JPS63161819A - 直流送電制御装置 - Google Patents

直流送電制御装置

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JPS63161819A
JPS63161819A JP61307480A JP30748086A JPS63161819A JP S63161819 A JPS63161819 A JP S63161819A JP 61307480 A JP61307480 A JP 61307480A JP 30748086 A JP30748086 A JP 30748086A JP S63161819 A JPS63161819 A JP S63161819A
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小西 博雄
松田 靖夫
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は直流送電制御装置に係り、特に発電機と直流送
電との千渉による発電機の軸ねじれを抑制するに好適な
直流送電制御装置に関する。
〔従来の技術〕
アメリカ合衆国のスケアビュート直流送電設備の順変換
所近傍にある発電所において、1977年に試験中に低
周波の軸ねじれ共振現象が発生した。これを契機として
直流送電と発ffi機の干渉による軸ねじれ共振現象の
解明と抑制対策の検討が急務となっている(“軸ねじれ
抑制のための直流制御装置(HVD SYSTEM C
0NTR0L f;ORDAMPING 0FSUnS
YNCIIRONOUS 03CILLATIONS)
” IEEE TRANS VOLPAS−101〜N
Q7 1982年)。これまでの検討結果によれば、こ
の現象が直流送電系統の制御に起因していることは解明
されつつあるが、系統状態による共振現象発生の有無の
判別や軸ねじれ共振現象の抑制対策については今後の検
討を待つところが多い。
第7図は直流単独送電系統を示す系統図である。
1はタービン、2は発電器、3はタービンと発電機を結
ぶ軸、4は交流送電線、4Lはインピーダンスで示しで
ある。6は直流送電線、7は受電側交流系統である。ま
た、51.52は交直変換装置であり、51は交流を直
流に変換する順変換装置、52は直流を交流に変換する
逆変換装置である。、53及び54は各々順変換装置5
1及び逆変換装置52の制御装置、IPは該制御装置5
3゜54の入力で直流送電系統の送電電力を指令する電
流指令値である。
第8図は制御装置53及び54の詳細構成を示すブロッ
ク図である。501は加算器であり、加算器501は電
流指令値Ip  (逆変換装置の制御装置ではよく知ら
れているように、この電流指令値IPより電流マージン
だけ小さい値の指令値が与えられる)と、直流送電系統
に流れる実電流検出値Iz との差をとる。502は該
加算器出方の電流偏差信号を増幅する演算増幅回路であ
る。加算器501と演算増幅回路502とにより定電流
制御回路を構成する。503は余裕角制御回路であり、
この回路503は実電流検出値It と変換装置の転流
電圧検出値Ezとから変換装置が逆変換運転のとき安定
な転流動作を行うに必要な余裕角に相当する制御角指令
値を計算する。504は演算増幅回路502と余裕角制
御回路503の出力のうち、小さい値を選択する最小値
選択回路で通常、順変換装置では定電流制御回路(演算
増幅回路502)の出力が、逆変換装置では余裕角制御
回路503の出力が選択される。505は位相制御回路
であり、位相制御回路505は選択回路504により選
択された信号の大きさに応じて位相制御されたパルスを
出力する。
第9図は位相制御回路の入出力特性例を示す特性図であ
る。
このような発電機の出力を直流送電で送電する直流単独
送電系統において、交流送電線4または直流送電線6で
地絡事故が発生した場合を考える。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記事故が発生し1発電機の電気的トルクが余ったと仮
定すると、発電機は加速し、交流系統の周波数が上昇す
