CN1306342A - 同步电动机励磁控制装置 - Google Patents

Abstract

变压器分接头位置一旦改变,不论变压器升压比n和电抗值如何变化,总是用一定的陡降增益KH控制输电电压V_H,因而存在造成输电电压V_H不稳定这一问题。根据分接头位置检测电路23检测出的分接头位置m运算输电电压控制的陡降增益Cf,使输电系统输电电压控制中的陡降率Cf保持不变。

Description

同步发电机励磁控制装置

本发明涉及一种改善电力系统电压稳定度的同步发电机励磁控制装置。

图5是示出现有同步发电机励磁控制装置的构成图，图中，1为对输电系统(省略图示)的输电电压(与同步发电机(省略图示)和输电系统间连接的变压器(省略图示)高压一侧电压有关)进行设定的输电电压设定电路，2是由输电电压设定电路1设定的输电电压设定值V_Href减去输电系统实际加上的输电电压V_H的减法器，3是检测变压器分接头位置的分接头位置检测电路，4是根据分接头位置检测电路3检测出的变压器分接头位置求出变压器升压比n的倒数，将该升压比n的倒数与输电电压设定值V_Href相乘的升压比求出电路。

5是确定同步发电机无功电流Iq设定值Iq0的无功电流设定电路，6是将变压器额定电抗值Xt与无功电流设定电路5设定的无功电流Iq设定值Iq0相乘的乘法器，7是将升压比求出电路4的乘法结果与乘法器6的乘法结果相加、再由该加法结果减去同步发电机端电压Vg设定值Vgref的加法减法器，8是将增益降低系数β除以输电电压控制的陡降增益KH的结果与加法减法器7的加减法结果相乘的乘法器，9是将减法器2的减法结果与乘法器8的乘法结果相加的加法器，10是将输电电压控制的陡降增益KH与加法器9的加法结果相乘的乘法器，11是同步发电机端电压Vg设定值Vgref和端电压Vg之间的偏差乘上增益降低系数β、再将该乘法结果与乘法器10的乘法结果相加的信号生成器。

以下说明动作。

图5例中，通过将信号生成器11的加法结果输出给同步发电机自动电压调整器AVR，控制输电系统的输电电压V_H，使其与设定值V_Href保持一致。控制输电系统的输电电压V_H使其保持不变的输电电压控制，其输电电压用下式表示。 $V_H=V_{\mathrm{Href}}-\frac{n\·\mathrm{\β}\·\mathrm{Xt}}{\mathrm{\β}+n\·\mathrm{KH}}(\mathrm{Iq}-\mathrm{Iq}0)-----\left(1\right)$

其中，无功电流设定电路5将输电电压V_H与设定值V_Href保持一致时的同步发电机无功电流Iq作为设定值Iq0。

由式(1)可知，若同步发电机运行于同步发电机其无功电流Iq与设定值Iq0基本一致的附近，便可维持输电系统输电电压V_H接近设定值V_Href。

而控制同步发电机端电压Vg使其保持不变的端电压控制，其输电系统输电电压V_H用下式表示。这里下式中nr为变压器电抗变化比。

V_H=n·V_gref-nr·Iq·Xt    (2)

对比式(1)和式(2)，显然控制输电系统输电电压V_H使其保持不变的方式，与控制同步发电机端电压Vg使其保持不变的方式相比，变压器的电抗变化对电压降及无功电流Iq变动的影响较少，可实现输电系统中输电电压V_H的稳定。

而保持同步发电机端电压Vg保持不变的方式中，输电系统的输电电压V_H一旦下降，同步发电机的无功电流Iq便增大，变压器高压一侧电压也与输电电压V_H成正比下降。反之，控制输电电压V_H保持不变的方式中，即便输电系统的输电电压V_H下降，但若提高同步发电机端电压Vg，便可补偿变压器电抗降低部分，因而可防止变压器高压一侧电压的降低。

现有的同步发电机励磁控制装置如上所述构成，因而可以有效地改善输电系统的电压稳定性，但存在这样的问题，变压器分接头位置一旦改变，由于尽管变压器升压比n和电抗值变化仍利用一定的陡降增益KH来控制输电电压V_H，因而造成输电电压V_H不稳定。

具体来说，存在下面所述问题。

问题1：

由于线路故障或负荷骤增等原因，输电系统的输电电压V_H急剧下降时，为了维持输电电压V_H，需要将同步发电机端电压Vg设定为较高的数值。

但同步发电机端电压Vg一旦超过上限值，通常变压器的自动分接头控制功能OLTC便动作，变压器的分接头便切换为负载时分接头值。因此，变压器升压比n升高，同步发电机端电压Vg回到额定值附近。

这时，随着变压器分接头位置的改变，变压器的升压比n和电抗值变化，因而输电电压控制中的陡降率(式(1)第2项中Iq-Iq0的系数部分)变化。存在的问题是，在使多台同步发电机经变压器与同一母线连接并联运行时，作为控制对象的输电电压V_H相同，因而各个同步发电机其输电电压特性一旦变化，便产生无功电流Iq的失衡，容易发生输电电压V_H不稳定现象。

问题2：

使用频度高的3绕组变压器中，有壳式和芯式。壳式变压器接近于分段绕组变压器特性，与分接头位置相对应的升压比n和电抗变化比nr成正比，因而输电系统的输电电压V_H与同步发电机端电压Vg之间的关系用下述式(3)表示，控制输电系统的输电电压V_H保持不变时其输电电压V_H与式(1)一样表示。

V_H=n·V_g-n·Xt·Iq     (3)

但芯式变压器，与分接头位置相对应的升压比n和电抗变化比nr不成正比，因而输电系统的输电电压V_H和同步发电机端电压Vg之间的关系如下面式(4)所示。

V_H=n·V_g-nr·Xt·Iq    (4)

