(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２軸式ガスタービンと、
前記２軸式ガスタービンの低圧タービンに機械的に接続されるとともに電力系統に電気的に接続される発電機と、
前記２軸式ガスタービンの圧縮機を介して高圧タービンに機械的に接続されるとともに前記電力系統に電気的に接続される回転電機と、
を備えるガスタービン発電システムであって、
電力動揺が、前記回転電機の電動機あるいは発電機としての動作によって抑制され、
前記回転電機の前記動作は有効電力および無効電力を含む電力を調整し、
さらに、前記回転電機と前記電力系統の間に電気的に接続される周波数変換器を備え、
前記回転電機は前記周波数変換器によって操作され、
さらに、前記電力動揺を抑制するために、前記周波数変換器から出力される前記有効電力および前記無効電力を含む前記電力を調整するように前記周波数変換器を制御する制御システムを備え、
前記電力系統における前記電力動揺は、系統間電力動揺を含み、かつ、前記系統間電力動揺は電力系統間に発生する周波数０．３〜０．５Ｈｚの電力変動であり、
前記制御システムは、前記系統間電力動揺を抑える系統間電力動揺制御モードに設定され、
前記制御システムは、前記系統間電力動揺制御モードに設定される場合、前記ガスタービン発電システムの出力における電圧および電流、並びに前記電力系統側における前記周波数変換器の電圧および電流に基づいて、前記有効電力を、あるいは前記有効電力および前記無効電力の両方を調整するように前記周波数変換器を制御するガスタービン発電システム。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
請求項１に記載のガスタービン発電システムにおいて、前記周波数変換器は半導体スイッチング素子によって動作する。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
請求項１に記載のガスタービン発電システムにおいて、前記制御システムが前記系統間電力動揺制御モードにおいて前記有効電力を調整するように前記周波数変換器を制御する場合、前記有効電力は、前記発電機の速度変動を抑えるように調整される。
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
請求項１に記載のガスタービン発電システムにおいて、前記制御システムが前記系統間電力動揺制御モードにおいて前記有効電力および前記無効電力の両方を調整するように前記周波数変換器を制御する場合、前記有効電力および前記無効電力は最適力率のもとで調整される。
【請求項１２】
請求項１に記載のガスタービン発電システムにおいて、前記制御システムが前記系統間電力動揺制御モードにおいて前記有効電力および前記無効電力の両方を調整するように前記周波数変換器を制御する場合、前記有効電力および前記無効電力は、前記系統間電力動揺による電圧変化を抑制するように調整される。
【請求項１３】
２軸式ガスタービンと、前記２軸式ガスタービンの低圧タービンに機械的に接続されるとともに電力系統に電気的に接続される発電機と、前記２軸式ガスタービンの圧縮機を介して高圧タービンに機械的に接続されるとともに前記電力系統に電気的に接続される回転電機と、前記回転電機と前記電力系統の間に電気的に接続される周波数変換器とを備えるガスタービン発電システムに用いられる制御システムあって、
前記電力系統における電力動揺を抑えるために前記周波数変換器から出力される有効電力および無効電力を含む電力を調整するように前記周波数変換器を制御する手段を有し、
前記電力動揺は系統間電力動揺を含み、かつ、前記系統間電力動揺は電力系統間に発生する周波数０．３〜０．５Ｈｚの電力変動であり、
前記制御システムは、前記系統間電力動揺を抑える系統間電力動揺制御モードに設定され、
前記制御システムは、前記系統間電力動揺制御モードに設定される場合、前記ガスタービン発電システムの出力における電圧および電流、並びに前記電力系統側における前記周波数変換器の電圧および電流に基づいて、前記有効電力を、あるいは前記有効電力および前記無効電力の両方を調整するように前記周波数変換器を制御する。
【請求項１４】
請求項１３に記載のガスタービン発電システムに用いられる制御システムにおいて、
前記電力系統における前記電力動揺はローカル電力動揺を含み、かつ、前記ローカル電力動揺は発電機間に発生する周波数１Ｈｚ程度の電力変動であり、
前記制御システムは、前記ローカル電力動揺を抑えるローカル電力動揺制御モードに設定され、
