JPH04248400A - 発電機の自動電圧制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発生した電力を昇圧変圧
器を介して電力系統へ供給する発電機の端子電圧を所定
の値に自動的に制御する自動電圧制御装置に係り、特に
発電機の能力を十分に把握して電力品質向上に最大限に
寄与させ得るようにした発電機の自動電圧制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５は、この種の自動電圧制御装置を、
発電所と送電系統とが接続された系統に適用した場合の
構成例を示す単線結線図である。図５において、発電機
１により発生した電力は、昇圧変圧器２で電力系統の所
用電圧に昇圧され、電力系統３へ供給される。一方、発
電機１の端子電圧および端子電流は、発電機１の出力端
側に設置した計器用変圧器４および計器用変流器５で検
出され、それぞれ自動電圧制御器（ＡＶＲ）６に入力さ
れる。また、上記所定値に相当する電圧設定値を設定す
る電圧設定器７からの電圧設定値も、自動電圧制御器６
に入力される。さらに、自動電圧制御器６では、計器用
変圧器４からの発電機１端子電圧が、電圧設定器７から
の電圧設定値と比較され、両者の偏差に基づいて発電機
励磁電源９を調整して発電機界磁巻線１０へ励磁電流を
供給することにより、発電機１の端子電圧が所定の値に
自動的に制御される。ここで、電圧設定器７による電圧
設定値の設定は、手動にて、あるいは無効電力制御装置
等の別途設けられる制御装置からの指令によって行なわ
れるが、いずれの場合でも、発電機１は、および図６に
示すような発電機許容出力曲線２０内で運転される必要
がある。図６において、曲線ａ〜ｂは励磁電流制限曲線
、曲線ｂ〜ｃは電機子電流制限曲線、曲線ｃ〜ｄは固定
子鉄心端温度制限により決まる発電機運転制限曲線であ
り、発電機１はこれらの制限曲線で囲まれる領域ａｂｃ
ｄａ内で運転されなければならない。なお、上記計器用
変流器５からの発電機１端子電流は、自動電圧制御器６
において発電機許容出力曲線２０を求めるために用いら
れるものである。このように、発電機１は、許容電圧変
動範囲、発電機許容出力特性内で運転されているが、発
電機１の運転状態は、電力系統の条件によって変化する
。たとえば、図７に示すように、同一発電機電圧に対し
て、電力系統インピーダンスが小さい場合には、大きい
場合に比べて発電機無効電力が大きくなる。また、図８
に示すように、同一発電機電圧に対して、電力系統イン
ピーダンスが小さい場合には、大きい場合に比べて定態
安定度は大きくなる。

