JP2017015096A - 2軸式ガスタービン発電システム、ガスタービンシステムの制御装置および制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高圧ガスタービン3Hと、圧縮機1と高圧ガスタービンとを繋ぐ第1回転軸4Hと、第1回転軸4Hに繋がれた電動機9と、圧縮機1に取り込まれる空気の量を調整する調速機13と、低圧ガスタービン3Lと、低圧ガスタービン3Lに繋がれた第2回転軸4Lと、第2回転軸に繋がれた同期発電機7と、同期発電機7と電動機9との間で伝達される電力の周波数を変換する周波数変換器10と、外部系統50に出力する電力を指示する電力出力指令値18に基づいて、周波数変換器10を制御する周波数変換器制御装置11と調速機13とを制御することにより、2軸式ガスタービン6と電動機9の合計出力を制御する制御装置12とを備える。
【選択図】 図1
Description
本発明の第1の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
異常制御装置22が外部系統50の電圧異常を検出していない正常時において、制御装置12は、上位の制御装置(図示せず)から出力される電力出力指令値18、或いは、値圧縮機1に取り込まれ空気の状態(気温、気圧、湿度)を計測する外気状態計測装置17からの計測結果と電力出力指令値18とに基づいて、周波数変換器制御装置11と調速機13とを制御することにより、2軸式ガスタービン6の出力と電動機9の合計出力を制御する。
異常制御装置22は、外部系統50に電圧異常が生じたと判定した場合には、抵抗回路21の切換装置501を遮断から接続に切り換えるよう制御し、その他の場合には、抵抗回路21の切換装置501を遮断状態に制御する。また、異常制御装置22は、外部系統50の電圧異常を検出した場合には、異常時制御信号を周波数変換器制御装置11に送ることにより周波数変換器10を制御し、電動器9の回転駆動を制御することにより、高圧タービン3Hから第1回転軸4Hを介して見た電動機9による負荷が相対的に減るように制御する。異常制御装置22は、外部系統50に電圧異常が生じたと判定した場合には、電動機9が高圧タービン3Hに与えるトルクを電圧異常の発生前に比べて増やす、または、高圧タービン3Hからの電動機9の発電量を電圧異常の発生前に比べて減らすように制御する。
本発明の第1の実施の形態の変形例を図面を参照しつつ説明する。
本発明の第2の実施の形態を図13を参照しつつ説明する。図中、第1の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
2 燃焼器
3H,3L ガスタービン
4H 第1回転軸
4L 第2回転軸
5 流量調整弁、入口案内翼(IGV)
6 2軸式ガスタービン
7 同期発電機
8 発電機回転子
9,9A 電動機
10,10A 周波数変換器
11 周波数変換器制御装置
12 制御装置
13 調速器
14 AVR
15 遮断機
16 電圧計
17 外気状態計測装置(気温計、気圧計、湿度計)
18 電力指令値
19A,19B 変圧器
20A,20B 電流センサ
21 抵抗回路
22 異常制御装置
23 減速機
24 減速機
26 電力伝達経路
50 外部系統
101 異常時電圧時間変化
102 異常時電圧時間変化
201 グリッドコード
212 電動機ハウジング
214 電動機エンドブラケット
216 ベアリング
218 シャフト
222 ギャップ
223 回転速度検出器
224 磁極位置検出器
238 固定子巻線
230 固定子
232 固定子鉄心
250 回転子
252 回転子鉄心
254 永久磁石
255 導電性バー
256 エンドリング
401 整流器
402,403 変換器(インバータ、コンバータ)
404 コンデンサ
501 切換装置
502 抵抗器
Claims (11)
- 空気を加圧して圧縮空気を生成する圧縮機と、
前記圧縮空気と燃料とを混合して燃焼する燃焼器と、
前記燃焼器で得られた燃焼ガスにより駆動される高圧ガスタービンと、
