(57)【要約】【課題】マイクロガスタービン発電機における仕事比ならびに発電機効率を向上し、マイクロガスタービン発電の高効率化を図る。【解決手段】速度設定器１９は、マイクロガスタービンの出力Ｐtに応じて圧縮機の入力を最小化するための最適回転速度ωroptを求め、この最適回転速度ωroptを永久磁石同期発電機１１の速度指令値ωr＊とする。  ｄ軸電流設定器２０は、発電機の電気的損失が最小となる最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptを求め、この最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptを発電機のｄ軸電流指令値ｉdm＊とする。【選択図】  図１
2005090367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロガスタービンで燃焼ガスを膨張させて機械的パワーを発生し、永久磁石同期発電機ならびに圧縮機を駆動するマイクロガスタービン発電システムにおいて、
マイクロガスタービンの出力Ｐtに応じて前記圧縮機の入力を最小化するための最適回転速度ωroptを求め、この最適回転速度ωroptで前記発電機を速度制御する速度設定器を備えたことを特徴とするマイクロガスタービン発電システム。
【請求項２】
マイクロガスタービンで燃焼ガスを膨張させて機械的パワーを発生し、永久磁石同期発電機ならびに圧縮機を駆動するマイクロガスタービン発電システムにおいて、
前記発電機の電気的損失が最小となる最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptを求め、この最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptで前記発電機のｄ軸電流を制御するｄ軸電流設定器を備えたことを特徴とするマイクロガスタービン発電システム。
【請求項３】
マイクロガスタービンで燃焼ガスを膨張させて機械的パワーを発生し、永久磁石同期発電機ならびに圧縮機を駆動するマイクロガスタービン発電システムにおいて、
マイクロガスタービンの出力Ｐtに応じて前記圧縮機の入力を最小化するための最適回転速度ωroptを求め、この最適回転速度ωroptで前記発電機を速度制御する速度設定器と、
前記発電機の電気的損失が最小となる最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptを求め、この最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptで前記発電機のｄ軸電流を制御するｄ軸電流設定器とを備えたことを特徴とするマイクロガスタービン発電システム。
【請求項４】
請求項１または３において、前記速度設定器は、測定したタービン出力トルクＴtから前記最適回転速度ωroptを求めることを特徴とするマイクロガスタービン発電システム。
【請求項５】
請求項１または３において、前記速度設定器は、測定した回転速度ωrと発電機電流ｉqmから前記最適回転速度ωroptを求めることを特徴とするマイクロガスタービン発電システム。
【請求項６】
請求項２または３において、前記ｄ軸電流設定器は、測定した回転速度ωrから前記最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptを求めることを特徴とするマイクロガスタービン発電システム。
【請求項７】
請求項２または３において、前記ｄ軸電流設定器は、測定したタービン出力トルクＴtから、または測定した回転速度ωrと発電機電流ｉqmから前記圧縮機の入力を最小化するための最適回転速度ωroptを求め、この最適回転速度ωroptから前記最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptを求めることを特徴とするマイクロ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、マイクロガスタービンを駆動源とする発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大規模な新規電力発電所の立地地点の選定が困難になってきたことに加え、化石燃料資源の枯渇や地球温暖化による環境問題の観点から、従来の原子力や石炭火力による大規模集中型発電方式とは異なる小規模分散型発電方式が注目を集めている。
【０００３】
中でも省エネルギーの観点から、発電時に発生する排熱を有効利用するコジェネレーションシステムの導入が期待されている。天然ガスを燃料とするマイクロガスタービンは既存の発電方式と比較して二酸化炭素および窒素化合物の排出が少ないことから、環境負荷の小さいコジェネレーションシステムの構築が可能な分散型電源として期待されている。しかしながら、発電効率の点では同類の熱機関を利用したディーゼル発電方式やガスエンジン発電方式と比較して若干低いという欠点を有している。
