(57)【要約】【課題】始動モータ又は作動させるためのスペース及び寄生電力を必要とする機械的及び／又は電気的装置のタイプを必要とせずに、電力網に安定性をもたらすように無効電力を発生及び／又は吸収する同期コンデンサを提供すること。【解決手段】従って、本出願は、同期コンデンサの作動方法を提供する。本方法は、ガスタービンエンジンを全速無負荷条件まで加速するステップと、ガスタービンエンジンに取り付けられた発電機を電力網に接続するステップと、ガスタービンエンジンへの燃料の流れを遮断するステップと、発電機を同期コンデンサモードで作動するステップと、電力網との間で無効電力の生成又は吸収を行うステップと、を含むことができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期コンデンサの作動方法であって、
ガスタービンエンジン（１０）を全速無負荷条件まで加速するステップと、
前記ガスタービンエンジン（１０）に取り付けられた発電機（５０）を電力網（６０）に接続するステップと、
前記ガスタービンエンジン（１０）への燃料の流れを遮断するステップと、
前記発電機（５０）を同期コンデンサモードで作動するステップと、
前記電力網（６０）との間で無効電力の生成又は吸収を行うステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記発電機（５０）を同期コンデンサモードで作動するステップが、前記ガスタービンエンジン（１０）のシャフト（４５）に取り付けられた前記発電機（５０）を維持するステップを含む、請求項１に記載の同期コンデンサの作動方法。
【請求項３】
前記ガスタービンエンジン（１０）のシャフト（４５）に取り付けられた前記発電機（５０）を維持するステップが、前記シャフトの回転を維持するステップを含む、請求項２に記載の同期コンデンサの作動方法。
【請求項４】
前記接続ステップの後に有効電力を生成するステップを更に含む、請求項１に記載の同期コンデンサの作動方法。
【請求項５】
前記ガスタービンエンジン（１０）に燃料補給して、前記電力網（６０）に有効電力を提供するステップを更に含む、請求項１に記載の同期コンデンサの作動方法。
【請求項６】
前記ガスタービンエンジン（１０）への燃料の流れを遮断するステップが、最小条件で前記ガスタービンエンジン（１０）の圧縮機を作動させるステップを含む、請求項１に記載の同期コンデンサの作動方法。
【請求項７】
前記ガスタービンエンジン（１０）への燃料の流れを遮断するステップが、前記ガスタービンエンジン（１０）の燃焼器（２５）への燃料の流れを遮断するステップを含む、請求項１に記載の同期コンデンサの作動方法。
【請求項８】
前記発電機（５０）を電力網（６０）に接続するステップが、発電機サーキットブレーカ（６５）を閉鎖するステップを含む、請求項１に記載の同期コンデンサの作動方法。
【請求項９】
前記発電機（５０）が前記電力網（６０）の周波数、電圧、及び／又は位相角に達すると、前記発電機サーキットブレーカ（６５）が閉鎖される、請求項８に記載の同期コンデンサの作動方法。
【請求項１０】
前記発電機（５０）を同期コンデンサモードで作動するステップが、前記ガスタービンエンジン（１０）が燃焼ガスを生成しないようにするステップを含む、請求項１に記載の同期コンデンサの作動方法。
【請求項１１】
ガスタービンエンジン（１０）であって、
燃焼器（２５）と、
タービン（４０）と、
発電機（５０）と、
シャフト（４５）と、
を備え、前記シャフトが前記タービン（４０）及び前記発電機（５０）を接続し、前記発電機（５０）が有効電力モードであるときに前記タービン（４０）が前記シャフト（４５）を回転させて前記発電機（５０）を駆動し、前記発電機（５０）が同期コンデンサモードであるときに、前記発電機（５０）が前記シャフト（４５）を回転させる、ガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１２】
前記発電機（５０）が、前記電力網（６０）と連通状態にある、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１３】
前記発電機（５０）が有効電力モードであるときに、前記発電機（５０）が、前記電力網（６０）に対する有効電力を生成する、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１４】
前記発電機（５０）が同期コンデンサモードであるときに、前記発電機（５０）が、前記電力網（６０）との間で無効電力を生成又は吸収する、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１５】
前記発電機（５０）が、発電機サーキットブレーカ（６５）を介して前記電力網（６０）と連通状態にある、請求項１２に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１６】
前記有効電力モードにおいて前記燃焼器（２５）への燃料の流れを更に含む、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１７】
前記有効電力モードにおいて前記燃焼器（２５）からの燃焼ガスの流れを更に含む、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１８】
前記同期コンデンサモードにおいては前記燃焼器（２５）への燃料の流れも前記燃焼器（２５）からの燃焼ガスの流れもない、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項１９】
