米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 発電 -> 三菱電機株式会社

発明の名称 原動機出力の制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−82305(P2007−82305A)
公開日 平成19年3月29日(2007.3.29)
出願番号 特願2005−265061(P2005−265061)
出願日 平成17年9月13日(2005.9.13)
代理人 【識別番号】100113077
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 省吾
発明者 下村 勝
要約 課題
フィードバック信号に含まれるノイズ以外の、発電機と電力系統との間で発生する電力変動の拡大を防止して電力系統に擾乱を与えることなく安定な運転を継続できる原動機の制御装置を提供する

解決手段
原動機に駆動される発電機の出力電力の目標となる指令値を示す出力電力指令値信号と、出力電力の現在値を示す出力電力信号とを入力とする偏差検出手段1aが、指令値と現在値との偏差を示す偏差信号を出力し、その偏差信号を入力とする制御手段3aが、原動機の出力を制御する制御出力信号を出力するときに、出力電力信号、偏差信号又は制御出力信号のいずれかから、電動機の出力と出力電力との不一致により発生する出力電力の周期変動による所定の周波数成分を減衰又は除去するフィルタ手段2aを備えた。
特許請求の範囲
【請求項1】
原動機に駆動される発電機の出力電力の目標となる指令値を示す出力電力指令値信号と、前記出力電力の現在値を示す出力電力信号とを入力として、前記指令値と前記現在値との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段、
前記偏差信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段、
及び、前記出力電力信号、前記偏差信号又は前記制御出力信号のいずれかから、前記原動機の出力と前記出力電力との不一致により発生する前記出力電力の周期変動による所定の周波数成分を減衰又は除去するフィルタ手段を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項2】
原動機に駆動される発電機の出力電力の目標となる指令値を示す出力電力指令値信号と、前記出力電力の現在値を示す出力電力信号とを入力として、前記指令値と前記現在値との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段、
前記偏差信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段、
及び前記出力電力信号、前記偏差信号又は前記制御出力信号のいずれかの位相を進め又は遅らせる位相調整手段を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項3】
原動機に駆動される発電機の出力電力の目標となる指令値を示す出力電力指令値信号と、前記出力電力の現在値を示す出力電力信号とを入力として、前記指令値と前記現在値との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段、
前記偏差信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段、
前記出力電力信号を入力として、この入力信号から、前記原動機の出力と前記出力電力との不一致により発生する前記出力電力の周期変動による所定の周波数成分を抽出して出力する変化検出手段、
前記周波数成分を入力として、この入力信号の位相を進め又は遅らせた補正信号を出力する位相調整手段、
及び、その補正信号を前記制御出力信号に加算する加算手段を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項4】
原動機に駆動される発電機の出力端又は前記発電機が接続される電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号を入力として、この入力信号と外部から入力され又はあらかじめ記憶した前記電力系統の基準周波数との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段、
及び、その偏差信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項5】
出力電力信号に代えて原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を使用し、出力電力指令値信号に代えて前記回転数の目標となる回転数指令値信号を使用するか、
又は、出力電力信号に代えて原動機に駆動される発電機の出力端若しくは前記発電機が接続される電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号を使用し、出力電力指令値信号の入力に代えて前記電力系統の基準周波数を外部から入力され若しくはあらかじめ記憶して使用することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の原動機出力の制御装置。
【請求項6】
変化検出手段への入力を、出力電力信号に代えて、原動機の回転数の現在値を示す回転数信号、又は原動機に駆動される発電機の出力端又は前記発電機が接続される電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号としたことを特徴とする請求項3に記載の原動機出力の制御装置。
