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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022042494
(43)【公開日】2022-03-14
(54)【発明の名称】相互接続発電による負荷共有
(51)【国際特許分類】
H02J 3/46 20060101AFI20220307BHJP
H02P 9/04 20060101ALI20220307BHJP
【ＦＩ】
H02J3/46
H02P9/04 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021139494
(22)【出願日】2021-08-30
(31)【優先権主張番号】17/010,310
(32)【優先日】2020-09-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(72)【発明者】
【氏名】キャロライナ・レデスマ
(72)【発明者】
【氏名】レネ・グラツィアーノ・トルレス
(72)【発明者】
【氏名】セサル・ウリセス・オルティス・グティエレス
(72)【発明者】
【氏名】マリオ・アルフォンソ・トレホ・チャベス
【テーマコード（参考）】
5G066
5H590
【Ｆターム（参考）】
5G066HA15
5G066HB01
5G066HB03
5H590AB03
5H590CA08
5H590CE01
5H590GA06
5H590JA02
5H590JB02
5H590KK04
(57)【要約】
【課題】発電システムにおける負荷共有のためのモジュールを提供する。
【解決手段】システムおよび方法は、異なる負荷共有シナリオにおいて電力発電機のグループの安定した動作を維持するための負荷共有を提供する。相互接続バス（１７０）を介して、ガスタービン発電機（ＧＴＧ）（１０２）のコントローラ（１０４）は、電力ネットワークの一部であるＧＴＧのセット（ＧＴＧ（１０２）を含む）で生成された電力の指示、および電力ネットワークのステータス変化の指示を受信する。ステータス変化および生成された電力に基づいて、ＧＴＧ（１０２）のコントローラ（１０４）は、電力ネットワークによって生成された電力の変化が発生するかどうか、および新しい電力レベルがＧＴＧ（１０２）によって生成されるかどうかを決定する。
【選択図】図２
【解決手段】システムおよび方法は、異なる負荷共有シナリオにおいて電力発電機のグループの安定した動作を維持するための負荷共有を提供する。相互接続バス（１７０）を介して、ガスタービン発電機（ＧＴＧ）（１０２）のコントローラ（１０４）は、電力ネットワークの一部であるＧＴＧのセット（ＧＴＧ（１０２）を含む）で生成された電力の指示、および電力ネットワークのステータス変化の指示を受信する。ステータス変化および生成された電力に基づいて、ＧＴＧ（１０２）のコントローラ（１０４）は、電力ネットワークによって生成された電力の変化が発生するかどうか、および新しい電力レベルがＧＴＧ（１０２）によって生成されるかどうかを決定する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガスタービン発電機（ＧＴＧ）（１０２）のコントローラ（１０４）において、相互接続バス（１７０）を介して他のＧＴＧ（１２２）のステータスの指示を受信することと、
前記他のＧＴＧ（１２２）の前記ステータスに基づいて、前記コントローラ（１０４）を使用して、前記ＧＴＧ（１０２）によって生成される電力レベルを決定すること（４１０）と、
前記コントローラ（１０４）を使用して、前記電力レベルを出力するように前記ＧＴＧ（１０２）を駆動すること（４１２）と
を含む、方法。
前記他のＧＴＧ（１２２）の前記ステータスに基づいて、前記コントローラ（１０４）を使用して、前記ＧＴＧ（１０２）によって生成される電力レベルを決定すること（４１０）と、
前記コントローラ（１０４）を使用して、前記電力レベルを出力するように前記ＧＴＧ（１０２）を駆動すること（４１２）と
を含む、方法。
【請求項2】
前記指示は、閾値時間にわたって、前記相互接続バス（１７０）を介した前記他のＧＴＧ（１２２）の別のコントローラ（１２４）からの更新がないことを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記指示は、前記相互接続バス（１７０）を介した前記他のＧＴＧ（１２２）の別のコントローラ（１２４）からのメッセージを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記相互接続バス（１７０）は、前記コントローラ（１０４）のための無線接続を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記ステータスは、前記他のＧＴＧ（１２２）のオフラインステータスを含み、前記電力レベルは、初期電力レベルよりも低い、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記ステータスは、オンラインステータスを含み、前記電力レベルは、初期電力レベルよりも高い、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記ＧＴＧ（１０２）の生成された電力を決定すること（４０２）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記生成された電力を前記相互接続バス（１７０）にパブリッシュすること（４０４）を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
前記ＧＴＧ（１０２）および前記他のＧＴＧ（１２２）を備える電力ネットワーク内の接続されたＧＴＧによって生成された電力を取り出すこと（４０６）を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項10】
前記指示を受信する前に前記ＧＴＧ（１２２）がオフラインになるようにスケジュールされたと決定すること（４０８）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記ＧＴＧ（１０２）および前記他のＧＴＧ（１１２）を含む複数の接続されたＧＴＧ内の残りのオンラインＧＴＧが、前記ＧＴＧ（１２２）がオフラインの状態では前記接続されたＧＴＧの閾値電力を満たすことができないと決定することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記電力レベルを決定すること（４１０）は、前記残りのオンラインＧＴＧが前記閾値電力を満たすことができないと決定したことに応じて、前記ＧＴＧ（１０２）の前記スケジュールされたシャットダウンの発生を停止すること（６０６）を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
命令を記憶するメモリ（６８）と、プロセッサ（６６）であって、前記プロセッサ（６６）に、複数のガスタービン発電機（ＧＴＧ）を備える電力ネットワーク内のＧＴＧ（１０２）における発電を制御させる前記命令を実行するように構成されたプロセッサ（６６）とを備えるコントローラ（１０４）であって、前記命令は、前記プロセッサ（６６）によって実行されると、前記プロセッサ（６６）に、
