JP2005218163A

JP2005218163A - Turbine generating set and its self-sustaining operation method

Info

Publication number: JP2005218163A
Application number: JP2004018459A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Matsuo; 和也松尾; Osamu Noro; 治野呂; Yoshinobu Mori; 芳信森; Mitsugi Ashikaga; 貢足利; Masashi Sawada; 正志澤田; Ryuji Sakai; 隆二堺; Masahiro Fujisawa; 雅浩藤澤
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2005-08-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To enable self-sustaining operation which is excellent in output responsiveness to a load ripple without needing an expensive protector and without being provided with a power accumulation element. <P>SOLUTION: This turbine generating set 1 which converts power generated by a turbine generator 4 by means of a converter 5 and further converts DC power outputted from the converter into AC power by means of an inverter 7 prior to outputting to a load, controls a voltage inputted into the inverter to be Vc1-Vc2 by supplying the inverter with power from a system 8 when the voltage supplied to the inverter via the converter is not larger than the preset first voltage value Vc1 and consuming surplus power in a regenerative resistor 11 when the voltage supplied to the inverter via the converter from the turbine generator is not smaller than preset second voltage value Vc2. This enables the high-speed control of the inverter output to a load ripple by stabilizing the input voltage to the inverter. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ガスタービンによって永久磁石式同期発電機を駆動して発電を行うタービン発電装置およびその自立運転方法に関する。 The present invention relates to a turbine power generation apparatus that generates power by driving a permanent magnet synchronous generator by a gas turbine, and a self-sustained operation method thereof.

マイクロガスタービンなど、ガスタービンと同期発電機が直結しているタービン発電機では、発電周波数はガスタービンの回転速度（以後、回転数と呼ぶことがある）に発電機の極対数を乗じたものとなり、商用周波数（５０または６０Ｈｚ）に比べて高い周波数の電力を発生する。たとえば、６万ｒｐｍのガスタービンに直結した２極（極対数は１）の発電機は、１ｋＨｚの電力を発生する。このような高速回転の発電機は、遠心力に耐える強度とするため、また、小型とし出力密度を上げるため、ロータの磁極に強力な希土類の永久磁石を用いた発電機が使われる。すなわち、永久磁石式同期発電機は、界磁巻線のある発電機とは異なり、磁場の強さを操作することができない、すなわち発電電圧の制御ができない発電機である。この発電出力を利用するには、商用の周波数（５０または６０Ｈｚ）および電圧（たとえば３相２２０Ｖ）に変換する必要がある。この電力変換は、整流回路たとえばコンバータ（略称ＣＮＶ）により一旦直流に変換した後、その直流電力をインバータ（略称ＩＮＶ）で再度所要の周波数と電圧の交流に変換することによって行われている。 In a turbine generator in which a gas turbine and a synchronous generator are directly connected, such as a micro gas turbine, the power generation frequency is obtained by multiplying the rotation speed of the gas turbine (hereinafter sometimes referred to as the rotation speed) by the number of pole pairs of the generator. Thus, electric power having a frequency higher than the commercial frequency (50 or 60 Hz) is generated. For example, a 2-pole generator (the number of pole pairs is 1) directly connected to a gas turbine of 60,000 rpm generates 1 kHz of power. Such a high-speed rotating generator uses a generator using a strong rare earth permanent magnet as a magnetic pole of the rotor in order to make it strong enough to withstand centrifugal force, and to reduce the size and increase the power density. That is, unlike a generator having a field winding, a permanent magnet type synchronous generator is a generator that cannot manipulate the strength of a magnetic field, that is, cannot control a generated voltage. In order to use this power generation output, it is necessary to convert it into a commercial frequency (50 or 60 Hz) and voltage (for example, three-phase 220 V). This power conversion is performed by once converting to direct current by a rectifier circuit such as a converter (abbreviated as CNV) and then converting the direct current power into alternating current of a required frequency and voltage by an inverter (abbreviated as INV).

一般的に、このようなタービン発電装置は、負荷の変動に対する出力応答特性が劣る。たとえば系統連系機のマイクロガスタービンについて一例を示すと、出力を零（０）％から１００％まで上げるのに１分もの時間を必要とする。系統連系されるタービン発電装置は、ベースロード運転、すなわちベース負荷の電力のみタービン発電装置で供給するように運転され、負荷の変動に対する発電装置による発電電力の不足分は、系統からの給電によって対応される。したがって、負荷の変動に対するガスタービン発電装置の出力応答性は求められていない。 In general, such a turbine power generator is inferior in output response characteristics with respect to load fluctuations. For example, in the case of a micro gas turbine of a grid interconnection machine, it takes 1 minute to raise the output from zero (0)% to 100%. Turbine power generators connected to the grid are operated so that only the power of the base load is supplied by the turbine power generator, and the shortage of the power generated by the power generator with respect to load fluctuations is caused by the power supply from the grid. Corresponding. Therefore, the output responsiveness of the gas turbine power generation device with respect to load fluctuations is not required.

しかしながら、系統連系の運転では、負荷の変動に応じてタービン発電装置による発電電力が負荷の必要電力を上回るとき、タービン発電装置による余剰の発電電力が系統へ供給される。系統は、多くの場合商用電源であることが多いので、タービン発電装置から系統へ供給される電力に起因する過電流、過電圧、周波数変動などによるトラブル発生を防止するために、系統とタービン発電装置とを切離すことのできる保護装置を設置しなければならないという問題がある。また前述のように系統は、商用電源すなわち電力会社の資産であるので、タービン発電装置を系統に連系させるには、電力会社と予め協議しなければならないという問題がある。このように、タービン発電装置と系統との連系には、高価な保護装置を必要とし、また事前に電力会社の了解を得るべく協議を必要とすることが、タービン発電装置普及の妨げとなっている。 However, in the grid connection operation, when the power generated by the turbine power generator exceeds the required power of the load in accordance with the load variation, surplus power generated by the turbine power generator is supplied to the system. Since the grid is often a commercial power source in many cases, in order to prevent troubles due to overcurrent, overvoltage, frequency fluctuation, etc. caused by the power supplied from the turbine power generator to the grid, the grid and the turbine power generator There is a problem that it is necessary to install a protective device that can be disconnected. Further, as described above, since the grid is a commercial power source, that is, an asset of the electric power company, there is a problem that it is necessary to negotiate with the electric power company in advance in order to link the turbine power generation device to the grid. As described above, the connection between the turbine power generation device and the system requires an expensive protective device, and the need for consultation in advance to obtain the consent of the electric power company hinders the spread of the turbine power generation device. ing.

このような問題を解決し系統との連系を用いない従来技術に、タービン発電装置に電力蓄積要素を設け、タービン発電装置の出力制御が追随することのできない領域の負荷変動分を電力蓄積要素の充放電によって吸収するというものがある（特許文献１参照）。 In the conventional technology that solves such problems and does not use interconnection with the grid, a power storage element is provided in the turbine power generation device, and the load fluctuation component in the region where the output control of the turbine power generation device cannot follow the power storage element Is absorbed by charging / discharging (see Patent Document 1).

しかしながら、電力蓄積要素の代表例であるたとえば二次電池は、寿命が比較的短く、該二次電池を含む発電装置をパッケージ内に設ける場合、電力蓄積機能を充分発現させるためには適正温度範囲になるように管理をしなければならない。また二次電池が、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池などであると、環境負荷の高い物質が含まれるので、廃棄処理が難しいという問題がある。また電力蓄積要素が設けられたタービン発電装置の運転に際しては、電力蓄積要素に対して充電する操作が必須であり、その充電中である十数分間はガスタービンを停止することができないという問題がある。 However, for example, a secondary battery, which is a representative example of a power storage element, has a relatively short life, and when a power generation device including the secondary battery is provided in a package, an appropriate temperature range is required to sufficiently develop the power storage function. It must be managed to become. Further, when the secondary battery is a lead storage battery, a lithium ion battery, a nickel metal hydride battery, or the like, there is a problem that disposal is difficult because a substance having a high environmental load is included. Further, when operating a turbine power generation device provided with a power storage element, an operation for charging the power storage element is essential, and the gas turbine cannot be stopped for ten minutes during the charging. is there.

特表２００１−５２７１８０号公報JP-T-2001-527180

本発明の目的は、高価な保護装置を必要とせず、また電力蓄積要素を設けることなく、負荷の変動に対する出力応答性に優れたタービン発電装置およびその自立運転方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a turbine power generator excellent in output responsiveness to load fluctuations and a self-sustaining operation method thereof without requiring an expensive protective device and without providing a power storage element.

