JPH0479798A - 同期機の励磁制御装置 - Google Patents

同期機の励磁制御装置

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JPH0479798A
JPH0479798A JP2193088A JP19308890A JPH0479798A JP H0479798 A JPH0479798 A JP H0479798A JP 2193088 A JP2193088 A JP 2193088A JP 19308890 A JP19308890 A JP 19308890A JP H0479798 A JPH0479798 A JP H0479798A
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道上 勉
Shizuo Oshima
大嶋 静男
Osanori Onizuka
鬼塚 長徳
Satoru Kitamura
哲 北村
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は同期機の励磁制御装置において、特に電力系統
の電圧安定性の向上に寄与する同期機の励磁制御装置に
関する。
(従来の技術) 従来の同期機の励磁制御装置は、発電機の端子電圧を検
出し、この端子電圧か予め定められた設定値となるよう
に無効電力を調整するようにしている。このため、需要
増加等による系統電圧低下時には系統電圧と発電機の出
力電圧の傾斜に応じて該同期機の発生無効電力か増加す
るか、系統電圧か大幅に低下した場合でも、該同期機は
その定格値まで無効電力を出し切っておらす、なお充分
な余裕を有しているといえる。
そこで、最近ではこのような発生無効電力に余裕のある
同期機に対して系統電圧低下時、積極的に無効電力を発
生させるようにした励磁制御装置(例えば[大規模電力
系統の電圧安定性を向上する新しい発電機励磁方式(P
 S VR)について(その1 原理)平成元年電気学
会全国大会#1013)Jが提案されている。
第5図はかかる励磁制御装置の概念的な基本構成を示す
ものである。第5図において、1は水車、蒸気タービン
、またはガスタービンにより駆動される同期機で、この
同期機1の出力端子は主変圧器2、しゃ断器3Aを介し
て送電線3Bに接続され、主回路が構成されている。こ
のような構成の主回路において、同期機1の出力端子電
圧(V G)を計器用変圧器(PT)4により検出し、
この電圧検出値と電圧設定器5に設定された基準値とを
比較し、その偏差信号を低減ゲイン回路13に入より検
出し、この電圧検出値と高圧側電圧設定器11により設
定された基準値とを比較してその偏差信号に高圧側ゲイ
ン回路12てゲインを乗じ、これを前述した低減ゲイン
回路13の出力と加算して自動電圧調整器6(以下単に
AVRと称す)に人力している。このA V R6ては
その加算値に応じて励磁装置7を制御し、同期機1の界
磁巻線8の励磁電流を制御するようにしている。
上記の回路構成において、主変圧器2のタップ比をn、
リアクタンスをX工、電圧設定器5の基準値をrG、高
圧側電圧設定器11の基準値をrHs同期機1の無効電
流をIQ、高圧側ゲイン回路12のゲインをkHs低減
ゲイン回路]3のゲインをβ(0≦β≦1)とすると、
第5図に示す励磁制御装置か制御する主変圧器2の高圧
側電圧(Vo)は、近似的に次式で表される。
VH=n(βra 十に++ rn )/ (β+n 
k o )−nβX、I、/(β+nkH)−(1)以
下簡略化のため、タップ比がn−1として扱うと、次式
となる。
VH=(βr6+kHr+()/ (β+kH)−βX
T1./(β+kH)   −(2)(2)式より等測
的な基準値は右辺第1項、また電圧ドループ特性は右辺
第2項で与えられることか分かる。
ここで、低減ゲインβは上記電圧ドループ特性の設定た
けてなく、この低減ゲイン回路13なしに単にAVR6
に入力した場合(β−1)、ゲインか大きくなり、送電