前記複数のＧＴＧの他のＧＴＧ（１３２）が前記他のＧＴＧ（１３２）の最大発電量の閾値内にあるという指示を受信させ（６０２）、前記指示は、前記複数のＧＴＧの前記コントローラ（１０４）を相互接続する相互接続バス（１７０）を介して受信され、
前記ＧＴＧ（１０２）がシャットダウンされるというコマンドを受信させ（６０４）、
前記指示に基づいて、前記ＧＴＧ（１０２）の前記シャットダウンを防止させ（６０６）、オペレータへの警告を送信させる
ように構成されるコントローラ（１０４）
を備える、システム（１０）。
前記複数のＧＴＧの他のＧＴＧ（１３２）が前記他のＧＴＧ（１３２）の最大発電量の閾値内にあるという指示を受信させ（６０２）、前記指示は、前記複数のＧＴＧの前記コントローラ（１０４）を相互接続する相互接続バス（１７０）を介して受信され、
前記ＧＴＧ（１０２）がシャットダウンされるというコマンドを受信させ（６０４）、
前記指示に基づいて、前記ＧＴＧ（１０２）の前記シャットダウンを防止させ（６０６）、オペレータへの警告を送信させる
ように構成されるコントローラ（１０４）
を備える、システム（１０）。
【請求項14】
前記シャットダウンは、前記ＧＴＧ（１０２）のスケジュールされたメンテナンスまたはオフライン期間に対応する、請求項１３に記載のシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書で開示される主題は、一般に、発電システムにおける負荷共有のためのモジュールに関する。具体的には、モジュールは、異なる負荷共有シナリオにおいて電力発電機のグループの安定した動作を維持するために使用される。
【背景技術】
【0002】
発電プラント、海洋掘削プラットフォーム、および石油リグなどの大型産業設備は、信頼性の高い電力供給を維持するために並列構成で動作する複数の発電機を使用することができる。発電システムの安定性を確保するために、負荷共有を使用して、フリート内の発電機全体に均等に負荷を分配および共有する。集中コントローラを使用して、負荷共有および他の並列タスクを管理することができる。しかしながら、集中コントローラが技術的または環境的問題（例えば、異常気象事象）のためにオフラインであるとき、並列タスクが阻害され、発電機間の負荷が不均一に分配され、かつ／または発電が不安定になる場合がある。
【発明の概要】
【0003】
本明細書に開示する特定の実施形態の概要を、以下に記載する。これらの態様は、単にこれらの特定の実施形態の簡単な概要を読者に提供するために提示されており、これらの態様は本開示の範囲を限定することを意図するものではないことを理解されたい。実際、本開示は、以下に記載されない様々な態様を包含することができる。
【0004】
第１の実施形態では、方法が提供される。この方法によれば、ガスタービン発電機（ＧＴＧ）のコントローラは、相互接続バスを介して他のＧＴＧのステータスの指示を受信する。他のＧＴＧのステータスに基づいて、コントローラは、ＧＴＧによって生成される電力レベルを決定し、電力レベルを出力するようにＧＴＧを駆動する。
【0005】
第２の実施形態では、命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体が提供される。命令は、１つまたは複数のプロセッサによって実行されると、１つまたは複数のプロセッサに、ガスタービン発電機（ＧＴＧ）のコントローラにおいて、電力ネットワークの一部であるＧＴＧのセット（ＧＴＧを含む）で生成された電力の指示を受信させる。命令はまた、１つまたは複数のプロセッサに、コントローラにおいて、電力ネットワーク内のスイッチのステータス変化の指示を受信させ、ステータス変化は、電力ネットワークへのＧＴＧのセットのうちの１つの接続、またはグリッドへの電力ネットワークの接続のトグルを含み、指示は、ＧＴＧのセットに対応するコントローラのセットを相互接続する相互接続バスを介して受信される。命令はまた、１つまたは複数のプロセッサに、スイッチのステータスおよび生成された電力に基づいて、電力ネットワークによって生成された電力の変化が発生するかどうかを決定させる。命令はまた、１つまたは複数のプロセッサに、コントローラを使用して、生成された電力を変化させるかどうかの決定に少なくとも部分的に基づいてＧＴＧを駆動させる。
【0006】
第３の実施形態では、システムが提供される。システムは、命令を記憶するメモリと、命令を実行するために使用されるプロセッサとを含むコントローラを含む。命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、ＧＴＧのセットを含む電力ネットワーク内のガスタービン発電機（ＧＴＧ）における発電を制御させる。具体的には、命令は、プロセッサによって実行されると、プロセッサに、ＧＴＧのセットの他のＧＴＧが他のＧＴＧの最大発電量の閾値内にあるという指示を受信させ、指示は、ＧＴＧのセットのコントローラを相互接続する相互接続バスを介して受信される。命令はまた、プロセッサに、ＧＴＧがシャットダウンされるというコマンドを受信させ、指示に基づいて、ＧＴＧのシャットダウンを防止させ、オペレータへの警告を送信させる。
【0007】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、同様の符号は同様の部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】一実施形態による、負荷に電力を供給するように構成されたガスタービンエンジンのブロック図である。
【図2】一実施形態による、負荷共有モジュールを備えたコントローラを有する複数のガスタービン発電機を含む電力グリッドシステムを図示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、１つまたは複数の具体的な実施形態について説明する。これらの実施形態に関する簡潔な説明を提供するために、実際の実施態様に関するすべての特徴について本明細書に説明するわけではない。エンジニアリングまたは設計プロジェクトなどの実際の実施態様の開発においては、開発者の特定の目的を達成するために、例えばシステム関連および事業関連の制約条件への対応など実施態様に特有の決定を数多くしなければならないし、また、これらの制約条件は実施態様ごとに異なる可能性があることを理解されたい。さらに、このような開発努力は、複雑で時間がかかるが、それでもなお本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【0010】
本開示の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、その要素が１つまたは複数存在することを意味することを意図している。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的なものであり、列挙された要素以外のさらなる要素が存在してよいことを意味することを意図している。さらに、以下の説明におけるあらゆる数値例は非限定的なものであることを意図し、したがって追加の数値、範囲、および百分率は開示される実施形態の範囲内にあるものとする。
【0011】
発電システムは、エネルギー源を電力に変換するために使用される。エネルギー源は、水力エネルギー、石炭エネルギー、天然ガスエネルギー、原油エネルギー、原子力エネルギー、太陽エネルギー、または風力エネルギーであってもよい。ガスタービン（燃焼タービンとも呼ばれる）発電プラントは、天然ガスまたは液体燃料で運転される。ガスタービン発電機（ＧＴＧ）は、動作の柔軟性を提供する。例えば、ガスタービンは、電力需要の増加に迅速に対応するように設計された内燃機関の一種である。
