(57)【要約】【課題】  発電機と電力系統との間で発生する電力変動の拡大を防止して電力系統に擾乱を与えることなく安定な運転を継続できること【解決手段】  出力電力指令値信号と、出力電力の現在値を示す出力電力信号とを入力として、指令値と現在値との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段１ａと、偏差信号を入力として、原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段３と、出力電力信号を入力として、この入力信号から、原動機の出力と出力電力との不一致により発生する出力電力の周期変動による所定の周波数成分を抽出して出力する変化検出手段７ａと、周波数成分を入力として、この入力信号の位相を進め又は遅らせた補正信号を出力する位相調整手段８ａと、その補正信号を制御出力信号に加算する加算手段９ａとを備えたことを特徴とする。【選択図】          図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機に駆動される発電機の出力電力の目標となる指令値を示す出力電力指令値信号と、前記出力電力の現在値を示す出力電力信号とを入力として、前記指令値と前記現在値との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段、
前記偏差信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段、
前記出力電力信号を入力として、この入力信号から、前記原動機の出力と前記出力電力との不一致により発生する前記出力電力の周期変動による所定の周波数成分を抽出して出力する変化検出手段、
前記周波数成分を入力として、この入力信号の位相を進め又は遅らせた補正信号を出力する位相調整手段、
及び、その補正信号を前記制御出力信号に加算する加算手段を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項２】
出力電力信号に代えて原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を使用し、出力電力指令値信号に代えて前記回転数の目標となる回転数指令値信号を使用するか、
又は、出力電力信号に代えて原動機に駆動される発電機の出力端若しくは前記発電機が接続される電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号を使用し、出力電力指令値信号の入力に代えて前記電力系統の基準周波数を外部から入力され若しくはあらかじめ記憶して使用することを特徴とする請求項１に記載の原動機出力の制御装置。
【請求項３】
変化検出手段への入力を、出力電力信号に代えて、原動機の回転数の現在値を示す回転数信号、又は原動機に駆動される発電機の出力端又は前記発電機が接続される電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号としたことを特徴とする請求項１に記載の原動機出力の制御装置。
【請求項４】
偏差検出手段への入力について、出力電力信号に代えて原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を使用し、出力電力指令値信号に代えて前記回転数の目標となる回転数指令値を使用するか、
又は出力電力信号に代えて、原動機に駆動される発電機の出力端若しくは前記発電機が接続される電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号を使用して、出力電力指令値信号の入力に代えて、前記電力系統の基準周波数を外部から入力され若しくはあらかじめ記憶して使用することを特徴とする請求項１に記載の原動機出力の制御装置。
【請求項５】
原動機に駆動される発電機の電力系統への接続の有無を示す信号を入力として、前記接続ありと判断したときは、前記発電機の出力端又は前記電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号を選択し、前記接続なしと判断したときは、前記原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を選択する第１の切替え手段、
前記第１の切替え手段の選択した信号を入力として、この入力信号と前記回転数又は前記周波数の基準値との偏差を示す第１の偏差信号を出力する第１の偏差検出手段、
及び、前記偏差信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段、
原動機に駆動される発電機の電力系統への接続の有無を示す信号を入力として、前記接続ありと判断したときは、前記発電機の出力端又は前記電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号を選択し、前記接続なしと判断したときは、前記原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を選択する第２の切替え手段、
