CH658557A5 - DEVICE FOR OPTIMIZING THE SUSPENSION BEHAVIOR OF THE CONTROL SIZE OF A VOLTAGE-CONTROLLED ELECTRICAL MACHINE. - Google Patents

DEVICE FOR OPTIMIZING THE SUSPENSION BEHAVIOR OF THE CONTROL SIZE OF A VOLTAGE-CONTROLLED ELECTRICAL MACHINE. Download PDF

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CH658557A5
CH658557A5 CH479981A CH479981A CH658557A5 CH 658557 A5 CH658557 A5 CH 658557A5 CH 479981 A CH479981 A CH 479981A CH 479981 A CH479981 A CH 479981A CH 658557 A5 CH658557 A5 CH 658557A5
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CH479981A
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Johannes Dr Dipl-Ing Riss
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Elin Union Ag
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
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Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Optimierung des Einschwingverhaltens der Regelgrösse einer spannungsgeregelten elektrischen Maschine, insbesondere für die Ausgangsspannung eines Synchrongenerators. The invention relates to a device for optimizing the transient response of the controlled variable of a voltage-controlled electrical machine, in particular for the output voltage of a synchronous generator.

Es ist bekannt, dass für die Erregung und Spannungsregelung grosser Wasserkraftgeneratoren Thyristorstromrichter mit elektronischen Regeleinrichtungen eingesetzt werden. Dabei kommt aufgrund von allgemeinen Erfahrungen auf dem Regelsektor, ohne dabei eigentlich näher auf Maschinencharakteristi-ka einzugehen, ein bekanntes System zur Anwendung, nämlich ein proportional integral beschalteter Spannungsregler für die Generatorklemmen mit unterlagertem Polradstromregler. It is known that thyristor power converters with electronic control devices are used for the excitation and voltage control of large hydropower generators. Based on general experience in the control sector, without actually going into machine characteristics, a known system is used, namely a proportional, integrally connected voltage regulator for the generator terminals with a subordinate pole wheel current regulator.

Bei den ersten konventionellen Erregersystemen mit einer Gleichstrom-Erregermaschine kam dem Spannungsregler nur geringe Bedeutung zu. Einerseits war durch die Anordnung, im besonderen durch Stellwiderstände oder Schaltkontakte, das System von Haus aus sehr träge, andererseits waren die Anforderungen an die Maschinen bezüglich Dynamik und Netzregelungen ohnehin nicht sehr hoch. Mit zunehmender Verma-schung der Netze und durch den Verbundbetrieb von mehreren Kraftwerken wuchsen auch die Anforderungen an die Spannungsregeleinrichtungen. Die im normalen Betrieb gestellten Anforderungen sind vorwiegend Spannungshaltung, Parallelbetrieb mehrerer Maschinen untereinander und mit dem Netz mit stabiler, einstellbarer Blindlastaufteilung. Bei richtiger Bemessung werden diese Forderungen von allen modernen Erregungssystemen und Spannungsreglern grundsätzlich beherrscht. In the first conventional excitation systems with a DC excitation machine, the voltage regulator was of little importance. On the one hand, the system was inherently sluggish due to the arrangement, especially variable resistors or switching contacts, on the other hand, the demands on the machines in terms of dynamics and network controls were not very high anyway. With the increasing meshing of the networks and the combined operation of several power plants, the requirements for the voltage regulating devices also increased. The requirements in normal operation are primarily voltage maintenance, parallel operation of several machines with each other and with the network with stable, adjustable reactive load distribution. When correctly dimensioned, these requirements are basically mastered by all modern excitation systems and voltage regulators.

