JPH1052096A

JPH1052096A - 系統安定化装置及び励磁制御システム

Info

Publication number: JPH1052096A
Application number: JP8202472A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Oura; 好文大浦; Kunio Matsuzawa; 邦夫松沢; Yumiko Takanashi; 由美子高梨; Yoichi Kamimura; 洋市上村; Kaiichiro Hirayama; 開一郎平山; Yasuo Takagi; 康夫高木; Jiyunji Ooaki; 準治大明
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1996-07-31
Filing date: 1996-07-31
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】広い範囲の周波数成分を含む動揺に対して適切
なダンピングを与えることができる系統安定化装置を提
供する。【解決手段】発電機２の端子電圧を一定の目標電圧値に
保つように励磁制御を行なう励磁制御システム１に適用
され発電機２に発生する電力動揺を減衰させて電力系統
を安定化する系統安定化装置３。発電機２から検出され
た電力動揺を含む安定化信号を複数の動揺モードに周波
数分離するモード分離部１０と、分離された複数のモー
ド信号に基づいて目標電圧値補正用のパルス信号を生成
する多モード予測部１１、パルス信号発生部１２とを備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電機の端子電圧
を一定の値（目標電圧値）にするために当該発電機の界
磁の強さを制御する励磁制御システムにおいて、前記目
標電圧値を調整して発電機の運転及びこの発電機が連係
された電力系統を安定させる系統（電力系統）安定化装
置（ＰＳＳ：ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＳｔａｂｉｌ
ｉｚｅｒ）及びこの系統安定化装置を備えた励磁制御シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】電力系統における電力供給側では、発電
機や変圧器、及び発電所内補機類等電力機器が正常な機
能を発揮し、系統の安定、効率運用を図るために、電圧
制御が行なわれている。

【０００３】電力系統の電圧制御の内、発電機の端子電
圧制御は、一般に自動電圧調整装置（ＡＶＲ）を有する
励磁制御システムにより行なわれる。このＡＶＲは、発
電機の界磁の強さを制御して、発電機の端子電圧を一定
の目標値に保持する機能を有している。

【０００４】しかしながら、端子電圧一定制御のみで
は、電力動揺により電力系統の動態安定度を損なうこと
が多いため、最近の励磁制御システムは、電力動揺を提
供する信号に応じて目標電圧値を調整する系統安定化装
置（ＰＳＳ）を備えている。

【０００５】このようなＡＶＲ、ＰＳＳを備えた励磁制
御システムを図１１に示す。

【０００６】図１１によれば、ＡＶＲ４０は、発電機４
１の端子電圧値Ｖt と当該端子電圧の目標値Ｖtrefとを
比較し、この比較結果に応じて当該端子電圧値Ｖt が目
標値Ｖtrefに一致するように励磁回路４２を介して発電
機４１の界磁電圧を制御している。

【０００７】このとき、系統安定化装置（ＰＳＳ）４３
は、発電機４１における前記電力動揺を提供する信号
（以下、系統安定化信号という）に応じて目標電圧値を
調整している。すなわち、ＰＳＳ４３は、前記系統安定
化信号として、発電機４１の有効電力の変化分（偏差）
ΔＰe 、又は発電機４１の角速度の変化分（偏差）Δ
ω、あるいは系統側（発電機端子電圧）周波数の変化分
（偏差）Δｆを検出・演算し、検出・演算された系統安
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て、ノイズを落とし、電圧の定常偏
差を無くし、さらに位相を修正して適当な電圧調整信号
を生成する。そして、ＰＳＳ４３は、生成された電圧調
整信号をＡＶＲ４０に送り、上記目標電圧値Ｖtrefの補
正を行なっている。

【０００８】このようなＰＳＳにおいて従来特に多く用
いられているタイプは、系統安定化信号として有効電力
偏差ΔＰe を用いるタイプである。このΔＰe を用いる
タイプは、高周波ノイズに強いこと、及び位相補償を殆
ど必要としないことから、関数の設定が他のタイプと比
べて容易であるという利点を有している。

【０００９】ここで、系統安定化信号としてΔＰe を用
いるタイプのＰＳＳの動作を説明する。ＰＳＳは、界磁
により発生する発電機内部のトルク偏差ΔＴe が、発電
機の角速度変化Δωの位相で変化するように、発電機の
界磁電圧を制御する。このトルク変化ΔＴe をΔωと同
位相で変化させるために、ＰＳＳは、当該ＰＳＳの操作
量である界磁電圧値が出力されてから、電気トルク偏差
ΔＴe が変化するまで（界磁電圧値に基づいて実際に界
磁されるまで）の位相遅れが約９０°であることを利用
して、予めΔωに対して位相が約９０°進んでいるΔＰ
e をフィードバックするようになっている。この結果、
ＰＳＳは、発電機の速度フィードバックを行なうことに
なり、電力動揺振動を効果的に抑制することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、有効
電力偏差ΔＰe を用いるＰＳＳは、実用的に優れている
が、通常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、０．３Hz以下のゆっくりした
電力動揺を有効に抑えることが難しかった。また、０．
３Hz以下のゆっくりした電力動揺をダンピングするよう
に位相調整すると、逆に１Hz程度の頻繁に現れる電力動
揺をダンピングすることが困難になってしまった。

