(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た発電機と、
前記発電機に励磁電圧を供給して前記発電機の出力電圧を調整する自動電圧調整器と、
前記２軸式ガスタービンの高圧タービンにコンプレッサを通じて機械的に接続された回転電機と、
前記回転電機及び前記発電機に接続された周波数コンバータと、を備え、
前記電力の電流(I)及び電圧(V)、並びに、前記駆動手段(2)の電流(Imas)及び電圧(Vmas)に基づいて、前記出力する電力の力率が目標力率に近づくように、基準電圧(V*ref)を設定して前記励磁電圧に印加し、前記周波数コンバータの有効電力(Pmas)と無効電力(Qmas)とを調整することを特徴とするガスタービン発電システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記調整した後に、前記目標力率を変更することを特徴とするガスタービン発電システム。
【請求項３】
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た発電機と、
前記発電機に励磁電圧を供給して前記発電機の出力電圧を調整する自動電圧調整器と、
前記２軸式ガスタービンの高圧タービンにコンプレッサを通じて機械的に接続された回転電機と、
前記回転電機及び前記発電機に接続された周波数コンバータと、を備え、
前記電力の電流(I)及び電圧(V)、並びに、前記駆動手段(2)の電流(Imas)及び電圧(Vmas)に基づいて、前記出力する電力の電圧(V)が目標電圧に近づくように、基準電圧(V*ref)を設定して前記励磁電圧に印加し、前記周波数コンバータの有効電力(Pmas)と無効電力(Qmas)とを調整することを特徴とするガスタービン発電システム。
【請求項４】
請求項３において、
前記調整した後に、前記目標電圧を変更することを特徴とするガスタービン発電システム。
【請求項５】
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た発電機と、
前記発電機に励磁電圧を供給して前記発電機の出力電圧を調整する自動電圧調整器と、
前記２軸式ガスタービンの高圧タービンにコンプレッサを通じて機械的に接続された回転電機と、
前記回転電機及び前記発電機に接続された周波数コンバータと、を備え、
前記電力の電流(I)及び電圧(V)、並びに、前記駆動手段(2)の電流(Imas)及び電圧(Vmas)に基づいて、前記出力する電力の有効電力が目標有効電力に近づくように、基準電圧(V*ref)を設定して前記励磁電圧に印加し、前記周波数コンバータの有効電力(Pmas)と無効電力(Qmas)とを調整することを特徴とするガスタービン発電システム。
【請求項６】
請求項５において、
前記調整した後に、前記目標有効電力を変更することを特徴とするガスタービン発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力システムの安定に寄与するガスタービン発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現今では、電力システムへの再生可能エネルギ資源からの発電の統合が増加している。再生可能エネルギ資源が不確実な性質を有することから、再生可能エネルギ資源からの発電は、出力電力変動の特性を有し、それが電力システムの電圧安定性および周波数安定性への影響を生じさせる。
【０００３】
出力電力変動の影響を軽減するために、電力システム内の従来的な発電機は、高速負荷追従ケイパビリティを有するようになった。従来的な揚水式水力発電に加えて、ガスタービン発電機、蒸気タービン発電機等の高速タービン発電機が、高速負荷追従ケイパビリティに応じることが可能である。ガスタービン発電機は、その妥当な初期コストおよび低い温室効果ガス放出から、変動を平滑化する最良発電機システムの１つと考えることができる。しかしながら、ガスタービンは、高速変動に応答するべく運転された場合にストレスを曝されることがある。
【０００４】
この技術分野の先行技術が、特許文献１に開示されている。この文献は、電力を提供して孤立電力網の電気状態における変化に合わせつつ、航空機ガスタービン内の機械的駆動列内におけるトルク発振の増進を低減するか、または実質的に防止する補助動力源の使用を述べている。
【０００５】
