JP6233783B2 - 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

Description

本開示は、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に関する。

特許文献１及び特許文献２には、ランキンサイクル装置を排熱利用装置として用いることが記載されている。ランキンサイクル装置の流体回路では、ポンプ、蒸発器（加熱用熱交換器）、膨張機（タービン）、及び凝縮器（放熱用熱交換器）が環状に接続されている。発電機は、膨張機に連結されている。ポンプは、作動流体を循環させる。蒸発器は、作動流体を加熱する。これにより、作動流体は過熱蒸気の状態となる。膨張機には、過熱蒸気の作動流体が流入する。流入した作動流体は、膨張機内で断熱膨張する。これにより、膨張機に駆動力が生じ、膨張機が動作する。膨張機の動作に伴い、発電機が動作し、発電する。つまり、膨張機及び発電機は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する。凝縮器は、冷却空気等を用いて、膨張後の作動流体を冷却する。これにより、作動流体が凝縮する。凝縮した作動流体は、ポンプに吸い込まれる。

典型的な流体回路では、蒸発器と凝縮器との間に、バイパス路が設けられている。バイパス路は、膨張機をバイパスしている流路である。バイパス路には、開閉装置（バイパス弁）が設けられている。流体回路には、膨張機の入口における作動流体の温度を検出するための温度センサ（温度検出手段）が設けられることもある。

特開２００９−９７３８７号公報 特開２００７−３２７６９７号公報

近年のランキンサイクル装置には、高い信頼性が要求される。このような事情に鑑み、限定的ではない例示的なある実施形態（One non-limiting and exemplary embodiment provides）は、従来よりも信頼性の高いランキンサイクル装置を提供する。

（Additional benefits and advantages of the disclosed embodiments will be apparent from the specification and Figures. The benefits and/or advantages may be individually provided by the various embodiments and features of the specification and drawings disclosure, and need not all be provided in order to obtain one or more of the same.）

すなわち、本開示は、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、発電制御装置を提供する。

上記の発電制御装置によれば、従来よりもランキンサイクル装置の信頼性を高めることができる。

第１実施形態に係る発電装置のブロック図 第１実施形態におけるコンバータのブロック図 第１実施形態におけるコンバータ制御部のブロック図 ｄｑ座標系及びγδ座標系を説明するための図 第１実施形態における始動運転のフローチャート 始動運転が実行される期間における膨張機の回転数の変化及び膨張機の制動トルクの変化を示す図 第１実施形態における停止運転のフローチャート 停止運転が実行される期間における膨張機の回転数の変化及び膨張機の制動トルクの変化を示す図 第２実施形態に係る発電装置のブロック図 第２実施形態におけるコンバータのブロック図 第２実施形態におけるコンバータ制御部のブロック図 第２実施形態における始動運転のフローチャート

特許文献１及び２には、ランキンサイクル装置の始動運転において、発電機を確実に始動させるために、発電機を電動機として動作させる構成が記載されている。しかし、この構成を採用すると、膨張機が液体成分を含む作動流体を吸い込む。液体の作動流体は、膨張機から潤滑オイルを吐出させ、膨張機における潤滑オイルの不足を招く。潤滑オイルの不足は、膨張機の摩耗を早めたり、膨張機における損失を大きくしたりする。また、潤滑オイルを使用しない膨張機（例えばターボ型膨張機）がランキンサイクル装置に使用されている場合、液体の作動流体は、膨張機の腐食（物理的な腐食）を招く。

本発明者らは、従来よりも液体の作動流体が膨張機に吸い込まれることを低減することにより、ランキンサイクル装置の信頼性を向上させることを検討した。

本開示の第１態様は、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、発電制御装置を提供する。

第１態様の発電制御装置によれば、始動運転及び停止運転の少なくとも一方において、従来よりも液体の作動流体が膨張機に吸い込まれることを低減できる。

ここで、「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」とは、前記ポンプの動作中に前記蒸発器出口の作動流体に液体成分が含まれている期間の少なくとも一部であればよい。

本開示の第２態様は、第１態様に加え、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、発電制御装置を提供する。

本開示の第３態様は、第１態様に加え、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発電制御装置を提供する。

第２または第３態様の発電制御装置によれば、従来よりも液体の作動流体が膨張機に吸い込まれることを簡便に低減できる。

本開示の第４態様は、第１−第３態様のいずれか一つに加え、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、発電制御装置を提供する。

第４態様の発電制御装置によれば、発電機の端子間電圧をゼロにすることで、発電機に発生する制動トルクを低減できる。又、発電機を流れる電流をゼロにすることによって発電機に発生する制動トルクを０にできる。従って、スムーズに発電機の回転数を増加させることができる。

本開示の第５態様は、第４態様に加え、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の制御を実行する発電制御装置を提供する。

ここで、「発電機の回転数の調整」は、発電機の回転数自体の調整であってもよいし、発電機の回転数と相関するパラメータの調整であってもよい。発電機の回転数と相関するパラメータは、発電機が発電する電力、発電機に発生する制動力等が例示される。

第５態様によれば、第１の制御に続き第３の制御を実行する場合に比べ、第２の制御で発電機の回転数が増加されているので、発電機のロータの位置が把握しやすい状態で、コンバータを用いて発電機の回転数が増加するよう制御することが可能になる。

なお、前記第２の制御において、発電機の端子間電圧の値と、発電機を流れる電流の値とに基づいて、膨張機の回転数を推定し、第２の制御から第３の制御へと移行するタイミングを、膨張機の推定された回転数又は発電機の推定された回転数に基づいて決定してもよい。

これにより、適切なタイミングで発電機の回転数の調整を開始できる。

ここで、「膨張機の回転数」は、膨張機の回転数自体であってもよいし、膨張機の回転数に相関するパラメータであってもよい。膨張機の回転数に相関するパラメータは、発電機の回転数、第２の期間を開始してからの経過時間等が例示される。

本開示の第６態様は、第３態様に加え、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発電制御装置を提供する。

ここで、上記（ｉ）、（ｉｉｉ）における「発電機の回転数の調整」は、発電機の回転数自体の調整であってもよいし、発電機の回転数と相関するパラメータの調整であってもよい。発電機の回転数と相関するパラメータは、発電機が発電する電力、発電機に発生する制動力等が例示される。

本開示の第７態様は、第２態様に加え、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、前記発電機に直流成分に高周波成分を重畳させた（superimposed)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発電制御装置を提供する。

第６態様及び第７態様の発電制御装置によれば、発電機の回転数、発電機が発電する電力又は発電機に発生する制動力の調整を、スムーズに開始できる。

ここで、上記（ｉ）、（ｉｉｉ）における「発電機の回転数の調整」は、発電機の回転数自体の調整であってもよいし、発電機の回転数と相関するパラメータの調整であってもよい。発電機の回転数と相関するパラメータは、発電機が発電する電力、発電機に発生する制動力等が例示される。

本開示の第８態様は、第１−第７態様のいずれか一つに加え、前記制御器は、前記蒸発器を通過した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、発電制御装置を提供する。

第８態様の発電制御装置によれば、始動運転において従来よりも液体の作動流体が膨張機に吸い込まれることを低減できる。

ここで、上記「作動流体の温度」は、作動流体の温度自体であってもよいし、作動流体の温度と相関するパラメータであってもよい。作動流体の温度と相関するパラメータとしては、作動流体の圧力、第１の制御が開始されてからの経過時間等が例示される。また、作動流体の温度、及び作動流体の温度と相関するパラメータは、測定であってもよいし、推定値であってもよい。

ここで、閾値は、蒸発器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よりも小さい値に設定される。

本開示の第９態様は、第１態様に加え、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、前記開閉装置を開放するよう制御する、発電制御装置を提供する。

第９態様の発電制御装置によれば、始動運転及び停止運転の少なくとも一方において、従来よりも液体の作動流体が膨張機に吸い込まれることを低減できる。

本開示の第１０態様は、第１態様に加え、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、発電制御装置を提供する。第１０態様の発電制御装置によれば、停止運転において、従来よりも液体の作動流体が膨張機に吸い込まれることを低減できる。

本開示の第１１態様は、第９態様に加え、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前記開閉装置を制御する、発電制御装置を提供する。

本開示の第１２態様は、第９態様に加え、前記制御器は、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発電制御装置を提供する。

本開示の第１３態様は、第１１態様に加え、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、発電制御装置を提供する。

