JPS58133172A - 周波数制御方式 - 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】 本発明は発電所から直流単独で送電を行なうＩＩ直流単
独送電系統おいて、特に系統運転を安ずに竹ない得るよ
うにした陶板数制御方式に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

第１図は、直流単独送電系統の構成例を示すものである
＠Ｋ１図において、１１，１１。

１３はタービン或いは水車等の原動機にて駆動される発
電機、２１，１２．２Ｂ，２４．１５。

１６、２１は変圧器、３１．３２．３３はし中断器、４
１と４２は交流母線、５１，５２。

５３、５４は交流変換器、ｇｌ．６２．６３。

６４は直流リアクトル、ｖｘ．ｖｚ．ｙｘは直流送電−
線、オた１，０ｌはｌｌＩＩ波数偏差検出器、１０２は
周波数制御器、１０３は直流電力設定器、１０４は加算
器、１０ｊは定電力制御器、２０１、２０２，２０１．
２０４であり、図示の如く構成されている。

つまシ、原動機で駆動される発電機１１。

１１、１３の発電電力は、変圧−２１．１２。

２３よシし中断器３１，Ｊｌ．Ｉｉを通して交流母線４
ノに供給される．ことで、発電機は豪数台が交流母＠４
Ｊに接続され、て運転しているものと考える．いま、交
流母線４１からの交流電力は変圧器２４．２５よシ交１
［ｆ換器５１゜５３を介して直ｆｉｌ力に変換され、こ
れより直流リアクトル６１．６Ｍ、直流送電＠７１゜７
２．７３およびＩＩ流クリアクトル６２６４を浦して交
直変換器５２．５４に送電され、上記交＋［ｆ換器５２
．５４および変圧器２６．１１を介して交護電力に変換
されて交流母線４２へ供給される。なお、第１図に示す
ように交流量＃４）が他の交流系統、例えば交流量＃ｓ
４２と交直送電線で連系されていない場合は、発電機群
の発電電力を全て１１１５！送電［７７，７，？。

７３で送電するいわゆる＋Ｉ直流単独送電系統構成して
いる。

一方、従来かかる直流単独送電系統の制御は次のように
して行なわれる。つまり、直流電力設定器１０１で与え
られる電力指令値Ｐｄ、を、定電力制御器１０５に導入
し、この定電力制御６１０５から各交直変換器５１．５
２．５３゜５４の変換器制御器２０１．２０２．２０３
゜２０４、Ｉ／こ対して、＋［ｆｉｔ、電圧指令値やｌ
［ｆｉ電流指令値等を与える。これによシ、各変換器制
御器２０１．２１）：Ｊ、３６３．２０４では周知の定
電流制御、定電圧制御、定余裕角制御等の制御によシ、
交直変換器６１．５Ｂ、６２．６４を制御運転する。こ
の場合、定電力制御器１０５では図示しない直流電圧検
出器および直流電流検出器にて検出した直流電圧および
直流電流から直流電力Ｐｄを求め、この直流電力Ｐｄと
＠流電力指令値Ｐｄｐとの差分が零となるように周知の
制御を行なっている。よりて直流電力Ｐｄは電力指令値
Ｐｄｐに一致した運転が行なわれる。これが、直流系が
定電力特性を有すると言われるゆえんである。

母線４１に接続し、この周波数偏差検出器１０１の出力
を周波数制御＠１０１に入力して、上記周波数制御器１
０２の出力である電力補正信号ΔＰｄｐを、加算器１０
４にて電力指令値Ｐｄｐと加え、この加算器１０４の出
力を上記定電力制御器１０５に導入している。

今、発電機１１．１２．１３からなる発電機群がある出
力で運転し、かつｉｋ流流電膜設定器１０３与える電力
指令値Ｐｄｐが発電機群出力と一致している場合には、
発電量と負荷となる直流電力が一致するため、発電機群
と直流系と１１安定な運転が行なわれかかる状態の時、
いま何らかの原因により発電量が例えば低下すると、発
電機群出力は低下するが、直流電力は直流系の壱する定
電力特性により、ｌＩ流流電膜設定器１０３出力である
電力指令（１ｆＰｄ、になる電力１に発電機群より傅よ
うとするので、需給バランスがくずれて発電機群の鵬波
数は低下し続けようとする。そして、交流量Ｍ！４）の
周波数が低ト°すると欄ａ＃！ｉ偏差検出器１０１の出
力が負となり、これにより周波数制御器１０２の出力で
ある電力補正信号ΔＰｄｐが員となり、定電力制御’６
１０５の人力が低下し、結果として直流電力が低トして
発電機群の周波数が上昇する。このようしＣ，周波数偏
差検出器１０’ｌと周波数制御器ＸＯＸの回路が動作し
て、直流単独送電系を安定に運転する。ここで、周波数
制御器１０２は周知の比例、積分、微分要素（ＰＩＤＩ
！素）を組合わせて成り、周波数偏差信号を入力として
、例゛えは電圧等で電力補正信号を出力する。また、周
波数制御器１０２は一般□にＫ（１＋Ｔ、８）／（’１
＋Ｔｍ、８）等の型のものを用いる。但し、Ｋはゲイン
（利得）、Ｔ１と？、は時定数、８はツデラシアンであ
る。

