(57)【要約】【課題】安定して良質な電力を負荷に供給することができる、またバッテリの寿命の低下を招くことのないガスタービン発電設備を得る。【解決手段】発電機３はマイクロガスタービン５にて駆動され、発電された電力はコンバータ７にて一旦直流に変換され、インバータ８により再び交流電力に変換されて負荷切換装置２１を介して複数の負荷１７に供給される。負荷選択制御装置１９は、発電機３の電力Ｐに基づいて負荷切換装置２１を制御し、一部の負荷１７には発電機３から電力を供給し、残りの負荷１７には系統２４から電力を供給するように切り換え、発電機３の過負荷を防止する。これにより、発電機の過負荷制限による電圧降下などの電力の品質低下を招くことがなく、良質な電力を負荷に供給でき、また発電機の負荷制限時のバッテリからの補助電力の供給に伴い発生する頻繁な充放電によるバッテリの寿命低下を防止できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン、このガスタービンに圧縮空気を供給する圧縮機、上記ガスタービンにて駆動される発電機、負荷の消費電力の合計値が上記発電機の許容電力を超えないように上記負荷の中から上記発電機から電力を供給すべき負荷を選択してこの選択された負荷に上記発電機から電力を供給するとともに上記負荷のうちの選択されなかった負荷には他の電源から電力を供給しうるように切り換えを行う負荷選択切換装置を備えたガスタービン発電設備。
【請求項２】
上記発電機は交流電力を出力するものであり、上記発電機に接続されたコンバータとこのコンバータに接続されたインバータとバッテリとを有し、上記コンバータは上記発電機の交流出力を直流出力に変換し、上記バッテリは上記直流出力により充電され、上記インバータは上記コンバータにて変換された直流出力を再び交流出力に変換して上記負荷に電力を供給するとともに上記発電機の出力が不足するときに上記バッテリの直流電力を交流電力に変換して上記負荷に供給するものであることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン発電設備。
【請求項３】
上記圧縮機の吸気温度に応じて上記ガスタービンが過負荷にならないように上記発電機の出力を制限するガスタービン過負荷防止装置を有するものであることを特徴とする請求項１に記載のガスタービン発電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスタービン発電設備の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスタービン発電設備においては、ガスタービンで駆動される発電機の出力電流から発電機の出力Ｐｉを求め、圧縮機の周囲温度からその検出値に見合った発電機の許容電力Ｐ１を求め、出力Ｐｉが許容電力Ｐ１内に収まるように燃焼器へ送り込む燃料を調節するようにしている。これにより、発電機の過負荷を防止する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、電力系統に接続された発電機内を冷却する冷媒の温度から演算された発電機の出力限界値と、圧縮機に吸入される空気の温度に基づいて演算したガスタービンの運転出力の内の出力が小さい方の値で運転するように燃料を加減する。これにより、発電機の過負荷を防止するものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５１−７９８１３号公報（第１頁右下欄第１９行〜第２頁右上欄第３行及び第１図）
【特許文献２】
特開平７−８７７９８号公報（段落番号００１５及び第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のガスタービン発電設備は以上のように構成され、ガスタービンにて駆動される発電機単独で負荷に電力を供給するようにしている。従って、発電機の過負荷を防止できるものの、次のような問題点があった。
【０００６】
すなわち、
ａ．発電機の過負荷を防止するために、出力する電力の調整を行うと発電機電圧の低下を来たし、電源としての品質が低下する。
ｂ．ガスタービン発電設備が故障したとき、負荷に電力を供給できない。
ｃ．ガスタービン発電設備内にバッテリを設けて発電機の出力する電力が不足するときは当該バッテリから負荷に電力を供給するようにしている場合、バッテリが過度に充放電を繰り返してバッテリ寿命の低下を招く。
【０００７】
