JP2008092799A - Excitation controller and excitation method of control - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電機の端子電圧を制御する励磁制御装置に関する。 The present invention relates to an excitation control device that controls a terminal voltage of a generator.
発電機の励磁装置は、例えば、特許文献1に記載されているように、発電機の界磁巻線をサイリスタ整流器により励磁して、発電機の端子電圧を制御するように形成されている。サイリスタ整流器の電源は発電機の出力端に接続された励磁変圧器から供給される。また、サイリスタ整流器は3相全波整流のサイリスタブリッジを複数並列に接続して構成され、その並列数は発電機の界磁電流値により異なるが、通常1〜10程度である。 As described in Patent Document 1, for example, the generator excitation device is configured to excite a field winding of a generator with a thyristor rectifier to control a terminal voltage of the generator. The power of the thyristor rectifier is supplied from an excitation transformer connected to the output terminal of the generator. The thyristor rectifier is formed by connecting a plurality of three-phase full-wave rectifier thyristor bridges in parallel. The number of parallel thyristors varies depending on the field current value of the generator, but is usually about 1 to 10.
一方、発電機の励磁制御装置は、計器用変圧器および計器用変流器を介して発電機の出力電圧および出力電流を取り込み、信号変換ユニット等により制御装置の入力に適した信号レベルを変換して、励磁制御に係る制御演算手段に入力するようにしている。制御演算手段は、例えば、演算周期に応じて3種類に分けることができる。第1は、信号変換ユニットにより変換された発電機の出力電圧および出力電流をサンプリングし、制御に必要な発電機電圧や有効電力、無効電力等の信号を所定の高速演算周期(例えば、1.0〜2.0ms程度)で検出する高速信号検出演算である。第2は、高速信号検出演算の結果を用いて、発電機の出力電圧の制御等の制御演算を所定の高速演算周期(例えば、5.0〜20.0ms程度)を実行し、演算結果をサイリスタ整流器を制御するゲートドライブ回路に出力する高速制御演算などが含まれる。第3は、ゲートドライブ回路からサイリスタ整流器へのゲートパルスの出力を制御する低速制御演算(演算周期50.0〜100.0ms程度)などが含まれる。つまり、ゲートドライブ回路は、低速演算結果に基づいて出力される制御入切指令を受信後、高速制御演算の演算結果である出力信号をサイリスタゲートに適正な信号に増幅した後出力し、発電機界磁電流を調整して発電機の出力電圧を制御する。 On the other hand, the generator excitation control device takes in the output voltage and output current of the generator via an instrument transformer and an instrument current transformer, and converts the signal level suitable for the input of the controller by a signal conversion unit or the like. Thus, it is input to the control calculation means related to the excitation control. For example, the control calculation means can be classified into three types according to the calculation cycle. First, the output voltage and output current of the generator converted by the signal conversion unit are sampled, and signals such as the generator voltage, active power, and reactive power necessary for control are output in a predetermined high-speed calculation cycle (for example, 1.. This is a high-speed signal detection calculation that is detected in about 0 to 2.0 ms. Second, using the result of the high-speed signal detection calculation, a control calculation such as control of the output voltage of the generator is executed for a predetermined high-speed calculation cycle (for example, about 5.0 to 20.0 ms), and the calculation result is This includes high-speed control calculations that are output to a gate drive circuit that controls the thyristor rectifier. The third includes a low speed control calculation (calculation cycle of about 50.0 to 100.0 ms) for controlling the output of the gate pulse from the gate drive circuit to the thyristor rectifier. In other words, the gate drive circuit receives the control on / off command output based on the low-speed calculation result, amplifies the output signal that is the calculation result of the high-speed control calculation into an appropriate signal for the thyristor gate, and outputs it. Adjust the field current to control the generator output voltage.
また、サイリスタ整流器は、複数のサイリスタブリッジを並列に接続して構成され、これらブリッジの電流分担はサイリスタ交流ブスのインダクタンスで調整し、微調整にはブスにカットコアを挿入して行っている。 The thyristor rectifier is configured by connecting a plurality of thyristor bridges in parallel, and the current sharing of these bridges is adjusted by the inductance of the thyristor AC bus, and the cut core is inserted into the bus for fine adjustment.
