DE69218000T2

DE69218000T2 - Gasturbinenregelsystem

Info

Publication number: DE69218000T2
Application number: DE69218000T
Authority: DE
Inventors: Anders Malmquist; Johnny Rehn
Original assignee: Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1992-01-29
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1997-10-23
Anticipated expiration: 2012-12-29
Also published as: SE9200243D0; JP3140783B2; SE469758B; SE9200243L; EP0624227A1; EP0624227B1; ATE149636T1; WO1993015311A1; JPH07503296A; US5332959A; DE69218000D1

Description

Technisches Gebiet.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der von einer Gasturbine erzeugten Leistung, die einen elektrischen Generator antreibt, an den ein Gleichrichter angeschlossen ist, sowie auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Zu der Anordnung gehört ein Gleichspannungsnetz mit steuerbarer Spannung, welches an den Gleichrichter angeschlossen ist.

Stand der Technik

Bei der Erzeugung elektrischer Leistung sowohl bei fahrbaren als auch bei stationären Anlagen ist es bekannt, zum Antrieb der elektrischen Generatoren Gasturbinen zu verwenden. Bei Anlagen mit varuerendem Leistungsbedarf haben Gasturbinen jedoch gewisse Nachteile insofern, daß bei Teillast ihr Wirkungsgrad stark herabgesetzt ist, während gleichzeitig der Anteil umweltschädlicher Bestandteile in den Abgasen größer wird. Es ist auch bekannt, daß man diese Nachteile durch eine Regelung vermeiden kann, die imstande ist, die Eintrittstemperatur der Gasturbine auf einem gleichmäßigen und hohen Wert aufrechtzuerhalten. So wurde ein System vorgeschlagen, bei welchem die Leitschaufeln des Kompressors in Abhängigkeit der Lastanforderung so orientiert werden, daß die Eintrittstemperatur der Turbine im wesentlichen konstant gehalten wird (Bulletin de l'Académie Royale de Belgique. Serie 5e. Tome XLI, 1955. Jaumotte, A: Regulation vitesse et température maximum constantes des turbines gaz en circuit ouvert une ligne d'arbre). Die vorgeschlagene Lösung ist im mechanischen Aufbau kompliziert infolge der Tatsache, daß der von der Gasturbine angetriebene Generator an ein starres Wechselspannungnetz angeschlossen ist und die Drehzahl der Gasturbine an die Frequenz dieses Netzes gebunden ist. Daher ist, insbesondere bei Anlagen, bei denen die Drehzahl der Gasturbine verändert werden darf, eine in mechanischer Hinsicht einfachere Lösung erwünscht.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der in der Einleitung beschriebenen Art zu entwickeln, welches, insbesondere für eine Gasturbine mit einem stationären Stator, eine Regelung ihrer Leistung erlaubt, während ein hoher Wirkungsgrad erhalten bleibt und nur geringe Emissionen schädlicher Abgase auftreten, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Gemäß der Erfindung wird dies erreicht durch Steuerung der Brennstoffzufuhr der Gasturbine in solcher Weise, daß die Eintrittstemperatur der Gasturbine dazu gebracht wird, zumindest im wesentlichen einem vorgegebenen Wert zu entsprechen, und durch Anschluß eines Gleichspannungsnetzes mit einer steuerbaren Spannung an den Gleichrichter. Durch Änderung der Spannung des Gleichspannungsnetzes kann die Leistung der Gasturbine gesteuert werden.
Vorteilhafte weitere Entwicklungen der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen hervor.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird durch Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben: Es zeigen
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Gestalt eines Blockschaltbildes,
