JP2000224897A - 発電機励磁制御装置 - Google Patents

発電機励磁制御装置

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JP2000224897A
JP2000224897A JP11021222A JP2122299A JP2000224897A JP 2000224897 A JP2000224897 A JP 2000224897A JP 11021222 A JP11021222 A JP 11021222A JP 2122299 A JP2122299 A JP 2122299A JP 2000224897 A JP2000224897 A JP 2000224897A
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stabilizing effect
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JP11021222A
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English (en)
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Yoichi Kato
陽一 加藤
Masahiko Amano
雅彦 天野
Minoru Manjo
実 萬城
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、系統に発生した弱制動動揺モードに
対して、系統安定化装置の効果や制御定数の補正方法を
評価して、運転員に提示できる機能を備えた励磁制御装
置を提供する。 【解決手段】系統のダンピングトルクを検出し系統安定
化効果を評価する安定化効果評価手段と、評価結果を表
示する安定化効果表示手段とを備える。評価結果は、系
統にどのような動揺モードが発生しているかが運転員に
わかるパラメータとし、パラメータ補正案作成手段と、
補正案を表示するパラメータ補正案表示手段とを設け、
安定化効果評価結果から制御パラメータの補正案を作成
し、運転員に提示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電力系統の安定度向
上のための電力系統安定化装置を付加した発電機励磁制
御装置に係り、特に系統条件が変化しても常に適切なパ
ラメータで制御できるロバスト性の高い発電機励磁制御
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】発電機の励磁制御により電力系統の動態
安定度を向上させるための装置として電力系統安定化装
置(PSS:Power System Stabilizer)がある。PSS
は発電機有効電力や軸回転速度などの入力信号をもとに
系統動揺抑制のための安定化信号を作成する。安定化信
号は、励磁制御装置の端子電圧設定値に付加され、界磁
電圧の変化により発電機の電気出力が変化して動揺抑制
が図られる。動揺抑制としては、軸回転速度の変動と同
相で電気出力が変化するように安定化信号を加えるのが
最も望ましいが、励磁回路には位相遅れがあるため、そ
の分をPSS制御ブロックの中で補償するよう位相調整
する必要がある。
【0003】励磁回路の位相遅れは常に一定ではなく、
系統条件や動揺周波数の変化に伴って変化する。位相遅
れが変化すれば、PSSの位相調整もそれに合わせて変
化させる必要がある。
【0004】そこで、たとえば電気学会電力技術研究会
資料 No.PE-94-2 に記載されているように、動揺波形の
山と谷から動揺周波数を検出し、それに基づいて制御定
数を切り替える方法が提案されている。
【0005】また特開平10−80198 号公報には、実測信
号をもとに発電機励磁回路の位相遅れを検出して、それ
に基づいて制御定数を自動設定する方法が記載されてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法では、系統
条件の変化に応じて制御定数を自動設定する方法は記載
されているが、外乱に対してどのような動揺モードが発
生しているか、弱制動のモードに対して現在の制御定数
がどれだけ効果があるか、制御パラメータを変えるとす
ればどう変えたらよいかなどを運転員にガイダンス表示
するような方法については考慮されていない。
【0007】本発明の目的は、系統に発生した弱制動動
揺モードに対して、系統安定化装置の効果や制御定数の
補正方法を評価して、運転員に提示できる機能を備えた
励磁制御装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、系統のダンピングトルクを検出し系統安定化効果を
評価する安定化効果評価手段と、評価結果を表示する安
定化効果表示手段とを備えるようにした。評価結果は、
系統にどのような動揺モードが発生しているかが運転員
にわかるパラメータとした。また、パラメータ補正案作
成手段と、補正案を表示するパラメータ補正案表示手段
とを設け、安定化効果評価結果から制御パラメータの補
正案を作成し、運転員に提示できるようにした。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0010】図1は本発明を適用した発電機励磁制御装
置の構成例である。まず、端子電圧一定制御機能として
は、発電機100の端子電圧Vg を計器用変圧器102
にて降圧後計測し、これを端子電圧設定値Vrefと比較
した偏差をAVR(AutomaticVoltage Regulator)制御ブ
ロック103にて増幅および位相調整したあと、GPG(Ga
te Pulse Genelator:自動パルス位相器)104にてA
VR出力に応じて移相したパルスを発生する。このパル
スを用いてサイリスタ106の点弧角を制御し、発電機
の界磁電圧Vf を調整する。なお、励磁用変圧器105
は励磁系の電源を得るためのものである。
【0011】系統安定化機能としては、有効電力Pを入
力とし、PSS(Power SystemStabilizer)制御ブロッ
ク113にて安定化信号Vpus を作成し、端子電圧設定
値Vref のところに足し合わせる。なお、回転数ωは発
電機回転速度検出用歯車107と電磁ピックアップ10
8より周波数検出装置111にて検出する。また、有効
電力Pは計器用変流器101にて検出した発電機電流I
g と端子電圧Vgとから有効電力算出手段112にて算
出する。なお、PSSのタイプとしては、有効電力Pと
回転数ωを入力とするΔP+Δω型やファジイ制御型な
ど、どのようなものにでも本発明は適用可能である。
【0012】PSSによる系統安定化効果の評価機能と
しては、回転数ω,有効電力Pおよび内部誘起電圧
q′ を入力とし、安定化効果評価手段115にて評価
する。なお、内部誘起電圧Eq′ は、端子電圧Vg と発
電機電流Ig より内部誘起電圧算出手段114にて算出
する。算定の方法としては、図2のベクトル図のごと
く、次式の関係から内部誘起電圧E^qとE^q′ を求め
る。
【0013】
【数1】
【0014】
【数2】
【0015】変数の右肩の“^”は複素数であることを
表す。なお、Xqは横軸同期リアクタンス、Xd′ は直
軸過渡リアクタンスである。次にE^qとE^q′との角度
θを求め、次式によりE^q′を算定する。
【0016】
【数3】
【0017】安定化効果評価手段115では、発電機内
部誘起電圧偏差ΔEq′ と発電機回転速度偏差Δωの位
相差またはΔωと有効電力偏差ΔPの振幅比と位相差か
らダンピングトルク成分を算出し系統安定化効果を評価
する。PSSによりダンピングトルクを発生させるため
には、Eq′ がωと同じ位相で変化すればよく、もしΔ
q′ とΔωの位相角θE が小さければ、図3に示すよ
うにΔPにはダンピングトルク項ΔPdが発生する。
【0018】系統事故や系統変更などの外乱によって弱
制動モードが現れた場合、図3に示す位相角θE ,θP
やダンピングトルク項ΔPd を調べることにより、PS
Sの効果を自己診断することができる。ここでプローニ
ー解析を適用し、このような弱制動モードの検出及び位
相角やダンピングトルクを検出する。プローニー解析法
は、一定期間の時系列データをもとに、データに含まれ
る振動モードを抽出し、各モードごとの周波数と位相,
減衰率,振幅を算出するものである。詳細な解析方法に
ついては、例えば電気学会論文誌B、118巻、7/8号、89
2〜898頁より理解できる。
【0019】安定化効果表示手段117は、安定化効果
評価手段115により評価した系統安定化効果を運転員
に提示する。以下系統安定化効果の具体的な評価方法,
表示方法について図5を用いて説明する。まず、外乱発
生時のω信号に対してプローニー解析を実施し、弱制動
モードが発生しているかどうかを調べる。ω信号ではな
くP信号や端子電圧信号を用いてもよいが、なるべく系
統動揺が現れやすいものがよい。プローニー解析により
複数の動揺モードが検出されるが、そのうち系統動揺モ
ードとして例えば動揺周波数0.2〜2.0Hzの範囲の
モードを選び出し、振幅の大きい順に6個程度表示す
る。各モードについて周波数,減衰率と安定性の評価結
果を表示する。減衰率σは固有値の実部に相当し、負で
絶対値が大きいほど安定である。評価結果は、例えばσ
<−1.0の場合には二重丸、−1.0≦σ<−0.5 なら
ば丸、−0.5≦σ<0 ならば三角、0≦σならばバツ
と表示する。バツが不安定モード、三角が弱制動モード
に対応する。弱制動モード(または不安定モード)が存
在する場合、P信号,Eq′ 信号に対してもプローニー
解析を実施し、弱制動モードに対応するθE,θP,ΔP
d を算定し表示する。これにより、運転員はどの程度の
周波数,減衰率の弱制動モードが発生しているか、ま
た、そのモードに対してPSSが有効に動作しているか
どうかを知ることが出来る。
【0020】プローニー解析の結果をもとに弱制動モー
ドを検出し、もし、弱制動モードが存在し位相角θE
大きい(たとえば45度以上)場合には、パラメータ補
正案作成手段116にてPSS位相特性を変化させるた
めのパラメータ補正案を作成する。
【0021】位相特性は、位相補償要素全体を再設計す
るのが望ましいが、多くの場合、特に実システムにおい
ては定数の再設定は困難である。ある動揺周波数での位
相特性を少し変更するのであれば図4に示すような位相
補償ブロック22を1つ追加し、自己診断の結果から周
波数と位相調整量を検出し、それに従って追加ブロック
のパラメータKa,T1,T2を設定することができる。
【0022】図4のPSS追加ブロック22の場合、あ
る周波数を中心に位相進みまたは位相遅れを発生させる
ことが出来る。中心周波数と位相進み量(または位相遅
れ量)を指定すれば、T1,T2が計算できる。また、例
えば中心周波数でのゲインを1にすると仮定すれば、K
a の値を定めることができる。例えば弱制動モードの周
波数を中心周波数とし、位相進み量 (ωに対してEq
が遅れている場合)を40°とすれば、T1,T2,Ka
が算出できる。なお、位相進み量θE の値をそのまま用
いてもよいが、1つの位相補償ブロックであまり大きい
角度を補償するのは良くない場合が多い。パラメータ補
正案表示手段118は、作成した補正案を例えば図6の
ように表示する。運転員はこれを見て、実際にパラメー
タ補正を加えるかどうかを判断し入力する。パラメータ
を補正する場合には、パラメータ補正案作成手段116
からPSS制御ブロック113に情報が転送され、実際
にパラメータが補正される。その際、図6の画面を用い
て、運転員がパラメータの微調整をできるような機能を
持たせることも可能である。また、このように運転員の
指示によりパラメータ補正するのではなく、パラメータ
補正案作成手段116の結果をそのまま用いて、自動設定
することも可能である。
【0023】このようにこの手法を用いれば、既存のP
SSのダンピング効果が小さい場合にそれを簡便な方法
で改良できる。また、パラメータチューニングについて
の運転員へのガイダンス手法として有用である。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、発電機励磁制御装置に
おいて電力動揺安定化制御を行う際に、系統に発生した
弱制動動揺モードに対して、系統安定化装置の効果や制
御定数の補正方法を評価して、運転員に提示できるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した発電機励磁制御装置の構成図
である。
【図2】電圧・電流の関係を表すベクトル図である。
【図3】ΔP,ΔEq′のダンピングトルクを表すベク
トル図である。
【図4】PSSの制御ブロック図である。
【図5】系統安定化効果の表示画面を表すである。
【図6】パラメータ調整画面を表す図である。
【符号の説明】
21…オリジナルPSS、22…PSS追加ブロック、
100…発電機、103…AVR制御ブロック、111…
周波数検出装置、112…有効電力算出手段、113…
PSS制御ブロック、114…内部誘起電圧算出手段、
115…安定化効果評価手段、116…パラメータ補正
案作成手段、117…安定化効果表示手段、118…パ
ラメータ補正案表示手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 萬城 実 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 Fターム(参考) 5H004 GA17 GA22 GA24 GB04 GB06 HA14 HA20 HB08 HB12 HB14 JA13 JB07 JB22 KB26 KB30 KB33 KC05 KC55 5H590 AA08 AA11 CC01 CE01 DD24 DD64 DD66 EB12 EB21 EB23 EB26 EB29 FA06 FB05 FC15 GA02 HA01 HA02 HA04 HA06 HA27 HB02 HB03 HB04 HB12 JA20 KK01 KK05

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発電機の端子電圧と端子電圧設定値との偏
    差に基づいて発電機の界磁を制御する端子電圧制御装置
    を有し、電力系統の動揺を抑制するための系統安定化信
    号を前記端子電圧制御信号に加える系統安定化手段を備
    えた発電機励磁制御装置において、前記系統安定化手段
    の系統安定化効果を評価する安定化効果評価手段、及び
    評価結果を表示する安定化効果表示手段とを備えたこと
    を特徴とする発電機励磁制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記安定化効果評価手
    段は、発電機回転速度信号、もしくは電圧周波数信号に
    含まれる動揺成分と、発電機内部誘起電圧信号に含まれ
    る動揺成分との位相差に基づいて系統安定化効果を評価
    することを特徴とする発電機励磁制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記安定化効果評価手
    段は、発電機回転速度信号、もしくは電圧周波数信号に
    含まれる動揺成分と発電機有効電力信号に含まれる動揺
    成分との振幅比及び位相差に基づいて系統安定化効果を
    評価することを特徴とする発電機励磁制御装置。
  4. 【請求項4】請求項2において、前記安定化効果評価手
    段が算定した位相差に基づいて、前記系統安定化手段の
    制御パラメータ補正案を作成するパラメータ補正案作成
    手段を備えたことを特徴とする発電機励磁制御装置。
  5. 【請求項5】請求項1において、前記安定化効果評価手
    段は、動揺成分に含まれる弱制動の動揺モードを検出す
    るモード検出機能を備え、検出された弱制動モードにつ
    いて系統安定化効果を評価することを特徴とする発電機
    励磁制御装置。
  6. 【請求項6】請求項1において、前記安定化効果評価手
    段は、プローニー解析法を用いて系統安定化効果を評価
    することを特徴とする発電機励磁制御装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007202372A (ja) * 2006-01-30 2007-08-09 Central Res Inst Of Electric Power Ind 分散型電源装置
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WO2016143021A1 (ja) * 2015-03-09 2016-09-15 株式会社日立製作所 電力系統安定化システム

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