JPH04325831A - 電力系統の安定化方法及び可変速発電電動機 - Google Patents
電力系統の安定化方法及び可変速発電電動機Info
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Abstract
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Description
期機を用いた電力系統の安定化方法および装置に関する
。
るために、電力系統にフライホイール効果を有する同期
機を接続し、そのフライホイールのエネルギを放出して
負荷増を吸収する方法が知られている。
編、第10章、734頁、静止セルビウス方式、昭和5
3年4月発行)に、すべり電力を電源周波数に変換して
電源に回収する方式が記載されている。
期機に係る従来技術は、単に系統の負荷が取った電力量
を放出する機能に限られていた。したがって、可変速同
期機は電力放出に従って回転数が低下するだけであり、
系統の安定度を積極的に向上させるものではなく、場合
によっては安定度を低下させるという悪影響もある。
、単にすべり電力を回収するに止まり、電力系統の擾乱
等を防止するという、積極的な安定度向上に関しては何
ら効果がない。
力系統の安定度を向上する電力系統の安定化方法および
装置を提供することにある。
方法は、上記目的を達成するため、交流励磁式の可変速
同期機を電力系統に接続し、前記電力系統の潮流、電圧
等の系統状態量の変動に基づいて励磁電圧の位相と絶対
値の少なくとも一方を制御して、前記状態量変動を前記
可変速同期機の慣性力により吸収することを特徴とする
。
接続された交流励磁式の可変速同期機と、該可変速同期
機の励磁電圧の周波数と絶対値と位相とを制御する励磁
制御装置とを備えてなり、該励磁制御装置は前記可変速
同期機の出力電圧を基準電圧に調整すべく励磁電圧の絶
対値を制御するとともに、励磁電圧の周波数をすべり周
波数に制御し、かつ前記可変速同期機の有効電力の検出
値を入力して、該有効電力を零にすべく前記励磁電圧の
位相角を制御するものである。
づく励磁電圧の位相制御に代えて、前記電力系統に接続
された発電機の有効電力の検出値を入力して、この有効
電力の変動を零にすべく前記励磁電圧の位相角を制御す
るようにしてもよい。
力の変動が予め定めた一定値以下のときは、前記可変速
同期機の有効電力に基づいて前記位相角を制御し、前記
一定値を越えるときは前記発電機の有効電力の変動に基
づいて前記位相角を制御するようにすることが望ましい
。
に代え、前記可変速同期機の無効電力又は出力電圧の検
出値を入力して、該無効電力又は出力電圧の変動を零に
すべく前記励磁電圧の絶対値を制御するようにしてもよ
い。
電力又は出力電圧に基づく励磁電圧の絶対値制御とを組
み合わせることができる。
護装置の情報を入力し、事故の状況や程度に関連させて
、前記位相角の制御法及び制御量又は励磁電圧の絶対値
を変更するようにすることができる。
ば、次の作用により上記目的が達成される。すなわち、
有効電力の変動を吸収するように2次励磁電圧の位相角
を制御することから、可変速同期機への流入有効電力が
増加したときは、励磁電圧の位相を遅らせてその増加分
を可変速同期機の回転エネルギとして蓄え、逆に流入有
効電力が減少したときは、励磁電圧の位相を進ませてそ
の減少分を可変速同期機の回転エネルギから放出して、
電力系統の変動を吸収して安定度が向上される。
加したり、端子電圧が増加したときは、励磁電圧の絶対
値を低減してその増加分を可変速同期機で吸収し、逆に
流入無効電力が減少したり、端子電圧が減少したときは
、励磁電圧の絶対値を増加してその減少分を可変速同期
機から供給して、電力系統の変動を吸収して安定度が向
上される。
護装置の情報を入力し、事故の状況や程度に関連させて
、前記位相角の制御法及び制御量又は励磁電圧の絶対値
を変更するようにしたものによれば、事故の程度や状況
に合わせて、動態安定度及び過渡安定度を効果的に向上
させることができる。
する。図1に、本発明の一実施例装置の構成図を示す。 本実施例は、有効電力の変動を検出し、これに応じて可
変速同期機の2次励磁電圧の位相を制御し、電力系統の
