專利名稱：發(fā)電機(jī)的電力穩(wěn)定裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力發(fā)電機(jī)的電力穩(wěn)定裝置，更具體地說(shuō)，涉及一種這樣的電力穩(wěn)定裝置，它向自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器輸入電壓調(diào)節(jié)信號(hào)(作為加于目標(biāo)電壓信號(hào)的輔助信號(hào))，用以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的激磁值，從而使發(fā)電機(jī)的端電壓被控制在目標(biāo)值上。
一般地說(shuō)，用于發(fā)電機(jī)的激磁控制裝置包括自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)，用于維持發(fā)電機(jī)端電壓為恒值，以及電力穩(wěn)定裝置(PSS)，用來(lái)通過(guò)把發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)到其目標(biāo)值來(lái)穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的運(yùn)行。具體地說(shuō)，電力穩(wěn)定裝置用來(lái)增加制動(dòng)力(阻尼力)，以便反抗由施加于發(fā)電機(jī)的不可避免的擾動(dòng)引起的相角波動(dòng)。這就是說(shuō)，電力穩(wěn)定裝置檢測(cè)并計(jì)算有效功率的變化率△P，發(fā)電機(jī)角速度的變化率△ω或系統(tǒng)側(cè)頻率的變化率△f等，并向自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器輸入計(jì)算的結(jié)果作為加于目標(biāo)電壓信號(hào)的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)的輔助信號(hào)。
更詳細(xì)地說(shuō)，圖14是表示先有技術(shù)中有效功率變化率△P型(以后叫△P-PSS)的電力穩(wěn)定裝置的方塊圖。在這一電力穩(wěn)定裝置中，有效功率變化率△P(作為穩(wěn)定信號(hào))通過(guò)信號(hào)重調(diào)函數(shù)部分7(由重調(diào)濾波器以及延遲電路或頻帶消除濾波器構(gòu)成)，以便消除噪聲和目標(biāo)值的穩(wěn)態(tài)電壓偏差，然后通過(guò)相位補(bǔ)償函數(shù)部分8，進(jìn)行相位校正，從而獲得合適的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)。
上述△P-PSS型電力穩(wěn)定裝置被廣泛采用，這是因?yàn)椤鱌-PSS不受高頻噪聲的影響，并且不用進(jìn)行相位補(bǔ)償，因此，和其它類型(例如角速度變化率型(△ω-PSS)或頻率變化率型(△f-PSS))相比，函數(shù)的設(shè)定相對(duì)容易。
這里，在電力穩(wěn)定裝置中，當(dāng)發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)按照角速度變化率△ω被控制時(shí)，可以最有效地抑制電力波動(dòng)。然而，在另一方面，在電力穩(wěn)定裝置的輸出和發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)的改變之間，由于磁場(chǎng)電路的滯后，存在著滯后作用。例如，當(dāng)波動(dòng)頻率為1Hz時(shí)，裝置的頻率響應(yīng)中存在大約90度的相位滯后。因而，在這種電力穩(wěn)定裝置中，為了補(bǔ)償磁場(chǎng)電路的滯后，最好能反饋角加速度變化率△a，因?yàn)榻羌铀俣茸兓省鱝在相位上超前角速度變化率△ω90度。然而，檢測(cè)角加速度變化率△a并不容易。
因此，在△P-PSS中，有效功率變化率△P被用作反饋信號(hào)，它大致和角加速度變化率△a成正比，用它代替角加速度變化率△a。
雖然使用有效功率變化率△P的電力穩(wěn)定裝置是實(shí)用的，但是存在一個(gè)問(wèn)題，這就是這種電力穩(wěn)定裝置不能對(duì)低頻干擾(由發(fā)電機(jī)輸出的變化表示)進(jìn)行有效的穩(wěn)定。此外，當(dāng)發(fā)電機(jī)的輸出以恒速改變時(shí)，因?yàn)橛行У墓β首兓省鱌保持常數(shù)，而使電力穩(wěn)定裝置保持輸出恒定的目標(biāo)電壓校正值。因?yàn)樽詣?dòng)電壓調(diào)節(jié)器控制發(fā)電機(jī)端電壓，使其跟隨這一目標(biāo)電壓校正值，只要發(fā)電機(jī)的輸出在變化，發(fā)電機(jī)電壓就偏離預(yù)定的目標(biāo)值。這就是說(shuō)，這種電力穩(wěn)定裝置執(zhí)行一種不必要的電壓控制操作。
此外，在常規(guī)的電力穩(wěn)定裝置中，為了減少上述的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的不需要的電壓控制操作，附帶地提供了一個(gè)重調(diào)時(shí)間為5秒的重調(diào)濾波器。然而，因?yàn)檫@一重調(diào)濾波器當(dāng)功率波動(dòng)頻率為0.3Hz或更低時(shí)(長(zhǎng)周期的波動(dòng))重調(diào)這一信號(hào)，所以該濾波器進(jìn)一步減弱了PSS對(duì)于低頻干擾的穩(wěn)定能力。
在另一方面，在常規(guī)的△P-PSS中，相位是被這樣調(diào)節(jié)的，使得可以有效地阻尼大約為1Hz的功率波動(dòng)，所以有效地抑制低于0.3Hz的功率波動(dòng)是困難的，這是因?yàn)楹线m的相位補(bǔ)償根據(jù)所述頻率而變化。當(dāng)相位被這樣調(diào)節(jié)時(shí)，即使得低于0.3Hz的功率波動(dòng)可被有效地阻尼，但難于阻尼大約1Hz的功率波動(dòng)(經(jīng)常發(fā)生)。
如上所述，當(dāng)功率波動(dòng)頻率為0.3Hz那樣低時(shí)，從相位滯后的觀點(diǎn)看來(lái)，磁場(chǎng)的滯后是小的，并因而在△P-PSS的情況下相位過(guò)份超前。因此，當(dāng)波動(dòng)頻率為0.3Hz或更低時(shí)，使用角速度變化率△ω(以后稱為△ω-PSS)的電力穩(wěn)定裝置和△P-PSS相比對(duì)于穩(wěn)定信號(hào)是合適的。這是因?yàn)樵凇鳓?PSS的情況下，可以通過(guò)相位補(bǔ)償有效地阻尼從0.3到1Hz的功率波動(dòng)。然而，在△ω-PSS情況下，所需的相位補(bǔ)償是超前相位補(bǔ)償型，因而當(dāng)功率波動(dòng)頻率大于1Hz時(shí)，瞬變?cè)鲆嬖黾?，結(jié)果使△ω-PSS遭受噪聲影響。因此，存在這樣的問(wèn)題，即△ω-PSS不能有效地抑制大約2或3Hz的相對(duì)高的頻率的功率波動(dòng)。此外，在頻率變化率型的功率穩(wěn)定裝置(△f-PSS)中，也存在△ω-PSS的問(wèn)題。
