JP2004201422A

JP2004201422A - 励磁制御装置

Info

Publication number: JP2004201422A
Application number: JP2002367616A
Authority: JP
Inventors: Shinya Noguchi; 紳也野口; Seiichi Tanaka; 誠一田中; Masaru Shimomura; 勝下村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: US20040119437A1; CN1508964A; CN1265545C; JP4073776B2; US6847184B2

Abstract

【課題】送電系統に変圧器を介して接続される同期機を、変圧器高圧側の電圧Ｖ_Ｈが目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに維持できるように励磁制御する励磁制御装置において、同期機の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを、変圧器での位相角変化に応じて電圧降下を精度良く補償するように設定して、制御精度を向上させる。
【解決手段】同期機２１の出力端子電圧Ｖ_Ｇおよび出力電流Ｉ_Ｇを検出して、該出力電流Ｉ_Ｇの有効電流Ｉ_Ｐ、無効電流Ｉ_Ｑをそれぞれ演算し、この有効、無効電流Ｉ_Ｐ、Ｉ_Ｑと、変圧器高圧側の目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆと、変圧器２２のリアクタンスＸ_ｔとから、同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを設定して、変圧器２２における位相角変化に応じた変圧器２２での電圧降下を補償するように同期機２１を励磁制御する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力系統における電圧の安定化を図る励磁制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
送電系統に変圧器を介して接続される同期機を励磁制御する従来の励磁制御装置は、同期機の出力端子電圧を検出すると共に、同期機が出力する無効電流を検出して、その無効電流Ｉ_Ｑと変圧器の高圧側の目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆから同期機の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを、Ｖ_Ｇｒｅｆ＝Ｖ_Ｈｒｅｆ＋Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｑ（Ｘ_ｔは変圧器のリアクタンスである）となるように電圧設定器により設定し、この目標電圧と検出された同期機の出力端子電圧の偏差に基づいて同期機の励磁系を制御していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３０８３９７号公報（第３−第４頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の励磁制御装置では、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈを、同期機の出力端子電圧Ｖ_Ｇ、無効電流Ｉ_Ｑ、および変圧器のリアクタンスＸ_ｔを用いて、
Ｖ_Ｈ＝Ｖ_Ｇ−Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｑ
で推定し、これより同期機の出力端子電圧Ｖ_Ｇを
Ｖ_Ｇ＝Ｖ_Ｈ＋Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｑ・・・・（１）
で表して、目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを、変圧器高圧側の目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに対して変圧器での電圧降下分を補償するように
Ｖ_Ｇｒｅｆ＝Ｖ_Ｈｒｅｆ＋Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｑ・・・・（２）
と設定するものである。
しかしながら、変圧器での電圧変化分は変圧器における位相角変化Δδによっても変動するもので、同期機の出力端子電圧Ｖ_Ｇの大きさは、実際には、
Ｖ_Ｇ＝Ｖ_Ｈ・ｃｏｓΔδ＋Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｑ・・・・（３）