【請求項7】
偏差検出手段への入力について、出力電力信号に代えて原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を使用し、出力電力指令値信号に代えて前記回転数の目標となる回転数指令値を使用するか、
又は出力電力信号に代えて、原動機に駆動される発電機の出力端若しくは前記発電機が接続される電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号を使用して、出力電力指令値信号の入力に代えて、前記電力系統の基準周波数を外部から入力され若しくはあらかじめ記憶して使用することを特徴とする請求項3に記載の原動機出力の制御装置。
【請求項8】
原動機に駆動される発電機の電力系統への接続の有無を示す信号を入力として、前記接続ありと判断したときは、前記発電機の出力端又は前記電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号を選択し、前記接続なしと判断したときは、前記原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を選択する第1の切替え手段、
前記第1の切替え手段の選択した信号を入力として、この入力信号と前記回転数又は前記周波数の基準値との偏差を示す第1の偏差信号を出力する第1の偏差検出手段、
及び、前記偏差信号を入力として、前記原動機の出力を制御する第1の制御出力信号を出力する第1の制御手段を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項9】
周波数信号を入力として、この周波数信号と外部から入力され又はあらかじめ記憶した周波数の基準値との偏差を示す第2の偏差信号を出力する第2の偏差検出手段を備え、
第1の切替え手段は、発電機の電力系統への接続ありと判断したときは、前記第2の偏差信号を選択し、接続なしと判断したときは、第1の偏差信号を選択するようにしたことを特徴とする請求項8に記載の原動機出力の制御装置。
【請求項10】
周波数信号を入力として、この周波数信号と外部から入力され又はあらかじめ記憶した周波数の基準値との偏差を示す第2の偏差信号を出力する第2の偏差検出手段、
及び、前記第2の偏差信号を入力として、原動機の出力を制御する第2の制御出力信号を出力する第2の制御手段を備え、
第1の切替え手段は、発電機の電力系統への接続ありと判断したときは、前記第2の制御出力信号を選択し、接続なしと判断したときは、第1の制御出力信号を選択して制御出力信号とするようにしたことを特徴とする請求項8に記載の原動機出力の制御装置。
【請求項11】
発電機を駆動する原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を、前記発電機が接続される電力系統の基準周波数と等価になるように変換した等価信号を出力する変換手段、
前記発電機の前記電力系統への接続の有無を示す信号を入力として、前記接続ありと判断したときは前記回転数信号を選択し、前記接続なしと判断したときは前記等価信号を選択する第1の切替え手段、
前記第1の切替え手段の選択した信号を入力として、この入力信号と前記回転数及び前記周波数の基準値との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段、
及び、その切替え手段の選択した信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項12】
発電機を駆動する原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を入力として、この回転数信号と外部から入力され又はあらかじめ記憶した前記回転数の基準値との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段、
前記偏差信号を、前記発電機が接続される電力系統の基準周波数と前記電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号との偏差と等価になるように変換した等価信号を出力する変換手段、
前記発電機の前記電力系統への接続の有無を示す信号を入力として、前記接続ありと判断したときは前記偏差信号を選択し、前記接続なしと判断したときは前記等価信号を選択する第1の切替え手段、
及び、この第1の切替え手段の選択した信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項13】
回転数信号及び周波数信号の入力から制御出力信号の出力に至るまでの過程のいずれかの信号から、前記原動機の出力と前記出力電力との不一致により発生する前記出力電力の周期変動による所定の周波数成分を減衰又は除去するフィルタ手段を備えたことを特徴とする請求項8から12のいずれかに記載の原動機出力の制御装置。
【請求項14】
回転数信号及び周波数信号の入力から制御出力信号の出力に至るまでの過程のいずれかの信号の位相を進め又は遅らせる位相調整手段を備えたことを特徴とする請求項9から13のいずれかに記載の原動機出力の制御装置。
【請求項15】
原動機に駆動される発電機の電力系統への接続の有無を示す信号を入力として、前記接続ありと判断したときは、前記発電機の出力端又は前記電力系統の周波数の現在値を示す周波数信号を選択し、前記接続なしと判断したときは、前記原動機の回転数の現在値を示す回転数信号を選択する第2の切替え手段、
