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Mehrfachnetzregler für kombinierte Frequenz-Leistungsregelung in Verbundnetzen mit Regelkraftwerken unterschiedlicher Regelfähigkeit
In dem Patent Nr. 229433 ist ein Netzkennlinienregler für kombinierte Frequenz-Leistungsregelung in Verbundnetzen mit Regelkraftwerken unterschiedlicher Regelfähigkeit beschrieben. Der Netzkennlinien- regler ist ein analoger Mehrfachregler, an dem zwei oder mehrere getrennte Stellgrössenausgänge mit un- abhängig voneinander einstellbarenstellgrössenfunktionen für die Regelkraftwerke unterschiedlicher Regel- fähigkeit vorhanden sind. Für die Stellgrössenausgänge ist ein gemeinsames Integrationsglied zur Bildung der J-Komponenten in den einzelnen Regler- bzw.
Stellgrössenfunktionen vorhanden, das die Möglichkeit des"Auseinanderlaufens"ausschaltet. Die einzelnen. Kanäle des Mehrfachreglers können völlig unabhängig voneinander auf unterschiedliche Regelgesetze bzw. Stellgrössenfunktionen eingestellt werden.
Im Kraftwerks- und Netzbetrieb besteht der Wunsch, durch zweckmässige Wahl bzw. Verteilung der von den Kraftwerken geforderten Leistungen ein Kostenminimum zu erreichen. Hiefür dienen an sich be- kannte energiewirtschaftliche Optimierungsgeräte. Ein energiewirtschaftliches Optimierungsgerät für den Verbundbetrieb (Sielomat) ist beispielsweise in"Elektrizitätswirtschaft"55. Jahrgang 1956, Heft 17, Seiten 600-605 ; ferner in"Elektrizitätswirtschaft"57. Jahrgang, Heft 7, Seiten 173 - 180 ; Heft 10, Seiten 301 - 307 und Heft 13, Seiten 389 - 392 beschrieben.
Mit einem solchen Optimierungsgerät wird die Aufgabe gelöst, die Verteilung der Netzlast auf die einzelnen Kraftwerke so zu berechnen, dass die Kraftwerke alle mit gleichenLieferungszuwachskosten arbeiten. Dann werden die Gesamtkosten ein Minimum.
Die Lieferungszuwachskosten sind von der Gesamtbelastung des Netzes abhängig.
Es ist schon bekannt, das Eingangssignal eines Optimierungsgerätes der vorgenannten Art vom Ausgangssignal eines für die eigentliche Regelung verwendeten Einfachnetzreglers bekannter Art abzuleiten und gleichzeitig die Ausgangssignale des Optimierungsgerätes über einfache integrale Stellmotoren, die z. B. Potentiometer antreiben, zur Einstellung der Grundleistungssignale für die Kraftwerke zu verwenden. Da aber die Verstellung des A-Wertes in Abhängigkeit vom Netzreglerausgangssignal erfolgt, das auch den einzelnen Kraftwerken als eigentliches Regelsignal zugeführt wird, ist die zeitliche Einstellung der optimalen Lastverteilung an die aus regeldynamischen Gründen erforderliche Einstellung der Netzregelung gebunden.
Die regeldynamischeEinstellung muss im Hinblick auf Regelstabilität, Frequenzbandbreite und Schwankungsbereich der Übergabeleistungen erfolgen.
Im allgemeinen wird im praktischen Betrieb von einem vollautomatischen Netzkennlinienregler gefordert werden, dass er das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch im Verbundnetz stets möglichst schnell wieder herstellt, d. h., die Sollwerte von Frequenz und Übergabeleistung werden unverzüglich angesteuert. Demgegenüber wird es im allgemeinen zulässig oder zweckmässig sein, die wirtschaftlich optimale Lastverteilung mit geringerer Geschwindigkeit herbeizuführen. Mit andern Worten, die wirtschaftliche Optimierung soll sich in erster Linie auf die Mittelwerte der verschiedenen Leistungswerte beziehen, und sie soll die Frequenzbandbreite und die Übergabeleistungsschwankungen in keinem Fall in ungünstiger Weise beeinflussen.
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Es wurden auch schon andere Vorschläge für die optimale Netzregelung gemacht, die jedoch auch nur einenEinfach-Netzregler umfassen und die unerwünschte Kopplung von Regeldynamik und wirtschaftlicher Lastverteilung nicht beseitigen.
Bei Verwendung eines Mehrfachnetzkennlinienreglers nachdemStammpatentund eines energiewirtschaftlichen Optimierungsgerätes ist erfindungsgemäss der Eingang des den Signalwert À bildenden Gliedes, das dem Optimierungsgerät vorgeschaltet ist, an einen eigenenStellgrössenausgang eines zusätzlichen Netzreglerkanals des Mehrfachnetzreglers angeschlossen, und die Ausgänge des Optimierungsgerätes sind über proportionalwirkendeGlieder mitSummiergliedern verbunden, die jeweils in einem zu einem Kraftwerk führenden Einzelstellkanal angeordnet sind. Auf diese Weise wird die Verkoppelung von Regeldynamik und Wirtschaftlichkeit des Betriebes vermieden, und es wird eine unabhängige Anpassung an die re- geldynamischenAnforderungen einerseits und an die energiewirtschaftlichen Anforderungen anderseits ermöglicht.