本発明は、（ａ）燃料流量によって出力制御可能なガスタービンに、永久磁石式同期発電機が連結されるタービン発電機と、
（ｂ）タービン発電機に接続されるコンバータと、
（ｃ）コンバータと負荷との間に接続されるインバータと、
（ｄ）交流連系系統に接続される変圧手段と、
（ｅ）変圧手段とインバータとの間に接続される整流手段と、
（ｆ）コンバータからの出力部である直流部に接続される回生抵抗とを含み、
（ｇ）タービン発電機からコンバータを介してインバータに給電される電圧が、予め定める第１電圧値以下の状態では、変圧手段および整流手段を介して交流連系系統からインバータに給電し、
（ｈ）タービン発電機からコンバータを介してインバータに給電される電圧が、予め定める第２電圧値以上の状態では、回生抵抗によって余剰電力を消費するように構成されることを特徴とするタービン発電装置である。 The present invention includes (a) a turbine generator in which a permanent magnet synchronous generator is connected to a gas turbine whose output can be controlled by a fuel flow rate;
(B) a converter connected to the turbine generator;
(C) an inverter connected between the converter and the load;
(D) transforming means connected to the AC interconnection system;
(E) rectifying means connected between the transformer means and the inverter;
(F) including a regenerative resistor connected to a direct current part that is an output part from the converter,
(G) In a state where the voltage fed from the turbine generator to the inverter via the converter is equal to or lower than the first voltage value determined in advance, the inverter is fed from the AC interconnection system via the transformer means and the rectifier means,
(H) A turbine power generator configured to consume surplus power by a regenerative resistor when a voltage fed from a turbine generator to an inverter via a converter is equal to or higher than a predetermined second voltage value. Device.

また本発明は、（ａ）燃料流量によって出力制御可能なガスタービンに、永久磁石式同期発電機が連結されるタービン発電機と、
（ｂ）タービン発電機に接続されるコンバータと、
（ｃ）コンバータと負荷との間に接続されるインバータと、
（ｄ）交流連系系統とインバータとの間に接続されるＰＷＭコンバータと、
（ｅ）ＰＷＭコンバータに接続され、ＰＷＭコンバータの出力方向を交流連系系統からインバータへ向う方向に制限するリミッタと、
（ｆ）コンバータからの出力部である直流部に接続される回生抵抗とを含み、
（ｇ）タービン発電機からコンバータを介してインバータに給電される電圧が、予め定める第１電圧値以下の状態では、ＰＷＭコンバータを介して交流連系系統からインバータに給電し、
（ｈ）タービン発電機からコンバータを介してインバータに給電される電圧が、予め定める第２電圧値以上の状態では、回生抵抗によって余剰電力を消費するように構成されることを特徴とするタービン発電装置である。 The present invention also includes: (a) a turbine generator in which a permanent magnet synchronous generator is connected to a gas turbine whose output can be controlled by a fuel flow rate;
(B) a converter connected to the turbine generator;
(C) an inverter connected between the converter and the load;
(D) a PWM converter connected between the AC interconnection system and the inverter;
(E) a limiter that is connected to the PWM converter and limits the output direction of the PWM converter to a direction from the AC interconnection system to the inverter;
(F) including a regenerative resistor connected to a direct current part that is an output part from the converter,
(G) In a state where the voltage supplied from the turbine generator to the inverter via the converter is equal to or lower than a predetermined first voltage value, the inverter is supplied from the AC interconnection system via the PWM converter,
(H) Turbine power generation configured to consume surplus power by regenerative resistance in a state where the voltage fed from the turbine generator through the converter to the inverter is equal to or higher than a predetermined second voltage value Device.

また本発明は、燃料流量によって出力制御可能なガスタービンに連結される永久磁石式同期発電機を駆動して発電を行い、発電電力をコンバータで直流電力に変換し、コンバータから出力される直流電力をさらにインバータで交流電力に変換して負荷へ給電するタービン発電装置の自立運転方法において、
ガスタービンに永久磁石式同期発電機が連結されて成るタービン発電機からコンバータを介してインバータに給電される電圧が、予め定める第１電圧値以下のとき、交流連系系統からインバータに給電し、タービン発電機からコンバータを介してインバータに給電される電圧が、予め定める第２電圧値以上のとき、回生抵抗で余剰電力を消費することによって、
インバータに入力される電圧を、第１電圧値を超え、第２電圧値未満の範囲になるように制御することを特徴とするタービン発電装置の自立運転方法である。 The present invention also generates power by driving a permanent magnet synchronous generator connected to a gas turbine whose output can be controlled by the fuel flow rate, converts the generated power into DC power by a converter, and outputs DC power from the converter. In the self-sustaining operation method of the turbine generator that further converts the AC power into the AC power by the inverter and supplies power to the load,
When the voltage supplied to the inverter through the converter from the turbine generator in which the permanent magnet type synchronous generator is connected to the gas turbine is equal to or lower than a predetermined first voltage value, the inverter is supplied from the AC interconnection system, When the voltage supplied to the inverter from the turbine generator through the converter is equal to or higher than a predetermined second voltage value, by consuming excess power with the regenerative resistor,
It is a self-sustaining operation method of a turbine power generator characterized by controlling the voltage inputted into an inverter so that it may become the range which exceeds the 1st voltage value and is less than the 2nd voltage value.

また本発明は、燃料流量によるガスタービンの出力制御は、
起動時には、
予め定められるガスタービンに対する投入燃料流量と回転数との関係に基づいて、ガスタービンが所定の回転数になるような燃料流量を投入し、
起動後の運転時には、
ガスタービンの排ガス温度ＥＧＴを検出し、予め負荷の大きさに対応して定められるガスタービン回転数および該ガスタービン回転数に対応するように予め定められる設定排ガス温度ＳＥＧＴと、検出排ガス温度ＥＧＴとの偏差ΔＴ（＝ＳＥＧＴ−ＥＧＴ）が零になるように回転数を変化させるために必要な燃料流量と、
コンバータからインバータに対して出力される直流部の電圧Ｖｄｃを検出し、予め定める電圧設定値Ｖｓに対する検出電圧値Ｖｄｃの偏差ΔＶ（＝Ｖｓ−Ｖｄｃ）が零になるように回転数を変化させるために必要な燃料流量とのうち、
いずれか少ない方の燃料流量になるように選択することによって行われることを特徴とする。 In the present invention, the output control of the gas turbine by the fuel flow rate is
At startup,
Based on a predetermined relationship between the fuel flow rate and the rotational speed of the gas turbine, the fuel flow rate is charged so that the gas turbine has a predetermined rotational speed.
When driving after startup,
The exhaust gas temperature EGT of the gas turbine is detected, the gas turbine rotation speed determined in advance corresponding to the magnitude of the load, the preset exhaust gas temperature SEGT predetermined to correspond to the gas turbine rotation speed, and the detected exhaust gas temperature EGT The fuel flow rate necessary for changing the rotational speed so that the deviation ΔT (= SEGT−EGT) of
DC voltage Vdc output from the converter to the inverter is detected, and the rotational speed is changed so that the deviation ΔV (= Vs−Vdc) of the detected voltage value Vdc with respect to the predetermined voltage setting value Vs becomes zero. Of the fuel flow required for
It is characterized by being performed by selecting whichever fuel flow rate is smaller.

本発明によれば、負荷の増大に対してタービン発電機による発電電力が不足するとき、変圧手段および整流手段を介して系統から給電を受け、負荷の減少に対してタービン発電機による発電電力が過剰になるとき、余剰電力を回生抵抗で消費して系統に戻すことがない。このように系統からは給電を受けるのみであり、余剰電力を系統に供給することがないので保護装置を必要としない。また出力制御が追随することのできない領域の負荷変動分を吸収するための電力蓄積要素を設けることなく、負荷の変動に対する出力応答性に優れたタービン発電装置を実現することができる。さらに、電力蓄積要素を含まないので、タービン発電装置を停止操作する際、電力蓄積要素に充電することが不要であり、即時停止することができるので、不要な燃料消費を抑制することができる。 According to the present invention, when the power generated by the turbine generator is insufficient with respect to an increase in load, power is supplied from the system via the transformer means and the rectifier means, and the power generated by the turbine generator is decreased with respect to the decrease in load. When excessive, excess power is not consumed by the regenerative resistor and returned to the grid. In this way, only power is supplied from the system, and no surplus power is supplied to the system, so that a protective device is not required. Further, it is possible to realize a turbine power generator having excellent output responsiveness to load fluctuations without providing a power storage element for absorbing load fluctuations in a region where output control cannot follow. Further, since the power storage element is not included, it is not necessary to charge the power storage element when stopping the turbine power generation device, and the power storage element can be stopped immediately, so that unnecessary fuel consumption can be suppressed.