となり、（１）式で示される値とは異なったものとなる。従って、（２）式で演算される同期機の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆについても、上記位相角変化が考慮されていないため目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆが正確に設定できず、変圧器における位相角変化Δδが大きいほど、その誤差は顕著になる。このため、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈ、即ち送電母線の電圧を信頼性良く目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに維持することは困難であった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、同期機の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを、変圧器の位相角変化を考慮して正確に設定することにより、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈ、即ち送電母線の電圧を信頼性良く維持して送電系統全体の電圧安定性をより向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る励磁制御装置は、送電系統に変圧器を介して接続された同期機の出力端子電圧を検出する電圧検出手段と、上記同期機が出力する出力電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出された出力電流、上記変圧器のリアクタンス、および上記変圧器の高圧側目標電圧に基づいて上記同期機の出力端子の目標電圧を設定する電圧設定手段とを備えて、上記電圧設定手段により設定された目標電圧と上記電圧検出手段により検出された出力端子電圧との偏差に基づいて上記同期機の励磁系を制御するものであって、上記電流検出手段により検出された出力電流と上記電圧検出手段により検出された出力端子電圧とから上記出力電流の有効電流、無効電流をそれぞれ演算し、上記変圧器における高圧側・低圧側間の電圧位相差である位相角変化に応じた上記変圧器での電圧降下を補償するように、上記電圧設定手段により上記同期機の出力端子の目標電圧を演算して設定するものてある。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による励磁制御装置を示す構成図である。図に示すように、送電系統に変圧器２２を介して同期機２１が接続され、この同期機２１の界磁巻線３２に界磁電流を供給する励磁機３１を制御する。この励磁制御装置は、同期機２１の出力端子電圧Ｖ_Ｇを検出する計器用変圧器であるＰＴ（電圧検出手段）２６、同期機２１が出力する電流Ｉ_Ｇを検出する計器用変成器であるＣＴ（電流検出手段）２７、同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを設定する電圧設定器（電圧設定手段）２８、減算器２９および励磁機３１の整流タイミングを制御する自動電圧調整装置であるＡＶＲ３０で構成される。なお、２３は遮断器、２４は送電線、２５は発電所の送電母線である。
【０００８】
このような励磁制御装置の動作について図２のフローチャートに基づいて以下に説明する。
まず、ＰＴ２６が同期機２１の出力端子電圧Ｖ_Ｇを検出するとともに（ステップＳＴ１１）、ＣＴ２７が同期機２１の出力電流Ｉ_Ｇを検出する（ステップＳＴ１２）。
次に、電圧設定器２８は、ＰＴ２６にて検出された同期機２１の出力端子電圧Ｖ_Ｇと、ＣＴ２７にて検出された出力電流Ｉ_Ｇとから、該出力電流Ｉ_Ｇの有効電流Ｉ_Ｐおよび無効電流Ｉ_Ｑをそれぞれ演算し、この有効電流Ｉ_Ｐ、無効電流Ｉ_Ｑと、予め設定された変圧器高圧側の目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆと、既知の値である変圧器２２のリアクタンスＸ_ｔとから、同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを後述する所定の演算により算出して設定する（ステップＳＴ１３）。
次に、減算器２９は、電圧設定器２８により設定された目標電圧Ｖ_ＧｒｅｆからＰＴ２６により検出された出力端子電圧Ｖ_Ｇを減算して、その偏差信号を出力し（ステップＳＴ１４）、この減算器２９が出力する偏差信号を入力条件にして、ＡＶＲ３０は、励磁機３１の整流タイミングを制御し（ステップＳＴ１４）、このタイミング信号に従って、励磁機３１は同期機２１の界磁巻線３２に界磁電流を供給する（ステップＳＴ１５）。
これにより、同期機２１の出力端子電圧Ｖ_Ｇが目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆと一致するように制御されると共に、変圧器２２の高圧側電圧Ｖ_Ｈが目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆと一致するように制御される。
【０００９】
ステップＳＴ１３において、電圧設定器２８が設定する同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆについて、以下に説明する。
同期機２１の出力端子電圧Ｖ_Ｇと変圧器２２の高圧側電圧Ｖ_Ｈとは、変圧器２２における高圧側・低圧側間の電圧位相差である位相角変化Δδも考慮すると、上述したように、無効電流Ｉ_Ｑ、および変圧器のリアクトルＸ_ｔを用いて、上記（３）式で表されるが、有効電流Ｉ_Ｐとの関係は以下の関係式で示される。
Ｖ_Ｈ・ｓｉｎΔδ＝Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｐ・・・・（４）
このため、上記（３）式および（４）式により、変圧器高圧側電圧Ｖ_Ｈは、
Ｖ_Ｈ＝√｛（Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｐ）^２＋（Ｖ_Ｇ−Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｑ）^２｝・・・・（５）