Figur 2 die Beziehung zwischen der Ausgangsleistung der Gasturbine und ihre Drehzahl bei konstanter Eintrittstemperatur,
Figur 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel in Form eines Blockschaltbildes,
Figur 4 in Form eines Blockschaltbildes einen Weg zur Bildung eines gewünschten Wertes für die Leistung der Gasturbine bei einer Ausführung gemäß Figur 3.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die folgende Beschreibung bezieht sich sowohl auf das Verfahren als auch die Vorrichtung.
Figur 1 zeigt eine einwellige Gasturbineneinheit mit einem Kompressor 11 und einer Turbine 12. Ein permanent magnetisierter dreiphasiger Syrichrongenerator 2 ist direkt an die Welle der Gasturbineneinheit angeschlossen, und an die Klemmen des Generators ist ein Gleichrichter 3 angeschlossen. An die Gleichstromseite des Gleichrichters sind ein Gleichspannungsnetz 4 mit einer regelbaren Spannung U sowie eine Last angeschlossen. Die Gasturbine liefert die Leistung P und der Last wird die Leistung TL zugeführt. Die Einlaßtemperatur T der Gasturbine wird in bekannter Weise mittels eines Thermoelementes gemessen und in einem ersten Vergleichsglied 61, welches in einer Regeleinheit 6 untergebracht ist, mit einem vorgegebenen Wert TR verglichen. In Abhängigkeit der Differenz zwischen diesem Wert und dem Istwert der Eintrittstemperatur erzeugt das erste Vergleichsglied ein erstes Ausgangssignal F, welches über einen Selektor 62 dem System für die Brennstoffzufuhr zu der Gasturbine (dieses System ist in der Figur nicht gezeigt) zugeführt wird und welches in an sich bekannter Weise dieses System so beeinflußt, daß die Brennstoffzufuhr von der Größe des ersten Ausgangssignals abhängig ist. Der Selektor ist imstande, dasjenige Signal von dem ersten Steuersignal und einem zweiten Steuersignal FN, welches später erläutert wird, auszuwählen, welches die niedrigste Brennstoffzufuhr repräsentiert. Durch Ausbildung des ersten Vergleichsgliedes in der Weise, daß ein anwachsender Wert für die Eintrittstemperatur eine kleinere Brennstoffzufuhr bewirkt, nimmt die Eintrittstemperatur der Gasturbine einen Wert an, der zumindest im wesentlichen dem vorgegebenen Wert TR entspricht. Ein grundlegender Zusammenhang zwischen der von der Gasturbine erzeugten Leistung und der Geschwindigkeit der Gasturbine bei konstanter Eintrittstemperatur, zeigt Figur 2, wo auf der horizontalen Achse die Drehzahl N in Prozent der Nenndrehzahl aufgetragen ist und auf der vertikalen Achse die Leistung P in Prozent der Nennleistung.
Der Generator 2 erzeugt eine Wechselspannung UG, deren Frequenz und Amplitude von der Drehzahl N abhängen. Die Wechselspannung wird dem Gleichrichter 3 zugeführt, der an seinem Ausgang eine Gleichspannung liefert, deren Amplitude der Wechselspannung US proportional ist. Durch den Gleichrichter kann nur dann Strom fließen, wenn die Spannung U des Gleichspannungsnetzes 4 kleiner ist als die Leerlaufspannung des Gleichrichters. Die Amplitude des Stromes wird bestimmt durch die Differenz zwischen der Wechselspannung und der Spannung des Gleichspannungsnetzes sowie durch die Impedanz des Generators und des Gleichrichters, und die über den Gleichrichter übertragene Leistung wird bestimmt durch das Produkt aus dem Strom und der Spannung des Gleichspannungsnetzes. Wenn diese Leistung größer ist als die von der Gasturbine erzeugte Leistung, so sinkt die Drehzahl der Gasturbine, was ein Absinken der Wechselspannung zur Folge hat und folglich, unter der Voraussetzung, daß die Spannung