Wesentliche Erschwernisse treten erst bei aussergewöhnli-chen Betriebszuständen, sowie bei Störungen auf. Lastabschaltungen, die insbesondere bei Wasserkraftgeneratoren mit starkem Drehzahlanstieg verbunden sind, schnelles Ausregeln starker Blindlaststösse bei Phasenschieberbetrieb, Leistungsübertragung über lange Leitungen mit Lastabschaltungen am Ende derselben, Betrieb nahe der statischen Stabilitätsgrenze unter dem eventuellen Einfluss von Zusatzregelungen sind für die Wahl, Auslegung und Bemessung des Erregungssystems von entscheidender Bedeutung. Bei Kurzschlüssen im Netz muss durch schnelle und starke Stosserregung das Hauptfeld des Generators gestützt werden, um nach Fehlerfortschaltungen einen fortlaufenden Betrieb zu ermöglichen oder eine Überstromauslösung sicherzustellen. Significant difficulties arise only in the case of unusual operating conditions and in the event of faults. Load shutdowns, which are particularly associated with hydropower generators with a strong increase in speed, fast compensation of strong reactive load surges during phase shifter operation, power transmission over long lines with load shutdowns at the end of the same, operation near the static stability limit under the influence of additional regulations are possible for the selection, design and dimensioning of the excitation system vital. In the event of short-circuits in the network, the main field of the generator must be supported by fast and strong surge excitation in order to enable continued operation after error advancements or to ensure overcurrent tripping.

Alle diese Forderungen kann eigentlich nur ein schon erwähnter proportional integral beschalteter Spannungsregler erfüllen, wobei der Proportional-Anteil für höhere Dynamik notwendig ist und der Integral-Anteil für die Genauigkeit im statischen Bereich dient. Zur weiteren Erhöhung der Dynamik kann zusätzlich ein Polradstromregler unterlagert werden. Diese Anordnung bringt auf den ersten Blick bei entsprechender Auslegung kurze Ausregelzeiten mit geringem Überschwingen. All of these requirements can actually only be met by a proportional integrally connected voltage regulator, the proportional component being necessary for higher dynamics and the integral component serving for the accuracy in the static range. To further increase the dynamics, a magnet wheel current regulator can be added. At first glance, this arrangement, with the appropriate design, brings short settling times with little overshoot.

Durch diese Anordnung kann jedoch eine Reglerauslegung nur für einen einzigen Belastungsfall optimal sein, z.B. nur für den Leerlauf. Die Forderung nach kurzer Ausregelzeit ist aber gerade für den Leerlauf von untergeordneter Bedeutung, eine wesentliche Aufgabe des Spannungsreglers ist jedoch eine gute Dynamik im Nutzbetrieb. With this arrangement, however, a controller design can only be optimal for a single load case, e.g. only for idle. The demand for a short settling time is of minor importance, especially for idling, but an essential task of the voltage regulator is good dynamics in commercial operation.

Die Forderungen nach guter Dynamik für den Leerlauf und für Belastung lassen sich nicht gleichzeitig erfüllen. Dies hat sich auch schon an praktischen Beispielen gezeigt. Würde man den Regler bei Belastung schneller machen, so hätte er im Leerlauf eine Tendenz zur Unstabilität. The demands for good dynamics for idling and loading cannot be met at the same time. This has already been shown in practical examples. If the controller were to be made faster under load, it would have a tendency to become unstable when idling.

Der herkömmliche Regler ist somit in seiner Grundidee, Proportional-Integral-Glied mit unterlagertem Polradstromregler, zwar richtig, er hat aber doch einige wesentliche Nachteile. The basic idea of the conventional controller, the proportional-integral element with a subordinate pole wheel current controller, is correct, but it does have some major disadvantages.

Wie schon erwähnt kann durch die gewählte Beschaltung der Operationsverstärker, die meist erst bei der Inbetriebsetzung durch Versuche festgelegt wird, die Übergangsfunktion der Reglerglieder nur für einen einzigen Belastungsfall optimal sein, da sich die Maschinenzeitkonstante und die Verstärkung der Strecke mit der Belastung stark ändert. As already mentioned, the selected circuitry of the operational amplifiers, which is usually only determined during the commissioning by tests, the transition function of the controller elements can only be optimal for a single load case, since the machine time constant and the amplification of the line change with the load.

Ein weiterer Nachteil ist, dass die Integrationszeit ziemlich gross sein muss, damit bei Polrad-Deckenspannung, der Integrator nicht oder nur wenig «wegläuft». Sie kann also für dynamische Betrachtungen nicht herangezogen werden, sondern dient lediglich der Genauigkeit im statonären Fall. Das bringt aber gerade bei Netzbetrieb Ausregelzeiten von mehreren Sekunden, was bei elektronischen Einrichtungen vermieden werden soll. Another disadvantage is that the integration time has to be quite long so that the integrator does not “run away” or only “runs away” a little with pole wheel ceiling tension. It can therefore not be used for dynamic considerations, but only serves for accuracy in the statonary case. However, this brings settling times of several seconds, especially in network operation, which should be avoided with electronic devices.

