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Verfahren und Gerät zur Regelung, Steuerung oder Messung der
Leistung von im Verbundbetrieb arbeitenden Erzeugungsstätten
In Energie, Grundstoffe oder Güter erzeugenden Werken, die in einem Verbundbetrieb zusammenarbeiten, beispielsweise in Elektrizitätswerken, Kohlenbergwerken, Gaswerken, Ölraffinerien, Ziegeleien und in andern gleichartige Leistungen erzeugenden Wsrken fallen unterschiedliche Kosten für jeweils gleiche Leistungen an. Unter Leistung wird hiebei eine in einer Zeiteinheit erzeugte Energiemenge, Stoffmenge oder Gütermenge verstanden. Die Kosten dieser Leistung setzen sich aus einem festen Kostenan- teil und den eigentlichen Erzeugungskosten zusammen, wobei sowohl die festen Kosten, als auch die Erzeugungskosten der zusammenarbeitenden Erzeugungsstätten untereinander verschieden sein können.
Entsprechend dem jeweiligen Gesamtbedarf der Leistung, der durch die Abnehmer bestimmt wird, wird von einer zentralen Stelle aus unter Berücksichtigung der verschiedenen Betriebseigenschaften der Erzeugungsstätten bestimmt, mit welchen Anteilen die gesamte Produktionsleistung auf die einzelnen Erzeugungsstätten aufgeteilt wird.
Beispielsweise erfolgt in den Netzen, die im Verbundbetrieb zusammenarbeiten, die Steuerung der Energieerzeugung von einem zentralen Lastverteiler aus. Dieser Lastverteiler schreibt jedem Kraftwerk vor, welchen Lastanteil, d. h., welche Leistung es übernehmen soll. Hiebei ist man bestrebt, die Grösse der Leistungsabgabe der einzelnen Kraftwerke bei verschiedener Belastung so zu bestimmen, dass die Gesamterzeugungskosten der Energie im Verbundnetz ein Minim. im worden. Für jedes in einem Verbundbetrieb arbeitende Kraftwerk kann man kurvenmässig angeben, wie die Betriebskosten je Kilowatt-Stunde von der abgegebenen Wirkleistung abhängen.
Es ist bekannt, dass eine optimale Aufteilung der Leistung zweier oder mehrerer Kraftwerke dann gegeben ist, wenn die Summe aller Steigungen der Kurven Betriebskosten K in Abhängigkeit von der Wirkleistung P der einzelnen Kraftwerke der Gesamtzahl n am jeweiligen gemeinsamen Arbeitspunkt am kleinsten wird. Da also die Steigung in den jeweiligen Betriebspunkten eine massgebende Rolle spielt, ist das Steigungsmass mit dem Ausdruck Zuwachskosten X bezeichnet worden..
Den Verlauf der Zuwachskostenkurve gewinnt man durch Differentiationder Leistungskostenkurve. Eine
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Die vorstehende Optimierungsgleichung stellt eine Grundgleichung dar. Sie kann durch Hinzufügen von weiteren Gliedern, beispielsweise zur Berücksichtigung der Verluste im Netz in bekannter Weise erweitert werden. Die Optimierungsgleichung gestattet es, die Lastverteilung unter Berücksichtigung sämtlicher Erzeugungskosten rechnerisch so zu ermitteln, dass sich die günstige Betriebsweise ergibt. Da die Rechnung aber sehr viel Zeit in Anspruch nehmen würden, ist man dazu übergegangen, die Rechnung ei-
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besonderen Rechengerät zu übertragen,Kraftwerke anzeigt.
Ein auf einem älteren Vorschlag beruhendes Rechengerät enthält zur Nachbildung der vorstehenden Optimierungsgleichung je ein Potentiometer zur Darstellung der Zuwachskostenwerte und der Leistungswerte. Jedem Kraftwerk ist je ein Zuwachskostenwert- und Leistungswertpotentiometer zugeordnet. Die Abgriffe an den Zuwachskosten- und Leistungswertpotentiometern werden jeweils durch einen gemeinsamen
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Verstellmotor betätigt. In. dem Rechengerät werden die Zuwachskosten, die in ihrem Verlauf für jedes Kraftwerk bekannt sind, in den Potentiometern als Spannungen gespeichert. Auch die Wirkleistungswerte der einzelnen Kraftwerke werden durch Spannungen dargestellt.
In einer Summenschaltung wird eine der jeweiligen Gesamtleistung der einzelnen Kraftwerke entsprechende Spannung gebildet, die mit einem in einem Potentiometer nachgebildeten Sollwert verglichen wird. Da bei einem bestimmten Betriebszustand die Zuwachskosten Z) K/ö P aller beteiligten Kraftwerke gleich gross sein müssen, muss der Wert À für alle Kraftwerke bei einem gewissen Betriebszustand derselbe. Zahlenwert sein. Der Wert X muss also so lange variiert werden, bis die Summenleistungsbedingung erfüllt ist.
