JP2000224896A - 直流送電制御装置 - Google Patents

直流送電制御装置

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JP2000224896A
JP2000224896A JP11025201A JP2520199A JP2000224896A JP 2000224896 A JP2000224896 A JP 2000224896A JP 11025201 A JP11025201 A JP 11025201A JP 2520199 A JP2520199 A JP 2520199A JP 2000224896 A JP2000224896 A JP 2000224896A
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雅宏 世古口
Masuo Goto
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Iwao Madori
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Tatsunori Yoshizumi
立格 吉栖
Masaki Azuma
正樹 東
Hiroaki Murakami
弘明 村上
Kazuo Kato
和男 加藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流変換所の母線電圧から軸ねじれ振動周波
数領域以外の周波数をも検出し、効率よく軸ねじれ抑制
制御を行う。 【解決手段】発電機2に連系された直流変換所の交流母
線5の各相電圧Va、Vb、Vcから、各相の周波数f
a、fb、fcを検出する周波数検出器142a〜14
2cと、前記周波数fa、fb、fcの平均値を求めて
母線5の周波数を検出する平均処理回路143と、母線
5の周波数変動から軸ねじれ振動を検出するフィルタ1
44及び判定回路145と、検出した軸ねじれ振動を抑
制するための制御信号を出力するフィルタ147と、前
記制御信号を定電流制御装置149の出力に加算する加
算器150とを具備する。加算器150の出力で、直流
変換所の制御角を調節し、軸ねじれ振動を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、直流送電系統の制
御装置に関するものであり、特に、当該直流送電に連系
されたタービン発電機の軸ねじれ振動を抑制するのに好
適な直流送電制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、大電力の長距離送電や、ケー
ブルによる離島送電等に直流送電方式が用いられてい
る。
【0003】ところで、タービン発電機が直流送電系統
の直流変換所近辺に連系されている場合、当該直流変換
所で行われる電力制御の条件によっては、直流送電系統
とタービン発電機とが干渉して、タービン発電機の軸が
振動することがある。この現象は、一般に、軸ねじれ振
動と呼ばれている。
【0004】この軸ねじれ振動を抑制する装置として、
EPRIレポ−ト(R.J.Piwko,E.V.Larsen:″HVDC Syste
m Control for Damping of Subsynchronous Oscillatio
ns″,EPRI EL-2708,RP1425-1 Final Report)記載のもの
がある。
【0005】以下、当該レポート記載の内容について簡
単に説明する。
【0006】先ず、軸ねじれ振動の判定方法について説
明する。
【0007】当該レポートでは、発電機の回転子に作用
するトルクのダンピング係数から軸ねじれ振動を判定す
る方法が採用されている。
【0008】図9は発電所近傍に直流送電系統が連系さ
れた電力系を示す図である。
【0009】ここで、71はタービン、72は発電機、
73はタービン71と発電機72とを連結する軸であ
る。発電機72は、母線74を介して、直流送電系統7
5及び交流送電系統76と連系されている。また、直流
送電系統75、交流送電系統76は、各々交流系統7
7、78に連系されている。
【0010】図9において、発電機72の出力をPG、
交流送電系76の交流電力をPAC、直流送電系の直流
電力PDCとすると、これ等には次式の関係がある。
【0011】PG=PAC+PDC・・・・式1 また、発電機72の出力PGは、発電機72の回転子に
作用するトルクをTe、タービン71の角速度をωとす
ると、次式で表すことができる。
【0012】PG=ωTe よって、発電機72の出力変動ΔPGは、次式のように
なる。
【0013】 ΔPG=ω0ΔTe+Te0Δω・・・・式2 尚、Te0は発電機72の回転子に作用する定格トル
ク、ω0はタービン71の定格角速度である。
【0014】したがって、式1及び式2を用いて、発電
機72の回転子に作用するトルクの電気ダンピング係数
De(=ΔTe/Δω)を表すと、次式のようになる。
【0015】 De=−Te0/ω0+ΔPAC/(ω0Δω)+ΔPDC/(ω0Δω)・・・ ・式3 式3において、発電機72に直流送電系統75が連系さ
れていないと仮定した場合、ΔPDC=0となり、ま
た、−Te0/ω0は定数であるので、電気ダンピング
係数Deは、ΔPAC/(ω0Δω)の値によって決ま
る。
【0016】ここで、電力系統の負荷は、周波数が上昇
すると有効電力分も増加する(負荷の自己制御性)。ま
た、電力系統の周波数は、当該系統に接続された発電機
の回転速度によって決まる。
【0017】したがって、ΔPAC/(ω0Δω)は、タ
ービン71の角速度ωが増加すると交流出力PACも増
加するので、十分に大きな正の値となり、電気ダンピン