【0012】
ＧＴＧの主な構成要素には、上流回転圧縮機、燃焼器、圧縮機と同じシャフト上の下流タービン、および発電機が挙げられる。ガスタービンは、発電機を回転させる運動を発生するために使用されるエンジンである。ガスタービンは、天然ガスまたは液体燃料を回転機械エネルギーに変換し、さらに発電機を駆動して電気エネルギーを発生する燃焼エンジンである。より具体的には、ガスタービンは、空気を吸い込み、吸い込んだ空気を圧縮し、空気を燃料と混合し、空気－燃料混合物を燃焼器に分配し、そこで空気－燃料混合物の燃焼（点火によって引き起こされる）が高温加圧ガスを生成してタービンブレードを旋回させる。タービンブレードの旋回は、タービンブレードに（例えば、シャフトを介して）接続された発電機を駆動し、回転エネルギーを電気に変換する。
【0013】
工場、発電プラント、海洋石油プラットフォーム、または掘削リグなどの産業設備は、信頼性の高い電力供給レベルを維持するために並列構成で動作する複数のＧＴＧを使用することができる。複数のＧＴＧを使用するシステムはＧＴＧを同期させることで、ＧＴＧが並列に動作している。同期の一部として、負荷共有は、フリート内のＧＴＧ全体に負荷を（例えば、比例的／均等に）分配および共有する。フリート内のＧＴＧの少なくともいくつかは、集中コントローラ（マスタコントローラ）と通信する独立したコントローラを有し得る。マスタコントローラは、フリートの並列タスク（負荷共有を含む）を管理することができる。マスタコントローラが技術的／環境的問題（例えば、トラブルシューティング、メンテナンス、または異常気象事象）のためにオフラインであるとき、並列タスクは、オンサイトオペレータによって実行される手動操作（例えば、配電盤構成を使用する）、または利用可能であればバックアップ集中コントローラに切り替えられてもよい。しかしながら、手動操作またはバックアップ集中コントローラを使用すると、動作の複雑さが増し、効率の低下および／またはコストの増加をもたらす可能性がある。
【0014】
本明細書で説明される主題は、異なる負荷共有シナリオにおいてＧＴＧのグループの安定した動作を維持するために使用され得る負荷共有モジュールに関する。ＧＴＧの１つまたは複数に位置する再利用可能で柔軟な負荷共有モジュールは、それぞれのＧＴＧの制御モード（ドループモードまたはアイソクロナスモードなど）を選択するように構成される。制御モードは、相互接続データバスを介したグループ内のＧＴＧ間の通信を通じて共有されるステータスおよび／または他の関連情報に基づく。したがって、負荷共有などの並列タスクのための集中コントローラまたは階層制御システムは省略することができ、および／または集中コントローラとの通信が失敗したときに動作は継続することができる。追加的または代替的に、負荷設定点および他の動作優先度は、サードパーティコントローラによって設定されてもよい。
【0015】
ここで図面を参照すると、図１は、ガスタービンシステム１０の一実施形態のブロック図である。一例として、ガスタービンシステム１０は、複合サイクルシステムの一部であってもよく、かつ／または他のガスタービンシステム１０と組み合わせ、１つまたは複数の負荷１２に電力を供給してもよい。具体的には、ガスタービンシステム１０は、一般に、圧縮空気と燃料１５の混合物（例えば、天然ガス、軽質もしくは重質蒸留油、ナフサ、原油、残油、または合成ガス）を燃焼させることによって負荷１２を駆動するように構成される。燃焼は、１つまたは複数の燃焼室を含むことができる燃焼器１６内で実施される。空気１４は、圧縮機２０において吸気口に入り、濾過され、１つまたは複数の圧縮段を介して圧縮機２０で圧縮される。
【0016】
燃焼器１６内の燃焼プロセスを開始するために、空気１４は、圧縮空気流１８を通って圧縮機２０に注入される。圧縮空気流１８は、燃料１５と混合される。燃料１５と空気１４の混合物を使用して、点火が発生し得る。点火は、ガスタービンシステム１０に電力を供給する高温燃焼ガス２６を発生する。より具体的には、高温燃焼ガス２６は、シャフト３０を介して負荷１２を駆動する１つまたは複数の圧縮段を有するタービン２８を通って流れる。例えば、燃焼ガス２６は、（例えば、対流、膨張などを介して）原動力をタービン２８内のタービンロータブレードに適用し、シャフト３０を回転させることができる。例示的なプロセスでは、高温燃焼ガス２６は、タービン２８内のタービンブレードに、ガスタービンシステム１０の軸に沿ってシャフト３０を回転させることができる。図示のように、駆動シャフト３０は、圧縮機２０または負荷１２を含むガスタービンシステム１０の様々な構成要素に接続することができる。
【0017】
前述のように、駆動シャフト３０は、タービン２８を圧縮機２０に接続してロータを形成することができる。圧縮機２０は、駆動シャフト３０に結合された圧縮機ブレードを含むことができる。したがって、タービン２８内のタービンブレードの回転は、タービン２８を圧縮機２０に接続する駆動シャフト３０に、圧縮機２０内の圧縮機ブレードを回転させることができる。圧縮機２０内の圧縮機ブレードのこの回転は、圧縮機２０に空気１４を圧縮させて圧縮空気流１８を生成させる。前述のように、圧縮空気流１８は次に燃焼器１６に供給され、他の燃焼構成要素と混合される。シャフト３０は、負荷１２に加えて、またはその代わりに圧縮機２０を駆動してもよい。一例として、負荷１２は、ＧＴＧの発電機であってもよい。追加的または代替的に、負荷１２は、とりわけ、プロペラ、変速機、または駆動システムを含んでもよい。
【0018】
タービン２８が高温燃焼ガス２６から仕事を抽出すると、排気ガス流３２を排気セクション３４に提供することができ、そこで排気ガス３２を冷却またはさらに処理することができる。例えば、排気セクション３４は、一酸化炭素（ＣＯ）触媒、ＮＯｘ触媒、未燃焼炭化水素触媒、および／または任意の同様の金属系触媒（例えば、白金系触媒）を含む触媒セクション３６を含み得る。例えば、図示の実施形態では、触媒セクション３６は、排気ガス流３２中のＮＯｘガスを破壊するように構成されたＮＯｘ触媒、またはＣＯ触媒を含むことができる。次いで、排気ガス流３２は、排気セクション３４から出ることができる。
【0019】
図示のように、ガスタービンシステム１０は、コントローラ３８を含む。コントローラ３８は、本明細書に記載の技法を実装するのに有用なオペレーティングシステム、ソフトウェアアプリケーション、およびシステムなどをサポートするために集合的に使用され得る、１つまたは複数のプロセッサ６６およびメモリ６８を含み得る。特に、コントローラ３８は、非一時的機械可読媒体（例えば、メモリ６８）に記憶され、例えば、コントローラ３８に含まれ得る１つまたは複数のプロセッサ６６によって実行されるコードまたは命令を含み得る。プロセッサ６６は、シャフト回転速度、シャフト３０によって駆動される発電機内のガスタービンシステムによって生成された電力の周波数、生成された電力の電圧、１つまたは複数の負荷１２からの需要、または他の適切なパラメータを含む、ガスタービンシステム１０の様々な構成要素からの動作のパラメータを受信することができる（例えば、１つまたは複数のセンサを介して）。いくつかの実施形態では、一部のパラメータは直接測定され、他のパラメータは他の測定値から間接的に決定される。例えば、特定の実施形態では、コントローラ３８は、アルゴリズムモデルまたはルックアップテーブル（例えば、メモリに記憶される）を利用して、様々なパラメータを導出することができる。様々なパラメータは、シャフト３０の動作速度、または電気的パラメータを使用する接続されたＧＴＧを含み得る。電気的パラメータは、発電機（例えば、負荷１２）によって生成された電力の周波数または電圧を含むことができる。さらに、コントローラ３８は、ガスタービンシステム１０の様々な部分の動作を監視することができる。監視されたパラメータは、ガスタービンシステム１０の１つまたは複数の態様の動作パラメータを制御する（例えば、調整する）ために使用されてもよい。
