JP4437697B2 - Method for determining combined stability of power generation equipment and power converter - Google Patents
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Description
この発明は、石油、ガス火力等利用のタービンやディーゼルエンジン等を駆動機とした発電機より構成される発電設備と、前記発電機につながる電力変換装置およびその負荷より構成される負荷設備の組み合わせ運転状態における安定性を判別する方法に関するものであり、特に前記発電設備および電力変換装置それぞれの単体特性を把握することにより、組み合わせた状態の安定性を事前に判別する方法に係るものである。 The present invention is a combination of a power generation facility composed of a generator driven by a turbine or diesel engine using oil, gas thermal power, etc., a power converter connected to the generator, and a load facility composed of the load The present invention relates to a method for determining stability in an operating state, and particularly relates to a method for determining in advance the stability of a combined state by grasping individual characteristics of each of the power generation equipment and the power conversion device.
従来、電力プラントにおける各設備の装置間において、制御信号の授受だけでなく、電力自体の授受も行われている。前記装置では、それぞれの装置毎に各種負荷の変動に対して良質な電力供給源となるために、即応性の改善、小型化への指向が進んでいる。その反面、各装置を組み合わせた状態では、各装置相互の制御系が各々別々に動作するため、各装置の持つ固有周波数が一致あるいは接近した場合には、装置間での共振現象や発散現象が発生し、大きな損傷を招くことがある。尚ここでいう固有周波数とは、機器定格周波数を除き、定常時ばかりでなく負荷変動時に電気的、機械的出力に重畳される特定の周波数を指す。 2. Description of the Related Art Conventionally, not only control signals are exchanged between devices of each facility in a power plant, but also power itself is exchanged. In the above devices, since each device becomes a high-quality power supply source with respect to fluctuations in various loads, there is a trend toward improvement of quick response and miniaturization. On the other hand, in the state where each device is combined, the control system of each device operates separately, so when the natural frequency of each device matches or approaches, resonance and divergence between devices occur. Can occur and cause significant damage. The natural frequency here refers to a specific frequency that is superimposed on the electrical and mechanical outputs not only at the time of steady state but also when the load fluctuates, except for the device rated frequency.
このような装置間で共振現象、発散現象は例えば図1に示す構成の発電設備100と負荷装置200との間に見られる。発電設備100は、ガスタービン等の駆動機1、調速機2、発電機3、自動電圧調整装置4と前記駆動機1と発電機3とを結合する結合装置5とにより構成されている。
負荷装置200は、前記発電設備100の負荷である電力変換装置6、前記電力変換装置6の制御装置7、および電力変換装置6の負荷8で構成されている。前記電力変換装置6は、電力設備の効率化、電力系統の高機能化あるいは瞬低対策のために用いられ、電動機駆動用インバータ、無停電電源装置などがその代表例である。この電力変換装置6は、ダイオード、サイリスタ、IGBT等の半導体素子が用いられており、制御装置7が周波数、電圧、電流または電力を制御するため、一般にこれらの機器はアクティブな機器と呼ばれている。前記負荷設備200の各構成要素の制御系が持つ広範囲な制御特性が、発電設備100の固有周波数と一致する場合には、発電設備100と負荷設備200間にて共振現象や発散現象が発生する。
Such a resonance phenomenon and a divergence phenomenon are observed between the
The
このような共振、発散現象の発生を防止するため、従来より以下の(1)〜(3)のケースによって安全性の確認が行われている。
(1)発電設備100と負荷設備200との組み合わせた状態における安定性の事前判別は行わず、プラント建設サイトでの組み合わせ試験で共振、発散現象が生じた場合に、その都度対策を実施する。
(2)事前検証として、発電設備100、負荷設備200を詳細に模擬した大規模計算機シミュレーションを実施する(例えば非特許文献1参照)。
しかしながらこの非特許文献1に示された方法では、多大な時間と費用を必要とすることから、ごく限られた電力プラントに適用されているにすぎない。
(3)発電設備100、負荷設備200を詳細に模擬した大規模なシミュレータ試験を実施する。しかしこの方法も、大規模専用設備と多大な費用を必要とすることから現実的でない。そこで、プラントシステムの部分を構成する電力系統(負荷)、発電機、励磁機、および自動電圧調整装置(AVR)を模擬したシミュレータ装置によって部分的事前検証を行うことが示されている(例えば特許文献2参照)。
In order to prevent the occurrence of such resonance and divergence, safety has been confirmed by the following cases (1) to (3).
