(57)【要約】【課題】起動時に安定的にインバータ装置の出力を商用交流電源系統に連系することができる発電装置を提供する。【解決手段】発電装置は、インバータ装置（５）の出力を商用交流電源系統に連系させる連系スイッチ（Ｓ１）と、インバータ装置（５）と商用交流電源系統との間に接続されたリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路（３４）と、インバータ装置（５）の出力電圧を検出する第１の電圧検出器（３２）と、第１の電圧検出器（３２）に接続され、フィルタ回路（３４）の特性を模擬したアクティブフィルタ（１４５）と、商用交流電源系統側の全波整流電圧を検出する第２の電圧検出器（３３）と、アクティブフィルタを介して取り込まれた第１の電圧検出器の出力と第２の電圧検出器の出力とが一致したときに、連系スイッチ（Ｓ１）を投入する系統連系制御部（１１８）とを含んでいる。【選択図】図７
2008306926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を生成する発電機と、
前記発電機を駆動する駆動源と、
前記交流電力を商用交流電力に変換するインバータ装置と、
前記インバータ装置の出力を商用交流電源系統に連系させる連系スイッチと、
前記インバータ装置と前記商用交流電源系統との間に接続されたリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路と、
前記インバータ装置の出力電圧を検出する第１の電圧検出器と、
前記第１の電圧検出器に接続され、前記フィルタ回路の特性を模擬したアクティブフィルタと、
商用交流電源系統側の電圧を検出する第２の電圧検出器と、
前記アクティブフィルタを介して取り込まれた前記第１の電圧検出器の出力と前記第２の電圧検出器の出力とが一致したときに、前記連系スイッチを投入する系統連系制御部とを備えた、発電装置。
【請求項２】
交流電力を生成する発電機と、
前記発電機を駆動する駆動源と、
前記交流電力を商用交流電力に変換するインバータ装置と、
前記インバータ装置の出力を商用交流電源系統に連系させる連系スイッチと、
前記インバータ装置と前記商用交流電源系統との間に接続されたリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路と、
前記インバータ装置の直流電圧検出回路と前記インバータ装置の出力デューティ比とに基づき前記インバータ装置の出力電圧波形を検出する手段と、
該手段により検出された出力電圧波形が入力される、前記フィルタ回路の特性を模擬したアクティブフィルタと、
商用交流電源系統側の電圧を検出する電圧検出器と、
前記アクティブフィルタを通して取り込まれた出力電圧波形と前記電圧検出器の出力とが一致したときに、前記連系スイッチを投入する系統連系制御部とを備えた、発電装置。
【請求項３】
交流電力を生成する発電機と、
前記発電機を駆動する駆動源と、
前記交流電力を商用交流電力に変換するインバータ装置と、
前記インバータ装置の出力を商用交流電源系統に連系させる連系スイッチと、
前記インバータ装置と前記商用交流電源系統との間に接続されたリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路と、
前記インバータ装置の直流電圧検出回路と前記インバータ装置の出力パルス波形検出回路とに基づき前記インバータ装置の出力電圧波形を検出する手段と、
該手段により検出された出力電圧波形が入力される、前記フィルタ回路の特性を模擬したアクティブフィルタと、
商用交流電源系統側の電圧を検出する電圧検出器と、
前記アクティブフィルタを通して取り込まれた出力電圧波形と前記電圧検出器の出力とが一致したときに、前記連系スイッチを投入する系統連系制御部とを備えた、発電装置。
【請求項４】
前記駆動源は、ガスタービンエンジンである、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項５】
前記発電機は、ロータに永久磁石を備えた永久磁石型発電機である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項６】
発電機を駆動して交流電力を生成し、
前記交流電力をインバータ装置により商用交流電力に変換し、
前記インバータ装置の出力電圧を検出し、
商用交流電源系統の電圧を検出し、
前記インバータ装置の出力電圧を、前記インバータ装置と前記商用交流電源系統との間に接続されたリアクトルとコンデンサとからなるアクティブフィルタであって、フィルタ回路を模擬したアクティブフィルタに入力し、シミュレートされたフィルタ回路の出力電圧を生成し、