【0020】
図示のように、コントローラ３８は、ガスタービンシステム１０と同じ電力グリッド上に存在する他のオンライン発電システム（例えば、ガスタービン発電機）からの共有動作データ（例えば、オンライン／オフラインステータス、出力電力、周波数、または電圧など）を監視および分析することができる負荷共有（ＬＳ）モジュール３９を含む。監視および分析に基づいて、負荷共有モジュール３９は、ガスタービンシステム１０および／または接続されたグリッドの安定した動作に寄与し得る適切な制御モード（例えば、ドループ速度制御モード）および／または適切な設定点（例えば、周波数または電圧）を決定することができる。次いで、負荷共有モジュール３９は、コントローラ３８に、ガスタービンシステム１０の決定された制御モードおよび／または設定点を選択させることができる。
【0021】
コントローラ３８は、複数の電力システム（例えば、ガスタービンシステムのセット）内の他の発電システムのコントローラから共有動作データを受信することができる。負荷共有モジュール３９は、物理回路を含んでもよく、またはメモリ６８に記憶され、コントローラ３８のプロセッサ６６上で実行される命令を使用して少なくとも部分的に具現化されてもよい。
【0022】
負荷共有は、電力グリッド上の複数の発電システム間の総負荷（例えば、キロワット（ｋＷ）またはキロボルト－アンペア反応性（ＫＶＡＲ））の比例分割として定義することができる。電力グリッドにサービスを提供するＧＴＧのグループ間の相互通信（例えば、コントローラ３８を介して）を通じて、オンラインＧＴＧ全体にわたって比例的に電力グリッドの負荷を分配および共有するための協調調整が行われ得る。例えば、電力グリッドの負荷が増加すると、オンラインＧＴＧの少なくともいくつかは、負荷変化を受け入れるために等しい割合で電力出力を増加させることができる。例えば、ＧＴＧのグループは、電力を海洋掘削プラットフォームに提供するために並列に動作し得る。ＧＴＧのグループの１つがオフラインであるとき、他のオンラインＧＴＧは、相互通信を通じてオフライン信号を受信し、コントローラに、オンラインＧＴＧ間の実現可能な新しい負荷分布を計算させ、計算された新しい負荷分布がグループ内のオンラインＧＴＧの電力定格を超えない場合、比例的に電力出力を増加させることができる。追加的または代替的に、コントローラは、計算された新しい負荷分布がグループ内の１つまたは複数のオンラインＧＴＧの電力定格を超える場合、負荷を共有するためにバックアップＧＴＧを呼び出してもよい。
【0023】
負荷共有は、過負荷および／または安定性の問題を回避するために、複数の発電システムおよび様々な負荷を有する電力グリッドによって使用され得る。前述のように、複数の電力システム内のタスク（負荷共有など）について、負荷共有モジュール３９は、集中コントローラがなくてもフリートメンバの各々からのデータを監視し、安定した動作に寄与する適切な方法を決定する。言い換えれば、本明細書に記載の制御機構は、分散制御システムを提供する。２つ以上の個々の発電システムのコントローラ（例えば、コントローラ３８）は、他の発電システムから動作ステータスおよび他の関連情報を受信する。個々の発電システムのコントローラは、他の発電システムによって提供される情報に基づいて調整を行うことができる。そのような制御機構は、複数の電力システムの柔軟な動作を可能にする。例えば、１つまたは複数の発電システム（例えば、ガスタービンシステム１０）の動作は、始動シーケンスまたはシャットダウンシーケンスの調整および／またはブレーカ動作の結合など、正常および／または異常条件下でのガスタービンまたは現場動作の特定の需要に適合するように調整することができる。
【0024】
再利用可能で柔軟なモジュールとして、負荷共有モジュール３９は、ガスタービンシステム１０の製造中にコントローラ３８に予め設置されてもよく、またはレトロフィットキットおよび／もしくはソフトウェアアップデートとして既存の発電システム（例えば、複数の電力システムのためのバックアップガスタービンシステム）のコントローラに後設置されてもよい。１つまたは複数の実施形態では、負荷共有モジュール３９の実施態様は、発電システムの任意のそれぞれのコントローラ３８が本明細書で説明する技法を実施すること（例えば、ソフトウェアアップデートを用いて）を可能にする、発電システムに既に存在するもの以外の追加の計装を含まなくてもよい。
【0025】
分散発電システムは、以下の動作モード：スタンドアロン動作、電力系統への接続を伴う並列動作、およびアイランド動作（ｉｓｌａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）のうちの１つを使用することができる。各動作モードは、ガスタービン（例えば、ガスタービン燃料制御）および／または電力グリッド内の発電機（例えば、発電機励磁制御）の特定の制御に関連付けることができる。
【0026】
前述のことを念頭に置いて、図２は、複数のガスタービン発電機（ＧＴＧ）およびそれぞれのＧＴＧコントローラを含む電力グリッドシステム１００を図示する。ＧＴＧの各々は、電力グリッド構成、負荷、電気スイッチ（またはブレーカ）状態などに応じて、特定のモード（スタンドアロン、並列、またはアイランド）で動作することができる。電力グリッドシステム１００の構成では、特定の電気スイッチを開閉することにより、３つの動作モードすべてが可能である。
【0027】
図示のように、電力グリッドシステム１００は、主グリッド１６０（例えば、電力系統）と、ローカルグリッド１５０と、発電機グリッド１４０とを含み得る。発電機グリッド１４０は、複数のＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２と、それぞれのＧＴＧコントローラ１０４、１１４、１２４、および１３４とを含むことができる。任意の数（例えば、すべて）のＧＴＧコントローラ１０４、１１４、１２４、および１３４は、図１で説明した負荷共有モジュール３９を含むことができる。電力グリッドシステム１００は、ＧＴＧコントローラ１０４、１１４、１２４、および１３４間の通信を処理するために使用される相互接続データバス１７０を含み得る。様々な電気スイッチ１０６、１１６、１２６、１３６、１５２、および１６２を使用して、電力グリッドシステム１００の接続をトグルで切り替えることができる。
【0028】
スタンドアロン動作では、ＧＴＧは、他のＧＴＧおよび／または主グリッド１６０と接続されない。例えば、図２に示すように、電気スイッチ１５２および１０６が閉じられ、スイッチ１６２、１１６、１４２、１２６、および１３６が開いているとき、ＧＴＧ１０２はスタンドアロン動作で動作する。隔離された発電ユニットとして、ＧＴＧ１０２は、電力をローカルグリッド１５０上の接続された負荷に供給する。
