JP2013118763A - 発電システム及びその運転制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジンに設けられたターボ式の過給機9に、当該過給機9の回転軸に対して動力を授受可能な電動発電機15を備え、電動発電機15の作動状態を、電動発電機15に直流部13から電力を供給して当該電動発電機15を電動機として作動させる電動状態と、電動発電機15から直流部13に電力を取り出して当該電動発電機15を発電機として作動させる発電状態との間で切り替える状態切替手段Xを備える。
【選択図】図1
Description
交流側が前記電力系統に接続された第1電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第2電力変換機と、
前記第1電力変換機の直流側と前記第2電力変換機の直流側とを接続する直流部と、
運転を制御する制御手段とを備えた発電システム及びその運転制御方法に関する。
電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と、二次巻線を備える回転子とを有すると共に、エンジンのクランク軸の回転動力で回転子を回転させる二次励磁発電機と、
交流側が前記電力系統に接続された第1電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第2電力変換機と、
前記第1電力変換機の直流側と前記第2電力変換機の直流側とを接続する直流部と、
運転を制御する制御手段とを備えた発電システムであって、
その第1特徴構成は、
前記エンジンに設けられたターボ式の過給機に、当該過給機の回転軸に対して動力を授受可能な電動発電機を備え、
前記電動発電機の作動状態を、前記電動発電機に前記直流部から電力を供給して当該電動発電機を電動機として作動させる電動状態と、前記電動発電機から前記直流部に電力を取り出して当該電動発電機を発電機として作動させる発電状態との間で切り替える状態切替手段を備えた点にある。
電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と、二次巻線を備える回転子とを有すると共に、エンジンのクランク軸の回転動力で回転子を回転させる二次励磁発電機と、
交流側が前記電力系統に接続された第1電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第2電力変換機と、
前記第1電力変換機の直流側と前記第2電力変換機の直流側とを接続する直流部と、
運転を制御する制御手段とを備えた発電システムの運転制御方法であって、
その特徴構成は、
前記エンジンに設けられたターボ式の過給機に、当該過給機の回転軸に対して動力を授受可能な電動発電機が設けられ、
クランク軸の回転数に基づいて、前記電動発電機の作動状態を、前記電動発電機に前記直流部から電力を供給して当該電動発電機を電動機として作動させる電動状態と、前記電動発電機から前記直流部に電力を取り出して当該電動発電機を発電機として作動させる発電状態との間で切り替える点にある。
即ち、上記状態切替手段により、過給機に接続された電動発電機の作動状態を電動状態とすることで、過給機の回転軸に対し上記電動状態の電動発電機から回転動力を印加する状態で、排ガスにより駆動するタービンからの回転動力に上記電動状態の電動発電機からの回転動力を加えて過給機のコンプレッサを回転駆動させて、エンジンの過給圧を高い状態に維持することができるので、エンジンを効率良く且つ安定的に運転することができる。
一方、上記状態切替手段により、過給機に接続された電動発電機の作動状態を発電状態とすることで、過給機の回転軸に対し上記発電状態の電動発電機へ回転動力を回収する状態で、排ガスにより駆動するタービンの回転動力からコンプレッサで消費しきれない回転動力を差し引いた余剰の回転動力によって上記発電状態の電動発電機を回転駆動し発電を行うことができるので、エンジンからできるだけ多くの発電電力を得ることができる。
前記クランク軸の回転数を検出する回転数検出手段を備え、
前記状態切替手段が、前記クランク軸の回転数が低回転数領域内のときは前記電動発電機の作動状態を前記電動状態とし、前記クランク軸の回転数が前記低回転数領域よりも高い高回転数領域内のときは前記電動発電機の作動状態を前記発電状態とする点にある。