des Gleichspannungsnetzes mindestens vorübergehend unverändert bleibt, auch der durch den Gleichrichter übertragene Leistung. Ein stationärer Arbeitspunkt wird erreicht, wenn die Drehzahl auf einen Wert gesunken ist, bei welchem die Leistung, die gemäß der Beziehung nach Figur 2 erzeugt wird, der durch den Gleichrichter übertragenen Leistung entspricht. Wenn umgekehrt die durch den Gleichrichter übertragene Leistung kleiner ist als die durch die Gasturbine erzeugte Leistung, so steigt die Drehzahl der Gasturbine, was zu einem Anstieg der Wechselspannung führt und folglich, unter der Voraussetzung, daß die Spannung des Gleichspannungsnetzes mindestens vorübergehend unverändert bleibt, auch zu einem Anstieg der durch den Gleichrichter übertragenen Leistung. Ein stationärer Arbeitspunkt wird erreicht, wenn die Drehzahl einen Wert erreicht hat, bei welchem die gemäß der Beziehung nach Figur 2 erzeugte Leistung der durch den Gleichrichter übertragenen Leistung entspricht. Ausgehend von einem stationären Arbeitspunkt wird bei einem Absinken der Spannung im Gleichspannungsnetz die durch den Gleichrichter übertragene Leistung während eines transienten Vorganges ansteigen, wobei die Drehzahl der Gasturbine und folglich die von ihr erzeugte Leistung, wie oben beschrieben, kleiner werden, und umgekehrt kann bei einem Anstieg der Spannung des Gleichspannungsnetzes die durch den Gleichrichter während eines transienten Vorganges übertragene Leistung sinken, wobei die Drehzahl der Gasturbine und folglich die von ihr erzeugte Leistung, wie oben beschrieben, ansteigen.
Indem die Eintrittstemperatur der Gasturbine auf einem mindestens im wesentlichen konstanten Wert aufrechterhalten wird, kann ihre Leistung durch Veränderung der Spannung U des Gleichspannungsnetzes gesteuert werden. Auf diese Weise wird die Drehzahl der Gasturbine nach der in Figur 2 gezeigten Beziehung verändert, und es erweist sich, daß zwischen der Spannung U des Gleichspannungsnetzes und der durch die Gasturbine erzeugten Leistung eine Beziehung vorhanden ist, die mindestens angenähert linear über einen brauchbaren Drehzahlbereich ist, der sich häufig in der Größenordnung von 40 bis 100% der Nenndrehzahl bewegt.
Das Gleichspannungsnetz ist imstande, seine Spannung U in Abnhängigkeit eines Spannungssteuersignals URs zu verändern. Dieses wird gebildet durch die Zuführung eines Sollwertes für die gewünschte Leistung PR zu einem Anpassungsglied 63, welches in der Regeleinheit 6 vorhanden ist, wobei das Ausgangssignal des Anpassungsglied 63 dem Gleichspannungsnetz zugeführt wird.
Um zu verhindern, daß die Drehzahl der Gasturbine im Falle eines Fehlers der Anlage ihren maximal zulässigen Wert überschreitet, ist normalerweise eine überwachung der Drehzahl erforderlich. Die Drehzahl wird in einer bekannten Weise gemessen, im vorliegenden Falle durch Messung der Frequenz der vom Generator erzeugten Wechselspannung UG, und in einem zweiten Vergleichsglied 64, welches in der Regeleinheit 6 angeordnet ist, mit einem vorgegebenen Wert NRM verglichen. Das zweite Vergleichsglied 64 ist imstande, im Falle, daß die Drehzahl N den vorgegebenen Wert NRM überschreitet, ein zweites Steuersignal FN in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Drehzahl N und dem vorgegebenen Wert NRM zu erzeugen, und dieses zweite Steuersignal dem Selektor 62 zuzuführen.
