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KR20080066575A - Electric power generating device - Google Patents

Electric power generating device Download PDF

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Publication number
KR20080066575A
KR20080066575A KR1020080002827A KR20080002827A KR20080066575A KR 20080066575 A KR20080066575 A KR 20080066575A KR 1020080002827 A KR1020080002827 A KR 1020080002827A KR 20080002827 A KR20080002827 A KR 20080002827A KR 20080066575 A KR20080066575 A KR 20080066575A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
generator
frequency
steam
rotation speed
expander
Prior art date
Application number
KR1020080002827A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
쇼오지 요시무라
마사끼 마쯔꾸마
하지메 나까무라
마꼬또 나까무라
Original Assignee
가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 고베 세이코쇼 filed Critical 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Publication of KR20080066575A publication Critical patent/KR20080066575A/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

An electric power generator is provided to allow an operational frequency setting unit to change the frequency of a field current of the power generator, so that the rotational number of a positive displacement steam expander can be adjusted. A power generator(1) is connected to a power system(2) through a transformer(3). The power generator receives a high-pressure steam having a predetermined pressure from a high-pressure steam header(4). The power generator includes a screw expander(5) and a generator(6). The screw expander is a kind of a displacement steam expander to convert an expansion force of a high-pressure steam into a rotational force. A current is input into a field winding(7). The current is supplied through the transformer of the power system. The current has a frequency changed by a field frequency converter(8).

Description

발전 장치{ELECTRIC POWER GENERATING DEVICE} Power plant {ELECTRIC POWER GENERATING DEVICE}

본 발명은 발전 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a power generation device.

증기로 터빈을 돌려 발전기를 구동하는 발전 장치가 널리 이용되고 있다. 또한, 터빈으로부터 토출되는 저압의 증기를 2차 이용하는 것도, 예를 들어, 일본 특허 공개 제2006-2576호 및 일본 특허 공개 제2004-100657호에 기재되어 있다.A power generation device for driving a generator by turning a turbine with steam is widely used. Further, secondary use of low pressure steam discharged from a turbine is also described, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2006-2576 and Japanese Patent Laid-Open No. 2004-100657.

터빈을 이용한 발전 장치에서는, 터빈으로부터 토출되는 저압 증기의 압력을 제어하는 것이 어렵고, 저압 증기의 안정된 공급이 곤란하여, 저압 증기의 용도가 한정되어 있다.In a power generation apparatus using a turbine, it is difficult to control the pressure of the low pressure steam discharged from the turbine, the stable supply of the low pressure steam is difficult, and the use of the low pressure steam is limited.

따라서, 스크류 팽창기와 같은 용적식 스팀 익스팬더의 이용 가능성이 검토된다. 용적식 스팀 익스팬더는, 회전수에 의존하지 않고, 급기 압력(1차측 압력)과 배기 압력(2차측 압력)과의 차로 토크가 결정되어, 증기 유량이 회전수에 비례한다는 평탄한 특성을 갖고 있다.Thus, the availability of volumetric steam expanders such as screw expanders is considered. The volumetric steam expander has a flat characteristic that the torque is determined by the difference between the air supply pressure (primary side pressure) and the exhaust pressure (secondary side pressure) without depending on the rotational speed, and the steam flow rate is proportional to the rotational speed.

용적식 스팀 익스팬더를 이용했다고 해도, 저압 증기를 범용적 및 효율적으로 2차 이용하기 위해서는, 저압 증기의 사용량이 변화해도 저압 증기의 압력이 변동하지 않도록 하기 때문에, 발전 장치의 배기측에 버퍼 탱크 또는 용적이 큰 헤더 를 설치할 필요가 있다. 그러나, 버퍼 용량을 무한히 크게 할 수는 없기 때문에, 저압 증기의 사용량이 계속적으로 많아지면 버퍼 압력이 저하되고, 저압 증기의 사용량이 계속적으로 적어지면 버퍼 압력이 상승해 버린다는 문제가 있다.Even if a volumetric steam expander is used, in order to use the low pressure steam universally and efficiently, the pressure of the low pressure steam does not fluctuate even when the use amount of the low pressure steam changes, so that a buffer tank or You need to install a large header. However, since the buffer capacity cannot be increased indefinitely, there is a problem that the buffer pressure decreases when the amount of low pressure steam continues to increase, and the buffer pressure increases when the amount of low pressure steam continues to decrease.

또한, 일본 특허 공개 제2005-176496호에는, 터빈의 회전수를 발전기의 주파수 설정에 의해 제어하는 기술에 대한 기재가 있다.Further, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-176496 describes a technique for controlling the rotation speed of a turbine by setting a frequency of a generator.

