(57)【要約】【課題】ガスタービン発電プラントにおいて、発電機を電動機とし、直結されたガスタービンを起動するのに、電力系統母線の負荷状態に対応した起動パターンを選択可能とした発電プラント用発電機の制御装置を提供する。【解決手段】サイリスタ起動装置３に発電機１を電動機として起動運転する際の運転パターンとして、急速起動と通常起動のパターンが設けられており、制御部８は電力系統母線６の負荷状態を入力し、設定されているしきい値と照合の上、急速／通常起動パターンのいずれかを選択して、サイリスタ起動装置３に起動指令を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機に電力を供給して電動機として運転するサイリスタ起動装置と、制御部とが設けられた発電プラント用発電機の制御装置であって、
前記サイリスタ起動装置には、前記発電機を電動機として起動運転する際の運転パターンとして、急速起動パターンと通常起動パターンとが設けられており、前記制御部は電力系統母線の負荷状態を入力し、この入力値と設定されているしきい値とを照合の上、前記急速起動パターンあるいは通常起動パターンのいずれかを選択し前記サイリスタ起動装置に起動指令を行うことを特徴とする発電プラント用発電機の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記電力系統母線の負荷状態を電力系統母線に接続された計器用変成器を介して入力することを特徴とする請求項１に記載の発電プラント用発電機の制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電力系統母線の負荷状態を発電プラントを制御するプラント制御装置に設けられた電圧変換器および周波数変換器を介して入力することを特徴とする請求項１に記載の発電プラント用発電機の制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記サイリスタ起動装置の内部に設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の発電プラント用発電機の制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、入力する前記電力系統母線の負荷状態を電圧および周波数とし、この電圧および周波数の値の双方を前記設定されているしきい値と照合し、このしきい値以上の場合に前記通常起動パターンを選択することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発電プラント用発電機の制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、入力する前記電力系統母線の負荷状態を電圧および周波数とし、この電圧および周波数の値の双方が前記設定されてしきい値と照合し、このしきい値以下の場合に前記急速起動パターンを選択することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発電プラント用発電機の制御装置。
【請求項７】
前記制御部は、入力する前記電力系統母線の負荷状態を電圧および周波数とし、この電圧および周波数の値を前記設定されているしきい値と照合し、前記電圧および周波数のいずれか一方が前記しきい値以下の場合に、中間起動パターンを選択することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発電プラント用発電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発電プラントにおいて発電機を電動機として使用するサイリスタ起動装置を備えた発電装置に関するもので、特に起動時における発電プラント用発電機の制御装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
サイリスタ起動装置は、例えば火力発電所のガスタービンの起動や揚水発電所における揚水起動等において、発電機を電動機として使用するものとして従来より広く使用されている。この内、例えばガスタービン発電プラントにおいては、ガスタービンが自力で始動することができないため、ガスタービンに回転軸が直結された発電機に対してサイリスタ起動装置により外部からの電力を供給し電動機として用い、ガスタービンを回転起動する方法がある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０９−３２２５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に示された技術を含め従来の、例えばガスタービン発電プラントにおける起動パターンは接続される電力系統の条件によって使用者、多くは電力会社によって発電プラント毎に定められている。すなわち急速な起動を行う急速起動パターンと、ゆるやかな起動を行う通常起動パターンのいずれか一方を採用し、負荷変動に係わらずにその採用された起動パターンによって発電プラントが運転されている。ここで急速起動パターンを採用したガスタービン発電プラントにおける発電機やサイリスタ起動装置は、通常起動パターンに比較して、各機器への負担は当然のことながら大きい。
