JP2003041906A - ガスタービン発電装置 - Google Patents
ガスタービン発電装置Info
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- JP2003041906A JP2003041906A JP2002149560A JP2002149560A JP2003041906A JP 2003041906 A JP2003041906 A JP 2003041906A JP 2002149560 A JP2002149560 A JP 2002149560A JP 2002149560 A JP2002149560 A JP 2002149560A JP 2003041906 A JP2003041906 A JP 2003041906A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 起動を容易に且つ速やかに行うことができる
ガスタービン発電装置を提供する。 【解決手段】 高速運転が可能なガスタービン２と、該
ガスタービンにより高速駆動されるＤＣブラシレス型発
電機４と、該発電機により生成される交流電力を商用交
流電力に変換するインバータ装置５とを備えたガスター
ビン発電装置において、ガスタービン２の起動に際し
て、ＤＣブラシレス型発電機４をモータとして用い、直
流電圧制御部１７からインバータ装置５により、または
インバータ装置５とは別のインバータ装置により、速度
ゼロからなめらかに回転速度を上昇させる交流電力を前
記発電機に供給する制御装置を備え、該制御装置は、イ
ンバータ装置５の出力電流を検出して該出力電流が一定
となるようにインバータ装置５を制御する手段を備え
た。
ガスタービン発電装置を提供する。 【解決手段】 高速運転が可能なガスタービン２と、該
ガスタービンにより高速駆動されるＤＣブラシレス型発
電機４と、該発電機により生成される交流電力を商用交
流電力に変換するインバータ装置５とを備えたガスター
ビン発電装置において、ガスタービン２の起動に際し
て、ＤＣブラシレス型発電機４をモータとして用い、直
流電圧制御部１７からインバータ装置５により、または
インバータ装置５とは別のインバータ装置により、速度
ゼロからなめらかに回転速度を上昇させる交流電力を前
記発電機に供給する制御装置を備え、該制御装置は、イ
ンバータ装置５の出力電流を検出して該出力電流が一定
となるようにインバータ装置５を制御する手段を備え
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン発電装
置の起動時の制御方法に係り、特に高速運転が可能な小
型のガスタービンエンジンと発電機の組み合わせによ
り、小規模の設備で比較的大きな電力を発生することが
できる発電装置に関するものである。
置の起動時の制御方法に係り、特に高速運転が可能な小
型のガスタービンエンジンと発電機の組み合わせによ
り、小規模の設備で比較的大きな電力を発生することが
できる発電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に手軽に利用が可能な発電設
備としては、レシプロエンジンを用いた発電装置が知ら
れている。これは、レシプロエンジンに石油等の燃料を
供給して発電機を駆動することで、交流電力を生成する
ものである。係る設備によれば、手軽に交流電力を生成
できるので、非常用発電設備等として広く用いられてい
る。
備としては、レシプロエンジンを用いた発電装置が知ら
れている。これは、レシプロエンジンに石油等の燃料を
供給して発電機を駆動することで、交流電力を生成する
ものである。係る設備によれば、手軽に交流電力を生成
できるので、非常用発電設備等として広く用いられてい
る。
【０００３】また、大型のガスタービン発電機を用いた
コジェネレーション型の発電設備も工場等の一部に採用
されている。これは、大型のガスタービンエンジンを用
い、石油またはガス燃料を燃焼させてガスタービンエン
ジンを駆動し、これに直結された発電機を駆動して交流
電力を生成するものである。係る設備によれば、発電機
で生成された電力を工場内等で利用することができると
共に、ガスタービンの排熱を同様に工場内等で利用する
ことで、総合的なエネルギーの利用効率を高めることが
できる。しかしながら、係る設備は大型であり、その据
え付け面積に大きなスペースを必要とし、また設備導入
の初期投資コストが大きいという問題がある。
コジェネレーション型の発電設備も工場等の一部に採用
されている。これは、大型のガスタービンエンジンを用
い、石油またはガス燃料を燃焼させてガスタービンエン
ジンを駆動し、これに直結された発電機を駆動して交流
電力を生成するものである。係る設備によれば、発電機
で生成された電力を工場内等で利用することができると
共に、ガスタービンの排熱を同様に工場内等で利用する
ことで、総合的なエネルギーの利用効率を高めることが
できる。しかしながら、係る設備は大型であり、その据
え付け面積に大きなスペースを必要とし、また設備導入
の初期投資コストが大きいという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】最近、電力規制緩和に
伴う電力市場のオープン化により地域分散型の電源が注
目されている。小型ガスタービン発電設備では、ガスタ
ービンエンジンに燃料と圧縮された空気とが供給され、
例えば毎分１０万回転等の定常回転速度での運転が行わ
れる。この時には、ガスタービンエンジンに直結された
発電機には交流電力が出力されるが、この周波数は商用
交流電源系統の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚと比較して遙か
に高い周波数の交流電力が出力される。従って、この出
力をインバータ装置により整流して直流に変換し、さら
に商用交流電源系統の周波数、電圧、位相に合わせた交
流電力に逆変換される。
伴う電力市場のオープン化により地域分散型の電源が注
目されている。小型ガスタービン発電設備では、ガスタ
ービンエンジンに燃料と圧縮された空気とが供給され、
例えば毎分１０万回転等の定常回転速度での運転が行わ
れる。この時には、ガスタービンエンジンに直結された
発電機には交流電力が出力されるが、この周波数は商用
交流電源系統の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚと比較して遙か
に高い周波数の交流電力が出力される。従って、この出
力をインバータ装置により整流して直流に変換し、さら
に商用交流電源系統の周波数、電圧、位相に合わせた交
流電力に逆変換される。
【０００５】係る発電設備は、上述したように分散型の
発電設備であり、例えば店舗等の小規模の電力需要家で
使用しうるものである。従って、その運転操作はなるべ
く自動化され、安定した運転が行われることが好まし
い。特に、その起動時には、各種機器を損傷することな
く、なるべく短時間で定常運転状態に到達できることが
望まれている。
発電設備であり、例えば店舗等の小規模の電力需要家で
使用しうるものである。従って、その運転操作はなるべ
く自動化され、安定した運転が行われることが好まし
い。特に、その起動時には、各種機器を損傷することな
く、なるべく短時間で定常運転状態に到達できることが
望まれている。
【０００６】本発明は、係る事情に鑑みて為されたもの
で、起動を容易に且つ速やかに行うことができるガスタ
ービン発電装置を提供することを目的とするものであ
る。
で、起動を容易に且つ速やかに行うことができるガスタ
ービン発電装置を提供することを目的とするものであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のガスタービン発
電装置は、高速運転が可能なガスタービンと、該ガスタ
ービンにより高速駆動されるＤＣブラシレス型発電機
と、該発電機により生成される交流電力を商用交流電力
に変換するインバータ装置とを備えた小型ガスタービン
発電装置において、前記ガスタービンの起動に際して、
前記ＤＣブラシレス型発電機をモータとして用い、直流
電源から前記インバータ装置により、または前記インバ
ータ装置とは別のインバータ装置により、速度ゼロから
なめらかに回転速度を上昇させる交流電力を前記発電機
に供給する制御装置を備え、該制御装置は、前記インバ
ータ装置の出力電流を検出して該出力電流が一定となる
ように前記インバータ装置を制御する手段を備えたこと
を特徴とするものである。
電装置は、高速運転が可能なガスタービンと、該ガスタ
ービンにより高速駆動されるＤＣブラシレス型発電機
と、該発電機により生成される交流電力を商用交流電力
に変換するインバータ装置とを備えた小型ガスタービン
発電装置において、前記ガスタービンの起動に際して、
前記ＤＣブラシレス型発電機をモータとして用い、直流
電源から前記インバータ装置により、または前記インバ
ータ装置とは別のインバータ装置により、速度ゼロから
なめらかに回転速度を上昇させる交流電力を前記発電機
に供給する制御装置を備え、該制御装置は、前記インバ
ータ装置の出力電流を検出して該出力電流が一定となる
ように前記インバータ装置を制御する手段を備えたこと
を特徴とするものである。
【０００８】前記制御装置は、前記ガスタービンの起動
に際して、前記インバータ装置の出力周波数を短時間で
ゼロから所定の周波数に上昇させることを特徴とするも
のである。
に際して、前記インバータ装置の出力周波数を短時間で
ゼロから所定の周波数に上昇させることを特徴とするも
のである。
【０００９】上述した本発明によれば、インバータ装置
により速度ゼロから所定の回転数迄その回転速度を上昇
させる間に、インバータ装置の出力電流を検出して、該
出力電流が一定となるように前記インバータ装置を制御
することで、モータとして動作する発電機に許容可能な
最大電流を連続的に供給することができる。これによ
り、発電機に損傷を及ぼすことなく最短時間で所定速度
まで到達させることができる。
により速度ゼロから所定の回転数迄その回転速度を上昇
させる間に、インバータ装置の出力電流を検出して、該
出力電流が一定となるように前記インバータ装置を制御
することで、モータとして動作する発電機に許容可能な
最大電流を連続的に供給することができる。これによ
り、発電機に損傷を及ぼすことなく最短時間で所定速度
まで到達させることができる。
【００１０】また、本発明のガスタービンの起動に用い
る直流電源は、蓄電池であることを特徴とする。これを
複数直列接続することにより、昇圧部入力に比較的高い
直流電圧を供給することができる。また、ガスタービン
の起動に用いる直流電源は、商用交流電源系統の交流電
力を整流して形成してもよい。商用交流電源系統が利用
可能な用途であれば、これにより蓄電池等の設備を省略
することができる。
る直流電源は、蓄電池であることを特徴とする。これを
複数直列接続することにより、昇圧部入力に比較的高い
直流電圧を供給することができる。また、ガスタービン
の起動に用いる直流電源は、商用交流電源系統の交流電
力を整流して形成してもよい。商用交流電源系統が利用
可能な用途であれば、これにより蓄電池等の設備を省略
することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。
て、添付図面を参照しながら説明する。
【００１２】図１は、本発明の実施形態のガスタービン
発電装置の制御系の概要を示す。タービン発電機ユニッ
トの一本の回転軸１には、タービン回転翼２と、コンプ
レッサ回転翼３と、交流発電機４のロータとが固定され
ている。ここで交流発電機４は、ロータの表面に永久磁
石が周設されているＤＣブラシレス型の発電機である。
そして、ロータの外周側にステータが配置され、ロータ
の回転に伴って発生する誘起電圧をステータ巻線から出
力する。ＤＣブラシレス型の発電機を採用することで、
回転子側に電流損失が発生しないため、良好な発電効率
が得られる。
発電装置の制御系の概要を示す。タービン発電機ユニッ
トの一本の回転軸１には、タービン回転翼２と、コンプ
レッサ回転翼３と、交流発電機４のロータとが固定され
ている。ここで交流発電機４は、ロータの表面に永久磁
石が周設されているＤＣブラシレス型の発電機である。
そして、ロータの外周側にステータが配置され、ロータ
の回転に伴って発生する誘起電圧をステータ巻線から出
力する。ＤＣブラシレス型の発電機を採用することで、
回転子側に電流損失が発生しないため、良好な発電効率
が得られる。
【００１３】ここで、回転軸１は上述したように例えば
１０万回転の高速で回転するため、交流発電機４の発電
周波数は高周波数となる。このように高速回転するの
で、発電機も小型でありながら高出力が得られる。な
お、この交流発電機４は、ステータ巻線に交流電圧を供
給することで、モータとして動作する。
１０万回転の高速で回転するため、交流発電機４の発電
周波数は高周波数となる。このように高速回転するの
で、発電機も小型でありながら高出力が得られる。な
お、この交流発電機４は、ステータ巻線に交流電圧を供
給することで、モータとして動作する。
【００１４】この装置においては、高速回転するタービ
ン翼の回転軸に固定された発電機４によって発電される
電力を直流変換部６で整流して、その直流を昇圧部７に
より昇圧し、その電圧から商用電源系統と同一の周波
数、電圧、位相を有する交流電力に変換するインバータ
部８とから構成されるインバータ装置５を備えている。
インバータ装置５の出力は、連係部９を介して商用電源
系統１０に送出される。
ン翼の回転軸に固定された発電機４によって発電される
電力を直流変換部６で整流して、その直流を昇圧部７に
より昇圧し、その電圧から商用電源系統と同一の周波
数、電圧、位相を有する交流電力に変換するインバータ
部８とから構成されるインバータ装置５を備えている。
インバータ装置５の出力は、連係部９を介して商用電源
系統１０に送出される。
【００１５】交流発電機４の出力は、インバータ装置５
に供給され、ここで商用交流電源の周波数、電圧、位相
に合わせた出力に調整されるが、このインバータ装置の
制御はマイクロプロセサであるインバータ制御部１８に
より行われる。インバータ制御部１８は、商用電源系統
の電圧、インバータ装置の出力電流等を取り込む電圧電
流検出部２１と、ＰＩＤ制御回路２２と、インバータ部
８の制御部２３等を備えている。このパルス幅変調制御
により、任意の電圧、周波数、位相の交流出力が形成さ
れる。更に、インバータ制御部１８には、各種スイッチ
の開閉を制御するスイッチ制御部２４，この発電装置の
起動制御を行う起動制御部２５，商用電源系統との連係
をタイミング制御する系統連係制御部２６等を備えてい
る。
に供給され、ここで商用交流電源の周波数、電圧、位相
に合わせた出力に調整されるが、このインバータ装置の
制御はマイクロプロセサであるインバータ制御部１８に
より行われる。インバータ制御部１８は、商用電源系統
の電圧、インバータ装置の出力電流等を取り込む電圧電
流検出部２１と、ＰＩＤ制御回路２２と、インバータ部
８の制御部２３等を備えている。このパルス幅変調制御
により、任意の電圧、周波数、位相の交流出力が形成さ
れる。更に、インバータ制御部１８には、各種スイッチ
の開閉を制御するスイッチ制御部２４，この発電装置の
起動制御を行う起動制御部２５，商用電源系統との連係
をタイミング制御する系統連係制御部２６等を備えてい
る。
【００１６】昇圧制御部１６は、昇圧部７の直流電圧の
制御を行う。また、直流電圧制御部１７は、このマイク
ロガスタービン発電装置の起動時に直流電圧を昇圧部７
の入力側Ｓ＋，Ｓ−に導入する。昇圧制御部１６はこれ
を昇圧部７にて昇圧してインバータ部８に供給する。イ
ンバータ部８はこの電圧により起動時の交流波形を形成
し、スイッチＳ１を通して交流発電機４に供給し、これ
をモータとして駆動する。なお、インバータ部８とは別
個のインバータ装置を設け、モータとして動作する交流
発電機４に電力を供給するようにしてもよい。エンジン
制御部１１には、回転軸１に備えた回転数検出器から回
転数を検出し制御を行う。エンジン制御部とインバータ
制御部とは信号線により接続され、相互に情報の交換が
行われる。
制御を行う。また、直流電圧制御部１７は、このマイク
ロガスタービン発電装置の起動時に直流電圧を昇圧部７
の入力側Ｓ＋，Ｓ−に導入する。昇圧制御部１６はこれ
を昇圧部７にて昇圧してインバータ部８に供給する。イ
ンバータ部８はこの電圧により起動時の交流波形を形成
し、スイッチＳ１を通して交流発電機４に供給し、これ
をモータとして駆動する。なお、インバータ部８とは別
個のインバータ装置を設け、モータとして動作する交流
発電機４に電力を供給するようにしてもよい。エンジン
制御部１１には、回転軸１に備えた回転数検出器から回
転数を検出し制御を行う。エンジン制御部とインバータ
制御部とは信号線により接続され、相互に情報の交換が
行われる。
【００１７】なお、この実施の形態では直流電源として
蓄電池をもちいているが、ガスタービンの起動に用いる
直流電源は、商用交流電源系統の交流電力を整流して形
成したものとすることもできる。この場合には、重量の
大きな蓄電池を省くことができるので、メンテナンスの
負担が軽減するとともに、装置全体を軽量化することが
できる。また、起動時にインバータ装置から比較的高い
電圧をモータとして動作する発電機に供給できるので、
起動特性上も有利となる。
蓄電池をもちいているが、ガスタービンの起動に用いる
直流電源は、商用交流電源系統の交流電力を整流して形
成したものとすることもできる。この場合には、重量の
大きな蓄電池を省くことができるので、メンテナンスの
負担が軽減するとともに、装置全体を軽量化することが
できる。また、起動時にインバータ装置から比較的高い
電圧をモータとして動作する発電機に供給できるので、
起動特性上も有利となる。
【００１８】図２は、インバータ装置出力部の構成例を
示す。インバータ制御部１８内には、ＰＩＤ制御回路３
５を備え、起動時にはインバータ装置５の出力電流が常
に発電機（モータ）４（図１参照）の定格電流と一致す
るような制御を行う。即ち、発電機（モータ）４（図１
参照）の定格電流を指令信号とし、インバータ装置５の
出力電流を検出する電流検出器（ＣＴ）３１の信号をフ
ィードバック信号とし、比較器３７でその誤差信号を算
定する。そしてＰＩＤ制御回路３５にて、その誤差信号
をゼロとするような制御信号を形成し、その制御信号に
基づいてＰＷＭ制御部２３にてインバータ部８のパルス
幅変調制御を行う。
示す。インバータ制御部１８内には、ＰＩＤ制御回路３
５を備え、起動時にはインバータ装置５の出力電流が常
に発電機（モータ）４（図１参照）の定格電流と一致す
るような制御を行う。即ち、発電機（モータ）４（図１
参照）の定格電流を指令信号とし、インバータ装置５の
出力電流を検出する電流検出器（ＣＴ）３１の信号をフ
ィードバック信号とし、比較器３７でその誤差信号を算
定する。そしてＰＩＤ制御回路３５にて、その誤差信号
をゼロとするような制御信号を形成し、その制御信号に
基づいてＰＷＭ制御部２３にてインバータ部８のパルス
幅変調制御を行う。
【００１９】これにより、起動時には、インバータ装置
５は出力周波数を短時間でゼロから所定回転数に上昇す
るが、その出力電圧は出力電流が一定になるように制御
される。従って、起動時にはモータとして動作する発電
機に常にその定格電流が供給され、その機器の有する最
大トルクを発揮させることができる。
５は出力周波数を短時間でゼロから所定回転数に上昇す
るが、その出力電圧は出力電流が一定になるように制御
される。従って、起動時にはモータとして動作する発電
機に常にその定格電流が供給され、その機器の有する最
大トルクを発揮させることができる。
【００２０】尚、本発明のガスタービン発電装置は、上
述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること
は勿論である。
述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること
は勿論である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明のガスタービ
ン発電装置によれば、機器の損傷等を招くことなく安全
に、最短時間で且つ容易に起動することができるという
優れた効果を奏する。
ン発電装置によれば、機器の損傷等を招くことなく安全
に、最短時間で且つ容易に起動することができるという
優れた効果を奏する。
【図１】本発明の実施形態のガスタービン発電装置の制
御系を示す図である。
御系を示す図である。
【図２】図１における系統連係部の構成例を示す図であ
る。
る。
１ 回転軸
２ ガスタービンエンジン
３ コンプレッサ
４ ＤＣブラシレス型発電機（モータ）
５ インバータ装置
６ 直流変換部
７ 昇圧部
８ インバータ部
１０ 商用電源系統
１１ エンジン制御部
１２ 燃料制御弁
１３ ポンプ制御部
１４ オイルポンプ
１６ 昇圧制御部
１７ 直流電圧制御部
１８ インバータ制御部
３１ 電流検出器（ＣＴ）
３２ 電圧検出器（ＰＴ）
３５，３６ ＰＩＤ制御回路
４１ 蓄電池
４２ 逆流防止用ダイオード
４３ 接続線
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 木下 昇
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株
式会社荏原電産内
(72)発明者 小澤 孝英
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株
式会社荏原電産内
(72)発明者 鄭 紹鈞
神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株
式会社荏原電産内
(72)発明者 マッケルヴィ テレンス
東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社
荏原製作所内
(72)発明者 片岡 匡史
東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社
荏原製作所内
Claims (4)
- 【請求項１】 高速運転が可能なガスタービンと、該ガ
スタービンにより高速駆動されるＤＣブラシレス型発電
機と、該発電機により生成される交流電力を商用交流電
力に変換するインバータ装置とを備えたガスタービン発
電装置において、前記ガスタービンの起動に際して、前
記ＤＣブラシレス型発電機をモータとして用い、直流電
源から前記インバータ装置により、または前記インバー
タ装置とは別のインバータ装置により、速度ゼロからな
めらかに回転速度を上昇させる交流電力を前記発電機に
供給する制御装置を備え、該制御装置は、前記インバー
タ装置の出力電流を検出して該出力電流が一定となるよ
うに前記インバータ装置を制御する手段を備えたことを
特徴とするガスタービン発電装置。 - 【請求項２】 前記制御装置は、前記ガスタービンの起
動に際して、前記インバータ装置の出力周波数を短時間
でゼロから所定の周波数に上昇させることを特徴とする
請求項１に記載のガスタービン発電装置。 - 【請求項３】 前記ガスタービンの起動に用いる直流電
源は、蓄電池であることを特徴とする請求項１に記載の
ガスタービン発電装置。 - 【請求項４】 前記ガスタービンの起動に用いる直流電
源は、商用交流電源系統の交流電力を整流して形成した
ものであることを特徴とする請求項１に記載のガスター
ビン発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002149560A JP2003041906A (ja) | 2001-05-23 | 2002-05-23 | ガスタービン発電装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001-154055 | 2001-05-23 | ||
| JP2001154055 | 2001-05-23 | ||
| JP2002149560A JP2003041906A (ja) | 2001-05-23 | 2002-05-23 | ガスタービン発電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003041906A true JP2003041906A (ja) | 2003-02-13 |
Family
ID=26615578
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002149560A Pending JP2003041906A (ja) | 2001-05-23 | 2002-05-23 | ガスタービン発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003041906A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009127438A (ja) * | 2007-11-20 | 2009-06-11 | Ihi Corp | スタータ制御装置及びガスタービン発電装置 |
| JP2009150362A (ja) * | 2007-12-21 | 2009-07-09 | Ihi Corp | スタータ制御装置及び該スタータ制御装置を有するガスタービン発電装置 |
| JP2009275624A (ja) * | 2008-05-15 | 2009-11-26 | Mitsubishi Electric Corp | 非常用ガスタービン発電装置の運転方法及び運転装置 |
| JP2009281249A (ja) * | 2008-05-21 | 2009-12-03 | Ihi Corp | 非常用ガスタービン発電装置 |
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