この発明は、上記のような問題点を解決して、安定して良質な電力を負荷に供給することができる、またバッテリの寿命の低下を招くことのないガスタービン発電設備を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るガスタービン発電設備においては、ガスタービン、このガスタービンに圧縮空気を供給する圧縮機、ガスタービンにて駆動される発電機、負荷の消費電力の合計値が発電機の許容電力を超えないように負荷の中から発電機から電力を供給すべき負荷を選択してこの選択された負荷に発電機から電力を供給するとともに負荷のうちの選択されなかった負荷には他の電源から電力を供給しうるように切り換えを行う負荷選択切換装置を備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の一形態を示すマイクロガスタービン発電設備の構成図である。図１において、ガスタービン発電設備であるマイクロガスタービン発電設備は、マイクロガスタービン発電装置１とトランス１６と過負荷運転防止装置２２とを有する。マイクロガスタービン発電装置１において、空冷式の発電機３と圧縮機４とマイクロガスタービン５とが同軸に連結されている。燃焼器１２には、図示しない燃料供給装置からの燃料と、圧縮機４から圧縮空気が供給され、供給された燃料が燃焼し高温高圧のガスとなって圧縮機４を駆動し、発電機３により電力Ｐを発生させる。なお、圧縮機４に吸入される空気は燃焼器１２の排気熱を利用して熱交換器２により加熱される。
【００１０】
発電機３で発電された三相交流の電力Ｐは、コンバータ７にて一旦直流に変換され、インバータ８により再び所定周波数の三相交流の電力に変換されてコンタクタ９を介して出力される。また、コンバータ７にて変換された直流電力は、バッテリコントローラ１０を介してバッテリ１１に供給される。コンバータ７及びインバータ８は、マイクロガスタービン制御装置６により制御される。マイクロガスタービン制御装置６は、図示しないが発電機３の電圧及び電流を測定する電圧及び電流検出手段を有し、発電機３の電力Ｐ及び皮相電力ＫＶＡを検出している。
【００１１】
コンタクタ９を介して出力される電力Ｐは、トランス１６にて所定の電圧に変圧される。過負荷運転防止装置２２は、負荷供給制御装置１９及び負荷切換装置２１を有する。負荷供給制御装置１９は、マイクロガスタービン制御装置６から通信線１８を介して発電機３の電力Ｐなどの負荷状態の情報を得て、負荷切換装置２１に切り換え指令を発する。負荷切換装置２１は複数の切換スイッチ２１ａを有し、負荷供給制御装置１９からの切り換え指令に基づいて各切換スイッチ２１ａにそれぞれ接続された複数の負荷１７のうちの幾つかを選択してトランス１６を介して電力Ｐを供給し、選択されなかった残りの負荷１７には他の電源としての系統２４から電力を供給するように切り換える。なお、負荷供給制御装置１９及び負荷切換装置２１が、この発明における負荷選択切換装置である。
【００１２】
次に、動作について説明する。マイクロガスタービン制御装置６は図示しない電圧及び電流検出手段により発電機３の電力Ｐを検出する。負荷供給制御装置１９は、通信線１８を介して発電機３の電力Ｐの情報を得て、発電機３が全ての負荷１７の消費電力を合計した合計消費電力Ｐｓを賄うことができるときは、すなわち合計消費電力Ｐｓが発電機３の許容電力Ｐｍａｘ以下のときは、発電機３からコンタクタ９、トランス１６、切換スイッチ２１ａを介して全ての負荷１７に電力を供給するように負荷切換装置２１を制御する。
【００１３】
また、合計消費電力Ｐｓが発電機３の許容電力Ｐｍａｘよりも大きいときは、各負荷１７ごとの消費電力のデータに基づいて発電機３の許容電力Ｐｍａｘを超えない範囲で供給可能な負荷１７を選択し、供給する負荷の数を制限する。そして、選択されなかった残りの負荷１７については、系統２４から電力を供給するように切換装置２１を制御し、対応する切換スイッチ２１ａを切り換え、当該残りの負荷１７には系統２４から電力を供給するようにする。
【００１４】
マイクロガスタービン発電装置１に異常が発生し、負荷１７に電力を供給できなくなったときは、負荷供給制御装置１９は直ちに負荷切換装置２１を制御して系統２４から負荷１７に電力を供給するように切り換える。また、発電機３の電力Ｐに余力があるときは、必要に応じてコンバータ７を介してバッテリ１１を充電する。このバッテリ１１に蓄えられた電力は、非常用の電力として用いられる。また、マイクロガスタービン発電装置１の起動用電源としても用いられる。
【００１５】
