JP2002510957A

JP2002510957A - 電源制御装置

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Publication number: JP2002510957A
Application number: JP2000542839A
Authority: JP
Inventors: マークギルブレス; ジョエルワックノヴ; シモンウォール
Original assignee: ケイプストーンタービンコーポレイション
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2002-04-09
Also published as: EP1075724A1; EP1075724B1; DE69832533T2; ATE311027T1; CA2326192A1; WO1999052193A1; DE69832533D1

Abstract

(57)【要約】電源制御装置（10）は、双方向電力コンバータ（14,16,22）が種々のエネルギーコンポーネント（12,18,20）相互間の両立性を取ることができるようにする共通のＤＣバス（24）と共に用いられる分散発電形電力ネットワークシステムを構成する。各電力コンバータは本質的に、電力コンバータの制御の下でＤＣバスへの特定のエネルギーコンポーネントのインタフェースとなるよう構成された特注の（カスタマイズされている）双方向切換えコンバータとして動作する。電源制御装置は、任意の時点における各エネルギーコンポーネントの電力吸収又は放出の仕方及びＤＣバスの調整の仕方を制御する。このようにすると、種々のエネルギーコンポーネントを用いて電力の供給、貯蔵及び（又は）使用を効率的に行うことができる。種々のエネルギーコンポーネントとしては、エネルギー源、負荷、貯蔵装置及びこれらの組合せが挙げられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔発明の分野〕本発明は、一般に発電及び処理システムに関し、特に分散発電形電力システム
に関する。

【０００２】〔従来技術の説明〕従来の発電及び配電システム（系統）は、使用される特定のハードウエアを最
大限に活用するよう構成されている。例えば、タービン用電動機の場合、従来型
配電システムの出力又はバス電圧は、タービンの速度で変動する。かかるシステ
ムでは、タービン速度を調整して出力又はバス電圧を制御する必要がある。それ
故に、エンジンを低すぎる速度で運転することはできない。そうでなければ、バ
ス電圧は、必要とされる電圧の何割かを生じさせるほど高くはならない。その結
果、タービンを高速且つ低温状態で運転しなければならず、かくしてその効率が
低くなる。

【０００３】したがって、バス電圧がタービン速度とは無関係に双方向制御装置によって調
整又は安定化される発電及び配電システムが要望されている。

【０００４】〔発明の概要〕本発明は、第１の特徴として、双方向の電力コンバータが種々のエネルギーコ
ンポーネント相互間の両立性をとることができるようにする共通のＤＣバスと共
に用いられる分散発電形電力ネットワークシステムを構成する電源制御装置又は
パワーコントローラを提供する。各電源制御装置は本質的に、電源制御装置の制
御の下でＤＣバスへの特定のエネルギーコンポーネントのインタフェースとなる
よう構成された特注の（カスタマイズされている）双方向切換えコンバータとし
て動作する。電源制御装置は、各エネルギーコンポーネントの電力の吸収又は放
出の仕方及び任意の時点におけるＤＣバスの調整の仕方を制御する。このように
すると、種々のエネルギーコンポーネントを用いて電力の供給、貯蔵及び（又は
）使用を効率的に行うことができる。種々のエネルギーコンポーネントとしては
、エネルギー源、負荷、貯蔵装置及びこれらの組合せが挙げられる。

【０００５】別の特徴として、本発明は、タービンエンジンと、負荷と、電源制御装置と、
過渡電力をＤＣバスに送るエネルギーリザーバと、電源制御装置と通信状態にあ
り、エネルギーリザーバに対する制御を行うエネルギーリザーバ制御装置とを有
するタービンシステムを提供する。電源制御装置は、タービンエンジンと連携し
ているエンジン電力変換手段と、負荷と連携しているユーティリティ電力変換手
段と、ＤＣバスとを有する。

【０００６】本発明の上記目的及び利点並びに他の目的及び利点は、以下の詳細な説明及び
添付の図面から明らかになろう。図面及び説明において、多くの符号は本発明の
種々の特徴を示し、図面と説明の両方を通じて同一の符号は同一の部分を示して
いる。〔好ましい実施形態の詳細な説明〕図１を参照すると、電源制御装置１０は、双方向の（即ち、再構成可能な）電
力コンバータが種々のエネルギーコンポーネント相互間の両立性をとることがで
きるようにする共通のＤＣバスと共に用いられる分散発電形電力ネットワークシ
ステムを構成している。各電源制御装置は本質的に、電源制御装置１０の制御の
下でＤＣバス２４への特定のエネルギーコンポーネントのインタフェースとなる
よう構成された特注の（カスタマイズされている）双方向切換えコンバータとし
て動作する。電源制御装置１０は、各エネルギーコンポーネントの電力の吸収又
は放出の仕方及び任意の時点におけるＤＣバス２４の調整の仕方を制御する。こ
のようにすると、種々のエネルギーコンポーネントを用いて電力の供給、貯蔵及
び（又は）使用を効率的に行うことができる。

【０００７】当業者であれば、図示の特定の形態は例示に過ぎないことは理解されよう。特
に、本発明は、図１に示すように３つの双方向コンバータを用いる形態に限定さ
れない。むしろ、電力コンバータの数は、種々の要因で決まり、かかる要因とし
ては、エネルギーコンポーネントの数及び所望の特定の配電構成が挙げられるが
、これらには限定されない。例えば、図５及び図６に示すように、電源制御装置
１０は、２つという少ない数の電力コンバータを備えた分散発電形電力システム
を構成できる。

【０００８】エネルギーコンポーネントは、図１に示すように、エネルギー源１２、ユーテ
ィリティ／負荷１８及び貯蔵装置２０を含む。本発明は、エネルギー源１２、エ
ネルギー貯蔵装置２０及びユーティリティ／負荷１８相互間の配電には限定され
ず、エネルギーコンポーネントの任意の組み合わせについて効率的に配電を行う
ことができるようになっている。

【０００９】エネルギー源１２は、ガスタービン、太陽光発電システム、風力タービン又は
任意他の従来型又は新開発の源であるのがよい。エネルギー貯蔵装置２０は、フ
ライホイール、バッテリ、ウルトラキャップ（ultracap）又は任意他の従来型又
は新型エネルギー貯蔵装置であるのがよい。負荷１８は、商用配電網又は送電系
統、ｄｃ負荷、駆動モータ又は任意他の従来型又は新開発のユーティリティ／負
荷１８であるのがよい。

【００１０】次に、図２を参照すると、図１に示す電源制御装置１０の電力コンバータ１４
の詳細ブロック図が示されている。エネルギー源１２は、電力コンバータ１４を
介してＤＣバス２４に接続されている。エネルギー源１２は例えば、ＡＣ発電機
を駆動して電力コンバータ１４に印加されるＡＣを生じさせるガスタービンであ
るのがよい。ＤＣバス２４は、電力コンバータ１４をユーティリティ／負荷１８
及び追加のエネルギーコンポーネント３６に接続している。電力コンバータ１４
は、入力フィルタ２６、電力切換えシステム２８、出力フィルタ３４、信号プロ
セッサ３０及び主ＣＰＵ３２を有している。動作中、エネルギー源１２はＡＣを
電力コンバータ１４の入力フィルタ又はろ波器２６に印加する。次に、フィルタ
がかけられたＡＣは、電力切換えシステム２８に印加され、この電力切換えシス
テムは有利には、主ＣＰＵ３２によって制御される信号プロセッサ（ＳＰ）の制
御の下で動作する一連の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）スイッ
チであるのがよい。当業者であれば他の従来型又は新開発のスイッチを利用でき
ることは理解されよう。電力切換えシステム２８の出力は、出力フィルタ３４に
印加され、この出力フィルタは次に、フィルタがかけられたＤＣをＤＣバス２４
に印加する。

【００１１】本発明によれば、各電力コンバータ１４，１６，２２は本質的には、主ＣＰＵ
３２の制御の下で特注の双方向切換えコンバータとして動作し、この主ＣＰＵは
、ＳＰ３０を用いてその動作を実行する。主ＣＰＵ３２は、局所制御と分散型処
理システムを形成するのに十分なインテリジェンスを発揮する。各電力コンバー
タ１４，１６，２２は、ＤＣバス２４への特定エネルギーコンポーネントのため
のインタフェースとなるよう構成されている。主ＣＰＵ３２は、各エネルギーコ
ンポーネント１２，１８，２０の電力吸収又は放出方法を制御し、ＤＣバス２４
はいつでも調整される。特に、主ＣＰＵ３２は、電力コンバータ１４，１６，２
０に後、互いに異なる動作モードが得られるよう互いに異なる形状に再構成する
。このようにすると、種々のエネルギーコンポーネント１２，１８，２０を用い
て電力の供給、貯蔵及び（又は）使用を効率的に行うことができる。例えば、タ
ービン発電機の場合、従来型システムは、出力又はバス電圧を制御するためにタ
ービン速度を調整する。電源制御装置では、双方向制御装置は、タービン速度と
は無関係にバス電圧を調整する。動作モード図１は、例えば８００ｖＤＣで調整されたＤＣバス２４が星状ネットワークの
中心に位置しているシステム構成を示している。一般に、エネルギー源１２は、
通常の発電モード中、電力を電力コンバータ１４を介してＤＣバス２４に与える
。同様に、発電モード中、電力コンバータ１６は、ＤＣバス２４上の電力を、ユ
ーティリティ／負荷１８によって必要とされる形態に変換し、これは、ユーティ
リティウェブを含む任意のタイプの負荷であるのがよい。他の動作モード中、例
えばユーティリティ起動時、電力コンバータ１４，１６は、主プロセッサによっ
て制御されて互いに異なる態様で動作する。

【００１２】例えば、タービンを起動するためにエネルギーが必要である。このエネルギー
は、負荷／商用配電網１８（ユーティリティ起動）又はエネルギー貯蔵装置２０
（バッテリ起動）、例えばバッテリ、フライホイール又はウルトラキャップから
得ることができる。ユーティリティの起動の際、電力コンバータ１６は、起動の
ためにエネルギー源１２が必要とする電力の状態に電力コンバータ１４によって
変換する電力を負荷１８からＤＣバス２４に印加することが必要とされる。ユー
ティリティの起動中、エネルギー源又はタービン１２は、タービンの毎分回転数
（ＲＰＭ）を維持するために局所フィードバックループで制御される。エネルギ
ー貯蔵装置又はバッテリ２０は、負荷／商用配電網１８がＤＣバス２４上のＶ_DC を安定させている間にＤＣバス２４から切り離される。

【００１３】同様に、バッテリの起動モードでは、エネルギー源１２をスタートさせるＤＣ
バス２４に印加された電力は、エネルギー貯蔵装置２０によって得ることができ
、このエネルギー貯蔵装置は、フライホイール、バッテリ又はこれと類似した装
置であるのがよい。エネルギー貯蔵装置２０は、電力コンバータ２２中にそれ自
体の電力変換回路を有し、この電力変換回路は、サージ電流をＤＣバス２４のキ
ャパシタ内に制限して十分な電力がＤＣバス２４に流れるようにし、それにより
エネルギー源１２を起動させることができるようにする。特に、電力コンバータ
１６は、ＤＣバス２４を切り離し、電力コンバータ１４が所要の起動電力をＤＣ
バス２４からエネルギー源１２に提供できるようにする。エレクトロニクスアーキテクチャ図３を参照すると、本発明の電源制御装置エレクトロニクスアーキテクチャを
用いるタービンシステム５０の単純化ブロック図が示されている。タービンシス
テム５０は、燃料計量システム４２、タービンエンジン５８、電源制御装置５２
、エネルギーリザーバ変換手段６２、エネルギー／リザーバ６４及び負荷／商用
配電網６０を有している。燃料計量システム４２は、使える燃料及び圧力にマッ
チさせてある。電源制御装置５２は、タービンエンジン５８からの電気を定ＤＣ
に変換し、次にこれをユーティリティ等級のＡＣ電気に変換する。エンジン制御
をユーティリティ等級の電力を生じさせるコンバータから切り離すことにより、
両方のプロセスのより良好な制御が得られる。相互連結手段は全て、通信用バス
及び電力接続手段で構成されている。

【００１４】電源制御装置５２は、タービン５８と負荷／商用配電網６０との間で生じる２
つの電力変換を可能にするエンジン電力コンバータ５４とユーティリティ電力コ
ンバータ５６とから成る。当業者であれば、電源制御装置５２は、２つという少
ない数の電力コンバータ５４，５６を備えた分散発電形電力システムを構成でき
ることは理解されよう。双方向の（即ち、再構成可能な）電力コンバータ５４，
５６は、タービン５８と負荷／商用配電網６０の両立性をとることができるよう
にする共通の定ＤＣバス６６と一緒に用いられている。各電源制御装置５４，５
６は本質的に、電力コンバータ１０の制御の下でＤＣバス６６への特定のエネル
ギーコンポーネント５８又は６０のインタフェースを提供するよう構成された特
注の（カスタマイズされている）双方向切換えコンバータとして動作する。電源
制御装置１０は、任意の利点における各エネルギーコンポーネントの電力の吸収
又は放出方法及びＤＣバス６６の調整方法を制御する。これら電力コンバータ５
４，５６は両方とも、順方向又は逆方向に動作することができる。これにより、
タービン５８をエネルギーリザーバ６４と負荷／商用配電網６０の何れからでも
起動させることができる。定ＤＣバス６６により、エネルギーリザーバ、例えば
バッテリ、フライホイール及びウルトラキャップへの標準化されたインタフェー
スが得られる。本発明のアーキテクチャにより、エネルギーを電気に又は電気か
ら変換できる事実上任意の技術を利用できる。エネルギーはエネルギーリザーバ
６４に又はこれからいずれかの方向で流れることができるので、エネルギーを供
給し又はエネルギーを吸収することにより過渡事象に対処することができる。全
てのシステムがエネルギーリザーバ６４を必要とするわけではない。エネルギー
リザーバ６４及びそのエネルギーリザーバコンバータ６２は、電源制御装置５２
に内蔵されていない。

【００１５】図４を参照すると、電源制御装置７０の代表的な構成例の電力アーキテクチャ
６８が示されている。電源制御装置７０が、タービン７６と負荷／商用配電網を
７８との間で生じる２つの電力変換を可能にする発電機用コンバータ７２と出力
コンバータ７４を有している。特に、発電機用コンバータ７２は、ＡＣからＤＣ
への電力変換を行い、出力コンバータ７４は、ＤＣからＡＣへの電力変換を行う
。これら電力コンバータ７２，７４はともに、順方向又は逆方向に動作すること
ができる。これにより、タービン７６をエネルギー貯蔵装置８６と負荷／商用配
電網７８の何れからでも起動させることができる。エネルギーはエネルギーリザ
ーバ８６に又はこれからいずれの方向でも流れることができるので、エネルギー
を供給し又はエネルギーを吸収することにより過渡事象に対処することができる
。エネルギー貯蔵装置８６及びそのＤＣコンバータ８４は、電源制御装置７０に
内蔵されていない。ＤＣコンバータ８４は、ＤＣからＤＣへの電力変換を行うこ
とができる。

【００１６】図５を参照すると、例えば図４に示された代表的な内部電力アーキテクチャの
全体構成９０が示されている。タービンは、発電機（起動用）又は発電機（通常
動作モード）のいずれにも使用できる一体形ＰＧＭを有している。制御は全てデ
ィジタルドメインで行うことができ、切換えは全て（１つの出力接触器を除く）
ソリッドステートスイッチで行われるので、電力の流れ方向を必要に応じてシフ
トすることが容易である。これにより、起動及び停止中、タービンの非常に厳密
な制御が可能になる。代表的な構成例では、電力出力は、４８０ＶＡＣ３相出力
である。当業者であれば、本発明は、他の電力出力要件、例えば３相４００ＶＡ
Ｃ及び単相４８０ＶＡＣに適用できることは理解されよう。

【００１７】電源制御装置９２は、発電用コンバータ９４及び出力コンバータ９６を有して
いる。発電用コンバータ９４は、制御ロジック９８によって駆動され、ＰＭＧ１
００の可変電圧可変周波数３相駆動を可能にするＩＧＢＴスイッチ９４、例えば
セブンパックＩＧＢＴモジュール９４を有している。高周波スイッチング成分と
関連していて、ＰＭＧ１００に影響を及ぼす場合のある電流のサージを最小限に
抑え、それにより動作効率を上げるようにするためにインダクタ１０２が利用さ
れている。

【００１８】ＩＧＢＴモジュール９４は、タービンのエンジンを制御するエレクトロニクス
の一部である。ＩＧＢＴモジュール９４は、ゲートドライバ及び故障検出回路並
びに電力を抵抗器中にダンプするのに用いられる第７のＩＧＢＴを有している。
ゲート駆動入力及び故障出力は、外部孤立方式を必要とする。４つの外部の孤立
電源は、内部ゲートドライバに電力を供給するのに必要である。ＩＧＢＴモジュ
ール９４は代表的には、出力端子に４８０ＶＡＣを生じさせるタービンシステム
で用いられ、最高３０ｋＷを自立形またはユーティリティ接続負荷に送る。起動
及び冷却運転中（及び場合によっては通常の動作中）、セブンパックＩＧＢＴモ
ジュール９４を通る電力の流れ方向は逆になる。タービンの起動中、電力はバッ
テリ（図示せず）と商用配電網１０８の何れかからＤＣバス１１２に供給される
。ＤＣは、可変周波数ＡＣ電圧に変換されてタービンを作動させる。

【００１９】商用配電網接続動作の場合、制御ロジック１１０は、負荷用コンバータ９６と
連携した代表的にはシックスパックＩＧＢＴモジュール９６の状態に構成された
ソリッドステートＩＧＢＴスイッチを順次駆動し、ユーティリティ電圧を昇圧さ
せて発電機用コンバータ９４に起動電力を与える。負荷用コンバータ９６中のＩ
ＧＢＴスイッチは好ましくは、高周波（１５ｋHz）で動作され、パルス幅変調方
式で変調されて４象限コンバータ動作が得られるようにする。インダクタ１０４
及びＡＣフィルタキャパシタ１０６は、高周波スイッチング成分と関連していて
、負荷１０８に悪影響を及ぼす場合のある電流のサージを最小限に抑えるのに利
用される。

【００２０】シックスパックＩＧＢＴモジュール９６は、タービンのコンバータを制御する
エレクトロニクスの一部である。ＩＧＢＴモジュール９６は、ゲートドライバ及
び故障検出回路を有している。ゲート駆動入力及び故障出力は、外部孤立方式を
必要とする。４つの外部の孤立電源は、内部ゲートドライバに電力を供給するの
に必要である。ＩＧＢＴモジュール９６は代表的には、出力端子に４８０ＶＡＣ
を生じさせるタービンシステムで用いられ、最高３０ｋＷを自立形またはユーテ
ィリティ接続負荷に送る。タービンの作動後、シックスパックＩＧＢＴモジュー
ル９６は、定ＤＣバス電圧を約５０又は６０ヘルツのユーティリティ等級の電力
に変化するのに用いられる。バッテリ（又は他のエネルギーリザーバ）が無けれ
ば、起動及び冷却運転時にタービンを作動させるエネルギーは、商用配電網１０
８から調達する必要がある。この条件の下では、シックスパックＩＧＢＴモジュ
ール９６を通る電力の流れ方向は逆になる。ＤＣバス１１２は、シックスパック
ＩＧＢＴモジュール９６をブーストコンバータ（電力ダイオードが整流器として
働く）として用いて商用配電網１０８からそのエネルギーを受け取る。ＤＣは、
可変周波数ＡＣ電圧に変換されてタービンを作動させる。タービンを当初、可能
な限り急加速するために、電流はセブンパックＩＧＢＴモジュール９４及び更に
シックスパックＩＧＢＴモジュール９６を最高速度で流れる。

【００２１】制御ロジック１１６で駆動されるデュアルＩＧＢＴモジュール１１４は、３相
４線式負荷に給電するよう任意的に中性線となるよう用いられる。起動タービンを起動させるためにエネルギーが必要である。図３及び図４を参照す
ると、このエネルギーは、商用配電網６０又はエネルギーリザーバ６４、例えば
バッテリ、フライホイール又はウルトラキャップから得ることができる。商用配
電網６０がエネルギーを供給する場合、商用配電網６０は、２つの回路を介して
電源制御装置５２に接続される。第１は、全電力（３０ｋＷ）を取り扱う出力接
触器である。第２は、限定された電力（これは、非常に大きなサージ電流を防止
するよう限定された電流である）を商用配電網６６から単一の整流器を介してＤ
Ｃバス６２に供給する「ソフトスタート（soft-start）」又は「プリチャージ（
pre-charge）」回路である。ソフトスタート回路を介して供給される電力の量は
、ハウスキーピング電源を起動させ、制御盤に電力供給し、そしてＩＧＢＴのた
めの電源を動作させ、そして出力接触器を閉路するのに十分である。接触器が閉
路すると、ＩＧＢＴは、ＡＣ波形からＤＣを生じさせるよう構成されている。燃
料計量回路４２を動作させ、エンジンを起動し、そして種々のソレノイド（エン
ジンに取り付けられたダンプ弁を含む）を閉じるのに十分な電力が得られる。

【００２２】エネルギーリザーバ６４がエネルギーを供給する場合、エネルギーリザーバ６
４は、サージ回路をＤＣバスキャパシタ内に制限するそれ自体の電力変換回路６
２を有している。エネルギーリザーバ６４により、燃料計量回路４２を動作させ
、エンジンを起動し、そして種々のソレノイド（エンジンに取り付けられたダン
プ弁を含む）を閉じるのに十分な電力がＤＣバス６２に流れることができる。エ
ンジンが自己持続状態になった後、エンジンリザーバは、電力をＤＣバス６２か
ら導くことによりエンジンを起動させるのに用いられたエネルギーに取って代わ
り始める。上述のシーケンスに加えて、電源制御装置は、初期のパワーアップ相
の間、他の制御装置があるかどうかを検出する。もう一つの制御装置が検出され
た場合、この制御装置は、マルチパックの一部に違いなく、マルチパックの一部
として動作できるようそれ自体の自動構成を開始する。システムレベル動作図６を参照すると、本発明の電源制御装置１３６を用いた商用配電網１３２と
タービン発電機１４８との間のインタフェースの機能ブロック図１３０が示され
ている。この例では、電源制御装置１３６は、２つの双方向コンバータ１３８，
１４０を有している。永久磁石発電機用コンバータ１４０が、ユーティリティ又
はバッテリ電力でタービン１４８（発電機として永久磁石発電機を用いている）
を起動させる。次に、負荷用コンバータ１３８が、発電機用コンバータ１４０か
らの出力を用いてＡＣ電力を生じさせ、電力を高速タービン発電機１４８から導
く。電源制御装置１３６はまた、タービン１４８への燃料を調整し、ユニット相
互間の通信を可能にする（並列接続システム状態で）及び外部事業体への通信を
可能にする。

【００２３】ユーティリティ起動シーケンス中、ユーティリティ１３２は、負荷用コンバー
タ１３８を介してラインを「積極的に」整流し、次にＤＣを発電機用コンバータ
１３６で可変電圧可変周波数３相電力に変換することにより起動電力をタービン
１４８に供給する。図７に示すように、スタンドアロン用途１５０の場合、起動
シーケンスは、起動電力が外部バッテリ制御装置の制御のもとでバッテリ１７０
から得られることを除き、図６に示すユーティリティ起動シーケンスと同一であ
る。次に、負荷１５２に負荷用コンバータ１５８の出力端子から給電する。

【００２４】図８を参照すると、電源制御装置を用いる商用配電網１３２とタービン発電機
１４８との間のインタフェースの全体構成１８０が示されている。この場合も、
制御ロジック１８４が、電力を燃料カットオフソレノイド１９８、燃料制御弁２
００及び点火装置２０２への電力を供給する。もし必要であれば、外部バッテリ
制御装置（図示せず）が、直接ＤＣバス１９０に接続される。本発明の変形実施
形態によれば、別個の可変駆動装置から動作される圧縮機（図示せず）を含む燃
料系統（図示せず）もまた、その電力をＤＣバス１９０から直接引き出すことが
できる。

【００２５】動作原理を説明すると、制御及び起動電力は、外部バッテリ制御装置（バッテ
リ起動用途の場合）とユーティリティの何れかから得られ、このユーティリティ
は、内部バスキャパシタ１９０にゆっくりと充電するよう突入限流技術（inrush
limiting techniques）を用いて整流器に接続されている。商用配電網接続動作
の場合、制御ロジック１８４は、負荷用コンバータ１９２と連携したソリッドス
テートＩＧＢＴスイッチ２１４を順次駆動し、ユーティリティ電圧を昇圧させて
発電機用コンバータ１８６に起動電力を与える。スイッチ２１４は好ましくは、
高周波（１５ｋHz）で動作され、パルス幅変調方式で変調されて４象限コンバー
タ動作が得られるようにする。本発明によれば、負荷用コンバータ１９２は、電
力をＤＣバス１９０から商用配電網２２２に、或いは商用配電網２２２からＤＣ
バス１９０に出す。電流調整器（図示せず）が、この制御を行うことができる。
任意的に、スイッチ２１４のうち２つが、スタンドアロン用途について人工的な
中性線を生じさせるのに役立つ（スタンドアロン用途の場合、外部ＤＣコンバー
タ２２０と連携した外部ＤＣ電源（図示せず）からの起動電力が直接ＤＣバス１
９０に印加される）。

【００２６】発電用コンバータ１８６と関連したソリッドステート（ＩＧＢＴ）スイッチ２
１４も又、制御ロジック１８４から駆動され、タービン２０８を起動させるよう
発電機２１８に可変電圧可変周波数３相駆動を与える。制御ロジック１８４は、
タービン２０６が起動シーケンスを完了するよう増速すると、電流センサＩ_sens を介してフィードバックを受け取る。タービン２０６が例えば約４０，０００Ｒ
ＰＭの自己持続速度に達すると、発電機用コンバータ１８６は、その動作モード
を変えて発電機の出力電圧を昇圧し、定ＤＣバス電圧を生じさせる。

【００２７】発電機用コンバータ１８６と連携したＰＭＧフィルタ１８８は、動作効率を上
げるために永久磁石発電機２０８から高周波スイッチング成分を除去する３つの
インダクタを有している。負荷用コンバータ１９２と連携した出力ＡＣフィルタ
１９４が、高周波スイッチング成分を除去するために３つの又は任意的に４つの
インダクタ（図示せず）及びＡＣフィルタキャパシタ（図示せず）を有している
。出力接触器２１０は、ユニットが故障した場合に負荷用コンバータ１９２を切
り離す。

【００２８】起動シーケンス中、制御ロジック１８４は燃料カットオフソレノイド１９８を
開路し、これをシステムがオフ状態に命令されるまで開路状態に保つ。燃料制御
装置２００は、動的調整範囲を提供し、起動中は最少量の燃料を、全負荷状態で
は最大量の燃料をもたらす可変流量弁であるのがよい。種々の燃料制御装置を利
用することができ、かかる燃料制御装置としては、液体及び気体燃料制御装置が
挙げられるが、これらには限定されない。当業者であれば、燃料制御を種々の構
成例で行うことができることが理解されよう。かかる構成例としては、ほぼ１／
４psigというような低い燃料圧力を許容する一段又は二段ガス圧縮機が挙げられ
るが、これには限定されない。点火装置２０２、即ち、内燃機関のための点火プ
ラグに類似したスパークタイプの装置が、起動シーケンス装置が、起動シーケン
ス中にのみ動作される。

【００２９】スタンドアロン作動の場合、タービン２０６は、外部ＤＣコンバータ２２０を
用いて起動され、このコンバータは、バッテリ（図示せず）からの電圧を昇圧し
、直接ＤＣバス１９０に接続されている。次に、負荷用コンバータ１９２を定電
圧定周波数（例えば、約５０又は６０Ｈｚ）源として構成する。当業者であれば
、出力は、定電圧定周波数源に限定されず、可変電圧可変周波数源であってもよ
いことは理解されよう。電力需要が急増した場合、外部ＤＣコンバータ２２０は
エネルギーを一時的にＤＣバス１９０及び出力に供給する。新しい動作点が達成
された後エネルギーを回復させる。

【００３０】商用配電網接続動作の場合、商用配電網電力は、上述のように起動のために用
いられる。タービン２０６が所望の動作速度に達すると、コンバータ１９２を商
用配電網周波数で動作させ、商用配電網２２２を同期させ、これは本質的に電流
源コンバータとして働き、励振のために商用配電網電圧を必要とする。商用配電
網２２２が異常になると、商用配電網２２２の配電停止が検出され、ユニット出
力が０になって切れる。ユニットは、外部制御信号を受け取って所望の出力電力
を制御し、例えば施設で引かれている電力をオフセットすることができるが、負
荷がシステムから逆給電されないようにすることができる。電源制御装置ソフトウエア図９を参照すると、電源制御装置２３０は、主ＣＰＵ２３２、発電機ＳＰ２３
４及びコンバータＳＰ２３６を有している。主ＣＰＵソフトウエアプログラムは
、電源制御装置２３０の内部で生じる事象を順番付け、外部に接続された装置へ
の通信状態を調整する。主ＰＣＵ２３２は好ましくは、アリゾナ州フェニックス
所在のモトローラ・セミコンダクター・インコーポレーテッドから入手できるＭ
Ｃ６８３３２マイクロプロセッサである。他の適当な市販マイクロプロセッサも
使用可能である。ソフトウエアは、エンジン作動状態を制御し、電力出力を決定
し、そしてシステム故障を検出するアルゴリズムを実行する。

【００３１】命令された動作モードは、電力を制御装置内の主要なコンバータ中へどのよう
に切り替えるかを決定するために用いられる。このソフトウエアは、タービンエ
ンジン制御を受け持ち、他のＳＰプロセッサにコマンドを出してこれらが発電機
用コンバータの出力コンバータ電力切り替えを行うことができるようにする。制
御装置はまた、ブラック起動（black start ）及び過渡的機能を発揮する外部に
接続されたエネルギー貯蔵装置（図示せず）とインタフェースする。

【００３２】発電機ＳＰ２３４とコンバータＳＰ２３６は、直列周辺インタフェース（ＳＰ
Ｉ）バス２３８を介して電源制御装置２３０に接続されており、それにより発電
機及びコンバータ制御機能を発揮する。発電機ＳＰ２３４は、ＤＣバス２５８と
発電機への出力との間に生じる任意の切り替えをすることができる。コンバータ
ＳＰ２３６は、ＤＣバス２５８と負荷への出力との間に生じる切換えを受け持つ
。図５に示すように、発電機ＳＰ２３４及びコンバータＳＰ２３６は、ＩＧＢＴ
モジュールを動作させる。