第１１態様、第１２態様又は第１３態様の発電制御装置によれば、膨張機を流れる作動流体の流量が適切なタイミングで増加する。

ここで、上記「発電機の回転数の調整」は、発電機の回転数自体の調整であってもよいし、発電機の回転数と相関するパラメータの調整であってもよい。発電機の回転数と相関するパラメータは、発電機が発電する電力、発電機に発生する制動力等が例示される。

本開示の第１４態様は、第１態様に加え、前記発電制御装置は、電力系統に接続される系統連系用電力変換器を備え、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、発電制御装置を提供する。

第１４態様の発電制御装置は、種々の用途に用いることができる。

本開示の第１５態様は、第１−第１４態様のいずれか一つ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、発電装置を提供する。

本開示の第１６態様は、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備える、ランキンサイクル装置の制御方法を提供する。

第１６態様の制御方法によれば、第１態様の発電制御装置により得られる効果と同様の効果が得られる。

上述の発電制御装置に関する技術は、発電装置に適用することができる。上述の発電制御装置に関する技術は、ランキンサイクル装置の制御方法にも適用することができる。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
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。

ランキンサイクル装置１０１は、流体回路１５０と、発電機１０８と、電動機１１１とを有している。流体回路１５０は、作動流体が流れる回路である。流体回路１５０は、ランキンサイクルを構成している。

流体回路１５０は、ポンプ１０７、蒸発器１０４、膨張機１０５及び凝縮器１０６を有している。これらは複数の配管によってこの順で環状に接続されている。流体回路１５０における蒸発器１０４の出口と膨張機１０５の入口との間の部分には、温度センサ１１０が設けられている。流体回路１５０は、さらに、膨張機１０５をバイパスしているバイパス路１７０を有している。バイパス路１７０の上流端は流体回路１５０における蒸発器１０４の出口と膨張機１０５の入口との間の部分に接続されている。バイパス路１７０の下流端は、流体回路１５０における膨張機１０５の出口と凝縮器１０６の入口との間の部分に接続されている。バイパス路１７０は、バイパス弁（開閉装置）１０９を有している。

温度センサ１１０で測定された蒸発器１０４を通過した作動流体の温度に基づき蒸発器１０４出口の作動流体に液体成分が含まれているか否かが判断される。本実施の形態では、温度センサ１１０は、蒸発器１０４の出口から膨張機１０５の入口に至るまでの流体回路１５０に設けられているが、蒸発器１０４を通過した作動流体の温度を測定可能であるならいずれの箇所に設けられてもよい。ここで、蒸発器１０４を通過した作動流体の温度とは、蒸発器１０４の出口から凝縮器１０６の入口に至るまでの流体回路１５０を流れる作動流体の温度を意味する。従って、バイパス路１７０に設けられた温度センサでバイパス路１７０を流れる作動流体の温度を測定してもよい。また、バイパス路１７０の下流端から凝縮器１０６に至るまでの流体回路１５０に設けられた温度センサ１１０で、この流体回路１５０を流れる作動流体の温度を測定してもよい。バイパス路１７０を作動流体が流れているときに、これらの位置に設けられた温度センサ１１０の検知温度に基づき蒸発器１０４出口の作動流体に液体成分が含まれているか否かが判断できる。また、膨張機１０５の出口から凝縮器１０６の入口に至るまでの流体回路１５０に設けられた温度センサ１１０でこの流体回路１５０を流れる作動流体の温度を測定してもよい。この位置に設けられた温度センサ１１０の検知温度と推定される膨張機１０５での作動流体の温度低下量に基づき蒸発器１０４出口の作動流体に液体成分が含まれているか否かが判断できる。

発電機１０８は、膨張機１０５に連結されている。電動機１１１は、ポンプ１０７に連結されている。発電機１０８は、膨張機１０５によって駆動される。電動機１１１は、ポンプ１０７を駆動する。

ポンプ１０７は、電動式のポンプである。ポンプ１０７は、液体の作動流体を循環させることができる。具体的に、ポンプ１０７として、一般的な容積型又はターボ型のポンプを使用できる。容積型のポンプとして、ピストンポンプ、ギヤポンプ、ベーンポンプ、ロータリポンプなどが挙げられる。ターボ型のポンプとして、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプなどが挙げられる。ポンプ１０７は、膨張機１０５とは連結されていないため、膨張機１０５から独立して動作できる。

蒸発器１０４は、ボイラー（図示省略）で生成された燃焼ガスの熱エネルギーを吸収する熱交換器である。蒸発器１０４は、例えばフィンチューブ熱交換器であり、ボイラーの内部に配置されている。ボイラーで生成された燃焼ガスとランキンサイクル装置１０１の作動流体とが蒸発器１０４において熱交換する。これにより、作動流体が加熱され、蒸発する。なお、本実施形態では、熱源はボイラーであるが、他の熱源を採用することもできる。例えば、工場、焼却炉などの施設から排出された廃熱エネルギーを利用した熱源を採用することもできる。

膨張機１０５は、作動流体を膨張させることによって作動流体の膨張エネルギーを回転動力に変換する。膨張機１０５の回転軸には、発電機１０８が接続されている。膨張機１０５によって発電機１０８が駆動される。膨張機１０５は、例えば、容積型又はターボ型の膨張機である。容積型の膨張機として、スクロール膨張機、ロータリ膨張機、スクリュー膨張機、往復膨張機などが挙げられる。ターボ型の膨張機は、いわゆる膨張タービンである。

凝縮器１０６は、膨張機１０５から吐出された作動流体を熱媒体回路（図示省略）の中の冷却水、冷却空気などの熱媒体等と熱交換させることによって、作動流体を冷却する。凝縮器１０６として、プレート式熱交換器、二重管式熱交換器などの公知の熱交換器を使用できる。凝縮器１０６の種類は、熱媒体回路の中の熱媒体の種類に応じて適切に選択される。熱媒体回路の中の熱媒体が水などの液体のとき、プレート式熱交換器又は二重管式熱交換器を凝縮器１０６に使用できる。熱媒体回路の中の熱媒体が空気などの気体のとき、フィンチューブ熱交換器を凝縮器１０６に使用できる。

バイパス弁１０９は、開度を変更可能な弁である。バイパス弁１０９の開度を変更することによって、膨張機１０５をバイパスする作動媒体の流量を調節できる。ただし、バイパス弁１０９として電磁式の開閉弁を用いてもよい。

発電機１０８は、例えば、永久磁石同期発電機である。電動機１１１は、例えば、永久磁石同期電動機である。

ランキンサイクル装置１０１の作動流体として、例えば、有機作動流体を使用できる。有機作動流体として、ハロゲン化炭化水素、炭化水素、アルコールなどが挙げられる。ハロゲン化炭化水素として、Ｒ−１２３、Ｒ−２４５ｆａ、Ｒ−１２３４ｚｅなどが挙げられる。炭化水素として、プロパン、ブタン、ペンタン、イソペンタンなどのアルカンが挙げられる。アルコールとして、エタノールなどが挙げられる。これらの有機作動流体は、単独で使用してもよいし、２種類以上の混合物を使用してもよい。作動流体として、水、二酸化炭素、アンモニアなどの無機作動流体を使用することもできる。

ランキンサイクル装置１０１の動作の概要は以下の通りである。ポンプ１０７は、作動流体を圧送し、循環させる。蒸発器１０４は、ボイラー等の熱源（図示省略）からの熱を用いて作動流体を加熱する。これにより、作動流体が過熱蒸気（気体）の状態となる。膨張機１０５には、過熱蒸気の作動流体が流入する。流入した作動流体は、膨張機１０５内で断熱膨張する。これにより、膨張機１０５に駆動力が生じ、膨張機１０５が動作する。つまり、膨張機１０５によって、膨張エネルギー（熱エネルギー）が機械エネルギーへと変換される。膨張機１０５の動作に伴い、発電機１０８が動作し、発電する。つまり、発電機１０８によって、機械エネルギーが電気エネルギーへと変換される。要するに、膨張機１０５及び発電機１０８によって、熱エネルギーが電気エネルギーへと変換される。凝縮器１０６は、冷却水、冷却空気等を用いて、膨張機１０５から吐出された作動流体を冷却する。これにより、作動流体が凝縮して液体の状態となる。液体の作動流体は、ポンプ１０７に吸い込まれる。温度センサ１１０は、蒸発器１０４を通過した作動流体の温度を検出する。この温度を表す検出信号等に基づいて、バイパス弁制御回路（図示省略）は、バイパス弁１０９の開度を制御する。これにより、バイパス路１７０を流れる作動流体の流量が調整される。