以上のように、負荷の合計消費電力を求めて発電機３の許容電力Ｐｍａｘを超えないように切り離すべき負荷１７を決定し、切り離すべき負荷１７には系統２４から電力を供給するようにした。従って、発電機３の過負荷防止のために電圧の制限をして電圧低下など電力の品質の低下を招くことがなく、安定で良質の電力を負荷に供給することができる。また、上述のように負荷１７の合計消費電力Ｐｓが発電機３の許容電力Ｐｍａｘを上回るときは系統２４から一部の負荷１７に電力を供給するようにしているので、発電機３の出力する電力が不足したときにバッテリ１１の電力を補充用として用いる必要がなく、バッテリ１１の頻繁な充放電による寿命の低下を防止できる。
【００１６】
実施の形態２．
図２及び図３は、この発明の他の実施の形態を示すものであり、図２はマイクロガスタービン発電設備の構成図、図３は圧縮機の吸気温度とマイクロガスタービンの最大許容出力との関係を示す特性図である。図２において、温度センサ２３が圧縮機４の吸気口に設けられており、圧縮機４の吸気温度Ｔ１を測定する。過負荷運転防止装置４２は、負荷供給制御装置４９、切換装置２１を有する。そして、温度センサ２３にて測定された圧縮機４の吸気温度Ｔ１は、マイクロガスタービン制御装置３６及び通信線１８を介して負荷供給制御装置４９に送信される。
【００１７】
負荷供給制御装置４９は、温度センサ２３から得られた吸気温度Ｔに応じてマイクロガスタービン５の最大許容出力Ｗｍａｘを算出する。そして、発電機３の電力Ｐがこの最大許容出力Ｗｍａｘを超えないように、負荷１７の数を制御しその合計消費電力Ｐｓを制限する。マイクロガスタービン５の最大許容出力Ｗｍａｘは、例えば図３に示すような特性を有し、吸気温度が１５℃までは一定であり、１５℃を超えるとその超える度合いに応じて低下する。
【００１８】
また、負荷供給制御装置４９は図１に示した負荷供給制御装置１９と同様の制御動作を行い、発電機３の許容電力Ｐｍａｘを超えないように、すなわちマイクロガスタービン５が過負荷にならないように負荷１７のうちの幾つかを発電機３から切り離し、系統２４から受電するように切り換える。なお、負荷供給制御装置４９及び負荷切換装置２１が、この発明における負荷選択切換装置である。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
【００１９】
なお、マイクロガスタービン５の最大許容出力Ｗｍａｘを超えないようにする制御の代わりに、発電機３の許容電力Ｐｍａｘ及び許容皮相電力ＶＡＲｍａｘを周囲温度（吸気温度Ｔ）と対応させて求め、マイクロガスタービン５の最大許容出力Ｗｍａｘと上記許容電力Ｐｍａｘと許容皮相電力ＶＡＲｍａｘとのうちの最も小さい値以下となるように負荷の数を制御し、マイクロガスタービン５及び発電機３の過負荷を防止するようにすることもできる。
【００２０】
以上のようにこの実施の形態によれば、空冷式の発電機３の周囲温度や圧縮機４の吸気温度に応じてマイクロガスタービン５や発電機３が過負荷にならないように発電機３に接続される負荷１７の数を制御し、残りの負荷１７には系統２４から電力が供給されるようにしたので、発電機３から安定した良質の電力を負荷に供給できるとともに、マイクロガスタービン５や発電機３の過負荷を防止できる。
【００２１】
【発明の効果】
この発明は以上説明したように、ガスタービン、このガスタービンに圧縮空気を供給する圧縮機、ガスタービンにて駆動される発電機、負荷の消費電力の合計値が発電機の許容電力を超えないように負荷の中から発電機から電力を供給すべき負荷を選択してこの選択された負荷に発電機から電力を供給するとともに負荷のうちの選択されなかった負荷には他の電源から電力を供給しうるように切り換えを行う負荷選択切換装置を備えることにより、発電機の過負荷を制限するために電圧降下をきたすなどの電力の品質低下を招くことがなく、負荷に良質な電力を供給できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示すマイクロガスタービン発電設備の構成図である。
【図２】この発明の他の実施の形態を示すマイクロガスタービン発電設備の構成図である。
【図３】図２の圧縮機の吸気温度とマイクロガスタービンの許容出力との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１  マイクロガスタービン発電装置、３  発電機、
５  マイクロガスタービン、６，３６  マイクロガスタービン制御装置、
７  コンバータ、８  インバータ、９  コンタクタ、１１  バッテリ、
１７  負荷、１９，４９  負荷供給制御装置、２１  負荷切換装置、
２１ａ  切換スイッチ、２２，４２  過負荷運転防止装置、２３  温度センサ。
【図１】
2004236483.tif 000003
【図２】
2004236483.tif 000004
【図３】
2004236483.tif 000005