【００３３】ローカルデバイス、例えばスマートディスプレイ２４２、スマートバッテリ２
４４及びスマート燃料制御装置２４６は、制御装置内バス２４０を介して電源制
御装置２３０内の主ＣＰＵ２３２に接続されており、この制御装置相互間バスは
、ＲＳ４８５通信リンクであるのがよい。スマートディスプレイ２４２、スマー
トバッテリ２４４及びスマート燃料制御装置２４６は、専用の制御装置機能を発
揮し、かかる機能としては、表示、エネルギー貯蔵管理及び燃料制御機能が挙げ
られるが、これらには限定されない。

【００３４】電源制御装置２３０内の主ＣＰＵ２３２は、データ収集及び（又は）遠隔操作
が可能なコンピュータ、ワークステーション、モデム又は他のデータ端末装置に
接続可能にユーザポート２４８に結合されている。ユーザポート２４８は、ＲＳ
２３２インタフェース又は他の互換性のあるインタフェースを用いて具体化でき
る。

【００３５】電源制御装置２３０内の主ＣＰＵ２３２は又、遠隔における開発、障害追跡及
びフィールドアップグレードを可能にするコンピュータ、ワークステーション、
モデム又は他のデータ端末装置に接続可能にユーザポート２５０に結合されてい
る。メンテナンス又は保守ポート２５０をＲＳ２３２インタフェース又は他の互
換性のあるインタフェースを用いて具体化できる。

【００３６】主ＣＰＵプロセッサソフトウエアは、制御装置相互間バス２５２、代表的には
、イーサネット（Ethernet）１０ベース（Base）２インタフェースでＴＣＰ／Ｉ
Ｐスタックを介してデータ通信してデータを収集し、コマンドを電源制御装置相
互間に出す（図示のように、且つ図１５を関連して詳細に説明するように）。本
発明によれば、主ＣＰＵプロセッサソフトウエアは、単一のより大きな発電機シ
ステムとしての多数の並列接続ユニットのシームレス動作を可能にする。１ユニ
ット、即ちマスタは、バスを調整し、コマンドを全てのユニットに送る。

【００３７】制御装置相互間バス２５４（これは、ＲＳ４８５通信リンクであるのがよい）
は、コンバータＳＰ（例えば、コンバータＳＰ２３６を含む）相互間における電
力出力信号の高速同期を直接可能にする。主ＣＰＵソフトウエアは、制御装置相
互間バス２５４による通信を受け持たないが、コンバータＳＰ（コンバータＳＰ
２３６を含む）に主ＣＰＵ２３２がマスタとしていつ選択されたかを知らせる。

【００３８】外部の任意的に用いられるポートバス２５６（これは、ＲＳ４８５通信リンク
であるのがよい）により、外部装置（外部装置としては、電力計及び自動切離し
スイッチが挙げられるが、これらには限定されない）を発電機ＳＰ２３４に接続
することができる。

【００３９】動作原理を説明すると、主ＣＰＵ２３２は、電力が制御盤に印加されると、ポ
スト（ＰＯＳＴ：Power On Self Test）の実行を開始する。外部装置が検出され
て、システムが取り扱うよう構成された動作モードを決定する情報を出す。電源
制御装置２３０は、外部装置に問い合わせをすることにより起動コマンドを待つ
。電源制御装置２３０はいったんこれを受け取ると、シーケンスを進めて発電を
開始する。最低条件として、主ＣＰＵ２３２は、コマンドを外部スマート装置２
４２，２４４，２４６に出して電源制御装置２３０をオンライン状態にするのを
助ける。ソフトウエアは、もしマスタとして選択されるとコマンドを出して並列
接続されている他の電源制御装置（図１５）の順番付けを開始する。停止コマン
ドが、システムの動作を停止させてこれをオフライン状態にする。

【００４０】システムＩ／Ｏ主ＣＰＵ２３２ソフトウエアは、制御盤上の幾つかの電子回路（図示せず）と
インタフェースして全ての電源制御装置２３０に対して汎用性のある装置を作動
させる。システムＩ／Ｏへのインタフェースは、電源制御装置２３０内に設けれ
ているレジスタの初期化で始まり、内部モードを構成して外部ピン制御を選択す
る。いったん初期化されると、ソフトウエアは、ディスクリート入力／出力、ア
ナログ入力／出力及び通信ポートを含む種々の回路に接近できる。これら外部装
置はまた、装置が動作状態になる前に初期化を必要とするレジスタをこれらの中
に更に有するのがよい。

【００４１】以下のサブセクションの各々では、ソフトウエアとのインタフェースを必要と
する周辺装置を決める大筋が与えられている。これらサブセクションの内容は、
必要とされる正確な意味でのハードウエアレジスタの初期化を特定するわけでは
ない。

【００４２】通信図９を参照すると、主ＣＰＵ２３２は、電源制御装置２３０内における全ての
通信システムを受け持っている。複数の電源制御装置２３０相互間のデータ伝送
は、制御装置相互間バス２５２を介して行われる。主ＣＰＵ２３２は、電源制御
装置２３０に取り付けられた通信用ハードウエアを制御装置相互間バス２５２に
合わせて初期化する。

【００４３】主ＣＰＵ２３２は、動作のために情報を共用する外部装置（スマート装置２４
２，２４４，２４６を含む）の制御を可能にする。外部装置（スマートディスプ
レイ２４２、スマートバッテリ２４４及びスマート燃料制御装置２４６を含む）
へのデータ伝送は、制御装置内通信バス２４０を介して行われる。主ＣＰＵ２３
２は、電源制御装置２３０に取り付けられた任意の通信用ハードウエアを制御装
置内通信バス２４０に合わせて初期化し、バスマスタについて構成された特徴を
制御装置内通信バス２４０上に具体化する。

【００４４】マスタ制御機能を行うために用いられる装置、例えばスイッチギア及び電力計
相互間の通信は、外部装置バス２４６にわたってデータを交換する。主ＣＰＵ２
３２は、電源制御装置２３０に取り付けられた通信用ハードウエアを制御装置内
通信バス２４０に合わせて初期化し、バスマスタのついて定められた特徴を制御
装置内通信バス２４０上に具体化する。

【００４５】ユーザコンピュータを用いる通信は、ユーザインタフェースポート２４８を介
して行われる。主ＣＰＵ２３２は、電源制御装置２３０に取り付けられた通信用
ハードウエアを外部機器ポート２４６に合わせて初期化し、バスマスタのついて
定められた特徴を外部機器ポート２４６上に具体化する。代表的な構成例では、
電源投入時においては、初期ボーレートは、１９，２００ボー、８データビット
、１ストップ及びパリティなしに選択されることになろう。ユーザは、ユーザイ
ンタフェースポート２４８又は任意的に用いられるスマート外部ディスプレイ２
４２を介して通信速度設定値を調整し、これを保存することができる。保存され
た通信速度は、電源制御装置２３０の電源を入れる次の時に用いられる。主ＣＰ
Ｕ２３２は、保守インタフェースポート２５０を介して例えばヘイズ（Hayes ）
準拠モデムのようなモデムと通信する。いったん通信が確立されると、主ＣＰＵ
２３２は、あたかもローカルコンピュータに接続されているかのごとく動作し、
保守インタフェースポート２５０上のスレーブとして動作する（これは出された
コマンドに応答するにすぎない）。

【００４６】制御装置図９を参照すると、主ＣＰＵ２３２は、電源制御装置２３０のためのモータ、
コンバータ及びエンジン制御の動作を全体的に調整する。主ＣＰＵ２３２は、モ
ータ及びコンバータ制御を直接的には行わない。そうではなく、発電機及びコン
バータＳＰプロセッサ２３４，２３６は、主ＣＰＵ２３２から通信されたデータ
に基づいて特定の制御アルゴリズムを実行する。エンジン制御は、主ＣＰＵ２３
２によって直接行われる（図１４参照）。

【００４７】主ＣＰＵ２３２は、ＳＰＩ通信バス２３８を介して発電機ＳＰ２３４にコマン
ドを出し、所要のモータ制御機能を実行する。発電機ＳＰ２３４は、主ＣＰＵ２
３２によって選択されたＤＣバスモード又はＲＰＭモードのいずれかでモータ（
図示せず）を動作させる。ＤＣバス電圧モードでは、発電機ＳＰ２３４は、モー
タからの動力を用いてＤＣバスを設定値に維持する。ＲＰＭモードでは、発電機
ＳＰ２３４はモータからの動力を用いてエンジン速度を設定値に維持する。主Ｃ
ＰＵ２３２は、設定値を与える。

【００４８】主ＣＰＵ２３２は、ＳＰＩ通信バス２３８を介してコンバータＳＰ２３６にコ
マンドを出し、所要のコンバータ制御機能を実行する。コンバータＳＰ２３６は
、主ＣＰＵ２３２によって選択されたＤＣバスモード、出力電流モード又は出力
電圧モードのいずれかでコンバータ（図示せず）を動作させる。ＤＣバス電圧モ
ードでは、コンバータＳＰ２３６は、電源制御装置２３０により得られたユーテ
ィリティ電力を調整して内部バス電圧を設定値に維持する。出力電流モードでは
、コンバータＳＰ２３６は、ＤＣバスからの電力を用いて、命令された電流をコ
ンバータから引き出す。出力電圧モードでは、コンバータＳＰ２３６は、ＤＣバ
スからの電力を利用して命令された電圧をコンバータから取り出す。主ＣＰＵ２
３２は、設定値を与える。

【００４９】図１０〜図１２を参照すると、制御ループ２６０，２８２，３００が、エンジ
ン制御部を調整するのに用いられる。これらループは、出口ガス温度（ＥＧＴ）
制御部（図１０）、速度制御部（図１１）及び電源制御部（図１２）を含む。全
部で３つの制御ループ２６０，２８２，３００は、主ＣＰＵ２３２により個々に
又はまとめて用いられて電源制御装置２３０について必要とされる動的制御及び
性能を発揮させる。これらループは、互いに異なる動作モードに合わせて互いに
結合される。

【００５０】オープンループ点火（light off ）制御アルゴリズムは、燃焼が始まるまで燃
料を噴射するために用いられる燃料装置のプログラムされたコマンドである。代
表的な構成例では、主ＣＰＵ２３２は、エンジンＥＧＴのスナップショットをと
り、全コマンドのうち約０％〜２５％について燃料装置に約５秒間でコマンドを
出力し始める。エンジンライトは、エンジンＥＧＴが初期スナップショットから
約２８℃（５０°Ｆ）上昇するとエンジン稼働状態であることが宣言される。

【００５１】図１０を参照すると、ＥＧＴ制御モードループ２６０は、タービンの温度を調
整するための種々の燃料出力コマンドを出す。エンジン速度信号２６２は、所定
の温度設定値に応じて最高ＥＧＴ設定温度２６６を決定するために用いられる。
ＥＧＴ設定温度２６６を比較器２６８によってフィードバックＥＧＴ信号２７０
と比較してエラー信号２７２が定められ、このエラー信号を次に、比例積分（Ｐ
Ｉ）アルゴリズム２７４に印加してＥＧＴを設定値に調整するのに必要な燃料コ
マンドを決定する。燃料最高／最低限度２７８が、積分器ワインドアップからの
保護のためにＥＧＴ制御アルゴリズム燃料コマンド出力２７６を制限するのに用
いられる。その結果得られた出力信号２８０は、調整されたＥＧＴ信号燃料流量
コマンドである。動作にあたり、ＥＧＴ制御モードループ２６０は、約１００ｍ
ｓレートで動作する。

【００５２】図１１を参照すると、速度制御モードループ２８２は、タービンの回転速度を
調節するために種々の燃料出力コマンドを出す。フィードバック速度信号２８８
を読み取って、これを比較器２８６によって速度設定信号２８４と比較してエラ
ー信号２９０を定め、このエラー信号を次に、ＰＩアルゴリズム２９２に印加し
てエンジン速度を設定値に調整するのに必要な燃料コマンドを決定する。ＥＧＴ
制御部（図１０）及び燃料最高／最低限度を速度制御アルゴリズム２８２と関連
して用いて出力信号２９４をサージ及びフレームアウト条件から保護する。その
結果得られた出力信号２９８は、調整されたタービン速度燃料流量コマンドであ
る。代表的な具体例では、速度制御モードループ２８２は、約２０ｍｓレートで
動作する。

【００５３】図１２を参照すると、電源制御モードループ３００は、タービンの動力発生能
力を調整する。フィードバック電力信号３０６を読み取って、これを比較器３０
４によって電力設定信号３０２と比較してエラー信号３０８を定め、このエラー
信号を次に、ＰＩアルゴリズム３１０に印加して出力電力を設定値に調整するの
に必要な速度コマンドを決定する。速度最大／最小限度は、電源制御アルゴリズ
ム速度コマンド出力を制限して出力信号３１２が速度過剰条件及び速度不足条件
にならないよう保護する。その結果得られた出力信号３１６は、調整された電力
信号タービン速度コマンドである。代表的な具体例では、タービンの最高運転速
度は一般に９６，０００ＲＰＭであり、タービンの最低運転速度は、一般に４５
，０００ＲＰＭである。ループは一般に約５００ｍｓレートで動作する。

【００５４】起動専用バッテリ図１４を参照すると、エネルギー貯蔵装置４７０は、起動専用バッテリである
のがよい。ＤＣバス電圧制御モードでは、起動専用バッテリ４７０は、電圧を設
定値コマンドに調整するためのエネルギーをもたらす。主ＣＰＵ４７２はバス電
圧を調節して電源制御装置４７８の構成に応じて種々の値で制御する。充電（Ｓ
ＯＣ）制御モードの状態では、起動専用バッテリシステムは、要求されると再充
電電力要求を出す。利用可能な再充電電力は一般に、出力負荷及びシステム寄生
負荷に供給される電力よりも小さな最高エンジン電力にほぼ等しい。主ＣＰＵ４
７２は、再充電電力レベルを伝送し、この再充電電力レベルは、元々の電力需要
の最低レベルであって利用可能な再充電電力である。

【００５５】非常用バッテリ非常用バッテリは、上述したＤＣバス電圧制御部及び起動専用バッテリについ
て上述した充電（ＳＯＣ）制御を可能にする。非常用バッテリは、起動専用バッ
テリよりも大型のエネルギー貯蔵装置を収容している。

【００５６】ＤＣバス電圧制御ＤＣバス４６２は、ロジック電力、外部コンポーネント及びシステム電力出力
のための電力を供給する。表１は、バス電圧が電源制御装置４７８の出力電力構
成に基づいて制御される設定値を定めている。

【００５７】表１Ｂ３電力出力設定値４８０／４００ＶＡＣ出力８００Ｖdc ２４０／２０８ＶＡＣ出力４００Ｖdc 種々の動作モードでは、電源制御装置４７８は、ＤＣバス電圧レベルの管理を
受け持つ種々の制御アルゴリズムを有することになる。バッテリオプション４７
０のうち任意のもの及びＳＰ４５６，４５８は、ＤＣバス４６２の電圧レベルを
調整するために電力潮流を制御するモードを有する。任意の動作環境のもとでは
、１つの装置だけにコマンドを出してこれをＤＣバス４６２を調整するモードに
する。多数のアルゴリズムは、必然的にシステムの応答性を遅くすると共にソフ
トウエアを理解困難にする共用ロジックを必要とする。

