DE69112120T2

DE69112120T2 - Vorrichtung zur Regelung eines Leistungssystems.

Info

Publication number: DE69112120T2
Application number: DE69112120T
Authority: DE
Inventors: Yasuo Takagi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-05-11
Filing date: 1991-05-10
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2011-05-11
Also published as: US5300876A; EP0456521A1; DE69112120T3; EP0456521B2; DE69112120D1; EP0456521B1; US5448167A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungssystem-Regelvorrichtung zum Regeln eines Leistungssystems und insbesondere auf eine Leistungssystem-Regelvorrichtung mit einem Autospannungsregulator (im folgenden als AVR bezeichnet) und einem Leistungssystemstabilisator (im folgenden als PSS bezeichnet), der mit dem AVR verbunden ist (vgl. US-A-4 080 559). Sie bezieht sich auch auf eine Leistungssystem-Zustand- Schätzeinheit und eine Drehzahl-Detektoreinheit.
Wenn der Zustand eines Leistungssystems sich aufgrund einer Änderung oder Schwankung in der Last, einer Verbindung/Trennung des Systems und dergleichen ändert, wird die Generatorklemmenspannung verändert, um eine Leistungsschwankung zu verursachen.
In diesem Fall wird ein AVR zum Steuern der Erregungsspannung als eine Leistungssystem-Regelvorrichtung zum Stabilisieren der Generatorklemmenspannung verwendet. Mit lediglich dem AVR kann jedoch die durch Änderung in der Last verursachte Leistungsschwankung nicht ausreichend unterdrückt werden.
Aus diesem Grund wurde ein PSS praktisch zusammen mit dem AVR seit den späten Jahren zwischen 1960 und 1970 verwendet, um das Leistungssystem zu stabilisieren. Der PSS ist eine Einheit zum Steigern eines Effektes zum Unterdrücken der Leistungsschwankung durch Erregungssteuerung eines Leistungsgenerators.
Ein Beispiel eines PSS ist in US-A-4 080 559 offenbart, um Wellentorsionsfrequenzvibrationen zu dämpfen, indem eine Torsionsoszillationsschutzvorrichtung vorgesehen wird, die ein zusammengesetztes Bandrückweisfilter aufweist. Das System spricht auf ein erfaßtes Drehzahlsignal an.
Es ist bekannt, daß die Stabilität eines Leistungssystems stark durch eine Leistungssystemimpedanz und einen Phasendifferenzwinkel zwischen einer Generatorklemmenspannung und einer unbegrenzten Busspannung verändert wird. Um das Leistungssystem stabil unter jeglichem Betriebszustand zu halten, wird vorgezogen, Regelverstärkungen des AVR und PSS entsprechend einem Zustand des Leistungssystems, insbesondere der Leistungssystemimpedanz und dem Phasendifferenzwinkel zu verändern. Um gewohnlich die Regelverstärkung zu verändern, wird die Leistungssystemimpedanz geschätzt, um so die Regelverstärkung des PSS einzustellen.
Wenn beispielsweise ein Modell eines Leistungssystems (einziger Generator gekoppelt mit unbegrenztem Bussystem) 5, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, in welcher ein unbegrenzter Bus mit einem einzigen Generator 3 gekoppelt ist, angenommen wird, so sind die Amplitude und Phase von dessen Spannung eb konstant. Eine wirksame (aktive) Leistung bzw. Wirkleistung Pe und eine Blindleistung Q konnen wie folgt ausgedrückt werden:
Pe = (eq+Xq id) et sinδ / (Xe + xq) ... (1)
Q = (eq+Xq id) id - Xq i² ... (2)
mit eq: interne Querreaktanzspannung
id: Laststrom von direkter Achse
Xq: Quersynchronreaktanz
δ: Phasendifferenzwinkel
i: Laststrom
Es sei darauf hingewiesen, daß die Generatorklemmenspannung et durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann und daß Xq = 0 angenommen wird.
et² = eq² + ed² ... (4)
Die Wirkleistung Pe und die Blindspannung Q können wie folgt transformiert werden:
Pe = et eb / Xe sinδ ... (4)
Q = et² / Xe - et eb/Xe cosδ ... (5)
wobei ed eine interne Synchronreaktanzspannung (= Xq id) ist.
Wenn die Spannung eb des unbegrenzten Busses, die schwierig zu messen ist, aus den Gleichungen (4) und (5) gestrichen wird, kann der Phasendifferenzwinkel δ aus der folgenden Gleichung gewonnen werden, die Größen (die Generatorklemmenspannung et, die Wirkleistung Pe und die Blindspannung Q), die leicht gemessen werden können, und Xe umfaßt:
δ = arctan {Pe / (et²/Xe-Q)} ... (6)
Wenn gewöhnlich einige angenommene Xe-Werte zu erhalten sind, werden entsprechend Wirkleistung Pe, Blindleistung Q und Generatorklemmenspannung et in Gleichung (6) eingesetzt, um Phasendifferenzwinkel δ&sub1;, δ&sub2;, ... und δn zu gewinnen.
Diese berechneten verschiedenen Phasendifferenzwinkel δ werden mit entsprechenden internen Phasendifferenzwinkein δgen verglichen, die an der Generatorklemme gemessen sind. Ein Xe-Wert, der einen Phasendifferenzwinkel δ&sub1; ergibt, welcher die Mindeständerung über der Zeit liefert, wird zu dieser Zeit als die Leistungssystemimpedanz bestimmt.
Eine gewöhnliche Einheit zum Schätzen der Leistungssystemimpedanz Xe umfaßt Parametermeßvorrichtungen 9a bis 9d, Phasendifferenzwinkelrecheneinheiten 11a bis 11c, Differenzschaltungen 13a bis 13c, Korrelationsrecheneinheiten 15a bis 15c und einen Vergleicher 17, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Gemäß dem herkömmlichen Impedanzschätzeinheit wird der Vergleich zwischen dem Phasendifferenzwinkel δi (1 ≤ i ≤ n) und einem internen Phasendifferenzwinkel δgen durchgeführt, indem deren Korrelation erhalten wird. Ein Xe-Wert, der die maximale Korrelation ergibt, wird als die Leistungssystemimpedanz Xe geschätzt.
Bei dieser herkömmlichen Methode wird der Phasendifferenzwinkel δ durch Gleichung (6) erhalten, um die Leistungssystemimpedanz Xe unter einer Annahme zu schätzen, daß Xq = 0 gilt. In der Praxis ist jedoch die Quersynchronreaktanz Xq so groß wie 1,5 pu (pu = je Einheit), wohingegen die Leistungssystemimpedanz Xe so klein ist wie etwa 0,4 pu. Somit schließt Gleichung (6) einen bedeutenden Fehler ein.
Bei der herkömmlichen Methode wird die Leistungssystemimpedanz Xe geschätzt, indem die Korrelation zwischen einer Änderung im Phasendifferenzwinkel δ, berechnet gemäß der obigen Gleichung, und derjenigen im internen Phasendifferenzwinkel δgen erhalten wird. Somit umfaßt die geschätzte Leistungssystemimpedanz Xe einen signifikanten Fehler.
Wenn weiterhin einige verschiedene Leistungssystemimpedanzen Xe in einer Echtzeitweise zu schätzen sind, wird eine Vielzahl von Phasendifferenzwinkeln δ durch Gleichung (6) berechnet, und die Korrelation zwischen dem phasendifferenzwinkel δ und dem internen Phasendifferenzwinkel δgen wird erhalten. Daher ist eine große Menge an Rechnung erforderlich, und zahlreiche Leistungssystemimpedanzen Xe können nicht aus Gleichung (6) in einer Echtzeitweise geschätzt werden. Aus diesem Grund werden in der Praxis etwa drei verschiedene Leistungssystemimpedanzen Xe geschätzt. Als ein Ergebnis ist die geschätzte Leistungssystemimpedanz Xe nicht so genau.
Da die Korrelation zwischen dem Phasendifferenzwinkel δ und dem internen Phasendifferenzwinkel δgen als eine Funktion der Zeit erhalten wird, kann die Leistungssystemimpedanz Xe nur geschätzt werden, wenn eine gewisse Zeitdauer abgelaufen ist, nachdem die Korrelation erhalten ist. Als ein Ergebnis ist es unmöglich, momentan eine abrupte Änderung in der Leistungssystemimpedanz Xe zu schätzen, um eine Schwankung in dem Leistungssystem nach einer Systemtrennung und dergleichen zu unterdrükken.
Der Leistungssystemstabilisator PSS zum Unterdrücken der Schwankung des Systems ist anhand der Fig. 3 zu beschreiben.
Fig. 3 zeigt ein typisches Beispiel einer herkömmlichen Leistungssystem-Regelvorrichtung 19. Die Leistungssystem-Regelvorrichtung 19 umfaßt einen AVR 21 und einen PSS 23. Eine Erregung wird lediglich durch einen Thyristor durchgeführt.
Die Grundoperation des AVR 21 liegt im Steuern der Erregungsspannung durch Verwendung des Thyristors derart, daß eine Differenz zwischen einer Klemmenspannung et, gemessen durch Durchgang durch ein Rauschausschlußfilter 25a, und einem Zielspannungswert etref reduziert ist. Ein tatsächlicher AVR 21 umfaßt auch eine Dämpfungsschaltung und dergleichen. In Fig. 3 ist die Dämpfungsschaltung als eine Verstärkungs/Voreil-Verzögerungsschaltung 27 angegeben.
