(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電系統と変圧器を介して接続された同期機の出力端子電圧を検出する電圧検出手段と、上記同期機が出力する無効電流を検出する無効電流検出手段と、上記無効電流検出手段により検出された無効電流と上記変圧器の高圧側の目標電圧と電力動揺の減衰を速める位相補償の関数とから上記同期機の出力端子の目標電圧を設定する電圧設定手段と、上記電圧設定手段により設定された目標電圧と上記電圧検出手段により検出された出力端子電圧の偏差に基づいて上記同期機の励磁系を制御する制御手段とを備えた励磁制御装置。
【請求項２】
電圧設定手段は、電圧検出手段により検出された出力端子電圧を考慮して、同期機の出力端子の目標電圧を設定することを特徴とする請求の範囲第１項記載の励磁制御装置。
【請求項３】
送電系統と変圧器を介して接続された同期機の出力端子電圧を検出するとともに、その同期機が出力する無効電流を検出すると、その無効電流と上記変圧器の高圧側の目標電圧と電力動揺の減衰を速める位相補償の関数とから上記同期機の出力端子の目標電圧を設定し、その目標電圧と上記出力端子電圧の偏差に基づいて上記同期機の励磁系を制御する励磁制御方法。
【請求項４】
同期機の出力端子電圧を考慮して、その同期機の出力端子の目標電圧を設定することを特徴とする請求の範囲第３項記載の励磁制御方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、電力系統における電圧の安定化及び電力系統の定態安定度の向上を図る励磁制御装置及び励磁制御方法に関するものである。
背景技術
第１図は従来の励磁制御装置を示す構成図であり、図において、１は同期機、２は変圧器、３は遮断器、４は送電線、５は発電所の送電母線、６は同期機１の出力端子電圧ＶＧを検出する計器用変圧器（以下、ＰＴと呼ぶ）、７は同期機１が出力する無効電流ＩＱを検出する計器用変成器（以下、ＣＴと呼ぶ）、８はＣＴ７により検出された無効電流ＩＱと変圧器２の高圧側の目標電圧ＶＨｒｅｆから同期機１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを設定する電圧設定器である。
９は電圧設定器８により設定された目標電圧ＶＧｒｅｆからＰＴ６により検出された出力端子電圧ＶＧを減算して、その偏差信号を出力する減算器、１０は減算器９が出力する偏差信号を入力条件にして、励磁機１１の整流タイミングを制御する自動電圧調整装置（以下、ＡＶＲと呼ぶ）、１１はＡＶＲ１０の指示にしたがって同期機１の界磁巻線１２に界磁電流を供給する励磁機、１２は同期機１の界磁巻線である。
なお、第２図は従来の励磁制御方法を示すフローチャートである。
次に動作について説明する。
まず、ＰＴ６が同期機１の出力端子電圧ＶＧを検出するとともに（ステップＳＴ１）、ＣＴ７が同期機１が出力する無効電流ＩＱを検出する（ステップＳＴ２）。
電圧設定器８は、ＣＴ７が無効電流ＩＱを検出すると、その無効電流ＩＱと変圧器２の高圧側の目標電圧ＶＨｒｅｆから同期機１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを設定する（ステップＳＴ３）。
以下、具体的な設定方法を述べる。
同期機１の出力端子電圧ＶＧと変圧器２の高圧側電圧ＶＨは、式（１）の関係がある（式（１）におけるＸｔは、変圧器２のリアクタンスである）。
ＶＧ＝ＶＨ＋Ｘｔ・ＩＱ                                        （１）
また、第３図に示すように複数の同期機１が送電系統に接続されている場合には、他の同期機との間のリアクタンスがほぼ零となり、各同期機１の出力端子電圧ＶＧの電圧差及び応答差により、横流が流れて同期機１が過負荷となる。この横流の発生を抑制するため、式（２）に示すように、変圧器２のリアクタンスＸｔから、その横流の抑制分に対応するリアクタンスＸＤＲを減じるようにする。ここで、横流の抑制分に対応するリアクタンスＸＤＲは変圧器２のリアクタンスＸｔの数％の値に設定されるが、その値は経験的に設定される。
ＶＧｒｅｆ＝ＶＨｒｅｆ＋（Ｘｔ−ＸＤＲ）・ＩＱ                （２）
したがって、電圧設定器８は、同期機１が出力する無効電流ＩＱと変圧器２の高圧側の目標電圧ＶＨｒｅｆを式（２）に代入することにより、同期機１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを計算する。
