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公開番号2025038125
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-18
出願番号2024221223,2020153798
出願日2024-12-18,2020-09-14
発明の名称グリッド周波数の過渡事象に対する迅速な負荷サポートのための方法およびシステム
出願人ゼネラルエレクトリックテクノロジーゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング,General Electric Technology GmbH
代理人個人,個人,個人
主分類H02P 9/04 20060101AFI20250311BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】本出願は、グリッド周波数の過渡事象に対する迅速な負荷サポートのための方法およびシステムを提供する。
【解決手段】例示的なシステムは、第1のコントローラを有するタービンと、タービンに結合された発電機であって、発電機は、電力を電気グリッドに提供するように構成される発電機と、直流(DC)電圧およびDC電流を発電機のロータに提供するように構成されたエキサイタとを含んでもよい。エキサイタは、電気グリッドに関連する第1のセットの電気特性を監視し、第1のセットの電気特性に基づいて過渡事象が電気グリッド上に存在することを決定し、過渡事象の通知を第1のコントローラに送信するように構成された第2のコントローラを含んでもよい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ガスタービン（１５０）を使用して迅速な負荷サポートを提供するためのシステム（１００）であって、
第１のコントローラ（２１０）を備えるタービン（１５０）と、
前記タービン（１５０）に結合された発電機（１３０）であって、前記発電機（１３０）は、電力を電気グリッド（１４０）に提供するように構成される発電機（１３０）と、
直流（ＤＣ）電圧およびＤＣ電流を前記発電機（１３０）のロータに提供するように構成されたエキサイタ（１２０）であって、前記エキサイタ（１２０）は、
前記電気グリッド（１４０）に関連する第１のセットの電気特性を監視し、
前記第１のセットの電気特性に基づいて過渡事象が前記電気グリッド（１４０）上に存在することを決定し、
前記過渡事象の通知（２２０）を前記第１のコントローラ（２１０）に送信する
ように構成された第２のコントローラ（２００）を備えるエキサイタ（１２０）と
を備え、
前記第１のコントローラ（２１０）は、前記通知（２２０）に基づいて前記タービン（１５０）の動作を調整するように構成される、
システム（１００）。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記第１のコントローラ（２１０）は、電気電力のモデル化値（２８０）に基づいて前記タービン（１５０）の動作を調整するように構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記第１のコントローラ（２１０）は、電気電力のモデル化値（２８０）を生成するように構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記モデル化値（２８０）は、前記タービン（１５０）での圧縮機の圧縮機吐出圧力に基づいて生成されたメガワットのモデル化値である、請求項３に記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記モデル化値（２８０）は、前記タービン（１５０）の電力計での実際の運動エネルギーの読み取り値を一時的に置き換える、請求項３に記載のシステム（１００）。
【請求項６】
前記第１のコントローラ（２１０）は、前記タービン（１５０）の燃料弁ガバナ（２７０）への燃料需要のダイナミクスを調整するように構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項７】
前記燃料需要のダイナミクスは、柔軟なダイナミクスである、請求項６に記載のシステム（１００）。
【請求項８】
前記燃料需要のダイナミクスは、第１のダイナミクスを第２のダイナミクスと一時的に置き換えることによって調整される、請求項６に記載のシステム（１００）。
【請求項９】
前記第２のダイナミクスは、前記タービン（１５０）の制御された加速度を引き起こす、請求項８に記載のシステム（１００）。
【請求項１０】
前記第２のコントローラ（２００）は、前記電気グリッド（１４０）に関連する周波数、電圧、電流、電力、または力率が閾値を超えて増加または減少するとき、前記過渡事象が前記電気グリッド（１４０）上に存在することを決定する、請求項１に記載のシステム（１００）。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本出願および結果として得られる特許は、一般に、ガスタービンシステムに関し、より具体的には、グリッド周波数の過渡事象に応じた迅速な負荷サポートの提供に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
発電所または発電システムは、他の一次エネルギー源から電気電力を生成することができる。例えば、ガスタービンなどの原動機は、発電機を駆動して電気電力を送電網に供給するガスタービンシャフトを備えた回転機械装置である。次に、送電網は、電気を様々な電力消費者に供給する。発電システムが効果的に動作することを確実にするために、タービンシャフト速度および結果として生じるグリッド周波数は、動作範囲内で互いに同期する必要がある。過渡事象によりグリッド周波数が急激に変化すると、電力が停止する可能性がある。
