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Rechengerät zur Ermittlung und Steuerung eines elektrischen
Verbundbetriebes geringster Erzeugungskosten, für Wechselstrombetrieb in den Rechenkreisen
Gegenstand des Stammpatentes ist ein Rechengerät bzw. ein Lastverteilungs-Optimierungsautomat, der selbsttätig den Einsatz der im elektrischen Verbundbetrieb zusammenarbeitenden Kraftwerkseinheiten für die Deckung einer bestimmten Gesamtlast steuert, derart, dass die für die Gesamtlast einschliesslich der Netzverluste aufzuwendenden Erzeugungskosten in S/h ein Minimum werden. Zur Realisierung dieser Bedingung sind dem Rechengerät Optimierungsgleichungen vorgegeben, in die eine Formel für die Netzverluste eingearbeitet ist (Verlustformel).
Es lauten in vereinfachter Form*. die Optim1erungsgleichungen :
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die Verlustformel:
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: N N Bik einen Verlustfaktor mit der Dimension l/W, hergeleitet mit Hilfe einer Transfonnationsmethode, die das Originalverbundnetz (mehrere Einspeisungen und Lasten) in ein Ersatznetz mit einer einzigen hy-
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gen differentiellen Netzverlustkosten umrechnet.
Für mehrere möglichelastzuständi ist eine entsprechende Zahl von Verlustformeln aufzustellen.
Die Optimierungsbedingung ist offenbar bereits dann erfüllt, wenn, wie die Verlustformel zeigt, nur die durch die Kraftwerke eingespeisten Wirkleistungen Ni, Nk zur Deckung des Lastbedarfes und der Netzverluste berücksichtigt werden. Nur Wirkleistungen verursachen den Kraftwerken Brennstoffkosten,
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steuerte Summenleistung, z. B. die Summe N+N bei zwei einspeisenden Kraftwerken, dann am billigsten erzeugt wird, wenn die Lieferungszuwachskosten X der beteiligten Kraftwerke gleich gross sind.
Dementsprechend besitzt zur Erfüllung der Opiimierungsbedmgung das Rechengerät nachdemStamm-
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Kraftweikseinheitdern zugeordnet, die aus den gegebenen Netzverhältnissen (Bik) und aus dem von der Gesamtlast abhängigen spezifischen Kostenfaktor À der Verbraucher die kraftwerksanteiligen differentiellen Netzverlustkosten errechnet. Diese Ausgangsgrösse wird im Rechengerät weiter einer Vergleichsvorrichtung, z. B. einem
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tor abgenommen werden.
Für eine bestimmte Wirkleistungskombination N1, N2, N3 werden die Produkte - 2 E Bik Nk gebildet.
Dies geschieht über die Bik-Schaltungsmatrix 4, in der sämtliche Bik- Werte durch ohmsche Leitwerte dargestellt sind. Die Bik- Matrix enthält im vorliegenden Falle 9 Koeffizienten ; bei n Kraftwerken sind es n2 Koeffizienten.
DasMultiplikationseigebnis jeder Zeile wird dann jeweils noch mit der zugehörigen Wirkleistung N., Ng bzw. N3 multipliziert, und diese Teilsummen werden zum Ausdruck - 2 E Bik Ni Nk zusammengefügt.
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zunächst der konstante Faktor 1 in jeder Zeile addiert wird. Im Gerät ist dies durch eine massstabgerechte Stromaddition ausgeführt. Sodann wird der Klammerausdruck mit dem Wert X multipliziert, der für alle Kraftwerke bei einem gewissen Betriebszustand derselbe Zahlenwert sein muss. Dieser Wert X muss seinerseits solange variiert werden, bis die Summenleistungsbedingung E Ni -Nv= const. erfüllt ist. Er wird als variabler Gleichstrom aus einer entsprechenden Schaltung entnommen.
Eine motorische Verstellung gestattet die Veränderung dieses Gleichstromes.
Somit ist auch die rechte Seite der Gleichung (1) als Gleichspannung gebildet. Beide Gleichspannun-
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Mit der Summenleistung 1 Ni, die als Summenspannung der Grössen N1, N2, N3 erscheint, wird also eine Sollwertspannung, z.B. # Ni soll verglichen, Im Falle einer Differenz zwischen diesen beiden ändert sich die Grösse X dergestalt, dass die gewünschte Solleistung angesteuert wird. Der Servomechanismus
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grösseren Wert X ergibt. Dadurch werden auch die drei Produkte der rechten Seite der Gleichung (1) grö- sser, und die Abgleichbedingung ist nicht mehr erfüllt.