このようにして、電圧設定器８が同期機１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを設定すると、減算器９が電圧設定器８により設定された目標電圧ＶＧｒｅｆからＰＴ６により検出された同期機１の出力端子電圧ＶＧを減算して、その減算結果である偏差信号を出力する（ステップＳＴ４）。
ＡＶＲ１０は、減算器９が偏差信号を出力すると、その偏差信号を例えば下記の伝達関数の入力条件にして、励磁機１１の整流タイミングを制御するタイミング信号を生成する（ステップＳＴ５）。
伝達関数＝Ｋ・（１＋ＴＬＤ・ｓ）／（１＋ＴＬＧ・ｓ）          （３）
ただし、Ｋはゲイン定数
ＴＬＤ、ＴＬＧは時定数
ｓはラプラス演算子
励磁機１１は、ＡＶＲ１０からタイミング信号を受け取ると、そのタイミング信号にしたがって同期機１の界磁巻線１２に界磁電流を供給する（ステップＳＴ６）。なお、減算器９が出力する偏差信号が正値であれば、界磁巻線１２に供給する界磁電流が増加して同期機１の出力端子電圧ＶＧが高くなり、減算器９が出力する偏差信号が負値であれば、界磁巻線１２に供給する界磁電流が減少して同期機１の出力端子電圧ＶＧが低くなる。
これにより、同期機１の出力端子電圧ＶＧが目標電圧ＶＧｒｅｆと一致するように制御されるとともに、同期機１が出力する無効電流ＩＱが零のときには変圧器２の高圧側電圧ＶＨが目標電圧ＶＨｒｅｆと一致するように制御される。
ＶＧ＝ＶＨｒｅｆ＋（Ｘｔ−ＸＤＲ）・ＩＱ                      （４）
ＶＨ＝ＶＨｒｅｆ−ＸＤＲ・ＩＱ                                （５）
このようにして、送電母線５の電圧が一定に維持されるため、例えば、送電線４に事故が発生しても、送電系統全体の電圧低下を緩和することができる。
従来の励磁制御装置は以上のように構成されているので、送電線４に事故が発生しても、送電系統全体の電圧低下を緩和することができるが、系統事故時などに発生する電力動揺の減衰を速める手段を有していないため、電力動揺の減衰を速めるための電力系統安定化制御装置（ＰＳＳ）を別個に設ける必要があるという課題があった。
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、変圧器の高圧側電圧を一定に制御することができるとともに、電力動揺の減衰を速めることができる励磁制御装置及び励磁制御方法を得ることを目的とする。
発明の開示
この発明に係る励磁制御装置は、無効電流検出手段により検出された無効電流と変圧器の高圧側の目標電圧と電力動揺の減衰を速める位相補償の関数とから同期機の出力端子の目標電圧を設定する電圧設定手段を設けたものである。
このことによって、変圧器の高圧側電圧を一定に制御することができるとともに、電力動揺の減衰を速めることができる効果がある。
この発明に係る励磁制御装置は、電圧設定手段が電圧検出手段により検出された出力端子電圧を考慮して、同期機の出力端子の目標電圧を設定するようにしたものである。
このことによって、電力動揺の減衰を所望の速度に調整することができる効果がある。
この発明に係る励磁制御方法は、同期機が出力する無効電流と変圧器の高圧側の目標電圧と電力動揺の減衰を速める位相補償の関数とから同期機の出力端子の目標電圧を設定するようにしたものである。
このことによって、変圧器の高圧側電圧を一定に制御することができるとともに、電力動揺の減衰を速めることができる効果がある。
この発明に係る励磁制御方法は、同期機の出力端子電圧を考慮して、その同期機の出力端子の目標電圧を設定するようにしたものである。
このことによって、電力動揺の減衰を所望の速度に調整することができる効果がある。
発明を実施するための最良の形態
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
第４図はこの発明の実施の形態１による励磁制御装置を示す構成図であり、図において、２１は同期機、２２は変圧器、２３は遮断器、２４は送電線、２５は発電所の送電母線、２６は同期機２１の出力端子電圧ＶＧを検出する計器用変圧器であるＰＴ（電圧検出手段）、２７は同期機２１が出力する無効電流ＩＱを検出する計器用変成器であるＣＴ（無効電流検出手段）、２８はＣＴ２７により検出された無効電流ＩＱと変圧器２２の高圧側の目標電圧ＶＨｒｅｆと電力動揺の減衰を速める位相補償の伝達関数ＦＨ１（ｓ）とから同期機２１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを設定する電力系統安定化機能付電圧設定器（電圧設定手段）である。
