JPH0528958Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、ガスタービン発電装置、特に負荷急
減時においてインバータに過電圧が加わることを
防止したガスタービン発電装置に関するものであ
る。

［関連技術］ 本考案の関連技術としては既に特願昭61−
011294号にかかる出願がなされている。

［従来の技術］ ガスタービンエンジンによつて高速度の一定し
た回転運動を得、この高速一定回転で高周波発電
機を回転駆動して所望の発電作用を行わせるガス
タービン発電装置が提案されており、商用電源の
得られない地域あるいは停電時のバツクアツプ電
源としてその利用価値は近年著しく増大してい
る。

この種のガスタービン発電装置は、ガスタービ
ンエンジンの高速一定回転での高効率を利用し、
また可般型の小型装置として各種の利用に供され
ている。

通常、この種のガスタービン発電装置におい
て、高周波発電機で取出された電力は一旦整流器
によつて直流電力に変換された後、インバータに
より再び所望の商用周波数その他の交流電力に変
換され、負荷へ供給される。

そして、前記高周波発電機の出力制御は発電機
に設けられた界磁コイルに供給される界磁電流の
調整によつて行われる。したがつて、例えば負荷
の変動時には、整流器出力を検出してこれにとも
なつた界磁電流の制御を行い、発電機出力のフイ
ードバツク制御が行われていた。

［考案が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来装置においては、負荷
の変動に対する前記高周波発電機の界磁制御の応
答性が悪く、負荷の急減時等には、界磁電流の調
整が遅れ、インバータに過電圧が加わりインバー
タ素子の破壊等が生じていた。

これ故、ガスタービン発電装置を変動負荷に対
して有効に利用できないという問題があつた。

［考案の目的］ 本考案は上記従来装置の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、負荷急減時においてもイ
ンバータに過電圧が加わることを確実に防止して
変動負荷に対しても有効にかつ安全に適用可能な
ガスタービン発電装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本考案は、ほぼ一定
回転数で回転するガスタービンエンジンと、この
ガスタービンエンジンに直結されその出力電圧が
界磁電流により制御される高周波発電機と、少な
くとも１個のサイリスタを含む複数の整流素子に
よつて構成され、高周波発電機の出力を直流に変
換出力する整流器と、整流器出力を所望の周波数
の交流信号に変換し負荷に供給するインバータ
と、を含むガスタービン発電装置において、所定
のヒステリシス特性を有する過電圧防止用のデユ
ーテイ制御関数に従い、前記整流器出力電圧に基
づき整流器を構成するサイリスタのデユーテイ比
を制御する過電圧防止回路を設け、前記デユーテ
イ制御関数は、前記整流器の変換出力が所定値を
越えた後徐々にデユーテイ比を減少させ、変換出
力が所定の最大値になつたときにデユーテイ比を
０とするものであることを特徴とする。

［作用］ 上記のように構成することにより、負荷が急減
し整流器出力電圧が上昇した場合に、整流器出力
に接続された過電圧防止回路が作動し、所定のヒ
ステリシス特性の過電圧防止用デユーテイ制御関
数に従つて整流器を構成するサイリスタをデユー
テイ制御し整流器出力電圧を低下させる。

これにより、界磁電流の調整によつては対応で
きないような急激な負荷の減少が生じた場合に、
整流器出力電圧が所定電圧よりも高い値となるこ
とを防止することができる。

特に、本考案によれば、サイリスタのデユーテ
イ制御を、所定のヒステリシス特性を有するデユ
ーテイ制御関数に従い行つている。そして、デユ
ーテイ制御関数は、前記整流器の変換出力が所定
値を越えた後徐々にデユーテイ比を減少させ、変
換出力が所定の最大値になつたときにデユーテイ
比を０とするものである。そこで、急激な負荷減
少時における整流器出力電圧の増加制御を、整流
器出力にハンチングを発生させることなく行うこ
とが可能となる。

［実施例］ 第１実施例 第１図には本考案の第１実施例の全体構成が示
されている。ガスタービンエンジン１０は高速一
定回転するエンジンからなり、実施例において
は、例えば86000r.p.m.の回転数を有する。

前記ガスタービンエンジン１０には高周波発電
機１２が直結され、発電機１２の高周波３相出力
は、６個の整流素子１４ａ〜１４ｆを含む全波整
流器１４によつて直流電力に変換される。整流素
子１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、サイリスタからな
り、陽極が発電機１２の出力に接続されており、
整流素子１４ｄ，１４ｅ，１４ｆは、ダイオード
からなり、陰極が発電機１２の出力に接続されて
いる。整流器１４の出力は平滑用コンデンサ１５
により平滑された後、さらにインバータ１６によ
つて所望周波数の交流電力に変換されて負荷に供
給されている。