グ係数Deは負にならない。
【0018】一方、図9に示すように、発電機72に直
流送電系統75が連系されている場合、通常、直流変換
所では一定電力制御が行われているため、ΔPDCは、
当該電力制御の条件により、Δωとは無関係に決まる。
【0019】したがって、電気ダンピング係数Deは、
直流送電系統75の直流変換所で行われる一定電力制御
の条件によっては、負になることもあり得る。
【0020】尚、発電機72の回転子に作用するトルク
のダンピング係数は、実際には、電気ダンピング係数D
eの他に、発電機72の機械損による機械ダンピング係
数Dmがある。機械ダンピング係数Dmは発電機72の
負荷状態によって異なり、無負荷時(NL)で最小、全
負荷時(FL)で最大となる図10は、図9に示す電力
系において、発電機72の回転子の角速度変動ΔωGに
よる発電機72の回転子に作用するトルクの変動ΔTe
と、発電機72の機械損による機械ダンピング係数Dm
との関係を示したブロック図である。
【0021】ここで、Sはラプラス演算子を表してお
り、Mは発電機72の慣性定数(回転子の質量に相当)
を表している。また、79は定電流制御装置(Automatic
Current Regulator)、80は定電圧制御装置(Automati
c Volt Regulator)である。
【0022】図10に示すように、発電機72の回転子
に作用するトルクのダンピング係数は、電気ダンピング
係数Deと機械ダンピング係数Dmとからなるので、先
ず、タービン71と発電機72の軸73の共振周波数に
おいて、発電機72の回転子の角速度変動ΔωGによる
発電機72の回転子のトルク変動ΔTeを算出して正味
の電気ダンピング係数De=Real(ΔTe/ΔωG)を求
め、その後、求めた電気ダンピングトルク係数Deと機
械ダンピングDmとの総合ダンピングDtにより軸ねじ
れ振動の状態を判定する。
【0023】Dt=De+Dm・・・・式4 Dt>0 :安定 Dt≦0 :不安定 尚、軸ねじれ振動の状態は、図11に示すような図を用
いて判定することもできる。図11は、タービン71と
発電機72の軸73の共振周波数においてプロットし
た、電気ダンピング係数Deと、機械ダンピング係数D
mとの関係を示す図である。ここで、電気ダンピング係
数Deは、縦軸の正(+)方向にプロットされている。
また、機械ダンピング係数Dmは、縦軸の負(−)方向
にプロットされている。
【0024】図11において、機械ダンピング係数Dm
が電気ダンピング係数Deの上側にある場合はDt≦0
となるので不安定、下側の場合はDt>0となるので安
定と判定することができる。
【0025】次に、軸ねじれ振動抑制装置について説明
する。
【0026】この軸ねじれ振動抑制装置は、タービン−
発電機系の軸の固有振動モードのうち、不安定なモード
に対する振動が、当該発電機に連系された直流送電系統
の直流変換所母線電圧の周波数変動として現れることを
利用して、当該母線電圧の周波数変動から軸ねじれ振動
を検出しようとするものである。
【0027】図12に、図10において、当該レポート
記載の軸ねじれ振動抑制装置(Subsynchronous Damping
Control)83を設けた場合のブロック図を示す。
【0028】軸ねじれ振動抑制装置83は、センサ81
と、フィルタ82とを備えている。
【0029】センサ81は、直流送電系統75の直流変
換所75aでの母線の1つの相電圧から周波数の変動Δ
fを検出する。
【0030】フィルタ82は、センサ81で検出した母
線電圧の周波数変動Δfから軸ねじれ振動を検出する。
そして、検出した軸ねじれ振動成分のゲインを調節し、
制御信号として出力する。
【0031】加算器84は、フィルタ82からの制御出
力と、定電流制御装置79の出力とを加算し、直流変換
所75aに入力する。これを受けて、直流変換所75a
は、制御角αを変化させ、電気ダンピング係数Deを増
加させる。これにより、ねじれ振動を抑制する。
【0032】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記レポー
ト記載の従来の軸ねじれ振動抑制装置では、センサ81
により、直流変換所75aでの母線の1つの相電圧から
微小な周波数変動Δfを検出することで、軸ねじれ振動
を検出している。
【0033】1つの相電圧を用いて周波数を検出した場
合、検出できる周波数は、理論的には、半サイクル毎に
周波数を検出しても、サンプリング周波数が100Hz
又は120Hzとなるため、サンプリング定理から50
Hz又は60Hz程度であるが、実際には、母線周波数
と略同じ程度以下(母線周波数が60Hzならば、60
Hz程度以下)である。また、直流変換所75aの母線
電圧には高調波が含まれ、波形歪みが発生するため、1
つの相電圧で周波数を正確且つ高速に検出するのは困難
である。
【0034】一方、軸ねじれ抑制制御により、直流変換
所75aの制御角αが変動すると、直流変換所75aの
母線電圧が変動して、母線周波数に影響を与える。この
影響度は、制御角αを変化させる周波数によって変動
し、軸ねじれ抑制制御の内部ループ、即ち図12に示す
センサ81、フィルタ82、加算器84及び直流変換所
75aで形成されるループの共振周波数で最大となる。
【0035】このループの共振周波数は直流主回路定
数、直流制御系定数、交流系統構成等によって定まり、
条件によっては50Hz〜100Hz程度となって、軸
ねじれ振動周波数領域(5Hz〜55Hz程度)に接近
することがある。
【0036】この場合、上記従来の軸ねじれ振動抑制装
置では、上述したように、実際に検出できる周波数の上
限が母線周波数と略同じ程度であるため、前記ループの
共振周波数をそれよりも低い周波数として検出してしま
