CH638911A5

CH638911A5 - Einrichtung zur automatischen regelung der vom generator eines wasserkraftmaschinensatzes entwickelten wirkleistung.

Info

Publication number: CH638911A5
Application number: CH697379A
Authority: CH
Inventors: Oleg Ilich Bashnin; Vasily Vasilievich Semenov; Vasily Nikolaevich Fedorov; Evgeny Ivanovich Rodionov; Boris Aronovich Davidson; Gleb Stepanovich Schegolev
Original assignee: Proizv Ob Turbostroenia
Priority date: 1979-07-27
Filing date: 1979-07-27
Publication date: 1983-10-14
Also published as: SE7906503L; DE2931446C2; FR2463989B1; FR2463989A1; SE445412B; DE2931446A1; US4287429A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur automatischen Regelung der vom Generator eines Wasserkraftmaschinensatzes entwickelten Wirkleistung, die eine Quelle des der vorgegebenen Leistung entsprechenden Bezugssignals, einen Messer der vom Generator des Wasserkraftmaschinensatzes entwickelten Wirkleistung, einen Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats am Wasserkraftmaschinensatz, eine Einrichtung zur Steuerung des Öffnungsgrads des Leitapparats am Wasserkraftmaschinensatz und eine frequenzabhängige Summierungseinrichtung, deren Eingänge mit der Bezugssignalquelle, und/oder dem Wirkleistungsmesser und dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats verbunden sind, während der Ausgang mit der Steuereinrichtung des Öffnungsgrads des Leitapparats derart verbunden ist, dass eine Änderung der tatsächlich vom Generator entwickelten Wirkleistung oder des Öffnungsgrads des Leitapparats nach irgendeiner Seite eine Änderung des Signals am Ausgang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung hervorruft, die der Änderung des Wertes der vorgegebenen Leistung in derselben Richtung entgegengesetzt ist, aufweist.

Es ist eine Einrichtung zur automatischen Regelung der vom Generator eines Wasserkraftmaschinensatzes entwik-kelten Wirkleistung bekannt, die eine Quelle des der vorgegebenen Leistung entsprechenden Bezugssignals, einen Messer der vom Generator des Wasserkraftmaschinensatzes entwik-kelten Leistung, einen Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats des Wasserkraftmaschinensatzes, eine Einrichtung zur Steuerung des Öffnungsgrads des Leitapparats am Wasserkraftmaschinensatz, einen Summator, dessen Ausgang mit der Steuereinrichtung des Öffnungsgrads des Leitapparats, ein von den Eingängen mit dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats und der andere Eingang über den PID-Signalformer und den zweiten Summator mit der Bezugssignalquelle und den Wirkleistungsmesser verbunden sind, wobei die letzteren verschiedenen Eingänge des zweiten Summators zugeschaltet sind und der PID-Former durch eine Parallelschaltung des Integrators, Verstärkers und Differenzierglieds gebildet wird, enthält (s.z.B. Bulletin Nr. 07058 «Electric Governior for Hydraulic Turbines» der Fa. Woodward Governior Company, S. 24, Fig. 25). Wegen den geringen Verstärkungsfaktoren des Verstärkers und des Differenzierglieds hat der genannte Former im Frequenzbereich der der Durchlassbandbreite des Leistungsregelkreises entspricht, eine Kennlinie, die der Kennlinie des Integrierglieds nahe liegt.

Das Vorhandensein in dieser Regeleinrichtung einer starren Rückführung zwischen dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats und der Steuereinrichtung des Leitapparats gestattet es, die Unstabilität zu beseitigen, die durch das Vorhandensein von zwei Integriergliedern bedingt wird, von denen das eine der PID-Former und das andere der Servoantrieb der Steuereinrichtung des Leitapparats sind.

Diese Regeleinrichtung besitzt jedoch eine geringe Schnellwirkung, was dadurch bedingt wird, dass das der vorgegebenen Leistung entsprechende Signal der Steuereinrichtung des Öffnungsgrads des Leitapparats über das Integrierglied zukommt.

Zur Erhöhung der Schnellwirkung war eine Einrichtung zur automatischen Regelung der vom Generator eines Wasserkraftmaschinensatzes entwickelten Wirkleistung vorgeschlagen worden, die eine Quelle des der vorgegebenen Leistung entsprechenden Bezugssignals, einen Messer der vom Generator des Wasserkraftmaschinensatzes entwickelten Wirkleistung, einen Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats am Wasserkraftmaschinensatz, eine Einrichtung zur

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Steuerung des Öffnungsgrads des Leitapparats am Wasserkraftmaschinensatz und eine frequenzabhängige Summierungseinrichtung, deren Eingänge entsprechend mit der Bezugssignalquelle, dem Wirkleistungsmesser und dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats verbunden sind, während der Ausgang mit der Steuereinrichtung des Öffnungsgrads des Leitapparats in einer solchen Weise verbunden ist, dass eine Änderung der tatsächlichen vom Generator entwickelten Wirkleistung oder des Öffnungsgrads des Leitapparats nach irgendeiner Seite eine Änderung des Signals am Ausgang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung in einer Richtung hervorruft, die der Änderung des genannten Signals bei einer Änderung des Werts der vorgegebenen Leistung in derselben Richtung entgegengesetzt ist, enthält, in der die frequenzabhängige Summierungseinrichtung einen Integrator, dessen einer Eingang mit der Bezugssignalquelle und der andere Eingang mit dem Wirklei-stungsmesesr verbunden sind, sowie einen Summator aufweist, dessen Eingänge mit der Bezugssignalquelle bzw. dem Eingang des Integrators und dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats verbunden sind und der Ausgang mit der Steuereinrichtung des Öffnungsgrads des Leitapparats in Verbindung steht (s. z.B. SU-PS 379 013).

Diese Regeleinrichtung hat zwei geschlossene Regelkreise, in denen das der vorgegebenen Leistung entsprechende Signal mit dem der tatsächlich vom Generator entwickelten Wirkleistung entsprechenden Signal bzw. dem dem Öffnungsgrad des Leitapparats entsprechenden Signal verglichen wird. Der erste Kreis ist trägheitsbehaftet, da er einen Integrator enthält, der zur Beseitigung der Schaufelverstellungen des Leitapparats bei Pendelungen der Generatorleistung, die beim Betrieb des dem Energieübertragungssystem zugeschalteten Generators entstehen, sowie zur Beseitigung der Leistungssprünge beim Zu- und Abschalten von Verbrauchern erforderlich ist. Der zweite Kreis ist schnellwirkend und gewährleistet die Vermeidung des Entstehens einer Unstabilität, die durch das Vorhandensein von zwei Integriergliedern im Regler hervorgerufen wird, ein von denen der Integrator des ersten Kreises und das zweite der Servoantrieb ist, welcher den Öffnungsgrad des Leitapparats steuert.

In dieser Regeleinrichtung gelangt das der vorgegebenen Leistung entsprechende Signal an den Eingang des Summators nicht nur über den Integrator sondern auch direkt. Infolgedessen wird die Änderung des der vorgegebenen Leistung entsprechenden Signals zunächst vom schnellwirkenden Kreis erfasst, der den Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats enthält, und dann wird die Grösse der Ausgangsleistung des Generators durch den trägheitsbehafteten Regelkreis korrigiert, der den Leistungsmesser enthält. Auf diese Weise wird eine Erhöhung der Schnellwirkung des Reglers ohne Herabsetzung der statischen Regelgenauigkeit gewährleistet.

Die Schnellwirkung der Regeleinrichtung bleibt jedoch auch in diesem Falle relativ niedrig. Das wird dadurch bedingt, dass die Änderung des vorgegebenen Leistungswerts das Entstehen einer Spannung am Eingang des Integrators hevorruft, wodurch die Ausgangsspannung des Integrators gleich anzusteigen beginnt. Der Spannungsanstieg am Ausgang des Integrators dauert so lange bis die tatsächliche Leistung des Generators den vorgegebenen Wert erreicht. Die Ausgangsspannung des Integrators gelangt an den Eingang des Summators und wird hier mit dem Signal addiert, das dem vorgegebenen Leistungswert entspricht. Infolgedessen verstellt die Steuereinrichtung des Öffnungsgrads des Leitapparats die Schaufeln desselben in eine Lage, die der Leistung des Generators im stationären Betriebszustand entspricht, wobei diese Leistung die vorgegebene überschreitet. Die Rückstellung des Leitapparats in die der vorgegebenen Leistung entsprechende Lage geschieht nach einer Herabsetzung

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der Spannung am Ausgang des Integrators, d.h. nachdem die der die vom Generator tatsächlich entwickelte Wirkleistung vom Generator tatsächlich entwickelte Leistung den vorgege- mit einem hohen Genauigkeitsgrad mit dem vorgegebenen benen Wert überschritten hat. Also entsteht beim Betrieb des Wert zusammenfällt.

Reglers eine Überregelung, die einen dynamischen Fehler In der erfindungsgemässen Regeleinrichtung geschieht hervorruft, der um so grösser wird, je geringer die Zeitkon- s während der Anfangsperiode keine Integration des Diffe-

stante des Integrators ist. Deswegen wird die Zeitkonstante renzwerts zwischen dem vorgegebenen und dem tatsäch-

des Integrators in einem solchen Regler ausreichend gross liehen Leistungswert, wodurch ein dynamischer Fehler, der gewählt, so dass der dynamische Fehler den zulässigen Wert durch eine solche Integration hervorgerufen wird, nicht ent-

nicht überschreitet, wobei die Zeitkonstante üblicherweise stehen kann. Deshalb werden die Mindestwerte der Zeitkon-

mehrere Zehner der Sekunder beträgt. Eine solch grosse Zeit- 10 stanten Ti und T2 nur durch die Notwendigkeit einer Gewähr-

konstante des Integrators führt jedoch zu einer Herabsetzung leistung der Stabilität des Regelsystems begrenzt. Das der Schnellwirkung der Regeleinrichtung. gestattet es, kleine Zeitkonstanten T1 und T2 zu wählen und

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich- dadurch eine schnelle Einstellung des Leitapparats in die tung zur automatischen Regelung der vom Generator eines dem vorgegebenen Leistungswert entsprechende Lage ohne Wasserkraftmaschinensatzes entwickelten Wirkleistung zu is Herabsetzung der statischen Regelgenauigkeit bei einem schaffen, in der die Durchgabe der Rückkopplungssignale, geringen Überregelungswert zu gewährleisten. Diese Eigen-die der vom Generator entwickelten Wirkleistung und dem schaft ergibt eine hohe Schnellwirkung der Regeleinrichtung. Öffnungsgrad des Leitapparats entsprechen, in einer solchen Zum Erhalten der genannten Frequenzkennlinie kann die Weise geschieht, dass eine schnelle Einstellung des Leitappa- frequenzabhängige Summierungseinrichtung einen Sum-rats in eine dem vorgegebenen Wert der Leistung entspre- 20 mator, dessen einer Eingang die Rolle des mit der Bezugs-chende Lage ohne Herabsetzung der statischen Genauigkeit signalquelle verbundenen Eingangs der frequenzabhängigen und bei Gewährleistung eines geringen Überregelungswerts Summierungseinrichtung spielt und der Ausgang den Auserreicht wird. gang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung dar-

