JPS6057320B2 - 系統安定化装置 - Google Patents

系統安定化装置

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JPS6057320B2
JPS6057320B2 JP52151035A JP15103577A JPS6057320B2 JP S6057320 B2 JPS6057320 B2 JP S6057320B2 JP 52151035 A JP52151035 A JP 52151035A JP 15103577 A JP15103577 A JP 15103577A JP S6057320 B2 JPS6057320 B2 JP S6057320B2
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JP
Japan
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output
synchronous machine
pss
signal
stage
Prior art date
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Expired
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JP52151035A
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English (en)
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JPS5482610A (en
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邦弘 常田
俊伸 山本
琢磨 湯浅
二三男 中村
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Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Electric Power Co Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は同期機の自動電圧調整装置に付加される系統安
定化装置の改良に関するものである。
周知のように自動電圧調整装置(以下AVRと呼ぶ)は
、電力系統に並列して運転される同期機−の励磁をその
端子電圧が一定値になるように制御するものである。
しかし、このAVRにより同期機の励磁を単に制御した
のでは同期機を含めた電力系統の電気機械添電力動揺に
対する制動力があまり得られず安定度の悪いものとなる
。そこで従来では、その対策としてAVRに系統安定化
装置(以下POWERSYSTEMSTABIIZER
の略でPSSと呼ぶ)より同期機の回転子速度(Δωと
呼ぶ)や同期機端子電圧の周波数(以下ΔFと呼ふ)や
同期機の入力又は出力電力(以下ΔPと呼ぶ)等を補助
信号として加えることにより、電力動揺に対する制動力
を増して安定度の向上を図るようにしている。
近年、このPSSは大容量長距離送電の安定度向上策の
一つとして注目されるようになつてきている。第1図は
従来のPSSの代表的な回路構成を示すものである。
第1図に示すように、検出器により検出された安定化信
号、例えばΔω、ΔF、ΔP等の信号をシグナルリセッ
トと呼ばれる不完全微分回路1に加える。この不完全微
分回路1の伝達関数はTsR−S/(1+TsR−S)
、(但しTsRは時定数、Sはラプラス演算子)という
形で表現でき、その役割は系統と同期機との間で持つ電
力動揺の周波数成分(通常は0.5〜2Hz程度)は伝
達するが、それ以下のゆつくりとした周波数成分は取り
除き、近似的に定常値からの変化分の信号とすると同時
に、比較的遅い変化に対しては安定化信号出力が一方向
に片寄つたものとならないようにするものである。この
不完全微分回路1の出力は位相補償回路2を通して安定
化信号を前記の電力動揺に対して効果のある位相とし、
これを増幅回路3を通してりミッター回路4に加える。
このりミッター回路4はPSSの出力を一定値以内に制
限して同期機の端子電圧を過渡に変化させるのを抑制す
る働きをするもので、その出力を補助信号として図示し
たいAVRに加えるようにしている。しかし、このよう
な回路構成のPSSでは安定化信号が通常の電力動揺の
周波数ω。
に対しては系統安定化を図ることができるが、安定化信
号が周波数ω。に比べてずつとゆつくり変化する時には
、その効果に期待することができない。その例としては
発電機の負荷しや断や系統故障に伴う電力需給の不平衡
により系統周波数がゆつくりと低下して変化して行く場
合とか、発電機が系統負荷の需要に応じて出力制御され
る場合とか、揚水発電所において起動したポンプ水車に
注入して揚水が開始される場合等がある。すなわち、安
定化信号として使用される信号が一方向に連続して変化
して行くとき、PSSの出力は一方向に片寄り、連続し
てりミッターにかかつてしまうことになる。
このため、同期機端子電圧.もAVRで設定された基準
値から一方向に偏寄され、結局はPSSのりミッターの
設定値と同じだけ電圧が上つたままあるいは下つたまま
となる。その結果、同期機の界磁電流や電機子電流も定
格値を超えてしまう場合がありそれが長時間継続する!
