CH345058A - Method for generating a manipulated variable as a function of the deviations of frequency and power in the alternating current network from their setpoints - Google Patents

Method for generating a manipulated variable as a function of the deviations of frequency and power in the alternating current network from their setpoints

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CH345058A
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CH
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frequency
power
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pulses
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Heinz Dipl Ing Bloch
De Quervain Alfred Ing Dr
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Patelhold Patentverwertung
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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  • Measuring Frequencies, Analyzing Spectra (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  

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 Verfahren zum Erzeugen einer    Stellgrösse   in Abhängigkeit von den Abweichungen von Frequenz und Leistung im Wechselstromnetz von ihren Sollwerten Beim Verbundbetrieb mehrerer    Elektrizitätswerke   in einem    Stromversorgungsnetz   stellt sich oft die Aufgabe, zwecks Steuerung der Leistung gewisser Turbinen eine    Stellgrösse   zu bilden, welche von der Netzfrequenz und von der an einem bestimmten Punkt im Netz gemessenen Leistung (z. B. einer übergabeleistung) abhängig ist. Dabei sind meist die Abweichungen dieser Grössen von bestimmten Sollwerten massgebend. 



  Je nach dem geforderten Betriebsverhalten des Netzes bestehen für den Zusammenhang zwischen der Stehgrösse und den genannten Abweichungen verschiedene Möglichkeiten, nämlich die sogenannte     Leistungs-Frequenz-Regulierung ,   die     Energie-      Phasen-Regulierung    und die     Leistungs-Phasen-Re-      gulierung .   Eine Einrichtung zur Erzeugung einer    Stellgrösse   in Abhängigkeit von den Abweichungen von Frequenz und Leistung von ihren Sollwerten ist dann universell verwendbar, das heisst, sie gestattet eine Regelung nach irgendeiner der aufgezählten Möglichkeiten,

   wenn die    Stellgrösse   proportional zum Ausdruck    cl'df      +cz.dp+c3-      @   (cl    -4f      +c.,-dp)dt   ist. Dabei bedeuten d f die Abweichung der Netzfrequenz von ihrem Sollwert, d p die Abweichung der Leistung von ihrem Sollwert und    cl,      c2,      c.   einstellbare    Proportionalitätsfaktoren.   



  Es sind bereits Einrichtungen bekannt, welche diese Bedingungen erfüllen. Dabei erfolgt die Bestimmung der Abweichung der Netzfrequenz von ihrem Sollwert durch Vergleich der Netzfrequenz mit der Eigenfrequenz eines Schwingkreises. Die    Messgenauig-      keit   ist daher wegen der beschränkten Stabilität der Bauelemente, insbesondere unter dem Einfluss wechselnder Temperaturen nicht sehr hoch. Die zu erwar-    tenden   Fehler betragen bei den für den praktischen Betrieb brauchbaren Einrichtungen    mindestens   einige Promille. Für die Bestimmung der Abweichung der Leistung von ihrem Sollwert sind verschiedene Verfahren bekannt. Es kann zum Beispiel der    Messwert   durch die Frequenz einer Hilfswechselspannung charakterisiert werden.

   Liegt diese im Tonfrequenzbereich, so lässt sie sich durch leitungsgerichtete    Hochfrequenz-Fernmeldung   vom    Messpunkt   an die Reguliereinrichtung übertragen. 



  Es lässt sich nun zeigen, dass die beschränkte Genauigkeit bei der Bestimmung der    Frequenzabwei-      chung   zu Unzukömmlichkeiten führen kann, wenn mehreren Elektrizitätswerken je eine Reguliereinrichtung zugeordnet ist, welche. ein und dieselbe    übergabeleistung   auf einem Sollwert halten sollen. Normalerweise wird dabei beabsichtigt, dass jedes der Werke proportional Anteil an Schwankungen der Übergabeleistung übernehmen soll.

   Wenn nun aber die    Frequenzmessung   mit merklichem Fehler behaftet ist, besteht die Gefahr, dass nach kurzer Zeit beträchtliche Leistungsverschiebungen auftreten, wobei beispielsweise ein Werk unter    Entlastung   von andern Werken zuviel Leistung    übernimmt.   Wenn nun beispielsweise verlangt wird, dass die in einer Stunde auftretende Leistungsverschiebung nicht mehr als 5    0lo   des eingestellten Sollwertes beträgt, wobei die Reguliereinrichtung so beschaffen sein möge, dass sie bei    einer      Frequenzabweichung      von      1%      die      Turbinen-      leistung   um 2    "/o   pro Sekunde erhöht, dann ergibt sich,

   dass die    Frequenzmessung   mit einem Fehler von höchstens 0,007    0/Q0   geschehen muss. Für Leistungsmessung genügt die bei bekannten Reguliereinrichtungen realisierte Genauigkeit von beispielsweise 1    %;      es      muss      aber      gefordert      werden,      dass      die      Eigen-      schaften   der einzelnen Reguliereinrichtungen hinsieht- 

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 lieh der Auswertung der Leistungsmessung nicht voneinander abweichen. 



  Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren zum Erzeugen einer    Stellgrösse   in Abhängigkeit von den Abweichungen von Frequenz und Leistung im Wechselstromnetz von ihren Sollwerten, nach welchen es    möglich   ist, erstens die geforderte Genauigkeit der    Frequenzmessung   zu erzielen und zweitens die geforderte Gleichartigkeit der Auswertung der Leistungsmessung bei allen in einem Netz arbeitenden Reguliereinrichtungen sicherzustellen.

   Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass als Mass für die Leistung eine Hilfswechselspannung gewonnen wird, deren Frequenz für die Leistung charakteristisch ist, dass sowohl die Netzfrequenz wie auch die Frequenz der Hilfswechselspannung durch Zählung der Schwingungen während periodisch aufeinanderfolgender Zeitintervalle bestimmt werden, dass die Differenzen zwischen der Anzahl der in jedem Zeitintervall gezählten Schwingungen und Sollzahlen ermittelt werden, welche für die Sollwerte der Netzfrequenz und der Leistung charakteristisch sind, und dass die    Stellgrösse   in Abhängigkeit von diesen Differenzen gebildet wird. 



  Gemäss der    Erfindung   wird also erstens die bekannte Messung der Netzfrequenz nach dem    Analo-      gie-Prinzip   (Vergleich der Netzfrequenz mit der Eigenfrequenz eines Schwingkreises) durch eine Zählung der Schwingungen während einer bestimmten Zeit ersetzt. Auf diese Weise lässt sich jede praktisch wünschbare Genauigkeit der    Frequenzmessung   erzielen. Diese Genauigkeit hängt von derjenigen des    Zeit-      normals   und von der Anzahl der in dem    zur   Zählung benützten Zeitintervall eintreffenden Schwingungen ab.

   Es wird zweitens durch die Anwendung der an sich bekannten Charakterisierung der Leistung mittels der Frequenz einer Hilfswechselspannung ermöglicht, dass auch bei der Auswertung der Leistungsmessung das    Analogieprinzip   verlassen und durch das Zählprinzip ersetzt werden kann. Es stimmen also auch die Eigenschaften der einzelnen Reguliereinrichtungen hinsichtlich der Auswertung der Leistungsmessung mit jeder praktisch wünschbaren Genauigkeit miteinander überein. 



  Da eine Zählung mit den hier in Frage kommenden elektrisch oder elektronisch arbeitenden Mitteln nicht Bruchteile einer Einheit erfassen kann, muss entweder die Länge des zur Zählung benützten Intervalls der geforderten Genauigkeit angepasst werden, oder es ist eine Vervielfachung der zu messenden Frequenz im Hinblick auf eine praktisch brauchbare Länge des Intervalls vorzunehmen. Im vorliegenden Fall sollte die Länge der Intervalle mit Vorteil wenige Sekunden nicht überschreiten, damit die Messung von Netzfrequenz und Leistung möglichst kontinuierlich erfolgt. Es ist also vorteilhaft, die Netzfrequenz zum Beispiel mit dem Faktor 1000 zu vervielfachen.

   Beträgt dabei die Netzfrequenz 50 Hz und die Länge der Zeitintervalle für die Zählung der Schwingungen jeweils eine Sekunde, so ist, unter Voraussetzung eines fehlerlosen    Zeitnormals   eine    Frequenzmessung   mit einem    Fehler   von höchstens 0,02     '0o      möglich.   Ähnliche Überlegungen gelten für die Leistungsmessung. Auch hier ist im Interesse verhältnismässig kurzer Zeitintervalle eine Vervielfachung der Frequenz der Hilfswechselspannung vorteilhaft, derart, dass die Frequenz der zu zählenden Schwingungen in derselben Grössenordnung liegt wie die vervielfachte Netzfrequenz. 



  Für die Erzeugung der Stehgrösse sind nun die Grössen d f und    .J   p, das heisst die Abweichungen der Netzfrequenz bzw. der Leistung von ihren Sollwerten nach Betrag und Vorzeichen zu erfassen. Im Sinne der Erfindung geschieht dies durch Ermittlung der Differenzen zwischen der Anzahl der in jedem Zeitintervall gezählten Schwingungen und Sollzahlen, welche für die genannten Sollwerte charakteristisch sind. Dazu kann ein Register mit einem der Sollzahl entsprechenden Fassungsvermögen verwendet werden. 



