(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機関（１００）の発電機（１４５）を、電力グリッドシステム（１５５）と同期させるのに要する時間を削減する方法（２００、３００）であって、
グリッドシステム（１５５）の電圧値を判定するステップ（２０５）であって、発電機電圧レギュレータにより電圧制御される発電機界磁を備え、ターボ機関（１００）と一体化された発電機（１４５）が前記グリッドシステム（１５５）に電気を送るように構成されている、前記ステップ（２０５）と、
前記電圧値に目標バイアスを加えるステップ（２１０）であって、前記目標バイアスは、前記発電機（１４５）が前記グリッドシステム（１５５）に、前記電圧値よりも高い電圧を供給することを支援する、前記ステップ（２１０）と、
前記目標バイアスを加えた電圧値が所定範囲内の電圧となるように調節するステップ（２２０）と、
前記発電機（１４５）に対する目標電圧を決定するステップであって、前記目標電圧は、前記発電機電圧レギュレータに前記目標バイアスを加えた電圧値を与えたときの前記発電機（１４５）の出力電圧である、ステップと、
前記目標電圧を調節して、前記目標電圧が好ましい範囲内にあるかどうかを判定する（２５０）ステップと、
を含み、
前記ターボ機関（１００）が同期速度へと加速しているとき、前記目標バイアスを加えた電圧値と前記目標電圧とを用いて発電機電圧レギュレータを事前に調節すること（２４５）を可能にする、
方法（２００、３００）。
【請求項２】
前記発電機（１４５）を前記電力グリッドシステム（１５５）と同期させる前に、前記ターボ機関（１００）の速度を調整するステップ（３２５、３３５、３４０）をさらに含み、このステップが、速度ループおよび位相ループを制御することをさらに含み、
前記速度ループが、
前記グリッドシステム（１５５）の周波数に相当するグリッド速度を判定するステップ（３０５）と、
同期化プロセスが開始する前に、ロータ速度を前記グリッド速度に合致させることを支援する速度目標バイアスを前記グリッド速度に適用するステップ（３１０）と、
前記グリッド速度が、好ましい範囲内にあるかどうかを判定するために、前記グリッド速度を調節するステップ（３２０）と、
前記ロータ速度を調整するために使用されるロータ速度コマンドを、前記グリッド速度に基づいて生成するステップ（３２０）と、
を含み、
前記位相ループが、
ロータ加速度調整バイアスを決定するために、目標位相アルゴリズムを利用するステップ（３６５）であって、この目標位相アルゴリズムが、
（ａ）前記グリッドシステム（１５５）と前記発電機（１４５）の間の位相差を判定するステップ（３５０）と、
（ｂ）前記グリッドシステム（１５５）の周波数に相当するグリッド速度を判定するステップ（３０５）と、
（ｃ）前記グリッドシステム（１５５）の周波数の加速度に相当するグリッド加速度を判定するステップ（３４５）と、
（ｄ）前記発電機（１４５）のロータの周波数に相当するロータ速度を判定するステップ（３６０）と、
（ｅ）前記発電機（１４５）の前記ロータ（１４０）の加速度に相当するロータ加速度を判定するステップ（３５５）と、
のうちの少なくとも１つを実施する、前記ステップ（３６５）
を含み、
前記ロータ加速度調整バイアスが、前記ロータ加速度を調整するために使用される、
請求項１に記載の方法（２００、３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００８年１２月１０日に出願された、本願の譲受人に譲渡された米国特許出願第１２／３３１８２４号（ＧＥ整理番号２３０４６５−２）に関連する。
【０００２】
本発明は、一般に、ターボ機関に連結された発電機の運転に関し、より詳細には、発電機を電力グリッドシステム（本明細書では、以後「グリッド」と称する）に同期させるのに要する時間を削減する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
「急速起動」および「迅速な応答」とは、オペレータがターボ機関の起動を開始した後のある時間内に、そのターボ機関が、グリッドに対して負荷を送り出すことを必要とする動作モードであると考えることができる。変動するエネルギー需要は、いつターボ機関を運転するかを決定するための主要因である。ターボ機関は、一般に、十分な需要により運転が必要となるまでアイドル状態である。需要により運転が必要になったとき、ターボ機関は、要求される電気を送る前に、起動プロセスを行う。
【０００４】
一般に、同期化プロセスは、発電機の３つのパラメータが、グリッド側の対応する３つのパラメータと、許容可能な範囲内に入ることを必要とする。これらのパラメータとは、電圧、速度／周波数、および位相角である。一般に、前述のパラメータは、ターボ機関がＦＳＮＬ（ｆｕｌｌ−ｓｐｅｅｄ−ｎｏ−ｌｏａｄ：無負荷定格速度）に達するまで考慮されない。ここで、位相角は、同期化プロセス中では制御されない変数である。このことにより、同期するために必要とされる時間が広範囲に変動することになる。さらに、ターボ機関の連続する加速によってブレーカが閉じられたとき、望ましくない過渡状態が生ずる可能性がある。起動プロセス中、ターボ機関は、特定の加速スケジュールに従うが、その加速スケジュールは、一般に、これだけに限らないが、熱過渡状態、排気温度、空気流など、物理パラメータに左右される。
【０００５】