Die drei Servomotoren für die Steuerung der Leistungen und für den Abgriff der Zuwachskosten an den Potentiometern beginnen ihrerseits eine Bewegung im Sinne der Erzielung des Abgleichs, bei grösserem À somit im Sinne steigender Wirkleistungen. Hiebei wird gleichzeitig laufend die Summenleistung # Ni gebildet und durch Vergleich mit dem Wert 1 Ni geprüft. ob die Bedingung erfüllt ist. Ist dies der Fall, so kommt schliesslich der #-Wert zur Ruhe und damit letzten Endes auch die dreiServomechanismen für die Kraftwerke selbst.
Das Gerät enthält somit zwei hintereinandergeschaltete Regelkreise. die durch entsprechende Abstimmung aller Glieder stabilisiert worden sind (der Sollwert des ersten Regelkreises folgt einer Führungsgrösse. die ihrerseits aus dem Soll-Istwertvergleich des zweiten Regelkreises resultiert).
Die Erfindung löst nun die Aufgabe, den Geräteaufwand des vorbeschriebenen Rechengerätes zu vermindern, den gemischten Gleichstrom-Wechselstrombetrieb zu vermeiden, die Potentiometer und Schaltelemente aller kraftwerksbezogenen Grössen in baulichen Einheiten zusammenzufassen und hiebei diese-
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Die Zeichnung veranschaulicht schematisch inFig. 2 das Prinzipschaltbild und in Fig. 3 die zugehört- ge elektrische Schaltung des verbesserten Rechengerätes für ein Netz mit zwei Kraftwerken.
Wie inFig. 2 die an die Zuleitungen zu den Stellmotoren 10,20 der Servo-Potentiometersysteme an-
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ksi1 Bik A Ni Nk vorgesehen sind. Die Abgriffe aller Potentiometer eines Servosystems werden gemeinsam von den zugehörigen Stellmotoren 10, 20 angetrieben.
Die Servosysteme sind mit den À. Ni -Potentiometern, also nicht wie beim Stammpatent, mit den für die Wirkleistungsanzeige bestimmten Ni-Potentiometern an die Bik-Schaltungsmatrix 30 angeschlossen.
Hiedurch wird eine Trennung der Gewinnung der Netzverluste Nv und der Kraftwerkswirkleistungen Ni erzielt. Dies ist beim Rechengerät nachdem Stammpatent nicht der Fall. Sieht man dort keine besonderen Verstärker vor, so sinkt die Spannung an den Ni-Potentiometern durch ihren direkten Anschluss an die Bik-Schaltungsmatrix ab bzw. es stimmt die an ihnen abgegriffene Spannung nicht mehr mit der Stellung der Abgriffe überein. Die zwischenzuschaltenden Verstärker entfallen bei der Erfindung, da die Ermittlung der Netzverluste rückwirkungsfrei für die Kraftwerkswirkleistungen gestaltet ist.
Ausgangsseitig ist die Schaltungsmatrix - im Gegensatz zur Anordnung nach dem Stammpatent - direkt an die Servosysteme 10,20 angeschlossen. Es entfallen also die beim Rechengeratnach dem Stammpatent für die Ermittlung der Netzverluste vorgesehenen Hallmultiplikatoranordnungen mit dem zugehörigen Jbertragern und Gleichrichtern.
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DieSchaltungsmatrixstehtausgangsseitig ferner über die Multiplikations-undAdditionsglieder 16, 17 bzw. 26, 27 mit den Stellmotoren 10,20 in Verbindung. Die Glieder fügen die von der Matrix und den Servosystemen gelieferten Gleichungsgrössen in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise zu. der an die Stell- motoren an einer Seite entsprechend der linkenSeite derOptimierungsbedingung anzulegenden Stellspannung zusammen.
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lich ist auch der X-Geber 41 vorhanden, der im vorliegenden Falle jedoch die Stellspannung für die linke Klemme der Stellmotoren 10, 20 und die Spannung für die Multiplikationspotentiometer 15,25 liefert.
Dagegen weicht die Ermittlung der Netzverluste Nv völlig von derjenigen nach dem Stammpatent ah. Wie Fig. 2 zeigt, sind die Servosysteme selbst in die Nv-Rechenoperation als Produkt- und Summenbilder einbezogen. Am Ausgang des letzten Ni-Potentiometers erscheint entsprechend der Ausdruck \. Nv. Das vom X-Stellmotor 40 angetriebene 1/\-T eUerglissd bewirkt die Division durch A.
Dem erläuterten Rechenfluss des Analogiegerätes liegt die aus Fig. 3 ersichtliche elektrische Schaltung zugrunde, in der alle Stromkreise - im Gegensatz zum Rechengerät nach dem Stammpatent - mit Wechselspannung arbeiten.
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Ni, i von Potentio-triebsverbindung.
