SE520837C2

SE520837C2 - Power distribution system and method for controlling power

Info

Publication number: SE520837C2
Application number: SE0103180A
Authority: SE
Inventors: Lars Malmrup
Original assignee: Turbec Ab
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-09-02
Also published as: SE0103180D0; WO2003025370A1; SE0103180L; WO2003025370A8; AU2002341468A1

Abstract

A power distribution system (1) has a first high-speed shaft (2) having a first compressor (4), a first turbine (5), and a first generator/motor (6). The system also comprises a second high-speed shaft (3) having a second set of turbines (9) and a second generator (10). Furthermore, the system comprises a control unit (12), which is operatively coupled to the first generator/motor and the second generator and to a load (7). The control unit is adapted to control the transfer of power between the first generator/motor, the second generator and the load.

Description

lO 15 20 25 30 35 520 837 l vilket driver en generator eller hjulen på en bil, är att en växellåda och en koppling måste byggas in tillsammans med gasturbinsystemet. Detta ökar vikten, kostnaden och ut- rymmet för gasturbinsystemet samt dess utsända ljud. Ett annat problem berör underhållet och utbytet av dessa växellådor och kopplingar då deras konstruktion gör dessa förfaranden svårare, med efterföljande höga kostnader på grund av en komplicerad underhålls- och utbytesprocedur, då man underhåller dem i ett existerande system. Vidare är ytterligare utrustning, exempelvis oljepumpar för att tillhandahålla olja till växellådorna, nödvändig, vilket ytterligare ökar kostnaderna och nödvändigt utrymme för gasturbinssystemet. Vidare har dessa tidigare kända gas- turbinsystem en långsam svarstid vid transientförlopp. Ett annat problem med de tidigare nämnda gasturbinsystemen är en hög bränsleförbrukning vid dellast såvida inte någon form av variabel geometri använts för lämpliga delar, och/eller vid lämpliga positioner i luft/gas kanalerna. En sådan exempelvis kompressorerna och/eller turbinerna, komplicerad geometri ökar även tillverknings- och under- hållskostnaderna för gasturbinsystemet. 10 15 20 25 30 35 520 837 l which drives a generator or the wheels of a car, is that a gearbox and a clutch must be built in together with the gas turbine system. This increases the weight, cost and space of the gas turbine system and its emitted sound. Another problem concerns the maintenance and replacement of these gearboxes and couplings as their construction makes these procedures more difficult, with consequent high costs due to a complicated maintenance and replacement procedure, when they are maintained in an existing system. Furthermore, additional equipment, such as oil pumps to supply oil to the gearboxes, is necessary, which further increases the costs and necessary space for the gas turbine system. Furthermore, these previously known gas turbine systems have a slow response time during transient processes. Another problem with the previously mentioned gas turbine systems is a high fuel consumption at partial load unless some form of variable geometry has been used for suitable parts, and / or at suitable positions in the air / gas ducts. Such a complicated geometry, for example the compressors and / or turbines, also increases the manufacturing and maintenance costs for the gas turbine system.

Samanfattning av uppfinningen Huvudsyftet med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla ett snabbt och pålitligt fördelningssystem för styrning av effektöverföringen mellan olika driftsdelar i ett tvåaxlat gasturbinsystem.Summary of the Invention The main object of the present invention is to provide a fast and reliable distribution system for controlling the power transmission between different operating parts in a two-axis gas turbine system.

Detta syfte uppnås med ett effektfördelningssystem.This object is achieved with a power distribution system.

Effektfördelningssystemet innefattar en första höghastig- hetsaxel, vilken har en första kompressor, en första turbin samt en första generator/motor; och en andra höghastighets- axel, som har en andra turbin och en andra generator.The power distribution system comprises a first high-speed shaft, which has a first compressor, a first turbine and a first generator / motor; and a second high speed shaft, which has a second turbine and a second generator.

Effektfördelningssystemet innefattar även en styrenhet, vilken är operativt nsluten till den första genera- torn/motorn, den andra generatorn samt till en last.The power distribution system also includes a control unit, which is operatively connected to the first generator / motor, the second generator and to a load.

Styrenheten är anordnad att styra överföringen av effekt lO 15 20 25 30 35 . . « . m mßﬂwwiwháwé-sešš f 520 837 8 mellan den första generatorn/motorn, den andra generatorn och lasten vid drift av gasturbinsystemet.The control unit is arranged to control the transmission of power 10 15 20 25 30 35. . «. m mß ﬂ wwiwháwé-sešš f 520 837 8 between the first generator / engine, the second generator and the load during operation of the gas turbine system.

