(57)【要約】【課題】発電ユニットの出力を妨げることなく発電ユニットの速度を修正することを可能にすること。【解決手段】配電ネットワークに結合された発電機（１０５）の周波数出力を変調するためのシステムが本明細書で記載される。システムは、水力及び燃料燃焼の少なくとも１つから選択された電力源に結合され、その回転速度に基づく第１の周波数を有する電力出力を提供する２重給電誘導発電機（１０５）と、発電機（１０５）の回転速度を選択するコントローラ（１１７）と、回転速度の選択に応答して、出力の周波数を選択値に変更するため、発電機（１０５）に結合されたコンバータ（１１０）と、を含む。配電ネットワークに結合された発電機（１０５）の周波数出力を変調する方法も記載される。【選択図】      図１
2010161921.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電ネットワークに結合された発電機（１０５）の周波数出力を変調するためのシステムであって、
水力及び燃料燃焼の少なくとも１つから選択された電力源に結合され、その回転速度に基づく第１の周波数を有する電力出力を提供する２重給電誘導発電機（１０５）と、
前記発電機（１０５）の回転速度を選択するコントローラ（１１７）と、
前記コントローラの前記回転速度の選択に応答して、前記出力の周波数を選択値に変更するため、前記発電機（１０５）に結合されたコンバータ（１１０）と、
を備えるシステム。
【請求項２】
前記電力源から機械力を生成するため、前記発電機（１０５）に結合された装置（１１５）を更に備える、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記装置（１１５）が、回転エンジン及び往復動エンジンの少なくとも１つから選択される、
請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記選択値が、ネットワーク周波数要件に合致する値である、
請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記コンバータ（１１０）が、前記発電機（１０５）に対する励起を提供し、該励起が、前記第１の周波数を前記選択値に調整するのに十分な第２の周波数を有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
配電ネットワークに結合された発電機（１０５）の周波数出力を変調する方法であって、
回転速度に基づく第１の周波数を有する第１の電気出力を２重給電誘導発電機（１０５）から生成する段階と、
ｉ）前記発電機（１０５）の回転速度及びｉｉ）ネットワーク周波数要件の少なくとも１つを選択する段階と、
第２の周波数を有する第２の電気出力を生成する段階と、
前記第２の電気出力を前記発電機（１０５）に提供し、前記第１の周波数を修正する段階と、
を含む方法。
【請求項７】
ｉ）前記発電機（１０５）の回転速度及びｉｉ）ネットワーク周波数要件の少なくとも１つを選択する段階が、前記配電ネットワークに関する電力需要に基づいて、ｉ）前記回転速度を減少させる段階及びｉｉ）前記回転速度を増大する段階の少なくとも１つを含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の電気出力を生成する段階が、前記第１の電気出力の少なくとも一部を第２の主は数に変換する段階を含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の電気出力を生成する段階が、前記第１の電気出力の少なくとも一部を前記発電機（１０５）に結合されたコンバータ（１１０）に入力し、前記第１の電気出力の周波数を前記第２の周波数に変更する段階を含む、
請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の周波数が、ネットワーク周波数要件に合致する周波数に修正される、
請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書の技術は、一般に、発電機の速度の変化を補償するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電システムは、水力、石炭、石油、及びガスなどの燃料の燃焼、並びに風力などの種々の発生源を利用して電力を発生する。典型的には、これらの発生源は、発電機に結合されたタービンを回転させるのに利用され、該発電機は、例えば、電力供給網（以下電力網と呼ぶ）を介して種々の負荷に結合される。
【０００３】
生成システムは、発電機を利用して、一般に、タービンの回転速度に比例した周波数の電力を生成する。よって、タービン速度の変化は、生成される電力周波数の変化をもたらす可能性がある。従って、タービンの回転速度は、電力網の要件に適合する周波数を生成するよう調整する必要がある。タービン速度が所要速度に対して変化する状況、又は所要周波数を生成するには不十分な状況では、測定値を取得して発電機により出力される周波数を変調させ、電力網に適合させる必要がある。
【０００４】
