專利名稱：勵磁控制裝置及勵磁控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及力圖提高電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性及電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定度的勵磁 控制裝置及勵磁控制方法。
背景技術(shù)：
圖1所示為以往的勵磁控制裝置構(gòu)成圖，在圖中，l為同步機，2為變壓 器，3為斷路器，4為輸電線，5為發(fā)電廠的輸電母線，6為檢測同步機1輸出 端電壓V(;的電壓互感器(下面稱為PT)， 7為測量同步機1輸出的無功電流IQ 的電流互感器(下面稱為CT),8為根據(jù)利用CT7檢測的無功電流1 及變壓器2 高壓側(cè)的目標(biāo)電壓V^f設(shè)定同步機1輸出端目標(biāo)電壓V^t的電壓設(shè)定器。9為從利用電壓設(shè)定器8設(shè)定的目標(biāo)電壓V^f減去利用PT6檢測的輸出端 電壓V。并輸出其偏差信號的減法呂，10為將減法器9輸出的偏差信號作為輸入 條件來控制勵磁機11的整流時間的自動電壓調(diào)整裝置(下面稱為AVR)， 11為 根據(jù)AVR10的指令供給同步機1勵磁繞組12的勵磁電流的勵磁機，12為同步 機1的勵磁繞組。另外，圖2所示為以往的勵磁控制方法的流程圖。下面說明工作情況。首先，PT6檢測同步機1的輸出端電壓Ve(步驟STl)，同時CT7檢測同步 機1輸出的無功電流1 (步驟2)。若CT7檢測出無功電流IQ，則電壓設(shè)定器8根據(jù)該無功率電流1。變壓器2 高壓側(cè)的目標(biāo)電壓VHr￡f，設(shè)定同步機1輸出端的目標(biāo)電壓V^f(步驟ST3)。下面敘述具體的設(shè)定方法。同步機1的輸出端電壓V。與變壓器2的高壓側(cè)電壓VH具有式(1)的關(guān)系式 (1)中的Xt是變壓器2的電抗)。VG=VH+Xt.IQ (1)另外，在如圖3所示的多臺同步機1與輸電系統(tǒng)連接時，與其它同步機之 間的電抗近似為零，由于各同步機1的輸出端電壓VG的電壓差及響應(yīng)差，有 環(huán)流流過，同步機1處于過載。為了抑制該環(huán)流發(fā)生，如式(2)所示，從變壓 器2的電抗X,減去抑制環(huán)流部分對應(yīng)的電抗XDR。這里，抑制環(huán)流部分對應(yīng)的 電抗L設(shè)定為變壓器2的電抗Xt的百分之幾的值，該值根據(jù)經(jīng)濟(jì)設(shè)定。VGref: BHref'十(X「Xdr).I(J (2)因而，電壓設(shè)定器8通過將同步機1輸出的無功電流1。及變壓器2高壓側(cè) 的目標(biāo)電壓Vhw代入式(2)，計算同步機1輸出端的目標(biāo)電壓V(; f。這樣，若電壓設(shè)定器8設(shè)定同步機1輸出端的目標(biāo)電壓Ve f，則減法器9 從利用電壓設(shè)定器8設(shè)定的目標(biāo)電壓V^f減去利用PT6檢測的同步機1的輸出 端電壓V;，輸出該減法結(jié)果即偏差信號(步驟ST4)。一旦減法器9輸出偏差信號，則AVR10將該偏差信號例如作為下述傳遞函 數(shù)的輸入條件，生成控制勵磁機11的整流時間的時間信號(步驟ST5)。傳遞函數(shù)二K.(1+1YD.S)/(1+W) (3)式中，K為增益常數(shù)T,d及T,。為時間常數(shù) S為拉普拉斯算子勵磁機11若以AVD接受時間信號，則根據(jù)該時間信號對同步機1的勵磁 繞組12供給勵磁電流(步驟ST6)。