【０００５】
上記のように発電プラント毎にその起動パターンが定められているが、急速起動パターンを採用した発電プラントにおいて、必ずしも急速起動パターンでもって発電機を起動する必要がない負荷状態も発生している。
このようなケースでは、発電機やサイリスタ起動装置に急速起動パターンに対応した大電流の供給を行う必要が無いにも係わらず、大電流の供給を行うことになるので、省エネルギーや機器の耐性、寿命等の観点から望ましいことではない。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、電力系統母線の負荷状態によって起動パターンとして急速起動パターンを採用するか、通常起動パターンを採用するかのいずれかを選択して起動を行うことを可能とする発電プラント用発電機の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る発電プラント用発電機の制御装置は、発電機に電力を供給して電動機として運転するサイリスタ起動装置と、制御部とが設けられ、サイリスタ起動装置には、発電機を電動機として起動運転する際の運転パターンとして、急速起動パターンと通常起動パターンとが設けられており、制御部は電力系統母線の負荷状態を入力し、この入力値と設定されているしきい値とを照合の上、急速起動パターンあるいは通常起動パターンのいずれかを選択しサイリスタ起動装置に起動指令を行うものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る発電プラント用発電機の制御装置は、前記のような構成を備えており、電力系統母線の負荷状態に応じて起動パターンを選択して起動を行うので、急速起動パターンに対応可能な体格を備えた発電機やサイリスタ起動装置等の発電プラント用発電機の制御装置であっても、常時急速起動を行う場合に比較して機器への負担を軽減することができ、機器の耐性をより長く維持でき、寿命が延長するという効果に加え、負荷状態によっては通常起動パターンを選択するので供給する電力量が低減され、省エネルギー効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１による発電プラント用発電機の制御装置を示す単線図である。
【図２】実施の形態１による起動パターン選択の動作を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態１による通常／急速起動パターンによるガスタービンの動作を比較する図である。
【図４】実施の形態２による起動パターン選択の動作を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態２による起動パターン１によるガスタービンの動作を示す図である。
【図６】実施の形態２による起動パターン２によるガスタービンの動作を示す図である。
【図７】実施の形態２による起動パターン３によるガスタービンの動作を示す図である。
【図８】実施の形態２による起動パターン４によるガスタービンの動作を示す図である。
【図９】実施の形態３による発電プラント用発電機の制御装置を示す単線図である。
【図１０】実施の形態４による発電プラント用発電機の制御装置を示す単線図である。
【図１１】実施の形態５による発電プラント用発電機の制御装置を示す単線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
尚、この発明のすべての実施の形態は、急速起動パターンに対応可能な体格を備えた機器で構成されているものである。
図１は、例えばガスタービン発電プラント用発電機の制御装置１００を示す単線図である。図１において、サイリスタ起動装置３は所内共通母線５から遮断器４を介して電源供給され、前記サイリスタ起動装置３の出力側断路器２を介して発電機１に電力を供給する。これによりガスタービン１３を直結する発電機１は電動機として起動運転される。サイリスタ起動装置３には電力系統母線６に接続された計器用変成器（ＶＴ）７（以下、ＶＴ７と称す）を介して制御部８が接続されている。この制御部８は電力系統母線６の負荷状態をモニタするＶＴ７の出力を受け、発電機１を電動機としての起動パターンをサイリスタ起動装置３へ指令するものである。
ガスタービン１３が所定の回転数に達した後に発電機１が出力する電力は、主回路１４に設けられた主遮断器９、主変圧器１１、高圧側遮断器１２を介して電力系統母線６に送電される。所内共通母線５は主回路１４から所内変圧器１０を介して接続されている。
