JPH08168178A - クロス機用電力安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クロス機モードの動揺を有効にダンピング
し、かつ、他の動揺モードにも影響を与えない電力安定
化装置を提供することである。 【構成】 本発明のクロス機用電力安定化装置は、プラ
イマリー機の有効電力に基づいて電圧補正信号を算出し
プライマリー機用自動電圧調整装置に入力するためのプ
ライマリー機用電力安定化回路と、セカンダリー機の有
効電力に基づいて電圧補正信号を算出しセカンダリー機
用自動電圧調整装置に入力するためのセカンダリー機用
電力安定化回路と、プライマリー機の有効電力とセカン
ダリー機の有効電力との偏差に基づいてクロス機モード
に対する電圧補正信号を算出しプライマリー機用自動電
圧調整装置及びセカンダリー機用自動電圧調整装置に入
力するためのクロス機用電力安定化回路とを備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電機の端子電圧が目
標値になるように励磁量を調節する自動電圧調整装置に
電圧補正信号を補助信号として入力するための発電機の
電力安定化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、発電機の励磁制御装置は発電機
の端子電圧を目標電圧に一定に保つ自動電圧調整器（Ａ
ＶＲ）と、その目標電圧を調整することにより発電機運
転の安定化を図る電力安定化回路（ＰＳＳ）から構成さ
れる。電力安定化回路は、発電機に加わる外乱によって
生じる相差角動揺に対する制動力を高めるようにしたも
ので、有効電力の変化分ΔＰ、発電機角速度の変化分Δ
ω又は系統側周波数の変化分Δｆ等の安定化信号を検出
演算し、自動電圧調整装置の電圧補正信号の補助信号と
して入力している。

【０００３】すなわち、電力安定化回路は、これらの安
定化信号をリセットフィルタ、進み遅れ回路、又は帯域
除去フィルタを通し、ノイズを落とし、電圧の定常偏差
を無くし、更に位相を修正して適当な電圧補正信号に加
工して出力するように構成されている。

【０００４】電力安定化回路の中で特に多く用いられて
いるのは、有効電力の変化分ΔＰを用いるタイプのもの
（以下、ΔＰ−ＰＳＳという）である。このタイプは高
周波ノイズに強いことと、位相補償をあまり必要としな
いことから、関数の設定が他のタイプと比較して容易で
あるからである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、有効電力の
変化分ΔＰを用いる電力安定化回路ΔＰ−ＰＳＳは実用
的なものではあるが、発電機の出力変化に代表される低
周波の外乱に弱い。通常、この有効電力変化分用電力安
定化回路ΔＰ−ＰＳＳは、１Ｈｚ程度の電力動揺をダン
ピングするように位相が調整されているので、２Ｈｚ以
上の早い電力動揺（以下クロス機モードとよぶ）を有効
に抑えることは難しい。

【０００６】そこで、従来は横流補償や電力安定化回路
の特殊なチューニングにより抑えていたが、必ずしも、
充分なダンピング効果を得ていない。また、このような
特殊なチューニングを施すことにより、ゆっくりとした
他の動揺モードのダンピング特性に問題が出ていた。

【０００７】本発明の目的は、クロス機モードの動揺を
有効にダンピングし、かつ、他の動揺モードにも影響を
与えない電力安定化装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のクロス機用電力
安定化装置は、プライマリー機の有効電力に基づいて電
圧補正信号を算出しプライマリー機用自動電圧調整装置
に入力するためのプライマリー機用電力安定化回路と、
セカンダリー機の有効電力に基づいて電圧補正信号を算
出しセカンダリー機用自動電圧調整装置に入力するため
のセカンダリー機用電力安定化回路と、プライマリー機
の有効電力とセカンダリー機の有効電力との偏差に基づ
いてクロス機モードに対する電圧補正信号を算出しプラ
イマリー機用自動電圧調整装置及びセカンダリー機用自
動電圧調整装置に入力するためのクロス機用電力安定化
回路とを備えている。

【０００９】そして、プライマリー機用電力安定化回路
及びセカンダリー機用電力安定化回路は、１Ｈｚ程度の
ローカルモードの電力動揺モードに対する電圧補正信号
を算出し、クロス機用電力安定化回路は２Ｈｚ以上のク
ロス機モードに対する電圧補正信号を算出する。

【００１０】一方、クロス機用電力安定化回路は、プラ
イマリー機の有効電力とセカンダリー機の有効電力との
偏差を算出する加算器と、その偏差信号に含まれる１Ｈ
ｚ以下の低周波周波数成分を除きクロス機モード信号を
取り出すリセットフィルターと、クロス機モード信号の
位相を調節する少なくとも２つの進み送れ位相補償関数
を有する演算手段と、少なくとも２つのゲインを具備し
各々の位相補償関数の出力信号を定数倍してそれぞれプ
ライマリー機用自動電圧調整装置及びセカンダリー機用
自動電圧調整装置への電圧補正信号を生成する補正信号
発生手段とから構成され、また、クロス機用電力安定化
回路は、プライマリー機の有効電力とセカンダリー機の
有効電力との偏差を算出する加算器と、この加算器で得
られた有効電力偏差に基づいてクロス機モードの電力動
揺及び１Ｈｚ程度のローカルモードの電力動揺モードを
推定する演算手段と、この演算手段で推定されたクロス
機モードの状態を定数倍してプライマリー機用自動電圧
調整装置及びセカンダリー機用自動電圧調整装置の電圧
補正信号を生成すること補正信号発生手段とから構成さ
れる場合もある。

【００１１】

【作用】プライマリー機用電力安定化回路は、プライマ
リー機の有効電力に基づいて電圧補正信号を算出しプラ
イマリー機用自動電圧調整装置に入力し、セカンダリー
機用電力安定化回路は、セカンダリー機の有効電力に基
づいて電圧補正信号を算出しセカンダリー機用自動電圧
調整装置に入力する。これにより、プライマリー機用電
力安定化回路及びセカンダリー機用電力安定化回路は、
１Ｈｚ程度のローカルモードの電力動揺モードに対する
電圧補正を行うことになる。

【００１２】一方、クロス機用電力安定化回路は、プラ
イマリー機の有効電力とセカンダリー機の有効電力との
偏差に基づいてクロス機モードに対する電圧補正信号を
算出しプライマリー機用自動電圧調整装置及びセカンダ
リー機用自動電圧調整装置に入力する。これにより、ク
ロス機用電力安定化回路は２Ｈｚ以上のクロス機モード
に対する電圧補正を行うことになる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図１は本
発明の電力安定化装置の構成図である。この実施例で
は、プライマリー機１ａとセカンダリー機１ｂとの２台
の発電機１が共通のバスに連係され、発電された電力は
主変圧器２で昇圧されて電力系統に送り出される。プラ
イマリー機１ａとセカンダリー機１ｂは、それぞれプラ
イマリー機用励磁回路３ａ、セカンダリー機用励磁回路
３ｂを備え、それぞれのプライマリー機用自動電圧調整
器４ａ、セカンダリー機用自動電圧調整器４ｂにより端
子電圧Ｖ１、Ｖ２を所定の値にするように制御してい
る。端子電圧目標値ＶＲ１、ＶＲ２には、プライマリー
機用電力安定化回路５ａ、セカンダリー機用電力安定化
回路５ｂ及びクロス機用電力安定化回路６からのそれぞ
れの電圧補正信号が加味されるようになっている。

【００１４】すなわち、プライマリー機用電力安定化回
路５ａは、プライマリー機１ａの有効電力Ｐ１に基づい
て電圧補正信号を算出し、プライマリー機用自動電圧調
整装置４ａに入力する。同様に、セカンダリー機用電力
安定化回路５ｂは、セカンダリー機１ｂの有効電力Ｐ２
に基づいて電圧補正信号を算出し、セカンダリー機用自
動電圧調整装置４ｂに入力する。一方、クロス機用電力
安定化回路６は、プライマリー機１ａの有効電力Ｐ１と
セカンダリー機１ｂの有効電力Ｐ２との偏差に基づいて
クロス機モードに対する電圧補正信号を算出し、プライ
マリー機用自動電圧調整装置４ａ及びセカンダリー機用
自動電圧調整装置４ｂに入力する。

