KR102104217B1 - 2축 가스 터빈 발전 설비, 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
2축 가스 터빈 설비는, 2축 가스 터빈(10)과, 2축 가스 터빈(10)의 압축기(11)에 연결되어 있는 유도 모터(22)와, 2차 전지(23)와, 외부 계통(1)과 유도 모터(22)의 사이의 전력의 송수전을 제어하는 제 1 주파수 변환기(24)와, 2차 전지(23)와 외부 계통(1)의 사이의 전력의 충방전을 제어하는 제 2 주파수 변환기(25)를 구비한다. 제어 장치(50)의 제 1 제어부(55)는, 요구 출력 변화율이 최대 출력 변화율보다 큰 경우, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해 유도 모터(22)와 외부 계통(1)의 사이에서 송수전시킨다. 제 2 제어부(56)는, 유도 모터(22)가 송수전하는 전력이 최대 허용 전력이 되어 있는 경우, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 2차 전지(23)에 충방전시킨다.
Description
본 발명은, 2축 가스 터빈과, 2축 가스 터빈의 구동으로 발전하는 발전기를 구비하는 2축 가스 터빈 발전 설비, 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
본원은, 2016년 7월 22일에, 일본에 출원된 특허 출원 2016-144230호에 근거하여 우선권을 주장하고, 이 내용을 여기에 원용한다.
2축 가스 터빈 발전 설비로서는, 예컨대, 이하의 특허문헌 1에 기재되어 있는 설비가 있다. 이 2축 가스 터빈 발전 설비는, 2축 가스 터빈과, 발전기와, 기동 모터와, 2차 전지와, 기동 모터와 외부 계통의 사이에서의 전력의 송수전을 제어하는 제 1 주파수 변환기와, 2차 전지와 외부 계통의 사이에서의 전력의 충방전을 제어하는 제 2 주파수 변환기를 구비한다.
2축 가스 터빈은, 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기와, 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 연소 가스로 구동하는 고압 터빈과, 고압 터빈으로부터 배기된 배기 가스로 구동하는 저압 터빈을 구비한다. 고압 터빈의 로터와 압축기 로터와 기동 모터의 로터는, 서로 기계적으로 연결되어 있다. 또한, 저압 터빈의 로터와 발전기의 로터는, 서로 기계적으로 연결되어 있다. 단, 고압 터빈의 로터와 저압 터빈의 로터는, 기계적으로 연결되어 있지 않다.
2축 가스 터빈 발전 설비에 대한 요구 출력이 급격하게 증가한 경우, 연소기에 공급하는 연료의 유량을 증가시켜, 발전기의 출력을 높이더라도, 요구 출력의 급증에 대하여 발전기 출력이 추종할 수 없는 경우가 있다. 그래서, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 기동 모터를 일시적으로 발전기로서 이용하고, 기동 모터로 발전된 전력으로, 요구 출력에 대한 발전기 출력의 부족분을 기동 모터로부터의 출력으로 보충하는 것을 제안하고 있다.
기동 모터의 출력 에너지는, 고압 터빈 로터 및 압축기 로터의 회전 관성 에너지이다. 이 때문에, 기동 모터로부터 출력을 낼 수 있는 시간은, 몇 초 정도의 시간으로, 매우 단시간이다. 따라서, 2축 가스 터빈 발전 설비에 대한 요구 출력이 급격하게 증가한 경우, 상술한 회전 관성 에너지에 근거하는 출력만으로는, 요구 출력에 대한 발전기 출력의 부족분을 기동 모터로부터의 출력으로 보충하지 못하는 경우가 있다. 그래서, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 또한, 이 경우에, 2차 전지로부터 외부 계통에 전력을 방전하는 것도 제안하고 있다.
2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 요구 출력 변화에 대한 2축 가스 터빈 발전 설비의 출력의 추종성을 높이는 것이 요구된다. 또한, 상기 특허문헌 1에 기재된 2축 가스 터빈 발전 설비와 같이, 발전기 출력을 보완하기 위해 2차 전지를 이용하는 경우에는, 이 2차 전지의 충방전 횟수를 줄여, 2차 전지의 성능 저하를 억제하는 것에 의해, 수명 연장을 도모하는 것이 요구된다.
그래서, 본 발명은, 요구 출력 변화에 대한 2축 가스 터빈 발전 설비의 출력의 추종성을 높임과 아울러, 2차 전지의 성능 저하를 억제하는 것에 의해, 2차 전지의 수명 연장을 도모할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명과 관련되는 일 태양으로서의 2축 가스 터빈 발전 설비는, 압축기 로터를 갖고, 상기 압축기 로터의 회전으로 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 연료 조절 밸브와, 상기 압축기 로터와 기계적으로 연결되어 있는 고압 터빈 로터를 갖고, 상기 연소 가스로 상기 고압 터빈 로터가 회전하는 고압 터빈과, 상기 고압 터빈 로터에 연결되어 있지 않은 저압 터빈 로터를 갖고, 상기 고압 터빈으로부터 배기된 상기 연소 가스로 상기 저압 터빈 로터가 회전하는 저압 터빈과, 상기 저압 터빈 로터의 회전으로 발전하고, 교류 전력이 흐르는 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 발전기와, 상기 압축기 로터와 기계적으로 연결되어 있음과 아울러, 상기 발전기와 병렬로 상기 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 유도 모터와, 전기적 접속 관계로 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에 마련되어, 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서의 전력의 송수전을 제어함과 아울러, 상기 유도 모터로부터의 전력을 외부 계통 측으로 송전시킬 때에는, 상기 유도 모터로부터의 전력의 주파수를 상기 외부 계통의 주파수로 변환하고, 상기 외부 계통 측으로부터의 전력을 수전하여 상기 유도 모터에 공급시킬 때에는, 상기 외부 계통으로부터의 전력의 주파수를 상기 유도 모터의 주파수로 변환하는 제 1 주파수 변환기와, 상기 발전기 및 상기 유도 모터와 병렬로 상기 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 2차 전지와, 전기적 접속 관계로 상기 2차 전지와 상기 외부 계통의 사이에 마련되어, 상기 2차 전지의 충방전을 제어함과 아울러, 상기 2차 전지로부터의 직류 전력을 상기 외부 계통에 방전시킬 때에는, 상기 2차 전지로부터의 직류 전력을 상기 외부 계통의 주파수에 맞는 교류 전력으로 변환하고, 상기 외부 계통으로부터의 교류 전력을 상기 2차 전지에 충전시킬 때에는, 상기 외부 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제 2 주파수 변환기와, 상기 연료 조절 밸브, 상기 제 1 주파수 변환기 및 제 2 주파수 변환기를 제어하는 제어 장치를 구비한다. 상기 제어 장치는, 요구 출력을 외부로부터 접수하는 접수부와, 상기 요구 출력의 단위 시간당 변화량인 요구 출력 변화율의 절대치가 발전기 출력의 단위 시간당 최대 변화량인 최대 출력 변화율의 절대치보다 큰지 여부를 판단하는 제 1 판단부와, 상기 제 1 판단부에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단된 후, 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있는지 여부를 판단하는 제 2 판단부와, 상기 요구 출력의 변화에 따라, 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고, 상기 제 1 판단부에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되면, 상기 발전기의 출력이 상기 최대 출력 변화율로 변화하도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하는 연료 제어부와, 상기 제 1 판단부에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서 송수전시키는 제 1 제어부와, 상기 제 2 판단부에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단되면, 상기 유도 모터에 송전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지로부터 방전시키고, 상기 유도 모터에 수전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키는 제 2 제어부를 갖는다. 상기 미리 정하여진 조건은, 상기 유도 모터가 송수전하는 전력이 상기 유도 모터에 대하여 정하여져 있는 최대 허용 전력이 되어 있는 것, 또는 상기 압축기 로터의 회전수가 상기 압축기의 허용 회전수 범위보다 좁은 전환 회전수 범위 내의 한계가 되어 있는 것이다.
해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 요구 출력 변화율의 절대치가 최대 출력 변화율의 절대치보다 큰 경우, 발전기 출력이 최대 출력 변화율로 변화하도록 연료 조절 밸브의 개방도가 제어된다. 또한, 제 1 주파수 변환기에 의해, 유도 모터와 외부 계통의 사이에서 송수전이 개시된다. 이 때문에, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 요구 출력 변화에 대한 발전기 출력 변화의 부족분의 적어도 일부를 유도 모터와 외부 계통의 사이에서의 송수전으로 보충할 수 있다.
또한, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 요구 출력 변화율의 절대치가 최대 출력 변화율의 절대치보다 큰 경우, 유도 모터가 송수전하는 전력이 최대 허용 전력이 되거나, 또는 압축기 로터의 회전수가 전환 회전수 범위 내의 한계가 되고 나서, 2차 전지에 충방전시킨다. 즉, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 요구 출력 변화율의 절대치가 최대 출력 변화율의 절대치보다 커지더라도, 즉시 2차 전지는 충방전되지 않는다. 따라서, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 2차 전지의 충방전 횟수를 적게 할 수 있고, 2차 전지의 성능 저하를 억제할 수 있다.
또한, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 요구 출력 변화율의 절대치가 최대 출력 변화율의 절대치보다 큰 경우, 유도 모터에 송수전시키고 있을 때에, 유도 모터가 송수전하는 전력이 최대 허용 전력이 되거나, 또는 압축기 로터의 회전수가 전환 회전수 범위 내의 한계가 되면, 2차 전지에 충방전시킨다. 즉, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 유도 모터의 송수전 중에 2차 전지에 충방전시킨다. 바꾸어 말하면, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 유도 모터의 송수전의 시간대와 2차 전지의 충방전의 시간대가 부분적으로 겹쳐진다. 따라서, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 유도 모터의 송수전과 2차 전지의 충방전에 의한, 외부 계통에 대한 송수전의 연속성이 확보된다. 이 때문에, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 요구 출력 변화율의 절대치가 최대 출력 변화율의 절대치보다 큰 경우에도, 요구 출력 변화에 대한 2축 가스 터빈 발전 설비의 출력의 추종성을 높일 수 있다.
여기서, 상기 2축 가스 터빈 발전 설비에 있어서, 상기 제 1 제어부는, 상기 제 1 판단부에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되고 나서 상기 제 2 판단부에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단될 때까지의 사이에, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터에 대한 송수전량을 증가시키고, 상기 제 2 판단부에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터에 대한 송수전량을 감소시키더라도 좋다.
해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 제 1 판단부에 의해 요구 출력 변화율의 절대치가 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되고 나서 제 2 판단부에 의해 조건을 만족시키고 있다고 판단될 때까지의 사이에, 유도 모터에 대한 송수전량이 증가하므로, 이 사이에 있어서의 요구 출력 변화에 대한 2축 가스 터빈 발전 설비의 출력의 추종성을 높일 수 있다.
또한, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 제 2 판단부에 의해 조건을 만족시키고 있다고 판단되면, 유도 모터에 대한 송수전량이 감소한다. 제 2 판단부에 의해 조건을 만족시켰다고 판단되면, 2차 전지에 의한 충방전이 개시되므로, 유도 모터에 대한 송수전량이 감소하더라도, 요구 출력 변화에 대한 2축 가스 터빈 발전 설비의 출력의 추종성은 저하하지 않는다.
유도 모터가 송수전하는 전력의 에너지원은, 압축기 로터 및 고압 터빈 로터의 회전 관성 에너지이다. 이 때문에, 유도 모터로부터 외부 계통에 송전하면, 압축기 로터 및 고압 터빈 로터의 회전수는 저하하고, 이들 로터에 대하여 정하여져 있는 허용 하한 회전수에 가까워진다. 한편, 제 1 주파수 변환기가 외부 계통의 전력을 수전하고, 수전한 전력을 유도 모터에 공급하면, 압축기 로터 및 고압 터빈 로터의 회전수는 상승하고, 이들 로터에 대하여 정하여져 있는 허용 상한 회전수에 가까워진다. 또, 허용 회전수 범위는, 허용 하한 회전수 및 허용 상한 회전수로 정하여진다.
해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 이상에서 설명한 바와 같이, 제 2 판단부에 의해 조건을 만족시켰다고 판단되면, 유도 모터에 대한 송수전량이 감소한다. 이 때문에, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 압축기 로터 및 고압 터빈 로터의 회전수가 허용 회전수 범위 내의 한계에 가까워지는 속도를 늦게 할 수 있다.
또한, 이상의 어느 하나의 상기 2축 가스 터빈 발전 설비에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 압축기 로터의 회전수가 상기 허용 회전수 범위 내의 한계에 이르고 있는지 여부를 판단하는 제 3 판단부를 갖고, 상기 제 1 제어부는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 유도 모터에 송수전을 개시시키고 나서, 상기 제 3 판단부에 의해 상기 압축기 로터의 회전수가 상기 허용 회전수 범위 내의 한계에 이르고 있다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 유도 모터에 대한 송수전을 정지시키더라도 좋다.
유도 모터에 송수전시키면, 상술한 바와 같이, 압축기 로터 및 고압 터빈 로터의 회전수는 허용 회전수 범위 내의 한계에 가까워진다. 해당 가스 터빈 발전기에서는, 압축기 로터의 회전수가 허용 회전수 범위 내의 한계에 이르면, 유도 모터에 대한 송수전이 정지하기 때문에, 회전수의 변화가 진정된다.
또한, 이상의 어느 하나의 상기 2축 가스 터빈 발전 설비에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 유도 모터에 대한 송수전이 개시된 후, 상기 압축기의 회전수가 상기 유도 모터에 송수전이 개시되기 직전의 회전수로 돌아와 있는지 여부를 판단하는 제 4 판단부와, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 유도 모터에 대한 송수전이 개시된 후, 상기 제 4 판단부에 의해 상기 압축기의 회전수가 상기 유도 모터에 송수전이 개시되기 직전의 회전수로 돌아와 있다고 판단되기 전에, 상기 접수부가 새로운 요구 출력을 접수하고, 상기 제 1 판단부에 의해 상기 새로운 요구 출력의 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단된 후, 이전의 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부(正負)와 상기 새로운 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부가 반대인지 여부를 판단하는 제 5 판단부를 갖고, 상기 제 5 판단부에 의해 상기 이전의 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부와 상기 새로운 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부가 동일하다고 판단된 경우, 상기 연료 제어부는, 상기 발전기의 출력이 상기 새로운 요구 출력에 따라 상기 최대 출력 변화율로 변화하도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고, 상기 제 1 제어부는, 상기 이전의 요구 출력에 따라 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서 송수전시키고 있는 경우에는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 이전의 요구 출력에 따른 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서의 송수전을 계속시키거나, 또는 상기 송수전을 정지시키고, 상기 제 2 제어부는, 상기 이전의 요구 출력에 따라 상기 2차 전지에 충방전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 이전의 요구 출력에 따른 상기 2차 전지의 충방전을 계속시키거나, 또는 상기 충방전을 정지시키더라도 좋다.
이전의 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부와 새로운 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부가 동일한 경우, 이전의 요구 출력에 대한 처리에 의해 압축기의 회전수가 원래의 회전수로 돌아와 있지 않은 단계에서, 이전의 요구 출력에 대한 처리와 마찬가지의 처리를 실행하면, 매우 단시간에 압축기의 회전수가 허용 회전수 범위의 한계가 될 뿐만 아니라, 2차 전지의 충전율이 기준 충전율로부터 보다 멀어진다. 이 때문에, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 이전의 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부와 새로운 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부가 동일한 경우, 이전의 요구 출력에 대한 처리에 의해 압축기의 회전수가 원래의 회전수로 돌아와 있지 않은 단계에서, 이전의 요구 출력과 마찬가지의 처리를 실행하지 않는다.
상기 제 5 판단부를 갖는 상기 2축 가스 터빈 발전 설비에 있어서, 상기 제 5 판단부에 의해 상기 이전의 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부와 상기 새로운 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부가 반대라고 판단된 경우, 상기 연료 제어부는, 상기 발전기의 출력이 상기 새로운 요구 출력에 따라 상기 최대 출력 변화율로 변화하도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고, 상기 제 1 제어부는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 새로운 요구 출력에 따라 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서 송수전을 개시시키고, 상기 제 2 제어부는, 상기 제 2 판단부에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단되면, 상기 유도 모터에 송전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전시키고, 상기 유도 모터에 수전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키더라도 좋다.
이전의 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부와 새로운 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부가 반대인 경우, 이전의 요구 출력에 대한 처리에 의해 압축기의 회전수가 원래의 회전수로 돌아와 있지 않은 단계에서, 이전의 요구 출력에 대한 반대의 처리를 실행하면, 이 반대의 처리는, 압축기의 회전수가 원래의 회전수로 복귀하는 방향으로 작용할 뿐만 아니라, 2차 전지의 충전율이 기준 충전율에 가까워지는 방향으로 작용한다. 이 때문에, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 이전의 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부와 새로운 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부가 반대인 경우, 이전의 요구 출력에 대한 처리에 의해 압축기의 회전수가 원래의 회전수로 돌아와 있지 않은 단계라도, 이전의 요구 출력에 대한 반대의 처리를 실행한다.
