JP7841903B2 - パワーユニットシステムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、パワーユニットシステムの制御装置に関する。

下記特許文献１には、ガスタービン発電機の制御装置が開示されている。当該ガスタービン発電機は、ガスタービンにより発電機が駆動される。これにより、発電機は発電を行う。発電機の発電量を増加させる場合に、当該制御装置は、バッテリから負荷に電力を供給させることにより、発電機の負荷を低下させる。発電機の負荷が低下されている間に、ガスタービンの回転数を上昇させる。その後、当該制御装置は、ガスタービンの出力パワーを増加させて、発電機による発電量を増加させる。

特開２００６－２７４８６８号公報

上記特許文献１に開示された技術では、ガスタービンの出力パワーを増加させる場合において、ガスタービンの回転数を短時間で上昇させることができる。しかし、ガスタービンの出力パワーを低下させる場合において、ガスタービンの回転数を短時間で低下させる点については、改良の余地がある。

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

本発明の態様は、圧縮機及び前記圧縮機と一体に回転するタービンを有するガスタービンと、前記ガスタービンにより駆動される発電機と、前記発電機により発電された電力を蓄電するバッテリと、を備えるパワーユニットシステムの制御装置であって、当該制御装置は、前記発電機に対する要求発電電力を設定する要求発電電力設定部と、前記ガスタービンの燃焼室への燃料の噴射量を制御する燃料噴射量設定部と、前記ガスタービンの目標出力パワーに対する前記ガスタービンの目標回転数を設定する目標回転数設定部と、前記ガスタービンの回転数と前記目標出力パワーとの関係が所定の条件を満たすか否かを判定する条件判定部と、を備え、前記ガスタービンの出力パワーを低下させる場合であって、前記ガスタービンの回転数と前記パワーとの関係が前記所定の条件を満たす場合、前記要求発電電力設定部が前記要求発電電力を低下させるととともに、前記燃料噴射量設定部が前記噴射量を減少させることにより、前記ガスタービンの出力パワーを前記目標出力パワーまで低下させ、その後、前記要求発電電力設定部が前記要求発電電力を維持するとともに、前記燃料噴射量設定部が前記噴射量を減少させることにより、前記ガスタービンの回転数を前記目標回転数まで減速させ、前記ガスタービンの出力パワーを低下させる場合であって、前記ガスタービンの回転数と前記目標出力パワーとの関係が前記所定の条件を満たさない場合、前記要求発電電力設定部が前記要求発電電力を維持するとともに、前記燃料噴射量設定部が前記噴射量を減少させることにより、前記ガスタービンの回転数を前記目標回転数まで減速させ、その後、前記要求発電電力設定部が前記要求発電電力を低下させるとともに、前記燃料噴射量設定部が前記噴射量を減少させることにより、前記ガスタービンの出力パワーを前記目標出力パワーまで低下させる。

本発明により、ガスタービンの出力パワーを低下させる場合において、ガスタービンの回転数を短時間で減速させることができる。

図１は、パワーユニットシステム、駆動ユニット及びコントロールユニットの構成を示す模式図である。 図２は、ハイブリッドコントローラの構成を示すブロック図である。 図３は、ガスタービンの可動領域を示すグラフである。 図４Ａ及び図４Ｂは、第１出力パワー低下制御の概念を説明するための図である。 図５は、ガスタービンの作動点の移動を示すグラフである。 図６Ａ及び図６Ｂは、第２出力パワー低下制御の概念を説明するための図である。 図７は、ガスタービンの作動点の移動を示すグラフである。 図８は、ガスタービンの作動点の移動を示すグラフである。 図９は、ガスタービンの出力パワーを目標出力パワーまで低下させるために要する時間を比較する表である。 図１０は、出力パワー低下制御の処理を示すフローチャートである。

〔第１実施形態〕
［全体構成］
図１は、パワーユニットシステム１０、駆動ユニット１２及びコントロールユニット１４の構成を示す模式図である。

パワーユニットシステム１０は、ガスタービン１６、発電機１８、コンバータ２０及びバッテリ２２を有する。ガスタービン１６は回転エネルギを発生し、回転エネルギにより発電機１８を駆動する。発電機１８は、ガスタービン１６により駆動されることにより発電を行う。コンバータ２０は、発電機１８により発電された交流の電力を直流に変換して出力する。バッテリ２２は、発電機１８により発電された電力の一部を蓄電する。