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die stellt, ein Niederfrequenzfilter, dessen Eingang als ein mit kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. 2s dem Wirkleistungsmesser verbundener Eingang der frequenz-Bei einer solchen Frequenzkennlinie gewährleistet die fre- abhängigen Summierungseinrichtung wirkt und der Ausgang quenzabhängige Summierungseinrichtung die Unterdrük- mit dem zweiten Eingang des Summators verbunden ist, und kung der hochfrequenten Komponenten des ihrem mit dem ein Hochfrequenzfilter, dessen Eingang als ein mit dem Wirkleistungsmesser verbundenen Eingang zukommenden Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats verbundener EinSignals und der niederfrequenten Komponenten des ihrem 30 gang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung dient mit dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats verbun- und der Ausgang mit dem dritten Eingang des Summators denen Eingang zukommenden Signals sowie die Formierung verbunden ist, enthalten.

am Ausgang der frequenzabhängigen Summierungseinrich- Zur weiteren Erhöhung der Schnellwirkung der Regelein-tung eines Signals, das von der algebraischen Summe des richtung ist es zweckmässig, die frequenzabhängige Summie-ihrem mit der Bezugssignalquelle verbundenen Eingang 35 rungseinrichtung so auszuführen, dass sie eine Frequenzzukommenden Signals, der niederfrequenten Komponenten kennlinie aufweist, bei der die Zeitkonstanten T1 und T2 zwi-des ihrem mit dem Wirkleistungsmesser verbundenen Ein- sehen einander gleich sind.

gang zukommenden Signals und der hochfrequenten Kom- Das gestattet es, die Schwankungen des Ausgangssignals ponenten des ihrem mit dem Geber des Öffnungsgrads des der Summierungseinrichtung bei einer Änderung der seinen

Leitapparats verbundenen Eingang zukommenden Signals 40 Eingängen vom Leistungsmesser und vom Geber des Öff-

abhängt. nungsgrads des Leitapparats zukommenden Signale, beson-

Bei einer zweckmässigen Ausgestaltung der Regeleinrich- ders bei einer Wahl optimaler Verstärkungsfaktoren Ki und tung wird das der Abweichung der vom Generator tatsächlich K2, bei denen eine möglichst minimale Abweichung zwischen entwickelten Wirkleistung vom vorgegebenen Wert entspre- den Werten der Produkte Ki,Xi und K2X2 im Laufe des chendes Signal an der Summierungseinrichtung zunächst mit 45 Betriebs der Regeleinrichtung gewährleistet wird, herabzu-

dem Signal verglichen, das vom Geber des Öffnungsgrads setzen. Die Verminderung der Schwankungen des Signals am des Leitapparats zukommt, wodurch die Schaufeln des Leit- Ausgang der Summierungseinrichtung ermöglicht es, die apparats sich in der der vorgegebenen Leistung entspre- Schnellwirkung der Regeleinrichtung zu erhöhen.

chenden Richtung zu verstellen beginnen und dadurch eine Die angeführte Gleichheit der Zeitko'nstanten kann durch Betriebsstabilität der Regeleinrichtung gewährleisten. Die so eine solche Ausführung der Nieder- und Hochfrequenzfilter Änderung des der Summierungseinrichtung vom Wirklei- erreicht werden, dass ihre Schnittfrequenzen gleich sind, stungsmesser zukommenden Signals wirkt sich während der In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsva-Anfangsperiode auf die Änderung des Signals am Ausgang riante der Erfindung kann die frequenzabhängige Summie-der Summierungseinrichtung infolge des Vorhandenseins rungseinrichtung einen zweiten Summator, dessen einer Ein-einer Unterdrückung der hochfrequenten Komponenten ss gang den mit der Bezugssignalquelle verbundenen Eingang dieses Signals nur unwesentlich aus. Im weiteren geschieht der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung darstellt eine Verminderung der durch das vom Geber des Öffnungs- und der Ausgang als Ausgang der frequenzabhängigen Sum-grads des Leitapparats zukommende Signal hervorzuru- mierungseinrichtung dient, einen dritten Summator, dessen fenden Komponente des Ausgangssignals der Summierungs- einer Eingang die Rolle des mit dem Geber des Öffnungseinrichtung und ein Vergrösserung der durch das vom Wirk- 60 grads des Leitapparats verbundenen Eingangs der frequenz-leistungsmesser zukommende Signal hervorzurufenden abhängigen Summierungseinrichtung spielt und der Ausgang Komponente des Ausgangssignals der Summierungseinrich- mit dem anderen Eingang des zweiten Summators verbunden tung, wobei dieser Vorgang so lange erfolgt bis das Signal ist, und einen Integrator, dessen einer Eingang und der Aus-vom Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats durch das gang mit dem Ausgang und/oder dem anderen Eingang des Signal vom Leistungsmesser in Funktion des Signals, mit 65 dritten Summators so verbunden sind, dass sich ein den dem das der vorgegebenen Leistung entsprechende Signal dritten Summator umfassender negativer Rückkopplungs-verglichen wird, vollständig ersetzt wird. Dadurch wird die kreis bildet, und der zweite Eingang als der mit dem Wirklei-Einstellung des Leitapparats in die Lage gewährleistet, bei stungsmesser verbundene Eingang der frequenzabhängigen

Summierungseinrichtung wirkt, enthalten.

In diesem Falle wird die Gleichheit der Zeitkonstanten Ti und T; gewährleistet.

Diese Ausführung der Summierungseinrichtung ermöglicht ausserdem gleichzeitige Regelung der Zeitkonstanten der Übertragungskreise für die Eingangssignale auf einen gleichen Wert durch eine Regelung des gleichen Schaltelements. Das erleichtert die Regelung der Zeitkonstanten der Summierungseinrichtung, wenn es notwendig ist, ihre Gleichheit zwischeneinander beizubehalten.

Es ist zweckmässig, dass die Regeleinrichtung ein weiteres Hochfrequenzfilter enthält, das zwischen dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats und einem von den Eingängen eines vierten Summators eingeschaltet wird, der zwischen dem Wirkleistungsmesser und dem mit ihm verbundenen Eingang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung so eingeschaltet ist, dass der andere Eingang des vierten Summators mit dem Wirkleistungsmesser in Verbindung steht und der Ausgang mit dem Eingang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung verbunden ist.

Diese Ausführung der Regeleinrichtung gestattet es, bei einer entsprechenden Wahl der Zeitkonstante des dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats zugeschalteten Hochfrequenzfilters die Verzögerung des Eintreffens des dem stationären Werts der Generatorleistung entsprechenden Signals an den mit dem Leistungsmeser verbundenen Eingang der Summierungseinrichtung zu kompensieren. Diese Verzögerung wird hauptsächlich durch die Wirkung des bei einer Änderung der Stellung des Leitapparats entstehenden hydraulischen Stosses sowie in einem gewissen Mass durch das Vorhandensein des Niederfrequenzfilters im Leistungsmesser hervorgerufen. Die Kompensierung dieser Verzögerung ermöglicht es, die Änderungsgrenzen der Differenz zwischen den Signalen, die den mit dem Leistungsmesser und dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats verbundenen Eingängen der Summierungseinrichtung zukommen, im Laufe des Betriebs der Regeleinrichtung bedeutend zu verringern. Das führt zu einer Verminderung der Schwankungen des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung, wodurch die Schnellwirkung der Regeleinrichtung erhöht wird.

Ausserdem erhöht die Kompensierung dieser Verzögerung die Stabilität des Regelsystems und ermöglicht es damit, die Zeitkonstanten Ti und Tz zu verringern und dadurch die Schnellwirkung zu erhöhen oder den Abstimmungsbereich der Zeitkonstanten nach der Seite der kleineren Werte zu erweitern und daduch die Abstimmung der Regeleinrichtung zu erleichtern.

Die Abhängigkeit zwischen dem Öffnungsgrad des Leitapparats und dem dieser Öffnung entsprechenden stationären Wert der Generatorleistung im Arbeitsbereich der Regelung kann wesentlich von der proportionalen Abhängigkeit abweichen. Deswegen kann die erfindungsgemässe Einrichtung zwecks einer genaueren Übereinstimmung der Änderungsgesetze der Signale an den mit dem Leistungsmesser und dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats verbundenen Eingängen der Summierungseinrichtung einen Funktionalumformer enthalten, der das Änderungsgesetz der vom Generator des Wasserkraftmaschinensatzes entwickelten Wirkleistung im stationären Betriebszustand in Form einer Funktion vom Öffnungsgrad des Leitapparats wiedergibt und zwischen dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats und den mit ihm verbundenen Eingang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung so eingeschaltet ist, dass der Eingang des Funktionalumformers mit dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats in Verbindung steht und der Ausgang mit dem Eingang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung verbunden ist.

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Infolgedessen werden die Schwankungen des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung vermindert, wodurch die Schnellwirkung der Regeleinrichtung erhöht wird.

Wie bekannt, hängt die dem vorliegenden Öffnungsgrad des Leitapparats entsprechende Leistung vom hydrostatischen Druck ab, der auf das Laufrad der Turbine des Wasserkraftmaschinensatzes einwirkt. Deshalb kann die erfindungsgemässe Regeleinrichtung einen Funktionalumformer, der das Änderungsgesetz der vom Generator des Wasserkraftmaschinensatzes entwickelten Wirkleistung im stationären Betriebszustand in Form einer Funktion vom Öffnungsgrad des Leitapparats und vom auf das Laufrad der Turbine des Wasserkraftmaschinensatzes einwirkenden hydrostatischen Drucks wiedergibt und zwischen dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats und dem mit ihm verbundenen Eingang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung so eingeschaltet ist, dass der eine Eingang des Funktionalumformers mit dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats und der Ausgang mit dem Eingang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung verbunden ist, sowie der Geber des auf das Laufrad der Turbine des Wasserkraftmaschinensatzes einwirkenden hydrostatischen Drucks mit dem anderen Eingang des Funktionalumformers verbunden wird, enthalten.

Die Einschaltung eines solchen Umformers beseitigt das Entstehen einer mit der Änderung der Wasserhöhenstände des Ober- und Unterwassers im Wasserkraftwerk zusammenhängenden Divergenz zwischen den Signalen, die den mit dem Leistungsmesser und dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats verbundenen Eingängen der Summierungseinrichtung zukommen, und erhöht auf diese Weise die Schnellwirkung des Reglers. Die Verwendung eines solchen Funktionalumformers ist besonders zweckmässig in Einrichtungen zur Steuerung der Generatoren von Wasserkraftwerken mit einem geringen Volumen des Speicherbeckens.

Im folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Einrichtung zur automatischen Regelung der vom Generator eines Wasserkraftmaschinensatzes entwickelten Wirkleistung gemäss der Erfindung;

Fig. 2a-2g Änderungskurven des Öffnungsgrads des Leitapparats des Wasserkraftmaschinensatzes, der vom Generator entwickelten Wirkleistung sowie Diagramme der Signale an gewissen Punkten der Regeleinrichtungsschaltung;

Fig. 3 das Blockschaltbild einer frequenzabhängigen Summierungseinrichtung.