因而，控制输电系统的输电电压V_H保持不变的输电电压控制，其输电电压V_H如下面式(5)所示。 $V_H=V_{\mathrm{Href}}-\frac{\mathrm{\β}\·\mathrm{Xt}}{\mathrm{\β}+n\·\mathrm{KH}}(\mathrm{nr}\·\mathrm{Iq}-n\·\mathrm{Iq}0)----\left(5\right)$

该芯式变压器，输电系统的输电电压V_H与设定值保持一致时，有Iq=(n/nr)·Iq0成立。具体来说，例如输电电压V_H即便控制为与设定值V_Href保持一致，也会使同步发电机运行时的无功电流Iq为设定值的n/nr。

而与芯式变压器连接的2台同步发电机中，分接头位置位于额定位置时，各同步发电机所对应的电抗(或nr)值即便相同，但分接头位置一旦变化，电抗变化比nr便朝不同方向变化。这时，与同一变压器连接的2台同步发电机其无功电流Iq朝不同方向变动，而且输电电压控制中的陡降率均在不同方向上变化，因而芯式变压器存在输电电压控制不稳定、同步发电机间的无功电流Iq都容易失去平衡这种问题。

本发明正是为了解决上述问题，因而其目的在于，得到一种即便改变与同步发电机连接的变压器的分接头位置，也能维持输电系统中输电电压稳定性的同步发电机励磁控制装置。

本发明的同步发电机励磁控制装置，包括：检测同步发电机和输电系统之间连接的变压器其分接头位置的分接头位置检测手段；根据所述分接头位置检测手段检测出的分接头位置运算该输电电压控制的陡降增益以确保所述输电系统输电电压控制中的陡降率不变的陡降增益运算手段；依据所述陡降增益运算手段运算的陡降增益和规定的设定值控制所述输电系统输电电压的电压控制手段。

本发明的同步发电机励磁控制装置，用对输电系统输电电压控制中的陡降率进行设定的运行值设定电路、根据分接头位置检测手段检测的分接头位置求出变压器升压比的升压比求出电路、根据该陡降率和升压比计算该输电电压控制陡降增益的陡降增益计算电路，构成陡降增益运算手段。

本发明的同步发电机励磁控制装置，根据并联运行的同步发电机台数设定陡降率。

本发明的同步发电机励磁控制装置，将变压器的额定电抗值除以运行值设定电路设定的陡降率，由该除法结果减去该变压器升压比倒数，由该减法结果再乘上增益降低系数来计算陡降增益。

本发明的同步发电机励磁控制装置，陡降增益运算手段始终以在线方式运算输电电压控制的陡降增益。

本发明的同步发电机励磁控制装置，电压控制手段包括一修正手段，根据分接头位置检测手段检测出的分接头位置将同步发电机无功电流设定值修正为修正设定值，电压控制手段以在线方式将修正设定值用作规定设定值。

本发明的同步发电机励磁控制装置，用对输电系统输电电压控制中的陡降率进行设定、并对同步发电机无功电流设定值进行设定的运行值设定电路；由变压器的分接头位置求出变压器升压比的升压比求出电路；由该分接头位置求出变压器电抗变化比的电抗变化比求出电路；以及根据该陡降率、该变压器升压比和电抗变化比计算该输电电压控制的陡降增益的陡降增益计算电路，来构成陡降增益运算手段。

本发明的同步发电机励磁控制装置，将电抗变化比求出电路求出的电抗变化比和变压器额定电抗值的乘法结果除以运行值设定电路设定的陡降率和变压器升压比的乘法结果，由该除法结果减去该变压器升压比倒数，由该减法结果再乘上增益降低系数来计算陡降增益。

本发明的同步发电机励磁控制装置，通过将电抗变化比求出电路求出的电抗变化比除以升压比求出电路求出的升压比，再将该除法结果与无功电流设定值相乘，来修正该无功电流设定值。

本发明的同步发电机励磁控制装置，设有一补偿手段，用所述无功电流检测手段检测出的无功电流和分接头位置检测手段检测出的分接头位置，相对于分接头位置变化对同步发电机无功电流设定值进行补偿。

本发明的同步发电机励磁控制装置，设有补偿手段的同时，用对输电系统输电电压控制中的陡降率进行设定、并对同步发电机的无功电流设定值进行设定的运行值设定电路，由变压器的分接头位置求出变压器升压比的升压比求出电路，以及根据该陡降率和变压器升压比计算该输电电压控制的陡降增益的陡降增益计算电路，构成陡降增益运算手段。

本发明的同步发电机励磁控制装置，根据分接头位置检测手段检测出的分接头位置求出变压器电抗变化比，由该电抗变化比减去升压比求出电路求出的升压比，并将该减法结果除以该升压比，将同步发电机的无功电流与该除法结果相乘，将该乘法结果与该无功电流设定值相加，通过这样以在线方式对该无功电流设定值进行补偿。

本发明的同步发电机励磁控制装置，包括：检测同步发电机和输电系统间连接的变压器其分接头位置的分接头位置检测手段；检测所述同步发电机无功电流的无功电流检测手段；用所述无功电流检测手段检测出的无功电流和所述分接头位置检测手段检测出的分接头位置对同步发电机的无功电流设定值进行补偿的补偿手段；按照所述补偿手段补偿的无功电流设定值对所述输电系统输电电压进行控制的电压控制手段。

本发明的同步发电机励磁控制装置，根据分接头位置检测手段检测出的分接头位置求出变压器的电抗变化比和升压比，由该电抗变化比减去升压比，将该减法结果除以该升压比，并将同步发电机的无功电流与该除法结果相乘，将该乘法结果与该无功电流的设定值相加，通过这样以在线方式对该无功电流的设定值进行补偿。