因而，本發(fā)明的目的在于，提供一種發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定裝置，它能有效地穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的低頻干擾，并且不受發(fā)電機(jī)輸出的影響。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供一種電力穩(wěn)定裝置，它可以在最佳條件下，在從大約0.2Hz的低頻到大約3Hz的高頻的相當(dāng)寬的范圍內(nèi)(這發(fā)生在一般的電力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中)，適當(dāng)?shù)刈枘峁β什▌?dòng)，并且它不受通常具有相當(dāng)高的波動(dòng)頻率的噪聲的影響。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種發(fā)電機(jī)電力穩(wěn)定裝置，它向自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器輸入一個(gè)電壓調(diào)節(jié)信號(hào)作為輔助信號(hào)，從而控制發(fā)電機(jī)端電壓為其目標(biāo)值，所述裝置包括角加速度觀測(cè)器，它使用至少一個(gè)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定信號(hào)變化率計(jì)算發(fā)電機(jī)的估算的角加速度變化率；功率穩(wěn)定器電路，它根據(jù)由所述角加速度觀測(cè)器計(jì)算出的估算的角加速度變化率，計(jì)算加于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的校正的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)。
這里，發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定信號(hào)變化率是有效功率變化率和角速度變化率。
此外，角加速度觀測(cè)器包括估算的角加速度變化率計(jì)算裝置，用來(lái)根據(jù)有效功率變化率計(jì)算估算的角速度變化率，估算的相位差角變化率，估算的阻尼系數(shù)以及估算的有效功率變化率，從而獲得估算的角加速度變化率，用來(lái)再現(xiàn)功率波動(dòng)；以及有效功率變化率反饋裝置，用來(lái)計(jì)算有效功率變化率和估算的有效功率變化率之間的偏差信號(hào)，并把計(jì)算的偏差信號(hào)反饋給所述角加速度變化率估算裝置。
這里的估算的角加速度變化率計(jì)算裝置里可以包括響應(yīng)有效功率變化率和反饋信號(hào)的第一加法器，用來(lái)計(jì)算估算的角加速度變化率；第一積分器，用來(lái)積分估算的角加速度變化率，從而獲得角速度變化率；第二積分器，用來(lái)積分估算的角速度變化率，從而獲得估算的相位差角變化率；第一乘法器，用來(lái)用一常數(shù)乘角速度變化率，從而獲得估算的阻尼系數(shù)；以及第二乘法器，用來(lái)用一常數(shù)乘估算的相位差角變化率，從而獲得估算的有效功率變化率。
此外，有效功率變化率反饋裝置可以包括第二加法器，用來(lái)計(jì)算有效功率變化率和估算的有效功率變化率之間的偏差；以及第三乘法器，用來(lái)用一常數(shù)乘計(jì)算的偏差，并把被乘的偏差信號(hào)反饋到所述估算角加速度變化率計(jì)算裝置(11)的所述第一加法器。
另外，最好電力穩(wěn)定裝置還包括角速度變化率反饋裝置，它包括第三加法器，用來(lái)計(jì)算實(shí)際的角速度變化率和估算的角速度變化率之間的偏差；以及第四乘法器，用來(lái)用一常數(shù)乘計(jì)算的偏差，并把所乘的偏差反饋到所述估算角加速度改變率計(jì)算裝置的所述第一加法器。此外，最好還包括角速度變化率反饋裝置，它包括第三加法器，用來(lái)計(jì)算實(shí)際的角速度變化率和估算的角速度變化率之間的偏差，以及連接在所述第一乘法器和所述第二乘法器之間的第四加法器；以及第五乘法器，用來(lái)用一常數(shù)乘計(jì)算的偏差，并把所乘的偏差反饋給所述估算的角加速度變化率計(jì)算裝置的所述第四加法器，此外，最好所述電力穩(wěn)定裝置還包括角速度變化率反饋裝置，它包括連接在所述第一乘法器和所述第二乘法器之間的第四加法器；第八加法器，用來(lái)計(jì)算實(shí)際的角速度變化率和估算的角速度變化率之間的偏差；第十乘法器，用來(lái)用一常數(shù)乘計(jì)算的偏差，從而把乘得的偏差反饋給所述估算的角加速度變化率計(jì)算裝置的所述第一加法器；以及第十一乘法器，用來(lái)用一常數(shù)乘計(jì)算的偏差，從而把被乘的偏差反饋給所述估算角加速度變化率計(jì)算裝置的所述第四加法器。此外，最好提供計(jì)算在有效功率變化率和估算的有效功率變化率之間的偏差的第五加法器，第八乘法器，用來(lái)用一常數(shù)乘計(jì)算的偏差，從而把乘得的結(jié)果施加給所述第一加法器；以及第九乘法器，用來(lái)用一常數(shù)乘計(jì)算的偏差，從而把乘得的結(jié)果施加給所述第四加法器。最好還提供第七乘法器，用來(lái)用一常數(shù)乘估算的相位差角變化率；第七加法器，用來(lái)計(jì)算發(fā)電機(jī)電壓變化率和所乘的相位角差之間的差值；一次滯后濾波器，用來(lái)滯后計(jì)算的差值；第六乘法器，用來(lái)用一常數(shù)乘以被滯后的結(jié)果，以及第六加法器，用來(lái)加所乘的滯后的結(jié)果和估算的有效功率變化率并把相加的結(jié)果供給所述第一加法器。
此外，按照本發(fā)明的第二方面，提供一種用于發(fā)電機(jī)的電力穩(wěn)定裝置，用來(lái)向自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器輸入電壓調(diào)節(jié)信號(hào)作為輔助信號(hào)，從而控制發(fā)電機(jī)端電壓為目標(biāo)電壓，該裝置包括一組觀測(cè)器，每個(gè)被分配給每一發(fā)電機(jī)輸出波動(dòng)頻率，用來(lái)根據(jù)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定信號(hào)變化率中的至少一個(gè)計(jì)算下列量中的至少一個(gè)估計(jì)的角加速度變化率，估算的角速度變化率；估算的有效功率變化率和估算的對(duì)于每一波動(dòng)頻率的頻率變化率，一組功率穩(wěn)定器電路，其中每個(gè)被分配給所述一組觀測(cè)器中的一個(gè)，用來(lái)計(jì)算每個(gè)電壓調(diào)節(jié)信號(hào)，根據(jù)下述量中至少一個(gè)進(jìn)行所述計(jì)算估算的角加速度變化率，估算的角速度變化率，估算的有效功率變化率和估算的對(duì)于每一波動(dòng)頻率的頻率變化率；以及加法器，用來(lái)加計(jì)算的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)，所加的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)被送給自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器。
這里的發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定信號(hào)變化率是有效功率變化率，角速度變化率，以及發(fā)電機(jī)的頻率變化率。
這里的所述一組觀測(cè)器最好是第一觀測(cè)器，用來(lái)再現(xiàn)低頻波動(dòng)頻率方式(0.5Hz或更低)，第二觀測(cè)器，用來(lái)再現(xiàn)中頻波動(dòng)頻率方式(大約1Hz)，以及第三觀測(cè)器，用來(lái)再現(xiàn)高頻波動(dòng)頻率方式(2Hz或更高)。
此外，最好所述一組觀測(cè)器是第一觀測(cè)器，用來(lái)再現(xiàn)第一頻率電波動(dòng)頻率方式(例如3Hz)，以及第二觀測(cè)器，用來(lái)再現(xiàn)第二頻率機(jī)械振動(dòng)頻率方式(例如5Hz)。
此外，最好所述用來(lái)估算角速度變化率的觀測(cè)器分配給較低頻的波動(dòng)方式，并與角速度變化率型的所述功率穩(wěn)定電路相關(guān)；并且所述用來(lái)計(jì)算角加速度變化率的所述觀測(cè)器被分配給較高頻率的波動(dòng)方式，并和有效功率變化率型的所述功率穩(wěn)定電路相關(guān)。
此外，最好所述電力穩(wěn)定裝置還包括多個(gè)開(kāi)關(guān)裝置，每個(gè)被分別分配給所述觀測(cè)器和所述功率穩(wěn)定電路的每一個(gè)，用來(lái)選擇至少一個(gè)所述的觀測(cè)器和至少一個(gè)相應(yīng)的所述功率穩(wěn)定電路。