ガスタービン１６は、圧縮機２４、燃焼室２６及びタービン２８を有する。吸入口３０から吸入された空気は、圧縮機２４において圧縮される。圧縮されて高圧となった空気は、燃焼室２６に送られる。燃焼室２６において、高圧の空気に燃料を噴射して燃料を燃焼させる。これにより、燃焼室２６において、高温高圧のガスが発生する。このガスにより、タービン２８を回転させる。高温高圧のガスのエネルギは、タービン２８により回転エネルギに変換され、出力シャフト３２により取り出される。この回転エネルギの一部は圧縮機２４の回転にも使われる。

駆動ユニット１２は、インバータ３４及び電動機３６を有する。インバータ３４は、コンバータ２０又はバッテリ２２から供給される直流の電力を交流の電力に変換して電動機３６に出力する。電動機３６は、インバータ３４から送られる電力により駆動する。

コントロールユニット１４は、ＳＯＣ取得部３８、ハイブリッドコントローラ４０及び電動機コントローラ４２を有する。ＳＯＣ取得部３８は、バッテリ２２のＳＯＣ(State Of Charge)を取得する。ハイブリッドコントローラ４０は、電動機コントローラ４２から入力される要求電力、及び、ＳＯＣ取得部３８から入力されるバッテリ２２のＳＯＣに基づいて、ガスタービン１６及びコンバータ２０を制御する。これにより、ガスタービン１６の出力パワーと回転数とが制御される。ハイブリッドコントローラ４０は、本発明の制御装置に相当する。電動機コントローラ４２は、ハイブリッドコントローラ４０から入力される発電機１８の発電電力、及び、ハイブリッドコントローラ４０を介してＳＯＣ取得部３８から入力されるバッテリ２２のＳＯＣに基づいて、インバータ３４を制御する。これにより、電動機３６の出力パワーと回転数とが制御される。

［ハイブリッドコントローラの構成］
図２は、ハイブリッドコントローラ４０の構成を示すブロック図である。

ハイブリッドコントローラ４０は、演算部４４及び記憶部４５を有する。演算部４４は、例えば、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＧＰＵ(Graphics Processing Unit)等のプロセッサである。演算部４４は、燃料噴射量設定部４６、要求発電電力設定部４７、目標回転数設定部４８及び条件判定部４９を有する。燃料噴射量設定部４６、要求発電電力設定部４７、目標回転数設定部４８及び条件判定部４９は、記憶部４５に記憶されているプログラムが演算部４４によって実行されることによって実現される。燃料噴射量設定部４６、要求発電電力設定部４７、目標回転数設定部４８及び条件判定部４９の少なくとも一部が、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＦＰＧＡ(Field-Programmable Gate Array)等の集積回路によって実現されてもよい。燃料噴射量設定部４６、要求発電電力設定部４７、目標回転数設定部４８及び条件判定部４９の少なくとも一部が、ディスクリートデバイスを含む電子回路によって実現されてもよい。

記憶部４５は、コンピュータ可読記憶媒体である、不図示の揮発性メモリ及び不図示の不揮発性メモリにより構成される。揮発性メモリは、例えば、ＲＡＭ(Random Access Memory)等である。不揮発性メモリは、例えば、ＲＯＭ(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等である。データ等が、例えば、揮発性メモリに記憶される。プログラム、テーブル、マップ等が、例えば、不揮発性メモリに記憶される。記憶部４５の少なくとも一部が、上述したプロセッサ、集積回路等に備えられていてもよい。

燃料噴射量設定部４６は、ガスタービン１６の燃焼室２６への燃料の噴射量を設定する。燃料噴射量設定部４６において設定された噴射量に基づいて、ガスタービン１６の燃焼室２６に燃料が噴射される。

要求発電電力設定部４７は、発電機１８に対する要求発電電力を設定する。コンバータ２０は、要求発電電力に応じて、発電機１８の発電負荷を調整する。ガスタービン１６の燃焼室２６への燃料の噴射量と発電機１８の発電負荷とが調整されることにより、ガスタービン１６の回転数が制御される。例えば、発電負荷が維持された状態で、燃料の噴射量が減少した場合、ガスタービン１６の回転数は減速する。

目標回転数設定部４８は、ガスタービン１６の目標回転数を設定する。目標回転数は、目標出力パワーに応じて設定される。目標出力パワーと目標回転数との関係については、後に詳述する。

条件判定部４９は、ガスタービン１６の回転数と目標出力パワーとの関係が所定の条件を満たすか否かを判定する。所定の条件については、後に詳述する。

［ガスタービンの可動領域］
図３は、ガスタービン１６の可動領域を示すグラフである。図３のグラフの横軸は、ガスタービン１６の回転数を示す。図３のグラフの縦軸は、ガスタービン１６の出力パワーを示す。

