JP5872188B2 - ガスタービンの起動制御 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービンに関し、特にトルク制御システム及びガスタービンの起動方法に関する。

ガスタービンの起動中、ガスタービンを無負荷定格速度まで加速するために、典型的には２つのトルク源が存在する。１つのトルク源はガスタービンが着火した後でガスタービン自体から得られるものであり、もう１つのトルク源は、典型的には静止型起動装置であるガスタービンの外部の起動装置からのトルク源である。従来は、ガスタービンが無負荷定格速度に達するまでに要する平均時間は、ガスタービンの初期着火を変更することによって短縮できる。しかし、ガスタービンの着火を変更することでガスタービンの動作温度が上昇することがあり、それが様々な高温ガス通路部品を損傷することがある。従って、典型的には、例えば電気モータ又は電力変換装置であって良い外部の静止型起動装置によってガスタービンの起動トルクを高めることが望ましい。しかし、多くの静止型起動装置にはＲＰＭ設定値に対応する動作設定値があり、それはガスタービンの動作パラメータの変更を考慮に入れておらず、そのためガスタービンの起動に要する時間が長くなることがある。

米国特許第４４９０７９１号

本発明の一態様に従って、ガスタービンの起動方法を記載する。この方法は、静止型起動装置をトルク制御モードにするステップと、ガスタービンの起動トルクを確立するために静止型起動装置にトルク基準値を送るステップと、静止型起動装置の電流設定値を設定し、起動トルクを達成するために電流出力を調整するステップとを含む。

本発明の別の態様に従って、ガスタービンを起動させるためのコンピュータ読み取り可能な記録媒体を記載する。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、静止型起動装置をトルク制御モードにするステップと、ガスタービンの起動トルクを確立するために静止型起動装置にトルク基準値を送るステップと、静止型起動装置の電流設定値を設定し、起動トルクを達成するために電流出力を調整するステップとを含む方法をコンピュータに実行させる命令を含む。

本発明の更に別の態様に従って、ガスタービンを起動させるためのガスタービンシステムを記載する。このシステムは、ガスタービンと、ガスタービンに作動的に連結されたガスタービンコントローラと、ガスタービン及びガスタービンコントローラに作動的に連結された静止型起動装置と、作動的に連結されたガスタービンと静止型起動装置との間に配置された同期発電機とを含み、タービンコントローラは、静止型起動装置をトルク制御モードにするように構成され、静止型起動装置は関連する電流設定値を有する起動トルクプロファイルを有している。

上記及びその他の利点並びに特徴は、図面を参照した以下の説明からより明らかになる。

発明と見なされる主題は本明細書の末尾の請求項で特に指摘され、明確に特許請求される。本発明の前述及びその他の特徴並びに利点は、添付図面を参照した以下の詳細な説明から明らかである。

例示的なガスタービン起動トルク制御システムを示す図である。 ガスタービン起動のトルク制御のための制御システムの例示的実施形態を示す図である。 例示的実施形態でのガスタービン起動プロファイルを示す、速度対時間を示すグラフである。 例示的実施形態による、電流設定値での電流限度対定格速度率を示すグラフである。 例示的実施形態によるトルク制御方法のフローチャートである。 例示的実施形態でのトルク制御実施のプロセスフロー図である。

例示的に、図面を参照して、本発明の実施形態を利点及び特徴と共に詳細に記述する。

図１は、ガスタービン起動トルク制御の例示的システム１００を示す。例示的実施形態では、システム１００は同期発電機１１０に対して作動的に制御されるガスタービン１０５を含む。本明細書に記載の通り、同期発電機１１０は起動すると電気的に励起されて、通常はガスタービンを起動するために必要な高温のガス通路なしでガスタービン内の回転を開始する回転トルクを生成する。タービンコントローラ１１５は、ガスタービンに作動的に連結可能である。例示的実施形態では、タービンコントローラ１１５はガスタービン１０５の制御及び監視を行う。システム１００は、同期発電機１１０に作動的に連結された励起モジュール１２０を更に含む。例示的実施形態では、励起モジュール１２０は同期発電機１１０の発電機ａｃ端子電圧及び／又は無効ボルトアンペア
を制御するために界磁電流を生成する。システム１００は更に、図２に関して更に記載するように制御システム全体２００の一部（例えばコンピュータ）であって良いヒューマンマシンインターフェース１２５を含む。例示的実施形態では、図２に関して更に記載するように、より大きなネットワークの一部であって良いイーサネット（商標）１３０を介して制御システム２００をシステム１００に作動的に連結する。