前記シミュレートされたフィルタ回路の出力電圧が前記商用交流電源系統の電圧と一致したときに、前記インバータ装置の出力を前記商用交流電源系統に連系させる、発電装置の運転方法。
【請求項７】
交流電力を生成する発電機と、
前記発電機を駆動する駆動源と、
前記交流電力を商用交流電力に変換するインバータ装置と、
前記インバータ装置の出力を商用交流電源系統に連系させる連系スイッチと、
前記連系スイッチに接続され、前記インバータ装置と前記商用交流電源系統との間に配置されたリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路と、
前記フィルタ回路の特性を模擬したアクティブフィルタと、
前記連系スイッチを投入して前記インバータ装置の出力を前記商用交流電源系統に連系させる系統連系制御部とを備えた、発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービン発電装置等の小型の発電装置に係り、特にその起動時の系統連系方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、電力規制緩和に伴う電力市場のオープン化により地域分散型の電源が注目されている。このような電源として用いられる小型ガスタービン発電設備では、ガスタービンエンジンに燃料と圧縮空気とが供給され、例えば毎分１０万回転等の超高速での運転が行われる。この運転時には、ガスタービンエンジンに直結された発電機には交流電力が出力されるが、この周波数は商用交流電源系統の５０Ｈｚまたは６０Ｈｚと比較して遙かに高い周波数の交流（ＡＣ）電力が出力される。従って、この出力を整流装置により整流して直流（ＤＣ）に変換し、さらに商用交流電源系統の周波数、電圧、位相に合わせた交流電力にインバータ装置により逆変換して、商用交流電源系統側に送出している。
【０００３】
かかる発電設備においては、その起動時に発電機の回転速度が上昇し、これに伴いインバータ装置の交流出力電圧が上昇し、商用交流電源系統側の電圧と一致すると、インバータ装置の出力を商用交流電源系統に連系させるスイッチを閉じて、発電出力を商用交流電源系統に送出する。
【０００４】
図１は、従来の発電装置における系統連系装置の構成例を示す。インバータ装置内のインバータ部２０８の出力側にはその出力電流を検出する電流検出器（変流器；ＣＴ）２３１と、リアクトルおよびコンデンサを含むフィルタ回路２３４と、インバータ装置の出力電圧を検出する電圧検出器（変圧器；ＰＴ）２３２とが接続されている。そして、系統連系用スイッチＳ１と、系統側の電圧を検出する電圧検出器（変圧器；ＰＴ）２３３と、さらにスイッチＳ２を介して商用交流電源系統と接続する端子２１０とが配置されている。
【０００５】
発電装置の起動時には、スイッチＳ１，Ｓ２が開かれ、起動後の系統連系時には、まずスイッチＳ２を閉じる。これにより系統側の電圧波形が電圧検出器２３３を介して検出され、インバータ部２０８は電圧検出器２３２で検出される出力電圧波形を系統側と同じにするように制御する。これらの電圧波形が一致するとスイッチＳ１を閉じて、連系スイッチＳ１のインバータ部２０８側のフィルタ回路２３４を介して商用電源と連系する。
【０００６】
ここで、フィルタ回路２３４は、図２に示すように、リアクトルＬとコンデンサＣとを含む閉回路により構成されている。このため、インバータ出力波形は、フィルタ回路２３４の特性によって、その位相と電圧が変化し、系統側の電圧波形と若干の差を生じ、それによって突入電流が発生して連系に失敗するという問題があった。
【０００７】
また、従来の系統連系方法では、上述したように、それぞれ電圧検出器２３２，２３３を介してインバータ装置の出力電圧と商用交流電源系統の電圧とを検出し、両方の電圧が一致したら系統連系用のスイッチＳ１，Ｓ２を閉じていた。しかしながら、両方の電圧が完全に一致することを正確に検出することは難しく、不一致が生じるとインバータ装置の電力スイッチング素子に過大電流が流れる場合がある。このため、過電流トリップが発生する場合があり、発電装置の運転に支障をきたすという問題があった。
【０００８】
また、従来の発電装置において、ガスタービンの起動時（あるいは停止時）に、発電機４をインバータ部８の出力でモータとして駆動することができる。しかしながら、フィルタ回路２３４をインバータ２０８から切り離すことができないため、発電装置の起動はフィルタ回路２３４の影響を受ける。したがって、フィルタ回路２３４の影響をなくすために、インバータ部８とフィルタ回路２３４あるいはコンデンサＣを切り離す機構を設ける必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、起動時に安定的にインバータ装置の出力を商用交流電源系統に連系することができる発電装置を提供することを第１の目的とする。
