(57)【要約】【課題】ターニングギヤによるクロスコンパウンドシステムのロータ同期を提供する。【解決手段】起動中に１つまたは複数のターニングギヤによりクロスコンパウンド発電機システムを同期させるために、ノッチ監視コントローラを介して、第１および第２のロータのそれぞれ第１および第２の角速度を決定する。ノッチ監視コントローラを介して、第１および第２のロータを同時に励磁して、それらの間の電気機械式結合を達成する。ノッチ監視コントローラを介して、オフセットの較正値が一定値であるときの時間の値を決定し、オフセットが第２のロータに対する第１のロータの位相アライメントを代表し、オフセットがそれらの間の成功した電気機械式結合を示す。クロスコンパウンド発電機システムから１つまたは複数のターニングギヤを係合解除する。【選択図】図１
2017169442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
起動中に１つまたは複数のターニングギヤによりクロスコンパウンド発電機システム（１００）を同期させる方法であって、
前記クロスコンパウンド発電機システム（１００）に結合されたノッチ監視コントローラ（１２８）を介して
前記クロスコンパウンド発電機システム（１００）の第１のロータ（１０６）の第１の角速度の値と、
前記クロスコンパウンド発電機システム（１００）の第２のロータ（１０８）の第２の角速度の値と、
を決定することと、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）を介して、前記第１および第２のロータ（１０６、１０８）を同時に励磁して、それらの間の電気機械式結合を達成することと、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）を介して、オフセット（２１６）の較正値が一定値であるときの時間の値を決定することであって、前記オフセット（２１６）が前記第２のロータ（１０８）に対する前記第１のロータ（１０６）の位相アライメントを代表し、前記オフセット（２１６）がそれらの間の成功した電気機械式結合を示す、決定することと、
前記クロスコンパウンド発電機システム（１００）から前記１つまたは複数のターニングギヤを係合解除することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記第１のロータ（１０６）の第１の角速度の値を決定することは、
第１のセンサを介して、前記第１のロータ（１０６）の複数の回転を検知することであって、前記複数の回転の各回転についての第１の経過時間の値が前記第１のロータ（１０６）の第１の回転周期と実質上等しい、検知することと、
第１の回転信号を前記第１のセンサから前記ノッチ監視コントローラ（１２８）に伝達することと、
前記第１の角速度を前記第１の経過時間の前記値から決定することと、
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第２のロータ（１０８）の第２の角速度の値を決定することは、
第２のセンサを介して、前記第２のロータ（１０８）の複数の回転を検知することであって、前記複数の回転の各回転についての第２の経過時間の値が前記第２のロータ（１０８）の第２の回転周期と実質上等しい、検知することと、
第２の回転信号を前記第２のセンサから前記ノッチ監視コントローラ（１２８）に伝達することと、
前記第２の角速度を前記第２の経過時間の前記値から決定することと、
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
オフセット（２１６）の較正値が一定値であるときの時間の値を決定することは、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）を介して、前記第１のロータ（１０６）の第１の回転周期を代表する第１の仮想正弦波と、前記第２のロータ（１０８）の第２の回転周期を代表する第２の仮想正弦波と、を決定することと、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）を介して、
前記第１の仮想正弦波の第１のゼロクロス時間の値と前記第２の仮想正弦波の第２のゼロクロス時間の値との間の差の値と、
前記第１の回転周期を代表する第１の回転信号の第１の到来時間と前記第２の回転周期を代表する第２の回転信号の第２の到来時間との間の差の値と、
の少なくとも一方を決定することと、
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記オフセット（２１６）の前記較正値を、
所定の一定の数の値と、
所定の範囲の一定の数の値と、
の少なくとも一方と比較することを更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２のロータ（１０６、１０８）を同時に励磁することは、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）を介して、
第１の励磁制御信号を前記第１のロータ（１０６）の第１の巻線に結合された第１の励磁システムコントローラに、
第２の励磁制御信号を前記第２のロータ（１０８）の第２の巻線に結合された第２の励磁システムコントローラに、同時に伝達することを含み、前記同時に伝達することが前記第１のロータ（１０６）および前記第２のロータ（１０８）のロックインを促進させ、
前記クロスコンパウンド発電機システム（１００）から前記１つまたは複数のターニングギヤを係合解除することは、
前記クロスコンパウンド発電機システム（１００）および前記ノッチ監視コントローラ（１２８）に結合されたターニングギヤコントローラ（２１２）を介して、前記１つまたは複数のターニングギヤの回転結合する状態の存在または不存在を代表するターニングギヤ信号を、前記第１および第２のロータ（１０６、１０８）の少なくとも一方に、伝達することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）に結合されたヒューマンマシンインタフェース（２１０）を介して、
前記第１の角速度の前記値と、
前記第２の角速度の前記値と、
前記オフセット（２１６）の前記較正値と、
前記オフセット（２１６）の前記較正値が一定であるときの前記時間の前記値と、
前記第１の仮想正弦波と、
前記第２の仮想正弦波と、
前記第１のゼロクロス時間の前記値と前記第２のゼロクロス時間の前記値との間の前記差の前記値と、
前記第１の到来時間と前記第２の到来時間との間の前記差の前記値と、
のうちの少なくとも１つを表示することを更に含む、請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）を介して、前記オフセット（２１６）の前記較正値に実質上等しいバイアスの値を、
前記第１の到来時間と、
前記第２の到来時間と、
前記第１のゼロクロス時間と、
前記第２のゼロクロス時間と、のうちの少なくとも１つに適用することであって、前記適用することが、オフセット（２１６）の前記較正値が一定値であるときの前記時間の後に実行される、適用することと、
前記第１および第２のロータ（１０６、１０８）を前記同時励磁することを繰り返すことであるが、前記オフセット（２１６）の前記較正値が一定でない場合に前記１つまたは複数のターニングギヤを前記クロスコンパウンド発電機システム（１００）から係合解除しないことと、
を更に含む、請求項４記載の方法。
【請求項９】
第１のロータ（１０６）と、第２のロータ（１０８）と、前記第１および第２のロータ（１０６、１０８）の少なくとも一方に結合された１つまたは複数のターニングギヤと、を有するクロスコンパウンド発電機用の同期システムであって、
前記クロスコンパウンド発電機に結合されたノッチ監視コントローラ（１２８）であって、前記ノッチ監視コントローラ（１２８）が、オフセット（２１６）の較正値が一定値であるときの時間の値を決定するように構成され、前記オフセット（２１６）が前記第２のロータ（１０８）に対する前記第１のロータ（１０６）の位相アライメントを代表し、前記オフセット（２１６）がそれらの間の成功した電気機械式結合を示す、ノッチ監視コントローラ（１２８）と、
前記第１のロータ（１０６）の回転を検出するための前記クロスコンパウンド発電機に結合された第１のセンサと、
