KR0185464B1 - 제너레이터용전력안정화장치 - Google Patents

제너레이터용전력안정화장치 Download PDF

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Abstract

외부저주파수장애(제너레이터 출력변동에 의해 나타남)에 대한 내성을 개선하기 위해 자동전압조정기(3)에 보조신호로서 전압조정신호(e)를 입력시켜 제너레이터 단말전압을 목표전압으로 제어하는 전력안정화장치는 제너레이터의 안정화신호 변동률들(△p 및/또는 △ω)중 적어도 하나에 근거하여 제너레이터의 추정된 각가속도변동률(△as)을 산출하는 각가속도변동률(1)과 각가속도변동률에 의해 산출된 추정된 각가속도변동률치(△as)에 근거하여 자동전압조정기(3)에 입력되는 교정된 전압조정회로(e)를 산출하는 전력안정화장치(2)를 포함한다. 또한 각각의 변동주파수마다 별도로 복수의 관측기들과 복수의 전력안정화장치들을 구비하는 것이 바람직하다.

Description

제너레이터용 전력안정화장치
제1도는 본 발명에 의한 전력안정화장치의 기본실시예의 개통도.
제2도는 본 발명에 의한 전력안정화장치의 각가속도 흡수기의 제1태양의 제1실시예의 개통도.
제3도는 본 발명에 의한 전력안정화장치의 각가속도 흡수기의 제1태양의 제2실시예의 개통도.
제4도는 본 발명에 의한 전력안정화장치의 각가속도 흡수기의 제1태양의 제3실시예의 개통도.
제5도는 본 발명에 의한 전력안정화장치의 각가속도 흡수기의 제1태양의 제5실시예의 개통도.
제6도는 단기간의 경우에 상기 제4실시예에서 얻은 전력변동 추정특성을 나타내는 그래프.
제7도는 증기간의 경우에 상기 제4실시예에서 얻은 전력변동 추정특성을 나타내는 그래프.
제8도는 장기간의 경우에 상기 제4실시예에서 얻은 전력변동 추정특성을 나타내는 그래프.
제9도는 본 발명에 의한 전력안정화장치의 제2태양의 제1실시예의 개통도.
제10a도 및 b도는 계자회로의 전달특성을 나타내는 보드선도로서 제10a도는 이득주파수 특성도이고, 제10b도는 위상주파수 특성도.
제11도는 본 발명에 의한 전력안정화장치의 제2태양의 제2실시예의 개통도.
제12도는 본 발명에 의한 전력안정화장치의 제2태양의 제3실시예의 개통도.
제13도는 본 발명에 의한 전력안정화장치의 제2태양의 제4실시예의 개통도.
제14도는 종래 기술의 △p-PSS의 함수를 설명하기 위한 개통도.
본 발명은 파워제너레이터용 전력안정화장치에 관한 것으로 구체적으로 제너레이터의 단말전압을 목표치로 제어할 수 있도록 제너레이터의 여기치를 조정하기 위해 자동전압조정기에 전압조정신호를(목표전압신호 이외의 보조신호로서)입력하는 전력안정화장치에 관한 것이다.
일반적으로 제너레이터에 사용되는 여기제어장치는 제너레이터의 단말전압을 일정치로 유지시켜주는 자동전압조정기와 제너레이터전압을 목표치로 조정하여 제너레이터 동작을 안정시키는 전력안정화장치(PSS)로 구성된다. 특히 전력안정화장치는 제너레이터에 불가피하게 인가되는 장애에 의해 원인이 되는 위상각 변동에 대한 제동(감쇠)력을 증가시키기 위해 사용된다. 즉, 전력안정화장치는 유효전력 변동률 △p, 제너레이터 가속도 변동률 △ω또는 장치측 주파수 변동률 △f등을 검출 및 산출하여 산출된 결과를 목표전압신호 이외에 전압조정신호의 보조신호로서 자동전압조정기에 입력한다.
좀더 구체적으로 제14도는 종래의 유효전력 변동률△p형(이측 △p-PSS로 칭함)의 전력안정화장치의 일예를 나타내는 개통도이다. 이 전력안정화장치에서는 유효전력 변동률 △p(안정화신호로서)가 잡음 및 목표치로부터 벗어난 정상상태의전압편차를 제거하는 신호리세트 기능부(7)(리세트 필터와 진상-지상회로 또는 밴드제거필터로 구성됨)를 통과한다음 위상을 정정하는 위상보상기능부(8)를 통과하여 적당한 전압조정신호가 구해질 수 있다.
상술한 △p-PSS형의 전력안정화장치가 널리 사용된다. 왜냐하면 △p-PSS는 고주파잡음의 영향을 받지 않고 위상보상이 필요없기 때문에 그 결과 다른형(예, 각속도 변동률(△W-PSS) 또는 주파수 변동률형(△f-PSS))에 비해 기능이 비교적 쉽게 설정될 수 있다.
여기서 전력안정화장치에서는 제너레이터의 계자를 각속도변동률 △W에 따라 제어할 때 전력변동을 가장 효과적으로 억제하는 것이 가능하다. 그러나, 한편 계자회로의 지연으로 인해 전력안정화장치출력과 제너레이터 계자간에 시간지연이 존재한다. 예를들어 변동 주파수가 1Hz일때 장치의 주파수 응답시에 약 90°위상지연이 생긴다. 따라서 전력안정화장치에서는계자회로의 지연을 보상하기 위해 각가속도변동률 △a를 귀환시키는 것이 좋다. 왜냐하면 각가속도변동률 △a는 각속도변동률 △ω보다 90°만큼 위상이 앞서기 때문이다. 그러나 실제에 있어 각가속도변동률 △a를 검출하는 것은 그렇게 쉽지 않다.
그러므로 △p-PSS에서는 각가속도변동률에 거의 비례하는 유효전력변동률 △p가 각가속도변동률 △a 대신에 귀환신호로서 적용된다.
유효전력변동률 △P를 사용하는 전력안정화장치가 실용적이긴 하지만 전력안정화장치는 저주파수장애(제너레이터출력의 변동에 의해 나타남)에 대해 효과적으로 안정화될 수 없는 문제가 있다. 제너레이터의 출력이 정속으로 변동할 경우, 유효전력변동률 △p가 일정하게 유지되기 때문에 전력안정화장치는 일정한 목표전압교정치를 계속 출력한다. 자동전압조정기는 제너레이터 단말전압을 제어하여 이 목표전압교정치를 추종하기 때문에 제너레이터 출력이 변동하는 한 제너레이터 전압이 소정의 목표치로 부터 벗어난다.
이는 전력안정화장치가 불필요한 전압제어동작을 수행한다는 것을 뜻한다.
또한, 종래의전력안정화장치에서는 상술한 바와 같은 자동전압조정기의 전압제어동작을 감소시키기 위해 5초 리세트시간을 갖는 리세트 필터를 추가로 설비하였다. 그러나, 이 리세트 필터는 전력변동 주파수가 0.3Hz이하(장기간 변동)정도로 낮을때 신호를 리세트하기 때문에 저주파수 장애에 대한 PSS의 안정화 능력을 약화시킨다.
한편 종래의 △p-PSS에서는 약 1Hz의 전력변동이 효과적으로 감소될 수 있도록 위상을 조정할 수 있기 때문에 전력 변동을 0.3Hz 이하로 효과적으로 억제하기 어렵다.
왜냐하면 적당한 위상보상이 주파수에 따라 변화되기 때문이다. 0.3Hz이하의 전력변동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있도록 위상을 조정할 경우 약 1Hz(가장 자주 발생함)의 전력 변동을 감쇠시키기 어렵다.