前記制御システムは、前記ローカル電力動揺制御モードに設定される場合、前記ガスタービン発電システムの出力における電圧および電流、並びに前記電力系統側における前記周波数変換器の電圧および電流に基づいて、前記有効電力および前記無効電力を調整するように前記周波数変換器を制御
する。
【請求項１５】
請求項１に記載のガスタービン発電システムにおいて、
前記電力系統における前記電力動揺はローカル電力動揺を含み、かつ、前記ローカル電力動揺は発電機間に発生する周波数１Ｈｚ程度の電力変動であり、
前記制御システムは、前記ローカル電力動揺を抑えるローカル電力動揺制御モードに設定され、
前記制御システムは、前記ローカル電力動揺制御モードに設定される場合、前記ガスタービン発電システムの出力における電圧および電流、並びに前記電力系統側における前記周波数変換器の電圧および電流に基づいて、前記有効電力および前記無効電力を調整するように前記周波数変換器を制御するガスタービン発電システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のガスタービン発電システムにおいて、前記有効電力および前記無効電力は、前記ローカル電力動揺による電圧変化を抑制するように調整される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の安定化に貢献する、ガスタービン発電システムおよびガスタービン発電システムに用いる制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、電力を消費する地域に近いところに設置される分散電源システムが増加している。分散電源システムとしては、太陽光あるいは風力のような再生可能エネルギーによる発電システムや、ガスタービン発電システムなどがある。
【０００３】
ガスタービン発電システムは、小型でありかつ高効率に動作する。これに関連する先行技術が、国際公開第２０１４／０２０７７２号（特許文献１）に開示されている。この特許文献１には、圧縮機の軸に接続される電動機と、低圧タービンの軸に接続される同期発電機との間に接続されて、電動機を駆動する周波数変換器を備える２軸式ガスタービン発電システムが記載されている。外気温の変化に対して、燃焼器への空気の流れが、電動機によってアシストされる圧縮機の回転によって制御されている。これにより、ガスタービンは、燃焼器において燃焼される燃料を抑えることなく、高効率に連続運転される。
【０００４】
電力系統に連系する分散電源システムは、余剰電力を電力系統に供給する。分散電源システムによる発電量は変動するものなので、電力系統に連系する分散電源システムは、電力系統における電力動揺のような電力変動の要因となる。特に、近年における再生可能エネルギー源による発電システムの増加は、大きな電力変動を引き起こす。このため、電力系統に連系する分散電源システムには、電力系統を安定化する機能が必要である。
【０００５】
電力系統の安定度は、電力動揺あるいは電力変動を減衰するために発電機における自動電圧調整器（ＡＶＲ）の定数設定値を調節する電力系統安定化装置（ＰＳＳ）によって向上できる。この技術分野における先行技術が、米国特許出願公開第２０１３／０２３４６８０号明細書（特許文献２）に開示されている。この特許文献２には、複数の発電機速度信号にタイムスタンプを施して同期発電機の速度信号を生成するという、電力系統における電力動揺の減衰方法が記載されている。同期速度信号は、電力系統における電力動揺を測定している制御ステーションに送信される。制御ステーションは、電力系統における電力動揺に基づいて、複数の減衰装置に減衰制御信号を与える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０２０７７２号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１３／０２３４６８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
先行技術では発電機の励磁を制御するので、先行技術の効力は、力率や界磁および電機子巻線の温度制限のような、発電機性能に左右される。このため、先行技術をガスタービン発電システムに適用したとしても、電力系統における電力動揺を減衰する性能は低い。さらに、ガスタービン発電システムの効率が低下する。
【０００８】