また、このような発電装置の運転方法を提供することを第２の目的とする。
また、発電装置の起動時または停止時に装置の起動に支障をきたさないようにフィルタ回路を配置した発電装置を提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した第１の目的を達成するため、本発明の一態様によれば、交流電力を生成する発電機と、前記発電機を駆動する駆動源と、前記交流電力を商用交流電力に変換するインバータ装置と、前記インバータ装置の出力を商用交流電源系統に連系させる連系スイッチと、前記インバータ装置と前記商用交流電源系統との間に接続されたリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路と、前記インバータ装置の出力電圧を検出する第１の電圧検出器と、前記第１の電圧検出器に接続され、前記フィルタ回路の特性を模擬したアクティブフィルタと、商用交流電源系統側の電圧を検出する第２の電圧検出器と、前記アクティブフィルタを介して取り込まれた前記第１の電圧検出器の出力と前記第２の電圧検出器の出力とが一致したときに、前記連系スイッチを投入する系統連系制御部とを備えた、発電装置が提供される。
【００１１】
このように、発電装置が立ち上がった後の系統連系時に、インバータ装置の出力電圧を検出する第１の電圧検出器の出力側にリアクトルを含むフィルタ回路の特性を模擬したアクティブフィルタを介してその出力を制御装置側に取り込むようにしたため、系統連系用スイッチを開いた状態でフィルタ回路を通過したのと同一のインバータ出力電圧波形を検出することができる。従って、この電圧波形が系統電圧の電圧波形と一致するように電圧ＰＩＤ制御を行い、その後系統連系用スイッチを閉じることで、安定した系統連系を行うことができる。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、交流電力を生成する発電機と、前記発電機を駆動する駆動源と、前記交流電力を商用交流電力に変換するインバータ装置と、前記インバータ装置の出力を商用交流電源系統に連系させる連系スイッチと、前記インバータ装置と前記商用交流電源系統との間に接続されたリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路と、前記インバータ装置の直流電圧検出回路と前記インバータ装置の出力デューティ比とに基づき前記インバータ装置の出力電圧波形を検出する手段と、該手段により検出された出力電圧波形が入力される、前記フィルタ回路の特性を模擬したアクティブフィルタと、商用交流電源系統側の電圧を検出する電圧検出器と、前記アクティブフィルタを通して取り込まれた出力電圧波形と前記電圧検出器の出力とが一致したときに、前記連系スイッチを投入する系統連系制御部とを備えた、発電装置が提供される。
【００１３】
また、本発明の他の態様によれば、交流電力を生成する発電機と、前記発電機を駆動する駆動源と、前記交流電力を商用交流電力に変換するインバータ装置と、前記インバータ装置の出力を商用交流電源系統に連系させる連系スイッチと、前記インバータ装置と前記商用交流電源系統との間に接続されたリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路と、前記インバータ装置の直流電圧検出回路と前記インバータ装置の出力パルス波形検出回路とに基づき前記インバータ装置の出力電圧波形を検出する手段と、該手段により検出された出力電圧波形が入力される、前記フィルタ回路の特性を模擬したアクティブフィルタと、商用交流電源系統側の電圧を検出する電圧検出器と、前記アクティブフィルタを通して取り込まれた出力電圧波形と前記電圧検出器の出力とが一致したときに、前記連系スイッチを投入する系統連系制御部とを備えた、発電装置が提供される。
【００１４】
なお、交流電力を生成する発電機と、前記発電機を駆動する駆動源と、前記交流電力を商用交流電力に変換するインバータ装置とを備えた発電装置の一例として、該発電装置は、前記インバータ装置の出力を商用交流電源系統に連系させる連系スイッチと、前記インバータ装置の直流電源電圧を検出する第１の電圧検出器と、前記商用交流電源系統側の全波整流電圧を検出する第２の電圧検出器とを含んでいてもよい。また、この発電装置は、前記インバータ装置の直流電源電圧が前記商用交流電源系統の全波整流電圧に一致したとき又は上まわったときに、前記連系スイッチを投入する系統連系制御部を含んでいてもよい。この場合、発電装置は、上記インバータ装置の直流電源電圧を、上記商用交流電源系統の電圧の全波整流電圧を上回るように昇圧する昇圧制御部を備えてもよい。
