JPS63240400A

JPS63240400A - 系統安定化装置

Info

Publication number: JPS63240400A
Application number: JP62070236A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Yamamoto; 山本　俊伸
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-03-26
Filing date: 1987-03-26
Publication date: 1988-10-06

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】Ｃ発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は、電力系統に並列運転される同期機　−を励磁
制御することにより電力系統の安定化を行なう系統安定
化装置に関する。

（従来の技術）自動電圧調整装！！（以下、　ＡＶＲという）を用いて
、系統に並列運転される同期機の端子電圧を一定値とす
る励磁制御を行なうだけでは、同期機を含めた電力系統
の電気機械的な動揺に対する制動力があまり得られず、
系統の安定度が悪くなる。

このため、近年、大容量長距離送電の安定度向上対策と
して、同期機の回転子速度、同期機の端子電圧の周波数
あるいは同期機の入、出力電力等の変化量に基づいて、
補助信号を作成し、これを前述したＡＶＨに加えて電力
動揺に対する制動力を増加する系統安定化装置（以下、
　ｐｓｓという）が用いられるようになった。

従来のＰＳＳの構成を第４図に示す。

安定化信号ｅｉは前述した同期機の回転子速度ω、同期
機の端子電圧の周波数ｆ、同期機への入力または出力電
力Ｐ等の変化量△ω、Δｆ、ΔＰ、あるいはそれらを組
合せたものである。この安定化信号ｅｉはＰＳＳ関数部
１に入力され、信号補正上として位相補償が行なわれた
のちリミッタ部２に出力される６リミツタ部２はこれに
制限を加えて図示せぬＡＶＲにＰＳＳ信号ｅｐｓｓとし
て出力するものである。

ＰＳＳ関数部１は、シグナルリセット部３１位相補償部
４および増幅部５よりなる。

シグナルリセッ１〜部３の伝達関数６１は、で表現でき
る。但し、ＴＳＲは時定数、Ｓはラプラス演算子である
。この部分の機能は電力系統と同期機の間に存在する電
力動揺周波数成分（通常０．５１１ｚ〜２１１ｚ）を伝
達し、それよりゆっくりとした周波数成分を取り除き、
近似的に定常値からの変化分を取り出すものである。

位相補償部４は、の進み遅れ関数のカスケード接続で表現できる。

但し、Ｔｑｉ（ｉ＝　１．２．３）は進み時定数、　Ｔ
ｐｉ（ｉ＝１゜２．３）は遅れ時定数であり、上記Ｇ２
は３段カスケードの例である。

増幅部５は信号の大きさを適切なものに増幅する機能を
有するものである６上記の如き機能の集合であるｐｓｓ関数部１の後にはリ
ミッタ部２を設け、ＰＳＳ出力信号信号ｐ　Ｓ　Ｓを一
定値以内に制限してＰＳＳにより同期機端子電圧を過度
に変化させるのを防止していた。

（発明の解決しようとする問題点）ところで、電力動揺の周波数成分は通常０，５１Ｉｚ〜
２Ｈｚ（舛３．１４Ｒａｄ／ｓｅｃ〜１２．６Ｒａｄ／
５ｅｅ）であるが。

クロスコンパウンド機のプライマリ−機とセコンダリー
機間の動揺周波数は更に高＜３１１ｚ程度（岬１９Ｒａ
ｄ／５ｅｃ）にまで達することがあり、このような動揺
に対してもＰＳＳの制動力が望まれる。また逆に。

長軸のタンデムコンパウンド機においては、軸系のねじ
れ共振周波数（複数存在する）の最低のものが１０１１
ｚ（≠６２．８Ｒａｄ／、５ｅｃ）以下となる場合もあ
り、このような場合にはＰＳＳはその周波数にできるだ
け応答しないことが望まれる。このように、’ｐｓｓは
、電力動揺の周波数成分が高い領域（以下、これを高周
波領域という）で、その特性を調整可能とすることが必
要となる。

しかし、これを前記従来のＰＳＳで実現しようとすると
、カスケードに接続する進み遅れ要素の段数が多くなる
。

一方、その進み遅れ要素は、調整可能にして実現可能な
ものは、となって、時定数が可調整な関数（１’＋　ＴｑＳ）／
　（１＋ＴｐＳ）の他に余分な関数（１＋Ｔ　ｒ　Ｓ）
／（１＋Ｔ　２　Ｓ）が付属する。

この結果、　ｐｓｓのカスケードに接続される段数は更
に増加し、各段における時定数の調整結果が後段に影響
を及ぼし、所望の特性を得ることが非常に難かしくなる
問題点があった。

そこで本発明は、高周波領域での特性の調整が容易にし
て、理想的な位相補償が行なえるＰｓｓを提供すること
を目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、　ｐｓｓ関数部を複数個設け、各関数部で特
定周波数帯域の位相補償を行ない、それらの出力を加算
するようにしたものである。

”　（作用）このように各関数部でそれぞれ受は持つ周波数帯域の位
相補償を互に影響されることなく行ない、この結果を加
算することにより、理想的な位相補償が実現できる。

（実施例）以下、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例によるＰｓｓのブロック構成
図を示したものである０図中、第４図と同一符号は同一
または相′当部分を示し、第４図の構成と異なる点は、
同じ安定化信号ｅｉを入力してそれぞれ異なる周波数帯
域の位相補償を行なう３つのＰＳＳ関数部ＩＡ、ＩＢ、
Ｉｃを並列的に設けると共に、それらの出力ｅａ　、　
ｅａ　ｂ　、　ｅ　ｃを加算部６で加算し、その出力ｅ
ｕをリミッタ部２に加えるようにした点である。

それら３つのＰＳＳ関数部ＬＡ、１［１，ＩＣは、それ
ぞれの伝達関数をＧａ（Ｓ）　、Ｇｂ（Ｓ）　、Ｇｃ（
Ｓ）とするとき、・・・・・・（４）・・・・・・（５）・・・・・・（６）゛　となるように、内部に設けるシングルリセット部３
Ａ、３！３，３Ｃ１位相補償部４ＳＡ、４［１，４Ｃお
、よび増幅部５Ａ。

ｓｏ　、　ｓｃを構成している。

この構成で、　ｐｓｓとして理想的周波数応答特性を得
るには、先ず、位相補償の対象となる周波数帯域を適宜
分割して、各帯域毎の位相補償を各ｐｓｓ関数部ｔＡ、
ｔｏ、ｔｃニ分担させる。各ｐｓｓ関数部ＩＡｊ１Ｂ　
、　ＩＣではそれぞれ時定数Ｔｐｉ、Ｔｑｉを、他のｐ
ｓｓ関数部とは無関係に与えられた帯域の特性が理想的
なものとなるように調整する。このとき、与えられた帯
域以外はゲインが低下するように予め回路３１１１１を
行なう。このようにして調整を行なった各ｐｓｓ関数部
ＩＡ、ＩＩＩ、ＩＣに安定化信号ｅ＋ｉを入力し、得ら
れる出力ｅａ　、　６　ｂ　、　ｅｃを加算部６で加算
すれば。

全体の入力ｅｓｉと出力ｅｏの位相関係は、各関数部の
出力の位相が全体の位相関係を支配することとなり、各
ＰＳＳ関数部で調整した位相をつなぎ合わせて得られる
理想的周波数応答特性が実現できる。

このように、各ＰＳＳ関数部を並列に接続して位相補償
を行なうことにより、従来のカスケード接続による場合
に比べて、各ＰＳＳ関数部の構成は単純となり、カスケ
ード接続される進み遅れ要素が少なくなる上、それぞれ
限られた周波数帯域の位相特性が得られるようにすれば
よいため、その調整も容易となり、全体として理想特性
が得易くなる。

以下、これを従来のＰＳＳとの比較において、第２図、
第３図に示す周波数応答特性図を参照して説明する。

第２図は、直流励磁機とサイリスタ式ＡＶＲを具備した
代表的な火力発電機のΔＰ倍信号安定化信号ｅｉとして
使用した場合のＰＳＳ関数の理想的周波数応答特性を示
したものである。ここで、１ｍ想的ＰＳＳとは、あらゆ
る動揺周波数に対して常に一定の制動トルク係数を得る
ＰＳＳとした。同図において、横軸は信号の周波数即ち
動揺の周波数で対数目盛としてあり、単位は角周波数ラ
ジアン７秒（Ｒａｄ／５ｅｅ）である。また、縦軸がゲ
インと位相の等分目盛で単位は各々デシベル（ｄｂ）　
、度（°）である。同図のＧｉｄが理想的ＰＳＳのゲイ
ン特性であり、ｐＨｉｄが理想的ＰＳＳの・位相特性で
ある。