２９は電力系統安定化機能付電圧設定器２８により設定された目標電圧ＶＧｒｅｆからＰＴ２６により検出された出力端子電圧ＶＧを減算して、その偏差信号を出力する減算器、３０は減算器２９が出力する偏差信号を入力条件にして、励磁機３１の整流タイミングを制御する自動電圧調整装置であるＡＶＲ、３１はＡＶＲ３０の指示にしたがって同期機２１の界磁巻線３２に界磁電流を供給する励磁機、３２は同期機２１の界磁巻線である。なお、減算器２９，ＡＶＲ３０及び励磁機３１から制御手段が構成されている。
第５図はこの発明の実施の形態１による励磁制御方法を示すフローチャート、第６図は電力系統安定化機能付電圧設定器２８の内部構成を示す説明図である。
次に動作について説明する。
まず、ＰＴ２６が同期機２１の出力端子電圧ＶＧを検出するとともに（ステップＳＴ１１）、ＣＴ２７が同期機２１が出力する無効電流ＩＱを検出する（ステップＳＴ１２）。
電力系統安定化機能付電圧設定器２８は、ＣＴ２７が無効電流ＩＱを検出すると、その無効電流ＩＱと変圧器２２の高圧側の目標電圧ＶＨｒｅｆと電力動揺の減衰を速める位相補償の伝達関数ＦＨ１（ｓ）とから同期機２１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを設定する（ステップＳＴ１３）。即ち、無効電流ＩＱと目標電圧ＶＨｒｅｆと伝達関数ＦＨ１（ｓ）とを下記の式（６）に代入して、同期機２１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを計算する（第６図を参照）。
ＶＧｒｅｆ＝ＶＨｒｅｆ＋ＦＨ１（ｓ）・（Ｘｔ−ＸＤＲ）・ＩＱ  （６）
ただし、式（６）におけるＸｔは変圧器２２のリアクタンス、ＸＤＲは複数の同期機２１が送電系統に接続されている場合に流れる横流の抑制分に対応するリアクタンスである。また、ＦＨ１（ｓ）は電力動揺の減衰を速めるために適切なタイミングの信号を生成する位相補償回路の伝達関数であり、例えば、式（７）で表されるような伝達関数とすればよい。
ＦＨ１（ｓ）
＝ａ１ｎ・ｓｎ＋ａ１（ｎ−１）・ｓｎ−１＋…＋ａ１１・ｓ＋ａ１０  （７）
ただし、ｓはラプラス演算子
ａは定数
なお、定常時において、変圧器２２の高圧側電圧ＶＨを目標電圧ＶＨｒｅｆと一致させるため、式（７）の各定数は、定常時におけるＦＨ１（ｓ）のゲインが１となるように設定される必要がある。
このようにして、電力系統安定化機能付電圧設定器２８が同期機２１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを設定すると、減算器２９が電力系統安定化機能付電圧設定器２８により設定された目標電圧ＶＧｒｅｆからＰＴ２６により検出された同期機２１の出力端子電圧ＶＧを減算して、その減算結果である偏差信号を出力する（ステップＳＴ１４）。
ＡＶＲ３０は、減算器２９の出力である偏差信号を入力信号として、励磁機３１の整流タイミングを制御するタイミング信号を生成する（ステップＳＴ１５）。
励磁機３１は、ＡＶＲ３０からタイミング信号を受けると、そのタイミング信号にしたがって同期機２１の界磁巻線３２に界磁電流を供給する（ステップＳＴ１６）。
なお、減算器２９が出力する偏差信号が正値であれば、界磁巻線３２に供給する界磁電流が増加して、同期機２１の出力端子電圧ＶＧが高くなり、減算器２９が出力する偏差信号が負値であれば、界磁巻線３２に供給する界磁電流が減少して、同期機２１の出力端子電圧ＶＧが低くなる。
これにより、同期機２１の出力端子電圧ＶＧが目標電圧ＶＧｒｅｆと一致するように制御される。
また、同期機２１の出力端子電圧ＶＧと変圧器２２の高圧側電圧ＶＨは下記の式（８）の関係があることから、同期機２１の出力端子電圧ＶＧと、変圧器２２の高圧側電圧ＶＨは、高圧側の目標電圧ＶＨｒｅｆを用いて、それぞれ式（９）、式（１０）のように表わされる。
ＶＨ＝ＶＧ−Ｘｔ・ＩＱ                                        （８）
ＶＧ＝ＶＨｒｅｆ＋（Ｘｔ−ＸＤＲ）・ＩＱ                      （９）
ＶＨ＝ＶＨｒｅｆ−ＸＤＲ・ＩＱ                              （１０）
したがって、変圧器２２の高圧側電圧ＶＨは、同期機２１が出力する無効電流ＩＱが零のときには目標電圧ＶＨｒｅｆと一致するように制御することができる。
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、同期機２１が出力する無効電流ＩＱと変圧器２２の高圧側の目標電圧ＶＨｒｅｆと電力動揺の減衰を速める位相補償の伝達関数ＦＨ１（ｓ）とから同期機２１の出力端子の目標電圧ＶＧを設定するように構成したので、変圧器２１の高圧側電圧ＶＨを一定に制御することができる結果、系統事故時や負荷の急増時においても、電圧の安定化を図ることができる効果を奏する。また、電力動揺の減衰を速めることができるため、電力系統の定態安定度を高めることができる効果を奏する。