상기 문제점에 비추어, 본 발명은, 2차측의 저압 증기의 사용량이 변화해도 2차측의 압력을 일정하게 유지할 수 있는 발전 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a power generation device capable of keeping the pressure on the secondary side constant even when the amount of use of the low pressure steam on the secondary side changes.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 발전 장치는, 증기의 팽창을 회전력으로 변환하는 용적식 스팀 익스팬더와, 상기 용적식 스팀 익스팬더의 회전축에 접속된 발전기와, 상기 발전기의 운전 주파수를 설정하는 발전기 운전 주파수 설정 수단과, 상기 용적식 스팀 익스팬더의 배기 압력을 검출하는 압력 검출기와, 상기 압력 검출기가 검출한 배기 압력의 목표치에 대한 편차에 따라서 상기 발전기 운전 주파수 설정 수단의 설정 주파수를 변경하는 제어 수단으로 이루어진다.In order to solve the above problems, the power generation apparatus according to the present invention, the volumetric steam expander for converting the expansion of steam into a rotational force, a generator connected to the rotary shaft of the volumetric steam expander, and setting the operating frequency of the generator A control for changing the set frequency of the generator operating frequency setting means in accordance with the deviation of the generator operating frequency setting means, the pressure detector for detecting the exhaust pressure of the volumetric steam expander, and the target value of the exhaust pressure detected by the pressure detector; By means.

이 구성에 따르면, 저압 증기의 사용량이 증가했을 때에 2차측의 압력이 저하되므로, 2차측의 압력 저하를 검출하여 발전기의 주파수, 즉 용적식 익스팬더의 회전수를 상승시켜, 용적식 익스팬더의 증기 유량을 저압 증기의 사용량보다 많게 하는 것에 의해 2차측의 압력을 회복할 수 있다. 따라서, 상기 제어 수단은, 상기 배기 압력이 저하되면 상기 발전기 운전 주파수 설정 수단의 설정 주파수를 높게 변경하도록, 상기 배기 압력의 목표치에 대한 편차에 의해, 상기 발전기 운전 주파수 설정 수단의 설정 주파수에 대해 마이너스의 피드백을 하면 된다.According to this configuration, since the pressure on the secondary side decreases when the amount of low-pressure steam increases, the pressure drop on the secondary side is detected to increase the frequency of the generator, that is, the rotational speed of the volumetric expander, and the steam flow rate of the volumetric expander. The pressure on the secondary side can be recovered by making more than the amount of low pressure steam used. Accordingly, the control means is negative to the set frequency of the generator operating frequency setting means by a deviation from the target value of the exhaust pressure so as to change the set frequency of the generator operating frequency setting means higher when the exhaust pressure is lowered. Just give feedback.

또한, 본 발명의 발전 장치는, 상기 용적식 스팀 익스팬더가 배기한 증기를 2차 이용하기 위해, 버퍼 용량을 구비하는 저압 유로를 갖는 것이 바람직하다.In addition, the power generation device of the present invention preferably has a low pressure flow path having a buffer capacity in order to secondaryly use the steam exhausted by the volumetric steam expander.

또한, 본 발명의 발전 장치에 있어서, 상기 용적식 스팀 익스팬더가 스크류 팽창기이면, 바람직한 평탄한 출력 특성이 얻어진다.Further, in the power generation apparatus of the present invention, desirable flat output characteristics are obtained if the volumetric steam expander is a screw expander.

또한, 본 발명의 발전 장치는, 상기 발전기의 발전 전력을 상용 주파수로 주파수 변환하는 주파수 변환기를 가짐으로써, 발전 전력을 일반적으로 사용 가능한 전력 계통에 공급할 수 있다.In addition, the power generation device of the present invention can supply the generated power to a generally available power system by having a frequency converter for frequency converting the generated power of the generator into a commercial frequency.

또한, 본 발명의 발전 장치에 있어서, 상기 발전기 운전 주파수 설정 수단에서, 상기 발전기의 계자 전류의 주파수를 변경함으로써, 용적식 스팀 익스팬더의 회전수를 적절하게 제어할 수 있다.Further, in the power generation apparatus of the present invention, the number of rotations of the volumetric steam expander can be appropriately controlled by changing the frequency of the field current of the generator in the generator operating frequency setting means.

또한, 본 발명의 발전 장치는, 상기 용적식 스팀 익스팬더의 급기측에 유량 조절 밸브를 갖고, 상기 제어 수단은, 상기 발전기의 회전수 상당치가 소정의 하한치 이하일 때에는, 상기 회전수 상당치를 상기 하한치로 유지하도록 상기 발전기 운전 주파수 설정 수단의 설정 주파수를 제어하고, 또한 상기 배기 압력을 상기 목표치로 유지하도록 상기 유량 조정 밸브의 개도를 제어해도 좋다.In addition, the power generation apparatus of the present invention includes a flow rate control valve on the air supply side of the volumetric steam expander, and the control means includes the rotation speed equivalent value as the lower limit value when the rotation speed equivalent value of the generator is equal to or less than a predetermined lower limit value. You may control the setting frequency of the said generator operation frequency setting means to hold | maintain, and you may control the opening degree of the said flow regulating valve to maintain the said exhaust pressure to the said target value.

