JP2000116196A - Gas turbine generator and operation thereof - Google Patents

Gas turbine generator and operation thereof

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JP2000116196A
JP2000116196A JP11301984A JP30198499A JP2000116196A JP 2000116196 A JP2000116196 A JP 2000116196A JP 11301984 A JP11301984 A JP 11301984A JP 30198499 A JP30198499 A JP 30198499A JP 2000116196 A JP2000116196 A JP 2000116196A
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JP
Japan
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generator
gas turbine
compressor
combustor
air
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Application number
JP11301984A
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Japanese (ja)
Inventor
Motoaki Utamura
元昭 宇多村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To keep the output of a gas turbine generator roughly constant even if atmospheric temperature changes, by using a variable-speed generator as a generator driven by a gas turbine, and AC-energizing the secondary winding of the variable-speed generator. SOLUTION: This variable-speed gas turbine generator is provided with a compressor which introduces and compresses air, a combustor which burns the air and fuel compressed by a compressor, a gas turbine driven by the combustion gas from the combustor, and a generator 5 whose primary winding 15 is connected to a power system and whose secondary winding 16 is AC- energized. The generator 5 having the primary winding 15 and the secondary winding 16 energized using three-phase alternating current is formed so as to keep the frequency of AC energizing current variable even if a rotor is in a mechanically stationary condition. Thus, it is possible to keep the frequency outputted from the generator 5 roughly constant.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスタービン発電
装置とその運転方法に係り、特に、ガスタービン発電装
置が有するガスタービンと発電機とを接続する軸の回転
速度を、任意に変更して運転できる可変速ガスタービン
発電装置とその運転方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gas turbine power generator and a method of operating the same, and more particularly, to a gas turbine power generator in which the rotational speed of a shaft connecting a gas turbine and a generator is arbitrarily changed. The present invention relates to an operable variable speed gas turbine power generator and an operation method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガスタービン発電装置は、大気として存
在する空気を吸い込み圧縮するコンプレッサと、このコ
ンプレッサで圧縮された空気と燃料とを用いて燃焼を行
う燃焼器と、この燃焼器で生成された燃焼空気で駆動す
るガスタービンと、発電機とを具備する。そして、一つ
の軸で結合されたガスタービンにより、コンプレッサと
発電機とを駆動する。
2. Description of the Related Art A gas turbine power generator includes a compressor for sucking and compressing air existing as air, a combustor for burning using air and fuel compressed by the compressor, and a combustor produced by the combustor. A gas turbine driven by combustion air and a generator are provided. Then, the compressor and the generator are driven by the gas turbine connected by one shaft.

【0003】このようなガスタービン発電装置において
は、発電機は電力系統に結合されて運用される。こうし
たことから、発電機は通常は同期機が採用される。従っ
て、ガスタービン発電装置における発電機の軸の回転数
は、系統周波数に比例するものである。つまり、発電機
の軸の回転数が変化(例えば3000rpmから3100rp
m)すると系統周波数も変化(例えば50Hzから52H
zへ)する。
In such a gas turbine power generator, the generator is operated while being connected to a power system. For this reason, a synchronous machine is usually adopted as the generator. Therefore, the rotation speed of the shaft of the generator in the gas turbine power generator is proportional to the system frequency. That is, the number of rotations of the generator shaft changes (for example, from 3000 rpm to 3100 rp).
m), the system frequency also changes (for example, 50 Hz to 52 H
z).

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ガスタービン発電装置
は、コンプレッサにより空気を取り入れ圧縮して用いて
いる。従って、取り入れる空気の温度が変化すると、ガ
スタービン発電装置の発電出力が変化してしまうという
問題がある。つまり、取り入れる空気(大気)が高温で
あるほど、前記発電出力が減少するという特性がある。
例えば、大気温度4℃の時に定格出力を出すことができ
るガスタービン発電装置は、大気温度40℃の時には定
格出力が90%以下に低下してしまう。この理由は、コ
ンプレッサが取り入れる空気の量、いわゆる吸気量(重
量流量)が、その空気の温度が上昇することにより、減
少することに起因する。
The gas turbine power generation apparatus uses air compressed by taking in air by a compressor. Therefore, there is a problem that when the temperature of the intake air changes, the power generation output of the gas turbine power generator changes. That is, there is a characteristic that the higher the temperature of the air (atmosphere) to be taken, the lower the power generation output.
For example, a gas turbine generator capable of producing a rated output at an atmospheric temperature of 4 ° C. has a rated output of 90% or less at an atmospheric temperature of 40 ° C. The reason for this is that the amount of air taken in by the compressor, the so-called intake air amount (weight flow rate), decreases as the temperature of the air increases.

【0005】以上のことから、本発明は、大気温度が変
化したとしても、ガスタービン発電装置の出力をほぼ一
定に保つことができる可変速ガスタービン発電装置とそ
の運転方法を提供することを目的とする。
In view of the above, it is an object of the present invention to provide a variable-speed gas turbine generator capable of keeping the output of the gas turbine generator substantially constant even when the atmospheric temperature changes, and an operation method thereof. And

【0006】更に、本発明は、何らかの理由でコンプレ
ッサの軸の回転数が変化する場合においても、発電機の
系統周波数をほぼ一定に保つことができる可変速ガスタ
ービン発電装置とその運転方法を提供することを目的と
する。
Further, the present invention provides a variable speed gas turbine power generator and a method of operating the same, which can keep the system frequency of the generator substantially constant even when the rotation speed of the compressor shaft changes for some reason. The purpose is to do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、ガスタービン
により駆動される発電機を可変速発電機とし、その発電
機の二次巻線を交流励磁する。これにより、一次巻線か
ら出力される周波数を系統周波数として維持したまま、
二次巻線の回転数を変化させることができる。そして、
二次巻線の回転数を大気温度に応じて変化させる。尚、
本発明において、一次巻線は固定子であり、二次巻線は
回転子であることが好ましい。
According to the present invention, a generator driven by a gas turbine is a variable speed generator, and a secondary winding of the generator is AC-excited. As a result, while maintaining the frequency output from the primary winding as the system frequency,
The rotation speed of the secondary winding can be changed. And
The rotation speed of the secondary winding is changed according to the atmospheric temperature. still,
In the present invention, it is preferable that the primary winding is a stator and the secondary winding is a rotor.

【0008】本発明の可変速ガスタービン発電装置は、
空気を取り入れて圧縮するコンプレッサと、コンプレッ
サで圧縮された空気と燃料とを燃焼する燃焼器と、燃焼
器からの燃焼ガスで駆動するガスタービンと、一次巻線
が電力系統に接続され二次巻線が交流励磁される発電機
とを有する。
[0008] The variable speed gas turbine power generator according to the present invention comprises:
A compressor that takes in air and compresses it, a combustor that burns the air and fuel compressed by the compressor, a gas turbine that is driven by combustion gas from the combustor, and a secondary winding whose primary winding is connected to the power system And a generator wherein the wires are AC-excited.

【0009】通常のガスタービン発電装置は、コンプレ
ッサから供給される空気が一定の場合、つまり一定の回
転数でコンプレッサの軸が回転していた場合、大気温度
が上昇すると大気の体積流量が増加する反面、その重量
流量が減少し、ガスタービン発電装置の電気出力は低下
する。燃焼器は燃空比をほぼ一定にして燃焼する。つま
り燃焼器は、空気の重量流量が減少した分だけ燃料も減
少させて、燃焼するため、電気出力の低下を招く。この
電気出力の低下を防ぐために、供給する空気の量を増加
させるようにコンプレッサの軸の回転数を上げると、こ
のコンプレッサと連動して作動する発電機の軸の回転数
も上昇し、発電機から出力される系統周波数を一定に維
持できなくなってしまう。本発明は、こうした問題点を
解決することができ、コンプレッサの軸の回転数が悪化
した場合であっても、電気出力の低下を防ぎ、系統周波
数をほぼ一定に維持する。
In a normal gas turbine power generator, when the air supplied from the compressor is constant, that is, when the shaft of the compressor is rotating at a constant rotation speed, the volume flow rate of the atmosphere increases as the atmospheric temperature rises. On the other hand, the weight flow rate decreases, and the electric output of the gas turbine generator decreases. The combustor burns with a substantially constant fuel-air ratio. That is, the combustor burns by reducing the fuel by an amount corresponding to the decrease in the weight flow rate of the air, so that the electric output is reduced. To prevent this decrease in electric output, if the rotational speed of the compressor shaft is increased so as to increase the amount of supplied air, the rotational speed of the generator shaft that operates in conjunction with this compressor also increases, Cannot be maintained at a constant frequency. The present invention can solve such a problem, and prevents a decrease in electric output even when the number of rotations of the shaft of the compressor deteriorates, and keeps the system frequency substantially constant.