【０００４】
図９はマイクロガスタービン発電システムの構成例を示す。このシステムの動作は以下のとおりである。
【０００５】
・外部より採り入れた空気を圧縮機１で圧縮する。
【０００６】
・タービン２の排気ガスを利用して再生器（レキュペレータ）３にて圧縮空気を加熱する。
【０００７】
・燃焼器４にて圧縮空気と燃料を混合し燃焼させる。
【０００８】
・タービン２にて燃焼ガスを膨張させて機械的パワーを生成し、発電機５ならびに圧縮機１を駆動する。
【０００９】
・発電機５の発電出力は高周波であるため、コンバータ６で直流電力に変換し、インバータ７で商用周波数・電圧に合わせた交流電力に変換する。
【００１０】
発電機５は、一般に永久磁石同期発電機が使用されるが、その制御方式には種々のものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この文献の制御方法は自立運転の状態から系統への接続を円滑に行うことを主眼としており、マイクロガスタービン発電機を高効率で運転するものではない。
【００１１】
図１０に従来のマイクロガスタービン発電システムの制御装置を示す。マイクロガスタービン１０にはＰＭＳＧ(永久磁石同期発電機)１１が一軸結合される。ω0は系統周波数に合わせた定格速度でありこれを指令値とする。ＰＭＳＧ(永久磁石同期発電機)１１より検出した回転速度ωrと指令値ω0との誤差ｅω（＝ω0−ωr）に基づいて、速度制御器（ＳＣ）１２によりｑ軸電流指令値Ｉqm＊を決定している。ここでは、速度制御器１２として次式に示すＰＩ制御器を用いている。
【００１２】
【数１】
2005090367.tif 000003
【００１３】
ただし、Ｋpωは比例ゲイン、Ｋiωは積分ゲインである。
【００１４】
ＰＭＳＧ１１より電機子電流（ｉa,ｉc）を検出し、これを座標変換部１４で座標変換したｄｑ軸電流（ｉd,ｉq）に鉄損電流（ｉdi,ｉqi）を加えることで（煩雑になるため図では省略）、ｄｑ軸磁化電流（ｉdm,ｉqm）を得ている。電流制御器（ＣＣ）ではｄｑ軸電流の指令値（ただし、ｄ軸電流指令値ｉdm＊は零に設定される）と実際値との誤差ｅｄ（＝ｉdm＊−ｉdm），ｅｑ（＝ｉqm＊−ｉqm）に基づいてｄｑ軸電圧指令値（ｖd＊，ｖq＊）を決定している。ここでは、電流制御器１３として次式に示す非干渉項を考慮したＰＩ制御器を用いている。
【００１５】
【数２】
2005090367.tif 000004
【００１６】
ただし、Ｋpiは比例ゲイン、Ｋiiは積分ゲインである。
【００１７】
電流制御器１３より決定されたｄｑ軸電圧指令値は、座標変換部１４で三相座標系に逆変換し、電圧指令値（ｖa＊，ｖb＊，ｖc＊）を得ている。最終的には、これら電圧指令値に基づいて、コンバータ１５のスイッチング動作によりＰＭＳＧ１１の端子電圧を調整している。
【００１８】
マイクロガスタービンにおけるＰＭＳＧの出力電圧は１０００Ｈｚ以上の高周波数となり、系統へ直接連系することはできないため、コンバータ１５により直流電力に変換され、インバータ１６により系統周波数に同期させた交流電力に変換される。１７はＰＭＳＧのロータ回転位相θｒを検出するロータリエンコーダ、１８は位相θｒから回転速度ωrを得る微分器である。
【特許文献１】特開平１１−１２２９９５「タービン発電機／電動機コントローラ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
マイクロガスタービンの高効率化を検討する上で考慮すべき事項は熱効率、仕事比および発電機効率である。
【００２０】
（１）熱効率はタービンへの入熱量に対するタービン仕事の比で定義され、マイクロガスタービン発電機の発電効率に最も影響する。一般に、熱効率はタービン入口温度が高いほど大きくなる。また、タービン入口に対して熱効率が最大となる最適な圧力比が存在する。マイクロガスタービンの場合、価格および小型化等の制約によりタービンに対しては高級耐熱材料の適用が不可、圧縮機に対しては構造が単純な遠心方式にならざるをえないことから、タービン入口温度の高温化ならびに圧力比の最適化が困難である。
【００２１】
（２）仕事比はタービン出力に対する発電機への機械的入力の比として定義される。タービン出力の一部は圧縮機の駆動に利用されるので、仕事比を大きくするためには圧縮機駆動に要する動力（圧縮機入力）を減少させる必要がある。
【００２２】
図６に点線で示したのが従来システムの回転速度に関する静特性である。機械的入力にかかわらず回転速度を定格速度に維持している。そのため、低出力運転領域では仕事比は低くなっている。
【００２３】
