JPS61173697A - 複数の制御ユニツトをもつ発電機制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、発電機の運転状態および系統状態に応じて
、その励磁系（ＡＶＲ系）および調速系（ガバナ系）を
ディジタル制御する制御ユニットを複数系統備えた発電
機制御装置に関する。

〔従来の技術〕

第２図は、出願人が先に提案した（特願昭５８−４１８
３０号）発電機制御方式の一例を示すブロック図である
。同図において、１１は励磁装置（励磁系）、１２は調
整装置（調速系）、１３は多変数入力協調制御装置、１
４は最適ゲイン記憶装置、１５は系統状態変化検出装置
である。

ここでは、発電機の制御量は端子電圧Ｖおよび出力Ｐ、
（又は回転数ω）である。励磁系操作量は界磁電圧Ｅｆ
であと、それの指令値がＥｆ’にて示されている。調速
系操作量はガバナ弁開度Ｐｍであと、それの指令値がＰ
ｍ’にて示されている。

定周期Δτのサンプリング制御を前提としてｉ番目の値
にサフィクスｉを付し、その１回前の値にはサフィクス
ｉ−１を付すことにする。各制御量については目標値に
＊印を付す。制御装置１３には、端子電圧制御偏差ｖ”
−ｖ、および出力制御偏差Ｐ１゜−Ｐ、ｉ（または単独
運転時には回転数制御偏差ω１−ω、）のほかに、界磁
磁束甲ｆ。

界磁電圧Ｅｆ、相差角（対系統電圧相差角）δ。

回転数ω、ガバナ弁開度ｐｍ、発電機への機械トルクＴ
ｍを含めた多変数が入力される。制御装置１３は、励磁
系側については各変数入力のそれぞれに個別のゲインに
４を与えてこれらを加算する計算ブロック１３１と、今
回得られた加算結果を前回得られた加算結果に加えて今
回の指令値Ｅｆ、’を算出する計算ブロック１３２とを
備え、調速系側については同様に多変数入力のそれぞれ
個別のゲインに！、、を与えてこれらを加算する計算ブ
ロック１３３と、同様に今回加算結果を前回加算結果に
加えて今回の指令値Ｐｍｉ’を算出する計算ブロック１
３４とを備えている。

計算ブロック１３２．１３４における上述の計算は積分
動作であるので、制御偏差ｖ”−ｖ、。

Ｐ、”　−Ｐ、ｉ　（又はω“−ω五）は操作指令値Ｅ
　ｆ　＝　’　、Ｐ　ｍ　ｉ　’に対して積分効果を示
す。これに対して、発電機の動的挙動に対する主要な影
響量として発電機の動特性数学モデルに基いて予め選ば
れた変数については、今回値と前回値との差分であるΔ
甲ｆ、、ΔＥｆ、、　Δδえ、ΔＰｍＬ。

Δ７ｍｉ　（例えばΔ甲ｆｉ＝甲ｆ、−甲ｒｔ　−＋）
として入力されているため、計算ブロック１３２゜１３
４の積分作用によと、結局’！’ｆ、、Ｅｆ、。

δ、、ω１　、Ｐｍｚ　、’ｌ’ｍｉはそれぞれ操作指
令値Ｅｆｉ’ｌＰｍｆ’に対して比例効果を示す。

個々のゲインＫｌｓ　　、　Ｋｉｎをその都度発電機の
運転状態および系統状態に適合させることによって、多
変数入力による励磁系および調速系の協調制御が期待ど
おりの良好な制御結果をもたらす。

このために、記憶装置１４には種々の状態のパターン毎
に最適ゲインがあらかじめオフラインで計算されて多数
組格納されておと、系統状態変化検出装置１５の指示に
したがって選択された最適ゲインが制御装置１３に渡さ
れるようになっている。

系統状態変化検出装置１５は、発電機の系統連系条件、
すなわち系統との並列渾転前、並列、並列状態の有負荷
、並列状態からの負荷しゃ断による無負荷、並列状態か
らの有負荷単独運転、並列状態での系統事故に伴う回線
しゃ断、他発電所故障停止などに伴う系統状態の急変な
どによって、発電機運転特性が大幅に変化するので、こ
れらの変化を判別して適切な制御ゲインの選択を指示す
る信号を発する。

つまと、同図に示されるものは多変数制御理論を応用し
た制御方式であって、発電機や系統の運転状態に応じて
評価関数の最適ゲインを自動選択する方式（Ａｕｔｏ　
　Ｔｕｎｉｎｇ方式）である。

第３図は第２図と同じく、出願人が先に提案した（特願
昭５８−４１８２７号）発電機制御方式の他の例を説明
するためのブロック図である。同図において、Ｋ１１％
に＋？およびに□〜Ｋｇｔは個別に決定されるゲインで
あと、その他の記号は第２図と同様である。