現在の同期化プロセスにはいくつかの問題がある。これだけに限らないが、急速起動、または迅速な応答などのいくつかの用途では、同期化プロセス時間が変動することを許容できない場合がある。これは、動力装置が運転上の必要条件を満たすことを妨げる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４,４３９,６８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、改良された同期化プロセスが求められている。改良されたプロセスは、同期化プロセス中に現在受ける電力の過渡状態を低減すべきである。またその方法は、ターボ機関が、通常モードまたは急速起動モードで運転されているとき、同期化プロセス時間の変動を低減すべきである。この方法はさらに、より一貫性があり、反復可能な同期化プロセスを提供すべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施形態では、ターボ機関の発電機を電力グリッドシステムと同期させるための時間を削減する方法は、グリッドシステムの電圧値を決定するステップであって、発電機がターボ機関と一体化され、かつグリッドシステムに電気を送るように構成されており、発電機が発電機界磁を備える、ステップと、発電機がグリッドシステムに正の電圧を送達することを支援する目標バイアスを電圧値に適用するステップと、電圧値を調節するステップであって、電圧値の精度を高めるステップと、発電機に対する目標電圧を決定するステップであって、励磁機が電圧値を目標電圧に変換する、ステップと、目標電圧が好ましい範囲内にあるかどうかを判定するために目標電圧を調節するステップとを含み、ターボ機関が同期速度へと加速しているとき、励磁機が同期化に備えて目標電圧を用いて発電機電圧レギュレータを事前に調節することを可能にする。
【０００９】
本発明の代替の実施形態では、ターボ機関の発電機を電力グリッドシステムと同期させるための時間を削減する方法は、ターボ機関と一体化された発電機を提供するステップであって、発電機がグリッドシステムに電気を送るように構成され、かつ発電機界磁を備えるステップと、速度ループを制御するステップと、位相ループを制御するステップとを含み、その速度ループが、グリッドシステムの周波数に相当するグリッド速度を決定するステップ、同期化プロセスが開始する前にロータ速度をグリッド速度に合致させることを支援する速度目標バイアスをグリッド速度に適用するステップ、グリッド速度が好ましい範囲内にあるかどうかを判定するためにグリッド速度を調節するステップ、およびロータ速度を調整するために使用されるロータ速度コマンドを、グリッド速度に基づいて生成するステップを実施し、その位相ループが、ロータ加速度調整バイアスを決定するために目標位相アルゴリズムを利用するステップを実施し、その目標位相アルゴリズムが、グリッドシステムと発電機の間の位相差を決定するステップ、グリッドシステムの周波数に相当するグリッド速度を決定するステップ、グリッドシステムの周波数の加速度に相当するグリッド加速度を決定するステップ、発電機のロータの周波数に相当するロータ速度を決定するステップ、および発電機のロータの加速度に相当するロータ加速度を決定するステップであって、ロータ加速度調整バイアスが、ロータ加速度を調整するために使用されるステップを含むステップのうちの少なくとも１つを実施し、本方法は、ターボ機関が同期速度へと加速されるとき、迅速な同期化をサポートするために、ロータの速度および加速度を調整する。
【００１０】
本発明の他の代替の実施形態では、ターボ機関の発電機を電力グリッドシステムと同期させるための時間を削減する方法は、ターボ機関と一体化された発電機を提供するステップであって、発電機がグリッドシステムに電気を送るように構成され、かつ発電機界磁を備えているステップと、速度ループを制御するステップと、位相ループを制御するステップと、電圧ループを制御するステップとを含み、その速度ループが、グリッドシステムの周波数に相当するグリッド速度を決定するステップ、同期化プロセスが開始する前に、ロータ速度をグリッド速度に合致させることを支援する速度目標バイアスをグリッド速度に適用するステップ、グリッド速度が好ましい範囲内にあるかどうかを判定するためにグリッド速度を調節するステップ、およびロータ速度を調整するために使用されるロータ速度コマンドを、グリッド速度に基づいて生成するステップを実施し、その位相ループが、ロータ加速度調整バイアスを決定するために目標位相アルゴリズムを利用するステップを実施し、その目標位相アルゴリズムが、グリッドシステムと発電機の間の位相差を決定するステップ、グリッドシステムの周波数に相当するグリッド速度を決定するステップ、グリッドシステムの周波数の加速度に相当するグリッド加速度を決定するステップ、発電機のロータの周波数に相当するロータ速度を決定するステップ、および発電機のロータの加速度に相当するロータ加速度を決定するステップであって、ロータ加速度調整バイアスが、ロータ加速度を調整するために使用されるステップとのうちの少なくとも１つを実施し、位相ループが、ロータの速度および加速度を調整して、ターボ機関が同期速度へと加速されたとき、迅速な同期化を可能にし、その電圧ループが、同期化プロセスに備えて発電機界磁の目標電圧を決定するステップを実施し、その目標電圧を決定するステップが、グリッドシステムの電圧値を決定するステップ、同期化プロセス中に、正の電圧をグリッドシステムに送達することを支援する目標バイアスを電圧値に適用するステップ、電圧値を調節するステップであって、電圧値の精度を高めるステップ、発電機に対する目標電圧を決定するステップであって、励磁機が電圧値を目標電圧に変換するステップ、および目標電圧が、好ましい範囲内にあるかどうかを判定するために目標電圧を調節するステップとを含み、電圧ループが、ターボ機関が同期速度へと加速しているとき、励磁機に、同期化に備えて目標電圧を用いて発電機電圧レギュレータを事前に調節することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ターボ機関を起動させる知られた方法が動作する環境を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態による、同期化プロセスに備えて発電機電圧をアクティブに制御する方法のアルゴリズムを示すプロセス図である。