前記タービン（４０）が、前記同期コンデンサモードに入る前に全速無負荷条件で作動する、請求項１１に記載のガスタービンエンジン（１０）。
【請求項２０】
同期コンデンサシステム（１００）であって、
燃焼器（２５）と、
タービン（４０）と、
発電機（５０）と、
シャフト（４５）と、
を備え、前記発電機（５０）が同期コンデンサモードにあり、無効電力を生成又は吸収しているときに、前記シャフト（４５）を自在に回転させる、同期コンデンサシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願及び結果として得られる特許は、全体的に、ガスタービンエンジンに関し、より詳細には、ガスタービンエンジンに取り付けられて、追加の機械的及び／又は電気的構成要素なしで電力網の安定性を提供する同期コンデンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
同期コンデンサは、発電などの幅広い用途で利用されている。同期コンデンサは通常、配電網の状態を調整するのに利用される。同期コンデンサは、自在に回転可能な取り付けられていないシャフトを備えた特殊モータである。同期コンデンサは、配電網上で電圧を維持し及び／又は力率を保持するために、必要に応じて無効電力を生成又は吸収することができる。
【０００３】
同様に、タービン又は他のタイプの動力源によって駆動される同期発電機は、電気エネルギーを発生させるのに電力会社により一般的に使用されている。何年かの使用後、電力会社は、同期発電機を発電ユニットとして使用から引退又は退役させる場合がある。一部の例では、無効電力を発生させ又は電力網から無効電力を吸収するために引退したこれらの同期発電機を同期コンデンサとして使用するのが望ましい場合がある。引退した同期発電機は一般に、同期コンデンサとして使用する前にタービンシャフトから結合解除しなければならない。或いは、始動モータをシャフトに取り付けて、同期発電機を作動速度にまで引き上げることができる。しかしながら、シャフトへの始動モータの取り付けは、多大な時間を要する場合がある。その上、始動モータは、モータ又は同期コンデンサの電気障害、過速度事象、シャフト故障、及び同様のものなどの何らかの作動上の事象に耐えるように設計する必要がある。始動モータ又はシャフトを回転させるのに使用される他の装置を位置決めし駆動するのに十分なスペース量及び動力を必要とする可能性がある。
【０００４】
従って、同期コンデンサの改善及び／又は簡素化に対する要求がある。このような同期コンデンサは、始動モータ又は作動させるためのスペース及び寄生電力を必要とする機械的及び／又は電気的装置のタイプを必要とせずに、電力網に安定性をもたらすよう無効電力を発生及び／又は吸収することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８，５００，９６９号明細書
【発明の概要】
【０００６】
従って、本出願及び結果として得られる特許は、同期コンデンサの作動方法を提供する。本方法は、ガスタービンエンジンを全速無負荷条件まで加速するステップと、ガスタービンエンジンに取り付けられた発電機を電力網に接続するステップと、ガスタービンエンジンへの燃料の流れを遮断するステップと、発電機を同期コンデンサモードで作動するステップと、電力網との間で無効電力の生成又は吸収を行うステップと、を含むことができる。
【０００７】
本出願及び結果として得られる特許は更に、ガスタービンエンジンを提供する。ガスタービンエンジンは、燃焼器、タービン、発電機、並びにタービンと発電機を接続するシャフトを含むことができる。発電機が有効電力モードであるときには、タービンがシャフトを回転させて発電機を駆動し、発電機が同期コンデンサであるときには、発電機がシャフトを回転させて、無効電力を提供する。
【０００８】
本出願及び結果として得られる特許は更に、同期コンデンサシステムを提供する。同期コンデンサシステムは、燃焼器、タービン、発電機、及びシャフトを含むことができる。発電機は、同期コンデンサモードにあるときにシャフトを自在に回転させ、電力網に対して無効電力を提供し吸収する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本明細書で記載される同期コンデンサシステムを備えたガスタービンエンジンの概略図。
【図２】図１の同期コンデンサシステムの動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここで、幾つかの図全体を通して同じ参照符号が同様の要素を表す図面を参照すると、図１は、本明細書で用いることができるガスタービンエンジン１０の概略図を示す。ガスタービンエンジン１０は、圧縮機１５を含むことができる。圧縮機１５は、流入する空気２０の流れを圧縮する。圧縮機１５は、圧縮された空気２０の流れを燃焼器２５に送給する。燃焼器２５は、圧縮した空気２０の流れを燃料３０の加圧流と混合し、この混合気を点火して燃焼ガス３５の流れを生成する。単一の燃焼器２５のみが図示されているが、ガスタービンエンジン１０は、円周方向アレイ又はその他で配列されたあらゆる数の燃焼器２５を含むことができる。次いで、燃焼ガス３５の流れは、タービン４０に送給される。燃焼ガス３５の流れは、タービン４０を駆動して機械的仕事を産出する。タービン４０において産出された機械的仕事は、シャフト４５及び外部負荷（発電機５０及び同様のものなど）を介して圧縮機１５を駆動する。複数の軸受５５は、発電機５０の周りにシャフト４５を支持することができる。発電機５０は、発電機サーキットブレーカ６５を介して電力網６０及び同様のものと連通することができる。他の構成要素及び他の構成を本明細書で使用することができる。
