JP6518775B2 - 極ホイール角を調節することによって目標連結角でガスタービンと蒸気タービンとを連結する方法 - Google Patents

Description

ガスタービン発電所を始動させると、蒸気タービンを駆動させるのに十分な上記をガスタービンの排熱によって提供し得るとすぐに、蒸気タービンを始動させる必要もしばしばある。このため、ガスタービン及び蒸気タービンは、連結体によって連結されている。特に非平衡を避けるため、連結動作の特有の制御を用いて目標連結角で連結することを採用している。そのため、蒸気タービンは、適切な方法で加速される。ガスタービンの周波数は、給電を行う電力網の周波数と一致しなければならない範囲に規定される。

特許文献１は、連結体を用いてターボ機械の入力軸を出力軸に連結するための方法を開示している。ターボ機械は、出力軸の速度に次同期(subsynchronous)している速度にもたらされ、連結を開始するための信号を設定する前にこの保持速度で維持して目標連結角での連結を達成する。ターボ機械は、一般的に、蒸気タービンであり、出力軸は、発電機を駆動するための軸である。

欧州特許出願公開第１９１１９３９号明細書

本発明の目的は、目標連結角で連結することを改善する可能性を提供することである。

この目的を達成し得る方法は、特に独立請求項で見られ得る。従属請求項は、有利なさらなる展開を具現化する。さらなる情報は、説明に及び図面に含まれる。

発電機に接続されたガスタービンと蒸気タービンとを連結するための方法を提供し、発電機は、励磁巻線を有する。励磁巻線の励起は、励磁巻線を通って流れる励磁電流を変化させることによって、変化され得る。方法は、以下のステップ：
ａ）連結を目標連結角で行うように蒸気タービンを加速させるかつ／または減速させるステップと、
ｂ）必要に応じて、励磁電流を変化させ、それにより、励磁巻線のこのように変化させた励起が、変化させた極ホイール角に至るステップと、
を備える。

明らかなことは、ステップａ）及びステップｂ）がある時間で少なくとも部分的に重なっていること、である。ステップｂ）は、ステップａ）によって目標連結角を実現することができないときにはいつでも、または、例えば短時間でできないなど困難があるときには、常に行われる。ステップａ）は、既知であり、そのため、これに関してさらに言及することはない。

ステップｂ）をより詳細に説明する。励磁巻線の励起を引き起こす励磁電流には、いくらかの自由度がある。その結果、いわゆる極ホイール角は、影響を受け得る。同様に、負荷角として知られている極ホイール角は、一般的に、同期機の極ホイールが同期回転場に先行している角度を意味すると理解される。関連技術の当業者に知られているので、詳細をここでは説明しない。重要なことは、極ホイール角の変化が無効電力を変化させる効果を有するが依然として必要な有効電力を提供できることを理解すること、である。極ホイール角を変化させることにより、発電機が電力網周波数で回転し、同時に発電機のひいてはガスタービンの角度位置の変化が実現可能である要件を満たすことができる。したがって、本発明によれば、蒸気タービンの角度位置だけではなく、ガスタービンの角度位置に影響を及ぼすことが可能となる。依然として一般的にわずかな度合である影響を与えることができるのみであるが、それにも拘らず、さらなる自由度を提供し、この自由度は、必要に応じて、目標連結角で連結することを大幅に容易にして加速させ得る。

極ホイール角は、有効電力と無効電力との比率に依存する。有効電力と無効電力との比率が励起、すなわち励磁電流によるので、所定の有効電力に対して無効電力を適切に選択することは、原則的に、励磁電流を適切に選択すべきであると言うことと同義である。相互関係から明らかなことは、極ホイール角を直接検出する必要がないこと、である。これは、基本的には、所定の有効電力に関して無効電力を適切に変化させるのには十分である。したがって、制御において、いずれの場合でも検出された変数、有効電力及び無効電力を用いることができる。有効電力、無効電力及び極ホイール角の間の相互関係は、以下で詳述するように、いわゆる出力線図から得られ得る。

一形態において、ガスタービンが目標連結角に関して先行している場合、励磁電流を上昇させ、ガスタービンが遅れている場合、励磁電流を低下させる。一般的に、極ホイール角は、励起を増加させることによって低下され得る。したがって、極ホイールが先行している角度だけ、同期回転場を低下させる。したがって、発電機、その結果としてガスタービンは、いくらか戻るように回されたようになり、そのため、ガスタービンが目標連結角に関して先行していることを解消する。

一形態において、励磁電流を変化させることは、目標連結角を実現することをより困難とする電力網周波数の変動を補償するために用いられる。それでも原則的にできるだけ電力網周波数を一定に維持することが望ましいが、例えばドイツでは、値５０Ｈｚは、それにもかかわらず小さな変動が起こらないことを意図されている。これら変動が連結中に、すなわち特に蒸気タービンを加速させつつまたは減速させつつ実際に連結する前に発生する場合に、しばしば、蒸気タービンの加速をこれにしたがって調整することがもはやできなくなる。この場合において、励磁電流を変化させること及び極ホイール角を付随して変化させること、結果としてガスタービンの角度位置を変化させることは、欠かせないとまではないにせよ、目標連結角で迅速に連結するために、非常に重要である。

一形態において、励磁電流を変化させることにより、ガスタービンの角度を最大５°可変とすることが可能となる。すでに説明したように、実現可能な角度変化が比較的制限されているが、それにも拘わらず、これは重要である。依然として真実であることは、連結体の主要な自由度が蒸気タービンの適切な加速及び連結時間の選択によって与えられること、である。