【００５８】システム状態図１３を参照すると、電源制御装置４７８の種々の動作状態を示す状態説明図
３２０が示されている。システムを動作手順全体を通じて順番付けするには、電
源制御装置が表２に定められた動作状態を移行することが必要である。

【００５９】表２０パワーアップシステムを初期化して検査する動作を実行する１待機バスへの電力を止め、起動コマンドを待ちながらシステムのモニターを続行する。２起動準備起動手順を実行するために準備された外部装置を初期化する。３ベアリングリフトオフシステムを構成してエンジンにコマンドを出して（Bearing Lift Off) これを所定のＲＰＭ、例えば２５，０００ＲＰＭまで回転させる。４オープンループ点火点火装置をターンオンして燃料オープンループにコマンドを出してエンジンに点火する。５クローズドループ加速システムが無負荷状態に達するまでモニター及びクローズド燃料制御を続行する６ラン（運転）電源制御装置を動作させるためだけに電力を発生する無負荷事故持続状態でエンジンを動作させる。７負荷コンバータ出力接触器を閉路してシステムが発電中。８再充電システムが燃料だけで作動し、エネルギー貯蔵装置（据え付けられている場合）を再充電するための電力を生じさせる。９クールダウン（冷却）システムが作動停止前にＥＧＴを減少させるためにエンジンをモニターしている。１０再起動起動コマンドが冷却状態で受け取られると、オープンループライトを開始するためにエンジン速度を減速する。１１再点火クールダウンからウォームダウン状態に一時的にタービンの再点火を行う。モニターが不可能な場合、エンジンの冷却を続行したままにする。１２ウォームダウン（Warmdown）燃料を用いるタービン動作を所定のＲＰＭ、例えば５０，０００ＲＰＭで持続させてエンジンモニターが可能でない場合に冷却させる。１３動作停止システムを冷却後に再構成して待機状態に入る。１４故障電力変換を実行不能にする故障が存在すると全ての出力をターンオフする。ロジック電力は依然として、システム故障の問合せをすることができる状態にある。１５実行不能（ディスエーブル）処理を実行できない場合には故障が生じている。全てのシステム動作が実行不能となる。

【００６０】主ＣＰＵ４７２は、電力を印加した後「パワーアップ」状態３２２における実
行を開始する。「待機」状態３２４への移行は、「パワーアップ」状態３２２の
仕事を首尾よく完了すると行われる。起動サイクルを開始することにより、シス
テムは「起動準備」状態３２６に移行し、ここで全てのシステムコンポーネント
は、エンジンの起動ができるよう初期化される。するとエンジンは起動状態を順
に実行して「ＲＡＭ／負荷」状態３２８になる。システムの動作を停止させるた
め、システムに送られて「ウォームダウン」又は「冷却」状態３２２にする停止
コマンドを開始する。バッテリを有するシステムは、「ウォームダウン」又は「
冷却」状態３３２に入る前に「再充電」状態３３４に入ることができる。システ
ムは最終的に「ウォームダウン」又は「冷却」状態３３２を完了すると、「動作
停止」状態３３０を介する移行が、システムが次の起動サイクルを待っている「
待機」状態３２４に入る前に行われることになる。任意の状態にある間、システ
ムを動作するべきではないということを指示するシステムの重大度で故障を検出
すると、システム状態は「故障」状態３３４に移行することになる。プロセッサ
の故障が生じたことを示す故障の検出により、システムは「動作不能」状態３３
６に移行することになる。

【００６１】当業者であれば、各動作モードに対応するためには、状態説明図は、各動作モ
ードに関して独特の状態が得られるよう多次元のものである。例えば、「起動準
備」状態３２６では、制御に関する要件は、選択された動作モードに応じて様々
であろう。したがって、スタンドアロン「起動準備」状態３２６、スタンドアロ
ン一時的「起動準備」状態３２６、商用配電網接続「起動準備」状態３２６、商
用配電網接続一時的「起動準備」状態３２６が存在することが必要であろう。各
組合せは、システム構成（ＳＹＳＣＯＮ）シーケンスと呼ばれている。主ＣＰＵ
４７２は、ＳＹＳＣＯＮワードとして知られている１６ビットのワードで種々の
システム構成シーケンスの各々を識別し、このＳＹＳＣＯＮワードは、動作モー
ド及びシステム状態番号のビットによる構成である。代表的な構成例では、シス
テム状態番号は、ビット０〜１１でパックされている。動作モード番号は、ビッ
ト１２〜１５でパックされている。このパック法により、システムは、１６個の
互いに異なる動作モードで４０９６の互いに異なるシステム状態を順番に行うこ
とができるシステムが提供される。

【００６２】互いに別個の「パワーアップ」３２２、「再点火」３３８、「ウォームダウン
」３３２、「故障」３３４及び「動作不能」３３６状態は、各動作モードには不
要である。これら状態の内容は、モードとは無関係である。

【００６３】「パワーアップ」状態システムの動作は、いったん電力の印加により主ＣＰＵ４７２が作動状態にな
ると「パワーアップ」状態３２２で始まる。電力をいったん電源制御装置４７８
に印加すると、全てのハードウエアコンポーネントは自動的にハードウエア回路
によってリセットされる。主ＣＰＵ４７２は、ハードウエアが正しく機能するよ
うにすることができ、コンポーネントを動作可能に構成する。主ＣＰＵ４７２は
また、それ自体の内部データ構造を初期化し、リアルタイムオペレーティングシ
ステム（ＲＴＯＳ）を起動させることにより実行を開始する。これらタスクを守
備よく完了すると、「待機」状態３２４へのソフトウエアの移行が行われる。主
ＣＰＵ４７２は、これらの手順を以下の順序で実行する。

【００６４】１．主ＣＰＵ４７２を初期化する。２．ＲＡＭの検査を実行する。３．ＦＡＬＡＳＨチェックサムを実行する。４．ＲＴＯＳを起動する。５．残りのＰＯＳＴを実行する。６．ＳＰＩ通信を初期化する。７．発電機ＳＰチェックサムを確認する。８．コンバータＳＰチェックサムを確認する。９．制御装置相互間通信手段を初期化する。 10．外部装置アドレスを解釈（又は、解決）する。 11．入力ライン電圧を見る。 12．モードを決定する。 13．メンテナンスポートを初期化する。 14．ユーザポートを初期化する。 15．外部オプションポートを初期化する。 16．制御装置相互間通信手段を初期化する。 17．マスタ／コマスタ（master/co-master）を選択する。 18．アドレス指定を解釈する。 19．待機状態に移行する（動作モードに応じて）「待機」状態主ＣＰＵ４７２は、起動コマンド信号を待ちながら「待機状態」３２４で通常
のシステムモニターを実行し続ける。主ＣＰＵ４７２は、エネルギー貯蔵装置４
７０又はユーティリティ４６８にコマンドを出して連続電力供給を行う。動作の
際、主ＣＰＵ４７２は、起動待機状態で又は障害追跡目的でパワーオン状態にな
ったままのことが多い。主ＣＰＵ４７２がパワーアップされている間、ソフトウ
エアは、システムのモニターを実行し続け、もし故障が発生した場合には診断を
行う。全ての通信は、動作を続行して外部源とのインタフェースとなる。起動コ
マンドは、システムを「起動準備」状態３２６に移行させることになろう。

【００６５】「起動準備」状態主ＣＰＵ４７２は、エンジン起動プロセスの制御システムコンポーネントを準
備する。多くの外部装置は、実際の起動手順の開始前にハードウエアの初期化の
ための追加の時間を必要とする場合がある。「起動準備」状態３２６は、これら
装置に初期化を行うのに必要な時間を提供し、起動プロセスが開始可能であると
いう知らせを主ＣＰＵ４７２に送る。またシステムがいったん動作可能状態にな
ると、ソフトウエアは、「リフトオフ確認（bearing lift off）」状態３２８に
移行することになる。

【００６６】「リフトオフ確認」状態主ＣＰＵ４７２は、発電機ＳＰ４５６にコマンドを出してエンジンを代表的に
は約０ＲＰＭ〜２５，０００ＲＰＭにエンジン４５４を動かしてリフトオフ確認
手順を実施する。次の状態への移行が生じる前にシャフトが回転しているのを確
かめる検査を行う。

【００６７】「オープンループ点火」状態モータ４５２がいったんそのリフトオフ速度に達すると、ソフトウエアは実行
を開始して、燃焼がタービン内で生じていることを確認する。代表的な構成例で
は、主ＣＰＵ４７２は発電機ＳＰ４５６にコマンドを出してエンジン４５４を約
２５，０００ＲＰＭのドエル（dwell ）速度に動かす。オープンループ点火状態
３４０の実行により燃焼が始まる。すると、主ＣＰＵ４７２は、エンジン４５４
が「クローズループ加速」状態３４２への移行前に「点火不能」基準を満たして
いないことを確かめる。

【００６８】「クローズドループ加速」状態主ＣＰＵ４７２は、エンジン４５４の燃焼加熱プロセスを順に行ってエンジン
４５４を自己持続運転状態にする。約４，０００ＲＰＭ／ｓの速度で約４５，０
００ＲＰＭにエンジン速度を増大させるコマンドが発電機ＳＰ４５６に与えられ
る。燃焼及びエンジンの加熱をもたらす燃料制御が実行される。エンジン４５４
が「無負荷」（動かすのに電力を必要としない）に達すると、ソフトウエアは「
ラン」状態３４４に移行する。

【００６９】「ラン」状態主ＣＰＵ４７２は、エンジンを無負荷状態で作動させるために制御アルゴリズ
ムの動作を実行し続ける。制御エレクトロニクスを動作させ、エネルギー貯蔵装
置４７０を起動のために再充填するためにエンジン４５４から動力を生じさせる
のがよい。負荷用コンバータ４５８から出力される動力はない。電力イネーブル
信号がソフトウエアを「負荷」状態３４６に移行させる。停止コマンドが、シス
テムを移行させて作動停止手順を開始するようにする（これらは、動作モードに
応じて様々である）。

【００７０】「負荷」状態主ＣＰＵ４７２は、エンジンを所望負荷状態で作動させるために制御アルゴリ
ズムの動作を続行する。負荷コマンドが、通信ポート、ディスプレイ又はシステ
ム負荷を通じて出される。停止コマンドが、主ＣＰＵ４７２を移行させて作動停
止手順を開始させる（これらは、動作モードに応じて様々である）。電力ディス
エーブル信号が主ＣＰＵ４７２を「ラン」状態３４４に戻すことができる。

【００７１】「再充電」状態エネルギー貯蔵オクションを持っているシステムは、エネルギー貯蔵装置４７
０を、「ウォームダウン」状態３４８又は「クールダウン」３３２状態に入る前
に最大容量まで充電することが必要な場合がある。動作の「再充電」状態３４４
の実施中、主ＣＰＵ４７２は、バッテリの充電及び制御装置への給電を行うため
に動力を生じさせるタービンの作動を続行する。取り出される動力は生じない。
エネルギー貯蔵装置４７０は、充電状態になると、システムはシステム故障状態
に応じて「クールダウン」３３２又は「ウォームダウン」３４８状態に移行する
。

【００７２】「クールダウン」状態「クールダウン」状態３３２は、タービンを作動後に冷却する機能を発揮する
と共に燃料を燃焼器からサージする手段を提供する。通常の動作後、ソフトウエ
アは、順番にしたがってシステムを「クールダウン」状態３３２にする。代表的
な構成例では、エンジン４５４を約４５，０００ＲＰＭのクールダウン速度にす
る。空気流が、エンジン４５４を通りつづけて高温空気が冷却部分中の機械的構
成部品に至らないようにする。このモニタープロセスは、エンジンＥＧＴが約１
９３℃（３８０°Ｆ）のクールダウン温度以下になるまで続行する。クールダウ
ンは、エンジン４５４の運転停止時の最終クールダウン温度よりも非常に低い状
態で開始できる。エンジンの燃焼器は、残っている可能性のある過剰の燃料のパ
ージを必要とする。ソフトウエアは常に、クールダウンサイクルを６０秒の最小
パージ時間の間常時動作させる。このパージ時間により、残っている燃料が燃焼
器から排出されるようになる。このプロセスの完了により、システムは「動作停
止」状態３３０に移行する。ユーザに対する便宜上、システムは再起動を行うこ
とができるようになるまでに開始された「クールダウン」状態３３２の完了を必
要としない。起動コマンドを出すことにより、システムは「再起動」状態３５０
に移行する。

【００７３】「再起動」状態エンジン４５４は、エンジン４５４が再起動できる前に「クールダウン」状態
３３２から構成される。代表的な構成例では、ソフトウエアは、エンジン速度を
４，０００ＲＰＭ／ｓの速度で約２５，０００ＲＰＭまで下げる。エンジン速度
がいったんこのレベルに達すると、ソフトウエアにより、システムは「オープン
ループ点火」状態に移行して実際のエンジンの起動を行う。

【００７４】「作動停止」状態「作動停止」状態３３０の間、エンジンのロータは、休止状態になり、システ
ム出力は、アイドリング動作が得られるように構成されている。代表的な構成例
では、ソフトウエアはロータにコマンドを出し、エンジン速度を２，０００ＲＰ
Ｍ／ｓの速度に下げることにより休止状態にし、またはいずれが早くても無負荷
状態にする。いったん速度が約１４，０００ＲＰＭに達すると、発電機ＳＰにコ
マンドが出されてシャフト速度を１秒かからずに約０ＲＰＭに下げる。

【００７５】「再点火」状態ユーティリティ又はエネルギー貯蔵装置４７０から動力が得られない場合にシ
ステム故障が生じた時、ソフトウエアは燃焼を再点火してウォームダウンを行う
。発電機ＳＰは、電圧（電力）を内部ＤＣバスに合わせて調整するよう構成され
ている。燃料がオープンループ点火燃料制御アルゴリズムで定められたように追
加されて燃焼が生じるようにする。エンジンライトの検出により、システムは「
ウォームダウン」状態３４８に移行するようになる。

【００７６】「ウォームダウン」状態エンジン４５４を無負荷状態で作動させて動作温度を「ウォームダウン」状態
３４８に下げるために電力が得られない場合、燃料が提供される。代表的な構成
例では、エンジン速度は、燃料を速度制御アルゴリズムにより供給することによ
り約５０，０００ＲＰＭで動作させる。約３４３℃（６５０°Ｆ）以下のエンジ
ン温度により、システムは「動作停止」状態３３０に移行する。

【００７７】「故障」状態本発明は、タービンシステムの安全運転を損なう故障が存在している場合、全
て出力を無効にしてシステムを安全形態にする。もしエネルギーが使えれば、シ
ステムのモニター及び通信が続行する。

【００７８】「動作不能」状態システムは、タービンシステムの安全運転を損なう故障が存在している場合、
全て出力を無効にしてシステムを安全形態にする。システムのモニター及び通信
は、たいていの場合、非続行状態となる。動作モードタービンは、２つの主要なモード、即ち商用配電網接続モード及びスタンドア
ロンモードで動く。商用配電網接続モードでは、配電系統、即ち商用配電網は、
基準電圧及び位相を供給し、タービンは動力を商用配電網と同期して供給する。
スタンドアロンモードでは、タービンは、それ自体の基準電圧及び位相を供給し
、動力を直接負荷に供給する。電源制御装置は、自動的にモード相互で切り替わ
る。

