(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と、二次巻線を備える回転子とを有すると共に、エンジンのクランク軸の回転動力で回転子を回転させる二次励磁発電機と、
交流側が前記電力系統に接続された第１電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第２電力変換機と、
前記第１電力変換機の直流側と前記第２電力変換機の直流側とを接続する直流部と、
運転を制御する制御手段とを備えた発電システムであって、
前記エンジンに設けられたターボ式の過給機に、当該過給機の回転軸に対して動力を授受可能な電動発電機と、
前記電動発電機の作動状態を、前記電動発電機に前記直流部から電力を供給して当該電動発電機を電動機として作動させる電動状態と、前記電動発電機から前記直流部に電力を取り出して当該電動発電機を発電機として作動させる発電状態との間で切り替える状態切替手段と、
前記クランク軸の回転数を検出する回転数検出手段とを備え、
前記状態切替手段が、前記クランク軸の回転数が低回転数領域内のときは前記電動発電機の作動状態を前記電動状態とし、前記クランク軸の回転数が前記低回転数領域よりも高い高回転数領域内のときは前記電動発電機の作動状態を前記発電状態とし、
前記回転数検出手段が、前記第２電力変換機の前記二次巻線に対する励磁電力の向きと周波数とから前記クランク軸の回転数を算出するように構成されている発電システム。
【請求項２】
電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と、二次巻線を備える回転子とを有すると共に、エンジンのクランク軸の回転動力で回転子を回転させる二次励磁発電機と、
交流側が前記電力系統に接続された第１電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第２電力変換機と、
前記第１電力変換機の直流側と前記第２電力変換機の直流側とを接続する直流部と、
運転を制御する制御手段とを備えた発電システムの運転制御方法であって、
前記エンジンに設けられたターボ式の過給機に、当該過給機の回転軸に対して動力を授受可能な電動発電機が設けられ、
前記第２電力変換機の前記二次巻線に対する励磁電力の向きと周波数とから算出したクランク軸の回転数に基づいて、前記電動発電機の作動状態を、前記クランク軸の回転数が低回転数領域内のときは前記電動発電機に前記直流部から電力を供給して当該電動発電機を電動機として作動させる電動状態とし、前記クランク軸の回転数が前記低回転数領域よりも高い高回転数領域内のときは前記電動発電機から前記直流部に電力を取り出して当該電動発電機を発電機として作動させる発電状態とする発電システムの運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と、二次巻線を備える回転子とを有すると共に、エンジンのクランク軸の回転動力で回転子を回転させる二次励磁発電機と、
交流側が前記電力系統に接続された第１電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第２電力変換機と、
前記第１電力変換機の直流側と前記第２電力変換機の直流側とを接続する直流部と、
運転を制御する制御手段とを備えた発電システム及びその運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次励磁発電機を用いた発電システムは、主に風力発電や揚水式発電に用いられているが、エンジンを駆動源とする定置式にも用いることができればエンジンのクランク軸の回転数（以下「エンジン回転数」と呼ぶ場合がある。）を自由に選択できるため運転範囲の拡大や商用周波数の異なる地域でのエンジン共通化が可能となる。
【０００３】
風力発電に用いられる発電システムとして、電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と、二次巻線を備える回転子とを有する二次励磁発電機と、交流側が前記電力系統に接続された第１電力変換機と、交流側が前記二次巻線に接続された第２電力変換機と、前記第１電力変換機の直流側と前記第２電力変換機の直流側とを接続する直流部とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０２７７６６号公報
