kann anstelle des Frequenzwandlers 10 ein in 12 gezeigter Frequenzwandler 10A verwendet werden.
In 12 weist der Frequenzwandler 10A einen Gleichrichter 401, der AC-Leistung auf der Seite des externen Stromversorgungsnetzes 50 (d. h. auf der Seite des Synchronstromgenerators 7) in DC umwandelt, den Wandler 402, der die in DC umgewandelte Leistung in AC umwandelt und die Leistung auf die Seite des Elektromotors 9 überträgt, und den Kondensator 404, der den Betrag der Leistungsänderung zwischen dem Wandler 403 und dem Wandler 404 glättet, auf. In diesem Fall ist der Elektromotor 9 so konfiguriert, dass er nur eine Unterstützungsfunktion für den Kompressor 1 aufweist. Der Gleichrichter 401 ist einfacher als der Wandler 403, der sowohl die AC-DC-Wandlungs- als auch die DC-AC-Wandlungsfunktion aufweist, und ist somit dadurch, dass die Kosten beschränkt werden können, vorteilhaft. Falls der Elektromotor 9 hier so konfiguriert ist, dass er nur eine Bremsfunktion für den Kompressor 1 besitzt, kann der Wandler 402 auf der Seite des externen Stromversorgungsnetzes 50 angeordnet sein und kann der Gleichrichter auf der Seite des Elektromotors 9 angeordnet sein.
Zweite Ausführungsform
Anhand von 13 wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In 13 sind ähnliche Elemente wie jene in der ersten Ausführungsform mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und ist ihre Beschreibung weggelassen.
In der ersten Ausführungsform ist der Fall beschrieben, dass die erste Drehwelle 4H und der Elektromotor 9 und die zweite Drehwelle 4L und der Synchronstromgenerator 7 mechanisch ohne ein Zahnrad dazwischen verbunden sind. Dagegen ist diese Ausführungsform ein Fall, dass diese Teile über ein Zahnrad mechanisch verbunden sind.
Wie in 13 gezeigt ist, sind die mit der Niederdruckturbine 3L verbundene zweite Drehwelle 4L und der Synchronstromgenerator 7 über einen Untersetzungsantrieb 24 mechanisch verbunden. Außerdem sind die erste Drehwelle 4H, die mit dem Kompressor 1 und mit der Hochdruckturbine 3H verbunden ist, und der Elektromotor 9 ohne einen Untersetzungsantrieb 23 dazwischen mechanisch verbunden. Andere Teile der Konfiguration sind ähnlich wie in der ersten Ausführungsform.
Diese wie oben beschrieben konfigurierte Ausführungsform kann ebenfalls ähnliche Wirkungen wie die erste Ausführungsform erzielen.
Falls die Drehzahl des Kompressors 1 der Zweiwellengasturbine 6 und die Drehzahl des Elektromotors 9 nicht zusammenfallen, muss außerdem ein weiterer Elektromotor vorbereitet werden, um die Drehzahl auf der Seite des Elektromotors 9 einzustellen. Somit besteht ein Problem erhöhter Kosten. Da der Elektromotor 9 und der Kompressor 1 in dieser Ausführungsform so konfiguriert sind, dass sie über den Untersetzungsantrieb 23 verbunden sind, kann im Gegensatz dazu für den Elektromotor 9 ein Universalelektromotor verwendet werden und eine Erhöhung der Kosten verhindert werden. Da der Synchronstromgenerator 7 und die Niederdruckturbine 3L ähnlich dafür konfiguriert sind, über den Untersetzungsantrieb 24 verbunden zu werden, kann für den Synchronstromgenerator 24 ähnlich ein Universalsynchronstromgenerator verwendet werden und eine Erhöhung der Kosten verhindert werden.