Bei dem vorerwähnten Gerät wird der Wert À als veränderbare Wechselspannung von einem besonderen Potentiometer abgenommen, dessen Schleifer von einem Verstellmotor in Abhängigkeit von der in ei- nem Messgerät gebildeten Ist-Sollwertabweichung der Kraftwerkssummenleistung verstellt wird. Die Spannungen für\ und 9 K/8 P werden in Gegenschaltung dem jeweiligen Motorantrieb für die Potentiometer zugeführt. Sind jeweils beide den einzelnen Verstellmotoren zugeführten Spannungen gleich gross, so erhält keiner der Verstellmotoren Strom und das Gerät befindet sich in einem abgeglichenen Zustand. Jede Änderung des Sollwertes bedingt eine mechanische Verstellung des X Potentiometers, wodurch sich die Lei-
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fremden Verbundnetzen auf.
Die Erfindung befasstsich unter Zugrundelegung der vorstehenden oder einer erweiterten Optimierungsgleichung mit einem Verfahren und einem Gerät zur Regelung, Steuerung oder Messung der Leistung von im Verbundbetrieb zusammenarbeitenden Erzeugungsstätten der Anzahl n, insbesondere von Kraftwerken, im Sinne der Erzielung kleinster Gesamtkosten. Zur Nachbildung der Optimierungsgleichung ist hiebei für jedes Kraftwerk je ein der Leistungskurve und der Kostenzuwachskurve nachgebildetes Potentiometer vorgesehen. Die Potentiometer jeder Erzeugungsstätte stehen jeweils mit einem Verstellmotor in Antriebsverbindung und die die Leistungskurven der einzelnen Erzeugungsstätten nachbildenden Potentiometer sind in Summenschaltung an eine Messeinrichtung für die Bildung der Abweichung von einem Soll-Leistungswert angeschlossen.
Gemäss der Erfindung werden an n Zuwachskostenpotentiometern Spannungen abgegriffen, die daraus resultierenden Ströme durch n dividiert und über die Eingangsseite eines Verstärkers aufaddiert, an dessen Ausgangsseite eine dem Eingangsstrom proportionale Spannung ansteht, verglichen und die Abweichung einer Steuereinrichtung der jeweiligen Verstellmotoren zugeführt. Am Eingang des Verstärkers wird zusätzlich die Abweichung von dem Soll-Leistungswert eingefügt. Auf diese Weise wird der X Wert unter Vermeidung eines besonderen Potentiometers elektronisch gebildet.
Verläuft eine Zuwachskostenkurve ei- nes Werkes waagrecht, so bleibt bei einer Gesamtleistungserhöhung durch Änderung der Sollwert-Leistungs- vorgabe der À Wert so lange konstant, bis die grösste Leistung dieses Werkes überschritten wird. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren ist daher die Nachbildung von waagrechten und sogar leicht anfallenden Zuwachskostenkurven möglich.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel für ein Gerät zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dargestellt. Es ist zugrunde gelegt, dass das Gerät zur Steuerung der elektrischen Leistung von im Verbundbetrieb zusammenarbeitenden Kraftwerken im Sinne der Erzielung kleinster Gesamtkosten dient.
(Bei Verwendung des Gerätes zur Messung, Regelung oder Steuerung der Gesamterzeugungskosten von im Verbundbetrieb zusammenarbeitenden Werken der Grundstoffindustrie oder gleichartige Produkte erzeugenden Werken werden die Gesamterzeugungskosten auf die entsprechende Produktionsleistung bezogen.)
Indem in der Figur dargestellten Messgerät werden die Wirkleistungswerte der n Kraftwerke, von de-
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im folgenden lediglichtern 41,42, 43... als Spannungen nachgebildet. Die Potentiometer werden von einer Hilfswechselspannung über die Leitungspole R und 0 gespeist. Der Verlauf der Zuwachskostenkurve, die beliebig ansteigend oder waagrecht verlaufen kann, wird mit vielfachen Unterteilungen durch aneinandergesetzte Ge- radenstückg in den Zuwachskostenpotentiometern 41, 42, 43... nachgebildet.
In dem Messgerät ist ein Servomeclranismus 10 vorgesehen, der mit Verstellmotoren ausgerüstet ist. Den gemeinsam verstellbaren Potentiometern 11, 41 bzw. 12, 42 bzw. 13, 43 eines jeden Kraftwerkes isteinVerstellmotor 1 bzw. 2 bzw. 3
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gesteuert,Die Leistungspotentiometer 11, 12, 13... sind in einer Summenschaltung angeordnet, in der die augenblickliche Gesamtleistung ermittelt wird. Die Gesamtleistung wird zur Bildung einer Sollwert-IstwertAbweichung einem \leligl1ed 1.) zugeìùhn, das mit einem Leistungs-Sollwert-Potelluomcter 1K ausgerüstet ist.