【００７９】２つの主要な動作モードには、サブモードがある。これらサブモードとしては
、スタンドアロンブラック（black ）起動サブモード、スタンドアロン過渡事象
（一時的）サブモード、商用配電網接続サブモード及び商用配電網接続過渡事象
サブモードが挙げられる。動作モードを選択する基準は、多くの要因に基づいて
おり、かかる要因としては、電圧が出力端子に現れているかどうか、ブラック起
動バッテリオプションがあるかどうか、一時的バッテリオプションがあるかどう
かが挙げられるが、これらには限定されない。

【００８０】図１４を参照すると、発電機コンバータ４５６及び負荷用コンバータ４５８は
、それぞれＤＣバス４６２へのエネルギー源４６０及びユーティリティ４６８の
インタフェースとなる。一例を挙げると、エネルギー源４６０は、エンジン４５
４及び発電機４５２を含むタービンである。燃料装置４７４は、燃料を燃料ライ
ン４７６を介してエンジン４５４に供給する。発電機コンバータ４５６及び負荷
用コンバータ４５８は、制御装置４７２の制御の下で特注の双方向切換えコンバ
ータとして動作する。特に、制御装置４７２は、発電機コンバータ４５６及び負
荷用コンバータ４５８を、種々の動作モードが得られるように互いに異なる構成
に再構成する。これらモードとしては、以下に詳細に説明するように、スタンド
アロンブラック（black ）起動、スタンドアロン過渡事象、商用配電網接続及び
商用配電網接続過渡事象がある。制御装置４７２は、発電機４５２及びユーティ
リティ４６８の電力の吸収又は放出の仕方及び任意の時点におけるＤＣバス４６
２の調整の仕方を制御する。このようにすると、エネルギー源４６０、ユーティ
リティ／負荷４６８及びエネルギー貯蔵装置４７０を用いて電力の供給、貯蔵及
び（又は）使用を効率的に行うことができる。制御装置４７２は、コマンド信号
をライン４７９を介してエンジン４５４に与えてタービン４６０の速度を求める
。タービン４６０の速度は、発電機４５２を介して維持される。制御装置４７２
はまた、コマンド信号を制御ライン４８０を介して燃料装置４７４に与えてエン
ジン４５４のＥＧＴをその最大効率点に維持する。発電機ＳＰ４５６は、タービ
ン４６０の速度の維持を受け持っているが、電流を発電機４５２に導入し、また
は電流を発電機４５２から引き出すことができる。

【００８１】スタンドアロンブラック起動図１４を参照すると、スタンドアロンブラック起動モードでは、エネルギー貯
蔵装置４７０、例えばバッテリは、エネルギー源４６０、例えばエンジン４５４
及び発電機４５２を含むタービンが全ての一時的及び定常エネルギーを供給して
いる間、起動目的のために設けられている。表３を参照すると、代表的なスタン
ドアロンブラック起動モードの制御が示されている。

【００８２】表３システムエンジンモータコンバータエネルギー状態制御制御制御貯蔵装置制御パワーアップ − − − − 待機 − − − ＤＣバス起動準備 − − − ＤＣバスリフトオフ確認 − ＲＰＭ − ＤＣバスオープンループ点火オープンループＲＰＭ − ＤＣバス点火クローズドループ加速ＥＧＴＲＰＭ − ＤＣバスラン速度ＤＣバス − ＳＯＣ負荷速度ＤＣバス電圧ＳＯＣ再充電速度ＤＣバス − ＳＯＣ冷却（クールダウン） − ＲＰＭ − ＤＣバス再起動 − ＲＰＭ − ＤＣバス動作停止 − ＲＰＭ − ＤＣバス再点火速度ＤＣバス − − ウォームダウン速度ＤＣバス − − 故障 − − − − 動作不能 − − − −スタンドアロン過渡事象スタンドアロン過渡事象モードでは、貯蔵装置４７９は、エネルギー源４６０
（この例ではタービン）を起動させてこれを支援し、過渡的条件の間、最大定格
出力動力を供給する目的で設けられている。貯蔵装置４７９、代表的にはバッテ
リは、動作中、ＤＣバス４６２に常時取り付けられていて、電流の形態のエネル
ギーを供給してＤＣバス４６２上の電圧を維持する。コンバータ／ＳＰ４５８は
、出力動力の発生時、定電圧源となる。その結果、負荷４６８には、これが必要
とする適当なＡＣ電圧値が供給される。表４を参照すると、代表的なスタンドア
ロン過渡事象モードの制御が示されている。

【００８３】表４システムエンジンモータコンバータエネルギー状態制御制御制御貯蔵装置制御パワーアップ − − − − 待機 − − − ＤＣバス起動準備 − − − ＤＣバスリフトオフ確認 − ＲＰＭ − ＤＣバスオープンループ点火オープンループＲＰＭ − ＤＣバス点火クローズドループ加速ＥＧＴＲＰＭ − ＤＣバスラン電力及びＥＧＴＲＰＭ − ＤＣバス負荷電力及びＥＧＴＲＰＭ電圧ＤＣバス再充電電力及びＥＧＴＲＰＭ − ＤＣバス冷却（クールダウン） − ＲＰＭ − ＤＣバス再起動 − ＲＰＭ − ＤＣバス動作停止 − ＲＰＭ − ＤＣバス再点火速度ＤＣバス − − ウォームダウン速度ＤＣバス − − 故障 − − − − 動作不能 − − − − 「商用配電網接続」図１４を参照すると、商用配電網接続モードでは、エネルギー源４６０（この
例ではタービン）が、商用配電網４６８に接続されていて、過渡事象が商用配電
網４６８によって取り扱われる場合、負荷の平準化及び管理を行う。システムは
、電流源として働き、電流をユーティリティ４６８に送り込む。表５を参照する
と、代表的な商用配電網接続モードの制御が示されている。

【００８４】表５システムエンジンモータコンバータエネルギー状態制御制御制御貯蔵装置制御パワーアップ − − − Ｎ／Ａ待機 − − − Ｎ／Ａ起動準備 − − ＤＣバスＮ／Ａリフトオフ確認 − ＲＰＭＤＣバスＮ／Ａオープンループ点火オープンループＲＰＭＤＣバスＮ／Ａ点火クローズドループ加速ＥＧＴＲＰＭＤＣバスＮ／Ａラン電力及びＥＧＴＲＰＭＤＣバスＮ／Ａ負荷電力及びＥＧＴＲＰＭＤＣバスＮ／Ａ再充電Ｎ／ＡＮ／ＡＮ／ＡＮ／Ａ冷却（クールダウン） − ＲＰＭＤＣバスＮ／Ａ再起動 − ＲＰＭＤＣバスＮ／Ａ動作停止 − ＲＰＭＤＣバスＮ／Ａ再点火速度ＤＣバス − Ｎ／Ａウォームダウン速度ＤＣバス − Ｎ／Ａ故障 − − − Ｎ／Ａ動作不能 − − − Ｎ／Ａ商用配電網接続過渡事象商用配電網接続過渡事象モードでは、エネルギー源４６０（この例ではタービ
ン）が、商用配電網４６８に接続されていて、負荷の平準化及び管理を行う。エ
ネルギー貯蔵装置４７０、代表的にはバッテリによって支援されるタービンは、
過渡事象に対処する。このシステムは、電流源として働き、エネルギー貯蔵装置
４７０の支援を受けて電流をユーティリティ４６８に送り込む。表６を参照する
と、代表的な商用配電網接続過渡事象モードの制御が示されている。

【００８５】表６システムエンジンモータコンバータエネルギー状態制御制御制御貯蔵装置制御パワーアップ − − − − 待機 − − − ＤＣバス起動準備 − − − ＤＣバスリフトオフ確認 − ＲＰＭ − ＤＣバスオープンループ点火オープンループＲＰＭ − ＤＣバス点火クローズドループ加速ＥＧＴＲＰＭ − ＤＣバスラン電力及びＥＧＴＲＰＭ − ＤＣバス負荷電力及びＥＧＴＲＰＭ電流ＤＣバス再充電電力及びＥＧＴＲＰＭ − ＤＣバス冷却（クールダウン） − ＲＰＭ − ＤＣバス再起動 − ＲＰＭ − ＤＣバス動作停止 − ＲＰＭ − ＤＣバス再点火速度ＤＣバス − − ウォームダウン速度ＤＣバス − − 故障 − − − − 動作不能 − − − −マルチパック動作本発明によれば、電源制御装置は、シングル又はマルチパック構成で動作する
ことができる。特に、電源制御装置は、シングルタービン発電機の制御装置であ
ることに加えて、マルチシステムを順番付けすることもできる。図１５を参照す
ると、例示の目的で、３つの電源制御装置５１８，５２０，５２２を含むマルチ
パックシステム５１０が示されている。多数の制御装置５１８，５２０，５２２
を制御する機能は、各制御装置の主ＣＰＵ（図示せず）に内臓されているディジ
タル通信インタフェース及び制御ロジックによって実行可能になる。

【００８６】２つの通信バス５３０，５３４が、マルチパック動作のための制御装置相互間
ディジタル通信インタフェースを作るのに用いられる。一方のバス５３４は、遅
いデータ交換のために用いられ、他方のバス５３０は、同期パケットを速い速度
で生じさせる。代表的な具体例、例えばＩＥＥＥ−５０２．３では、バスは、デ
ータ収集、起動、停止、電力需要及びモード切替え機能を含む遅い通信が得られ
るよう制御装置５１８，５２０，５２２を互いにリンクさせる。ＲＳ４８５バス
は、システムの各々を互いにリンクさせて出力電力波形の同期を行わせる。

【００８７】当業者であれば、互いに接続できる電源制御装置の数は、３つに限られず、任
意の数の制御装置を互いに連結してマルチパック構成にすることができることは
理解されよう。各電源制御装置５１８，５２０，５２２は、それぞれそれ自体の
エネルギー貯蔵装置５２４，５２６，５２８、例えばバッテリを有している。本
発明の別の実施形態によれば、電源制御装置５１８，５２０，５２２は、すべて
同一の単一エネルギー貯蔵装置（図示せず）、例えば、個々のタービンにとって
は大きすぎる定格の非常に超大型エネルギー貯蔵装置に接続するのがよい。代表
的には回路遮断機で構成された配電盤が、エネルギーの分配を行う。

【００８８】マルチパック制御ロジックは、ワパーアップ時において、一方の制御装置がマ
スタであり、他方の制御装置がスレーブ装置になるのを定める。マスタは、全て
のユーザ入力コマンドの取扱い、全てのシステム内通信トランザクションの開始
及びユニットのディスパッチングを受け持っている。全ての制御装置５１８，５
２０，５２２は、マスタとなる機能を持っているが、制御とバスの競合を減少さ
せるために１つの制御装置がマスタとして指示される。

【００８９】パワーアップ時、個々の制御装置５１８，５２０，５２２は、これらが接続さ
れるのはどの外部入力装置であるかを決定する。制御装置が最小の入力装置を有
している場合、これはマスタであることを主張する伝送を制御装置相互間バス５
３０上に送る。マスタであることを主張する全ての制御装置５１８，５２０，５
２２は、どれがマスタであるかの解釈又は分析を開始する。いったんマスタが選
択されると、ＡＲＰが実行されてアドレスを各スレーブシステムに割り当てる。
マスタの選択及びスレーブアドレスの割当て後、マルチパックシステム５１０は
、動作を開始することができる。

【００９０】コマスタも又、マスタ及びアドレス解釈サイクルの間に選択される。コマスタ
の仕事は、通常動作中スレーブのように働くことにある。コマスタは、マスタが
依然として正確に動作していることを指示する一定伝送パケットを受け取るはず
である。このパケットが安全期間、例えば２０ｍｓ内に受け取られないとき、コ
マスタは、即座にマスタとなってマスタ制御の責任を受け持つことができる。

【００９１】マスタ中のロジックは、全てのスレーブタービン発電機システムを構成する。
スレーブは、商用配電網接続（電流源）又はスタンドアロン（電圧源）のいずれ
かであるよう選択されている。マスタ制御装置は、選択されると、その出力コン
バータロジック（コンバータＳＰ）と通信してこのシステムがマスタであるよう
にする。この場合、コンバータＳＰは、制御装置相互間バス５３０上でのパケッ
ト伝送、出力波形と全てのスレーブシステムとの同期を受け持つ。伝送されたパ
ケットは、１／４サイクル〜１サイクルごとに予想される伝送で少なくとも出力
波形の角度及び誤り検査情報を含むであろう。

【００９２】マスタ制御ロジックは、次の３つの動作モードのうち１つに基づいてユニット
をディスパッチすることになる。かかる３つの動作モードは、（１）ピーク削減
動作モード、（２）負荷追従モード又は（３）基底負荷動作モードである。ピー
ク削減動作モードは、電力計を用いてビルディング又はアプリケーション方式で
全電力消費量を測定し、マルチパックシステム５１０は、一定負荷のユーティリ
ティ消費を減少させ、それによりユーティリティレートスケジュールを減少させ
、タービン発電機の総合的な経済的収益を増加させる。負荷追従モードは、電力
計がビルディング又はアプリケーション方式で全電力消費量を測定するピーク削
減動作モードのサブセットであり、マルチパックシステム１０は、ユーティリテ
ィ消費量を０負荷に減少させる。基底負荷動作モードでは、マルチパックシステ
ム１０は、一定負荷をもたらし、ユーティリティは、ビルディング又はアプリケ
ーション方式で負荷を補充する。これら制御モードは各々、総合的な動作効率を
最適化するために互いに異なる制御戦略を必要とする。

【００９３】マスタ解釈プロセス中にマスタであることを主張するシステム５１０にとって
代表的には最小数の入力装置が望ましい。探す対象である入力装置としては、デ
ィスプレイパネル、可動状態のＲＳ２３２接続手段及びオプションポートに接続
された電力計が挙げられる。マルチパックシステム５１０は代表的には、ユーザ
入力コマンドを受け取るためのディスプレイパネル又はＲＳ２３２接続手段及び
負荷追従又はピーク削減のための電力計を必要とする。

【００９４】本発明によれば、マスタ制御ロジックは、制御装置を動作時間に基づいてディ
スパッチする。これは、長時間にわたって動作している制御装置のターンオフ及
び少ない動作時間の制御装置のターンオンを含み、それにより特定システムの消
耗を減少させる。商用配電網分析及び過渡事象乗り切り図１６〜図１８を参照すると、電源制御装置６２０の一時的取扱いシステム５
８０が示されている。一時的取扱いシステム５８０により、電源制御装置６２０
は、リンギング前の瞬時性電圧上昇を生じさせる商用配電網６１６上の補正キャ
パシタのスイッチング又は切換えと関連した過渡事象を乗り切ることができる。
一時的取扱いシステム５８０はまた、他の故障状態を乗り切ることができ、かか
る他の故障状態としては、商用配電網６１６に生じる短絡による故障が挙げられ
るが、これには限定されず、かかる故障は首尾よく除かれると、電圧の瞬時性電
圧降下を引き起こす。一時的取扱いシステム５８０は、一般にＡ／Ｄ変換サンプ
リングに起因して電流応答速度が遅いディジタル制御装置と関連した過渡事象の
対処に特に有効である。過渡事象が生じている間、電流の大きな変化が、Ａ／Ｄ
変換相互間で生じる場合がある。過渡事象により引き起こされる高電圧インパル
スは代表的には、ディジタル電源制御装置中に過電流を引き起こす。