前記第２のロータ（１０８）の回転を検出するための前記クロスコンパウンド発電機に結合された第２のセンサと、
を含み、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）が、前記オフセット（２１６）の前記値が一定であるときの前記時間の後に前記第１および第２のロータ（１０６、１０８）を同時励磁するように更に構成される、同期システム。
【請求項１０】
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）に結合されたヒューマンマシンインタフェース（２１０）を更に含み、前記ヒューマンマシンインタフェース（２１０）は、前記同期システムに関連する動作情報を表示するように構成され、前記動作情報は、
前記第１のロータ（１０６）の第１の角速度の値と、
前記第２のロータ（１０８）の第２の角速度の値と、
前記オフセット（２１６）の前記較正値と、
前記オフセット（２１６）の前記較正値が一定であるときの前記時間の前記値と、
前記第１のロータ（１０６）の第１の回転周期を代表する第１の仮想正弦波と、
前記第２のロータ（１０８）の第２の回転周期を代表する第２の仮想正弦波と、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項９記載の同期システム。
【請求項１１】
前記クロスコンパウンド発電機は、前記第１のロータ（１０６）に結合された第１の巻線と、前記第２のロータ（１０８）に結合された第２の巻線と、を更に含み、前記同期システムは、励磁システムを更に含み、前記励磁システムは、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）および前記第１の巻線に結合された第１の励磁システムと、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）および前記第２の巻線に結合された第２の励磁システムと、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）および前記第１の励磁システムに結合された第１の励磁システムコントローラと、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）および前記第２の励磁システムに結合された第２の励磁システムコントローラと、を含み、前記ノッチ監視コントローラ（１２８）は、
第１の励磁制御信号を前記第１の励磁システムコントローラに伝達して前記第１の巻線の励磁を促進させると共に、
第２の励磁制御信号を前記第２の励磁システムコントローラに伝達して前記第２の巻線の励磁を促進させるように更に構成される、
請求項９記載の同期システム。
【請求項１２】
前記第１の励磁システムおよび前記第１のロータ（１０６）に結合された第１の界磁遮断器と、
前記第２の励磁システムおよび前記第２のロータ（１０８）に結合された第２の界磁遮断器と、を更に含み、
前記第１の励磁システムコントローラは、第１の界磁遮断器制御信号を前記第１の界磁遮断器に伝達して前記第１の励磁システムから前記第１の巻線への第１の電流の流れを可能にするように構成され、
前記第２の励磁システムコントローラは、第２の界磁遮断器制御信号を前記第２の界磁遮断器に伝達して前記第２の励磁システムから前記第２の巻線への第２の電流の流れを可能にするように構成される、請求項１１記載の同期システム。
【請求項１３】
前記第１の励磁システムおよび前記第２の励磁システムに結合された相互連結部を更に含み、前記相互連結部は、第１および第２の励磁制御信号を共に伝達することを促進させて前記第１および第２のロータ（１０６、１０８）の同時励磁を更に促進させるように構成される、請求項１１記載の同期システム。
【請求項１４】
前記クロスコンパウンド発電機および前記ノッチ監視コントローラ（１２８）に結合されたターニングギヤコントローラ（２１２）を更に含み、前記ターニングギヤコントローラ（２１２）は、前記１つまたは複数のターニングギヤの回転結合する状態の存在または不存在を代表するターニングギヤ信号を、前記第１および第２のロータ（１０６、１０８）の少なくとも一方に、伝達するように構成される、請求項９記載の同期システム。
【請求項１５】
クロスコンパウンド発電機と同期システムとを含む電力発生設備であって、
前記クロスコンパウンド発電機は、
第１のロータ（１０６）を含む第１の発電機と、
第２のロータ（１０８）を含む第２の発電機と、
前記第１および第２のロータ（１０６、１０８）の少なくとも一方に回転可能に結合された１つまたは複数のターニングギヤと、を含み、
前記同期システムは、
前記クロスコンパウンド発電機に結合されたノッチ監視コントローラ（１２８）であって、前記ノッチ監視コントローラ（１２８）が、オフセット（２１６）の較正値が一定値であるときの時間の値を決定するように構成され、前記オフセット（２１６）が前記第２のロータ（１０８）に対する前記第１のロータ（１０６）の位相アライメントを代表し、前記オフセット（２１６）がそれらの間の成功した電気機械式結合を示す、ノッチ監視コントローラ（１２８）と、
前記第１のロータ（１０６）の回転を検出するための前記クロスコンパウンド発電機に結合された第１のセンサと、
前記第２のロータ（１０８）の回転を検出するための前記クロスコンパウンド発電機に結合された第２のセンサと、を含み、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）が、前記オフセット（２１６）の前記値が一定であるときの前記時間の後に前記第１および第２のロータ（１０６、１０８）を同時励磁するように更に構成される、電力発生設備。
【請求項１６】
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）に結合されたヒューマンマシンインタフェース（２１０）を更に含み、前記ヒューマンマシンインタフェース（２１０）は、前記同期システムに関連する動作情報を表示するように構成され、前記動作情報は、
前記第１のロータ（１０６）の第１の角速度の値と、
前記第２のロータ（１０８）の第２の角速度の値と、
前記オフセット（２１６）の前記較正値と、
前記オフセット（２１６）の前記較正値が一定であるときの前記時間の前記値と、
前記第１のロータ（１０６）の第１の回転周期を代表する第１の仮想正弦波と、
前記第２のロータ（１０８）の第２の回転周期を代表する第２の仮想正弦波と、
のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５記載の電力発生設備。
【請求項１７】
前記クロスコンパウンド発電機は、前記第１のロータ（１０６）に結合された第１の巻線と、前記第２のロータ（１０８）に結合された第２の巻線と、を更に含み、前記同期システムは、励磁システムを更に含み、前記励磁システムは、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）および前記第１の巻線に結合された第１の励磁システムと、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）および前記第２の巻線に結合された第２の励磁システムと、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）および前記第１の励磁システムに結合された第１の励磁システムコントローラと、
前記ノッチ監視コントローラ（１２８）および前記第２の励磁システムに結合された第２の励磁システムコントローラと、を含み、前記ノッチ監視コントローラ（１２８）は、
第１の励磁制御信号を前記第１の励磁システムコントローラに伝達して前記第１の巻線の励磁を促進させると共に、
第２の励磁制御信号を前記第２の励磁システムコントローラに伝達して前記第２の巻線の励磁を促進させるように更に構成される、請求項１５記載の電力発生設備。
【請求項１８】
前記第１の励磁システムおよび前記第１のロータ（１０６）に結合された第１の界磁遮断器と、
前記第２の励磁システムおよび前記第２のロータ（１０８）に結合された第２の界磁遮断器と、を更に含み、