変動を可変速同期機のフライホイールエネルギと置換し
て、電力系統の安定度を向上する例である。図示のよう
に、可変速同期機(以下、単に可変速機と称する。)1
は固定子2と回転子3を含んでなり、回転子3は回転子
自体、或いは図示していないフライホイールに連結する
等により、フライホイール効果を有する回転体となって
いる。固定子2の3相1次巻線は、電力系統5に接続さ
れている。回転子3の3相2次巻線4(a,b,c)は
、励磁制御装置10によって交流励磁される。励磁制御
装置10は有効電力算出手段11と、位相角算出手段1
2と、電圧調整手段13と、励磁量設定手段14と、位
相変換手段15(a,b,c)とを含んで構成されてい
る。有効電力演算手段11は、同期機1の出力線に設け
られた電流変成器16と電圧変成器17から、それぞれ
可変速機1の出力電流と端子電圧とを取り込み、有効電
力Pを演算して位相角算出手段12に出力する。ここで
は、有効電力Pの極性を同期機1に流入する方向を「正
」として考える。位相角算出手段12は、次の数式1に
基づいて位相角制御量Δδを算出して、励磁量設定手段
14に出力する。同式で、k1は予め定めた定数である
。
り込み、予め設定されている基準電圧V0との偏差に基
づいて、励磁電圧の制御量E(=k2(V0−V)、但
しk2は定数)を励磁量設定部17に出力する。励磁量
設定部17は、速度検出器18から入力される回転数N
に基づいてすべりsを求め、これと前記位相角制御量Δ
δおよび前記励磁電圧の制御量Eとに基づいて、基準相
の励磁電圧指令v1を求めて位相変換手段15に出力す
る。位相変換手段15a〜cは、次の数式2に従って各
相の励磁電圧v1〜v3を発生し、2次巻線4a〜4c
に加えるようになっている。
πf・s+δ0+Δδ)
v2=s・Esin(2πf・s+δ0+Δδ−120
°) v3=s・Esin
(2πf・s+δ0+Δδ−240°)ここに、δ0は
可変速機1の運転状態で定まる位相角であり、位相角の
変動分のみによる制御の場合は零である。
動作を説明する。まず、可変速機1の基本的な動作につ
いて説明する。いま、定格周波数をfとし、可変速機1
のすべりをsとすると、回転子3の速度はf(1−s)
である。そして、回転子3の2次巻線をすべりsの周波
数で励磁することにより、回転子3の回転磁界はすべり
零、すなわち同期速度で回転し、固定子2の回転磁界と
同一の速度になる。この2次励磁の周波数制御は励磁量
設定手段14により行なわれ、可変速機1を任意の回転
数で運転しても、固定子巻線2には系統周波数fの電圧
を発生させることができる。つまり、回転子3の回転磁
界の周波数は、数式3に示すように、すべりsにかかわ
らず定格周波数fの回転磁界が得られる。
V0との偏差が求められ、更にこの偏差を零にする制御
量Eが求められ、これに基づいて前記数式2に従って励
磁量設定手段14により制御される。以上のような基本
的動作により、回転子3の回転数を可変しても、可変速
機1の出力は電力系統5の周波数と電圧に一致させて制
御される。
上の動作について説明する。いま、可変速機1は有効電
力の流出入が零になるように運用するものとし、何らか
の原因で電力系統5の系統状態量が変動したと仮定する
。この変動により、例えば、可変速機1に流入する有効
電力Pが増加すると、位相角算出手段12は前記式1に
従って、励磁電圧の位相を遅らせる方向の位相角制御量
Δδを制御量設定手段14に出力する。これにより、可
変速機1は電力系統5から有効電力を引き取るように動
作し、系統側の変動が吸収され、電力系統の安定度が向
上する。このとき可変速機1の速度は上昇し、吸収した
有効電力はフライホイールの慣性力として蓄えられる。 逆に、前記有効電力Pが減少すると、位相角算出手段1
2は前記式1に従って、励磁電圧の位相を進ませる方向
の位相角制御量Δδを制御量設定手段14に出力する。 これにより、可変速機1は電力系統5に有効電力を放出
するように動作し、系統側の変動が吸収され、電力系統
の安定度が向上する。このとき可変速機1の速度は減少
し、放出した有効電力に応じてフライホイールの慣性エ
ネルギが減少する。
変速機1の出力端の有効電力Pを検出し、これに応じて