  Unter Benützung der schematischen    Fig.   1 sei anhand eines Beispiels beschrieben, wie ein solches Register zweckmässig verwendet werden kann. Dem Beispiel liegen    Zahlwerte   zugrunde, welche sich ergeben, wenn die Netzfrequenz    f.,z   von 50 Hz mit dem Faktor m - 1000 vervielfacht wird, und wenn die Länge des zur Zählung benützten Zeitintervalls eine Sekunde beträgt. Es ist aber nach dem weiter oben Gesagten ohne weiteres klar, dass nach demselben Verfahren auch der Vergleich der Frequenz der Hilfswechselspannung mit ihrem Sollwert geschehen kann. 



  Die Netzfrequenz    f   .,z wird im    Vervielfacher      V   um den Faktor in vervielfacht. Die entstehende Schwingung mit der Sollfrequenz 50 000 Hz gelangt zum Register R. Dieses Register ist so eingerichtet, dass es 50 000 Einheiten zählen kann und dass es über die Leitung i einen Impuls abgibt, wenn diese Zahl erreicht ist. 



  Die aus den Teilen N und T bestehende Einrichtung ist so beschaffen, dass sie eine Sekunde nach Beginn der Zählung einen Impuls über die Leitung s abgibt. Es handelt sich bei N um eine mit der erforderlichen Genauigkeit arbeitende Normalfrequenzquelle, welche mit einem Kristall- oder    Magneto-      striktionsschwinger   für beispielsweise 100    kHz   versehen sein kann, und bei T um einen    Frequenzteiler.   



  Entspricht die Netzfrequenz dem Sollwert, so treten gleichzeitig Impulse in den Leitungen i und s auf. Ist die Netzfrequenz zu tief, so trifft der Impuls in der Leitung s vor demjenigen der Leitung i ein und umgekehrt. Es wird nun ein    Diskriminator   D verwendet, welcher die Reihenfolge des Eintreffens der beiden Impulse feststellt und welche je nach dieser Reihenfolge eine der beiden Torschaltungen W + oder W- für eine Zeitdauer öffnet, welche gleich dem zeitlichen Abstand zwischen den beiden Impulsen ist. Das Vorzeichen der Grösse    -ff   wird also dadurch gekennzeichnet, dass entweder die Torschaltung W + oder die Torschaltung W - geöffnet ist, 

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 und der Betrag der Grösse    J   f wird durch die Dauer charakterisiert, während welcher die betreffende Torschaltung geöffnet ist.

   Beiden Torschaltungen wird nun über die Leitung z eine Folge von Impulsen mit einer Wiederholungsfrequenz von beispielsweise 50    kHz   zugeführt. Diese Impulsfolge wird durch den    Frequenzwandler   K in starrer Relation aus der Normalfrequenz der Quelle N gewonnen. Während der Zeiten, in denen die Torschaltungen W + oder W - offen stehen, gelangen die Impulse in die Leitungen z + bzw. z-. Die Anzahl der in einer dieser Leitungen auftretenden Impulse ist also ein Mass für den Betrag der Grösse    J      f.   



  Durch in der Figur nicht angedeutete Massnahmen wird erreicht, dass periodisch, z. B. alle zwei Sekunden, derartige    Frequenzmessungen   stattfinden. 



  Der eingangs erwähnte    Proportionalitätsfaktor   cl kann auf einfache Weise berücksichtigt werden, indem der    Frequenzwandler   K so ausgebildet wird, dass das    Frequenzverhältnis   einstellbar ist. Es ist leicht ersichtlich, dass dieses Verhältnis als    Proportionalitäts-      faktor   in die Wiederholungsfrequenz der Impulsfolge und damit in die Anzahl der auf einer der Leitungen z + und z- auftretenden Impulse eingeht. 



  Es kann in gewissen Fällen vorkommen, dass zeitweise der Sollwert der Netzfrequenz um geringe Beträge verändert werden muss. In Anbetracht der besonderen Eigenschaften der in der    Normalfrequenz-      quelle   N verwendeten hochkonstanten Schwinger ist es nicht angängig, in diesen Fällen die Frequenz der Quelle N um einen proportionalen Betrag zu verändern. Ein zweckmässiges Verfahren zum Arbeiten mit verschiedenen Netzfrequenzen besteht aber darin, das Fassungsvermögen des Registers R einstellbar zu gestalten. Soll beispielsweise der Sollwert der Netzfrequenz 49,8 Hz betragen, so wird das Fassungsvermögen des Registers auf 49 800 Einheiten eingestellt. Es treten dann Impulse in der Leitung z + oder in der Leitung z- auf, je nachdem, ob die Netzfrequenz grösser oder kleiner als 49,8 Hz ist. 