この先行技術は、端子電圧を固定レベルに維持できないことから、孤立電力網にのみ適する。それに加えて、この先行技術は、なおも電力の輸送に外部電力網を必要とし、無効電力および有効電力のケイパビリティを増加しない。
【０００６】
したがって、電圧および周波数の安定性の向上が要求される電力システム内におけるガスタービン発電機の無効電力のケイパビリティを増加し、有効電力応答を向上させる補助動力源が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０１０４８４２Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ガスタービン発電機によって電力システムの電圧および周波数安定性に寄与するためには、発電機の自動電圧調整器（ＡＶＲ）が無効電力ケイパビリティの限界を有し、ガスタービンが有効電力の高速応答を出力する機械的遅延を有する。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、電力システムの安定性のために、増加した電力ケイパビリティおよび向上した電力応答を伴うガスタービン発電システムを提供することとする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的は、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た発電機と、前記発電機に励磁電圧を供給して前記発電機の出力電圧を調整する自動電圧調整器と、前記２軸式ガスタービンの高圧タービンにコンプレッサを通じて機械的に接続された回転電機と、前記回転電機及び前記発電機に接続された周波数コンバータと、を備え、前記電力の電流(I)及び電圧(V)、並びに、前記駆動手段(2)の電流(Imas)及び電圧(Vmas)に基づいて、前記出力する電力の力率が目標力率に近づくように、基準電圧(V*ref)を設定して前記励磁電圧に印加し、前記周波数コンバータの有効電力(Pmas)と無効電力(Qmas)とを調整する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるガスタービン発電システムは、増加した電力ケイパビリティおよび電力を調整する高速応答をもたらす。したがって、電力システムの安定性が向上する。
【００１２】
本発明のそのほかの目的、特徴、および利点は、添付図面を用いた以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ガスタービン発電システムの概要を図解した概略図である。
【図２】周波数コンバータの回路構成例を図解した概略図である。
【図３】ガスタービン発電システムを図解したブロック図である。
【図４】定力率動作モードにおける協調制御システムのプロセスを示したフローチャートである。
【図５】電圧安定化動作モードにおける協調制御システムのプロセスを示したフローチャートである。
【図６】周波数安定化動作モードにおける協調制御システム（２０３）のプロセスを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、ガスタービン発電システムに指向された本発明の好ましい実施態様を説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、ガスタービン発電システムの概要を図解する。
【００１６】
ガスタービン発電システム（１）は、電力を消費または生成する回転電機（２０２）によって電力システム（５）のための電力を調整するモータ援助システム（ＭＡＳ）（２）、２軸式ガスタービン（３）、および２軸式ガスタービン（３）によって回転し、電力システム（５）へ電力を出力する発電機（４）を有する。
【００１７】
２軸式ガスタービン（３）は、コンプレッサ（３０１）、コンプレッサ（３０１）によって圧縮された空気と燃料の混合気を燃焼して高温高圧のガスを作るバーナ（３０２）、高温高圧のガスによって回転する高圧タービン（３０３）、高圧タービン（３０３）とコンプレッサ（３０１）を機械的に接続する第１の回転軸（３１１）、および発電機（４）の回転軸（４１２）と結合する第２の回転軸（３１２）を有し、高圧タービン（３０１）から排出されたガスによって電力システム（５）の周波数対応の速度で回転する低圧タービン（３０４）を有する。
