CN101145753B - 励磁控制装置及励磁控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了励磁控制装置及励磁控制方法。本发明是根据同步机(21)输出的无功电流(IQ)、变压器(22)高压侧目标电压(VHref)及加速功率振荡衰减的相位补偿传递函数(FH1(s))设定同步机(21)输出端的目标电压(VG)。

Description

励磁控制装置及励磁控制方法
本申请是国际申请日为2000年6月19日、国际申请号为PCT/JP00/03994、中国国家申请日为2000年6月19日、申请号为00811674.1、发明名称为“励磁控制装置及励磁控制方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及力图提高电力系统电压稳定性及电力系统稳态稳定度的励磁控制装置及励磁控制方法。
背景技术
图1所示为以往的励磁控制装置构成图，在图中，1为同步机，2为变压器，3为断路器，4为输电线，5为发电厂的输电母线，6为检测同步机1输出端电压VG的电压互感器(下面称为PT)，7为测量同步机1输出的无功电流IQ的电流互感器(下面称为CT)，8为根据利用CT7检测的无功电流IQ及变压器2高压侧的目标电压VHref设定同步机1输出端目标电压VGref的电压设定器。
9为从利用电压设定器8设定的目标电压VGref减去利用PT6检测的输出端电压VG并输出其偏差信号的减法吕，10为将减法器9输出的偏差信号作为输入条件来控制励磁机11的整流时间的自动电压调整装置(下面称为AVR)，11为根据AVR10的指令供给同步机1励磁绕组12的励磁电流的励磁机，12为同步机1的励磁绕组。
另外，图2所示为以往的励磁控制方法的流程图。
下面说明工作情况。
首先，PT6检测同步机1的输出端电压VG(步骤ST1)，同时CT7检测同步机1输出的无功电流IQ(步骤2)。
若CT7检测出无功电流IQ，则电压设定器8根据该无功率电流IQ变压器2高压侧的目标电压VHref，设定同步机1输出端的目标电压VGref(步骤ST3)。
下面叙述具体的设定方法。
同步机1的输出端电压VG与变压器2的高压侧电压VH具有式(1)的关系式(1)中的Xt是变压器2的电抗)。
VG＝VH+Xt·IQ(1)
另外，在如图3所示的多台同步机1与输电系统连接时，与其它同步机之间的电抗近似为零，由于各同步机1的输出端电压VG的电压差及响应差，有环流流过，同步机1处于过载。为了抑制该环流发生，如式(2)所示，从变压器2的电抗Xt减去抑制环流部分对应的电抗XDR。这里，抑制环流部分对应的电抗XDR设定为变压器2的电抗Xt的百分之几的值，该值根据经济设定。
VGref＝BHref+(Xt-XDR)·IQ(2)
因而，电压设定器8通过将同步机1输出的无功电流IQ及变压器2高压侧的目标电压VHref代入式(2)，计算同步机1输出端的目标电压VGref。
这样，若电压设定器8设定同步机1输出端的目标电压VGref，则减法器9从利用电压设定器8设定的目标电压VGref减去利用PT6检测的同步机1的输出端电压VG，输出该减法结果即偏差信号(步骤ST4)。
一旦减法器9输出偏差信号，则AVR10将该偏差信号例如作为下述传递函数的输入条件，生成控制励磁机11的整流时间的时间信号(步骤ST5)。
传递函数＝K·(1+TLD·S)/(1+TLG·3)(3)
式中，K为增益常数
TLD及TLG为时间常数
S为拉普拉斯算子
励磁机11若以AVD接受时间信号，则根据该时间信号对同步机1的励磁绕组12供给励磁电流(步骤ST6)。另外，若减法器9输出的偏差信号为正，则供给励磁绕组12的励磁电流增加，同步机1的输出端电压VG升高，而若减法器9输出的偏差信号为负，则供给励磁绕组12的励磁电流减少，同步机1的输出端电压VG降低。
这样进行控制，使同步机1的输出端电压VG与目标电压VGfef一致，同时进行控制，在同步机1输出的无功电流IQ为零时，使变压器2的高压侧电压VH与目标电压VHref一致。