【0010】本発明は、三相交流を用いて励磁される一
次巻線(固定子)と二次巻線(回転子)とを有する発電
機を用いることによって、発電機の軸の(機械的)回転
速度が変化したとしても、発電機から出力される(電気
的)周波数はほぼ一定とできる。この発電機は、例え、
回転子が機械的に静止していたとしても、交流励磁電流
の周波数(固定子側磁界の回転数)を可変とすることが
できるため、本発明の効果を達成する。
[0010] The present invention uses a generator having a primary winding (stator) and a secondary winding (rotor) that are excited using three-phase alternating current, thereby reducing the (mechanical) of the generator shaft. ) Even if the rotation speed changes, the (electrical) frequency output from the generator can be made substantially constant. This generator, for example,
Even if the rotor is mechanically stationary, the frequency of the AC exciting current (the number of rotations of the stator-side magnetic field) can be made variable, thereby achieving the effects of the present invention.

【0011】また、系統(所定)周波数が変化する要因
としては、大気温度が変化する場合の他、負荷要求信号
に基づきプラントの出力負荷を変動させる場合等も考え
られるが、更に、例えば、系統からの外乱(落雷等によ
る負荷遮断)等も考えられる。
The system (predetermined) frequency may be changed by, for example, changing the atmospheric temperature or changing the output load of the plant based on a load request signal. Disturbance (load rejection due to lightning, etc.) is also conceivable.

【0012】例えば、落雷等によって、負荷遮断をよぎ
なくされた場合のガスタービン発電装置の運転状態を説
明する。
For example, an operation state of the gas turbine power generator when the load shedding is prevented by a lightning strike or the like will be described.

【0013】ガスタービンと発電電動機(発電機)と
が、同軸で結合するガスタービン発電装置においては、
次の関係式が成立する。
In a gas turbine power generator in which a gas turbine and a generator motor (generator) are connected coaxially,
The following relational expression holds.

【0014】[0014]

【数1】 (Equation 1)

【0015】ここで、Iw は、発電機の慣性効果、TIW
はガスタービン側に発生するトルク(エネルギ)、TOW
は発電機側に発生するトルク(エネルギ)を示すもので
ある。
Here, I w is the inertia effect of the generator, T IW
Is the torque (energy) generated on the gas turbine side, T OW
Indicates the torque (energy) generated on the generator side.

【0016】一方、系統周波数の上昇や下降が生じる電
力系統側の挙動については、次の関係式が成立する。
On the other hand, the following relational expression holds for the behavior on the power system side where the system frequency rises and falls.

【0017】[0017]

【数2】 (Equation 2)

【0018】ここで、IS は電力系統側の慣性効果TOS
は、電力系統全体から出力消費される総トルク(エネル
ギ)TISは電力系統全体に入力される総トルク(エネル
ギ)を示すものである。尚、(1)式に示すTOWは、TIS
の一要素である。
[0018] In this case, I S is inertia effect T OS of the electric power system side
The total torque (energy) T IS output and consumed from the entire power system indicates the total torque (energy) input to the entire power system. T OW shown in equation (1) is T IS
Is an element of

【0019】こうした運転状態において、落雷等の負荷
遮断が生じると、TOSが急減し、wS が増加する。これ
は系統周波数が上昇することを意味する。本発明では、
サイクロコンバータ等の交流励磁装置を操作し、電気的
にTOWを減少させ、電気出力を減少させるように制御
し、w(機械的な軸の回転数)の増加を抑制する。つま
り、交流励磁装置の交流励磁電流の大きさと位相とを調
整することによって、例えば燃焼器に供給される燃料量
を絞る等のガスタービン側の操作を関係なく、電気側の
入力及び力率を制御できる。これにより、応答性の速い
制御が可能となる。本発明は、こうした様々な要因によ
る変化に対応するものである。
In such an operating state, when a load rejection such as a lightning strike occurs, T OS rapidly decreases and w S increases. This means that the system frequency increases. In the present invention,
An AC excitation device such as a cycloconverter is operated to electrically reduce T OW and control so as to reduce electric output, thereby suppressing an increase in w (mechanical shaft rotation speed). That is, by adjusting the magnitude and phase of the AC exciting current of the AC exciting device, the input and power factor on the electric side can be reduced regardless of the operation on the gas turbine side, such as reducing the amount of fuel supplied to the combustor. Can control. As a result, fast responsive control becomes possible. The present invention addresses changes due to these various factors.

【0020】そして、ガスタービン及び発電機が、同一
の軸で結合される。同一の軸とは、一つの軸との意味で
あり、ガスタービン及び発電機のそれぞれの軸がカップ
リングされたものでも良い。
Then, the gas turbine and the generator are connected by the same shaft. The same shaft means one shaft, and the shaft of the gas turbine and the shaft of the generator may be coupled.

【0021】更に、可変速ガスタービン発電装置は、燃
焼器に供給される燃料の量を負荷要求信号に応じて定め
て制御する燃料制御装置と、負荷要求信号と大気温度と
に応じて前記発電機の交流励磁量を調整する励磁制御装
置と、を有することを特徴とする。
Further, the variable speed gas turbine power generator includes a fuel control device that determines and controls the amount of fuel supplied to the combustor according to a load request signal, and the power generation device according to the load request signal and the atmospheric temperature. And an excitation control device for adjusting the amount of AC excitation of the machine.

【0022】大気温度に応じて交流励磁量を調整すると
は、大気温度を連続的に測定し、温度と交流励磁量との
関係を示すテーブルを参照して、交流励磁量を制御する
ことを意味する。他には、所定の温度幅、例えば20〜
25℃の間の温度変化であれば、その温度範囲内の上限
値(25℃)における交流励磁量(軸の回転数)に設定
し制御することを意味する。尚、テーブルは、所定の温
度間隔、例えば0.5〜1.0℃の間隔で作成することが
好ましい。
Adjusting the amount of AC excitation according to the atmospheric temperature means that the atmospheric temperature is continuously measured and the amount of AC excitation is controlled with reference to a table showing the relationship between the temperature and the amount of AC excitation. I do. In addition, a predetermined temperature range, for example, 20 to
If the temperature changes between 25 ° C., this means setting and controlling the AC excitation amount (shaft rotation speed) at the upper limit (25 ° C.) within the temperature range. It is preferable that the table is created at a predetermined temperature interval, for example, at an interval of 0.5 to 1.0 ° C.

【0023】更に、発電機の二次巻線は、その巻線を交
流励磁する交流励磁装置に接続されることが望ましい。
Further, the secondary winding of the generator is desirably connected to an AC excitation device that excites the winding with AC.

【0024】また、本発明は、燃料制御装置で求められ
た燃料の量と大気温度とに応じて発電機の交流励磁量を
調整することも可能である。
Further, according to the present invention, it is possible to adjust the amount of AC excitation of the generator in accordance with the amount of fuel and the atmospheric temperature determined by the fuel control device.

【0025】更にまた、大気温度に基づいて発電機の交
流励磁量を調整すると共に、軸の回転速度を制御するこ
とが好ましい。
Further, it is preferable to adjust the amount of AC excitation of the generator based on the atmospheric temperature and to control the rotational speed of the shaft.

【0026】一方、本発明の可変速ガスタービン発電装
置の運転方法は、コンプレッサで大気を取り入れ圧縮
し、この圧縮された空気と燃料とを燃焼器で燃焼し、こ
の燃焼されたガスを用いてガスタービンを駆動し、ガス
タービンと一つの軸で結合された発電機を駆動する。
On the other hand, in the operation method of the variable speed gas turbine power generator according to the present invention, the compressor takes in the air, compresses the air, burns the compressed air and fuel in a combustor, and uses the burned gas. It drives a gas turbine and drives a generator coupled to the gas turbine by a single shaft.

【0027】そして、発電機に対する励磁周波数を大気
の温度に応じて可変にすることを特徴とする。
The excitation frequency for the generator is made variable in accordance with the temperature of the atmosphere.