また本発明によれば、系統からインバータへＰＷＭコンバータを介して給電することによって、一層高精度に直流部分の電圧制御を実現することができる。 Further, according to the present invention, voltage control of the DC portion can be realized with higher accuracy by supplying power from the system to the inverter via the PWM converter.

また本発明によれば、タービン発電機からコンバータを介してインバータに給電される電圧が、予め定める第１電圧値以下のとき、系統からインバータに給電し、タービン発電機からコンバータを介してインバータに給電される電圧が、予め定める第２電圧値以上のとき、回生抵抗で余剰電力を消費するので、系統を保護するための保護装置を設ける必要がなく、また出力制御が追随することのできない領域の負荷変動分を吸収するための電力蓄積要素も必要とすることなく、インバータに対して入力される電圧を、第１電圧値を超え、第２電圧値未満の範囲になるように精度良く安定させ、負荷の変動に対するインバータ出力の応答性に優れたタービン発電装置の自立運転方法が提供される。 Further, according to the present invention, when the voltage fed from the turbine generator to the inverter through the converter is equal to or lower than a predetermined first voltage value, the power is fed from the system to the inverter, and from the turbine generator to the inverter through the converter. When the supplied voltage is equal to or higher than the predetermined second voltage value, excess power is consumed by the regenerative resistor, so there is no need to provide a protection device for protecting the system, and the area where output control cannot follow Without the need for a power storage element to absorb the load fluctuations, the voltage input to the inverter is accurately stabilized so that it exceeds the first voltage value and falls below the second voltage value. Thus, a self-sustaining operation method of a turbine power generator excellent in responsiveness of an inverter output to a load change is provided.

図１は本発明の実施の一形態であるタービン発電装置１の構成を簡略化して示す系統図であり、図２は図１に示すタービン発電装置１の要部の回路を示す図である。タービン発電装置１は、燃料流量によって出力制御可能なガスタービン２に、永久磁石式同期発電機３が連結されるタービン発電機４と、タービン発電機４に接続されるコンバータ５と、コンバータ５と負荷６との間に接続されるインバータ７と、交流連系系統８（以後、単に系統８と略称することがある）に接続される変圧手段９と、変圧手段９とインバータ７との間に接続される整流手段１０と、コンバータ５からの出力部である直流部３７に接続される回生抵抗１１とを含んで構成される。 FIG. 1 is a system diagram showing a simplified configuration of a turbine power generator 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a circuit of a main part of the turbine power generator 1 shown in FIG. The turbine generator 1 includes a gas turbine 2 whose output can be controlled by a fuel flow rate, a turbine generator 4 in which a permanent magnet type synchronous generator 3 is connected, a converter 5 connected to the turbine generator 4, a converter 5, An inverter 7 connected between the load 6, a transforming means 9 connected to an AC interconnection system 8 (hereinafter simply referred to as the system 8), and between the transforming means 9 and the inverter 7. It includes a rectifying means 10 to be connected and a regenerative resistor 11 connected to a DC unit 37 that is an output unit from the converter 5.

ガスタービン２は、タービン２１と、空気圧縮機２２と、燃焼器２３とを備える。燃焼器２３には、燃料源２４から遮断弁２５および燃料の供給流量を制御するガスコンプレッサ２６を経て燃料が供給され、また空気圧縮機２２から圧縮空気が供給される。燃焼器２３において燃料を燃焼させて高温高圧の燃焼ガスを生成することによって、タービン２１が駆動され、タービン２１の発生動力と空気圧縮機２２の駆動力との差が、軸出力として永久磁石式同期発電機３の駆動に用いられる。ガスタービン２の出力は、後述する制御方法に従って、ガスコンプレッサコントローラ２７が、ガスコンプレッサ２６を動作制御して燃料ガスの流量を調整することによって、回転速度（＝回転数）制御される。 The gas turbine 2 includes a turbine 21, an air compressor 22, and a combustor 23. Fuel is supplied to the combustor 23 from a fuel source 24 through a shutoff valve 25 and a gas compressor 26 that controls the fuel supply flow rate, and compressed air is supplied from an air compressor 22. By burning the fuel in the combustor 23 to generate high-temperature and high-pressure combustion gas, the turbine 21 is driven, and the difference between the power generated by the turbine 21 and the driving force of the air compressor 22 is a permanent magnet type as a shaft output. Used to drive the synchronous generator 3. The output of the gas turbine 2 is controlled in rotation speed (= rotation speed) by the gas compressor controller 27 controlling the operation of the gas compressor 26 and adjusting the flow rate of the fuel gas in accordance with a control method described later.

永久磁石式同期発電機３は、永久磁石を有するロータ２８と、界磁コイルを有するステータ２９とを含み、ロータ２８がガスタービン２の出力軸に直結されて回転駆動されることによって、その駆動される回転数に対応する周波数を有する誘起電圧を発生する。また界磁コイルに交流電力が供給されて励磁されることによって、永久磁石式同期発電機３は、同期電動機３ａとして動作し、トルクを発生して、ガスタービン２の回転起動を行うことができる。 The permanent magnet type synchronous generator 3 includes a rotor 28 having a permanent magnet and a stator 29 having a field coil. The rotor 28 is directly connected to the output shaft of the gas turbine 2 and is driven to rotate. An induced voltage having a frequency corresponding to the rotation speed is generated. Further, when AC power is supplied to the field coil and excited, the permanent magnet synchronous generator 3 operates as the synchronous motor 3a, generates torque, and can start the rotation of the gas turbine 2. .

永久磁石式同期発電機３の界磁コイルは、たとえば星形であり、ライン３１，３２，３３を介してコンバータ５に接続される。コンバータ５は、ライン３４，３５間に接続されるコンバータ用ブリッジ回路３６を有する。このコンバータ用ブリッジ回路３６は、ライン３４，３５間に直列に接続される各相毎のスイッチングトランジスタＱ１ｃ，Ｑ２ｃ；Ｑ３ｃ，Ｑ４ｃ；Ｑ５ｃ，Ｑ６ｃとを含み、ライン３１，３２，３３に接続される。 The field coil of the permanent magnet type synchronous generator 3 has, for example, a star shape and is connected to the converter 5 via lines 31, 32 and 33. The converter 5 has a converter bridge circuit 36 connected between the lines 34 and 35. The converter bridge circuit 36 includes switching transistors Q1c, Q2c; Q3c, Q4c; Q5c, Q6c for each phase connected in series between the lines 34, 35, and is connected to the lines 31, 32, 33. .

ライン３４，３５には、直流部３７が設けられ、さらにインバータ７が設けられる。インバータ７は、ライン３４，３５間に接続されるインバータ用ブリッジ回路３８を有する。このインバータ用ブリッジ回路３８は、前述のコンバータ用ブリッジ回路３６に類似し、各相毎に直列に接続されたインバータ用スイッチングトランジスタＱ１ｉ，Ｑ２ｉ；Ｑ３ｉ，Ｑ４ｉ；Ｑ５ｉ，Ｑ６ｉを有し、ライン３９，４０，４１に接続される。スイッチングトランジスタＱ１ｃ〜Ｑ６ｃおよびＱ１ｉ〜Ｑ６ｉは、オン／オフのスイッチング動作をする制御端子を備えるトランジスタ以外のスイッチング素子によって実現されてもよい。これらのライン３９，４０，４１は、リアクトル４２、電磁接触器４３を経て、負荷６に接続される。直流部３７のライン３４，３５には、その直流部３７の電圧Ｖｄｃを検出する電圧センサ４６が接続され、またコンデンサ４４，４５を含んでも良い。 The lines 34 and 35 are provided with a direct current section 37 and further provided with an inverter 7. The inverter 7 has an inverter bridge circuit 38 connected between the lines 34 and 35. This inverter bridge circuit 38 is similar to the converter bridge circuit 36 described above, and includes inverter switching transistors Q1i, Q2i; Q3i, Q4i; Q5i, Q6i connected in series for each phase, 40, 41. Switching transistors Q1c to Q6c and Q1i to Q6i may be realized by a switching element other than a transistor having a control terminal that performs an on / off switching operation. These lines 39, 40 and 41 are connected to the load 6 through the reactor 42 and the electromagnetic contactor 43. A voltage sensor 46 that detects the voltage Vdc of the DC unit 37 is connected to the lines 34 and 35 of the DC unit 37, and may include capacitors 44 and 45.

コンバータ５は、タービン発電機４から出力される交流電力を、直流変換して直流部３７へ出力し、インバータ７は、直流部３７から入力される直流電力を、交流変換して、たとえばＡＣ２２０Ｖ、周波数６０Ｈｚの交流電力として負荷６へ出力する。 The converter 5 converts the AC power output from the turbine generator 4 to DC and outputs it to the DC unit 37, and the inverter 7 converts the DC power input from the DC unit 37 to AC, for example, AC 220V, It outputs to the load 6 as alternating current power of frequency 60Hz.

