AT395792B - Synchronisiervorrichtung zum parallelschalten eines synchrongenerators und eines wechselstromnetzes - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Synchronisiervorrichtung zum Parallelschalten eines Synchrongenerators und eines Wechselstromnetzes mit je einer Meßschaltung für die Spannung und die Frequenz des Generators und des Wechselstromnetzes sowie den Phasenwinkel zwischen der Netz- und der Generatorspannung, mit Steuerausgängen für die Drehzahlregelung des Generatorantriebes zum Abgleich des Istwertes der Generatorfrequenz auf S einen an die Netzfrequenz angepaßten Sollwertbereich einerseits und für eine Spannungsregelung des Generators zum Abgleich der Generatorspannung auf die Netzspannung anderseits und mit einer Schaltbefehlausgabe für den Generatorhauptschalter, der bei einem Soll-Istwertabgleich der Spannung und der Frequenz in Abhängigkeit von einem Soll-Istwertabgleich des Phasenwinkels mit einer durch einen Rechner aus der Frequenzdifferenz und der vorgebbaren Schaltzeit des Generatorhauptschalters ermittelten Sollwertvorgabe ansteueibar ist. 10 Um eine stoßfreie Parallelschaltung eines Synchrongenerators mit einem Wechselstromnetz, das auch durch einen zweiten Synchrongenerator oder ein anderes Wechselstromsystem dargestellt werden kann, sicherzustellen, muß die Geneiatorspannung und -firequenz an die entsprechenden, durch das Wechselstromnetz vorgegebenen Sollwerte angeglichen werden, bevor über den Generatortiauptschalter die Parallelschaltung bei einem Phasenwinkel gleich Null durchgeführt werden kann. Da bei einem nicht abgeglichenen Phasenwinkel eine Differenzspannung IS am Generatorhauptschalter auftritt tritt beim Schließen des Schalters ein von der wirksamen Impedanz abhängiger Stromstoß und gleichzeitig ein Differenzdrehmoment und damit ein Laststoß am Generator auf, der ebenfalls mit dem Phasenwinkel wächst, so daß die Güte einer Parallelschaltung vor allem durch den Betrag des möglichen Phasenfehlwinkels bestimmt wird. Aus diesem Grund muß auch die Schaltzeit des Generatorhauptschalters berücksichtigt werden, weil ja der Zeitpunkt des Schließens der Schaltkontakte mit dem Nulldurchgang des Pha-20 senwinkels zusammenfallen soll. Da der zeitliche Verlauf des Phasenwinkels von der Differenz der Netz- und dm1

Generatorfrequenz abhängt, kann aus der Messung der Frequenzdifferenz und der Schaltzeit des Generatorhauptschalters jener Phasenwinkel berechnet werden, bei dem der Schaltbefehl an den Generatorhauptschalter abgegeben werden muß, um nach dem Ablauf der Schaltzeit einen Phasenwinkel gleich Null zu erhalten, wobei naturgemäß die zulässige Frequenzdifferenz an die Schaltzeit angepaßt werden muß, und zwar über den vorgegebenen Sollwert-25 bereich der Generatorfrequenz, der im allgemeinen über der Netzffequenz liegt, um bei der Parallelschaltung eine Wirkleistung ans Netz abzugeben. Die Steuerung der Generatorfrequenz erfolgt über die Drehzahlregelung des Generatorantriebes. Bei bekannten Synchronisiervorrichtungen wird zu diesem Zweck nach einer Grobabstimmung der Drehzahlverstelleinrichtung des Generatorantriebes beim Nulldurchgang des Phasenwinkels ein Steuerimpuls oder eine Steuerimpulsfolge zugeführt und in Abhängigkeit von der Frequenzänderung beim nächsten Nulldurch-30 gang des Phasenwinkels entschieden, ob ein weiterer Steuerimpuls oder eine weitere Steuerimpulsfolge ausgegeben werden soll. Erreicht die Generatorfrequenz den vorgegebenen Sollwertbereich, so wird der Schaltbefehl für den Generatorhauptschalter unter Berücksichtigung seiner Schaltzeit entsprechend dem berechneten Phasenwinkel ausgegeben und der Synchrongenerator ans Netz geschaltet, wobei über eine Sperre sichergestellt wird, daß gleichzeitig die Bedingungen hinsichtlich der Frequenz- und Spannungsdifferenz eingehalten werden. 35 Nachteilig bei diesen bekannten Synchronisiervorrichtungen ist vor allem, daß durch die Ausgabe aufeinanderfolgender Schaltimpulse beim jeweiligen Nulldurchgang des Phasenwinkels das Übergangsverhalten der durch den Generatorantrieb gebildeten Regelstrecke insbesondere für eine schnelle Synchronisation nicht ausreichend berücksichtigt werden kann. Zumindest ist für eine raschere Synchronisation eine Anpassung der Größe oder Anzahl der die Stellgröße der Regelstrecke bildenden Steuerimpulse an die Regelstrecke erforderlich, wobei das Über-40 gangsverhalten dieser Regelstrecke häufig nicht bekannt ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, diese Mängel zu vermeiden und eine Synchronisiervorrichtung der eingangs geschilderten Art mit einfachen Mitteln so zu verbessern, daß ein rasches Parallelschalten von Synchrongeneratoren mit hinsichtlich ihres Regelverhaltens sehr unterschiedlichen Antrieben und beliebigen Wechselstromnetzen automatisch durchgefuhrt werden kann. 45 Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß eine Meßschaltung zum Bestimmen von Kennwerten für die Abhängigkeit des zeitlichen Drchzahlverlaufes von einer Steuersignalbeaufschlagung der Drehzahlregelung und ein Speicher für diese Kennwerte vorgesehen sind und daß der Rechner den Steuerausgang für die Drehzahlregelung im Sinne einer aus den abgespeicherten Kennwerten für einen vollständigen Frequenzabgleich errechneten Steuersingalgröße ansteuert. 50 Da durch diese Maßnahme das Übergangsverhalten der durch den Generatorantrieb gebildeten Regelstrecke erfaßt wird, kann für eine notwendige Änderung der Regelgröße die hiefür notwendige Stellgröße rechnerisch ermittelt und an den Eingang der Regelstrecke angelegt werden, so daß aufgrund der errechneten Steuersignalgröße der Drehzahlabgleich durch einen einzigen Steuereingriff sichergestellt werden kann, was die Zeit für die Synchronisation erheblich verkürzt. Außerdem kann eine Überregelung ausgeschlossen werden, weil ja durch die Erfas-55 sung der das Übergangsverhalten der Regelstrecke bestimmenden Drehzahlverstellcharakteristik auch eine entspre chende Ausgleichszeit im Anschluß an den Steuereingriff berücksichtigt werden kann. Die Abhängigkeit des zeitlichen Drehzahlverlaufes von einer Steuersignalbeaufschlagung der Drehzahlregelung kann dabei ohne weiteres über die Frequenzmessung erfaßt werden, indem beispielsweise für eine vorgegebene Größe des an die Drehzahlregelung angelegten Steuersignales die Drehzahländerung im Bereich eines Zeitintervalles erfaßt wird, das auch 60 eine Ausgleichszeit umfaßt. Die Genauigkeit dieses Drehzahlverlaufes kann entsprechend dem Übergangsverhalten der jeweiligen Regelstrecke beliebig gesteigert werden. In den meisten Fällen wird man allerdings mit einem linearisierten Verlauf der Drehzahlverstellcharakteristik das Auslangen finden. Eine andere Möglichkeit der -2-

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Erfassung der Drehzahlverstellcharakteristik besteht darin, die Steuersignalgröße, beispielsweise die Impulslänge, für eine vorgegebene Drehzahländerung zu erfassen und dieser Steuersignalgröße den Drehzahlverlauf einschließlich einer an die Impulsdauer anschließenden Ausgleichszeit zuzuordnen.

Nach der Erfassung und Abspeicherung der Drehzahlverstellcharakteristik des Generatorantriebes kann für eine durch die Messung der Generatorfrequenz bestimmbaren Soll-Istwertdifferenz die Steuersignalgröße, die für einen Soll-Istwertäbgleich erforderlich ist, aus den abgespeicherten Kennwerten des Übergangsveihaltens des jeweiligen Generatorantriebes errechnet und an die Drehzahlregelung weitergegeben werden. Da der Frequenzsollwert für die Bestimmung der Steuersignalgröße vorzugsweise in die Mitte des Sollwertbereiches für die Generatorfrequenzen gelegt wird, bei denen die Schaltbefehlausgabe freigegeben wird, kann die Parallelschaltung beim Überschreiten der der Netzfrequenz näher liegenden Grenze des Sollwertbereiches durch die Generatorfrequenz vorteilhaft durchgeführt werden.

Damit die tatsächliche Schaltzeit des Generatorhauptschalters erfaßt und dadurch eine hohe Güte der Parallelschaltung gewährleistet werden kann, kann an den Speicher eine Meßschaltung für die Schaltzeit des Generatorhauptschalters angeschlossen werden, so daß Fehler durch eine fehlerhafte Schaltzeiteingabe vermieden werden können.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird eine erfmdungsge-mäße Synchronisiervorrichtung zum Parallelschalten eines Synchrongenerators und eines Wechselstromnetzes in einem schematischen Blockschaltbild gezeigt

Der über einen Generatorhauptschalter (1) an ein Wechselstromnetz (2) anzuschließende Synchrongenerator (3) ist mit einem Generatorantrieb (4) verbunden, dessen Drehzahlregler mit (5) bezeichnet ist Die Generatorspannung wird über einen auf den Erregerkreis (6) einwirkenden Spannungsregler (7) gesteuert.

Zum Synchronisieren des Synchrongenerators (3) ist eine Synchronisiervorrichtung vorgesehen, die bei der Erfüllung aller für die Parallelschaltung hinreichenden Bedingungen den Generatorhauptschalter (1) über eine Schaltbefehlausgabe (8) ansteuert. Da zur Synchronisation des Synchrongenerators (3) dessen Spannung und Frequenz an die Netzspannung und die Netzfrequenz angepaßt weiden müssen, weiden einerseits die Netzspannung über einen Wandler (9) und anderseits die Generatorspannung über einen Wandler (10) erfaßt und einer Meßschaltung (11) für diese Spannungen zugeleitet. Da sich aus den Netz- und Generatorspannungen auch deren Phasenwinkel und deren Frequenzen erfassen lassen, sind die Wandler (9) und (10) auch mit einer Meßschaltung (12) für den Phasenwinkel zwischen der Netz- und der Generatorspannung und deren Frequenzen veibunden. Die in diesen Schaltkreisen (11) und (12) erfaßten Meßwerte können mit Hilfe eines Rechners (13) miteinander verknüpft werden, um an an den Rechner (13) angeschlossenen Steuerausgängen Steuersignale für die Beaufschlagung der Drehzahlregelung (5) und der Spannungsregelung (7) zu erhalten. Im Gegensatz zu herkömmlichen SynchronsiervOTrichtungen dieser Art wird zusätzlich das Übergangsverhalten der durch den Generatorantrieb (4) gebildeten Regelstrecke erfaßt, indem für eine vorgegebene Steuersignalbeaufschlagung der Drehzahlregelung (5) der zeitliche Verlauf der Drehzahl des Generatorantriebes (4) über die Generatorfrequenz erfaßt und über den Rechner (13) in einen Speicher (15) eingelesen wird, um aus der damit erfaßten Abhängigkeit zwischen der Signalgrüße und dem zeitlichen Drehzahlverlauf jene Steuersignalgröße errechnen zu können, die bei einer gegebenen Soll-Istwertdifferenz notwendig ist, um die Drehzahl des Generatorantriebes (4) mittels einer einmaligen Beaufschlagung der Drehzahlregelung (5) entsprechend einer Sollwertvorgabe für die Generatorfrequenz nachzuführen, und zwar unter Berücksichtigung einer an die Steuersignalbeaufschlagung der Drehzahlregelung (5) anschließenden Ausgleichszeit, nach der erst mit keiner für die Synchronisierung erheblichen Drehzahlveränderung gerechnet weiden kann.

Da von der Ausgabe eines Schaltbefehls bis zum Schließen der Schaltkontakte des Generatorhauptschalters (1) mit einer unvermeidbaren Schaltzeit gerechnet werden muß, muß diese Schaltzeit auch bei der Ansteuerung des Generatorhauptschalters (1) über die Schaltbefehlausgabe (8) berücksichtigt weiden. Zu diesem Zweck könnte die Schaltzeit über eine Eingabe (16) vorgegeben werden, über die auch die übrigen Parameter hinsichtlich der vorzugebenden Sollwerte und Sollwertbereiche eingegeben werden können. Vorteilhafter ist es allerdings, die Schaltzeit des Generatorhauptschalters über eine gesonderte Meßschaltung zu messen und in dm Speich«* (15) abzuspeichem, damit die jeweils vorhandenen Verhältnisse auch tatsächlich berücksichtigt werden können.

Aus der gemessenen oder eingegebenen Schaltzeit läßt sich über die Differenz der Netz- und Generatorfrequenz jener Phasenwinkel zwischen der Netz- und Generatorspannung errechnen, bei dem der Schaltbefehl für den Generatorhauptschalter (1) ausgegeben werden muß, um bei der gemessenen Frequenzdifferenz das Schließen der Schaltkontakte während des Nulldurchganges des Phasenwinkels sicherzustellen. Diese Berechnung des Phasenwinkels kann über den Rechner (13) laufend durchgeführt werden, so daß auch Schwankungen hinsichtlich der Netzffequenz bis zur Ausgabe des Schaltbefehles berücksichtigt werden können. Selbstverständlich muß der Phasenwinkel für die Ausgabe des Steuerbefehles begrenzt werden, was durch entsprechende Vorgaben erreicht wird, die gebenenfalls von Hand aus oder durch das Rechnerprogramm bedingt umgeschaltet werden können. Die eingegebenen oder gemessenen Parameter sowie die jeweilige Steuerung kann an einer Anzeige (17) abgelesen werden.

Der Steuerbefehlausgabe (8) ist eine Verriegelung (18) zugeordnet, die die Befehlausgabe nur freigibt, wenn die Bedingungen hinsichtlich der Übereinstimmung der Frequenzen und der Spannungen des Wechselstromnetzes und des Synchrongenerators (3) erfüllt sind. Zu diesem Zweck ist die Verriegelung (18) auch an die Wandler (9) -3-

Claims (2)

1. 5 AT 395 792 B und (10) angeschlossen. Durch die Messung der Drehzahlverstellcharakteristik und durch die Einstellung der zulässigen Differenz-frequenzunter- und -obergrenze wird eine stabile, sanfte und schnelle Synchronisierung erreicht PATENTANSPRÜCHE 10 1. Synchronisiervorrichtung zum Parallelschalten eines Synchrongenerators und eines Wechselstromnetzes mit je einer Meßschaltung für die Spannung und die Frequenz des Generators und des Wechselstromnetzes sowie den Phasenwinkel zwischen der Netz- und der Generatorspannung, mit Steuerausgängen für die Drehzahlregelung des Generatorantriebes zum Abgleich des Istwertes der Generatorfrequenz auf einen an die Netzfrequenz angepaßten Sollwertbereich einerseits und für eine Spannungsregelung des Generators zum Abgleich der Generatorspannung 20 auf die Netzspannung anderseits und mit einer Schaltbefehlausgäbe für den Generatorhauptschalter, der bei einem Soll-Istwertabgleich der Spannung und der Frequenz in Abhängigkeit von einem Soll-Istwertabgleich des Phasenwinkels mit einer durch einen Rechner aus der Frequenzdifferenz und der vorgebbaren Schaltzeit des Generatorhauptschalters ermittelten Sollwertvorgabe ansteuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßschaltung zum Bestimmen von Kennwerten für die Abhängigkeit des zeitlichen Drehzahlverlaufes von einer Steuersignalbe-25 aufschlagung der Drehzahlregelung (5) und ein Speicher (15) für diese Kennwerte vorgesehen sind und daß der Rechner (13) den Steuerausgang (14) für die Drehzahlregelung (5) im Sinne einer aus den abgespeicherten Kennwerten für einen vollständigen Frequenzabgleich errechneten Steuersignalgröße ansteuert.
2. 2. Synchronisiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Speicher (15) eine 30 Meßschaltung für die Schaltzeit des Generatorhauptschalters (1) angeschlossen ist 35 Hiezu 1 Blatt Zeichnung -4-