另外，若減法器9輸出的偏差信號為正，則 供給勵磁繞組12的勵磁電流增加，同步機1的輸出端電壓V。升高，而若減法 器9輸出的偏差信號為負(fù)，則供給勵磁繞組12的勵磁電流減少，同步機1的 輸出端電壓V(;降低。這樣進(jìn)行控制，使同步機1的輸出端電壓V(;與目標(biāo)電壓V^f—致，同時進(jìn) 行控制，在同步機1輸出的無功電流1 為零時，使變壓器2的高壓側(cè)電壓VH 與目標(biāo)電壓Vm—致。VG=VHref+(Xt-XDR).IQ (4)VH=VHre「X,IQ (5)這樣，由于輸電母線5的電壓維持一定，因此例如即使輸電線4發(fā)生事故， 也能夠減緩整個輸電系統(tǒng)的電壓下降。
以往的勵磁控制裝置由于如上所述構(gòu)成，因此即使輸電線4發(fā)生事故，雖 然也能夠減緩整個輸電系統(tǒng)的電壓下降，但由于沒有使系統(tǒng)事故時產(chǎn)生的功率 振蕩加速率衰減的裝置，因此存在的問題是，必須另外設(shè)置為加速功率振蕩衰 減用的電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制裝置(PSS)。本發(fā)明是為解決上述問題而提出的，目的在于得到能夠控制變壓器高壓側(cè) 電壓為一定、同時能夠加速功率振蕩衰減的勵磁控制裝置及勵磁控制方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的勵磁控制裝置設(shè)有根據(jù)利用無功電流檢測裝置檢測的無功電流、 變壓器高壓側(cè)目標(biāo)電壓及加速功率振蕩衰減的相位補償函數(shù)設(shè)定同步機輸出端目標(biāo)電壓的電壓設(shè)定裝置。這樣具有能夠控制變壓器高壓側(cè)電壓為一定并能夠加速功率振蕩衰減的效果。本發(fā)明的勵磁控制裝置，是使電壓設(shè)定裝置考慮到利用電壓檢測裝置檢測的輸出端電壓來設(shè)定同步機輸出端的目標(biāo)電壓。這樣具有能夠調(diào)整功率振蕩衰減速率為所希望速率的效果。本發(fā)明的勵磁控制方法是根據(jù)同步機輸出的無功電流、變壓器高壓側(cè)的目標(biāo)電壓及加速功率振蕩衰減的相位補償函數(shù)設(shè)定同步機輸出端的目標(biāo)電壓。這樣具有能夠控制變壓器高壓側(cè)電壓為一定并能夠加速功率振蕩衰減的效果。本發(fā)明的勵磁控制方法是考慮到同步機輸出端電壓來設(shè)定該同步機輸出 端的目標(biāo)電壓。這樣具有能夠調(diào)整功率振蕩衰減速度為所希望速度的效果。本發(fā)明提供一種勵磁控制裝置，具有檢測通過變壓器與輸電系統(tǒng)連接的同 步機的輸出端電壓的電壓檢測裝置、檢測所述同步機輸出的無功電流的無功電 流檢測裝置、根據(jù)利用所述無功電流檢測裝置檢測的無功電流和所述變壓器高 壓側(cè)目標(biāo)電壓以及加速功率振蕩衰減的相位補償函數(shù)設(shè)定所述同步機輸出端 目標(biāo)電壓的電壓設(shè)定裝置、根據(jù)利用所述電壓設(shè)定裝置設(shè)定的目標(biāo)電壓與利用 上述電壓檢測裝置檢測的輸出端電壓之偏差對所述同步機的勵磁系統(tǒng)進(jìn)行控 制的控制裝置。本發(fā)明提供一種勵磁控制方法，若檢測出通過變壓器與輸電系統(tǒng)連接的同