系統８に接続される変圧手段９は昇圧トランスであり、整流手段１０は三相全波整流器（以後、単に整流器と呼ぶ）である。昇圧トランス９は、系統８の電圧変動に関わらずインバータ７を介して負荷６に対し、たとえばＡＣ２２０Ｖを安定して供給するために設けられる。負荷６に対してＡＣ２２０Ｖを供給するために必要なインバータ７へ入力されるべき直流電圧は、ＡＣ２２０Ｖの√（２）倍であるＤＣ３１０Ｖであるけれども、フィルタなどによる電圧降下を考慮して本実施の形態ではプラスαの電圧を予め付加しておくこととし、整流器１０から直流部３７に与える直流電圧は、ＤＣ３４０Ｖになるように設定される。したがって、昇圧トランス９による系統８からの電圧を昇圧して出力する電圧は、ＤＣ３４０Ｖの１／√（２）倍であるＡＣ２２０Ｖになるように設定される。 The transforming means 9 connected to the system 8 is a step-up transformer, and the rectifying means 10 is a three-phase full-wave rectifier (hereinafter simply referred to as a rectifier). The step-up transformer 9 is provided to stably supply, for example, AC 220 V to the load 6 via the inverter 7 regardless of the voltage fluctuation of the system 8. The DC voltage to be input to the inverter 7 necessary for supplying AC 220 V to the load 6 is DC 310 V, which is √ (2) times AC 220 V. However, in consideration of the voltage drop due to a filter or the like, In the embodiment, a positive α voltage is added in advance, and the DC voltage applied from the rectifier 10 to the DC unit 37 is set to be DC 340V. Therefore, the voltage output by boosting the voltage from the system 8 by the step-up transformer 9 is set to AC220V which is 1 / √ (2) times DC340V.

この系統８から昇圧トランス９と整流器１０とを経て直流部３７に接続される回路は、前述した直流部３７の電圧Ｖｄｃが、第１電圧値Ｖｃ１として定められるたとえばＤＣ３４０Ｖ以下になると、系統８から昇圧トランス９と整流器１０とを経て、直流部３７に給電されるように構成される。 The circuit connected to the DC unit 37 from the system 8 through the step-up transformer 9 and the rectifier 10 is configured so that when the voltage Vdc of the DC unit 37 described above becomes equal to or less than DC340V, for example, defined as the first voltage value Vc1, The DC transformer 37 is configured to be fed through the step-up transformer 9 and the rectifier 10.

回生抵抗１１は、ライン３４，３５に接続されるインバータ７に備えられる回生指令部４７に接続するように設けられる。直流部３７の電圧Ｖｄｃが、第２電圧値Ｖｃ２として定められるたとえばＤＣ４００Ｖ以上になると、回生指令信号が回生指令部４７のトランジスタ４８に与えられ、トランジスタ４８の動作によって、回生抵抗１１に通電されて電力を消費する。トランジスタ４８の動作は、不図示の制御手段である処理回路から第２電圧値Ｖｃ２としての設定電圧ＤＣ４００Ｖと、電圧センサ４６により検出される直流部３７の電圧Ｖｄｃとを不図示の減算器に入力し、減算器の出力をトランジスタ４８へ入力することによって実現される。 The regenerative resistor 11 is provided so as to be connected to a regenerative command unit 47 provided in the inverter 7 connected to the lines 34 and 35. When the voltage Vdc of the direct current unit 37 becomes, for example, DC 400 V or more determined as the second voltage value Vc2, a regenerative command signal is given to the transistor 48 of the regenerative command unit 47, and the regenerative resistor 11 is energized by the operation of the transistor 48. Consume power. The operation of the transistor 48 is performed by inputting a set voltage DC400V as the second voltage value Vc2 and a voltage Vdc of the DC unit 37 detected by the voltage sensor 46 from a processing circuit which is a control means (not shown) to a subtracter (not shown). This is realized by inputting the output of the subtractor to the transistor 48.

以下タービン発電装置１の動作および制御について説明する。タービン発電装置１の起動制御は、予め定める起動シーケンスに従って行われる。起動時、永久磁石式同期発電機３は、系統８からコンバータ５を介して交流電力供給を受け、同期電動機３ａとして回転動作を開始する。コンバータ５を介して供給される交流電力の周波数の増加に伴う同期電動機３ａの回転数増加の過程において、燃料源２４に繋がるガスコンプレッサ２６から燃焼器２３に燃料が供給されて点火される。 Hereinafter, the operation and control of the turbine generator 1 will be described. The start-up control of the turbine power generator 1 is performed according to a predetermined start-up sequence. At startup, the permanent magnet type synchronous generator 3 receives AC power supply from the system 8 via the converter 5, and starts rotating as the synchronous motor 3a. In the process of increasing the rotational speed of the synchronous motor 3a accompanying the increase in the frequency of the AC power supplied through the converter 5, fuel is supplied from the gas compressor 26 connected to the fuel source 24 to the combustor 23 and ignited.

このガスコンプレッサ２６からの燃料供給は、次のようにして行われる。制御手段のメモリに予めストアされている起動制御マップ５２、すなわち起動時における経過時間と燃料供給量との関係を与えるデータに従い、燃料供給量が、制御手段からガスコンプレッサコントローラ２７に燃料投入指令信号として出力される。ガスコンプレッサコントローラ２７は、前述のメモリにストアされている燃料インデックス４９、すなわち燃料の供給量とタービン２１の回転数との関係を与えるマップに従い、燃料供給量を回転数指令信号としてガスコンプレッサ２６に出力する。ガスコンプレッサ２６は、回転数指令信号に応じて、燃料源２４から燃料を燃焼器２３に対して供給する。 The fuel supply from the gas compressor 26 is performed as follows. The fuel supply amount is sent from the control means to the gas compressor controller 27 according to the start control map 52 stored in advance in the memory of the control means, that is, the data giving the relationship between the elapsed time at the time of start-up and the fuel supply amount. Is output as The gas compressor controller 27 stores the fuel supply amount in the gas compressor 26 as a rotational speed command signal in accordance with the fuel index 49 stored in the memory, that is, a map that gives the relationship between the fuel supply amount and the rotational speed of the turbine 21. Output. The gas compressor 26 supplies fuel from the fuel source 24 to the combustor 23 in response to the rotational speed command signal.

起動シーケンスに従って設定されるタービン２１の回転数は、系統８から給電される交流電力の周波数に対応する回転数よりも大きいので、系統８を供給源としてコンバータ５から永久磁石式同期発電機３に向かって流れていた電流は、ガスタービン２、したがって永久磁石式同期発電機３からコンバータ５に向かって流れ出すように逆転し、タービン発電装置１の起動が行われる。 Since the rotational speed of the turbine 21 set according to the startup sequence is larger than the rotational speed corresponding to the frequency of the AC power fed from the system 8, the converter 5 is supplied from the converter 8 to the permanent magnet synchronous generator 3. The current that has flowed in the reverse direction is reversed so as to flow out from the gas turbine 2, and thus the permanent magnet synchronous generator 3, toward the converter 5, and the turbine power generator 1 is started.

運転動作中におけるタービン発電装置１のインバータ７の出力電圧は、接続される負荷６によって決まる。ガスタービン２は、定格出力より少ない出力の運転時、定格回転数よりも低い回転数で運転した方が、効率が高いという特性を有する。したがって効率を重視した運転を行うには、出力に応じてその回転数を変える必要が生じる。タービン発電装置１では、永久磁石式同期発電機３の同期化力を利用し、負荷６によって決まるインバータ７の出力電圧に応じた最適な回転数が選定されるように制御される。 The output voltage of the inverter 7 of the turbine power generator 1 during the operation is determined by the load 6 to be connected. The gas turbine 2 has a characteristic that the efficiency is higher when the gas turbine 2 is operated at a lower rotational speed than the rated rotational speed during operation at an output lower than the rated output. Therefore, in order to perform an operation with an emphasis on efficiency, it is necessary to change the rotation speed according to the output. The turbine power generator 1 is controlled so as to select an optimum rotational speed according to the output voltage of the inverter 7 determined by the load 6 by using the synchronizing force of the permanent magnet type synchronous generator 3.

