CN1168197C - 励磁控制装置及励磁控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明励磁控制装置及方法不检测输电母线的电压而能控制发电机端电压于额定值附近，使该母线电压恒定。该装置具有检测通过带有载分接开关变压器(2)与输电系统(6)连接的同步机(1)输出的无功电流的检测器(9)；根据同步机(1)的端电压设定变压器(2)的分接头比的设定器(4)；根据变压器(2)的输电系统(6)一侧的目标电压、设定的分接头比、测出的无功电流设定变压器(2)的同步机(1)一侧的设定电压的设定器(10)；及根据设定电压控制同步机(1)的励磁系统(14)的控制器(12、13)。

Description

励磁控制装置及励磁控制方法
技术领域
本发明涉及使电力系统电压稳定的励磁控制装置及励磁控制方法。
背景技术
在现有的励磁控制装置中，如日本专利特开平4-79798号公报所述，为了有助于提高电力系统的稳定性，对同步机即发电机所连接的变压器高压侧电压进行检测，并根据该检测结果来控制同步机，使变压器高压侧电压保持一定。
图23所示为包含上述特开平4-79798号公报所述的现有励磁控制装置的电力系统的构成图。如图所示，用仪表用电压互感器(potential transformer)(PT)102检测同步机101输出端电压VG，用减法器104从电压设定器103设定的目标电压rG减去该检测出的输出端电压VG。然后利用降低增益电路105对该减法运算结果乘以增益β。
另一方面，用电压互感器(potential transformer)(PT)109检测输电母线106的输电电压VH(通过断路器107与输电母线106连接的变压器108的高压侧电压)，用减法器111从高压侧电压设定器110设定的目标电压rH减去该检测出的输电电压VH。然后利用高压侧增益电路112对该减法运算结果乘以增益KH。
接着，用加法器113将降低增益电路105的乘法运算结果及高压侧增益电路112的乘法运算结果相加，根据该加法运算结果，AVR114生成控制励磁机115的整流时序的时序信号，励磁机115一旦接收到该时序信号，就根据该时序信号，将励磁电流提供给同步机101的励磁绕组116。
这样，检测变压器的高压侧电压，并根据该检测的高压侧电压来控制同步机，使输电母线5的电压保持一定。
现有的励磁控制装置，由于如上所述构成，适用于使同步机所连接的变压器的高压侧电压保持一定的情况，但是存在的问题是，通常除了装有AVR及加法器的励磁控制盘之外，还必须配置装有高压侧电压设定器、电压互感器及基准值修正电路等的控制盘，使电力系统制造成本增大。
另外，由于输电母线远离安装同步机及变压器等的发电厂厂房，因此将设置在输电母线附近的PT与配置在该发电厂的励磁控制盘连接的电缆长度很长，结果造成容易受干扰和可靠性下降的问题。
另一问题是，由于必须检测输电母线的输电电压，因此必须设置价格昂贵的PT，导致制造成本上升。
另外，在采用具有自动分接头控制功能的带有载分接开关变压器时，由于带有载分接开关变压器一旦切换分接头，则变压比发生变化，因此造成的问题是，很难控制使发电机端电压在额定值附近，很难控制输电母线电压保持一定。
又一问题是，由于随着变压器分接头的切换，变压器的电抗Xt也随之变化，环流抑制量对应的电抗XDR相对于变压器电抗Xt的比例也发生变化，因此在多台发电机并联运行时，如果各个变压比不一样，就会导致产生环流。
本发明是为解决上述问题而提出的，目的在于提供一种励磁控制装置及励磁控制方法，所述励磁控制装置及励磁控制方法能够不要检测输电母线电压，能够控制同步机即发电机端电压于额定值附近，控制输电母线电压于一定值。
发明内容
本发明的励磁控制装置具有对通过带有载分接开关变压器与输电系统连接的同步机输出的无功电流进行检测的无功电流检测器；根据上述同步机端电压设定上述带有载分接开关变压器的分接头比的分接头控制装置；根据上述带有载分接开关变压器的输电系统一侧的目标电压、上述分接头控制装置设定的分接头比、以及上述无功电流检测器检测出的无功电流，对上述带有载分接开关变压器的同步机一侧的设定电压进行设定的电压设定器；以及根据上述电压设定器设定的电压对上述同步机的励磁系统进行控制的控制器。
另外，在电压设定器中，也可以用分接头比去除目标电压，再将根据无功电流求得的带分接开关变压器的电压下降量加上上述除法运算结果，求出设定电压。
另外，输电系统接有其他同步机时，在电压设定器中，也可以根据带有载分接开关变压器的电抗值及防止上述同步机与上述其他同步机之间流过环流的环流防止用电抗值求得上述带有载分接开关变压器的电压下降量。
另外，在电压设定器中，也可以用分接头比对应的升压比除目标电压，将根据上述分接头比对应的电抗变化比算出的带有载分接开关变压器的电压下降量与上述除法运算结果相加，求出设定电压。
另外，输电系统接有其他同步机时，在电压设定器中，也可以根据升压比、电抗变化比及防止上述同步机与上述其他同步机之间流过环流的环流防止用电抗值求出上述带有载分接开关变压器的电压下降量。
再有，在电压设定器中，设定电压也可以这样设定，使得在无功电流为除零以外的规定基准值时，环流防止用电抗产生的电压下降量为零。
另外，本发明的励磁控制方法，是根据通过带有载分接开关变压器与输电系统连接的同步机输出的无功电流、上述带有载分接开关变压器的分接头比及上述带有载分开关变压器的输电系统一侧的目标电压，对上述带有载分接开关变压器的同步机一侧的设定电压进行设定，根据该设定电压，对上述同步机的励磁系统进行控制。
另外，也可以用分接头比去除目标电压，再将根据无功电流求得的带分接开关变压器的电压下降量加上上述除法运算结果，求出设定电压。
另外，也可以根据带有载分接开关变压器的电抗值及防止上述同步机与上述其他同步机之间流过环流的环流防止用电抗值求出上述带有载分接开关变压器的电压下降量。
另外，也可以求出分接头比对应的升压比及电抗变化比，用上述升压比除目标电压，将根据上述电抗变化比算出的带有载分接开关变压器的电压下降量与上述除法运算结果相加，求出设定电压。
另外，也可根据升压比、电抗变化比、及防止环流用电抗值求出上述带有载分接开关变压器的电压下降量。
