JPH119000A

JPH119000A - 可変速発電機の制御方法及びその装置

Info

Publication number: JPH119000A
Application number: JP9156459A
Authority: JP
Inventors: Shigehiro Kayukawa; 滋広粥川; Mikisuke Higuchi; 幹祐樋口; Motoo Futami; 基生二見; Nobuhiro Takahashi; 信弘高橋
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1997-06-13
Filing date: 1997-06-13
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】電力系統の電力に動揺が発生した場合に、その
動揺により、重要な発電機および発電機群が系統から脱
落するのを防ぎ、かつその動揺を安定化する、電力系統
を安定化する機能を最小限の可変速発電機の容量で提供
する。【解決手段】可変速発電機が発電運転する場合の制御ブ
ロックにおいて、安定化制御回路１５および回転速度補
正制御回路１６を備え、両制御回路により、安定化対象
である発電機群の電力の向きに応じて、可変速発電機３
の回転速度に可変速範囲の下限あるいは上限付近で待機
運転すると共に、電力系統１に異常が生じたときには、
安定化対象である発電機群の電力の向きに応じて、可変
速発電機３から有効電力を放出または吸収し、可変速範
囲を最大限に利用して系統安定化を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は可変速発電機に係
り、特に交流電力系統に接続され、その系統に異常が生
じたときには速やかに有効電力を放出または吸収して、
系統安定度を向上させることができる可変速発電機の制
御方法及び制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、可変速発電機の有効電力を高速に
制御し、電力系統の安定化制御に使用する制御方法のひ
とつとしては、特願平５−２１９５０７号「可変速発電
機の運用法」に開示されている技術がある。

【０００３】これによれば、発電機が接続されている電
力系統において、送電線の電力動揺を抑制するように可
変速発電機の出力調整を実施することにより、電力系統
の安定化を実現することが可能である。

【０００４】例えば、２回線送電系統において、１回線
で地絡事故が発生した場合には、地絡側１回線が遮断さ
れることによって負荷側の電力が不足し、また系統電圧
はそれにより低下する。特に負荷側が必要電力一定の場
合には、電圧の低下により送電電流が増加することとな
り、送電線の電圧降下がより大きくなり、負荷側の電圧
の低下を増長することになる。このような場合に負荷側
に接続された可変速発電機の出力を調整し、一時的に負
荷側の電圧を上げ、送電線の電圧降下を抑制することが
可能である。

【０００５】上記従来技術によれば、地絡時の現象と動
揺、遮断器の動作状況の情報により、現象を把握し、可
変速同期機の有効電力を高速に制御することにより、電
力系統の安定化を図ることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
に系統異常時に可変速機の有効電力を制御する技術は提
案されているが、安定化対象となる発電機群や、系統の
潮流方向による制御方法および、可変速発電機の待機回
転速度制御については、上記従来技術の中では言及され
ていない。

【０００７】特に、発電機群の容量に比べて、可変速発
電機の制御できる有効電力量が小さい場合には、いかに
可変速発電機の有効電力制御能力を最大限に生かすかが
問題となる。

【０００８】本発明は、電力系統に何らかの擾乱が発生
し、電力系統の電力に動揺が発生した場合に、その動揺
により、重要な発電機および発電機群が系統から脱落す
るのを防ぎ、かつその動揺を安定化する制御方法に関す
るものであり、電力系統を安定化する機能を最小限の可
変速発電機の容量で提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、電力系統とその電力系統に接続された発電機
あるいは発電機群との間に位置する点に接続された、一
次巻線及び二次巻線を有する可変速発電機の制御装置に
おいて、前記電力系統から変圧器を介して給電され、出
力側が前記可変速発電機の二次巻線に接続され可変周波
数の交流電流を給電する電力変換部と、前記電力変換部
が供給する交流電流を制御する電流制御系と、前記電流
制御系での制御目標を設定するための変数値を入力する
電圧制御系及び電力制御系と、前記電力系統の異常を検
出する異常検出手段と、前記可変速発電機が接続されて
いる点以外の有効電力を検出する電力検出手段とを備
え、前記電力制御系は、前記異常検出手段により前記電
力系統での異常の発生が検出された場合に、前記可変速
発電機の有効電力制御を実施する安定化制御手段を備
え、前記安定化制御手段は、前記有効電力制御を実施す
る際に、前記電力検出手段が検出した電力潮流の方向に
応じて、前記可変速発電機の有効電力の補正すべき量の
符号を切り替える。