【図３】本発明の実施形態による、同期化プロセスに備えて発電機速度および位相角をアクティブに制御する方法のアルゴリズムを示すプロセス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、発電装置と一体化された発電機の同期化プロセスに要する時間を削減する技術的効果を有する。本発明の諸実施形態は、発電機とグリッドの間の位相角差を最適に制御するために、発電装置のロータ加速度をアクティブに調整することができる。こうすることにより、一貫したより速い同期化時間を得ることが可能になる。本発明の実施形態は、一貫して、同期化プロセスに共通して関連する電力過渡状態を低減するように働くことができる。
【００１３】
本発明の実施形態は、発電装置が、起動プロセス中に、グリッド合致速度に達する前に、発電機電圧とグリッド電圧を合致させようと試みることができる。本発明の実施形態は、予測アルゴリズムもしくは同様のものを提供することができ、発電装置がグリッド合致速度に達したとき、発電装置とグリッド間が特定の位相角差になることを目標とするように、発電装置の加速率を制御することができる。ここで、位相角差は、発電装置が、グリッド合致速度を超えて加速された後、直ちに発電機ブレーカを閉じることができるような目標とすることができる。こうすることにより、発電機が、ブレーカの閉鎖に関連する電力の過渡状態に付加されるおそれのある位相角差を経験することを回避できる。
【００１４】
本方法の実施形態は、発電装置のガスタービンに関して述べられているが、本発明の用途は、ガスタービンに限定されない。本発明の実施形態は、グリッドへの同期化プロセスを経験する、発電機と一体化される他の産業用機械に適用することもできる。この、他の産業用機械は、これだけに限らないが、蒸気タービン、往復機関、航空機派生ガスタービンなどを含むことができる。
【００１５】
本発明の実施形態は、これだけに限らないが、通常モード、急速起動モード、迅速な応答などの様々なモードで運転されるガスタービンに適用することができる。前に論じたように、「急速起動」または「迅速な応答」は、発電装置の運転モードと見なすことができる。このモードは、概して、排気法令を遵守して運転しながら、その発電装置の起動が開始された後の一定時間内に、発電装置が負荷を送ることが必要である。本明細書で使用される場合、急速起動または迅速な応答という用語は、このようなモードおよび本発明の範囲に含まれるその均等なものをすべて含むことが意図されている。
【００１６】
詳細な例示的実施形態が本明細書で開示される。しかし、本明細書で開示される特定の構造および機能的な細部は、例示的な実施形態を述べるために示されているに過ぎない。しかし、例示的な実施形態は、多くの代替形態で実施することができ、また本明細書に記載の実施形態にだけ限定されるものと解釈されるべきではない。
【００１７】
したがって、例示的な実施形態は、様々な修正形態および代替形態が可能であるが、その実施形態は、例として図面中で示され、また本明細書で詳細に述べられる。しかし、例示的な実施形態を、開示された特定の形態に限定することは意図されておらず、その反対に、例示的な実施形態は、例示的な実施形態の範囲に含まれるすべての修正形態、均等な形態、および代替の形態を包含することを理解されたい。
【００１８】
第１、第２などの用語が、本明細書で様々な要素を述べるために使用されうるが、これらの要素は、これらの用語により限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素を他のものと区別するために使用されるに過ぎない。例示的な実施形態の範囲を逸脱することなく、例えば、第１の要素を第２の要素と称することができ、同様に、第２の要素を第１の要素であると称することもできる。本明細書で使用される場合、用語「および（かつ）／または」は、関連して列挙される１つまたは複数の項目の組合せのうちの任意のもの、およびすべてのものを含む。
【００１９】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を述べるためのものに過ぎず、例示的な実施形態を限定することを意図していない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、別段、文脈により明確に示されていない限り、複数形も同様に含むことが意図されている。用語「備える／含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「備えている／含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、および／または「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」は、本明細書で使用される場合、述べられた機能、整数、ステップ、オペレーション、要素、および／またはコンポーネントの存在を指定するが、１つまたは複数の他の機能、整数、ステップ、オペレーション、要素、コンポーネントおよび／またはそれらのグループの存在もしくは追加を排除しないことをさらに理解されよう。
