CH679340A5 - - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zum Testen von einer elektrischen Energieerzeugungseinrichtung. Eine Einrichtung zum Testen elektrischer Geräte und insbesondere eine Einbau-Testeinrichtung zum Durchführen von ON-LINE-Tests und zur Lieferung einer Diagnosefähigkeit eines digitalen Leistungssystem-Stabilisators für ein elektrisches Turbinengeneratorsystem hängt damit zusammen.

Ein Leistungssystem-Stabilisator ist eine Hilfssteuervorrichtung, die in Verbindung mit grossen Leistungsturbinengenerator-Erregungssystemen verwendet wird, um die Dämpfung der elektrome-chanischen Schwingungen des Leistungssystems zu vergrössern. Die Arbeitsweise und Einzelheiten eines Leistungssystem-Stabilisators sind allgemein bekannt, und es gibt verschiedene Arten der Implementation. Im allgemeinen liefert jedoch ein Leistungssystem-Stabilisator eine einstellbare Grösse des Gewinnes bzw. der Verstärkung und der Phasenvoreilung zwischen einem Signal, das der Generatorwellendrehzahl proportional ist, und einer Generatorausgangsspannung, die einen selbsttätigen Spannungsregler und einen Generatorerreger verwendet. In der Vergangenheit wurde der Leistungssystem-Stabilisator durch analoge Techniken unter Verwendung analoger Filter implementiert, deren Charakteristiken so ausgelegt waren, dass der gewünschte Gewinn und das Phasenverhalten erhalten wurden. In der jüngeren Vergangenheit ging die Technik in Richtung auf digitale Steuerungen und Regelungen einschliesslich der Implementation von digitalen Leistungssystem-Stabilisatoren.

Eine weit verbreitete Anwendung von Leistungssystem-Stabilisatoren wurde jedoch behindert durch das Erfordernis für periodische Untersuchungen der Einrichtung, um deren Betriebsstatus zu erfassen. Diese Tests haben üblicherweise einen qualifizierten Experten erfordert, um Frequenzmessungen am Ort des Generators unter Verwendung komplexer Testgeräte durchzuführen.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Testen von einer elektrischen Energieerzeugungseinrichtung zu schaffen. Weiterhin soll ein Verfahren zum Testen eines Energiesystem-Stabilisators geschaffen werden, der in Verbindung mit einem elektrischen Energieerzeugungssystem verwendet wird. Das Verfahren soll einen ON-LINE-Test des Stabilisators durchführen. Weiterhin soll ein Leistungstest des Stabilisators entweder lokal oder entfernt durchgeführt werden, um das Bestehen von gewissen Betriebsparametern für eine gegebene Konfiguration eines elektrischen Generatorsystems zu überprüfen. Dabei soll das Testen des Stabilisators von einer entfernten Stelle durchgeführt werden, ohne dass ein Spezialist von einem zentralen Ingenieurbüro losgeschickt werden muss, um eine erforderliche Wartung und einen Leistungstest am Ort des Generators durchzuführen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Insbesondere wird ein Verfahren geschaffen, um einen vollständigen Funktionstest des Leistungssystem-Stabilisators durchzuführen, indem zwei Tests durchgeführt werden, nämlich ein ON-LINE-Modulationstest und ein Systemansprechtest.

Bei dem ON-LINE-Modulationstest wird eine von einem Mikroprozessor erzeugte interne Sinuswelle mit einer Frequenz von 0,5 Hertz (Hz) als ein frequenzmodulierendes Eingangssignal an einen eine kontinuierliche Welle liefernden Frequenzwandler angelegt, der in dem Leistungssystem-Stabilisator enthalten ist. Ein richtiger Betrieb hat eine Ausgangsspannung bei der erzeugten Modulationsfrequenz zur Folge. Das Ausgangssignal aus dem Frequenzwandler wird sowohl vor und nach der Einleitung des Tests verarbeitet und in einem digitalen Speicher gespeichert. Ein Vergleich der Ergebnisse liefert eine Bestimmung sowohl des Gewinnes bzw. der Verstärkung als auch der Phasenverschiebung, um den richtigen Betrieb des Stabilisators zu zeigen.

Bei dem zweiten Test wird ein Signal in Form einer Spannungsstufe bzw. eines Rechteck-Signals erzeugt und an den Ausgang des Leistungssystem-Stabilisators angelegt, der mit der Erregerschaltung des Generators verbunden ist. Dies hat die Wirkung, dass gewisse Schwingungsmoden des Systems stimuliert werden. Die Reaktionen des Generators auf diese Stimulation werden abgetastet, gespeichert und anschliessend verwendet, um die Dämpfung des Systems unter den bestehenden Systembedingungen zu ermitteln.

Diese einfachen Tests können dazu verwendet werden, den Betriebsstatus des Leistungssystem-Stabilisators und die Angemessenheit seiner Einstellungen zu überprüfen. In einer weiteren Ausführungsform sind ein lokales Terminal und ein Telefonmodem vorgesehen und mit einem Kommunikationsport eines Mikroprozessors verbunden, der in dem Stabilisator enthalten ist und für ein Einbau-Test-Merkmal sorgt, das angesprochen werden kann, wobei die Ergebnisse entweder lokal oder an einer Stelle entfernt von dem Leistungssystem ausgewertet werden können.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 - ist ein elektrisches Blockdiagramm und zeigt schematisch ein elektrisches Turbinengenera-tor-Leistungssystem, das einen damit verbundenen Stabilisator des Leistungssystems aufweist.

Fig. 2 - ist ein elektrisches Blockdiagramm und zeigt den in Fig. 1 dargestellten Stabilisator.

Fig. 3 - ist ein genaueres elektrisches Blockdiagramm von einem digitalen Stabilisator des Leistungssystems, der in Verbindung mit der Erfindung verwendet ist.

