JPH07102994A - ガスタービン駆動発電機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発電機の負荷投入時に励磁を徐々に増加させ
ることにより、ガスタ−ビンの排気温度の上昇を抑える
ことができる発電機制御装置を提供すること。 【構成】 発電機の出力電圧信号を基準電圧信号と比較
しその差信号を励磁電流制御部にフィードバックして発
電機の出力電圧を所定電圧に制御するガスタービン駆動
発電機制御装置において、基準電圧発生部４からの基準
電圧信号Ｖｓが負荷投入時にガスタービンの負荷に対す
る回転数特性に応じて負荷投入初期は小さく時間の経過
にともない所定の一定値まで上昇するようにし、増幅部
２で電圧検出部１で検出した発電機の出力電圧信号と基
準電圧発生部４からの基準電圧信号とを比較しその差信
号を励磁電流制御部３に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電機の負荷投入時に
ガスタ−ビン等の駆動機の排気温度が上昇するのを抑え
ることができるガスタービン駆動発電機制御装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来技術】図３は従来の発電機の負荷制御装置の構成
例を示す図である。図示するようにガスタ−ビン（駆動
機）３１が発電機３２を駆動し、その出力電力を負荷３
４、３５、３６に供給するシステムでは、発電機３２の
出力電圧を一定にするために発電機制御装置３３を介し
て電圧フィ−ドバックをかけているのが一般的である。
発電機制御装置３３は電圧検出部３３−１、基準電圧発
生部３３−２、基準電圧と発電電圧との差を増幅する増
幅部３３−３、その出力信号を励磁電流に変換する励磁
電流制御部３３−４とスイッチ３３−５で構成される。

【０００３】通常、この様なシステムを運転するとき、
先ず最初にガスタ−ビン３１を無負荷（発電機３２を無
励磁状態）にて起動し、ガスタ−ビン３１が定常回転状
態になってから発電機３２に励磁電流を流し、負荷３
４、３５、３６に電力を供給する。

【０００４】この時の発電機制御装置３３の動作を説明
する。発電機制御装置３３の電圧検出部３３−１は発電
機３２の出力電圧に比例した直流電圧を出力する。増幅
部３３−３は該電圧検出部３３−１の出力と基準電圧発
生部３３−２から出力された基準電圧と比較されその差
電圧を増幅し出力する。発電機３２の出力電圧が下降す
ると増幅部３３−３は基準電圧との差を増幅するので発
電機３２の出力電圧は上がる。即ち基準電圧より低けれ
ばそれに比例し増幅部３３−３の出力は上がり、逆に基
準電圧より高ければそれに比例し増幅部３３−３の出力
は下がる。

【０００５】励磁電流制御部３３−４では増幅部３３−
３の出力電圧に比例した励磁電流を出力するので、発電
機３２の出力電圧が降下した場合は励磁電流は増加し、
発電機出力はそれに比例して上昇する。即ち、この様な
電圧フィ−ドバックがかけられるので、発電機は負荷条
件に関わらず一定電圧で運転される。

【０００６】図４は従来の負荷投入時のタ−ビンの排気
温度、回転数、発電機電圧の変化を示す図である。励磁
電流をスイッチ３３−５でオンした瞬間は、発電機３２
の発電機出力はまだ電圧が発生していないため、電圧検
出部３３−１の出力電圧は０ボルトに近く、基準電圧発
生部３３−２から基準電圧は発生しているため増幅部３
３−３の出力は最大限に高くなり、励磁電流制御部３３
−４では最大限の励磁電流を流すような動作を行う。そ
のため発電機３２の出力電圧は急速に上昇する。出力電
圧が定格電圧に達するとそこで一定電圧となる。

【０００７】ガスタ−ビン３１の応答速度は発電機３２
の応答速度より遅いためガスタ−ビン３１側から見ると
負荷３４、３５、３６が瞬間的にかかり回転数が低下
し、ある程度の時間遅れ後これを補償するために燃料が
大量に供給される。

【０００８】そのためガスタ−ビン３１の回転数は上昇
し排気温度も上昇する。ガスタ−ビン３１の回転数が定
格に達すると、ある程度の時間遅れ後、燃料は負荷３
４、３５、３６に相当する燃料供給量まで絞り込まれ排
気温度は負荷相当の温度まで降下する（図４参照）。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、発電機
３２に全負荷３４、３５、３６が接続されている場合、
発電機３２の励磁をスイッチ３３−５でオンした瞬間に
ガスタ−ビン３１の回転数は下がるが、それを補償する
ために燃料が多量に供給され回転数は上昇する。そのた
めガスタ−ビン３１の排気温度が上がりアラ−ム設定基
準を超えればタ−ビン制御部３０は危険と判断してガス
タ−ビン３１を止めている。この様な理由で発電機３２
に負荷をかける際は負荷３４、３５、３６を順次手動で
投入するか、又はガスタ−ビン３１の容量を１クラス大
きなものを使用しなければならないという問題があっ
た。