る。しかしながら、直流系統では一般に定電流制御(送
電線の電圧が一定なので定電力制御と等しい)されるた
め、電気的トルクの余った分は発電機とタービンを結ぶ
軸にストレスとしてかかり軸ねじれが生じる。逆に事故
が発生して発電機の電気的トルクが不足した場合は発電
機が減速し、交流系統の周波数が低下するが、この場合
も直流系統の定電流制御のために不足の電気的トルク分
は発電機とタービンを結ぶ軸にストレスとしてかかり上
記同様に軸ねじれが生じる。
しかして、上記いずれの軸ねじれが生じた場合も、この
ストレスが大きいときは軸を破壊する重大事故となる。
すなわち、上記従来技術による軸ねじれ現象は発電機の
電気的トルクで外乱により変動したにもかかわらず、直
流送電系統の送ffi電力を外乱の前と同様に制御して
いることにより発生する。言い換えれば、直流送電を負
荷とする発電機の電気的な制動係数が負となるところに
発電機とタービン間の軸ねじれ不安定現象が発生するこ
とになる。
本発明の目的は、系統事故時にも発電機とタービン間で
軸ねじれを生じることのない直流送電制御装置を提供す
ることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的を達成するために本発明は、発電機と負荷の交
流系統とが直流送電系統でもって接続されて構成される
送電系統において、発電機とタービン系からなる機械系
の状態量を検出する手段を設け、これら手段からの検出
信号を取り込み、これら(i号の変化の線形結合によっ
て作られる信号を直流送電指令値に加算し、これにより
該直流送電系統の送電電力を変えるように構成したこと
を特徴とするものである。
〔作用〕
発電機及びタービン系の動作状態を検出するために発電
機、タービン各々に角速度検出装置を設ける。これら角
速度検出装置により検出された角速度を基に演算回路で
変化分Δωが計算され、その計算結果を掛算回路でゲイ
ンKI倍して加算回路で加えられ、上記第(1)式で示
される直流送電系統の電流指令値補正信号ΔIpが作ら
れる。
この信号ΔIpはもとの電流指令値Ipに加えられるこ
とにより直流送電系統の送電電力の補正がなされる。
ΔIP=□Σ(KlΔωI)     ・・・(1)K
r+ i:発in機とタービンの数 Δω:角速度の変化分 に+、にニゲイン ここで、外乱により発電機のΔωGが増加(加速)した
と仮定すると、上記第(1)式によりΔωGに比例した
ΔIp が計算され、これかもとの電流指令値Ipに加
えるので直流送電系統の送電電力がΔIpだけ増加する
ことになる。一方、ΔωGが減少(減速)した場合は同
様に上記第(1)式より−ΔIpが計算されてもとの電
流指令値Ipに加えられるので、直流送電系統の送電電
力が一ΔI、たけ減少する。したかつて、つねに負荷に
応じた発電量となって前述したような発電機とタービン
間の軸ねじれは生じないことになる。
直流送電系統の送電電力を変える方法としては上記、該
直流送電系統の電流指令値を上記信号(2)で変えるこ
とによって行えるが、この他に制御角の指令値を次の第
(2)式で表わされる信号Δαで補正することもできる
Δα=二Σ(K1ΔωI)  ・・・(2)Kα l Kαニゲイン また、直流電圧制御回路を備えた直流送電制御装置では
、直流電圧指令値を次の第(3)式で表わされる信号Δ
Vpで補正することによっても行える。
ΔVp=□Σ(KlΔω1)      ・・・(3)
Kv+ 〔実施例〕 以下1本発明の一実施例を図に基づいて説明する。
第1図は4つのタービンと発電機が1つの軸につながれ
て構成される場合を示している。また、直流送電系統は
送電端の順変換器のみを示し、相手端は前回と同様であ
るので省略している。図中、11は高圧タービン、12
,13.”14は各々低圧タービンA、B、C12は発
電機、31〜34は軸、511〜515はそれぞれター
ビン及び発電機の回転角速度を検出する角速度検出装置
、516は検出された角速度から直流送電系統の送電電
力を補正する信号を作成する演算回路、517は直流送
電系統の電流指令値Ipとこの演算回路51Gにより作
られた補正信号から新しい電流指令値を作成する指令値