另外，设定电压也可以这样设定，使得在无功电流为除零以外的规定基准值时，防止上述同步机与上述其他同步机之间流过环流的环流防止用电抗产生的电压下降量为零。
另外，也可以根据带有载分接开关变压器的输电系统一侧的电压值来设定基准值。
另外，也可根据改变前及改变后的目标电压偏差及输电系统一侧的输电线电抗值来设定基准值。
还可以推算出随时间而变化的上述输电系统一侧的上述输电线的电抗值。
附图说明
图1为包含本发明实施形态1的励磁控制装置的电力系统的构成图。
图2为图1所示的电力系统的系统图。
图3为图1所示的电压设定器构成图。
图4为图1所示的电压设定器构成图。
图5为本发明实施形态1的励磁控制方法的流程图。
图6为包含本发明实施形态2的励磁控制装置的电力系统的构成图。
图7为图6所示的电力系统的系统图。
图8为图6所示的电压设定器的构成图。
图9为本发明实施形态2的励磁控制方法的流程图。
图10为本发明实施形态3的励磁控制装置的电压设定器的构成图。
图11为本发明实施形态3的励磁控制方法的流程图。
图12为同步机输出的无功电流与带有载分接开关变压器的高压侧电压的关系图。
图13为本发明实施形态4的励磁控制方法的流程图。
图14为包含本发明实施形态6的励磁控制装置的电力系统的构成图。
图15为本发明实施形态6的励磁控制方法的流程图。
图16为包含本发明实施形态7的励磁控制装置的电力系统的构成图。
图17为本发明实施形态7的励磁控制方法的流程图。
图18为分别与各同步机连接的带有载分接开关的分段绕组变压器的高压侧电压与无功电流的关系图。
图19为包含本发明实施形态8的励磁控制装置的电力系统的构成图。
图20为本发明实施形态8的励磁控制方法的流程图。
图21为本发明实施形态9的励磁控制方法的流程图。
图22为本发明实施形态10的励磁控制方法的流程图。
图23为包含现有励磁控制装置的电力系统的构成图。
具体实施方式
下面根据附图说明本发明实施形态。
实施形态1
图1为包含本发明实施形态1的励磁控制装置的电力系统的构成图。图2为图1所示电力系统的系统图。在图中，1为同步机，2为根据同步机1的端电压能够切换分接头比的带有载分接开关变压器，3为检测同步机1的输出端电压VG的仪表用电压互感器(下称PT)，4为根据PT3检测出的输出端电压VG控制带有载分接开关变压器2的分接头比n的分接头控制装置，5为断路器，6为输电线，7为发电厂的输电母线，8为检测同步机1输出端电压VG的仪表用电压互感器(下称PT)，9为检测同步机1输出的无功电流IQ的无功电流检测器即仪表用电流互感器(下称CT)。
10为电压设定器，所述电压设定器10根据CT9检测出的无功电流IQ、分接头控制装置4控制的分接头比n及带有载分接开关变压器2的输电系统一侧(高压侧)的目标电压VHref，设定带有载分接开关变压器2的同步机1一侧的设定电压VGref(同步机1输出端的设定电压VGref)。
11为从电压设定器10设定的设定电压VGref减去PT8检测出的输出端电压VG并输出其偏差信号的减法器，12为根据减法器11输出的偏差信号控制励磁机13的整流时序的自动电压调整装置AVR，13为根据AVR12的指令将励磁电流提供给同步机1的励磁绕组14的励磁机，利用AVR12及励磁机13对同步机的励磁系统进行控制。14为同步机1的励磁绕组。另外，图2中的Xt为带有载分接开关变压器2的电抗，XL为输电线的电抗，Vs为无穷大母线电压。
图3为图1所示的电压设定器10的构成图。在图中，10a为运算器，10b为存储器，在该存储器10b中存储有目标电压VHref、带有载分接开关变压器的电抗值Xt等，用运算器10a计算设定电压VGref。
另外，电压设定器10不限定于图3所示的电路，也可如图4所示，利用除法器10c、乘法器10d及加法器10e等以硬件构成。
下面说明其动作情况。图5为本实施形态1的励磁控制方法的流程图。
首先，PT8检测同步机1的输出端电压VG(步骤ST11)，同时利用CT9检测同步机1输出的无功电流IQ(步骤ST12)。然后，电压设定器10根据检测出的无功电流IQ、分接头控制装置4控制的分接头比n及带有载分接开关变压器2的高压侧目标电压VHref按照式(1)计算同步机1输出端的设定电压VGref，对设定电压VGref进行设定(步骤ST13)。另外，目标电压VHref只要与向来一样根据每个发电厂所希望的运行条件进行设定即可。
VGref＝VHref/n+Xt·IQ               ……  (1)
式中，Xt是带有载分接开关变压器2的电抗值。
这样，一旦电压设定器10设定了同步机1输出端的设定电压VGref，则减法器11从电压设定器10设定的设定电压VGref减去PT8检测出的同步机1的输出端电压VG，将具有与该减法运算结果相当的数值的偏差信号输出给AVR12(步骤ST14)。
AVR12将减法器11的输出即偏差信号作为输入信号，生成控制励磁机13的整流时序的时序信号(步骤ST15)。励磁机13一旦从AVR12接收到时序信号，就根据该时序信号将励磁电流提供给同步机1的励磁绕组14(步骤ST16)。
另外，若减法器11输出的偏差信号为正，则供给励磁绕组14的励磁电流增加，同步机1的输出端电压VG升高；若减法器11输出的偏差信号为负值，则供给励磁绕组14的励磁电流减少，同步机1的输出端电压VG降低。通过这样进行控制，使同步机1的输出端电压VG与设定电压VGref一致。
另外，在图2所示的系统图中，当带有载分接开关变压器2的分接头比为n时，同步机1的输出端电压VG与带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH有式(2)所示的关系，因此同步机1的输出端电压VG与带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH可以用高压侧目标电压VHref如式(3)及式(4)所示分别表示。
VH＝n(VG-Xt·IQ)          ……    (2)
VG＝VHref/n+Xt·IQ         ……    (3)
VH＝VHref                     ……    (4)
因而，当某一运行状态下同步机1的输出端电压VG升高时，利用分接头装置4将分接头比n设定得较大(n＞1)，通过这样将同步机1的输出端电压VG控制在额定值附近，而且即使分接头比变化时，也能够进行控制使得带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH与设定电压VHref一致。