この例によれば、発電機の起動時にインバータ装置の直流電源電圧が商用交流電源系統の全波整流電圧を上まわったときに、系統連系用のスイッチを投入するようにしたので、系統連系用のスイッチを投入した時に、インバータ装置側に商用交流電源系統側から電流が流れ込むことがない。従って、系統連系時にインバータ装置の電力スイッチング素子に過大電流が流れることがなく、過電流トリップが発生するという問題が防止され、スムーズな系統連系が行える。
【００１５】
本発明の好ましい一態様によれば、上記駆動源はガスタービンエンジンであることが好ましい。また、上記発電機は、ロータに永久磁石を備えた永久磁石型発電機であることが好ましい。
【００１６】
上述した第２の目的を達成するため、本発明の他の態様によれば、発電機を駆動して交流電力を生成し、前記交流電力をインバータ装置により商用交流電力に変換し、前記インバータ装置の出力電圧を検出し、商用交流電源系統の電圧を検出し、前記インバータ装置の出力電圧を、前記インバータ装置と前記商用交流電源系統との間に接続されたリアクトルとコンデンサとからなるアクティブフィルタであって、フィルタ回路を模擬したアクティブフィルタに入力し、シミュレートされたフィルタ回路の出力電圧を生成し、前記シミュレートされたフィルタ回路の出力電圧が前記商用交流電源系統の電圧と一致したときに、前記インバータ装置の出力を前記商用交流電源系統に連系させる、発電装置の運転方法が提供される。
【００１７】
なお、発電装置の運転方法の一例として、発電機を駆動して交流電力を生成し、前記交流電力をインバータ装置により商用交流電力に変換し、前記インバータ装置の直流電源電圧を検出し、商用交流電源系統の全波整流電圧を検出し、前記インバータ装置の直流電源電圧と前記商用交流電源系統の全波整流電圧とに基づいて、前記インバータ装置の出力を前記商用交流電源系統に連系させるようにしてもよい。
【００１８】
上述した第３の目的を達成するため、本発明の他の態様によれば、交流電力を生成する発電機と、前記発電機を駆動する駆動源と、前記交流電力を商用交流電力に変換するインバータ装置と、前記インバータ装置の出力を商用交流電源系統に連系させる連系スイッチと、前記連系スイッチに接続され、前記インバータ装置と前記商用交流電源系統との間に配置されたリアクトルとコンデンサとからなるフィルタ回路と、前記フィルタ回路の特性を模擬したアクティブフィルタと、前記連系スイッチを投入して前記インバータ装置の出力を前記商用交流電源系統に連系させる系統連系制御部とを備えた、発電装置が提供される。
【００１９】
上述した本発明によれば、フィルタ回路は連系スイッチと商用交流電源系統との間に配置されているので、例えば、エンジンが燃料のみの力で自立駆動するまでの起動時、あるいはエンジンの停止時など系統連系制御部が系統連系を行っていないときに、連系スイッチによりインバータ装置の出力と該フィルタ回路を切り離すことができる。したがって、ガスタービンの起動時、あるいは停止時に、フィルタ回路の影響を受けることなく、インバータ装置の出力で該発電機をモータとして駆動することができる。
【００２０】
本発明の上述した目的ならびにその他の目的および効果は、本発明の好ましい実施形態を一例として図示した添付図面と照らし合わせれば、以下に述べる説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図３から図７を参照しながら説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態におけるガスタービン発電装置ユニットの概略構成例を示す。ガスタービン発電装置は、ガスタービンエンジンとこれに直結した発電機の超高速回転により小型でありながら大きな発電出力が得られるという特徴がある。このタービン発電機ユニットは、一本の回転軸１にガスタービン翼２と、コンプレッサ翼３と、発電機４のロータとを備える。即ち、空気と燃料とが混合して燃焼することで超高速回転するガスタービンエンジン（駆動源）と、ガスタービンに給気する空気を圧縮するコンプレッサと、ロータの周囲にステータを備えた永久磁石型発電機４とが一体的に構成されている。
【００２２】
このガスタービン発電装置においては、燃料供給装置（図示せず）により液体またはガス燃料が燃料制御弁１２を介してガスタービンエンジンの燃焼器（図示せず）に供給され、圧縮空気と混合して燃焼することで、ガスタービン翼２を回転駆動する。ガスタービン翼２を通過した燃焼排ガスは再生器（図示せず）でコンプレッサ翼３により圧縮された空気と熱交換し、外部に排出される。再生器で予熱された圧縮空気は、燃焼器で燃料と混合して燃焼することで、ガスタービン翼２が高速回転し、これにより小型でありながら大きな発電出力が得られる。
【００２３】
