JPS6244100A - タ−ビン発電機の制御装置 - 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〕 本発明は、それぞれ積分動作特性を有する回転数調節器
および出力関節器を備えたタービン発電機の制御装置に
関する。

〔従来の技術〕

この種の制御装置はドイツ連邦共和国特許出願公開第２
，６２７，５９１号明細書により公知である。その回転
数調節器および出力調節器は、機能的に互いに無関係の
分離したユニットをなし、それらのユニットは操作量の
準備状態において最小値選択回路を介して釈放される。

したがって、常に１つの調節器のみが動作に関与し、こ
れに対して動作に関与していない調節器の出力量は、一
方の調節様式から他方の調節様式への移行時に衝撃的な
操作指令を避けるために、動作中の調節器に特別な制限
回路により全動作範囲にわたって追従させられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、菅頭に述べたような制御装置において
、最小値選択回路、あるいは出力調節器、回転数調節器
間の他の切換えなしにすませることができ、しばしば動
的な問題を招くその都度動作に関与していない調節器の
追従を避けることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、本発明によれば、次のｆａ）〜（ｃ）によ
って達成される。即ち、 （ａ）　　回転数調節器および出力関節器の積分動作成
分は共通な積分要素により形成し、 世）出力偏差から導き出した信号を、第１の比例要素を
介して共通な積分要素の入力端に作用させ、この積分要
素の入力端に付加的に加算するように回転数偏差を直接
に導き、 （Ｃ）　　さらに回転数偏差を回転数調節器の比例ゲイ
ンを形成する第２の比例要素の入力端に導き、この第２
の比例要素の出力信号を前記共通な積分要素の出力信号
に加算する。

〔実施例〕

以下、図示の実施例を参照しながら本発明を更に詳細に
説明する。

第１図はＰＩ特性を有する回転数関節器を備えた一般の
出力調節器の組み合わせのための本発明による制御装置
の原理構成を示し、第２図はタービン発電機と接続した
本発明の特別の実施例を示し、第３図は本発明による回
転数・出力調節器の運転特性図を示し、第４図はタービ
ンの回転数制限のための付加装置を示す。

第１図によれば、出力調節器は並列に出力偏差ｅＰ１す
なわちタービンの出力の予め与えられた設定値と実際値
との差、を入力される共通な伝達関数ＦＬ２〜ＦＬｎを
存する多数の調節要素からなり、これらの関節回路要素
の出力信号は一つの加算信号に纏められている。これら
の共通な調節回路要素に並列に別の調節器分岐が設けら
れていて、これは伝達関数ＦＬＩを持つ共通な調節回路
要素、ゲインに１を持つ比例要素１および積分時間Ｔ２
を持つ積分要素２からなる。伝達関数ＦＬ２〜ＦＬｎを
持つ関節回路要素の加算信号は、混合要素３において積
分要素２の出力信号に加算される。第１図に示された出
力調節器を特にＰＩＤ調節器として構成しようとする場
合には、積分要素２を含む調節器分岐は積分動作成分を
用意し、この分岐に並列に配置された２つの分岐がＰも
しくはＰＤ要素を含むようにされる。

混合要素４により積分器２に加算的に回転数もしくは周
波数偏差ｅ（導かれ、比例要素５にてゲインにまたけ増
幅された周波数偏差ｅｆが混合要素３に導かれることに
より、積分要素２はここでは同時に回転数調節器の構成
に関係させられている。したがって、周波数偏差ｔ３ｆ
に関しては、積分要素２および比例要素５からなる装置
はＰＩ動作特性を有する調節器をなしているのに対して
、出力偏差ｅ、は出力関節器によって任意の他の選択可
能な伝達特性で処理される。したがって、回転数・出力
関節器の出力信号ｙにおいては、２つの異なる調節形式
の出力信号が重畳されるか、もしくは線形に互いに結合
され、両関節器の積分成分はそれらに共通な積分要素２
によって形成される。