由上可知，采用本实施形态1，根据同步机1输出的无功电流IQ、带有载分接开关变压器2的分接头比n及带有载分接开关变压器2的高压侧目标电压VHref，设定同步机1输出端的设定电压VGref，并根据该设定电压VGref与输出端电压VG的偏差，控制提供给同步机1的励磁绕组14的励磁电流，由于采用这样的构成，能够得到下述效果，即在因改变带有载分接开关变压器的分接头而使变压比改变时，也能够将同步机1的输出端电压VG维持在额定值附近，同时，能够将输出母线7的电压维持一定，结果，即使在系统发生事故时或负荷急剧增加时，也能够充分发挥发电机的能力，因此能够大幅度提高电压稳定性。
另外，由于不需要检测变压器高压侧电压，因此只要在同步机附近设置1个励磁控制盘即可，不需要像以往那样配置2个控制盘，能够节省空间。
另外，由于不需要检测变压器高压侧的电压，因此不需要用电缆等连接装有AVR及加法器的励磁控制盘与输电母线。所以能够减少对该励磁控制装置产生恶劣影响的噪声，提高可靠性。
再者，由于也可以不设置检测变压器高压侧电压用的价格昂贵的PT，因此能够降低制造成本。
实施形态2
在实施形态1中，对输电系统仅连接1台同步机的情况进行了说明，而在本实施形态中，要对输电系统连接多台同步机的情况进行说明。为了简化说明起见，假定包含本实施形态2的励磁控制装置的电力系统具有两台同步机。
图6为包含本实施形态2的励磁控制装置的电力系统的构成图。图7为图6所示电力系统的系统图。在图中，1a为与输系统6连接的与同步机1不同的其他同步机，2a为与带有载分接开关变压器2不同的其他带有载分接开关变压器，5a为断路器。其他除了电压设定器10中设定同步机1输出端的设定电压VGref的方法不同以外，都与图1所示的励磁控制装置相同，故省略其说明。另外，在图6中未画出的还有，本实施形态2的励磁控制装置具有检测同步机1a输出端电压VG1用的第1及第2 PT、检测同步机1a输出的无功电流的CT、设定同步机1a输出端的设定电压的电压设定器、对同步机1a励磁的励磁机，以及控制该励磁机用的减法器及AVR。
另外，在用硬件构成电压设定器10的情况下，如图8所示，只要在图3的构成中增加除法器10f及减法器10g即可。
下面说明动作情况。图9为该实施形态2的励磁控制方法的流程图。另外，除了将图5所示的步骤ST13改为步骤ST23以外，其余与图5所示各步骤相同，故省略其说明。
在步骤ST23中，电压设定器10根据检测出的无功电流IQ、分接头控制装置4控制的分接头比n及带有载分接开关变压器2的高压侧目标电压VHref，按照式(5)计算同步机1输出端的设定电压VGref，对设定电压VGref进行设定。
VGref＝VHref/n+(Xt-XDR/n)·IQ      ……  (5)
式(5)中，Xt为带有载分接开关变压器2的电抗值，XDR为防止在与输电系统连接的多台同步机之间通过输电母线7流过环流用的环流防止用电抗值。
同样，同步机1a用的电压设定器(未图示)根据检测出的无功电流IQ、分接头控制装置4控制的分接头比n，及带有载分接开关变压器2a的高压侧目标电压VHref，按照式(5)计算并设定同步机1a输出端的设定电压VGref。
如式(5)所示，由于考虑环流防止用电抗值XDR而对设定电压VGref进行设定，因此通过控制，使得在与输电系统连接的多台同步机之间没有环流流过，使端电压VG与设定电压VGref一致。
另外，在图7所示的系统图中，当带有载分接开关变压器2的分接头比为n时，同步机1的输出端电压VG与带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH有式(6)所示的关系，因此同步机1的输出端电压VG及带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH可以用高压侧目标电压VHref如式(7)及式(8)所示分别表示。
VH＝n(VG-Xt·IQ)                   ……  (6)
VG＝VHref/n+(Xt-XDR/n)·IQ         ……  (7)
VH＝VHref-XDR·IQ                   ……  (8)
因而，当某一运行状态下同步机1的输出端电压VG升高时，利用分接头控制装置4将分接头比n设定得较大(n＞1)，以此将同步机1的输出端电压VG控制在额定值附近，而且即使分接头比发生变化时，也能够进行控制使得带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH与目标电压VHref一致。同样，励磁控制装置也能够将同步机1a的输出端电压VG1控制在额定值附近，而且即使分接头比发生变化时，也能够进行控制使得带有载分接开关变压器2a的高压侧电压VH与目标电压VHref一致。
由上可知，采用本实施形态2，由于考虑环流防止用电抗XDR而对各同步机输出端的设定电压VGref进行设定，因此即使与并联运行的多台同步机分别连接的多台带有载分接开关变压器各自的变压比不同，也能够防止在多台同步机之间流过环流。
实施形态3
在实施形态2中，是根据同步机1输出的无功电流IQ、带有载分接开关变压器2的分接头比n及带有载分接开关变压器2的高压侧目标电压VHref按照式(5)计算同步机1输出端的设定电压VGref。这样在利用式(5)计算同步机1输出端的设定电压VGref时，由于考虑到环流防止用电抗值XDR，因此在无功电流IQ为零时，带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH就与目标电压VHref一致(参照式(8))。但是，由于通常发电机处于运行状态时IQ≠0，因此带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH就与目标电压VHref不完全一致。
所以，在本实施形态3中是这样设定同步机1输出端的设定电压VGref的，即在发电机处于通常运行状态时，能够使高压侧电压VH与目标电压VHref完全一致；而在同步机1输出的无功电流IQ与除零以外的基准值IQ0一致时，使带有载分接开关变压器2的高压侧VH与目标电压VHref一致。