【００１８】
このガスタービン発電システム（１）は、電力システム（５）と電気的に接続され、電力システム（５）のための電力を供給する。電力は、主に発電機（４）によって供給される。それに加えて、電力は、モータ援助システム（２）によって部分的に調整される。モータ援助システム（２）は、回転軸（２１１）が第１の回転軸（３１１）と結合する回転電機（２０２）、回転電機（２０２）と発電機（４）の電気出力の間において電気的に接続され、回転電機（２０２）を可変速度モータまたは発電機として作動させる周波数コンバータ（２０１）、および周波数コンバータ（２０２）を制御する協調制御システムを含む。同期機および誘導機等の任意の種類のＡＣ回転電機を回転電機（２０２）に適用できる。
【００１９】
電気的エネルギは機械的エネルギに変換可能であり、周波数コンバータ（２０１）によって回転電機（２０２）が可変速度モータとして作動されているときには、この機械的エネルギを２軸式ガスタービン（３）のコンプレッサ（３０１）へ輸送できる。他方、コンプレッサ（３０１）からの機械的エネルギは電気的エネルギに変換可能であり、周波数コンバータ（２０１）によって回転電機（２０２）が発電機として作動されているときには、この電気的エネルギを電力システム（５）へ輸送できる。回転電機（２０２）を含むモータ援助システム（２）のこれらの動作は、詳細を後述するとおり、電力システムの電圧ならびに周波数の安定性のために、ガスタービン発電システムの無効電力ケイパビリティを増加し、かつ有効電力応答を向上させるように電力システム（５）のための電力を調整する。
【００２０】
図２は、図１の周波数コンバータ（２０１）の回路構成例を図解している。周波数コンバータ（２０１）は、いわゆる『ＢＴＢ（バック・トゥ・バック）』である。３相ブリッジ回路等の電力変換回路（２０１０，２０１１）のうちの一方が、平滑キャパシタ（２０１３）を有するＤＣリンク回路（２０１２）を通じてそれらのうちの他方と直列に接続されている。
【００２１】
回転電機（２０２）が可変速度モータとして動作するときには、回転電機側の電力変換回路（２０１０）が、ＤＣリンク回路（２０１２）のＤＣ電力を回転電機（２０２）へ供給されるＡＣ電力に変換するインバータとして働き、電力システム側の電力変換回路（２０１１）が、電力システム（５）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働く。回転電機（２０２）が発電機として動作するときには、回転電機側の電力変換回路（２０１０）が、回転電機（２０２）によって生成されたＡＣ電力をＤＣリンク回路のＤＣ電力に変換するコンバータとして働き、電力システム側の電力変換回路（２０１１）が、ＤＣリンク回路（２０１３）のＤＣ電力を電力システム（５）へ供給されるＡＣ電力に変換するインバータとして働く。
【００２２】
それに加えて、電力変換回路（２０１０，２０１１）内のＩＧＢＴ等の電力用半導体素子が、ＰＷＭ（パルス幅変調）を用いて制御される。その結果として、回転電機（２０２）が可変速度モータとして働くことが可能になり、かつ電力システム（５）の周波数の電力を電力システムへ供給する発電機として働くことが可能になる。このようにしてモータ援助システム（２）は、電力システム（５）のための電力を、電力の消費または生成を行なう回転電機（２０２）によって調整できる。
【００２３】
図３は、ガスタービン発電システム（１）のブロック図を図解する。２軸式ガスタービン（３）は、燃料の燃焼に伴って生成された高温高圧のガスの熱エネルギを、発電機（４）を駆動するための機械的エネルギに変換する。発電機（４）は、２軸式ガスタービンからの機械的エネルギを、有効電力（ＰＧＥＮ）と無効電力（ＱＧＥＮ）からなる電力に変換する。自動電圧調整器ＡＶＲ（４０１）が発電機（４）の出力電圧ＶＧＥＮを制御する。
【００２４】
この実施態様においては、ＡＶＲ（４０１）が、あらかじめ決定済みの電圧と電圧センサ（４０３）によって検出されたＶＧＥＮの値の間の差がゼロに近づくようにＶＧＥＮを制御するための励磁電圧を出力する。ＡＶＲ（４０１）によって出力される励磁電圧の補正のための基準電圧Ｖ＊ＲＥＦは、電力システム（５）内の電気的な変動の下における電力システム（５）の安定性のために、目標、ガスタービン発電システム（１）によって出力される有効電力Ｐ＊、および無効電力Ｑ＊を基礎として協調制御システム（２０３）によって計算される。