前記圧縮機と前記高圧ガスタービンとを繋ぐ第1回転軸と、
前記第1回転軸に繋がれた電動機と、
前記圧縮機に取り込まれる空気の量を調整することにより前記高圧ガスタービンの出力を制御する調速機と、
前記高圧ガスタービンを駆動した後の燃焼ガスにより駆動される低圧ガスタービンと、
前記低圧ガスタービンに繋がれた第2回転軸と、
前記第2回転軸に繋がれ、かつ外部系統の系統周波数に同期し、前記電動機の容量よりも大きい容量を有する同期発電機と、
前記外部系統に接続された前記同期発電機と前記電動機との間で電力を伝達する電力伝達経路上に設けられ、前記同期発電機側からの電力の周波数を変換して前記電動機側に伝達する機能と前記電動機側からの電力の周波数を変換して前記同期発電機側に伝達する機能とを有する変換器によって前記電力伝達経路上を相互に伝達される電力の周波数を変換する周波数変換器と、
前記外部系統に出力する電力を指示する電力出力指令値に基づいて、前記周波数変換器を制御する周波数変換器制御装置と前記調速機とを制御することにより、前記ガスタービンと前記電動機の合計出力を制御する制御装置と
を備えたことを特徴とする2軸式ガスタービン発電システム。 - 請求項1記載の2軸式ガスタービン発電システムにおいて、
前記圧縮機に取り込まれる空気の状態を計測する外気状態計測装置を備え、
前記制御装置は、前記電力出力指令値と、前記外気状態計測装置の計測結果とに基づいて、前記周波数変換器を制御する周波数変換器制御装置と調速機とを制御することにより、前記ガスタービンと前記電動機の合計出力を制御することを特徴とする2軸式ガスタービン発電システム。 - 請求項1又は2記載の2軸式ガスタービン発電システムにおいて、
前記同期発電機から前記外部系統に出力される電圧を変換する変圧器と、
前記変圧器を介して前記外部系統に伝達される電力を遮断可能に設けられた遮断機と、
前記遮断機における前記外部系統側の電圧を測定する電圧測定装置と、
予め定めた外部系統の電圧異常の基準値と前記電圧測定装置の測定結果との比較結果に基づいて、前記外部系統に生じた電圧異常を検出し、電圧異常を検出した場合には、前記高圧ガスタービンから前記第1回転軸を介して見た前記電動機による負荷が相対的に減るように前記周波数変換器制御装置を制御する異常制御装置と
を備えたことを特徴とする2軸式ガスタービン発電システム。 - 請求項1又は2記載の2軸式ガスタービン発電システムにおいて、
前記同期発電機から前記外部系統に出力される電力の圧力を変換する変圧器と、
前記変圧器を介して前記外部系統に伝達される電力を遮断可能に設けられた遮断機と、
前記遮断機における前記外部系統側の電圧を測定する電圧測定装置と、
前記同期発電機と前記変圧器の間に並列接続され、前記同期発電機及び前記変圧器との接続と遮断とを切り換える切換装置を設けた抵抗回路と、
予め定めた外部系統の電圧異常の基準値と前記電圧測定装置の測定結果との比較結果により前記外部系統に生じた電圧異常を検出し、電圧異常を検出した場合には、前記抵抗回路の切換装置を遮断から接続に切り換える異常制御装置と
を備えたことを特徴とする2軸式ガスタービン発電システム。 - 請求項3記載の2軸式ガスタービン発電システムにおいて、
前記同期発電機と前記変圧器の間に並列接続され、前記同期発電機及び前記変圧器との接続と遮断とを切り換える切換装置を設けた抵抗回路を備え、
前記異常制御装置は、前記外部系統に生じた電圧異常を検出した場合には、前記抵抗回路の切換装置を遮断から接続に切り換えることを特徴とする2軸式ガスタービン発電システム。 - 請求項1〜5の何れか1項に記載の2軸式ガスタービン発電システムにおいて、
前記電動機は、
固定子鉄心と、該固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、
複数の磁石挿入孔が形成された回転子鉄心と、前記磁石挿入孔の内部に保持された磁極を形成するための複数の永久磁石とを有し、前記固定子に対して回転自在に設けられた回転子と