由于包含本实施形态3的励磁控制装置的电力系统的构成图与图6相同，故省略其说明。另外，在用硬件构成电压设定器10的情况下，如图10所示，只要在图8的构成中增加减法器10h及乘法器10i即可。
下面说明动作情况。图11为本实施形态3的励磁控制方法的流程图。另外，除了将图5所示的步骤ST13改为步骤ST33以外，其余与图5所示各步骤相同，故省略其说明。
具体地说，在步骤ST33中，电压设定器10根据同步机1输出的无功电流IQ、除零以外的基准值IQ0、相应的带有载分接开关变压器2的分接头比n、以及带有载分接开关变压器2的高压侧目标电压VHref，按照式(9)计算同步机1输出端的设定电压VGref。这里，基准值IQ0是根据在以高压侧目标电压为VHref的运行状态下的发电机电压Vg及无功功率Qg，利用IQ0＝Qg/Vg求出的。另外，Vg及Qg是根据发电机运行状态及系统条件等决定的。
VGref＝VHref/n+Xt·IQ-XDR/n·(IQ-IQ0)    ……(9)
同样，同步机1a用的电压设定器(未图示)根据同步机1a输出的无功电流IQ、除零以外的基准值IQ0、相应的带有载分接开关变压器2a的分接头比n及带有载分接开关变压器2a的高压侧目标电压VHref，按照式(9)计算同步机1a输出端的设定电压VGref。
若根据式(9)决定同步机1及1a的输出端的设定电压VGref，并据此对同步机1及1a进行控制，则各同步机输出端电压VG及各带有载分接开关变压器的高压侧电压VH可分别用下式表示。
VG＝VHref/n+Xt·IQ-XDR/n·(IQ-IQ0)    ……(10)
VH＝VHref-XDR(IQ-IQ0)                   ……(11)
图12为各同步机输出的无功电流IQ与相应的带有载分接开关变压器的高压侧电压VH的关系图。在图中，21表示根据式(8)求出的各带有载分接开关变压器2或2a的高压侧电压VH，22表示根据式(11)求出的各带有载分接开关变压器2或2a的高压侧电压VH。另外，横轴表示无功电流IQ，纵轴表示带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH。
如图12所示，在21(式(8))，当无功电流IQ为零时，带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH与目标电压VHref一致；而在22(式(11))，当无功电流IQ与除零以外的基准值IQ0一致时，带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH与目标电压VHref一致。亦即设定为当无功电流为除零以外的规定基准值时使环流防止用电抗产生的电压下降量为零。
如上所述，采用本实施形态3，是设定各同步机输出端的设定电压VGref，使得当各同步机输出的无功电流IQ与除零以外的基准值IQ0一致时，相应的带有载分接开关变压器的高压侧电压VH与目标电压VHref一致，由于采用上述构成，因此能够得到下述效果，即能够以比上述实施形态2更高的精度使各带有载分接开关变压器的高压侧电压VH与目标电压VHref一致，而且能够将各同步机的输出端电压VG控制在额定值附近。
实施形态4
在实施形态3中，是使用各带有载分接开关变压器的高压侧目标电压VHref所对应的基准值IQ01分别控制多台同步机。但在基准值为IQ0＝IQ01、VHref＝VHref1的运行状态中，一旦带有载分接开关变压器的高压侧目标电压从VHref1变为VHref2，则无功电流IQ也从IQ1变为IQ2，因此各带有分接开关变压器的高压侧VH2就成为下述式(12)。
VH2＝VHref2-XDR(IQ2-IQ01)             ……(12)
但是，在式(12)中，由于IQ2≠IQ01，因此带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH2就与改变后的目标电压VHref2不一致。
因此，在本实施形态4中，为了使带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH2与改变后的目标电压VHref2一致，就根据改变前、改变后的目标电压偏差及输电线的电抗值，来求出与改变后的目标电压VHref2相应的基准值IQ0。
由于包含本实施形态4的励磁控制装置的电力系统的构成图与图6相同，故省略其说明。另外，在用硬件构成电压设定器10的情况下，只要采用图10的构成而将基准值IQ0如下所述那样依次改变即可。
下面说明动作情况。图13为该实施形态4的励磁方法的流程图。另外，ST41、ST42及ST45～ST47与图5和ST11、ST12及ST14～ST16相同，故省略其说明。
具体地说，根据下式，电压设定器10从改变后的目标电压VHref2减去改变前的目标电压VHref1，再用输电线6的电抗值XL除该减法运算结果，该除法运算结果再加上改变前的基准值IQ01，将该加法运算结果作为改变后的基准值IQ0(步骤ST43)。
IQ0＝IQ01+(VHref2-VHref1)/XL                 ……(13)
然后，电压设定器10根据下述式(14)计算设定同步机1输出端的改变后的设定电压VGref(步骤ST44)
VGref＝VHref2/n+Xt·IQ-XDR/n·(IQ-IQ0)    ……(14)
同样，同步机1a用的电压设定器(未图示)根据式(14)计算设定同步机1a输出端的改变后的设定电压VGref。
若根据式(14)计算同步机1及1a输出端的设定电压VGref，并据此对同步机1及1a进行控制，则各同步机输出端电压VG及各带有载分接开关变压器的高压侧电压VH可分别用下式表示。
VG＝VHref2/n+Xt·IQ
    -XDR/n·[IQ-{IQ01+(VHref2-VHref1)/XL}]  ……(15)
VH＝VHref2
    -XDR·[IQ-{IQ01+(VHref2-VHref1)/XL}]    ……(16)
采用本实施形态4，由于能够使用与带有载分接开关变压器的高压侧目标电压VHref相应的基准值IQ0，因此具有下述效果，即在其目标电压VHref改变时也能将输电系统的电压维持一定，而且能够将同步机输出端电压VG控制在额定值附近。