【００２０】
いくつかの代替の実施形態では、記載された機能／行為は、諸図で記載されたものとは別の順序で行うことができることもまた留意されたい。例えば、２つの連続する図は、含まれる機能／オペレーションに応じて、実質的に同時に実行することができ、あるいは時には、逆の順序で実行できることもありうる。
【００２１】
いくつかの図を通して様々な番号が同様の部分を示している諸図を次に参照する。図１は、ターボ機関を起動させる知られた方法が動作する環境を示す概略図である。図１では、ガスタービンの形態のターボ機関１００は、圧縮機セクション１１０、燃焼システム１２０、燃料供給システム１２５、タービンセクション１３０、ロータ１４０、およびタービン制御システム１５０を含む。燃焼システム１２０は、燃料システム１２５の燃料回路１２７から燃料を受け取ることができる。燃料システム１２５の実施形態は、複数の燃料回路１２７を含むことができる。
【００２２】
概して、圧縮機セクション１１０は、複数の入口案内静翼（ＩＧＶ）１１５、ならびに図１の大きな矢印で示す取り込んだ空気を圧縮するように構成された複数の回転ブレードおよび静翼を含む。燃焼システム１２０内では、圧縮空気および燃料が混合され、点火され、作動流体を生成する。
【００２３】
作動流体は、一般に、燃焼システム１２０からタービンセクション１３０へと下流に進む。タービンセクション１３０は、複数の回転コンポーネントおよび静止コンポーネント（そのいずれも図示せず）を含む。これらのコンポーネントは、ロータ１４０の周囲に配置され、作動流体を機械的なトルクに変換するように働くことができ、そのトルクは、圧縮機セクション１１０と、ロータ１４０を介してガスタービン１００と一体化された発電機１４５とを駆動するために使用することができる。
【００２４】
動作的には、ガスタービン１００を起動する知られた方法は、以下のステップを含む。これだけに限らないが、負荷転流形インバータ（ＬＣＩ：Ｌｏａｄ  Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  Ｉｎｖｅｒｔｅｒ）などの起動手段が、事前定義のパージ速度へとガスタービン１００を加速する。パージが完了した後、起動手段は、事前定義の点火速度へとガスタービン１００を減速する。この点火速度において、燃焼システム１２０および燃料回路１２７のバルブは、開ループの燃料フローの思想の下に制御される点火燃料フローに対する事前定義の位置に調整される。点火し、事前定義のウォームアップタイマの期限が切れた後、起動手段および制御システム１５０は協動して、ガスタービン１００を、これだけに限らないが、ＦＳＮＬなどの主動作速度へと加速する。
【００２５】
ＦＳＮＬにおける知られた方法の下で、制御システム１５０は、励磁システム１６０（以後「励磁機」と称する）と通信する。励磁機１６０および制御システム１５０は、協動して動作し、同期化プロセスを行う。このプロセスは、発電機ブレーカ（図示せず）が閉じられた場合にも対処でき、発電機１４５がグリッド１５５と電気的に接続される。
【００２６】
理解されるように、本発明は、方法、システム、またはコンピュータプログラム製品として実施することができる。したがって、本発明は、全体的にハードウェア実施形態の形、全体的にソフトウェア実施形態の形（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、または本明細書ですべてを全体的に「回路」、「モジュール」、もしくは「システム」と呼ぶソフトウェアおよびハードウェアを組み合わせた実施形態の形をとることができる。さらに、本発明は、コンピュータで使用可能なプログラムコードを媒体中に実施させたコンピュータで使用可能な記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形をとることができる。本明細書で使用される場合、用語「ソフトウェア」および「ファームウェア」は交換可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、および不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含む、プロセッサで実行するためにメモリ中に記憶された任意のコンピュータプログラムを含む。上記のメモリタイプは、例示的なものに過ぎず、したがって、コンピュータプログラムのストレージ用として使用可能なメモリタイプに関して限定するものではない。
【００２７】
任意の適切なコンピュータ可読媒体を利用することができる。コンピュータで使用可能なまたはコンピュータ可読媒体は、これだけに限らないが、例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外線、または半導体システム、装置、デバイス、または伝播媒体とすることができる。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（網羅的ではないリスト）は、以下のものを含むはずである。すなわち、１つまたは複数のワイヤを有する電気的な接続、可搬型コンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能書込み可能なＲＯＭ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、光ファイバ、可搬型コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光記憶装置、インターネットもしくはイントラネットをサポートするものなどの送信媒体、または磁気記憶装置である。