【特許文献２】特開２００６−１０５０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記二次励磁発電機をエンジンにより駆動する発電システムでは、発電出力に応じて最適なエンジン回転数を選択することができるため、広い回転数範囲でエンジンを効率良く安定的に運転することが望まれている。例えば、発電出力低下時にエンジン回転数を小さくすると、過給機が十分に働かずエンジンが必要とする給気圧力を供給できない場合がある。一方、発電出力上昇時にエンジンの回転数を大きくすると、過給機が必要以上に給気を圧縮し、適正な圧力まで低下させることによるエネルギロスが生じる場合がある。
【０００６】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、エンジンを駆動源として二次励磁発電機を作動させて発電を行う発電システムにおいて、エンジンの運転状態を変化させた場合においても、当該エンジンを効率良く且つ安定的に運転し、優れた発電効率を実現することができる技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために本発明に係る発電システムは、
電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と、二次巻線を備える回転子とを有すると共に、エンジンのクランク軸の回転動力で回転子を回転させる二次励磁発電機と、
交流側が前記電力系統に接続された第１電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第２電力変換機と、
前記第１電力変換機の直流側と前記第２電力変換機の直流側とを接続する直流部と、
運転を制御する制御手段とを備えた発電システムであって、
その第１特徴構成は、
前記エンジンに設けられたターボ式の過給機に、当該過給機の回転軸に対して動力を授受可能な電動発電機と、
前記電動発電機の作動状態を、前記電動発電機に前記直流部から電力を供給して当該電動発電機を電動機として作動させる電動状態と、前記電動発電機から前記直流部に電力を取り出して当該電動発電機を発電機として作動させる発電状態との間で切り替える状態切替手段と、
前記クランク軸の回転数を検出する回転数検出手段とを備え、
前記状態切替手段が、前記クランク軸の回転数が低回転数領域内のときは前記電動発電機の作動状態を前記電動状態とし、前記クランク軸の回転数が前記低回転数領域よりも高い高回転数領域内のときは前記電動発電機の作動状態を前記発電状態とし、
前記回転数検出手段が、前記第２電力変換機の前記二次巻線に対する励磁電力の向きと周波数とから前記クランク軸の回転数を算出するように構成されている点にある。
【０００８】
また、この目的を達成するための本発明に係る発電システムの運転制御方法は、
電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と、二次巻線を備える回転子とを有すると共に、エンジンのクランク軸の回転動力で回転子を回転させる二次励磁発電機と、
交流側が前記電力系統に接続された第１電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第２電力変換機と、
前記第１電力変換機の直流側と前記第２電力変換機の直流側とを接続する直流部と、
運転を制御する制御手段とを備えた発電システムの運転制御方法であって、
その特徴構成は、
前記エンジンに設けられたターボ式の過給機に、当該過給機の回転軸に対して動力を授受可能な電動発電機が設けられ、
前記第２電力変換機の前記二次巻線に対する励磁電力の向きと周波数とから算出したクランク軸の回転数に基づいて、前記電動発電機の作動状態を、前記クランク軸の回転数が低回転数領域内のときは前記電動発電機に前記直流部から電力を供給して当該電動発電機を電動機として作動させる電動状態とし、前記クランク軸の回転数が前記低回転数領域よりも高い高回転数領域内のときは前記電動発電機から前記直流部に電力を取り出して当該電動発電機を発電機として作動させる発電状態とする点にある。
