JPH0744780B2 - Digital generator simulator - Google Patents
Digital generator simulatorInfo
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- JPH0744780B2 JPH0744780B2 JP61207929A JP20792986A JPH0744780B2 JP H0744780 B2 JPH0744780 B2 JP H0744780B2 JP 61207929 A JP61207929 A JP 61207929A JP 20792986 A JP20792986 A JP 20792986A JP H0744780 B2 JPH0744780 B2 JP H0744780B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電力系統シミユレータに係り、特にソフトウ
エアの変更により、模擬発電機の特性を容易に変更調整
するのに好適なデイジタル計算機シミユレータに関す
る。The present invention relates to a power system simulator, and more particularly to a digital computer simulator suitable for easily changing and adjusting the characteristics of a simulated generator by changing software. .
従来、デイジタル計算機と交流電圧発生装置を組合せた
発電機シミユレータについては、アイ・イー・イー・イ
ー，パイカ（1985年）第281頁から第286頁（IEEE,PICA
（1985）pp281−286）において論じられている。Conventionally, for a generator simulator combining a digital computer and an AC voltage generator, IEE, Pika (1985), pages 281 to 286 (IEEE, PICA
(1985) pp281-286).
上記従来の発電機シミユレータでは、発電機端子のアナ
ログ電流をサンプリングし、発電機の端子における電圧
をデイジタル計算機で計算し、それをアナログの三相交
流電圧に変換し、送電系統を模擬するアナログ回路に印
加していた。この方式では、送電線における地絡事故な
どの際、発電機端子電圧及び電流は急峻に変化するた
め、高速な発電機端子電流のサンプリングが必要とな
る。このため、デイジタル計算機で長い時間をかけて詳
細な数値をシミユレーシヨンを行うと、高速なサンプリ
ングができないことになる。そこでデイジタル計算機で
扱うシミユレーシヨンモデルを簡略化し（例えば、外付
けのインダクタンスを用いて電流の微分項に関する計算
を省略したり、励磁制御系を１個の１次遅れで表現して
いる。）また数値演算方式として浮動小数点演算に比べ
少いステツプで計算できる整数演算を行つていた。この
たる、有効桁数落ちなどに起因するデイジタル計算上の
誤差が大きい問題があつた。In the above conventional generator simulator, an analog circuit that samples the analog current of the generator terminal, calculates the voltage at the terminal of the generator with a digital computer, converts it into an analog three-phase AC voltage, and simulates the power transmission system. Was being applied to. In this method, in the event of a ground fault in a transmission line, the generator terminal voltage and current change abruptly, so high-speed sampling of the generator terminal current is required. Therefore, if a digital computer is used for simulating detailed numerical values over a long time, high-speed sampling cannot be performed. Therefore, the simulation model handled by the digital computer is simplified (for example, the external inductance is used to omit the calculation of the differential term of the current, or the excitation control system is represented by one primary delay. ) In addition, as a numerical operation method, it performed integer arithmetic that can be calculated in fewer steps than floating-point arithmetic. There is a problem that the error in the digital calculation is large due to the barrel and the loss of the number of significant digits.
本発明の目的は、デイジタル計算機と３相交流電圧発生
装置を組合せた精度良い発電機シミユレータを提供する
ことにある。It is an object of the present invention to provide an accurate generator / simulator that combines a digital computer and a three-phase AC voltage generator.
上記目的は、送電系統を模擬するアナログ回路と、デイ
ジタル計算機の指令に従い三相交流電圧を発生する装置
との間に、発電機の初期過渡リアクタンスに相当するイ
ンピーダンス素子を設け、デイジタル計算機で初期過渡
リアクタンス背後電圧を計算し、それに応じたアナログ
三相交流瞬時値電圧を作り出し、送電系統を模擬するア
ナログ回路に印加することにより、達成される。The purpose is to install an impedance element corresponding to the initial transient reactance of the generator between the analog circuit that simulates the power transmission system and the device that generates the three-phase AC voltage according to the command of the digital computer, and use the digital computer to make the initial transient. This is achieved by calculating the reactance back voltage, creating an analog three-phase AC instantaneous voltage corresponding to it, and applying it to an analog circuit that simulates a power transmission system.