前記第１の励磁システムコントローラは、第１の界磁遮断器制御信号を前記第１の界磁遮断器に伝達して前記第１の励磁システムから前記第１の巻線への第１の電流の流れを可能にするように構成され、
前記第２の励磁システムコントローラは、第２の界磁遮断器制御信号を前記第２の界磁遮断器に伝達して前記第２の励磁システムから前記第２の巻線への第２の電流の流れを可能にするように構成される、請求項１７記載の電力発生設備。
【請求項１９】
前記第１の励磁システムおよび前記第２の励磁システムに結合された相互連結部を更に含み、前記相互連結部は、第１および第２の励磁制御信号を共に伝達することを促進させて前記第１および第２のロータ（１０６、１０８）の同時励磁を更に促進させるように構成される、請求項１７記載の電力発生設備。
【請求項２０】
前記クロスコンパウンド発電機および前記ノッチ監視コントローラ（１２８）に結合されたターニングギヤコントローラ（２１２）を更に含み、前記ターニングギヤコントローラ（２１２）は、前記１つまたは複数のターニングギヤの回転結合する状態の存在または不存在を代表するターニングギヤ信号を、前記第１および第２のロータ（１０６、１０８）の少なくとも一方に、伝達するように構成される、請求項１５記載の電力発生設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般的にタービン発電機システムに関し、より詳細には、ターニングギヤによる起動中に２つの発電機を同期させるためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも幾つかの公知の発電機システムは、それら自体の発電機を有する高圧（ＨＰ）ユニットと低圧（ＬＰ）ユニットを含む。公知のクロスコンパウンドタービン発電機システムでは、２極（ＨＰユニット）発電機が、ターニングギヤにより４極（ＬＰユニット）発電機と同期されるとき、励磁用の界磁電圧が、両発電機のロータに同時に加えられる。しかしながら、ターニングギヤによる同期中の同時励磁は、両発電機のロータが励磁されるときのそれらのＮ極とＳ極の場所次第であるので、問題をはらむことがある。公知のクロスコンパウンドタービン発電機システムのターニングギヤ起動の間、単なる励磁を介しただけではどちらの発電機においても極の相対位置を決定することは、不可能ではないにしても困難である。例えば、ＨＰ極がＬＰ極を先導するとき、ＬＰロータは、速度を増してロックする、すなわち、ＨＰロータと「噛合（ｍｅｓｈ）」しなければならず、これによりＬＰロータは、加速するにつれてターニングギヤから外れることがある。加えて、公知のクロスコンパウンドタービン発電機システムのターニングギヤ起動の間、ＬＰロータと噛合するためのＨＰロータの減速は、多くの場合、多大な負荷をターニングギヤモータ上に及ぼし、それは、過負荷トリップ、保全費の増大、および／または故障につながることがある。
【０００３】
似たような結果は、公知のクロスコンパウンド発電機システムにおいて、より大きな界磁電圧が使用されてＬＰおよびＨＰロータに調和してより速く引かせるときに、生じることがある。そういった状況では、励磁界磁電圧が加えられるときＬＰ極がＨＰ極を先導する場合、ＬＰロータは、減速して、ＬＰターニングギヤモータ上に負荷をもたらすと共にＨＰユニットにその加速のせいで噛合解除させることがある。ＬＰおよびＨＰロータが実質上位相を異にする場合、ＨＰユニットは、その同期位置を過ぎてから加速することがあり、回転を停止することがある。両発電機上の磁界が過度に小さい場合、ＬＰロータは、回転し続けるであろうし、ＨＰロータは、停止したままであろう。両ユニット上に十分な磁界が誘導される場合、ＨＰユニットは、どうしても加速し過ぎて、停止して、その後ＬＰ極は対応するＨＰ極に追い付いて、その同期位置に存在するときに再度起動する。
【０００４】
公知のクロスコンパウンドタービン発電機システムによっては、ターニングギヤによるＬＰおよびＨＰ発電機は、両発電機をそれらのそれぞれの同期速度まで上昇させ、次いで、補助の絞り弁を用いることによって同期されることがあり、ＬＰロータ速度は、ＨＰロータ速度に調和するために上昇され、その時点で励磁界磁電圧が加えられる。同期のための同時励磁技術と類似して、絞り弁を用いる速度調和アプローチも、問題を含んでいるかもしれない。そういうことで、公知のクロスコンパウンドタービン発電機システムの少なくとも幾つかでは、同期アプローチの双方は、起動中の冗長な同期時間やターニングギヤの応力および保守費の増大につながることがあり、複雑且つ高額なフィードバックや制御システムを使用することが必要となる。更に、クロスコンパウンドタービン発電機システムのための公知の同期アプローチは、発電システムの保全費と休止時間を一般に増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４，５３６，１２６号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様では、起動中に１つまたは複数のターニングギヤによりクロスコンパウンド発電機システムを同期させる方法が提供される。方法は、ノッチ監視コントローラを介して、第１および第２のロータのそれぞれ第１および第２の角速度を決定することを含む。方法は、ノッチ監視コントローラを介して、第１および第２のロータを同時に励磁して、それらの間の電気機械式結合を達成することを同じく含む。方法は、ノッチ監視コントローラを介して、オフセットの較正値が一定値であるときの時間の値を決定することを更に含み、ここで、オフセットが第２のロータに対する第１のロータの位相アライメントを代表し、オフセットがそれらの間の成功した電気機械式結合を示す。方法は、クロスコンパウンド発電機システムから１つまたは複数のターニングギヤを係合解除することを同じく含む。
【０００７】
他の態様では、クロスコンパウンド発電機用の同期システムが提供される。クロスコンパウンド発電機は、第１のロータと、第２のロータと、第１および第２のロータの少なくとも一方に結合された１つまたは複数のターニングギヤと、を含む。同期システムは、クロスコンパウンド発電機に結合されたノッチ監視コントローラを含み、ノッチ監視コントローラが、オフセットの較正値が一定値であるときの時間の値を決定するように構成され、ここで、オフセットが第２のロータに対する第１のロータの位相アライメントを代表し、オフセットがそれらの間の成功した電気機械式結合を示す。システムは、第１のロータの回転を検出するためのクロスコンパウンド発電機に結合された第１のセンサを同じく含む。システムは、第２のロータの回転を検出するためのクロスコンパウンド発電機に結合された第２のセンサを更に含み、ここで、ノッチ監視コントローラが、オフセットの値が一定であるときの時間の後に第１および第２のロータを同時励磁するように更に構成される。
【０００８】
更に他の態様では、電力発生設備が提供される。電力発生設備は、クロスコンパウンド発電機を含む。クロスコンパウンド発電機は、第１のロータを有する第１の発電機と、第２のロータを有する第２の発電機と、第１および第２のロータの少なくとも一方に回転可能に結合された１つまたは複数のターニングギヤと、を含む。設備は、同期システムを同じく含む。同期システムは、クロスコンパウンド発電機に結合されたノッチ監視コントローラを含み、ここで、ノッチ監視コントローラが、オフセットの較正値が一定値であるときの時間の値を決定するように構成され、オフセットが第２のロータに対する第１のロータの位相アライメントを代表し、オフセットがそれらの間の成功した電気機械式結合を示す。システムは、第１のロータの回転を検出するためのクロスコンパウンド発電機に結合された第１のセンサを同じく含む。システムは、第２のロータの回転を検出するためのクロスコンパウンド発電機に結合された第２のセンサを更に含み、ここで、ノッチ監視コントローラが、オフセットの値が一定であるときの時間の後に第１および第２のロータを同時励磁するように更に構成される。
【０００９】
本開示のこれらや他の特徴、態様、および利点については、以下の詳細な説明が、図面全体にわたって同様の符号が同様の部品を指す添付の図面を参照して解釈されるとき、良好に理解されることになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】例示的なクロスコンパウンド発電機システムの概略図である。