【００１０】また、上記目的を達成するために本発明
は、可変速発電機の制御方法において、前記電力系統に
異常が発生した場合には、前記可変速発電機が接続され
ている点以外の有効電力潮流の方向を検出し、その電力
潮流方向に応じて有効電力の補正すべき量の符号を切り
替え、その結果得られた補正量を用いて、前記可変速発
電機の有効電力制御を行なう。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明では、例えば安定化対象と
なる発電機や発電機群と負荷との間に可変速発電機を設
置し、前記可変速発電機が接続されている点の電圧、電
流、有効電力、無効電力を検出すると共に、安定化対象
となる発電機や発電機群付近の有効電力を検出し、前記
有効電力の方向により可変速発電機の運転回転速度を制
御すると共に、事故時の有効電力制御符号を判定する機
能を設けたものである。

【００１２】すなわち、定常時には、安定化対象の発電
機あるいは発電機群の有効電力の向きが負荷側に向かっ
ている場合には、可変速発電機の回転速度を可変速範囲
の下限付近とし、発電機群の有効電力の向きが発電機側
に向かっている場合には、可変速発電機の回転速度を可
変速範囲の上限付近で運転するように速度制御をおこな
う。

【００１３】また、系統事故時には、安定化対象の発電
機、発電機群の有効電力の向きが負荷側に向かっている
場合には、可変速発電機の有効電力制御を電力吸収側に
制御することにより、安定化対象の発電機が加速するの
を抑制し、発電機群の有効電力の向きが発電機側に向か
っている場合には、可変速発電機の有効電力制御を電力
放出側に制御することにより、安定化対象の発電機が減
速し、系統から脱落することを防止する。

【００１４】以下、本発明の制御方法の一実施形態を適
用した可変速発電機を備えた制御システムを、図１〜図
４を参照してより詳細に説明する。図１は本システムに
含まれる可変速発電機が発電運転する場合の制御ブロッ
クの一構成例を示す。

【００１５】本システムにおいては、図１に示すよう
に、電力系統１に主変圧器２を介して接続された可変速
発電機３が、サイクロコンバータなどの電力変換装置４
により交流励磁される。電力変換装置４は、電力系統１
から励磁用変圧器５を介して接続され、交流励磁電流の
位相を変化させることにより、可変速発電機３の出力を
増減させる。

【００１６】本システムはさらに、後述するような機能
をそれぞれ備えた、電圧制御器７、電力制御器８、電流
制御器９、パルス移相器１０、速度検出器１１、速度制
御器１２、サーボモータ１３、およびポンプ水車１４
と、本発明の特徴的構成である安定化制御回路１５およ
び回転速度補正制御回路１６とを備えている。

【００１７】電圧制御器７は、電力検出器６で検出され
る電力系統１の電圧Ｖと外部から与えられる電圧指令Ｖ
ｒｅｆの偏差を零にするように調整する。この電圧制御
器７は、可変速発電機３の２次電流のうち、１次側から
見て交流電力系統１の電圧位相と電気角でπ／２だけ位
相の異なる成分（ｄ軸成分と略す）の指令値を発生する
装置である。

【００１８】電力制御器８は、電力検出器６で検出され
る電力系統１から供給される有効電力Ｐと外部から与え
られる有効電力指令Ｐｒｅｆの偏差を零にするように調
整する。この電力制御器８は、可変速発電機３の２次電
流のうち、１次側から見て電力系統１の電圧位相に等し
い成分（ｑ軸成分と略す）の指令値を発生する装置であ
る。

