JPH0449359B2 - - Google Patents

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JPH0449359B2
JPH0449359B2 JP56056249A JP5624981A JPH0449359B2 JP H0449359 B2 JPH0449359 B2 JP H0449359B2 JP 56056249 A JP56056249 A JP 56056249A JP 5624981 A JP5624981 A JP 5624981A JP H0449359 B2 JPH0449359 B2 JP H0449359B2
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JP
Japan
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generator
current
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power
direct axis
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JP56056249A
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JPS57173399A (en
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Goo Nohara
Junichi Makino
Isao Takahashi
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電力系統に接続されている発電機の
運転制御装置にかかわり、特に、電力系統に事故
が生じた場合に、電流の零点通過時点がおくれる
現象−いわゆる零ミス時間現象が生じないよう
に、発電機の運転条件を制御する装置に関する。
従来よりよく知られているように、しや断器
は、電流零の点でしや断される。このため、第1
図のように、時刻t0における事故によつて、その
後の時刻t1まで、零点を通過しない電流が生ずる
と、何等かの方法で事故を検出しても、しや断器
を作沈動させて事故をしや断することができな
い。時刻t0からt1までは、零ミス期間と呼ばれ
る。
このように、零ミス期間中は、事故を系統より
分離することができないため、系統に大きな悪影
響を及ぼすこととなる。
上記の欠点を改善した発電機の運転制御装置を
提案することが本願の目的である。
第1図に示す電流の零ミス時間tzは、発電機定
数と運転条件より定まる。すなわち、文献(例え
ば、PROCEEDINGS of IEE vol.124,No.12、
DEC.1977,1163〜1169頁)にも示されているよ
うに、零ミス時間tzは(1)式であらわされる。
tz=Td′・Ta/Td′−Taln{xd′/xd″・V1|cos(λ
−δ)|/Id0・xd′+Vq0} ………(1) ここで、Td′:直軸閉路時定数 Ta:電機子時定数 V0:端子電圧 Id0:直軸電流 Vq0:横軸電流 λ :事故発生角 δ :負荷角 xd′:直軸過渡リアクタンス xd″:直軸初期過渡リアクタンス (1)式において、運転条件で定められるのは、
cos(μ−δ)、および(Id0・xd′+Vq0)である。
しかし、最悪の条件を考えると、cos(λ−δ)は
1.0と考えねばならない。それ故に、運転条件を
変えて制御できるのは、(Id0・xd′+Vq0)のみ
である。
有効電力として、定格出力に等しい電力を発電
機が出力している場合において、しや断器の耐力
より定まる限界の零ミス時間tz0を生ずるときの
(Id0・xd′+Vq0)をkとすると、発電機出力の
有効電力分が減少しても、任意の有効電力におけ
る直軸電流をId1、横軸電圧をVq1としたとき、
常に(2)式が満足されるように、 Id1・xd′+Vq1>k ………(2) 運転限界を定めておけば、しや断器の破壊をも
たらすような零ミス時間(以下、実害のある零ミ
ス時間という)は生じないことになる。
本発明は、以上の考察に鑑みてなされたもので
あり、前記(2)式を満足するように、発電機の運転
条件を制御しようとするものである。
円筒型発電機のベクトル図は、横軸同期リアク
タンスをxq、発電機の力率角をδ、内部相差角
をφとすると、よく知られているように、第2図
のように示される。
この図より、(3)式の関係が得られる。
Id0=Isin(φ+δ)、Iq0=Icos(φ+δ
) Vq0=V0cosφ+I・xq cos{π/2−(δ+φ) V0sinφ=xq・Icos(φ−δ) ………(3) (3)式の関係より、(4)式が得られる。
V0sinφ=I・xqsin{π/2−(φ+δ)} =I・xq cos(φ+δ) =I・xq(coφcosδ−sinφsinδ) ……(4) (4)式からφを求めると、(5)式のようになる。
(V0+I・xq sinδ)sinφ =I・xq cosδcosφ φ=tan-1I・xq cosδ/V0+I・xq sinδ…
……(5) こゝで、例えば、対象としている発電機の有効
電力定格出力時に、力率進み0.95が実害のある零
ミス時間の発生限界であると仮定する。この時の
発電機定数を xq=1.6、xd′=0.25とし、V0=1.0として、 kを求めると、(6)式が得られる。