発電機端子のアナログ電流をサンプリングし、これをA/
D変換してデイジタル計算機に取り込む。デイジタル計
算機はそれらの測定値に応じた発電機の動きを計算し、
発電機の周波数、位相角及び初期過渡リアクタンス背後
電圧の振幅の指令値を三相交流電圧発生装置へ出力す
る。三相交流電圧発生装置は、初期過渡リアクタンス背
後電圧に相当するアナログ三相交流瞬時値電圧を発生
し、初期過渡リアクタンスを模擬するインピーダンス素
子を介して、送電系統を模擬するアナログ回路に印加す
る。初期過渡リアクタンス背後電圧は、発電機端子電圧
に比べ、送電線事故の場合であつても、変化が小さい。
このため、発電機端子における電圧，電流のサンプリン
グを従来（1.39ms）より長い周期（例えば5ms）で行
い、詳細な発電機内部モデル（例えば、浮動小数点演算
やダンパー巻線の数や励磁制御系の伝達関数の数を増や
す。）を用いて時間をかけてデイジタル計算することに
より、発電機全体の特性のシミユレーシヨン精度を向上
することができる。Sampling the analog current at the generator terminal,
D-convert and import into digital calculator. The digital calculator calculates the movement of the generator according to those measurements,
The command values of the generator frequency, phase angle, and amplitude of the initial transient reactance back voltage are output to the three-phase AC voltage generator. The three-phase AC voltage generator generates an analog three-phase AC instantaneous value voltage corresponding to the initial transient reactance back voltage and applies it to an analog circuit simulating the power transmission system via an impedance element simulating the initial transient reactance. The initial transient reactance back voltage changes less than the generator terminal voltage even in the case of a transmission line fault.
Therefore, the voltage and current at the generator terminals are sampled at a longer cycle (5ms, for example) than before (1.39ms), and a detailed generator internal model (for example, floating point calculation, the number of damper windings, and excitation control system) By increasing the number of transfer functions of), it is possible to improve the accuracy of simulation of the characteristics of the entire generator by taking a digital calculation over time.
以下、本発明の一実施例を説明する。第１図は本発明の
発電機シミユレータの構成を示す図である。第２図は、
発電機内部の電圧，電流のベクトル図である。第３図
は、送電線事故中の発電機内部の電圧，電流の変化を示
す図である。第４図は、デイジタル計算機の計算フロー
である。第５図は交流電圧発生装置の回路例であり、第
６図はオフラインプログラムのシミユレーシヨン波形
例、第７図は本発明の発電機シミユレータのシミユレー
シヨン波形例である。An embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the generator simulator of the present invention. Figure 2 shows
It is a vector diagram of the voltage and current inside the generator. FIG. 3 is a diagram showing changes in voltage and current inside the generator during a transmission line accident. FIG. 4 is a calculation flow of the digital computer. FIG. 5 shows an example of the circuit of the AC voltage generator, FIG. 6 shows an example of the simulation waveform of the off-line program, and FIG. 7 shows an example of the simulation waveform of the generator simulator of the present invention.
第１図の符号について説明する。１はデイジタル計算
機、２は交流電圧発生装置、３はインピーダンス素子、
４は電圧，電流測定器、５はA/D変換器、６は電圧，電
流アナログ信号、７は電圧，電流デイジタル信号、８は
背後電圧指令、９はアナログ模擬回路である。第２図及
び第３図の符号について説明する。tは発電機端子電
圧、は発電機電流、″は初期過渡リアクタンス背後
電圧、xd″は初期過渡リアクタンス、Ｒは固定子抵抗で
ある。第５図の符号について説明する。The reference numerals in FIG. 1 will be described. 1 is a digital calculator, 2 is an AC voltage generator, 3 is an impedance element,
4 is a voltage / current measuring device, 5 is an A / D converter, 6 is a voltage / current analog signal, 7 is a voltage / current digital signal, 8 is a back voltage command, and 9 is an analog simulation circuit. The symbols in FIGS. 2 and 3 will be described. t is the generator terminal voltage, is the generator current, ″ is the initial transient reactance back voltage, x d ″ is the initial transient reactance, and R is the stator resistance. The symbols in FIG. 5 will be described.