【００１９】電流制御器９は、ｄ軸成分電流とｑ軸成分
電流から２次側各相電流指令Ｉａ＊，Ｉｂ＊，Ｉｃ＊を
演算し、この電流指令値と電力変換装置４の出力電流検
出値Ｉｍａ，Ｉｍｂ，Ｉｍｃを比較して、その偏差が零
になるように電力変換装置４を制御する。パルス移相器
１０は、電力変換器４を構成する素子に供給するゲート
パルスを作る。

【００２０】速度制御器１２は、速度検出器１１で検出
された可変速発電機３の回転速度Ｎと回転速度指令Ｎｒ
ｅｆの偏差を零にするように調整する。

【００２１】ポンプ水車１４は、最適回転速度Ｎｒｅｆ
と最適ガイドベーン開度指令Ｙｒｅｆにより制御される
もので、速度制御器１２の出力と最適ガイドベーン開度
指令Ｙｒｅｆの値よりサーボモータ１３が制御され、ガ
イドベーン開度が決定される。このように制御すること
により、適正な回転速度を保ちながらＩｑ指令により有
効電力出力を、Ｉｄ指令により発電機電圧あるいは無効
電力を制御することができる。

【００２２】安定化制御回路１５は、例えば系統内遮断
器の開閉状態に基づいて送信されてくる系統事故信号
と、可変速発電機以外の同期機付近に設けられた電力検
出器１８（図２参照）等で検出された有効電力信号ＰＬ
とを受け入れ、系統事故発生時での有効電力指令を補正
する安定化信号（有効電力補正信号）ΔＰｓｓを出力す
る。

【００２３】回転速度補正制御回路１６は、可変速発電
機以外の同期機付近の有効電力信号ＰＬから定常時の回
転速度指令の補正信号ΔＮを出力する。

【００２４】本実施形態のシステムでは、図２に示すよ
うに、同期機あるいは同期機群２０が負荷側３０の系統
に接続されており、その間に可変速発電機３が設置され
るものとする。さらに、可変速発電機３の近傍に電力検
出器６を設けて可変速発電機３からの出力電力ＰＧを検
出し、また、同期機２０の近傍に電力検出器１８を設け
て、同期機２０近傍の有効電力ＰＬを検出している。

【００２５】いま、系統２回線のうち片系３２にて地絡
事故が生じ、高速再閉路（事故相遮断器３４遮断→再閉
路）を実施したとすると、同期機２０が発電運転をして
いる場合、欠相中の系統３３、３４のインピーダンスが
増加し負荷側３０へ送電可能な電力量が減少する。この
ため、同期機２０は加速し、高速再閉路の時点で同期機
２０側の電圧位相が負荷側３０の電圧位相より進み、異
位相投入になり、電力動揺が継続し、最悪同期機が脱調
し系統から脱落することになる。

【００２６】このとき可変速発電機３は、それ自身の出
力電力ＰＧとを検出すると共に、遮断器動作等の系統事
故信号と検出された有効電力ＰＬの符号（流れの方向）
を検出し、それら検出した情報から、可変速発電機３の
有効電力を一時的に吸収するよう制御する。例えば可変
速発電機３が発電運転時には、その発電出力を減少させ
るように制御する。

【００２７】上記の制御動作を実現するための図１の安
定化制御回路１５の具体的構成例及びその動作につい
て、図３を参照して説明する。

【００２８】本例の安定化制御回路１５は、有効電力補
正信号ΔＰｓｓを生成する補正信号生成１５１、比較器
１５２、Ｐｓの値を設定する設定部１５３、１５４、お
よび、比較器１５２の比較結果に応じて接続すべき設定
部を切り替える選択部１５５から構成される。安定化制
御回路１５は、例えば上記各部の機能アルゴリズムを表
現したソフトウエアによって実現することができる。こ
こで、比較器１５２は予め定めたしきい値（本例では
０）と入力値とを比較するものであり、また、各変数は
以下のとおり定義される。