【０００３】しかしながら、従来では、発電所側におい
ては、電力系統の運転状態が把握できないため、発電機
１端子電圧を目標値へ変化させる途中で発電機無効電力
制限に引っ掛かり、発電機１端子電圧を目標値に制御で
きなかったりする問題が生じていた。また、自動電圧制
御装置には、通常、発電機の低励磁を制限して、発電機
を鉄心端の過熱から保護する不足励磁制限装置（以下、
ＵＥＬと称する）や、電力動揺に対し位相補償を行なっ
て制御効果を増す電力系統安定化装置（以下、ＰＳＳと
称する）が付加されていることが多く、これらの定数設
定に当たっては、電力系統インピーダンスを考慮する必
要があるが、従来では代表的な電力系統運転状態での数
値を用いて、各定数の設定を行なっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
自動電圧制御装置においては、電力系統の運転状態の変
化を十分に考慮していないことから、発電機の能力を十
分に把握することができず、電力品質向上に十分に寄与
させることができないという問題があった。本発明の目
的は、発電機の能力を十分に把握して電力品質向上に最
大限に寄与させることが可能な極めて信頼性の高い発電
機の自動電圧制御装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明では、発生した電力を昇圧変圧器を介して電
力系統へ供給する発電機の端子電圧を所定の値に自動的
に制御する自動電圧制御装置を、所定値に相当する電圧
設定値を設定する電圧設定手段と、電圧設定値を任意ま
たはある周期毎に発生させるように電圧設定手段を駆動
する電圧設定駆動手段と、発電機の端子電圧、端子電流
、および昇圧変圧器の二次側電圧をそれぞれ検出する電
気量検出手段と、電気量検出手段により検出された電気
量に基づいて、電圧設定駆動手段による電圧設定値の変
化に伴って変化する発電機無効電力変化分および昇圧変
圧器二次側電圧変化分を演算する運転状態偏差演算手段
と、運転状態偏差演算手段により演算された発電機無効
電力変化分と昇圧変圧器二次側電圧変化分、および発電
機定数、昇圧変圧器定数に基づいて、系統運転状態を示
す系統インピーダンスおよび仮想無限大母線電圧を演算
する系統運転状態推定手段と、系統運転状態推定手段に
より演算された演算結果に基づいて、発電機電圧制御を
行なった場合の発電機無効電力変化分、および発電機無
効電力制御を行なった場合の発電機電圧変化分を演算し
、これらを許容範囲内に収めることにより到達可能な電
圧目標値を設定する電圧目標値設定手段と、電圧設定手
段による電圧設定値または電圧目標値設定手段による電
圧目標値と、電気量検出手段により検出された発電機端
子電圧との偏差に基づいて、発電機励磁電源を調整する
自動電圧制御手段とを備えて構成している。

【０００６】

【作用】従って、本発明の発電機の自動電圧制御装置に
おいては、以上のような手段を備えたことにより、発電
所は常にまたは任意に系統側の運用状態を把握すること
ができるため、従来では実現できなかった発電機の系統
運用貢献度合を増して発電機の能力を十分に把握し、電
力品質向上に寄与させることができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。

【０００８】図１は、本発明による自動電圧制御装置を
、発電所と送電系統とが接続された系統に適用した場合
の構成例を示す単線結線図であり、図５と同一部分には
同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部
分についてのみ述べる。すなわち、本実施例の自動電圧
制御装置は、計器用変圧器１１、および図示二点鎖線で
示すように、電圧設定器駆動回路１２と、信号入力回路
１３と、運転状態演算回路１４と、記憶回路１５と、運
転状態偏差演算回路１６と、系統運転状態推定回路１７
と、電圧目標値設定回路１８とを、図５に加えて備えた
ものである。ここで、計器用変圧器１１は、昇圧変圧器
２の二次側電圧を検出するものである。また、電圧設定
器駆動回路１２は、電圧設定値を任意またはある周期毎
に発生させるように電圧設定器７を駆動するものである
。さらに、信号入力回路１３は、計器用変圧器４，１１
からの電圧信号、自動電圧制御器６を介して計器用変流
器５からの電流信号を入力するものである。一方、運転
状態演算回路１４は、信号入力回路１３にて入力された
電圧信号、電流信号に基づいて、発電機無効電力を演算
するものである。また、記憶回路１５は、運転状態演算
回路１４により演算された発電機無効電力、および計器
用変圧器１１からの電圧信号を記憶するものである。 さらに、運転状態偏差演算回路１６は、運転状態演算回
路１４からの発電機無効電力、電圧信号と、記憶回路１
５に記憶されている発電機無効電力、電圧信号とに基づ
いて、電圧設定器駆動回路１２による電圧設定値の変化
に伴って変化する発電機無効電力変化分および昇圧変圧
器二次側電圧変化分を演算するものである。また、系統
運転状態推定回路１７は、運転状態偏差演算回路１６に
より演算された発電機無効電力変化分と昇圧変圧器二次
側電圧変化分、およびあらかじめ記憶された発電機定数
、昇圧変圧器定数に基づいて、系統運転状態を示す系統
インピーダンスおよび仮想無限大母線電圧を演算するも
のである。さらに、電圧目標値設定回路１８は、系統運
転状態推定回路１７により演算された演算結果に基づき
、発電機電圧制御を行なった場合の発電機無効電力変化
分、および発電機無効電力制御を行なった場合の発電機
電圧変化分を演算し、これらを許容範囲内に収めること
により到達可能な電圧目標値を設定し、電圧設定器７に
対して出力するものである。

