JP2002089286A - タービン発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】タービン起動専用のインバータを無くし、ター
ビンを起動することができるタービン発電装置を提供す
ること。 【解決手段】タービン（１）を回転させ発電機（３）に
て発電を行なう際、発電機（３）を電動機として用いタ
ービン（１）を起動するタービン発電装置において、発
電機（３）にて発生した交流電力の周波数を所定値に変
換する周波数変換手段（８２）と、タービン（１）の起
動時に周波数変換手段（８２）から発電機（３）へ電力
が供給され、かつ発電機（３）の発電時に発電機（３）
から周波数変換手段（８２）へ電力が供給されるよう接
続を切り替える切り替え手段（１６，１７）と、この切
り替え手段（１６，１７）により周波数変換手段（８
２）から発電機（３）へ電力が供給される際、前記電力
の周波数を所定値から徐々に増加させるよう制御する制
御手段（１９）と、を具備。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タービンを回転さ
せ発電機にて発電を行なうタービン発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のガスタービン発電装置では、ガス
タービンは超高速で回転するため、一般的にギアを介し
て回転速度を減速させ、通常の５０／６０Ｈｚの発電機
と組み合わせて発電を行なっていた。しかし、減速ギア
を用いると潤滑油が必要となり、機械的な信頼性が低下
する問題が生じる他に、５０／６０Ｈｚの発電機は大型
であるためシステムが大規模になるという問題があっ
た。

【０００３】そこで近年、小型、小容量のマイクロガス
タービンが実用化されつつある。このマイクロガスター
ビンを用いた発電装置では、タービン直結の高速発電機
を使用して発電を行なっている。この構成により、ギア
レスになりタービンの小型化、信頼性が向上するだけで
なく、高速発電機も小型化できる。

【０００４】図３は、従来例に係るマイクロガスタービ
ン発電装置のシステム構成を示す図である。この発電装
置は小型、小容量のガスタービンを用いており、例えば
工場、病院、店等で独立自家用発電等の用途で使われ
る。

【０００５】図３において、発電部１００は、マイクロ
ガスタービン１、コンプレッサ２、及び高速発電機３か
らなる。コンプレッサ２は吸入した空気４を圧縮し、タ
ービン１に供給する。そして、燃料系統５から供給され
た燃焼ガスが、燃焼器６で燃料制御７により燃焼するこ
とで、タービン１が回転される。タービン１が回転する
ことにより、タービン１に直結された高速発電機３が駆
動し発電を行なう。

【０００６】高速発電機３で発電された電力は、インバ
ータ装置（周波数制御装置）８で５０または６０Ｈｚに
周波数変換され、系統連係装置９を介して５０／６０Ｈ
ｚの電力系統１０へ供給される。タービン１で発生した
排ガスは、熱交換器１１で熱交換された後、マフラ１２
から排気されるか、再び燃焼器６へ供給される。

【０００７】このように、高速発電機３により発電され
る電力は周波数が高く、電力系統１０における５０／６
０Ｈｚの周波数として使用できないため、インバータ装
置８にてコンバータとインバータを介して５０／６０Ｈ
ｚに周波数変換されて利用される。

【０００８】最近のタービン直結の発電機を用いて発電
するシステムに、この方式が採用されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図４は、上述した従来
のマイクロガスタービン発電装置の主要部の構成を示す
ブロック図である。図４において図３と同一な部分には
同符号を付してある。図４に示すように、高速発電機３
はマイクロガスタービン１に連結されているとともに、
インバータ装置８のコンバータ８１及びインバータ８２
を介して電力系統１０へ接続されている。また高速発電
機３には、スイッチ１３を介して起動用インバータ１４
が接続されている。起動用インバータ１４には、電力系
統１０またはバッテリー１５が接続されている。

【００１０】一般的に、ガスタービン（ＧＴ）は低回転
数ではトルクが得られないため、タービンが自立して加
速できる回転数になるまで起動用モータ（電動機）で加
速する。マイクロガスタービンの場合は、装置の小型化
のために発電機を起動用モータとして使用している。す
なわち、始動時には、電力系統またはバッテリーからの
入力で別のインバータを通して発電機がモータになりガ
スタービンが起動される。このように、発電機を起動用
モータとして使用する場合、図４に示すように、別置き
の起動用インバータ１４が必要であった。

【００１１】本発明の目的は、タービン起動専用のイン
バータを無くし、タービンを起動することができるター
ビン発電装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明のタービン発電装置は以下の如
く構成されている。

【００１３】本発明のタービン発電装置は、タービンを
回転させ発電機にて発電を行なう際、前記発電機を電動
機として用い前記タービンを起動するタービン発電装置
において、前記発電機にて発生した交流電力の周波数を
所定値に変換する周波数変換手段と、前記タービンの起
動時に前記周波数変換手段から前記発電機へ電力が供給
され、かつ前記発電機の発電時に前記発電機から前記周
波数変換手段へ電力が供給されるよう接続を切り替える
切り替え手段と、この切り替え手段により前記周波数変
換手段から前記発電機へ電力が供給される際、前記電力
の周波数を所定値から徐々に増加させるよう制御する制
御手段と、から構成されている。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態に係
るマイクロガスタービン発電装置の主要部の構成を示す
ブロック図である。図１において図４と同一な部分には
同符号を付してある。なお、このマイクロガスタービン
発電装置における図１以外の部分の構成は、図３に示し
たものと同様である。

【００１５】図１に示すように、発電部１００では高速
発電機３がコンプレッサ２を介してマイクロガスタービ
ン１に連結されている。さらに高速発電機３は、第１ス
イッチ部１６、インバータ装置８、及び第２スイッチ部
１７を介して電力系統１０へ接続されている。第２スイ
ッチ部１７と電力系統１０の間には、負荷１８が接続さ
れている。なお、インバータ装置８は、コンバータ８１
とインバータ８２からなる。第１スイッチ部１６と第２
スイッチ部１７は、マグネットコイル・スイッチからな
る。

【００１６】また、制御部１９は、インバータ８２、第
１スイッチ部１６、及び第２スイッチ部１７に接続され
ている。第１スイッチ部１６の第１接点１６１は、第２
スイッチ部１７の第１接点１７１に接続されており、第
１スイッチ部１６の第２接点１６２は第２スイッチ部１
７の第２接点１７２に接続されている。

【００１７】さらに、第１スイッチ部１６の第１接点１
６１は高速発電機３に接続され、固定片１６３はインバ
ータ装置８のコンバータ８１に接続されている。第２ス
イッチ部１７の固定片１７３はインバータ装置８のイン
バータ８２に接続され、第２接点１７２は電力系統１０
に接続されている。なお、固定片１６３には可動片１６
０が設けられ、固定片１７３には可動片１７０が設けら
れている。

【００１８】図２は、上述した構成をなすマイクロガス
タービン発電装置の起動時における動作手順を示すフロ
ーチャートである。

【００１９】マイクロガスタービン１の起動時に制御部
１９は、ステップＳ１で、第１スイッチ部１６と第２ス
イッチ部１７をＯＮにし、可動片１６０を第２接点１６
２側へ切り替えるとともに、可動片１７０を第１接点１
７１側へ切り替える。これにより、電力系統１０からの
５０／６０Ｈｚの交流電力が、第２スイッチ部１７の第
２接点１７２、第１スイッチ部１６の第２接点１６２、
可動片１６０、固定片１６３を介してインバータ装置８
に供給される。インバータ装置８に供給された交流電力
は、コンバータ８１で直流に変換された後、インバータ
８２に供給される。

【００２０】次に制御部１９は、ステップＳ２で、電圧
値（Ｖ）と周波数（ｆ）が比例関係をなす所定の起動用
制御関数に従い、インバータ８２を起動用に制御する。
このとき制御部１９は、インバータ８２の電圧値を、所
定の最低値から時間経過に従い直線的に増加させる。こ
れにより、インバータ８２から出力される交流電力の周
波数は、時間経過に伴い０Ｈｚから５００Ｈｚ（あるい
は１０００Ｈｚ）まで直線的に増加する。

【００２１】これに従い、インバータ８２から固定片１
７３、可動片１７０、第１接点１７１、第１接点１６１
を介して高速発電機３へ供給される電力の周波数は、０
Ｈｚから５００Ｈｚ（あるいは１０００Ｈｚ）へ直線的
に増加する。これにより、高速発電機３は起動用モータ
となり、停止した状態から徐々に加速される。この高速
発電機３の加速に伴い、マイクロガスタービン１が停止
した状態から徐々に加速される。

【００２２】そして制御部１９は、ステップＳ３で、イ
ンバータ８２の周波数が５００Ｈｚ（あるいは１０００
Ｈｚ）に達したことを検知すると、ステップ４で、第１
スイッチ部１６と第２スイッチ部１７をＯＦＦにし、可
動片１６０を第２接点１６２側から切り離すとともに、
可動片１７０を第１接点１７１側から切り離す。やが
て、マイクロガスタービン１が自立して加速できる回転
数になるまで加速し、通常の自立運転を開始することに
より、高速発電機３が発電を開始する。

【００２３】続いて制御部１９は、ステップＳ５で、第
１スイッチ部１６と第２スイッチ部１７をＯＮにし、可
動片１６０を第１接点１６１側へ切り替えるとともに、
可動片１７０を第２接点１７２側へ切り替える。

【００２４】その後、ステップＳ６で、制御部１９がイ
ンバータ８２を通常動作用に制御することで、高速発電
機３により発生した高周波交流電力は、第１接点１６
１、可動片１６０、固定片１６３を介してコンバータ８
１で直流電力に変換された後、インバータ８２で５０／
６０Ｈｚの交流電力に変換され、固定片１７３、可動片
１７０、第２接点１７２を介して負荷１８と電力系統１
０へ供給される。

【００２５】このように供給された電力は、負荷１８側
で自家用発電として使用されるとともに、電力系統１０
と連係して使用される。

【００２６】本実施の形態のマイクロガスタービン発電
装置によれば、起動時と発電時とで接続を切り替えるこ
とにより、従来では別途必要とされていたタービン起動
用の別置きのインバータを無くし、発電時に用いるイン
バータ８２を起動時にも用いて、０Ｈｚから徐々に周波
数を上げ高速発電機３を徐々に加速し、マイクロガスタ
ービン１を起動することができる。これにより、装置の
小型化とコストダウンが可能になる。

【００２７】また、従来の別置きのインバータは、小型
で容量が少ないため、急速起動ができなかった。このた
め、急速起動するために別置きの大容量インバータが必
要であり、コストアップにつながっていた。しかし、本
実施の形態の構成では、発電された大電力を変換するイ
ンバータを起動用インバータとして兼用するため、大容
量の電流を流すことができ、急峻な起動が可能となる。

【００２８】なお、本発明は上記実施の形態のみに限定
されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施でき
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明のタービン発電装置によれば、起
動時と発電時とで接続を切り替えることにより、従来で
は別途必要とされていたタービン起動専用のインバータ
を無くし、発電時に用いるインバータを起動時にも用い
てタービンを起動することができる。これにより、装置
の小型化とコストダウンが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るマイクロガスタービ
ン発電装置の主要部の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の実施の形態に係るマイクロガスタービ
ン発電装置の起動時における動作手順を示すフローチャ
ート。

【図３】従来例に係るマイクロガスタービン発電装置の
システム構成を示す図。

【図４】従来例に係るマイクロガスタービン発電装置の
主要部の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１００…発電部 １…マイクロガスタービン ２…コンプレッサ ３…高速発電機 ４…空気 ５…燃料系統 ６…燃焼器 ７…燃料制御 ８…インバータ装置 ８１…コンバータ ８２…インバータ ９…系統連係装置 １０…電力系統 １１…熱交換器 １２…マフラ １３…スイッチ １４…起動用インバータ １５…バッテリー １６…第１スイッチ部 １６０…可動片 １６１…第１接点 １６２…第２接点 １６３…固定片 １７０…可動片 １７１…第１接点 １７２…第２接点 １７３…固定片 １８…負荷 １９…制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 正雄 神奈川県相模原市田名3000番地 三菱重工 業株式会社汎用機・特車事業本部内 (72)発明者 森本 雅之 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社産業機器事業部内 (72)発明者 中村 貢 愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱重工業株式会社産業機器事業部内 Ｆターム(参考） 5H590 AA03 AA04 CA08 CA21 CC01 CD01 CD03 CE01 CE02 EA01 EA07 EA10 FA05 FB01 FC12 GA09 HA09

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タービンを回転させ発電機にて発電を行な
   う際、前記発電機を電動機として用い前記タービンを起
   動するタービン発電装置において、 前記発電機にて発生した交流電力の周波数を所定値に変
   換する周波数変換手段と、 前記タービンの起動時に前記周波数変換手段から前記発
   電機へ電力が供給され、かつ前記発電機の発電時に前記
   発電機から前記周波数変換手段へ電力が供給されるよう
   接続を切り替える切り替え手段と、 この切り替え手段により前記周波数変換手段から前記発
   電機へ電力が供給される際、前記電力の周波数を所定値
   から徐々に増加させるよう制御する制御手段と、 を具備したことを特徴とするタービン発電装置。