線事故時等系統に外乱か加わると電力動揺のダンピング
、か低下するため、このダンピング低下を防止する目的
も兼ねている。
このような従来装置の作用を第6図に示す1機動1負荷
系統モデルについて考える。即ち、第6図において、同
期機2]か主変圧器のりアクタンスXT22と送電線リ
アクタンスXe23を介して接続された負荷端母線24
における有効電力P1無効電力Q、電圧V、の特性は次
式となる。
P2+ fQ+V、’ / (kXT+Xe)1−(■
、・V、/ (kXT+X、)l 2・・・(3)但し
、kは(2)式における電圧ドループ特性に関係し、β
/(β+kH)で与えられる。また、■1は等偏曲な同
期機の電圧を表している。
上記(3)式において、kの値を変化させ、P−V曲線
で表すと第7図の如くなる。
第7図のP−■曲線において、負荷電力Pの最大点の電
圧をノーズ先端電圧と呼称するか、この従来装置ではk
の値を小さくすること、即ち主変圧器のりアクタンスの
補償量を多くすることにより、負荷電力の最大値を増大
すると共に、上記、ノズ先端電圧を低下させることかで
きる。このことは負荷端に電力用コンデンサ(S C)
を設置する場合、このノース先端電圧か上昇する傾向に
あり、極端な場合には常時の運転電圧範囲に達すること
になり、安定な運転か維持できなくなるか、これに比べ
送電線の新設や増設と同等な効果力・あり、電圧安定性
を大幅に改善できることを示している。
(発明か解決しようとする課題) しかしなから、前述した従来装置では、第5図における
同期機1の端子電圧はAVR6たけの制御における電圧
基準値(rc )に、主変圧器2の高圧側からの出力分
を加えた値となり、従って同期機の端子電圧を許容値内
に抑えるため、図示しないか高圧側からの出力回路に出
力リミ・ツタを設けている。このため、送電線事故等の
大外乱時にはゲインか低減し、過渡応答能力か低下する
という欠点かあった。
また、運用上の高圧側電圧基準値r++は、目標値とし
て指定されるが、(2)式で示されるように「8と高圧
側電圧VHとは必すしも一致しないため、運用および管
理する上で充分満足されているとはいえない。
本発明は電圧制御性に優れ、過渡応答性および安定度を
損なうことなく同期機を励磁制御することができる同期
機の励磁制御装置を提供することを目的とする。
[発明、・艷構成] (課題を解決するための手段) 本発明は上記の目的を達成するため、水車、蒸気タービ
ン、またはガスタービンにより駆動され、且つ出力端子
が主変圧器およびしゃ断器を介して送電系統に接続され
た同期機において、同期機の端子電圧を検出し、その検
出値と基準値との偏差信号により前記同期機の界磁を制
御する自動電圧調整器と、前記主変圧器の高圧側電圧を
検出する高圧側電圧検出器と、前記高圧側電圧に対する
基準値を設定する高圧側設定器と、この高圧側設定器に
より設定された基準値を、前記同期機の無効電流に対し
て補正する第1の補正手段およびこの第1の補正手段に
よる基準値の補正変更に伴う無効電流変動分を補正する
第2の補正手段を有する基準値補正回路と、前記高圧側
電圧検出器により検出された検出値と前記高圧側設定器
に設定された基準値に前記基準値補正回路の第1の補正
手段および第2の補正手段の出力を加算した信号との偏
差信号に高圧側ゲインを乗じる高圧側ゲイン回路と、前
記自動電圧調整器に入力される偏差信号にゲイン(1−
自動電圧調整器ゲインの低減率β)を乗じる修正低減ゲ
イン回路と、前記高圧側ゲイン回路の出力信号から前記
修正低減ゲイン回路の出力信号を減算した信号が入力さ
れ所定の周波数領域に対する過渡ゲインか低減するよう
に遅れ補償する位相補償回路と、この位相補償回路の出
力信号を前記自動電圧調整器に入力される偏差信号に加
算する加算手段とを備えたものである。
また、上記構成において、主変圧器か負荷時タップ切換
器又は負荷時電圧調整器を有する場合には、前記基準値
補正回路に代えて高圧側設定器により設定された基準値
を、前記主変圧器のタップ変更に対応させて補正する第