第２図はタービン６およびこれに連結された同期発電機
７からなるタービン発電機の制御のための詳細な実施例
を示す、同期発電機７は発電機開閉装置を介して系統Ｎ
に給電する。出力測定器９が設けられ、これにより発電
機が発生する出力Ｐが検出され、混合要素１０において
所定の目標値Ｐ０と比較される。それにより信号ｅｐが
所定の目標値Ｐ８からの出力偏差となる。出力偏差信号
ｅｐは出力調節器に信号ＣＳにて操作可能なスイッチを
介して導かれ、発電機開閉装置８もこの信号Ｏ３によっ
て操作される。系統Ｎと同期化するまでタービンを加速
するために、信号ＧＳが活かされ、それにより発電機開
閉装置８が開かれ、出力調節器の入力信号が値零に保た
れ、その結果回転数調節器のみが有効となり、これに対
して発電機開閉装置８が閉成された際には出力偏差信号
ｅ、が出力調節器の入力端に作用する０回転数・出力調
節器のための別の入力量として回転数偏差もしくは周波
数偏差ｅ（が別の混合要素１１において形成される。こ
の混合要素１１には周波数目標値ｆ″と同期発電機７が
発生する電圧の周波数に相当する周波数実際値ｆとが導
かれる。第１図に同じ参照番号で示された要素と一致す
る調節器回路要素の１〜５を有する回転数・出力関節器
は・第２図に示された例では出力偏差ｏｐを導かれる時
定数Ｔ１を有する遅れ要素１２を備えている。

遅れ要素１２の出力信号は比例要素ｌおよびゲインに３
の別の比例要素１３の入力端に導かれる。

この比例！！’＆：１３の出力信号は混合要素１４にお
いて出力偏差ｅｐから引算される。混合要素１４の出力
信号はゲインに４の比例要素１５を介して混合要素３に
加算的に導かれ、この混合要素３の他の２つの入力端に
は第１図に示す装置に対応して積分要素２の出力信号お
よび比例要素５の出力信号が接続される。混合要素３の
加算出力信号ｙは回転数・出力調節器のマイナルーブの
位置制御系のための位置目標値Ｓ１として用いられる。

この位置制御系は、帰還結合された積分要素１６にて示
されており、タービン操作弁の相応の開度を生じさせる
。

第２図に示された出力調節器の構成により、分母がター
ビン発電機６．７の伝達関数の分子に相当し、それによ
り動的安定な特性を保証する伝達関数が実現される。制
御技術的にみて、タービン６および同期発電機７からな
るタービン発電機は、共振周波数および減衰率の特性量
で定義される２次振動系をなす、したがって出力関節器
の遅れ要素１２の時定数Ｔ１は次のように選定される。

Ｉｐちタービン発電機の共振周波数の逆数に相当し、遅
延要素１２の出力信号の重み付けについては比例要素１
３によりに３−１−２Ｄが得られるように選定される。

但し、Ｄはタービン発電機の減衰率である。共通な積分
要素２の積分時間Ｔ２がＴ２−Ｋ　ｌ　／に４・Ｔ１に
従って選定されるならば、ラプラス演算子をＳとすると
、出力調節器の伝達関数Ｆｌについて、 （１＋Ｔ＋Ｓ）　　・Ｔ、Ｓ が得られる。比例要素１５のゲインに４は選択可能であ
り、所望の定常特性に応じて設定される。

これに対して、Ｋ　１によって、いわゆる−次影響（定
常）、即ちタービン発電機から発生する出力の系統周波
数依存性を与えることができる。積分要素２および比例
要素５からなるｐｔ回転数調節器は、 Ｋ２・Ｔ２Ｓ なる伝達関数を有する。この場合に増幅率に２は選択可
能である。

第２図に相当する回転数・出力調節器が、第１図に示さ
れた構成において非組込弐の並列分岐にて構成される場
合には、そこでは比例要素１に前置された調節回路要素
は、ＦＬＩ　＝１／　（１＋７１・Ｓ）なる伝達関数を
持ち、唯一の並列要素として、 Ｋ４　　（２Ｄ＋ＴＩ　Ｓ） １＋ＴＩＳ なる伝達関数を有するものが設けられるべきであった。