【００１１】
次に動作について説明する。
サイリスタ起動装置３は、発電機１を電動機として起動する際に、ゆるやかな立上げを行う通常起動パターンと、急速な立上げを行う急速起動パターンの２通りの起動が可能な機能を備えていて、制御部８が指令するいずれかの起動パターンによって起動する。制御部８はＶＴ７を介して電力系統母線６の負荷状態である電圧、周波数を入力する。
一般に電力系統母線６の負荷が増大すると電力系統母線６の電圧は低下し、周波数も低下する。前記ＶＴ７はこの電圧と周波数を計測し制御部８に出力する。制御部８は上記電力系統母線６の電圧Ｖと周波数ｆを入力し、ガスタービン発電プラントの管理者、例えば電力会社の定める電圧のしきい値Ｖしきい値、周波数のしきい値ｆしきい値以下となった時に、前記電力会社の定める起動パターン採用条件と照合して前記通常起動パターンあるいは急速起動パターンのいずれかを選択し、その選択結果を前記サイリスタ起動装置３に指令する。
【００１２】
以下に、起動パターンの選択例を図に基づいて説明する。
図２に実施の形態１による起動パターン選択の動作フローを示す。制御部８は図２のＳＴ１において、ＶＴ７の計測する電力系統母線６の電圧Ｖが電力会社の定める選択条件であるＶしきい値（この場合、定格電圧の９５％と設定）以下で、またＳＴ２で電力系統母線６の周波数ｆがｆしきい値（この場合、定格周波数の９５％と設定）以下の場合、ＳＴ３で急速起動パターンを選択するとともに、サイリスタ起動装置３に急速起動パターンで発電機１を電動機として起動する指令を出力する。ガスタービン１３は後述する図３、図５〜図８にも示すように、電動機によって駆動され所定の回転数まで上昇する。
一方図２のＳＴ１において、電力系統母線６の電圧ＶがＶしきい値以上の場合およびＳＴ２で周波数ｆがｆしきい値以上の場合、つまり計測された電圧Ｖ、周波数ｆの双方がそれぞれのＶしきい値、ｆしきい値以上の場合、さらには前記電圧Ｖ、周波数ｆのいずれか一方がしきい値以上の場合、電力系統母線６は過負荷状態でないと判断し急速な立上げを不要として、ＳＴ４でゆるやかな立上げの通常起動パターンを選択する。
以上のしきい値の設定および起動パターンの選択の根拠は、いずれも例えば電力会社によってなされるものである。
【００１３】
以上のように、制御部８が選択したいずれかの起動パターン指令を入力するサイリスタ起動装置３によって、発電機１が電動機としてガスタービン１３が回転起動される。図３にガスタービン１３の回転動作を説明する。この図３では、通常起動パターンで２０分後、急速起動パターンで１０分後に、ガスタービン１３が自力で回転できる回転数２４００ｒｐｍに達する例を示している。この自力で回転できる回転数に達すると、サイリスタ起動装置３は切り離され、発電機１は発電を開始する。尚、図３において回転数７５０ｒｐｍに到達後、一旦６００ｒｐｍに下降しているのは、ガスタービン１３の仕様や体格によるものであり、一般によく知られている動作である。
このように電力系統母線６の負荷状態に応じて起動パターンを選択可能な構成を備えた発電プラント用発電機の制御装置であるので、急速起動パターンが適用されている発電用プラントの発電機やサイリスタ起動装置等の発電装置であっても、負荷状態が軽便であるにも係わらず、常時急速起動パターンを採用している場合と比較して、起動に要する電力の省エネルギー化、発電装置の耐性を長く維持可能となり、長寿命化するという効果がある。
【００１４】
実施の形態２．
次に、実施の形態２を図に基づいて説明する。
図４に、実施の形態２による起動パターン選択の動作フローを示す。前述した実施の形態１では制御部８は通常起動パターンと急速起動パターンの２通りの起動パターンを選択する例を示したが、この実施の形態２では起動パターンの条件を細分化し、使用者である例えば電力会社が設定する起動パターン採用条件に従って、起動パターンを選択するものである。
ここで図４に示す動作フローに対応したガスタービン１３の回転動作を図５〜図８で説明する。
図５は、図４のＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ６に示した起動パターン１であり、この例では前述した実施の形態１による図３の点線、すなわち急速起動の場合と同一である。
図６は、図４に示した起動パターン２であるＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ７による回転動作を、図７は、図４に示した起動パターン３であるＳＴ１、ＳＴ５、ＳＴ８による回転動作を、図８は、図４に示した起動パターン４であるＳＴ１、ＳＴ５、ＳＴ９による回転動作を示し、前述した図３の実線すなわち通常起動の場合と同一である。
【００１５】
