JPS5920280B2 - 発電機の最適制御装置 - Google Patents
発電機の最適制御装置Info
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- JPS5920280B2 JPS5920280B2 JP49123978A JP12397874A JPS5920280B2 JP S5920280 B2 JPS5920280 B2 JP S5920280B2 JP 49123978 A JP49123978 A JP 49123978A JP 12397874 A JP12397874 A JP 12397874A JP S5920280 B2 JPS5920280 B2 JP S5920280B2
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- generator
- voltage
- field
- control device
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21B—FUSION REACTORS
- G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は発電機の界磁電気量を最適制御するようにした
発電機の制御装置に関する。
発電機の制御装置に関する。
現在世界人口の急速な増加と生活水準の上昇によりエネ
ルギーの消費は急増しておわ、１９７０〜２０５０年の
世界のエネルギー消費は約１００Ｑ（１Ｑ＝８×１０１
４ｋＷＨ）に達すると言われる。
ルギーの消費は急増しておわ、１９７０〜２０５０年の
世界のエネルギー消費は約１００Ｑ（１Ｑ＝８×１０１
４ｋＷＨ）に達すると言われる。
しかるにエネルギー資源としての化石燃料すなわち石炭
、石油、天然ガスの全埋蔵量は約１００Ｑであり）単純
計算でも２０世紀前半には化石燃料は消滅の危機にある
。しかも化石燃料をこのまま使用し続けると大気汚染や
地球上の気候、生物の生活環境に重大な悪影響を及ぽす
こととなる上に我国のように化石燃料の如きエネルギー
資源に乏しいところでは安定したエネルギーを確保する
ために化石燃料に代る新らしいエネルギー資源を求める
必要に迫られている。
、石油、天然ガスの全埋蔵量は約１００Ｑであり）単純
計算でも２０世紀前半には化石燃料は消滅の危機にある
。しかも化石燃料をこのまま使用し続けると大気汚染や
地球上の気候、生物の生活環境に重大な悪影響を及ぽす
こととなる上に我国のように化石燃料の如きエネルギー
資源に乏しいところでは安定したエネルギーを確保する
ために化石燃料に代る新らしいエネルギー資源を求める
必要に迫られている。
化石燃料以外のエネルギー資源としては太陽エネルギー
いわゆるサッシヤーン計画があるがこれは今後に残され
た課題の一つであシ、他に水力エネルギーがあるが年間
開発可能性は約Ｏ、０５Ｑでとても化石燃料が尽きる前
にすべてのエネルギー源として開発を完了することは不
可能である。
いわゆるサッシヤーン計画があるがこれは今後に残され
た課題の一つであシ、他に水力エネルギーがあるが年間
開発可能性は約Ｏ、０５Ｑでとても化石燃料が尽きる前
にすべてのエネルギー源として開発を完了することは不
可能である。
また風力、潮汐、地熱発電などはその有望性に疑問があ
る。従つて人類に残された唯一のエネルギー資源は核エ
ネルギーであるが、これには周知のように核融合と核分
裂とがある。
る。従つて人類に残された唯一のエネルギー資源は核エ
ネルギーであるが、これには周知のように核融合と核分
裂とがある。
核分裂は現在でも原子力発電のように一部実用化されて
いるがウラン、トリウム鉱石の埋蔵量は約１００Ｑと推
定されその余命は短かい上に放射性廃棄物の問題、暴走
の危険性立地条件の制限があり更にウラニウム、トリウ
ムなどは輸入品であるなど必らずしも我国にとに−つて
唯一最終のエネルギー資源とは言い難い。
いるがウラン、トリウム鉱石の埋蔵量は約１００Ｑと推
定されその余命は短かい上に放射性廃棄物の問題、暴走
の危険性立地条件の制限があり更にウラニウム、トリウ
ムなどは輸入品であるなど必らずしも我国にとに−つて
唯一最終のエネルギー資源とは言い難い。
一方核融合はＤ（重水素）−Ｄ反応、Ｄ−Ｔ（三重水素
）反応であシ、特に前者のＤ−Ｄ反応に使用する重水素
資源は海水中に無尽蔵に含まれその量は１０１０Ｑに達
する。核融合反応とは二つの軽い原子核（Ｄ，Ｔ）をあ
る速度以上の速度で衝突させると発熱反応を生じ少し重
い原子核（例えばへリウム）が生成される反応で、自然
界では稲妻、オーロラ、電離層、太陽などに見ることが
できる。従つて核融合反応を積極的にエネルギー資源と
して利用するには太陽の中心部で起つているような状態
（高温プラズマ状態）を実験室内で発生させる必要があ
る。高温プラズマ状態の閉じ込めは太陽の場合は重力す
なわち巨大な質量により行なわれている。しかし地上で
はこの巨大な質量を得られないため代りに磁場が使用さ
れる。実験室内で行なう核融合実験設備の主要部原理図