この第２の切替え手段の選択した信号を入力として、この入力信号から、原動機の出力と出力電力との不一致により発生する前記出力電力の周期変動による所定の周波数成分を抽出して出力する変化検出手段、
前記周波数成分を入力として、この入力信号の位相を進め又は遅らせた補正信号を出力する位相調整手段、
及び、その補正信号を前記制御出力信号に加算する加算手段、
を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項６】
発電機を駆動する原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を、前記発電機が接続される電力系統の基準周波数と等価になるように変換した等価信号を出力する変換手段、
前記発電機の前記電力系統への接続の有無を示す信号を入力として、前記接続ありと判断したときは前記等価信号を選択し、前記接続なしと判断したときは前記回転数信号を選択する第１の切替え手段、
前記第１の切替え手段の選択した信号を入力として、この入力信号と前記回転数及び前記周波数の基準値との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段、
及び、その切替え手段の選択した信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段、
原動機に駆動される発電機の電力系統への接続の有無を示す信号を入力として、前記接続ありと判断したときは、前記発電機の出力端又は前記電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号を選択し、前記接続なしと判断したときは、前記原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を選択する第２の切替え手段、
この第２の切替え手段の選択した信号を入力として、この入力信号から、原動機の出力と出力電力との不一致により発生する前記出力電力の周期変動による所定の周波数成分を抽出して出力する変化検出手段、
前記周波数成分を入力として、この入力信号の位相を進め又は遅らせた補正信号を出力する位相調整手段、
及び、その補正信号を前記制御出力信号に加算する加算手段、
を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項７】
発電機を駆動する原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を入力として、この回転数信号と外部から入力され又はあらかじめ記憶した前記回転数の基準値との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段、
前記偏差信号を、前記発電機が接続される電力系統の基準周波数と前記電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号との偏差と等価になるように変換した等価信号を出力する変換手段、
前記発電機の前記電力系統への接続の有無を示す信号を入力として、前記接続ありと判断したときは前記等価信号を選択し、前記接続なしと判断したときは前記偏差信号を選択する第１の切替え手段、
及び、この第１の切替え手段の選択した信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段、
原動機に駆動される発電機の電力系統への接続の有無を示す信号を入力として、前記接続ありと判断したときは、前記発電機の出力端又は前記電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号を選択し、前記接続なしと判断したときは、前記原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を選択する第２の切替え手段、
この第２の切替え手段の選択した信号を入力として、この入力信号から、原動機の出力と出力電力との不一致により発生する前記出力電力の周期変動による所定の周波数成分を抽出して出力する変化検出手段、
前記周波数成分を入力として、この入力信号の位相を進め又は遅らせた補正信号を出力する位相調整手段、
及び、その補正信号を前記制御出力信号に加算する加算手段、
を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項８】
発電機を駆動する原動機の実回転数の定格回転数からの偏差と、前記発電機と前記原動機の回転体の慣性定数とを乗じたものを微分して得られる補償信号を出力する微分手段、
その補償信号を前記出力電力の現在値を示す出力電力信号に加算して原動機出力相当信号を出力する加算手段
前記出力電力の目標となる指令値を示す出力電力指令値信号と、前記原動機出力相当信号とを入力として、前記指令値と前記原動機の出力の現在値との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段、