상술한 바와 같이 전력변동주파수가 0.3Hz 정도로 낮을 경우 위상지연 관점에서볼때 계자의 지연이 작아지므로 △p-PSS의 경우에 위상이 과잉으로 앞선다. 그러므로 전력변동 주파수가 0.3Hz 이하일 경우 각속도변동률△ω(이후 △ω-PSS라함)을 사용하는 전력안정화장치는 △p-PSS에 비해 안정화 신호에 적합하다. 이는 △ω-PSS의 경우에 0.3∼1Hz의 전력변동이 위상비교에 의해 효과적으로 감쇠될 수 있기 때문이다. 그러나 △ω-PSS의 경우에 필요한 위상보상은 진상보상형이며, 전력변동주파수가 1Hz이상일 경우 과도이득이 증가하므로 △ω-PSS가 잡음 영향을 받을 수 있다. 결과적으로 △ω-PSS는 약 2 또는 3Hz의 비교적 높은 주파수의 전력변동을 효과적으로 감쇠시킬 수 없다.
그 밖에도 주파수변동률형의 전력안 정화장치(△f-PSS)의 경우에 △ω-PSS의 경우에서와 같은 문제점이 생긴다.
따라서 본 발명의 목적은 저주파수 장애를 효과적으로 안정화할 수 있고, 그에 의해 제너레이터의 출력변동에 의해 영향을 받지 않는 제너레이터용 안정화장치를 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 약 0.2Hz의 저주파수에서 약 3Hz의 고주파수(통상의 파워 제너레이터장치에서 발생)까지 비교적 넓은 범위에서 최적 조건하에 전력변동을 적절하게 감쇠시킬 수 있고, 또한 비교적 고변동주파수를 갖는 잡음에 의해 영향을 받지 않는 전력안정화장치를 제공하는데 있다.
여기서, 제너레이터의 안정화신호 변동률은 유효전력 변동률과 각속도변동률이다.
또한 각가속도 관측기는 전력변동이 재생을 위한 추정된 각가속도변동률을 구하기위해 유효전력변동률에 근거하여 추정된 각속도변동률, 추정된 위상차각 변동률, 추정된 감쇠계수 및 추정된 유효전력변동률을 산출하는 추정된 각가속도변동률 산출수단과, 유효전력변동률과 추정된 유효전력변동률간의 편차신호를 산출하여 산출된 편차신호를 상기 각가속도변동률 추정수단으로 귀환시키는 유효전력변동률 귀환수단을 포함한다.
여기서, 추정된 각가속도변동률 산출수단은 추정된 각가속도변동률을 산출하기 위해 유효전력변동률과 귀환신호에 응답하는 제1가산기와, 각속도변동률을 구하기 위해 추정된 각가속도변동률을 적분하는 제1적분기와, 추정된 위상차각변동률을 구하기 위해 추정된 각속도변동률을 적분하는 제2적분기와, 추정된 감쇄계수를 구하기 위해 각속도변동률을 정수로 승산하는 제1적산기와, 추정된 유효전력변동률을 구하기 위해 추정된 위상차각변동률을 정수로 승산하는 제2적산기를 포함한다.
또한 유효전력변동률 귀환수단은 유효전력변동률과 추정된 유효전력변동률간의 편차를 산출하는 제2가산기와, 상기 추정된 각가속도변동률 산출수단(11)의 상기 제1가산기에 상기 적산된 차신호를 귀환시키도록 산출된 편차신호를 상기 제1가산기로 귀환시키도록 산출된 편차신호를 상기 제1가산기로 귀환시키도록 산출된 편차를 정수로 승산하는 제3적산기를 포함한다.
또한 전력안정화장치는 실제의 각속도변동률과 추정된 각속도변동률간의 편차를 산출하는 제3가산기와, 상기 추정된 각가속도변동률 산출수단의 제1가산기로 상기 적산된 편차를 귀환시키도록 산출된 편차를 정수로 승산하는 제4적산기를 포함는하는 각속도변동률 귀환수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 실제 각속도변동률과 추정된 각속도변동률간의 편차를 산출하는 제3가산기와, 상기 제1적산기와 상기 제2적산기간에 접속된 제4가산기와, 상기 추정된 각가속도변동률 산출수단의 상기 제4가산기에 상기 적산된 편차를 귀환시키도록 상기 산출된 편차를 정수로 승산하는 제5적산기를 포함하는 각속도변동률 귀환수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한 전력안정화장치는 상기 제1적산기와 제2적산기간에 접속된 제4가산기와, 실제의 각속도변동률과 추정된 각속도변동률간의 편차를 산출하는 제8가산기와, 상기 추정된 각가속도변동률 산출수단의 제1가산기에 적산된 편차를 귀환시키도록 산출된 편차를 정수로 승산하는 제10적산기와, 상기 추정된 각가속도변동률 산출수단의 제4가산기에 적산된 편차를 귀환시키도록 산출된 편차를 정수로 승산하는 제11적산기를 포함하는 각속도변동률 귀환수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한 유효전력변동률과 추정된 유효전력변동률간의 편차를 산출하는 제5가산기와, 상기 제1가산기에 적산결과를 입력하도록 산출된 편차를 정수로 승산하는 제8적산기와, 상기 제4가산기에 적산결과를 입력하도록 산출된 편차를 정수로 승산하는 제9적산기를 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한 추정된 위상차각변동률을 정수로 승산하는 제7적산기와, 제너레이터 전압변동률과 적산된 위상차간의 차를 산출하는 제7가산기와, 상기 산출된 차를 지연시키는 제1지연필터와, 상기 지연된 결과를 정수로 승산하는 제6적산기와, 상기 적산된 지연결과와 추정된 유효전력변동률을 가산하여 가산된 결과를 상기 제1가산기에 입력하는 제6가산기를 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 제2태양에 의하면 제너레이터 단말전압을 목표전압으로 제어하도록 자동전압조정기에 보조신호로서 전압조정신호를 입력하며, 또한 제너레이터의 적어도 하나의 안정화 신호변동률에 준하여 각각의 변동주파수마다 추정된 각가속도변동률, 추정된 각속도변동률, 추정된 유효전력변동률 및 추정된 주파수변동률중 적어도 하나를 산출하는 각각의 제너레이터 출력변동 주파수 각각에 할당된 복수의 관측기와, 각 변동주파수마다 추정된 각가속도변동률, 추정된 각속도변동률, 추정된 유효전력변동률 및 추정된 주파수변동률중 적어도 하나에 준하여 각각의 전압조정신호를 산출하기 위해 상기 복수의 관측기들 각각에 할당된 복수의 전력안정화회로와, 산출된 전압조정신호를 가산하여 가산된 자동전압조정기에 입력하는 가산기를 포함하는 제너레이터용 전력안정화장치를 제공한다.
여기서, 제너레이터의 안정화신호변동률은 제너레이터의 유효전력변동률, 각속도변동률 및 주파수변동률이다.
여기서 복수의 상기 관측기들은 저주파수 변동주파수모드(0.5Hz이하)를 재생하는 제1관측기와, 중간주파수변동주파수모드(약1Hz)를 재생하는 제2관측기와, 고주파수변동주파수모드(2Hz이상)를 재생하는 제3관측기인 것이 바람직하다.
또한 상기 복수의 관측기들은 제1주파수 전기변동주파수모드(예, 3Hz)를 재생하는 제1관측기와, 제2주파수전기변동주파수모드(예, 5Hz)를 재생하는 제2관측기인 것이 바람직하다.
또한 각속도변동률을 추정하는 관측기는 저주파수변동모드에 할당되고, 각속도변동률 형의 상기 전력안정화회로와 연관되고, 상기 각가속도변동률을 추정하는 관측기는 저주파수 변동모드에 할당되고, 유효전력변동률 형의 상기 전력안정화회로와 연관되는 것이 바람직하다.
또한 전력안정화장치는 상기 관측기들중 적어도 하나와 상기 상응하는 전력안정화회로들중 하나를 선택하기 위해 상기 관측기들과 상기 전력안정화회로들 각각에 할당된 복수의 스위칭 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제1태양에서는 전력변동에 의해 원인이 된 유효전력변동률이 검출되면 예측된 전력변동이 추정된 각가속도변동률 산출수단에 의해 시뮬레이트된다. 추정된 각가속도변동률은 전력안정화회로에 입력된다. 추정된 각속도변동률에 근거하여 전력안정화회로는 자동전압조정기에 전압조정신호를 출력한다.
또한 유효전력변동률 귀환수단은 추정된 유효전력변동률과 실제의 유효전력변동률간의 편차를 구한후 구해낸 편차를 적당한 이득으로 승산하여 승산된 편차를 추정된 각가속도변동률 산출수단으로 귀환한다. 동일 방식으로 각속도변동률 귀환수단은 추정된 유효전력변동률과 실제의 유효전력변동률간의 편차를 구한후에 구해낸 편차를 적당한 이득으로 승산하여 승산된 편차를 추정된 각가속도변동률 산출수단으로 귀환한다. 이러한 처리에 의해 추정치와 시뮬레이션에 의해 구해낸 실제값간의 시간경과에 따라 증가하는 편차를 정정하는 것이 가능하다.
그에 따라서 고도로 정밀하게 추정된 각가속도가 전력안정화회로에 입력되기 때문에 유효전력변동률이 전력안정화회로에 직접 입력될 때 문제점을 야기하는 저주파 잡음을 제거하는 것이 가능하다.
본 발명의 제2태양에서는 복수의 관측기가 복수의 변동주파수모드에 제각기 할당되어 추정된 각가속도변동률, 추정된 각속도변동률, 추정된 유효전력변동률 및 추정된 주파수변동률중 적어도 하나를 산출한다. 이들 추정치 각각은 각 변동모드에 상응하는 각각의 전압조정신호를 산출하도록 각각의 관측기들에 할당된 전압안정화회로에 입력된다. 이들 전압조정신호는 가산기에 의해 가산된 후 전압조정신호로서 자동전압조정기에 입력된다.
그에 따라서 각각의 변동주파수(예, 0.5Hz 이하, 약 1Hz 및 2Hz 이상)마다 별도로 전압조정신호를 구하는 것이 가능하다.
또한 복수의 관측기들이 제1주파수 전기적 변동주파수모드(예, 3Hz)를 재생하는 제1관측기와 제2주파수 전기적 변동주파수모드(예, 5Hz)를 재생하는 제2관측기일때, 전기적 변동주파수 성분으로부터 기계적 변동주파수 성분을 효과적으로 분리하는 것이 가능하다.
이 경우에, 각속도변동률을 추정하는 관측기가 저주파수변동모드에 할당되어 각속도변동률 형의 전력안정화회로와 연관될때와 각가속도변동률을 추정하는 관측기가 고주파수 변동모드에 할당되어 유효전력변동률 형의 전력안정화회로와 연관될때와는 보드선도에 따라 최적의 위상보상을 실현하는 것이 가능하다.
또한 관측기들중 적어도 하나와 상응하는 전력안정화회로들중 하나를 선택하기 위해 관측기들 각각과 전력안정화회로들 각각에 제각기 복수의 스위칭 수단 각각이 할당되면 상황에 따라 필요한 관측기들중 적어도 하나와 상응하는 전력안정화회로중 적어도 하나를 선택하는 것이 가능하다.
본 발명에 의한 제너레이터용 전력안정화장치(PSS)의 실시예들을 첨부도면을 참조하여 이하 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명에 의한 각가속도관측기(1)와 전력안정화회로(2)를 포함하는 전력안정화장치의 기본 실시예를 나타낸다. 제너레이터의 유효전력변동률 △p 또는 제너레이터의 각속도변동률 △ω에 응답하여 각가속도관측기 (1)는 추정된 각가속도변동률 △as(s는 추정치를 나타냄)를 산출한다. 또한 산출된 그러한 추정된 각가속도변동률 △as에 근거하여 전력안정화회로는 전압조정신호(e)를 산출한다. 이 산출된 전압조정신호는 가산기(4)에 입력된다. 가산기(4)는 이 전압조정신호와 목표전압Vo을 가산하여 가산된 신호를 자동전압조정기(3)에 입력한다. 전압조정신호와 목표전압Vo에 근거하여 자동전압조정기(3)는 제너레이터의 여기치를 제어하여 제너레이터의 단말전압을 위상보상하에서 목표전압Vo으로 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의한 전력안정화장치에서는 각가속도관측기(1)가 제너레이터의 유효전력변동률 △p 또는 각속도변동률 △ω에 근거하여 제너레이터의 각가속도변동률 △as를 추정하기 위해 설비된다. 이 추정된 각가속도변동률 △as는 안정화신호로서 전력안정화회로에 입력된다. 또한 각가속도관측기(1)는 유효전력변동률 △ps 및/또는 각속도변동률 △ωs를 추정하도록 전력변동을 재생하기 위한 적어도 하나의 회로를 구비한다. 또한 각가속도관측기(1)는 추정된 유효전력변동률 △ps와 실제의 측정된 유효전력변동률 △p간의 편차 및/또는 추정된 제너레이터 각속도변동률 △ωs와 실제로 측정된 각속도변동률 △ω간의 편차를 산출한다. 산출된 편차는 제각기 이득에 의해 승산된 후 전력변동의 재생동안 각각속도관측기(1)의 입출력으로 귀환된다.
여기서, 각속도관측기(1)가 각가속도변동률 △a를 정밀하게 측정할 수 있는 원리를 후술한다. 본 발명에 의한 각가속도관측기(1)는 상술한 바와 같은 전력변동을 재현하는 회로를 구비하고 있다. 그러므로 전력변동 재생회로가 실제의 전력변동에 의해 원인이 되는 유효전력변동률 △p를 검출하면 검출된 유효전력변동률 △p에 근거하여 전력변동 △ps를 시뮬레이트하는 것이 가능하다.
여기서 전력변동을 간단히 시뮬레이트하는 경우 실제의 전력변동의 변동주파수와 감쇠비가 전력변동 재생회로에 의해 시뮬레이트 된 것들로부터 시간경과에 따라 약간 전이됨으로으로서 예상치(시뮬레이션에 의함)와 실제값(관측에 의함)간의 편차가 시간경과에 따라 증가한다. 그러므로 본 실시예에서는 추정치와 실제값간의 제너레이터의 유효전력변동률 △p 및/또는 각속도변동률 △ω내의 편차가 전력변동 재생회로(시뮬레이터회로)에 귀환되기전에 제각기 적당한 이득에 의해 승산됨으로서 재생회로의 추정치의 위상과 크기를 정정하여 실제값에 근사시키는 것이 가능하다. 이 이론은 제어이론에서 관측기이론 또는 칼만필터 이론으로서 이미 확립되어 있다.
상술한 바와 같은 전력변동 재생회로는 기본변동모드 이외의 모드로 거의 동작하지 못하므로 그에 의해 저주파수잡음을 효과적으로 정밀하게 제거하는 것이 가능하다. 또한 대역통과필터와 다르게 위상이 거의 지연되지 않는다.
그러므로 상술한 원리에 근거하여 정밀하게 추정된 각가속도변동률을 전력안정화회로에 의해 사용하면 유효전력변동률을 직접 사용할 때와 같은 문제점의 원인이 되는 저주파수잡음을 제거하는 것이 가능하다.
[제1태양]
[제1실시예]
제2도는 본 발명에 의한 각가속도관측기(1)의 제1태양의 제1실시예를 나타내는 회로도이다.
제2도에서 각가속도관측기(1)는 추정된 각가속도변동률 산출수단(11)과 유효전력변동률 귀환수단(12)을 포함한다.
추정된 각가속도변동률 산출수단(11)은 제1가산기(4a), 제1적분기(5a), 제2적분기(5b), 제1(비례)적산기(6a) 및 제2(비례적산기)(6b)로 구성된다. 또한 각가속도변동률 귀환수단(12)은 제2가산기(4b)와 제3(귀환이득)적산기(7)로 구성된다.
각가속도변동률 추정 산출수단(11)은 제너레이터의 유효전력변동률△p에 근거하여 전력변동(즉, 변동모드)를 재생한다(즉, 나타낸다). 즉, 추정산출수단(11)은 제1적분기(5a)에 의해 추정된 각가속도변동률 △as를 적분함으로서 추정된 각속도변동률 △ωs와, 제2적분기(5b)에 의해 추정된 각속도변동률 △ωs를 적분함으로서 추정된 위상차 각변동률 △δs와, 제2적산기(6b)에 의해 추정된 위상차각변동률 △δs를 k1(상수)로 승산하여 추정된 유효전력변동률 △ps를 제각기 산출한다. 또한 각가속도변동률 추정산출수단(11)은 제1적산기(6a)에 의해 추정된 각속도변동률 △ωs를 D(상수)로 승산하여 추정된 감쇠력(계수)치 D △ωs를 구한다. 유효전력변동률 귀환수단(12)은 제2가산기(46)에 의해 유효전력변동률 △p와 추정된 유효전력변동률 △ps간의 편차를 산출하여 산출된 편차를 제3적산기(7a)에 의해 L1(귀환이득)으로 승산하여 구한 편차를 각가속도변동률 추정산출수단(11)의 제1가산기(4a)로 귀환시킨다.
제2도에 보인 제1실시예에서 전력변동의 재생회로는 제1적분기(5a), 제2적분기(5b) 및 제1적산기(6a)로 구성되어 있으므로 전력변동모드에서 변동을 나타내는 것이 가능하다.
그에 따라서 제1실시예에서는 어떠한 각가속도센서 없이도 간단히 각가속도관측기를 실현하는 것이 가능하다.
[제2실시예]
제3도는 본 발명에 의한 각가속도관측기(1)의 제1태양의 제2실시예를 나타낸다. 이 제2실시예는 유효전력변동률 △p 이외에 측정신호로서 각가속도변동률 △ω를 사용하는 제2도에 보인 제1실시예와 상이하다. 즉, 각가속도관측기(1) 또한 제3가산기(4c)와 제4적산기(7b)로 구성된 각가속도변동률 귀환수단(13)을 더 포함한다. 제3가산기(4c)는 측정된 각속도변동률 △ω와 추정된 각속도변동률 △ωs(제1적분기(5a)의 출력)간의 편차를 산출한다. 가산된 결과는 제4적산기(7b)에 의해 L2(귀환이득)로 승산된 후 제1가산기(4a)로 귀환된다.
[제3실시예]
제4도는 본 발명에 의한 제1태양의 각가속도관측기(1)의 제3실시예를 나타낸다. 이 제3실시예는 측정된 각속도변동률 △ω와 추정된 각속도변동률△ωs(제1적분기(5a)의 출력)간의 편차가 제1적분기(5a)의 출력으로(제1가산기(4a)가 아님)귀환되는 제3도에 보인 제2실시예와 다르다.
즉, 각가속도관측기(1)는 제3가산기(4c), 제5적산기(7c) 및 제4가산기(4d)로 구성된 각속도변동률 귀환수단(13)을 더 포함한다. 제3가산기(4c)는 측정된 각속도변동률 △ω와 추정된 각속도변동률 △ωs(제1적분기(5a)의 출력)간의 편차를 산출한다. 가산된 결과는 제5적산기(7c)에 의해 L3(귀환이득)으로 승상된 후 제1 및 제2적분기(5a, 5b)간에 접속된 제4가산기(4a)로 귀환된다.
상술한 제2 및 제3실시예들에서는 비록 각속도변동률 △ω 검출용 각속도 검출기가 구비되어 있지만 귀환이득(조정될 필요있음)이 비교적 작기 때문에 이득조정이 비교적 쉽다.
[제4실시예]
제5도는 본 발명에 의한 제1태양의 각가속도관측기(1)의 제4실시예를 나타낸다. 이 제4실시예는 측정신호로서 유효전력변동률 △p 이외에 각속도변동률 △ω를 사용하고, 측정된 각속도변동률 △ω를 제1가산기(4a)(제2실시예)와 제4가산기(4d)(제3실시예) 둘다로 귀환시키고, 또한 간단한 2차 진동모드(제1∼제3실시예)이외에 여기지연을 나타내는 1차 지연필터(8)를 추가로 구비하는 제2도에 보인 제1실시예와 다르다.
요약하면 본 실시예에서는 추정된 가속도변동률 △ωs와 추정된 유효전력변동률 △ps 둘다를 측정된 값(△ω 또는 △p)과 추정된 값(△ωs 또는 △ps)간의 편차에 근거하여 제각기 정정한다.
좀더 구체적으로 각가속도관측기(1)는 제5∼제7가산기(4e∼4g), 제6∼제11적산기(6c, 6d, 7d∼7g) 및 1차 지연필터(8)을 더 포함한다.
유효전력변동률 △p는 제5가산기(4e)에 입력된다. 제5가산기(4e)는 추정된 유효전력변동률 △ps와 실제의 유효전력변동률 △p간의 편차를 산출한다. 가산된 결과는 실제의 유효전력변동률 △p 대한 제8적산기(7d)에 의해 L4로 승산후 제1가산기(4a)에 입력된다. 동일 방식으로 가산결과는 제9적산기(7e)에 의해 L5로 승산후 제4가산기(4d)에 입력된다.
한편, 제8가산기(4h)는 측정된 각속도변동률 △ω와 추정된 각속도변동률 △ωs(제1적분기(5a)의 출력)간의 편차를 산출한다. 가산결과는 제10적산기(7f)에 의해 L6(귀환이득)로 승산된 후 제1가산기(4a)로 귀환된다. 가산결과는 또한 제11적산기(7g)에 의해 L7(귀한이득)으로 승산된 후 제1 및 제2적분기(5a, 5b)간에 접속된 제4가산기(4d)로 귀환된다.
또한 제2적분기(5b)의 출력 △δs는 제2적산기에 의해 k1으로 승산된 후 제6가산기 (4f)으로 귀환된다. 또한 제2적분기(5b)의 출력 △δs는 제7적산기(7b)에 의해 k4로 승산된 후 제7가산기(4g)로 귀환된다. 제7가산기(4g)는 적산기(6d)의 산출결과와 제너레이터 단말전압 변동률 △E간의 편차를 산출후 2차 지연필터(8)와 제6적산기(6c)(입력이득 k2임)을 통해 제6가산기(4f)로 귀환된다.
이 실시예에서 제너레이터 다이나믹안정블록으로서 호칭되는 모델이 그대로 사용되기 때문에 초기에 설정된 장치조건이 변동하지 않는 한 상술한 실시예들에서 변동모드를 가장 정밀하게 나타내는 것이 가능하다. 또한 실제값과 추정치간의 편차가 각 가속도변동률 △a과 각 속도변동률 △ω 양자에 사용하지만 둘간의 편차는 또한 1차 지연필터(8)의 상태를 정정하기 위해서도 사용될 수 있다. 이 경우에 칼만필터로서 귀환이득을 쉽게 구하는 것이 가능하다.
제6~8도는 단기간(고주파수)으로부터 장기간(저주파수)까지 각가속도관측기(1)를 사용하여 실제 각가속도(a)를 시뮬레이션하여 얻은 추정된 각가속도(as)를 나타낸다. 제6도는 추정치(as)의 진폭이 측정치(a)의 진폭보다 약간 작지만 위상이 서로 잘 정합되는 것을 나타낸다. 또한 제7도는 중간기간(중간주파수)에서의 시뮬레이션 결과를 나타내며, 제8도는 장기간(저주파수)에서의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 2경우에 진폭과 위상을 모두 고도로 정밀하게 추정할 수 있다. 상술한 바와 같이 제4실시예에서는 각가속도(as)를 고도로 정밀하게 추정하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명에 이 한 제너레이터용 전력 안정화장치에서는 각속도변동률 △ω와 동기하여 각가속도변동률 △a을 추정할 수 있고 또한 전압조정신호(e)를 추정된 각속도변동률 △as에 근거하여 구할 수 있기 때문에 제너레이터 부하변동시 전력안정장치의 불필요한 조작없이도 전력변동을 최상의 효과적으로 억제하는 것이 가능하다.
또한 전력변동기간이 0.3Hz정도로 길더라도 리세트 필터의 리세트 시간을 길게 결정할 수 있기 때문에 장기간의 전력변동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있는 현저한 효과가 있다.
[제2태양]
본 발명에 의 한 전력안정화장치의 제2태양을 제9~13도를 참조하여 상세히 설명한다. 이 제2태양에서는 복수의 각가속도 관측기(1)로 구성된 다중모드 관측기가 복수의 예정된 전력변동모드들에 상응하도록 배열되어 있다.
[제1실시예]
제9도는 본 발명에 의한 전력안정화장치의 제2태양의 제1실시예로서 이는 복수의 관측기(1a~1n)를 갖는 다중모드 관측기(1A)와 복수의 전력안정화회로(2a~2n)를 갖는 다중모드전력안정화회로(2A)로 구성된다. 복수의 관측기(1a~1n)각각은 복수의 전력변동모드들의 각 모드(주파수)마다 할당된다.
안정화 신호변동률로서 유효전력변동률 △p, 각속도변동률 △ω 및 주파수변동률 △f를 사용한다. 그러므로 이 들 안정화신호 변동률들중 적어도 하나에 근거하여 관측기들(1a~1n)각각은 제각기 추정된 유효전력변동률 △ps1~△psn, 추정된 각속도변동률 △as1~△asn, 추정된 각속도변동률 △ωs1~△ωsn 및 추정된 주파수변동률 △fs1~△fsn중 적어도 하나를 산출한다.
다중모드전력안정화회로(2A)의 전력안전화회로들(2a~2n)은 다중모드 관측기(1A~1n)의 관측기들(1a)에 대해 각각 대응관계로 구비되어 있어 추정된 유효전력변동률 △ps1~△psn, 추정된 각가속도변동률 △as1~△asn, 추정된 각속도변동률 △ωs1~△ωsn 및 추정된 주파수변동률 △fs1~△fsn중 적어도 하나에 근거하여 복수의 전력변동모드를 각각에 대응하는 전압조정신호를 산출한다.
이들 전압안정화회로(2a~2n)의 전압조정신호들(출력들)과 목표전압 Vo은 산출된 전압조정신호(e)로서 가산기(4)에 의해 가산된 후 자동전압조정기(3)에 입력된다. 상기 전압조정신호(e)와 목표전압 Vo에 근거하여 자동전압조정기(3)는 제너레이터의 여기값을 제어하므로 제너레이터의 단말전압이 목표전압 Vo으로 제어될 수 있다.
여기서 본 발명에 의한 전력안정화장치에서는 다중모드 관측기(1A)가 복수의 전력변동을 재생한다. 좀더 구체적으로 다중모드 관측기(1A)는 각각의 전려변동모드들에 대응하여 추정된 유효전력변동률 △ps, 추정된 각가속도변동률 △as, 추정된 각속도변동률 △ωs 및 추정된 주파수변동률 △fs를 산출하는 그러한 기능들을 구비하고 있어 추정된 유효전력변동률 △ps와 측정된 유효전력변동률 △p간의 편차, 추정된 각가속도변동률 △as와 측정된 각가속도변동률 △a간의 편차, 추정된 각속도변동률 △ωs와 측정된 각속도변동률 △ω간의 편차 및 추정된 주파수변동률 △fs와 측정된 주파수변동률 △f간의 편차를 산출하여 각 이득에 의해 승산된 편차신호들을 각 관측기(li)의 각 입력측으로 귀환한다. 상술한 바와 같이 다중모드 관측기(1A)는 복수의 전력변동모드를 각각을 동시 개별적으로(위상지연없이) 검출할 수 있다.
제2도를 참조하여 상술한 바와 같이 예를들어 각 관측기(li)는 추정된 각가속도변동률 △as를 산출하는 유효전력변동률 △p와 다른 귀환신호에 응답하는 제1가산기(4a)와, 각속도변동률 △ωs를 구하기 위해 추정된 각가속도변동률 △as를 적분하는 제1적분기(5a)와, 추정된 위상차각변동률 △δs를 구하기 위해 추정된 각가속도변동률 △ωs를 적분하는 제2적분기(56)와, 추정된 감쇠력(계수)D △ωs를 구하기 위해 각속도변동률 △ωs를 상수 D로 승산하는 제1적산기(6a)와, 추정된 유효전력변동률 △ps를 구하기 위해 추정된 위상차각변동률 △δs를 상수 k1으로 승산하는 제2적산기(6b)등을 포함한다. 또한 각 관측기(li)는 유효전력변동률 △p와 측정된 유효전력변동률 △ps간의 편차를 산출하는 제2가산기(4b)와 상기 제1가산기 (4a)에 승산된 편차신호를 귀환시키도록 산출된 편차를 상수 L1으로 승산하는 제3적산기(7a)를 더 포함한다.
지금까지 설명한 바와 같이 상술한 바와같은 전력변동 재생회로에서는 회로가 그의 기본변동으로 모드 이외의 모드로 동작하지 않기 때문에 저주파수 잡음을 효과적으로 정밀하게 제거하는 것이 가능하다.
또한 대역통과 필터와 달리 위상이 거의 지언되지 않는다. 그러므로 복수의 필수전력 변동모드를 각각에 대응하는 관측기(li)를 각각 갖는 다중모드 관측기(1A)에서는 아무런 위상지연없이 다른 모드의 영향을 받지 않고 각 모드를 정밀하게 검출하는 것이 가능하다.
여기서 다중모드 관측기(1A)의 일예로서, 3관측기들(1a, 1b, 1c)과 3 전력안정화회로들(2a, 2b, 2c)를 갖는 전력안정화장치를 이하에 설명한다.
이 예에서는 0.5Hz 이하의 진동주파수를 갖는 저주파수 전력변동용으로 관측기(1a)가 사용되고, 약 1Hz 이하의 진동주파수를 갖는 중간주파수 전력변동용으로 관측기(1b)가 사용되고, 약 2Hz이상의 진동주파수를 갖는 고주파수 전력 변동용으로 관측기(1c)가 사용된다.
실제에 있어 저주파수 전력변동모드 관측기(1a)는 0.3Hz 진동주파수 모드로 세트되고, 중간주파수 전력변동 모드 관측기(1b)는 1Hz 진동주파수 모드로 세트되고, 고주파수 전력변동모드 관측기(1c)는 3Hz 진동주파수 모드로 세트되는 것이 바람직하다.
그러므로 이 경우에 디멜로/콘코디아모델의 파라메터들 k1, k2, …, k6및 감쇄비 D가 분리할 3전력변동모드들 (0.3, 1, 3Hz)마다 적절하게 결정된다. 일반적으로 이 파라미터들은 장치 임피던스 함수로 나타내기 때문에 3진동주파수는 이들 장치임피던스들을 적절하게 결정해줌으로서 결정될 수 있다. 이 모델을 채용할 경우 각 모드마다 다음 관계의 성립될 수 있다.
상기 식중
△a : 제너레이터의 각가속도변동률
△ω : 제너레이터의 각속도변동률
△δ : 위상차각변동률
U : PSS의 출력
△Te : 전기토오크변동률
E'g : 과도 q-축 후방전압
D : 감쇠상수
M : 관성상수
T'do : 계자회로의 과도상수
K1-KAVR: 상수
여기서, 상기식은 하기 방정식으로 재정리할 수 있다.
상기식에서 x는 상대치, y는 관측치, u는 PSS의 출력을 나타낸다. 또한 A, B 및 C는 각 모드에 따라 결정되는 상수 매트릭스들이다. 또한 첨자 i는 모드의 종류를 나탄낸다.
상기식은 한 모드의 상태방정식으로서 성립되었다. 그러나 이 실시예에서는 3전력변동모드들(0.3,1,3Hz)이 있기 때문에 다중모드 관측기(1)용으로 사용되는 전체 전력변동모드들을 나타내는 상태방정식은 다음과 같이 표시 할 수 있다.
그러므로 다중 모드 관측기(1)는 하기와 같은 상술한 상태 방정식을 근거로 나타낼 수 있다.
상기식중 x는 상태치, y는 관측치, L은 관측기의 귀환이득을 나타내는 9(로우)x2(멀럼)매트릭스를 나타낸다. 이 매트릭스는 칼만 필터로서 산출할 수 있지만 추정치를 수속하도록 매트릭스를 결정하는 것이 가능하다. 특히 9(로우)x2(멀럼)매트릭스의 모든 성분을 조정하기 어려우면 L은 제너레이터의 본질상태(예, 각가속도변동률 △a 또는 각속도변동률 △ω)만을 정정할 수 있는 방식으로 결정할 수 있다. 상술한 바와 같이 구성된 전력안정화장치에서는 각각의 전력변동모드들의 추정된 각가속도변동률 △asi(i=1,2,3)와 추정된 가속도변동률 △ωsi(i=1,2,3)를 다중 모드 관측기(1A)로부터 취출후 각각의 최적조건하에서 각각 조정되는 전력안정화회로(2A)에 입력된다. 즉 0.3Hz 전력변동모드로 조정되는 전력안정화회로(2a)는 추정된 각 속도변동률 △ ωs1에 따라 동작한다. 한편 1 및 3Hz로 조정되는 2전력안정화회로(2b,2c)는 추정된 각가속도변동률 △as2와 △as3에 따라 거의 동작된다. 3전력안정화 회로들이 상수한 바와 같이 조정되는 이유는 다음과 같다.
여기서 단일 제너레이터에 접속된 무한버스라인 시스템을 고려하면 PSS의 출력으로부터 전기토오크 변동률 △Te로의 전달함수가 계자회로의 전송특성을 나타내는 보드선도인 제10(a) 및 10(b)도에 보인 바와 같이 지연된다. 제10(a)도는 이득 주파수 특성이고, 제10(b)도는 위상-주파수 특성이다. 계자회로는 상술한 바와같이 지연되기 때문에 전력변동에 대한 감쇄력(계수)은 이 지연에 대한 보상에 의해 즉 전기토오크 변동률 △Te를 변동시켜 각속도변동률 △ω와 동기시켜줌으로서 구할 수 있다. 그에 따라서 최적의 위상보상은 전력변동의 기간(주파수)에 따라 다르다. 또한 지나치게 큰 위상보상은 바람직하지 않다. 왜냐하면 고주파수 잡음도 증폭되기 때문이다. 그러므로 각가속도변동률 △a(각속도변동률 △ω에 대해 90도 진상임)이 큰 진상에 대한 보상률을 감소시키도록 큰 위상보상(제 10(b)도 참조)을 필요로 하는 전력안정화회로(2b,2c)(1 및 3Hz의 고주파수모드용)로 사용된다. 한편 각속도변동률 △ω는 큰 위상보상(제10(b)도 참조)을 필요로 하지 않는 전력안정화회로(2a)(0.3Hz의 저주파수모드용)용으로 그대로 사용된다. 이들 3전력안정화회로(2a,2b,2c)의 3출력들을 가산기(4)에 의해 가산하면 최종 전압조정신호(e)를 구하는 것이 가능하다.
상술한 바와같이 상술한 전력안정화장치에서는 복수의 관측기들(1A)과 복수의 안정화회로(1B)가 설비되어 있으므로 어떠한 주파수모드의 장치불안정이라도 최적 조건하에서 감쇠시키는 것이 가능하다.
[제2실시예]
제11도는 본 발명에 의한 전력안정화장치의 제2태양의 제2실시예를 나타낸다. 이 실시예에서 다중모드 관측기(1A)는 제너레이터 전기변동을 관측하기 위한 전력변동 모드관측기(1a)와 제너레이터 기계적 변동을 관측하기 위한 기계적 변동모드 관측기(1b)로 구성된다. 이는 유효전력 변동률 △p 내에 전력변동 뿐만 아니라 기계적 변동(진동)이 포함되어 있는 경우에 발생되기 때문이다. 이 경우에 제거할 필요가 있는 기계적 변동만을 유효전력 변동률 △p로부터 기계적 진동성분으로 분리함으로서 △ω PSS 또는 △f PSS 양자에서 문제가 되는 기계적 진동으로 인한 고주파 잡음을 제거하는 것이 가능하다.
좀더 구체적으로 다중모드 관측기(1A)의 관측기(1a)는 제너레이터의 전력변동에 내포된 전력(전기적)변동을 분리하여 그에 상응하는 추정된 각속도변동률 △ω s1을 산출하여 다중모드전력안정화회로(2A)(△ω-PSS)의 안정화회로(2a)로 출력한다. 동일방식으로 다중모드 관측기(1A)의 관측기(1b)는 제너레이터의 전력변동에 내포된 기계적 변동을 분리하여 기계적 변동에 상응하는 추정된 각속도변동률 △ω s2를 산출하여 다중모드전력안정화회로(2A)(△ω-PSS)의 안정화회로(2b)로 출력한다. 이 경우에 예를들어 관측기(1a)에 의해 산출된 전력변동의 주파수는 1Hz 또는 3Hz로 세트되고, 관측기(1b)에 의해 산출된 전력변동의 주파수는 5Hz이상으로 세트된다. 이 경우에 기계적 진동의 전달함수는 일반적으로 다음식으로 표시될 수 있다.
여기서, 제1실시예의 경우와 동일 방식으로 전력변동모드와 기계적 변동모드를 서로 합성하여 하나의 상태 방정식을 구한다. 다중모드 관측기(1A)는 이 합성모드를 근거로 구성된다. 이와같이 구성된 다중모드 관측기(1A)는 추정된 각속도변동률 △ωs를 추정한 후 추정된 변동률을 △ω-PSS에 입력한다. 이 실시예에서는 기계적 변동을 전력변동으로부터 분리하며, 그러므로 극미한 기계적 잡음 성분들을 포함하는 추정된 각속도변동률 △ωs를 구하는 것이 가능하다.
결과적으로 계자회로의 지연을 보상하기 위한 위상을 큰 진상각만큼 정정할 때 각속도변동률 △ω 내에 내포된 기계적 잡음이 증폭되어 제어레이터축이 진동하는 종래의 △ω-PSS에서의 문제점을 해결하는 것이 가능하다.
상술한 제2실시예에서는 △ω-PSS를 전력안정화회로(2A)로서 사용하지만 주파수 변동률 △f를 사용하는 △f-PSS에 상술한 것과 동일한 것을 적용할 수 있다. 또한 일반적으로 전력변동모드의 주파수는 1Hz이지만 2인접 제너레이터들간의 임피던스가 낮을 때 약 3Hz 진동이 문제가 되는 경우가 있다. 이 경우에 제2실시예가 특히 효과적이다. 왜냐하면 전력변동모드가 기계적 진동모드로부터 또는 그 반대로(종래의 전력안정화장치의 경우에 불가능했음) 분리할 수 있기 때문이다.
[제3실시예]
제12도는 본 발명의 제3실시예를 나타낸다. 이 실시예의 특징은 전력변동(비교적 저주파수모드)용으로 각속도변동률 전력안정화회로(△ω-PSS)(2a)를 그리고 기계적변동(비교적 고주파수모드)용으로 유효전력 변동률 전력안정화회로(△p-PSS)(2b)를 사용하는 것이다. △ωs에 근거한 △ω-PSS(2a)는 약 1Hz의 전력변동모드로 세트되고, 또한 △as에 근거한 △p-PSS(2b)는 3Hz의 기계적 진동모드로 세트된다. 이는 진동주파수가 3Hz일때 큰 진상각(약 90도 제10(b)도 참조)의 보상이 필요하기 때문에 △as(△ωs 에 대해 90도 만큼 앞섬)에 근거한 △p-PSS를 사용하는 것이 적합하기 때문이다. 다시말해 3Hz에서의 큰 진상각에 대한 보상이 △ω-PSS에 의해 실행되기 어렵기 때문에 약 3Hz의 단기간 변동은 큰 진상각을 필요로 하지 않는 △p-PSS에 의해 분리 보상된다.
요약하면 이 제3실시예에서 다중모드 관측기(1A)는 약 1Hz의 전력변동을 관측하는 제1관측기(1a)와 약 3Hz의 전력변동을 관측하는 제2관측기(1b)로 구성된다.
제1관측기(1a)에 의해 얻은 추정된 각속도변동률 △ωs는 다중모드전력안정화회로(2)의 각속도변동률 전력안정화회로(△ω-PSS)(2a)에 입력되며, 또한 제2관측기(1b)에 의해 얻은 추정된 각속도변동률 △as는 유효전력 변동률 전력안정화회로(△p-PSS)(2b)에 입력된다.
결과적으로, 최적 조건하에서 전기적 기계적 변동양자에 대한 위상보상을 실현하는 것이 가능하다. 왜냐하면 약 3Hz의 기계적 변동(큰 진상각 보상을 요함)을 분리할 수 있기 때문이며, 또한 분리된 단기간 기계적 변동(큰 진상각 보상을 필요로 하지 않음)을 △p-PSS에 의해 보상할 수 있기 때문이다.
[제4실시예]
제13도는 본 발명의 제2태양의 제4실시예를 나타낸다. 이 실시예에서는 스위칭수단(9A)이 복수의 전력변동모드들에 상응하여 배치된 복수의 관측기들(1a~1n)중 적당한 것을 선택하기 위해 다중모드 관측기(1A)내에 구비되어 있고, 또한 그외에도 다른 스위칭수단(9B)이 선택모드에 상응하는 복수의 안정화회로들(2a~2n)중 적당한 것을 선택하기 위해 다중모드전력안정화회로(2A)내에 구비되어 있다.
실제의 제너레이터 동작에서는 다수의 전력변동모드들을 항상 관측할 필요가 없는 경우가 존재한다.
특히 제너레이터 동작내에 실제로 많은 전력변동모드들 또는 많은 기계적 변동 모드들이 관측되지 않을 경우, 상황에 따라 필요한 주파수 모드만을 선택하는 것이 효과적이다. 왜냐하면 변동 또는 진동모드마다 복잡한 계산이 필요하기 때문이다. 그러므로 스위칭수단(9A,9B)이 불필요한 모드들을 제거하기 위해 추가로 설비될 경우 최적의 전력안정화장치를 실현하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이 본 발명의 제2태양에서는 전력변동모드들이 다중모드 관측기의 사용에 의해 분리될 수 있으므로 필요한 전력변동모드들이나 또는 상황에 따라 최적의 다중모드 전력안정화장치를 제공하는 것이 가능하다.
그 결과로서 전력안정을 위해 최적의 위상보상조건을 얻는것 또한 가능하다. 그밖에도 최적 이득을 항상 얻는 것이 가능하다.
또한 다중모드 관측기는 기계적 진동으로부터 전기적 변동으로 또는 그 반대로 분리하도록 전력변동모드 관측기와 기계적 진동모드 관측기로 구성되기 때문에 전력변동모드의 각속도변동률 △ω 또는 주파수 변동률 △f 내에 내포된 기계적 잡음을 효과적으로 감소시키는 것이 가능하다.

Claims (19)

  1. 제너레이터 단말전압을 목표전압(V0)으로 제어하도록 자동전압조정기(3)에 보조신호로서 전압조정신호(e)를 입력시키며, 또한 제너레이터의 적어도 하나의 안정화신호 변동률을 사용하여 제너레이터의 추정된 각가속도변동률(△as)를 산출하는 각각속도관측기(1)와, 상기 각가속도관측기(1)에 의해 산출된 추정된 각가속도변동률값(△as)에 근거하여 자동전압조정기(3)에 인가되는 교정된 전압조정신호를 산출하는 전력안정화회로(2)를 포함하는 것이 특징인 전력안정화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제너레이터의 안정화신호 변동률은 유효전력 변동률과 각속도변동(△ω)인 것이 특징인 전력안정화장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 각가속도 관측기(1)는 전력변동의 재생을 위한 추정된 각가속도변동률(△as)을 구하기 우해 유효전력 변동률(△p)에 근거하여 추정된 각속도변동률(△ωs), 및 추정된 유효전력 변동률(△ps)을 산출하는 추정된 각가속도변동률 산출수단(11)과, 상기 유효전력(△p)과 추정된 유효전력 변동률(△ps)간의 편차신호를 산출하여 산출된 편차신호를 상기 각가속도변동률 추정수단(11)으로 귀환시키는 유효전력 변동률 귀환수단(12)을 포함하는 것이 특징인 전력안정화장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 추정된 각가속도변동률 산출수단(11)은 추정된 각가속도변동률 산출하기 위해 유효전력 변동률(△p)과 귀환신호에 응답하는 제1가산기(4a) 와, 각속도변동률(△ωs)을 구하기 위해 추정된 각가속도변동률(△as)을 적분하는 제1적분기(5a)와, 추정된 위상차 각변동률(δs)을 구하기 위해 추정된 각속도변동률(△ωs)을 적분하는 제2적분기(5b)와, 추정된 감쇠계수(D△ωs)를 구하기 위해 각속도변동률(△ωs)을 정수(D)로 승산하는 제1적산기(6a)와, 추정된 유효전력 변동률(△ps)을 구하기 위해 추정된 위상차 각변동률(△δs)을 정수(K1)로 승산하는 제2적산기(6b)를 포함하는 것이 특징인 전력안정화장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 유효전력 변동률 귀환수단(12)은 유효전력 변동률(△p)과 추정된 유효전력(△ps)간의 편차를 산출하는 제2가산기(4b)와, 상기 추정된 각가속도변동률 산출수단(11)의 상기 제1가산기(4a)에 상기 적산된 편차신호를 귀환시키도록 산출된 편차를 정수(L1)로 승산하는 제3적산기(7a)를 포함하는 것이 특징인 전력안정화장치.
  6. 제4항에 있어서, 실제의 각속도변동률(△ω)과 추정된 각속도변동률(△ωs)간의 편차를 산출하는 제3가산기(40)와 상기 추정된 각가속도변동률 산출수단(11)의 제1가산기(4a)로 상기 적산된 편차를 귀환시키도록 산출된 편차를 정수(L2)로 승산하는 제4적산기(7b)를 포함하는 각속도변동률 귀환수단(13)을 더 포함하는 것이 특징인 전력안정화장치.
  7. 제4항에 있어서, 실제 각속도변동률(△ω)과 추정된 각속도변동률(△ωs)간의 편차를 산출하는 제3가산기(40)와 상기 제1적산기(5a)와 상기 제2적산기(5b)간에 접속된 제4가산기(4d)와, 상기 추정된 각가속도변동률 산출수단(11)의 상기 제4가산기(4d)에 상기 적산된 편차를 귀환시키도록 상기 산출된 편차를 정수(L3)로 승산하는 제5적산기(7c)를 포함하는 각속도변동률 귀환수단(13)을 더 포함하는 것이 특징인 전력안정화장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 제1적산기(5a)와 제2적산기(5b)간에 접속된 제4가산기(4d)와, 실제의 각속도변동률(△ω)과 추정된 각속도변동률(△ωs)간의 편차를 산출하는 제8가산기(4h)와, 상기 추정된 각가속도변동률 산출수단(11)의 제1가산기(4a)에 적산된 편차를 귀환시키도록 산출된 편차를 정수(L6)로 승산하는 제10적산기(7f)와, 상기 추정된 각가속도변동률 산출수단(11)의 제4가산기(4d)에 적산된 편차를 귀환시키도록 산출된 편차를 정수(L7)로 승산하는 제11적산기(7g)를 포함하는 각속도변동률 귀환수단을 더 포함하는 것이 특징인 전력안정화장치.
  9. 제8항에 있어서, 유효전력 변동률(△p)과 추정된 유효전력 변동률(△ps)간의 편차를 산출하는 제5가산기(4e)와, 상기 제1가산기(4a)에 적산결과를 입력하도록 산출된 편차를 정수(L4)로 승산하는 제8적산기(7d)와, 상기 제4가산기(4d)에 적산결과를 입력하도록 산출된 편차를 정수(L5)로 승산하는 제9적산기(7e)를 더 구비하는 것이 특징인 전력안정화장치.
  10. 제9항에 있어서, 추정된 위상차각 변동률(△δs)을 정수(k4)로 승산하는 제7적산기(6d)와, 제너레이터 전압변동률(△E)과 적산된 위상차간의 차(△δs×k4)를 산출하는 제7가산기(4g)와, 상기 산출된 차를 지연시키는 1차지연필터(8)와, 상기 지연된 결과를 정수(k2)로 승산하는 제6적산기(6c)와, 상기 적산된 지연결과와 추정된 유효전력 변동률(ps)을 가산하여 가산된 결과를 상기 제1가산기(4a)에 입력하는 제6가산기(4f)를 더 구비하는 것이 특징인 전력안정화장치.
  11. 제너레이터 단말전압을 목표전압(V0)으로 제어하도록 자동전압조정기(3)에 보조신호로서 전압조정신호(e)를 입력하며, 또한 제너레이터의 적어도 하나의 안정화 신호변동률에 준하여 각각의 변동주파수마다 추정된 각가속도변동률(△as), 추정된 각속도변동률(△ωs), 추정된 유효전력 변동률(△ps) 및 추정된 주파수 변동률(△fs)중 적어도 하나를 산출하는 각각의 제너레이터 출력변동 주파수 각각에 할당된 복수의 관측기(1A)와, 각 변동주파수마다 추정된 각가속도변동률(△as), 추정된 각속도변동률(△ωs)추정된 유효전력 변동률(△ps) 및 추정된 주파수 변동률(△fs)중 적어도 하나에 준하여 각각의 전압조정신호를 산출하기 위해 상기 복수의 관측기들(1A) 각각에 할당된 복수의 전력안정화 회로(2A)와, 산출된 전압조정신호를 가산하여 가산된 자동전압조정기(3)에 입력하는 가산기(4)를 포함하는 것이 특징인 제너레이터용 전력안정화장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제너레이터의 안정화신호변동률은 제너레이터의 유효전력 변동률(△p) , 각속도변동률(△ω) 및 주파수 변동률(△f)인 것이 특징인 전력안정화장치.
  13. 제11항에 있어서, 복수의 상기 관측기들은 저주파수 변동주파수모드를 재생하는 제1관측기와, 중간주파수변동주파수모드를 재생하는 제2관측기와, 고주파수변동주파수모드를 재생하는 제3관측기인 것이 특징인 전력안정화장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 저주파수는 0.5Hz이하, 중간 주파수는 약 1Hz, 고주파수는 2Hz이상인 것이 특징인 전력안정화장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 저주파수는 0.3Hz이하, 중간 주파수는 약 1Hz, 고주파수는 3Hz이상인 것이 특징인 전력안정화장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 복수의 관측기(1A)들은 제1주파수 전기적변동주파수모드를 재생하는 제1관측기와 제2주파수 전기적변동주파수모드를 재생하는 제2관측기인 것이 특징인 전력안정화장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1주파수는 3Hz이하이고, 제2주파수는 5Hz이상인 것이 특징인 전력안정화장치.
  18. 제11항에 있어서, 상기 각속도변동률(△ωs)을 추정하는 관측기는 저주파수변동모드에 할당되고, 각속도변동률형(△ω-pss)의 상기 전력안정화회로와 연관되고, 상기 각가속도변동률(△as)을 추정하는 관측기는 저주파수 변동모드에 할당되고, 유효전력 변동률형(△p-pss)의 상기 전력안정화회로와 연관되는 것이 특징인 전력안정화장치.
  19. 제11항에 있어서, 상기 관측기들중 적어도 하나와 상기 상응하는 전력안정화 회로들중 적어도 하나를 선택 하기 위해 상기 관측기들과 상기 전력안정화회로를 각각에 할당된 복수의 스위칭 수단(9A,9B)을 더 포함하는 것이 특징인 전력안정화장치.
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