JPH10248298A

JPH10248298A - 発電機励磁制御装置

Info

Publication number: JPH10248298A
Application number: JP9045019A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Kitauchi; 義弘北内; Haruto Taniguchi; 治人谷口; Takashi Shirasaki; 隆白崎; Yoshinori Ichikawa; 嘉則市川; Masahiko Amano; 雅彦天野; Minoru Manjo; 実萬城
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Tohoku Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry; Tohoku Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1997-02-28
Filing date: 1997-02-28
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】長距離大容量送電系統における長周期の動揺
を抑制すること。【解決手段】発電機１０の端子電圧Ｖｇを変成器１３
で検出し、端子電圧Ｖｇと設定電圧Ｖｒｅｆとの偏差に
応じた信号をもとにＡＶＲ制御ブロック１５、自動パル
ス位相器１６で電圧偏差に応じたパルスを生成し、この
パルスをサイリスタ１７に印加して界磁巻線１８の界磁
電圧Ｖｆを調整して端子電圧Ｖｇを設定値Ｖｒｅｆに一
致させる制御を行う。さらに、電流変成器１２の出力Ｉ
ｇと電圧変成器１３の出力Ｖｇとから無効電力算出器２
２で無効電力を算出し、この算出値をもとに制御ブロッ
ク３２で無効電力の変動分をもとめ、この変動分に進み
位相を加えて系統安定化信号を生成し、この系統安定化
信号を加減算器１４に加える。長距離大容量送電系統の
ように系統リアクタンスが大きいほど無効電力の変動が
大きくなるので、それに基づいた安定化信号を加えるこ
とにより、長周期動揺のダンピングを高めることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電機励磁制御装
置に係り、特に、電力系統に接続された発電機の励磁電
圧を制御して長距離大容量送電系統における長周期動揺
を抑制するに好適な発電機励磁制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電機の励磁制御により電力系統の安定
度を向上させるための装置として、電力系統安定化装置
（ＰＳＳ：ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＳｔａｂｉｌｉ
ｚｅｒ）が知られており、多くの系統に用いられてい
る。ＰＳＳは、発電機の有効電力や回転速度等の入力信
号をもとに系統動揺抑制のための安定化信号を生成する
ようになっている。この安定化信号は励磁制御装置の端
子電圧設定値に付加され、発電機の界磁巻線に印加され
る。界磁巻線に安定化信号が印加されると界磁電圧が変
化し、界磁電圧の変化により発電機の出力電圧が変化す
ることで系統の動揺を抑制することができる。

【０００３】安定化信号を生成するに際しては、発電機
の有効電力を算出し、この算出値を用いることが一般的
に行われている。これは、有効電力と内部相差角がほぼ
同相で変動することに着目したものであり、有効電力の
符号を反転させて１８０度位相を進め、この値からＰＳ
Ｓと励磁回路で位相を遅らせて、回転速度に比例したダ
ンピングトルク成分を作るようになっている。

【０００４】また、近年の系統連係の増大に伴う長周期
動揺に対応するために、発電機の回転速度または系統の
電圧周波数を入力信号とするＰＳＳが提案されている。
一般に、長周期動揺では励磁回路の位相遅れが小さいた
め、ＰＳＳではその分だけ位相を少し進めればよく、効
果的にダンピングトルクを生成することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】長距離大容量送電系統
の安定化を行う場合、系統インピーダンスが大きくしか
も発電機の相差角も９０度付近まで大きくなるため、相
差角の変動に対して有効電力があまり変動しなくなる。
このため、有効電力をもとに安定化信号を生成しても、
長距離大容量送電系統での長周期動揺を十分に抑制する
ことができず、制御ゲインを大きくする等の対策をとる
必要がある。しかし、制御ゲインを大きくすると、短周
期の振動が大きくなったり、系統条件が変わったときに
は動揺抑制効果が劣化したりする恐れがある。

【０００６】また回転速度信号をもとに安定化信号を生
成しても、長距離大容量送電系統では、動揺周期が長く
なるにつれて動揺の振幅が小さくなる傾向にある。

【０００７】本発明の目的は、長距離大容量送電系統に
おける長周期動揺を抑制することができる発電機励磁制
御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、電力系統に接続された発電機の端子電圧
を検出する端子電圧検出手段と、端子電圧検出手段の検
出電圧と端子電圧設定値との偏差を算出する端子電圧偏
差算出手段と、発電機の出力を検出して発電機の無効電
力を算出する無効電力算出手段と、無効電力算出手段の
算出値を基に電力系統の動揺を抑制するための系統安定
化信号を生成する系統安定化信号生成手段と、端子電圧
偏差算出手段の算出値と系統安定化信号生成手段の生成
による系統安定化信号に基づいて発電機の界磁量を調整
して発電機の端子電圧を制御する端子電圧制御手段とを
備えている発電機励磁制御装置を構成したものである。