上述したように、発電機の励磁制御演算は、演算周期の違いによって3種類に分かれることから、中央演算処理装置(CPU)の負荷を考慮すると、高速信号検出演算および高速制御演算を行うための1CPUを搭載した制御基板、および低速制御演算を行うための1CPUを搭載した制御基板のように、最低でも2枚の制御基板が必要となる。また、信頼性を高めるために例えば2重系に冗長化すると、制御基板が4枚必要となり、その分コストアップとなる。 As described above, since the excitation control calculation of the generator is divided into three types according to the difference in the calculation cycle, considering the load on the central processing unit (CPU), the high-speed signal detection calculation and the high-speed control calculation are performed. At least two control boards are required, such as a control board equipped with 1 CPU and a control board equipped with 1 CPU for performing low-speed control calculations. Further, for example, if the redundant system is made redundant in order to increase the reliability, four control boards are required, which increases the cost accordingly.
また、サイリスタの電流分担の調整は、サイリスタ交流ブスのインダクタンスで調整した後、ブスにカットコアを挿入して微調整していることから、カットコアを挿入するためにブスを解体して、再度組み立てる作業が必要となる。したがって、作業コストおよびカットコア分がコストアップとなる。 In addition, the current sharing of the thyristor is adjusted with the inductance of the thyristor AC bus, and then finely adjusted by inserting the cut core into the bus, so that the bus is disassembled to insert the cut core and again Assembly work is required. Therefore, the work cost and the cut core are increased.
これらのことから、安価な励磁制御装置を提供することが困難であり、かつ実装部品の増加から励磁制御装置のコンパクト化が困難であった。 For these reasons, it is difficult to provide an inexpensive excitation control device, and it is difficult to make the excitation control device compact due to an increase in the number of mounted parts.
本発明は、サイリスタの電流分担の調整作業を簡単化することを課題とする。 An object of the present invention is to simplify the adjustment work of current sharing of a thyristor.
また、これに加えて、実装部品を減らして励磁制御装置をコンパクト化することを他の課題とする。 In addition to this, another object is to make the excitation control device compact by reducing the number of mounted parts.
上記の課題を解決するため、本発明の発電機の励磁制御装置は、発電機の界磁巻線に励磁電流を供給する並列接続された複数のサイリスタ整流器を構成するにゲートパルスをそれぞれ供給するゲートドライブ回路が搭載された基板を含んでなり、前記各サイリスタに供給するゲートパルスの位相角を調整する位相調整手段を設けてなることを特徴とする。この場合において、位相調整手段をゲートドライブ回路が搭載された基板に搭載することができる。 In order to solve the above-described problems, the generator excitation control apparatus according to the present invention supplies gate pulses to constitute a plurality of thyristor rectifiers connected in parallel to supply excitation current to the field winding of the generator. It comprises a substrate on which a gate drive circuit is mounted, and is provided with phase adjusting means for adjusting the phase angle of the gate pulse supplied to each thyristor. In this case, the phase adjusting means can be mounted on the substrate on which the gate drive circuit is mounted.
このように構成されることから、並列接続された複数のサイリスタ整流器の各サイリスタに供給するゲートパルスの位相角を調整することにより、並列接続されたサイリスタ整流器の各サイリスタの電流を微調整することができる。したがって、サイリスタ交流ブスにカットコアを挿入することなく、各サイリスタの電流分担を微調整することができるから、サイリスタの電流分担の調整作業を簡単化することができると共に、サイリスタの電流分担調整に係る構成をコンパクト化することができる。 With this configuration, the current of each thyristor of the thyristor rectifier connected in parallel can be finely adjusted by adjusting the phase angle of the gate pulse supplied to each thyristor of the plurality of thyristor rectifiers connected in parallel. Can do. Therefore, since the current sharing of each thyristor can be finely adjusted without inserting a cut core into the thyristor AC bus, the adjustment of the current sharing of the thyristor can be simplified and the current sharing of the thyristor can be adjusted. Such a configuration can be made compact.
