CN1097875C - 励磁控制装置及励磁控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种励磁控制装置及励磁控制方法，目的在于，解决现有技术存在的、虽然能使输电母线5的输电电压VH维持稳定，却因为必需检测输电母线5的输电电压VH，故必须设置昂贵的PD10而导致制造成本上升的问题。本发明依据同步机21输出的无功电流IQ和变压器22的高压侧的目标电压VHref设定同步机21的输出端子的目标电压VGref，并根据该目标电压VGref与输出端子电压VG的偏差，控制供给同步机21的励磁绕组32的励磁电流，从而达到上述目的。

Description

励磁控制装置及励磁控制方法
本发明涉及使电力系统中的电压稳定的励磁控制装置及励磁控制方法。
图8所示为1998年日本专利公报第2809833号公报记载的现有励磁控制装置的构成图，在图中，1为同步机，2为变压器，3为断路器，4为输电线，5为发电站输电母线，6为检测同步机1的输出端子电压VG的计量仪器用变压器(以下称PT)，7为设定同步机1的输出端子的目标电压rG的电压设定器，8为从由电压设定器7设定的目标电压rG中减去输出端子电压VG并输出偏差信号的减法器，9为在减法器8输出的偏差信号上乘上增益β的减低增益电路。
10为检测输电母线5的输电电压VH的电压变量器(以下称PD)，11为设定输电母线5的目标电压rH的高压侧电压设定器，12为从高压侧电压设定器11设定的目标电压rH中减去输电电压VH并输出偏差信号的减法器，13为在减法器12输出的偏差信号上乘上增益KH的高压侧增益电路，14为将减低增益电路9的相乘之积与高压侧增益电路13的相乘之积相加的加法器，15为以加法器14的相加之和为输入条件，控制励磁机16的整流定时的自动电压调整装置(以下称AVR)，16为根据AVR15的指示向同步机1的励磁绕组17供给励磁电流的励磁机，17为同步机1的励磁绕组。
以下说明动作。
首先，一旦PT6测出同步机1的输出端子电压VG，减法器8即从电压设定器7设定的目标电压rG中减去输出端子电压VG，并输出该相减之差即偏差信号，减低增益电路9在该偏差信号上乘上增益β。
另一方面，一旦PD10测出输电母线5的输电电压VH，减法器12即从高压侧电压设定器11设定的目标电压rH中减去输电电压VH，并输出该相减之差即偏差信号，高压侧增益电路13在该偏差信号上乘上增益KH。
然后，一旦加法器14将减低增益电路9的相乘之积与高压侧增益电路13的相乘之积相加，AVR15即将加法器14的相加之和作为例如下述的传递函数的输入条件，生成控制励磁机16的整流定时的定时信号。
传递函数＝K·(1+TLD·S)/(1+TLG·S)
其中，K为增益常数，TLD、TLG为时间常数，S为拉普拉斯算子。
励磁机16一旦从AVR15收到定时信号，即根据该定时信号，将励磁电流供给同步机1的励磁绕组17。
另外，若加法器14的相加之和为正值，则供给励磁绕组17的励磁电流增加，同步机1的输出端子电压VG增高，若加法器14的相加之和为负值，则供给励磁绕组17的励磁电流减少，同步机1的输出端子电压VG降低。
因此，输电母线5的电压能维持一定，所以，例如即使输电线4发生事故，也能够减缓输电系统整体的电压下降，能大幅度提高电压稳定性。
因为现有的励磁控制装置构成如上所述，所以，虽然能使输电母线5的输电电压VH维持一定，但因为必须测出输电母线5的输电电压VH，故存在必须设置昂贵的PD10，制造成本上升的问题。
此外，装有AVR15及加法器14的励磁控制盘一般设置在远离输电母线5的地方，因此，连接该励磁控制盘与输电母线5的电缆的电缆长度增长，因此也存在容易受噪声影响、可靠性差的问题。
本发明是为了解决如上所述问题而作出的，其目的在于，获得一种不用检测输电母线的电压，就能维持输电母线电压的励磁控制装置及励磁控制方法。
本发明的励磁控制装置设置依据无功电流检测装置测出的无功电流和变压器高压侧的目标电压来设定同步机输出端子的目标电压的电压设定装置，并根据由该电压设定装置设定的目标电压与电压检测装置测出的输出端子电压的偏差，控制同步机的励磁系统。
本发明的励磁控制装置设有电压设定装置，该电压设定装置当无功电流检测装置测出的无功电流与基准值一致时，以使变压器的高压侧电压与高压侧的目标电压一致为目标来设定同步机输出端子的目标电压。
本发明的励磁控制装置设有按变压器高压侧的目标电压相应确定基准值的电压设定装置。
