Anordnung zur Regelung mehrerer parallel arbeitender Synchronmaschinen. Zahlreiche Betriebsstörungen in elektri schen Kraftwerken mit Synchronmaschinen rühren daher, dass diese Maschinen infolge von Belastungsstössen, insbesondere aber durch Erd- und Kurzschlüsse, zu starken Winkelverschiebungen der Polräder gegen einander neigen, so dass sie ausser Tritt fallen.
Besonders leicht tritt dieser Fall ein, wenn die einzelnen Synchronmaschinen,. oder gar die ganzen Kraftwerke, durch Leitungen, Transformatoren, Drosselspulen oder ähn liche verbunden sind, die erhebliche Reak- tanz besitzen, weil dann die synchronisieren- den Kräfte nur relativ schwach sind.
Da bei den meisten Störungen die Span nung der Synchromaschinen nicht nur der Phase, sondern auch der Grösse nach sehr starken Schwankungen unterworfen ist - bricht sie doch zum Beispiel beim dreipoli- gen Kurzschluss vollständig zusammen - so ist es nicht ganz einfach, die Kraftwerke nach dem Auseinanderfallen wieder zu syn- chronisieren; man muss sie dazu im allge meinen erst vollständig abschalten.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung, die die Maschinen während eines störenden Stosses irgendwelcher Art in ihrer Phasen lage gut zusammenhält, so dass sie nicht so leicht ausser Tritt fallen, sondern stabil im Betrieb bleiben.
Die Anordnung nach der Erfindung zur Regelung mehrerer parallel arbeitender Syn chronmaschinen besteht darin, dass Mittel vorgesehen sind, um die Phasenlage der Ma schinenspannungen oder der Polradstellungen gegenüber der Phasenlage einer Vergleichs spannung durch Einwirkung auf die Energie zufuhr der mit den Synchronmaschinen ge- kuppelten Kraftmaschinen selbsttätig auf einen bestimmten Wert einzustellen.
Zu diesem Zweck können alle einzelnen Synchronmaschinen mit einer besonderen Einrichtung versehen sein, die nur oder doch hauptsächlich dem Zweck des Vergleiches der Phasenwinkel dient. Man kann dazu zum Beispiel die Klemmenspannung von den Ma schinen abgreifen und sie durch Einfügen einer Übersetzung bei etwaigem Zusammen bruch heraufregulieren, so dass die Spannung der Messpunkte wohl in der Phase, jedoch nicht oder nur wenig, in der Grösse schwankt. Beispielsweise kann man sich hierzu regel barer Transformatoren oder regelnder Ab schwächer bedienen.
Ein solcher Abschwä- cher besteht zum Beispiel aus einem an die Klemmenspannung der Synchronmaschine angeschlossenen Transformator mit hoher Eisensättigung, dem primär Drosselspulen vorgeschaltet sind. Ein anderes Mittel be steht in der Verwendung besonderer Kon taktapparate oder Hilfssynchronmaschinen auf der Welle der Generatoren, die unab hängig von den Spannungsschwankungen der Hauptmaschinen sind und daher stets einen geordneten Phasenvergleich ermöglichen. In diesem Falle werden unmittelbar die Polrad stellungen der einzelnen Synchronmaschinen miteinander verglichen.
Die einfachsten Verhältnisse ergeben sich, wenn man mit derartigen Mitteln die Pha senlage jeder .stromerzeugenden oder -ver brauchenden Synchronmaschine mit der Phase einer Leitfrequenz vergleicht, die durch irgendwelche bekannten Mittel erzeugt und konstant gehalten werden kann. Es ge nügt aber häufig auch eine fremde Leit- frequenz zu entbehren und die mittlere Phasenlage aller Generatoren oder die, Pha senlage eines bestimmten Generators als die anzustrebende anzusehen.
