JP5312328B2 - 減衰調節装置および減衰調節方法 - Google Patents

Description

本発明は、高圧直流送電（High-Voltage DC transmission; HVDC）設備の電流調節器と制御装置とを備えたコンバータが接続されている三相系統の電気交流発電機の機械的捩り振動を減衰調節するために、交流発電機の捩り振動周波数を含む測定信号を検出する測定およびフィルタ装置と、この測定およびフィルタ装置の後に配置され、高圧直流送電設備のコンバータの制御装置のための制御信号を補正する補正装置とを備える減衰調節装置に関する。

このような装置は特許文献１により公知である。開示された装置は三相系統に接続された交流発電機の機械的捩り振動を減衰するために設けられ、捩り振動は同様に三相系統に接続されたＨＶＤＣ設備コンバータによって励起されることがある。この装置は速度計用発電機と後段の測定およびフィルタ装置としての帯域フィルタとを含み、速度計用発電機は交流発電機の駆動軸の回転数変化の形で交流発電機捩り振動周波数を含む測定信号を検出するように形成されており、帯域フィルタは速度計用発電機の信号から、交流発電機の捩り振動の周波数範囲に一致した周波数範囲を濾波除去し、捩り振動の周波数範囲内の測定信号として継続処理する。この測定信号は後段の補正装置に供給され、捩り振動周波数が測定信号に含まれているとき、この補正装置によってＨＶＤＣ設備コンバータの点弧角は制御信号として補正される。特許文献１の提案された配置によってＨＶＤＣ設備コンバータの点弧角は直接にかつ専ら影響を受ける。

独国特許第３０１９９５２号明細書

本発明の課題は、電流調節器を用いて機械的捩り振動の減衰が可能となるように冒頭で述べた種類の装置を形成することである。

本発明によればこの課題は、冒頭で述べた種類の装置において、補正装置が位相補正フィルタを有し、この位相補正フィルタがコンバータの電流調節器の入力端子に接続され、かつ電流調節器の伝達関数を考慮するように構成され、この電流調節器が点弧角発生器を介して制御装置に接続されていることによって解決される。

このように形成された補正装置によって機械的捩り振動の減衰調節は、特許文献１の記述に反して可能となる。この記述によれば、前置された電流調節器または電力調節器を介した減衰調節はそれらの位相回転のゆえに可能でなく、捩り振動の所望する減衰を生じない。

好ましい実施態様において、単一の位相補正フィルタは広帯域位相補正フィルタである。このような広帯域位相補正フィルタによって、広帯域位相補正フィルタの標準パラメータ化でさまざまな捩り振動の十分な減衰が可能となるので、捩り振動の減衰を達成することが特別簡単に可能である。

他の好ましい実施態様において、位相補正フィルタは伝達素子を介して点弧角発生器に接続され、伝達素子の伝達関数は電流調節器の伝達関数に一致している。前記他の伝達素子をこのように形成することによって、有利なことにコンバータの電流調節器の点弧角目標値または電流目標値の設定の間で選択が可能である。

本発明はさらに、交流発電機の捩り振動周波数を含む測定信号を検出する測定およびフィルタ装置と、この測定およびフィルタ装置の後に配置され、高圧直流送電設備のコンバータの制御装置のための制御信号を補正する補正装置とを備え、高圧直流送電設備の制御装置を具備したコンバータが接続されている三相系統の電気交流発電機の機械的捩り振動を減衰調節する減衰調節方法に関する。

このような方法は、既に上で論じた特許文献１により公知である。

本発明の課題は、このような方法を改良して厳密な減衰調節が達成されるようにすることである。

本発明によればこの課題はこのような方法において、補正装置の位相補正フィルタによって、電流調節器の伝達関数を考慮して位相補正された信号が発生され、この位相補正された信号が，電流調節器を介して、および／または電流調節器の伝達関数に一致した伝達関数を有する伝達素子を介して、点弧角発生器に供給されることによって解決される。

このような方法が特別有利であるのは、位相補正フィルタ内で電流調節器の伝達関数を考慮することによって、電流調節器に、および／または点弧角発生器にも、位相補正された信号を供給するのに単一の位相補正フィルタで間に合うからである。

以下において、図面と添付図に関連した１実施例とに基づいて本発明が詳しく説明される。

三相系統とこれに接続されたＨＶＤＣ設備の発電機およびコンバータと本発明に係る減衰調節装置の１実施例との略図である。 本発明に係る減衰調節装置の実施例を示す図である。 本発明に係る装置の位相補正フィルタの実施例の調節素子を示す図である。

図１は電気交流発電機２の機械的捩り振動を減衰調節する補正装置１を示し、この交流発電機２は実施例において変圧器３によって三相系統４に接続されている。三相系統４に高圧直流送電（ＨＶＤＣ）設備６のコンバータ５が同様に接続されている。コンバータ５は交流側で同様に変圧器７を介して三相系統４に接続されている。交流発電機２とＨＶＤＣ設備６のコンバータ５とをこのように配置すると交流発電機２の発電機軸によって機械的共振周波数が励起されることがあり、そのことから、他の対抗措置なしでは交流発電機２の軸の破断を生じることがある。そのことを防止するために測定およびフィルタ装置８が設けられており、この測定およびフィルタ装置８は発電機２の軸の捩り振動の固有周波数または共振周波数の周波数範囲内の測定信号Ｍを検出するように構成されている。測定およびフィルタ装置８によって検出された測定信号Ｍはその位相周波数応答を補正装置１によって補正され、コンバータ５の制御装置９に供給され、それによりコンバータ５は共振周波数、従って発電機の捩り振動が励起されないように制御され、もしくは補正装置１と制御装置９とによって捩り振動が減衰されるように制御される。

図２は測定およびフィルタ装置８と補正装置１とを有する減衰調節装置の詳細図である。測定およびフィルタ装置８は交流発電機２の測定信号Ｍを検出し前処理するように構成されており、このため加算器１１、乗算器１２および帰還素子１３を備えた位相結合調節回路１０と振幅整合装置１４と帯域フィルタ１５とを有する。補正装置１は位相回転素子１６と積分素子１７と広帯域位相補正フィルタ１８とを含む。この位相補正フィルタ１８は後になお図３に関連して詳しく述べられる。位相補正フィルタ１８によって補正された信号Ｄは２つの異なる制御経路の分岐点１９で利用可能となる。第１制御経路は、制限素子２０，２２と、増幅素子２１と、図１によるコンバータ５を制御する電流調節器２４の加算器２３とを含む。処理された信号Ｅは基準電流２５と一緒に電流調節器２４の加算器２３に供給される。選択素子２７が出力側で他の加算器２８を介して調節素子２９に接続されている。調節素子２９はＨＶＤＣ設備６のコンバータ５の電流を調節するように構成されている。直線化装置３０の後には、ＨＶＤＣコンバータ５の制御装置９に信号を出力する点弧角目標値発生器３１が設けられている。

分岐点１９に接続されている第２制御経路は伝達素子３３と増幅素子３４と結合素子３５とを介して点弧角発生器３１に対して、周波数に依存する信号（以下、周波数依存信号）Ｄから得られてコンバータ５のサイリスタの点弧角を調節する信号Ｆを出力する。伝達素子３３は電流調節器２４と同じ伝達関数を有し、この実施例ではＰＩ調節器として形成されている。

結合素子２１，３５にそれぞれ結合された非作動化装置３６，３７は、システムエラー中およびその直後に位相補正フィルタ８を適切な時定数で無効にするように構成されている。

