JPS62114474A - ガスタ−ビン発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はガスタービン発電装置、特に周波数変換を行う
ためのインバータに負荷急減時においても過電圧が加わ
ることを防止した装置の改良に関するものである。

［従来の技術１ ガスタービンエンジンによって高速度の一定して回転運
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１！７られない地域あるいは
停電時のバックアッ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、また回設型の小
型装置として各種の利用に供される。

通常、この種のガスタービン発電装置においては、高周
波発電機で取出された電力は一旦整流器によって直流電
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る。

そして、前記高周波発電機は界磁コイルを有し、界磁電
流の調整によってその出力が制御される構成からなり、
例えば負荷の変動時には、整流器出力を検出してこれに
ともなった界！！雷電流シリ御を行い、発電機出力のフ
ィードバック制御が行われていた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、従来のＶｔ置においては、首記高周波１
電機の界磁制御の応答性が悪く、負荷の急減時等には、
界！！電流調整が遅れるために、インバータには、過電
圧が加わることが多く、これによってインバータ素子の
破壊その他が生じるので、ガスタービン発電装置を変ｆ
）ノ負荷に対しては有効に利用できないという問題があ
った。

本発明は上記従来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ら、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ら有効
にかつ安全に適用可能な改良された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］ 上記目的を達成するために、本発明は、整流器とインバ
ータとの間に電圧吸収抵抗を接離可能に設け、整流器出
力の電圧、電流値が所定の基準値を超えたときに、前記
電圧吸収抵抗を整流器とインバータ間に接続し、これに
よって負荷急減時に高周波発電機の出力が制御近れを起
し、整流器出力電圧が著しく増大しても、これを電圧吸
収抵抗によって消費させ、この間に高周波発電機の界磁
制御を有効に鋤かせ得るようにしたことを特徴とする。

前記電圧吸収抵抗は必要に応じて１個あるいは複数個設
番ノ、これらを任意に単独であるいは組合せて整流器と
インバータ間に接続することができる。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説明する。

第１図には本発明にかかるガスタービン発電装置の全体
的に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Ｊ３いて
は、例えば８１３．　ＯＯＯＲＰＭの回転数をイｊづ゛
る。

前記ガスタービンエンジン１０には高周波発電機１２が
直結接続されており、この発電機１２は界磁コイル型か
らなり、界磁コイル１４に供給される界磁電流を制御す
ることによって出力制御が行われる。

前記界磁コイル１４への界磁電流は界磁制御回路１６に
より行われており、実施例にＪ３いては、この界磁制御
回路１Ｇには後述する整流器の出力電圧が供給されてい
る。

高周波光゛市機１２の出力は実施例において約１．４に
Ｉｌｚに設定されてＪ３す、このような１１周波電力は
６個の整流素子を含む仝被整流器１８によって直流電力
に変換される。前記整流器１８の出力には平滑用のコン
デンサ２０が接続され、このようにして平滑された直流
電力はインバータ２２から負荷２４へ供給される。イン
バータ２２は実施例においてトランジスタ２４とゲート
制御回路２６及びダイオード２８の組合せからなる周知
の６個のインバータ素子を組合わゼて構成され、各トラ
ンジスタ２４のグー１−を所望のタイミングで制御する
ことにＪ：って、整流器１８の直流電力が所望の例えば
商用周波数の交流電力として負荷２４に供給される。

以上説明したＪ：うなガスタービン発電装置において、
出力調整は１）０述のごど＜１１周波発電■１２の界磁
電流制御にＪ：っ′Ｃ行われ、図示のごとく、整流器１
８の出力が界磁制ａ１１回路１６に供給され、負荷変動
その他の要求出力の変化に応じて界磁コイル１４に流れ
る界１１電流を調整して出力制御が行われている。

第２図には、高周波発電機１２の界磁制御特性が示され
てＪ５す、整流器１８の出力側の電流Ｉ、。

と電圧Ｖ、。の特性が界ｌｉｔ＆電流［、をパラメータ
として示されている。

第２図から明らかなごとく、整流出力は負荷２４の負荷
線上を界磁電流Ｉ、の変化に応じて移Ｅｈすることとな
り、また、負荷変動時には界ｌｉｆ！電流Ｉ、が一定の
場合には、一定１．上で特性が変化することとなる。

今、負荷２４の負荷線上でＡ点にて発電作用が行われて
いたとぎ、負荷が急激に減少すると、整流器１８の出力
電圧は高電圧となり、インバータ２２に対して過電圧現
象を生じさせる。

すなわら、前記負荷変動時には、界磁制御回路１６が整
流器１８の出力を検出して界磁電流り。

を調整し、例えば前記負荷急減時には、整流器１８の出
力ＶＤｃがｌｊＱ加りるのでこれを抑制ηるために界磁
電流１「が低下ＪるＪ：うに制御２１１が行われる。し
かしながら、界磁制御回路１６の指令から実際の界ｔｉ
ｉ＆電流Ｉ［の低下までに（よ、界磁コイル１４のイン
ダクタンス成分に基因する近れがあり、負荷２４の急減
に追従することができない場合がしばしば生じる。