及び、前記偏差信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項９】
原動機出力相当信号、偏差信号又は制御出力信号のいずれかから、所定の周波数成分を減衰又は除去するフィルタ手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載の原動機出力の制御装置。
【請求項１０】
原動機出力相当信号を入力として、この入力信号から所定の周波数成分を抽出して出力する変化検出手段、
前記周波数成分を入力として、この入力信号の位相を進め又は遅らせた補正信号を出力する位相調整手段、
及び、前記補正信号を制御出力信号に加算する加算手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載の原動機出力の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水車／蒸気／ガスタービン、エンジン等の原動機により発電機を回して電力を発生するする発電装置の原動機出力の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の原動機出力（機械）トルクの制御装置においては、回転数の検出信号にセンサーノイズなどのホワイトノイズや発電機のすりこぎ運動による有色ノイズなどが含まれており、定常的に信号を出してしまい、原動機出力（機械）トルク制御系が動作してしまう問題があり、これらのノイズを除去するために出力制限、不感帯、周波数帯域除去のフィルタが設けられていた（例えば特許文献１）。
また、発電機出力指令信号と発電機出力信号の偏差を無駄時間演算器に取り込み、ハンチング状態を判断し偏差信号と無駄時間演算器の出力を加算し制御信号を０とするようなものも有った（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３３１９５号公報（段落００１７から００２５、図１）
【特許文献２】特開平８−２６６０９５号公報（段落００２１から００２８、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の原動機制御装置は以上のように構成されており、回転数検出信号に含まれるノイズ除去や過大変動を防止することは可能であったが、ノイズ以外の発電機と電力系統との間で発生する電力変動成分に対してはそのまま応動して原動機出力トルクを増／減制御するので、原動機出力トルクが変動するタイミングによっては、逆にその変動を拡大する場合があった。また、無駄時間演算器を設けた方式では、実際のハンチングの場合振幅が減衰或は増大するので無駄時間演算器からの過去の偏差とその時点での偏差には差が発生するため、制御信号は０とならずこの差により発電機出力のハンチングを回避できない問題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、フィードバック信号に含まれるノイズ以外の、発電機と電力系統との間で発生する電力変動の拡大を防止して電力系統に擾乱を与えることなく安定な運転を継続できる原動機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
原動機に駆動される発電機の出力電力の目標となる指令値を示す出力電力指令値信号と、前記出力電力の現在値を示す出力電力信号とを入力として、前記指令値と前記現在値との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段と、前記偏差信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段と、前記出力電力信号を入力として、この入力信号から、前記原動機の出力と前記出力電力との不一致により発生する前記出力電力の周期変動による所定の周波数成分を抽出して出力する変化検出手段と、前記周波数成分を入力として、この入力信号の位相を進め又は遅らせた補正信号を出力する位相調整手段と、その補正信号を前記制御出力信号に加算する加算手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
発電機の出力電力が変動した場合、変化検出手段でこの変動成分のみの信号を取り出し、変動を抑制する原動機の出力の増減タイミングとなるように位相調整手段にて位相を調整して、加算手段を通して制御出力信号として原動機の出力の増減を行うので、発電機の出力電力の変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明の実施の形態１による発電装置の原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図２】一機無限大系統のモデルを示す図である。