【０００９】前記発電機励磁制御装置を構成するに際し
ては、以下の要素を付加することができる。

【００１０】（１）系統安定化信号生成手段は、無効電
力算出手段の算出値から無効電力の変動分を求め、この
変動分を基に系統安定化信号を生成してなる。

【００１１】（２）系統安定化信号生成手段は、無効電
力算出手段の算出値から無効電力の変動分を求め、この
変動分に位相進み要素を加えて系統安定化信号を生成し
てなる。

【００１２】（３）系統安定化信号に基づいた端子電圧
の変動周期よりも短い周期の変動を抑制するための変化
速度信号を発電機の出力に基づいて生成し、生成した変
化速度信号を系統安定化信号の補助信号として端子電圧
制御手段に入力する変化速度信号生成手段を備えてい
る。

【００１３】（４）変化速度信号生成手段は、端子電圧
検出手段の検出電圧を基に変化速度信号を生成する第１
補助信号生成手段または発電機の有効電力を基に変化速
度信号を生成する第２補助信号生成手段のうち少なくと
も一方を備えてなる。

【００１４】（５）変化速度信号生成手段は、不完全微
分要素を用いて変化速度信号を生成してなる。

【００１５】また、本発明は、無効電力の他に回転速度
と有効電力を考慮したものとして、電力系統に接続され
た発電機の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、端
子電圧検出手段の検出電圧と端子電圧設定値との偏差を
算出する端子電圧偏差算出手段と、発電機の出力を検出
して発電機の無効電力を算出する無効電力算出手段と、
発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、発電
機の出力を検出して発電機の有効電力を算出する有効電
力算出手段と、電力系統の動揺を抑制するための系統安
定化信号を生成する系統安定化信号生成手段と、端子電
圧偏差算出手段の算出値と系統安定化信号生成手段の生
成による系統安定化信号に基づいて発電機の界磁量を調
整して発電機の端子電圧を制御する端子電圧制御手段と
を備え、系統安定化信号生成手段は、無効電力算出手段
の算出値から無効電力の変動分を算出する無効電力偏差
算出手段と、無効電力偏差算出手段の算出値に基づいて
系統安定化信号を生成する無効電力量用安定化信号生成
手段と、回転速度検出手段の検出速度と設定回転速度と
の偏差を算出する回転速度偏差算出手段と、回転速度偏
差算出手段の算出値に基づいて系統安定化信号を生成す
る回転速度用安定化信号生成手段と、有効電力算出手段
の算出値から有効電力の変動分を算出する有効電力偏差
算出手段と、有効電力偏差算出手段の算出値に基づいて
系統安定化信号を生成する有効電力用安定化信号生成手
段と、無効電力用安定化信号生成手段の出力と回転速度
用安定化信号生成手段の出力および有効電力用安定化信
号生成手段の出力の総和を系統安定化信号として出力す
る総和演算手段とから構成されている発電機励磁制御装
置を構成したものである。

【００１６】さらに、本発明は、無効電力の他に周波数
と有効電力を考慮したものとして、電力系統に接続され
た発電機の端子電圧を検出する端子電圧検出手段と、端
子電圧検出手段の検出電圧と端子電圧設定値との偏差を
算出する端子電圧偏差算出手段と、発電機の出力を検出
して発電機の無効電力を算出する無効電力算出手段と、
発電機の出力電圧の周波数を検出する周波数検出手段
と、発電機の出力を検出して発電機の有効電力を算出す
る有効電力算出手段と、電力系統の動揺を抑制するため
の系統安定化信号を生成する系統安定化信号生成手段
と、端子電圧偏差算出手段の算出値と系統安定化信号生
成手段の生成による系統安定化信号に基づいて発電機の
界磁量を調整して発電機の端子電圧を制御する端子電圧
制御手段とを備え、系統安定化信号生成手段は、無効電
力算出手段の算出値から無効電力の変動分を算出する無
効電力偏差算出手段と、無効電力偏差算出手段の算出値
に基づいて系統安定化信号を生成する無効電力量用安定
化信号生成手段と、周波数検出手段の検出周波数と設定
周波数との偏差を算出する周波数偏差算出手段と、周波
数偏差算出手段の算出値に基づいて系統安定化信号を生
成する周波数用安定化信号生成手段と、有効電力算出手
段の算出値から有効電力の変動分を算出する有効電力偏
差算出手段と、有効電力偏差算出手段の算出値に基づい
て系統安定化信号を生成する有効電力用安定化信号生成
手段と、無効電力用安定化信号生成手段の出力と周波数
用安定化信号生成手段の出力および有効電力用安定化信
号生成手段の出力の総和を系統安定化信号として出力す
る総和演算手段とから構成されている発電機励磁制御装
置を構成したものである。