図３に示すように、ガスタービン発電装置は、発電機４の出力を直流に整流する整流器部（全波整流回路）６と、整流された直流電圧を昇圧する昇圧部７と、昇圧された電圧を商用交流電源系統と同一の周波数、電圧、位相を有する交流電力に変換するインバータ８とを含むインバータ装置５を有している。また、ガスタービン発電装置は、インバータ装置５の出力を商用交流電源系統に接続する系統連系装置９を備えている。このように、インバータ装置５の出力は、系統連系装置９を介して端子１０から商用交流電源系統に送出される。
【００２４】
また、ガスタービン発電装置は、起動時および定常運転時の燃料制御弁１２の開度調整制御等を行うエンジン制御部１１と、起動時および定常運転時のインバータ装置５の運転制御、および系統連系装置９のタイミング制御等を行うインバータ制御部１８とを備えている。起動時は発電機４をモータとして用いることができ、バッテリよりインバータ装置５を介して交流電力を供給することで回転軸１を所定回転速度まで昇速し、次いで燃焼器を点火し、ガスタービンエンジンとして動作させる。
【００２５】
上述したように、本実施形態における発電機４は、ロータの表面に永久磁石が周設されている永久磁石型の発電機である。ロータの外周側にステータが配置され、ロータの回転に伴って発生する誘起電圧をステータ巻線から出力する。永久磁石型の発電機を採用することで、回転子側に電流損失が発生しないため、高速運転に好適で且つ良好な発電効率が得られる。
【００２６】
高速回転するタービン翼の回転軸１に直結された発電機４によって電力が発電される。インバータ装置５においては、その電力を整流器部６で直流に整流して、その直流を昇圧部７により昇圧し、その直流電圧からインバータ部８で商用交流電源系統と同一の周波数、電圧、位相を有する交流電力に変換する。インバータ装置５の出力は、系統連系部９を介して端子１０から商用交流電源系統に送出される。
【００２７】
インバータ制御部１８は、商用電源系統の電圧やインバータ装置５の出力電流等を取り込む電圧電流検出部２１と、ＰＩＤ制御回路２２と、インバータ部８の電力スイッチング素子（ＩＧＢＴ等）をパルス幅変調制御するパルス幅変調（ＰＷＭ）制御部２３と、各種スイッチの開閉を制御するスイッチ制御部２４と、この発電装置の起動制御を行う起動制御部２５と、商用交流電源系統との連系をタイミング制御する系統連系制御部２６とを備えている。
【００２８】
図３に示すように、ガスタービン発電装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータからなる昇圧部７の直流電圧の制御を行う昇圧制御部１６と、ガスタービン発電装置の起動時に発電機４をモータとして始動する直流電圧制御部１７とを備えている。
【００２９】
図４は、インバータ装置５の出力と商用交流電源系統とを接続する系統連系装置９およびインバータ制御部１８の構成例を示すブロック図である。系統連系装置９は、インバータ装置５の出力電流を検出する電流検出器（変流器；ＣＴ）３１と、インバータ装置５側の電圧を検出する電圧検出器（変圧器；ＰＴ）３２と、電圧検出器に接続された連系スイッチＳ１と、連系スイッチＳ１に接続されたフィルタ回路３４と、商用交流電源系統側の電圧を検出する電圧検出器（変圧器；ＰＴ）３３と、電圧検出器３３に接続されたスイッチＳ２とを備えている。これらの構成要素は、インバータ装置５の出力端子と商用交流電源系統側の端子１０との間に設けられている。スイッチＳ１，Ｓ２は、発電装置の出力を商用交流電源系統に接続するために使用される。電流検出器３１は、インバータ制御部１８内の電流検出回路４１に接続され、電圧検出器３２，３３は同様にインバータ制御部１８内の電圧検出回路４２，４３にそれぞれ接続されている。
【００３０】
この系統連系装置９においては、ガスタービン発電装置の起動時にはスイッチＳ１，Ｓ２が開かれ、起動後の系統連系時にはスイッチＳ１，Ｓ２が閉じられて、インバータ装置５の出力電流は商用電源系統側の電圧と完全に位相が一致した状態で、即ち、力率が１の状態で商用交流電源系統側に出力される。
【００３１】
発電装置が立上がり、系統連系動作に入るに際して、まずスイッチＳ２を閉じる。これにより、商用交流電源系統側の電圧波形が電圧検出器３３を介して検出される。そして、インバータ部８が同じ電圧波形を出力するようにインバータ制御部１８により制御する。
【００３２】
即ち、インバータ制御部１８内の電圧ＰＩＤ制御回路３６は、商用電源系統との連系時には、インバータ装置５の出力電圧信号波形が商用交流電源系統の電圧信号波形と一致するように制御する。即ち、スイッチＳ１が開かれ、スイッチＳ２が閉じられた状態で、電圧検出器３３で検出された商用交流電源系統側の電圧に対して、電圧検出器３２で検出されたインバータ装置５側の電圧を電圧ＰＩＤ制御部３６で、フィードバック制御する。これにより、インバータ装置５側の出力電圧が上昇し、これらの電圧が一致すると連系スイッチＳ１を閉じて商用交流電源系統と連系する。