VG＝VHref+(Xt-XDR)·IQ(4)
VH＝VHref-XDR·IQ(5)
这样，由于输电母线5的电压维持一定，因此例如即使输电线4发生事故，也能够减缓整个输电系统的电压下降。
以往的励磁控制装置由于如上所述构成，因此即使输电线4发生事故，虽然也能够减缓整个输电系统的电压下降，但由于没有使系统事故时产生的功率振荡加速率衰减的装置，因此存在的问题是，必须另外设置为加速功率振荡衰减用的电力系统稳定控制装置(PSS)。
本发明是为解决上述问题而提出的，目的在于得到能够控制变压器高压侧电压为一定、同时能够加速功率振荡衰减的励磁控制装置及励磁控制方法。
发明内容
本发明的励磁控制装置设有根据利用无功电流检测装置检测的无功电流、变压器高压侧目标电压及加速功率振荡衰减的相位补偿函数设定同步机输出端目标电压的电压设定装置。
这样具有能够控制变压器高压侧电压为一定并能够加速功率振荡衰减的效果。
本发明的励磁控制装置，是使电压设定装置考虑到利用电压检测装置检测的输出端电压来设定同步机输出端的目标电压。
这样具有能够调整功率振荡衰减速率为所希望速率的效果。
本发明的励磁控制方法是根据同步机输出的无功电流、变压器高压侧的目标电压及加速功率振荡衰减的相位补偿函数设定同步机输出端的目标电压。
这样具有能够控制变压器高压侧电压为一定并能够加速功率振荡衰减的效果。
本发明的励磁控制方法是考虑到同步机输出端电压来设定该同步机输出端的目标电压。
这样具有能够调整功率振荡衰减速度为所希望速度的效果。
本发明提供一种励磁控制装置，具有检测通过变压器与输电系统连接的同步机的输出端电压的电压检测装置、检测所述同步机输出的无功电流的无功电流检测装置、根据利用所述无功电流检测装置检测的无功电流和所述变压器高压侧目标电压以及加速功率振荡衰减的相位补偿函数设定所述同步机输出端目标电压的电压设定装置、根据利用所述电压设定装置设定的目标电压与利用上述电压检测装置检测的输出端电压之偏差对所述同步机的励磁系统进行控制的控制装置。
本发明提供一种励磁控制方法，若检测出通过变压器与输电系统连接的同步机输出端电压，同时检测出该同步机输出的无功电流，则根据该无功电流、所述变压器高压侧目标电压及加速功率振荡衰减的相位补偿函数来设定所述同步机输出端的目标电压，根据该目标电压与所述输出端电压之偏差控制所述同步机的励磁系统。
本发明还提供一种励磁控制装置，具有：检测通过变压器与输电系统连接的同步机的输出端电压的电压检测装置；检测所述同步机输出的无功电流的无功电流检测装置；根据利用所述无功电流检测装置检测的无功电流和所述变压器高压侧目标电压设定所述同步机输出端目标电压的电压设定装置，所述电压设定装置包含加速功率振荡衰减电路；根据利用所述电压设定装置设定的目标电压与利用上述电压检测装置检测的输出端电压之偏差、以及所述加速功率振荡衰减电路输出的时间信号，对所述同步机的励磁系统进行控制的控制装置。
本发明还提供一种励磁控制方法，检测通过变压器与输电系统连接的同步机输出端电压；检测所述同步机输出的无功电流；根据所述无功电流和所述变压器高压侧目标电压，设定所述同步机输出端目标电压，以加速功率振荡衰减；根据所述目标电压与所述输出端电压之偏差、以及加速功率振荡衰减电路输出的时间信号，对所述同步机的励磁系统进行控制。
附图说明
图1所示为以往的励磁控制装置构成图。
图2所示为以往的励磁控制方法流程图。
图3所示为无限大母线模型系统的系统图。
图4所示为本发明实施形态1的励磁控制装置构成图。
图5所示为本发明实施形态1的励磁控制方法流程图。
图6所示为带有电力系统稳定功能的电压设定器的内部构成说明图。
图7所示为本发明实施形态2的励磁控制装置构成图。
图8所示为本发明实施形态2的励磁控制装置构成图。
图9所示为带有电力系统稳定功能的电压设定器的内部构成说明图。
具体实施方式
为了更详细说明本发明，下面根据附图说明实施本发明用的最佳形态。
实施形态1
