DE102009034644A1

DE102009034644A1 - Verfahren und Einrichtung zur Spannungs- und Blindleistungsregelung der elektrisch erregten Synchronmaschine mit einer besonders robusten Anpassung an ihren nichtlinearen Magnetkreis

Info

Publication number: DE102009034644A1
Application number: DE200910034644
Authority: DE
Inventors: Christian E. Dr.-Ing. Jacob; Hong Ha Dr.-Ing. Nguyen; Hartmut Prof. em. Dr.-Ing. Mrugowsky
Original assignee: Jacob Christian E Dr Ing
Current assignee: Jacob Christian E Dr Ing
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-02-17

Abstract

Verfahren und Einrichtung zur Spannungs- und Blindleistungsregelung der elektrisch erregten Synchronmaschine mit einer besonders robusten Anpassung an ihren nichtlinearen Magnetkreis, dadurch gekennzeichnet, dass
einmalig zum Vorbereiten der erfindungsgemäßen Regelungsaufgabe
a) in einem ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) eine Anzahl W Arbeitspunkte für zu erwartende Belastungsfälle der zu regelnden Synchronmaschine bei Bemessungsspannung und -frequenz insbesondere bei Selbsterregung mit Erregerspannung gleich Null, im Leerlauf, bei Teil-, Bemessungs-, Über- und Grenzlast ausgewählt,
b) in einem zweiten Verfahrensschritt (02 in 1a) der Quotient von Erreger- und Bemessungsankerspannung in den im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) ausgewählten Arbeitspunkten bei der Bemessungsdrehzahl entweder mittels Messung an der zu regelnden Synchronmaschine oder durch Computersimulation der zu regelnden Synchronmaschine als stationäre Spannungsverstärkung bestimmt,
c) in einem dritten Verfahrensschritt (03 in 1a) der zeitliche Verlauf der Ankerspannung von Null bis zur Bemessungsankerspannung bei Auferregung in die im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) ausgewählten W Arbeitspunkte...

Description

1. Stand der Technik (technisches Gebiet und Fundstellen)
Zur Umwandlung mechanischer in elektrische Energie werden insbesondere in großen Kraftwerken elektrisch erregte Synchronmaschinen verwendet. Um im Anker der Synchronmaschine eine Wechselspannung u_a und einen Wechselstrom i_a zu erzeugen, wird eine Gleichspannung U_f an die Erregerwicklung gelegt, die zu einem Erregerstrom I_f führt. Der Erregerstrom I_f ist notwenig, um die für die Energiewandlung notwendige magnetische Durchflutung in der Maschine aufzubauen. Die Sättigungseigenschaften des magnetisch aktiven Materials [L1.01 S. 23 + 298–302 und L1.02] führen zu einer nichtlinearen Spannungsverstärkung V_U zwischen Erreger- U_f und Ankerspannung U_a V_U = U_a/U_f ≠ konst. Gl. 1.01
Die Spannungsverstärkung V_U der Synchronmaschine ist arbeitspunktabhängig.
Speist die elektrisch erregte Synchronmaschine (spannungseinprägend gemäß Thevenin-Theorem) ein Inselnetz (mit mehreren Verbrauchern), wird die Ankerspannung U_a mit Hilfe eines Spannungsregelkreises vorgegeben. Der Spannungsregler gibt in Abhängigkeit vom Sollwert der Ankerspannung U als Führungsgröße aber auch in Abhängigkeit vom Ankerscheinstrom I_a als Störgröße die Erregerspannung U_f als Stellgröße vor.
Regelstrecke der Spannungsregelung ist die elektrisch erregte Synchronmaschine. Die Verstärkung der Regelstrecke entspricht der genannten arbeitspunktabhängigen Spannungsverstärkung V_U der Synchronmaschine in Gl. 1.01. Sie ist nichtlinear und somit von Führungs- und Störgröße abhängig. Auch Zeitkonstanten und Dämpfungseigenschaften der Regelstrecke sind nichtlinear und damit von Führungs- und Störgröße abhängig.
Der Ankerscheinstrom I_a
setzt sich aus Wirk- I_aP und Blindanteil I_aQ zusammen. In Analogie dazu setzt sich die von der Synchronmaschine abgebende Scheinleistung S_a aus Wirk- P_a und Blindleistung Q_a
zusammen. Beide Anteile werden, bezogen auf die Scheinleistung S_a, als Blindleistungs- sinφ_a = Q_a/S_a Gl. 1.04 und Wirkleistungsfaktor cosφ_a = P_a/S_a Gl. 1.05 definiert. Der Wirkleistungsfaktor wird nachfolgend Leistungsfaktor cosφ_a genannt.
Speisen mehrere Synchronmaschinen ein Verbundnetz, wird die Verteilung der Wirkleistung P_a über den Drehzahlregler der jeweiligen Antriebsmaschine und die Verteilung der Blindleistung Q_a über die Ankerspannung U_a der jeweiligen Synchronmaschine eingestellt. Die Ankerspannung U_a wird wiederum vom Spannungsregler der Synchronmaschine vorgegeben. Er erhält dazu Vorgaben zur Spannung des Netzverbundes und zur Blindleistung Q_a bzw. zum Leistungsfaktor cosφ_a der jeweiligen Synchronmaschine. Spannungs- und Blindleistungsregler müssen zusammen betrachtet werden. Gewöhnlich wird über einen P-Regler eine sogenannte Blindstrom- bzw. Spannungsstatik vorgegeben, die verhindert, dass die verbundenen Synchronmaschinen untereinander unzulässig große Blindleistungen ΔQ_a austauschen [L1.03 S. 420–423].
Auf Grund des endlichen Trägheitsmomentes des Rotors der Synchronmaschine, führen Lastwechsel immer auch zu Drehzahlschwankungen, die sich in nachteiligen Abweichungen der Ankerfrequenz Δf_a vom Sollwert f und schädlichen Wirkleistungspendelungen ΔP_a in der Parallelschaltung der Maschinen zeigen. Aus diesem Grund müssen Lastwechsel über einen schnellen Drehzahlregler, der auch als Wirkleistungsregler der Synchronmaschine bezeichnet wird, ausgeglichen werden. Wirkleistungs- bzw. Turbinendrehzahlregler von Synchronmaschinen, wie sie u. a. in [F1.01, L1.04 S. 180–189 und L1.05] beschrieben werden, sind nicht Gegenstand der Erfindung.
2. Zugrunde liegendes Problem (zum Verständnis der Erfindung)
Die Erregerspannung U_f der Synchronmaschine ist grundsätzlich die gemeinsame Stellgröße von Spannungs- und Blindleistungsregelung. Die Erregerspannung U_f wird von einer Erregereinrichtung als Stellglied, das Stand der Technik ist, bereitgestellt. Das Stellglied verstärkt das gemeinsame Ausgangssignal von Spannungs- und Blindleistungsregler in einem als Regelreserve U_fc vorgegebenen (technisch und wirtschaftlich sinnvollen) Bereich. Eine ausreichende Regelreserve U_fc wird vorausgesetzt, damit der Erregerstrom I_f schnell genug nachgeführt werden kann. Der nichtlineare Magnetkreis der Synchronmaschine, Ausgleichsvorgänge zwischen parallelgeschalteten und/oder in einem Netzverbund betriebenen Synchronmaschinen, sowie der stochastische Charakter der Last beeinflussen die reglungstechnischen Eigenschaften der Regelstrecke. Das arbeitspunktabhängige Verhalten der zu regelnden Synchronmaschine wird einerseits durch die Ankerspannung U_a vorgeben und andererseits von inneren und äußeren Impedanzen [L2.01 S. 557–561, L2.02 und L2.03], sowie der Drehzahl n bzw. Ankerfrequenz f_a beeinflusst. Gewöhnlich werden bei einer zu regelnden Synchronmaschine die Drehzahl n als Istwert der Wirkleistungsregelung, die Ankerspannung U_a als Istwert der Spannungsregelung und die Blindleistung Q_a als Istwert für die Blindleistungsregelung gemessen. Diese Größen reichen zur Charakterisierung des arbeitspunktabhängigen Verhaltens der Regelstrecke allerdings nicht aus.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in den ersten fünf Verfahrensschritten (01 bis 05 in 1a) liefert alle notwenigen Kenngrößen der Regelstrecke, zusammengestellt in einer Wertetabelle, für die anschließende Ausführung der erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregelung in den Verfahrensschritten sechs bis zehn (06 bis 10 in 1b). Nach [F2.01 und F2.02] werden Wertetabellen (Lookup tables) zur Linearisierung von Leistungsverstärkern eingesetzt. Die erfindungsgemäße Anwendung derartiger Tabellen zur Spannungs- und Blindleistungsregelung der elektrisch erregten Synchronmaschine ist neu. Sie hat das Ziel den Spannungs- und Blindleistungsregler unverzögert an die nichtlineare Regelstrecke zu adaptieren.
Nach [F2.03] werden Erregerstrom I_f und Drehzahl n gemessen, um Lastmoment und Ausgangsstrom einer Synchronmaschine näherungsweise zu bestimmen. Ein Verfahren nach [F2.04] nutzt zur Bestimmung der Generatortemperatur ebenfalls den Erregerstrom I_f. Das Messen des Erregerstromes I_f in oder nicht in Kombination mit der Temperatur der Erregerwicklung ϑ_f und die Ableitung einer ersten Systemgröße U_s, aus diesen Messungen ist neu und wird vorrangig beansprucht. Mit Hilfe der ersten Systemgröße U_s werden erfindungsgemäß Ersatzgrößen, die das arbeitspunktabhängige Verhalten der zu regelnden Synchronmaschine vorrangig charakterisieren, aus der genannten Wertetabelle ausgelesen.
Ergänzend wird das arbeitspunktabhängige Verhalten der zu regelnden Synchronmaschine durch die zeitliche Änderung des Erregerstromes di_f/dt als zweite Systemgröße, die Drehzahl n als dritte Systemgröße und den Leistungsfaktors cosφ_a als vierte Systemgröße charakterisiert. Die Messung, Glättung bzw. Filterung der zweiten, dritten und vierten Systemgrößen und das Auslesen von Ersatzgrößen mit Hilfe der zweiten, dritten und vierten Systemgröße aus einer oder mehreren Wertetabellen wird nachrangig beansprucht.
Die genannten Systemgrößen werden im Zusammenhang mit einer oder mehreren Wertetabellen in der erfindungsgemäßen Einrichtung (2a bis f) verwendet.
3. Beschreibung der Erfindung
Der Arbeitsbereich der zu regelnden Synchronmaschine muss bekannt sein. Dieser Bereich wird im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) in eine Anzahl W charakteristische Arbeitspunkte (i, p1, p2, n, o) eingeteilt und durch den Selbsterregungspunkt mit kurzgeschlossener Erregerwicklung (s) und einem Überlastpunkt (u) ergänzt. Die Arbeitspunkte 1 ≤ w ≤ W Gl. 3.01 sollten gleichmäßig über den Arbeitsbereich verteilt sein. Zur Veranschaulichung dieses Schrittes wird die Aufteilung des Arbeitsbereichs der erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschine in W = 7 Arbeitspunkte näher erklärt:

w = 1: Selbsterregung (s → self-excitation) mit U_f = 0, P_a ≈ 0 und Q_a < 0
w = 2: Leerlauf (i → idle-load) mit U_f = U_f0, P_a = 0 und Q_a = 0
w = 3: Teillast 1 (p1 → part load) mit U_f0 < U_f < U_fR, 0 < P_a < P_aR und 0 < Q_a < Q_aR
w = 4: Teillast 2 (p2 → part load) mit U_fR < U_f < U_fN, P_aR < P_a < P_aN und Q_aR < Q_a < Q_aN
w = 5: Bemessungslast (n → nominal load) mit U_f = U_fN, P_a = P_aN oder Q_a = Q_aN
w = 6: Überlast (o → overload) mit U_f > U_fN, P_a > P_aN und/oder Q_a > Q_aN
w = 7: Grenzlast (u → ultimate load) mit U_f » U_fN, P_a » P_aN und/oder Q_a » Q_aN

