JP3633210B2 - Svc装置の制御方式 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、SVC装置(静止型無効電力補償装置)の制御方式に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
現在、SVC装置を系統連系点電圧一定制御(以下、SVC制御という)に用いる場合には、連系点電圧を検出してそれを適当なローパスフィルタに通したものを制御量として、一般的なPI制御系とすることにより行われている。図8にSVC制御系の構成を示し、図9にSVC装置の電力系統に対する配置を示す。
【0003】
図8において、11は連系点電圧指令、13は電圧偏差検出用加算器、14は電圧偏差を比例積分演算するPIコントローラ、22はコントローラからの電流指令を制限するリミッタ、23はリミッタ22からの電流指令で動作するインバータ、26は電力系統、30は連系点電圧実効値を検出する4次のローパスフィルタ、31は連系点電圧実効値を示す。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来図8の制御系が安定に動作するためには、系統連系点の上位側リアクトル成分Lppの大きさに応じてPIゲインを適切に調整しなければならない。ところが、制御動作中はPIゲインは固定されたままであり、上位側リアクトル成分Lppが変動した場合には制御系が不安定になる場合がある。
【0005】
上記従来制御系のステップ応答を図10〜図13に示す。PIゲインはLpp=0.75mHでオーバーシュートがなく応答も速くなるように調整されている。図10はLpp=1.6mH、図11はLpp=1.0mH、図12はLpp=0.75mH、図13はLpp=0.3mHの場合のステップ応答である。PIゲインが適切な図12ではオーバーシュートもなく応答も速い。しかし、図10,図11の場合にはLppが大きくなっているため振動的な応答や、オーバーシュートを持つ応答になっている。一方、図13はLppが小さくなっているため、応答が遅くなっている。
【0006】
このように、上記制御系では、上位リアクトル成分Lppがある値のときには望ましい応答になるが、Lppの値が変動した場合には振動的な応答になったり、応答が遅くなったりする。また、更にLppが増えた場合には制御動作が不可能になるという問題がある。また、振動的な応答を示すので、電圧を変化させたときのオーバーシュートの高電圧により機器の許容定格電圧を超える場合には、機器へのストレスが増大する。また、アンダーシュートの低電圧では様々な装置が正常に動作しないといった問題がある。
【0007】
この発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上位リアクトル成分が変動した場合には適応的にPIゲインを調整し、上位リアクトル成分の大きさにかかわらず、予め設定された規範モデルと同じ応答が得られるSVC装置の制御方式を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明は、SVC装置により系統連系点電圧を一定に制御するSVC装置の制御方式において、制御対象に可調整パラメータが付加されたプラントの動作手本となる規範モデル系と、プラントと規範モデルからの各状態信号に重みをつけて加算して状態誤差を演算する手段と、この状態誤差とプラントの電流指令から適応パラメータを演算する手段とを有し、この適応パラメータをSVC装置の無効電流指令値に乗ずるモデル規範形適応制御系とを設けて、プラントの応答が規範モデルの応答と等しくなるようにSVC装置を制御するものである。
【0009】
そして、モデル規範形適応制御系に、状態誤差を通す一次ローパスフィルタと、演算された適応パラメータを通す一次ローパスを設けて制御系の動作を安定させる。
【0010】
また、モデル規範形適応制御系に、状態誤差に定常的に存在するノイズ成分を除去する不感帯ブロックを設けて適応パラメータのドリフトを防止する。
【0011】
また、モデル規範形適応制御系に、適応パラメータの変動を促す再同定処理ブロックを設けて適応パラメータの収束値を適切にする。
【0012】
また、SVC装置の出力無効電流指令値に、負荷無効電流の直流分を足す手段を設け、負荷の無効電流変動による電圧変動を減少させる。
【0013】
また、モデル規範形適応制御系における適応則中のPIコントローラの積分器出力誤差の重みを零とし、SVC装置の出力無効電流指令値に差が発生しても適応パラメータの変動が抑制されるようにする。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1に実施の形態にかかるモデル規範形適応制御系(MRAC)を応用したSVC制御系を示す。同図において、A(11〜31)はプラント、B(41〜47)は規範モデル、C(51〜60)は適応機構(MRAC)である。(MRACについては、「計測と制御」Vol、17、NO.8、(昭53、8)P、602参照)。