【００１５】そして、プライマリー機用電力安定化回路
５ａ及びセカンダリー機用電力安定化回路５ｂは、１Ｈ
ｚ程度のローカルモードの電力動揺モードに対する電圧
補正信号を算出し、クロス機用電力安定化回路６は２Ｈ
ｚ以上のクロス機モードに対する電圧補正信号を算出す
る。

【００１６】次に、図２にクロス機用電力安定化回路６
の構成を示す。クロス機用電力安定化回路６は、プライ
マリー機１ａの有効電力Ｐ１とセカンダリー機１ｂの有
効電力Ｐ２との偏差ΔＰを算出する加算器１０と、その
偏差ΔＰに含まれる１Ｈｚ以下の低周波周波数成分を除
きクロス機モード信号を取り出すリセットフィルター７
と、クロス機モード信号の位相を調節する少なくとも２
つの進み送れ位相補償関数を有する演算手段８と、少な
くとも２つのゲインを具備し各々の位相補償関数の出力
信号を定数倍してそれぞれプライマリ機用自動電圧調整
装置４ａ及びセカンダリ機用自動電圧調整装置４ｂへの
電圧補正信号を生成する補正信号発生手段９とから構成
されている。

【００１７】クロス機用電力安定化回路６は、プライマ
リー機１ａとセカンダリー機１ｂとの有効電力Ｐ１、Ｐ
２を取り込み、加算器１０でその偏差ΔＰを演算するこ
とにより、定常値を除き、クロス機モードに関する有効
電力変化だけを取り出す。そして、リセットフィルタ７
により低周波ノイズを取り除く。この場合、依然として
種々のノイズが含まれている。そこで、演算手段８に
て、位相遅れなく、種々の振動モードの中からクロス機
の動揺モードを分離して取り出す。

【００１８】この原理を説明する。本発明の演算手段８
はクロス機特有の電力動揺の他に、一般的な電力動揺を
再現する動揺再現機能を持つ。そこで、電力動揺に伴う
有効電力の変化分ΔＰが検出されると、それにより予想
される電力動揺が演算手段８でシミュレーションされ
る。このシミュレーションだけであれば、実際の電力動
揺の振動周波数や減衰率と、この動揺再現機能のそれと
が多少はずれるので、時間とともにシミュレーションに
よる予測と実際の観測値がずれていく。そこで、有効電
力の変化分ΔＰの動揺再現機能による推定値と実測値の
偏差とを、適切なゲインを掛けた後、この動揺再現機能
に帰還する。これにより動揺再現機能の推定値の位相と
大きさを補正し、実測値とほぼ等しいものにすることが
出来る。

【００１９】この一般論は制御理論の中のオブザーバー
理論やカルマンフィルタの理論として確立されている。
このような構成の電力動揺の動揺再現機能は、この動揺
再現機能が持つ振動モード以外では働きづらいので、各
々の振動モードに対応した成分を精度良く分離し取り出
すことが出来る。また、バンドパスフィルタとは異な
り、位相遅れもほとんど存在しない。従って本発明の演
算手段８はそれぞれの電力動揺モードを取り出すことが
出来る。従って、クロス機モードの状態を精度良く、他
のモードの影響をあまり受けないで取り出すことが出
来、しかも、位相遅れが少ない。

【００２０】上記の原理により精度良く推定されたクロ
ス機モードの状態にゲイン倍して自動電圧調整装置の電
圧目標値の電圧補正信号を得る。ゲインの求め方は例え
ば線形最適制御理論（ＬＱ制御）により決定できる。特
に、クロス機の場合、動揺のエネルギーがプライマリー
機１ａとセカンダリー機１ｂとの間で常にやり取りされ
るので、両者を同時に制御する多変数制御により、極め
て動揺を効率良く抑えることが出来る。これを一般的な
電力安定化回路５ａ、５ｂの出力に加算することによ
り、合成した元の波形に対応した適切な位相関係を持つ
電圧補正信号が得られる。