しかしながら、それに比べると、第２図に示された出力
調節器は、タービン発電機の共振周波数の逆数に調整さ
れた時定数Ｔ１の唯一の時間要素、即ち遅れ要；１１２
が実現されなければならないという利点を有する。

第３図は、本発明による回転数・出力調節器を装備した
タービン発電機の運転特性図を示す、その場合に、安定
な運転状態は、共通な積分要素の入力量が零の値に達し
たときに生じ、即ち、が得られるときに生じる。但し、
ｆは周波数実際値、Ｐは出力実際値、ｆ３は周波数目標
値、Ｐｌは出力目標値である０式（１）は第３図の特性
図では運転直線ＢＧにより示される。比例係数に１の増
大により運転直線ＢＧを図示のように旋回させることが
でき、これに対してパラメータＰ８およびｆ′を変更し
た場合には、これらの運転の相応の平行移動が生じる。

タービン発電機が他の電流発生源と接続されて、タービ
ン発電機に規定された周波数目標値ｆ″と一致する周波
数を有する共通な系統上で動作する場合には、タービン
発電機が発生する電気出力が所定の出力目標値Ｐ１と一
致する定常運転ｐｎが生じる。この場合に周波数偏差お
よび出力偏差は零に等しい、突然の出力要求により系統
周波数ｆが周波数ｆＩに低下すると、次のような新たな
運転点Ｐ１が生じる。即ち、この新たな運転点では、タ
ービン発電機は規定された出力目標値Ｐ８に加えて、−
次作用（定常）を定める値に依存した系統維持のための
出力分担骨を供給する。同時に、係数に、を掛けられた
負の出力偏差ａｐｌ（−）を積分要素２の入力回路にお
いて相殺する正の周波数偏差ａｒｌ（＋）が生じる。同
様に結合系統の周波数上昇時にはタービン発電機の発生
出力の相応の減少が生じるので、タービン発電機は今や
目標値Ｐ′″によって、規定されるよりも少ない出力を
系統に供給する。

タービン発電機が分離系統で動作する場合、すなわち他
の電流発生源と接続されないで動作する場合には、この
分離系統に接続された負荷により取り出される出力は独
立の変数であり、例えばこのような出力ｐｉでは周波数
ｆＯが対応する運転直線ＢＧ上の運転点Ｐ、が生じる。

したがって、正の出力偏差ｅｐＨ（＋）および負の回転
数偏差もしくは周波数偏差ｃＢＩＩ（−）が生じ、これ
らの影響はここでも積分要素２の入力回路において無効
にされる。それゆえ、中心の共通な積分要素２の作用に
よって、常に安定な定常運転点Ｐｎ。