発電制御装置１０２は、ランキンサイクル装置１０１を制御する。発電制御装置１０２は、コンバータ１２０と、ポンプ用駆動回路（駆動回路）１２１と、系統連系用電力変換器１２２と、制御器１２８とを備えている。コンバータ１２０は、３相配線１２３を介して発電機１０８に接続されている。ポンプ用駆動回路１２１は、３相配線１２９を介して電動機１１１に接続されている。系統連系用電力変換器１２２は、電力系統１０３に接続され得る。コンバータ１２０と系統連系用電力変換器１２２とは、直流配線１２４によって接続されている。

制御器１２８は、ランキンサイクル装置１０１の始動運転及び停止運転の少なくとも一方において、ポンプ１０７が動作中で、蒸発器１０４出口の作動流体に液体成分が含まれているとき、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを禁止するように、コンバータ１２０を用いて発電機１０８を制御する第１の制御を実行する。制御器１２８は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。

系統連系用電力変換器１２２は、電力系統１０３から得た交流電力を直流電力へと変換する。得られた直流電力は、ポンプ用駆動回路１２１に供給される。得られた直流電力は、コンバータ１２０にも供給される。発電機１０８が発電しているときには、コンバータ１２０は、発電機１０８で発電された交流電力を直流電力へと変換する。得られた直流電力は、ポンプ用駆動回路１２１に供給される。得られた直流電力がポンプ用駆動回路１２１に供給するべき直流電力よりも大きい場合には、得られた直流電力の一部（余剰電力）は系統連系用電力変換器１２２によって交流電力へと変換される。この交流電力は、電力系統１０３へと供給（逆潮流）される。発電制御装置１０２のこのような構成により、コンバータ１２０は、発電機１０８を介して膨張機１０５に制動トルク又は駆動トルクを与えることができる。また、ポンプ用駆動回路１２１は、別途の電源回路を要さずとも、電動機１１１を介してポンプ１０７を駆動することができる。

図２に示すように、コンバータ１２０は、発電機１０８を制御する。コンバータ１２０は、コンバータ回路部１２５と、コンバータ制御部１３０と、電流センサ１２６とを備えている。なお、以降で説明する本実施形態、変形例等でのコンバータ制御部１３０の制御機能の一部又は全部を制御器１２８に組み込んでもよい。

コンバータ回路部１２５は、直流配線１２４により、系統連系用電力変換器１２２に結線されている。直流配線１２４は、プラス側配線１２４ｐ及びマイナス側配線１２４ｎを有している。コンバータ回路部１２５は、３相配線１２３により、発電機１０８に結線されている。３相配線１２３は、Ｕ相配線１２３ｕ、Ｖ相配線１２３ｖ及びＷ相配線１２３ｗを有している。Ｕ相配線１２３ｕにはＵ相電流ｉ_uが流れる。Ｖ相配線１２３ｖにはＶ相電流ｉ_vが流れる。Ｗ相配線１２３ｗにはＷ相電流ｉ_wが流れる。コンバータ回路部１２５は、コンバータ制御部１３０から出力された制御信号１２７に基づいて駆動する。これにより、コンバータ回路部１２５において、３相交流電力が直流電力へと変換される。また、コンバータ回路部１２５において、直流電力が３相交流電力へと変換される。本実施形態では、制御信号１２７は、いわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。また、コンバータ回路部１２５は、パルス幅変調を行うためのスイッチング素子を有している。

コンバータ制御部１３０は、発電機１０８の目標回転数ω^*、Ｕ相電流ｉ_u及びＶ相電流ｉ_vに基づいて、制御信号１２７を出力する。Ｕ相電流ｉ_u及びＶ相電流ｉ_vは、電流センサ１２６により検出される。

図３に示すように、コンバータ制御部１３０は、電流指令生成部１３１と、電圧指令生成部１３２と、座標変換部１３３と、ＰＷＭ信号生成部１３４と、位置・回転数推定部１３５と、座標変換部１３６とを備えている。

コンバータ制御部１３０の構成要素の動作は、γδ座標系を用いて説明される。γδ座標系について、ｄｑ座標系を参照しつつ、図４を用いて説明する。

ｄｑ座標系は、回転座標系である。ｄ軸及びｑ軸は、永久磁石１０８ａが作る磁束の回転数と同じ回転数で回転する。図面の見易さを考慮して、図４ではｑ軸を省略している。反時計回り方向が、位相の進み方向である。永久磁石１０８ａは、発電機１０８のロータにおける永久磁石を表す。ｄ軸は、永久磁石１０８ａが作る磁束の方向に延びる軸として設定されている。ｑ軸は、ｄ軸を進み方向に９０度回転させた軸として設定されている。Ｕ軸は、Ｕ相巻線に対応する。Ｖ軸は、Ｖ相巻線に対応する。Ｗ軸は、Ｗ相巻線に対応する。Ｕ軸、Ｖ軸及びＷ軸は、ロータが回転しても、回転しない。つまり、Ｕ軸、Ｖ軸及びＷ軸は、固定軸である。実ロータ位置θは、Ｕ軸からみたｄ軸の進み角である。回転数ωは、ロータの回転数を表す。本明細書では、特に断りが無い限り、角度は電気角を意味する。

γδ座標系は、回転座標系である。γ軸は、ｄ軸に対応する推定軸（制御軸）として設定されている。δ軸は、γ軸を進み方向に９０度回転させた軸として設定されている。図面の見易さを考慮して、図４ではδ軸を省略している。推定位置θ_eは、Ｕ軸からみたγ軸の進み角である。推定回転数ω_eは、γ軸（推定軸、制御軸）の回転数である。

軸誤差Δθは、γ軸から見たｄ軸の進み角である。軸誤差Δθは、Δθ＝θ−θ_eで与えられる。

図３に戻って、コンバータ制御部１３０の各要素について説明する。以下では、説明の便宜上、コンバータ制御部１３０にＵ相電流ｉ_u及びＶ相電流ｉ_vが入力されてから、コンバータ制御部１３０から制御信号１２７が出力されるまでが、同一の制御周期内に行われることとする。

座標変換部１３６は、Ｕ相電流ｉ_u、Ｖ相電流ｉ_v及び推定位置θ_eに基づいて、γ軸電流ｉ_γ及びδ軸電流ｉ_δを算出し、出力する。Ｕ相電流ｉ_u及びＶ相電流ｉ_vは、電流センサ１２６によって検出された電流の値である。座標変換部１３６が用いる推定位置θ_eは、過去の制御周期（典型的には１制御周期前）において位置・回転数推定部１３５によって算出された位置である。

位置・回転数推定部１３５は、γ軸電流ｉ_γ、δ軸電流ｉ_δ、γ軸目標電圧ｖ_γ ^*及びδ軸目標電圧ｖ_δ ^*に基づいて、推定位置θ_e及び推定回転数ω_eを算出し、出力する。位置・回転数推定部１３５が用いるγ軸目標電圧ｖ_γ ^*及びδ軸目標電圧ｖ_δ ^*は、過去の制御周期（典型的には１制御周期前）において電圧指令生成部１３２によって算出された電圧値である。

電流指令生成部１３１は、目標回転数ω^*と推定回転数ω_eとに基づいて、γ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*を算出し、出力する。目標回転数ω^*は、上位制御装置（図示省略）で生成されうる。

電圧指令生成部１３２は、γ軸電流ｉ_γ、δ軸電流ｉ_δ、γ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*に基づいて、γ軸目標電圧ｖ_γ ^*及びδ軸目標電圧ｖ_δ ^*を算出し、出力する。

座標変換部１３３は、推定位置θ_e、γ軸目標電圧ｖ_γ ^*及びδ軸目標電圧ｖ_δ ^*に基づいて、３相目標電圧ｖ_u ^*、ｖ_v ^*、ｖ_w ^*を算出し、出力する。３相目標電圧ｖ_u ^*、ｖ_v ^*、ｖ_w ^*は、Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*、Ｖ相目標電圧ｖ_v ^*及びＷ相目標電圧ｖ_w ^*をまとめて記載したものである。

ＰＷＭ信号生成部１３４は、３相目標電圧ｖ_u ^*、ｖ_v ^*、ｖ_w ^*に基づいて、制御信号１２７を生成し、出力する。制御信号１２７は、コンバータ回路部１２５に入力される。

［始動運転］
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。

始動運転は、ランキンサイクル装置１０１の運転を開始すべき旨の指令（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５及び６を用いて、ランキンサイクル装置１０１の始動運転の制御シーケンスを説明する。