Über die Transformatoren 107 und 207 mit geerdeter Mittelanzapfung und die Umschalter 108, 109 bzw. 208,209 (das Produkt À Nk muss positiv und negativ zur Verfügung stehen, da sowohl positive wie negative Bik-Koeffizienten vorkommen) sind die Servosysteme an die gestrichelt umrandete Schaltungs-
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100 und 200 angeschlossen.
Die abgegriffenen Spannungen der Potentiometer 102 und 202, 104 und 204 der Servosysteme sind jeweils untereinander in Reihe geschaltet und mit den Ausgängen an die Glieder des X-Stellsystems im ge- strichelt umrandeten Feld 400 angeschlossen. Das Stellsystem enthält den Stellmotor 401, der in Antriebsverbindung mit den Abgriffen des 1/#-Potentiometers 402 und dem A-Potentiometer 403 steht. Das \-Po- tentiometer speist über den Verstärker 404einerseits diePotentiometer 105 und 205 der Servosysteme, anderseits die Regelveistärker 108 bzw. 208, die im übrigen an ihrem zweiten Eingang mit den der linken Seite der Bedingungsglelcl11lng entsprechenden Stellspannungen versorgt werden.
Die Ausgänge der Regelverstärker liefern somit unmittelbar die Regelabweichung als Stellspannung an die Stellmotoren 106 und 206 (einpolige Darstellung). Das 1/X-Potentiometer besorgt im Zusammenwirken mit dem X-Potentio- meter und dem Übertrager 405 die Umrechnung der eingespeisten Grössen # Nv in Nv.
Der #-Stellmotor 401 steht über den Regelverstärker 406 in Steuerabhängigkeit von der über den Iso-
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Stammpatent summarisch am Messgerät 110 erfasst.
Die Wirkungsweise des vorliegenden Rechengerätes stimmt grundsätzlich, d. h. hinsichtlich der Verwendung zweier Regelkreise (Folgeregelung) und der Optimierungsaufgabe.mit derjenigen des Rechengerätes nach dem Stammpatent überein. Daher sei im folgenden die Gewinnung der Optimierungsbedingung
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im Gerät nur kurz beschrieben :
Man bildet zunächst das Produkt X. Nk, indem man von dem Potentiometer 403, dessen Winkelstel- lung dem Faktor X proportional ist, eine X proportionale Spannung abgreift und damit die Potentiometer
105 und 205 speist, deren Stellung proportional der jeweiligen Leistung Nk ist. Mit den so erhaltenen, ; den Produkten #,Nk proportionalen Spannungen erzeugt man Ströme durch Leitwerte, die gleich denBik-
Koeffizienten der Schaltungsmatrix 300 sind.
Diese Ströme stellen dann die Doppelprodukte Bik À. Nk dar. Durch Aufsummieren der in den Zellen der Bik-Matrix auftretenden Ströme erhält man die Summe
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Um die Netzverlustleistung Nv für sich zu bekommen, muss man noch durch # dividieren. Dies ge- schieht mit Hilfe der Schaltungselemente 402, 403 und'*05. Zwischen den Klemmen a'und a stehe die dem Ausdruck #. Nv proportionale Spannung an. Zwischen den Punkten a' und a" liege die Primarwick- ; lung des Übertragers 405 mit der Übersetzung 1 : (-1), dessen Sekundärwicklung das Potentiometer 402 speist.
Der Abgriff desselben ist proportional 1-#, #max
Wenn man die Ausgangsspannung des Übertragers mit A bezeichnet, greift man vom Potentiometer
402 die Spannung A (l-X) ab. Diese Spannung liegt zwischen den Punkten alt und a. Für die Gara- X max sse A kann man dann folgende Beziehung aufstellen :
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oder
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Die Spannung - A ist also den Netzverlusten proportional, da max = konstant.
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abgegriffenen Funktionswert der Zuwachskostenkurve addiert.
Die Winkelstellung dieses Funktionspotentiometers ist proportional Ni, Man erhält so :
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Diesen Funktionswert vergleicht man in den Regelverstärkern 108, 206 mit dem Faktor #, wobei die Abweichungen auf dieServosysteme 106 und 206 gegeben werden. Diese verändern die Zuwachskosten der einzelnen Kraftwerke solange, bis die Optimierungsbedingung erfüllt ist. Um die Nebenbedingung 1 Ni-Nv = const. zu erfüllen, bildet man durch Aufsummieren der den Ni proportionalen Spannungen die Z Ni und vergleicht diese Summe mit einem von dem Sollwertpotentiometer 408 vorgeschriebenen Summenleistungssollwert.
Die Abweichungen werden auf den Servomotor 401 gegeben, der den Faktor # solange verstellt, bis Nebenbedingung und Optimierungsgleichung erfüllt sind.
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