作成回路である。図のように機械系が4つのタービンと
発電機の5質点から成る場合、一般に4つの固有振動数
が現われる。
この固有振動数は周波数の低い方から順に、第1モード
、第2モード・・・第4モードと呼ばれる。各モードの
制動係数σt(i=i+・・・4)は通常、正の値であ
るが、系統の状態や送電電力等によって変わり、系統事
故等によって軸ねじれが発生するときはσ1が負の値と
なる、制動係数が負となる傾向は固有振動数の低い即ち
モードの小さいものほど大きい。従って、軸ねじれが発
明しやすいのは第1モードか第2モードである。
ここで、機械系の角速度の変化により直流送電系統の送
電電力を変えると各モードの制動係数σ1が変わり、角
速度の変化に対して制動係数σ1の変化Δσ1が次式で
近似できる。
Δ σ、=に1Δω1+に2Δω2+に3Δω3+に番
Δω4+に5Δω5    ・・・(4)ここに、Δω
l:高圧タービンの角速度の変化Δω2:低2:−ビン
Aの角速度の変化Δω3:低3:−ビンBの角速度の変
化Δω番:低圧タービンCの角速度の変化Δω5二発二
様電機速度の変化 Ks:係数(g”1−+2+・・・5)これは直流系統
の送電電力P2と各モードの制動係数σ、とはほぼ比例
関係にあり、直流系統の電流指令値Ipと送電電力とは
比例関係にあるためである。
σI Pa  IF              ・・
・(5)(5)式を定常値からの微小変化をとるとΔσ
□=に■ΔIp            ・・・(6)
K:比例係数 と表わされる。ここで(6)式に(1)式を代入すると Δa+=Kr(KsΔωz+KzΔωz+KsΔ(、+
3+に4Δ(114+KsΔω5)・・・(7) となりKrK1”K□と置き換えると(4)式を得る。
制動係数σ1は第1モードから第4モードまで4個あり
、Kgは(4)式から5個あるのでこのうちの1個を固
定すればΔσ1.Δω五に対して唯一の解Kt が求ま
る。従って任意の制動係数にすることができる。第1図
の実施例はこのことを示した図であり、詳細を第2図を
用いて説明する。
図中511〜515は第1図のタービン及び発電機の角
速度検出値、506はこの検出値から変化分Δωを検出
するための変化分検出回路、507は求まった変化分Δ
ωと上記から求まったKJ とを掛算器、508はに、
ΔωJの和を求めこの和を1/に1倍(K+  :定数
)する加算掛算回路である。希望の制動係数σ2Iに対
してもとの制動係数をσ0αと表わし σα!=σoi+Δσ1         ・・・(8
)と置くと Δσ里=σα!−σ旧          ・・・(9
)となる。従って(4)式から(8)式を満たすΔσ1
となるKJ が求まり、KJ を1 / K 1倍して
(1)式の電流指令値の補正信号ΔIpが求まる。
ΔIp=(KiΔC1) 1 + K ZΔωz+−−
hK6Δω5)/Kr509は元の電流指令値Ipとこ
のΔIpを加算する加算器、501〜505は前述同様
のものである。
以上の簡単な回路の付加により機械系各モードの制動係
数σSが任意の値にでき、不安定となる場合も安定にで
きることは以上の説明から明らかである。
本発明の他の実施例を第3図に示す。
この実施例は機械系の角速度の変化Δωの係数KJ  
(j=1.・・・5)ともう1つの係数Kを送電電力の
指令値COMに応じて変える場合の実施例を示している
。図中前回と同じ番号のものは同じものを示すので新し
いものについてのみ説明すると、510は送電電力の指
令値COMに応じて送電電力が大きいときは係数KJ 
、 Kr を大きくする係数発生回路である。この係数
発生回路の一例の入出力特性を第4図に示す。
第3図に示す実施例によっても前回同様1機械系各モー
ドの制動係数を希望する正の値とし、軸ねじれを抑制で
きることは明らかである。
また、第5図にさらに他の実施例を示す。この場合は角
速度の変化Δωの1次結合から制御角指令値Δαを次式
に従って作成し、直流送電系統の送電電力を補正するも
ので、前述の電流指令値を補正する場合と同様、機械系
各モードの制動係数を希望する正の値とし、軸ねじれの
抑制が行える。
Δα=(K1Δ(1)1+に2Δω2+KaΔωs+K