附图简要说明

图1是示意本发明实施例1同步发电机励磁控制装置的构成图。

图2是示意本发明实施例2同步发电机励磁控制装置的构成图。

图3是示意本发明实施例3同步发电机励磁控制装置的构成图。

图4是示意本发明实施例4同步发电机励磁控制装置的构成图。

图5是示意现有同步发电机励磁控制装置的构成图。

21同步发电机，22变压器，23分接头位置检测电路(分接头位置检测手段)，24运行值设定电路(陡降增益运算手段)，25升压比求出电路(陡降增益运算手段)，26陡降增益计算电路(陡降增益运算手段)，27输电电压检测电路(电压控制手段)，28减法器(电压控制手段)，29乘法器(电压控制手段)，30加法减法器(电压控制手段)，31乘法器(电压控制手段)，32加法器(电压控制手段)，33乘法器(电压控制手段)，35信号生成器(电压控制手段)，41电抗变化比求出电路(陡降增益运算手段)，42陡降增益计算电路(陡降增益运算手段)，43修正电路(修正手段)，51电流检测电路(无功电流检测手段)，52补偿增益计算电路(补偿手段)，53加法器(补偿手段)。

以下说明本发明实施例。

实施例1

图1是示意本发明实施例1同步发电机励磁控制装置的构成图，图中，21是同步发电机，22是变压器，23是检测变压器22分接头位置m的分接头位置检测电路(分接头位置检测手段)，24是对输电系统输电电压控制中的陡降率Cf进行设定，并对输电电压V_H设定值V_Href、同步发电机21的无功电流Iq设定值Iq0、同步发电机21的端电压Vg设定值Vgref进行设定的运行值设定电路，25是根据分接头位置检测电路23检测出的分接头位置m求出变压器22升压比n的倒数、并将该升压比n的倒数与输电电压V_H设定值V_Href相乘的升压比求出电路，26是根据运行值设定电路24设定的陡降率Cf和升压比求出电路25求出的升压比n的倒数计算输电电压控制的陡降增益KH的陡降增益计算电路。

另外，由运行值设定电路24、升压比求出电路25和陡降增益计算电路26构成陡降增益运算手段。

27是检测输电系统输电电压V_H的输电电压检测电路，28是由运行值设定电路24设定的输电电压V_H设定值V_Href减去输电电压检测电路27检测出的输电电压V_H的减法器，29是将变压器22的额定电抗值Xt与运行值设定电路24设定的无功电流Iq的设定值Iq0相乘的乘法器，30是将升压比求出电路25的乘法结果与乘法器29的乘法结果相加、再由该加法结果减去同步发电机21的端电压Vg设定值Vgref的加法减法器，31是将增益降低系数β除以陡降增益计算电路26计算出的陡降增益KH得到的结果与加法减法器30的加减结果Oq相乘的乘法器，32是将减法器28的减法结果Op与乘法器31的乘法结果相加的加法器，33是将输电电压控制的陡降增益KH与加法器32的加法结果相乘的乘法器，34是检测同步发电机21的端电压Vg的端电压检测电路，35是同步发电机21的端电压Vg设定值Vgref和端电压Vg之间的偏差乘上增益降低系数β、再将该乘法结果与乘法器33的乘法结果Oa相加的信号生成器。

另外，由输电电压检测电路27、减法器28、乘法器29、加法减法器30、乘法器31、加法器32、乘法器33、端电压检测电路34和信号生成器35构成电压控制手段。

下面说明动作。

该实施例1解决的是上述问题1，即便变压器22的分接头位置m变化，也始终以在线方式求出变压器22分接头位置m所对应的陡降增益KH，以便控制输电系统输电电压V_H保持不变的输电电压控制中陡降率Cf保持不变。

具体来说，考虑同步发电机台数和输电系统状态等，来预先设定输电电压控制中的陡降率Cf。 $\mathrm{Cf}=\frac{n\·\mathrm{\β}\·\mathrm{Xt}}{\mathrm{\β}+n\·\mathrm{KH}}----\left(6\right)$

将式(6)加以变形，求出陡降增益KH解的话，便如下面式(7)所示，因而将变压器22的分接头位置m所对应的变压器22的升压比n代入式(7)中，每当分接头位置m变化便计算陡降增益KH。 $\mathrm{KH}=\mathrm{\β}\·(\frac{\mathrm{Xt}}{\mathrm{Cf}}-\frac{1}{n})----\left(7\right)$

因此，输电电压控制中的陡降率Cf不受变压器22分接头位置m改变的影响而保持不变。下面具体说明本实施例1中励磁控制装置的动作。

首先，运行值设定电路24考虑输电系统状态等，对输电系统输电电压控制中的陡降率Cf进行设定，并对输电电压V_H设定值V_Href、同步发电机21的无功电流Iq设定值Iq0、同步发电机21的端电压Vg设定值Vgref进行设定。

这里对陡降率Cf的设定，由于并联运行的同步发电机21台数越多，就越难取得无功电流Iq的平衡，因而将输电电压控制中的陡降率Cf设定得较高，反之同步发电机21台数较少的话，就将陡降率Cf设定较低。

输电电压检测电路27一旦检测出输电电压V_H，减法器28便由运行值设定电路24设定的输电电压V_H设定值V_Href减去输电电压V_H，将该减法结果Op输出给加法减法器32。

Op=V_Href-V_H    (8)

而升压比求出电路25根据分接头位置检测电路23检测出的变压器22分接头位置m求出变压器22升压比n的倒数，该升压比n的倒数与输电电压V_H设定值V_Href相乘，乘法器29将变压器22额定电抗值Xt与运行值设定电路24设定的无功电流Iq设定值Iq0相乘，加法减法器30便将升压比求出电路25的乘法结果V_Href/n和乘法器29的乘法结果Iq0·Xt相加，由该加法结果减去同步发电机21的端电压Vg设定值Vgref。 $\mathrm{Oq}=\mathrm{Iq}0\·\mathrm{Xt}-\mathrm{Vgref}+\frac{V_{\mathrm{Href}}}{n}----\left(9\right)$