【００２５】
基準電圧Ｖ＊ＲＥＦによるＡＶＲ（４０１）から励磁電圧の補正を伴って生成される励磁電圧ＥＦの制御を伴う発電機（４）の無効電力の調整は、以下のとおり、電力システムの安定性のために充分ではない。
【００２６】
電圧安定性の向上のために、ここで発電機の無効電力ケイパビリティの限界について考察する。発電機は、オーバーヘッドなしに連続的に伝えることが可能な指定電圧における最大有効電力出力（ＭＶＡ）および力率（通常、０．８５または０．９の遅れ）の点から定格設定される。連続無効電力出力（ＭＶａｒ）ケイパビリティは、３つの考慮事項、すなわち電機子電流限界、界磁電流限界、および端領域加熱限界によって制限される。
【００２７】
電機子電流は、Ｉ２Ｒの電力損をもたらし、この損に関連付けされるエネルギは、導体および直近の環境の温度上昇を制限するように取り除かれる。したがって、発電機の定格の限界の１つは、熱の制限を超えることなく電機子によって運ばれることが可能な最大電流である。したがって、有効電力と無効電力（ＰＱ）の平面内において、電機子電流限界は、領域に中心を置き、ＭＶＡ定格に等しい半径を伴う円として現われる。
【００２８】
発電機の界磁電流内の電力損からの熱に起因して、発電機の動作の第２の限界は、界磁電流である。
【００２９】
端領域の発熱は、発電機の動作に第３の限界を課する。この限界は、不足励磁状態におけるマシンのケイパビリティに影響を与える。電機子においては、座巻漏れ磁束が、固定子の積層構造と垂直な方向で入り、かつ出て行き、それが積層構造内に渦電流を生じさせ、端領域内の局所化された加熱に帰する。不足励磁状態においては、界磁電流が低い。これは、電機子の座巻漏れ磁束の増加を許し、加熱効果をもたらし、発電機に制限を課する。
【００３０】
概して言えば、平衡のとれた設計を用いると、界磁および電機子に関する熱的限界が、発電機のＭＶＡ定格および力率定格を表わすポイントにおいて交差する。
【００３１】
発電機の自動電圧調整器（ＡＶＲ）が使用され、無効電力を制御するように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が制御される。したがって、ＡＶＲの制御システム設計は、上で述べた限界を満たす。
【００３２】
周波数安定性の向上のために、ここで発電機の有効電力ケイパビリティの限界について考察する。有効電力出力は、ＭＶＡ定格内において機械的エネルギを変換する原動力ケイパビリティによって制限される。ガバナおよびタービンの変速機における不感時間特性の存在は、電力システムにおける変動を滑らかにするべく有効電力を出力する即時応答性を制限する。
【００３３】
有効および無効電力出力における上記の限界は、マシン自体のケイパビリティによって課せられ、マシンの設計によって決定される。
【００３４】
ガスタービン発電により電圧および周波数の安定性向上に寄与するためには、ＡＶＲ制御が無効電力ケイパビリティによる限界を有し、原動力は、有効電力出力のための即時応答を得るに遅延を有する。
【００３５】
上記の限界を克服するため、この実施態様においてはモータ援助システム（ＭＡＳ）（２）が適用される。
【００３６】
図３においては、ＭＡＳ（２）内のモータ駆動システム（２０４）が、図１の回転電機（２０２）および周波数コンバータ（２０１）を含む。モータ駆動システム（２０４）内の周波数コンバータ（２０１）は、電力システム（５）側にＭＡＳ（２）の無効電力ＱＭＡＳおよび有効電力ＰＭＡＳの制御ケイパビリティを独立に有し、協調制御システム（２０３）によって出力される有効電力基準Ｐ＊ＭＡＳおよび無効電力基準Ｑ＊ＭＡＳの使用を伴う。協調制御システム（２０３）は、周波数コンバータ（２０１）のための基準Ｐ＊ＭＡＳおよびＱ＊ＭＡＳ、ならびにＡＶＲ（４０１）のための基準電圧Ｖ＊ＲＥＦを、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）によって検出された電流Ｉおよび電圧センサ（２０６）によって検出された電圧Ｖ、電力システム（５）側のＭＡＳ（２）の電圧ＶＭＡＳおよび電流ＩＭＡＳ、発電機（４）の回転軸（４１２）に結合されたロータリ・エンコーダ等の位置センサによって検出された回転電機（２０２）の速度ω、および発電機（４）の出力電力に加えてＭＡＳ（２）から迅速な電力供給を行なうための目標に基づいて計算する。
【００３７】