k=Id0・xd′+Vq0=Isin(φ+δ)xd′+V0cosφ+I
・xqcos{π/2−(φ+δ)}=Isin(φ+δ)・xd′ +V0cosφ+I・xqsin(φ+δ) ……(6) こゝで、 δ=−18度、 φ=tan-11.6×1×cos18/1.0+1.6×1×sin(−18
)=71.6度 となるので、 k=1.0sin(71.6−18)×0.25+1.0cos71.6+1.6sin
(71.6−18)=0.201+0.316+1.288=1.805 となる。このことは、すなわち、有効電力を減少
して運転した場合にも、kが1.805以下であれば、
実害のある零ミスは生じないことを示している。
以上のような考えに基づいて求めた、実害のあ
る零ミス時間を生じない有効電力と無効電力の整
定限界を第3図に示す。同図の曲線aは励磁電流
によつてきまる運転限界を、曲線bは、電機子電
流によつてきまる運転限界を、また曲線cは、固
定子端部(界磁巻線)の過熱の点からきまる運転
限界を、それぞれ示す。これらの曲線a,b,c
でかこまれた範囲が、一般にいわれている安定運
転限界である。
更に、本発明の考えを導入したものが限界曲線
Aであり、曲線Aの上側が、実害のある零ミス時
間の発生しない領域すなわち整定限界を示し、下
側が実害のある零ミス時間の発生するおそれのあ
る領域を示す。
本発明の考えにしたがつて、発電機の運転点
が、第3図に示す限界曲線A以下とならないよう
に、有効電力一定運転では、無効電力を、また無
効電力一定運転では、有効電力を制御することに
より、実害のある零ミス時間を生じなくなる。そ
れ故に、事故時に、零ミス時間発生により、系統
およびしや断器にある悪影響は、本発明によつ
て、完全に防止することができる。
次に、本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。第4図は本発明の一実施例のブロツ
ク図である。図において、G1は発電機、G2は他
の系統(発電機など)、M1は原動機、CTは電流
変成器、PTは電圧変成器、Lは送電線、AVRは
電圧調整器、EXは励磁機、C0は制御装置、Bは
入力制御装置である。
発電機G1は、送電線Lを介して、他の系統G2
に接続され、運転している。従来より発電機G1
には、電圧変成器PTおよび電流変成器CTが付設
され、これらの出力を電圧調整器AVRの入力と
して、励磁機EXを制御して運転を行なつている。
又、電圧、電流変成器PT,CTの出力より、制御装
置C0において有効電力を算出し、発電機G1を駆
動する原動機M1の制御を行なつている。ここに、
本願の目的を達成するための装置を付設する。
電圧、電流変成器PT,CTの出力を制御装置
C0に導き、有効電力Pおよび無効電力Qを算出
する。一方、前述の方法により求めた有効電力P
における実害のない零ミス時間発生限界点の無効
電力をQLとする(第3図参照)。
有効電力Pが一定の条件で、発電機G1が運転
される場合には、現在の無効電力QとQLとを比
較する。そして、QがQLより小さいとき−すな
わち、現在の運転点が、第3図において、曲線A
よりも下側にあるときは、発電機G1の励磁電流
を増やして、運転点を曲線Aの上側領域へ移動さ
せる。
このように、発電機の運転条件を制御すること
により、実害のある零ミス時間の発生をおさえる
ことができる。
なお、このときQがQLよりも大であれば、運
転点は、第3図の曲線Aよりも上側にあり、実害
のある零ミス時間を発生するおそれはない。した
がつて、発電機運転条件を変更する必要はない
が、発電機G1の励磁電流を減らして、限界点に
近づけるように制御することもできる。
このような制御を行なえば、系統に接続されて
いる進相コンデンサの運転を停止することがで
き、その分だけ電力消費を節約することが可能と
なる。
一方、発電機G1が無効電力一定で運転される
場合には、現在の有効電力Pと限界の有効電力
PLとを比較し、PがPLより小さいとき−すなわ
ち、現在の運転点が、第3図において曲線Aより
も下側にあるときは、原動機M1への入力を増や
して有効電力Pを増大させ、運転点を曲線Aの上
側領域へ移動させる。
なお、このとき、PがPLよりも大であれば、
運転点は、第3図の曲線Aの上側にあるので、何
ら制御する必要はない。しかし、このときは、原
動機M1への入力を減らして、エネルギおよび経
費の節減をはかることもできる。
以上において、有効および無効電力P,Qを算
出する方法としては、すでに多くの方法が開発さ
れており、たとえば、電圧、電流の瞬時値および
力率をサンプリングし、これらの積により求める
ことができる。
このようにして求めた有効電力Pおよび無効電
力Qをもとに、有効電力Pを一定として発電機
G1の励磁を制御する方式につき、第5図により
説明する。
ステツプS1では、適宜の手法によつて有効電力
Pおよび無効電力Qを算出する。
ステツプS2では、前のステツプS1で算出された
無効電力Qが、予金定められた限界値QLより大
きいか否か−すなわち、第3図において、現在の
運転点が、曲線Aの上側にあるかどうかを判定す
る。大きければ、ステツプS4へ進んで、そのまま
運転を継続する。小さければステツプS3へ進む。
ステツプS3では、無効電力Qを減少させるよう
に、励磁機EXへの電流供給を増やしてやる。
なお、ステツプS2において、無効電力Qが限界
値QLよりも大きいと判定された場合、前述した
ように、励磁電流を減少させるように制御しても
よいことはもちろんである。
以上では、有効電力を一定として運転する例に