極端な場合、前記作用点Ａから界！４１電流Ｉ［が界…
制御回路１６の指令に対して全く応答できない場合には
、負荷が急減例えば解放された場合、作用点へは界磁電
流’Ｎ線上を移動して電流零すなわち作用点Ｚまで移動
し、この結果、インバータ２２には著しく大ぎな電圧Ｖ
。０が加わることとなり、インバータ素子である例えば
１〜ランジスタあるいは１ノイリスタ等を容易に破壊し
てしまうという問題があった。

本発明はこのような従来の界磁電流の制御遅れに対して
一時的に電圧吸収抵抗を回路に挿入することによって、
前記遅れ時間の過電圧を抑制することを特徴とする。

実施例において、前記整流器１８とインバータ２２との
間には並列に３本の電圧吸収抵抗３２ａ。

３２ｂ、３２ｃが接続されている。

各電圧吸収抵抗３２はそれぞれトランジスタ３４、ａ、
３４ｂ、３４ｃによってその接離が制御され、通常の平
常運転時には各１−ランジスタ３４はオフ状態にあるが
、前記過電圧が生じる場合には、いずれかのトランジス
タが中和であるいは各１ヘランジスタが組合されてオン
作動し、所望の電圧吸収抵抗３２が回路に接続され、Ｒ
れのない過電圧防止作用が達成される。

前記各トランジスタ３４にはそれぞれ逆流防ｌＦ用のダ
イオード３６が接続されている。

前記整流器１８の出力電圧、電流値に応じて前記電圧吸
収抵抗３２の接続を制御するために過電圧防止回路３８
が設【プられ、この回路３８には整流器１８の出力電圧
Ｖ、。が端子３８ａ、３８ｂから又出）〕電流がシＩ／
ント４０から端子３８Ｇを介して供給されている。

また、過電圧防止回路３８からの出力は端子４２ａ、４
２ｂ、４２ｃから前記トランジスタ３４のベース入力に
供給され、所望のタイミングで各電圧吸収抵抗３２が回
路に接続される。

第３図には、前記過電圧防止回路３８の好適な実施例が
示されており、整流器１８の出力電圧Ｖ　は２個の基準
飴■　　及びＶ□２と比較され、ＤＣｍａｘ −力出力電流Ｉ　は３個のＳ２準値１３．１２及びＤＣ Ｉ　１ど比較されている。

すなわら、第３図において、端子３８ｂから入力された
電圧信号Ｖ。０は一旦増幅器４４にて所定レベルまで増
幅された後、前記２つの基準１＋ｆｆに対してそれぞれ
比較器４６．４８にて比較される。

同様に、端子３８Ｇから入力される電流信号’ＤＣも増
幅器５０にて増幅された後に５個の比較器５２，５４．
５６．５８．６０にてそれぞれ所望の基準値１３．Ｉ２
．Ｉ　１と比較される。

イして、前記両電圧電流比較信号ｔよアンドゲート６２
．６４．６６及びＡアゲート６８，７０゜７２を通って
組合され、端子４２から前）ホしたトランジスタ３４に
供給され、所望の電ｙ「吸収抵抗３２の接続が行われる
。

次表は第３図による入力条件とトランジスタ３４のオン
オフ状態そしてこのり、１の接続された各抵抗３２の合
成抵抗値が示されている。

すなわら、整流器１８の出力電圧、電流のいずれかが最
低ＩＱ値ｖｍ２”　　１より小さい場合には、１−ラン
ジスタ３４はオン状態を維持し、電圧吸収抵抗３２が回
路に影響をおよばずことはなく、通常の発電作用がｉｑ
られる。

次に、電圧が基準値ｖＩＩ１２を超え、また電流が基準
値Ｉ　１と■　２の間にあるときには１〜ランジスタ３
４Ｃのみがオン作動して比較的大ぎな合成抵抗値Ｒ１が
回路に接続されて比較的小ざな電圧吸収作用が行われる
。

更に、電流が基準値Ｉ　と１３の間まで増加すると１１
０記トランジスタ３４Ｃに加えてトランジスタ３４ｂも
オン作動し、合成抵抗値Ｒ２は更に低い抵抗値となり、
電圧吸収作用が増加する。

更に、電圧が大きな基準（ｉｔｉｌ　　３を超えるか若
しくは電流値に関係なく電圧値がｖＩｌｌａｘを超えた
場合には、全トランジスタ３４が全てオン作動し、低抵
抗値Ｒ３が４１効となり、最大の７ｈ圧吸収作用が行わ
れる。