コンピュータで使用可能なまたはコンピュータ可読媒体は、プログラムが印刷される紙または他の適切な媒体とすることも可能であり、プログラムは、紙もしくは他の媒体を、例えば、光学的な走査を介して電子的に取り込み、次いでコンパイルし、解釈し、または必要に応じて、適切な方法でその他の形で処理し、次いで、コンピュータメモリに記憶させることができることに留意されたい。この文書の範囲では、コンピュータで使用可能なまたはコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置、またはデバイスにより、またはそれと関連して使用するためのプログラムを含む、記憶する、通信する、伝播する、または移送することのできる任意の媒体とすることができる。
【００２８】
本明細書で使用される場合、プロセッサという用語は、中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、論理回路、および本明細書で述べる機能を実行できる任意の他の回路もしくはプロセッサを指す。
【００２９】
本発明のオペレーションを実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ（商標）７、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、またはＣ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語で記述することができる。しかし、本発明のオペレーションを実行するためのコンピュータプログラムコードはまた、「Ｃ」プログラミング言語もしくは同様の言語など、従来の手続き形プログラミング言語で記述することもできる。プログラムコードは、スタンドアロンのソフトウェアパッケージとして、全体的にユーザのコンピュータで、部分的にユーザのコンピュータで、一部をユーザのコンピュータで行って一部を遠隔のコンピュータで、あるいは全体的に遠隔のコンピュータで実行することができる。後者のシナリオでは、遠隔コンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、または広域ネットワーク（ＷＡＮ）を介してユーザのコンピュータに接続することができるが、その接続を、（例えば、インターネットサービスプロバイダを用いるインターネットを介して）外部コンピュータに対して行うこともできる。
【００３０】
本発明は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品の流れ図および／またはブロック図を参照して以下で述べる。流れ図および／またはブロック図の各ブロック、ならびに流れ図および／またはブロック図におけるブロックの組合せは、コンピュータプログラム命令により実施できることが理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、公共目的コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに提供されて、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサを介して実行する命令が、流れ図および／またはブロック図の１つまたは複数のブロックで指定された機能／行為を実施するための手段を作成するようにマシンを生成することができる。
【００３１】
これらのコンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ可読メモリに記憶することができる。これらの命令は、特定の方法で機能するようにコンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置に指示することができる。コンピュータ可読メモリ中に記憶された命令は、流れ図および／またはブロック図の１つまたは複数のブロックで指定された機能／行為を実施する命令手段を含む製品を作成する。コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ上に、または他のプログラム可能なデータ処理装置上にロードすることができる。これらの命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で一連の動作ステップを実施させて、コンピュータで実施されるプロセスを生成することができる。ここで、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置上で実行される命令は、流れ図および／またはブロック図のブロックで指定される機能／行為を実施するためのステップを提供する。
【００３２】
図２は、本発明の実施形態による、同期化プロセスに備えて発電機電圧をアクティブに制御する方法２００のアルゴリズムを示すプロセス図である。本明細書で述べる方法２００の実施形態は、励磁機制御システムと協働して機能するターボ機関制御システムに適用することができる。これらのシステムは、集合的に、同期化プロセスの前に発電機界磁の目標電圧をアクティブに制御することができる。ここで、ステップ２０５〜２３０は、ターボ機関制御システムにより行われる、またはそれにより直接制御することができ、またステップ２３５〜２６０は、励磁機制御システムにより行われる、またはそれにより直接制御することができる。
