JP2015083829A - 発電制御装置、発電装置及びランキンサイクル装置の制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示すように、発電装置100は、ランキンサイクル装置101と、発電制御装置102とを備えている。発電装置100は、外部の電力系統103に接続され得る。電力系統103は、ランキンサイクル装置101に電力を供給することができる。電力系統103には、ランキンサイクル装置101から電力が供給されることもある。電力系統103は、例えば、商用の交流電源である。
始動運転では、膨張機の作動を開始し、膨張機の回転数を増加させる。このとき、膨張機の出入口の状態量の差に基づき膨張機の回転数を制御せずに、膨張機を作動させる。状態量は、圧力、温度等が例示される。
図3に示したコンバータ制御部130は、第1の制御、第2の制御及び第3の制御のそれぞれにおいて、下記の計算式を用いて動作する。
停止運転では、膨張機105の回転数を低下させ、膨張機105の作動が停止される。停止運転は、ランキンサイクル装置101の運転を停止すべき旨の指令(信号)が外部から発電制御装置102の制御器128に入力されたときに開始される。図7及び8を用いて、ランキンサイクル装置101の停止運転の制御シーケンスを説明する。
始動運転及び停止運転の少なくとも一方において、膨張機105による作動流体の膨張を禁止する方法は、発電機108に直流電流を流す方法に限定されない。変形例1では、コンバータ120を用いて発電機108に逆回転用の交流電流を流す。これにより、発電機108のロータをゆっくりと逆回転させる。つまり、膨張機105に作動流体を圧縮させる。このようにしても、膨張機105による作動流体の膨張を禁止できる。要するに、変形例1では、膨張機105は、圧縮機としても機能する。制御器128は、始動運転及び停止運転の少なくとも一方において、膨張機105が作動流体を圧縮するように、コンバータ120を用いて発電機108を制御して、膨張機105による作動流体の膨張を禁止する。
期間A1は、蒸発器104を通過した作動流体の温度の測定値又は推定値が閾値以下である期間に限定されない。変形例2−1では、期間A1は、蒸発器104を通過した作動流体の圧力の測定値又は推定値が閾値以下の期間である。ここで、閾値は、蒸発器104を通過した作動流体に液体成分が含まれない作動流体の圧力が設定されるが、蒸発器104を通過した作動流体に液体成分が含まれる作動流体の圧力であってもよい。つまり、閾値は、期間A1に、蒸発器104出口の作動流体に液体成分が含まれる期間の少なくとも一部が含まれるなら、任意の値が設定されてよい。このように期間A1を設定することもまた、適切なタイミングで第1の制御から第2の制御へと移行することを可能とする。ここで、期間A1は、第1の制御が実行される第1の期間の例示である。この圧力の測定値は、圧力センサを用いて測定できる。この圧力の推定値は、蒸発器104を通過した作動流体の温度と、発電機108のトルクとから得ることができる。発電機108のトルクは、発電機108を流れる電流から算出することができる。
変形例2−2では、期間A1を、膨張機105が作動流体を膨張させることを禁止し始めてから所定時間経過するまでの期間とする。ここで、期間A1は、第1の制御が実行される第1の期間の例示である。この所定時間は、ボイラー点火後の経過時間と作動流体の温度との相関関係を事前に測定することにより設定されている。具体的に、この所定時間は、蒸発器104で作動流体を加熱することを開始した時点から、蒸発器104を通過した作動流体の温度の測定値又は推定値が閾値を超えるまでの時間と、膨張機105による作動流体の膨張を禁止を開始するタイミングと蒸発器104で作動流体を加熱することを開始するタイミングとの時間差とに基づき設定される。図6に示す例では、所定時間は、蒸発器104で作動流体を加熱することを開始した時点から、蒸発器104を通過した作動流体の温度の測定値又は推定値が閾値を超えるまでの時間と、上記時間差との和になる。ここで、上記閾値は、蒸発器104を通過した作動流体に液体成分が含まれない作動流体の温度が設定されるが、蒸発器104を通過した作動流体に液体成分が含まれる作動流体の温度であってもよい。つまり、閾値は、期間A1に、蒸発器104出口の作動流体に液体成分が含まれる期間の少なくとも一部が含まれるなら、任意の値が設定されてよい。
第2の制御において膨張機105が作動流体を膨張させることを許可する方法は、発電機108の端子間電圧をゼロとする方法に限定されない。変形例3では、制御器128は、第2の制御において、コンバータ120を用いて発電機108に流れる電流をゼロとすることによって、膨張機105が作動流体を膨張させることを許可する。変形例3では、始動運転において第2の制御を実行しているときに、発電機108に電流が流れないため、発電機108の制動トルクが非常に小さい(実質的にゼロとなる)。従って、第2の制御において、発電機108の回転数が切替回転数へと短時間で上昇する。