Fig. 4 - ist ein elektrisches Blockdiagramm von einem eine kontinuierliche Welle liefernden Frequenzwandler, der ein Teil des in Fig. 3 gezeigten Stabilisators ist.

Fig. 5 - ist ein Fliessbild von einem Computerprogramm zum Erzeugen eines sinusförmigen Signals zum Modulieren des in Fig. 4 gezeigten Frequenzwandlers.

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Fig. 6 - ist ein Fliessbild von einem Computerprogramm, um die diskrete Fourier-Transformation zu erhalten, um Verstärkungs- und Phaseninformation in Verbindung mit einem ON-LINE-Modulationstest gemäss der Erfindung zu erhalten.

Fig. 7 - ist ein Blockdiagramm von einem Pha-senausfail-Detektor, der in dem in Fig. 4 gezeigten Frequenzwandler enthalten ist.

Fig. 8 - ist ein elektrisches Blockdiagramm von dem komplexen Leistungswandler, der einen Teil des in Fig. 3 gezeigten Stabilisators bildet.

In Fig. 1 ist ein Wechselspannungs-Leistungser-zeugungssystem mit einem Wechselspannungsgenerator 10 gezeigt, der typisch ein dreiphasiger Turbinengenerator mit einer Netzfrequenz von 50 bzw. 60 Hz ist und der mit einem Verbrauchersystem 12 über eine dreiphasige Übertragungsleitung 14 verbunden ist. Bekanntlich kann ein derartiges System unerwünschte elektromechanische Schwingungsmoden aufweisen, die, wenn sie nicht in geeigneter Weise gedämpft werden, Schwingungen erzeugen können, die sich aufbauen und dazu führen, dass der Turbinengenerator von dem System getrennt wird, und/oder zu einer katastrophalen Beschädigung des Generators und der zugehörigen Einrichtungen führen. Diese Schwingungen werden durch einen Leistungssystem-Stabilisator 16 unterdrückt, der Eingangsspannungen und Eingangsströme von einem Satz dreiphasiger Spannungstransformatoren 18 und Stromtransformatoren 20 erhält. Der Stabilisator 16 erzeugt ein analoges Rückführungssignal, das einem selbsttätigen Spannungsregler 22 zugeführt wird, der den Erreger 24 für den Generator 10 steuert bzw. regelt.

Bei relativ niedrigen Schwingungsfrequenzen des Leistungssystems zwischen 0,1 und 2,0 Hz weisen der Spannungsregler 22, der Erreger 24 und der Generator 10 eine Phasennacheilung auf. Der Stabilisator 16 wird dazu verwendet, ein Signal proportional zu der Rotordrehzahl des Generators, der Netzfrequenz, der elektrischen Leistung und/oder Kombinationen davon in den Spannungsregler 22 einzugeben und für eine Phasenvoreilung zu sorgen, um diese Phasennacheilung zu kompensieren. Der Turbinengenerator 10 kann auch mechanische Torsionsresonanzen aufweisen, deren Dämpfung ebenfalls durch die Wirkung des Stabilisators des Leistungssystems vermindert werden kann. Der Stabilisator muss deshalb eine geringe Verstärkung bei Frequenzen entsprechend den mechanischen Torsionsresonanzen aufweisen. Da die vorherrschende Frequenz die Grundfrequenz des Systems ist, d.h. 60 Hz für ein 60-Hz-System bzw. 50 Hz für ein 50-Hz-System, liefert der Stabilisator 16 auch eine kleine Verstärkung bei der Grundfrequenz des Leistungssystems, um das Grundfrequenzrauschen zu minimieren.

Der Stabilisator 16 des Leistungssystems ist schematisch in Fig. 2 gezeigt und enthält typisch u.a. einen elektrischen Wandler, der ein Signal erzeugt, das entweder der Rotordrehzahl, der Generatorfrequenz, der elektrischen Leistung des Generators oder gewissen Kombinationen davon proportional ist. Vorzugsweise weist der Wandler 26 einen eine kontinuierliche Welle erzeugenden Frequenzwandler CWFT auf, der ein analoges Gleich-spannungs-Ausgangssignai proportional zu der Frequenz der Generatorklemmenspannung erzeugt. Dieses Signal wird in eine Ampiitudenform-schaltung 28 eingegeben, der eine Phasenform-schaltung 30 folgt. Das Ausgangssignal aus der Phasenformschaltung 30 wird dann in einen Signalbegrenzer 32 und dann in eine Pufferschaltung 34 eingegeben, die für eine richtige Skalierung und Trennung zwischen dem Stabilisator des Leistungssystems und des in Fig. 1 gezeigten Spannungsreglers sorgt.

Zusätzlich ist auch eine Schutzschaltung 36 vorgesehen, die die Eingangssignale von dem Wandler 26 und dem Begrenzer 32 empfängt, um die Signalübertragung von dem Puffer 34 zu hemmen, wenn dies erforderlich ist.