【０００９】
上記特徴構成によれば、エンジンの運転状態を変化させた場合においても、当該エンジンに対する過給と排ガスの余剰エネルギの回収とを適切な状態で行うことができるので、結果、当該エンジンを効率良く且つ安定的に運転し、優れた発電効率を実現することができる発電システムを実現できる。
即ち、上記状態切替手段により、過給機に接続された電動発電機の作動状態を電動状態とすることで、過給機の回転軸に対し上記電動状態の電動発電機から回転動力を印加する状態で、排ガスにより駆動するタービンからの回転動力に上記電動状態の電動発電機からの回転動力を加えて過給機のコンプレッサを回転駆動させて、エンジンの過給圧を高い状態に維持することができるので、エンジンを効率良く且つ安定的に運転することができる。
一方、上記状態切替手段により、過給機に接続された電動発電機の作動状態を発電状態とすることで、過給機の回転軸に対し上記発電状態の電動発電機へ回転動力を回収する状態で、排ガスにより駆動するタービンの回転動力からコンプレッサで消費しきれない回転動力を差し引いた余剰の回転動力によって上記発電状態の電動発電機を回転駆動し発電を行うことができるので、エンジンからできるだけ多くの発電電力を得ることができる。
さらに、エンジン回転数（上記クランク軸の回転数）に合わせて、過給機に接続された電動発電機の作動状態を切り替えて、エンジンの運転状態を常に適切な状態に維持することができる。
具体的には、エンジン回転数が低すぎる場合には、排ガスのエネルギが少なくなって過給機を十分に回転駆動できずに、エンジンの効率低下等の問題が発生する場合がある。そこで、エンジン回転数が比較的低い低回転数領域内の場合には、上記過給機に接続された電動発電機を上記電動状態とし、過給機の回転軸に対し当該電動発電機から回転動力を印加することで、過給機を適切な状態で回転駆動させ過給圧を高い状態に維持し、エンジンの効率低下等の問題を回避することができる。
一方、エンジン回転数が高すぎる場合には、排ガスのエネルギが多くなって過給機の回転動力に余剰が発生し、エネルギロスが生じる等の問題が発生する場合がある。そこで、エンジン回転数が上記低回転数領域よりも高い高回転数領域内の場合には、上記過給機に接続された電動発電機を上記発電状態とし、過給機の回転軸から当該電動発電機へ回転動力を回収することで、エネルギロス等の問題を回避して高い発電効率を実現できる。
さらに、第２電力変換機の二次巻線に対する励磁電力の向きと周波数とはエンジン回転数（上記クランク軸の回転数）に応じて変化するものとなるので、当該励磁電力の向きと周波数とからエンジン回転数を算出し、その算出したエンジン回転数から過給機に接続された電動発電機の作動状態を切り替えて、エンジンの運転状態を常に適切な状態に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係る発電システムの概略構成図
【図２】第２電力変換機の前記二次巻線に対する励磁電力の向きと周波数のエンジン回転数に対する変化を示すグラフ図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る発電システム及びその運転制御方法の実施形態について図面に基づいて説明する。尚、本発明は以下に説明する実施形態や図面に記載される構成に限定されるものではなく、同様の作用効果を奏する構成であれば種々の改変が可能である。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る発電システム１を示す。この発電システム１は、二次励磁発電機（又は二重給電巻線型誘導発電機とも言う）２と、動力源としてのエンジン３と、第１電力変換機１１と、第２電力変換機１２と、蓄電装置５と、第１スイッチ２１と、第２スイッチ２２と、第３スイッチ２３と、制御装置１００を備えている。そして、二次励磁発電機２は、電力系統（商用電力系統）４と同じ周波数（例えば、５０［Ｈｚ］や６０［Ｈｚ］）の電力（三相の交流電力）を発電し、当該電力を、電力を消費する負荷７や電力系統４に供給することが可能に構成されている。尚、負荷７としては、例えば、冷暖房設備が備える室内機や室外機、或いは電灯等がある。