上記の態様に従って、モータ駆動システム（２０４）は、電力システム（５）と２軸式ガスタービン（３）内の高圧タービン（ＨＰＴ）の間において力を交換する。したがって、発電機（４）の出力とＨＰＴの間における補助エネルギ流が、モータ援助システム（ＭＡＳ）内の回転電機（２０２）の動作によって制御される。ＨＰＴのコンプレッサが許容可能な可変速度範囲内において動作可能であることから、運動エネルギをコンプレッサ（３０１）の慣性内に蓄積することが可能であり、ＭＡＳ内の有効電力制御によって有効電力調整の高速応答が行なわれる。
【００３８】
それに加えて、ＭＡＳ（２）の周波数コンバータ（２０１）が、発電機のＡＶＲ（４０１）およびモータ駆動システム（２０４）内の周波数コンバータ（２０１）の出力を制御してガスタービン発電システム（１）の有効および無効電力出力を調整する協調制御システム（２０３）によって制御される。この協調制御システム（２０３）は、発電機（４）およびＭＡＳ（２）の力率を考慮することによってＡＶＲの無効電力調整、周波数コンバータの有効および無効電力出力を決定する。
【００３９】
次に、図４を参照してガスタービン発電システム（１）の定力率動作モードを説明する。
【００４０】
図４は、定力率動作モードにおける協調制御システム（２０３）のプロセスを示したフローチャートを図解している。
【００４１】
図４においては、協調制御システム（２０３）が、ガスタービン発電システム（１）の力率を一定に維持する目標を有する。この動作においては、ガスタービン発電システム（１）の電圧（Ｖ）および電流（Ｉ）が監視され、モータ援助システム（２）の電圧（ＶＭＡＳ）および電流（ＩＭＡＳ）が監視される（２０３＿ａ）。続いてガスタービン発電システム（ＧＴ）（１）の有効電力（Ｐ）および無効電力（Ｑ）が、ＶおよびＩに基づいて計算され、モータ援助システム（ＭＡＳ）（２）の有効電力（ＰＭＡＳ）および無効電力（ＱＭＡＳ）が、ＶＭＡＳおよびＩＭＡＳに基づいて計算される（２０３＿ｂ）。その後、（Ｖ，Ｉ，ＶＭＡＳ，ＩＭＡＳ）または（Ｐ，Ｑ，ＰＭＡＳ，ＱＭＡＳ）に基づいて、ガスタービン発電システム（ＧＴ）（１）の電圧と電流の間の角度をθとする力率ｃｏｓ（θ）およびモータ援助システム（ＭＡＳ）（２）が観察される（２０３＿ｃ）。
【００４２】
力率の観察の後、観察されたガスタービン発電システム（１）の力率が目標を満たすか否かがチェックされる（２０３＿ｄ）。観察された力率が力率の目標を満たす場合には、協調制御システム（２０３）が、ＧＴ（１）およびＭＡＳ（２）の電圧および電流の監視を継続する（２０３＿ａ）。観察されたＧＴの力率が満たしていない場合には、ＧＴの力率目標の下において必要とされる有効電力および必要とされる無効電力を、（式１）によって表わされる指数ｋを使用して決定する（２０３＿ｅ）。
【００４３】
（式１）  ｋ＝ΔＱ／ΔＰ
【００４４】
指数ｋは、ＧＴ（１）の力率目標のあらかじめ決定済みの関数である。ΔＰは、必要とされるＰと観察されたＰの間の差であり、ΔＱは、必要とされるＱと観察されたＱの間の差である。
【００４５】
ＡＶＲ（４０１）のための基準電圧Ｖ＊ＲＥＦが、ＧＴ（１）の力率の目標に基づいて協調制御システム（２０３）によって設定される（２０３＿ｆ）。発電機（４）からの無効電力ＱＧＥＮが、ＡＶＲ（４０１）によって出力される励磁電圧およびＶ＊ＲＥＦに基づいて励磁電圧ＥＦによって必要とされる無効電力に近づけられる。結果として、発電機（４）が、力率の目標の下に、必要とされるＰおよびＱの近傍の発電機（４）のケイパビリティ内の受け入れ可能な範囲内のＰＧＥＮおよびＱＧＥＮを出力する。
【００４６】
自動電圧調整器ＡＶＲ（４０１）の制御は、｜ＰＧＥＮ｜＞｜ＰＭＡＳ｜かつ｜ＱＧＥＮ｜＞｜ＱＭＡＳ｜であることから、ＧＴ（１）の電力の調整において支配的であると考えられる。しかしながら、ＧＴ（１）の必要ＰおよびＱにとって調整が充分でないことがある。したがって、電力システム（５）側のモータ駆動システム（２０４）内の周波数コンバータ（２０１）の有効電力ＰＭＡＳおよび無効電力ＱＭＡＳが、基準有効電力Ｐ＊ＭＡＳおよび基準無効電力Ｑ＊ＭＡＳに対してそれぞれ調整される（２０３＿ｇ）。
【００４７】