【００３３】
ここで、本実施形態の系統連系装置９においては、図５に示すように、商用交流電源系統側の電圧を検出する電圧検出器３３に接続した全波整流回路４５を備えている。従って、この全波整流回路４５によれば、商用交流電源系統の交流電圧を全波整流した直流電圧相当値が出力され、これ（全波整流電圧）が系統連系制御部２６に入力される。すなわち、電圧検出器３３と全波整流回路４５により、商用交流電源系統側の全波整流電圧を検出することができる。
【００３４】
図５に示すように、インバータ制御部１８は、インバータ部８の直流電源電圧（Ｖdc-in）を検出する直流電圧検出回路４６を備えている。図５に示すように、この直流電源電圧（Ｖdc-in）は、電力スイッチング素子とダイオードが並列接続された線間の電圧である。系統連系制御部２６においては、商用交流電源系統側の電圧の直流相当値（全波整流電圧）とインバータ装置５の直流電源電圧（Ｖdc-in）とを比較し、インバータ装置５の直流電源電圧（Ｖdc-in）が商用交流電源系統側の直流換算値（全波整流電圧）を上回ったときに連系スイッチＳ１を投入する。
【００３５】
インバータ部８においては、電力スイッチング素子４７と並列に接続されたダイオード４８が存在する。このため、インバータ部５では、ダイオードが全波整流回路と同じ回路形式により結線されている。従って、ガスタービンエンジンの回転軸１の回転速度が上昇し、発電機４側の出力が十分に立ち上がって、インバータ装置５の直流電源電圧が商用交流電源系統側の直流電圧換算値よりも高くなれば、連系スイッチＳ１を閉じてもインバータ装置５側に電流が流れ込まない。従って、従来から存在していた連系スイッチＳ１の投入時にインバータ装置５側の出力交流電圧が商用交流電源系統側の交流電圧と完全に一致せず、インバータ装置５の電力スイッチング素子に瞬間的な異常電流が流れて、過電流トリップが発生するという問題が防止される。
【００３６】
次に、系統連系動作について説明する。初期状態としてスイッチＳ１およびＳ２は開いた状態にあるので、まず、スイッチＳ２を閉じる。ここで、昇圧制御部１６によりインバータ装置５内の昇圧部７を制御して、系統連系が可能な直流電圧をインバータ部８に供給する。即ち、定格回転速度における交流発電機４の出力電圧を整流器部（全波整流回路）６により直流電圧に変換し、昇圧制御部１６の制御により、昇圧部７でこれを系統連系が可能な直流電源電圧に昇圧する。
【００３７】
そして、ＰＷＭ制御部２３の電圧制御により、商用電源系統の電圧と同一の電圧、周波数、位相の出力電圧波形をインバータ装置５が形成するように制御する。この時、商用電源系統の電圧波形は電圧検出器３３を経由して、インバータ制御部１８の電圧検出回路４３にて検出される。一方で、電圧検出器３２を介してインバータ装置５の出力電圧波形が同様にインバータ制御部１８の電圧検出回路４２で検出される。そして、商用電源系統の電圧信号を指令値とし、インバータ装置５の出力側の電圧信号をフィードバック信号とする電圧ＰＩＤ制御回路３６を用いて、インバータ装置５の電力素子のスイッチングをＰＷＭ制御回路２３を用いてパルス幅変調制御する。これにより、インバータ装置５の出力側には、商用電源系統の電圧波形と一致した電圧波形が出力される。この状態で、連系スイッチＳ１を閉じることで、商用電源系統と接続された状態となり、系統連系が開始される。連系スイッチＳ１を閉じると同時にＰＷＭ制御部２３を、電流ＰＩＤ制御に切り換える。
【００３８】
系統連系動作は図６に示すフローに従って行われる。即ち、まずインバータ装置５の直流電源電圧（Ｖdc-in）と商用交流電源系統の全波整流電圧（Ｖdc-out）を検出する。そして、インバータ装置５の直流電源電圧（Ｖdc-in）と商用交流電源系統の全波整流電圧（Ｖdc-out）とを比較し、Ｖdc-inがＶdc-outよりも大きい（Ｖdc-in＞Ｖdc-out）ときに連系スイッチＳ１を投入する。Ｖdc-inがＶdc-outよりも小さい（Ｖdc-in＜Ｖdc-out）ときには、Ｖdc-inがＶdc-outよりも大きく（Ｖdc-in＞Ｖdc-out）なるまでインバータ装置５の直流電源電圧（Ｖdc-in）の上昇を待って、上記Ｖdc-inがＶdc-outよりも大きく（Ｖdc-in＞Ｖdc-out）なってから連系スイッチＳ１の投入を行う。
【００３９】