【０００３】
グリッド周波数の突然の変化などの過渡事象の悪影響は、約５００メガワット（ＭＷ）の負荷容量を提供するグリッドなどの小さなグリッドで増幅される。同じ大きさの負荷の変化がより大きな周波数変化をもたらすため、小さなグリッドは、大きなグリッドよりも安定性が低い場合が多い。したがって、小さなグリッドは、大きなグリッドよりも頻繁に周波数が変化する傾向にある。安定性が欠如していると、停電および／またはグリッドへの電力損失が発生する可能性がある。したがって、グリッド周波数の過渡事象に対して迅速な負荷サポートを提供するシステムおよび方法が、グリッドへの電力の安定性を高めるために望まれている。
【発明の概要】
【０００４】
本出願および結果として得られる特許は、ガスタービンを使用して迅速な負荷サポートを提供するためのシステムを提供する。システムは、第１のコントローラを有するタービンと、タービンに結合された発電機であって、発電機は、電力を電気グリッドに提供するように構成される発電機と、直流（ＤＣ）電圧およびＤＣ電流を発電機のロータに提供するように構成されたエキサイタとを含んでもよい。エキサイタは、電気グリッドに関連する第１のセットの電気特性を監視し、第１のセットの電気特性に基づいて過渡事象が電気グリッド上に存在することを決定し、過渡事象の通知を第１のコントローラに送信するように構成された第２のコントローラを含んでもよい。第１のコントローラは、通知に基づいてタービンの動作を調整するように構成されてもよい。
【０００５】
本出願および結果として得られる特許は、グリッド周波数の過渡事象に対して改善された負荷サポートを提供するための方法をさらに提供する。方法は、第１のコントローラによって、電気グリッドに関連する第１のセットの電気特性を監視することと、第１のコントローラによって、第１のセットの電気特性に基づいて過渡事象が電気グリッド上に存在することを決定することと、過渡事象の通知を第２のコントローラに送信することとを含んでもよい。第２のコントローラは、（ｉ）タービンの燃料弁ガバナへの燃料需要のダイナミクスを調整すること、および（ｉｉ）一次周波数アルゴリズムを調整することによって、通知に基づいてタービンの動作を調整するように構成されてもよい。
【０００６】
本出願および結果として得られる特許は、迅速な負荷サポートを提供するためのシステムをさらに提供する。システムは、第１のコントローラを有する航空転用ガスタービンなどの原動機と、航空転用ガスタービンに結合された発電機であって、発電機は、電力を電気グリッドに提供するように構成される発電機と、直流（ＤＣ）電圧およびＤＣ電流を発電機のロータに提供するように構成されたエキサイタとを含んでもよい。エキサイタは、電気グリッドに関連する第１のセットの電気特性を監視し、第１のセットの電気特性に基づいて過渡事象が電気グリッド上に存在することを決定し、過渡事象の通知を第１のコントローラに送信するように構成された第２のコントローラを含んでもよい。第１のコントローラは、（ｉ）航空転用ガスタービンの燃料弁ガバナへの燃料需要のダイナミクスを調整すること、および（ｉｉ）一次周波数アルゴリズムを調整することによって、通知に基づいて航空転用ガスタービンの動作を調整するように構成されてもよい。
【０００７】
本出願および結果として得られる特許のこれらの特徴および改良ならびに他の特徴および改良は、いくつかの図面および添付の特許請求の範囲と併せて、以下の詳細な説明を検討することにより当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
発電システムの概略図である。
本明細書で説明され得るエキサイタおよびガスタービンに対する制御システムの概略図である。
本明細書で説明され得るグリッド周波数の過渡事象に対する迅速な負荷サポートのための例示的なプロセスフローである。
本明細書で説明され得るグリッド周波数の過渡事象に対する迅速な負荷サポートのための例示的なプロセスフローである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここで図面を参照すると、いくつかの図を通して類似の符号は、類似の要素を指している。図１は、発電システム１００の概略図である。発電システム１００は、他の一次エネルギー源から電気電力を生成する原動機を含み得る。例示的な原動機は、航空転用ガスタービンなどのガスタービン１５０であり得、発電機を駆動して電気電力を送電網に供給するガスタービンシャフトを備えた回転機械装置であってもよく、送電網は、電力をユーザに供給する。他の実施形態は、蒸気タービンなどの異なるタイプのタービンを含んでもよい。故障のない動作のために、タービンシャフト速度および結果として生じるグリッド周波数は、動作範囲内に維持されなければならない。
【００１０】
ガスタービン１５０は、電気グリッド１４０に電力供給する発電機１３０に結合することができる。ガスタービンエンジン１５０は、圧縮機を含むことができる。圧縮機は、流入する空気の流れを圧縮する。圧縮機は、圧縮された空気の流れを燃焼器に供給する。燃焼器は、圧縮された空気の流れを加圧された燃料の流れと混合し、混合物を点火して燃焼ガスの流れを生成する。燃焼ガスの流れは、次いでタービンに供給される。燃焼ガスの流れは、タービンを駆動して機械的仕事を発生する。タービンで発生された機械的仕事は、シャフトおよび発電機１３０などの外部負荷を介して圧縮機を駆動する。
（【００１１】以降は省略されています）

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