Im zweiten und dritten Verfahrensschritt (02 und 03 in 1a) werden diese Arbeitspunkte w wie folgt eingestellt:
Für w = 2 entfällt die Last. Die Arbeitspunkte w > 2 werden durch Anschalten einer passiven Last bestehend aus geeigneten Belastungswiderständen R_Lw = konst Gl. 3.02 kombiniert mit Belastungsinduktivitäten L_Lw = konst Gl. 3.03 vorgegeben. Alternativ dazu wird für den Selbsterregungspunkt w = 1 eine durch Reihen- und Parallelschaltung angepasste Belastungskapazität C_L1 = konst Gl. 3.04 benutzt. Entsprechende Arbeitspunkte können im Rahmen der Erprobung beim Hersteller oder der Inbetriebnahme der erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschine angefahren

(w = 3: Teillast 1 (p1 → part load) mit U_f0 < U_f < U_fR, 0 < P_a < P_aR und 0 < Q_a < Q_aR
w = 4: Teillast 2 (p2 → part load) mit U_fR < U_f < U_fN, P_aR < P_a < P_aN und Q_aR < Q_a < Q_aN
w = 5: Bemessungslast (n → nominal load) mit U_f = U_fN, P_a = P_aN Oder Q_a = Q_aN)

(w = 1: Selbsterregung (s → self-excitation) mit U_f = 0, P_a ≈ 0 und Q_a < 0
w = 6: Überlast (o → overload) mit U_f > U_fN, P_a > P_aN und/oder Q_a > Q_aN
w = 7: Grenzlast (u → ultimate load) mit U_f » U_fN, P_a » P_aN und/oder Q_a » Q_aN)

