JPH0797910B2

JPH0797910B2 - ガスタ−ビン発電装置

Info

Publication number: JPH0797910B2
Application number: JP60257297A
Authority: JP
Inventors: 則夫佐藤; 厚渡辺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1985-11-15
Filing date: 1985-11-15
Publication date: 1995-10-18
Anticipated expiration: 2010-10-18
Also published as: JPS62118777A

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、また可般型の小
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、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。

［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、実施例においては、
例えば86,000RPM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1.4KHz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。

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。

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I_DCと電圧V_DCの特性が界
磁電流I_f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_f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_fが一定の場合には、一定
I_f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I_fを調整し、例えば前記
負荷急減時には、整流器18の出力V_DCが増加するのでこ
れを抑制するために界磁電流I_f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I_f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I_f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V_DC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。

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。

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。

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V_DC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。

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V_DCが設定電圧V
_setのときＢ点の電位はV_s、そしてV_DCがV_maxのときには
Ｂ点はV_m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V_DCがV_set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。

一方、比較器18の出力電圧V_DCがV_max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。

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V_DC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V_DC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。

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。

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。

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。

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I_fを作用点ＡにおけるI_f1から最も小
さなI_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、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。

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V_DCがV_max
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I_f1線
上をV_max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V_max線上を移動する
こととなる。

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_fの遅れ
にもかかわらず、出力V_DCは図示のごとくV_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、順次デューティ比は最大値から減少し、界
磁電流I_fが所定値に達するとデューティ比が０に戻り、
装置がV_setで安定することとなる。従って、出力V_DCは
定められた領域すなわちV_max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。

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V_DC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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。