図３に示す失火ラインは、ガスタービン１６の回転数に対するガスタービン１６の最低出力パワーを示す。ガスタービン１６の回転数と出力パワーとにより定まる作動点が失火ラインよりも下方に位置する場合、燃焼室２６において失火し、ガスタービン１６が停止するおそれがある。図３に示す最大出力パワーラインは、ガスタービン１６の回転数に対応するガスタービン１６の最大出力パワーを示す。ガスタービン１６の作動点が最大出力パワーラインよりも上方に位置する場合、圧縮機２４がストールし、ガスタービン１６が停止するおそれがある。または、ガスタービン１６の作動点が最大出力パワーラインよりも上方に位置する場合、タービン２８に送られるガスの温度が高くなりすぎるおそれがある。そのため、ガスタービン１６の作動点は、失火ラインと最大出力パワーラインとに挟まれた可動領域内に位置する必要がある。

図３に示すＳＦＣ(Specific Fuel Consumption)ベストラインは、燃料消費率が最も良くなる、ガスタービン１６の出力パワーと回転数との関係を示す。例えば、ガスタービン１６の出力パワーをＰ３［Ｗ］に維持する場合、タービン２８の回転数がＮ２よりも大きくなるほど、燃焼室２６への燃料の噴射量を多くする必要がある。ガスタービン１６の出力パワーをＰ３［Ｗ］に維持する場合、タービン２８の回転数がＮ２よりも小さくなるほど、燃焼室２６への燃料の噴射量を多くする必要がある。ＳＦＣベストラインに基づいて目標出力パワーに対する目標回転数が設定される。

［ガスタービンの出力パワー低下制御］
ガスタービン１６の目標出力パワーは、電動機３６における要求出力パワーに応じて決定される。すなわち、電動機３６における要求出力パワーが低下した場合、目標出力パワーも低下する。目標出力パワーが低下した場合、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の出力パワーを低下させる出力パワー低下制御を行う。

ガスタービン１６の回転数と目標出力パワーとの関係が所定の条件を満たす場合、ハイブリッドコントローラ４０は第１出力パワー低下制御を行う。一方、ガスタービン１６の回転数と目標回転数との関係が所定の条件を満たさない場合、ハイブリッドコントローラ４０は第２出力パワー低下制御を行う。

所定の条件は、仮想作動点が失火ラインよりも上方に位置することである。仮想作動点は、出力パワー低下制御開始時におけるガスタービン１６の回転数と目標出力パワーとにより定められる作動点である。

なお、ガスタービン１６の回転数と目標出力パワーとの関係が前述の所定の条件を満たす場合であっても、出力パワー低下制御開始時におけるガスタービン１６の回転数が回転数Ｎ３［ｒｐｍ］以下である場合には、ハイブリッドコントローラ４０は、第２出力パワー低下制御を行ってもよい。ガスタービン１６の回転数が回転数Ｎ３［ｒｐｍ］以下である場合、出力パワー低下制御開始時におけるガスタービン１６の作動点は、図３に示す狭可動領域に位置する。

第１出力パワー低下制御では、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の出力パワーを目標出力パワーまで低下させた後に、ガスタービン１６の回転数を目標回転数まで低下させる。一方、第２出力パワー低下制御では、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の回転数を目標回転数まで低下させた後に、ガスタービン１６の出力パワーを目標出力パワーまで低下させる。

［第１出力パワー低下制御について］
以下、第１出力パワー低下制御について説明する。図４Ａ及び図４Ｂは、第１出力パワー低下制御の概念を説明するための図である。図４Ａは、ガスタービン１６の目標出力パワー、ガスタービン１６の出力パワー（実出力パワー）、及び、発電機１８の要求発電電力の時間変化を示すグラフである。図４Ｂは、ガスタービン１６の目標回転数、及び、ガスタービン１６の回転数（実回転数）の時間変化を示すグラフである。図４Ａ及び図４Ｂは、各要素の時間変化を概念的に示す。

時点ｔ１において、目標出力パワーが低下する。これに伴い、目標回転数が低下する。時点ｔ１以降において、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を徐々に低下させる。同時に、燃料噴射量設定部４６は燃料噴射量を徐々に減少させる。これにより、実出力パワーが徐々に低下する。この場合、ガスタービン１６の回転要素のイナーシャにより、ガスタービン１６の回転数はほとんど変化しない。