【0029】
１つまたは複数の実施形態では、単独で作動するＧＴＧは、ローカルグリッド１５０がローカルグリッド１５０に割り当てられた１つまたは複数のＧＴＧからの電力を失った場合の緊急ＧＴＧであり得る。例えば、上述の例では、ＧＴＧ１０２は、ＧＴＧの割り当てられたグループ（例えば、ＧＴＧ１２２および１３２）からの電力を失ったローカルグリッド１５０への電力の提供を開始することができる。スタンドアロン動作は、ＧＴＧ１０２の出力を上昇／下降させるようにガスタービン燃料（例えば、図１の燃料１５）供給を制御すること、ＧＴＧ１０２の電圧出力を上昇／下降させるように励磁電流を制御すること、および他の電力管理関連手順（例えば、特定の制御モードに対してバス周波数および電圧を一定に保つ）などの特徴を含むことができる。スタンドアロン動作では、ローカルグリッド１５０上の総負荷がＧＴＧ１０２の出力電力を決定する。
【0030】
並列動作モードでは、ＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２は、電力を主グリッド１６０およびローカルグリッド１５０に提供するために並列に動作する。いくつかの実施形態では、主グリッド１６０は、無限バスと考えることができる。例えば、図２に示すように、すべての電気スイッチ１６２、１５２、１０６、１１６、１４２、１２６、および１３６が閉じられると、ＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２は並列動作に入る。並列に運転するＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２は、電力をローカルグリッド１５０および／または主グリッド１６０上の負荷に供給する。
【0031】
１つまたは複数の実施形態では、並列動作で作動するＧＴＧは、発電プラント内のＧＴＧの１つまたは複数のサブグループに編成することができる。例えば、上述の例では、ＧＴＧ１０２および１１２はサブグループＡを形成してもよく、ＧＴＧ１２２および１３２は発電プラント内の別のサブグループＢを形成してもよい。２つのサブグループは、電力をローカルグリッド１５０および主グリッド１６０に提供するために協働することができ、またはサブグループの少なくとも一方がオフライン（例えば、メンテナンスに起因して）であるときに作動することができる。並列動作は、ＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２の有効電力を上昇／下降させるようにガスタービン燃料供給源を制御すること、ＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２の無効電力を上昇／下降させるように励磁電流を制御すること、総発電プラント負荷とＧＴＧ出力電力との間の差を制御すること、ならびに他の電力管理関連手順（例えば、電力を一定に保つ）などの特徴を含むことができる。並列動作では、主グリッド１６０が周波数出力、電圧出力、および速度などの動作パラメータを決定する。
【0032】
アイランド動作では、ＧＴＧ（例えば、ＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２）は他のＧＴＧと接続されるが、ＧＴＧは主グリッド１６０から分離される。例えば、図２に示すように、電気スイッチ１６２および１３６が開いており、他の電気スイッチ１５２、１０６、１１６、１４２、および１２６が閉じているとき、ＧＴＧ１０２、１１２、および１２２はアイランド動作で動作する。並列に運転するＧＴＧ１０２、１１２、および１２２は、電力をローカルグリッド１５０上のすべての接続された負荷に供給する。
【0033】
１つまたは複数の実施形態では、アイランド動作で作動するＧＴＧのグループは、電力を船舶、海洋掘削プラットフォーム、または砂漠の石油生産地などの隔離されたシステムに供給することができる。例えば、上述の例では、ＧＴＧ１０２および１１２は、海洋掘削プラットフォーム上のすべての電気機器／機械／設備を含み得るローカルグリッド１５０に対する電力を提供するために、海洋掘削プラットフォーム上のローカル発電プラントにＧＴＧのセットを形成することができる。少なくとも１つのＧＴＧ（例えば、ＧＴＧ１２２）は、他のＧＴＧ（例えば、ＧＴＧ１０２および１１２）の１つまたは複数がオフラインである場合にのみ緊急使用のためのバックアップＧＴＧとして機能することができる。アイランド動作は、ＧＴＧの有効電力およびバス周波数を上昇／下降させるようにガスタービン燃料を制御すること、ＧＴＧの無効電力およびバス電圧を上昇／下降させるように励磁電流を制御すること、ならびに他の電力管理関連手順（例えば、動作中のＧＴＧ間で比例的または費用効率的に負荷を共有しながらバス周波数および電圧を一定に保つ）などの特徴を含むことができる。アイランド動作では、ローカルグリッド１５０上の総負荷は、動作中のＧＴＧを使用して生成される電力の合計を決定することができる。
【0034】
動作中のＧＴＧ（並列動作またはアイランド動作のいずれか）のグループ間で情報を共有するために、相互接続データバス１７０は、ＧＴＧコントローラ１０４、１１４、１２４、および１３４を介してＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２間の通信を処理するために使用される。相互接続データバス１７０は、ＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２のコントローラ３８間で通信するための任意の適切な通信プロトコルを使用して、負荷共有に関係する情報を含む信号を搬送する複数のケーブル／ワイヤ（同軸信号ケーブル、イーサネットケーブルなど）および／または無線接続を含むことができる。負荷共有情報は、それぞれのＧＴＧまたはＧＴＧコントローラＩＤの識別情報、それぞれのＧＴＧのオンライン／オフライン動作ステータス情報、それぞれのＧＴＧの電力出力情報、ＧＴＧ構成情報（例えば、最大電力出力）などを含むことができる。相互接続データバス１７０は、ＧＴＧコントローラ１０４、１１４、１２４、および１３４を介してＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２がステータスおよび関連情報を他のものと共有するための通信用の共通ハイウェイとして機能する。
【0035】
ＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２の各々のコントローラ３８は、相互接続データバス１７０から送信された信号を受信し、メモリ６８に受信した情報を記憶するために、１つまたは複数のプロセッサ６６を使用することができる。ＧＴＧのコントローラ３８は、負荷共有モジュール３９を使用して同じグリッド上の他のオンラインＧＴＧからの動作データを監視および分析し、グリッド全体の安定した動作に寄与し得る制御モード（例えば、ドループモード、またはアイソクロナスモード）を決定し得る。次いで、負荷共有モジュール３９は、コントローラ３８に、特定のＧＴＧの決定された制御モードを選択させることができる。さらに、新しい制御モードまたは新しい設定点が特定のＧＴＧに適用された後、コントローラ３８は、負荷共有モジュール３９を使用して他のＧＴＧからの動作データを監視し、動作中のＧＴＧのグループの性能を評価／検証することができる。
【0036】