い、これにより、当該共振周波数を軸ねじれ振動として
誤検出してしまうことがあるという問題がある。
【0037】このため、上記従来の軸ねじれ振動抑制装
置では、軸ねじれ振動周波数領域の高域(40Hz〜5
5Hz程度)におけるゲイン余裕を確保するため、軸ね
じれ振動周波数のうち高い周波数領域に対するゲインを
抑制して、軸ねじれ抑制制御の安定性が確保できること
を確認しなければならなかった。
【0038】尚、直流変換所75aの母線電圧から周波
数変動Δfを検出する代わりに、発電機72の電流を取
り込んで等価的に発電機72の内部電圧を作成し、当該
内部電圧の周波数変動Δf(発電機72の角速度変動Δ
ωに近い)を求めることことも可能である。
【0039】この場合、求めた周波数変動Δfが直流系
の制御による干渉を受けにくいという利点がある。
【0040】しかしながら、この方法では、発電機72
の内部電圧を計算するため、発電機72の内部リアクタ
ンスや、変圧器、送電線等のリアクタンスの値を入手す
る必要がある。また、発電機72の運転台数等の情報を
入手する必要があるため、実現するのは困難である。
【0041】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、本発明の目的は、直流変換所母線電圧の周波数変
動から軸ねじれ振動周波数領域以外の周波数をも検出す
ることで、効率よく軸ねじれ抑制制御を行うことができ
る直流送電制御装置を提供することにある。
【0042】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に、本発明の直流送電制御装置は、多相交流発電機に連
系された直流変換器母線の少なくとも2つの相電圧か
ら、前記少なくとも2つの相各々の周波数を、電圧波形
の1サイクルの期間を計測することにより検出する相周
波数検出手段と、前記相周波数検出手段で検出した前記
少なくとも2つの相各々の周波数を平均することで、前
記母線の周波数を検出する母線周波数検出手段と、前記
母線周波数検出手段で検出した周波数の変動から、前記
発電機の軸ねじれ振動を検出し、当該検出した軸ねじれ
振動を抑制するための制御信号を出力する軸ねじれ振動
検出手段と、前記軸ねじれ振動検出手段の出力を、直流
変換器を一定電流制御する定電流制御装置の出力に加算
する加算手段と、を具備し、前記加算手段の出力によ
り、前記直流変換器の制御角を調節して、前記発電機の
軸ねじれ振動を抑制することを特徴とする。
【0043】本発明は、母線の少なくとも2つの相電圧
の周波数を平均することで、当該母線の周波数を検出し
ている。このため、母線の1つの相電圧から母線周波数
を検出する場合に比べ、より広い周波数領域において、
母線周波数を正確且つ高速に検出することができる。
【0044】これにより、軸ねじれ振動周波数領域の高
域(40Hz〜55Hz程度)におけるゲイン余裕を確
保するために、軸ねじれ振動周波数のうち高い周波数領
域に対するゲインを必要以上に抑制する必要がなくな
り、効果的で安定した軸ねじれ抑制制御を行うことがで
きる。
【0045】本発明は、前記軸ねじれ検出手段が軸ねじ
れ振動を所定期間継続して検出した場合に、前記発電機
に警報を送信する警報手段を有するものであることが好
ましい。
【0046】このようにすることで、軸ねじれ抑制制御
が有効に作用しているか否かの判断が容易となる。
【0047】本発明において、母線周波数検出手段は、
相周波数検出手段で正常に検出された相の周波数のみを
用いて平均値を算出することが好ましい。
【0048】このようにすることで、地絡事故や断線事
故等の不平衡事故の場合でも、母線周波数の測定が可能
となる。
【0049】また、軸ねじれ検出手段は、母線周波数変
動から、軸ねじれ振動周波数領域の周波数成分のみを、
所定ゲインで通過させるような帯域フィルタを用いるこ
とで実現できる。
【0050】上述したように、タービン−発電機系の軸
の固有振動モードのうち、不安定なモードに対する振動
は、当該発電機に連系された直流送電系統の直流変換所
での母線電圧の周波数変動として現れる。したがって、
母線電圧の周波数変動から軸ねじれ振動を検出すること
が可能である。
【0051】尚、軸ねじれ振動は、タービンの設計条件
等により、どの周波数領域で発生するか予測できるの
で、当該予測した周波数領域を検出するように帯域フィ
ルタのゲイン周波数特性等を調整すればよい。
【0052】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態につ
いて、図面を参照して説明する。
【0053】図1は本実施形態の軸ねじれ振動抑制装置
が適用された電力系を示す図である。
【0054】ここで、1はタービン、2は3相交流発電
機、3はタービン1と3相交流発電機2を連結する軸、
4は昇圧用変圧器、5は3相3線式の変換所交流母線、
6は並行交流送電線、7は交流遮断器、8は変換用変圧
器、9は順変換器、10は直流送電線、11は逆変換
器、12a及び12bは受電側交流系統、13は逆変換
器11を一定電圧制御する定電圧制御装置(Automatic V
olt Regulator)、149は順変換器9を一定電流制御す
る定電流制御装置(Automatic Current Regulator)、1
50は加算器である。そして、14が本実施形態の軸ね
じれ抑制制御装置(Subsynchronous Damping Control)を
示す。
【0055】発電機2は、変換所交流母線5を介して、
交流送電線6及び直流送電線10と連系されている。ま
た、交流送電線6、直流送電線10は、各々受電側交流
系統12a、12bに連系されている。
【0056】発電機2で発生した電力は、交流送電線
6、直流送電線10を経由して、受電側交流系統12
a、12bに供給される。
【0057】本実施形態の軸ねじれ抑制制御装置14
は、図1に示すように、電圧変成器141と、周波数検
出器142a、142b、142cと、平均処理回路1
43と、振動成分検出用帯域フィルタ144と、振動レ
ベル判定回路145、系統条件判定回路152と、論理
回路146と、抑制信号生成用帯域フィルタ147と、
スイッチ148と、警報装置151と、を備えて構成さ
れるいる。
【0058】電圧変換器141は、変換所交流母線5の
3相(a相、b相、c相)の電圧Va、Vb、Vcを検
出する。
【0059】周波数検出器142aは、電圧変成器14
1で検出した相電圧Vaを用いて、当該相の周波数fa
を検出する。
【0060】周波数検出器142bは、電圧変成器14
1で検出した相電圧Vbを用いて、当該相の周波数fb
を検出する。
【0061】周波数検出器142cは、電圧変成器14
1で検出した相電圧Vcを用いて、当該相の周波数fc
を検出する。
【0062】平均処理回路143は、周波数検出器14
2a〜142cで検出した周波数fa〜fcの平均値f
1を求め、当該平均値f1に応じた信号(例えば電圧信
号)を出力する。
【0063】振動成分検出用帯域フィルタ144は、平
均処理回路143の出力信号、即ち平均値f1の変動か
ら軸ねじれ振動周波数領域にある変動成分Δfを抽出す
る。
【0064】上述したように、発電機の軸の固有振動モ
ードのうち、不安定なモードに対する振動は、発電機に
連系された直流変換所の交流母線電圧の周波数変動とし
て現れる。したがって、平均処理回路143の出力信
号、即ち平均値f1の周波数変動から軸ねじれ振動を検
出することが可能である。
【0065】また、軸ねじれ振動は、直流送電系統とタ
ービン発電機とが干渉することで生じる。したがって、
タービンの設計条件等により、どの周波数領域で軸ねじ
れ振動が発生するか予測できるので、この周波数領域の
変動成分を検出するように振動成分検出用帯域フィルタ
144を設計する。
【0066】振動レベル判定回路145は、振動成分検
出用帯域フィルタ144で検出した周波数変動Δfを監
視することで、軸ねじれ振動のおそれがあるか否かを判
断する。そして、Δfが所定レベル以上の場合は、軸ね
じれ振動のおそれがあるものと判断して、抑制指令を出
力する。
【0067】系統条件判定回路152は、交流送電線6
の運用状態や発電機2の運転状態等から、軸ねじれ振動
のおそれがあるか否かを判断する。そして、軸ねじれ振
動のおそれがあるものと判断した場合は、抑制指令を出
力する。
【0068】たとえば、交流送電線6が遮断事故を起こ
した場合、発電機2には直流送電系統のみが連系される
ことになるので、軸ねじれ振動が発生する可能性が高
い。このような場合は、軸ねじれ振動のおそれがあるも
のと判断して、抑制指令を出力する。
【0069】論理回路146は、振動レベル判定回路1
45の抑制指令と、系統条件判定回路152の抑制指令
とのAND処理を行う。
【0070】抑制信号生成用帯域フィルタ147は、平
均処理回路143の出力信号、即ち平均値f1の変動か
ら軸ねじれ振動周波数領域にある変動成分Δfを抽出
し、当該抽出した変動成分Δfのゲインを調節すること
で、軸ねじれ抑制信号を生成する。
【0071】ここで、抑制信号生成用帯域フィルタ14
7の伝達関数は、以下の要領で決定する。
【0072】図2は、図1に示す電力系において、ター
ビン1の角速度の変動ΔωGから、発電機2の回転子に
作用する電気トルクの変動ΔTeまでの全体的な流れを
示す線形化ブロック図である。
【0073】図2において、Aは軸ねじれ抑制制御を含
まない角速度変動ΔωGから電気トルク変動ΔTeまで
の伝達関数、Bは軸ねじれ抑制制御の出力から電気トル
ク変動ΔTeまでの伝達関数、Cは角速度変動ΔωGか
ら軸ねじれ抑制制御の入力までの伝達関数である。Dは
軸ねじれ抑制制御の出力から当該制御の入力までの伝達
関数であり、軸ねじれ抑制制御の内部的な巡回フィード
バックゲインを示す。伝達係数A〜Dは、交流系統や直
流系統の条件によって定まる。F(s)は軸ねじれ抑制制
御の伝達関数である。
【0074】発電機2の回転子に作用するトルクの電気
ダンピング係数Deは、図2に示す全ての伝達関数を含
む総合伝達関数ΔTe/ΔωGの実部として定義され
る。
【0075】総合伝達係数をG(s)とすると、G(s)は図
2から次式で与えられる。
【0076】 G(s)=A+BC(F(s)/(1+F(s)D))・・・・式5 軸ねじれ抑制制御の伝達関数F(s)は次式のようにな
る。
【0077】 F(s)=(G(s)−A)/(BC−D(G(s)−A))・・・・式6 したがって、抑制信号生成用帯域フィルタ147は、式
6で特定される伝達関数F(s)を満足するように、設計
すればよい。
【0078】いま、軸ねじれ抑制制御が、図3に示すよ
うに、軸ねじれ振動周波数領域(5Hz〜55Hz)で
の電気ダンピング係数Deを+1.0p.u.(per unit:
発電機2を定格動作させたときのDeが1p.u.)以上に
することが設計目標とされているとした場合、G(s)=
1となる。よって、理想的な軸ねじれ抑制制御の伝達関
数F(s)は、式6より以下のようになる。
【0079】 F(s)=(1−A)/(BC−D(1−A)) スイッチ148は、論理回路146の出力を受けて、平
均処理回路143と抑制信号生成用帯域フィルタ147
とを接続する。
【0080】定電流制御装置149は、順変換器9の一
定電流制御を行う。
【0081】加算器150は、定電流制御装置149の
出力と抑制信号生成用フィルタ147の出力とを加算す
る。
【0082】警報装置151は、振動レベル判定装置1
45から所定時間継続して抑制指令が出力されている場
合、近傍発電所の発電機保護システムに警報信号を発信
する。警報装置151は、例えば、動作時間の設定が可
能な、オンディレータイマで構成される。
【0083】次に、本実施形態装置の動作について説明
する。
【0084】周波数検出器142a〜142cは、電圧
変成器141で検出した相電圧Va〜Vcを用いて、各
相の周波数fa〜fcを検出し、平均処理回路143に
入力する。
【0085】これを受けて、平均処理回路143は、周
波数fa〜fcを平均値f1を求め、当該平均値f1に
応じた信号を生成する。
【0086】振動成分検出用帯域フィルタ144は、平
均処理回路143で生成された信号の変動から軸ねじれ
振動周波数領域にある変動成分Δfを抽出する。そし
て、抽出した変動成分Δfを振動レベル判定回路145
に入力する。
【0087】これを受けて、振動レベル判定回路145
は、変動成分Δfの振幅が所定レベル以上であるか否か
を判断し、所定レベル以上の場合、抑制指令を出力す
る。
【0088】一方、系統条件判定回路152は、交流送
電線6の運用状態や発電機2の運転状態等から軸ねじれ
振動のおそれがあるか否かを判断する。そして、軸ねじ
れ振動のおそれがあるものと判断した場合、抑制指令を
出力する。
【0089】論理回路146は、振動レベル判定回路1
45の抑制信号と、系統条件判定回路152の抑制信号
とが、同時に入力されている場合のみ、スイッチ148
をオンにする。スイッチ148がオンになると、平均処
理回路143と抑制信号生成用帯域フィルタ147とが
接続して、軸ねじれ抑制制御が行われる。
【0090】軸ねじれ抑制制御が開始され、平均処理回
路143と抑制信号生成用帯域フィルタ147とが接続
されると、平均処理回路143の信号が抑制信号生成用
帯域フィルタ147に入力される。
【0091】これを受けて、抑制信号生成用帯域フィル
タ147は、入力した信号の変動から軸ねじれ振動周波
数領域にある変動成分Δfを抽出し、当該抽出した変動
成分Δfのゲインを、上記式6で特定される伝達関数f
(s)となるように調節して、軸ねじれ抑制信号を出力す
る。
【0092】加算器150は、定電流制御装置149の
出力に、抑制信号生成用帯域フィルタ147から出力さ
れた軸ねじれ抑制信号を加算して、当該加算した信号を
順変換器9に入力する。
【0093】これを受けて、順変換器9は、制御角を変
動させ、電気ダンピング係数Deを増加させる。これに
より、ねじれ振動を抑制する。
【0094】尚、振動レベル判定装置145から所定時
間継続して抑制指令が出力されている場合、すなわち、
所定時間経過しても、軸ねじれ振動周波数領域にある変
動成分Δfの振幅が減衰しない場合、軸ねじれ抑制制御
が有効でないとして、近傍発電所の発電機保護システム
に警報信号を発信する。
【0095】次に、本実施形態の特徴的な部分である周
波数検出器142a〜142c及び平均処理回路143
について、図面を用いて詳細に説明する。
【0096】本実施形態の軸ねじれ抑制制御装置14で
は、軸ねじれ振動を変換所交流母線5の電圧の周波数変
動から検出している。したがって、電圧波形から周波数
を高速且つ正確に検出することが重要になる。
【0097】また、変換所交流母線5の電圧は、サイリ
スタの点弧、消弧による高調波以外に、事故除去後の直
流電力の立上り時の振動や、直流系の制御による直流電
圧変動等の影響を受け易い。したがって、電圧波形の歪
に影響されることなく、周波数を検出することも重要で
ある。
【0098】このため、本実施形態では、周波数検出器
142a〜142cにより、交流母線5の各相の相電圧
Va〜Vcから、交流母線5の各相の周波数fa〜fc
を検出している。そして、平均処理回路143により、
交流母線5の各相の周波数fa〜fcの平均周波数f1
を求めている。
【0099】図4は本実施形態の軸ねじれ抑制装置にお
ける、母線電圧の周波数検出の原理を示している。
【0100】図4に示すように、周波数検出器142a
は、電圧変成器141で検出した相電圧Vaを用いて、
電圧波形1サイクルの零点から零点までの時間(周期)
Tを測定し、当該1サイクルにおける周波数fa(=1
/T)を算出する。
【0101】周波数検出器142b、142cも同様の
処理を行い、電圧変成器141で検出した相電圧Va、
Vbの周波数fb、fcを各々算出する。
【0102】尚、周波数の測定を1サイクル毎に行って
いたのでは、軸ねじれ振動周波数のうちの高域成分(4
0〜55Hz程度)の検出が困難になる。
【0103】そこで、本実施形態では、図4に示すよう
に、電圧波形の半サイクル毎に、1サイクルの周期を計
測して、周波数fa〜fcの出力値を各相の半サイクル
毎に更新している。
【0104】そして、本実施形態では、図4に示すよう
に、平均処理回路143により、周波数検出器142a
〜142cから出力された周波数信号fa〜fcの平均
周波数f1を求めている。そして、平均周波数f1の変
動Δfを観察することで、軸ねじれ振動を検出してい
る。
【0105】このようすることで、従来の技術で説明し
た、母線の1つの相電圧から求めた周波数で、軸ねじれ
振動を検出する場合に比べ、以下の利点を有する。
【0106】広い周波数領域において、母線周波数を
正確且つ高速に検出することができる。これにより、軸
ねじれ振動周波数領域の高域(40Hz〜55Hz程
度)におけるゲイン余裕を確保するために、軸ねじれ振
動周波数より高い周波数のゲインを抑制する必要がなく
なる。
【0107】a相、b相、c相の周波数検出値の平均
値を用いることで、ノイズや波形歪み等の影響を緩和す
ることができる。
【0108】地絡、断線事故等の不平衡故障が生じ
て、電圧低下や電圧喪失により周波数検出が不能となる
相が発生した場合でも、周波数を正常に検出することが
できた健全相を判別し、当該健全相の周波数値のみを用
いて平均処理を行なうことにより周波数を演算すること
ができる。
【0109】尚、平均処理を行うと、周波数検出が最初
の相の周波数を検出してから2〜3ms程度(等価一次
遅れ時定数に換算)遅れるが、周波数検出のサンプリン
グタイミングには影響はない。また、2〜3ms程度の
遅れであれば軸ねじれ抑制制御ブロックにおける進み遅
れ要素で補償可能である。
【0110】ここで、本実施形態が上記で述べた利点
を有する理由について説明する。
【0111】図5は交流母線5の1つの相電圧を用い
て、60Hzの軸ねじれ振動周波数を検出する例を説明
するための図、図6は交流母線5の3つの相電圧を用い
て、60Hzの軸ねじれ振動周波数を検出する例を説明
するための図である。
【0112】図5に示すように、交流母線5の1つの相
電圧から軸ねじれ振動周波数を検出する場合、サンプリ
ング周波数が最高でも母線周波数の2倍(半サイクル毎
にサンプルホ−ルド)、即ち100Hz又は120Hz
であるため、サンプリングタイミングによっては60H
zの軸ねじれ振動周波数を正確に検出できないことがあ
る。
【0113】一方、図6に示すように、交流母線5の3
つの相電圧から軸ねじれ振動周波数を検出する場合、サ
ンプリング周波数を母線周波数の6倍(1/6サイクル
毎にサンプルホ−ルド)、即ち300Hz又は360H
zになるので、軸ねじれ振動周波数が60Hz程度にな
っても検出することができる。
【0114】次に、本実施形態の平均処理回路について
説明する。
【0115】図7は図1に示す平均処理回路143の概
略ブロック図である。
【0116】平均処理回路143は、図7に示すよう
に、電圧監視回路153a〜153cと、周波数検出器
監視回路154a〜154cと、周波数監視回路155
a〜155cと、周波数検出器健全数判定回路156
と、乗算回路157a〜157cと、検出周波数加算回
路158と、割算回路159と、を備えて構成される。
【0117】電圧監視回路153a〜153cは、各々
交流母線5の各相電圧Va、Vb、Vcの実効値電圧の
低下を検出し、当該検出した実効値電圧が設定値より低
下したときに、出力を1から0とする。
【0118】周波数検出器監視回路154a〜154c
は、周波数検出器142a〜142cの出力信号が上限
値又は下限値を逸脱した場合に、出力を1から0とす
る。
【0119】周波数監視回路155a〜155cは、A
ND回路で構成されており、各々、電圧監視回路153
a〜153cの出力と周波数検出器監視回路154a〜
154cの出力とのAND処理を行う。
【0120】周波数検出器健全数判定回路156は、周
波数監視回路155a〜155cの出力を加算する。
【0121】乗算回路157a〜157cは、各々、周
波数検出器142a〜142cの出力と周波数監視回路
155a〜155cの出力とを乗算する。
【0122】検出周波数加算回路158は乗算回路15
7a〜157cの出力を加算する。
【0123】割算回路159は、検出周波数加算回路1
58の出力を周波数検出器健全数判定回路156の出力
で割る。これにより、周波数検出器142a〜142c
の平均値を求める。
【0124】交流母線5の電圧が異常に低下したり、周
波数検出器142a〜142cに異常がある場合、周波
数検出器142a〜142cは正しい周波数を検出しな
い。すなわち、周波数検出器の出力が0になるか、また
は前値保持のままロックした状態になる。
【0125】このような場合、正しい周波数を検出して
いない周波数検出器の出力値をも含めて、周波数検出器
142a〜142cの出力の平均処理を行うと、交流母
線5の周波数を正しく求めることができない。
【0126】そこで、本実施形態では、電圧監視回路1
53a〜153c及び周波数検出器監視回路154a〜
154cを用いて、交流母線5の各相電圧の異常、およ
び周波数検出器142a〜142cの異常を検出し、周
波数検出器142a〜142cが正しい周波数を検出し
たか否かを判断している。
【0127】そして、正しい周波数を検出した周波数検
出器142a〜142cに対応する周波数監視回路15
5a〜155cのみが1を出力し、それ以外の周波数監
視回路155a〜155cが0を出力することで、周波
数検出器健全数判定回路156が正しい周波数を検出し
た周波数検出器142a〜142cの数を算出できるよ
うにすると共に、検出周波数加算回路158が正しい周
波数を検出した周波数検出器142a〜142cの出力
のみを加算できるようにしている。
【0128】このようにすることで、正しく周波数を検
出した周波数検出器142a〜142cの出力値のみを
用いて平均処理を行うようにしている。
【0129】図8は図7に示す平均処理回路の動作を説
明するための図である。
【0130】図8に示すように、時刻t1において、a
相電圧Vaがa相地絡又は断線等により0となり、その
他の相電圧Vb、Vcは健全であるとする。
【0131】このとき、交流母線5の周波数が上昇し、
これに伴い周波数検出器142b、142cの出力f
b、fcが上がっている場合でも、周波数検出器142
aの出力faは前値保持のままロックされる。
【0132】さて、周波数監視回路155a〜155c
の出力を、各々SUP(fa)、SUP(fb)、SU
P(fc)とすると、図8に示すように、時刻t1でS
UP(fa)は1から0に変化するが、SUP(f
b)、SUP(fc)は1のままとなる。
【0133】したがって、時刻t1において、周波数検
出器健全数判定回路156の出力〔SUP(fa)+S
UP(fb)+SUP(fc)〕が、3から2に変化す
る。また、検出周波数加算回路158の加算結果が、f
a+fb+fcからfb+fcに変わる。
【0134】よって、割算回路159の出力結果は、3
相の周波数の平均値(fa+fb+fc)/3から、2
相の周波数の平均値(fb+fc)/2へと変化する。
【0135】したがって、地絡、断線事故等の不平衡故
障が生じて、電圧低下や電圧喪失により周波数検出が不
能となる相が発生した場合でも、交流母線5の周波数を
精度よく検出することができる。
【0136】本発明は、上記の実施形態に限定されるも
のではなく、その要旨の範囲内で様々な変形が可能であ
る。
【0137】たとえば、上記の実施形態では、交流母線
5の各相電圧Va、Vb、Vcを用いて、各相の周波数
fa、fb、fcを検出し、これ等の平均値を求めるも
のについて説明したが、本発明は交流母線5の少なくと
も2つの相電圧を用いて、当該少なくとも2つの相の周
波数を検出し、平均値を求めるものであればよい。
【0138】また、たとえば、交流母線5の各相電圧と
各線間電圧とを用いて、6つの相の周波数を検出し、こ
れ等の平均値を求めるようにしてもよい。
【0139】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
変換所母線電圧の周波数変動から、軸ねじれ振動周波数
領域以外の周波数の変動成分も検出することができるの
で、軸ねじれ振動による母線電圧の周波数変動と、それ
以外の理由による母線電圧の周波数変動とを区別するこ
とができる。
【0140】したがって、変換所母線電圧の周波数が軸
ねじれ振動に対応する周波数で振動したときにのみ、軸
ねじれ振動抑制制御を行うことができ、これにより、軸
ねじれ振動を効果的に抑制することができる。
【0141】しかも、基本制御である定電流制御の高速
応答性への干渉が少なく、軸ねじれ振動が安定化すれば
抑制制御の制御信号が無くなるので、基本制御への影響
が少ない。
【0142】また、抑制制御のための入力信号として直
流変換所母線の周波数のみを使用するので、新たなセン
サや通信ル−トを確保する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の軸ねじれ振動抑制装置が適用され
た電力系を示す図である。
【図2】図1に示す電力系において、タービンの角速度
の変動ΔωGから、発電機の回転子に作用する電気トル
クの変動ΔTeまでの全体的な流れを示す線形化ブロッ
ク図である。
【図3】軸ねじれ振動周波数領域(5Hz〜55Hz)
と電気ダンピング係数Deとの関係を示す図であり、電
気ダンピング係数Deの設計目標を説明するための図で
ある。
【図4】本実施形態の軸ねじれ抑制装置における、母線
電圧の周波数検出の原理を示す図である。
【図5】交流母線の1つの相電圧を用いて、60Hzの
軸ねじれ振動周波数を検出する例を説明するための図で
ある。
【図6】交流母線の3つの相電圧を用いて、60Hzの
軸ねじれ振動周波数を検出する例を説明するための図で
ある。
【図7】図1に示す平均処理回路の概略ブロック図であ
る。
【図8】図7に示す平均処理回路の動作を説明するため
の図である。
【図9】発電所近傍に直流送電系統が連系された電力系
を示す図である。
【図10】図9に示す電力系において、タービンの角速
度変動ΔωGによる発電機の回転子に作用するトルクの
変動ΔTeと、発電機の機械損による機械ダンピング係
数Dmとの関係を示したブロック図である。
【図11】図9に示す電力系において、発電機の軸の共
振周波数においてプロットした、電気ダンピング係数D
eと、機械ダンピング係数Dmとの関係を示す図であ
る。
【図12】図10において、従来の軸ねじれ振動抑制装
置を設けた場合のブロック図である。
【符号の説明】
1 タ−ビン 2 発電機 3 軸 4 昇圧用変圧器 5 変換所交流母線 6 並行交流送電線 7 交流遮断器 8 変換用変圧器 9 順変換器 10 直流送電線 11 逆変換器 12a、12b 受電側交流系統 13 定電圧制御装置 14 軸ねじれ振動抑制装置 142a〜142c 周波数検出器 143 平均処理回路 144 振動成分検出用帯域フィルタ 145 振動レベル判定回路 146 論理回路 147 抑制信号生成用帯域フィルタ 148 スイッチ 149 定電流制御装置 150 加算器 151 警報装置 152 系統条件判定回路 153a〜153c 電圧監視回路 154a〜154c 周波数検出器監視回路 155a〜155c 周波数監視回路 156 周波数検出器健全数判定回路 157a〜157c 乗算回路 158 検出周波数加算回路 159 割算回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000217686 電源開発株式会社 東京都中央区銀座6丁目15番1号 (72)発明者 世古口 雅宏 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地 株式会社日立製作所電力事業部内 (72)発明者 後藤 益雄 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地 株式会社日立製作所電力事業部内 (72)発明者 真鳥 岩男 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地 株式会社日立製作所電力事業部内 (72)発明者 吉栖 立格 茨城県日立市国分町一丁目1番1号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 東 正樹 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 村上 弘明 香川県高松市丸ノ内2番5号 四国電力株 式会社内 (72)発明者 加藤 和男 東京都中央区銀座六丁目15番1号 電源開 発株式会社内 Fターム(参考) 5G066 CA04 5H590 AA07 AA17 BB02 CA01 CC01 CC18 CC24 CD01 CD03 CE01 EA14 EB02 EB03 EB07 EB21 EB29 FA08 FB05 FC27 GA02 GA04 GA09 HA02 HA04 HA09 HA11 HA28 HB02 HB03 JA09 JA19 JB15 JB16 KK01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】多相交流発電機に連系された直流変換器母
    線の少なくとも2つの相電圧から、前記少なくとも2つ
    の相各々の周波数を、電圧波形の1サイクルの期間を計
    測することにより検出する相周波数検出手段と、 前記相周波数検出手段で検出した前記少なくとも2つの
    相各々の周波数を平均することで、前記母線の周波数を
    検出する母線周波数検出手段と、 前記母線周波数検出手段で検出した周波数の変動から、
    前記発電機の軸ねじれ振動を検出し、当該検出した軸ね
    じれ振動を抑制するための制御信号を出力する軸ねじれ
    振動検出手段と、 前記軸ねじれ振動検出手段の出力を、直流変換器を一定
    電流制御する定電流制御装置の出力に加算する加算手段
    と、を具備し、 前記加算手段の出力により、前記直流変換器の制御角を
    調節して、前記発電機の軸ねじれ振動を抑制することを
    特徴とする直流送電制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、 前記軸ねじれ検出手段が、軸ねじれ振動を所定期間継続
    して検出した場合に、前記発電機に警報を送信する警報
    手段を有することを特徴とする直流送電制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2において、 前記母線周波数検出手段は、前記相周波数検出手段で正
    常に検出された相の周波数の平均値を求めることで、前
    記母線の周波数を検出することを特徴とする直流送電制
    御装置。
  4. 【請求項4】請求項1、2又は3において、 前記相電圧には、前記母線の線間電圧をも含むことを特
    徴とする直流送電制御装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010503370A (ja) * 2006-09-07 2010-01-28 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 減衰調節装置
JP2010283905A (ja) * 2009-06-02 2010-12-16 Hitachi Ltd 電力変換装置,電力変換システム及び電力変換装置の制御方法
JP2010283904A (ja) * 2009-06-02 2010-12-16 Hitachi Ltd 電力変換装置,電力変換システム及び電力変換装置の制御方法
CN102646958A (zh) * 2012-03-31 2012-08-22 内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司 发电机异步自激振荡保护装置及保护方法
WO2012130163A1 (zh) * 2011-04-01 2012-10-04 南京南瑞继保电气有限公司 发电机次同步电流计算和次同步过电流及发散保护方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010503370A (ja) * 2006-09-07 2010-01-28 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト 減衰調節装置
US8169197B2 (en) 2006-09-07 2012-05-01 Siemens Aktiengesellschaft Device for damping control of mechanical torsional oscillations of an electrical alternating current generator of multi-phase power supply system
JP2010283905A (ja) * 2009-06-02 2010-12-16 Hitachi Ltd 電力変換装置,電力変換システム及び電力変換装置の制御方法
JP2010283904A (ja) * 2009-06-02 2010-12-16 Hitachi Ltd 電力変換装置,電力変換システム及び電力変換装置の制御方法
WO2012130163A1 (zh) * 2011-04-01 2012-10-04 南京南瑞继保电气有限公司 发电机次同步电流计算和次同步过电流及发散保护方法
CN102646958A (zh) * 2012-03-31 2012-08-22 内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司 发电机异步自激振荡保护装置及保护方法
CN102646958B (zh) * 2012-03-31 2014-05-28 内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司 发电机异步自激振荡保护装置及保护方法

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