出力を変調するための幾つかの従来技術は、回転速度を調整する燃料流量などの機械的変量及び種々の電力変換方式を制御することを含み、これらは何れも速度が遅く、及び／又は非効率的である。
【０００５】
所望の周波数出力を維持しながらタービン出力を変化させる技術が用いられてきたが、これら技術は一般に、複数シャフト構成、又は発電システムの出力に結合される電力コンバータの使用を必要とする。
【０００６】
更に、風速の変動に応じて無効電力を制御するために、風力タービンと共に２重給電誘導発電機が使用されてきた。また、一部の風力タービンシステムは、電力コンバータを使用して、電力網周波数に適合するよう出力を調整する。しかしながら、このような無効技術は、例えば電力需要に応答してタービンのターンダウン中又はタービン速度の修正中など、タービン速度に対する調整（例えば、効率向上）中に選択周波数出力を維持するための方法を提供するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，９９４，６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、例えば、発電ユニットの周波数出力を妨害することなく発電ユニットのタービンをターンダウン又は他の方法で修正することを可能にするなど、出力を妨げることなく発電ユニットの速度を修正することを可能にする、発電ユニットの出力及び周波数を調整するシステム及び方法に対する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
１つの態様によれば、本発明は、配電ネットワークに結合された発電機の周波数出力を変調するためのシステムを提供する。本システムは、水力及び燃料燃焼の少なくとも１つから選択された電力源に結合され、その回転速度に基づく第１の周波数を有する電力出力を提供する２重給電誘導発電機と、発電機の回転速度を選択するコントローラと、回転速度の選択に応答して、出力の周波数を選択値に変更するため発電機に結合されたコンバータとを含む。
【００１０】
別の態様によれば、本発明は、配電ネットワークに結合された発電機の周波数出力を変調する方法を提供する。本方法は、回転速度に基づく第１の周波数を有する第１の電気出力を２重給電誘導発電機から生成する段階と、ｉ）発電機の回転速度及びｉｉ）ネットワーク周波数要件の少なくとも１つを選択する段階と、第２の周波数を有する第２の電気出力を生成する段階と、第２の電気出力を発電機に提供し、第１の周波数を修正する段階と、を含む。
【００１１】
別の態様によれば、本発明は、配電ネットワークに結合された発電機の周波数出力を変調する方法を提供する。本方法は、発電機から電気出力周波数を監視する段階と、電気出力周波数をネットワーク周波数要件に比較する段階と、ｉ）発電機の回転速度及びｉｉ）ネットワーク周波数要件の少なくとも１つを修正する段階と、ネットワーク周波数要件に合致するよう電気出力周波数を調整する段階と、を含む。
【００１２】
本発明は、発電機から出力される電力の周波数に妨害することなく、タービンなどのプライムムーバの速度を修正可能にする、発電機の周波数を制御するシステム及び方法を提供する。本システム及び方法は、種々の周波数要件を有し負荷及び／又はネットワークと共に発電機及び／又はプライムムーバを用いることを可能にする。何れの場合においても、本発明の種々の態様の特徴及び利点は、複数の図において同じ参照符号が対応する要素を示す図面を併用すると以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１３】
上述並びに他の特徴は、以下の詳細な説明及び添付の請求項によって例証される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】発電機用システムの実施形態の態様を示す図。
【図２】図１のシステムの別の実施形態の態様を示す図。
【図３】周波数変調の例示的な方法を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ここで、同じ要素が複数の図において同じ参照符号が付けられた図面を参照する。
【００１６】
発電システムにおける電力周波数を制御するためのシステム及び方法の種々の実施形態を本明細書で説明する。１つの実施形態において、例えば、配電ネットワークを介して１つ又はそれ以上の負荷に接続するための発電システムが提供される。発電システムは、本明細書では「プライムムーバ」と呼ばれる、機械力を発生するための少なくとも１つの装置を含み、該装置は、その出力が電力網と同期され且つその励起が周波数及び／又は電力コンバータにより生じる１つ又はそれ以上の２重給電誘導発電機に接続される。周波数及び／又は電力コンバータ（以下、「周波数／電力コンバータ」と称する）は、発電機の出力から（例えば、発電機のステータから）電力を受け取り、この出力の周波数を発電機界磁によって必要とされる値に変えて、所望の周波数の出力を得ることができる。
【００１７】
