JPH0797910B2 - Gas turbine power generator - Google Patents
Gas turbine power generatorInfo
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- JPH0797910B2 JPH0797910B2 JP60257297A JP25729785A JPH0797910B2 JP H0797910 B2 JPH0797910 B2 JP H0797910B2 JP 60257297 A JP60257297 A JP 60257297A JP 25729785 A JP25729785 A JP 25729785A JP H0797910 B2 JPH0797910 B2 JP H0797910B2
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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。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gas turbine power generator, and more particularly to an improvement of an inverter for frequency conversion, in which overvoltage is prevented from being applied even when the load is suddenly reduced. .
［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。[Prior Art] A gas turbine power generator has been proposed in which a high-speed constant rotational motion is obtained by a gas turbine engine, and a high-frequency generator is rotationally driven at this high-speed constant rotation to perform a desired power generation action. The utility value has increased remarkably in recent years as a backup power supply in areas where commercial power is not available or in the event of power failure.
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る。This type of gas turbine power generator utilizes the high efficiency of a gas turbine engine at high speed and constant rotation, and is used for various purposes as a general-purpose small-sized device.
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。Usually, in this type of gas turbine power generator, the electric power taken out by the high frequency generator is once converted into DC power by the rectifier and then converted into AC power of a desired commercial frequency or the like again by the inverter.
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。The high frequency generator has a field coil, and its output is controlled by adjusting the field current.
For example, when the load fluctuates, the rectifier output is detected, and the field current associated with this is controlled to perform feedback control of the generator output.
［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。[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional device, the responsiveness of the field control of the high-frequency generator is poor, and the field current adjustment is delayed when the load is suddenly reduced. However, since an overvoltage is often applied, which causes destruction of the inverter element and the like, there is a problem in that the gas turbine power generator cannot be effectively used for a variable load.
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。The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to prevent overvoltage from being applied to the inverter reliably even when the load is rapidly reduced, and can be effectively and safely applied to a variable load. Another object is to provide an improved gas turbine power generator.
［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、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
て並列に接続され、更に予め定められた条件下で整流器
出力の電圧を一定の周波数を有する所定の繰り返し基準
値と比較して前記トランジスタのデューティー比を制御
する過電圧防止回路が設けられ、負荷の急減時には整流
器とインバータとの間の電圧吸収抵抗を過電圧増大に追
従して増加するデューティー比で挿入することによっ
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。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a voltage absorption resistor connected in parallel via a transistor between the rectifier and the inverter, and further, a predetermined condition. An overvoltage protection circuit is provided below for controlling the duty ratio of the transistor by comparing the voltage of the rectifier output with a predetermined repetitive reference value having a constant frequency, and when the load suddenly decreases, the voltage absorption resistance between the rectifier and the inverter is provided. Is inserted with a duty ratio that increases in accordance with an increase in overvoltage, thereby preventing an overvoltage from being applied to the inverter.
［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。[Embodiment] A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
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、実施例においては、
例えば86,000RPMの回転数を有する。FIG. 1 shows the overall configuration of a gas turbine power generator according to the present invention. The gas turbine engine 10 consists of an engine that rotates at high speed and constant speed, and in the embodiment,
For example, it has a rotation speed of 86,000 RPM.
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。A high frequency generator 12 is directly connected to the gas turbine engine 10, and the generator 12 is of a field coil type, and output control is performed by controlling a field current supplied to the field coil 14. Be seen.
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。The field current to the field coil 14 is performed by the field control circuit 16, and in the embodiment, this field control circuit 16
Is supplied with an output voltage of a rectifier described later.
高周波発電機12の出力は実施例において約1.4KHz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。The output of the high frequency generator 12 is set to about 1.4 KHz in the embodiment, and such high frequency power is converted into DC power by a full wave rectifier 18 including six rectifying elements. A smoothing capacitor 20 is connected to the output of the rectifier 18,
The DC power smoothed in this way is supplied from the inverter 22 to the load 24. The inverter 22 in the embodiment is configured by combining well-known inverter elements including a combination of a transistor, a gate control circuit, and a diode, and by controlling the gate of each transistor at a desired timing, the DC power of the rectifier 18 can be set to a desired value. For example, the AC power of commercial frequency is supplied to the load 24.