また、同期機２１の出力端子電圧Ｖ_Ｇは、
Ｖ_Ｇ＝√｛Ｖ_Ｈ ^２−（Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｐ）^２}＋Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｑ・・・・（６）
となり、これにより、同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆは、有効電流Ｉ_Ｐ、無効電流Ｉ_Ｑと、変圧器高圧側の目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆと、変圧器２２のリアクタンスＸ_ｔとを用いて、以下の（７）式により演算できる。
Ｖ_Ｇｒｅｆ＝√｛Ｖ_Ｈｒｅｆ ^２−（Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｐ）^２｝＋Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｑ・・・・（７）
【００１０】
この実施の形態では、ＰＴ２６にて検出された同期機２１の出力端子電圧Ｖ_Ｇと、ＣＴ２７にて検出された出力電流Ｉ_Ｇとから、該出力電流Ｉ_Ｇの有効電流Ｉ_Ｐおよび無効電流Ｉ_Ｑをそれぞれ演算し、この有効電流Ｉ_Ｐ、無効電流Ｉ_Ｑと、予め設定された変圧器高圧側の目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆと、既知の値である変圧器２２のリアクタンスＸ_ｔとから、同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを設定して、変圧器２２における位相角変化に応じた変圧器２２での電圧降下を補償するようにしたため、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈ、即ち送電母線の電圧を目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに信頼性良く維持することができ、送電系統全体の電圧安定性を向上させることができる。
【００１１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、図３に示すように、同期機２１が送電系統に１台のみ接続されているものとして、変圧器２２のリアクタンスＸ_ｔによる電圧変化を１００％補償するようにしたが、例えば図４のように複数の同期機２１、４１が送電系統に繋がっている場合、変圧器２２のリアクタンスＸ_ｔをそれぞれ１００％補償すると、他の同期機との間のリアクタンスがほぼゼロとなるため、同期機２１、４１間での出力端子電圧Ｖ_Ｇの電圧差および電圧変化時の応答差によって、横流が発生し、同期機２１、４１の負荷バランスが崩れて、一方の同期機（２１または４１）が過負荷となる可能性がある。なお、Ｘ_Ｌは送電線２４のリアクタンスである。
そこで、この実施の形態２では、電圧設定器２８にて設定する同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを、以下の式（８）に示すように、変圧器２２のリアクタンスＸ_ｔからその横流抑制分に対応するリアクタンスＸ_ＤＲを減じた値で演算する。なお、リアクタンスＸ_ＤＲは、同期機および送電系統の条件等により経験的に設定され、例えば、同期機の容量に基づいて数％の値に設定する。
Ｖ_Ｇｒｅｆ＝√｛Ｖ_Ｈｒｅｆ ^２−［（Ｘ_ｔ−Ｘ_ＤＲ）・Ｉ_Ｐ］^２｝＋（Ｘ_ｔ−Ｘ_ＤＲ）・Ｉ_Ｑ・・・・（８）
このとき、図５に示すように、同期機２１の出力電流Ｉ_Ｇ（有効電流Ｉ_Ｐ、無効電流Ｉ_Ｑ）の各成分が大きくなるほど、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈは、リアクタンスＸ_ＤＲの影響により目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆよりも低くなるものであるが、リアクタンスＸ_ＤＲは数％の値であるため、変圧器２２の高圧側電圧Ｖ_Ｈは、目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆにほぼ制御されているので問題ない。
【００１２】
この実施の形態では、電圧設定器２８にて設定する同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを、上記の式（８）により演算して設定したため、上記実施の形態１と同様に、変圧器２２における位相角変化に応じた変圧器２２での電圧降下を補償して送電母線の電圧を信頼性良く維持することができるとともに、送電系統に接続される複数の同期機２１、４１間で横流が発生するのを抑制でき、同期機２１、４１が過負荷となるのが防止でき信頼性が向上する。
【００１３】
なお、横流抑制分に対応する上記リアクタンスＸ_ＤＲを、送電系統に接続される複数の同期機に対して全て同一の値に設定することにより、送電系統に接続される複数の同期機に同一のリアクタンス値（設定するＸ_ＤＲ）の変圧器が接続されていることと模擬的に同じになるため、電力系統運用時、それぞれ異なる変圧器のリアクタンスを考慮する必要がなくなり、運用が容易になるという効果がある。
【００１４】
実施の形態３．