１つの実施形態において、本明細書で説明するように、用語「プライムムーバ」とは、水力発電及び／又は燃料燃焼の電力源など、電力源から機械エネルギーを生成する装置を指す。プライムムーバは、例えば、往復動出力エンジン及び回転出力エンジンの少なくとも１つを含むことができる。回転エンジンの１つの実施例はタービンであり、往復動エンジンの１つの実施例は、天然ガスなどの種々のガスにより動力を供給できるガス燃料往復動エンジンである。１つの実施例において、プライムムーバは、水力発電タービン、ガスタービン、蒸気タービン、又はこれらの何れかの組み合わせを含むことができる。別の実施例において、プライムムーバは、少なくとも１つの蒸気タービンと結合された少なくとも１つのガスタービン、又はクラッチと結合される少なくとも１つのガスタービンを含むことができ、該クラッチは、少なくとも１つの蒸気タービンと結合される。上記のエンジン及び装置の幾つか及びその組み合わせをプライムムーバとして用いることができる。プライムムーバ及びタービンの数及びタイプは、本明細書で説明される例示的なエンジンに限定されない。現在又は将来公知の他の何れかの好適な装置を用いることもできる。
【００１８】
幾つかの実施形態では、水力発電又は燃料燃焼エンジンの形態のプライムムーバは、電力網の電気周波数によって定められる固定速度で回転する。本明細書で説明されるシステム及び方法は、電力網によって必要とされる周波数での出力（すなわち、ネットワーク周波数要件）を維持しながら、例えば電力需要の変動に応じて、プライムムーバ回転速度を選択又は修正することができる。
【００１９】
本明細書で説明されるシステム及び方法は、プライムムーバ速度の変動にも関わらず、一定の出力周波数を維持する。ガスタービン発電システムにおいて、例えば、電力需要に基づいてタービン速度を選択又は修正して効率を向上できるようにすることによって、及び周囲温度、燃料含有量、及びその他などの種々の条件の変化にも関わらず、一定の周波数出力を維持することによって運転を最適化するか、又は他の方法で改善することができる。他の実施形態では、システム及び方法は、タービン速度の変動に応じて出力制御に適用することができる。
【００２０】
更に他の実施形態では、システム及び方法は、モジュラーシステムとして用いることができ、種々の電力網に結合され、種々の周波数要件に対応することができる。この場合のプライムムーバは、ネットワーク周波数要件で定められた１つ又は複数の周波数とは異なる基本周波数運転用に設計することができ、２重給電誘導発電機の励起はこの設計差違に対応して、当該設計の使用を可能にすることができる。他の実施形態では、システムは、プライムムーバの始動を容易にするよう構成することができる。
【００２１】
図１を最初に参照すると、例示的な発電システムが全体的に１００で示されている。発電装置１００は、発電機１０５及び周波数／電力コンバータ１１０を含む。プライムムーバ１１５は、任意選択のギアボックス１２０に結合され、該ギアボックスは発電機１０５に結合される。
【００２２】
１つの実施形態において、プライムムーバ１１５は、１つ又はそれ以上の水力発電及び／又は燃料燃焼エンジンを含む。例えば、プライムムーバ１１５は、１つ又はそれ以上の往復動エンジン及び／又は１つ又はそれ以上の回転エンジンを含むことができる。１つの実施例において、プライムムーバ１１５は、水力発電タービン、ガスタービン、蒸気タービン、又はこれらの何れかの組み合わせを含むことができる。別の実施例において、プライムムーバ１１５は、少なくとも１つの蒸気タービンと結合された少なくとも１つのガスタービンを含むか、又はクラッチと結合される少なくとも１つのガスタービンを含むことができ、該クラッチは少なくとも１つの蒸気タービンと結合される。コントローラ１１７はまた、プライムムーバ１１５に結合され、該プライムムーバ１１５の回転速度を、例えば定格運転速度から修正可能にし、又は種々の条件に基づいて選択可能にすることができる。
【００２３】
この実施形態では、発電機１０５は、２重給電誘導発電機１０５（当該技術分野で巻線ロータとしても知られる）である。発電機１０５は、ロータ１０７及びステータ１０９を含む。回転速度計１２５が発電機１０５に結合され、発電機１０５の速度を監視可能にすることができる。
【００２４】
２重給電誘導発電機１０５は、電力網に結合され、周波数／電力コンバータ１１０によって給電される。周波数／電力コンバータ１１０は、誘導発電機１０５のロータ１０７に種々の周波数（ゼロ周波数すなわち直流から、何れかの所望の周波数の範囲に及ぶ）を出力することができる。幾つかの実施形態では、周波数の範囲は、誘導発電機１０５の性能による一定の範囲に限定することができる。
【００２５】
１つの実施形態において、発電機１０５は、ステータバス１３５を介してステータ同期スイッチ１３０に結合することができ、また、ロータバス１３４を介して周波数／電力コンバータ１１０に結合することができる。ステータ同期スイッチ１３０は、システムバス１３８を介してシステム回路遮断器１４０に接続することができる。本明細書で「バス」について説明される際、これは、電気的通信経路又は他のタイプの経路を定める又は形成する１つ又はそれ以上の導体又は回線を含む何れかの通信又は伝送リンクを意味する点に留意されたい。
【００２６】