이상의 어느 하나의 상기 2축 가스 터빈 발전 설비에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 2차 전지의 충전율을 추정하는 충전율 추정부와, 상기 충전율 추정부에 의해 추정된 상기 2차 전지의 충전율이 기준 충전율보다 낮은 설정 저충전율 미만인지, 및, 상기 기준 충전율보다 높은 설정 고충전율보다 높은지를 판단하는 제 6 판단부를 갖고, 상기 제 2 제어부는, 상기 제 6 판단부에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율 미만이라고 판단되고, 또한 상기 제 1 판단부에 의해 부의 상기 요구 출력 변화율이 부의 상기 최대 출력 변화율보다 크다고 판단되면, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키고, 상기 제 6 판단부에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 고충전율보다 높다고 판단되고, 또한 상기 제 1 판단부에 의해 정의 상기 요구 출력 변화율이 정의 상기 최대 출력 변화율보다 작다고 판단되면, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전시키더라도 좋다.
해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 2차 전지의 충전율이 설정 저충전율 미만인 경우에, 제 1 판단부에 의해 부의 요구 출력 변화율이 부의 최대 출력 변화율보다 크다고 판단되면, 다시 말해 요구 출력은 감소를 나타내지만, 그 변화가 완만한 경우에, 제 2 주파수 변환기에 의해 2차 전지에 충전시킨다. 또한, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 2차 전지의 충전율이 설정 고충전율보다 높은 경우에, 제 1 판단부에 의해 정의 상기 요구 출력 변화율이 정의 상기 최대 출력 변화율보다 작다고 판단되면, 다시 말해 요구 출력은 증가를 나타내지만, 그 변화가 완만한 경우에, 제 2 주파수 변환기에 의해 2차 전지에 방전시킨다.
즉, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 2차 전지의 충전율이 낮고, 또한, 요구 출력이 완만하게 감소하는 경우에는, 제 2 주파수 변환기에 의해 2차 전지에 충전시킨다. 또한, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 2차 전지의 충전율이 높고, 또한, 요구 출력이 완만하게 증가하는 경우, 제 2 주파수 변환기에 의해 2차 전지에 방전시킨다. 따라서, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 2차 전지의 충전율이 기준 충전율로부터 멀어져 있더라도, 설비 자신에 무리한 동작을 시키는 일 없이, 2차 전지의 충전율을 기준 충전율에 가깝게 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명과 관련되는 다른 태양으로서의 2축 가스 터빈 발전 설비는, 압축기 로터를 갖고, 상기 압축기 로터의 회전으로 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 연료 조절 밸브와, 상기 압축기 로터와 기계적으로 연결되어 있는 고압 터빈 로터를 갖고, 상기 연소 가스로 상기 고압 터빈 로터가 회전하는 고압 터빈과, 상기 고압 터빈 로터에 연결되어 있지 않은 저압 터빈 로터를 갖고, 상기 고압 터빈으로부터 배기된 상기 연소 가스로 상기 저압 터빈 로터가 회전하는 저압 터빈과, 상기 저압 터빈 로터의 회전으로 발전하고, 교류 전력이 흐르는 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 발전기와, 상기 압축기 로터와 기계적으로 연결되어 있음과 아울러, 상기 발전기와 병렬로 상기 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 유도 모터와, 전기적 접속 관계로 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에 마련되어, 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서의 전력의 송수전을 제어함과 아울러, 상기 유도 모터로부터의 전력을 외부 계통 측으로 송전시킬 때에는, 상기 유도 모터로부터의 전력의 주파수를 상기 외부 계통의 주파수로 변환하고, 상기 외부 계통 측으로부터의 전력을 수전하여 상기 유도 모터에 공급시킬 때에는, 상기 외부 계통으로부터의 전력의 주파수를 상기 유도 모터의 주파수로 변환하는 제 1 주파수 변환기와, 상기 발전기 및 상기 유도 모터와 병렬로 상기 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 2차 전지와, 전기적 접속 관계로 상기 2차 전지와 상기 외부 계통의 사이에 마련되어, 상기 2차 전지의 충방전을 제어함과 아울러, 상기 2차 전지로부터의 직류 전력을 상기 외부 계통에 방전시킬 때에는, 상기 2차 전지로부터의 직류 전력을 상기 외부 계통의 주파수에 맞는 교류 전력으로 변환하고, 상기 외부 계통으로부터의 교류 전력을 상기 2차 전지에 충전시킬 때에는, 상기 외부 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제 2 주파수 변환기와, 상기 연료 조절 밸브, 상기 제 1 주파수 변환기 및 제 2 주파수 변환기를 제어하는 제어 장치를 구비한다. 상기 제어 장치는, 요구 출력을 외부로부터 접수하는 접수부와, 상기 요구 출력의 단위 시간당 변화량인 요구 출력 변화율의 절대치가 발전기 출력의 단위 시간당 최대 변화량인 최대 출력 변화율의 절대치보다 큰지 여부를 판단하는 제 1 판단부와, 상기 요구 출력의 변화에 따라, 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고, 상기 제 1 판단부에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되면, 상기 발전기의 출력이 상기 최대 출력 변화율로 변화하도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하는 연료 제어부와, 상기 제 1 판단부에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서 송수전시키는 제 1 제어부와, 상기 제 1 판단부에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되는 것을 적어도 조건으로 하고, 상기 조건이 만족되면, 상기 유도 모터에 송전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지로부터 방전시키고, 상기 유도 모터에 수전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키는 제 2 제어부와, 상기 2차 전지의 충전율을 추정하는 충전율 추정부와, 상기 충전율 추정부에 의해 추정된 상기 2차 전지의 충전율이 기준 충전율보다 낮은 설정 저충전율 미만인지, 및, 상기 기준 충전율보다 높은 설정 고충전율보다 높은지를 판단하는 제 6 판단부를 갖는다. 상기 제 2 제어부는, 상기 제 6 판단부에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율 미만이라고 판단되고, 또한 상기 제 1 판단부에 의해 부의 상기 요구 출력 변화율이 부의 상기 최대 출력 변화율보다 크다고 판단되면, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키고, 상기 제 6 판단부에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 고충전율보다 높다고 판단되고, 또한 상기 제 1 판단부에 의해 정의 상기 요구 출력 변화율이 정의 상기 최대 출력 변화율보다 작다고 판단되면, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전시킨다.
해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 2차 전지의 충전율이 낮고, 또한, 요구 출력이 완만하게 감소하는 경우에는, 제 2 주파수 변환기에 의해 2차 전지에 충전시킨다. 또한, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 2차 전지의 충전율이 높고, 또한, 요구 출력이 완만하게 증가하는 경우, 제 2 주파수 변환기에 의해 2차 전지에 방전시킨다. 따라서, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 2차 전지의 충전율이 기준 충전율로부터 멀어져 있더라도, 설비 자신에 무리한 동작을 시키는 일 없이, 2차 전지의 충전율을 기준 충전율에 가깝게 할 수 있다.
상기 충전율 추정부를 갖는 상기 2축 가스 터빈 발전 설비에 있어서, 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 온도를 검지하는 온도계를 구비하고, 상기 제어 장치는, 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 설계 온도보다 높은 제 1 온도보다, 상기 온도계로 검지된 온도가 높은지, 및, 상기 설계 온도보다 낮은 제 2 온도보다, 상기 온도계로 검지된 온도가 낮은지를 판단하는 제 7 판단부를 갖고, 상기 제 6 판단부는, 상기 충전율 추정부에 의해 추정된 상기 2차 전지의 충전율이 상기 기준 충전율 미만인지, 및, 상기 기준 충전율보다 높은지를 판단하고, 상기 제 6 판단부에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 기준 충전율 미만이라고 판단되고, 또한 상기 제 7 판단부에 의해 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 온도가 상기 제 2 온도 미만이라고 판단되면, 상기 제 1 제어부는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 압축기의 회전수가 상기 허용 회전수 범위 밖이 되지 않도록, 상기 유도 모터로부터의 전력을 상기 외부 계통에 송전하고, 상기 제 2 제어부는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키고, 상기 제 6 판단부에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 기준 충전율보다 높다고 판단되고, 또한 상기 제 7 판단부에 의해 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 온도가 상기 제 1 온도보다 높다고 판단되면, 상기 제 1 제어부는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 압축기의 회전수가 상기 허용 회전수 범위 밖이 되지 않도록, 상기 외부 계통으로부터의 전력을 상기 유도 모터에 공급하고, 상기 제 2 제어부는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전시키더라도 좋다.
압축기가 빨아들이는 공기의 온도가 높은 경우, 가스 터빈 내를 흐르는 공기의 질량 유량이 적어지기 때문에, 가스 터빈 출력, 다시 말해 발전기 출력이 낮아진다. 반대로, 압축기가 빨아들이는 공기의 온도가 낮은 경우, 가스 터빈 내를 흐르는 공기의 질량 유량이 많아지기 때문에, 가스 터빈 출력, 다시 말해 발전기 출력이 높아진다.
그래서, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 압축기가 빨아들이는 공기의 온도가 높은 경우, 2차 전지의 전력을 방전시키고, 이 전력을 이용하여 유도 모터를 구동하고, 이 유도 모터에 의해 압축기의 구동을 어시스트시킨다. 따라서, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 이 경우, 발전기 출력의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 압축기가 빨아들이는 공기의 온도가 낮고 또한 발전 출력의 최대치가 제한되어 있는 경우, 압축기로 유도 모터를 구동시키고, 다시 말해 유도 모터에 의해 압축기의 구동을 부측(負側)으로 어시스트시키고, 유도 모터로부터의 전력을 외부 계통에 송전하고, 2차 전지에 전력을 충전시킨다. 따라서, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 이 경우, 발전기 출력의 상승을 억제할 수 있다.
상기 온도계를 구비하는 상기 2축 가스 터빈 발전 설비에 있어서, 상기 접수부는, 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 온도의 예보를 접수하고, 상기 제어 장치는, 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가, 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 설계 온도보다 높은 제 1 온도보다 높은지, 및 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가, 상기 설계 온도보다 낮은 제 2 온도보다 낮은지를 판단하는 제 8 판단부와, 상기 제 8 판단부에 의해 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가 상기 제 1 온도보다 높다고 판단되면, 상기 기준 충전율을 높게 하고, 상기 제 8 판단부에 의해 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가 상기 제 2 온도보다 낮다고 판단되면, 상기 기준 충전율을 낮게 하는 기준 변경부를 갖더라도 좋다.
해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 압축기가 빨아들이는 공기의 온도가 높고, 2차 전지를 방전시켜, 압축기의 구동을 유도 모터에 의해 어시스트시키는 경우, 미리 2차 전지의 충전율을 높여 둘 수 있다. 또한, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 압축기가 빨아들이는 공기의 온도가 낮고, 2차 전지에 충전시켜, 압축기의 구동을 유도 모터에 의해 부측으로 어시스트시키는 경우, 미리 2차 전지의 충전율을 낮게 하여 둘 수 있다.
상기 충전율 추정부를 갖는, 이상의 어느 하나의 상기 2축 가스 터빈 발전 설비에 있어서, 상기 제 6 판단부는, 상기 충전율 추정부에 의해 추정된 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율보다 높은지, 및, 상기 설정 고충전율보다 낮은지를 판단하고, 상기 제어 장치는, 상기 요구 출력이 상기 발전기에 관한 정격 출력보다 낮은 설정 저출력보다 낮아지는지, 및, 상기 요구 출력이 상기 정격 출력보다 낮고 또한 상기 설정 저출력보다 높은 설정 고출력보다 높아지는지를 판단하는 제 9 판단부를 갖고, 상기 제 9 판단부에 의해 상기 요구 출력이 상기 설정 저출력보다 낮아진다고 판단되고, 상기 제 6 판단부에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 고충전율보다 낮다고 판단되고, 또한, 상기 제 1 판단부에 의해 부의 상기 요구 출력 변화율이 부의 상기 최대 출력 변화율보다 크다고 판단되면, 상기 제 2 제어부는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키고, 상기 연료 제어부는, 상기 발전기의 출력이 상기 요구 출력과 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전되는 전력을 가산한 값이 되도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고, 상기 제 9 판단부에 의해 상기 요구 출력이 상기 설정 저출력보다 높아진다고 판단되고, 상기 제 6 판단부에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율보다 높다고 판단되고, 또한, 상기 제 1 판단부에 의해 정의 상기 요구 출력 변화율이 정의 상기 최대 출력 변화율보다 작다고 판단되면, 상기 제 2 제어부는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지로부터 방전시키고, 상기 연료 제어부는, 상기 발전기의 출력이 상기 요구 출력으로부터 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전되는 전력을 감산한 값이 되도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하더라도 좋다.
해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 요구 출력이 설정 저출력보다 낮아지는 경우에도, 연소기에 공급하는 연료 유량의 저하를 억제할 수 있고, 연료 계통, 및 연소 가스가 흐르는 계통 등을 안정적으로 운전할 수 있다. 또한, 해당 2축 가스 터빈 발전 설비에서는, 요구 출력이 설정 고출력보다 높아지는 경우에도, 연소기에 공급하는 연료 유량의 증가를 억제할 수 있고, 연료 계통, 및 연소 가스가 흐르는 계통 등을 안정적으로 운전할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명과 관련되는 일 태양으로서의 2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법은, 압축기 로터를 갖고, 상기 압축기 로터의 회전으로 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 연료 조절 밸브와, 상기 압축기 로터와 기계적으로 연결되어 있는 고압 터빈 로터를 갖고, 상기 연소 가스로 상기 고압 터빈 로터가 회전하는 고압 터빈과, 상기 고압 터빈 로터에 연결되어 있지 않은 저압 터빈 로터를 갖고, 상기 고압 터빈으로부터 배기된 상기 연소 가스로 상기 저압 터빈 로터가 회전하는 저압 터빈과, 상기 저압 터빈 로터의 회전으로 발전하고, 교류 전력이 흐르는 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 발전기와, 상기 압축기 로터와 기계적으로 연결되어 있음과 아울러, 상기 발전기와 병렬로 상기 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 유도 모터와, 전기적 접속 관계로 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에 마련되어, 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서의 전력의 송수전을 제어함과 아울러, 상기 유도 모터로부터의 전력을 외부 계통 측으로 송전시킬 때에는, 상기 유도 모터로부터의 전력의 주파수를 상기 외부 계통의 주파수로 변환하고, 상기 외부 계통 측으로부터의 전력을 수전하여 상기 유도 모터에 공급시킬 때에는, 상기 외부 계통으로부터의 전력의 주파수를 상기 유도 모터의 주파수로 변환하는 제 1 주파수 변환기와, 상기 발전기 및 상기 유도 모터와 병렬로 상기 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 2차 전지와, 전기적 접속 관계로 상기 2차 전지와 상기 외부 계통의 사이에 마련되어, 상기 2차 전지의 충방전을 제어함과 아울러, 상기 2차 전지로부터의 직류 전력을 상기 외부 계통에 방전시킬 때에는, 상기 2차 전지로부터의 직류 전력을 상기 외부 계통의 주파수에 맞는 교류 전력으로 변환하고, 상기 외부 계통으로부터의 교류 전력을 상기 2차 전지에 충전시킬 때에는, 상기 외부 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제 2 주파수 변환기를 구비하는 2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법에 관한 것이다.
해당 제어 방법은, 요구 출력을 외부로부터 접수하는 접수 공정과, 상기 요구 출력의 단위 시간당 변화량인 요구 출력 변화율의 절대치가 발전기 출력의 단위 시간당 최대 변화량인 최대 출력 변화율의 절대치보다 큰지 여부를 판단하는 제 1 판단 공정과, 상기 제 1 판단 공정에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단된 후, 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있는지 여부를 판단하는 제 2 판단 공정과, 상기 요구 출력의 변화에 따라, 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고, 상기 제 1 판단 공정에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되면, 상기 발전기의 출력이 상기 최대 출력 변화율로 변화하도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하는 연료 제어 공정과, 상기 제 1 판단 공정에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서 송수전을 개시시키는 제 1 제어 공정과, 상기 제 2 판단 공정에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단되면, 상기 유도 모터에 송전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지로부터 방전시키고, 상기 유도 모터에 수전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키는 제 2 제어 공정을 실행한다. 상기 미리 정하여진 조건은, 상기 유도 모터가 송수전하는 전력이 상기 유도 모터에 대하여 정하여져 있는 최대 허용 전력이 되어 있는 것, 또는 상기 압축기 로터의 회전수가 상기 압축기 로터의 허용 회전수 범위보다 좁은 전환 회전수 범위 내의 한계가 되어 있는 것이다.
여기서, 상기 2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법에 있어서, 상기 제 1 제어 공정에서는, 상기 제 1 판단 공정에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되고 나서 상기 제 2 판단 공정에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단될 때까지의 사이에, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터에 대한 송수전량을 증가시키고, 상기 제 2 판단 공정에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터에 대한 송수전량을 감소시키더라도 좋다.