  Nach demselben    Verfahren   lässt sich auch    J   p nach Betrag und Vorzeichen bestimmen. Dem    Ver-      vielfacher   V ist dabei die Hilfswechselspannung zuzuführen, deren Frequenz für die Leistung charakteristisch ist. Die    Einstellbarkeit   des Fassungsvermögens des Registers R ermöglicht dabei die Charakterisierung des Sollwertes der Leistung. 



  Es sei nun noch unter Benützung der    Fig.   2 anhand eines Beispiels erläutert, wie in Abhängigkeit von den Differenzen , f und    J   p die Stehgrösse gebildet werden kann. Zur Verfügung stehen nach dem weiter oben Gesagten die in periodischen Zeitabständen eintreffenden Impulsgruppen, welche mit den Leitungen z + oder z- beziehungsweise y + oder y- auftreten, je nachdem, ob die Netzfrequenz    be-      ziehunsgweise   die Leistung höher oder niedriger als der betreffende Sollwert ist. Die Anzahl der Impulse jeder Gruppe ist dabei ein Mass für den Betrag der im Zeitpunkt der Messung herrschenden Abweichung.

   Nach der eingangs aufgestellten Forderung an eine universell verwendbare Einrichtung ist die Summe aus den Summanden cl - A t,    c2   d p -und c..    J   (cl - d f +    c2      d   p)    dt   zu bilden. Demgemäss werden in Teilen    Sf   und    Sf"   welche Impulsformer, Verstärker und    Tiefpassfilter   enthalten können, Gleichströme gebildet, deren Grö- ssen proportional sind zur Anzahl der den Teilen pro Zählintervall zugeführten Impulse und deren Polarität davon abhängt, ob die Impulse in den Leitungen z + bzw. y + oder in den Leitungen z- bzw.

      y-      auftreten.   Diese Gleichströme werden als die beiden ersten Summanden der    Stellgrösse   an den Punkt C geführt, wobei die als Widerstände    Wf   und    W1,   dargestellten Regler vorgesehen sind, mit welchen die gewünschten    Proportionalitätsfaktoren   eingestellt werden können. 



  Es wäre nun naheliegend, den dritten Summanden durch getrennte Integration der Grössen cl - d f und    c2   -    J   p    zu   bilden. Die Durchführung dieser Massnahme würde jedoch einen grossen technischen Aufwand bedingen, weil es oft vorkommen wird, dass die Grössen während sehr langer Zeit von Null abweichen. Die Integrale würden dann sehr hohe    Werte   annehmen. Da sie durch Impulszählung ermittelt werden, müsste ein Zähler von entsprechend grossem Fassunsgvermögen vorgesehen sein. Nun weisen aber bei dem gebräuchlichen    Regulierverfahren   die Grösse d f und d p stets entgegengesetzte Vorzeichen auf.

   Der genannte Nachteil kann daher vermieden werden, wenn eine Zähleinrichtung verwendet wird, welche sowohl vorwärts wie auch rückwärts zu laufen vermag, wobei sie durch die Impulse aus den Leitungen z + und y + vorwärts, durch die Impulse aus den Leitungen z- und y- aber rückwärts geschaltet wird. Durch diese Verwendung eines gemeinsamen Integrators wird es also    möglich,   sein Fassungsvermögen verhältnismässig klein zu halten. Eine gegenseitige Störung der vorwärts- und der    rückwärtsschal-      tenden   Impulse kann vermieden werden, indem die die Netzfrequenz betreffenden Zählungen nicht gleichzeitig mit den die Leistung betreffenden Zählungen vorgenommen werden, sondern indem die beiden Zählungen abwechslungsweise stattfinden. 



  Zur Bildung des dritten Summanden wird daher ein zur gemeinsamen Integration von d f und d p nach der Zeit geeigneter Integrator Z mit den beschriebenen Eigenschaften verwendet. Er erzeugt einen Gleichstrom, welcher dem Integral proportional ist. Dieser Gleichstrom gelangt über den Regler    Wi,   welcher entsprechend dem gewünschten    Proportio-      nalitätsfaktor      c3   eingestellt werden kann, ebenfalls an den Punkt C. 



  Am Punkt C kann also ein Gleichstrom entnommen werden, welcher, gegebenenfalls nach Verstärkung, als    Stellgrösse   zur Steuerung der Turbinenleistung geeignet ist. 