【0028】更に、発電機の出力を大気温度の変動によ
らずほぼ一定の運転計画を立案するときには、大気の温
度が上昇(下降)した場合、軸の回転速度を高く(低
く)することが好ましい。
Further, when making a substantially constant operation plan for the output of the generator irrespective of fluctuations in the atmospheric temperature, when the temperature of the air rises (falls), the rotational speed of the shaft may be increased (decreased). preferable.

【0029】また更に、大気の温度が高いときよりも低
いときの方が、二次巻線の交流励磁量を小さく設定する
ことが好ましい。そして、発電機の磁界の回転速度を、
ガスタービンの出力変動に応じて可変にすることも可能
であり、大気の温度が上昇した場合には、発電機の出力
周波数をほぼ一定とするように、発電機に対する励磁周
波数を制御することも可能である。
Further, it is preferable that the amount of AC excitation of the secondary winding be set smaller when the temperature of the atmosphere is lower than when the temperature of the atmosphere is higher. Then, the rotation speed of the magnetic field of the generator is
It is also possible to make it variable according to the fluctuation of the output of the gas turbine, and when the temperature of the atmosphere rises, it is also possible to control the excitation frequency for the generator so that the output frequency of the generator is almost constant. It is possible.

【0030】発電装置には、更に、ガスタービンの排出
ガスの排熱を利用して蒸気を発生させ、蒸気タービンを
駆動させるものがある。蒸気タービンを駆動させること
によって、発電機を駆動し発電する。本発明のガスター
ビン発電装置とこうした蒸気タービン発電装置とを組み
合わせたコンバインドサイクルプラントを構成すること
によって、更に負荷変化を急速に行うことができ、発電
効率を高くすることができる。
Some power generators generate steam using the exhaust heat of the exhaust gas from the gas turbine to drive the steam turbine. By driving the steam turbine, a generator is driven to generate power. By configuring a combined cycle plant in which the gas turbine power generation device of the present invention and such a steam turbine power generation device are combined, the load can be changed more rapidly and the power generation efficiency can be increased.

【0031】更に、本発明のコンバインドサイクルプラ
ントは、燃焼ガスで駆動するガスタービンと、ガスター
ビンと一つの軸で結合された一次巻線が電力系統に接続
され二次巻線が交流励磁される発電機と、ガスタービン
の排ガスと熱交換するボイラ(排熱回収ボイラ)と、ボ
イラから発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、を有
する。そして、中央給電指令所等からこのプラントが設
置される発電所等に要求される負荷要求信号と燃焼ガス
を発生させるために使用される空気の温度(大気温度)
とに基づいて、発電機の交流励磁量を調整することを特
徴とする。
Further, in the combined cycle plant of the present invention, the gas turbine driven by the combustion gas, the primary winding connected to the gas turbine by one shaft is connected to the electric power system, and the secondary winding is AC-excited. It has a generator, a boiler (exhaust heat recovery boiler) for exchanging heat with exhaust gas from a gas turbine, and a steam turbine driven by steam generated from the boiler. Then, a load request signal required from the central power supply command center or the like to the power plant where this plant is installed and the temperature of the air used to generate the combustion gas (atmospheric temperature)
Based on the above, the amount of AC excitation of the generator is adjusted.

【0032】本発明は、コンプレッサに取り入れられる
空気の温度を一つのパラメータとして用い、発電機の二
次巻線の回転数を制御する。そして、一次巻線から出力
される周波数(系統周波数)を維持する。
According to the present invention, the temperature of the air taken into the compressor is used as one parameter to control the rotation speed of the secondary winding of the generator. Then, the frequency output from the primary winding (system frequency) is maintained.

【0033】従って、二次巻線の回転数を大気の温度に
応じて変化させることによって、コンプレッサに取り入
れられる空気(大気)の温度が変化しても、その空気の
吸気量(重量流量)は極力一定に保つことができる。
Therefore, by changing the rotation speed of the secondary winding in accordance with the temperature of the atmosphere, even if the temperature of the air (atmosphere) taken into the compressor changes, the intake air amount (weight flow rate) of the air is changed. It can be kept as constant as possible.

【0034】これにより、大気の温度の変化に伴う発電
機の出力の変化を抑制し、極力一定に保つことができ
る。
As a result, it is possible to suppress a change in the output of the generator due to a change in the temperature of the atmosphere, and to keep the output as constant as possible.

【0035】ガスタービンは、通常、その燃焼器に導入
される空気と燃料との比(空燃比)をほぼ一定に制御し
て運転される。こうした運転のもと、要求負荷に変動が
生じた場合には、燃焼器に導入される燃料量と空気量と
が変化する。本発明では、軸の機械的回転数を制御する
ことにより、コンプレッサに取り入れられる空気量を変
化させる。その際、系統周波数に変動を与えずに運転す
るために発電機の二次巻線に与える交流励磁量を制御す
る。
The gas turbine is usually operated by controlling the ratio of air and fuel (air-fuel ratio) introduced into the combustor to be substantially constant. Under such an operation, when the required load fluctuates, the amount of fuel and the amount of air introduced into the combustor change. In the present invention, the amount of air taken into the compressor is changed by controlling the mechanical rotation speed of the shaft. At this time, the amount of AC excitation applied to the secondary winding of the generator is controlled in order to operate without changing the system frequency.

【0036】つまり、本発明は大気の温度の変化とはほ
とんど関係なく、要求に応じた望ましい出力を提供でき
るようにするためのものであり、例えば、大気温度が上
昇した場合には空気の体積流量が増し、重量流量が減
る。そこで、圧縮機の回転数を上げ空気量を増加させる
必要がある。これに追随して燃料量も増加する。これは
燃空比を一定にしようとするためである。これによって
圧縮機の軸の回転数と連動して変化する発電機から出力
される周波数が上昇してしまう。このため発電機の二次
巻線に滑り周波数を与え、見かけ上の周波数を減じる。
In other words, the present invention is intended to provide a desired output according to demand, which has almost no relation to a change in the temperature of the atmosphere. For example, when the temperature of the atmosphere increases, the volume of the air is increased. The flow rate increases and the weight flow rate decreases. Therefore, it is necessary to increase the rotation speed of the compressor to increase the amount of air. Following this, the fuel amount also increases. This is to keep the fuel-air ratio constant. As a result, the frequency output from the generator, which changes in conjunction with the rotation speed of the shaft of the compressor, increases. This imparts a slip frequency to the secondary winding of the generator, reducing its apparent frequency.

【0037】また、要求負荷が変化した場合にも、空気
と燃料とを制御する必要があり同様の作用を利用するこ
ととなる。
Even when the required load changes, it is necessary to control the air and the fuel, and the same operation is used.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の可変速ガスター
ビン発電装置の一実施例を示している。
FIG. 1 shows an embodiment of a variable speed gas turbine power generator according to the present invention.

【0039】ガスタービン発電装置は、大気を吸気して
圧縮するコンプレッサ1と、このコンプレッサ1で生成
される圧縮空気と燃料とを用いて燃焼を行う燃焼器2
と、この燃焼器2で生成される燃焼空気で駆動されるガ
スタービン3と、可変速発電機5を具備する。
The gas turbine power generator includes a compressor 1 that draws in air and compresses the air, and a combustor 2 that burns using compressed air and fuel generated by the compressor 1.
And a gas turbine 3 driven by combustion air generated by the combustor 2 and a variable speed generator 5.

【0040】そして、一つの軸で結合されたガスタービ
ン3により、コンプレッサ1と可変速発電機5とを駆動
する。また、4は燃焼器2へ燃料を供給する燃料供給装
置、18は電力系統、9は発電機5を交流励磁する交流
励磁装置である。
The compressor 1 and the variable speed generator 5 are driven by the gas turbine 3 connected by one shaft. Reference numeral 4 denotes a fuel supply device for supplying fuel to the combustor 2, reference numeral 18 denotes an electric power system, and reference numeral 9 denotes an AC exciting device for exciting the generator 5 with AC.

【0041】演算装置8は、可変速ガスタービン発電装
置を運転するために、中央給電指令所等からの負荷要求
信号Pdと、大気温度検出器で検出した大気温度Tとを
入力信号として用いる。そして、燃料量の目標値Fdと
発電機5(この発電機は回転速度を変化させることが可
能な可変速発電機である。)の二次巻線の交流励磁量の
目標値Edを決定する。
The arithmetic unit 8 uses, as input signals, a load request signal Pd from a central power supply command center and the like and an atmospheric temperature T detected by an atmospheric temperature detector to operate the variable speed gas turbine power generator. Then, the target value Fd of the fuel amount and the target value Ed of the AC excitation amount of the secondary winding of the generator 5 (this generator is a variable speed generator capable of changing the rotation speed) are determined. .