そこで、本発明は、電力系統を安定化する機能を向上できるガスタービン発電システムおよびガスタービン発電システムに用いられる制御システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明によるガスタービン発電システムは、２軸式ガスタービンと、２軸式ガスタービンの低圧タービンに機械的に接続されるとともに電力系統に電気的に接続される発電機と、２軸式ガスタービンの圧縮機を介して高圧タービンに機械的に接続されるとともに電力系統に電気的に接続される回転電機とを備え、電力動揺が、回転電機の電動機あるいは発電機としての動作によって抑制される。また、本発明による制御システムは、２軸式ガスタービンと、２軸式ガスタービンの低圧タービンに機械的に接続されるとともに電力系統に電気的に接続される発電機と、２軸式ガスタービンの圧縮機を介して高圧タービンに機械的に接続されるとともに電力系統に電気的に接続される回転電機と、回転電機と電力系統の間に電気的に接続される周波数変換器とを備えるガスタービン発電システムに用いられるものであって、電力動揺を抑えるために周波数変換器から出力される有効電力および無効電力を含む電力を調整するように周波数変換器を制御する手段を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるガスタービン発電システムおよび制御システムによれば、ガスタービン発電システムの電力系統安定化機能が向上する。
【００１１】
本発明の他の目的、技術的特徴および効果は、添付の図面を用いた以下の説明により明らかなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による実施例１として、ガスタービン発電システムの概略構成を示す。
【図２】周波数変換器の回路構成の一例を示す。
【図３】ガスタービン発電システムのブロック図を示す。
【図４】電力動揺減衰制御システムにおける、系統間電力動揺を抑制するための処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明による実施例２における電力動揺減衰制御システムの処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明による実施例３における電力動揺減衰制御システムの処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態であるガスタービン発電システムを説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明による実施例１として、ガスタービン発電システムの概略構成を示す。
【００１５】
ガスタービン発電システム１は、電力を消費あるいは発生する回転電機２０２によって電力系統に対する電力を調整する電動補助システム（ＭＡＳ）２と、電力系統５に電力を出力し、２軸式ガスタービン３によって回転する発電機４を備える。
【００１６】
２軸式ガスタービン３は、圧縮機３０１と、燃料を圧縮機３０１によって圧縮された空気と混合して燃焼することにより高温高圧ガスを生成する燃焼器３０２と、高温高圧ガスによって回転する高圧タービン３０３と、高圧タービン３０３を圧縮機３０１に機械的に接続する第１の回転軸３１１と、発電機４の回転軸４１２と連結する第２の回転軸３１２を有し、高圧タービン３０１から排出されるガスによって、電力系統の周波数に応じた速度で回転する低圧タービン３０４を備える。
【００１７】
このガスタービン発電システム１は、電力系統５に電力を供給するように、電気的に電力系統５と連系する。電力は、主に発電機４によって供給される。また、電力は、一部、電動補助システム２によって調整される。電動補助システム２は、回転軸２１１が第１の回転軸２１１と連結する回転電機２０２と、回転電機２０２と発電機４の電気的出力との間に電気的に接続され、可変速電動機もしくは発電機として回転電機２０２を操作する周波数変換器２０１と、系統間あるいは発電機間に起きる電力動揺を減衰するように周波数変換器２０１を制御する電力動揺減衰制御システムを備える。回転電機２０２には、同期機や誘導機など種々のＡＣ（交流）回転電機が適用される。
【００１８】
回転電機２０２が周波数変換器２０１によって可変速電動機として動作する場合、電気的エネルギーは、回転電機２０２によって機械的エネルギーに変換することができ、この機械的エネルギーは、２軸式ガスタービン３における圧縮機３０１に輸送することができる。これに対し、回転電機２０２が周波数変換器２０１によって発電機として動作する場合、圧縮機３０１からの機械的エネルギーは、回転電機２０２によって電気的エネルギーに変換することができ、この電気的エネルギーは、電力系統５に輸送することができる。後述するように、回転電機２０２を備える電動補助システムにおける前述の動作は、ガスタービン発電システムの電力容量を増大するように、かつ電力系統の電圧および周波数の安定性のためにガスタービン発電システムの有効電力の応答性を向上するように、有効電力および無効電力を含む電力系統５への電力を調整する。
【００１９】
図２は、図１における周波数変換器２０１の回路構成の一例を示す。周波数変換器２０１はいわゆるＢＴＢ（back to back）である。３相ブリッジ回路のような電力変換回路２０１０，２０１１の一方が他方に、平滑コンデンサ２０１３を有するＤＣリンク回路２０１２を介して、直列に接続される。
【００２０】
回転電機２０２が可変速電動機として動作する場合、回転電機側の電力変換回路２０１０は、ＤＣ（直流）リンク回路２０１２のＤＣ電力を、回転電機２０２に供給するＡＣ電力に変換するインバータとして動作し、かつ、電力系統側の電力変換回路２０１１は、電力系統側のＡＣ電力を、ＤＣリンク回路２０１２のＤＣ電力に変換するコンバータとして動作する。回転電機２０２が発電機として動作する場合、回転電機側の電力変換回路２０１０は、回転電機２０２が発生するＡＣ電力を、ＤＣリンク回路２０１２のＤＣ電力に変換するコンバータとして動作し、かつ、電力系統側の電力変換回路２０１１は、ＤＣリンク回路２０１２のＤＣ電力を、電力系統側に供給するＡＣ電力に変換するインバータとして動作する。
【００２１】
なお、電力変換回路２０１０，２０１１における、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のような電力用半導体スイッチング素子は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）によって制御される。電力用半導体スイッチング素子へのＰＷＭ信号は、電力動揺抑制のために、電力動揺減衰制御システム２０３の制御のもとで生成される。これにより、回転電機２０２は、可変速電動機として動作できるとともに、電力系統５の周波数で電力系統側へ電力を供給する発電機として動作できる。このようにして、電動補助システム２は、電力を消費あるいは発生する回転電機２０２によって電力系統５への電力を調整できる。
【００２２】
なお、電力用半導体スイッチング素子として、ＩＧＢＴのほかに、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）や電力用ＭＯＳＦＥＴを適用できる。
【００２３】
図３は、ガスタービン発電システム１のブロック図を示す。２軸式ガスタービン３は、燃料を燃焼することによって発生する高温高圧ガスの熱エネルギーを、発電機４を駆動するための機械的エネルギーに変換する。発電機４は、２軸式ガスタービンからの機械的エネルギーを電力に変換する。
【００２４】
ところで、現代における電力系統の動態は、負荷変動、再生可能エネルギー源に起因する発電量の変動、送電線トリップ、故障や他の類似の事象のような様々な外乱を要因とする動揺的ふるまいによって特徴づけられる。電力系統および発電機ロータにおける電力動揺を減衰するためには、有効および無効電力量を制御する。しかしながら、発電機の有効および無効電力容量は、仕様電圧、界磁および電機子の熱的限界、および力率（通常０．８５ないし０．９（遅れ））で制限される。一般に、バランス設計によって、Ｐ−Ｑ平面において、定格（すなわち銘板記載の）ＭＶＡおよび定格力率を表す点において、界磁の熱的限界範囲と電機子の熱的限界範囲が分かれる。
【００２５】
発電機が備える従来の自動電圧調整器（ＡＶＲ）は、発電機の励磁電圧を調整することによって発電機の端子電圧を制御するために用いられ、その結果、発電機の無効電力出力も制御される。従って、ＡＶＲの制御システム設計は上述の制限に適合することが好ましい。
【００２６】
電力系統における電力動揺および発電機の回転子の動揺を減衰する従来手段の一つは、発電機の励磁電圧を調整するために、ＰＳＳ（Power System Stabilizer）を使って、ＡＶＲに特別な制御指令信号を加えることである。発電機の励磁電圧の調整によって、発電機の無効電力出力も調整されるので、電力系統における電力動揺の補償によって、発電機の電気機械的な動作性能が向上する。動揺状態は主に電気機械的な動態に関係するので、有効および無効電力の操作限界を考慮することが好ましい。有効電力出力は、定格ＭＶＡの範囲内で機械的エネルギーを変換する原動機性能によって制限される。調速機およびタービンの変速機におけるデッドタイム特性の存在によって、電力系統における変動をならすための有効電力出力の瞬時応答性が制限される。
