JPS62118777A - 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］ 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、商用電源の得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、また再設型の小
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
ともなった界磁電流の制御を行い、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、従来の装置においては、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動負荷
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トランジスタを介してイン
バータと並列に接続し、整流器出力の電圧値が所定の基
準値を超えたときに、前記電圧吸収抵抗を整流器とイン
バータ間に所定のデユーティ比で接続し、これによって
負荷急減時に高周波発電機の出力が制御遅れを起し、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ｕｌこの間に高周波発電機の界磁制御を
有効に働かせ得るようにしたことを特徴とする。

［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
高速一定回転するニシジンからなり、実施例においては
、例えば８６．　ＯＯＯＲＰＭ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
直結接続されており、この発電橢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１１電流は界磁制御回路１６
により行われており、実施例においては、この界磁制御
回路１６には後述する整流器の出力電圧が供給されてい
る。

高周波発電機１２の出力は実施例において約１．４に１
１２に設定されており、このような高周波電力は６個の
整流素子を含む全波整流器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１
す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２２ｈ１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とゲート制御回
路及びダイオードの組合せからなる周知のインバータ素
子を組合わせて構成され、各トランジスタのゲートを所
望のタイミングで制御することによって、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。

以上説明したようなガスタービン発電装置において、出
力調整は前述のごとく高周波発電機１２の界磁電流制御
によって行われ、図示のごとく、整流器１８の出力が界
磁制御回路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に流れる界磁電流を調整
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
ており、整流３１８の出力側の電流Ｉ。Ｃと電圧Ｖ、Ｃ
の特性が界磁電流１．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Ｉｆの変化に応じて移動することとなり
、また、負荷変動時には界磁電流Ｉ、が一定の場合には
、一定■、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
いたとき、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。

すなわち、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１゜を調整し、例え
ば前記負荷急減時には、整流器１８の出力■。０が増加
するのでこれを抑制するために界磁電流１ｆが低下する
ように制ｎＳ行われる。しかしながら、界磁制御回路１
６の指令から実際の界磁電流Ｉ、の低下までには、界磁
コイル１４のインダクタンス成分に基因する遅れがあり
、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から界磁電流Ｉｆが界磁制御
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Ａは界磁電流Ｉ
ｆ１線上を移動して電流零ずなわち作用点Ｚまで移動し
、この結果、インバータ２２には著しく大きな電圧Ｖ。

Ｃが加わることとなり、インバータ素子である例えばト
ランジスタあるいはサ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ｒａ雷電流制御遅れに対し
て一時的にデユーティ制御された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。

本発明において特徴的なことは、前記整流器１８とイン
バータ２２との間には電圧吸収抵抗２６がトランジスタ
２８を介して、前記インバータ２２と並列に接続されて
いることである。実施例において前記トランジスタ２８
には、トランジスタ２８に逆電圧が印加されることを防
止するためのダイオード３０が接続されている。

また、前Ｌ［圧吸収抵抗２６を回路に所定のデユーティ
比で接続するために、過電圧防止回路３０が設けられて
おり、整流器１８の出力電圧を端子３０ａ、３０ｂから
検出し、この整流器１８の出力電圧に応じたデユーティ
比で端子３０ｃから前記トランジスタ２８のベースにデ
ユーティ制御信号を供給する。

第３図には、前記過電圧防止回路３０の好適な実施例が
示されており、整流器１８の出力電圧ｖＤＣは抵抗３２
．３４により分圧され、この分圧点Ｂの出力が抵抗３６
を介して比較器３８の一方の入力に供給されている。

前記比較器３８の他方の入力には、繰返し基準値発生器
、実施例においては三角波発生器４０の出力が抵抗４２
を介して供給されており、また、比較２Ｓ３８の出力が
抵抗４４から端子３０ｃを通して前記トランジスタ２８
のベースに供給されている。

第４図には、前記三角波発生器４０の出力とＢ点の電圧
との関係が示されており、整流器１８の出力■ＤＣが設
定電圧Ｖ、８．のときＢ点の電位は■　、そしてＶ。０
が■ｌｌ１ａｘのとぎにはＢ点は■。

になるように前記各抵抗値が設定されている。

従って、整流器１８の出力電圧■。ｏＳＶ、。１より低
い場合、比較器３８の出力は「０」で、トランジスタ２
８は常にオフ状態となり、電圧吸収抵抗２６は回路から
切離される。