この第2の切替え手段の選択した信号を入力として、この入力信号から、原動機の出力と出力電力との不一致により発生する前記出力電力の周期変動による所定の周波数成分を抽出して出力する変化検出手段、
前記周波数成分を入力として、この入力信号の位相を進め又は遅らせた補正信号を出力する位相調整手段、
及び、その補正信号を制御出力信号に加算する加算手段を備えたことを特徴とする請求項8から12のいずれかに記載の原動機出力の制御装置。
【請求項16】
発電機を駆動する原動機の回転数の偏差を微分して前記原動機の出力と前記発電機の出力電力との偏差による前記出力電力の変動を演算して補償信号を出力する微分手段、
その補償信号を前記出力電力の現在値を示す出力電力信号に加算して原動機出力相当信号を出力する加算手段
前記出力電力の目標となる指令値を示す出力電力指令値信号と、前記原動機出力相当信号とを入力として、前記指令値と前記原動機の出力の現在値との偏差を示す偏差信号を出力する偏差検出手段、
及び、前記偏差信号を入力として、前記原動機の出力を制御する制御出力信号を出力する制御手段を備えたことを特徴とする原動機出力の制御装置。
【請求項17】
原動機出力相当信号、偏差信号又は制御出力信号のいずれかから、所定の周波数成分を減衰又は除去するフィルタ手段を備えたことを特徴とする請求項16に記載の原動機出力の制御装置。
【請求項18】
原動機出力相当信号、偏差信号又は制御出力信号のいずれかの位相を進め又は遅らせる位相調整手段を備えたことを特徴とする請求項16に記載の原動機出力の制御装置。
【請求項19】
原動機出力相当信号を入力として、この入力信号から所定の周波数成分を抽出して出力する変化検出手段、
前記周波数成分を入力として、この入力信号の位相を進め又は遅らせた補正信号を出力する位相調整手段、
及び、前記補正信号を制御出力信号に加算する加算手段を備えたことを特徴とする請求項16に記載の原動機出力の制御装置。

発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、水車/蒸気/ガスタービン、エンジン等の原動機により発電機を回して電力を発生するする発電装置の原動機出力の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の原動機出力(機械)トルクの制御装置においては、回転数の検出信号にセンサーノイズなどのホワイトノイズや発電機のすりこぎ運動による有色ノイズなどが含まれており、定常的に信号を出してしまい、原動機出力(機械)トルク制御系が動作してしまう問題があり、これらのノイズを除去するために出力制限、不感帯、周波数帯域除去のフィルタが設けられていた(例えば特許文献1)。
また、発電機出力指令信号と発電機出力信号の偏差を無駄時間演算器に取り込み、ハンチング状態を判断し偏差信号と無駄時間演算器の出力を加算し制御信号を0とするようなものも有った(例えば特許文献2)。
【0003】
【特許文献1】特開2002−233195号公報(段落0017から0025、図1)
【特許文献2】特開平8−266095号公報(段落0021から0028、図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の原動機制御装置は以上のように構成されており、回転数検出信号に含まれるノイズ除去や過大変動を防止することは可能であったが、ノイズ以外の発電機と電力系統との間で発生する電力変動成分に対してはそのまま応動して原動機出力トルクを増/減制御するので、原動機出力トルクが変動するタイミングによっては、逆にその変動を拡大する場合があった。また、無駄時間演算器を設けた方式では、実際のハンチングの場合振幅が減衰或は増大するので無駄時間演算器からの過去の偏差とその時点での偏差には差が発生するため、制御信号は0とならずこの差により発電機出力のハンチングを回避できない問題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、フィードバック信号に含まれるノイズ以外の、発電機と電力系統との間で発生する電力変動の拡大を防止して電力系統に擾乱を与えることなく安定な運転を継続できる原動機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
原動機に駆動される発電機の出力電力の目標となる指令値を示す出力電力指令値信号と、出力電力の現在値を示す出力電力信号とを入力とする偏差検出手段が、指令値と現在値との偏差を示す偏差信号を出力し、その偏差信号を入力とする制御手段が、原動機の出力を制御する制御出力信号を出力するときに、出力電力信号、偏差信号又は制御出力信号のいずれかから、電動機の出力と出力電力との不一致により発生する出力電力の周期変動による所定の周波数成分を減衰又は除去するフィルタ手段を備えた。
【発明の効果】
【0006】