ガスタービン２の最適回転数の選定制御は、次のようにして行われる。まず負荷とその負荷に対する適正タービン回転数との関係を与えるタービン速度設定マップ５０を、予め求めてメモリにストアしておく。負荷６を検出する負荷検出センサ６ａからの検出出力に応じてタービン速度設定マップ５０から選定されるタービン回転数を、制御手段が、タービン回転数指令信号としてコンバータ５に対して出力する。コンバータ５の出力する周波数に応じて同期化力により永久磁石式同期発電機３の回転数を、タービン回転数指令信号によって指示される回転数になるように拘束することによって、最適回転数の選定が実現される。 Selection control of the optimum rotational speed of the gas turbine 2 is performed as follows. First, a turbine speed setting map 50 that gives a relationship between a load and an appropriate turbine speed for the load is obtained in advance and stored in a memory. The control means outputs the turbine speed selected from the turbine speed setting map 50 according to the detection output from the load detection sensor 6a for detecting the load 6 to the converter 5 as a turbine speed command signal. Selection of the optimum rotational speed by constraining the rotational speed of the permanent magnet synchronous generator 3 to the rotational speed indicated by the turbine rotational speed command signal by the synchronizing force according to the frequency output from the converter 5 Is realized.

以下永久磁石式同期発電機３の同期化力について説明する。永久磁石式同期発電機３が発電している状態では、永久磁石式同期発電機３の誘起電圧の位相は端子電圧に対して進んだ状態で動作しており、誘起電圧と端子電圧との差を永久磁石式同期発電機３の巻線等のインピーダンスで除した電流が、永久磁石式同期発電機３の端子からコンバータ５に向って流れる。この電流と磁場との相互作用により、永久磁石式同期発電機３のロータ２８に対して減速トルクが作用し、この減速トルクとガスタービン２からの動力が釣合えば、永久磁石式同期発電機３は安定状態で発電を続ける。 Hereinafter, the synchronization force of the permanent magnet type synchronous generator 3 will be described. In the state where the permanent magnet type synchronous generator 3 is generating electric power, the phase of the induced voltage of the permanent magnet type synchronous generator 3 operates in a state where it is advanced with respect to the terminal voltage, and the difference between the induced voltage and the terminal voltage. Is divided by the impedance of the winding or the like of the permanent magnet type synchronous generator 3 and flows from the terminal of the permanent magnet type synchronous generator 3 toward the converter 5. Due to the interaction between the current and the magnetic field, a deceleration torque acts on the rotor 28 of the permanent magnet type synchronous generator 3, and if this deceleration torque and the power from the gas turbine 2 are balanced, the permanent magnet type synchronous generator. 3 continues power generation in a stable state.

この状態でガスタービン２の駆動トルクが減少すると、電気的な減速トルクの方が大きくなって、ロータ２８は減速され、コンバータ５が発生する電圧に対する永久磁石式同期発電機３の誘起電圧の位相が減少する。この結果、永久磁石式同期発電機３からコンバータ５に向う電流は減少し、電磁気的にロータ２８を減速させるトルクも減少し、発電電力が減少した新たな釣合い状態に達する。 When the driving torque of the gas turbine 2 decreases in this state, the electrical deceleration torque becomes larger, the rotor 28 is decelerated, and the phase of the induced voltage of the permanent magnet synchronous generator 3 with respect to the voltage generated by the converter 5 Decrease. As a result, the current from the permanent magnet type synchronous generator 3 to the converter 5 is reduced, the torque for electromagnetically decelerating the rotor 28 is also reduced, and a new balanced state in which the generated power is reduced is reached.

逆に、ガスタービン２の駆動トルクが増大すると、電気的な減速トルクに対してガスタービン２の駆動トルクの方が大きくなって、ロータ２８は加速され、コンバータ５が発生する電圧に対する発電機の誘起電圧の位相が増大する。この結果、永久磁石式同期発電機３からコンバータ５に向う電流は増加し、電磁気的にロータ２８に作用する減速トルクも増大して発電電力が増加した新たな釣合い状態に達する。 On the contrary, when the driving torque of the gas turbine 2 increases, the driving torque of the gas turbine 2 becomes larger than the electric deceleration torque, the rotor 28 is accelerated, and the generator voltage with respect to the voltage generated by the converter 5 is increased. The phase of the induced voltage increases. As a result, the current from the permanent magnet type synchronous generator 3 to the converter 5 increases, the deceleration torque acting on the rotor 28 electromagnetically increases, and a new balanced state in which the generated power increases is reached.

このように、誘起電圧とコンバータ５が規定する端子電圧との位相差に応じて永久磁石式同期発電機３に加速トルクまたは減速トルクが電気的に発生する。これを同期化力と言い、コンバータ５が発生する電圧の周波数に対して、永久磁石式同期発電機３の回転数に偏差を発生させないように作用する。すなわち、ある定常状態に対して、コンバータ５で設定する発電機端子電圧の周波数を増減させることにより、ガスタービン２の動作回転数をそれに追従させて増減させることが可能となる。 Thus, acceleration torque or deceleration torque is electrically generated in the permanent magnet type synchronous generator 3 in accordance with the phase difference between the induced voltage and the terminal voltage defined by the converter 5. This is called a synchronizing force, and acts so as not to cause a deviation in the rotational speed of the permanent magnet type synchronous generator 3 with respect to the frequency of the voltage generated by the converter 5. That is, by increasing or decreasing the frequency of the generator terminal voltage set by the converter 5 with respect to a certain steady state, it is possible to increase or decrease the operating rotational speed of the gas turbine 2 to follow it.

さらに、永久磁石式同期発電機３を駆動するガスタービン２のトルクが少ない場合には、永久磁石式同期発電機３の端子電圧に対して、永久磁石式同期発電機３の誘起電圧は位相が遅れることになり、発電時とは逆に端子から永久磁石式同期発電機３の方に電流が流れて永久磁石式同期発電機３は同期電動機３ａとして動作し、回転を加速する方向に電気的なトルクが発生する。このようにして永久磁石式同期発電機３を同期電動機３ａとして回す状態から、永久磁石式同期発電機３から電力を取出す状態まで、連続的に継ぎ目無く、回転を制御することが可能となる。このことによって、同一の出力状態の中で、最適な回転数を選定して運転することが可能となる。 Furthermore, when the torque of the gas turbine 2 that drives the permanent magnet type synchronous generator 3 is small, the induced voltage of the permanent magnet type synchronous generator 3 has a phase relative to the terminal voltage of the permanent magnet type synchronous generator 3. In contrast to the time of power generation, the current flows from the terminal to the permanent magnet synchronous generator 3, and the permanent magnet synchronous generator 3 operates as the synchronous motor 3a and is electrically driven in the direction of accelerating the rotation. Torque is generated. Thus, it is possible to control the rotation continuously and seamlessly from the state where the permanent magnet type synchronous generator 3 is rotated as the synchronous motor 3a to the state where electric power is taken out from the permanent magnet type synchronous generator 3. This makes it possible to select and operate at the optimum rotational speed in the same output state.

しかしながら、コンバータ５が発生する発電機端子電圧の周波数に永久磁石式同期発電機３を追従させる同期化力には限界があり、負荷６の変動に伴う急激な周波数変化には追従できなくなる。また、低い発電周波数で大きな電力を取出そうとすると、電気的に発生できるトルクの限界を超してガスタービン２の駆動トルクが作用し、やはり永久磁石式同期発電機３の回転数が端子電圧、周波数に追従できなくなる。このような現象を防ぐためには、設定された端子電圧、周波数に対応する回転数で発生可能な動力の範囲内に燃料を制御する、などして電力変換の制御とガスタービン２の制御とを連繋させなければならない。 However, there is a limit to the synchronization force that causes the permanent magnet synchronous generator 3 to follow the frequency of the generator terminal voltage generated by the converter 5, and it becomes impossible to follow a rapid frequency change accompanying the fluctuation of the load 6. Further, if a large amount of electric power is taken out at a low power generation frequency, the driving torque of the gas turbine 2 acts exceeding the limit of the torque that can be electrically generated, and the rotational speed of the permanent magnet synchronous generator 3 is also the terminal voltage. It becomes impossible to follow the frequency. In order to prevent such a phenomenon, control of power conversion and control of the gas turbine 2 are performed by controlling the fuel within the range of power that can be generated at the rotation speed corresponding to the set terminal voltage and frequency. Must be connected.

本実施の形態のタービン発電装置１では、最小信号選択回路５１によって、運転時の燃料流量によるガスタービンの出力制御を行うように構成される。以下最小信号選択回路５１によるガスタービン２の出力制御について説明する。 In the turbine power generator 1 of the present embodiment, the minimum signal selection circuit 51 is configured to control the output of the gas turbine based on the fuel flow rate during operation. Hereinafter, output control of the gas turbine 2 by the minimum signal selection circuit 51 will be described.