이 구성에 따르면, 회전축에 설치한 팬에 의해 냉각하는 공냉식의 발전기에 있어서, 발전기의 회전수가 지나치게 저하되어 냉각 능력이 부족하여, 오버히트되는 문제를 방지할 수 있다.According to this configuration, in the air-cooled generator cooled by a fan provided on the rotating shaft, the rotation speed of the generator is excessively lowered, the cooling capacity is insufficient, and the problem of overheating can be prevented.

상기 회전수 상당치로서는, 또한 상기 발전기의 회전수를 검출하는 회전수 검출기를 설치하고, 그 회전수 검출기에서 검출된 회전수를 회전수 상당치로 해도 좋다. 혹은, 상기 설정 주파수를 상기 회전수 상당치로 해도 좋다.As the rotation speed equivalent value, a rotation speed detector for detecting the rotation speed of the generator may be provided, and the rotation speed detected by the rotation speed detector may be the rotation speed equivalent value. Alternatively, the set frequency may be the rotation speed equivalent value.

이와 같이 본 발명의 발전 장치에 있어서는, 용적식 스팀 익스팬더의 배기압에 따라서, 발전기의 회전수를 제어함으로써, 2차측의 저압 증기의 사용량에 관계없이, 2차측의 증기 압력을 일정하게 유지할 수 있다.As described above, in the power generation apparatus of the present invention, by controlling the rotation speed of the generator in accordance with the exhaust pressure of the volumetric steam expander, the steam pressure on the secondary side can be kept constant regardless of the amount of low pressure steam used on the secondary side. .

이것으로부터, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다.From this, embodiment of this invention is described, referring drawings.

도1에, 본 발명의 제1 실시 형태의 발전 장치(1)를 도시한다. 발전 장치(1)는, 전력 계통(2)에 연계 변압기(3)를 통해 접속되어 있다.1 shows a power generator 1 according to the first embodiment of the present invention. The power generator 1 is connected to the electric power system 2 via a link transformer 3.

발전 장치(1)는, 고압 증기 헤더(4)로부터 소정 압력(Ps)(예를 들어 5 ㎫)의 고압 증기가 공급되고, 고압 증기의 팽창을 회전력으로 변환하는 용적식 스팀 익스팬더의 일종인 스크류 팽창기(5)와, 스크류 팽창기(5)의 회전축에 접속된 동기식의 발전기(6)를 갖고 있다.The power generator 1 is supplied with a high pressure steam at a predetermined pressure Ps (for example, 5 MPa) from the high pressure steam header 4, and is a screw which is a kind of volumetric steam expander that converts expansion of the high pressure steam into rotational force. The expander 5 and the synchronous generator 6 connected to the rotating shaft of the screw expander 5 are provided.

발전기(6)의 계자 권선(7)에는, 전력 계통(2)으로부터 연계 변압기(3)를 통해 공급되고, 계자 주파수 변환기(8)에 의해 임의의 주파수로 변환된 전류가 입력되도록 되어 있다. 계자 주파수 변환기(8)는, 공급된 상용 주파수의 전류를 직류로 순변환하는 컨버터(9)와, 컨버터(9)의 출력을 반도체에 의해 스위칭하여 원하는 주파수의 교류 전류로 변환하는 인버터(10)로 이루어져 있다.The field winding 7 of the generator 6 is supplied with a current supplied from the electric power system 2 via the associated transformer 3 and converted into an arbitrary frequency by the field frequency converter 8. The field frequency converter 8 includes a converter 9 for forward-converting the supplied commercial frequency current to a direct current, and an inverter 10 for switching the output of the converter 9 by a semiconductor to convert it into an alternating current of a desired frequency. Consists of

동기식 발전기(6)의 회전자는, 계자 권선(7)에 인가된 계자 전류에 동기하여 회전하고, 계자 전류와 동일한 주파수의 전력을 발전한다. 즉, 발전기(6)의 운전 주파수는, 인버터(10)에 의해 설정된다.The rotor of the synchronous generator 6 rotates in synchronization with the field current applied to the field winding 7, and generates electric power having the same frequency as the field current. That is, the operating frequency of the generator 6 is set by the inverter 10.