【００２９】Ｐｓ：時刻ｔ１からｔ２にかけて補正する
有効電力指令の大きさＰｏ：有効電力の補正すべき量（補正量）ｔ１：補正開始時刻ｔ２：Ｐｏあるいは−Ｐｏだけ有効電力を補正する時間なお、時刻ｔ１は、例えば系統事故が発生し、系統事故
相を開放（除去）するために動作する遮断器の動作タイ
ミングに応じて設定されるものであり、時刻ｔ２は、時
刻ｔ１と補正を継続すべき期間の長さとに応じて予め設
定される。

【００３０】本例の安定化制御回路１５においては、入
力されるＰＬ信号の符号を判定する比較器１５２によ
り、ＰＬが負（同期機２０付近の潮流方向が発電運転方
向）か、ＰＬ信号が正（同期機２０が揚水運転方向）か
を判定する。ＰＬ信号が負の場合には、系統事故信号を
トリガとして出力される安定化を行なうための有効電力
補正信号の符号を正（可変速発電機が有効電力を吸収す
る方向）とする。また、ＰＬ信号が正（同期機２０付近
の潮流方向が揚水運転方向）の場合には、有効電力補正
信号の符号を負（可変速発電機が有効電力を放出する方
向）とする。

【００３１】上記のような構成によれば、系統事故発生
時の有効電力の制御において、検出した有効電力ＰＬの
値が負の場合には、可変速発電機３が有効電力を吸収し
て、欠相中に同期機２０の有効電力が余剰となって加速
するのを防止することができる。また、検出した有効電
力ＰＬの値が正の場合には、可変速発電機３が有効電力
を放出して、欠相中に同期機２０の入力電力が減少し減
速するのを防止することができる。

【００３２】次に、上記図１の回転速度補正制御回路１
６の具体的構成例について、図４を参照して説明する。

【００３３】上述した安定化制御回路１５を備えたシス
テムでは、可変速発電機３の回転エネルギーを電力に変
えて吸収／放出する。したがって、より効率的に大きな
エネルギーの出し入れを行うためには、可変速機３の回
転子の慣性モーメントか、あるいは速度変化範囲を大き
くする必要がある。慣性モーメント増大は可変速機３の
大きさを、速度変化範囲拡大は可変速発電機２次電圧の
増加につながり電力変換器４を大きくすることになる。
しかしながら速度変化範囲の極力広い範囲を使用できれ
ば、機器の大きさを変えることなく、最大限の電力吸
収、放出が可能となる。

【００３４】このような制御を実現するために本例の回
転速度補正制御回路１６は、有効電力ＰＬの符号を判定
する比較器１６１、回転速度補正信号ΔＮの値を設定す
る設定部１６２、１６３、および、比較器１６１の比較
結果に応じて接続すべき設定部を切り替える選択部１６
４を備える。回転速度補正制御回路１６は、例えば上記
各部の機能アルゴリズムを表現したソフトウエアによっ
て実現することができる。ここで、変数Ｎは回転速度補
正量とする。

【００３５】本例の回転速度補正制御回路１６において
は、同期機２０付近の有効電力ＰＬの符号を判定する比
較器１６１を設け、有効電力ＰＬが負（同期機２０付近
の潮流方向が発電運転方向）か、有効電力ＰＬが正（同
期機２０が揚水運転方向）かを判定する。有効電力ＰＬ
が負の場合には、回転速度指令の補正信号ΔＮを負に、
有効電力ＰＬが正（同期機２０付近の潮流方向が揚水運
転方向）の場合には、ΔＮを正とする。

【００３６】上記の構成によれば、回転速度の制御にお
いて、有効電力ＰＬが負の場合には可変速発電機３の定
常時の回転速度は通常よりも低速度側の運転となり、系
統事故時に可変速発電機３が電力を吸収して回転速度が
上昇しても可変速範囲を逸脱するしにくくなる。また、
有効電力ＰＬが正の場合には、可変速発電機３の定常時
の回転速度は通常よりも高速度側の運転となり、可変速
発電機３が電力を放出して回転速度が下がっても可変速
範囲を逸脱しにくくなる。

