JPH0998600A - 発電機励磁制御装置 - Google Patents

発電機励磁制御装置

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JPH0998600A
JPH0998600A JP7256409A JP25640995A JPH0998600A JP H0998600 A JPH0998600 A JP H0998600A JP 7256409 A JP7256409 A JP 7256409A JP 25640995 A JP25640995 A JP 25640995A JP H0998600 A JPH0998600 A JP H0998600A
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JP
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frequency
generator
phase compensation
compensation angle
phase
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JP7256409A
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Masahiko Amano
雅彦 天野
Minoru Manjo
実 萬城
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Control Of Electrical Variables (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】制御パラメータの設定が容易で、かつ系統条件
の変化にも適切に対応できる発電機PSSを提供するこ
と。 【解決手段】PSS制御ブロック113は周波数検出装
置111の出力fと電力算出手段112の出力Pとを入
力として、二つの入力の比率加算をとることにより安定
化信号を作成する。安定化信号はAVR制御ブロック1
03の入力に加えられる。比率加算の際の比率係数は、
位相補償角度と動揺周波数とをもとに定める。比率係数
設定手段は114は、電力算出手段112の出力Pをも
とに、まず動揺周波数を検出し、動揺周波数と位相補償
角度との対応関係を示す関数またはテーブルから位相補
償角度を決定する。こうして求めた位相補償角度と動揺
周波数とから比率係数を定め、PSS制御ブロック11
3の定数を設定する。 【効果】制御パラメータの設定が容易でロバスト性の高
い発電機PSSが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電力系統の安定度向
上のための電力系統安定化装置を付加した発電機励磁制
御装置に係り、特に系統条件の変化に対しても容易にパ
ラメータが変更できるロバスト性の高い発電機励磁制御
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】発電機の励磁制御により電力系統の動態
安定度を向上させるための装置として電力系統安定化装
置(PSS:Power System Stabilizer)があり、実用に
供されている。
【0003】PSSは、発電機有効電力や軸回転速度な
どの入力信号をもとに系統動揺抑制のための安定化信号
を作成する。安定化信号は、励磁制御装置の端子電圧設
定値に付加され、界磁電圧の変化により発電機の電気出
力が変化して動揺抑制が図られる。動揺抑制としては、
軸回転速度の変動と同相で電気出力が変化するように安
定化信号を加えるのが最も望ましいが、励磁回路には位
相遅れがあるため、その分をPSS制御ブロックの中で
補償するよう位相調整する必要がある。
【0004】通常、位相調整は一次進み遅れなどの位相
補償要素により行うが、パラメータの設定が容易ではな
く、かなりのノウハウや試行錯誤を必要とする。そこ
で、この位相補償要素による位相調整を行わない方法と
して、IEEE Transactions onPower Systems,Vol.1,
No.2,pp.46−53 に記載されているようなPI制
御を用いる方法が提案されている。これは、軸回転速度
ωの積分が相差角δに相当することを利用して、ωとδ
とを比率加算することにより位相調整の機能を持たせよ
うというものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】PI制御を用いる方法
では、積分により90゜位相の遅れた信号を作成するた
め、事故直後の応答に遅れが出る、定常偏差に対するオ
フセット除去が必要などの問題があった。
【0006】また、定数設計方法としても、最適制御理
論に基づく方法や根軌跡法など、制御対象モデルがわか
っていることを前提とした方法しか示されておらず、実
際の多機系統システムでの設計には適用が難しいという
問題があった。
【0007】さらに、系統条件が変化した場合にどのよ
うに定数を変化させるかについて考慮されておらず、系
統条件の変化に対応した適切な制御を行うことが困難と
いう問題があった。
【0008】本発明の目的は、位相補償要素も積分要素
も用いずに位相調整ができ、かつ実際の多機系統システ
ムでも容易に制御パラメータの設定ができ、また系統条
件の変化にも適切に対応できる発電機励磁制御装置を提
供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、系統動揺抑制のための安定化信号を端子電圧設定値
に加える系統安定化手段を備えた発電機励磁制御装置に
おいて、二つの異なる入力信号の変動分を比率加算した
信号を系統安定化信号として用いるようにした。二つの
異なる入力信号としては、一つは発電機有効電力を、も
う一つは周波数あるいは軸回転速度を用いるようにし