【００１７】前記各励磁制御装置を構成するに際して
は、以下の要素を付加することができる。

【００１８】電力系統の事故時に発電機の出力を検出し
て有効電力の変動分を求めて積分する積分手段と、端子
電圧偏差算出手段の算出値が端子電圧設定値以下でかつ
積分手段の積分値が積分設定値以下である否かを判定す
る判定手段と、判定手段の判定結果が肯定のときに界磁
量を増大させるための界磁量補助信号を生成し、生成し
た界磁量補助信号を系統安定化信号の補助信号として端
子電圧制御手段に入力する界磁量補助信号生成手段とを
備えている。

【００１９】前記した手段によれば、長距離大容量送電
系統においては、短距離送電系統よりも相差角が大きく
なり、有効電力の変動よりも無効電力の変動の方が大き
くなることを考慮し、発電機の無効電力をもとに系統安
定化信号を生成しているため、この系統安定化信号に基
づいて発電機の界磁量を調整して発電機の端子電圧を制
御することで、長距離大容量送電系統における長周期の
動揺を抑制することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施形態を示す発電機励
磁制御装置の全体構成図である。図１において、タービ
ンＴに連結された発電機１０は長距離大容量送電系統に
接続されており、この送電系統には励磁用変圧器１１、
電流変成器１２、計器用電圧変成器１３が接続されてい
る。変圧器１１はサイリスタ１７を介して界磁巻線１８
に接続されている。電流変成器１２は発電機１０の電流
Ｉｇを検出する電流検出手段として構成されており、電
流変成器１２の出力が有効電力算出器２１、無効電力算
出器２２に入力されている。電圧変成器１３は発電機１
０の端子電圧Ｖｇを検出する端子電圧検出手段として構
成されており、電圧変成器１３の出力が加減算器１４、
過渡安定化回路３６、有効電力算出器２１、無効電力算
出器２２などに入力されている。加減算器１４は端子電
圧Ｖｇと端子電圧設定値Ｖｒｅｆとの端子電圧偏差を算
出する端子電圧偏差算出手段として構成されており、端
子電圧偏差に応じた信号をＡＶＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ
ＶｏｌｔａｇｅＲｅｇｕｌａｔｏｒ）制御ブロック
１５に出力するとともに、過渡安定化回路３６からの界
磁補助信号とリミッタ３７からの系統安定化信号および
変化速度信号を端子電圧偏差に加えてＡＶＲ制御ブロッ
ク１５に出力するようになっている。ＡＶＲ制御ブロッ
ク１５は入力信号を増幅するとともに入力信号の位相を
調整し、位相調整された信号を自動パルス位相器（ＧＰ
Ｇ）１６に出力するようになっている。自動パルス位相
器１６はＡＶＲ制御ブロック１５の出力に応じて移相し
たパルスを生成し、このパルスをサイリスタ１７のゲー
トに印加するようになっている。サイリスタ１７はゲー
トに印加されたパルスによって点弧角が制御され、点弧
角に応じた電圧を界磁巻線１８に印加するようになって
いる。界磁巻線１８に印加される電圧が変化すると、界
磁電圧Ｖｆの変化に応じて端子電圧Ｖｇが変化する。例
えば、界磁電圧Ｖｆが高くなって界磁量が増大すると、
端子電圧Ｖｇが高くなる。すなわち、変圧器１１、ＡＶ
Ｒ制御ブロック１５、自動パルス位相器１６、サイリス
タ１７、界磁巻線１８は発電機１０の界磁量を調整して
発電機の端子電圧を制御する端子電圧制御手段として構
成されている。