  Das notwendige Fassungsvermögen des zur gemeinsamen Integrierung verwendeten Zählers kann 

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 noch weiter vermindert werden, wenn die Impulse, welche den Zähler vorwärts    bzw.   rückwärts zu schalten haben, zunächst je einem    Untersetzer   zugeführt werden, welcher die Anzahl der zu    zählenden   Impulse auf einen konstanten    Bruchteil,   beispielsweise auf    1/1s,   der Zahl der ankommenden Impulse verringert.

   Diese Massnahme    rechtfertigt   sich aus folgendem Grunde: Ein Integrator mit einem für den Gebrauch ohne Untersetzer zweckmässigen Fassungsvermögen von beispielsweise 100 000 Einheiten würde eine Stehgrösse liefern, die sich in Stufen von je einem Hunderttausendstel ihres Maximalwertes    verändert.   Eine    derartige   feinstufige Struktur der    Stellgrösse   ist aber praktisch gar nicht    auswertbar   und daher nicht notwendig. Die genannte Massnahme beeinflusst nicht die Genauigkeit der Integration, denn bei der Untersetzung bleibt kein einziger der ankommenden Impulse unberücksichtigt. 



  Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, alle in der Praxis wünschbaren Reguliergesetze für die Bildung der    Stellgrösse      zu   realisieren, wobei die erreichbare Genauigkeit diejenige der bekannten Verfahren wesentlich    übertrifft   und wobei vor allem die Integration fehlerlos erfolgt. 



  Eine nach diesem Verfahren arbeitende Einrichtung lässt sich beispielsweise durch Verwendung von    Ferritkörpern   mit geeigneten magnetischen Eigenschaften (sogenannte     memory      cores )   für die Register,    Kaltkathoden-Gasentladungsröhren   für den    In-      tegrator   sowie durch möglichst weitgehende Verwendung von Transistoren und    Kristalldioden   so aufbauen, dass sie nur sehr wenige der    Abnützung   unterworfene Teile (wie Elektronenröhren und mechanisch bewegliche Organe) aufweist. Sie entspricht damit den Wünschen, welche hinsichtlich Lebensdauer und Wartungsfreiheit beim Betrieb in Elektrizitätswerken an    derartige   Einrichtungen gestellt werden.



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 Method for generating a manipulated variable depending on the deviations of frequency and power in the alternating current network from their setpoints When operating several power plants in a power supply network, the task often arises of creating a manipulated variable for the purpose of controlling the output of certain turbines, which depends on the network frequency and the the power measured at a certain point in the network (e.g. a transfer power). The deviations of these variables from certain target values are usually decisive.



  Depending on the required operating behavior of the network, there are various possibilities for the relationship between the standing size and the deviations mentioned, namely so-called power-frequency regulation, energy-phase regulation and power-phase regulation. A device for generating a manipulated variable as a function of the deviations of frequency and power from its setpoint values can then be used universally, i.e. it allows regulation according to any of the options listed

   if the manipulated variable is proportional to the expression cl'df + cz.dp + c3- @ (cl -4f + c., - dp) dt. Here, d f denotes the deviation of the network frequency from its setpoint, d p the deviation of the power from its setpoint, and cl, c2, c. adjustable proportionality factors.



  Facilities are already known which meet these conditions. The deviation of the network frequency from its nominal value is determined by comparing the network frequency with the natural frequency of an oscillating circuit. The measurement accuracy is therefore not very high due to the limited stability of the components, especially under the influence of changing temperatures. The errors to be expected in the facilities that can be used in practice are at least a few per thousand. Various methods are known for determining the deviation of the power from its nominal value. For example, the measured value can be characterized by the frequency of an auxiliary AC voltage.

   If this is in the audio frequency range, it can be transmitted from the measuring point to the regulating device by line-directed high-frequency telecommunications.



  It can now be shown that the limited accuracy in determining the frequency deviation can lead to inconveniences if several power plants are each assigned a regulating device, which one. should keep one and the same transfer power at a target value. It is normally intended that each of the plants should take on a proportionate share of fluctuations in the delivery capacity.

   If, however, the frequency measurement is afflicted with noticeable errors, there is a risk that considerable power shifts will occur after a short time, with one plant taking on too much power while relieving other plants. If, for example, it is now required that the output shift occurring in one hour is not more than 5000 of the setpoint value, the regulating device may be designed in such a way that with a frequency deviation of 1% it reduces the turbine output by 2 "/ 0 per second increased, then it results

   that the frequency measurement must be done with an error of at most 0.007 0 / Q0. The accuracy of, for example, 1% achieved with known regulating devices is sufficient for power measurement; However, it must be demanded that the properties of the individual regulating devices are

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 lent the evaluation of the performance measurement do not differ from each other.



  The present invention relates to a method for generating a manipulated variable as a function of the deviations of frequency and power in the alternating current network from their nominal values, according to which it is possible, firstly, to achieve the required accuracy of the frequency measurement and, secondly, to achieve the required homogeneity of the evaluation of the power measurement to ensure all regulatory bodies working in a network.

   The method is characterized in that an auxiliary AC voltage is obtained as a measure of the power, the frequency of which is characteristic of the power, that both the mains frequency and the frequency of the auxiliary AC voltage are determined by counting the oscillations during periodically successive time intervals, that the differences between the number of oscillations and target numbers counted in each time interval are determined, which are characteristic of the target values of the network frequency and the power, and that the manipulated variable is formed as a function of these differences.



  According to the invention, the known measurement of the network frequency according to the analogy principle (comparison of the network frequency with the natural frequency of an oscillating circuit) is replaced by a counting of the oscillations during a specific time. In this way, every practically desirable accuracy of the frequency measurement can be achieved. This accuracy depends on that of the time standard and on the number of vibrations occurring in the time interval used for counting.

   Secondly, the use of the known characterization of the power by means of the frequency of an auxiliary alternating voltage enables the analogy principle to be abandoned when evaluating the power measurement and can be replaced by the counting principle. The properties of the individual regulating devices with regard to the evaluation of the power measurement therefore also agree with one another with every practically desirable accuracy.



  Since counting with the electrical or electronic means in question cannot capture fractions of a unit, either the length of the interval used for counting must be adapted to the required accuracy, or it is practical to multiply the frequency to be measured in terms of a practical make usable length of the interval. In the present case, the length of the intervals should advantageously not exceed a few seconds so that the measurement of the network frequency and power takes place as continuously as possible. It is therefore advantageous to multiply the network frequency by a factor of 1000, for example.

   If the mains frequency is 50 Hz and the length of the time intervals for counting the oscillations is one second each, a frequency measurement with an error of at most 0.02 ° is possible, provided that the time standard is free of errors. Similar considerations apply to performance measurement. Here, too, in the interest of relatively short time intervals, it is advantageous to multiply the frequency of the auxiliary AC voltage in such a way that the frequency of the oscillations to be counted is of the same order of magnitude as the multiplied network frequency.



  For the generation of the standing quantity, the quantities d f and .J p, that is, the deviations of the network frequency or the power from their setpoints according to amount and sign, are to be recorded. In the context of the invention, this is done by determining the differences between the number of oscillations counted in each time interval and target numbers which are characteristic of the specified target values. A register with a capacity corresponding to the target number can be used for this purpose.



  Using the schematic FIG. 1, an example will be used to describe how such a register can be expediently used. The example is based on numerical values that result when the network frequency f., Z of 50 Hz is multiplied by the factor m - 1000, and when the length of the time interval used for counting is one second. However, after what has been said above, it is immediately clear that the frequency of the auxiliary AC voltage can also be compared with its nominal value using the same method.



  The network frequency f., Z is multiplied in the multiplier V by the factor in. The resulting oscillation with the nominal frequency of 50,000 Hz reaches the register R. This register is set up so that it can count 50,000 units and that it emits a pulse via line i when this number is reached.



  The device consisting of parts N and T is designed in such a way that it emits a pulse via line s one second after the start of counting. N is a normal frequency source that works with the required accuracy, which can be provided with a crystal or magnetostriction oscillator for 100 kHz, for example, and T is a frequency divider.



  If the mains frequency corresponds to the setpoint, pulses occur simultaneously in lines i and s. If the network frequency is too low, the pulse on line s arrives before that on line i and vice versa. A discriminator D is now used which determines the order of arrival of the two pulses and which, depending on this order, opens one of the two gate circuits W + or W- for a period of time which is equal to the time interval between the two pulses. The sign of the variable -ff is characterized by the fact that either the gate circuit W + or the gate circuit W - is open,

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 and the amount of the variable J f is characterized by the duration during which the relevant gate circuit is open.

   A sequence of pulses with a repetition frequency of 50 kHz, for example, is now fed to both gate circuits via the line z. This pulse sequence is obtained by the frequency converter K in a rigid relation from the normal frequency of the source N. During the times in which the gates W + or W - are open, the pulses get into the lines z + or z-. The number of pulses occurring in one of these lines is therefore a measure of the magnitude of the variable J f.



  By measures not indicated in the figure it is achieved that periodically, for. B. every two seconds, such frequency measurements take place.



  The proportionality factor cl mentioned at the beginning can be taken into account in a simple manner in that the frequency converter K is designed such that the frequency ratio can be set. It is easy to see that this ratio is included as a proportionality factor in the repetition frequency of the pulse train and thus in the number of pulses occurring on one of the lines z + and z-.



  In certain cases it can happen that the setpoint of the network frequency has to be changed by small amounts from time to time. In view of the special properties of the highly constant oscillators used in the normal frequency source N, it is not feasible to change the frequency of the source N by a proportional amount in these cases. A useful method for working with different network frequencies is to make the capacity of the register R adjustable. For example, if the nominal value of the mains frequency is 49.8 Hz, the capacity of the register is set to 49,800 units. Pulses then occur in line z + or in line z-, depending on whether the line frequency is greater or less than 49.8 Hz.



  The same procedure can also be used to determine J p according to its magnitude and sign. The auxiliary AC voltage is to be fed to the multiplier V, the frequency of which is characteristic for the power. The adjustability of the capacity of the register R enables the characterization of the target value of the power.



  It will now be explained with the aid of an example, using FIG. 2, how the standing size can be formed as a function of the differences, f and J p. According to what has been said above, the pulse groups arriving at periodic intervals are available, which occur with the lines z + or z- or y + or y-, depending on whether the network frequency or the power is higher or lower than the relevant setpoint is. The number of impulses in each group is a measure of the amount of deviation at the time of measurement.

   According to the requirement made at the beginning of a universally usable device, the sum of the summands cl - A t, c2 d p - and c .. J (cl - d f + c2 d p) dt is to be formed. Accordingly, in parts Sf and Sf ″, which can contain pulse shapers, amplifiers and low-pass filters, direct currents are formed whose sizes are proportional to the number of pulses supplied to the parts per counting interval and whose polarity depends on whether the pulses in lines z + or . y + or in lines z- or

      y- occur. These direct currents are fed to point C as the first two summands of the manipulated variable, with the controllers shown as resistors Wf and W1 being provided, with which the desired proportionality factors can be set.



  It would now be obvious to form the third summand by separately integrating the quantities cl - d f and c2 - J p. Carrying out this measure would, however, require a great deal of technical effort because it will often happen that the values deviate from zero for a very long time. The integrals would then assume very high values. Since they are determined by pulse counting, a counter with a correspondingly large capacity would have to be provided. Now, however, with the customary regulation method, the quantities d f and d p always have opposite signs.

   The disadvantage mentioned can therefore be avoided if a counter is used which is able to run both forwards and backwards, whereby it is forward due to the pulses from the lines z + and y +, and the pulses from the lines z- and y- but is switched backwards. This use of a common integrator makes it possible to keep its capacity relatively small. Mutual interference between the forward and backward switching pulses can be avoided by making the counts relating to the mains frequency not at the same time as the counts relating to the power, but by alternating the two counts.



  To form the third summand, an integrator Z suitable for the common integration of d f and d p with respect to time and having the properties described is therefore used. It generates a direct current which is proportional to the integral. This direct current also arrives at point C via the controller Wi, which can be set according to the desired proportionality factor c3.



  A direct current can therefore be taken at point C, which, if necessary after amplification, is suitable as a manipulated variable for controlling the turbine output.



  The necessary capacity of the counter used for common integration can

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 can be reduced even further if the pulses that have to switch the counter up or down are first fed to a scaler which reduces the number of pulses to be counted to a constant fraction, for example to 1 / 1s, of the number of incoming pulses decreased.

   This measure is justified for the following reason: An integrator with a capacity of, for example, 100,000 units, which is suitable for use without a saucer, would provide a standing size that changes in steps of one hundred thousandth of its maximum value. However, such a finely graduated structure of the manipulated variable cannot be evaluated at all in practice and is therefore not necessary. The measure mentioned does not affect the accuracy of the integration, because not a single one of the incoming impulses is ignored during the reduction.



  The method according to the invention makes it possible to implement all regulation laws that are desirable in practice for the formation of the manipulated variable, the achievable accuracy significantly exceeding that of the known methods and, above all, the integration being flawless.