また、他の課題を解決するため、本発明は、発電機の出力電圧と出力電流の検出値をサンプリングして第1の演算周期で発電機の励磁制御に係る状態量を演算する信号検出演算手段と、該信号検出演算手段により演算された状態量に基づいて前記第1の演算周期よりも長い第2の演算周期で前記発電機の状態量を目標値に制御する制御指令を演算する高速制御演算手段と、前記発電機の界磁巻線に励磁電流を供給する並列接続された複数のサイリスタ整流器を構成するサイリスタにゲートパルスをそれぞれ供給するゲートドライブ回路と、外部から入力される前記発電機に係る系統制御指令に基づいて前記第2の演算周期より長い第3の演算周期で前記高速制御演算手段で演算された前記制御指令の前記ゲートドライブ回路への出力を制御する低速制御演算手段とを備えた発電機の励磁制御装置において、前記信号検出演算手段と前記高速制御演算手段と前記低速制御演算手段を実行する一個のCPUが搭載された制御基板と、前記ゲートドライブ回路が搭載された基板とを有し、前記各サイリスタに供給するゲートパルスの位相角を調整する位相調整手段を前記ゲートドライブ回路が搭載された基板に設けたことを特徴とする。 Further, in order to solve other problems, the present invention is a signal detection calculation that samples the detected values of the output voltage and output current of the generator and calculates the state quantity related to the excitation control of the generator in the first calculation cycle. And a high speed calculating a control command for controlling the state quantity of the generator to a target value in a second computation cycle longer than the first computation cycle based on the state quantity computed by the signal detection computation means Control arithmetic means, a gate drive circuit for supplying gate pulses to thyristors constituting a plurality of thyristor rectifiers connected in parallel for supplying an exciting current to the field winding of the generator, and the power generation input from the outside Controlling the output of the control command calculated by the high-speed control calculation means to the gate drive circuit in a third calculation cycle longer than the second calculation cycle based on a system control command related to the machine In a generator excitation control device comprising a low-speed control calculation means, a control board on which a single CPU for executing the signal detection calculation means, the high-speed control calculation means, and the low-speed control calculation means is mounted, and the gate drive And a substrate on which the gate drive circuit is mounted. The phase adjusting means for adjusting the phase angle of the gate pulse supplied to each thyristor is provided on the substrate on which the gate drive circuit is mounted.
すなわち、信号検出演算と高速制御演算と低速制御演算とを1つのCPUで実行するようにして、一枚の制御基板でそれらの演算を行うことを可能とし、かつゲートドライブ基板上でゲートパルスの位相を調整可能とし、サイリスタ電流分担の微調整をできるようにしたことを特徴とする。これにより、励磁制御演算に係る制御基板を1枚にし、かつサイリスタ整流器の電流分担の調整を簡単な構成で可能にして、安価でコンパクトな励磁制御装置を実現できる。 That is, the signal detection calculation, the high-speed control calculation, and the low-speed control calculation are executed by one CPU so that the calculation can be performed by one control board, and the gate pulse on the gate drive board can be calculated. The phase can be adjusted, and the thyristor current sharing can be finely adjusted. As a result, a single control board for excitation control calculation can be provided, and the current sharing of the thyristor rectifier can be adjusted with a simple configuration, so that an inexpensive and compact excitation control device can be realized.
本発明によれば、サイリスタの電流分担の調整作業を簡単化することができる。また、他の発明によれば、実装部品を減らして励磁制御装置をコンパクト化することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the adjustment work of the current sharing of a thyristor can be simplified. According to another invention, the number of mounted parts can be reduced and the excitation control device can be made compact.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1に、本発明の一実施の形態の励磁制御装置を適用してなる発電機の励磁装置の全体構成図を示す。図示のように、発電機1の出力は、主変圧器5により昇圧された後、並入用遮断器6を介して系統の送電線に供給されるようになっている。発電機1の界磁巻線2は、サイリスタ整流器4から供給される励磁電流によって励磁される。サイリスタ整流器4は、3相全波整流のサイリスタブリッジを複数並列に接続して構成され、その並列数は発電機1の界磁電流値により異なるが、通常は1〜10程度のサイリスタを並列に接続して構成される。サイリスタ整流器4の電源は、発電機1の出力端に接続された励磁変圧器3から供給される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a generator excitation apparatus to which an excitation control apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. As shown in the figure, the output of the generator 1 is boosted by the main transformer 5 and then supplied to the transmission line of the system via the parallel breaker 6. The field winding 2 of the generator 1 is excited by the excitation current supplied from the thyristor rectifier 4. The thyristor rectifier 4 is configured by connecting a plurality of three-phase full-wave rectifier thyristor bridges in parallel, and the number of parallel thyristors 4 differs depending on the field current value of the generator 1, but usually about 1 to 10 thyristors are arranged in parallel. Connected and configured. The power of the thyristor rectifier 4 is supplied from the excitation transformer 3 connected to the output terminal of the generator 1.