实施形态5
实施形态4是以输电线的电抗值XL是已知为前提进行说明的，但由于输电线的电抗值XL时时刻刻在变化，因此也可以逐次推算输电线的电抗值XL。
具体地说，若设同步机的有功功率为P，无功功率为Q，同步电抗为Xd，反向电压为Dfd，则有功功率P及无功功率Q可以用下式表示，因此若从式(17)及式(18)消去相位角δ，就能够求得输电线的电抗值XL。
P＝VG·Efd·sinδ/(Xd+XL)                 ……(17)
Q＝Efd 2·XL/(Xd+XL)2-(XL-Xd)·Efd
   ·cosδ/(Xd+XL)2-Xd/(Xd+XL)2        ……(18)
采用本实施形态5，由于能够始终使用正确的电抗值XL来决定基准值IQ0，因此具有下述效果，即能够以高精度使带有载分接开关变压器的高压侧电压VH与目标电压VHref一致，而且能够将同步机的输出端电压VG控制在额定值附近。
实施形态6
在实施形态4中，是利用改变前及改变后的目标电压VHref1及VHref2根据式(13)来计算改变后的基准值IQ0的，而在本实施形态6中，是检测带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH，再根据该检测结果求得基准值IQ0的。
图14为包含本实施形态6的励磁控制装置的电力系统的构成图。在图中，15为高压侧电压互感器(PT)，用来测量相当于带有载分按开关变压器2及2a的高压侧电压VH的电压，16为根据PT15的测量结果来检测高压侧电压VH的VH检测装置。其他除了设定器10的基准值IQ0的计算方法以外，与实施形态4相同，故省略其说明。
下面说明动作情况。图15为该实施形态6的励磁控制方法的流程图。另外，ST61、ST62及ST65～ST68与图13的ST41、ST42及ST44～ST47相同，故省略其说明。
具体地说，利用VH检测装置16测量带有载分接开关变压器2的高压侧电压VH(步骤ST63)，各同步机用的各电压设定器根据改变后的目标电压VHref2、高压侧电压VH、各同步机输出的无功电流IQ及环流防止用电抗XDR，按照下述式(19)计算改变后的基准值IQ0(步骤ST64)。
IQ0＝IQ-(VHref2-VH)/XDR           ……(19)
在将高压侧电压VH作为使其与目标值一致的控制的反馈信号使用时，高压侧电压VH的信号必须是连续信号，但在本实施形态那样利用高压侧电压VH来求基准值时，不必是连续信号，因此可以利用使用例如电话线的通信等方法得到高压侧电压VH。
采用本实施形态6，由于利用测量的带有载分接开关变压器的高压侧电压VH及各同步机输出的无功电流IQ来决定基准值IQ0，因此具有下述效果，即能够以高精度使带有载分接开关变压器的高压侧电压VH与目标电压VHref一致，而且能够将各同步机的输出端电压VG控制在额定值附近。
实施形态7
在实施形态1中说明的情况是，对于带有载分接开关变压器的分接头比n的变化，升压比nV及电抗变化比nr为相同的值，而在本实施形态7中说明的情况是，在同步机通过带有载分接开关的分段绕组变压器与系统连接的构成中，像带有载分接开关的分段绕组变压器为铁芯式变压器的情况那样，相对于分接头比n的变化，升压比nv及电抗变化比nr为不同的值。
图16为包含本实施形态7的励磁控制装置的电力系统的构成图。在图中，2b为与同步机1连接的带有载分接开关的分段绕组变压器，相对于分接头比n的变化，升压比nv及电抗变化比nr1为不同的值。其他与图1相同，故省略其说明。
下面说明动作情况，图17为本实施形态7的励磁控制方法的流程图，另外，除了将图5所示的步骤ST13改为步骤73以外，其余与图5所示各步骤相同，故省略其说明。
具体地说，电压设定器10根据检测出的无功电流IQ、升压比nv、电抗变化比nr、带有载分接开关变压器2b的高压侧目标电压VHref，按照式(20)计算设定同步机1输出端的设定电压VGref(步骤ST73)。
VGref＝VHref/nv+(nr/nv·Xt)·IQ         ……(20)
据此进行控制，使得同步机1的输出端电压VG与目标电压VGref一致。另外，在带有载分接开关变压器2b的高压侧电压VH与同步机1的输出端电压VG之间由于存在式(21)的关系，因此同步机1的输出端电压VG及带有载分接开关变压器2b的高压侧电压VH可以用高压侧目标值VHref如式(22)及式(23)所示分别表示。
VH＝nv·VG-nr·Xt·IQ                  ……(21)
VG＝VHref/nv+(nr/nv·Xt)·IQ           ……(22)
VH＝VHref                                     ……(23)
因而，当某一运行状态下同步机1的输出端电压VG升高时，利用分接头控制装置4将分接头比n设定得较大(n＞1)(将电抗变化比nv设定得较大)，通过这样将同步机1的输出端电压VG控制在额定值附近，而且即使分接头比变化时，也能够进行控制使得带有载分接开关变压器2b的高压侧电压VH与目标电压VHref一致。
如上所述，采用本实施形态7，在升压比nv与电抗变化比nr不相同的情况下，根据同步机输出的无功电流IQ、升压比nv、电抗变化比nr及带有载分接开关变压器的高压侧目标电压VHref，设定同步机输出端的设定电压VGref，并根据该设定电压VGref与输出端电压VG的偏差，控制提供给同步机励磁绕组的励磁电流，由于采用上述构成，因此即使对于分接头比的升压比nr与电抗变化比nv不相同的情况下，也能够将同步机的输出端电压VG控制在额定值附近，将输电母线的电压维持一定。
实施形态8
在实施形态2中说明的情况是，在多台同步机通过带有载分接开关变压器与系统连接的构成中，对于带有载分接开关变压器的分接头比n的变化，升压比nv及电抗变化比nr为相同的值，而在本实施形态8中说明的情况是，在多台(例如两台)同步机通过带有载分接开关的分段绕组变压器与系统连接的构成中，带有载分接开关的分段绕组变压器为铁芯式变压器那样情况下，对于分接头比n的变化，升压比nv及电抗变化比nr为不同的值。