【００２７】
上記のような有効および無効電力出力の制限は、発電機自体の性能によるものであり、発電機の設計によって決まってしまう。なお、電力系統の安定性を保持するために、電力系統の操作者によって、さらなる制限が与えられても良い。
【００２８】
上述の制限を克服するために、本実施例では、電動補助システム（ＭＡＳ）２が適用される。
【００２９】
図３において、電動補助システム２におけるモータ駆動システム２０４は、図１および２に示したような、回転電機２０２および周波数変換器２０１を備える。モータ駆動システム２０４における周波数変換器２０１は、電力動揺減衰制御システム２０３によって出力される有効電力指令Ｐ＊ＭＡＳおよび無効電力指令Ｑ＊ＭＡＳを用いて、電力系統５側で電動補助システム２の無効電力ＱＭＡＳおよび有効電力ＰＭＡＳを制御する性能を有する。電力動揺減衰制御システム２０３は、ガスタービン発電システム１の出力において、電流センサ２０５によって検出される電流Ｉおよび電圧センサ２０６によって検出される電圧Ｖと、電力系統側における電動補助システムの電圧ＶＭＡＳおよび電流ＩＭＡＳと、図１および２では図示されない、ロータリエンコーダのような位置センサによって検出される回転電機２０２の速度ωと、ロータリエンコーダのように発電機４の回転軸４１２に連結される位置センサ５００によって検出される、発電機の速度ωＧＥＮと、図３には図示されない他の制御装置によって設定される動作モードと、に基づいて、周波数変換器２０１に対する指令Ｐ＊ＭＡＳおよびＱ＊ＭＡＳを演算する。
【００３０】
上述のようにして、モータ駆動システム２０４は、電力系統５と、２軸式ガスタービン３における高圧タービン（ＨＰＴ）との間において、電力を交換する。そのため、発電機４の出力と高圧タービン（ＨＰＴ）との間において、補助的なエネルギー流が、電動補助システム２における回転電機２０２の動作によって制御される。ＨＰＴにおける圧縮機が、許容された可変速範囲で操作されるので、運動エネルギーが、圧縮機３０１の慣性質量に蓄積されるとともに、電動補助システム２における有効電力制御手段によって、有効電力の高速応答がなされる。
【００３１】
さらに、電力動揺抑制のためにガスタービン発電システムの有効および無効電力出力を調整するように、モータ駆動システム２０４における周波数変換器２０１の電力を、系統間電力動揺制御モードおよびローカル電力動揺制御モードで制御する電力動揺減衰制御システム２０３によって、電動補助システム２の周波数変換器２０１が制御される。これらのモードは、図３における動作モードとして、電力動揺減衰制御システム２０３に設定される。一般的に、系統間（エリア間）電力動揺は、周波数が０．３〜０．５Ｈｚであり、電力系統間で発生し、また、ローカル電力動揺は、周波数が１Ｈｚ程度であり、発電機間で発生する。
【００３２】
図４は、実施例１の電力動揺減衰制御システムにおける、系統間電力動揺を抑制するための処理を示すフローチャートである。
【００３３】
電力動揺減衰制御システム２０３は、ガスタービン発電システム１における発電機４の回転速度（ωＧＥＮ）を一定に保つことを制御目標とする。このような動作において、電力動揺減衰制御システムは、ガスタービン発電システム１の電圧（Ｖ）および電流（Ｉ）と、電動補助システム２の電圧（ＶＭＡＳ）および電流（ＩＭＡＳ）と、発電機４の回転速度（ωＧＥＮ）を監視する（ステップ２０３＿ａ）。
【００３４】
次に、ガスタービン発電システム１の有効電力（Ｐ）および無効電力（Ｑ）がＶおよびＩに基づいて演算されるとともに、電動補助システム２の有効電力（ＰＭＡＳ）および無効電力（ＱＭＡＳ）がＶＭＡＳおよび電流ＩＭＡＳに基づいて演算される（ステップ２０３＿ｂ）。
【００３５】
次に、力率ｃｏｓ（θ）（θ：電動補助システム２（ＭＡＳ）の電圧・電流間の位相角）が「ＶＭＡＳ，ＩＭＡＳ」あるいは「ＰＭＡＳ，ＱＭＡＳ」に基づいて観測される（ステップ２０３＿ｃ）。
【００３６】
電動補助システムの力率を観測後、位置センサ５００によって検出される発電機４の監視されている回転速度に基づいて、予め設定される閾値よりも大きな電力動揺が起きているか否かを判定する（ステップ２０３＿ｄ）。例えば、ωＧＥＮの大きさが、閾値に適用される。また、電力動揺の周波数を有するωＧＥＮの周波数成分が、閾値に適用され得る。周波数成分は、フィルタを用いて検出される。さらに、大きさや周波数成分に代えて、図１および３には図示されない他の制御装置からの系統動揺情報が、閾値に適用され得る。
