(57)【要約】【課題】蓄電池を付属させる単位発電機器の数を減らし、コストダウンすること。【解決手段】蓄電池を備える第１の単位発電機器と、蓄電池を備えていない第２の単位発電機器を備え、起動時において、第１の単位発電機器から起動し、その発電出力を第２の単位発電機器へ供給し、蓄電池を持たない第２の発電機器を起動する制御装置を備えた。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電池を備える第１の単位発電装置と、蓄電池を備えていない第２の単位発電装置を備え、起動時において、前記第１の単位発電装置を起動し、その発電出力を蓄電池を持たない前記第２の単位発電装置へ供給し、起動する制御装置を備えた発電システム。
【請求項２】
発電機が発電した電力を電力変換器および遮断器を介して負荷へ供給する複数台の単位発電装置を備え、前記単位発電装置のうち少なくとも１台は、その電力変換器の直流側に蓄電池を有し、その他の単位発電装置はその電力変換器の直流側に蓄電池を持たず，電力系統の異常時、または、電力系統がない場合の起動時に，前記蓄電池を備えた単位発電装置から起動を開始し，起動した単位発電装置の発電電力を用いて他の蓄電池を有しない単位発電装置を起動する制御手段を備えたことを特徴とする発電システム。
【請求項３】
請求項２に記載の発電システムにおいて，前記蓄電池は，少なくとも１回以上の起動が可能な電池容量を有することを特徴とする発電システム。
【請求項４】
請求項２に記載の発電システムにおいて、前記蓄電池を備えた少なくとも１台の単位発電装置の電力変換器の交流電圧制御を行い，前記蓄電池の充放電装置が前記電力変換器の直流電圧制御を行い，負荷の変動による直流電圧変動を抑制し電力バランスをとる制御手段を備えたことを特徴とする発電システム。
【請求項５】
請求項４に記載の発電システムにおいて，前記蓄電池は，少なくとも１回以上の起動が可能な電池容量を有する発電システム。
【請求項６】
請求項２に記載の発電システムにおいて、前記蓄電池を備えた発電装置は、前記電力変換器の直流側に蓄電池の充放電装置を備え，電力系統が停電した際には燃料を絞る運転モードに切り替え，前記蓄電池を備えた発電装置の蓄電池充放電装置により発電電力と負荷の電力バランスをとるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする発電機器用電力変換装置。
【請求項７】
請求項６に記載の発電システムにおいて，前記蓄電池は，少なくとも１回以上の起動が可能な電池容量を有する発電システム。
【請求項８】
請求項２に記載の発電システムにおいて，前記単位発電装置が、ガスタービン発電機、前記ガスタービン発電機の出力側に接続されたAC/DC電力変換器、前記AC/DC電力変換器の直流側に接続されたDC/AC電力変換器、前記DC/AC電力変換器の交流側に接続される遮断器からなる複数の単位発電装置を備え、前記複数の単位発電装置は並列に接続されるとともに、負荷および電力系統に接続され、前記複数の単位発電装置の少なくともひとつは、蓄電池および蓄電池充放電装置と備え、そのDC/AC電力変換器の出力側交流電圧制御を行い、前記蓄電池の充放電装置が、前記電力変換器の直流電圧制御を行い、前記蓄電池の充放電装置が負荷の変動による直流電圧の変動を抑制し、電力のバランスをとるように制御する制御手段を備えたことを特徴とする発電システム。
【請求項９】
請求項８に記載の発電システムにおいて，前記蓄電池は，少なくとも１回以上の起動が可能な電池容量を有する発電システム。
【請求項１０】
電力を発生する発電機と、この電力を遮断器を介して負荷へ供給する電力変換器と、電力を蓄える蓄電池とからなる第１の単位発電機器と、電力を発生する発電機と、この電力を遮断器を介して負荷へ供給する電力変換器とからなる第２の単位発電機器を制御する方法であって、起動時に前記第１の単位発電機器は、前記蓄電池の電力を用いて起動し，前記第２の単位発電機器は，先に起動した第１の単位発電機器の電力を用いて起動することを特徴とする発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自立起動を実現する発電システム及びその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
山口克昌著“マイクロタービンの復数台運転制御システム”明電時報２００２．Ｎｏ．２,１８頁〜２４（非特許文献１）に記載されている，マイクロガスタービンシステムでは，複数台の単位マイクロガスタービンシステムを電力系統から独立して自立起動させている。
【０００３】
このために，各単位マイクロガスタービンシステムには、１台毎に蓄電池付き電力変換器システムが設置されている。また，系統停電時後に負荷への電力供給を開始する際には，単位マイクロガスタービンシステムを一旦停止させ、再起動している。
【０００４】
【非特許文献１】山口克昌著“マイクロタービンの復数台運転制御システム” 明電時報２００２．Ｎｏ．２,１８頁〜２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の従来の技術は，マイクロガスタービンシステムを電力系統から独立して自立起動するものであって，単位マイクロガスタービンシステムと蓄電池システムを出力端で並列に接続している。そして、蓄電池の直流電力を電力変換器により交流電力に変換して電力系統の代わりをさせ，マイクロガスタービンシステムの起動用電力を供給している。
【０００６】
このように１台の蓄電池用電力変換器と，１台のマイクロタービンシステムを組み合わせた単位発電システムを複数接続している。これによって，すべての単位発電システムが同時に起動できるが、その反面，すべての単位発電システムに蓄電池を備える必要があり、コストアップとなっている。
【０００７】