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 3 dargestellt, welches eine Anwendung zeigt, in der die von der Gasturbine gezeigte Leistung Teil eines Antriebssystems für ein Fahrzeug ist. Zur Verbesserung der Wellenform der Spannung und des Stromes, die von dem Generator erzeugt und dem Gleichrichter zugeführt werden, ist an die Wechselspannungsklemmen des Generators 2 ein Filter 21 angeschlossen, zu dem eine Kondensatorbank gehört, und eine Glättungsdrossel 31 ist im Gleichrichter vorhanden. Zur Erläuterung sei festgestellt, daß die Einrichtungsfunktion des Gleichrichters durch Diode 32 gekennzeichnet ist. Das Gleichspannungsnetz 4 enthält ein kapazitives Element 41, einen Gleichspannungswandler 42, der durch eine Steuerimpulsvorrichtung 421 gesteuert werden kann, und einen Akkumulator 43, bei dem es sich beispielsweise um einen Bleiakkumulator oder einen Nickel-Cadmiumakkumulator handelt. Der Gleichspannungswandler ist imstande, in an sich bekannter Weise die Spannung UA des Akkumulators in eine Spannung U am kapazitiven Element zu wandeln, wobei diese Spannung von dem zugeführten Spannungssteuersignal URs abhängt. Es ist vorteilhaft, in dem Gleichspannungswandler in an sich bekannter Weise einen Spannungsregler 422 zur Regelung der Spannung U mit einem dem Spannungsregler untergeordneten Stromregler 423 vorzusehen zur Regelung des Stromes IA durch den Gleichspannungswandler. Auf diese Weise kann die Änderungsgeschwindigkeit der Spannung U, die abhängig ist von dem Strom, der durch den Gleichspannungswandler in das kapazitive Element 41 fließt, in einer einfachen Weise durch Begrenzung der Größe des Ausgangssignals des Spannungsreglers 422 begrenzt werden, welches Ausgangssignal den Sollwert für den Stromregler darstellt. Der Strom IA und die Spannung U werden durch ein Strommeßgerät 441 und ein Spannungsmeßgerät 442 gemessen.
Die Last 5 enthält einen an das Gleichspannungsnetz 4 angeschlossenen Wandler 51 und einen an die Wechselstromseite des Wandlers angeschlossenen Motor 52, der das Fahrzeug 53, welches in der Figur nur angedeutet ist, anzutreiben vermag. Die dem Wandler zugeführte Leistung PL wird durch einen Sollwert für eine gewünschte Leistung PLR geregelt, welcher Sollwert dem Wandler zugeführt wird. In einem Ausführungsbeispiel kann die Akkumulatorspannung UA 120 Volt betragen, der Gleichspannungswandler kann eine Spannung U von bis zu 420 V liefern und die maximale Drehzahl der Gasturbine kann 90.000 U.p.m. betragen, bei welcher Drehzahl die Gasturbine eine Leistung von 40 kW liefert.
Das erste Vergleichsglied 61 kann als Regler mit mindestens einer der folgenden Charakteristika ausgeführt sein, nämlich proportionaler, integrierender und differenzierender Charakteristik, und der vorgegeben Wert TR für die Eintrittstemperatur wird festgelegt und basiert auf der Konstruktion der Gasturbine. Es ist jedoch vorteilhaft, die Regelglieder so anzuordnen, daß der vorgegebene Wert TR vorübergehend ansteigen kann, um die verfügbaren Ausgangsleistungen der Gasturbine für ein kurzes Intervall zu vergrößern. Die von der Gasturbine erzeugte Leistung P wird gemessen durch Messung des durch den Gleichrichter fließenden Stromes I1, und die Spannung U des Gleichspannungsnetzes durch eine für diesen Zweck vorgesehene Meßvorrichtung 7. Um eine genaue Regelung der Leistung P der Gasturbine zu erreichen, wird der gemessene Wert der Leistung zu einem dritten Vergleichsglied 631 zurückgeführt, welches in der Regeleinheit 6 vorhanden ist zwecks Vergleichs mit einem Sollwert für die gewünschte Leistung PR. Dieses dritte Vergleichsglied, welches vorteilhafterweise als ein Regler mit mindestens einer der folgenden Charakteristiken