(57)【要約】【課題】周波数変換装置に給電する電源系統の種別に拘わらず、機器の電力損失や劣化の無用な発生を自動的に防止するよう高調波フィルタの投入有無の運用を実現する発電機起動システムを得ることを目的とする。【解決手段】容量が所定の設定値未満の電源系統５より給電してサイリスタ起動装置３を起動する場合、遮断器９を投入、遮断器８を投入、高調波フィルタ４を投入し、そして、遮断器７を投入、サイリスタ起動装置３が起動し、遮断器６投入により発電機２を起動して、高調波フィルタ４の投入で高調波を抑制する。容量が設定値以上の電源系統１１より給電して起動する場合は、遮断器１０を投入、遮断器７を投入、サイリスタ起動装置３が起動し、遮断器６投入により発電機２を起動して、無駄な高調波フィルタ４の投入運転を回避する。【選択図】図１
2012205440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母線に接続された周波数変換装置により、前記母線を介して接続された電源系統から電力供給を受けて可変電圧可変周波数の電圧を発電機に供給し前記発電機を電動機として動作させて前記発電機を起動する発電機起動システムにおいて、
前記母線に遮断器を介して接続された高調波フィルタ、および前記遮断器の開閉を制御する高調波フィルタ制御部を備え、
前記電源系統として複数の電源系統から選択された電源系統が前記母線に接続される場合、前記高調波フィルタ制御部は、前記母線に接続された電源系統の容量が、所定の設定値以上のときは前記遮断器を開、前記設定値未満のときは前記遮断器を閉にそれぞれ制御することを特徴とする発電機起動システム。
【請求項２】
前記母線に同時に接続される電源系統が複数ある場合、前記高調波フィルタ制御部は、前記母線に同時に接続された複数の電源系統の容量和が、前記所定の設定値以上のときは前記遮断器を開、前記設定値未満のときは前記遮断器を閉にそれぞれ制御することを特徴とする請求項１記載の発電機起動システム。
【請求項３】
前記複数の各電源系統の容量に基づき、前記母線に接続される各電源系統または前記母線に同時に接続される複数の電源系統の各組み合わせ毎の前記遮断器の開閉区別を予め設定しておき、前記高調波フィルタ制御部は、前記母線に接続された電源系統または前記母線に同時に接続された複数の電源系統の組み合わせの種別に基づき前記遮断器の開閉を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の発電機起動システム。
【請求項４】
前記母線に発生する高調波を測定する高調波測定器を備え、前記高調波フィルタ制御部は、前記高調波測定器の測定出力が所定の設定値以上となると、その時点から前記発電機の起動動作が終了する時点まで前記遮断器を閉に制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発電機起動システム。
【請求項５】
前記高調波フィルタ制御部は、前記発電機の起動動作の終了後の定常運転において、前記高調波測定器の測定出力が所定の設定値以上となると、その時点以降前記遮断器を閉に制御することを特徴とする請求項４記載の発電機起動システム。
【請求項６】
前記電源系統が非常用発電機の場合、前記高調波フィルタ制御部は、前記遮断器を閉に制御することを特徴とする請求項１記載の発電機起動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電源系統から電力供給を受けて動作する、例えば、サイリスタ起動装置からなる周波数変換装置により発電機を起動する発電機起動システムに係り、特に、このサイリスタ起動装置が複数の電源系統から選択された電源系統により電力供給を受ける発電機起動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン発電設備等では、その大容量化に伴い、コスト面等の要請から、それまでの誘導電動機を使用した始動装置に替わって、いわゆるサイリスタ始動方式が採用されている。