また、整流器１４の出力V_DCは界磁コントロー
ラ２０に入力され、この界磁コントローラ２０は
高周波発電機１２の界磁コイル２２に供給される
界磁電流を調整することにより発電機出力を制御
している。

更に、整流器１４の出力V_DCは過電圧防止回路
１８に入力されており、この過電圧防止回路１８
の出力はサイリスタ１４ａのゲートに直接接続さ
れるとともに、遅延回路２４ｂ及び２４ｃを介し
てそれぞれサイリスタ１４ｂ及び１４ｃのゲート
に接続されている。

本考案の第１の特徴的事項は、インバータ１６
の負荷急減時において、整流器１４の一部を構成
するサイリスタ１４ａ，１４ｂ及び１４ｃの出力
を制御することにより、整流器１４の出力電圧
V_DCが所定値V_nax以上に上昇することを防止し、
過電圧によりインバータ１６の素子が破壊される
ことを未然に防止することにある。

ところで、このような問題を解決するための手
段として既に本出願人らにより特願昭61−011294
号の提案が行われている。

この提案は、整流器出力電圧V_DCと基準電圧と
を比較し、比較結果に応じてサイリスタ１４ａ，
１４ｂ及び１４ｃを制御する過電圧防止回路１８
を設け、負荷急減時において整流器出力電圧V_DC
が所定電圧V_setまで上昇したときに、サイリスタ
１４ａ，１４ｂ及び１４ｃを非導通状態とするよ
う形成したものである。

しかし、整流器１４の出力電圧V_DCが基準電圧
V_setを上回るか否かを判別し、サイリスタ１４
ａ，１４ｂ及び１４ｃをオン・オフ制御するだけ
では、整流器出力電圧V_DCにハンチング現象が生
じる場合があり、その対策が必要となる。

本考案の第２の特徴的事項は、整流器１４の出
力電圧V_DCのハンチング現象を有効に防止し、か
つ負荷急減時にインバータに過電圧が加わること
を確実に防止できるようにしたことにある。

すなわち、本考案の過電圧防止回路１８は、所
定のヒステリシス特性を有する過電圧防止用のデ
ユーテイ制御関数を予め登録しておき、該デユー
テイ制御関数に従いサイリスタ１４ａ，１４ｂ及
び１４ｃのデユーテイ制御を行うことを特徴とす
る。

第２図には、各サイリスタ１４ａ，１４ｂ，１
４ｃに加わるゲート信号のタイミングチヤートが
示されており、各サイリスタ１４ａ，１４ｂ及び
１４ｃは、過電圧防止回路１８から出力されるト
リガ信号１８ｃ，１８ｅ，１８ｆによりＴの周期
で、それぞれＴ／３ずつ位相をずらしてそのデユ
ーテイ制御が行われている。

すなわち、同図からも明らかなように、過電圧
防止回路１８から出力されるゲート信号１８ｃは
そのままサイリスタ１４ａのゲートに印加され、
また各遅延回路２４ｂ及び２４ｃを介してそれぞ
れＴ／３，2T／３ずつ位相をずらしてサイリス
タ１４ｂ及び１４ｃのゲートにそれぞれ印加され
ている。

第３図には、過電圧防止回路１８に予め登録さ
れたデユーテイ制御関数ｆ（V_DC）の一例が示さ
れており、横軸には整流器直流電圧V_DC、縦軸に
は各サイリスタ１４ａ，１４ｂ及び１４ｃのデユ
ーテイ比Df（＝τ／Ｔ）が示されている。

従つて、例えば整流器出力V_DCがＡのポイント
にあるとき、負荷が急減し電圧V_DCが急増する場
合を想定すると、過電圧防止回路１８はＡ→Ｆ→
Ｂ→Ｈ→Ｇ→Ｃ→Ｄとそのデユーテイ制御を行い
電圧V_DCを抑制するよう動作する。

また、これとは逆に単純に電圧V_DCが減少する
場合を想定すると、そのデユーテイ比はＤ→Ｃ→
Ｅ→Ｉ→Ｆ→Ａと変化する。

ところで、整流器出力電圧V_DCは、デユーテイ
比がDf＝０のときに０ボルトとなるため、実際
には負荷がどんなに急激に減少し整流器出力電圧
V_DCが増加しても、そのデユーテイ比はＢ点から
Ｃ点の間の点、例えばＧ点においてバランスし、
決してＣ点を上回ることがない。