Die Zuwachskostenpotentiometer 41, 42, 43... sind jeweils über Steck- oder Lötverbindungen mit festen Abgriffen einer Spannungsteilerkette 31, 32, 33... verbunden. Dadurch, dass die einzelnen Abgriffe mit den festen Abgriffen der Zuwachskostenpotentiometer verbunden werden, kann die Zuwachskostenkurve jedes Kraftwerkes mit genügender Genauigkeit nachgebildet werden.
Die Zuwachskostenkurve des durch das Potentiometer 42 nachgebildeten Kraftwerkes hat einen waagrechten Verlauf. Dementsprechend sind alle festen Potentiometerabgriffe mit ein und demselben Abgriff der Spannungsteilerkette 32 verbunden.
Gemäss der Erfindung werden an n der Zuwachskostenkurve nachgebildeten Potentiometer 41, 42, 43...
Spannungen abgegriffen und die daraus resultierenden Ströme jeweils durch n dividiert und über die Eingangsseite 48 eines Verstärkers 50 aufaddiert. Der Verstärker 50 ist so bemessen, dass an dessen Ausgangsseite 49 eine dem Eingangsstrom proportionale Spannung ansteht. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 50 wird mit jeder Spannung verglichen, die an den Schleifern der Zuwachskostenpotentiometer 41, 42, 43 ... ansteht und die Spannungsabweichungen werden jeweils einer Steuereinrichtung eines Verstellmotors 1 bzw. 2, bzw. 3... zugeführt. Am Eingang des Verstärkers 50 wird zusätzlich die Signalabweichung von dem Soll-Leistungswert eingefügt.
Zur Durchführung dieser Verfahrensschritte ist es zweckmässig, die Zuwachskostenpotentiometer 41, 42... mit jedem Schleifer über je einen Widerstand 51 bzw. 52 und mit einem Potentiometeranschluss an
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bildet hiebei in Reihe mit je einem Widerstand 61 bzw. 62 bzw. 63 Hälften von Brücken, deren andere n Hälften von je einem Zuwachskostenpotentiometer 41 bzw. 42 bzw. 43 und einem an dessen Schleifer angeschlossenen Widerstand 81 bzw. 82 bzw. 83 gebildet werden. Dar Wert jedes Widerstandes (81 bzw. 82 bzw. 83) entspricht dem Widerstand 61 bzw. 62 der ersten Brückenhälfte.
Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände 71 bzw. 72 und der Verbindungspunkt 39 der Primä : seite mit dsr Sekundärseite des Verstärkers 50 ist jeweils mit der Steuereinrichtung der dazugehörigen Verstellmotoren 1, 2, 3... verbunden.
In vorteilhafter Weise werden an n die jeweilige Leistungskur\e nachbildenden Potentiometern 11, 12, 13 Spannungen abgegriffen und die daraus resultierenden Ströme jeweils durch n dividiert und über die Eingangsseite eines Verstärkers 18 aufaddiert. Hiebei ist der Verstarker IS so bemessen, dass an dessen Ausgangsseite eine dem Eingangsstrom proportionale Spannung ansteht, die mit einer in einem SoUwertpoten- tiometer 19 einstellbaren Spannung, die der Gesamtleistung nachgebildet ist, über eine Brückenschaltung verglichen wird.
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12, 13...Widerstand 16 die Hälfte einer Brücke bildet, deren andere Hälfte durch das Sollwertpotentiometer 19 in Reihe mit einem zweiten Widerstand 17 gebildet ist, der den gleichen Wert hat, wie der Widerstand 16 der ersten Brückenhälfte.
Der Verbindungspunkt der beiden Widerstände 16, 17 ist über einen weiteren Widerstand 29 an den Eingang des Verstärkers 50 der Brückenschaltung mit den Zuwachskostenpotentiometern 41, 42... geführt.
DieandenPotentiometern41,42... abgegriffenenSpannungentreibenStrömeI1,I2,I3...,diedemfür alle Brücken gemeinsamen Verstärker 50 als Summe zugeführt werden. Diesem Summenwert wird die in der Potentiometeranordnung 20 gebildete Soll-Istwertleistungsabweichung überlagert. An dem Ausgang des Verstärkers 50 wird auf diese Weise ein dem Wart \ proportionales Spannungssignal gebildet, dem die Soll-Istwertleistungsabweichung überlagert ist. Die an den Verbindungspunkten 71, 72..., der jeweils
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mechanismus 10 zugeführt. Jeder Verstellmotor bewirkt eine Veränderung der Potentiometerstellungen.