このサイリスタ始動方式は、電源系統から給電される周波数変換装置を用い、この周波数変換装置からガスタービン発電機に可変電圧可変周波数の電力を供給し、該発電機を電動機として動作させることによりこのガスタービン発電機を始動させるもので、この周波数変換装置には、主としてサイリスタが用いられることから、サイリスタ始動方式と呼ばれている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、この起動動作において、周波数変換装置から高調波が発生し、これに起因して、電力系統が不安定化したり発電機や負荷機器の損失が増大する等の弊害が生じる場合があり、この弊害を防止するため、特許文献１では、周波数変換装置を少なくとも２台備え、その内の１台の周波数変換装置を逆変換動作を行うアクティブフィルタとして作用させ他の周波数変換装置から発生する高調波を相殺する方式が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２６１４５４号公報（段落００２０、００２１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように、周波数変換装置をアクティブフィルタとして動作させることで高調波を抑制する方式では、周波数変換装置を少なくとも２台必要とするので、設備が大型化、高価とならざるを得ない。
これに対し、パッシブフィルタ、即ち、リアクトルとコンデンサとを使用した高調波フィルタを採用すれば、設備を比較的小型、安価に実現できる利点がある。
【０００６】
ところで、周波数変換装置に給電する電源系統が、複数存在する電源系統の中から、その時点の系統負荷状態等を加味してそのいずれかが選択される場合がある。この場合、選択される電源系統の種別によって、周波数変換装置から発生する高調波の大きさが変動するにも拘わらず、一定容量の高調波フィルタを常に接続して動作させることとすると、この高調波フィルタを構成するリアクトルとコンデンサからは常に一定量以上の電力損失が発生するともに、これら機器の劣化もその分加速されることになるという問題があった。
【０００７】
この発明は、以上のような従来の問題点を解決するためになされたもので、周波数変換装置に給電する電源系統の種別に拘わらず、機器の電力損失や劣化の無用な発生を自動的に防止するよう高調波フィルタの投入有無の運用を実現する発電機起動システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る発電機起動システムは、母線に接続された周波数変換装置により、母線を介して接続された電源系統から電力供給を受けて可変電圧可変周波数の電圧を発電機に供給し該発電機を電動機として動作させて発電機を起動する発電機起動システムにおいて、
母線に遮断器を介して接続された高調波フィルタ、および遮断器の開閉を制御する高調波フィルタ制御部を備え、
電源系統として複数の電源系統から選択された電源系統が母線に接続される場合、高調波フィルタ制御部は、母線に接続された電源系統の容量が、所定の設定値以上のときは遮断器を開、設定値未満のときは遮断器を閉にそれぞれ制御するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る発電機起動システムは、以上のように、高調波フィルタの投入、開放を行う遮断器を、母線に接続された電源系統の容量が、所定の設定値以上のときは開、設定値未満のときは閉にそれぞれ制御する高調波フィルタ制御部を備えたので、周波数変換装置に給電する電源系統の種別に拘わらず、機器の電力損失や劣化の無用な発生を自動的に防止するよう高調波フィルタの投入有無の運用を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１における発電機起動システムの構成図である。
【図２】図１の発電機起動システムにおける起動動作を説明するフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態２における発電機起動システムの構成図である。
【図４】この発明の実施の形態４における発電機起動システムの構成図である。
【図５】この発明の実施の形態５における発電機起動システムの構成図である。