上記実施の形態２では、横流抑制分に対応するリアクタンスＸ_ＤＲを変圧器２２のリアクタンスＸ_ｔから減じているが、横流の要因となるのは、同期機２１の出力電流Ｉ_Ｇ（有効電流Ｉ_Ｐ、無効電流Ｉ_Ｑ）の中の無効電流Ｉ_Ｑのみであるため、この実施の形態３では、電圧設定器２８にて設定する同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを、以下の式（９）により演算する。
Ｖ_Ｇｒｅｆ＝√｛Ｖ_Ｈｒｅｆ ^２−（Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｐ）^２｝＋（Ｘ_ｔ−Ｘ_ＤＲ）・Ｉ_Ｑ・・・・（９）
このように、横流の要因にならない有効電流分には変圧器２２のリアクタンスＸ_ｔをそのまま用い、横流の要因となる無効電流分のみ横流抑制の為のリアクタンスＸ_ＤＲを変圧器２２のリアクタンスＸ_ｔから減じたため、横流を効果的に抑制しつつ、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈを目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに制御する制御性が向上する。
このとき、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈは、図６に示すように、同期機２１の出力電流Ｉ_Ｇの無効電流Ｉ_Ｑが大きくなるほど、目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆよりも低くなるが、有効電流Ｉ_Ｐにはほとんど影響されない。
【００１５】
実施の形態４．
上記実施の形態２では、横流抑制分に対応するリアクタンスＸ_ＤＲを設け、図５に示すように、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈは、同期機２１の出力電流Ｉ_Ｇ（有効電流Ｉ_Ｐ、無効電流Ｉ_Ｑ）の各成分が０のとき目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに一致し、該各成分が大きくなるほど、目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆよりも低くなるものであったが、この実施の形態４では、図７に示すように、同期機２１の出力電流Ｉ_Ｇ（有効電流Ｉ_Ｐ、無効電流Ｉ_Ｑ）が例えば、定格運転値等の基準電流値Ｉ_０（有効電流Ｉ_Ｐ０、無効電流Ｉ_Ｑ０）に一致したときに、変圧器２２の高圧側電圧Ｖ_Ｈが、目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに一致するように補正する。
この場合、電圧設定器２８にて設定する同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを、以下の式（１０）により演算する。
Ｖ_Ｇｒｅｆ＝√｛Ｖ_Ｈｒｅｆ ^２−［（Ｘ_ｔ−Ｘ_ＤＲ）・Ｉ_Ｐ＋Ｘ_ＤＲ・Ｉ_Ｐ０］^２｝＋（Ｘ_ｔ−Ｘ_ＤＲ）・Ｉ_Ｑ＋Ｘ_ＤＲ・Ｉ_Ｑ０・・・・（１０）
【００１６】
これにより、同期機２１が基準電流値Ｉ_０（有効電流値Ｉ_Ｐ０、無効電流値Ｉ_Ｑ０）を出力しているときに、変圧器２２の高圧側電圧Ｖ_Ｈが目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに一致するように制御できるため、上記実施の形態２の場合よりも精度良く、変圧器２２の高圧側電圧Ｖ_Ｈを目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに一致するように制御できる。このため、送電系統に接続される複数の同期機間で横流が発生するのを抑制しつつ、送電母線の電圧を目標電圧に信頼性良く維持することができ、送電系統全体の電圧安定性をさらに向上させることができる。
【００１７】
実施の形態５．
上記実施の形態３では、横流抑制分に対応するリアクタンスＸ_ＤＲを横流の要因となる無効電流分のみに設け、図６に示すように、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈは、同期機２１の出力電流Ｉ_Ｇの無効電流Ｉ_Ｑが０のとき目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに一致し、無効電流Ｉ_Ｑが大きくなるほど、目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆよりも低くなるものであったが、この実施の形態５では、図８に示すように、同期機２１の出力電流Ｉ_Ｇの無効電流Ｉ_Ｑが例えば、定格運転値等の基準の無効電流値Ｉ_Ｑ０に一致したときに、変圧器２２の高圧側電圧Ｖ_Ｈが、目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに一致するように補正する。
この場合、電圧設定器２８にて設定する同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを、以下の式（１１）により演算する。
Ｖ_Ｇｒｅｆ＝√｛Ｖ_Ｈｒｅｆ ^２−（Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｐ）^２｝＋（Ｘ_ｔ−Ｘ_ＤＲ）・Ｉ_Ｑ＋Ｘ_ＤＲ・Ｉ_Ｑ０・・・・（１１）
【００１８】