【図２】図１に示したクロスコンパウンド発電機システムで使用することのできる同期前の例示的なロータ同期システムの概略図である。
【図３】図１に示したクロスコンパウンド発電機システムで使用することのできる同期時のロータ同期システムの例示的な実施形態の概略図である。
【図４】図１に示したクロスコンパウンド発電機システムで使用することのできる、１つまたは複数のターニングギヤによりクロスコンパウンド発電機を同期させる例示的な方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
別段の表示がない限り、本明細書で提供する図面は、本開示の実施形態の特徴を示すことを意図している。これらの特徴は、本開示の１つまたは複数の実施形態を含む幅広い多様なシステムに適用可能であると考える。そういうことで、図面は、本明細書に開示した実施形態の実施に必要とされる当業者に公知の従来の特徴をすべて含むべきであることを意味していない。
【００１２】
以下の明細書および特許請求の範囲では、幾つかの用語に言及しており、それらは定義されて次のような意味を有することになっている。
【００１３】
単数形「１つ（ａ）」、「１つ（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上別に規定することが明らかな場合を除いて、複数の参照を含む。
【００１４】
「任意選択の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」または「任意選択で（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、その後に説明する事象若しくは事件が起き得るかまたは起き得ないこと、しかも、その説明がその事象の起きる場合と起きない場合とを含むこと、を意味する。
【００１５】
近似させる用語は、本明細書と特許請求の範囲の全体にわたって使用するとき、差し支えなく変化し得る任意の数量表示を修正するために適用することができ、それが関連する基本機能の変更を招くことはない。したがって、「約（ａｂｏｕｔ）」、「略（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、および、「実質上（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの１つまたは複数の用語によって修正される数値は、その指示した数値に厳格に限定されるべきではない。少なくとも幾つかの場合では、近似させる用語は、その値を測定するための機器の精度に対応することがある。ここで本明細書と特許請求の範囲の全体にわたって、範囲の限定は、組合せおよび／または交換を行うことができ、また、そういった範囲は、文脈上や用語上別に規定することが明らかな場合を除き、同一視されると共にその中に含まれる部分範囲のすべてを含む。
【００１６】
本明細書で使用するとき、用語「プロセッサ」および「コンピュータ」並びに関連する用語、例えば、「処理デバイス」、「演算デバイス」、および「コントローラ」は、コンピュータと当該技術分野で呼ばれるそれらの集積回路だけに限定されず、広く、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および他のプログラマブル回路を指し、それらの用語は、本明細書において置き換え可能に使用される。本明細書で説明する実施形態では、メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読の媒体やフラッシュメモリなどのコンピュータ可読の不揮発性媒体を、それに限定されないが、含むことができる。代わりに、フロッピディスク、コンパクトディスク読取専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、および／またはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）は、同じく使用することができる。同じく、本明細書で説明する実施形態では、追加の入力チャネルは、マウスやキーボードなどのオペレータインタフェースと関連するコンピュータ周辺機器に、それに限定されないが、することができる。代わりに、他のコンピュータ周辺機器は、同じく使用することができ、例えば、スキャナを、それに限定されないが、含むことができる。更にまた、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、オペレータインタフェースモニタを、それに限定されないが、含むことができる。
【００１７】
更にまた、本明細書で使用するとき、用語「リアルタイム」は、関連する事象の発生の時、所定のデータの測定および収集の時、データを処理するとき、および、事象や環境に対するシステムの応答の時、のうちの少なくとも１つを指す。本明細書で説明する実施形態では、それらの活動や事象は、実質上瞬時に起こる。
【００１８】
本明細書で説明するターニングギヤによる起動中に発電機を同期させるためのシステムおよび方法は、それぞれの極の相対位置に関係なく、同期を促進させる。その上、本明細書で説明する実施形態は、クロスコンパウンドタービン発電機システムにおけるターニングギヤ上の過負荷な応力の防止を同じく促進させる。加えて、本明細書で説明する方法は、クロスコンパウンドタービン発電機システムと共に使用するターニングギヤの保全費および故障率の低減を促進させる。更にまた、本明細書で説明する実施形態は、公知のシステムと比べてより大きな界磁電圧の使用を同じく促進させ、クロスコンパウンドタービン発電機システムの高圧（ＨＰ）および低圧（ＬＰ）のロータがより迅速に同期することを可能にすると共に、同期中にＬＰロータ速度をＨＰロータ速度まで導くための補助の絞り弁の使用の必要性を不要にする。最後に、説明する実施形態は、クロスコンパウンドタービン発電機システムの起動中に必要とされる同期時間を削減することと、運転費および休止時間を削減することと、を更に促進させる。
【００１９】
図１は、例示的なクロスコンパウンド発電機システム１００の概略図である。例示的な実施形態では、発電機システム１００は、２極（２−Ｐ）交流（ＡＣ）発電機１０２（すなわち、第１の発電機）と、４極（４−Ｐ）ＡＣ発電機１０４（すなわち、第２の発電機）と、を含む。両発電機１０２および１０４は、それぞれ２−Ｐロータ１０６（すなわち、第１のロータ）および４−Ｐロータ１０８（すなわち、第２のロータ）を含む。両発電機１０２および１０４は、それぞれ非回転のＨＰステータ１１０（すなわち、第１のステータ）および非回転のＬＰステータ１１２（すなわち、第２のステータ）を同じく含む。発電機１０２のロータ１０６は、２−Ｐ  ＡＣ発電機１０２用の原動機として機能する図示しないＨＰタービンに回転可能に結合される。発電機１０４のロータ１０８は、４−Ｐ  ＡＣ発電機１０４用の原動機として機能する図示しないＬＰタービンに回転可能に結合される。両発電機１０２および１０４は、配電網１１５に結合された電気的負荷に三相ＡＣ電力１１４を出力する。
【００２０】
例示的な実施形態では、各ロータ１０６および１０８は、それぞれ各ロータ１０６および１０８の周囲の外側表面に形成されたまたはそれに結合されたＨＰノッチ１１６（すなわち、第１のノッチ）およびＬＰノッチ１１８（すなわち、第２のノッチ）を含む。ＨＰおよびＬＰノッチ１１６および１１８は、限定ではないが角速度（すなわち、毎分回転数（ＲＰＭ））などのロータ１０６および１０８の回転特性の決定を可能にする。更に、例示的な実施形態では、ＨＰセンサ１２０（すなわち、第１のセンサ）とＬＰセンサ１２２（すなわち、第２のセンサ）は、それぞれのＨＰステータ１１０とＬＰステータ１１２に結合される。センサ１２０および１２２は、半径方向内側の検出器端部と半径方向外側のコネクタ端部を含む（それぞれ図示せず）。センサ１２０および１２２は、センサ１２０および１２２の検出器端部に隣接したノッチ１１６および１１８の通過を検出して、ＨＰノッチ信号１２４（すなわち、第１の回転信号）とＬＰノッチ信号１２６（すなわち、第２の回転信号）をノッチ監視コントローラ１２８にそれぞれ伝達する。ノッチ監視コントローラ１２８は、ＨＰセンサ１２０とＬＰセンサ１２２の両方に結合される。ノッチ監視コントローラ１２８は、ノッチ信号１２４および１２６を受け取り、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８の回転特性を、ノントランジェント（ｎｏｎ−ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）なコンピュータ可読の媒体の中にソフトウエアとして記憶されているプログラム命令を介して、決定する。