运行值设定电路24设定陡降率Cf，升压比求出电路25求出升压比n的倒数，陡降增益计算电路26便利用该陡降率Cf和升压比n的倒数计算输电电压控制的陡降增益KH(参照式(7))。

接着，将增益降低系数β除以陡降增益计算电路26计算出的陡降增益KH，乘法器31将该除法结果与加法减法器30的加减法结果Oq相乘。

乘法器33将输电电压控制的陡降增益KH与加法器32的加法结果相乘，将该乘法结果Oa输出给信号生成器35。 $\mathrm{Oa}=\mathrm{KH}\·(\mathrm{Op}+\frac{\mathrm{\β}}{\mathrm{KH}}\·\mathrm{Oq})----\left(10\right)$

信号生成器35通过由运行值设定电路24设定的设定值Vgref与端电压Vg之间的偏差乘上增益降低系数β，在该乘法结果上加上乘法器33的乘法结果Oa，将该加法结果ΔVa输出给同步发电机21的自动电压调整器AVR。

ΔVa=β·(Vgref-Vg)+Oa    (11)

由此，同步发电机21的自动电压调整器AVR将ΔVa作为输入信号对应将输电电压V_H空制为不变的同步发电机21的端电压Vg进行调整，而稳恒状态时ΔVa=0。而且同步发电机21的端电压Vg与输电电压V_H之间的关系如上所述，由式(3)所示。

因此，将式(3)、式(8)、式(9)、式(10)和ΔVa=0代入式(11)，输电电压V_H便如式(1)所示。

而且将式(7)的陡降增益KH代入式(1)，输电电压V_H便如式(12)所示。变压器22的升压比n在式(12)中并不存在，所以可知即便改变变压器的分接头位置，输电电压控制的陡降率Cf也可保持不变。

V_H=V_Href-Cf·(Iq-Iq0)    (12)

由上面可知，利用本实施例1，陡降增益计算电路26中输电电压控制的陡降增益KH是根据分接头位置检测电路23检测出的变压器22分接头位置m计算的，因而即便变压器22分接头位置m改变使变压器22升压比n变化，输电电压控制的陡降增益KH也与变压器22的升压比n一起变化，使式(6)所定义的陡降率Cf保持不变。因此，变压器22的分接头位置m即便改变，也能维持输电系统中输电电压V_H的稳定性，所以很有效。

而且，即便有多台同步发电机与变压器22连接，输电电压控制的陡降率Cf也保持不变，因而多台同步发电机的无功电流Iq可保持平衡，由此可维持输电电压V_H的稳定性。

实施例2

图2是示意本发明实施例2同步发电机励磁控制装置的构成图，图中，与图1相同的标号示出相同或相应部分，故省略说明。

41是根据分接头位置检测电路23检测出的分接头位置m求出变压器22电抗变化比nr的电抗变化比求出电路，42是根据运行值设定电路24设定的陡降率Cf、升压比求出电路25求出的升压比n的倒数和电抗变化比求出电路41求出的电抗变化比nr计算输电电压控制的陡降增益KH的陡降增益计算电路。另外，电抗变化比求出电路41和陡降增益计算电路42构成陡降增益运算手段。43是分别将电抗变化比求出电路41求出的电抗变化比nr和升压比求出电路25求出的升压比n的倒数与无功电流设定值Iq0相乘，以修正无功电流设定值Iq0的修正电路(修正手段)。

下面说明动作。

本实施例2解决的是将芯式变压器用作变压器22时的上述问题2，即便变压器22的分接头位置m变化，也始终以在线方式求出变压器22分接头位置m所对应的陡降增益KH，使输电电压控制中的陡降率Cf不变，同时始终以在线方式防止无功电流Iq与无功电流Iq设定值Iq0之间发生偏差。

首先，芯式变压器在式5中示出的输电电压V_H特性当中，将无功电流Iq设定值Iq0按式(13)进行置换的话，输电电压V_H特性便如式(14)所示。 $\mathrm{Iq}0\→\frac{\mathrm{nr}}{n}\·\mathrm{Iq}0----\left(13\right)$ $V_H=V_{\mathrm{Href}}-\frac{\mathrm{nr}\·\mathrm{\β}\·\mathrm{Xt}}{\mathrm{\β}+n\·\mathrm{KH}}(\mathrm{Iq}-\mathrm{Iq}0)----\left(14\right)$

式(14)是在本实施例2满足关系式(13)这种条件下，用芯式变压器进行输电电压控制时成立的。

这时，输电电压V_H与设定值V_Href一致的话，无功电流Iq也与设定值Iq0一致，所以，即便用象芯式变压器这种升压比n与电抗变化比nr不成正比的变压器，也可以解决无功电流Iq偏离运行点的问题。

而且，为了防止输电电压控制的陡降率Cf随分接头位置m的改变而变化，如下文所述取式(14)第2项中Iq-Iq0的系数为输电电压控制的陡降率Cf。 $\mathrm{Cf}=\frac{\mathrm{nr}\·\mathrm{\β}\·\mathrm{Xt}}{\mathrm{\β}+n\·\mathrm{KH}}----\left(15\right)$

将式(15)加以变形对陡降系数KH进行求解的话，便为下面式(16)所示，因而将变压器22的分接头位置m所对应的变压器22的升压比n和电抗变化比nr代入式(16)，计算陡降增益KH。 $\mathrm{KH}=\mathrm{\β}\·(\frac{\mathrm{nr}\·\mathrm{Xt}}{n\·\mathrm{Cf}}-\frac{1}{n})----\left(16\right)$

因此，输电电压控制中的陡降率Cf不受变压器22分接头位置m改变的影响而保持不变。下面具体说明本实施例2中励磁控制装置的动作。

首先，运行值设定电路24考虑输电系统状态等，对输电系统输电电压控制中的陡降率Cf进行设定，并对输电电压V_H设定值V_Href、同步发电机21的无功电流Iq设定值Iq0、同步发电机21的端电压Vg设定值Vgref进行设定。