【００１１】一方、Δωを系統安定化信号に用いるＰＳ
Ｓ（Δω−ＰＳＳ）は、位相補償により０．３Hz以下の
ゆっくりした電力動揺から１Hzの動揺まで有効にダンピ
ングするように調整することができる。しかしながら、
Δω−ＰＳＳに必要な位相補償が進み補償であるため、
図１２に示すように、ｆ₁（１Hz）以上の高周波領域に
おいて過度ゲインが増大する。この結果、高周波ノイズ
の影響を受けるため、２Hz程度の比較的周波数の短い動
揺を有効にダンピングすることが難しかった。

【００１２】また、Δω−ＰＳＳにおける高周波領域の
過度ゲインの増大により、タービンと発電機との間の軸
系のねじり振動（通常数Hz以上の複数の振動周波数を持
つ）の影響をも受けやすくなる。例えば、図１２に示す
ように、高周波領域では、軸ねじれ振動において許容さ
れるゲイン領域（ゲインＧ₁以下）を越えてしまい、電
力系統の安定度を低下させる恐れが生じていた。

【００１３】なお、Δｆを系統安定化信号に用いるＰＳ
Ｓ（Δｆ−ＰＳＳ）についても、Δω−ＰＳＳと略同じ
傾向を有し、同様の問題が生じていた。

【００１４】本発明は上述した問題に鑑みてなされたも
ので、０．２Hz程度のゆっくりした周期から３Hz程度ま
での速い周期までの、通常電力系統で起こり得る広い範
囲の周波数成分を含む動揺に対して適切なダンピングを
与えることができ、且つ高周波領域における機械振動ノ
イズの影響を受けないＰＳＳ及びこのＰＳＳを用いた励
磁制御システムを提供することにある。

【００１５】また、本発明は、ＰＳＳが設置される条件
等の系統条件に応じて変化する動揺周波数成分（モー
ド）に応じて適切なダンピング量を与えることができる
ＰＳＳ及びこのＰＳＳを用いた励磁制御システムを提供
することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、本構成の系統安定化装置では、複数の電力動揺を含
む安定化信号（例えば角速度偏差信号及び有効電力偏差
信号）を複数の動揺モード毎に周波数分離し、分離され
た複数のモード信号に基づいて目標電圧値補正用のパル
スを生成しているため、各動揺モードに応じたパルス信
号を生成することができ、動揺周期によらない制動能力
を有する系統安定化装置及びこの系統安定化装置を備え
た励磁制御システムを実現することができる。

【００１７】また、上記構成において、複数の振動モー
ドに周波数分離された有効電力偏差信号に基づいて、複
数の振動モードに周波数分離された角速度偏差信号の所
定時間未来の状態値を各振動モード毎に予測し、予測さ
れた各動揺モード毎の所定時間未来の角速度偏差信号に
基づいて各動揺モード毎の補正用パルス信号を生成して
いるため、補正用パルス信号に基づくトルク偏差を角速
度偏差信号に同期させることができ、動揺周期によらな
い制動能力を有する系統安定化装置及びこの系統安定化
装置を備えた励磁制御システムを実現することができ
る。

【００１８】すなわち、請求項１に記載した系統安定化
装置によれば、発電機の端子電圧を一定の目標電圧値に
保つように励磁制御を行なう励磁制御システムに適用さ
れ、当該発電機に発生する電力動揺を減衰させて電力系
統を安定化する系統安定化装置において、前記発電機か
ら検出された前記電力動揺を含む安定化信号を複数の動
揺モードに周波数分離するモード分離手段と、分離され
た複数のモード信号に基づいて前記目標電圧値補正用の
パルス信号を生成するパルス信号生成手段とを備えてい
る。

【００１９】請求項２に記載した系統安定化装置によれ
ば、前記安定化信号は、前記発電機の角速度偏差信号及
び発電機周波数偏差信号の内のどちらか一方の偏差信
号、あるいは当該偏差信号と等価の信号を少なくとも含
んでいる。

【００２０】請求項３に記載した系統安定化装置によれ
ば、前記安定化信号は、前記発電機の角速度偏差信号及
び発電機周波数偏差信号の内のどちらか一方の偏差信号
並びに前記発電機の有効電力偏差信号を含み、前記モー
ド分離手段は、前記偏差信号及び前記有効電力偏差信号
を複数の動揺モードに周波数分離するとともに、前記パ
ルス信号生成手段は、前記複数の動揺モードに周波数分
離された有効電力偏差信号及び偏差信号に基づいて、当
該偏差信号の所定時間未来の状態値を各動揺モード毎に
予測する予測部と、予測された各動揺モード毎の所定時
間未来の偏差信号に基づいて、各動揺モード毎の補正用
パルス信号を生成する生成部と、生成された各動揺モー
ド毎の補正用パルス信号を加算して前記目標電圧補正用
のパルス信号を生成する加算部とを備えている。