さらに，従来の技術は，系統停電時に自立運転に切り換える時に一旦単位マイクロガスタービンシステムを停止させている。このため、単位マイクロガスタービンシステムをすぐに再起動できず，自立運転を開始して負荷に電力を供給を開始するまでの時間が長くなる。また、単位マイクロガスタービンが再起動するまでは負荷電力を蓄電池から供給するため，蓄電池容量を大きくすることが必要になる。
【０００８】
複数台の単位マイクロガスタービンシステムの総出力電力量が負荷電力を超えるまでは，蓄電池付き電力変換器は交流電圧制御のままである。複数台の単位マイクロガスタービンシステムの総出力電力量が負荷電力を超えると，蓄電池付き電力変換器の動作は電流制御に移行する。このため，電圧を維持する電力のバランスをとるのは，蓄電池の電流制御と単位マイクロガスタービンの出力電力調整のみとなり負荷変動による電圧変動に弱い。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は，複数台の単位発電装置を並列接続した発電システムのうち，少なくとも１台の単位発電装置は，蓄電池を備え，蓄電池を備えた単位発電装置から起動し，その電力を用いて他の蓄電池を備えないシステムを起動させるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、一台の単位発電装置に蓄電池を設置すればよく、総ての単位発電装置に蓄電池を付属させる必要がなく、発電システムの構造が簡単となり、その価格を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
[実施形態１]
以下本発明の一実施形態について図１から図３を用いて説明する。ここでは，主にガスタービン発電装置を例に説明するが，エンジン発電機，燃料電池など補機類電源を用いて機器の発電準備を行う発電システムについても同様に適用できる。
【００１２】
図１はガスタービン発電システムのブロックダイアグラムを示している。まず同図を用いてシステムの構成や基本的な動作について説明する。ガスタービン発電システム、は複数台（図では２台としている）を出力端で接続する並列接続構成である。
【００１３】
各システムは図示していないが主に，燃焼器，タービン，圧縮機，発電機で構成されるタービン発電装置1-01，2-01と電力変換器1-02，1-03，2-02，2-03などで構成される。タービンにより発生した回転トルクは発電機の回転子に伝わり，発電機は電力に変換する。
【００１４】
発電機の固定子に接続したＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02，2-02は，発電機出力の交流電力を直流電力に変換し，その直流電力はＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03，2-03によって交流50Hz/60Hzの系統4-01に出力される。
【００１５】
ＡＣ／ＤＣ電力変器1-02，2-02は，ダイオード整流でも良いし，また，IGBT（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）変換器による正弦波駆動でも良い。ここでは，正弦波駆動を例に説明する。
【００１６】
システム制御装置1-08は，各マイクロガスタービンシステムのタービンおよび補機類および電力変換システム（ＡＣ／ＤＣ変換器1-02，ＤＣ／ＤＣ変換器1-05，ＤＣ／ＡＣ変換器1-03，遮断器1-07）を信号DT1-1，DT1-2，DT1-3，DT1-4，DT1-5によって制御する。
【００１７】
システム制御装置２-08は，システム制御装置１-0８と同様に各マイクロガスタービンシステムのタービンおよび補機類および電力変換システム（ＡＣ／ＤＣ変換器２-02，ＤＣ／ＡＣ変換器２-03，遮断器２-07）を信号DT２-1，DT２-2，DT２-3，DT２-4，DT２-5で制御する。
【００１８】
並列システム制御装置3-01は，各マイクロガスタービンシステムの制御装置1-08，2-08に対し指令／状態信号DT3-3，DT3-4などをやり取りし，並列接続したシステムや並列システム用の遮断器4-04，負荷の遮断器5-01を制御信号DT3-2やDT3-1により制御する。
【００１９】
ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02は，タービン発電装置1-01が発電している場合，交流（ＡＣ）の発電機出力電力を直流（ＤＣ）の電力に変換する。タービン発電機1-01が発電していない状態では，ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02は発電時とは逆に，直流電力を交流電力に変換して発電機の回転子に供給し（この場合電動機動作），発電機，タービン，圧縮機を回転する駆動装置として動作する。
【００２０】
このようにＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02から駆動して回転数を上げていく。回転数が所定の値になった時に、タービンの燃焼を開始し，電動機動作から発電動作へ徐々に移行し，ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02は発電電力を直流部に供給する。
【００２１】
ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02の直流部は，電流リップル除去用の平滑コンデンサ1-06に接続され，また，平滑コンデンサ1-06は直流電力を所定（50Hzまたは60Hz）の交流に変換するためのＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03の直流部に接続される。
【００２２】
ＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03は，ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02により直流の電力に変換されたタービン発電機の発電電力を，所定（50Hzまたは60Hz）の交流電力に変換する。また，タービン発電機が発電を開始する前は，ＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03は，系統4-01の電力を用い，交流電力を直流電力に変換し，前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02に発電機駆動用（電動機動作のための）電力を供給する。
【００２３】
蓄電池を備えたシステムでは，直流部の平滑コンデンサ1-06に，直流電圧レベルを変換するＤＣ／ＤＣコンバータ1-05の一方を接続し，もう一方を蓄電池1-04に接続したシステム構成か，または直接蓄電池を接続する。
【００２４】
図７および図８は図１のシステム制御装置１−０８，２−０８の詳細な構成を示すブロックダイアグラムである。まず，図７を用いて蓄電池を備えたシステム制御装置１について説明する。
【００２５】
タービン1-35の回転軸は発電機1-34（たとえば永久磁石発電機）の回転子の軸に接続され，発電機1-34の固定子側は前記ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02の交流出力側に接続されている。
【００２６】
ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02の直流側はコンデンサ1-06を介して前記ＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03の直流側に接続される。前記ＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03の交流出力端は，高調波除去用の交流フィルタを構成するリアクトル1-30に接続され，リアクトル1-30は前記交流フィルタを構成するコンデンサ1-31およびリアクトル1-32に接続される。
【００２７】
リアクトル1-32は，図１に示したように遮断投入手段1-07等を介して電力系統4-01に接続される。蓄電池1-04を備えたシステムでは，直流部の平滑コンデンサ1-06に，直流電圧レベルを変換するＤＣ／ＤＣコンバータ1-05の一方を接続し，もう一方を蓄電池1-04に接続するか，または直接蓄電池を接続する。
【００２８】
タービン1-35はタービン制御装置1-09により制御され，ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02は発電機速度制御装置1-10により制御される。また，ＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03は交流／直流電圧制御装置1-11により制御され，ＤＣ／ＤＣ変換器1-05は充放電制御装置1-25により制御される。
【００２９】
図８に示すシステム２は蓄電池を備えない以外は，同様の構成である。タービン２-35の回転軸は発電機２-34（たとえば永久磁石発電機）の回転子の軸に接続される。発電機２-34の固定子側はＡＣ／ＤＣ電力変換器２-02の交流出力側に接続されている。ＡＣ／ＤＣ電力変換器２-02の直流側は、コンデンサ２-06を介して前記ＤＣ／ＡＣ電力変換器２-03の直流側に接続される。
【００３０】
ＤＣ／ＡＣ電力変換器２-03の交流出力端は，高調波除去用の交流フィルタを構成するリアクトル２-30に接続され，リアクトル２-30は前記交流フィルタを構成するコンデンサ２-31およびリアクトル２-32に接続される。
【００３１】
リアクトル２-32は，図１に示したように遮断投入手段２-07等を介して電力系統4-01に接続される。タービン２-35はタービン制御装置２-09により制御され，ＡＣ／ＤＣ電力変換器２-02は発電機速度制御装置２-10により制御され，また，ＤＣ／ＡＣ電力変換器２-03は交流／直流電圧制御装置２-10により制御される。
【００３２】
図９から図１３は，本実施形態のシステム制御装置の詳細な構成を示すブロックダイアグラムである。システム２は蓄電池およびＤＣ／ＤＣ変換器，充放電制御装置を備えない以外は，同様の構成であるので説明は省略する。
【００３３】
図９は、ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02の回転数制御を行う発電機速度制御装置1-10の詳細な構成を示す。図９において制御装置1-10は、速度指令値1-19と，発電機電流検出値1-14を入力する。速度指令値1-19は、減算器6-2に入力される。
【００３４】
位相検出器6-1は，変換器1-02への出力電圧指令値6-3a,6-3bと，発電機電流検出値1-14を入力し，発電電動機のセンサレス位相検出方式を用いて発電機の誘起電圧の位相信号Thgを演算し，３相２相座標変換器6-4と，２相３相座標変換器6-5と，速度演算器6-6に出力する。
【００３５】
速度演算器6-6は，前記誘起電圧位相信号Thgから式（１）により速度omegを演算する。
【００３６】
【数１】
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【００３７】
減算器6-2は，速度指令値1-19と速度演算値omegの偏差を演算し，速度調整器6-7に出力する。速度調整器6-7はたとえば比例積分制御器により構成できる。速度調節器6-7は速度偏差を零にするようにｑ軸電流指令値（トルク電流指令値）6-8を調整し，減算器6-9に出力する。
【００３８】
３相２相座標変換器6-4は，発電機電流検出値1-14と誘起電圧位相信号Thgを入力し，ｄ軸電流（励磁電流成分）Idとｑ軸電流（トルク電流成分）Iqを式（２）により演算し，ｄ軸電流検出値Idは減算器6-10に出力し，ｑ軸電流検出値Iqは減算器6-9に出力する。
【００３９】
【数２】
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【００４０】