在本發(fā)明的第一方面中，當(dāng)檢測(cè)到由功率波動(dòng)引起的有效功率變化率時(shí)，由估算角加速度變化率計(jì)算裝置模擬預(yù)測(cè)的功率波動(dòng)。估算的角加速度變化率被送至功率穩(wěn)定電路。根據(jù)估算的角加速度變化率，功率穩(wěn)定電路輸出電壓調(diào)節(jié)信號(hào)給自動(dòng)電路調(diào)節(jié)器。
此外，有效功率變化率反饋裝置獲得估算的有效功率變化率和實(shí)際的有效功率變化率之間的偏差，并用一合適的增益去乘所得偏差，從而把被乘的偏差反饋到估算角加速度變化率計(jì)算裝置。以同樣方式，角速度變化率反饋裝置獲得估算的角速度變化率和實(shí)際的角速度變化率之間的偏差，并用一合適的增益去乘該偏差，從而反饋所乘的偏差到估算角加速度變化率計(jì)算裝置。利用這些處理，就可以校正由模擬獲得的估算值和實(shí)際值之間隨著時(shí)間的推移而增加的偏差。
因而，因?yàn)橐愿呔裙浪愕慕羌铀俣瓤梢约佑诠β史€(wěn)定電路，就可以消除低頻噪聲，否則當(dāng)有效功率變化率被直接加到功率穩(wěn)定電路時(shí)，這噪聲會(huì)引起問(wèn)題。
按照本發(fā)明的第二個(gè)方面，一組觀測(cè)器分別被分配給一組波動(dòng)頻率方式，并計(jì)算下列量中的至少一個(gè)估算的角加速度變化率，估算的角速度變化率，估算的有效功率變化率和估算的頻率變化率。這些估算值的每一個(gè)被供到被分配給每個(gè)觀測(cè)器的功率穩(wěn)定電路，從而計(jì)算相應(yīng)于每一波動(dòng)方式的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)。這些電壓調(diào)節(jié)信號(hào)由加法器相加，然后送給自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器作為電壓調(diào)節(jié)信號(hào)。
因而，對(duì)于每一波動(dòng)頻率(例如0.5Hz或更低，大約1Hz和2Hz或更高)都可以分別獲得電壓調(diào)節(jié)信號(hào)。
此外，當(dāng)一組觀測(cè)器是用于再現(xiàn)第一頻率的電波動(dòng)頻率方式(例如3Hz)的第一觀測(cè)器和用于再現(xiàn)第二頻率的機(jī)械振動(dòng)頻率方式(例如5Hz)的第二觀測(cè)器時(shí)，可以有效地從電波動(dòng)頻率分量中分離出機(jī)械振動(dòng)頻率成份。
在這種情況下，當(dāng)用于估算角速度變化率的觀測(cè)器被分配給較低頻率波動(dòng)方式并和角速度變化率型的功率穩(wěn)定電路相關(guān)時(shí)，以及當(dāng)用于估算角加速度變化率的觀測(cè)器被分配給較高的頻率波動(dòng)方式并和有效功率變化率型的功率穩(wěn)定電路相關(guān)時(shí)，按照波德圖可以實(shí)現(xiàn)最佳相位補(bǔ)償。
此外，當(dāng)多個(gè)開(kāi)關(guān)裝置每個(gè)被分別分配給每個(gè)觀測(cè)器和每個(gè)功率穩(wěn)定電路，以便選擇至少一個(gè)觀測(cè)器和至少一個(gè)相應(yīng)的功率穩(wěn)定電路時(shí)，就可以按照情況選擇至少一個(gè)所需的觀測(cè)器和至少一個(gè)相應(yīng)的功率穩(wěn)定電路。
圖1是本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的基本實(shí)施例的方塊圖；圖2是按照本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的角加速度吸收器的第一方面的第一實(shí)施例的方塊圖；圖3是按照本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的角加速度吸收器的第一方面的第二實(shí)施例的方塊圖；圖4是按照本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的角加速度吸收器的第一方面的第三實(shí)施例的方塊圖；圖5是按照本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的角加速度吸收器的第一方面的第四實(shí)施例的方塊圖；圖6表示在短周期情況下按照本發(fā)明的第一方面的第四實(shí)施例中獲得的功率波動(dòng)估算特性；圖7表示在短周期情況下按照本發(fā)明的第一方面的第四實(shí)施例中獲得的功率波動(dòng)估算特性；圖8表示在短周期情況下按照本發(fā)明的第一方面的第四實(shí)施例中獲得的功率波動(dòng)估算特性；圖9是按照本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的第二方面的第一實(shí)施例的方塊圖；圖10(a)和10(b)是表示磁場(chǎng)電路的傳遞特性的波德圖，其中圖10(a)表示增益——頻率特性，圖10(b)表示相位頻率特性；圖11是按照本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的第二個(gè)方面的第二實(shí)施例的方塊圖；圖12是按照本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的第二方面的第三實(shí)施例的方塊圖；圖13是按照本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的第二方面的第四實(shí)施例的方塊圖；圖14是說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中△P-PSS的功能的方塊圖。
下面參照


本發(fā)明的發(fā)電機(jī)電力穩(wěn)定裝置(PSS)的實(shí)施例。
圖1表示本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的基本實(shí)施例，它包括角加速度觀測(cè)器1和功率穩(wěn)定電路2。角加速度觀測(cè)器1響應(yīng)發(fā)電機(jī)的有效功率變化率△P或發(fā)電機(jī)的角速度變化率△ω，計(jì)算估算的角加速度變化率△as(s代表估計(jì)值)。此外，根據(jù)計(jì)算的估算角加速度變化率△as，功率穩(wěn)定電路2計(jì)算電壓調(diào)節(jié)信號(hào)e。這計(jì)算的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)e被供給加法器4。加法器4加電壓調(diào)節(jié)信號(hào)e和目標(biāo)電壓Vo。這被加的信號(hào)施加于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器3。根據(jù)電壓調(diào)節(jié)信號(hào)e和目標(biāo)電壓Vo，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器3控制發(fā)電機(jī)的激磁值，使得在相位補(bǔ)償下發(fā)電機(jī)的端電壓可被控制在目標(biāo)電壓Vo上。
如上所述，按照本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置，提供角加速度觀測(cè)器1用來(lái)根據(jù)發(fā)電機(jī)的有效功率變化率△P或角速度變化率△ω估算發(fā)電機(jī)的角加速度變化率△as。這一估算的角加速度變化率△as作為穩(wěn)定信號(hào)被送到功率穩(wěn)定電路2。此外，角加速度觀測(cè)器1具有至少一個(gè)電路用來(lái)再現(xiàn)功率波動(dòng)，以便估算有效功率變化率△Ps與/或角速度變化率△ωs。此外，角加速度觀測(cè)器1計(jì)算估算的有效功率變化率△Ps和實(shí)際測(cè)量的功率變化率△P之間的偏差與/或估算的發(fā)電機(jī)角速度變化率△ωs和實(shí)際測(cè)量的角速度變化率△ω之間的偏差。計(jì)算的偏差被分別乘以一個(gè)增益，然后被反饋回角速度觀測(cè)器1的輸入側(cè)用于功率波動(dòng)的再現(xiàn)。