具体的には、エンジン回転数が低すぎる場合には、排ガスのエネルギが少なくなって過給機を十分に回転駆動できずに、エンジンの効率低下等の問題が発生する場合がある。そこで、エンジン回転数が比較的低い低回転数領域内の場合には、上記過給機に接続された電動発電機を上記電動状態とし、過給機の回転軸に対し当該電動発電機から回転動力を印加することで、過給機を適切な状態で回転駆動させ過給圧を高い状態に維持し、エンジンの効率低下等の問題を回避することができる。
一方、エンジン回転数が高すぎる場合には、排ガスのエネルギが多くなって過給機の回転動力に余剰が発生し、エネルギロスが生じる等の問題が発生する場合がある。そこで、エンジン回転数が上記低回転数領域よりも高い高回転数領域内の場合には、上記過給機に接続された電動発電機を上記発電状態とし、過給機の回転軸から当該電動発電機へ回転動力を回収することで、エネルギロス等の問題を回避して高い発電効率を実現できる。
前記回転数検出手段が、前記第2電力変換機の前記二次巻線に対する励磁電力の向きと周波数とから前記クランク軸の回転数を算出するように構成されている点にある。
よって、例えば、交流電源の周波数が50[Hz]のエリアと60[Hz]のエリアとで同一の仕様のエンジン3を用いることができるという利点がある。また、エンジン回転数を負荷に応じて適切に選択することで、当該動力源の部分負荷効率の向上を図ったり、動力源の回転数を増加させることで、発電システム1全体としての出力(定格出力)の増大を図ったりすることができる。
尚、エンジン3は、スロットルバルブ16の開度調整により出力が制御されることで、エンジン回転数が変化するように構成されている。
尚、電動発電機15は、図示は省略するが、回転軸に取付けられた回転子とその回転子の周囲を回転自在に取付けられたステータとからなる公知の同期電動機又は誘導電動機等で構成されており、回転軸の回転動力を交流電力に変換する発電状態と、交流電力を回転軸の回転動力に変換する電動状態との間で作動状態を切り替えて運転可能に構成されている。
電動発電機15は、第3電力変換機14を介して上述した直流部13との間で直流電力の授受が可能に構成されており、詳しくは、発電状態の電動発電機15が発電した交流電力は第3電力変換機14にて直流電力に変換された後に直流部13に供給され、一方、直流部13から取り出した直流電力を第3電力変換機14にて交流電力に変換した後に電動状態の電動発電機15に供給される。
そして、状態切替手段Xは、上記のように第3電力変換機14での電力の供給方向を切り替えることで、電動発電機15の作動状態を、当該電動発電機15を電動機として作動させる電動状態と、当該電動発電機15を発電機として作動させる発電状態との間で切り替える手段として構成されている。
この回転数検出手段Yは、制御装置100により、第2電力変換機12の回転子2aが備える二次巻線に対する励磁電力の向きと周波数とからエンジン回転数を算出するものとして構成されている。
一方、エンジン回転数rが所定回転数r0以上の範囲内では、第2電力変換機12と回転子2aの二次巻線との間の励磁電力の向きは励磁電力が発生しない又は当該二次巻線から励磁電力を取り出す方向(図1に示す取出方向Y)となり、更にこの励磁電力の絶対値はエンジン回転数と比例して変化する。
そして、回転数検出手段Yとして機能する制御装置100は、このようなエンジン回転数と、第2電力変換機12の二次巻線に対する励磁電力の向き及び周波数との関係を用いて、エンジン回転数を算出する。
尚、上記エンジン回転数の所定回転数r0は、エンジン回転数に対応する回転子2aの回転周波数f0が発電システム1の発電電力の周波数f1と等しくなるときの回転数であり、発電システム1の発電電力の周波数f1が60[Hz]で、二次励磁発電機2の磁極数が「6」の場合には、所定回転数r0は1200[rpm]となる。
即ち、エンジン回転数が0[rpm]以上且つrl[rpm]以下の低回転領域内Rlにあり、排ガスEのエネルギが少なくなって過給機9のタービン9bを十分に回転駆動するには低すぎる場合には、過給機9に接続された電動発電機15が電動状態とされる。すると、過給機9の回転軸に対し当該電動発電機15から回転動力が印加されて過給機9が適切な状態で回転駆動し、結果、過給圧が高い状態に維持され、エンジン3の効率低下等が回避される。
