JP2003009593A - ガスタービン発電装置 - Google Patents
ガスタービン発電装置Info
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- Inverter Devices (AREA)
Abstract
力率、例えば力率が1の交流電力を商用電源系統側に供
給することができるガスタービン発電装置を提供する。 【解決手段】 高速運転が可能なガスタービンと、該ガ
スタービンにより高速駆動される永久磁石型発電機と、
該発電機により生成される交流電力を商用交流電力に変
換するインバータ装置と、該インバータ装置の出力を商
用交流電源系統に連係させる系統連係装置とを備え、該
系統連係装置は前記商用交流電源系統の電圧を基準とし
て前記インバータ装置の出力電流が前記電圧と同相とな
るように前記インバータ装置を制御する。
Description
置に係り、特に高速運転が可能な小型のガスタービンエ
ンジンと発電機により電力を発生する発電装置に関する
ものである。
備としては、レシプロエンジンを用いた発電装置が知ら
れている。これは、レシプロエンジンに石油等の燃料を
供給して発電機を駆動することで、交流電力を生成する
ものである。係る設備によれば、手軽に交流電力を生成
できるので、非常用発電設備等として広く用いられてい
る。
ェネレーション型の発電設備も工場等の一部に採用され
ている。これは、大型のガスタービンエンジンを用い、
石油またはガス燃料を用いてガスタービンエンジンを駆
動し、これに直結された発電機を駆動して交流電力を生
成するものである。係る設備によれば、発電機で生成さ
れた電力を工場内等で利用することができると共に、ガ
スタービンの排熱を同様に工場内等で利用することで、
総合的なエネルギーの利用効率を高めることができる。
しかしながら、係る設備は大型であり、その据え付け面
積に大きなスペースを必要とし、また設備導入の初期投
資コストが大きいという問題がある。
伴う電力市場のオープン化により地域分散型の電源が注
目されている。小型ガスタービン発電設備で生成された
電力は、自家消費分に対して余剰電力が生じる場合に
は、商用電源系統に連係し、外部に余剰電力を供給でき
ることが好ましい。しかしながら、余剰電力を商用電源
系統に供給するためには、供給電力の電圧、周波数及び
位相等を商用電源系統側に完全に合わせる必要がある。
で、商用電源系統と容易に連係が可能で、任意の力率、
例えば力率が1の交流電力を商用電源系統側に供給する
ことができるガスタービン発電装置を提供することを目
的とするものである。
電装置は、高速運転が可能なガスタービンと、該ガスタ
ービンにより高速駆動される永久磁石型発電機と、該発
電機により生成される交流電力を商用交流電力に変換す
るインバータ装置と、該インバータ装置の出力を商用交
流電源系統に連係させる系統連係装置とを備え、該系統
連係装置は前記商用交流電源系統の電圧を基準として前
記インバータ装置の出力電流が前記電圧と同相又は一定
の位相差となるように前記インバータ装置を制御するこ
とを特徴とするものである。
流電源系統の電圧を検出して該電圧を位相基準信号にし
て、指令電流信号を生成し、前記インバータ装置の出力
電流を検出して該出力電流をフィードバック信号とし、
前記指令電流信号とフィードバック信号とを比較して誤
差信号を生成し、該誤差信号をゼロ又は、一定値とする
ような制御信号を形成し、該制御信号に基づいて前記イ
ンバータ装置を制御することを特徴とするものである。
統の電圧を基準としてインバータ装置の出力電流が前記
電圧と同相となるように制御するので、インバータ装置
の商用電源系統側への出力電流が商用系統電源の電圧と
その位相が完全に一致している。このため、力率100
%の電力を商用電源系統側に出力することができる。こ
れにより、商用電源系統側から見ると、無効電力が一切
供給されないので、極めて良好な系統連係が行える。こ
のような系統連係制御は、商用交流電源系統の電圧を電
圧検出装置(PT)により検出し、インバータ装置の出
力電流を電流検出装置(CT)で検出し、この出力電流
の位相が商用電源系統の電圧の位相と一致するようにイ
ンバータ装置の制御を行うことにより達成される。従っ
て、比較的簡単な構成で、ガスタービンにより直結され
た発電機で形成された電力を、力率100%で商用系統
電源側に送出することが可能となる。なお、位相を任意
に制御することにより、力率を100%以下の所定値に
設定することも可能である。
て、添付図面を参照しながら説明する。
系統とを接続する系統連係装置を示す。インバータ装置