最小信号選択回路５１では、排ガス温度制御と負荷制御とによって定められる燃料流量のうち、最小（小さい方）の燃料流量が選択される。排ガス温度制御によって定められる燃料流量とは、ガスタービン２の排ガス温度ＥＧＴを検出し、検出排ガス温度ＥＧＴと、負荷６に応じたガスタービン回転数に対応して予め定められる設定排ガス温度のデータである排ガス温度設定マップ５３から得られる設定排ガス温度ＳＥＧＴとの偏差ΔＴ（＝ＳＥＧＴ−ＥＧＴ）が、零（０）になるように回転数を変化させるために必要な燃料流量である。偏差ΔＴは、検出排ガス温度ＥＧＴの信号と設定排ガス温度ＳＥＧＴの信号とを減算器５４へ入力することによって演算され、偏差ΔＴを０にする制御信号は、ＰＩＤ制御回路５５よって得られる。なお、負荷６に応じたガスタービン回転数とは、前述のタービン速度設定マップ５０から得られるガスタービン回転数であり、前述の排ガス温度設定マップ５３もメモリに予めストアされる。 The minimum signal selection circuit 51 selects the minimum (smaller) fuel flow rate among the fuel flow rates determined by the exhaust gas temperature control and the load control. The fuel flow rate determined by the exhaust gas temperature control is the data of the detected exhaust gas temperature EGT of the gas turbine 2 and the detected exhaust gas temperature EGT and the preset exhaust gas temperature data corresponding to the gas turbine rotational speed corresponding to the load 6. This is the fuel flow rate necessary for changing the rotational speed so that the deviation ΔT (= SEGT−EGT) from the set exhaust gas temperature SEGT obtained from a certain exhaust gas temperature setting map 53 becomes zero (0). The deviation ΔT is calculated by inputting the detected exhaust gas temperature EGT signal and the set exhaust gas temperature SEGT signal to the subtractor 54, and a control signal for setting the deviation ΔT to 0 is obtained by the PID control circuit 55. The gas turbine rotational speed corresponding to the load 6 is the gas turbine rotational speed obtained from the turbine speed setting map 50 described above, and the exhaust gas temperature setting map 53 is also stored in the memory in advance.

また負荷制御によって定められる燃料流量とは、コンバータ５からインバータ７に対して出力される直流部３７の電圧Ｖｄｃを検出し、予め定める電圧設定値Ｖｓ（本実施の形態ではＤＣ３６０Ｖ）に対する検出電圧値Ｖｄｃの偏差ΔＶ（＝Ｖｓ−Ｖｄｃ）が０になるように回転数を変化させるために必要な燃料流量である。偏差ΔＶは、電圧設定値Ｖｓの信号と検出電圧値Ｖｄｃの信号とを減算器５６へ入力することによって演算され、偏差ΔＶを０にする制御信号は、ＰＩＤ制御回路５７によって得られる。なお電圧設定値Ｖｓの信号は、たとえば制御手段からの指示信号として与えることができる。 The fuel flow rate determined by the load control is a detected voltage value for a predetermined voltage set value Vs (DC 360 V in the present embodiment) by detecting the voltage Vdc of the DC unit 37 output from the converter 5 to the inverter 7. This is the fuel flow rate necessary for changing the rotational speed so that the deviation ΔV (= Vs−Vdc) of Vdc becomes zero. The deviation ΔV is calculated by inputting the signal of the voltage setting value Vs and the signal of the detection voltage value Vdc to the subtractor 56, and a control signal for setting the deviation ΔV to 0 is obtained by the PID control circuit 57. The signal of the voltage set value Vs can be given as an instruction signal from the control means, for example.

最小信号選択回路５１において選択される最小燃料流量信号は、厳密にはガスタービン回転数の指示信号であるけれども、ガスタービン回転数の指示信号が、ガスコンプレッサコントローラ２７に対して燃料投入指令信号として与えられ、ガスコンプレッサコントローラ２７では、燃料投入指令信号を燃料インデックス４９に対応させて供給するべき燃料流量として選択するので、最小信号選択回路５１における選択信号も便宜上燃料流量として表記した。 Strictly speaking, the minimum fuel flow rate signal selected by the minimum signal selection circuit 51 is an instruction signal for the gas turbine speed, but the instruction signal for the gas turbine speed is used as a fuel injection command signal for the gas compressor controller 27. Given that, the gas compressor controller 27 selects the fuel input command signal as the fuel flow rate to be supplied in correspondence with the fuel index 49, so the selection signal in the minimum signal selection circuit 51 is also expressed as the fuel flow rate for convenience.

ガスコンプレッサコントローラ２７によって選択された燃料供給量は、回転数指令信号としてガスコンプレッサ２６に与えられ、ガスコンプレッサ２６が、該回転数指令信号に従った燃料流量を燃焼器２３へ供給してガスタービン２１の回転数が制御される。 The fuel supply amount selected by the gas compressor controller 27 is given to the gas compressor 26 as a rotational speed command signal, and the gas compressor 26 supplies the fuel flow rate according to the rotational speed command signal to the combustor 23 to supply the gas turbine. The rotational speed of 21 is controlled.

しかしながら、このような燃料流量制御によっても、負荷６の急激な変動に対して、ガスタービン２の回転数、すなわち永久磁石式同期発電機３の発電出力を即時応答させることができず、応答速度が充分ではない。そこで本発明のタービン発電装置１では、負荷６の変動に対する永久磁石式同期発電機３の応答が充分でない場合であっても、系統８からインバータ７に給電することによって、インバータ７からの出力の高速制御を可能にしている。 However, even with such fuel flow control, the rotational speed of the gas turbine 2, that is, the power generation output of the permanent magnet synchronous generator 3 cannot be immediately responded to a sudden change in the load 6, and the response speed Is not enough. Therefore, in the turbine power generator 1 of the present invention, even if the response of the permanent magnet type synchronous generator 3 to the fluctuation of the load 6 is not sufficient, the output from the inverter 7 is supplied by supplying power from the system 8 to the inverter 7. Enables high-speed control.

たとえば負荷６が増大したにも関わらず、ガスタービン２の回転数制御の追従が遅れた場合、直流部３７の電圧Ｖｄｃは、負荷制御による設定電圧値Ｖｓ＝ＤＣ３６０Ｖよりも低下する。しかしながら、系統８に接続される整流器１０の設定電圧がＤＣ３４０Ｖであるので、電圧センサ４６によって検出される直流部３７の電圧Ｖｄｃが、第１電圧値Ｖｃ１であるＤＣ３４０Ｖ以下になると、系統８から昇圧トランス９および整流器１０を経て直流部３７に給電される。したがって、インバータ７に入力される直流電圧は、ＤＣ３４０Ｖを下回ることがない。 For example, when the follow-up of the rotational speed control of the gas turbine 2 is delayed even though the load 6 is increased, the voltage Vdc of the direct current unit 37 is lower than the set voltage value Vs = DC360V by the load control. However, since the set voltage of the rectifier 10 connected to the system 8 is DC340V, when the voltage Vdc of the DC unit 37 detected by the voltage sensor 46 becomes equal to or lower than DC340V which is the first voltage value Vc1, the voltage is boosted from the system 8. Power is supplied to the DC unit 37 through the transformer 9 and the rectifier 10. Therefore, the DC voltage input to the inverter 7 does not fall below DC340V.

一方、負荷６が減少したにも関わらず、ガスタービン２の回転数制御の追従が遅れた場合、直流部３７の電圧Ｖｄｃは、負荷制御による設定電圧値Ｖｓ＝ＤＣ３６０Ｖよりも上昇することになる。しかしながら、電圧センサ４６によって検出される直流部３７の電圧Ｖｄｃが、第２電圧値Ｖｃ２であるＤＣ４００Ｖ（この電圧値は、たとえばインバータ７などの耐圧電圧などを基準に設定される）以上になると、トランジスタ４８をＯＮにして、電力を回生抵抗１１へ供給し、回生抵抗１１で電力を消費する。このことによって、インバータ７に入力される直流電圧は、第２電圧値Ｖｃ２であるＤＣ４００Ｖを上回ることがない。 On the other hand, when the follow-up of the rotational speed control of the gas turbine 2 is delayed even though the load 6 is reduced, the voltage Vdc of the direct current unit 37 is higher than the set voltage value Vs = DC360V by the load control. . However, when the voltage Vdc of the direct current unit 37 detected by the voltage sensor 46 becomes equal to or higher than DC400V which is the second voltage value Vc2 (this voltage value is set with reference to a withstand voltage such as the inverter 7), The transistor 48 is turned on to supply power to the regenerative resistor 11, and power is consumed by the regenerative resistor 11. As a result, the DC voltage input to the inverter 7 does not exceed DC 400V, which is the second voltage value Vc2.