引き続き図１を参照すると、システム１００は同期発電機１１０を介してガスタービン発電機を起動するための速度調整可能なａｃ駆動システムである静止型起動装置１３５を含む。同期発電機１００を同期モータとして動作させることによって、静止型起動装置１３５は、本明細書に記載のように、ガスタービンの起動条件を与える特定の速度プロファイルに従って、ガスタービン１０５を加速させる。本明細書に更に記載されているように、静止型起動装置の制御定数は所定の速度での電流設定値を決定する。例示的実施形態では、同期発電機１１０が稼働中には制御定数は変更されない。静止型起動装置１３５によって、電気モータ又はディーゼルエンジン、トルクコンバータ及び関連する補助装置などの別個の起動ハードウエアが必要なくなる。例示的実施形態では、タービンコントローラ１１５は運転及びトルクコマンド、及び速度基準設定値を静止型起動装置１３５に送る。

例示的実施形態では、絶縁、変圧及びインピーダンスを提供するためにシステム１００内にパワーマグネティックスが実装される。例えば、絶縁変圧器１４０は三相交流電力を静止型起動装置１３５、電源側ブリッジ１４５及び負荷側ブリッジ１５０に供給して入力ブリッジを形成する。絶縁変圧器１４０はａｃシステムバス（図示せず）からの絶縁を行い、ブリッジ１４５、１５０に適正な電圧及び位相調整を提供する。静止型起動装置１３５は電流制御型デバイスで良く、入力ブリッジは制御された電流をＤＣリンクリアクタ１５５に供給する。ＤＣリンクリアクタは、ブリッジ１４５、１５０によって送られた電流を平滑化するインダクタンスを提供し、システム１００の動作範囲全体にわたって電流を一定に保つ空芯インダクタであって良い。システム１００は更に、静止型起動装置１３５の制御電源１６０を含む。

静止型起動動作のための適切な電源接続を行うためにシステム１００には様々な回路遮断器やモータ作動遮断スイッチが実装されている。回路遮断器１６５は絶縁変圧器１４０の一次側をシステムの補助母線（図示せず）に接続するために実装されている。静止型起動装置１３５は遮断器１６５を制御することができ、起動中は閉じられる。任意選択で遮断器１６５は起動の完了後に閉じたままにしておくことができる。モータ１７０は負荷側ブリッジ１５０の出力母線を同期発電機１１０（例えば発電機の起動装置）に接続するために実装される作動遮断スイッチである。負荷側ブリッジ１５０は負荷によって整流可能であって良く、一方、電源側ブリッジ１４５は他励式であって良い。例示的実施形態では、タービンコントローラ１１５は、起動中に電源遮断され、起動完了後に電源投入されることができるモータ１７０を制御する。回路遮断器１７５は、昇圧変圧器１８０を介して、同期発電機１１０をシステム母線に接続するために実装される。タービンコントローラ１１５は回路遮断器１７５を制御し、起動中、回路遮断器は開であって良い。例示的実施形態では、システム１００は、負荷により整流されるインバータと見なし得る負荷ブリッジ１５０によって供給されるトルクの出力で供給されるトルクを制御する。

図２は、ガスタービン起動のためのトルク制御の制御システム２００の例示的実施形態を示す。本明細書に記載の方法はソフトウエア（例えばファームウエア）、ハードウエア、又は両方の組み合わせで実現できる。例示的実施形態では、本明細書に記載の方法は実行可能プログラムとしてソフトウエアで実現され、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、ミニコンピュータ又はメインフレームコンピュータなどの専用又は汎用のデジタルコンピュータによって実行される。従って、システム２００は汎用コンピュータ２０１を含む。

例示的実施形態では、ハードウエア構成に関して、図２に示すようにコンピュータ２０１はプロセッサ２０５、メモリコントローラ２１５に結合されたメモリ２１０、及びローカル入力／出力コントローラ２３５を介して通信的に結合された１つ又は複数の入力及び／又は出力（Ｉ／Ｏ）デバイス２４０、２４５（又は周辺機器）を含む。入力／出力コントローラ２３５は、当分野で知られているように１本又は複数本の母線、又は有線又は無線接続であって良いが、それらに限定されない。通信を可能にするため、入力／出力コントローラ２３５は、コントローラ、バッファ（キャッシュ）、ドライバ、リピータ及び受信機などの追加の素子を有しても良いが、簡明にするため省略されている。更に、前述の構成部品間の適宜の通信を可能にするため、ローカルインターフェースはアドレス、制御及び／又はデータ接続を含んでも良い。

