JP3924140B2 - ガスタービンプラント、及びその動作方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンプラントに関する。本発明は、特に、ガスタービンと同期機とが結合されたガスタービンプラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンと、電動機と発電機とに兼用される同期機とが結合されたガスタービンプラントが広く使用されている。ガスタービンの起動の際、同期機は電動機として動作してガスタービンを駆動し、ガスタービンを着火回転数まで加速する。その後、ガスタービンが点火されて駆動力の出力を開始し、ガスタービンの起動が完了する。その後、ガスタービンによって同期機が駆動され、同期機が発電機として使用される。
【０００３】
このようなガスタービンプラントでは、ガスタービンによる発電が終了した後、同期機は再び電動機として始動され、ガスタービンの各部を冷却するクーリング運転が行われる。
【０００４】
同期機とガスタービンとが結合されたガスタービンプラントでは、ガスタービンによる発電が終了した後、同期機が電動機として迅速に再始動され、ガスタービンの冷却時間が短縮されることが望まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、同期機とガスタービンとが結合されたガスタービンプラントであって、ガスタービンによる発電が終了した後、迅速に、同期機が電動機として始動可能なガスタービンプラントを提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、同期機とガスタービンとが結合されたガスタービンプラントであって、ガスタービンによる発電が終了した後、ガスタービンの冷却が完了するまでの時間を短縮することができるガスタービンプラントを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下に、[発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段が説明される。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し、付加された番号・符号は、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
本発明によるガスタービンプラントは、ガスタービン軸を含むガスタービン（１）と、電機子とガスタービン軸に連結されて回転する回転子とを含む同期機（２）と、同期機（２）の電機子に電力を供給する電源装置（３）と、同期機（２）の電機子に誘起される誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）を測定する電圧検出装置（６−１〜６−３）と、電源装置（３）を制御する制御装置（５）とを備えている。制御装置（５）は、ガスタービン（１）から同期機（２）への動力の供給の停止後、前記ガスタービン軸と前記回転子とが慣性により回転している状態にある間に、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、前記回転子の回転子位置を算出し、前記回転子位置に基づいて電源装置（３）を制御することによって同期機（２）を電動機として始動する。当該ガスタービンプラントでは、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、同期機（２）の回転子の回転子位置を算出することにより、ガスタービン（１）から同期機（２）への動力の供給の停止後、同期機（２）の回転子の停止を待つことなく同期機（２）の再始動が可能である。
【０００９】
制御装置（５）は、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）が０（Ｖ）を通過する時刻に基づいて前記回転子位置を定めることが好ましい。
【００１０】
誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）がｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、及びｗ相成分ｖｗを有する３相電圧である場合、制御装置（５）は、ｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、ｗ相成分ｖｗのうちの複数に基づいて同期機（２）の回転子位置を定めることが好ましい。同期機（２）の回転子位置がｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、ｗ相成分ｖｗのうちの複数に基づいて定められることにより、ｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、ｗ相成分ｖｗに現れる非対称性の影響が抑制され、より正確に同期機（２）の回転子位置が同定される。
【００１１】
誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）が３相電圧である場合、制御装置（５）は、３相電圧を座標変換して変換電圧（ｖα、ｖβ）を算出し、変換電圧（ｖα、ｖβ）が０（Ｖ）を通過する時刻に基づいて前記回転子位置を定めることが好ましい。ｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、ｗ相成分ｖｗのうちの少なくとも２つに依存する変換電圧（ｖα、ｖβ）に基づいて同期機（２）の回転子位置が定められることにより、ｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、ｗ相成分ｖｗに現れる非対称性の影響が抑制され、より正確に同期機（２）の回転子位置が同定される。
【００１２】
誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）が３相電圧である場合、制御装置（５）は、前記３相電圧のｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、ｗ相成分ｖｗ及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、同期機（２）の回転子位置を算出することが好ましい。このようにして同期機（２）の回転子位置が算出されることにより、簡便に同期機（２）の回転子位置が算出可能である。
【００１３】
この場合、制御装置（５）は、前記大小関係に基づいて、前記回転子位置をθ０，θ０＋３０°，θ０＋６０°，…，θ０＋３３０°（０＜θ０＜３０°）のうちのいずれかであると定めることが好ましい。
【００１４】
また、制御装置（５）は、前記３相電圧のｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分、ｗ相成分及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、ある時刻における前記回転子位置の近似値θ’を、θ０，θ０＋３０°，θ０＋６０°，…，θ０＋３３０°（０＜θ０＜３０°）のうちのいずれかに定め、
【数３】
により、ｖγ及びｖδを定め、且つ、前記ｖγと前記ｖδとに基づいて、前記近似値θ’を補正して、前記回転子位置を算出することが好ましい。
【００１５】
また、制御装置（５）は、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、前記回転子の回転速度と、前記回転子位置の１次算出値を算出し、前記回転速度に基づいて前記１次算出値を補正して前記回転子位置を算出することが好ましい。ここでいう回転速度とは、単位時間あたりの回転数、角周波数（角振動数）、周波数のように、回転子の回転の速さを示すパラメータを意味している。回転速度に基づいて前記１次算出値を補正して前記回転子位置が算出されることにより、電圧検出装置（６−１〜６−３）等で発生する遅延の影響が考慮された、より正確な回転子位置が算出可能である。
【００１６】
この場合、制御装置（５）は、前記回転速度が速いほど、広義に単調に増加するように、０以上の値である補正値を定め、前記１次算出値から前記補正値を減じて前記回転子位置を算出することが好ましい。
【００１７】
誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）が、ｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、及びｗ相成分ｖｗを有する３相電圧である場合、制御装置（５）は、ある時刻における前記回転子位置をθｔ、前記回転子の回転角周波数をω１ｔとしたとき、下記式：
【数４】
に基づいて、誘起電圧係数Λδを算出し、誘起電圧係数Λδに基づいて、電源装置（３）を制御することが好ましい。これにより、ガスタービン（１）から同期機（２）に動力が供給されることにより、同期機（２）の温度は上昇する。その温度の上昇は、同期機（２）の誘起電圧係数Λδに影響を及ぼす。上記の式により誘起電圧係数Λδを算出し、その誘起電圧係数Λδに基づいて、電源装置（３）を制御することにより、同期機（２）の誘起電圧係数Λδの変化を考慮した最適な制御が実現される。
【００１８】
本発明による他のガスタービンプラントは、ガスタービン軸を含むガスタービン（１）と、ガスタービン軸と同体に回転する回転子と電機子とを含む同期機（２）と、前記電機子に電力を供給する電源装置（３）と、前記電機子に誘起される誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）を測定する電圧検出装置（６−１〜６−３）と、電源装置（３）を制御する制御装置（５）とを備えている。制御装置（５）は、ガスタービン（１）から同期機（２）への動力の供給の停止後、前記回転子の回転子位置の目標値を、角周波数ω１ｕを有するように定め、前記目標値と誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）の直軸成分ｖδが０になるように電源装置（３）を制御して、同期機（２）を電動機として始動する。
【００１９】
本発明によるガスタービンプラントの動作方法は、
ガスタービン（１）から同期機（２）への動力の供給の停止の後、同期機（２）の回転子が回転する状態にある間に、同期機（２）の電機子に誘起される誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）を測定するステップと、
誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、前記回転子の回転子位置を算出するステップと、
前記回転子位置に基づいて同期機（２）を電動機として始動するステップ
とを備えている。
【００２０】
本発明による他のガスタービンプラントの動作方法は、
同期機（２）の回転子の回転子位置の目標値を、角周波数ω１ｕを有するように定めるステップと、
ガスタービン（１）から同期機への動力の供給が停止された後、同期機（２）の回転子が回転する状態にある間に、同期機（２）の電機子に誘起される誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）を測定するステップと、
前記目標値と誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）の直軸成分ｖδが０になるように同期機（２）に電力を供給して同期機（２）を電動機として始動するステップ