下面說(shuō)明角加速度觀測(cè)器1可以精確地估算角加速度變化率△a的原理。按照本發(fā)明的角加速度觀測(cè)器1具有上述的用于再現(xiàn)功率波動(dòng)的電路。因此，當(dāng)功率波動(dòng)再現(xiàn)電路檢測(cè)由實(shí)際的功率波動(dòng)引起的有效功率變化率△P時(shí)，它可以根據(jù)檢測(cè)的有效功率變化率△P去模擬功率波動(dòng)△Ps。
這里，如果功率波動(dòng)被簡(jiǎn)單地模擬，實(shí)際功率波動(dòng)的振動(dòng)頻率和阻尼比將略微偏離隨著時(shí)間的推移由功率波動(dòng)再現(xiàn)電路模擬的值，這樣，預(yù)測(cè)值(模擬所得)和實(shí)際值(觀測(cè)所得)之間的偏差隨時(shí)間的推移而增加。因此，在這一實(shí)施例中，在估算值和實(shí)際值之間的發(fā)電機(jī)的有效功率變化率△P與/或角速度變化率△ω中的偏差被分別乘以一個(gè)合適的增益，然后才反饋回功率波動(dòng)再現(xiàn)電路(模擬器電路)，從而便可以校正再現(xiàn)電路的估算值的相位和幅值，使其接近實(shí)際值。這一理論在控制理論中已作為觀測(cè)器理論或卡耳曼濾波器理論被確立了。
在上述的功率波動(dòng)再現(xiàn)電路中，除去電路的主要的振動(dòng)方式之外，電路幾乎不以其它方式工作，因而可以有效地且精確地消除低頻噪聲。此外，和帶通濾波器不同，相位幾乎不被滯后。
因此，當(dāng)根據(jù)上述原理精確估算的角加速度變化率被功率穩(wěn)定電路2使用時(shí)，就可以消除低頻噪聲，否則當(dāng)有效功率變化率被直接使用時(shí)這噪聲便會(huì)引起問(wèn)題。[第一方面](第一實(shí)施例)圖2是按照本發(fā)明的角加速度觀測(cè)器的第一方面的第一實(shí)施例的電路圖。
在圖2中，角加速度觀測(cè)器1包括估算角加速度變化率計(jì)算裝置11，以及有效功率變化率反饋裝置12。
估算角加速度變化率計(jì)算裝置11包括第一加法器4a，第一積分器5a，第二積分器5b，第一(比例)乘法器6a，以及第二(比例)乘法器6b。此外，角加速度變化率反饋裝置12包括第二加法器4b和第三(反饋增益)乘法器7。
角加速度變化率估算計(jì)算裝置11根據(jù)發(fā)電機(jī)的有效功率變化率△P再現(xiàn)(即表示)功率波動(dòng)(即振動(dòng)方式)。這就是說(shuō)，估算計(jì)算裝置11由第一積分器5a通過(guò)通分估算的角加速度變化率△as計(jì)算在算的角速度變化率△ωs，通過(guò)由第二積分器5b積分估算的角速度變化率△ωs計(jì)算估算的相位差角變化率△δs，通過(guò)用第二乘法器6b用K1(常數(shù))乘以估算的相位差角變化率△δs，計(jì)算估算的有效功率變化率值△Ps。此外，角加速度變化率估算計(jì)算裝置11通過(guò)第一乘法器6a用D(常數(shù))乘以估算的角速度變化率△ωs，獲得估算的阻尼力(系數(shù))值D△ωs。
有效功率變化率反饋裝置12由第二加法器計(jì)算有效功率變化率△P和估計(jì)的有效功率變化率△Ps之間的偏差，并由第三乘法器7a把計(jì)算的偏差乘以L1(反饋增益)，并把獲得的偏差反饋回角加速度變化率估算計(jì)算裝置11的第一加法器4a。
在圖2所示的第一實(shí)施例中，功率波動(dòng)的再現(xiàn)電路包括第一積分器5a，第二積分器5b以及第一乘法器6a，使得可以以功率波動(dòng)方式表示振蕩。
因而，在第一實(shí)施例中，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的角加速度觀測(cè)，而不需任何角加速度檢測(cè)器。
(第二實(shí)施例)圖3表示按照本發(fā)明的角加速度觀測(cè)器的第一方面的第二實(shí)施例。它和圖2所示的第一實(shí)施例的區(qū)別在于，除有效功率變化率△P之外角速度變化速△ω被用作測(cè)量信號(hào)。這就是說(shuō)，角加速度觀測(cè)器1還包括由第三加法器4c和第四乘法器7b構(gòu)成的角速度變化率反饋裝置13。第三加法器4c計(jì)算測(cè)量的角速度變化率△ω和估算的角速度率△ωs(第一積分器5a的輸出)之間的偏差。所加得的結(jié)果由第四乘法器7b乘以L2(反饋增益)，然后反饋回第一加法器4a。
(第三實(shí)施例)圖4表示本發(fā)明的角加速度觀測(cè)器的第一方面的第三實(shí)施例。它與圖3所示的第二實(shí)施例的區(qū)別在于，測(cè)量的角速度變化率△ω(第一積分器5a的輸出)和估算的角速度變化率△ωs之間的偏差被反饋到第一積分器5a的輸出(不反饋到第一加法器4a)。
這就是說(shuō)，角加速度觀測(cè)器1還包括由第三加法器4c、第5乘法器7c和第四加法器4d構(gòu)成的角速度變化率反饋裝置13。第三加法器4c計(jì)算測(cè)量的角速度變化率△ω和估算的角速度變化率△ωs(第一積分器5a的輸出)之間的偏差。所加得的結(jié)果由第五乘法器7c乘以L3(反饋增益)，然后反饋回連接在第一和第二積分器5a和5b之間的第四加法器4a。
在上述的第二和第三實(shí)施例中，雖然具有用于檢測(cè)角速度變化率△ω的角速度檢測(cè)器，但增益的調(diào)整是相當(dāng)容易的，這是因?yàn)榉答佋鲆?需要被調(diào)整的)相當(dāng)小。
(第四實(shí)施例)圖5表示按照本發(fā)明的角加速度觀測(cè)器的第一方面的第四實(shí)施例。它和圖2所示的第一實(shí)施例的區(qū)別在于，除有效功率變化率△P之外，角速度變化率△ω被用作測(cè)量信號(hào)；測(cè)量和角速度變化率△ω被反饋回第一加法器4a(象第二實(shí)施例中一樣)和第四加法器4d(如第三實(shí)施例)；并且還附加有一次滯后濾波器8，除簡(jiǎn)單的二次振蕩方式(如第一到第三實(shí)施例)之外，用來(lái)表示激磁滯后。
總之，在這一實(shí)施例中，估算的角速度變化率△ω和估的有效功率變化率△Ps兩者都分別根據(jù)測(cè)量值(△ω或△P)和估算值(△ω或△Ps)之間的偏差進(jìn)行校正。
更詳細(xì)地說(shuō)，角加速度觀測(cè)器1還包括第5至第7加法器4e到4g，第6到第11乘法器6c，6d以及7d到7g，以及一次滯后濾波器8。
有效功率變化率△P被加于第5加法器4e。第五加法器4e計(jì)算估算的有效功率變化率△Ps和實(shí)際的有效功率變化率△P之間的偏差。所加得的結(jié)果由第8乘法器7d乘以L4，然后輸入給第一加法器4a，代替實(shí)際的有效功率變化率△P。以同一方式，所加結(jié)果由第9乘法器7e乘以L5，然后輸入給第四加法器4d。
在另一方面，第8加法器4h計(jì)算測(cè)量的角速度變化率△ω和估算的角速度變化率△ωs(第五積分器5a的輸出)之間的偏差。所加結(jié)果由第10乘法器7f乘以L6(反饋增益)，然后反饋回第一加法器4a。所加結(jié)果也由第11乘法器7g乘以L7(反饋增益)，然后反饋回連在第一和第二積分器5a和5b之間的第四加法器4d。
此外，第二積分器5b的輸出△δs由第二乘法器乘以K1，然后反饋給第6加法器4f。此外，第二積分器5b的輸出△δs由第7乘法器7d乘以K4，然后反饋回第7加法器4g。第7加法器4g計(jì)算乘法器6d的計(jì)算結(jié)果和發(fā)電機(jī)端電壓變化率△E之間的偏差，并通過(guò)二次滯后濾波器8和第6乘法器6c(具有一個(gè)輸入增益K2)反饋回第6加法器4f。
在這實(shí)施例中，因?yàn)槭褂昧朔Q作“發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定塊”的模塊，所以能夠在上述實(shí)施例中最精確地表示波動(dòng)方式，只要初始設(shè)定的系統(tǒng)條件不變。此外，雖然實(shí)際值和估算值之間的偏差被用于角加速度變化率△a和角速度變化率△ω，但兩者之間的偏差也可用于校正一次滯后濾波器8的狀態(tài)。在這種情況下，可以容易地獲得反饋增益，象卡爾曼濾波器那樣。