【００３７】
電力動揺が起きていない場合（ステップ２０３＿ｄ；ＮＯ）、電力動揺減衰制御システム２０３は、ステップ２０３＿ａに戻って、ガスタービン発電システム１の電圧（Ｖ）および電流（Ｉ）と、電動補助システム２の電圧（ＶＭＡＳ）および電流（ＩＭＡＳ）と、発電機４の回転速度（ωＧＥＮ）を監視し続ける。電力動揺が起きており（ステップ２０３＿ｄ；ＹＥＳ）かつ電力動揺減衰制御システムが系統間電力動揺制御モードに設定されている場合、系統間電力動揺（例えば、０．２〜０．５Ｈｚ）を減衰するために要求されるＰＭＡＳが、［数１］および［数２］で表されるようなインデックスＫによる手段によって演算される（ステップ２０３＿ｅ）。［数１］は、いわゆる発電機４の運動方程式に基づいて導出される。
【００３８】
［数１］に示すように、「Ｋ×ＰＭＡＳ」は、ωＧＥＮの速度変動（Δω）を極小にするために、発電機４の機械的入力および電気的出力の差分加速パワー（Ｐａ）を補償するように演算される。したがって、「Ｋ×ＰＭＡＳ」が、差分加速パワー（Ｐａ）を補償するために電動補助システム２から電力系統５へ注入される減速電力となる。Ｍは発電機４の慣性定数であり、インデックスＫは、系統間電力動揺を減衰するように、速度変動（Δω）を抑えるために要求される電動補助システム２からの有効電力ＰＭＡＳのゲインである。計測される、電動補助システム２の出力有効電力（ＰＭＡＳ）に基づいて、電動補助システム２の有効電力調整量（ΔＰＭＡＳ）を要請する制御指令が［数２］によって演算できる。
【００３９】
【数１】
0006306804.tif 000002
【数２】
0006306804.tif 000003
【００４０】
次に、好ましくは、電動補助システム２の力率保持において最良状態が得られるように、電動補助システム２の力率を許容範囲内で設定する（ステップ２０３＿ｆ）。
【００４１】
電動補助システム２における周波数変換器２０１による電力制御応答は発電機４の応答よりも速く、かつ、追加の有効および無効電力調整量を得られるので、電動補助システム２の有効電力調整が、「Ｋ×ＰＭＡＳ」あるいは「ΔＰＭＡＳ」に対応する制御目標値になるまで実行される（ステップ２０３＿ｇ）。
【００４２】
このように、電動補助システム２による電力調整の補助によって、電力系統間電力動揺を減衰するように、速度変動（Δω）を抑制することができる。ステップ２０３＿ｈにおいては、電力動揺減衰制御システム２０３の動作モードが再確認される。
【００４３】
動作モードが変更されていない場合（ステップ２０３＿ｈ：ＮＯ）、ステップ２０３＿ａからステップ２０３＿ｈの処理が継続される。動作モードが変更されている場合（ステップ２０３＿ｈ：ＹＥＳ）、次に、電力動揺減衰制御システム２０３は、変更された動作モードに切り替えられる（ステップ２０３＿ｉ）。
【００４４】
上述のようにして、ωＧＥＮの速度変動（Δω）が、電動補助システム２における周波数変換器２０１から有効電力を注入することによって抑制される。これにより、系統間電力動揺が速やかに抑制される。
【００４５】
本実施例１によれば、ガスタービン発電システムは、系統間電力動揺の抑制によって電力系統を安定化するという、より優れた機能を有するものとなる。また、電力動揺に伴う回転軸４１２の動揺が低減される。
【実施例２】
【００４６】
図５は、本発明による実施例２の電力動揺減衰制御システムにおける、ローカル電力動揺（例えば、１．０Ｈｚ）を抑制するための処理を示すフローチャートである。なお、本実施例２のシステム構成は、図１−３に示される実施例１と同様である。実施例１に示されるものと同様の動作する構成要素には同じ符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。以下、図４および５に示されるフローチャートの違いについて主に説明する。
【００４７】
図４に示される実施例１の電力動揺減衰制御システムと図５に示される本実施例２のそれとの違いは、ステップ２０３＿ｅ２における動作モード入力の変更と、電動補助システム２の電力の演算手段にある。
【００４８】
電力系統５は、等価抵抗ＲおよびリアクタンスＸによって表わすことができ、そして、ガスタービン発電システム１の有効電力変化分（ΔＰ）および無効電力変化分（ΔＱ）によって、電圧変化ΔＶは［数３］によって近似することができる。
【００４９】
【数３】
0006306804.tif 000004
【００５０】