步機輸出端電壓，同時檢測出該同步機輸出的無功電流，則根據(jù)該無功電流、 所述變壓器高壓側(cè)目標(biāo)電壓及加速功率振蕩衰減的相位補償函數(shù)來設(shè)定所述 同步機輸出端的目標(biāo)電壓，根據(jù)該目標(biāo)電壓與所述輸出端電壓之偏差控制所述 同步機的勵磁系統(tǒng)。本發(fā)明還提供一種勵磁控制裝置，具有檢測通過變壓器與輸電系統(tǒng)連接 的同步機的輸出端電壓的電壓檢測裝置；檢測所述同步機輸出的無功電流的無 功電流檢測裝置；根據(jù)利用所述無功電流檢測裝置檢測的無功電流和所述變壓 器高壓側(cè)目標(biāo)電壓設(shè)定所述同步機輸出端目標(biāo)電壓的電壓設(shè)定裝置，所述電壓 設(shè)定裝置包含加速功率振蕩衰減電路；根據(jù)利用所述電壓設(shè)定裝置設(shè)定的目標(biāo) 電壓與利用上述電壓檢測裝置檢測的輸出端電壓之偏差、以及所述加速功率振 蕩衰減電路輸出的時間信號，對所述同步機的勵磁系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制裝置。本發(fā)明還提供一種勵磁控制方法，檢測通過變壓器與輸電系統(tǒng)連接的同步 機輸出端電壓；檢測所述同步機輸出的無功電流；根據(jù)所述無功電流和所述變 壓器高壓側(cè)目標(biāo)電壓，設(shè)定所述同步機輸出端目標(biāo)電壓，以加速功率振蕩衰減；根據(jù)所述目標(biāo)電壓與所述輸出端電壓之偏差、以及加速功率振蕩衰減電路輸出 的時間信號，對所述同步機的勵磁系統(tǒng)進(jìn)行控制。


圖1所示為以往的勵磁控制裝置構(gòu)成圖。圖2所示為以往的勵磁控制方法流程圖。圖3所示為無限大母線模型系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。圖4所示為本發(fā)明實施形態(tài)1的勵磁控制裝置構(gòu)成圖。圖5所示為本發(fā)明實施形態(tài)1的勵磁控制方法流程圖。圖6所示為帶有電力系統(tǒng)穩(wěn)定功能的電壓設(shè)定器的內(nèi)部構(gòu)成說明圖。圖7所示為本發(fā)明實施形態(tài)2的勵磁控制裝置構(gòu)成圖。圖8所示為本發(fā)明實施形態(tài)2的勵磁控制裝置構(gòu)成圖。圖9所示為帶有電力系統(tǒng)穩(wěn)定功能的電壓設(shè)定器的內(nèi)部構(gòu)成說明圖。
具體實施方式
為了更詳細(xì)說明本發(fā)明，下面根據(jù)

實施本發(fā)明用的最佳形態(tài)。 實施形態(tài)1
圖4所示為本發(fā)明實施形態(tài)1的勵磁控制裝置構(gòu)成圖，在圖中，2為同步 機，22為變壓器，23為斷路器，24為輸電線，25為發(fā)電廠的輸電母線，26為 檢測同步機21輸出端電壓V。的電壓互感器即PT(電壓檢測裝置)，27為檢測同 步機21輸出的無功電流1。的電流互感器即CT(無功電流檢測裝置)，28為根據(jù) 利用CT27檢測的無功電流IQ、變壓器22高壓側(cè)目標(biāo)電壓V,f及加速功率振蕩 衰減的相位補償轉(zhuǎn)遞函數(shù)FH, (S)設(shè)定同步機21輸出端目標(biāo)電壓V^f的帶有電力 系統(tǒng)穩(wěn)定功能的電壓設(shè)定器(電壓設(shè)定裝置)。29為從利用帶有電力系統(tǒng)穩(wěn)定功能的電壓設(shè)定器28設(shè)定的目標(biāo)電壓Vc f 減去利用PT26檢測的輸出端電壓Ve并輸出其偏差信號的減法器，30為將減法 器29輸出的偏差信號作為輸入條件來控制勵磁機31的整流時間的自動電壓調(diào) 整裝置即AVR， 31為根據(jù)AVR30的指令供給同步機21勵磁繞組32的勵磁電流 的勵磁機。32為同步機21的勵磁繞組。另外，由減法器29、 AVR30及勵磁機 31構(gòu)成控制裝置。