は第１図で示すように構成されている。図中１０は変流
器であ）、その鉄心部１０１に１次回路を構成する変流
器コイル１０２を巻回すると共に環状の放電管１１を交
鎖して設けている。この放電管１１内に電離状態すなわ
ちプラズマ状態の気体を封入した状態で変流器コイル電
流１ｃを急激に変化させるとプラズマ電流１，が生じる
。このプラズマ電流１ｐによるジユール熱で核融合が行
なわれる。この核融合は極めて短時間で終わり、次にま
た新たにプラズマ状態の気体を封入し、同様にしてプラ
ズマ電流を生じさせる。現在のところ核融合の実験には
このような動作を数分の間隔でくり返し行うことが要求
されている。ところでプラズマ電流１ｐは環状放電管１
１の壁面に当たると急激に消滅してしまうので、壁面に
接触しないようにすなわちブラズマ電流を管１２内部に
閉じ込めるようにしなければならない。
）反応であシ、特に前者のＤ−Ｄ反応に使用する重水素
資源は海水中に無尽蔵に含まれその量は１０１０Ｑに達
する。核融合反応とは二つの軽い原子核（Ｄ，Ｔ）をあ
る速度以上の速度で衝突させると発熱反応を生じ少し重
い原子核（例えばへリウム）が生成される反応で、自然
界では稲妻、オーロラ、電離層、太陽などに見ることが
できる。従つて核融合反応を積極的にエネルギー資源と
して利用するには太陽の中心部で起つているような状態
（高温プラズマ状態）を実験室内で発生させる必要があ
る。高温プラズマ状態の閉じ込めは太陽の場合は重力す
なわち巨大な質量により行なわれている。しかし地上で
はこの巨大な質量を得られないため代りに磁場が使用さ
れる。実験室内で行なう核融合実験設備の主要部原理図
は第１図で示すように構成されている。図中１０は変流
器であ）、その鉄心部１０１に１次回路を構成する変流
器コイル１０２を巻回すると共に環状の放電管１１を交
鎖して設けている。この放電管１１内に電離状態すなわ
ちプラズマ状態の気体を封入した状態で変流器コイル電
流１ｃを急激に変化させるとプラズマ電流１，が生じる
。このプラズマ電流１ｐによるジユール熱で核融合が行
なわれる。この核融合は極めて短時間で終わり、次にま
た新たにプラズマ状態の気体を封入し、同様にしてプラ
ズマ電流を生じさせる。現在のところ核融合の実験には
このような動作を数分の間隔でくり返し行うことが要求
されている。ところでプラズマ電流１ｐは環状放電管１
１の壁面に当たると急激に消滅してしまうので、壁面に
接触しないようにすなわちブラズマ電流を管１２内部に
閉じ込めるようにしなければならない。
このために設けたものが磁場コイルと呼ばれるコイル１
２であう、これは放電管１１の外周面にトロイダル状に
巻かれている。もしも磁場コイル電流１Ｔが第２図ａの
ように理想的な方形波状であれば電流の立ち上がりから
立ち下がシまでの時間Ｔ内の磁場は安定している。
２であう、これは放電管１１の外周面にトロイダル状に
巻かれている。もしも磁場コイル電流１Ｔが第２図ａの
ように理想的な方形波状であれば電流の立ち上がりから
立ち下がシまでの時間Ｔ内の磁場は安定している。
磁場が時間Ｔの間安定しているということは、変流器コ
イル電流１ｃを与えるタイミングすなわちプラズマ着火
のタイミングがＴ時間もあることであり、実験が非常に
楽になる利点があるばかりでノなく、電流１Ｔが規定値
になるまでの間磁場コイル１２の電力損失が零という利
点もある。
イル電流１ｃを与えるタイミングすなわちプラズマ着火
のタイミングがＴ時間もあることであり、実験が非常に
楽になる利点があるばかりでノなく、電流１Ｔが規定値
になるまでの間磁場コイル１２の電力損失が零という利
点もある。
しかしながら、現実には以下に述べるように磁場コイル
１２に電流１Ｔを供給する電源の時定数、磁場コイルの
時定数その他の条件によつて磁場コイル電流１Ｔを第２
図ａのように方形波にすることはできない。
１２に電流１Ｔを供給する電源の時定数、磁場コイルの
時定数その他の条件によつて磁場コイル電流１Ｔを第２
図ａのように方形波にすることはできない。
すなわち電源は磁場が高温プラズマ電流を閉じ込めるた
め大電力源を必要とするがこの電力は連続して必要とせ
ず例えば１秒程度の極めて短時間だけ、しかも数分間隔
で要求される。このため電源の利用率は非常に悪く、電
力会社線から直にこのような大電力を周期的にとること
は許され方い。電力会社からの買電の代シにタービ７発
電機を使用すれば騒音、排煙公害が生じ、また装置設備
費が膨大となシ、研究用には不向きである。前述のよう
に磁場コイル１２には極く短時間大電力を供給すればよ
く、この目的のためにはフライホイール式電動発電機セ
ツト（ＦＷ式ＭＧセツト）が一番適している。このＦＷ
式ＭＧセツトは電動機によタフライホイールを回転し、
フライホイール自体に回転エネルギを保有させて、この
フライホイールと直結された発電機に必要な時に励磁電
力を印加することにより回転エネルギーを電気エネルギ
ーに変換する装置であつて、一般には第３図の如き構成
となつている。
め大電力源を必要とするがこの電力は連続して必要とせ
ず例えば１秒程度の極めて短時間だけ、しかも数分間隔