そして、本考案の過電圧防止回路１８は、デユ
ーテイ比Dfが減少する場合と増加する場合とで
は同図に示すようにヒステリシスループを描くた
め、インバータ１６の出力が急激に減少したとき
に、整流器出力電圧V_DCの増加をハンチング現象
を発生させることなく有効に抑制しこの結果、イ
ンバータ１６に対し過電圧が加わることを未然に
防止し、またその出力電圧を安定化することがで
きる。

なお、過電圧防止回路１８内に登録する過電圧
防止用のデユーテイ制御関数は、前記第３図に示
すような関数に限らず、これ以外に各種関数を適
宜採用することが可能であり、例えば第４図に示
すようなヒステリシス特性を有するデユーテイ制
御関数ｆ（V_DC）を用いても、電圧V_DCの増加をハ
ンチングを発生させることなく効果的に抑制し、
インバータ出力電圧の安定化を図ることが可能と
なる。

比較例との対比 （本考案の説明） このように、本考案によれば、第１に、整流器
直流電圧V_DCの増加をサイリスタのデユーテイ比
を制御することにより抑制し、第２に該デユーテ
イ比の制御を所定のヒステリシスループに従つて
行うという２つの条件を同時に満足することによ
つて、ハンチングを発生させることなく過電圧を
抑制することを可能とするものである。

（比較例の説明） これに対し、例えば第５図に示すように、整流
器出力電圧V_DCに基づき、サイリスタを単にオ
ン・オフ制御する装置、すなわち、サイリスタの
デユーテイ比Dfを「１」から「０」に制御する
装置では、仮にデユーテイ比を「１」から「０」
に切り替える基準電圧V_naxと、「０」から「１」
に切替える基準電圧V_setとの間にヒステリシスル
ープを形成しても、デユーテイ比切替え時におけ
る整流器出力電圧VDCの変化が大きくなり過ぎ
てハンチングの発生を避けられず、インバータ１
６の出力電圧の安定化を図ることができない。

また、第６図に示すようにサイリスタ１４ａ，
１４ｂ及び１４ｃのデユーテイ比Dfを、ヒステ
リシスループを用いずに単に直線的に制御する装
置では、負荷側の微小な変化によつてデユーテイ
比が大きく変化し、整流器出力V_DCにハンチング
が発生することが避けられず、到底インバータ１
６から出力される電圧の安定化を図ることができ
ないことが理解される。

［考案の効果］ このように、本考案によれば、整流器を構成す
るサイリスタのデユーテイ制御を行うことにより
整流器出力電圧を抑制し、しかも該デユーテイ制
御を所定のヒステリシス特性を有する過電圧防止
用のデユーテイ制御関数に従つて行うため、負荷
の急減時において整流器出力電圧が急激に上昇し
た場合でも、整流器出力にハンチングを発生させ
ることなく整流器出力の電圧増加を抑制すること
ができる。

これにより整流器出力の過電圧によるインバー
タ素子の破壊を未然に防止することができるとと
もに、インバータ出力電圧の安定化を図ることが
できるため、変動の激しい負荷に対するガスター
ビン発電装置として各種用途に幅広く用いること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係るガスタービン発電装置の
好適な実施例を示す説明図、第２図は本実施例装
置に用いられるサイリスタゲート信号のタイミン
グチヤート図、第３図及び第４図は本考案に用い
られる過電圧防止用デユーテイ制御関数の特性
図、第５図は単なるヒステリシス制御関数の特性
図、第６図は単なるデユーテイ制御関数の一例を
示す特性図である。 １０……ガスタービンエンジン、１２……高周
波発電機、１４……整流器、１４ａ，１４ｂ，１
４ｃ……サイリスタ、１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ…
…ダイオード、１６……インバータ、１８……過
電圧防止回路、２０……界磁コントローラ、２２
……界磁コイル、２２ａ，２４ｂ……遅延回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ほぼ一定回転数で回転するガスタービンエンジ
   ン１０と、 このガスタービンエンジン１０に直結されその
   出力電圧が界磁電流により制御される高周波発電
   機１２と、 少なくとも１個のサイリスタを含む複数の整流
   素子によつて構成され、高周波発電機の出力を直
   流に変換出力する整流器１４と、 整流器出力を所望の周波数の交流信号に変換し
   負荷に供給するインバータ１６と、 を含むガスタービン発電装置において、 所定のヒステリシス特性を有する過電圧防止用
   のデユーテイ制御関数に従い、前記整流器出力電
   圧に基づき整流器を構成するサイリスタのデユー
   テイ比を制御する過電圧防止回路１８を設け、 前記デユーテイ制御関数は、前記整流器の変換
   出力が所定値を越えた後徐々にデユーテイ比を減
   少させ、変換出力が所定の最大値になつたときに
   デユーテイ比を０とするものであることを特徴と
   するガスタービン発電装置。