とを備えている。
【００２１】
本発明によるガスタービンプラント制御用プログラムは、
ガスタービン（１）から同期機への動力の供給の停止の後、同期機（２）の回転子が回転する状態にある間に、同期機（２）の電機子に誘起される誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）を測定するステップと、
誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、前記回転子の回転子位置を算出するステップと、
前記回転子位置に基づいて同期機（２）を電動機として始動するステップ
とを実行する。
【００２２】
本発明による他のガスタービンプラント制御用プログラムは、
同期機の回転子の回転子位置の目標値を、角周波数ω１ｕを有するように定めるステップと、
ガスタービン（１）から同期機への動力の供給が停止された後、同期機（２）の回転子が回転する状態にある間に、同期機（２）の電機子に誘起される誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）を測定するステップと、
前記目標値と誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）の直軸成分ｖδが０になるように同期機（２）に電力を供給して同期機（２）を電動機として始動するステップ
とを実行する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明によるガスタービンプラントの実施の一形態を説明する。
【００２４】
（実施の第１形態）
本発明によるガスタービンプラントの実施の第１形態では、図１に示されているように、ガスタービン１が回転界磁形の同期機２とともに設けられている。ガスタービン１のガスタービン軸は、同期機２の回転子に連結され、ガスタービン１のガスタービン軸は、同期機２の回転子と同体に回転する。
【００２５】
同期機２は、発電機と電動機とに兼用される。ガスタービン１を起動する場合、同期機２は電動機として使用され、ガスタービン１のガスタービン軸をガスタービン１が着火可能な回転数まで加速する。ガスタービン１が着火され、起動が完了した後は、同期機２はガスタービン１により駆動される発電機として使用される。更に、ガスタービン１による同期機２の駆動が停止されて発電が終了した後は、同期機２は電動機として使用され、ガスタービン１の各部が冷却するために、ガスタービン１のガスタービン軸を駆動する。ガスタービン１のガスタービン軸が駆動されると、ガスタービン１のコンプレッサが作動し、ガスタービン１の各部が冷却される。
【００２６】
同期機２は、インバータ装置３に接続される。インバータ装置３は、同期機２が電動機として使用されるとき、同期機２の電機子に３相の電機子電圧を供給する。インバータ装置３から同期機２への電機子電圧の供給は、ｕ相電源線４−１、ｖ相電源線４−２、ｗ相電源線４−３を介して行われる。電機子電圧のｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗは、それぞれｕ相電源線４−１、ｖ相電源線４−２及びｗ相電源線４−３を介して同期機２に供給される。
【００２７】
インバータ装置３は、制御装置５によって制御される。制御装置５は、ｕ相電源線４−１、ｖ相電源線４−２、及びｗ相電源線４−３にそれぞれ設けられたｕ相電圧センサ６−１、ｖ相電圧センサ６−２、及びｗ相電圧センサ６−３に接続される。ｕ相電圧センサ６−１、ｖ相電圧センサ６−２、及びｗ相電圧センサ６−３は、それぞれｕ相電源線４−１、ｖ相電源線４−２及びｗ相電源線４−３の電圧を測定して、同期機２の電機子のｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗを測定する。制御装置５は、測定されたｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗを受け取る。このとき、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗのうちの２つのみが計測され、他の１つは、下記式：
ｖｕ＋ｖｖ＋ｖｗ＝０ …式（１）
を用いて算出されることが可能である。また、ｕ相電源線４−１、ｖ相電源線４−２及びｗ相電源線４−３の間の線間電圧のうちの２つが計測され、計測された線間電圧と、前述の式（１）とに基づいて、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗが算出されることが可能である。
【００２８】
制御装置５は、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗに基づいて、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗそれぞれの指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊を定め、インバータ装置３に出力する。インバータ装置３は、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗがそれぞれ指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊に一致するように、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗを出力する。
【００２９】
制御装置５の動作は、制御装置５に記憶されたプログラムに沿って行われる。制御装置５は、そのプログラムを実行して指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊を定め、インバータ装置３を制御する。
【００３０】
既述のように、実施の第１形態のガスタービンプラントでは、ガスタービン１による同期機２の駆動が停止されて発電が終了した後、ガスタービン１のガスタービン軸が同期機２により駆動され、ガスタービン１の各部が冷却されるクリーニング動作が行われる。実施の第１形態では、ガスタービン１による同期機２の駆動が停止された後、以下のようにして同期機２が電動機として始動される。
【００３１】
発電が終了した直後、ガスタービン１のガスタービン軸は、その慣性により空転する。このとき同期機２の回転子も、ガスタービン１のガスタービン軸と同一の回転速度で空転する。同期機２の回転子が空転すると、同期機２の電機子には電圧が誘起され、ｕ相電源線４−１、ｖ相電源線４−２及びｗ相電源線４−３には、それぞれｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗが現れる。
【００３２】
制御装置５は、ｕ相、ｖ相、ｗ相のうちの任意の相の電機子電圧が０（Ｖ）を通過する時刻と、その電機子電圧が０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、ある時刻における同期機２の回転子の位置θを同定する。例えば、図２に示されているように、制御装置５は、時刻ｔ０にｕ相電圧ｖｕが０（Ｖ）を通過して、正電圧から負電圧になった場合、時刻ｔ０における回転子の位置θが９０°（＝π／２）であると判断する。同様に、時刻ｔ１にｖ相電圧ｖｖが０（Ｖ）を通過して、負電圧から正電圧になった場合、制御装置５は、時刻ｔ１における回転子の位置θが３０°（＝π／６）であると判断する。
【００３３】
ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗが０（Ｖ）を通過する時刻と、それらが０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、少なくとも２つの時刻における回転子の位置が同定され、回転子の位置θ及び角周波数ωが算出される。例えば、時刻ｔ０にｕ相電圧ｖｕが０（Ｖ）を通過して、正電圧から負電圧になり、その後初めて時刻ｔ１において、ｕ相電圧ｖｕが０（Ｖ）を通過して正電圧から負電圧になった場合、制御装置５は、時刻ｔ０における回転子の位置θ（ｔ０）が９０°（＝π／２）であり、回転子の回転周期Ｔが、ｔ１−ｔ０であると判断する。制御装置５は、回転子の角周波数ωをω＝２π／Ｔにより検出する。
【００３４】
一般には、時刻ｔ０における回転子の位置θ０（ｒａｄ．）及び時刻ｔ１における回転子の位置θ１（ｒａｄ．）を用いて、時刻ｔにおける回転子の位置θ（ｔ）及び回転子の角周波数ωは、
θ（ｔ）＝ω（ｔ−ｔ０）＋θ０ （ｒａｄ．）， …式（２）
ω＝（θ１−θ０）／（ｔ１−ｔ０）， …式（３）
で算出される。このようにして算出された回転子の位置θ（ｔ）及び角周波数ωは、空転する回転子の角周波数が一定とみなされる時間範囲において、ほぼ正確である。
【００３５】
ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗが０（Ｖ）を通過する時刻と、それらが０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、３つ以上の時刻における回転子の位置が測定され、時刻ｔにおける回転子の位置θ（ｔ）及び角周波数ωが同定されることも可能である。これにより、より正確に回転子の位置θ（ｔ）及び角周波数ωを同定することが可能である。
【００３６】
例えば、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗが０（Ｖ）を通過する時刻と、それらが０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、時刻ｔｎ−２、ｔｎ−１、及びｔｎにおける回転子の位置が、それぞれ、θｎ−２、θｎ−１、θｎであると測定されたとする。この場合、時刻ｔｎにおける回転子の位置θｎが下記の式（４）により補正され、より正確と考えられる時刻ｔｎにおける回転子の位置θｎ 〜が算出され得る（図３参照）。
【数５】
但し、Ａ＋Ｂ＝１、０≦Ａ≦０．５≦Ｂ≦１ …式（４）
である。この場合、時刻ｔにおける回転子の位置θ（ｔ）は、
θ（ｔ）＝ω（ｔ−ｔｎ）＋θｎ 〜 …式（２’）
と同定され、これにより、より正確に回転子の位置θ（ｔ）が同定される。
【００３７】
また例えば、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗが０（Ｖ）を通過する時刻と、それらが０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、時刻ｔｎ−３、ｔｎ−２、ｔｎ−１、及びｔｎにおける回転子の位置が、それぞれ、θｎ−３、θｎ−２、θｎ−１、θｎであると測定されたとする。この場合、回転子の角周波数ωが、下記の式によって求められ、より正確な角周波数ωが算出され得る。
【数６】
但し、
Ｃ＋Ｄ＝１、０≦Ｃ≦０．５≦Ｄ≦１
ωｎ＝（θｎ−θｎ−１）／（ｔｎ−ｔｎ−１）
ωｎ−１＝（θｎ−１−θｎ−２）／（ｔｎ−１−ｔｎ−２）
ωｎ−２＝（θｎ−２−θｎ−３）／（ｔｎ−２−ｔｎ−３）
Δｔｎ＝ｔｎ−ｔｎ−１
Δｔｎ−１＝ｔｎ−１−ｔｎ−２
Δｔｎ−２＝ｔｎ−２−ｔｎ−３…式（５）
【００３８】
この場合、より正確と考えられる時刻ｔｎにおける回転子の位置θｎ 〜が、下記式により算出され得る。
θｎ 〜＝Ａ｛ω（ｔｎ−ｔｎ−１）＋θｎ−１｝＋Ｂθｎ