【図６】図５の発電機起動システムにおける起動動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における発電機起動システムの構成図で、周波数変換装置としてサイリスタ起動装置を使用した、いわゆるサイリスタ始動方式を採用するものである。図１において、母線１２には、遮断器７を介してサイリスタ起動装置３が、遮断器８を介して、リアクトルとコンデンサとからなる高調波フィルタ４が、遮断器１４を介して機器負荷１３がそれぞれ接続されている。
また、母線１２には、遮断器９を介して電源系統５が、遮断器１０を介して電源系統１１がそれぞれ接続されており、その時点の系統負荷状態等を加味して、電源系統５と電源系統１１のいずれかが選択されて母線１２に接続され、サイリスタ起動装置３に給電するようになっている。
【００１２】
ガスタービン１により回転駆動される発電機２の起動動作は、サイリスタ起動装置３が、選択された電源系統５または電源系統１１のいずれかから電力供給を受けて可変電圧可変周波数の電圧を発電機２に供給しこの発電機２を電動機として動作させることで行われる。
そして、サイリスタ起動装置３がこの可変電圧可変周波数の電圧を発生する過程で回路に高調波が発生し、発電機２、機器負荷１３更には電源系統５、１１に連なる機器負荷等の発生損失を増大させるおそれがあるので、この高調波成分を抑制するため高調波フィルタ４が設けられている。
【００１３】
制御装置１００は、起動動作を含む発電機２、サイリスタ起動装置３、更には各遮断器の開閉を制御するもので、高調波フィルタ４の投入有無を決める遮断器８の開閉を制御する高調波フィルタ制御部１０１を内部に備えている。
【００１４】
次に、動作、特に、サイリスタ起動装置３に給電する電源系統の種別に応じて遮断器８を開閉する動作を中心に説明する。
ところで、この発明は、サイリスタ起動装置３が可変電圧可変周波数の電圧を発生する場合、これに付随して発生する高調波の大きさは、サイリスタ起動装置３に給電する電源系統の容量の大小によって変化するという周知の現象に着目してなされている。即ち、電源系統の容量が比較的大きい、従って、当該電源系統に連なる負荷量も大きい場合、系統の内部インピーダンスが小さいため発生する高調波成分も比較的小さくなる。逆に、電源系統の容量が比較的小さい、従って、当該電源系統に連なる負荷量も小さい場合、系統の内部インピーダンスが大きいため発生する高調波成分も比較的大きくなる。
【００１５】
一方、投入する高調波フィルタ４は、リアクトル、コンデンサとも一定の特性値を有するものであるので、当然ながら、印加される一定の基本波電圧に対して一定の基本波電流が流れ、高調波成分の発生により生じる損失の大小に拘わらず一定の基本波電流通電に基づく一定量の電力損失が発生する。従って、起動時、常に高調波フィルタ４を投入するものとすると、発生する高調波が小さい場合には、高調波フィルタ４の投入によって却って全発生損失が増大することになり、高調波フィルタ４も無駄に運転されて劣化を速めることになる。
【００１６】
この発明は、これらの事象に着目してなされたもので、その高調波フィルタ制御部１０１は、母線１２に接続された電源系統の容量が、所定の設定値以上のときは発生する高調波成分が比較的小さいことから遮断器８を開にして高調波フィルタ４の無駄な投入運転を防止する。また、母線１２に接続された電源系統の容量が、この設定値未満のときは発生する高調波成分が比較的大きくなることから遮断器８を閉にして高調波フィルタ４を投入しサイリスタ起動装置３から発生する高調波に基づく弊害を防止するわけである。
【００１７】
高調波フィルタ制御部１０１には、サイリスタ起動装置３へ給電する電源系統として選択されうる系統、図１の例では、電源系統５と１１の容量および遮断器８の開閉判別基準とする容量設定値が予め記憶されており、高調波フィルタ制御部１０１は、選択された電源系統の容量と設定値の大小を比較して遮断器８の開閉を制御する。
ところで、この設定値は、サイリスタ起動装置３の容量等の諸元、高調波フィルタ４の容量等の諸元等を勘案して決定されることとなる。
【００１８】
以上の各機器の諸元や選択されうる電源系統の種別が判明している場合は、母線１２に接続される各電源系統毎の遮断器８の開閉区別を予め設定しておき、高調波フィルタ制御部１０１は、母線１２に接続された電源系統の種別に基づき遮断器８の開閉を制御するようにすることもできる。