（３）発電機効率は機械的入力に対する電気的出力の比で定義される。発電機の主要な電気的損失として巻線抵抗による銅損および鉄心部分で生じる鉄損がある。マイクロガスタービンは高速回転することから主に鉄損による効率低下が考えられる。
【００２４】
図７に点線で示したのが従来システムの電流位相に関する静特性である。ｄ軸電流は零に固定されるため、特に高出力運転時の発電効率は右下がりとなっている。
【００２５】
本発明の目的は、現在広く採用されている永久磁石同期発電機を用いたマイクロガスタービン発電機における仕事比ならびに発電機効率を向上することで高効率化したマイクロガスタービン発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明は、前記の課題を解決するため、マイクロガスタービンの出力Ｐtに応じて圧縮機の入力を最小化するための最適回転速度ωroptを求め、この最適回転速度ωroptで発電機を速度制御し、発電機の電気的損失が最小となる最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptを求め、この最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptで発電機のｄ軸電流を制御するもので、以下の構成を特徴とする。
【００２７】
（１）マイクロガスタービンで燃焼ガスを膨張させて機械的パワーを発生し、永久磁石同期発電機ならびに圧縮機を駆動するマイクロガスタービン発電システムにおいて、
マイクロガスタービンの出力Ｐtに応じて前記圧縮機の入力を最小化するための最適回転速度ωroptを求め、この最適回転速度ωroptで前記発電機を速度制御する速度設定器を備えたことを特徴とする。
【００２８】
（２）マイクロガスタービンで燃焼ガスを膨張させて機械的パワーを発生し、永久磁石同期発電機ならびに圧縮機を駆動するマイクロガスタービン発電システムにおいて、
前記発電機の電気的損失が最小となる最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptを求め、この最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptで前記発電機のｄ軸電流を制御するｄ軸電流設定器を備えたことを特徴とする。
【００２９】
（３）マイクロガスタービンで燃焼ガスを膨張させて機械的パワーを発生し、永久磁石同期発電機ならびに圧縮機を駆動するマイクロガスタービン発電システムにおいて、
マイクロガスタービンの出力Ｐtに応じて前記圧縮機の入力を最小化するための最適回転速度ωroptを求め、この最適回転速度ωroptで前記発電機を速度制御する速度設定器と、
前記発電機の電気的損失が最小となる最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptを求め、この最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptで前記発電機のｄ軸電流を制御するｄ軸電流設定器とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
（４）前記速度設定器は、測定したタービン出力トルクＴtから前記最適回転速度ωroptを求めることを特徴とする。
【００３１】
（５）前記速度設定器は、測定した回転速度ωrと発電機電流ｉqmから前記最適回転速度ωroptを求めることを特徴とする。
【００３２】
（６）前記ｄ軸電流設定器は、測定した回転速度ωrから前記最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptを求めることを特徴とする。
【００３３】
（７）前記ｄ軸電流設定器は、測定したタービン出力トルクＴtから、または測定した回転速度ωrと発電機電流ｉqmから前記圧縮機の入力を最小化するための最適回転速度ωroptを求め、この最適回転速度ωroptから前記最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptを求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
以上のとおり、本発明によれば、永久磁石同期発電機を用いたマイクロガスタービン発電機における仕事比ならびに発電機効率を向上し、マイクロガスタービン発電の高効率化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１は、本発明の実施形態になるマイクロガスタービン発電システムの制御装置を示す。同図が図１０と異なる部分は、速度設定器１９とｄ軸電流設定器２０を設けた点にある。
【００３６】