Es wird erreicht, dass die Stellsignale für die schnell veränderlichen und die für die langsam veränderlichen Kraftwerke sowie die Veränderungen des À - Wertes völlig unabhängig voneinander nach den jeweils günstigsten Gesichtspunkten eingestellt werden können. Beispielsweise kann man für die optimale Lastverteilung einen eigenen P-Anteil und einen eigenen J-Anteil einstellen, ohne an die entsprechenden Einstellungen für die eigentlichen Regelsignale gebunden zu sein, die nach regeldynamischen Gesichtspunkten gewählt werden. Die proportionalwirkenden Glieder zwischen den Ausgängen des Optimierungsgerätes und den Summiergliedern schliessen eine ungünstige Phasennacheilung der Beeinflussungssignale z. B. bei periodischen Änderungen aus.
Falls erwünscht, kann das energiewirtschaftliche Optimierungsgerät auch zeitweise vom Netzregler abgeschaltet und seineFunktion durch den Handeingriff des Lastverteilerpersonals wahrgenommen werden, wie dies bei der klassischen Betriebsweise der Fall ist. In solchen Zeiten, z. B. bei Nacht, kann das Optimierungsgerät sodann zur Vorausberechnung von zukünftigen Lastverteilungen dienen. Die Abtrennung des Optimierungsgerätes kann in Notfällen, in denen die Aufrechterhaltung des Betriebes ohne Rücksicht auf die Wirtschaftlichkeit gefordert wird, auch automatisch erfolgen, z. B. mit Hilfe vonRelais inAbhängigkeit der Frequenzabweichung vom Sollwert oder in Abhängigkeit des Frequenzdifferentialquotienten oder in Abhängigkeit anderer Einflussgrössen.
AnHand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele ist nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Auf bekannte Einzelheiten wird dabei nicht weiter eingegangen. In den Figuren sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen gewählt. Es zeigen : Fig. l Prinzipschaltung des Mehrfach-
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Optimierungsgerät, Fig. 2aStellgrössenausgänge mit unabhängig voneinander einstellbaren Stellgrössenfunktionen für die Regelkraftwerke vorhanden sind. Dargestellt ist ein Mehrfachnetzregler mit den zwei Einzelkanälen NR I, NR II, denen die Stellgrössenausgänge 8, 9 zugeordnet sind. Die Ausgänge 8 und 9 führen zu den beiden Regelkraftwerken G und H.
Bei dem vorliegenden, in der Fig. l dargestellten Ausführungsbeispiel ist gemäss der Erfindung das energiewirtschaftliche Optimierungsgerät 12, das die Kraftwerke auf gleichen Zuwachskostenwert X einstellt, mit seinem den Signalwert X bildenden integralen Eingangsglied M an den Stellgrössenausgang 11 J des zusätzlichen Netzreglerkanales NR des Mehrfachnetzreglers 10 angeschlossen. Der Wert A, der als Eingangssignal des Optimierungsgerätes dient, kann beispielsweise als Gleichstrom oder -spannung von einem Potentiometer abgegriffen werden, dessen Schleifkontakt mit einem Motor verstellt wird, dessen Drehzahl dem am Netzreglerausgang 11 erscheinenden Signal proportional ist.
Wird das Netzreglerausgangssignal gleich Null, dann kommt der genannte Motor zum Stillstand kehrt das Netzreglerausgangssignal sein Vorzeichen um, dann wechselt der Motor seine Drehrichtung.
Die Ausgänge 13 und 14 des Optimierungsgerätes, welche die Lieferungsanteile der einzelnen Kraft- 1 werke angeben, sind über proportionalwirkende Glieder 15, 16 mit Summiergliedern 17 und 18 verbunden, die jeweils in einem zu einem Kraftwerk G bzw. H führenden Einzelstellkanal 21 bzw. 22 angeordnet sind. Die zwischen dem Optimierungsgerät 12 und denSummiergliedern 17, 18 angeordnetenProportional- glieder sind so ausgeführt, dass sie bei Abschalten des Optimierungsgerätes die Aufrechterhaltung der Grundleistungssignale G und G gewährleisten.
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Als proportionalwirkendeGlieder 15, 16 können wahlweise die in den Fig. 2a und 2bdargestelltenEinrichtungen Anwendung finden. In Fig. 2a wird das Ausgangssignal des Optimierungsgerätes 12 über einen Umschalter S direkt über dasSummierglied 17 in den Stellkanal 21 für das Kraftwerk G eingeführt.