図２は、この方式を採用した場合の起動時の動作を説明するフローチャートである。ここでは、電源系統１１の容量が大きく、上記設定値以上であり、電源系統５の容量が小さく、上記設定値未満となるとしている。
【００１９】
実際の起動の動作は以下の通りとなる。即ち、設定値以上の容量を有する電源系統１１より電源供給しサイリスタ起動装置３を起動する場合（同図（ａ））、先ず、遮断器１０を投入する。そして、遮断器７を投入、サイリスタ起動装置３が起動し、遮断器６投入により発電機２を起動する。一方、その容量が設定値未満の電源系統５より電源供給しサイリスタ起動装置３を起動する場合（同図（ｂ））、先ず、遮断器９を投入する。そして、遮断器８を投入、高調波フィルタ４を投入し、遮断器７を投入、サイリスタ起動装置３が起動し、遮断器６投入により発電機２を起動する。
【００２０】
以上のように、この発明の実施の形態１の発電機起動システムにおいては、容量が小さい電源系統５より起動する場合に高調波フィルタ４が投入されることにより高調波が抑制され、母線１２に接続されている機器負荷１３等に振動、焼損等の障害が発生することを防ぐ効果がある。また、容量が大きい電源系統１１より起動する場合には発生する高調波も小さいことからそれに基づく弊害もほとんど無く、そして高調波フィルタ４を投入することなくその投入による無駄な電力損失の発生や劣化促進が回避される。しかも、これらの動作が簡便な構成で自動的になされるという利点がある。
【００２１】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２における発電機起動システムの構成図で、先の実施の形態１の図１の回路に、高調波測定器１５を追設している。なお、この高調波測定器１５は、図３では、母線１２に発生する電圧を測定しその電圧測定値から高調波成分を抽出する形式のものであるが、サイリスタ起動装置３から流出する電流を測定しその電流測定値から高調波成分を抽出するものとしても良い。
【００２２】
先の実施の形態１においては、サイリスタ起動装置３が電源系統１１より給電されて起動する場合、遮断器８は開のままで高調波フィルタ４は投入されないが、この実施の形態２における高調波フィルタ制御部１０１Ａは、何らかの事情で発電機２の起動動作の途中で高調波測定器１５が、ある一定以上の高調波を測定すれば、この測定出力を受けて遮断器８を投入する。これにより、高調波フィルタ４が自動で起動され、この状態は発電機２の起動動作が終了する時点まで保持される。
【００２３】
以上のように、この発明の実施の形態２の発電機起動システムにおいては、サイリスタ起動装置３に給電する電源系統５、１１の容量または種別に応じて遮断器８の開閉、従って高調波フィルタ４の開放投入する制御方式に加え、発電機２の起動中に高調波測定器１５がある一定以上の高調波を測定すると遮断器８を投入、高調波フィルタ４を投入するようにしたので、発電機２の起動中における高調波をより一層確実に抑制することが出来るという利点がある。
【００２４】
実施の形態３．
先の実施の形態２では、発電機２の起動動作中に高調波測定器１５がある一定以上の高調波を測定すると遮断器８を投入、高調波フィルタ４を投入するようにしたが、この形態３では、発電機２の起動動作の終了後の定常運転において、高調波測定器１５がある一定以上の高調波を測定すると遮断器８を投入、高調波フィルタ４を投入するようにしたものである。なお、高調波測定器１５の測定結果に基づきなされた遮断器８の閉路状態は、例えば、運転員の判断により手動で開放されるまで保持される。
【００２５】
以上のように、この発明の実施の形態３の発電機起動システムにおいては、発電機２の起動動作中での高調波発生の抑制をより確実なものとするために設けた高調波測定器１５をそのまま流用して、発電機２の起動動作の終了後の定常運転においても動作させることで、定常運転時における高調波抑制が低コストで実現されるという利点がある。
【００２６】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４における発電機起動システムの構成図で、発電機２の起動時、ディーゼル発電機等の非常用発電機１６からサイリスタ起動装置３に給電するものである。