【００２２】端子電圧制御手段の制御にしたがって端子
電圧Ｖｇを端子電圧設定値Ｖｒｅｆに維持するための制
御が行われている過程で、送電系統において発生する動
揺を抑制するために、系統安定化信号と変化速度信号が
加減算器１４に入力され、系統事故時の過渡安定度を高
めるために、加減算器１４に界磁補助信号が入力される
ようになっている。そして系統安定化信号と変化速度信
号を生成するために、電流変成器１２、電圧変成器１
３、回転速度検出器１９、有効電力算出器２１、無効電
力算出器２１、制御ブロック３１、３２、３３、微分補
助信号ブロック３４、３５、リミッタ３７、加算器３
８、３９、４０、４１が設けられており、界磁補助信号
を生成するために電流変成器１２、電圧変成器１３、有
効電力算出器２１、過渡安定化回路３６が設けられてい
る。制御ブロック３１〜３３、加算器４０、４１は系統
安定化信号生成手段として構成されており、微分補助信
号ブロック３４、３５、加算器３８、３９は変化速度信
号生成手段として構成されている。

【００２３】有効電力算出器２１は、電流変成器１２と
電圧変成器１３の出力から発電機１０の有効電力Ｐを算
出する有効電力算出手段として構成されており、無効電
力算出器２２は電流変成器１２と電圧変成器１３の出力
から発電機１０の無効電力Ｑを算出する無効電力算出手
段として構成されている。有効電力算出器２１の算出値
は制御ブロック３１、微分補助信号ブロック３５、過渡
安定化回路３６に入力されており、無効電力算出器２２
の算出値は制御ブロック３２に入力されている。

【００２４】制御ブロック３１は、主に短周期のローカ
ル動揺を抑制するためのΔＰ型ＰＳＳ制御ブロックとし
て、図２（ａ）に示すように、ローパスフィルタ５０、
リセットフィルタ５１、位相補償要素５２、ゲイン要素
５３を備えて構成されている。ローパスフィルタ５０
は、有効電力Ｐに関する信号の高周波（ノイズ）成分を
カットするフィルタとして構成されており、リセットフ
ィルタ（ハイパスフィルタ）５１は入力信号の定常分を
除去し、変動分のみを抽出する有効電力偏差算出手段と
しての機能を備えている。位相補償要素５２は励磁回路
の位相遅れを考慮して入力信号の位相を補償する有効電
力用位相補償手段として構成されており、ゲイン要素５
３は入力信号の位相を１８０度反転させるための要素と
して構成されている。すなわち、ローカル動揺は周期が
短く、励磁回路の位相遅れが大きいので、ゲインを負と
して位相を反転させ、位相遅れ補償と励磁回路の位相遅
れとで回転速度変動と同相のダンピングトルクを発生さ
せるようになっている。そして、定数としては、例え
ば、ローパスフィルタの時定数Ｔｓｐ＝０．０２、リセ
ットフィルタ５１の時定数Ｔｒｐ＝５．０、位相補償要
素５２の時定数Ｔ１＝０．１、Ｔ２＝０．６、ゲイン要
素５３のゲインＫｐ＝−１．０に設定されている。

【００２５】制御ブロック３２は、主に長周期動揺を抑
制するためのΔＱ型ＰＳＳ制御ロックとして、図２
（ｂ）に示すように、ローパスフィルタ５４、リセット
フィルタ５５、位相補償要素５６、ゲイン要素５７を備
えて構成されている。ローパスフィルタ５４は無効電力
Ｑに関する信号のうち高周波（ノイズ）成分をカットす
るフィルタとして構成されており、リセットフィルタ
（ハイパスフィルタ）５５は入力信号の定常分を除去
し、変動分のみを抽出する無効電力偏差算出手段として
の機能を備えている。位相補償要素５６は無効電力の変
動分に対して進み補償を行うための無効電力用位相補償
手段として構成されている。すなわち、長周期動揺で
は、励磁回路の位相遅れが小さいため、制御ブロック３
１のように位相を反転させずに、位相補償要素５６で位
相を進ませてダンピングトルクを発生させるようになっ
ている。そして各部の定数は、例えば、Ｔ３＝０．６、
Ｔ４＝０．１、Ｋｑ＝０．１に設定されている。

【００２６】制御ブロック３３は、主に長周期動揺を抑
制するためのΔω形ＰＳＳ制御ブロックとして、図２
（ｃ）に示すように、ローパスフィルタ５８、リセット
フィルタ５９、位相補償要素６０、ゲイン要素６１を備
えて構成されている。ローパスフィルタ５８は、回転速
度検出器（回転速度検出手段）１９によって検出された
回転速度ωと設定回転速度との偏差に関する信号を入力
し、入力した信号の高周波（ノイズ）成分を除去するフ
ィルタとして構成されており、リセットフィルタ（ハイ
パスフィルタ）５９は入力信号の定常分を除去し変動分
のみを抽出する回転速度偏差算出手段としての機能を備
えている。位相補償要素６０はリセットフィルタ５０の
出力信号の位相に対して進み補償を行う回転速度用位相
補償手段として構成されている。この位相補償要素６０
では、励磁回路の位相遅れを打ち消すように位相進みを
かけるようになっている。ただし、長周期動揺では励磁
回路の位相遅れが小さくなるので、位相進みを小さくす
ることもできる。そして各部の定数は、Ｔ５＝０．４、
Ｔ６＝０．３、Ｋω＝３０．０に設定されている。