这里对陡降率Cf的设定，由于并联运行的同步发电机21台数越多，就越难取得无功电流Iq的平衡，因而将输电电压控制中的陡降率Cf设定得较高，反之同步发电机21台数较少的话，就将陡降率Cf设定较低。

输电电压检测电路27一旦检测出输电电压V_H，减法器28便由运行值设定电路24设定的输电电压V_H设定值V_Href减去输电电压V_H，将该减法结果Op输出给加法减法器32(参照式(8))。

而运行值设定电路24设定陡降率Cf，升压比求出电路25求出升压比n的倒数，电抗变化比求出电路41求出电抗变化比nr。

修正电路43用电抗变化比求出电路41求出的电抗变化比nr和升压比求出电路25求出的升压比n的倒数，对运行值设定电路24设定的无功电流Iq设定值Iq0进行修正，以防止无功电流Iq偏离无功电流Iq设定值Iq0，即将无功电流Iq设定值乘以nr/n。

接着，加法减法器30将升压比求出电路25的乘法结果V_Href/n和乘法器29的乘法结果Iq0·Xt·nr/n相加，由该加法结果减去同步发电机21的端电压Vg设定值Vgref。 $\mathrm{Oq}=\frac{\mathrm{nr}}{n}\·\mathrm{Iq}0\·\mathrm{Xt}-\mathrm{Vgref}+\frac{V_{\mathrm{Href}}}{n}----\left(17\right)$

接下来，陡降增益计算电路42用运行值设定电路24的陡降率Cf和升压比求出电路25的升压比n的倒数和电抗变化比求出电路41的电抗变化比nr，计算输电电压控制的陡降增益KH(参照式(16))。接着，将增益降低系数β除以陡降增益计算电路42计算出的陡降增益KH，乘法器31将该除法结果与加法减法器30的加减法结果Oq相乘。

乘法器33将输电电压控制的陡降增益KH与加法器32的加法结果相乘，并将该乘法结果Oa输出给信号生成器35(参照式(10))。

信号生成器35通过由运行值设定电路24设定的设定值Vgref与端电压Vg之间的偏差乘上增益降低系数β，在该乘法结果上加上乘法器33的乘法结果Oa，将该加法结果ΔVa输出给同步发电机21的自动电压调整器AVR(参照式(11))。

由此，同步发电机21的自动电压调整器AVR将ΔVa作为输入信号对应该控制输电电压V_H保持不变的同步发电机21的端电压Vg进行调整，而稳恒状态时ΔVa=0。而且同步发电机21的端电压Vg与输电电压V_H之间的关系如上所述，由式(4)所示。

因此，将芯式变压器的式(4)、式(8)、式(17)、式(10)和ΔVa=0代入式(11)，输电电压V_H便如式(14)所示。

这样，输电电压V_H与设定值V_Href一致的话，无功电流Iq也与设定值Iq0一致，所以，即便用升压比n与电抗变化比nr不成正比的变压器，也可以防止现有输电控制那样无功电流Iq偏离设定值Iq0这种问题。

而且将式(16)的陡降增益KH代入式(14)，输电电压V_H便如式(12)所示。变压器22的升压比n在式(12)中并不存在，所以可知即便改变变压器的分接头位置，输电电压控制的陡降率Cf也可保持不变。

由上面可知，利用本实施例2，即便将升压比n和电抗变化比nr不成正比的芯式变压器用作变压器22，由于修正电路43中将无功电流Iq设定值Iq0代换为修正设定值(nr/n)Iq0，由陡降增益计算电路42根据分接头位置检测电路23检测出的分接头位置m运算输电电压控制的陡降增益KH，所以可以防止无功电流Iq偏离设定值Iq0，并且可保持输电电压控制的陡降率Cf不变。这样，便具有变压器22分接头位置改变时可维持输电电压V_H稳定性的效果。

而且，即便有多台同步发电机与芯式变压器连接，输电电压控制的陡降率Cf也保持不变，因而多台同步发电机的无功电流Iq可保持平衡，由此可维持输电电压V_H的稳定性。

实施例3

图3是示意本发明实施例3同步发电机励磁控制装置的构成图，图中，与图1和图2相同的标号示出相同或相应部分，故省略说明。

51是检测同步发电机21无功电流Iq的电流检测电路(无功电流检测手段)，52是由变压器22的电抗变化比nr减去升压比n、将该减法结果除以升压比n、再将同步发电机21的无功电流Iq与该除法结果相乘生成补偿信号Of作为补偿增益的补偿增益计算电路，53是将补偿信号Of与运行值设定电路24设定的无功电流Iq设定值Iq0相加的加法器。另外，由电抗变化比求出电路41、补偿增益计算电路52和加法器53构成补偿手段。

上述实施例2中，为了防止同步发电机21的无功电流Iq的偏移，是按式(13)代换无功电流的设定值Iq0后如式(14)表示芯式变压器的式(5)所示的输电电压V_H特性的，但本实施例为了防止同步发电机21的无功电流Iq的偏离，则始终以在线方式用同步发电机的无功电流Iq和变压器的升压比n和电抗变化比nr计算补偿增益，将补偿增益与无功电流Iq设定值Iq0相加，相对于芯式变压器中不与升压比n的变化成正比的电抗变化比nr的变化，对无功电流Iq的设定值Iq0进行补偿。

具体来说，如式(18)和式(19)所示对无功电流Iq设定值Iq0进行补偿。

Iq0→Iq0+Of    (18) $\mathrm{Of}=(\frac{\mathrm{nr}}{n}-1)\·\mathrm{Iq}----\left(19\right)$

这时，芯式变压器的式(5)所示的输电电压V_H特性如壳式变压器的式(1)所示，输电电压V_H与设定值V_Href一致的话，无功电流Iq也与设定值Iq0一致。这样，即便用例如升压比n的变化与电抗变化比nr的变化不成正比的芯式变压器，仍与用壳式变压器一样，可防止同步发电机21无功电流Iq的偏离。