Ein weiterer Nachteil ist, dass bei grossen Laststössen oder beim Auferregen des Generators von Null bis Nennspannung längere Zeit die Polrad-Deckenspannung ansteht. Trotz einer grossen Zeitkonstante des Integrators wandert dieser dennoch aus und verursacht ein hohes Überschwingen des Istwertes. Es sind daher Kunstschaltungen, wie z.B. Überbrücken des Integrators bis 70% Nennspannung oder Polradstrombegrenzungen oder ähnliches, notwendig. Another disadvantage is that with large load surges or when the generator is excited from zero to nominal voltage, the pole wheel ceiling voltage is present for a long time. Despite a large time constant of the integrator, it still migrates and causes the actual value to overshoot. It is therefore art circuits, such as Bridging of the integrator up to 70% nominal voltage or pole wheel current limits or the like is necessary.

Will man trotzdem gute Dynamik erreichen, so müsste man die Verstärkung des Proportionalteiles hoch wählen, was wiederum eine Neigung zur Instabilität hervorruft. If you still want to achieve good dynamics, you would have to select a high gain for the proportional part, which in turn tends to cause instability.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Einrichtung zu schaffen, bei welcher unabhängig von der Belastung einer elektrischen Maschine, insbesondere eines Synchrongene5 The object of the invention is therefore to create a device in which, regardless of the load on an electrical machine, in particular a synchronous gene5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

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45 45

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rators, das Verhalten des Gesamtregelkreises, also des Reglers und der Strecke, möglichst immer gleich und vor allem bei Nutzbetrieb dynamisch optimal ist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, die Einschwingzeit des Regelkreises gegenüber bekannten Regeleinrichtungen in den verschiedenen Belastungszu-ständen zu verkürzen. rators, the behavior of the overall control loop, i.e. the controller and the system, is always the same as far as possible and is dynamically optimal, especially when used. Another task is to shorten the settling time of the control loop compared to known control devices in the different load conditions.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Einrichtung gelöst. The object of the invention is achieved by the device characterized in claim 1.

Mit der erfindungsgemässen Einrichtung ist es erstmals möglich, den Regler, also den Strom- und Spannungsregler, in bezug auf seine Adaption auf die veränderliche Strecke, schnell auf die Streckenparameter einzustellen. With the device according to the invention, it is possible for the first time to quickly adjust the controller, ie the current and voltage controller, to the route parameters with regard to its adaptation to the variable route.

Weiters werden auch keine Testsignale, ausser den betriebs-mässig vorhandenen Signalen verwendet, wodurch der normale Betrieb nicht gestört wird. Furthermore, no test signals are used, apart from the operational signals, so that normal operation is not disturbed.

Die notwendigen Beschaltungen der Operationsverstärker der Regler lassen sich bereits bei der Projektierung aus den Maschinendaten bzw. aus den Daten der Modellfunktion numerisch berechnen und nicht erst bei der Inbetriebsetzung durch Versuche ermitteln. The necessary connections for the operational amplifiers of the controllers can be calculated numerically during the project planning from the machine data or from the data of the model function and not only be determined by trials during commissioning.

Ausserdem wird bei länger anstehender Polrad-Deckenspannung oder bei Sättigungserscheinungen eines der Regelkreisglieder das Regelverhalten weder unstabil noch dynamisch schlechter. In addition, the control behavior is neither unstable nor dynamically worse if the magnet wheel ceiling voltage is present for a long time or if one of the control loop elements appears to be saturated.