【００２７】各制御ブロック３１、３２、３３で生成さ
れた系統安定化信号はそれぞれ加算器（総和演算手段）
４０、４１によって加算され、加算された信号が加算器
３８、３９、リミッタ３７を介して加減算器１４に入力
される。

【００２８】ここで、制御ブロック３１〜３３のうち制
御ブロック３２は、特に発電機１０の内部相差角が大き
く、系統のリアクタンスが大きい場合に効果を発揮する
ところから、このことを一機対無限大母線系統を例にと
って、内部相差角δの変動と有効電力Ｐ、無効電力Ｑの
変動との関係から説明する。発電機の過渡リアクタンス
Ｘｄ’の背後電圧Ｅを一定と仮定すると、一機系の有効
電力Ｐ、無効電力Ｑは次の（１）式、（２）式でそれぞ
れ表わされる。

【００２９】

【数１】

【００３０】

【数２】

【００３１】ただし、Ｖは無限大母線の電圧、Ｘｅは系
統リアクタンスである。そしてこのＰ、Ｑをδで偏微分
すると、次の（３）式、（４）式が得られる。

【００３２】

【数３】

【００３３】

【数４】

【００３４】（３）式、（４）式に、Ｅ＝１．０、Ｖ＝
１．０、Ｘｄ’＝０．４２、Ｘｅ＝０．５または０．９
を代入すると、図３に示すような特性が得られる。図３
から分かるように、相差角δが小さい場合には有効電力
Ｐの変動が大きく、無効電力Ｑの変動は小さい。しか
し、相差角δが９０度に近づくにつれて有効電力Ｐの変
動が小さくなり、逆に無効電力Ｑの変動が大きくなる。
またＸｅが大きくなるほど無効電力Ｑの変動が大きくな
る。

【００３５】したがって、長距離大容量送電系統によう
に、系統リアクタンスが大きく、発電機１０の内部相差
角δが大きい場合には、有効電力Ｐよりも無効電力Ｑの
方に大きな系統動揺が表れるようになり、無効電力Ｑを
入力信号とした制御を行うことでダンピングが向上する
ことになる。

【００３６】すなわち、長距離大容量送電系統において
長周期における動揺を抑制するに際しては、無効電力算
出器２２により発電機１０の無効電力を算出し、この算
出値をもとに制御ブロック３２において、無効電力Ｑの
変動分を求め、この変動分に対して進み補償を行って系
統安定化信号を生成し、この系統安定化信号を加減算器
１４に加え、系統安定化信号と端子電圧偏差信号に基づ
いてサイリスタ１７の点弧角を制御することで、長距離
大容量送電系統における長周期の動揺を抑制することが
できる。

【００３７】ところで、制御ブロック３２は無効電力の
変動分に関する信号の位相を進め、位相を進めた信号か
ら系統安定化信号を生成しているため、この系統安定化
信号をもとに端子電圧の制御を行うと、この系統安定化
信号は端子電圧の制御系（端子電圧制御手段）に対して
はポジティブフィードバックとなるため、安定性を損ね
る可能性がある。そこで、本実施形態では、端子電圧Ｖ
ｇまたは有効電力Ｐをもとに変化速度信号を微分補助信
号ブロック３４、３５で生成し、各ブロックで生成され
た変化速度信号を補助信号として系統安定化信号に加え
て電圧制御系の安定性を向上させることとしている。