下面具体说明本实施例3励磁控制装置的动作。

首先，运行值设定电路24考虑输电系统状态等，对输电系统输电电压控制中的陡降率Cf进行设定，并对输电电压V_H设定值V_Href、同步发电机21的无功电流Iq设定值Iq0、同步发电机21的端电压Vg设定值Vgref进行设定。

这里对陡降率Cf的设定，由于并联运行的同步发电机21台数越多，就越难取得无功电流Iq的平衡，因而将输电电压控制中的陡降率Cf设定得较高，反之同步发电机21台数较少的话，就将陡降率Cf设定较低。

输电电压检测电路27一旦检测出输电电压V_H，减法器28便由运行值设定电路24设定的输电电压V_H设定值V_Href减去输电电压V_H，将该减法结果Op输出给加法器32(参照式(8))。

而运行值设定电路24设定陡降率Cf，升压比求出电路25求出升压比n的倒数，陡降增益计算电路26用该陡降率Cf和升压比n的倒数，计算输电电压控制的陡降增益KH(参照式(7))。

补偿增益计算电路52由变压器22的电抗变化比nr减去升压比n，该减法结果除以升压比n，再将同步发电机21的无功电流Iq与该除法结果相乘，生成补偿信号Of(参照式(19))，以防止无功电流Iq偏离无功电流Iq设定值Iq0。

补偿增益计算电路52生成补偿信号Of，加法器53就将补偿信号Of与运行值设定电路24设定的无功电流Iq设定值Iq0相加。

接着，加法减法器30将升压比求出电路25的乘法结果V_Href/n和乘法器29的乘法结果(Iq0+Of)·Xt相加，由该加法结果减去同步发电机21的端电压Vg设定值Vgref。 $\mathrm{Oq}=\mathrm{Xt}\·(\mathrm{Iq}0+(\frac{\mathrm{nr}}{n}-1)\·\mathrm{Iq})+\frac{V_{\mathrm{Href}}}{n}-\mathrm{Vgref}----\left(20\right)$

接着，将增益降低系数β除以陡降增益计算电路26计算出的陡降增益KH，乘法器31将该除法结果与加法减法器30的加减法结果Oq相乘。

乘法器33将输电电压控制的陡降增益KH与加法器32的加法结果相乘，并将该乘法结果Oa输出给信号生成器35(参照式(10))。

信号生成器35通过由运行值设定电路24设定的设定值Vgref与端电压Vg之间的偏差乘上增益降低系数β，在该乘法结果上加上乘法器33的乘法结果Oa，将该加法结果ΔVa输出给同步发电机21的自动电压调整器AVR(参照式(11))。

由此，同步发电机21的自动电压调整器AVR将ΔVa作为输入信号对应该控制输电电压V_H保持不变的同步发电机21的端电压Vg进行调整，而稳恒状态时ΔVa=0。而且同步发电机21的端电压Vg与输电电压V_H之间的关系如上所述，由式(4)所示。

因此，将芯式变压器的式(4)、式(8)、式(20)、式(10)和ΔVa=0代入式(11)，输电电压V_H便如式(1)所示。

这样，输电电压V_H与设定值V_Href一致的话，无功电流Iq也与设定值Iq0一致，所以，即便用升压比n与电抗变化比nr不成正比的变压器，也可以防止现有输电控制那样无功电流Iq偏离设定值Iq0这种问题。

而且将式(7)的陡降增益KH代入式(1)，输电电压V_H便如式(12)所示。变压器22的升压比n在式(12)中并不存在，所以可知即便改变变压器的分接头位置，输电电压控制的陡降率Cf也可保持不变。

由上面可知，利用本实施例3，即便将升压比n和电抗变化比nr不成正比的芯式变压器用作变压器22，由于修正电路43中将无功电流Iq设定值Iq0代换为补偿设定值(Iq0+Of)，由陡降增益计算电路26根据分接头位置m运算输电电压控制的陡降增益KH，所以可以防止无功电流Iq偏离设定值Iq0，并且可保持输电电压控制的陡降率Cf不变。这样，便具有变压器22分接头位置改变时可维持输电电压V_H稳定性的效果。

而且，即便有多台同步发电机与芯式变压器连接，输电电压控制的陡降率Cf也保持不变，因而多台同步发电机的无功电流Iq可保持平衡，由此可维持输电电压V_H的稳定性。

实施例4

图4是示意本发明实施例4同步发电机励磁控制装置的构成图。

上述实施例3中示出的是装有陡降增益计算电路26计算陡降增益KH，用以使输电电压控制的陡降率Cf保持不变，但也可以如图4所示，不装陡降增益计算电路26，而始终以在线方式专门防止无功电流Iq的偏离，具有可维持输电电压V_H稳定性的效果。

以下说明动作。

首先，运行值设定电路24对输电电压V_H设定值V_Href、同步发电机21的无功电流Iq设定值Iq0、同步发电机21的端电压Vg设定值Vgref进行设定。

输电电压检测电路27一旦检测出输电电压V_H，减法器28便由运行值设定电路24设定的输电电压V_H设定值V_Href减去输电电压V_H，将该减法结果Op输出给加法减法器32(参照式(8))。

而升压比求出电路25求出升压比n的倒数。

补偿增益计算电路52由变压器22的电抗变化比nr减去升压比n，该减法结果除以升压比n，再将同步发电机21的无功电流Iq与该除法结果相乘，生成补偿信号Of(参照式(19))，以防止无功电流Iq偏离无功电流Iq设定值Iq0。

补偿增益计算电路52生成补偿信号Of，加法器53就将补偿信号Of与运行值设定电路24设定的无功电流Iq设定值Iq0相加。

接着，加法减法器30将升压比求出电路25的乘法结果V_Href/n和乘法器29的乘法结果(Iq0+Of)·Xt相加，由该加法结果减去同步发电机21的端电压Vg设定值Vgref(参照式(20))。