【００２１】
更に、例示的な実施形態では、クロスコンパウンド発電機システム１００は、２つの励磁システム、ＨＰ励磁システム１２９（すなわち、第１の励磁システム）およびＬＰ励磁システム１３０（すなわち、第２の励磁システム）を含む。ＨＰ界磁遮断器１３２（すなわち、第１の界磁遮断器）は、２−Ｐ  ＡＣ発電機１０２とＨＰ励磁システム１２９の間に結合される。ＬＰ界磁遮断器１３４（すなわち、第２の界磁遮断器）は、４−Ｐ  ＡＣ発電機１０４とＬＰ励磁システム１３０の間に結合される。ＨＰおよびＬＰ励磁システム１２９および１３０は、それぞれ２−Ｐ発電機１０２および４−Ｐ発電機１０４に結合されたＨＰ界磁巻線１３６（すなわち、第１の界磁巻線）およびＬＰ界磁巻線１３８（すなわち、第２の界磁巻線）を励磁するために直流（ＤＣ）を供給する。更にまた、例示的な実施形態では、ＨＰ界磁遮断器１３２およびＬＰ界磁遮断器１３４は、制御可能なスイッチとして機能して、それぞれ励磁システム１２９および１３０から界磁巻線１３６および１３８への電流の流れを可能にすることと阻止することとを交互に行う。
【００２２】
更にまた、例示的な実施形態では、発電機システム１００は、２つの励磁システムコントローラ、ＨＰ励磁システムコントローラ１４０（すなわち、第１の励磁システムコントローラ）およびＬＰ励磁システムコントローラ１４２（すなわち、第２の励磁システムコントローラ）を含む。ＨＰ励磁システム１２９は、ＨＰ励磁システムコントローラ１４０とノッチ監視コントローラ１２８とに結合される。ＬＰ励磁システム１３０は、ＬＰ励磁システムコントローラ１４２とノッチ監視コントローラ１２８とに結合される。その上、例示的な実施形態では、発電機システム１００は、ＨＰ界磁遮断器１３２およびＬＰ界磁遮断器１３４が共に開くことおよび閉じることを交互に行うのを促進させるために、ＨＰ界磁遮断器１３２およびＬＰ界磁遮断器１３４に結合された相互連結部１４３を含む。他の実施形態では、相互連結部１４３は、ＨＰ励磁システム１２９とＬＰ励磁システム１３０の間に結合されない。
【００２３】
その上、例示的な実施形態では、ＨＰ励磁システムコントローラ１４０は、ＨＰ励磁制御信号１４４（すなわち、第１の励磁制御信号）を、ノッチ監視コントローラ１２８におよび／またはそこから、伝達するおよび／または受け取る。同様に、ＬＰ励磁システムコントローラ１４２は、ＬＰ励磁制御信号１４６（すなわち、第２の励磁制御信号）を、ノッチ監視コントローラ１２８におよび／またはそこから、伝達するおよび／または受け取る。同じく、例示的な実施形態では、ＨＰ励磁システムコントローラ１４０は、ＨＰ界磁遮断器制御信号１４８（すなわち、第１の界磁遮断器制御信号）を、ＨＰ界磁遮断器１３２におよび／またはそこから、伝達するおよび／または受け取る。ＬＰ励磁システムコントローラ１４２は、ＬＰ界磁遮断器制御信号１５０（すなわち、第２の界磁遮断器制御信号）を、ＬＰ界磁遮断器１３４におよび／またはそこから、伝達するおよび／または受け取る。他の実施形態では、ＨＰ励磁システムコントローラ１４０および／またはＬＰ励磁システムコントローラ１４２は、ＨＰおよびＬＰ界磁遮断器制御信号１４８および１５０を伝達しないおよび／または受け取らない。ＨＰおよびＬＰ界磁遮断器制御信号１４８および１５０は、２−Ｐおよび４−Ｐ  ＡＣ発電機１０２および１０４、および／または、それぞれＨＰおよびＬＰ界磁遮断器１３２および１３４と２−Ｐおよび４−Ｐ  ＡＣ発電機１０２および１０４に結合されたＤＣ電線路１５２および１５４、に関連する物理的状態に応じて、それぞれＨＰおよびＬＰ界磁遮断器１３２および１３４を開くことと閉じることとを制御する。そういった物理的状態は、限定ではないが電圧、電流、周波数、および位相などの測定可能な電気的パラメータを含んでいてもよい。
【００２４】
動作中、例示的な実施形態では、クロスタービン発電機システム１００は、ターニングギヤの速度に合わせられる。同じく、例示的な実施形態の動作では、２−Ｐロータ１０６は、それに回転可能に結合されたそれ自体のそれぞれのターニングギヤを有し、４−Ｐロータ１０８は、それ自体のそれぞれ別個のターニングギヤを有する。クロスタービン発電機システム１００の起動中、三相ＡＣ電力１１４は、ＨＰおよびＬＰ界磁遮断器（１３２、１３４）が閉じるまで、クロスタービン発電機システム１００に結合された電気的負荷に供給されない。クロスタービン発電機システム１００は、図１のクロスコンパウンド発電機システム１００を囲んでいる破線のボックスで示した電力発生設備１５６の中に位置決めされてその中で動作する。
【００２５】
図２は、クロスコンパウンド発電機システム１００（図１に示した）と共に使用することのできる同期前のロータ同期システム２００の例示的な実施形態の概略図である。例示的な実施形態では、同期の前に、ロータ同期システム２００は、図１を参照して上で示して説明したように、それに結合された２−Ｐロータ１０６、ＨＰノッチ１１６、およびＨＰセンサ１２０を備えた２−Ｐ  ＡＣ発電機１０２を含む。ロータ同期システム２００は、図１を参照して上で示して説明したように、それに結合された４−Ｐロータ１０８、ＬＰノッチ１１８、およびＬＰセンサ１２２を備えた４−Ｐ  ＡＣ発電機１０４を同じく含む。同じく、例示的な実施形態では、ＨＰセンサ１２０およびＬＰセンサ１２２は、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８の１回転につき一度、それぞれＨＰノッチ信号１２４およびＬＰノッチ信号１２６を伝達する。例示的な実施形態では、ＨＰおよびＬＰノッチ信号１２４および１２６は、それぞれ２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８の１回転につき一方形パルスの電気的な方形波パルス（ＨＰ方形波パルス２０２（すなわち、第１の方形波パルス）およびＬＰ方形波パルス２０４（すなわち、第２の方形波パルス））の形式でノッチ監視コントローラ１２８に伝達される。他の実施形態では、ＨＰおよびＬＰノッチ信号１２４および１２６は、例えば、電気的な三角波パルスまたは光パルスなどの電気的な方形波パルス２０２および２０４以外の形式の電気的なパルスとして、および、例えば、１つのロータ１０６および１０８につき１つより多いノッチ１１６および１１８から生じるより高い伝送周波数などの１回転につき１パルス以外の伝送周波数で、ノッチ監視コントローラ１２８に伝達される。
【００２６】
同じく、例示的な実施形態では、ノッチ監視コントローラ１２８は、ノッチ信号１２４および１２６を受け取って、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８の回転特性を決定する。ノッチ監視コントローラ１２８は、ノッチ信号１２４および１２６を使用して、例えば、２−Ｐロータ１０６（すなわち、第１の角速度）および４−Ｐロータ１０８（すなわち、第２の角速度）のＲＰＭを、ロータ１０６および１０８がそれらのそれぞれのターニングギヤによって回転している間であることを限定でなく含めて、決定する。更に、例示的な実施形態では、そういったＲＰＭの決定は、ノッチ監視コントローラ１２８によって使用されて、ＨＰ仮想正弦波２０６（すなわち、第１の仮想正弦波）およびＬＰ仮想正弦波２０８（すなわち、第２の仮想正弦波）を決定する。ＨＰ仮想正弦波２０６は、２−Ｐロータ１０６の１回転につき１つの正弦波周期を含み、ＬＰ仮想正弦波２０８は、４−Ｐロータ１０８の１回転につき２つの正弦波周期を含む。ＨＰおよびＬＰ仮想正弦波２０６および２０８の一方または双方は、ノッチ監視コントローラ１２８に結合されたヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）２１０によって、同期の前に、ロータ同期システム２００のオペレータに表示される。図示しない他の実施形態では、ＨＭＩ２１０は、ロータ同期システム２００の中に含められていない。