ROMは読み出し専用メモリー、D/Aはデイジタル信号をア
ナログ信号に変換するD/A変換器、OPはオペアンプであ
る。ROM is a read-only memory, D / A is a D / A converter that converts digital signals into analog signals, and OP is an operational amplifier.
第１図により本発明の装置の動きを説明する。本発電機
シミユレータの交流電圧発生装置は、発電機の内部イン
ピーダンスを模擬するインピーダンス素子３を介して、
アナログ模擬回路９につながる。アナログ模擬回路９の
端子における電圧と電流は、電圧・電流測定器４により
測定されアナログ信号６となる。この信号は、シミユレ
ーシヨン時間刻み（例えば5ms）毎に、A/D変換器５によ
り、デイジタル信号７へ変換される。デイジタル計算機
１は、デイジタル信号７にもとづいて、発電機の動きを
シミユレーシヨンする。そして、発電機の周波数、位相
角及び初期過渡リアクタンス背後電圧の振幅からなる背
後電圧指令８を交流電圧発生装置２へ出力する。この交
流電圧発生装置２は、初期過渡リアクタンス背後電圧の
瞬時値波形を作り出し、初期過渡リアクタンスを模擬す
るインピーダンス素子３へ印加する。以上の動きによ
り、発電機のシミユレーシヨンが可能となる。The operation of the apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. The AC voltage generator of the generator simulator has an impedance element 3 that simulates the internal impedance of the generator.
It is connected to the analog simulation circuit 9. The voltage and current at the terminals of the analog simulation circuit 9 are measured by the voltage / current measuring device 4 and become the analog signal 6. This signal is converted into a digital signal 7 by the A / D converter 5 at each simulation time step (for example, 5 ms). The digital computer 1 simulates the motion of the generator based on the digital signal 7. Then, the back voltage command 8 including the frequency of the generator, the phase angle, and the amplitude of the initial transient reactance back voltage is output to the AC voltage generator 2. This AC voltage generator 2 creates an instantaneous value waveform of the initial transient reactance back voltage and applies it to the impedance element 3 that simulates the initial transient reactance. With the above movements, it is possible to simulate the generator.
第２図により本発電機シミユレータの理論の説明を行
う。２（ａ）図が発電機の内部の電圧，電流の関係を示
すベクトル図である。また、２（ｂ）図がベクトル図に
もとづく等価回路である。初期過渡リアクタンスxd″と
固定子抵抗Ｒにより、初期過渡リアクタンス背後電圧
″は、次式で表わされる。The theory of this generator simulator will be described with reference to FIG. FIG. 2 (a) is a vector diagram showing the relationship between the voltage and current inside the generator. Further, FIG. 2 (b) is an equivalent circuit based on the vector diagram. Due to the initial transient reactance x d ″ and the stator resistance R, the initial transient reactance back voltage ″ is expressed by the following equation.
″＝（Ｒ＋jxd″）＋t …（１） 第１図のインピーダンス素子３は、初期過渡リアクタン
スxd″と固定子抵抗Ｒを模擬している。″ = (R + jx d ″) + t (1) The impedance element 3 of FIG. 1 simulates the initial transient reactance x d ″ and the stator resistance R.