1の出力端子と、商用電源系統の接続端子2との間に
は、インバータ装置1の出力電流を検出する電流検出器
(CT)3と、インバータ装置側の電圧を検出する電圧
検出器(PT)4と、発電装置の出力を電源系統側に接
続するスイッチS2,S3と、商用電源系統側の電圧を
検出する電圧検出器(PT)5とを備えている。CT3
は、インバータ制御部7内の電流検出回路に接続され、
PT4,5は同様にインバータ制御部7内の電圧検出回
路にそれぞれ接続されている。フィルタ回路6は、イン
バータ装置の出力波形が多量の高調波成分を含むので、
これを除去するためのものである。
制御部11を備え、商用交流電源系統の電圧をPT5で
検出した電圧を指令信号とし、インバータ装置1の出力
電流を検出するCT3の信号をフィードバック信号と
し、比較器12でその誤差信号を算定する。そしてPI
D制御部11にて、その誤差信号をゼロとするような制
御信号を形成し、その制御信号に基づいてインバータ装
置の電力スイッチング素子部をPWM制御部13にてパ
ルス幅変調制御を行い、電流信号波形が電圧信号波形に
追従するように制御する。他方で、インバータ制御部7
内には、PID制御部14を備え、商用交流電源系統の
電圧をPT5で検出した電圧を指令信号とし、インバー
タ装置1の出力電圧を検出するPT4の信号をフィード
バック信号とし、比較器15でその誤差信号を算定す
る。そしてPID制御部14にて、その誤差信号をゼロ
とするような制御信号を形成し、その制御信号に基づい
てインバータ装置の電力スイッチング素子部をPWM制
御部13にてそのパルス幅変調制御を行い、インバータ
装置の出力電圧信号波形が商用電源系統側の電圧信号波
形に追従するように制御する。
交流電源系統の電圧に同相となるように制御される例を
示す。図2(a)は、商用交流電源系統の電圧Vに対し
て、インバータ装置の出力電流Iとの間に位相のずれが
存在していることを示している。尚、上述したインバー
タ装置の電流制御においては、基準となる交流電源系統
の電圧と、フィードバック信号として動作するインバー
タ装置の出力電流とは、いずれもそれぞれの振幅で規格
化して、両者の位相のずれがゼロの場合には、誤差信号
がゼロとなるように設定されている。図2(a)に示す
ように、指令信号としての商用交流電源系統の電圧V
と、フィードバック信号としてのインバータ装置の出力
電流Iとの間に誤差εをゼロとする制御信号がPID制
御部11により出力され、これによりインバータ装置の
スイッチング素子のオン・オフ時間が制御される。従っ
て、インバータ装置の出力電流は、図2(b)に示すよ
うに商用交流電源系統の電圧Vに追従し、これとぴった
り位相があった状態となる。尚、PID制御部14によ
り、インバータ装置の出力電圧が商用電源系統側の電圧
にその波形がぴったり一致するように、PWM制御回路
からのパルス幅変調信号で制御することも可能である。
れば、インバータ装置の電力素子のスイッチングを、イ
ンバータ装置の電流出力が商用電源系統の電圧の位相を
基準にして電流指令値を生成し、出力電流が指令値と一
致するように制御するので、インバータ装置の交流出力
電流は高調波成分が極めて少なく、商用電源系統側にお
いて要求されている高調波抑制の基準および力率の基準
に完全に対応することが可能である。また、インバータ
装置の出力側に接続されるフィルタ回路6は、電力スイ
ッチング素子のパルス幅変調による高調波成分を除去で
きれば十分であるので、このフィルタを小型コンパクト
なものとすることができる。
よれば、一般に従来はインバータ装置の出力電圧がフィ
ルタ回路におけるインピーダンス降下分を考慮して商用
電源電圧を基準とした電圧波形を形成するようにしてい
たのと比較して、その回路構成が大幅に簡略化され、ま
た大きなインダクタンス値を有する連係リアクトルも不
要となり、これにより全体の装置構成を小型コンパクト
なものとすることができる。
り、商用電源系統電圧と同一の電圧、周波数、位相の出
力電圧波形をインバータ装置が形成するように制御す
る。この時、スイッチS2は開いたままであるが、スイ
ッチS3は閉じて、商用電源系統電圧の波形がインバー
タ制御部7において検出できるようにしておく。この商
用電源系統の電圧波形はPT5を経由して、インバータ
制御部7の電圧検出部にて検出される。一方で、PT4
を介してインバータ装置の出力電圧波形が同様にインバ
ータ制御部7の電圧検出部で検出される。そして、商用
電源系統の電圧信号を指令値とし、インバータ装置出力
側の電圧信号をフィードバック信号とする電圧PID制
御部14を用いて、インバータ装置の電力素子のスイッ