原動機による制御が不要で、むしろ不要に制御することで安定性が阻害される発電機の出力電力の変動成分をフィルタ手段にて減衰又は除去するようにしたので、原動機出力が発電機の出力電力の変動に不要に応動して、出力電力の変動を拡大することを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による発電装置の原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。図1において、需給計画等から当該発電設備に与えられる、出力電力の目標となる指令値である電力指令値が偏差検出手段1aに入力され、また、フィードバック信号として使用する発電機(図示せず)の出力電力の現在値を示す出力電力信号がフィルタ手段2aを介して同じく偏差検出手段1aに入力される。偏差検出手段1aでは、電力指令値とフィルタ後の出力電力信号との偏差を求めて偏差信号を出力する。この偏差検出手段1aの出力する偏差信号に基づき、制御系の応答性、安定性を調整する制御手段の一例であって比例+積分制御を行うPI回路3から、原動機出力を調整するための制御出力信号が出力される。この制御出力信号は、水車タービンであればガイドペーンの開度制御系に、蒸気タービンであればボイラー制御系又は蒸気調整弁の開度制御系に、ガスタービンであれば燃焼制御系等の原動機出力調整部に与えられる。
フィルタ手段2aは、応答不要な変動成分を減衰或は除去する一定時間の平均値演算によるフィルタ、低域通過(高域減衰、除去)のローパスフィルタ、特定の周波数成分を減衰、除去のノッチフィルタ等で構成される。
【0008】
次に動作について説明する。
発電機が電力系統に接続されている時の出力電力Peは、簡略化した図2の一機無限大系では式1にて表せる。
【0009】
【数1】


なお、図2においてEfdは背後電圧、Vbは無限大母線4の電圧、Xは発電機5から無限大母線4までのリアクタンス、δは発電機5の位相角である。
【0010】
図3は、発電機と電力系統との間の電力変動の挙動を示す図であって、横軸を位相角δ、縦軸を出力電力Peとして式1の出力電力Peの特性を示す特性図に、発電機を駆動する原動機の出力が変化した場合の挙動を示す図を添えたものである。
特性図には、1回線開放等があって送電線のリアクタンスXが増加したときの、増加前と増加後のP−δ曲線を示し、その変化により原動機の出力が変化したときの出力電力Peの時間変動を特性図の右側に、位相角δの時間変動を特性図の下側に示している。
定常状態においては、原動機の出力Pm0と発電機の出力電力Peの特性との交点a、つまり位相角δ0にて運転されている。
1回線開放等があって送電線のリアクタンスXが増加したときは、発電機の出力電力Peが変化し、次のような変動が発生する。
(1)運転点はa点からb点に変化する。この場合、出力電力Peは変化するが、位相角δは変化しない。
(2)出力電力Peが原動機の出力Pm0より小さくなるため、発電機は加速される。そして、出力電力Peが原動機の出力Pm0に一致する点であるc点を超えて加速される。発電機の回転損失、抵抗損失等が無視できて損失が0であれば、△abcの面積=△cdeの面積となるd点まで加速される。
(3)d点に到達すると、今度は出力電力Peが原動機の出力Pm0より大きくなり発電機は減速される。損失が0であれば、b点まで減速される。
(4)損失が0であれば、このb−d間の出力電力Peの変動は継続するが、実際には種々の損失が存在して出力電力Peの変動を抑制する方向に作用するため、最終的にはc点(Pe=Pm0、δ=δs)に収束する。なお、この出力電力Peの変動の周期は電力系統と発電機の特性から決まる同期化力と回転体の慣性定数とから決まる。
【0011】
一方、電力指令値と出力電力Peとの偏差をなくすように制御する原動機の制御装置は、この出力電力Peの変動を抑制する方向に作動するため原動機の出力が変化する。
この変化は原動機の特性で左右されるが、(1)で運転点がb点に変化した時に原動機の出力が増加すると、△abcの面積、つまり加速エネルギーが大きくなり、原動機の出力が変化しないときの変化点d点よりも出力電力Peが大きくなるまで加速される。
次に(3)で運転点がd点に変化した時に原動機の出力が減少すると、△cdeの面積、つまり減速エネルギーが大きくなり原動機の出力が変化しないときの変化点b点より出力電力Peが小さくなるまで減速されることになる。これらの動きを繰り返すことにより振動を拡大させる。
【0012】
この実施の形態1では、以上説明したような、原動機による制御が不要であって、むしろ不要に制御することで安定性が阻害される発電機の出力電力の変動成分について、発電機の出力電力信号をフィルタ手段2aを通してこの変動成分を減衰、除去してから偏差検出手段1aで電力指令値との偏差を求めるようにしたので、この偏差検出手段1aの出力する偏差信号に基づく制御出力信号は、不要な変動成分が減衰、除去されたものとなっている。これにより、原動機の出力が発電機の出力電力の変動に不要に応動して、電力変動を拡大することを防止できる。
なお、フィルタ手段2aで除去する成分の調整については、この変動成分の周期が前述のとおり同期化力と回転体の慣性定数とから決まることに基づいて行うほか、実機で条件を変化させて調整する等の方法が考えられる。
【0013】
以上、1機無限大系統のモデルにおけるローカルモードの成分について説明したが、電力系統の構成、運用及び発電機定数により発生しうる変動成分であって、原動機による制御が不要で、むしろ不要に制御することで安定性が阻害される成分は、この他にも多機系で発生する発電機間や、系統間モード等の成分があり、それらの成分についても同様にフィルタ手段2aで減衰、除去することができる。
【0014】
また、図1では、フィルタ手段2aの挿入個所を偏差検出手段1aの前に置いた例を示した。このように構成すれば、(1)偏差検出手段1a以降の不要な応動を避ける、(2)リミッタや飽和による誤差の発生及び非線形化の防止、(3)制御モード切替時に偏差信号での切替が容易等の利点があるが、偏差検出手段1a以降(含む、原動機部)のどこにフィルタ手段2aをおいても変動抑制の効果は同様に得られる。
【0015】
実施の形態2.