〔背景技術の問題点〕

ところで、上述したような発電機群を有する直流単独送
電系統において、従来から行なわれているかかる周波数
制御方式では以下のような不具合がある。すなわち、発
電機の並列運転台数が変化するような場合に、常に同一
の特性を有する周波数制御器１０２を用いてい九のでは
、全系の動きつｔり周波数の変動幅が異なシ、最適な制
御を行なうことができないという不具合がある。

一般に電力と周波数に関しては、それらの叢化分に対す
る関係は（１）式で表視される。

ここで、Ｍは発電機軸系の慣性定数、ΔＰは発電機に、
入力されるエネルプーと発電機から出力される電力との
差分、Ｓはラプラシアン、Δｆは周波数偏差、Ａ（Ｓ）
は周波数制御器１０２と直流系と力・ら成る関数であり
、王として周波数制御器１０２の物性で特徴づけられる
。簡単のた峠に、今周波数制御５１０２の特性を比例ゲ
イン（利得）Ｋのみとすると、（１）式は（２）式とな
る。

さて、今例えば第１図の発電機１ノが１台で運転してい
る時に、さらに他の発電機例えば発電機１２が並列投入
されたとする。ここで、例えば発電機１１とＩＩＦｉ同
一の慣性定数を有するものとすると、２台並列になった
時には（２）式４式％ 発電機１台の時に（２）式で示される関係を用いて、電
力変化ΔＰに対する周波数偏差Δｆの応動が鍛適となる
ように、周波数制御器１０２０特性にあるいはＡ（８）
を決定したとする。そのＫあるいはＡ（Ｓ）のまま発電
機が２台になると、（３）式で示されるようにΔＰに対
するΔｆの応動が異ってくる。つまり、（３）式では慣
性定数が２倍となる故等価的な時定数が２倍となること
を示しておシ、これはとりも直さず何らかの外乱を受は
友後の５ｔｉｉ数の回復がそれだけ遅くなることを意味
している。

逆に、並列台数の多い条件でＫあるいはＡＩ）を決定す
ると、発電機の並列運転台数が減少した場合には時定数
が小さくなシ、極端な場合には全系が不安定となること
もある０周波数制御器１０２の特性Ａ（Ｓｔが単なる比
例ゲインにでない場合は、（２）式、（３）式もより複
雑なものとなるが、いずれにしても並列発電機の運転台
数が変化する禰合には、従来のように一つの周波数制御
器特性では前述したように周波数の変動幅が異なり、い
わゆる制御の仕上がりが一定せず周波数５勧の抑Ｉｌｌ
効果が充分に得ら゛れないという不具合がある。□ 〔艶明の目的〕□ 本発明は上記のような不具合を解決するため性’１ｌＩ
ｋ通なものとして周波数変化を（１１１１制し直流単独
送電系統の系統運転を安定に行なうことができる周波数
制御方式を提供することにおる。

〔発明の軟着〕

上記目的を達成する友めに本発明では、複数台の発電機
で発電し友交流電力を交直に換器で１１訛電力に変換し
、これをｕｌＫ送電線を介して送電し父＋ｆｆ１１１１
！器で再び交流電力に変換して負荷へ供給するようにし
た直流単独送電系統において、上記晃ＩＩｒ磯の周波数
を所′ｌの櫃に維持するように周波数偏差↑百号に基づ
いて直流送磁電力を制御する周波数制御器を備え、上記
発電機の並列運転台数に応じて上記周波数制御器の利得
、すなわち周波数制御特性を可変するようにしたことを
特徴とする。