_N

_fw

_aN

_fw

R_fw = U_fw/I_fw Gl. 3.05

_fw

1a

_f20

Im zweiten Verfahrensschritt (02 in 1a) werden zudem, für die im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) ausgewählten W Arbeitspunkte, die Spannungsverstärkungen V_Uw als arbeitspunktabhängige Größen der erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschine unter Anwendung von Gl. 1.01 ermittelt. Im Selbsterregungspunkt w = 1 geht die Spannungsverstärkung V_U1 → ∞, bei U_f1 = 0 Gl. 3.06 gegen unendlich. Weil die Erregerwicklung in diesem Arbeitspunkt kurzgeschlossen ist, bleibt der Nenner von Gl. 1.01 unabhängig von der gewählten Belastungskapazität C_L1 immer Null.
In den nachfolgenden Verfahrensschritten (03 bis 10 in 1a und b) ist die eingestellte Erregerspannung U_fw identisch mit der ersten Systemgröße U_sw in den einzelnen Arbeitspunkten w der erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschine U_sw = U_fw. Gl. 3.07
In den Verfahrensschritten sechs bis zehn (06 bis 10 in 1a und b) wird die erste Systemgröße auch als kontinuierliche Größe U_s genutzt. Zum Beispiel werden die Spannungsverstärkung V_U in 3 und die adaptierten Reglerparameter in 6a bis c über der ersten Systemgröße U_s dargestellt.
Nach dem bis hierhin erläuterten zweiten (02 in 1a) folgt der dritte Verfahrensschritt (03 1a). Im dritten Verfahrensschritt (03 in 1a) werden Auferregungsversuche mit der erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschine durchgeführt, um arbeitspunktabhängige Ersatzgrößen zu gewinnen. Dabei werden für die im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) ausgewählten W Arbeitspunkte die im zweiten Verfahrensschritt (02 in 1a) ermittelten Werte der Erregerspannungen U_fw eingestellt und der zeitliche Verlauf der Ankerspannung U_aw(t) aufgezeichnet. Zur Veranschaulichung dieses Schrittes wird beispielhaft der zeitliche Verlauf der Ankerspannung U_aw(t) für W = 7 Arbeitspunkte in 4b dargestellt. Die dabei eingestellte Erregerspannung U_fw enthält 4a. Der zugehörige zeitliche Verlauf der Scheinleistung S_aw(t) ist in 4c aufgezeichnet.
Im Allgemeinen reichen Auferregungsversuche aus. Im Besonderen, z. B. bei einer erfindungsgemäß geregelten schleifringlosen Synchronmaschine, werden zusätzlich Entregungsversuche aus den im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) ausgewählten Arbeitspunkten mit kurzgeschlossener Erregerwicklung U_fw = 0 Gl. 3.08 oder mit negativer Erregerspannungen U_fw << 0 Gl. 3.09 durchgeführt und ebenso der zeitliche Verlauf der Ankerspannung U_aw(t) aufgezeichnet. Das Zeitverhalten von schleifringlosen Synchronmaschinen kann sich zwischen Auferregung und Entregung deutlich unterscheiden. Die Erregerspannung der Hauptmaschine U_fH kann nicht negativ werden kann. Deshalb sind die genannten schleifringlosen Synchronmaschinen mit rotierendem Gleichrichter in den Entregungsphasen langsamer.
Es folgt der vierte Verfahrensschritt (04 in 1a). In diesem Schritt werden die gewünschten arbeitspunktabhängigen Ersatzgrößen der Regelstrecke mit Hilfe eines bekannten Approximationsverfahrens aus den zeitlichen Verläufen (4b) der Ankerspannung U_aw(t) gewonnen. Zur Veranschaulichung dieses Schrittes sollen beispielhaft für eine Anzahl 1 ≤ w ≤ W Arbeitspunkte gemäß Gl. 3.01 folgende approximierte Ersatzgrößen
T_{on_w} Erste Zeitkonstante im Arbeitspunkt w bei Auferregung in s
D_{on_w} Dämpfungsfaktor im Arbeitspunkt w bei Auferregung
T_{off_w} Erste Zeitkonstante im Arbeitspunkt w bei Entregung in s
D_{off_w} Dämpfungsfaktor im Arbeitspunkt w bei Entregung
genannt werden: Die Zeitkonstante (T_{on_w} bzw. T_{off_w}) und der Dämpfungsfaktor (D_{on_w} bzw. bzw. D_{off_w}) sind Kenngrößen eines Schwingungsgliedes 2. Ordnung (PT2-Glied), dessen Sprungantwort an den zeitlichen Verlauf der Ankerspannung U_aw(t) durch Variation der Zeitkonstante (T_{on_w} bzw. T_{off_w}) und des Dämpfungsfaktors (D_{on_w} bzw. D_{off_w}) angenähert wurde. Die so ermittelten, im jeweiligen Arbeitspunkt w linearen reglungstechnischen Ersatzgrößen, charakterisieren das arbeitspunktabhängige Verhalten der Regelstrecke.
Um das eingangs beschriebene belastungsabhängige Verhalten der Regelstrecke zu erfassen, werden im Verfahrensschritt fünf (05 in 1a) die genannten Ersatzgrößen der Regelstrecke als Ordinatenwerte y_iw in eine Wertetabelle eingetragen. Als Abszissenwerte x_w werden in den entsprechenden Arbeitspunkten 1 ≤ w ≤ W die ermittelten Erregerspannungen U_fw, die nach Gln. 3.07 identisch mit der ersten Systemgröße U_sw sind, zugeordnet. Zur Veranschaulichung ist in 5 für eine Anzahl von W = 7 Arbeitspunkten eine Wertetabelle beispielhaft dargestellt. Die erfindungsgemäß zusammengestellte Wertetabelle wird in den nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritten sechs bis zehn (06 bis 10 in 1b) zum Ausführen der erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregelung verwendet.
Normalerweise werden die Verfahrensschritte eins bis fünf (01 bis 05 in 1a) nur einmal durchlaufen, um die Abszissen- x_w und Ordinatenwerte y_iw für die Wertetabelle zu gewinnen. Die Anwendung der Wertetabelle zur erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregelung erfolgt in den Verfahrensschritten sechs bis zehn (06 bis 10 in 1b), die zu jedem Abtastschritt der ersten Systemgröße U_sw wiederkehrend durchlaufen werden.
Im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) wird jeweils der aktuelle Erregerstrom I_f der zu regelnden Synchronmaschine gemessen und erfindungsgemäß die erste Systemgröße U_s, die die belastungsabhängige Regelstrecke primär charakterisiert, bereitgestellt. Sie ist das Produkt von Erregerstrom I_f und ohmschem Widerstand R_f der Erregerwicklung. Das genannte Produkt ist nach Gl. 3.05 mit der stationären Erregerspannung U_fw der zu regelnden Synchronmaschine im jeweiligen Arbeitspunkt w vergleichbar und wird im nachfolgenden siebenten Verfahrensschritt (07 in 1b) als aktueller Abszissenwert x zum Auslesen der Wertetabelle genutzt. Dazu werden im siebenten Verfahrensschritt (07 in 1b) mit Hilfe des Abszissenwertes x zwei nebeneinander liegende Spalten der Wertetabelle ausgewählt und im achten Verfahrensschritt (08 in 1b) mit Hilfe dieses Abszissenwertes x zwischen den ausgewählten Spalten interpoliert.
Die nebeneinander liegenden Spalten der Wertetabelle werden als linke Spalte mit linkem Abszissenwert x_L und linken Ordinatenwerten y_iL und rechte Spalte mit rechtem Abszissenwert x_R und rechten Ordinatenwerten y_iR bezeichnet. Für die genannte Auswahl im siebenten Verfahrensschritt (07 in 1b) gilt jeweils x_L ≤ x < x_R. Gl. 3.10
Der aktuelle Abszissenwert x ist identisch mit dem linkem Abszissenwert x_L oder liegt zwischen linkem Abszissenwert x_L und rechtem Abszissenwert x_R.
Im genannten achten Verfahrensschritt (08 in 1b) werden aktuelle Ordinatenwerte y_i zwischen linken Ordinatenwerten y_iL und rechten Ordinatenwerten y_iR interpoliert y_i = y_iL + Δy_i/Δx·(x – x_L), Gl. 3.11 wobei i = 1, 2, 3 und 4 Gl. 3.12 Δx = x_R – x_L Gl. 3.13 Δy = y_R – y_L. Gl. 3.14
Die Ausgestaltung der Gln. 3.10 bis 14 in der erfindungsgemäßen Einrichtung wird in 2d verdeutlicht.
Aus den aktuellen Ordinatenwerten y_i in Gl. 3.11 werden nach einer bekannten Optimierungsmethode im neunten Verfahrensschritt (09 in 1b) aktualisierte Reglerparameter für den erfindungsgemäß adaptierten Spannungs- und Blindleistungsregler abgeleitet.
Stehen, so wie in einem Beispiel ausgeführt, nach Gl. 1.01 aktuelle Werte der Regelstrecke für die Spannungsverstärkung V_U und zudem interpolierte Ersatzgrößen als Zeitkonstante T_s und Dämpfungsfaktor D_s aus der Wertetabelle zur Verfügung, können die Reglerparameter KP, KI und KD für einen PID-Spannungsregler nach der Methode der Doppelverhältnisse [L3.01 S. 83–96] bestimmt werden. Die Reglerparameter werden vor jeder Abtastung der Istwerte im zehnten Verfahrensschritt (10 in 1b) aktualisiert und somit unverzögert an den Spannungsregler übergeben.
Um das Störverhalten der erfindungsgemäßen Spannungsregelung zu bewerten, werden im elften Verfahrensschritt Lastauf- und -abschaltungen mit den im zweiten Verfahrensschritt (02 in 1a) benutzten Lasten durchgeführt und die zeitliche Kontinuität der P-Anteile des Spannungs- und Blindleistungsreglers während der Schaltvorgänge überprüft. Zur Bewertung des Führungsverhaltens bleiben die im zweiten Verfahrensschritt (02 in 1a) benutzten Lasten angeschaltet.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird von der erfindungsgemäßen Einrichtung (2a bis f) ausgeführt.
4. Gewerbliche Anwendbarkeit
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung werden zur Spannungs- und Blindleistungsregelung der elektrisch erregten Synchronmaschine, vorzugsweise für Turbogeneratoren im Kraftwerksbetrieb, verwendet. Notwenige Kenngrößen für die Adaption der erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregelung werden experimentell gewonnen. Dazu werden der bestimmungsgemäße Arbeitsbereich der Synchronmaschine vorgeben, Auferregungs- und Entregungsversuche in diesem Arbeitsbereich durchgeführt und daraus Ersatzgrößen extrahiert. Die Ersatzgrößen werden in Wertetabellen zusammengestellt. Mit Hilfe der Tabellen wird der erfindungsgemäße Spannungs- und Blindleistungsregler verzögerungsfrei adaptiert. Die dafür erforderlichen Schritte werden im erfindungsgemäßen Verfahren (01 bis 10 in 1a und b) beschrieben. Die erfindungsgemäßen Wertetabellen werden vom Hersteller der Synchronmaschine zusammen mit den Kenngrößen gemäß [L2.02] an den Betreiber übergeben. Die Übergabe der erfindungsgemäßen Wertetabellen ist für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung hinreichend.
Das Störverhalten der erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregelung wird im elften Verfahrensschritt experimentell überprüft. Die Robustheit der erfindungsgemäßen Spannungsregelung wird durch Lastauf- und -abschaltungen nachgewiesen. Die dafür verwendeten Lasten werden von dem im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) definierten Arbeitsbereich eingegrenzt.
Zur statischen und dynamischen Aufteilung der Blindleistung in der Parallelschaltung oder im Netzverbund von Synchronmaschinen sind neben dem P- auch PI- und PID-Blindleistungsregler zugelassen. Wirkleistungspendelungen ΔP_a und ein Blindleistungsausgleich ΔQ_a hervorgerufen durch Lastwechsel werden mit der Anwendung der erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregelung minimiert.
In anderen Anwendungen, insbesondere mit stark veränderlichem Leistungsfaktor cosϑ_a im Arbeitsbereich der zu regelnden Synchronmaschine, werden erfindungsgemäß eine Anzahl P Wertetabellen, mit Ersatzgrößen über den Bereich des Leistungsfaktors cosϑ_a verteilt, verwendet. In dem Fall wird zusätzlich zur beschriebenen Interpolation der Ersatzgrößen zwischen zwei Spalten (Indizes L und R in Gln. 3.11 bis 3.14) noch zwischen zwei ausgewählten Wertetabellen p und p + 1 interpoliert. Wobei der gemessene und gefilterte Leistungsfaktor als vierte Systemgröße (z₃ in 2a) cosϑ_ap ≤ G₂{cosϑ_a} < cosϑ_a(p+1) Gl. 4.01 identisch mit dem der p-ten Wertetabelle zugeordneten oder zwischen der p-ten und der (p + 1)-ten Wertetabelle liegenden Leistungsfaktor cosϑ_a. Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit stark veränderlichem Leistungsfaktor cosϑ_a wird in 2b verdeutlicht.
Die beschriebene Mehrfachinterpolation wird nachfolgend 3D-Interpolation genannt.
In wiederum anderen Anwendungen, insbesondere mit einer stark veränderlichen Drehzahl n im Arbeitsbereich der zu regelnden Synchronmaschine als Schwungradspeicher, werden erfindungsgemäß eine Anzahl S Wertetabellen, mit Ersatzgrößen über den Bereich der Drehzahl n verteilt, verwendet. Die aktuellen Ersatzgrößen werden einerseits zwischen zwei Spalten (Indizes L und R in Gl. 3.11) und andererseits zwischen zwei ausgewählten Wertetabellen s und s + 1 3D-interpoliert. Wobei die gemessene Drehzahl n als dritte Systemgröße (z₂ in 2a) n_s ≤ n < n_s+1 Gl. 4.02 identisch mit der der s-ten Wertetabelle zugeordneten oder zwischen der s-ten und der (s + 1)-ten Wertetabelle liegenden Drehzahl n. Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung bei stark veränderlichen Drehzahl n wird in 2c verdeutlicht.
Die beanspruchten 2D- und 3D-Interpolationen (2b bis d) sind einfach zu realisieren, schnell auszuführen und zuverlässig zu gestalten. Die erfindungsgemäße Spannungs- und Blindleistungsregelung wird damit praktisch verzögerungsfrei adaptiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich für die Anwendung einer beliebigen Anzahl W ≥ 2 Arbeitspunkte und eine beliebig Anzahl von P ≥ 1 oder S ≥ 1 Wertetabellen. Sie können somit an jeden beliebigen Arbeitsbereich und auch an ein extrem nichtlineares Verhalten der zu regelnden Synchronmaschine angepasst werden.
Von der erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregelung wird eine optimale Reglung im gesamten Arbeitsbereich der Synchronmaschine gewährleistet. Die Regelabweichungen (momentane Abweichung der Ankerspannung U_a bzw. der Blindleistung Q_a von den Führungsgrößen U und Q) bleibt in den physikalisch bedingten Grenzen.
Der erfindungsgemäße Spannungsregelkreis bleibt unabhängig davon, ob weitere Regelkreise (Erregerstrombegrenzungs- und/oder Störwertaufschaltungsregler) unterlagert sind, stabil. Ebenso strukturstabil ist die Überlagerung des erfindungsgemäßen Blindleistungsregelkreises über den erfindungsgemäßen Spannungsregelkreis. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht im Spannungsregelkreis eine Linearisierung zwischen Regler und Strecke, die sich im gesamten Arbeitsbereich der zu regelnden Synchronmaschine vorteilhaft auf einen überlagerten Regelkreis auswirkt.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung werden vorzugsweise zur Spannungs- und Blindleistungsregelung von parallelgeschalteten oder in einem Netzverbund betriebenen Synchronmaschinen verwendet. Die Anwendung gewährleistet auch bei sprunghafter Änderung der Last ein robustes Regelverhalten. Etwaige Kettenreaktionen durch Schaltvorgänge bzw. Lastabwürfe in der Parallelschaltung bzw. im Netzverbund, die dann zum Abschalten mehrerer Synchronmaschinen führen, sollen mit dieser Anwendung ausgeschlossen werden. Die Anregung von Wirkleistungspendelungen ΔP_a zwischen den Synchronmaschinen durch die erfindungsgemäße Spannungs- und Blindleistungsregelung bleibt minimal. Dadurch werden zusätzliche Verluste im Netzverbund vermieden. In der direkten Parallelschaltung verursachen Wirkleistungspendelungen ΔP_a zusätzliche mechanische Beanspruchungen. Sie können durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Spannungsregelung vermindert oder ganz vermieden werden.
Die direkte Parallelschaltung von Synchronmaschinen unterschiedlicher Bauart, aber auch von Schwungradgeneratoren und insbesondere deren Stoßlastbetrieb, wird durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung ermöglicht.
Im Netzverbund der zu regelnden Synchronmaschine mit Stromrichtern (statischen Umrichtern) als Einspeisequelle oder als Verbraucher können Spannung U_a und Blindleistung Q_a präzise vorgegeben werden. Die erfindungsgemäße Blindleistungsregelung kann im Zusammenhang mit einer schaltbaren Blindleistungskompensationsanlage zur dynamischen Blindstromkompensation eingesetzt werden.
5. Vorteilhafte Wirkung der Erfindung (im Vergleich zum Stand der Technik)
Es gab lange Zeit Bemühungen, Spannungs- und Wirkleistungsregelung gemeinsam zu betrachten und ein ganzheitliches Regelkonzept für die Synchronmaschine zu entwerfen [L5.01]. Das betrifft mechanische Regelgrößen im Frequenzbereich ω > ω₀ Gl. 5.01 und elektrische Regelgrößen im Frequenzbereich ω > ω₀. Gl. 5.02
Das genannte Regelkonzept berücksichtigt die elektromechanische Eigenfrequenz ω₀ der zu regelnden Synchronmaschine und wird dadurch sehr aufwändig.
Die erfindungsgemäße Spannungs- und Blindleistungsregelung gewährleistet ein optimales Dämpfungsverhalten im Frequenzbereich nach Gl. 5.01. Dadurch werden Regelvorgänge in der Nähe der elektromechanischen Eigenfrequenz ω₀ vermieden. Das ermöglicht eine Optimierung der (hier nicht betrachteten) Wirkleistungsregelung unabhängig von der Spannungsregelung im Frequenzbereich nach Gl. 5.02. Mit der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung können nunmehr Regelvorgänge in der Nähe der elektromechanischen Eigenfrequenz ω₀ vermieden und zusätzliche mechanische Belastungen der Synchronmaschine durch Regelvorgänge, die zur Verkürzung der Lebensdauer führen, ausgeschlossen werden.
Zur indirekten Adaption der Synchronmaschinenregler werden auch Neuronale Netzwerke vorgeschlagen [L5.02]. Die Stabilität des Gesamtsystems wird mit Hilfe der Ljapunow-Stabilitätsanalyse überprüft. Zusätzlich lässt sich mit dieser Art der Adaption das Verhalten der Synchronmaschine bei anormalen Betriebszuständen optimieren. Der technische und der Inbetriebnahmeaufwand sind deutlich höher im Vergleich zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung. Dem technischen und dem Inbetriebnahmeaufwand steht die Zuverlässigkeit entgegen. Die erfindungsgemäße Spannungs- und Blindleistungsregelung lässt sich bei vergleichbarem Aufwand zuverlässiger realisieren.
In [L5.03] wird eine Fuzzy-Logik zur Erregerregelung der Synchronmaschine vorgeschlagen. Die Einflussnahnahme auf das Dämpfungsverhalten des Generatorsystems über die Erregerregelung wird als eine der effektivsten und wirtschaftlichsten Verfahren bewertet. Es wird betont, dass sowohl die lineare (optimal excitation control – OEC) als auch die nichtlineare optimale Erregerregelung (nonlinear optimal excitation control – NOEC) ein exaktes Modell des Regelungsobjektes benötigt. Diese Modelle sind kompliziert und keineswegs robust gegenüber Änderungen der Systemparameter. Ein Fuzzy-Regler kann das notwenige Modell ersetzen. Er benötigt u. a. die zeitliche Ableitung der Ankerspannung dU_a/dt des Istwertes. Da die Ankerspannung U_a bei Schaltvorgängen springen kann, wird die Fuzzy-Logik, so wie in [L5.03] dargestellt, stark nichtlinearisiert. Die Reaktionszeit des Fuzzy-Reglers ist gut. Er kann ein Überschwingen der Regelgröße allerdings nicht ausreichend unterdrücken. Dieses Überschwingen wird von der erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregelung besser unterdrückt. Zudem ist die Inbetriebnahme des Generatorsystems unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Einrichtung einfacher. Im Gegensatz dazu ist die Inbetriebnahme des zitierten Fuzzy-Reglers eher schwierig zu bewerten.
Ein selbstadaptierender Spannungsregler wird in [L5.04] vorgestellt. Das Modell rechnet im Frequenzbereich. Die dafür notwenigen Phasenbeziehungen werden aus den zeitlichen Verläufen von Ankerphasenspannung u_a und -phasenstrom i_a ermittelt. Im Leerlauf ist der Ankerstrom i_a Null. Der Regler erhält in der Nähe des Leerlaufpunktes (i) der Synchronmaschine keine Modellvorgaben. Zwischen dem Leerlaufpunkt (i) und dem ersten Teillastpunkt (p1) ändern sich allerdings die Kenngrößen der Regelstrecke stark. Die Schwingneigung der Synchronmaschinen im Netzverbund oder in der direkten Parallelschaltung ist in diesem Bereich besonders groß. Der Spannungsregler muss in dem Bereich besonders gut angepasst sein, um den Verbund der Maschinen optimal zu bedampfen. Die Dämpfung wird insbesondere im genannten Bereich mit der erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregelung verbessert.
[L5.01, L5.02, L5.03 und L5.04] sind repräsentativ für den wissenschaftlichtechnischen Stand, dessen Schwachstellen ebenda benannt wurden. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung werden den künftigen Anforderung an Stabilität und Sicherheit der Elektroenergieversorgung eher gerecht.
6. Ausführungsbeispiel

Weitere Details sollen beispielhaft an der erfindungsgemäßen Spannungsregelung einer 144 MVA-Synchronmaschine beschrieben werden. Die Maschine hat eine Bemessungsankerfrequenz f_aN = 100 Hz und eine Bemessungsankerspannung U_aN = 10,5 kV. Im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) werden W = 7 Arbeitspunkte, definiert durch Scheinleistung S_aw und Leistungsfaktor cosϑ_aw, ausgewählt und die zugehörigen Belastungselemente C_L1, R_Lw und L_Lw in Tabelle 6.1 eingetragen.