［数３］は、電力系統における電圧変化と電力変化との間のよく知られた関係を表している。さらに、［数３］は、電力動揺による電圧変化が電力系統における電力変化によって抑制し得ることを示している。本実施例２において、電動補助システム２の有効電力変化（ΔＰＭＡＳ）および電動補助システム２の無効電力変化（ΔＱＭＡＳ）の調整は、電力系統５と発電機４との間におけるローカル電力動揺による電圧変化を抑制するように、ＰにおけるΔＰの変更並びにＱにおけるΔＱの変更を起こす。従って、電力動揺減衰制御システム２０３は、ローカル電力動揺を抑制するような有効および無効電力ＰＭＡＳ，ＱＭＡＳを出力するように周波数変換器２０１を制御する。それにより、ＰＭＡＳとＱＭＡＳの最良のバランスを保つことによってローカル電力動揺を抑制するように、ガスタービン発電システム１の有効電力の速い変動が制御される。
【００５１】
本実施例２によれば、ガスタービン発電システムは、ローカル電力動揺の抑制によって電力系統を安定化するという、より優れた機能を有するものとなる。
【実施例３】
【００５２】
図６は、本発明による実施例３の電力動揺減衰制御システムにおける、系統間電力動揺を抑制するための処理を示すフローチャートである。なお、本実施例のシステム構成は、図１−３に示される実施例１と同様である。実施例１に示されるものと同様の動作する構成要素には同じ符号を付し、それらの詳細な説明は省略する。以下、図４および６に示されるフローチャートの違いについて主に説明する。
【００５３】
図４に示される実施例１の電力動揺減衰制御システムと図６に示される本実施例３のそれとの違いは、力率を設定するために実行される、ステップ２０３＿ｅ３における電動補助システムの電力の演算手段にある。電力系統におけるガスタービン発電システム１の配置が、系統間の電力潮流に影響する場合、力率を設定することによって、電動補助システム２の有効および無効電力両方の制御が、系統間電力動揺を抑制するために用いることができる。
【００５４】
本実施例３において、電動補助システム２の有効電力変化（ΔＰＭＡＳ）および電動補助システム２の無効電力変化（ΔＱＭＡＳ）は、上述の実施例２のような演算手段によって演算される（ステップ２０３＿ｅ３）。さらに、電動補助システム２によって出力されるＰＭＡＳおよびＱＭＡＳは、前述の実施例２の図５におけるステップ２０３＿ｆと同様のステップ２０３＿ｆによって許容範囲内に設定される力率のもとで演算されるΔＰＭＡＳおよびΔＱＭＡＳにより調整される。
【００５５】
実施例３によれば、ガスタービン発電システムは、最適な力率のもとで系統間電力動揺を抑制することによって電力系統を安定化するという、より優れた機能を有するものとなる。
【００５６】
本発明は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施または実行することができるから、その適用において、添付図面に示された部品の構成および配置の詳細に限定されないことが理解される。また、本明細書で使用される表現または用語は、説明を目的とするものであって、限定するものではないことが理解される。
【００５７】
例えば、図１における位置センサ５００のような位置センサに代えて、回転速度センサを適用し得る。位置センサはおよび速度センサは、２軸式ガスタービン３、回転電機２０２および発電機４における任意の回転軸２１１，３１１，３１２，４１２に取り付けられる。位置および速度センサに代えて、センサレス技術が適用される。さらに、電力動揺は、発電機又は電力系統の電圧あるいは電流に基づいて検出し得る。
【符号の説明】
【００５８】
１        ガスタービン発電システム（ＧＴ）
２        電動補助システム（ＭＡＳ）
３        ２軸式ガスタービン
４        発電機
５        電力系統
２０１    周波数変換器
２０２    回転電機
２０３    電力動揺減衰制御システム
２０４    モータ駆動システム
２０５    電圧センサ
２０６    電流センサ
２１１    回転軸
３０１    圧縮機
３０２    燃焼器
３０３    高圧タービン
３０４    低圧タービン
３１１    回転軸
３１２    回転軸
４１２    回転軸
５００    位置センサ
２０１０  電力変換回路
２０１１  電力変換回路
２０１２  ＤＣリンク回路
２０１３  平滑コンデンサ
【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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