ausgebildet ist, nämlich einer proportionalen, einer integrierenden und einer differenzierenden Charakteristik, ist imstande, in Abhängigkeit der Differenz zwischen der gewünschten Leistung PR und der gewünschten Leistung P ein drittes Steuersignal PURs zu bilden. Es ist vorteilhaft, aber nicht notwendig, das dritte Steuersignal, wie in Figur 3 gezeigt, einem ersten Funktionsgenerator 632 zuzuführen zur Bildung einer vorgegebenen Beziehung zwischen der Leistung P und der Spannung U und das Ausgangssignal dieses ersten Funktionsgenerators dem Gleichspannungswandler 42 zuzuführen. Die Beziehung zwischen der Leistung P und der Spannung U wird bestimmt auf der Grundlage der gegebenen Konstruktion der Gasturbine, des Generators, des Gleichrichter und des Gleichspannungsnetzes. Alternativ kann das dritte Signal PURs direkt dem Gleichspannungswandler zugeführt werden. Das dritte Vergleichsglied kann eine Einrichtung 6311, die in an sich bekannter Weise angeordnet ist, zur Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit des dritten Steuersignals PURs enthalten und folglich auch des Spannungssteuersignals URs. Durch Veränderung des Sollwertes für die gewünschte Leistung PR kann die Leistung P der Gasturbine auf diese Weise schnell und genau geregelt werden.
im Falle einer schnellen und starken Verminderung der Spannun U des Gleichspannungsnetzes nimmt der Strom durch den Gleichrichter während eines transienten Vorgangs einen hohen Wert an, da die Geschwindigkeit der Gasturbine unmittelbar nach der Spannungsreduzierung unverändert bleibt. Die Dauer des transienten Vorganges wird bestimmt durch das System zur Aufrechterhaltung einer konstanten Eintrittstemperatur für die Gasturbine, und zur Reduzierung der Beanspruchung des Generators und des Gleichrichters durch die Überströme ist es vorteilhaft, dieses System vorübergehend durch eine Drehzahlregelung der Gasturbine zu ersetzen, um eine schnelle Begrenzung der Brennstoffzufuhr zu der Gasturbine zu erreichen. Zu diesem Zweck wird das dritte Steuersignal (PURs) einem zweiten Funktionsgenerator (633) zur Bildung einer vorgegebenen Beziehung zwischen der Leistung P und der Drehzahl N zugeführt, und das Ausgangssignal dieses zweiten Funktionsgenerators, welches der Geschwindigkeit NRP entspricht, ist geeignet, dem zweiten Vergleichsglied (64) zugeführt zu werden. Das zweite Vergleichsglied (64) ist imstande, im Falle, daß die Drehzahl N die Drehzahl NRP überschreitet, das zweite Steuersignal FN in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Drehzahl N und der Drehzahl NRP zu erzeugen. In diesem Falle ist es vorteilhaft, das zweite Vergleichsglied (64) als Regler mit mindestens einer der folgenden Charakteristiken auszustatten, nämlich einer proportionalen, einer integrierenden und einer differenzierenden Charakteristik. Die Beziehung zwischen der Leistung P und der Drehzahl N wird bestimmt in Abhängigkeit der gegebenen Konstruktion der Gasturbine. Das Ausgangssignal von dem zweiten Funktionsgenerator wird auf einen Wert begrenzt, der einem vorgegebenen Wert NRM der maximal zulässigen Drehzahl der Gasturbine entspricht.
Die Beziehung zwischen der Leistung P und der Drehzahl N, die für eine bestimmte Gasturbine gilt, ist abhängig von dem Druck Ph sowie von der Temperatur Ta der umgebenden Atmosphäre in der Weise, daß für eine gegebene Drehzahl die Leistung mit zunehmender Umgebungstemperatur und zunehmendem Umgebungsdruck sinkt. Um eine bessere Ausnutzung der Gasturbine zu erzielen, ist es daher vorteilhaft, in Abhängigkeit der gemessenen Werte dieser Parameter die Beziehung zwischen der Leistung P und der Drehzahl N, die von dem zweiten Funktionsgenerator 633 gebildet wird, zu modifizieren. Dies ist in Figur 3 dargestellt durch die Zuführung von Meßwerten des Umgebungsdruckes Pa und der Umgebungstemperatur Ta zu dem zweiten Funktionsgenerator 633.