Arbeitspunkt		s	i	p1	p2	n	o	u
	w =	1	2	3	4	5	6	7
S_aw	p. u.	0,29	0	0,1	0,4	1	1,5	3
cosϑ_aw		–1	0	0,2	0,5	0,8	0,9	0,99
C_L1	F	0,6 m
R_Lw	Ω	264	∞	1,53	957 m	613 m	460 m	253 m
L_Lw	H		∞	12 m	2,64 m	0,731 m	0,354 m	0,057 m

Tabelle 6.1

Für die Arbeitspunkte w in Tabelle 6.1 werden im zweiten Verfahrensschritt (02 in 1a) die eingeschwungenen Größen Erregerspannung U_fw, Spannungsverstärkung V_uw, Kehrwert der Spannungsverstärkung V_sw, Erregerstrom I_fw, Temperatur der Erregerwicklung ϑ_fw und Ohmscher Widerstand der Erregerwicklung R_fw gemessen oder mit Hilfe eines Modells der Synchronmaschine berechnet. Für die Berechnung der Werte in Tabelle 6.2 wurde der Optimierungsprogrammbaustein „Sukzessive Approximation” des Berechnungs-, Simulations- und Optimierungprogramms Simplorer (Fa. ANSYS) verwendet.

Arbeitspunkt		s	i	p1	p2	n	o	u
	w =	1	2	3	4	5	6	7
f_a	Hz	100	100	100	100	100	100	100
U_a	kV	10,5	10,5	10,5	10,5	10,5	10,5	10,5
U_fw	V	0	67,04	90,53	152,5	264,5	362,9	675,3
V_uw		∞	156,6	116,0	68,84	39,71	28,94	15,55
V_sw		0	0,0064	0,0086	0,0145	0,0252	0,0346	0,0643
I_fw	A	0	545	736	1240	2150	2950	5490
ϑ_fw	°C	155	155	155	155	155	155	155
R_fw	Ω	0,123	0,123	0,123	0,123	0,123	0,123	0,123

Tabelle 6.2

Die gemäß Gl. 1.01 ermittelte und in Tabelle 6.2 dargestellte Spannungsverstärkung der Synchronmaschine V_Uw ist in 3 über der Erregerspannung U_fw, die auch gleichzeitig die erste Systemgröße U_sw ist, graphisch dargestellt. Sie verringert sich mit steigender Belastung, ist aber für jeden Arbeitspunkt zeitinvariant.
Das zeitabhängige Verhalten der Synchronmaschine wird im dritten Verfahrensschritt (03 in 1a) für jeden Arbeitspunkt w gesondert untersucht. Dazu werden Auferregungs- und Entregungsversuche mit konstanter Erregerspannung U_fw nach Tabelle 6.2 durchgeführt und die Ankerspannung U_aw(t) aufgezeichnet. 4a zeigt die Vorgaben der Erregerspannungen U_fw. In 4b werden die im vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) auszuwertenden Verläufen der Ankerspannungen U_aw(t) dargestellt. Die zugehörigen Verläufe der Scheinleistungen S_aw(t) enthält 4c.

Die im vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) aus den Verläufen der Ankerspannungen U_aw(t) in 4b approximierten Ersatzgrößen der Regelstrecke y_iw sind in Tabelle 6.3 zusammengestellt. Sie wurden mit Hilfe des Optimierungsprogrammbausteines „Genetischer Algorithmus” des Berechnungs-, Simulations- und Optimierungprogramms Simplorer (Fa. ANSYS) ermittelt.

Arbeitspunkt		s	i	p1	p2	n	o	u
	w =	1	2	3	4	5	6	7
S_aw	p. u.	0,29	0	0,1	0,4	1	1,5	3
cosϑ_aw		–1	0	0,2	0,5	0,8	0,9	0,99
x_w	V	0	67,7	90,6	152,9	264,5	362,8	669,9
y_1w	s	12,63	0,69	0,48	0,32	0,27	0,22	0,16
y_2w		0,79	1,9	2,21	2,38	1,95	1,93	2,03
y_3w	s	12,63	1,23	0,25	0,12	0,09	0,12	0,14
y_4w		0,79	1,58	4,67	4,81	1,92	0,9	0,77

Tabelle 6.3

In den Verfahrensschritten sechs bis acht (06, 07 und 08 in 1b) wird Tabelle 6.3 dazu benutzt, nach jeder Abtastung des Erregerstromes I_f aktualisierte Ersatzgrößen für die Zeitkonstante y₁ und den Dämpfungsfaktor y₂ zu interpolieren. Diese Ersatzgrößen y₁ und y₂ werden zum Berechnen der Parameter des PID-Spannungsreglers herangezogen. Im Ausführungsbeispiel kommen die Gleichungen für das Dämpfungsoptimum zur Anwendung: KP = 8y₁ ²/T_e ² – 1 = V_eV_S Gl. 6.01 KI = 8y₁ ²/T_e ³ Gl. 6.02 KD = 4y₁ ²/T_e – 2y₁y₂ Gl. 6.03
Die Reglerzeitkonstante T_e in den Gl. 6.01–03 ist frei wählbar. Der Kehrwert der Spannungsverstärkung V_U gemäß Gl. 1.01 als V_s = 1/V_U = U_s/U_a Gl. 6.04 ist von der ersten Systemgröße U_s abhängig. Die adaptierten Reglerparameter des Ausführungsbeispiels sind in 6a bis c als Funktion der erste Systemgröße U_s dargestellt. Bei einer gewählten Reglerverstärkung V_e = 400·U_a/U_fc = 400·10,5 kV/1,35 kV = 3112 Gl. 6.05 bewegen sich die Reglerparameter im Bereich 0 < KP(U_s) < 210 Gl. 6.06 0 < KI(U_s) < 6800 Gl. 6.07 23,9 > KD(U_s) > 2,82. Gl. 6.08
Beim Aufbau des erfindungsgemäßen adaptiven PID-Spannungsreglers müssen in [L6.01 S. 235–237] beschriebene Besonderheiten berücksichtigt werden. Immer wenn die Stelleinrichtung der Erregerspannung U_f in die Begrenzung geht, wird die Ausgangsgröße des I-Anteils des Spannungsreglers festgehalten. Die Blöcke P und D des Spannungsreglers haben keine Begrenzungen.
Das Führungsverhalten ist in 7a bis c dargestellt. Die Ausregelzeit kann mit steigender Belastung der Synchronmaschine verkürzt werden. Sie ist deutlich kürzer als die Auferregungszeit in 4b. Der Blindleistungsregler greift gemäß 2a direkt in den Sollwert U des erfindungsgemäßen Spannungsreglers ein und gewährleistet damit eine dynamisch hochwertige Blindleistungsregelung.
Für den Funktionsnachweis der erfindungsgemäßen Blindleistungsregelung müssen Synchronmaschinen im Netzverbund oder in der direkten Parallelschaltung betrachtet werden. Für die experimentelle Stromversorgung des Plasmafusionsexperimentes ASDEX-Upgrade (www.IPP.MPG.de) wurde die direkte Parallelschaltung von Schwungradgeneratoren näher untersucht und in Praxis realisiert. Auf weitere Details der dazu verwendeten umfangreichen Modelle sollen hier nicht näher eingegangen werden.
Zur Beurteilung des Störverhaltens der erfindungsgemäßen Spannungsregelung wird der elfte Verfahrensschritt (11 in 1b) ausgeführt. Bei einer sprunghaften Änderung der Last treten physikalisch bedingt Regelabweichungen im zeitlichen Verlauf der Ankerspannung U_a auf, die aber so wie in 8b dargestellt ohne ein nennenswertes Überschwingen ausgeregelt werden. Die geforderte robuste Anpassung der erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregelung an die Synchronmaschine wird erreicht. Der Nachweis gilt für alle Arbeitspunkte innerhalb des gewählten Arbeitsbereiches der Synchronmaschine gemäß Tabelle 6.1.
Das beschriebene Beispiel wurde mittels Computersimulation ausgeführt. Das verwendete Simulationsmodell der elektrisch erregten Synchronmaschine basiert auf den Parkschen Gleichungen. Das thermische Verhalten der Synchronmaschine wurde im Modell nicht nachgebildet. Aus diesem Grund wurde in dem Modell für den ohmschen Widerstand der Erregerwicklung R_f der Warmwert (ϑ_f = 155°C) verwendet.
7. Bezugszeichen

Arbeitspunkte

Zeichen	w	Bezeichnung
s	1	Selbsterregung mit U_f = 0, P_a ≈ 0 und Q_a < 0
i	2	Leerlauf mit U_f = U_f0, P_a = 0 und Q_a = 0
p1	3	Teillast 1 mit U_f0 < U_f < U_fR, 0 < P_a < P_aR und 0 < Q_a < Q_aR
p2	4	Teillast 2 mit U_fR < U_f < U_fN, P_aR < P_a < P_aN und Q_aR < Q_a < Q_aN
n	5	Bemessungslast mit U_f = U_fN, P_a = P_aN oder Q_a = Q_aN
o	6	Überlast mit U_f > U_fN, P_a > P_aN und/oder Q_a > Q_aN
u	7	Grenzlast mit U_f » U_fN, P_a » P_aN und/oder Q_a » Q_aN