In Übereinstimmung mit der Fig. 1 enthält die Einrichtung zur Regelung der von einem (nicht dagestellten) Generator des (nicht dargestellten) Wasserkraftmaschinensatzes entwik-kelten Wirkleistung eine Einrichtung 1 zur Steuerung des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 am Wasserkraftmaschinensatz, eine Bezugssignalquelle 3, einen Leistungsmesser 4, einen Geber 5 des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 und eine frequenzabhängige Summierungseinrichtung 6, deren Ausgang mit dem Eingang der Einrichtung 1 zur Steuerung des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 verbunden ist.

Die Bezugssignalquelle 3 formiert ein der vorgegebenen Leistung proportionales Signal. Die Quelle 3 kann ein (nicht dargestelltes) Potentiometer darstellen, das mit konstanter Gleichspannung gespeist wird.

Der Leistungsmesser 4 formiert ein der vom Generator des Wasserkraftmaschinensatzes entwickelten Wirkleistung proportionales Signal. Der Messer 4 kann eine (nicht dargestellte) Messchaltung darstellen, die die den Ausgangs5

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schienen des Generators zugeschalteten Strom- und Spannungswandler, Multiplikationblöcke, deren Eingänge den entsprechenden Wandlern zugeschaltet sind, einen Summator, dessen Eingänge den Ausgängen der Multiplikationsblöcke zugeschaltet sind, und ein Niederfrequenzfilter,

dessen Eingang dem Ausgang des Summators zugeschaltet ist, enthalten. Das Niederfrequenzfilter gewährleistet eine Abflachung der wegen der unsymmetrischen Belastung der Generatorphasen entstehenden Pulsationen des Signals.

Der Geber 5 des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 formiert ein dem Öffnungsgrad des Leitapparats 2 des Wasserkraftmaschinensatzes proportionales Signal. Der Geber 5 kann ein (nicht dargestelltes) Potentiometer darstellen, das mechanisch mit der (nicht dargestellten) Stange verbunden ist, die die (nicht dargestellten) Schaufeln des Leitapparats 2 in Bewegung setzt.

Die von der Quelle 3, dem Messer 4 und dem Geber 5 formierten Signale haben eine gleiche Polarität.

Die frequenzabhängige Summierungseinrichtung 6 enthält einen Summator 7, dessen Ausgang der Ausgang der Summierungseinrichtung 6 ist, ein Niederfrequenzfilter 8 und ein Hochfrequenzfilter 9, deren Ausgänge mit den entsprechenden Eingängen des Summators 7 verbunden sind, wobei der dritte Eingang des letzteren als Eingang 10 der Summierungseinrichtung 6 wirkt und mit der Bezugssignalquelle 3 verbunden ist. Als sonstige Eingänge 11 und 12 der Summierungseinrichtung 6 funktionieren der Eingang des Niederfrequenzfilters 8 bzw. der Eingang des Hochfrequenzfilters 9. Der Summator 7 enthält einen Differentialverstärker 13, dessen invertierender Eingang mit der Bezugssignalquelle 3 und der nichtinvertierende Eingang mit den Ausgängen der Filter 8 und 9 verbunden sind. Das Niederfrequenzfilter 8 enthält einen Widerstand 14 und einen in Reihe mit ihm verbundenen Kondensator 15, wobei der Kondensator 15 parallel dem Ausgang des Fitlers 8 eingeschaltet ist. Das Hochfrequenzfilter 9 enthält einen Widerstand 16 und einen in Reihe mit ihm verbundenen Kondensator 17. Zwischen dem Ausgang des Niederfrequenzfilters 8 und dem nichtinvertie-renden Eingang des Differentialverstärkers 13 ist ein Entkoppelwiderstand 18 eingeschaltet.

Die Einrichtung 1 zur Steuerung des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 ist zur Änderung der Schaufelstellung des Leitapparats 2 in Übereinstimmung mit dem dem Eingang der Steuereinrichtung 1 zukommenden Signal bestimmt und enthält einen elektrohydraulischen Umformer 19, dessen Eingang als Eingang der Steuereinrichtung 1 funktioniert, einen hydraulischen Verstärker 20 sowie einen hydraulischen Servoantrieb 21, der zur Verstellung der Schaufeln des Leitapparats 2 bestimmt ist.

In Übereinstimmung mit einer Ausführungsvariante der Erfindung sind die Eingänge 11 und 12 der Summierungseinrichtung 6 dem Leistungsmesser 4 bzw. dem Geber 5 des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 direkt zugeschaltet.

In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung enthält die Regeleinrichtung einen Summator 22, der zwischen dem Leistungsmesser 4 und dem Eingang 10 der Summierungseinrichtung 6 eingeschaltet ist, und ein Hochfrequenzfilter 23, das aus dem Widerstand 24 und dem Kondensator 25 besteht, die zwischen dem Geber 5 des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 und einem von den Eingängen des Summators 22 in Reihe geschaltet sind. Der andere Eingang des Summators 22 ist mit dem Leistungsmesser 4 und der Ausgang mit dem Eingang 11 der Summierungseinrichtung 6 verbunden.

In Übereinstimmung mit noch einer Ausführungsvariante der Erfindung enthält die Regeleinrichtung einen zwischen dem Geber 5 des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 und dem Eingang 12 der Summierungseinrichtung 6 eingeschalteten

Funktionalumformer 26. Der Funktionalumformer 26 enthält einen Pufferverstärker 27, dessen Ausgang der Ausgang des Funktionalumformers 26 ist und mit dem Eingang 12 der Summierungseinrichtung 6 verbunden ist, und den Widerstand 28, dessen einer Ausgang mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkes 27 verbunden ist, während der andere Ausgang als Eingang des Funktionalumformers 26 dient und mit dem Geber 5 verbunden ist.

In Übereinstimmung mit einer von den Ausführungsvarianten der Erfindung stellt der Widerstand 28 einen nichtlinearen Widerstand dar, dessen Widerstandswert von der an ihn angelegten Spannung abhängt.

In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung enthält die Regeleinrichtung einen Geber 29 des hydrostatischen Drucks, der ein Signal formiert, das dem auf das (nicht dargestellte) Laufrad der Turbine des Wasserkraftmaschinensatzes einwirkenden hydrostatischen Druck proportional ist, wobei der Widerstand 28 einen linearen Wechselwiderstand darstellt, und der Funktionalumformer 26 eine Steuereinrichtung 30 enthält, die zur Änderung des Widerstandswerts des Widerstands 28 in Übereinstimmung mit dem dem Eingang der Steuereinrichtung 30 zukommenden Signal bestimmt ist. Der Eingang der Einrichtung 30 dient als zweiter Eingang des Funktionalumformers 26 und ist mit dem Geber 29 des hydrostatischen Drucks verbunden. Der Widerstand 28 kann in Form eines (nicht dargestellten) Potentiometers und die Steuereinrichtung 30 in Form eines (nicht dargestellten) Folgesystems ausgeführt sein, wobei das letztere den beweglichen Kontakt des Potentiometers in die Lage einstellt, die dem Wert des vom Geber 29 des hydrostatischen Drucks formierten Signals entspricht.

Der Geber 29 des hydrostatischen Drucks kann die (nicht dargestellten) Wasserhöhenstandmesser am Ober- und Unterwasser des Wasserkraftwerks und eine (nicht dargestellte Subtraktionsschaltung, deren Eingänge mit den Was-serhöhenstandmessern verbunden sind, enthalten.

Das vom Geber 29 formierte Signal hat die gleiche Polarität wie die von der Quelle 3, dem Messer 4 und dem Geber 5 formierten Signale.

Im stationären Betriebszustand, wenn die vom Generator des Wasserkraftmaschinensatzes tatsächlich entwickelte Wirkleistung der vorgegebenen Leistung gleich ist, können die dem Öffnungsgrad des Leitapparats 2 und dem hydrostatischen Druck proportionalen Signale an die Eingänge des Summators 7 (Fig. 1) dank der in Reihe geschalteten Kondensatoren 16 und 25 der Hochfrequenzfilter 9 und 23 nicht gelangen. Das der Wirkleistung proportionale Signal kommt durch das Niederfrequenzfilter 8 dem Eingang des Summators 7 zu, während am seinen anderen Eingang das der vorgegebenen Leistung proportionale Signal von der Quelle 3 gelangt. Der Summator 7 gewährleistet die Subtraktion dieser Signale. Die Verstärkungsfaktoren der den Eingängen des Summators 7 zukommenden Signale sind so gewählt, dass im stationären Betriebszustand, wenn die tatsächliche Leistung dem vorgegebenen Wert gleich ist, die Spannung am Ausgang des Summators 7 den Nullwert hat.

Bei der Notwendigkeit einer Vergrösserung oder Verminderung der Ausgangsleistung des Generators wird der Pegel des von der Quelle 3 dem Eingang 10 der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung 6, d.h. dem Eingang des Summators 7 zukommenden Signals vergrössertbzw. vermindert, wodurch am Ausgang des Summators 7 und der Summierungseinrichtung 6 ein Signal entsteht, das der Änderung des Signalpegels am Eingang 10 proportional ist. Das Signal am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 ist in der Fig. 2a dargestellt.

Dieses Signal gelangt an den Eingang des elektrohydraulischen Umformers 19 (Fig. 1) und bedingt eine entsprechende

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Änderung des Drucks an seinem Ausgang. Diese Druckänderung wird durch den hydraulischen Verstärker 20 verstärkt, wodurch der hydraulische Servoantrieb 21 in Bewegung gesetzt wird und die Schaufeln des Leitapparats 2 verstellt, wobei er den Öffnungsgrad des Leitapparats 2 vergrössert, wenn die Polarität des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 einer Vergrösserung der vorgegebenen Leistung entspricht, oder er vermindert den Öffnungsgrad des Leitapparats 2, wenn die Polarität des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 einer Verminderung der vorgegebenen Leistung entspricht.

Die Verstellungsgeschwindigkeit des Servoantriebs 21 ist durch die maximal mögliche Verstellungsgeschwindigkeit der Schaufeln des Leitapparats 2 begrenzt, die so gewählt wird, dass ein zu schroffer, durch das Entstehen eines hydraulischen Stosses entstehender Druckanstieg in der (nicht dargestellten) Wasserführung des Wasserkraftmaschinensatzes vermieden werden kann.

Deshalb geschieht bei einer wesentlichen Änderung des vorgegebenen Leistungswerts die Änderung des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 während der Anfangsperiode mit konstanter Geschwindigkeit. Die Änderung des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 ist in der Fig. 2b dargestellt.

Eine Änderung des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 (Fig. 1) führt zu einer Änderung der vom Generator entwik-kelten Wirkleistung. Wegen dem bei einer Stellungsänderung des Leitapparats 2 entstehenden hydraulischen Stoss geschieht die Änderung der Leistung bei einer Änderung des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 nicht sofort, sondern mit einer gewissen Verzögerung, die von der Menge und der Bewegungsgeschwindigkeit des Wassers in der Wasserführung abhängt.