ステップＳ１００は、系統連系を開始するステップである。ステップＳ１００では、まず、系統連系用電力変換器１２２の運転を開始する。これにより、電力系統１０３から系統連系用電力変換器１２２へと交流電力が供給される。この交流電力は、系統連系用電力変換器１２２によって、直流電力へと変換される。これにより、プラス側配線１２４ｐとマイナス側配線１２４ｎとの間に直流電圧がかかる。系統連系用電力変換器１２２は、この直流電圧の大きさが所定の大きさとなるように、電力系統１０３から系統連系用電力変換器１２２へと供給される電力の大きさを調整する。

ステップＳ１１０では、バイパス弁１０９を開く。ステップＳ１１０において、バイパス弁１０９の開度をゼロから全開にする。また、バイパス弁１０９を一気に開く。ただし、バイパス弁１０９の開度が全開にならない程度に、バイパス弁１０９の開度を大きくしてもよい。また、バイパス弁１０９を徐々に開いてもよい。要するに、ステップＳ１１０は、バイパス弁１０９の開度を大きくするステップである。

ステップＳ１２０では、制御器１２８がコンバータ１２０を用いて発電機１０８を制御することにより、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを禁止する第１の制御を実行する。本実施形態では、例えば、制御器１２８がコンバータ１２０を用いて発電機１０８に直流電流を流すことにより、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを禁止する。膨張機１０５の回転軸に発電機１０８が接続されているので、発電機１０８に電流を流すと、膨張機１０５に制動力が働く。膨張機１０５の入口と出口との間に圧力差が生じても膨張機１０５は動かない。

ステップＳ１３０は、ポンプ１０７の運転を開始するステップである。ポンプ１０７は流体回路１５０内で作動流体を循環させる。また、ポンプ１０７の動作を開始したときは、作動流体の温度が低く作動流体に液体成分が含まれている可能性が高い。しかし、作動流体が膨張機１０５に流れ込むことはない。ポンプ１０７の運転開始前から、膨張機１０５が作動流体を膨張させることが禁止されているためである。従って、全ての作動流体が、ポンプ１０７、蒸発器１０４、バイパス弁１０９（バイパス路１７０）及び凝縮器１０６を、この順に流れる。

なお、本例では、ステップＳ１２０のあとステップＳ１３０を実行しているが、ステップＳ１２０は、ステップＳ１３０と同時であってもよい。つまり、始動運転において、ポンプ１０７の動作開始以前に膨張機１０５による作動流体が膨張されることを禁止すれば、液体成分を含む作動流体が膨張機１０５に流れ込む可能性が低くなる。

また、ステップＳ１２０の前にステップＳ１３０を実行してもよい。つまり、ポンプ１０７が動作中で、作動流体に液体成分が含まれるときに膨張機１０５による作動流体の膨張が禁止される期間があれば、従来よりも膨張機１０５への作動流体の液体成分の流入が低減されるので、ステップＳ１２０とステップＳ１３０が入れ替わっても構わない。

ステップＳ１４０は、蒸発器１０４が配置されたボイラーのバーナーを点火するステップである。本実施形態では、ポンプ１０７の回転数が閾値回転数に達した時点で、バーナーを点火する。点火後には、作動流体は、蒸発器１０４で加熱される。

ステップＳ１５０は、蒸発器１０４を通過した作動流体の温度が閾値よりも大きいか否かを判断するステップである。ステップＳ１５０において、作動流体の温度が閾値を上回ったと判断されると、ステップＳ１６０に進む。本実施形態では、蒸発器１０４を通過した作動流体の温度として、温度センサ１１０による測定値が使用される。ただし、蒸発器１０４を通過した作動流体の圧力を圧力センサにより検出し、検出された圧力から蒸発器１０４を通過した作動流体の温度を推定してもよい。このステップの閾値は、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。

ステップＳ１６０では、膨張機１０５が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。本実施形態では、制御器１２８がコンバータ１２０を用いて発電機１０８の端子間電圧をゼロにすることにより膨張機１０５が作動流体を膨張させることを許可する。ステップＳ１６０によって、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを禁止する状態が解除される。作動流体の膨張禁止が解除されると、膨張機１０５の入口における作動流体の圧力と膨張機１０５の出口における作動流体の圧力との差に基づいて、膨張機１０５が動作する。つまり、作動流体が、バイパス路１７０のみならず、膨張機１０５にも流れる。コンバータ１２０（コンバータ制御部１３０）は、発電機１０８のロータの位置及び回転数を推定する。つまり、発電機１０８の推定位置θ_e及び推定回転数ω_eを算出する。

ステップＳ１７０は、コンバータ１２０（コンバータ制御部１３０）が、推定回転数ω_eが回転数（切替回転数）ＢＣよりも大きいか否かを判断するステップである。ステップＳ１７０において、推定回転数ω_eが回転数ＢＣよりも大きいと判断されると、ステップＳ１８０に進む。

ステップＳ１８０では、制御器１２８は、コンバータ１２０を用いた発電機１０８の回転数の調整により、膨張機１０５（発電機１０８）の回転数を制御する第３の制御を実行する。第３の制御では、発電機１０８の回転数を更に増加させる。本実施形態では、コンバータ１２０（コンバータ制御部１３０）は、発電機１０８の推定回転数ω_eが、制御器１２８から指令された目標回転数になるよう、発電機１０８の回転数を制御する。

ステップＳ１９０は、推定回転数ω_eが回転数（切替回転数）ＣＮよりも大きいか否かを判断するステップである。ステップＳ１９０において、推定回転数ω_eが回転数ＣＮよりも大きいと判断されると、ステップＳ２００に進む。

ステップＳ２００では、バイパス弁１０９を閉じる。バイパス弁１０９を閉じると、膨張機１０５を流れる作動流体の流量が増える。ステップＳ２００では、バイパス弁１０９の開度を全開からゼロにする。また、バイパス弁１０９を、一気に閉じる。ただし、バイパス弁１０９の開度がゼロにならない程度に、バイパス弁１０９の開度を小さくしてもよい。また、バイパス弁１０９を、徐々に閉じてもよい。要するに、ステップＳ２００は、バイパス弁１０９の開度を小さくするステップである。

その後、通常運転へと移行する（ステップＳ２１０）ことにより、始動運転は終了する。通常運転では、公知の制御を行うことができる膨張機１０５の出入口の状態量の差に基づき膨張機の１０５の回転数が制御される。状態量としては、圧力、温度等が例示される。例えば、膨張機１０５の入口における作動流体の圧力と膨張機１０５の出口における作動流体の圧力との差が所定の大きさとなるように、発電機１０８の回転数を制御すればよい。これらの圧力は、圧力センサにより検出すればよい。また例えば、蒸発器１０４の出口における作動流体の圧力（高圧側圧力）の推定値に基づいて、発電機１０８の回転数を制御すればよい。高圧側圧力の推定値は、発電機１０８を流れる電流と、蒸発器１０４の出口における作動流体の温度とから得ることができる（特開２００８−１０６９４６号公報参照）。高圧側圧力の推定値を用いた制御によれば、圧力センサを省略できる。なお、図６では、バイパス弁１０９を閉じてから所定時間経過後に始動運転（期間Ｃ１）が終了しているが、実際の制御では、バイパス弁１０９を閉じた時点を始動運転の終了時点としてもよい。

図５及び６における期間Ａ１は、第１の制御が実行される第１の期間の例示である。第１の期間は、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を含んでいればよい。期間Ａ１において、膨張機１０５は作動流体を膨張させることが禁止される。期間Ａ１は、ステップＳ１２０〜ステップＳ１５０に対応する。期間Ｂ１は、第２の制御が実行される第２の期間の例示である。第２の期間では、コンバータ１２０は、発電機の回転数の制御を行わず、膨張機の回転数を増加させる。期間Ｂ１において、膨張機１０５は作動流体を膨張させることが許可される。期間Ｂ１は、ステップＳ１６０及びステップＳ１７０に対応する。期間Ｃ１は、第３の制御が実行される上記第３の期間の例示である。第３の期間では、制御器１２８は、コンバータ１２０を用いた発電機の回転数の制御を行い、膨張機の回転数を増加させる。期間Ｃ１において、コンバータ１２０を用いた発電機１０８の制御により、発電機１０８（膨張機１０５）の回転数が調整される。期間Ｃ１は、ステップＳ１８０〜ステップＳ２００に対応する。

