JP4869217B2 - Excitation control device and excitation control method - Google Patents
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Description
本発明は、発電機の端子電圧を制御する励磁制御装置及び励磁制御方法に関する。 The present invention relates to an excitation control device and an excitation control method for controlling 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 the cut core is inserted into the bus to make fine adjustments. 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、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課題とする。 An object of the present invention is to make the excitation control device compact by reducing the number of mounted components .
また、これに加えて、サイリスタの電流分担の調整作業を簡単化することを他の課題とする。 In addition to this, another object is to simplify the work of adjusting the current sharing of the thyristor .
上記の課題を解決するため、本発明の励磁装置は、発電機電圧、発電機有効電力、発電機無効電力等の高速信号検出演算手段と、電圧制御に必要な機能を演算する高速制御演算手段と、プラント運転指令等を受信し制御入切指令等のロジック演算を行なう低速制御演算手段とを備えた励磁制御装置において、上記高速信号検出あるいは上記高速制御演算と、上記低速制御演算とを共通的な制御基板で処理するように構成することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the excitation device of the present invention includes a high-speed signal detection calculation unit such as a generator voltage, a generator active power, and a generator reactive power, and a high-speed control calculation unit that calculates a function necessary for voltage control. And the low speed control calculation means for receiving a plant operation command and the like and performing a logic calculation such as a control on / off command, the high speed signal detection or the high speed control calculation and the low speed control calculation are shared. The present invention is characterized in that processing is performed with a typical control board.
このように、本発明の励磁装置によれば、高速信号検出あるいは高速制御演算と、低速制御演算とを共通的な制御基板で処理するように構成したことから、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。Thus, according to the excitation device of the present invention, since the high-speed signal detection or the high-speed control calculation and the low-speed control calculation are processed by the common control board, the number of mounted parts is reduced and the excitation control device Can be made compact.
また、他の課題を解決するため、本発明の他の励磁装置は、上記の制御基板の出力はサイリスタゲートドライブ基板に接続され、ゲートドライブ基板上で手動にて制御出力を調整しサイリスタゲートパルスを変えることで励磁用サイリスタ変換器内のサイリスタブリッジの電流分担の微調整ができるように構成したことを特徴とする。In order to solve other problems, another excitation device of the present invention is configured such that the output of the control board is connected to the thyristor gate drive board, and the control output is manually adjusted on the gate drive board to adjust the thyristor gate pulse. It is characterized in that the current sharing of the thyristor bridge in the excitation thyristor converter can be finely adjusted by changing.
このように構成することにより、本発明の他の励磁装置によれば、ゲートドライブ基板上で手動にて制御出力を調整しサイリスタゲートパルスを変えることができるから、サイリスタブリッジの電流分担の微調整を簡単な構成で実現できる。 With this configuration , according to another exciting device of the present invention, the control output can be manually adjusted on the gate drive substrate and the thyristor gate pulse can be changed, so that the current sharing of the thyristor bridge can be finely adjusted. Can be realized with a simple configuration.
本発明によれば、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。また、これに加えて、他の発明によれば、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。
According to the present invention, the excitation control device can be made compact by reducing the number of mounted parts . In addition to this, according to another invention, the adjustment work of the current sharing of the thyristor can be simplified .
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
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