Ｐ、、ｐ、の到達が保証されている。

タービン発電機の非常に大きな負荷減少時に運転直線Ｂ
Ｇに応じて行われる目標周波数ｆ゛以上の周波数増大が
引き受けられ得ないときには、所定の限界値ｆＧでのタ
ービンの周波数制限もしくは回転数制限を配慮すること
が望ましい・この場合に、特別な限界値制御を用いる代
わりに、これは第４図に示された付加的な装置により非
常に簡単に行うことができる。この付加的な装置によれ
ば、比例要素１と加算要素４との間に最小値選択回路Ｍ
ＩＮが設けられ、これは比例要素に、の出力信号および
混合要素１７の出力信号を人力される。混合要素１７の
入力側に一定の限界周波数ｆＧと目標値ｆ８との間の差
が導かれる。最小値選択回路ＭＩＮは入力信号のうち小
さい方のみを通過させ、第４図に示された補足手段は次
の作用をもたらす、即ち、所定の出力偏差から比例要素
に１の出力信号の代わりに加算要素１７の出力信号が最
小値選択回路ＭＩＮを通過させられ、その結果、混合要
素４の出力端に（ｆ−ｆＧ）の大きさの信号が生じ、こ
の信号により、積分要素２はこの信号が零になるまで、
即ちｒ−ｒ　Ｇになるまで調整される。したがって、所
定の発生出力を下回った際に周波数・出力調節が積分動
作する規定周波数ｆＧへの回転数調節へ移行させられ、
それによりタービン回転数を確実に制限することができ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、常に両調節器が協働し、運転状態に置
かれた回転数調節器および出力調節器の機能が完全に保
持されたままであるので、安定性を系統の両限界時（分
離運転時および系統並列運転時）においてのみならず、
殆どその間のすべての運転時において保証することがで
きる。系統状態の変化時に出力・回転数調節器のパラメ
ータを調整するに及ばず、したがってかかるパラメータ
調整を導入する系統識別回路も不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図はＰＩ特性を有する回転数調節器を備えた一般の
出力調節器の組み合わせのための本発明による制限装置
の原理構成図、第２図はタービン発電機と接続した本発
明の特別の実施例の構成図、第３図は本発明による回転
数・出力調節器の運転特性図、第４図はタービンの回転
数制限のための付加装置の構成図を示す。 １・・・第１の比例要素、　２・・・共通な積分要素、
３・・・混合要素、　４・・・混合要素、　５・・・第
２の比例要素、　６・・・タービン、　７・・・同期発
電機、８・・・発電機開閉装置、　９・・・出力測定器
、　　１０・・・混合・要素、　　１２・・・一次遅れ
要素、　　１３・・・第３の比例要素、　１４・・・混
合要素、　　１５・・・第４の比例要素、　１６・・・
積分要素、　１７・・・混合要素。 ＩＧ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）それぞれ積分動作特性を有する回転数調節器および
   出力調節器を備えたタービン発電機の制御装置において （ａ）回転数調節器および出力調節器の積分動作成分は
   共通な積分要素（２）により形成し、 （ｂ）出力偏差（ｅ＿ｐ）から導き出した信号を、第１
   の比例要素（１）を介して共通な積分要素の入力端に作
   用させ、この積分要素の入力端に付加的に加算するよう
   に回転数偏差（ｅ＿ｆ）を直接に導き、 （ｃ）さらに回転数偏差（ｅ＿ｆ）を回転数調節器の比
   例ゲイン（Ｋ＿２）を形成する第２の比例要素（５）の
   入力端に導き、この第２の比例要素の出力信号を前記共
   通な積分要素の出力信号に加算する ようにしたことを特徴とするタービン発電機の制御装置
   。 ２）（ａ）第１の比例要素（１）には出力偏差（ｅ＿ｐ
   ）が一次遅れ要素（１２）を介して導かれ、その一次遅
   れ要素の時定数（Ｔ＿１）はタービン発電機（６、７）
   の共振周波数の逆数に相当し、 （ｂ）第３の比例要素（１３）によりタービン発電機の
   減衰率に応じて重み付けられた前記一次遅れ要素（１２
   ）の出力信号がその一次遅れ要素（１２）の入力信号か
   ら減算され、その差が出力調節器の比例ゲインを形成す
   る第４の比例要素（１５）に導かれ、（ｃ）第４の比例
   要素（１５）の出力信号は、前記一次遅れ要素（１２）
   の時定数（Ｔ＿１）および第１の比例要素（１）のゲイ
   ン（Ｋ＿１）に比例し且つ第４の比例要素（１５）のゲ
   イン（Ｋ＿４）に逆比例する積分時間（Ｔ＿２）を有す
   る共通な積分要素（２）の出力信号に加算される ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の制御装置
   。 ３）第１の比例要素（１）の出力信号は共通な積分要素
   （２）の入力端に最小値選択回路（ＭＩＮ）を介して入
   力され、その最小値選択回路（ＭＩＮ）の第２の入力端
   には一定の回転数限界値（ｆ＿Ｇ）とタービン発電機（
   ６、７）の回転数目標値（ｆ＾＊）との差が入力される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記
   載の制御装置。 ４）出力調節器の入力端は発電機（７）を系統（Ｎ）に
   接続する開閉器（８）の開路と同時に遮断もしくは切換
   えられることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
   第３項のいずれか１項に記載の制御装置。