Von Vorteil ist, dass der Spannungsregler ein proportional integral beschalterer Operationsverstärker und der Stromregler ein proportional beschalteter Operationsverstärker ist. Dadurch ist die gesamte Schaltung für den selbsteinstellenden bzw. adaptiven Regler so einfach, dass sie genügend robust ist und zu einem vernünftigen Preis gefertigt werden kann. It is advantageous that the voltage regulator is a proportional integral operational amplifier and the current regulator is a proportional operational amplifier. As a result, the entire circuit for the self-adjusting or adaptive controller is so simple that it is sufficiently robust and can be manufactured at a reasonable price.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Modellfunktionen, die Additionsstelle und die Rückführung mit entsprechend beschalteten Operationsverstärkern nachgebildet. Dadurch ist nur ein geringer Platzbedarf erforderlich, wodurch eine Unterbringung des adaptiven Zusatzes gleich beim Regler oder auf der Reglerplatine möglich ist. Weiters sind die Mehrkosten für den adaptiven Teil dadurch sehr gering. According to one embodiment of the invention, the model functions, the addition point and the feedback are simulated with appropriately connected operational amplifiers. This means that only a small amount of space is required, which means that the adaptive add-on can be accommodated right next to the controller or on the controller board. Furthermore, the additional costs for the adaptive part are very low.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Modellfunktion, die Additionsstelle und die Rückführung mit einem Programm in einem Digitalrechner nachbildbar sind. Dadurch wird eine sehr hohe Genauigkeit erreicht und weiters ist auch eine Nachbildung komplizierter Modellfunktionen leicht möglich. Another advantage of the invention is that the model function, the addition point and the feedback can be simulated with a program in a digital computer. This achieves a very high level of accuracy and it is also easy to reproduce complicated model functions.

Anhand der Zeichnungen soll nun die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. Based on the drawings, the invention will now be explained in more detail using an example.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Regelkreises als Blockschaltbild dargestellt. Fig. 2 zeigt die Übergangsfunktion bei einem Sollwertsprung und gleichzeitigem Ansprechen der nicht linearen Begrenzer. In Fig. 3 ist die 1. Ableitung der Übergangsfunktion aus Fig. 2 über der Zeit als Zustandsvariable dargestellt und Fig. 4 zeigt die Übergangsfunktion in der Phasenebene. 1 shows an exemplary embodiment of the control loop according to the invention as a block diagram. 2 shows the transition function in the event of a setpoint step and simultaneous response of the non-linear limiters. FIG. 3 shows the 1st derivative of the transition function from FIG. 2 over time as a state variable and FIG. 4 shows the transition function in the phase plane.

Das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Regelkreises ist somit in Fig. 1 mit einem Spannungsregler (7), einem Stromregler (9), Begrenzern (8, 10), einer Modellfunktion (15) mit zugehöriger Rückführung (16) und einem Generator (4) mit nachgeschaltetem Istwertumsetzer (14), dargestellt. The embodiment of the control loop according to the invention is thus in Fig. 1 with a voltage regulator (7), a current regulator (9), limiters (8, 10), a model function (15) with associated feedback (16) and a generator (4) with a downstream Actual value converter (14) shown.

An die Subtraktionsstelle (1) ist die Führungsgrösse bzw. der Sollwert (2) und der Istwert (3) angelegt, der als Ausgangssignal des Istwertumsetzers (14) proportional zu der Ausgangs-grösse der zu regelnden elektrischen Maschine (4) ist, im besonderen ein Synchrongenerator. Die Ausgangsgrösse (5) der Subtraktionsstelle (1) ist die Regeldifferenz, welche an eine weitere Subtraktionsstelle (6), dessen Ausgangsgrösse an den z.B. proportional integral beschalteten Spannungsregler (7) anliegt. Der Spannungsregler (7) weist parallel einen Begrenzer (8) auf, welcher an die Subtraktionsstelle (6) angeschlossen ist. Weiters ist der Serienschaltung aus dem Spannungsregler (7) und einem z.B. proportional beschalteten, Stromregler (9) eine Rückführung bestehend aus dem Begrenzer (10) parallel geschaltet, dessen Ausgangssignal ebenfalls an die Subtraktionsstelle (6) ange-s legt ist. Dem Stromregler (9) ist ein Stellglied (11) nachgeschaltet. Dieses besteht aus einem Gittersteuersatz und einer Thyristorbrücke, welche die Erregerspannung des Generators (4) steuert. Der Generator (4) ist als Feldübertragungsfunktion (12) und Ständerübertragungsfunktion (13) dargestellt. Danach folgt io noch ein Istwertumsetzer (14), welcher die Ausgangsspannung des Generators (4) auf Elektronikniveau bringt. In particular, the reference variable or the setpoint (2) and the actual value (3), which as the output signal of the actual value converter (14) is proportional to the output variable of the electrical machine (4) to be controlled, is applied to the subtraction point (1) a synchronous generator. The output variable (5) of the subtraction point (1) is the control difference, which is sent to a further subtraction point (6), the output variable of which, e.g. proportional integrally connected voltage regulator (7) is present. The voltage regulator (7) has in parallel a limiter (8) which is connected to the subtraction point (6). Furthermore, the series connection of the voltage regulator (7) and a e.g. proportional connected, current controller (9) a feedback consisting of the limiter (10) connected in parallel, the output signal of which is also applied to the subtraction point (6). An actuator (11) is connected downstream of the current regulator (9). This consists of a lattice control unit and a thyristor bridge, which controls the excitation voltage of the generator (4). The generator (4) is shown as a field transfer function (12) and a stator transfer function (13). This is followed by an actual value converter (14), which brings the output voltage of the generator (4) to electronics level.