Genom att tillhandahålla ett gasturbinsystem med ett effektfördelningssystem enligt uppfinningen erhålls föl- jande fördelar; dellastsprestandan för gasturbinsystemet ökas, varvid bränsleförbrukningen minskar; prestandan vid transientförlopp förbättras för gasturbinsystemet; tillverkning, konstruktion, uppstart/normaldrift, och underhåll för gasturbinsystemet förenklas samt vikten och de totala kostnaderna för gasturbinsystemet reduceras.By providing a gas turbine system with a power distribution system according to the invention, the following advantages are obtained; the partial load performance of the gas turbine system is increased, thereby reducing fuel consumption; transient flow performance is improved for the gas turbine system; manufacturing, design, start-up / normal operation, and maintenance of the gas turbine system are simplified and the weight and total costs of the gas turbine system are reduced.

Kort beskrivning av ritningarna Den föreliggande uppfinningen kommer nu att beskrivas mer i detalj, med hänvisning till de bifogade ritningarna, av vilka: FIG l är en schematisk vy av en föredragen utförings- form av ett effektfördelningssystem enligt uppfinningen, vilken visar de olika delarna av effektfördelningssystemet, och FIG 2 är en schematisk vy av en föredragen utförings- form av en styrenhet för effektfördelningssystemet i FIG 1.Brief Description of the Drawings The present invention will now be described in more detail, with reference to the accompanying drawings, of which: Fig. 1 is a schematic view of a preferred embodiment of a power distribution system according to the invention, showing the various parts of the power distribution system , and FIG. 2 is a schematic view of a preferred embodiment of a control unit for the power distribution system of FIG.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen FIG 1 är en schematisk vy av en föredragen utförings- form av ett fördelningssystem 1 för effektgenerering med hjälp av ett gasturbinsystem, och mer speciellt överföring av effekt mellan olika delar av gasturbinsystemet, nedan kallat system 1, i enlighet med föreliggande uppfinningen.Detailed Description of the Invention Fig. 1 is a schematic view of a preferred embodiment of a power generation distribution system 1 using a gas turbine system, and more particularly power transmission between different parts of the gas turbine system, hereinafter referred to as system 1, in accordance with the present invention. .

Systemet 1 kan användas i effektapplikationer i stationära kombinerade värme och/eller effektgenererande kraftverk såväl som i en mångfald fordon, såsom fartyg, flygplan och bilar.System 1 can be used in power applications in stationary combined heat and / or power generating power plants as well as in a variety of vehicles, such as ships, aircraft and cars.

Systemet använder företrädesvis en första höghastig- hetsaxel 2, vilken innefattar en första kompressor 4, en första turbin 5 och en permanentmagnetisk motor/generator 6. Systemet innefattar även en andra höghastighetsaxel 3 med en eller flera turbiner 9 och en andra permanentmag- 10 l5 20 25 30 35 EISDLL? AR ISAPWLLD Turbec\F'\ﬂLﬂ_Puwer_Dis 5 2 0 3 l - L! netisk generator 10. Den första motorn/generatorn 6 används bàde som en generator för att leverera effekt till en last 7 vid normal drift vid full- och dellast hos systemet 1 och som en motor vid uppstart och acceleration av systemet l.The system preferably uses a first high speed shaft 2, which comprises a first compressor 4, a first turbine 5 and a permanent magnetic motor / generator 6. The system also comprises a second high speed shaft 3 with one or more turbines 9 and a second permanent power shaft. 25 30 35 EISDLL? AR ISAPWLLD Turbec \ F '\ ﬂ L ﬂ_ Puwer_Dis 5 2 0 3 l - L! netic generator 10. The first motor / generator 6 is used both as a generator to deliver power to a load 7 during normal operation at full and partial load of the system 1 and as a motor during start-up and acceleration of the system 1.

Således kommer, sàsom beskrivs nedan den första motorn/ generatorn att företrädesvis användas för att optimera prestanda hos systemet 1. Vidare kan den andra generatorn 10 även användas ensam eller tillsammans med den första motorn/generatorn 6 för att optimera prestanda hos systemet.Thus, as described below, the first motor / generator will preferably be used to optimize the performance of the system 1. Furthermore, the second generator 10 may also be used alone or together with the first motor / generator 6 to optimize the performance of the system.