【００３８】微分補助信号ブロック３４は、変化速度信
号生成手段および第１補助信号生成手段として、図４
（ａ）に示すように、ローパスフィルタ７０、不完全微
分要素７１、ゲイン要素７２を備えて構成されており、
微分補助信号ブロック３５は、変化速度信号生成手段お
よび第２補助信号生成手段として、図４（ｂ）に示すよ
うに、ローパスフィルタ７３、不完全微分要素７４、ゲ
イン要素７５を備えて構成されている。ローパスフィル
タ７０は端子電圧Ｖｇに関する信号の高周波成分を除去
するように構成されており、不完全微分要素７１はロー
パスフィルタ７０の出力信号に対して速い変動を抑制す
るための処理を行うようになっている。ローパスフィル
タ７３は有効電力Ｐに関する信号の高周波成分を除去す
るように構成されており、不完全微分要素７４はローパ
スフィルタ７３の出力信号に対して速い変動分を抑制す
るための処理を行うようになっている。すなわちブロッ
ク３４は、ブロック３２で生成された系統安定化信号に
基づいて端子電圧が制御されたときの、端子電圧の変動
周期よりも短い周期の変動を抑制するための変化速度信
号を端子電圧Ｖｇに基づいて生成するようになってい
る。ブロック３５は、ブロック３２で生成された系統安
定化信号に基づいて端子電圧が制御されたときの、端子
電圧の変動周期よりも短い周期の変動を抑制するための
変化速度信号を有効電力Ｐに基づいて生成するようにな
っている。そして各ブロック３４、３５において、不完
全微分要素７１、７４を用いて変化速度信号を生成する
に際しては、ゲインは負に設定されている。さらに各部
の定数は、例えば、Ｔｄｖ＝０．１、Ｋｄｖ＝−１．０
に設定されている。そして各ブロック３４、３５で生成
された変化速度信号が加算器３８、３９で系統安定化信
号に加えられたあと加減算器１４に入力されて端子電圧
が制御されると、端子電圧制御系の不安定性が抑制され
る。

【００３９】具体的には、図５に示すように、微分補助
信号ブロック３４の出力ｄＶがない場合に、（ａ）に示
すように、端子電圧制御系が不安定となり、制御ブロッ
ク３２の出力に２Ｈｚ程度の短周期の振動成分が加わる
場合がある。これに対して、ブロック３４から、（ｂ）
示すように、短周期の振動成分に負号かけた信号を変化
速度信号として系統安定化信号に加えると、（ｃ）に示
されるように、短周期の振動成分が打ち消され、長周期
の成分のみが残ることになる。このため、系統安定化信
号が端子電圧制御系に対してポジティブフィードバック
となっても、端子電圧制御系の安定性を向上させること
ができる。なお、ブロック３５についても同様の効果が
ある。

【００４０】次に、過度安定化回路３６について説明す
る。一般に、系統に地絡などの事故が発生して端子電圧
が低下すると、有効電力が減少し、その分発電機が加速
することになる。このため、事故除去後は発電機に対す
る励磁を強めて有効電力出力を大きくして加速を抑える
必要がある。そこで、過度安定化回路３６は、端子電圧
Ｖｇの大きさから事故発生を検出し、有効電力の減少分
から加速の度合いを算定し、必要な期間だけ励磁を強め
る制御を行うようになっている。具体的には過度安定化
回路３６は、系統の事故時に有効電力の変動分を求めて
その変動分を積分する積分手段と、端子電圧Ｖｇが端子
電圧設定値以下でかつ積分値が積分設定値以下であるか
否かを判定する判定手段と、判定手段の判定結果が肯定
のときに界磁量を増大させるための界磁量補助信号を生
成し、生成した界磁量補助信号を加減算器１４に補助信
号として入力する界磁量補助信号生成手段としての機能
を備えている。

【００４１】次に、過度安定化回路３６の作用を図６の
フローチャートにしたがって説明する。

【００４２】まず、定常状態において（ステップ１０
０）端子電圧Ｖｇが端子電圧設定値Ｖｒｅｆよりも０．
２ｐｕ（ｐｅｒｕｎｉｔ）以上下がったら（ステップ
１０１）、事故発生と判断し、有効電力偏差ΔＰの加算
を開始する（ステップ１０２）。そして事故中に（ステ
ップ１０３）電圧低下が回復し、かつΔＰが−０．２以
上のときには（ステップ１０４）事故が除去されたと判
断する（ステップ１０５）。そして事故除去後に（ステ
ップ１０６）端子電圧Ｖｇと設定値Ｖｒｅｆとの偏差が
０．２以下で、かつΔＰの加算値ΣΔＰが事故中のΔＰ
加算値の最大値ΣΔＰｍａｘのα倍よりも大きい間は
（ステップ１０７）ν＝０．５とし、この値をＡＶＲ制
御ブロック１５に加える（ステップ１０８）。一方、ス
テップ１０７で条件を満たさないと判定されたときに
は、ν＝０とし（ステップ１０９）、定常状態と判断す
る（ステップ１１０）。なお、αの値としては、例えば
０．３を用いる。

【００４３】このように、系統で地絡事故等が発生した
ときに、事故の発生、除去を自動的に判断し、ΔＰの加
算値をもとに必要な期間だけ励磁を強めることで、系統
事故時の過度安定度を高めることができる。