【0042】燃料制御装置6は、燃料量の目標値Fdを
入力信号として用い、燃焼器2に供給する燃料量を所定
の値とするため、燃料供給装置4の開度を制御する。
The fuel control device 6 controls the opening of the fuel supply device 4 using the target value Fd of the fuel amount as an input signal so that the fuel amount supplied to the combustor 2 becomes a predetermined value.

【0043】また、励磁制御装置7は、交流励磁量の目
標値Edを入力信号として用い、発電機5の交流励磁
量、例えば、その位相や大きさを所定値とするため交流
励磁装置9を制御する。なお、この交流励磁装置9は周
波数を変換する装置であって、三相交流励磁を行うもの
である。交流励磁装置9としては、具体的に、サイクロ
コンバータやGTO素子を用いた変換装置を利用するこ
とができる。
Further, the excitation control device 7 uses the target value Ed of the AC excitation amount as an input signal, and controls the AC excitation device 9 to set the AC excitation amount of the generator 5, for example, its phase and magnitude to predetermined values. Control. The AC excitation device 9 is a device for converting a frequency, and performs three-phase AC excitation. As the AC excitation device 9, a converter using a cycloconverter or a GTO element can be used.

【0044】次に、本発明において使用される可変速発
電機の概略構成を図2を用いて説明する。この回転速度
を変化させることができる発電機(可変速発電機)5
は、夜間電力を使用して水を上方に組み上げ発電する可
変速揚水発電装置において使用される発電機と基本的に
同じ構成のものである。
Next, a schematic configuration of the variable speed generator used in the present invention will be described with reference to FIG. Generator (variable speed generator) 5 capable of changing this rotation speed
Has basically the same configuration as a generator used in a variable speed pumped storage power generator that assembles water upward and generates power using nighttime power.

【0045】図2において、可変速発電機5は、電力系
統18に接続される一次巻線15と、ガスタービンの軸
に結合されて回転する二次巻線16とを備える。二次巻
線16は、交流励磁装置9により可変周波数で励磁され
る。なお、6は燃料制御装置である。
In FIG. 2, the variable speed generator 5 includes a primary winding 15 connected to a power system 18 and a secondary winding 16 coupled to a shaft of a gas turbine and rotating. The secondary winding 16 is excited at a variable frequency by the AC exciting device 9. Reference numeral 6 denotes a fuel control device.

【0046】交流励磁装置9は、一方端を電力系統18
等の電源に接続される。この電源から得られた交流を、
適正な大きさと位相とを有する三相交流に変換し、可変
周波数や可変電圧として出力する。この出力により二次
巻線16が三相交流励磁される。
The AC excitation device 9 has one end connected to the power system 18.
And so on. The AC obtained from this power supply is
It is converted into a three-phase alternating current having an appropriate magnitude and phase, and is output as a variable frequency or a variable voltage. With this output, the secondary winding 16 is subjected to three-phase AC excitation.

【0047】可変速発電機5において、一次巻線15の
周波数は電力系統18の周波数foであり、発電機の軸
の回転数に比例する周波数をfm、二次巻線16の励磁
周波数17をfeとすると、これらの間には、fo=f
m+feの関係が成立する。ここで一次巻線の周波数f
oは固定子側磁界の回転速度であり、周波数fmは回転
子の機械的な回転速度である。更に、励磁周波数feは
交流励磁により磁界が回転子上を移動する速度であっ
て、fmに対して同方向(軸の回転数が低速の場合、基
準となる大気温度以下の場合)の時には正の値を、fm
に対して逆方向(軸の回転数が高速の場合、基準となる
大気温度以上の場合)の時には負の値を示す。更に、励
磁電流(交流励磁量)の位相を180°変化させること
によって、その方向を反転させることができる。
In the variable speed generator 5, the frequency of the primary winding 15 is the frequency fo of the power system 18, the frequency proportional to the rotation speed of the generator shaft is fm, and the excitation frequency 17 of the secondary winding 16 is fe, between these, fo = f
The relationship of m + fe is established. Where the frequency f of the primary winding
o is the rotation speed of the stator side magnetic field, and the frequency fm is the mechanical rotation speed of the rotor. Further, the excitation frequency fe is a speed at which the magnetic field moves on the rotor by the AC excitation, and is positive when it is in the same direction with respect to fm (when the rotation speed of the shaft is low, when it is lower than the reference atmospheric temperature). Fm
In the opposite direction (when the rotation speed of the shaft is high, when the temperature is equal to or higher than the reference atmospheric temperature), a negative value is shown. Furthermore, by changing the phase of the exciting current (the amount of AC excitation) by 180 °, the direction can be reversed.

【0048】通常、foは一定であり、feを変化させ
制御することにより、結果的には、fmが変化する。こ
のことは、二次巻線16の励磁周波数feを変化させる
ことにより、ガスタービン3の機械的回転速度を変化さ
せることができ、これはコンプレッサ1の吸気量を制御
できることを意味する。
Normally, fo is constant, and fm changes as a result of controlling by changing fe. This means that by changing the excitation frequency fe of the secondary winding 16, the mechanical rotation speed of the gas turbine 3 can be changed, which means that the intake air amount of the compressor 1 can be controlled.

【0049】つまり、例えば、大気温度の上昇に伴いコ
ンプレッサの軸の機械的回転速度を上昇させる必要が生
じた場合、通常ではこの軸の回転数の上昇に連動して、
発電機の軸の回転数も上昇する。その結果として系統周
波数も上昇するが、この系統周波数の上昇は、電力の質
の安定性の上からも好ましくない。そこで、軸の回転数
(fm)が上昇しても、系統周波数(fo)が一定とな
るように、励磁周波数(fe)を制御する。このように
回転子側の磁界が回転子上を移動する速度に相当する周
波数で交流励磁することにより、固定子側と回転子側と
の磁界の速度を一致させ、系統と同期させ、安定な運転
を行うことができる。
That is, for example, when it is necessary to increase the mechanical rotation speed of the shaft of the compressor due to an increase in the atmospheric temperature, normally, in conjunction with the increase in the rotation speed of this shaft,
The number of revolutions of the generator shaft also increases. As a result, the system frequency also increases, but this increase in the system frequency is not preferable from the viewpoint of stability of power quality. Therefore, the excitation frequency (fe) is controlled so that the system frequency (fo) becomes constant even when the shaft rotation speed (fm) increases. In this way, by exciting the AC at a frequency corresponding to the speed at which the magnetic field on the rotor moves on the rotor, the speeds of the magnetic fields on the stator and the rotor are matched, synchronized with the system, and stable. Driving can be performed.

【0050】本発明は、こうした原理を利用してなされ
たものである。
The present invention has been made using such a principle.

【0051】本発明は、大気の温度が変化した際でも、
発電機からの出力を一定に制御することを実現するもの
である。
According to the present invention, even when the temperature of the atmosphere changes,
This realizes constant control of the output from the generator.

【0052】図2に示される演算装置8は、発電機から
の出力を一定に制御するため、燃料量の目標値Fdと可
変速発電機の二次巻線16の交流励磁量の目標値Edを
決定する。
The arithmetic unit 8 shown in FIG. 2 controls the output from the generator to a constant value so that the target value Fd of the fuel amount and the target value Ed of the AC excitation amount of the secondary winding 16 of the variable speed generator are controlled. To determine.