Systemet l innefattar även en förbränningskammare 2', som är placerad mellan den första kompressorn 4 och den första turbinen 5. Den första kompressorn förser förbrän- ningskammaren 2' med komprimerad luft. Systemet l inne- fattar även ett bränslesystem (inte visat) av vilket endast tillförseln till inloppet hos förbränningskammaren 2' visas. Funktionen hos förbränningskammaren, vilken förses med luft och bränsle, kommer inte att förklaras närmare, då funktionen för en sàdan del i ett gasturbinsystem är all- mänt känd för fackmannen. Förbränningskammaren 2' är gemensam för de tvà axlarna 2 och 3 i denna föredragna utföringsform och lämnar förbränningsgas först till den första turbinen 5 och sedan till en andra uppsättning tur- biner 9. Anslutningen av förbränningsgas mellan de två upp- sättningarna turbiner 5 och 9 visas inte för tydlighets skull. En andra uppsättning turbiner kan vara en eller flera turbiner och det kan även finnas en förbrännings- kammare 2' för varje turbin, varvid mer än en förbrän- ningskammare behöver styras vid drift av systemet 1. Detta är uppenbart för fackmannen och kommer därför inte att för- klaras vidare.The system 1 also comprises a combustion chamber 2 ', which is located between the first compressor 4 and the first turbine 5. The first compressor supplies the combustion chamber 2' with compressed air. The system 1 also comprises a fuel system (not shown) of which only the supply to the inlet of the combustion chamber 2 'is shown. The function of the combustion chamber, which is supplied with air and fuel, will not be explained in more detail, since the function of such a part in a gas turbine system is generally known to the person skilled in the art. The combustion chamber 2 'is common to the two shafts 2 and 3 in this preferred embodiment and supplies combustion gas first to the first turbine 5 and then to a second set of turbines 9. The connection of combustion gas between the two sets of turbines 5 and 9 is shown not for the sake of clarity. A second set of turbines may be one or more turbines and there may also be a combustion chamber 2 'for each turbine, whereby more than one combustion chamber needs to be controlled during operation of the system 1. This is obvious to the person skilled in the art and will therefore not further explained.

Utgàngen från motorn/generatorn 6 är ansluten till en dubbelriktad fyrkvadranteffektomv ndlare 8, vilken är känd i sig, som kan omvandla AC-effekt till DC-effekt och vice versa. Olika utföringsformer av fyrkvadranteffektomvandlare 10 15 20 25 30 35 IJBDLL? AR 6=\P\HLLD TurbeC\P\l 5 2 0 8 5 7 -çlnæïgigssšlstågjlﬂülilpíioci ' beskrivs ingående i US-A-6 031 294, US-A-5 428 522, och WO/9215148.The output of the motor / generator 6 is connected to a bidirectional four-quadrant power converter 8, which is known per se, which can convert AC power to DC power and vice versa. Different embodiments of four-quadrant power converters 10 15 20 25 30 35 IJBDLL? AR 6 = \ P \ HLLD TurbeC \ P \ l 5 2 0 8 5 7 -çlnæïgigsssslstågjl ﬂ ülilpíioci 'is described in detail in US-A-6 031 294, US-A-5 428 522, and WO / 9215148.

Den andra axeln 3 innefattar företrädesvis två tur- biner 9 samt den andra generatorn 10, vilken också används för att lämna effekt till lasten 7. Den andra generatorn är ansluten till en effektomvandlare 11 på samma sätt som den första motorn/generatorn 6. Effektomvandlaren 11 behöver emellertid inte vara dubbelriktad, utan är företrädesvis av en enklare enkelriktad design, såsom en aktiv eller passiv likriktare. Den andra generatorn 10 kan även konstrueras och användas som en generator/motor på samma sätt som den första generatorn/motorn 6, vilket förstås av en fackman.The second shaft 3 preferably comprises two turbines 9 and the second generator 10, which is also used to supply power to the load 7. The second generator is connected to a power converter 11 in the same way as the first motor / generator 6. The power converter 11 however, need not be bidirectional, but are preferably of a simpler unidirectional design, such as an active or passive rectifier. The second generator 10 can also be designed and used as a generator / motor in the same way as the first generator / motor 6, which will be understood by a person skilled in the art.

Utgångarna från den första och andra effektomvandla- ren 8, 11 är kopplade till en gemensam DC-buss i en styr- enhet 12, vilken beskrivs längre ned. Styrenheten 12 och den därtill hörande DC-bussen är även anslutna till en tredje dubbelriktad effektomvandlare 13 för att leverera AC-effekt till lasten 7, vilken kan vara en trefas syn- kronmotor i exempelvis ett fordon. Det skall emellertid förstås att effektomvandlaren 13 kan lika gärna lämna DC- effekt i stället för AC-effekt om så krävs av en annan last, vilken använder DC-effekt.The outputs of the first and second power converters 8, 11 are connected to a common DC bus in a control unit 12, which is described below. The control unit 12 and the associated DC bus are also connected to a third bidirectional power converter 13 to supply AC power to the load 7, which can be a three-phase synchronous motor in, for example, a vehicle. It should be understood, however, that the power converter 13 may just as well provide DC power instead of AC power if required by another load, which uses DC power.