3の補正手段およびこの第3の補正手段による基準値の
補正変更に伴う無効電流変動分を補正する第2の補正手
段を有する基準値補正回路を設け、この基準値補正回路
の第2と第3の補正手段の出力を前記基準値に加算する
ようにしたものである。
(作用) このような構成の同期機の励磁制御装置にあっては、送
電線事故等の大外乱時にも、端子電圧偏差信号かそのま
ま自動電圧調整器に入力されるので、自動電圧調整器の
ゲインは低減されず、従来と同程度の過渡応答能力を維
持し、発揮させることかできる。また、定常時は高電圧
側電圧検出値と基準値との偏差信号に対する高圧側ルー
プ本来の機能を発揮できるので、同期機に無効電力の発
生に余裕かある場合には系統電圧の低下時、積極的に無
効電力を発生させることか可能となる。
また、前記(1)式(または(2)式)で示されるよう
に主変圧器の高圧側電圧(VH)と高圧側基準値(r+
+ )の関係は電圧ドループ特性を固定して考えると、
即ちkHとβを固定すると、主として同期機の無効電流
1.と主変圧器のタップ比n、リアクタンスX工に依存
しており、第1と第3の補正手段、もしくは第2と第3
の補正手段を設けることにより、高圧側基準値(r+ 
)に出来るたけ近い高圧側電圧(VH)とすることか可
能となり、同期機を含む系統の運用および管理を容易に
することができる。
(実施例) 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明による同期機の励磁制御装置全体の構成
例を示すブロック図であり、第5図と同一部分には同一
記号を付して示す。第1図において、同期機1の出力電
圧(V6)を計器用変圧器4により検出し、この電圧検
出値を電圧設定器5に設定された基準値(r6)と比較
してその偏差信号(ΔVc)を端子電圧信号回路15A
を通してAVR6に入力する。このAVR6は偏差信号
(ΔVG)に応して励磁装置7を制御し、同期機]の界
磁巻線8に供給される励磁電流を制御する。一方、発電
所母線9に接続された電圧変成器(PDもしくはPT)
10により発電所の送電電圧vllを検出し、この電圧
検出値■。を総合演算装置14に入力する。この総合演
算装置14は、電圧変成器(PDもしくはPT)10に
より検出された電圧検出値■Hにより3相基本波の実効
値線間電圧の平均値を高精度、且つ高速で検出する電圧
検出器10Aと、系統電圧の状況に応じて時間と電圧設
定が可能なプログラム式等の高圧側電圧設定器11と、
電圧検出器10Aの出力信号と高圧側電圧設定器11に
設定された基準値rHとを比較し、その偏差信号にゲイ
ンkHを乗じる高圧側ゲイン回路12と、前記偏差信号
(ΔVc)を入力してゲイン(1−β)を乗じる修正低
減ゲイン回路15Bと、高圧側ゲイン回路12の出力信
号から修正低減ゲイン回路15Bの出力信号を減算して
その差信号が入力される位相補償回路]6と、この位相
補償回路16の出力信・号を前述した端子電圧偏差信号
回路15Aの偏差信号(ΔVc)に加算してAVR6に
入力する出力制限器]7とを偏えている。
この場合、総合演算装置14の出力はプラントの運転条
件や総合演算装置14内部の異常条件等により信号を保
護するためのインターロック接点14Aを介して偏差信
号(ΔVG)に加算されるようになっている。また、総
合演算装置14に高圧側電圧設定器11に設定された基
準値rHに実運転時の電圧検出値VHがより近付くよう
に基準値補正回路18を設け、その出力信号を基準値r
Hに加算するようにしている。さらに、総合演算装置1
4に同期機1の出力電圧■。か許容範囲内になるように
電圧検出値vGか入力される端子電圧制限器19を設け
、この端子電圧制限器19の出力信号を位相補正回路1
6の出力から減算するようにしている。
なお、本例ではAVR6に系統安定化装置20の出力を
入力する場合を示している。
次に上記のように構成された同期機の励磁制御装置の作
用を述べる。
般に送電線事故等の大外乱時には、同期機]の端子電圧
V6も大幅に低下する。従来装置は主としてAVR6の
過渡応答能力により、このような送電系統の過渡安定度
を維持、向上させており、また全負荷しゃ断時のV6−
の上昇抑制の機能も有している。
本実施例における端子電圧偏差信号回路15Aは上記の
機能を維持させるものである。従って、第5図における
低減ゲイン回路13は第1図における修正低減ゲイン回
路15Bのゲインを(1β)として高圧側ゲイン回路]
2の出力信号から減算し、これを端子電圧偏差信号回路
15Aの端子電圧偏差信号に加算してAVR6に入力し
ているため、定常的には第5図の低減ゲインβとなり、
従来装置の特性を損なうものではない。
また、修正低減ゲイン回路15の減算点は高圧側J1”
イン回路12の後段、位相補償回路〕6の前段としたか
、これは位相補償回路]6を含めた系統安定度の解析結
果より電力動揺に対する制動効ると過渡安定化装置20
の出力はA V R6の偏工検出部に加算されているた
め、検出部入力換算す置20における図示しない変化分
検出回路(シグナルリセット)の時定数以上の周波数領
域では、もたせるようにしたものである。また、位相補
償回路16は閉ループ制御の安定性を向上させる効果を
同時に有している。
ところで、従来装置では送電電圧(V ll)と高圧側
基準値(r ll )の関係は(])式(または(2)
式)で表され、電圧ドループ特性により無効電流I9か
大きくなるとV、(が低下していくため、「、と一致し
なくなる。この関係を第2図に特性(0)として示す。
第3図はこれを補正するための基準値補正回路18の一
例を示すものである。この図において、無効電力補償回
路18Aは、ある基準無効電流I、。に対し■。が「□
に等しくなるような第1の補正手段で、(1)式より補
正値r□は、次式で与えられる。
rQ=β/KH(XTIqO + (rH/n−r6)l    −=−(4)この補
正値r(、をrHに加算することにより、次式が与えら
れる。
VH= (rH−nβXT )(I、 l−0)/(β
+nKu)        ・・・(5)この関係を第
2図に特性(1)として示す。
しかしながら、この補正値r0か有効なのは高圧側の1
基準値、例えばrhoに対して、1つのIQoの対応と
なるため、いまこの状態から基準値rlIOを変更した
場合、無効電流も系統条件に応して変化するので、新た
な基準値r、(′と送電電圧V1.−は一致しなくなる
。そこで、基準値変更補正回路18Bは、基準値「1(
oを変更し、rH−とじた場合の送電電圧VHが基準値
rH−と等しくなるような第2の補正手段で、設定無効
電流変化(Δ■、。)と、(5)式から補正値r1)は
次式の如くなる。
rD=nβxエ I、o/(β十nKH)=nβXT 
 ・D  (r++    r++ )/(β+nK、
)         ・ (6)但し、αは無効電力変
化の設定に対する係数である。この補正値rDをrH−
に加算することにより、(5)式から次式か与えられる
VH=rH−nβX丁 (1,−■、。
−ΔI 、0) / (β十n KH)   −(7)
この関係を第2図に特性(2)として示す。な)p お、特性(2−)は補正値nかない場合の基準値rHo
の変更に対する特性を示すもので、新たな基準値r。′
に対し、送電電圧■。が無効電流変化分(〜ΔI−o)
に相当する分一致していないことを示している。
以上のことより前記第1と第2の補正手段を第3図の如
く加算し、基準値補正回路18とし、r、+に加算する
ことにより、基準値r□により近い送電電圧V Hか達
せられ、運用、管理を容易にすることができる。
ところで、送電線の一部の事故停止等により系統電圧か
大幅に低下した場合には、同期機1の端子電圧の運用上
限値によってその発生無効電力も制約される。従って、
本発明による制御装置の運用幅を拡大するため、主変圧
器2を負荷時タップ切替器(LTC)付もしくは負荷時
電圧調整器(LVR)付とし、同期機1の出力電圧が運
用許容値を超過した場合、例えばLTCのタップ値を上