電力グリッドシステム１００上の発電システムの各動作モード（例えば、スタンドアロン、並列、またはアイランド）は、電力グリッド１００内のＧＴＧのグループのための特定の制御モードに関連付けることができる。前述したように、制御機構においてスタンドアロン負荷共有モジュール３９を使用することにより、ＧＴＧのグループの柔軟な動作が可能になる。柔軟な動作は、ＧＴＧのドループ速度制御モード、ＧＴＧのアイソクロナス速度制御モード、ならびに／または、ＧＴＧおよび／もしくは電力グリッド１００に結合するまたはそこから分離する他の関連ユニットなど、異なるアイランドトポロジおよび事象遷移に対応するための他の電力制御方法を含むことができる。ＧＴＧのグループの電力および速度を制御することは、ＧＴＧのグループの電力需要、利用可能なＧＴＧの数、特定のトポロジでの並列もしくはアイランド動作、ならびに／または特に過渡的な条件および孤立事象中の他の関連情報に基づく協調努力に依存する。協調がなければ、並列に動作する複数のＧＴＧは、例えば、速度超過、速度基準の喪失、不規則な電力変動などの不安定な動作を受ける可能性がある。このような不安定な動作は、予期しない停電を引き起こし、かつ／または電力グリッド１００上のＧＴＧもしくはユニットに損傷を与える可能性がある。
【0037】
図３は、図２の複数のＧＴＧによって使用され得るアイソクロナス速度制御モードについての有効電力２０２対周波数２０４をプロットしたグラフである。交流（ＡＣ）発電機（ＧＴＧを含む）の場合、周波数（Ｈｚ）は、速度（ＲＰＭ）に直接関係する。図示のように、アイソクロナス速度制御モードでは、ＧＴＧの周波数線２２０は、負荷が適用または拒否された後に元の設定点線２１０（例えば、５０Ｈｚ）に戻る。
【0038】
アイソクロナス速度制御モードは、ＧＴＧがスタンドアロン動作にあるとき、またはＧＴＧが複数のＧＴＧ（例えば、アイランド動作）における最大（電力）ユニットであるときに使用することができる。アイソクロナス速度制御モードでは、原動機（例えば、ガスタービンシステム１０内のガスタービン２８）によって生成されるエネルギーは、負荷の変化に応じて厳密に調節される。例えば、瞬間的な負荷の増加（例えば、新しい負荷が既存の電力グリッドに追加された場合）は、過渡的な周波数の減少を引き起こす可能性があるが、アイソクロナス速度制御モードでは原動機のエネルギーが迅速に調節されるため、周波数は設定点のままであるか、または設定点に迅速に戻る。同様に、瞬間的な負荷の減少（例えば、既存の負荷が既存の電力グリッドから除去される場合）は、過渡的な周波数の増加を引き起こす可能性があるが、アイソクロナス速度制御モードでは原動機のエネルギーが迅速に調節されるため、周波数は設定点に維持されるか、または設定点に迅速に戻される。
【0039】
言い換えれば、アイソクロナス速度制御モードでは、ＧＴＧは負荷の変化にかかわらず比較的一定の速度を維持する。アイソクロナス速度制御モードの複数のＧＴＧが同じグリッド上で動作しており、負荷が頻繁に変化するとき、特定の問題（不安定性など）が発生する場合がある。例えば、図２では、電気スイッチ１６２、１５２、１０６、および１１６が閉じられると、ＧＴＧ１０２および１１２は、電力を主グリッド１６０に並列に提供する。主グリッド１６０は、ＧＴＧ１０２または１１２によって生成された電力の周波数および電圧を決定することができる。速度設定点がわずかに低いとき、コントローラ３８は、原動機（例えば、ガスタービン２８）の調速機に、ガスタービン燃料供給源（例えば、燃料１５）を調整させて速度を低下させることができる。同様に、速度設定点がわずかに高いとき、コントローラ３８は、原動機の調速機に、ガスタービン燃料供給源を少なくとも部分的に開かせて速度を上昇させることができる。したがって、電力グリッドは、負荷が頻繁に変化するため、比較的小さいが頻繁な周波数変動を経験する可能性がある。
【0040】
複数のＧＴＧが並列に動作しているとき、ドループ速度制御モードを使用して、負荷の変化に伴う周波数変動などの問題を回避することができる。図４は、図２の複数のＧＴＧによって使用され得るドループ速度制御モードについての有効電力２０２対周波数２０４をプロットしたグラフである。図示のように、ドループ速度制御モードでは、ＧＴＧが無負荷（０％）から全負荷（１００％）に負荷されると、ＧＴＧの周波数線２２０は一定の割合だけ減少する。一定の割合（例えば、４％）は、電力グリッド構成および電力グリッドに割り当てられたＧＴＧの電力定格に基づいて予め決定することができる。オペレータまたは電力管理システムは、動作パラメータに応じて速度設定点を調整し得る。ドループ速度制御モードは、主グリッド１６０に関連する並列動作の場合、各負荷に対して安定した作動点を提供することができる。
【0041】
ドループ速度制御モードは、線周波数が増加するにつれてＧＴＧの電力出力を低減するためにＡＣ電力発電機によって使用され得る。ドループ速度制御は、電力グリッド（例えば、電力グリッド１００）に接続された同期ＧＴＧ（例えば、ＧＴＧ１０２、１１２、１２２、または１３２）を駆動する原動機（例えば、ガスタービン２８）の調速機を使用して実施することができる。これは、グリッド周波数に従って原動機によって発生される電力の速度を制御することによって作動する。ドループ速度制御モードは、同期ＧＴＧが並列に運転することを可能にし、その結果、同じまたは同様のドループ線または曲線を有するＧＴＧ間で負荷を共有することができる。さらに、電力グリッド上のＧＴＧのグループによって使用されるドループ曲線は、非線形であってもよく、または互いに異なっていてもよい。例えば、ドループ曲線は、それらの電力定格に比例してオペレータによって調整することができる。ドループ速度制御モードは周波数の変化に対応するため、負荷をそれらの電力に比例して分割することによって複数のＧＴＧがタンデムに作動することを可能にする。ドループ速度制御モードは、複数のＧＴＧを有する電力グリッド上で用いられるとき、および／または電力変動の程度が大きい負荷を扱うときに適切であり得る。
【0042】
図５は、電力グリッドシステム１００内のＧＴＧがオンラインまたはオフラインにされたときの図２の電力グリッドシステム１００に対する負荷共有プロセスを図示するフローチャートである。例えば、図２では、電気スイッチ１６２および１３６が開いており、電気スイッチ１５２、１０６、１１６、１４２、および１２６が閉じているとき、ＧＴＧ１０２、ＧＴＧ１１２、およびＧＴＧ１２２は並列にローカルグリッド１５０にサービスを提供する。ローカルグリッド１５０は、総負荷（例えば、６００ｋＷ）を有し、ＧＴＧ１０２、ＧＴＧ１１２、およびＧＴＧ１２２は、電力定格（例えば、それぞれ４００ｋＷ、２００ｋＷ、および２００ｋＷ）を有することができる。ローカルグリッド１５０の総負荷は、ＧＴＧ１０２、ＧＴＧ１１２、およびＧＴＧ１２２（例えば、４００＋２００＋２００＝８００ｋＷ）から組み合わされた総電力定格の割合（例えば、７５％）である。前述したように、負荷分散動作を達成するために、ＧＴＧ１０２、ＧＴＧ１１２、およびＧＴＧ１２２の電力出力は、それぞれの出力（例えば、３００ｋＷ、１５０ｋＷ、および１５０ｋＷ）に設定され得る。言い換えれば、ＧＴＧ１０２、ＧＴＧ１１２、およびＧＴＧ１２２は、負荷分散に達するために同じ割合（７５％）の負荷に駆動され得る。（負荷共有モジュール３９を有する）ＧＴＧコントローラ１０４は、ＧＴＧ１０２（３００ｋＷ）で生成された電力を決定することができる（ブロック４０２）。ＧＴＧコントローラ１０４は、生成された電力をＧＴＧコントローラ１１４およびＧＴＧコントローラ１２４などの他のＧＴＧコントローラにパブリッシュすることができる（ブロック４０４）。パブリッシュは、相互接続データバス１７０を通じて行われる。ＧＴＧコントローラ１１４およびＧＴＧコントローラ１２４は、それぞれＧＴＧ１１２およびＧＴＧ１２２で生成された電力を決定し（例えば、１５０ｋＷおよび１５０ｋＷ）、相互接続データバス１７０を介して生成された電力をパブリッシュすることができる。ＧＴＧコントローラ１０４は、ＧＴＧ１１２およびＧＴＧ１２２などの他のＧＴＧによって生成された電力を取り出すことができる（ブロック４０６）。ＧＴＧコントローラ１０４は、オンライン／オフラインＧＴＧの指示が受信されたかどうかを決定する（ブロック４０８）。例えば、指示は、他のコントローラに対応するＧＴＧがオフラインになるか、またはオフラインになったことを示す、他のコントローラからの信号であってもよい。追加的または代替的に、指示は、閾値持続時間よりも長い期間にわたって他のコントローラから通信を受信しないこと、および／またはＧＴＧがオフラインになったことを示す量だけ生成される電力を低下させることを含んでもよい。指示が受信されない場合、ＧＴＧコントローラ１０４は、ブロック４０２において負荷共有プロセスを再開する。
【0043】
特定の瞬間において、ＧＴＧ（例えば、ＧＴＧ１２２）がそれぞれの電気スイッチ（例えば、電気スイッチ１２６）を開くことによってオフラインにされた場合、ＧＴＧコントローラ１０４および／またはＧＴＧコントローラ１１４は、オフラインＧＴＧの指示を受信する。残りのＧＴＧ（例えば、ＧＴＧ１０２および１１２）が総負荷（例えば、６００ｋＷ）を有するローカルグリッド１５０の電力需要を満たすことができる場合、ＧＴＧコントローラ１０４およびＧＴＧコントローラ１１４は、生成される新しい電力レベルを決定することができる（ブロック４１０）。例えば、ＧＴＧコントローラ１０４およびＧＴＧコントローラ１１４は、それぞれＧＴＧ１０２およびＧＴＧ１１２で生成された電力を決定し得る（例えば、４００ｋＷおよび２００ｋＷ）。ＧＴＧ１０２およびＧＴＧ１１２は、それぞれＧＴＧコントローラ１０４およびＧＴＧコントローラ１１４から命令を受信し、オフラインＧＴＧ１２２による電力供給損失を補償するために電力出力を増加させることができる。命令は、ＧＴＧ１０２およびＧＴＧ１１２に新しい電力レベルを出力させることができる（ブロック４１２）。例えば、ＧＴＧ１０２およびＧＴＧ１１２は、ローカルグリッド１５０の電力需要を満たすために、新しい電力レベル（例えば、４００ｋＷおよび２００ｋＷ）で動作することができる。残りのＧＴＧ（例えば、ＧＴＧ１０２および１１２）が総負荷（例えば、７００ｋＷ）を有するローカルグリッド１５０の電力需要を満たすことができない場合、ＧＴＧコントローラ１０４およびＧＴＧコントローラ１１４は、ローカルグリッド１５０上の総負荷が残りのＧＴＧの総容量を超えているため、ＧＴＧ１０２およびＧＴＧ１１２にオフラインになるように指示することができる。
【0044】
図６は、電気スイッチが状態を変化させたときの図２の電力グリッドシステム１００に対する負荷共有プロセスを図示するフローチャートである。例えば、状態変化の事象（オフからオン状態へ、またはその逆）は、ＧＴＧが配電盤を介してオペレータによる操作からオンラインまたはオフラインにされたとき、または電気スイッチを流れる過剰な電気のために電気スイッチがトリップされたときに発生し得る。電気スイッチの状態変化事象は、電気スイッチが設置されている電力グリッドシステム１００内の電力管理システムに報告することができる。電力管理システムは、パブリッシュされた事象を電力管理システムから直接受信するか、または相互通信（例えば、相互接続データバス１７０を使用する）を介して他の電力ユニットからパブリッシュされた事象に関係する共有情報を受信するための通信デバイス（例えば、ＧＴＧコントローラ１０４、１１４、１２４、および１３４）を備えた関連する電力ユニット（例えば、図２のＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２）に対して電気スイッチの状態変化事象をパブリッシュすることができる。
【0045】
図６の最初の３つのブロック４０２、４０４、および４０６は、図５と同じである。前述の例を使用すると、図２の電気スイッチ１６２および１３６が開いており、電気スイッチ１５２、１０６、１１６、１４２、および１２６が閉じているとき、ＧＴＧ１０２、ＧＴＧ１１２、およびＧＴＧ１２２は並列にローカルグリッド１５０にサービスを提供する。ＧＴＧ１０２は、生成された電力を決定し（ブロック４０２）、生成された電力を他のＧＴＧコントローラにパブリッシュし（ブロック４０４）、他のＧＴＧによって生成された電力を取り出すことができる（ブロック４０６）。電気スイッチ（例えば、電気スイッチ１６２）が閉じられると、動作モードが変化し得る。ＧＴＧコントローラ１０４は、状態変化事象が発生したかどうかを決定することができる（ブロック５０８）。ＧＴＧコントローラ１０４は、状態変化が変更を行うための動作におけるモードの変化に対応するかどうかを決定することができる（ブロック５１０）。例えば、電力グリッド構成の変化は、モード間の変化（例えば、アイソクロナスモード対ドループモード）に対応することができる。例えば、スイッチ１６２が閉じられる前に、ＧＴＧ１０２は、ＧＴＧ１１２およびＧＴＧ１２２などの他のＧＴＧでローカルグリッド１５０に接続され、隔離されたシステムを形成している。前述したように、隔離されたシステムでは、ＧＴＧ１０２、ＧＴＧ１１２、およびＧＴＧ１２２は、電力をローカルグリッド１５０上のすべての接続された負荷に供給するためにアイランド動作で作動する。したがって、ＧＴＧ１０２は、ローカルグリッド１５０（例えば、近くの電力系統から隔離された油田）上の負荷変化にかかわらず一定の速度（周波数）を維持するためにアイソクロナス速度制御モードで動作するように選択することができる。
【0046】
主グリッド１６０に接続した後、ＧＴＧコントローラ１０４は、ＧＴＧ１０２の速度制御モードを切り替えるかどうかの関連情報を監視および分析することができる。関連情報は、主グリッド１６０の周波数および電圧、主グリッド１６０および／またはローカルグリッド１５０で変化する負荷、ＧＴＧ１１２およびＧＴＧ１２２を含む他のオンラインＧＴＧによって生成された電力などを含み得る。前述のように、ＧＴＧが主グリッド１６０と並列動作しており、負荷が頻繁に変化するとき、アイソクロナス速度制御モードのＧＴＧは負荷の変化にかかわらず一定の速度を維持する傾向があるため、アイソクロナス速度制御モードでの作動を継続すると不安定性の問題が発生する可能性がある。監視および分析に基づいて、負荷共有モジュール３９は、主グリッド１６０の安定した動作に寄与する新しい適切な制御モードを決定することができる。負荷共有モジュール３９は、ＧＴＧコントローラ１０４にＧＴＧ１０２のモードを切り替えさせることができる（ブロック５１２）。例えば、ＧＴＧ１０２の制御モードは、以前のアイソクロナス速度制御モードからドループ速度制御モードに切り替えることができ、その結果、速度は前述したように一定の割合だけ減少する。
【0047】