En fjärde dubbelriktad effektomvandlare 14 är också ansluten till styrenheten 12, varvid en fjärde dubbelrik- tade effektomvandlaren används för att omvandla den variabla spänningen på DC-bussen till en reglerad DC- spänning. Effektomvandlaren 14 är ansluten till en ackumulator 15 för att lagra energi i fall turbinerna 5, 9 producerar mer energi än lasten 7 förbrukar. Ackumulatorn 15 kan även användas för att tillhandahålla effekt vid uppstart av turbinerna 5, 9.A fourth bi-directional power converter 14 is also connected to the control unit 12, a fourth bi-directional power converter being used to convert the variable voltage on the DC bus to a regulated DC voltage. The power converter 14 is connected to an accumulator 15 to store energy in case the turbines 5, 9 produce more energy than the load 7 consumes. The accumulator 15 can also be used to provide power when starting up the turbines 5, 9.

Annat antal och andra typer av effektomvandlare, vilka uppfyller kraven från systemet 1, kan användas om fler än två axlar 2, 3 och uppsättningar av turbiner 5, 9 skall användas. Detta gör systemet 1 mer komplicerat, inne- 10 l5 20 25 30 35 EIBIJLL? AR G=\P\H]|lﬂ TurbeC\P\ÛLb_Power'_ _-._3.._,_ . .. .,, ,, , __ _ . . . . ; I i * 2 5 2 Û 8 5 7 tñingšsyšﬁemlüšüllå-dêc ' , I é fattande fler kompressorer 4; turbiner 5, 9; effektomvand- lare 8, 11, 13, 14; styrenheter 12, 21; anslutningar, generatorer/motorer 6, 10; förbränningskammare 2', bränsle- system samt även fler laster. Lasterna kan exempelvis vara i form av ackumulatorer 15 och/eller motorer, vilket enkelt förstås av en fackman. Detta skulle erhålla samma funktion och egenskaper som den föreliggande uppfinningen.Other numbers and other types of power converters, which meet the requirements of system 1, can be used if more than two shafts 2, 3 and sets of turbines 5, 9 are to be used. This makes system 1 more complicated, including 10 l5 20 25 30 35 EIBIJLL? AR G = \ P \ H] | l ﬂ TurbeC \ P \ ÛLb_Power'_ _-._ 3 .._, _. ... ,, ,,, __ _. . . . ; I i * 2 5 2 Û 8 5 7 tñingšsyš ﬁ emlüšüllå-dêc ', I é fattande fler kompressorer 4; turbines 5, 9; power converters 8, 11, 13, 14; control units 12, 21; connections, generators / motors 6, 10; combustion chamber 2 ', fuel system and also more loads. The loads can for instance be in the form of accumulators and / or motors, which is easily understood by a person skilled in the art. This would have the same function and features as the present invention.

Mängden bränsle, som tillförs systemet 1, styrs i relation till effektöverföringen i systemet och/eller hastigheten hos turbinerna 5, 9. Vidare kan andra parametrar användas i olika kombinationer med de ovan nämnda parametrarna för att styra den tillförda mängden bränsle. Inloppstemperaturen T1 hos den första turbinen 5, dvs. efter förbränningskammaren 2', och/eller inlopps- temperaturen T1 hos den andra turbinen 9, om en annan förbränningskammaren (inte visad) används för den andra turbinen, kan användas som en ytterligare parameter. Vidare kan även utloppstemperaturen T2 efter den första turbinen 5 och/eller den andra turbinen 9 användas i kombination med en eller flera av de ovan nämnda parametrarna; utlopps- temperaturen T2 kan t.o.m. användas i stället för inlopps- temperaturen T1. En eller flera av de ovan nämnda para- metrarna kan även användas tillsammans med lasttillstànd för att styra det tillförda bränslet, vilket förstås av fackmannen. Detta kommer att förklaras nedan för den före- dragna utföringsformen, med hänvisning endast till en för- bränningskammare 2', som är gemensam för båda uppsättning- arna turbiner 5, 9.The amount of fuel supplied to the system 1 is controlled in relation to the power transmission in the system and / or the speed of the turbines 5, 9. Furthermore, other parameters can be used in different combinations with the above-mentioned parameters to control the amount of fuel supplied. The inlet temperature T1 of the first turbine 5, i.e. after the combustion chamber 2 ', and / or the inlet temperature T1 of the second turbine 9, if another combustion chamber (not shown) is used for the second turbine, can be used as an additional parameter. Furthermore, the outlet temperature T2 after the first turbine 5 and / or the second turbine 9 can also be used in combination with one or more of the above-mentioned parameters; the outlet temperature T2 can t.o.m. be used instead of the inlet temperature T1. One or more of the above-mentioned parameters can also be used together with the load condition to control the supplied fuel, which will be understood by the person skilled in the art. This will be explained below for the preferred embodiment, with reference only to a combustion chamber 2 ', which is common to both sets of turbines 5, 9.