で要求される。このため電源の利用率は非常に悪く、電
力会社線から直にこのような大電力を周期的にとること
は許され方い。電力会社からの買電の代シにタービ７発
電機を使用すれば騒音、排煙公害が生じ、また装置設備
費が膨大となシ、研究用には不向きである。前述のよう
に磁場コイル１２には極く短時間大電力を供給すればよ
く、この目的のためにはフライホイール式電動発電機セ
ツト（ＦＷ式ＭＧセツト）が一番適している。このＦＷ
式ＭＧセツトは電動機によタフライホイールを回転し、
フライホイール自体に回転エネルギを保有させて、この
フライホイールと直結された発電機に必要な時に励磁電
力を印加することにより回転エネルギーを電気エネルギ
ーに変換する装置であつて、一般には第３図の如き構成
となつている。
すなわち１３は駆動用電動機、１４は電動機１３と発電
機１５と機械的に直結されたフライホイールであう、或
る一例では発電機１５が１００ＭＷのときフライホイー
ル１４は３３．５ｔ０ｎ−ｄ１電動機１３は２６００Ｋ
Ｗとなつている。このようにＦＷ式ＭＧセツトは発電電
力に比較して約１／４０程度の駆動電力でよいという利
点があシ、核融合研究ではもつばらこのＦＷ式ＭＧセツ
トが使用される。−般にＭＧセツトを構成する発電機の
電機子巻線は開路時定数ＴｄＯ′と呼ばれる５〜６秒の
時定数をもつており、通常の発電機と同様な方法で励磁
電流を印加しても５〜６秒経過しないとその出力電圧は
目標値に達しない。
機１５と機械的に直結されたフライホイールであう、或
る一例では発電機１５が１００ＭＷのときフライホイー
ル１４は３３．５ｔ０ｎ−ｄ１電動機１３は２６００Ｋ
Ｗとなつている。このようにＦＷ式ＭＧセツトは発電電
力に比較して約１／４０程度の駆動電力でよいという利
点があシ、核融合研究ではもつばらこのＦＷ式ＭＧセツ
トが使用される。−般にＭＧセツトを構成する発電機の
電機子巻線は開路時定数ＴｄＯ′と呼ばれる５〜６秒の
時定数をもつており、通常の発電機と同様な方法で励磁
電流を印加しても５〜６秒経過しないとその出力電圧は
目標値に達しない。
また核融合実験設備の磁場コイル１２にも０．８〜１秒
程度の時定数があるため、結局励磁電流を印加してから
磁場コイル電流１Ｔを目標値まで立ち上がらせるために
はかなりの時間を要することになる。そこで磁場コイル
損失を軽減すると共にある一定時間（例えば１秒間）安
定した磁場を得るためには、磁場コイル電流１Ｔを第４
図のように台形波特性にすることが望ましい。
程度の時定数があるため、結局励磁電流を印加してから
磁場コイル電流１Ｔを目標値まで立ち上がらせるために
はかなりの時間を要することになる。そこで磁場コイル
損失を軽減すると共にある一定時間（例えば１秒間）安
定した磁場を得るためには、磁場コイル電流１Ｔを第４
図のように台形波特性にすることが望ましい。
しかし台形波の磁場コイル電流１Ｔを得ようとしても第
５図で示すような従来から最も多く用いられているアナ
ログフイードバツク制御系では上記特性を得ることが困
難である。なお第５図において、１６は整流器、１７は
発電機の励磁電源、１７１は発電機界磁コイル１５１に
対して励磁電流１Ｆを供給するサイリスタ、１８は増幅
器、１９は帰還信号抽出用の直流変流器である。第６図
は第５図のプロツク図である。このアナログフイードバ
ツク制御系の大きな特長は、制御システムのバラメータ
ーの変化（例えば温度上昇による界磁抵抗の変化のため
時定数が変化する）に対しても安定であり、システムの
中に積分要素を加えるとオフセツトエラーをなくすこと
もできることである。この制御系で第４図に示すような
電流波形を得るためには制御系の応答を非常に速くしな
ければならない。
５図で示すような従来から最も多く用いられているアナ
ログフイードバツク制御系では上記特性を得ることが困
難である。なお第５図において、１６は整流器、１７は
発電機の励磁電源、１７１は発電機界磁コイル１５１に
対して励磁電流１Ｆを供給するサイリスタ、１８は増幅
器、１９は帰還信号抽出用の直流変流器である。第６図
は第５図のプロツク図である。このアナログフイードバ
ツク制御系の大きな特長は、制御システムのバラメータ
ーの変化（例えば温度上昇による界磁抵抗の変化のため
時定数が変化する）に対しても安定であり、システムの
中に積分要素を加えるとオフセツトエラーをなくすこと
もできることである。この制御系で第４図に示すような
電流波形を得るためには制御系の応答を非常に速くしな
ければならない。
しかしこの制御系では基準信号を与えるとそれに向つて
応答するが、そもそもフイードバツク制御とは、偏差に
より追従するシステムであるため、必ずオーバーシユー
トあるいはアンダーシユートがある。特に、制御系の応
答を速くすればする程オーバーシユート量が大きくなる
。第７図の実線は制御系の応答を速くした場合の電流波
形である。オーバーシユートをなくそうとすれば、第７
図に一点鎖線で示すようにゲインを，下け、フイードバ
ツクを強くしてオーバーダンピングにしなければならな
い。しかし、いずれの場合も点線で示す所望の波形と異
なつたものとなる。