基準有効電力Ｐ＊ＭＡＳおよび基準無効電力Ｑ＊ＭＡＳは、力率の目標の下に協調制御システム（２０３）によって計算される。この計算においては、観察されたＭＡＳ（２）の力率を考慮し、周波数コンバータ（２０３）の電力システム（５）側に備わる電圧センサによって検出された電圧ＶＭＡＳ、および同じ側に備わる電流センサによって検出された電流ＩＭＡＳに基づいて、必要とされるＰと励磁によって制御されるＰＧＥＮの間の差が、観察されたＰＭＡＳに追加されてＰ＊ＭＡＳが求められ、必要とされるＱと励磁によって制御されるＱＧＥＮの間の差が、観察されたＱＭＡＳに追加されてＱ＊ＭＡＳが求められる。
【００４８】
ＭＡＳ（２）内の周波数コンバータ（２０１）による電力制御の応答が励磁制御より高速であることから、追加の有効および無効電力調整が利用可能になり、目標を満たすまで、有効電力ＰＭＡＳおよび無効電力ＱＭＡＳの電力調整が行なわれる（２０３＿ｇ）。このようにして、励磁の制御に限界がある場合でさえも、ＭＡＳ（２）の電力調整の補助を用いて、力率が安定に達し、かつ目標に達することが可能になる。
【００４９】
協調制御システムの目標が再びチェックされる（２０３＿ｈ）。目標が変更されていなければ、定力率動作のための制御が、（２０３＿ａ）へのフローの戻りを伴って継続される。目標が変更されていると、協調制御システムがその目標への変更を行なう（２０３＿ｉ）。
【００５０】
この実施例１を用いると、ガスタービン発電システムが、主発電機の限界を維持しつつ、ＭＡＳを介して追加の有効および無効電力を提供できる。それに加えて、無効電力のケイパビリティならびに有効および無効電力の応答が向上する。したがって、ガスタービン発電システムが、電力システムにおける力率の安定性の向上に寄与できる。
【実施例２】
【００５１】
次に、図５を参照してガスタービン発電システム（１）の電圧安定化動作モードを説明する。
【００５２】
図５は、電圧安定化動作モードにおける協調制御システム（２０３）のプロセスを示したフローチャートを図解している。それに加えてこの実施態様のシステム構成は、図１乃至３に示されている実施例１のそれと同じである。実施例１と同じ動作を有する構成要素は、同一番号で表わされ、したがって、それらの構成要素の詳細な説明は省略する。以下においては、主として図４に示されているフローチャートとの間の相違を説明する。
【００５３】
この動作モードの制御のための目標は、ＧＴ（１）の電力システム（５）側における電圧である。したがって、観察された電圧Ｖが電圧の目標を満たすか否かがチェックされる（２０３＿ｄ２）。
【００５４】
観察されたＧＴ（１）の電圧が、電圧の目標を満たしていない場合には、必要とされる有効電力および必要とされる無効電力が、ＧＴ（１）の電圧の目標の下に、電力システム内における電圧変化と電力変化の間の周知の関係を表わす（式２）を使用して決定される（２０３＿ｅ）。
【００５５】
（式２）  ΔＶ＝（ΔＰ×Ｒ）−（ΔＱ×Ｘ）
【００５６】
この実施態様に適用される式２において、ＧＴ（１）の電力システム（５）側の電圧変化ΔＶは、目標電圧と観察された電圧Ｖの間の差である。ΔＰは、必要とされるＰと観察されたＰの間の差であり、ΔＱは、必要とされるＱと観察されたＱの間の差である。ＲおよびＸは、それぞれ、図１の電力システム（５）内の等価抵抗およびリアクタンスである。
【００５７】
ＡＶＲ（４０１）のための基準電圧Ｖ＊ＲＥＦが、発電機（４）によって出力される電圧をＧＴ（１）の電圧の目標まで近づくように、好ましくはＧＴ（１）の力率を考慮して、協調制御システム（２０３）によって設定される（２０３＿ｆ）。発電機（４）によって出力される電圧ＶＧＥＮは、ＡＶＲ（４０１）によって出力される励磁電圧およびＶ＊ＲＥＦに基づく励磁電圧ＥＦに起因して発電機（４）の励磁によって制御される。結果として発電機（４）が、電圧の目標の下に、必要とされるＰおよびＱの近傍の発電機（４）のケイパビリティ内の受け入れ可能な範囲内のＰＧＥＮおよびＱＧＥＮを出力する。
【００５８】
電力システム（５）側のモータ駆動システム（２０４）内の周波数コンバータ（２０１）の有効電力ＰＭＡＳおよび無効電力ＱＭＡＳが、基準有効電力Ｐ＊ＭＡＳおよび基準無効電力Ｑ＊ＭＡＳに対してそれぞれ調整される（２０３＿ｇ）。基準有効電力Ｐ＊ＭＡＳおよび基準無効電力Ｑ＊ＭＡＳは、電圧の目標の下に協調制御システム（２０３）によって、好ましくはＭＡＳ（２）の力率を考慮して計算される。
【００５９】
この実施例２を用いれば、ガスタービン発電システムが、電力システムにおける電圧の安定性の向上に寄与できる。