但し、Ａ＋Ｂ＝１，０≦Ａ≦０．５≦Ｂ≦１ …式（６）
このとき、時刻ｔにおける回転子の位置θ（ｔ）は、式（６）により算出された時刻ｔｎにおける回転子の位置θｎ 〜を用いて、
θ（ｔ）＝ω（ｔ−ｔｎ）＋θｎ 〜 …式（２”）
と同定され、これにより、より正確に回転子の位置θ（ｔ）が同定される。
【００３９】
更に例えば、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗが０（Ｖ）を通過する時刻と、それらが０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、時刻ｔ１、ｔ２、…、ｔｎ−１、及びｔｎにおける回転子の位置が、それぞれ、θ１、θ２、…、θｎ−１、θｎであると測定されたとする。この場合、時刻ｔと回転子の位置θ（ｔ）とが、１次関数：
θ（ｔ）＝ω・ｔ＋θ０ …式（７）
として表現され、回転子の角周波数ωとθ０とが最小二乗法により定められることが可能である。これにより、より正確に回転子の位置θ（ｔ）が同定される。
【００４０】
上述の同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとの同定は、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗのうちの少なくとも２つ以上に基づいて行われることが好ましい。これにより、測定されたｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗに存在し得る非対称性の影響が抑えられ、より正確に回転子の位置θと角周波数ωとの同定を行うことができる。
【００４１】
同定された同期機２の回転子の位置θは、回転子の角周波数ωに基づいて補正されることが好ましい。ｕ相電圧センサ６−１、ｖ相電圧センサ６−２、及びｗ相電圧センサ６−３がｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗを測定するときに、ある程度の遅延が発生することは避け難い。この遅延により、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗに基づいて同定された同期機２の回転子の位置θは、真値よりも小さくなる。同定された同期機２の回転子の位置θと真値との差は、回転子の角周波数ωが大きくなるほど大きい。そこで、同定された同期機２の回転子の位置θから補正値Δθ（＞０）が加えられることが好ましい。この場合、制御装置５は、補正値Δθを、回転子の角周波数ωに対して広義に単調に増加するように定める。
【００４２】
補正値Δθの決定は、制御装置５の内部に保存される補正テーブル（図示されない）に基づいて行われることが可能である。この場合、補正テーブルには、回転子の角周波数ωと、それに対応する補正値Δθとが記述される。このとき、補正値Δθは、回転子の角周波数ωに対して広義に単調に増加するように定められる。
【００４３】
また、補正値Δθは、
Δθ＝ｆ（ω） …式（８）
ｆ：回転子の角周波数ωに対して広義に単調に増加する関数
により決定されることが可能である。
【００４４】
制御装置５は、同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとに基づいて、同期機２が適切に回転するようにｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗの角周波数と位相を定め、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗそれぞれの指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊を決定する。
【００４５】
指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊の決定の際には、同期機２の誘起電圧係数Λδが使用され得る。この場合、誘起電圧係数Λδは、測定されたｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗと、上述のようにして同定された同期機２の回転子の位置θ、及び角周波数ωを用いて、下記のように定められることが好ましい。
【数７】
…式（９）
ここでｖγは、同期機２の電機子電圧の横軸成分である。ガスタービン１により同期機２が駆動されることにより、同期機２の温度は同期機２が静止状態にある場合よりも上昇し、同期機２の温度は運転状況に応じて変化する。誘起電圧係数Λδは、同期機２の温度に応じて変化し得る。そこで、式（９）により、誘起電圧係数Λδが算出され、その誘起電圧係数Λδに基づいて指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊が決定されることにより、同期機２を電動機として作動する際、最適な制御を行うことが可能になる。
【００４６】
インバータ装置３は、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗがそれぞれ指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊に一致するように、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗを出力する。以上の過程により、同期機２が始動される。
【００４７】
実施の第１形態のガスタービンプラントでは、ガスタービン１による同期機２の駆動が停止されて発電が終了した後、同期機２の回転子が空転することにより電機子に誘起される電圧に基づいて、同期機２の回転子の位置及び角周波数が同定される。同定された同期機２の回転子の位置及び角周波数に基づいて、ガスタービン軸と回転子とが空転している間に同期機２が始動される。これにより、ガスタービン１による同期機２の駆動が停止されて発電が終了した後、速やかにガスタービン１の冷却運転が行われる。
【００４８】
（実施の第２形態）
実施の第２形態のガスタービンプラントでは、実施の第１形態と異なる方法により、同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとが同定される。実施の第２形態のガスタービンプラントの他の構成及び動作は、実施の第１形態と同一である。
【００４９】
実施の第２形態では、同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとの同定は、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗを座標変換して得られる電圧ｖα及び／又は電圧ｖβに基づいて行われる。電圧ｖα、及び電圧ｖβは、下記式：
【数８】
…式（１０）
により算出される。但し、ηは、任意の角度である。
【００５０】
実施の第２形態では、制御装置５は、電圧ｖα又は電圧ｖβが０（Ｖ）を通過する時刻と、それらが０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、少なくとも２つの時刻における回転子の位置を測定し、更に、時刻ｔにおける同期機２の回転子の位置θ（ｔ）及び角周波数ωを同定する。
【００５１】
電圧ｖαと電圧ｖβとは、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗのうちの少なくとも２つの関数である。このように定められた電圧ｖαと電圧ｖβとに基づいて、同期機２の回転子の位置θ及び角周波数ωが算出されることにより、測定されたｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗに存在し得る非対称性の影響が抑えられ、より正確に同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとの同定を行うことができる。
【００５２】
このとき、実施の第１形態と同様に、補正値Δθが、回転子の角周波数ωに対して広義に単調に増加するように定められ、同定された同期機２の回転子の位置θから補正値Δθ（＞０）が加えられることが好ましい。
【００５３】
更に、実施の第１形態と同様に、式（９）により、誘起電圧係数Λδが算出され、その誘起電圧係数Λδに基づいて指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊が決定されることが好ましい。
【００５４】
実施の第２形態のガスタービンプラントでは、実施の第１形態と同様に、ガスタービン１のガスタービン軸と同期機２の回転子とが空転している間に、同期機２の回転子の位置と角周波数が同定される。その同期機２の回転子の位置と角周波数とに基づいて、回転子が空転している間に同期機２が始動される。これにより、ガスタービン１による同期機２の駆動が停止されて発電が終了した後、速やかにガスタービン１の冷却運転が行われる。
【００５５】
更に、実施の第２形態のガスタービンプラントは、より正確に同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとの同定を行うことができる。
【００５６】
（実施の第３形態）
実施の第３形態のガスタービンプラントでは、実施の第１形態及び第２形態と異なる方法により、同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとが同定される。実施の第３形態のガスタービンプラントの他の構成及び動作は、実施の第１形態と同一である。
【００５７】
実施の第３形態では、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗ、及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、同期機２の回転子の位置θが同定される。更に、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗのいずれかが０（Ｖ）を通過する周期に基づいて、同期機２の回転子の角周波数ωが同定される。又は、それぞれ時刻ｔ１及び時刻ｔ２における回転子位置θ１及びθ２から同期機２の回転子の角周波数ωが同定される。
【００５８】
図２を参照して、ある時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１の同定は、時刻ｔ１におけるｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗ、及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、下記のように定められる。時刻ｔ１において、
ｖｕ＞０＞ｖｖ＞ｖｗのとき、θ１＝１５°（０°〜３０°）；
ｖｕ＞ｖｖ＞０＞ｖｗのとき、θ１＝４５°（３０°〜６０°）；
ｖｖ＞ｖｕ＞０＞ｖｗのとき、θ１＝７５°（６０°〜９０°）；
ｖｖ＞０＞ｖｕ＞ｖｗのとき、θ１＝１０５°（９０°〜１２０°）；
ｖｖ＞０＞ｖｗ＞ｖｕのとき、θ１＝１３５°（１２０°〜１５０°）；
ｖｖ＞ｖｗ＞０＞ｖｕのとき、θ１＝１６５°（１５０°〜１８０°）；
ｖｗ＞ｖｖ＞０＞ｖｕのとき、θ１＝１９５°（１８０°〜２１０°）；
ｖｗ＞０＞ｖｖ＞ｖｕのとき、θ１＝２２５°（２１０°〜２４０°）；
ｖｗ＞０＞ｖｕ＞ｖｖのとき、θ１＝２５５°（２４０°〜２７０°）；
ｖｗ＞ｖｕ＞０＞ｖｖのとき、θ１＝２８５°（２７０°〜３００°）；