この理想特性を得るための従来のＰＳＳの関数部の伝達
関数Ｇｏ（Ｓ）を、 °−＝　　Ｌ’／ノ１＋Ｔｐ３ｏ−５とする、このＰＳＳにて現実的な諸問題即ち、負荷調整
時のＰＳＳ動作による同期機端子電圧の不要な変動、軸
ねじれ振動に対するＰＳＳの不要動作等を避けつつかつ
ＰＳＳ効来が充分できるように設定した場合の特性がＧ
ｏのゲイン特性およびＰＨｏの位相特性ＰＨＯである。

なお、このときのＰＳＳ関数の設定値は、Ｇｐｏ＝１．
０ｐｕ　、　Ｔｓ　Ｒｏ＝２．０ｓｅｃ、　Ｔｑ　ｓ　
ｏ＝０．２ｓｅｃ、Ｔｐ　１ｏ＝２．０ｓｅｃ、　Ｔｑ
　２　ｏ＝０．２５ｓｅｃ、Ｔｐ　２　ｏ＝０．１ｓｅ
ｃ％Ｔｑ　ｓ　ｏ＝０．２ｓｅｃ、Ｔｐ　ｓ　ｏ＝０．
０２ｓｅｃであり、かつｅｉ信号検出部の遅れを１／（
１＋　０．０３５）で近似して加算している。

一方１本実施例のｐｓｓで理想特性Ｇｉｄ、ＰＨ１ｄを
実現し得ることは前述した通りであるが１回路構成の複
雑化を最少限に止めると共に、調整も極く簡単にして上
記従来のＰＳＳと同−設定にした第１設定例について考
えると、その設定はＧｐａ＝１．５ρＵ、Ｔ　８　Ｒａ
＝２．０ｓｅｃ、　Ｔｑ　ｔ　ａ＝０．２ｓｅｃ、　Ｔ
ｐ　ｔ　ａ＝２．０ｓｅｃ。

Ｔｑ　２　ａ＝０．　Ｔｐ　２　ａ＝０（即ち、第１Ｐ
ＳＳ関数部ＩＡの位相進み遅れ要素は１段）；Ｇｐ’ｂ＝０．１５ｐｖ、　Ｔ　８　Ｒｂ＝２．（ｌｓ
ｅｃ、　Ｔｑ　＋　ｂ＝０．２５ｓｅｅ、Ｔｐ　ｒ　ｂ
＝０．１ｓｅｃ、Ｔｑ　２　ｂ＝０．２ｓｅｃ　：第３
のＰＳＳ関数部は使用せずどなる。また、当然ｅｉ信号
検出部の遅れの扱いは従来ＰＳＳと同じとして１位相特
性円ｉｎ＋＋ゲイン特性Ｇｎｔが得られる。

このようなラフな第１の設定例でも、従来のＰＳＳの場
合より、より理想特性に近い設定となっていることが第
２図より明確に判る。また、この設定例の場合にはＰＳ
Ｓ関数部は２組でよくかつシグナルリセット部は同−設
定のため共用することができる。

次に１本実施例のＰＳＳの調整をもう少し精確に行なっ
た第２設定例の場合について説明する。

この設定は、第１のＰＳＳ関数部で位相遅れ補償を行な
い、第３のＰＳＳ関数部で周波数の高い領域の位相を理
想位相に近づけるように設定し、第２のＰＳＳ関数部で
両者の中間部の穴うめをするように設定したもので、設
定値は下記の通りである。

第１のｐｓｓ関数部Ｇｐａ＝１．５ＰＬＩ、Ｔａ　Ｒａ＝２：０ｓｅｃ、Ｔ
ｑ　ｔ　ａ＝０．２ｓｅｃＴｐ　１ａ＝２．０ｓｅｃ　
（Ｔｑ　２ａ、Ｔｐ　＝　ａ不使用）第２のｐｓｓ関数
部Ｇｐｂ＝０．１５ＰＵ、Ｔ　３Ｒｂ＝２．０ｓｅｃ、Ｔ
ｑ　ｓ　ｂ＝０．２５ｓｅｃＴｐ　１ｂ＝０．１ｓｅｃ
　（Ｔｑ　２　ｂ、Ｔｐ　２　ｂ不使用）第３のｐｓｓ
関数部Ｇｐｃ＝０．３ＰＵ、Ｔｓ　Ｒｃ＝０．０５ｓｅｃ、Ｔ
ｑ　ｓ　ｃ＝０．２ｓｅｃＴｐ　ｓ　ｃ＝０．０２ｓｅ
ｃ、Ｔｑ　：　ｃ＝０．０３ｓｅｃ、Ｔｐ　２　ｃ＝０
．０１ｓｅｃ第３図は、このような設定を行なったとき
の本実施例の２５５周波数応答特性を示したもので。