減算器6-9は，ｑ軸電流指令値6-8とｑ軸電流検出値Iqの偏差を演算し，電流調整器6-11に出力する。電流調節器6-11は指令値6-8と検出値Iqの偏差を零にするように出力のｑ軸電圧指令値6-13を調整し，２相３相座標変換器6-5に出力する。
【００４１】
また，減算器6-10は，ｄ軸電流指令値6-15とｄ軸電流検出値Idの偏差を演算し，電流調整器6-12に出力する。電流調節器6-12は指令値6-15と検出値Idの偏差を零にするように出力のｄ軸電圧指令値6-14を調整し，２相３相座標変換器6-5に出力する。電流調整器6-11，6-12はたとえば比例積分制御器により構成できる。
【００４２】
２相３相座標変換器6-5は，位相信号Thgと，ｄ軸電圧指令値6-14と，ｑ軸電圧指令値6-13を入力し，式（３）および式（４）により変換器6-3aの出力する電圧指令値6-3a,6-3b,6-3cを演算し，PWM演算器6-17に出力する。
【００４３】
【数３】
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【００４４】
PWM演算器6-17は，入力された電圧指令6-3a,6-3b,6-3cからパルス幅変調方式により変換器1-02を構成する半導体素子をオン・オフするゲート信号1-15aを演算し，変換器1-02に出力する。
【００４５】
図１０に前記ＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03の直流電圧制御装置の構成を示すブロックダイアグラムである。
【００４６】
図において制御装置1-11は電流検出値1-17と電圧検出値1-18と直流電圧検出値1-16と直流電圧指令値1-22を入力する。交流電圧検出値1-18は，位相検出器7-1と３相２相座標変換器7-2に入力される。
【００４７】
位相検出器7-1は，系統の電圧に追従する位相信号Thnを，例えば位相同期ループ（PLL:Phase Locked Loop）方式で演算し，位相信号Thnを３相２相座標変換器7-3,7-2および前記２相３相座標変換器7-14に出力する。
【００４８】
直流電圧指令値1-22と直流電圧検出値1-16は減算器7-4に入力され，減算器7-4は、直流電圧指令値1-22と前記直流電圧検出値1-16の偏差を電圧調整器7-5に出力する。
【００４９】
電圧調整器7-5は、たとえば、比例積分制御器により構成できる。直流電圧調整器7-5は入力された偏差が零になるように出力のｄ軸電流指令値（有効分電流指令値）7-6を調整し，減算器7-7に出力する。
【００５０】
３相２相座標変換器7-3は入力された電流1-17から式２に示した変換式を用いて，ｄ軸電流検出値Idn（有効分電流）とｑ軸電流検出値Iqn（無効分電流）を演算し，ｄ軸電流検出値Idnを減算器7-7に，ｑ軸電流検出値Iqnを減算器7-8に出力する。
【００５１】
減算器7-7は，ｄ軸電流指令値7-6とｄ軸電流検出値Idnの偏差を演算し，電流調整器7-9に出力する。電流調節器7-9は指令値7-6と検出値Idnの偏差を零にするように出力のｄ軸電圧指令値7-10を調整し，加算器7-13に出力する。
【００５２】
同様に，減算器7-8は，ｑ軸電流指令値7-17とｑ軸電流検出値Iqnの偏差を演算し，電流調整器7-11に出力する。電流調整器7-11は指令値と検出値の偏差を零にするように出力のｑ軸電圧指令値7-12を調整し，加算器7-18に出力する。ここで電流調整器7-9，7-11はたとえば比例積分制御器により構成できる。
【００５３】
３相２相座標変換器7-2は入力された電圧1-18から式２に示した変換式を用いて，ｄ軸電圧検出値（系統電圧に一致する位相成分）Vdnとｑ軸電圧検出値（ｄ軸電圧検出値と直交する成分）Vqnを演算し，それぞれを加算器7-13および7-18に出力する。
【００５４】
加算器7-13は，ｄ軸電圧指令値7-10とｄ軸電圧検出値Vdnを加算して２相３相座標変換器7-14に出力する。同様に加算器7-18は，ｑ軸電圧指令値7-12とｑ軸電圧検出値Vqnを加算して２相３相座標変換器7-14に出力する。
【００５５】
２相３相座標変換器7-14は，位相信号Thnと，各加算器7-18，7-13の結果を入力し，式３および式４に示した変換式により変換器の出力する電圧指令値7-15a,7-15b,7-15cを演算し，PWM演算器7-16に出力する。
【００５６】
PWM演算器7-16は，入力された電圧指令7-15a,7-15b,7-15cからパルス幅変調方式により変換器1-03を構成する半導体素子をオン・オフするゲート信号1-15bを演算し，変換器1-03に出力する。
【００５７】
図１１は、前記タービン制御装置1-09の構成を示すブロックダイアグラムである。同図において制御装置1-09は、電力指令値1-21と，電力検出値1-20と，タービンの温度や圧力などの状態量1-12を入力する。
【００５８】
減算器8-1は，電力指令値1-21と電力検出値1-20の偏差を演算し，交流電力調整器8-2に出力する。交流電力調整器8-2は、たとえば、比例積分制御器により構成できる。交流電力調整器8-2は指令値と検出値の偏差を零にするように電力指令値1-21を補正した電力指令値8-3を出力する。
【００５９】
補正された電力指令値8-3は燃料換算器8-4に入力され，燃料換算器8-4にて電力から燃料調節用指令値1-13を求め，燃料調節指令値1-13を出力する。
【００６０】
また，補正された電力指令値8-3は速度演算器8-5にも入力される。速度演算器8-5は，補正された電力指令値8-3と，状態量1-12を入力し，予め定められた各状態での運転条件を参照し，速度指令値1-19を出力する。
【００６１】
図１２はＤＣ／ＤＣ変換器の充放電制御装置1-25の直流電圧制御の構成を示すブロックダイアグラムである。充放電制御装置1-25は，電流検出値IBTと前記電圧検出値1-16を入力する。直流電圧検出値1-16は減算器9-1に入力され，減算器9-1は直流電圧指令値Erefと前記直流電圧検出値1-16の偏差を電圧調整器9-2に出力する。
【００６２】