ｖｕ＞ｖｗ＞０＞ｖｖのとき、θ１＝３１５°（３００°〜３３０°）；
ｖｕ＞０＞ｖｗ＞ｖｖのとき、θ１＝３４５°（３３０°〜３６０°）．
上記において、括弧内に示された範囲は、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１の真値の範囲である。例えば、ｖｕ＞０＞ｖｖ＞ｖｗのとき、同期機２の回転子の位置θ１の真値は０°〜３０°の範囲にあり、同期機２の回転子の位置θ１は１５°と同定される。このようにして同期機２の回転子の位置θ１が同定されても、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１の誤差は、高々１５°である。
【００５９】
時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１と、回転子の角周波数ωを用いて、時刻ｔにおける同期機２の回転子の位置θ（ｔ）は、
θ（ｔ）＝ω（ｔ−ｔ１）＋θ１，
と同定される。同定された同期機２の回転子の位置θ（ｔ）と回転子の角周波数ωとに基づいて、制御装置５は、指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊を決定し、同期機２を電動機として始動する。
【００６０】
上記のようにして同期機２の回転子の位置θの同定が行われることにより、制御装置５がｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗを監視する負担が軽減され、制御装置５の構成を簡便にすることができる。
【００６１】
なお、実施の第３形態において、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１の同定は、０＜θ０＜３０°であるθ０を用いて、
ｖｕ＞０＞ｖｖ＞ｖｗのとき、θ１＝θ０；
ｖｕ＞ｖｖ＞０＞ｖｗのとき、θ１＝θ０＋３０°；
ｖｖ＞ｖｕ＞０＞ｖｗのとき、θ１＝θ０＋６０°；
ｖｖ＞０＞ｖｕ＞ｖｗのとき、θ１＝θ０＋９０°；
ｖｖ＞０＞ｖｗ＞ｖｕのとき、θ１＝θ０＋１２０°；
ｖｖ＞ｖｗ＞０＞ｖｕのとき、θ１＝θ０＋１５０°；
ｖｗ＞ｖｖ＞０＞ｖｕのとき、θ１＝θ０＋１８０°；
ｖｗ＞０＞ｖｖ＞ｖｕのとき、θ１＝θ０＋２１０°；
ｖｗ＞０＞ｖｕ＞ｖｖのとき、θ１＝θ０＋２４０°；
ｖｗ＞ｖｕ＞０＞ｖｖのとき、θ１＝θ０＋２７０°；
ｖｕ＞ｖｗ＞０＞ｖｖのとき、θ１＝θ０＋３００°；
ｖｕ＞０＞ｖｗ＞ｖｖのとき、θ１＝θ０＋３３０°．
として行われることが可能である。この場合でも、位置θ１の同定の誤差は、θ０と（３０°−θ０）とのうちの大きい方に抑えられる。但し、位置θ１の同定の誤差を最小にする観点から、上述されているように、θ０＝１５°であることが好ましい。
【００６２】
（実施の第４形態）
実施の第４形態のガスタービンプラントでは、実施の第３形態で行われる同期機２の回転子の位置θの同定の方法が修正され、より正確に同期機２の回転子の位置θが同定される。
【００６３】
実施の第４形態では、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗ、及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置の第１近似値θ１’が同定される。
【００６４】
実施の第３形態の同期機２の回転子の位置θ１の同定と同様に、ある時刻ｔ１における同期機２の回転子の第１近似値θ１’の同定は、時刻ｔ１におけるｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗ、及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、下記のように定められる。時刻ｔ１において、
ｖｕ＞０＞ｖｖ＞ｖｗのとき、θ１’＝１５°（０°〜３０°）；
ｖｕ＞ｖｖ＞０＞ｖｗのとき、θ１’＝４５°（３０°〜６０°）；
ｖｖ＞ｖｕ＞０＞ｖｗのとき、θ１’＝７５°（６０°〜９０°）；
ｖｖ＞０＞ｖｕ＞ｖｗのとき、θ１’＝１０５°（９０°〜１２０°）；
ｖｖ＞０＞ｖｗ＞ｖｕのとき、θ１’＝１３５°（１２０°〜１５０°）；
ｖｖ＞ｖｗ＞０＞ｖｕのとき、θ１’＝１６５°（１５０°〜１８０°）；
ｖｗ＞ｖｖ＞０＞ｖｕのとき、θ１’＝１９５°（１８０°〜２１０°）；
ｖｗ＞０＞ｖｖ＞ｖｕのとき、θ１’＝２２５°（２１０°〜２４０°）；
ｖｗ＞０＞ｖｕ＞ｖｖのとき、θ１’＝２５５°（２４０°〜２７０°）；
ｖｗ＞ｖｕ＞０＞ｖｖのとき、θ１’＝２８５°（２７０°〜３００°）；
ｖｕ＞ｖｗ＞０＞ｖｖのとき、θ１’＝３１５°（３００°〜３３０°）；
ｖｕ＞０＞ｖｗ＞ｖｖのとき、θ１’＝３４５°（３３０°〜３６０°）．
【００６５】
更に、測定されたｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗと、上述の第１近似値θ１’とに基づいて、時刻ｔ１における同期機２の電機子電圧の横軸成分の近似値ｖγ’及び直軸成分の近似値ｖδ’が下記式：
【数９】
…式（１１）
により算出される。更に、同期機２の回転子の第１近似値θ１’が、下記式により補正され、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１が同定される。
θ１＝θ１’−ｔａｎ−１（ｖδ’／ｖγ’）
≒θ１’−（１８０／π）・（ｖδ’／ｖγ’） （°）． …式
（１２）
ここで、同期機２の電機子電圧は、主として横軸成分で構成されるため、ｖδ’／ｖγ’≪１である。更に、ｖδ’／ｖγ’の項に乗算されている１８０／πは、θ１が度で表現されることにともない付された係数であり、θ１がラジアンで表現される場合には、必要とされない。
【００６６】
一方、同期機２の回転子の角周波数ωは、実施の第３形態と同様に、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗのいずれかが０（Ｖ）を通過する周期に基づいて同定される。又は、それぞれ時刻ｔ１及び時刻ｔ２における回転子位置θ１及びθ２から同期機２の回転子の角周波数ωが同定される。
【００６７】
時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１と、回転子の角周波数ωを用いて、時刻ｔにおける同期機２の回転子の位置θ（ｔ）は、
θ（ｔ）＝ω（ｔ−ｔ１）＋θ１ …式（１３）
と同定される。同定された同期機２の回転子の位置θ（ｔ）と回転子の角周波数ωとに基づいて、制御装置５は、指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊を決定し、同期機２を電動機として始動する。
【００６８】
実施の第４形態では、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１が式（１２）に基づいて補正され、実施の第３形態よりも、正確に同期機２の回転子の位置θが同定される。
【００６９】
なお、実施の第４形態において、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置の第１近似値θ１’の同定は、０＜θ０＜３０°であるθ０を用いて、
ｖｕ＞０＞ｖｖ＞ｖｗのとき、θ１’＝θ０；
ｖｕ＞ｖｖ＞０＞ｖｗのとき、θ１’＝θ０＋３０°；
ｖｖ＞ｖｕ＞０＞ｖｗのとき、θ１’＝θ０＋６０°；
ｖｖ＞０＞ｖｕ＞ｖｗのとき、θ１’＝θ０＋９０°；
ｖｖ＞０＞ｖｗ＞ｖｕのとき、θ１’＝θ０＋１２０°；
ｖｖ＞ｖｗ＞０＞ｖｕのとき、θ１’＝θ０＋１５０°；
ｖｗ＞ｖｖ＞０＞ｖｕのとき、θ１’＝θ０＋１８０°；
ｖｗ＞０＞ｖｖ＞ｖｕのとき、θ１’＝θ０＋２１０°；
ｖｗ＞０＞ｖｕ＞ｖｖのとき、θ１’＝θ０＋２４０°；
ｖｗ＞ｖｕ＞０＞ｖｖのとき、θ１’＝θ０＋２７０°；
ｖｕ＞ｖｗ＞０＞ｖｖのとき、θ１’＝θ０＋３００°；
ｖｕ＞０＞ｖｗ＞ｖｖのとき、θ１’＝θ０＋３３０°．
として行われることが可能である。この場合でも、第１近似値θ１’の同定の誤差は、θ０と（３０°−θ０）とのうちの大きい方に抑えられる。但し、第１近似値θ１’の同定の誤差を最小にする観点から、上述されているように、θ０＝１５°であることが好ましい。
【００７０】
【発明の効果】
本発明により、同期機とガスタービンとが結合されたガスタービンプラントであって、ガスタービンによる発電が終了した後、迅速に、同期機が電動機として始動可能なガスタービンプラントが提供される。
【００７１】
また、本発明により、同期機とガスタービンとが結合されたガスタービンプラントであって、ガスタービンによる発電が終了した後のガスタービンの冷却時間を短縮することができるガスタービンプラントが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による実施の形態のガスタービンプラントを示す。
【図２】図２は、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗと、同期機２の回転子位置との関係を示す。
【図３】図３は、時刻ｔｎにおける回転子位置θｎ 〜の算出法を示す。
【符号の説明】
１：ガスタービン
２：同期機
３：インバータ装置
４−１：ｕ相電源線
４−２：ｖ相電源線
４−３：ｗ相電源線
５：制御装置
６−１：ｕ相電圧センサ
６−２：ｖ相電圧センサ
６−３：ｗ相電圧センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンプラントに関する。本発明は、特に、ガスタービンと同期機とが結合されたガスタービンプラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンと、電動機と発電機とに兼用される同期機とが結合されたガスタービンプラントが広く使用されている。ガスタービンの起動の際、同期機は電動機として動作してガスタービンを駆動し、ガスタービンを着火回転数まで加速する。その後、ガスタービンが点火されて駆動力の出力を開始し、ガスタービンの起動が完了する。その後、ガスタービンによって同期機が駆動され、同期機が発電機として使用される。
【０００３】
このようなガスタービンプラントでは、ガスタービンによる発電が終了した後、同期機は再び電動機として始動され、ガスタービンの各部を冷却するクーリング運転が行われる。
【０００４】
同期機とガスタービンとが結合されたガスタービンプラントでは、ガスタービンによる発電が終了した後、同期機が電動機として迅速に再始動され、ガスタービンの冷却時間が短縮されることが望まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、同期機とガスタービンとが結合されたガスタービンプラントであって、ガスタービンによる発電が終了した後、迅速に、同期機が電動機として始動可能なガスタービンプラントを提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、同期機とガスタービンとが結合されたガスタービンプラントであって、ガスタービンによる発電が終了した後、ガスタービンの冷却が完了するまでの時間を短縮することができるガスタービンプラントを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以下に、[発明の実施の形態]で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段が説明される。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明の実施の形態]の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し、付加された番号・符号は、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００８】