圖6至圖8為利用角加速度觀測(cè)器1從短周期(高頻)到長(zhǎng)周期(低頻)作為實(shí)際的角加速度(a)的模擬結(jié)果所獲得的估算的角加速度(as)。圖6表示雖然在短周期中(高頻)估算值(as)的幅值略微小于測(cè)量值(a)的幅值，但兩者的相位都很好地吻合。另外，圖7表示中周期(中頻)的模擬結(jié)果，圖8表示長(zhǎng)周期(低頻)的模擬結(jié)果。在兩種情況下，可以高精度估算幅值和相位。如上所述，在第四實(shí)施例中，可以用高精度估算角加速度(as)。
如上所述，在按照本發(fā)明的發(fā)電機(jī)的電力穩(wěn)定裝置中，因?yàn)榻羌铀俣茸兓省鱝可以和角速度變化率△ω同步地估算，并且因?yàn)殡妷赫{(diào)節(jié)信號(hào)e可以根據(jù)估算的角加速度變化率△as獲得，便可以在發(fā)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)最有效地抑制功率波動(dòng)，而不須任何不必要的電力穩(wěn)定裝置的控制。
此外，甚至當(dāng)功率波動(dòng)周期長(zhǎng)至0.3Hz時(shí)，也存在顯著的效果，使得長(zhǎng)周期的功率波動(dòng)可被有效地阻尼，因?yàn)橹卣{(diào)濾波器的重調(diào)時(shí)間也被確定得較長(zhǎng)。[第二方面]下面參照?qǐng)D9至圖13說(shuō)明本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的第二方面。在第二方面中，由多個(gè)角加速度觀測(cè)器構(gòu)成的多方式觀測(cè)器相應(yīng)于多個(gè)預(yù)定的功率波動(dòng)方式設(shè)置。
(第一實(shí)施例)圖9表示按照本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的第二方面的第一實(shí)施例，它由多方式觀測(cè)器1A和多方式功率穩(wěn)定器電路2A構(gòu)成，前者具有多個(gè)觀測(cè)器1a到1n，后者具有多個(gè)功率穩(wěn)定電路2a到2n。多個(gè)觀測(cè)器1a到1n中的每一個(gè)被分配給多個(gè)功率波動(dòng)方式中的每一方式(頻率)。
使用有效功率變化率△P，角速度變化率△ω，以及頻率變化率△f作為穩(wěn)定器信號(hào)變化率。因此，根據(jù)至少這些穩(wěn)定器信號(hào)變化率中的一個(gè)，每個(gè)觀測(cè)器1a到1n分別計(jì)算估算的有效變化率△Ps1到△Psn，估算的角加速度變化率△as1到△asn，估算的角速度變化率△ωs1到△ωsn以及估算的頻率變化率△fs1到△fsn中的一個(gè)。
多方式功率穩(wěn)定器電路2A的功率穩(wěn)定的電路2a到2n以各自對(duì)應(yīng)的關(guān)系提供給多方式觀測(cè)器1A的觀測(cè)器1a到1n，用來(lái)根據(jù)估算的有效變化率△Ps1到△Psn，估算的角加速度變化率△as1到△asn，估算的角速度變化率△ωs1到△ωsn以及估算的頻率變化率△fs1到△fsn中的至少一個(gè)，計(jì)算相應(yīng)于多個(gè)功率波動(dòng)方式中的每個(gè)的每個(gè)電壓調(diào)節(jié)信號(hào)。
這些功率穩(wěn)定器電路2a到2n的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)(輸出)和目標(biāo)電壓V0由加法器4相加作為計(jì)算電壓調(diào)節(jié)信號(hào)e，然后被送到自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器3。根據(jù)電壓調(diào)節(jié)信號(hào)e和目標(biāo)電壓V0，自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器3控制發(fā)電機(jī)的激磁值，從而使發(fā)電機(jī)的端電壓可以控制在目標(biāo)電壓V0。
這里，按照本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置，多方式觀測(cè)器1A再現(xiàn)幾個(gè)功率波動(dòng)。更詳細(xì)地說(shuō)，多方式觀測(cè)器1A具有這樣的功能，即計(jì)算估算的有效功率變化率△Ps，估算的角加速度變化率△as，估算的角速度變化率△ωs，和估算的頻率變化率△fs，每個(gè)相應(yīng)于每一功率波動(dòng)方式；計(jì)算估算的有效功率變化率△Ps和測(cè)量的實(shí)際功率變化率信號(hào)△P之間的偏差，計(jì)算估算的角加速度變化率△as和測(cè)量的角加速度變化率信號(hào)△a之間的偏差，計(jì)算估算的角速度變化率△ωs和測(cè)量的角速度變化率信號(hào)△ω之間的偏差，以及計(jì)算估算的頻率變化率信號(hào)△fs和測(cè)量的頻率變化率信號(hào)△f之間的偏差；并把由每個(gè)增益乘以每個(gè)偏差信號(hào)后返饋到每個(gè)觀測(cè)器1i的每個(gè)輸入側(cè)。如上所述，多方式觀測(cè)器1A可以單獨(dú)且同時(shí)檢測(cè)多個(gè)功率波動(dòng)方式中的每一個(gè)(沒(méi)有任何相位滯后)。
例如，正如參照?qǐng)D2所述的，每個(gè)觀測(cè)器1i包括第一加法器4a，它響應(yīng)有效功率變化率△P和其它的反饋信號(hào)，用來(lái)計(jì)算估計(jì)的角加速度變化率△as；第一積分器5a，用來(lái)積分估算的角加速度變化率△as，從而獲得角速度變化率△ωs；第二積分器5b，用來(lái)積分估算的角速度變化率△ωs，從而獲得估算的相位差角變化率△δs；第一乘法器6a，用來(lái)用一常數(shù)D乘以角速度變化率，從而獲得估算的阻尼力(系數(shù))D△ωs；以及第二乘法器6b，用來(lái)乘以估算的相位差角變化率△δs一個(gè)常數(shù)K1，從而獲得估算的有效功率變化率△Ps，等等。此外，每個(gè)觀測(cè)器1i包括第二加法器4b，用來(lái)計(jì)算有效功率變化率△P和估算的有效功率變化率△Ps之間的偏差；以及第三乘法器7a，用來(lái)用一常數(shù)K1乘以計(jì)算的偏差，把乘得的偏差信號(hào)反饋回第一加法器4a。
如上所述，在上述的功率波動(dòng)再現(xiàn)電路中，可以有效地并精確地估算低頻噪聲，因?yàn)樵撾娐凡还ぷ髟谄渲髡袷幏绞街獾姆绞较?。另外，和帶通濾波器不同，相位幾乎不被滯后。因此，在具有相應(yīng)于每個(gè)基本功率波動(dòng)方式的觀測(cè)器1i的多方式觀測(cè)器1A中，可以精確地檢測(cè)每種方式，而不受其它方式的影響并且沒(méi)有相位滯后。
這里作為多方式觀測(cè)器1A的一個(gè)例子，下面說(shuō)明具有三個(gè)觀測(cè)器1a，1b和1c和三個(gè)功率穩(wěn)定電路2a，2b和2c的電力穩(wěn)定裝置。在這例子中，觀測(cè)器1a用于低于0.5Hz的振蕩頻率的低頻功率波動(dòng)；觀測(cè)器1b用于大約1Hz的振蕩頻率的中頻功率波動(dòng)；以及觀測(cè)器1c用于高于2Hz的振蕩頻率的高頻功率波動(dòng)。
在實(shí)際中，最好低頻功率波動(dòng)方式觀測(cè)器1a被設(shè)定為0.3Hz振蕩頻率方式；中頻功率波動(dòng)方式觀測(cè)器1a被設(shè)定為1Hz振蕩頻率方式；高頻功率波動(dòng)觀測(cè)器1a被設(shè)定為3Hz振蕩頻率方式。
因此，在這種情況下，DeMello/(Concordia模型的參數(shù)K1，K2，…，K6以及阻尼比D對(duì)于三個(gè)功率波動(dòng)方式中的每一個(gè)被合適地確定為獨(dú)立的(0.3，1和3Hz)。一般地，因?yàn)檫@些參數(shù)由系統(tǒng)阻抗函數(shù)表示，所以三個(gè)振蕩頻率可通過(guò)合適地決定這些系統(tǒng)的阻抗確定。當(dāng)這一模型適用時(shí)，對(duì)每一方式可以建立如下關(guān)系△a＝-△Te－D△ωΔω=1SMΔa]]>Δδ=1SΔω]]>