一方、励磁制御装置7は、同一の制御演算を実行する2つの制御基板31(A、B)が設けられた二重系の励磁制御装置として構成されている。つまり、励磁制御装置7は、2つの計器用変圧器8(A、B)で降圧した発電機の出力電圧を、それぞれ2つの制御基板31に入力する。各制御基板31は、入力信号を比較演算することにより、発電機電圧の制御を行う。ここで、計器用変圧器8の出力電圧は、通常AC100V〜AC120V程度であり、この信号を制御基板8内のアナログ入力部から取り込むことになる。しかし、アナログ入力部の入力レンジは、通常AC10V程度であるから、計器用変圧器8の出力信号を制御基板31へ直接入力することはできない。このため、本実施形態の制御基板31には、電圧レベル変換用として抵抗を実装し、従来のような信号変換ユニットを介さなくても、計器用変圧器8の出力を制御基板31へ直接入力できるようにしている。同様に、発電機1の出力電流は、2つの計器用変流器9(A、B)から制御基板31へ直接入力できるようにしている。このようにしてアナログ入力部から入力された発電機の状態量信号は、A/D変換されてディジタル信号として制御基板31に搭載されたCPUにより後述する制御演算等が実行される。また、各制御基板31(A、B)には、プラント運転指令などの系統制御指令10(A、B)がそれぞれ入力されるようになっている。
On the other hand, the excitation control device 7 is configured as a double-system excitation control device provided with two control boards 31 (A, B) for executing the same control calculation. That is, the excitation control device 7 inputs the output voltages of the generators stepped down by the two instrument transformers 8 (A, B) to the two
制御基板31により演算された演算結果であるサイリスタの点弧角などの制御指令は、ゲートドライブ基板32に出力されるようになっている。ゲートドライブ基板32は、ゲートドライブ回路33とゲートパルスの位相調整手段である位相調整スイッチ34が搭載されている。位相調整スイッチ34は、サイリスタ整流器4を構成する並列接続された複数のサイリスタブリッジごとに対応して設けられている。なお、図では1相分のみ示しているが、前述したように、サイリスタ整流器4は、例えば、図2に示すように、3相全波整流を行うブリッジ構成のサイリスタ整流器41を複数並列に接続して構成されている。
A control command such as a firing angle of the thyristor, which is a calculation result calculated by the
ここで、制御基板31により実行される制御演算は、本実施形態では、演算周期に応じて3種類に分けている。第1は、アナログ入力部から取り込まれた発電機の出力電圧および出力電流をサンプリングすると共に、制御に必要な発電機電圧や有効電力、無効電力等の状態量信号を所定の高速演算周期(例えば、1.0〜2.0ms程度)で検出する高速信号検出演算である。第2は、高速信号検出演算の結果を用いて、発電機電圧制御(AVR)や系統安定制御(PSS)等の制御演算を所定の高速演算周期(例えば、5.0〜20.0ms程度)で実行し、演算結果をサイリスタ整流器4を制御するゲートドライブ回路33に出力する高速制御演算などが含まれる。第3は、高速制御演算とは非同期で演算する制御演算であり、高速制御演算の制御指令であるサイリスタの点弧角指令をゲートドライブ回路33に出力する制御入切指令をロジック演算により生成する低速制御演算(演算周期50.0〜100.0ms程度)などが含まれる。つまり、ゲートドライブ回路33は、低速演算結果に基づいて出力される制御入切指令を受信後、高速制御演算の演算結果である点弧角指令をサイリスタゲートに適正なゲートパルスに増幅した後、サイリスタ整流器4に出力して発電機界磁電流を調整することにより、発電機の出力電圧を制御する。
Here, in the present embodiment, the control calculation executed by the
上述したように、本実施形態の制御基板31は、1つのCPUにより高速信号検出演算と高速制御演算と低速制御演算とを実行することを特徴とする。これらの演算周期は、前述のごとく高速信号検出演算は1.0ms程度、高速制御演算は5.0ms程度、低速制御演算は50.0ms〜100ms程度が要求される。そのため、1つのCPUでそれらの演算を行うと、CPUの負荷率オーバーの危険性があり制御不能に陥ることとなる。これを回避するため、本実施形態では、次のような工夫がされている。
(1)各演算で使用する共通メモリを制御基板31内に設けることにより、高速信号検出演算、高速制御演算、および低速制御演算の共通メモリへのアクセス時間を短縮し、CPU内での各演算の動作時間を短縮している。
(2)発電機電圧制御で必要とされていた制御機能を見直して簡素化し、必要最低限の機能のみを演算することで、高速制御演算処理の負荷を最小限にしている。
As described above, the
(1) By providing a common memory used in each calculation in the
(2) The control function required for generator voltage control is reviewed and simplified, and only the minimum necessary functions are calculated, thereby minimizing the load of high-speed control calculation processing.