このように、タービン発電機４の出力に関わらず、インバータ７に対しては、常にＤＣ３４０〜４００Ｖの直流電圧が入力される。このことによって、負荷６の変動に対するインバータ７の出力応答の高速制御が可能になる。すなわち、タービン発電装置１では、たとえば制御手段に備えられる出力電圧・周波数設定手段６０から出力される出力電圧・周波数指示信号と、インバータ７の出力を検出するインバータ出力センサ６１からの検出信号とを、減算器６２へ入力し、減算器６２による演算結果である偏差を０にするようにＰＩ制御回路６３で制御し、その制御指示信号によってインバータ７の出力が制御される。このインバータ７の出力を制御する回路は、インバータ７に対して常にＤＣ３４０〜４００Ｖの直流電圧が入力されることによって、タービン発電機４の出力に依存することなく独立して実行することができるので、極めて高速の制御が可能になる。 Thus, regardless of the output of the turbine generator 4, a DC voltage of DC 340 to 400 V is always input to the inverter 7. This enables high-speed control of the output response of the inverter 7 with respect to the fluctuation of the load 6. That is, in the turbine power generation device 1, for example, an output voltage / frequency instruction signal output from the output voltage / frequency setting means 60 provided in the control means and a detection signal from the inverter output sensor 61 that detects the output of the inverter 7. The PI control circuit 63 controls the deviation to be 0, which is input to the subtractor 62, and the calculation result by the subtractor 62, and the output of the inverter 7 is controlled by the control instruction signal. The circuit for controlling the output of the inverter 7 can be executed independently without depending on the output of the turbine generator 4 when a DC voltage of DC 340 to 400 V is always input to the inverter 7. , Extremely high speed control becomes possible.

このタービン発電装置１は、負荷６の増大に対してタービン発電機４による発電電力が不足するときには系統８から給電を受け、負荷６の減少に対してタービン発電機４による発電電力が過剰になるときには余剰電力を回生抵抗１１で消費して系統に戻すことがないので、系統８に対する保護装置を必要とせず、また出力制御が追随することのできない領域の負荷変動分を吸収するための電力蓄積要素も必要としない。 The turbine generator 1 receives power from the system 8 when the power generated by the turbine generator 4 is insufficient for an increase in the load 6, and the power generated by the turbine generator 4 is excessive for a decrease in the load 6. In some cases, surplus power is not consumed by the regenerative resistor 11 and returned to the system, so that a protection device for the system 8 is not required, and power storage for absorbing load fluctuations in an area where output control cannot follow. No elements are needed.

図３は、負荷の変動に対応する出力、電力およびＶｄｃのタイミングチャートである。まず負荷６の変動を示す。図３では、負荷６が、時刻ｔ１において増大し、その後時刻ｔ１〜ｔ２では一定値で推移し、時刻ｔ２において減少する場合について例示する。 FIG. 3 is a timing chart of output, power, and Vdc corresponding to load fluctuations. First, the fluctuation of the load 6 is shown. FIG. 3 illustrates a case where the load 6 increases at time t1, then changes at a constant value at times t1 to t2, and decreases at time t2.

前述のようにタービン発電機４は、充分な応答性を有しないので、時刻ｔ１における負荷６の急増に対応してその出力を急増させることができず、時刻ｔ１から時刻ｔ１１にかけて漸増するにすぎない。負荷８の増大に対してタービン発電機４の出力が追従できないので、直流部３７の電圧Ｖｄｃが低下するけれども、直流部３７の電圧Ｖｄｃが第１電圧値Ｖｃ１に達すると、系統８から直流部３７すなわちインバータ７に対して給電されるので、直流部３７の電圧ＶｄｃがＶｃ１よりも低下することなく、またインバータ７の出力が、負荷６の増大に対して高い応答性をもって追従する。 As described above, since the turbine generator 4 does not have sufficient responsiveness, its output cannot be increased rapidly in response to the sudden increase in the load 6 at time t1, and it only increases gradually from time t1 to time t11. Absent. Since the output of the turbine generator 4 cannot follow the increase in the load 8, the voltage Vdc of the DC unit 37 decreases. However, when the voltage Vdc of the DC unit 37 reaches the first voltage value Vc1, the DC unit 37 37, that is, power is supplied to the inverter 7, so that the voltage Vdc of the DC unit 37 does not drop below Vc1, and the output of the inverter 7 follows the increase of the load 6 with high responsiveness.

タービン発電機４の出力が、時刻ｔ１から時刻ｔ１１までの時間をかけて負荷６の増大に対応可能な出力まで増加すると、系統８からの給電が、時刻ｔ１から時刻ｔ１１までかけて漸減し、時刻ｔ１１において給電停止する。直流部３７の電圧Ｖｄｃも、時刻ｔ１１において所定の電圧値に復帰し、以降は安定する。 When the output of the turbine generator 4 increases to an output that can respond to the increase in the load 6 over time from time t1 to time t11, the power supply from the system 8 gradually decreases from time t1 to time t11, The power supply is stopped at time t11. The voltage Vdc of the direct current unit 37 also returns to a predetermined voltage value at time t11 and becomes stable thereafter.

時刻ｔ２において負荷６が急減すると、タービン発電機４は、時刻ｔ２における負荷６の急減に対応してその出力を急減させることができず、時刻ｔ２から時刻ｔ２２にかけて漸減するにすぎない。負荷８の減少に対してタービン発電機４の出力が追従できないので、直流部３７の電圧Ｖｄｃが上昇するけれども、直流部３７の電圧Ｖｄｃが第２電圧値Ｖｃ２に達すると、回生抵抗１１に通電されて電力消費されるので、直流部３７の電圧ＶｄｃがＶｃ２よりも上昇することなく、またインバータ７の出力が、負荷６の減少に対して高い応答性をもって追従する。 When the load 6 suddenly decreases at the time t2, the turbine generator 4 cannot suddenly reduce the output in response to the sudden decrease of the load 6 at the time t2, but only gradually decreases from the time t2 to the time t22. Since the output of the turbine generator 4 cannot follow the decrease in the load 8, the voltage Vdc of the DC unit 37 increases, but when the voltage Vdc of the DC unit 37 reaches the second voltage value Vc2, the regenerative resistor 11 is energized. Therefore, the voltage Vdc of the DC unit 37 does not rise above Vc2 and the output of the inverter 7 follows the decrease of the load 6 with high responsiveness.

タービン発電機４の出力が、時刻ｔ２から時刻ｔ２２までの時間をかけて負荷６の減少に対応可能な出力まで低下すると、回生抵抗１１における電力消費が、時刻ｔ２から時刻ｔ２２までかけて漸減し、時刻ｔ２２において回生抵抗１１に対する通電が停止する。直流部３７の電圧Ｖｄｃも、時刻ｔ２２において所定の電圧値に復帰し、以降は安定する。 When the output of the turbine generator 4 decreases to an output that can cope with the decrease of the load 6 over time from time t2 to time t22, the power consumption in the regenerative resistor 11 gradually decreases from time t2 to time t22. At time t22, energization to the regenerative resistor 11 is stopped. The voltage Vdc of the DC unit 37 also returns to a predetermined voltage value at time t22, and thereafter becomes stable.

図４は本発明の実施の第２の形態であるタービン発電装置７０の構成を簡略化して示す系統図であり、図５は図４に示すタービン発電装置７０の要部の回路を示す図である。本実施の形態のタービン発電装置７０は、実施の第１形態のタービン発電装置１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。 FIG. 4 is a system diagram showing a simplified configuration of a turbine power generator 70 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing a circuit of a main part of the turbine power generator 70 shown in FIG. is there. The turbine power generation apparatus 70 of the present embodiment is similar to the turbine power generation apparatus 1 of the first embodiment, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

タービン発電装置７０の特徴は、実施の第１形態のタービン発電装置１の整流器１０に代えてＰＷＭコンバータ７１を用いることである。本実施の形態のＰＷＭコンバータ７１は、タービン発電機４に接続されるコンバータ５と基本構成を同じくし、系統８から入力される交流電力を直流電力に変換して直流部３７へ出力する。系統８から直流部３７への給電にＰＷＭコンバータ７１を用いることによって、一層高精度に電圧制御をすることが可能になる。 The characteristic of the turbine power generator 70 is that a PWM converter 71 is used instead of the rectifier 10 of the turbine power generator 1 of the first embodiment. The PWM converter 71 of the present embodiment has the same basic configuration as the converter 5 connected to the turbine generator 4, converts AC power input from the system 8 into DC power, and outputs the DC power to the DC unit 37. By using the PWM converter 71 to supply power from the system 8 to the DC unit 37, voltage control can be performed with higher accuracy.