プロセッサ２０５は、特にメモリ２１０に記憶されているソフトウエアを実行するためのハードウエアである。プロセッサ２０５はいずれかの特注の、又は市販のプロセッサ、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、コンピュータ２０１に関連する幾つかのプロセッサ間の補助プロセッサ、（マイクロチップ又はチップセットの形式の）半導体ベースのマイクロプロセッサ、マクロプロセッサ、又はソフトウエア命令を実行するいずれのデバイスであっても良い。

メモリ２１０には、揮発性メモリ素子（例えばＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭなどのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ））及び非揮発性メモリ素子（例えばＲＯＭ、消去及びプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電子的に消去及びプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、プログラム可能な読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、テープ、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、ディスク、ディスケット、カートリッジ、カセットなど）のいずれか１つ又は組み合わせが含まれても良い。更に、メモリ２１０は電子的、磁気的、光学的及び／又はその他の種類の記憶媒体を組み込んでも良い。メモリ２１０は、様々な構成部品が互いに離間して位置するが、プロセッサ２０５によるアクセスが可能な分散型の構成を有しても良いことに留意されたい。

メモリ２１０内のソフトウエアは、各々が論理関数を実行するための実行可能な命令の順序付きリストを備える１つ又は複数の別個のプログラムを含んでも良い。図２の実施例では、メモリ２１０内のソフトウエアは、本明細書に記載の例示的実施形態によるトルク制御方法と、適宜のオペレーティングシステム（ＯＳ）２１１とを含む。オペレーティングシステム２１１は、基本的に、本明細書に記載のトルク制御システム及び方法などの他のコンピュータプログラムの実行を制御し、スケジューリング、入力−出力制御、ファイル及びデータ管理、メモリ管理及び通信制御及び関連のサービスを行う。

本明細書に記載のトルク制御方法は、ソースプログラム、実行可能プログラム（オブジェクトコード）、スクリプト、又は実行される命令セットを含むその他のいずれかのエンティティの形態のもので良い。ソースプログラムの場合は、ＯＳ２１１に関連して適切に動作するように、メモリ２１０内に含まれていても含まれなくても良いコンパイラ、アセンブラ、インタプリタなどを介してプログラムが変換される必要がある。更に、トルク制御方法は、データ及び方法のクラスを有するオブジェクト指向のプログラミング言語、又はルーチン、サブルーチン及び／又は関数を有する手続きプログラミング言語として書き込まれることができる。

例示的実施形態では、従来のキーボード２５０及びマウス２５５を入力／出力コントローラ２３５に結合する。Ｉ／Ｏデバイス２４０、２４５などのその他の出力デバイスは、それに限定されないが、例えばプリンタ、スキャナ、マイクロフォンなどへの入力デバイスを含んでも良い。最後に、Ｉ／Ｏデバイス２４０、２４５は更に、それに限定されないが、例えばネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）、又は（別のファイル、デバイス、システム又はネットワークにアクセスするための）変調器／復調器）、無線周波数（ＲＦ）又はその他のトランシーバ、電話インターフェース、ブリッジ、ルータなどの入力と出力の両方と通信するデバイスを含んでも良い。システム２００は更に、ディスプレイ２３０に結合されたディスプレイコントローラ２２５を含む。例示的実施形態では、システム２００は更に、イーサネット（商標）１３０を含むネットワーク２６５に結合するためのネットワークインターフェース２６０を含む。ネットワーク２６５は、ブロードバンド接続を介してコンピュータ２０１及びいずれかの外部サーバ、クライアントなどとの間で通信するためのＩＰベースのネットワークであって良い。ネットワーク２６５は、コンピュータ２０１と外部システムとの間でデータを送受信する。例示的実施形態では、ネットワーク２６５はサービスプロバイダによって管理されるＩＰネットワークである。ネットワーク２６５は、例えばワイヤレスプロトコル及びＷｉＦｉ、ＷｉＭａｘなどの技術を用いてワイヤレスで実装される。ネットワーク２６５は更に、ローカルエリアネットワーク、ワイドエリアネットワーク、メトロポリタンエリアネットワーク、インターネットネットワーク又は同類のネットワーク環境などのパケット交換ネットワークであっても良い。ネットワーク２６５は、固定無線ネットワーク、無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、無線ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、パーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）、仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ），イントラネット又はその他の適宜のネットワークシステムであって良く、信号を送受信する装置を含む。

