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Anordnung zur Regelung der Übergabeleistung zwischen zwei asynchron zusammengeschalteten elektrischen
Wechselstromnetzen
Die Erfindung betrifft eine Ausrüstung zur Regelung der Übergabeleistung zwischen zwei elektrischen
Wechselstromnetzen, die je ein Belastungsobjekt und Kraftaggregat enthalten, die die Frequenz des Netzes bestimmen, und die über ein Leistungsübergabeglied verbunden sind, das zulässt, dass die Frequenzen des
Netzes im Verhältnis zueinander frei variieren können (asynchroner Betrieb). Das Glied enthält einen an das eine Netz und einen an das andere Netz angeschlossenen Umformerteil.
Ein Typ von asynchroner Zu- sammenschaltung von zwei Wechselstromnetzen, die von einer Ausrüstung nach der Erfindung geregelt werden kann. ist ein Gleichstromglied, das aus einem an das eine Netz angeschlossenen Gleichrichter und einem an das andere Netz angeschlossenen Wechselrichter besteht.
Der Gleich-und Wechselrichter können verhältnismässig weit voneinanderliegen, wobei sie mittels
Kabel oder Luftleitungen zusammengeschaltet sind. Die zwei Umformerteile können jedoch auch an derselben Stelle liegen, wobei die zusammengeschaltete Verbindung zwischen den Umformerteilen sehr kurz wird. Gemeinsam für diese oben genannten Anlagen ist, dass ein Gleichstromglied zwischen den beiden Um- formerteilen vorhanden ist. Eine erfindungsgemässe Ausrüstung ist jedoch nicht an Umformerteile mit einem Gleichstromglied zwischen diesen gebunden, weil andere Schaltelemente denkbar sind, die eine asynchrone Zusammenschaltung von zwei Wechselstromnetzen zulassen. Der Einfachheit halber soll jedoch die Erfindung unter Hinweis auf asynchrone Zusammenschaltung von Netzen über Gleichstromglieder beschrieben werden.
Wie bereits erwähnt, bezieht sich die Erfindung auf asynchron zusammengeschaltete Wechselstromnetze, d. h. eine Zusammenschaltung, die zulässt, dass die Frequenzen des Netzes im Verhältnis zueinander frei variiert werden können im Gegensatz zu Synchronbetrieb, wo der Winkelunterschied nicht zirka 900 übersteigen darf, wenn der Synchronismus nicht verlorengehen soll. Die Erfindung kann zur Regelung der Überführungsleistung zwischen zwei Netzen mit in der Hauptsache derselben Frequenz, z. B. 50 Hz, oder von zwei Netzen mit verschiedenen Frequenzen, z. B. einer mit 50 Hz und einer mit 60 Hz verwendet werden.
Eine Anordnung nach der Erfindung zur Regelung der Übergabeleistung zwischen zwei elektrischen Wechselstromnetzen, die je ein Belastqngsobjekt und Kraftaggregat enthalten, die die Frequenz des Netzes bestimmen, und die über ein Glied verbunden sind, das zulässt, dass die Frequenz der Netze im Verhält- nis zueinander frei variiert werden können (asynchroner Betrieb), welches Glied einen an das eine und einen an das andere Netz angeschlossenen Umtormerteil enthält, ist dadurch gekennzeichnet, dass zumindestens der eine der Umformerteile mit einem Regler versehen ist, der die Übergabeleistung des Umformerteils und damit die des Übergabegliedes beeinflusst und unter der Einwirkung eines Signals steht, dass ein Zeitoperator des relativen Frequenzunterschiedes der beiden Netze ist.
Unter dem relativen Frequenzunterschied zwischen zwei Netzen mit den aktuellen Frequenzen f1 und f2 und den nominellen Frequenzen
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die Wechselstromleistung von dem Netz 1 im lonenventil gleichgerichtet und zu dem Umformerteil 8 über den genannten Glättungsreaktor 14 und Erde, die einen Rückleiter zu der Kathode 16 des lonenven- tilgefässes bildet, übergeführt wird. Die Kathode 16 des Ionenventilgefässes 15 ist in der Fig. 2 an Erde über Steuerwicklungen von zweiMesstransduktoren 17 und 18 angeschlossen, so dass der übergeführte Strom gemessen werden kann.
Den Steuergittern 19 und 20 des Ionenventilgefässes 15 wird eine negative Gleichspannung von einer
Gleichspannungsquelle 63 aufgedrückt, welche Gleichspannung von solcher Grösse ist, dass sie den Strom- durchgangdurchdaslonenventil effektiv drosselt. Auf der aufgedrückten Gleichvorspannung werden Zündimpulse überlagert, die vom Steuertransformator 21 erhalten werden, dessen Sekundärwicklung mit ihren Endpunkten an die beiden Gitterelektroden 19 und 20 angeschlossen ist. Die Primärwicklung des Transformators ist an einen Steuerimpulserzeuger 24 angeschlossen, der z. B. aus einer Transistorkippe bestehen kann.