げ制御し、同期機1の発生無効電力を増大させることに
より、送電電圧を維持するようなLTCとの協調制御方
式か考えられる。しかし、LTCのタップ比nを変更し
た場合でも、隣接同期機間の無効電力配分を適性に行う
ため、前述した電圧ドループ特性は不、変とする必要が
ある。このように主変圧器2がLTCもしくはLVRを
設置している場合には第4図に示す構成例のようにタッ
プ補正値回路18Cは第1の補正手段に代り、(4)式
における主変圧器2リアクタンスXTとタップ比nの値
をLTCの運用値に合わせ自動的に補正するような第3
の補正手段で、送電電圧VHを(5)式と同一にするこ
とかできる。即ち、補正値rTは次式となる。
rT=β/KH+XT  I−6 + (rH/n” −rG )l    ・= (8)
但し、X、、n”はLTC運用値と連動して変化するこ
とを示す。
なお、電圧ドループ特性は(5)式右辺2項より同様に
X、、n”を用いて与えられるか、タップ比nを変化さ
せても電圧ドループ特性は殆ど変化がないことか試算か
ら確認されており、第2図における特性(1)と同等で
ある。
以上のことより主変圧器2にLTCもしくはLVRが設
置される場合には、前記第2と第3の補正手段を第4図
の如く加算し、基準値補正回路18とすることによって
前述と同様の効果が得られる。
なお、前記補正値rQ+’D+’Tに用いられる諸量、
即ち(4)式、(6)式、(8ン式の右辺各変数のうち
、n8のみが外部信号として総合演算装置14に取込ま
れるものて、XT 、α。
β等他の変数は、全て総合演算装置14の内部にて設定
された値である。
以上の説明において、総合演算装置14はアナログ装置
でも、またディジタル装置とし、ソフトウェアによる演
算処理を行うことも可能である。
しかし、制御精度、隣接機間との協調、信号記憶や外部
信号との連動等所謂信号処理面からディジタル装置で実
現するのか有効である。
従って、第1図において、総合演算装置14の内部回路
をブロック図として表現したが、本発明の機能を容易に
理解できるようにしたに過ぎない。
また、総合演算装置14の回路構成は既設プラントの励
磁装置に本制御装置を追設する上で有効なように区分し
たもので、例えば修正低減ゲイン回路15Bを従来のA
VR側の回路内で構成することも可能であり、本制御装
置の範囲を逸脱するものではない。
[発明の効果コ 以上述べたように本発明によれば、同期機の端子電圧と
基準値との偏差信号Δ■6を自動電圧調整器に入力し、
主変圧器の高圧側電圧と基準値との偏差信号ΔV Hに
高圧側ゲインを乗した信号から、前記Δ■6に(1−低
減ゲインβ)を乗し減算して位相補償回路に与え、その
出力を偏差信号ΔV6に加算して自動電圧調整装置に入
力するようにしたので、送電線事故等の大外乱時にも従
来の自動電圧調整器と同等の過渡応答能力を維持し、定
常時には高圧側ループによる本来の機能を発揮させるこ
とがきる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による同期機の励磁制御装置の一実施例
を示す全体構成のブロック図、第2図は同実施例におい
て、送電電圧と無効電流の関係を示す概念的な特性図、
第3図および第4図は第1図に適用される基準値補正回
路の一例を示すブロック図、第5図は従来の同期機の励
磁制御装置の概念的な基本構成をを示すブロック図、第
6図および第7図は同装置の効果を説明するための系統
構成図および負荷端での電力と電圧の関係を示す特性図
である。 1・・・・同期機、2・・・・・主変圧器、4・・・・
・・計器用変圧器、5・・・・・電圧設定器、6・・−
自動電圧調整器、7・・・・・励磁装置、8・・・・・
界磁巻線、10・・・電圧変成器、IOA・・・・・・
電圧検出器、11・・・・・高圧側電圧設定器、]2・
・・・・高圧側ゲイン回路、]4・・・総合演算装置、
15A・・・・・端子電圧偏差信号回路、15B・・・
・修正低減ゲイン回路、16・・・位相補償回路、17