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にの変
化応じて界磁コイル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。In the gas turbine power generator as described above, the output adjustment is performed by the field current control of the high frequency generator 12 as described above, and as shown in the figure, the output of the rectifier 18 is supplied to the field control circuit 16, and the load fluctuation and the like. Output control is performed by adjusting the field current flowing in the field coil 14 according to the change in the required output.
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、整流器18の出力側の電流IDCと電圧VDCの特性が界
磁電流Ifをパラメータとして示されている。FIG. 2 shows the field control characteristics of the high frequency generator 12, and the characteristics of the current I DC and the voltage V DC on the output side of the rectifier 18 are shown with the field current I f as a parameter.
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Ifが一定の場合には、一定
If上で特性が変化することとなる。As is clear from FIG. 2, the rectified output moves on the load line of the load 24 according to the change of the field current I f , and when the field current I f is constant during load change, it is constant.
The characteristics will change on I f .
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。Now, when power is being generated at the point A on the load line of the load 24, if the load sharply decreases, the output voltage of the rectifier 18 becomes a high voltage, causing the inverter 22 to overvoltage.
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Ifを調整し、例えば前記
負荷急減時には、整流器18の出力VDCが増加するのでこ
れを抑制するために界磁電流Ifが低下するように制御が
行われる。しかしながら、界磁制御回路16の指令から実
際の界磁電流If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。That is, when the load changes, the field control circuit 16 detects the output of the rectifier 18 and adjusts the field current If , for example, when the load suddenly decreases, the output V DC of the rectifier 18 increases. The control is performed so that the field current If decreases. However, from the command of the field control circuit 16 to the actual decrease of the field current If , there is a delay due to the inductance component of the field coil 14, and it is often the case that the sudden decrease of the load 24 cannot be followed.
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If1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には著しく大きな電圧VDC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。In extreme cases, when the working point A from the field current I f is not at all able to respond to a command field control circuit 16, when the load is abruptly example release, the point of action A field current I f1 line There is a problem that the current moves to zero, that is, to the action point Z, and as a result, a remarkably large voltage V DC is applied to the inverter 22, and the inverter element such as a transistor or a thyristor is easily destroyed. It was
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
一時的にデュ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。The present invention is characterized in that an overvoltage during the delay time is suppressed by inserting a voltage absorption resistor whose duty is temporarily controlled in response to such a conventional field current control delay into the circuit.
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ダイ
オード30が接続されている。A characteristic of the present invention is that a voltage absorption resistor 26 is connected in parallel with the inverter 22 via a transistor 28 between the rectifier 18 and the inverter 22. In the embodiment, a diode 30 is connected to the transistor 28 to prevent a reverse voltage from being applied to the transistor 28.
また、前記電圧吸収抵抗26を回路に所定のデューティ比
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ューティ比で端子30c
から前記トランジスタ28のベースにデューティ制御信号
を供給する。Further, in order to connect the voltage absorption resistor 26 to the circuit with a predetermined duty ratio, an overvoltage prevention circuit 30 is provided, the output voltage of the rectifier 18 is detected from the terminals 30a and 30b, and the output voltage of the rectifier 18 is detected. Terminal 30c with duty ratio according to
Supplies a duty control signal to the base of the transistor 28.
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。A preferred embodiment of the overvoltage protection circuit 30 is shown in FIG. 3, in which the output voltage V DC of the rectifier 18 is divided by the resistors 32 and 34, and the output of this voltage dividing point B is divided by the resistor 36. Through the comparator
Supplied on one input of 38.
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、比較器38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。The other input of the comparator 38 has a repetitive reference value generator,
In the embodiment, the output of the triangular wave generator 40 is supplied via the resistor 42, and the output of the comparator 38 is supplied from the resistor 44 to the base of the transistor 28 through the terminal 30c.
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VDCが設定電圧V
setのときＢ点の電位はVs、そしてVDCがVmaxのときには
Ｂ点はVmになるように前記各抵抗値が設定されている。FIG. 4 shows the relationship between the output of the triangular wave generator 40 and the voltage at point B. The output V DC of the rectifier 18 is the set voltage V DC.
The resistance values are set so that the potential at the point B is V s when set , and the potential at the point B is V m when V DC is V max .
従って、整流器18の出力電圧VDCがVsetより低い場合、
比較器38の出力は「０」で、トランジスタ28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。Therefore, when the output voltage V DC of the rectifier 18 is lower than V set ,
The output of the comparator 38 is "0", the transistor 28 is always off, and the voltage absorption resistor 26 is disconnected from the circuit.
一方、比較器18の出力電圧VDCがVmaxより高い場合、ト
ランジスタ28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。On the other hand, when the output voltage V DC of the comparator 18 is higher than V max , the transistor 28 becomes fully conductive, and this ON operation causes
The voltage absorbing resistor 26 is connected to the circuit with the maximum resistance value, and the maximum voltage absorbing action is obtained.
本発明において特徴的なことは、前記整流器18の出力電
圧VDCが繰返し基準値すなわち実施例における三角波発
生器40の出力と比較され、電圧VDCの大きさによって比
較器38からはトランジスタ28をデュ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、デューティ比が低下することが理解さ
れる。A characteristic of the present invention is that the output voltage V DC of the rectifier 18 is repeatedly compared with the reference value, that is, the output of the triangular wave generator 40 in the embodiment, and the transistor 28 is output from the comparator 38 depending on the magnitude of the voltage V DC. When a signal for controlling the duty ratio is output and, for example, as shown in FIG. 4, the output at the voltage dividing point B changes as shown by the chain line, at this time, the transistor 28 is turned on in the shaded portion, and the voltage It is understood that the duty ratio decreases with the decrease.
実施例において、三角波発生器40の出力三角波は例えば
2KHz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はそのデューティ比に応じ
て回路の電圧吸収度を変化する。In the embodiment, the output triangular wave of the triangular wave generator 40 is, for example,
A frequency of about 2 KHz is selected, and by such high speed repetition, the voltage absorption resistance 26 changes the voltage absorption of the circuit according to its duty ratio.
第５図には、第２図に示した特性図上で負荷が瞬時に０
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。In FIG. 5, the load is instantly reduced to 0 on the characteristic diagram shown in FIG.
In this case, the effect of preventing overvoltage in this example is shown.
第２図の負荷線上において、出力は第５図のごとくPi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。On the load line in FIG. 2, the output is indicated by Pi as shown in FIG. 5, and the power generation action is performed at the action point A until time t 1 .
時刻t1において、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Ifを作用点ＡにおけるIf1から最も小
さなIf4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、0.
2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。At time t 1 , the load 24 instantly becomes 0, and the output Pi drops to 0 in FIG. At this time, the field control circuit 16 reduces the field current I f from I f1 at the action point A to the smallest I f4 . At this time, as described above, due to the inductance component of the field coil 14, the field current I f is actually reduced. Switching is delayed until time t 2 in FIG. 4 and is normally 0.
There is a delay of about 2 seconds. Therefore, during this delay, in the conventional case, the action point moves to Z, and the inverter 22 is destroyed.
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VDCがVmax
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
デューティ比「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If1線
上をVmax線まで移動し、次に前記デューティ比１の電圧
吸収抵抗26の電圧吸収作用によってVmax線上を移動する
こととなる。However, according to the present invention, at the time t 1, the overvoltage protection circuit 30 detects the voltage of the rectifier 18, and the voltage V DC becomes V max.
When the voltage exceeds V, the overvoltage protection circuit 30 immediately turns on the transistor 28.
Are made to be fully conductive, and the voltage absorption resistor 26 is connected to the circuit with the maximum resistance value, that is, the duty ratio "1". As a result, the second
The action point A in the figure moves on the field current I f1 line to the V max line in the initial stage, and then moves on the V max line by the voltage absorbing action of the voltage absorbing resistor 26 having the duty ratio of 1.
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Ifの遅れ
にもかかわらず、出力VDCは図示のごとくVmax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。This means that the load line changes in sequence from the solid line to the chain line, so that the output V DC moves on the V max line as shown, despite the delay of the field current If. , To prevent an excessive current from being supplied to the inverter 22.
この移動中、順次デューティ比は最大値から減少し、界
磁電流Ifが所定値に達するとデューティ比が０に戻り、
装置がVsetで安定することとなる。従って、出力VDCは
定められた領域すなわちVmaxより常に低い値に維持さ
れ、インバータ22の破壊を確実に防止可能である。During this movement, successively duty ratio decreases from the maximum value, the duty ratio when the field current I f reaches a predetermined value returns to 0,
The device will be stable at V set . Therefore, the output V DC is always maintained at a value lower than the defined region, that is, V max , and the breakdown of the inverter 22 can be reliably prevented.
また、前述した説明においては、負荷24が瞬時に０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。Further, in the above description, the state where the load 24 instantly becomes 0 is shown. However, when the output voltage V DC of the rectifier 18 rises due to a sudden decrease or the operation of the regenerative brake, the voltage absorption resistance in the present invention is also shown. Works effectively.
［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。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, even when the load is suddenly reduced, the overvoltage application to the inverter due to the delay of the field current control is reliably prevented, and it is safe even against fluctuating loads. And it becomes possible to supply electric power reliably.
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
グチャート図である。 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1 is an overall circuit diagram showing a preferred embodiment of a gas turbine power generator according to the present invention, FIG. 2 is a rectifier output characteristic diagram in FIG. 1, and FIG. 3 is a preferred overvoltage prevention circuit in FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing an example, FIG. 4 is an explanatory diagram showing the output of the triangular wave generator 40 in FIG. 3 and the voltage value of the voltage dividing point B, and FIG. 5 is a timing chart explaining the overvoltage preventing action of this embodiment. It is a figure. 10 …… Gas turbine engine 12 …… High frequency generator 14 …… Field coil 16 …… Field control circuit 18 …… Rectifier 22 …… Inverter 24 …… Load 26 …… Voltage absorption resistance 28 …… Transistor 30 …… Overvoltage prevention circuit
Claims (1)
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
圧吸収抵抗がトランジスタを介して並列に接続され、更
に予め定められた条件下で整流器出力の電圧を一定の周
波数を有する所定の繰返し基準値と比較して前記トラン
ジスタのデューティー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の電
圧吸収抵抗を過電圧増大に追従して増加するデューティ
ー比で挿入することによって、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。1. A gas turbine engine rotating at a substantially constant number of revolutions, a high frequency generator directly connected to the gas turbine engine and having its output voltage controlled by a field current, and a high frequency output of the high frequency generator being a direct current. In a gas turbine power generator including a rectifier for converting into a signal and an inverter for converting an output of the rectifier into an AC signal of a desired frequency and supplying the load to a load, a voltage absorption resistor forms a transistor between the rectifier and the inverter. An overvoltage protection circuit is provided, which is connected in parallel through the control circuit and further controls the duty ratio of the transistor by comparing the voltage of the rectifier output with a predetermined repetitive reference value having a constant frequency under predetermined conditions. The voltage absorption resistance between the rectifier and the inverter should be inserted at a duty ratio that increases with the increase in overvoltage when the voltage suddenly decreases. Accordingly, the gas turbine power generating apparatus being characterized in that to prevent the overvoltage is applied to the inverter.
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPS5656179A (en) * | 1979-10-12 | 1981-05-18 | Sawafuji Electric Co Ltd | Ac generator |
| JPS6089794U (en) * | 1983-11-28 | 1985-06-19 | 株式会社東芝 | Voltage type inverter with power regeneration |
-
1985
- 1985-11-15 JP JP60257297A patent/JPH0797910B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62118777A (en) | 1987-05-30 |
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