Bei sehr niedrigen Ausgangsleistungen, etwa 15 bis 20 % der Nennleistung, ist der Temperaturabfall am Turbinenteil der Gasturbine erniedrigt, was bei Steuerung auf konstante Eingangstemperatur zu einem Anstieg der Ausgangs-Gastemperatur TEX führt. Es kann daher zweckmäßig sein, die Brennstoffzufuhr der Gasturbine in Abhängigkeit ihrer Ausgangs- Gastemperatur zu begrenzen. Die Ausgangs-Gastemperatur wird mittels eines Thermoelementes gemessen und mit einem vorgegebenen Wert TEXR in einem vierten Vergleichsglied 65 verglichen, welches als ein Regler mit mindestens einer der folgenden Charakteristiken, nämlich einer proportionalen, integrierenden oder differenzierenden Charakteristik, versehen ist. Das vierte Vergleichsglied 65 ist imstande, im Falle, daß die Ausgangs-Gastemperatur TEX den vorgegebenen Wert TEXR übersteigt, ein fünftes Steuersignal FEX in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Ausgangs-Gastemperatur TEX und dem vorgegebenen Wert TEXR zu bilden und dieses Steuersignal dem Selektor (Wähler) 62 zuzuführen. Der Selektor 62 ist so beschaffen, daß er dasjenige Signal aus dem ersten Steuersignal F, dem zweiten Steuersignal FN und dem fünften Steuersignal FEX auswählt, welches der kleinsten Brennstoffzufuhr entspricht.
Das beschrieben System zum Antrieb des Fahrzeugs ermöglicht es, einen gewünschten Anteil der von der Gasturbine erzeugten Leistung P sowohl dem Lastobjekt 5 als auch dem Gleichspannungsnetz 4 zur Ladung des Akkumulators 43 zuzuführen. In ähnlicher Weise kann Leistung von dem Akkumulator an den Wandler 51 geliefert werden, und bei Anordnung des Wandlers in der Weise, daß er Energie vom Motor 52 zurückspeisen kann, kann der Akkumulator auch durch Ausnutzung der kinetischen Energie des Fahrzeuges geladen werden. Das System ermöglicht daher auch einen Antrieb des Fahrzeugs mit abgeschalteter Gasturbine, in welchem Falle die Spannung U des Gleichspannungsnetzes vorteilhafterweise durch Zuführung eines Steuersignals (in der Figur nicht gezeigt) zu dem Gleichspannungswandler auf ihren maximalen Wert gesteuert werden. Falls erforderlich, wird die Gasturbine mittels eines Start-Wandlers (in der Figur nicht gezeigt) gestartet, der aus dem Gleichspannungsnetz gespeist wird.
Figur 4 zeigt, wie der gewünschte Wert PR, der von der Gasturbine erzeugten Leistung in vorteilhafter Weise durch Glieder gebildet wird, die in der Regeleinheit 6 enthalten sind zum Zwecke der Erreichung guter Laufeigenschaften des Fahrzeugs im -Betrieb sowie ein gleichmäßiges Energieniveau im Akkumulator. Die dem Wandler zugeführte Leistung PL wird mittels eines Meßgliedes 8 gemessen und dem Mittelwert- Bildungsglied 65 zugeführt, welches als Ausgangssignal ein Betriebsmittelwert PLM der dem Wandler zugeführten Leistung PL zu erzeugen vermag, wobei der Betriebsmittelwert über einen vorgegebenen Zeitabschnitt gebildet wird. Der laufende Mittelwert PLM sowie der Sollwert PLR für die augenblicklich dem Wandler zugeführte Leistung werden einem Selektor 66 zugeführt, der imstande ist, das größere der ihm zugeführten Signale auszuwählen. Das Ausgangssignal des Selektors 66 kann dann als gewünschter Wert PR der von der Gasturbine