【００３７】次に、本発明の他の実施形態を図５を参照
して説明する。以下の説明及び図５において、上記図１
の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付しその
詳細な説明を省略する。

【００３８】本実施形態のシステムは、可変速発電機３
が揚水運転あるいは調相運転する場合に好適なもので、
図５に示すような制御ブロック構成を備えている。本実
施形態の揚水、調相モードでは、上記図１の実施形態で
はサーボモータ１３へ出力されていた速度制御器１２出
力を、有効電力指令Ｐｒｅｆに加えることにより、速度
制御を行っている。

【００３９】調相運転の場合には、サーボモータ１３に
より、ガイドベーン開度を零まで締め切り、有効電力指
令Ｐｒｅｆを零とし、ポンプ水車１４を水面押し下げ状
態にて運転する。この場合も安定化制御回路１５を設置
し、同期機２０のＰＬの符号に応じて、安定化のための
有効電力補正信号ΔＰｓｓの符号を切り替えることによ
り、系統事故時の同期機２０の脱調を防止することが可
能である。また、回転速度補正制御回路１６をさらに設
けることにより、可変速発電機３の吸収／放出できる電
力量を最大限に拡大することができる。

【００４０】揚水の場合には、回転速度は可変速発電機
３の入力有効電力と密接な関係があるため、必ずしも上
記のように回転速度に補正をかけることが不適切な場合
もあるが、調相運転の場合には設定回転速度の制約は少
なく、上記の運用は特に有効である。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、系統異常時に他の発電
機の電力動揺や系統からの脱落を抑えるように有効電力
の急峻な放出、吸収を行えるので、系統安定度向上の効
果は極めて大きい。

【００４２】さらに、本発明によれば、放出、吸収する
電力量を可変速範囲を変えずに最大限利用できるように
なり、システムの小型化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における、可変速発電機を
発電運転した場合の全体制御ブロック図。