Durch die Veränderung der Potentiometerstellungen verändert sich der am Verstärkerausgang anstehende Signalwert À und die von den Verbindungspunkten 71, 72... abgegriffenen, den Verstellmotoren zugeführten Steuerwerte. Der Wert À wird durch selbsttätige Verstellung der Potentiometerabgriffe 11, 41 ; 12, 12... solange variiert, bis die Summenleistungsbedingung erfüllt ist. Der Servomechanismus läuft bei ge-
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wünschLergrösserer Summenwirkleistung, dieamSollwertpotentiometer 19 eingestellt wird, in jener Drehrichtung, die einen grösseren À Wert ergibt.
Da die Zuwachskostenkurve des durch das Potentiometer 42 nachgebildeten Kraftwerkes waagrecht verläuft, bleibt bei einer Gesamtleistungserhöhung durch Änderung der Schleiferstellung des Leistungs-Sollwertpotentiometers 19 der \-Wert vorerst so lange konstant, bis die Maximalleistung dieses Kraftwerkes überschritten ist. Hiebei laufen die einzelnen Servomotoren für die Steuerung der Leistung-un Zuwachskostenpotentiometer im Sinne der Erzielung eines Abgleiches, bei grösserer geforderter Solleistung somit im Sinne steigender Wirkleistungen und nach Überschreitung der durch das Potentiometer 12 nachgebildeten Leistung im Sinne eines steigenden À -Wertes. Hiebei wird laufend die Summenleistung gebildet und durch Vergleich mit dem Sollwert festgestellt, ob die geforderte Bedingung erfüllt ist.
Stimmt die Ist-Leistung mit der eingestellten Solleistung überein, so kommt der \-Wert zur Ruhe. Sodann ist die abgegriffene Spannung zwischen jedem Verbindungspunkt 71 bzw. 72 und 39 Nullund der jeweilige Verstellmotor erhält kein Einschaltsignal mehr. Die gerade in den Potentiometern 11, 12, 13... angezeigten Wirkleistungswerte sind dann diejenigen Wirkleistungen, die die günstigste Aufteilung der Leistung auf alle Kraftwerke ergibt, wobei die Summenleistung in dem Potentiometer 19 dem jeweils vorgegebenen Sollwert entspricht. Dieser auf das Potentiometer 19 vorgegebene Sollwert kann beispielsweise entsprechend der Tagesbelastungskurve von Hand oder automatisch eingestellt werden.
Durch Ankopplung weiterer Potentiometer an die Verstellmotoren ist es möglich, die Netzverluste, die Summe der Absolutkosten und ähnliche Grössen nachzubilden und in die Steuerung mit einzubeziehen.
In gleicher Weise ist die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens und Gerätes auf die eingangs erwähnten Anwendungsgebiete, wie beispielsweise Bergwerke, Gaswerke, Ziegeleien, Ölraffinerien und ähnlich zu einem Verbundbetrieb zusammengefassten Betriebe, die gleichwertige Energieformen oder Güter erzeugen, möglich.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Verfahren zur Regelung, Steuerung und/oder Messung der Leistung von im Verbundbetrieb zusammenarbeitenden Erzeugungsstätten der Anzahl n, insbesondere von Kraftwerken, im Sinne der Erzielung kleinster Gesamtkosten, dem die Optimierungsgleichung
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ap X n in dieser oder einer erweiterten Form zugrunde gelegt ist und bei dem zur Nachbildung dieser Gleichung für jede Erzeugungsstätte je ein die Leistungskurve und die Zuwachskostenkurve nachbildendes Potentiometer vorgesehen ist, die Potentiometer jeder Erzeugungsstätte mit einem gemeinsamen Verstellmotor in Antriebsverbindung stehen und die die Leistungskurven der einzelnen Erzeugungsstätten nachbildenden Po-
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weils durch n dividiert werden und über die Eingangsseite (48) eines Verstärkers (50) aufaddiert werden, der so bemessen ist,
dass an dessen Ausgangsseite (49) eine dem Eingangsstrom proportionale Spannung ansteht, dass die Ausgangsspannung des Verstärkers mit jeder Spannung verglichen wird, die an den Schleifern der Zuwachskostenpotentiometer (41, 42. 43...) ansteht und die Spannungsabweichungen jeweils ei- ner Steuereinrichtung eines Verstellmotors (1 bzw. 2 bzw. 3...) zugeführt werden und dass am Eingang des Verstärkers (50) zusätzlich die Signalabweichung von dem Soll-Leistungswert eingefügt wird.