Zu dieser Zeit korrigiert der PSS 23 den Zielspannungswert etref, um indirekt die Erregungsspannung zu steuern.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, hat der PSS 23 im allgemeinen eine Rücksetzschaltung 29, eine Phasenkompensierschaltung 31, einen Begrenzer 33a und ein Rauschausschlußfilter 25b. Fig. 4 zeigt die Antwort der aktiven oder Wirkspannung Pe, wenn der Zielspannungswert etref stufenweise verändert wird, um den kreuzverbundenen Wärmeleistungsgenerator mit einer Nennleistung von 600 MW mittels des PSS 23 zu steuern.
Wenn, wie aus der Fig. 4 zu ersehen ist, lediglich der AVR 21 verwendet wird, werden Schwankungen von 2,6 MW und 7,1 MW an jeweils den ersten und zweiten Spitzenwerten erregt. Wenn im Gegensatz hierzu der PSS 23 mit dem AVR 21 gekoppelt ist, konvergiert die Schwankung von 7,4 MW an dem ersten Spitzenwert.
Auf diese Weise hat der PSS 23 ein gutes Verhalten zum Unterdrücken einer Schwankung im Leistungssystem nahe dem Nennpunkt.
Der PSS 23 ist eine lineare Steuerschaltung, wie dies oben beschrieben ist. Im Gegensatz hierzu hat jedoch das Leistungssystem überhaupt keine linearen Kennlinien. Diese Kennlinien werden mittels des unbegrenzten Bussystemes 5 erläutert, das mit einem einzigen Generator gekoppelt ist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten unbegrenzten Bussystem 5 wird die dynamische Kennlinie des Phasendifferenzwinkels δ, die die Leistung und Spannung an dem Generatoranschluß beherrscht, durch die folgende Gleichung ausgedrückt
mit M: Einheitsträgheitskonstante x 2
ω&sub0;: Wechselfrequenz
Tm: Mechanisches Drehmoment
Te: Elektrisches Drehmoment
D: Eigenbremsdrehmoment-Koeffizient (Bremskoeffizient)
Die Bremskennlinie aufgrund des Phasendifferenzwinkels δ wird durch den Eigenbremsdrehmoment-Koeffizienten D bestimmt. Wenn der Koeffizient D groß ist, wird der Phasendifferenzwinkel δ gegen die Störung stabil, wohingegen bei kleinem Koeffizienten der Winkel δ schwankt. Wenn der Winkel δ schwankt, schwankt die Wirkleistung Pe entsprechend. Der Eigenbremsdrehmoment- Koeffizient D hängt stark von der Leistungssystemimpedanz Xe und dem Phasendifferenzwinkel δ ab.
mit eb: unbegrenzte Busspannung
Xd' : Direktachsen-Transient- bzw. Kurzzeit-Reaktanz
Xd": Direktachsen-Anfangs-Transient-Reaktanz
Tdo" : Offenschaltungs-Anfangs-Zeitkonstante
Xq: Querachsen-Synchronreaktanz
xq": Querachsen-Anfangs-Transient-Reaktanz
Tqo" : Kurzschluß-Anfangs-Zeitkonstante
Fig. 5 zeigt die Kennlinien des Bremskoeffizienten D, der den Parameter (Leistungssystemimpedanz) Xe und dem Phasendifferenzwinkel δ zugeordnet ist, die sich beide während eines Betriebs des Generators ändern.
Je größer die Leistungssystemimpedanz Xe ist und je näher der Phasendifferenzwinkel δ bei 90º liegt, desto kleiner wird der Bremskoeffizient D. Insbesondere ändern sich der Phasendifferenzwinkel und die Leistungssystemimpedanz des mit einem einzigen Generator gekoppelten unbegrenzten Bussystems 5.
Die Fig. 6A und 6B zeigen den Antwortzustand des mit dem einzigen Generator gekoppelten unbegrenzten Bussystems 5, wenn die Leistungssystemimpedanz Xe stufenweise verändert wird. Wenn die Leistungssystemimpedanz Xe von 0,2 pu nach 0,3 pu verändert wird, sind Spannung und Leistung gut durch den Effekt des PSS 23 gesteuert. Insbesondere wird die Schwankung in der Spannung und Leistung innerhalb einer kurzen Zeitdauer unterdrückt.
Wenn die Leistungssystemimpedanz Xe von 0,2 pu nach 1,0 pu verändert wird, hat der herkömmliche PSS 23 keine ausreichend große Bremskraft hierfür, und es nimmt Zeit in Anspruch, die Schwankung in der Leistung zu unterdrücken. Dies beruht darauf, daß in dem herkömmlichen PSS 23 die Leistungssystemimpedanz Xe groß wird und der Phasendifferenzwinkel δ 70º oder mehr annimmt, so daß der Bremskoeffizient D klein wird.
Wenn auf diese Weise in dem herkömmlichen PSS 23 die Leistungssystemimpedanz aufgrund einer teilweisen Trennung des Leistungssystems und dergleichen merklich verändert wird, verschlechtert sich die Bremskennlinie bzw. -eigenschaft.
Wenn die Leistungssystemimpedanz aufgrund einer Schwankung in der Last stark verändert wird, wird die Bremskennlinie des PSS gegen die Schwankung in der Leistung herabgesetzt.
Die Erfindung schafft eine Leistungssystem-Regelvorrichtung, wie dies in den Patentansprüchen 1 und 4 festgelegt ist, eine Leistungssystem-Schätzeinheit gemäß Patentanspruch 8 und eine Drehzahl-Detektoreinheit gemäß Patentanspruch 18.
Dank der Erfindung kann eine Leistungssystem-Regelvorrichtung genau eine Leistungssystemimpedanz in Echtzeit schätzen und Leistungsschwankungen aufgrund großen Anderungen in der Leistungssystemimpedanz mittels der geschätzten Impedanz unterdrücken.
Diese Erfindung kann vollständiger aus der folgenden Detailbeschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in welchen:
Fig. 1 die Anordnung eines mit einem einzigen Generator unbegrenzten Bussystems zeigt,
Fig. 2 ein Blockschaltbild ist, das die Anordnung eines herkömmlichen Autospannungsregulators zeigt,
Fig. 3 ein Blockdiagramm ist, das die Anordnung eines herkömmlichen Leistungssystemstabilisators (PSS) zeigt,
Fig. 4 ein Graph ist, der das transiente bzw. kurzzeitige Antworten einer Leistungsübertragungs-Wirkleistung zeigt, wenn eine Zielgenerator-Klemmenspannung stufenweise durch eine herkömmliche Leistungssystemlregelvorrichtung verändert wird,
Fig. 5 ein Graph eines Eigenbremskoeffizienten eines Generators ist,
Fig. 6A und 6B Graphen von einer Leistungssystemantwort sind, wenn die Leistungssystemimpedanz der herkömmlichen Leistungssystem-Regelvorrichtung verändert wird,
Fig. 7 ein Blockdiagramm ist, das eine Leistungssystem-Regelvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
Fig. 8A bis 8F Graphen sind, die die Abhängigkeit der Generatorklemmenspannung von dem Phasendifferenzwinkel, der internen Spannung und der Leistungssystemimpedanz zeigen,
Fig. 9 ein Graph ist, der ein Beispiel einer Operationstabelle einer Leistungssystem-Impedanz-Schätz-Recheneinheit zeigt,
Fig. 10 ein Blockdiagramm ist, das einen Leistungssystem-Stabilisator (PSS) zeigt,
Fig. 11 ein Blockdiagramm ist, das die Anordnung einer nicht linearen Steuerschaltung zeigt,
Fig. 12A bis 12C Graphen sind, die die Antwort des Leistungssystems zeigen, wenn die Leistungssystemimpedanz verändert wird,
Fig. 13 ein Schaltungsdiagramm einer anderen Leistungssystem-Regelvorrichtung ist,
Fig. 14 ein Graph ist, der Leistungssystemimpedanzen und Phasendifferenzwinkel zeigt, die durch die in Fig. 13 dargestellte Leistungssystem-Regelvorrichtung geschätzt sind,
Fig. 15 ein Schaltungsdiagramm einer anderen Leistungssystem-Regelvorrichtung ist,
Fig. 16 ein Schaltungsdiagramm einer in einer Leistungssystem-Regelvorrichtung verwendeten Winkeldetektoreinheit gemäß der Erfindung ist,
Fig. 17 ein Blockschaltungsdiagramm eines Leistungsstabilisators ist, der durch ein Steuersignal von der in Fig. 16 gezeigten Winkeldetektoreinheit gesteuert ist, und
Fig. 18a und 18b Graphen sind, die jeweils eine durch den Leistungsstabilisator von Fig. 17 erhaltene Leistungsstabilisierkennlinie und die durch den herkömmlichen Leistungsstabilisator erhaltene Kennlinie zeigen.
Eine Leistungssystem-Regelvorrichtung gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wird anhand der Fig. 7 bis 12C beschrieben. Fig. 7 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Leistungssystem- Regelvorrichtung 101 zeigt.
Wie in Fig. 7 gezeigt ist, umfaßt die Leistungssystem- Regelvorrichtung 101 einen Autospannungsregulator (AVR) 103, eine Leistungssystem-Impedanz-Schätz-Recheneinheit 105, eine Phasendifferenz-Winkel-Schätz-Recheneinheit 107 und einen Leistungssystemstabilisator (PSS) 109. Die Leistungssystem-Impedanz-Schätz-Recheneinheit 105 und die Phasendifferenz-Winkel-Schätz-Recheneinheit 107 bilden eine Leistungssystem-Zustand-Schätzeinheit 106.
Der AVR 103 hat die gleiche Anordnung wie der in Fig. 3 gezeigte AVR 21, und die Detailbeschreibung hiervon wird somit weggelassen. Die übrigen Bestandteilkomponenten werden unten beschrieben.