本発明によるガスタービンプラントは、ガスタービン軸を含むガスタービン（１）と、電機子とガスタービン軸に連結されて回転する回転子とを含む同期機（２）と、同期機（２）の電機子に電力を供給する電源装置（３）と、同期機（２）の電機子に誘起される誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）を測定する電圧検出装置（６−１〜６−３）と、電源装置（３）を制御する制御装置（５）とを備えている。制御装置（５）は、ガスタービン（１）から同期機（２）への動力の供給の停止後、前記ガスタービン軸と前記回転子とが慣性により回転している状態にある間に、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、前記回転子の回転子位置を算出し、前記回転子位置に基づいて電源装置（３）を制御することによって同期機（２）を電動機として始動する。当該ガスタービンプラントでは、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、同期機（２）の回転子の回転子位置を算出することにより、ガスタービン（１）から同期機（２）への動力の供給の停止後、同期機（２）の回転子の停止を待つことなく同期機（２）の再始動が可能である。
【０００９】
制御装置（５）は、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）が０（Ｖ）を通過する時刻に基づいて前記回転子位置を定めることが好ましい。
【００１０】
誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）がｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、及びｗ相成分ｖｗを有する３相電圧である場合、制御装置（５）は、ｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、ｗ相成分ｖｗのうちの複数に基づいて同期機（２）の回転子位置を定めることが好ましい。同期機（２）の回転子位置がｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、ｗ相成分ｖｗのうちの複数に基づいて定められることにより、ｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、ｗ相成分ｖｗに現れる非対称性の影響が抑制され、より正確に同期機（２）の回転子位置が同定される。
【００１１】
誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）が３相電圧である場合、制御装置（５）は、３相電圧を座標変換して変換電圧（ｖα、ｖβ）を算出し、変換電圧（ｖα、ｖβ）が０（Ｖ）を通過する時刻に基づいて前記回転子位置を定めることが好ましい。ｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、ｗ相成分ｖｗのうちの少なくとも２つに依存する変換電圧（ｖα、ｖβ）に基づいて同期機（２）の回転子位置が定められることにより、ｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、ｗ相成分ｖｗに現れる非対称性の影響が抑制され、より正確に同期機（２）の回転子位置が同定される。
【００１２】
誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）が３相電圧である場合、制御装置（５）は、前記３相電圧のｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、ｗ相成分ｖｗ及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、同期機（２）の回転子位置を算出することが好ましい。このようにして同期機（２）の回転子位置が算出されることにより、簡便に同期機（２）の回転子位置が算出可能である。
【００１３】
この場合、制御装置（５）は、前記大小関係に基づいて、前記回転子位置をθ０，θ０＋３０°，θ０＋６０°，…，θ０＋３３０°（０＜θ０＜３０°）のうちのいずれかであると定めることが好ましい。
【００１４】
また、制御装置（５）は、前記３相電圧のｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分、ｗ相成分及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、ある時刻における前記回転子位置の近似値θ’を、θ０，θ０＋３０°，θ０＋６０°，…，θ０＋３３０°（０＜θ０＜３０°）のうちのいずれかに定め、
【数３】
【００１５】
また、制御装置（５）は、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、前記回転子の回転速度と、前記回転子位置の１次算出値を算出し、前記回転速度に基づいて前記１次算出値を補正して前記回転子位置を算出することが好ましい。ここでいう回転速度とは、単位時間あたりの回転数、角周波数（角振動数）、周波数のように、回転子の回転の速さを示すパラメータを意味している。回転速度に基づいて前記１次算出値を補正して前記回転子位置が算出されることにより、電圧検出装置（６−１〜６−３）等で発生する遅延の影響が考慮された、より正確な回転子位置が算出可能である。
【００１６】
この場合、制御装置（５）は、前記回転速度が速いほど、広義に単調に増加するように、０以上の値である補正値を定め、前記１次算出値から前記補正値を減じて前記回転子位置を算出することが好ましい。
【００１７】
誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）が、ｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、及びｗ相成分ｖｗを有する３相電圧である場合、制御装置（５）は、ある時刻における前記回転子位置をθｔ、前記回転子の回転角周波数をω１ｔとしたとき、下記式：
【数４】
【００１８】
本発明による他のガスタービンプラントは、ガスタービン軸を含むガスタービン（１）と、ガスタービン軸と同体に回転する回転子と電機子とを含む同期機（２）と、前記電機子に電力を供給する電源装置（３）と、前記電機子に誘起される誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）を測定する電圧検出装置（６−１〜６−３）と、電源装置（３）を制御する制御装置（５）とを備えている。制御装置（５）は、ガスタービン（１）から同期機（２）への動力の供給の停止後、前記回転子の回転子位置の目標値を、角周波数ω１ｕを有するように定め、前記目標値と誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）の直軸成分ｖδが０になるように電源装置（３）を制御して、同期機（２）を電動機として始動する。
【００１９】
本発明によるガスタービンプラントの動作方法は、
ガスタービン（１）から同期機（２）への動力の供給の停止の後、同期機（２）の回転子が回転する状態にある間に、同期機（２）の電機子に誘起される誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）を測定するステップと、
誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、前記回転子の回転子位置を算出するステップと、
前記回転子位置に基づいて同期機（２）を電動機として始動するステップ
とを備えている。
【００２０】
本発明による他のガスタービンプラントの動作方法は、
同期機（２）の回転子の回転子位置の目標値を、角周波数ω１ｕを有するように定めるステップと、
ガスタービン（１）から同期機への動力の供給が停止された後、同期機（２）の回転子が回転する状態にある間に、同期機（２）の電機子に誘起される誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）を測定するステップと、
前記目標値と誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）の直軸成分ｖδが０になるように同期機（２）に電力を供給して同期機（２）を電動機として始動するステップ
とを備えている。
【００２１】
本発明によるガスタービンプラント制御用プログラムは、
ガスタービン（１）から同期機への動力の供給の停止の後、同期機（２）の回転子が回転する状態にある間に、同期機（２）の電機子に誘起される誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）を測定するステップと、
誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、前記回転子の回転子位置を算出するステップと、
前記回転子位置に基づいて同期機（２）を電動機として始動するステップ
とを実行する。
【００２２】
本発明による他のガスタービンプラント制御用プログラムは、
同期機の回転子の回転子位置の目標値を、角周波数ω１ｕを有するように定めるステップと、
ガスタービン（１）から同期機への動力の供給が停止された後、同期機（２）の回転子が回転する状態にある間に、同期機（２）の電機子に誘起される誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）を測定するステップと、
前記目標値と誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）に基づいて、誘起電機子電圧（ｖｕ、ｖｖ、ｖｗ）の直軸成分ｖδが０になるように同期機（２）に電力を供給して同期機（２）を電動機として始動するステップ
とを実行する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら、本発明によるガスタービンプラントの実施の一形態を説明する。
【００２４】
（実施の第１形態）
本発明によるガスタービンプラントの実施の第１形態では、図１に示されているように、ガスタービン１が回転界磁形の同期機２とともに設けられている。ガスタービン１のガスタービン軸は、同期機２の回転子に連結され、ガスタービン１のガスタービン軸は、同期機２の回転子と同体に回転する。
【００２５】
同期機２は、発電機と電動機とに兼用される。ガスタービン１を起動する場合、同期機２は電動機として使用され、ガスタービン１のガスタービン軸をガスタービン１が着火可能な回転数まで加速する。ガスタービン１が着火され、起動が完了した後は、同期機２はガスタービン１により駆動される発電機として使用される。更に、ガスタービン１による同期機２の駆動が停止されて発電が終了した後は、同期機２は電動機として使用され、ガスタービン１の各部が冷却するために、ガスタービン１のガスタービン軸を駆動する。ガスタービン１のガスタービン軸が駆動されると、ガスタービン１のコンプレッサが作動し、ガスタービン１の各部が冷却される。