【００３３】
ステップ２０５で、方法２００はグリッドの電圧を決定することができる。ここで、本発明の実施形態では、ターボ機関制御システムを、グリッド電圧を測定する装置と一体化することができる。
【００３４】
ステップ２１０で、方法２００は、ステップ２０５のグリッド電圧に適用される目標バイアスを決定することができる。バイアスは、発電機がグリッドに正の電圧を送ることを支援することができ、発電機のブレーカが閉じられる。本発明の実施形態では、目標バイアスは、事前設定された値とすることができる。本発明の代替の実施形態では、ターボ機関制御システムは、一部には現在のグリッドパラメータに基づいて、目標バイアスに対する適切な値を計算することができる。前に論じたように、グリッドパラメータは、これだけに限らないが、周波数、電圧、および位相角を含むことができる。
【００３５】
ステップ２１５で、方法２００は、測定されたグリッド電圧に対して目標バイアスを加えるために、加算接合器もしくは同様のものを使用することができる。この合計は、バイアスされたグリッド電圧もしくは同様のものと見なすことができる。
【００３６】
ステップ２２０で、方法２００は、バイアスされたグリッド電圧に対して、訂正アルゴリズムもしくは同様のものを適用することができる。訂正アルゴリズムの実施形態は、以下の機能の少なくとも１つを実施することができる。すなわち、エラー検査、フィルタリング、およびフィードバックである。エラー検査の目標は、バイアスされた電圧が、ある範囲のボルト／ヘルツ内にあるかどうか判定することを含むことができる。これにより、指示された電圧が高くなり過ぎ、発電機に悪影響を与えるおそれがないようにすることも、電圧が低くなり過ぎ、通常の動作周波数以下で動作するグリッドに同期させるおそれがないようにすることもできる。フィルタリングの目標は、バイアスされたグリッド電圧が、指定された時間枠にわたってほぼ一様であるかどうかを判定することを含むことができる。こうすることにより、グリッドの安定性問題を示す可能性のあるグリッド電圧振動がないことを保証することができる。フィードバックの目標は、目標バイアスの値が適切であるかどうかを判定することを含むことができる。ここで、訂正アルゴリズムは、現在のグリッドパラメータに基づいて、バイアスされたグリッド電圧が適切であるかどうかを判定することができる。訂正アルゴリズムは、エラー訂正およびフィルタリングステップに基づいて、バイアスされたグリッド電圧値を調整することができる。
【００３７】
図２で示すように、訂正アルゴリズムは、目標バイアスが決定されるステップ２１０へとフィードバックを直接伝達することができる。さらに、本発明の実施形態では、訂正アルゴリズムは、バイアスされたグリッド電圧をステップ２２５および２３０に同時に伝達することができる。
【００３８】
ステップ２２５で、方法２００は、ターボ機関の動作許容条件（ｐｅｒｍｉｓｓｉｖｅ）が満たされたかどうかを判定することができる。この許容条件は、方法２００が進むことができる前に満たされるべき要件とすることができる。この許容条件は、ターボ機関が、同期化プロセスを可能にするモードで動作しているという要件を含むことができる。例えば、これだけに限らないが、自動同期モードなどである。
【００３９】
ステップ２３０で、方法２００は、ターボ機関制御システムと励磁機制御システムとの間で通信リンクが確立されたかどうかを判定することができる。この双方向の通信リンクは、本方法２００および同期化プロセスを適正に実行するために不可欠のものでありうる。したがって、方法２００は、方法２００の実行中に通信リンクが維持されているかどうかを判定することができる。
【００４０】
図２で示されるように、方法２００の実施形態は、ステップ２２５と２３０の間で通信を行うことができる。こうすることにより、ターボ機関制御システムは、同期化プロセスを可能にするモードでターボ機関を動作させていることを確認することができる。
【００４１】
方法２００の実施形態では、ターボ機関の動作許容条件が満たされない場合、方法２００は、ステップ２０５に戻ることができる。さらに、励磁機通信リンクが確立されていない場合、または維持されていない場合、方法２００は、ステップ２０５に戻ることができる。
【００４２】
前に論じたように、本発明の実施形態では、方法２００のステップ２３５〜２６０は、励磁機制御システムにより実施される、またはそれにより直接制御することができる。ステップ２３５で、方法２００は、ステップ２３０に関して述べた機能と同様に、励磁機制御システムとターボ機関制御システムとの間の通信リンクが確立され、かつ維持されているかどうかを判定することができる。
【００４３】
ステップ２４０で、方法２００は、励磁機の動作許容条件が満たされているかどうかを判定することができる。この許容条件は、方法２００が進むことができる前に満たされるべき要件とすることができる。この許容条件は、励磁機が、同期化プロセスを可能にするモードで動作しているという要件を含むことができる。例えば、これだけに限らないが、励磁機モード、界磁フラッシングモード、または発電機界磁で電圧を生成することに焦点を当てた他のモードである。
【００４４】