Bezugszeichenliste

1: Kompressor
2: Brennkammer
3H, 3L: Gasturbine
4H: erste Drehwelle
4L: zweite Drehwelle
5: Durchflusseinstellventil, Einlassführungs-Leitschaufel (IGV)
6: Zweiwellengasturbine
7: Synchronstromgenerator
8: Stromgeneratorrotor
9, 9A: Elektromotor
10, 10A: Frequenzwandler
11: Frequenzwandler-Steuervorrichtung
12: Steuervorrichtung
13: Regler
14: AVR
15: Schutzschalter
16: Voltmeter
17: Außenluftzustands-Messvorrichtung (Thermometer, Barometer, Hygrometer)
18: Leistungsbefehlswert
19A, 19B: Transformator
20A, 20B: Stromsensor
21: Widerstandsschaltung
22: Anomaliesteuervorrichtung
23: Untersetzungsantrieb
24: Untersetzungsantrieb
26: Leistungsübertragungsweg
50: externes Stromversorgungsnetz
101: vorübergehende Anomal-Zeit-Spannungsänderung
102: vorübergehende Anomal-Zeit-Spannungsänderung
201: Gridcode
212: Elektromotorgehäuse
214: Elektromotorlagerbrücke
216: Lager
218: Welle
222: Spalt
223: Drehzahldetektor
224: Magnetpolpositionsdetektor
238: Statorwicklung
230: Stator
232: Statoreisenkern
250: Rotor
252: Rotoreisenkern
254: Permanentmagnet
255: Leiterstab
256: Stirnring
401: Gleichrichter
402, 403: Wandler (Stromrichter, Wandler)
404: Kondensator
501: Schaltvorrichtung
502: Widerstand

Claims

Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem, das umfasst: einen Kompressor (1), der Luft mit Druck beaufschlagt und Druckluft erzeugt; eine Brennkammer (2), die die Druckluft und einen Brennstoff mischt und verbrennt; eine Hochdruckgasturbine (3H), die durch ein in der Brennkammer erhaltenes Verbrennungsgas angetrieben wird; eine erste Drehwelle (4H), die den Kompressor und die Hochdruckgasturbine verbindet; einen Elektromotor (9), der mit der ersten Drehwelle verbunden ist; einen Regler (13), der eine Menge der in den Kompressor angesaugten Luft einstellt und der somit eine Leistungsabgabe der Hochdruckgasturbine steuert; eine Niederdruckgasturbine (4L), die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird, nachdem es die Hochdruckgasturbine angetrieben hat; eine zweite Drehwelle (4L), die mit der Niederdruckgasturbine verbunden ist; einen Synchronstromgenerator (7), der mit der zweiten Drehwelle verbunden ist; einen Frequenzwandler (10), der in einem Leistungsübertragungsweg (23) zum Übertragen von Leistung zwischen dem mit einem externen Stromversorgungsnetz (50) verbundenen Synchronstromgenerator und dem Elektromotor vorgesehen ist und der eine Frequenz der zu übertragenden Leistung umwandelt; und eine Steuervorrichtung (12), die eine Frequenzwandler-Steuervorrichtung (11) zum Steuern des Frequenzwandlers und den Regler auf der Grundlage eines Leistungsabgabe-Befehlswerts, der die an das externe Stromversorgungsnetz auszugebende Leistung angibt, steuert, und die somit eine Gesamtleistungsabgabe der Gasturbinen und des Elektromotors steuert.
Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 1, das eine Außenluftzustands-Messvorrichtung (17) umfasst, die einen Zustand der in den Kompressor (1) angesaugten Luft misst, wobei die Steuervorrichtung (12) die Frequenzwandler-Steuervorrichtung (11), die den Frequenzwandler steuert, und den Regler auf der Grundlage des Leistungsabgabe-Befehlswerts und eines Ergebnisses der Messung durch die Außenluftzustands-Messvorrichtung steuert und somit die Gesamtleistungsabgabe der Gasturbine und des Elektromotors steuert.
Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, das umfasst: einen Transformator (19A), der eine von dem Synchronstromgenerator (7) an das externe Stromversorgungsnetz (50) ausgegebene Spannung umwandelt; einen Schutzschalter (15), der in der Weise vorgesehen ist, dass er die über den Transformator an das externe Stromversorgungsnetz übertragene Leistung trennen kann; eine Spannungsmessvorrichtung (16), die eine Spannung auf der Seite des externen Stromversorgungsnetzes in dem Schutzschalter misst; und eine Anomaliesteuervorrichtung (22), die auf der Grundlage eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einem vorgegebenen Referenzwert für eine Spannungsanomalie in dem externen Stromversorgungsnetz und einem Ergebnis der Messung durch die Spannungsmessvorrichtung eine in dem externen Stromversorgungsnetz erzeugte Spannungsanomalie detektiert und die die Frequenzwandler-Steuervorrichtung (11) in der Weise steuert, dass eine wie von der Hochdruckturbine (3H) über die erste Drehwelle (4H) gesehene Last durch den Elektromotor (9) relativ abnimmt, falls eine Spannungsanomalie detektiert wird.
Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 1 oder 2, das umfasst: einen Transformator (19A), der eine von dem Synchronstromgenerator (7) an das externe Stromversorgungsnetz (50) ausgegebene Spannung umwandelt; einen Schutzschalter (15), der in der Weise vorgesehen ist, dass er die über den Transformator an das externe Stromversorgungsnetz übertragene Leistung trennen kann; eine Spannungsmessvorrichtung (16), die eine Spannung auf der Seite des externen Stromversorgungsnetzes in dem Schutzschalter misst; eine Widerstandsschaltung (21), die zwischen dem Synchronstromgenerator und dem Transformator parallelgeschaltet ist und die mit einer Schaltvorrichtung (501) zum Schalten zwischen Verbindung und Trennung zwischen dem Synchronstromgenerator und dem Transformator versehen ist; und eine Anomaliesteuervorrichtung (22), die auf der Grundlage eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einem vorgegebenen Referenzwert für eine Spannungsanomalie in dem externen Stromversorgungsnetz und einem Ergebnis der Messung durch die Spannungsmessvorrichtung eine in dem externen Stromversorgungsnetz erzeugte Spannungsanomalie detektiert und die die Schaltvorrichtung der Widerstandsschaltung von Trennung auf Verbindung schaltet, falls eine Spannungsanomalie detektiert wird.
Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem nach Anspruch 3, das eine Widerstandsschaltung (21) umfasst, die zwischen dem Synchronstromgenerator (7) und dem Transformator (19A) parallelgeschaltet ist und die mit einer Schaltvorrichtung (501) zum Schalten zwischen Verbindung und Trennung zwischen dem Synchronstromgenerator und dem Transformator versehen ist, wobei die Anomaliesteuervorrichtung (22) die Schaltvorrichtung der Widerstandsschaltung von Trennung auf Verbindung schaltet, falls eine in dem externen Stromversorgungsnetz erzeugte Spannungsanomalie detektiert wird.
Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Elektromotor (9) umfasst: einen Stator (230), der einen Statoreisenkern (232) und eine auf den Statoreisenkern gewickelte Statorwicklung (238) enthält; und einen Rotor (250), der einen Rotoreisenkern (252) mit mehreren darin gebildeten Magneteinführungslöchern und mit mehreren Permanentmagneten (254) zum Erzeugen von Magnetpolen, die innerhalb der Magneteinführungslöcher gehalten sind, enthält und der drehbar in Bezug auf den Stator vorgesehen ist.
Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Elektromotor (9) umfasst: einen Stator (230), der einen Statoreisenkern (232) und eine auf den Statoreisenkern gewickelte Statorwicklung (238) enthält; und einen Rotor (250), der mit einem Rotoreisenkern (252) mit mehreren darin gebildeten Leiterstab-Einführungslöchern und mit Leiterstäben (255), die in die Leiterstab-Einführungslöcher eingeführt sind und an beiden Enden einer Achse, jeweils über einen Stirnring, elektrisch verbunden sind, versehen ist.
Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Stromwandler (10) Wandler (402, 403), die sowohl mit der Seite des Synchronstromgenerators (7) als auch mit der Seite des Elektromotors (9) verbunden sind und eine Funktion zum Umwandeln von Leistung von AC in DC und eine Funktion zum Umwandeln von Leistung von DC in AC aufweisen, enthält.
Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Leistungswandler (10) einen Wandler (402), der mit der Seite des Synchronstromgenerators (7) oder mit der Seite des Elektromotors (9) verbunden ist und eine Funktion zum Umwandeln von Leistung von AC in DC und eine Funktion zum Umwandeln von Leistung in DC in AC aufweist, und einen Gleichrichter (401), der mit der anderen Seite verbunden ist und Leistung von AC in DC umwandelt, enthält.
Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Drehwelle (4H), die mit dem Kompressor (1) verbunden ist, und der Elektromotor (9) ohne ein Zahnrad dazwischen mechanisch verbunden sind.
Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zweite Drehwelle (4L), die mit der Niederdruckturbine (3L) verbunden ist, und der Synchronstromgenerator (7) ohne ein Zahnrad dazwischen mechanisch verbunden sind.
Zweiwellengasturbinen-Stromerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Leistung des Elektromotors (9) kleiner als eine Leistung des Synchronstromgenerators (7) ist.
Steuerverfahren für ein Gasturbinensystem, das enthält: einen Kompressor (1), der Luft mit Druck beaufschlagt und Druckluft erzeugt, eine Brennkammer (2), die die Druckluft und einen Brennstoff mischt und verbrennt, eine Hochdruckgasturbine (3H), die durch ein in der Brennkammer erhaltenes Verbrennungsgas angetrieben wird, eine erste Drehwelle (4H), die den Kompressor und die Hochdruckgasturbine verbindet, einen Elektromotor (9), der mit der ersten Drehwelle verbunden ist, einen Regler (13), der eine Menge der in den Kompressor angesaugten Luft einstellt und der somit eine Leistungsabgabe der Hochdruckgasturbine steuert, eine Niederdruckgasturbine (4L), die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird, nachdem es die Hochdruckgasturbine angetrieben hat, eine zweite Drehwelle (4L), die mit der Niederdruckgasturbine verbunden ist, einen Synchronstromgenerator (7), der mit der zweiten Drehwelle verbunden ist, und einen Frequenzwandler (10), der in einem Leistungsübertragungsweg (23) zum Übertragen von Leistung zwischen dem mit einem externen Stromversorgungsnetz (50) verbundenen Synchronstromgenerator und dem Elektromotor vorgesehen ist und der eine Frequenz der zu übertragenden Leistung umwandelt, wobei das Verfahren eine Prozedur zum Steuern einer Frequenzwandler-Steuervorrichtung (11) zum Steuern des Frequenzwandlers und des Reglers auf der Grundlage eines Leistungsabgabe-Befehlswerts, der die an das externe Stromversorgungsnetz auszugebende Leistung angibt, und somit zum Steuern einer Gesamtleistungsabgabe der Gasturbinen und des Elektromotors umfasst.