Damit das Signal G bei Öffnung des Schalters SI für die Ausserbetriebnahme des Optimierungsgerätes erhalten bleibt, wird zuvor das Potentiometer 51 mit Hilfe eines nicht dargestellten Abgleichmessinstrumentes von Hand auf den an der Klemme 1 : 3 erscheinenden Spannungs- oder Stromwert eingestellt, der mit dem G-Wert identisch ist, und gleichzeitig mit S wird der Umschalter S2 betätigt.
In Fig. 2b ist als proportionalwirkendes Glied dagegen ein mit einem elektrischen Stellmotor 52 betätigtes Potentiometer 53 vorgesehen, wobei der Stellmotor von einem Verstärker bzw. Regler 55 gespeist wird. Die Anordnung enthält ferner ein ebenfalls vom Motor 52 betätigtes Hilfspotentiometer 54, von dem dieRückführung 56 an den Vergleichspunkt 57 amEingang des Verstärkers bzw. Reglers abgeleitet ist. Die
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h. SchalterS3 und S4 gleichzeitig geöffnet, um das Opiimierungsgerät abzuschalten, dann bleibt der zuletzt eingestelltewert G erhalten. Bei der Anordnung ist ferner die nicht dargestellte Möglichkeit vorhanden, die Potentiometer auch von Hand verstellen zu können, wenn das Optimierungsgerät 12 abzuschalten ist.
Die Wirkungsweise der bisher beschriebenen Einrichtung ist folgende :
Die von den Kraftwerken G bzw. H erzeugte Leistung entspricht den in den Summiergliedern 17 bzw.
18 gebildeten Summensignalen, deren eine Komponente (Grundleistung) vom Optimierungsgerät 12 und deren andere Komponente (überlagerter Regelbefehl) vom Netzregler vorgeschrieben wird. Die Netzreglerausgangssignale können positiv, Null oder negativ sein, u. zw. sind ihre Vorzeichen immer gleich, d. h. sie werden auch gleichzeitig Null. In einem Zustand, bei dem das Netzregler-Eingangssignal gleich Null ist (z. B. Gleichgewichtszustand des Netzes), müssen jedoch die Netzreglerausgangssignale nicht unbedingt ebenfalls gleich Null sein ; sie können vielmehr beliebige Werte annehmen, je nach dem bis zum Betrachtungszeitpunkt aufgelaufenen Integralwert. Sind die Netzreglerausgangssignale jedoch im sta-
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turzusatzsignale geben.
Dabei ist gleichzeitig die optimale Verteilung des Gesamtbelastungswertes auf die Lieferungsanteile der einzelnen Kraftwerke erreicht, und es ist ein bestimmter \-Wert eingestellt.
Dieser ist konstant, weil das Signal 11 ebenfalls Null ist.
Tritt im (eigenen) Netz eine Lastzunahme ein, so erscheinen an den Netzreglerausgängen positive Signale, d. h. von den Kraftwerken wird mehr Leistung verlangt. Sobald die erhöhte Leistung vorhanden ist, verschwinden die Abweichungen Af und AP, und die Netzreglerausgangssignale nehmen, wenn vorläufig das Optimierungsgerät ausgeschaltet sei, bestimmte konstante Werte an, die zusammen-mit den fest eingestellten Grundleistungswerten das Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch gewährleisten. Dieser Zustand bleibt unter der genannten Voraussetzung bis zur nächsten Laständerung erhalten.
Wird jedoch in dem besagten Zustand das Optimierungsgerät 12 eingeschaltet, so veranlasst der am
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Gdas Signal am Ausgang 11, so kommt der Motor des À-Potentiometers zum Stillstand, und À bleibt bis zur nächsten Störung konstant. Der Eingriff des Optimierungsgerätes bewirkt somit eine"Entlastung"des Netzreglers, indem die Grundleistungen bei gleichzeitiger optimaler Verteilung so geändert werden, dass die Netzreglerausgangssignale verschwinden.
Zwischen den Netzreglerausgang 11 und denEingang des Gliedes M kann zusätzlich ein nicht lineares Glied N bekannter Art, z. B. mit Diodenketten, geschaltet werden, das bewirkt, dass z. B. bei kleineren Netzreglerausgangssignalen eine schwache und bei grossen Netzreglerausgangssignalen eine überpropor-
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Glied auch nur im P- oder im J-Zweig allein vorgeschaltet werden kann. Schliesslich können dem Eingang des denWert À bildenden Gliedes M am Eingang des Optimierungsgerätes auch Mittel in der Weise vorgeschaltet werden, dass der Signalwert lediglich in gewissen Zeitabständen, z.
B. durch einen nicht dargestellten periodischen Taster T, in Abhängigkeit vom Signal des Stellgrössenausganges 11 bzw. eines ihm nachgeschalteten nicht linearen Gliedes N verstellt wird.
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