(1) Preliminary determination of stability in a state where the
(2) As prior verification, a large-scale computer simulation simulating the
However, since the method disclosed in Non-Patent Document 1 requires a great deal of time and expense, it is only applied to a limited number of power plants.
(3) A large-scale simulator test simulating the
つまり、従来の安定性判別は、前記ケース(2)(3)に示したようなシミュレーション計算やシミュレータ試験はごく限られた場合に実施され、残りはケース(1)に示したプラントサイトにおける組み合わせ試験によって為されている。 In other words, the conventional stability determination is performed when simulation calculations and simulator tests as shown in the cases (2) and (3) are limited, and the rest are combinations at the plant site shown in the case (1). Has been done by testing.
しかしながら、安定性の判別を行うには、前記従来の方法のいずれのケースにおいても、問題点を有しており、現地工程を含むプラント建設工程の短縮化、費用の低減要求に対して、適切な対応が取り得ない。この発明は、前記のような課題を解決するために為されたものであって、大規模シミュレーション計算や大規模シミュレーション試験を実施することなく発電設備、電力変換装置をそれぞれ単独に試験することによって単体特性を把握し、組み合わせた状態の安定性を事前に判別する方法を提供することを目的とする。 However, in order to determine stability, there is a problem in any of the conventional methods described above, and it is appropriate for the shortening of the plant construction process including the local process and the demand for cost reduction. It is impossible to take corrective actions. The present invention has been made to solve the above-described problems, by independently testing each of the power generation equipment and the power conversion device without carrying out a large-scale simulation calculation or a large-scale simulation test. It is an object of the present invention to provide a method for grasping the unit characteristics and determining the stability of the combined state in advance.
この発明に係る発電設備と電力変換装置の組み合わせ安定性の判別方法は、発電設備には、発電機と発電機を駆動する駆動機とが設けられており、
発電設備と、電力変換装置と、電力変換装置につながる負荷とが組み合わされる前に、発電設備および電力変換装置とは、それぞれ別個に試験されるものであり、
発電設備の試験は、発電設備に付加された試験用抵抗負荷と組み合わせ試験されることによって得られる周波数を解析して第1の固有周波数を求め、電力変換装置の試験は、電力変換装置に付加された試験用電源および試験用抵抗負荷と組み合わせ試験されることによって得られる周波数を解析して第2の固有周波数を求め、第1、第2の固有周波数を比較することにより、組み合わされた状態における安定性を判別するものである。
In the method for determining the combined stability of the power generation equipment and the power conversion device according to the present invention, the power generation equipment is provided with a generator and a drive unit that drives the power generator,
Before the power generation facility, the power conversion device, and the load connected to the power conversion device are combined, the power generation facility and the power conversion device are each separately tested.
The power generation facility test is performed by combining the test resistance load added to the power generation facility to analyze the frequency obtained to obtain the first natural frequency, and the power conversion device test is added to the power conversion device. The combined natural state is obtained by analyzing the frequency obtained by the combination test with the test power source and the test resistive load, obtaining the second natural frequency, and comparing the first and second natural frequencies. The stability at is determined.