１’ｔｌｎ２が位相特性、Ｇｎ２がゲイン特性である。

また、ｐＨｉｄ、Ｇｉｄは第２図と同一の理想の周波数
応答特性である。

第２図と第３図を比較して判る通り、この第２の設定例
によれば、従来のＰＳＳに比べてより理想ＰＳＳに近い
特性が得られる。特に、理想ｐｓｓ位相特性から実際の
ＰＳＳ特性が９０°以上差が出る周波数が、従来ＰＳＳ
の例では略２９Ｒａｄ／Ｓｅｅであるのに対し本発明に
よるＰＳＳの第２の設定例では略４５Ｒａｄ／ｓｅａに
改首されている。

この第２設定例に相当するＰＳＳを従来構成のＰＳＳで
実現しようとすると、カスケード接続される位相補償部
の進み遅れ要素は少なくとも５段以上接続する構成とな
る。

また、前述したように、実際の回路では時定数の調整可
能な進み遅れ回路を得ようとすると、更に不必要な関数
が付加される。これが５段もカスケード接続されると、
高周波域の位相特性にはこれが非常に大きく影響するよ
うになってしまう。

即ち、従来のＰＳＳでは補償を綱かく行なうとして関数
の段数を増加しても実ハード設計で避は難い不必要な関
数も付加され、このため関数の段数を増加しても実際に
は細かな補償は非常にやりにくいものとなってしまう。

一方、本発明によるＰＳＳだとカスケード接続される関
数を少なくできるため各ＰＳＳ関数部の精度が向上でき
る。また、全体としても周波数領域により支配的となる
関数部が異なり、その誤差のみが全体の誤差を支配する
ことになり、ハード的にも精度の高いものが容易に実現
できる。

即ち１本発明によるＰＳＳでは位相補償の周波数帯域を
分前して設定を考えることが容易で、かつ実回路の精度
も高いものが容易に実現できその効果は顕著である。

尚１以上の実施例ではＰＳＳは３組の関数部を有する場
合について示したが、関数部の個数は必要に応じて増減
できることは言う迄もない。また、各組の内部構成は同
じであってもまた異なるものであっても良く、内部構成
が同一な部分は各組共用にすることもできる。

また、前記実施例では、説明の都合上信号加算部６を独
立に設けたブロック図を示したが、これは各組の増幅部
５Ａ、５Ｂ、５Ｃと一体構成できることは明らかである
。

また、各ＰＳＳ関数部ＩＡ、ＩＢ、ＩＣの出力にリミッ
タを付加して大外乱に対する信号の制限を各周波数帯域
毎に変えるようにしてもよい。

［発明の効果コ以上説明したように本発明によれば、複数の補償関数部
を設け、これらに同時に安定化信号を加えて得られる出
力を加算し、自動電圧調整装置に与えることにより、各
補償関数部では各周波数帯域毎の補償を行なえばよいよ
うにしたので、各補償関数部における調整が簡単になり
、理想的な補償が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるＰＳＳの構成図、第２
図は第１図のＰＳＳの第１設定例と従来のＰＳＳによる
周波数応答特性の比較図、第３図は第１図のＰＳＳの第
２設定例による周波数応答特性図、第４１ｉ！！Ｉは従
来のＰＳＳの構成図である。１、ＩＡ、ｉｎ、Ｉｃ・・・ｐｓｓ関数部、２・・・　
リミッタ部。３．３Ａ、３Ｂ、３Ｃ・・・シグナルリセット部。４．４Δ、　４Ｂ　、　４Ｃ・・・位相補償部、５　、
５Ａ　、　５Ｂ　、　５Ｃ・・・増幅部、６・・・加算
器。第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）同期機の回転数、端子電圧の周波数、入出力電力
あるいはこれらと等価な信号あるいはこれらの信号の組
合せを安定化信号として、補償関数部に加え、得られる
出力を自動電圧調整装置に与えて電力系統を安定化する
系統安定化装置において、前記安定化信号を同時に入力
してそれぞれ予め設定された周波数帯域毎の周波数応答
特性の補償を行なう複数の補償関数部と、これら各補償
関数部の出力の和を前記自動電圧調整装置に与えるため
の加算部とを設けたことを特徴とする系統安定化装置。
（２）特許請求の範囲第１項記載において、前記複数の
補償関数部の一部を共用としたことを特徴とする系統安
定化装置。