△Te＝K1△δ＋K2E′qE′q=K3KAVR1+ST′doK3(-K5Δδ-K6ΔE′q+U)]]>其中△a發(fā)電機(jī)的角加速度變化率△ω發(fā)電機(jī)的角速度變化率△δ相位差角變化率UPSS的輸出△Te電扭矩變化率E′qq軸瞬變反向電壓D阻尼常數(shù)M慣性常數(shù)T′do磁場(chǎng)電路的瞬變常數(shù)K1-KAVR常數(shù)上述公式可被整理成下面的狀態(tài)方程Xi＝AiXi＋BiUiYi＝CiXiXi=ΔδsΔδsδE′q,Yi=ΔPeΔω]]>Ai=010-K1M-DM-K2M-KARVK5T′do0-1+K2KAVRK5K3T′do]]>Bi=00KAVRT′do,CiK10K2010]]>其中，X表示狀態(tài)值；Y表示觀測(cè)值；u表示PSS的輸出。此外，A、B和C是按每一方式確定的常數(shù)矩陣。另外，下標(biāo)i代表方式種類。
上述公式已作為一種方式的狀態(tài)方程被建立了。不過(guò)，在本實(shí)施例中，因?yàn)橛腥N功率波動(dòng)方式(0，3，1和3Hz)，對(duì)于多方式觀測(cè)器1所用的全部功率波動(dòng)方式，狀態(tài)方程可以表示如下X＝Ax＋BuY＝CxX=X1X2X3,]]>Y＝Y(jié)i，(i＝1，2，3)A=A1000A2000A3,]]>B=B1B2B3,]]>C=C1C2C3]]>因此，多方式觀測(cè)器1可根據(jù)上述的狀態(tài)方程表示如下Xs＝AXs＋Bu＋L(y－Cxs)其中X代表狀態(tài)值；y代表觀測(cè)值；L代表表示觀測(cè)器的反饋增益的9(行)×2(列)矩陣。雖然這矩陣不象Kalman濾波器那樣被計(jì)算，但也可以這樣確定矩陣，即使估算的值集中在一起。具體地說(shuō)，當(dāng)難于調(diào)節(jié)9(行)×2(列)矩陣的所有元素時(shí)，L可用這種方式確定，即只校正發(fā)電機(jī)的基本狀態(tài)(例如加速度變化率△a或角速度變化率△ω)。在上述的結(jié)構(gòu)的電力穩(wěn)定裝置中，各個(gè)功率波動(dòng)方式的各個(gè)估算的加速度變化率△asi(i＝1，2，3)和估算的速度變化率△ωsi(i＝1，2，3)被從多方式觀測(cè)器1A中取出，然后被送到被調(diào)節(jié)為最佳狀態(tài)的各個(gè)功率穩(wěn)定器電路2A。這就是說(shuō)，被調(diào)節(jié)到0.3Hz功率波動(dòng)方式的功率穩(wěn)定器電路2a按照估算的速度變化率△ωs1操作。在另一方面，被調(diào)節(jié)到1到3Hz功率波動(dòng)方式的兩個(gè)功率穩(wěn)定器電路2b和2c分別按照估算的加速度變化率△as2和△as3操作。三個(gè)功率穩(wěn)定的電路這樣調(diào)節(jié)的理由如下此處考慮單個(gè)發(fā)電機(jī)連接于無(wú)窮大母線系統(tǒng)的情況。從PSS的輸出到電扭矩變化率△Te的傳遞函數(shù)是滯后的，如圖10(a)和10(b)所示，它們是表示磁場(chǎng)電路的傳遞特性的波德圖。圖10(a)是增益——頻率性，圖10(b)是相位——頻率特性。因?yàn)槿缟纤?，磁?chǎng)電路是滯后的，可以通過(guò)補(bǔ)償這一滯后獲得反抗功率波動(dòng)的阻尼力(系數(shù))，這就是說(shuō)，通過(guò)這樣改變電扭矩變化率△Te，使其和角速度變化率△ω同步。因而，按照功率波動(dòng)的周期(頻率)，最佳相位補(bǔ)償不同。另外，過(guò)分大的相位補(bǔ)償并不好，因?yàn)楦哳l噪聲也被放大了。因此，角加速度變化率△a(其相位超前角速度變化率△ω90°)被用于功率穩(wěn)定電路2b和2c(對(duì)1和3Hz的高頻方式提供的)，它們分別需要大的相位補(bǔ)償(見(jiàn)圖10(b))，以便減少大的超前相位的補(bǔ)償程度。在另一方面，角速度變化率△ω被用于功率穩(wěn)定器電路2a(為0.3Hz的低頻方式提供的)，它不需要大的相位補(bǔ)償(見(jiàn)圖10(b))。當(dāng)這三個(gè)功率穩(wěn)定器電路2a，2b和2c的三個(gè)輸出被加法器4相加時(shí)，便可以獲得最后的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)e。如上所述，在上述的電力穩(wěn)定裝置中，這樣提供一組觀測(cè)器1A和一組觀測(cè)器電路1B，使得可以在最佳條件下阻尼任何頻率方式(通常被考慮的)的系統(tǒng)的波動(dòng)。
(第二實(shí)施例)圖11表示按照本發(fā)明的電力穩(wěn)定裝置的第二方面的第二實(shí)施例。在本實(shí)施例中，多方式觀測(cè)器1A由用于觀測(cè)發(fā)電機(jī)電波動(dòng)的功率波動(dòng)方式觀測(cè)器1a和用于觀測(cè)發(fā)電機(jī)機(jī)械振動(dòng)的機(jī)械振動(dòng)方式觀測(cè)器1b構(gòu)成。這是因?yàn)橛羞@樣的情況，即在有效功率變化率△P中不僅有電力波動(dòng)而且有機(jī)械波動(dòng)(振動(dòng))。在這種情況下，只有需要被除去的機(jī)械波動(dòng)被從有效功率變化率△P中分離出來(lái)作為機(jī)械振動(dòng)分量。結(jié)果，就可以除去由于機(jī)械振動(dòng)而產(chǎn)生的高諧波噪聲，至今這種噪聲在△ωPSS或△fPSS中一直引起問(wèn)題。
更詳細(xì)地說(shuō)，多方式觀測(cè)器1A的觀測(cè)器1a分離包括在發(fā)電機(jī)功率波動(dòng)中的電力(電的)波動(dòng)，計(jì)算相應(yīng)于所述電力波動(dòng)的估算的角速度變化率△ωs1，并將其輸出到多方式功率穩(wěn)定電路2A(△ω-PSS)的穩(wěn)定器電路2a。以同一方式，多方式觀測(cè)器1A的觀測(cè)器1b分離包括在發(fā)電機(jī)的功率波動(dòng)中的機(jī)械振動(dòng)，計(jì)算相應(yīng)于所述機(jī)械振動(dòng)的估算的角速度變化率△ωS2，并將其輸出到多方式功率穩(wěn)定10電路2A(△ω-PSS)的穩(wěn)定器電路2b。在這種情況下，由觀測(cè)器1a計(jì)算的功率波動(dòng)的頻率被設(shè)為1Hz或3Hz，由觀測(cè)器1b計(jì)算的機(jī)械振動(dòng)頻率被設(shè)為例如5Hz或更高。在這種情況下，機(jī)械振動(dòng)方式的傳遞函數(shù)一般可用下式表示Xm=KmS2+2ζωs+ω2ΔTe]]>這里，以和第一實(shí)施例的情況相同的方式，電力波動(dòng)方式和機(jī)械振動(dòng)方式彼此結(jié)合，從而獲得一個(gè)狀態(tài)方程，并根據(jù)結(jié)合的方式構(gòu)成多方式觀測(cè)器1A。按上述構(gòu)成的多方式觀測(cè)器1A估算估算的角速度變化率△ωs，并把它輸入給△ω-PSS。在這一實(shí)施例中，機(jī)械振動(dòng)被從功率波動(dòng)中分離出來(lái)，并因此可以獲得估算的角速度變化率△ωs，其中包括極小的機(jī)械噪聲分量。
結(jié)果，可以解決至今在常規(guī)的△ω-PSS中存在的這樣的問(wèn)題，即當(dāng)為補(bǔ)償磁場(chǎng)電路的滯后而用大的超前角進(jìn)行相位校正時(shí)，包含在角速度變化率△ω中的機(jī)械噪聲被放大，從而引起發(fā)電機(jī)軸振動(dòng)。
在上述的第二實(shí)施例中，雖然△ω-PSS被用作功率穩(wěn)定器電路2A，但上述同樣的情況可以應(yīng)用于使用頻率變化率△f的△f-PSS。此外，一般地說(shuō)，雖然功率波動(dòng)方式的頻率為1HZ，但存在這樣的情況，即當(dāng)兩個(gè)相鄰發(fā)電機(jī)之間的阻抗低時(shí)，大約3Hz的振動(dòng)會(huì)引起問(wèn)題。在這種情況下，第二實(shí)施例是有效的，尤其是因?yàn)楣β什▌?dòng)方式可從機(jī)械振動(dòng)方式中分離出來(lái)或反之亦然(至今在現(xiàn)有技術(shù)中的功率穩(wěn)定裝置中是不可能的)。