起動パターンの条件を細分化した例を図５〜図８で詳述する。図４のＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ６による起動パターン１では、電力系統母線６の電圧Ｖ、周波数ｆの双方がＶしきい値、ｆしきい値以下の場合であり、重度の過負荷とみなして起動パターン１の急速起動（１０分起動）適用して、図５に示すようにガスタービン１３が２４００ｒｐｍに達する１０分後にサイリスタ起動装置３を切り離す。次に図４のＳＴ１、ＳＴ２、ＳＴ７による中間起動パターンとして起動パターン２では周波数ｆしきい値以上で電圧ＶがＶしきい値以下の場合であり、軽度の過負荷とみなして図６に示すように起動パターン２の１２分起動を適用する。さらに、図４のＳＴ１、ＳＴ５、ＳＴ８による中間起動パターンとして起動パターン３では電圧ＶがＶしきい値以上で周波数ｆがｆしきい値以下の場合であり、例えば発電プラント近傍の工場内で特定の大型機器が運転されていることに起因する過度的な負荷変動とみなし、その大型機器の特性に合わせた図７に示すように１５分後にサイリスタ起動装置３を切り離す起動パターン３の１５分起動を適用する。そして、図４のＳＴ１、ＳＴ５、ＳＴ９による起動パターン４では電圧Ｖ、周波数ｆの双方がＶしきい値、ｆしきい値以上である場合であり、通常起動である２０分起動を適用する。このように所定の時間内にガスタービン１３が所定の回転数に達するまでの起動パターンを複数備えているので、電力系統母線６の負荷状態に応じてより細分化した起動を行うことが可能となり、その結果さらに省エネルギーとなるという効果がある。
【００１６】
実施の形態３．
次に、実施の形態３を図９に基づいて説明する。
前述した実施の形態１の図１ではＶＴ７を電力系統母線６に直接接続して負荷状態を計測する例を示した。ところが、一般に電力系統母線６は発電プラントから離れた遠隔地にあるため、ＶＴ７を電力系統母線６に新規に設置することはコスト上から難しい。このような場合前記ＶＴ７に代替して図９に示すように、発電プラント内に設置されている一般所内向のＶＴ７ａに接続されるプラント制御装置１５に電圧変換器１６と周波数変換器１７を設け、前記プラント制御装置１５の内部で使用している系統電圧信号を前記電圧変換器１６および周波数変換器１７に送り、変換器信号として制御部８に入力する。これにより制御部８に専用のＶＴ７を設けた発電プラント外部との取り合いが省略され、ケーブル等配線の削減による経済的利点が得られる。尚、上記図９は実施の形態１で説明した図１のＶＴ７に代替してプラント制御装置１５を設けたものであり、その他は図１の構成と同様であるので説明を省略している。
【００１７】
実施の形態４．
前述した実施の形態１では、起動パターンを選択する制御部８を設けていたが、この実施の形態４では図１０で示すようにサイリスタ起動装置３ａ内に起動パターンを選択する制御部８を設けることで、図１に示したような別置きの制御部８を省略している。このようにこの実施の形態４では起動パターンを選択する制御部８の機能がサイリスタ起動装置内に統合された新たなサイリスタ起動装置３ａとすることで機能の効率化が図れるという効果がある。尚、この実施の形態４においても電力系統母線６の負荷状態の計測は前述した実施の形態３と同様のプラント制御装置１５に使用されている一般所内向のＶＴ７ａを用いると低コストとなる。
【００１８】
実施の形態５．
前述した実施の形態３では、プラント制御装置１５の内部で使用している系統電圧信号を電圧変換器１６、周波数変換器１７に送り、変換器出力信号として制御部８に入力していたが、この実施の形態５では図１１に示すように前述した実施の形態３と同じく、前記変換器出力信号をサイリスタ起動装置３に直接接続し、実施の形態４と同じく起動パターンを選択する制御部８の機能をサイリスタ起動装置３ａ内に設けることで、別置きの制御部８およびサイリスタ起動装置３専用のためのＶＴ７を設けるという発電プラント外部との取り合いを省略することができる。
これによりハードウェア点数、取り合いケーブル等の削減が図れ、また制御面でも起動パターン選択制御と、サイリスタ起動装置３本体の制御が統合されて機能効率化を図れるという利点がある。
【００１９】
尚、前記実施の形態１〜５では、ガスタービン発電プラントの例を示したが、これに限定されず水力揚水発電プラント等、発電機を電動機として用い、直結された回転機を起動するプラントに適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
この発明は、ガスタービン発電システム、コンバインドサイクル発電システム、揚水発電システム等に利用可能である。
【符号の説明】
【００２１】
１  発電機、３  サイリスタ起動装置、６  電力系統母線、７  計器用変成器、
８  制御部、１５  プラント制御装置、１６  電圧変換器、１７  周波数変換器。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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