実施の形態２．
第７図はこの発明の実施の形態２による励磁制御装置を示す構成図であり、図において、第４図と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
３３はＣＴ２７により検出された無効電流ＩＱとＰＴ２６により検出された出力端子電圧ＶＧと変圧器２２の高圧側の目標電圧ＶＨｒｅｆと電力動揺の減衰を速める位相補償の伝達関数ＦＨ２（ｓ）とから同期機２１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを設定する電力系統安定化機能付電圧設定器（電圧設定手段）である。
第８図はこの発明の実施の形態２による励磁制御方法を示すフローチャート、第９図は電力系統安定化機能付電圧設定器３３の内部構成を示す説明図である。
次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、同期機２１が出力する無効電流ＩＱと変圧器２２の高圧側の目標電圧ＶＨｒｅｆと電力動揺の減衰を速める位相補償の伝達関数ＦＨ１（ｓ）とから同期機２１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを設定するものについて示したが、ＰＴ２６により検出された出力端子電圧ＶＧを考慮して、同期機２１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを設定するようにしてもよい。
即ち、電力系統安定化機能付電圧設定器３３は、第９図に示すように、ＣＴ２７により検出された無効電流ＩＱとＰＴ２６により検出された出力端子電圧ＶＧと変圧器２２の高圧側の目標電圧ＶＨｒｅｆと電力動揺の減衰を速める位相補償の伝達関数ＦＨ２（ｓ）とから同期機２１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを設定する（ステップＳＴ１７）。
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ただし、式（１１）におけるＸｔは変圧器２２のリアクタンス、ＸＤＲは複数の同期機２１が送電系統に接続されている場合に流れる横流の抑制分に対応するリアクタンスである。また、ＦＨ２（ｓ）は電力動揺の減衰を速めるために適切なタイミングの信号を生成する位相補償回路の伝達関数であり、例えば、式（１２）で表されるような伝達関数とすればよい。
ＦＨ２（ｓ）＝
ａ２ｎ・ｓｎ＋ａ２（ｎ−１）・ｓｎ−１＋…＋ａ２１・ｓ＋ａ２０（１２）
ただし、ｓはラプラス演算子
ａは定数
このようにして、同期機２１の出力端子の目標電圧ＶＧｒｅｆを計算する場合、伝達関数ＦＨ２（ｓ）の値を如何なる値に設定しても、定常時において、変圧器２２の高圧側電圧ＶＨと目標電圧ＶＨｒｅｆが一致する（定常時では、ＶＨｒｅｆ＋（Ｘｔ−ＸＤＲ）・ＩＱ−ＶＧ＝０になる為）。したがって、上記実施の形態１と異なり、定常時における伝達関数ＦＨ２（ｓ）のゲインを１に設定する必要がないので、電力動揺の減衰を所望の速度に調整することができる。
産業上の利用可能性
以上のように、この発明に係る励磁制御装置及び励磁制御方法は、同期機の励磁系を制御するに際して、電力系統における電圧の安定化や電力系統の定態安定度の向上を図るものに適している。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の励磁制御装置を示す構成図である。
第２図は従来の励磁制御方法を示すフローチャートである。
第３図は無限大母線モデル系統を示す系統図である。
第４図はこの発明の実施の形態１による励磁制御装置を示す構成図である。
第５図はこの発明の実施の形態１による励磁制御方法を示すフローチャートである。
第６図は電力系統安定化機能付電圧設定器の内部構成を示す説明図である。
第７図はこの発明の実施の形態２による励磁制御装置を示す構成図である。
第８図はこの発明の実施の形態２による励磁制御方法を示すフローチャートである。
第９図は電力系統安定化機能付電圧設定器の内部構成を示す説明図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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