期間Ａ１において、作動流体の膨張が禁止された状態が継続される。制御器１２８は、ランキンサイクル装置１０１の始動運転に含まれた期間Ａ１において膨張機１０５による作動流体の膨張が禁止されるように、コンバータ１２０を用いて発電機１０８を制御する。本実施形態の始動運転では、ポンプ１０７が起動する前の時点で第１の制御が開始される。これにより、始動運転において液体の作動流体が膨張機１０５に吸い込まれることを従来よりも低減できる。なお、ポンプ１０７が起動すると同時に第１の制御が開始されてもよい。つまり、第１の制御が開始される以前にポンプ１０７の動作が開始していれば構わない。

蒸発器１０４を通過した作動流体の温度が閾値を超えると、第１の制御から第２の制御へと移行する（ステップＳ１５０）。例えば、期間Ａ１を、蒸発器１０４の出口と膨張機１０５の入口との間の部分における作動流体の温度の測定値（推定値であってもよい）が閾値以下である期間としてもよい。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に設定されるが、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。

期間Ｂ１において、膨張機１０５による作動流体の膨張が許可される。期間Ｂ１では、発電機１０８（膨張機１０５）の回転数を目標回転数ω^*に追従させる制御は行われない。しかし、本実施形態の制御器１２８は、期間Ｂ１において、コンバータ１２０を用いて発電機１０８の端子間電圧をゼロにすることによって、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを許可する。これにより、期間Ｂ１では、膨張機１０５の入口における作動流体の圧力と膨張機１０５の出口における作動流体の圧力との差により発電機１０８の回転数がゼロから徐々に増加する。

期間Ｃ１において、発電機１０８の回転数が調整される。制御器１２８は、期間Ｃ１において、発電機１０８の回転数を調整するように、コンバータ１２０を用いて発電機１０８を制御する。

期間Ａ１においては、発電機１０８は発電しない。本実施形態の制御器１２８は、期間Ｂ１においても、発電機１０８からポンプ用駆動回路１２１へと電力を供給しない。第１の制御及び第２の制御においては、電力系統１０３から系統連系用電力変換器１２２に交流電力が供給される。系統連系用電力変換器１２２は、供給された交流電力を、直流電力へと変換する。これにより、プラス側配線１２４ｐとマイナス側配線１２４ｎとの間に直流電圧が生じる。この直流電圧が、コンバータ１２０に印加される。つまり、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを禁止するためにコンバータ１２０に供給されるべき電力が、電力系統１０３から系統連系用電力変換器１２２を介してコンバータ１２０に供給される。また、直流配線１２４における直流電圧は、ポンプ用駆動回路１２１にも印加される。つまり、ポンプ１０７を駆動するためにポンプ用駆動回路１２１に供給されるべき電力も、電力系統１０３から系統連系用電力変換器１２２を介して供給される。

期間Ｃ１及び通常運転においては、発電機１０８は発電する。コンバータ１２０は、発電された交流電力を、直流電力へと変換する。これにより、プラス側配線１２４ｐとマイナス側配線１２４ｎとの間に直流電圧が生じる。この直流電圧が、ポンプ用駆動回路１２１に印加される。つまり、発電機１０８で発電された電力は、コンバータ１２０を介してポンプ用駆動回路１２１に供給される。コンバータ１２０から出力される電力がポンプ用駆動回路１２１に供給されるべき電力よりも小さい場合には、電力の不足分は、電力系統１０３から系統連系用電力変換器１２２を介してポンプ用駆動回路１２１に供給される。コンバータ１２０から出力された電力がポンプ用駆動回路１２１に供給されるべき電力よりも大きい場合には、電力の余剰分は、系統連系用電力変換器１２２を介して電力系統１０３に供給される。つまり、発電機１０８で発電された電力が、コンバータ１２０及び系統連系用電力変換器１２２を介して電力系統１０３にも供給される。

本実施形態では、発電装置１００は、第３の制御を終了してからバイパス弁１０９の開度を小さくしているが、これに限定されるものではない。発電装置１００は、第３の制御を開始してから始動運転を終了するまでの間において、バイパス弁１０９の開度を小さくするよう制御されるならいずれの形態であっても構わない。換言すれば、発電装置１００は、始動運転の終了時点におけるバイパス弁１０９の開度が、第３の制御の開始時点におけるバイパス弁１０９の開度よりも小さくなるよう制御されるならいずれの形態であっても構わない。発電装置１００は、例えば、第３の制御を実行しているときに、バイパス弁１０９の開度を小さくするよう制御しても構わない。ただし、発電装置１００は、第３の制御におけるバイパス弁１０９の開度調整に加え、または代えて、第２の制御を実行しているときに、バイパス弁１０９の開度調整を行ってもよい。具体的には、第２の制御の終了時点におけるバイパス弁１０９の開度が第２の制御の開始時点におけるバイパス弁１０９の開度よりも小さいこととなるように、第２の制御においてバイパス弁１０９の開度を小さくするよう構成されていてもよい。

（第１の制御、第２の制御及び第３の制御のそれぞれにおける、コンバータ制御部１３０の動作）
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。

式（１−Ａ）、（１−Ｂ）、（１−Ｃ）、（２）及び（３）は、軸誤差Δθ、推定回転数ω_e及び推定位置θ_eを算出する際に位置・回転数推定部１３５が使用する計算式である。式（１−Ａ）は、第１の制御において用いられる計算式である。式（１−Ｂ）は、第２の制御において用いられる計算式である。式（１−Ｃ）は、第３の制御において用いられる計算式である。式（２）及び（３）は、第１の制御〜第３の制御において用いられる計算式である。ｓは、ラプラス演算子である。Ｒは、発電機１０８の電機子抵抗である。Ｌ_dは、ｄ軸インダクタンスである。Ｌ_qは、ｑ軸インダクタンスである。Ｋ_{pll_p}は、比例ゲインである。Ｋ_{pll_i}は積分ゲインである。Ｋ_{pll_p}及びＫ_{pll_i}は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）制御用に設定されている。θ₀は初期推定位置を表す。これらの計算式の意味等については、公知の文献を参照されたい（例えば、モータのロータの位置及び回転数の推定技術を開示する特許４４８０６９６号参照）。

式（４−Ａ）、（４−Ｂ）、（４−Ｃ）、（５−Ａ）、（５−Ｂ）及び（５−Ｃ）は、γ軸目標電圧ｖ_γ ^*及びδ軸目標電圧ｖ_δ ^*を算出する際に電圧指令生成部１３２が使用する計算式である。式（４−Ａ）及び（５−Ａ）は、第１の制御において用いられる計算式である。式（４−Ｂ）及び（５−Ｂ）は、期間Ｂ１において用いられる計算式である。式（４−Ｃ）及び（５−Ｃ）は、期間Ｃ１において用いられる計算式である。Ｋ_piは、比例ゲインである。Ｋ_iiは、積分ゲインである。Ｋ_pi及びＫ_iiは、電流のＰＩ（比例積分）制御用に設定されている。Ｉ_δ0 ^*は、所定値の目標電流である。電圧指令生成部１３２は、ＰＩ制御器を有している。

式（６）及び（７）は、γ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*を算出する際に電流指令生成部１３１が使用する計算式である。式（６）及び（７）は、期間Ｃ１において用いられる計算式である。Ｋ_psは、比例ゲインである。Ｋ_isは、積分ゲインである。Ｋ_ps及びＫ_isは、発電機１０８の回転数のＰＩ制御用に設定されている。電流指令生成部１３１は、ＰＩ制御器を有している。

第１の制御において、電圧指令生成部１３２は、式（４−Ａ）及び（５−Ａ）を用いて動作する。これにより、γ軸電流ｉ_γはゼロとなる。また、δ軸電流ｉ_δは目標電流Ｉ_δ0 ^*となる。第１の制御では、位置・回転数推定部１３５が、式（１−Ａ）、（２）及び（３）を用いて動作する。これにより、軸誤差Δθがゼロであると推定される。推定回転数ω_eはゼロとなる。また、推定位置θ_eは、初期推定位置θ₀に固定される。第１の制御においては、電流指令生成部１３１において算出されたγ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*は、利用されない。

上述の説明から明らかであるように、第１の制御においては、γδ座標は回転しない。コンバータ制御部１３０から、発電機１０８に直流電流を流すための制御信号１２７が出力される。直流電流は、発電機１０８のロータを拘束する。つまり、発電機１０８のロータは回転しない。これにより、膨張機１０５による作動流体の膨張が禁止される。要するに、本実施形態の制御器１２８は、第１の制御において、コンバータ１２０を用いて、発電機１０８に直流電流を流し、発電機１０８のロータを拘束する。本実施形態では、この直流電流は、大きさが一定の定電流である。