Leistungssystem-Impedanz-Schätz-Recheneinheit 105

Die Leistungssystem-Impedanz-Schätz-Recheneinheit 105 empfängt eine Generatorklemmenspannung et und eine interne Generatorspannung Eq', um eine Leistungssystemimpedanz Xe zu schätzen. Das heißt, eine in Fig. 9 gezeigte Tabelle (et, Eq'-Xe) wird in die Impedanzschätz- Recheneinheit 105 gesetzt. Die Impedanzschätz-Recheneinheit 105 empfängt eine Generatorklemmenspannung et und eine interne Querspannung Eq' und gibt eine Leistungssystemimpedanz Xe aus. Das Betriebsprinzip der Leistungssystem-Impedanz-Schätz-Recheneinheit 105 wird unten beschrieben werden. Zunächst wird eine Generatorklemmenspannung et durch die folgende Gleichung ausgedrückt:
mit Xd' : Direktachsen-Transient-Reaktanz
Et: Generatorklemmenspannung
Eq' : Interne Generatorspannung
eb: Unbegrenzte Busspannung
Xq: Quersynchronreaktanz
Auf diese Weise kann der Generatoranschluß et von Gleichung (9) sehr kompliziert aussehen. Wenn jedoch die konstante Direktachsen-Transient-Reaktanz Xd' und die Quersynchronreaktanz Xq, die dem Generator eigen sind, in Gleichung (9) eingesetzt werden und für die unbegrenzte Busspannung eb ein geeigneter Wert von beispielsweise 1 pu angenommen wird, kann, da die Spannung eb eine konstante Amplitude hat, die Spannung et durch eine einfache Gleichung angenähert werden, die im wesentlichen keine Beziehung zu einem Phasendifferenzwinkel δ hat.
Die Fig. 8A bis 8F zeigen in dreidimensionaler Weise die Beziehung zwischen dem Phasendifferenzwinkel δ, der internen Querspannung Eq' und der Generatorklemmenspannung et für verschiedene Leistungssystemimpedanzen Xe, d.h. für Xe = 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 und 1,0, wenn die Direktachsen-Transient-Reaktanz Xd' = 0,45 und die synchrone Querreaktanz Xg = 1,52 betragen. In den Zeichnungen sind Konturlinien an Teilen entsprechend den Generatorklemmenspannungen et = 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 und 1,6 eingetragen.
In diesem Ausführungsbeispiel hängt die Generatorklemmenspannung et nicht wesentlich von dem Phasendifferenzwinkel δ ab. Daher ist die Generatorklemmenspannung et eine Funktion von zwei Veränderlichen, d.h. einer geschätzten internen Generatorspannung Eq', die einfach geschätzt werden kann, und einer zu gewinnenden Leistungssystemimpedanz Xe. Zusätzlich können sich, wie aus den Fig. 8A bis 8F ersichtlich ist, die Generatorklemmenspannung et und die interne Generatorspannung Eq' linear verändern.
Wie oben beschrieben ist, kann die Generatorklemmenspannung et durch die einfache Funktion der internen Generatorspannung Eq' und der Leistungssystemimpedanz Xe angenähert werden. Daher kann die Leistungssystem- Impedanz-Schätz-Recheneinheit 105 einfach realisiert werden, indem diese Funktion bezüglich der Leistungssystemimpedanz Xe gelöst wird. Mit anderen Worten, wenn die Tabelle von Xe = f(et, Eq), d.h. die Tabelle von Fig. 9 gebildet wird, kann die Impedanzschätz-Recheneinheit 105 realisiert werden.