〔発明の実施例〕

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。！２図は、本発明による周波数制御方式の構成例を
示し九ものであり、図において第１図と同一部分には同
一符号を付して示している０図において、４０Ｊ、４０
１、４０３はゲイン設定器、５０１．５０２．５０１は
接点、６０１は加算器であり、これらよ）構成される部
分がゲイン切替え器３０１である。３０１は乗算器であ
る。）ｆイン切替え′ａ３０１は発電機１１，１２．１
３のし中断器ＪＪ、ＪＪ。

３３の補助接点信号を入力とし、し中断器３１が閉のと
きは接点５０１會閉とし、またし中断器３２．３３が閉
のときは接点ｓｏｘ、ｓｏｘをそれぞれ閉とすることに
より、ｒイン設電器４０１．４０１，４０１の設定値を
加算器６０１に導くことにより、ｒイン設定器４０１、
４０１４０３の設定櫃を加算し、交流母線４１に並列接
続されている発ζ機の台数を判断して、該台数に比例し
た′ｒｆ！Ｉ率を後段の乗′Ｘ器３０２に出力するもの
である。なお、各発電機１１；ＪＪ。

１３の慣性定数が異なる時には、単なる発電機の談判運
転台数に比例した率でなく、並列発電機の合計の慣性定
数に比例した率を出力するものである。

次にかかる構成に基づく胸波数について述べる。今、し
中断６３１が閉状給にあり１台の発［機１１が交流量＠
４１に接続され、発電機１１の出力と直流電力が同一で
運転されているとする。この時周波数制御器１０２は、
発電機１台に対して良好な制御となるような特性を有し
ているとする。この特性ｔ−ｍｓのためｒインにとする
。また、ｒイン切替え器３０１はし中断１ｓ３）が閉で
あること、また他のし中断器３２あるいは３３が開であ
ることから接点５０１が閉となり、ｒイン設定器４０１
で設定された発電機１台に対応する“１”なる倍率を出
力している。さらに、電力補正信号ΔＰｄＰはｒイン切
替え器３０１の出力が＠１ｍであるゆえ、乗算器入力の
周波数制御器１０２の出力と同一になっている。

次に、し中断器３２が投入されて発電機１２が交流母線
４１に並入されて発電機１２の出力が加わると、交流母
線４１のｌ１ｌｌｌ数が上昇する。

すると、周波数偏差検出器１０１の出力が正となり、後
段の周波数制御器１０１の出力も正となる。一方、し中
断器Ｊ１の投入によりｒイン切替え器３０１では、その
補助接点信号から並列運転発電機が２台になったことを
判定し、つまり接点ｓａｇが閉となり、発電機２１台に
対応する倍率である′″２”を乗算＠Ｊ＃ｊＫｔｉｉ力
する。すると、乗算器ｓｅｘによｅｍａＩ数制御器１０
１の出力は２倍され、結果として電力補正信号ΔＰりは
発電機１台の時に比べて２倍の大きさとなり、これによ
り直流電力が制御されることになる。このことは、同一
の周波数変化にｌ・１シて２倍の直流電力変化を生じせ
しめることになり、慣性定数が２倍になることによる全
系の応答の感化を補償しているといえる。前記（２）式
に−じて発電機が２台の場合を示すと（４）式の如くと
なる。

この（４）式は、前述した従来制御に対する（３Ｊ式に
比べて時定数が（２）式と同一になり、ｒインは強にな
ることを示しており、電力の外乱ΔＰに対する笥彼数偏
差が（３）式に比べてｆ動幅が少なくなることがわかる
。

一方、＠暖機の並列台数が２台から１台に滅′少する際
には、し中断器の補助接点信号によりｒ゛イン切替６７
０１がｒインを切替ｆ更して、発電機１台に対するｌＬ
直流電力周波数制御運転を町ｈｔならしめる。なお同様
に、並列発電機が１台と２台の変更だけに限らず、複数
台での運用もμ１舵である。

このようＫＸ複数台の発電機１，１，１１゜１Ｊで発電
し友交流電力を交直変換器５１゜５３で直流電力に変換
し、これを直流送電線７！１．’１２．１１を介して送
電し交直変換器５１．５４で再び交流電力に変換して負
荷へ供給するようにし九直流単独送電系統において、上
記発電機の周波数を所定の値に維持するように周波数偏
差検出器１０１からの偏差信号に基づいて直流送電電力
を制御するＰ・！・Ｄｌ！素を組合せて成る周波数制御
器１０２ｔ−備え、上記発電機の並列運転台数に広じて
上に２周波数制御器１０１の利得を可変するようにした
いものでらる。従って、発電機の並列運転台数が変化し
て回転系の慣性定数が変わっても、直流電力変化の周波
数偏差に対する応答効果を常に適切なものとし、その結
果として周波数変化を抑制し直流単独送電系統の運転を
極めて安定に行なうことができることとなる。