【００４４】なお、νの値を加減算器１４に加えている
が、ＡＶＲ制御ブロック１５の中の位相補償要素のあと
に加えることもできる。この場合には、位相補償の影響
を受けないため、過度安定化の効果を直接出すことがで
きる。

【００４５】次に、本発明の他の実施形態を図７にした
がって説明する。

【００４６】本実施形態では、発電機の回転速度ωをも
とに系統安定化信号を生成する代わりに、端子電圧周波
数ｆを用いて系統安定化信号を生成するようにしたもの
であり、回転速度検出器１７、制御ブロック３３の代わ
りに、周波数検出器２３、制御ブロック４２が設けられ
ている。

【００４７】周波数検出器２３は、端子電圧Ｖｇから端
子電圧周波数ｆを検出する周波数検出手段として構成さ
れており、検出信号がブロック４２に入力されている。
制御ブロック４２はΔｆ形ＰＳＳ制御ブロックとして、
ローパスフィルタ、リセットフィルタ、位相補償要素、
ゲイン要素を備えて構成されている。リセットフィルタ
は検出周波数と設定周波数との偏差を算出する周波数偏
差算出手段として構成され、位相補償要素はリセットフ
ィルタに対して位相補償を行う周波数用位相補償手段と
して構成されている。このブロック４２では、周波数ｆ
が回転速度ωとほぼ同様に変動するため、制御ブロック
３３と同様な定数が設定されている。

【００４８】ブロック４２で生成された系統安定化信号
を用いて励磁電圧を制御すると、長周期における変動を
抑制することができる。さらに、この場合には、回転速
度を検出する回転速度検出器１７が不要となる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発電機の無効電力に基づいて発電機の界磁電圧を制御す
るようにしたため、長距離大容量送電系統に発生する長
周期動揺のダンピングを高めることができる。また系統
安定化信号に変化速度信号を加えることで端子電圧制御
系の安定性を損なわずに、ローカルな短周期動揺を抑制
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す発電機励磁装置の全
体構成図である。