【００１７】
二次励磁発電機２は、一次巻線（図示せず）を備える固定子２ｂ（ステータ）と、二次巻線（図示せず）を備える回転子２ａ（ロータ）と、を有している。固定子２ｂが備える一次巻線は、第１スイッチ２１及び第２スイッチ２２を介して電力系統４に接続されている。また、固定子２ｂが備える一次巻線は、第１スイッチ２１及び第３スイッチ２３を介して負荷７にも接続されている。一方、回転子２ａが備える二次巻線は、フィルタ回路１０、第２電力変換機１２、直流部１３、第１電力変換機１１、フィルタ回路１０、変圧器６、及び第２スイッチ２２を介して電力系統４に接続されている。また、回転子２ａが備える二次巻線は、フィルタ回路１０、第２電力変換機１２、直流部１３、第１電力変換機１１、フィルタ回路１０、変圧器６、及び第３スイッチ２３を介して負荷７にも接続されている。
【００１８】
以下の説明では、固定子２ｂが備える一次巻線側を「二次励磁発電機の一次側」とし、回転子２ａが備える二次巻線側を「二次励磁発電機の二次側」とする。よって、二次励磁発電機２の一次側に発生する電力（電圧、電流）の周波数が、負荷７や電力系統４に供給される電力の周波数となる。
【００１９】
エンジン３は、二次励磁発電機２の回転子２ａに機械的に連結されており、当該回転子２ａを駆動（回転駆動）する。エンジン３の出力軸は、本例では、回転子２ａと一体回転するように連結（直結）されており、回転子２ａはエンジン回転数と同じ回転数で回転する。尚、エンジン３の出力軸と回転子２ａとの間に、減速機や増速機を設ける構成とすることもできる。エンジン３は、本例では、都市ガスを燃料とするガスエンジンであり、電力に加えて別途需要のある熱を並行して供給することができるコジェネレーション設備の一角を担っている。このようなエンジン３として、例えば、定格出力が１［ｋＷ］、数十［ｋＷ］、或いは数［ＭＷ］等のものを採用することができる。
【００２０】
第１電力変換機１１は、交流側（図１における右側）が第１スイッチ２１を介して二次励磁発電機２の固定子２ｂ（一次巻線）に接続されていると共に、第２スイッチ２２を介して電力系統４に接続されており、更に第３スイッチ２３を介して負荷７に接続されている。また、第１電力変換機１１は、直流側（図１における左側）が直流部１３に接続されている。第２電力変換機１２は、交流側（図１における左側）が二次励磁発電機２の回転子２ａ（二次巻線）に接続されている。また、第２電力変換機１２は、直流側（図１における右側）が直流部１３に接続されている。そして、これらの第１電力変換機１１及び第２電力変換機１２のそれぞれは、直流側の直流電力を交流電力に変換（逆変換）して交流側に供給するインバータとしての機能と、交流側の交流電力を直流電力に変換（順変換）して直流側に供給するコンバータとしての機能と、の双方を果たすことが可能に構成されている。
【００２１】
このような第１電力変換機１１や第２電力変換機１２は、複数（例えば６個）のスイッチング素子を備えて構成される。スイッチング素子としては、ＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等の種々の構造のパワートランジスタを採用することができる。そして、第１電力変換機１１や第２電力変換機１２にはＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ  ｗｉｄｔｈ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）信号が入力され、当該ＰＷＭ信号に基づきスイッチング素子がスイッチング動作（オンオフ動作）を行う。尚、第１電力変換機１１や第２電力変換機１２を作動させるためのＰＷＭ信号は、制御装置１００により生成される。
【００２２】
図１に示すように、第１電力変換機１１の交流側及び第２電力変換機１２の交流側の双方には、インダクタンスとコンデンサとからなるフィルタ回路１０が設けられている。このフィルタ回路１０は、スイッチング素子のスイッチングにより発生した高周波成分を除去するフィルタであり、このフィルタ回路１０により、第１電力変換機１１や第２電力変換機１２からの出力電圧波形が正弦波状に変換される。
【００２３】
また、図１に示すように、第１電力変換機１１の交流側に設けられたフィルタ回路１０より二次励磁発電機２側（電力系統４側）には、変圧器６が設けられている。以下の説明では、「変圧器の一次側」は、変圧器６の第１電力変換機１１側を指し、「変圧器の二次側」は、変圧器６の二次励磁発電機２側を指す。
【００２４】
直流部１３は、第１電力変換機１１の直流側と第２電力変換機１２の直流側とを接続する部分である。直流部１３にはキャパシタ８が備えられていると共に、蓄電装置５が接続されている。蓄電装置５は、発電システム１の起動時に必要となる電力を供給する。また、蓄電装置５を利用して、負荷７や電力系統４に供給される電力の変動を抑えることも可能である。蓄電装置５は、例えば、蓄電池や電気二重層キャパシタ等で構成され、直流部１３に対して電力を供給して放電すること、及び直流部１３から電力の供給を受けて充電することが可能に構成される。尚、蓄電装置５と直流部１３との間にスイッチを介在させることもできる。
【００２５】
第１スイッチ２１は、二次励磁発電機２の固定子２ｂ（一次巻線）と第１電力変換機１１とを選択的に接続する。第２スイッチ２２は、電力系統４と第１電力変換機１１とを選択的に接続する。第１スイッチ２１は、第２スイッチ２２と協働して、二次励磁発電機２の固定子２ｂ（一次巻線）と電力系統４とを選択的に接続すると共に、第３スイッチ２３と協働して、二次励磁発電機２の固定子２ｂ（一次巻線）と負荷７とを選択的に接続する。また、第２スイッチ２２は、第３スイッチ２３と協働して、電力系統４と負荷７とを選択的に接続する。
【００２６】
第１スイッチ２１、第２スイッチ２２、及び第３スイッチ２３のそれぞれは、制御装置１００のスイッチ制御部（不図示）が生成する開閉信号に基づき開閉制御される。これらのスイッチは、例えば、電磁石の動作によって開閉する電磁接触型のスイッチ等とすることができる。
【００２７】
以上のような構成を備えた発電システム１は、発電電力の周波数（電圧、電流の周波数）に関して自由度の高いシステムとなっている。詳細な説明は省略するが（詳細については、例えば上記特許文献１参照）、発電システム１の発電電力の周波数（二次励磁発電機２の一次側に誘起される一次側電圧の周波数）をｆ１とし、回転子２ａの回転周波数をｆ０とし、回転子２ａの二次巻線を励磁するために当該二次巻線に供給される交流電流（励磁電力）の周波数をｆ２とすると、「ｆ１＝ｆ０＋ｆ２」となる。ここで、回転子２ａの回転周波数ｆ０は、回転子２ａの回転数をｍ［ｒｐｍ］とし、二次励磁発電機２の磁極数をｎとして、「ｆ０＝ｍ×ｎ／１２０」から求まる。
【００２８】
具体的には、回転子２ａの回転数が１１００［ｒｐｍ］であり、二次励磁発電機２の磁極数が「６」の場合には、回転子２ａの回転周波数ｆ０は５５［Ｈｚ］となる。よって、この場合に、第２電力変換機１２を制御して二次巻線に周波数が５［Ｈｚ］の励磁電力を供給すれば（ｆ２＝５［Ｈｚ］）、周波数が６０［Ｈｚ］の交流電力を得ることができる。また、逆に、第２電力変換機１２を制御して二次巻線から周波数が５［Ｈｚ］の励磁電力を取り出せば（ｆ２＝−５［Ｈｚ］）、周波数が５０［Ｈｚ］の交流電力を得ることができる。尚、回転子２ａの回転数（即ちエンジン３の回転数）は、同期回転数以外の任意の回転数を選択することができる。尚、同期回転数は、電力系統４の周波数が６０［Ｈｚ］であり、二次励磁発電機２の磁極数が「６」である場合には、１２００［ｒｐｍ］となる。
【００２９】
このように、回転子２ａの回転数（即ちエンジン回転数）が同一であっても、回転子２ａの二次巻線に供給する励磁電力の周波数ｆ２及び向きを変えることで発電電力の周波数ｆ１を変化させることができる。尚、第２電力変換機１２と回転子２ａの二次巻線との間の励磁電力の向きは、第２電力変換機１２から二次巻線へ励磁電力を供給するときの供給方向Ｘと、二次巻線から第２電力変換機１２へ励磁電力を取り出すときの取出方向Ｙとの間で切り替えられる。
よって、例えば、交流電源の周波数が５０［Ｈｚ］のエリアと６０［Ｈｚ］のエリアとで同一の仕様のエンジン３を用いることができるという利点がある。また、エンジン回転数を負荷に応じて適切に選択することで、当該動力源の部分負荷効率の向上を図ったり、動力源の回転数を増加させることで、発電システム１全体としての出力（定格出力）の増大を図ったりすることができる。
尚、エンジン３は、スロットルバルブ１６の開度調整により出力が制御されることで、エンジン回転数が変化するように構成されている。
【００３０】
このように、上記発電システム１はエンジン回転数などの運転状態を変化させた場合においても、当該エンジン３を効率良く且つ安定的に運転し、優れた発電効率を実現することができる。そのための特徴部として、エンジン３に設けられたターボ式の過給機９の回転軸に対して動力を授受可能な状態で機械的に連結された電動発電機１５を備えており、更に、制御装置１００がその電動発電機１５の作動状態を切り替える状態切替手段Ｘとして機能するように構成されている。
尚、電動発電機１５は、図示は省略するが、回転軸に取付けられた回転子とその回転子の周囲を回転自在に取付けられたステータとからなる公知の同期電動機又は誘導電動機等で構成されており、回転軸の回転動力を交流電力に変換する発電状態と、交流電力を回転軸の回転動力に変換する電動状態との間で作動状態を切り替えて運転可能に構成されている。
電動発電機１５は、第３電力変換機１４を介して上述した直流部１３との間で直流電力の授受が可能に構成されており、詳しくは、発電状態の電動発電機１５が発電した交流電力は第３電力変換機１４にて直流電力に変換された後に直流部１３に供給され、一方、直流部１３から取り出した直流電力を第３電力変換機１４にて交流電力に変換した後に電動状態の電動発電機１５に供給される。
そして、状態切替手段Ｘは、上記のように第３電力変換機１４での電力の供給方向を切り替えることで、電動発電機１５の作動状態を、当該電動発電機１５を電動機として作動させる電動状態と、当該電動発電機１５を発電機として作動させる発電状態との間で切り替える手段として構成されている。
【００３１】
即ち、状態切替手段Ｘが、過給機９に連結された電動発電機１５の作動状態を電動状態とすると、過給機９の回転軸に対し電動発電機１５から回転動力を印加する状態となる。すると、過給機９では、エンジン３から排出された排ガスＥにより駆動するタービン９ｂからの回転動力に、上記電動状態の電動発電機１５から印加された回転動力が加えられて、コンプレッサ９ａが回転駆動される。よって、コンプレッサ９ａは、電動発電機１５を電動状態で作動させない場合と比べて、一層高圧で新気Ｉ（混合気又は空気）がエンジン３に供給され、エンジン３に対する新気Ｉの充填効率及び圧縮率が向上されるので、エンジン３が高効率且つ安定して運転されることになる。
【００３２】
一方、状態切替手段Ｘが、過給機９に連結された電動発電機１５の作動状態を発電状態とすると、過給機９の回転軸に対し電動発電機１５へ回転動力を回収する状態となる。すると、電動発電機１５では、排ガスＥにより駆動するタービン９ｂの回転動力からコンプレッサ９ａで消費しきれない回転動力を差し引いた余剰の回転動力によって回転駆動して発電が行われる。よって、エンジン３からできるだけ多くの余剰エネルギを回収して発電電力が得られることになる。
【００３３】
更に、エンジン３には、エンジン回転数を検出する回転数検出手段Ｙを備える。
この回転数検出手段Ｙは、制御装置１００により、第２電力変換機１２の回転子２ａが備える二次巻線に対する励磁電力の向きと周波数とからエンジン回転数を算出するものとして構成されている。
【００３４】
具体的に、図２に示すように、エンジン回転数ｒが０以上且つ所定回転数ｒ０未満の範囲内では、エンジン回転数に対応する回転子２ａの回転周波数ｆ０が発電システム１の発電電力の周波数ｆ１に対し小さくなるので、第２電力変換機１２と回転子２ａの二次巻線との間の励磁電力の向きは当該二次巻線へ励磁電力を供給する方向（図１に示す供給方向Ｘ）となり、更にこの励磁電力の周波数の絶対値はエンジン回転数と反比例して変化する。
一方、エンジン回転数ｒが所定回転数ｒ０以上の範囲内では、第２電力変換機１２と回転子２ａの二次巻線との間の励磁電力の向きは励磁電力が発生しない又は当該二次巻線から励磁電力を取り出す方向（図１に示す取出方向Ｙ）となり、更にこの励磁電力の絶対値はエンジン回転数と比例して変化する。