可変速機1の2次励磁電圧の位相を制御していることか
ら、電力系統5の変動を可変速機1のフライホイールエ
ネルギと置換して、電力系統の安定度を向上することが
できる。
てなる電力系統の全体構成図を示し、図3に本実施例に
かかる励磁制御装置の構成図を示す。図2に示すように
、電力系統は、2つの同期発電機(以下、単に発電機と
いう。)G1,G2がそれぞれ系統母線B1,B2に接
続され、この母線B1,B2の間を送電線L1,L2で
結合して構成されている。そして、母線B1に安定化装
置としての可変速機1が接続されている。送電線L1の
母線B1,B2との接続端には、それぞれ遮断器22,
24、電流変成器21,23、保護リレー25,26が
設けられている。発電機G1の出力端に電流変成器19
と電圧変成器20が設けられ、これらにより検出される
端子電圧V1と出力電流I1は、励磁制御装置10に入
力されている。励磁制御装置10は図3に示すように構
成されている。なお、図3実施例が図1実施例と相違す
る点は、発電機G1の有効電力制御手段30と、安定化
制御切換手段31と、切替手段32が設けられているこ
とにある。
る。いま、図2の送電線L1の地点Fにて地絡事故が発
生したとすると、電流変成器21,23からの検出電流
に基づいて保護リレー25,26が事故を検出し、これ
により遮断器22,24を遮断して地絡事故を系統から
除去するように動作する。これにより送電線L1が系統
から切り離されるため、母線B1,B2間のインピーダ
ンスが増大して送電電力が減少し、発電機G1,G2の
入出力にアンバランスが生じ、厳しい場合には脱調に至
る恐れがある。そこで、本実施例では、そのようなアン
バランスにより生じた系統状態量の変動を、可変速機1
により抑制して安定化させようとするものである。
が考えられが、その数例を図4〜図9を用いて説明する
。まず、有効電力制御手段30により発電機G1の有効
電力P1の変動ΔP1が求められる。このΔP1は安定
化制御切替手段31に入力され、ここにおいて変動ΔP
1が予め設定された一定値以下か否かが判断される(ス
テップ41)。一定値以下の場合は、図3の切替手段3
2を有効電力算出手段11に切り替え、図1実施例と同
様に可変速機1の有効電力Pに応じて励磁電圧の位相制
御量Δδを制御する(ステップ42)。これにより、微
少外乱に対する動態安定度を向上させることができる。 なお、可変速機1の有効電力の変動ΔPを、図5に示す
ように、一定時間前の有効電力を記憶手段35で記憶し
ておき、これと現在の有効電力との差を加算手段36で
求めるようにし、これに応じて位相制御量Δδを制御す
るようにしてもよい。
でないときは、切替手段32を有効電力制御手段30側
に切り替え、有効電力制御手段30にて算出された発電
機G1の変動前の有効電力P11と変動後の有効電力P
12の差(P11−P12)により、位相制御量Δδを
制御する(ステップ43)。これにより、過渡安定度を
向上させることができる。
る。図6は、遮断器22,24を開放して事故を除去し
た場合の発電機G1の位相角の変化を示している。図の
曲線aは可変速機1により安定化制御を行なった場合の
結果であり、曲線bは行なわなかった場合の結果である
。図から判るように、可変速機1による安定化作用が顕
著に現れている。
を、保護リレー25,26が動作したか否かに代えて、
動態安定度制御と過渡安定度制御とを区別するようにし
た点と(ステップ51)、ステップ42を発電機G1の
有効電力P1で制御するようにした点が異なる(ステッ
プ52)。本実施例によっても、図4と同一の効果が得
られる。なお、図7のステップ53はそれぞれ図4のス
テップ42に同じである。また、ステップ52を図4の
ステップ42と同じにしてもよい。
である。本実施例の特徴は、保護リレーが動作しかつ事
故が除去されたことを安定化制御切替手段31で判断し
(ステップ61,62)、その場合は可変速機1の励磁
位相を、系統のアンバランスの予測をもとに予め定めた
値に制御し(ステップ65)、一定時間経過後はステッ
プ62に移行して、保護リレー動作前と同様に、発電機
G1の有効電力P1の変動に応じて励磁電圧の位相角を
制御する方法に切り替える。これによれば、動態安定度
及び過渡安定度のいずれにおいても、安定化効果を持た
せることができる。なお、図示の通り、保護リレー動作
後であって、事故が除去されるまでの間は、何らの制御
も行なわないことは言うまでもない(ステップ64)。
2次励磁電圧の位相を制御して、電力系統の安定度を向
上させる例を示したが、これに代えて図10に示すよう
に無効電力Qを検出し、基準無効電力Q0との偏差を零
にするように、或いは無効電力Qの変動を零にするよう
に、2次励磁の電圧の絶対値|E|又は|s・E|を制
御するようにしても、同様に電力系統の安定度を向上さ
せることができる。更に、この無効電力に代えて、端子
電圧Vに基づいて同様に2次励磁電圧の絶対値を制御す
るようにすることができ、これによれば、安定化の応答
性を向上できる。 また、有効電力による2次励磁の
位相角制御と、無効電力又は端子電圧による励磁電圧の
絶対値制御とを組み合わせることも可能であり、この場
合は、安定化の応答を一層速やかにできる。この組合せ
の例を表1と表2にそれぞれ示す。
を組み合わせた安定化制御の一例を示す。また、これに
加え、本実施例の特徴は、事故の程度により系統に与え
る過酷さを考慮して、速やかに安定化を図るようにした
ステップ67,68,69の処理にあり、他の処理は図
8と同一である。すなわち、事故の中では、3相地絡(
3LG)が最も過酷であるから、この場合は2次励磁の
位相角を大きく制御する必要がある。そこでステップ6
7で事故が3LGであるか否かを判断し、肯定の場合は
予め定めた位相角の制御量θ1と励磁電圧の絶対値|s
E1|で制御する(ステップ68)。一方否定のときは
、θ1、|sE1|よりも小さい値に設定されたθ2、
|sE2|により制御する。本実施例によれば、位相角
による制御に加えて励磁電圧の絶対値を制御するように
していることから、速やかに系統を安定化させることが
できるとともに、事故の程度に合わせて制御量を変えて
いることから、適切な安定化制御を行なわせることがで
きる。
方が、長時間の安定化に望ましい。
次に示す効果がある。
状態量の変動に基づいて励磁電圧の位相と絶対値の少な
くとも一方を制御して、前記状態量変動を可変速同期機
により吸収するようにしていることから、系統事故又は
系統切り替え等の過渡安定度及び動態安定度領域におい
て、可変速同期機のフライホイールにエネルギの出し入
れを行なうことができ、電力系統の安定度を向上させる
ことができる。
置の情報を入力し、事故の状況や程度に関連させて、前
記位相角の制御法及び制御量又は励磁電圧の絶対値を変
更するようにしたものによれば、事故の程度や状況に合
わせて、動態安定度及び過渡安定度を効果的に向上させ
ることができる。
電力系統の全体構成図である。
ーチャートである。
ック図である。
フローチャートである。
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
すブロック図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 交流励磁式の可変速同期機を電力系統
に接続し、前記電力系統の潮流、電圧等の系統状態量の
変動に基づいて励磁電圧の位相と絶対値の少なくとも一
方を制御して、前記状態量変動を前記可変速同期機によ
り吸収する電力系統の安定化方法。 - 【請求項2】 電力系統に接続された交流励磁式の可
変速同期機と、該可変速同期機の励磁電圧の周波数と絶
対値と位相とを制御する励磁制御装置とを備えてなり、
該励磁制御装置は前記可変速同期機の出力電圧を基準電
圧に調整すべく励磁電圧の絶対値を制御するとともに、
励磁電圧の周波数をすべり周波数に制御し、かつ前記可
変速同期機の有効電力の検出値を入力して、該有効電力
を零にすべく前記励磁電圧の位相角を制御するものとし
てなる電力系統の安定化装置。 - 【請求項3】 電力系統に接続された交流励磁式の可
変速同期機と、該可変速同期機の励磁電圧の周波数と絶
対値と位相とを制御する励磁制御装置とを備えてなり、
該励磁制御装置は前記可変速同期機の出力電圧を基準電
圧に調整すべく励磁電圧の絶対値を制御するとともに、
励磁電圧の周波数をすべり周波数に制御し、かつ前記可