ステップ２４５では、方法２００は、発電機電圧レギュレータと見なすことのできる電圧調整アルゴリズムを使用することができる。このアルゴリズムは、発電機界磁に対する目標電圧であると見なすことのできるステップ２２０で生成された、バイアスされ、測定された電圧を受け取ることができる。このアルゴリズムの実施形態は、比例プラス積分器型ループ（Ｐ＋Ｉ）を備えることができ、それは、発電機上の現在の界磁電圧を自動的に調整するために使用することができる。ここで、調整プロセスを効率的に開始するために、アルゴリズムを、ステップ２５５から受け取った事前調節値に適用することができる。本発明の実施形態では、事前調節値を１００％に設定することができる。こうすることにより、事前調節値が０％に設定された場合、Ｐ＋Ｉのワインドアップおよび／またはランプ限度を回避することができる。
【００４５】
方法２００のステップ２５０で、目標電圧は、訂正アルゴリズムにより受け取られ、かつ評価されうるが、それは、ステップ２２０におけるものと同様に機能することができる。訂正アルゴリズムの実施形態は、以下の機能のうち少なくとも１つを行うことができる。すなわち、エラー検査、フィードバック、およびフィルタリングである。エラー検査の目標は、ステップ２４５により指示された目標電圧が、ある範囲のボルト／ヘルツ内にあるかどうかを判定することを含むことができる。これにより、目標電圧が高くなり過ぎ、発電機に悪影響を与えるおそれがないようにすることも、電圧が低くなり過ぎ、通常の動作周波数以下で動作するグリッドに同期させるおそれがないようにすることもできる。エラー検査はまた、励磁機が目標電圧値を適正に受け取っているかどうかを判定することができる。ここで、訂正アルゴリズムは、ステップ２４５から受け取った目標電圧値を、ステップ２２０で生成され、ステップ２３５で受け取った目標電圧値と比較することができる。フィードバックの目標は、ステップ２６０で発電機界磁制御が受け取った目標電圧値が、ステップ２４５の発電機電圧レギュレータにより、発電機界磁制御に送られたものと同じもしくは同様のものであるかどうかを判定することを含むことができる。訂正アルゴリズムはまた、現在のグリッドパラメータに基づいて、目標電圧が適正であるかどうかを判定することができる。訂正アルゴリズムは、エラー訂正およびフィードバックステップに基づいて、目標電圧値を調整することができる。
【００４６】
図２で示すように、方法２００の実施形態は、発電機電圧の目標値を連続して調整する閉ループプロセスを使用する。この調整は、ターボ機関が同期速度に達する前に行うことができる。
【００４７】
図３は、本発明の実施形態による、同期化プロセスに備えて発電機速度および位相角をアクティブに制御する方法３００のアルゴリズムを示すプロセス図である。図３は、ターボ機関の速度制御および加速度制御を調整するように集合的に機能する２つの独立した制御ループを示しており、それは、次いで、ターボ機関の燃料制御を調整することができる。第１の制御ループは速度ループと見なすことができ、ステップ３０５〜３４０を含む。第２の制御ループは加速度ループと見なすことができ、ステップ３０５、３３５、３４０、および３４５〜３６５を含む。
【００４８】
以下の論議は、第１の制御ループに焦点を合わせている。ステップ３０５で、方法３００は、グリッドの速度を決定することができる。ここで、本発明の実施形態では、ターボ機関制御システムは、グリッド周波数に直接関係することのできるグリッド速度を測定する装置と一体化することができる。
【００４９】
ステップ３１０で、方法２００は、ステップ３０５のグリッド速度に適用される目標バイアスを決定することができる。バイアスは、発電機のロータが、グリッドの速度に合致することを支援することができ、発電機のブレーカは閉じられる。本発明の実施形態では、目標バイアスは事前に設定される値である。本発明の代替の実施形態では、ターボ機関制御システムは、一部には現在のグリッドパラメータに基づいて目標バイアスのための適切な値を計算することができる。前に論じたように、グリッドパラメータは、これだけに限らないが、周波数、電圧、および位相角を含むことができる。
【００５０】
ステップ３１５で、方法３００は、測定されたグリッド速度に目標バイアスを加えるために、加算結合器もしくは同様のものを使用することができる。この合計は、バイアスされたグリッド速度もしくは同様のものと見なすことができる。
【００５１】
ステップ３２０で、方法３００は、訂正アルゴリズムもしくは同様のものを、バイアスされたグリッド速度に適用することができる。訂正アルゴリズムの実施形態は、以下の機能の少なくとも１つを行うことができる。すなわち、エラー検査、フィルタリング、およびフィードバックである。エラー検査の目標は、バイアスされたグリッド速度が、速度範囲内にあるかどうかを判定することを含むことができる。こうすることにより、高い負荷過渡状態を生ずる可能性のある、指示された速度が高くなり過ぎないこと、またはグリッドへの同期を妨げる可能性のある低くなり過ぎないことを保証することができる。フィルタリングの目標は、バイアスされたグリッド速度が、指定された時間枠にわたってほぼ一様であるかどうかを判定することを含むことができる。こうすることにより、グリッドの安定性問題を示す可能性のあるグリッド速度振動がないことを保証することができる。訂正アルゴリズムは、エラー訂正およびフィルタリングステップに基づいて、バイアスされたグリッド速度値を調整することができる。
【００５２】
ステップ３２５で、方法３００は、ターボ機関の速度に対するコマンドを決定することができる。ここで、方法３００は、これだけに限らないが、ターボ機関制御システムのターボ機関速度制御などのアルゴリズムに対してバイアスされたグリッド速度を伝えることができる。
【００５３】
以下の論議は、第２の制御ループに対して焦点を合わせている。ステップ３４５で、方法３００は、現在のグリッド加速度を決定することができる。ここで、本発明の実施形態では、ターボ機関制御システムを、グリッドの加速度を測定する装置と一体化することができる。グリッド加速度値は、ステップ３６５で論ずる位相目標オプティマイザ（ｏｐｔｉｍｉｚｅｒ）に伝えることができる。
【００５４】
ステップ３５０で、方法３００は、発電機の位相角とグリッドの位相角の間の現在の差を決定することができる。ここで、方法３００は、位相角を測定する装置から位相角に関するデータを受け取ることができる。次いで、方法３００は、位相角の間の差を計算し、位相目標オプティマイザに伝えることができる。
【００５５】
ステップ３５５で、方法３００は、ターボ機関の現在の加速度を決定することができる。ここで、本発明の実施形態では、ターボ機関制御システムを、ターボ機関の加速度を測定する装置と一体化することができる。
【００５６】
ステップ３６０で、方法３００は、ターボ機関の現在の速度を決定することができる。ここで、本発明の実施形態では、ターボ機関制御システムを、ターボ機関速度を測定する装置と一体化することができる。
【００５７】
ステップ３６５で、方法３００は、ターボ機関の加速度に対する調整バイアスを決定することができる。ここで、位相角目標を決定するように構成されたアルゴリズムは、前に述べたように、ステップ３４５〜３６０から受け取ったデータに基づいて、調整バイアスを決定することができる。次に、方法３００は、調整バイアスを、ステップ３３５のターボ機関加速度制御に伝達することができる。
【００５８】
ステップ３２５〜３４０で、方法３００は、速度ループにより生成され、バイアスされたグリッド速度目標と、位相角ループにより生成された加速度に対する調整バイアスとを組み合わせることができる。この組合せは、燃料行程基準（ｆｕｅｌ  ｓｔｒｏｋｅ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）における変化、または燃料を必要とする変化により、ターボ機関の動作を調整することができる。
【００５９】
ステップ３２５で、方法３００は、その、ステップ３２０のバイアスされた速度目標、ステップ３６０の現在の速度、およびステップ３３０のデフォルトの速度目標を組み合わせるアルゴリズムを使用することができる。本発明の実施形態では、デフォルトの速度目標は、方法３００が、バイアスされた速度目標および／または現在の速度が誤っているように見えると判定した場合に使用することができる。アルゴリズムは、適切な速度コマンドを決定することができ、次いで、図３で示すように、それをステップ３３５および３４０に伝達することができる。
【００６０】
ステップ３３５で、方法３００は、その、ステップ３５５の現在の加速度、ステップ３２５の速度コマンド、およびステップ３６５の加速度調整バイアスを組み合わせるアルゴリズムを使用することができる。アルゴリズムは、適切な加速度コマンドを決定することができ、次いで、図３で示すように、それをステップ３４０に伝達することができる。
【００６１】
ステップ３４０で、方法３００は、ターボ機関が、起動プロセス中に消費すべき燃料の適切な量を決定することができる。燃料の量は、ターボ機関がＦＳＮＬへと加速されるとき、ターボ機関ロータの速度および加速度を調整することができる。こうすることにより、ターボ機関が同期速度に達したとき、同期化を行うことが可能になる。
【００６２】
本発明の諸実施形態は、多くの利益を提供することができる。励磁機は、現在知られた方法よりも早期に、発電機電圧をグリッド電圧に合致させるように働く。こうすることにより、発電機電圧が合致され、そのとき同期速度の合致が達成されることを保証する。
【００６３】
本発明の諸実施形態は、グリッドと発電機の間の位相角差を予測する予測アルゴリズムおよび／または予測モデルを使用することができる。その場合、アルゴリズムは、一定の時間または機械速度における特定の位相差を目標とするように機械の加速度を調整する。
【００６４】
当業者であれば理解されるように、いくつかの例示的な実施形態に関連して上記で述べた多くの様々な特徴および構成をさらに選択的に適用して、本発明の他の可能な実施形態を形成することもできる。当業者であればさらに、本発明のすべての可能な繰返しは提供されておらず、または詳細に論じられていないが、添付のいくつかの特許請求の範囲により、またはその他の形により包含されるすべての組合せおよび可能な実施形態は、本出願の一部であることが意図されていることを理解されよう。さらに、本発明のいくつかの例示的な実施形態の上記の記述から、当業者であれば、改良、変更、および修正が可能なことを理解されよう。当技術分野の技量に含まれるこのような改良、変更、および修正はまた、添付の特許請求の範囲により包含されることが意図されている。さらに、前述のものは、本出願の記述された実施形態にのみ関係していること、および添付の特許請求の範囲およびその均等なものにより定義される本出願の趣旨および範囲から逸脱することなく、数多くの変更および修正を本明細書で行うことができることは明らかである。
【符号の説明】
【００６５】
１００  ターボ機関
１１０  圧縮機セクション
１１５  入口案内静翼（ＩＧＶ）
１２０  燃焼システム
１２５  燃料供給システム
１２７  燃料回路
１３０  タービンセクション
１４０  ロータ
１４５  発電機
１５０  制御システム
１５５  グリッド
１６０  励磁機
２００  プロセスチャート
３００  プロセスチャート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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