또한, 발전기(6)의 출력은, 출력 주파수 변환기(11)에 의해 상용 주파수로 변환되고, 연계 변환기(3)를 통해 전력 계통에 도출되도록 되어 있다. 출력 주파수 변환기(11)도, 계자 주파수 변환기(8)와 마찬가지로, 컨버터(12)와 인버터(13)로 구성되어 있다. 인버터(10)는, 프로그램 제어된 제어 장치(제어 수단)(14)에 의해 출력 주파수가 설정된다. 즉, 본 실시 형태에 있어서, 인버터(10)와 제어 장치(14)가, 주로 발전기 운전 주파수 설정 수단의 역할을 담당한다.In addition, the output of the generator 6 is converted into a commercial frequency by the output frequency converter 11, and is led to the electric power system via the link converter 3. The output frequency converter 11 also includes a converter 12 and an inverter 13 similarly to the field frequency converter 8. In the inverter 10, an output frequency is set by a program-controlled control device (control means) 14. That is, in this embodiment, the inverter 10 and the control apparatus 14 mainly play the role of a generator operating frequency setting means.

스크류 팽창기(5)는, 고압 증기의 팽창력을 회전력으로 변환하고, 저압의 증기를 배기한다. 스크류 팽창기(5)가 배기한 증기는, 버퍼 탱크(15)에 저류되고, 저압 증기 유로(16)를 통해 저압 증기를 2차 이용하는 수요 설비에 공급된다. 스크류 팽창기(5)의 배기 압력(Pd)은, 압력 검출기(17)에서 검출되고, 전기 신호로 변환되어 제어 장치(14)에 입력된다.The screw expander 5 converts the expansion force of the high pressure steam into a rotational force, and exhausts the low pressure steam. The steam exhausted by the screw expander 5 is stored in the buffer tank 15, and supplied to the demand facility that uses the low pressure steam secondaryly through the low pressure steam flow passage 16. The exhaust pressure Pd of the screw expander 5 is detected by the pressure detector 17, converted into an electrical signal, and input to the control device 14.

제어 장치(14)는, 콘솔(18)로부터 배기 압력(Pd)의 목표 압력(Pt)이 입력되고, 배기 압력(Pd)의 목표 압력(Pt)에 대한 편차에 의해, 인버터(10)의 설정 주파수에 대해 마이너스의 피드백을 걸도록 되어 있다. 예를 들어, 제어 장치(14)는, 배기 압력(Pd)의 목표 압력(Pt)에 대한 편차(Pd-Pt)에 마이너스의 상수를 곱한 값과, 편차(Pd-Pt)의 적분치에 마이너스의 상수를 곱한 값과, 편차(Pd-Pt)의 미분치에 마이너스의 상수를 곱한 값을, 인버터(10)의 설정 주파수에 가산하는 PID 제어를 행한다.The control apparatus 14 inputs the target pressure Pt of the exhaust pressure Pd from the console 18, and sets the inverter 10 by the deviation with respect to the target pressure Pt of the exhaust pressure Pd. It is supposed to give negative feedback about the frequency. For example, the control apparatus 14 is a value obtained by multiplying the deviation Pd-Pt with respect to the target pressure Pt of the exhaust pressure Pd by a negative constant, and the integral of the deviation Pd-Pt. PID control which adds the value which multiplied the constant of and the derivative value of the deviation Pd-Pt multiplied by the negative constant to the set frequency of the inverter 10 is performed.

여기서, 목표 압력(Pt)은, 스크류 팽창기(5)와의 총합 효율을 고려하여 설계된 저압 증기의 수요 설비에 있어서의 2차 이용에 최적인 압력(예를 들어 0.8 ㎫)으로 설정된다.Here, the target pressure Pt is set to the pressure (for example, 0.8 MPa) which is optimal for the secondary use in the low pressure steam demand facility designed in consideration of the total efficiency with the screw expander 5.

예를 들어, 저압 증기의 수요 설비에 있어서의 사용 증기량(Qu)이, 스크류 팽창기(5)의 배기 증기량(Qe)보다 많은 경우, 버퍼 탱크(15) 내의 증기량이 서서히 감소하고, 버퍼 탱크(15)의 압력, 즉, 스크류 팽창기(5)의 배기 압력(Pd)이 저하되어 간다. 그러면, 제어 장치(14)가 인버터(10)의 설정 주파수에 마이너스의 피드백을 걸므로, 인버터(10)의 출력 주파수가 상승하여, 발전기(6)의 계자 주파수가 상승한다.For example, when the amount of use steam in the demand equipment of low pressure steam is larger than the amount of exhaust steam Qe of the screw expander 5, the amount of steam in the buffer tank 15 decreases gradually, and the buffer tank 15 ), That is, the exhaust pressure Pd of the screw expander 5 decreases. Then, since the control apparatus 14 gives negative feedback to the set frequency of the inverter 10, the output frequency of the inverter 10 raises and the field frequency of the generator 6 raises.