【００２１】請求項４に記載した系統安定化装置によれ
ば、前記モード分離手段は、前記安定化信号を複数の周
波数帯域に分離するフィルタ手段を備え、当該フィルタ
手段の各信号通過帯域を加え合わせると１になるように
している。

【００２２】請求項５に記載した系統安定化装置によれ
ば、前記フィルタ手段が、ローパスフィルタ、バンドパ
スフィルタ、及びハイパスフィルタから構成されてい
る。

【００２３】請求項６に記載した系統安定化装置によれ
ば、前記フィルタ手段が、ローパスフィルタ、及びハイ
パスフィルタから構成されている。

【００２４】請求項７に記載した系統安定化装置によれ
ば、前記フィルタ手段が、ｎ個の周波数分離フィルタか
ら構成されている。

【００２５】請求項８に記載した系統安定化装置によれ
ば、前記発電機から検出された安定化信号から少なくと
も機械振動に係わるノイズを除去し、当該ノイズの除去
された安定化信号を前記モード分離手段に送るノイズ除
去手段を備えている。

【００２６】請求項９に記載した系統安定化装置によれ
ば、前記ノイズ除去手段は、帯域除去フィルタである。

【００２７】請求項１０に記載した系統安定化装置によ
れば、前記帯域除去フィルタは、複数段のノッチフィル
タである。

【００２８】請求項１１に記載した系統安定化装置によ
れば、前記帯域除去フィルタは、バスタブタイプ帯域除
去フィルタである。

【００２９】請求項１２に記載した系統安定化装置によ
れば、前記帯域除去フィルタは、高次ローパスフィルタ
である。

【００３０】請求項１３に記載した系統安定化装置によ
れば、前記安定化信号は、前記発電機から検出された角
速度偏差信号及び前記発電機周波数偏差信号の内のどち
らか一方の偏差信号及び前記発電機の有効電力偏差信号
を含み、前記ノイズ除去手段は、前記安定化信号におけ
る前記偏差信号に基づいて前記機械振動に係わる動揺モ
ードを含む少なくとも１つの動揺モードを模擬して当該
偏差信号を推定する手段と、この模擬手段により推定さ
れた推定偏差信号をフィードバックして前記検出偏差信
号との差を演算し、その演算結果に基づいて前記模擬手
段の状態を修正する手段と、前記推定偏差信号を前記モ
ード分離手段に出力する手段とを備え、前記モード分離
手段は、前記有効電力偏差信号及び前記推定偏差信号を
前記安定化信号として複数の動揺モードに周波数分離す
るようにしている。

【００３１】請求項１４に記載した励磁制御システムに
よれば、発電機の端子電圧を一定の目標電圧値に保つよ
うに励磁制御を行なう電圧調整装置と、前記発電機に発
生する電力動揺を減衰させて電力系統を安定化する系統
安定化装置とを備えた励磁制御システムにおいて、前記
系統安定化装置は、前記発電機から検出された前記電力
動揺を含む安定化信号を複数の動揺モードに周波数分離
するモード分離手段と、分離された複数のモード信号に
基づいて前記目標電圧値補正用のパルス信号を生成する
パルス信号生成手段とを備えている。

【００３２】請求項１５に記載した励磁制御システムに
よれば、前記発電機から検出された端子電圧値と前記目
標電圧値との差を減算し、この減算結果と前記系統安定
化装置のパルス信号生成手段から送られた目標電圧補正
用パルス信号とを加算する演算器を備えている。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。

【００３４】（第１実施形態）本実施形態に係る系統安
定化装置（ＰＳＳ）を用いた励磁制御システムを図１に
示す。図１によれば、本実施形態の励磁制御システム１
は、発電機２から送られた系統安定化信号（例えば、発
電機２の有効電力偏差ΔＰe 、及び発電機２の角速度偏
差Δω、及び系統側周波数偏差Δｆの内の少なくとも一
方）に応じて電圧補正パルス（ΔＥ）を生成する系統安
定化装置（ＰＳＳ）３と、発電機２から送られる端子電
圧値Ｖt と当該端子電圧の目標値Ｖtrefとの偏差信号を
算出するとともに、その偏差信号にＰＳＳ３により生成
された電圧補正パルスΔＥを加算して電圧調整信号を生
成する演算器４と、演算器４により生成された電圧調整
信号に基づいて、発電機２の端子電圧値Ｖt を目標値Ｖ
trefと一致させ、且つ発電機２の動態安定度を向上させ
る界磁電圧指令値Ｅfdを出力するＡＶＲ５と、ＡＶＲ５
から出力された界磁電圧指令値Ｅfdに基づいて発電機２
の界磁電圧を制御する励磁回路６とを備えている。