Ausserdem weist der Regelkreis noch einen adaptiven Zusatz auf, welcher aus einer Modellfunktion (15) und einer Rückführung (16) besteht. Die Modellfunktion (15) ist parallel 15 der Serienschaltung von Stromregler (9), Stellglied (11), Generator (4) und Istwertumsetzer (14) geschaltet und bildet die Übertragungsfunktion dieser Serienschaltung nach. An einer Additionsstelle (17) im Regelkreis wird die Ausgangsgrösse der Modellfunktion (15) mit der, zu dieser invertierten Ausgangs-20 grosse des Istwertumsetzers (14) verglichen. Bei Auftreten einer Differenz wird diese über die Rückführung (16) und einer Sum-mationsstelle (18) an den Eingang des Stromreglers (9) herangeführt. Diese Summationsstelle (18) ist nach der Abzweigstelle der Modellfunktion (15), also direkt am Eingang des Stromreg-25 lers (9) angeordnet. In addition, the control loop also has an adaptive add-on, which consists of a model function (15) and a feedback (16). The model function (15) is connected in parallel 15 to the series connection of the current controller (9), actuator (11), generator (4) and actual value converter (14) and simulates the transfer function of this series connection. At an addition point (17) in the control loop, the output variable of the model function (15) is compared with the output variable 20 of the actual value converter (14) which is inverted to this. If a difference occurs, this is brought to the input of the current controller (9) via the feedback (16) and a summation point (18). This summation point (18) is arranged after the branch point of the model function (15), that is to say directly at the input of the current regulator (9).

Zur weiteren Erklärung folgt nun noch eine Funktionsbeschreibung des Regelkreises. Man muss dabei unterscheiden zwischen einem Ansprechen der Begrenzer, wodurch einzelne Übertragungsglieder, im besonderen der Spannungsregler oder 30 das Stellglied in den nichtlinearen Bereich übergehen und einem Arbeiten des Regelkreises im linearen Bereich. A functional description of the control loop follows for further explanation. A distinction must be made between a response of the limiter, whereby individual transmission elements, in particular the voltage regulator or the actuator, change to the non-linear range and a working of the control loop in the linear range.

Als erstes soll die Funktionsweise im linearen Bereich kurz erläutert werden. Die Modellfunktion (15) ist parallel zur Serienschaltung, bestehend aus Stromregler (9), Stellglied (11), 35 Generator (4) und Istwertumsetzer (14) geschaltet. Diese Modellfunktion (15) ist so aufgebaut, dass bei einem bestimmten Belastungsfall des Generators (4) das Ausgangssignal des Istwertumsetzers (14) dem Betrag nach gleich dem Ausgangssignal der Modellfunktion (15) ist. First, the mode of operation in the linear area will be briefly explained. The model function (15) is connected in parallel to the series circuit, consisting of a current controller (9), actuator (11), 35 generator (4) and actual value converter (14). This model function (15) is constructed in such a way that the output signal of the actual value converter (14) is equal in amount to the output signal of the model function (15) in a specific load case of the generator (4).

