(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンと、
前記タービンが発生させた動力を伝達する回転軸と、
前記回転軸に伝達された動力によって発電する複数の発電機と、
を備え、送電端に対して複数の前記発電機が並列に接続している発電システムであって、
複数の前記発電機は、前記回転軸に伝達された動力に基づいて発電出力を前記発電機ごとに推定する推定手段から各々出力される発電出力の推定値が、前記発電機ごとに予め設定された発電出力の目標値となるように、個別にフィードフォワード制御される発電システム。
【請求項２】
前記発電機は、前記フィードフォワード制御されると共に、前記送電端に供給される複数の前記発電機の発電出力の総量に基づいてフィードバック制御される請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
前記発電機の発電出力を検出し、検出した発電出力の値を前記推定手段にフィードバックする発電出力検出手段を備えた請求項１又は請求項２記載の発電システム。
【請求項４】
タービンと、前記タービンが発生させた動力を伝達する回転軸と、前記回転軸に伝達された動力によって発電する複数の発電機と、を備え、送電端に対して複数の前記発電機が並列に接続している発電システムの制御方法であって、
複数の前記発電機は、前記回転軸に伝達された動力に基づいて発電出力を前記発電機ごとに推定する推定手段から出力される発電出力の推定値が、前記発電機ごとに予め設定された発電出力の目標値となるように、個別にフィードフォワード制御される発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システム及び発電システムの制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、航空機等に用いられる、送電端に対して複数の発電機が並列に接続している多重化された発電システムでは、発電機同士の発電出力の位相のずれにより、該発電システムによる発電出力の総量が低下し、発電効率の低下を招く場合がある。
この問題を解決するために特許文献１には、タービンが発生させる回転力を動力分割伝達器で複数の発電機に分割する発電システムであって、個々の発電機の発電出力と複数の発電機の平均発電出力との差によって決まる修正信号を発電機の磁界制御ユニットへ入力（フィードバック）し、磁界制御ユニットによって発電機の発電出力を安定化させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１６６８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、発電機の発電出力の位相がずれる要因としては、発電機の個体差に起因するものが多く含まれると考えられるが、特許文献１に記載の技術では、複数の発電機の平均発電出力を用いてフィードバック制御していることから、発電機の個体差に応じた制御はできておらず、発電機の制御の精度を高められないため、発電システムの発電効率の低下を招く場合があった。
また、特許文献１に記載の技術では、動力分割伝達器の故障によって各発電機に伝達される動力に極端な不均一の発生や、一部の発電機の故障等によって、個々の発電機の発電出力にばらつきが生じた場合であっても、平均化された目標出力に各発電機の発電出力を追従させようとするため、発電システムの発電効率が低下する場合があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、送電端に対して複数の発電機が並列に接続されていても、発電効率の低下を抑制することができる発電システム及び発電システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の発電システム及び発電システムの制御方法は以下の手段を採用する。
【０００７】
すなわち、本発明に係る発電システムは、タービンと、前記タービンが発生させた動力を伝達する回転軸と、前記回転軸に伝達された動力によって発電する複数の発電機と、を備え、送電端に対して複数の前記発電機が並列に接続している発電システムであって、複数の前記発電機は、前記回転軸に伝達された動力に基づいて発電出力を前記発電機ごとに推定する推定手段から各々出力される発電出力の推定値が、前記発電機ごとに予め設定された発電出力の目標値となるように、個別にフィードフォワード制御される。
【０００８】
本発明によれば、発電システムは、タービンと、タービンが発生させた動力を伝達する回転軸と、回転軸に伝達された動力によって発電する複数の発電機と、を備え、送電端に対して複数の発電機が並列に接続されている。
なお、発電システムは、タービンが発生させた動力を分割して複数の回転軸に伝達する伝達器によって、一つのタービンに対して複数の発電機へ動力を伝達してもよいし、該伝達器が用いられることなくタービンと発電機とが一対一に設けられてもよい。
複数の発電機は、各々回転軸に伝達された動力に基づいて発電出力を推定する推定手段から出力される発電出力の推定値が予め設定された発電出力の目標値となるようにフィードフォワード制御される。
回転軸に伝達される動力は、例えば、回転軸の回転数及びトルクから求めることができ、動力に発電効率を乗算することで、発電出力が推定される。
そして、各発電機は、発電出力の推定値と目標値との差分が０（零）となるように、すなわち、発電出力の推定値と目標値とが一致するように、フィードバック制御されることとなる。
【０００９】
このように、各発電機は、回転軸に伝達された動力に基づいてフィードフォワード制御されるため、すなわち、伝達される動力に基づいて、個々に発電機が制御されるため、各発電機に伝達される動力が同一でなくても、また、発電機の個体差にかかわらず、発電効率の低下を抑制することができる。また、伝達される動力に基づいて、個々に発電機が制御されるため、各発電機の同期を容易にとることができる。さらに、発電システムを構成する機器の不具合や故障等が発生し、各発電機に伝達される動力の低下や、発電機に伝達される動力の不均等によって、各発電機の発電出力に不均一又は非同期が生じても、各発電機は、回転軸に伝達された動力に基づいてフィードフォワード制御されるため、発電効率が下がらないように、的確に制御されることが可能となる。
【００１０】
また、本発明の発電システムは、前記発電機が、前記フィードフォワード制御されると共に、前記送電端に供給される複数の前記発電機の発電出力の総量に基づいてフィードバック制御されてもよい。
【００１１】
本発明によれば、発電機が送電端に供給される発電出力の総量に基づいて、さらにフィードバック制御されるため、各発電機の同期をより正確に取ることができ、非同期に起因する無効電力をより抑制することができる。
【００１２】
また、本発明の発電システムは、前記発電機の発電出力を検出し、検出した発電出力の値を前記推定手段にフィードバックする発電出力検出手段を備えてもよい。
【００１３】
本発明によれば、各発電機で検出された発電出力の値を推定手段にフィードバックするので、推定手段は、より正確に発電機の発電出力を推定することができる。
【００１４】
一方、本発明に係る発電システムの制御方法は、タービンと、前記タービンが発生させた動力を伝達する回転軸と、前記回転軸に伝達された動力によって発電する複数の発電機と、を備え、送電端に対して複数の前記発電機が並列に接続している発電システムの制御方法であって、複数の前記発電機は、前記回転軸に伝達された動力に基づいて発電出力を前記発電機ごとに推定する推定手段から出力される発電出力の推定値が、前記発電機ごとに予め設定された発電出力の目標値となるように、個別にフィードフォワード制御される。
【００１５】
本発明によれば、各発電機は、回転軸に伝達された動力に基づいてフィードフォワード制御されるため、すなわち、伝達される動力に基づいて、個々に発電機が制御されるため、各発電機に伝達される動力が同一でなくても、また、発電機の個体差にかかわらず、発電効率の低下を抑制することができる。また、伝達される動力に基づいて、個々に発電機が制御されるため、各発電機の同期を容易にとることができる。さらに、発電システムを構成する機器の不具合や故障等が発生し、各発電機に伝達される動力の低下や、発電機に伝達される動力の不均等によって、各発電機の発電出力に不均一又は非同期が生じても、各発電機は、回転軸に伝達された動力に基づいてフィードフォワード制御されるため、発電効率が下がらないように、的確に制御されることが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、送電端に対して複数の発電機が並列に接続されていても、発電効率の低下を抑制することができる、という優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る発電システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る出力調整ユニットの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る発電システムの構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る出力調整ユニットの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る発電システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る出力調整ユニットの構成を示すブロック図である。
【図７】他の実施形態に係る発電システムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明に係る発電システム及び発電システムの制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１に、本第１実施形態に係る発電システム１０の構成を示す。
本第１実施形態に係る発電システム１０は、例えば、航空機及び船舶等に搭載され、ガスタービン又は蒸気タービン等のタービン１２、タービン１２が発生させた動力を伝達する回転軸１４、回転軸１４に伝達された動力を分割して複数の回転軸１６に伝達する動力分割伝達器１８、複数の回転軸１６毎に設けられ、回転軸１６に伝達された動力によって発電する複数の発電機２０を備えている。
【００２０】
なお、複数の発電機２０は、各々送電線２２を介して主送電線２４へ電気的に接続され、送電線２２及び主送電線２４を介して送電端２６へ電力を送電する。すなわち、複数の発電機２０は、送電端２６に対して並列に接続されている。
【００２１】
また、本第１実施形態に係る発電機２０としては、一例として誘導発電機を用いる。そして、各発電機２０には、出力調整ユニット４０及び磁界制御ユニット４２が備えられている。
出力調整ユニット４０は、発電機２０の発電出力（発電機２０が出力する電力）を調整するための調整信号を出力する。
磁界制御ユニット４２は、出力調整ユニット４０から出力された調整信号に基づいて、誘導発電機である発電機２０で生成される磁界を制御する。
【００２２】
さらに、各回転軸１６には、回転数検出器４４及びトルク検出器４６が備えられている。
回転数検出器４４は、回転軸１６の回転数を検出し、検出値（以下、「回転数検出値」という。）を出力調整ユニット４０へ出力する。
トルク検出器４６は、回転軸１６のトルクを検出し、検出値（以下、「トルク検出値」という。）を出力調整ユニット４０へ出力する。
【００２３】
図２に、出力調整ユニット４０の構成を示す。
出力調整ユニット４０は、出力推定部５０、目標出力値記憶部５２、及び減算部５４Ａを備えている。
【００２４】
出力推定部５０は、回転軸１６に伝達された動力に基づいて、発電機２０の発電出力を推定する。具体的には。出力推定部５０には、発電出力を推定する関数（発電機２０の発電出力のモデル）である推定関数ｆ（η，ω，τ）が予め記憶されている。そして、推定関数ｆ（η，ω，τ）は、予め記憶されている発電効率η、回転数検出器４４から出力される回転数検出値ω、及びトルク検出器４６から出力されるトルク検出値τが入力され、発電機２０の発電出力の推定値（以下、「推定出力値」という。）を算出する。なお、回転軸１６に伝達された動力は、回転数検出値ωとトルク検出値τによって求められる。
【００２５】
目標出力値記憶部５２には、不図示の操作装置によって予め設定された発電機２０の発電出力の目標値（以下、「目標出力値」という。）が記憶されている。なお、本第１実施形態では、一例として、各発電機２０の目標出力値を同一としている。
【００２６】
減算部５４Ａには、目標出力値記憶部５２から出力された目標出力値、及び出力推定部５０から出力された推定出力値が入力され、減算部５４Ａは、目標出力値から推定出力値を減算して得られた偏差を調整信号として磁界制御ユニット４２へ出力する。
【００２７】
磁界制御ユニット４２は、出力調整ユニット４０が備える減算部５４Ａから出力された調整信号に基づいて、発電機２０で生成される磁界を制御する。
【００２８】
次に、本第１実施形態に係る発電システム１０の作用を説明する。
出力推定部５０から出力される推定出力値が目標出力値と異なる場合、すなわち調整信号の値が０（零）（０（零）を含む許容範囲内）でない場合、磁界制御ユニット４２が、調整信号の値が０（零）となり、推定出力値と目標出力値が一致するように、発電機２０で生成される磁界を制御することによって発電機２０の発電出力がフィードフォワード制御される。
そして、上記フィードフォワード制御は、各発電機２０に対して個別に行われるため、各発電機２０の発電出力は、各々設定された目標出力値となるように制御される。
【００２９】
以上説明したように、本第１実施形態に係る発電システム１０は、送電端２６に対して複数の発電機２０が並列に接続されており、発電機２０は、各々回転軸１６に伝達された動力に基づいた出力推定値が予め設定された出力目標値となるようにフィードフォワード制御される。
このように、各発電機２０は、回転軸１６に伝達された動力に基づいてフィードフォワード制御されるため、すなわち、伝達される動力に基づいて、個々に発電機２０が制御されるため、各発電機２０に伝達される動力が同一でなくても、また、発電機２０の個体差にかかわらず、発電効率の低下を抑制することができる。また、伝達される動力に基づいて、個々に発電機２０が制御されるため、各発電機２０の同期を容易にとることができる。また、フィードフォワード制御によって、発電機２０の発電出力の制御を安定かつ速く行うことができる。
【００３０】
さらに、本第１実施形態に係る発電システム１０は、動力分割伝達器１８によって、タービンが発生させた動力が分割されて複数の回転軸１６に伝達され、回転軸１６を介して各発電機２０に分割された動力が伝達される。そして、動力分割伝達器１８が破損等することによって、各発電機に伝達される動力の低下や、発電機２０に伝達される動力の不均等により、各発電機２０の発電出力に不均一又は非同期が生じても、各発電機２０は、回転軸１６に伝達された動力に基づいてフィードフォワード制御されるため、発電効率が下がらないように、的確に制御されることが可能となる。
【００３１】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
【００３２】
図３に、本第２実施形態に係る発電システム１０の構成を示す。なお、図３における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。
本第２実施形態に係る発電システム１０は、主送電線２４に送電端２６へ供給される電力である、複数の発電機２０の発電出力の総量を検出する発電出力検出器６０Ａを備える。
発電出力検出器６０Ａは、検出した発電出力の総量（以下、「総発電出力値」という。）を各発電機２０に対応した出力調整ユニット４０へ出力する。
【００３３】
図４に、本第２実施形態に係る出力調整ユニット４０の構成を示す。なお、図４における図２と同一の構成部分については図２と同一の符号を付して、その説明を省略する。
本第２実施形態に係る出力調整ユニット４０は、平均処理部６２、減算部５４Ｂ、ゲイン乗算部６４、及び加算部６６を備える。
【００３４】
平均処理部６２は、発電出力検出器６０Ａから出力された総発電出力値が入力され、該総発電出力値を発電システム１０が備える発電機２０の総数で除算し、発電機２０の発電出力の平均値（以下、「平均出力値」という。）を出力する。
【００３５】
減算部５４Ｂには、目標出力値記憶部５２から出力された目標出力値、及び平均処理部６２から出力された平均出力値が入力され、減算部５４Ｂは、平均出力値から目標出力値を減算して得られた偏差を、ゲイン乗算部６４へ出力する。
【００３６】
ゲイン乗算部６４は、減算部５４Ｂから出力された偏差に予め定められたフィードバックゲインを乗算し、加算部６６へ出力する。
【００３７】
加算部６６には、ゲイン乗算部６４から出力されたフィードバックゲインが乗算された偏差、及び減算部５４Ａから出力された偏差が入力され、加算部６６は、ゲイン乗算部６４から出力された偏差に減算部５４Ａから出力された偏差を加算して得られた値を、調整信号として磁界制御ユニット４２へ出力する。
【００３８】
次に、本第２実施形態に係る発電システム１０の作用を説明する。
減算部５４Ｂから出力された偏差が０（零）でない場合は、各発電機２０の発電出力の平均値と目標出力値とにずれが生じている場合であり、各発電機２０の同期がとれず、各発電機２０の非同期に起因する無効電力が発生している。
そして、推定出力値と目標出力値との偏差に平均出力値と目標出力値との偏差を加算して得られた調整信号が０（零）となるように、磁界制御ユニット４２が、発電機２０で生成される磁界を制御することによって発電機２０の発電出力が制御される。すなわち、発電機２０は、第１実施形態に係るフィードバック制御されると共に、送電端２６に供給される総発電出力値に基づいてフィードバック制御されることとなる。このように調整信号に、平均出力値と目標出力値との偏差を加算されるので、本第２実施形態に係る発電システム１０は、各発電機２０の発電出力の平均値と目標出力値とのずれを解消でき、各発電機２０の同期をより正確に取ることができる。
【００３９】
以上説明したように、本第２実施形態に係る発電システム１０は、発電機２０が送電端２６に供給される発電出力の総量に基づいて、さらにフィードバック制御されるため、各発電機２０の同期を正確に取ることができ、非同期に起因する無効電力をより抑制することができる。
〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について説明する。
【００４０】
図５に、本第３実施形態に係る発電システム１０の構成を示す。なお、図５における図３と同一の構成部分については図３と同一の符号を付して、その説明を省略する。
本第３実施形態に係る発電システム１０は、各発電機２０から出力される電力を主送電線２４Ｂに送電する送電線２２に、各発電機２０の発電出力を検出する発電出力検出器６０Ｂを備える。
発電出力検出器６０Ｂは、検出した発電出力（以下、「発電出力値」という。）を、検出対象の発電機２０に対応する出力調整ユニット４０へ出力する。
【００４１】
図６に、本第３実施形態に係る出力調整ユニット４０の構成を示す。なお、図６における図４と同一の構成部分については図４と同一の符号を付して、その説明を省略する。
本第３実施形態に係る出力調整ユニット４０は、減算部５４Ｃを備える。
【００４２】
減算部５４Ｃには、出力推定部５０から出力された推定出力値、及び発電出力検出器６０Ｂから出力された発電出力値が入力され、減算部５４Ｃは、推定出力値から発電出力値を減算して得られた偏差を出力推定部５０へ出力（フィードバック）する。
【００４３】
次に、本第３実施形態に係る発電システム１０の作用を説明する。
減算部５４Ｃから出力される偏差が０（零）（０（零）を含む許容範囲内）でない場合、すなわち、出力推定部５０から出力される推定出力値と発電機２０の発電出力値とが異なる場合、出力推定部５０は、偏差が０（零）となり、推定出力値と発電出力値とが一致するように、例えば、推定関数ｆ（η，ω，τ）に含まれる係数を調整する。なお、出力推定部５０は、減算部５４Ｃから偏差が入力される毎に推定関数ｆ（η，ω，τ）の調整をするのではなく、該偏差を複数蓄積し、蓄積した結果に基づいて、推定関数ｆ（η，ω，τ）を調整してもよい。
そして、出力推定部５０は、調整された推定関数ｆ（η，ω，τ）を用いて、推定出力値の算出を行う。
【００４４】
以上説明したように、本第３実施形態に係る発電システム１０は、各発電機２０で検出された発電出力値を出力推定部５０にフィードバックするので、出力推定部５０は、より正確に発電機２０の発電出力を推定することができる。
【００４５】
以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４６】
例えば、上記各実施形態では、タービン１２が発生させた動力を動力分割伝達器１８によって分割して、複数の発電機２０に伝達する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、図７に示される発電システム１０’のように、動力分割伝達器１８を備えず、タービン１２と発電機２０が一対一で備えられる形態としてもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０    発電システム
１２    タービン
１６    回転軸
１８    動力分割伝達器
２０    発電機
２６    送電端
５０    出力推定部
６０Ｂ  発電出力検出器
【図１】
0005716183.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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