【００３５】本実施形態におけるＰＳＳ３は、図１に示
す機能を有している。すなわち、ＰＳＳ３は、系統安定
化信号（本実施形態では有効電力偏差ΔＰe 及び角速度
偏差Δωを用いる）を複数の周波数帯域（動揺モード）
に分離するモード分離部１０と、複数のモードに分離さ
れた系統安定化信号から、各モード毎にΔτ時刻未来の
系統安定化信号を予測する多モード予測部１１と、予測
されたΔτ未来の系統安定化信号に基づいて各モード毎
に電圧補正パルスを生成し、生成された各モード毎の電
圧補正パルスを加算して電圧補正パルスΔＥを生成する
パルス発生部１２とを有している。

【００３６】このＰＳＳ３の各機能は、図２に示すよう
に、ハードワイヤードディジタル回路により具体化され
る。

【００３７】図２に示すように、ＰＳＳ３のモード分離
部１０は、送られたΔＰe 及びΔωを例えば３つの帯域
（モード）（ΔＰｅ₁〜ΔＰｅ₃，Δω₁〜Δω₃）に
分離する３つの帯域分離フィルタ（長周期用ローパスフ
ィルタ１５、中周期用バンドパスフィルタ１６、短周期
用ハイパスフィルタ１７）を備えている。このローパス
フィルタ１５、バンドパスフィルタ１６、及びハイパス
フィルタ１７は、それぞれ並列に配置されており、その
特性（伝達関数）は下式のように表される。

【００３８】

【数１】

【数２】

【数３】但し、Ｔ_f＝０．２〜０．４ｓｅｃ程度とする。

【００３９】上式から分かるように、各フィルタ１５〜
１７は２次系のフィルタであり、また、各フィルタ１５
〜１７の通過帯域を加え合わせると１になり、入力され
る全周波数帯域の動揺信号をフィルタ１５〜１７により
３つのモードに分割することができる。

【００４０】すなわち、ローパスフィルタ１５は、入力
されたΔＰe 及びΔωからカットオフ周波数ｆ_C（１／
Ｔ_f）以下の低周波数モード（第１の動揺モード）のΔ
Ｐｅ₁及びΔω₁を分離して出力するようになってい
る。また、バンドパスフィルタ１６は、入力されたΔＰ
e 及びΔωから、周波数ｆ_CL〜ｆ_CH（ｆ_CL・ｆ_CH＝ｆ_C
²）の周波数モード（第２の動揺モード）のΔＰｅ₂及
びΔω₂を分離して出力するようになっている。さら
に、ハイパスフィルタ１７は、入力されたΔＰe 及びΔ
ωからカットオフ周波数ｆ_C以上の高周波数モード（第
３の同様モード）のΔＰｅ₃及びΔω₃を分離して出力
するようになっている。

【００４１】モード予測部１１は、ローパスフィルタ１
５、バンドパスフィルタ１６、及びハイパスフィルタ１
７にそれぞれ接続されたモード予測器２０、２１、２２
を備えている。

【００４２】

【外１】

【００４３】すなわち

【数４】

【外２】

【００４４】

【外３】

【００４５】

【数５】

【数６】

【００４６】パルス発生部１２は、モード予測器２０〜
２２にそれぞれ接続され、各動揺モード毎にチューニン
グされたパルス発生器２５〜２７を備えている。

【００４７】

【外４】

【００４８】

【数７】

【数８】ここで、ｋ₁，β₁は、第１の動揺モードΔω₁及びΔ
Ｐｅ₁に応じて設定されるようになっている。

【００４９】

【外５】

【００５０】

【数９】

【数１０】

【数１１】

【数１２】

【００５１】なお、ｋ₂、ｋ₃及びβ₂、β₃もｋ₁，
β₁と同様に、第２の動揺モード（Δω₂、ΔＰｅ₂）
及び第３の動揺モード（Δω₃、ΔＰｅ₃）に応じてそ
れぞれ設定されるようになっている。

【００５２】また、パルス発生部１２は、パルス発生器
２５〜２７から出力された電圧補正パルスを加算して、
電圧補正パルスΔＥとして演算器４に出力する加算器２
８を備えている。

【００５３】ここで、本構成のＰＳＳ３における各動揺
モード信号の周波数変化に伴う界磁電圧指令値Ｅfdと発
電機内部のトルク偏差ΔＴe との位相ズレを防ぐための
構成及び作用について説明する。なお、動揺モードとし
て第１の動揺モード（Δω₁及びΔＰｅ₁）を例にとっ
て説明する。

【００５４】すなわち、本構成のパルス発生部１２のパ
ルス発生器２５では、位相ズレの原因となっている界磁
電圧指令値Ｅfdから発電機内部のトルク偏差ΔＴe が変
化するまでの遅れを無くすために、第１の動揺モードを
抑制するべく出力した正パルスに続いて、その影響が遅
れて出てくるのを打ち消すための反転パルスを出力して
いる。この正負のパルス出力について図３及び図４を用
いて説明する。

【００５５】図３は、界磁電圧指令値Ｅfdから発電機内
部のトルク偏差ΔＴe が変化するまでの遅れを示したも
のである。正パルスＰa の界磁電圧指令値Ｅfdが出力さ
れてから発電機内部のトルク偏差Ｔe が変化するまでに
は、図３に示す遅れが生じている。そこで、本構成のパ
ルス発生器２５は、図４に示すように、第１の動揺モー
ドを抑制するべく出力した正パルスＰa に続いて、その
影響が遅れて出てくるのを打ち消すための反転パルスＰ
a'を出力して、この反転パルスＰa'により界磁の遅れに
よる変化を強制的に打ち消すようになっている。この結
果、界磁の遅れをほとんど考慮する必要がなくなる。