【図３】発電機と電力系統との間の電力変動の挙動を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態３による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態４による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態５による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態５による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態５による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態５による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態６による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図１２】この発明の実施の形態７による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図１３】一機無限大系統における回転数と周波数の関係を示す。
【図１４】この発明の実施の形態８による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図１５】この発明の実施の形態９のフィードバック信号の演算方式例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による発電装置の原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。図１において、需給計画等から当該発電設備に与えられる、出力電力の目標となる指令値である電力指令値が偏差検出手段１ａに入力され、また、フィードバック信号として使用する発電機（図示せず）の出力電力の現在値を示す出力電力信号がフィルタ手段２ａを介して同じく偏差検出手段１ａに入力される。偏差検出手段１ａでは、電力指令値とフィルタ後の出力電力信号との偏差を求めて偏差信号を出力する。この偏差検出手段１ａの出力する偏差信号に基づき、制御系の応答性、安定性を調整する制御手段の一例であって比例＋積分制御を行うＰＩ回路３から、原動機出力を調整するための制御出力信号が出力される。この制御出力信号は、水車タービンであればガイドベーンの開度制御系に、蒸気タービンであればボイラー制御系又は蒸気調整弁の開度制御系に、ガスタービンであれば燃焼制御系等の原動機出力調整部に与えられる。
フィルタ手段２ａは、応答不要な変動成分を減衰或は除去する一定時間の平均値演算によるフィルタ、低域通過（高域減衰、除去）のローパスフィルタ、特定の周波数成分を減衰、除去のノッチフィルタ等で構成される。
【０００９】
次に動作について説明する。
発電機が電力系統に接続されている時の出力電力Ｐeは、簡略化した図２の一機無限大系では式１にて表せる。
【００１０】
【数１】
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なお、図２においてＥfdは背後電圧、Ｖbは無限大母線４の電圧、Ｘは発電機５から無限大母線４までのリアクタンス、δは発電機５の位相角である。
【００１１】
図３は、発電機と電力系統との間の電力変動の挙動を示す図であって、横軸を位相角δ、縦軸を出力電力Ｐeとして式１の出力電力Ｐeの特性を示す特性図に、発電機を駆動する原動機の出力が変化した場合の挙動を示す図を添えたものである。
特性図には、１回線開放等があって送電線のリアクタンスＸが増加したときの、増加前と増加後のＰ−δ曲線を示し、その変化により原動機の出力が変化したときの出力電力Ｐeの時間変動を特性図の右側に、位相角δの時間変動を特性図の下側に示している。
定常状態においては、原動機の出力Ｐm0と発電機の出力電力Ｐeの特性との交点ａ、つまり位相角δ0にて運転されている。
１回線開放等があって送電線のリアクタンスＸが増加したときは、発電機の出力電力Ｐeが変化し、次のような変動が発生する。
（１）運転点はａ点からｂ点に変化する。この場合、出力電力Ｐeは変化するが、位相角δは変化しない。
（２）出力電力Ｐeが原動機の出力Ｐm0より小さくなるため、発電機は加速される。そして、出力電力Ｐeが原動機の出力Ｐm0に一致する点であるｃ点を超えて加速される。発電機の回転損失、抵抗損失等が無視できて損失が０であれば、△ａｂｃの面積＝△ｃｄｅの面積となるｄ点まで加速される。
（３）ｄ点に到達すると、今度は出力電力Ｐeが原動機の出力Ｐm0より大きくなり発電機は減速される。損失が０であれば、ｂ点まで減速される。
（４）損失が０であれば、このｂ−ｄ間の出力電力Ｐeの変動は継続するが、実際には種々の損失が存在して出力電力Ｐeの変動を抑制する方向に作用するため、最終的にはｃ点（Ｐe＝Ｐm0、δ＝δs）に収束する。なお、この出力電力Ｐeの変動の周期は電力系統と発電機の特性から決まる同期化力と回転体の慣性定数とから決まる。
【００１２】
一方、電力指令値と出力電力Ｐeとの偏差をなくすように制御する原動機の制御装置は、この出力電力Ｐeの変動を抑制する方向に作動するため原動機の出力が変化する。
この変化は原動機の特性で左右されるが、（１）で運転点がｂ点に変化した時に原動機の出力が増加すると、△ａｂｃの面積、つまり加速エネルギーが大きくなり、原動機の出力が変化しないときの変化点ｄ点よりも出力電力Ｐeが大きくなるまで加速される。
次に（３）で運転点がｄ点に変化した時に原動機の出力が減少すると、△ｃｄｅの面積、つまり減速エネルギーが大きくなり原動機の出力が変化しないときの変化点ｂ点より出力電力Ｐeが小さくなるまで減速されることになる。これらの動きを繰り返すことにより振動を拡大させる。
【００１３】
この実施の形態１では、以上説明したような、原動機による制御が不要であって、むしろ不要に制御することで安定性が阻害される発電機の出力電力の変動成分について、発電機の出力電力信号をフィルタ手段２ａを通してこの変動成分を減衰、除去してから偏差検出手段１ａで電力指令値との偏差を求めるようにしたので、この偏差検出手段１ａの出力する偏差信号に基づく制御出力信号は、不要な変動成分が減衰、除去されたものとなっている。これにより、原動機の出力が発電機の出力電力の変動に不要に応動して、電力変動を拡大することを防止できる。
なお、フィルタ手段２ａで除去する成分の調整については、この変動成分の周期が前述のとおり同期化力と回転体の慣性定数とから決まることに基づいて行うほか、実機で条件を変化させて調整する等の方法が考えられる。
【００１４】
以上、１機無限大系統のモデルにおけるローカルモードの成分について説明したが、電力系統の構成、運用及び発電機定数により発生しうる変動成分であって、原動機による制御が不要で、むしろ不要に制御することで安定性が阻害される成分は、この他にも多機系で発生する発電機間や、系統間モード等の成分があり、それらの成分についても同様にフィルタ手段２ａで減衰、除去することができる。
【００１５】
また、図１では、フィルタ手段２ａの挿入個所を偏差検出手段１ａの前に置いた例を示した。このように構成すれば、（１）偏差検出手段１ａ以降の不要な応動を避ける、（２）リミッタや飽和による誤差の発生及び非線形化の防止、（３）制御モード切替時に偏差信号での切替が容易等の利点があるが、偏差検出手段１ａ以降（含む、原動機部）のどこにフィルタ手段２ａをおいても変動抑制の効果は同様に得られる。
【００１６】
実施の形態２．
実施の形態１では、応動不要な変動成分を減衰、除去することにより電力変動の拡大を防止する方式について述べたが、この実施の形態２では、この変動を積極的に抑制する制御方式を示す。
図４は、この発明の実施の形態２による原動機の制御装置の制御方式示すブロック図である。図４において、図１のフィルタ手段２ａに代わって、遅れ進み回路（１＋Ｔ1・ｓ）／（１＋Ｔ2・ｓ）等で構成される位相調整手段６ａがＰＩ回路３の前に置かれる。この位相の調整は実施の形態１と同様であり、最終的には実機にての調整となる。
【００１７】
この位相調整手段６ａで、発電機の出力電力Ｐeの変動に対する原動機の出力の増減を、次のタイミングで発生するように変化させることにより、以下の動きを繰り返すことにより振動を収束させることができる。
（１）ｂ点に変化した時に、原動機の出力を低下させる。△ａｂｃの面積、つまり加速エネルギーが小さくなり、原動機の出力が変化しない時の変化点ｄ点よりも出力電力Ｐeが低い点までしか加速されない。
（２）次にｄ点での原動機の出力を増加させる。△ｃｄｅの面積、つまり減速エネルギーが小さくなり、原動機の出力が変化しないときの変化点ｂ点よりも出力電力Ｐeが低くなるほどには減速されない。
【００１８】
なお、図４では偏差検出手段１ａとＰＩ回路３との間に位相調整手段６ａを挿入する例を示したが、実施の形態１と同様に偏差検出手段１ａに設けて出力電力信号を入力するようにするか、又はＰＩ回路３以降に設けても同様の効果を発揮する。
【００１９】
また、制御出力信号の出力先であるサーボ系や燃焼制御等の出力調整部を含む原動機の特性が運転状態により変化する場合でも、上記の位相調整手段６ａを複数設けて運転状態により切り替える或は運転状態に応じ位相調整手段６ａの定数を変更する手段を付加することで対応可能である。
【００２０】
実施の形態３．
実施の形態２では、原動機の出力を増減するタイミングを調整するために、位相調整手段６ａを制御手段に直列に挿入する方式を示したが、この実施の形態３では、発電機の出力電力の変動分のみに応動する回路を新たに付加して、積極的に原動機の出力を増減することにより発電機の出力電力の変動を抑制する方式を示す。
【００２１】
図５は、この発明の実施の形態３による原動機の制御装置の制御方式示すブロック図である。図５の構成は、図１の構成に対して、出力電力信号の変化成分を検出する変化検出手段７ａ及び位相調整手段８ａを追加し、更に、ＰＩ回路３の出力と位相調整手段８ａの出力とを加算して制御出力信号を生成する加算手段９ａを追加したものである。
変化検出手段７ａは、変動成分のみを取り出す微分回路、所定の変動周期の成分のみを通過させるバンドパスフィルタ回路等で構成され、位相調整手段８ａは、位相調整手段６ａと同様に遅れ進み回路（１＋Ｔ1・ｓ）／（１＋Ｔ2・ｓ）等で構成される。位相の調整は実施の形態２と同様に行う。
【００２２】
図５の構成では、発電機の出力電力が変動した場合、変化検出手段７ａでこの変動成分のみの信号を取り出し、実施の形態２に記載した、変動を抑制する原動機の出力の増減タイミングとなるように位相調整手段８ａにて位相を調整して、加算手段９ａを通して制御出力信号として原動機の出力の増減を行うので、実施の形態２と同様、発電機の出力電力の変動を抑制することができる。
また、この実施の形態３では出力電力信号の変動成分のみに応動する回路を新たに付加する構成として、通常の電力制御と、変動抑制とを個々に調整できる方式としたので、それぞれの機能として最適な状態に調整可能である。
【００２３】
なお、図５では電力指令値に対する電力制御と変動成分抑制制御とを分離するためのフィルタ手段２ａを設けた構成を示したが、フィルタ手段２ａを設けずに変化検出手段７ａ及び位相調整手段８ａを付加しても、位相調整手段８ａの調整により同様の効果を得ることができる。
同様に、実施の形態２のように電力指令値に対する電力制御に位相調整手段６ａを設けた方式に変化検出手段７ａ及び位相調整手段８ａを付加しても、位相調整手段６ａ及び９ａの調整により同様の効果を得ることができる。
【００２４】
なお、当然ながら位相調整手段８ａの出力を制御出力信号の出力先であるサーボ系、燃焼制御等の原動機出力調整部に直接与えても、同様の効果を得ることができる。
【００２５】
実施の形態４．
原動機の出力トルクをＴm、発電機の出力トルクをＴe、回転体の慣性定数をＭ、回転数偏差をΔωとするとこれらは式２に示す関係にある。なお、ｓはラプラス演算子である。
【００２６】
【数２】
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【００２７】
実施の形態３では、原動機の出力制御に用いている発電機の出力電力信号を、変化検出手段７ａ及び位相調整手段８ａを介して加算手段９ａにて加算する方式を示したが、回転数ωと、発電機の出力トルク及び原動機の出力トルクとの間には式２の関係があり、図６のように回転数ωを変化検出手段７ｂ及び位相調整手段８ｂを介して加算しても同様の効果を得ることができる。
【００２８】
実施の形態５．
実施の形態１から３では、発電機の出力電力を電力指令値を目標として制御する電力制御に関するものであったが、原動機の制御には回転数の変化に応じて原動機の出力を増減する回転数制御機能も設けられている。この実施の形態５は、この回転数制御に関するものである。
【００２９】
実施の形態５の構成例を図７から９にそれぞれ示すが、図１、４及び５の構成に対して、電力指令値を回転数指令値（通常は定格回転数）に、フィードバック信号である発電機の出力電力を回転数信号に、そして制御手段であるＰＩ回路３を調定率１０ｂに、それぞれ置き換えたものである。なお、回転数信号は原動機回転軸に取り付けられた歯車等から検出されるものであり、調定率１０ｂは回転数の変化に対する原動機の出力の変化の大きさの比率である。
【００３０】
原動機の出力と発電機の出力電力との差により加速或は減速されることにより、原動機の回転数は変化する。従って、発電機の出力電力の変動が発生すると回転数信号が変動し、調定率１０ｃに応じて制御出力信号が変化して原動機の出力を変化させる。回転数制御についても、この原動機の出力の変動のタイミングによっては、実施の形態１で述べたのと同様の作用により、発電機の出力電力の変動の拡大が起こる。
従って、図７から９のように構成することで、実施の形態１から３と同様の作用により、回転数制御においても、電力制御と同様の効果を発揮することができる。
【００３１】
なお、図９の構成では、回転数制御に用いている回転数信号を変化検出手段７ｂ及び位相調整手段８ｂを介して加算手段９ｂに加算する方式を示したが、回転数と発電機の出力電力との間には式２の関係があることから、図１０のように発電機の出力電力を変化検出手段７ａ及び位相調整手段８ａを介して加算する構成としても同様の効果を得ることができる。
【００３２】
実施の形態６．
実施の形態６の構成例を図１１に示す。図１１において、偏差検出手段１ｃにおいて、基準周波数（通常、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）とフィードバック信号としての発電機端子又は系統側の周波数信号との偏差を求め、調定率１０ｃに従って原動機の出力の制御量に変換して制御出力信号を出力する。この制御出力信号を原動機出力調整部へ与えることにより、発電機端子又は系統側の周波数変動が抑制される。
【００３３】
通常、並列前の原動機回転数制御のために精度よく回転数を検出する回転数検出器が設けられているので、回転数制御のフィードバック信号としては原動機の回転数が使用されている。この回転数（角度ω＝２πｆ、ｆは周波数）と位相角δの関係はω＝ｄδ／ｄｔであり、図２に示した一機無限大系で考えた場合、無限大点の位相角δの変化は０、つまり周波数ｆの変化も０である。これを図示すると図１３のようになり無限大点に近づくほど周波数ｆの変化は小さくなる。一般的に発電機の内部リアクタンスが大きいので発電機端子は無限大点に近くなり、周波数変化は小さくなる。一方、大きな電力系統から切り離された単独系等の場合は、単独系統内での需給状態により系統の周波数が決まり、これは原動機の回転数とほぼ等価である。