圖5所示為本發(fā)明實施形態(tài)1的勵磁控制方法流程圖，圖6所示為帶有電 力系統(tǒng)穩(wěn)定功能的電壓設(shè)定器28的內(nèi)部構(gòu)成說明圖。 下面說明工作情況。首先，PT26檢測同步機21的輸出端電壓V,;(步驟STll)，同CT27檢測同 步機21輸出的無功電流I"步驟ST12)。若CT27檢測出無功電流IQ，則帶有電力系統(tǒng)穩(wěn)定功能的電壓設(shè)定器28根 據(jù)該無功電流1。、變壓器22高壓側(cè)的目標(biāo)電壓V^f及加速功率振蕩衰減的相位 補償傳遞函數(shù)Fm(S)，設(shè)定同步機21輸出端的目標(biāo)電壓V^f(步驟ST13)。也就 是說，將無功電流1 、目標(biāo)電壓V^f及傳遞函數(shù)FH"s)代入下述式(b)，計算同 步機21輸出端的目標(biāo)電壓V^f(參照圖6)。<formula>formula see original document page 8</formula> (6)這里，式(6)中的Xt為變壓器22的電抗，X。B為多臺同步機21與輸電系統(tǒng) 連接時抑制流過的環(huán)流部分對應(yīng)的電抗。另外，F(xiàn)"S)為為了加速功率振蕩衰 減而生成適當(dāng)時間信號的相位補償電路的傳遞函數(shù)，例如，可以是用式(7)表 示的傳遞函數(shù)。<formula>formula see original document page 8</formula>(7)式中，s為拉普拉斯算子 a為常數(shù)
另夕卜，在穩(wěn)定時，為了使變壓器22的高壓側(cè)電壓VH與目標(biāo)電壓V^f —致， 式(7)的各常數(shù)必須設(shè)定為使得穩(wěn)定時的FH,(s)的增益為1。這樣，若帶有電力系統(tǒng)穩(wěn)定功能的電壓設(shè)定器28設(shè)定同步機21輸出端的 目標(biāo)電壓Ver"，則減法器29從帶有電力系統(tǒng)穩(wěn)定功能的電壓設(shè)定器28設(shè)定的 目標(biāo)電壓V。w減去利用PT26檢測的同步機21的輸出端電壓Ve，然后輸出該減 法結(jié)果即偏差信號(步驟ST14)。AVR30將減法器29的輸出即偏差信號作為輸入信號，生成控制勵磁機31 的整流時間的時間信號(步驟ST15)。勵磁機31或從AVR30接受時間信號，則根據(jù)該時間信號對同步機21的勵 磁繞組32供給勵磁電流(步驟ST16)。另外，若減法器29輸出的偏差信號為正，則供給勵磁繞組32的勵磁電流 增加，同步機21的輸出端電壓Ve升高，而若減法器29輸出的偏差信號為負(fù)， 則供給勵磁繞組32的勵磁電流減少，同步機21的輸出端電壓V。降低。這樣進(jìn)行控制，使同步機21的輸出端電壓V。與目標(biāo)電壓V(m—致。另外，由于同步機21的輸出端電壓VG與變壓器22的高壓側(cè)電壓Vh具有 下述式(8)的關(guān)系，因此同步機21的輸出端電壓V。與變壓器22的高壓側(cè)電壓 VH可以用高壓側(cè)目標(biāo)電壓VHref分別如式(9)及式(10)表示。VH=VG-Xt.I (8)V(;=VHref+(Xt-XJ.I。 (9)VhUr,I。 (10)因而能夠進(jìn)行控制，使變壓器22的高壓側(cè)電壓Vh在同歩機21輸出的無功 電流為零時與目標(biāo)電壓V^f—致。由上述可知，根據(jù)本實施形態(tài)l，由于它是根據(jù)同步機21輸出的無功電流 I。、變壓器22的高壓側(cè)目標(biāo)電壓V^f及加速功率振蕩衰減的相位補償傳遞函數(shù) FH,(s)來設(shè)定同步機21的輸出端目標(biāo)電壓V。而構(gòu)成的，因此能夠控制變壓器21 的高壓側(cè)電壓VH為一定，結(jié)果在系統(tǒng)發(fā)生事故時或負(fù)荷突然增加時，也具有 能夠力圖使電壓穩(wěn)定的效果。另外，由于能夠加速功率振蕩衰減，因此具有能 夠提高電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定度的效果。實施形態(tài)2圖7所示本發(fā)明實施形態(tài)2的勵磁控制裝置構(gòu)成圖，在圖中，由于與圖4 相同的符號表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠郑虼耸÷云湔f明。33為根據(jù)利用CT27檢測的無功電流IQ、利用PT26檢測的輸出端電壓Vc、 變壓器22高壓側(cè)目標(biāo)電壓V^f及加速功率振蕩衰減的相位補償傳遞函數(shù)FH2(s) 設(shè)定同步機21輸出端目標(biāo)電壓V。^f的帶有電力系統(tǒng)穩(wěn)定功能的電壓設(shè)定器(電 壓設(shè)定裝置)。圖8所示為本發(fā)明實施形態(tài)2的勵磁控制裝置方法流程圖，圖9所示為帶 有電力系統(tǒng)穩(wěn)定功能的電壓設(shè)定器33的內(nèi)部構(gòu)成說明圖。 下面說明工作情況在上述實施形態(tài)1中所示的是根據(jù)同步機21輸出的無功電流IQ、變壓器 22高壓側(cè)目標(biāo)電壓V^。f及加速功率振蕩衰減的相位補償傳遞函數(shù)Fh,(s)來沒定 同步機21輸出端目標(biāo)電壓V^r的，但也可以還考慮利用PT26檢測的輸出端電 壓V。來設(shè)定同步機21輸出端的目標(biāo)電壓Ve f、也就是說，帶有電力系統(tǒng)穩(wěn)定功 能的電壓設(shè)定器33如圖9所示，根據(jù)利用CT27檢測的無功電流I。、利用PT26 檢測的輸出端電壓V"變壓器22高壓側(cè)目標(biāo)電壓V,f及加速功率振蕩衰減的相 位補償傳遞函數(shù)FH2(s)設(shè)定同步機21輸出端的目標(biāo)電壓Vtof (步驟ST17)。 v(;rcl: vHref.+ (x「xRD) [vllrcl+ (x「xRD) ■;[ —V(;] .FH2 (s) (11) 這里，式(ll)中的Xt為變壓器22的電抗，X^為多臺同步機21與輸電系統(tǒng) 連接時抑制流過的環(huán)流部分對應(yīng)的電抗。另外，F(xiàn)H2(s)為為了加速功率振蕩衰 減而生成適當(dāng)時間信號的相位補償電路的傳遞函數(shù)，例如可以是用式(12)表示 的傳遞函數(shù)。FH2(s) =a2n'sn+a2(n—i).sn—----ha2rs+a20 (7)式中，s為拉普拉斯算子 a為常數(shù)這樣，在計算同步機21輸出端目標(biāo)電壓V^f時，即使設(shè)定傳遞函數(shù)FH2(s) 的值為任意數(shù)值，在穩(wěn)定時變壓器22的高壓側(cè)電壓VH與目標(biāo)電壓V,f也一致 (穩(wěn)定時，由于VHref+(Xt-XRD).IQ-V=0)。因而，與上述實施形態(tài)l不同，由于沒 有必要將穩(wěn)定時的傳遞函數(shù)FH2(s)的增益設(shè)定為1，因此能夠調(diào)整功率振蕩衰 減速度為所希望的速度。如上所述，本發(fā)明的勵磁控制裝置及勵磁控制方法在控制同步機的勵磁系 統(tǒng)時，能夠力圖提高電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性及電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定度。