応答するが、そもそもフイードバツク制御とは、偏差に
より追従するシステムであるため、必ずオーバーシユー
トあるいはアンダーシユートがある。特に、制御系の応
答を速くすればする程オーバーシユート量が大きくなる
。第７図の実線は制御系の応答を速くした場合の電流波
形である。オーバーシユートをなくそうとすれば、第７
図に一点鎖線で示すようにゲインを，下け、フイードバ
ツクを強くしてオーバーダンピングにしなければならな
い。しかし、いずれの場合も点線で示す所望の波形と異
なつたものとなる。
前述したようにプラズマ閉じ込め磁場を１秒以上維持す
るためには電流平坦部を１秒程度規定値に維持する必要
があるが、通常のアナログフイードバツク制御では時間
がかかるため整定値に達した頃には電流立ち下げ時期と
なつてしまう。従つて核融合実験設備用電源としては、
従来の制御方式によるものではほとんど使用不可能であ
る。以上述べた従来方式の欠点を補なう方法として最適
制御がある。
るためには電流平坦部を１秒程度規定値に維持する必要
があるが、通常のアナログフイードバツク制御では時間
がかかるため整定値に達した頃には電流立ち下げ時期と
なつてしまう。従つて核融合実験設備用電源としては、
従来の制御方式によるものではほとんど使用不可能であ
る。以上述べた従来方式の欠点を補なう方法として最適
制御がある。
この最適制御とはシステム構成要素の種々な制約条件を
満足しつつ最短時間制御を行なう制御方式をいい、これ
には種々の方式がある。その一例として、ベルマンによ
る「動的計画法」という方法がある。しかしこれは３次
以上の方程式になると制御装置としてコンピユータ一を
使用する場合は、膨大な記憶装置を必要とする。このよ
うに制約条件をもつ最適化問題を解くにはコンピユータ
一の多大な計算時間と膨大な記憶容量（数十キロワード
以上）が必要である。そのため、この動的計画法を制御
装置として汎用の制御システムに適用することは経済的
ならびに時間的に不利であり、実用的でない。本発明は
与えられた制約条件を満足しつつ経済的で計算時間の速
い電子計算機による発電機の制御装置を得ることを目的
とするものである。
満足しつつ最短時間制御を行なう制御方式をいい、これ
には種々の方式がある。その一例として、ベルマンによ
る「動的計画法」という方法がある。しかしこれは３次
以上の方程式になると制御装置としてコンピユータ一を
使用する場合は、膨大な記憶装置を必要とする。このよ
うに制約条件をもつ最適化問題を解くにはコンピユータ
一の多大な計算時間と膨大な記憶容量（数十キロワード
以上）が必要である。そのため、この動的計画法を制御
装置として汎用の制御システムに適用することは経済的
ならびに時間的に不利であり、実用的でない。本発明は
与えられた制約条件を満足しつつ経済的で計算時間の速
い電子計算機による発電機の制御装置を得ることを目的
とするものである。
この方式を簡単に言えばポントリアギンの最大原理によ
シ導びかれる時間関数に対する必要条件を満足し、サン
プリング周期を小さくすれば連続系の結果に近ずくとい
う性質を利用するものである。発電機の界磁電圧、界磁
電流の制約条件を入れて一例として線形計画法を用いて
最適制御問題を解き、その結果を制御装置の入力信号と
して最適制御（最短時間制御）を行なうものである。第
８図は本発明を適用するシステムすなわち発電機から磁
場コイルまでの装置全体をプロツク線図として表わした
ものである。
シ導びかれる時間関数に対する必要条件を満足し、サン
プリング周期を小さくすれば連続系の結果に近ずくとい
う性質を利用するものである。発電機の界磁電圧、界磁
電流の制約条件を入れて一例として線形計画法を用いて
最適制御問題を解き、その結果を制御装置の入力信号と
して最適制御（最短時間制御）を行なうものである。第
８図は本発明を適用するシステムすなわち発電機から磁
場コイルまでの装置全体をプロツク線図として表わした
ものである。
周知のように同期発電機の電機子に流れる電流の位相に
よつて界磁磁束は減磁されたり、増磁されたりする。
よつて界磁磁束は減磁されたり、増磁されたりする。
この発電機を表わす式としてパークの式がある。実用上
問題のない程度に簡略化するためにパークの式の中で次
過度現象（ダンパー効果、これは２〜３Ｈ２の現象のた
め普通は無視される）を無視し、また界磁フォーシンク
（界磁電流を供給してから端子電圧が規定値に達するま
での時間を短縮するために定格励磁容量の数倍〜１０倍
の励磁電力を与えること）が非常に大きく、発電機の電
圧がｑ軸分電圧とほぼ等価の場合、パークの式は次のよ
うな式で表わすことができる。ただしψＦｄ：界磁磁束
、ψｄ：界磁磁束中の直軸分、Ｘａｄ：直軸電機子反作
用、Ｘｄ：同期リアクタンス、Ｉｆｄ：界磁電流、Ｉｄ
：直軸分電流、Ｘｆｄ：界磁リアクタンス、Ｒｆｄ：界
磁抵抗、Ｅｆｄ：等価界磁電圧、ＷＯ：２πＦＯであシ
、ＦＯは基本クズ、ｂは制御ベクトルであり、第８図の
記号に相当する。Ｒｘｌ） 今、（４）式で表わされる微分方程式をサンプル周期Ｔ
として「たたきこみ積分」を行なうと第（６）式となる
。