또한, 이상의 어느 하나의 상기 2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법에 있어서, 상기 압축기 로터의 회전수가 상기 허용 회전수 범위 내의 한계에 이르고 있는지 여부를 판단하는 제 3 판단 공정을 실행하고, 상기 제 1 제어 공정에서는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 유도 모터에 송수전을 개시시키고 나서, 상기 제 3 판단 공정에 의해 상기 압축기 로터의 회전수가 상기 허용 회전수 범위 내의 한계에 이르고 있다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 유도 모터에 대한 송수전을 정지시키더라도 좋다.
이상의 어느 하나의 상기 2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법에 있어서, 상기 2차 전지의 충전율을 추정하는 충전율 추정 공정과, 상기 충전율 추정 공정에 의해 추정된 상기 2차 전지의 충전율이 기준 충전율보다 낮은 설정 저충전율 미만인지, 및, 상기 기준 충전율보다 높은 설정 고충전율보다 높은지를 판단하는 제 6 판단 공정을 실행하고, 상기 제 2 제어 공정에서는, 상기 제 6 판단 공정에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율 미만이라고 판단되고, 또한 상기 제 1 판단 공정에 의해 부의 상기 요구 출력 변화율이 부의 상기 최대 출력 변화율보다 크다고 판단되면, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키고, 상기 제 6 판단 공정에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 고충전율보다 높다고 판단되고, 또한 상기 제 1 판단 공정에 의해 정의 상기 요구 출력 변화율이 정의 상기 최대 출력 변화율보다 작다고 판단되면, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전시키더라도 좋다.
상기 목적을 달성하기 위한 발명과 관련되는 다른 태양으로서의 2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법은, 압축기 로터를 갖고, 상기 압축기 로터의 회전으로 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기와, 상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와, 상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 연료 조절 밸브와, 상기 압축기 로터와 기계적으로 연결되어 있는 고압 터빈 로터를 갖고, 상기 연소 가스로 상기 고압 터빈 로터가 회전하는 고압 터빈과, 상기 고압 터빈 로터에 연결되어 있지 않은 저압 터빈 로터를 갖고, 상기 고압 터빈으로부터 배기된 상기 연소 가스로 상기 저압 터빈 로터가 회전하는 저압 터빈과, 상기 저압 터빈 로터의 회전으로 발전하고, 교류 전력이 흐르는 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 발전기와, 상기 압축기 로터와 기계적으로 연결되어 있음과 아울러, 상기 발전기와 병렬로 상기 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 유도 모터와, 전기적 접속 관계로 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에 마련되어, 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서의 전력의 송수전을 제어함과 아울러, 상기 유도 모터로부터의 전력을 외부 계통 측으로 송전시킬 때에는, 상기 유도 모터로부터의 전력의 주파수를 상기 외부 계통의 주파수로 변환하고, 상기 외부 계통 측으로부터의 전력을 수전하여 상기 유도 모터에 공급시킬 때에는, 상기 외부 계통으로부터의 전력의 주파수를 상기 유도 모터의 주파수로 변환하는 제 1 주파수 변환기와, 상기 발전기 및 상기 유도 모터와 병렬로 상기 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 2차 전지와, 전기적 접속 관계로 상기 2차 전지와 상기 외부 계통의 사이에 마련되어, 상기 2차 전지의 충방전을 제어함과 아울러, 상기 2차 전지로부터의 직류 전력을 상기 외부 계통에 방전시킬 때에는, 상기 2차 전지로부터의 직류 전력을 상기 외부 계통의 주파수에 맞는 교류 전력으로 변환하고, 상기 외부 계통으로부터의 교류 전력을 상기 2차 전지에 충전시킬 때에는, 상기 외부 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제 2 주파수 변환기를 구비하는 2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법에 관한 것이다.
해당 제어 방법은, 요구 출력을 외부로부터 접수하는 접수 공정과, 상기 요구 출력의 단위 시간당 변화량인 요구 출력 변화율의 절대치가 발전기 출력의 단위 시간당 최대 변화량인 최대 출력 변화율의 절대치보다 큰지 여부를 판단하는 제 1 판단 공정과, 상기 요구 출력의 변화에 따라, 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고, 상기 제 1 판단 공정에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되면, 상기 발전기의 출력이 상기 최대 출력 변화율로 변화하도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하는 연료 제어 공정과, 상기 제 1 판단 공정에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서 송수전을 개시시키는 제 1 제어 공정과, 상기 제 1 판단 공정에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되는 것을 적어도 조건으로 하고, 상기 조건이 만족되면, 상기 유도 모터에 송전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지로부터 방전시키고, 상기 유도 모터에 수전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키는 제 2 제어 공정과, 상기 2차 전지의 충전율을 추정하는 충전율 추정 공정과, 상기 충전율 추정 공정에 의해 추정된 상기 2차 전지의 충전율이 기준 충전율보다 낮은 설정 저충전율 미만인지, 및, 상기 기준 충전율보다 높은 설정 고충전율보다 높은지를 판단하는 제 6 판단 공정을 실행한다. 상기 제 2 제어 공정에서는, 상기 제 6 판단 공정에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율 미만이라고 판단되고, 또한 상기 제 1 판단 공정에 의해 부의 상기 요구 출력 변화율이 부의 상기 최대 출력 변화율보다 크다고 판단되면, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키고, 상기 제 6 판단 공정에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 고충전율보다 높다고 판단되고, 또한 상기 제 1 판단 공정에 의해 정의 상기 요구 출력 변화율이 정의 상기 최대 출력 변화율보다 작다고 판단되면, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전시킨다.
또한, 상기 충전율 추정 공정을 실행하는 상기 2축 가스 터빈 발전 설비에 있어서, 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 온도를 검지하는 온도 검지 공정과, 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 설계 온도보다 높은 제 1 온도보다, 상기 온도 검지 공정에서 검지된 온도가 높은지, 및, 상기 설계 온도보다 낮은 제 2 온도보다, 상기 온도 검지 공정에서 검지된 온도가 낮은지를 판단하는 제 7 판단 공정을 실행하고, 상기 제 6 판단 공정에서는, 상기 충전율 추정 공정에 의해 추정된 상기 2차 전지의 충전율이 상기 기준 충전율 미만인지, 및, 상기 기준 충전율보다 높은지를 판단하고, 상기 제 6 판단 공정에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 기준 충전율 미만이라고 판단되고, 또한 상기 제 7 판단 공정에 의해 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 온도가 상기 제 2 온도 미만이라고 판단되면, 상기 제 1 제어 공정에서는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 압축기의 회전수가 상기 허용 회전수 범위 밖이 되지 않도록, 상기 유도 모터로부터의 전력을 상기 외부 계통에 송전하고, 상기 제 2 제어 공정에서는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키고, 상기 제 6 판단 공정에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 기준 충전율보다 높다고 판단되고, 또한 제 7 판단 공정에 의해 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 온도가 상기 제 1 온도보다 높다고 판단되면, 상기 제 1 제어 공정에서는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 압축기의 회전수가 상기 허용 회전수 범위 밖이 되지 않도록, 상기 외부 계통으로부터의 전력을 상기 유도 모터에 공급하고, 상기 제 2 제어 공정은, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전시키더라도 좋다.
상기 충전율 추정 공정을 실행하는 상기 2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법에 있어서, 상기 접수 공정에서는, 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 온도의 예보를 접수하고, 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가, 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 설계 온도보다 높은 제 1 온도보다 높은지, 및 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가, 상기 설계 온도보다 낮은 제 2 온도보다 낮은지를 판단하는 제 8 판단 공정과, 상기 제 8 판단 공정에 의해 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가 상기 제 1 온도보다 높다고 판단되면, 상기 기준 충전율을 높게 하고, 상기 제 8 판단 공정에 의해 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가 상기 제 2 온도보다 낮다고 판단되면, 상기 기준 충전율을 낮게 하는 기준 변경 공정을 실행하더라도 좋다.
상기 충전율 추정 공정을 실행하는, 이상의 어느 하나의 상기 2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법에 있어서, 상기 제 6 판단 공정에서는, 상기 충전율 추정 공정에 의해 추정된 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율보다 높은지, 및, 상기 설정 고충전율보다 낮은지를 판단하고, 상기 요구 출력이 상기 발전기에 관한 정격 출력보다 낮은 설정 저출력보다 낮아지는지, 및, 상기 요구 출력이 상기 정격 출력보다 낮고 또한 상기 설정 저출력보다 높은 설정 고출력보다 높아지는지를 판단하는 제 9 판단 공정을 실행하고, 상기 제 9 판단 공정에 의해 상기 요구 출력이 상기 설정 저출력보다 낮아진다고 판단되고, 상기 제 6 판단 공정에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 고충전율보다 낮다고 판단되고, 또한, 상기 제 1 판단 공정에 의해 부의 상기 요구 출력 변화율이 부의 상기 최대 출력 변화율보다 크다고 판단되면, 상기 제 2 제어 공정에서는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키고, 상기 연료 제어 공정에서는, 상기 발전기의 출력이 상기 요구 출력과 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전되는 전력을 가산한 값이 되도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고, 상기 제 9 판단 공정에 의해 상기 요구 출력이 상기 설정 저출력보다 높아진다고 판단되고, 상기 제 6 판단 공정에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율보다 높다고 판단되고, 또한, 상기 제 1 판단 공정에 의해 정의 상기 요구 출력 변화율이 정의 상기 최대 출력 변화율보다 작다고 판단되면, 상기 제 2 제어 공정에서는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지로부터 방전시키고, 상기 연료 제어 공정에서는, 상기 발전기의 출력이 상기 요구 출력으로부터 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전되는 전력을 감산한 값이 되도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하더라도 좋다.
본 발명의 일 태양에 의하면, 요구 출력 변화에 대한 2축 가스 터빈 발전 설비의 출력의 추종성을 높일 수 있음과 아울러, 2차 전지의 성능 저하를 억제하는 것에 의해 2차 전지의 수명 연장을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 2축 가스 터빈 발전 설비의 계통도이다.
도 2는 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 1)이다.
도 4는 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 2)이다.
도 5는 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 3)이다.
도 6은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 4)이다.
도 7은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 5)이다.
도 8은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 6)이다.
도 9는 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 7)이다.
도 10은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의, 급격하게 증가하는 요구 출력을 접수하였을 때의 출력 변화, 및 압축기의 회전수의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 11은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의, 급격하게 감소하는 요구 출력을 접수하였을 때의 출력 변화, 및 압축기의 회전수의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 2는 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 기능 블록도이다.
도 3은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 1)이다.
도 4는 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 2)이다.
도 5는 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 3)이다.
도 6은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 4)이다.
도 7은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 5)이다.
도 8은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 6)이다.
도 9는 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의 제어 장치의 동작을 나타내는 플로차트(그 7)이다.
도 10은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의, 급격하게 증가하는 요구 출력을 접수하였을 때의 출력 변화, 및 압축기의 회전수의 변화를 나타내는 설명도이다.
도 11은 본 발명과 관련되는 일 실시 형태에 있어서의, 급격하게 감소하는 요구 출력을 접수하였을 때의 출력 변화, 및 압축기의 회전수의 변화를 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명과 관련되는 2축 가스 터빈 발전 설비의 일 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 형태의 2축 가스 터빈 발전 설비는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 2축 가스 터빈(10)과, 발전기(21)와, 유도 모터(22)와, 2차 전지(23)와, 유도 모터(22)와 외부 계통(1)의 사이에서의 전력의 송수전을 제어하는 제 1 주파수 변환기(24)와, 2차 전지(23)의 충방전을 제어하는 제 2 주파수 변환기(25)와, 제어 장치(50)를 구비한다.
2축 가스 터빈(10)은, 공기 A를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기(11)와, 압축 공기 중에서 연료 F를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기(12)와, 연소기(12)에 공급하는 연료 F의 유량을 조절하는 연료 조절 밸브(15)와, 연소기(12)로부터의 연소 가스로 구동하는 고압 터빈(13)과, 고압 터빈(13)으로부터 배기된 연소 가스로 구동하는 저압 터빈(14)을 구비한다.
압축기(11)는, 제 1 축선 A1을 중심으로 하여 회전하는 압축기 로터(11r)와, 이 압축기 로터(11r)를 덮는 압축기 케이싱(11c)을 갖는다. 고압 터빈(13)은, 제 1 축선 A1을 중심으로 하여 회전하는 고압 터빈 로터(13r)와, 이 고압 터빈 로터(13r)를 덮는 고압 터빈 케이싱(13c)을 갖는다. 압축기 로터(11r) 및 고압 터빈 로터(13r)는, 모두, 제 1 축선 A1 상에 위치하고, 서로 연결되어 제 1 로터(17)를 구성한다. 저압 터빈(14)은, 제 2 축선 A2를 중심으로 하여 회전하는 저압 터빈 로터(14r)와, 저압 터빈 로터(14r)를 덮는 저압 터빈 케이싱(14c)을 갖는다. 연소기(12)는, 연료 공급원과 연료 라인(16)으로 접속되어 있다. 이 연료 라인(16)에는, 연료 조절 밸브(15)가 마련되어 있다.
유도 모터(22)는, 제 1 축선 A1을 중심으로 하여 회전하는 모터 로터(22r)와, 모터 로터(22r)를 덮는 모터 케이싱(22c)을 갖는다. 모터 로터(22r)는, 제 1 로터(17)에 기계적으로 직결되어 있다. 또, 모터 로터(22r)는, 제 1 로터(17)와 기계적으로 연결되어 있으면 되고, 예컨대, 감속기를 거쳐서, 제 1 로터(17)와 기계적으로 연결되더라도 좋다.
발전기(21)는, 제 2 축선 A2를 중심으로 하여 회전하는 발전기 로터(21r)와, 발전기 로터(21r)를 덮는 발전기 케이싱(21c)을 갖는다. 이 발전기(21)는, 동기 발전기이다. 발전기 로터(21r) 및 저압 터빈 로터(14r)는, 모두, 제 2 축선 A2 상에 위치하고, 서로 연결되어 제 2 로터(18)를 구성한다. 이 제 2 로터(18)는, 제 1 로터(17)에 연결되어 있지 않다. 이 때문에, 제 2 로터(18)는, 제 1 로터(17)의 회전과는 독립하여 회전하는 것이 가능하다.
발전기(21)는, 주 전력 경로(31)에 의해 외부 계통(1)과 전기적으로 접속되어 있다. 이 주 전력 경로(31)에는, 변압기(32) 및 차단기(33)가 마련되어 있다. 유도 모터(22)는, 발전기(21)와 병렬로, 부 전력 경로(34)에 의해 외부 계통(1)과 전기적으로 접속되어 있다. 부 전력 경로(34)는, 주 전력 경로(31) 중의 발전기(21)와 변압기(32)의 사이의 위치에 접속되어 있다. 이 부 전력 경로(34)에는, 제 1 주파수 변환기(24), 변압기(35) 및 차단기(36)가 마련되어 있다. 이들 변압기(35) 및 차단기(36)는, 제 1 주파수 변환기(24)보다 주 전력 경로 측에 마련되어 있다. 2차 전지(23)에는, 제 2 주파수 변환기(25)가 전기적으로 접속되어 있다. 제 2 주파수 변환기(25)는, 발전기(21) 및 유도 모터(22)와 병렬로, 충방전 경로(37)에 의해 외부 계통(1)과 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 이 2차 전지(23)는, 발전기(21) 및 유도 모터(22)와 병렬로, 외부 계통(1)과 전기적으로 접속되어 있다. 이 충방전 경로(37)도, 부 전력 경로(34)와 마찬가지로, 주 전력 경로(31) 중의 발전기(21)와 변압기(32)의 사이의 위치에 접속되어 있다. 이 충방전 경로(37)에는, 변압기(38) 및 차단기(39)가 마련되어 있다.
제 1 주파수 변환기(24)는, 유도 모터(22)로부터의 전력을 외부 계통(1) 측으로 송전시킬 때, 유도 모터(22)의 주파수를 외부 계통(1)의 주파수로 변환한다. 또한, 이 제 1 주파수 변환기(24)는, 외부 계통(1) 측으로부터의 전력을 수전하여 유도 모터(22)에 공급시킬 때, 외부 계통(1)의 주파수를 유도 모터(22)의 주파수로 변환한다.
제 2 주파수 변환기(25)는, 2차 전지(23)로부터의 직류 전력을 외부 계통(1) 측으로 방전시킬 때, 2차 전지(23)로부터의 직류 전력을 외부 계통(1)의 주파수에 맞는 교류 전력으로 변환한다. 또한, 이 제 2 주파수 변환기(25)는, 외부 계통(1) 측으로부터의 교류 전력을 2차 전지(23)에 충전시킬 때에는, 외부 계통(1)의 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다.