图4所示为本发明实施形态1的励磁控制装置构成图，在图中，21为同步机，22为变压器，23为断路器，24为输电线，25为发电厂的输电母线，26为检测同步机21输出端电压VG的电压互感器即PT(电压检测装置)，27为检测同步机21输出的无功电流IQ的电流互感器即CT(无功电流检测装置)，28为根据利用CT27检测的无功电流IQ、变压器22高压侧目标电压VHref及加速功率振荡衰减的相位补偿转递函数FH1(S)设定同步机21输出端目标电压VGfef的带有电力系统稳定功能的电压设定器(电压设定装置)。
29为从利用带有电力系统稳定功能的电压设定器28设定的目标电压VGref减去利用PT26检测的输出端电压VG并输出其偏差信号的减法器，30为将减法器29输出的偏差信号作为输入条件来控制励磁机31的整流时间的自动电压调整装置即AVR，31为根据AVR30的指令供给同步机21励磁绕组32的励磁电流的励磁机。32为同步机21的励磁绕组。另外，由减法器29、AVR30及励磁机31构成控制装置。
图5所示为本发明实施形态1的励磁控制方法流程图，图6所示为带有电力系统稳定功能的电压设定器28的内部构成说明图。
下面说明工作情况。
首先，PT26检测同步机21的输出端电压VG(步骤ST11)，同CT27检测同步机21输出的无功电流IQ(步骤ST12)。
若CT27检测出无功电流IQ，则带有电力系统稳定功能的电压设定器28根据该无功电流IQ、变压器22高压侧的目标电压VHref及加速功率振荡衰减的相位补偿传递函数FH1(S)，设定同步机21输出端的目标电压VGref(步骤ST13)。也就是说，将无功电流IQ、目标电压VHref及传递函数FH1(s)代入下述式(b)，计算同步机21输出端的目标电压VGref(参照图6)。
VGref＝VHref+FH1(S)·(Xt-XDR)，IQ(6)
这里，式(6)中的Xt为变压器22的电抗，XDR为多台同步机21与输电系统连接时抑制流过的环流部分对应的电抗。另外，FH1(S)为为了加速功率振荡衰减而生成适当时间信号的相位补偿电路的传递函数，例如，可以是用式(7)表示的传递函数。
FH1(s)＝a1n·sn+a1(n-1)·sn-1+…+a11·s+a10(7)
式中，s为拉普拉斯算子
a为常数
另外，在稳定时，为了使变压器22的高压侧电压VH与目标电压VHref一致，式(7)的各常数必须设定为使得稳定时的FH1(s)的增益为1。
这样，若带有电力系统稳定功能的电压设定器28设定同步机21输出端的目标电压VGref，则减法器29从带有电力系统稳定功能的电压设定器28设定的目标电压VGfef减去利用PT26检测的同步机21的输出端电压VG，然后输出该减法结果即偏差信号(步骤ST14)。
AVR30将减法器29的输出即偏差信号作为输入信号，生成控制励磁机31的整流时间的时间信号(步骤ST15)。
励磁机31或从AVR30接受时间信号，则根据该时间信号对同步机21的励磁绕组32供给励磁电流(步骤ST16)。
另外，若减法器29输出的偏差信号为正，则供给励磁绕组32的励磁电流增加，同步机21的输出端电压VG升高，而若减法器29输出的偏差信号为负，则供给励磁绕组32的励磁电流减少，同步机21的输出端电压VG降低。
这样进行控制，使同步机21的输出端电压VG与目标电压VGref一致。
另外，由于同步机21的输出端电压VG与变压器22的高压侧电压VH具有下述式(8)的关系，因此同步机21的输出端电压VG与变压器22的高压侧电压VH可以用高压侧目标电压VHref分别如式(9)及式(10)表示。
VH＝VG-Xt·IQ(8)
VG＝VHref+(Xt-XDR)·IQ(9)
VH＝VHref-XDR·IQ(10)
因而能够进行控制，使变压器22的高压侧电压VH在同步机21输出的无功电流为零时与目标电压VHref一致。
由上述可知，根据本实施形态1，由于它是根据同步机21输出的无功电流IQ、变压器22的高压侧目标电压VHref及加速功率振荡衰减的相位补偿传递函数FH1(s)来设定同步机21的输出端目标电压VG而构成的，因此能够控制变压器21的高压侧电压VH为一定，结果在系统发生事故时或负荷突然增加时，也具有能够力图使电压稳定的效果。另外，由于能够加速功率振荡衰减，因此具有能够提高电力系统稳态稳定度的效果。