一方、比較器１８の出力電圧■。０が■ｌｌ１８ｘより
高い場合、トランジスタ３８は全導通となり、このオン
作動によって、電圧吸収抵抗２６は最大抵抗値で回路に
接続されることとなり、最大の電圧吸収作用が得られる
。

本発明において特徴的なことは、前記比較器１８の出力
電圧■ＤＣが繰返し基準値ずなわら実施例における三角
波発生器４０の出力ど比較され、電圧Ｖ、ｃの大きさに
よって比較器３８からはトランジスタ２８をデユーティ
比制御する信号が出力され、例えば第４図で示されるご
とく、分圧点Ｂの出力が鎖線で示されるごとく変化する
と、この時斜線を施した部分でトランジスタ２８がオン
作動され、電圧の低下とともに、デユーティ比が低下づ
ることが理解される。

実施例において、三角波発生器４０の出力三角波は例え
ば２ＫＩＩ２の程度の周波数に選ばれており、このよう
な高速繰返しにより、電圧吸収抵抗２６はそのデユーテ
ィ比に応じて回路の電圧吸収度を変化する。

第５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１作用が示さ
れている。

第２図の負荷線上において、出力は第５図のごと＜Ｐｉ
で示され、時刻ｔ　１まで作用点Ａにて発電作用が行わ
れている。

時刻ｔ　１においで、負荷２４は瞬時に０となり、第５
図において、出力Ｐｉは０まで低下している。

この時、界磁制御回路１６は界磁電流Ｔ、を作用点Ａに
おける’ｆｌから最も小さな■ｆ４まで低下させるが、
このとき、前述したごとく、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ｔ２まで遅れ、通常、０２秒ぐらいの遅れが生じて
しまう。従って、この遅れの間に、従来においては、作
用点はＺまで移動して、インバータ２２の破壊が生じる
。

しかしながら、本発明によれば、前記時刻ｔ１にて過電
圧防止回路３０は整流器１８の電圧を検出し、電圧■。

０が■ｍ８ｘを越えると、過電圧防止回路３０は直ちに
トランジスタ２８を全導通させ、電圧吸収抵抗２６を最
大抵抗値ですなわちデユーティ比「１」で回路に接続す
る。この結果、第２図における作用点Ａはその初期にお
いて界磁電流”ｆ１線上をＶＩＩｌａＸ線まで移動し、
次に前記デユーティ比１の電圧吸収抵抗２６の電圧吸収
作用によってＶ　　線上を移動することとなる。

ｍａ× このことは、負荷線が実線から鎖線で示すごとく順次変
化することを意味し、これによって、界磁電流Ｉ「の遅
れにもかかわらず、出力Ｖ。０は図示のごとり■ｍａＸ
線上を移動して、過大電流がインバータ２２へ供給され
ることを防止する。

この移動中、順次デユーティ比は最大値から減少し、界
磁電流Ｉ、が所定値に達するとデユーティ比がＯに戻り
、装置がＶ、。、で安定することとなる。従って、出力
■。０は定められた領域寸なわちＶ　　より常に低い値
に維持され、インバータａｘ ２２の破壊を確実に防止可能である。

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Ｖ。０が上昇した
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］ 以上説明したように、本発明によれば、負荷急減時にお
いても、界磁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置の好適な
実施例を示す全体回路図、 第２図は第１図における整流器出力特性図、第３図は第
１図の過電圧防止回路の好適な１例を示す回路図、 第４図は第３図における三角波発生器４０の出力と分圧
点Ｂの電圧値を示す説明図、 第５図は本実施例の過電圧防止作用を説明するタイミン
グブヤート図である。 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 ２６　・・・　電圧吸収抵抗 ２８　・・・　トランジスタ ３０　・・・　過電圧防止回路

Claims (1)

【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
   が界磁電流によつ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
   抵抗がトランジスタを介して接続され、更に整流器出力
   の電圧を所定の繰返し基準値と比較して予め定められた
   条件で前記トランジスタのデューティ比を制御する過電
   圧防止回路が設けられ、負荷の急減時に整流器とインバ
   ータとの間に電圧吸収抵抗を所定のデューティ比で挿入
   することによつて、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。