期間Ｂ１では、電圧指令生成部１３２は、式（４−Ｂ）及び（５−Ｂ）を用いて動作する。これにより、γ軸目標電圧ｖ_γ ^*及びδ軸目標電圧ｖ_δ ^*はゼロとなる。Ｕ相目標電圧ｖ_u ^*、Ｖ相目標電圧ｖ_v ^*及びＷ相目標電圧ｖ_w ^*もゼロとなる。発電機１０８の各端子電圧がゼロとなる。端子間電圧もゼロとなる。このため、第２の制御への移行直後には、発電機１０８に電流が流れない。これにより、発電機１０８のロータの拘束が解除される。期間Ｂ１においても、電流指令生成部１３１において算出されたγ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*は、利用されない。

期間Ｂ１の開始時点から、膨張機１０５の入口における作動流体の圧力と膨張機１０５の出口における作動流体の圧力との差により、膨張機１０５及び発電機１０８の回転数がゼロから徐々に増加する。発電機１０８の動作に伴い、発電機１０８の内部で誘起電圧が発生し、この誘起電圧が徐々に大きくなる。発電機１０８の内部と端子との間で、端子電圧（ゼロ電圧）と誘起電圧との差に基づく電流が流れ始め、この電流が徐々に大きくなる。つまり、発電機１０８に制動トルク（制動力）が発生し、制動トルクが徐々に大きくなる。制動トルクは、膨張機１０５の入口における作動流体の圧力と膨張機１０５の出口における作動流体の圧力との差に基づく駆動トルクに徐々に近づく。

期間Ｂ１では、位置・回転数推定部１３５は、式（１−Ｂ）、（２）及び（３）を用いて軸誤差Δθ、推定回転数ω_e及び推定位置θ_eを算出する。推定回転数ω_eが切替回転数ＢＣに達した時点で、第２の制御から第３の制御へと移行する。以上のように、本実施形態では、コンバータ制御部１３０は、期間Ｂ１において、発電機１０８の端子間電圧の値と、検出した発電機１０８を流れる電流の値とに基づいて、発電機１０８の回転数（膨張機１０５の回転数）を推定する。また、コンバータ制御部１３０は、第２の制御から第３の制御へと移行するタイミングを、発電機１０８の推定回転数ω_eに基づいて決定する。本実施形態では、切替回転数ＢＣは、膨張機１０５の入口における作動流体の圧力と膨張機１０５の出口における作動流体の圧力との差により発生する発電機１０８の駆動トルクと、発電機１０８の動作に伴い発電機１０８に流れる電流により発生する発電機１０８の制動トルクとが釣り合う前に、第２の制御から第３の制御へと移行することとなるように設定されている。なお、コンバータ制御部１３０は、第２の制御の開始時点から所定時間（例えば、０．１〜１０秒、特に、０．５〜２秒程度が望ましい）経過後に第３の制御へと移行するように構成されていてもよい。

式（１−Ｂ）、（２）及び（３）から理解されるように、期間Ｂ１では、軸誤差Δθがゼロに収束するとともに、推定回転数ω_eと（実際の）回転数ωとの誤差がゼロに収束していく。期間Ｂ１を設定することにより、発電機１０８の回転数を調整する期間Ｃ１が開始される前に、軸誤差Δθを実質的にゼロにするとともに、回転数ω_eと回転数ωとの誤差を実質的にゼロにすることができる。すなわち、期間Ｂ１を設定することは、スムーズに回転数制御（期間Ｃ１の制御）を開始することを可能とし、期間Ｃ１におけるコンバータ１２０による位置センサレス制御を安定化させる。

期間Ｃ１では、電流指令生成部１３１は、式（６）及び（７）を用いて動作する。これにより、推定回転数ω_eが目標回転数ω^*に一致するように、γ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*が算出される。本実施形態の期間Ｃ１では、γ軸目標電流ｉ_γ ^*はゼロとされる。期間Ｃ１では、電圧指令生成部１３２が、式（４−Ｃ）及び（５−Ｃ）を用いて動作する。これにより、γ軸電流ｉ_γ及びδ軸電流ｉ_δが、γ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*に追従する。期間Ｃ１では、位置・回転数推定部１３５は、式（１−Ｃ）、（２）及び（３）を用いて軸誤差Δθ、推定回転数ω_e及び推定位置θ_eを算出する。

本実施形態の期間Ｃ１では、コンバータ制御部１３０は、発電機１０８の回転数（膨張機１０５の回転数）と発電機１０８のロータの位置とを推定する。さらに、コンバータ制御部１３０は、膨張機１０５の推定された回転数に基づいて（推定回転数ω_eが目標回転数ω^*に追従するように）、発電機１０８の回転数を調整する。本実施形態の期間Ｃ１では、目標回転数ω^*を徐々に増加させる。推定回転数ω_eが切替回転数ＣＮに達した時点で、バイパス弁１０９を閉じる。なお、ＣＮは、発電機１０８のロータの位置が推定可能なロータの回転数が設定される。これは、発電機１０８のロータの回転数が低いと、ロータの位置の確認が困難であるためである。なお、目標回転数ω^*と切替回転数ＣＮとはほぼ同時に切替回転数ＣＮに達するため、目標回転数ω^*が切替回転数ＣＮに達する時点でバイパス弁１０９を閉じるとも言える。その後、第３の制御から通常運転へと移行する。通常運転における発電制御装置１０２の動作は、第３の制御における発電制御装置１０２の動作と同様である。なお、本実施形態では、目標回転数ω^*は、バイパス弁制御回路（図示省略）に与えられる。

［停止運転］
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。

ステップＳ５００では、バイパス弁１０９を開く。バイパス弁１０９を開くと、膨張機１０５の入口における作動流体の圧力と膨張機１０５の出口における作動流体の圧力との差の低下が始まる。ステップＳ５００では、バイパス弁１０９の開度をゼロから全開にする。また、バイパス弁１０９を一気に開く。ただし、バイパス弁１０９の開度が全開にならない程度に、バイパス弁１０９の開度を大きくしてもよい。また、バイパス弁１０９の開度を徐々に大きくしてもよい。要するに、ステップＳ５００は、バイパス弁１０９の開度を大きくするステップである。

ステップＳ５１０は、膨張機１０５の入口における作動流体の圧力と膨張機１０５の出口における作動流体の圧力との差（出入口差圧）が（切替）圧力ＮＣよりも小さいか否かを判断するステップである。ステップＳ５１０において、出入口差圧が圧力ＮＣよりも小さいと判断されると、ステップＳ５２０に進む。本実施形態では、ステップＳ５２０へと移行するまでは、コンバータ１２０を用いた発電機１０８の回転数の制御により、膨張機１０５の回転数を維持する。ここで、ＮＣは、例えば、ステップＳ５６０で膨張機１０５による作動流体の膨張を禁止する際に、発電機１０８のロータを拘束可能な出入口差圧が設定される。これは、出入口差圧が大きいと、膨張機１０５の駆動トルクが大きく、発電機１０８のステップＳ５６０で発電機１０８のロータを拘束できないからである。

ステップＳ５２０では、制御器１２８は、コンバータ１２０を用いた発電機１０８の回転数の調整により、膨張機１０５（発電機１０８）を減速させる第４の制御を実行する。

ステップＳ５３０は、推定回転数ω_eが回転数（切替回転数）ＣＢよりも小さいか否かを判断するステップである。ステップＳ５３０において、推定回転数ω_eが回転数ＣＢよりも小さいと判断されると、ステップＳ５４０に進む。

ステップＳ５４０では、膨張機１０５の停止制御である第５の制御を開始する。具体的には、第５の制御では、発電機１０８の端子間電圧をゼロにして制動トルクを発生させて減速させる。第５の制御により、膨張機１０５の回転数を減少させる。ＣＢは、膨張機１０５の停止制御へ切替えたとき、コンバータ１２０に故障を引き起こすような過電流が流れない発電機１０８の回転数が設定される。これは、発電機１０８の回転数が高いときに、膨張機１０５の停止制御を開始すると、コンバータ１２０に過電流が流れ故障する可能性があるからである。

ステップＳ５５０は、推定回転数ω_eが回転数（切替回転数）ＢＡよりも小さいか否かを判断するステップである。ステップＳ５５０において、推定回転数ω_eが回転数ＢＡよりも小さいと判断されると、ステップＳ５６０に進む。