【００２７】
例示的な実施形態では、ノッチ監視コントローラ１２８は、２−Ｐロータ１０６の１回転につきＨＰ仮想正弦波２０６の１つの回転周期（すなわち、第１の回転周期）および４−Ｐロータ１０８の１回転につきＬＰ仮想正弦波２０８の１つの回転周期（すなわち、第２の回転周期）を出力する。ＨＰ仮想正弦波２０６およびＬＰ仮想正弦波２０８は、したがって、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８のノッチ１２０および１２２の相対位置にかかわらず、それぞれ２−ＰＡＣ発電機１０２の１つの電気的なサイクルおよび４−Ｐ  ＡＣ発電機１０４の２つの電気的なサイクルを代表する。更にまた、例示的な実施形態では、ロータ同期システム２００は、ターニングギヤコントローラ２１２を含む。ターニングギヤコントローラ２１２は、ターニングギヤ信号２１４を、ノッチ監視コントローラ１２８に／から、伝達するおよび／または受け取る。２−Ｐロータ１０６および／または４−Ｐロータ１０８が、ターニングギヤに依存する（ａｒｅ  ｏｎ）とき、ターニングギヤコントローラ２１２は、第１の値を有するターニングギヤ信号２１４をノッチ監視コントローラ１２８に伝達する。しかしながら、２−Ｐロータ１０６および／または４−Ｐロータ１０８が、ターニングギヤに依存しない（ａｒｅ  ｎｏｔ  ｏｎ）とき、ターニングギヤコントローラ２１２は、第２の値を有するターニングギヤ信号２１４をノッチ監視コントローラ１２８に伝達し、ここでは第２の値は、第１の値と異なる。そういうことで、ターニングギヤ信号２１４は、ＨＭＩ２１０を介した指示を限定でなく含めて、指示を促進させて、ロータ同期システム２００のオペレータに、２−Ｐロータ１０６および／または４−Ｐロータ１０８がターニングギヤに回転可能に結合されているか否かを通知する。
【００２８】
更にまた、ノッチ監視コントローラ１２８は、下で更に説明するように、ロータ同期システム２００を備えたクロスコンパウンド発電機システム１００の較正手続き中に、オフセット２１６の値、例えば、時間、角度、および／またはラジアン値、を同じく決定する。オフセット２１６は、それぞれＨＰ仮想正弦波２０６およびＬＰ仮想正弦波２０８のＨＰゼロクロス時間２１８（すなわち、第１のゼロクロス時間）とＬＰゼロクロス時間２２０（すなわち、第２のゼロクロス時間）の差を表す。そういうことで、オフセット２１６は、第２のロータ１０８に対する第１のロータ１０６の位相アライメントを更に表す。ノッチ監視コントローラ１２８は、２−Ｐロータ１０６のＨＰ回転周期２２２（すなわち、第１の回転周期）および４−Ｐロータ１０８のＬＰ回転周期２２４（すなわち、第２の回転周期）を同じく決定する。ＨＰおよびＬＰ回転周期２２２および２２４の決定した値により、ノッチ監視コントローラ１２８は、クロスコンパウンド発電機システム１００内で２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８がそれぞれ回転するＲＰＭを決定することが可能になる。追加の参照番号は、図２に含められており、図２と図１および下で説明する追加図面との相互参照を容易にしている。
【００２９】
動作中、例示的な実施形態では、較正手続きは、ロータ同期システム２００をクロスコンパウンド発電機システム１００に設置後且つ電力を配電網１１５に供給するためのその使用前に実行されねばならない。発電設備内のロータ同期システム２００を備えたクロスコンパウンド発電機システム１００の最初の起動時に、例えば、ＨＰおよびＬＰ仮想正弦波２０６および２０８は、ターニングギヤによるクロスコンパウンド発電機システム１００の起動中に、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８のためのロータロックシーケンス（ｒｏｔｏｒ  ｌｏｃｋ  ｓｅｑｕｅｎｃｅ）の完了を促進させる。シンクロスコープ（図示せず）などの補助的な機器は、ロータロックシーケンス中に使用してもよい。一般に、発電機システム１００のターニングギヤによる起動中に、ターニングギヤは、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８の回転を加速させ、結果的にそれぞれＲＰＭを増加させて回転周期２２２および２２４を減少させる。ＨＰおよびＬＰ回転周期２２２および２２４を決定することにより、ノッチ監視コントローラ１２８は、ＲＰＭを決定することができ、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８は、クロスコンパウンド発電機システム１００の起動中の任意の所与の時間に回転する。
【００３０】
同じく、動作中、ロータ同期システム２００を備えたクロスコンパウンド発電機システム１００の較正手続きは、ノッチ監視コントローラ１２８によるオフセット２１６の値の決定を含み、ノッチ監視コントローラ１２８が、クロスコンパウンド発電機システム１００のターニングギヤによる起動中に２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８が位相を異にする度合いを、決定することを可能にする。例えば、起動中のターニングギヤによる２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８の加速中、オフセット２１６は、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８の角加速度値を変えることによって、一定の有価値な数（ｖａｌｕｅｄ  ｎｕｍｂｅｒ）にならないであろう。２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８は、それらのそれぞれの同期速度（例えば、ＨＰおよびＬＰ仮想正弦波２０６および２０８並びに／或いはシンクロスコープによって示されるように）よりも低い一定の設定点速度に必ず到達するとは限らないが共に近づくので、ロータロックシーケンスは、２−Ｐ界磁巻線１３６および４−Ｐ界磁巻線１３８の双方を同時に励磁するために実行される。２−Ｐ界磁巻線１３６および４−Ｐ界磁巻線１３８の同時励磁は、オペレータおよび／またはロータ同期システム２００が、４−Ｐロータ１０８（そのターニングギヤにより、起動中に２−Ｐロータ１０６よりも一般に遅く回転する）ＬＰ正弦波２０８が２−Ｐロータ１０６ＨＰ正弦波２０６に追い付こうとしていることを決定するときに開始される。この状態は、４−Ｐロータ１０８の角速度の実質上２倍で回転している２−Ｐロータ１０６に対応する。２−Ｐ界磁巻線１３６および４−Ｐ界磁巻線１３８の同時励磁時に、２−Ｐロータ１０６は、図示しないジョークラッチ機構の動きを介することを限定でなく含めて、励磁と電気機械式結合のせいで加速するために、そのターニングギヤから係合解除される、すなわち、離れる。較正手続き中のこのステップの後、クロスコンパウンド発電機システム１００は、したがって４−Ｐロータ１０８ターニングギヤだけによって回転する。オペレータおよび／またはロータ同期システム２００は、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８の双方の少なくとも２つの完全な回転（すなわち、所定の期間に対応する）に関する回転特性を観察して、上で説明したようにオフセット２１６の値が一定であることを決定することを含めて、成功したロータロックを確認する。図示しない他の実施形態では、所定の期間は、ロータ同期システム２００の構成および／または用途に応じて、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８の２つの回転数より、少ない数、または、多い数、を代表する。
【００３１】