스크류 팽창기(5)의 회전수는, 발전기(6)의 계자 주파수에 비례하므로, 배기 압력(Pd)이 저하되면, 스크류 팽창기(5)의 회전수가 상승한다. 그러면, 스크류 팽창기(5)의 회전수의 상승에 수반하여, 스크류 팽창기(5)의 배기 증기량(Qe)이 증가한다. 배기 증기량(Qe)이 수요 설비의 사용 증기량(Qu)보다 많아지면, 버퍼 탱크(15) 내의 증기량이 증가하고, 버퍼 탱크(15)의 압력, 즉, 스크류 팽창기(5)의 배기 압력(Pd)을 상승시킨다.Since the rotation speed of the screw expander 5 is proportional to the field frequency of the generator 6, when the exhaust pressure Pd decreases, the rotation speed of the screw expander 5 increases. Then, with the increase of the rotation speed of the screw expander 5, the exhaust vapor quantity Qe of the screw expander 5 increases. When the amount of exhaust steam Qe becomes larger than the amount of used steam Qu of the demanding equipment, the amount of steam in the buffer tank 15 increases, and the pressure of the buffer tank 15, that is, the exhaust pressure Pd of the screw expander 5. To increase.

배기 압력(Pd)이 목표 압력(Pt)보다 높아진 경우, 제어 장치(14)가, 인버터(10)의 설정 주파수에 마이너스의 피드백을 걸므로, 발전기(6)의 계자 주파수가 저하되어 스크류 팽창기(5)의 배기 증기량(Qe)이 감소한다.When the exhaust pressure Pd is higher than the target pressure Pt, since the control device 14 feeds negative feedback to the set frequency of the inverter 10, the field frequency of the generator 6 is lowered, causing the screw expander ( The exhaust vapor amount Qe of 5) decreases.

이와 같이, 발전 장치(1)에서는, 제어 장치(14)가 발전기(6)의 계자 주파수를 제어함으로써, 스크류 팽창기(5)의 배기 압력(Pd)을 수요 설비에 있어서 가장 효율적으로 사용할 수 있는 압력으로 유지할 수 있다.As described above, in the power generation device 1, the control device 14 controls the field frequency of the generator 6, so that the exhaust pressure Pd of the screw expander 5 can be most efficiently used in demand equipment. Can be maintained.

또한, 도2에, 본 발명의 제2 실시 형태의 발전 장치(1)를 도시한다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 본 실시 형태에 있어서, 발전기(6)는 공냉 타입의 유도식 발전기가 채용되고 있다. 또한, 본 실시 형태의 발전 장치(1)는, 발전기(6)의 회전수를 검출하는 회전 센서(19)와, 스크류 팽창기(5)의 급기측의 고압 증기의 유로를 제한하는 유량 조정 밸브(20)가 설치되어 있다.2, the power generation apparatus 1 of 2nd Embodiment of this invention is shown. In this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted. In this embodiment, the generator 6 employs an induction generator of the air-cooled type. In addition, the power generation device 1 of the present embodiment includes a rotation sensor 19 for detecting the rotation speed of the generator 6 and a flow rate adjustment valve for restricting the flow path of the high pressure steam on the air supply side of the screw expander 5 ( 20) is installed.

본 실시 형태에 있어서, 제어 장치(14)에는, 회전 센서(19)가 검출한 발전기(6)의 회전수가 입력된다. 제어 장치(14)는, 발전기(6)의 회전수가 소정의 하한 회전수 이하가 되었을 때에는, 스크류 팽창기(5)의 배기 압력(Pd)에 관계없이, 인버터(10)의 설정 주파수를 제어하여, 발전기(6)의 회전수를 하한 회전수 이상으로 유지하도록 되어 있다. 그 경우, 제어 수단(14)은, 배기 압력(Pd)을 목표치(Pt)로 유지하도록, 유량 조정 밸브(20)의 개도를 PID 제어한다.In this embodiment, the rotation speed of the generator 6 which the rotation sensor 19 detected is input into the control apparatus 14. When the rotation speed of the generator 6 becomes below a predetermined lower limit rotation speed, the control apparatus 14 controls the set frequency of the inverter 10, regardless of the exhaust pressure Pd of the screw expander 5, The rotation speed of the generator 6 is maintained above the lower limit rotation speed. In that case, the control means 14 PID-controls the opening degree of the flow regulating valve 20 so that exhaust pressure Pd may be kept at target value Pt.

발전기(6)는, 회전자의 회전축에 설치한 냉각 팬에 의해 권선을 냉각하고 있지만, 회전수가 지나치게 저하되면 냉각이 불충분하게 되어, 오버히트될 위험이 있다. 따라서, 발전기(6)의 냉각 팬의 특성이나, 발전기(6)의 내용(耐用) 온도 등을 고려하여, 미리 하한 회전수를 설정해 둠으로써, 발전기(6)의 냉각 부족에 의한 문제를 방지할 수 있다.The generator 6 is cooling the windings by a cooling fan provided on the rotating shaft of the rotor. However, if the rotation speed is too low, the cooling becomes insufficient and there is a risk of overheating. Therefore, by setting the lower limit rotation speed in advance in consideration of the characteristics of the cooling fan of the generator 6, the internal temperature of the generator 6, and the like, it is possible to prevent the problem caused by insufficient cooling of the generator 6. Can be.