実施の形態1では、応動不要な変動成分を減衰、除去することにより電力変動の拡大を防止する方式について述べたが、この実施の形態2では、この変動を積極的に抑制する制御方式を示す。
図4は、この発明の実施の形態2による原動機の制御装置の制御方式示すブロック図である。図4において、図1のフィルタ手段2aに代わって、遅れ進み回路(1+T1・s)/(1+T2・s)等で構成される位相調整手段6aがPI回路3の前に置かれる。この位相の調整は実施の形態1と同様であり、最終的には実機にての調整となる。
【0016】
この位相調整手段6aで、発電機の出力電力Peの変動に対する原動機の出力の増減を、次のタイミングで発生するように変化させることにより、以下の動きを繰り返すことにより振動を収束させることができる。
(1)b点に変化した時に、原動機の出力を低下させる。△abcの面積、つまり加速エネルギーが小さくなり、原動機の出力が変化しない時の変化点d点よりも出力電力Peが低い点までしか加速されない。
(2)次にd点での原動機の出力を増加させる。△cdeの面積、つまり減速エネルギーが小さくなり、原動機の出力が変化しないときの変化点b点よりも出力電力Peが低くなるほどには減速されない。
【0017】
なお、図4では偏差検出手段1aとPI回路3との間に位相調整手段6aを挿入する例を示したが、実施の形態1と同様に偏差検出手段1aに設けて出力電力信号を入力するようにするか、又はPI回路3以降に設けても同様の効果を発揮する。
【0018】
また、制御出力信号の出力先であるサーボ系や燃焼制御等の出力調整部を含む原動機の特性が運転状態により変化する場合でも、上記の位相調整手段6aを複数設けて運転状態により切り替える或は運転状態に応じ位相調整手段6aの定数を変更する手段を付加することで対応可能である。
【0019】
実施の形態3.
実施の形態2では、原動機の出力を増減するタイミングを調整するために、位相調整手段6aを制御手段に直列に挿入する方式を示したが、この実施の形態3では、発電機の出力電力の変動分のみに応動する回路を新たに付加して、積極的に原動機の出力を増減することにより発電機の出力電力の変動を抑制する方式を示す。
【0020】
図5は、この発明の実施の形態3による原動機の制御装置の制御方式示すブロック図である。図5の構成は、図1の構成に対して、出力電力信号の変化成分を検出する変化検出手段7a及び位相調整手段8aを追加し、更に、PI回路3の出力と位相調整手段8aの出力とを加算して制御出力信号を生成する加算手段9aを追加したものである。
変化検出手段7aは、変動成分のみを取り出す微分回路、所定の変動周期の成分のみを通過させるバンドパスフィルタ回路等で構成され、位相調整手段8aは、位相調整手段6aと同様に遅れ進み回路(1+T1・s)/(1+T2・s)等で構成される。位相の調整は実施の形態2と同様に行う。
【0021】
図5の構成では、発電機の出力電力が変動した場合、変化検出手段7aでこの変動成分のみの信号を取り出し、実施の形態2に記載した、変動を抑制する原動機の出力の増減タイミングとなるように位相調整手段8aにて位相を調整して、加算手段9aを通して制御出力信号として原動機の出力の増減を行うので、実施の形態2と同様、発電機の出力電力の変動を抑制することができる。
また、この実施の形態3では出力電力信号の変動成分のみに応動する回路を新たに付加する構成として、通常の電力制御と、変動抑制とを個々に調整できる方式としたので、それぞれの機能として最適な状態に調整可能である。
【0022】
なお、図5では電力指令値に対する電力制御と変動成分抑制制御とを分離するためのフィルタ手段2aを設けた構成を示したが、フィルタ手段2aを設けずに変化検出手段7a及び位相調整手段8aを付加しても、位相調整手段8aの調整により同様の効果を得ることができる。
同様に、実施の形態2のように電力指令値に対する電力制御に位相調整手段6aを設けた方式に変化検出手段7a及び位相調整手段8aを付加しても、位相調整手段6a及び9aの調整により同様の効果を得ることができる。
【0023】
なお、当然ながら位相調整手段8aの出力を制御出力信号の出力先であるサーボ系、燃焼制御等の原動機出力調整部に直接与えても、同様の効果を得ることができる。
【0024】
実施の形態4.