時点ｔ２において、実出力パワーが目標出力パワーまで低下する。時点ｔ２以降において、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を維持する。このとき、燃料噴射量設定部４６は、さらに燃料噴射量を減少させる。これにより、ガスタービン１６の回転数が減速する。

時点ｔ３において、実回転数が目標回転数まで減速する。時点ｔ３において、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を維持したまま、燃料噴射量設定部４６が燃料噴射量を維持する。これにより、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の出力パワーを目標出力パワーにするともに、ガスタービン１６の回転数を目標回転数にできる。

第１出力パワー低下制御について、ガスタービン１６の作動点を用いて説明する。図５は、ガスタービン１６の作動点の移動を示すグラフである。図５のグラフの横軸は、ガスタービン１６の回転数を示す。図５のグラフの縦軸は、ガスタービン１６の出力パワーを示す。図５における矢印は、ガスタービン１６の作動点の移動方向を示す。

出力パワー低下制御開始時において、ガスタービン１６の出力パワーはＰ６［Ｗ］であり、ガスタービン１６の回転数はＮ１［ｒｐｍ］である。この場合のガスタービン１６の作動点は点Ｑ１に位置する。目標出力パワーはＰ３［Ｗ］であり、目標出力パワーに対する目標回転数はＮ２［ｒｐｍ］である。この場合のガスタービン１６の作動点は点Ｑ２に位置する。

目標出力パワーＰ３［Ｗ］と、出力パワー低下制御開始時におけるガスタービン１６の回転数Ｎ１［ｒｐｍ］とにより定められる仮想作動点は、点Ｑ３に位置する。仮想作動点Ｑ３は、仮想作動点が失火ラインよりも上方に位置する。そのため、第１出力パワー低下制御が実施される。

第１出力パワー低下制御では、まず、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を低下させるとともに、燃料噴射量設定部４６は燃料噴射量を低下させる。これにより、ガスタービン１６の出力パワーが低下する。この場合、ガスタービン１６の回転要素のイナーシャにより、ガスタービン１６の回転数はほとんど変化しない。この結果、ガスタービン１６の作動点は、点Ｑ１から点Ｑ３に移動する。

ガスタービン１６の出力パワーが目標出力パワーＰ３［Ｗ］まで低下した場合、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を維持した状態で、燃料噴射量設定部４６はさらに燃料噴射量を減少させる。燃料噴射量が減少すると一時的にガスタービン１６の出力パワーが減少し、ガスタービン１６は減速する。しかし、ガスタービン１６が減速することにより、ガスタービン１６の作動点が、ＳＦＣベストラインに近づくため、ガスタービン１６の出力パワーが回復する。そのため、ガスタービン１６の出力パワーは略維持された状態で、ガスタービン１６の作動点は、点Ｑ３から点Ｑ２に向かって移動する。

ガスタービン１６の回転数が目標回転数Ｎ２［ｒｐｍ］になった場合、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を維持したまま、燃料噴射量設定部４６が燃料噴射量を維持する。これにより、ガスタービン１６の作動点が点Ｑ２に位置する。

［第２出力パワー低下制御について］
以下、第２出力パワー低下制御について説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、第２出力パワー低下制御の概念を説明するための図である。図６Ａは、ガスタービン１６の目標出力パワー、ガスタービン１６の出力パワー（実出力パワー）、及び、発電機１８の要求発電電力の時間変化を示すグラフである。図６Ｂは、ガスタービン１６の目標回転数、及び、ガスタービン１６の回転数（実回転数）の時間変化を示すグラフである。図６Ａ及び図６Ｂは、各要素の時間変化を概念的に示す。

時点ｔ４において、目標出力パワーが低下する。これに伴い、目標回転数が低下する。時点ｔ４以降において、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を維持する。このとき、燃料噴射量設定部４６は燃料噴射量を徐々に減少させる。これにより、実出力パワーが徐々に低下するともに、ガスタービン１６が徐々に減速する。

時点ｔ５において、実回転数が目標回転数まで減速する。時点ｔ５以降において、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を徐々に低下させる。このとき、燃料噴射量設定部４６は、さらに燃料噴射量を減少させる。これにより、実出力パワーが徐々に低下する。この場合、ガスタービン１６の回転要素のイナーシャにより、ガスタービン１６の回転数はほとんど変化しない。

時点ｔ６において、実出力パワーが目標出力パワーまで低下する。時点ｔ６において、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を維持したまま、燃料噴射量設定部４６が燃料噴射量を維持する。これにより、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の出力パワーを目標出力パワーにするともに、ガスタービン１６の回転数を目標回転数にできる。

第２出力パワー低下制御について、ガスタービン１６の作動点を用いて説明する。図７は、ガスタービン１６の作動点の移動を示すグラフである。図７のグラフの横軸は、ガスタービン１６の回転数を示す。図７のグラフの縦軸は、ガスタービン１６の出力パワーを示す。図７における矢印は、ガスタービン１６の作動点の移動方向を示す。

出力パワー低下制御開始時において、ガスタービン１６の出力パワーはＰ６［Ｗ］であり、ガスタービン１６の回転数はＮ１［ｒｐｍ］である。この場合のガスタービン１６の作動点は点Ｑ１に位置する。目標出力パワーはＰ２［Ｗ］であり、目標出力パワーに対する目標回転数はＮ３［ｒｐｍ］である。この場合のガスタービン１６の作動点は点Ｑ４に位置する。

目標出力パワーＰ２［Ｗ］と、出力パワー低下制御開始時におけるガスタービン１６の回転数Ｎ１［ｒｐｍ］とにより定められる仮想作動点は、点Ｑ５に位置する。仮想作動点Ｑ５は、仮想作動点が失火ラインよりも下方に位置する。そのため、第２出力パワー低下制御が実施される。

第２出力パワー低下制御では、まず、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を維持した状態で、燃料噴射量設定部４６は燃料噴射量を低下させる。その後、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を低下させる。これにより、ガスタービン１６の出力パワーが低下するとともに、ガスタービン１６が減速する。これにより、ガスタービン１６の作動点は、点Ｑ１から点Ｑ４に移動する。

［出力パワー低下制御の所要時間について］
前述のように、第１出力パワー低下制御は、仮想作動点が失火ラインよりも上方に位置する場合に行われ、仮想作動点が失火ラインよりも下方に位置する場合には行われない。その理由は、仮想作動点が失火ラインよりも下方に位置する場合、第２出力パワー低下制御の所要時間よりも第１出力パワー低下制御の所要時間が長くなるためである。

以下、仮想作動点が失火ラインよりも下方に位置する場合における第１出力パワー低下制御について説明する。

図８は、ガスタービン１６の作動点の移動を示すグラフである。図８のグラフの横軸は、ガスタービン１６の回転数を示す。図８のグラフの縦軸は、ガスタービン１６の出力パワーを示す。図８における矢印は、ガスタービン１６の作動点の移動方向を示す。

出力パワー低下制御開始時において、ガスタービン１６の出力パワーはＰ６［Ｗ］であり、ガスタービン１６の回転数はＮ１［ｒｐｍ］である。この場合のガスタービン１６の作動点は点Ｑ１に位置する。目標出力パワーはＰ２［Ｗ］であり、目標出力パワーに対する目標回転数はＮ３［ｒｐｍ］である。この場合のガスタービン１６の作動点は点Ｑ４に位置する。

目標出力パワーＰ２［Ｗ］と、出力パワー低下制御開始時におけるガスタービン１６の回転数Ｎ１［ｒｐｍ］とにより定まるガスタービン１６の仮想作動点は点Ｑ５に位置する。この仮想作動点Ｑ５は、失火ラインよりも下方に位置する。

第１出力パワー低下制御では、まず、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を低下させるとともに、燃料噴射量設定部４６は燃料噴射量を低下させる。これにより、ガスタービン１６の出力パワーが低下する。この場合、ガスタービン１６の回転要素のイナーシャにより、ガスタービン１６の回転数はほとんど変化しない。この結果、ガスタービン１６の作動点は点Ｑ１から点Ｑ６の位置に移動する。作動点Ｑ６は、失火ラインよりも上方に位置する。

ガスタービン１６の作動点が点Ｑ６に移動した後、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を維持した状態で、燃料噴射量設定部４６はさらに燃料噴射量を減少させる。燃料噴射量が減少すると一時的にガスタービン１６の出力パワーが減少し、ガスタービン１６は減速する。しかし、ガスタービン１６が減速することにより、ガスタービン１６の作動点が、ＳＦＣベストラインに近づくため、ガスタービン１６の出力パワーが回復する。そのため、ガスタービン１６の出力パワーは略維持された状態で、ガスタービン１６の作動点は、点Ｑ６から点Ｑ７に向かって移動する。

ガスタービン１６の作動点が点Ｑ７に移動した後、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を低下させるとともに、燃料噴射量設定部４６は燃料噴射量を低下させる。これにより、ガスタービン１６の作動点は点Ｑ７から点Ｑ８の位置に移動する。作動点Ｑ８は、失火ラインよりも上方に位置する。

ガスタービン１６の作動点が点Ｑ８に移動した後、要求発電電力設定部４７は要求発電電力を維持した状態で、燃料噴射量設定部４６はさらに燃料噴射量を減少させる。燃料噴射量が減少すると一時的にガスタービン１６の出力パワーが減少し、ガスタービン１６は減速する。しかし、ガスタービン１６が減速することにより、ガスタービン１６の作動点が、ＳＦＣベストラインに近づくため、ガスタービン１６の出力パワーが回復する。そのため、ガスタービン１６の出力パワーは略維持された状態で、ガスタービン１６の作動点は、点Ｑ８から点Ｑ４に向かって移動する。

仮想作動点が失火ラインよりも下方に位置する場合、第１出力パワー低下制御が行われる方が、第２出力パワー低下制御が行われるよりも、ガスタービン１６の出力パワーを目標出力パワーまで低下させるために時間を要する。そのため、発電機１８において、電動機３６で消費される以上の電力が発電され、余剰電力が過大になる問題がある。

図９は、ガスタービン１６の出力パワーを目標出力パワーまで低下させるために要する時間（所要時間）を比較する表である。図９は、第１出力パワー低下制御の所要時間、及び、第２出力パワー低下制御の所要時間を示す。図９の条件の欄の「満たす」は、仮想作動点が失火ラインよりも上方に位置する条件を満たすことを示す。図９の条件の欄の「満たさない」は、仮想作動点が失火ラインよりも上方に位置する条件を満たさないことを示す。

図９に示すように、仮想作動点が失火ラインよりも上方に位置する条件を満たす場合は、第１出力パワー低下制御の所要時間は、第２出力パワー低下制御の所要時間よりも短い。一方、仮想作動点が失火ラインよりも上方に位置する条件を満たさない場合は、第１出力パワー低下制御の所要時間は、第２出力パワー低下制御の所要時間よりも長い。

［出力パワー低下制御の処理について］
図１０は、出力パワー低下制御の処理を示すフローチャートである。出力パワー低下制御は、ガスタービン１６が起動されてから停止されるまでの間、ハイブリッドコントローラ４０において実行される。

ステップＳ１において、ハイブリッドコントローラ４０は、パワーユニットシステム１０を起動させる。その後、ステップＳ２へ移行する。

ステップＳ２において、ハイブリッドコントローラ４０は、パワーユニットシステム１０が正常であるか否かを判定する。パワーユニットシステム１０が正常である場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）には、ステップＳ３へ移行する。パワーユニットシステム１０に異常が発生している場合（ステップＳ２：ＮＯ）には、ステップＳ１５へ移行する。

ステップＳ３において、ハイブリッドコントローラ４０は、出力パワー低下要求があるか否かを判定する。出力パワー低下要求がある場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）には、ステップＳ４へ移行する。出力パワー低下要求がない場合（ステップＳ３：ＮＯ）には、ステップＳ２へ戻る。ガスタービン１６の出力パワーよりも目標出力パワーが低い場合、ハイブリッドコントローラ４０は、出力パワー低下要求があると判定する。

ステップＳ４において、条件判定部４９は、ガスタービン１６の作動点が狭可動領域に位置するか否かを判定する。ガスタービン１６の作動点が狭可動領域に位置する場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０へ移行する。ガスタービン１６の作動点が狭可動領域に位置しない場合（ステップＳ４：ＮＯ）には、ステップＳ５へ移行する。

ステップＳ５において、条件判定部４９は、ガスタービン１６の仮想作動点が失火ラインよりも上方に位置するか否かを判定する。仮想作動点が失火ラインよりも上方に位置する場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）には、ステップＳ６へ移行する。仮想作動点が失火ラインよりも下方に位置する場合（ステップＳ５：ＮＯ）には、ステップＳ１０へ移行する。

なお、仮想作動点が失火ライン上に位置する場合に、ステップＳ６へ移行するようにしてもよい。また、仮想作動点が失火ライン上に位置する場合に、ステップＳ１０へ移行するようにしてもよい。

以下のステップＳ６～ステップＳ９では、第１出力パワー低下制御が行われる。ステップＳ６において、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の出力パワーを低下させる。その後、ステップＳ７へ移行する。