Fig. 3 zeigt einen digitalen Leistungssystem-Stabilisator 16', der in Verbindung mit der erfindungs-gemässen Schaltung verwendet wird und einen Teil davon bildet. Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist der Ausgang des Stabilisators 16' mit dem elektrischen Generator 10 durch einen Spannungsregler 22 und eine Erregereinheit 24 verbunden, die mit einer Feldwicklung 25 des Generators 10 verbunden ist. Der Generator 10 weist eine dreiphasige Synchronmaschine mit Phasen A, B und C auf, die mit drei elektrischen Leistungsausgangsleitungen La, Lb, Lc verbunden ist. Weiterhin sind in Fig. 3 drei Spannungstransformatoren 18i, 182 und 183 gezeigt, deren Primärwicklungen auf entsprechende Weise mit den Netzleitungen La, Lb und Lc verbunden sind. Die Ausgangswicklungen dieser Transformatoren liefern auf entsprechende Weise Signale, die den Leiter-Sternpunkt-Klemmenspannungen Vna, Vnb und Vnc entsprechen. Diese sind gemeinsam mit dem Frequenzwandler 26 und einem komplexen Leistungswandler 27 durch Leiter 38, 40 und 42 verbunden. Drei Stromtransformatoren 20i, 2O2 und 2O3 sind mit ihren entsprechenden Primärwicklungen mit den drei Phasennetzleitungen La, Lb und Lc in Reihe geschaltet, um in ihren entsprechenden Sekundärwicklungen Signale zu liefern, die den Leitungsströmen Ia, Ib und lc entsprechen. Diese Leitungsstromsignale werden dem komplexen Leistungswandler 27 über die Signalleiter 44, 46 und 48 zugeführt. Die Einzelheiten des Frequenzwandlers 26 und des Leistungswandlers 27 sind in den Fig. 4 und 8 gezeigt und werden nachfolgend näher erläutert.

Der Frequenzwandler 26 liefert zwei Ausgangssignale auf Signalleitern 50 und 52, die auf entsprechende Weise einer Ableitung von der Generatorleitungsfrequenz (Af) und der Leitungsfrequenz (f) entsprechen. Der Frequenzwandler 26 empfängt auch ein Frequenzreferenz-Gleichspannungseingangssignal auf dem Leiter 54 und, während eines ON-LINE-Tests gemäss der Erfindung, ein frequenzmodulierendes Eingangssignal auf einer Signalleitung 56.

Die Ausgangssignale aus dem eine kontinuierliche Welle liefernden Frequenzwandler 26 und dem komplexen Leistungswandler 27 sind analoge Signa-

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le, die als nächstes digitalisiert werden; bevor sie jedoch in digitale Signale konvertiert werden, werden sie durch einen Satz von Anti-Aliasing-Signal-filtern 58 geleitet, die dazu verwendet werden, Hochfrequenzkomponenten in den analogen Signalen zu beseitigen. Diese Hochfrequenzkomponenten haben eine Tendenz, eine Verformung bzw. Verzerrung aufgrund eines Sampling-Prozessors einzuführen, der von Natur aus ein Teil der Handhabungsoperationen von digitalen Signalen ist. Diese gefilterten Analogsignale werden durch einen Ana-log/Digital-Wandler 74 in Digitalsignale konvertiert bzw. umgewandelt. Das Ausgangssignal aus dem A/D-Wandler 74 wird einem digitalen Mikroprozessor 76 zugeführt, der beispielsweise ein Mikroprozessor Intel 80 286 ist, der mit programmierten Instruktionen programmiert ist, um durch Software ein amplitudenformendes Digitalfilter 78, ein phasenformendes Digitalfilter 80, einen Sinuskurven-Testge-nerator 84, einen Rechteck-Testgenerator 86, eine Signalsummierstelle 88 und einen Ausgangsbegrenzer 90 zu implementieren.

Die zwei Filter 78 und 80 sorgen für die erforderliche Verstärkungs- und Phasenkompensation, die zur Dämpfung von Schwingungsmoden des Leistungssystems erforderlich ist. Der Ausgangsbegrenzer 90 begrenzt den Bereich des Ausgangssignals aus den digitalen Filtern 78 und 80, so dass der digitale Stabilisator des Leistungssystems die normale Reglerwirkung während des Grosssignalbetriebs nicht übersteuern bzw. überdecken kann. Der Signalsummierer 88 arbeitet in Verbindung mit dem Rechteckwellen-Testgenerator 86, um eine Rechteck-Spannung in die Ausgangsgrösse des Stabilisators gemäss einem zu beschreibenden Test einzuführen.

Zu dem Mikroprozessor 76 gehören weiterhin ein digitaler Speicher 92 und ein mit einer Schnittstelle RS232C kompatibles digitales Kommunikationsport 94, das seinerseits mit einem Modem 96 oder einem lokalen Zugangsterminal 98 verbunden ist. Ein bidirektionaler digitaler Datenbus 100 verbindet den Mikroprozessor 76 mit dem Speicher 92, während das Kommunikationsport 94 mit dem Speicher indirekt über einen bidirektionalen digitalen Datenbus 102 verbunden ist, der mit dem Mikroprozessor 76 in Verbindung steht. Das Kommunikationsport ist auch mit dem Modem 96 und dem lokalen Terminal über den Datenbus 103 verbunden.

Die digitale Ausgangsgrösse aus dem Ausgangsbegrenzer 90, der in dem Mikroprozessor 76 enthalten ist, wird einem Digital/Analog-Wandler 104 zugeführt. Die analoge Ausgangsgrösse aus dem D/A-Wandler 104 wird dann einem Pufferverstärker 106 zugeführt, wo sie einer Summierstelle (nicht gezeigt) des Spannungsreglers 22 zugeführt wird, um in üblicher Weise ein Stabiiisierungssignal zuzuführen. Erfindungsgemäss wird dieses Signal über einen Satz von Relaiskontakten 108 und einem Signalleiter 110 zugeführt. Die Relaiskontakte 108 sorgen für eine EIN/AUS-Steuerung des Stabilisatorsignals, falls ein abgetasteter Systemfehler durch die Systemschutz-Software 91 abgetastet wird. Der Satz von Relaiskontakten 108 wird durch einen Steuerblock 93 des Mikroprozessors 76 gesteuert.

Der Steuerblock 93 steuert auch einen zweiten Satz von Relaiskontakten 112, die im geschlossenen Zustand ein Signal von dem Sinuskurven-Testgenerator 84 über den D/A-Wandler 104, die Anti-Ali-asing-Filter 58 und zum Frequenzwandler 26 über den Signalleiter 56 zuführen.