40 Es weist bei dieser Belastung die Modellfunktion (15) dasselbe Übertragungsverhalten, wie die parallel geschaltete Serienschaltung auf. Die beiden Ausgangssignale, jenes der Modellfunktion (15) und jenes des Istwertumsetzers (14), von denen eines invertiert ist, werden an der Additionsstelle (17) verglichen. 45 Bei der bestimmten Belastung des Generators (4) ist die Abweichung an der Additionsstelle (17) Null und es gelangt kein Zusatzsignal über die Rückführung (16) an die Additionsstelle (18), direkt am Eingang des Stromreglers (9). 40 At this load, the model function (15) has the same transmission behavior as the series circuit connected in parallel. The two output signals, that of the model function (15) and that of the actual value converter (14), one of which is inverted, are compared at the addition point (17). 45 With the specific load on the generator (4), the deviation at the addition point (17) is zero and no additional signal reaches the addition point (18) via the feedback (16), directly at the input of the current controller (9).

Für den Leerlauf und für Nennbelastung sowie für alle anso deren Belastungsfälle, welche nicht dieser vorgewählten Belastung entsprechen, ergibt sich eine Abweichung der beiden Ausgangssignale bzw. eine Abweichung im Übertragungsverhalten, und somit gelangt auch ein Zusatzsignal an die Additionsstelle (18). Durch dieses Zusatzsignal und somit durch den gesamten 55 adaptiven Teil wird bei Auftreten einer Regelabweichung das Ausregeln wesentlich beschleunigt und ist für alle Belastungsfälle annähernd gleich. For idling and for nominal load as well as for all other load cases that do not correspond to this preselected load, there is a deviation of the two output signals or a deviation in the transmission behavior, and thus an additional signal also reaches the addition point (18). Through this additional signal and thus through the entire 55 adaptive part, the regulation is significantly accelerated when a control deviation occurs and is approximately the same for all load cases.

Weiters soll nun die Funktionsweise des Regelkreises bei Ansprechen der Begrenzer (8) und/oder (10) erklärt werden. 60 Die Analyse in der Phasenebene eignet sich besonders für die Beschreibung des Übergangsverhaltens des Regelkreises. Sie wurde daher zur Funktionsbeschreibung bei Ansprechen der Begrenzer herangezogen. Furthermore, the operation of the control loop when the limiters (8) and / or (10) respond will now be explained. 60 The analysis at the phase level is particularly suitable for describing the transition behavior of the control loop. It was therefore used to describe the function when the limiter was activated.

Die Fig. 2 zeigt das Übergangsverhalten der Regelgrösse x 65 bei einem Sollwertsprung und einem Ansprechen der nichtlinearen Begrenzer (8, 10). Auf der Ordinate ist die Regelgrösse x aufgetragen, wobei xi der neue Zustand auf welchen die Regelgrösse einschwingen soll, ist, und auf der Abszisse die Zeit t. FIG. 2 shows the transition behavior of the controlled variable x 65 in the event of a setpoint step and a response of the non-linear limiters (8, 10). The controlled variable x is plotted on the ordinate, where xi is the new state to which the controlled variable is to settle, and the time t on the abscissa.

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4 4th

In der Fig. 3 ist die 1. Ableitung der Regelgrösse x über der Zeit t ersichtlich. Letztlich ist in Fig. 4 die 1. Ableitung der Regelgrösse über der Regelgrösse x aufgetragen. 3 shows the first derivative of the controlled variable x over time t. Ultimately, the first derivative of the controlled variable is plotted against the controlled variable x in FIG. 4.