【００９５】図１７に示すように、代表的には商用配電網６１６上に存在する過渡事象を示
すグラフ５９０が示されている。秒単位で測定された電圧過渡事象の持続時間が
、ｘ軸上に示され、Ｖ（ボルト）で測定されたその大きさは、ｙ軸上に示されて
いる。大きさが比較的大きく（最高約２００％）、持続時間が短い（１〜２０ｍ
ｓのどれか）例えば符号５９２のところで示されたキャパシタスイッチング過渡
事象は、電源制御装置の動作にとって問題となる場合がある。

【００９６】図１６〜図１８を参照すると、商用配電網６１６上の変化は、電圧の大きさの
変化として反映される。特に、商用配電網６１６上に生じた故障又は事象のタイ
プ及び重大度は、商用配電網６１６上の変化の大きさ及び持続時間をモニターす
るマグニチュード（大きさ）推定部５８４によって求めることができる。

【００９７】本発明によれば、電圧過渡事象の影響を最小限に抑えるには、電流をモニター
してこれが所定レベルを越えた時にスイッチングを停止して電流が減少し、それ
により電流がその所定レベルを越えないようにするのがよい。本発明はかくして
、電流及び電圧のディジタルサンプリングに基づく過渡事象検出方式よりも応答
性の早い電流検出回路に関するアナログの利点を持っている。持続時間の過渡的
状態が長いと、商用配電網が異常状態であることが分かる。これらを検出して電
源制御装置６２０が安全な方法で動作停止できるようにすることが必要である。
本発明によれば、電源制御装置６２０を動作させるのに用いられるアルゴリズム
は、ユーティリティ供給配電網電圧が存在しない場合に電源制御装置６２０を孤
立させないようにする保護手段を提供する。ニアショート（near short）又はニ
アオープン（near open ）のアイランド（island）が電流制御が失われると数ミ
リ秒以内に検出される。負荷が電源制御装置の出力に厳密に整合されているアイ
ランドは、マグニチュード推定部５８４によって検出される電圧の異常な大きさ
及び周波数により検出されることになる。

【００９８】特に、図１８を参照すると、電源制御装置６２０は、ＤＣバス６２２の両端に
接続された制動抵抗６１２を有している。制動抵抗６１２は、抵抗負荷として働
き、コンバータＳＰ６０８がターンオフされた時のエネルギーを吸収する。動作
原理を説明すると、コンバータＳＰ６０８をターンオフすると、電力はもはや商
用配電網６１６と交換が行われず、電力は依然としてタービンから受け取られて
いる状態にあり、これは制動抵抗６１２によって吸収される。本発明は、発電機
ＳＰ６０６とコンバータＳＰ６０８との間のＤＣ電圧を検出する。電圧が上昇し
始めると、制動抵抗６１２をターンオンしてこれがエネルギーを吸収することが
できるようにする。

【００９９】代表的な構成例では、ＡＣモータ６１８は、種々の周波数で３相ＡＣを生じさ
せる。ＡＣ／ＤＣコンバータ６０２はモータＳＰ６０６の制御のもとでＡＣをＤ
Ｃに変換し、このＤＣを次に、キャパシタ６１０によってサポートされている（
例えば、エネルギー貯蔵の２ｍｓで８００マイクロファラド）ＤＣバス６２２（
例えば８００ｖＤＣに安定化されている）に印加する。ＡＣ／ＤＣコンバータ６
０４は、コンバータＳＰ６０８の制御の下でＤＣを３相ＡＣに変換し、これを商
用配電網６１６に印加する。本発明によれば、ＤＣバス６２２からの電流を、モ
ータＳＰ６０６の制御のもとで動作しているスイッチ６１４の延長により制動抵
抗６１２内で消散できる。スイッチ６１４は、ＩＧＢＴスイッチであるのがよい
。ただし、当業者であれば他の従来型又は新開発のスイッチを利用できることは
理解されよう。

【０１００】モータＳＰ６０６は、ＤＣバス６２２上の電圧の大きさに従ってスイッチ６１
４を制御する。ＤＣバス６２２のバス電圧は代表的には、コンバータＳＰ６０８
によって維持され、このコンバータＳＰは、電力を商用配電網６１６に出し入れ
してＤＣバス６２２を例えば８００ｖＤＣに安定化した状態に保つ。コンバータ
ＳＰ６０８をターンオフすると、これはもはやＤＣバス６２２の電圧を維持する
ことができず、したがってモータから入っている電力により、ＤＣバス６２２の
バス電圧は急に上昇する。電圧の上昇は、モータＳＰ６０６によって検出され、
このモータＳＰ６０６は、制動抵抗６１２をターンオンし、これをバス電圧が所
望の電圧、例えば８００ｖＤＣに戻るまでオンオフ調節する。コンバータＳＰ６
０８は、商用配電網過渡事象が消散した時、即ちＡＣ電流が０になって電源制御
装置６２０のコンバータ側を再起動するときを検出する。制動抵抗６１２は、こ
れが過渡事象及びコンバータを再起動するのにかかる時間が得られるようなサイ
ズになっている。

【０１０１】図１８及び図２０を参照すると、本発明によれば、電圧及び零交差（商用配電
網６１６のＡＣ波形が零交差する場合を求めるため）をモニターして商用配電網
６１６の正確なモデルが得られるようにする。商用配電網の分析システムは、角
度推定部５８２、マグニチュード（大きさ）推定部５８４及びフェーズロックル
ープ５８６を有している。本発明は、商用配電網電圧を連続的にモニターし、こ
れら測定値に基づいて商用配電網の角度を推定し、かくして不足電圧、過電圧及
び突発的過渡事象の認識を容易にする。限流値が、電流が最大値を越えた時にＤ
Ｃ／ＡＣコンバータ６０４を動作不能状態にし、電流が許容可能なレベルまで下
がるまで待機するように設定されている。電流を測定してこれをカットオフした
結果として、ＤＣ／ＡＣコンバータ６０４は過渡事象を一層良好に乗り切ること
ができるようになる。かくして、ＤＣ／ＡＣコンバータ６０８がもはや電力を商
用配電網６１６と交換していない場合、電力は制動抵抗６１２内で消散する。

【０１０２】本発明によれば、コンバータＳＰ６０８は、商用配電網６１６の電圧及び電流
を同時にモニターすることができる。特に、電源制御装置６２０は、商用配電網
分析アルゴリズムを備えている。当業者であれば、商用配電網の角度及び大きさ
の推定値を従来型アルゴリズム又は従来型手段により求めることができることは
理解されよう。発電源の角度である真の商用配電網角度０_ACは、０〜２Πまでサ
イクル動作し、そして６０Ｈｚのレートで０に戻る。３相の電圧の大きさ推定値
は、Ｖ_1mag、Ｖ_2mag及びＶ_3magで示され、３相の電圧測定値は、Ｖ₁ 、Ｖ₂ 及び
Ｖ₃ で示されている。

【０１０３】各位相についての大きさ及び角度の推定値に基づいて構成された波形により、
正しい推定値がどれに似ているかが分かる。例えば、３相電圧のうち第１のもの
を用いると、真の商用配電網の角度０_ACのコサインに電圧の大きさ推定値Ｖ_1mag を掛け算し、その積はコサインの形の波形である。理想的には、この積は、電圧
測定値Ｖ₁ である。

【０１０４】フィードバックループ５８８は、測定値Ｖ₁ の大きさの絶対値と構成された波
形の大きさの絶対値の差を用いて大きさの測定値Ｖ_1magの大きさを調節する。当
業者であれば、信号の種々の位相に一致する種々の角度テンプレートを用いると
３相信号のうち他の２つの位相を同時に調節できることは理解されよう。かくし
て、大きさの推定値Ｖ_1mag及び角度の推定値０_EST は、大きさ推定値Ｖ_1magを更
新するのに用いられる。電圧の大きさの測定値Ｖ_1mag、Ｖ_2mag及びＶ_3magは、電
圧測定値Ｖ₁ ，Ｖ₂ ，Ｖ₃ の大きさを追跡するためにフィードバック構成で用い
られる定常値である。測定電圧Ｖ₁ を大きさＶ_1magの推定値で割り算することに
より、第１の相についての角度のコサインを求めることができる（同様に、他の
信号の角度のコサインを同時に求めることができよう）。

【０１０５】本発明によれば、角度のコサインについての最も有利な測定値、一般に最も急
に変化しているものが瞬時測定角を決定するよう選択される。たいていの場合、
０に最も近い角度のコサインについての測定値をもつ位相が選択される。という
のは、これによって得られる精度が最も高いからである。商用配電網分析システ
ム５８０はかくして、コサインのうちどれが用いられるべきかを選択するための
ロジックを備えている。選択された角度は、角度推定部５８２に与えられ、これ
から商用配電網６１６の瞬時角度０_EST の推定値が計算され、これがフェーズロ
ックループ５８６に送られてフィルターがかけられた周波数が得られる。かくし
て、この角度を微分すると、周波数が得られ、これは次に低域フィルタ（図示せ
ず）にかけられる。フェーズロックループ５８６は周波数を積分し、推定瞬時角
度０_EST の位相を同期させ、この推定瞬時角度は、微分及び積分により位相が真
の商用配電網角度０_ACの位相に変化している場合がある。

【０１０６】代表的な動作原理を説明すると、位相が測定電圧Ｖ₁ で突然変化すると、本発
明のアルゴリズムは、大きさの測定値Ｖ_1magと真の商用配電網角度０_ACのコサイ
ンの積を実際の大きさに異なる角度のコサインを掛けたものと比較する。大きさ
の突然のジャンプが認識されよう。

【０１０７】かくして、３つの比較的一定のＤＣ電圧の大きさについての推定値が得られる
。これら電圧のうち１つの変化により、商用配電網６１６上に存在する過渡事象
が相当大きなものであるかどうかが分かる。当業者であれば、過渡事象が相当大
きなものであるかどうか、即ち電源制御装置６２０の動作を停止させる必要のあ
る異常状態が商用配電網上に存在しているかどうかを判定するための多くの方法
があることが理解されよう。過渡事象は、電圧の大きさ及び持続時間のサイズに
応じて相当大きなものであると見なされる場合がある。電源制御装置６２０の動
作を停止させる判断基準の一例が図１７に示されている。商用配電網の異常状態
の検出はまた、周波数推定値を吟味することにより判定することができる。

【０１０８】商用配電網の異常状態を検出すると、商用配電網の故障動作停止が開始される
。システム制御装置６２０が商用配電網の故障による動作停止を開始させると、
出力接触器が所定の期間内で、例えば１００ｍｓ内で開路され、主燃料トリップ
ソレノイド（図示せず）が閉路され、燃料をタービン発電機から除去する。ウォ
ーム動作停止がその結果として生じ、その間、発電機６１８がスローダウンして
いるときに制御電力が発電機６１８から供給される。代表的な構成例では、ウォ
ームダウンは、ロータ（図示せず）が停止するまで約１〜２分間続く。制御ソフ
トウエアは、商用配電網電圧及び周波数が許容限度内に収まるまでは再起動を可
能にしない。

【０１０９】本発明を特許法の要件に従って説明したが、当業者であれば、特許法の特定の
要件又は条件に合うように本発明の改造例及び設計変更例を想到できることが理
解されよう。例えば、電源制御装置を大まかに説明したが、これはアナログ又は
ディジタル形態で実施できる。好ましいディジタル構成では、当業者であれば、
本発明の説明で用いられた種々の用語は、電源制御装置のアナログ構成とディジ
タル構成の両方に通用するものであることは理解されよう。例えば、本願で説明
されているコンバータは、インバータを含む一般的な用語であり、本願で用いら
れている信号プロセッサは、ディジタル信号プロセッサ等を含む一般的な用語で
ある。これに対応して、本発明のディジタル形式の具体的構成例では、インバー
タ及びディジタル信号プロセッサが利用されることになろう。かかる改造例及び
設計変更例は、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲及び精神から逸脱する
ことなく想到できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電源制御装置もブロック図である。

【図２】図１に示す電源制御装置の電力コンバータの詳細ブロック図である。

【図３】図１に示す電源制御装置の電力アーキテクチャを含むタービンシステムの単純
化ブロック図である。

【図４】図１に示す点で制御装置の代表的な構成例の電力アーキテクチャのブロック図
である。

【図５】図１示す電源制御装置の内部電力アーキテクチャの略図である。

【図６】本発明の電源制御装置を用いる負荷／ユーティリティ送電ボートタービン発電
機との間のインタフェースの機能ブロック図である。

【図７】本発明のスタンドアロン用途のための電源制御装置を用いる負荷／商用配電網
とタービン発電機との間のインタフェースの機能ブロック図である。

【図８】本発明の電源制御装置を用いる負荷／商用配電網とタービン発電機との間のイ
ンタフェースの略図である。

【図９】外部インタフェースを含む電源制御装置のためのソフトウエアアーキテクチャ
のブロック図である。

【図１０】タービンの温度を調節するためのＥＧＴ制御モードループのブロック図である
。

【図１１】タービンの回転速度を調査するための速度制御モードループのブロック図であ
る。

【図１２】タービンの発電能力を調節する電源制御モードループのブロック図である。

【図１３】電源制御装置の種々の動作状態を示す状態説明図である。

【図１４】タービン及び燃料装置とインタフェースする電源制御装置のブロック図である
。

【図１５】マルチパック構成の電源制御装置のブロック図である。

【図１６】本発明の電源制御装置のための商用配電網分析システムのブロック図である。

【図１７】図１６に示す商用配電網分析システムについて電圧と時間との関係を示すグラ
フ図である。

【図１８】制動抵抗を含む図１６に示す電源制御装置の略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ワックノヴジョエルアメリカ合衆国カリフォルニア州 91356 ターザナヨーランダアベニュー 6025 (72)発明者ウォールシモンアメリカ合衆国カリフォルニア州 91360 サウンザンドオークスハウデンクキャンプロード 359 アパートメント＃132 Ｆターム(参考） 5G065 AA00 DA06 EA04 EA07 GA04 HA09 JA07 LA03 MA01 MA02 MA10 5G066 HA17 HA30 HB01 HB08 HB09 JA05 JA07 JB02 JB03 JB04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のエネルギーコンポーネントに電力を分配するための電
源制御装置であって、ＤＣバスと、複数の電力コンバータとを有し、各電力コン
バータは、前記エネルギーコンポーネントのうちの１つと前記ＤＣバスとの間に
接続されていて、前記電源制御装置に応答し、前記電源制御装置は、各エネルギ
ーコンポーネントの電力吸収又は放出の仕方及びＤＣバスの調整の仕方を制御す
ることによって分散発電形電力システムを構成することを特徴とする電源制御装
置。
【請求項２】前記電力コンバータは各々、前記電源制御装置の制御の下で
、前記ＤＣバスへの前記エネルギーコンポーネントのインタフェースとなるよう
構成された特注の双方向切換えコンバータとして動作することを特徴とする請求
項１記載の電源制御装置。
【請求項３】前記電力コンバータは各々、電力切換えシステム及び前記電
力切換えシステムに対する制御を行う処理システムとを有することを特徴とする
請求項１記載の電源制御装置。
【請求項４】前記処理システムは、信号プロセッサと、前記信号プロセッ
サに対する制御を行う中央処理ユニットとを更に有することを特徴とする請求項
３記載の電源制御装置。
【請求項５】前記中央処理ユニットは、前記電力コンバータを互いに異な
る動作モードに合わせて互いに異なる形態に再構成することを特徴とする請求項
３記載の電源制御装置。
【請求項６】前記電力切換えシステムは、複数の絶縁ゲートバイポーラト
ランジスタスイッチから成ることを特徴とする請求項３記載の電源制御装置。
【請求項７】前記複数のエネルギーコンポーネントは、エネルギー源を含
むことを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
【請求項８】前記エネルギー源は、ガスタービンであることを特徴とする
請求項７記載の電源制御装置。
【請求項９】前記ガスタービンは、ＡＣ発電機を駆動して前記電力コンバ
ータに印加されるＡＣを生じさせることを特徴とする請求項８記載の電源制御装
置。
【請求項１０】前記電源制御装置は、ＤＣバス電圧をタービン速度とは無
関係に調整すること特徴とする請求項９記載の電源制御装置。
【請求項１１】前記複数のエネルギーコンポーネントは、エネルギー貯蔵
装置を含むことを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
【請求項１２】前記エネルギー貯蔵装置は、フライホイールであることを
特徴とする請求項１０記載の電源制御装置。
【請求項１３】前記エネルギー貯蔵装置は、バッテリであることを特徴と
する請求項１１記載の電源制御装置。
【請求項１４】前記エネルギー貯蔵装置は、ウルトラキャップであること
を特徴とする請求項１１記載の電源制御装置。
【請求項１５】前記複数のエネルギーコンポーネントは、負荷を含むこと
を特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
【請求項１６】前記負荷は、ＡＣユーティリティであることを特徴とする
請求項１５記載の電源制御装置。
【請求項１７】前記負荷は、ＤＣ負荷であることを特徴とする請求項１６
記載の電源制御装置。
【請求項１８】前記負荷は、駆動モータであることを特徴とする請求項１
６記載の電源制御装置。
【請求項１９】前記複数のエネルギーコンポーネントは、エネルギー源、
負荷及び貯蔵装置を含むことを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
【請求項２０】ユーティリティ起動動作モード中、前記電力コンバータの
うち１つは、前記電力コンバータの別の１つにより起動のために前記エネルギー
源によって必要とされる電力に変換できるよう電力を前記負荷から前記ＤＣバス
に及ぼし、前記貯蔵装置は、前記負荷が前記ＤＣバス上のＤＣ電圧を調整してい
る間に前記ＤＣバスから切り離されることを特徴とする請求項１９記載の電源制
御装置。
【請求項２１】前記エネルギー源は、タービンから成り、前記タービンの
毎分回転数（ＲＰＭ）を維持するためにローカルフィードバックループで制御さ
れることを特徴とする請求項２０記載の電源制御装置。
【請求項２２】ユーティリティの起動動作モード中、前記電力コンバータ
のうち１つが前記ＤＣバスから隔離され、前記電力コンバータのうち別の１つが
所要の起動電力を前記ＤＣバスから前記エネルギー源に与えるようになっている
ことを特徴とする請求項１９記載の電源制御装置。
【請求項２３】前記電力コンバータは、発電機用コンバータ及び出力コン
バータから成ることを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
【請求項２４】前記電源制御装置は、ディジタル制御式であり、前記発電
機用コンバータは、発電機用インバータであり、前記出力コンバータは、出力イ
ンバータであることを特徴とする請求項２３記載の電源制御装置。
【請求項２５】前記中央処理ユニットは、前記電源制御装置内で生じる出
来事を順番付し、外部に接続された装置への通信状態を調整することを特徴とす
る請求項４記載の電源制御装置。
【請求項２６】前記中央処理ユニットは、モトローラＭＣ６８３３２マイ
クロプロセッサであることを特徴とする請求項４記載の電源制御装置。
【請求項２７】前記エネルギー源は、タービン発電機であり、前記エネル
ギー貯蔵装置は、バッテリであり、前記負荷は、商用配電網であることを特徴と
する請求項１９記載の電源制御装置。
【請求項２８】前記エネルギー源は、タービン発電機であり、前記エネル
ギー貯蔵装置は、容量性装置であり、前記負荷は、商用配電網であることを特徴
とする請求項１９記載の電源制御装置。
【請求項２９】前記エネルギー源は、タービン発電機であり、前記負荷は
、商用配電網であることを特徴とする請求項１９記載の電源制御装置。
【請求項３０】前記複数のエネルギーコンポーネントは、タービン発電機
及び負荷から成ることを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
【請求項３１】タービンエンジンと、負荷と、前記タービンエンジンから
得た電気を定ＤＣに変換し、次にＡＣ電気に変換するための電源制御装置とを有
するタービンシステムであって、前記電源制御装置は、前記タービンエンジンと
連携しているエンジン電力変換手段と、前記負荷と連携しているユーティリティ
電力変換手段と、ＤＣバスとを有することを特徴とするタービンシステム。
【請求項３２】エネルギーリザーバ制御装置及び前記電源制御装置と連携
した燃料計量システムを更に有することを特徴とする請求項３１記載のタービン
システム。
【請求項３３】前記電源制御装置は、前記エンジン電力変換手段及び前記
ユーティリティ電力変換手段を利用する分散発電形電力システムを構成すること
を特徴とする請求項３１記載のタービンシステム。
【請求項３４】前記エンジン電力変換手段及び前記ユーティリティ電力変
換手段は、前記電源制御装置の制御の下で、前記ＤＣバスへの前記タービンエン
ジン及び前記負荷のためのインタフェースとなるよう構成された特注の双方向切
換えコンバータとして動作することを特徴とする請求項３１記載のタービンシス
テム。
【請求項３５】複数のエネルギーコンポーネントへの電力の分配を制御す
る方法であって、電力コンバータをＤＣバスと前記エネルギーコンポーネントの
各々との間に接続する段階と、前記エネルギーコンポーネントの各々が電力を吸
収又は放出する仕方を制御する段階と、前記エネルギーコンポーネントの各々の
動作状態に応答して前記ＤＣバスを調整する仕方を制御する段階とを有すること
を特徴とする方法。
【請求項３６】前記エネルギーコンポーネントの各々の電力吸収又は放出
の仕方を制御する前記段階は、前記電力コンバータの各々を構成する仕方を制御
する段階を含むことを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項３７】前記エネルギーコンポーネントの各々の電力吸収又は放出
の仕方を制御する前記段階は、前記電力コンバータを、これらが前記ＤＣバスへ
の前記エネルギーコンポーネントのためのインタフェースを提供するよう構成さ
れた特注の双方向切換えコンバータとして動作するよう制御する段階を更に含む
ことを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項３８】前記電力コンバータは各々、電力切換えシステムから成り
、前記電力コンバータの各々を構成するしか頭制御する前記段階は、前記電力切
換えシステムの制御を行う段階を更に含むことを特徴とする請求項３６記載の方
法。
【請求項３９】前記電力コンバータの前記各々を構成する仕方を制御する
前記段階は、前記電力コンバータの各々を互いに異なる動作モードに合わせて互
いに異なる形態に再構成する段階を更に含むことを特徴とする請求項３５記載を
方法。
【請求項４０】前記複数のエネルギーコンポーネントは、エネルギー源、
負荷及び貯蔵装置を含むことを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項４１】前記エネルギー源は、タービン発電機であり、前記エネル
ギー貯蔵装置は、バッテリであり、前記負荷は、商用配電網であることを特徴と
する請求項４０記載の方法。
【請求項４２】前記エネルギー源は、タービン発電機であり、前記エネル
ギー貯蔵装置は、容量性装置であり、前記負荷は、商用配電網であることを特徴
とする請求項４０記載の方法。
【請求項４３】ユーティリティ起動動作モード中、前記電力コンバータの
うち１つを利用して前記電力コンバータの別の１つにより起動のために前記エネ
ルギー源によって必要とされる電力に変換できるよう電力を前記負荷から前記Ｄ
Ｃバスに及ぼす段階と、前記貯蔵装置を前記負荷が前記ＤＣバス上のＤＣ電圧を
調整している間に前記ＤＣバスから切り離す段階とを更に有することを特徴とす
る請求項４０記載の方法。
【請求項４４】前記エネルギー源は、タービンから成り、ローカルフィー
ドバックループを利用して前記タービンの毎分回転数（ＲＰＭ）を維持する段階
を更に有することを特徴とする請求項４３記載の方法。
【請求項４５】ユーティリティの起動動作モード中、前記電力コンバータ
のうち１つを前記ＤＣバスから隔離し、前記電力コンバータのうち別の１つが所
要の起動電力を前記ＤＣバスから前記エネルギー源に与えるようにする段階を更
に有することを特徴とする請求項４０記載の方法。
【請求項４６】前記電力コンバータは、発電機用コンバータ及び出力コン
バータから成ることを特徴とする請求項３５記載の方法。
【請求項４７】前記配電は、ディジタル制御され、前記発電機用コンバー
タは、発電機用インバータであり、前記出力コンバータは、出力インバータであ
ることを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項４８】生じる出来事を順番付けする段階と、外部に接続された装
置への通信状態を調整する段階とを更に有することを特徴とする請求項３５記載
の方法。
【請求項４９】電源制御システムであって、複数のエネルギーコンポーネ
ントに電力を分配するための複数の電源制御装置と、前記複数の電源制御装置相
互間の通信を可能にする第１のバスとを有することを特徴とする電源制御システ
ム。
【請求項５０】前記複数の電源制御装置相互間の通信を可能にする第２の
バスを更に有することを特徴とする請求項４９記載の電源制御システム。
【請求項５１】前記第１のバスは、第１の速度でのデータ交換を可能にし
、前記第２のバスは、第２の速度でのデータ交換を可能にすることを特徴とする
請求項５０記載の電源制御システム。
【請求項５２】前記第１のバスは、出力電力波形の同期をとること特許と
する請求項５１記載の電源制御システム。
【請求項５３】前記第２のバスは、データ収集を可能にすることを特徴と
する請求項５２記載の電源制御システム。
【請求項５４】前記第２のバスは、前記電源制御システムの起動及び停止
動作を可能にすることを特徴とする請求項５２記載の電源制御システム。
【請求項５５】前記第２のバスは、モード選択を可能にすることを特徴と
する請求項５２記載の電源制御システム。
【請求項５６】前記複数の電源制御装置は各々、ＤＣバスと、複数の電力
コンバータとを有し、各電力コンバータは、前記エネルギーコンポーネントのう
ちの１つと前記ＤＣバスとの間に接続されていて、前記電源制御装置に応答し、
前記電源制御装置は、各エネルギーコンポーネントの電力吸収又は放出の仕方及
びＤＣバスの調整の仕方を制御することによって分散発電形電力システムを構成
することを特徴とする請求項４９記載の電源制御システム。
【請求項５７】前記電源制御装置は各々、前記電源制御装置の制御の下で
、前記ＤＣバスへの前記エネルギーコンポーネントのインタフェースとなるよう
構成された特注の双方向切換えコンバータとして動作することを特徴とする請求
項５２記載の電源制御システム。
【請求項５８】前記複数の電源制御装置は、マスタ制御装置であり、前記
複数の電源制御装置の残りは、スレーブ制御装置であることを特徴とする請求項
４９記載の電源制御システム。
【請求項５９】前記マスタ制御装置は、ユーザ入力コマンドを取り扱うこ
とを特徴とする請求項５８記載の電源制御システム。
【請求項６０】前記マスタ制御装置は、システム間通信トランザクション
を開始することを特徴とする請求項５８記載の電源制御システム。
【請求項６１】前記マスタ制御装置は、前記スレーブ制御装置をディスパ
ッチすることを特徴とする請求項５８記載の電源制御システム。
【請求項６２】前記システムは、マスタ制御装置を決定し、アドレスを前
記スレーブ制御装置に割り当てることを特徴とする請求項５８記載の電源制御シ
ステム。
【請求項６３】前記スレーブ制御装置は、前記マスタ制御装置の動作をモ
ニターするコマスタ制御装置を含むことを特徴とする請求項５８記載の電源制御
システム。
【請求項６４】前記コマスタ制御装置は、前記マスタ制御装置から、前記
マスタ制御装置が正しく動作していることを指示する信号を受け取ることを特徴
とする請求項６３記載の電源制御システム。
【請求項６５】前記スレーブ制御装置は、電流源かスタンドアロンかの何
れかであるように選択されていることを特徴とする請求項５８記載の電源制御シ
ステム。
【請求項６６】前記マスタ制御装置は、信号プロセッサと、前記信号プロ
セッサに対する制御を行う中央処理ユニットとを更に有することを特徴とする請
求項５８記載の電源制御システム。
【請求項６７】前記信号プロセッサは、ディジタル式であることを特徴と
する請求項５８記載の電源制御システム。
【請求項６８】前記マスタ制御装置は、前記信号プロセッサと通信してマ
スタ制御装置であるようになっていることを特徴とする請求項６６記載の電源制
御システム。
【請求項６９】前記信号プロセッサは、出力波形を前記スレーブ制御装置
と同期させるためのパケットを前記第１のバスで伝送することを特徴とする請求
項６６記載の電源制御システム。
【請求項７０】前記パケットは、前記出力波形の角度を含むことを特徴と
する請求項６９記載の電源制御システム。
【請求項７１】前記パケットは、誤り検査情報を含むことを特徴とする請
求項６９記載の電源制御システム。
【請求項７２】前記マスタ制御装置は、全電力消費量を測定し、前記シス
テムは、前記測定値に応答して、ユーティリティ電力消費量を一定負荷に調整す
ることを特徴とする請求項５８記載の電源制御システム。
【請求項７３】前記マスタ制御装置は、ユーティリティ電力消費量を０負
荷に調整することを特徴とする請求項５９記載の電源制御システム。
【請求項７４】前記システムは、一定負荷をもたらし、ユーティリティは