【００１０】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を除去するために、発電機の負荷投入時
に励磁を徐々に増加させることにより、ガスタ−ビンの
排気温度の上昇を抑えることができる発電機制御装置を
提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、ガスタービンで駆動される発電機の励磁電流
を制御する励磁電流制御部を有し、発電機の出力電圧を
電圧検出部で検出し、該検出した出力電圧信号と基準電
圧発生部からの基準電圧信号と比較しその差信号を前記
励磁電流制御部にフィードバックして発電機の出力電圧
を所定電圧に制御するガスタービン駆動発電機制御装置
において、図１に示すように、基準電圧発生部４をその
出力である基準電圧信号Ｖｓが負荷投入時にガスタービ
ンの負荷に対する回転数特性に応じて負荷投入初期は小
さく時間の経過に伴って所定の一定値まで上昇するよう
に構成し、増幅部２で電圧検出部１で検出した発電機の
出力電圧信号と基準電圧発生部４からの基準電圧信号と
比較しその差信号を励磁電流制御部３にフィードバック
することを特徴とする。

【００１２】また、図２に示すように増幅部２の出力信
号を積分器５等の時間遅れ手段を介して励磁電流制御部
３にフィードバックすることを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明は上記構成を採用することにより、基準
電圧発生部４からの基準電圧信号Ｖｓが負荷投入時にガ
スタービンの負荷に対する回転数特性に応じて変化する
ので、即ち、ガスタービンの回転数は負荷投入初期は低
く時間の経過に伴い上昇するから、基準電圧信号は負荷
投入初期は小さく、時間の経過に伴い大きくなる。従っ
て、発電機の励磁電流も時間の経過に伴い上昇し、この
遅れ時間をガスタ−ビンの応答速度に同じか又は遅くす
ることによりガスタ−ビンに余分な燃料供給をせず排気
温度の上昇を防ぐことが出来る。

【００１４】また、増幅部２の出力信号を積分器５等の
時間遅れ手段を介して励磁電流制御部３にフィードバッ
クすることにより、発電機の運転中に急激に負荷が増大
した場合も時間遅れがあるためガスタ−ビンに余分な燃
料供給をせず排気温度の上昇を防ぐことが出来る。

【００１５】

【実施例】

〔実施例１〕以下本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１は実施例１で本発明の発電機制御装
置の構成例１を示す図である。図示するように本発明の
発電機制御装置１０は電圧検出部１、増幅部２、励磁電
流制御部３、基準電圧発生部４、スイッチＳＷで構成さ
れ、基準電圧発生部４はコンデンサ４−１、ツェ−ナダ
イオ−ド４−２、ダイオ−ド４−３及び抵抗器４−４で
構成される。

【００１６】上記構成の発電機制御装置において、制御
電源はスイッチＳＷを介して電圧検出部１、増幅部２、
励磁電流制御部３及び基準電圧発生部４へ供給される。
発電機の出力電圧ＶＧは電圧検出部１で検出され出力電
圧信号Ｖｇとして増幅部２の一方の端子（−）に入力さ
れる。一方基準電圧発生部４で発生する基準電圧信号Ｖ
ｓは増幅部２の他方の端子（＋）に入力される。増幅部
２において出力電圧信号Ｖｇと基準電圧信号Ｖｓは比較
され、その差信号が増幅され、励磁電流制御部３に入力
され発電機の励磁電流を制御する。

【００１７】発電機の励磁開始はスイッチＳＷをオンす
ることにより開始される。スイッチＳＷをオンすると電
圧検出部１、増幅部２及び励磁電流制御部３は動作を開
始する。基準電圧発生部４はツェ−ナダイオ−ド４−２
とコンデンサ４−１とが並列接続された回路と、抵抗器
４−４とダイオ−ド４−３とが並列接続された回路が直
列に接続されている。従ってスイッチＳＷをオンすると
基準電圧発生部４の出力端子Ｔに出力される基準電圧信
号Ｖｓは式（１）に示すように時定数１／Ｃ１・Ｒ１で
立ち上がる。 ここでＥ：制御電源電圧 Ｃ１：コンデンサ４−１の容量値 Ｒ１：抵抗器４−４の抵抗値 従って、基準電圧信号Ｖｓは或る時間遅れてツェ−ナダ
イオ−ド４−２で決まる一定電圧（基準電圧）に達す
る。

【００１８】スイッチＳＷをオンした瞬間は、発電機出
力はまだ電圧が発生していないため電圧検出部１の出力
電圧は０ボルトに近く、基準電圧信号Ｖｓは式（１）に
随って時定数Ｃ１・Ｒ１で徐々に上がっていく。従って
増幅部２の出力も時定数Ｃ１・Ｒ１で徐々に増加し、励
磁電流制御部３で制御される発電機の励磁電流も徐々に
増加する。

【００１９】従って、発電機出力電圧ＶＧは急速に上昇
することはなく、やはり基準電圧信号Ｖｓの上昇と同じ
割合で出力する。即ち、フィ−ドバックがかかるため基
準電圧の上昇と同じ割合で発電機出力電圧ＶＧが上昇す
る。時定数Ｃ１・Ｒ１で決められた時間遅れの後、コン
デンサ４−１の電圧はツェ−ナダイオ−ド４−２で決ま
る一定電圧Ｖｓｄに達し発電機電圧ＶＧも一定となる。

【００２０】即ち、基準電圧発生部４のコンデンサ４−
１の容量値Ｃ１と抵抗器４−４の抵抗値Ｒ１を調整し出
力電圧の上昇速度をガスタ−ビンの負荷応答より遅くす
れば、ガスタ−ビンに余分な燃料を供給せず排気温度上
昇もなくなる。随ってガスタ−ビンを小型の容量のもの
に抑えることが出来る。

【００２１】〔実施例２〕図２は実施例２で本発明の発
電機制御装置の他の構成例を示す図である。図示するよ
うに実施例２の発電機制御装置２０は実施例１の電圧検
出部１、増幅部２、励磁電流制御部３、基準電圧発生部
４、スイッチＳＷの構成に積分器５を追加したものであ
る。基準電圧発生部４はコンデンサ４−１、ツェ−ナダ
イオ−ド４−２、ダイオ−ド４−３、抵抗器４−４で構
成される。

【００２２】発電機制御装置２０は図２に示す通り、増
幅器２と励磁電流制御部３の間に積分器５を挿入したも
ので、応答時間を時定数Ｃ２・Ｒ２（但し、Ｃ２はコン
デンサ５−２の容量値、Ｒ２はコンデンサ５−１の抵抗
値）の値だけ遅らせたものである。コンデンサ５−１と
抵抗器５−２を調整し負荷変動による発電機出力電圧の
上昇速度をガスタ−ビンの負荷応答より遅くすれば、励
磁開始時のみならず発電機負荷の急変に対してもガスタ
−ビンに余分な燃料を供給することなく排気温度の上昇
も抑えられ、ガスタ−ビンの容量を小型のものに抑える
ことが出来る。

【００２３】なお、図１及び図２における基準電圧発生
部４の構成は一例であり、本発明における基準信号発生
手段はこれに限定されるものではなく、要は負荷投入時
に前記ガスタービンの負荷に対する回転数特性に応じて
変化する基準信号、即ち負荷投入初期は小さく、時間の
経過に伴い所定の一定値まで上昇する基準電圧信号を発
生する構成であればよい。

【００２４】また、図２における積分器５も時間遅れ手
段の一例であり、本発明における時間遅れ手段はこれに
限定されるものではなく、要はガスタービンの負荷応答
に応じた時間遅れを発生させる手段であればよい。

【００２５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、下記のような優れた効果が期待される。ガスタ−
ビンに余分な燃料を供給することなく排気温度の上昇も
抑えられるので、ガスタ−ビンの容量を最小必要限度の
容量に抑えることが出来る。即ち、ガスタ−ビンから見
ると発電機の立ち上がりや負荷急変に際し、従来は過渡
応答としての排気温度の上昇がガスタ−ビンの容量の決
定で最重要の要素となっていたが、本発明の発電機制御
装置を使用すれば定常状態のデ−タでガスタ−ビンの機
種を選定することができ、小型のガスタ−ビンを使用す
ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発電機制御装置の構成例１を示す図で
ある。

【図２】本発明の発電機制御装置の構成例２を示す図で
ある。

【図３】従来の発電機制御装置の構成例を示す図であ
る。

【図４】従来の負荷投入時のタ−ビンの排気温度、回転
数、発電機電圧の変化を示す図である。

【符号の説明】

１ 電圧検出部 ２ 増幅部 ３ 励磁電流制御部 ４ 基準電圧発生部 ５ 積分器 ＳＷ スイッチ Ｔ 端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンで駆動される発電機の励磁
   電流を制御する励磁電流制御部を有し、前記発電機の出
   力電圧を電圧検出部で検出し、該検出した出力電圧信号
   と基準電圧発生部からの基準電圧信号とを比較し、その
   差信号を前記励磁電流制御部にフィードバックして前記
   発電機の出力電圧を所定電圧に制御するガスタービン駆
   動発電機制御装置において、 前記基準信号発生部をその出力である前記基準電圧信号
   が負荷投入時に前記ガスタービンの負荷に対する回転数
   特性に応じて負荷投入初期は小さく時間の経過に伴って
   所定の一定値まで上昇するように構成したことを特徴と
   するガスタービン駆動発電機制御装置。
2. 【請求項２】 前記発電機の出力電圧信号と前記基準電
   圧信号との差信号を時間遅れ手段を介して前記励磁電流
   制御部にフィードバックすることを特徴とする請求項１
   に記載のガスタービン駆動発電機制御装置。