Die Fig. 4 zeigt, dass beim Ansprechen einer der nichtlinearen Begrenzer (8, 10), also beim Erreichen der maximalen Steuergrenze des Spannungsreglers (7), des Stromreglers (9) oder des Stellgliedes (11), welches der Leistungsteil ist, dessen maximale Steuergrenze, infolge der Proportionalverstärkung auch an seinem Eingang abgenommen werden kann, in der Phasenebene eine Schaltgerade (19) geschnitten wird. Die Schaltgerade (19) kommt dadurch zustande, dass die nichtlinearen Begrenzer (8, 10) ähnlich wie zwei Schmitt-Trigger arbeiten und zwar so, dass bei Erreichen eines gewissen Spannungswertes, im besonderen der positiven oder negativen Deckenspannung des Spannungsreglers (7), des Stromreglers (9) oder des Leistungsteiles (11) einer der Begrenzer (8, 10) sprunghaft eine positive oder negative Ausgangsspannung annimmt. Die beiden Begrenzer (8, 10) sind so beschaltet, dass ihr Ausgangssignal, welches an der Subtraktionsstelle (6) anliegt, immer invertiert gegenüber dem an dieser Stelle anstehenden Signal (5) ist, welches die Regeldifferenz darstellt. Fig. 4 shows that when one of the non-linear limiters (8, 10) responds, i.e. when the maximum control limit of the voltage regulator (7), the current regulator (9) or the actuator (11), which is the power section, is reached, its maximum Control limit, due to the proportional gain can also be removed at its input, a switching line (19) is cut in the phase plane. The switching line (19) arises from the fact that the non-linear limiters (8, 10) work similarly to two Schmitt triggers and in such a way that when a certain voltage value is reached, in particular the positive or negative ceiling voltage of the voltage regulator (7), the Current controller (9) or the power section (11) one of the limiters (8, 10) suddenly takes a positive or negative output voltage. The two limiters (8, 10) are wired so that their output signal, which is present at the subtraction point (6), is always inverted compared to the signal (5) present at this point, which represents the control difference.

Denkt man sich zwecks besserer Anschauung die Schaltgerade (19) als zwei eng beisammenliegende Geraden, so pendeln die Trajektorien zwischen diesen beiden Geraden hin und her, If, for the sake of clarity, the switching line (19) is thought of as two closely lying lines, the trajectories oscillate between these two lines,

und zwar so lange, bis jene Trajektorie erreicht ist, welche in den neuen Zustand xi ohne weiteren Schnittpunkt mit einer der Schaltgeraden (19) übergeht. Das Ziel für die, die beiden Schaltgeraden (19) schneidenden Trajektorien ergibt sich aus s der Grösse der Ausgangsspannung der nichtlinearen Begrenzer (8, 10). and until the trajectory is reached which changes to the new state xi without another intersection with one of the switching straight lines (19). The target for the trajectories intersecting the two switching lines (19) results from s the size of the output voltage of the non-linear limiters (8, 10).

Wenn man beide Schaltgeraden (19) wieder als eine Schaltgerade (19) wie in Fig. 4 dargestellt betrachtet, dann wandert die Regelgrösse x beim Ansprechen einer der nichtlinearen Belo grenzer (8, 10) entlang dieser Schaltgeraden (10) mit maximal möglichem Anstieg der Regelgrösse x und zwar so weit, bis wieder der lineare Bereich erreicht werden kann. Die zuletzt durchlaufene Trajektorie (20) hat wesentlich geringeres Überschwingen als die erste Trajektorie (21). If you consider both switching lines (19) again as a switching line (19) as shown in Fig. 4, then the controlled variable x migrates when one of the non-linear Belo limiters (8, 10) along these switching lines (10) with the maximum possible increase in Control variable x and so far until the linear range can be reached again. The last trajectory (20) has a significantly lower overshoot than the first trajectory (21).

15 Der Regler wird also beim Ansprechen der nichtlinearen Begrenzer (8, 10) durch die Rückführung in seinem Zustand sozusagen «eingefroren», wobei beim Entfernen von dieser Schaltgeraden (19), also von der Grenze zum nichtlinearen Bereich, der Verlauf der Regelgrösse x einer um den nichtlinearen Be-20 reich verminderten Sprungantwort Ax entspricht. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Sprungantwort Ax mathematisch durch die Beziehung Ax = Xi - xn ausgedrückt werden kann. Hierbei ist also xN jener Bereich, in dem einer der nichtlinearen Begrenzer (8, 10) anspricht. 15 When the nonlinear limiter (8, 10) responds, the state of the controller is "frozen", so to speak, by the feedback corresponds to the step response Ax, which is reduced by the nonlinear range. From Fig. 2 it can be seen that the step response Ax can be expressed mathematically by the relationship Ax = Xi - xn. Here xN is the area in which one of the non-linear limiters (8, 10) responds.