【実施例３】
【００６０】
次に、図６を参照してガスタービン発電システム（１）の周波数安定化動作モードを説明する。この動作モードは、電力システム内の有効電力の生成および消費が平衡を欠くとき、電力システムにおいて生じる周波数変動を安定化させる。
【００６１】
図６は、周波数安定化動作モードにおける協調制御システム（２０３）のプロセスを示したフローチャートを図解している。それに加えてこの実施態様のシステム構成は、図１乃至３に示されている実施例１のそれと同じである。実施例１、２と同じ動作を有する構成要素は、同一番号で表わされ、したがって、それらの構成要素の詳細な説明は省略する。以下においては、主として図４および５に示されているフローチャートとの間の相違を説明する。
【００６２】
この動作モードの制御のための目標は、ＧＴ（１）の電力システム（５）側における有効電力である。したがって、観察された有効電力Ｐが有効電力の目標を満たすか否かがチェックされる（２０３＿ｄ３）。
【００６３】
観察されたＧＴの有効電力Ｐが有効電力の目標を満たしていなければ、有効電力の目標の下に必要とされる有効電力および必要とされる無効電力が決定される（２０３＿ｅ）。
【００６４】
ＡＶＲ（４０１）のための基準電圧Ｖ＊ＲＥＦが、ＧＴ（１）の有効電力の目標に対して、好ましくはＧＴ（１）の力率を考慮して、協調制御システム（２０３）によって設定される（２０３＿ｆ）。発電機（４）からの有効電力ＰＧＥＮが、ＡＶＲ（４０１）によって出力される励磁電圧およびＶ＊ＲＥＦに基づいて、励磁電圧ＥＦによる有効電力の目標に等しい必要とされる有効電力に近づけられる。結果として、発電機（４）が、力率の目標の下に、必要とされるＰおよびＱの近傍の発電機（４）のケイパビリティ内の受け入れ可能な範囲内のＰＧＥＮおよびＱＧＥＮを出力する。
【００６５】
電力システム（５）側のモータ駆動システム（２０４）内の周波数コンバータ（２０１）の有効電力ＰＭＡＳおよび無効電力ＱＭＡＳが、基準有効電力Ｐ＊ＭＡＳおよび基準無効電力Ｑ＊ＭＡＳに対してそれぞれ調整される（２０３＿ｇ）。基準有効電力Ｐ＊ＭＡＳおよび基準無効電力Ｑ＊ＭＡＳは、有効電力の目標の下に協調制御システム（２０３）によって、好ましくはＭＡＳ（２）の力率を考慮して計算される。
【００６６】
この実施態様によれば、有効電力がＭＡＳによって迅速に調整される。結果として、電力システム内の周波数変動が、電力システム内の周波数変動Δｆと有効電力変動ΔＰの間の周知の関係に起因して迅速に安定化される。この関係は、（式３）によって表わされる。
【００６７】
（式３）  Δｆ＝（ΔＰ×Ｋ）
【００６８】
実施例３に適用される（式３）において、ΔＰは、有効電力の目標と観察された有効電力の間の差であり、Ｋは係数、すなわち、いわゆる『ドループ』である。それに加えて、Δｆは、有効電力の調整を伴って抑圧される周波数変動を示す。
【００６９】
この実施例３を用いれば、ガスタービン発電システムが、電力システムにおける周波数の安定性の向上に寄与できる。
【００７０】
理解されるものとするが、本発明では、ほかの実施態様が可能であり、かつ多様な方法で実践されるか、または実行されることが可能であるため、添付図面内に図解されている部品の構造およびアレンジメントの詳細に本発明の応用が限定されることはない。また、この中に採用された語法または用語が説明を目的としたものであって、限定ではないことも理解されるものとする。
【符号の説明】
【００７１】
１  ガスタービン発電システム（ＧＴ）
２  モータ援助システム（ＭＡＳ）
３  ２軸式ガスタービン
４  発電機
５  電力システム
２０１  周波数コンバータ
２０２  回転電機
２０３  協調制御システム
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  コンプレッサ
３０２  バーナ
３０３  高圧タービン
３０４  低圧タービン
３１１  回転軸
３１２  回転軸
４０１  自動電圧調整器（ＡＶＲ）
４１２  回転軸
２０１０  電力変換回路
２０１１  電力変換回路
２０１２  ＤＣリンク回路
２０１３  平滑キャパシタ
【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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