FIG 2 illustrerar funktionen hos styrenheten 12. Den gemensamma DC-bussen 16 är ansluten till den första, andra, tredje och fjärde effektomvandlaren 8, 11, 13, 14 via an- slutningarna A1, A2, A3 respektive A4. Inloppstemperaturen Tl hos den första turbinen 5, dvs. temperaturen efter för- bränningskammaren 2' mäts pà ett sätt, som är känt i sig med hjälp av ett termokors och tas emot i styrenheten 12 lO l5 20 25 30 35 DBDLL? AR G2\P\HL1E| TuFbeC\P\DL 5 2 Û 8 5- äl7n- í * 7 där den jämförs med ett förutbestämt värde Trl i det jäm- förande organet 17, vilket finns i styrenheten 12. En ut- signal, F, genereras i beroende av skillnaden mellan in- loppstemperaturen Tl och referensvärdet Trl, vilken signal kommer att styra mängden bränsle, som tillförs turbinen 5, genom att påverka bränslesystemet. Funktionen hos bränsle- systemet är välkänd inom teknikomràdet sedan tidigare och kommer för tydlighets skull inte att beskrivas vidare.Fig. 2 illustrates the operation of the control unit 12. The common DC bus 16 is connected to the first, second, third and fourth power converters 8, 11, 13, 14 via the connections A1, A2, A3 and A4, respectively. The inlet temperature T1 of the first turbine 5, i.e. the temperature after the combustion chamber 2 'is measured in a manner known per se by means of a thermal cross and is received in the control unit 12 10 l5 20 25 30 35 DBDLL? AR G2 \ P \ HL1E | TuFbeC \ P \ DL 5 2 Û 8 5- äl7n- í * 7 where it is compared with a predetermined value Trl in the comparator 17, which is present in the control unit 12. An output signal, F, is generated depending on the difference between the inlet temperature T1 and the reference value Tr1, which signal will control the amount of fuel supplied to the turbine 5 by influencing the fuel system. The function of the fuel system is already well known in the art and for the sake of clarity will not be described further.

Bränslesystemet kommer emellertid att minska bränsle- tillförseln till turbinen 5 när inloppstemperaturen Tl ökar, sä att inloppstemperaturen hos turbinen 5 kommer att förbli vid ett konstant värde motsvarande Trl.However, the fuel system will reduce the fuel supply to the turbine 5 as the inlet temperature T1 increases, so that the inlet temperature of the turbine 5 will remain at a constant value corresponding to Tr1.

Vid vissa tillfällen, exempelvis vid väldigt låga uteffekter, kommer temperaturfallet över den första turbinen 5 att reduceras, vilket leder till ett ökat värde pà utloppstemperaturen T2 (förbränningsgas) efter den första turbinen 5. Därför kan det vara fördelaktigt att reducera bränslemängden i beroende av utloppstemperaturen T2. Utloppstemperaturen T2 mäts, pà samma sätt som inlopps- temperaturen Tl, med hjälp av ett termokors och jämförs med ett referensvärde Tr2 i det jämförande organet 17. Utsigna- len F kommer säledes, vid vissa tillfällen, även att bero på skillnaden mellan förbränningsgastemperaturen T2 och det andra referensvärde Tr2.At certain times, for example at very low output powers, the temperature drop across the first turbine 5 will be reduced, leading to an increased value of the outlet temperature T2 (combustion gas) after the first turbine 5. Therefore, it may be advantageous to reduce the amount of fuel depending on the outlet temperature. T2. The outlet temperature T2 is measured, in the same way as the inlet temperature T1, by means of a thermocouple and is compared with a reference value Tr2 in the comparator 17. The output signal F will thus, in some cases, also depend on the difference between the combustion gas temperature T2 and the second reference value Tr2.

Funktionsprincipen att reglera uteffekten från de två axlarna 2, 3, vilka drivs av turbinerna 5, 9, genom att styra inloppstemperaturen Tl och/eller utloppstemperaturen T2 är välkänd inom teknikomràdet och beskrivs utförligt i exempelvis US-A-5 332 959. Denna princip kan, såsom nämns ovan, även användas för drift av turbinerna 5, 9 dä varje turbin har åtminstone en förbränningskammare 2'.The operating principle of regulating the output power of the two shafts 2, 3, which are driven by the turbines 5, 9, by controlling the inlet temperature T1 and / or the outlet temperature T2 is well known in the art and is described in detail in, for example, US-A-5,332,959. , as mentioned above, can also be used for the operation of the turbines 5, 9 as each turbine has at least one combustion chamber 2 '.