Phasendifferenz-Winkel-Schätz-Recheneinheit 107

Die Phasendifferenz-Winkel-Schätz-Recheneinheit 107 ist mit dem Ausgang der Leistungssystem-Impedanz-Rechenein heit 105 verbunden und erhält den Phasendifferenzwinkel δ mittels der Leistungssystemimpedanz Xe. In diesem Fall ist die unbegrenzte Busspannung eb gestrichen aus beispielsweise den zuvor angegebenen Gleichungen (1) und (2), um den Phasendifferenzwinkel δ zu erhalten. Mit anderen Worten, die Phasendifferenz-Winkel-Schätz- Recheneinheit 105 schätzt den Phasendifferenzwinkel δ aufgrund der folgenden Gleichungen:
Bei diesem Verfahren tritt ein Schätzfehler in der Leistungssystemimpedanz Xe aufgrund der Phasendifferenzabhängigkeit von der Generatorklemmenspannung et auf. Jedoch ist, wie aus den Fig. 8A bis 8F zu ersehen ist, dieser Fehler klein in einem Bereich von 0º ≤ δ ≤ 80º, was ein normaler Betriebsbereich ist. Wenn die Leistungssystemimpedanz 0,2 oder kleiner ist, kann ein beträchtlich großer Fehler auftreten. Wenn jedoch die gewöhnliche Leistungssystemimpedanz Xe den Wert 0,2 oder mehr hat, ist der Fehler ausreichend erlaubt.
Auf diese Weise können die zu gewinnende Leistungssystemimpedanz Xe und der Phasendifferenzwinkel δ direkt aus der internen Generatorspannung Eq', der Generatorklemmenspannung et, der Wirkleistung Pe und der Blindleistung, die leicht gemessen werden können, mittels einer einfachen Gleichung erhalten werden. Als ein Ergebnis kann ein Zustand des Leistungssystems richtig auf Echtzeitweise geschätzt werden.