Symbole

Zeichen	Bezeichnung
CCT	2D-Tabelleninterpolator
cosϑ_aw	Signalbildner zum Leistungsfaktor
cos(φ_i)	p-te Wertetabelle mit Bezug zum induktiven Leistungsfaktor
cos(φ_p)	p-te Wertetabelle mit Bezug zum Leistungsfaktor
cos(φ_r)	(p + 1)-te Wertetabelle mit Bezug zum resistiven Leistungsfaktor
CTPF	3D-Tabelleninterpolator mit Bezug zum Leistungsfaktor
CTRS	3D-Tabelleninterpolator mit Bezug zur Drehzahl
D	Differenzierglied für Erregerstromsignal i_f
D_s	Dämpfungsfaktor des Ersatzmodells der Regelstrecke
	als Schwingglied 2. Ordnung
G₁{i'_f}	Filter für das differenzierte Erregerstromsignal i'_f
G₂{cosϑ_a}	Glättung des Leistungsfaktorsignals
i_a	Signal des Ankerstromes
i_f	Signal des Erregerstromes
i'_fm	Maximum der zeitlichen Ableitung des Erregerstromes i'_f
i'_fn	Minimum der zeitlichen Ableitung des Erregerstromes i'_f
KD	D-Anteil des Spannungsreglers
KI	I-Anteil des Spannungsreglers
KP1	P-Anteil des Spannungsreglers
KP2	P-Anteil des Blindleistungsreglers
m_m	Antriebsdrehmoment der Synchronmaschine
n	Drehzahlmesser
n_l	s-te Wertetabelle mit Bezug zur unteren Drehzahl
n_s	s-te Wertetabelle mit Bezug zur Drehzahl
n_u	(s + 1)-te Wertetabelle mit Bezug zur oberen Drehzahl
OM	Optimierer für Spannungs- und Blindleistungsregler
P	Blindleistungsregler
P_a	Wirkleistungsmesser
PID	Spannungsregler
Q	Sollwert des Blindleistungsreglers (Führungsgröße)
Q_a	Blindleistungsmesser (Istwert)
S_a	Scheinleistungsabgabe der Synchronmaschine
SM	Synchronmaschine
T_s	Zeitkonstante des Ersatzmodells der Regelstrecke
	als Schwingglied 2. Ordnung
U	Sollwert des Spannungsreglers (Führungsgröße)
U_a	Ankerspannungsmessung (Istwert)
u_a	Signal der Ankerspannung
U_a ^–1	Signal zum Kehrwert der Ankerspannung U_a
U_f	Stelleinrichtung der Erregerspannung
U_s	Signalbildner zur ersten Systemgröße
V_s	Signal zum Kehrwert der Spannungsverstärkung 1/V_s
x	Eingang für den aktuellen Abszissenwertes in Tabelleninterpolator
x_L	Linke Abszisse zweier benachbarter Spalten in der Wertetabelle
x_R	Rechte Abszisse zweier benachbarter Spalten in der Wertetabelle
y₁	Erster interpolierter Ordinatenwert T_s der Wertetabelle
y₁₃	Ausgabe des interpolierten Ordinatenwertes T_s
y_13i	Interpolierter Ordinatenwert T_s der p-ten Wertetabelle
	mit Bezug zum induktiven Leistungsfaktor
y_13l	Interpolierter Ordinatenwert T_s der s-ten Wertetabelle
	mit Bezug zur unteren Drehzahl
y_13r	Interpolierter Ordinatenwert T_s der (p + 1)-ten Wertetabelle
	mit Bezug zum resistiven Leistungsfaktor
y_13u	Interpolierter Ordinatenwert T_s der (s + 1)-ten Wertetabelle
	mit Bezug zur oberen Drehzahl
y_1L	Linke erste Ordinate zweier benachbarter Spalten
	in der Wertetabelle
y_1R	Rechte erste Ordinate zweier benachbarter Spalten
	in der Wertetabelle
y₂	Zweiter interpolierter Ordinatenwert D_s der Wertetabelle
y₂₄	Ausgabe des interpolierten Ordinatenwertes D_s
y_24i	Interpolierter Ordinatenwert D_s der p-ten Wertetabelle
	mit Bezug zum induktiven Leistungsfaktor
y_24l	Interpolierter Ordinatenwert D_s der s-ten Wertetabelle
	mit Bezug zur unteren Drehzahl
y_24r	Interpolierter Ordinatenwert D_s der (p + 1)-ten Wertetabelle
	mit Bezug zum resistiven Leistungsfaktor
y_24u	Interpolierter Ordinatenwert D_s der (s + 1)-ten Wertetabelle
	mit Bezug zur oberen Drehzahl
y_2L	Linke zweite Ordinate zweier benachbarter Spalten
	in der Wertetabelle
y_2R	Rechte zweite Ordinate zweier benachbarter Spalten
	in der Wertetabelle
y₃	Dritter interpolierter Ordinatenwert T_s der Wertetabelle
y_3L	Linke dritte Ordinate zweier benachbarter Spalten
	in der Wertetabelle
y_3R	Rechte dritte Ordinate zweier benachbarter Spalten
	in der Wertetabelle
y₄	Vierter interpolierter Ordinatenwert D_s der Wertetabelle
y_4L	Linke vierte Ordinate zweier benachbarter Spalten
	in der Wertetabelle
y_4R	Rechte vierte Ordinate zweier benachbarter Spalten
	in der Wertetabelle
z₁	Eingang für die zweite Systemgröße G₁{i'_f}
	in den Tabelleninterpolator
z₂	Eingang für die dritte Systemgröße n
	in den Tabelleninterpolator
z₃	Eingang für die vierte Systemgröße G₂{cosφ_a}
	in den Tabelleninterpolator
Δcos(φ)	Abstand zwischen den Leistungsfaktoren cosφ_r – cosφ_i
Δi'_f	Abstand der Extremwerte der Ableitungen
	des Erregerstromes i'_fm
Δn	Abstand der Drehzahlen n_u – n_l
Δx	Abstand der Abszissenwerte x_R – x_L
ϑ	Temperaturmessung der Erregerwicklung
ϑ_f	Signal der Temperatur der Erregerwicklung

Formelzeichen

Zeichen	Einheit	Bezeichnung
C_L1	F	Lastkapazität pro Phase in Sternschaltung
		im Arbeitspunkt w = 1 (Selbsterregung)
cosφ_a		Leistungsfaktor (vierte Systemgröße)
cosφ_a(p+1)		(p + 1)-ter Leistungsfaktor der (p + 1)-ten
		Wertetabelle zugeordnet
cosφ_ap		p-ter Leistungsfaktor der p-ten Wertetabelle zugeordnet
cosφ_aw		Leistungsfaktor im Arbeitspunkt w
D_{off_w}		Dämpfungsfaktor D_s im Arbeitspunkt w bei Entregung
D_{on_w}		Dämpfungsfaktor D_s im Arbeitspunkt w bei Auferregung
D_s		Dämpfungsfaktor des Ersatzmodells der Regelstrecke
		als Schwingglied 2. Ordnung
f	Hz	Sollankerfrequenz
f_a	Hz	Ankerfrequenz
f_aN	Hz	Bemessungsankerfrequenz
G₂{cosφ_a}		Geglättetes Signal des Leistungsfaktors cosφ_a
		(dritte Systemgröße)
i		Index der Ordinaten
i_a	A	Ankerphasenstrom (sin-Zeitfunktion)
I_a	A	Ankerscheinstrom
I_aP	A	Wirkanteil des Ankerstromes
I_aQ	Ar	Blindanteil des Ankerstromes
i_f	A	Zeitfunktion des Erregerstromes
I_f	A	Erregerstrom
i'_f	A/s	Zeitliche Änderung (Ableitung) des Erregerstromes i_f
I_fd0	A	Erregerstrom im Leerlauf (i)
I_fdN	A	Erregerstrom im Bemessungspunkt (n)
I_fw	A	Erregerstrom im Arbeitspunkt w
KD		D-Anteil des Spannungsreglers
KI		I-Anteil des Spannungsreglers
KP		P-Anteil des Spannungsreglers
L		Index der linken zweier benachbarter Spalten
		der Wertetabelle
L_Lw	H	Lastinduktivität pro Phase in Sternschaltung
		im Arbeitspunkt w
n	rpm	Drehzahl der Synchronmaschine (dritte Systemgröße)
n_N	rpm	Bemessungsdrehzahl der Synchronmaschine
n_s	rpm	s-te Drehzahl der s-ten Wertetabelle zugeordnet
n_s+1	rpm	(s + 1)-te Drehzahl (s + 1)-ten Wertetabelle
		zugeordnet
P		Anzahl der, dem Leistungsfaktor zugeordneten,
		Wertetabellen
p		p-te dem Leistungsfaktor zugeordnete Wertetabelle
P_a	W	Wirkleistung
P_aN	W	Bemessungswirkleistung
P_aR	W	Wirkleistung im Teillastbereich
Q	Var	Sollwert des Blindleistungsreglers (Führungsgröße)
Q_a	Var	Blindleistung (Istwert)
Q_aN	Var	Bemessungsblindleistung (Istwert)
Q_aR	Var	Blindleistung im Teillastbereich
R		Index der rechten zweier benachbarter Spalten
		der Wertetabelle
R_f	Ω	Ohmscher Widerstand der Erregerwicklung
R_f20	Ω	Ohmscher Widerstand der abgekühlten Erregerwicklung
R_fw	Ω	Ohmscher Widerstand der Erregerwicklung
		im Arbeitspunkt w
R_Lw	Ω	Lastwiderstand pro Phase in Sternschaltung
		im Arbeitspunkt w
S		Anzahl der, der Drehzahl zugeordneten, Wertetabellen
s		s-te der Drehzahl zugeordnete Wertetabelle
S_a	VA	Scheinleistung
S_aw	VA	Scheinleistung im Arbeitspunkt w
S_aw(t)	VA	Zeitlicher Verlauf der Scheinleistung
		bis zum Arbeitspunkt w
sinφ_a		Blindleistungsfaktor
T_e	s	Reglerzeitkonstante (in bestimmten Grenzen
		frei wählbar)
T_{off_w}	s	Erste Zeitkonstante T_s im Arbeitspunkt w bei Entregung
T_{on_w}	s	Erste Zeitkonstante T_s im Arbeitspunkt w
		bei Auferregung
T_s	s	Zeitkonstante des Ersatzmodells der Regelstrecke
		als Schwingglied 2. Ordnung
U	V	Sollwert des Spannungsreglers (Führungsgröße)
U_a	V	Verkette Ankerspannung (Istwert)
u_a	V	Ankerphasenspannung (sin-Zeitfunktion)
U_aN	V	Bemessungsankerspannung
U_aw(t)	V	Zeitlicher Verlauf der Ankerspannung
		bis zum Arbeitspunkt w
U_f	V	Erregerspannung (Stellgröße)
U_fc	V	Deckenspannung des Stellgliedes (ceiling voltage)
U_fd0	V	Leerlauferregerspannung
U_fdN	V	Bemessungserregerspannung
U_fH	V	Erregerspannung der Hauptmaschine
		einer schleifringlosen Synchronmaschine
U_fR	V	Erregerspannung im Teillastbereich
U_fw	V	Erregerspannung im Arbeitspunkt w
U_s	V	Erste Systemgröße
U_sw	V	Erste Systemgröße im Arbeitspunkt w
V_e		Reglerverstärkung
V_s		Kehrwert der Spannungsverstärkung 1/V_U
V_sw		Kehrwert der Spannungsverstärkung 1/V_uw
		im Arbeitspunkt w
V_U		Spannungsverstärkung der Synchronmaschine
V_U1		Spannungsverstärkung im Selbsterregungspunkt w = 1
V_Uw		Spannungsverstärkung im Arbeitspunkt w
w		Index des Arbeitspunktes im Bereich 1 ≤ w ≤ W
W		Anzahl der Arbeitspunkte
x	V	Abszissenwert zur Interpolation in der Wertetabelle
X_as	Ω	Ankerstreureaktanz der Synchronmaschine
X_C	Ω	Lastreaktanz im Selbsterregungspunkt (s)
x_L	V	Linke Abszisse zweier benachbarten Spalten
		in der Wertetabelle
x_R	V	Rechte Abszisse zweier benachbarten Spalten
		in der Wertetabelle
x_w	V	Abszissenwert der Wertetabelle im Arbeitspunkt w
y_i		i-ter aktuell interpolierter Ordinatenwert
		der Wertetabelle
y_iL		Linke i-te Ordinate zweier benachbarten Spalten
		in der Wertetabelle
y_iR		Rechte i-te Ordinate zweier benachbarten Spalten
		in der Wertetabelle
y_iw		i-ter Ordinatenwert der Wertetabelle im Arbeitspunkt w
Δf_a	Hz	Abweichung der Ankerfrequenz von der Sollfrequenz f
ΔP_a	W	Wirkleistungspendelung zwischen Synchronmaschinen
ΔQ_a	Var	Blindleistungsausgleich zwischen Synchronmaschinen
ϑ_f	°C	Temperatur der Erregerwicklung
ϑ_f20	°C	Temperatur der abgekühlten Erregerwicklung
ϑ_fw	°C	Temperatur der Erregerwicklung im Arbeitspunkt w
Δx	V	Abstand der Abszissenwerte x_R – x_L
Δy_i		Abstand der i-ten Ordinate y_iR – y_iL
ω₀	s^–1	Elektromechanische Eigenfrequenz der
		Synchronmaschine in Bezug zum starren Netz