将增益降低系数β除以规定值的陡降增益KH，乘法器31将该除法结果与加法减法器30的加减法结果Oq相乘。陡降增益KH的规定值靠例如对输电系统的线路构成进行分析来确定。另外，也可以凭经验确定陡降增益KH的规定值。乘法器33将规定的陡降增益KH与加法器32的加法结果相乘，并将该乘法结果Oa输出给信号生成器35(参照式(10))。

信号生成器35通过由运行值设定电路24设定的设定值Vgref与端电压Vg之间的偏差乘上增益降低系数β，在该乘法结果上加上乘法器33的乘法结果Oa，将该加法结果ΔVa输出给同步发电机21的自动电压调整器AVR(参照式(11))。

由此，同步发电机21的自动电压调整器AVR将ΔVa作为输入信号对应该控制输电电压V_H保持不变的同步发电机21的端电压Vg进行调整，而稳恒状态时ΔVa=0。而且同步发电机21的端电压Vg与输电电压V_H之间的关系如上所述，由式(4)所示。

因此，将芯式变压器的式(4)、式(8)、式(20)、式(10)和ΔVa=0代入式(11)，输电电压V_H便如式(1)所示。

这样，输电电压V_H与设定值V_Href一致的话，无功电流Iq也与设定值Iq0一致，所以，即便用升压比n与电抗变化比nr不成正比的变压器，也可以防止现有输电控制那样无功电流Iq偏离设定值Iq0这种问题。

由上面可知，利用本实施例4，即便将升压比n和电抗变化比nr不成正比的芯式变压器用作变压器22，由于修正电路43中将无功电流Iq设定值Iq0代换为补偿设定值(Iq0+Of)，所以可以防止无功电流Iq偏离设定值Iq0。这样，便具有变压器22分接头位置改变时可维持输电电压V_H稳定性的效果。

综上所述，按照本发明，由于构成为根据分接头位置检测手段检测出的分接头位置运算输电电压控制的陡降增益，使得输电系统输电电压控制中的陡降率保持不变，因而具有即便变压器分接头位置改变也可维持输电系统中输电电压稳定性这种效果。

按照本发明，由于用对输电系统输电电压控制中的陡降率进行设定的运行值设定电路、根据变压器分接头位置求出变压器升压比的升压比求出电路和根据该陡降率和升压比计算输电电压控制的陡降增益的陡降增益计算电路，构成陡降增益运算手段，因而具有可避免构成复杂并对输电电压控制的陡降增益进行计算这种效果。

按照本发明，由于构成为根据并行运行的同步发电机台数设定陡降率，因而具有可实现无功电流容易平衡的效果。

按照本发明，由于构成为将变压器额定电抗值除以运行值设定电路设定的陡降率，由该除法结果减去变压器升压比的倒数，并将增益降低系数与该减法结果相乘计算陡降增益，因而具有可简单计算陡降增益的效果。

按照本发明，由于陡降增益运算手段构成为始终以在线方式运算输电电压控制的陡降增益，因而具有变压器分接头位置一旦改变便可立即得到适当的陡降增益这种效果。

按照本发明，由于电压控制手段具有根据分接头位置检测手段检测出的分接头位置、以在线方式将同步发电机的无功电流设定值修正为修正设定值的修正手段，电压控制手段构成为将修正设定值用作规定的设定值，因而具有可以防止无功电流偏离无功电流设定值这种效果。

按照本发明，由于用对输电系统输电电压控制中的陡降率进行设定、并对同步发电机无功电流的设定值进行设定的运行值设定电路，根据变压器分接头位置求出变压器升压比的升压比求出电路，根据该分接头位置求出变压器电抗变化比的电抗变化比求出电路，以及根据该陡降率、变压器升压比和电抗变化比计算输电电压控制的陡降增益的陡降增益计算电路，构成陡降增益运算手段，因而具有即便用芯式变压器在变压器分接头位置改变时也能维持输电电压稳定性这种效果。

按照本发明，由于构成为将电抗变化比求出电路求出的电抗变化比和变压器额定电抗值的乘法结果除以运行值设定电路设定的陡降率与变压器升压比的乘法结果，由该除法结果减去变压器升压比的倒数，再将增益降低系数与该减法结果相乘计算陡降增益，因而具有可高精度计算为保持输电电压控制陡降率不变所需的陡降增益这种效果。

按照本发明，由于构成为通过将电抗变化比求出电路求出的电抗变化比除以升压比求出电路求出的升压比，再将该除法结果与无功电流设定值相乘，来修正该无功电流设定值，因而具有可简单修正无功电流设定值的效果。

按照本发明，由于构成为设置一补偿手段，用无功电流检测手段检测出的无功电流和分接头位置检测手段检测出的分接头位置，对同步发电机的无功电流设定值相对于分接头位置变化进行补偿的补偿手段，因而具有可防止发生无功电流偏离无功电流设定值这种效果。

按照本发明，由于设置补偿手段的同时，还用对输电系统输电电压控制中的陡降率进行设定、并对同步发电机的无功电流设定值进行设定的运行值设定电路，根据变压器的分接头位置求出变压器升压比的升压比求出电路，和根据该陡降率和变压器升压比计算输电电压控制的陡降增益的陡降增益计算电路，构成陡降增益运算手段，因而具有即便使用芯式变压器在变压器分接头位置改变时也可以维持输电电压稳定性这种效果。

按照本发明，由于构成为根据分接头位置检测手段检测出的分接头位置求出变压器电抗变化比，由该电抗变化比减去升压比求出电路求出的升压比，将该减法结果除以该升压比，再将同步发电机的无功电流与该除法结果相乘，将该乘法结果与该无功电流设定值相加，通过这样以在线方式对该无功电流设定值进行补偿，因而具有可简单补偿无功电流设定值的效果。