電圧調整器9-2はたとえば比例積分制御器により構成できる。直流電圧調整器9-2は入力された偏差が零になるように出力の電池電流指令値IREFを調整し，減算器9-3に出力する。
【００６３】
電流指令IREFと電流検出値IBTは減算器9-3に入力され，減算器9-3は前記電流指令値IREFと前記電流検出値IBTの差分を演算し，電流調整器9-4に出力する。
【００６４】
電流調整器9-4は前記入力された差分を零とするように出力デューティ指令値Da*を調整し，パルス演算器9-5に前記出力値Da*を出力する。前記パルス演算器9-5は，入力された値Da*を，三角波と比較して前記DC／DCコンバータ1-05を動作させるゲートパルス1-15cを前記DC／DCコンバータ1-05のゲート回路に出力する。
【００６５】
充放電制御装置は、主に系統から切り離してシステムを運転するときに機能し，独立した系統で余った電力あるいは不足する電力を充放電動作により調整する。
【００６６】
図１３は，ＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03の交流電圧制御の構成を示すブロックダイアグラムである。交流電圧制御は，系統に連系しているときの図１０の直流電圧制御に変わって動作する。
【００６７】
交流電圧検出値1-18は，３相２相座標変換器10-1に入力され，30度位相補償器10-2により線間電圧の検出値を2相の相電圧ベクトルに変換し，さらに２相３相変換器10-3にて三相電圧Vu,Vv,Vwに変換される。
【００６８】
また，電圧指令設定器10-4a,10-4b,10-4cは，系統の所定の周波数の三相交流電圧の指令値Vu*,Vv*,Vw*を出力し，三相電圧Vu,Vv,Vwはそれぞれ減算器10-4a，10-4b，10-4cに入力され，各減算器10-4a，10-4b，10-4cは前記各電圧指令値Vu*,Vv*,Vw*と前記各電圧検出値Vu,Vv,Vwの偏差を電圧調整器10-5a，10-5b，10-5cに出力する。
【００６９】
電圧調整器10-5a，10-5b，10-5c はたとえば比例積分制御器により構成できる。電圧調整器10-5a，10-5b，10-5c は入力された偏差が零になるように出力の電圧指令値10-7a,10-7b,10-7cを演算し，PWM演算器10-8に出力する。
【００７０】
PWM演算器10-8は，入力された電圧指令10-7a,10-7b,10-7cからパルス幅変調方式により変換器1-03を構成する半導体素子をオン・オフするゲート信号1-15bを演算し，ＤＣ／ＤＣ電力変換器1-05に出力する。
【００７１】
次に，システムの動作について，図２および図３を用いて説明する。図２は，電力系統4-01に並列接続した複数システムの起動時の動作を示す図である。蓄電池1-04およびＤＣ／ＤＣコンバータ1-05から構成される蓄電池装置を備えたシステムをシステム１，蓄電池装置を持たないシステムをシステム２と定義する。
【００７２】
図２において，期間Ｐ１ではシステムは停止しており，並列システム制御装置3-01からの運転指令をシステム1が受けると，システムは運転を開始し，期間Ｐ２に移る。期間Ｐ２では，まずＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03は直流電圧制御モードになり，直流電圧を一定にする。
【００７３】
また，タービンの周辺機器（ポンプなど補機）類を動作させてタービンおよび発電機が回転可能な状態で待機し，その後ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02が発電機（電動機）の回転数制御により回転を開始させ，燃焼器が燃焼を開始できる回転数までタービン羽根車と圧縮機を駆動する。
【００７４】
その後、燃焼器が燃焼を開始し，ガスタービンはトルクを発生し，発電機は発電モードに移行し（期間Ｐ３），ガスタービンの出力は目標値まで上昇していき，発電電力が目標に達すると起動動作は完了する（期間Ｐ4）。システム２についても同様である。
【００７５】
起動時には負荷5-02は既に系統4-01に接続されて，負荷電力は系統4-01から供給されており，システムを順次立ち上げ出力電力を増加させると系統からの受電電力が減ることになる。
【００７６】
このとき，蓄電池1-04およびＤＣ／ＤＣコンバータ1-05から構成される蓄電池装置は，電池の残容量を監視して充電または放電のための電流制御を行う。
【００７７】
次に，図３および図４を用いて，電力系統4-01と接続しない，並列システムの自立運転起動時の動作を示す。同図において，図２同様，蓄電池1-04およびＤＣ／ＤＣコンバータ1-05から構成される蓄電池装置を備えたシステムをシステム１，蓄電池装置を持たないシステムをシステム２と定義している。
【００７８】
電力系統4-01がない場合，負荷5-02の消費電力とタービン発電機の発電電力がバランスしないと，交流電圧が上昇／低下したり，直流電圧が上昇／低下するなどの影響が現れる。このバランスをとるのは，電力変換器の制御モードによるところが大きい。
【００７９】
蓄電池1-04およびＤＣ／ＤＣコンバータ1-05から構成される蓄電池装置を持つシステム1は，電力のバランスを調整することができるので，システム2とは制御モードが異なる。システム２は蓄電池装置を持たないので，発電した電力は常に負荷5-02に出力する制御モードになる。
【００８０】
図３は，各システム（システム１，システム２）の運転モードと，合計発電電力Psys，負荷消費電力Prの関係をまとめたものである。システム２は，発電した電力は常に出力端に出力するため，ＤＣ／ＡＣ電力変換器2-03の制御モードは常に直流電圧制御を選択する。
【００８１】
ＤＣ／ＡＣ電力変換器2-03が直流電圧制御モードのとき，発電電力が直流部分の電圧を上昇させるのを抑制するように電力を出力端に自動で出力する動作になる。
【００８２】
図３では，システム1のＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03が交流電圧制御を行うモード（すなわち負荷の電圧を制御するため，自動で有効／無効電力を出力する方式）で説明している，しかし、その他にＤＣ／ＡＣ電力変換器で直流電圧制御1-03を行い，蓄電池1-04およびＤＣ／ＤＣコンバータ1-05から構成される蓄電池装置に交流電圧制御実施するパターンも考えられる。
【００８３】
この場合，ＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03は有効分電力しか制御しないので負荷で必要な無効電力をＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03が検出して出力しなければならず，制御が複雑になる。ＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03が交流電圧制御を行う場合は，負荷5-02の無効電力は自動的に供給されるので制御の構成が簡単になる。
【００８４】
図４において，期間Ｐ１ではシステムは停止しており，並列システム制御装置3-01からの運転指令をシステム1が受けると，システムは運転を開始し，期間Ｐ２に移る。期間Ｐ２では，まずＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03が直流電圧を一定にする。
【００８５】
また，蓄電池1-04およびＤＣ／ＤＣコンバータ1-05から構成される蓄電池装置により一定にされた直流電圧を用いて補機電源（ＤＣ／ＤＣ変換器を備えた電源やＤＣ／ＡＣ変換器を備えた電源）より電力を供給し，タービンの周辺機器（ポンプなど補機）類を動作させてタービンおよび発電機が回転可能な状態で待機し，その後ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02が発電機（電動機）の回転数制御により回転を開始させ，燃焼器が燃焼を開始できる回転数までタービン羽根車と圧縮機を駆動する。
【００８６】
その後燃焼器が燃焼を開始し，ガスタービンはトルクを発生し，発電機は発電モードに移行し（期間Ｐ３），ガスタービンの出力は目標値まで上昇していき，発電電力が目標に達するとシステム1の起動動作は完了する（期間Ｐ4）。
【００８７】
ここでの説明では負荷5-02は期間Ｐ２から接続されており，負荷電圧はシステムの出力電力の上昇とともに増加する。システムが発電を開始してから負荷を全部または部分的に接続する負荷切り替え装置を備える方法もある。
【００８８】
この場合，システムの電力のうち，交流側（50Hz/60Hz）に出力される分の電力のうち負荷で消費されない余剰分は蓄電池1-04が充電する。
【００８９】
システム２は，システム１が起動した後起動を開始する。まず，期間Ｐ5では，ＤＣ／ＡＣ電力変換器2-03が直流電圧を一定にする。
【００９０】
また，システム1の交流出力電力を用いて補機電源（ＤＣ／ＤＣ変換器を備えた電源やＤＣ／ＡＣ変換器を備えた電源）より補機に電力を供給し，タービンの周辺機器（ポンプなど補機）類を動作させてタービンおよび発電機が回転可能な状態で待機する。
【００９１】
その後、ＡＣ／ＤＣ電力変換器2-02が発電機（電動機）の回転数制御により回転を開始させ，燃焼器が燃焼を開始できる回転数までタービン羽根車と圧縮機を駆動する。
【００９２】
その後、燃焼器が燃焼を開始し，ガスタービンはトルクを発生し，発電機は発電モードに移行し（期間Ｐ6），ガスタービンの出力は目標値まで上昇していき，発電電力が目標に達するとシステム２の起動動作は完了する（期間Ｐ7）。
【００９３】
このように，システム２は，システム１を使って起動を開始する。システム１が交流電圧を維持しているので，システム２はシステム１を電力系統の代わりに用いることができ，蓄電池1-04がなくてもシステム１の発電電力で起動することができる。
【００９４】
システム１，２ともに発電を開始したら，負荷5-02を接続し電力を供給する。電力のバランスは，図３で定義した制御モードで運転すると，蓄電池1-04が自動的に電力のバランスをとるバッファ動作をする。
【００９５】
ここでは，蓄電池1-04およびＤＣ／ＤＣコンバータ1-05から構成される蓄電池装置を備えたシステム１が１台と蓄電池装置を持たないシステム２が１台の計２台の場合について述べてきた。しかし、システム２が複数のｎ台の場合でも，起動時に時間遅れを持たせて起動させることで，同様の動作が可能になる。
【００９６】
このときは，システム１の電力でシステム２を起動し，システム１と２の電力でシステム３と４を起動していくことができるので，必ずしも１台づつの起動でなくても良い。
【００９７】
また，システム１（蓄電池を備えたシステム）が複数台の場合には，系統から切り離して交流電圧制御を行うと，交流電圧制御を行うシステム間で無効電力（横流，システム間電流などともいう）を流すことになる。
【００９８】
その抑制のため，横流抑制制御を備えるか，または，一台は交流電圧制御，その他はシステムから発電電力指令と充放電電流指令を受け取りＤＣ／ＡＣ変換器で電流制御を備えた直流電圧制御を実施するかの２通りが考えられる。
【００９９】
また，蓄電池容量は，システムの起動中の異常などを考えて少なくとも複数回起動できるだけの蓄電池容量を持たせる必要がある。
【０１００】
本実施の形態によれば，複数台を並列接続したシステムにおいて，蓄電池を備えたシステムから起動し，その電力を用いて他の蓄電池を備えないシステムを起動させることができるため，高価な蓄電池設備の量を減らすことが可能になる。
【０１０１】
また，システムから負荷に電力を供給している際に，蓄電池を備えたシステムは，交流電圧が所定値となるように負荷と発電電力量をバランスさせるため，直流電圧制御により充放電動作に自動切り替わるため，負荷の変動による電圧変動を高応答で抑制できる。
【０１０２】
次に，本発明の他の実施形態例を説明する。なお，各図を通して同等の構成要素には同一の符号を付して，詳細な説明は省略することにする。
【０１０３】
[実施形態２]
以下本発明の他の実施形態について図５から図６を用いて説明する。電力系統が停電により電力を供給できない場合（期間Ｐ２から期間Ｐ4），負荷に電力を供給するため，負荷とシステムを系統から切り離して負荷に電力を供給し，系統の異常が除去された後は再び系統にシステムおよび負荷を接続する運転方法が考えられる。
【０１０４】
図５から図６を用いて，系統で停電が発生した場合の負荷への電力供給方法について説明する。まず，図５を用いてシステムの動作について説明する。システムが停電を検知すると，並列システム制御装置は，系統との連系部分のコンタクタに開指令を出力すると同時に，システム1およびシステム２に発電電力を低下させるべく絞り指令を出力する。
【０１０５】
システム１および２は，絞り指令を受けると，燃料を可能な限り小さくし，発電電力を低下させる。このとき，システム１は蓄電池1-04およびＤＣ／ＤＣコンバータ1-05から構成される蓄電池装置を備えている。
【０１０６】
したがって、発電電力を絞らなくても余剰分は蓄電池に充電されるので必ずしも出力を負荷相当まで絞る必要はないが，蓄電池の充電量が過大にならないように，発電量を絞るほうが良い。
【０１０７】
システム１およびシステム２が絞り指令を受けたとき，ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02は回転数制御を実施し，出力を絞るために，必要であれば回転数を変化させる。
【０１０８】
ＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03および2-03は，電力系統4-01の異常（停電）を検知したので，一旦停止する方法と，遮断器4-04が系統からシステムを切り離すまでの時間が比較的短いので出力を絞りながら運転を継続する方法の２通りが考えられる。
【０１０９】
ＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03，2-03が停止しない場合について図５を用いて説明する。
【０１１０】
システム１は，発電電力を絞り始めると同時に，ＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03の制御モードを停電前の電圧位相検出値を用いた交流電圧制御に切り替え，蓄電池装置の制御を直流電圧制御に切り替える。
【０１１１】
遮断器4-04が開放して電力系統4-01が切り離されるまでは，システム１は電力系統4-01の電圧変動の影響を受け，電圧が低下してくると電力系統に対して放電してしまう。その場合、過電流になる恐れがあるので，放電電流が大きくなるとそれに比例して交流電圧指令値を低下させる。
【０１１２】
遮断器4-04が開放されれば，負荷5-02の電圧はシステム１のＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03が制御できる。このときの電圧は，表で説明したように，発電電力と負荷電力のバランスで変化する。
【０１１３】
系統から切り離した自立運転の場合，負荷5-02の全部または一部を一旦停止させるなどの手段，例えば負荷用遮断器5-01の動作などが必要になる。遮断器4-04の開放が行われて系統から切り離された後は，図４で説明した運転モードで安定に運転できる。
【０１１４】
システム２は，発電電力を絞り，制御のモードは切り替えは行わない。システム２は発電電力を交流端に出力するため，負荷で消費されない余剰電力は，交流電圧を上昇させるように働くが，前述のようにシステム１のＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03が交流電圧制御モードになっているため，余剰な電力はシステム１の蓄電池1-04およびＤＣ／ＤＣコンバータ1-05から構成される蓄電池装置が充電することになる。
【０１１５】
その後，遮断器4-04が開放した後，絞っていた発電電力を上げていき，蓄電池1-04に充放電される量が小さくなるように発電電力を調整する。蓄電池1-04の充電量を減らしたいときは合計の発電量を負荷電力より小さく，充電量を増やしたいときは合計の発電量を負荷消費電力よりも大きくすることで，蓄電池の充放電量は制御可能になる。
【０１１６】
次に，ＤＣ／ＡＣ電力変換器2-03が停止する場合について説明する。
【０１１７】
システム２のＤＣ／ＡＣ電力変換器2-03が，発電電力が絞られていないときに急に停止した場合，直流部分に供給されている発電電力が出力される先がなくなるので、直流部のコンデンサ2-06の電圧が過剰に上昇することになる。
【０１１８】
さらに、ＡＣ／ＤＣ電力変換器2-02を停止した場合でも，タービンのトルクに見合った電力が発電機から出力されなくなる。このため，回転数が過大になり，システム２は燃料の供給を止めて燃焼を停止し，システム２を一旦停止させる。
【０１１９】
この場合，ガスタービン発電装置2-01の各部の温度を下げたり，燃料をパージする必要があるため，再起動には時間がかかることになる。再起動時は，前述の起動方法により起動する。
【０１２０】
また，システム１は，停電を検知してＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03を停止したときに直流部の電圧を制御する手段が無くなるので，蓄電池装置に直流部の電圧制御を行わせるために蓄電池装置の制御を充放電電流制御から直流電圧制御に切り替える。
【０１２１】
制御が切り替わると，ＡＣ／ＤＣ電力変換器1-02を介してタービンから入力されてくる電力が直流部の電位を上昇させようと働くが，蓄電池装置が一定に制御するために，発電電力量を蓄電池に充電して直流部の電圧は維持される。
【０１２２】
，遮断器4-04が開放されると，システム１はＤＣ／ＡＣ電力変換器の運転を交流電圧制御モードで開始し，負荷5-02に電力を供給する。このとき，負荷5-02の交流電圧はＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03が制御し，直流部の電圧は蓄電池装置が制御しているので各部の電圧はシステムが運転可能な正常な範囲に制御されることになる。