【0053】ここで、ガスタービンの出力と大気温度と
の関係について図3を用いて説明する。図3は、横軸に
大気温度、縦軸にガスタービンの出力を示している。ガ
スタービンの出力118は大気温度により変化し、大気
温度が高温であるほどガスタービンの出力は低下する。
ガスタービンは、通常、一定の回転速度で運転されてお
り、コンプレッサに吸い込まれる空気(吸入空気)の体
積流量は一定である。しかし、ガスタービンの出力に関
係するのは、吸入空気の重量流量である。重量流量は体
積流量に温度の関数である密度を乗じて求まるものであ
る。つまり、高温状態では空気の密度が低下し、この結
果、重量流量が低下し、ガスタービンの出力も低下する
ことになる。
Here, the relationship between the output of the gas turbine and the atmospheric temperature will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the atmospheric temperature, and the vertical axis indicates the output of the gas turbine. The output 118 of the gas turbine changes depending on the ambient temperature, and the higher the ambient temperature, the lower the output of the gas turbine.
The gas turbine is usually operated at a constant rotation speed, and the volume flow rate of the air (intake air) sucked into the compressor is constant. However, what is related to the output of the gas turbine is the weight flow rate of the intake air. Weight flow is determined by multiplying volume flow by density, which is a function of temperature. That is, in a high temperature state, the density of the air decreases, and as a result, the weight flow rate decreases, and the output of the gas turbine also decreases.

【0054】このような関係があるために、公に示して
いるガスタービンの出力(公称認可出力)は、通常、常
温付近の特定温度の出力で定義されている(図3に示し
た事例では摂氏4度)。従って、通常のガスタービンは
夏場に公称許可出力を出せなかった。これに対し、本発
明では、ガスタービンの回転速度を変化させて運転し、
特性120のように、大気温度が高温(低温)であるほ
どガスタービンの回転数を上げる(下げる)ように大気
温度に応じて、回転速度を変化させて運用する。このと
きには、空気の重量流量を一定にすることができ、特性
119のように、ガスタービンの出力を大気温度の変化
に関係なく一定に運用することができる。このように、
ガスタービンは回転速度を変化させて運転(可変速運
転)をすることが良策ではある。しかし、電力系統に接
続されて運用される同期発電機では、回転速度を変化さ
せて運転(可変速運転)或いは周波数を変化させて運転
(可変周波数運転)することはできないので、可変速発
電機を採用して周波数を一定とする。
Because of such a relationship, the output of the gas turbine (nominal approval output) that is publicly indicated is usually defined by the output at a specific temperature near normal temperature (in the case shown in FIG. 4 degrees Celsius). Therefore, normal gas turbines failed to produce nominally permitted power in summer. On the other hand, in the present invention, the gas turbine is operated while changing the rotation speed,
As shown by the characteristic 120, the operation is performed by changing the rotation speed according to the atmospheric temperature so that the higher the atmospheric temperature (lower temperature), the higher the rotational speed of the gas turbine (lower). At this time, the weight flow rate of the air can be kept constant, and the output of the gas turbine can be kept constant irrespective of the change in the atmospheric temperature, as indicated by a characteristic 119. in this way,
It is good practice to operate the gas turbine by changing the rotation speed (variable speed operation). However, a synchronous generator operated by being connected to an electric power system cannot operate by changing the rotation speed (variable speed operation) or by changing the frequency (variable frequency operation). Is adopted to keep the frequency constant.

【0055】図3に示される特性119を実現し、ガス
タービンの出力を大気温度の変化に関係なく、ほぼ一定
にするために、図2に示される演算装置8は、2組の関
数発生器81及び82を有する。
In order to realize the characteristic 119 shown in FIG. 3 and to make the output of the gas turbine almost constant irrespective of changes in the atmospheric temperature, the arithmetic unit 8 shown in FIG. 81 and 82 are provided.

【0056】このうち、燃料量(燃料流量)の目標値F
dを定める関数発生器82は、負荷要求信号Pdを入力
信号とする。負荷要求信号と燃料量の目標値とがほぼ比
例的な関係を有することから、燃料量の目標値Fdを求
める。なお、燃料量の目標値Fdは、従来の燃料量の制
御装置における算出手法をほぼ変更することなく採用す
ることができる。
Among them, the target value F of the fuel amount (fuel flow rate)
The function generator 82 that determines d takes the load request signal Pd as an input signal. Since the load request signal and the target value of the fuel amount have a substantially proportional relationship, the target value Fd of the fuel amount is obtained. In addition, the target value Fd of the fuel amount can be adopted without substantially changing the calculation method in the conventional fuel amount control device.

【0057】可変速発電機の二次巻線16の交流励磁量
の目標値Edは、負荷要求信号Pdと大気温度Tとを入
力信号として決定される。交流励磁量の目標値Edは、
例えば、可変速発電機5が実現する回転速度である。
The target value Ed of the amount of AC excitation of the secondary winding 16 of the variable speed generator is determined using the load request signal Pd and the atmospheric temperature T as input signals. The target value Ed of the amount of AC excitation is
For example, the rotation speed realized by the variable-speed generator 5.

【0058】例えば、大気温度が摂氏4度の場合には、
特性bのように、負荷要求信号Pd=0のときに、定格
周波数50(Hz)に相当する回転速度とする。負荷要
求信号Pdの増大/減少に伴い、回転速度を高く/低く
するような指令を与える。
For example, when the atmospheric temperature is 4 degrees Celsius,
As in the case of the characteristic b, when the load request signal Pd = 0, the rotation speed is equivalent to the rated frequency of 50 (Hz). As the load request signal Pd increases / decreases, a command to increase / decrease the rotation speed is given.

【0059】また、大気温度が高い場合には、特性aの
ように、特性bを上方に移動させ、回転速度(回転数)
を設定するよう指令を与える。
When the atmospheric temperature is high, the characteristic b is moved upward like the characteristic a, and the rotation speed (the number of rotations) is increased.
Command to set.

【0060】また、大気温度が低い場合には、特性cの
ように、特性bを下方に移動させ、回転速度(回転数)
を設定するよう指令を与える。
When the atmospheric temperature is low, the characteristic b is moved downward as indicated by the characteristic c, and the rotation speed (the number of rotations)
Command to set.

【0061】励磁制御装置7は、交流励磁量の目標値E
d(回転速度の目標値)を入力信号とする。この目標値
を実現するため可変速発電機5のすべり周波数を制御す
る。例えば、前記の式において、電力系統の周波数fo
は、定格(系統)周波数の50(Hz)に定まってい
る。回転速度の目標値Edは、可変速発電機5の軸の回
転速度に相当する周波数fmである。これが、55(H
z)相当であるときには、二次巻線の励磁周波数(すべ
り周波数)feを、マイナス5(Hz)とするように、
二次巻線の交流励磁量を制御する。ここでマイナスと
は、磁束の方向が逆であることを意味している。
The excitation control device 7 sets a target value E of the AC excitation amount.
d (target value of rotation speed) is used as an input signal. In order to realize this target value, the slip frequency of the variable speed generator 5 is controlled. For example, in the above equation, the frequency fo of the power system
Is set to 50 (Hz) of the rated (system) frequency. The target value Ed of the rotation speed is a frequency fm corresponding to the rotation speed of the shaft of the variable speed generator 5. This is 55 (H
z), the excitation frequency (slip frequency) fe of the secondary winding is set to minus 5 (Hz).
Controls the amount of AC excitation in the secondary winding. Here, minus means that the direction of the magnetic flux is opposite.

【0062】なお、二次巻線16の三相交流励磁量は、
交流励磁装置9により決定される。そして、負荷要求信
号Pdとして有効電力を調整するときには三相交流励磁
量の位相角を調整すれば良く、負荷要求指令Pdとして
無効電力を調整するときには三相交流励磁量の大きさを
調整すれば良い。
The amount of three-phase AC excitation of the secondary winding 16 is
It is determined by the AC excitation device 9. When adjusting the active power as the load request signal Pd, the phase angle of the three-phase AC excitation amount may be adjusted, and when adjusting the reactive power as the load request command Pd, the magnitude of the three-phase AC excitation amount may be adjusted. good.

【0063】以上のような制御を行うことにより、ガス
タービンは、所定の負荷要求信号Pdに沿った燃料量を
投入されて燃焼を行う。更に、大気温度の変化を考慮し
た回転速度で、発電機の軸に連結するコンプレッサの軸
が回転することにより、負荷要求指令Pdに沿った重量
流量の大気を取り入れることができる。
By performing the above control, the gas turbine is charged with a fuel amount in accordance with a predetermined load request signal Pd and performs combustion. Furthermore, by rotating the shaft of the compressor connected to the shaft of the generator at a rotation speed in consideration of the change in the atmospheric temperature, it is possible to take in the air at a weight flow rate in accordance with the load request command Pd.

【0064】この結果、所望の電気出力を得ることがで
き、発電機としては一定の周波数を実現できる。
As a result, a desired electric output can be obtained, and a constant frequency can be realized as a generator.

【0065】図4は、本発明のほかの実施例を示してい
る。この実施例では、演算装置8内に示される関数発生
器83の構成が図2のものとは相違する。関数発生器8
2は負荷要求指令Pdから燃料量の目標値Fdを求め
る。更に、関数発生器83は、燃料量の目標値Fdと大
気温度Tとをパラメータとして、交流励磁量の目標値E
dを求める。なお、この目標値の信号の作成手法は、適
宜に選択され採用できる。図4に示されるその他の符号
は、図2に示される符号と同様の意味である。その理由
を図5及び図6を用いて説明する。図5は、横軸にコン
プレッサの空気流量(重量流量)、縦軸にコンプレッサ
の入口と出口との圧力比を示したものである。図6は、
横軸に負荷、左縦軸に空気流量(重量流量)、右縦軸に
ガスタ−ビンの入口温度を示したものである。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, the configuration of the function generator 83 shown in the arithmetic unit 8 is different from that of FIG. Function generator 8
2 obtains a target value Fd of the fuel amount from the load request command Pd. Further, the function generator 83 uses the target value Fd of the fuel amount and the atmospheric temperature T as parameters to set the target value E of the AC excitation amount.
Find d. It should be noted that the method of creating the target value signal can be appropriately selected and adopted. The other symbols shown in FIG. 4 have the same meanings as the symbols shown in FIG. The reason will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows the air flow rate (weight flow rate) of the compressor on the horizontal axis and the pressure ratio between the inlet and the outlet of the compressor on the vertical axis. FIG.
The horizontal axis shows the load, the left vertical axis shows the air flow rate (weight flow rate), and the right vertical axis shows the gas turbine inlet temperature.

【0066】図5において、コンプレッサの性能を示す
一つの指標であるコンプレッサの内部効率22は、定格
動作点Pをほぼ中心とした楕円形の等高線で示されてい
る。つまり、点Pより外側に向かうにつれて内部効率は
0.85,0.8,0.75 と減少する。コンプレッサの
状態変化に対して、効率の変化が最も小さい方向を結ん
だ線は、作動線24と呼ばれる。この作動線24上では
コンプレッサの効率が最も高く、かつ、コンプレッサが
安定に動作する。
In FIG. 5, the internal efficiency 22 of the compressor, which is one index indicating the performance of the compressor, is indicated by an elliptical contour line centered on the rated operating point P. That is, the internal efficiency decreases to 0.85, 0.8, 0.75 toward the outside of the point P. A line connecting the direction in which the change in the efficiency is the smallest with respect to the change in the state of the compressor is referred to as an operation line 24. On this operation line 24, the efficiency of the compressor is the highest and the compressor operates stably.

【0067】従来の方法に基づいたコンプレッサから供
給される空気流量を減少させるような(部分負荷)運転
では、コンプレッサの軸の回転数は一定に保たれるた
め、例えば、入力案内弁を絞る操作が行われる。つまり
空気流量の低下(W1→W2)に伴うコンプレッサの動作
点は、軸の機械的回転数が一定である等回転数線21上
を上方(点P→点Q)に移動することになる。この方向
は、コンプレッサの内部効率22の低下する勾配が、最
も大きい方向である。
In the operation (partial load) in which the flow rate of the air supplied from the compressor is reduced based on the conventional method, the rotation speed of the shaft of the compressor is kept constant. Is performed. That is, the operating point of the compressor due to the decrease in the air flow rate (W 1 → W 2 ) is determined by moving upward (point P → point Q) on the constant speed line 21 where the mechanical rotation speed of the shaft is constant. Become. In this direction, the gradient in which the internal efficiency 22 of the compressor decreases is the largest.

【0068】また、この時、コンプレッサの動作点は、
負荷の低減と共にコンプレッサの安定限界を与えるサー
ジ線23に近接する。コンプレッサが吸入する空気流量
は、等回転数線21とサージ線23とが交わる点Qにお
ける空気流量W2 (図6に示される空気流量)以下には
下げられない。一方、燃焼に必要かつ十分な量の空気流
量は、負荷の低減と共に減少する。このため点Qよりも
低い負荷では、コンプレッサが吸入する空気の一部しか
燃焼に寄与しない。残りの空気は温められないまま、燃
焼ガスと混合することになる。
At this time, the operating point of the compressor is
It is close to the surge line 23 which gives the limit of the compressor stability as the load is reduced. The air flow rate sucked by the compressor cannot be reduced below the air flow rate W 2 (air flow rate shown in FIG. 6) at the point Q where the constant speed line 21 and the surge line 23 intersect. On the other hand, the amount of air flow necessary and sufficient for combustion decreases as the load decreases. Therefore, at a load lower than the point Q, only a part of the air sucked by the compressor contributes to the combustion. The remaining air will be mixed with the combustion gases without being heated.

【0069】この結果、ガスタ−ビンの入口における燃
焼ガスの温度は低下し、ガスタービンの熱効率は低下す
る。燃焼に寄与する空気の割合は、負荷が低いほど低下
するので、ガスタービンの熱効率は負荷の低下と共に急
速に低下することになる。つまり、軸の回転数を一定に
しつつ、空気流量を減少させることは、内部効率の急激
な低下を招くと共に、コンプレッサのサージング現象発
生限界までしか、空気流量の低減を図ることができな
い。
As a result, the temperature of the combustion gas at the inlet of the gas turbine decreases, and the thermal efficiency of the gas turbine decreases. Since the proportion of air that contributes to combustion decreases as the load decreases, the thermal efficiency of the gas turbine decreases rapidly as the load decreases. In other words, reducing the air flow rate while keeping the rotation speed of the shaft constant causes a drastic decrease in internal efficiency and reduces the air flow rate only to the limit of the occurrence of the surging phenomenon of the compressor.

【0070】本実施例においては、軸の機械的回転数を
可変として運転することができるため、空気流量を減少
させる場合(W1→W2)であっても、作動線24に添っ
て(点P→点R)運転することができる。この作動線2
4に添って運転することによって内部効率が急減するこ
ともなく又はサージ線23に近接することなく、所望の
空気流量まで減少させることができる。
In the present embodiment, since the shaft can be operated with the mechanical rotation speed being variable, even when the air flow rate is reduced (W 1 → W 2 ), the operation is performed along the operation line 24 (W 1 → W 2 ). Point P → Point R) Operation is possible. This operation line 2
By operating according to 4, the internal air flow can be reduced to the desired air flow without a sudden decrease in internal efficiency or without approaching the surge line 23.

【0071】図6は上記関係を明確に示す特性図であ
る。図6の特性25,35(実線)に示すように、ガス
タービンの入口における燃焼ガスの温度は、負荷が上昇
すると共に上昇し、負荷が75〜80%程度以上のとき
1300℃程度でほぼ一定となる(実線35)。また、
空気流量は、負荷が75〜80%程度以下のときW2
度でほぼ一定であり、負荷が75〜80%程度以上のと
きW1 程度まで上昇する(実線25)。これに対して、
図6の特性26,36(点線)に示すように、本発明を
用いることによって、ガスタービンの入口における燃焼
ガスの温度は、負荷の変化に対しても1300℃程度で
ほぼ一定とすることができる(点線36)。また、空気流
量は、負荷の変動に伴なって、変化させることができる
(点線26)。
FIG. 6 is a characteristic diagram clearly showing the above relationship. As shown by characteristics 25 and 35 (solid lines) in FIG. 6, the temperature of the combustion gas at the inlet of the gas turbine increases as the load increases, and is substantially constant at about 1300 ° C. when the load is about 75 to 80% or more. (Solid line 35). Also,
Air flow rate, the load is substantially constant at W 2 of about when: about 75% to 80%, the load rises to W about 1 when not less than about 75% to 80% (solid line 25). On the contrary,
As shown by the characteristics 26 and 36 (dotted lines) in FIG. 6, by using the present invention, the temperature of the combustion gas at the inlet of the gas turbine can be kept substantially constant at about 1300 ° C. even when the load changes. Yes (dotted line 36). In addition, the air flow rate can be changed with a change in load.
(Dotted line 26).

【0072】本発明は、演算装置8の関数発生器81
(83)の特性に基づいて、コンプレッサの軸の回転数
を減少させ、空気流量を減じる。従って、図5に示され
る動作点Rは、ほぼ作動線24に沿って移動する。この
ため、コンプレッサの内部効率が高く維持できる。この
他、コンプレッサが吸入する空気流量の制約がないた
め、低い負荷領域においても、燃料流量に対して過不足
ない空気流量を取り入れることができる。
According to the present invention, the function generator 81 of the arithmetic unit 8 is used.
Based on the characteristic of (83), the number of rotations of the shaft of the compressor is reduced, and the air flow rate is reduced. Therefore, the operating point R shown in FIG. For this reason, the internal efficiency of the compressor can be maintained high. In addition, since there is no restriction on the flow rate of the air sucked by the compressor, even in a low load range, it is possible to take in an air flow rate that is not too much or less than the fuel flow rate.

【0073】この結果、図6の特性26(点線)に示す
ように、低い負荷領域(部分負荷領域)においても、ガ
スタービンの入口における燃焼ガスの温度が低下せず、
ガスタービンの熱効率を高い負荷領域におけるそれとほ
ぼ同等に維持できる。つまり、広い負荷領域において、
つまり、部分負荷時においても常に定格値近傍の高い熱
効率を保持することができる。
As a result, as shown by the characteristic 26 (dotted line) in FIG. 6, even in a low load region (partial load region), the temperature of the combustion gas at the inlet of the gas turbine does not decrease.
The thermal efficiency of the gas turbine can be maintained almost equal to that in the high load region. In other words, in a wide load range,
That is, even at the time of partial load, high thermal efficiency near the rated value can always be maintained.

【0074】以上のように、本実施例に示すガスタ−ビ
ン発電設備においては、効率の良い設備が達成できる。
As described above, in the gas turbine power generation equipment shown in this embodiment, an efficient equipment can be achieved.

【0075】又、本発明をコンバインドサイクルプラン
トに用いることも可能である。
Further, the present invention can be used in a combined cycle plant.

【0076】図7にコンバインドサイクルプラントの構
成図を示す。主機はガスタービン設備,蒸気タービン設
備,発電機よりなり、図7に示す実施例ではこれら3者
が1つの軸上に直結されている例を示すが、ガスタービ
ン設備と蒸気タービン設備とが各々別個に発電機を有す
る多軸型であっても良い。
FIG. 7 shows a configuration diagram of a combined cycle plant. The main engine is composed of gas turbine equipment, steam turbine equipment, and a generator. In the embodiment shown in FIG. 7, an example is shown in which these three members are directly connected on one shaft. It may be a multi-shaft type having a separate generator.

【0077】コンプレッサで吸引された空気57は圧縮
され燃焼器2で高温高圧ガスとなりガスタービン3に流
入する。ここで熱エネルギの一部が仕事に変換され発電
機5で電気エネルギに変換される。ガスタービン3から
の排気ガス55は排熱回収ボイラ51にて給水53を加
熱し、蒸気54を発生する。この蒸気54は蒸気タービ
ン52に導かれて仕事をし、発電機5で電気エネルギに
変換される。仕事を終えた蒸気は復水器56で水に戻
り、給水53として再び排熱回収ボイラ51に供給され
る。排熱回収ボイラ51を出た排ガス57は煙突に導か
れる。このように、コンバイドサイクルプラントではガ
スタービン設備と蒸気タービン設備とを組み合わせて発
電するので熱効率が高い。
The air 57 sucked by the compressor is compressed and becomes high-temperature and high-pressure gas in the combustor 2 and flows into the gas turbine 3. Here, a part of the heat energy is converted into work and converted into electric energy by the generator 5. The exhaust gas 55 from the gas turbine 3 heats the water supply 53 in the exhaust heat recovery boiler 51 to generate steam 54. The steam 54 is guided to the steam turbine 52 to perform work, and is converted into electric energy by the generator 5. The steam after work is returned to the water in the condenser 56, and is supplied again to the exhaust heat recovery boiler 51 as the water supply 53. The exhaust gas 57 exiting the exhaust heat recovery boiler 51 is led to a chimney. As described above, the combined cycle plant generates power by combining the gas turbine equipment and the steam turbine equipment, and therefore has high thermal efficiency.

【0078】尚、図中示された他の符号は、図1に用い
られたものと同様であり、その作用もほぼ同等のもので
ある。
The other reference numerals shown in the figure are the same as those used in FIG. 1, and their functions are almost the same.

【0079】軸が定速回転する従来のガスタービン設備
と蒸気タービン設備と組み合わせたコンバインドサイク
ルプラント(システム)は、部分負荷による運転の時に
効率が低下するという問題点がある。しかし、本発明を
採用することにより、効率が低下する割合(幅)を小さ
くできるという効果を有する。
A conventional combined cycle plant (system) combining a gas turbine facility and a steam turbine facility in which the shaft rotates at a constant speed has a problem that the efficiency is reduced when the operation is performed under a partial load. However, by employing the present invention, there is an effect that the rate (width) at which the efficiency decreases can be reduced.

【0080】さらに本発明のガスタービン発電装置は、
設備として有する能力を夏場においても冬場と同様に発
揮することができる。
Further, the gas turbine power generation device of the present invention
The ability of the equipment can be exhibited in summer as well as in winter.

【0081】[0081]

【発明の効果】本発明によれば、実用上、温度が変化す
る領域において、ガスタービン発電装置の出力を極力一
定に保つことができる。また、部分負荷時の運転におけ
る熱効率を高く保持できる。
According to the present invention, the output of the gas turbine power generator can be kept as constant as possible in a range where the temperature changes in practical use. In addition, high thermal efficiency can be maintained during operation under a partial load.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】図1の演算装置と可変速発電機とを詳細に示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing the arithmetic unit and the variable speed generator of FIG. 1 in detail.

【図3】本発明の原理説明図。FIG. 3 is a diagram illustrating the principle of the present invention.

【図4】図2の実施例の変形例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a modification of the embodiment of FIG. 2;

【図5】本発明に基づく部分負荷における運転時のコン
プレッサ効率の特性を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing characteristics of compressor efficiency during operation at a partial load according to the present invention.

【図6】負荷と空気流量またはガスタービン入口温度と
の関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a load and an air flow rate or a gas turbine inlet temperature.

【図7】本発明を用いたコンバインドサイクルプラント
の構成を示す図。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a combined cycle plant using the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…コンプレッサ、2…燃焼器、3…ガスタービン、4
…燃料供給装置、5…可変速発電機、6…燃料制御装
置、7…励磁制御装置、8…演算装置、9…交流励磁装
置、18…電力系統、Pd…負荷要求信号、T…大気温
度。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Compressor, 2 ... Combustor, 3 ... Gas turbine, 4
... Fuel supply device, 5 ... Variable speed generator, 6 ... Fuel control device, 7 ... Excitation control device, 8 ... Operation device, 9 ... AC excitation device, 18 ... Power system, Pd ... Load request signal, T ... Atmospheric temperature .