Steuerverfahren für das Gasturbinensystem nach Anspruch 13, wobei das Gasturbinensystem einen Transformator (19A), der eine von dem Synchronstromgenerator (7) an das externe Stromversorgungsnetz (50) ausgegebene Spannung umwandelt, und einen Schutzschalter (15), der in der Weise vorgesehen ist, dass er die über den Transformator an das externe Stromversorgungsnetz übertragene Leistung trennen kann, enthält, und wobei das Verfahren umfasst: eine Prozedur zum Messen einer Spannung auf der Seite des externen Stromversorgungsnetzes in dem Schutzschalter; eine Prozedur zum Detektieren einer in dem externen Stromversorgungsnetz erzeugten Spannungsanomalie auf der Grundlage eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einer vorgegebenen Referenzspannung für eine Spannungsanomalie in dem externen Stromversorgungsnetz und einem Ergebnis der Messung der Spannung; und eine Prozedur zum Steuern der Frequenzwandler-Steuervorrichtung (11) in der Weise, dass eine wie von der Hochdruckturbine (3H) über die erste Drehwelle (4H) gesehene Last durch den Elektromotor (9) relativ abnimmt, falls eine Spannungsanomalie detektiert wird.
Steuervorrichtung für ein Gasturbinensystem, wobei die Steuervorrichtung enthält: einen Kompressor (1), der Luft mit Druck beaufschlagt und Druckluft erzeugt, eine Brennkammer (2), die die Druckluft und einen Brennstoff mischt und verbrennt, eine Hochdruckgasturbine (3H), die durch ein in der Brennkammer erhaltenes Verbrennungsgas angetrieben wird, eine erste Drehwelle (4H), die den Kompressor und die Hochdruckgasturbine verbindet, einen Elektromotor (9), der mit der ersten Drehwelle verbunden ist, einen Regler (13), der eine Menge der in den Kompressor angesaugten Luft einstellt und der somit eine Leistungsabgabe der Hochdruckgasturbine steuert, eine Niederdruckgasturbine (4L), die durch das Verbrennungsgas angetrieben wird, nachdem es die Hochdruckgasturbine angetrieben hat, eine zweite Drehwelle (4L), die mit der Niederdruckgasturbine verbunden ist, einen Synchronstromgenerator (7), der mit der zweiten Drehwelle verbunden ist, und einen Frequenzwandler (10), der in einem Leistungsübertragungsweg (23) zum Übertragen von Leistung zwischen dem mit einem externen Stromversorgungsnetz (50) verbundenen Synchronstromgenerator und dem Elektromotor vorgesehen ist und der eine Frequenz der zu übertragenden Leistung umwandelt, wobei eine Frequenzwandler-Steuervorrichtung (11) zum Steuern des Frequenzwandlers und der Regler auf der Grundlage eines Leistungsabgabe-Befehlswerts, der die an das externe Stromversorgungsnetz auszugebende Leistung angibt, gesteuert werden und somit eine Gesamtleistungsabgabe der Gasturbinen und des Elektromotors steuern.
Steuervorrichtung für ein Gasturbinensystem nach Anspruch 15, wobei das Gasturbinensystem einen Transformator (19A), der eine von dem Synchronstromgenerator (7) an das externe Stromversorgungsnetz (50) ausgegebene Spannung umwandelt, einen Schutzschalter (15), der in der Weise vorgesehen ist, dass er die über den Transformator an das externe Stromversorgungsnetz übertragene Leistung trennen kann, und eine Spannungsmessvorrichtung (16), die eine Spannung auf der Seite des externen Stromversorgungsnetzes in dem Schutzschalter misst, enthält, und wobei eine in dem externen Stromversorgungsnetz erzeugte Spannungsanomalie auf der Grundlage eines Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einem vorgegebenen Referenzwert für eine Spannungsanomalie in dem externen Stromversorgungsnetz und einem Ergebnis der Messung durch die Spannungsmessvorrichtung detektiert wird und, falls eine Spannungsanomalie detektiert wird, die Frequenzwandler-Steuervorrichtung (11) in der Weise gesteuert wird, dass eine wie von der Hochdruckturbine (3H) über die erste Drehwelle (4H) gesehene Last durch den Elektromotor (9) relativ abnimmt.