本実施形態は、演算処理の最適化により1つのCPUで上述の3種類の演算を処理しても、負荷率オーバーすることなく制御不能となる危険性を回避していることを特徴とする。 The present embodiment is characterized by avoiding the risk of being uncontrollable without exceeding the load factor even if the above three types of calculations are processed by one CPU by optimizing the calculation process.
次に、本発明の他の特徴であるゲートドライブ基板32について説明する。本実施形態のサイリスタ整流器4は、3相全波整流サイリスタブリッジが並列接続されてる。そして、サイリスタブリッジは各々の通電電流が均等配分されるよう交流ブスのインダクタンスが調整されている。ゲートドライブ基板32にはサイリスタを点弧するゲートパルスの位相を手動で微調整可能な位相調整スイッチ34が設けられている。位相調整スイッチ34は、ゲートドライブ回路33から出力される各々のサイリスタブリッジについて、ゲートパルスの位相を調整可能になっている。例えば、サイリスタ整流器4の定格電流が3,000A、サイリスタブリッジの並列数が3の場合、各サイリスタブリッジに流れる電流が、ほぼ1,000Aに均等配分されるように調整する。ここで、各サイリスタブリッジの通電電流を微調整する必要がある場合、例えば、あるサイリスタブリッジにおいて1,000Aを超えた電流が流れている場合は、そのサイリスタブリッジのゲートパルスを位相調整スイッチ34で遅れ位相方向に操作する。これにより、当該サイリスタブリッジの電流は絞り込まれて減少方向に調整され、各サイリスタブリッジ間の電流バランスが保たれる。本実施形態によれば、サイリスタブリッジ数が増加しても、ゲートドライブ基板32上の位相調整スイッチ34を操作することで、ブリッジに流れる電流の微調整が可能となり、従来必要であった調整用のカットコアは不要となる。
Next, the gate drive substrate 32 which is another feature of the present invention will be described. In the thyristor rectifier 4 of this embodiment, a three-phase full-wave rectifying thyristor bridge is connected in parallel. In the thyristor bridge, the inductance of the AC bus is adjusted so that the respective energization currents are evenly distributed. The gate drive substrate 32 is provided with a
1 発電機
2 界磁巻線
3 励磁変圧器
4 サイリスタ整流器
5 主変圧器
6 並入用遮断器
7 励磁制御装置
8 計器用変圧器
9 計器用変流器
31 制御基板
32 ゲートドライブ基板
33 ゲートドライブ回路
34 位相調整スイッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
前記信号検出演算手段と前記高速制御演算手段と前記低速制御演算手段を実行する一個のCPUが搭載された制御基板と、前記ゲートドライブ回路が搭載された基板とを有し、前記各サイリスタに供給するゲートパルスの位相角を調整する位相調整手段を前記ゲートドライブ回路が搭載された基板に設けたことを特徴とする発電機の励磁制御装置。
Based on the signal detection calculation means for sampling the generator output voltage and output current and calculating the state quantity relating to the excitation control of the generator in the first calculation cycle, and the state quantity calculated by the signal detection calculation means High-speed control calculation means for calculating a control command for controlling the state quantity of the generator to a target value in a second calculation cycle longer than the first calculation cycle; and an excitation current in the field winding of the generator A gate drive circuit for supplying gate pulses to thyristors constituting a plurality of thyristor rectifiers connected in parallel, and longer than the second calculation cycle based on a system control command relating to the generator input from the outside A generator excitation control device comprising: low speed control calculation means for controlling the output of the control command calculated by the high speed control calculation means to the gate drive circuit in a third calculation cycle. Oite,
A control board on which one CPU for executing the signal detection calculation means, the high-speed control calculation means, and the low-speed control calculation means is mounted; and a board on which the gate drive circuit is mounted, and is supplied to each thyristor An excitation control device for a generator, wherein phase adjusting means for adjusting a phase angle of a gate pulse to be provided is provided on a substrate on which the gate drive circuit is mounted.
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