原動機の出力トルクをTm、発電機の出力トルクをTe、回転体の慣性定数をM、回転数偏差をΔωとするとこれらは式2に示す関係にある。なお、sはラプラス演算子である。
【0025】
【数2】


【0026】
実施の形態3では、原動機の出力制御に用いている発電機の出力電力信号を、変化検出手段7a及び位相調整手段8aを介して加算手段9aにて加算する方式を示したが、回転数ωと、発電機の出力トルク及び原動機の出力トルクとの間には式2の関係があり、図6のように回転数ωを変化検出手段7b及び位相調整手段8bを介して加算しても同様の効果を得ることができる。
【0027】
実施の形態5.
実施の形態1から3では、発電機の出力電力を電力指令値を目標として制御する電力制御に関するものであったが、原動機の制御には回転数の変化に応じて原動機の出力を増減する回転数制御機能も設けられている。この実施の形態5は、この回転数制御に関するものである。
【0028】
実施の形態5の構成例を図7から9にそれぞれ示すが、図1、4及び5の構成に対して、電力指令値を回転数指令値(通常は定格回転数)に、フィードバック信号である発電機の出力電力を回転数信号に、そして制御手段であるPI回路3を調定率10bに、それぞれ置き換えたものである。なお、回転数信号は原動機回転軸に取り付けられた歯車等から検出されるものであり、調定率10bは回転数の変化に対する原動機の出力の変化の大きさの比率である。
【0029】
原動機の出力と発電機の出力電力との差により加速或は減速されることにより、原動機の回転数は変化する。従って、発電機の出力電力の変動が発生すると回転数信号が変動し、調定率10cに応じて制御出力信号が変化して原動機の出力を変化させる。回転数制御についても、この原動機の出力の変動のタイミングによっては、実施の形態1で述べたのと同様の作用により、発電機の出力電力の変動の拡大が起こる。
従って、図7から9のように構成することで、実施の形態1から3と同様の作用により、回転数制御においても、電力制御と同様の効果を発揮することができる。
【0030】
なお、図9の構成では、回転数制御に用いている回転数信号を変化検出手段7b及び位相調整手段8bを介して加算手段9bに加算する方式を示したが、回転数と発電機の出力電力との間には式2の関係があることから、図10のように発電機の出力電力を変化検出手段7a及び位相調整手段8aを介して加算する構成としても同様の効果を得ることができる。
【0031】
実施の形態6.
実施の形態6の構成例を図11に示す。図11において、偏差検出手段1cにおいて、基準周波数(通常、50Hz又は60Hz)とフィードバック信号としての発電機端子又は系統側の周波数信号との偏差を求め、調定率10cに従って原動機の出力の制御量に変換して制御出力信号を出力する。この制御出力信号を原動機出力調整部へ与えることにより、発電機端子又は系統側の周波数変動が抑制される。
【0032】
通常、並列前の原動機回転数制御のために精度よく回転数を検出する回転数検出器が設けられているので、回転数制御のフィードバック信号としては原動機の回転数が使用されている。この回転数(角度ω=2πf、fは周波数)と位相角δの関係はω=dδ/dtであり、図2に示した一機無限大系で考えた場合、無限大点の位相角δの変化は0、つまり周波数fの変化も0である。これを図示すると図12のようになり無限大点に近づくほど周波数fの変化は小さくなる。一般的に発電機の内部リアクタンスが大きいので発電機端子は無限大点に近くなり、周波数変化は小さくなる。一方、大きな電力系統から切り離された単独系等の場合は、単独系統内での需給状態により系統の周波数が決まり、これは原動機の回転数とほぼ等価である。
【0033】
電力系統に接続されている時の回転数制御の目的は、電力系統全体の需給状態の変化により周波数が変化した時に、これを元に戻すために調定率に従って原動機の出力を増減させることである。したがって、電力系統に接続されている時に回転数信号を用いて回転数制御を行うことは、過大な制御となり電力変動を拡大させることになる。
【0034】
この実施の形態6のように、発電機端子又は系統側の周波数をフィードバック信号として適用することにより過度な原動機の出力変化を抑制し、発電機の出力電力の変動の拡大を防止することができる。当然ながら、電力系統から切り離された状態においては前述のように周波数変動と回転数変動は等価であり、従来と同等の制御を維持できる。
なお、図11の構成は、図7の構成について、回転数指令値を基準周波数に、回転数信号を周波数信号に置き換えた構成からフィルタ手段2bを除いた構成であるが、この構成に対して、図7から図10のようにフィルタ手段2bや位相調整手段8bなどを追加しても、実施の形態5と同様の効果を得ることができる。
【0035】
実施の形態7.