Der Steuerimpulserzeuger 24 ist auf seiner Eingangsseite an einen Verstärkerkreis 28 über einen Transformator 25 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung 26 in Reihe mit der Verbindung zwischen dem Verstärker 28 und dem Steuerimpulserzeuger 24 angeschlossen ist. Die Primärwicklung des Transformators 25 ist an das Netz 1 mit der Frequenz f1 angeschlossen.
Der Eingangsseite des Verstärkers 28 wiFd eine Gleichspannung zugeführt, die von dem Verstärker 28 verstärkt und dem Steuerimpulserzeuger 24 zusammen mit der über den Transformator 25 überlagerten Wechselspannung zugeführt wird. Der Steuerimpulserzeuger 24, der zweckmässig angeordnet ist, Steuerimpulse bei Nulldurchgängen der Spannung auf seiner Eingangsseite zu liefern, kann dabei in an sich bekannter Weise von den Steuerimpulsen im Verhältnis zu fi und in Abhängigkeit von der Grösse der zugeführten Gleichspannung phasenverschoben werden. Gemäss der Erfindung wird der Umformerteil und damit die Leistung des Gliedes von einem Signal beeinflusst, das ein Zeitoperant des relativen Frequenzunterschiedes der beiden Netze ist.
Diese Wirkung wird in der gezeigten Anordnung dadurch erhalten, dass die beiden Frequenzen f1 und f. einem Frequenzvergleicher 35 über die Eingangsklemmen a und b zugeführt werden, wobei der Frequenzvergleicher angeordnet ist, eine Gleichspannung zwischen den Ausgangsklemmen c und d abzugeben, welche Gleichspannung ein Zeitoperant des relativen Frequenzunterschiedes der beiden Netze ist.
Diese Gleichspannung wird der Eingangsseite des Verstärkers 28 über einen Reihenwiderstand 31 zugeführt. Die Eingangsseite des Verstärkers ist mit einem Belastungswiderstand 42 versehen, über den andere Steuersignalströme zu dem, der von demrelativenFrequenzunterschied herrührt, addiert werden können.
Nach der Weiterentwicklung der Erfindung kann die Reglerausrüstung auch von einem Signal beeinflusst werden, das ein Zeitoperant der Übergabeleistung ist.. Zu diesem Zweck ist die Ausrüstung mit einem Messtransduktor 18 versehen, der zwischen der Kathode 16 des lonenventilgefasses und Erde eingeschaltet ist. Die Arbeitswicklung des Messtransduktors 18 ist in Reihe mit einer Gleichrichterbrücke 36, z. B. einer GraetzBrücke, an eine Wechselstromquelle angeschlossen. Der Ausgangsstrom der Gleichrichterbrücke wird über
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den Widerstand 37 in eine Spannung umgewandelt, die einen Strom durch einen Hall-Generator 39 in Reihe mit einem Widerstand 38 treibt.
Der Hall-Generator 39 ist mit einer Wicklung 40 versehen, die in Reihe mit einem Widerstand 60 zwischen Erde und der spannungsführenden Gleichstromverbindung zwischen dem Ionenventilgefäss 15 und dem Umformerteil 8 angeschlossen ist. In Abhängigkeit von dem von der Wicklung 40 erzeugten Feld und dem über den Widerstand 38 aufgedrückten Strom erhält man vom HallGenerator eine Spannung, die ein Mass der übergegebenen Leistung ist. Die vom Hall-Generator erhaltene Spannung wird mit einer einstellbaren Spannung auf dem Potentiometer 33 verglichen, das an eine Gleichspannungsquelle 34 angeschlossen ist. Die Spannung zwischen dem beweglichen Kontakt 32 des Potentiometer 33 und Erde bildet in diesem Fall eine Referenz der gewünschten Übergabeleistung.
Wenn die übergegebene Leistung nicht der entspricht, die mit Hilfe des Potentiometers 33 eingestellt wird, wird die bei dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 29 und dem Widerstand 30 erhaltene Spannung einen Strom durch den Widerstand 42 treiben, so dass der von dem Frequenzvergleicher 35 erhaltene Befehl modifiziert wird.
Wie aus der Figur hervorgeht, kann auch die Zeitintegrale der Abweichung der Übergabeleistung von einem gewissen gewünschten Wert dadurch erhalten werden, dass ein Kondensator 67 über den Widerstand 58 an den Hall-Generator und über den Widerstand 59 an das Potentiometer 33 angeschlossen wird. Die Spannung über dem Kondensator 67 treibt dann einen Strom durch den Widerstand 57, der sich zu den übrigen Steuerströmen durch den Widerstand 42 addiert.
Eine Regelausrüstung nach der Erfindung kann auch, wie aus der Zeichnung hervorgeht, mit einer leistungsbegrenzenden Anordnung versehen sein, die zur Aufgabe hat, die übergegebene Leistung auf einen
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Übergabestrom, der auf einen gewissen höchsten Wert begrenzt werden muss. Ein Messtransduktor 17 ist dabei angeordnet, den Übergabestrom in ähnlicher Weise wie der Messtransduktor 18 zu messen, indem die Steuerwicklung des Messtransduktors 17 zwischen der Kathode 16 des Ionenventilgefässes 15 und Erde angeordnet ist.