下面为了简化说明，设电力系统包含两台同步机。在相对于分接头比n的变化，升压比nV及电抗变化比nr不相同的情况下，高压侧电压VH与各同步机的输出端电压VG1及VG2之间存在式(24)及式(25)的关系。
VH＝nv·VG1-nr1·Xt·IQ1    ……(24)
VH＝nv·VG2-nr2·Xt·IQ2    ……(25)
式中，nv为升压比，nr1及nr2为分别与各同步机连接的带有载分接开关的分段绕组变压器的电抗变化比，IQ1及IQ2为各同步机分别输出的无功电流。
这里若根据例如实施形态2说明的式(5)来计算同步机输出端的设定电压，则分别与各同步机连接的带有载分接开关的分段绕组变压器高压侧电压VH1及VH2为下述式(26)及式(27)所示，这里设各同步机的电抗变化比为nr1及nr2。
VH1＝VHref-{XDR(nv-nr1)·Xt}·IQ1   ……(26)
VH2＝VHref-{XDR(nv-nr2)·Xt}·IQ2   ……(27)
因而，例如当nr1＞nr2时，分别与各同步机连接的带有载分接开关的分段绕组变压器高压侧电压VH与无功电流IQ的关系如图18所示。从图18可知，若nr1≠nr2，则产生的问题是，不仅无功电流的分配产生不均匀，而且不能进行高精度控制使带有载分接开关的分段绕组变压器的高压侧电压VH与目标电压VHref一致。
因此，在本实施形态8中，对在下述情况下也能够进行合适的控制的方法加以说明，所述情况即将图6所示的带有载分接开关变压器用相对于分接头比n的变化其升压比nv与电抗变化nr分别不相同的带有载分接开关的分段绕组变压器来代替的情况。
图19为包含本实施形态8的励磁控制装置的电力系统的构成图。在图中，2b为与同步机1连接的带有载分接开关的分段绕组变压器，相对于分接头比n的变化，其升压比nv与电抗变化比nr1为不同的值。2c为与同步机1a连接的带有载分接开关的分段绕组变压器，相对于分接头比n的变化，其升压比nv与电抗变化比nr2为不同的值。其他与图6相同，故省略其说明。
下面说明动作情况。图20为该实施形态8的励磁控制方法的流程图。另外，除了将图5所示的步骤ST13改为步骤ST83以外，其余与图5所示各步骤相同，故省略其说明。
具体地说，电压设定器10利用检测出的无功电流IQ、带有载分接开关变压器2b的升压比nv及电抗变化比nr1(＝nr)、以及高压侧目标电压VHref，按照式(28)计算、设定同步机1输出端的设定电压VGref(步骤ST83)。
VGref＝VHref/nv+(nr/nv·Xt-XDR/nv)·IQ  ……(28)
同样，同步机1a用的电压设定器(未图示)也利用检测出的无功电流IQ、带有载分接开关变压器2c的升压比nv及电抗变化比nr2、以及高压侧目标电压VHref按照式(28)计算设定同步机1a输出端的设定电压VGref。
按此进行控制，使各同步机的输出端电压VG1(或VG2)与目标电压VGref一致。又，在各带有载分接开关变压器的高压侧电压VH与对，应的同步机输出端电压VG之间由于存在式(29)的关系，因此各同步机的输出电压VG及各带有载分接开关变压器的高压侧电压VH可以用高压侧目标值VHref如式(30)及式(31)所示分别表示。
VH＝nv·VG-nr·Xt·IQ                     ……(29)
VG＝VHref/nv+(nr/nv·Xt-XDR/nv)·IQ    ……(30)
VH＝VHref-XDR·IQ                             ……(31)
因而，当某一运行状态下同步机1的输出端电压VG升高时，利用分接头控制装置4将分接头比n设定得较大(n＞1)(将电抗变化比nv设定得较大)，通过这样能够将同步机1的输出端电压VG控制在额定值附近。同样，当某一运行状态下同步机1a的输出端电压VG升高时，利用相应的分接控制装置4将分接头比n设定得较大(n＞1)(将电抗变化比nv设定得较大)，通过这样能够将同步机1a的输出端电压VG控制在额定值附近。另外，即使分接头比变化时，也能够进行控制使带有载分接开关变压器的高压侧电压VH与目标电压VHref一致。
如上所述，采用本实施形态8，在升压比nv与电抗变化nr不相同的情况下，根据同步机输出的无功电流IQ、长压比nv、电抗变化比nr及带有载分接开关变压器的高压侧目标电压VHref，设定同步机输出端的设定电压VGref，并根据该设定电压VGref与输出端电压VG的偏差，控制提供给同步机励磁绕组的励磁电流，由于采用上述构成，因此具有下述效果，即能够将同步机的输出端电压VG控制在额定值附近，将输电母线的电压维持一定，而且能够减少发电机间无功电流分配的不均匀程度。
实施形态9
在实施形态3中，是在采用升压比nv及电抗变化比nr都等于分接头比的带有载分接开关变压器的励磁控制装置中，根据同步机输出的无功电流IQ、基准值IQ0、带有载分接开关变压器的分接头比n及带有载分接开关变压器的高压侧目标电压VHref，按照式(5)设定同步机输出端的设定电压VGref。而在本实施形态9中，是在采用相对于分接头比n升压比nv与电抗变化比nv不相同的带有载分接开关变压器的励磁控制装置中，根据同步机输出的无功电流IQ、基准值IQ0、带有载分接开关变压器的升压比nv及电抗变化比nr、以及带有载分接开关变压器高压侧的目标电压VHref，设定同步机输出端的设定电压VGref。
由于包含本实施形态9的励磁控制装置的电力系统的构成图与图19相同，故省略其说明。另外，用电压设定器10对设定电压VGref进行的设定，只要如下所述进行即可。
图21为该实施形态9的励磁控制方法的流程图。另外，除了将图5所示的步骤ST13改为步骤ST93以外，其余与图5所示各步骤相同，故省略其说明。
具体地说，电压设定器10根据同步机1输出的无功电流IQ、基准值IQ0、带有载分接开关变压器2b的升压比nv及电抗变化比nr(＝nr1)、以及带有载分接开关变压器2b的高压侧目标电压VHref，按照式(32)计算设定同步机1输出端的设定电压VGref(步骤ST93)。
VGref＝VHref/nv+nr/nv·Xt·IQ-XDR/nv·(IQ-IQ0)    ……(32)