【００２６】
同期機２は、インバータ装置３に接続される。インバータ装置３は、同期機２が電動機として使用されるとき、同期機２の電機子に３相の電機子電圧を供給する。インバータ装置３から同期機２への電機子電圧の供給は、ｕ相電源線４−１、ｖ相電源線４−２、ｗ相電源線４−３を介して行われる。電機子電圧のｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗは、それぞれｕ相電源線４−１、ｖ相電源線４−２及びｗ相電源線４−３を介して同期機２に供給される。
【００２７】
インバータ装置３は、制御装置５によって制御される。制御装置５は、ｕ相電源線４−１、ｖ相電源線４−２、及びｗ相電源線４−３にそれぞれ設けられたｕ相電圧センサ６−１、ｖ相電圧センサ６−２、及びｗ相電圧センサ６−３に接続される。ｕ相電圧センサ６−１、ｖ相電圧センサ６−２、及びｗ相電圧センサ６−３は、それぞれｕ相電源線４−１、ｖ相電源線４−２及びｗ相電源線４−３の電圧を測定して、同期機２の電機子のｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗを測定する。制御装置５は、測定されたｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗを受け取る。このとき、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗのうちの２つのみが計測され、他の１つは、下記式：
ｖｕ＋ｖｖ＋ｖｗ＝０ …式（１）
を用いて算出されることが可能である。また、ｕ相電源線４−１、ｖ相電源線４−２及びｗ相電源線４−３の間の線間電圧のうちの２つが計測され、計測された線間電圧と、前述の式（１）とに基づいて、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗが算出されることが可能である。
【００２８】
制御装置５は、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗに基づいて、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗそれぞれの指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊を定め、インバータ装置３に出力する。インバータ装置３は、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗがそれぞれ指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊に一致するように、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗを出力する。
【００２９】
制御装置５の動作は、制御装置５に記憶されたプログラムに沿って行われる。制御装置５は、そのプログラムを実行して指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊を定め、インバータ装置３を制御する。
【００３０】
既述のように、実施の第１形態のガスタービンプラントでは、ガスタービン１による同期機２の駆動が停止されて発電が終了した後、ガスタービン１のガスタービン軸が同期機２により駆動され、ガスタービン１の各部が冷却されるクリーニング動作が行われる。実施の第１形態では、ガスタービン１による同期機２の駆動が停止された後、以下のようにして同期機２が電動機として始動される。
【００３１】
発電が終了した直後、ガスタービン１のガスタービン軸は、その慣性により空転する。このとき同期機２の回転子も、ガスタービン１のガスタービン軸と同一の回転速度で空転する。同期機２の回転子が空転すると、同期機２の電機子には電圧が誘起され、ｕ相電源線４−１、ｖ相電源線４−２及びｗ相電源線４−３には、それぞれｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗが現れる。
【００３２】
制御装置５は、ｕ相、ｖ相、ｗ相のうちの任意の相の電機子電圧が０（Ｖ）を通過する時刻と、その電機子電圧が０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、ある時刻における同期機２の回転子の位置θを同定する。例えば、図２に示されているように、制御装置５は、時刻ｔ０にｕ相電圧ｖｕが０（Ｖ）を通過して、正電圧から負電圧になった場合、時刻ｔ０における回転子の位置θが９０°（＝π／２）であると判断する。同様に、時刻ｔ１にｖ相電圧ｖｖが０（Ｖ）を通過して、負電圧から正電圧になった場合、制御装置５は、時刻ｔ１における回転子の位置θが３０°（＝π／６）であると判断する。
【００３３】
ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗが０（Ｖ）を通過する時刻と、それらが０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、少なくとも２つの時刻における回転子の位置が同定され、回転子の位置θ及び角周波数ωが算出される。例えば、時刻ｔ０にｕ相電圧ｖｕが０（Ｖ）を通過して、正電圧から負電圧になり、その後初めて時刻ｔ１において、ｕ相電圧ｖｕが０（Ｖ）を通過して正電圧から負電圧になった場合、制御装置５は、時刻ｔ０における回転子の位置θ（ｔ０）が９０°（＝π／２）であり、回転子の回転周期Ｔが、ｔ１−ｔ０であると判断する。制御装置５は、回転子の角周波数ωをω＝２π／Ｔにより検出する。
【００３４】
一般には、時刻ｔ０における回転子の位置θ０（ｒａｄ．）及び時刻ｔ１における回転子の位置θ１（ｒａｄ．）を用いて、時刻ｔにおける回転子の位置θ（ｔ）及び回転子の角周波数ωは、
θ（ｔ）＝ω（ｔ−ｔ０）＋θ０ （ｒａｄ．）， …式（２）
ω＝（θ１−θ０）／（ｔ１−ｔ０）， …式（３）
で算出される。このようにして算出された回転子の位置θ（ｔ）及び角周波数ωは、空転する回転子の角周波数が一定とみなされる時間範囲において、ほぼ正確である。
【００３５】
ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗが０（Ｖ）を通過する時刻と、それらが０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、３つ以上の時刻における回転子の位置が測定され、時刻ｔにおける回転子の位置θ（ｔ）及び角周波数ωが同定されることも可能である。これにより、より正確に回転子の位置θ（ｔ）及び角周波数ωを同定することが可能である。
【００３６】
例えば、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗが０（Ｖ）を通過する時刻と、それらが０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、時刻ｔｎ−２、ｔｎ−１、及びｔｎにおける回転子の位置が、それぞれ、θｎ−２、θｎ−１、θｎであると測定されたとする。この場合、時刻ｔｎにおける回転子の位置θｎが下記の式（４）により補正され、より正確と考えられる時刻ｔｎにおける回転子の位置θｎ 〜が算出され得る（図３参照）。
【数５】
である。この場合、時刻ｔにおける回転子の位置θ（ｔ）は、
θ（ｔ）＝ω（ｔ−ｔｎ）＋θｎ 〜 …式（２’）
と同定され、これにより、より正確に回転子の位置θ（ｔ）が同定される。
【００３７】
また例えば、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗが０（Ｖ）を通過する時刻と、それらが０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、時刻ｔｎ−３、ｔｎ−２、ｔｎ−１、及びｔｎにおける回転子の位置が、それぞれ、θｎ−３、θｎ−２、θｎ−１、θｎであると測定されたとする。この場合、回転子の角周波数ωが、下記の式によって求められ、より正確な角周波数ωが算出され得る。
【数６】
Ｃ＋Ｄ＝１、０≦Ｃ≦０．５≦Ｄ≦１
ωｎ＝（θｎ−θｎ−１）／（ｔｎ−ｔｎ−１）
ωｎ−１＝（θｎ−１−θｎ−２）／（ｔｎ−１−ｔｎ−２）
ωｎ−２＝（θｎ−２−θｎ−３）／（ｔｎ−２−ｔｎ−３）
Δｔｎ＝ｔｎ−ｔｎ−１
Δｔｎ−１＝ｔｎ−１−ｔｎ−２
Δｔｎ−２＝ｔｎ−２−ｔｎ−３…式（５）
【００３８】
この場合、より正確と考えられる時刻ｔｎにおける回転子の位置θｎ 〜が、下記式により算出され得る。
θｎ 〜＝Ａ｛ω（ｔｎ−ｔｎ−１）＋θｎ−１｝＋Ｂθｎ
但し、Ａ＋Ｂ＝１，０≦Ａ≦０．５≦Ｂ≦１ …式（６）
このとき、時刻ｔにおける回転子の位置θ（ｔ）は、式（６）により算出された時刻ｔｎにおける回転子の位置θｎ 〜を用いて、
θ（ｔ）＝ω（ｔ−ｔｎ）＋θｎ 〜 …式（２”）
と同定され、これにより、より正確に回転子の位置θ（ｔ）が同定される。
【００３９】
更に例えば、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗが０（Ｖ）を通過する時刻と、それらが０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、時刻ｔ１、ｔ２、…、ｔｎ−１、及びｔｎにおける回転子の位置が、それぞれ、θ１、θ２、…、θｎ−１、θｎであると測定されたとする。この場合、時刻ｔと回転子の位置θ（ｔ）とが、１次関数：
θ（ｔ）＝ω・ｔ＋θ０ …式（７）
として表現され、回転子の角周波数ωとθ０とが最小二乗法により定められることが可能である。これにより、より正確に回転子の位置θ（ｔ）が同定される。
【００４０】
上述の同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとの同定は、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗのうちの少なくとも２つ以上に基づいて行われることが好ましい。これにより、測定されたｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗに存在し得る非対称性の影響が抑えられ、より正確に回転子の位置θと角周波数ωとの同定を行うことができる。
【００４１】
同定された同期機２の回転子の位置θは、回転子の角周波数ωに基づいて補正されることが好ましい。ｕ相電圧センサ６−１、ｖ相電圧センサ６−２、及びｗ相電圧センサ６−３がｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗを測定するときに、ある程度の遅延が発生することは避け難い。この遅延により、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗに基づいて同定された同期機２の回転子の位置θは、真値よりも小さくなる。同定された同期機２の回転子の位置θと真値との差は、回転子の角周波数ωが大きくなるほど大きい。そこで、同定された同期機２の回転子の位置θから補正値Δθ（＞０）が加えられることが好ましい。この場合、制御装置５は、補正値Δθを、回転子の角周波数ωに対して広義に単調に増加するように定める。
【００４２】