Der Sinuskurven-Testgenerator 84 wird für eine Frequenzmodulation des Frequenzwandlers 26 verwendet, um einen ON-LINE-Betriebstest durchzuführen. Andererseits wird der Rechteckwellen-Testgenerator 86 dazu verwendet, eine Störung in das System einzuführen, wie es nachfolgend näher erläutert wird, um die Einstellungen des Stabilisators des Leistungssystems durch die Erregereinheit 24 zu testen. Eine lokale Kommunikation mit dem digitalen Stabilisator 16, um diese beiden Tests einzuleiten, erfolgt durch das lokale Terminal 98 und das Kommunikationsport 94. Eine Fernkommunikation mit dem digitalen Stabilisator 16, um diese Tests einzuleiten, erfolgt durch das Modem 96, das mit einer Telefonleitung 116 und dem Kommunikationsport 94 verbunden ist.

Wie bereits ausgeführt wurde, hat der Stabilisator 16' des Leistungssystems im Grunde die Funktion, eine Phasenvoreilung zwischen dem Ausgang des eine kontinuierliche Welle liefernden Frequenzwandlers 26 und der Ausgangsspannung des Generators 10 zu bilden. Im Ruhezustand ist dessen Ausgangsgrösse normalerweise Null oder sehr nahe bei Null. Da die Phasenverschiebung kritisch ist für einen richtigen Betrieb des Stabilisators des Leistungssystems und da ein normaler Betrieb im wesentlichen keine Ausgangsspannung erzeugt, ist die Verwendung eines geeigneten Testsignals erforderlich für eine adäquate Ermittlung des Betriebsstatus des Stabilisators 16'.

Die Schwingungsfrequenzen von einer Ansammlung von mehreren Turbinengeneratoreinheiten an dem einen Ende eines Netzwerkes, die gegen eine Ansammlung von Generatoreinheiten an dem anderen Ende eines Netzwerkes schwingen, sind als Zwischenschwingungen bekannt. Die Grundfrequenz von Zwischenschwingungsmoden liegt typisch in dem Bereich von 0,2 bis 0,5 Hz. Da dieser Schwingungstyp viele Einheiten beinhaltet, die als das Äquivalent einer einzigen grossen Einheit schwingen, sind die Schwingungen relativ unempfindlich gegenüber einer Stimulation bzw. Anregung von einer einzelnen Turbinengeneratoreinheit.

Wenn also eine Frequenz nahe der Zwischenschwingungsfrequenz für ein Testsignal verwendet wird, spricht das System sehr wenig an, so dass das Ansprechverhalten des Stabilisators des Leistungssystems auf das Testsignal in diesem Bereich durch Systemantworten nicht beeinflusst wird. Deshalb wird erfindungsgemäss ein Testsignal mit z.B. 0,5 Hz durch den Sinuswellen-Testgene-rator 84 des Mikroprozessors 76 generiert und dem Frequenzwandler 26 in dem digitalen Stabilisator 16' für einen ON-LINE-Modulationstest zugeführt.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel des eine kontinuierliche Welle liefernden Frequenzwandlers 26 gezeigt. Dieser Wandlertyp ist besonders brauchbar, da gefunden wurde, dass er unempfind-

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lieh gegenüber Rauschen ist, das typisch in einem derartigen Leistungssystem besteht. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, enthält der Eingang zu dem Frequenzwandler insbesondere die drei Phasen Vna, Vnb und Vnc der Generatorklemmenspannung, die auf den Signalleitern 38, 40 und 42 (Fig. 3) auftreten. Die drei Klemmenspannungssignale werden einer dreiphasigen Multiplizierschaltung 118 zugeführt, die auch die drei sinusförmigen Ausgangssignale empfängt, die auf den drei Signalieitungen 120a, 120b und 120c von einem dreiphasigen spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 121 auftreten. Die drei letztgenannten Signale sind gegenseitig um 120 Grad elektrisch verschoben und sind senkrecht zu den drei Generatorklemmenspannungen, die auf den Eingangsleitern 38, 40 und 42 auftreten. Der Multiplizierer 118 multipliziert gleiche Signalpaare und summiert die entstehenden Ausgangsgrössen. Die summierte Ausgangsgrösse des Multiplizierers 118 wird einem Integrator 120 über ein Sperrfilter 122 für die zweite Harmonische zugeführt. Die Ausgangsgrösse des Integrators wird dann einer Vorei-lungsschaltung 124 mit einer Übergangsfunktion von 1+ST zugeführt, wobei S der Laplace-Transfor-mator und T die Zeitkonstante der Voreilungsschal-tung sind. Im normalen Betrieb erscheint die Ausgangsgrösse der Voreilungsschaltung an dem Knotenpunkt 126 und weist ein Signal unterschiedlicher Amplitude proportional zu der Differenz (Af) zwischen der augenblicklichen Frequenz der Generatorklemmenspannungen und der angenommenen Nominalfrequenz auf. Das an dem Knotenpunkt 126 erscheinende Signal wird einem Ausgangsverstärker 127 mit einer vorbestimmten Verstärkung und dem einen Eingang von einer Summierstelle 128 zugeführt, dessen anderer Eingang ein Referenzsignal mit positiver Gleichspannung ist. Dieses Referenzsignal kann beispielsweise von dem Schleiferarm eines geeigneten Potentiometers (nicht gezeigt) abgenommen werden, das zwischen eine Quelle für ein positives Potential und Erde bzw. Masse in bekannter Art geschaltet ist. Im normalen Betrieb bildet die Ausgangsgrösse der Summierstelle 128 den Eingang zu dem spannungsgesteuerten Oszillator 121. Das Gleichspannungs-Referenzsignal wird auf einen Wert gesetzt, der beim Fehlen irgendeines Signals am Knotenpunkt 126 bewirkt, dass der spannungsgesteuerte Oszillator 121 bei einer Frequenz gleich der angenommenen Frequenz des Eingangssignals, beispielsweise 60 Hz für ein 60-Hz-Sy-stem, schwingt.