Leistungssystemstabilisator (PSS) 109

Der PSS 109 ümfaßt eine nichtlineare Steuereinheit 111, ein Voreil-Verzögerungsfilter 113 und eine Rücksetzschaltung 115, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Die nichtlineare Steuereinheit 111 empfängt eine phasendifferenz-Winkeländerung Δδ, ein Phasendifferenzwinkeldifferential und die geschätzte Leistungssystemimpedanz Xe, um eine nichtlineare Rechenoperation auszuführen.
Die nichtlineare Steuereinheit 111 umfaßt eine Zustandrückkopplungsschaltung 117, Funktionsrecheneinheiten 119a und 119b, eine Skalierschaltung 121 und eine nichtlineare Löschschaltung 123, wie dies in Fig. 11 gezeigt ist.
Die nichtlineare Steuereinheit 111 empfängt die Phasendifferenzwinkeländerung Δδ, das Phasendifferenzwinkeldifferential und die Leistungssystemimpedanz Xe, um die nichtlineare Komponente des Leistungssystems zu löschen und zu kompensieren, damit ein Signal S11 als die interne Variable des PSS 109 derart gesteuert wird, daß die dynamischen Kennlinien der Phasendifferenz-Winkeländerung Δδ und des Phasendifferenzwinkeldifferentials geeignete lineare Systeme werden. Diese Steuerung wird gemäß beispielsweise einer Zustandsraum-Linearisierung durchgeführt. Mit diesem Verfahren wird ein durch die folgende (11) ausgedrücktes System erhalten:
= f(x) + g(x)u ... (11)
mit x: Zustandsvariable
u: Steuergröße
f, g: glatte Funktionen abhängig von der Zustandsvariablen
Wenn im Gegensatz hierzu die folgende Umsetzung der Steuer- bzw. Regelgröße u und der Zustandsvariablen x durchgeführt wird, kann ein lineares System für den umgesetzten Zustand z und die umgesetzte Steuergröße v erhalten werden.
u = α(x) + β(x)v ... (12)
= Ax + bv ... (13)
β(x) = 1 / LgLfn-1φ(x ... (14)
α(x) = (-Lfnφ(x)) β(x ... (15)
wobei A und b eine konstante Matrix bzw. ein Spektrum bedeuten.
wobei φ eine glatte Funktion ist, die die folgende Beziehung erfüllt:
Lgφ(x) = LgLfφ(x) = ... = LgLfn-2φ(x) ...(17)
LgLfn-1φ(x0) ≠ 0 ...(18)
wobei x0 einen Anfangszustand darstellt.
Wenn gemäß diesem Verfahren die Gleichungen (7) und (8) des Leistungssystems auf die Gleichung (11) durch eine geeignete Annäherung und dann auf eine Operationsgrößenumsetzung und eine Zustandsvariablenumsetzung angewandt werden, so wird die Berechnungsgleichung der nichtlinearen Steuereinheit 111 erhalten.
Das Signal S11, das von der nichtlinearen Steuereinheit 11 ausgegeben ist, entspricht der Steuergröße v der Gleichung (12). Die Skalierschaltung 121 berechnet Gleichung (14) und die nichtlineare Löschschaltung 123 berechnet Gleichung (15).
Die Funktionsrecheneinheiten 119a und 119b kompensieren eine Änderung in der durch die Leistungssystemimpedanz Xe erhaltenen dynamischen Kennlinie. Die Zustandsrückkopplungseinheit 117 ist eine lineare Steuereinheit.
Die dynamische Kennlinie von v - (δ, ) hat ein nicht lineares System, das ausgedrückt ist durch (A, b) durch die oben beschriebene Umsetzung. Daher ist es einfach, das Steuerprogramm hierfür auszulegen.
Als ein Ergebnis können der Phasendifferenzwinkel δ und dessen Differential stabil unabhängig von dem Betriebszustand gesteuert werden, während eine ausreichende Bremskraft aufrechterhalten wird. Insbesondere sind die Generatorklemmenspannung et und die Wirkleistung Pe stabil gesteuert, während eine ausreichend große Bremskraft gegen eine große Änderung im Operationszustand, beispielsweise in der Leistungssystemimpedanz, beibehalten wird.
Das Voreil-Verzögerungsfilter 113 kompensiert eine Phase eines Ausgangssignales S1 von der nicht linearen Steuereinheit 111, um die Stabilität des Leistungssystems zu verbessern. Wenn das Leistungssystem in einen stetigen Zustand gesetzt ist und die Schwankung in der Leistung konvergiert, setzt die Rücksetzschaltung 115 das Ausgangssignal von dem PSS 109 auf 0, so daß die Generatorklemmenspannung et zu dem Zielspannungswert etref durch den AVR 103 ohne Abweichung konvergiert.
Die durch die oben beschriebenen Recheneinheiten durchgeführte Berechnung wird im folgenden erläutert.
Die Zustandrückkopplungseinheit 117 empfängt die Phasendifferenzwinkeländerung Δδ und einen geschätzten Wert des Phasendifferenz-Winkeldifferentials , um das Signal S11 gemäß der folgenden Gleichung zu berechnen:
S11 = k&sub1; x Δδ + k&sub2; x δ ...(19)
wobei k&sub1; und k&sub2; Konstanten sind.
Die Funktionsrecheneinheiten 119a und 119b empfangen die Leistungssystemimpedanz Xe, um eine Funktionsrechenoperation durchzuführen, damit Signale S14 bzw. S15 ausgegeben werden.
Die Skalierschaltung 121 empfängt den geschätzten Wert des Phasendifferenzwinkels δ und das Signal S14 und gibt ein Signal S12 aus. Die Signale S11 und S12 werden multipliziert, um ein Signal S16 zu erhalten. Die nichtlineare Löschschaltung 123 empfängt den Phasendifferenzwinkel δ, das geschätzte Phasendifferenz-Winkeldifferential und die Signale S14 und S15, um ein Signal S13 zu erhalten.
Die Signale S13 und S16 werden addiert, um das Signal S1 zu erhalten, das ein Ausgangssignal von der nichtlinearen Steuereinheit 111 ist.
Die durch die Blöcke der Fig. 10 und 11 durchgeführte Berechnung wird im folgenden beschrieben.
Rücksetzschaltung 115:
Δetref = {s / (1+S)}S2 ...(20)
Voreil-Verzögerungsfilter 113:
S2 = {(1+k&sub4;S) / (1+k&sub3;S)}S1 ...(21)
Skalierschaltung 121:
S12 = k&sub6; / (S14 δ(δ-k&sub5;)) ...(22)
Nichtlineare Löschschaltung 123:
S13 = (S15 (k&sub6;-(cosδ)2)) / (S14 δ(δ-k&sub7;)) ...(23)
Funktionsrecheneinheit 119a:
S14 = k&sub1;&sub0; / (Xek&sub8; (k&sub9;Xe+1) ...(24)
Funktionsrecheneinheit 119b:
S15 = k&sub1;&sub2; / (k&sub1;&sub1;+Xe)2 - k&sub1;&sub3; ...(25)
Es sei darauf hingewiesen, daß in den Gleichungen (9) bis (24) k&sub1; bis k&sub1;&sub3; Konstanten gemäß der Reaktanz und der Zeitkonstanten des zu steuernden Leistungsgenerators sind.
Die Fig. 12A bis 12C zeigen die Antwort bzw. das Ansprechen des PSS 109 dieses Ausführungsbeispiels, wenn die Leistungssystemimpedanz Xe in drei verschiedenen Bereichen verändert wird. Fig. 12A zeigt die Antwort, wenn die Leistungssystemimpedanz Xe von 0,2 pu nach 0,3 pu verändert wird, Fig. 12B zeigt die Antwort, wenn die Leistungssystemimpedanz Xe von 0,2 pu nach 0,5 pu verändert wird, und Fig. 12C zeigt die Antwort, wenn die Leistungssystemimpedanz von 0,2 pu nach 1,0 pu verändert wird.
Aus diesen Ergebnissen folgt, daß die Schwankung in irgendeinem von diesen Fällen während einer kürzeren Zeitdauer als die der in den Fig. 6A und 6B gezeigten herkömmlichen Antwort gedämpft wird, um so eine ausreichende Bremskraft zu gewährleisten.
Auf diese Weise werden gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Leistungssystemimpedanz Xe und die Phasendifferenzwinkel δ direkt aus der Generatorklemmenspannung et, der Wirkleistung Pe und der Blindleistung Q erhalten, die einfach gemessen werden können. Daher kann der Zustand des Leistungssystems richtig in einer Echtzeitweise geschätzt werden. Die Generatorklemmenspannung et und die Wirkleistung Pe des Leistungssystems können stabil gesteuert werden, wobei eine befriedigende Bremskraft selbst nach einer großem Änderung im Operationszustand, beispielsweise in der Leistungssystemimpedanz Xe beibehalten wird.
In diesem Ausführungsbeispiel wird der Phasendifferenzwinkel δ aus der Leistungssystemimpedanz Xe gemäß der Gleichung (10) erhalten. Jedoch ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt, und der Phasendifferenzwinkel δ kann gemäß anderen Gleichungen gewonnen werden.
In diesem Ausführungsbeispiel werden die Phasendifferenz-Winkeländerung Δδ, der Phasendifferenzwinkel δ und die Leistungssystemimpedanz Xe eingegeben, um die Nichtlinearität des Leistungssystems zu löschen und zu kompensieren, so daß die dynamischen Kennlinien der Phasendifferenz-Winkeländerung Δδ und des Phasendifferenzwinkels δ geeignete lineare Systeme werden mittels des Signales S11 als der internen Variablen PSS gemäß einer Zustandsraum-Linearisierung. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt, und es kann auch ein anderes Verfahren angewandt werden.
Ein anderes Ausführungsbeispiel wird anhand der Fig. 13 beschrieben.
Primärverzögerungsfilter 131 bis 134 empfangen das Generatorklemmen-Spannungssignal et, das Wirkleistungssignal P, das Blindleistungssignal Q bzw. das Drehzahl signal ω und entfernen Rauschkomponenten hiervon. Das Ausgangssignal et von dem Primärverzögerungsfilter 131 wird in Rechenschaltungen 135 bis 137 eingegeben, und das Ausgangssignal P von dem Primärverzögerungsfilter 132 wird in die Rechenschaltungen 135 und 136 eingespeist. Das Ausgangssignal Q von dem Primärverzögerungsfilter 133 wird in die Rechenschaltung 135 eingespeist.
Die Rechenschaltungen 135 und 136 berechnen Ankerströme Iq bzw. Id der q-Achse bzw. der d-Achse des Leistungsgenerators gemäß den folgenden Gleichungen (26) und (27):
Die Rechenschaltung 137 und die Rechenschaltung 138 berechnen die internen Generatorspannungen Eg und Eq' gemäß den folgenden Gleichungen (28) und (29):
Die Ausgangsklemmen der Rechenschaltungen 135, 136 und 138 sind mit den Eingangsklemmen der Rechenschaltungen 139 und 140 verbunden. Die Rechenschaltung 139 berechnet VL gemäß der folgenden Gleichung (30) und speist VL in die Rechenschaltung 140 ein. Die Rechenschaltung 140 berechnet einen angenäherten Wert Xe' der Leistungssystemimpedanz gemäß der folgenden Gleichung (31):
Die geschätzte Leistungssystemimpedanz Xe wird aus dem angenäherten Wert xe' der von der Rechenschaltung 140 ausgegebenen Leistungssystemimpedanz durch das Primärverzögerungsfilter 141 erhalten. Der Wert Xe' entspricht dem in Fig. 14 gezeigten Xe, wobei jedoch der geschätzte Wert e leicht von dem Wert Xe' aufgrund des Filters verzögert ist. Die Leistungssystemimpedanz ändert sich im wesentlichen stufenweise, während sich der Phasendifferenzwinkel nacheinander etwa jede Sekunde verändert. Das Primärverzögerungsfilter 141 verwendet die Differenz in Antwortwellenformen der Leistungssystemimpedanz und den Phasendifferenzwinkel und entfernt eine Änderung im Phasendifferenzwinkel, der in dem angenäherten Wert der Leistungssystemimpedanz enthalten ist.
Wenn die durch ein Primärverzögerungsfilter 141 erhaltene Leistungssystemimpedanz Xe in Rechenschaltungen 142 und 143 eingegeben wird, werden VS und VC gemäß den folgenden Gleichungen (32) und (33) erhalten:
VS = Iq (Xe+Xq) ...(32)
VC = Eq - Id (Xe+Xq) ...(33)