【００５６】一方、以上の構成及び作用により、界磁の
遅れはほとんど考慮する必要がなくなるが、図４に示す
ように、発電機内部のトルク偏差ΔＴe の波形は常に角
速度偏差Δω₁に対してパルス幅τ分遅れている。

【００５７】

【外６】

【００５８】

【外７】

【００５９】したがって、実際の第１の動揺モード抑制
用の電圧補正パルスは、図５（ｂ）に示すような階段状
の出力となり、トルク偏差ΔＴe は、各々のパルス出力
のセットの加算となる。各電圧補正パルスによるトルク
偏差ΔＴe は、図５（ｃ）に示すように略三角形となる
ため、連続電圧補正パルス出力によるトルク偏差Ｔe
は、図５（ｃ）に示す破線となり、Δω₁に同期したも
のが得られる。

【００６０】上述した結果は、第２の動揺モード（Δω
₂及びΔＰｅ₂）におけるモード予測器２１及びパルス
発生器２６並びに第３の動揺モード（Δω₃及びΔＰｅ
₃）におけるモード予測器２１及びパルス発生器２６に
おいても、同様に得られる。

【００６１】このように、本実施形態によれば、角速度
偏差Δωに同期した位相でトルク偏差Ｔe を変化させる
際に、適切な幅を持ったパルス出力を用いているため、
図６に示すように、高周波で過度ゲインが増大すること
がない。したがって、従来のΔω−ＰＳＳに比べてゲイ
ンを増大させることができ、より効果的に動揺のダンピ
ングを行なうことができる。

【００６２】そして、本実施形態によれば、電力動揺を
フィルタ１５〜１７により動揺モード毎に分離し、分離
された各動揺モードに応じた電圧補正パルスを各パルス
発生器２５〜２７により得ているため、各動揺モード毎
に最適なダンピング効果を得ることができる。

【００６３】

【外８】

【００６４】そして、本実施形態では、動揺モードを分
離検出しているため、パルス発生器２５〜２７から出力
されるパルスのパラメータを各動揺モード毎に最適な値
に設定することができるため、発電機設置場所等に応じ
たダンピングが特に必要なモードに対応して上記パラメ
ータを調整することができる。

【００６５】なお、本実施形態では、３つの帯域分離フ
ィルタ（長周期用ローパスフィルタ１５、中周期用バン
ドパスフィルタ１６、短周期用ハイパスフィルタ１７）
を用いて動揺モードを分離したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、動揺モードに応じた所要数（ｎ
個）のフィルタを用いることもでき、その各フィルタ
は、２次系に限らず、１次系や高次系のフィルタも用い
ることができる。そして、そのｎ個のフィルタは、各フ
ィルタの通過帯域を加え合わせると１になる簡単な構成
のものを用いることができ、ダンピング性能の良好なＰ
ＳＳを得ることができる。

【００６６】例えば、１次系の２個のフィルタを用いる
場合においては、下式に示す長周期用ローパスフィルタ
及び短周期用ハイパスフィルタを用いて、ダンピング性
能の良好なＰＳＳを得ることができる。

【００６７】

【数１３】

【数１４】但し、Ｔ_f＝０．２〜０．４ｓｅｃ程度とする。

【００６８】

【外９】

【００６９】ところで、本実施形態では、ＰＳＳ３の各
機能（モード分離部１０、多モード予測部１１、パルス
発生部１２）をハードワイヤードディジタル回路で構成
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、制御
用プログラムが保持されたメモリや演算回路等を有した
コンピュータ回路におけるソフトウエア処理により具体
化してもよい。

【００７０】ここで、ＰＳＳ３をコンピュータ回路で具
体化した際のＰＳＳ３のソフトウエア処理について図７
を用いて説明する。

【００７１】図７によれば、ＰＳＳ３は、送られたΔＰ
e 及びΔωをローパスフィルタ、バンドパスフィルタ、
及びハイパスフィルタ処理により３つの帯域（モード）
（ΔＰｅ₁〜ΔＰｅ₃，Δω₁〜Δω₃）に分離する
（ステップＳ１）。