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1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (4)

658 557 658 557 2 2nd PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS 1. Einrichtung zur Optimierung des Einschwingverhaltens der Regelgrösse einer spannungsgeregelten elektrischen Maschine, insbesondere für die Ausgangsspannung eines Synchrongenerators, dadurch gekennzeichnet, dass einem Stromregler (9) ein Stellglied (11), eine Regelstrecke, welche die elektrische Maschine (4) ist, und dieser ein Istwertumsetzer (14) nachgeschaltet ist, und dass am Eingang des Stromreglers (9) eine Additionsstelle (18) angeordnet ist, an welcher das Ausgangssignal einer Rückführung (16) ansteht, und dass am Eingang dieser Rückführung (16) das Ausgangssignal einer weiteren Additionsstelle (17) anliegt, an welcher das Ausgangssignal einer Modellfunktion (15), deren Eingang an einer Abzweigstelle vor der Additionsstelle (18) am Eingang des Stromreglers (9) angeschlossen ist, und das Ausgangssignal des Istwertumsetzers (14), welches invertiert ist und bei einem bestimmten Belastungsfall dem Ausgangssignal der Modellfunktion (15) entspricht, jedoch bei jedem anderen Belastungsfall am Ausgang der Additionsstelle (17) eine Restabweichung ergibt, addierbar sind, und dass vor der Abzweigstelle der Modellfunktion (15) ein Spannungsregler (7) angeordnet ist, welchem antiparallel ein Begrenzer (8) angeordnet ist, dessen Ausgang an eine Subtraktionsstelle (6) am Eingang des Spannungsreglers (7) angeschlossen ist, und dass ausserdem ein weiterer Begrenzer (10) vom Ausgang des Stromreglers (9) ebenfalls an diese Subtraktionsstelle (6) geführt ist, und dass eine weitere mit der Subtraktionsstelle (6) verbundene Subtraktionsstelle (1) vorgesehen ist, an die das Ausgangssignal des Istwertumsetzers (14) und ein Signal, welches dem Sollwert (2) der Regelgrösse entspricht, gelangen. 1. Device for optimizing the transient response of the controlled variable of a voltage-controlled electrical machine, in particular for the output voltage of a synchronous generator, characterized in that a current regulator (9) has an actuator (11), a controlled system, which is the electrical machine (4), and this an actual value converter (14) is connected downstream, and that at the input of the current controller (9) there is an addition point (18) at which the output signal of a feedback (16) is present, and that at the input of this feedback (16) the output signal of a further addition point (17) is present, at which the output signal of a model function (15), the input of which is connected to a branch point in front of the addition point (18) at the input of the current controller (9), and the output signal of the actual value converter (14), which is inverted and at corresponds to a certain load case the output signal of the model function (15), but with any other load If there is a residual deviation at the output of the addition point (17), it can be added, and that a voltage regulator (7) is arranged in front of the branch point of the model function (15), and a limiter (8) is arranged antiparallel, the output of which is connected to a subtraction point (6 ) is connected to the input of the voltage regulator (7), and that a further limiter (10) is also guided from the output of the current regulator (9) to this subtraction point (6), and that another subtraction point (6) connected to the subtraction point (6) 1) is provided, to which the output signal of the actual value converter (14) and a signal which corresponds to the setpoint value (2) of the controlled variable arrive. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsregler (7) ein proportional integral beschal-terer Operationsverstärker und der Stromregler (9) ein proportional beschalteter Operationsverstärker ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the voltage regulator (7) is a proportional integrally connected operational amplifier and the current regulator (9) is a proportional connected operational amplifier. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellfunktion (15), die Additionsstelle (17) und die Rückführung (16) mit entsprechend beschalteten Operationsverstärkern nachgebildet sind. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the model function (15), the addition point (17) and the feedback (16) are simulated with appropriately connected operational amplifiers. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Modellfunktion (15), die Additionsstelle (17) und die Rückführung (16) mit einem Programm in einem Digitalrechner nachbildbar sind. 5. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the model function (15), the addition point (17) and the feedback (16) can be simulated with a program in a digital computer.
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