이와 같이, 발전기(6)의 회전수가 저하되는 것은, 저압 증기의 2차 사용량(Qu)이 매우 적어 배기 압력(Pd)이 상승해 버리는 경우이다. 따라서, 유량 조정 밸브(20)에 의해, 스크류 팽창기(5)의 급기 유로를 제한하여 증기 유량을 감소시킴으로써, 배기 유량(Qe)을 저하시키는 동시에, 배기 압력을 저하시킴으로써, 버퍼 탱크(15)의 압력 상승을 방지할 수 있도록 하고 있다.Thus, the rotation speed of the generator 6 falls when the secondary usage amount Qu of the low pressure steam is very small, and the exhaust pressure Pd rises. Therefore, the flow rate adjusting valve 20 restricts the air supply flow path of the screw expander 5 to reduce the steam flow rate, thereby lowering the exhaust flow rate Qe and lowering the exhaust pressure. To prevent the pressure rise.

또한, 발전기(5)의 회전수가 하한 회전수와 동등한 경우, 인버터(10)의 설정 주파수를 상승시키는 제어보다도, 유량 조정 밸브(20)를 개방하는 제어를 우선시키도록 되어 있다. 즉, 발전기(5)의 회전수가 하한 회전수보다 높은 경우, 유량 조정 밸브(20)는 항상 완전 개방이 된다.In addition, when the rotation speed of the generator 5 is equal to the lower limit rotation speed, the control for opening the flow rate adjustment valve 20 is given priority over the control for raising the set frequency of the inverter 10. That is, when the rotation speed of the generator 5 is higher than the lower limit rotation speed, the flow regulating valve 20 will always be fully open.

본 실시 형태에서는, 회전 센서(19)를 설치하여 발전기(6)의 회전수를 검출하고 있지만, 발전기(6)의 회전수는 계자 주파수에 동기하는 회전수에 근사하고 있으므로, 인버터(10)의 설정 주파수를 발전기(6)의 회전수로 간주하여 제어함으로써, 제어를 간략화해도 좋다.In this embodiment, although the rotation sensor 19 is provided and the rotation speed of the generator 6 is detected, since the rotation speed of the generator 6 is approximated to the rotation speed synchronized with the field frequency, the inverter 10 The control may be simplified by considering the set frequency as the rotation speed of the generator 6.

도3에, 본 발명의 제3 실시 형태의 발전 장치(1)를 도시한다. 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 본 실시 형태에 있어서의 발전기(21)에는, 소위 역행(力行) 운전, 회생 운전의 절환 가능한 모터 제너레이터가 채용되고 있다. 이 발전기(21)에는, 회전자에 영구 자석이 매립되고, 고정자에 권선을 포함하는 영구 자석 매립형의 것이 바람직하다.3 shows a power generator 1 of a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted. In the generator 21 according to the present embodiment, a motor generator capable of switching so-called retrograde driving and regenerative driving is employed. The generator 21 is preferably a permanent magnet embedded type in which a permanent magnet is embedded in the rotor and a winding is included in the stator.

그리고, 발전기(21)에는, 출력 주파수 변환기(22)가 접속되어 있다. 이 출력 주파수 변환기(22)는, 인버터(23)와 컨버터(24)에 의해 구성되어 있다. 인버터(23)와 컨버터(24)는, 도시하지 않지만, 모두, 직렬로 연결된 다이오드로 이루어지는 3상의 소위 하프 브릿지 회로와, 그 하프 브릿지 회로에 병렬로 연결된 IGBT 등의 스위칭 소자에 의해 구성되어 있다.The output frequency converter 22 is connected to the generator 21. This output frequency converter 22 is constituted by an inverter 23 and a converter 24. Although not shown, the inverter 23 and the converter 24 are all composed of three-phase so-called half-bridge circuits composed of diodes connected in series, and switching elements such as IGBTs connected in parallel to the half-bridge circuits.