按照本发明，由于构成为用无功电流检测手段检测出的无功电流和分接头位置检测手段检测出的分接头位置，对同步发电机的无功电流设定值进行补偿，因而具有可防止发生无功电流偏离无功电流设定值这种效果。

按照本发明，由于构成为根据分接头位置检测手段检测出的分接头位置求出变压器电抗变化比和升压比，由该电抗变化比减去升压比，将该减法结果除以该升压比，再将同步发电机无功电流与该除法结果相乘，将该乘法结果与该无功电流的设定值相加，通过这样以在线方式对该无功电流的设定值进行补偿，因而具有可简单补偿无功电流设定值的效果。

Claims (14)

1．一种同步发电机励磁控制装置，其特征在于，包括：检测同步发电机和输电系统之间连接的变压器其分接头位置的分接头位置检测手段；根据所述分接头位置检测手段检测出的分接头位置运算该输电电压控制的陡降增益以确保所述输电系统输电电压控制中的陡降率不变的陡降增益运算手段；依据所述陡降增益运算手段运算的陡降增益和规定的设定值控制所述输电系统输电电压的电压控制手段。

2．如权利要求1所述的同步发电机励磁控制装置，其特征在于，用对输电系统输电电压控制中的陡降率进行设定的运行值设定电路、根据分接头位置检测手段检测的分接头位置求出变压器升压比的升压比求出电路、根据所述运行值设定电路设定的陡降率和所述升压比求出电路求出的升压比计算该输电电压控制陡降增益的陡降增益计算电路，构成陡降增益运算手段。

3．如权利要求2所述的同步发电机励磁控制装置，其特征在于，运行值设定电路根据并联运行的同步发电机台数设定陡降率。

4．如权利要求2所述的同步发电机励磁控制装置，其特征在于，陡降增益计算电路将变压器的额定电抗值除以运行值设定电路设定的陡降率，由该除法结果减去该变压器升压比倒数，由该减法结果再乘上增益降低系数来计算陡降增益。

5．如权利要求1所述的同步发电机励磁控制装置，其特征在于，陡降增益运算手段始终以在线方式运算输电电压控制的陡降增益。

6．如权利要求1所述的同步发电机励磁控制装置，其特征在于，电压控制手段包括一修正手段，根据分接头位置检测手段检测出的分接头位置以在线方式将同步发电机无功电流设定值修正为修正设定值，电压控制手段将修正设定值用作规定设定值。

7．如权利要求6所述的同步发电机励磁控制装置，其特征在于，用对输电系统输电电压控制中的陡降率进行设定、并对同步发电机无功电流设定值进行设定的运行值设定电路；由分接头位置检测手段检测出的分接头位置求出变压器升压比的升压比求出电路；由所述分接头位置检测手段检测出的分接头位置求出变压器电抗变化比的电抗变化比求出电路；以及根据所述运行值设定电路设定的陡降率、所述升压比求出电路求出的升压比和所述电抗变化比求出电路求出的电抗变化比计算该输电电压控制的陡降增益的陡降增益计算电路，来构成陡降增益运算手段。

8．如权利要求7所述的同步发电机励磁控制装置，其特征在于，陡降增益计算电路，将电抗变化比求出电路求出的电抗变化比和该变压器额定电抗值的乘法结果除以运行值设定电路设定的陡降率和升压比求出电路求出的升压比的乘法结果，由该除法结果减去该变压器升压比倒数，由该减法结果再乘上增益降低系数来计算陡降增益。

9．如权利要求7所述的同步发电机励磁控制装置，其特征在于，修正手段，通过将电抗变化比求出电路求出的电抗变化比除以升压比求出电路求出的升压比，再将该除法结果与无功电流设定值相乘，来修正该无功电流设定值。

10．如权利要求1所述的同步发电机励磁控制装置，其特征在于，设有对同步发电机无功电流进行检测的无功电流检测手段，和用所述无功电流检测手段检测出的无功电流和分接头位置检测手段检测出的分接头位置、并相对于分接头位置变化对电压控制手段所用的设定值之一的同步发电机无功电流设定值进行补偿的补偿手段。

11．如权利要求10所述的同步发电机励磁控制装置，其特征在于，用对输电系统输电电压控制中的陡降率进行设定的运行值设定电路，由分接头位置检测手段检测出的分接头位置求出变压器升压比的升压比求出电路，以及根据上述运行值设定电路设定的陡降率和所述升压比求出电路求出的升压比计算该输电电压控制的陡降增益的陡降增益计算电路，构成陡降增益运算手段。

12．如权利要求11所述的同步发电机励磁控制装置，其特征在于，补偿手段根据分接头位置检测手段检测出的分接头位置求出变压器电抗变化比，由该电抗变化比减去升压比求出电路求出的升压比，并将该减法结果除以该升压比，将同步发电机的无功电流与该除法结果相乘，将该乘法结果与该无功电流设定值相加，通过这样以在线方式对该无功电流设定值进行补偿。

13．一种同步发电机励磁控制装置，其特征在于，包括：检测同步发电机和输电系统间连接的变压器其分接头位置的分接头位置检测手段；检测所述同步发电机无功电流的无功电流检测手段；用所述无功电流检测手段检测出的无功电流和所述分接头位置检测手段检测出的分接头位置对同步发电机的无功电流设定值进行补偿的补偿手段；按照所述补偿手段补偿的无功电流设定值对所述输电系统输电电压进行控制的电压控制手段。

14．如权利要求13所述的同步发电机励磁控制装置，其特征在于，补偿手段根据分接头位置检测手段检测出的分接头位置求出变压器的电抗变化比和升压比，由该电抗变化比减去升压比，将该减法结果除以该升压比，并将同步发电机的无功电流与该除法结果相乘，将该乘法结果与该无功电流的设定值相加，通过这样以在线方式对该无功电流的设定值进行补偿。

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