ＰＷＭコンバータ７１は、双方向に電力変換可能に構成されるので、系統８から受電する電力を安定化するとともに、余分な電力を系統８へ戻す機能を有する。したがって、タービン発電装置７０では、ＰＷＭコンバータ７１を、系統８から受電する交流電力の直流化と電圧の安定化とのみに限定して動作させ、余剰電力を系統８へ戻さないようにすることを目的として、電流指令値が負の符号を持たないように指令値リミッタ７２を設ける。 Since the PWM converter 71 is configured to be capable of power conversion in both directions, it has a function of stabilizing power received from the system 8 and returning excess power to the system 8. Therefore, in the turbine power generation device 70, the PWM converter 71 is operated only for the direct current of the AC power received from the system 8 and the stabilization of the voltage, and the surplus power is not returned to the system 8. For the purpose, a command value limiter 72 is provided so that the current command value does not have a negative sign.

リミッタ７２には、たとえば制御手段に備えられるＤＣ電圧設定手段７３からの設定電圧指示信号とＰＷＭコンバータ７１の出力電圧検出信号とを、減算器７４で演算した結果が与えられる。リミッタ７２からの出力信号は、ＰＩ制御回路７５に与えられ、ＰＩ制御回路７５は、リミッタ７２からの出力信号に応答してＰＷＭコンバータ７１の動作指示信号を出力する。ＰＷＭコンバータ７１は、ＰＩ制御回路７５からの動作指示信号に従って、前述の直流化と電圧の安定化とのみに限定して動作するように制御される。 The limiter 72 is given, for example, a result obtained by calculating the set voltage instruction signal from the DC voltage setting means 73 provided in the control means and the output voltage detection signal of the PWM converter 71 by the subtractor 74. The output signal from limiter 72 is applied to PI control circuit 75, and PI control circuit 75 outputs an operation instruction signal for PWM converter 71 in response to the output signal from limiter 72. The PWM converter 71 is controlled in accordance with the operation instruction signal from the PI control circuit 75 so as to operate only for the above-described direct current and voltage stabilization.

なお、指令値リミッタ７２を設けることによって、負の電流を流すことができなくなるけれども、この負の電流を流せないことに起因する電圧上昇は、抵抗器での電力消費またはガスタービン２の回転数指令を上昇させるなど、タービン発電装置７０をエネルギ吸収装置として利用することによって解消される。 In addition, although it becomes impossible to flow a negative current by providing the command value limiter 72, the voltage rise caused by the fact that the negative current cannot flow is caused by the power consumption in the resistor or the rotation speed of the gas turbine 2. The problem is solved by using the turbine power generation device 70 as an energy absorption device, such as increasing the command.

本実施の形態のタービン発電装置７０は、実施の第１形態のタービン発電装置１と同様の効果を奏することができ、また系統８から直流部３７への給電開始の基準電圧値である第１電圧値Ｖｃ１を、負荷制御の設定電圧値Ｖｓと同一のＤＣ３６０Ｖに設定することによって、タービン発電機４と系統８とによる給電の負荷分担をすることが可能になる。 The turbine power generation device 70 of the present embodiment can achieve the same effects as the turbine power generation device 1 of the first embodiment, and is the first reference voltage value for starting power supply from the system 8 to the DC unit 37. By setting the voltage value Vc1 to the same DC 360V as the set voltage value Vs for load control, it becomes possible to share the load of power feeding between the turbine generator 4 and the system 8.

本発明の実施の一形態であるタービン発電装置１の構成を簡略化して示す系統図である。1 is a system diagram showing a simplified configuration of a turbine power generator 1 according to an embodiment of the present invention. 図１に示すタービン発電装置１の要部の回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit of the principal part of the turbine generator 1 shown in FIG. 負荷の変動に対応する出力、電力およびＶｄｃのタイミングチャートである。It is a timing chart of the output corresponding to the fluctuation | variation of load, electric power, and Vdc. 本発明の実施の第２の形態であるタービン発電装置７０の構成を簡略化して示す系統図である。It is a systematic diagram which simplifies and shows the structure of the turbine power generator 70 which is the 2nd Embodiment of this invention. 図４に示すタービン発電装置７０の要部の回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit of the principal part of the turbine generator set 70 shown in FIG.

Explanation of symbols

１，７０タービン発電装置
２ガスタービン
３永久磁石式同期発電機
４タービン発電機
５コンバータ
６負荷
７インバータ
８交流連系系統
９昇圧トランス
１０整流器
１１回生抵抗
２１タービン
２２空気圧縮機
２３燃焼器
２４燃料源
２５遮断弁
２６ガスコンプレッサ
２７ガスコンプレッサコントローラ
７１ＰＷＭコンバータ
７２リミッタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,70 Turbine power generator 2 Gas turbine 3 Permanent magnet type synchronous generator 4 Turbine generator 5 Converter 6 Load 7 Inverter 8 AC connection system 9 Step-up transformer 10 Rectifier 11 Regenerative resistance 21 Turbine 22 Air compressor 23 Combustor 24 Fuel Source 25 Shutoff valve 26 Gas compressor 27 Gas compressor controller 71 PWM converter 72 Limiter

Claims

(A) a turbine generator in which a permanent magnet synchronous generator is connected to a gas turbine whose output can be controlled by a fuel flow rate;
(B) a converter connected to the turbine generator;
(C) an inverter connected between the converter and the load;
(D) transforming means connected to the AC interconnection system;
(E) rectifying means connected between the transformer means and the inverter;
(F) including a regenerative resistor connected to a direct current part that is an output part from the converter,
(G) In a state where the voltage fed from the turbine generator to the inverter via the converter is equal to or lower than the first voltage value determined in advance, the inverter is fed from the AC interconnection system via the transformer means and the rectifier means,
(H) A turbine power generator configured to consume surplus power by a regenerative resistor when a voltage fed from a turbine generator to an inverter via a converter is equal to or higher than a predetermined second voltage value. apparatus.

(A) a turbine generator in which a permanent magnet synchronous generator is connected to a gas turbine whose output can be controlled by a fuel flow rate;
(B) a converter connected to the turbine generator;
(C) an inverter connected between the converter and the load;
(D) a PWM converter connected between the AC interconnection system and the inverter;
(E) a limiter that is connected to the PWM converter and limits the output direction of the PWM converter to a direction from the AC interconnection system to the inverter;
(F) including a regenerative resistor connected to a direct current part that is an output part from the converter,
(G) In a state where the voltage supplied from the turbine generator to the inverter via the converter is equal to or lower than the first voltage value determined in advance, the inverter is supplied from the AC interconnection system via the PWM converter,
(H) Turbine power generation configured to consume surplus power by regenerative resistance in a state where the voltage fed from the turbine generator through the converter to the inverter is equal to or higher than a predetermined second voltage value apparatus.

A permanent magnet type synchronous generator connected to a gas turbine whose output can be controlled by the fuel flow rate is driven to generate power, the generated power is converted to DC power by a converter, and the DC power output from the converter is further converted to AC by an inverter. In the self-sustaining operation method of the turbine power generator that converts power into electric power and supplies the load,
When the voltage supplied to the inverter through the converter from the turbine generator in which the permanent magnet type synchronous generator is connected to the gas turbine is equal to or lower than a predetermined first voltage value, the inverter is supplied from the AC interconnection system, When the voltage supplied to the inverter from the turbine generator through the converter is equal to or higher than a predetermined second voltage value, by consuming excess power with the regenerative resistor,
A self-sustaining operation method for a turbine generator, wherein the voltage input to the inverter is controlled to be in a range exceeding the first voltage value and less than the second voltage value.

The output control of the gas turbine by the fuel flow rate is
At startup,
Based on a predetermined relationship between the fuel flow rate and the rotational speed of the gas turbine, the fuel flow rate is charged so that the gas turbine has a predetermined rotational speed.
When driving after startup,
The exhaust gas temperature EGT of the gas turbine is detected, the gas turbine rotation speed determined in advance corresponding to the magnitude of the load, the set exhaust gas temperature SEGT predetermined to correspond to the gas turbine rotation speed, and the detected exhaust gas temperature EGT The fuel flow rate necessary for changing the rotational speed so that the deviation ΔT (= SEGT−EGT) of
DC voltage Vdc output from the converter to the inverter is detected, and the rotational speed is changed so that the deviation ΔV (= Vs−Vdc) of the detected voltage value Vdc with respect to the predetermined voltage setting value Vs becomes zero. Of the fuel flow required for
The self-sustained operation method for a turbine power generator according to claim 3, wherein the self-sustained operation method is performed by selecting a smaller fuel flow rate.