ここで、電圧制御偏差ｖ”−ｖ、の励磁系操作量Ｅｆ、
’に対する効果については、Δτ待時間は、 Ｅ　　ｆ　　ｉ’　　＝Ｅｆｉ−＋　　　＋に＋ｔ　　
（Ｖ”　　−Ｖｉ　　）すなわち、 ΔＥｆ６’　＝Ｋｌｌ（Ｖ”−Ｖｉ） となる。つまと、励磁系操作量に対して電圧制御偏差は
積分効果を示す。また、電力制御偏差ｐ、１１−ｐ、ｉ
のガバナ系操作量Ｐｍ’に対する効果については、同様
にして、 なる関係があって、これも積分効果を示す。さらに、電
圧制御偏差はゲインに２Ｉにてガバナ系の操作量に関与
し、また電力制御偏差はゲインＫＩ！にて励磁系の操作
量に関与し、しかも各制御偏差は相手方の操作量に対し
て積分効果を示す。

さらに、発電機の動的挙動に対する主要な影響量として
あらかじめ選ばれた諸量Ｖ、、　ω、δ。

ＥｆおよびＰｍについては、それぞれ測定もしくは推定
された今回値と前回値との差が、一方ではそれぞれゲイ
ンＫＩ３〜に＋７にて励磁系操作量に関与し、他方では
それぞれゲインに２．〜Ｋｚｔにてガバナ系操作量に関
与する。この場合に、例えば界磁磁束Ｖｆのみに着目し
て、これの励磁系操作量に対する効果を調べてみると、
Δτ待時間、Ｅｆ４′＝　Ｅｆｉ−＋　＋　Ｋｌｌ　（
ｖｒ、　　’Ｐｆｔ−＋）したがって、 ΔＥ　ｆ　＝　’　＝　Ｋ＋ｘ・Δ甲ｆ。

；、Ｅｆｉ′＝Ｋ１３’Ｐｆｉ となる。つまと、界磁磁束は励磁系操作量に対して比例
効果を示す。このように、個々の影響量はそれぞれ励磁
系の操作量に対してもガバナ系の操作量に対しても比例
効果を示す。発電機の動的挙動の主たる影響量として何
を選ぶかは、基本的には、発電機の動的挙動を表現する
数学モデルに基づく。例えば、発電機の動的挙動は、例
えば次の式！１１〜（５）で与えられる。

・・・・・・（２） ｔ 上式において、新たに出てきた符号の意味は次のとおり
である。

ｒｆ　；界磁抵抗 ■、；界磁電流 ω０　；基準角波数（＝２πｆ） ω３　；系統角周波数 Ｔ、；機械トルク Ｔｅ：電気トルク Ｍ　；慣性定数 Ｄ　；制動係数 Ｔｇ　；ガバナ操作時定数 ＴＸ　；励磁操作時定数 ここで、個々のゲインＫＩＩ〜に＋？およびに２．〜に
！、を最適に設定するためには、例えば制御指標Ｊとし
て Ｐ＠ｍ）”　”　ｑｉ　（Ｅ　ｆ　６　’　　Ｅ　ｆ　
！−１）”＋ｑｓ　（Ｐｍｉ’−ｐｍｉ−、’）”　）
を定め、あらかじめ重み係数ｑ１−（１４を設定した上
で、このＪの値が最小となるようにゲインを決定する手
法を用いればよい。この場合に必要となるのが、先に説
明したような制御対象の動的モデルであと、さらに本モ
デル各制御偏差を表わす状態量を加えたモデルについて
Ｊを考えるのである。第３図で説明した制御原理によれ
ば、電圧および電力の制御偏差について積分制御が行な
われる結果最終的な定常偏差は零となる。したがって、
制御対象の動的モデルは簡易モデルでもよく、制御ゲイ
ン決定が実用的に簡単になる。

上述の如き手法を用いれば、重み係数ｑ、〜ｑ４を設定
するだけで自動計算により最適な制御ゲインを決定する
ことができ、動特性の優れた制御を実現することができ
る。この場合に、重み係数ｑ。

〜ｑ４の適正な設定が必要である。これらの係数Ｑｌ−
（１４の値については計算機シミュレーションあるいは
経験的に大体の目安が得られるが、実運転に際しては現
場での調整を行うことが好ましい。このために、例えば
意図的に外乱を発生させる設定変更手段、その設定変更
にともなう発電機各部分の変動データを蓄積する手段、
蓄積されたデータのうちとくに各制御偏差および各操作
量の変動経過を時系列同時表示するとともに現在の各重
み係数ｑｌ”’Ｑ３の値を表示する手段、表示された制
御偏差変動と操作量変動の度合で重み係数の現在値の妥
当性を調べた結果変更を必要とするときはその変更を可
能にする重み係数設定手段とからなる補助装置を設ける
とよい。

つまと、第３図に示されるものは第２図のものと同じく
多変数制御理論を応用した制御方式であるが、発電機や
系統の状態に応じて個々にゲインを割り当てておく方式
（固定方式）である。これは、第４図（イ）、（ロ）に
示されるように、発電機の運転領域を予め所定数に分割
し、それぞれの領域において第３図のゲインＫ１１’−
”ＫＩ？ｌ　Ｋ２１〜Ｋｇ？を予め決めておくものと云
うことができる。