【図２】図１の実施形態における系統全体としての動作
を説明する説明図。

【図３】本発明の安定化制御回路の構成例を示すブロッ
ク図。

【図４】本発明の回転速度補正制御回路の構成例を示す
ブロック図。

【図５】本発明の他の実施形態における、可変速発電機
を揚水または調相運転した場合の全体制御ブロック図。

【符号の説明】

１．．．電力系統、２．．．主変圧器、３．．．可変速
発電機、４．．．電力変換器、５．．．励磁用変圧器、
６．．．電力検出器、７．．．電圧制御器、８．．．電
力制御器、９．．．電流制御系、１０．．．パルス位相
器、１１．．．速度検出器、１２．．．速度制御器、１
３．．．サーボモータ、１４．．．ポンプ水車、１
５．．．安定化制御回路、１６．．．回転速度補正制御
回路、２０．．．同期機、３０．．．負荷系統、３１、
３２．．．送電線インピダンス、３３、３４．．．遮断
器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者二見基生茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発本部内 (72)発明者高橋信弘愛知県名古屋市東区東新町１番地中部電力株式会社工務部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統とその電力系統に接続された発電
機あるいは発電機群との間に位置する点に接続された、
一次巻線及び二次巻線を有する可変速発電機の制御装置
において、前記電力系統から変圧器を介して給電され、出力側が前
記可変速発電機の二次巻線に接続され可変周波数の交流
電流を給電する電力変換部と、前記電力変換部が供給する交流電流を制御する電流制御
系と、前記電流制御系での制御目標を設定するための変数値を
入力する電圧制御系及び電力制御系と、前記電力系統の異常を検出する異常検出手段と、前記可変速発電機が接続されている点以外の有効電力を
検出する電力検出手段とを備え、前記電力制御系は、前記異常検出手段により前記電力系
統での異常の発生が検出された場合に、前記可変速発電
機の有効電力制御を実施する安定化制御手段を備え、前記安定化制御手段は、前記有効電力制御を実施する際
に、前記電力検出手段が検出した電力潮流の方向に応じ
て、前記可変速発電機の有効電力の補正すべき量の符号
を切り替えることを特徴とする可変速発電機の制御装
置。
【請求項２】請求項１において、前記安定化制御手段は、前記電力潮流の方向を特定するために、前記電力検出手
段が検出した有効電力値の符号の正負を判定する判定手
段と、前記有効電力の符号が正の場合に補正すべき量を設定す
る第１の設定手段と、前記有効電力の符号が負の場合に補正すべき量を設定す
る第２の設定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて、前記２つの設定手段
のうちの一方を選択する選択手段と、前記異常検出手段により検出された異常の発生に対応し
て、前記選択手段により選択された設定手段が示す量だ
け、ある特定の期間補正するよう制御するための有効電
力補正信号を生成する補正信号生成手段とを有し、前記電力制御系は、前記可変速発電機での有効電力値
と、外部から入力される電力指令値と、前記有効電力補
正信号の示す補正量とに応じて、前記可変速発電機の有
効電力制御を実施することを特徴とする可変速発電機の
制御装置。
【請求項３】請求項１において、前記可変速発電機の回転速度を制御する速度制御系をさ
らに有し、前記速度制御系は、前記電力検出手段が検出した電力潮
流の方向に応じて、前記可変速発電機の回転速度の補正
すべき量の符号を切り替え、その結果得られた補正量だ
け変化するよう前記回転速度を制御する、回転速度補正
制御手段を有することを特徴とする可変速発電機の制御
装置。
【請求項４】請求項３において、前記回転速度補正手段は、前記電力潮流の方向を特定するために、前記電力検出手
段が検出した有効電力値の符号の正負を判定する判定手
段と、前記有効電力の符号が正の場合に補正すべき量を設定す
る第１の設定手段と、前記有効電力の符号が負の場合に補正すべき量を設定す
る第２の設定手段と、前記判定手段の判定結果に応じて、前記２つの設定手段
のうちの一方を選択する選択手段とを有し、前記速度制御系は、前記可変速発電機の回転速度と、外
部から入力される電力指令値と、前記回転速度補正手段
の選択手段により選択された設定手段が示す補正量とに
応じて、前記回転速度制御を実施することを特徴とする
可変速発電機の制御装置。
【請求項５】請求項３において、前記可変速発電機が調相運転を行なう場合の制御モード
を備え、当該制御モードでは、前記電力制御系が、前記
速度制御系の制御出力を前記安定化制御手段の制御出力
に加えた結果と、前記可変速発電機の有効電力値とに応
じて、有効電力制御を行なうことを特徴とする可変速発
電機の制御装置。
【請求項６】電力系統とその電力系統に接続された発電
機あるいは発電機群との間に位置する点に接続された可
変速発電機の制御方法において、前記電力系統に異常が発生した場合には、前記可変速発
電機が接続されている点以外の有効電力潮流の方向を検
出し、その電力潮流方向に応じて有効電力の補正すべき
量の符号を切り替え、その結果得られた補正量を用い
て、前記可変速発電機の有効電力制御を行なうことを特
徴とする可変速発電機の制御方法。
【請求項７】請求項６において、前記電力系統に異常が発生していない場合には、前記可
変速発電機が接続されている点以外の有効電力潮流の方
向を検出し、その電力潮流方向に応じて前記可変速発電
機の回転速度の補正すべき量の符号を切り替え、その結
果得られた補正量を用いて、前記可変速発電機の回転速
度制御を行なうことを特徴とする可変速発電機の制御方
法。
【請求項８】請求項７において、前記可変速発電機が調相運転を行なう場合の制御モード
を備え、当該制御モードでは、前記回転速度の制御出力
を前記異常発生時の有効電力の制御出力に加え、その結
果得られる出力と、前記可変速発電機の有効電力値とに
応じて、前記可変速発電機の有効電力制御を行なうこと
を特徴とする可変速発電機の制御装置。