Die Rechenschaltung 144 berechnet den Phasendifferenzwinkel δ aufgrund der durch die Rechenschaltungen 142 und 143 erhaltenen Größen VS und VC. Insbesondere bilden die Rechenschaltungen 142 bis 144 eine nichtlineare Recheneinheit zum Berechnen eines geschätzten Phasendifferenzwinkels aus der geschätzten Leistungssystemimpedanz, der Wirkleistung Pe, der Blindleistung Q und der Generatorklemmenspannung et.
Fig. 14 zeigt den Phasendifferenzwinkel δ und die Leistungssystemimpedanz Xe, die in dem in Fig. 13 dargestellten Ausführungsbeispiel geschätzt sind. Es sei darauf hingewiesen, daß in der Zeichnung Xe gemäß 0,2+0,9 sin(t-2) verändert wird, wobei t die Zeit in Einheiten von Sekunden bedeutet.
Es ist so offenbar, daß die Leistungssystemimpedanz beträchtlich genau geschätzt werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel können die Leistungssystemimpedanz und der Phasendifferenzwinkel in Echtzeitweise geschätzt werden. Somit kann der Zustand des Leistungssystems auf eine Realzeitweise erhalten werden, wenn eine große Änderung in dem Leistungssystem aufgrund einer teilweisen Trennung des Systems oder dergleichen auftritt, um so die Stabilität des Leistungssystems in einer Echtzeitweise zu schätzen. Die Steuerverstärkungsfaktoren für den AVR und den PSS können geschaltet werden, um das Leistungssystem von der geschätzten Leistungssystemimpedanz und dem geschätzten Phasendifferenzwinkel zu optimieren. Wenn als ein Ergebnis eine große Änderung im Leistungssystem auftritt, kann die Generatorklemmenspannung Pe, die gewöhnlich zum Instabilwerden neigt, beträchtlich stabil gesteuert werden.
Noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Fig. 15 beschrieben.
Dieses Ausführungsbeispiel hat im wesentlichen die gleiche Schaltungskonfiguration wie diejenige des Ausführungsbeispiels von Fig. 13. Die gleichen Bezugszeichen werden verwendet, um die gleichen Teile zu bezeichnen, und eine Detailbeschreibung hiervon ist weggelassen.
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Rechenschaltung 146 vorgesehen, um das Drehzahlsignal ω und das Wirkleistungssignal Pe des Leistungsgenerators zu empfangen. Die Rechenschaltung 146 addiert das Drehzahlsignal ω und das Wirkleistungssignal Pe und filtert die Summe durch ein Primärfilter. Eine durch die Rechenschaltung 146 berechnete Beschleunigungskraft Pv und die Wirkleistung Pe werden in einen Subtrahierer 147 eingegeben, und eine Differenz zwischen der Beschleunigungskraft Pv und der Wirkleistung Pe wird in einen Integrierer 148 eingespeist. Der Integrierer 148 integriert die Differenz, um ein Integral des Phasendifferenzwinkels δ auszugeben. Die durch die Rechenschaltung 146, den Subtrahierer 147 und den Integrierer 148 gebildete Recheneinheit filtert insbesondere die Summe des Wirkleistungssignales und des Drehzahlsignales des Leistungsgenerators, berechnet die mechanische Leistung des Generators und integriert die Differenz zwischen der mechanischen Leistung und der Wirkleistung, um so die Drehzahl des Generators zu schätzen. Als ein Ergebnis wird das in dem Drehzahlsignal des Generators enthaltene Rauschen entfernt.
Dieses Ausführungsbeispiel hat einen ähnlichen Effekt wie denjenigen des Ausführungsbeispiels der Fig. 13.
Eine Drehzahl-Detektoreinheit gemäß der Erfindung, die für einen PSS verwendet wird, wird nunmehr beschrieben.
Ein Turbinengenerator hat eine Wellentypstruktur, in welcher ein Generatorrotor und Trägheitsglieder von beispielsweise einer Hoch-, Mittel- oder Niederdruckturbine durch eine Welle gekoppelt sind. Die mechanische Bewegung der Welle in der Drehrichtung kann ausgedrückt werden in der Form eines Wellentorsionsvibrationsmodelles, wobei angenommen wird, daß jedes der Masseglieder ein Massepunkt ist und die gekoppelte Welle eine Feder mit einer Rückstellkraft in der Drehrichtung bedeutet.
Wenn die Winkelgeschwindigkeit des Turbinengenerators mit einer derartigen Wellentypstruktur zu erfassen ist, sei angenommen, daß der Zustand des an dem Ende der Welle des Generatorrotors angeordneten Getriebes durch eine elektromagnetische Sonde erfaßt wird. Dann enthält das erfaßte Signal eine Wellentorsions-Vibrationskomponente der jeweiligen Trägheitsglieder. Um die Winkelgeschwindigkeit (als "mittlere Winkelgeschwindigkeit" bezeichnet), des Turbinengenerators als eines starren Körpers zu erhalten, muß die Wellentorsions-Vibrationskomponente durch irgendein Verfahren entfernt werden. Zu diesem Zweck wird bei der vorliegenden Erfindung eine in Fig. 16 gezeigte Drehzahl- bzw. Winkelgeschwindigkeit-Detektoreinheit 150 verwendet.
Die in Fig. 16 gezeigte Winkelgeschwindigkeit- bzw. Drehzahl-Detektoreinheit 150 hat ein Rücksetzfilter 151 und Rechenschaltungen 152 und 153. Das Rücksetzfilter 151 empfängt ein Übertragungswirkleistungssignal APE. Die Rechenschaltungen 152 und 153 empfangen ein Generatordrehzahlsignal Δωg und ein Generatorphasenwinkelsignal Δδg. Das Rücksetzfilter 151 ist ein unvollständiges Differenzierfilter mit einer Zeitkonstanten von 5 Sekunden und schneidet Hoch- und Niederfrequenzkomponenten von der Wirkleistung ΔPe ab und läßt lediglich ein Signal eines Frequenzbandes bezüglich Leistungsstabilisierung passieren. Das durch das Rücksetzfilter 151 geschickte Signal ΔPe wird in die Rechenschaltung 153 eingegeben.
Die Rechenschaltung 152 berechnet eine Änderung im Phasenwinkel aus den Signalen Δωg und Δδg gemäß der folgenden Gleichung (34) und die Rechenschaltung 153 berechnet eine Änderung in der Winkelgeschwindigkeit aus den Signalen Δωg, Δδg und ΔPe gemäß der folgenden Gleichung (35):
K&sub1;&sub1;δ + K&sub1;&sub2;ω = K&sub1;&sub3;Δδg + K&sub1;&sub4;Δωg ...(34)
K&sub2;&sub1;δ + K&sub2;&sub2;ω = K&sub2;&sub3;ΔPe + K&sub2;&sub4;Δδg + K&sub2;&sub5;Δωg ...(35)
Es sei darauf hingewiesen, daß Parameter K&sub1;&sub1;, K&sub1;&sub2;, ... auf Optimalwerte gemäß den Kennlinien des Generators eingestellt sind.
Die Ausgangsanschlüsse der Rechenschaltungen 152 und 153 sind mit den Eingangsanschlüssen der Integrierer 154 bzw. 155 verbunden. Der Integrierer 154 integriert Änderungen im Phasenwinkel, um einen geschätzten Phasenwinkel zu berechnen. Der Integrierer 155 integriert Änderungen in der Winkelgeschwindigkeit, um eine geschätzte Winkelgeschwindigkeit zu berechnen.
Wenn die Parameter K&sub1;&sub1; bis K&sub2;&sub5; auf geeignete Werte eingestellt sind, bilden die Rechenschaltungen 152 und 153 und die Integrierer 154 und 155 ein Kalman-Filter. Ein Kalman-Filter entfernt wirksam eine in einem Eingangssignal enthaltene Störung. In diesem Ausführungsbeispiel entfernt das Kalman-Filter eine Wellentorsions- Vibration der Turbinenwelle.
Die Rechenschaltungen 152 und 153 und die Integrierer 154 und 155 bilden einen Simulator, der eine Leistungsschwankung des Generators simuliert. Daher wird die geschätzte Winkelgeschwindigkeit ω ohne jegliche wesentliche Antwortverzögerung ausgegeben, welche ein Problem in einem Tiefpaßfilter stellt.
Der Aufbau der Rechenschaltungen 152 und 153 wird nunmehr beschrieben.
Die Schwankungsgleichung eines Phasenwinkels eines Generators wird durch die folgende Gleichung (36) ausgedrückt
mit ω0: Standardwinkelgeschwindigkeit (60 Hz)
D: Dämpfungskoeffizient (5 pu)
Pe: Wirkleistung
Te: Elektrisches Drehmoment
M: Generatorträgheit (6 Sekunden)
Tm: Mechanisches Drehmoment
Pm: Mechanische Leistung
Die Angaben in Klammern sind Parameter eines Standardthermogenerators mit einer Ausgangsleistung von etwa 500 Tausend kW. Einsetzen von Pe - Pm =ΔPe und der verschiedenen Werte in Gleichung (36) ergibt die folgende Gleichung (37):
6 + 5 + 377ΔPe = 0 ... (37)
Insbesondere gilt:
wobei X ein Zustandsvektor (zweidimensional) ist und Y eine Beobachtungsgröße darstellt und ein Vektor ist, der aus einem Phasenwinkel und einer Winkelgeschwindigkeit besteht. Eine Matrix L ist eine Kalman-Verstärkung, die auf einen geeigneten Wert einzustellen ist:
= (A - L C) X + Bu + LY ... (39)
wobei X eine geschätzte Zustandsgröße ist.
In diesem Ausführungsbeispiel wird L derart bestimmt, daß der Eigenwert von (A - LC) wie folgt vorliegt:
Eigenwert = (-1,22 ± 0,38i)
Zu dieser Zeit wird die Verstärkung wie folgt:
Die Koeffizienten K&sub1;&sub1;, ..., K&sub2;&sub4; sind wie folgt gegeben:
K&sub1;&sub1; = -1,16, K&sub1;&sub2; = 0,813, K&sub1;&sub3; = 1,16, K&sub1;&sub4; = 0,187 K&sub2;&sub1; = -0,187, K&sub2;&sub2; = -1,29 K = -62,8, K&sub2;&sub4; = 0,187 K&sub2;s = 0,456
Fig. 17 zeigt einen PSS eines die oben beschriebene Winkelgeschwindigkeit-Detektoreinheit verwendenden Generators. Dieser PSS 156 umfaßt eine Winkelgeschwindigkeit-Detektoreinheit 150, wie oben beschrieben, und ein Leistungsstabilisierfilter 157. Ein Winkelgeschwindigkeit-(ω-)Ausgangssignal, das von der Winkelgeschwindigkeit-Detektoreinheit 150 ausgegeben ist, wird durch das Leistungsstabilisierfilter 157 gefiltert, und-ein Ausgangssignal von dem Filter 157 wird in einen AVR 159 als das Ausgangssignal des PSS 156 eingespeist. Die Erregungsschaltung des Generators ist durch ein Ausgangssignal ΔEtd des AVR 159 gesteuert.
Fig. 18a zeigt die Antwort ,bzw. das Ansprechen des PSS, wenn eine Vibrationskomponente von 10 Hz entsprechend der Wellentorsionsvibration der Phase, der Winkelgeschwindigkeit und der Wirkleistung des Generators überlagert ist. Fig. 18B zeigt die Antwort des PSS, wenn das Rauschen in der Winkelgeschwindigkeit durch ein herkömmliches Verzögerungsfilter mit einer Konstanten von 1/(1+0,0255) entfernt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß diese Antwortkennlinien solche sind, wenn die Leistungssystemimpedanz sich von 0,2 pu nach 0,3 pu stufenweise verändert.
Wie aus den Fig. 18A und 18b offensichtlich ist, schwankt ΔEfd nicht in dem PSS der vorliegenden Erfindung, die das Kalman-Filter verwendet, wohingegen ΔEfd für 10 Hz in der herkömmlichen PSS stark schwankt. In diesem Ausführungsbeispiel tritt keine Divergenz auf, da eine konstante Breitenvibration von 10 Hz an dem Generator liegt. Da jedoch in der Praxis die Turbinenwellenvibration durch den PSS zur Resonanz verstärkt wird, wird eine beträchtlich große Vibration beobachtet. In diesem Ausführungsbeispiel wird eine derart zerstörende Erscheinung verhindert, und die Generatorturbine kann sicher gehalten werden.
Es ist bekannt, daß ein Kalman-Filter wirksam zum Entfernen von weißem Rauschen ist. Es ist auch wirksam, um einen Hochfrequenzmodus wie bei dieser Erfindung zu entfernen.
Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Leistungssystemimpedanz korrekt auf eine Echtzeitweise geschätzt werden, und eine für eine große Änderung in der Leistungssystemimpedanz genügende Bremskraftgegen eine Leistungsschwankung kann gewährleistet werden.