【０１２３】
このとき，負荷電力の全てをシステム１の電力で供給できない場合，必要に応じてシステム２をシステム１の電力を用いて起動し発電を開始することもできるし，また，負荷を限定してシステム１のみで供給できる負荷量に制御することも考えられる。
【０１２４】
図６は，系統から切り離した状態で系統に再度接続する場合の動作を示している。システム１のＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03の交流電圧制御と系統位相検出の機能を用いて，系統電圧と負荷電圧の位相と振幅をあわせる。
【０１２５】
次に、コンタクタを閉じ，システム１のＤＣ／ＡＣ電力変換器1-03の制御モードを直流電圧制御モード，蓄電池1-04およびＤＣ／ＤＣコンバータ1-05から構成される蓄電池装置を充放電電流制御モード，システム２は変更しないため，系統への再連系が可能になる。
【０１２６】
システム１が複数台の場合には，系統から切り離して交流電圧制御を行うと，交流電圧制御を行うシステム間で無効電力（横流，システム間電流などともいう）を流すことになる。
【０１２７】
その抑制のためには，横流抑制制御を備えるか，または，一台は交流電圧制御，その他はシステムから発電電力指令と充放電電流指令を受け取りＤＣ／ＡＣ変換器で直流電圧制御を実施するかの２通りが考えられる。
【０１２８】
本実施形態によれば，電力系統が停電した際には，燃料を最小に絞る運転モードに切り替え，蓄電池装置を備えたシステムは余剰電力を蓄電池に充電するため，停電による停止をなくし，負荷への電力供給の切り替えをスムーズに実行できる。
【０１２９】
本発明によれば，複数台を並列接続したシステムにおいて，蓄電池を備えたシステムから起動し，その電力を用いて他の蓄電池を備えないシステムを起動させることができるため，高価な蓄電池設備の量を減らすことが可能になる。
【０１３０】
また，システムから負荷に電力を供給している際に，蓄電池を備えたシステムは，交流電圧が所定値となるように負荷と発電電力量をバランスさせるために，蓄電池装置が直流電圧制御を行うことで充放電動作に自動で切り替わるため，負荷の変動による電圧変動を高応答で抑制できる。
【０１３１】
また，電力系統が停電した際には，燃料を最小に絞る運転モードに切り替え，蓄電池装置を備えたシステムは余剰電力を蓄電池に充電するため，停電による停止をなくし，負荷への電力供給の切り替えをスムーズに実行できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の一実施形態によるガスタービン用電力変換装置の主回路と制御装置の全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態によるシステムの基本的な動作の説明図である。
【図３】本発明の一実施形態によるシステムの基本的な動作の説明図である。
【図４】本発明の一実施形態によるシステムの基本的な動作の説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態によるシステムの基本的な動作の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態によるシステムの基本的な動作の説明図である。
【図７】図１のシステム制御装置1-08詳細構成を示すブロックダイアグラムである。
【図８】図１のシステム制御装置2-08の詳細構成を示すブロックダイアグラムである。
【図９】図１の発電機速度制御装置1-10の詳細構成を示すブロックダイアグラムである。
【図１０】図１の交流／直流電圧制御装置1-11の詳細構成を示すブロックダイアグラムである。
【図１１】図１のタービン制御装置1-09の詳細構成を示すブロックダイアグラムである。
【図１２】図１の充放電制御装置1-25の詳細構成を示すブロックダイアグラムである。
【図１３】図１の交流/直流電圧制御装置1-11の詳細構成を示すブロックダイアグラムである。
【符号の説明】
【０１３３】
1-01…タービン発電装置、1-02…ＡＣ／ＤＣ電力変換器、1-03…ＤＣ／ＡＣ電力変換器、1-04…蓄電池、1-05…ＤＣ／ＤＣ変換器、1-06…平滑コンデンサ、1-07…システム制御遮断器、1-08…システム制御装置、2-01…タービン発電装置、2-02…ＡＣ／ＤＣ電力変換器、2-03…ＤＣ／ＡＣ電力変換器、2-06…平滑コンデンサ、2-07…システム制御遮断器、2-08…システム制御装置、3-01…並列システム制御装置、4-01…電力系統、4-02…システム電源用遮断器、4-03…電圧検出器、4-04…システム切り離し用遮断器、5-01…負荷用遮断器、5-02…負荷、DT1-1，DT2-1…タービン発電装置制御信号、DT1-2，DT2-2…ＡＣ／ＤＣ電力変換器制御信号、DT1-3…ＤＣ／ＤＣ変換器制御信号、DT1-4，DT2-4…ＤＣ／ＡＣ電力変換器制御信号、DT1-5，DT2-5…システム用遮断器制御信号、DT3-1…負荷用遮断器制御信号、DT3-2…システム切り離し用遮断器制御信号、DT3-3，DT3-4…システム制御信号。
【図１】
2005269859.tif 000006
【図２】
2005269859.tif 000007
【図３】
2005269859.tif 000008
【図４】
2005269859.tif 000009
【図５】
2005269859.tif 000010
【図６】
2005269859.tif 000011
【図７】
2005269859.tif 000012
【図８】
2005269859.tif 000013
【図９】
2005269859.tif 000014
【図１０】
2005269859.tif 000015
【図１１】
2005269859.tif 000016
【図１２】
2005269859.tif 000017
【図１３】
2005269859.tif 000018