補正値Δθの決定は、制御装置５の内部に保存される補正テーブル（図示されない）に基づいて行われることが可能である。この場合、補正テーブルには、回転子の角周波数ωと、それに対応する補正値Δθとが記述される。このとき、補正値Δθは、回転子の角周波数ωに対して広義に単調に増加するように定められる。
【００４３】
また、補正値Δθは、
Δθ＝ｆ（ω） …式（８）
ｆ：回転子の角周波数ωに対して広義に単調に増加する関数
により決定されることが可能である。
【００４４】
制御装置５は、同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとに基づいて、同期機２が適切に回転するようにｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗの角周波数と位相を定め、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗそれぞれの指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊を決定する。
【００４５】
指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊の決定の際には、同期機２の誘起電圧係数Λδが使用され得る。この場合、誘起電圧係数Λδは、測定されたｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗと、上述のようにして同定された同期機２の回転子の位置θ、及び角周波数ωを用いて、下記のように定められることが好ましい。
【数７】
ここでｖγは、同期機２の電機子電圧の横軸成分である。ガスタービン１により同期機２が駆動されることにより、同期機２の温度は同期機２が静止状態にある場合よりも上昇し、同期機２の温度は運転状況に応じて変化する。誘起電圧係数Λδは、同期機２の温度に応じて変化し得る。そこで、式（９）により、誘起電圧係数Λδが算出され、その誘起電圧係数Λδに基づいて指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊が決定されることにより、同期機２を電動機として作動する際、最適な制御を行うことが可能になる。
【００４６】
インバータ装置３は、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗがそれぞれ指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊に一致するように、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗを出力する。以上の過程により、同期機２が始動される。
【００４７】
実施の第１形態のガスタービンプラントでは、ガスタービン１による同期機２の駆動が停止されて発電が終了した後、同期機２の回転子が空転することにより電機子に誘起される電圧に基づいて、同期機２の回転子の位置及び角周波数が同定される。同定された同期機２の回転子の位置及び角周波数に基づいて、ガスタービン軸と回転子とが空転している間に同期機２が始動される。これにより、ガスタービン１による同期機２の駆動が停止されて発電が終了した後、速やかにガスタービン１の冷却運転が行われる。
【００４８】
（実施の第２形態）
実施の第２形態のガスタービンプラントでは、実施の第１形態と異なる方法により、同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとが同定される。実施の第２形態のガスタービンプラントの他の構成及び動作は、実施の第１形態と同一である。
【００４９】
実施の第２形態では、同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとの同定は、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗを座標変換して得られる電圧ｖα及び／又は電圧ｖβに基づいて行われる。電圧ｖα、及び電圧ｖβは、下記式：
【数８】
により算出される。但し、ηは、任意の角度である。
【００５０】
実施の第２形態では、制御装置５は、電圧ｖα又は電圧ｖβが０（Ｖ）を通過する時刻と、それらが０（Ｖ）を通過する方向とに基づいて、少なくとも２つの時刻における回転子の位置を測定し、更に、時刻ｔにおける同期機２の回転子の位置θ（ｔ）及び角周波数ωを同定する。
【００５１】
電圧ｖαと電圧ｖβとは、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗのうちの少なくとも２つの関数である。このように定められた電圧ｖαと電圧ｖβとに基づいて、同期機２の回転子の位置θ及び角周波数ωが算出されることにより、測定されたｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ及びｗ相電圧ｖｗに存在し得る非対称性の影響が抑えられ、より正確に同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとの同定を行うことができる。
【００５２】
このとき、実施の第１形態と同様に、補正値Δθが、回転子の角周波数ωに対して広義に単調に増加するように定められ、同定された同期機２の回転子の位置θから補正値Δθ（＞０）が加えられることが好ましい。
【００５３】
更に、実施の第１形態と同様に、式（９）により、誘起電圧係数Λδが算出され、その誘起電圧係数Λδに基づいて指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊が決定されることが好ましい。
【００５４】
実施の第２形態のガスタービンプラントでは、実施の第１形態と同様に、ガスタービン１のガスタービン軸と同期機２の回転子とが空転している間に、同期機２の回転子の位置と角周波数が同定される。その同期機２の回転子の位置と角周波数とに基づいて、回転子が空転している間に同期機２が始動される。これにより、ガスタービン１による同期機２の駆動が停止されて発電が終了した後、速やかにガスタービン１の冷却運転が行われる。
【００５５】
更に、実施の第２形態のガスタービンプラントは、より正確に同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとの同定を行うことができる。
【００５６】
（実施の第３形態）
実施の第３形態のガスタービンプラントでは、実施の第１形態及び第２形態と異なる方法により、同期機２の回転子の位置θと角周波数ωとが同定される。実施の第３形態のガスタービンプラントの他の構成及び動作は、実施の第１形態と同一である。
【００５７】
実施の第３形態では、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗ、及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、同期機２の回転子の位置θが同定される。更に、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗのいずれかが０（Ｖ）を通過する周期に基づいて、同期機２の回転子の角周波数ωが同定される。又は、それぞれ時刻ｔ１及び時刻ｔ２における回転子位置θ１及びθ２から同期機２の回転子の角周波数ωが同定される。
【００５８】
図２を参照して、ある時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１の同定は、時刻ｔ１におけるｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗ、及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、下記のように定められる。時刻ｔ１において、
ｖｕ＞０＞ｖｖ＞ｖｗのとき、θ１＝１５°（０°〜３０°）；
ｖｕ＞ｖｖ＞０＞ｖｗのとき、θ１＝４５°（３０°〜６０°）；
ｖｖ＞ｖｕ＞０＞ｖｗのとき、θ１＝７５°（６０°〜９０°）；
ｖｖ＞０＞ｖｕ＞ｖｗのとき、θ１＝１０５°（９０°〜１２０°）；
ｖｖ＞０＞ｖｗ＞ｖｕのとき、θ１＝１３５°（１２０°〜１５０°）；
ｖｖ＞ｖｗ＞０＞ｖｕのとき、θ１＝１６５°（１５０°〜１８０°）；
ｖｗ＞ｖｖ＞０＞ｖｕのとき、θ１＝１９５°（１８０°〜２１０°）；
ｖｗ＞０＞ｖｖ＞ｖｕのとき、θ１＝２２５°（２１０°〜２４０°）；
ｖｗ＞０＞ｖｕ＞ｖｖのとき、θ１＝２５５°（２４０°〜２７０°）；
ｖｗ＞ｖｕ＞０＞ｖｖのとき、θ１＝２８５°（２７０°〜３００°）；
ｖｕ＞ｖｗ＞０＞ｖｖのとき、θ１＝３１５°（３００°〜３３０°）；
ｖｕ＞０＞ｖｗ＞ｖｖのとき、θ１＝３４５°（３３０°〜３６０°）．
上記において、括弧内に示された範囲は、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１の真値の範囲である。例えば、ｖｕ＞０＞ｖｖ＞ｖｗのとき、同期機２の回転子の位置θ１の真値は０°〜３０°の範囲にあり、同期機２の回転子の位置θ１は１５°と同定される。このようにして同期機２の回転子の位置θ１が同定されても、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１の誤差は、高々１５°である。
【００５９】
時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１と、回転子の角周波数ωを用いて、時刻ｔにおける同期機２の回転子の位置θ（ｔ）は、
θ（ｔ）＝ω（ｔ−ｔ１）＋θ１，
と同定される。同定された同期機２の回転子の位置θ（ｔ）と回転子の角周波数ωとに基づいて、制御装置５は、指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊を決定し、同期機２を電動機として始動する。
【００６０】
上記のようにして同期機２の回転子の位置θの同定が行われることにより、制御装置５がｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗを監視する負担が軽減され、制御装置５の構成を簡便にすることができる。
【００６１】
なお、実施の第３形態において、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１の同定は、０＜θ０＜３０°であるθ０を用いて、
ｖｕ＞０＞ｖｖ＞ｖｗのとき、θ１＝θ０；
ｖｕ＞ｖｖ＞０＞ｖｗのとき、θ１＝θ０＋３０°；
ｖｖ＞ｖｕ＞０＞ｖｗのとき、θ１＝θ０＋６０°；
ｖｖ＞０＞ｖｕ＞ｖｗのとき、θ１＝θ０＋９０°；
ｖｖ＞０＞ｖｗ＞ｖｕのとき、θ１＝θ０＋１２０°；
ｖｖ＞ｖｗ＞０＞ｖｕのとき、θ１＝θ０＋１５０°；
ｖｗ＞ｖｖ＞０＞ｖｕのとき、θ１＝θ０＋１８０°；
ｖｗ＞０＞ｖｖ＞ｖｕのとき、θ１＝θ０＋２１０°；
ｖｗ＞０＞ｖｕ＞ｖｖのとき、θ１＝θ０＋２４０°；
ｖｗ＞ｖｕ＞０＞ｖｖのとき、θ１＝θ０＋２７０°；
ｖｕ＞ｖｗ＞０＞ｖｖのとき、θ１＝θ０＋３００°；
ｖｕ＞０＞ｖｗ＞ｖｖのとき、θ１＝θ０＋３３０°．
として行われることが可能である。この場合でも、位置θ１の同定の誤差は、θ０と（３０°−θ０）とのうちの大きい方に抑えられる。但し、位置θ１の同定の誤差を最小にする観点から、上述されているように、θ０＝１５°であることが好ましい。
【００６２】
（実施の第４形態）