これら非常用発電機１６は非常用電源として使用されるもので、一般に必要となる最小限の容量を備えたものである。従って、この非常用発電機１６を使用してサイリスタ起動装置３を起動させる場合は、有害な高調波の発生が予想されるので、自動的に高調波フィルタ４を投入するようにする。
【００２７】
起動動作は次の通りとなる。即ち、高調波フィルタ制御部１０１Ｂは、遮断器１７を投入、遮断器８を投入して高調波フィルタ４を投入し、遮断器７を投入、サイリスタ起動装置３が起動し、遮断器６投入により発電機２を起動することで、電源系統５、１１以外の非常用発電機１６からサイリスタ起動装置３に電源供給する場合にも自動で高調波フィルタ４を投入することができる。
【００２８】
以上のように、この発明の実施の形態４の発電機起動システムにおいては、電源系統として非常用発電機１６が使用されてサイリスタ起動装置３に給電される場合においても、自動で高調波フィルタ４が投入されて高調波が抑制されるという効果がある。
【００２９】
実施の形態５．
図５は、この発明の実施の形態５における発電機起動システムの構成図で、電源系統５、１１の他に、電源系統１９の合計３系統があり、この内２以上の電源系統を同時に母線１２に接続することでサイリスタ起動装置３を起動する場合である。
図６は、この場合の起動時の動作を説明するフローチャートである。ここでは、電源系統５および１９が共に容量が小さく両者の容量を加えても、先の実施の形態１で説明した所定の設定値に満たず、これに対し、電源系統１１の容量は十分大きいものとしている。
【００３０】
電源系統５と電源系統１９の２系統より電源供給しサイリスタ起動装置３を起動する場合（同図（ａ））、高調波フィルタ制御部１０１Ｃは、先ず、遮断器９、遮断器１８の両方の遮断器を投入する。そして、遮断器８を投入、高調波フィルタ４を投入し、遮断器７を投入、サイリスタ起動装置３が起動し、遮断器６投入により発電機２を起動する。前記組合せ以外の組み合わせで起動する場合（同図（ｂ）））、例えば、電源系統１１、電源系統１９の２系統より電源供給しサイリスタ起動装置３を起動する場合において、先ず、遮断器１０、遮断器１８の両方の遮断器を投入する。そして、遮断器７を投入、サイリスタ起動装置３が起動し、遮断器６投入により発電機２を起動する。
【００３１】
以上のように、この発明の実施の形態５の発電機起動システムにおいては、２以上の電源系統を組み合わせてサイリスタ起動装置３に給電して起動する場合においても、組み合わせた電源系統の容量和が小さく設定値に満たないときは自動的に高調波フィルタ４が投入されることにより高調波が抑制されて高調波に基づく弊害が防止され、組み合わせた電源系統の容量和が大きく設定値以上のときは発生する高調波も小さくそれに基づく弊害もほとんど無いことから高調波フィルタ４を投入せずその投入による無駄な電力損失の発生や劣化促進が回避されるという効果がある。
【００３２】
なお、図６に示す起動動作においては、母線１２に同時に接続される複数の電源系統の各組み合わせ毎の各遮断器の開閉区別を予め設定しておき、高調波フィルタ制御部１０１Ｃは、母線１２に同時に接続された複数の電源系統の組み合わせの種別に基づき各遮断器の開閉を制御するものとしたが、先の実施の形態１においても説明した方式に準じ、母線１２に同時に接続された複数の電源系統の容量和が、所定の設定値以上のときは遮断器８を開として高調波フィルタ４を投入せず、設定値未満のときは遮断器８を閉として高調波フィルタ４を投入するようしても良い。
【符号の説明】
【００３３】
１  ガスタービン、２  発電機、３  サイリスタ起動装置、４  高調波フィルタ、
５，１１，１９  電源系統、６〜１０，１７，１８  遮断器、１２  母線、
１３  機器負荷、１５  高調波測定器、１６  非常用発電機。
【図１】
2012205440.tif 000003
【図２】
2012205440.tif 000004
【図３】
2012205440.tif 000005
【図４】
2012205440.tif 000006
【図５】
2012205440.tif 000007
【図６】
2012205440.tif 000008