Es ist eine zusätzliche Summierstelle 130 zwischen der Summierstelle 128 und dem spannungsgesteuerten Oszillator (VCO) 121 angeordnet, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Der Zweck der Summierstelle 130 besteht in der Zuführung des vorgenannten 0,5-Hz-Testsignals, das durch den Sinuskurven-Test-generator 84 generiert und in Software durch den Mikroprozessor 76 implementiert ist, um für eine Frequenzmodulation des spannungsgesteuerten Oszillators 121 zu sorgen. Das sinusförmige 0,5-Hz-Testsignal wird über einen Signalleiter 56 zugeführt, das zu dem Sinuswellen-Testgenerator 84 über den Signalleiter 85, der mit dem D/A-Wandler

104 verbunden ist, die Relaiskontakte 112 und die Anti-Aliasing-Filter 58 zurückgeführt ist.

Während des ON-LINE-Modulationstestbetriebs demoduliert die Frequenzabtastschaltung, die den dreiphasigen Multiplizierer 118 in dem Frequenzwandler 26 aufweist, den spannungsgesteuerten Oszillator 121, wobei ein 0,5-Hz-Ausgangssi-gnal auf dem Leiter 50 des Verstärkers 127 mit einer Amplitude erzeugt wird, die der Frequenzabweichung (Af) proportional ist.

Um einen derartigen Test durchzuführen, speichert der digitale Speicher 92, der mit dem Mikroprozessor 76 durch den Datenbus 100 verbunden ist, Werte der 0,5-Hz-Testeingangsspannung, die auf dem Signalleiter 96 auftritt, die Ausgangsspannung von dem Frequenzwandler 26 auf dem Leiter 50 und die Ausgangsspannung von dem Stabilisator 16', die am Ausgang des Puffers 106 erscheint und die zu dem A/D-Wandler 74 über den Leiter 109 und die Filter 58 rückgeführt ist. Ein Zugang zu den Testergebnissen, die in dem Speicher 92 gespeichert sind, wird über den Kommunikationsport 94 erhalten.

Die Daten werden in dem Speicher 92 mit einer geeigneten Folgefrequenz, beispielsweise 20 Hz, gespeichert, damit der Digitalisierungsprozess keine übermässige Phasenverschiebung in die gespeicherten Signale einführt. Die gespeicherten Daten gestatten, dass die Verstärkung und Phasenverschiebung durch den Stabilisierer 16' ermittelt werden, indem die einzelnen Datenpunkte entsprechend dem Pufferausgangssignal des Stabilisierers, das auf dem Signalieiter 109 erscheint, und dem Eingangsmodulationssignal, das dem Wandler auf der Leiter 56 zugeführt wird, aufgezeichnet (geplottet) wird. Diese Berechnung kann dann mit vorhergehenden Daten verglichen werden, um zu ermitteln, ob irgendeine Änderung gegenüber einem Satz von Parametern aufgetreten ist, die während eines vorhergehenden Eingabeverfahrens in das System eingegeben wurden.

Es wird nun kurz die Erzeugung des 0,5-Hz-Si-nuskurven-Testsignals zum Ausführen des ON-LINE-Modulationstests betrachtet. Der Testgenerator 84 generiert eine stufenförmige Annäherung einer Sinuswelle durch einen gespeicherten Satz von Instruktionen oder eine Subroutine, die allgemein als ein Programm bezeichnet wird. Fig. 5 zeigt das Fliessbild, das für die Implementation des sinusförmigen Signals mit einer Frequenz von 0,5 Hz verwendet wird. Der Mikroprozessor 76 ist so programmiert, dass er eine Tabelle von Sinuswerten in dem Bereich zwischen 0° und 90° enthält. Ein nicht gezeigter Programmzähler, der in dem Mikroprozessor 76 enthalten ist, wird für jeden Durchlauf des Programms inkrementiert und läuft mit einer Frequenz von 60 Hz oder Netzfrequenz. Ein Viertel einer Sinuswelle (90°) entspricht dreissig Durchläufen durch das Programm. Das Programm kann darüber hinaus Sinuswerte von 90" bis 360° mit dem in Fig. 5 gezeigten Schema generieren.

Der erste Entscheidungsblock 132 ermittelt die Einleitung eines ON-LINE-Modulationstests. Die Entscheidungsblöcke 134, 136, 138 und 140 geben nachfolgend ausgeführte Schritte an, um zu ermit5

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teln, in welchem Quadranten die erzeugte Sinuswelle liegt. Die Blöcke 142, 144,146 und 148 enthalten Quadrantentabellen-Einstellschritte mit unterschiedlichen Argumenten in Abhängigkeit von dem Quadranten, für den die Sinuswerte erwünscht sind. Um das Testsignal zu skalieren, werden die Werte aus der Einstelltabelle mit einem Amplitudenfaktor im Schritt 150 multipliziert, wobei das Zähl-inkrement im Schritt 156 verfolgt wird. Am Ende von jedem Sinuswellen-Zyklus geben die Blöcke 152 und 154 Schritte an für die Ausgabe für sin 0° bei der ersten Zählung (Zähler = 1). Ein Digital/Analog-Um-wandlungsschritt wird als nächstes durchgeführt, wie es durch den Block 157 angegeben ist, und dieser Schritt wird in dem D/A-Wandler 104 (Fig. 3) implementiert, wo das Signal dann zu dem Frequenzwandler durch die Anti-Aliasing-Filter 58 über die Relaiskontakte 112 und den Signalleiter 113 zurückgeführt wird, wo es dann in die Summierstelle 130 gemäss Fig. 4 eingegeben wird.

Da die Daten bei einer einzigen Frequenz erhalten werden, kann eine sehr genaue Verstärkungsund Phaseninformation aus den im Speicher 92 gespeicherten Testergebnissen erhalten werden durch Verwendung einer bekannten Technik, die die diskrete Fourier-Transformation (DFT) genannt wird. Fig. 6 zeigt ein Fliessbild von einem im Mikroprozessor 76 implementierten Programm, um die Fourier-Transformation für jede gemessene Variable zu erhalten. Die Einzelheiten einer derartigen Subroutine sind bekannt und beispielsweise in einer Veröffentlichung mit dem Titel «Use A Personal Computer And DFT To Extract Data From Noisy Signals», von C. Foley et al., in EDN, 5. April 1984, Seiten 215-232, beschrieben.

Die Verstärkung wird dadurch berechnet, dass die Amplitude der Ausgangsgrösse des Stabilisators aus dem Puffer 106, die auf dem Signalleiter 109 erscheint, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, durch die Amplitude des sinusförmigen Modulationssignals dividiert wird, das dem Frequenzwandler 26 auf dem Signalleiter 56 zugeführt wird. Die Phasenverschiebung wird dadurch erhalten, dass die Phase des Modulationssignals auf dem Leiter 56 von der Phase des Ausgangssignals des Stabilisators, das auf dem Signalleiter 109 erscheint, subtrahiert wird. Es wird in Verbindung mit Fig. 6 deutlich, dass die Amplituden- und Phasenwerte in Schritten 160 und 162 ermittelt werden, woran sich die Berechnung von gewissen Skaiarwerten in Schritten 164 und 166 an-schliesst. Die Verstärkung und Phasenverschiebung werden im Schritt 168 berechnet.

Es sei darauf hingewiesen, dass der eine kontinuierliche Welle liefernde Frequenzwandler 26 weiterhin richtig arbeitet während des Bestehens eines Zustandes, der als Gegenkomponente bekannt ist, wobei eine oder zwei der Eingangsphasenspannungen Vna, Vnb oder Vnc ausgefallen sind. Die niedrige Frequenz des 0,5-Hz-Modulationstests beeinträchtigt nicht die Integrität des Eingangsspannungssignals. Jedoch bewirkt der Verlust (Ausfall) von einer oder zwei Phasen der Generatorklemmenspannung, dass eine grosse zweite Harmonische der Generatornetzfrequenz am Ausgang des dreiphasigen Multiplizierers 118 (Fig. 4) des Frequenzwandlers 26 erzeugt wird. Normalenweise wird dieses Signal für die zweite Harmonische der Integratorschaltung 120 und der Voreilungsschal-tung 124 zugeführt. Hier ist jedoch ein Sperrfilter für die zweite Harmonische zwischen dem Multiplizierer 11' und dem Integrator 120 eingefügt. Das Sperrfilter für die zweite Harmonische wird darüber hinaus gemäss der Erfindung durch ein «biquadratisches» Aktivfilter implementiert, wie es in der Filtertechnik allgemein bekannt ist. Obwohl es nicht gezeigt ist, liefert der eine Abschnitt dieses Filters ein Signal der zweiten Harmonischen, wenn sie vorhanden ist. Weiterhin ist eine Detektorschaltung 170 für die zweite Harmonische in dem Frequenzwandler 26 enthalten, wie er in Fig. 4 gezeigt ist, um ein Signal zu liefern, das das Vorhandensein dieser zweiten Harmonischen anzeigt. Die Einzelheiten des Detektors für die zweite Harmonische sind in Fig. 7 gezeigt.

Gemäss Fig. 7 wird die Detektorschaltung 170 von einer einen Präzisionsgleichrichter und ein Filter enthaltenden Schaltung gebildet, die durch den Block 172 gezeigt ist und die ein Signal auf dem Leiter 174 liefert, das proportional zu dem mittleren Signalgehalt der zweiten Harmonischen ist. Dieses Signal wird dann mit einem Gleichspannungs-Refe-renzsignal in einer Komparatorschaltung 176 verglichen. Das Referenzsignal wird von einer Quelle einer variablen Gleichspannung (nicht gezeigt) zugeführt, die mit dem Leiter 178 verbunden ist. Die Ausgangsgrösse des Komparators verändert ihren Zustand, wenn die Amplitude des die zweite Harmonische darstellenden Signals den Gleichspannungs-Referenzschwellwert überschreitet, wobei das entsprechende Signal auf einem Leiter 180 erscheint. Die Ausgangsgrösse des Komparators wird einer Zeitverzögerungsschaltung 182 zugeführt, die ihren Zustand nach einer vorbestimmten Zeitverzögerung ändert und ein Phasenverlustsignal auf dem Leiter 184 liefert. Dieses Phasenverlustabtastsi-gnal, das auf dem Leiter 184 erscheint, wird anschliessend umgewandelt in TTL-Logikwerte in dem Block 186, wie er in Fig. 4 gezeigt ist. Ein digitales Phasenverlustsignal erscheint auf dem Leiter 188, der mit dem Mikroprozessor 76 verbunden ist, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Diese Zustandsänderung wird durch die Schutz-Software 92 gelesen, die ihrerseits dazu dient, einen entsprechenden Alarm auszulösen. Diese Zusammenarbeit mit dem sinusförmigen Niederfrequenz-Modulationstest gestattet einen vollständigen Funktionstest der Steuerschleife des Stabilisierers.