Claims

1. Leistungssystem-Regelvorrichtung mit:

einer Leistungssystem-Impedanz-Schätzeinrichtung (105) zum Schätzen einer Leistungssystemimpedanz aus einer internen Spannung, einem internen Strom und einer Klemmenspannung eines Generators,

einer Leistungssystem-Stabilisiereinrichtung (109), die mit einem die Leistungssystem-Impedanz- Schätzeinrichtung und den Generator aufweisenden Leistungssystem gekoppelt ist, um eine Leistungsschwankung des Leistungssystems gemäß der geschätzten Leistungssystemimpedanz zu unterdrücken, und einer Autospannungsreguliereinrichtung (103), die mit dem Generator gekoppelt ist, um eine Ausgangsspannung auf einem konstanten Wert während eines normalen Betriebes des Generators zu halten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

weiterhin mit einer Phasendifferenz-Winkel- Schätzeinrichtung (107), die mit der Leistungssystem-Impedanz-Schätzeinrichtung (105) gekoppelt ist, um einen Phasendifferenzwinkel aus einer durch die Leistungssystem-Impedanz-Schätzeinrichtung geschätzten Leistungssystemimpedanz zu schätzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einer mit der Leistungssystem- Impedanz-Schätzeinrichtung (105) gekoppelten Phasendifferenz-Winkel-Schätzeinrichtung (107) zum Schätzen eines Phasendifferenzwinkels aus der durch die Leistungssystem-Impedanz-Schätzeinrichtung geschätzten Leistungssystemimpedanz und einer Verstärkungsplaneinrichtung zum Ändern eines Steuerparameters der Leistungssystem-Stabilisiereinrichtung (109) aufgrund eines Wertes aus der durch die Leistungssystem-Impedanz-Schätzeinrichtung (105) geschätzten Leistungssystemimpedanz und dem durch die Phasendifferenz-Winkel-Schätzeinrichtung (107) geschätzten Phasendifferenzwinkel.