【0015】
プラントAは、SVC装置を制御するための連系点電圧指令11を適応機構Cの再同定動作ブロック61からの再同定信号で補正する加算器12と、この補正された電圧指令とローパスフィルタ30で検出し連系点電圧との偏差を検出する加算器13と、この偏差電圧をPI演算するPIコントローラ14と、このコントローラからの無効電流指令と適応機構Cのリミッタ59からの可調整パラメータを乗算し、パラメータ補正した無効電流指令を出力する乗算器19と。
【0016】
この電流指令から負荷無効電流の直流成分を足す加算器21と、この加算器からの無効電流指令を制限するリミッタ22と、
このリミッタからの無効電流指令に実負荷無効電流24を加算する加算器25と、この加算器からの無効電流指令に基づくSVC装置出力電流が流れる連系点上位側系統の定数(W,Lpp)27と、系統電源電圧28に系統の定数27による電圧降下を加算して連系点電圧を出力する加算器29と、この連系点電圧実効値を検出し制御量として偏差検出加算器13に出力する4次のローパスフィルタ30で構成されている。
【0017】
規範モデルBは、プラントAの加算器12からの再同定信号が加算された電圧指令と4次のローパスフィルタモデル47からの検出電圧との偏差を検出する加算器41と、この電圧偏差をPI演算するPIコントローラモデル42と、このコントローラモデルからの電流指令を制限するリミッタモデル43と、このSVC装置出力電流が流れる連系点上位側系統の定数(W,Lpp)44と、系統電源電圧45に系統の定数44による電圧降下を加算して連系点電圧を出力する加算器46と、この連接点電圧実効値を検出する4次のローパスフィルタモデル47で構成されている。
【0018】
適応機構Cは、規範モデルBのローパスフィルタモデル47,PIコントローラモデル42,プラントAのローパスフィルタ30,PIコントローラ14からの4つの状態信号が入力し、5つの状態変数誤差を設定する状態変数誤差設定ブロック51と、この5つの状態変数誤差にそれぞれ重みつけするための5つの重み(このうちの第5成分である適応則中のPIコントローラの積分器出力の重みは0とする)を出力する重み設定ブロック52と、上記5つの状態変数にそれぞれ5つの重みを掛けて重みづけし加算して規範モデルBとプラントAの状態誤差を出力する状態誤差演算器53と。
【0019】
この状態誤差を通す一次のローパスフィルタ54と、このローパスフィルタからの状態誤差を図示の特性で通す不感帯ブロック55と、図2のフローにより不感帯ブロック55からの状態誤差PFILinに無駄時間DTを与えてパルス的に発生する状態誤差を除去する移相フィルタ56と。
【0020】
この移相フィルタ56からの状態誤差とプラントAのPIコントローラ14からの電流指令とにより適応パラメータKLを演算する適応パラメータ演算ブロック57と、この適応パラメータを通す1次ローパスフィルタ58と、このフィルタからの適応パラメータを制限するリミッタ59と、このリミッタからの適応パラメータKLを図3のアルゴリズムにより再同定処理し、プラントAの加算器12に再同定信号IDを出力する再同定動作ブロック61で構成されている。
【0021】
上記状態変数設定ブロック51は、PIコントローラモデル42からの積分出力Xcm(1次元ベクトル(スカラ))と、ローパスフィルタモデル47からの4次のローパスフィルタの状態の4次元ベクトルXfmと、PIコントローラ14からの積分出力Xcp(スカラ)と、ローパスフィルタ30からの4次元ベクトルXfpから5次元ベクトルeを出力する。前記の記号を用いて、第1番目から第4番目の要素は、Xfm・Xfp、第5番目の要素はXcm・Xcpとなる。
【0022】
また、上記状態変数誤差設定ブロック51から出力される5つの重みである5次元の定数ベクトルPBfoは、PIコントローラ42,14、4次のローパスフィルタ47,30及びインピーダンスモデルwLMの各ブロック中の係数を用いて、一般的なMRACの構成手法に従って導出される。
【0023】
また、状態誤差演算器53の出力は、状態変数誤差設定ブロック51の出力を上記5次元の定数ベクトルPBfoで重みづけしたものであり、ブロック51の出力を〔e1,e2,e3,e4,e5〕、定数ベクトルPBfoの5次元ベクトルを〔c1,c2,c3,c5〕と表すと、状態誤差演算器53の出力は、c1e1+c2e2+c3e3+c4e4+c5e5となる。
【0024】
以上のように構成されているので、適応機構CはプラントA及び規範モデルBのPIコントローラ14及びそのモデル42と4次ローパスフィルタ30及びそのモデル47からの信号を取り込んで、プラントAの加算器12にプラントAの応答が規範モデルCの応答と等しくなるように再同定信号IDを出力する。