Zusätzlich zu der Fähigkeit, den Funktionsstatus des Stabilisierers 16' des Leistungssystems zu testen und zu überprüfen, ist es von höchster Bedeutung, die Angemessenheit der Einstellungen demonstrieren zu können, die beim Einstellen der gewünschten Filter-Charakteristiken der digitalen Amplitudenform- und Phasenformfilter 78 und 80 des Stabilisierers 16' vorgenommen sind, wie es in Fig. 3 gezeigt ist. Die derzeitige Praxis bedingt, dass die Einstellungen für die Verstärkung und die Zeitkonstante des System-Stabilisierers unter Verwendung bekannter Simulations- und Testtechniken

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gefunden werden. Diese Einstellungen sind weiterhin normalenweise ein Kompromiss, der für angemessene Stabilitätsgrenzen für angenommene Lasten und Systemkonfigurationen darstellt.

Bei Erregungssystemen, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, die kleine Zeitkonstanten aufweisen, und für System-Konfigurationen, die eine kleine Dämpfung der vorherrschenden Schwingungsfrequenz des Systems zur Folge haben, hat die Erfindung als eine ihrer Hauptaufgaben zusätzlich zu dem ON-LINE-Modulationstest die Aufgabe, bekannte Schwingungsmoden, örtliche bzw. lokale Moden genannt, zu stimulieren durch Einfügen eines rechteckförmi-gen Spannungssignals in dem Spannungsregler 22, wie er in Fig. 3 gezeigt ist. Zu diesem Zweck enthält der Mikroprozessor 76 ein Programm, das einen Stufentestgenerator implementiert, wie er durch den Block 86 dargestellt ist, und der ein kleines Stufen* oder Rechteck-Signal generiert, das dem Spannungsregler 22 über den digitalen Signalsummierer 88, den Ausgangsbegrenzer 90, den D/AWandler 104, den Puffer 106, die Relaiskontakte 108 im geschlossenen Zustand und den Signalleiter 110 zugeführt wird.

Das Anlegen des Stufen- oder Rechteck-Signals an den Spannungsregler 22 bewirkt, dass die Generatorfeldspannung, die durch den Erreger 24 gesteuert ist, abrupt auf einen neuen Wert wechselt. Diese abrupte Änderung in der Feldspannung stimuliert die gewünschten lokalen Schwingungsmoden. Der komplexe Leistungswandler 27, der in Fig. 3 gezeigt ist, und der eine kontinuierliche Welle liefernde Frequenzwandler 26, der in dem Stabilisierer 16' enthalten ist, tasten die dann auftretenden Generatorparameter ab und wandeln sie in Signale um, die für eine Verwendung durch den Mikroprozessor 76 geeignet sind.

In Fig. 8 ist ein Blockdiagramm des komplexen Leistungswandlers 27 gezeigt. Der komplexe Leistungswandler empfängt die drei Eingangsklemmenspannungen Vna, Vnb und Vnc und die drei Leitungseingangsströme Ia, Ib und lc, die auf den Leitern 38, 40, ... 48 erscheinen. Diese analogen Eingangssignale werden entsprechenden Skalierungsschaltungen 188, 190, .... 198 zugeführt. Die Ausgangsgrösse dieser Skalierungsschaltungen wird zunächst sechs entsprechenden Wechsel-spannungs/Gleichspannungsschaltungen 200, 202, .... 210 zugeführt, die typisch Gleichrichter sind und die Phasenspannungs- und Leitungsstrom-Aus-gangsgrössen auf Signalleitern 60, 62, ... 70 liefern. Zwei zusätzliche Ausgangsgrössen, die der Blindleistung (VAR) und der Wirkleistung (Watt) entsprechen, werden auf entsprechenden Signalleitungen 59 und 72 geliefert. Das die Blindleistung darstellende Ausgangssignal wird durch drei 90°-Phasenschieber 212, 214 und 216 erzeugt, die auf entsprechende Weise mit den Skalierern 188, 190 und 192 für die Phaseneingangsspannungen Vna, Vnv und Vnc verbunden sind. Der Ausgang der Phasenschieber 212, 214 und 216 ist auf entsprechende Weise mit drei Multiplizierschaltungen 218, 220 und 222 zusammen mit Eingängen von Leitungsstromsignal-Skalierern 194, 196 und 198 für die Phasenströme Ia, Ib und lc verbunden. Die Ausgangsgrössen der drei Multiplizierer 218, 220 und 222 werden der Summierschaltung 224 zugeführt, die ein zusammengesetztes Signal der drei Blindlei-stungs-Ausgangssignale auf dem Leiter 59 liefert. Der komplexe Leistungswandler enthält zusätzlich einen zweiten Satz von drei Multiplizierschaltungen 226, 228 und 230, die mit den Phasenspannungs-und Leitungsstromsignalen von den Skalierern 188, ... 198 verbunden sind, um dreiphasige Leistungssignale für die Phasen A, B und C zu liefern, die der Summierschaltung 232 zugeführt werden. Der Ausgang der Summierschaltung liefert ein zusammengesetztes Signal der drei Leistungssignale auf dem Leiter 72.

Die drei Phasenspannungssignale, die drei Leitungsstromsignale, das die Generatorwirkleistung darstellende Signal und das die Generatorbiindlei-stung darstellende Signal, die auf den Ausgangsleitern 59 bis 72 erscheinen, werden durch den A/D-Wandler 74 (siehe Fig. 3) in digitale Signale umgewandelt, durch den Prozessor 76 verarbeitet und dann in dem Speicher 92 gespeichert zusammen mit zwei anderen Signalen, die der Abweichung der Generatorfrequenz und der Generatorfeldspannung entsprechen, die auf Leitungen 50 und 53 von dem Frequenzwandler 26 bzw. der Feldwicklung 25 erscheinen, und sie werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist, den Anti-Aliasing-Filtern 58 zugeführt, woraufhin sie dann durch den A/D-Wandler 74 konvertiert werden.