【００３４】
電力系統に接続されている時の回転数制御の目的は、電力系統全体の需給状態の変化により周波数が変化した時に、これを元に戻すために調定率に従って原動機の出力を増減させることである。したがって、電力系統に接続されている時に回転数信号を用いて回転数制御を行うことは、過大な制御となり電力変動を拡大させることになる。
【００３５】
この実施の形態６のように、発電機端子又は系統側の周波数をフィードバック信号として適用することにより過度な原動機の出力変化を抑制し、発電機の出力電力の変動の拡大を防止することができる。当然ながら、電力系統から切り離された状態においては前述のように周波数変動と回転数変動は等価であり、従来と同等の制御を維持できる。
なお、図１１の構成は、図７の構成について、回転数指令値を基準周波数に、回転数信号を周波数信号に置き換えた構成からフィルタ手段２ｂを除いた構成であるが、この構成に対して、図７から図１０のようにフィルタ手段２ｂや位相調整手段８ｂなどを追加しても、実施の形態５と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
実施の形態７．
実施の形態６では回転数制御の信号として周波数信号を使用する方式を示したが、系統に並列されていない無負荷時又は単独系統時は、回転数信号を使用する方式より制御の精度や感度が低下する。この実施の形態７は、これを解決するものである。
実施の形態７の構成例を図１２に示す。図１２において、切替手段１１が単独系統／無負荷信号の入力に基づき、周波数信号と回転数信号のいずれを使用するか切り替える。単独系統／無負荷信号は、系統並列用遮断器の動作状態及び変電所等から単独系統状態時に転送される状態信号で、単独系統又は無負荷状態のときは”１”、それ以外の通常の運転状態では”０”となる信号であり、切替手段１１は、この単独系統／無負荷信号が”０”の時はＣ＝Ａ、”１”のときはＣ＝Ｂとなるように調定率１０ｄへの入力を切り替える。
【００３７】
このように構成することで、発電機が電力系統に接続された通常の運転状態のときは、基準周波数と周波数信号の偏差信号Ａが選択されて調定率１０ｄで原動機の出力の制御信号に変換され制御出力信号として出力され、一方、単独系統又は無負荷状態の時は回転数指令値と回転数信号との偏差信号Ｂが選択されて調定率１０ｄで原動機の出力の制御信号に変換され制御出力信号として出力されるので、いずれの場合も精度、感度よく回転数変動を抑制できる。
【００３８】
なお、図１２では切替手段１１を調定率１０ｄの前においた例を示したが、調定率１０ｄを周波数及び回転数の個々に設けてその後で切り替える構成としても、信号切替と同時に調定率の設定値を切り替える等の方式を適用しても同様の効果を得ることができる。また、周波数も回転数も基準値と比較することから偏差検出手段を別個にせずに、その前段で、周波数と回転数を切り替えるようにしても良い。
なお、図１２では、制御信号切替のための信号として系統並列用遮断器の動作状態等の運転状態信号を適用する構成を示したが、前述のように、電力系統に接続されている時は回転数と発電機端子又は系統側の周波数との変化に大きな差があり、無負荷又は単独系統時にはその差が小さくなるので、この特性を利用して、回転数と周波数の差が小さくなった時に、無負荷又は単独系統状態と判定する回路を設け、この信号で切り替えるようにしても良い。
【００３９】
また、図１２ではフィルタ等の無い構成について説明したが、この切替手段１１を、実施の形態５の図７から１０の構成に適用することができて、フィルタ、位相調整手段又は変化検出手段及び位相調整手段を用いる構成においても、回転数のみに基づく制御ではなく、運転状態に基づいて回転数信号と周波数信号とを切り替えて使用する制御を行うことができる。
【００４０】
実施の形態８．
実施の形態７では、周波数信号と回転数信号と運転状態に応じて切り替える方式を示したが、この方式だと回転数検出部と周波数検出部との２種類の検出部を設ける必要がある。
ところで、図１３に示したように、回転数変動と任意の地点の周波数変動との関係は、その地点までのリアクタンスＸの比率で決まり、発電機端子の場合、回転数変動をＸe／（Ｘd＋Ｘe）倍（感度調整率と呼ぶ）することにより発電機端子１２の周波数信号と等価なレベルに変換できる。
【００４１】
この実施の形態８は、上記の原理により、単一の検出器にて実施の形態７と同様の効果を発揮できるようにしたものであり、その構成例を図１４に示す。図１４において、変換手段である感度調整率１３により、回転数信号を変動を抑制したい地点の周波数の変動感度に変換する。
【００４２】