実施の形態6では回転数制御の信号として周波数信号を使用する方式を示したが、系統に並列されていない無負荷時又は単独系統時は、回転数信号を使用する方式より制御の精度や感度が低下する。この実施の形態7は、これを解決するものである。
実施の形態6の構成例を図13に示す。図13において、切替手段11が単独系統/無負荷信号の入力に基づき、周波数信号と回転数信号のいずれを使用するか切り替える。単独系統/無負荷信号は、系統並列用遮断器の動作状態及び変電所等から単独系統状態時に転送される状態信号で、単独系統又は無負荷状態のときは”1”、それ以外の通常の運転状態では”0”となる信号であり、切替手段11は、この単独系統/無負荷信号が”0”の時はC=A、”1”のときはC=Bとなるように調定率10dへの入力を切り替える。
【0036】
このように構成することで、発電機が電力系統に接続された通常の運転状態のときは、基準周波数と周波数信号の偏差信号Aが選択されて調定率10dで原動機の出力の制御信号に変換され制御出力信号として出力され、一方、単独系統又は無負荷状態の時は回転数指令値と回転数信号との偏差信号Bが選択されて調定率10dで原動機の出力の制御信号に変換され制御出力信号として出力されるので、いずれの場合も精度、感度よく回転数変動を抑制できる。
【0037】
なお、図13では切替手段11を調定率10dの前においた例を示したが、調定率10dを周波数及び回転数の個々に設けてその後で切り替える構成としても、信号切替と同時に調定率の設定値を切り替える等の方式を適用しても同様の効果を得ることができる。また、周波数も回転数も基準値と比較することから偏差検出手段を別個にせずに、その前段で、周波数と回転数を切り替えるようにしても良い。
なお、図13では、制御信号切替のための信号として系統並列用遮断器の動作状態等の運転状態信号を適用する構成を示したが、前述のように、電力系統に接続されている時は回転数と発電機端子又は系統側の周波数との変化に大きな差があり、無負荷又は単独系統時にはその差が小さくなるので、この特性を利用して、回転数と周波数の差が小さくなった時に、無負荷又は単独系統状態と判定する回路を設け、この信号で切り替えるようにしても良い。
【0038】
また、図13ではフィルタ等の無い構成について説明したが、この切替手段11を、実施の形態5の図7から10の構成に適用することができて、フィルタ、位相調整手段又は変化検出手段及び位相調整手段を用いる構成においても、回転数のみに基づく制御ではなく、運転状態に基づいて回転数信号と周波数信号とを切り替えて使用する制御を行うことができる。
【0039】
実施の形態8.
実施の形態7では、周波数信号と回転数信号と運転状態に応じて切り替える方式を示したが、この方式だと回転数検出部と周波数検出部との2種類の検出部を設ける必要がある。
ところで、図13に示したように、回転数変動と任意の地点の周波数変動との関係は、その地点までのリアクタンスXの比率で決まり、発電機端子の場合、回転数変動をXe/(Xd+Xe)倍(感度調整率と呼ぶ)することにより発電機端子12の周波数信号と等価なレベルに変換できる。
【0040】
この実施の形態8は、上記の原理により、単一の検出器にて実施の形態7と同様の効果を発揮できるようにしたものであり、その構成例を図14に示す。図14において、変換手段である感度調整率13により、回転数信号を変動を抑制したい地点の周波数の変動感度に変換する。
【0041】
このように構成することで、回転数信号のみの単一入力信号の装置においても、実施の形態7と同様、単独系統/無負荷信号が”0”の時はC=A、”1”の時はC=Bとなるように、調定率10dへの入力を切替手段11にて選択することにより、運転状態に応じた制御を実現できる。
【0042】
なお、調定率10dを従来の調定率と、感度調整率により補正した調定率とを準備して切り替えるようにしても同様の効果を得ることができる。
なお、切替手段11を適用することで、この実施の形態8における回転数信号とそれを周波数の変動感度に変換した信号とを運転状態に応じて切り替える構成を、実施の形態5の図7から10の構成に適用することについては、実施の形態7と同様である。
【0043】
実施の形態9.