図３は図２による広帯域位相補正フィルタ１８を詳細図で示し、この位相補正フィルタ１８は信号処理技術から知られているようなディジタル二次ＩＩＲ（Infinite Impulse Response;無限インパルス応答）フィルタである。適切に設定されたフィルタ係数３８，３９，４０，４１，４２でもって信号は遅延素子４３，４４と加算器４５，４６，４７と遅延素子４３，４４への帰還素子４１，４２とを介して処理され、これらのフィルタ係数によってこのようなディジタルＩＩＲフィルタでもって、コンバータとの分数調波共振にとって重要な発電機２の捩り振動が存在する全周波数範囲内で広帯域減衰が可能である。

減衰調節方法を以下で詳しく説明する。位相結合調節回路１０は三相系統４の電源周波数にＨＶＤＣコンバータ５を同期化するために設けられかつ形成されている。このために位相結合調節回路１０の入力信号として測定信号Ｍが用いられる。交流発電機２の機械的捩り振動が発生すると、この測定信号Ｍに捩り振動の周波数が含まれている。位相結合調節回路１０の出力信号Ａは三相系統４の電源周波数とＨＶＤＣコンバータ５の同期化との偏差に実質的に一致している。帯域フィルタ１５は、捩り振動の共振周波数が存在する範囲に振幅整合信号Ｂを限定するために設けられている。捩り振動周波数が存在する周波数範囲に限定されたこの信号Ｃは補正装置１に供給され、捩り振動周波数が存在する場合この補正装置１によってこれらの周波数の減衰、従って図１の交流発電機２の軸の機械的捩り振動の減衰がもたらされる。

補正装置１、特に広帯域位相補正フィルタ１８によって補正された信号Ｄは、他の限定素子２０，２２の後、電流調節器２４の加算器２３で処理された信号Ｅとして基準電流２５と一緒に選択素子２７に供給される。選択素子２７の第２入力端子２６は制御装置９に接続されている。調節素子２９は、制御装置によって設定された電流２６と基準電流２５と位相補正フィルタ１８の周波数依存信号Ｄもしくは処理済み信号Ｅとに基づいて、コンバータ５のサイリスタを駆動するための適切な点弧角を算出することによって、三相系統４から取り出されてＨＶＤＣ電源６内に電流を発生する電力を調節する。電流調節器２４の算出値はコンバータ５のサイリスタに点弧角を出力する点弧角発生器３１に出力される。こうして電流調節器２４を介して、位相補正フィルタ１８の補正信号を考慮して発電機２の捩り振動の間接的調節および減衰が可能となる。なぜならば、位相補正フィルタ１８の周波数依存信号Ｄが電流調節器２４の制御経路に対する入力量として用いられるからである。

フィルタ係数３８，３９，４０，４１，４２は、与えられた構成、特に交流発電機の機械的特性から生じる標準パラメータである。これらのフィルタ係数でもってＩＩＲフィルタ１８は１０〜３０Ｈｚの周波数範囲内で減衰を可能とし、この周波数範囲内に代表的には交流発電機の捩り振動周波数が存在し、交流発電機はＨＶＤＣコンバータによって不安定になることがある。一層小さなまたは大きな捩り振動周波数のときの適切な整合は、フィルタ係数３８，３９，４０，４１，４２を変更することによって簡単に可能である。こうしてこの広帯域位相補正フィルタ１８によって１つの特殊な捩り振動周波数が特別良好に減衰されるのでなく、むしろ実施例において１０〜３０Ｈｚの全周波数帯域においてそのなかに存在する全ての捩り振動周波数を十分に減衰することが可能であり、それによりＨＶＤＣ設備６のコンバータ５による交流発電機２の影響は防止される。

ＨＶＤＣ設備の制御装置９を備えたコンバータ５が接続されている三相系統４の電気交流発電機２の機械的捩り振動を減衰調節する方法は、交流発電機２の捩り振動周波数を含む測定信号を検出する測定およびフィルタ装置８を用い、この測定およびフィルタ装置８の後に配置された補正装置１はＨＶＤＣ設備のコンバータ５用のコンバータ制御装置９のための制御信号Ｓを補正するように形成されている。補正装置１の位相補正フィルタ１８によって電流調節器２４の伝達関数を考慮して位相補正された信号が発生され、電流調節器２４を介して、または電流調節器２４の伝達関数に一致した伝達関数を有する伝達素子３４を介して、点弧角発生器３１に供給される。

１ 補正装置
２ 交流発電機
４ 三相系統
５ コンバータ
８ 測定およびフィルタ装置
９ 制御装置
１８ 位相補正フィルタ
２４ 電流調節器
３１ 点弧角発生器
３３、３４ 伝達素子

Claims (4)

1. 高圧直流送電設備の電流調節器（２４）と制御装置（９）とを備えており、かつ、パワー半導体として点弧位相制御可能な半導体デバイスを含んで構成されたコンバータ（５）と、三相系統（４）の交流送電線に接続されている交流発電機（２）の機械的捩り振動を減衰調節するべく前記交流発電機（２）の捩り振動周波数を含む測定信号を検出する測定およびフィルタ装置（８）と、前記測定およびフィルタ装置（８）の後に配置され、前記コンバータ（５）の前記制御装置（９）のための制御信号を補正する補正装置（１）とを備えた減衰調節装置であって、
   前記補正装置（１）が、位相補正フィルタ（１８）を有し、当該位相補正フィルタ（１８）は、前記コンバータ（５）の電流調節器（２４）の入力端子に接続され、かつ前記電流調節器（２４）の伝達関数を考慮するように構成されており、
   前記電流調節器（２４）は、点弧角発生器（３１）を介して、前記制御装置（９）に接続されており、
   前記位相補正フィルタ（１８）によって抽出された前記機械的捩り振動の周波数に基づいて、前記補正装置（１）が、前記点弧角発生器（３１）を介して前記制御装置（９）による前記コンバータ（５）の点弧角を制御して、前記交流発電機（２）の前記機械的捩り振動を減衰調節する
   ことを特徴とする減衰調節装置。
2. 前記位相補正フィルタ（１８）は、広帯域位相補正フィルタである
   ことを特徴とする請求項１記載の減衰調節装置。
3. 前記位相補正フィルタ（１８）は、伝達素子（３３，３４）を介して、前記点弧角発生器（３１）に接続され、
   前記伝達素子（３３，３４）の伝達関数は、前記電流調節器（２４）の伝達関数に一致している
   ことを特徴とする請求項１または２記載の減衰調節装置。
4. 交流発電機（２）の捩り振動の周波数を含む測定信号（Ｍ）を検出する測定およびフィルタ装置（８）と、当該測定およびフィルタ装置（８）の後に配置され、高圧直流送電設備のコンバータ（５）の制御装置（９）のための制御信号を補正する補正装置（１）とを備え、高圧直流送電設備の制御装置（９）を具備しており、かつ、パワー半導体として点弧位相制御可能な半導体デバイスを含んでなるコンバータ（５）が接続されていると共に、三相系統（４）の交流送電線に接続されている前記交流発電機（２）の機械的捩り振動を減衰調節する減衰調節方法であって、
   前記補正装置（１）の位相補正フィルタ（１８）によって、前記コンバータ（５）の電流調節器（２４）の伝達関数を考慮して位相補正された信号を発生し、当該位相補正された信号を、前記電流調節器（２４）を介して、または、前記電流調節器（２４）の伝達関数に一致した伝達関数を有する伝達素子（３３、３４）を介して、点弧角発生器に供給し、当該点弧角発生器に供給された前記位相補正された信号に基づいて、前記制御装置（９）による前記コンバータ（５）の点弧角を制御して、前記交流発電機（２）の前記機械的捩り振動を減衰調節する
   ことを特徴とする減衰調節方法。
   

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