始動運転の第3の制御及び停止運転の第4の制御の少なくとも一方において、電流指令生成部がγ軸目標電流iγ *及びδ軸目標電流iδ *を算出する方法は、目標回転数ω*を用いた方法に限定されない。変形例4−1では、始動運転の第3の制御及び停止運転の第4の制御の少なくとも一方において、電流指令生成部131は、発電機108が出力するべき目標電力を用いて、γ軸目標電流iγ *及びδ軸目標電流iδ *を算出する。つまり、変形例4−1では、制御器128は、始動運転の第3の制御及び停止運転の第4の制御の少なくとも一方において、発電機108が発電する電力を調整するように、コンバータ120を用いて発電機108を制御する。制御器128は、目標電力をコンバータに指令し、コンバータ120は、発電機108の推定される発電電力が目標電力に一致するよう発電機108を制御する。
変形例4−2では、始動運転の第3の制御及び停止運転の第4の制御の少なくとも一方において、電流指令生成部131は、発電機108の目標制動力を用いて、γ軸目標電流iγ *及びδ軸目標電流iδ *を算出する。つまり、変形例4−2では、制御器128は、始動運転の第3の制御及び停止運転の第4の制御の少なくとも一方において、発電機108に発生する制動力を調整するように、コンバータ120を用いて発電機108を制御する。制御器128は、目標制動力をコンバータに指令し、コンバータ120は、発電機108の推定される制動力が目標制動力に一致するよう発電機108を制御する。制動力の推定は、コンバータ制御部130が実行する。
以下、第2実施形態の発電装置について、図9〜11を参照しながら説明する。なお、第2実施形態では、第1実施形態と同様の部分については同一符号を付し、説明を省略する。
制御器128aは、第1の制御に続き、発電機108の回転数を調整するように、コンバータ120aを用いて発電機108を制御する第3の制御を開始する。コンバータ制御部130aは、期間A1において、コンバータ回路部125を用いて発電機108に高周波成分を含む電流を流すことにより、発電機108のロータの位置を推定する。コンバータ制御部130aは、第1の制御から第3の制御への移行時において、推定されたロータの位置を用いて発電機108の回転数の調整を開始する。本実施形態では、制御器128aは、期間A1において、コンバータ120aを用いて発電機108に直流成分に高周波成分を重畳させた電流を流す。これにより、コンバータ120aは、発電機108のロータを拘束するとともに発電機108のロータの位置を推定する。
101 ランキンサイクル装置
102,102a 発電制御装置
103 電力系統
104 蒸発器
105 膨張機
106 凝縮器
107 ポンプ
108 発電機
108a 永久磁石
109 バイパス弁
110 温度センサ
111 電動機
120,120a コンバータ
121 ポンプ用駆動回路
122 系統連系用電力変換器
123 3相配線
123u U相配線
123v V相配線
123w W相配線
124 直流配線
124p プラス側配線
124n マイナス側配線
125 コンバータ回路部
126 電流センサ
127 制御信号
128,128a 制御器
129 3相配線
130,130a コンバータ制御部
131 電流指令生成部
132,132a 電圧指令生成部
133 座標変換部
134 PWM信号生成部
135,135a 位置・回転数推定部
136 座標変換部
150 流体回路
170 バイパス路
Claims (16)
- 膨張機と、前記膨張機に連結された発電機と、作動流体を送出するポンプと、作動流体を蒸発させる蒸発器とを備えるランキンサイクル装置の前記発電機を制御するコンバータと、
前記ランキンサイクル装置の始動運転及び停止運転の少なくとも一方において、前記ポンプが動作中で、前記蒸発器出口の作動流体に液体成分が含まれているとき、前記膨張機が作動流体を膨張させることを禁止するように、前記コンバータを用いて前記発電機を制御する第1の制御を実行する制御器とを備える、発電制御装置。 - 前記制御器は、前記コンバータを用いて前記発電機に直流電流を流してロータを拘束して、前記膨張機が作動流体を膨張することを禁止する、請求項1に記載の発電制御装置。
- 前記膨張機は、圧縮機としても機能し、
前記制御器は、前記膨張機によって前記作動流体が圧縮されるように、前記コンバータを用いて前記発電機を制御して、前記膨張機が作動流体を膨張することを禁止する、請求項1に記載の発電制御装置。 - 前記制御器は、前記ランキンサイクル装置の始動運転時に前記第1の制御に続き、前記コンバータを用いて前記発電機の端子間電圧をゼロにする、又は前記発電機を流れる電流をゼロにすることによって前記膨張機が前記作動流体を膨張させることを許可する第2の制御を実行する、請求項1−3の何れかに記載の発電制御装置。