【０００９】次に、以上のように構成した自動電圧制御
装置の作用について説明する。発電機１の出力端側に設
置した計器用変圧器４、計器用変流器５で検出された発
電機１の端子電圧、端子電流、および昇圧変圧器２の二
次側に設置した計器用変圧器１１で検出された昇圧変圧
器２の二次側電圧は、信号入力回路１３へ入力される。 そして、運転状態演算回路１４では、信号入力回路１３
により入力された電圧信号、電流信号に基づいて、発電
機無効電力が演算され、この演算された発電機無効電力
、および計器用変圧器１１からの電圧信号は、記憶回路
１５に記憶される。一方、電圧設定器駆動回路１２によ
り、電圧設定器７を任意またはある周期毎に駆動し、電
圧設定値を変更して発電機１端子電圧の上げまたは下げ
操作を行ない、上記と同様にして発電機１の端子電圧、
端子電流、および昇圧変圧器２の二次側電圧が、信号入
力回路１３へ入力される。そして、運転状態演算回路１
４では、信号入力回路１３により入力された電圧信号、
電流信号に基づいて、発電機無効電力が演算される。次
に、運転状態偏差演算回路１６では、記憶回路１５に記
憶されている状態変化前の発電機無効電力、電圧信号と
、運転状態演算回路１４からの状態変化後の発電機無効
電力、電圧信号とに基づいて、電圧設定器駆動回路１２
による電圧設定値の変化に伴なう発電機無効電力変化分
および昇圧変圧器二次側電圧変化分が演算される。すな
わち、状態変化前の発電機無効電力をＱＧ１、昇圧変圧
器二次側電圧をＶＴ１、状態変化後の発電機無効電力を
ＱＧ２、昇圧変圧器二次側電圧をＶＴ２とすると、その
変化量はそれぞれ ΔＱＧ　＝ＱＧ１−ＱＧ２ ΔＶＴ　＝ＶＴ１−ＶＴ２ にて表わされる。次に、系統運転状態推定回路１７では
、運転状態偏差演算回路１６により演算された発電機無
効電力変化分ΔＱＧ　と昇圧変圧器二次側電圧変化分Δ
ＶＴ　、およびあらかじめ記憶された発電機定数、昇圧
変圧器定数に基づいて、系統運転状態を示す系統インピ
ーダンスおよび仮想無限大母線電圧が演算される。以下
、この点について詳述する。図２は、図１における発電
機１、昇圧変圧器２、電力系統３の等価回路を示す図で
ある。図２において、ＶＧ　は発電機端子電圧、ＰＧ　
は発電機有効電力、ＱＧは発電機無効電力、Ｘｔ　は昇
圧変圧器インピーダンス、ｎは昇圧変圧器変圧比、ＶＴ
　は昇圧変圧器二次側電圧、Ｘｌ　は送電線インピーダ
ンス、ＶＢ　は仮想無限大母線電圧である。また、ＶＧ
　とＶＢ　は位相差δを有している。かかる状態で、後
掲する数１の（１）式〜（３）式が求まる。ここで、発
電機端子電圧を変化させた場合の諸量を求めると、後掲
する数１の（４）式および（５）式に示すようになる。 ここで、ΔＱＧ　・ＶＧ　は、発電機端子電圧ＶＧ　を
変化させることによる発電機無効電力ＱＧ　の変化分、
ΔＶＴ・ＶＧ　は、発電機端子電圧ＶＧ　を変化させる
ことによる昇圧変圧器二次側電圧ＶＴ　の変化分をそれ
ぞれ意味している。このようにして、系統運転状態推定
回路１７では、後掲する数１の（５）式により後掲する
数１の（６）式となって系統インピーダンスＸｌ　が求
められ、また後掲する数１の（４）式に代入することに
より、後掲する数１の（７）式にて仮想無限大母線電圧
ＶＢ　が求められるため、この（６）式および（７）式
に従って系統運転状態を示す系統インピーダンスＸｌ　
、および仮想無限大母線電圧ＶＢ　が演算される。次に
、電圧目標値設定回路１８では、後掲する数１の（４）
式を用いることにより、系統運転状態推定回路１７によ
り演算された演算結果に基づいて、ΔＶＧの発電機電圧
制御を行なった場合の発電機無効電力変化分ΔＱＧ　、
および発電機無効電力制御を行なった場合の発電機電圧
変化分ΔＶＧ　が演算され、これらを許容範囲内に収め
ることにより到達可能な電圧目標値が設定され、これが
電圧設定器７を通して自動電圧制御器６に入力される。 これにより、自動電圧制御器６では、計器用変圧器４か
らの発電機１端子電圧が、電圧目標値設定回路１８から
の電圧目標値と比較され、両者の偏差に基づいて発電機
励磁電源９を調整して発電機界磁巻線１０へ励磁電流を
供給することにより、発電機１の端子電圧が目標の値に
自動的に制御される。