そして、回転数検出手段Ｙとして機能する制御装置１００は、このようなエンジン回転数と、第２電力変換機１２の二次巻線に対する励磁電力の向き及び周波数との関係を用いて、エンジン回転数を算出する。
尚、上記エンジン回転数の所定回転数ｒ０は、エンジン回転数に対応する回転子２ａの回転周波数ｆ０が発電システム１の発電電力の周波数ｆ１と等しくなるときの回転数であり、発電システム１の発電電力の周波数ｆ１が６０［Ｈｚ］で、二次励磁発電機２の磁極数が「６」の場合には、所定回転数ｒ０は１２００［ｒｐｍ］となる。
【００３５】
そして、上記状態切替手段Ｘは、エンジン回転数が低回転数領域内Ｒｌのときは電動発電機１５の作動状態を電動状態とし、エンジン回転数がこの低回転数領域Ｒｌよりも高い高回転数領域内Ｒｈのときは電動発電機１５の作動状態を発電状態とするように構成されている。
即ち、エンジン回転数が０［ｒｐｍ］以上且つｒｌ［ｒｐｍ］以下の低回転領域内Ｒｌにあり、排ガスＥのエネルギが少なくなって過給機９のタービン９ｂを十分に回転駆動するには低すぎる場合には、過給機９に接続された電動発電機１５が電動状態とされる。すると、過給機９の回転軸に対し当該電動発電機１５から回転動力が印加されて過給機９が適切な状態で回転駆動し、結果、過給圧が高い状態に維持され、エンジン３の効率低下等が回避される。
一方、エンジン回転数がｒｈ［ｒｐｍ］以上且つｒｍａｘ［ｒｐｍ］以下の高回転領域内Ｒｈにあり、排ガスＥのエネルギが多くなって過給機９の回転動力に余剰が発生する場合には、過給機９に接続された電動発電機１５が発電状態とされる。すると、過給機９の回転軸から当該電動発電機１５へ回転動力が回収され、結果、エネルギロス等が回避され高い発電効率が実現される。
尚、上記低回転領域の下限値及び上限値については、電動発電機１５を電動状態で作動させるべき範囲として適宜設定することができ、一方、上記低回転領域よりも高く設定される上記高回転領域の下限値及び上限値についても、電動発電機１５を発電状態で作動させるべき範囲として適宜設定することができる。
【００３６】
〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００３７】
（１）上記実施形態では、発電システム１の駆動源としてガスエンジン３を利用したが、それに代えて、ガソリン、軽油、重油等を燃料とするエンジンを発電システム１の動力源として利用しても構わない。
【００３８】
〔参考例〕
（１）上記実施形態では、エンジン回転数を検出する回転数検出手段Ｙを、制御装置１００により、第２電力変換機１２の回転子２ａが備える二次巻線２ａに対する励磁電力の向きと周波数とからエンジン回転数を算出する制御手段ものとして構成したが、別に、エンジン３のクランク軸の回転数を回転数センサなどで直接検出するように構成しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、電力系統に接続された一次巻線を備える固定子と、二次巻線を備える回転子とを有すると共に、エンジンのクランク軸の回転動力で回転子を回転させる二次励磁発電機と、
交流側が前記電力系統に接続された第１電力変換機と、
交流側が前記二次巻線に接続された第２電力変換機と、
前記第１電力変換機の直流側と前記第２電力変換機の直流側とを接続する直流部と、
運転を制御する制御手段とを備えた発電システム及びその起動運転方法に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１        ：発電システム
２        ：二次励磁発電機
２ａ      ：回転子
２ａ      ：二次巻線
３        ：エンジン
４        ：電力系統
９        ：過給機
１１      ：第１電力変換機
１２      ：第２電力変換機
１３      ：直流部
１５      ：電動発電機
Ｅ        ：排ガス
Ｉ        ：新気
Ｘ        ：状態切替手段
Ｙ        ：回転数検出手段
【図１】
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【図２】
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