Effekten Pl, som genereras i den första motorn/gene- dä denna används som generator, säväl som effek- ratorn 6, J ten, som tillförs denna, dä den används som motor, mäts genom att mäta både strömmen Il, vilken flyter genom en lO 15 20 25 30 35 . . . . . . . . .. . . ozon? AR ampvønn Tufn@<\P\u1.a_P0wer_x>_ 5 2 0 8 3 7 fngsçysxqmjauiitﬁaoå ' och spänningen U hos DC-bussen med hjälp 18c. effekten P2, vilken genereras av den andra generatorn 10, samt effekten P3, hjälp av strömsensorerna 19a, l9b, l9C, 20b, 2OC.The power P1 generated in the first motor / when it is used as a generator, as well as the generator 6, J ten, which is supplied to it when it is used as a motor, is measured by measuring both the current II, which flows through a lO 15 20 25 30 35. . . . . . . . ... . ozone? AR ampvønn Tufn @ <\ P \ u1.a_P0wer_x> _ 5 2 0 8 3 7 fngsçysxqmjauiit ﬁ aoå 'and the voltage U of the DC bus using 18c. the power P2, which is generated by the second generator 10, and the power P3, by means of the current sensors 19a, 19b, 19C, 20b, 2OC.

De uppmätta effektnivåerna P1, strömsensor l8a, av en spänningssensor l8b, På liknande sätt mäts vilken överförs till/från lasten 7, med 20a och spänningssensorerna P2 och P3 tas emot i en huvudstyrenhet 21, vilken finns i styrenheten 12.The measured power levels P1, current sensor 18a, are measured by a voltage sensor 18b. Similarly, which is transmitted to / from the load 7, 20a is measured and the voltage sensors P2 and P3 are received in a main control unit 21, which is located in the control unit 12.

Baserat på de emottagna effektvärdena kan huvudstyrenheten 21 styra överföringen av effekt genom systemet 1. Mer specifikt, genom att mäta de tre effektnivåerna P1, P2 och P3 kan huvudstyrenheten 21 få systemet att fungera i fem olika moder, nämligen: 1. Effekten från den första motorn/generatorn 6 och den andra generatorn 10 tillförs lasten 7. Detta är det grundläggande funktionssättet. Lasten från den första motorn/generatorn kan då styras på så sätt, att drifts- temperaturen, exempelvis inloppstemperaturen T1 och/eller utloppstemperaturen T2 för varje turbin 5 och/eller 9, hålls inom ett föreskrivet område. Vid detta driftssätt avkänner huvudstyrenheten 21 att effekten som erfordras av lasten är större eller lika med effekten, som tillhanda- hålls av den första motorn/generatorn 6 och den andra gene- ratorn 10, och håller således kontraktorerna S1, S2 och S3 så att både den första motorn/generatorn och den I detta slutna, andra generatorn kan lämna effekt till lasten 7. sammanhang skall förstås att de dubbelriktade effektom- vandlarna innefattar nödvändiga avkännings- och styrmedel för att kunna styra effekten i rätt riktning. I annat fall kan huvudstyrenheten 21 innefatta ytterligare kretsar och avkänningsledningar, som är kopplade till de olika effekt- omvandlarna. 2. Effekt från lasten 7 matas tillbaka till den första motorn/generatorn 6. Detta driftssätt kan användas när en snabb minskning av effekt behövs. Huvudstyrenheten lO l5 20 25 30 35 a - v >,- 4 - o » ß c n namn? m anvwnn rurnecxswniLﬁ-owegnis: 5 2 Û 8 3 7 zniingssysråeLnauiz-s.Ä-:ncf ' Ä , 1 21 kommer att öppna kontaktor S2 och därefter påverka ut- signalen F fràn det jämförande organet 17 med hjälp av en väljare 22 för att minska bränsleflödet till turbinen 5.Based on the received power values, the main control unit 21 can control the transmission of power through the system 1. More specifically, by measuring the three power levels P1, P2 and P3, the main control unit 21 can make the system operate in five different modes, namely: 1. The power from the first the motor / generator 6 and the second generator 10 are supplied to the load 7. This is the basic mode of operation. The load from the first engine / generator can then be controlled in such a way that the operating temperature, for example the inlet temperature T1 and / or the outlet temperature T2 for each turbine 5 and / or 9, is kept within a prescribed range. In this mode of operation, the main control unit 21 senses that the power required by the load is greater than or equal to the power provided by the first motor / generator 6 and the second generator 10, and thus holds the contractors S1, S2 and S3 so that both the first motor / generator and the In this closed, second generator can supply power to the load 7. context it should be understood that the bidirectional power converters include the necessary sensing and control means to be able to control the power in the right direction. Otherwise, the main control unit 21 may comprise additional circuits and sensing lines, which are connected to the various power converters. 2. Power from the load 7 is fed back to the first motor / generator 6. This operating mode can be used when a rapid reduction of power is needed. The main control unit lO l5 20 25 30 35 a - v>, - 4 - o »ß c n name? m anvwnn rurnecxswniL ﬁ- owegnis: 5 2 Û 8 3 7 zniingssysråeLnauiz-s.Ä-: ncf 'Ä, 1 21 will open contactor S2 and then influence the output signal F from the comparator 17 by means of a selector 22 to reduce fuel flow to the turbine 5.