(第三實(shí)施例)圖12表示本發(fā)明的第二方面的第三實(shí)施例。該實(shí)施例的特點(diǎn)是，對(duì)于電力波動(dòng)(在相當(dāng)?shù)偷念l率方式中)使用角速度變化率功率穩(wěn)定器電路(△ω-PSS)2a，對(duì)于機(jī)械振動(dòng)(相當(dāng)高的頻率方式)，使用有效功率變化率功率穩(wěn)定電路(△P-PSS)2b。根據(jù)△ωs的△ω-PSS 2a被設(shè)定為大約1Hz的功率波動(dòng)方式，根據(jù)△as的△P-PSS被設(shè)為3Hz的機(jī)械振動(dòng)方式。這是因?yàn)?，?dāng)振動(dòng)頻率為3Hz時(shí)，適用于采用基于△as的△P-PSS(它相對(duì)于△ωs超前90度)，因?yàn)樾枰蟮南辔怀敖茄a(bǔ)償(大約90度，見(jiàn)圖10(b))。換句話說(shuō)，因?yàn)樵?Hz時(shí)補(bǔ)償大的相位超前角難于用△ω-PSS執(zhí)行，所以大約3Hz的短周期的波動(dòng)被分離出來(lái)并由△P-PSS進(jìn)行補(bǔ)償，△P-PSS不要求大的相位超前角。
總之，在第三實(shí)施例中，多方式觀測(cè)器1A由用來(lái)觀測(cè)大約1Hz的功率波動(dòng)的第一觀測(cè)器1a和用來(lái)觀測(cè)大約3Hz的機(jī)械振動(dòng)的第二觀測(cè)器16構(gòu)成。
由第一觀測(cè)器1a獲得的估算的角速度變化率△ωs被送到多方式功率穩(wěn)定電路2的角速度變化率功率穩(wěn)定電路(△ω-PSS)2a，由第二觀測(cè)器1b獲得的估算的角加速度變化率△as被送到多方式功率穩(wěn)定電路2的有效功率變化率功率穩(wěn)定器電路(△P-PSS)2b。
結(jié)果，對(duì)于機(jī)械的和電氣的兩種振動(dòng)，都能在最佳條件下實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償，因?yàn)榇蠹s3Hz的機(jī)械振動(dòng)(它需要大的相位超前角補(bǔ)償)可以被分離出來(lái)，并且因?yàn)楸环蛛x的短周期的機(jī)械振動(dòng)可由△P-PSS進(jìn)行補(bǔ)償(它不需要大的相位超前角補(bǔ)償)。
(第四實(shí)施例)圖13表示本發(fā)明第二方面的第四實(shí)施例。在此實(shí)施例中，在多方式觀測(cè)器1A中提供有開(kāi)關(guān)裝置9A，用來(lái)選擇與多個(gè)功率波動(dòng)方式相應(yīng)設(shè)置的多個(gè)觀測(cè)器1a到1n之一，此外，在多方式功率穩(wěn)定器電路2A中提供有另一個(gè)開(kāi)關(guān)裝置9B，用來(lái)選擇相應(yīng)于選擇方式的多個(gè)穩(wěn)定器電路2a到2n中的合適的一個(gè)，這兩個(gè)開(kāi)關(guān)裝置9A和9B形成多路互鎖開(kāi)關(guān)。
在實(shí)際的發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，存在一種情況，即不需要觀察多個(gè)功率波動(dòng)方式。尤其是當(dāng)在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中實(shí)際上不觀察許多電力波動(dòng)方式或許多機(jī)械振動(dòng)方式時(shí)，按照情況，只選擇所需要的頻率方式是合適的，因?yàn)閷?duì)于每種振動(dòng)或波動(dòng)方式者都需要復(fù)雜的計(jì)算。因此，當(dāng)開(kāi)關(guān)裝置9A和9B被提供用來(lái)消除不需要的方式時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步優(yōu)化的功率穩(wěn)定裝置。
如上所述，在本發(fā)明的第二個(gè)方面中，可使用多方式觀測(cè)器分離功率波動(dòng)方式，從而使得可以按照所需的功率波動(dòng)方式或情況，提供最佳的多方式功率穩(wěn)定系統(tǒng)，因此，總能獲得使功率穩(wěn)定的最佳相位補(bǔ)償。此外，在所有時(shí)間總能獲得最佳的增益。
另外，因?yàn)槎喾绞接^測(cè)器由電力波動(dòng)觀測(cè)器和機(jī)械波動(dòng)觀測(cè)器構(gòu)成，以便使電力波動(dòng)和機(jī)械波動(dòng)彼此分離，就能夠有效地減少至今包含在功率波動(dòng)方式的角速度變化率△ω或頻變化率△f中的機(jī)械噪聲。
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)電機(jī)的功率穩(wěn)定裝置，用來(lái)向自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(3)輸入一個(gè)電壓調(diào)節(jié)信號(hào)(e)，作為輔助信號(hào)用來(lái)把發(fā)電機(jī)的端電壓控制為目標(biāo)電壓(Vo)，該裝置包括角加速度觀測(cè)器(1)，用來(lái)根據(jù)發(fā)電機(jī)的至少一個(gè)穩(wěn)定信號(hào)變化率計(jì)算發(fā)電機(jī)估算的角加速度變化率(△as)；以及功率穩(wěn)定器電路(2)，用來(lái)根據(jù)由所述角加速度觀測(cè)器(1)計(jì)算的估算的角加速度變化率的值(△as)計(jì)算施加于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(3)的校正電壓調(diào)節(jié)信號(hào)(e)。
2.如權(quán)利要求1的發(fā)電機(jī)的功率穩(wěn)定裝置，其中所述的發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定信號(hào)變化率是有效功率變化率(△P)和角速度變化率(△ω)。
3.如權(quán)利要求2的發(fā)電機(jī)的功率穩(wěn)定裝置，其中所述角加速度觀測(cè)器(1)包括估算的角加速度變化率計(jì)算裝置(11)，用來(lái)根據(jù)有效功率變化率(△P)計(jì)算估算的角速度變化率(△ωs)，估算的相位差角變化率(△δs)，估算的阻尼力(D△ωs)，以及估算的有效功率變化率(△Ps)，從而獲得用于再現(xiàn)功率波動(dòng)的估算的角加速度變化率(△as)；以及有效功率變化率反饋裝置(12)，用來(lái)計(jì)算有效功率變化率(△P)和估算的有效功率變化率(△Ps)之間的偏差信號(hào)，并用于反饋計(jì)算的偏差信號(hào)到所述角加速度變化率估算裝置(11)。
4.如權(quán)利要求3的發(fā)電機(jī)的功率穩(wěn)定裝置，其中所述估算的角加速度變化率計(jì)算裝置(11)包括第一加法器(4a)，響應(yīng)有效功率變化率(△P)和反饋信號(hào)，用來(lái)計(jì)算估算的角加速度變化率(△as)；第一積分器(5a)，用來(lái)積分估算的角加速度變化率，從而獲得角速度變化率(△ωs)；第二積分器(5b)，用來(lái)積分估算的角加速度變化率(△ωs)，從而獲得估算的相位差角變化率(△δs)；第一乘法器(6a)，用來(lái)用一常數(shù)(D)乘以角速度變化率(△ωs)，從而獲得估算的阻尼力(D△ωs)；以及第二乘法器(6b)，用來(lái)用一常數(shù)(K1)乘以估算的相位差角變化率(△δs)，從而獲得估算的有效功率變化率(△Ps)。
5.如權(quán)利要求4的發(fā)電機(jī)功率穩(wěn)定裝置，其中所述有效功率變化率反饋裝置(12)包括第二加法器(4b)，用來(lái)計(jì)算有效功率變化率(△P)和估算的有效功率變化率(△Ps)之間的偏差；以及第三乘法器(7a)，用來(lái)用一常數(shù)(L1)乘以計(jì)算的偏差，并把乘得的偏差信號(hào)反饋給所述估算的角加速度變化率計(jì)算裝置(11)的所述第一加法器(4a)。
6.如權(quán)利要求4的發(fā)電機(jī)的功率穩(wěn)定裝置，其中還包括角速度變化率反饋裝置(13)，它包括第三加法器(4c)，用來(lái)計(jì)算實(shí)際的角速度變化率(△ω)和估算的角速度變化率(△ωs)之間的偏差；以及第四乘法器(7b)，用來(lái)用一常數(shù)(L2)乘以計(jì)算的偏差，并把被乘的偏差反饋給所述估算角加速度變化率計(jì)算裝置(11)的所述第一加法器(4a)。