この発明による発電設備と電力変換装置の組み合わせ安定性の判別方法は、発電設備と電力変換装置をそれぞれ個別の負荷急変試験により、発電設備と電力変換装置および電力変換装置につながる負荷とが組み合わされる前に、組み合わせ後の安定性を判別することができるので、プラントの信頼性向上、建設工程の短縮、コスト低減が可能となりまた大規模計算機シミュレーションや大規模シミュレータ試験の実施を不要とする。 In the method for determining the stability of the combination of the power generation equipment and the power conversion device according to the present invention, the power generation equipment, the power conversion device, and the load connected to the power conversion device are combined with each other by a sudden load change test for each of the power generation equipment and the power conversion device. Since the stability after the combination can be determined before, the reliability of the plant can be improved, the construction process can be shortened and the cost can be reduced, and it is not necessary to perform a large-scale computer simulation or a large-scale simulator test.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図に基づいて説明する。なお、この実施の形態1を含め以後の実施の形態においても、発電設備100と負荷装置200の構成、それらの構成要素であるガスタービン等の駆動機1、調速機2、発電機3、自動電圧調整装置4、駆動機1と発電機3とを結合する結合装置5、発電設備の負荷である電力変換装置6、電力変換装置6の制御装置7、電力変換装置6の負荷8は、前述した図1に示したものと同一であるので、機能の説明は省略する。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments including the first embodiment, the configuration of the
発電装置100が持つ固有周波数に、負荷設備200に設けられた電力変換装置6の持つ固有周波数が重なっていなければ、固有周波数同士の共振は発生しない。一般的に固有周波数は駆動機1の定格回転数に対し15%以上離れていれば安全である。この実施の形態1は、機器の固有周波数を単体試験結果より求めて、駆動機定格回転数に対し15%以上離れていることを確認することにより、組み合わせ前に安定性を判別する方法である。
If the natural frequency of the
まず、発電設備100側の単体試験により固有周波数を求める方法を説明する。図2は発電設備100の単体試験構成図である。図において、負荷の開閉器9、抵抗負荷10、波形記録装置11が試験設備として設けられている。図2の構成にて、発電機3と抵抗負荷10との間に設けられた開閉器9の投入、開放を行った際に、駆動機1、発電機3の挙動が表われる信号例えば軸トルクを波形記録装置11に記録する。負荷10のステップ急変は、装置に対して無限次数の負荷変動を与えることになるので、測定された信号をFFT解析し、時系列変化を表示することにより、固有周波数が求められる。
First, a method for obtaining the natural frequency by a unit test on the
図3、図4は前記試験を実施し、記録した信号を解析した結果を示している。図3は、例えば、駆動機1の挙動が表われる信号として軸トルクを記録し、これをFFT解析し、時系列変化を表示したもの(ウォーターフロー)である。発電設備100は、10Hz程度までの共振については図示省略した制御系により抑制することが可能である。従って、安定性の判別については、10Hz以上の固有周波数に着目すれば良い。固有周波数は負荷急変時にピークを持つ周波数である。A部分は発電設備100の制御応答の特性が表われており、この周波数まで制御系により抑制することができる。B、C部分は、負荷急変時にピークを持ち、制御応答より離れていることから、この例では、駆動機1の固有周波数は12から23Hz(B、C部分)に存在することがわかる。
FIG. 3 and FIG. 4 show the results of conducting the test and analyzing the recorded signal. FIG. 3 shows, for example, a shaft torque recorded as a signal representing the behavior of the drive machine 1, FFT analysis of the shaft torque, and a time series change (water flow). The
図4は、例えば、発電設備100の挙動が表われる信号として発電機3の界磁電流を記録し、これをFFT解析し、時系列変化を表示したものである。図4より発電設備100の固有周波数は12から23Hz(A部分)に存在することがわかる。
以上に示した図3、4より、発電設備100の固有周波数は、12から23Hzに存在することがわかる。
FIG. 4 shows, for example, the field current of the
3 and 4 shown above, it can be seen that the natural frequency of the
次に、単体試験により負荷設備200に設けられた電力変換器6の固有周波数を求める方法を、電力変換装置6が無停電電源装置である場合を例として図に基づいて説明する。図5は無停電電源装置6Aの単体試験構成図である。交流を直流電力に変換するコンバータ6a、蓄電池6b、直流電力を交流電力に変換するインバータ6cによって前記無停電電源装置6Aが構成されている。無停電電源装置6Aの試験用電源12は、電圧設定装置13により前記試験用電源12の電圧は可変することができる。
図5の構成にて、抵抗負荷10の投入、開放を行い、試験用電源12側に直接接続されるコンバータ6aの挙動が表われる信号例えば直流電圧を波形記録装置11に記録する。この信号をFFT解析し、時系列変化を表示することにより、電力変換装置この場合無停電電源装置6Aに関わる固有周波数を求めることができる。
Next, a method for obtaining the natural frequency of the
In the configuration of FIG. 5, the
図6は、例えば、無停電電源装置6Aの挙動が表われる信号として直流電圧を記録し、これをFFT解析し、時系列変化を表示したものである。図6より無停電電源装置6Aのコンバータ6aの固有周波数が、32から48Hz(A部分)、60Hz(B部分)に存在することがわかる。
以上、前記図2と図5に示した構成での試験データのFFT解析結果より、発電設備100の固有周波数と無停電電源装置6Aのコンバータ6aの固有周波数が重なっていないことが確認できたので、これらを組み合わせたシステムが安定であることが確認できる。
FIG. 6 shows, for example, a DC voltage recorded as a signal representing the behavior of the
From the FFT analysis results of the test data in the configuration shown in FIG. 2 and FIG. 5, it has been confirmed that the natural frequency of the
次に、発電設備100の固有周波数と無停電電源装置200のコンバータ6aの固有周波数が重なっている場合の例を示す。図7は、別の無停電電源装置6Aに対して図5の構成にて、開閉器9の投入、開放による負荷急変試験を行い、直流電圧を記録し、これをFFT解析し、時系列変化を表示したものである。図7より無停電電源装置6Aのコンバータ6aの固有周波数が、10から36Hz(A部分)と36から60Hz(B部分)に存在することがわかる。発電設備100の固有周波数は、12から23Hzに存在するため、発電設備100の固有周波数と無停電電源装置200のコンバータ6aの固有周波数は、12から23Hzにかけて重なっていることになり、これらを組み合わせたシステムは不安定である可能性が高い。
Next, an example in which the natural frequency of the
図8は実施の形態1の判別フローをまとめた図である。STEP1にて、発電設備100に対し負荷急変試験を行い、STEP2にて、挙動が表われる信号、例えば、軸トルク、界磁電流のFFT解析を行い、STEP3にて発電設備100の固有周波数を読み取る。STEP4にて、無停電電源装置6Aに負荷急変試験を行い、STEP5にて、挙動が表われる信号、例えば、直流電圧のFFT解析を行い、STEP6にて、無停電電源装置6Aのコンバータ6aの固有周波数を読み取る。STEP7にて、発電設備100と無停電電源装置6Aのコンバータ6aが持つ固有周波数が駆動機定格回転数に対し15%以上離れていれば安定と判別する。
以上のように、この実施の形態1では数式モデル化と大規模計算機シミュレーション、大規模シミュレータ試験を実施することなく、発電設備100、負荷設備200の負荷急変試験により、事前に、組み合わせ後の安定性を判別することができる。
FIG. 8 summarizes the determination flow of the first embodiment. In STEP 1, a sudden load change test is performed on the
As described above, in the first embodiment, the stability after the combination is determined in advance by the rapid load change test of the
実施の形態2.
次に、実施の形態2について説明する。
この実施の形態2では、電力変換装置、この場合無停電電源装置6Aの入力電圧変動試験より固有周波数を求めるものである。図1に示す組み合わせシステムでは、電力変換装置6の交流入力電流(発電機出力電流)は、発電機3の出力電圧変動により変化する。従って、電力変換装置6の固有周波数を求めるには、入力電圧を変動させる試験の方がより実際的な動作である。
図9はこの実施の形態2の判別フローをまとめた図である。STEP1からSTEP3までは実施の形態1と同じである。STEP4−1にて、電圧設定装置13により試験用電源12の電圧を可変し、無停電電源装置6Aの入力電圧変動試験を行う。STEP5にて、挙動が表われる信号、例えば、直流電圧のFFT解析を行い、STEP6にて、無停電電源装置6Aのコンバータ6aの固有周波数を読み取る。STEP7にて、発電設備100と無停電電源装置6Aのコンバータ6aが持つ固有周波数が駆動機定格回転数に対し15%以上離れていれば安定と判別する。
以上のように、この実施の形態2でも数式モデル化と大規模計算機シミュレーション、大規模シミュレータ試験を実施することなく、発電設備の負荷急変試験と、入力電圧を変動させるより実際的な動作である負荷設備の入力電圧変動試験により求めた固有周波数から、事前に、組み合わせ後の安定性を判別することができる。
Next, a second embodiment will be described.
In the second embodiment, the natural frequency is obtained from the input voltage fluctuation test of the power converter, in this case, the
FIG. 9 is a diagram summarizing the determination flow of the second embodiment. STEP 1 to STEP 3 are the same as in the first embodiment. In STEP 4-1, the voltage of the
As described above, the second embodiment is a more practical operation in which the load change test of the power generation facility and the input voltage are fluctuated without carrying out the mathematical modeling, the large-scale computer simulation, and the large-scale simulator test. The stability after combination can be determined in advance from the natural frequency obtained by the input voltage fluctuation test of the load facility.
実施の形態3.
次に実施の形態3について説明する。この実施の形態3では、図10に示すように電力変換装置6である無停電電源装置6Aと試験用電源12の間にリアクトル、または抵抗、またはそれらの組み合わせからなる電源インピーダンス14を設け、開閉器9の投入、開放による負荷急変試験を行い、電源インピーダンス14の電圧降下に対する無停電電源装置6Aの挙動を観測する。これより、電源を可変する特別な設備を必要とせず、入力電圧を変動させた実際的な動作で無停電電源装置6Aの固有周波数を求めることができる。
図11はこの実施の形態3の判別フローをまとめた図である。STEP1からSTEP3までは実施の形態1と同じである。STEP4−2にて、電源インピーダンス14を設け、無停電電源装置6Aに負荷急変試験を行い、STEP5にて、挙動が表われる信号、例えば、直流電圧のFFT解析を行い、STEP6にて、無停電電源装置6Aのコンバータ6aの固有周波数を読み取る。STEP7にて、発電設備100と無停電電源装置6Aのコンバータ6aが持つ固有周波数が駆動機定格回転数に対し15%以上離れていれば安定と判別する。
以上のように、この実施の形態3でも数式モデル化と大規模計算機シミュレーション、大規模シミュレータ試験を実施することなく、発電設備の負荷急変試験と負荷設備の電源インピーダンスを設けた負荷急変試験により求めた固有周波数から、事前に、組み合わせ後の安定性を判別することができるのに加え、電源電圧を急変させる特別な設備を使用することなく、入力電圧を変動させる実際的な動作によって固有周波数が求められるという効果がある。
Next, a third embodiment will be described. In the third embodiment, as shown in FIG. 10, a
FIG. 11 is a diagram summarizing the discrimination flow of the third embodiment. STEP 1 to STEP 3 are the same as in the first embodiment. In STEP4-2, a
As described above, the third embodiment can be obtained by the rapid load change test of the power generation facility and the load sudden change test provided with the power supply impedance of the load facility without carrying out mathematical modeling, large-scale computer simulation, and large-scale simulator test. In addition to being able to determine the stability after combination from the natural frequency in advance, the natural frequency can be determined by the actual operation of changing the input voltage without using special equipment that suddenly changes the power supply voltage. There is an effect that it is required.
実施の形態4.
次に実施の形態4について説明する。この実施の形態4では、図12に示すように無停電電源装置6Aと試験用電源12の間に発電機3の過渡リアクタンスを模擬したリアクトル24を設け、開閉器9の投入、開放による負荷急変試験を行い固有周波数を求める。図1に示した実際の組み合わせシステムでは、電力変換装置6の負荷8が急変した際に、電力変換装置6の交流入力電流(発電機出力電流)が変化し、発電機3の過渡リアクタンスにより出力電圧が変動する。更に、この出力電圧の変動に対し、電力変換装置6の交流入力電流が変化する。従って、図12に示すように発電機3の過渡リアクタンスを模擬したリアクトル24を設け、開閉器9の投入、開放による負荷急変試験を行い、リアクトル24による電圧降下に対する電力変換装置6に相当する無停電電源装置6Aの挙動を観測することにより、組み合わせ時と同様な動作にて詳細にかつ精度よく固有周波数を求めることができる。
図13はこの実施の形態4の判別フローをまとめた図である。STEP1からSTEP3までは実施の形態3と同じである。STEP4−3にて、過渡リアクタンス模擬用リアクトル24を設け、無停電電源装置6Aに負荷急変試験を行い、STEP5にて、挙動が表われる信号、例えば、直流電圧のFFT解析を行い、STEP6にて、無停電電源装置6Aのコンバータ6aの固有周波数を読み取る。STEP7にて、発電設備100と無停電電源装置6Aのコンバータ6aが持つ固有周波数が駆動機定格回転数に対し15%以上離れていれば安定と判別する。
以上のように、この実施の形態4でも数式モデル化と大規模計算機シミュレーション、大規模シミュレータ試験を実施することなく、発電設備の負荷急変試験と、負荷設備の過渡リアクタンス模擬用リアクトルを設けた負荷急変試験により求めた固有周波数から、事前に、組み合わせ後の安定性を判別することができるのに加え、電源電圧を急変させる特別な設備を使用することなく、組み合わせ時と同様な動作にて固有周波数が求められるという効果がある。
Next, a fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, a
FIG. 13 is a diagram summarizing the discrimination flow of the fourth embodiment. STEP 1 to STEP 3 are the same as those in the third embodiment. At STEP 4-3, a
As described above, in the fourth embodiment, the load provided with the reactor for sudden change in the load of the power generation facility and the transient reactance simulation of the load facility without performing the mathematical modeling, the large-scale computer simulation, and the large-scale simulator test. In addition to being able to determine the stability after combination in advance from the natural frequency obtained by the sudden change test, it is unique in the same operation as the combination without using special equipment that suddenly changes the power supply voltage. There is an effect that the frequency is required.
実施の形態5.
次に実施の形態5について説明する。前記した実施の形態1から4は、発電設備100と負荷設備200の電力変換装置6に相当する無停電電源装置6Aの単体試験結果から選定した3つの信号駆動機1の軸トルク、発電機3の界磁電流、コンバータ6aの直流電圧を各々FFT解析することにより、比較的容易に、事前の安定性評価を行うものであった。この実施の形態5では、複数入力FFT解析により安定判別用のグラフとしてボード線図等を求めることができるFFTアナライザを利用した場合の、事前安定性評価方法について説明する。
以下、この発明の実施の形態5を図に基づいて説明する。図14は図1の構成をブロック図にて示したものである。図において、51は駆動機1と発電機3の機械系を表したブロックであり、入力が発電機反力、出力が発電機回転角速度である。52は発電機3の電気系を表したブロックであり、入力が発電機回転角速度と発電機出力電流、出力が発電機反力と発電機出力電圧である。53は電力変換装置系を表したブロックであり、入力が発電機出力電圧、出力が発電機出力電流である。54はブロック51と52をまとめた発電設備を表したブロックであり、入力が発電機出力電流、出力が発電機出力電圧である。
この実施の形態5では、単体試験により53、54のブロックに相当する周波数応答を個々に実測し、一巡周波数応答を求めて、安定性を判別する。
Next, a fifth embodiment will be described. In the first to fourth embodiments described above, the shaft torque of the three signal drivers 1 selected from the unit test results of the
In the fifth embodiment, frequency responses corresponding to
ブロック54の周波数応答は、図15の構成にて抵抗負荷10を開閉器9により投入、開放をしたさいに、発電機出力電流と発電機出力電圧を記録し、FFTアナライザ等により求める。図16にブロック54の周波数応答例を示す。
The frequency response of the
ブロック53の周波数応答を求める場合、入力が電力変換装置6の入力電圧(発電機出力電圧)、出力が電力変換装置6の入力電流(発電機出力電流)となるので、通常であれば、図17に示すように、試験用電源12の電圧を急変させ、電力変換装置6の入力電流を観測する必要がある。しかしながら、大容量の電力変換装置6の場合、電源電圧を急変させることは設備的に困難なことが多い。そこで、この実施の形態5では、図18に示すように、電力変換装置6に相当する無停電電源装置6Aと試験用電源12の間に電源インピーダンス14を設け、開閉器9の投入、開放による負荷急変試験を行い、電源インピーダンス14の電圧降下に対する、電流センサ17より検出した入力電流の変化を観測し、これをFFTアナライザ15に入力し、ボード線図等の周波数応答を求める。これより、電源電圧を急変させる設備を使用することなく、ブロック53の周波数応答を得ることができる。図19にブロック53の周波数応答例を示す。
図20はブロック53、ブロック54の一巡伝達関数例であり、この図20に示すように、通常、制御工学にて安定性解析を行う場合と同様に、位相余裕、ゲイン余裕等から安定性評価をすることができる。
以上のように、この実施の形態5でも数式モデル化と大規模計算機シミュレーション、大規模シミュレータ試験を実施することなく、発電設備の負荷急変試験と負荷設備の電源インピーダンスを設けた負荷急変試験により、それぞれの周波数応答を測定し、一巡伝達関数にて組み合わせ安定性を事前に容易に判別することができる。
When obtaining the frequency response of the
FIG. 20 shows an example of a round transfer function of the
As described above, even in the fifth embodiment, without performing mathematical modeling, large-scale computer simulation, and large-scale simulator test, by the load sudden change test of the power generation equipment and the load sudden change test provided with the power impedance of the load equipment, Each frequency response is measured, and the combinational stability can be easily determined in advance by a round transfer function.
前記実施の形態1から4では、発電設備100の固有周波数を駆動機1、発電機3の負荷急変試験から求めているが、駆動機1に設けられた調速機2指令の回転数急変試験、あるいは自動電圧調整装置4または図示省略の発電機制御装置による発電機電圧指令の急変試験より求めても良い。
In the first to fourth embodiments, the natural frequency of the
また前記実施の形態1から4では、駆動機1の固有周波数を軸トルクから求めているが、回転数より求めても良い。 In the first to fourth embodiments, the natural frequency of the driving machine 1 is obtained from the shaft torque, but it may be obtained from the rotational speed.
また前記実施の形態1から4では、発電機3の固有周波数を界磁電流から求めているが、発電機出力電圧、発電機出力電流から求めても良い。
In the first to fourth embodiments, the natural frequency of the
また前記実施の形態2では、無停電電源装置6Aの固有周波数を、発電機3の出力電圧を移動させることによる電力変換装置6(無停電電源装置6A)の入力電圧の振幅急変試験から求めているが、同様の入力電圧位相急変試験より求めても良い。
In the second embodiment, the natural frequency of the
また前記実施の形態1から4では、無停電電源装置6Aの固有周波数を直流電圧から求めているが、同様に無停電電源装置6Aの入力電流または入力有効電力または入力無効電力またはコンバータ出力電流(直流電流)から求めても良い。
In the first to fourth embodiments, the natural frequency of the
また前記実施の形態5では、無停電電源装置6Aと試験用電源12の間に電源インピーダンス14を設け、負荷急変試験を行い、固有周波数を求めているが、電源インピーダンス14を、発電機過渡リアクタンスを模擬したリアクトル24とし、より実際に近い状態での測定から固有周波数を求めても勿論良い。
In the fifth embodiment, the
また前記実施の形態5では、無停電電源装置6Aと試験用電源12の間に電源インピーダンス14を設け、負荷急変試験を行い、固有周波数を求めているが、電圧設定装置13により試験用電源電圧を可変し、無停電電源装置6Aの入力電圧振幅急変試験または入力電圧位相急変試験を行い、固有周波数を求めても勿論良い。
In the fifth embodiment, the
また前記実施の形態1から5において、負荷量による固有周波数の変動を考慮し、発電設備100、負荷設備200の負荷急変試験を定格負荷の投入開放だけでなく、25%、50%、75%等、負荷量を変更し、複数回試験を行っても勿論良い。これは駆動機1や発電機3等の機械系が、負荷量に応じて固有周波数がわずかに変化する特性を有しているため、この特性に対する検証も含むものである。
In the first to fifth embodiments, in consideration of fluctuations in the natural frequency due to the load amount, the load change test of the
また前記実施の形態1から5において、負荷設備200の負荷急変試験が困難な場合、あるいは共振の恐れが有る場合は負荷を漸増、漸減させることにより固有周波数を求めても良い。さらには定常的負荷状態における固有周波数を求める場合にも適用可能である。
In Embodiments 1 to 5, the natural frequency may be obtained by gradually increasing or decreasing the load when a sudden load change test of the
なお前記実施の形態1から5では、電力変換装置6が無停電電源装置6Aである場合について説明しているが、空調機、電動機駆動用インバータ、インバータ照明等のアクティブな機器や、固有周波数成分を発生しうる電力搬送線を用いた通信設備や次数間高調波を発生する機器であっても、同様に、安定性を事前に判別できる。
In the first to fifth embodiments, the case where the
前記実施の形態1にて安定性を明確に判別できなかった場合は、実施の形態2ないし5にて更に詳細に安定性を判別、さらに実施の形態2にて安定性を明確に判別できなかった場合は、実施の形態3ないし5にて更に詳細に安定性を判別、また実施の形態3にて安定性を明確に判別できなかった場合は、実施の形態4ないし5にて更に詳細に安定性を判別し、またさらに実施の形態4にて安定性を明確に判別できなかった場合は、実施の形態5にて更に詳細に安定性を判別することができる。
また、実施の形態1から5ではコンバータに波形記録装置、FFTアナライザを設ける例を示したがインバータに設けてもよい。
If the stability cannot be clearly determined in the first embodiment, the stability is determined in more detail in the second to fifth embodiments, and the stability cannot be clearly determined in the second embodiment. In the case where the stability is determined in detail in the third to fifth embodiments, and in the case where the stability cannot be clearly determined in the third embodiment, the details are described in the fourth to fifth embodiments. In the case where the stability is determined and the stability cannot be clearly determined in the fourth embodiment, the stability can be determined in more detail in the fifth embodiment.
In the first to fifth embodiments, an example in which the waveform recording device and the FFT analyzer are provided in the converter has been described. However, the converter may be provided in the inverter.
以上のように、この発明の実施の形態1〜5は、電力プラントの発電機とその駆動機および発電機につながる負荷の組み合わせ安定性の事前検証に適用可能である。 As described above, the first to fifth embodiments of the present invention can be applied to the preliminary verification of the combined stability of the power plant generator, its driver and the load connected to the generator.
1 駆動機、2 調速機、3 発電機、4 自動電圧調整装置、6 電力変換装置、
6A 無停電電源装置、9 開閉器、10 試験用抵抗負荷、12 試験用電源、
13 電圧設定装置、14 インピーダンス、24 リアクトル、100 発電設備、
200 負荷設備。
1 drive machine, 2 speed governor, 3 generator, 4 automatic voltage regulator, 6 power converter,
6A uninterruptible power supply, 9 switch, 10 resistance load for test, 12 power supply for test,
13 voltage setting device, 14 impedance, 24 reactor, 100 power generation equipment,
200 Load equipment.
Claims (11)
前記発電設備には、発電機と前記発電機を駆動する駆動機とが設けられており、
前記発電設備と、前記電力変換装置と、前記電力変換装置につながる負荷とが組み合わされる前に、前記発電設備および前記電力変換装置とは、それぞれ別個に試験されるものであり、
前記発電設備の試験は、前記発電設備に付加された試験用抵抗負荷と組み合わせ試験されることによって得られる周波数を解析して第1の固有周波数を求め、前記電力変換装置の試験は、前記電力変換装置に付加された試験用電源および試験用抵抗負荷と組み合わせ試験されることによって得られる周波数を解析して第2の固有周波数を求め、前記第1、第2の固有周波数を比較することにより、組み合わされた状態における安定性を判別することを特徴とする発電設備と電力変換装置の組み合わせ安定性の判別方法。 A method for determining the combined stability of a power generation facility and a power converter,
The power generation facility is provided with a generator and a drive for driving the generator,
Before the power generation facility, the power conversion device, and the load connected to the power conversion device are combined, the power generation facility and the power conversion device are each separately tested,
The test of the power generation facility analyzes a frequency obtained by a combination test with a resistance load for testing added to the power generation facility to obtain a first natural frequency, and the test of the power conversion device By analyzing the frequency obtained by the combination test with the test power supply and the test resistive load added to the conversion device, obtaining the second natural frequency, and comparing the first and second natural frequencies A method for determining the combined stability of a power generation facility and a power converter, wherein the stability in a combined state is determined.
前記発電設備には、発電機と前記発電機を駆動する駆動機とが設けられており、
前記発電設備と、前記電力変換装置と、前記電力変換装置につながる負荷とが組み合わされる前に、前記発電設備および電力変換装置とは、それぞれ別個に試験されるものであり、
前記発電設備の試験は、前記発電設備に付加された試験用抵抗負荷と組み合わせ試験されることによって第1の周波数応答を求め、
前記電力変換装置の試験は、前記電力変換装置に付加された試験用電源および試験用抵抗負荷と組み合わせ試験されることによって第2の周波数応答を求め、前記第1、第2の周波数応答により、組み合わされた状態における安定性を判別することを特徴とする発電設備と電力変換装置の組み合わせ安定性の判別方法。 A method for determining the combined stability of a power generation facility and a power converter,
The power generation facility is provided with a generator and a drive for driving the generator,
Before the power generation facility, the power conversion device, and the load connected to the power conversion device are combined, the power generation facility and the power conversion device are each separately tested,
The test of the power generation facility obtains a first frequency response by being tested in combination with a test resistive load added to the power generation facility,
In the test of the power converter, a second frequency response is obtained by a combination test with a test power source and a test resistive load added to the power converter, and the first and second frequency responses are used. A method for determining the combined stability of a power generation facility and a power conversion device, wherein the stability in a combined state is determined.
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