본 실시 형태의 2축 가스 터빈 발전 설비는, 또한, 유도 모터(22)의 회전수를 검지하는 회전수계(41)와, 압축기(11)가 빨아들이는 공기 A의 온도 T를 검지하는 온도계(42)와, 2차 전지(23)와 제 2 주파수 변환기(25)의 사이에 흐르는 전류 I를 검지하는 전류계(43)를 구비한다. 유도 모터(22)의 모터 로터(22r)와 압축기 로터(11r)는, 상술한 바와 같이 기계적으로 연결되어 있다. 이 때문에, 회전수계(41)는, 유도 모터(22) 및 압축기(11)의 회전수를 검지한다.
제어 장치(50)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 각종 계기로부터의 출력이나 외부로부터의 각종 정보 등을 접수하는 접수부(51)와, 각종 판단을 행하는 판단부(52)와, 2차 전지(23)의 충전율 SOC(State Of Charge)를 추정하는 충전율 추정부(53)와, 연료 조절 밸브(15)의 개방도를 제어하는 연료 제어부(54)와, 제 1 주파수 변환기(24)를 제어하는 제 1 제어부(55)와, 제 2 주파수 변환기(25)를 제어하는 제 2 제어부(56)와, 2차 전지(23)의 기준 충전율 SOCb 등이 기억되어 있는 기억부(57)와, 2차 전지(23)의 기준 충전율 SOCb를 변경하는 기준 변경부(58)를 갖는다.
접수부(51)는, 2축 가스 터빈 발전 설비에 대한 요구 출력 DP와, 압축기(11)가 빨아들이는 공기 A의 온도의 예보, 다시 말해 기온 예보를 접수한다. 접수부(51)는, 회전수계(41)로 검지된 회전수 R과, 전류계(43)로 검지된 전류치 I와, 온도계(42)로 검지된 온도 T를 접수한다. 접수부(51)는, 또한, 외부 계통(1)에 대하여 유도 모터(22)가 송수전하는 전력량 MP를 제 1 주파수 변환기(24)로부터 접수함과 아울러, 외부 계통(1)에 대하여 2차 전지(23)가 충방전하는 전력량 BP를 제 2 주파수 변환기(25)로부터 접수한다.
충전율 추정부(53)는, 전류계(43)로 검지된 전류치 I에 근거하여, 2차 전지(23)의 충전율 SOC를 추정한다. 구체적으로, 충전율 추정부(53)는, 우선, 2차 전지(23)로부터 충방전되는 전류치의 적산량을 순차적으로 적산한다. 그리고, 2차 전지(23)의 만충전량으로부터 이 적산량을 감산하고, 이 값을 만충전량으로 나누어, 충전율 SOC를 구한다. 또, 2차 전지(23)의 충전율 SOC를 추정하는 방법으로서는, 각종 방법이 있지만, 이들 중 어느 방법을 이용하더라도 좋다. 예컨대, 2차 전지(23)가 충방전하고 있지 않을 때의 2차 전지(23)의 단자간 전압을 측정하고, 이 단자간 전압에 근거하여, 충전율 SOC를 추정하더라도 좋다.
기억부(57)에는, 상술한 바와 같이, 2차 전지(23)의 기준 충전율 SOCb 등이 기억되어 있다. 기준 충전율 SOCb는, 2차 전지(23)에, 예컨대, 이 2차 전지(23)에 관한 만충전량의 0.6배의 전력량을 충전했을 때의 충전율 SOC이다. 기준 변경부(58)는, 이 기억부(57)에 기억되어 있는 기준 충전율 SOCb를 변경한다.
제어 장치(50)는, 컴퓨터로 구성된다. 접수부(51) 및 각 제어부(54, 55, 56)는, 컴퓨터의 입출력 인터페이스와, 각종 연산을 행하는 CPU와, CPU가 실행하는 프로그램이 저장되어 있는 메모리 등으로 구성된다. 판단부(52), 충전율 추정부(53) 및 기준 변경부(58)는, 컴퓨터의 CPU 및 메모리 등으로 구성된다. 또한, 기억부(57)는, 컴퓨터의 메모리 등으로 구성된다.
다음으로, 도 1 및 도 2를 이용하여, 이상에서 설명한 2축 가스 터빈 발전 설비의 기본적인 동작에 대하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 2축 가스 터빈(10)의 압축기(11)는, 공기 A를 압축하고, 압축한 공기 A를 연소기(12)에 공급한다. 연소기(12)에는, 압축된 공기 A 외에, 연료 F도 공급된다. 연소기(12) 내에서는, 압축된 공기 A 중에서 연료 F가 연소하여, 고온 고압의 연소 가스가 생성된다. 이 연소 가스는, 연소기(12)로부터 고압 터빈 케이싱(13c) 내에 보내어져, 고압 터빈 로터(13r)를 회전시킨다. 이 고압 터빈(13)에서 발생한 회전 구동력은, 압축기 로터(11r)의 회전에 이용된다. 고압 터빈 로터(13r)를 회전시킨 연소 가스는, 고압 터빈 케이싱(13c)으로부터 배기되어, 저압 터빈 케이싱(14c) 내에 유입된다. 이 연소 가스는, 저압 터빈 로터(14r)를 회전시킨다. 이 저압 터빈 로터(14r)의 회전으로, 이 저압 터빈 로터(14r)와 연결되어 있는 발전기 로터(21r)도 회전한다. 이 결과, 발전기(21)는 발전한다. 발전기(21)로부터의 전력은, 주 전력 경로(31)를 거쳐, 외부 계통(1)에 보내어진다.
2축 가스 터빈(10)의 기동 시에는, 유도 모터(22)를 구동시켜, 2축 가스 터빈(10)의 제 1 로터(17)를 회전시킨다. 이때, 제 1 주파수 변환기(24)가 외부 계통(1)으로부터 전력을 수전하고, 이 전력을 유도 모터(22)에 보낸다. 제 1 주파수 변환기(24)는, 유도 모터(22)에 보내는 전력의 주파수를 서서히 올린다. 이 결과, 제 1 로터(17)의 회전수도 서서히 높아진다. 제 1 로터(17)의 회전수가 소정의 회전수 이상이 되면, 연소기(12)로의 연료 공급이 개시된다. 연소기(12)의 연료 공급량은, 점차 증가된다. 연료 공급량의 증가에 따라, 고압 터빈 로터(13r)의 회전수가 높아지고, 고압 터빈 로터(13r)를 포함하는 제 1 로터(17)가 자립 회전할 수 있게 된다. 이 상태가 되면, 외부 계통(1)으로부터 유도 모터(22)로의 전력 공급이 종료된다.
다음으로, 도 2에 나타내는 기능 블록도, 및 도 3~도 9에 나타내는 플로차트에 따라, 제어 장치(50)의 동작에 대하여 설명한다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(50)의 접수부(51)는, 상시, 전류계(43)로 검지된 전류치 I를 접수한다(S10 : 전류치 접수 공정). 제어 장치(50)의 충전율 추정부(53)는, 2차 전지(23)로부터 충방전되는 전류치 I를 적산한다. 충전율 추정부(53)는, 2차 전지(23)의 만충전량으로부터 전류치의 적산량을 감산하고, 이 값을 만충전량으로 나누어, 충전율 SOC를 구한다(S11 : 충전율 추정 공정).
도 2 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(50)의 연료 제어부(54)는, 제어 장치(50)의 접수부(51)로부터 판단부(52)를 거쳐서, 2축 가스 터빈 발전 설비에 대한 요구 출력 DP를 접수한다(S71 : 요구 출력 접수 공정). 연료 제어부(54)는, 이 요구 출력 DP를 접수한 후, 판단부(52)로부터 연료 유량에 관한 지시를 접수하였는지 여부를 판단한다(S72). 연료 제어부(54)는, 이 요구 출력 DP를 접수한 후, 연료 유량에 관한 지시를 접수하지 않으면, 요구 출력 DP에 따른 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다(S73 : 연료 제어 공정).
2축 가스 터빈(10)의 출력 변화율, 다시 말해 발전기(21)의 출력 변화율에 대하여, 고압 터빈(13) 및 저압 터빈(14)의 보호 등의 관점으로부터 최대 출력 변화율 dGPmax가 정하여져 있다. 또, 여기서의 출력 변화율이란, 출력의 단위 시간당 변화량이다. 이 최대 출력 변화율 dGPmax에는, 출력이 증가할 때의 정의 최대 출력 변화율 dGPmax와, 출력이 저하할 때의 부의 최대 출력 변화율 dGPmax가 있다. 또한, 요구 출력 변화율 dDP에도, 요구 출력 DP가 증가할 때의 정의 요구 출력 변화율 dDP와, 요구 출력 DP가 저하할 때의 부의 요구 출력 변화율 dDP가 있다.
요구 출력 변화율 dDP가 0인 경우, 다시 말해 요구 출력 DP가 변화하지 않는 경우, 연료 제어부(54)는, 발전기 출력 GP가 요구 출력 DP에 맞는 출력이 되도록, 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다. 요구 출력 변화율 dDP의 절대치가 발전기(21)의 최대 출력 변화율 dGPmax의 절대치 이하인 경우, 연료 제어부(54)는, 발전기 출력 GP의 변화율이 요구 출력 변화율 dDP에 맞도록, 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다. 요구 출력 변화율 dDP의 절대치가 발전기(21)의 최대 출력 변화율 dGPmax의 절대치보다 큰 경우, 연료 제어부(54)는, 발전기 출력 GP의 변화율이 발전기 출력 GP의 최대 출력 변화율 dGPmax에 맞도록, 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다. 단, 연료 제어부(54)는, 요구 출력 변화율 dDP의 절대치와 발전기(21)의 최대 출력 변화율 dGPmax의 절대치의 대소 관계를 비교하지 않고, 우선, 발전기 출력 GP가 요구 출력 DP에 맞는 출력이 되도록, 연료 유량을 정한다. 연료 제어부(54)는, 그 후, 이 연료 유량의 변화율에 제한을 걸고, 제한된 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다.
연료 제어부(54)는, S72의 처리에서, 요구 출력 DP를 접수한 후, 판단부(52)로부터 연료 유량에 관한 지시를 접수하였다고 판단하면, 판단부(52)로부터의 지시에 따라, 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다(S74 : 연료 제어 공정). 연료 제어부(54)는, 그 후, 연료 유량에 관한 새로운 지시를 접수하였는지 여부를 판단한다(S75). 연료 제어부(54)는, 판단부(52)로부터 연료 유량에 관한 새로운 지시를 접수하였다고 판단하면, 이 새로운 지시에 따라, 발전기 출력이 요구 출력 DP가 되는 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다(S76 : 연료 제어 공정). 또, 연료 제어부(54)가 판단부(52)로부터 접수하는 지시의 내용에 대해서는, 후술한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(50)의 접수부(51)는, 이 2축 가스 터빈 발전 설비에 대한 요구 출력 DP를 접수한다(S21 : 요구 출력 접수 공정). 또, 이 요구 출력 DP는, 상술한 바와 같이, 이 접수부(51)로부터 판단부(52)를 거쳐서, 연료 제어부(54)에 보내어진다.
제어 장치(50)의 판단부(52)는, 요구 출력 변화율 dDP의 절대치가 발전기(21)의 최대 출력 변화율 dGPmax의 절대치보다 큰지 여부를 판단한다(S22 : 제 1 판단 공정). 판단부(52)는, 요구 출력 변화율 dDP의 절대치가 발전기(21)의 최대 출력 변화율 dGPmax의 절대치보다 크지 않다고, 다시 말해 요구 출력 DP의 변화가 급격하지 않다고 판단하면, 이 요구 출력 변화율 dDP가 0인지 여부를 판단한다(S23). 판단부(52)에 의해 요구 출력 변화율 dDP가 0이라고 판단되면, 도 9를 이용하여 이하에서 설명하는 출력 일정시 처리(S60, S61a~S68a, S61b~S68b)가 실행된다. 또한, 판단부(52)에 의해 요구 출력 변화율 dDP가 0이 아니라고, 다시 말해 요구 출력 DP의 변화가 완만하다고 판단되면, 도 7 및 도 8을 이용하여 이하에서 설명하는 완변 처리(S40a~S46a, S40b~S46b, S47, S50, S51a~S57a, S51b~S57b, S58, S59)가 실행된다.
S22에서, 판단부(52)에 의해, 요구 출력 변화율 dDP의 절대치가 발전기(21)의 최대 출력 변화율 dGPmax의 절대치보다 크다고, 다시 말해 요구 출력 DP의 변화가 급격하다고 판단되면, 접수부(51)는, 회전수계(41)로부터 회전수를 접수한다(S24 : 회전수 접수 공정).
판단부(52)는, 이전의 요구 출력 DP에 대한 급변 처리가 종료되어, 접수부(51)가 접수한 회전수 R이 원래의 회전수로 돌아와 있는지 여부에 대하여 판단한다(S25 : 제 4 판단 공정). 요구 출력 DP에 대한 급변 처리란, 도 6을 이용하여 이하에서 설명하는 급증 처리(S30a~S38a) 및 급감 처리(S30b~S38b)의 처리이다. 또한, 원래의 회전수란, 변화가 급격한 요구 출력 DP를 받은 시점에서의 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수이다. 또한, 접수부(51)가 접수한 회전수 R이 원래의 회전수로 돌아와 있는지 여부는, 접수부(51)가 접수한 회전수 R이 원래의 회전수를 기준으로 하여 압축기(11)의 정격 회전수의 예컨대 ±1% 이내에 들어가 있는지 여부로 판단된다.
판단부(52)는, 접수부(51)가 접수한 회전수 R이 원래의 회전수로 돌아와 있다고 판단하면, 접수부(51)가 새롭게 접수한 요구 출력 DP의 변화율 dDP가 정인지 여부, 다시 말해 새로운 요구 출력 DP가 급증인지 여부를 판단한다(S26). 판단부(52)에 의해 새로운 요구 출력 DP가 급증이라고 판단되면, 도 6에 나타내는 급증 처리(S30a~S38a)가 실행된다. 판단부(52)에 의해, 새로운 요구 출력 DP의 변화율 dDP가 정이 아니라고, 다시 말해 새로운 요구 출력 DP가 급감이라고 판단되면, 도 6에 나타내는 급감 처리(S30b~S38b)가 실행된다.
판단부(52)는, S25에서, 접수부(51)가 접수한 회전수 R이 원래의 회전수로 돌아와 있지 않다고 판단하면, 새로운 요구 출력 DP의 변화율 dDP가 정인지 여부, 다시 말해 새로운 요구 출력 DP가 급증인지 여부를 판단한다(S27). 판단부(52)는, 새로운 요구 출력 DP가 급증이라고 판단하면, 전회의 급변 처리가 급감 처리였는지 여부를 판단한다(S28 : 제 5 판단 공정). 즉, 판단부(52)는, 이전의 요구 출력 DP의 요구 출력 변화율 dDP의 정부와 새로운 요구 출력 DP의 요구 출력 변화율 dDP의 정부가 반대인지 여부를 판단한다. 판단부(52)에 의해 전회의 급변 처리가 급감 처리였다고 판단되면, 새로운 요구 출력 DP에 근거하는 급증 처리(S30a~S38a)가 실행된다. 또한, 판단부(52)에 의해 전회의 급변 처리가 급감 처리가 아니었다고 판단되면, S21의 처리로 돌아간다.
판단부(52)는, S27에서, 새로운 요구 출력 DP의 변화율이 정이 아니라고, 다시 말해 새로운 요구 출력 DP가 급감이라고 판단하면, 전회의 급변 처리가 급증 처리였는지 여부를 판단한다(S29 : 제 5 판단 공정). 즉, 여기서도, 판단부(52)는, 이전의 요구 출력 DP의 요구 출력 변화율 dDP의 정부와 새로운 요구 출력 DP의 요구 출력 변화율 dDP의 정부가 반대인지 여부를 판단한다. 판단부(52)에 의해 전회의 급변 처리가 급증 처리였다고 판단되면, 새로운 요구 출력 DP에 근거하는 급감 처리(S30b~S38b)가 실행된다.
또한, 판단부(52)에 의해 전회의 급변 처리가 급증 처리가 아니었다고 판단되면, S21의 처리로 돌아간다.
다음으로, 도 6에 나타내는 플로차트에 따라, 급변 처리에 대하여 상세하게 설명한다. 이 급변 처리는, 상술한 바와 같이, 급증 처리(S30a~S38a)와 급감 처리(S30b~S38b)가 있다.
급증 처리(S30a~S38a)는, 상술한 바와 같이, 새로운 요구 출력 DP가 급증인 경우에 실행된다. 단, 새로운 요구 출력 DP가 급증인 경우에도, 이전의 요구 출력 DP에 대한 급변 처리에 기인하여, 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수 R이 변동한 후, 이 회전수가 원래의 회전수로 돌아오지 않고, 또한, 이전의 급변 처리가 급증 처리인 경우에는, 급증 처리(S30a~S38a)는 실행되지 않는다.