Die Arbeitswicklung des Transduktors ist in Reihe mit einer Gleichrichterbrücke 43 an eine Wechsel- spannungsquelle angeschlossen. Von der Gleichrichterbrücke 43 wird ein Strom erhalten, der mit Hilfe eines Widerstandes 44 in eine Spannung verwandelt wird. Der Widerstand 44 ist in Reihe mit einem an- dern Widerstand 45 eingeschaltet, an den eine Gleichspannungsquelle derart angeschlossen ist, dass die
Spannung über dem Widerstand 45 der über dem Widerstand 44 entgegengerichtet ist. Die Spannung der
Spannungsquelle 46 wird so eingestellt, dass bei dem maximal zugelassenen Belastungsstrom durch das Ionenventilgefäss 15 die Spannung, die über dem Widerstand 44 auftritt, bewirkt, dass die Spannung bei dem reihengeschalteten Widerstand 47 weniger negativ wird als die Spannung beim Eingang des Verstärkers 28, wobei das Ventil 48 geöffnet wird.
Das Signal von der Begrenzungsanordnung wird dabei so angeordnet, dass es das Leistungssignal von dem Widerstand 29 und dem Widerstand 30 überwiegt, so dass eine weitere Erhöhung der Übergabeleistung nicht vorkommen kann.
Dem Frequenzvergleichsgerät 35 kann eine Reihe verschiedener Ausführungsformen gegeben werden, z. B. wie in Fig. 3 und 4 gezeigt. Das Frequenzvergleichsgerät 35 besteht gemäss diesen Figuren aus zwei Synchronmotoren 49 und 50, die je mit einem Gleichstromgenerator 51 bzw. 52 zusammengekuppelt sind.
Die zwei Gleichstromgeneratoren erzeugen Gleichspannungen, die einander entgegengerichtet sind, wobei diesen Spannungen zweckmässig eine solche Grösse gegeben ist, dass sie einander kompensieren, wenn der relative Frequenzunterschied Null ist. Die resultierende Gleichspannung kann über die Schaltpunkte c und d demEingang des Verstärkers direkt über einen Widerstand 31 zugeführt werden, wie in Fig. 3 angegeben, oder ein integrierendes Gerät kann zwischen den Gleichstromgeneratoren und dem Widerstand angeordnet werden, wie in Fig. 4 gezeigt. Das integrierende Gerät besteht aus einem Belastungswiderstand 53, einem Reihenwiderstand 54 und einem Kondensator 55, über dem das Zeitintegral des Unterschiedes zwischen den Spannungen e1 und e2 erhalten wird.
Die Übergabeleistung wird dabei von dem Zeitintegral des relativen Frequenzunterschiedes zwischen den beiden Netzen beeinflusst.
Die in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen einer Steuerausriistung nach der Erfindung haben nur zum Zweck, die prinzipielle Wirkungsweise der Erfindung zu illustrieren, und viele andere Ausführungsformen sind im Rahmen der Erfindung denkbar. Zum Beispiel kann die Regelausrüstung angeordnet werden, nur in Abhängigkeit von dem relativen Frequenzunterschied zwischen den beiden Netzen zu regeln, dadurch dass die Mittelleistungsregelung, die dem Eingang des Verstärkers über den Widerstand 57 zugeführt wird, und die Momentleistungsregelung, die dem Eingang des Verstärkers über die Verbindung 56 zugeführt wird, weggelassen werden.
Die Steuerausrüstung kann auch so angeordnet sein, dass
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man ausser in Abhängigkeit von dem relativen Frequenzunterschied auch entweder in Abhängigkeit von der gewünschten Mittelleistung oderder momentanen Leistung dadurch regelt, dass die Ausrüstung für die Leistungsregelung bzw. Momentregelung weggelassen wird.
Es können auch andere leistungsmessende Anordnungen an Stelle des gezeigten Hall-Generators verwendet werden, und die Messtransduktoren 17 und 18 können durch andere Messelemente ersetzt werden.
Die Erfindung ist auch nicht an das gezeigte Verfahren zum Erzeugen von Steuerimpulsen für das Ionenventil gebunden und ebenfalls nicht an das gezeigte Verfahren zum Phasenverschieben dieser Steuerimpulse.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur Regelung der Übergabeleistung zwischen zwei elektrischen Wechselstromnetzen, welche Netze je ein Belastungsobjekt und Kraftaggregat enthalten, die die Frequenz des Netzes bestim- men, und welche Netze über ein Leistungsübergabeglied verbunden sind, das erlaubt, dass die Frequen- zen des Netzes im Verhältnis zueinander frei variiert werden können, welches Glied einen an das eine und einen andas andere Netz angeschlossenen Umformerteil enthält, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens der eine der Umformerteile mit einem Regler versehen ist, der die Übergabeleistung des Umformerteils und damit die des Gliedes beeinflusst, welcher Regler unter der Einwirkung eines Signals steht, das ein
Zeitoperant des Frequenzunterschiedes der zwei Netze ist.