変速同期機の有効電力の検出値と前記電力系統に接続さ
れた発電機の有効電力の検出値とを入力して、該いずれ
か一方の有効電力の変動を零にすべく前記励磁電圧の位
相角を制御するものとしてなる電力系統の安定化装置。 - 【請求項4】請求項3において、前記発電機の有効電力
の変動が予め定めた一定値以下のときは、前記可変速同
期機の有効電力に基づいて前記位相角を制御し、前記一
定値を越えるときは前記発電機の有効電力の変動に基づ
いて前記位相角を制御することを特徴とする電力系統の
安定化装置。 - 【請求項5】 電力系統に接続された交流励磁式の可
変速同期機と、該可変速同期機の励磁電圧の周波数と絶
対値と位相とを制御する励磁制御装置とを備えてなり、
該励磁制御装置は前記可変速同期機の出力電圧を基準電
圧に調整すべく励磁電圧の絶対値を制御するとともに、
励磁電圧の周波数をすべり周波数に制御し、かつ前記可
変速同期機の無効電力の検出値を入力して、該無効電力
の変動を零にすべく前記励磁電圧の絶対値を制御するも
のとしてなる電力系統の安定化装置。 - 【請求項6】 電力系統に接続された交流励磁式の可
変速同期機と、該可変速同期機の励磁電圧の周波数と絶
対値と位相とを制御する励磁制御装置とを備えてなり、
該励磁制御装置は前記可変速同期機の出力電圧を基準電
圧に調整すべく励磁電圧の絶対値を制御するとともに、
励磁電圧の周波数をすべり周波数に制御し、かつ前記可
変速同期機の出力電圧の検出値を入力して、該出力電圧
の変動を零にすべく前記励磁電圧の絶対値を制御するも
のとしてなる電力系統の安定化装置。 - 【請求項7】 電力系統に接続された交流励磁式の可
変速同期機と、該可変速同期機の励磁電圧の周波数と絶
対値と位相とを制御する励磁制御装置とを備えてなり、
該励磁制御装置は前記可変速同期機の出力電圧を基準電
圧に調整すべく励磁電圧の絶対値を制御するとともに、
励磁電圧の周波数をすべり周波数に制御し、かつ前記可
変速同期機の有効電力の検出値と前記電力系統に接続さ
れた発電機の有効電力の検出値とを入力して、該いずれ
か一方の有効電力の変動を零にすべく前記励磁電圧の位
相角を制御し、前記可変速同期機の無効電力と出力電圧
の検出値の一方を入力して、該無効電力又は出力電圧の
変動を零にすべく前記励磁電圧の絶対値を補正制御する
ものとしてなる電力系統の安定化装置。 - 【請求項8】 電力系統に接続された交流励磁式の可
変速同期機と、該可変速同期機の励磁電圧の周波数と絶
対値と位相とを制御する励磁制御装置とを備えてなり、
該励磁制御装置は前記可変速同期機の出力電圧を基準電
圧に調整すべく励磁電圧の絶対値を制御するとともに、
励磁電圧の周波数をすべり周波数に制御し、かつ前記可
変速同期機の有効電力の検出値と前記電力系統に接続さ
れた発電機の有効電力の検出値および系統の保護リレー
動作情報と事故除去情報とを入力して、保護リレーが動
作する前は前記いずれか一方の有効電力の変動を零にす
べく前記励磁電圧の位相角を制御し、事故除去情報が入
力された後一定時間経過するまでの間は予め定めた前記
位相角の制御量設定値により制御し、該一定時間経過後
は前記保護リレー動作前と同じ制御をするものとしてな
る電力系統の安定化装置。 - 【請求項9】 請求項8において、前記位相角の制御
量設定値が、事故の程度に合わせて複数設定され、前記
励磁制御装置は事故情報を入力して、事故の程度に合わ
せて前記位相角の制御量設定値を選択することを特徴と
する電力系統の安定化装置。 - 【請求項10】 請求項8又は9において、前記位相
角の制御量設定値に対応させて、前記励磁電圧の絶対値
の制御量を設定しておき、前記位相角の制御に合わせて
励磁電圧の絶対値を制御することを特徴とする電力系統
の安定化装置。
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JP09556191A JP3268457B2 (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 電力系統の安定化方法及び可変速発電電動機 |
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