ステップＳ５６０では、制御器１２８がコンバータ１２０を用いて発電機１０８を制御することにより、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを禁止する第１の制御を実行する。本実施形態では、制御器１２８がコンバータ１２０を用いて発電機１０８に直流電流を流すことにより、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを禁止する。本実施形態では、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを禁止するための制御が開始されてから所定時間経過後に、ステップＳ５７０に進む。回転数ＢＡは、制御器１２８がコンバータ１２０を用いて発電機１０８を制御することにより、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを禁止することが可能な発電機１０８の回転数が設定される。これは、発電機１０８の回転数が高いときに、制御器１２８がコンバータ１２０を用いて発電機１０８を制御することにより、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを禁止することが困難であるからである。

なお、ステップＳ５６０に進むとき、蒸発器１０４の出口の作動流体に液体成分が含まれていなければ、その後、作動流体の温度低下により作動流体に液体成分が含まれても、膨張機１０５に液体成分が流入することがなく望ましい。しかしながら、ポンプ１０７が動作中で、蒸発器１０４の出口の作動流体に液体成分が含まれるときに膨張機１０５による作動流体の膨張が禁止される期間があれば、従来よりも膨張機１０５への作動流体の液体成分の流入が低減されるので、ステップＳ５６０に進むとき、蒸発器１０４の出口の作動流体に液体成分が含まれていてもよい。

ステップＳ５７０は、蒸発器１０４に配置されたボイラーのバーナーの火を消すステップである。バーナーの火が消された後においても、ポンプ１０７によって圧送された作動流体は、蒸発器１０４において加熱され、凝縮器１０６において冷却される。ただし、バーナーの火が消されているため、作動流体の温度は徐々に下がる。

ステップＳ５８０は、蒸発器１０４を通過した作動流体の温度が閾値よりも小さいか否かを判断するステップである。ステップＳ５８０において、作動流体の温度が閾値を下回ったと判断されると、ステップＳ５９０に進む。

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る作動流体の温度が設定される。

ステップＳ５９０は、ポンプ１０７を停止するステップである。ポンプ１０７の停止後に、ステップＳ６００に進む。

ステップＳ６００は、コンバータ１２０から発電機１０８への通電を終了するステップである。ステップＳ６００で、停止運転は終了する。

図７及び８における期間Ｃ２は、第４の制御が実行される第６の期間の例示である。第６の期間では、制御器１２８は、コンバータ１２０を用いた発電機の回転数の制御を行い、膨張機の回転数を減少させる。期間Ｃ２において、コンバータ１２０を用いた発電機１０８の制御により、発電機１０８（膨張機１０５）の回転数が調整される。期間Ｃ２は、ステップＳ５００〜ステップＳ５３０に対応する。期間Ｂ２は、第５の制御が実行される第５の期間の例示である。第５の期間では、コンバータ１２０が、発電機の回転数の制御を行わず、膨張機の回転数を減少させる。期間Ｂ２において、膨張機１０５の停止制御が行われる。期間Ｂ２は、ステップＳ５４０及びステップＳ５５０に対応する。期間Ａ２は、第１の制御が実行される第４の期間の例示である。第４の期間は、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であればよい。期間Ａ２において、膨張機１０５が作動流体を膨張させることが禁止される。期間Ａ２は、ステップＳ５６０〜ステップＳ６００に対応する。

期間Ｃ２において、コンバータ１２０により発電機１０８の回転数が調整される。期間Ｃ２では、コンバータ１２０を用いた制御により、発電機１０８の回転数が低下する。期間Ｂ２においても、期間Ｃ２と同様、膨張機１０５が作動流体を膨張させることは許可されている。期間Ｂ２では、停止制御により、発電機１０８の回転数が低下する。期間Ａ２において、作動流体の膨張が禁止される。

本実施形態の停止運転では、ポンプ１０７が動作しているときであり、蒸発器１０４に配置されたボイラーのバーナーを消火して作動流体の加熱を止める前であり、バイパス弁１０９が開いているときに期間Ａ２が開始される。このような構成によれば、停止運転時において液体の作動流体が膨張機１０５に吸い込まれることを従来よりも低減できる。

さらに、本実施形態の停止運転では、ポンプ１０７が停止した後に第１の制御が終了する。このような構成によれば、停止運転の後期において、液体の作動流体が膨張機１０５に吸い込まれることを従来よりも低減できる。なお、ポンプ１０７が停止すると同時に第１の制御が停止されてもよい。つまり、ポンプ１０７の動作の停止以降に第１の制御が終了していれば構わない。

矛盾のない限り、始動運転の項目で説明した技術は、停止運転に適用され得る。また、矛盾のない限り、停止運転の項目で説明した技術は、始動運転に適用され得る。

（変形例１）
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。

変形例１では、直流電流ではなく、交流電流を発電機１０８に流す。従って、発電機１０８の特定の相に電流が集中して流れることがない。このことは、発電機１０８の局所的な発熱を避ける観点から有利である。

変形例１では、位置・回転数推定部１３５は、始動運転及び停止運転の少なくとも一方において、第１の制御を実行するときに、式（２）の代わりに式（８）を用いて動作する。εは、発電機１０８のロータを逆回転させるための（作動流体を圧縮させるための）回転数指令（一定値）を表す。先に説明した実施形態と同様、始動運転及び停止運転の少なくとも一方において、第１の制御を実行するときは、電圧指令生成部１３２は、式（４−Ａ）及び（５−Ａ）を用いて動作する。また、電流指令生成部１３１において算出されたγ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*は、利用されない。

変形例１では、位置・回転数推定部１３５は、式（８）で定められたω_e（＝ε）と式（３）とを用いてθ_eを算出する。θ_eは一定の速度で変化する。座標変換部１３３はそのθ_eを用いて３相目標電圧ｖ_u ^*、ｖ_v ^*、ｖ_w ^*を算出し、ＰＷＭ信号生成部１３４は３相目標電圧ｖ_u ^*、ｖ_v ^*、ｖ_w ^*を用いて制御信号１２７を生成する。結果として、ε（膨張機１０５を圧縮動作させるための値）が制御信号１２７に反映される。

（変形例２−１）
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）
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。

変形例２−１、本変形例のように、期間Ａ１は、蒸発器１０４を通過した作動流体の温度と相関のあるパラメータ（圧力、時間等）が作動流体の温度が閾値以下である場合と同等の条件を満たす期間であってもよい。そのような期間が期間Ａ１として設定されていると、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が可能になる。

なお、変形例２−１及び２−２に倣って、停止運転が実行される期間における期間Ａ２の終了時を設定することもできる。つまり、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または膨張機１０５により作動流体の膨張を禁止してからの経過時間が閾値となったときに、期間Ａ２を終了させることもできる。ここで、期間Ａ２は、第１の制御が実行される第４の期間の例示である。蒸発器１０４を通過した作動流体の温度が閾値以下となるまで作動流体の膨張を禁止することで、液体の作動流体が膨張機１０５に吸い込まれることを従来よりも低減する。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る作動流体の温度が設定される。この技術を採用する場合には、停止運転における期間Ａ２においてこの作動流体の温度又は圧力の測定値又は推定値が閾値に達したときに、コンバータ１２０への通電を終了することにより、膨張機１０５による作動流体の膨張禁止を解除すればよい。ポンプ１０７は、通電終了の前に停止すればよい。

（変形例３）
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。

変形例３では、電圧指令生成部は、式（４−Ｂ）及び（５−Ｂ）の代わりに、式（９−Ｂ）及び（１０−Ｂ）を用いて動作する。

（変形例４−１）
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ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*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ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*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）
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ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*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。

（第２実施形態）
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。

図９に示すように、第２実施形態の発電装置１００ａは、発電制御装置１０２ａを備えている。発電制御装置１０２ａは、コンバータ１２０ａと、制御器１２８ａとを有している。図１０に示すように、コンバータ１２０ａは、コンバータ制御部１３０ａを有している。図１１に示すように、コンバータ制御部１３０ａは、電圧指令生成部１３２ａ及び位置・回転数推定部１３５ａを有している。

また、制御器１２８ａは、ランキンサイクル装置１０１の始動運転及び停止運転の少なくとも一方において、ポンプ１０７が動作中で、蒸発器１０４出口の作動流体に液体成分が含まれているとき、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを禁止するように、コンバータ１２０を用いて発電機１０８を制御する第１の制御を実行する。制御器１２８は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部（図示せず）と、制御プログラムを記憶する記憶部（図示せず）とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリーが例示される。制御器は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。

また、以降で説明する本実施形態でのコンバータ制御部１３０ａの制御機能の一部又は全部を制御器１２８ａに組み込んでもよい。

位置・回転数推定部１３５ａは、γ軸電流ｉ_γ、δ軸電流ｉ_δ、γ軸目標電圧ｖ_γ ^*及びδ軸目標電圧ｖ_δ ^*に基づいて、推定位置θ_e及び推定回転数ω_eを算出し、出力する。