問題のない程度に簡略化するためにパークの式の中で次
過度現象（ダンパー効果、これは２〜３Ｈ２の現象のた
め普通は無視される）を無視し、また界磁フォーシンク
（界磁電流を供給してから端子電圧が規定値に達するま
での時間を短縮するために定格励磁容量の数倍〜１０倍
の励磁電力を与えること）が非常に大きく、発電機の電
圧がｑ軸分電圧とほぼ等価の場合、パークの式は次のよ
うな式で表わすことができる。ただしψＦｄ：界磁磁束
、ψｄ：界磁磁束中の直軸分、Ｘａｄ：直軸電機子反作
用、Ｘｄ：同期リアクタンス、Ｉｆｄ：界磁電流、Ｉｄ
：直軸分電流、Ｘｆｄ：界磁リアクタンス、Ｒｆｄ：界
磁抵抗、Ｅｆｄ：等価界磁電圧、ＷＯ：２πＦＯであシ
、ＦＯは基本クズ、ｂは制御ベクトルであり、第８図の
記号に相当する。Ｒｘｌ） 今、（４）式で表わされる微分方程式をサンプル周期Ｔ
として「たたきこみ積分」を行なうと第（６）式となる
。
ＥＡＴをテーラ一展開してその第１次近似をＰとおけば
但し また １・・・・・・・・・電流ベクトル 第（８）式の右辺をテーラ一展開すれば第（９）式とな
る。
但し また １・・・・・・・・・電流ベクトル 第（８）式の右辺をテーラ一展開すれば第（９）式とな
る。
これより従つて、初期値をＸ。
ｘ（ＭＴ）は
一ーーー゛一〜ｊυ′
としてＭＴ秒後の状態点
目標値をＸｆとし、目標値との許容誤差をεで表わすと
、となる。
、となる。
ここでＬマトリツクスを第１３式のようにおく。
一一ｍ−１ＷＩＰ−９界磁電圧の制限は、第１４式のよ
うに表わせる。
うに表わせる。
β≧Ｕｄ≧−ａ ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・ （１４）このＵｄは、第８図の
界磁電圧ｕに相当しｍ次元ベクトルであり、その要素は
各サンプル時間での界磁電圧を与える。Ｊ ただし、常にこの制御システムでは初期値はＯなのでと
おいている。
・・・・・・・・・・ （１４）このＵｄは、第８図の
界磁電圧ｕに相当しｍ次元ベクトルであり、その要素は
各サンプル時間での界磁電圧を与える。Ｊ ただし、常にこの制御システムでは初期値はＯなのでと
おいている。
また界磁電流の上限値をＩｆｄ７とすれば、電流はＸ３
に相当するので界磁 なるベクトルを用いれば、 ＭＴ秒の界磁電流 第（１１）， ′Ｖ＆ ここで （１３）， （２０）式よシ なるマトリツクスを用いてＴ−ＭＴ秒の界磁電流Ｉｆｄ
を列ベクトルで表わせばとなる。
に相当するので界磁 なるベクトルを用いれば、 ＭＴ秒の界磁電流 第（１１）， ′Ｖ＆ ここで （１３）， （２０）式よシ なるマトリツクスを用いてＴ−ＭＴ秒の界磁電流Ｉｆｄ
を列ベクトルで表わせばとなる。
ただし
このＩｆｄの全ての要素はＩｆｄ７より小さくならなけ
ればならないのでＪＶυ と表わせば を満足することが必要である。
ればならないのでＪＶυ と表わせば を満足することが必要である。
これらよ如条件式をまとめると
と表わせば第２８式を満足しつつＸ。
の最大化を図る線型計画問題となる。Ｌは、３Ｘｍ次元
マトリクスε，λ，μ，λ′，Ｘｆは３次元ベクトル、
またＡ，β，Ｕｌ，λＣλ〃′，ＩｆｄＯはｍ次元ベク
トル、更にＮはＭｘｍ次元マトリクスである。
マトリクスε，λ，μ，λ′，Ｘｆは３次元ベクトル、
またＡ，β，Ｕｌ，λＣλ〃′，ＩｆｄＯはｍ次元ベク
トル、更にＮはＭｘｍ次元マトリクスである。
なお第（２９）式のＡ，Ｍは重み係数である。第（２８
），（２９）式に対してｍを適当な小さな数を与え、許
容誤差以内にεが入るまでのその数を増やしてゆけばそ
の許容誤差以内に入るｍの数の最小な解Ｕ１が最短時間
制御の解を与える。また、サンプル周期Ｔを小さくして
ゆき、Ｔをそれ以上小さくしても解が変らないような値
にＴを選ぶ。
），（２９）式に対してｍを適当な小さな数を与え、許
容誤差以内にεが入るまでのその数を増やしてゆけばそ
の許容誤差以内に入るｍの数の最小な解Ｕ１が最短時間
制御の解を与える。また、サンプル周期Ｔを小さくして
ゆき、Ｔをそれ以上小さくしても解が変らないような値
にＴを選ぶ。
実際の界磁電圧ｕをもとめるには
のように計算すればよい。
第９図ａは以上の計算結果、算出された最短時間制御信
号（実際には後述する変換器、パルス発生器の遅れは無
視し得るから界磁電圧波形とみなしてよい。
号（実際には後述する変換器、パルス発生器の遅れは無
視し得るから界磁電圧波形とみなしてよい。
）の特性を示す。このような最適制御システムの一構成
図を第１０図に示す。第１０図において、２０１はデイ
ジタル計算機、２０２はデイジタル計算機の出力をアナ
ログ量に変換する変換器、２０３は変換器２０２の出力
に応じてパルスの発生タイミングを変化するパルス発生
装置である。
図を第１０図に示す。第１０図において、２０１はデイ
ジタル計算機、２０２はデイジタル計算機の出力をアナ
ログ量に変換する変換器、２０３は変換器２０２の出力
に応じてパルスの発生タイミングを変化するパルス発生
装置である。
他の要素で第５図の要素と共通する部分については同一
符号をつける。この第１０図に訃いてデイジタル計算機