4. Leistungssystem-Regelvorrichtung mit:

einer Autospannungs-Reguliereinrichtung (103) zum Halten einer Ausgangsspannung auf einem konstanten Wert während eines normalen Betriebes eines Generators,

einer Leistüngssystem-Stabilisiereinrichtung (109) zum Unterdrücken einer Leistungsschwankung in einem den Generator umfassenden Leistungssystem, wobei die Leistungssystem-Stabilisiereinrichtung (109) eine Signalkorrektur-Recheneinrichtung (111) und eine Ausgangsverarbeitungseinrichtung (113, 115) aufweist, von denen die Signalkorrektur-Recheneinrichtung (111) Parameter einschließlich einer Phasendifferenz-Winkeländerung (Δδ), eines Phasendifferenz-Winkeldifferentials (δ) und einer Leistungssystemimpedanz (Xe) empfängt und ein Korrektursignal (51) eines Zielspannungswertes (etref) der Autospannungs-Reguliereinrichtung (103) aus diesen Parametern berechnet und die Ausgangsverarbeitungseinrichtung (113, 115) das durch eine Rechenoperation erhaltene Korrektursignal (Δetref) zu der Autospannungs-Reguliereinrichtung (103) ausgibt, und

einer Leistungssystem-Impedanz-Schätzeinrichtung (105) zum Schätzen der Leistungssystemimpedanz (Xe) aus einer internen Spannung (Eq'), einem internen Strom (Iq, Id) und einer Klemmenspannung (et) des Generators.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalkorrektur-Recheneinrichtung (111) zum Berechnen des Korrektursignales des Zielspannungswertes der Autospannungs-Reguliereinrichtung eine nichtlineare Recheneinrichtung (111) zum nichtlinearen Berechnen der Leistungssystemimpedanz (Xe), des Phasendifferenzwinkels (δ) und des phasendifferenz-Winkeldifferentials (δ) aufweist, und daß die Ausgangsverarbeitungseinrichtung ein Voreil-Verzögerungsfilter (113) zum Empfangen eines durch die nichtlineare Recheneinrichtung berechneten Ergebnisses (51) und eine Rücksetzschaltung (115), die ein von dem Voreil-Verzögerungsfilter ausgegebenes Signal (52) empfängt und das Korrek tursignal (Δetref) des Zielspannungswertes zurücksetzt, aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Leistungssystem-Zustand-Schätzeinheit (106) zum Gewinnen von geschätzten Werten der Leistungssystemimpedanz (Xe) und des Phasendifferenzwinkels (δ).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungssystem-Zustand-Schätzeinheit (106) eine Tabelle (105) zum Speichern einer Vielzahl von Systemimpedanzen, die aus einer Vielzahl von Klemmenspannungen (et) des Generators berechnet sind, und einer Vielzahl von internen Leistungen (Eq¹) des Generators äufweist.

8. Leistungssystem-Zustand-Schätzeinheit mit:

einer Eingangseinrichtung (131 bis 133) zum Empfangen von eine Klemmenspannung (et) darstellenden Signalen, einer Wirkleistung (P) und einer Blindleistung (Q) eines Generators, und

einer Schätzeinrichtung (135 bis 144), die zum Schätzen einer Leistungssystemimpedanz (Xe) und eines Phasenwinkels (δ) verwendet ist, die zum Steuern einer Systemleistung eines Leistungssystems (109, 103) einschließlich des Generators verwendet sind, um nichtlinear die von der Eingangseinrichtung empfangenen Signale zu berechnen und Signale aus zugeben, die eine geschätzte Leistungssystemimpedanz (Xe) und einen geschätzten Phasendifferenzwinkel (δ) darstellen.

9. Leistungssystem-Zustand-Schätzeinheit nach Anspruch 8, bei der die Eingangseinrichtung eine Einrichtung (134) zum Empfangen eines Signales (ω) umfaßt, das eine Drehzahl des Generators darstellt.

10. Leistungssystem-Zustand-Schätzeinheit nach Anspruch 8, bei der die Eingangseinrichtung eine Filtereinrichtung (131 - 133) umfaßt, um wenigstens eines der Signale zu empfangen, die die Klemmenspannung (et), die Wirkleistung (P) und die Blindleistung (Q) darstellen, und um eine Rauschkomponente aus den empfangenen Signalen zu entfernen.

11. Leistungssystem-Zustand-Schätzeinheit nach Anspruch 10, bei der die Filtereinrichtung (131 bis 133) ein Filter einschließlich eines Verzögerungselementes umfaßt.

12. Leistungssystem-Zustand-Schätzeinheit nach Anspruch 8, bei der die Schätzeinrichtung ein Filter (141) umfaßt, um eine Änderung in einem Phasendifferenzwinkel zu entfernen, der in einem angenäherten Wert (Xe') der Leistungssystemimpedanz enthalten ist, indem eine Differenz in einer Antwortwellenform zwischen einem Signal, das die Leistungssystemimpedanz darstellt, die sich im wesentlichen stufenweise ändert, und einem Signal, das den Phasendifferenzwinkel darstellt, der sich kontinuierlich vibratignsartig ändert, verwendet wird.

13. Leistungssystem-Zustand-Schätzeinheit nach Anspruch 12, bei der das Filter (141) ein Verzögerungsfilter einschließlich eines Verzögerungselementes umfaßt.

14. Leistungssystem-Zustand-Schätzeinheit nach Anspruch 8, bei der die Eingangseinrichtung eine Einrichtung (146) zum Empfangen des Signales, das die Drehzahl (ω) des Generators darstellt, hat, und bei der die Schätzeinrichtung (135 - 144) eine Einrichtung (147, 148) zum Berechnen der Signale, die die Drehzahl und die Wirkleistung darstellen, und zum Ausgeben einer geschätzten Drehzahl des Generators umfaßt.

15. Leistungssystem-Zustand-Schätzeinheit nach Anspruch 8, bei der die Schätzeinrichtung (135 - 144) eine Einrichtung (135 - 138) zum Berechnen von d- und q- Achsen-Ankerströmen und einer internen Spannung des Generators aus der Klemmenspannung, der Wirkleistung und der Blindleistung, eine Einrichtung (140, 141) zum Berechnen der Leistungssystemimpedanz aus den d- und q-Achsen-Ankerströmen und der internen Spannung des Generators und eine Einrichtung (142 - 144) zum Berechnen des Phasendifferenzwinkels aus den d- und q-Achsen-Ankerströmen, der internen Spannung des Generators und der Leistungssystemimpedanz umfaßt.

16. Leistungssystem-Zustand-Schätzeinheit nach Anspruch 14, bei der die Schätzeinrichtung (135 - 144) eine Einrichtung (146) zum Filtern einer Summe der Drehzahl und der Wirkleistung des Generators und zum Ausgeben eines Summensignales, und eine Einrichtung (148) zum Integrieren oder Filtern einer Differenz zwischen dem Summensignal und der Wirkleistung, um die geschätzte Generator-Drehzahl zu erhalten, um-

17. Leistungszustand-Schätzeinheit nach Anspruch 14, weiterhin mit einer Filtereinrichtung (131 - 133) zum Filtern wenigstens eines der die Klemmenspannung (et), die Wirkleistung (P) und die Blindleistung (Q) darstellenden Signales.

18. Drehzahl-Detektoreinheit (150, Fig. 16) mit:

einer ersten Recheneinrichtung (152) zum Berechnen einer Phasenwinkeländerung aus einem Drehzahl signal (Ao)g) und eines Phasenwinkelsignales (Δδg),

einer zweiten Recheneinrichtung (153) zum Berechnen einer Drehzahländerung aus dem Drehzahlsignal (Δωg) und dem Phasenwinkelsignal (Δδg) und

einer Wirkleistung (ΔPe),

einem ersten Integrator (154) zum Integrieren der Phasenwinkeländerung, um einen geschätzten Phasenwinkel (δ) zu erhalten,

einem zweiten Integrator (155) zum Integrieren der Drehzahländerung, um eine geschätzte Drehzahl (ω) zu erhalten,

einem Filter (157) zum Filtern des geschätzten Drehzahlsignales, und

einer mit einem Turbinengenerator gekoppelten Eingangseinrichtung zum Empfangen eines die Drehzahl des Turbinengenerators (Δωg) darstellenden Signales, eines die, Wirkleitung (ΔPe) darstellenden Signales und des Phasenwinkelsignales (Δδg).