一方、エンジン回転数がrh[rpm]以上且つrmax[rpm]以下の高回転領域内Rhにあり、排ガスEのエネルギが多くなって過給機9の回転動力に余剰が発生する場合には、過給機9に接続された電動発電機15が発電状態とされる。すると、過給機9の回転軸から当該電動発電機15へ回転動力が回収され、結果、エネルギロス等が回避され高い発電効率が実現される。
尚、上記低回転領域の下限値及び上限値については、電動発電機15を電動状態で作動させるべき範囲として適宜設定することができ、一方、上記低回転領域よりも高く設定される上記高回転領域の下限値及び上限値についても、電動発電機15を発電状態で作動させるべき範囲として適宜設定することができる。
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
交流側が前記電力系統に接続された第1電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第2電力変換機と、
前記第1電力変換機の直流側と前記第2電力変換機の直流側とを接続する直流部と、
運転を制御する制御手段とを備えた発電システム及びその起動運転方法に好適に利用することができる。
2 :二次励磁発電機
2a :回転子
2a :二次巻線
3 :エンジン
4 :電力系統
9 :過給機
11 :第1電力変換機
12 :第2電力変換機
13 :直流部
15 :電動発電機
E :排ガス
I :新気
X :状態切替手段
Y :回転数検出手段
Claims (4)
- 電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と、二次巻線を備える回転子とを有すると共に、エンジンのクランク軸の回転動力で回転子を回転させる二次励磁発電機と、
交流側が前記電力系統に接続された第1電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第2電力変換機と、
前記第1電力変換機の直流側と前記第2電力変換機の直流側とを接続する直流部と、
運転を制御する制御手段とを備えた発電システムであって、
前記エンジンに設けられたターボ式の過給機に、当該過給機の回転軸に対して動力を授受可能な電動発電機を備え、
前記電動発電機の作動状態を、前記電動発電機に前記直流部から電力を供給して当該電動発電機を電動機として作動させる電動状態と、前記電動発電機から前記直流部に電力を取り出して当該電動発電機を発電機として作動させる発電状態との間で切り替える状態切替手段を備えた発電システム。 - 前記クランク軸の回転数を検出する回転数検出手段を備え、
前記状態切替手段が、前記クランク軸の回転数が低回転数領域内のときは前記電動発電機の作動状態を前記電動状態とし、前記クランク軸の回転数が前記低回転数領域よりも高い高回転数領域内のときは前記電動発電機の作動状態を前記発電状態とする請求項1に記載の発電システム。 - 前記回転数検出手段が、前記第2電力変換機の前記二次巻線に対する励磁電力の向きと周波数とから前記クランク軸の回転数を算出するように構成されている請求項2に記載の発電システム。
- 電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と、二次巻線を備える回転子とを有すると共に、エンジンのクランク軸の回転動力で回転子を回転させる二次励磁発電機と、
交流側が前記電力系統に接続された第1電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第2電力変換機と、
前記第1電力変換機の直流側と前記第2電力変換機の直流側とを接続する直流部と、
運転を制御する制御手段とを備えた発電システムの運転制御方法であって、
前記エンジンに設けられたターボ式の過給機に、当該過給機の回転軸に対して動力を授受可能な電動発電機が設けられ、
クランク軸の回転数に基づいて、前記電動発電機の作動状態を、前記電動発電機に前記直流部から電力を供給して当該電動発電機を電動機として作動させる電動状態と、前記電動発電機から前記直流部に電力を取り出して当該電動発電機を発電機として作動させる発電状態との間で切り替える発電システムの運転制御方法。
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