hΔω4+に5Δωa)/にα・・・(7) KJ:定数 さらに、第6図に示すように、加算器530゜540t
&設け、・かつ定電圧制御回路531を設け、このよう
に直流電圧制御回路531を備えた直流送電制御装置で
は角速度の変化Δωの1次結合から直流電圧議定値ΔV
pを次式に従って作成し。
直流送電系統の送電電力を補正することもできる。
ΔVp = (KsΔ(L11+に2Δωz+KaΔ(
L13+に4Δω4+に6Δ(+J5) /KV・・・
(8) この方法によっても前述電流指令値を補正する場合と同
様、機械系各モードの制御係数を希望する正の値とし、
軸ねじれの抑制が行える。
尚、以上Vは発電機及びタービン系の動作状態を検出す
るために発電機、タービン各々の角速度検出装置を設け
、この信号の線形結合で各指令値を補正する方式を述べ
たが、該機械系の動作状態の検出として1発電機、ター
ビン各々の位相角を検出するものでも良い。これは角速
度を積分した状態が位相角に比例することから明らかで
あり、上記Δω炙を位相角の変化Δθ1に置換したもの
でも同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
本発明によれば従来の直流送電制御装置に機械系の状態
量に応じて送電電力を変える回路を付加することにより
、機械系の制御係数が負となった場合にも正とできるの
で軸ねじれを抑制できる。
しかもこの場合状態量のゲインを適切に選ぶことにより
機械系すべての振動モードの制動係数を任意の希望する
値にできるので、外乱時の軸のストレスを設計容値内に
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の直流送電の制御装置を示す
ブロック図、第2図は第1図の直流送電の制御装置の詳
細回路を示すブロック図、第3図は本発明の他の実施例
を示す直流送電の制御回路を示すブロック図、第4図は
第3図の係数発生回路の送電電力に対するゲインの関係
を示す線図、第5図及び第6図は本発明のさらに他の実
施例を示すブロック図、第7図は従来例を示すブロック
図、第8図は従来の制御装置を示すブロック図、第9図
は入力信号に対する出力パルスの位相角の関係を示す線
図である。 11〜14・・・タービン、2・・・発電機、31〜3
4・・・軸、4・・・交流送電線インピーダンス、51
・・・順変換器、52・・・逆変換器、53.54・・
・制御装置。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、発電機と負荷の交流系統とが直流送電系統でもって
    接続されて構成される送電系統において、発電機とター
    ビン系からなる機械系の状態量を検出する手段を設け、
    これら手段からの検出信号を取り込み、これら信号の変
    化の線形結合によって作られる信号を直流送電指令値に
    加算し、これにより直流送電系統の送電電力を変えるよ
    うに構成したことを特徴とする直流送電制御装置。 2、特許請求範囲第1項において、機械系の状態量とし
    ては、発電機、タービン各機器の角速度を使用すること
    を特徴とする直流送電制御装置。 3、特許請求範囲第1項において、状態量の変化の線形
    結合は、状態量の変化に掛けるゲインを機械系の固有振
    動数の減衰項を適切な値とするように選ぶことを特徴と
    する直流送電制御装置。 4、特許請求範囲第1項において、直流送電系統の送電
    電力を変化させる手段として、該直流送電系統の電流指
    令値を上記信号で補正することを特徴とする直流送電制
    御装置。 5、特許請求範囲第1項において、直流送電系統の送電
    電力を変化させる手段として、該直流送電系統の制御角
    指令値を上記信号で補正することを特徴とする直流送電
    制御装置。 6、特許請求範囲第1項において、直流送電系統の送電
    電力を変化させる手段として、該直流送電系統の直流電
    圧指令値を上記信号で補正することを特徴とする直流送
    電制御装置。
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