【００７２】

【外１０】

【００７３】

【外１１】

【００７４】そしてＰＳＳ３は、各モード毎に生成され
た電圧補正パルスを加算して演算器４へ出力して（ステ
ップＳ４）、処理を終了する。

【００７５】なお、各ステップの詳細な内容は、上述し
たディジタル回路で構成した場合と同様であるため、そ
の説明は省略する。

【００７６】以上述べたように、本実施形態のＰＳＳ
は、コンピュータ回路によるソフトウエア処理において
も実現できる。さらに、図７で説明したＰＳＳの処理
は、演算器４やＡＶＲ５の処理をソフトウエア処理で実
現するディジタルＡＶＲにおいても実現することができ
る。すなわち、図７で説明したアルゴリズムに基づくプ
ログラムをメモリ等に保持したディジタルＡＶＲによ
り、図７のフローチャートに対応するアルゴリズムに基
づいて電圧補正パルスΔＥを生成する処理、発電機２か
ら送られる端子電圧値Ｖt と当該端子電圧の目標値Ｖtr
efとの偏差信号を算出するとともに、その偏差信号に対
して、生成された電圧補正パルスΔＥを加算して電圧調
整信号を生成する処理、及び生成された電圧調整信号に
基づいて、発電機２の端子電圧値Ｖt を目標値Ｖtrefと
一致させ、且つ発電機２の動態安定度を向上させる界磁
電圧指令値Ｅfdを出力する処理を全てソフトウエア的処
理で実現することもできる。

【００７７】（第２実施形態）本実施形態に係わるＰＳ
Ｓを用いた励磁制御システムを図８に示す。図８によれ
ば、本実施形態の励磁制御システムは、図示しない発電
機とＰＳＳ３との間に、角速度偏差Δωに重畳してくる
機械振動ノイズを除去する帯域除去フィルタを備えてい
る。この帯域除去フィルタとして、図８では特に４個の
ノッチフィルタを重ねたフィルタ（以下、単にノッチフ
ィルタともいう）３０を用いている。

【００７８】帯域除去フィルタ（ノッチフィルタ）３０
におけるω₁〜ω₄は、その除去する周波数を決定する
ものであり、また、ζ₁〜ζ₄とξ₁〜ξ₄は、ノッチ
フィルタ３０の深さを指定するパラメータである。すな
わち、ノッチフィルタ３０をディジタル回路又はコンピ
ュータ回路によるソフトウエア処理で設計する際に、除
去する機械振動ノイズの周波数及びゲインに基づいて上
記ω₁〜ω₄，ζ₁〜ζ₄，及びξ₁〜ξ₄を設定すれ
ば、従来の機械振動ノイズや高周波ノイズに起因したＰ
ＳＳゲインの限界を回避することができる。

【００７９】また、ＰＳＳのパルス発生部で生成される
パルス信号のパラメータを、機械振動ノイズに関係の無
い真に必要な電力動揺モードに最適な値に設定すること
ができるため、他の振動に対する負制動の危険の無い非
常に効果的なＰＳＳを構成することができる。なお、Ｐ
ＳＳ３自体の構成は第１実施形態と同一であるため、そ
の説明は省略する。

【００８０】また、本実施形態では、機械振動ノイズ除
去用帯域除去フィルタとしてノッチフィルタを用いたが
本発明はこれに限定するものではなく、他の帯域除去フ
ィルタ（例えば、図９に示すような、帯域阻止周波数部
分のカーブの尖鋭度を落とした、全体でバスタブのよう
な形の特性を有するフィルタ（以下、このような特性を
有するフィルタを本明細書ではバスタブタイプ帯域除去
フィルタと呼ぶ）や、ローパスフィルタを重ねた高次ロ
ーパスフィルタフィルタ等）を用いてもよい。

【００８１】（第３実施形態）本実施形態に係わるＰＳ
Ｓを用いた励磁制御システムを図１０に示す。図１０に
よれば、本実施形態の励磁制御システムは、第２実施形
態で述べた角速度偏差Δωに重畳してくる機械振動ノイ
ズを除去する帯域除去フィルタとして、例えば０．５Hz
の動揺周波数を有するモードＡ、１Hzの動揺周波数を有
するモードＢ、及びその他の動揺周波数（一次遅れ系
（積分特性））で表される動揺モードＣを有する時々刻
々と変化する発電機２の角偏差δや角速度偏差ωから、
各モードを表現する方程式を用いて当該角偏差δや角速
度偏差ωを推定するオブザーバ３５を用いて実現してい
る。

【００８２】ここで、電力動揺モードは、最も簡単に表
現すると下式で表される。

【００８３】

【数１５】

【数１６】但し、Ｍ：発電機慣性、Δω：発電機角速度偏差、Δ
δ：発電機相差角偏差、ΔＴm ：機械トルク偏差、及び
ΔＰe ：有効電力偏差である。

【００８４】また、発電機２のタービンの軸ねじれの機
械振動は、（１０）式は、下式の２次振動で表現できる
（なお、Ｔm ＝０としている）。

【００８５】

【数１７】但し、Δδ_m：機械振動の相差角偏差（位相）、Δ
ω_m：機械振動の振動角周波数である。

【００８６】（１０）式、（１１）式は微分表現、（１
２）式は伝達関数表現である。（１２）式も容易に微分
方程式表現できるので、ある一つの動揺モードを模擬
（モデル化）する状態方程式表現（１３）も容易に得ら
れる。