ステップＳ７において、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の出力パワーが目標出力パワーとなったか否かを判定する。ガスタービン１６出力パワーが目標出力パワーとなった場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）には、ステップＳ８へ移行する。ガスタービン１６の出力パワーが目標出力パワーとなっていない場合（ステップＳ７：ＮＯ）には、ステップＳ６へ戻る。

ステップＳ８において、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の回転数を減速させる。その後、ステップＳ９へ移行する。

ステップＳ９において、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の回転数が目標回転数となったか否かを判定する。ガスタービン１６の回転数が目標回転数となった場合（ステップＳ９：ＹＥＳ）には、ステップＳ１４へ移行する。ガスタービン１６の回転数が目標回転となっていない場合（ステップＳ９：ＮＯ）には、ステップＳ８へ戻る。

以下のステップＳ１０～ステップＳ１３では、第２出力パワー低下制御が行われる。ステップＳ１０において、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の回転数を減速させる。その後、ステップＳ１１へ移行する。

ステップＳ１１において、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の回転数が目標回転数となったか否かを判定する。ガスタービン１６の回転数が目標回転数となった場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）には、ステップＳ１２へ移行する。ガスタービン１６の回転数が目標回転となっていない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）には、ステップＳ１０へ戻る。

ステップＳ１２において、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の出力パワーを低下させる。その後、ステップＳ１３へ移行する。

ステップＳ１３において、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の出力パワーが目標出力パワーとなったか否かを判定する。ガスタービン１６の出力パワーが目標出力パワーとなった場合（ステップＳ１３：ＹＥＳ）には、ステップＳ１４へ移行する。ガスタービン１６の出力パワーが目標出力パワーとなっていない場合（ステップＳ１３：ＮＯ）には、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１４において、ハイブリッドコントローラ４０は、ガスタービン１６の停止要求があるか否かを判定する。ガスタービン１６の停止要求がある場合（ステップＳ１４：ＹＥＳ）には、ステップＳ１５へ移行する。ガスタービン１６の停止要求がない場合（ステップＳ１４：ＮＯ）には、ステップＳ２へ戻る。

ステップＳ１５において、ハイブリッドコントローラ４０は、パワーユニットシステム１０を停止させる。その後、出力パワー低下制御を終了する。

［作用効果］
目標出力パワーに対して、ガスタービン１６の出力パワーが大きい場合、発電機１８において、電動機３６で消費される以上の電力が発電され、余剰電力が発生する。余剰電力は、バッテリ２２に充電される。しかし、余剰電力が過大になると、バッテリ２２の過充電が生じるおそれがある。バッテリ２２の容量を大きくすることで、バッテリ２２の過充電を抑制できるが、バッテリ２２が大型化する問題がある。

そこで、本実施形態では、ガスタービン１６の出力パワーを低下させる場合において、仮想作動点が失火ラインよりも上方に位置する場合、ハイブリッドコントローラ４０は第１出力パワー低下制御を行う。一方、仮想作動点が失火ラインよりも下方に位置する場合、ハイブリッドコントローラ４０は第２出力パワー低下制御を行う。これにより、ガスタービン１６の出力パワーを目標出力パワーまで低下させる所要時間を短縮できる。そのため、余剰電力の電力量を抑制できる。その結果、バッテリ２２の過充電を抑制できる。また、バッテリ２２を小型化できる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を取り得る。

〔実施形態から得られる発明〕
上記実施形態から把握しうる発明について、以下に記載する。

圧縮機（２４）及び前記圧縮機と一体に回転するタービン（２８）を有するガスタービン（１６）と、前記ガスタービンにより駆動される発電機（１８）と、前記発電機により発電された電力を蓄電するバッテリ（２２）と、を備えるパワーユニットシステム（１０）の制御装置（４０）であって、当該制御装置は、前記発電機に対する要求発電電力を設定する要求発電電力設定部（４７）と、前記ガスタービンの燃焼室（２６）への燃料の噴射量を制御する燃料噴射量設定部（４６）と、前記ガスタービンの目標出力パワーに対する前記ガスタービンの目標回転数を設定する目標回転数設定部（４８）と、前記ガスタービンの回転数と前記目標出力パワーとの関係が所定の条件を満たすか否かを判定する条件判定部（４９）と、を備え、前記ガスタービンの出力パワーを低下させる場合であって、前記ガスタービンの回転数と前記目標出力パワーとの関係が前記所定の条件を満たす場合、前記要求発電電力設定部が前記要求発電電力を低下させるととともに、前記燃料噴射量設定部が前記噴射量を減少させることにより、前記ガスタービンの出力パワーを前記目標出力パワーまで低下させ、その後、前記要求発電電力設定部が前記要求発電電力を維持するとともに、前記燃料噴射量設定部が前記噴射量を減少させることにより、前記ガスタービンの回転数を前記目標回転数まで減速させ、前記ガスタービンの出力パワーを低下させる場合であって、前記ガスタービンの回転数と前記目標出力パワーとの関係が前記所定の条件を満たさない場合、前記要求発電電力設定部が前記要求発電電力を維持するとともに、前記燃料噴射量設定部が前記噴射量を減少させることにより、前記ガスタービンの回転数を前記目標回転数まで減速させ、その後、前記要求発電電力設定部が前記要求発電電力を低下させるとともに、前記燃料噴射量設定部が前記噴射量を減少させることにより、前記ガスタービンの出力パワーを前記目標出力パワーまで低下させる。これにより、バッテリの過充電を抑制できる。また、バッテリを小型化できる。