Wenn man annimmt, dass sich die von Generator im stationären Betriebszustand entwickelte Wirkleistung im Arbeitsbereich der Regelung proportional der Änderung des Öffnungsgrads des Leitapparats ändert, und die Leistungspendelungen, die beim Betrieb des an das Energieübertragungssystem angeschlossenen Generators entstehen, vernachlässigt, so kann das Gesetz der Leistungsänderung in Abhängigkeit von der Änderung des Öffnungsgrads des Leitapparats durch folgenden Ausdruck approximiert werden:

Numi = biZijoi- b; j031* z,-jM)i (2)

1 +JC0Th

Hierin sind:

Nijai - vom Generator entwickelte Wirkleistung,

j - V-T>

co - Frequenz,

bi, b2, Th - konstante Faktoren, die von der Frequenz nicht abhängen und durch die Konstruktion des Wasserkraftmaschinensatzes bestimmt werden,

Zijoi - Öffnungsgrad des Leitapparats.

Das erste Glied im rechten Teil der Gleichung (2) charakterisiert die vom Generator beim vorliegenden Öffnungsgrad des Leitapparats im stationären Betriebszustand entwickelte Leistung, während das zweite Glied die Abweichung des Momentanwerts der Leistung von dem dem stationären Betriebszustand entsprechenden Wert infolge des entstehenden hydraulischen Stosses kennzeichnet.

Die Änderung der vom Generator entwickelten Wirkleistung ist in der Fig. 2c dargestellt.

Betrachten wir zunächst die Wirkung der Regeleinrich638911

tung, in der der Leistungsmesser 4 (Fig. 1) direkt dem Eingang 11 der Summierungseinrichtung 6 und der Geber 5 des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 direkt dem Eingang 12 zugeschaltet ist. Die Änderungen des Ausgangssignals der Summierungseinrichtung 6, des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 und der Ausgangsleistung des Generators sind für diesen Fall mit durchgezogenen Linien in den Fig. 2a, 2b und 2c dargestellt. Das Signal am Eingang 12 (Fig. 1) der Summierungseinrichtung 6 ändert sich in diesem Falle proportional dem Öffnungsgrad des Leitapparats 2 und hat eine Kurvenform, die mit der durchgezogenen Linie in der Fig. 2d dargestellt ist, und das Signal am Eingang 11 (Fig. 1) ändert sich proportional der Leistung des Generators und hat eine mit der durchgezogenen Linie in der Fig. 2e dargestellte Kurvenform.

Die frequenzabhängige Summierungseinrichtung 6 (Fig. 1) gewährleistet infolge des Vorhandenseins der Filter 8 und 9 eine Unterdrückung der hochfrequenten Komponenten des ihrem Eingang 11 zukommenden Signals und der niederfrequenten Komponenten des ihrem Eingang 12 zukommenden Signals und formiert an ihrem Ausgang ein Signal, das von der Differenz zwischen dem ihrem Eingang 10 zukommenden Signal und der Summe der niederfrequenten Komponenten des ihrem Eingang 11 zukommenden Signals mit den hochfrequenten Komponenten des ihrem Eingang 12 zukommenden Signals abhängt. Die Frequenzkennlinie der Summierungseinrichtung 6 entspricht dabei dem Ausdruck (2), in dem bedeuten

Y Signal am Ausgang der Summierungseinrichtung 6, Ki, K2 Verstärkungsfaktoren der Summierungseinrichtung 6 an den Eingängen 11 bzw. 12 mit gleichen Vorzeichen, K3 Verstärkungsfaktor der Summierungseinrichtung 6 am Eingang 10 mit entgegengesetztem Vorzeichen gegenüber den Faktoren Ki und K2,

Ti, T: Zeitkonstanten, die durch die Schnittfrequenzen der Filter 8 bzw. 9 bestimmt werden,

Xi, X2, Xi Signale, die den Eingängen 11 bzw. 12 und 10 der Summierungseinrichtung 6 zukommen.

Da die Änderung des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 während der Anfangsperiode mit konstanter Geschwindigkeit geschieht, so hat auch das Signal am Ausgang des Hochfrequenzfilters 9 und die ihm proportionale Komponente des Ausgangssignals der Summierungseinrichtung 6, die dem Ausdruck gleich ist, während dieser Periode einen konstanten Wert. Die Änderung des Signals am Ausgang des Hochfrequenzfilters 9 und der genannten Komponente des Ausgangssignals der Summierungseinrichtung 6 bei der Zuschaltung des Messers 4 und des Gebers 5 direkt an Eingänge 11 und 12 ist mit der durchgezogenen Linie der Fig. 2f dargestellt. Das Signal am Ausgang des Niederfrequenzfilters 8 und die ihm proportionale Komponente des Ausgangssignals der Summierungseinrichtung 6, die dem Ausdruck gleich ist, ändern sich mit einer gewissen Verzögerung in bezug auf die Leistung des Generators. Ihre Änderung ist mit der durchgezogenen Linie in der Fig. 2g dargestellt.

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Das Signal am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 (Fig. 1) stellt eine Differenz zwischen der Komponente, die dem ihrem Eingang 10 von der Quelle 3 zukommenden Signal proportional ist, und der Summe der oben angegebenen Komponenten, die den Ausgangssignalen der Filter 8 und 9 proportional sind, dar. Mit der Verstellung der Schaufeln des Leitapparats 2 vermindert sich das Signal am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 (s. Fig. 2a) zuerst infolge des Auftretens des Signals am Ausgang des Hochfrequenzfilters 9 (Fig. 1 ) und dann infolge der Vergrösserung des Signals am Ausgang des Niederfrequenzfilters 8. Bei einem Abfall des Ausgangssignals der Summierungseinrichtung 6 unterhalb eines gewissen Grenzwertes beginnt die Bewegungsgeschwindigkeit des Servoantriebs 21 sich proportional diesem Signal zu vermindern. Das führt zu einer Herabsetzung der Änderungsgeschwindigkeit des vom Geber 5 zukommenden Signals und dadurch zu einem Abfall des Signals am Ausgang des Hochfrequenzfilters 9 und der ihm proportionalen Komponente des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6. Wenn die Schaufeln des Leitapparats 2 stehenbleiben, nehmen sie eine Stellung ein, bei der der stationäre Wert der Generatorleistung dem vorgegebenen Wert gleich ist. Befindet sich der Leitapparat 2 in unbeweglichem Zustand, so ist das Signal am Ausgang des Hochfrequenzfilters 9 gleich dem Nullwert, während das Signal am Ausgang des Niederfrequenzfilters 8 dem vom Leistungsmesser 4 formierten Signal proportional ist und das von der Quelle 3 zukommende Signal vollständig ausgleicht, wodurch eine ständige Einstellung des Leitapparats 2 in die Lage gewährleistet wird, bei der die vom Generator tatsächlich entwik-kelte Wirkleistung mit einer hohen Genauigkeit der vorgegebenen Leistung gleich ist.

Das Vorhandensein des Hochfrequenzfiltes 9 gewährleistet die Beseitigung der Unstabilität, die durch die Verzögerung der Signaländerung am Ausgang des Niederfrequenzfilters 8 in bezug auf die Änderung der Stellung des Leitapparats 2 bedingt wird.

Die Minimalwerte der in die die Frequenzkennlinie der Summierungseinrichtung 6 bestimmende Gleichung (1) einbezogenen Zeitkonstanten Ti und T2 werden nur durch die Notwendigkeit der Gewährleistung einer Stabilität des Regelsystems begrenzt. Das gestattet es, niedrige Schnittfrequenzen der Filter 8 und 9 zu wählen und auf diese Weise relativ geringe Zeitkonstanten und eine hohe Schnellwirkung der Regeleinrichtung zu erreichen. Beträgt die Zeitkonstante der Wasserführung, die durch die Trägheit des Wassers in ihr bestimmt wird, etwa 3 bis 4 Sekunden, so können die Zeit-konstantenT 1 und Tz einen Wert von etwa 15 Sekunden aufweisen.

In Übereinstimmung mit der Fig. 2 erreicht der Leitapparat 2 (Fig. 1) den Öffnungsgrad Zo (Fig. 2b), bei dem die vom Generator entwickelte Wirkleistung im stationären Betriebszustand dem vorgegebenen Wert gleich ist, im Zeitpunkt ti. Die Verstellung der Schaufeln des Leitapparats 2 wird sich jedoch in der Regel auch nach diesem Zeitpunkt fortsetzen, was durch folgende Ursachen bedingt ist.

Wie es schon oben angegeben wurde, geschieht die Änderung der Generatorleistung mit einer Verzögerung in bezug auf die Änderung des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 infolge des Entstehens eines hydraulischen Stosses. Ausserdem wird auch die Änderung des vom Messer 4 formierten Signals gewissermassen in bezug auf die tatsächliche Leistungsänderung verzögert, was sich durch das Vorhandensein des Niederfrequenzfilters im Messer 4 erklärt. Dadurch setzt sich bei einer direkten Zuschaltung des Messers 4 und des Gebers 5 an die Eingänge 11 bzw. 12 die Änderung des Signals am Eingang 11 auch nach dem Zeitpunkt ti fort (durchgezogene Linie in der Fig. 2e), infolgedessen sich das

Signal am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 (Fig. 1) desgleichen ändert, wodurch eine Verstellung der Schaufeln des Leitapparats 2 hervorgerufen wird. Falls die Schaltung der Regeleinrichtung so ausgeführt ist, dass im stationären Betriebszustand, d.h. wenn der Leitapparat 2 sich in einer festgelegten Lage befindet, ruft das durch den Messer 4 formierte Signal ungefähr eine gleiche Änderung des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 hervor wie das vom Geber 5 formierte Signal (was erreicht werden kann, falls die im stationären Betriebszustand durch den Messer 4 und den Geber 5 formierten Signale ungefähr gleich und die Verstärkungsfaktoren Ki und K.2 genau gleich sind), wobei die Summe der Komponenten des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 (Fig. 1), die durch die Signale an ihren Eingängen 11 und 12 hervorgerufen werden, infolge der Verzögerung des Leistungssignals im Zeitpunkt T1 (Fig. 2) geringer sein wird als die Komponente des Ausgangssignals der Summierungseinrichtung 6 (Fig. 1), die durch das Signal an ihrem Eingang 10 hervorgerufen ist. Gewährleistet die Regeleinrichtung mit dieser Schaltung eine Verstellung der Schaufeln des Leitapparats 2 mit maximaler Geschwindigkeit bis zum Zeitpunkt ti (Fig. 2), so wird sich diese Verstellung auch nach diesem Zeitpunkt fortsetzen, wodurch, wie das mit den durchgezogenen Linien in der Fig. 2 gezeigt ist, eine Überregelung hervorgerufen wird. Diese Überregelung verlängert die Dauer des Übergangsvorgangs und setzt dadurch die Schnellwirkung der Regeleinrichtung herab, was aus der Fig. 2 ersichtlich ist, in der der Zeitpunkt des Abschlusses des Übergangsvorgangs mitt2 und die Grössen des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 (Fig. 1), der Generatorleistung und des vom Mesesr 4 formierten Signals, die nach Abschluss des Übergangsvorgangs entstehen, mit Zo bzw. No und Uo bezeichnet sind (Fig. 2).