  A device that works according to this method can be designed, for example, by using ferrite bodies with suitable magnetic properties (so-called memory cores) for the registers, cold cathode gas discharge tubes for the integrator and by using transistors and crystal diodes as much as possible, so that they are only very has few parts subject to wear and tear (such as electron tubes and mechanically movable organs). It thus corresponds to the requirements that are placed on such facilities in terms of service life and freedom from maintenance when operating in power plants.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verfahren zum Erzeugen einer Stellgrösse in Abhängigkeit von den Abweichungen von Frequenz und Leistung im Wechselstromnetz von ihren Sollwerten, dadurch gekennzeichnet, dass als Mass für die Leistung eine Hilfswechselspannung gewonnen wird, deren Frequenz für die Leistung charakteristisch ist, dass sowohl die Netzfrequenz wie auch die Frequenz der Hilfswechselspannung durch Zählung der Schwingungen während periodisch aufeinanderfolgender Zeitintervalle bestimmt werden, dass die Differenzen zwischen der Anzahl der in jedem Zeitintervall ge- zählten Schwingungen und Sollzahlen ermittelt werden, welche für die Sollwerte der Netzfrequenz und der Leistung charakteristisch sind, und dass die Stellgrösse in Abhängigkeit von diesen Differenzen gebildet wird. UNTERANSPRACHE 1. PATENT CLAIM Method for generating a manipulated variable as a function of the deviations of frequency and power in the alternating current network from their setpoints, characterized in that an auxiliary alternating voltage is obtained as a measure of the power, the frequency of which is characteristic of the power, that both the network frequency and the Frequency of the auxiliary AC voltage can be determined by counting the oscillations during periodically successive time intervals, that the differences between the number of oscillations counted in each time interval and target numbers are determined, which are characteristic for the target values of the mains frequency and the power, and that the manipulated variable in Dependence on these differences is formed. SUB-TALK 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzfrequenz und die Frequenz der Hilfswechselspannung vor der Zählung vervielfacht werden. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Differenzen zwischen der Anzahl der in einem Zeitintervall gezählten Schwingungen und den zugeordneten Sollzahlen Register verwendet werden. 3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Register mit einstellbarem Fassungsvermögen verwendet werden. 4. Method according to claim, characterized in that the network frequency and the frequency of the auxiliary alternating voltage are multiplied before the count. 2. The method according to claim, characterized in that registers are used to determine the differences between the number of oscillations counted in a time interval and the assigned target numbers. 3. The method according to dependent claim 2, characterized in that registers with adjustable capacity are used. 4th Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusammen mit jedem Register ein Diskriminator verwendet wird, welchem ein Impuls zugeführt wird, sobald die Anzahl der gezählten Schwingungen das Fassungsvermögen des Registers erreicht hat, und dem ein anderer Impuls zugeführt wird, sobald das zur Zählung verwendete Zeitintervall abgelaufen ist, wobei durch den Diskriminator je nach der Reihenfolge, in welcher ihm die beiden Impulse zugeführt werden, eine von zwei Torschaltungen für eine Zeitdauer geöffnet werden, welche gleich dem zeitlichen Abstand zwischen den beiden Impulsen ist. 5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass den Torschaltungen eine Impulsfolge von einstellbarer Wiederholungsfrequenz zugeführt wird. 6. Method according to dependent claim 2, characterized in that a discriminator is used together with each register, to which a pulse is fed as soon as the number of counted oscillations has reached the capacity of the register, and to which another pulse is fed as soon as that used for counting Time interval has elapsed, one of two gate circuits being opened by the discriminator, depending on the order in which the two pulses are supplied, for a period of time which is equal to the time interval between the two pulses. 5. The method according to dependent claim 4, characterized in that the gate circuits a pulse train of adjustable repetition frequency is supplied. 6th Verfahren nach Unteranspruch 5, wobei die Stellgrösse proportional zum Ausdruck cl -4f +CZ-dp+c3- J (c1-Jf +C#, #dp)dt ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Integration von d f und d p nach der Zeit ein gemeinsamer Impulszähler verwendet wird. 7. Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zählungen für Netzfrequenz und Leistung abwechslungsweise vorgenommen werden. B. Verfahren nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Integration eine Verringerung der Anzahl der zu zählenden Impulse auf einen konstanten Bruchteil vorgenommen wird. Method according to dependent claim 5, wherein the manipulated variable is proportional to the expression cl -4f + CZ-dp + c3- J (c1-Jf + C #, #dp) dt, characterized in that for the integration of df and dp after the time common pulse counter is used. 7. The method according to dependent claim 6, characterized in that the counts for network frequency and power are made alternately. B. The method according to dependent claim 6, characterized in that the number of pulses to be counted is reduced to a constant fraction before the integration.
CH345058D 1956-04-18 1956-04-18 Method for generating a manipulated variable as a function of the deviations of frequency and power in the alternating current network from their setpoints CH345058A (en)

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DE679396C (en) * 1934-03-25 1939-08-04 Aeg Method for regulating an electrical transfer power

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