発電機がつながる送電系統で地絡事故などが生じた場合
の発電機内部の電圧，電流ベクトルの変化を第３図を用
いて説明する。第３図の実線が事故前、点線が事故中の
ベクトルを示す。事故が発生すると、端子電圧tは低
下し、ＡからＡ′へうつる。また電流は増加し、Ｂか
らＢ′へうつる。このため、固定子抵抗Ｒと初期過渡リ
アクタンスxd″に流れる電流による電圧成分により、
初期過渡背後電圧″はＣからＣ′へうつる。端子電圧
tのＡからＡ′への変化量に比べ、初期過渡背後電圧
″のＣからＣ′への変化量は小さく、比較的低速な時
間間隔（例えば5ms）で発電機端子における電圧，電流
をサンプリングすることができる。そしてこの比較的低
速な時間間隔（従来の1.39msに対し、例えば5ms）で
は、発電機シミユレーシヨンを浮動小数点演算により詳
細なモデルを用いて行うことが可能となる。Changes in the voltage and current vectors inside the generator when a ground fault or the like occurs in the transmission system connected to the generator will be described with reference to FIG. The solid line in Fig. 3 shows the vector before the accident and the dotted line shows the vector during the accident. When an accident occurs, the terminal voltage t drops and the voltage goes from A to A '. Also, the current increases and transfers from B to B '. Therefore, due to the voltage component due to the current flowing through the stator resistance R and the initial transient reactance x d ″,
The initial transient back voltage "transfers from C to C '. Terminal voltage
Compared to the change amount of t from A to A ', the change amount of initial transient back voltage "from C to C'is small, and the voltage and current at the generator terminal are sampled at relatively slow time intervals (for example, 5 ms). And in this relatively slow time interval (for example, 5 ms as compared to the conventional 1.39 ms), the generator simulation can be performed using a detailed model by floating point arithmetic.
第４図により、デイジタル計算機で行うシミユレーシヨ
ンの計算フローを示す。このフローは、シミユレーシヨ
ン時間刻み毎に毎回繰返される過渡ループである。ま
ず、発電機端子の三相電圧Va，Vb，Vcと三相電圧Ia，
Ib，IcをA/D変換器を介してサンプリングする（ステツ
プ41）。これらの値を発電機の回転座標系ｄ−ｑ軸へ変
換し、電圧Ed，Eqと電流Id，Iqが得られる（ステツプ4
2）。次に磁束回路の微分方程式 ここでψd，ψqはｄ−ｑ軸の磁束，ωは角速度,rは固定
子抵抗である。FIG. 4 shows a calculation flow of the simulation performed by the digital computer. This flow is a transient loop that is repeated every simulation time step. First, the three-phase voltage V a of the generator terminals, V b, V c and the three-phase voltage I a,
I b and I c are sampled via the A / D converter (step 41). By converting these values into the dq axes of the rotating coordinate system of the generator, the voltages E d , E q and the currents I d , I q are obtained (step 4).
2). Next, the differential equation of the magnetic flux circuit Here, ψ d and ψ q are the magnetic fluxes on the dq axes, ω is the angular velocity, and r is the stator resistance.
を解くことにより、ｄ−ｑ軸の磁束が求まる（ステツプ
43）。さらに、励磁系は発電機端子電圧を一定に保つよ
うに発電機界磁電圧を制御し、調速系は発電機の回転数
を一定に保つように機械的トルクTmを制御する装置であ
り、これらの制御装置の動きもシミユレーシヨンされる
（ステツプ44,45）。そして発電機の回転子の運動方程
式 Ｍ＝Tm−Te …（４） ここでＭは慣性定数，Teは電気的トルク，Tmは機械的ト
ルク，ωは角速度 を解くことにより、発電機周波数，位相角θが求めら
れる（ステツプ46）。最後に、初期過渡リアクタンス背
後電圧Ｅ″は、ｄ−ｑ軸の磁束ψd，ψqから計算される
（ステツプ47）。By solving, the magnetic flux on the dq axes can be obtained (step
43). Further, the excitation system is a device that controls the generator field voltage so as to keep the generator terminal voltage constant, and the speed control system is a device that controls the mechanical torque T m so as to keep the rotation speed of the generator constant. , The movements of these control devices are also simulated (steps 44, 45). And the equation of motion of the rotor of the generator M = T m −T e (4) where M is the inertia constant, T e is the electrical torque, T m is the mechanical torque, and ω is the angular velocity. The machine frequency and the phase angle θ are obtained (step 46). Finally, the initial transient reactance back voltage E ″ is calculated from the magnetic fluxes ψ d and ψ q on the dq axes (step 47).