・・・・出力制限器、18・・・基準値補正回路、18
A−・・無効電流補正回路、18B・・・・基準値変更
補正回路、18C・・・タップ値補正回路、19・・・
・端子電圧制限器。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦#12区 8B 第3図 第4図 第5 図 第6 図 第 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)水車、蒸気タービン、またはガスタービンにより
    駆動され、且つ出力端子が主変圧器およびしゃ断器を介
    して送電系統に接続された同期機において、同期機の端
    子電圧を検出し、その検出値と基準値との偏差信号によ
    り前記同期機の界磁を制御する自動電圧調整器と、前記
    主変圧器の高圧側電圧を検出する高圧側電圧検出器と、
    前記高圧側電圧に対する基準値を設定する高圧側設定器
    と、この高圧側設定器により設定された基準値を、前記
    同期機の無効電流に対して補正する第1の補正手段およ
    びこの第1の補正手段による基準値の補正変更に伴う無
    効電流変動分を補正する第2の補正手段を有する基準値
    補正回路と、前記高圧側電圧検出器により検出された検
    出値と前記高圧側設定器に設定された基準値に前記基準
    値補正回路の第1の補正手段および第2の補正手段の出
    力を加算した信号との偏差信号に高圧側ゲインを乗じる
    高圧側ゲイン回路と、前記自動電圧調整器に入力される
    偏差信号にゲイン(1−自動電圧調整器ゲインの低減率
    β)を乗じる修正低減ゲイン回路と、前記高圧側ゲイン
    回路の出力信号から前記修正低減ゲイン回路の出力信号
    を減算した信号が入力され所定の周波数領域に対する過
    渡ゲインが低減するように遅れ補償する位相補償回路と
    、この位相補償回路の出力信号を前記自動電圧調整器に
    入力される偏差信号に加算する加算手段とを備えたこと
    を特徴とする同期機の励磁制御装置。
  2. (2)水車、蒸気タービン、またはガスタービンにより
    駆動され、且つ出力端子が負荷時タップ切換器又は負荷
    時電圧調整器を有する主変圧器およびしゃ断器を介して
    送電系統に接続された同期機において、同期機の端子電
    圧を検出し、その検出値と基準値との偏差信号により前
    記同期機の界磁を制御する自動電圧調整器と、前記主変
    圧器の高圧側電圧を検出する高圧側電圧検出器と、前記
    高圧側電圧に対する基準値を設定する高圧側設定器と、
    この高圧側設定器により設定された基準値を、前記主変
    圧器のタップ変更に対応させて補正する第3の補正手段
    およびこの第3の補正手段による基準値の補正変更に伴
    う無効電流変動分を補正する第2の補正手段を有する基
    準値補正回路と、前記高圧側電圧検出器により検出され
    た検出値と前記高圧側設定器に設定された基準値に前記
    基準値補正回路の第2の補正手段および第3の補正手段
    の出力を加算した信号との偏差信号に高圧側ゲインを乗
    じる高圧側ゲイン回路と、前記自動電圧調整器に入力さ
    れる偏差信号にゲイン(1−自動電圧調整器ゲインの低
    減率β)を乗じる修正低減ゲイン回路と、前記高圧側ゲ
    イン回路の出力信号から前記修正低減ゲイン回路の出力
    信号を減算した信号が入力され所定の周波数領域に対す
    る過渡ゲインが低減するように遅れ補償する位相補償回
    路と、この位相補償回路の出力信号を前記自動電圧調整
    器に入力される偏差信号に加算する加算手段とを備えた
    ことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
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