【００２１】上述のように、クロス機電力安定化回路６
は、安定化信号として２台の発電機１の有効電力Ｐ１、
Ｐ２を用い、その偏差ΔＰを加算器１０で計算する。そ
して、リセットフィルタ７により、この信号の定常分や
低周波ノイズを取り除く。この信号と、この時のクロス
起用電力安定化回路６からの２台の自動電圧調整装置４
ａ、４ｂへの電圧補正信号ＶＳ１、ＶＳ２を、クロス機
動揺の状態を推定する演算手段８に供給し、状態ｘを推
定する。補正信号発生手段９はこの状態ｘに定数行列Ｆ
を掛けて、２台の自動電圧調整装置４ａ、４ｂへの電圧
補正信号ＶＳ１とＶＳ２を演算し出力する。ここで、状
態ｘは以下の式で示される。

【数式１】

【００２２】次に、演算手段８のこの実施例における構
成法を示す。まず、クロス機モードの発電機相差角動揺
方程式は、適当な仮定をおくと以下のようになる。

【数式２】

【００２３】次に、この式を整理して有効電力に関して
線形化すれば、以下の状態方程式表現が得られる。

【数式３】

【００２４】この式で、ｘは状態量、ｙは観測量、ｕは
電力安定化回路の出力である。また、Ａ，Ｂ，Ｃは上記
のクロス機動揺方程式によって定まる定数行列である。
このような状態方程式に表現することにより、演算手段
８の機能は次式で表現される。

【数式４】

【００２５】この式で、添字ｓは推定値であることを示
し、また、ｙは観測値である。Ｌは４行１列のベクトル
であり、演算手段８のフィードバックゲインである。こ
の行列の求め方は、ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒとして
計算することもできるが、適当に推定値が収束するよう
に決めることもできる。特に、４行１列の成分全部を調
節するのは容易ではない場合、特にポイントとなる発電
機の状態への修正だけを行うようにＬを決めてもよい。

【００２６】次に、この実施例では補正信号発生手段９
は、ＬＱ最適制御理論により決定したゲインＦを用い
て、次のように電圧補正値を演算している。

【数式５】

【００２７】ここで、Ｆは次のように定めた。

【数式６】

【００２８】ただし、Ｐは以下の方程式を解いて求め
る。

【数式７】

【００２９】このように求めることにより、以下の評価
関数を最小化する電力安定化回路出力となる。

【数式８】

【００３０】以上の構成によりクロス機動揺だけを取り
出し、それに最適なダンピング効果を与える電圧目標値
を出力することが出来る。なお、以上の実施例では、状
態空間表現に基づく構成を示したが、同様な構成は高次
の進み遅れフィルタでも実現することが出来る。また、
上記の実施例ではリセットフィルターと演算手段とを個
々に分けた構成としたが、一体として構成することもで
きる。

【００３１】すなわち、リセットフィルター７を除去
し、演算手段８で、プライマリー機１ａの有効電力Ｐ１
とセカンダリー機１ｂの有効電力Ｐ２との偏差を算出す
る加算器１０と、この加算器１０で得られた有効電力偏
差ΔＰに基づいてクロス機モードの電力動揺及び１Ｈｚ
程度のローカルモードの電力動揺モードを推定し、補正
信号発生手段にて、演算手段で推定されたクロス機モー
ドの状態を定数倍してプライマリー機用自動電圧調整装
置及びセカンダリー機用自動電圧調整装置の電圧補正信
号を生成するように構成する。

【００３２】図３は、本発明の電力安定化装置の特性図
である。クロス機においては、送電線解放などの外乱に
よる電力動揺は図３（ａ）に示すような１Ｈｚ程度のロ
ーカルモードと３Ｈｚ程度の短いクロス機動揺が重畳し
たものとなっている。本発明の電力安定化装置では重畳
している動揺モードを、リセットフィルタ７と、２つの
発電機１ａ、１ｂの有効電力Ｐ１、Ｐ２の差や和を計算
することにより分離する。差をとると図３（ｂ）のよう
にクロス機モードを取り出すことが出来、和を採ると図
３（ｃ）のようにローカルモードを取り出すことが出来
る。ローカルモードに対しては、電力安定化回路５ａ、
５ｂで対処する。