Die Überregelung kann durch eine Vergrösserung des vom Geber 5 (Fig. 1) zukommenden Signals oder des Verstärkungsfaktors K2 vermieden werden. Die Beseitigung der Überregelung wird jedoch in diesem Falle auf Kosten einer verzögerten Bewegung der Schaufeln des Leitapparats 2 erreicht, was desgleichen wie die Überregelung zu einer Herabsetzung der Schnellwirkung führt.

Ausserdem kann die Abhängigkeit zwischen dem Öffnungsgrad des Leitapparats 2 und dem dieser Öffnung entsprechenden Wert der Generatorleistung im Betriebsbereich der Regelung von der proportionalen Abhängigkeit wesentlich abweichen. In diesem Falle wird an verschiedenen Abschnitten des Regelbereichs einer gleichen Änderungsgeschwindigkeit des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 eine unterschiedliche Änderungsgeschwindigkeit der Generatorleistung entsprechen. Im Ergebnis wird infolge einer Vergrösserung oder Verminderung der Änderungsgeschwindigkeit der Generatorleistung der Wert des dem Eingang 12 der Summierungseinrichtung 6 vom Geber 5 im Zeitpunkt ti (Fig. 2) zukommenden Signals vom optimalen Wert, der die grösste Schnellwirkung gewährleistet, abweichen. Überschreitet der Wert des Signals, das an den Eingang 12 (Fig. 1) im Zeitpunkt ti (Fig. 2) gelangt, den optimalen Wert, so führt das zu einer Vergrösserung der Überregelung; ist der genannte Wert geringer als der optimale Wert, so führt das zu einer Herabsetzung der Verstellungsgeschwindigkeit der Schaufeln des Leitapparats 2 (Fig. 1). In beiden Fällen führt eine Abweichung des genannten Werts vom optimalen Wert zu einer Verlängerung der Dauer des Übergangsvorgangs und damit zu einer Herabsetzung der Schnellwirkung der Regeleinrichtung.

Die Ausgangsleistung des Generators hängt vom hydrostatischen Druck ab, der auf das Laufrad der Turbine einwirkt. Änderungen dieses Drucks während des Betriebs des Wasserkraftmaschinensatzes hat zur Folge, dass einer gleichen

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Änderungsgeschwindigkeit des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 in verschiedenen Zeitpunkten eine unterschiedliche Änderungsgeschwindigkeit der Generatorleistung entsprechen wird. Infolgedessen wird sich der Wert des Signals, das dem Eingang 12 der Summierungseinrichtung 6 vom Geber 5 im Zeitpunkt ti (Fig. 2) zukommt, in Abhängigkeit vom Wasserdruck ändern und damit vom optimalen Wert abweichen, was wie oben angegeben, zu einer Verlängerung der Dauer des Übergangsvorgangs und zu einer Herabsetzung der Schnellwirkung der Regeleinrichtung führt.

Ausser den oben angegebenen, mit den Betriebsbedingungen und der Konstruktion des Wasserkraftmaschinensatzes verbundenen Umständen übt einen Einfluss auf die Schnellwirkung der Regeleinrichtung auch die Wahl der Zeitkonstanten Ti T2, d.h. die Wahl der zu unterdrückenden und zu summierenden Frequenzkomponenten der den Eingängen 11 und 12 (Fig. 1) der Summierungseinrichtung 6 zukommenden Signale aus.

Der Ausdruck (1) kann in folgender Form umgeschrieben werden:

Deshalb werden zwecks Erhöhung der Schnellwirkung der Regeleinrichtung die Verstärkungsfaktoren Ki und K2 so gewählt, dass eine möglichst geringste Abweichung zwischen den Produkten K1X1 und K2X2 im Laufe des Regelvorgangs 5 gewährleistet wird.

Wenn die Regeleinrichtung einen Summator 22 und ein Hochfrequenzfilter 23 enthält, die so, wie das in der Fig. 1 dargestellt ist, eingeschaltet sind, gelangen an den Eingang 11 der Summierungseinrichtung 6 und des Niederfrequenzfilters 10 neben dem vom Leistungsmesser 4 formierten Signals hochfrequente Komponenten des Signals, das vom Geber 5 des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 formiert wird. Die Frequenzkennlinie des Hochfrequenzfilters 23 hat den Ausdruck:

V=K4-

jcoTs

1 +jcoT3

W.

(4)

20 Hierin sind:

Y = ■

1

1 +jcoTi (JC0T2

K1X1 + . J("T'_ K2X2+K3X3 +

1 + jcùTi jg>Ti)

1 +j(öT2 1+jcoTi

K2X2

V - Signal am Ausgang des Hochfrequenzfilters 23, K4 - frequenzunabhängiger Verstärkungsfaktor. T3 - frequenzunabhängige Zeitkonstante, die durch die 25 Schnittfrequenz des Filters 23 bestimmt wird, (3) w - Signal, das vom Geber 5 formiert wird und an das Filter 23 gelangt.

Die drei ersten Glieder im rechten Teil der Gleichung (3) bestimmen die Änderung des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 im Falle, wenn die Zeitkonstante T2 der Zeitkonstante T1 gleich ist. Das vierte Glied des rechten Teils der Gleichung (3) stellt die Komponente des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 dar, die eine zusätzliche Änderung dieses Signals infolge der Ungleichheit der Zeitkonstanten Ti und T2 hervorruft. Bei gleichen Zeitkonstanten Ti und T2 werden also die Schwankungen des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6, die infolge der Änderungen der Signale an ihren Eingängen 11 und 12 entstehen, im allgemeinen Fall geringer sein als bei ungleichen Zeitkonstanten. Da die Herabsetzung der Signalschwankung am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 einen schnelleren Abschluss des Übergangsvorgangs gewährleistet, so wird die Regeleinrichtung im allgemeinen Fall eine höhere Schnellwirkung besitzen, falls die Zeitkonstanten T1 und T2 gleich sind. d.h. falls die Frequenzen der zu summierenden und zu unterdrückenden Komponenten des dem Eingang 11 zukommenden Signals den Frequenzen der zu unterdrük-kenden bzw. zu summierenden Komponenten des dem Eingang 12 zukommenden Signals gleichen.

Zwecks Gewährleistung der Gleichheit der Zeitkonstanten Ti und T2 sind solche Parameter der Widerstände 14 und 17 und der Kondensatoren 15 und 16 gewählt, bei denen die Schnittfrequenz des Niederfrequenzfilters 8 der Schnittfrequenz des Hochfrequenzfilters 9 gleich ist.

Aus dem Ausdruck (3) ist es ersichtlich, dass bei einer Gleichheit der Zeitkonstanten T1 und T2 die Änderung der Komponente des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6, die sich infolge einer Summierung der Komponenten der ihren Eingängen 11 und 12 zukommenden Signale bildet, desto geringer von der Änderung der Signale an den Eingängen 11 und 12 unterscheidet wird, je weniger sich die Produkte K1X1 und K2X2 voneinander unterscheiden, und falls K1X1 = K2X2 ist, hat die genannte Komponente des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 die gleiche Form wie die Signale an ihren Eingängen 11 und 12.

Die Parameter des Widerstands 24 und der Kapazität 25 30 werden so gewählt, dass die Schnittfrequenz des Filters 23 einen Wert hat, bei dem die Zeitkonstante T3 dem in den Ausdruck (2) einbezogenen Faktor Th gleich ist. In diesem Fall wird das Gesetz der Änderung des über das Filter 23 vom Geber 5 an den Eingang des Summators 22 gelangenden 3s Signals analog dem Änderungsgesetz des oben erwähnten Glieds, das in den Ausdruck (2) eingeht und die Abweichung des Augenblickswerts der Leistung infolge des Entstehens eines hydraulischen Stosses charakterisiert, sein. Das gestattet es, bei einer entsprechenden Wahl der Verstärkungs-40 faktoren der den Eingängen des Summators 22 zukommenden Signale die Abweichung des vom Messer 4 formierten Signals zu kompensieren, die durch die genannte Abweichung des Augenblickswerts der Leistung hervorgerufen wird.

45 Der Verstärkungsfaktor des vom Messer 4 formierten Signals im Summator 22 beträgt eine Eins und der Verstärkungsfaktor des vom Geber 5 formierten Signals im Summator 22 hat einen Wert, bei dem eine Kompensierung der vorstehend angegebenen Abweichung des vom Messer 4 for-50 mierten Signals erreicht wird. In diesem Falle wird dem Eingang 11 der Summierungseinrichtung 6 eine Summe von Signalen angelegt, von denen das eine vom Messer 4 und das andere vom Geber 5 über das Filter 23 und den Summator 22 zukommt. Das dem Eingang 11 vom Geber 5 zukommende 55 Signal kompensiert die Abweichung des Augenblickswerts der Leistung, die infolge des hydraulischen Stosses entsteht, wodurch das summarische Signal am Eingang 11 nicht der vom Generator im vorliegenden Moment tatsächlich entwik-kelten Leistung sondern derjenigen Leistung entspricht, die 60 vom Generator im stationären Betriebszustand beim

Befinden der Schaufeln des Leitapparats 2 in der Lage, die sie in diesem Moment einnehmen, entwickelt sein würde. Im Ergebnis wird die durch den hydraulischen Stoss bedingte Verzögerung des Leistungssignals beseitigt, was seinerseits 65 gestattet, die durch diese Verzögerung hervorgerufene Überregelung ohne Notwendigkeit einer Verminderung der Verstellungsgeschwindigkeit der Schaufeln des Leitapparats 2 zu beseitigen und auf diese Weise die Schnellwirkung der Regel-

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einrichtung zu erhöhen. davon gleich bleiben wird, welchem Abschnitt der nichtli-

Die Beseitigung der genannten Verzögerung des Leistungs- nearen Abhängigkeit zwischen der Leistung und der Öffnung signais verbessert ausserdem die Stabilität des Regelsystems des Leitapparats 2 (Fig. 1) der vorgegebene Leistungswert und setzt den minimalen zulässigen Wert der in den Aus- entspricht.

druck ( 1 ) eingehenden Zeitkonstante Ti (und damit der Zeit- s Der Funktionalumformer 26, in dem der Wechselwiderkonstante T2) herab. Die minimalen Werte der Zeitkon- stand 28 ein linearer Wechselwiderstand ist, dessen Widerstanten werden in diesem Falle nur durch die Notwendigkeit standswert sich entsprechend dem vom Geber 29 des hydro-einer Beseitigung der Schaufelverstellungen des Leitapparats statischen Drucks formierten Signal ändert, wird im Falle 2 bei Pendelungen der Generatorleistung, die beim Betrieb benutzt, wenn die Abhängigkeit zwischen der Leistung des des dem Energieübertragungssystem zugeschalteten Genera- 10 Generators im stationären Betriebszustand und der Öffnung tors entstehen, sowie einer Beseitigung des Abfalls oder des Leitapparats 2 linear ist, jedoch der auf das Laufrad der Anstiegs der Generatorleistung bei der Ab- oder Zuschaltung Turbine einwirkende hydrostatische Druck sich im Laufe des . von Verbrauchern begrenzt. Das gestattet es, entweder die Betriebs des Wasserkraftmaschinensatzes ändert. Die Lei-Zeitkonstanten T1 und T2 zu vermindern und dadurch eine stung des Generators im stationären Betriebszustand ändert weitere Erhöhung der Schnellwirkung der Regeleinrichtung 15 sich in der Regel proportional der Änderung des hydrostati-zu erreichen oder den Abstimmungsbereich der Zeitkon- sehen Drucks. Deshalb werden der Widerstand 28 und die stanten nach der Seite geringer Werte zu erweitern und Steuereinrichtung 30 so ausgeführt, dass sich der Wider-dadurch die Abstimmung der Regeleinrichtung zu erleich- standswert proportional der Änderung des vom Geber 29 fortern. mierten Signals ändert. In diesem Falle wird der Funktional-Wie oben angegeben, erfolgt die Änderung des vom 20 umformer das Änderungsgesetz der vom Generator im statio-Messer 4 formierten Signals mit einer gewissen Verzögerung nären Betriebszustand entwickelten Wirkleistung in Funkin bezug auf die tatsächliche Änderung der Leistung. Falls tion vom Öffnungsgrad des Leit apparats 2 und des auf das erforderlich, kann diese Verzögerung durch eine entspre- Laufrad der Turbine einwirkenden hydrostatischen Drucks chende Vergrösserung des Verstärkungsfaktors des Signals, nachbilden, während das Signal am Eingang 12 der Summie-das dem mit dem Geber 5 verbundenen Eingang des Summa- 25 rungseinrichtung 6 sich proportional der vom Generator im tors 22 zukommt, beseitigt werden. stationären Betriebszustand entwickelten Wirkleistung beim