コンピュータ２０１が、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、インテリジェントデバイスなどである場合、メモリ２１０内のソフトウエアは更に、ベーシック入力出力システム（ＢＩＯＳ）（簡略化のために省略）を含んでも良い。ＢＩＯＳは、起動時にハードウエアを初期化及びテストし、ＯＳ２１１を起動し、ハードウエアデバイス間でのデータ転送を支援する必須のソフトウエアルーチンのセットである。ＢＩＯＳは、コンピュータ２０１の起動時に、ＢＩＯＳを実行できるようにＲＯＭ内に記憶されている。

コンピュータ２０１の動作中、プロセッサ２０５はメモリ２１０内に記憶されたソフトウエアを実行してメモリ２１０に、又メモリ２１０からデータを通信し、ソフトウエアに従ってコンピュータ２０１の動作を全般的に制御するように構成される。本明細書に記載のトルク制御方法及びＯＳ２１１は、全体又は一部が、典型的には一部がプロセッサ２０５によって読み取られ、恐らくはプロセッサ２０５内にバッファリングされ、次いで実行される。

本明細書に記載のシステム及び方法は、図２に示すようにソフトウエアで実装され、この方法は、システム又は方法に関連するいずれかのコンピュータによって、又はコンピュータと関連して使用されるために、記憶装置２２０などのいずれかのコンピュータ読み取り可能媒体に記憶可能である。

当分野の当業者には理解されるように、本発明の態様はシステム、方法又はコンピュータプログラム製品として実施し得る。従って、本発明の態様は完全なハードウエアの実施形態、完全なソフトウエアの実施形態（ファームウエア、常駐ソフトウエア、マイクロコードなどを含む）、又は本明細書では全て「回路」、「モジュール」又は「システム」と総称し得るソフトウエアとハードウエアとを組み合わせた実施形態の形態を取り得る。更に、本発明の態様は、コンピュータ読み取り可能プログラムコードを有する１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能媒体で実施されるコンピュータプログラム製品の形態を取っても良い。

１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能媒体のいずれかの組み合わせを利用し得る。コンピュータ読み取り可能媒体は、コンピュータ読み取り可能な信号媒体又はコンピュータ読み取り可能な記憶媒体である。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は、例えば、電子、磁気、光学、電磁、赤外線又は半導体のシステム、装置又はデバイス、又はそれらのいずれかの適切な組み合わせで良いが、それらに限定されない。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体のより特定の例（網羅的ではないリスト）には以下が含まれよう。１本又は複数本のワイヤを有する電気接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクト読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶装置、磁気記憶装置、又はそれらのいずれかの適宜の組み合わせである。本明細書の文脈では、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体は命令実行システム、装置又はデバイスによって、又はこれらに関連して使用するためのプログラムを含み、又は記憶できるどのような有形媒体でも良い。

コンピュータ読み取り可能な信号媒体は、例えばベースバンドで、又は搬送波の一部として、コンピュータ読み取り可能プログラムコードを組み入れた搬送データ信号を含んでも良い。このような搬送信号は、電磁波信号、光信号、又はそのいずれかの適切な組み合わせを含むがそれに限定されない多様な形態のうちのいずれの形態を取っても良い。コンピュータ読み取り可能な信号媒体は、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体ではなく、かつ命令実行システム、装置又はデバイスによって、又はこれらに関連して使用されるプログラムを通信、伝搬、又は転送することができるいずれのコンピュータ読み取り可能媒体でも良い。

コンピュータ読み取り可能媒体に組み込まれるプログラムコードは、ワイヤレス、ワイヤライン、光ファイバケーブル、ＲＦなど、又はそのいずれかの適切な組み合わせを含むが、それに限定されない適切ないずれの媒体を用いて伝送されても良い。