と発電機の無効電力が過大となつたり、さらにはPSS
の出力がリミットにかかつてしまつた状態では電力動揺
に制動を与える周波数成分についても伝達されないので
、PSSの効果はほとんどなくなり、安定度をもおびや
かすことになる。第2図にこのような状態の一例として
ΔP信号のPSSを準備した同期機の応答を示すもので
ある。
これは揚水発電所の発電電動機の例で、発電運転で発電
機出力を第2図aに示す如く最大に速く増加して行く場
合で約1分間で無負荷から90%負荷まで出力を増加す
る。この出力を拾つてPSSは同図bに示すようにりミ
ッターの設定値VLまで出力を出してその値を出力増加
中保持するので、同期機の端子電圧は同図cに示すよう
にAVRの設定値より■,だけ下つた状態に制御される
。第1図に示した回路構成において、上記のような現象
を防ぐには次の二通りの対応策がある。
すノなわち、一つは不完全微分回路1の時定数T昧を短
くしゆつくりとした変化成分に対するPSSの出力を小
さくすることであり、他の一つはPSSのりミッター幅
を狭め電圧の片寄りを小さく抑えることである。しかし
、前者では、充分効果を持たせるために時定数TSRを
小さく選ぶと、制動効果を期待する電力動揺の周波数領
域の位相特性にも影響を与え、通常状態ての安定度の向
上度合を減することになり、後者では電圧の偏寄を小さ
くできてもゆつくりとした一方向の変化が続いている時
の安定度への寄与は全然なく、また通常状態においても
少しの擾乱でPSSの出力がりミッターにかかり、安定
度への寄与を減することになる。第3図はある系統と同
期機について、動態安定限界を計算した例であり、Aが
定励磁の場合の安定限界、BがAVRのみの場合の安定
限界、CがB(7)AVRにPSSを付加した場合でシ
グナルリセット時定数TSRを3秒に設定したもの、D
がCの場合と同様でT,Rを0.6秒に設定した場合で
ある。したがつて、第3図からも明らかなように、AV
Rのみでは制動効果が殺されて定励磁の場合よりも安定
領域が狭くなり、適切なPSSを付加することにより、
安定領域が大幅に広がり、シグナルリセットの時定数T
,Rを小さくするとPSSの効果が減少して安定領域が
あまり広がらないことがよくわかる。一方、1分間程度
で零から定格負荷ぐらいまで、連続して一様に増加して
行くような場合、PSS出力の片寄りによる電圧の偏寄
を3%程度に抑えるには上記の例ではシグナルリセット
の時定数T,Rを0.68′程度とする必要があり、通
常状態での安定度面から見ると相当安定度を犠性とした
設定が必要となる。
本発明は上記のような事情に鑑みなされたもので、その
目的は周期の長い電力動揺や同期機の負荷制御に伴なう
電力変動のためAVRへの出力が正または負の一方向に
長時間片寄ることによる同期機の端子電圧の偏寄を抑制
することにより、特殊外乱下においても系統安定度を高
めることができる系統安定化装置を提供しようとするも
のである。
以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第4図は本発明による系統安定化装置の回路構成例を示
すもので、第1図と同一部分には同一記号を付してその
説明を省略し、ここでは第1図と異なる部分について述
べる。すなわち、本実施例では、第4図に示すようにり
ミッター回路4の出力側に第2段のシグナルリセットと
呼ばれる不完全微分回路5を設け、さらにその出力側に
第2段のりミッター回路6を設けてその出力をPSS出
力としてAVRへ加えるようにするものである。この場
合、第1図と同一部品である不完全微分回路1およびり
ミッター回路4はそれぞれ第1段として用られる。上記
第2段の不完全微分回路5は第1段のりミッター回路4
より加えられる出力が一定のとき通過させないようにし
てある。
従つて、このような構成の系統安定化装置において、第
1段の不完全微分回路1に安定化信号として有効電力p
が加えられるとすれば、同期機の負荷を増加させて行く
場合に有効電力を近似的に第5図aに示すようなランプ
関数で考えることができる。
今、電力がランプ関数状に増加する場合は、PSSの第
1段の不完全微分回路1の出力は第1段のりミッター回
路4によりその制限値までPSSの出力は増加するが、
それ以上の出力に対しては制限されて第5図bに示すよ
うに一定値になる。このような出力は第2段の不完全微
分回路5に加わると、この第2段の不完全微分回路5は
一定の出力を通過させないので、PSSの出力が第1段
のりミッター回路4により制限されると、AVRへの出
力は第5図cに示す如く減少し、同期機の端子電圧は同
図dに示す如くなる。すなわち、第1段の不完全微分回
路1を通過したランプ関数状の信号に対しては第1段の
りミッター回路4を積極的に利用してりミッターをかけ
た後、第2段の不完全微分回路5により零に戻し、PS
Sの最終出力とする。このようにすれば、第1段の不完
全微分回路1で処理する場合に比べ、第1段,第2段と
もにその時定数を長くとることができ、動態安定度を差
程狭めるようなことはない。
また同時にりミッタ制限値もそれ程小さくする必要がな
いので、外乱に対する固有振動の制動力も損なうことが
ない。ちなみに第6図に示すような一機対無限大母線系
に対して本発明の安定化信号装置を適用したときの動態
安定度計算を行なつた結果を第3図を参照して従来のそ
れとの比較により述べる。この場合に使用したAVRと
本発明のPSSのブロック図を第7図に示す。第3図に
おいて、従来のPSSでシグナルリセット時定数TSR
が0.6secとしランプ状の出力変化に対しても電圧
変化が差程著しくないものは曲線D,Aに示すように定
励磁の安定度と差程変らないが、本発明のPSSを用い
たものEは従来のPSSでT,R=3secとし、ラン
プ状信号に対して考慮の払われていないものCとほぼ同
程度の広がりを持つており、PSS本来の機能を充分発
揮しているのが分る。
また従来のPSSでは出力変化がもつとも激しくなれば
、TSRをさらに小さくしなければならず、動態安定度
はもつと狭められる。外乱に対する過渡動揺に対しては
りミッタ幅を無対策の従来のPSSと同じ値にとつてい
ることより、従来のPSSと同じ効果を発揮する。
なお、第2段のりミッター回路6は第2段あ不完全微分
回路5により過大な出力を出すのを防ぐために設けたも
ので、その値は第1段のものと同程度にすればよい。
上記実施例では安定化信号として有効電力を用いたPS
Sについて説明したが、ΔωやΔf信号を用いた場合も
同様な現象が発生するので、本発明によるPSSは有効
であることは勿論である。
この他本発明はその要旨を変更しない範囲内て種々変形
して実施できるものである。以上述べたように本発明に
よれば、安定化信号が入力される第1段の不完全微分回
路の出力側にさらに一定の入力値の通過を阻止する第2
段の不完全微分回路を設けることにより、周期の長い電
a力動揺や同期機の負荷制御に伴なう電力変動のためA
VRへの出力が正または負の一方向に長時間片寄ること
による同期機の端子電圧の偏寄を抑制するようにしたの
で特殊外乱下においても系統安定度を高めることができ
る系統安定化装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の系統安定化装置の一例を示す回路構成図
、第2図a−cは同装置におけるランプ状電力変化に対
する応答例を示す曲線図、第3図はある系統と同期機に
ついて動態安定限界例を説明するための曲線図、第4図
は本発明による系統安定化装置の一実施例を示す回路構
成図、第5図a−dは同実施例におけるランプ状電力変
化に対する応答例を示す曲線図、第6図は本発明による
系統安定化装置を適用した一例を示す一機対無限大母線
系統図、第7図は第6図で使用したAVRとPSSのブ
ロック回路図である。 1・・・第1段の不完全微分回路、2・・・位相補償回
路、3・・・増幅回路、4・・・第1段のりミッター回
路、5・・・第2段の不完全微分回路、6・・・第2段
のりミッター回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 同期機の回転数、同期機の端子電圧の周波数、同期
    機の電気的入出力、同期機の相差角或いはこれらと等価
    な信号又はこれらを組合せた信号を入力信号とし、この
    入力信号を適切な伝達関数を有する不完全微分回路を通
    して電力系統に並列された同期機の自動電圧調整装置に
    加えて電力系統の安定度向上を図るようにした系統安定
    化装置において、前記不完全微分回路を第1段としてそ
    の出力側にさらに第2段の不完全微分回路を設けてその
    時定数を長くすることにより同期の長い電力動揺や同期
    機の負荷制御に伴なう電力変動で、出力信号が正又は負
    の一方向に長時間片寄ることを抑制するようにしたこと
    を特徴とする系統安定化装置。
JP52151035A 1977-12-15 1977-12-15 系統安定化装置 Expired JPS6057320B2 (ja)

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JPS5482610A JPS5482610A (en) 1979-07-02
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