상술한 바와 같이, 발전기(21)는, 역행 운전, 회생 운전의 절환 가능한 모터 제너레이터이다. 그 발전기(21)에 접속되는 인버터(23) 및 컨버터(24)는, 직류 전력으로부터 교류 전력을 생성하는 역변환 회로(좁은 의미의 인버터)로서의 기능, 교류 전력으로부터 직류 전력을 생성하는 순변환 회로(좁은 의미의 컨버터)로서의 기능을 절환 가능한 것이다. 즉, 발전기(21)가 역행 운전(모터로서 운전)될 때에는, 인버터(23)가 직류로부터 교류 전력을 생성하는 역변환 회로(좁은 의미의 인버터)로서의 기능을 감당하고, 그것과 동시에 컨버터(24)는 교류 전력으로부터 직류 전력을 생성하는 순변환 회로(좁은 의미의 컨버터)로서의 기능을 감당한다. 그리고, 발전기(21)가 회생 운전(발전기로서 운전)될 때에는, 인버터(23)와 컨버터(24)는 서로의 기능을 역전한다.As described above, the generator 21 is a motor generator that can switch between the reverse operation and the regenerative operation. The inverter 23 and the converter 24 connected to the generator 21 have a function as an inverse conversion circuit (narrow inverter) for generating AC power from DC power, and a forward conversion circuit for generating DC power from AC power ( Function as a narrow converter) can be switched. In other words, when the generator 21 is driven in reverse (operated as a motor), the inverter 23 functions as an inverse conversion circuit (narrow inverter) that generates AC power from DC, and at the same time, the converter 24 Can serve as a forward conversion circuit (narrow converter) for generating direct current power from alternating current power. Then, when the generator 21 is regeneratively operated (operated as a generator), the inverter 23 and the converter 24 reverse each other's functions.

그리고, 발전기(21)는, 영구 자석 매립형의 것이므로, 회전 자계의 극과 회전자의 영구 자석의 자극의 흡인 및 반발을 기초로 하는 마그네트 토크와, 회전 자계의 극과 회전자의 돌극과의 흡인을 기초로 하는 릴럭턴스 토크를 발생한다. 이 마그네트 토크 및 릴럭턴스 토크, 나아가서는 전체 발생 토크는 소위 전류 위상각에 의해 변화된다(전류 위상각이 0°내지 45°의 범위에서 플러스의 최대 토크로 되고, 135°내지 180°의 범위에서 마이너스의 최대 토크로 됨). 본 실시 형태의 발전 장치(1)는, 그 전류 위상각을 적절하게 조정하는 것에 의해, 발전기(21)의 전체 발생 토크의 제어, 나아가서는 발전기(21)의 회전수의 제어가 가능하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 발전 장치(1)는, 상술한 인버터(23)의 스위칭 소자에 대해 제어 장치(14)로부터 펄스 폭 변조된 게이트 신호를 발신하여 적절한 스위칭을 행하는 것에 의해, 발전기(21)의 전체 발생 토크의 제어, 나아가 서는 발전기(21)의 회전수의 제어가 가능하도록 구성되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 인버터(23)와 제어 장치(14)가 주로 발전기 운전 주파수 설정 수단의 역할을 담당한다.Since the generator 21 is of a permanent magnet embedded type, the magnet torque based on the suction and repulsion of the pole of the rotating magnetic field and the magnetic pole of the permanent magnet of the rotor, and the suction of the pole of the rotating magnetic field and the pole of the rotor of the rotating magnetic field are used. Generates a reluctance torque based on This magnet torque and reluctance torque, and thus the total generated torque, are changed by the so-called current phase angle (current phase angle becomes positive maximum torque in the range of 0 ° to 45 °, and in the range of 135 ° to 180 ° Minus maximum torque). The power generation device 1 of the present embodiment is configured to control the total generated torque of the generator 21, and furthermore, to control the rotation speed of the generator 21 by appropriately adjusting its current phase angle. have. Specifically, the power generator 1 of the present embodiment transmits a pulse width modulated gate signal from the control device 14 to the switching element of the inverter 23 described above to perform appropriate switching, thereby generating a generator ( It is comprised so that control of the total generation torque of 21, and also control of the rotation speed of the generator 21 is possible. That is, in this embodiment, the inverter 23 and the control apparatus 14 mainly play the role of a generator operating frequency setting means.

또한, 본 발명은 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 제3 실시 형태의 발전 장치(1)에 있어서의 출력 주파수 변환기(22) 대신에, 매트릭스 컨버터를 채용해도 좋다. 교류로부터 직류, 직류로부터 다시 교류로 변환하는 컨버터 및 인버터를 채용한 것과 비교하여, 교류로부터 직접 교류로 변환하는 매트릭스 컨버터를 채용한 것이면, 소형ㆍ경량화, 고효율화의 면에서 이점이 있다.In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, a matrix converter may be employed in place of the output frequency converter 22 in the power generator 1 of the third embodiment of the present invention. Compared with adopting a converter and an inverter for converting from AC to DC, and from DC to AC again, the use of a matrix converter for converting from AC to direct AC has advantages in terms of small size, light weight, and high efficiency.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태의 발전 장치의 구성을 도시하는 개략도.1 is a schematic diagram showing a configuration of a power generator according to a first embodiment of the present invention.

도2는 본 발명의 제2 실시 형태의 발전 장치의 구성을 도시하는 개략도.Fig. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a power generation device of a second embodiment of the present invention.