を備えたことを特徴とする2軸式ガスタービン発電システム。 - 請求項1〜5の何れか1項に記載の2軸式ガスタービン発電システムにおいて、
前記電動機は、
固定子鉄心と、該固定子鉄心に巻回された固定子巻線とを有する固定子と、
複数の導電性バー挿入孔が形成された回転子鉄心と、前記導電性バー挿入孔の内部に挿入され、軸の両端でそれぞれエンドリングにより電気的に接続された導電性バーとを設けた回転子と
を備えたことを特徴とする2軸式ガスタービン発電システム。 - 請求項1〜7の何れか1項に記載の2軸式ガスタービン発電システムにおいて、
前記圧縮機に接続された前記第1回転軸と前記電動機とは、ギアを介さずに機械的に接続されていることを特徴とする2軸式ガスタービン発電システム。 - 請求項1〜8の何れか1項に記載の2軸式ガスタービン発電システムにおいて、
前記低圧ガスタービンに接続された前記第2回転軸と前記同期発電機とは、ギアを介さずに機械的に接続されていることを特徴とする2軸式ガスタービン発電システム。 - 空気を加圧して圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮空気と燃料とを混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器で得られた燃焼ガスにより駆動される高圧ガスタービンと、前記圧縮機と前記高圧ガスタービンとを繋ぐ第1回転軸と、前記第1回転軸に繋がれた電動機と、前記圧縮機に取り込まれる空気の量を調整することにより前記高圧ガスタービンの出力を制御する調速機と、前記高圧ガスタービンを駆動した後の燃焼ガスにより駆動される低圧ガスタービンと、前記低圧ガスタービンに繋がれた第2回転軸と、前記第2回転軸に繋がれ、かつ外部系統の系統周波数に同期し、前記電動機の容量よりも大きい容量を有する同期発電機と、前記外部系統に接続された前記同期発電機と前記電動機との間で電力を伝達する電力伝達経路上に設けられ、前記同期発電機側からの電力の周波数を変換して前記電動機側に伝達する機能と前記電動機側からの電力の周波数を変換して前記同期発電機側に伝達する機能とを有する変換器によって前記電力伝達経路上を相互に伝達される電力の周波数を変換する周波数変換器とを備えたガスタービンシステムの制御方法であって、
前記外部系統に出力する電力を指示する電力出力指令値に基づいて、前記周波数変換器を制御する周波数変換器制御装置と前記調速機とを制御することにより、前記ガスタービンと前記電動機の合計出力を制御する手順を有することを特徴とするガスタービンシステムの制御方法。 - 空気を加圧して圧縮空気を生成する圧縮機と、前記圧縮空気と燃料とを混合して燃焼する燃焼器と、前記燃焼器で得られた燃焼ガスにより駆動される高圧ガスタービンと、前記圧縮機と前記高圧ガスタービンとを繋ぐ第1回転軸と、前記第1回転軸に繋がれた電動機と、前記圧縮機に取り込まれる空気の量を調整することにより前記高圧ガスタービンの出力を制御する調速機と、前記高圧ガスタービンを駆動した後の燃焼ガスにより駆動される低圧ガスタービンと、前記低圧ガスタービンに繋がれた第2回転軸と、前記第2回転軸に繋がれ、かつ外部系統の系統周波数に同期し、前記電動機の容量よりも大きい容量を有する同期発電機と、前記外部系統に接続された前記同期発電機と前記電動機との間で電力を伝達する電力伝達経路上に設けられ、前記同期発電機側からの電力の周波数を変換して前記電動機側に伝達する機能と前記電動機側からの電力の周波数を変換して前記同期発電機側に伝達する機能とを有する変換器によって前記電力伝達経路上を相互に伝達される電力の周波数を変換する周波数変換器とを備えたガスタービンシステムの制御装置であって、
前記外部系統に出力する電力を指示する電力出力指令値に基づいて、前記周波数変換器を制御する周波数変換器制御装置と前記調速機とを制御することにより、前記ガスタービンと前記電動機の合計出力を制御することを特徴とするガスタービンシステムの制御装置。
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