尚、上記においてｒイン切賛え器３０１の入力としては
、し中断器の補助接点信号を入力せず当該しゃ断器の開
閉を指示するし中断器操作１号、発電機出力電力信号、
発電機出力電流信号等の発電機が交流母線４１に接続さ
れているか否かを判定するに足る信号を人力するように
して屯よい。

また、ディン切替え器３０１は発電機の直列・亭転台数
に比例した信号を出力するよりも、並夕ｌ１発噂１機の
合計の慣性定数に比例した４Ｐ！号を出力する方が制御
性の点からは鍛適であることはいうまでもない。さらに
、ディン切替え器、９０１・の出力が並列運転発電機の
台数の変化時に、急しゅんに変化することは好ましくな
いので、例えば４Ｉ８２図のディン切替え６３０１と乗
算器３０２との間に一次遅れ要素等を入れて、電力補正
１！４舛ΔＰｄｐの急変を防止することは常に実施され
る手段であり、該−次遅れ壺素ｔ−ゲイン切り替え４３
０１内に設けることも光分０Ｔ能であゆ、ディン切替え
器３０１の出力をなめらかにするこ上もできる。さらに
また、当然のことながらがイン切替え器３０１は＃を算
機と、そのデＵグラムノフトを用いても実現することが
できる。ｔｔｔｓ機を用いて処理する場合には、８仮数
制御器１０．２も計算機で置換するならば、同一の計算
機内にｌ［［数制御器１０２とディン切替え器３０１と
を組み込み、周波数制御器１０２０ダインのみならず時
定数等も発電機の並列運転台数に応じて切替えることが
可能とな９、かかる場合も同様の効果を得ることができ
るものである。また、計算機を用いる場合には発電機の
並列運転台数に応じて周波数制御器１０２のプロ、りそ
のものを切替えることも容易に可能となる。

一方、＠２図の実施例においては周波数偏差依存型区力
補正信号ΔＰｄ、を直流電力制御系に与えたが、これの
みに−城らず周波数偏差より算出した信号を、各変換器
制御器内に存在する直流電流制御系に、その電流基準補
正信号あるいは遁圧籠準補正信号として与えることによ
り同等の効果ｔ−得ること４できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本説明によれば、発電機の、■列４
転台数に合わせてＩＫ諷系による周波数輔一時性ｔ−最
適なものとして周波数変化を抑制し直流単独送電系統の
系統運転を安定に行なうこと−ができる極めて信頼性の
高いＭｉＭ数制御方式が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は直流単独送電系統の構成例を示す
構成図でめる。 ＩＪ、１２．１３・・・発電機、２１，２２゜２３．２
４，２５．２６．２１・・・変圧器、３１゜３２．３３
・・・し中断器、４１．４２・・・交流母線、５１．５
２，５３．５４・・・交ｆｉ変換器、６１゜６２．６３
．６４・・・＋１流りアクドル、７ノ。 ７２．７３・・・直流送＠＠、１０１・・・周Ｍ数偏差
横出４．１０２・・・剃仮数制＃６．１０３・・・直流
鴫力設ず６．１０４・・・加算器、１０５・・・定唯力
制御姦、２０１．２０２．２０３．２０４・・・変洟６
制御６．３０１・・・ディン切替え器、３０２・・・乗
Ｊ１４．４０１〜４０３・・・ｒイン設足器、５０１〜
５０３・・・接点、６０１・・・加算器。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 会数台の発電機で発電した交流電力を交直変換器で直流
   電力に変換し、これを直流送電＃Ｍをｊｌ−して送電し
   交直変換器で＾び交流電力に変換して負荷へ供給するよ
   うにした直流単独送電系統において、前記発電機のｗ４
   彼数を所定の値に維持するように周彼数偏差慣号に基づ
   いてＩｉ［ｆｌｔ送篭送力電力御する周波数制御器を備
   え、前記１ｊ？５電機の並ダリ運転台数に１６じて前記
   周波数制御器の利得ｔｏ］′変するようにしたことｔ−
   ％像とする筒び数制御方式。