幾つかの実施形態において、周波数／電力コンバータ１１０は、回線バス１３６を介してコンバータ回路遮断器１４２に結合することができる。コンバータ回路遮断器１４２はまた、システムバス３８を介してシステム回路遮断器１４０に結合することができる。コンバータ回路遮断器１４２の出力回線及びシステムバス１３８の回線が、電流加算技術を用いて対応する回線（例えば、対応する出力層回線）を共に配線することを含む、現在公知の方法又は将来の方法で結合できる点に留意されたい。本明細書で説明されるバスは、ステータ１０９からのあらゆる数の相（「Ｎ」相）で電力を伝送することができ、ロータバス１３４は、ロータ１０７からの「Ｎ」相の出力を提供する。
【００２７】
システム回路遮断器１４０は、変圧器１４４に結合することができ、該変圧器は、電力網のブレーカ１４６に接続することができる。電力網ブレーカ１４６は、電力網バス１４８を介して電力網に接続することができる。システム１００は更に、所望通りにシステム１００を機能させることを可能にするために、種々のブレーカ、スイッチ、及び他のデバイスを含むことができる。
【００２８】
コンバータ回路遮断器１４２、システム回路遮断器１４０、及び電力網ブレーカ１４６は、例えば、電流フローが過剰となり、システム１００の構成要素に損傷を与える可能性があるときに、対応するバスの接続を切るよう構成される。１つの実施例において、装置１００は、電力コンバータ始動回路遮断器１５０及び電力網始動回路遮断器１５５を含み、これらは、過剰な電力流が生じた場合に、電力網始動バス１３８及び電力コンバータ始動バス１３９などの対応するバスの接続を切るよう構成される。
【００２９】
図２を参照すると、例示的な発電システム１００の別の実施形態が示される。この実施形態では、システム１００は、プライムムーバとしてのガスタービン２１５と、２重給電誘導発電機１０５と、周波数／電力コンバータ１１０とを含む。
【００３０】
この実施形態での電力網は、ステータバス１３５、ロータバス１３４、回線バス１３６、及びシステムバス１３８と共に図示される数字「３」で示されるように、３相電気信号である電気信号を含む。しかしながら、３相入力信号の議論は便宜上の説明目的に過ぎず、本明細書の教示を限定するものではないことは認識されたい。例えば、本明細書の教示は、単一の相信号に適用され、他の複数の相又は多相信号にも適用することができる。
【００３１】
図２には、周波数／電力コンバータ１１０がより詳細に図示されている。この実施形態では、発電機１０５は、ロータバス１３４を介してロータ側直列フィルタ２２２及び／又はロータ側並列フィルタ２２４に結合される。ロータ側直列フィルタ２２２及び／又はロータ側並列フィルタ２２４は、ロータ側コンバータ２５２に結合される。ロータ側コンバータ２５２は、回線側コンバータ２５４に結合され、該回線側コンバータはまた、回線側直列フィルタ２２６及び／又は回線側並列フィルタ２２８に結合される。ロータ側コンバータ２５２及び回線側コンバータ２５４は、ＤＣリンク２５６を介して結合される。例示的な実施形態において、ロータ側コンバータ２５２及び回線側コンバータ２５４は、３相パルス幅変調（ＰＷＭ）構成で通常運転モードに構成される。
【００３２】
周波数／電力コンバータ１１０はまた、ロータ側コンバータ２５２及び回線側コンバータ２５４の動作を制御するコントローラ２５８を含むことができる。１つの実施例において、コントローラ２５８及び／又はプライムムーバコントローラ１１７を用いて、発電機１０５からの電気出力周波数を監視することができる。種々の実施形態において、周波数／電力コンバータ１１０は、例えば、周波数／電力コンバータ１１０の動作を制御するため、コントローラ２５８を介して制御システムからの制御信号を受け取る。制御信号は、とりわけ、本明細書で説明するシステム１００の検知条件又は動作特性に基づいている。例えば、制御入力及び出力は、限定ではないが、プライムムーバコントローラ１１７からの情報、プライムムーバからの入力及び出力、遠隔位置からの外部情報、電力網情報、状態及び特性、並びに発電プラントコントローラからの情報に基づくことができる。例えば、発電機１０５の検知速度の形態の回転速度計１２５からのフィードバックを用いて、ステータ１０９からの出力電力の変換を制御し、適切で平衡のとれた電力供給を維持することができる。１つの実施例において、コントローラ２５８はまた、ガスタービン２１５に結合され、必要に応じてガスタービン２１５の回転速度を選択及び修正可能にすることができる。
【００３３】
本明細書で説明されるシステムは、周波数／電力コンバータに関連付けられるが、出力周波数を修正するのに十分な現在又は将来公知の他のタイプの装置を用いてもよい。例えば、マトリックスコンバータを用いてもよく、又は、（出力からモータへの給電の他に、）誘導モータ励起の独立した電源を用いることができる。上記で指定されていない他のプライムムーバも含めることができる。
【００３４】
運転中、ステータ１０９を通って回転する磁界は、ステータ１０９内の巻線（図示せず）の電流を生成する。この電流は、発電機１０５から電力網へ出力される。発電機１０５により生成される電流及び電圧は、ロータ１０７及びプライムムーバ１１５の回転速度に対して周波数で比例する。
【００３５】