급증 처리(S30a~S38a)에서는, 다시 말해 새로운 요구 출력 DP가 급증인 경우, 제 1 제어부(55)는, 제 1 주파수 변환기(24)에서, 유도 모터(22)로부터의 전력 MP를 외부 계통(1)에 송전시킨다(S30a : 제 1 제어 공정). 이때, 제 1 제어부(55)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 새로운 요구 출력 DP의 접수 후의 각 시각에 있어서의 발전기 출력 GP와, 동 시각에 있어서의 유도 모터(22)로부터 외부 계통(1)에 송전하는 전력 MP를 가산한 값(=GP+MP)이, 동 시각에 있어서의 요구 출력 DP가 되도록, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해, 유도 모터(22)로부터 외부 계통(1)에 송전하는 전력 MP를 제어시킨다. 이 때문에, 요구 출력 DP가 급증인 경우, 유도 모터(22)로부터 외부 계통(1)에 송전하는 전력 MP는, 당초, 시간 경과에 따라 증가한다.
유도 모터(22)에는, 유도 모터(22)가 송수전하는 전력 MP에 관한 최대 허용치가 정하여져 있다. 다시 말해, 유도 모터(22)에는, 최대 허용 전력 MPmax가 정하여져 있다. 판단부(52)는, 유도 모터(22)에 의한 송전 개시 후, 유도 모터(22)로부터의 전력 MP가 최대 허용 전력 MPmax가 되어 있는지 여부를 판단한다(S31a : 제 2 판단 공정). 또, 유도 모터(22)로부터의 전력 MP의 값은, 제 1 주파수 변환기(24)로부터 제어 장치(50)에 보내어져 온다. 판단부(52)에 의해 유도 모터(22)로부터의 전력 MP가 최대 허용 전력 MPmax가 되어 있지 않다고 판단되면, S30a로 돌아간다.
또한, 판단부(52)에 의해 유도 모터(22)로부터의 전력 MP가 최대 허용 전력 MPmax가 되어 있다고 판단되면, 제 1 제어부(55)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해, 유도 모터(22)로부터 외부 계통(1)에 송전하는 전력 MP를 시간 경과에 따라 서서히 감소시킨다(S32a). 또한, 판단부(52)에 의해 유도 모터(22)로부터의 전력 MP가 최대 허용 전력 MPmax가 되어 있다고 판단되면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해, 2차 전지(23)로부터 외부 계통(1)으로의 방전을 개시시킨다(S33a : 제 2 제어 공정). 이때, 제 2 제어부(56)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 유도 모터(22)로부터의 전력이 최대 허용 전력 MPmax가 된 후의 각 시각에 있어서의 발전기 출력 GP와, 동 시각에 있어서의 유도 모터(22)로부터 외부 계통(1)에 송전하는 전력 MP와, 동 시각에 있어서의 2차 전지(23)로부터 외부 계통(1)에 방전하는 전력 BP를 가산한 값(=GP+MP+BP)이, 동 시각에 있어서의 요구 출력 DP가 되도록, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해, 2차 전지(23)로부터 외부 계통(1)에 방전하는 전력 BP를 제어시킨다.
유도 모터(22)가 송수전하는 전력 MP의 에너지원은, 제 1 로터(17)의 회전 관성 에너지이다. 이 때문에, 유도 모터(22)로부터 외부 계통(1)에 송전하면, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제 1 로터(17)의 회전수(=유도 모터(22) 및 압축기(11)의 회전수)는 저하한다. 한편, 제 1 주파수 변환기(24)가 외부 계통(1)의 전력을 수전하고, 수전한 전력을 유도 모터(22)에 공급하면, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제 1 로터(17)의 회전수는 상승한다. 유도 모터(22)의 송수전 후에 이 송수전을 정지하면, 제 1 로터(17)의 회전수 R은, 송수전이 개시되기 직전의 회전수로 돌아간다.
압축기(11)에는, 압축기(11)를 보호하는 관점으로부터 허용 회전수 범위가 정하여져 있다. 이 허용 회전수 범위는, 허용 상한 회전수 RpH와 허용 하한 회전수 RpL로 정하여져 있다. 허용 상한 회전수는, 압축기(11)의 회전수가 과잉 회전수 Ro(도 11 참조)가 되어, 압축기 로터(11r)나 그 베어링 등의 손상 등을 막기 위해 정하여지는 회전수이다. 또한, 허용 하한 회전수는, 압축기(11)에 서징이 발생하는 서지 회전수 Rs(도 10 참조)보다 높고, 이 서징의 발생을 막기 위한 회전수이다.
유도 모터(22)로부터 외부 계통(1)에 송전하는 전력이 감소하기 시작하면, 접수부(51)가 회전수계(41)로 검지된 제 1 로터(17)의 회전수(=유도 모터(22) 및 압축기(11)의 회전수) R을 접수한다(S34a). 판단부(52)는, 이 회전수 R이 허용 회전수 범위 내의 한계가 되어 있는지, 이 경우, 이 회전수 R이 허용 하한 회전수 RpL이 되어 있는지 여부를 판단한다(S35a : 제 3 판단 공정). 제 1 로터(17)의 회전수 R이 허용 하한 회전수 RpL이 되어 있지 않으면, S34a 및 S35a의 처리를 반복한다. 제 1 로터(17)의 회전수 R이 허용 하한 회전수 RpL이 되어 있으면, 제 1 제어부(55)는, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해 유도 모터(22)의 송전을 정지시킨다(S36a). 이 결과, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제 1 로터(17)의 회전수 저하는 진정된다. 제 1 로터(17)의 회전수는, 그 후, 점차 원래의 회전수로, 다시 말해, 유도 모터(22)의 송전이 개시되기 직전의 회전수(=변화가 급격한 요구 출력 DP를 받은 시점에서의 회전수)로 점차 돌아간다.
유도 모터(22)의 송전이 정지된 후, 판단부(52)는, 발전기 출력 GP가 변화 후의 요구 출력 DP가 되어 있는지 여부를 판단한다(S37a). 판단부(52)는, 발전기 출력 GP가 변화 후의 요구 출력 DP가 될 때까지, 이 판단을 반복한다. 판단부(52)에 의해 발전기 출력 GP가 변화 후의 요구 출력 DP가 되어 있다고 판단되면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 2차 전지(23)의 방전을 정지시킨다(S38a).
이상으로, 급증 처리가 종료된다. 또, 이 급증 처리가 실행될 때, 다시 말해, 요구 출력 DP가 급증이라고 판단되었을 때(S22, S26), 도 4를 이용하여 설명한 바와 같이, 연료 제어부(54)는, 요구 출력 DP에 따른 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다(S73 : 연료 제어 공정). 이 경우, 연료 제어부(54)는, 발전기 출력 GP의 변화율이 발전기 출력 GP의 최대 출력 변화율 dGPmax(정의 값)에 맞도록, 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다.
급감 처리(S30b~S38b)는, 상술한 바와 같이, 새로운 요구 출력 DP가 급감인 경우에 실행된다. 단, 새로운 요구 출력 DP가 급감인 경우에도, 이전의 요구 출력 DP에 대한 급변 처리에 기인하여, 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수 R이 변동한 후, 이들 회전수가 원래의 회전수로 돌아와 있지 않고, 또한, 이전의 급변 처리가 급감 처리인 경우에는, 급감 처리(S30b~S38b)는 실행되지 않는다.
급감 처리(S30b~S38b)에서는, 다시 말해 새로운 요구 출력 DP가 급감인 경우, 제 1 제어부(55)는, 제 1 주파수 변환기(24)에서, 외부 계통(1)으로부터 수전한 전력 MP를 유도 모터(22)에 공급시킨다(S30b : 제 1 제어 공정). 이때, 제 1 제어부(55)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 새로운 요구 출력 DP의 접수 후의 각 시각에 있어서의 발전기 출력 GP와, 동 시각에 있어서의 외부 계통(1)으로부터 수전하여 유도 모터(22)에 공급하는 전력(이 경우, 전력치는 부의 값이다) MP를 가산한 값(=GP+MP(<0))이, 동 시각에 있어서의 요구 출력 DP가 되도록, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해, 유도 모터(22)에 공급하는 전력 MP를 제어시킨다. 이 때문에, 요구 출력 DP가 급감인 경우, 외부 계통(1)으로부터 수전하여 유도 모터(22)에 공급하는 전력은, 당초, 시간 경과에 따라 증가한다.
판단부(52)는, 유도 모터(22)에 대한 수전 개시 후, 유도 모터(22)로의 전력 MP, 다시 말해 유도 모터(22)가 받는 전력 MP가 최대 허용 전력 MPmax가 되어 있는지 여부를 판단한다(S31b). 판단부(52)에 의해 유도 모터(22)가 받는 전력 MP가 최대 허용 전력 MPmax가 되어 있지 않다고 판단되면, S30b로 돌아간다.
또한, 판단부(52)에 의해 유도 모터(22)가 받는 전력 MP가 최대 허용 전력 MPmax가 되어 있다고 판단되면, 제 1 제어부(55)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해, 유도 모터(22)가 받는 전력 MP를 시간 경과에 따라 서서히 감소시킨다(S32b). 또한, 판단부(52)에 의해 유도 모터(22)가 받는 전력 MP의 값이 최대 허용 전력 MPmax가 되어 있다고 판단되면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해, 2차 전지(23)에 대한 충전을 개시시킨다(S33b : 제 2 제어 공정). 이때, 제 2 제어부(56)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 유도 모터(22)가 받는 전력 MP가 최대 허용 전력 MPmax가 된 후의 각 시각에 있어서의 발전기 출력 GP로부터, 동 시각에 있어서의 유도 모터(22)가 받는 전력 MP와 동 시각에 있어서의 2차 전지(23)의 충전 전력 BP를 감산한 값이, 동 시각에 있어서의 요구 출력 DP가 되도록, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해, 2차 전지(23)의 충전 전력 BP를 제어시킨다. 또, 유도 모터(22)가 받는 전력 MP가 부의 값이고, 2차 전지(23)의 충전 전력 BP가 부의 값인 것으로서 취급한다면, 유도 모터(22)가 받는 전력 MP가 최대 허용 전력 MPmax가 된 후의 각 시각에 있어서의 발전기 출력 GP와, 동 시각에 있어서의 유도 모터(22)가 받는 전력 MP와, 동 시각에 있어서의 2차 전지(23)의 충전 전력 BP를 가산한 값이, 동 시각에 있어서의 요구 출력 DP가 되도록, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해, 2차 전지(23)의 충전 전력 BP를 제어시킨다.
유도 모터(22)가 외부 계통(1)으로부터 받는 전력 MP가 감소하기 시작하면, 접수부(51)가 회전수계(41)로 검지된 제 1 로터(17)의 회전수(=유도 모터(22) 및 압축기(11)의 회전수) R을 접수한다(S34b). 판단부(52)는, 이 회전수 R이 허용 회전수 범위 내의 한계가 되어 있는지, 이 경우, 이 회전수 R이 허용 상한 회전수 RpH가 되어 있는지 여부를 판단한다(S35b : 제 3 판단 공정). 제 1 로터(17)의 회전수 R이 허용 상한 회전수 RpH가 되어 있지 않으면, S34b 및 S35b의 처리를 반복한다. 제 1 로터(17)의 회전수 R이 허용 상한 회전수 RpH가 되어 있으면, 제 1 제어부(55)는, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해 유도 모터(22)의 수전을 정지시킨다(S36b). 이 결과, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제 1 로터(17)의 회전수 상승은 진정된다. 제 1 로터(17)의 회전수 R은, 그 후, 점차 원래의 회전수로, 다시 말해, 유도 모터(22)의 수전이 개시되기 직전의 회전수(=변화가 급격한 요구 출력 DP를 받은 시점에서의 회전수)로 점차 돌아간다.
유도 모터(22)의 수전이 정지된 후, 판단부(52)는, 발전기 출력 GP가 변화 후의 요구 출력 DP가 되어 있는지 여부를 판단한다(S37b). 판단부(52)는, 발전기 출력 GP가 변화 후의 요구 출력 DP가 될 때까지, 이 판단을 반복한다. 판단부(52)에 의해 발전기 출력 GP가 변화 후의 요구 출력 DP가 되어 있다고 판단되면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 2차 전지(23)의 충전을 정지시킨다(S38b).
이상으로, 급감 처리가 종료된다. 또, 이 급감 처리가 실행될 때, 다시 말해, 요구 출력 DP가 급감이라고 판단되었을 때(S22, S27), 도 4를 이용하여 설명한 바와 같이, 연료 제어부(54)는, 요구 출력 DP에 따른 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다(S73 : 연료 제어 공정). 이 경우, 연료 제어부(54)는, 발전기 출력 GP의 변화율이 발전기 출력 GP의 최대 출력 변화율 dGPmax(부의 값)에 맞도록, 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 요구 출력 변화율 dDP의 절대치가 최대 출력 변화율 dGPmax의 절대치보다 큰 경우, 유도 모터(22)와 외부 계통(1)의 사이에서 송수전이 개시된다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 요구 출력 DP 변화에 대한 발전기 출력 GP 변화의 부족분의 적어도 일부를 유도 모터(22)와 외부 계통(1)의 사이의 송수전으로 보충할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 요구 출력 변화율 dDP의 절대치가 최대 출력 변화율 dGPmax의 절대치보다 큰 경우, 유도 모터(22)가 송수전하는 전력이 최대 허용 전력 MPmax가 되고 나서, 2차 전지(23)에 충방전시킨다. 즉, 본 실시 형태에서는, 요구 출력 변화율 dDP의 절대치가 최대 출력 변화율 dGPmax의 절대치보다 커지더라도, 즉시 2차 전지(23)는 충방전되지 않는다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 2차 전지(23)의 충방전 횟수를 적게 할 수 있고, 2차 전지(23)의 성능 저하를 억제하는 것에 의해, 수명 연장을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 요구 출력 변화율 dDP의 절대치가 최대 출력 변화율 dGPmax의 절대치보다 큰 경우, 유도 모터(22)에 송수전시키고 있을 때 동안에, 유도 모터(22)가 송수전하는 전력이 최대 허용 전력 MPmax가 되면, 2차 전지(23)에 충방전시킨다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 유도 모터(22)의 송수전과 2차 전지(23)의 충방전에 의한, 외부 계통(1)에 대한 송수전의 연속성이 확보된다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 요구 출력 변화율 dDP의 절대치가 최대 출력 변화율 dGPmax의 절대치보다 큰 경우에도, 요구 출력 DP 변화에 대한 2축 가스 터빈 발전 설비의 출력의 추종성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 요구 출력 변화율 dDP의 절대치가 최대 출력 변화율 dGPmax의 절대치보다 크다고 판단되고 나서, 판단부(52)에 의해 유도 모터(22)가 송수전하는 전력 MP가 최대 허용 전력 MPmax가 되어 있다고 판단될 때까지의 사이에, 유도 모터(22)에 대한 송수전량이 증가하므로, 이 사이에 있어서의 요구 출력 DP 변화에 대한 2축 가스 터빈 발전 설비의 출력의 추종성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 판단부(52)에 의해 유도 모터(22)가 송수전하는 전력 MP가 최대 허용 전력 MPmax가 되어 있다고 판단되면, 유도 모터(22)에 대한 송수전량이 감소한다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 제 1 로터(17)의 회전수(=유도 모터(22) 및 압축기(11)의 회전수) R이 허용 회전수 범위 내의 한계에 가까워지는 속도를 느리게 할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 용이하고 정확하게, 제 1 로터(17)의 회전수 R이 허용 회전수 범위 내의 한계에 이른 시점에, 유도 모터(22)에 대한 송수전을 정지시켜, 제 1 로터(17)의 회전수의 변화를 진정시킬 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 유도 모터(22)에 대한 송수전을 개시시킨 후(S30a, S30b), 판단부(52)는, 유도 모터(22)에 대한 송수전의 전력 MP가 최대 허용 전력 MPmax가 되어 있는지 여부를 판단한다(S31a, S31b). 그렇지만, 유도 모터(22)에 대한 송수전을 개시시킨 후(S30a, S30b), 판단부(52)는, 제 1 로터(17)의 회전수(=유도 모터(22) 및 압축기(11)의 회전수) R이 허용 회전수 범위보다 좁은 전환 회전수 범위 내의 한계가 되어 있는지 여부를 판단하더라도 좋다. 이 전환 회전수 범위는, 전환 상한 회전수와 전환 하한 회전수로 정하여진다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 전환 하한 회전수 RcL은, 허용 하한 회전수 RpL보다 높은 회전수이다. 또한, 도 11에 나타내는 바와 같이, 전환 상한 회전수 RcH는, 허용 상한 회전수 RpH보다 낮은 회전수이다. 구체적으로, 유도 모터(22)에 대한 송전을 개시시킨 후(S30a), 판단부(52)는, 제 1 로터(17)의 회전수가 전환 하한 회전수 RcL이 되어 있는지 여부를 판단한다. 그리고, 판단부(52)에 의해 제 1 로터(17)의 회전수 R이 전환 하한 회전수 RcL이 되어 있다고 판단되면, 제 1 제어부(55)는, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해, 유도 모터(22)로부터 외부 계통(1)에 송전하는 전력 MP를 시간 경과에 따라 서서히 감소시킨다(S32a). 또한, 유도 모터(22)에 대한 수전을 개시시킨 후(S30b), 판단부(52)는, 제 1 로터(17)의 회전수 R이 전환 상한 회전수 RcH가 되어 있는지 여부를 판단한다. 그리고, 판단부(52)에 의해 제 1 로터(17)의 회전수 R이 전환 상한 회전수 RcH가 되어 있다고 판단되면, 제 1 제어부(55)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해, 유도 모터(22)가 수전하는 전력 MP를 시간 경과에 따라 서서히 감소시킨다(S32b).
또한, 유도 모터(22)에 대한 송수전을 개시시킨 후(S30a, S30b), 판단부(52)는, 유도 모터(22)에 대한 송수전의 전력이 최대 허용 전력 MPmax가 되어 있는지 여부, 또는 제 1 로터(17)의 회전수가 전환 회전수 범위 내의 한계가 되어 있는지 여부를 판단하더라도 좋다.
상술한 바와 같이, 새로운 요구 출력 DP가 급증인 경우에도, 이전의 요구 출력 DP에 대한 급변 처리에 기인하여, 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수가 변동한 후, 이들 회전수가 원래의 회전수로 돌아와 있지 않고(S25에서 "아니오"의 경우), 또한, 이전의 급변 처리가 급증 처리인 경우에는(S28에서 "아니오"), 새로운 요구 출력 DP에 대한 급증 처리(S30a~S38a)는 실행되지 않는다. 이것은, 이전의 급변 처리가 급증 처리임에도 불구하고, 이 급증 처리에 의해 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수가 원래의 회전수로 돌아와 있지 않은 단계에서, 새롭게 급증 처리를 실행하면, 매우 단시간에 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수가 허용 하한 회전수 RpL이 될 뿐만 아니라, 2차 전지(23)의 방전이 더 진행되기 때문이다.
본 실시 형태에서는, 이전의 요구 출력 DP에 대한 급변 처리가 급증 처리이고 또한 새로운 요구 출력 DP가 급증인 경우, 새로운 요구 처리에 대한 급증 처리가 실행되지 않고, S21의 처리로 돌아간다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 이전의 급변 처리가 급증 처리이고, 이 급증 처리가 종료되어 있지 않은 단계에서 새로운 요구 처리를 접수하더라도, 이전의 급증 처리가 계속된다. 단, S74에 있어서, 새로운 요구 출력 DP에 따른 연료 유량의 조절은 실행된다. 또, 이전의 급변 처리가 급증 처리이고, 이 급증 처리가 종료되어 있지 않은 단계에서 새로운 요구 처리를 접수한 경우, 이전의 급증 처리를 중지하더라도 좋다.
이것에 대하여, 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수가 원래의 회전수로 돌아와 있지 않은 단계라도(S25에서 "아니오"의 경우) 이전의 급변 처리가 급감 처리인 경우에는(S28에서 "예"의 경우), 새로운 요구 출력 DP에 근거하는 급증 처리(S30a~S38a)가 실행된다. 이것은, 이전의 급변 처리가 급감 처리이면, 새로운 급증 처리는, 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수가 원래의 회전수로 복귀하는 방향으로 작용할 뿐만 아니라, 2차 전지(23)의 충전율 SOC를 원래의 충전율로 되돌리는 방향으로 작용하기 때문이다.
또한, 상술한 바와 같이, 새로운 요구 출력 DP가 급감인 경우에도, 이전의 요구 출력 DP에 대한 급변 처리에 기인하여, 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수가 변동한 후, 이들 회전수가 원래의 회전수로 돌아와 있지 않고(S25에서 "아니오"의 경우), 또한, 이전의 급변 처리가 급감 처리인 경우에는(S29에서 "아니오"의 경우), 새로운 요구 출력 DP에 대한 급감 처리(S30b~S38b)는 실행되지 않는다. 이것은, 이전의 급변 처리가 급감 처리임에도 불구하고, 이 급감 처리에 의해 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수가 원래의 회전수로 돌아와 있지 않은 단계에서, 새롭게 급감 처리를 실행하면, 매우 단시간에 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수가 허용 상한 회전수 RpH가 될 뿐만 아니라, 2차 전지(23)의 충전이 더 진행되기 때문이다.
본 실시 형태에서는, 이전의 요구 출력 DP에 대한 급변 처리가 급감 처리이고 또한 새로운 요구 출력 DP가 급감인 경우, 새로운 요구 처리에 대한 급감 처리가 실행되지 않고, S21의 처리로 돌아간다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 이전의 급변 처리가 급감 처리이고, 이 급감 처리가 종료되어 있지 않은 단계에서 새로운 요구 처리를 접수하더라도, 이전의 급감 처리가 계속된다. 단, S74에 있어서, 새로운 요구 출력 DP에 따른 연료 유량의 조절은 실행된다. 또, 이전의 급변 처리가 급감 처리이고, 이 급감 처리가 종료되어 있지 않은 단계에서 새로운 요구 처리를 접수한 경우, 이전의 급감 처리를 중지하더라도 좋다.
이것에 대하여, 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수가 원래의 회전수로 돌아와 있지 않은 단계라도(S25에서 "아니오"의 경우) 이전의 급변 처리가 급증 처리인 경우에는(S29에서 "예"의 경우), 새로운 요구 출력 DP에 근거하는 급감 처리(S30b~S38b)가 실행된다. 이것은, 이전의 급변 처리가 급증 처리이면, 새로운 급감 처리는, 압축기(11) 및 유도 모터(22)의 회전수가 원래의 회전수로 복귀하는 방향으로 작용할 뿐만 아니라, 2차 전지(23)의 충전율 SOC를 원래의 충전율로 되돌리는 방향으로 작용하기 때문이다.
다음으로, 도 7 및 도 8에 나타내는 플로차트에 따라, 완변 처리에 대하여 설명한다. 이 완변 처리는, 상술한 바와 같이, 요구 출력 DP의 변화가 완만하다고 판단된 경우(S22에서 "아니오" 또한 S23에서 "아니오"의 경우)에 실행된다.
이 완변 처리에서는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 우선, 판단부(52)가, 요구 출력 DP가 정격 발전기 출력 GPr보다 낮은 설정 저출력이 되는지 여부를 판단한다(S40a : 제 9 판단 공정). 설정 저출력은, 예컨대, 정격 발전기 출력 GPr의 0.5배의 출력이다.
판단부(52)는, 요구 출력 DP가 설정 저출력이 된다고 판단하면, 충전율 추정부에 의해 추정된 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb보다 높은 설정 고충전율 미만인지 여부를 판단한다(S41a : 제 6 판단 공정). 설정 고충전율은, 예컨대, 기준 충전율 SOCb의 1.3배의 충전율 SOC이다. 판단부(52)에 의해 충전율 SOC가 설정 고충전율 미만이 아니라고 판단되면, 이 완변 처리는 종료된다. 또한, 판단부(52)는, 충전율 SOC가 설정 고충전율 미만이라고 판단하면, 요구 출력 변화율 dDP가 부인지 여부를 판단한다(S42a : 제 1 판단 공정). 판단부(52)에 의해 요구 출력 변화율 dDP가 부가 아니라고 판단되면, 이 완변 처리는 종료된다. 또한, 판단부(52)에 의해 요구 출력 변화율 dDP가 부라고 판단되면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 2차 전지(23)에 충전시킨다(S43a : 제 2 제어 공정). 그리고, 판단부(52)는, 발전기 출력 GP가 요구 출력 DP와 2차 전지(23)에 충전되는 전력 MP를 가산한 값(=DP+MP)이 되도록 연료 제어부(54)에 지시한다(S44a). 연료 제어부(54)는, 도 4를 이용하여 설명한 바와 같이, 판단부(52)로부터 요구 출력을 접수한 후(S71), 판단부(52)로부터의 지시를 접수하면(S72), 판단부(52)로부터의 지시에 따라, 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다(S74 : 연료 제어 공정). 이 경우, 연료 제어부(54)는, 발전기 출력 GP가 요구 출력 DP와 2차 전지(23)에 충전되는 전력 MP를 가산한 값(=DP+MP)이 되는 연료 유량을 정한다. 따라서, 연료 제어부(54)는, 요구 출력 DP의 전부를 발전기 출력 GP로 확보하는 경우의 연료 유량보다, 연료 유량을 많게 한다.
다음으로, 판단부(52)는, 충전율 SOC가 설정 고충전율이 되어 있는지 여부를 판단한다(S45a). 판단부(52)는, 충전율 SOC가 설정 고충전율이 되어 있지 않으면, 충전율 SOC가 설정 고충전율이 될 때까지 기다린다. 판단부(52)에 의해 충전율 SOC가 설정 고충전율이 되어 있다고 판단되면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의한 2차 전지(23)의 충전을 종료시킨다(S46a). 그리고, 판단부(52)는, 발전기 출력 GP가 요구 출력 DP가 되도록, 연료 제어부(54)에 지시한다(S47). 연료 제어부(54)는, 도 4를 이용하여 설명한 바와 같이, 판단부로부터 새로운 지시를 접수하면(S75), 판단부(52)로부터의 지시에 따라, 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다(S76 : 연료 제어 공정). 이 경우, 연료 제어부(54)는, 발전기 출력 GP가 요구 출력 DP가 되는 연료 유량을 정한다.
이상으로 완변 처리는 종료된다. 본 실시 형태에서는, 요구 출력 DP가 설정 저출력보다 낮아지는 경우에도, 연소기(12)에 공급하는 연료 유량의 저하를 억제할 수 있고, 연료 계통, 및 연소 가스가 흐르는 계통 등을 안정적으로 운전할 수 있다.
판단부(52)는, S40a에서, 요구 출력 DP가 정격 발전기 출력 GPr보다 낮은 설정 저출력이 되지 않는다고 판단하면, 이 요구 출력 DP가 정격 발전기 출력 GPr보다 낮고 또한 설정 저출력보다 높은 설정 고출력이 되는지 여부를 판단한다(S40b : 제 9 판단 공정). 설정 고출력은, 예컨대, 정격 발전기 출력 GPr의 0.9배의 출력이다.
판단부(52)는, 요구 출력 DP가 설정 고출력이 된다고 판단하면, 충전율 추정부(53)에 의해 추정된 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb보다 낮은 설정 저충전율보다 높은지 여부를 판단한다(S41b : 제 6 판단 공정). 설정 저충전율은, 예컨대, 기준 충전율 SOCb의 0.7배의 충전율 SOC이다. 판단부(52)에 의해 충전율 SOC가 설정 저충전율보다 높지 않다고 판단되면, 이 완변 처리는 종료된다. 또한, 판단부(52)는, 충전율 SOC가 설정 저충전율보다 높다고 판단하면, 요구 출력 DP의 변화율이 정인지 여부를 판단한다(S42b : 제 1 판단 공정). 판단부(52)에 의해 요구 출력 DP의 변화율이 정이 아니라고 판단되면, 이 완변 처리는 종료된다. 또한, 판단부(52)에 의해 요구 출력 DP의 변화율이 정이라고 판단되면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 2차 전지(23)로부터 외부 계통(1)에 전력 MP를 방전시킨다(S43b : 제 2 제어 공정). 그리고, 판단부(52)는, 발전기 출력 GP가, 요구 출력 DP로부터, 2차 전지(23)로부터 방전시키는 전력을 감산한 값이 되도록 연료 제어부(54)에 지시한다(S44b). 연료 제어부(54)는, 도 4를 이용하여 설명한 바와 같이, 판단부(52)로부터 요구 출력을 접수한 후(S71), 판단부(52)로부터의 지시를 접수하면(S72), 판단부(52)로부터의 지시에 따라, 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다(S74 : 연료 제어 공정). 이 경우, 연료 제어부(54)는, 발전기 출력 GP가, 요구 출력 DP로부터, 2차 전지(23)로부터 방전시키는 전력을 감산한 값이 되는 연료 유량을 정한다. 따라서, 연료 제어부(54)는, 요구 출력 DP의 전부를 발전기 출력 GP로 확보하는 경우의 연료 유량보다, 연료 유량을 적게 한다.
다음으로, 판단부(52)는, 충전율 SOC가 설정 저충전율이 되어 있는지 여부를 판단한다(S45b). 판단부(52)는, 충전율 SOC가 설정 저충전율이 되어 있지 않으면, 충전율 SOC가 설정 저충전율이 될 때까지 기다린다. 판단부(52)에 의해 충전율 SOC가 설정 저충전율이 되어 있다고 판단되면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의한 2차 전지(23)의 방전을 정지시킨다(S46b). 그리고, 판단부(52)는, 상술한 바와 같이, 발전기 출력 GP가 요구 출력 DP가 되도록 연료 제어부(54)에 지시한다(S47).
이상으로 완변 처리는 종료된다. 본 실시 형태에서는, 요구 출력 DP가 설정 고출력보다 높아지는 경우에도, 연소기(12)에 공급하는 연료 유량의 상승을 억제할 수 있고, 연료 계통, 및 연소 가스가 흐르는 계통 등을 안정적으로 운전할 수 있다. 또, 이 완변 처리에 있어서도, 판단부(52)가 연료 제어부(54)에 대하여 연료 유량에 관한 지시를 주지 않는 한, 연료 제어부(54)는, 요구 출력에 따른 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다(S73 : 연료 제어 공정).
판단부(52)가, S40b에서, 요구 출력 DP가 설정 고출력이 되지 않는다고 판단하면, 도 8에 나타내는 바와 같이, 접수부(51)는, 기온 예보를 접수한다(S50 : 기온 예보 접수 공정).
접수부(51)가 기온 예보를 접수하면, 판단부(52)는, 충전율 추정부(53)에 의해 추정된 충전율 SOC가 설정 저충전율보다 낮은지 여부를 판단한다(S51a : 제 6 판단 공정). 판단부(52)는, 충전율 SOC가 설정 저충전율보다 낮다고 판단하면, 요구 출력 변화율 dDP가 부인지 여부를 판단한다(S52a : 제 1 판단 공정). 판단부(52)에 의해 요구 출력 변화율 dDP가 부가 아니라고 판단되면, 이 완변 처리는 종료된다. 또한, 판단부(52)는, 요구 출력 변화율 dDP가 부라고 판단하면, X시간 후의 기온이 제 1 온도보다 높아지는지 여부를 판단한다(S53a : 제 8 판단 공정). 이 X시간 후는, 예컨대, 6시간 후이다. 또한, 이 제 1 온도는, 압축 공기가 빨아들이는 공기의 설계 온도보다 높은 온도이고, 예컨대, 30℃이다. 판단부(52)에 의해 X시간 후의 기온이 제 1 온도보다 높아진다고 판단되면, 기준 변경부(58)는, 기준 충전율 SOCb를 높게 한다(S54a : 기준 변경 공정). 구체적으로는, 초기치로서의 기준 충전율 SOCb를 예컨대 1.3배 한 충전율 SOC를 새로운 기준 충전율 SOCb로 한다. 기준 변경부(58)가 기준 충전율 SOCb를 높게 하면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 2차 전지(23)에 충전시킨다(S55a : 제 2 제어 공정). 한편, S53a에서, 판단부(52)에 의해 X시간 후의 기온이 제 1 온도보다 높아지지 않는다고 판단되면, 즉시, 제 2 제어부(56)가, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 2차 전지(23)에 충전시킨다(S55a).
다음으로, 판단부(52)는, 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb가 되어 있는지 여부를 판단한다(S56a). 판단부(52)는, 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb가 되어 있지 않으면, 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb가 될 때까지 기다린다. 판단부(52)에 의해 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb가 되어 있다고 판단되면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의한 2차 전지(23)의 충전을 정지시킨다(S57a).
다음으로, 판단부(52)는, 기준 충전율 SOCb가 초기치인지 여부를 판단한다(S58). 판단부(52)에 의해 기준 충전율 SOCb가 초기치가 아니라고 판단되면, 기준 변경부(58)는, 기준 충전율 SOCb를 원래의 초기치로 되돌린다. 이상으로 완변 처리는 종료된다. 또한, 판단부(52)에 의해 기준 충전율 SOCb가 초기치라고 판단되면, 즉시 완변 처리는 종료된다. 본 실시 형태에서는, 요구 출력 DP의 변화가 완만하게 감소하고, 또한 2차 전지(23)의 충전율 SOC가 낮은 경우, 외부 계통(1)으로부터의 전력이 2차 전지(23)에 충전된다.
판단부(52)는, S51a에서, 충전율 SOC가 설정 저충전율보다 낮지 않다고 판단하면, 이 충전율 SOC가 설정 고충전율보다 높은지 여부를 판단한다(S51b : 제 6 판단 공정). 판단부(52)에 의해 충전율 SOC가 설정 고충전율보다 높지 않다고 판단되면, 이 완변 처리는 종료된다. 판단부(52)는, 충전율 SOC가 설정 고충전율보다 높다고 판단하면, 요구 출력 변화율 dDP가 정인지 여부를 판단한다(S52b : 제 1 판단 공정). 판단부(52)에 의해 요구 출력 변화율 dDP가 정이 아니라고 판단되면, 이 완변 처리는 종료된다. 또한, 판단부(52)는, 요구 출력 변화율 dDP가 정이라고 판단하면, X시간 후의 기온이 제 2 온도보다 낮아지는지 여부를 판단한다(S53b : 제 8 판단 공정). 이 제 2 온도는, 압축 공기가 빨아들이는 공기의 설계 온도보다 낮은 온도이고, 예컨대, 10℃이다. 판단부(52)에 의해 X시간 후의 기온이 제 2 온도보다 낮아진다고 판단되면, 기준 변경부(58)는, 기준 충전율 SOCb를 낮게 한다(S54b : 기준 변경 공정). 구체적으로는, 초기치로서의 기준 충전율 SOCb를 예컨대 0.7배 한 충전율 SOC를 새로운 기준 충전율 SOCb로 한다. 기준 변경부(58)가 기준 충전율 SOCb를 낮게 하면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 2차 전지(23)로부터 전력을 방전시킨다(S55b : 제 2 제어 공정). 한편, S53b에서, 판단부(52)에 의해 X시간 후의 기온이 제 2 온도보다 낮아지지 않는다고 판단되면, 즉시, 제 2 제어부(56)가, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 2차 전지(23)로부터 전력을 방전시킨다(S55b).
다음으로, 판단부(52)는, 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb가 되어 있는지 여부를 판단한다(S56b). 판단부(52)는, 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb가 되어 있지 않으면, 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb가 될 때까지 기다린다. 판단부(52)에 의해 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb가 되어 있다고 판단되면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의한 2차 전지(23)로부터의 방전을 정지시킨다(S57b).
다음으로, 판단부(52)는, 기준 충전율 SOCb가 초기치인지 여부를 판단한다(S58). 판단부(52)에 의해 기준 충전율 SOCb가 초기치가 아니라고 판단되면, 기준 변경부(58)는, 기준 충전율 SOCb를 원래의 초기치로 되돌린다(S59). 이상으로 완변 처리는 종료된다. 또한, 판단부(52)에 의해 기준 충전율 SOCb가 초기치라고 판단되면, 즉시 완변 처리는 종료된다. 본 실시 형태에서는, 요구 출력 DP의 변화가 완만하게 증가하고, 또한 2차 전지(23)의 충전율 SOC가 높은 경우, 2차 전지(23)로부터 외부 계통(1)에 방전된다.
다음으로, 도 9에 나타내는 플로차트에 따라, 출력 일정시 처리에 대하여 설명한다. 이 출력 일정시 처리는, 상술한 바와 같이, 요구 출력 DP의 변화율이 0이라고 판단된 경우(S23에서 "예"의 경우)에 실행된다.
이 출력 일정시 처리에서는, 우선, 접수부(51)가, 온도계(42)로 검지된 공기의 온도, 다시 말해 기온 T를 접수한다(S60 : 기온 접수 공정). 판단부(52)는, 기온 T가 제 1 온도(예컨대, 30℃)보다 높은지 여부를 판단한다(S61a : 제 7 판단 공정). 판단부(52)는, 기온 T가 제 1 온도보다 높다고 판단하면, 2차 전지(23)의 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb보다 높은지 여부를 판단한다(S62a : 제 6 판단 공정). 판단부(52)에 의해 2차 전지(23)의 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb보다 높지 않다고 판단되면, 출력 일정시 처리는 종료된다. 또한, 판단부(52)에 의해 2차 전지(23)의 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb보다 높다고 판단되면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 2차 전지(23)로부터 외부 계통(1)에 전력을 방전시킨다(S63a). 또한, 판단부(52)에 의해 2차 전지(23)의 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb보다 높다고 판단되면, 제 1 제어부(55)는, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해 외부 계통(1)으로부터 수전한 전력을 유도 모터(22)에 공급시킨다(S64b). 이 경우, 제 1 제어부(55)는, 제 1 로터(17)의 회전수(=유도 모터(22) 및 압축기(11)의 회전수)가 허용 회전수 범위 밖이 되지 않도록, 제 1 주파수 변환기에 의해 유도 모터(22)에 전력을 공급시킨다. 유도 모터(22)에 전력을 공급하는 경우, 기본적으로, 제 1 로터(17)의 회전수(=유도 모터(22) 및 압축기(11)의 회전수)는 상승 경향이 된다. 이 때문에, 이 경우, 제 1 제어부(55)는, 제 1 로터(17)의 회전수(=유도 모터(22) 및 압축기(11)의 회전수)가 허용 상한 회전수 RpH보다 높아지지 않도록, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해 유도 모터(22)에 전력을 공급시킨다.
다음으로, 접수부(51)가, 온도계(42)로 검지된 기온 T를 접수한다(S65a). 판단부(52)는, 기온 T가 제 1 온도(예컨대, 30℃) 이하가 되어 있는지, 또는, 충전율 SOC가 설정 저충전율(예컨대, 기준 충전율 SOCb의 0.7배의 충전율 SOC) 이하가 되어 있는지를 판단한다(S66a). 기온 T가 제 1 온도(예컨대, 30℃) 이하가 되어 있지 않고, 또한, 충전율 SOC가 설정 저충전율 이하가 되어 있지 않은 경우, S65a로 돌아간다. 또한, 기온 T가 제 1 온도(예컨대, 30℃) 이하가 되어 있거나, 또는, 충전율 SOC가 설정 저충전율 이하가 되어 있는 경우, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의한 2차 전지(23)로부터 외부 계통(1)으로의 방전을 정지시킨다(S67a). 또한, 제 1 제어부(55)는, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해 외부 계통(1)으로부터의 수전한 전력의 유도 모터(22)로의 공급을 정지시킨다(S68a).
이상으로 출력 일정시 처리는 종료된다. 또, 이 출력 일정시 처리가 실행될 때, 도 4를 이용하여 설명한 바와 같이, 연료 제어부(54)는, 요구 출력 DP에 따른 연료 유량을 정하고, 이 연료 유량에 따른 개방도를 연료 조절 밸브(15)에 지시한다(S73 : 연료 제어 공정).
압축기(11)가 빨아들이는 공기의 온도가 높은 경우, 가스 터빈 내를 흐르는 공기의 질량 유량이 적어지기 때문에, 가스 터빈 출력, 다시 말해 발전기 출력 GP가 낮아진다. 반대로, 압축기(11)가 빨아들이는 공기의 온도가 낮은 경우, 가스 터빈 내를 흐르는 공기의 질량 유량이 많아지기 때문에, 가스 터빈 출력, 다시 말해 발전기 출력 GP가 높아진다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 압축기(11)가 빨아들이는 공기의 온도, 다시 말해 기온 T가 높은 경우, 2차 전지(23)의 전력을 방전시키고, 이 전력을 이용하여 유도 모터(22)를 구동하고, 이 유도 모터(22)에 의해 압축기(11)의 구동을 어시스트시킨다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 압축기(11)가 빨아들이는 공기의 온도가 높은 경우에도, 발전기 출력 GP의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 완변 처리의 S53a, S54a(도 8 참조)에서, X시간 후의 기온이 제 1 온도보다 높아진다고 예측되고 있는 경우, 2차 전지(23)의 기준 충전율 SOCb를 높게 하고 나서, 2차 전지(23)의 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb가 되도록, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 2차 전지(23)에 충전한다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 압축기(11)가 빨아들이는 공기의 온도가 높고, 2차 전지(23)를 방전시켜, 압축기(11)의 구동을 유도 모터(22)에 의해 어시스트시키는 경우, 미리 2차 전지(23)의 충전율 SOC를 높여 둘 수 있다. 이 때문에, 압축기(11)의 구동을 유도 모터(22)에 의해 장시간에 걸쳐 어시스트시킬 수 있다.
판단부(52)가, S61a에서, 기온 T가 제 1 온도(예컨대, 30℃)보다 높지 않다고 판단하면, 이 기온 T가 제 2 온도(예컨대, 10℃)보다 낮은지 여부를 판단한다(S61b : 제 7 판단 공정). 판단부(52)에 의해 기온 T가 제 2 온도보다 낮지 않다고 판단되면, 출력 일정시 처리는 종료된다. 또한, 판단부(52)는, 기온 T가 제 2 온도보다 낮다고 판단하면, 2차 전지(23)의 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb보다 낮은지 여부를 판단한다(S62b : 제 6 판단 공정). 판단부(52)에 의해 2차 전지(23)의 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb보다 낮지 않다고 판단되면, 출력 일정시 처리는 종료된다. 또한, 판단부(52)에 의해 2차 전지(23)의 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb보다 낮다고 판단되면, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 외부 계통(1)으로부터 수전한 전력을 2차 전지(23)에 공급시킨다(S63b). 또한, 판단부(52)에 의해 2차 전지(23)의 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb보다 낮다고 판단되면, 제 1 제어부(55)는, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해 유도 모터(22)로부터의 전력을 외부 계통(1)에 송전시킨다(S64b). 이 경우, 제 1 제어부(55)는, 제 1 로터(17)의 회전수(=유도 모터(22) 및 압축기(11)의 회전수)가 허용 회전수 범위 밖이 되지 않도록, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해 유도 모터(22)로부터의 전력을 외부 계통(1)에 송전시킨다. 유도 모터(22)로부터의 전력을 외부 계통(1)에 송전하는 경우, 기본적으로, 제 1 로터(17)의 회전수(=유도 모터(22) 및 압축기(11)의 회전수)는 하강 경향이 된다. 이 때문에, 이 경우, 제 1 제어부(55)는, 제 1 로터(17)의 회전수(=유도 모터(22) 및 압축기(11)의 회전수)가 허용 하한 회전수 RpL보다 낮아지지 않도록, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해 유도 모터(22)로부터의 전력을 외부 계통(1)에 송전시킨다.
다음으로, 접수부(51)가, 온도계(42)로 검지된 기온 T를 접수한다(S65b). 판단부(52)는, 기온 T가 제 2 온도(예컨대, 10℃) 이상이 되어 있는지, 또는, 충전율 SOC가 설정 고충전율(예컨대, 기준 충전율 SOCb의 1.3배의 충전율 SOC) 이상이 되어 있는지를 판단한다(S66b). 기온 T가 제 2 온도 이상이 되어 있지 않고, 또한, 충전율 SOC가 설정 고충전율 이상이 되어 있지 않은 경우, S65b로 돌아간다. 또한, 기온 T가 제 2 온도 이상이 되어 있거나, 또는, 충전율 SOC가 설정 고충전율 이상이 되어 있는 경우, 제 2 제어부(56)는, 제 2 주파수 변환기(25)에 의한 2차 전지(23)로의 충전을 정지시킨다(S67b). 또한, 제 1 제어부(55)는, 제 1 주파수 변환기(24)에 의해 유도 모터(22)로부터의 전력의 외부 계통(1)으로의 송전을 정지시킨다(S68b).
이상으로 출력 일정시 처리는 종료된다. 본 실시 형태에서는, 압축기(11)가 빨아들이는 공기의 온도, 다시 말해 기온 T가 낮은 경우, 압축기(11)로 유도 모터(22)를 구동시켜, 다시 말해 유도 모터(22)에 의해 압축기(11)의 구동을 부측으로 어시스트시켜, 유도 모터(22)로부터의 전력을 외부 계통(1)에 송전하고, 2차 전지(23)에 전력을 충전시킨다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 압축기(11)가 빨아들이는 공기의 온도가 낮은 경우에도, 발전기 출력 GP의 상승을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 완변 처리의 S53b, S54b(도 8 참조)에서, X시간 후의 기온이 제 2 온도보다 낮아진다고 예측되고 있는 경우, 2차 전지(23)의 기준 충전율 SOCb를 낮게 하고 나서, 2차 전지(23)의 충전율 SOC가 기준 충전율 SOCb가 되도록, 제 2 주파수 변환기(25)에 의해 2차 전지(23)에 방전시킨다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 압축기(11)가 빨아들이는 공기의 온도가 낮아진 경우, S63b(도 9 참조)에서 2차 전지(23)로의 충전량을 많게 할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 요구 출력 DP 변화에 대한 2축 가스 터빈 발전 설비의 출력의 추종성을 높임과 아울러, 2차 전지(23)의 성능 저하를 억제할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서는, 유도 모터(22)가, 부 전력 경로(34) 및 주 전력 경로(31)를 거쳐서, 외부 계통(1)과 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 2차 전지(23)가, 충방전 경로(37) 및 주 전력 경로(31)를 거쳐서, 외부 계통(1)과 전기적으로 접속되어 있다. 그렇지만, 유도 모터(22)는, 주 전력 경로(31)를 거치치 않고, 부 전력 경로(34)를 거쳐서 외부 계통(1)과 전기적으로 접속되더라도 좋다. 또한, 2차 전지(23)는, 주 전력 경로(31)를 거치지 않고, 충방전 경로(37)를 거쳐서 외부 계통(1)과 전기적으로 접속되더라도 좋다.
(산업상 이용가능성)
본 발명의 일 태양에 의하면, 요구 출력 변화에 대한 2축 가스 터빈 발전 설비의 출력의 추종성을 높일 수 있음과 아울러, 2차 전지의 성능 저하를 억제하는 것에 의해 2차 전지의 수명 연장을 도모할 수 있다.