Gemäss der Erfindung soll nun jede Ab weichung der Spannungs- oder Polradphasen- lage einer Synchrerimaschine von der Sollage mit Hilfe der eben beschriebenen Mittel die Energiezufuhr der Kraftmaschine derart be einflussen, dass diese Abweichung verschwin det. Diese Beeinflussung kann mit den heute zur Verfügung stehenden Mitteln der Ver stärkung, Dämpfung, Rückführung usw., so schnell und schwingungsfrei erfolgen, dass sich die Maschinen niemals sehr weit aus ihrer Sollage entfernen und nach irgendwel- chen Stössen sehr schnell in dieselbe zurück kehren.
Mit Hilfe eines derartigen Mechanismus werden demnach synchronisierende Kräfte in die Maschinensätze eingeführt, die ganz un abhängig von den Vorgängen im elektrischen System sind. Daher dienen die in den Syn chronmaschinen auftretenden elektrodynami schen Synchronisierkräfte nunmehr nur noch als Unterstützung der durch den Regler her vorgerufenen Gleichlaufkräfte, und es kön nen bei ihrem Ausfall keine Schwierigkeiten mehr auftreten.
Die Anordnung nach der Erfindung kann aber nicht nur zur Vermeidung eines Aussertrittfallens der parallel arbeitenden Synchronmaschinen bei Störungen verwendet werden, man kann sie auch im normalen Be triebe zur Konstanthaltung der Frequenz bezw. zur Regelung der Leistung verwenden. Bekanntlich sind die bisher üblichen Lei stungsregler derartig ausgebildet,
dass ein mit der Turbine gekuppelter Fliehkraftregler bei dem durch grössere Leistung der Synchron maschine bedingten Rückgange der Frequenz bezw. der Drehzahl die Kraftzufuhr zur Tur bine erhöht und auf diese Weise die Dreh zahl bezw. die Frequenz annähernd konstant hält. Es ist dabei aber immer noch zwischen Leerlauf und Vollast ein gewisser Frequenz abfall erforderlich, um den Fliehkraftregler zum Ansprechen zu bringen. Die Anordnung nach der Erfindung gestattet demgegenüber.
die Frequenz bei verschiedenen Belastungen absolut konstant zu halten, da als auf die Kraftzufuhr der Turbine einwirkende Grösse nicht eine Drehzahländerung, sondern eine Polrad- bezw. Phasenabweichung der Syn chronmaschine gegenüber einer konstanten Leitfrequenz benutzt wird. Als Anordnung kann dabei die anhand der Zeichnung als Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrie bene Einrichtung benutzt werden.
Da jede Synchronmaschine bei positiver oder negativer Belastung einen bestimmten Vor- oder Nacheilwinkel gegenüber der Phase der Netzspannung besitzen muss, dem die Leistungsabgabe proportional ist, so wird man zweckmässigerweise der Sollstellung des Phasenwinkels jeder Maschine eine gewisse Regelbarkeit geben.
Benutzt man beispiels weise eine Hilfsdrehfeldmaschine als Pha senindikator auf der Welle der Hauptsyn- chronmaschinen, so braucht man dem Stator dieses Drehfeldindikators nur eine Verschie bung im Sinne oder gegen die Rotation zu erteilen, um eine Verschiebung der Soll- p 'haso eintreten zu lassen. Hierdurch regelt man alsdann mittelbar die Leistungsabgabe der betreffenden Synchronmaschine.
Eine andere Möglichkeit, den Synchron maschinen. eine Leistungsabgabe zu gestatten, besteht darin, dass man die Synchronisierung über den Indikator nur eintreten lässt, wenn die Abzweigung zwischen Phasenlage und Sollage einen bestimmten Grenzwert, den man freigibt, überschreitet. Bei diesem Sy stem würde die Regelung der Leistungs abgabe der Synchronmaschine genau wie üblich vorgenommen werden können.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbei spiel der Erfindung, in dem 1, 2 und 3 mit Dampfturbinen 4, 5, 6 gekuppelte Synchron generatoren sind, die auf die abgehenden Fernleitungen 7, 8, 9 arbeiten. Die Genera toren sind über die Synehronisiersammel- schienen 10 und 11 miteinander gekuppelt. 12, 18 und 14 sind drei Hilfssynchronmaschi- nen, die mit den Hauptsynchrongeneratoren mechanisch gekuppelt sind. 15 ist ein Syn chrongenerator für die Erzeugung einer kon stanten Leitfrequenz.
Der Synchrongenera tor wird dazu in passender Weise mit kon stanter Drehzahl angetrieben, beispielsweise dient -als Antriebsmotor ein Gleichstrom nebenschlussmotor mit besonderen Steuerein richtungen für die Konstanthaltung der Drehzahl. Die Spannung und die Frequenz der Maschine 15 stimmen im normalen Be trieb mit den Frequenzen und Spannungen der Maschinen 12, 13 und 14 überein. Von der vom Generator 15 gespeisten Uitfre- quenzleitung 16 gehen in Parallelschaltung die Abzweigungen 17, 18 und 19 ab.
Die an den Abzweigleitungen herrschende Spannung der Leitmaschine 15 wirkt nun in Gegen- schaltung mit der Spannung der mit den ein zelnen Synchrongeneratoren gekuppelten Hilfssynchronmaschinen auf den Kraft- zufuhrregler (20, 21 oder 22) der zugehöri gen Dampfturbine ein.
Die Wechselstrom wicklungen der Hilfssynchronmaschinen 12, 13 oder 14 sind dazu in die Verbindungs leitungen zwischen den graftzufuhrreglern und der Leitung 16 gegensinnig eingeschal tet, so dass sie im normalen Betrieb die Span nung des Leitgenerators 15 in ihrer Einwir kung auf die Kraftzufuhrregler sowohl in der Grösse, als auch in der Phase aufheben.
Bei Abweichungen der Polradstellungen der Synchrongeneratoren 1 bis 3 vom Sollwert geben auch die Spannungen der Hilfssyn- chronmaschinen und des Leitgenerators 15 eine Resultierende, die den Kraftzufuhr regler der Dampfturbine im Sinne einer Rückgängigmachung der Abweichungen be einflusst.
Man sieht, dass diese Einrichtung sowohl bei der Gefahr eines Aussertrittfal- lens der Synchrongeneratoren bei Störungen im Netze wirksam ist, als auch gleichzeitig als Leitungsregler wirkt, da bei stärkerer Be lastung des gesamten Netzes sämtliche Syn chrongeneratoren in ihrer Polradstellung ge genüber der Leitfrequenz der Maschine 15 zurückbleiben und daher an sämtlichen Gene ratoren die Kraftzufuhr verstärkt wird.
Man kann die dargestellte Einrichtung auch zur Aufteilung der betriebsmässigen Belastung auf die einzelnen Generatoren verwenden, in dem man die Ständer der Hilfsmaschinen 12, 13, 14 verdrehbar macht und auf diese Weise die Phasenlage der Wechselspannung der Hilfssynchronmaschinen gegenüber der Span nung des Leitgenerators 15 verstellt und da mit auch gleichzeitig die Energiezufuhr an der zugehörigen Turbine ändert.
In der Zeichnung sind neben den einzelnen Genera toren die Vektoren I der Spannung des Leit- generators 15 eingetragen, ausserdem die Vektoren II, III und IV der Spannungen der Hilfssynchronmaschinen 12, 13 und 14. Man sieht, dass die beiden Vektoren jeweils einen verschiedenen Phasenwinkel miteinander ein schliessen. Entsprechend diesem Phasenwin- kel ist auch die Belastung auf die einzelnen Synchrongeneratoren 1, 2 und 3 aufgeteilt, wenn man gleiche Grösse für diese Genera toren voraussetzt.
Die Anordnung nach der Erfindung er fordert Hilfsleistungen für die Leitfrequenz oder die mittlere Frequenz zwischen den ein zelnen Maschinen oder den verschiedenen Kraftwerken. Hierfür kann man entweder, wie dargestellt, besondere Leitungen ziehen oder man kann bei voneinander erheblich entfernten Kraftwerken die Hilfsleitung durch Hochfrequenzverbindungen herstellen.
Derartige durch hochfrequente Wellen be wirkten Verbindungen sind für die gegen seitige Steuerung von in Leitungen verteilten Schaltern oder Anzeigeinstrumenten oder Re lais bereits bekannt.
Arrangement for controlling several synchronous machines working in parallel. Numerous malfunctions in electrical power stations with synchronous machines arise from the fact that these machines tend to angular displacements of the pole wheels relative to one another so that they fall out of step as a result of load surges, but in particular due to earth faults and short circuits.
This case occurs particularly easily when the individual synchronous machines. or even the entire power plants, connected by lines, transformers, reactors or similar, which have considerable reactivity, because then the synchronizing forces are only relatively weak.
Since the voltage of the synchromachines is subject to very strong fluctuations not only in phase but also in size in most malfunctions - it collapses completely in the event of a three-pole short circuit, for example - it is not very easy to switch the power plants to To synchronize falling apart again; you generally have to switch them off completely first.
The invention relates to an arrangement which holds the machines together well in their phase position during a disruptive impact of any kind, so that they do not fall out of step easily, but remain stable in operation.
The arrangement according to the invention for regulating several synchronous synchronous machines is that means are provided to automatically adjust the phase position of the machine voltages or the pole wheel positions against the phase position of a comparison voltage by acting on the energy supply of the prime mover coupled to the synchronous machine set to a certain value.
For this purpose, all individual synchronous machines can be provided with a special device which only or at least mainly serves the purpose of comparing the phase angles. For example, you can take the terminal voltage from the machines and adjust it up by inserting a gear ratio in the event of a breakdown, so that the voltage of the measuring points fluctuates in phase, but not or only slightly in size. For example, regulatable transformers or regulating from weaker can be used for this purpose.
Such an attenuator consists, for example, of a transformer with high iron saturation connected to the terminal voltage of the synchronous machine, which is primarily preceded by choke coils. Another means be available in the use of special Kon clock apparatus or auxiliary synchronous machines on the shaft of the generators, which are independent of the voltage fluctuations of the main machines and therefore always allow an orderly phase comparison. In this case, the pole wheel positions of the individual synchronous machines are compared with one another.
The simplest ratios result when the Pha senlage of each .stromergenerating or consuming synchronous machine compares with the phase of a master frequency, which can be generated by any known means and kept constant. However, it is often sufficient to dispense with an external master frequency and to regard the mean phase position of all generators or the phase position of a certain generator as the one to be aimed for.
According to the invention, every deviation of the voltage or pole wheel phase position of a synchronizing machine from the nominal position is to influence the energy supply of the engine with the aid of the means just described in such a way that this deviation disappears. With the means of amplification, damping, feedback, etc. available today, this influencing can take place so quickly and vibration-free that the machines never move very far from their intended position and return very quickly to the same position after any bumps.
With the help of such a mechanism, synchronizing forces are introduced into the machine sets, which are completely un dependent on the processes in the electrical system. Therefore, the electrodynamic synchronizing forces occurring in the Syn chronmaschinen now only serve as support for the synchronous forces called forth by the controller, and difficulties can arise if they fail.
The arrangement according to the invention can not only be used to avoid falling out of the synchronous machines operating in parallel in the event of malfunctions, it can also be used in normal operations to keep the frequency constant. use to regulate the power. As is well known, the previously common Lei stungs controllers are designed in such a way
that a centrifugal governor coupled to the turbine in the case of the decrease in frequency caused by the greater power of the synchronous machine. the speed increases the power supply to the turbine and in this way the speed BEZW. keeps the frequency almost constant. However, a certain frequency drop is still required between idling and full load in order to make the governor respond. In contrast, the arrangement according to the invention allows.
to keep the frequency absolutely constant under different loads, since the variable acting on the power supply of the turbine is not a change in speed, but rather a pole wheel or Phase deviation of the synchronous machine compared to a constant master frequency is used. As an arrangement, the device described with reference to the drawing as an embodiment of the invention can be used.