ついて説明したが、無効電力Qを一定として運転
する場合には、第5図のステツプS2における判定
を、有効電力Pとその限界値PLについて行ない、
PがPLを下まわつている場合には、原動機M1
入力を増やすように入力制御装置Bを制御すれば
よい。
以上の第3図の関係は、あらかじめ求めてお
き、折線等でメモリ等に記憶させておいてもよ
く、あるいはまた、制御装置C0に計算機能をも
たせ、これまでのべてきた方法により、その都度
計算させてもよいことはいうまでもない。
このようにすることにより、実害のある零ミス
時間の発生を防止することができ、しや断器の破
壊を防止することができる。したがつて、系統お
よび、しや断器にあたえる安定度および経済上の
効果は極めて大きい。
また、以上では、発電機の有効、無効電力を直
接測定して、その運転状態を制御する例について
述べたが、前述のように(Id0・xd′+Vq0)を監
視して、同様の運転制御を行なうことができるこ
とは明らかである。
このような制御を行なうためには、制御装置
C0を次のように作動させればよい。すなわち、
まず電圧変成器PT、電流変成器CTより取込んだ
情報に基づいて、第2図のベクトル図および前述
の方法により、Id1,Vq1を求める。
つぎに、この値Id1、Vq1より、(Id1・xd′+
Vq1)を算出し、この値を、あらかじめ求めてあ
る実害のない零ミスの生ずる限界におけるId0
Vq0に基づいて算出してある(Id0.xd′+Vq0)と
比較する。
有効電力Pを一定として運転する場合には、 Id0・xd′+Vq0>Id1・xd′+Vq1 ならば、発電機励磁を上げてやる。また、 Id0・xd′+Vq0<Id1・xd′+Vq1 ならば、そのまゝにするか、あるいは発電機励
磁を下げてやる。
一方、無効電力Qを一定として運転する場合に
は、 Id0・xd′+Vq0>Id1・xd′+Vq1 ならば、原動機入力を増加させる。また、 Id0・xd′+Vq0<Id1・xd′+Vq1 ならば、原動機入力を減少させる。
以上のように制御することにより、前述と同様
に、実害のある零ミス時間を発生しないように、
発電機の運転条件を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は電流零ミス時間の発生状況の一例を示
す図、第2図は同期機のベクトル図、第3図は有
効および無効電力と零ミス現象の発生限界例を示
す能力曲線図、第4図は本発明の一実施例のブロ
ツク図、第5図は本発明の一実施例のフローチヤ
ートである。 G1…発電機、M1…原動機、CT…電流変成器、
PT…電圧変成器、AVR…電圧調整器、C0…制御
装置、EX…励磁機、B…入力制御装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電力系統に接続されている発電機の運転制御
    装置において、 前記系統に接続された発電機の内部誘起電圧を
    Vq0、直軸電流をId0、かつ直軸過渡リアクタン
    スをxd′としたとき、その電力系統のいかなる事
    故に対しても、実害のある電流零ミス時間を発生
    しないような下記式の限界値kを予め決定する手
    段と、 下記式の演算値が前記限界値k以上になるよう
    な、有効電力と無効電力との組合せによつて決ま
    る整定限界を予め決定する手段と、 前記電力系統に接続された発電機の運転点が前
    記整定限界を越えないように、前記発電機の励磁
    および原動機の入力の少なくとも一方を制御して
    無効および有効電力の少なくとも一方を増減させ
    る手段とを具備したことを特徴とする発電機の運
    転制御装置。 Id0・xd′+Vq0 2 電力系統に接続されている発電機の運転制御
    装置において、 その電力系統のいかなる事故に対しても、実害
    のある電流零ミス時間を発生しないような、下記
    式の限界値kを予め決定する手段と、 前記系統に接続された発電機の内部誘起電圧
    Vq0、直軸電流Id0および直軸過渡リアクタンス
    xd′を測定し、それらの測定値を用いて下記式を
    演算する手段と、 その演算値が限界値kより小さくなつたとき
    は、前記発電機の励磁および原動機の入力の少な
    くとも一方を制御して下記式の演算値を限界値k
    以上に保持する手段とを具備したことを特徴とす
    る発電機の運転制御装置。 Id0・xd′+Vq0 3 前記式(Id0・xd′+Vq0)の演算は、発電機
    の電流I、その端子電圧V0、横軸同期リアクタ
    ンスxq、直軸過渡リアクタンスxd′、発電機の力
    率角δおよび内部相差角φを用いて、下記の式に
    よつて行なわれることを特徴とする特許請求の範
    囲第2項記載の発電機の運転制御装置。 Isin(φ+δ)・xd′+V0cosφ+I・xqsin(φ+δ)
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JP7240538B1 (ja) * 2022-02-17 2023-03-15 東芝プラントシステム株式会社 ブラシレス励磁機の保護装置、方法及びプログラム

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JPS4942603A (ja) * 1972-08-25 1974-04-22

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