【0025】
そのため、連系点上位側のリアクトル成分Lppが変動した場合にもプラントAのPIゲインが適応的に調整される。従って、リアクトル成分Lppの大きさに拘わらず、プラントAの応答は規範モデルCと同じ応答となる。
【0026】
ただ、単にMRACを適用しただけでは、上位負荷変動等の外乱の影響を受けやすいが、上記実施の形態ではMRACの適応則が下記のように改良されているので、外乱の影響を受けることがない。
【0027】
(1)演算器53からの規範モデルとプラントの状態誤差を一次のローパスフィルタ54に通した。
(2)それを更に不感帯ブロック55に通した。
(3)それを更にパルス状の変動は無視する移相フィルタ56に通した。
(4)演算ブロック57で演算された適応パラメータを一次のローパスフィルタ58に通した。
(5)再同定動作ブロック61を付加した。
(6)乗算器19から出力されるSVC装置出力無効電流指令値に負荷無効電流の直流成分20を足した。
(7)適応則中のPIコントローラ14と42の積分器出力誤差の重みをゼロにした。
【0028】
上記MRAC適応則の改良により下記のように上位負荷変動等の外乱の影響を受けなくなる。
【0029】
上記(1)のローパスフィルタ54の効果により、負荷変動や上位インピーダンス変動により引き起こされた電圧変動による状態誤差変動が干渉され、適応パラメータ変動が抑制される。
上記(2)の不感帯ブロック55により、状態誤差に定常的に存在するノイズ成分による適応パラメータ変動が抑制される。
上記(4)の移相フィルタ56により適応パラメータの過渡な変動が抑制される。
【0030】
上記(1)のローパスフィルタ54,(2)の不感帯ブロック55、(4)のローパスフィルタ58を付けることによりそれらのノイズの影響が除去され制御動作が安定する。ところが、上位負荷が変動した場合、この変動によってMRACの状態誤差が発生し、この状態誤差により適応パラメータがドリフトし、制御系が不安定になり、上位負荷変動によりパルス的な変動が生ずるが、上記(3)の移相フィルタ55により、パルス的な変動が無視される。
【0031】
上記インピーダンスや負荷が変動した場合、MRACと上記(1)〜(4)の効果により適応パラメータが変動し、ある値に収束する。ところが、その収束値が必ずしも適切な値になっているとは限らないが、上記(5)の再同定処理ブロック61を付けたことにより適応パラメータの変動が促され、その収束値は適切な値となる。
【0032】
負荷が変動した場合、負荷の種類により系統無効電流と系統有効電流が変動する。無効電流が変動した場合、規範モデルBの無効電流指令値とSVC装置の無効電流指令値が異なり、これが状態誤差となり、適応パラメータのドリフト現象が発生するが、上記(6)の無効電流指令値に負荷無効電流の直流成分を足したことにより、負荷の無効電流が変動した場合でも、規範モデルとSVC装置の出力無効電流指令値は等しくなり、適応パラメータのドリフトが発生しない。また、負荷の無効電流変動による電圧変動も減少する。
【0033】
一方、負荷の有効電流が変動した場合、負荷有効電流変動による電圧変動をSVC装置は無効電流を出力することにより補償する。従って、負荷有効電流が変動した場合にも規範モデルとSVC装置の出力無効電流に定常的に差が発生することになり、これにより適応パラメータのドリフトが発生するが、上記(7)のPIコントローラの積分出力の重みをゼロとしたことにより、負荷有効電流が変動し規範モデルとSVC装置の出力無効電流指令値に差が発生しても、適応パラメータの動作が抑制される。
【0034】
上記(6)の具体的方法は、次の通りである。
SVC装置の出力無効電流指令値Id refはPIコントローラにより、
Id ref=(Kp+Ki/S)(連系点電圧実効値設定値−連系点電圧実効値)
で与えられる。
【0035】
上記(6)の負荷の無効電流をId load refとすると、
Id ref=(Kp+Ki/S)(連系点電圧実効値設定値−連系点電圧実効値)+Id load ref
とすることである。
【0036】
また、上記(8)の具体的方法は、次のとおりである。
今、重み設定ブロック52の重みPBf0は一般的なMRACの導出過程から導かれる(前記参考文献参照)。
【0037】
図1の制御系においては、重みPBf0は5次元ベクトルとなり、その実際の値は、P
PBf0=[69.2,66.6,−61.9,−90.4,−0.015]である。
上記(8)は、PBf0=[69.2,66.6,−61.9,−90.4,0]
とする。
【0038】