較正手続き中の成功したロータロックシーケンス後、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８は、一定の角速度を獲得し、それらのそれぞれの角加速度値は、２−Ｐロータ１０６が４−Ｐロータ１０８に電気機械式に結合され、結合したユニットとしてクロスコンパウンド発電機システム１００が４−Ｐロータ１０８だけによって回転しているという理由で、共に実質上ゼロになるであろう。その時点で、オフセット２１６の値は、実質上一定の値になるであろう、および／または、所定の公差に限定されるであろう（すなわち、第１の一定の有価値な数から第２の一定の有価値な数の間の許容値の範囲、ここで、第１の一定の有価値な数が第２の一定の有価値な数とは異なる値である）。オフセット２１６が、所定の一定の有価値な数を限定でなく含めて、一定の有価値な数であることをノッチ監視コントローラ１２８によって決定されるとき、オフセット２１６の値は、ノッチ監視コントローラ１２８によってデータとしてメモリに記憶され、また、オペレータおよび／またはロータ同期システム２００によって、他の有形な形式で、例えば、印刷した紙や手書き記入物として、付加的に記録されてもよい。そういうことで、図２に描いたＨＰおよびＬＰ仮想正弦波２０６および２０８は、上で説明したような較正手続きで決定された一定の有価値なオフセット２１６を示す。図２は、再較正を要しない停止事象の後で再開されているロータ同期システム２００を備えた事前較正されたクロスコンパウンドシステム１００を同じく代表する。較正手続きが実行されたと仮定すると、最初の起動後に、ロータ同期システム２００は、図３を参照して下で詳細に説明するように、クロスコンパウンド発電機システム１００の同期を可能にする動作モードに移行する。
【００３２】
図３は、クロスコンパウンド発電機システム１００（図１に示した）で使用することのできる同期時の例示的なロータ同期システム３００概略図である。例示的な実施形態では、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８は、電気的にロックされ、オフセット２１６は、実質上一定の値であり、クロスコンパウンド発電機システム１００がその動作モードに移行するのを促進させる。同じく、例示的な実施形態では、ノッチ監視コントローラ１２８は、オフセット２１６の値に実質上等しいバイアス３０２の値を決定する。ノッチ監視コントローラ１２８は、バイアス３０２の値に実質上等しい或る時間だけＬＰ仮想正弦波２０８をシフトさせるように更に構成され、したがって、ＨＰゼロクロス時間２２０は、ＬＰゼロクロス時間２１８に実質上等しい。代替的な実施形態では、バイアス３０２の値によるＬＰ仮想正弦波２０８のシフトは、較正中に起きる。更に、例示的な実施形態では、ＬＰ仮想正弦波２０８は、右３０４に、すなわち、時間軸３０６上を時間的に先に向かって、シフトする。図示しない他の例示的な実施形態では、ＬＰ仮想正弦波２０８は、オフセット２１６の値が実質上一定（すなわち、実質上定常状態）な値である後でＨＰ仮想正弦波２０６（図２に示す）を時間軸３０６上で先導し、ＨＰ仮想正弦波２０６は、時間軸３０６上を右３０４にシフトする。
【００３３】
同じく、例示的な実施形態では、所定の期間にＨＰ仮想正弦波２０６またはＬＰ仮想正弦波２０８のどちらかにバイアス３０２の値を適用するノッチ監視コントローラ１２８から生じる仮想同期した正弦波３０８の持続は、オペレータおよび／またはロータ同期システム３００を促し、例えば、蒸気を原動機タービンの中に入れることによって、クロスコンパウンド発電機システム１００の角速度を増加させる。したがって、クロスコンパウンド発電機システム１００を加速させることにより、４−Ｐロータ１０８は、図示しないジョークラッチ機構の動きを介することを限定でなく含めて、そのそれぞれのターニングギヤから係合解除される。追加の参照番号は、図３に含められており、図３と下の図４の説明との相互参照を容易にしている。
【００３４】
動作では、例示的な実施形態では、バイアス３０２の値と、ＬＰ仮想正弦波２０８を、時間軸３０６の右３０４に、すなわち、ＨＭＩ２１０に表示されるように、シフトさせることとは、ＬＰノッチ信号１２６としてノッチ監視コントローラ１２８に伝達されたＬＰ方形波パルス２０４のバイアス３０２の値を受け取るタイミング（すなわち、到来時間）に適用するノッチ監視コントローラ１２８によって達成される。そういうことで、同期時のロータ同期システム３００の動作中、ノッチ監視コントローラ１２８は、バイアスした信号３１０を受け取り、バイアスした信号３１０およびＨＰ方形波パルス２０２を受け取るタイミングに基づいてオフセット２１６の安定性を決定する。較正続き中に決定されるオフセット２１６の値、したがって、バイアス３０２の値は、クロスコンパウンド発電機システム１００およびロータ同期システム３００の寿命全体にわたって同じままである。それは、クロスコンパウンド発電機システム１００の動作中の任意の時間、任意の点におけるＨＰノッチ１１６およびＬＰノッチ１１８の相対位置にかかわらず、２−Ｐロータ１０６が４−Ｐロータ１０８に電気的にロックされるときに、それぞれの極のそれらの間の電気機械式結合が、ＨＰノッチ１１６とＬＰノッチ１１８の間の弓状の間隔が常に一定であること、したがって、クロスコンパウンド発電機システム１００およびロータ同期システム３００の所与の設備へのロータのロックイン（ｌｏｃｋ  ｉｎ）時にオフセット２１６およびバイアス３０２が常に一定であること、を確実にするからである。特定の重要な保全事象は、一方若しくは双方のロータ１０６、１０８、一方若しくは双方のセンサ１２０、１２２、および／または、一方若しくは双方のノッチ１１６、１１８、を交換することを限定でなく含めて、オフセット２１６とバイアス３０２の値を新たに決定するための再較正を必要とするであろう。しかしながら、ターニングギヤの一方または双方の交換は、再較正を必要としないであろう。
【００３５】
そういうことで、ロータ１０６および１０８の同時励磁の直後、２−Ｐロータ１０６の第１の角速度の値は、４−Ｐロータ１０８の第２の角速度の値のちょうど２倍であり、ロータ１０６および／または１０８の角速度の連続した調整（すなわち、補助の絞り弁を使用することにより）は、回避される。補助の絞り弁の使用を回避することは、ターニングギヤへの更なる応力を妨げ、したがって、運転費および保全費、並びに故障率を低減させる。同じく、動作中、ロータ１０６および１０８の同時励磁は、発電機システム１００が停止および／または再度起動されるまで、ノッチ監視コントローラ１２８から独立したＨＰおよびＬＰ励磁コントローラ１４０および１４２の動作を可能にする。同様に、ノッチ監視コントローラ１２８から独立したＨＰおよびＬＰ励磁コントローラ１４０および１４２の動作中、センサ１２０および１２２は、動作することが必要でない。他の実施形態では、ノッチ監視コントローラ１２８は、クロスコンパウンド発電機システム１００の動作中、全時間におよび／またはユーザ指定の時間に、ＨＰおよびＬＰ励磁コントローラ１４０および１４２並びに／或いはセンサ１２０および１２２と連携して動作する。
【００３６】
更にまた、ロータ同期システム２００および３００は、公知のクロスコンパウンド発電機システムと比較して、かなり少ない時間で、例えば、２−Ｐロータ１０６の２回転を代表する時間で、より信頼性のあるやり方で、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８が「ロックイン」されることを可能にする。その上、ロータ同期システム２００および３００の動作中、ロータ１０６および１０８の「ロックイン」は、そのより高い励磁界磁電圧を用いて達成することができ、したがって、公知のクロスコンパウンドタービン発電機システムと比較して、発電機システム１００の起動中により少ない同期時間を可能にする。「ロックイン」後、すなわち、発電機システム１００のロータおよびステータ巻線の電気機械式結合後、励磁電圧は、２−Ｐロータ１０６および４−Ｐロータ１０８がそれらのそれぞれの同期速度の３６００ＲＰＭおよび１８００ＲＰＭをそれぞれ達成後、発電機システム１００が同期して配電網の電気的な負荷に結合される直前まで、選択的に調整することができる。
【００３７】