チングをPWM制御回路13を用いてパルス幅変調制御
する。これにより、インバータ装置の出力側には、商用
電源系統電圧の波形とぴったりと一致した電圧波形が出
力される。この状態で、スイッチS2を閉じることで、
商用電源系統と接続された状態となり、系統連係が開始
される。スイッチS2を閉じると同時にPWM制御部1
3を、電流PID制御部15に切り換える。
するには、燃料制御部によりガスタービンエンジンへの
供給燃料量を増加する。これにより発電出力が増大し、
商用電源系統側に電力が送出される。この時、インバー
タ装置の出力電流波形がCT3の電流検出により検出さ
れる。この電流波形は、フィードバック信号として加算
器12に入力され、一方で商用電源系統の電圧波形を位
相基準信号として生成された電流指令値が加算器12に
入力される。この差分である誤差信号が電流PID制御
部11に入力され、この誤差信号をゼロとするような制
御信号がPWM制御回路13に送られる。この信号に基
づいてインバータ装置1の電力素子のスイッチングのパ
ルス幅変調制御を行うことで、インバータ装置の出力電
流は商用電源系統の電圧波形と一致する。
商用系統電源側に供給される電流は、商用電源系統電圧
に完全に位相が一致したものであり、力率1の電力が商
用電源系統側に供給される。これにより商用電源系統へ
の連係動作が完了する。商用電源系統側への電力の送出
量は、ガスタービンエンジンへの投入エネルギーの量で
決まってくるが、送出電力の電圧と電流の関係は上述し
たPID制御部により常に力率1の関係が保たれる。
述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ること
は勿論である。
ビン発電装置によれば、容易に商用電源系統側と連係す
ることが可能であり、商用電源系統側に任意の力率、例
えば力率が1の電力を供給することができるという優れ
た効果を奏する。
御系を示す図である。
図であり、(b)は系統連係後の電圧と電流の位相が一
致した状態を示す図である。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 高速運転が可能なガスタービンと、該ガ
スタービンにより高速駆動される永久磁石型発電機と、
該発電機により生成される交流電力を商用交流電力に変
換するインバータ装置と、該インバータ装置の出力を商
用交流電源系統に連係させる系統連係装置とを備え、該
系統連係装置は前記商用交流電源系統の電圧を基準とし
て前記インバータ装置の出力電流が前記電圧と同相又は
一定の位相差となるように前記インバータ装置を制御す
ることを特徴とするガスタービン発電装置。 - 【請求項2】 前記インバータ装置の制御は、前記商用
交流電源系統の電圧を検出して該電圧を位相基準信号に
して、指令電流信号を生成し、前記インバータ装置の出
力電流を検出して該出力電流をフィードバック信号と
し、前記指令電流信号とフィードバック信号とを比較し
て誤差信号を生成し、該誤差信号をゼロ又は、一定値と
するような制御信号を形成し、該制御信号に基づいて前
記インバータ装置を制御することを特徴とする請求項1
に記載のガスタービン発電装置。 - 【請求項3】 前記系統連係装置は、前記商用交流電源
系統側にその電圧を検出する電圧検出装置と、前記イン
バータ装置の出力側にその電流を検出する電流検出装置
とを備えたことを特徴とする請求項1に記載のガスター
ビン発電装置。 - 【請求項4】 前記系統連係装置は、インバータ装置出
力の商用交流電源系統への連係前には、前記インバータ
装置の出力電圧が商用交流電源系統の電圧と同相となる
ように制御し、系統への連係後に前記インバータ装置の
出力電流が前記商用電源系統の電圧と同相又は一定の位
相差となるように制御する切換手段を備えたことを特徴
とする請求項1に記載のガスタービン発電装置。 - 【請求項5】 高速運転が可能なガスタービンと、該ガ
スタービンにより高速駆動される永久磁石型発電機と、
該発電機により生成される交流電力を商用交流電力に変
換するインバータ装置と、該インバータ装置の出力を商
用交流電源系統に連係させる系統連係装置とを備え、前
記発電機を起動後に前記商用電源系統の電圧を検出し、
該検出された電圧の波形と一致する出力電圧波形を生成
するようにインバータ装置を制御し、インバータ装置出
力を商用電源系統に接続し、該接続後に前記インバータ
装置の出力電流が前記商用電源系統の電圧と位相が一致
又は一定の位相差を保つように前記インバータ装置を制
御することを特徴とする系統連係方法。
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