(57)【要約】【課題】計算量が比較的少ない推定方法により正確かつ速やかに算出した外部リアクタンスＸeと同期機の運転時の状態量（Pg、Qg、Vg）の変化に応じて最適な安定化信号を出力する系統安定化手段（ＰＳＳ）を備えた同期機の励磁制御装置を得る。【解決手段】同期機の運転状態の制御量を制御量検出手段で検出し、この検出された制御量を外部リアクタンス推定手段に入力して同期機から見た外部リアクタンス値をカルマンフィルタ機構により推定し、同期機の制御量および外部リアクタンス値を系統安定化手段（ＰＳＳ）に入力して安定化信号を生成し、電圧設定手段で設定された同期機の端子電圧の目標値と、同期機の制御量検出値と、系統安定化手段で得られた安定化信号とを自動調整手段（ＡＶＲ）に入力して同期機の励磁回路に設けられた半導体整流装置の点弧角制御信号を出力する。【選択図】図２
2014171325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期機の励磁回路に設けられた半導体整流装置の点弧角を励磁制御装置から出力された信号に基づいて制御するようにした同期機の励磁制御装置において、
前記同期機の運転状態の制御量を検出する制御量検出手段と、
前記制御量検出手段で検出した同期機の制御量を入力し、前記同期機から見た外部リアクタンス値をカルマンフィルタ機構により推定する外部リアクタンス推定手段と、
前記制御量検出手段で検出した同期機の制御量および前記外部リアクタンス推定手段により推定された外部リアクタンス値を入力して安定化信号を出力する系統安定化手段と、
前記同期機の端子電圧の目標値を設定する電圧設定手段と、
前記制御量検出手段から得られた同期機の制御量検出値、前記電圧設定手段から得られた同期機の端子電圧の目標値および前記系統安定化手段から得られた安定化信号を入力し、前記半導体整流装置の点弧角制御信号を出力する自動調整手段と、
を備えたことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項２】
前記制御量検出手段は、
同期機電機子端子電圧を計測する同期機電機子端子電圧計測手段および同期機電機子電流を計測する同期機電機子電流計測手段を備え、
前記外部リアクタンス推定手段は、
同期機電機子端子電圧計測値、同期機電機子電流計測値および無効電力算出値を記憶する状態量記憶手段９４Ａ１、前記状態量記憶手段に記憶された複数の同期機電機子端子電圧計測値、同期機電機子電流計測値および無効電力検出値から外部リアクタンス値を推定し、この推定値を更新するか否かを判定し、当該判定結果に応じて更新可または否のフラグを出力する外部リアクタンス推定値更新判定手段および前記外部リアクタンス推定値更新判定手段９４Ａ２により出力された更新可のフラグに基づき前記状態量記憶手段に記憶された複数の同期機電機子端子電圧計測値、同期機電機子電流計測値および無効電力検出値からカルマンフィルタを使って外部リアクタンスを推定する外部リアクタンス計算手段を備え、
前記系統安定化手段は、
前記外部リアクタンス推定手段にて推定された外部リアクタンスにより同期機のｄ軸過渡リアクタンス、同期機のｑ軸リアクタンス、無効電力算出値、有効電力算出値、および同期機電機子端子電圧計測値から、界磁巻線磁束鎖交数変化に対する発電機変化分を示す係数を算出する系統―励磁系伝達関数ブロック係数算出手段と、前記系統―励磁系伝達関数ブロック係数算出手段で算出される界磁巻線磁束鎖交数変化に対する発電機変化分を示す係数と無負荷時ＡＶＲ制御開ループの交差角周波数とＰＳＳ定数設計を行なった運転点の界磁巻線磁束鎖交数変化に対する発電機変化分を示す係数と系統安定化入力を使って、系統安定化出力を算出する系統安定化ＰＳＳ伝達関数手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項３】
同期機の励磁回路に設けられた半導体整流装置の点弧角を励磁制御装置から出力された信号に基づいて制御するようにした同期機の励磁制御方法において、
前記同期機の運転状態の制御量を検出する制御量検出工程と、
前記制御量検出工程で検出した同期機の制御量を入力し、前記同期機から見た外部リアクタンス値をカルマンフィルタ機構により推定する外部リアクタンス推定工程と、
前記制御量検出工程で検出した同期機の制御量および前記外部リアクタンス推定工程により推定された外部リアクタンス値を入力して安定化信号を出力する系統安定化工程と、
前記同期機の端子電圧の目標値を設定する電圧設定工程と、
前記制御量検出工程から得られた同期機の制御量検出値、前記電圧設定工程から得られた同期機の端子電圧の目標値および前記系統安定化工程から得られた安定化信号を入力し、前記半導体整流装置の点弧角制御信号を出力する自動調整工程と、
を備えたことを特徴とする同期機の励磁制御方法。
【請求項４】
前記制御量検出工程は、
同期機電機子端子電圧を計測する同期機電機子端子電圧計測工程および同期機電機子電流を計測する同期機電機子電流計測工程を備え、
前記外部リアクタンス推定工程は、
同期機電機子端子電圧計測値、同期機電機子電流計測値および無効電力算出値を記憶する状態量記憶工程９４Ａ１、前記状態量記憶工程に記憶された複数の同期機電機子端子電圧計測値、同期機電機子電流計測値および無効電力検出値から外部リアクタンス値を推定し、この推定値を更新するか否かを判定し、当該判定結果に応じて更新可または否のフラグを出力する外部リアクタンス推定値更新判定工程および前記外部リアクタンス推定値更新判定工程９４Ａ２により出力された更新可のフラグに基づき前記状態量記憶工程に記憶された複数の同期機電機子端子電圧計測値、同期機電機子電流計測値および無効電力検出値からカルマンフィルタを使って外部リアクタンスを推定する外部リアクタンス計算工程を備え、
前記系統安定化工程は、
前記外部リアクタンス推定工程にて推定された外部リアクタンスにより同期機のｄ軸過渡リアクタンス、同期機のｑ軸リアクタンス、無効電力算出値、有効電力算出値、および同期機電機子端子電圧計測値から、界磁巻線磁束鎖交数変化に対する発電機変化分を示す係数を算出する系統―励磁系伝達関数ブロック係数算出工程と、前記系統―励磁系伝達関数ブロック係数算出工程で算出される界磁巻線磁束鎖交数変化に対する発電機変化分を示す係数と無負荷時ＡＶＲ制御開ループの交差角周波数とＰＳＳ定数設計を行なった運転点の界磁巻線磁束鎖交数変化に対する発電機変化分を示す係数と系統安定化入力を使って、系統安定化出力を算出する系統安定化ＰＳＳ伝達関数工程と、
を備えたことを特徴とする請求項３記載の同期機の励磁制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、同期機から見た外部リアクタンス値を推定し、推定した外部リアクタンス値に応じて最適な制御信号を出力する同期機の励磁制御装置及び励磁制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、同期機が同期発電機である場合を例にして、同期機の励磁制御装置について説明する。  
同期発電機の励磁電源部にサイリスタ整流装置を設けた超速応型励磁制御装置は、同期発電機の制動力を高めて系統擾乱発生時の動揺を抑制するために、系統安定化手段（Ｐower Ｓystem Ｓtabilizer；ＰＳＳ）の出力信号（安定化信号）を自動電圧調整手段（ＡＶＲ）に導入し、電圧偏差を安定化信号で補正した上でサイリスタ整流装置にゲート信号を与えるように構成されている。
【０００３】
図６に、励磁電源部にサイリスタ整流装置を採用した一般的な超速応型励磁制御装置のシステム構成図を示す。  
図６において、１は同期発電機の電機子、２は同期発電機の界磁巻線である。３は同期発電機の電機子１を電力系統５に並列運転するとき閉路する並列遮断器、４は昇圧用の主変圧器である。また、６は界磁巻線２と直列に設けた界磁遮断器、７は励磁用電源変圧器８から給電される三相交流電力を直流電力に変換して界磁巻線２に供給するサイリスタ整流装置、９は計器用変圧器１０、計器用変流器１１から入力した同期発電機の電機子端子電圧ＶＧ、電機子電流ＩＧおよび他の信号を用いてＡＶＲ出力を演算し、これをサイリスタ整流装置７の各サイリスタ素子にゲート信号として与える励磁制御装置である。
【０００４】
次に、図７のブロック構成図で図６の励磁制御装置９の詳細を説明する。  
９０は同期発電機電機子１の端子電圧を設定するための電圧設定手段であり、電圧設定値Vg*を出力する。９１は計器用変圧器１０、計器用変流器１１でそれぞれ検出された同期発電機１の電機子端子電圧ＶＧ、電機子電流ＩＧを入力し、これらを制御手段内部で使用する同期発電機電機子端子電圧計測値（以下、単に電機子端子電圧計測値と呼称する）Vg及び同期発電機電機子電流計測値（以下、単に電機子電流計測値と呼称する）Igに変換する制御量検出手段である。９２は後述する入力信号Δｅipssに基づいて安定化信号Δｅ0pssを算出し出力する系統安定化手段（ＰＳＳ）である。
【０００５】
９３は加算部９３１と増幅部９３２（ＡＭＰ）とゲートパルス発生部（ＰＧ）９３３とを備えた自動電圧調整手段（ＡＶＲ）であり、加算部９３１は、電圧設定手段９０で設定された電圧設定値Vg*、制御量検出手段９１から出力された電圧計測値Vgおよび系統安定化手段（ＰＳＳ）９２から出力された安定化信号Δｅ0pssを入力し、信号ΔVg＋Δｅ0pssなる信号を出力する。増幅部９３２は、加算部９３１の出力信号（ΔVg＋Δｅ0pss）を増幅し次段のゲートパルス発生部９３３に入力する。このゲートパルス発生部９３３は増幅部９３２の出力に応じて移相したパルスを発生し、これをサイリスタ整流装置７の各サイリスタ素子にゲート信号として与える。このようにして、励磁制御装置９はＡＶＲ出力信号に基づいて同期発電機の励磁量を制御し、同期発電機の電機子端子電圧Vgを同期発電機電機子端子電圧設定値Vg*に一致するように制御する。なお、系統安定化手段（ＰＳＳ）９２には、Type PSS1A、Type PSS2B、Type PSS3B等各種のモデルが存在するが、これらのモデルはそれぞれ周知なのでその説明は割愛する。
【０００６】
図８は系統安定化手段（ＰＳＳ）９２を設計する際によく使われる同期発電機対無限大母線系統構成図（図８ａ）およびベクトル図（図８ｂ）である。図８ａの系統構成図において、１は同期発電機、３は電力系統との並列運転時に閉路する並列遮断器、４は主変圧器、５は無限大母線系統で表わした電力系統、５Ａおよび５Ｂは送電線を表わす。また、図８ｂのベクトル図は、図８ａ中の端子ｔから無限大母線系統５を見たときの同期発電機の電機子端子電圧Vgと無限大母線系統電圧Vbとの間のベクトルを表わす。
【０００７】
図８中の符号のうち、igは電機子電流、ipは電機子電流igの有効電流、iqは電機子電流igの無効電流、Xeは外部リアクタンス、δtは発電機端子電圧Vgと無限大母線系統５の電圧Vｂとの間の相差角である。
【０００８】
図９は図８で示した同期発電機電機子対無限大母線系統構成の詳細モデルを表わす。なお、図９に記載されているパラメータは以下のとおりである。  
Tmは水車やタービン等から同期発電機に与えられる機械的なトルクであり、Teは同期発電機の電気トルクである。Ｍは回転子の単位慣性定数、Ｄは制動トルク係数、ωは同期発電機の角速度であり、ω0は同期発電機の定格角速度である。また、ｅtrefは図７中のVg*に対応する電圧設定値であり、ｅtは図７中のVgに対応する同期発電機端子電圧である。ｅｑ´はｄ軸の鎖交磁束、Td0´は開路時定数である。ｅippsは系統安定化手段（ＰＳＳ）９２の入力信号であり、ここでは、一例としてΔTeおよびΔωの２信号が入力信号である。ｅ0ppsは系統安定化手段（ＰＳＳ）９２の出力信号である。
【０００９】
K1〜K6は同期発電機特性定数である。さらに、GA(s)はＡＶＲ伝達関数、Gp(s)は系統安定化手段（ＰＳＳ）の伝達関数、破線枠で囲んだ部分の符号G0(s)は同期発電機電機子端子電圧制御ループの閉ループ伝達関数である。なお、各パラメータに付けたΔは変化分を表わす。
【００１０】
前述した制動トルク係数Ｄは、電力系統５の外乱を契機に同期発電機１と電力系統５の間で発生する電力動揺を制動するように作用するもので、通常の同期発電機１は制動トルク係数Ｄが正の値であり、安定に運転することができる。しかし、自動電圧調整手段（ＡＶＲ）９３のゲインGAを大きくした場合は、システムの制動トルク係数Ｄが負の値になり、不安定な運転となる可能性がある。
【００１１】
一方、系統安定化手段（ＰＳＳ）９２はその不安定な運転状態の時に自動電圧調整手段（ＡＶＲ）９３よりシステムの制動トルク係数の負の値の部分を補償し、制動トルク係数Ｄが正の一定以上の値になるように機能する。
【００１２】
従来では、想定される範囲の外部リアクタンスXeの値の変化に対して一定以上の制動効果が得られるように系統安定化手段（ＰＳＳ）９２の伝達関数を決めていた。この場合、実際の外部リアクタンスXeの値が変わっても、系統安定化手段（ＰＳＳ）９２の伝達関数Gp(s)を一定としているから、各運転状態における最適なパラメータ設定とすることができなかった。
【００１３】
そこで、外部リアクタンスXeの値が変化することを想定して、外部リアクタンスXeの値を推定する手段を設けて系統安定化を図る励磁制御装置が従来考えられている。  
例えば、一定周期で読み込んだ同期発電機電機子端子電圧計測値Vg、同期発電機有効電力Pg、同期発電機無効電力Qg等の時系列データを用いて、外部リアクタンスXeを推定するようにした、電力系統の外部リアクタンス推定装置に関する発明が開示されている。しかし、この発明の場合、外部リアクタンスXeの値の推定に最小二乗法を用いており、系統事故などで発生しやすい急激な外部リアクタンスXeの値の変化には対応できないことが懸念される。又、計算負荷が高いため、デジタル制御手段で実現することは易しくない。
【００１４】
また、随時変化する値を推定するのに適したカルマンフィルタリングの理論を用いて発電機状態量を推定し、系統安定化制御を行うようにした発電機制御装置の発明も開示されている。しかし、この発明の場合、外部リアクタンスXeの値を直接推定するものではないので、外部リアクタンスXeの変化には対応できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平８−２６５９７９号公報。
【特許文献２】特開平１１−２５２９９８号公報。
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】「エネルギー産業における制御」、松村／平山共著、コロナ社、Ｐ．１６３〜１６７。
【非特許文献２】電力情報通信学会「知識ベース」１群（信号・システム）‐５編（信号理論）‐６章  カルマンフィルタ』（西山、電力情報通信学会）。
【非特許文献３】『An equivalent of multi-machine power systems and its identification for on-line application to decentralized stabilizers』 (K. Ohtsuka/ S. Yokokawa/ H. Tanaka/ H Doi, IEEE Transactions on Power Systems, Vol.4, No.2, May 1989 P. 687〜693)。
【非特許文献４】『IEEE Std 421.5-2005』(IEEE Power Engineering Society P.22-23)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
従来の系統安定化手段（ＰＳＳ）９２は伝達関数パラメータを一定としていたため外部リアクタンスXeの値や同期機の運転時の状態量（Pg、Qg、Vg）が変化すると、必ずしも最適な安定化信号を出力することができなかった。また、外部リアクタンスXeの値の推定には最小二乗法を使用する例があるが、外部リアクタンスXeが変化した時に正しい計算結果が得られないことや、計算量が多くて速応性が要求される励磁手段には適していないといった課題があった。
【００１８】
そこで本発明は、計算量が比較的少ない推定方法により正確かつ速やかに算出した外部リアクタンスXeの値と同期機の運転時の状態量（Pg、Qg、Vg）の変化とに応じて最適な安定化信号を出力することができる系統安定化手段を備えた同期機の励磁制御装置及び励磁制御方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成するため、実施形態に係る同期機の励磁制御装置は、同期機の励磁回路に設けられた半導体整流装置の点弧角を励磁制御装置から出力された信号に基づいて制御するようにした同期機の励磁制御装置において、前記同期機の運転状態の制御量を検出する制御量検出手段と、前記制御量検出手段で検出した同期機の制御量を入力し、前記同期機から見た外部リアクタンス値をカルマンフィルタ機構により推定する外部リアクタンス推定手段と、前記制御量検出手段で検出した同期機の制御量および前記外部リアクタンス推定手段により推定された外部リアクタンス値を入力して安定化信号を出力する系統安定化手段と、前記同期機の端子電圧の目標値を設定する電圧設定手段と、前記制御量検出手段から得られた同期機の制御量検出値、前記電圧設定手段から得られた同期機の端子電圧の目標値および前記系統安定化手段から得られた安定化信号を入力し、前記半導体整流装置の点弧角制御信号を出力する自動調整手段と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、実施形態に係る同期機の励磁制御方法は、同期機の励磁回路に設けられた半導体整流装置の点弧角を励磁制御装置から出力された信号に基づいて制御するようにした同期機の励磁制御方法において、前記同期機の運転状態の制御量を検出する制御量検出工程と、前記制御量検出工程で検出した同期機の制御量を入力し、前記同期機から見た外部リアクタンス値をカルマンフィルタ機構により推定する外部リアクタンス推定工程と、前記制御量検出工程で検出した同期機の制御量および前記外部リアクタンス推定工程により推定された外部リアクタンス値を入力して安定化信号を出力する系統安定化工程と、前記同期機の端子電圧の目標値を設定する電圧設定工程と、前記制御量検出工程から得られた同期機の制御量検出値、前記電圧設定工程から得られた同期機の端子電圧の目標値および前記系統安定化工程から得られた安定化信号を入力し、前記半導体整流装置の点弧角制御信号を出力する自動調整工程と、を備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態１に係る同期機の励磁制御システムの概略構成図。
【図２】図１に示した励磁制御装置の一例を示すブロック図。
【図３】図２に示した外部リアクタンス推定値更新判定手段の一例を示すブロック図。
【図４】図２に示した外部リアクタンス推定値更新判定手段による判定フローチャート。
【図５】同期発電機電機子端子電圧制御ループの一巡伝達関数のボード線図。
【図６】一般的なサイリスタ励磁システムの構成図。
【図７】図６に示した励磁制御装置の一例を示すブロック構成図。
【図８】同期機と無限大母線の構成図及びベクトル図。
【図９】図８に示した無限大母線に接続される同期機のモデル図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実施形態１）
（構成）
図１は本発明の実施形態１に係る同期機の励磁制御システムの概略構成図であり、図６および図７中に記載した装置や手段等と同一部分には同一符号を付けて重複する説明は適宜省略する。
【００２３】
図１において、１は同期発電機の電機子、２は同期発電機の界磁巻線、３は同期発電機の電機子１が電力系統５と並列運転するときに閉路する並列遮断器、４は主変圧器、６は界磁遮断器、７はサイリスタ整流装置、８は励磁用電源変圧器、１０は計器用変圧器、１１は計器用変流器である。そして、９Ａは本発明の実施形態１に係る励磁制御装置である。
【００２４】
本発明で採用される励磁制御装置９Ａが図７で説明した励磁制御装置９と異なる点は、制御量検出手段９１の後段に同期発電機１から検出された制御量ＶＧ、ＩＧおよび図示しない無効電力検出手段で検出された無効電力Qgを入力して、同期機１から見た外部リアクタンスXeの値を推定する外部リアクタンス推定手段９４Ａを新たに設けた点と、新たな系統安定化手段９２Ａ設けた点である。  
励磁制御装置９Ａ内の電圧設定手段９０、制御量検出手段９１および自動電圧調整手段（ＡＶＲ）９３は図７中の手段と同じである。
【００２５】
図２は図１に示した励磁制御装置９Ａをより詳細に示すブロック図であり、図３は図２に示す外部リアクタンス推定値更新判定手段の一例を示すブロック図であり、図４は図２に示す外部リアクタンス推定値更新判定手段による判定フローチャートである。
【００２６】
図２において、制御量検出手段９１は、同期発電機の電機子端子電圧検出手段９１１と、同期発電機の電機子電流検出手段９１２とから構成されている。電機子端子電圧検出手段９１１および電機子電流検出手段９１２は、それぞれ計器用変圧器１０、計器用変流器１１で抽出された電機子端子電圧ＶＧ、電機子電流ＩＧを制御手段内部で使用する電機子端子電圧計測値Vg、電機子電流計測値Igに変換して外部リアクタンス推定手段９４Ａに出力する。
【００２７】
外部リアクタンス推定手段９４Ａは、電機子端子電圧計測値Vg、電機子電流計測値Igおよび無効電力算出値Qgを予め定めた時間記憶する状態量記憶手段９４Ａ１と、外部リアクタンス推定値更新判定手段９４Ａ２と、カルマンフィルタを用いた外部リアクタンス計算手段９４Ａ３とから構成されている。
【００２８】
状態量記憶手段９４Ａ１は、制御量検出手段９１から出力された電機子端子電圧計測値Vg、電機子電流計測値Igおよび図示していない無効電力算出手段から出力された同期発電機無効電力Qgからなる同期機の３種類の運転時の状態量（Pg、Qg、Vg）を入力し、これら３種類の運転時の状態量を一定時間（例えば、１秒程度）間隔で順次取り出して二組の時系列データセット｛Vgi｝、｛Igi｝、｛Qgi｝を得る。そしてこの二組の時系列データセット｛Vgi｝、｛Igi｝、｛Qgi｝を外部リアクタンス推定値更新判定手段（図２ではXe更新判定手段と表記）９４Ａ２およびカルマンフィルタを用いた外部リアクタンス計算手段９４Ａ３に出力する。
【００２９】
ここに、｛Vgi｝は任意の時刻ｔ１およびこれより一定時間後の時刻ｔ２でそれぞれ得られた電機子端子電圧計測値（Vg1，Vg2）を意味し、｛Igi｝および｛Qgi｝は同様に任意の時刻ｔ１およびこれより一定時間後の時刻ｔ２でそれぞれ得られた電機子電流計測値（Ig1，Ig2）および無効電力（Qg1，Qg2）を意味する。第１組の時系列データセットとは｛Vg1、Ig1、Qg1｝であり、第２組の時系列データセットとは｛Vg2、Ig2、Qg2｝である。
【００３０】
外部リアクタンス推定値更新判定手段９４Ａ２は、詳細を図３で示すように、二組の時系列データセット｛Vg1、Ig1、Qg1｝および｛Vg2、Ig2、Qg2｝を順次入力して、外部リアクタンス推定更新判定用パラメータ（ａ，ｂ，ｃ）を演算し出力する外部リアクタンス推定値更新可否判定用パラメータ算出手段９４Ａ２１と、この外部リアクタンス推定更新判定用パラメータ（ａ，ｂ，ｃ）を入力して、外部リアクタンスXeの値を推定し、この推定値を更新するか否かを判定する外部リアクタンス推定値更新可否判定手段９４Ａ２２とから構成されている。なお、外部リアクタンス推定更新判定用パラメータ（ａ，ｂ，ｃ）およびカルマンフィルタを用いた外部リアクタンス計算手段９４Ａ３については、以下の（作用）の欄で改めて説明する。
【００３１】
次に、系統安定化手段（ＰＳＳ）９２Ａについて説明する。  
系統安定化手段（ＰＳＳ）９２Ａは、系統―励磁系伝達関数ブロック係数算出手段である９２Ａ１と、系統安定化手段９２Ａの伝達関数手段である９２Ａ２とから構成されている。
【００３２】
系統―励磁系伝達関数ブロック係数算出手段９２Ａ１は、前述した外部リアクタンス推定手段９４Ａで推定した外部リアクタンスの値
【数１】
2014171325.tif 000003
のほかに、同期発電機電機子端子電圧計測値Vgと、同期発電機有効電力Pgと、同期発電機無効電力Qgと、同期発電機のｄ軸過渡リアクタンスｘｄ´と、同期発電機のｑ軸過渡リアクタンスｘｑとを入力し、系統―励磁系伝達関数ブロック係数K6を算出する。
【００３３】
系統安定化手段９２Ａの伝達関数手段９２Ａ２は、入力信号Δｅipssを入力するとともに、系統―励磁系伝達関数ブロック係数K6を系統―励磁系伝達関数ブロック係数算出手段９２Ａ１で算出した係数K6に定め、さらに、無負荷運転時の同期発電機電機子端子電圧制御ループの交差角周波数ωcと、系統安定化手段（ＰＳＳ）の定数設計を行なった運転点の同期発電機特性定数K6baseとを入力してＰＳＳ出力Δｅ0pssを算出し、自動電圧調整手段（ＡＶＲ）９３に出力する。  
なお、図２においても、励磁制御装置９Ａ内の電圧設定手段９０および自動電圧調整手段（ＡＶＲ）９３は、図７中の同一符号の手段と同じなので詳細説明は割愛する。
【００３４】
（作用）
次に、本実施形態１で採用した励磁制御装置９Ａの作用について説明する。  
前述したように、電力系統の系統構成が変化すると、外部リアクタンスXeの値が変化する。そこで、本実施形態１の励磁制御装置９Ａが、外部リアクタンスXeを正確にかつ速やかに、しかも簡便に推定することを以下に説明する。
【００３５】
図８ａの同期発電機対無限大母線系統構成において、外部リアクタンスXeは主変圧器４を含み、同期発電機１の出力端子ｔから見た外部リアクタンスと定義される。  
図８ｂのベクトル図において、同期発電機電機子端子電圧計測値Vgと無限大母線系統電圧Vbの相差角をδｔとすると、両者の関係は以下の式で表わされる。
【００３６】
【数２】
2014171325.tif 000004
【００３７】
式（１）および式（２）の両辺を二乗して加算すると、次式（３）が得られる。
【数３】
2014171325.tif 000005
【００３８】
上式（３）において、本実施形態１で用いる外部リアクタンスXeの値の推定方法を以下に説明する。  
図２において、外部リアクタンス推定手段９４Ａの状態量記憶手段９４Ａ１は、一定周期で同期発電機電機子端子電圧の検出手段９１１で検出した同期発電機電機子端子電圧計測値Vgと、同期発電機電機子電流の検出手段９１２で検出した同期発電機電機子電流計測値Igと、同期発電機無効電力Qgとを入力して、二組の時系列データセットとしての同期発電機電機子端子電圧計測値（Vg1，Vg2）、同期発電機電機子電流計測値（Ig1，Ig2）、同期発電機無効電力（Qg1，Qg2）を演算により求め、これを外部リアクタンス推定値更新判定手段９４Ａ２及び外部リアクタンス計算手段９４Ａ３に出力する。
【００３９】
次に、外部リアクタンス推定値更新判定手段９４Ａ２を説明する。  
１秒程度の短時間内においてXe，Vbを一定の値と見做すと、二組のデータセット｛Vg1、Ig1、Qg1｝および｛Vg2、Ig2、Qg2｝を使ってXeの値を求めることができる。すなわち式（３）に第１組のデータセットを使って次の式（４）が得られ、また、式（３）に第２組のデータセットを使って次の式（５）が得られる。
【００４０】
【数４】
2014171325.tif 000006
【００４１】
式（５）から式（４）を減算することにより、次の式（６）が得られる。
【数５】
2014171325.tif 000007
【００４２】
図３において、二組の同期発電機電機子端子電圧計測値（Vg1，Vg2）と同期発電機電機子電流計測値（Ig1，Ig2）と同期発電機無効電力（Qg1，Qg2）の時系列データセットを外部リアクタンス推定更新判定用パラメータ算出手段９４Ａ２１に入力する。
【００４３】
簡単のため以下の式（７）で外部リアクタンスXeの推定値を更新するべきか否かの判定を行なうためのパラメータ（ａ，ｂ，ｃ）を表現する。
【００４４】
【数６】
2014171325.tif 000008
【００４５】
式（６）は、式（７）の表現を使って以下の式（８）のように表わされる。
【数７】
2014171325.tif 000009
【００４６】
式（８）は二次方程式であり、外部リアクタンス推定手段９４Ａはこの式（８）の解のうち、正の実数解を持つ場合のみ、外部リアクタンスXeの値を更新するように判定する。外部リアクタンス推定更新判定用パラメータ算出手段９４Ａ２１で算出した外部リアクタンス推定更新判定用パラメータ（ａ，ｂ，ｃ）を、図４の外部リアクタンス推定値更新可否判定手段９４Ａ２２に入力して、外部リアクタンスXeの値を更新（計算）するべきか否かの判定を行なう。
【００４７】
図４において、処理ステップＳＴ１では判定式（不等式；ｂ２−ａｃ＞０）が成立する（Ｙ）か否（Ｎ）かの判定を行う。処理ステップＳＴ１で判定式（ｂ２−ａｃ＞０）が成立（Ｙ）すると判定された場合、次の処理ステップＳＴ２に進んで判定式（不等式；ａｂ＞０）が成立する（Ｙ）か否（Ｎ）かの判定を行う。
【００４８】
処理ステップＳＴ２で判定式（ａｂ＞０）が成立（Ｙ）すると判定された場合、外部リアクタンスXeの推定値の更新を行うための「更新可」、すなわち「１」のフラグを出力する。  
一方、処理ステップＳＴ１で判定式（ｂ２−ａｃ＞０）が成立しない（Ｎ）と判定された場合、外部リアクタンスXeの推定値の「更新否」、すなわち「０」のフラグを出力する。
【００４９】
処理ステップＳＴ２で判定式（ａｂ＞０）が成立しない（Ｎ）と判定された場合、次の処理ステップＳＴ３に進む。処理ステップＳＴ３で判定式（不等式；ａｃ＞０）が成立しない（Ｎ）と判定された場合、外部リアクタンスXeの値の「更新可」のフラグ「１」を出力する。
【００５０】
処理ステップＳＴ３で判定式（ａｃ＞０）が成立する（Ｙ）と判定された場合、外部リアクタンスXeの値の「更新否」のフラグ「０」を出力する。  
そして、外部リアクタンス計算手段９４Ａ３は、外部リアクタンス推定実行判断フローチャート手段９４Ａ２２から出力されるフラグが「１」の場合には外部リアクタンスXeの推定（計算）を行い、フラグが「０」の場合には外部リアクタンスXeの推定（計算）を行わないで、前回値を適用する。
【００５１】
次に、カルマンフィルタを用いた外部リアクタンス計算手段９４Ａ３について詳細に説明する。
前掲の式（６）により、次式（９）の非線形関数を定義する。
【００５２】
【数８】
2014171325.tif 000010
【００５３】
外部リアクタンスXeの推定関数は以下の式（１０）ように定義することができる。
【数９】
2014171325.tif 000011
【００５４】
ここに、
【数１】
2014171325.tif 000012
は外部リアクタンスXeの推定値
【００５５】
よって、式（９）は以下の式（１１）で表現できる。
【数１０】
2014171325.tif 000013
【００５６】
式（９）および式（１１）を用いて、陰関数定理により外部リアクタンスXeは、次式（１２）で得られる。
【００５７】
【数１１】
2014171325.tif 000014
【００５８】
よって、式（１２）は、次の式（１３）のように表わすことができる。
【数１２】
2014171325.tif 000015
【００５９】
次に、以下の関数を定義する。
【数１３】
2014171325.tif 000016
yiは観測量である。
【００６０】
よって、式（６）は以下のように得られる。
【数１４】
2014171325.tif 000017
ここにωmは測定雑音である。
【００６１】
上記の式（１３）及び式（１６）に非特許文献２に記載されている拡張カルマンフィルタを適用すると、非特許文献３に記載されているように以下の式（１７）が得られる。
【００６２】
【数１５】
2014171325.tif 000018
ここに、
Kiは拡張カルマンフィルタゲイン
Ciは線形化観測係数
Wmは測定雑音の共分散
WPはプロセス雑音の共分散
この式(１７)により外部リアクタンスＸeの値の推定ができる。
【００６３】
次に、系統安定化手段９２Ａについて説明する。  
系統―励磁系伝達関数ブロック係数算出手段９２Ａ１は、図２で示すように、外部リアクタンス推定手段９４Ａの外部リアクタンス計算手段９４Ａ３が出力した外部リアクタンスＸeiの推定値と、同期発電機電機子端子電圧計測値Vgと、同期発電機有効電力Pgと、同期発電機無効電力Qgと、同期発電機のｄ軸過渡リアクタンスｘｄ´と、同期発電機のｑ軸過渡リアクタンスｘｑとを入力し、以下の式（１８）により、同期発電機特性定数K6を計算する。
【００６４】
【数１６】
2014171325.tif 000019
【００６５】
次に、無負荷運転時の同期発電機電機子端子電圧制御ループの交差角周波数ωcと、系統安定化手段（ＰＳＳ）の定数設計を行なった運転点の同期発電機特性定数K6baseと、系統―励磁系伝達関数ブロック係数算出手段９２Ａ１によって算出した同期発電機特性定数K６と、ＰＳＳ入力信号Δｅipss（例えば、ΔTeとΔωの２信号）を系統安定化手段９２Ａの伝達関数手段９２Ａ２に入力し、以下の式（１９）からＰＳＳ出力信号Δｅ0pssを算出する。
【００６６】
【数１７】
2014171325.tif 000020
Gp(s)は系統安定化手段（ＰＳＳ）９２の伝達関数
【００６７】
図９の同期機のモデル図において、Δδ＝０と仮定した時の同期発電機１の電機子端子電圧制御ループに着目する。同期発電機電機子端子電圧制御ループの一巡伝達関数Go(s)は以下の式（２０）で表される。
【００６８】
【数１８】
2014171325.tif 000021
【００６９】
そして、同期発電機電機子端子電圧制御ループの一巡伝達関数Go(s)のボード線図は、図５のようになる。  
図５において、交差角周波数はK6ωcとなるので、同期発電機の電機子端子電圧制御ループの閉ループ伝達関数Gc(s)は下式（２１）のように一次遅れ関数で近似できる。
【００７０】
【数１９】
2014171325.tif 000022
【００７１】
同様にして、ＰＳＳ定数設計を行なった運転点の同期発電機電機子端子電圧制御ループの閉ループ伝達関数Gcbase(s)は以下の式（２２）に現れる。
【００７２】
【数２０】
2014171325.tif 000023
【００７３】
（効果）
以上述べたように、本実施形態１によれば、系統安定化手段（ＰＳＳ）９２Ａの伝達関数手段９２Ａ２に、以下に掲載した式（１９）中の「進み遅れ関数」Cpss(s)を組み込むことによって、同期発電機電機子端子電圧制御ループの閉ループ伝達関数Gc(s)が同期発電機の運転時の状態量の変化によって変化する特性を補償することができる。
【００７４】
【数２１】
2014171325.tif 000024
【００７５】
この結果、同期発電機の運転時の状態量や外部リアクタンスＸeの値が変化しても、均一で最適な系統安定化信号を出力する系統安定化手段を備えた同期機の励磁制御装置を提供することができる。
【００７６】
以上説明した実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図したものではなく、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。そして、説明した実施形態やその変形等は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７７】
１…同期発電機の電機子、２…同期発電機の界磁巻線、３…並列遮断器、４…主変圧器、５…電力系統、５Ａ、５Ｂ…送電線、６…界磁遮断器、７…サイリスタ整流装置、８…励磁電源変圧器、９Ａ…励磁制御装置、９０…電圧設定手段、９１…制御量検出手段、９１１…同期機電機子端子電圧の検出手段、９１２…同期機電機子電流の検出手段、９２Ａ…系統安定化手段（ＰＳＳ）、９２Ａ１…系統―励磁系伝達関数ブロック係数算出手段、９２Ａ２…系統安定化手段の伝達関数手段、９３…自動電圧調整手段（ＡＶＲ）、９３１…加算手段、９３２…増幅器（ＡＭＰ）、９３３…パルス発生器（ＰＧ）、９４Ａ…外部リアクタンス推定手段、９４Ａ１…状態量記憶手段、９４Ａ２…外部リアクタンス推定値更新判定手段、９４Ａ２１…外部リアクタンス推定値更新判定用パラメータ算出手段、９４Ａ２２…外部リアクタンス推定値更新可否判定手段、９４Ａ３…カルマンフィルタを用いた外部リアクタンス計算手段、１０…計器用変圧器、１１…計器用変流器。
【図１】
2014171325.tif 000025
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2014171325.tif 000029
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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