【００３３】一方、クロス機モードに対しては、本発明
のクロス機用電力安定化回路６によりダンピングを得
る。その時クロス機用電力安定化回路６の出力例は図３
（ｄ）に示すようにクロス機動揺にのみ位相があってい
る。電力安定化回路５ａ、５ｂでは図３（ｅ）に示すよ
うに、ローパスフィルタによりクロス機動揺モードを取
り除くので、主に、ローカル動揺モードをダンピングす
るものとなっている。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、電力
動揺モードをクロス機モードとローカルモードに分離
し、クロス機モードはクロス機用電力安定化回路で電圧
補正信号を得るようにし、一方、ローカルモードはプラ
イマリー機及びセカンダリー機のそれぞれの電圧安定化
回路で電圧補正信号を得るようにしているので、容易に
クロス機動揺を抑制することが出来る。また、多変数制
御により、同時に動揺に関係するすべての発電機を制御
することができるため、発電機間の負荷分担のハンチン
グも防止することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクロス機用電力安定化回路を備えた発
電システムの構成図

【図２】本発明のクロス機用発電安定化回路の実施例を
示す構成図

【図３】本発明のクロス機用電力安定化回路の信号処理
を示す応答図

【符号の説明】

１ 発電機 ２ 主変圧器 ３ 励磁回路 ４ 自動電圧調整装置 ５ 電力安定化回路 ６ クロス起用電力安定化回路 ７ リセットフィルター ８ 演算手段 ９ 補正信号発生手段 １０ 加算器

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プライマリー機とセカンダリー機とを備
   えたクロス機の前記プライマリー機及び前記セカンダリ
   ー機の端子電圧が目標値になるようにそれぞれ励磁量を
   調節する各々の自動電圧調整装置に対して各々の電圧補
   正信号を補助信号として入力するためのクロス機用電力
   安定化装置において、前記プライマリー機の有効電力に
   基づいて電圧補正信号を算出し前記プライマリー機用自
   動電圧調整装置に入力するためのプライマリー機用電力
   安定化回路と、前記セカンダリー機の有効電力に基づい
   て電圧補正信号を算出し前記セカンダリー機用自動電圧
   調整装置に入力するためのセカンダリー機用電力安定化
   回路と、前記プライマリー機の有効電力と前記セカンダ
   リー機の有効電力との偏差に基づいてクロス機モードに
   対する電圧補正信号を算出し前記プライマリー機用自動
   電圧調整装置及びセカンダリー機用自動電圧調整装置に
   入力するためのクロス機用電力安定化回路とを備えたこ
   とを特徴とするクロス機用電力安定化装置。
2. 【請求項２】 前記プライマリー機用電力安定化回路及
   び前記セカンダリー機用電力安定化回路は、１Ｈｚ程度
   のローカルモードの電力動揺モードに対する電圧補正信
   号を算出し、前記クロス機用電力安定化回路は２Ｈｚ以
   上のクロス機モードに対する電圧補正信号を算出するよ
   うにしたことを特徴とする請求項１に記載のクロス機用
   電力安定化装置。
3. 【請求項３】 前記クロス機用電力安定化回路は、前記
   プライマリー機の有効電力と前記セカンダリー機の有効
   電力との偏差を算出する加算器と、前記偏差信号に含ま
   れる１Ｈｚ以下の低周波周波数成分を除きクロス機モー
   ド信号を取り出すリセットフィルターと、前記クロス機
   モード信号の位相を調節する少なくとも２つの進み送れ
   位相補償関数を有する演算手段と、少なくとも２つのゲ
   インを具備し各々の位相補償関数の出力信号を定数倍し
   てそれぞれ前記プライマリー機用自動電圧調整装置及び
   前記セカンダリー機用自動電圧調整装置への電圧補正信
   号を生成する補正信号発生手段とを備えたことを特徴と
   する請求項１又は請求項２に記載のクロス機用電力安定
   化装置。
4. 【請求項４】 前記クロス機用電力安定化回路は、前記
   プライマリー機の有効電力と前記セカンダリー機の有効
   電力との偏差を算出する加算器と、この加算器で得られ
   た有効電力偏差に基づいてクロス機モードの電力動揺及
   び１Ｈｚ程度のローカルモードの電力動揺モードを推定
   する演算手段と、この演算手段で推定されたクロス機モ
   ードの状態を定数倍して前記プライマリー機用自動電圧
   調整装置及び前記セカンダリー機用自動電圧調整装置の
   電圧補正信号を生成すること補正信号発生手段とを備え
   たことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のクロ
   ス機用電力安定化装置。