Der zwischen dem Geber 5 und dem Eingang 12 der Sum- vorliegenden Öffnungsgrad des Leitapparats 2 mit Berück-mierungseinrichtung 6 eingeschaltete Funktionalumformer sichtigung der Änderungen des hydrostatischen Drucks 26, in dem der Widerstand 28 ein nichtlinearer Widerstand ändern wird. Infolgedesen wird eine durch die Änderung des ist, dessen Widerstandswert sich bei einer Änderung der 30 hydrostatischen Drucks bedingte Vergrösserung oder VerSpannung an ihm ändert, wird in dem Falle benutzt, wenn minderung der Leistung von einer proportionalen Vergrösse-die Abhängigkeit zwischen dem Öffnungsgrad des Leitappa- rung oder Verminderung der Änderungsgeschwindigkeit des rats 2 und dem stationären Wert der Generatorleistung im Signals am Eingang 12 begleitet. Das gestattet es, mit Hilfe Arbeitsbereich der Regelung bedeutend von der proportio- einer entsprechenden Wahl des Verstärkungsfaktors des Ver-nalen abweicht. Der Widerstand 28 wird so gewählt, dass das 35 stärkers 27 ein aus dem Gesichtspunkt der Schnellwirkung Änderungsgesetz seines Widerstandswerts in Abhängigkeit optimales Verhältnis zwischen dem Signal Uo (Fig. 2e), des von der Spannung analog dem Änderungsgesetz des Verhält- dem Eingang 11 (Fig. 1) der Summierungseinrichtung 6 nach nisses der vom Generator im stationären Betriebszustand ent- Abschluss des Übergangsvorgangs zukommt, und dem dem wickelten Wirkleistung zum Öffnungsgrad des Leitapparats 2 Eingang 12 im Zeitpunkt ti (Fig. 2) zukommenden Signal ein-in Abhängigkeit vom Öffnungsgrad des Leitapparats 2 ist. In 40 zustellen, wobei dieses Verhältnis unabhängig von der Ände-diesem Falle wird der Funktionalumformer 26 das Ände- rung des auf das Laufrad der Turbine einwirkenden hydro-rungsgestz der vom Generator im stationären Betriebszu- statischen Drucks gleichbleiben wird.

stand entwickelten Wirkleistung in Funktion vom Öffnungs- Als Funktionalumformer können auch andere Schalgrad des Leitapparats 2 nachbilden. Das Signal am Eingang tungen verwendet werden, die die erforderliche Abhängigkeit 12 der Summierungseinrichtung 6 wird sich proportional 45 zwischen den Ein- und Ausgangssignalen gewährleisten.

nicht zum Öffnungsgrad des Leitapparats 2 sondern zu derje- Solche Schaltungen finden eine breite Verwendung in elek-

nigen Leistung, die vom Generator im stationären Betriebs- tronischen Analogrechnern und können z.B. Dioden mit zustand beim vorliegenden Öffnungsgrad des Leitapparats 2 Gegenvorspannung oder integrierte Schaltungen enthalten,

entwickelt sein würde, ändern. Infolgedessen wird die durch die eine Multiplikation der Eingangssignale gewährleisten,

den nichtlinearen Verlauf der Abhängigkeit zwischen der so Die angeführten Schaltungen können im Falle verwendet

Leistung und dem Öffnungsgrad des Leitapparats 2 bedingte werden, wenn es erforderlich ist, kompliziertere Abhängig-

Vergrösserung oder Verminderung der Änderungsgeschwin- keiten zwischen der Leistung, der Öffnung des Leitapparats digkeit der Leistung von einer proportionalen Vergrösserung und dem hydrostatischen Druck nachzubilden, z.B. wenn der oder Verminderung der Änderungsgeschwindigkeit des hydrostatische Druck eine wechselbare Grösse darstellt und

Signals am Eingang 12 begleitet. Also wird der Wert des dem ss die Abhängigkeit der Leistung von der Öffnung des Leitap-

Eingang 12 im Zeitpunkt ti (Fig. 2), wenn der Leitapparat 2 parats oder vom hydrostatischen Druck (oder auch von

(Fig. 1) die Stellung erreicht, bei der der stationäre Wert der beiden Werten zugleich) im Arbeitsbereich der Regelung

Generatorleistung dem vorgegebenen Wert gleich ist, zukom- wesentlich nichtlinear ist.

menden Signals von den oben angegebenen Änderungen der Die Abhängigkeit der Leistung im stationären Betriebszu-Änderungsgeschwindigkeit der Leistung, die durch die Nicht- 60 stand vom hydrostatischen Druck und der Öffnung des Leit-

linearität hervorgerufen werden, nicht abhängen. Das apparats kann ausgehend aus den bekannten Kennwerten gestattet es, bei einer entsprechenden Wahl des Faktors des der Turbine leicht festgestellt werden.

Verstärkers 27 ein aus dem Gesichtspunkt der Schnellwir- Es sei nun die Wirkung der Regeleinrichtung betrachtet,

kung optimales Verhältnis zwischen dem Signal Uc (Fig. 2e), wenn sie das Hochfrequenzfilter 23 und den Summator 22,

das dem Eingang 11 (Fig. 1) der Summierungseinrichtung 6 6s die eine Kompensierung der Verzögerung des Leistungs-

nach Abschluss des Übergangsvorgangs zukommt, und dem signais gewährleisten, sowie den Funktionalumformer 26

dem Eingang 12 im Zeitpunkt ti (Fig. 2) zukommenden enthält, der die Kompensierung der Änderung des hydrosta-

Signal einzustellen, wobei dieses Verhältnis unabhängig tischen Drucks und der Nichtlinearität der Leistungsände-

rung bei einer Änderung der Öffnung des Leitapparats 2 gewährleistet, während die frequenzabhängige Summierungseinrichtung 6 eine Frequenzkennlinie aufweist, bei der die Zeitkonstanten Ti und T2 gleich sind. Sind die Faktoren Ki und K2 auch gleich, so werden solche Verstärkungsfaktoren des Summators 22 und des Verstärkes 27 gewählt, die eine Gleichheit des dem Eingang 12 im Zeitpunkt ti (Fig. 2) zukommenden Signals mit dem dem Eingang 11 (Fig. 1) nach Abschluss des Übergangsvorgangs zukommenden Signal gewährleisten.

Bei einer Änderung des vorgegebenen Leistungswerts und beim Auftreten einer Spannung am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 geschieht die Änderung des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 während der Anfangsperiode mit einer konstanten Geschwindigkeit, wie das die durchgezogene Linie in der Fig. 2b zeigt. Die Änderung der Generatorleistung wird mit der Verzögerung geschehen, wie das die durchgezogene Linie in der Fig. 2c zeigt. Das Signal am Eingang 11 (Fig. 1) wird jedoch infolge des Eintreffens des Signals vom Geber 5 über das Hochfrequenzfilter 23 nicht der tatsächlichen Leistung sondern derjenigen entsprechen, die im stationären Betriebszustand erreicht sein würde, weshalb es sich ohne Verzögerung ändern wird, wie das mit der gestrichelten Linie in der Fig. 2e gezeigt ist. Die durch die niederfrequenten Komponenten des Signals am Eingang 11 (Fig. 1) hervorgerufene Komponente des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 wird sich so ändern, wie das mit der gestrichelten Linie in der Fig. 2g gezeigt ist.

Der Zeitpunkt ti, in dem der Leitapparat 2 (Fig. 1) die Stellung Zo (fig. 2b) erreicht, bei der die vom Generator im stationären Betriebszustand entwickelte Leistung dem vorgegebenen Wert gleich sein würde, wird durch die Änderungsgeschwindigkeit der Generatorleistung bei der Verstellung der Schaufeln des Leitapparats 2 bestimmt. Diese Änderungsgeschwindigkeit hängt ihrerseits vom hydrostatischen Druck und bei einer nichtlinearen Abhängigkeit zwischen der Leistung und der Öffnung des Leitapparats 2 (Fig. 1) auch vom vorgegebenen Leistungswert ab. Im Zeitpunkt ti (Fig. 2) wird das Signal am Eingang 11 (Fig. 1) der Leistung entsprechen, die vom Generator im stationären Betriebszustand entwickelt sein würde, d.h. es wird den Wert Uo (Fig. 2e) aufweisen, der dem vorgegebenen Leistungswert entspricht. Wegen dem Vorhandensein des Funktionalumformers 26 (Fig. 1) wird das Signal 12 nicht dem Öffnungsgrad des Leitapparats 2 sondern, desgleichen wie das Signal am Eingang 11, der Leistung entsprechen, die vom Generator im stationären Betriebszustand beim vorliegenden Öffnungsgrad des Leitapparats 2 entwickelt sein würde. Bei der vorstehend angegebenen Wahl der Verstärkungsfaktoren des Summators 22 und des Verstärkers 27 wird sich das Signal am Eingang 12 in gleicher Weise wie das Signal am Eingang 11 ändern, und es wird im Zeitpunkt ti (Fig. 2) dem Wert Uo gleich sein.

Die durch die hochfrequenten Komponenten des Signals am Eingang 12 hervorgerufene Komponente des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 (Fig. 1) wird sich so ändern, wie das mit der gestrichelten Linie in der Fig. 2f gezeigt ist. Infolge der Gleichheit der Signale an den Eingängen 11 und 12 (Fig. 1), der Faktoren Ki und K2 sowie der Zeitkonstanten T1 und T2 werden die zu unterdrückenden hochfrequenten Komponenten des dem Eingang 11 zukommenden Signals durch die hochfrequenten Komponenten des dem Eingang 12 zukomemnden Signals vollständig kompensiert, während die zu unterdrückenden niederfrequenten Komponenten des dem Eingang 12 zukommenden Signals werden desgleichen vollständig kompensiert durch die niederfrequenten Komponenten des dem Eingang 11 zukommenden Signals. Deswegen ist die Summe der durch die Signale an den Eingängen 11 und 12 hervorgerufenen Kom638 911

ponenten des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 im Zeitpunkt ti (Fig. 2) dem Wert KUo gleich, wo K = Ki = K2 sind, d.h. einem Wert, der nach Abschluss des Übergangsvorgangs vorliegt. Im Ergebnis ist das Signal am Eingang der Summierungseinrichtung 6 (Fig. 1) im Zeitpunkt ti (Fig. 2) der Null gleich. Die Änderung dieses Signals ist mit der gestrichelten Linie in der Fig. 2a gezeigt.