erzeugten Leistung verwendet werden. Auf diese Weise wird der mittlere Leistungsbedarf des Fahrzeugs durch die Gasturbine erzeugt, während gleichzeitig ein den mittleren Leistungsbedarf übersteigender Leistungsbedarf augenblicklich die von der Gasturbine erwünschte Leistung beeinflußt. Um die Leistungserzeugung durch die Gasturbine einem schwächer werdenden Bedarf anzupassen, wird der laufende Wert PR der von der Gasturbine gewünschten Leistung ferner gemessen und, um einen vorgegebenen Wert TPR vermindert, einem Verzögerungsglied 67 zugeführt, welches eine Zeitverzögerung T erzeugt. Das Verzögerungsglied 67 erzeugt dabei an seinem Ausgang einen Wert PR , der dem laufenden Wert PR der von der Gasturbine erwünschten Leistung entspricht und mit einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit kleiner wird, welcher Wert PR dem Selektor 66 zugeführt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es ist eine Vielzahl von Modifikationen im Rahmen des erfinderischen Gedankens möglich. Die Erfindung kann in vorteilhafter Weise bei stationären Anlagen angewendet werden, wie beispielsweise lokalen Kraftwerken, und das Gleichspannungsnetz kann beispielsweise, noch im Rahmen des erfinderischen Gedankens, eine Schwungradeinheit mit dazugehörigen, an sich bekannten Vorrichtungen enthalten zur Veränderung der Spannung U oder eines steuerbaren Gleichrichters, der an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist. Der Generator kann auch mit einer unterschiedlichen Zahl von Phasen und/oder magnetischen Systemen versehen sein, und die Leistung kann in Alternativen bekannten Weisen gemessen werden. Die begrenzte Indifferenz mit der Brennstoffversorgung der Gasturbine, die von den entsprechenden Drehzahlen und Abgastemperaturen der Gasturbine abhängt, kann alternativ erreicht werden durch eine entsprechende Begrenzung des vorgegebenen Wertes TR der Eingangstemperatur der Gasturbine. Obwohl die Erfindung eine einfache Regelung einer Turbine mit festem Statorteil ermöglicht, ist es natürlich auch vorteilhaft, sie zur Regelung einer Gasturbine mit verstellbaren Leitschaufeln anzuwenden. Die Funktionen der Regeleinheit 6 können mit Vorteil durch einen programmierten Mikroprozessor durchgeführt werden, sie können jedoch auch, ganz oder teilweise, mit anderen, beispielsweise analogen Bauteilen durchgeführt werden.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der von einer Gasturbine (1) erzeugten Leistung (P), wobei die Gasturbine einen elektrischen Generator (2) antreibt, an den ein Gleichrichter (3) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhr zu der Gasturbine (1) derart geregelt wird, daß die Eintrittstemperatur (P) der Gasturbine dazu gebracht wird, mindestens im wesentlichen einem vorgegebenen Wert (TR) zu entsprechen und daß die Spannung (U) des mit steuerbarer Spannung versehenen Gleichspannungsnetzes (4), welches an den Gleichrichter (3) angeschlossen ist, zur Regelung der Leistung (P) verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das Netz (4) einen steuerbaren Gleichspannungswandler (42) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (U) durch Steuerung des Gleichspannungswandlers (42) verändert wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Änderung der Spannung (U) begrenzt ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhr zur Gasturbine (1) begrenzt ist in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Austrittstemperatur (TEX) der Gasturbine (1) und einer vorgegebenen Austrittstemperatur (TEXR).