Since every synchronous machine with positive or negative load must have a certain lead or lag angle compared to the phase of the mains voltage, to which the power output is proportional, it is expedient to give the setpoint position of the phase angle of each machine a certain controllability.
If, for example, an auxiliary rotary field machine is used as a phase indicator on the shaft of the main synchronous machine, the stator of this rotary field indicator only needs to be shifted in the sense of or against the rotation in order to allow the target value to be shifted. This then indirectly regulates the power output of the relevant synchronous machine.
Another possibility, the synchronous machines. Allowing a power output consists in only allowing the synchronization via the indicator to occur when the branch between the phase position and the target position exceeds a certain limit value that is released. In this system, the control of the power output of the synchronous machine can be carried out exactly as usual.
The drawing shows a Ausführungsbei game of the invention, in which 1, 2 and 3 with steam turbines 4, 5, 6 are coupled synchronous generators that work on the outgoing trunk lines 7, 8, 9. The generators are coupled to one another via the synchronization busbars 10 and 11. 12, 18 and 14 are three auxiliary synchronous machines that are mechanically coupled to the main synchronous generators. 15 is a syn chrongenerator for generating a constant digital frequency.
The synchronous generator is driven in a suitable manner at a constant speed, for example, a direct current shunt motor with special controls for keeping the speed constant serves as the drive motor. The voltage and the frequency of the machine 15 match the frequencies and voltages of the machines 12, 13 and 14 in normal operation. From the Uitfre- frequency line 16 fed by the generator 15, the branches 17, 18 and 19 are connected in parallel.
The voltage of the master machine 15 prevailing on the branch lines now acts in counter circuit with the voltage of the auxiliary synchronous machines coupled to the individual synchronous generators on the power supply regulator (20, 21 or 22) of the associated steam turbine.
The alternating current windings of the auxiliary synchronous machines 12, 13 or 14 are switched on in opposite directions in the connecting lines between the graft feed regulators and the line 16, so that in normal operation they influence the voltage of the master generator 15 in their impact on the power feed regulator both in size , as well as in the cancel phase.
If the pole wheel positions of the synchronous generators 1 to 3 deviate from the nominal value, the voltages of the auxiliary synchronous machines and the master generator 15 also give a result that influences the power supply controller of the steam turbine in the sense of reversing the deviations.
It can be seen that this device is effective both in the event of the synchronous generators falling out of step in the event of disturbances in the network, and also acts as a line regulator at the same time, since all synchronous generators in their pole wheel position compared to the master frequency of the machine when the entire network is heavily loaded 15 stay behind and therefore the power supply is increased at all generators.
You can also use the device shown to distribute the operational load on the individual generators by making the stator of the auxiliary machines 12, 13, 14 rotatable and in this way the phase position of the AC voltage of the auxiliary synchronous machines relative to the voltage of the master generator 15 and adjusted because the energy supply to the associated turbine also changes at the same time.
In addition to the individual generators, the vectors I of the voltage of the master generator 15 are entered in the drawing, as well as the vectors II, III and IV of the voltages of the auxiliary synchronous machines 12, 13 and 14. It can be seen that the two vectors each have a different phase angle include each other. The load on the individual synchronous generators 1, 2 and 3 is also divided according to this phase angle, if the same size is assumed for these generators.
The arrangement according to the invention, he calls for auxiliary services for the master frequency or the mean frequency between the individual machines or the various power plants. For this purpose, you can either pull special lines, as shown, or you can create the auxiliary line using high-frequency connections in the case of power plants that are considerably distant from one another.
Such connections effected by high-frequency waves are already known for the mutual control of switches or display instruments or relays distributed in lines.