た。
【0010】また、比率加算する際の比率係数は、位相
補償角度および動揺周波数に基づいて決定した値を用い
るようにした。さらに、比率係数を設定する比率係数設
定手段を設け、動揺周波数を検出する動揺周波数検出手
段と、検出された動揺周波数に基づいて位相補償角度を
決定する位相補償角度決定手段とを備え、検出された動
揺周波数と決定された位相補償角度に基づいて比率係数
を設定するようにした。
【0011】入力信号として例えば発電機有効電力と周
波数の二つの信号を用いた場合、この二つの信号の変動
分は位相関係がほぼ90゜ずれているとみなすことがで
きる。したがって、二つの信号の比率加算をとることに
より、PI制御方式の場合と同様に位相補償要素を用い
なくても位相調整ができる。しかも、PI制御方式のよ
うに積分要素を用いないため、応答遅れや定常偏差に対
するオフセット除去などの問題が生じない。
【0012】また、比率加算の際の比率係数としては、
位相補償角度αと動揺周波数ωn とに基づいて次式のよ
うに決定する。
【0013】
【数1】 Kp =Ksinα …(数1)
【0014】
【数2】 Kf =Kcosα×Mωn …(数2) Kp が発電機有効電力の係数、Kf が周波数の係数であ
り、Kは両者に共通のゲイン、Mは発電機の慣性定数で
ある。αは励磁回路で生ずる位相遅れに相当する値で、
上式のように比率係数を定めることにより、この位相遅
れを補償するようなPSS出力を作成することができ
る。なお、Mωn は周波数変動分を有効電力変動分相当
の値に換算するためのものである。
【0015】このように、位相補償角度と動揺周波数の
二つのパラメータを選定するだけで位相調整を行うこと
ができ、従来の位相補償要素による位相調整に比べてパ
ラメータ設定が容易である。二つのパラメータのうち、
動揺周波数はシミュレーションや試験の結果から定める
ことができる。また、位相補償角度についても動揺周波
数と相関関係があり、比較的容易に定めることができ
る。
【0016】また、動揺周波数と位相補償角度との関係
を関数やテーブルなどの形で定めておき、動揺周波数検
出手段によって実際の動揺波形から動揺周波数を検出
し、それをもとに位相補償角度決定手段が関数やテーブ
ルから位相補償角度を定め、数1,数2にしたがって比
率係数を定めることも可能である。その場合には、系統
条件が変化しても常に適切な定数で安定化制御を行うこ
とができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。
【0018】図1は本発明を適用した発電機励磁制御装
置の構成図である。
【0019】まず、端子電圧一定制御機能としては、発
電機100の端子電圧Vg を計器用変成器102にて計
測し、これを端子電圧設定値Vref と比較した偏差をA
VR(Automatic Voltage Regulator)制御ブロック10
3にて増幅および位相調整したあと、自動パルス位相器
104にてAVR出力に応じて移相したパルスを発生す
る。このパルスを用いてサイリスタ106の点弧角を制
御し、発電機の界磁電圧Vf を調整する。なお、励磁用
変圧器105は励磁系の電圧を得るためのものである。
【0020】系統安定化機能としては、周波数fおよび
有効電力Pを入力とし、PSS (Power System Stabi
lizer)制御ブロック113にて安定化信号Vpss を作成
し、端子電圧設定値Vref のところに足し合わせる。な
お、周波数fは端子電圧Vg の三相交流波形をもとに周
波数検出装置111にて検出する。また、有効電力Pは
電流変成器101にて検出した発電機電流Ig と端子電
圧Vg とから有効電力算出手段112にて算出する。
【0021】次に、PSS制御ブロック113の構成に
ついて、一般に用いられているΔP形PSSと本発明の
方式とを比較して説明する。
【0022】図2はΔP形PSSの制御ブロックの例で
ある。発電機有効電力Pは発電機の相差角δと同相の成
分と見なすことができるため、図3に示すように−ΔP
を入力として、位相を90゜遅らせる形で軸回転速度ω
と同相の成分を作り出す。ただし、励磁回路の遅れαが
あるため、PSSでの位相遅れはβ(=90゜−α)だ
けでよい。制御ブロックとしては、まずリセットフィル
タ21により変動分ΔPを抽出し、位相補償要素22に
て動揺周波数において位相遅れがβになるように位相調
整を行う。さらにゲイン補償要素23によりゲインを掛
けて安定化信号Vpss とする。位相調整は時定数T1
2 を調整することで行うが、その調整には位相−周波
数特性を把握する必要があり、なかなか容易ではない。
また、位相補償要素1段では望ましい周波数特性が得ら
れない場合には2段,3段と用いることもあり、さらに
定数設定が難しくなる。
【0023】一方、図4は本発明の制御ブロックの例で
ある。入力信号として有効電力Pと周波数fを用いる。
有効電力Pは前述したように相差角δとほぼ同相、また
周波数fは軸回転速度ωとほぼ同相の変動になると見な
せるため、図5に示すように二つの比率加算をとること
により軸回転速度ωに対して位相がα進んだ信号を作成
することができる。制御ブロックとしては、それぞれの
入力信号からリセットフィルタ31,32により変動分
を取り出し、ゲイン補償要素33,34により比率係数
p およびKf をそれぞれ掛けたあと、足し合わせて安
定化信号Vpssとする。このように、位相補償要素によ
る位相調整が不要なため、パラメータの調整を容易に行
うことができる。
【0024】次に、図4のブロックの比率係数Kp およ
びKf の設定方法について説明する。基本的には、励磁
系での位相遅れαを補償すればよいため、αを定めるこ
とができれば、数1,数2に従って係数を設定すること
ができる。
【0025】対象とする発電機および系統が一機対無限
大母線系統で表されるような場合には、対象を図5に示