電圧指令生成部１３２ａは、γ軸電流ｉ_γ、δ軸電流ｉ_δ、γ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*に基づいて、γ軸目標電圧ｖ_γ ^*及びδ軸目標電圧ｖ_δ ^*を算出し、出力する。

図１２を用いて、第２実施形態の始動運転の制御シーケンスを説明する。

図１２の制御シーケンスには、図５のステップＳ１６０及びステップＳ１７０に対応するステップは存在しない。従って、図１２のステップＳ１５０において、作動流体の温度が閾値を上回ったと判断されると、ステップＳ１８０に進む。これらの点を除くと、図１２の制御シーケンスは、図５の制御シーケンスと同じである。

図１２における期間Ａ１は、膨張機１０５が作動流体を膨張させることが禁止される期間である。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。期間Ａ１は、ステップＳ１２０〜ステップＳ１５０に対応する。期間Ｃ１は、コンバータ１２０を用いた発電機１０８の制御により、発電機１０８（膨張機１０５）の回転数が調整される期間である。期間Ｃ１は、第３の制御が実行される第３の期間の例示である。期間Ｃ１は、ステップＳ１８０〜ステップＳ２００に対応する。本実施形態では、膨張機１０５の入口における作動流体の圧力と膨張機１０５の出口における作動流体の圧力との差により発電機１０８の回転数がゼロから増加する期間Ｂ１は設定されない。期間Ｂ１は、第２の制御が実行される第２の期間の例示である。

（期間Ａ１及び期間Ｃ１のそれぞれにおける、コンバータ制御部１３０ａの動作）
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。

なお、変形例１に対して上記制御を適用してもよい。この場合、コンバータ１２０ａは高周波成分を含む逆回転用の交流電流を発電機１０８に流すことにより、膨張機１０５に作動流体を圧縮させるとともに、発電機１０８のロータの位置を推定する。

また、高周波成分を含む電流によってロータの位置及び速度を推定する技術は公知であるため、その技術の詳細な説明は割愛する（例えば、高周波成分を含む電圧をモータに印加し、モータに流れる電流の高周波成分に基づいてロータの位置及び回転数を推定する技術を開示する特許第４４２５１９３号参照）。

本明細書では、「高周波」とは、周波数が発電機１０８の駆動電圧の周波数よりも十分に大きい波を指す。上述の高周波成分によって、発電機１０８が動作することはない。

コンバータ制御部１３０ａは、式（２０−Ａ）、（２０−Ｃ）、（２１−Ａ）、（２１−Ｃ）、（２２）、（２３）、（２４）、（６）及び（７）を用いて動作する。

式（２０−Ａ）、（２０−Ｃ）、（２１−Ａ）及び（２１−Ｃ）は、電圧指令生成部１３２ａがγ軸目標電圧ｖ_γ ^*及びδ軸目標電圧ｖ_δ ^*を算出する際に使用する計算式である。式（２０−Ａ）及び（２１−Ａ）は、期間Ａ１において用いられる計算式である。式（２０−Ｃ）及び（２１−Ｃ）は、期間Ｃ１において用いられる計算式である。ｖ_hγ及びｖ_hδは、目標電圧に含まれる高周波成分におけるγ軸成分及びδ軸成分である。式（２０−Ａ）、（２０−Ｃ）、（２１−Ａ）及び（２１−Ｃ）に基づいた動作により、電圧指令生成部１３２ａは、高周波成分を含む目標電圧を算出し、出力する。式（２０−Ｃ）及び（２１−Ｃ）におけるγ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*は、第１実施形態と同様、電流指令生成部１３１が式（６）及び（７）を用いて算出する。

式（２２）、（２３）及び（２４）は、位置・回転数推定部１３５ａが軸誤差Δθ、推定回転数ω_e及び推定位置θ_eを算出する際に使用する計算式である。式（２２）、（２３）及び（２４）は、第１の制御及び第３の制御において用いられる式である。ｉ_hDは、以下のようにして得られる値である。まず、発電機１０８を流れる電流の高周波成分におけるγ軸成分ｉ_hγとδ軸成分ｉ_hδとを抽出する。次に、これらの積ｉ_hγ×ｉ_hδを算出する。最後に、得られた積の直流成分を抽出する。発電機１０８を流れる電流の高周波成分におけるγ軸成分ｉ_hγ及びδ軸成分ｉ_hδは、座標変換部１３６から出力されたγ軸電流ｉ_γ及びδ軸電流ｉ_δを、バンドパスフィルタに通すことによりそれぞれ抽出することができる。積ｉ_hγ×ｉ_hδは、掛算器を用いてγ軸成分ｉ_hγ及びδ軸成分ｉ_hδを乗じることにより算出することができる。積ｉ_hγ×ｉ_hδの直流成分（すなわちｉ_hD）は、積ｉ_hγ×ｉ_hδをローパスフィルタに通すことにより抽出することができる。ｉ_hDを特定する方法の詳細については、特許第４４２５１９３号に開示されているため説明を省略する。

第１の制御において、電圧指令生成部１３２ａは、式（２０−Ａ）及び（２１−Ａ）を用いて動作する。これにより、コンバータ制御部１３０ａから、直流成分に高周波成分が重畳された電流を発電機１０８に流すための制御信号１２７が出力される。直流成分は、発電機１０８のロータを拘束する。これにより、膨張機１０５が作動流体を膨張させることが禁止される。高周波成分から、上述のようにｉ_hDが特定される。第１の制御において、位置・回転数推定部１３５ａは、式（２２）、（２３）及び（２４）を用いて動作する。これにより、軸誤差Δθ、推定回転数ω_e及び推定位置θ_eが算出される。期間Ａ１においては、電流指令生成部１３１において算出されたγ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*は、利用されない。

第３の制御では、電流指令生成部１３１は、式（６）及び（７）を用いて動作する。これにより、推定回転数ω_eが目標回転数ω^*に一致するように、γ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*が算出される。第３の制御において、電圧指令生成部１３２ａは、式（２０−Ｃ）及び（２１−Ｃ）を用いて動作する。これにより、γ軸電流ｉ_γ及びδ軸電流ｉ_δに、γ軸目標電流ｉ_γ ^*及びδ軸目標電流ｉ_δ ^*に追従する成分と、高周波成分とが現れる。追従する成分は、発電機１０８の回転数の制御に寄与する。本実施形態の第３の制御では、発電機１０８の回転数がゼロから増加する。高周波成分から、上述のようにｉ_hDが特定される。第３の制御において、位置・回転数推定部１３５ａは、式（２２）、（２３）及び（２４）を用いて動作する。これにより、軸誤差Δθ、推定回転数ω_e及び推定位置θ_eが算出される。通常運転の際にも、同様の制御がなされる。

コンバータ制御部１３０ａによれば、膨張機１０５及び発電機１０８が静止している第１の制御においても、発電機１０８のロータの位置と回転数を推定できる。このことは、膨張機１０５が作動流体を膨張させることを禁止する状態を解除（拘束を解除）した直後に、発電機１０８の回転数を調整する第３の制御を開始できることを意味する。すなわち、第１実施形態の期間Ｂ１が不要となる。これにより、起動運転に要する時間を短縮できる。

ただし、第１の制御と第３の制御との間に第２の制御を介在させてもよい。また、第２実施形態における第１の制御と、第１実施形態における第３の制御とを組み合わせてもよい。このようにすれば、第３の制御において、発電機１０８の回転数を調整しているときに発電機１０８に流れる電流に高周波成分が含まれない。このことは、高周波成分による損失及び損失を抑制する観点から有利である。

また、高周波成分を含む電流を利用して発電機１０８のロータの位置と回転数を推定する技術は、停止運転にも適用できる。発電機１０８の回転数を調整する第４の制御から発電機１０８のロータを拘束する第１の制御へと直接移行する、つまり、第５の制御を省略することも可能である。高周波成分を含む電流を利用する技術によれば、発電機１０８の回転数が低いときにも、ロータの位置及び回転数を高い精度で推定することができる。従って、第１の制御へと直接移行する前に第４の制御において回転数を低下させても、第４の制御において制御精度が低下することがない。ただし、第１実施形態の停止運転においても、第５の制御を省略してもよい。

その他、矛盾のない限り、第１実施形態で説明した技術は、第２実施形態の発電制御装置に適用され得る。また、矛盾のない限り、第２実施形態で説明した技術は、第１実施形態の発電制御装置に適用され得る。

１００，１００ａ 発電装置
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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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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