【図２】制御ブロックの構成図である。

【図３】Ｐ、Ｑと相差角δとの関係を示す特性図であ
る。

【図４】微分補助信号ブロックの構成図である。

【図５】微分補助信号ブロックの作用を説明するための
波形図である。

【図６】過度安定化回路の作用を説明するためのフロー
チャートである。

【図７】本発明の他の実施形態を示す全体構成図であ
る。

【符号の説明】

１０発電機１１電流変成器１２電圧変成器１４加減算器１７サイリスタ１８界磁巻線１９回転速度検出器２１有効電力算出器２２無効電力算出器３１ ΔＰ型ＰＳＳ制御ブロック３２ ΔＱ型ＰＳＳ制御ブロック３３ Δω形ＰＳＳ制御ブロック３４、３５微分補助信号ブロック３６過度安定化回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷口治人東京都狛江市岩戸北二丁目11番１号財団法人電力中央研究所狛江研究所内 (72)発明者白崎隆宮城県仙台市青葉区中山七丁目２番１号東北電力株式会社研究開発センター内 (72)発明者市川嘉則宮城県仙台市青葉区一番町三丁目７番１号東北電力株式会社内 (72)発明者天野雅彦茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者萬城実茨城県日立市大みか町五丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統に接続された発電機の端子電圧
を検出する端子電圧検出手段と、端子電圧検出手段の検
出電圧と端子電圧設定値との偏差を算出する端子電圧偏
差算出手段と、発電機の出力を検出して発電機の無効電
力を算出する無効電力算出手段と、無効電力算出手段の
算出値を基に電力系統の動揺を抑制するための系統安定
化信号を生成する系統安定化信号生成手段と、端子電圧
偏差算出手段の算出値と系統安定化信号生成手段の生成
による系統安定化信号に基づいて発電機の界磁量を調整
して発電機の端子電圧を制御する端子電圧制御手段とを
備えている発電機励磁制御装置。
【請求項２】系統安定化信号生成手段は、無効電力算
出手段の算出値から無効電力の変動分を求め、この変動
分を基に系統安定化信号を生成してなる請求項１記載の
発電機励磁制御装置。
【請求項３】系統安定化信号生成手段は、無効電力算
出手段の算出値から無効電力の変動分を求め、この変動
分に位相進み要素を加えて系統安定化信号を生成してな
る請求項１記載の発電機励磁制御装置。
【請求項４】系統安定化信号に基づいた端子電圧の変
動周期よりも短い周期の変動を抑制するための変化速度
信号を発電機の出力に基づいて生成し、生成した変化速
度信号を系統安定化信号の補助信号として端子電圧制御
手段に入力する変化速度信号生成手段を備えている請求
項１、２または３記載の発電機励磁制御装置。
【請求項５】変化速度信号生成手段は、端子電圧検出
手段の検出電圧を基に変化速度信号を生成する第１補助
信号生成手段または発電機の有効電力を基に変化速度信
号を生成する第２補助信号生成手段のうち少なくとも一
方を備えてなる請求項４記載の発電機励磁制御装置。
【請求項６】変化速度信号生成手段は、不完全微分要
素を用いて変化速度信号を生成してなる請求項４または
５記載の発電機励磁制御装置。
【請求項７】電力系統に接続された発電機の端子電圧
を検出する端子電圧検出手段と、端子電圧検出手段の検
出電圧と端子電圧設定値との偏差を算出する端子電圧偏
差算出手段と、発電機の出力を検出して発電機の無効電
力を算出する無効電力算出手段と、発電機の回転速度を
検出する回転速度検出手段と、発電機の出力を検出して
発電機の有効電力を算出する有効電力算出手段と、電力
系統の動揺を抑制するための系統安定化信号を生成する
系統安定化信号生成手段と、端子電圧偏差算出手段の算
出値と系統安定化信号生成手段の生成による系統安定化
信号に基づいて発電機の界磁量を調整して発電機の端子
電圧を制御する端子電圧制御手段とを備え、系統安定化
信号生成手段は、無効電力算出手段の算出値から無効電
力の変動分を算出する無効電力偏差算出手段と、無効電
力偏差算出手段の算出値に基づいて系統安定化信号を生
成する無効電力量用安定化信号生成手段と、回転速度検
出手段の検出速度と設定回転速度との偏差を算出する回
転速度偏差算出手段と、回転速度偏差算出手段の算出値
に基づいて系統安定化信号を生成する回転速度用安定化
信号生成手段と、有効電力算出手段の算出値から有効電
力の変動分を算出する有効電力偏差算出手段と、有効電
力偏差算出手段の算出値に基づいて系統安定化信号を生
成する有効電力用安定化信号生成手段と、無効電力用安
定化信号生成手段の出力と回転速度用安定化信号生成手
段の出力および有効電力用安定化信号生成手段の出力の
総和を系統安定化信号として出力する総和演算手段とか
ら構成されている発電機励磁制御装置。
【請求項８】電力系統に接続された発電機の端子電圧
を検出する端子電圧検出手段と、端子電圧検出手段の検
出電圧と端子電圧設定値との偏差を算出する端子電圧偏
差算出手段と、発電機の出力を検出して発電機の無効電
力を算出する無効電力算出手段と、発電機の出力電圧の
周波数を検出する周波数検出手段と、発電機の出力を検
出して発電機の有効電力を算出する有効電力算出手段
と、電力系統の動揺を抑制するための系統安定化信号を
生成する系統安定化信号生成手段と、端子電圧偏差算出
手段の算出値と系統安定化信号生成手段の生成による系
統安定化信号に基づいて発電機の界磁量を調整して発電
機の端子電圧を制御する端子電圧制御手段とを備え、系
統安定化信号生成手段は、無効電力算出手段の算出値か
ら無効電力の変動分を算出する無効電力偏差算出手段
と、無効電力偏差算出手段の算出値に基づいて系統安定
化信号を生成する無効電力量用安定化信号生成手段と、
周波数検出手段の検出周波数と設定周波数との偏差を算
出する周波数偏差算出手段と、周波数偏差算出手段の算
出値に基づいて系統安定化信号を生成する周波数用安定
化信号生成手段と、有効電力算出手段の算出値から有効
電力の変動分を算出する有効電力偏差算出手段と、有効
電力偏差算出手段の算出値に基づいて系統安定化信号を
生成する有効電力用安定化信号生成手段と、無効電力用
安定化信号生成手段の出力と周波数用安定化信号生成手
段の出力および有効電力用安定化信号生成手段の出力の
総和を系統安定化信号として出力する総和演算手段とか
ら構成されている発電機励磁制御装置。
【請求項９】電力系統の事故時に発電機の出力を検出
して有効電力の変動分を求めて積分する積分手段と、端
子電圧偏差算出手段の算出値が端子電圧設定値以下でか
つ積分手段の積分値が積分設定値以下である否かを判定
する判定手段と、判定手段の判定結果が肯定のときに界
磁量を増大させるための界磁量補助信号を生成し、生成
した界磁量補助信号を系統安定化信号の補助信号として
端子電圧制御手段に入力する界磁量補助信号生成手段と
を備えている請求項１、７または８記載発電機励磁制御
装置。