7.如權(quán)利要求4的發(fā)電機(jī)的功率穩(wěn)定裝置，其中還包括角速度變化率反饋裝置(13)，它包括第三加法器(4c)，用來(lái)計(jì)算實(shí)際的角速度變化率(△ω)和估算的角速度變化率(△ωs)之間的偏差；第四加法器(4d)，連接在所述第一(5a)和所述第二積分器(5b)之間；以及第五乘法器(7c)，用來(lái)用一常數(shù)(L3)乘以計(jì)算的偏差，并把被乘過(guò)的偏差反饋給所述估算角加速度變化率計(jì)算裝置(11)的所述第四加法器(4d)。
8.如權(quán)利要求4的發(fā)電機(jī)的功率穩(wěn)定裝置，其中還包括角速度變化率反饋裝置(13)，它包括第四加法器(4d)，連接在所述第一積分器(5a)和所述第二積分器(5b)之間；第八加法器(4h)，用來(lái)計(jì)算實(shí)際的角速度變化率(△ω)和估算的角速度變化率(△ωs)之間的偏差；第十乘法器(7f)，用來(lái)用一常數(shù)(L6)乘以計(jì)算的偏差，并把乘得的偏差反饋回所述估算的角加速度變化率計(jì)算裝置(11)的所述第一加法器(4a)；第十一乘法器(7g)，用來(lái)用一常數(shù)(L7)乘以計(jì)算的偏差，并把乘得的偏差反饋回所述估算角加速度變化率計(jì)算裝置(11)的所述第四加法器(4d)。
9.如權(quán)利要求8的發(fā)電機(jī)的功率穩(wěn)定裝置，還包括第五加法器(4e)，用來(lái)計(jì)算有效功率變化率(△P)和估算的有效功率變化率(△Ps)之間的偏差；第八乘法器(7d)，用來(lái)用一常數(shù)(L4)乘以計(jì)算的偏差，并把乘得的結(jié)果加于所述第一加法器(4a)；以及第九乘法器(7e)，用來(lái)用一常數(shù)(L5)乘以計(jì)算的偏差，并把乘得的結(jié)果加到所述第四加法器(4d)。
10.如權(quán)利要求9的發(fā)電機(jī)的功率穩(wěn)定裝置，其中還包括第七乘法器(6d)，用來(lái)用一常數(shù)(K4)乘以估算的相位差角變化率(△δs)；第七加法器(4g)，用來(lái)計(jì)算發(fā)電機(jī)電壓變化率(△E)和被乘的相位角差(△δs×K4)之間的差；一次滯后濾波器(8)，用來(lái)滯后所述的計(jì)算的差；第六乘法器(6c)，用來(lái)用一常數(shù)(k2)乘以滯后的結(jié)果；以及第六加法器(4f)，用來(lái)加所乘的滯后結(jié)果和估算的有效功率變化率(Ps)，并把加得的結(jié)果加到所述第一加法器(4a)。
11.一種發(fā)電機(jī)的功率穩(wěn)定裝置，用來(lái)向自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器輸入電壓調(diào)節(jié)信號(hào)(e)，用為輔助信號(hào)，用來(lái)控制發(fā)電機(jī)的端電壓為目標(biāo)電壓(Vo)，其中包括多個(gè)觀測(cè)器(1A)，每個(gè)被分配給發(fā)電機(jī)輸出波動(dòng)頻率的每一個(gè)，用來(lái)對(duì)于每一波動(dòng)頻率根據(jù)發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定信號(hào)變化率中的至少一個(gè)計(jì)算下述量中的至少一個(gè)估算的角加速度變化率(△as)，估算的角速度變化率(△ωs)，估算的有效功率變化率(△Ps)以及估算的頻率變化率(△fs)；多個(gè)功率穩(wěn)定器電路(2A)，每個(gè)被分配給所述多個(gè)觀測(cè)器(1A)中的每個(gè)，用來(lái)對(duì)于每一波動(dòng)頻率計(jì)算每個(gè)電壓調(diào)節(jié)信號(hào)，根據(jù)下列量中的至少一個(gè)進(jìn)行所述計(jì)算估算的角加速度變化率(△as)，估算的角速度變化率(△ωs)，估算的有效功率變化率(△Ps)以及估算的頻率變化率(△fs)；以及加法器(4)，用來(lái)加計(jì)算的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)所加的電壓調(diào)節(jié)信號(hào)(e)被施加給自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(3)。
12.如權(quán)利要求11的發(fā)電機(jī)的功率穩(wěn)定裝置，其中所述發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定信號(hào)變化率是有效功率變化率(△P)，角速度變化率(△ω)，以及頻率變化率(△f)。
13.如權(quán)利要求11的功率穩(wěn)定裝置，其中所述多個(gè)觀測(cè)器(1A)是用來(lái)再現(xiàn)低頻波動(dòng)頻率方式的第一觀測(cè)器，用來(lái)再現(xiàn)中頻波動(dòng)頻率方式的第二觀測(cè)器和用來(lái)再現(xiàn)高頻波動(dòng)頻率方式的第三觀測(cè)器。
14.如權(quán)利要求13的功率穩(wěn)定裝置，其中所述低頻是0.5Hz或更低，中頻是大約1Hz，高頻是2Hz或更高。
15.如權(quán)利要求14的功率穩(wěn)定裝置，其中低頻是0.3Hz，中頻為1Hz，高頻為3Hz。
16.如權(quán)利要求11的功率穩(wěn)定裝置，其中所述多個(gè)觀測(cè)器(1A)是用于再現(xiàn)第一頻率的電波動(dòng)頻率方式的第一觀測(cè)器，以及用于再現(xiàn)第二頻率機(jī)械振動(dòng)頻率方式的第二觀測(cè)器。
17.如權(quán)利要求16的功率穩(wěn)定裝置，其中所述第一頻率為3Hz或更低，第二頻率為5Hz或更高。
18.如權(quán)利要求11的功率穩(wěn)定裝置，其中所述用來(lái)估算角速度變化率(△ωs)的觀測(cè)器被分配給較低頻率波動(dòng)方式，并和角速度變化率型(△ω-PSS)的所述功率穩(wěn)定器電路相關(guān)；以及所述用于估算角加速度變化率(△as)的所述觀測(cè)器被分配給較高頻率波動(dòng)方式，并和有效功率變化率型(△P-PSS)的所述功率穩(wěn)定電路相關(guān)。
19.如權(quán)利要求11的功率穩(wěn)定裝置，其中還包括多個(gè)開(kāi)關(guān)裝置(9A，9B)，每個(gè)被分別分配給所述觀測(cè)器和所述功率穩(wěn)定器電路中的每個(gè)，用來(lái)選擇至少一個(gè)所述觀測(cè)器和至少一個(gè)所述相應(yīng)的功率穩(wěn)定器電路。
全文摘要
發(fā)電機(jī)的功率穩(wěn)定裝置向自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(3)輸入一個(gè)電壓調(diào)節(jié)信號(hào)(e)，作為輔助信號(hào)，以便控制發(fā)電機(jī)端電壓為目標(biāo)電壓(Vo)，其中包括角加速度觀測(cè)器(1)，用來(lái)根據(jù)發(fā)電機(jī)的至少一個(gè)穩(wěn)定信號(hào)變化率(ΔP和/或Δω)計(jì)算發(fā)電機(jī)的估算的角加速度變化率(Δas)；以及功率穩(wěn)定電路(2)，用來(lái)根據(jù)由角加速度觀測(cè)器(1)計(jì)算的估算角加速度變化率值(Δas)，計(jì)算施加于自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(3)的校正電壓調(diào)節(jié)信號(hào)(e)。
文檔編號(hào)H02P9/10GK1130320SQ9511886
公開(kāi)日1996年9月4日 申請(qǐng)日期1995年11月14日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月15日
發(fā)明者高木康夫, 榊吉孝, 高橋真一郎, 高木幸三, 上村洋市, 宮崎保幸 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