システム１００は、発電機１０５を電力網に同期させる、すなわち、電力網又はネットワーク周波数要件に一致させることによって機能する。場合によっては、発電機１０５は、電力網に同期されて、電圧及び電流を電力網周波数で出力する。しかしながら、これは、ガスタービン２１５もまた電力網周波数でその速度を維持することが必要とされる。ガスタービン２１５の速度が電力網周波数ではない場合において、システム１００は、電力網に同期された周波数を有する電力を出力するのに発電機磁場が必要とする周波数で該発電機１０５に励起電力を給電することによって補償する。
【００３６】
１つの実施形態において、ステータバス１３５、回線バス１３６、及びロータバス１３４は、発電機１０５を励起することができ、及び／又は周波数／電力コンバータ１１０に電力を供給することができる励起回路を形成する。電流は、励起回路を介して電力網及び／又はステータ１０９からロータ１０７に電流を供給することができる。供給される電流がＤＣ電流である場合、ステータ１０９の出力は、ガスタービン２１５の回転速度に比例した周波数になる。ロータ１０７に供給される電流が、ゼロ（ＤＣ）以外の周波数を有する場合、ステータ１０９からの電力出力の周波数は、給電ＤＣ電流に基づく出力周波数に対して修正することができる。このようにして、例えば、ステータ１０９からの出力周波数は、電力網の必要な周波数（すなわち、「定格」周波数）に維持することができる。従って、発電機１０５のロータ１０７にＤＣではなく所与の電流周波数で給電することによって、ロータ１０７及びガスタービン２１５が実際には存在しないときの定格速度で回転しているように発電機１０５には映る。
【００３７】
励起回路はまた、周波数／電力コンバータ１１０に電力を供給するのにも用いることができる。１つの実施形態において、電力は、回線バス１３６を介してステータ１０９から供給される。回線バス１３６側では、回線側コンバータ２５４によって交流（ＡＣ）電力が直流（ＤＣ）電力に変換される。次に、このＤＣ電流は、ＤＣリンク２５６を介してロータ側コンバータ２５２に給電されて、所望の周波数を有するＡＣ電流に変換される。この所望の周波数電流は、ロータ１０７に給電され、これによりステータ１０９からの出力の周波数がこれに応じて変化するようになる。周波数／電力コンバータ１１０からの周波数出力は、要求に応じて調整し、対応するステータ１０９出力周波数を生成することができる。
【００３８】
周波数／電力コンバータ１１０はまた、始動目的で用いることができる。この実施形態では、発電機１０５構成部品は、始動手段（発電機１０５をモータとして用いる）又はロータ１０７周波数モジュレータの何れかとして動作可能なように相応の大きさにすることができる。
【００３９】
例えば、発電機１０５を用いて、発電機１０５をモータとして駆動し、ガスタービン２１５を必要な始動速度にまで加速させることによってガスタービン２１５を始動することができ、その後、適切な燃料（例えば、ガス及び水力）を用いてタービン速度を維持することができる。
【００４０】
ガスタービン２１５を始動するために、周波数／電力コンバータ１１０は、電力網始動バス１３８を介して電力網から電力を受け取ることができる。コンバータ２５２及び２５４を用いて、発電機１０５に必要電圧を提供することができ、発電機１０５は、ガスタービン２１５を始動して始動速度にまで加速させるためにモータとして駆動される。他の実施形態では、周波数／電力コンバータ１１０は、電力網に加えて、別個の励起発電機など、あらゆる所望の発生源から電力を受け取ることができる。コントローラ２５８を用いて、始動段階中に必要とされる周波数及び電圧の変化を制御し、ガスタービン２１５を加速することができ、或いは、タービンコントローラ（図示せず）又は他の何れかの制御装置を用いることができる。
【００４１】
図３は、発電機からの電力周波数出力の自動変調方法３００を示し、当該方法は、１つ又はそれ以上の段階を含み、発電機に関連する制御アプリケーションの実行によって実施することができる。本方法は、例えば、上述の発電システム１００と連動して実施することができる。本方法３００は、ガスタービン２１５及び周波数／電力コンバータ１１０と連動して記載されているが、方法３００は、プライムムーバの何れかの好適なタイプ及び／又は電力の周波数を変換する何れかの好適な装置と共に用いることができる。
【００４２】
段階３０５では、第１の電気出力が発電機１０５から生成される。この出力は、ガスタービン２１５の回転に対応する、ロータ１０７の回転の結果としてステータ１０９が提供することができる。第１の出力は、ロータ１０７により定義することができる、発電機１０５の回転速度に基づく第１の周波数を有する。
【００４３】
幾つかの実施形態では、発電機１０５の第１の電気出力は、例えば連続的に又は定期的に監視され、また、ネットワーク周波数要件によって必要とされる周波数に比較することができる。１つの実施形態において、「ネットワーク周波数要件」とは、ネットワークに供給されるあらゆる電力のネットワーク（電力網及び／又は１つ又はそれ以上の負荷）により必要とされる周波数を意味する。ネットワーク周波数要件は、単一の周波数、複数の周波数、又はある範囲の周波数とすることができる。このような監視及び比較は、例えば、発電機１０５に結合されたコントローラが実施することができ、或いは、コントローラ２５８などの他のあらゆるコントローラ又はコンピュータデバイスによって実施することができる。
【００４４】
段階３１０において、ガスタービン２１５の回転速度が選択され（例えば、運転速度から修正され）、及び／又はネットワーク周波数要件が選択又は修正される。本明細書で使用される用語「運転速度」とは、電力網が必要とする周波数など、所望のステータ１０９出力周波数に対応するガスタービン２１５の回転速度を指す。
【００４５】
１つの実施形態において、ネットワーク周波数要件の選択及び修正段階は、第１のネットワーク周波数要件を有する第１のネットワークから第２のネットワーク周波数要件を有する第２のネットワークにガスタービン２１５の結合を変えることを含むことができる。回転速度の選択は、幾つかの理由に起因して生じることができる。
【００４６】
１つの実施形態において、回転速度は、システム１００の効率を向上又は最適化するよう選択することができる。例えば、発電が直面する問題は、特定の構成下でのプライムムーバのターンダウン中の効率損失である。場合によっては、例えば電力需要が低い場合、ガスタービン２１５を「ターンダウン」する、すなわちガスタービン２１５の回転速度を低下させるのが望ましい。
【００４７】
周波数／電力コンバータ１１０の出力は、所望のガスタービン２１５速度に基づいて変わることができるので、ガスタービン２１５がターンダウンされる場合があり、周波数／電力コンバータ１１０からの周波数が増大することができ、発電機１０５の全体の周波数出力が同じレベルで維持することができ、電力網の要望に応じて出力が低下する。これは、必要とされる出力が低い（夜間など）ときに適用可能となる。電力網が再度全出力を必要とすると、ガスタービン２１５は、定格速度にまで、必要に応じて最大出力にまで上昇（すなわち、回転速度の増大）することができ、周波数コンバータは、ＤＣ出力に低減することができる。
【００４８】
別の実施形態において、種々の条件の変化は、回転速度の変化を引き起こすことができる。このような条件の実施例は、周囲温度の変化、燃料含有量の変化、及びその他が含まれる。
【００４９】
段階３１５では、周波数／電力コンバータ１１０は、第２の周波数を有する第２の電気出力を生成する。この周波数は、発電機１０５に選択出力周波数を生成させるのに十分な値でなければならない。１つの実施形態において、選択周波数は、ネットワーク周波数要件に合致する値を有する周波数である。１つの実施形態において、周波数／電力コンバータ１１０は、第１の電気出力の少なくとも一部を受け取り、第１の電気出力の周波数を第２の周波数に変更する。段階３１５の１つの実施形態において、周波数／電力コンバータ１１０は、ステータ１０９から第１の電気出力の少なくとも一部を受け取り、コンバータ２５２及び２５４により周波数を変更し、すなわち第２の周波数を有する第２の電気出力を生成する。
【００５０】
段階３２０では、周波数／電力コンバータ１１０は、第２の電気出力を発電機１０５に提供し、第１の周波数を調整する。１つの実施形態において、周波数／電力コンバータ１１０は、第２の周波数を有する励起電流の形態で第２の電気出力を生成し、該励起電流をロータ１０７に入力する。
【００５１】
段階３２５では、発電機１０５は、選択周波数で電力網に電力を出力する。１つの実施形態において、励起電流がロータ１０７に入力されるのに応答して、ステータ１０９は、選択出力周波数を有する電力を出力する。１つの実施形態において、選択出力周波数は、ネットワーク周波数要件に合致する周波数である。
【００５２】
１つの実施形態において、方法３００は、異なるベース周波数又はネットワーク周波数要件を有するネットワークに対する運転にガスタービン２１５を合致させるために提供される。この実施形態では、段階３１０から３２５は、ロータ１０７を励起させるために実施され、これによりステータにネットワーク周波数要件に合致する周波数を出力させることができる。このように、方法３００及びシステム１００を用いて、種々のネットワークにおいて及び様々な負荷に対してガスタービン２１５を使用できるようにこのネットワークを調整することができる。
【００５３】
上記で開示された実施形態により幾つかの利点及び技術的寄与がもたらされ、その一部を以下で検討する。本明細書で説明されるシステム及び方法は、電力網の周波数を維持しながら、ターンダウン機能に基づきプライムムーバ１１５の運転を最適化することができる。例えば、電力需要が低い期間中（例えば、夜間）、プライムムーバ１１５は、ピーク出力が必要とされないときにターンダウンする（又は、ターンダウンモードに入る）ことができる。加えて、過速度条件では、出力はロータ並びにステータから取られ、所望の周波数で出力を維持することができる。従って、プライムムーバ１１５は、電力需要などの種々の条件に基づいてターンダウン又は他の方法で調整され、出力又は複数シャフト構成に結合された電力コンバータなどの付加的な構成要素又は装置を使用することなく、これらの条件を所与として最適化することができる。本明細書で説明されるシステム及び方法は、効率的なターンダウン又は他の何れかの所望の条件セットを可能にするよう発電システムを最適化するのに役立つ。
【００５４】
本明細書で説明されるシステム及び方法の別の利点は、電力網を異なる周波数で作動させて、発電機１０５及び／又はプライムムーバ１１５を使用できることである。従って、所与の周波数出力用に設計されたタービンは、本明細書で説明されるシステムを使用して異なる周波数で系統運転に基づき使用することができる。
【００５５】
当業者であれば、周波数変調３００技術を様々な方法で展開することができることを理解されるであろう。例えば、電流周波数変調３００は、ソフトウェア又はファームウェアの動作により管理することができる。１つの実施例において、ソフトウェア又はファームウェアは、発電システム１００の急速調整を可能にするため、コントローラ２５８及び／又はプライムムーバコントローラ１１７内に実装される。しかしながら、これは単に例証に過ぎず、本明細書で開示される実施形態を限定するものではない。
【００５６】
上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムは、あらゆる数のメモリ又はストレージユニットを有する何れかのコンピュータシステム、並びに上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムに関連して使用することができるあらゆる数のストレージユニット又は量にわたって行われるあらゆる数のアプリケーション及びプロセスに付属する。従って、これは、リモート又はローカルストレージを有する、ネットワーク環境又は分散コンピューティング環境で配備されるサーバコンピュータ及びクライアントコンピュータを備えた環境に適用することができる。上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムはまた、リモート又はローカルサービスと接続して情報を生成、受信、及び送信するためのプログラミング言語機能、解釈能力、及び実行能力を有するスタンドアローンコンピュータデバイスに適用することができる。
【００５７】
上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムはまた、他の多数の汎用又は特定用途のコンピュータシステム環境又は構成に使用可能である。上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムで使用するのに好適とすることができる、公知のコンピュータシステム、環境、及び／又は構成の実施例には、限定ではないが、パーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ、変電所コントローラ、ハンドヘルド又はラップトップデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースシステム、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、又は上記のシステム又はデバイスの何れかを含む分散コンピューティング環境が含まれる。
【００５８】
上述及び／又は請求項に記載された方法は、コンピュータによって実行される、プログラムモジュールなどのコンピュータ実行可能命令の一般的関連において説明することができる。プログラムモジュールは通常、特定のタスクを実施する、又は特定の抽象データタイプを実装するルーチン、オブジェクト、コンポーネント、データ構造、その他を含む。従って、上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムはまた、異なる発電プラント又は異なる電力ネットワーク間などの分散コンピューティング環境で実施することができ、ここでは、通信ネットワーク又は他のデータ伝送媒体を通じてリンクされたリモート処理デバイスによってタスクが実施される。典型的な分散コンピューティング環境では、プログラムモジュール及びルーチン又はデータは、メモリストレージデバイスを含む、ローカル及びリモートコンピュータストレージ媒体の両方に配置することができる。これらのリソース及びサービスは、情報、キャッシュストレージ、及びファイル用ディスクストレージを含むことができる。この点に関して、種々のデバイスは、上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムを利用することができるアプリケーション、オブジェクト、又はリソースを有することができる。
【００５９】
記載の方法を実装するコンピュータプログラムは、ＣＤ-ＲＯＭなどのポータブルストレージ媒体内に格納することができる。プログラムは、コントローラ内又はコンピュータ内のハードディスク、又は同様の中間ストレージ媒体にコピーすることができる。プログラム実行時には、該プログラムは、配布媒体又は中間ストレージ媒体からコンピュータ又はプロセッサの実行メモリ内にロードされ、よって、上述の方法及びシステムに従って動作するようコンピュータを構成する。
【００６０】
以上のように、本明細書で説明される種々の技術は、ハードウェア又はソフトウェアと共に、適切な場合にはその両方の組み合わせと共に実装することができる。従って、上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステム、或いはその幾つかの態様又は一部は、フレキシブルディスク、ＣＤ-ＲＯＭ、ハードドライブ、又は他の何れかの機械可読ストレージ媒体など、有形媒体において具現化されるプログラムコード又は命令の形態をとることができ、ここで、プログラムコードがロードされてコンピュータなどの機械によって実行されたときに、該機械が上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムを実施するための装置となる。プログラマブルコンピュータ上でプログラムコードを実行する場合、コンピュータデバイスは、一般に、プロセッサ、プロセッサ可読のストレージ媒体（揮発性及び不揮発性メモリ及び／又は記憶素子を含むことができる）、少なくとも１つの入力デバイス、及び少なくとも１つの出力デバイスを含むことになる。
【００６１】
例えばデータ処理の使用を通じて、上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムの技術を利用できる１つ又はそれ以上のプログラムは、高水準手続き型又はオブジェクト指向のプログラミング言語に実装されて、コンピュータシステムと通信することができる。しかしながら、プログラムは、必要に応じて、アセンブリ言語又は機械語に実装してもよい。何れの場合においても、言語は、コンパイル又はインタプリタ型言語であり、ハードウェア実装と組み合わせることができる。
【００６２】
上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムはまた、電気配線もしくはケーブル、光ファイバー、又は他の何れかの伝送形態など、何らかの伝送媒体上で伝送されるプログラムコードの形態で具現化された通信によって実施することができ、ここで、ＥＰＲＯＭ、ゲートアレイ、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、クライアントコンピュータ、又は上記の例示的な実施形態において説明された信号処理機能を有する受信機械などの機械によってプログラムコードが受信され、ロードされて実行されたときに、該機械は、上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムを実施する装置となる。汎用プロセッサ上に実装される場合、プログラムコードは、プロセッサと組み合わされて、上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムの機能を呼び出すよう動作する一意の装置を提供する。更に、上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムと関連して使用されるあらゆるストレージ技術は、常にハードウェア及びソフトウェアの組み合わせとすることができる。
【００６３】
上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムを例示的な実施形態を参照して上記で説明してきたが、上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムの範囲から逸脱することなく、種々の変更を行うことができ且つその要素を均等物で置き換えることができる点は、当業者であれば理解されるであろう。加えて、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、特定の状況に適応するように本発明の教示に対して多くの修正を加えることができる。従って、上述及び／又は請求項に記載された方法及びシステムは、本発明を実施するために開示した実施形態に限定されるものではなく、本発明は、意図した特許請求の範囲の技術的範囲内に属する全ての実施形態を含むことを意図している。更に、第１、第２等の用語の使用は、どのような重要度の順序を示すものではなく、むしろ第１、第２等の用語は、１つの要素を他と区別するために使用する。
【符号の説明】
【００６４】
１００  発電装置
１０５  発電機
１１０  周波数／電力コンバータ
１１５  プライムムーバ
１２０  任意選択のギアボックス
１１７  プライムムーバコントローラ
１０７  ロータ
１０９  ステータ
１２５  回転計
１３０  同期スイッチ
１３５  ステータバス
１３４  ロータバス
１４０  システム回路遮断器
１３８  システムバス
１４２  コンバータ回路遮断器
１３６  回線バス
１４４  変圧器
１４６  電力網遮断器
１４８  電力網バス
１５０  電力コンバータ始動回路遮断器
１５５  電力網始動回路遮断器
１３９  電力コンバータ始動バス
２１５  ガスタービン
２２２  ロータ側直列フィルタ
２２４  ロータ側並列フィルタ
２５２  ロータ側コンバータ
２５４  回線側コンバータ
２２６  回線側直列フィルタ
２２８  回線側並列フィルタ
２５６  ＤＣリンク
２５８  コントローラ
３００  方法
３０５−３２５  段階
【図１】
2010161921.tif 000003
【図２】
2010161921.tif 000004
【図３】
2010161921.tif 000005
【外国語明細書】
2010161921000001.pdf