実施の第４形態のガスタービンプラントでは、実施の第３形態で行われる同期機２の回転子の位置θの同定の方法が修正され、より正確に同期機２の回転子の位置θが同定される。
【００６３】
実施の第４形態では、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗ、及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置の第１近似値θ１’が同定される。
【００６４】
実施の第３形態の同期機２の回転子の位置θ１の同定と同様に、ある時刻ｔ１における同期機２の回転子の第１近似値θ１’の同定は、時刻ｔ１におけるｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗ、及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、下記のように定められる。時刻ｔ１において、
ｖｕ＞０＞ｖｖ＞ｖｗのとき、θ１’＝１５°（０°〜３０°）；
ｖｕ＞ｖｖ＞０＞ｖｗのとき、θ１’＝４５°（３０°〜６０°）；
ｖｖ＞ｖｕ＞０＞ｖｗのとき、θ１’＝７５°（６０°〜９０°）；
ｖｖ＞０＞ｖｕ＞ｖｗのとき、θ１’＝１０５°（９０°〜１２０°）；
ｖｖ＞０＞ｖｗ＞ｖｕのとき、θ１’＝１３５°（１２０°〜１５０°）；
ｖｖ＞ｖｗ＞０＞ｖｕのとき、θ１’＝１６５°（１５０°〜１８０°）；
ｖｗ＞ｖｖ＞０＞ｖｕのとき、θ１’＝１９５°（１８０°〜２１０°）；
ｖｗ＞０＞ｖｖ＞ｖｕのとき、θ１’＝２２５°（２１０°〜２４０°）；
ｖｗ＞０＞ｖｕ＞ｖｖのとき、θ１’＝２５５°（２４０°〜２７０°）；
ｖｗ＞ｖｕ＞０＞ｖｖのとき、θ１’＝２８５°（２７０°〜３００°）；
ｖｕ＞ｖｗ＞０＞ｖｖのとき、θ１’＝３１５°（３００°〜３３０°）；
ｖｕ＞０＞ｖｗ＞ｖｖのとき、θ１’＝３４５°（３３０°〜３６０°）．
【００６５】
更に、測定されたｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗと、上述の第１近似値θ１’とに基づいて、時刻ｔ１における同期機２の電機子電圧の横軸成分の近似値ｖγ’及び直軸成分の近似値ｖδ’が下記式：
【数９】
により算出される。更に、同期機２の回転子の第１近似値θ１’が、下記式により補正され、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１が同定される。
θ１＝θ１’−ｔａｎ−１（ｖδ’／ｖγ’）
≒θ１’−（１８０／π）・（ｖδ’／ｖγ’） （°）． …式
（１２）
ここで、同期機２の電機子電圧は、主として横軸成分で構成されるため、ｖδ’／ｖγ’≪１である。更に、ｖδ’／ｖγ’の項に乗算されている１８０／πは、θ１が度で表現されることにともない付された係数であり、θ１がラジアンで表現される場合には、必要とされない。
【００６６】
一方、同期機２の回転子の角周波数ωは、実施の第３形態と同様に、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、ｗ相電圧ｖｗのいずれかが０（Ｖ）を通過する周期に基づいて同定される。又は、それぞれ時刻ｔ１及び時刻ｔ２における回転子位置θ１及びθ２から同期機２の回転子の角周波数ωが同定される。
【００６７】
時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１と、回転子の角周波数ωを用いて、時刻ｔにおける同期機２の回転子の位置θ（ｔ）は、
θ（ｔ）＝ω（ｔ−ｔ１）＋θ１ …式（１３）
と同定される。同定された同期機２の回転子の位置θ（ｔ）と回転子の角周波数ωとに基づいて、制御装置５は、指令値ｖｕ ＊、指令値ｖｖ ＊、指令値ｖｗ ＊を決定し、同期機２を電動機として始動する。
【００６８】
実施の第４形態では、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置θ１が式（１２）に基づいて補正され、実施の第３形態よりも、正確に同期機２の回転子の位置θが同定される。
【００６９】
なお、実施の第４形態において、時刻ｔ１における同期機２の回転子の位置の第１近似値θ１’の同定は、０＜θ０＜３０°であるθ０を用いて、
ｖｕ＞０＞ｖｖ＞ｖｗのとき、θ１’＝θ０；
ｖｕ＞ｖｖ＞０＞ｖｗのとき、θ１’＝θ０＋３０°；
ｖｖ＞ｖｕ＞０＞ｖｗのとき、θ１’＝θ０＋６０°；
ｖｖ＞０＞ｖｕ＞ｖｗのとき、θ１’＝θ０＋９０°；
ｖｖ＞０＞ｖｗ＞ｖｕのとき、θ１’＝θ０＋１２０°；
ｖｖ＞ｖｗ＞０＞ｖｕのとき、θ１’＝θ０＋１５０°；
ｖｗ＞ｖｖ＞０＞ｖｕのとき、θ１’＝θ０＋１８０°；
ｖｗ＞０＞ｖｖ＞ｖｕのとき、θ１’＝θ０＋２１０°；
ｖｗ＞０＞ｖｕ＞ｖｖのとき、θ１’＝θ０＋２４０°；
ｖｗ＞ｖｕ＞０＞ｖｖのとき、θ１’＝θ０＋２７０°；
ｖｕ＞ｖｗ＞０＞ｖｖのとき、θ１’＝θ０＋３００°；
ｖｕ＞０＞ｖｗ＞ｖｖのとき、θ１’＝θ０＋３３０°．
として行われることが可能である。この場合でも、第１近似値θ１’の同定の誤差は、θ０と（３０°−θ０）とのうちの大きい方に抑えられる。但し、第１近似値θ１’の同定の誤差を最小にする観点から、上述されているように、θ０＝１５°であることが好ましい。
【００７０】
【発明の効果】
本発明により、同期機とガスタービンとが結合されたガスタービンプラントであって、ガスタービンによる発電が終了した後、迅速に、同期機が電動機として始動可能なガスタービンプラントが提供される。
【００７１】
また、本発明により、同期機とガスタービンとが結合されたガスタービンプラントであって、ガスタービンによる発電が終了した後のガスタービンの冷却時間を短縮することができるガスタービンプラントが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による実施の形態のガスタービンプラントを示す。
【図２】図２は、ｕ相電圧ｖｕ、ｖ相電圧ｖｖ、及びｗ相電圧ｖｗと、同期機２の回転子位置との関係を示す。
【図３】図３は、時刻ｔｎにおける回転子位置θｎ 〜の算出法を示す。
【符号の説明】
１：ガスタービン
２：同期機
３：インバータ装置
４−１：ｕ相電源線
４−２：ｖ相電源線
４−３：ｗ相電源線
５：制御装置
６−１：ｕ相電圧センサ
６−２：ｖ相電圧センサ
６−３：ｗ相電圧センサ
Claims (11)
- ガスタービン軸を含むガスタービンと、
電機子と、前記ガスタービン軸に連結されて回転する回転子とを含む同期機と、
前記電機子に電力を供給する電源装置と、
前記電機子に誘起される誘起電機子電圧を測定する電圧検出装置と、
前記電源装置を制御する制御装置
とを備え、
前記制御装置は、前記ガスタービンから前記同期機への動力の供給の停止後、前記ガスタービン軸と前記回転子とが慣性により回転している状態にある間に、前記誘起電機子電圧に基づいて前記回転子の回転子位置を算出すると共に前記回転子位置に基づいて前記電源装置を制御し、これにより、前記ガスタービンの回転数をゼロに到達させることなく前記同期機を電動機として始動する
ガスタービンプラント。 - 請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記制御装置は、前記誘起電機子電圧が０（Ｖ）を通過する時刻に基づいて前記回転子位置を定める
ガスタービンプラント。 - 請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記誘起電機子電圧は、ｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、及びｗ相成分ｖｗを有する３相電圧であり、
前記制御装置は、前記ｕ相成分ｖｕ、前記ｖ相成分ｖｖ、前記ｗ相成分ｖｗのうちの複数に基づいて前記回転子位置を定める
ガスタービンプラント。 - 請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記誘起電機子電圧は、３相電圧であり、
前記制御装置は、前記３相電圧に対して３相−２相変換を行って２相の変換電圧を算出し、前記変換電圧が０（Ｖ）を通過する時刻に基づいて前記回転子位置を定める
ガスタービンプラント。 - 請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記誘起電機子電圧は、３相電圧であり、
前記制御装置は、前記３相電圧のｕ相成分ｖ ｕ 、ｖ相成分ｖ ｖ 、ｗ相成分ｖ ｗ 及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、前記回転子位置がθ０，θ０＋３０°，θ０＋６０°，…，θ０＋３３０°（０＜θ０＜３０°）のうちから選択されたいずれかの角度であると特定し、特定された前記回転子位置に基づいて前記電源装置を制御して前記同期機を電動機として始動する
ガスタービンプラント。 - 請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記制御装置は、前記３相電圧のｕ相成分、ｖ相成分、ｗ相成分及び０（Ｖ）の間の大小関係に基づいて、ある時刻における前記回転子位置の近似値θ’を、θ０，θ０＋３０°，θ０＋６０°，…，θ０＋３３０°（０＜θ０＜３０°）のうちから選択されたいずれかの角度であると特定し、
ガスタービンプラント。 - 請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記制御装置は、前記誘起電機子電圧に基づいて、前記回転子の回転速度と、前記回転子位置の１次算出値を算出し、前記回転速度に基づいて前記１次算出値を補正して前記回転子位置を算出する
ガスタービンプラント。 - 請求項７に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記制御装置は、前記回転速度が速いほど広義に単調に増加するように、０以上の値である補正値を定め、前記１次算出値に前記補正値を加えて前記回転子位置を算出する
ガスタービンプラント。 - 請求項１に記載のガスタービンプラントにおいて、
前記誘起電機子電圧は、ｕ相成分ｖｕ、ｖ相成分ｖｖ、及びｗ相成分ｖｗを有する３相電圧であり、
前記制御装置は、ある時刻における前記回転子位置をθｔ、前記回転子の回転角周波数をω１ｔとしたとき、下記式：
前記誘起電圧係数Λδに基づいて、前記電源装置を制御する
ガスタービンプラント。 - ガスタービンから同期機への動力の供給の停止の後、前記同期機の回転子が回転する状態にある間に、前記同期機の電機子に誘起される誘起電機子電圧を測定するステップと、
前記誘起電機子電圧に基づいて、前記回転子の回転子位置を算出するステップと、
前記回転子位置に基づいて前記同期機を制御し、これにより、前記ガスタービンの回転数をゼロに到達させることなく前記同期機を電動機として始動するステップ
とを備えた
ガスタービンプラントの動作方法。 - ガスタービンから同期機への動力の供給の停止の後、前記同期機の回転子が回転する状態にある間に、前記同期機の電機子に誘起される誘起電機子電圧を測定するステップと、
前記誘起電機子電圧に基づいて、前記回転子の回転子位置を算出するステップと、
前記回転子位置に基づいて前記同期機を制御し、これにより、前記ガスタービンの回転数をゼロに到達させることなく前記同期機を電動機として始動するステップ
とを実行する
ガスタービンプラント制御用プログラム。
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