従って、このＪ、うな組合せにより、負荷急減時にｂ右
動な過′−を圧防止作用を１０ることができる。

第４図には、第２図に示した特性図上で負荷が瞬時にＯ
となったときの本実施例における過電圧防止作用が示さ
れている。

第２図の負荷線上において、出力はｇ５４図のこと＜Ｐ
ｉで示され、時刻ｔ１まで作用点Ａにて発電作用が行わ
れている。

時刻ｔ　１において、負荷２４は瞬時に０となり、第４
図において、出力ＰｉはＯまで低下している。

この時、界磁制６１回路１６は界磁電流１．を作用点へ
におけるＩ「１から最も小さなＩ　（５まで低下させる
が、このとぎ、萌述したごとく、界磁コイル１４のイン
ダクタンス成分により、実際上界磁電流の切替えは第４
図の時刻し　、まで遅れ、通常、０．２秒ぐらいの遅れ
が生じてしまう。従って、このＲれの間に、従来におい
ては、作用点は７よで移動して、インバータ２２の破壊
が生じる。

しかしながら、本発明にＪ：れば、前記！１．１刻し　
。

にて過電圧防止回路３８は整流器１８の電圧電流を検出
し、作用点が［３まで移動すると、この時前述した表に
示したごとき電圧Ｖ。０が基準値ｖｍａｘを超えたこと
を検出し、全トランジスタ３４をオン作動させて低合成
抵抗値Ｒ３を回路に接続する。

この結果、通常の負荷線は第２図に示される１７、なる
負荷線に移動し、界磁電流の変化に応じて出力■。０は
図示のごとく作用点Ｂから作用点Ｃに向って移動する。

そして、作用点Ｃからは、電流Ｉ。Ｃの減少により、過
電圧防止回路３８は電圧吸収抵抗３２ａを切離し、この
結果負荷線をＲ２へ移動させ、順次同様の電流の低下に
従った抵抗の切替え作用が第４図に示す順序で行われ、
これによって界磁電流Ｉｆが所定（（ｉに低下ザるまで
の過渡的的１！！ｊ間に確実な電圧吸収によるインバー
タ２２への過電圧防止Ｖ［用を得ることができる。

図示した実施例によれば、作用点は順次Δ点。

Ｂ点、０点、Ｄ点、１点、Ｆ点、０点のごとく移動し、
過電圧Ｖ。Ｃは定められた領域すなわちＶ　　より低い
値に常に維持され、インバータａｘ ２２の破壊を確実１こ防止可能である。

図示した実施例においては、３個の電圧吸収抵抗３２が
全て用いられる状態を示しているが、らちろｌυ、本実
施例にＪ３いても、負荷線の設定その他によって前述し
た表で示される条件によりいずれかの電圧吸収抵抗３２
が単独あるいは組合されて利用される。

また、前述した説明においては、負荷２４が瞬時にＯと
なった状態を示すが、急激な低下あるいは回生ブレーキ
の作動によって整流器１８の出力電圧ＶＤＣが１饗した
場合にも本発明における電圧吸収抵抗が有効に作用する
。

［発明の効果１ 以上説明したように、本発明にＪ：れば、負荷急減時に
Ｊ３いても、界１１電流制御の遅れに基因するインバー
タへの過電圧印加が確実に防止され、変動負荷に対して
も安全かつ確実な電力供給を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるガスタービン発電装首の好適な
実施例を示す仝体回路図、 第２図は第１図における整流お出力特性図、第３図は第
１図の過電圧防止回路の好適な１例を示ず回路図、 ′１ＸＳ４図は本実施例の過電圧防止作用を説明するタ
イミングチＶ−ト図である。 １０　・・・　ガスタービンエンジン １２　・・・　高周波発電機 １４　・・・　界磁コイル １６　・・・　界磁制御回路 １８　・・・　整流器 ２２　・・・　インバータ ２４　・・・　負荷 ３２　・・・　電圧吸収抵抗 ３８　・・・　過電圧防止回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ほぼ一定の回転数で回転するガスタービンエンジ
   ンと、該ガスタービンエンジンに直結されその出力電圧
   が界磁電流によって制御されている高周波発電機と、高
   周波発電機の高周波出力を直流信号に変換する整流器と
   、整流器出力を所望の周波数の交流信号に変換して負荷
   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、前記整流器とインバータとの間には電圧吸収
   抵抗が接離自在に設けられ、更に整流器出力の電圧及び
   電流値を所定の基準値と比較して予め定められた条件で
   前記電圧吸収抵抗の接続を制御する過電圧防止回路が設
   けられ、負荷の急減時には整流器とインバータとの間の
   電圧吸収抵抗によつて、インバータに過電圧が加わるこ
   とを防止したことを特徴とするガスタービン発電装置。
2. （２）特許請求の範囲（１）記載の装置において、電圧
   吸収抵抗は複数個並設され、各抵抗を単独あるいは組合
   せて接続することによつて所望の電圧吸収抵抗値が得ら
   れることを特徴とするガスタービン発電装置。