도3은 본 발명의 제3 실시 형태의 발전 장치의 구성을 도시하는 개략도.3 is a schematic diagram showing a configuration of a power generator according to a third embodiment of the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 발전 장치1: power generation device

2 : 전력 계통2: power system

3 : 연계 변압기3: linkage transformer

4 : 고압 증기 헤더4: high pressure steam header

5 : 스크류 팽창기5: screw inflator

6 : 발전기6: generator

7 : 계자 권선7: field winding

8 : 계자 주파수 변환기8: field frequency converter

9, 12 : 컨버터9, 12: Converter

10, 13 : 인버터10, 13: Inverter

14 : 제어 장치14: control device

17 : 압력 검출기17: pressure detector

Claims (9)

증기의 팽창을 회전력으로 변환하는 용적식 스팀 익스팬더와,A volumetric steam expander that converts expansion of steam into rotational force, 상기 용적식 스팀 익스팬더의 회전축에 접속된 발전기와,A generator connected to the rotary shaft of the volumetric steam expander, 상기 발전기의 운전 주파수를 설정하는 발전기 운전 주파수 설정 수단과,Generator operating frequency setting means for setting an operating frequency of the generator; 상기 용적식 스팀 익스팬더의 배기 압력을 검출하는 압력 검출기와,A pressure detector for detecting the exhaust pressure of the volumetric steam expander; 상기 압력 검출기가 검출한 배기 압력의 목표치에 대한 편차에 따라서, 상기 발전기 운전 주파수 설정 수단의 설정 주파수를 변경하는 제어 수단으로 이루어지는 발전 장치. And a control means for changing the set frequency of the generator operating frequency setting means in accordance with the deviation from the target value of the exhaust pressure detected by the pressure detector. 제1항에 있어서, 상기 제어 수단은, 상기 배기 압력의 목표치에 대한 편차에 의해, 상기 발전기 운전 주파수 설정 수단의 설정 주파수에 대해 마이너스의 피드백을 행하는 발전 장치. The power generation apparatus according to claim 1, wherein the control means performs negative feedback with respect to a set frequency of the generator operation frequency setting means by a deviation from a target value of the exhaust pressure. 제1항에 있어서, 상기 용적식 스팀 익스팬더가 배기한 증기의 유로에, 버퍼 용량을 구비하는 저압 유로가 설치되어 있는 발전 장치. The power generation apparatus according to claim 1, wherein a low pressure flow path having a buffer capacity is provided in a flow path of steam exhausted by the volumetric steam expander. 제1항에 있어서, 상기 용적식 스팀 익스팬더는 스크류 팽창기인 발전 장치.The apparatus of claim 1, wherein the volumetric steam expander is a screw expander. 제1항에 있어서, 또한, 상기 발전기의 발전 전력을 상용 주파수로 주파수 변 환하는 주파수 변환기로 이루어지는 발전 장치. The power generation apparatus according to claim 1, further comprising a frequency converter for frequency converting the generated power of the generator into a commercial frequency. 제1항에 있어서, 상기 발전기 운전 주파수 설정 수단은, 상기 발전기의 계자 전류의 주파수를 변경하는 것에 의해 상기 발전기의 운전 주파수를 설정하는 발전 장치. The generator according to claim 1, wherein the generator operating frequency setting means sets the operating frequency of the generator by changing the frequency of the field current of the generator. 제1항에 있어서, 상기 용적식 스팀 익스팬더의 급기측에 유량 조절 밸브를 갖고, 상기 제어 수단은, 상기 발전기의 회전수 상당치가 소정의 하한치 이하일 때에는, 상기 회전수 상당치를 상기 하한치로 유지하도록 상기 발전기 운전 주파수 설정 수단의 설정 주파수를 제어하고, 또한 상기 배기 압력을 상기 목표치로 유지하도록 상기 유량 조정 밸브의 개도를 제어하는 발전 장치. The flow rate control valve is provided on the air supply side of the volumetric steam expander, and the control means is adapted to maintain the rotational speed equivalent value at the lower limit when the rotational speed equivalent value of the generator is equal to or less than a predetermined lower limit value. A power generation apparatus for controlling the set frequency of the generator operating frequency setting means and for controlling the opening degree of the flow regulating valve to maintain the exhaust pressure at the target value. 제7항에 있어서, 또한 상기 발전기의 회전수를 검출하는 회전수 검출기로 이루어지고, 상기 회전수 검출기에서 검출된 회전수를 상기 회전수 상당치로 하는 발전 장치. 8. The power generation apparatus according to claim 7, further comprising a rotation speed detector for detecting the rotation speed of the generator, wherein the rotation speed detected by the rotation speed detector is the rotation speed equivalent value. 제7항에 있어서, 상기 설정 주파수를 상기 회전수 상당치로 하는 발전 장치.The power generation apparatus according to claim 7, wherein the set frequency is the rotational speed equivalent value.
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