図4〜図7にそれぞれ従来図10〜図13の実験と同じPIゲイン,リアクトルLppを用いたときの実験結果を示す。図4〜図7では、それぞれLppが異なるにもかかわらず、いずれも同じステップ応答を示している。また、どの場合にもオーバーシュートはなく応答も速い。したがって、オーバーシュートによる機器の破損、アンダーシュートによる機器の不動作、また、応答時間の遅れなどの可能性が少ない。
【0039】
【発明の効果】
この発明は、上述のとおり構成されているので、以下に記載する効果を奏する。
【0040】
(1)上位リアクトル成分の大きさが変わっても予め設定された規範モデルと同じ応答が得られる。
【0041】
(2)このためオーバーシュートによる機器の破損,アンダーシュートによる機器の不動作,応答時間遅れがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態にかかるMRACを応用したSVC制御系を示すブロック図。
【図2】パルス的に発生する状態誤差を除去するフィルタ処理フロー図。
【図3】再同定処理アルゴリズム。
【図4】MRACを応用したSVC制御系のステップ応答(Lpp=1.6mHの場合)を示すグラフ。
【図5】MRACを応用したSVC制御系のステップ応答(Lpp=1.0mHの場合)を示すグラフ。
【図6】MRACを応用したSVC制御系のステップ応答(Lpp=0.75mHの場合)を示すグラフ。
【図7】MRACを応用したSVC制御系のステップ応答(Lpp=0.3mHの場合)を示すグラフ。
【図8】従来例にかかるSVC制御系を示すブロック図。
【図9】SVC装置の配置図。
【図10】従来SVC制御系のステップ応答(Lpp=1.6mHの場合)を示すグラフ。
【図11】従来SVC制御系のステップ応答(Lpp=1.0mHの場合)を示すグラフ。
【図12】従来SVC制御系のステップ応答(Lpp=0.75mHの場合)を示すグラフ。
【図13】従来SVC制御系のステップ応答(Lpp=0.3mHの場合)を示すグラフ。
【符号の説明】
A…プラント
B…規範モデル
C…適応機構,モデル規範形適応制御系,MRAC
11…連系点電圧指令
12,13…加算器
14…PIコントローラ
19…乗算器
20…負荷無効電流の直流成分
21…加算器
22…リミッタ
24…実負荷無効電流
25…加算器
27…連系点上位側送電線定数
28…系統電源電圧
29…加算器
30…4次のローパスフィルタ,実効値検出用ローパスフィルタ
41…加算器
42…PIコントローラモデル
43…リミッタモデル
44…送電線定数モデル
45…系統電源電圧モデル
46…加算器
47…4次のローパスフィルタモデル,実効値検出用ローパスフィルタモデル
51…状態変数設定ブロック
52…重み設定ブロック
53…状態誤差演算器
54…1次ローパスフィルタ
55…不感帯ブロック
56…パルス的に発生する状態誤差除去フィルタ
57…適応パラメータ演算ブロック
58…1次ローパスフィルタ
59…リミッタ
61…再同定動作ブロック。
Claims (6)
- SVC装置により系統連系点電圧を一定に制御するSVC装置の制御方式において、
制御対象に可調整パラメータが付加されたプラントの動作手本となる規範モデル系と、
プラントと規範モデルからの各状態信号に重みをつけて加算して状態誤差を演算する手段と、この状態誤差とプラントの電流指令から適応パラメータを演算する手段とを有し、この適応パラメータをSVC装置の無効電流指令値に乗ずるモデル規範形適応制御系と、
を備え、プラントの応答が規範モデルの応答と等しくなるようにSVC装置を制御することを特徴とするSVC装置の制御方式。 - 請求項1において、
前記モデル規範形適応制御系に、状態誤差を通す一次ローパスフィルタと、演算された適応パラメータを通す一次ローパスフィルタとを設け、制御系の動作を安定化させることを特徴とするSVC装置の制御方式。 - 請求項1又は2において、
前記モデル規範形適応制御系に、状態誤差に定常的に存在するノイズ成分を除去する不感帯ブロックを設け、適応パラメータのドリフトを防止することを特徴とするSVC装置の制御方式。 - 請求項1又は2又は3において、
前記モデル規範形適応制御系に、適応パラメータの変動を促す再同定処理ブロックを設け、適応パラメータの収束値を適切にすることを特徴とするSVC装置の制御方式。 - 請求項1ないし4のいずれか1つにおいて、
SVC装置の出力無効電流指令値に、負荷無効電流の直流分を足す手段を設け、負荷の無効電流変動による電圧変動を減少させることを特徴とするSVC装置の制御方式。 - 請求項1ないし5のいずれか1つにおいて、
PIコントローラの積分器出力誤差の前記モデル規範形適応制御系における適応則中の重みを零とし、SVC装置の出力無効電流指令値に差が発生しても適応パラメーターの変動が抑制されることを特徴とするSVC装置の制御方式。
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