Diese Signale sind angemessen zur Ermittlung der relativen Stabilität der Schwingungsmoden des Systems und somit der Angemessenheit der Einstellungen des Stabilisierers. Die einzelnen Datenpunkte, die in dem Speicher 92 gespeichert sind, werden durch den Kommunikationsport 94 entweder zur lokalen oder zur entfernten Ausnutzung abgegeben.

Eine der Hauptaufgaben der Erfindung besteht darin, diese Leistungstests von einem entfernten Ort einzuleiten und auszuwerten. Wie bereits ausgeführt wurde, kann auf den Prozessor 76, der in dem digitalen Stabilisierer 16 enthalten ist, unter Verwendung einer üblichen Telefonleitung 116, dem Modem 96 und dem Kommunikationsport 94 zugegriffen werden. Man kann deshalb einfach das Modem 96 von einem entfernten Ort anwählen und zu den eingebauten Testfähigkeiten Zugang gewinnen, die in den Mikroprozessor 76 einprogrammiert sind. Es kann dann von einer entfernten Stelle entweder der 0,5-Hz-Modulationstest oder die Stimulation der lokalen Moden durch Einführen einer Spannungsstufe in den Spannungsregler eingeleitet werden, wobei die Testergebnisse im Speicher 92 gespeichert und anschliessend abgegeben werden durch die Telefonleitungsverbindung mit dem Modem 96.

Weiterhin muss, um eine einzelne Stationssteuerung über einen Zugang zu dem Stabilisierer 16 des Leistungssystems zu gestatten, ein Schlüsselschalter 95 (Fig. 3), der auf dem Stabilisierer 16' angebracht ist, vorher durch Stationspersonal in den Testmodus gebracht werden, woraufhin ein richtiges Passwort von einer entfernten Stelle eingege-

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ben wird. Diese Möglichkeit für ein Ferntesten des Stabilisierers 16' vermeidet das Erfordernis für periodische Besuche von entfernt gelegenen Generatorplätzen, um Wartungstests für den Stabilisierer des Leistungssystems durchzuführen. Wie bei dem lokalen Test können Testergebnisse, die in dem Speicher 92 gespeichert sind, unter Verwendung des Kommunikationsports 94 und dem Modem 96 abgerufen und an einer entfernten Stelle aufgetragen werden, um Verstärkungs- und Phasenverschiebungsinformation zu ermitteln, oder, wenn es erwünscht ist, kann eine diskrete Fourier-Transformation sowohl für das Ausgangssignal des Stabilisierers, das auf der Signalleitung 109 erscheint, als auch das Modulationssignal durchgeführt werden, das auf dem Signalleiter 56 zu dem Frequenzwandler 26 erscheint, um die Verstärkung und die Phasenverschiebung zu ermitteln, die in dem Stabilisierer des Leistungssystems existiert.

Somit wurde eine Technik gezeigt und beschrieben, um sowohl einen Frequenzansprechtest als auch einen Test durchzuführen, um die Angemessenheit der Einstellungen von einem digitalen Stabilisierer eines Leistungssystems sowohl lokal als auch von einer entfernten Stelle zu prüfen unter Verwendung eines eingebauten Testleistungsvermögens, das durch einen Mikroprozessor implementiert ist, der in dem Stabilisierer des Leistungssystems enthalten ist.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Testen von einer elektrischen Energieerzeugungseinrichtung, gekennzeichnet durch:

(a) Generieren eines Testsignals vorbestimmter Art beim Einleiten einer Testprozedur,

(b) Eingeben des Testsignals in die Einrichtung an einer vorbestimmten Stelle,

(c) Abtasten und Speichern von Signalen, die einer gewählten Anzahl von Betriebsparametern dieser elektrischen Energieerzeugungseinrichtung entsprechen, sowohl vor als auch nach dem Eingeben des Testsignals,

(d) Abrufen der gespeicherten Signale und

(e) anschliessendes Vergleichen entsprechender Signal-Charakteristiken der abgerufenen Signale vor und nach dem Eingeben des Testsignals zum Ermitteln irgendwelcher Unterschiede dazwischen und zur Lieferung einer Anzeige des Betriebsstatus der elektrischen Energieerzeugungseinrichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Testsignal in die Einrichtung eines Stabilisators der elektrischen Energieerzeugungseinrichtung eingegeben wird und auf die gespeicherten Signale zugegriffen wird und diese abgerufen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Generieren des Testsignals ein sinusförmiges Testsignal mit einer Frequenz in dem Bereich der Eigenfrequenz von Zwischenschwingungsmoden der Energieerzeugungseinrichtung generiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des sinusförmigen Testsignals in dem Bereich zwischen und einschliesslich 0,2 und 0,5 Hz liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz des Testsignals eine Frequenz von 0,5 Hz aufweist.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stabilisator der elektrischen Energieerzeugungseinrichtung zusätzlich einen elektrischen Wandler aufweist, der ein Signal proportional zu der Frequenz der Generatorklemmenspannung erzeugt, wobei das Testsignal zur Frequenzmodulation an den Wandler angelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Generieren des Testsignals dieses Signal lokal generiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim lokalen Generieren des Testsignals das Testsignal innerhalb des Stabilisators der elektrischen Energieerzeugungseinrichtung generiert wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Generieren des Testsignals das Testsignal digital generiert wird und zusätzlich das Testsignal in ein analoges Signal umgewandelt und anschliessend das analoge Testsignal dem Wandler zugeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abtasten und Speichern der Signale die abgetasteten Signale in digitale Signale umgewandelt und dann in einem digitalen Speicher gespeichert werden.

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