8. Fundstellen

[F1.01] Franz Karlecik-Meier: Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen Leistungsreglung einer angetriebenen Synchronmaschine. DE19752940 vom 28.11.1997
[F2.01] Naoki Hongo; Tetsuhiko Miyatani; Yoshihiko Akaiwa: Distortion-compensated amplifier using predistortion technique. US 20050068102 vom 23.09.2004
[F2.02] Lin; Chih-Hung; Tai-Nan; Chen; Jiunn-Tsair; Hsinchu: Einrichtung und Verfahren zum dynamischen Anpassen der Teilung einer Look-up-Tabelle zum Linearisieren eines Leistungsverstärkers. DE 10 2006 035 817 vom 01.08.2006
[F2.03] Helmut Suelzle; Guenter Nasswetter: Bestimmen von Lastmoment und Ausgangsstrom eines Fahrzeuggenerators durch Messen des Erregerstromes. DE 10227821 A1 vom 21.06.2002
[F2.04] Walter Kohl, Kai-Oliver Homeyer, Ralf Herbig: Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Generatortemperatur aus dem Erregerstrom. DE 10331506A vom 11.07.2003

9. Literaturverzeichnis

[L1.01] Rolf Fischer: Elektrische Maschinen. Leipzig: Hanser-Verlag, 2009 (14. Aufl.)
[L1.02] Hartmut Mrugowsky: Experimentelle Ermittlung der Abschnittskennlinien der Synchronmaschine. etzArchiv 7(1985)3 89–93
[L1.03] Amir M. Miri: Ausgleichsvorgänge in Elektroenergiesystemen: Mathematische Einführung, elektromagnetische und elektromechanische Vorgänge. Springer Verlag Berlin 5.10.2000)
[L1.04] Dietrich Oeding; Bernd R. Oswald: Elektrische Kraftwerke und Netze. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2004 (6. Aufl.)
[L1.05] M. Hanmandlu, Himani Goyal: Proposing a new advanced control technique for micro hydro power plants. Electrical Power and Energy Systems 30 (2008) 272–282
[L2.01] Germar Müller; Karl Vogt; Bernd Ponick: Berechnung elektrischer Maschinen. Berlin: Wiley-VCH, 2007 (6. Aufl.)
[L2.02] DIN EN 60 034-4: Drehende elektrische Maschinen – Teil 4: Verfahren zur Ermittlung der Kenngrößen von Synchronmaschinen durch Messungen.
[L2.03] Hartmut Mrugowsky: Zeitkonstanten und Eigenfrequenzen des im Alleinbetrieb arbeitenden Synchrongenerators; Zeitschrift für elektrische Informations- und Energietechnik, Leipzig 1(1971)1 20–28
[L3.01] Dierk Schröder: Elektrische Antriebe 2 – Regelung von Antrieben. Springer Verlag Berlin 1995
[L5.01] Yi Guo, David j. Hill, Youyi Wang: Nonlinear decentralized control of largescale power systems. Automatica 36(2000) 1276–1289
[L5.02] Jung-Wook Park, Ronald G. Harley, Ganesh K. Venayagamoorthy: Indirect Adaptive Control for Synchronous Generator: Comparison of MLP/RBF Neural Networks Approach With Lyapunov Stability Analysis. IEEE TRANSACTIONS ON NEURAL NETWORKS, VOL. 15, NO. 2, MARCH 2004
[L5.03] Yuanchu Cheng; Zhuoyu Jiang; Dehong Xu; Yan Liu: Nonlinear analytical fuzzy logic control of generator excitation. Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, 2008. DRPT 2008 – Third International Conference vom 16. Mai 2008
[L5.04] G. Fusco, M. Russo: Adaptive Voltage Regulator Design for Synchronous Generator. IEEE Transactions on Energy Conversion, IEEE Power & Energy Society vom 19. August 2008
[L6.01] Otto Föllinger: Reglungstechnik – Einführung in die Methoden und ihre Anwendung. Hüthig Verlag Heidelberg 2008 (10. Aufl.)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19752940 [0064]
- US 20050068102 [0064]
- DE 102006035817 [0064]
- DE 10227821 A1 [0064]
- DE 10331506 A [0064]