負荷共有モジュール３９が変更が行われないと決定した場合（ブロック５１０）、負荷共有モジュール３９は、（主グリッド１６０および／またはローカルグリッド１５０上の）負荷、および他のＧＴＧ（例えば、ＧＴＧ１１２および１２２）からの電力出力に基づいて新しい電力レベルを決定することができる（ブロック５１４）。負荷共有モジュール３９は、ＧＴＧコントローラ１０４に、電力グリッドの負荷変化および／またはＧＴＧに対する電力出力変化に対応するために、ＧＴＧ１０２の設定点を新しい電力レベルで出力するように変更させることができる（ブロック５１５）。
【0048】
図７は、潜在的なシャットダウン状況が発生し得るときの図２の電力グリッドシステム１００に対する負荷共有プロセスを図示するフローチャートである。前述したように、図２の電力グリッドシステム１００では、ＧＴＧ１０２およびＧＴＧ１１２はサブグループＡを形成してもよく、ＧＴＧ１２２およびＧＴＧ１３２はサブグループＢを形成してもよい。サブグループの各々、および／または電力グリッドシステム１００は、協調動作を実施することができる。ＧＴＧ１０２、１１２、１２２、および１３２は、ローカルグリッド１５０および／または主グリッド１６０の需要を満たすための電力を提供することができる。
【0049】
特定の瞬間において、ＧＴＧがオフラインになるように電気スイッチ（例えば、電気スイッチ１２６）がトリップされる。サブグループまたは電力グリッドシステム１００内の残りのＧＴＧは、オフラインＧＴＧによる電力供給損失を補償するために電力出力を増加させる命令を受信することができる。命令は、残りのＧＴＧを、それらの電力定格（例えば、２００ｋＷ）を超えるが最大電力（例えば、２２０ｋＷ）の制限内の需要を満たすように残すことができる。しかしながら、残りのＧＴＧは、一定時間の間、最大電力の閾値（例えば、最大電力の９５％）内で動作することが推奨されない場合がある。それぞれのＧＴＧコントローラ（例えば、ＧＴＧコントローラ１０４）は、別のＧＴＧ（例えば、ＧＴＧ１３２）が最大電力の許容できない／望ましくない閾値内にあるという指示を受信することができる（ブロック６０２）。指示はまた、他のＧＴＧが一定時間後にオフラインになることを示すことができる。さらに、ＧＴＧコントローラは、ローカルグリッド１５０上の総負荷（例えば、６３０ｋＷ）が残りのＧＴＧ（例えば、ＧＴＧ１０２および１１２）の総容量を超えているため、さらに別のＧＴＧ（ＧＴＧ１０２）がシャットダウンされるというコマンドを受信することができる（ブロック６０４）。他のＧＴＧが最大電力の閾値内にあるという指示および他の関連情報を分析するために負荷共有モジュール３９を使用することによって、ＧＴＧコントローラ１０４は、他のＧＴＧ（ＧＴＧ１３２）以外のオンラインＧＴＧの電力出力を増加させることを決定し得る（例えば、電力定格が７０％から７８．７５％）。したがって、他のＧＴＧコントローラ（ＧＴＧコントローラ１３４）は、予測されるオフライン状況が発生しないように、電力出力を減少させることを決定することができる（例えば、電力定格が１０５％から７８．７５％）。さらに、ＧＴＧコントローラ１０４は、変化に少なくとも部分的に基づいてＧＴＧ１０２のシャットダウンを防止することができる（ブロック６０６）。例えば、相互接続データバス１７０を介した電力生産調整に起因して、メンテナンスが遅延される場合があり、および／またはシャットダウン条件が変化する場合がある。ＧＴＧコントローラ１０４は、警告を生成し、ＧＴＧ１０２のシャットダウンが防止され得ることを示す警告をオペレータに送信することができる。
【0050】
本開示に記載された技術は、様々な発電システム（ガスタービン発電機、蒸気タービン発電機、水力タービン発電機など）に適用可能であり得る。負荷共有モジュールは、アイソクロナスモードでの負荷共有、分離可能なアイランドを含み得るアイランド上での負荷共有、頻繁な負荷変化が発生したときの並列モードでの負荷共有など、異なる負荷共有シナリオのための解決策を提供する。マスタコントローラ（集中コントローラ）が実装されておらず、ＧＴＧコントローラ（負荷共有モジュールを備えている）が他の発電機によって提供された情報に基づいて安定した動作に寄与する適切な方法（例えば、速度制御モード）を決定することができるため、独立した動作が達成され得る。負荷共有モジュールは、発電機のセットの柔軟な動作を可能にし、これは正常または異常条件における現場動作の特定の必要性に適合するように調整することができる。例えば、ＧＴＧコントローラが他のＧＴＧコントローラからの通信を失うと、ＧＴＧコントローラは、対応するＧＴＧが現在動作しているモードを維持するように対応するＧＴＧに指示することができる。追加的または代替的に、負荷設定点および他の動作優先度（例えば、動作モード）は、サードパーティコントローラなどの適切なデバイスを介して顧客によって設定されてもよい。
【0051】
本明細書は、最良の態様を含む本発明を開示するため、およびどのような当業者にも、任意のデバイスまたはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実施を含む本発明の実践を可能にするために、実施例を使用している。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差異を有さない等価な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図している。
【符号の説明】
【0052】
１０ ガスタービンシステム
１２ 負荷
１４ 空気
１５ 燃料
１６ 燃焼器
１８ 圧縮空気流
２０ 圧縮機
２６ 高温燃焼ガス
２８ ガスタービン
３０ 駆動シャフト
３２ 排気ガス流、排気ガス
３４ 排気セクション
３６ 触媒セクション
３８ コントローラ
３９ スタンドアロン負荷共有（ＬＳ）モジュール
６６ プロセッサ
６８ メモリ
１００ 電力グリッドシステム、電力グリッド
１０２ ガスタービン発電機（ＧＴＧ）
１０４ ＧＴＧコントローラ
１０６ 電気スイッチ
１１２ ＧＴＧ
１１４ ＧＴＧコントローラ
１１６ 電気スイッチ
１２２ ＧＴＧ
１２４ ＧＴＧコントローラ
１２６ 電気スイッチ
１３２ ＧＴＧ
１３４ ＧＴＧコントローラ
１３６ 電気スイッチ
１４０ 発電機グリッド
１４２ 電気スイッチ
１５０ ローカルグリッド
１５２ 電気スイッチ
１６０ 主グリッド
１６２ 電気スイッチ
１７０ 相互接続データバス
２０２ 有効電力
２０４ 周波数
２１０ 設定点線
２２０ 周波数線
１２ 負荷
１４ 空気
１５ 燃料
１６ 燃焼器
１８ 圧縮空気流
２０ 圧縮機
２６ 高温燃焼ガス
２８ ガスタービン
３０ 駆動シャフト
３２ 排気ガス流、排気ガス
３４ 排気セクション
３６ 触媒セクション
３８ コントローラ
３９ スタンドアロン負荷共有（ＬＳ）モジュール
６６ プロセッサ
６８ メモリ
１００ 電力グリッドシステム、電力グリッド
１０２ ガスタービン発電機（ＧＴＧ）
１０４ ＧＴＧコントローラ
１０６ 電気スイッチ
１１２ ＧＴＧ
１１４ ＧＴＧコントローラ
１１６ 電気スイッチ
１２２ ＧＴＧ
１２４ ＧＴＧコントローラ
１２６ 電気スイッチ
１３２ ＧＴＧ
１３４ ＧＴＧコントローラ
１３６ 電気スイッチ
１４０ 発電機グリッド
１４２ 電気スイッチ
１５０ ローカルグリッド
１５２ 電気スイッチ
１６０ 主グリッド
１６２ 電気スイッチ
１７０ 相互接続データバス
２０２ 有効電力
２０４ 周波数
２１０ 設定点線
２２０ 周波数線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【外国語明細書】