实施形态2
图7所示本发明实施形态2的励磁控制装置构成图，在图中，由于与图4相同的符号表示相同或相当的部分，因此省略其说明。
33为根据利用CT27检测的无功电流IQ、利用PT26检测的输出端电压VG、变压器22高压侧目标电压VHref及加速功率振荡衰减的相位补偿传递函数FH2(s)设定同步机21输出端目标电压VGrerf的带有电力系统稳定功能的电压设定器(电压设定装置)。
图8所示为本发明实施形态2的励磁控制装置方法流程图，图9所示为带有电力系统稳定功能的电压设定器33的内部构成说明图。
下面说明工作情况
在上述实施形态1中所示的是根据同步机21输出的无功电流IQ、变压器22高压侧目标电压VHref及加速功率振荡衰减的相位补偿传递函数FH1(s)来设定同步机21输出端目标电压VGref的，但也可以还考虑利用PT26检测的输出端电压VG来设定同步机21输出端的目标电压VGref、也就是说，带有电力系统稳定功能的电压设定器33如图9所示，根据利用CT27检测的无功电流IQ、利用PT26检测的输出端电压VG、变压器22高压侧目标电压VHref及加速功率振荡衰减的相位补偿传递函数FH2(s)设定同步机21输出端的目标电压VGref(步骤ST17)。
VGref＝VHref+(Xt-XRD)·IQ+[VHref+(Xt-XRD)·IQ-VG]·FH2(s)(11)
这里，式(11)中的Xt为变压器22的电抗，XDR为多台同步机21与输电系统连接时抑制流过的环流部分对应的电抗。另外，FH2(s)为为了加速功率振荡衰减而生成适当时间信号的相位补偿电路的传递函数，例如可以是用式(12)表示的传递函数。
FH2(s)＝a2n·sn+a2(n-1)·sn-1+…+a21·s+a20(7)
式中，s为拉普拉斯算子
a为常数
这样，在计算同步机21输出端目标电压VGref时，即使设定传递函数FH2(s)的值为任意数值，在稳定时变压器22的高压侧电压VH与目标电压VHref也一致(稳定时，由于VHref+(Xt-XRD)·IQ-V＝0)。因而，与上述实施形态1不同，由于没有必要将稳定时的传递函数FH2(s)的增益设定为1，因此能够调整功率振荡衰减速度为所希望的速度。
如上所述，本发明的励磁控制装置及励磁控制方法在控制同步机的励磁系统时，能够力图提高电力系统的电压稳定性及电力系统的稳态稳定度。

Claims (4)

1.一种励磁控制装置，其特征在于，具有
检测通过变压器与输电系统连接的同步机的输出端电压的电压检测装置、
检测所述同步机输出的无功电流的无功电流检测装置、
通过将利用所述无功电流检测装置检测的无功电流、加速功率振荡衰减的相位补偿的传递函数、以及从所述变压器的电抗减去多台同步机与所述输电系统连接时抑制流过的环流部分对应的电抗后的值的乘积与所述变压器的高压侧的目标电压相加来设定所述同步机输出端目标电压的电压设定装置、以及
根据利用所述电压设定装置设定的目标电压与利用上述电压检测装置检测的输出端电压之偏差对所述同步机的励磁系统进行控制的控制装置。
2.如权利要求1所述的励磁控制装置，其特征在于，
电压设定装置在设定所述同步机输出端的目标电压时，使用在稳定时让所述传递函数的增益为1的值作为所述传递函数中的各项的常数。
3.一种励磁控制方法，其特征在于，
检测出通过变压器与输电系统连接的同步机输出端电压，
检测出所述同步机输出的无功电流，
通过将所述无功电流、加速功率振荡衰减的相位补偿的传递函数、以及从所述变压器的电抗减去多台同步机与所述输电系统连接时抑制流过的环流部分对应的电抗后的值的乘积与所述变压器的高压侧的目标电压相加来设定所述同步机输出端的目标电压，
根据所述同步机的输出端的目标电压与所述输出端电压之偏差控制所述同步机的励磁系统。
4.如权利要求3所述的励磁控制方法，其特征在于，
在设定所述同步机输出端的目标电压时，使用在稳定时让所述传递函数的增益为1的值作为所述传递函数中的各项的常数。
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