速度設定器１９は、タービン出力Ｐtに応じて、後に示す（４）式を基にして最適回転速度ωroptを求め、これをＰＭＳＧ１１の速度指令値ωｒ＊として出力する。
【００３７】
ｄ軸電流設定器２０は、ＰＭＳＧ１１より検出した回転速度ωrに応じて、後に示す（１９）式を基にして最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptを求め、これをｄ軸電流指令値ｉdm＊として出力する。
【００３８】
以上の構成になる制御装置において、図１０と異なる部分の動作は、ＰＭＳＧ１１より検出した回転速度ωrと、速度設定器１９より出力する速度指令値ωr＊との誤差ｅω（＝ωr＊−ωr）に基づいて、速度制御器（ＳＣ）１２によりｑ軸電流指令値Ｉqm＊を決定している。
【００３９】
また、電流制御器（ＣＣ）１３では、速度制御器（ＳＣ）１２より出力するｑ軸電流指令値ｉqm＊、およびｄ軸電流設定器２０より出力するｄ軸電流指令値ｉdm＊と、それらの検出値ｉｄｍ，ｉｑｍとの誤差ｅｄ（＝ｉdm＊−ｉdm）、ｅｑ（＝ｉqm＊−ｉqm）に基づいてｄｑ軸電圧指令値（ｖd＊，ｖq＊）を制御する。
【００４０】
上記の制御装置を備えたマイクロガスタービン発電システムにより、高効率運転が実現されることを原理的に説明する。
【００４１】
以下の説明では、先ず、タービン出力ならびに圧縮機入力を定式化することにより、仕事比が最大となる最適回転速度を説明する。次に、永久磁石同期発電機のｄｑ座標モデルより発電機効率が最大となる最適な電機子ｄｑ軸電流を説明する。
【００４２】
（１）回転速度の最適化
マイクロガスタービンではタービン出力の一部を圧縮機駆動に利用するため、その動力を可能な限り減ずることで高効率化を図ることができる。圧縮機出力Ｐpは次式で与えられる。
【００４３】
【数３】
2005090367.tif 000005
【００４４】
ただし、ｍは圧縮機を通過する毎秒の空気質量、ｒは羽根車の半径、ωrは圧縮機の回転速度である。図９に示すマイクロガスタービンは一軸方式であるので、圧縮機、タービンおよび発電機の角速度は同一である。圧縮機内での損失を無視できるとすると、（１）式は圧縮機入力として考えることができる。一方、タービンは回転体であるので、タービン出力Ｐtは次式で与えられる。
【００４５】
【数４】
2005090367.tif 000006
【００４６】
ただし、Ｔtはタービン出力トルク、ωrはタービンの回転速度である。従って、発電機への機械的入力Ｐmは次式となる。
【００４７】
【数５】
2005090367.tif 000007
【００４８】
（３）式より、機械的入力Ｐmは回転速度ωrに関して凸関数であるため、機械的入力が最大となる最適回転速度が存在する。ｄＰm／ｄωr＝０より、最適回転速度は次式のように導出できる。
【００４９】
【数６】
2005090367.tif 000008
【００５０】
図２は定格出力２８ｋＷのマイクロガスタービンにおける回転速度対機械的入力特性である。図２より、タービン出力トルクＴtの増加すなわちタービン出力Ｐtの増加に応じて最適回転速度ωroptは上昇することがわかる。従って、（４）式より、タービン出力Ｐtまたはトルク出力Ｔtに応じて速度指令値ωr＊を調整することで、仕事比を最大にすることが可能となる。ただし、最適回転速度が対象とするマイクロガスタービンの定格速度を上まわる場合、回転速度を定格値に制限する必要がある。
【００５１】
（２）電流位相の最適化
先ず、永久磁石同期発電機の電気系に関して定式化を行う。永久磁石による磁束方向をｄ軸として定めた回転ｄｑ座標における永久磁石同期発電機の電圧方程式は次式となる。
【００５２】
【数７】
2005090367.tif 000009
【００５３】
ただし、ｖd,ｖqは電機子ｄｑ軸電圧、ｉd,ｉqは電機子ｄｑ軸電流、Ｒは電機子巻線抵抗。ωrは永久磁石同期発電機の速度である。また、ｄｑ軸磁束鎖交数は次式で与えられる。
【００５４】
【数８】
2005090367.tif 000010
【００５５】
ただし、Ｌd，Ｌqはｄｑ軸電機子インダクタンス、Ｋeは起電力定数、ｉdm,ｉqmはｄｑ軸磁化電流である。ここで、磁化電流の一部が鉄損の発生に寄与すると考え、ｄｑ軸鉄損電流をｉdiおよびｉqiとすると、次式の関係が成り立つ。
【００５６】
【数９】
2005090367.tif 000011
【００５７】
また、鉄損抵抗をＲiとすると、永久磁石同期発電機のｄｑ軸等価回路は図３のようになる。図３より、定常状態におけるｄｑ軸鉄損電流は次式のように表現できる。
【００５８】
【数１０】
2005090367.tif 000012
【００５９】
次に、永久磁石同期発電機の機械系に関して定式化を行う。永久磁石同期発電機の運動方程式は次式で与えられる。
【００６０】
【数１１】
2005090367.tif 000013