1 : 외부 계통
10 : 2축 가스 터빈
11 : 압축기
11c : 압축기 케이싱
11r : 압축기 로터
12 : 연소기
13 : 고압 터빈
13c : 고압 터빈 케이싱
13r : 고압 터빈 로터
14 : 저압 터빈
14c : 저압 터빈 케이싱
14r : 저압 터빈 로터
15 : 연료 조절 밸브
16 : 연료 라인
17 : 제 1 로터
18 : 제 2 로터
21 : 발전기
21c : 발전기 케이싱
21r : 발전기 로터
22 : 유도 모터
22c : 모터 케이싱
22r : 모터 로터
23 : 2차 전지
24 : 제 1 주파수 변환기
25 : 제 2 주파수 변환기
31 : 주 전력 경로
34 : 부 전력 경로
37 : 충방전 경로
41 : 회전수계
42 : 온도계
43 : 전류계
50 : 제어 장치
51 : 접수부
52 : 판단부(제 1 판단부, 제 2 판단부, 제 3 판단부, 제 4 판단부, 제 5 판단부, 제 6 판단부, 제 7 판단부, 제 8 판단부)
53 : 충전율 추정부
54 : 연료 제어부
55 : 제 1 제어부
56 : 제 2 제어부
57 : 기억부
58 : 기준 변경부
10 : 2축 가스 터빈
11 : 압축기
11c : 압축기 케이싱
11r : 압축기 로터
12 : 연소기
13 : 고압 터빈
13c : 고압 터빈 케이싱
13r : 고압 터빈 로터
14 : 저압 터빈
14c : 저압 터빈 케이싱
14r : 저압 터빈 로터
15 : 연료 조절 밸브
16 : 연료 라인
17 : 제 1 로터
18 : 제 2 로터
21 : 발전기
21c : 발전기 케이싱
21r : 발전기 로터
22 : 유도 모터
22c : 모터 케이싱
22r : 모터 로터
23 : 2차 전지
24 : 제 1 주파수 변환기
25 : 제 2 주파수 변환기
31 : 주 전력 경로
34 : 부 전력 경로
37 : 충방전 경로
41 : 회전수계
42 : 온도계
43 : 전류계
50 : 제어 장치
51 : 접수부
52 : 판단부(제 1 판단부, 제 2 판단부, 제 3 판단부, 제 4 판단부, 제 5 판단부, 제 6 판단부, 제 7 판단부, 제 8 판단부)
53 : 충전율 추정부
54 : 연료 제어부
55 : 제 1 제어부
56 : 제 2 제어부
57 : 기억부
58 : 기준 변경부
Claims (14)
- 압축기 로터를 갖고, 상기 압축기 로터의 회전으로 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기와,
상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와,
상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 연료 조절 밸브와,
상기 압축기 로터와 기계적으로 연결되어 있는 고압 터빈 로터를 갖고, 상기 연소 가스로 상기 고압 터빈 로터가 회전하는 고압 터빈과,
상기 고압 터빈 로터에 연결되어 있지 않은 저압 터빈 로터를 갖고, 상기 고압 터빈으로부터 배기된 상기 연소 가스로 상기 저압 터빈 로터가 회전하는 저압 터빈과,
상기 저압 터빈 로터의 회전으로 발전하고, 교류 전력이 흐르는 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 발전기와,
상기 압축기 로터와 기계적으로 연결되어 있음과 아울러, 상기 발전기와 병렬로 상기 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 유도 모터와,
전기적 접속 관계로 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에 마련되어, 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서의 전력의 송수전을 제어함과 아울러, 상기 유도 모터로부터의 전력을 외부 계통 측으로 송전시킬 때에는, 상기 유도 모터로부터의 전력의 주파수를 상기 외부 계통의 주파수로 변환하고, 상기 외부 계통 측으로부터의 전력을 수전하여 상기 유도 모터에 공급시킬 때에는, 상기 외부 계통으로부터의 전력의 주파수를 상기 유도 모터의 주파수로 변환하는 제 1 주파수 변환기와,
상기 발전기 및 상기 유도 모터와 병렬로 상기 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 2차 전지와,
전기적 접속 관계로 상기 2차 전지와 상기 외부 계통의 사이에 마련되어, 상기 2차 전지의 충방전을 제어함과 아울러, 상기 2차 전지로부터의 직류 전력을 상기 외부 계통에 방전시킬 때에는, 상기 2차 전지로부터의 직류 전력을 상기 외부 계통의 주파수에 맞는 교류 전력으로 변환하고, 상기 외부 계통으로부터의 교류 전력을 상기 2차 전지에 충전시킬 때에는, 상기 외부 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제 2 주파수 변환기와,
상기 연료 조절 밸브, 상기 제 1 주파수 변환기 및 제 2 주파수 변환기를 제어하는 제어 장치
를 구비하고,
상기 제어 장치는,
요구 출력을 외부로부터 접수하는 접수부와,
상기 요구 출력의 단위 시간당 변화량인 요구 출력 변화율의 절대치가 발전기 출력의 단위 시간당 최대 변화량인 최대 출력 변화율의 절대치보다 큰지 여부를 판단하는 제 1 판단부와,
상기 제 1 판단부에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단된 후, 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있는지 여부를 판단하는 제 2 판단부와,
상기 요구 출력의 변화에 따라, 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고, 상기 제 1 판단부에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되면, 상기 발전기의 출력이 상기 최대 출력 변화율로 변화하도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하는 연료 제어부와,
상기 제 1 판단부에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서 송수전시키는 제 1 제어부와,
상기 제 2 판단부에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단되면, 상기 유도 모터에 송전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지로부터 방전시키고, 상기 유도 모터에 수전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키는 제 2 제어부
를 갖고,
상기 미리 정하여진 조건은, 상기 유도 모터가 송수전하는 전력이 상기 유도 모터에 대하여 정하여져 있는 최대 허용 전력이 되어 있는 것, 또는 상기 압축기 로터의 회전수가 상기 압축기의 허용 회전수 범위보다 좁은 전환 회전수 범위 내의 한계가 되어 있는 것인
2축 가스 터빈 발전 설비.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 제어부는, 상기 제 1 판단부에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되고 나서 상기 제 2 판단부에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단될 때까지의 사이에, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터에 대한 송수전량을 증가시키고, 상기 제 2 판단부에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터에 대한 송수전량을 감소시키는 2축 가스 터빈 발전 설비.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어 장치는, 상기 압축기 로터의 회전수가 상기 허용 회전수 범위 내의 한계에 이르고 있는지 여부를 판단하는 제 3 판단부를 갖고,
상기 제 1 제어부는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 유도 모터에 송수전을 개시시키고 나서, 상기 제 3 판단부에 의해 상기 압축기 로터의 회전수가 상기 허용 회전수 범위 내의 한계에 이르고 있다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 유도 모터에 대한 송수전을 정지시키는
2축 가스 터빈 발전 설비.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 유도 모터에 대한 송수전이 개시된 후, 상기 압축기의 회전수가 상기 유도 모터에 송수전이 개시되기 직전의 회전수로 돌아와 있는지 여부를 판단하는 제 4 판단부와,
상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 유도 모터에 대한 송수전이 개시된 후, 상기 제 4 판단부에 의해 상기 압축기의 회전수가 상기 유도 모터에 송수전이 개시되기 직전의 회전수로 돌아와 있다고 판단되기 전에, 상기 접수부가 새로운 요구 출력을 접수하고, 상기 제 1 판단부에 의해 상기 새로운 요구 출력의 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단된 후, 이전의 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부(正負)와 상기 새로운 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부가 반대인지 여부를 판단하는 제 5 판단부
를 갖고,
상기 제 5 판단부에 의해 상기 이전의 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부와 상기 새로운 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부가 동일하다고 판단된 경우,
상기 연료 제어부는, 상기 발전기의 출력이 상기 새로운 요구 출력에 따라 상기 최대 출력 변화율로 변화하도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고,
상기 제 1 제어부는, 상기 이전의 요구 출력에 따라 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서 송수전시키고 있는 경우에는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 이전의 요구 출력에 따른 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서의 송수전을 계속시키거나, 또는 상기 송수전을 정지시키고,
상기 제 2 제어부는, 상기 이전의 요구 출력에 따라 상기 2차 전지에 충방전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 이전의 요구 출력에 따른 상기 2차 전지의 충방전을 계속시키거나, 또는 상기 충방전을 정지시키는
2축 가스 터빈 발전 설비.
- 제 4 항에 있어서,
상기 제 5 판단부에 의해 상기 이전의 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부와 상기 새로운 요구 출력의 요구 출력 변화율의 정부가 반대라고 판단된 경우,
상기 연료 제어부는, 상기 발전기의 출력이 상기 새로운 요구 출력에 따라 상기 최대 출력 변화율로 변화하도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고,
상기 제 1 제어부는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 새로운 요구 출력에 따라 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서 송수전을 개시시키고,
상기 제 2 제어부는, 상기 제 2 판단부에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단되면, 상기 유도 모터에 송전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전시키고, 상기 유도 모터에 수전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키는
2축 가스 터빈 발전 설비.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 장치는,
상기 2차 전지의 충전율을 추정하는 충전율 추정부와,
상기 충전율 추정부에 의해 추정된 상기 2차 전지의 충전율이 기준 충전율보다 낮은 설정 저충전율 미만인지, 및, 상기 기준 충전율보다 높은 설정 고충전율보다 높은지를 판단하는 제 6 판단부
를 갖고,
상기 제 2 제어부는, 상기 제 6 판단부에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율 미만이라고 판단되고, 또한 상기 제 1 판단부에 의해 부의 상기 요구 출력 변화율이 부의 상기 최대 출력 변화율보다 크다고 판단되면, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키고, 상기 제 6 판단부에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 고충전율보다 높다고 판단되고, 또한 상기 제 1 판단부에 의해 정의 상기 요구 출력 변화율이 정의 상기 최대 출력 변화율보다 작다고 판단되면, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전시키는
2축 가스 터빈 발전 설비.
- 제 6 항에 있어서,
상기 접수부는, 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 온도의 예보를 접수하고,
상기 제어 장치는,
미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가, 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 설계 온도보다 높은 제 1 온도보다 높은지, 및 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가, 상기 설계 온도보다 낮은 제 2 온도보다 낮은지를 판단하는 제 8 판단부와,
상기 제 8 판단부에 의해 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가 상기 제 1 온도보다 높다고 판단되면, 상기 기준 충전율을 높게 하고, 상기 제 8 판단부에 의해 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가 상기 제 2 온도보다 낮다고 판단되면, 상기 기준 충전율을 낮게 하는 기준 변경부
를 갖는
2축 가스 터빈 발전 설비.
- 제 6 항에 있어서,
상기 제 6 판단부는, 상기 충전율 추정부에 의해 추정된 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율보다 높은지, 및, 상기 설정 고충전율보다 낮은지를 판단하고,
상기 제어 장치는, 상기 요구 출력이 상기 발전기에 관한 정격 출력보다 낮은 설정 저출력보다 낮아지는지, 및, 상기 요구 출력이 상기 정격 출력보다 낮고 또한 상기 설정 저출력보다 높은 설정 고출력보다 높아지는지를 판단하는 제 9 판단부를 갖고,
상기 제 9 판단부에 의해 상기 요구 출력이 상기 설정 저출력보다 낮아진다고 판단되고, 상기 제 6 판단부에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 고충전율보다 낮다고 판단되고, 또한, 상기 제 1 판단부에 의해 부의 상기 요구 출력 변화율이 부의 상기 최대 출력 변화율보다 크다고 판단되면, 상기 제 2 제어부는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키고, 상기 연료 제어부는, 상기 발전기의 출력이 상기 요구 출력과 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전되는 전력을 가산한 값이 되도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고,
상기 제 9 판단부에 의해 상기 요구 출력이 상기 설정 저출력보다 높아진다고 판단되고, 상기 제 6 판단부에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율보다 높다고 판단되고, 또한, 상기 제 1 판단부에 의해 정의 상기 요구 출력 변화율이 정의 상기 최대 출력 변화율보다 작다고 판단되면, 상기 제 2 제어부는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지로부터 방전시키고, 상기 연료 제어부는, 상기 발전기의 출력이 상기 요구 출력으로부터 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전되는 전력을 감산한 값이 되도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하는
2축 가스 터빈 발전 설비.
- 압축기 로터를 갖고, 상기 압축기 로터의 회전으로 공기를 압축하여 압축 공기를 생성하는 압축기와,
상기 압축 공기 중에서 연료를 연소시켜 연소 가스를 생성하는 연소기와,
상기 연소기에 공급하는 상기 연료의 유량을 조절하는 연료 조절 밸브와,
상기 압축기 로터와 기계적으로 연결되어 있는 고압 터빈 로터를 갖고, 상기 연소 가스로 상기 고압 터빈 로터가 회전하는 고압 터빈과,
상기 고압 터빈 로터에 연결되어 있지 않은 저압 터빈 로터를 갖고, 상기 고압 터빈으로부터 배기된 상기 연소 가스로 상기 저압 터빈 로터가 회전하는 저압 터빈과,
상기 저압 터빈 로터의 회전으로 발전하고, 교류 전력이 흐르는 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 발전기와,
상기 압축기 로터와 기계적으로 연결되어 있음과 아울러, 상기 발전기와 병렬로 상기 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 유도 모터와,
전기적 접속 관계로 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에 마련되어, 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서의 전력의 송수전을 제어함과 아울러, 상기 유도 모터로부터의 전력을 외부 계통 측으로 송전시킬 때에는, 상기 유도 모터로부터의 전력의 주파수를 상기 외부 계통의 주파수로 변환하고, 상기 외부 계통 측으로부터의 전력을 수전하여 상기 유도 모터에 공급시킬 때에는, 상기 외부 계통으로부터의 전력의 주파수를 상기 유도 모터의 주파수로 변환하는 제 1 주파수 변환기와,
상기 발전기 및 상기 유도 모터와 병렬로 상기 외부 계통과 전기적으로 접속되어 있는 2차 전지와,
전기적 접속 관계로 상기 2차 전지와 상기 외부 계통의 사이에 마련되어, 상기 2차 전지의 충방전을 제어함과 아울러, 상기 2차 전지로부터의 직류 전력을 상기 외부 계통에 방전시킬 때에는, 상기 2차 전지로부터의 직류 전력을 상기 외부 계통의 주파수에 맞는 교류 전력으로 변환하고, 상기 외부 계통으로부터의 교류 전력을 상기 2차 전지에 충전시킬 때에는, 상기 외부 계통의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 제 2 주파수 변환기
를 구비하는 2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법에 있어서,
요구 출력을 외부로부터 접수하는 접수 공정과,
상기 요구 출력의 단위 시간당 변화량인 요구 출력 변화율의 절대치가 발전기 출력의 단위 시간당 최대 변화량인 최대 출력 변화율의 절대치보다 큰지 여부를 판단하는 제 1 판단 공정과,
상기 제 1 판단 공정에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단된 후, 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있는지 여부를 판단하는 제 2 판단 공정과,
상기 요구 출력의 변화에 따라, 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고, 상기 제 1 판단 공정에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되면, 상기 발전기의 출력이 상기 최대 출력 변화율로 변화하도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하는 연료 제어 공정과,
상기 제 1 판단 공정에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터와 상기 외부 계통의 사이에서 송수전을 개시시키는 제 1 제어 공정과,
상기 제 2 판단 공정에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단되면, 상기 유도 모터에 송전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지로부터 방전시키고, 상기 유도 모터에 수전시키고 있는 경우에는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키는 제 2 제어 공정
을 실행하고,
상기 미리 정하여진 조건은, 상기 유도 모터가 송수전하는 전력이 상기 유도 모터에 대하여 정하여져 있는 최대 허용 전력이 되어 있는 것, 또는 상기 압축기 로터의 회전수가 상기 압축기 로터의 허용 회전수 범위보다 좁은 전환 회전수 범위 내의 한계가 되어 있는 것인
2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제 1 제어 공정에서는, 상기 제 1 판단 공정에 의해 상기 요구 출력 변화율의 절대치가 상기 최대 출력 변화율의 절대치보다 크다고 판단되고 나서 상기 제 2 판단 공정에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단될 때까지의 사이에, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터에 대한 송수전량을 증가시키고, 상기 제 2 판단 공정에 의해 상기 미리 정하여진 조건을 만족시키고 있다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해, 상기 유도 모터에 대한 송수전량을 감소시키는 2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 압축기 로터의 회전수가 상기 허용 회전수 범위 내의 한계에 이르고 있는지 여부를 판단하는 제 3 판단 공정을 실행하고,
상기 제 1 제어 공정에서는, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 유도 모터에 송수전을 개시시키고 나서, 상기 제 3 판단 공정에 의해 상기 압축기 로터의 회전수가 상기 허용 회전수 범위 내의 한계에 이르고 있다고 판단되면, 상기 제 1 주파수 변환기에 의해 상기 유도 모터에 대한 송수전을 정지시키는
2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법.
- 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
상기 2차 전지의 충전율을 추정하는 충전율 추정 공정과,
상기 충전율 추정 공정에 의해 추정된 상기 2차 전지의 충전율이 기준 충전율보다 낮은 설정 저충전율 미만인지, 및, 상기 기준 충전율보다 높은 설정 고충전율보다 높은지를 판단하는 제 6 판단 공정
을 실행하고,
상기 제 2 제어 공정에서는, 상기 제 6 판단 공정에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율 미만이라고 판단되고, 또한 상기 제 1 판단 공정에 의해 부의 상기 요구 출력 변화율이 부의 상기 최대 출력 변화율보다 크다고 판단되면, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키고, 상기 제 6 판단 공정에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 고충전율보다 높다고 판단되고, 또한 상기 제 1 판단 공정에 의해 정의 상기 요구 출력 변화율이 정의 상기 최대 출력 변화율보다 작다고 판단되면, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전시키는
2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 접수 공정에서는, 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 온도의 예보를 접수하고,
미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가, 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 설계 온도보다 높은 제 1 온도보다 높은지, 및 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가, 상기 설계 온도보다 낮은 제 2 온도보다 낮은지를 판단하는 제 8 판단 공정과,
상기 제 8 판단 공정에 의해 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가 상기 제 1 온도보다 높다고 판단되면, 상기 기준 충전율을 높게 하고, 상기 제 8 판단 공정에 의해 미리 정하여진 시간 후에 상기 압축기가 빨아들이는 공기의 예보 온도가 상기 제 2 온도보다 낮다고 판단되면, 상기 기준 충전율을 낮게 하는 기준 변경 공정
을 실행하는
2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제 6 판단 공정에서는, 상기 충전율 추정 공정에 의해 추정된 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율보다 높은지, 및, 상기 설정 고충전율보다 낮은지를 판단하고,
상기 요구 출력이 상기 발전기에 관한 정격 출력보다 낮은 설정 저출력보다 낮아지는지, 및, 상기 요구 출력이 상기 정격 출력보다 낮고 또한 상기 설정 저출력보다 높은 설정 고출력보다 높아지는지를 판단하는 제 9 판단 공정을 실행하고,
상기 제 9 판단 공정에 의해 상기 요구 출력이 상기 설정 저출력보다 낮아진다고 판단되고, 상기 제 6 판단 공정에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 고충전율보다 낮다고 판단되고, 또한, 상기 제 1 판단 공정에 의해 부의 상기 요구 출력 변화율이 부의 상기 최대 출력 변화율보다 크다고 판단되면, 상기 제 2 제어 공정에서는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전시키고, 상기 연료 제어 공정에서는, 상기 발전기의 출력이 상기 요구 출력과 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 충전되는 전력을 가산한 값이 되도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하고,
상기 제 9 판단 공정에 의해 상기 요구 출력이 상기 설정 저출력보다 높아진다고 판단되고, 상기 제 6 판단 공정에 의해 상기 2차 전지의 충전율이 상기 설정 저충전율보다 높다고 판단되고, 또한, 상기 제 1 판단 공정에 의해 정의 상기 요구 출력 변화율이 정의 상기 최대 출력 변화율보다 작다고 판단되면, 상기 제 2 제어 공정에서는, 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지로부터 방전시키고, 상기 연료 제어 공정에서는, 상기 발전기의 출력이 상기 요구 출력으로부터 상기 제 2 주파수 변환기에 의해 상기 2차 전지에 방전되는 전력을 감산한 값이 되도록 상기 연료 조절 밸브의 개방도를 제어하는
2축 가스 터빈 발전 설비의 제어 방법.
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