、アプリケーション方式で前記負荷を補充することを特徴とする請求項５８記載
の電源制御システム。
【請求項７５】前記マスタ制御装置は、動作時間に基づいてスレーブ制御
装置をディスパッチすることを特徴とする請求項５８記載の電源制御システム。
【請求項７６】前記マスタ制御装置は、特定のスレーブ制御装置の摩耗を
減少させるために、長時間にわたって動作しているスレーブ制御装置をターンオ
フし、動作時間の短いスレーブ制御装置をターンオンすることを特徴とする請求
項７５記載の電源制御システム。
【請求項７７】前記システムは、複数のタービン発電機の制御を可能にす
ることを特徴とする請求項４９記載の電源制御システム。
【請求項７８】複数のタービンエンジン及び複数の負荷を更に有し、前記
多数の電源制御装置は、前記複数のタービンエンジンから得た電気を定ＤＣに変
換し、次にＡＣ電気に変換し、前記電源制御装置は、前記複数のタービンエンジ
ンと連携しているエンジン電力変換手段と、前記複数の負荷と連携しているユー
ティリティ電力変換手段と、ＤＣバスとを有することを特徴とする請求項７７記
載の電源制御システム。
【請求項７９】複数のエネルギーコンポーネントに電力を分配するための
ディジタル式電源制御装置であって、ＤＣバスと、複数の電力インバータとを有
し、各電力インバータは、前記エネルギーコンポーネントのうちの１つと前記Ｄ
Ｃバスとの間に接続されていて、前記電源制御装置に応答し、前記電源制御装置
は、各エネルギーコンポーネントの電力吸収又は放出の仕方及びＤＣバスの調整
の仕方を制御することによって分散発電形電力システムを構成することを特徴と
するディジタル式電源制御装置。
【請求項８０】前記制御装置は、第１のモード及び第２のモードで動作す
ることを特徴とする請求項７９記載のディジタル式電源制御装置。
【請求項８１】前記第１のモードでは、前記負荷は、基準電圧及び位相を
供給し、前記エネルギー源は、前記負荷と同期して電力を供給することを特徴と
する請求項８０記載のディジタル式電源制御装置。
【請求項８２】前記第２のモードでは、前記エネルギー源は、それ自体の
基準電圧及び位相を供給し、電力を前記負荷に直接供給することを特徴とする請
求項８０記載のディジタル式電源制御装置。
【請求項８３】前記エネルギー源は、タービンであり、前記負荷は、配電
網であることを特徴とする請求項７９記載のディジタル式電源制御装置。
【請求項８４】前記制御装置は、前記第１のモードと前記第２のモードと
の間で自動的に切り替わることを特徴とする請求項８０記載のデジタル式電源制
御装置。
【請求項８５】前記第１のモード及び第２のモードはそれぞれ複数のサブ
モードを有していることを特徴とする請求項８０記載のディジタル式電源制御装
置。
【請求項８６】第１のサブモードでは、前記エネルギー貯蔵装置は、起動
を可能にし、前記エネルギー源は、過渡的及び定常エネルギーを供給することを
特徴とする請求項８５記載のデジタル式電源制御装置。
【請求項８７】第２の作モードでは、前記エネルギー貯蔵装置は、前記エ
ネルギー源を起動させてこれが過渡的状態の間、最大出力電力を供給するのを助
けることを特徴とする請求項８５記載のディジタル式電源制御装置。
【請求項８８】前記エネルギー貯蔵装置は、作動中、常時前記ＤＣバスに
取り付けられており、エネルギーを供給して前記ＤＣバス上に電圧を維持するこ
とを特徴とする請求項８７記載のディジタル式電源制御装置。
【請求項８９】第３のサブモードでは、前記エネルギー源は、前記負荷に
接続されていて、負荷の平準化及び管理を行い、前記負荷は、過渡事象に対処す
ることを特徴とする請求項８５記載のディジタル式電源制御装置。
【請求項９０】第４のサブモードでは、前記エネルギー源は、前記負荷に
接続され、前記エネルギー源は、前記負荷に接続されていて、負荷の平準化及び
管理を行い、前記エネルギー貯蔵装置は、過渡事象に対処することを特徴とする
請求項８５記載のディジタル式電源制御装置。
【請求項９１】ディジタル式信号プロセッサを有するコンピュータを用い
て複数のエネルギーコンポーネントへの電力の分配を制御するための方法であっ
て、複数の電力インバータをＤＣバスと前記エネルギーコンポーネントの各々と
の間でインタフェースする段階と、前記エネルギーコンポーネントの各々が電力
を吸収又は放出する仕方を制御する段階と、前記エネルギーコンポーネントの各
々の動作状態に応答して前記ＤＣバスを調整する仕方を制御する段階とを有し、
前記複数のエネルギーコンポーネントは、エネルギー源、負荷及び貯蔵装置を含
むことを特徴とする方法。
【請求項９２】起動のために電力を前記電力インバータに供給する段階と
、前記電力インバータを誤り検査する段階と、内部データ構造を初期化する段階
と、オペレーティングシステムを起動させる段階とを更に有することを特徴とす
る請求項９１記載の方法。
【請求項９３】前記システムをモニターしてもし故障が生じていたら診断
を行う段階と、エネルギー貯蔵装置又は負荷のいずれかにコマンドを出して連続
電力を供給を行う段階とを更に有することを特徴とする請求項９２記載の方法。
【請求項９４】外部装置を初期化する段階と、起動プロセスが開始可能で
あることを知らせる段階とを更に有することを特徴とする請求項９３記載の方法
。
【請求項９５】信号プロセッサにコマンドを出して、前記エネルギー源を
動作させる段階と、前記エネルギー源が回転中であるようにする段階とを更に有
することを特徴とする請求項９４記載の方法。
【請求項９６】前記エネルギー源がいったん所定速度に達すると、燃焼が
生じるようにする段階を更に有することを特徴とする請求項９５記載の方法。
【請求項９７】前記エネルギー源に順に加熱プロセスを行わせて前記エネ
ルギー源を自己持続動作点状態にする段階を更に有することを特徴とする請求項
９６記載の方法。
【請求項９８】制御アルゴリズムの動作を続行して前記エネルギー源を無
負荷状態で作動させる段階を更に有することを特徴とする請求項９７記載の方法
。
【請求項９９】制御アルゴリズムの動作を続行して前記エネルギー源を所
望の負荷状態で作動させる段階を更に有することを特徴とする請求項９８記載の
方法。
【請求項１００】エネルギー貯蔵装置を最大容量状態に切り換える段階を
更に有することを特徴とする請求項９９記載の方法。
【請求項１０１】前記エネルギー源を作動後に冷却させる段階と、燃料を
パージする段階とを更に有することを特徴とする請求項１００記載の方法。
【請求項１０２】前記エネルギー源を再起動させる前に前記エネルギー源
を構成する段階を更に有することを特徴とする請求項１０１記載の方法。
【請求項１０３】前記エネルギー源を休止させる段階と、システム出力を
アイドリング動作可能に構成する段階とを更に有することを特徴とする請求項１
０２記載の方法。
【請求項１０４】システムの故障が生じて負荷又はエネルギー貯蔵装置か
ら電力が得られない場合に燃焼を再び行わせてウォームダウンを実行する段階を
更に有することを特徴とする請求項１０２記載の方法。
【請求項１０５】前記エネルギー源を無負荷状態で作動させるのに電力が
使えない場合に燃料を供給して動作温度をウォームダウン状態で下げる段階を更
に有することを特徴とする請求項１０４記載の方法。
【請求項１０６】前記システムを故障があるかどうかにつきモニターする
段階を更に有することを特徴とする請求項１０５記載の方法。
【請求項１０７】安全動作を損なう故障が生じたときに全ての出力を無効
にして前記システムを安全形態にする段階を更に有することを特徴とする請求項
１０６記載の方法。
【請求項１０８】タービンを含むシステムにおいてデジタル式信号プロセ
ッサを有するコンピュータを用いて複数のエネルギーコンポーネントへの電力の
分配を制御する方法であって、複数の電力インバータをＤＣバスと前記エネルギ
ーコンポーネントの各々との間でインタフェースする段階と、前記エネルギーコ
ンポーネントの各々が電力を吸収又は放出する仕方を制御する段階と、前記エネ
ルギーコンポーネントの各々の動作状態に応答して前記ＤＣバスを調整する仕方
を制御する段階とを有し、前記複数のエネルギーコンポーネントは、エネルギー
源、負荷及びエネルギ貯蔵装置を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０９】速度コマンドを変えて前記システムの電力を調整する段
階を更に有することを特徴とする１０８記載の方法。
【請求項１１０】燃料流量コマンドを変えて前記タービンの速度を調整す
る段階を更に有することを特徴とする請求項１０８記載の方法。
【請求項１１１】燃料流量コマンドを変えて前記タービンの排出ガス温度
を調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１０８記載の方法。
【請求項１１２】前記電力インバータは、それぞれ第１及び第２の信号プ
ロセッサの制御の下にある第１及び第２の電力インバータから成ることを特徴と
する請求項１０８記載の方法。
【請求項１１３】前記第１の信号プロセッサと関連した電流コマンドを変
えて前記タービンの速度を調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１
１２記載の方法。
【請求項１１４】前記第２の信号プロセッサと関連した電流コマンドを変
えて前記ＤＣバスの電圧を調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１
１２記載の方法。
【請求項１１５】前記第１の信号プロセッサと関連した電流コマンドを変
えて前記ＤＣバスの電圧を調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１
１２記載の方法。
【請求項１１６】前記第２の信号プロセッサに従って電力を前記ＤＣバス
から得て一定のＡＣ電圧出力を生じさせる段階を更に有することを特徴とする請
求項１１２記載の方法。
【請求項１１７】電力を前記エネルギー貯蔵装置から双方向に得て前記Ｄ
Ｃバスの電圧を調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１０８記載の
方法。
【請求項１１８】前記第２の信号プロセッサに従って電力を前記ＤＣバス
から得て一定のＡＣ電流出力を生じさせる段階を更に有することを特徴とする請
求項１１２記載の方法。
【請求項１１９】前記第２の信号プロセッサへのＡＣ電流コマンドを変え
て一定タービンＥＧＴを調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１０
８記載の方法。
【請求項１２０】電力を前記エネルギー貯蔵装置から双方向に得て装置の
充電状態を調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１０８記載の方法
。
【請求項１２１】タービンを含むシステムにおいてデジタル式信号プロセ
ッサを有するコンピュータを用いて複数のエネルギーコンポーネントへの電力の
分配を制御する方法であって、複数の電力インバータをＤＣバスと前記エネルギ
ーコンポーネントの各々との間でインタフェースする段階と、前記エネルギーコ
ンポーネントの各々が電力を吸収又は放出する仕方を制御する段階と、前記エネ
ルギーコンポーネントの各々の動作状態に応答して前記ＤＣバスを調整する仕方
を制御する段階とを有し、前記複数のエネルギーコンポーネントは、エネルギー
源、負荷及びエネルギ貯蔵装置を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２２】速度コマンドを変えて前記システムの電力を調整する段
階を更に有することを特徴とする１２１記載の方法。
【請求項１２３】燃料流量コマンドを変えて前記タービンの速度を調整す
る段階を更に有することを特徴とする請求項１２２記載の方法。
【請求項１２４】燃料流量コマンドを変えて前記タービンの排出ガス温度
を調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１２３記載の方法。
【請求項１２５】前記電力インバータは、それぞれ第１及び第２の信号プ
ロセッサの制御の下にある第１及び第２の電力インバータから成ることを特徴と
する請求項１２４記載の方法。
【請求項１２６】前記第１の信号プロセッサと関連した電流コマンドを変
えて前記タービンの速度を調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１
２５記載の方法。
【請求項１２７】前記第２の信号プロセッサと関連した電流コマンドを変
えて前記ＤＣバスの電圧を調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１
２６記載の方法。
【請求項１２８】前記第１の信号プロセッサと関連した電流コマンドを変
えて前記ＤＣバスの電圧を調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１
２７記載の方法。
【請求項１２９】前記第２の信号プロセッサに従って電力を前記ＤＣバス
から得て一定のＡＣ電圧出力を生じさせる段階を更に有することを特徴とする請
求項１２８記載の方法。
【請求項１３０】電力を前記エネルギー貯蔵装置から双方向に得て前記Ｄ
Ｃバスの電圧を調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１２９記載の
方法。
【請求項１３１】前記第２の信号プロセッサに従って電力を前記ＤＣバス
から得て一定のＡＣ電流出力を生じさせる段階を更に有することを特徴とする請
求項１３０記載の方法。
【請求項１３２】前記第２の信号プロセッサへのＡＣ電流コマンドを変え
て一定タービンＥＧＴを調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１３
１記載の方法。
【請求項１３３】電力を前記エネルギー貯蔵装置から双方向に得て装置の
充電状態を調整する段階を更に有することを特徴とする請求項１３２記載の方法
。
【請求項１３４】複数のエネルギーコンポーネントに電力を分配するため
の電源制御装置であって、ＤＣバスと、複数の電力コンバータとを有し、各電力
コンバータが、前記エネルギーコンポーネントのうちの１つと前記ＤＣバスとの
間に接続されていて、前記電源制御装置に応答し、前記電源制御装置は、各エネ
ルギーコンポーネントの電力吸収又は放出の仕方及びＤＣバスの調整の仕方を制
御することによって分散発電形電力システムを構成し、前記電源制御装置は、前
記エネルギーコンポーネントのうちの１つと関連した過渡事象を検出する手段を
更に有することを特徴とする電源制御装置。
【請求項１３５】前記エネルギーコンポーネントのうちの１つと前記電力
コンバータのうちの１つとの間における電力切換えを中断させる手段を更に有す
ることを特徴とする請求項１３４記載の電源制御装置。
【請求項１３６】前記エネルギーコンポーネントのうちの前記１つの電流
がいったんほぼゼロに下がると、前記エネルギーコンポーネントのうちの１つと
前記電力コンバータのうちの１つとの間における電力切換えを再開させる手段を
更に有することを特徴とする請求項１３５記載の電源制御装置。
【請求項１３７】前記エネルギーコンポーネントのうち前記別の１つによ
り前記ＤＣバスに供給された前記電力を抵抗性負荷を介して消散させる手段を更
に有することを特徴とする請求項１３６記載の電源制御装置。
【請求項１３８】実際の位相電圧の測定値と関連してフィードバックプロ
セスにおいて位相電圧の大きさ及び配電網の位相角度を推定して推定されたピー
ク電圧の大きさを改善する手段と、前記推定されたピーク電圧の大きさ及び測定
された位相電圧に基づいて商用配電網の各瞬時位相角度を推定する手段と、最も
大きな正確な角度推定値を利用して前記配電網の瞬時位相角度の推定値を計算す
る手段と、微分及びろ波を行って配電網の周波数の推定値を得る手段と、前記配
電網周波数を積分して推定された配電網位相角度を得る手段と、前記推定された
配電網の位相角度を補正して前記配電網の瞬時位相角度の推定値と同相状態に収
束させる手段とを更に有することを特徴とする請求項１３４記載の電源制御装置
。
【請求項１３９】複数のエネルギーコンポーネントへの電力の分配を制御
する方法であって、電力コンバータをＤＣバスと前記エネルギーコンポーネント
の各々との間に接続する段階と、前記エネルギーコンポーネントの各々が電力を
吸収又は放出する仕方を制御する段階と、前記エネルギーコンポーネントの各々
の動作状態に応答して前記ＤＣバスを調整する仕方を制御する段階と、前記エネ
ルギーコンポーネントのうちの１つと関連した過渡事象を検出する段階とを有す
ることを特徴とする方法。
【請求項１４０】前記エネルギーコンポーネントのうちの１つと前記電力
コンバータのうちの１つとの間における電力切換えを中断させる手段を更に有す
ることを特徴とする請求項１３９記載の方法。
【請求項１４１】前記エネルギーコンポーネントのうちの前記１つの電流
がいったんほぼゼロに下がると、前記エネルギーコンポーネントのうちの１つと
前記電力コンバータのうちの１つとの間における電力切換えを再開させる手段を
更に有することを特徴とする請求項１４０記載の方法。
【請求項１４２】前記エネルギーコンポーネントのうち前記別の１つによ
り前記ＤＣバスに供給された前記電力を抵抗性負荷を介して消散させる手段を更
に有することを特徴とする請求項１４１記載の方法。
【請求項１４３】実際の位相電圧の測定値と関連してフィードバックプロ
セスにおいて位相電圧の大きさ及び配電網の位相角度を推定して推定されたピー
ク電圧の大きさを改善する手段と、前記推定されたピーク電圧の大きさ及び測定
された位相電圧に基づいて商用配電網の各瞬時位相角度を推定する手段と、最も
大きな正確な角度推定値を利用して前記配電網の瞬時位相角度の推定値を計算す
る手段と、微分及びろ波を行って配電網の周波数の推定値を得る手段と、前記配
電網周波数を積分して推定された配電網位相角度を得る手段と、前記推定された
配電網の位相角度を補正して前記配電網の瞬時位相角度の推定値と同相状態に収
束させる手段とを更に有することを特徴とする請求項１３９記載の方法。