權(quán)利要求
1. 一種勵磁控制裝置，其特征在于，具有檢測通過變壓器與輸電系統(tǒng)連接 的同步機的輸出端電壓的電壓檢測裝置、檢測所述同步機輸出的無功電流的無 功電流檢測裝置、根據(jù)利用所述無功電流檢測裝置檢測的無功電流和所述變壓 器高壓側(cè)目標(biāo)電壓以及加速功率振蕩衰減的相位補償函數(shù)設(shè)定所述同步機輸 出端目標(biāo)電壓的電壓設(shè)定裝置、根據(jù)利用所述電壓設(shè)定裝置設(shè)定的目標(biāo)電壓與 利用上述電壓檢測裝置檢測的輸出端電壓之偏差對所述同步機的勵磁系統(tǒng)進(jìn) 行控制的控制裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的勵磁控制裝置，其特征在于，電壓設(shè)定裝置考慮到利用電壓檢測裝置檢測的輸出端電壓來設(shè)定同步機輸出端的目標(biāo)電壓。
3. —種勵磁控制方法，其特征在于，若檢測出通過變壓器與輸電系統(tǒng)連接 的同步機輸出端電壓，同時檢測出該同步機輸出的無功電流，則根據(jù)該無功電 流、所述變壓器高壓側(cè)目標(biāo)電壓及加速功率振蕩衰減的相位補償函數(shù)來設(shè)定所 述同步機輸出端的目標(biāo)電壓，根據(jù)該目標(biāo)電壓與所述輸出端電壓之偏差控制所 述同步機的勵磁系統(tǒng)。
4. 如權(quán)利要求3所述的勵磁控制方法，其特征在于，考慮到同步機的輸出 端電壓來設(shè)定該同步機輸出端的目標(biāo)電壓。
5. —種勵磁控制裝置，其特征在于，具有檢測通過變壓器與輸電系統(tǒng)連接的同步機的輸出端電壓的電壓檢測裝置；檢測所述同步機輸出的無功電流的無功電流檢測裝置；根據(jù)利用所述無功電流檢測裝置檢測的無功電流和所述變壓器高壓側(cè)目 標(biāo)電壓設(shè)定所述同步機輸出端目標(biāo)電壓的電壓設(shè)定裝置，所述電壓設(shè)定裝置包 含加速功率振蕩衰減電路；根據(jù)利用所述電壓設(shè)定裝置設(shè)定的目標(biāo)電壓與利用上述電壓檢測裝置檢 測的輸出端電壓之偏差、以及所述加速功率振蕩衰減電路輸出的時間信號，對 所述同步機的勵磁系統(tǒng)進(jìn)行控制的控制裝置。
6. —種勵磁控制方法，其特征在于， 檢測通過變壓器與輸電系統(tǒng)連接的同步機輸出端電壓； 檢測所述同步機輸出的無功電流；根據(jù)所述無功電流和所述變壓器高壓側(cè)目標(biāo)電壓，設(shè)定所述同步機輸出端目標(biāo)電壓，以加速功率振蕩衰減；根據(jù)所述目標(biāo)電壓與所述輸出端電壓之偏差、以及加速功率振蕩衰減電路 輸出的時間信號，對所述同步機的勵磁系統(tǒng)進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明提供了勵磁控制裝置及勵磁控制方法。本發(fā)明是根據(jù)同步機(21)輸出的無功電流(IQ)、變壓器(22)高壓側(cè)目標(biāo)電壓(V_Hrcf)及加速功率振蕩衰減的相位補償傳遞函數(shù)(F_H1(s))設(shè)定同步機(21)輸出端的目標(biāo)電壓(V_G)。
文檔編號H02P9/14GK101145753SQ200710140808
公開日2008年3月19日 申請日期2000年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月19日
發(fā)明者下村勝, 北村仁美 申請人:三菱電機株式會社