これにより、同期機２１が基準の無効電流値Ｉ_Ｑ０を出力しているときに、変圧器２２の高圧側電圧Ｖ_Ｈが目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに一致するように制御でき、上記実施の形態３の場合よりも精度良く、変圧器２２の高圧側電圧Ｖ_Ｈを目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに一致するように制御できる。このため、送電系統に接続される複数の同期機間で横流が発生するのを抑制しつつ、送電母線の電圧を目標電圧に信頼性良く維持することができ、送電系統全体の電圧安定性をさらに向上させることができる。
【００１９】
実施の形態６．
上記実施の形態４、５では、基準の有効電流値Ｉ_Ｐ０、無効電流値Ｉ_Ｑ０の時に、変圧器２２の高圧側電圧Ｖ_Ｈが目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに一致するようにしたが、同期機２１の運転状態により有効電流Ｉ_Ｐが、また目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆを変化させることで、無効電流Ｉ_Ｑが変化する。このため、この実施の形態では、同期機２１の運転状態、および変圧器２２の高圧側の目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに応じて、基準の有効電流値Ｉ_Ｐ０、基準の無効電流値Ｉ_Ｑ０を設定する。図９に示すように、例えば、変圧器高圧側の目標電圧Ｖ_{Ｈｒｅｆ０}のとき、基準電流値Ｉ_０（有効電流Ｉ_Ｐ０、無効電流Ｉ_Ｑ０）と設定し、変圧器高圧側の目標電圧Ｖ_{Ｈｒｅｆ１}のとき、基準電流値Ｉ_１（有効電流Ｉ_Ｐ１、無効電流Ｉ_Ｑ１）と設定する。これにより、変圧器高圧側の目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆが変更されても、変圧器２２の高圧側電圧Ｖ_Ｈをその変更された目標電圧設定値Ｖ_Ｈｒｅｆに制御することが出来る。
これにより、送電母線の電圧を目標電圧に維持する制御の信頼性がさらに向上し、より大きな電力系統電圧の維持および電圧安定度の向上効果が得られる。
【００２０】
実施の形態７．
上記実施の形態１〜６では、電圧設定器２８での演算において、変圧器２２のリアクタンスに横流抑制分だけ減じた値を用いたが、この実施の形態では、有効電流Ｉ_Ｐの変化に拘わらず無効電流Ｉ_Ｑの変化によってのみ変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈが変化するように、同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを設定する。
ここでは、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈの目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに対する無効電流Ｉ_Ｑに係る垂下率Ｘ_Ｄを所定の値に設定して、変圧器高圧側電圧Ｖ_Ｈを以下の式（１２）で表し、
Ｖ_Ｈ＝Ｖ_Ｈｒｅｆ−Ｘ_Ｄ・Ｉ_Ｑ・・・・（１２）
この式（１２）と、同期機出力端子電圧Ｖ_Ｇおよび有効電流Ｉ_Ｐ、無効電流Ｉ_Ｑで変圧器高圧側電圧Ｖ_Ｈを表した上記式（５）とから、電圧設定器２８にて設定する同期機２１の出力端子目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを、以下の式（１３）により演算する。
Ｖ_Ｇｒｅｆ＝√｛（Ｖ_Ｈｒｅｆ−Ｘ_Ｄ・Ｉ_Ｑ）^２−（Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｐ）^２｝＋Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｑ・・・・（１３）
【００２１】
なお、垂下率Ｘ_Ｄは、同期機および送電系統の条件等により経験的に設定され、例えば、同期機２１の容量に基づき数％の値に設定する。
このとき、同期機２１の出力電流Ｉ_Ｇの無効電流Ｉ_Ｑが大きくなるほど、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈは、目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆよりも低くなるものであるが、垂下率Ｘ_Ｄは数％の値であるため、変圧器２２の高圧側電圧Ｖ_Ｈは、目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆにほぼ制御されているとして問題ない。
【００２２】
この実施の形態では、有効電流Ｉ_Ｐの変化に係わらず無効電流Ｉ_Ｑの変化によってのみ変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈが変化するように、同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを設定したため、通常運転時の負荷変化、即ち有効電力の変化では変圧器高圧側電圧Ｖ_Ｈが変化せず、同期機の信頼性の高い制御運転が容易に行えると共に、送電系統に接続される複数の同期機間で横流が発生するのを効果的に抑制でき、同期機２１が過負荷となるのが防止できる。また、同期機出力端子電圧Ｖ_Ｇと有効電流Ｉ_Ｐ、無効電流Ｉ_Ｑとで変圧器高圧側電圧Ｖ_Ｈを表した上記式（５）を用いた式（１３）により同期機出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを演算したため、上記実施の形態１と同様に、変圧器２２における位相角変化に応じた変圧器２２での電圧降下を補償して送電母線の電圧を信頼性良く維持することができる。