以上のフローで計算された発電機周波数，位相角θ及
び初期過渡リアクタンス背後電圧Ｅ″の値は、指令値と
してデイジタル計算機から交流電圧発生装置へ出力さ
れ、それに応じた交流電圧が作り出される。The values of the generator frequency, the phase angle θ, and the initial transient reactance back voltage E ″ calculated by the above flow are output from the digital computer to the AC voltage generator as command values, and the AC voltage corresponding thereto is produced.
第４図の計算は、毎シミユレーシヨン時間刻みに繰返さ
れ、浮動小数点演算で実行すると約5ms程度の時間が必
要となるが、詳細なブロツクを使つた計算を行うことが
できるため、全体としてシミユレーシヨン精度は向上し
たものとなる。The calculation shown in Fig. 4 is repeated at each simulation time step, and it takes about 5 ms to execute in floating point arithmetic. Will be improved.
第５図に交流電圧発生装置の回路例を示す。デイジタル
計算から出力される発電機周波数，位相角θ及び初期
過渡背後電圧Ｅ″の指令値は、それぞれに対応したレジ
スタにストアされる。周波数と位相角θの値に基づい
て、三角関数の位相情報が作り出される。即ちある時刻
をｔとすると、sin（２πｔ＋θ）として、基準相で
あるａ相の値が求められ、これを読み出し専用メモリー
ROMから読み出しD/A変換する。さらにＥ″レジスタの値
もD/A変換され、出力段のオペアンプOPでアナログ的に
両者は掛算され、ａ相の瞬時電圧Ea″が求められる。つ
まり Ea″＝Ｅ″sin（２πｔ＋θ） …（５） として、ａ相の瞬時電圧は求められる。この回路は独立
したクロツク発振回路を備え、例えば時間刻み100μｓ
で時刻ｔを増やすことができ、十分小さな間隔でなめら
かな波形を作り出すことができる。ａ相以外の他の相に
関しても、位相角θに±120°加えることで同様な瞬時
電圧波形が得られる。FIG. 5 shows a circuit example of the AC voltage generator. The command values of the generator frequency, the phase angle θ and the initial transient back voltage E ″ output from the digital calculation are stored in the corresponding registers. Based on the values of the frequency and the phase angle θ, the phase of the trigonometric function is calculated. Information is created, that is, assuming that a certain time is t, the value of phase a, which is the reference phase, is obtained as sin (2πt + θ), and this is read-only memory.
Read from ROM and convert D / A. Furthermore, the value of the E ″ register is also D / A converted, and both are analogically multiplied by the operational amplifier OP in the output stage to obtain the instantaneous voltage E a ″ of the a phase. That is, the instantaneous voltage of the a phase is obtained by E a ″ = E ″ sin (2πt + θ) (5). This circuit is equipped with an independent clock oscillation circuit.
The time t can be increased by, and a smooth waveform can be created at sufficiently small intervals. Similar instantaneous voltage waveforms can be obtained for phases other than the a phase by adding ± 120 ° to the phase angle θ.