図４は、１つまたは複数のターニングギヤによりクロスコンパウンド発電機システムを同期させる例示的な方法４００のフローチャートであり、クロスコンパウンド発電機システム１００（図１に示した）と共に使用することができる。方法４００の実行中、クロスコンパウンド発電機システム１００に結合された、ノッチ監視コントローラ１２８（図１〜３に示す）などのコントローラは、第１のロータ、例えば、クロスコンパウンド発電機システム１００の２−Ｐロータ１０６（図１〜３に示す）、の第１の角速度の値を決定４０２する。ノッチ監視コントローラ１２８は、第２のロータ、例えば、クロスコンパウンド発電機システム１００の４−Ｐロータ１０８（図１〜３に示す）、の第２の角速度の値を同じく決定４０４する。同じく、方法４００の実行中、ノッチ監視コントローラ１２８などのコントローラは、図２および３を参照して上で示して説明したように、第１および第２のロータを同時に励磁４０４して、それらの間の電気機械式結合を達成する。更に、方法４００の実行中、コントローラは、オフセット、例えば、オフセット２１６、の較正値が一定値であるときの時間の値を決定４０６する。決定する４０６ステップでは、図２および３を参照して上で示して説明したように、オフセットは、第２のロータに対する第１のロータの位相アライメントを代表し、オフセットは、それらの間の成功した電気機械式結合を同じく示す。更にまた、方法４００の実行中、図１〜３を参照して上で示して説明したように、１つまたは複数のターニングギヤは、クロスコンパウンド発電機システムからを係合解除４０８される。
【００３８】
ターニングギヤによる起動中に発電機を同期させるための上記システムおよび方法は、それぞれの極の相対位置に関係なく、同期を促進させる。その上、上記実施形態は、クロスコンパウンドタービン発電機システムにおけるターニングギヤ上の過負荷圧力の防止を同じく促進させる。加えて、上記方法は、クロスコンパウンドタービン発電機システムと共に使用するターニングギヤの保全費および故障率の低減を促進させる。更にまた、上記実施形態は、公知のシステムと比べてより大きな界磁電圧の使用を同じく促進させ、クロスコンパウンドタービン発電機システムのＨＰおよびＬＰロータがより迅速に同期することを可能にすると共に、同期中にＬＰロータ速度をＨＰロータ速度まで導くための補助の絞り弁の使用の必要性を不要にする。最後に、上記実施形態は、クロスコンパウンドタービン発電機システムの起動中に必要とされる同期時間を削減することを更に促進させ、運転費と休止時間を削減する。
【００３９】
ターニングギヤによる起動中に２つの発電機を同期させるためのシステムおよび方法の上記実施形態の例示的な技術的な効果は、次の、（ａ）それぞれの極の相対位置に関係なく、同期を可能にすること、（ｂ）クロスコンパウンドタービン発電機システムにおけるターニングギヤ上の過負荷な応力を防止すること、（ｃ）クロスコンパウンドタービン発電機システムにおけるターニングギヤの保全費を削減すること、（ｄ）ターニングギヤの故障率を削減すること、（ｅ）より大きな界磁電圧の使用を促進させて、クロスコンパウンドタービン発電機システムのＨＰおよびＬＰロータをより迅速に同期させること、（ｆ）クロスコンパウンドタービン発電機システムの同期中にＬＰロータ速度をＨＰロータ速度まで導くための補助の絞り弁の使用の必要性を不要にすること、（ｇ）クロスコンパウンドタービン発電機システムの起動中に必要とされる同期時間を削減すること、および（ｈ）クロスコンパウンドタービン発電機システムの運転費と休止時間を削減すること、のうちの少なくとも１つを含む。
【００４０】
ターニングギヤによる起動中に２つの発電機を同期させるためのシステムおよび方法の例示的な実施形態は、本明細書で説明した特定の実施形態に限定されず、むしろ、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書で説明した他の構成要素および／またはステップから独立して別個に利用することができる。例えば、方法、システム、および装置は、２つ以上の回転機械のロータの同期を必要とする他のシステムおよび関連する方法と組み合わせて使用してもよいが、本明細書で説明したようなシステムおよび方法だけによる実施に限定はされない。むしろ、例示的な実施形態は、様々な用途においてクロスコンパウンドタービンシステムおよび他の関連するシステムの動作の信頼性と効率を向上させるために、起動中に２つの発電機を同期させるためのシステムおよび方法の上記実施形態を使用することから利益を得る可能性のある他の多くの用途、機器、およびシステムと関連して、実施および利用することができる。
【００４１】
本開示の様々な実施形態の特有の特徴は、或る図面では示され、他ではそうでないこともあるが、それは単に便宜のためである。本開示の原理に従い、図面の任意の特徴は、任意の他の図面の任意の特徴と組み合わせて参照および／または権利請求することができる。
【００４２】
実施形態によっては、１つまたは複数の電子装置または演算デバイスの使用を伴う。そういったデバイスは、汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能論理回路（ＰＬＣ）、現場プログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）デバイス、および／または、本明細書で説明した機能を実行できる任意の他の回路若しくは処理デバイス、などのプロセッサ、処理デバイス、またはコントローラを典型的に含む。本明細書で説明した方法は、ストレージデバイスおよび／またはメモリデバスを限定でなく含めて、コンピュータ可読の媒体中に具現化した実行可能な命令として符号化されてもよい。そういった命令は、処理デバイスによる実行時に、本明細書で説明した方法の少なくとも一部分を処理デバイスに実行させる。上の例は、単なる例示であり、したがって、用語プロセッサや処理デバイスの定義および／または意味を限定することを何ら意図していない。
【００４３】
ここに記載した説明は、例を用いて、ベストモードを含めて実施形態を開示していると共に、任意のデバイスやシステムを作製および使用することと任意の組み入れた方法を実行することとを含めて任意の当業者が実施形態を実施できるようにもしている。特許性を有する本開示の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者の想到する他の例を含むことができる。そういった他の例は、特許請求の範囲の文字通りの用語と異ならない構造要素を有する場合に、或いは、特許請求の範囲の文字通りの用語に対する差異の実体がない等価な構造要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内にあることを意図している。
【符号の説明】
【００４４】
１００  クロスコンパウンド発電機システム
１０２  ２極（２−Ｐ）交流（ＡＣ）発電機
１０４  ４極（４−Ｐ）ＡＣ発電機
１０６  ２−Ｐロータ
１０８  ４−Ｐロータ
１１０  ＨＰ非回転ステータ
１１２  ＬＰ非回転ステータ
１１４  三相ＡＣ電力
１１５  配電網
１１６  ＨＰノッチ
１１８  ＬＰノッチ
１２０  ＨＰセンサ
１２２  ＬＰセンサ
１２４  ＨＰノッチ信号
１２６  ＬＰノッチ信号
１２８  ノッチ監視コントローラ
１２９  ＨＰ励磁システム
１３０  ＬＰ励磁システム
１３２  ＨＰ界磁遮断器
１３４  ＬＰ界磁遮断器
１３６  ＨＰ界磁巻線
１３８  ＬＰ界磁巻線
１４０  ＨＰ励磁システムコントローラ
１４２  ＬＰ励磁システムコントローラ
１４３  相互連結部
１４４  ＨＰ励磁制御信号
１４６  ＬＰ励磁制御信号
１４８  ＨＰ界磁遮断器制御信号
１５０  ＬＰ界磁遮断器制御信号
１５２  ＤＣ電線路
１５４  ＤＣ電線路
１５６  電力発生設備
２００  同期前のロータ同期システム
２０２  ＨＰ方形波パルス
２０４  ＬＰ方形波パルス
２０６  ＨＰ仮想正弦波
２０８  ＬＰ仮想正弦波
２１０  ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）
２１２  ターニングギヤコントローラ
２１４  ターニングギヤ信号
２１６  オフセット
２１８  ＬＰゼロクロス時間
２２０  ＨＰゼロクロス時間
２２２  ＨＰ回転周期
２２４  ＬＰ回転周期
３００  同期時のロータ同期システム
３０２  バイアス
３０４  右
３０６  時間軸
３０８  仮想同期した正弦波
３１０  バイアスした信号
４００  方法
４０２  決定すること
４０４  励磁すること
４０６  決定すること
４０８  係合解除すること
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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