上記のパワーユニットシステムの制御装置において、前記所定の条件の少なくとも１つは、前記目標出力パワーと、前記ガスタービンの出力パワーを低下させる前における前記ガスタービンの回転数とにより定まる仮想作動点が、あらかじめ決められた前記ガスタービンの回転数と出力パワーとの関係を示す失火ラインよりも上方に位置することであってもよい。これにより、バッテリの過充電を抑制できる。また、バッテリを小型化できる。

１０…パワーユニットシステム １６…ガスタービン
１８…発電機 ２２…バッテリ
２４…圧縮機 ２８…タービン
４０…ハイブリッドコントローラ（制御装置）
４６…燃料噴射量設定部 ４７…要求発電電力設定部
４８…目標回転数設定部 ４９…条件判定部

Claims (1)

1. 圧縮機及び前記圧縮機と一体に回転するタービンを有するガスタービンと、
   前記ガスタービンにより駆動される発電機と、
   前記発電機により発電された電力を蓄電するバッテリと、
   を備えるパワーユニットシステムの制御装置であって、
   前記発電機に対する要求発電電力を設定する要求発電電力設定部と、
   前記ガスタービンの燃焼室への燃料の噴射量を制御する燃料噴射量設定部と、
   前記ガスタービンの目標出力パワーに対する前記ガスタービンの目標回転数を設定する目標回転数設定部と、
   前記ガスタービンの回転数と前記目標出力パワーとの関係が所定の条件を満たすか否かを判定する条件判定部と、
   を備え、
   前記所定の条件は、前記目標出力パワーと、前記ガスタービンの出力パワーを低下させる前における前記ガスタービンの回転数とにより定まる仮想作動点が、あらかじめ決められた前記ガスタービンの回転数と出力パワーとの関係を示す失火ラインよりも上方に位置することであり、
   前記ガスタービンの出力パワーを低下させる場合であって、前記ガスタービンの回転数と前記目標出力パワーとの関係が前記所定の条件を満たす場合、
   前記要求発電電力設定部が前記要求発電電力を低下させるとともに、前記燃料噴射量設定部が前記噴射量を減少させることにより、前記ガスタービンの出力パワーを前記目標出力パワーまで低下させつつ、前記ガスタービンの回転数を前記ガスタービンの出力パワーを低下させる前の回転数に維持するステップと、
   前記要求発電電力設定部が前記要求発電電力を維持するとともに、前記燃料噴射量設定部が前記噴射量を減少させることにより、前記ガスタービンの出力パワーを前記目標出力パワーに維持した状態で、前記ガスタービンの回転数を前記目標回転数まで減速させるステップと、
   を行う第１出力低下制御を実行し、
   前記ガスタービンの出力パワーを低下させる場合であって、前記ガスタービンの回転数と前記目標出力パワーとの関係が前記所定の条件を満たさない場合、
   前記要求発電電力設定部が前記要求発電電力を維持するとともに、前記燃料噴射量設定部が前記噴射量を減少させることにより、前記ガスタービンの出力パワーを低下させるとともに、前記ガスタービンの回転数を前記目標回転数まで減速させるステップと、
   前記要求発電電力設定部が前記要求発電電力を低下させるとともに、前記燃料噴射量設定部が前記噴射量を減少させることによって、前記ガスタービンの出力パワーを前記目標出力パワーまで低下させるとともに、前記ガスタービンの回転数を前記目標回転数に維持するステップと、
   を行う第２出力低下制御を実行する、パワーユニットシステムの制御装置。