【００２３】
実施の形態８．
上記実施の形態１〜７では、電圧設定器２８にて、同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを、変圧器２２での電圧降下を補償するように設定したが、図１０に示すように、同期機２１から変圧器２２および送電母線２５までの間には抵抗Ｒ３３が存在するもので、同期機２１から送電母線２５までの間の送電線長が長い場合などは、この抵抗Ｒ３３を考慮する必要がある。
この実施の形態では、電圧設定器２８にて設定する目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを、変圧器２２でのリアクタンス分電圧降下を補償するだけでなく、同期機２１の出力電流Ｉ_Ｇの有効電流Ｉ_Ｐと抵抗Ｒ３３とによる電圧降下も補償するように設定する。これにより、送電母線の電圧を目標電圧に維持する制御の信頼性がさらに向上し、より大きな電力系統電圧の維持および電圧安定度の向上効果が得られる。
【００２４】
実施の形態９．
上記実施の形態１〜８では、変圧器２２のリアクタンスＸ_ｔは固定としたが、図１１に示すように、タップ切換制御機能を備えた変圧器２２Ａを用いても良い。この場合、変圧器２２Ａのタップ切換制御時に変化するタップ比に応じて、電圧設定器２８にて、同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを設定する。タップ切換制御は、変圧器２２Ａ高圧側巻線のタップ位置を切り換えるもので、この場合、タップ比ｎのとき、高圧側巻線が定格巻線数に対し１／ｎとなる。
タップ比ｎのとき、上記実施の形態１の式（６）で示した同期機２１の出力端子電圧Ｖ_Ｇは、
Ｖ_Ｇ＝√｛（Ｖ_Ｈ／ｎ）^２−（ｎ・Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｐ）^２｝＋ｎ・Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｑ・・・・（１４）
となり、式（７）で示した同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆは、
Ｖ_Ｇｒｅｆ＝√｛（Ｖ_Ｈｒｅｆ／ｎ）^２−（ｎ・Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｐ)^２｝＋ｎ・Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｑ・・・・（１５）
となる。
このように、同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆは、有効電流Ｉ_Ｐ、無効電流Ｉ_Ｑと、変圧器高圧側の目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆと、変圧器２２Ａのタップ比ｎおよびリアクタンスＸ_ｔとを用いて、上記式（１５）により演算して設定される。このため、変圧器２２Ａのタップ位置によらず、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈ、即ち送電母線の電圧を目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに信頼性良く維持することができ、送電系統全体の電圧安定性を向上させることができる。
【００２５】
なお、この実施の形態では、タップ切換制御機能を備えた変圧器２２Ａを上記実施の形態１での制御に適用したが、上記実施の形態２〜９による制御についても同様に適用できる。
【００２６】
実施の形態１０．
上記実施の形態９では、タップ比ｎとしたが、実際の変圧器では、電圧変換に関する電圧比ｎ_ｇと、リアクタンス変化に関するリアクタンス比ｎ_ｒは必ずしも一致していない。
このため、この実施の形態では、上記式（１５）のタップ比ｎに電圧比ｎ_ｇとリアクタンス比ｎ_ｒとをそれぞれ適用し、
Ｖ_Ｇｒｅｆ＝√｛（Ｖ_Ｈｒｅｆ／ｎ_ｇ）^２−（ｎ_ｒ・Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｐ)^２｝＋ｎ_ｒ・Ｘ_ｔ・Ｉ_Ｑ・・・・（１６）
で表される目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを用いる。
このように、変圧器２２Ａのタップ切換制御時に変化するタップ比に応じた電圧比ｎ_ｇとリアクタンス比ｎ_ｒとを用いて、同期機２１の出力端子の目標電圧Ｖ_Ｇｒｅｆを設定する。このため、変圧器２２Ａのタップ位置によらず、変圧器の高圧側電圧Ｖ_Ｈ、即ち送電母線の電圧を目標電圧Ｖ_Ｈｒｅｆに維持するように、さらに精度良く制御でき、送電系統全体の電圧安定性を向上させることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上のようにこの発明に係る励磁制御装置は、送電系統に変圧器を介して接続された同期機の出力端子電圧を検出する電圧検出手段と、上記同期機が出力する出力電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出された出力電流、上記変圧器のリアクタンス、および上記変圧器の高圧側目標電圧に基づいて上記同期機の出力端子の目標電圧を設定する電圧設定手段とを備えて、上記電圧設定手段により設定された目標電圧と上記電圧検出手段により検出された出力端子電圧との偏差に基づいて上記