同样，同步机1a用的电压设定器(未图示)也根据同步机1a输出的无功电流IQ、基准值IQ0、带有载分接开关变压器2b的升压比nv及电抗变化比nr(＝nr2)、以及带有载分接开关变压器2c的高压侧目标电压VHref，按照式(32)计算、设定同步机1a输出端的设定电压VGref。
若按照式(32)决定同步机1及1a输出端的设定电压VGref，并据此对同步机1及1a进行控制，则各同步机的输出端电压VG及各带有载分接开关变压器的高压侧电压VH可分别用下式表示。
VG＝VHref/nv+nr/nr·Xt·IQ-XDR/nv·(IQ-IQ0)  ……(33)
VH＝VHref-XDR(IQ-IQ0)                                ……(34)
如上所述，采用本实施形态9，是设定同步机输出端的设定电压VGref，使得即使在带有载分接开关变压器的升压比nv与电抗变化比nr不相同情况下，同步机输出的无功电流IQ与除零以外的基准值IQ0一致时，带有载分接开关变压器的高压侧电压VH也与目标电压VHref一致，由于采用这样的构成，因此能够得到下述效果，即能够以比上述实施形态8更高的精度使带有载分接开关变压器的高压侧电压VH与目标电压VHref一致，而且能够将同步机的输出端电压VG控制在额定值附近，进而还能够减少发电机间无功电流分配的不均匀程度。
实施形态10
在实施形态4中，是在采用升压比nv及电抗变化比nr都等于分接头比n的带有载分接开关变压器的励磁控制装置中，根据改变前与改变后的目标电压的偏差及输电线的电抗值，求出与改变后的目标电压VHref2相应的基准值IQ0。而在本实施形态10中，是在采用相对于分接头比n升压比nv与电抗变化比nr不相同的带有载分接开关变压器的励磁控制装置中，根据改变前与改变后目标电压的偏差及输电线的电抗值，求出与改变后的目标电压VHref2相应的基准值IQ0，并利用该基准值IQ0对设定电压VGref进行设定。
由于包含本实施形态10的励磁控制装置的电力系统的构成图与图19相同，故省略其说明。另外，用电压设定器10对设定电压VGref进行的设定，只要如下所述进行即可。
图22为该实施形态10的励磁控制方法的流程图。另外，除了将图13所示的步骤ST44改为步骤ST104以外，其余与图5所示各步骤相同，故省略其说明。
具体地说，电压设定器10根据同步机1输出的无功电流IQ、由式(9)给出的基准值IQ0、带有载分接开关变压器2b的升压比nv及电抗变化比nr(＝nr1)、以及带有载分接开关变压器2b的高压侧目标电压VHref，按照式(35)计算设定同步机1输出端的设定电压VGref(步骤ST104)。
VGref＝VHref2/nv+nr/nr·Xt·IQ-XDR/Nv·(IQ-IQ0)    ……(35)
同样，同步机1a用的电压设定器(未图示)根据同步机1a输出的无功电流IQ、由式(9)给出的基准值IQ0、带有载分接开关变压器2c的升压比nv及电抗变化比nr(＝nr2)、以及带有载分接开关变压器2c的高压侧目标电压VHref，按照式(35)计算、设定同步机1a输出端的设定电压VGref。另外，各同步机1或1a的输出端电压VG及各带有载分接开关变压器2b或2c的高压侧电压VH可分别用下式表示
VG＝VHref2/nv+nr/nv·Xt·IQ
    -XDR/nv·[IQ-{IQ01+(VHref2-VHref1)/XL}]  ……(36)
VH＝VHref2
    -XDR·[IQ-{IQ01+(VHref2-VHref1)/XL}]          ……(37)
采用本实施形态10，即使在带有载分接开关变压器的升压比nv、电抗变化nr不相同情况下，也能够使用与带有载分接开关变压器的高压侧目标电压VHref相应的基准值IQ0，因此具有下述效果，即该目标电压VHref改变时，也能够使输电系统的电压维持一定，而且能够将同步机的输出端电压VG控制在额定值附近，进而还能够减少发电机间无功电流分配的不均匀程度。
发明效果
由于本发明的励磁控制装置具有对通过带有载分接开关变压器与输电系统连接的同步机输出的无功电流进行检测的无功电流检测器；根据上述同步机端电压设定上述带有载分接开关变压器的分接头比的分接头控制装置；根据上述带有载分接开关变压器的输电系统一侧的目标电压、上述分接头装置设定的分接头比，以及上述无功电流检测器检测出的无功电流，对上述带有载分接开关变压器的同步机一侧的设定电压进行设定的电压设定器；以及根据上述电压设定器设定的设定电压对上述同步机的励磁系统进行控制的控制器，因此能够将同步机的输出端电压维持在额定值附近，能够将输出母线的电压维持一定，而且在系统发生事故时或负荷急剧增加时，也能够充分发挥发电机的能力。
又，在电压设定器中，在用分接头比去除目标电压、并将根据无效电流求出的带有载分接开关变压器的电压下降量加上上述除法运算结果求出设定电压的情况下，不检测出变压器高压侧的电压也能够对设定电压进行设定，因此能够将同步机的输出端电压维持在额定值附近，能够将输电母线的电压维持一定，而且在系统发生事故时或负荷急剧增加时，也能够充分发挥发电机的能力。
又，输电系统上接有其他同步机时，在电压设定器中，根据带有载分接开关变压器的电抗值及环流防止用电抗值求出上述带有载分接开关变压器的电压下降量时，即使在多台同步机并联运行时各台的变压比又不相同的情况下，也能够防止环流流过。
又，在电压设定器中，在用分接头比相应的升压比去除目标电压、并将根据上述分接头比相应的电抗变化比计算出的带有载分接开关变压器的电压下降量加上上述除法运算结果求出设定电压的情况下，即使相对于分接头比升压比与电抗变化比不相同时，也能够将同步机的输出端电压维持在额定值附近，能够将输电母线的电压维持一定，而且在系统发生事故时或负荷急剧增加时，也能够充分发挥发电机的能力。
又，输电系统上连接有其他同步机时，在电压设定器中，根据升压比、电抗变化比及环流防止用电抗值求出上述带有载分接开关变压器的电压下降量的情况下，即使相对于分接头比升压比与电抗变化比不相同时，也能减少发电机间无功电流分配的不均匀。
而且，在电压设定器中，当无功电流为除零以外的规定基准值时，对设定电压进行设定，使环流防止用电抗产生的电压下降量为零，在种情况下能够以高精度使带有载分接开关变压器的输电系统一侧的电压与目标电压一致。