Kompressorn 4 kommer då att verka som en broms och förbruka effekt fràn lasten. Detta driftssätt är särskilt användbart dà de tvà axlarna 2, 3 används som kraftenheter i ett fordon och lasten 7 är en elektrisk motor, vilken driver en uppsättning hjul. 3. Huvudstyrenheten öppnar kontaktor S1 varvid ingen effekt kommer att tillföras den första motorn/generatorn 6.The compressor 4 will then act as a brake and consume power from the load. This mode of operation is particularly useful when the two axles 2, 3 are used as power units in a vehicle and the load 7 is an electric motor, which drives a set of wheels. 3. The main control unit opens contactor S1 where no power will be applied to the first motor / generator 6.

Detta driftssätt kan användas dà en snabb acceleration be- hövs för lasten 7. Vid detta driftssätt kan det i vissa fall vara fördelaktigt att ta effekt fràn den andra gene- ratorn 10 om en ännu snabbare acceleration för lasten be- hövs. 4. Effekt lämnas till en energireserv eller lagrings- enhet, såsom ackumulatorn 15. Ackumulatorn 15 kan sedan verka bade till att förbättra accelerationen hos axlarna 2, 3 genom att tillföra effekt till den första motorn/genera- torn 6 eller för inbromsning genom att absorbera effekt fràn den första motorn/generatorn 6 och i vissa fall, den andra generatorn 10. 5. Vid extrema dellastsförhàllanden (tomgàng) kan effekt fràn den första motorn/generatorn 6 och/eller den andra generatorn 10, och/eller lasten 7 användas för att (inte visade), exem- driva tilläggsenheter hos systemet pelvis genom att ansluta tilläggsenheterna till ackumu- latorn 15.This operating mode can be used when a fast acceleration is required for the load 7. In this operating mode it may in some cases be advantageous to take power from the second generator 10 if an even faster acceleration for the load is required. 4. Power is supplied to an energy reserve or storage unit, such as the accumulator 15. The accumulator 15 can then act both to improve the acceleration of the shafts 2, 3 by applying power to the first motor / generator 6 or for braking by absorbing power from the first engine / generator 6 and in some cases, the second generator 10. 5. In case of extreme partial load conditions (idling), power from the first engine / generator 6 and / or the second generator 10, and / or the load 7 can be used for to (not shown), ecz- drive additional units of the system pelvis by connecting the additional units to the accumulator 15.

Således kan styrenheten 12 vid de fem olika drifts- sätten överföra effekt mellan de olika delarna hos systemet 1, varvid både en förbättrad driftsekonomi och svarstid för systemet erhålls.Thus, in the five different operating modes, the control unit 12 can transmit power between the different parts of the system 1, whereby both an improved operating economy and response time for the system are obtained.

Vidare kan denna styrenhet 12 även användas i ett kraftsystem 1 med en gasturbin för drift och styrning av mer avancerade och större gasturbinkraftverk, vilka ha fler ana: e w ; M n .- -, . c v . . . . . nanm? AR mxwxwiio Turnecunoianøf; 5 2 0 8 3 7 syšcemjläoimaiaﬂoà ' än två turbiner 5, 9 med fler än tvà axlar 2, 3, sàsom beskrivs ovan. I detta fall krävs ett lämpligt antal effektomvandlare, såsom beskrivs tidigare, tillsammans med lämpligt antal sensorer, avkänningsledningar, kontaktorer, väljare och styrmedel för att uppfylla kraven på styrning och drift av ett mer avancerat kraftsystem l.Furthermore, this control unit 12 can also be used in a power system 1 with a gas turbine for operation and control of more advanced and larger gas turbine power plants, which have more ana: e w; M n .- -,. c v. . . . . nanm? AR mxwxwiio Turnecunoianøf; 5 2 0 8 3 7 syšcemjläoimaia ﬂ oà 'than two turbines 5, 9 with more than two axes 2, 3, as described above. In this case, a suitable number of power converters, as previously described, together with a suitable number of sensors, sensing lines, contactors, selectors and control means are required to meet the requirements for control and operation of a more advanced power system l.

Claims

lO 15 20 25 30 35 name? AR smvxwixu ïurbe <\ p \ u1.e_power_x 'gssystëun-uâonzfâuc. _; 520 837 1 / PATENTKRAV

A system (1) comprising: (2), having a first and a first general first high speed shaft (4), (6); a second high speed shaft compressor a first turbine (5) tor / motor (3) which has a second (10); and set of turbines (9) and a second generator, a control unit (12), which is operatively connected to the first generator / motor, the second generator and a load (7), characterized in that the control unit (12) is arranged to control the power transmission between the the first generator / motor (6), the second generator (10) and the load (7) during operation of the turbines (5, 9).