すような一機系線形モデルで表すことができるため、こ
れからαとωn を定めることができる。まず動揺周波数
は次式で与えられる。
【0026】
【数3】
【0027】また、PSS出力Vpss から内部誘起電圧
ΔEq′ までの伝達関数Ge(s)は次式となり、
【0028】
【数4】
【0029】動揺周波数における伝達関数の値Ge(jω
n)を計算すれば、励磁回路での位相遅れαを求めること
ができる。ゲインについては、ある程度の試行錯誤は必
要だが、たとえばK=0.5 などと定めておく。位相補
償要素を用いる場合は位相の変化と共にゲイン−周波数
特性も変化するため、その分のゲイン補償を行う必要が
あったが、本方式の場合はそれを考慮する必要もないの
で、ゲインの設定が容易である。
【0030】上記のように対象の線形モデルが得られな
い場合には、例えば次のようにして定数を設定する。ま
ず、動揺周波数ωn はシミュレーション、または実機で
のステップ応答試験結果などから求める。位相遅れαに
ついては、実際の波形から求めるのは難しいが、基本的
には内部誘起電圧が軸回転数と同相の変動になるように
試行錯誤で調整すればよい。また、動揺周波数が大きい
場合には位相遅れも大きく、動揺周波数が小さい場合に
は位相遅れが小さいという傾向があるため、動揺周波数
に合わせて位相遅れを調整することも可能である。
【0031】いずれにしても、位相遅れαが定まれば定
数を設定することができ、位相補償要素を用いる場合に
比較して設定が容易という効果がある。
【0032】さて、上記の説明では比率係数は人間が設
定するものとしたが、図1の比率係数設定手段114を
用いることにより、系統条件に合わせて自動的に設定す
ることもできる。
【0033】図7は比率係数設定手段114の構成例を
示したものである。まず、動揺周波数検出手段71によ
り、たとえば有効電力Pの動揺周波数を検出する。検出
方法としては、動揺振幅の山の間隔から求める方法,プ
ローニー解析を用いる方法などがある。次に位相補償角
度決定手段72が、検出した動揺周波数をもとに位相補
償角度αを決定する。決定方法としては、たとえば動揺
周波数と位相補償角度との間の関係をあらかじめ次のよ
うな関係式で表しておけばよい。
【0034】
【数5】 α=a×ωn +b …(数5) さらに比率係数算出手段73が、ωn とαをもとに数
1,数2から比率係数を算出する。算出した係数をPS
S制御ブロックのゲイン補償Kp ,Kf の係数とする。
【0035】このように実際に起きている動揺から動揺
周波数を求め、適切な比率係数に設定し直すことによ
り、系統条件が変化しても常に適切な安定化制御を行う
ことが可能となる。
【0036】なお、上記の説明では入力信号の一つとし
て周波数fを用いたが、代わりに軸回転速度ωを用いて
も、全く同様の効果を得ることができる。
【0037】
【発明の効果】本発明によれば、発電機励磁制御装置に
おいて電力動揺安定化制御を行う際に、位相補償要素や
積分要素を用いずに制御定数の設定が容易にできるとい
う効果がある。また、系統条件の変化に応じて制御定数
を適切に変化させることが容易にできるという効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した発電機励磁制御装置の構成
図。
【図2】ΔP形PSSの制御ブロック図。
【図3】ΔP形PSSの位相調整の説明図。
【図4】比率加算形PSSの制御ブロック図。
【図5】比率加算形PSSの位相調整の説明図。
【図6】一機系線形モデルのブロック図。
【図7】比率係数算出手段の構成図。
【符号の説明】
21,31,32…リセットフィルタ、22…位相補償
要素、23,33,34…ゲイン補償要素、71…動揺
周波数検出手段、72…位相補償角度決定手段、73…
比率係数算出手段、100…発電機、103…AVR制
御ブロック、111…周波数検出装置、112…有効電
力算出手段、113…PSS制御ブロック、114…比
率係数設定手段。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発電機の端子電圧と端子電圧設定値との偏
    差に基づいて発電機の界磁を制御する端子電圧制御装置
    を有する発電機励磁制御装置において、 電力系統の動揺を抑制するための系統安定化信号を前記
    端子電圧設定値に加える系統安定化手段を備え、 前記系統安定化手段は、二つの異なる入力信号の変動分
    を比率加算した信号を系統安定化信号として用いること
    を特徴とする発電機励磁制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、 前記二つの異なる入力信号として、一つは発電機有効電
    力を用い、もう一つは周波数あるいは軸回転速度を用い
    ることを特徴とする発電機励磁制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、 比率加算する際の比率係数として、位相補償角度および
    動揺周波数に基づく値を用いることを特徴とする発電機
    励磁制御装置。
  4. 【請求項4】請求項1において、 比率加算する際の比率係数を設定する比率係数設定手段
    を設け、前記比率係数設定手段は、系統の動揺周波数を
    検出する動揺周波数検出手段と、検出された前記動揺周
    波数に基づいて位相補償角度を決定する位相補償角度決
    定手段とを備え、検出された前記動揺周波数と決定され
    た前記位相補償角度に基づいて比率係数を設定すること
    を特徴とする発電機励磁制御装置。
JP7256409A 1995-10-03 1995-10-03 発電機励磁制御装置 Pending JPH0998600A (ja)

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