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】空気を取り入れて圧縮するコンプレッサ
と、前記コンプレッサで圧縮された空気と燃料とを燃焼
する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスで駆動するガ
スタービンと、前記ガスタービンと軸を介して結合され
た発電機とを有するガスタービン発電装置において、 前記発電機の一次巻線が電力系統に接続されると共にそ
の二次巻線が交流励磁されることを特徴とするガスター
ビン発電装置。
1. A compressor for taking in and compressing air, a combustor for burning air and fuel compressed by the compressor, a gas turbine driven by combustion gas from the combustor, and a gas turbine and a shaft. And a generator coupled via a power generator, wherein a primary winding of the generator is connected to a power system and a secondary winding thereof is AC-excited. apparatus.
【請求項2】請求項1記載のガスタービン発電装置にお
いて、 前記燃焼器に供給される燃料の量を負荷要求信号に基づ
いて定めて制御する燃料制御装置と、負荷要求信号と大
気温度とに基づいて前記発電機の交流励磁量を調整する
励磁制御装置と、を備えるガスタービン発電装置。
2. The gas turbine power generator according to claim 1, wherein a fuel control device for determining and controlling an amount of fuel supplied to the combustor based on a load request signal, and a load control signal and an atmospheric temperature. An excitation control device that adjusts the amount of AC excitation of the generator based on the gas turbine power generation device.
【請求項3】請求項1記載のガスタービン発電装置にお
いて、 前記発電機の二次巻線を交流励磁する交流励磁装置を備
えるガスタービン発電装置。
3. The gas turbine power generator according to claim 1, further comprising an AC exciting device that AC-excites a secondary winding of the generator.
【請求項4】空気を取り入れて圧縮するコンプレッサ
と、前記コンプレッサで圧縮された空気と燃料とを燃焼
する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスで駆動するガ
スタービンと、前記ガスタービンと軸を介して結合され
た発電機とを有するガスタービン発電装置において、 前記発電機の一次巻線が電力系統に接続され、その二次
巻線が交流励磁装置に接続されると共に、前記燃焼器に
供給される燃料の量を負荷要求信号に基づいて定めて制
御する燃料制御装置と、前記燃料制御装置で求められた
燃料の量と大気温度とに基づいて前記発電機の交流励磁
量を調整する励磁制御装置と、を備えるガスタービン発
電装置。
4. A compressor for taking in and compressing air, a combustor for burning air and fuel compressed by the compressor, a gas turbine driven by combustion gas from the combustor, and a gas turbine and a shaft. And a generator coupled via a generator, wherein a primary winding of the generator is connected to a power system, a secondary winding of the generator is connected to an AC excitation device, and the combustor is A fuel control device that determines and controls the amount of fuel to be supplied based on the load request signal, and adjusts the AC excitation amount of the generator based on the amount of fuel and the atmospheric temperature determined by the fuel control device. A gas turbine power generation device comprising: an excitation control device.
【請求項5】空気を取り入れて圧縮するコンプレッサ
と、前記コンプレッサで圧縮された空気と燃料とを燃焼
する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスで駆動するガ
スタービンと、一次巻線が電力系統に接続され二次巻線
が交流励磁される発電機とを有し、前記ガスタービン及
び前記発電機が、軸を介して結合された可変速ガスター
ビン発電装置であって、 前記大気温度に基づいて、前記発電機の交流励磁量を調
整すると共に、前記軸の回転速度を制御する可変速ガス
タービン発電装置。
5. A compressor that takes in and compresses air, a combustor that burns air and fuel compressed by the compressor, a gas turbine that is driven by combustion gas from the combustor, and a primary winding that uses electric power. A generator connected to a system and a secondary winding of which is AC-excited, wherein the gas turbine and the generator are a variable-speed gas turbine power generator connected via a shaft, A variable-speed gas turbine power generator that adjusts the amount of AC excitation of the generator based on the rotation of the generator and controls the rotation speed of the shaft.
【請求項6】コンプレッサで大気を取り入れ圧縮し、こ
の圧縮された空気と燃料とを燃焼器で燃焼し、この燃焼
されたガスを用いてガスタービンを駆動し、前記ガスタ
ービンと軸を介して結合された発電機を駆動するガスタ
ービン発電装置の運転方法において、 前記発電機に対する励磁周波数を、大気の温度に応じて
可変にすることを特徴とするガスタービン発電装置の運
転方法。
6. A compressor takes in the air, compresses the compressed air, burns the compressed air and fuel in a combustor, drives a gas turbine using the burned gas, and passes through the gas turbine and a shaft. A method of operating a gas turbine generator that drives a coupled generator, wherein the excitation frequency for the generator is made variable according to the temperature of the atmosphere.
【請求項7】コンプレッサで大気を取り入れ圧縮し、こ
の圧縮された空気と燃料とを燃焼器で燃焼し、この燃焼
されたガスを用いてガスタービンを駆動し、前記ガスタ
ービンと軸を介して結合された発電機を駆動するガスタ
ービン発電装置の運転方法において、 前記発電機の磁界の回転速度を、前記ガスタービンの出
力変動に応じて可変にすることを特徴とするガスタービ
ン発電装置の運転方法。
7. The atmosphere is taken in by a compressor and compressed, and the compressed air and fuel are burned in a combustor. A gas turbine is driven by using the burned gas, and the gas turbine and the shaft are driven. A method of operating a gas turbine power generator that drives a coupled generator, comprising: changing the rotation speed of a magnetic field of the generator according to output fluctuations of the gas turbine. Method.
【請求項8】コンプレッサで大気を取り入れ圧縮し、こ
の圧縮された空気と燃料とを燃焼器で燃焼し、この燃焼
されたガスを用いてガスタービンを駆動し、前記ガスタ
ービンと軸を介して結合された発電機を駆動するガスタ
ービン発電装置の運転方法において、 大気の温度が変動した場合にも、前記発電機の出力周波
数をほぼ一定とするように、前記発電機に対する励磁周
波数を制御することを特徴とするガスタービン発電装置
の運転方法。
8. A compressor takes in the air, compresses the compressed air, burns the compressed air and fuel in a combustor, drives a gas turbine using the burned gas, and drives the gas turbine through the gas turbine and a shaft. In a method of operating a gas turbine power generator that drives a coupled generator, an exciting frequency for the generator is controlled so that the output frequency of the generator is substantially constant even when the temperature of the atmosphere fluctuates. A method for operating a gas turbine power generator, characterized by the above-mentioned.
【請求項9】コンプレッサで大気を取り入れ圧縮し、こ
の圧縮された空気と燃料とを燃焼器で燃焼し、この燃焼
されたガスを用いてガスタービンを駆動し、前記ガスタ
ービンと軸を介して結合され、一次巻線が電力系統に接
続され二次巻線が交流励磁される発電機を駆動する可変
速ガスタービン発電装置の運転方法であって、 前記ガスタービンの出力がほぼ一定の場合に、前記大気
の温度が高いときよりも低いときの方が、前記二次巻線
の交流励磁量を小さく設定することを特徴とする可変速
ガスタービン発電装置の運転方法。
9. A compressor takes in the atmosphere, compresses the compressed air and burns the compressed air and fuel in a combustor, drives a gas turbine using the burned gas, and passes through the gas turbine and a shaft. A method for operating a variable speed gas turbine power generator that drives a generator, wherein a primary winding is connected to a power system and a secondary winding is AC-excited, wherein the output of the gas turbine is substantially constant. The method of operating a variable speed gas turbine power generator, wherein the amount of AC excitation of the secondary winding is set smaller when the temperature of the atmosphere is lower than when the temperature of the atmosphere is higher.
【請求項10】燃焼ガスで駆動するガスタービンと、前
記ガスタービンと軸を介して結合され、一次巻線が電力
系統に接続され二次巻線が交流励磁される発電機と、前
記ガスタービンの排ガスと熱交換するボイラと、前記ボ
イラから発生した蒸気で駆動する蒸気タービンと、を有
するコンバインドサイクルプラント。
10. A gas turbine driven by combustion gas, a generator coupled to the gas turbine via a shaft, a primary winding connected to a power system, and a secondary winding AC-excited; A combined cycle plant comprising: a boiler for exchanging heat with exhaust gas from a steam generator; and a steam turbine driven by steam generated from the boiler.
【請求項11】請求項10記載のコンバインドサイクル
プラントにおいて、負荷要求信号と大気温度とに基づい
て前記発電機の交流励磁量を調整することを特徴とする
コンバインドサイクルプラント。
11. The combined cycle plant according to claim 10, wherein the amount of AC excitation of said generator is adjusted based on a load request signal and an atmospheric temperature.
【請求項12】空気を取り入れて圧縮するコンプレッサ
と、前記コンプレッサで圧縮された空気と燃料とを燃焼
する燃焼器と、前記燃焼器からの燃焼ガスで駆動するガ
スタービンと、前記ガスタービンと軸を介して結合され
た発電機とを有するガスタービン発電装置において、前
記軸の回転数が変化した場合であっても、前記発電機か
らの系統周波数をほぼ一定にする手段を有することを特
徴とするガスタービン発電装置。
12. A compressor for taking in and compressing air, a combustor for burning air and fuel compressed by the compressor, a gas turbine driven by combustion gas from the combustor, and a gas turbine and a shaft. A gas turbine power generator having a generator coupled via a power generator, characterized in that it has means for making the system frequency from the generator substantially constant even when the rotation speed of the shaft changes. Gas turbine generator.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006207590A (en) * 2005-01-28 2006-08-10 General Electric Co <Ge> Control system and control method for compressor turbine motor train
JP2010518809A (en) * 2007-02-14 2010-05-27 アルストム テクノロジー リミテッド Power generation device and method for driving power generation device
CN111524439A (en) * 2020-04-02 2020-08-11 青岛海尔空调电子有限公司 Control method for simulation tool of compressor
CN113570180A (en) * 2020-04-28 2021-10-29 株式会社日立制作所 Plant control support device, program, and plant control support method

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