System (1) is arranged to transmit power from the load (7) according to claim 1, wherein the control unit (12) to the first generator / motor (6) when a rapid reduction in output power is required.

System (1) according to one of claims 1 or 2, wherein the control unit (12) for the turbines (5, 9). is arranged to control the fuel flow

System (1), wherein the control unit according to any one of the preceding claims, (12) provided by the first generator / motor (6) is arranged to reduce the power, when a rapid acceleration of the load (7) is required. according to any one of the preceding claims, (12)

5. System (1) wherein the control unit is connected to an accumulator (15) 10 l5 20 25 30 nanm? AR ampxunu rurnenvxniLøuwegniscr 5 2 0 8 3 7 ë: ín1n§ssys: ê = _, c1äoizr.døc. C and Il

System (1) according to one of the preceding claims, (12) the transmission of the two high-speed shafts (2, 3) (15) to the first motor / generator (6). wherein the control unit is arranged to improve acceleration by transferring power from the accumulator and / or the other generator (10)

System (1), wherein the control unit according to any one of claims 5 or 6, (12) is arranged to improve the braking of the two axles (2, 3) by transmitting power (15) (6) and / or the other the generator from the first motor / generator (10). to the accumulator

System (1) according to one of the preceding claims (12) for additional units of the system from the first, wherein the control unit is arranged to transmit power (10) (idle). and / or the other generator at partial load conditions the engine / generator (6) and / or the load (7)

System (1) according to any one of the preceding claims, wherein the first motor / generator (6) and the second gene (10) convert AC power to DC power and vice versa. the rator are connected to a power converter (8, ll) for

System (1), wherein the control unit according to any one of the preceding claims, (12) is generated by the turbines (5, 9) arranged to control the power, as in relation to the operating temperatures of the turbines.

11. ll. System (1) is arranged to control the power, according to claim 10, wherein the control unit (12) the bees (5, 9) generated by turn in relation to the inlet temperature T1 of (2 '). . N H. the turbines (5, 9) behind a combustion chamber lO 15 20 25 30 ÛBÛLL? AR G1 \ P \ NLLD Turb2C \ P \ D], ß__P0wer_I 5 2 Û 8 3 7 šiniågsšystám ﬁ šniiašaog '}

System (1), wherein the control unit is arranged to control the power, according to claim 10, (12), the bees (5, 9) generated by the turbine in relation to the outlet temperatures T2 of the turbines (5, 9).

System (1) according to any one of claims 10 or 11, (12) from the first generator / motor (6) is arranged to transmit power to the load (7) for 9) at optimum inlet temperature T1, the control unit operating the turbines (5). , for the turbines.

A method of controlling power generated by a system (1) comprising: (2) having a first and a first a first high speed shaft (4), generator / motor (6); compressor a first turbine (5) (3), and a second generator having a second up- (10); (12), which is operatively connected to a second high-speed shaft setting turbines (9) and a control unit the first generator / motor, the second generator and (7), characterized in that (12) the first generator / motor (6), the the second generator (10) and the load (7) of a load control unit control the transmission of power between during operation of the turbines (5, 9).

A method for controlling power, which is generated by a system (1) according to claim 14, wherein the control unit (12) transmits power from the first generator / motor (6) and (10) to the load (7) is greater than or equal to with the power as the second generator when the power required by the load is provided by the first generator / motor and the second generator. 10 15 20 25 30 030117 AR G = \ P \ HLLD Turbec \ P \ U1B_F ^ ower_l> i ﬁ gsåys ﬁ nngiätlllbédur 'f j 520 837 IL /

A method of controlling power generated by (12) to the first generator a system (1) according to claim 14, wherein the control unit transmits power from the load (7) / motor (6) when a rapid reduction of output power is required.

Method for controlling power, generated by a system (1) according to claim 14, wherein the control unit (12) does not transmit any power from the first generator / motor when a rapid acceleration of the load is required.

Method for controlling power, generated by the control unit (12) (10) to the load (7) if an even faster acceleration of the load is required. a system (1) according to claim 17, transmits power from the second generator

A method for controlling power, generated by wherein the control unit (12) transmits power from the first generator / motor (6) and / or (io) (15) braking for the load (7) a system (1) according to claim 14, the other generator to an accumulator when one is required.

Method for controlling power generated by a system (1) according to claim 14, wherein the control unit (12) transmits power from the first generator / motor (6) and / or the second generator (10) and / or the load ( 7) to the auxiliary unit for operating the auxiliary units.

A method for controlling power according to claim 20, wherein the additional units are operated by connecting them to (15) at partial load conditions an accumulator (idle) in the system (1).