Claims

Verfahren und Einrichtung zur Spannungs- und Blindleistungsregelung der elektrisch erregten Synchronmaschine mit einer besonders robusten Anpassung an ihren nichtlinearen Magnetkreis, dadurch gekennzeichnet, dass einmalig zum Vorbereiten der erfindungsgemäßen Regelungsaufgabe a) in einem ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) eine Anzahl W Arbeitspunkte für zu erwartende Belastungsfälle der zu regelnden Synchronmaschine bei Bemessungsspannung und -frequenz insbesondere bei Selbsterregung mit Erregerspannung gleich Null, im Leerlauf, bei Teil-, Bemessungs-, Über- und Grenzlast ausgewählt, b) in einem zweiten Verfahrensschritt (02 in 1a) der Quotient von Erreger- und Bemessungsankerspannung in den im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) ausgewählten Arbeitspunkten bei der Bemessungsdrehzahl entweder mittels Messung an der zu regelnden Synchronmaschine oder durch Computersimulation der zu regelnden Synchronmaschine als stationäre Spannungsverstärkung bestimmt, c) in einem dritten Verfahrensschritt (03 in 1a) der zeitliche Verlauf der Ankerspannung von Null bis zur Bemessungsankerspannung bei Auferregung in die im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) ausgewählten W Arbeitspunkte mit konstanter, bereits im zweiten Verfahrensschritt (02 in 1a) bestimmter Erregerspannung, aufgezeichnet sowie d) in einem vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) für die im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) vereinbarte Anzahl W Arbeitspunkte der zu regelnden Synchronmaschine Zeitkonstanten und Dämpfungsfaktoren als reglungstechnische Ersatzgrößen, insbesondere eines PT2-Gliedes, aus den im dritten Verfahrensschritt (03 in 1a) aufgezeichneten Ankerspannungen approximiert werden, anschließend e) in einem fünften Verfahrensschritt (05 in 1a) eine Wertetabelle mit der im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) festgelegten Anzahl W Spalten und drei Zeilen, in die nacheinander – als Abszisse in die ersten Zeile die im zweiten Verfahrensschritt (02 in 1a) für W Arbeitspunkte gemessene und/oder simulierte Erregerspannung, – als erste Ordinate in die zweite Zeile die im vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) für W Arbeitspunkte approximierte Zeitkonstante und – als zweite Ordinate in die dritte Zeile der im vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) für W Arbeitspunkte abgeleitete Dämpfungsfaktor als Kenngrößen der Regelstrecke im Spannungs- und auch im Blindleistungsregelkreis der Synchronmaschine eingetragen sind, erstellt wiederkehrend zum Ausführen der erfindungsgemäßen Regelungsaufgabe vor jeder Abtastung der Istwerte des Spannungs- und Blindleistungsreglers wird, anschließend f) in einem sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) der aktuelle Erregerstrom der geregelten Synchronmaschine gemessen, mit dem ohmschen Erregerwiderstand der geregelten Synchronmaschine multipliziert, das Produkt als aktueller Abszissenwert der Wertetabelle zur Nutzung in einem siebenten Verfahrensschritt (07 in 1b) bereitgestellt werden, anschließend g) im siebenten Verfahrensschritt (07 in 1b) aus der Wertetabelle zwei nebeneinander liegende Spalten, benannt als linke und rechte Spalte der Wertetabelle, so identifiziert werden, dass der im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) bereitgestellte aktuelle Abszissenwert zwischen den in diesen beiden Spalten identifizierten linken und identifizierten rechtem Abszissenwert der Wertetabelle liegt, h) in einem achten Verfahrensschritt (08 in 1b) aktuelle Ordinatenwerte für die Ordinaten Eins und Zwei zwischen identifizierter linker und identifizierter rechter Spalte der Wertetabelle vorzugsweise linear interpoliert werden, indem jeweils – ein Wert für den Anstieg der aktuellen Ordinate als Quotient des Abstandes vom identifizierten linken zum identifizierten rechten Ordinatenwert und des Abstandes vom identifizierten linken zum identifizierten rechten Abszissenwert ermittelt, – der Wert für den Anstieg der aktuellen Ordinate mit dem Abstand vom identifizierten linken Abszissenwert bis zu dem im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) bereitgestellten aktuellen Abszissenwert multipliziert und – dieses Produkt zum identifizierten linken Ordinatenwert hinzugefügt werden, anschließend i) in einem neunten Verfahrensschritt (09 in 1b) aktualisierte Reglerparameter nach einer bekannten Optimierungsmethode, insbesondere nach der Methode der Dopplerverhältnisse für einen Spannungsregler mit einer PID-Struktur, aus den im achten Verfahrensschritt (08 in 1b) interpolierten Ordinatenwerten abgeleitet und j) in einem zehnten Verfahrensschritt (10 in 1b) der erfindungsgemäße Spannungs- und Blindleistungsregler vor jeder Abtastung der Istwerte mit Hilfe der im neunten Verfahrensschritt (09 in 1b) aktualisierten Reglerparameter adaptiert werden sowie anschließend einmalig insbesondere zum Überprüfen der Robustheit der erfindungsgemäßen Reglungsaufgabe für die im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) definierten Arbeitspunkte bei Teil-, Bemessungs-, Über- und Grenzlast k) in einem elften Verfahrensschritt Lastauf- und Abschaltungen mit den im zweiten Verfahrensschritt (02 in 1a) benutzten Lasten durchgeführt, während der damit verbundenen Ein- und Ausschaltvorgänge die zeitliche Kontinuität der P-Anteile der erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregler überprüft, die erfindungsgemäß geregelte Ankerspannung des Synchronmaschine aufgezeichnet und bezüglich der Regelgüte bewertet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 mit an einen spezifischen Anwendungsfall der zu regelnden Synchronmaschine angepasster Wertetabelle, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Anzahl W der Arbeitspunkte und damit der Spalten der Wertetabelle erweitert, indem weitere Arbeitspunkte zwischen die im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) genannten Belastungsfälle eingefügt, oder die Anzahl W der Arbeitspunkte und damit der Spalten der Wertetabelle bis minimal Zwei reduziert werden, indem b) Arbeitspunkte zwischen den im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) genannten Belastungsfällen weggelassen, c) die zu erwartenden Belastungsfälle eingegrenzt oder d) einzelne Belastungsfälle nicht betrachtet werden, aber auch e) die Anzahl der Ordinaten und damit die Anzahl der Zeilen der Wertetabelle durch im vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) zusätzlich gewonnene reglungstechnische Ersatzgrößen, die für die im neunten Verfahrensschritt (09 in 1b) angewendete Optimierungsmethode erforderlich sind, erweitert sowie f) die erfindungsgemäße Wertetabelle auch zum Regeln von Spannung und Blindleistung der elektrisch erregten Synchronmaschine mit Hilfe von Fuzzy-Reglern, Reglern mit neuronalem Netz und anderweitig adaptierten Reglern angewendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 mit zusätzlicher Anpassung an elektrisch bedingte Temperaturschwankungen der Erregerwicklung der zu regelnden Synchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass einmalig zum Vorbereiten der erfindungsgemäßen Regelungsaufgabe a) im zweiten Verfahrensschritt (02 in 1a) die Erregerwicklung für den jeweiligen Arbeitspunkt grundsätzlich auf Betriebstemperatur gebracht und erst dann der im Anspruch 1 beschriebene Quotient der stationäre Spannungsverstärkung ermittelt und/oder wiederkehrend zum Ausführen der erfindungsgemäßen Regelungsaufgabe vor jeder Abtastung der Istwerte des Spannungs- und Blindleistungsreglers b) im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) zusätzlich, bevor die in Anspruch 1 beschriebene Multiplikation ausgeführt, die Temperatur der Erregerwicklung direkt oder indirekt gemessen und daraus die temperaturbedingte Änderung des ohmschen Erregerwiderstand der geregelten Synchronmaschine errechnet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 mit besonderen Anforderungen an die Mess- und Auswerteeinrichtung des Erregerstromes der geregelten Synchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass a) das die aus der Messung abgeleiteten Signale stör-, ausfallsicher und unverzögert für Verfahrensschritt Sechs (06 in 1b) bereitgestellt und b) der im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) erfindungsgemäß aufbereitete aktuelle Abszissenwert zum Regeln von Spannung und Blindleistung der elektrisch erregten Synchronmaschine mit Hilfe von Fuzzy-Reglern, Reglern mit neuronalem Netz und anderweitig adaptierten Reglern verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 mit zusätzlicher Anpassung an unterschiedliches Be- und Entlastungsverhalten insbesondere der schleifringlos elektrisch erregten Synchronmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass einmalig zum Vorbereiten der erfindungsgemäßen Regelungsaufgabe a) im dritten Verfahrensschritt (03 in 1a) ergänzend für den Entlastungsfall, mit kurzgeschlossener Erregerwicklung der zu regelnden Synchronmaschine oder, falls betriebsbedingt zugelassen, mit negativer Erregerspannung der Erregermaschine der zu regelnden schleifringlos elektrisch erregten Synchronmaschine der zeitliche Verlauf der Ankerspannung bei Entregung aus den im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) ausgewählten Arbeitspunkten von der Bemessungsankerspannung bis zur Remanenzspannung aufgezeichnet, zusätzlich bei den Auf- und Entregungsversuchen der zeitliche Verlauf des Erregerstromes und/oder die Änderung des Erregerstromes nach der Zeit aufgezeichnet, b) im vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) ergänzend für den Entlastungsfall weitere Zeitkonstanten und Dämpfungsfaktoren der zu regelnden Synchronmaschine in W Arbeitspunkten aus den im dritten Verfahrensschritt (03 in 1a) aufgezeichneten Ankerspannungsverläufen bei Entregung approximiert, zusätzlich aus den im dritten Verfahrensschritt (03 in 1a) in W Arbeitspunkten aufgezeichneten zeitlichen Verläufen des Erregerstromes und dessen Änderungen nach der Zeit im vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) die Extremwerte der Änderung des Erregerstromes als maximaler Anstieg aus den Auferregungsversuchen und als schnellster Abfall aus den Entregungsversuchen bestimmt sowie der Abstand zwischen beiden Extremwerten für eine weitere Nutzung im Verfahrensschritt Acht (08 in 1b) berechnet, c) im fünften Verfahrensschritt (05 in 1b) die Wertetabelle mit der im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) festgelegten Anzahl W Spalten um weitere zwei Zeilen, in die nacheinander – als dritte Ordinate in die vierte Zeile die im vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) in den jeweiligen Arbeitspunkten aus Entregungsversuchen approximierte Zeitkonstante und – als vierte Ordinate in der fünfte Zeile der im vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) in den jeweiligen Arbeitspunkten aus Entregungsversuchen abgeleitete Dämpfungsfaktor als weitere Kenngrößen der Regelstrecke der entlasteten Synchronmaschine eingetragen sind, erweitert werden, anschließend wiederkehrend zum Ausführen der erfindungsgemäßen Regelungsaufgabe vor jeder Abtastung der Istwerte des Spannungs- und Blindleistungsreglers d) im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) zusätzlich die Änderung des Erregerstromes nach der Zeit als gefiltertes Signal auf den im vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) berechneten Abstand der Extremwerte bezogen und zur Nutzung im achten Verfahrensschritt (08 in 1b) bereitgestellt und e) der siebente Verfahrensschritt (07 in 1b) entsprechend Anspruch 1 für die um zwei Ordinaten erweiterte Wertetabelle ausgeführt werden, anschließend f) im achten Verfahrensschritt (08 in 1b) aktuelle Auferregungsordinaten aus den Zeilen Zwei und Drei und aktuelle Entregungsordinaten aus den Zeilen Drei und Vier der Wertetabelle, genauso wie in Anspruch 1 beschrieben, linear interpoliert werden, danach in diesem Verfahrensschritt (08 in 1b) aktuelle Ordinaten für Verfahrensschritt Neun (09 in 1b) zwischen den aktuellen Auferregungsordinaten und den aktuellen Entregungsordinaten vorzugsweise wiederum linear interpoliert werden, indem jeweils – ein Wert für den Anstieg der aktuellen Ordinate als Quotient des Abstandes von der aktuellen Auferregungs- bis zur aktuellen Entregungsordinate und des Abstandes der im vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) berechneten Extremwerte ermittelt, – der Wert für den Anstieg mit dem Abstand vom im vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) bestimmten maximalen Anstieg des Erregerstromes bis zur im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) bereitgestellten aktuellen Änderung des Erregerstromes multipliziert und – dieses Produkt zur aktuellen Auferregungsordinate hinzugefügt werden, anschließend g) der neunte Verfahrensschritt (09 in 1b) entsprechend Anspruch 1 ausgeführt und h) im zehnten Verfahrensschritt (10 in 1b) der erfindungsgemäße Spannungs- und Blindleistungsregler vor jeder Abtastung der Istwerte bei abschnittsweise reduzierter Erregung zusätzlich mit Hilfe der im dritten (03 in 1a) und vierten Verfahrensschritt (04 in 1a) gewonnenen und im fünften Verfahrensschritt (05 in 1a) in der Wertetabelle ergänzten Entregungsordinaten adaptiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 mit verbesserter Anpassung der erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregelung an einen betriebs- und/oder lastbedingt stark veränderlichen Leistungsfaktor der elektrisch erregten Synchronmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass einmalig zum Vorbereiten der erfindungsgemäßen Regelungsaufgabe a) im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) zusätzlich eine Anzahl P monoton ansteigender Werte für zu erwartende Leistungsfaktoren, die den Bemessungsleistungsfaktors berücksichtigen, der Betriebs- b. z. w. Laststatistik der erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschine entsprechen und/oder für die Stabilität des Netzverbundes von erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschinen besonders wichtig sind, festgelegt und b) zum Ausfüllen einer Anzahl P Wertetabellen die Verfahrensschritte Zwei bis Fünf (02 bis 05 in 1a) für die im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) festgelegten Leistungsfaktoren vorzugsweise bei Teil-, Bemessungs-, Über- und Grenzlast P-fach durchlaufen werden, anschließend wiederkehrend zum Ausführen der erfindungsgemäßen Regelungsaufgabe vor jeder Abtastung der Istwerte des Spannungs- und Blindleistungsreglers c) im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) zusätzlich der Leistungsfaktor der erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschine gemessen und als geglätteter Messwert des aktuellen Leistungsfaktor bereitgestellt werden, anschließend d) im siebenten Verfahrensschritt (07 in 1b) aus der Anzahl P zwei nebeneinander liegenden Wertetabellen, benannt als induktive und ohmsche Wertetabelle, so identifiziert werden, dass der im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) bereitgestellte Messwert für den aktuellen Leistungsfaktor zwischen der identifizierten induktiven Wertetabelle mit dem identifizierten induktiven Leistungsfaktor und der identifizierten ohmschen Wertetabelle mit dem identifizierten ohmschen Leistungsfaktor liegt, und ebenso im siebenten Verfahrensschritt (07 in 1b) die Spalten in den hier identifizierten Wertetabellen genauso wie im Anspruch 1 und 5 beschrieben ausgewählt werden, anschließend e) im achten Verfahrensschritt (08 in 1b) aktuelle induktive Ordinatenwerte aus der identifizierten induktiven Wertetabelle, genauso wie in Anspruch 1 für die aktuellen Ordinatenwerte beschrieben, linear interpoliert werden, danach in diesem Verfahrensschritt (08 in 1b) aktuelle ohmsche Ordinatenwerte aus der identifizierten ohmschen Wertetabelle, genauso wie in Anspruch 1 für die aktuellen Ordinatenwerte beschrieben, interpoliert werden und danach in diesem Verfahrensschritt (08 in 1b) aktuelle Ordinatenwerte der Ordinaten Eins bis Vier für Verfahrensschritt Neun (09 in 1b) zwischen den aktuellen induktiven und ohmschen Ordinatenwerten, vorzugsweise wiederum linear interpoliert werden, indem jeweils – ein Wert für den Anstieg der aktuellen Ordinate als Quotient des Abstandes vom aktuellen induktiven zum aktuellen ohmschen Ordinatenwert und des Abstandes vom identifizierten induktiven zum identifizierten ohmschen Leistungsfaktor ermittelt, – der Wert für den Anstieg mit dem Abstand vom identifizierten induktiven Leistungsfaktor bis zu dem im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) gemessen aktuellen Leistungsfaktor multipliziert und – dieses Produkt zum aktuellen induktiven Ordinatenwert hinzugefügt werden, anschließend f) der neunte Verfahrensschritt (09 in 1b) entsprechend Anspruch 1 ausgeführt und g) im zehnten Verfahrensschritt (10 in 1b) der erfindungsgemäße Spannungs- und Blindleistungsregler vor jeder Abtastung der Istwerte zusätzlich mit Hilfe der im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) definierten Anzahl P Wertetabellen an den stochastisch veränderlichen Leistungsfaktor der erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschine adaptiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 mit unterschiedlich ausgeführten elektrischen Lasten der zu regelnden Synchronmaschine in den Verfahrensschritten Eins bis Fünf (01 bis 05 in 1a) und Elf, dadurch gekennzeichnet, dass für die im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) definierten Arbeitspunkte bei Selbsterregung mit Erregerspannung gleich Null, bei Teil-, Bemessungs-, Über- und Grenzlast a) passive Lasten bestehend aus Lastwiderständen mit im Temperaturbereich weitgehend konstanten Widerstandswerten, Belastungsdrosseln mit nachvollziehbarer Induktivitäten b. z. w. Selbsterregungskondensatoren mit durch Reihen- und Parallelschaltung einstellbarer Kapazitäten, b) aktive insbesondere rückspeisefähige Lasten, die als Ersatzgrößen nahezu konstante Widerstands-, Induktivität- b. z. w. Kapazitätswerten realisieren, und/oder c) als Belastung ideale Ersatzgrößen des Widerstandes, der Induktivität b. z. w. Kapazität, wie sie bei Computersimulationen möglich sind, verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7 mit zusätzlich verbesserter Anpassung der erfindungsgemäßen Spannungs- und Blindleistungsregelung bei großen Drehzahlschwankungen der elektrisch erregter Synchronmaschinen, wie sie insbesondere beim Betrieb als Schwungradgenerator auftreten, dadurch gekennzeichnet, dass einmalig zum Vorbereiten der erfindungsgemäßen Regelungsaufgabe a) im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) zusätzlich eine Anzahl S monoton ansteigende Drehzahlwerte, über den betriebsmäßigen Drehzahlbereich der zu regelnden Synchronmaschine gleichmäßig verteilt, festgelegt und b) zum Ausfüllen einer Anzahl S Wertetabellen die Verfahrensschritte Zwei bis Fünf (02 bis 05 in 1a) für die im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) festgelegten Drehzahlen vorzugsweise bei Teil-, Bemessungs-, Über- und Grenzlast S-fach durchlaufen werden, anschließend wiederkehrend zum Ausführen der erfindungsgemäßen Regelungsaufgabe vor jeder Abtastung der Istwerte des Spannungs- und Blindleistungsreglers c) im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) zusätzlich die Drehzahl der erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschine als aktuelle Drehzahl möglichst zeitnah b. z. w. idealerweise unverzögert gemessen wird, anschließend d) im siebenten Verfahrensschritt (07 in 1b) aus der Anzahl S zwei nebeneinander liegende Wertetabellen, benannt als untere und obere Wertetabelle, so identifiziert werden, dass die im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) gemessene aktuelle Drehzahl zwischen der identifizierten unteren Wertetabelle mit der identifizierten unteren Drehzahl und der identifizierten oberen Wertetabelle mit der identifizierten oberen Drehzahl liegt, und im siebenten Verfahrensschritt (07 in 1b) die Spalten in den hier identifizierten Wertetabellen genauso wie im Anspruch 1 und 5 beschrieben ausgewählt werden, anschließend e) im achten Verfahrensschritt (08 in 1b) aktuelle untere Ordinatenwerte aus der identifizierten unteren Wertetabelle, genauso wie in Anspruch 1 für die aktuellen Ordinatenwerte beschrieben, linear interpoliert werden, danach in diesem Verfahrensschritt (08 in 1b) aktuelle obere Ordinatenwerte aus der identifizierten oberen Wertetabelle, genauso wie in Anspruch 1 für die aktuellen Ordinatenwerte beschrieben, interpoliert werden und danach in diesem Verfahrensschritt (08 in 1b) aktuelle Ordinatenwerte der Ordinaten Eins bis Vier für Verfahrensschritt Neun (09 in 1b) zwischen den aktuellen unteren und oberen Ordinatenwerten vorzugsweise wiederum linear interpoliert werden, indem jeweils – ein Wert für den Anstieg der aktuellen Ordinate als Quotient des Abstandes vom aktuellen unteren zum aktuellen oberen Ordinatenwert und des Abstandes von der identifizierten unteren zur identifizierten oberen Drehzahl ermittelt, – der Wert für den Anstieg mit dem Abstand von der identifizierten unteren Drehzahl bis zu der im sechsten Verfahrensschritt (06 in 1b) gemessen aktuellen Drehzahl multipliziert und – dieses Produkt zum unteren aktuellen Ordinatenwert hinzugefügt werden, anschließend f) der neunte Verfahrensschritt (09 in 1b) entsprechend Anspruch 1 ausgeführt und g) im zehnten Verfahrensschritt (10 in 1b) der erfindungsgemäße Spannungs- und Blindleistungsregler vor jeder Abtastung der Istwerte zusätzlich mit Hilfe der im ersten Verfahrensschritt (01 in 1a) definierten Anzahl S Wertetabellen an die veränderliche Drehzahl der erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschine adaptiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8 zur stationären und dynamischen Lastaufteilung parallelgeschalteter erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschinen, insbesondere auch parallelgeschalteter Schwungradgeneratoren, dadurch gekennzeichnet, dass a) Ausgleichsvorgänge zwischen den Synchronmaschinen, verursacht durch schnell veränderliche b. z. w. nicht vorhersehbare Belastungen, durch die erfindungsgemäße Reglung gering gehalten und b) die verlustbedingte Erwärmung aller Synchronmaschinen durch die erfindungsgemäße Reglung besser auf die parallelgeschalteten und erfindungsgemäß geregelten Synchronmaschinen verteilt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 in arbeitsteiliger Ausführungen der Verfahrensschritte, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Verfahrensschritte Eins bis Fünf (01 bis 05 in 1a) im Prüffeld und/oder mittels Computersimulation in der Regel beim Hersteller der zu regelnden Synchronmaschine, b) die erfindungsgemäße Wertetabelle für die 2D-Interpolation oder die erfindungsgemäßen Wertetabellen für die 3D-Interpolation in der Regel vom Hersteller der Synchronmaschine über den Errichter an den Betreiber der Generatoranlage übergeben, c) die Verfahrensschritte Sechs bis Zehn (06 bis 10 in 1b), in einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Spannungs- und Blindleistungsregelung implementiert, in der Regel beim Betreiber der geregelten Synchronmaschine und d) der Verfahrensschritt Elf im Prüffeld und/oder mittels Computersimulation entweder beim Hersteller oder beim Betreiber der zu regelnden Synchronmaschine ausgeführt werden.
Einrichtung nach Anspruch 1 bis 10 zum wiederkehrenden Ausführen der Verfahrenschritte Sechs bis Zehn (06 bis 10 in 1b) dadurch gekennzeichnet, dass a) die zeitlichen Verläufe des Erregerstromes (i_f in 2a) und ergänzend dazu der Temperatur der Erregerwicklung (ϑ_f in 2a) der zu regelnden Synchronmaschine (SM in 2a) gemessen, b) aus diesen Messgrößen (i_f und ϑ_f in 2a) eine erste Systemgröße (U_s in 2a), die den Magnetisierungszustand der zu regelnden Synchronmaschine (SM in 2a) insgesamt charakterisiert, gebildet, c) die erste Systemgröße (U_s in 2a) vor jeder Abtastung der Istwerte (U und Q in 2a) einem Tabelleninterpolator (CTPF in 2b, CTRS in 2c oder CCT in 2d) als aktueller Abszissenwert (x in 2a bis 2d) übergeben, d) das Messsignal des Erregerstromes (i_f in 2a) differenziert (D in 2a) und gefiltert (G₁{i'_f} in 2a) als zweite Systemgröße (z₁ in 2a, 2d bis 2f), die zusätzlich schnelle Änderungen des Erregungszustandes der zu regelnden Synchronmaschine (SM in 2a) charakterisiert, bereitgestellt, e) die zweite Systemgröße (z₁ in 2a, 2d bis 2f) ebenso vor jeder Abtastung der Istwerte (U und Q in 2a) dem Tabelleninterpolator (CCT in 2d) übergeben, f) die Drehzahl (n in 2a) der zu regelnden Synchronmaschine (SM in 2a) als eine dritte Systemgröße (z₂ in 2a und 2c), die zusätzlich Abweichungen des Magnetisierungszustandes in Abhängigkeit von der Drehzahl (n in 2a) charakterisiert, gemessen, g) die dritte Systemgröße (z₂ in 2a und 2c), ebenso vor jeder Abtastung der Istwerte (U und Q in 2a) dem Tabelleninterpolator (CTRS in 2c) übergeben, h) jeweils Wirk- (P_a in 2a) und Blindleistung (Q_a in 2a) der zu regelnden Synchronmaschine (SM in 2a) gemessen und daraus ein Signal für den Leistungsfaktor (cosφ_a in 2a) der zu regelnden Synchronmaschine (SM in 2a) gewonnen, i) das Signal für den Leistungsfaktor (cosφ_a in 2a) geglättet (G₂{cosφ_a} in 2a) und als eine vierte Systemgröße (z₃ in 2a und 2b) die zusätzlich Abweichungen des Magnetisierungszustandes in Abhängigkeit vom Leistungsfaktor (cosφ_a in 2a) charakterisiert, bereitgestellt, j) die vierte Systemgröße (z₃ in 2a und 2b) ebenso vor jeder Abtastung der Istwerte (U und Q in 2a) dem Tabelleninterpolator (CTPF in 2b) übergeben, k) der Tabelleninterpolator (CTPF in 2b, CTRS in 2c oder CCT in 2d) vor jeder Abtastung der Istwerte (U und Q in 2a) in einer Ausführung mit einer Wertetabelle (CCT in 2d), die in einmaliger Ausführung der Verfahrenschritte Eins bis Fünf (01 bis 05 in 1a) gewonnen wurde, eine 2D-Interpolation (y_μ = (y_μR – y_μL)·(x – x_μL)/(x_μR – x_μL) + y_μL, wobei μ = 1, 2 ... 4 in 2d; y₁₃ = (y₃ – y₁)·(z₁ – i'_fm)/(i'_fn – i'_fm) + y₁ in 2e; y₂₄ = (y₄ – y₂)·(z₁ – i'_fm)/(i'_fn – i'_fm) + y₂ in 2f) in, in einer anderen Ausführung mit mehreren Wertetabellen (CTPF in 2b oder CTRS in 2c), die in mehrmaliger Ausführung der Verfahrenschritte Eins bis Fünf (01 bis 05 in 1a) gewonnen wurden, 3D-Interpolationen (y₁₃ = (y_13r – y_13i)·(z₃ – cos(φ_i)/(cos(φ_r) – cos(φ_i)) + y_13i und y₂₄ = (y_24r – y_24i)·(z₃ – cos(φ_i)/(cos(φ_r) – cos(φ_i)) + y_24i in 2b; y₁₃ = (y_13u – y_13l)·(z₂ – n_l)/(n_u – n_l) + y_13l und y₂₄ = (y_24u – y_24l)·(z₂ – n_l)/(n_u – n_l) + y_24l in 2c) ausgeführt, l) vorbereitend während der Ausführung der Verfahrenschritte Eins bis Fünf (01 bis 05 in 1a) für die 3D-Interpolation (y₁₃ = ... und y₂₄ = ... in 2b und 2c) die Wertetabellen, entweder aufsteigend nach dem Leistungsfaktor (cosφ_a in 2a) oder aber aufsteigend nach der Drehzahl (n in 2a) sortiert, m) vor der Ausführung der 3D-Interpolation (y₁₃ = ... und y₂₄ = ... in 2b und 2c) in Abhängigkeit von der dritte Systemgröße (z₂ in 2a und 2c) oder aber in Abhängigkeit von der vierte Systemgröße (z₃ in 2a und 2b) zwei nebeneinander liegenden Wertetabellen („lower speed” n_l und „upper speed” n_u in 2c oder aber „rather inductive power factor” cosφ_i und „rather resistive power factor” cosφ_r und in 2b) ausgewählt, n) vor der Ausführung der 2D-Interpolation (y_μ = ... in 2d; y₁₃ = ... in 2e; y₂₄ = ... in 2f), die auch den 3D-Interpolationen (y₁₃ = ... und y₂₄ = ... in 2b und 2c) untergeordnet ist, in Abhängigkeit vom aktuellen Abszissenwert (x in 2a bis 2d) zwei nebeneinander liegende Spalten entweder in einer Wertetabelle (CCT in 2d) oder in dieser Unterordnung in allen Wertetabellen (CTRS in 2c oder aber CTPF in 2b) ausgewählt, o) während der 2D-Interpolation y_μ = ... in 2d; y₁₃ = ... in 2e; y₂₄ = ... in 2f) vor jeder Abtastung der Istwerte (U und Q in 2a) aktuelle Ordinatenwerten (y_μ = ... in 2d) zwischen den ausgewählten Spalten einer (CCT in 2d) oder mehrerer Wertetabellen (CTRS in 2c oder aber CTPF in 2b) in Abhängigkeit vom aktuellen Abszissenwert (x in 2a bis 2d) interpoliert, p) zudem während der 2D-Interpolation (y_μ = ... in 2d; y₁₃ = ... in 2e; y₂₄ = ... in 2f) zwischen jeweils zwei aktuellen Ordinatenwerten (y₁ mit y₃ und y₂ mit y₄ in 2e und 2f) in Abhängigkeit von der zweiten Systemgröße (z₁ in 2a, 2e und 2f) interpoliert und das Ergebnis als aktuelle interpolierte Ordinatenwerte (y₁₃ und y₂₄ in 2e und 2f) ausgegeben, q) die aktuellen 2D-(y₁₃ und y₂₄ in 2e und 2f) und die aktuellen 3D-interpolierten (y₁₃ und y₂₄ in 2b und 2c) Ordinatenwerte (y₁₃ und y₂₄ in 2a) als erfindungsgemäß gewonnene Zeitkonstante (T_S in 2a) und erfindungsgemäß gewonnener Dämpfungsfaktor (D_S in 2a) der zu regelnden Synchronmaschine (SM in 2a) an einen Optimierer (CM in 1a) übergeben, r) die erste Systemgröße (U_s in 2a) mit dem Kehrwert der gemessenen Ankerspannung (U_a ^–1 in 2a) multipliziert und das Produkt als fünfte Systemgröße (V_s in 2a), die den Bezug zur stationären Spannungsverstärkung der zu regelnden Synchronmaschine (SM in 2a) herstellt, ebenso dem Optimierer (OM in 2a) übergeben und s) vom Optimierer (CM in 2a) zur Adaptation des Spannungsreglers (PID in 2a), jeweils P-(KP1 in 2a), I-(KI in 2a) und D-Anteil (KD in 2a) sowie zur Adaptation des Blindleistungsreglers (P in 2a) der P-Anteil (KP2 in 2a), vor jeder Abtastung der Istwerte (U und Q in 2a) berechnet werden.