JP2013198181A

JP2013198181A - 発電機の電圧制御方法

Info

Publication number: JP2013198181A
Application number: JP2012059527A
Authority: JP
Inventors: Emiko Ozeki; 恵美子大関; Hajime Saito; 肇齋藤; Toshinori Hoshino; 利則星野; Masahide Mizozoe; 将英溝添
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-09-30
Anticipated expiration: 2032-03-16
Also published as: JP6065396B2

Abstract

【課題】発電機のＡＶＲの制御ループでは、始動から通常制御へと切り替わる時に開ループとなることから、オーバーシュート・アンダーシュートを引き起こして不安定な制御となる。
【解決手段】設定値に相当する電圧以下の発電電圧時に、界磁電流設定器による演算結果を、界磁電流検出範囲の最大値よりも小さい値の界磁電流Ｉ₃₀相当の値に固定し、且つ電圧制御演算部の積分項を界磁電流検出値で演算する。電圧が設定電圧値以上となったときに電圧制御演算部における界磁電流検出値による積分項の演算を解除する。また、定格電圧設定器による定格電圧以下の時に、界磁電流制御演算部のリミッタ上限値を、定格電圧以下の比率のリミッタ上限値に設定し、定格電圧以上となった時には、界磁電流制御演算部のリミッタ上限値を定格電圧以上の比率のリミッタ上限値に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、本発明は発電機の電圧制御装置に係わり、特に自動電圧制御装置の電圧確立時における電圧制御方法に関するものである。

図３は、特許文献１に記載されたタービン発電機の制御装置を示したもので、タービン１で駆動される発電機２の界磁巻線には、ディジタル式自動電圧制御装置（以下ＡＶＲという）４から界磁電流が供給される。ＡＶＲ4には変成器ＰＴによって検出された発電電圧が入力され、Ａ／Ｄ変換器５によりアナログをディジタルに変換した後、実効値変換部６によって実効値に変換される。実効値変換部６は、実効値変換機能と共に電力動揺安定化機能を有して位相の進み／遅れを調節して信号を減算部８に出力する。減算部８では、入力された変換値と定格電圧の電圧設定器７による設定値との偏差分を求め、リミッタ付き電圧制御演算部９に入力してＰＩ（比例積分）演算を行って界磁電流指令を得る。

切換スイッチ１０は、電圧制御演算部９からの界磁電流指令と界磁電流設定器１１により設定された界磁電流指令を切り換えるもので、切り換えられた界磁電流指令は、減算部１３で界磁電流検出値Ｉｆとの差演算が実施され、その差分はリミッタ付きのマイナループ用の界磁電流制御演算部１４でＰＩ演算が行われる。界磁電流制御値は、Ｄ／Ａ変換器１５によってディジタル信号をアナログ信号に変換し、界磁電流制御値として界磁電流制御部３に入力され、この界磁電流制御部３を介して発電機の界磁巻線に供給する。また、この界磁電流は変流器ＣＴによって検出され、Ａ／Ｄ変換器１２によりアナログ信号をディジタル信号に変換され、界磁電流検出値Ｉｆとて減算部１３に出力される。

特開２００９−１８９１９５

発電機２の始動時にはＡＶＲ4の切換スイッチ１０は界磁電流設定器１１側に切り換えられており、界磁電流設定器１１において設定された設定値に基づいて初期励磁される。すなわち、発電機２の起動時におけるＡＶＲ4は、外部からの投入指令により界磁用遮断器（＃４１）が投入されたことを条件に制御部３は初期励磁をＯＮし、界磁電流設定器１１で設定した値に基づいて界磁巻線に電流を供給する。その後、発電機２による発電電圧が予め設定された電圧（例えば、定格の８０％相当）になったか否かを判断し、発電電圧が設定値以上となったときに切換スイッチ１０は界磁電流設定器１１側から電圧制御演算部９側に切り替わる。

ＡＶＲ4の制御ループとしては、この界磁電流設定器１１側から電圧制御演算部９側に切り替わる時点で開ループとなることから、無制御状態となって電圧制御演算部９の積分項が不安定な状態になる。このため、自動制御側に切換られたとき、オーバーシュート・アンダーシュートを引き起こして不安定な制御となる。
また、特に界磁巻線の励磁方式が自励式の場合、励磁機の電源は自己の起電力となるため、始動時の励磁電流は少なく減算部１３によって算出される偏差分が大きくなり、マイナループの界磁電流制御演算部１４の上限値にすぐに達してしまって過大な制御指令が制御部３に出力されて不安定制御の度合いが大きくなっている。

本発明が目的とするとこは、界磁電流制御演算部のリミッタ上限値を切り替えることで制御の安定化を図った発電機の電圧制御方法を提供することにある。

本発明は、発電機の検出電圧と定格電圧設定器による設定値との偏差の比例積分演算で界磁電流指令を得る電圧制御演算部と、演算された界磁電流指令と設定された界磁電流設定器で設定された界磁電流設定値を切換える切換スイッチと、この切換スイッチからの出力と界磁巻線を流れる界磁電流検出値との偏差の比例積分演算で界磁電流指令を得るリミッタ付きの界磁電流制御演算部と、この界磁電流制御演算部の出力をＤ／Ａ変換し、界磁電流制御部を介して発電機の界磁巻線に供給する界磁電流を制御するものにおいて、
前記界磁電流設定器で設定された設定値に相当する電圧以下の発電電圧時に、界磁電流設定器による演算結果を、界磁電流検出範囲の最大値よりも小さい値の界磁電流Ｉ₃₀相当の値に固定し、且つ前記電圧制御演算部の積分項を界磁電流検出値で演算し、
前記発電電圧が設定電圧値以上となったときに前記電圧制御演算部における積分項の界磁電流検出値による積分演算を解除すると共に、
前記定格電圧設定器による定格電圧以下の発電電圧時に、前記界磁電流制御演算部のリミッタ上限値を、リミッタ切換手段によって前記定格電圧以下の比率のリミッタ上限値に設定し、
前記発電電圧が定格電圧設定器による定格電圧以上となった時には、前記界磁電流制御演算部のリミッタ上限値を、リミッタ切換手段によって前記定格電圧以上の比率のリミッタ上限値に設定することを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、発電機の電圧確立時までにおける制御が安定し、オーバーシュート・アンダーシュートを防ぐことが可能となり、且つ電圧確立後における制御も安定した制御となるものである。また、設定値やリミット値を可変することによって、発電機の種類を問わず安定した制御が可能となると共に、調整時間を短縮することが可能となるものである。

本発明の実施形態を示す構成図。始動時におけるフローチャート。従来の発電機ＡＶＲの構成図。

図１は、本発明の実施例を示す構成図で、第３図で示す従来と異なるところは電圧検出部２０とリミッタ切換手段２１を設けたことである。また、界磁電流制御演算部１４に代えて上限リミッタ値の可変可能な界磁電流制御演算部１４ａが使用される。電圧検出部２０は、従来から電圧確立検出用として使用されている発電機用の電圧継電器８４Ｇが利用される。

リミッタ切換手段２１は、界磁電流制御演算部１４ａのリミッタ上限値の切換制御を行うもので、発電電圧が定格電圧に対する所定値、例えば定格電圧の８０％程度にまで達していないときには、界磁電流制御演算部１４ａのリミッタ上限値を、定格電圧の例えば７０％相当に設定するための切換信号ａを出力する。また、発電電圧が定格電圧の８０％程度に達したとき（電圧確立時）には、界磁電流制御演算部１４ａに対してリミッタ上限値を、例えば定格電圧の１３０％相当の固定上限値に設定するための切換信号ｂを出力する。また、発電電圧が設定値以下のときには界磁電流設定器１１の演算結果を、標準である例えば４０％の値に固定すると共に、界磁電流電圧制御演算部９の積分項を検出された界磁電流値に固定し、この界磁電流値に基づいて積分項を演算する。他は、図３と同様である。

図2は、界磁電流制御演算部１４ａのリミッタ上限値の切換のためのフローチャートである。
ステップＳ１で、図示省略された界磁用遮断器＃４１が投入されたか否かが判断される。投入されていれば初期励磁が実行されて電圧確立のための制御がおこなわれるが、その際、ステップＳ２で発電電圧が界磁電流設定器１１による設定値（初期値４０％）に達したか否かが判断される。達していない場合にはステップＳ３に移り、界磁電流設定器１１による演算結果を、Ａ／Ｄ変換器１２により出力される界磁電流の出力範囲０〜１３０％のうち、例えば６５％相当の界磁電流Ｉ₃₀値に固定される。さらにステップＳ４で電圧制御演算部９の積分項を界磁電流値に固定する。また、ステップＳ２で、電圧が設定値に達していた場合には、ステップＳ５に移り電圧制御演算部９における積分項の設定値を定格電圧８０％相当に戻し、減算部８からの偏差分に対応した通常のＰＩ演算が行われる。

ステップＳ６では、リミッタ切換手段２１は継電器８４Ｇ（電圧検出器２０）が動作したか否かを判断し、継電器８４Ｇが未動作の場合にはステップＳ８に移り、リミッタ切換手段２１から定格電圧の７０％に相当するリミッタ上限値の切換信号ａを界磁電流制御演算部１４ａに出力し、リミッタ上限値を定格電圧の７０％相当に設定する。また、ステップＳ６でリミッタ切換手段２１は、継電器８４Ｇが動作したことを判断して、定格電圧時の上限値１３０％に相当するリミッタ上限値への切換信号ｂを界磁電流制御演算部１４ａに出力し、リミッタ上限値を定格電圧１３０％相当に設定する。

以上のように本発明は、界磁用遮断器＃４１が投入されてから或る時間までにおける発電電圧が設定値未満のときには、ＰＩ演算を行う電圧制御演算部９の積分項を界磁電流検出値に固定し、且つ界磁電流制御演算部１４ａの各積分項を定格電圧の７０％相当程度に固定し、電圧が界磁電流設定器１１の設定相当電圧以上となったときに積分項の固定を解除して定格電圧８０％相当の通常のＰＩ演算に戻す。また、８４Ｇ電圧確立前までは界磁電流制御演算部１４ａのリミッタ上限値を、定格電圧８０％相当よりも低い、例えば７０％相当に設定し、電圧確立後はそのリミッタ上限値を通常の１３０％に戻す切換制御を行うものである。

したがって、本発明によれば、電圧確立時の制御、及び電圧確立後の制御が安定してオーバーシュート・アンダーシュートが防止できる。また、電圧制御演算部と界磁電流制御演算部の積分項の設定値を可変としたことにより、発電機の種類を問わず安定した制御が可能となり、更にＡＶＲに対する調整時間の短縮が可能となるものである。

１… タービン
２… 発電機
３… 界磁電流制御部
４… 自動電圧制御装置（ＡＶＲ）
５，１２… Ａ／Ｄ変換器
６… 実効値変換部
７… 電圧設定器
８，１３… 減算部
９… 電圧制御演算部
１０… 切換スイッチ
１１… 界磁電流設定器
１４，１４ａ… 界磁電流制御演算部
１５… Ｄ／Ａ変換器
２０…電圧検出部（８４Ｇ）
２１…リミッタ切換手段

Claims

発電機の検出電圧と定格電圧設定器による設定値との偏差の比例積分演算で界磁電流指令を得る電圧制御演算部と、演算された界磁電流指令と設定された界磁電流設定器で設定された界磁電流設定値を切換える切換スイッチと、この切換スイッチからの出力と界磁巻線を流れる界磁電流検出値との偏差の比例積分演算で界磁電流指令を得るリミッタ付きの界磁電流制御演算部と、この界磁電流制御演算部の出力をＤ／Ａ変換し、界磁電流制御部を介して発電機の界磁巻線に供給する界磁電流を制御するものにおいて、
前記界磁電流設定器で設定された設定値に相当する電圧以下の発電電圧時に、界磁電流設定器による演算結果を、界磁電流検出範囲の最大値よりも小さい値の界磁電流Ｉ₃₀相当の値に固定し、且つ前記電圧制御演算部の積分項を界磁電流検出値で演算し、
前記発電電圧が設定電圧値以上となったときに前記電圧制御演算部における積分項の界磁電流検出値による積分演算を解除すると共に、
前記定格電圧設定器による定格電圧以下の発電電圧時に、前記界磁電流制御演算部のリミッタ上限値を、リミッタ切換手段によって前記定格電圧以下の比率のリミッタ上限値に設定し、
前記発電電圧が定格電圧設定器による定格電圧以上となった時には、前記界磁電流制御演算部のリミッタ上限値を、リミッタ切換手段によって前記定格電圧以上の比率のリミッタ上限値に設定することを特徴とする発電機の電圧制御方法。