又，由于本发明的励磁控制方法是根据通过带有载分接开关变压器与输电系统连接的同步机输出的无功电流、上述带有载分接开关变压器的分接头比及上述带有载分接开关变压器的输电系统一侧的目标电压，对上述带有载分接开关变压器的同步机一侧的设定电压进行设定，根据该设定电压，对上述同步机的励磁系统进行控制，因此能够将同步机的输出端电压维持在额定值附近，能够将输电母线的电压维持一定，而且在系统发生事故时或负荷急剧增加时，也能够充分发挥发电机的能力。
又，在用分接头比除目标电压，并将根据无功电流求得的带有载分接开关变压器的电压下降量加上上述除法运算结果求出设定电压的情况下，能够不检测变压器高压侧的电压而对设定电压进行设定，因此能够将同步机输出端的电压维持在额定值附近，能够将输电母线的电压维持一定，而且在系统发生事故时或负荷急剧增加时，也能够充分发挥发电机的能力。
又，在根据带有载分接开关变压器的电抗值及环流防止用电抗值求出上述带有载分接开关变压器的电压下降量的情况下，即使在多台同步机并联运行时各变压比又不相同的情况下，也能够防止环流流过。
又，在求出与分接头比对应的升压比及电抗变化比，用上述升压比去除目标电压，再将根据上述电抗变化比计算出的带有载分接开关变压器的电压下降量加上上述除法运算结果求出设定电压的情况下，即使相对于分接头比升压比与电抗变化比不相同时，也能够将同步机的输出端电压维持在额定值附近，能够将输电母线的电压维持一定，而且在系统发生事故时或负荷急剧增加时，也能够充分发挥发电机的能力。
又，在根据升压比、电抗变化比及环流防止用电抗值求出上述带有载分接开关变压器的电压下降量的情况下，即使相对于分接头比升压比与电抗变化比不相同时，也能够减少发电机间无功电流分配的不均匀。
又，当无功电流为除零以外的规定基准值时，对设定电压进行设定，使环流防止用电抗产生的电压下降量为零，在这种情况下能够以高精度使带有载分接开关变压器高压侧的电压与目标电压一致。
又，在根据带有载分接开关变压器的输电系统一侧的电压值设定基准值的情况下，能够以高精度使带有载分接开关变压器高压侧的电压与目标电压一致。
又，在根据改变前与改变后目标电压的偏差及输电系统一侧的输电线的电抗值设定基准值的情况下，即使带有载分接开关变压器高压侧的目标电压改变，也能够将输电系统的电压维持一定。
再者，在以输电系统一侧的输电线的电抗值作为推定值的情况下，即使在电抗值有变化的情况下，也能够用正确的电抗值设定基准值，能够以高精度使带有载分接开关变压器的高压侧电压与目标电压一致。

Claims (15)

1.一种励磁控制装置，其特征在于，具有对通过带有载分接开关变压器与输电系统连接的同步机输出的无功电流进行检测的无功电流检测器；根据上述同步机端电压设定上述带有载分接开关变压器的分接头比的分接头控制装置；根据上述带有载分接开关变压器的输电系统一侧的目标电压、上述分接头控制装置设定的分接头比、以及上述无功电流检测器检测出的无功电流，对上述带有载分接开关变压器的同步机一侧的设定电压进行设定的电压设定器；以及根据上述电压设定器设定的设定电压对上述同步机的励磁系统进行控制的控制器。
2.如权利要求1所述的励磁控制装置，其特征在于，上述电压设定器用上述分接头比除上述目标电压，再将根据上述无功电流求得的上述带有载分接开关变压器的电压下降量加上上述除法运算结果，求出上述设定电压。
3.如权利要求2所述的励磁控制装置，其特征在于，上述输电系统上连接有其他同步机，上述电压设定器根据上述带有载分接开关变压器的电抗值及防止上述同步机与上述其他同步机之间流过环流的环流防止用电抗值求得上述带有载分接开关变压器的电压下降量。
4.如权利要求1的励磁控制装置，其特征在于，上述电压设定器用上述分接头比对应的升压比除上述目标电压，再将根据上述分接头比对应的电抗变化比计算出的上述带有载分接开关变压器的电压下降量加上上述除法运算结果，求出上述设定电压。
5.如权利要求4所述的励磁控制装置，其特征在于，上述输电系统上连接有其他同步机，上述电压设定器根据上述升压比、上述电抗变化比及防止上述同步机与上述其他同步机之间流过环流的环流防止用电抗值求得上述带有载分接开关变压器的电压下降量。
6.如权利要求3所述的励磁控制装置，其特征在于，上述电压设定器对上述设定电压这样设定，使得在上述无功电流为零以外的规定基准值时，上述环流防止用电抗产生的电压下降量为零。
7.一种励磁控制方法，其特征在于，根据通过带有载分接开关变压器与输电系统连接的同步机输出的无功电流、上述带有载分接开关变压器的分接头比及上述带有载分接开关变压器的输电系统一侧的目标电压，对上述带有载分接开关变压器的同步机一侧的设定电压进行设定，根据该设定电压，对上述同步机的励磁系统进行控制。
8.如权利要求7所述的励磁控制方法，其特征在于，用上述分接头比除上述目标电压，再将根据上述无功电流求得的上述带有载分接开关变压器的电压下降量加上上述除法运算结果，求出上述设定电压。
9.如权利要求8所述的励磁控制方法，其特征在于，根据上述带有载分接开关变压器的电抗值及防止上述同步机与上述其他同步机之间流过环流的环流防止用电抗值，求得上述带有载分接开关变压器的电压下降量。
10.如权利要求7所述的励磁控制方法，其特征在于，求出上述分接头比对应的升压比及电抗变化比，用上述升压比除上述目标电压，再将根据上述电抗变化比计算出的上述带有载分接开关变压器的电压下降量加上上述除法运算结果，求出设定电压。
11.如权利要求10所述励磁控制方法，其特征在于，根据上述升压比、上述电抗变化比及防止上述同步机与上述其他同步机之间流过环流的环流防止用电抗值，求得上述带有载分接开关变压器的电压下降量。
12.如权利要求9所述的励磁控制方法，其特征在于，在上述无功电流为除零以外的规定基准值时，设定上述设定电压，使得上述环流防止用电抗产生的电压下降量为零。
13.如权利要求12所述的励磁控制方法，其特征在于，根据上述带有载分接开关变压器的输电系统一侧的电压值设定上述基准值。
14.如权利要求12所述的励磁控制方法，其特征在于，根据改变前与改变后上述目标电压的偏差以及上述输电系统一侧的输电线的电抗值，设定上述基准值。
15.如权利要求14所述的励磁控制方法，其特征在于，推算求出随时间而变化的上述输电系统一侧的输电线的电抗值。
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