この判断ルーチンを入れることによって、安定な系統連系動作を行うことが可能となる。即ち、インバータ装置５は、電力スイッチング素子４７と並列に接続されたダイオード４８を備え、出力側から見るといわば全波整流回路に相当する。従って、連系スイッチＳ１を閉じたときにインバータ装置５側の直流電源電圧が商用交流電源系統側の全波整流電圧よりも高いので、商用交流電源系統側からインバータ装置５の電力スイッチング素子４７に過大電流が流れ、これにより、過電流トリップが発生するという問題が防止される。
【００４０】
発電機４の出力電力を商用交流電源系統側に送出するには、インバータ制御部１８に目標出力電力（又は目標出力電流）を設定する。そして、出力電流を電流検知器３１で検出し、上記目標出力電流と一致するようにインバータ制御部１８内の電流ＰＩＤ制御３５により出力電流が目標出力電流と一致するようにインバータ装置５のＰＷＭ制御を行う。これにより、エンジン制御部１１によりガスタービンエンジンへの供給燃料量が増加し、発電出力が増大し、商用電源系統側に設定した電力が送出される。これにより商用電源系統への連系動作が完了する。
【００４１】
本実施形態においては、インバータ装置５の直流電源電圧が商用交流電源系統側の全波整流電圧を上回ったときに、連系スイッチＳ１を閉じているが、インバータ装置５の直流電源電圧が商用交流電源系統側の全波整流電圧に一致したときに連系スイッチＳ１を閉じてもよい。
【００４２】
本実施形態では、上述したように、発電機４を起動時のモータとして用いることができる。すなわち、フィルタ回路３４が連系スイッチＳ１と商用交流電源系統との間に配置されているので、系統連系制御部１８が発電装置と商用交流電源系統との系統連系を行っていないときに、連系スイッチＳ１によりインバータ装置５の出力とフィルタ回路３４を切り離すことができる。したがって、ガスタービンの起動時、あるいは停止時に、フィルタ回路３４の影響を受けることなく、インバータ装置５の出力で該発電機４をモータとして駆動することができる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、連系スイッチ投入時の過電流トリップ等を防止でき、安定した系統連系動作が行えるという優れた効果を奏する。
【００４４】
図７は、本発明の第２の実施形態に係る系統連系装置９およびインバータ制御部１１８の構成例を示すブロック図である。図７において、上述した第１の実施形態と同一または対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４５】
図７に示すように、本実施形態におけるインバータ制御部１１８は、電圧検出器３２（変圧器；ＰＴ）に接続されたアクティブフィルタ１４５を備えている。電圧検出器３２の検出電圧は、アクティブフィルタ１４５を介してインバータ制御部１１８内部の電圧検出回路４２に取り込まれる。連系スイッチＳ１の後流側には、リアクトルＬとコンデンサＣとからなるフィルタ回路（図２参照）３４が接続され、さらにその後流側には商用交流電源系統の電圧を検出する電圧検出器（変圧器；ＰＴ）３３が配置され、その後流側にスイッチＳ２を介して系統側との接続端子１０が配置されている。この端子１０を介してインバータ装置５の出力が商用交流電源系統に接続される。
【００４６】
アクティブフィルタ１４５は、フィルタ回路３４の特性を模擬したものであり、連系スイッチＳ１が閉じた時のフィルタ回路３４の出力と同等の電圧検出出力（シミュレートされた出力電圧）が、連系スイッチＳ１を開いた状態でアクティブフィルタ１４５の出力から得られる。従って、連系スイッチＳ１を開いた状態で、これを閉じた時のフィルタ回路３４に現れるであろう電圧波形を模擬することができる。アクティブフィルタ１４５は、市販の半導体ＩＣ等を用いてその特性を容易に調整することが可能である。そして、アクティブフィルタ１４５は、インバータ制御部１１８が搭載された基板にその一部として搭載される。
【００４７】
系統連系動作においては、まずスイッチＳ２を閉じて、スイッチＳ１を開いた状態にしておく。これにより、系統電圧が電圧検出器３３を介して検出され、インバータ部８の出力電圧が電圧検出器３２およびアクティブフィルタ１４５を介して検出される。上述したように、アクティブフィルタ１４５はフィルタ回路３４の特性を模擬したものであるので、アクティブフィルタ１４５の出力には、連系スイッチＳ１が閉じられた場合のフィルタ３４の出力に現れるであろう電圧波形が得られる。従って、両方の電圧信号を比較器１３８で比較し、電圧ＰＩＤ制御回路３６およびＰＷＭ制御部２３を介してインバータ部８の制御を行うことで、インバータ部８の出力電圧をフィルタ回路３４の出力電圧が系統電圧と一致するように制御することができる。そこで、フィルタ３４の出力側を模擬したインバータ出力電圧が系統電圧と一致することを確認した後に、連系スイッチＳ１を投入する。これにより、系統側とインバータ装置５側との電圧を一致させることができ、突入電流が防止され、安定した系統連系動作が行える。