【００８７】

【数１８】

【数１９】ｙ＝Ｃｕ ……（１３ｂ）但し、各変数や行列は以下に示すように表される。

【００８８】

【数２０】

【数２１】

【数２２】なお、Ｃの行列を前記に示すように設定し、出力ｙとし
て角速度偏差Δωのみを出力するようにしている。

【００８９】（４）式で表される状態方程式に基づい
て、現代制御理論によりオブザーバ３５は、下式のよう
に表現される。

【００９０】

【数２３】Ｌ修正ゲイン行列であり、調整パラメータである。

【００９１】

【外１２】

【００９２】（１４）式を変形すれば、

【数２４】が得られる。この（１５）式に基づくオブザーバ３５の
構成を図１０に示す。

【００９３】図１０に示すオブザーバ３５は、ハードワ
イヤードディジタル回路やコンピュータ回路のソフトウ
エア処理等で具体化可能である。

【００９４】

【外１３】

【００９５】なお、本実施形態では、単一の動揺モード
について説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、動揺モードが複数（ｉ個）ある場合には、各変
数、行列の定義は、以下に示すように表される。

【００９６】

【数２５】

【数２６】

【数２７】

【００９７】動揺モードが複数存在する場合において
も、上述したオブザーバ３５を用いることにより、機械
振動動揺等の不必要な動揺モードが除去され、真に必要
な動揺モードのみがＰＳＳ３へ出力される。

【００９８】なお、上述した各実施形態では、系統安定
化信号として発電機２の角速度偏差Δω（有効電力偏差
ΔＰe は、モード予測を行なう場合に必要）を用いた
が、本発明はこれに限定されるものではなく、系統側周
波数偏差Δｆ、あるいはΔωやΔｆと等価の信号等を用
いても良い。

【００９９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の系統安定化
装置及び励磁制御システムによれば、電力動揺を動揺モ
ード毎に周波数分離し、分離された各動揺モードに応じ
た目標電圧補正用パルス信号を出力しているため、０．
２Hz程度のゆっくりした周期から３Hz程度までの速い周
期までの通常電力系統で起こり得る広い範囲の周波数成
分を含む動揺に対して適切なダンピングを与えることが
できる。また、動揺モードを周波数分離により検出して
いるため、系統安定化装置や発電機の設置条件等の系統
条件に応じて変化する動揺モードに応じて適切なダンピ
ング量を与えることができる。

【０１００】さらに、本発明の系統安定化装置及び励磁
制御システムによれば、周波数分離された動揺モード毎
の有効電力偏差信号及び偏差信号（角速度偏差信号）に
基づいて、各動揺モード毎に所定時間未来の角速度偏差
信号を予測し、この予測値に基づいて目標電圧補正用パ
ルス信号を出力しているため、発電機のトルク偏差を常
に角速度偏差信号に同期した位相で変化させることがで
き、動揺周期によらない制動能力を有するＰＳＳを実現
することができる。さらに、各動揺モード毎に未来値を
予測しているため、精度良く未来値を予測することがで
きる。

【０１０１】そして、本発明の系統安定化装置及び励磁
制御システムによれば、帯域除去フィルタやオブザーバ
等から構成されたノイズ除去手段により角速度偏差信号
や有効電力偏差信号等の安定化信号に含まれる機械振動
ノイズを除去してから周波数分離を行なっているため、
真に必要な電力動揺モードのみを周波数分離することが
できる。したがって、周波数分離された複数の動揺モー
ド信号に基づいて生成されるパルス信号のパラメータ
は、当該動揺モード信号に対して最適に設定すればよ
く、機械振動等の他の動揺モードに対する負制動の危険
が回避されるため、非常に性能の良い系統安定化装置及
び励磁制御システムを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係わる励磁制御システ
ムの概略構成図。