なお、第４図は第３図の制御方式を説明するための説明
図で、Ｃは発電機の出力限界曲線、Ｄは分割線、Ｐは有
効電力、Ｑは無効電力をそれぞれ表わしておと、同図（
イ）は領域を３つ（■〜■）に分割した例、同じく　（
ロ）は８つ（■〜■）に分割した例である。この場合、
分割線の近傍では系統側の動揺等によりその運転領域、
シたがってゲインが頻繁に変動するので、これを防止す
るために分割線に対してヒステリシスを持たせるように
することが望ましい。

なお、一般的には、上述の如き制御方式よりも、いわゆ
るＰＩＤ調節演算をディジタル的に行なうディジタル弐
ＰＩＤ制御方式の方が良く知られておと、これによるも
のも多い。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、発電機の制御は以上のような各種制御方式の
いずれか１つに決めて行なうのが普通であと、したがっ
て、その制御方式を変えるにはプログラムを変えなけれ
ばならない。しかしながら、そのためには相当の時間を
要するとともに、その間は装置を停止させなければなら
ないという問題がある。

〔問題点を解決するための手段〕

ディジタル形発電機制御装置に上述の如き制御方式の異
なる制御ユニットを複数個設けるとともに、その制御ユ
ニットを切換えるための手段を設け、装置を停止するこ
となく迅速に切換えを行なうものである。

〔作用〕

複数種類の制御ユニットとその切換手段とを設けて、発
電機や系統の状態変化等に応じて適宜に切換え可能とす
る一方、成る制御ユニットから他の制御ユニットへ切り
換える際は両ユニットの出力差をチェックし、これが所
定値以下のときのみ切換えを行なうことによと、装置や
制御性能への影響を少なくしてショックレスに切換え得
るようにする。

〔実施例〕

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図である。同
図において、１〜３は制御ユニット、４はチェックおよ
び選択回路、５〜７はゲートである。なお、制御ユニッ
ト１〜３の各制御方式は、従来例の項で説明した各種方
式のいずれかとすることができるが、ここでは、例えば
ユニット１はＰＩＤ＠御方式、ユニット２はオートチュ
ーニング方式、ユニット３は固定方式をそれぞれ採るも
のとする。なお、必要に応じて他の制御方式を採用する
ことも可能である。

いま、例えばユニット３による制御が行なわれていると
きに、制御ユニット２による制御へ切換えるべ（所定の
指令ＩＮがチェックおよび選択回路４に与えられると、
この回路４ではユニット２および３の各出力を取り込む
とともに、その出力差をチェックする。その結果、出力
差が許容値を越える場合には、図示されない回路により
両者の出力が一致するよう、制御ユニット２に対する指
令値が変更される。そして、両ユニットの出力差が許容
値内に入れば、回路４からゲート６の選択指令Ｓが発せ
られ、これによと、この場合は制御ユニット２の制御出
力だけが有効となる。こうして、発電機の運転中にも、
系統条件の変化等に応じて所望の制御方式（制御ユニッ
ト）へ自動的に切換えることができる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、互いに制御方式の異なる制御ユニッ
トを複数個設けるようにしたので、発電機や系統の状態
変化に応じて直ちに所望の制御方式に切換えることがで
きるとともに、切換えの際には両者の差をチェックして
これが所定値以下のときのみ切換えるようにしているの
で、装置や制御性能に悪影響を与えることなくショック
レスに切換えが可能となる利点がもたらされるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
出願人が既に提案している発電機制御方式の一例を示す
ブロック図、第３図は同じくその別の例を説明するため
のブロック図、第４図は第３図の制御方式を説明するた
めの説明図である。 符号説明 １〜３・・・制御ユニット、４・・・チェックおよび選
択回路、５〜７・・・ゲート、１１・・・励磁装置、１
２・・・調整装置、１３・・・多変数入力協調制御装置
、１４・・・最適ゲイン記憶装置、１５・・・系統状態
変化検出装置、１３１〜１３４・・・計算ブロック。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　崎　　　清 １１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）発電機の励磁系および調速系をディジタル制御する
   発電機制御装置において、制御方式が互いに異なる複数
   の制御ユニットと、該制御ユニットの各々に対応して設
   けられてその出力を前記各系に導くゲート手段と、制御
   方式を変更すべく所定の制御ユニットから他の制御ユニ
   ットへの切換要求指令が発せられたときは両ユニットの
   出力信号差をチェックし該差が所定値以下のときのみ対
   応するゲート手段を有効にする選択手段とを設けてなる
   ことを特徴とする複数の制御ユニットをもつ発電機制御
   装置。 ２）前記制御方式の種類をディジタル式ＰＩＤ制御方式
   、評価関数の最適ゲインを自動選択するオートチューニ
   ング方式、同じく該ゲインを個別に割り当てる固定方式
   の３種類としこれを各制御ユニットに夫々割り当てるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の複数の制
   御ユニットをもつ発電機制御装置。