２０１からサイリスタ整流装置１７１までが第８図の最
適制御装置に相当することは言うまでもない。最適制御
信号の計算はデイジタル計算機で行なわれ、第９図ａに
示されるような界磁電圧を与えるためにサイリスタ整流
装置１７１の出力電圧に相当するようなゲート電圧に変
換された信号がデイジタル計算機２０１より変換器２０
２を通してパルス発生装置２０３に加わり、サイリスタ
整流装置１７１のゲートが位相制御される。なおサイリ
スタ整流装置１７１およびパルス発生装置２０３で構成
した部分を励磁制御装置と呼ぶ。第９図ａの信号が変換
器２０２へ出力されると結局磁場コイル電流ＩＴは第９
図ｂのように若干の時間遅れの後直線的に立ち上がる。
なお電流１Ｔが規定値に達したらデイジタル計算機２０
１による最短時間制御をやめフイードバツク制御へ切換
える。このフイードバツク制御には一般に行なわれてい
る方式とリカツテイの最適フイードバツク方式とが考え
られる。
符号をつける。この第１０図に訃いてデイジタル計算機
２０１からサイリスタ整流装置１７１までが第８図の最
適制御装置に相当することは言うまでもない。最適制御
信号の計算はデイジタル計算機で行なわれ、第９図ａに
示されるような界磁電圧を与えるためにサイリスタ整流
装置１７１の出力電圧に相当するようなゲート電圧に変
換された信号がデイジタル計算機２０１より変換器２０
２を通してパルス発生装置２０３に加わり、サイリスタ
整流装置１７１のゲートが位相制御される。なおサイリ
スタ整流装置１７１およびパルス発生装置２０３で構成
した部分を励磁制御装置と呼ぶ。第９図ａの信号が変換
器２０２へ出力されると結局磁場コイル電流ＩＴは第９
図ｂのように若干の時間遅れの後直線的に立ち上がる。
なお電流１Ｔが規定値に達したらデイジタル計算機２０
１による最短時間制御をやめフイードバツク制御へ切換
える。このフイードバツク制御には一般に行なわれてい
る方式とリカツテイの最適フイードバツク方式とが考え
られる。
このリカツテイ最適フイードバツク制御とは与えられた
２次の評価関数を最小にするように、計算されたフイー
ドバツク係数を用いて制御の最適化を計るものを言う。
以上説明した如く本発明によれば最適制御を行うことに
より、所望の波形出力を所望の時間内で発生させること
が可能となり、核融合研究用電源として最適の装置を提
供することが可能となる。
２次の評価関数を最小にするように、計算されたフイー
ドバツク係数を用いて制御の最適化を計るものを言う。
以上説明した如く本発明によれば最適制御を行うことに
より、所望の波形出力を所望の時間内で発生させること
が可能となり、核融合研究用電源として最適の装置を提
供することが可能となる。
方お本明細書では線型計画法にもとづいて計算したが、
他の方法例えば非線型計画法で計算してもよい。また本
明細書では核融合実験用電源設備として説明してあるが
、勿論他の用途に対しても同様な出力、制御を要求する
装置に対しては適用可能である。
他の方法例えば非線型計画法で計算してもよい。また本
明細書では核融合実験用電源設備として説明してあるが
、勿論他の用途に対しても同様な出力、制御を要求する
装置に対しては適用可能である。
第１図は核融合装置の原理図、第２図Ａ，ｂはそれぞれ
磁場コイル電流、変流器コイル電流を示す波形図、第３
図はフライホイール式電動発電機セツトの正面図、第４
図は本発明による磁場コイル電流波形図、第５図はフラ
イホイール式電動発電機に従来のアナログフイードバツ
ク制御を施した概要図、第６図は第５図のプロツク線図
、第７図は第６図で示す系の応答を示す波形図、第８図
は本発明を適用するシステムの一例をプロツクで表わし
た図、第９図Ａ，ｂはそれぞれ最短時間制御信号および
磁場コイル電流の波形図、第１０図は本発明を適用した
システムの一構成例を示す図である。 λ旦・・・・・・最適制御装置、１旦・・・・・・発電
機、２０１・・・・・・デイジタル計算機、１５１・・
・・・・界磁巻線、２０２・・・・・・デイジタル／ア
ナログ変換器、２０，・・・・・・パルス発生器、１２
・・・・・・磁場コイル、１７１・・・・・・サイリス
タ整流装置。
磁場コイル電流、変流器コイル電流を示す波形図、第３
図はフライホイール式電動発電機セツトの正面図、第４
図は本発明による磁場コイル電流波形図、第５図はフラ
イホイール式電動発電機に従来のアナログフイードバツ
ク制御を施した概要図、第６図は第５図のプロツク線図
、第７図は第６図で示す系の応答を示す波形図、第８図
は本発明を適用するシステムの一例をプロツクで表わし
た図、第９図Ａ，ｂはそれぞれ最短時間制御信号および
磁場コイル電流の波形図、第１０図は本発明を適用した
システムの一構成例を示す図である。 λ旦・・・・・・最適制御装置、１旦・・・・・・発電
機、２０１・・・・・・デイジタル計算機、１５１・・
・・・・界磁巻線、２０２・・・・・・デイジタル／ア
ナログ変換器、２０，・・・・・・パルス発生器、１２
・・・・・・磁場コイル、１７１・・・・・・サイリス
タ整流装置。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ディジタル計算機と、このディジタル計算機のディ
ジタル信号をアナログ信号に変換する変換器と、この変
換器の出力に応じて制御される励磁制御装置と、この励
磁制御装置の出力により界磁電圧を供給される負荷とか
ら成り、前記ディジタル計算機に同期発電機の界磁電圧
の最大許容電圧βおよび最小電圧αおよび界磁電流Ｉ＿
ｆ＿ｄの最大許容電流値Ｉ＿ｆ＿ｄ＿０を制御条件とし
て導入して、これらの条件のもとで発電機出力電圧又は
発電機出力電流が制御可能な最短時間にて目標値に到達
するような制御信号を決定するために、界磁電圧をｕ＿
１とし、界磁電流、発電機電圧、負荷電流を状態量χと
し、初期値をχ＿０、最終値χ＿ｆとしてｎＴ秒（ｎは
整数、Ｔはサンプリング周期）後の状態量をχ（ｎＴ）
としたときにｎ＝１からｎ＝ｍまでの各時間に対する状
態量の変化を表わすマトリックスをＬとし、目標値とは
誤差をεとすることにより算出される下式ε≧｜χ＿ｆ
＋Ｌ・α−Ｌ・ｕ＿１｜ α＋β≧ｕ＿１ II＿ｆ＿ｄ＿０≧II＿ｆ＿ｄ を利用して得られる最適制御信号にもとずいて前記同期
発電機の界磁電気量を制御するようにした発電機の最適
制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49123978A JPS5920280B2 (ja) | 1974-10-29 | 1974-10-29 | 発電機の最適制御装置 |
| US05/865,419 US4234925A (en) | 1974-10-29 | 1977-12-29 | Control systems for generators |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP49123978A JPS5920280B2 (ja) | 1974-10-29 | 1974-10-29 | 発電機の最適制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5150410A JPS5150410A (en) | 1976-05-04 |
| JPS5920280B2 true JPS5920280B2 (ja) | 1984-05-11 |
Family
ID=14874006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP49123978A Expired JPS5920280B2 (ja) | 1974-10-29 | 1974-10-29 | 発電機の最適制御装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4234925A (ja) |
| JP (1) | JPS5920280B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021025137A1 (ja) | 2019-08-06 | 2021-02-11 | 日本製鉄株式会社 | プレス成形品の製造方法 |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57193996A (en) * | 1981-05-22 | 1982-11-29 | Japan Atom Energy Res Inst | Monitor controlling device of pulse load ac generator |
| US4628462A (en) * | 1984-09-11 | 1986-12-09 | Westinghouse Electric Corp. | Multiplane optimization method and apparatus for cogeneration of steam and power |
| DE4220255C1 (de) * | 1992-06-23 | 1993-12-23 | Voith Gmbh J M | Verfahren zum Optimieren des Wirkunggrades eines Maschinensatzes mit einer Turbine und einem Generator |
| US5754446A (en) * | 1996-08-19 | 1998-05-19 | Voith Hydro, Inc. | Method and apparatus for optimizing performance of a kaplan turbine |
| US5800077A (en) * | 1996-08-19 | 1998-09-01 | Tennessee Valley Authority | Method and apparatus for monitoring a hydroelectric facility trash rack |
| US6269287B1 (en) | 1996-08-19 | 2001-07-31 | Tennessee Valley Authority | Method and apparatus for monitoring a hydroelectric facility trash rack and optimizing performance |
| US5864183A (en) * | 1996-08-28 | 1999-01-26 | Voith Hydro, Inc. | Method and apparatus for optimizing performance of a pump-turbine |
| US6490506B1 (en) | 1999-05-21 | 2002-12-03 | Hydro Resource Solutions Llc | Method and apparatus for monitoring hydroelectric facility maintenance and environmental costs |
| CN102473463B (zh) * | 2009-08-06 | 2015-07-08 | 国立大学法人大阪大学 | 核聚变照射配位决定方法、核聚变照射配位决定装置以及核聚变装置 |
| KR101103131B1 (ko) | 2010-10-05 | 2012-01-04 | 한국수력원자력 주식회사 | 원자력발전소 예비디젤발전기의 진단장치 및 방법 |
| US10229756B2 (en) | 2013-08-22 | 2019-03-12 | Princeton Satellite Systems, Inc. | In space startup method for nuclear fusion rocket engines |
| US10811159B2 (en) | 2012-05-10 | 2020-10-20 | The Trustees Of Princeton University | Fueling method for small, steady-state, aneutronic FRC fusion reactors |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3015748A (en) * | 1958-02-13 | 1962-01-02 | Edward C Hartwig | Pyrotron with translational closure fields |
| US3504187A (en) * | 1965-12-08 | 1970-03-31 | Alternac | Electric generator and speed control system therefor |
| US3612892A (en) * | 1970-07-30 | 1971-10-12 | Textron Inc | Motor generator with automatic speed and idling control |
| US3741246A (en) * | 1970-10-14 | 1973-06-26 | Westinghouse Electric Corp | Steam turbine system with digital computer position control having improved automatic manuel interaction |
| US3663362A (en) * | 1970-12-22 | 1972-05-16 | Atomic Energy Commission | Controlled fusion reactor |
| US3866108A (en) * | 1971-12-06 | 1975-02-11 | Westinghouse Electric Corp | Control system and method for controlling dual fuel operation of industrial gas turbine power plants, preferably employing a digital computer |
-
1974
- 1974-10-29 JP JP49123978A patent/JPS5920280B2/ja not_active Expired
-
1977
- 1977-12-29 US US05/865,419 patent/US4234925A/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021025137A1 (ja) | 2019-08-06 | 2021-02-11 | 日本製鉄株式会社 | プレス成形品の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5150410A (en) | 1976-05-04 |
| US4234925A (en) | 1980-11-18 |
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