- 前記制御器は、前記ランキンサイクル装置の始動運転時に、
前記第2の制御に続き、前記発電機の回転数を調整するように、前記コンバータを用いて前記発電機を制御する第3の制御を実行する、
請求項4に記載の発電制御装置。 - 前記発電制御装置は、前記ランキンサイクル装置の始動運転時に、
(i)前記第1の制御に続き、前記発電機の回転数を調整するように、前記コンバータを用いて前記発電機を制御する第3の制御を実行し、
前記コンバータは、(ii)前記第1の制御を実行しているときに、前記コンバータを用いて前記発電機に高周波成分を含む電流を流すことにより、前記発電機のロータの位置を推定し、(iii)前記第1の制御から前記第3の制御への移行時において、推定された前記ロータの位置を用いて前記発電機の回転数の調整を開始する、請求項3に記載の発電制御装置。 - 前記制御器は、前記ランキンサイクル装置の始動運転時に、
(i)前記第1の制御に続き、前記発電機の回転数を調整するように、前記コンバータを用いて前記発電機を制御する第3の制御を実行し、
前記コンバータは、(ii)前記第1の制御を実行しているときに、前記コンバータを用いて前記発電機に直流成分に高周波成分を重畳させた電流を流すことにより、前記発電機のロータを拘束するとともに前記発電機のロータの位置を推定し、(iii)前記第1の制御から前記第3の制御への移行時において、推定された前記ロータの位置を用いて前記発電機の回転数の調整を開始する、請求項2に記載の発電制御装置。 - 前記制御器は、前記蒸発器を通過した前記作動流体の温度が閾値以下であるときに、前記第1の制御を実行する、請求項1−7の何れかに記載の発電制御装置。
- 前記ランキンサイクル装置は、前記膨張機をバイパスしているバイパス路と、前記バイパス路を開閉する開閉装置と、を備え、
前記制御器は、前記ランキンサイクル装置の始動運転及び停止運転の少なくとも一方において、前記第1の制御を実行しているときに、前記開閉装置が開放するように制御する、請求項1記載の発電制御装置。 - 前記制御器は、前記ランキンサイクル装置の停止運転時に、前記ポンプの停止以降に前記第1の制御を終了する、請求項1に記載の発電制御装置。
- 前記制御器は、前記ランキンサイクル装置の始動運転において、前記第1の制御に続き、前記コンバータを用いて前記発電機の端子間電圧をゼロにする、又は前記発電機を流れる電流をゼロにすることによって前記膨張機が前記作動流体を膨張させることを許可する第2の制御を実行し、
前記第2の制御の終了時点における前記開閉装置の開度が、前記第2の制御の開始時点における前記開閉装置の開度よりも小さくなるように前記開閉装置を制御する、請求項9に記載の発電制御装置。 - 前記制御器は、前記ランキンサイクル装置の始動運転において、
前記第1の制御に続き、前記発電機の回転数を調整するように、前記コンバータを用いて前記発電機を制御する第3の制御を実行し、
始動運転の終了時点における前記開閉装置の開度が、前記第3の制御の開始時点における前記開閉装置の開度よりも小さくなるよう前記開閉装置を制御する、請求項9に記載の発電制御装置。 - 前記制御器は、前記ランキンサイクル装置の始動運転において、前記第2の制御に続き、前記発電機の回転数を調整するように、前記コンバータを用いて前記発電機を制御する第3の制御を実行し、始動運転の終了時点における前記開閉装置の開度が、前記第3の制御の開始時点における前記開閉装置の開度よりも小さくなるよう前記開閉装置を制御する、請求項11に記載の発電制御装置。
- 電力系統に接続される系統連系用電力変換器をさらに備え、
前記膨張機が前記作動流体を膨張させることを禁止するために前記コンバータに供給されるべき電力が、前記電力系統から前記系統連系用電力変換器を介して前記コンバータに供給される、請求項1−13の何れかに記載の発電制御装置。 - 請求項1−14の何れかに記載の発電制御装置と、前記発電制御装置により制御される前記ランキンサイクル装置とを備える、発電装置。
- コンバータが、膨張機と、前記膨張機に連結された発電機と、作動流体を送出するポンプと、作動流体を蒸発させる蒸発器とを備えるランキンサイクル装置の前記発電機が発電する電力を制御する工程と、
前記ランキンサイクル装置の始動運転及び停止運転の少なくとも一方において、前記ポンプが動作中で、前記蒸発器出口の作動流体に液体成分が含まれているとき、前記コンバータが、前記膨張機が前記作動流体を膨張させることを禁止するように、前記発電機を制御する工程を含む、ランキンサイクル装置の制御方法。
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