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (U) in Abhängigkeit einer vorgegebenen Beziehung zwischen der Leistung (P) und der Spannung (U) erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzufuhr zur Gasturbine (1) begrenzt wird in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Drehzahl (N) der Gasturbine (1) und der Drehzahl (NRP), die in Abhängigkeit einer vorgegebenen Beziehung zwischen der Leistung (P) und der Drehzahl (N) erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beziehung zwischen der Leistung (P) und der Drehzahl (N) modifiziert wird in Abhängigkeit von gemessenen Werten des Umgebungsdruckes (Pa) und/oder der Umgebungstemperatur (Ta).

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung (P) gemessen wird und daß die Spannung (U) in Abhängigkeit der Abweichung der Leistung (P) von einer gewünschten Leistung (PR) verändert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei zumindest ein Teil (PL) der Leistung (P) der Gasturbine (1) über einen steuerbaren Wandler (51), der an den Gleichrichter (3) angeschlossen ist, zur Speisung eines Motors (52) für den Antrieb eines Fahrzeugs (53) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Gasturbine gewünschte Leistung (PR) gewählt wird als der größte der folgenden Werte:

a) der laufenden Mittelwert über ein vorgegebenes Zeitintervall der dem Wandler (51) zugeführten Leistung (PL),

b) der augenblickliche gewünschte Wert (PLR) der dem Wandler (51) zugeführten Leistung (PL),

c) ein Wert (PR'), der dem laufenden Wert (PR) der von der Gasturbine gewünschten Leistung entspricht und der gemäß einer vorgegebenen Änderungsgeschwindigkeit kleiner wird.

10. Anordnung zur Regelung der von einer Gasturbine (1) erzeugten Leistung (P), welche Gasturbine einen elektrischen Generator (2) mit einem daran angeschlossenen Gleichrichter (3) antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regeleinheit (6) vorhanden ist, welche imstande ist, die Brennstoffzufuhr zu der Gasturbine (1) in der Weise zu regeln, daß die Eintrittstemperatur (T) der Gasturbine dazu gebracht wird, mindestens im wesentlichen einem vorgegebenen Wert (TR) zu entsprechen, und daß ein Gleichspannungsnetz (4), welches an den Gleichrichter (3) angeschlossen ist, vorhanden ist mit einer Spannung (U), die in Abhängigkeit eines Spannungssteuersignals (URs), welches von der Regeleinheit (6) erzeugt wird, regelbar ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Netz (4) einen Gleichspannungswandler (42) enthält, der in Abhängigkeit des Spannungssteuersignals (URs) steuerbar ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß Glieder (442, 6311) vorhanden sind, die imstand sind, die Änderungsgeschwindigkeit der Spannung (U) auf einen vorgegebenen Wert zu begrenzen.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (6) imstande ist, die Brennstoffzufuhr zu der Gasturbine (1) in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Temperatur (TEX) des Abgases der Gasturbine (1) und einer vorgegebenen Abgastemperatur (TEXR) zu begrenzen.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (6) imstande ist, das Spannungssteuersignal (URs) in Abhängigkeit einer vorgegebenen Beziehung zwischen der Leistung (P) und der Spannung (U) zu erzeugen.

15. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (6) imstande ist, die Brennstoffzufuhr zu der Gasturbine (1) in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Drehzahl (N) der Gasturbine (1) und einer Drehzahl (NRP), die in Abhängigkeit einer vorgegebenen Beziehung zwischen der Leistung (P) und der Drehzahl (N) erzeugt wird, zu begrenzen.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (6) imstande ist, die Beziehung zwischen der Leistung (P) und der Drehzahl (N) in Abhängigkeit gemessener Werte des Umgebungsdruckes (Pa) und/oder der Umgebungstemperatur (Ta) zu modifizieren.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (6) imstande ist, die Leistung (P) zu messen und ein Spannungssteuersignal (URs) in Abhängigkeit der Abweichung der Leistung (P) von einer gewünschten Leistung (PR) zu erzeugen.

18. Anordnung nach Anspruch 17, wobei mindestens ein Teil (PL) der Leistung (P) der Gasturbine (1) über einen steuerbaren Wandler (51), der an den Gleichrichter (3) angeschlossen ist, zur Versorgung eines Motors (52) zum Antrieb eines Fahrzeuges (53) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinheit (6) imstande ist, einen Sollwert für die von der Gasturbine (1) gewünschte Leistung (PR) als den größten der folgenden Werte zu erzeugen: