(57)【要約】【課題】従来のシミュレータ装置を用いたＡＶＲ装置の動特性機能確認試験では、製品であるＡＶＲ装置と励磁機、および試験用設備であるシミュレータ装置、インバータとを接続する必要があり時間がかかり、また、大きな配置エリアを確保する必要があった。さらに、シミュレータ装置の保有台数に制限があり、ＡＶＲ装置の輻輳した試験が不可能であり、試験設備の管理費用の増大を解消するために、シミュレータ装置を製品であるＡＶＲ装置内部に組み込み、試験を容易とする。【解決手段】シミュレータ用アプリケーションをＡＶＲ装置の制御用アプリケーションに組み込む構造とし、双方が信号切換器を介して設けられ、シミュレーション試験が操作表示部からのモード選択手段によって選択可能とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の電圧を安定制御する自動電圧調整装置であって、前記自動電圧調整装置にはＡＶＲ制御ロジック部とシミュレーション用アプリケーション部と操作表示部と、さらに外部には発電機の励磁装置が備えられており、
前記シミュレーション用アプリケーション部には、前記ＡＶＲ制御ロジック部の出力する点弧角指令値から発電機の界磁電圧、界磁電流を算出する第１の計算部と、発電機電圧を算出する第２の計算部とが設けられており、前記ＡＶＲ制御ロジック部の入力部と出力部には信号切替器が設けられ、前記操作表示部からの信号によって、前記シミュレーション用アプリケーションと前記ＡＶＲ制御ロジック部とが前記信号切換器を介して接続され、前記自動電圧調整装置の動特性試験が実行されることを特徴とする自動電圧調整装置。
【請求項２】
前記操作表示部には、自動電圧調整装置の動作モード選択手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の自動電圧調整装置。
【請求項３】
前記ＡＶＲ制御ロジック部とシミュレーション用アプリケーション部はマイクロプロセッサにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の自動電圧調整装置。
【請求項４】
電力系統の電圧を安定制御する自動電圧調整装置であって、前記自動電圧調整装置にはＡＶＲ制御ロジック部とシミュレーション用アプリケーション部と操作表示部と、さらに外部には発電機の励磁装置が備えられており、
前記シミュレーション用アプリケーション部には、前記ＡＶＲ制御ロジック部の出力する点弧角指令値から発電機の界磁電圧、界磁電流を算出する第１の計算部と、発電機電圧を算出する第２の計算部と、発電機モデル部および系統モデル部とが設けられており、
前記ＡＶＲ制御ロジック部の入力部と出力部には信号切替器が設けられ、また前記操作表示部には自動電圧調整装置の動作モード選択手段が設けられており、さらに前記ＡＶＲ制御ロジック部の入力部と出力部には信号切替器が設けられ前記操作表示部からの信号によって、前記シミュレーション用アプリケーションと前記ＡＶＲ制御部とが前記信号切換器を介して接続されるとともに、前記操作表示部のモード選択手段からの信号により前記発電機モデル部および系統モデル部に付加されている発電機および系統の異常状態模擬機能によって、運転操作訓練用の動特性試験が実行されることを特徴とする自動電圧調整装置。
【請求項５】
前記操作表示部の自動電圧調整装置の動作モード選択手段には少なくとも、通常運転モード、シミュレーション試験モード、運転操作訓練モードが設けられていることを特徴とする請求項２または請求項４に記載の自動電圧調整装置。
【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接続されている発電機の自動電圧調整装置に関するものであり、特に、電力系統と発電機と励磁機を模擬したシミュレーション用アプリケーションを内蔵した自動電圧調整装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４に一般的な電力送電システムのブロック構成および自動電圧調整装置（以下、ＡＶＲと略す）９のブロック図を示す。
図において、１は発電機、２は界磁巻線、３は変圧器、４は交流遮断器、５は発電機電圧を検出するための計器用変圧器（ＰＴ）、６は発電機１の励磁機、７はシャント、８は発電機電流を検出するための計器用変流器（ＣＴ）、９は発電機電圧を制御するＡＶＲである。
このＡＶＲ９には、例えば外部からの設定値増減指令より設定変更可能な電圧設定器１０、電力系統の動態安定度を改善する系統安定化装置（ＰＳＳ）１１、発電機１が安定限界を超えた進相での運転とならないよう励磁量を制限する低励磁制限機能（ＭＥＬ）１２、発電機１の界磁巻線耐量内で運転するよう励磁量を制限する過励磁制限機能（ＯＥＬ）１３、および増幅器１４が備えられている。
【０００３】
次に動作について説明する。
励磁器６から発電機１の界磁巻線２に界磁電流が流れることにより発生する発電機電圧は、変圧器３により昇圧される。このときの昇圧された電圧の振幅と位相が送電電圧の振幅と位相に等しくなると同時に主遮断器４を投入して、発電機出力を系統側に併入する。このときの発電機電圧を一定に保つ制御を自動で行う、また発電機無効電力の制御、系統安定化装置（ＰＳＳ）１１との組み合わせで系統安定度向上のための制御を行うのがＡＶＲ９である。
次にＡＶＲ９の制御動作について説明する。
発電機の出力電圧は計器用変圧器（ＰＴ）５を通じて検出され、ＡＶＲ９に入力される。入力された電圧は、あらかじめ電圧設定器１０で設定された電圧と比較され、その偏差が増幅器１４で増幅されて、励磁機６に制御信号を送る。その制御信号によって励磁機６は界磁巻線２の励磁量の大きさを加減し、発電機１の端子電圧が制御される。また、界磁巻線２の励磁量の大きさにも制限があり、過励磁保護のために過励磁制限機能（ＯＥＬ）１３と低励磁制限機能（ＭＥＬ）１２が制限回路として組み込まれている。前者は、分流器（シャント）７より界磁電流を検出して、過励磁基準値を超えていないかを計算し、超えている場合は発電機励磁量を制限させる信号を送ることにより、過励磁による過熱から発電機の界磁部を保護する。一方、後者は、計器用変圧器（ＰＴ）５より発電機電圧、計器用変流器（ＣＴ）８より発電機電流を入力として、これら２つの値から有効電力と無効電力を計算して予め設定した発電機出力制限領域内に抑えるようにするために最低励磁制限信号を送ることによって、発電機１の同期が失われるような領域まで励磁量が減少することを自動的に防止させる機能をもっている。
次に、前記ＡＶＲ９が工場にて製造された後に行われる試験の為に必要な一般的設備について述べる。
試験には、製品であるＡＶＲ９と励磁機６とを接続し、これに、電力系統を模擬したシミュレータ装置および発電機１を模擬したインバータとを接続し、ＡＶＲの動特性機能確認を行っている。
つまり、ＡＶＲ９のシミュレーション試験を実施する上で必要となる外部模擬機器は図４において、励磁機６、界磁遮断器１５、界磁巻線２、発電機１、変圧器３、交流遮断器４で構成される。
【０００４】
電力系統のシミュレータ装置としては、例えば特公報第２８９６０３９号公報に示されるものがある。これを図５に示す。この図５により、シミュレータ装置の一般的な動作を説明する。図５において、シミュレータ装置８０ｂは、アプリケーション計算部８０ｃと、初期値設定計算部３３と、操作部２０とインバータ６０と、入力部３２とを備えており、前記アプリケーション計算部８０ｃは、図４に示した発電機１、励磁機６、電力系統等の模擬を行うための模擬計算を行い、それらを模擬動作させるものであり、前記初期値設定計算部３３は、動特性およびダンパー手段を考慮した発電機定数、励磁機定数、電力系統定数等の初期値に基づいて、前記アプリケーション計算部８０ｃに模擬の初期動作を行わせるための初期計算値を算出して前記アプリケーション計算部８０ｃに設定するものである。前記操作部２０は、前記発電機１、励磁機６、電力系統等の模擬のための操作信号を前記アプリケーション計算部８０ｃに出力するものである。
前記インバータ６０は、前記アプリケーション計算部８０ｃにより求められた発電機１の模擬出力を交流出力に変換してＡＶＲ５０に与えるものである。入力部３２は、前記インバータ６０の出力を受けたＡＶＲ５０からの出力を入力するものである。そして、前記アプリケーション計算部８０ｃと初期値設定計算部３３はマイクロプロセッサ３４により構成されていて、前記アプリケーション計算部８０ｃを任意に変更可能とする保守ツールである。
【０００５】
次に本願発明を生むきっかけとなった他の従来技術のシミュレーション試験のブロック図を図６に示す。図６において、ＡＶＲ５０の出力回路に発電機界磁巻線模擬負荷７０を接続し、同じく出力回路の界磁電圧、界磁電流を外部シミュレータ装置８０に入力し、この外部シミュレータ装置８０にて、発電機モデル８１、系統モデル８２の等価回路により計算された発電機電圧、界磁電流を発電機模擬用三相インバータ装置６０を介してＡＶＲ５０の入力部５２にフィードバックして、ＡＶＲ５０の動的挙動を確認していた。なお６１は、励磁装置に相当するサイリスタ盤であり、盤面数が３面以上もある。また、５１はＡＶＲ５０の制御ロジックである。このようなシミュレーション試験を行う際には、発電機界磁巻線模擬負荷７０の調整、ＡＶＲ５０と外部シミュレータ装置８０との接続および外部シミュレータ装置８０の調整が必要であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＡＶＲ５０の動的挙動確認試験時には、外部シミュレータ装置８０、発電機巻線模擬負荷７０、インバータ装置６０等の外部装置を必要とし、これらのＨ／Ｗを準備するとともに、ＡＶＲ５０との接続作業や試験準備に多大な時間が必要であった。また、盤面数として、ＡＶＲ５０は１面、励磁装置６１は３面以上もあり、ＡＶＲ５０、励磁装置６１、シミュレータ装置８０、インバータ６０等の配置エリアと作業スペース確保のために試験待ち時間を要し、さらにＡＶＲ５０が輻輳して製作される場合には、シミュレータ装置８０の保有台数の制限から所定の工程で行うことが困難な場合も生ずることもあった。
【０００７】
この発明は前記のような課題を解決するためになされたものであり、シミュレーション用アプリケーション機能を内蔵したＡＶＲとすることにより、接続作業時間の短縮、配置エリアと作業スペース確保のための試験待ち時間の削減、さらには大規模な試験設備を必要とせず、従来と同等のＡＶＲの試験を可能とすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る自動電圧調整装置は、ＡＶＲ制御ロジック部とシミュレーション用アプリケーション部と操作表示部と、さらに外部には発電機の励磁装置が備えられており、
前記シミュレーション用アプリケーション部には、前記ＡＶＲ制御ロジック部の出力する点弧角指令値から発電機の界磁電圧、界磁電流を算出する第１の計算部と、発電機電圧を算出する第２の計算部とが設けられており、前記ＡＶＲ制御ロジック部の入力部と出力部には信号切替器が設けられ、前記操作表示部からの信号によって、前記シミュレーション用アプリケーションと前記ＡＶＲ制御ロジック部とが前記信号切換器を介して接続され、前記自動電圧調整装置の動特性試験が行われるものである。
【０００９】
また、前記操作表示部には、自動電圧調整装置の動作モード選択手段が設けられているものである。
【００１０】
また、前記ＡＶＲ制御ロジック部とシミュレーション用アプリケーション部はマイクロプロセッサにより構成されているものである。
【００１１】
またさらに、本発明による自動電圧調整装置にはＡＶＲ制御ロジック部とシミュレーション用アプリケーション部と操作表示部と、さらに外部には発電機の励磁装置が備えられており、
前記シミュレーション用アプリケーション部には、前記ＡＶＲ制御ロジック部の出力する点弧角指令値から発電機の界磁電圧、界磁電流を算出する第１の計算部と、発電機電圧を算出する第２の計算部と、発電機モデル部および系統モデル部とが設けられており、
前記ＡＶＲ制御ロジック部の入力部と出力部には信号切替器が設けられ、また前記操作表示部には自動電圧調整装置の動作モード選択手段が設けられており、さらに前記ＡＶＲ制御ロジック部の入力部と出力部には信号切替器が設けられ前記操作表示部からの信号によって、前記シミュレーション用アプリケーションと前記ＡＶＲ制御部とが前記信号切換器を介して接続されるとともに、前記操作表示部のモード選択手段からの信号により前記発電機モデル部および系統モデル部に付加されている発電機および系統の異常状態模擬機能によって、前記自動電圧調整装置の運転操作訓練用動特性試験が行われるものである。
【００１２】
また、前記動作表示部の自動電圧調整装置の動作モード選択手段には少なくとも、通常運転モード、シミュレーション試験モード、運転操作訓練モードが設けられているものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、本実施の形態１におけるシミュレーション用アプリケーションを内蔵した自動電圧調整装置（以下、ＡＶＲ装置と略す）の全体構成を示すブロック図である。
図において、ＡＶＲ装置５０ａは、入力部５３および出力部５４にそれぞれ信号切換器５３ａ、５４ａを有するＡＶＲ制御ロジック５１ａと、アナログ入力部５２ａが設けられている。前記入力部５３に設けた信号切換器５３ａは発電機電圧、電流を外部から読み込まれた値として取り込む個所５３と、切換器５４ａは前記ＡＶＲ制御ロジック部５１ａで計算された点弧指令値を出力する個所５４の２個所に設けられている。これらの主要部分により電力系統に接続されている発電機の通常運転時の自動電圧調整が行われる。ところがこの実施の形態１では図１に示すように、前記ＡＶＲ装置５０ａは、シミュレーション用アプリケーション部８０ａと操作表示部２０を内蔵している。前記シミュレーション用アプリケーション部８０ａには、前記ＡＶＲ制御ロジック部５１ａからの出力信号（点弧角）を受けて界磁電圧および界磁電流を算出する第１の計算部８３と、前記界磁電流から発電機電圧を算出する第２の計算部８４と、発電機モデル部８１、系統モデル部８２とが設けられている。なお、前記ＡＶＲ制御ロジック５１ａとシミュレーション用アプリケーション部８０ａはマイクロプロセッサにより構成されており、演算の複雑化、高速化に対応可能とするとともに、装置の小型化を図っている。図２に前記シミュレーション用アプリケーション部８０ａの詳細なロジックを示す。
前記操作表示部２０には、モード切り替え手段が設けられており、前記モードは例えば少なくとも通常運転モード、つまり前記した通常運転時の自動電圧調整を行うモードと、後述するＡＶＲ装置５０ａのシミュレーション試験モードや運転技術員や保守技術員の運転操作訓練モード等を有している。この操作表示部２０を操作し出力した切換信号によって前記信号切換器５３ａ、５４ａが動作する。
今ここで例えば、工場で製造完了したＡＶＲ装置５０ａの動特性試験（シミュレーション試験）を行うケースについて説明する。この試験に必要とする設備は図１に示すＡＶＲ装置５０ａと外部装置である発電機励磁装置６１でよい。すなわち、図６で示したように従来技術で必要としていた外部装置である外部シミュレータ装置８０、発電機巻線模擬負荷７０、インバータ装置６０を不要としている。そして、図１に示すようにＡＶＲ装置５０ａと励磁装置６１とを接続し、操作表示部２０のモード切り替え手段をシミュレーション試験モードを選択し信号を出力すると、前記信号切換器５３ａ、５４ａが動作して、前記ＡＶＲ制御ロジック部５１ａとシミュレーション用アプリケーション部８０ａが接続され、ＡＶＲ装置５０ａ内にてフィードバック回路が成立し、従来のような外部装置を必要としないＡＶＲ装置５０ａの閉ループ試験が実現可能となる。
なお、前記信号切換器５３ａ、５４ａは、前記したようにＡＶＲ制御ロジック部５１ａの入、出力部５３，５４に設けていることにより、ＡＶＲ制御ロジック部５１ａとシミュレーション用アプリケーション部８０ａが接続する際、従来使用していたインバータ装置６０で行っていた信号レベルの変換（工学値変換）を行うことなく、前記ＡＶＲ制御ロジック部５１ａとシミュレーション用アプリケーション部８０ａで構成された回路で演算された結果をそのまま入、出力でき、従来例の図６で示した外部シミュレータ用アプリケーション部８０で構築した閉ループ回路と等価のシミュレーション回路を実現している。
【００１４】
次に、動作フローをフローチャート図３に基づいて説明する。
図に示すフローはＡＶＲ装置５０ａの通常運転における、例えば「無負荷発電機電圧確立試験」、「過渡応答試験」、「負荷上昇試験」の概略操作手順でＡＶＲ装置５０ａのシミュレーション試験状態を表す。これらの概略操作手順のうち、前記「無負荷発電機電圧確立試験」について述べる。
まず、操作、表示部２０であるグラフィクパネルより通常運転モードからシミュレーション試験モードに切り替える。これにより前記したＡＶＲ制御ロジック部５１ａとシミュレーション用アプリケーション部８０ａとが接続される。次に初期値設定として発電機定数、励磁機定数、系統定数のデータを入力する。次に操作、表示部２０のグラフィクパネルにて操作信号（タービン起動、ガバナの上げ／下げ、交流遮断器（５２）ＯＮ等）により、励磁機、発電機、系統のシミュレーション計算（発電機無負荷状態、負荷状態における界磁電流、界磁電圧、発電機電圧、発電機電力、発電機周波数、発電機力率、系統電圧、系統周波数等に関わる演算）を前記シミュレーション用アプリケーション部８０ａが行い、その演算結果である発電機の出力を前記ＡＶＲ制御ロジック部５１ａが入力し、ＡＶＲ装置５０ａの動作特性試験を実施する。また、このモード以外にも、前記操作、表示部２０より通常運転時における発電機や系統の状態変化要因、例えば外乱、事故等の入力を与えて、その外乱、事故等におけるシミュレータ計算を行い、同様のＡＶＲ装置５０ａの動作特性試験を実施する。
【００１５】
実施の形態２．