【００４８】
発電機４の出力電力を商用交流電源系統側に送出するには、インバータ制御部１１８に目標出力電力（又は目標出力電流）を設定する。そして、出力電流を電流検出器３１で検出し、上記目標出力電流と一致するように電流ＰＩＤ制御回路３５によりインバータ装置５のＰＷＭ制御を行う。これにより、エンジン制御部１１によりガスタービンエンジンへの供給燃料量が増加し、発電出力が増大し、商用電源系統側に設定した電力が送出される。これにより商用電源系統への連系動作が完了する。
【００４９】
電圧検出器３２に代えて、インバータ装置５の直流電圧検出回路４６と制御ソフトウェアにより予め決定されるインバータ装置５の出力デューティ比との組み合わせを用いてインバータ装置５の出力電圧波形を検出してもよい。あるいは、インバータ装置５の直流電圧検出回路４６とインバータ装置５内の出力パルス波形検出回路（図示せず）との組み合わせを用いてインバータ装置５の出力電圧波形を検出してもよい。上述した組み合わせのいずれか一方により検出された出力電圧波形を、比較器１３８により電圧検出回路４３からの電圧信号とアクティブフィルタを通して比較してもよい。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、系統連系時に系統電圧と正確に同期した電圧をインバータ装置側から出力することができる。これにより、安定した系統連系動作を行える。
【００５１】
上述した実施形態において、電圧検出器３２，３３として変圧器を用いたが、電圧検出器３２，３３は電圧を検出するアナログ回路を利用してもよい。
【００５２】
これまで本発明の好ましい実施形態について図示および説明したが、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変更および改変が可能であることは容易に理解できよう。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、ガスタービン発電装置等の小型の発電装置に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】従来の発電装置における系統連系部の構成例を示すブロック図である。
【図２】フィルタ回路の構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るガスタービン発電装置ユニットの概略構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態における系統連系部およびインバータ制御部の概略を示すブロック図である。
【図５】図４における系統連系部およびインバータ制御部の構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における系統連系動作の判断ルーチンのフロー図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における系統連系部およびインバータ制御部の概略を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５５】
１      回転軸
２      ガスタービン翼
３      コンプレッサ翼
４      発電機
５      インバータ装置
６      整流器部（全波整流回路）
７      昇圧部
８      インバータ
９      系統連系装置
１０    端子
１１    エンジン制御部
１２    燃料制御弁
１６    昇圧制御部
１７    直流電圧制御部
１８    インバータ制御部
２１    電圧電流検出部
２２    ＰＩＤ制御回路
２３    パルス幅変調（ＰＷＭ）制御部
２４    スイッチ制御部
２５    起動制御部
２６    系統連系制御部
３１    電流検出器（変流器；ＣＴ）
３２    電圧検出器（変圧器；ＰＴ）
３３    電圧検出器（変圧器；ＰＴ）
３４    フィルタ回路
３６    電圧ＰＩＤ制御回路
４１    電流検出回路
４２，４３    電圧検出回路
４５    全波整流回路
４６    直流電圧検出回路
４７    電力スイッチング素子
４８    ダイオード
１１８    インバータ制御部
１３８    比較器
１４５    アクティブフィルタ
【図１】
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【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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