第６図と第７図に、オフラインシミユレーシヨンプログ
ラムによるシミユレーシヨン波形と、本発明の方式によ
るシミユレータのシミユレーシヨン波形の例を示す。１
相の発電機端子電圧が70msの間約0.7p.u.に低下する事
故を想定したものである。事故継続中、発電機出力には
基本波（50Hz）の２倍調波成分が含まれ、周波数が上昇
している。第６図のオフラインプログラムの計算波形
と、第７図のシミユレータ波形は良く一致しており、本
発明のシミユレーシヨン手法の精度の良さが実証されて
いる。FIG. 6 and FIG. 7 show examples of the simulation waveform by the offline simulation program and the simulation waveform of the simulator according to the method of the present invention. 1
It is assumed that the phase generator voltage drops to about 0.7 pu for 70 ms. During the accident, the generator output contains the double harmonic component of the fundamental wave (50Hz) and the frequency is rising. The calculated waveform of the offline program in FIG. 6 and the simulator waveform in FIG. 7 are in good agreement, demonstrating the accuracy of the simulation method of the present invention.
本発明によれば、比較的長い時間刻みで電圧電流のサン
プリングを行い、詳細な発電機モデルを用いたデイジタ
ル計算が可能となるので、発電機全体との精度を向上す
ることができる。According to the present invention, the voltage and current are sampled at relatively long time intervals, and the digital calculation using a detailed generator model can be performed, so that the accuracy of the entire generator can be improved.
第１図は本発明の発電機シミユレータの構成を示す図、
第２図は発電機の通常運転時のベクトル図と等価回路を
示す図、第３図は送電線事故中の発電機内部の電圧，電
流の変化を示す図、第４図はデイジタル計算機の計算フ
ローを示す図、第５図は交流電圧発生装置の回路例を示
す図である。第６図はオフラインプログラムのシミユレ
ーシヨン波形例であり、第７図は本発明の発電機シミユ
レータの波形例である。 １…デイジタル計算機、２…交流電圧発生装置、３…イ
ンピーダンス素子。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a generator simulator of the present invention,
Fig. 2 shows a vector diagram of the generator during normal operation and an equivalent circuit, Fig. 3 shows changes in the voltage and current inside the generator during a transmission line accident, and Fig. 4 shows calculations by a digital computer. FIG. 5 is a diagram showing a flow, and FIG. 5 is a diagram showing a circuit example of the AC voltage generator. FIG. 6 is an example of the simulation waveform of the off-line program, and FIG. 7 is an example of the waveform of the generator simulator of the present invention. 1 ... Digital computer, 2 ... AC voltage generator, 3 ... Impedance element.
Claims (1)
電機の内部インピーダンスを模擬する回路素子とを有す
るディジタル発電機シミュレータにおいて、 前記回路素子を初期過渡リアクタンスと固定子抵抗とか
ら構成し、 前記回路素子の端子電圧から発電機周波数と移送角及び
初期過渡リアクタンス背後電圧からなる計算値を求める
手段と、 前記計算値に基づき前記交流電圧発生装置から交流電圧
を出力することを特徴とするディジタル発電機シミュレ
ータ。1. A digital generator simulator having a digital computer, an AC voltage generator, and a circuit element simulating the internal impedance of the generator, wherein the circuit element comprises an initial transient reactance and a stator resistance. Means for obtaining a calculated value composed of a generator frequency, a transfer angle, and an initial transient reactance back voltage from the terminal voltage of the element; and a digital generator characterized in that the alternating voltage generator outputs an alternating voltage based on the calculated value. Simulator.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61207929A JPH0744780B2 (en) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | Digital generator simulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61207929A JPH0744780B2 (en) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | Digital generator simulator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6364076A JPS6364076A (en) | 1988-03-22 |
| JPH0744780B2 true JPH0744780B2 (en) | 1995-05-15 |
Family
ID=16547882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61207929A Expired - Lifetime JPH0744780B2 (en) | 1986-09-05 | 1986-09-05 | Digital generator simulator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0744780B2 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02102000A (en) * | 1988-10-07 | 1990-04-13 | Hitachi Ltd | Generator for simulator |
| JP4841272B2 (en) * | 2006-03-14 | 2011-12-21 | 日東電工株式会社 | Wiring circuit board and wiring circuit board connection structure |
-
1986
- 1986-09-05 JP JP61207929A patent/JPH0744780B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6364076A (en) | 1988-03-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |