(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に発生する長周期の電力動揺を抑制するため、発電機の運転状態を示す状態信号の変化分から発電機の励磁量を計算する長周期動揺抑制手段と、電力系統に発生する短周期の電力動揺を抑制するため、上記発電機の運転状態を示す状態信号の変化分から発電機の励磁量を計算する短周期動揺抑制手段と、上記発電機の運転状態を示す状態信号を周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率を推定する推定手段と、上記推定手段の推定結果に応じて上記長周期動揺抑制手段の計算結果と上記短周期動揺抑制手段の計算結果を合成し、その発電機の励磁量を決定する励磁量決定手段とを備えた電力系統安定化装置において、上記推定手段は、周波数分析の分析波形区間長を長周期成分の周期に合わせることを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項２】
電力系統に発生する長周期の電力動揺を抑制するため、発電機の運転状態を示す状態信号の変化分から発電機の励磁量を計算する長周期動揺抑制手段と、電力系統に発生する短周期の電力動揺を抑制するため、上記発電機の運転状態を示す状態信号の変化分から発電機の励磁量を計算する短周期動揺抑制手段と、上記発電機の運転状態を示す状態信号を周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率を推定する推定手段と、上記推定手段の推定結果に応じて上限値及び下限値が設定され、上記長周期動揺抑制手段により計算された発電機の励磁量が上限値又は下限値を逸脱する場合には、その上限値又は下限値を励磁量とする第１の励磁量制限手段と、上記推定手段の推定結果に応じて上限値及び下限値が設定され、上記短周期動揺抑制手段により計算された発電機の励磁量が上限値又は下限値を逸脱すると、その上限値又は下限値を励磁量とする第２の励磁量制限手段と、上記第１の励磁量制限手段から出力された励磁量と上記第２の励磁量制限手段から出力された励磁量を合計して、その発電機の励磁量を決定する励磁量決定手段とを備えた電力系統安定化装置において、上記推定手段は、周波数分析の分析波形区間長を長周期成分の周期に合わせることを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項３】
推定手段は、定常時における状態信号の微小変動から長周期成分の周期を推定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の電力系統安定化装置。
【請求項４】
推定手段は、複数の状態信号を周波数分析する場合には、各状態信号から推定される含有比率の平均値を求め、その平均値を推定結果として出力することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の電力系統安定化装置。
【請求項５】
電力系統に発生する長周期の電力動揺を抑制するため、発電機の運転状態を示す状態信号の変化分から発電機の励磁量を計算する長周期動揺抑制手段と、電力系統に発生する短周期の電力動揺を抑制するため、上記発電機の運転状態を示す状態信号の変化分から発電機の励磁量を計算する短周期動揺抑制手段と、上記発電機の運転状態を示す状態信号を周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率を推定する推定手段と、上記推定手段の推定結果に応じて上限値及び下限値が設定され、上記長周期動揺抑制手段により計算された発電機の励磁量が上限値又は下限値を逸脱する場合には、その上限値又は下限値を励磁量とする第１の励磁量制限手段と、上記推定手段の推定結果に応じて上限値及び下限値が設定され、上記短周期動揺抑制手段により計算された発電機の励磁量が上限値又は下限値を逸脱すると、その上限値又は下限値を励磁量とする第２の励磁量制限手段と、上記第１の励磁量制限手段から出力された励磁量と上記第２の励磁量制限手段から出力された励磁量を合計して、その発電機の励磁量を決定する励磁量決定手段とを備えた電力系統安定化装置において、上記励磁量決定手段は、長周期成分の含有比率が増加傾向にある場合には、第１の励磁量制限手段における上限値と下限値の幅を同一以上にすることを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項６】
電力系統に発生する長周期の電力動揺を抑制するため、発電機の運転状態を示す状態信号の変化分から発電機の励磁量を計算する長周期動揺抑制手段と、電力系統に発生する短周期の電力動揺を抑制するため、上記発電機の運転状態を示す状態信号の変化分から発電機の励磁量を計算する短周期動揺抑制手段と、上記発電機の運転状態を示す状態信号を周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率を推定する推定手段と、上記推定手段の推定結果に応じて上限値及び下限値が設定され、上記長周期動揺抑制手段により計算された発電機の励磁量が上限値又は下限値を逸脱する場合には、その上限値又は下限値を励磁量とする第１の励磁量制限手段と、上記推定手段の推定結果に応じて上限値及び下限値が設定され、上記短周期動揺抑制手段により計算された発電機の励磁量が上限値又は下限値を逸脱すると、その上限値又は下限値を励磁量とする第２の励磁量制限手段と、上記第１の励磁量制限手段から出力された励磁量と上記第２の励磁量制限手段から出力された励磁量を合計して、その発電機の励磁量を決定する励磁量決定手段とを備えた電力系統安定化装置において、上記励磁量決定手段は、短周期成分の含有比率が増加傾向にある場合には、第２の励磁量制限手段における上限値と下限値の幅を同一以上にすることを特徴とする電力系統安定化装置。
【請求項７】
電力系統に発生する長周期の電力動揺を抑制するため、発電機の運転状態を示す状態信号の変化分から発電機の励磁量を計算する長周期動揺抑制手段と、電力系統に発生する短周期の電力動揺を抑制するため、上記発電機の運転状態を示す状態信号の変化分から発電機の励磁量を計算する短周期動揺抑制手段と、上記発電機の運転状態を示す状態信号を周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率を推定する推定手段と、上記推定手段の推定結果に応じて上限値及び下限値が設定され、上記長周期動揺抑制手段により計算された発電機の励磁量が上限値又は下限値を逸脱する場合には、その上限値又は下限値を励磁量とする第１の励磁量制限手段と、上記推定手段の推定結果に応じて上限値及び下限値が設定され、上記短周期動揺抑制手段により計算された発電機の励磁量が上限値又は下限値を逸脱すると、その上限値又は下限値を励磁量とする第２の励磁量制限手段と、上記第１の励磁量制限手段から出力された励磁量と上記第２の励磁量制限手段から出力された励磁量を合計して、その発電機の励磁量を決定する励磁量決定手段とを備えた電力系統安定化装置において、上記長周期動揺抑制手段及び上記短周期動揺抑制手段と異なる周期成分の電力動揺を抑制する他周期動揺抑制手段と、その他周期動揺抑制手段により計算された発電機の励磁量が上限値又は下限値を逸脱すると、その上限値又は下限値を励磁量とする励磁量制限手段とをそれぞれ少なくとも１つ以上設け、上記励磁量決定手段は、上記推定手段の推定結果に応じて各励磁量制限手段の上限値及び下限値を変更することを特徴とする電力系統安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力系統に発生する電力動揺を抑制する電力系統安定化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は例えば特開平５−８３８５９号公報に示された従来の電力系統安定化装置を示す構成図であり、図において、１は電力系統に発生する大外乱を抑制するため、発電機の回転数ωの偏差Δωから発電機の励磁量Ｕ１を計算する制御器、２は電力系統に発生する小外乱を抑制するため、発電機の回転数ωの偏差Δωから発電機の励磁量Ｕ２を計算する制御器、３は電力系統に発生する小外乱を抑制するため、発電機の有効電力Ｐの偏差ΔＰから発電機の励磁量Ｕ３を計算する制御器、４は制御器２により計算された励磁量Ｕ２と制御器３により計算された励磁量Ｕ３を合計する加算器、５は制御器１により計算された励磁量Ｕ１と加算器４から出力された励磁量Ｕ４をメンバーシップ関数に代入して、発電機の励磁量Ｕを決定する制御器、６は制御器５により決定された発電機の励磁量Ｕが上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを逸脱すると、その上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを励磁量Ｕとするリミッタである。
【０００３】
次に動作について説明する。
まず、制御器１は、電力系統に発生する大外乱（発電機の回転数ωの偏差Δωが大きい状態）を速やかに抑制することができるように設計された制御器であり、制御器１は、発電機の回転数ωの偏差Δωを入力すると、その偏差Δωから発電機の励磁量Ｕ１を計算する。
ここで、図１２は電力系統安定化装置の位相θと励磁量Ｕ１の関係を示しており、例えば、位相θが３π／４より小さい場合と、位相θが７π／４より大きい場合には、励磁量Ｕ１がＮ１になり、位相θが３π／４より大きく、かつ、位相θが７π／４より小さい場合には、励磁量Ｕ１がＰ１になることを示している。
ただし、μＮ１はＮ１のメンバーシップ関数であり、μＰ１はＰ１のメンバーシップ関数である。
なお、図１３は電力系統安定化装置の利得Ｄｅと励磁量Ｕ１の関係を示している。
【０００４】
一方、制御器２及び制御器３は、電力系統に発生する小外乱（発電機の回転数ωの偏差Δωが小さい状態）を速やかに抑制することができるように設計された制御器であるが、制御器２は、発電機の回転数ωの偏差Δωを入力すると、その偏差Δωを制御器１と同様の関数を用いて発電機の励磁量Ｕ２を計算する。
また、制御器３は、発電機の有効電力Ｐの偏差ΔＰを入力すると、その偏差ΔＰから発電機の励磁量Ｕ３を計算する（図１４参照）。
ここで、回転数ωの偏差Δωが正側に変動すると、有効電力Ｐの偏差ΔＰが負側に変動する一方、回転数ωの偏差Δωが負側に変動すると、有効電力Ｐの偏差ΔＰが正側に変動する関係があるので、有効電力Ｐの偏差ΔＰが負側に変動したときは正の励磁量Ｕ３を出力し、有効電力Ｐの偏差ΔＰが正側に変動したときは負の励磁量Ｕ３を出力するように設定されている。
【０００５】
そして、制御器２及び制御器３が制御量を計算すると、加算器４が励磁量Ｕ２と励磁量Ｕ３を合計し、その合計結果である励磁量Ｕ４を制御器５に出力する。
そして、制御器５は、発電機の回転数ωの偏差Δωが大きい大外乱が発生したときは、制御器１から出力された励磁量Ｕ１を重視し、発電機の回転数ωの偏差Δωが小さい小外乱が発生したときは、加算器４から出力された励磁量Ｕ４を重視して、最終的な励磁量Ｕを決定する。
即ち、制御器５は、励磁量Ｕ１と励磁量Ｕ４を下記に示すメンバーシップ関数に代入して、最終的な励磁量Ｕを決定する（図１５参照）。
【０００６】
0003726943.tif 000002
ただし、μＳはメンバーシップ関数のラベルＳＵ２のグレード
μＢはメンバーシップ関数のラベルＢＵ１のグレード
【０００７】
なお、制御器５が励磁量Ｕを決定すると、リミッタ６がその励磁量Ｕを入力し、その励磁量Ｕが上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを逸脱していなければ、そのまま励磁量Ｕを出力するが、その励磁量Ｕが上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを逸脱している場合には、その上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを励磁量Ｕとして出力する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力系統安定化装置は以上のように構成されているので、電力系統に発生する大外乱及び小外乱をある程度抑制することができるが、電力動揺の周期成分を考慮せずに発電機の励磁量Ｕを決定するため、例えば、大外乱が短周期の動揺を伴っている場合や、小外乱が長周期の動揺を伴っている場合には、効果的に電力動揺を抑制することができないなどの課題があった。
【０００９】
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、電力動揺の周期成分が変化しても、速やかに電力動揺を抑制することができる電力系統安定化装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力系統安定化装置は、発電機の運転状態を示す状態信号を周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率を推定し、その推定結果に応じて励磁量を合成するようにしたものであり、また、推定手段が周波数分析の分析波形区間長を長周期成分の周期に合わせるようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る電力系統安定化装置は、発電機の運転状態を示す状態信号を周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率を推定し、その推定結果に応じて各励磁量制限手段の上限値及び下限値を変更するようにしたものであり、また、推定手段が周波数分析の分析波形区間長を長周期成分の周期に合わせるようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る電力系統安定化装置は、定常時における状態信号の微小変動から長周期成分の周期を推定するようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る電力系統安定化装置は、複数の状態信号を周波数分析する場合には、各状態信号から推定される含有比率の平均値を求め、その平均値を推定結果として出力するようにしたものである。
【００１６】
この発明に係る電力系統安定化装置は、長周期成分の含有比率が増加傾向にある場合には、第１の励磁量制限手段における上限値と下限値の幅を同一以上にするようにしたものである。
【００１７】
この発明に係る電力系統安定化装置は、短周期成分の含有比率が増加傾向にある場合には、第２の励磁量制限手段における上限値と下限値の幅を同一以上にするようにしたものである。
【００２２】
この発明に係る電力系統安定化装置は、長周期動揺抑制手段及び短周期動揺抑制手段と異なる周期成分の電力動揺を抑制する他周期動揺抑制手段と、その他周期動揺抑制手段により計算された発電機の励磁量が上限値又は下限値を逸脱すると、その上限値又は下限値を励磁量とする励磁量制限手段とをそれぞれ少なくとも１つ以上設け、推定手段の推定結果に応じて各励磁量制限手段の上限値及び下限値を変更するようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による電力系統安定化装置を示す構成図であり、図において、１１は電力系統に発生する長周期の電力動揺を抑制するため、発電機の回転数ω（状態信号）の変化分Δωから発電機の励磁量ＵＡを計算する制御装置（長周期動揺抑制手段）、１２は電力系統に発生する短周期の電力動揺を抑制するため、発電機の有効電力Ｐ（状態信号）の変化分ΔＰから発電機の励磁量ＵＢを計算する制御装置（短周期動揺抑制手段）、１３は発電機の有効電力Ｐの変化分ΔＰを周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率βを推定し、その含有比率βから乗算係数ＵＷＲを求める動揺判定回路（推定手段）、１４は制御装置１１により計算された励磁量ＵＡから制御装置１２により計算された励磁量ＵＢを減算する減算器（励磁量決定手段）、１５は減算器１４の減算結果である（ＵＡ−ＵＢ）に乗算係数ＵＷＲを乗算する乗算器（励磁量決定手段）、１６は乗算器１５の乗算結果である（ＵＡ−ＵＢ）×ＵＷＲに制御装置１２により計算された励磁量ＵＢを加算し、その加算結果Ｕを出力する加算器（励磁量決定手段）、１７は加算器１６の加算結果である発電機の励磁量Ｕが上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを逸脱すると、その上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを励磁量Ｕとするリミッタである。
【００２４】
また、図２は制御装置１１，１２の詳細構成を示す構成図であり、図において、２１は位相進み遅れ回路、２２は増幅回路、２３は一次遅れ回路である。ただし、制御装置１１の位相進み遅れ回路２１等は長周期の電力動揺を効果的に抑制できるように時定数が設定されており、制御装置１２の位相進み遅れ回路２１等は短周期の電力動揺を効果的に抑制できるように時定数が設定されている。
【００２５】
次に動作について説明する。
まず、制御装置１１は、電力系統に発生する長周期の電力動揺を抑制するため、発電機の回転数ωの変化分Δωから発電機の励磁量ＵＡを計算する。
具体的には、制御装置１１の位相進み遅れ回路２１及び一次遅れ回路２３が、回転数ωの変化分Δωを打ち消すために、下記に示すような伝達関数Ｇ１，Ｇ２を用いて、回転数ωの位相を補正する一方、増幅回路２２が回転数ωのゲインを調整する。
Ｇ１＝（１＋Ｔ２・Ｓ）／（１＋Ｔ１・Ｓ）
Ｇ２＝１／（１＋Ｔ３・Ｓ）
ただし、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は時定数
Ｓはラプラス演算子
【００２６】
また、制御装置１２は、電力系統に発生する短周期の電力動揺を抑制するため、発電機の有効電力Ｐの変化分ΔＰから発電機の励磁量ＵＢを計算する。
具体的には、制御装置１２の位相進み遅れ回路２１及び一次遅れ回路２３が、有効電力Ｐの変化分ΔＰを打ち消すために、下記に示すような伝達関数Ｇ３，Ｇ４を用いて、有効電力Ｐの位相を補正する一方、増幅回路２２が有効電力Ｐのゲインを調整する。
Ｇ３＝（１＋Ｔ５・Ｓ）／（１＋Ｔ４・Ｓ）
Ｇ４＝１／（１＋Ｔ６・Ｓ）
ただし、Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６は時定数
Ｓはラプラス演算子
【００２７】
このようにして、制御装置１１により発電機の励磁量ＵＡが求められ、制御装置１２により発電機の励磁量ＵＢが求められると、減算器１４が励磁量ＵＡから励磁量ＵＢを減算し、その減算結果（ＵＡ−ＵＢ）を出力する。
【００２８】
一方、動揺判定回路１３は、発電機の有効電力Ｐの変化分ΔＰを周波数分析（ＦＦＴ分析）して、電力動揺の短周期成分に対する長周期成分の含有比率βを推定し、その含有比率βから乗算係数ＵＷＲを求める。
具体的には、まず、動揺判定回路１３は、図３に示すように、有効電力Ｐが変動しない定常時における分析波形区間長（図３の場合、分析波形区間長が２．５秒であり、定常時の有効電力Ｐは０．９ＰＵである）のデータを初期データとして有しており、０．２秒ごとにデータを更新する。
即ち、動揺判定回路１３は、０．１秒ごとに有効電力Ｐをサンプリングし、２回有効電力Ｐをサンプリングすると、図４に示すように、分析波形区間長のデータの中で、最も古い２個のデータを破棄して、新たにサンプリングした２個のデータを分析波形区間長のデータとして追加する（図４の場合は、Ｊ＝０〜２５のデータは定常時のデータであり、Ｊ＝２６〜３１のデータは電力動揺時のデータである）。
【００２９】
そして、動揺判定回路１３は、分析波形区間長のデータを更新するごとに、分析波形区間長のデータを周波数分析して各次数のスペクトル値を求め、そのスペクトル値から短周期成分に対する長周期成分の含有比率βを求める。
β＝Ｄ１／（Ｄ２＋Ｄ３＋Ｄ４＋Ｄ５）
ただし、Ｄ１〜Ｄ５は各次数のスペクトル値を示しており、例えば、分析波形区間長が２．５秒で、次数が５の場合、Ｄ１は０．４Ｈｚ，Ｄ２は０．８Ｈｚ，Ｄ３は１．２Ｈｚ，Ｄ４は１．６Ｈｚ，Ｄ５は２．０Ｈｚのスペクトル値になる。
なお、分析波形区間長を２．５秒に設定しているのは、他系統の事故を原因とする長周期の電力動揺（事故発生地点が遠距離にある場合の電力動揺）の場合、長周期成分の周期は通常２．５秒程度だからである。
【００３０】
そして、動揺判定回路１３は、短周期成分に対する長周期成分の含有比率βを求めると、制御装置１１，１２の計算結果であるＵＡ，ＵＢをそれぞれ発電機の励磁量Ｕに含める割合を決定するため、短周期成分に対する長周期成分の含有比率βから乗算係数ＵＷＲを求める。
即ち、動揺判定回路１３は、図５に示すような関数に含有比率βを代入することにより、乗算係数ＵＷＲを求める。
ここで、図５に示す関数を数式で表すと、下記の通りになるが、この関数はあくまでも一例であり、例えば、放物線を描く関数でもよい。
なお、図５において、含有比率βがβ１より小さい場合、乗算係数ＵＷＲを０にしているのは、長周期の電力動揺を抑制するのに適する励磁量ＵＡを発電機の励磁量Ｕに含めると、短周期の電力動揺を効果的に抑制できなくなる場合があるからである。一方、含有比率βがβ２より大きい場合、乗算係数ＵＷＲを１にしているのは、短周期の電力動揺を抑制するのに適する励磁量ＵＢを発電機の励磁量Ｕに含めると、長周期の電力動揺を効果的に抑制できなくなる場合があるからである。
【００３１】
・含有比率β＜β１の場合
ＵＷＲ＝０
・β１≦含有比率β≦β２の場合
ＵＷＲ＝［（１−ＵＷＲＲ）／（β２−β１）］×β  −ＵＷＲ２
・含有比率β＞β２の場合
ＵＷＲ＝１
【００３２】
このようにして、動揺判定回路１３が乗算係数ＵＷＲを求めると、乗算器１５が、減算器１４の減算結果（ＵＡ−ＵＢ）に乗算係数ＵＷＲを乗算し、その乗算結果（ＵＡ−ＵＢ）×ＵＷＲを加算器１６に出力する。
そして、加算器１６は、乗算器１５の乗算結果（ＵＡ−ＵＢ）×ＵＷＲに制御装置１２により計算された励磁量ＵＢを加算し、その加算結果Ｕを出力する。
Ｕ＝（ＵＡ−ＵＢ）×ＵＷＲ＋ＵＢ
【００３３】
そして、加算器１６から加算結果Ｕが出力されると、発電機の励磁量Ｕが急変するのを防止するため（例えば、±５％以上の変動を防止する）、リミッタ１７が、加算器１６から出力された発電機の励磁量Ｕが上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを逸脱しない場合には、その励磁量Ｕをそのまま出力するが、その励磁量Ｕが上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを逸脱する場合には、その上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを励磁量Ｕとして出力する。
即ち、リミッタ１７は、常に、下記の条件が成立するように、発電機の励磁量Ｕが上限値＋Ｕｍより大きい場合には、発電機の励磁量ＵをＵｍに変更し、発電機の励磁量Ｕが下限値−Ｕｍより小さい場合には、発電機の励磁量Ｕを−Ｕｍに変更する。
−Ｕｍ  ≦  Ｕ  ≦Ｕｍ
【００３４】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、発電機の有効電力Ｐを周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率βを推定し、その推定結果に応じて励磁量Ｕを合成するように構成したので、電力動揺の長周期成分が増加すると、長周期の動揺を抑制するのに適する励磁量ＵＡが重視される一方、電力動揺の短周期成分が増加すると、短周期の動揺を抑制するのに適する励磁量ＵＢが重視されるようになり、その結果、電力動揺の周期成分が変化しても、速やかに電力動揺を抑制することができる効果がある。
尚、上記は長周期、短周期の２つで説明したが、２つ以上の複合モードが発生するような系統においても、制御装置をモードに応じて台数を設けることによって、多くのモードに対して同様な安定化を計ることができる。
【００３５】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２による電力系統安定化装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。３１は１．０の定数から動揺判定回路１３により求められた乗算係数ＵＷＲを減算する減算器（推定手段）、３２は動揺判定回路１３により求められた乗算係数ＵＷＲに応じて上限値＋Ｕｍａ及び下限値−Ｕｍａが設定され、制御装置１１により計算された発電機の励磁量ＵＡが上限値＋Ｕｍａ又は下限値−Ｕｍａを逸脱すると、その上限値＋Ｕｍａ又は下限値−Ｕｍａを励磁量とするリミッタ（第１の励磁量制限手段）、３３は減算器３１の減算結果（１−ＵＷＲ）に応じて上限値＋Ｕｍｂ及び下限値−Ｕｍｂが設定され、制御装置１２により計算された発電機の励磁量ＵＢが上限値＋Ｕｍｂ又は下限値−Ｕｍｂを逸脱すると、その上限値＋Ｕｍｂ又は下限値−Ｕｍｂを励磁量ＵＢとするリミッタ（第２の励磁量制限手段）、３４はリミッタ３２から出力された励磁量ＵＡとリミッタ３３から出力された励磁量ＵＢを合計し、その合計結果を発電機の励磁量Ｕとして出力する加算器（励磁量決定手段）である。
【００３６】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１と同様にして、制御装置１１及び制御装置１２がそれぞれ励磁量ＵＡ，ＵＢを求め、また、動揺判定回路１３が乗算係数ＵＷＲを求めると、リミッタ３２は、その乗算係数ＵＷＲに応じて上限値＋Ｕｍａ及び下限値−Ｕｍａを変更する。
即ち、乗算係数ＵＷＲが大きい場合には（短周期成分に対する長周期成分の含有比率βが大きい場合）、長周期の動揺を抑制するのに適する励磁量ＵＡを重視して発電機の励磁量Ｕを決定するため、上限値＋Ｕｍａと下限値−Ｕｍａの絶対値を大きくし、上限値＋Ｕｍａと下限値−Ｕｍａの幅を拡大する。
また、乗算係数ＵＷＲが小さい場合には（短周期成分に対する長周期成分の含有比率βが小さい場合）、短周期の動揺を抑制するのに適する励磁量ＵＢを重視して発電機の励磁量Ｕを決定するため、上限値＋Ｕｍａと下限値−Ｕｍａの絶対値を小さくし、上限値＋Ｕｍａと下限値−Ｕｍａの幅を縮小する。
そして、リミッタ３２は、制御装置１１により計算された発電機の励磁量ＵＡが上限値＋Ｕｍａ又は下限値−Ｕｍａを逸脱しない場合には、その励磁量ＵＡをそのまま出力するが、その励磁量ＵＡが上限値＋Ｕｍａ又は下限値−Ｕｍａを逸脱する場合には、その上限値＋Ｕｍａ又は下限値−Ｕｍａを励磁量ＵＡとして出力する。
【００３７】
一方、リミッタ３３は、減算器３１の減算結果（１−ＵＷＲ）に応じて上限値＋Ｕｍｂ及び下限値−Ｕｍｂを変更する。
即ち、減算結果（１−ＵＷＲ）が大きい場合には（短周期成分に対する長周期成分の含有比率βが小さい場合）、短周期の動揺を抑制するのに適する励磁量ＵＢを重視して発電機の励磁量Ｕを決定するため、上限値＋Ｕｍｂと下限値−Ｕｍｂの絶対値を大きくし、上限値＋Ｕｍｂと下限値−Ｕｍｂの幅を拡大する。
また、減算結果（１−ＵＷＲ）が小さい場合には（短周期成分に対する長周期成分の含有比率βが大きい場合）、長周期の動揺を抑制するのに適する励磁量ＵＡを重視して発電機の励磁量Ｕを決定するため、上限値＋Ｕｍｂと下限値−Ｕｍｂの絶対値を小さくし、上限値＋Ｕｍｂと下限値−Ｕｍｂの幅を縮小する。
そして、リミッタ３３は、制御装置１２により計算された発電機の励磁量ＵＢが上限値＋Ｕｍｂ又は下限値−Ｕｍｂを逸脱しない場合には、その励磁量ＵＢをそのまま出力するが、その励磁量ＵＢが上限値＋Ｕｍｂ又は下限値−Ｕｍｂを逸脱する場合には、その上限値＋Ｕｍｂ又は下限値−Ｕｍｂを励磁量ＵＢとして出力する。
【００３８】
このようにして、リミッタ３２から励磁量ＵＡが出力され、リミッタ３３から励磁量ＵＢが出力されると、加算器３４が励磁量ＵＡと励磁量ＵＢを合計し、その合計結果（ＵＡ＋ＵＢ）を発電機の励磁量Ｕとして出力する。
Ｕ＝ＵＡ＋ＵＢ
そして、加算器３４から加算結果Ｕが出力されると、上記実施の形態１と同様に、リミッタ１７が、加算器３４から出力された発電機の励磁量Ｕが上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを逸脱しない場合には、その励磁量Ｕをそのまま出力するが、その励磁量Ｕが上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを逸脱する場合には、その上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを励磁量Ｕとして出力する。
【００３９】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、発電機の有効電力Ｐを周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率βを推定し、その推定結果に応じてリミッタ３２，３３の上限値及び下限値を変更するように構成したので、電力動揺の長周期成分が増加すると、長周期の動揺を抑制するのに適する励磁量ＵＡが重視される一方、電力動揺の短周期成分が増加すると、短周期の動揺を抑制するのに適する励磁量ＵＢが重視されるようになり、その結果、電力動揺の周期成分が変化しても、速やかに電力動揺を抑制することができる効果がある。
【００４０】
実施の形態３．
上記実施の形態１，実施の形態２では、制御装置１１が回転数ωの変化分Δωから発電機の励磁量ＵＡを計算し、制御装置１２が有効電力Ｐの変化分ΔＰから発電機の励磁量ＵＢを計算するものについて示したが、制御装置１１が有効電力Ｐの変化分ΔＰから発電機の励磁量ＵＡを計算し、制御装置１２が回転数ωの変化分Δωから発電機の励磁量ＵＢを計算するようにしてもよく、上記実施の形態１，実施の形態２と同様の効果がある。
また、上記実施の形態１，実施の形態２では、動揺判定回路１３が有効電力Ｐの変化分ΔＰから長周期成分と短周期成分の含有比率βを推定するものについて示したが、図７に示すように、回転数ωの変化分Δωから長周期成分と短周期成分の含有比率βを推定するようにしてもよく、上記実施の形態１，実施の形態２と同様の効果がある。
【００４１】
実施の形態４．
上記実施の形態１から実施の形態３では、発電機の運転状態を示す状態信号として、２種類の状態信号（発電機の回転数ωと有効電力Ｐ）を用いるものについて示したが、制御装置１１，１２及び動揺判定回路１３がすべて同一の状態信号（例えば、発電機の回転数ω又は有効電力Ｐ）を用いるようにしてもよく、上記実施の形態１から実施の形態３と同様の効果がある。
なお、発電機の回転数ωではなく、電力系統の周波数でもよい。
【００４２】
実施の形態５．
上記実施の形態１等では、動揺判定回路１３における分析波形区間長を２．５秒に設定して周波数分析するものについて示したが、他系統の事故を原因とする長周期の電力動揺（事故発生地点が遠距離にある場合の電力動揺）の場合、長周期成分の周期が必ずしも２．５秒に一致しない場合がある。
そこで、この実施の形態５では、予め、定常時の有効電力Ｐを周波数分析して、定常時における有効電力Ｐの微小変動から長周期成分の周期を推定するようにしてもよい。
これにより、動揺判定回路１３における分析波形区間長を長周期成分の周期に合わせることができるようになるため、分析データ数の最適化を図ることができるようになり、その結果、上記実施の形態１等よりも精度よく、長周期成分と短周期成分の含有比率βを推定することができる効果がある。
【００４３】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６による電力系統安定化装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
４１は発電機の有効電力Ｐの変化分ΔＰを周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率β１を推定するとともに、発電機の回転数ωの変化分Δωを周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率β２を推定し、その含有比率β１と含有比率β２の平均値から乗算係数ＵＷＲを求める動揺判定回路（推定手段）である。
【００４４】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１等では、発電機の有効電力Ｐの変化分ΔＰを周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率を推定するものについて示したが、この実施の形態６では、さらに、発電機の回転数ωの変化分Δωを周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率β２を推定し、有効電力Ｐから推定した含有比率β１と含有比率β２の平均値から乗算係数ＵＷＲを求めるようにしたものである。
このように、この実施の形態６では、２種類の状態信号を考慮する分、上記実施の形態１等よりも更に精度よく、発電機の励磁量Ｕを求めることができる効果がある。
【００４５】
実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７による電力系統安定化装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
５１は制御装置１２よりも更に短い周期の電力動揺（以下、説明の便宜上、「極短周期成分の電力動揺」という）を抑制するため、発電機の有効電力Ｐの変化分ΔＰから発電機の励磁量ＵＸを計算する制御装置（他周期動揺抑制手段）、５２は発電機の有効電力Ｐの変化分ΔＰを周波数分析して、電力動揺に含まれる極短周期成分と短周期成分の含有比率γを推定し、その含有比率γから乗算係数ＵＷＲＸを求める動揺判定回路（推定手段）、５３は制御装置１２により計算された励磁量ＵＢから制御装置５１により計算された励磁量ＵＸを減算する減算器（励磁量決定手段）、５４は減算器５３の減算結果である（ＵＢ−ＵＸ）に乗算係数ＵＷＲＸを乗算する乗算器（励磁量決定手段）、５５は乗算器５４の乗算結果である（ＵＢ−ＵＸ）×ＵＷＲＸに制御装置５１により計算された励磁量ＵＸを加算し、その加算結果ＵＷを出力する加算器（励磁量決定手段）、５６は制御装置１１により計算された励磁量ＵＡから加算器５５の加算結果ＵＷを減算する減算器（励磁量決定手段）、５７は減算器５６の減算結果である（ＵＡ−ＵＷ）に乗算係数ＵＷＲを乗算する乗算器（励磁量決定手段）、５８は乗算器５７の乗算結果である（ＵＡ−ＵＷ）×ＵＷＲに加算器５５の加算結果ＵＷを加算し、その加算結果Ｕを出力する加算器（励磁量決定手段）である。
【００４６】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、電力動揺の周期として２種類の周期（長周期と短周期）が混在するものについて示したが、電力動揺の周期が３種類以上混在する場合がある。
そこで、この実施の形態７では、長周期モードと短周期モードの電力動揺の他に、例えば、隣接発電機間モードの電力動揺が混在するものについて説明する。
【００４７】
まず、制御装置１１，１２が、上記実施の形態１と同様にして、発電機の励磁量ＵＡ，ＵＢをそれぞれ求めるが、隣接発電機間モードでは、約２〜３Ｈｚ程度の周期である。
そこで、制御装置５１は、制御装置１２よりも更に短い周期の電力動揺を抑制するために（制御装置１２は、通常、約１Ｈｚ付近の周期の電力動揺を抑制する）、発電機の有効電力Ｐの変化分ΔＰから発電機の励磁量ＵＸを計算する。
【００４８】
このようにして、制御装置１２により発電機の励磁量ＵＢが求められ、制御装置５１により発電機の励磁量ＵＸが求められると、減算器５３が励磁量ＵＢから励磁量ＵＸを減算し、その減算結果（ＵＢ−ＵＸ）を出力する。
また、動揺判定回路５２は、発電機の有効電力Ｐの変化分ΔＰを周波数分析（ＦＦＴ分析）して、電力動揺の短周期成分に対する極短周期成分の含有比率γを推定し、その含有比率γから乗算係数ＵＷＲＸを求める（図１０参照）。
なお、乗算係数ＵＷＲＸを求める手法は、動揺判定回路１３と同様であるため説明を省略する。
【００４９】
そして、動揺判定回路５２が乗算係数ＵＷＲＸを求めると、乗算器５４が、減算器５３の減算結果（ＵＢ−ＵＸ）に乗算係数ＵＷＲＸを乗算し、その乗算結果（ＵＢ−ＵＸ）×ＵＷＲＸを加算器５５に出力する。
そして、加算器５５は、乗算器５４の乗算結果（ＵＢ−ＵＸ）×ＵＷＲＸに制御装置５１により計算された励磁量ＵＸを加算し、その加算結果ＵＷを出力する。
ＵＷ＝（ＵＢ−ＵＸ）×ＵＷＲＸ＋ＵＸ
【００５０】
そして、制御装置１１により発電機の励磁量ＵＡが求められ、加算器５５から加算結果ＵＷが出力されると、減算器５６が励磁量ＵＡから励磁量ＵＷを減算し、その減算結果（ＵＡ−ＵＷ）を出力する。
そして、減算器５６から減算結果（ＵＡ−ＵＷ）が出力されると、乗算器５７が、減算器５６の減算結果（ＵＡ−ＵＷ）に動揺判定回路１３から出力された乗算係数ＵＷＲを乗算し、その乗算結果（ＵＡ−ＵＷ）×ＵＷＲを加算器５８に出力する。
そして、加算器５８は、乗算器５７の乗算結果（ＵＡ−ＵＷ）×ＵＷＲに加算器５５の加算結果ＵＷを加算し、その加算結果Ｕを出力する。
Ｕ＝（ＵＡ−ＵＷ）×ＵＷＲ＋ＵＷ
【００５１】
そして、加算器５８から加算結果Ｕが出力されると、発電機の励磁量Ｕが急変するのを防止するため（例えば、±５％以上の変動を防止する）、リミッタ１７が、加算器５８から出力された発電機の励磁量Ｕが上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを逸脱しない場合には、その励磁量Ｕをそのまま出力するが、その励磁量Ｕが上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを逸脱する場合には、その上限値＋Ｕｍ又は下限値−Ｕｍを励磁量Ｕにして出力する。
【００５２】
以上で明らかなように、この実施の形態７によれば、隣接発電機間モードの電力動揺を抑制する制御装置５１を設け、動揺判定回路１３，５２の推定結果に応じて制御装置１１，１２，５１の計算結果を合成するように構成したので、長周期モードと短周期モードの電力動揺の他に、隣接発電機間モードの電力動揺が混在する場合でも、速やかに電力動揺を抑制することができる効果がある。
【００５３】
実施の形態８．
上記実施の形態２では、電力動揺の周期として２種類の周期（長周期と短周期）が混在するものについて示したが、上記実施の形態７と同様に、隣接発電機間モードの電力動揺が混在する場合には、制御装置５１を設けるとともに、動揺判定回路５２の乗算定数ＵＷＲＸに応じて上限値及び下限値を変更し、制御装置５１により計算された発電機の励磁量ＵＸが上限値又は下限値を逸脱すると、その上限値又は下限値を励磁量とするリミッタを設けるようにしてもよい。
これにより、上記実施の形態７と同様の効果がある。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、発電機の運転状態を示す状態信号を周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率を推定し、その推定結果に応じて励磁量を合成するように構成したので、電力動揺の周期成分が変化しても、速やかに電力動揺を抑制することができる効果がある。
また、推定手段が周波数分析の分析波形区間長を長周期成分の周期に合わせるように構成したので、分析データ数の最適化を図ることができるようになり、その結果、精度よく長周期成分と短周期成分の含有比率を推定することができる効果がある。
【００５５】
この発明によれば、発電機の運転状態を示す状態信号を周波数分析して、電力動揺に含まれる長周期成分と短周期成分の含有比率を推定し、その推定結果に応じて各励磁量制限手段の上限値及び下限値を変更するように構成したので、電力動揺の周期成分が変化しても、速やかに電力動揺を抑制することができる効果がある。
また、推定手段が周波数分析の分析波形区間長を長周期成分の周期に合わせるように構成したので、分析データ数の最適化を図ることができるようになり、その結果、精度よく長周期成分と短周期成分の含有比率を推定することができる効果がある。
【００５６】
この発明によれば、定常時における状態信号の微小変動から長周期成分の周期を推定するように構成したので、分析データ数の最適化を図ることができるようになり、その結果、精度よく長周期成分と短周期成分の含有比率を推定することができる効果がある。
【００５７】
この発明によれば、複数の状態信号を周波数分析する場合には、各状態信号から推定される含有比率の平均値を求め、その平均値を推定結果として出力するように構成したので、２種類の状態信号を考慮する分、更に精度よく、発電機の励磁量を求めることができる効果がある。
【００６０】
この発明によれば、長周期成分の含有比率が増加傾向にある場合には、第１の励磁量制限手段における上限値と下限値の幅を同一以上にするように構成したので、電力動揺の長周期成分が増加すると、長周期の動揺を抑制するのに適する励磁量が重視されるようになり、その結果、電力動揺の周期成分が変化しても、速やかに電力動揺を抑制することができる効果がある。
【００６１】
この発明によれば、短周期成分の含有比率が増加傾向にある場合には、第２の励磁量制限手段における上限値と下限値の幅を同一以上にするように構成したので、電力動揺の短周期成分が増加すると、短周期の動揺を抑制するのに適する励磁量が重視されるようになり、その結果、電力動揺の周期成分が変化しても、速やかに電力動揺を抑制することができる効果がある。
【００６６】
この発明によれば、長周期動揺抑制手段及び短周期動揺抑制手段と異なる周期成分の電力動揺を抑制する他周期動揺抑制手段と、その他周期動揺抑制手段により計算された発電機の励磁量が上限値又は下限値を逸脱すると、その上限値又は下限値を励磁量とする励磁量制限手段とをそれぞれ少なくとも１つ以上設け、推定手段の推定結果に応じて各励磁量制限手段の上限値及び下限値を変更するように構成したので、長周期と短周期の電力動揺の他に、他の周期の電力動揺が混在する場合でも、速やかに電力動揺を抑制することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による電力系統安定化装置を示す構成図である。
【図２】  制御装置の詳細構成を示す構成図である。
【図３】  動揺判定回路の周波数分析を説明する説明図である。
【図４】  サンプリングデータの更新手順を説明する説明図である。
【図５】  動揺判定回路の乗算係数ＵＷＲを求める関数を示すグラフ図である。
【図６】  この発明の実施の形態２による電力系統安定化装置を示す構成図である。
【図７】  この発明の実施の形態３による電力系統安定化装置を示す構成図である。
【図８】  この発明の実施の形態６による電力系統安定化装置を示す構成図である。
【図９】  この発明の実施の形態７による電力系統安定化装置を示す構成図である。
【図１０】  動揺判定回路の乗算係数ＵＷＲＸを求める関数を示すグラフ図である。
【図１１】  従来の電力系統安定化装置を示す構成図である。
【図１２】  大外乱用の制御器の位相関数を説明する説明図である。
【図１３】  大外乱用の制御器の利得関数を説明する説明図である。
【図１４】  小外乱用の制御器の関数を説明する説明図である。
【図１５】  メンバーシップ関数を説明する説明図である。
【符号の説明】
１１  制御装置（長周期動揺抑制手段）、１２  制御装置（短周期動揺抑制手段）、１３，４１，５２  動揺判定回路（推定手段）、１４，５３，５６  減算器（励磁量決定手段）、１５，５４，５７  乗算器（励磁量決定手段）、１６，３４，５５，５８  加算器（励磁量決定手段）、３１  減算器（推定手段）、３２  リミッタ（第１の励磁量制限手段）、３３  リミッタ（第２の励磁量制限手段）、５１  制御装置（他周期動揺抑制手段）。
【図１】
0003726943.tif 000003
【図２】
0003726943.tif 000004
【図３】
0003726943.tif 000005
【図４】
0003726943.tif 000006
【図５】
0003726943.tif 000007
【図６】
0003726943.tif 000008
【図７】
0003726943.tif 000009
【図８】
0003726943.tif 000010
【図９】
0003726943.tif 000011
【図１０】
0003726943.tif 000012
【図１１】
0003726943.tif 000013
【図１２】
0003726943.tif 000014
【図１３】
0003726943.tif 000015
【図１４】
0003726943.tif 000016
【図１５】
0003726943.tif 000017