一形態において、励起電圧は、励磁電流を変化させるために変化される。これにより、簡素な方法で励磁電流に影響を及ぼすことが可能となる。

上述した考慮すべき事項は、同様に、蒸気タービンと発電機に接続されたガスタービンとを連結解除するための方法に使用され得る。発電機は、同様に、励磁巻線を有し、この励磁巻線の励起は、励磁巻線を通って流れる励磁電流を変化させることによって、変化され得る。連結解除すると、励磁電流は、励磁巻線のこのように変化された励起が変化させた極ホイール角であって連結解除を容易にする極ホイール角に至るように変化される。連結することに関してすでに上述したように、極ホイール角を変化させることにより、ガスタービンの調整を可能とする。ある状況において、これは、連結解除するときに、すなわち、ガスタービンと蒸気タービンとの間の連結を解放するときに、有利であり得る。特に、しばしば、連結解除することを加速することができる。これは、連結体の摩耗を低減する。

ガスタービン、蒸気タービン及び発電機を有する単軸ターボ組のための制御装置を同様に提供する。制御装置は、連結する及び／または連結解除するための上述した方法を実行し得るように設計されている。いずれの場合にも存在する制御装置へのわずかな変更は、しばしば、これに十分である。多くの場合において、異なるプログラミングへの変更を制限することが可能である。結果として、本発明にかかる方法を実施することは、非常に限定的な出費のみを必要とする。通常、既存の単軸ターボ組、厳密に言えば関連する制御装置を改良することは、同様に、問題なく可能である。

さらなる詳細を図１に基づいて説明する。

無効電力、有効電力及び（磁極）ホイール角間の相互関係を示す出力線図である。

有効電力ＭＷを図１の横軸にプロット表示する。無効電力Ｍｖａｒを縦軸にプロット表示する。無効電力に関して、線１は、０を通る。したがって、線１にある動作点について、有効電力のみを提供する。線１よりも下に位置する動作点について、無効電力は、負であり、線１よりも上に位置する動作点について、無効電力は、正である。縁で終わる直線は、ある値ｃｏｓφを表しており、φは、フェーザ図における発電機内で誘起された電圧と合成電流との角度である。

左下にある起点２から延在する矢印３、４及び５は、この場合において大きな意義を有する。わかるように、これら矢印は、同じ有効電力ではあるが異なる無効電力を有する動作点で終了している。矢印３及び５の２つの端点を結ぶ線６は、有効電力を同じままとしつつ無効電力を調節し得る主な範囲である。

矢印３、４及び５と縦軸との間の角度は、各極ホイール角である。起点２の位置は、測定技術によって決定される。一般的に、極ホイール角は、矢印を起点２から各動作点まで取ってこの矢印の縦軸に対する角度を決定することによって、読み取られ得る。

例えば矢印４の端部にある動作点で連結を行い、目標連結角で連結するためにガスタービンが２°進むように制御した場合、その後、極ホイール角を２°だけ低下させるのに適している。図１に示す極ダイアグラムでわかるように、このために、無効電力を増加させていない。これは、励起、すなわち励起電圧ひいては励磁電流を極ホイール角が４２°になるまで下げなければならないことを必要とする。したがって、簡素な方法で、変化させた励起によってもたらされ得る無効電力を変化させることによって、極ホイール角に影響を及ぼすこと、ひいては改善した方法で目標連結角に影響を及ぼすことができる。

１ 線、２ 起点、３ 矢印、４ 矢印、６ 線

Claims (7)

1. 発電機に接続されたガスタービンと蒸気タービンとを連結するための方法であって、
   前記発電機が、励磁巻線を有し、前記励磁巻線の励起が、当該励磁巻線を通って流れる励磁電流を変化させることによって変化され、以下のステップ：
   ａ）連結を目標連結角で行うように前記蒸気タービンを加速させるかつ／または減速させるステップと、
   ｂ）前記励磁巻線のこのように変化させた励起が変化させた極ホイール角に至るように前記励磁電流を変化させるステップと、
   を備え、
   前記極ホイール角が、前記目標連結角を実現するに至るように変化され、
   前記ステップａ）および前記ステップｂ）は、ある時間において少なくとも部分的に重なっていることを特徴とする方法。
2. 前記ガスタービンが前記目標連結角に関して先行しているときには、前記励磁電流を上昇させ、
   前記ガスタービンが遅れているときには、前記励磁電流を低下させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記励磁電流を変化させるステップが、電力網周波数の変動を補償するために用いられることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 前記励磁電流を変化させるステップが、前記ガスタービンの角度を５°まで可変とすることを可能とすることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記励磁電流を変化させるために励起電圧を変化させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 蒸気タービンと発電機に接続されたガスタービンとを連結解除するための方法であって、
   前記発電機が、励磁巻線を有し、前記励磁巻線の励起が、当該励磁巻線を通って流れる励磁電流を変化させることによって変化され、
   前記励磁電流が、前記励磁巻線のこのように変化させた励起が変化させた極ホイール角であって連結解除を容易にする極ホイール角に至るように、変化されることを特徴とする方法。
7. ガスタービン、蒸気タービン及び発電機を有する単軸ターボ組のための制御装置であって、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の方法を行うように設計されていることを特徴とする制御装置。

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