同期機の励磁系を制御するものであって、上記電流検出手段により検出された出力電流と上記電圧検出手段により検出された出力端子電圧とから上記出力電流の有効電流、無効電流をそれぞれ演算し、上記変圧器における高圧側・低圧側間の電圧位相差である位相角変化に応じた上記変圧器での電圧降下を補償するように、上記電圧設定手段により上記同期機の出力端子の目標電圧を演算して設定するものてあるため、変圧器の高圧側電圧を高圧側目標電圧に信頼性良く維持することができ、送電系統全体の電圧安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による励磁制御装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による励磁制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１による電力系統の構成図である。
【図４】この発明の実施の形態２による電力系統の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態２による変圧器の高圧側電圧と目標電圧との関係を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態３による変圧器の高圧側電圧と目標電圧との関係を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態４による変圧器の高圧側電圧と目標電圧との関係を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態５による変圧器の高圧側電圧と目標電圧との関係を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態６による変圧器の高圧側電圧と目標電圧との関係を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態８による励磁制御装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態９による励磁制御装置を示す構成図である。
【符号の説明】
２１同期機、２２，２２Ａ変圧器、２４送電線、２５送電母線、
２６ＰＴ（電圧検出手段）、２７ＣＴ（電流検出手段）、
２８電圧設定器、２９減算器、３０ＡＶＲ、３１励磁機、
３２界磁巻線、３３抵抗。

Claims

送電系統に変圧器を介して接続された同期機の出力端子電圧を検出する電圧検出手段と、上記同期機が出力する出力電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出された出力電流、上記変圧器のリアクタンス、および上記変圧器の高圧側目標電圧に基づいて上記同期機の出力端子の目標電圧を設定する電圧設定手段とを備えて、上記電圧設定手段により設定された目標電圧と上記電圧検出手段により検出された出力端子電圧との偏差に基づいて上記同期機の励磁系を制御する励磁制御装置において、上記電流検出手段により検出された出力電流と上記電圧検出手段により検出された出力端子電圧とから上記出力電流の有効電流、無効電流をそれぞれ演算し、上記変圧器における高圧側・低圧側間の電圧位相差である位相角変化に応じた上記変圧器での電圧降下を補償するように、上記電圧設定手段により上記同期機の出力端子の目標電圧を演算して設定することを特徴とする励磁制御装置。
複数の上記同期機がそれぞれ変圧器を介して上記送電系統と接続され、上記電圧設定手段により上記同期機の出力端子の目標電圧を設定する際、上記変圧器の高圧側電圧の上記目標電圧に対する上記無効電流に係る垂下率を所定の値に設定し、上記有効電流の変化に拘わらず上記無効電流の変化によってのみ上記変圧器の高圧側電圧が変化するように上記同期機の出力端子の目標電圧を設定して、上記複数の同期機間の横流を抑制させることを特徴とする請求項１記載の励磁制御装置。
複数の上記同期機がそれぞれ変圧器を介して上記送電系統と接続され、上記電圧設定手段により上記同期機の出力端子の目標電圧を設定する際、上記変圧器のリアクタンスを所定分減じた値に置き換えて演算することにより、上記複数の同期機間の横流を抑制させることを特徴とする請求項１記載の励磁制御装置。
上記電圧設定手段により、上記無効電流の値に乗じられる上記変圧器のリアクタンスのみを所定分減じた値に置き換えて演算することにより、上記同期機の出力端子の目標電圧が、上記有効電流、無効電流の各電流の増大により減少されることを特徴とする請求項３記載の励磁制御装置。
上記電圧設定手段は、上記電流検出手段により検出された有効電流、無効電流が予め設定された基準値と一致するとき、上記変圧器の高圧側電圧が上記高圧側目標電圧と一致するように上記同期機の出力端子の目標電圧を設定することを特徴とする請求項３または４記載の励磁制御装置。
上記電圧設定手段は、上記変圧器の高圧側目標電圧に応じて上記有効電流、無効電流の上記基準値を予め設定することを特徴とする請求項５記載の励磁制御装置。
上記変圧器にタップ切換制御機能を備え、上記電圧設定手段は、上記変圧器のタップ切換制御時に変化するタップ比に応じて上記同期機の出力端子の目標電圧を設定することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の励磁制御装置。
上記電圧設定手段は、上記変圧器のタップ比に応じた電圧比、リアクタンス比を用いて上記同期機の出力端子の目標電圧を設定することを特徴とする請求項８記載の励磁制御装置。