Also wird die Verstellung der Schaufeln des Leitapparats 2 (Fig. 1) und damit die Änderung des Signals am Eingang 12 im Zeitpunkt ti (Fig. 2) unterbrochen. Die Änderung der Ausgangsleistung des Generators wird sich infolge der Verzögerung fortsetzen, wie das mit der gestrichelten Linie in der Fig. 2c gezeigt ist. Diese Leistungsänderung wird jedoch keine Änderung des Signals am Eingang 11 (Fig. 1) hervorrufen, da sie durch das vom Hochfrequenzfilter 23 zukommende Signal kompensiert wird. Infolge der Unterbrechung der Änderung des Signals am Eingang 11 fällt die Änderungsgeschwindigkeit der ihm entsprechenden Komponente des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 nach dem Zeitpunkt ti allmählich bis auf den Null wert ab, wie das durch die gestrichelte Linie in der Fig. 2g gezeigt ist. Gleichzeitig fällt infolge der Unterbrechung der Änderung des Signals am Eingang 12 (Fig. 1) die ihm entsprechende Komponente des Signals am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 allmählich bis auf den Null wert ab, wie das durch die gestrichelte Linie in der Fig. 2f gezeigt ist. Wegen der Gleichheit der Zeitkonstanten T1 und T2 geschieht eine vollständige gegenseitige Kompensierung der genannten Komponenten, so dass das Signal am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 der Null gleich bleibt, wie das in der Fig. 2a gezeigt ist. Also bleibt der Leitapparat 2 (Fig. 1) nach dem Zeitpunkt ti unbeweglich, wie das durch die gestrichelte Linie in der Fig. 2b gezeigt ist, wodurch die Leistung des Generators den dem vorgegebenen Wert gleichen stationären Wert No im Zeitpunkt t3 (Fig. 2), d.h. bedeutend früher als im Zeitpunkt t2, erreicht.

Die in der Fig. 2 dargesellten gestrichelten Linien werden auch der Wirkung der Regeleinrichtung entsprechen, in der das Hochfrequenzfilter 23 und der Summator 22 vorhanden sind, jedoch der Funktionalumformer 26 fehlt, falls sich der stationäre Wert der Generatorleistung proportional dem Öffnungsgrad des Leitapparats 2 ändert, während der auf das Laufrad der Turbine einwirkende hydrostatische Druck sich im Laufe des Betriebs der Turbine nicht ändert.

Wegen der Unmöglichkeit der absoluten Kompensierung sämtlicher Grössen, die ihren Einfluss auf den Verlauf des Übergangsvorgangs ausüben, werden die Signale an den Eingängen 11 und 12 der Summierungseinrichtung 6 praktisch nicht ganz gleich sein und der vom Generator im stationären Betriebszustand entwickelten Leistung nicht genau entsprechen. Das kann zu einer geringen Verstellung der Schaufeln des Leitapparats 2 nach dem Zeitpunkt ti (Fig. 2) führen, die eine genaue Übereinstimmung zwischen den durch den Messer 4 (Fig. 1) und die Quelle 3 formierten Signalen gewährleistet.

Bei einer Änderung der Belastung des Generators, z.B. bei einer Zu- oder Abschaltung von Verbrauchern, weicht die vom Generator entwickelte Wirkleistung von der durch die Turbine entwickelten mechanischen Leistung ab, was zu einer entsprechenden Änderung des vom Messer 4 formierten Signals führt. Wegen der Unterdrückung der hochfrequenten Komponenten des dem Eingang 11 der Summierungseinrichtung 6 vom Messer 4 zukommenden Signals wird das jedoch keine Verstellung der Schaufeln des Leitapparats 2 unmittelbar nach dem Zeitpunkt, in dem die Änderung der Wirkleistung erfolgte, hervorrufen. Infolgedessen hat der (nicht dargestellte) Drehzahlregler der Turbine des Wasserkraftmaschinensatzes, der auf die durch die Abweichung der Wirklei11

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stung von der mechanischen Leistung hervorgerufene Änderung der Drehzahl anspricht, gerade noch genug Zeit, um den vorgegebenen Wert der Wirkleistung abzuändern, wodurch eine Verstellung der Schaufeln des Leitapparats 2 in falscher Richtung vermieden wird.

Pendelungen der Generatorleistung, die beim Betrieb eines dem Energieübertragungssystem zugeschalteten Generators entstehen, können desgleichen das Niederfrequenzfilter 8 nicht passieren und rufen also keine Verstellungen der Schaufeln des Leitapparats 2 hervor.

In der Fig. 3 ist eine andere Ausführungsvariante der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung 6 dargestellt. In Übereinstimmung mit der Fig. 3 enthält die frequenzabhängige Summierungseinrichtung 6 den Integrator 31 und die Summatoren 32 und 33. Ein von den Eingängen des Integrators 31 wirkt als Eingang 11 der Summierungseinrichtung 6, der andere Eingang des Integrators 31 ist mit dem Ausgang des Summators 32 verbunden. Der eine Eingang des Summators 32 stellt den Eingang 12 der Summierungseinrichtung 6 dar, der andere Eingang des Summators 32 ist mit dem Ausgang des Integrators 31 verbunden. Ein Eingang des Summators 33 dient als Eingang 10 der Summierungseinrichtung 6 der andere Eingang des Summators 33 ist mit dem Ausgang des Summators 32 verbunden. Der Ausgang des Summators

33 wirkt als Ausgang der Summierungseinrichtung 6.

Der Integrator 31 enthält einen Differentialverstärker 34 und einen Kreis der negativen Rückkopplung, der einen parallel dem Differentialverstärker 34 eingeschalteten Kondensator 35 aufweist. Die Summatoren 32 und 33 enthalten entsprechend Differentialverstärker 36 und 37. Die Differentialverstärker 34,36 und 37 sind so eingeschaltet, dass die den Eingängen 10,11 und 12 der Summierungseinrichtung 6 zukommenden Signale entsprechend dem invertierenden Eingang des Differentialverstärkers 37, dem invertierenden Eingang des Differentialverstärkers 34 und dem invertierenden Eingang des Differentialverstärkes 36 zugeleitet werden. Das Signal vom Ausgang des Differentialverstärkers

34 wird dem nichtinvertierenden Eingang des Differentialverstärkers 36 zugeleitet, und von dessen Ausgang wird das Signal den invertierenden Eingängen der Differentialverstärker 34 und 37 zugeführt. Also ist der Summator 32 mit dem Kreis der negativen Rückkopplung über den Integrator 31 umfasst.

Die Frequenzkennlinie der in der Fig. 3 dargestellten Summierungseinrichtung 6 hat eine Form, die dem Ausdruck (1) entspricht, in dem

Ti=T2=^- ,

Ts

K. = K7 Ii ,

T4

K2=K6K7,

K3 = Ks sind. Hierin bedeuten:

T4 - Integrationskonstante des Integrators 31 für die Integration des Signals, das seinem Eingang zukommt, der als Eingang 11 der Summierungseinrichtung 6 dient, Ts - Integrationskonstante des Integrators 31 für die Integration des Signals, das seinem Eingang zukommt, der mit dem Ausgang des Summators 32 verbunden ist, Ks - Verstärkungsfaktor des Summators 32 für die Verstärkung des Signals, das seinem mit dem Ausgang des Integrators 31 verbundenen Eingang zukommt, Kó - Verstärkungsfaktor des Summators 32 für die Verstär12

kung des Signals, das seinem Eingang zukommt, der als Eingang 12 der Summierungseinrichtung 6 dient, K7 - Verstärkungsfaktor des Summators 33 für die Verstärkung des Signals, das seinem mit dem Ausgang des Summa-5 tors 32 verbundenen Eingang zukommt, Ks - Verstärkungsfaktor des Summators 33 für die Verstärkung des Signals, das seinem Eingang zukommt, der als Eingang 10 der Summierungseinrichtung 6 dient.

10 Also wird bei der Verwendung der in Übereinstimmung mit der Fig. 3 ausgeführten Summierungseinrichtung 6 statt der in Übereinstimmung mit der Fig. 1 ausgeführten Summierungseinrichtung 6 die Änderung des Signals am Ausgang des Summators 33 (Fig. 3) analog der Änderung des Signals 15 verlaufen, die am Ausgang des Summators 13 (Fig. 1) bei der Verwendung der in Übereinstimmung mit der Fig. 1 ausgeführten Summierungseinrichtung 6 geschehen würde, in der die Schnittfrequenzen der Filter 8 und 9 gleich sind, und die Werte der Verstärkungsfaktoren Ki, K2 und Kj und der Zeit-20 konstanten Ti und T2, die die Frequenzkennlinie bestimmen, den entsprechenden Werten gleich sind, die die Frequenzkennlinie der in Übereinstimmung mit der Fig. 3 ausgeführten Summierungseinrichtung 6 bestimmen.

Wenn die Signale den Eingängen 11 und 12 der in der 25 Fig. 3 dargestellten Summierungseinrichtung 6 direkt vom Messer 4 (Fig. 1) und vom Geber 5 zukommen, so erfolgt die Wirkung der in der Fig. 3 dargestellten Summierungseinrichtung 6 folgenderweise:

Nach Beginn der Verstellung der Schaufeln des Leitappa-30 rats 2 (Fig. 1) wird die Änderung des Signals am Ausgang des Summators 32 (Fig. 3) und damit am Ausgang des Summators 33 zunächst hauptsächlich durch das Signal bestimmt, das dem Eingang 12 vom Geber 5 (Fig. 1) des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 zukommt, dazwischen dem Eingang 11, 35 dem das Signal vom Messer 4 zukommt, und dem Summator 32 (Fig. 3) der Integrator 31 eingeschaltet ist. Danach wird mit dem Anstieg der den Eingängen des Integrators 31 zukommenden Signale die durch das Signal vom Geber 5 (Fig. 1) des Öffnungsgrads des Leitapparats 2 hervorzuru-40 fende Komponente des Signals am Ausgang des Summators 32 unter Einfluss des Rückkoppelsignals, das über den Integrator 31 (Fig. 3) vom Ausgang des Summators 32 seinem Eingang zukommt, allmählich vermindert, während die durch das Signal am Eingang 11 hervorgerufene Kompo-45 nente des Signals am Ausgang des Summators 32 allmählich vergrössert wird. Nach Abschluss des Übergangsvorgangs wird das Signal am Ausgang des Summators 32 vollständig durch das dem Eingang zukommende Signal, d.h. durch das vom Messer 4 (Fig. 1) formierte und der vom Generator tat-50 sächlich entwickelten Wirkleistung entsprechende Signal bestimmt werden. Dabei wird sich am Ausgang des Integrators 31 (Fig. 3) ein Signal eingestellt, das durch die Differenz der vom Messer 4 (Fig. 1) und vom Geber 5 formierten Signale bestimmt ist.