【００１０】上述したように、本実施例の自動電圧制御
装置は、電圧設定値を任意またはある周期毎に発生させ
るように電圧設定器７を駆動する電圧設定器駆動回路１
２と、発電機１の端子電圧信号、昇圧変圧器２の二次側
電圧信号、発電機１の端子電流信号を入力する信号入力
回路１３と、信号入力回路１３にて入力された電圧信号
、電流信号に基づいて、発電機無効電力を演算する運転
状態演算回路１４と、運転状態演算回路１４により演算
された発電機無効電力、および計器用変圧器１１からの
電圧信号を記憶する記憶回路１５と、運転状態演算回路
１４からの発電機無効電力、電圧信号と、記憶回路１５
に記憶されている発電機無効電力、電圧信号とに基づい
て、電圧設定器駆動回路１２による電圧設定値の変化に
伴って変化する発電機無効電力変化分および昇圧変圧器
二次側電圧変化分を演算する運転状態偏差演算回路１６
と、運転状態偏差演算回路１６により演算された発電機
無効電力変化分と昇圧変圧器二次側電圧変化分、および
あらかじめ記憶された発電機定数、昇圧変圧器定数に基
づいて、系統運転状態を示す系統インピーダンスおよび
仮想無限大母線電圧を演算する系統運転状態推定回路１
７と、系統運転状態推定回路１７により演算された演算
結果に基づき、発電機電圧制御を行なった場合の発電機
無効電力変化分、および発電機無効電力制御を行なった
場合の発電機電圧変化分を演算し、これらを許容範囲内
に収めることにより到達可能な電圧目標値を設定し、電
圧設定器７に対して出力する電圧目標値設定回路１８と
から構成したので、電力系統の運転状態を推定すること
ができるため、発電機１の能力を十分に把握して電力品
質向上に最大限に寄与させることが可能となり、極めて
信頼性の高い自動電圧制御装置を得ることができる。

【００１１】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、次のようにしても同様に実施できるものであ
る。 （ａ）上記実施例では、系統運転状態推定回路１７の推
定結果を用いて、発電機無効電力と発電機端子電圧との
関連を推定したが、その結果に基づいて他の制御装置に
指令を出力するようにしてもよい。例えば、目標発電機
電圧に対する発電機無効電力が、発電機許容範囲を外れ
る場合には、原動機の出力制御装置に出力減少指令を与
えることが考えられる。 （ｂ）ＵＥＬやＰＳＳ等の電力系統の状態によって設定
値の変わる定数を、系統運転状態推定回路１７の推定結
果を用いて変更するようにしてもよい。図３は、ＵＥＬ
特性設定の一例を示す図である。図３において、発電機
定態安定度限界２１が、発電機許容出力曲線２０より発
電機運転範囲を制限する場合には、発電機定態安定度限
界２１を基準にＵＥＬ特性の設定を行なうことになり、
電力系統インピーダンスによってＵＥＬ特性が変化する
。 （ｃ）電圧設定器７を任意または周期的に駆動して、発
電機１の端子電圧を上げまたは下げ操作した結果の図４
に示すような発電機端子電圧インディシャル応答波形か
ら、下記の計算例のように励磁制御系の制動トルクＤを
求め、これが所要値を満たしているか否かで、自動電圧
制御装置と電力系統安定化装置との組合わせの制動効果
を確認することができる。 　　　　　　減衰定数α＝−（１／Ｔ）ｌｏｇｅ　（Ｐ
２　／Ｐ１　）　　　　　　制動トルクＤ＝２Ｍα　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ただ
し、Ｍ＝（タービン＋発電機）の合成単位慣性定数