前記実施の形態１では、ＡＶＲ装置５０ａの試験のための機能を操作、表示部２０を介して実施する例を示したが、この実施の形態２では、前記シミュレーション用アプリケーション部８０ａに設けられた発電機モデル部８１と系統モデル部８２に付加された発電機および系統の通常運転時では想定されない異常状態発生を仮定した要因を模擬する機能、例えば送電線三相短絡事故、発電機の同期外れ、脱調等の模擬機能を付加されており、前記操作、表示部２０に設けられたモード選択手段からの信号によって前記したフィードバック回路を形成することで、運転技術員、保守技術員等の運転保守訓練を目的とした操作、表示設定が行えるものである。
このような機能をシミュレーション用アプリケーション部８０ａに設けることにより、メーカ内の工場試験では実行し難い発電プラント運転員や保守員および経験の少ない運転員のトレーニングを発電プラントサイドでも容易に行うことができる。
【００１６】
【発明の効果】
この発明は以上述べたようなＡＶＲ装置であるので、以下に示すような効果を奏する。
【００１７】
ＡＶＲ制御ロジック部とシミュレーション用アプリケーション部と操作表示部と、さらに外部には発電機の励磁装置が備えられており、
前記シミュレーション用アプリケーション部には、前記ＡＶＲ制御ロジック部の出力する点弧角指令値から発電機の界磁電圧、界磁電流を算出する第１の計算部と、発電機電圧を算出する第２の計算部とが設けられており、前記ＡＶＲ制御ロジック部の入力部と出力部には信号切替器が設けられ、前記操作表示部からの信号によって、前記シミュレーション用アプリケーションと前記ＡＶＲ制御ロジック部とが接続され、ＡＶＲ装置の動特性試験が行われるので、ＡＶＲ装置のシミュレーション試験を行う際、従来必要としていた設備としてのシミュレータ装置等の外部装置を必要とせず、試験設備の管理費の増大を抑制し、試験設備の保有台数に依存せずにＡＶＲ装置の試験を実施することが可能となる。また、試験作業スペースも狭くなり、かつ試験工程も短縮されるという効果を奏する。さらに、現地サイトにおいても必要に応じて、モード選択を行うことで、シミュレーション試験が容易に実施可能となる優れた効果を奏する。
【００１８】
またさらに、ＡＶＲ制御ロジック部とシミュレーション用アプリケーション部はマイクロプロセッサにより構成されているので、装置の小型化が図れるとともに、演算の複雑化、高速化に対応可能であるという優れた効果を奏する。
【００１９】
また、ＡＶＲ制御ロジック部とシミュレーション用アプリケーション部と操作表示部と、さらに外部には発電機の励磁装置が備えられており、
前記シミュレーション用アプリケーション部には、前記ＡＶＲ制御ロジック部の出力する点弧角指令値から発電機の界磁電圧、界磁電流を算出する第１の計算部と、発電機電圧を算出する第２の計算部と、発電機モデル部および系統モデル部とが設けられており、
前記ＡＶＲ制御ロジック部の入力部と出力部には信号切替器が設けられ、また前記操作表示部にはＡＶＲ動作のモード選択手段が設けられており、
さらに前記ＡＶＲ制御ロジック部の入力部と出力部には信号切替器が設けられ前記操作表示部からの信号によって、前記シミュレーション用アプリケーションと前記ＡＶＲ制御部とが接続されるとともに、前記操作表示部のモード選択手段からの信号により前記発電機モデル部および系統モデル部に付加されている発電機および系統の異常状態模擬機能によって、前記自動電圧調整装置が運転操作訓練用の動作が行われるので、ＡＶＲ装置の試験以外に運転技術員、保守技術員のトレーニングをモード選択を行うことによって簡単にかつ容易にサイトで行えるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるＡＶＲ装置を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるシミュレーション用アプリケーション部の詳細なロジックを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるフローチャートを示す図である。
【図４】従来技術における電力送電システムの回路図である。
【図５】従来技術におけるＡＶＲ装置のシミュレータ装置を示すブロック図である。
【図６】従来技術におけるシミュレーション試験を示すブロック図である。
【符号の説明】
２０　操作，表示部、２０ａ　動作モード選択手段、５０，５０ａ　入力部、５３ａ　信号切換器、５４　出力部、５４ａ　信号切換器、６１　励磁装置、
８０　外部シミュレータロジック、８０ａ　内部シミュレータロジック、
８１　発電機モデル、８２　系統モデル、８３　第１の計算部、
８４　第２の計算部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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