55 Auf diese Weise wird die Unterdrückung der hochfrequenten Komponenten des dem Eingang 11 (Fig. 3) der Summierungseinrichtung 6 zukommenden Signals und der niederfrequenten Komponenten des Signals, das ihrem Eingang 12 zukommen, erreicht. Bei der oben angegebenen Ver-60 bindungsschaltung der invertierenden und nichtinvertierenden Eingänge der Differentialverstärker 34,36 und 37 wird am Ausgang der Summierungseinrichtung 6 ein Signal formiert, das von der Differenz zwischen dem ihrem Eingang 10 zukommenden Signal und der Summe der niederfre-65 quenten Komponenten des ihrem Eingang 11 zukommenden Signals und der hochfrequenten Komponenten des ihrem Eingang 12 zukommenden Signals abhängt.

Falls den Eingängen 11 und 12 der in Fig. 3 dargestellten

Summierungseinrichtung 6 gleiche Signale vom Summator 22 (Fig. 1) bzw. vom Verstärker 27 zukommen, und die Summierungseinrichtung 6 (Fig. 3) eine Frequenzkennlinie aufweist, bei der

Ki = K2^d.h.K6 = ^

ist, so wird das dem Eingang des Integrators 31 vom Summator 22 (Fig. 1) zukommende Signal durch das Signal der negativen Rückkopplung ausgeglichen, das dem anderen Eingang des Integrators 31 (Fig. 3) vom Ausgang des Summators 32 zukommt. Auf diese Weise geschieht bei einer Identität der den Eingängen 11 und 12 zukommenden Signale keine Integrierung im Integrator 31. Wegen der in der Praxis vorliegenden Abweichung zwischen den den Eingängen 1 l und 12 zukommenden Signale wird jedoch am Ausgang des Integrators 31 eine geringe Spannung formiert, die eine genaue Übereinstimmung zwischen den vom Messer 4 (Fig. 1) und von der Quelle 4 formierten Signalen nach Abschluss des Übergangsvorgangs gewährleistet.

Die in der Fig. 3 dargestellte Summierungseinrichtung 6 gestattet es, mit Hilfe eines und desselben Elements, und zwar der integrierenden Kapazität 35 des Integrators 31 oder des Verstärkungsfaktors Ks des Summators 32, die Zeitkonstanten Tl und T2 gleichzeitig um einen gleichen Wert zu verändern. Die Verstärkungsfaktoren Ki, K2 und K3 werden dabei nicht geändert. Das erleichtert die Regelung der Zeitkonstanten T1 und T2, wenn es erforderlich ist, ihre Gleichheit beizubehalten, z.B. im Laufe der Einregelung der Regeleinrichtung in Übereinstimmung mit den Kennwerten des Wasserkraftmaschinensatzes und dessen Betriebsbedingungen.

Die dem Ausdruck (1) entsprechende Frequenzkennlinie der Summierungseinrichtung 6 kann auch bei anderen Varianten der Verbindung der invertierenden und nichtinver-

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tierenden Eingänge des Integrators 31 und der Summatoren 32 und 33 unter der Bedingung gewährleistet werden, dass die Durchgabe des Signals der negativen Rückkopplung vom Ausgang des Summators an den Eingang des Integrators 31 5 gewährleistet wird.

Bei der Verwendung der in der in Fig. 1 dargestellten Schaltung der Regeleinrichtung der in Übereinstimmung mit der Fig. 3 ausgeführten Summierungseinrichtung 6 kann der Summator 22 (Fig. 1) mit dem Integrator 31 (Fig. 3) vereinigt i° werden, wobei der letztere dabei einen dritten Eingang hat, der mit dem Hochfrequenzfilter 23 (Fig. 1) verbunden ist. Der Widerstand 28 des Funktionalumformers 26 kann direkt mit dem als Eingang der Summierungseinrichtung 6 dienenden Eingang des Summators 32 (Fig. 3) verbunden sein.

15 Es sind auch andere Ausführungsvarianten der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung möglich, bei denen sie eine dem Ausdruck (1) entsprechende Frequenzkennlinie hat.

Die frequenzabhängige Summierungseinrichtung kann 20 z.B. ein Hoch- bzw. Niederfrequenzfilter und zwei Summatoren enthalten, wobei die letzteren so verbunden sind, dass der Ausgang eines von den Summatoren über das Filter mit einem von Eingängen des zweiten Summators verbunden ist, dessen Ausgang als Ausgang der Summierungseinrichtung 25 dient. Bei der Verwendung eines Hochfrequenzfilters wird dem anderen Eingang des zweiten Summators das Signal vom Leistungsmesser und den invertierenden und nichtinver-tierenden Eingängen des anderen Summators werden die Signale vom Leistungsmesser bzw. vom Geber des Öffnungs-30 grads des Leitapparats zugeleitet. Bei der Verwendung eines Niederfrequenzfilters wird dem anderen Eingang des zweiten Summators das Signal vom Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats und den invertierenden und nichtinvertierenden Eingängen des anderen Summators werden Signale vom 35 Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats bzw. des Leistungsmessers zugeleitet.

B

2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE 1. Einrichtung zur automatischen Regelung der vom Generator eines Wasserkraftmaschinensatzes entwickelten Wirkleistung, die eine Quelle des der vorgegebenen Leistung entsprechenden Bezugssignals, einen Messer der vom Generator des Wasserkraftmaschinensatzes entwickelten Wirkleistung, einen Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats am Wasserkraftmaschinensatz, eine Einrichtung zur Steuerung des Öffnungsgrads des Leitapparats am Wasserkraftmaschinensatz und eine frequenzabhängige Summierungseinrich-tung, deren Eingänge mit der Bezugssignalquelle und/oder dem Wirkleistungsmesser und dem Geber des Öffnungsgrads des Leitapparats verbunden sind, während der Ausgang mit der Steuereinrichtung des Öffnungsgrads des Leitapparats derart verbunden ist, dass eine Änderung der tatsächlich vom Generator entwickelten Wirkleistung oder des Öffnungsgrads des Leitapparats nach irgendeiner Seite eine Änderung des Signals am Ausgang der frequenzabhängigen Summie-rungseinrichtung hervorruft, die der Änderung des Werts der vorgegebenen Leistung in derselben Richtung entgegengesetzt ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzabhängige Summierungseinrichtung (6) eine Frequenzkennlinie mit dem Ausdruck hat, wobei

Y - Signal am Ausgang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung,

Ki, K:, K3 - frequenzunabhängige Verstärkungsfaktoren,

j =

j = v^r,

co - Frequenz,

Ti, T2 - frequenzunabhängige Zeitkonstanten,

Xi - Signal am mit dem Wirkleistungsmesser (4) verbundenen Eingang (11) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6),

X2 - Signal am mit dem Geber (5) des Öffnungsgrads des Leitapparats (2) verbundenen Eingangs (12) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6),

X3 - Signal am mit der Bezugssignalquelle (3) verbundenen Eingang (10) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzabhängige Summierungseinrichtung (6) einen ersten Summator (7), dessen einer Eingang die Rolle des mit der Bezugssignalquelle (3) verbundenen Eingangs (10) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) spielt und dessen Ausgang den Ausgang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) darstellt, ein Niederfrequenzfilter (68), dessen Eingang als der mit dem Wirkleistungsmesser (4) verbundene Eingang (11) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) wirkt und dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des ersten Summators (7) verbunden ist, und ein Hochfrequenzfilter (9), dessen Eingang als der mit dem Geber (5) des Öffnungsgrads des Leitapparats (2) verbundene Eingang (12) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) dient und dessen Ausgang mit dem dritten Eingang des ersten Summators (7) verbunden ist, aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittfrequenz des Niederfrequenzfilters (8) der Schnittfrequenz des Hochfrequenzfilters (9) gleich ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzabhängige Summierungseinrichtung (6)

eine Frequenzkennlinie hat, bei der die Zeitkonstanten Ti und Ti gleich sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die frequenzabhängige Summierungseinrichtung (6) einen zweiten Summator (33), dessen einer Eingang den mit der Bezugssignalquelle (3) verbundenen Eingang (10) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) darstellt und dessen Ausgang als Ausgang der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) dient, einen dritten Summator (22), dessen einer Eingang die Rolle des mit dem Geber (5) des Öffnungsgrads des Leitapparats (2) verbundenen Eingangs (12) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) spielt und dessen Ausgang mit dem anderen Eingang des zweiten Summators (33) verbunden ist, und einen Integrator (31 ), dessen einer Eingang und dessen Ausgang mit dem Ausgang und/oder dem anderen Eingang des dritten Summators (32) so verbunden sind, dass sich ein den dritten Summator (32) umfassender negativer Rückkopplungskreis bildet und der zweite Eingang als der mit dem Wirkleistungsmesser (4) verbundene Eingang (11) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) wirkt.
6. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein weiteres Hochfrequenzfilter (23) enthält, das zwischen dem Geber (5) des Öffnungsgrads des Leitapparats (2) und einem von den Eingängen eines vierten Summators (22) eingeschaltet ist, wobei der vierte Summator (22) zwischen dem Wirkleistungsmesser (4) und dem mit ihm verbundenen Eingang (11) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) so eingeschaltet ist, dass der andere Eingang des vierten Summators (22) mit dem Wirkleistungsmesser (4) in Verbindung steht und der Ausgang mit dem Eingang (11) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) verbunden ist.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Funktionalumformer (26) enthält, der das Änderungsgesetz der vom Generator des Wasserkraftmaschinensatzes im stationären Betriebszustand entwickelten Wirkleistung in Form einer Funktion vom Öffnungsgrad des Leitapparats (2) nachbildet und zwischen dem Geber (5) des Öffnungsgrads des Leitapparats (2) und dem mit ihm verbundenen Eingang (12) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) so eingeschaltet ist, dass der Eingang des Funktionalumformers (26) mit dem Geber (5) des Öffnungsgrads des Leitapparats (2) verbunden ist, und der Ausgang mit dem Eingang (12) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) in Verbindung steht.
8. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Funktionalumformer (26) enthält, der das Änderungsgesetz der vom Generator des Wasserkraftmaschinensatzes im stationären Betriebszustand entwickelten Wirkleistung in Form einer Funktion vom Öffnungsgrad des Leitapparats (2) und vom auf das Laufrad der Turbine des Wasserkraftmaschinensatzes einwirkenden hydrostatischen Drucks nachbildet und zwischen dem Geber (5) des Öffnungsgrads des Leitapparats (2) und dem mit ihm verbundenen Eingang (12) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) so eingeschaltet ist, dass der eine Eingang des Funktionalumformers (26) mit dem Geber (5) des Öffnungsgrads des Leitapparats (2) in Verbindung steht und der Ausgang mit dem Eingang (12) der frequenzabhängigen Summierungseinrichtung (6) verbunden ist, während der Geber (29) des auf das Laufrad der Turbine des Wasserkraftmaschinensatzes einwirkenden hydrostatischen Drucks mit dem anderen Eingang des Funktionalumformers (26) verbunden ist.

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