本発明の態様のための動作を実施するために、コンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、及び“Ｃ”プログラミング言語又は同類のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含む、１つ又は複数のプログラミング言語のいずれかの組み合わせで書き込まれても良い。プログラムコードは、独立型ソフトウエアパッケージとしてユーザのコンピュータで全部を、又はユーザのコンピュータで一部を実行しても良く、一部をユーザのコンピュータで、一部をリモートコンピュータで、又は全部をリモートコンピュータ又はサーバで実行しても良い。後者の場合は、リモートコンピュータをローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、又はワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を含むいずれかの種類のネットワークを経てユーザのコンピュータに接続しても良く、又は（例えばインターネットサービスプロバイダを利用したインターネットを介して）外部コンピュータに接続しても良い。

本発明の実施形態による方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャート及び／又はブロック図を参照して、本発明の態様を以下に説明する。フローチャート及び／又はブロック図の各ブロック、及びフローチャート及び／又はブロック図のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実装できることが理解されよう。汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は機械を作製するその他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに、これらのコンピュータプログラム命令を送って、コンピュータのプロセッサ、又はその他のプログラム可能データ処理装置を介して実行する命令がフローチャート及び／又はブロック図又はブロックに規定された機能／動作を実装する手段を作製するようにしても良い。

これらのコンピュータプログラム命令は更に、コンピュータ、その他のプログラム可能データ処理装置又はその他のデバイスに特定の方法で機能するように指示できるコンピュータ読み取り可能媒体に記憶されて、コンピュータ読み取り可能媒体に記憶された命令が、フローチャート及び／又はブロック図又はブロックに規定の機能／動作を実装する命令を含むメーカー製品を生産するようにしても良い。

コンピュータプログラム命令は更に、コンピュータ、その他のプログラム可能データ処理装置、又はその他のデバイスにロードされ、コンピュータ、その他のプログラム可能装置又はその他のデバイスで一連の動作ステップを実行させることで、コンピュータ、又はその他のプログラム可能装置で実行する命令が、フローチャート及び／又はブロック図又はブロックに規定の機能／動作を実装するためのプロセスを提供するようにしても良い。

図中のフローチャート及びブロック図は、本発明の様々な実施形態によるシステム、方法及びコンピュータプログラム製品の可能な実装のアーキテクチャ、機能性及び動作を示している。この点に関して、フローチャート又はブロック図の各ブロックは、特定の論理関数（１つ又は複数）を実装するために１つ又は複数の実行可能命令を含むモジュール、セグメント、又はコードの一部を表し得る。更に、ある代替実施形態では、ブロック内に明記された機能は、図に記載の順序から外れて実行されても良いことに留意されたい。例えば、連続して示された２つのブロックは実際にはほぼ同時に実行されても良く、又はブロックはそれらに含まれる機能に応じて場合によっては逆の順序で実行されても良い。更に、ブロック図及び／又はフローチャートの各ブロック、及びブロック図及び／又はフローチャートのブロックの組み合わせは、特定の機能又は動作、又は特定目的のハードウエア及びコンピュータ命令の組み合わせを実行する専用のハードウエアベースのシステムによって実装可能であることにも留意されたい。

トルク制御方法がハードウエアで実装される例示的実施形態では、本明細書に記載のトルク制御方法は、各々が当分野で公知である以下の技術のいずれか、又はその組み合わせで実装可能である。すなわち、データ信号に論理関数を実装するための論理ゲートを有するディスクリート論理回路（１つ又は複数）、適宜の複合論理ゲートを有する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能ゲートアレイ（１つ又は複数）（ＰＧＡ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などである。

図３は、例示的実施形態におけるガスタービンの起動プロファイルを示す速度対時間のプロット３００を示す。０の時点で、タービン１０５は電源切断され、静止型起動装置１３５には初期トルクがない。例示的実施形態では、起動前にパーミッションチェックを行うことができる。０の時点とほぼ２５０の時点との間で、静止型起動装置１３５は３〜６ＲＰＭＳのおおよそのターニングギヤ速度で始動し、この速度はガスタービン１０５の定格速度の約３０％まで上昇する。ほぼ０の時点とほぼ２５０の時点との間では、高温ガス通路部品への衝撃は僅かである。ほぼ２５０の時点で、ガスタービン１０５は着火され、この時点でガスタービンは静止型起動装置１３５によって提供される初期回転トルクを有している。２５０の時点と６５０の時点との間で、ガスタービン１０５は定格速度の１００％のフル速度に向けて上昇しつつ起動を継続し、その間に高温ガス通路部品に対する衝撃が増大する。例示的実施形態では、定格速度の約８５〜９１％で静止型起動装置１３５が切り離され、起動サイクルが完了する。起動中、タービンコントローラ１１５は、運転及びトルクコマンド、並びに速度の基準設定値を静止型起動装置１３５に送る。本明細書で更に記載するように、静止型起動装置の制御定数が所定速度での電流設定値を決定する。静止型起動装置１３５の運転中には制御定数は変化しない。図示した起動プロファイルは一例であるに過ぎず、別の例示的実施形態では、別の比率の速度定格対時間のプロットが考えられる。

図４は、例示的実施形態による電流設定値についての電流限度対定格速度の比率のプロット４００を示す。前述のように、静止型起動装置の電流設定値に対応する速度基準値を設定できる。電流設定値は一旦設定されると、起動中の静止型起動装置１３５の速度を変化させることができる。例示的実施形態では、Ｙ軸上の電流設定値は、Ｘ軸上の異なる比率の定格速度用に設定される。静止型起動装置１３５の表示値に基づいて、その電流出力、ひいては速度は予め定められたｙ軸の設定値に基づいて変化する。例示的実施形態では、プロット４００は、静止型起動装置１３５が定格速度の約４８％と８１％との間で安定状態を保つまでのステップと上昇電流設定値の両方を示している。定格速度の８１％と９０％との間で、静止型起動装置１３５は上述のように切り離される。図示の電流設定値は、起動中に速度基準値を如何に変更できるかを示す例であるに過ぎない。別の例示的実施形態では、定格速度の比率での別の電流設定値が考えられる。

図５は、例示的実施形態によるトルク制御方法のフローチャート５００を示す。静止型起動装置１３５の起動準備が５０５で整い、ブロック５１０で動作しておらず、ブロック５１５でタービンコントローラ１１５によって高速起動可能信号が送られるという条件が全て満たされている場合は、ブロック５２０でトルク制御が可能状態になる。ブロック５３０で速度基準が９５％以上に保たれ、ブロック５２０からのトルク制御が可能な状態に保たれている場合は、ブロック５２５で静止型起動装置１３５はトルク制御モードに保たれる。次いで、トルク制御モードは現在記載している方法ブロックを動作可能状態にする。

引き続き図５を参照すると、ブロック５３５で、前述のように、タービンコントローラ１１５からのトルク基準値が静止型起動装置１３５で受けられる。ブロック５４０で、タービンコントローラ１１５は、静止型起動装置１３５から要求される電気出力、すなわち電流設定値（１つ又は複数）を計算する。ブロック５４５で、方法５００は計算された電流と、静止型起動装置１３５内の実電流との差を判定する。計算された電流と静止型起動装置１３５内の実電流との差が０．０５パーユニット（ＰＵ）で設定された上昇率以上の差である場合は、ブロック５５０でタービンコントローラ１１５は０．０５ＰＵの上昇率で電流を増分させる。計算目的のために記載すると、１ＰＵ電流＝７５６アンペア＝５０００デジタルカウント値であり、０．０５ＰＵ電流＝３７．６アンペア＝２５０デジタルカウント値である。ブロック５５５で、静止型起動装置１３５はブリッジ１４５、１５０及びＤＣリンクリアクタ１５５によって規定される電流調整器を介した所望のトルクを達成するために電流を変調する。ブロック５６０で、タービンコントローラ１１５は、生成された実電流で静止型起動装置の出力とトルクとを再計算する。ブロック５６５で、タービンコントローラ１１５はガスタービン１０５のトルク要求値と静止型起動装置１３５によって生成された出力とを比較する。加えて、計算された電流と静止型起動装置１３５内の実電流との差が、ブロック５４５で０．０５ＰＵに設定された上昇率未満である場合は、ブロック５６５で、タービンコントローラ１１５はガスタービン１０５のトルク要求値と静止型起動装置１３５によって生成された出力とを比較する。トルク差の不一致が５秒間にわたって約５％以上である場合は、タービンコントローラ１１５はブロック５７０でアラームを発する。静止型起動装置１３５がブロック５２５からトルク制御モードにある間は、ブロック５３５、５４０、５４５、５５０、５５５、５６０、５６５、５７０が反復される。

従来の通り、静止型起動装置１３５などの静止型起動装置からの電流出力は、図４に示すような速度−電流プロファイルから計算される。次いで、速度−電流プロファイルの出力は、ブリッジ１４５、１５０及びＤＣリンクリアクタ１５５によって規定される電流調整器に入力される。

例示的実施形態では、本明細書に記載のシステム及び方法は、速度‐電流プロファイルを送ることによってタービンコントローラ１１５から送られるトルク要求値に基づいて必要な電流を計算する。

図６は、例示的実施形態によるトルク制御を実装するためのプロセスの流れ６００を示す。例示的実施形態では、静止型起動装置１３５がトルク制御モードにある場合、タービンコントローラ１１５によって生成される変数ｕｃ＿ｃｒｌｓが乗算因数として生成され、その上限値は１．５ＰＵであり、下限値は０．２ＰＵであることができる。変数ｕｃ＿ｃｒｌｓは０．０１ＰＵ／秒を限度とする比率であり、次いで１．４５５０３に設定し得る定数Ｃで乗算される。トルク制御モードにある静止型起動装置１３５は、次いで速度−電流プロファイルに入力され、これを制御することができ、速度−電流プロファイルはその出力をＭＩＮ及びＭＡＸ関数に送る。例示的実施形態では、ＵＣ＿Ｔｒｑ＿ｍｉｎ、ＵＣ＿Ｔｒｑ＿ｍａｘがＭＩＮ及びＭＡＸ関数にそれぞれ入力される。例示的実施形態では、速度‐電流プロファイルの出力は２つの入力の最小値だけを通過可能にするＭＩＮ ＢＬＯＣＫから送られる。システム１００がトルク制御モードにされると、ｕｃ＿ｃｒｌｓは１から３に増加し、それによって可変出力を速度‐電流プロファイルからＭＩＮ ＢＬＯＣＫへと最大値にする。例示的実施形態では、アルゴリズムからＭＩＮ ＢＬＯＣＫに送られる定数ＵＣ＿Ｔｒｑ＿ｍａｘは常により小さい値に留まり、通過することが確実にされ、ひいては電流調整器への電流入力を制御する。例示的実施形態では、ファームウエアを変更せずにアプリケーションコードから計算された新たな電流設定値が従来の静止型起動装置よりも優先され得る静止型起動装置１３５のファームウエアによって電流が計算される。

例示的実施形態では、起動中のガスタービン１０５の周囲環境条件に基づいて、ガスタービンコントローラ１１５は、ガスタービン１０５を無負荷定格速度に加速するために静止型起動装置１３５が必要とするトルク量を決定する。静止型起動装置１３５は等価電力を計算し、様々な設定値を導出する。静止型起動装置１３５は、ガスタービンのトルクを補足する必要な追加トルクの生成を開始し、それが起動時間の短縮を助ける。従来は、ガスタービン１０５の着火／燃料を増加することによって同量の追加トルクが生成されると、動作温度が上昇する結果となり、ひいては高温ガス通路の寿命が短縮する結果となる。本明細書に記載のシステム及び方法は、所望の起動プロファイルの短縮（例えば６分以上）を達成する。

例示的実施形態では、本明細書に記載のシステム及び方法は以下に記載のようにトルクを計算することができる。機械的動力ＰはＰ＝Ｔ＊ωで示され、Ｔはトルクであり、ωは回転速度である。回転速度はω＝２Π＊ｆで示され、ｆは毎秒あたりの回転数であり、ｆ＝Ｎ（ｒｐｍ）／６０で与えられ、これは１．７３２＊ボルト＊アンペア＊力率に等しい。従って、
ω＝２Π＊Ｎ／６０、及び
機械的動力Ｐ（ワット）＝Ｔ（Ｎ−ｍ）＊（２Π＊Ｎ）／６０ 、
ただしＰ（ＨＰ）＝Ｐ（ワット）／７４５．７である。従って、
Ｐ（ＨＰ）＊７４５．７＝２Π＊Ｎ＊Ｔ（Ｎ−ｍ）／６０ （１）
＝１．７３２＊ボルト＊アンペア＊力率（等価電力）
上記の方程式（１）を解く際に、必要な電流設定値が導出される。同様に、以下のようにＬｂｆ−ｆｔ単位の必要トルクも得ることができる。

Ｔ（ｌｂｆ−ｆｔ）＝Ｔ（Ｎ−ｍ）／１．３６
Ｔ（ｌｂｆ−ｆｔ）＝Ｐ（ＨＰ）＊７４５．７＊６０／（Ｎ＊２Π＊１．３５６）
Ｔ（（ｌｂｆ−ｆｔ）＝Ｐ（ＨＰ）＊５２５１／Ｎ（ｒｐｍ）
技術的効果には起動プロファイルの短縮を達成し、且つ起動中の高温ガス通路へのタービン部品への露出を減少した起動トルクの生成が含まれる。

限定された数の実施形態に関連して本発明を詳細に記載したが、本発明は開示したこのような実施形態に限定されないことは容易に理解されよう。むしろ、本発明はこれまでに記載していないが、本発明の趣旨及び範囲に適合する任意の数の変化、変更、置き換え又は等価の構成を組み込むように修正可能である。加えて、本発明の様々な実施形態を記載したが、本発明の態様は記載の実施形態の幾つかのみを含むものであっても良いことを理解されたい。従って、本発明は前述の記述に限定されるものと見なされるものではなく、添付の請求項によってのみ限定されるものである。

１００ システム
１０５ ガスタービン
１１０ 同期発電機
１１５ タービンコントローラ
１２０ 励起モジュール
１２５ ヒューマンマシンインターフェース
１３０ イーサネット（商標）
１３５ 静止型起動装置
１４０ 絶縁変圧器
１４５ 電源側ブリッジ
１５０ 負荷側ブリッジ
１５５ ＤＣリンクリアクタ
１６０ 制御電源
１６５ 回路遮断器
１７０ モータ
１７５ 回路遮断器
１８０ 昇圧変圧器
２００ 制御システム
２０１ 汎用コンピュータ
２０５ プロセッサ
２１０ メモリ
２１１ オペレーティングシステム（ＯＳ）
２１５ メモリコントローラ
２２０ 記憶装置
２２５ ディスプレイコントローラ
２３０ ディスプレイ
２３５ ローカル入力／出力コントローラ
２４０ 入力及び／又は出力（Ｉ／Ｏ）デバイス
２４５ 入力及び／又は出力（Ｉ／Ｏ）デバイス
２５０ キーボード
２５５ マウス
２６０ ネットワークインターフェース
２６５ ネットワーク

Claims (10)

1. ガスタービン（１０５）の起動方法であって、
   静止型起動装置（１３５）をトルク制御モードにするステップと、
   ガスタービン（１０５）の起動トルクを確立するために、前記ガスタービン（１０５）に連結され、該ガスタービン（１０５）の制御及び監視を行うタービンコントローラ（１１５）から前記静止型起動装置（１３５）にトルク基準値を送るステップと、
   前記静止型起動装置（１３５）のための電流設定値を設定するステップと、
   前記起動トルクを達成するために電流出力を変調するステップとを含む方法。
2. 前記タービンコントローラ（１１５）から前記静止型起動装置（１３５）に速度基準値を送るステップを含み、
   前記静止型起動装置（１３５）をトルク制御モードにするステップは、
   トルクイネーブル信号を設定するステップと、
   前記速度基準信号に応じて前記電流設定値を設定するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記電流設定値を決定するために、前記静止型起動装置（１３５）の電力出力を計算するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 計算された静止型起動装置（１３５）の電流と静止型起動装置（１３５）の実電流との差を判定するステップと、
   前記計算された静止型起動装置（１３５）の電流と前記静止型起動装置（１３５）の実電流との差が、所定の上昇率以上であるか否かを判定するステップとを含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記計算された静止型起動装置（１３５）の電流と前記静止型起動装置（１３５）の実電流との差が、前記所定の閾値以上である場合は、それに応答して前記電流出力を所定の上昇率で増大させるステップを含む、請求項４に記載の方法。
6. 前記計算された静止型起動装置（１３５）の電流と前記静止型起動装置（１３５）の実電流との差が、前記所定の上昇率未満である場合は、前記電流出力を増大させず、前記ガスタービン（１０５）からのトルクを、前記静止型起動装置（１３５）からの前記起動トルクと比較するステップを含む、請求項４に記載の方法。
7. 前記静止型起動装置（１３５）の実電流での前記起動トルクを再計算するステップを含む、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 前記ガスタービン（１０５）からのトルクを、前記静止型起動装置（１３５）からの前記起動トルクと比較するステップを含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 前記ガスタービン（１０５）からのトルクと前記静止型起動装置（１３５）からの前記起動トルクが不一致の場合はそれに応答してアラームを発するステップを含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記アラームは、不一致が所定時間にわたって所定の比率以上である場合に発される、請求項９に記載の方法。
    

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