[发明专利]涡轮增压发电装置

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮增压发电装置的技术领域，该涡轮增压发电装置通过从内燃机排出的排出气体来驱动燃气轮机及压缩机，从而对所述内燃机压缩地供给吸气的同时，将通过驱动与所述压缩机的轴端连接的发电机而发电得到的交流电经由电力变换单元提供给电力系统。

背景技术

公知如下的涡轮增压发电装置：通过利用诸如从内燃机排出的排出气体来驱动燃气轮机及压缩机，从而向内燃机压缩地供给吸气来实现内燃机的输出提高，并且利用压缩机的驱动来利用剩余的能量，在发电机进行发电。为了使来自发电机的输出电力按照内燃机的操作状态(排出气体的能量)而变动，由发电机发电而得到的电力被逆变器等构成的电力变换单元变换为适当的频率以及电压值，并提供给电力系统。

例如专利文献1所公开的涡轮增压发电装置中，通过基于检测值对发电机的转动速度进行反馈控制，从而将旋转速度维持为适当的值，实现涡轮增压器所致的吸气压的提高，并且，利用剩余能量，通过发电机高效地发电。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2008-286016号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在上述专利文献1中，通过将发电机的旋转速度维持为规定值，来实现输出电力的控制。可是，在内燃机中，因为在负载变动时内燃机能有效地动作的转速(最佳转速)也变动，所以，如专利文献1那样，以将转速维持为规定值的方式来进行控制时，将从最佳转速发生偏离，能量的利用效率将发生恶化。即，因为在专利文献1中基于转速来控制输出电力，所以，存在当负载变化时无法得到良好的追随性这样的问题。

另外，如船舶等具备多个发电机，在其中的发电机应用涡轮增压发电装置时，通过谋求涡轮增压发电装置和其他的发电机的协调(以避免全部发电量存在问题而实现发电设备相互间的电力控制的意思)，从而需要调整对电力系统的供电。在专利文献1中，完全没有考虑在这样协调控制下的控制。特别是，如上所述，因为在负载变化时的追随性不佳，需要设置在向电力系统的供给电力成为过大的情况下进行工作的保护电路，从而存在使整体结构复杂化这样的问题。

另外，在专利文献1中，基于电动机的输出电压波形进行旋转速度的检测，但发电机在低速旋转时电压振幅微小，检测困难。因此，存在难以确保向电力系统的同步接入时等的、发电机的低速旋转时的控制精度这样的问题。

另外，在专利文献1中，为了检测发电机的旋转速度，需要设置速度检测器、频率检测单元。因此，存在检测设备、控制电路复杂化，且不能容易实施这样的问题。

本发明鉴于上述课题而完成的，其目的是提供对于内燃机的负载变化具有良好的追随性、可高效且稳定地进行发电的涡轮增压发电装置。

用于解决技术问题的手段

为了解决上述课题，本发明涉及的涡轮增压发电装置的特征在于，该涡轮增压发电装置通过从内燃机排出的排出气体来驱动燃气轮机及压缩机，从而对所述内燃机压缩地供给吸气的同时，将通过驱动与所述压缩机的轴端连接的发电机而发电得到的交流电经由电力变换单元提供给电力系统，其中，所述电力变换单元具有：变换器，其将由所述发电机发电得到的交流电变换为直流电，并输出；转子旋转角估计单元，其基于所述发电机的转子磁通来估计所述发电机的转子旋转角；以及控制单元，其以所述估计的转子旋转角为基准，将从所述发电机输出的交流电流坐标变换为直流电流，并按照使该直流电流的大小保持在基于所述变换器的输出直流电压值而设定的目标直流电流值的方式来控制所述变换器的输出直流电。

根据本发明，通过以基于发电机的转子磁通而估计出的转子旋转角为基准，将从发电机输出的交流电流坐标变换为直流电流，从而可对在时间上每时每刻变动的交流电流进行实质的反馈控制。以坐标变换了的直流电流的大小保持在基于变换器的输出直流电压值而设定的目标直流电流值的方式来进行像这样的控制。由此，可实现变换器的输出功率的稳定化，并且即使在产生负载变动的情况下也能够得到良好的追随性。

尤其所述目标直流电流值也能够以所述变换器的输出直流电压值被保持在预先设定的目标直流电压值的方式来进行设定。这个情况下，按照变换器的输出直流电压值被维持在适于电力系统及并网逆变器的直流电压值的方式来控制该输出电力。

优选的是：所述转子旋转角估计单元可基于所述发电机的输出交流电流来计算所述转子磁通。这种情况下，可基于电动机的输出交流电的电路常数(电感、阻抗等)，高精度地计算出转子旋转角。