本发明的励磁控制装置设有电压设定装置，该电压设定装置在变更变压器高压侧的目标电压时，从变更后的目标电压中减去变更前的目标电压，将该相减之差除以输电系统侧的电抗值，在变更前的基准值上加上该相除之商，并将该相加之和作为变更后的基准值。
本发明的励磁控制装置设有在求变更后的基准值时，推定输电系统侧的电抗值的电压设定装置。
本发明的励磁控制装置设有依据无功电流检测装置测出的无功电流及变压器的高压侧电压，计算基准值的电压设定装置。
本发明的励磁控制方法为，依据同步机输出的无功电流及变压器的高压侧目标电压，设定同步机输出端子的目标电压，并根据该目标电压和输出端子电压的偏差控制同步机的励磁系统。
本发明涉及的励磁控制方法为，在同步机输出的无功电流与基准值一致时，为使变压器的高压侧电压与高压侧的目标电压一致，设定同步机的输出端子的目标电压。
本发明涉及的励磁控制方法为，按变压器高压侧的目标电压确定基准值。
本发明涉及的励磁控制方法为，在变更变压器高压侧的目标电压时，从变更后的目标电压中减去变更前的目标电压，将该相减之差除以输电系统侧的电抗值，在变更前的基准值上加上该相除之商，并将该相加之和作为变更后的基准值。
本发明涉及的励磁控制方法为，求变更后的基准值时，推定输电系统侧的电抗值。
本发明涉及的励磁控制方法为，从同步机输出的无功电流和变压器高压侧电压计算基准值。
附图简介。
图1为示出本发明实施形态1的励磁控制装置的构成图。
图2所示为本发明实施形态1的励磁控制方法的流程图。
图3所示为无限大母线模型系统的系统图。
图4所示为无限大母线模型系统的系统图。
图5为示出同步机21的输出端子电压VG与变压器22的高压侧电压VH及变压器22高压侧的目标电压VHref之间关系的曲线图。
图6为示出同步机21输出的无功电流IQ与变压器22高压侧的目标电压VHref及变压器22的高压侧电压VH之间的关系的曲线图。
图7所示为本发明实施形态5的励磁控制装置的构成图。
图8所示为现有励磁控制装置的构成图。
以下说明本发明一实施形态。
现说明实施形态1。
图1所示为本发明实施形态1的励磁控制装置的构成图，在图中，21为同步机，22为变压器，23为断路器，24为输电线，25发电站的输电母线，26为检测同步机21的输出端子电压VG的计量仪器用变压器即PT(电压检测装置)，27为检测同步机21输出的无功电流IQ的计量仪器用变量器即CT(无功电流检测装置)，28为依据CT27测出的无功电流IQ和变压器22的高压侧目标电压VHref来设定同步机21的输出端子的目标电压VGref的电压设定器(电压设定装置)。
29为从电压设定器28设定的目标电压VGref减去PT26测出的输出端子电压VG并输出该偏差信号的减法器(控制装置)，30为以减法器29输出的偏差信号为输入条件，控制励磁机31的整流定时的自动电压调整装置即AVR(控制装置)，31为遵照AVR30的指示将励磁电流供给同步机21的励磁绕组32的励磁机(控制装置)，32为同步机21的励磁绕组。
另外，图2为本发明实施形态1的励磁控制方法的流程图，图3及图4为示出无限大母线模型系统的系统图。
接着说明动作。
首先，PT26测出同步机21的输出端子电压VG(步骤ST1)，同时，CT27测出同步机21输出的无功电流IQ(步骤ST2)。
一旦CT27测出无功电流IQ，电压设定器28即依据该无功电流IQ及变压器22的高压侧目标电压VHref，设定同步机21的输出端子的目标电压VGref(步骤ST3)。
具体是，因为同步机21的输出端子电压VG与变压器22的高压侧电压VH有式(1)的关系(式(1)中的Xt为变压器22的电抗)，故同步机21的输出端子的目标电压VGref可以用式(2)表示(参照图3)。
VG＝VH+Xt·IQ                              (1)
VGref＝VHref+Xt·IQ                        (2)VHref代入式(2)，就能计算同步机21的输出端子的目标电压VGref。
但是式(2)从图3可知，以输电系统仅连接一台同步机21为前提，来100％补偿变压器22的电抗Xt。
因此，如图4所示，在输电系统连接有多台同步机21的情况下，与其它同步机之间的电抗基本为0，由于各同步机21输出端子电压VG的电压差及应答差而产生逆流，导致同步机21过载。
因此，在本实施形态1中，为了抑制逆流的发生，如式(3)所示，从变压器22的电抗Xt中减去与该逆流抑制量对应的电抗XDR。与逆流的抑制量对应的电抗XDR可设定为变压器22的电抗Xt的百分之几，其值根据经验设定。
VGref＝VHref+(Xt-XDR)·IQ                   (3)
因此，电压设定器28通过将同步机21输出的无功电流IQ和变压器22的高压侧目标电压VHref代入式(3)，就能计算同步机21的输出端子的目标电压VGref。
一旦电压设定器28这样设定同步机21的输出端子的目标电压VGref，减法器29即从电压设定器28设定的目标电压VGref中减去PT26测出的同步机21的输出端子电压VG，并输出该相减之差即偏差信号(步骤ST4)。
一旦减法器29输出偏差信号，AVR30即将该偏差信号作为例如下述的传递函数的输入条件，生成控制励磁机31的整流定时的定时信号(步骤ST5)。
传递函数＝K·(1+TLD·S)/(1+TLG·S)
其中，K为增益常数，TLD和TLG为时间常数，S为拉普拉斯算子。
励磁机31一旦从AVR30收到定时信号，即遵照该定时信号，将励磁电流供给同步机21的励磁绕组32(步骤ST6)。
另外，若减法器29输出的偏差信号为正值，则供给励磁绕组32的励磁电流增加，同步机21的输出端子电压VG增高，若减法器29输出的偏差信号为负值，则供给励磁绕组32的励磁电流减少，同步机21的输出端子电压VG降低。
因此，同步机21的输出端子电压VG被控制成与目标电压VGref一致，并且变压器22高压侧电压VH被控制成与目标电压VHref一致，此时，同步机21的输出端子电压VG与变压器22的高压侧电压VH、变压器22的高压侧目标电压VHref有图5所示的关系。
VG＝VHref+(Xt-XDR)·IQ                         (4)
VH＝VHref-XDR·IQ                               (5)
从以上说明可清楚，若采用本实施形态1，依据同步机21输出的无功电流IQ及变压器22的高压侧目标电压VHref，设定同步机21输出端子的目标电压VGref，并根据该目标电压VGref与输出端子电压VG的偏差，控制供给同步机21的励磁绕组32的励磁电流，所以，不检测输电母线25的电压，就能将输电母线25的电压维持一定，其结果是，再不必设置检测输电母线25的昂贵的PD，故能收到抑制制造成本上升的效果。
此外，对于装有AVR30等的励磁控制盘，因为不必对检测输电母线25电压的PD进行电缆连接，故不容易受到噪声影响，可有效提高可靠性。
还有，因为不必设置如现有例子那样，与输电母线常带电状态下连接的PD10，所以，也可收到在同步机21停止时、可在无电压状态下进行AVR30的维护保养的效果。
在上述实施形态1中，记载了将同步机21输出的无功电流IQ和变压器22的高压侧目标电压VHref代入式(3)，来设定同步机21的输出端子的目标电压VGref的例子，在此情况下，如图6的(1)所示，无功电流IQ＝0时，变压器22的高压侧电压VH与目标电压VHref一致。
然而，在发电设备处于健全状态的情况下，通常无功电流IQ≠0，故不能使变压器22的高压侧电压VH与目标电压VHref完全一致。
因此，在本实施形态2中，在同步机21输出的无功电流IQ与基准值IQ0一致时，为使变压器22的高压侧电压VH与目标电压VHref一致而设定同步机21的输出端子的目标电压VGref(参照图6的(2))。基准值IQ0可按变压器22高压侧的目标电压VHref来确定，其确定方法在实施形态3以后进行说明。
具体是，将同步机21输出的元功电流IQ与变压器22高压侧的目标电压VHref代入式(6)，设定同步机21的输出端子的目标电压VGref。
VGref＝VHref+(Xt-XDR)·IQ+XDR·IQ0            (6)
此时同步机21的输出端子电压VG和变压器22的高压侧电压VH可用下式表示。
VG＝VHref+(Xt-XDR)·IQ+XDR·IQ0               (7)
VH＝VHref-XDR(IQ-IQ0)                           (8)
从以上可知，若采用本实施形态2，当同步机21输出的无功电流IQ与基准值IQ0一致时，进行同步机21的输出端子的目标电压VGref的设定，以使变压器22的高压侧电压VH与目标电压VHref一致，所以，具有可比上述实施形态1精度更高地使变压器22的高压侧电压VH与目标电压VHref一致的效果。
在上述实施形态2中，示出了使用与变压器22的高压侧目标电压VHref对应的基准值IQ0的例子，在基准值为IQ0＝IQ01、变压器22的高压侧目标电压为VHref＝VHref1的运行状态下(无功电流IQ＝IQ1、变压器22的高压侧电压VH＝VH1)，将其目标电压VHref从VHref1变更为VHref2时，无功电流IQ也从IQ1变成IQ2，所以，变压器22的高压侧电压VH2变为如下。
VH2＝VHref2-XDR(IQ2-IQ01)                   (9)
但是，在式(9)中，IQ2≠IQ01，所以，变压器22高压侧电压VH2与变更后的目标电压VHref2不一致。
因此，在本实施形态3中，为了使变压器22的高压侧电压VH2与变更后的目标电压VHref2一致，使用与变更后的目标电压VHref2对应的基准值IQ02。
具体是如下所述，从变更后的目标电压VHref2中减去变更前的目标电压VHref1，将该相减之差除以输电线24的电抗值XL，再在变更前的基准值IQ01上加上该相除之商，将该相加之和作为变更后的基准值IQ02。
IQ02＝IQ01+(VHref2-VHref1)/XL                 (10)
因此，变更后的同步机21的输出端子的目标电压VGref2变为如下。
VGref2＝VHref2+(Xt-XDR)·IQ2+XDR·IQ02        (11)
若采用该实施形态3，因为能使用与变压器22的高压侧目标电压VHref对应的基准值IQ0，所以具有即使该目标电压VHref发生变更，也能使输电系统的电压维持稳定的效果。
现说明实施形态4。
在上述实施形态3中，以输电线24的电抗值XL是已有值为前提进行了说明，但因为输电线24的电抗值XL是时时刻刻在变化的，故也可以依次推定输电线24的电抗值XL。
具体是，若设同步机21的有效功率为P，无效功率为Q，同步电抗为Xd及反向电压为Efd，则有效功率P及无效功率Q可用下式表示，从式(12)和式(13)中消去相位角δ，就能求出输电线24的电抗值XL。式(13)中消去相位角δ，就能求出输电线24的电抗值XL。
P＝VG·Efd·sinδ/(Xd+XL)                               (12)
Q＝Efd 2·XL/(Xd+XL)2-(XL-Xd)·Efd
  ·cosδ/(Xd+XL)2-Xd/(Xd十XL)2                      (13)
若采用该实施形态4，因为能始终用正确的电抗值XL来确定基准值IQ0，所以具有能使变压器22的高压侧电压VH与目标电压VHref高精度一致的效果。
现说明实施形态5。
在上述的实施形态3中，示出了将变压器22的高压侧目标电压VHref从VHref1变更为VHref2时，用式(10)计算变更后的基准值IQ02的例子，但也可以如图7所示，在PD33测出变压器22的高压侧电压VH2后，电压设定器28依据该高压侧电压VH2及同步机21输出的无功电流IQ2来计算变更后的基准值IQ02。
IQ02＝IQ2-(VHref2-VH2)/XDR                          (14)
如上所述，若采用本发明，因为设置依据无功电流检测装置测出的无功电流及变压器高压侧的目标电压来设定同步机输出端子的目标电压的电压设定装置，并根据由该电压设定装置设定的目标电压与由电压检测装置测出的输出端子电压的偏差，来控制同步机的励磁系统，所以，不用检测输电母线的电压，就能使输电母线的电压维持稳定，因此，不必设置检测输电母线电压的昂贵的PD，故具有能抑制制造成本上升的效果。
若根据本发明，因为设有当无功电流检测装置测出的无功电流与基准值一致时，以使变压器的高压侧电压与高压侧的目标电压一致为目标来设定同步机输出端子的目标电压的电压设定装置，故具有能使变压器高压侧电压与目标电压高精度一致的效果。
若采用本发明，因为设有按变压器高压侧的目标电压来确定基准值的电压设定装置，故具有即使变压器高压侧的目标电压有变更，也能使输电系统的电压维持稳定的效果。
若采用本发明，因为设有当变压器高压侧的目标电压有变更时，从变更后的目标电压中减去变更前的目标电压，将该相减之差除以输电系统侧的电抗值，再从变更前的基准值中减去该相除之商，将该相减之差作为变更后的基准值的电压设定装置，所以，具有即使变压器高压侧的目标电压有变更，也能使输电系统的电压维持稳定的效果。
若采用本发明，因为设有求变更后的基准值时，推定输电系统侧的电抗值的电压设定装置，故具有能使变压器高压侧电压与目标电压高精度一致的效果。
若采用本发明，因为设有依据无功电流检测装置测出的无功电流和变压器的高压侧电压来计算基准值的电压设定装置，故具有能使变压器高压侧电压与目标电压高精度一致的效果。
若采用本发明，因为依据同步机输出的无功电流和变压器高压侧的目标电压来设定同步机输出端子的目标电压，并根据该目标电压与输出端子电压的偏差来控制同步机的励磁系统，故不用检测输电母线的电压，就能将输电母线的电压维持稳定，因此不必设置检测输电母线的电压用的昂贵的PD，故具有能抑制制造成本上升的效果。
若采用本发明，因为当同步机输出的无功电流与基准值一致时，以使变压器高压侧电压与高压侧的目标电压一致为目标来设定同步机输出端子的目标电压，故具有能使变压器高压侧电压与目标电压高精度一致的效果。
若采用本发明。因为按变压器高压侧的目标电压来确定基准值，故具有即使变压器高压侧的目标电压有变更，也能使输电系统的电压维持稳定的效果。
若采用本发明，因为当变压器高压侧的目标电压有变更时，从变更后的目标电压中减去变更前的目标电压，将该相减之差除以输电系统侧的电抗值，再从变更前的基准值中减去该相除之商，将该相减之差作为变更后的基准值，故具有即使变压器高压侧的目标电压有变更，也能使输电系统的电压维持稳定的效果。
若采用本发明，因为求变更后的基准值时，推定输电系统侧的电抗值，故具有能使变压器高压侧电压与目标电压高精度一致的效果。
若采用本发明，因为依据同步机输出的无功电流和变压器的高压侧电压来计算基准值，故具有能使变压器的高压侧电压与目标电压高精度一致的效果。

Claims (12)

1.一种励磁控制装置，其特征在于具有：检测经变压器与输电系统连接的同步机的输出端子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；依据所述无功电流检测装置测出的无功电流和所述变压器高压侧的目标电压来设定所述同步机输出端子的目标电压的电压设定装置；根据所述电压设定装置设定的目标电压与所述电压检测装置测出的输出端子电压的偏差，控制所述同步机的励磁系统。
2.根据权利要求1所述的励磁控制装置，其特征在于，所述电压设定装置当无功电流检测装置测出的无功电流与基准值一致时，以使变压器的高压侧电压与高压侧的目标电压一致为目标来设定同步机输出端子的目标电压。
3.根据权利要求2所述的励磁控制装置，其特征在于，所述电压设定装置根据变压器高压侧的目标电压相应确定基准值。
4.根据权利要求3所述的励磁控制装置，其特征在于，所述电压设定装置在变更变压器高压侧的目标电压时，从变更后的目标电压中减去变更前的目标电压，将该相减之差除以输电系统侧的电抗值，在变更前的基准值上加上该相除之商，并将该相加之和作为变更后的基准值。
5.根据权利要求4所述的励磁控制装置，其特征在于，所述电压设定装置在求变更后的基准值时，推定输电系统侧的电抗值。
6.根据权利要求2所述的励磁控制装置，其特征在于，所述电压设定装置依据无功电流检测装置测出的无功电流及变压器的高压侧电压来计算基准值。
7.一种励磁控制方法，其特征在于，若测出经变压器与输电系统连接的同步机的输出端子电压，并测出该同步机输出的无功电流，即依据该无功电流和所述变压器的高压侧的目标电压，设定所述同步机输出端子的目标电压，并根据该目标电压和所述输出端子电压的偏差控制所述同步机的励磁系统。
8.根据权利要求7所述的励磁控制方法，其特征在于，在所述同步机输出的无功电流与基准值一致时，为使所述变压器的高压侧电压与高压侧的目标电压一致，设定所述同步机的输出端子的目标电压。
9.根据权利要求8所述的励磁控制方法，其特征在于，按所述变压器高压侧的目标电压决定基准值。
10.根据权利要求9所述的励磁控制方法，其特征在于，在变更所述变压器高压侧的目标电压时，从变更后的目标电压中减去变更前的目标电压，将该相减之差除以输电系统侧的电抗值，在变更前的基准值上加上该相除之商，并将该相加之和作为变更后的基准值。
11.根据权利要求10所述的励磁控制方法，其特征在于，求变更后的基准值时，推定输电系统侧的电抗值。
12.根据权利要求8所述的励磁控制方法，其特征在于，从所述同步机输出的无功电流和所述变压器的高压侧电压计算基准值。
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