【０
０１２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
力系統の運転状態を推定するようにしたので、発電機の
能力を十分に把握して電力品質向上に最大限に寄与させ
ることが可能な極めて信頼性の高い発電機の自動電圧制
御装置が提供できる。

【００１３】

【数１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動電圧制御装置を発電所と送電
系統とが接続された系統に適用した場合の一実施例を示
す単線結線図。

【図２】同実施例における発電機、昇圧変圧器、電力系
統の等価回路を示す図。

【図３】ＵＥＬ特性設定の一例を示す図。

【図４】発電機端子電圧インディシャル応答波形の一例
を示す図。

【図５】従来の自動電圧制御装置を、発電所と送電系統
とが接続された系統に適用した場合の構成例を示す単線
結線図。

【図６】発電機許容出力特性を示す図。

【図７】発電機許容出力特性と電力系統インピーダンス
の関係を示すを示す図。

【図８】発電機定態安定度と電力系統インピーダンスの
関係を示す図。

【符号の説明】

１…発電機、２…昇圧変圧器、３…電力系統、４…計器
用変圧器、５…計器用変流器、６…自動電圧制御器、７
…電圧設定器、９…発電機励磁電源、１０…発電機界磁
巻線、１１…計器用変圧器、１２…電圧設定器駆動回路
、１３…信号入力回路、１４…運転状態演算回路、１５
…記憶回路、１６…運転状態偏差演算回路、１７…系統
運転状態推定回路、１８…電圧目標値設定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　発生した電力を昇圧変圧器を介して電
   力系統へ供給する発電機の端子電圧を所定の値に自動的
   に制御する自動電圧制御装置において、前記所定値に相
   当する電圧設定値を設定する電圧設定手段と、前記電圧
   設定値を任意またはある周期毎に発生させるように前記
   電圧設定手段を駆動する電圧設定駆動手段と、前記発電
   機の端子電圧、端子電流、および前記昇圧変圧器の二次
   側電圧をそれぞれ検出する電気量検出手段と、前記電気
   量検出手段により検出された電気量に基づいて、前記電
   圧設定駆動手段による前記電圧設定値の変化に伴って変
   化する発電機無効電力変化分および昇圧変圧器二次側電
   圧変化分を演算する運転状態偏差演算手段と、前記運転
   状態偏差演算手段により演算された発電機無効電力変化
   分と昇圧変圧器二次側電圧変化分、および発電機定数、
   昇圧変圧器定数に基づいて、系統運転状態を示す系統イ
   ンピーダンスおよび仮想無限大母線電圧を演算する系統
   運転状態推定手段と、前記系統運転状態推定手段により
   演算された演算結果に基づいて、発電機電圧制御を行な
   った場合の発電機無効電力変化分、および発電機無効電
   力制御を行なった場合の発電機電圧変化分を演算し、こ
   れらを許容範囲内に収めることにより到達可能な電圧目
   標値を設定する電圧目標値設定手段と、前記電圧設定手
   段による電圧設定値または前記電圧目標値設定手段によ
   る電圧目標値と、前記電気量検出手段により検出された
   発電機端子電圧との偏差に基づいて、発電機励磁電源を
   調整する自動電圧制御手段と、を備えて成ることを特徴
   とする発電機の自動電圧制御装置。