【００６１】
ただし、Ｊは慣性係数、Ｄは制動係数である。制動係数Ｄが十分小さいと仮定すると、定常状態（ｄωr／ｄt＝０）において機械的入力トルクは次式のように簡単化できる。
【００６２】
【数１２】
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【００６３】
以上の定式化より永久磁石同期発電機の入出力関係は次式となる。
【００６４】
【数１３】
2005090367.tif 000015
【００６５】
ただし、Ｐeは電気的出力、Ｐmは機械的入力、Ｐcは銅損、Ｐiは鉄損であり、以下のように定式化される。
【００６６】
【数１４】
2005090367.tif 000016
【００６７】
機械的入力Ｐm一定のもとで、電気的出力Ｐeを最大にするためには、永久磁石同期発電機の電気的損失である銅損Ｐcと鉄損Ｐiの和が最小となるようにすればよい。（１２）〜（１４）式に示したように機械的入力、銅損および鉄損はｄｑ軸電流の関数となることから、銅損と鉄損の和（電気的損失）が最小となるｄｑ軸電流の動作点が存在する。
【００６８】
永久磁石同期発電機のｄｑ座標モデルにおいて、ｑ軸成分は電気的出力に関与し、ｄ軸成分は主磁束に関与するから、電気的出力にかかわらず電気的損失を最小にするにはｄ軸成分に基づいて最適化すればよいと考えられる。
【００６９】
図４は機械的入力一定の下でｄ軸磁化電流を変化させた場合の銅損Ｐcと鉄損Ｐiの変化を示している。電気的損失（Ｐc＋Ｐi）が最小となる最適なｄ軸磁化電流が存在することが確認できる。また、破線で示す銅損Ｐcと比較して実線で示す鉄損Ｐiはｄ軸磁化電流に対して大きく変化していることがわかる。これはｄ軸磁化電流により生じる磁束によって永久磁石による磁束を低減させているためである。
【００７０】
∂（Ｐc＋Ｐi）／∂ｉdm＝０による最適ｄ軸磁化電流の条件式は次式となる。
【数１５】
2005090367.tif 000017
【００７１】
（１５）式をｉdmの４次関数として整理すると、次式となる。
【００７２】
【数１６】
2005090367.tif 000018
【００７３】
なお、（１６）式の解は、以下の（１７）式に示すｉdm1，ｉdm2，ｉdm3，ｉdm4となる。このうち、ｉdm1,ｉdm2は虚数解であり、ｉdm3が正の実数解、ｉdm4が負の実数解である。物理的な観点から、最適ｄ軸磁化電流は正の実数解となるため、ｉdm3が妥当な解（ｉdmopt）となる。
【００７４】
【数１７】
2005090367.tif 000019
【００７５】
以上のことから、本実施形態では、図９に示すマイターロガスタービン発電システムにおいて、図１に示す制御装置とする。すなわち、タービン出力Ｐtまたはトルク出力Ｔtに応じて前記（４）式に示す最適回転速度ωroptに制御することで、圧縮機入力の最小化を図ってタービン出力を有効利用する。なお、最適回転速度ωroptは、前記（１２）式と（３）式の関係から速度検出値ωrと発電機電流ｉqmから求めることができる。
【００７６】
また、ｄ軸電流指令値ｉdm＊は前記（１９）式に示した最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptに制御することで、永久磁石同期発電機の電流位相の最適化による電気的損失の最小化を図る。なお、（１５）式と（１６）式の関係から、測定した回転速度ωrから最適ｄ軸磁化電流を求めることができる。さらには、測定したタービン出力トルクＴtまたは測定した回転速度ωrと発電機電流ｉqmから最適回転速度ωroptを求め、この最適回転速度ωroptから最適ｄ軸磁化電流を求めることができる。
【００７７】
なお、本実施形態では、制御装置は、発電機速度を最適回転速度ωroptに制御するための速度設定器と、ｄ軸電流を最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptに制御するｄ軸電流設定器を設けた場合を示すが、このうち一方のみを設けた制御装置とすることもできる。
【００７８】
（シミュレーション結果）
以下、本発明のマイクロガスタービン発電システムを基にしたシミュレーション結果を説明する。
【００７９】
図５は、本シミュレーションで用いたマイクロガスタービンの仕様を表で示す。圧縮機入力に関するパラメータはマイクロガスタービンの定格速度において圧縮機入力が２０ｋＷとなるように設定されている。
【００８０】
図６は回転速度の最適化に関する静特性である。図６の（ａ）は永久磁石同期発電機への機械的入力Ｐmに対する回転速度ωrを示している。機械的入力が２０ｋＷ以下の低出力運転領域では機械的入力の減少とともに実線で示す最適回転速度ωroptは減少している。また、２０ｋＷを超える高出力運転領域では最適回転速度がマイクロガスタービンの定格速度（９６，０００ｒｐｍ）を超えるため、定格速度に制限されている。一方、破線は回転速度を最適化しない場合であり、機械的入力にかかわらず回転速度を定格速度に維持している。
【００８１】
図６の（ｂ）はタービン出力Ｐtを示している。回転速度を最適化した場合、低出力運転領域において回転速度が低下するためターピン出力は最適化前と比較して減少している。図６の（ｃ）は圧縮機入力Ｐpであり、タービン出力と同様に最適化後は低出力運転領域で減少している。図６の（ｄ）は仕事比を示している。回転速度を最適化した場合、低出力運転領域ではタービン出力が低下するが、それ以上に圧縮機入力が低減されるため、仕事比は最適化前と比較して増加している。
【００８２】
図７は電流位相の最適化に関する静特性である。図７の（ａ）は永久磁石同期発電機の電気的出力Ｐeに対するｄ軸磁化電流ｉdmを示している。実線で示す最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptは電気的出力に応じて増加している。一方、破線はｄ軸磁化電流ｉdmを零に固定した場合の結果である。
【００８３】
図７の（ｂ）は銅損Ｐcを示している。電流位相の最適化はｄｑ座標系のｄｑ軸電流の配分が異なるのみで電機子電流の大きさはほぼ一定であるので、最適化の有無による銅損の変化は小さいことがわかる。
【００８４】
図７の（ｃ）は鉄損Ｐiを示しており、電流位相の最適化により鉄損が低減できていることが確認できる。この特性はマイクロガスタービンの可変速制御を考慮したものであり、低回転速度となる低出力運転領域では鉄損が小さいが、高出力運転領域では鉄損が増加するため、その低減効果が大きくなっている。
【００８５】
図７の（ｄ）は発電機効率を示している。高出力運転領域では鉄損の低減効果が大きいので、発電機効率も高出力運転領域ほど改善されており、定格出力（２８ｋＷ）では発電機効率が約５％向上している。
【００８６】
図１のシステムに関するシミュレーション結果を図８に示す。図８の（ａ）は回転速度であり、始動、低出力運転、加速、高出力運転のシーケンスに従い運転している。図８の（ｂ）はｄ軸磁化電流ｉdmを示している。電機子電流を最適化した場合、ｄ軸磁化電流は（１９）式に示した最適ｄ軸磁化電流ｉdmoptとなるように電流制御されている。図８の（ｃ）はｑ軸磁化電流ｉqmを示している。ｄ軸磁化電流が電流位相に最適化により増加しているため、最適化後のｑ軸磁化電流は減少している。
【００８７】
図８の（ｄ）は発電機効率を示している。期間（０≦ｔ＜５ｓ）ではマイクロガスタービンを電動機として始動している状態であり、電気的出力は零であるので発電機効率は零となっている。期間（５≦ｔ＜１０ｓ）の低出力領域と比較して期間（１５≦ｔ＜３０ｓ）の高出力領域では発電機効率の改善効果が大きいことが確認できる。なお、期間（１０≦ｔ＜１５ｓ）は発電機を加速させているため、加速で要するエネルギー分だけ発電機効率が低下している。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】実施形態を示すマイクロガスタービン発電システムの制御装置。
【図２】マイクロガスタービン発電機の回転速度対機械的入力特性。
【図３】永久磁石同期発電機のｄｑ軸等価回路。
【図４】マイクロガスタービン発電機のｄ軸磁化電流対電気的損失特性。
【図５】マイクロガスタービンの仕様例。
【図６】回転速度の最適化に関する静特性。
【図７】電流位相の最適化に関する静特性。
【図８】電流位相の最適化によるマイクロガスタービンの高効率制御結果。
【図９】マイクロガスタービン発電システムの構成例。
【図１０】従来のマイクロガスタービン発電システムの制御装置。
【符号の説明】
【００８９】
１  圧縮機
２  タービン
３  再生器
４  燃焼器
５  発電機
６、１５  コンバータ
７、１６  インバータ
１０  マイクロガスタービン
１１  永久磁石同期発電機
１２  速度制御器
１３  電流制御器
１４  座標変換部
１７  ロータリーエンコーダ
１８  微分器
１９  速度設定器
２０  ｄ軸電流設定器
【図１】
2005090367.tif 000020
【図２】
2005090367.tif 000021
【図３】
2005090367.tif 000022
【図４】
2005090367.tif 000023
【図５】
2005090367.tif 000024
【図６】
2005090367.tif 000025
【図７】
2005090367.tif 000026
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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