【図２】ＰＳＳを具体化するディジタル回路の概略構成
を示すブロック図。

【図３】開示電圧指令値から発電機内部トルク偏差が変
化するまでの遅れを波形表現で示す図。

【図４】開示電圧指令値から発電機内部トルク偏差が変
化するまでの遅れを打ち消す反転パルスを波形表現で示
す図。

【図５】パルス発生部から発生される正パルス及び反転
パルスを波形表現で説明する図。

【図６】従来のΔω−ＰＳＳ及び本実施形態のパルスＰ
ＳＳのゲイン−周波数特性をそれぞれ示す図。

【図７】ＰＳＳを具体化するコンピュータ回路の概略処
理を示すフローチャート。

【図８】本発明の第２実施形態に係わる励磁制御システ
ムの概略構成図。

【図９】第２実施形態におけるその他の帯域除去フィル
タの振幅−角周波数特性を示す図。

【図１０】本発明の第３実施形態に係わる励磁制御シス
テムの概略構成図。

【図１１】従来の励磁制御システムを示す概略構成図。

【図１２】従来のΔω−ＰＳＳのゲイン−周波数特性を
示す図。

【符号の説明】

１励磁制御システム２発電機３ＰＳＳ（系統安定化装置）４演算器５ＡＶＲ（自動電圧調整器）６励磁回路１０モード分離部１１多モード予測部１２パルス発生部１５長周期用ローパスフィルタ１６中周期用バンドパスフィルタ１７短周期用ハイパスフィルタ２０〜２２モード予測器２５〜２７パルス発生器２８加算器３０ノッチフィルタ３５オブザーバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高梨由美子東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者上村洋市東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者平山開一郎東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者高木康夫東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者大明準治神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電機の端子電圧を一定の目標電圧値に
保つように励磁制御を行なう励磁制御システムに適用さ
れ、当該発電機に発生する電力動揺を減衰させて電力系
統を安定化する系統安定化装置において、前記発電機から検出された前記電力動揺を含む安定化信
号を複数の動揺モードに周波数分離するモード分離手段
と、分離された複数のモード信号に基づいて前記目標電
圧値補正用のパルス信号を生成するパルス信号生成手段
とを備えたことを特徴とする系統安定化装置。
【請求項２】前記安定化信号は、前記発電機の角速度
偏差信号及び発電機周波数偏差信号の内のどちらか一方
の偏差信号、あるいは当該偏差信号と等価の信号を少な
くとも含む請求項１記載の系統安定化装置。
【請求項３】前記安定化信号は、前記発電機の角速度
偏差信号及び発電機周波数偏差信号の内のどちらか一方
の偏差信号並びに前記発電機の有効電力偏差信号を含
み、前記モード分離手段は、前記偏差信号及び前記有効
電力偏差信号を複数の動揺モードに周波数分離するとと
もに、前記パルス信号生成手段は、前記複数の動揺モードに周
波数分離された有効電力偏差信号及び偏差信号に基づい
て、当該偏差信号の所定時間未来の状態値を各動揺モー
ド毎に予測する予測部と、予測された各動揺モード毎の
所定時間未来の偏差信号に基づいて、各動揺モード毎の
補正用パルス信号を生成する生成部と、生成された各動
揺モード毎の補正用パルス信号を加算して前記目標電圧
補正用のパルス信号を生成する加算部とを備えた請求項
１記載の系統安定化装置。
【請求項４】前記モード分離手段は、前記安定化信号
を複数の周波数帯域に分離するフィルタ手段を備え、当
該フィルタ手段の各信号通過帯域を加え合わせると１に
なるようにした請求項１又は３記載の系統安定化装置。
【請求項５】前記フィルタ手段が、ローパスフィル
タ、バンドパスフィルタ、及びハイパスフィルタから構
成された請求項４記載の系統安定化装置。
【請求項６】前記フィルタ手段が、ローパスフィル
タ、及びハイパスフィルタから構成された請求項４記載
の系統安定化装置。
【請求項７】前記フィルタ手段が、ｎ個の周波数分離
フィルタから構成された請求項４記載の系統安定化装
置。
【請求項８】前記発電機から検出された安定化信号か
ら少なくとも機械振動に係わるノイズを除去し、当該ノ
イズの除去された安定化信号を前記モード分離手段に送
るノイズ除去手段を備えた請求項１記載の系統安定化装
置。
【請求項９】前記ノイズ除去手段は、帯域除去フィル
タである請求項８記載の系統安定化装置。
【請求項１０】前記帯域除去フィルタは、複数段のノ
ッチフィルタである請求項９記載の系統安定化装置。
【請求項１１】前記帯域除去フィルタは、バスタブタ
イプ帯域除去フィルタである請求項９記載の系統安定化
装置。
【請求項１２】前記帯域除去フィルタは、高次ローパ
スフィルタである請求項９記載の系統安定化装置。
【請求項１３】前記安定化信号は、前記発電機から検
出された角速度偏差信号及び前記発電機周波数偏差信号
の内のどちらか一方の偏差信号及び前記発電機の有効電
力偏差信号を含み、前記ノイズ除去手段は、前記安定化信号における前記偏
差信号に基づいて前記機械振動に係わる動揺モードを含
む少なくとも１つの動揺モードを模擬して当該偏差信号
を推定する手段と、この模擬手段により推定された推定
偏差信号をフィードバックして前記検出偏差信号との差
を演算し、その演算結果に基づいて前記模擬手段の状態
を修正する手段と、前記推定偏差信号を前記モード分離
手段に出力する手段とを備え、前記モード分離手段は、前記有効電力偏差信号及び前記
推定偏差信号を前記安定化信号として複数の動揺モード
に周波数分離するようにした請求項８記載の系統安定化
装置。
【請求項１４】発電機の端子電圧を一定の目標電圧値
に保つように励磁制御を行なう電圧調整装置と、前記発
電機に発生する電力動揺を減衰させて電力系統を安定化
する系統安定化装置とを備えた励磁制御システムにおい
て、前記系統安定化装置は、前記発電機から検出された前記
電力動揺を含む安定化信号を複数の動揺モードに周波数
分離するモード分離手段と、分離された複数のモード信
号に基づいて前記目標電圧値補正用のパルス信号を生成
するパルス信号生成手段とを備えたことを特徴とする励
磁制御システム。
【請求項１５】前記発電機から検出された端子電圧値
と前記目標電圧値との差を減算し、この減算結果と前記
系統安定化装置のパルス信号生成手段から送られた目標
電圧補正用パルス信号とを加算する演算器を備えた請求
項１４記載の励磁制御システム。