【００１１】
ガスタービンエンジン１０は、天然ガス、液体燃料、種々のタイプのシンガス、及び／又は他のタイプの燃料、並びにこれらの配合物を用いることができる。ガスタービンエンジン１０は、限定ではないが、７又は９シリーズ高出力ガスタービンエンジン及び同様のものなどを含む、ニューヨーク州Ｓｃｈｅｎｅｃｔａｄｙ所在のＧｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって提供される幾つかの様々なガスタービンエンジンのうちの何れかとすることができる。ガスタービンエンジン１０は、異なる構成を有することができ、また、他のタイプの構成要素を用いることもできる。他のタイプのガスタービンエンジンもまた、本明細書で使用することができる。複数のガスタービンエンジン、他のタイプのタービン、及び他のタイプの発電設備もまた、本明細書で共に使用することができる。
【００１２】
本実施例において、発電機５０はまた、本明細書で説明することができる同期コンデンサシステム１００として用いることができる。上述のように始動モータ及び同様のものを用いる代わりに、同期コンデンサシステム１００は、ガスタービンエンジン１０によって速度を引き上げることができる。速度が引き上げられると、シャフト４５は、ガスタービンエンジン１０に取り付けられたままとなり、自在に回転することができる。
【００１３】
同期コンデンサシステム１００の動作の実施例が、図２のフローチャートに示される。ステップ１１０において、ガスタービンエンジン１０は、静的始動又は他のタイプの従来の始動手順により全速無負荷状態まで加速することができる。ステップ１２０において、発電機５０が電力網６０の周波数、電圧、及び／又は位相角に達すると発電機サーキットブレーカ６５を閉鎖することができる。ステップ１３０において、ここで発電機５０は、有効電力モードで電力網６０に対して電力を生成することができる。ステップ１４０において、燃焼器２５への燃料３０の流れを遮断することができ、圧縮機１５は、最小条件で作動することができ、すなわち、始動抽気を開くことができ、入口ガイドベーンを低位置に設定することができ、及び同様のものである。ステップ１５０において、発電機５０の制御装置は、同期コンデンサシステム１００としての作動を開始するよう設定することができる。ステップ１６０において、同期コンデンサシステム１００は、同期コンデンサモードにおいて、電力網６０にメガバール、すなわち、無効電力（ボルト−アンペア無効）の提供を開始することができる。ステップ１７０において、ガスタービンエンジン１０は、必要に応じて、燃料補給及びその後の従来の再始動手順によって再始動することができる。従って、ガスタービンエンジン１０は、再度、有効電力モードで有効電力を生成することができる。
【００１４】
従って、ガスタービンエンジン１０は、有効電力と無効電力の両方を提供して、電力網の安定性を助ける。発電機５０は、有効電力モードの間有効電力を提供し、同期コンデンサモードの間無効電力を提供する。その上、同期コンデンサシステム１００の使用はまた、ターンダウン機能の改善と、全体エミッションの低減を提供する。ガスタービンエンジンは通常、エミッションコンプライアンスを維持するのに必要な最小限負荷を有する。同期コンデンサシステム１００を使用することにより、電力会社は、燃料遮断及びよってゼロエミッション以外は、電力網との同期状態を継続することができる。ガスタービンエンジン１０は、燃料補給して、必要に応じて有効電力を提供することができる。従って、ガスタービンエンジン１０は、クラッチ又はシャフト４５の係合解除及びそれを行うのに必要なスペースを必要とせずに同期コンデンサシステム１００を用いることができる。同期コンデンサシステム１００及び本明細書で記載される方法は、当初の機器又は後付け組み込み装置の一部とすることができる。従って、同期コンデンサシステム１００は、追加の機械的及び／又は電気的構成要素並びに全体として必要とされるスペースを用いることなく、効率的な方法で、電力網の安定性、エミッション低減、及び負荷遮断／負荷制限を提供する。
【００１５】
上記のことは、本出願及びその結果として得られる特許の特定の実施形態にのみに関連している点を理解されたい。添付の請求項及びその均等物によって定義される本発明の全体的な技術的思想及び範囲から逸脱することなく、当業者であれば多くの変更及び修正を本明細書において行うことができる。
【符号の説明】
【００１６】
１０  ガスタービンエンジン
１５  圧縮機
２０  空気
２５  燃焼器
３０  燃料
３５  燃焼ガス
４０  タービン
４５  シャフト
５０  発電機
５５  軸受
６０  電力網
６５  ブレーカ
１００  同期コンデンサシステム
１１０  加速ステップ
１２０  ブレーカ閉鎖ステップ
１３０  電力生成ステップ
１４０  燃料遮断ステップ
１５０  制御装置の調整ステップ
１６０  同期コンデンサとして動作ステップ
１７０  再始動ステップ
【図１】
2016036248.tif 000003
【図２】
2016036248.tif 000004
【外国語明細書】
2016036248000001.pdf