実施の形態1から4では、発電機の出力電力が電力指令値と等しくなるように制御する原動機制御装置について、発電機の出力電力の変動に応動して制御した場合に原動機の出力のタイミングによっては発電機の出力電力の変動を拡大する可能性があること、そして、その抑制方式を示した。
【0044】
図2に示すように、定常状態においては原動機の出力と発電機の出力電力は等しいが、変動時は等しくない。つまり、原動機の出力と異なる発電機の出力電力をフィードバック信号として制御しているため、本来の原動機の出力制御としては応動不要な変動に応答して原動機の出力を変化させることにより、発電機の出力電力の変動を拡大させている可能性がある。
この実施の形態9は、原動機の出力に近い信号を演算により求め、この信号をフィードバック信号として適用することにより、原動機の制御装置の不要な応動を防止することにより発電機の出力電力の変動拡大を回避する方式に関するものである。
図15にフィードバック信号の演算方式例を示す。図15において、発電機の定格回転数と実回転数との偏差を示す回転数偏差信号が微分手段14に入力され、加算手段15において発電機の出力電力信号と微分手段14の出力とが加算されて、原動機の出力制御に適用する原動機出力相当信号が出力される。
【0045】
回転数の変動が微小であって定格回転数付近で運転されているとすると、式2で電動機の出力トルクTm≒電動機の出力Pm、発電機の出力トルクTe≒発電機の出力電力Peであり、原動機の出力は、式3にて表せる。
【0046】
【数3】


【0047】
これをブロック図で表したのが図13である。つまり、発電機の出力電力Peが変動した時、原動機の出力Pmとの偏差により発電機が加速又は減速されて回転数が変化するので、この変動成分を発電機の出力電力Peに加算することにより原動機の出力Pmを演算により求めて原動機出力相当信号とする。従って、発電機の出力電力Peのみが変化している場合は、原動機出力相当信号は変動しないため、不要な原動機の制御装置の応動を防止できる。
なお、微分手段14は純微分関数でも、不完全微分関数でもよく、また、ディジタル制御装置の場合は前値からの変化を演算する方式等でも同様の効果を得ることができる。
【0048】
また、この実施の形態9では、発電機の出力電力のみの変動による不要の原動機の出力の変動を回避できる方式を示したが、原動機の出力そのものの変動又は損失の影響、或は発電機の出力電力の電力検出等での演算誤差による変動が発生し、この変動による制御が発電機の出力電力の変動が拡大するようなタイミングとなる可能性がある。従って、この実施の形態9に示す方式に対しても実施の形態1から4の方式を更に適用して、発電機の出力電力の変動拡大を防止する効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】この発明の実施の形態1による発電装置の原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図2】一機無限大系統のモデルを示す図である。
【図3】発電機と電力系統との間の電力変動の挙動を示す図である。
【図4】この発明の実施の形態2による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図5】この発明の実施の形態3による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図6】この発明の実施の形態4による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図7】この発明の実施の形態5による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図8】この発明の実施の形態5による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図9】この発明の実施の形態5による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図10】この発明の実施の形態5による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図11】この発明の実施の形態6による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図12】この発明の実施の形態7による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図13】一機無限大系統における回転数と周波数の関係を示す。
【図14】この発明の実施の形態8による原動機の制御装置の制御方式を示すブロック図である。
【図15】この発明の実施の形態9のフィードバック信号の演算方式例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【0050】
1a、1b、1c 偏差検出手段
2a、2b フィルタ手段
3 制御手段であるPI回路
6a、6b 位相調整手段
7a、7b 変化検出手段
8a、8b 位相調整手段
9a、9b 加算手段
10b、10c、10d 制御手段である調定率
11 切替手段
13 変換手段である感度調整率
14 微分手段
15 加算手段





 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013