このように構成することで、回転数信号のみの単一入力信号の装置においても、実施の形態７と同様、単独系統／無負荷信号が”０”の時はＣ＝Ａ、”１”の時はＣ＝Ｂとなるように、調定率１０ｄへの入力を切替手段１１にて選択することにより、運転状態に応じた制御を実現できる。
【００４３】
なお、調定率１０ｄを従来の調定率と、感度調整率により補正した調定率とを準備して切り替えるようにしても同様の効果を得ることができる。
なお、切替手段１１を適用することで、この実施の形態８における回転数信号とそれを周波数の変動感度に変換した信号とを運転状態に応じて切り替える構成を、実施の形態５の図７から１０の構成に適用することについては、実施の形態７と同様である。
【００４４】
実施の形態９．
実施の形態１から４では、発電機の出力電力が電力指令値と等しくなるように制御する原動機制御装置について、発電機の出力電力の変動に応動して制御した場合に原動機の出力のタイミングによっては発電機の出力電力の変動を拡大する可能性があること、そして、その抑制方式を示した。
【００４５】
図２に示すように、定常状態においては原動機の出力と発電機の出力電力は等しいが、変動時は等しくない。つまり、原動機の出力と異なる発電機の出力電力をフィードバック信号として制御しているため、本来の原動機の出力制御としては応動不要な変動に応答して原動機の出力を変化させることにより、発電機の出力電力の変動を拡大させている可能性がある。
この実施の形態９は、原動機の出力に近い信号を演算により求め、この信号をフィードバック信号として適用することにより、原動機の制御装置の不要な応動を防止することにより発電機の出力電力の変動拡大を回避する方式に関するものである。
図１５にフィードバック信号の演算方式例を示す。図１５において、発電機の定格回転数と実回転数との偏差を示す回転数偏差信号が微分手段１４に入力され、加算手段１５において発電機の出力電力信号と微分手段１４の出力とが加算されて、原動機の出力制御に適用する原動機出力相当信号が出力される。
【００４６】
回転数の変動が微小であって定格回転数付近で運転されているとすると、式２で原動機の出力トルクＴm≒原動機の出力Ｐm、発電機の出力トルクＴe≒発電機の出力電力Ｐeであり、原動機の出力は、式３にて表せる。
【００４７】
【数３】
2010136621.tif 000005
【００４８】
これをブロック図で表したのが図１５である。つまり、発電機の出力電力Ｐeが変動した時、原動機の出力Ｐmとの偏差により発電機が加速又は減速されて回転数が変化するので、この変動成分を発電機の出力電力Ｐeに加算することにより原動機の出力Ｐmを演算により求めて原動機出力相当信号とする。従って、発電機の出力電力Ｐeのみが変化している場合は、原動機出力相当信号は変動しないため、不要な原動機の制御装置の応動を防止できる。
なお、微分手段１４は純微分関数でも、不完全微分関数でもよく、また、ディジタル制御装置の場合は前値からの変化を演算する方式等でも同様の効果を得ることができる。
【００４９】
また、この実施の形態９では、発電機の出力電力のみの変動による不要の原動機の出力の変動を回避できる方式を示したが、原動機の出力そのものの変動又は損失の影響、或は発電機の出力電力の電力検出等での演算誤差による変動が発生し、この変動による制御が発電機の出力電力の変動が拡大するようなタイミングとなる可能性がある。従って、この実施の形態９に示す方式に対しても実施の形態１から４の方式を更に適用して、発電機の出力電力の変動拡大を防止する効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ａ、１ｂ、１ｃ    偏差検出手段
２ａ、２ｂ    フィルタ手段
３    制御手段であるＰＩ回路
６ａ、６ｂ    位相調整手段
７ａ、７ｂ    変化検出手段
８ａ、８ｂ    位相調整手段
９ａ、９ｂ    加算手段
１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ    制御手段である調定率
１１    切替手段
１３    変換手段である感度調整率
１４    微分手段
１５    加算手段
【図１】
2010136621.tif 000006
【図２】
2010136621.tif 000007
【図３】
2010136621.tif 000008
【図４】
2010136621.tif 000009
【図５】
2010136621.tif 000010
【図６】
2010136621.tif 000011
【図７】
2010136621.tif 000012
【図８】
2010136621.tif 000013
【図９】
2010136621.tif 000014
【図１０】
2010136621.tif 000015
【図１１】
2010136621.tif 000016
【図１２】
2010136621.tif 000017
【図１３】
2010136621.tif 000018
【図１４】
2010136621.tif 000019
【図１５】
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