DE1055661B - Anordnung zur Einregelung von Spannungskennlinien mit Stufen, Knicken oder Absaetzen durch mehrere parallel arbeitende Einheiten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1 055

INTERNATIONALE KL

H 02 p; j

ANMELDETAG: 1. MÄRZ 19 56

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:

23. APRIL 1959
8. OKTOBER 1959

STIMMT ÜBEREIN MIT AUSLEGESCHRIFT

1 OK 6811 (G. 19104 VIII b / 21 c)

Zur Verbesserung der. Spannungshaltung und Blindleistungsverteilung in großen Wechsel- oder Drehstromnetzen wurden vor einiger Zeit neuartige Spannungsregler vorgeschlagen, die bei as tungs abhängige Spanniungswerte einhalten, und im einzelnen dadurch gekennzeichnet, sind,, daß der einzuhaltende Spannungswert bei Überschreitung einer bestimmten einstellbaren, gegebenenfalls fernverstellbaren Belastung mit induktivem Leistungsfaktor (d.h. mit Abgabe von Magnetisierungsleistung) um einen gewissen Betrag erniedrigt und bei Überschreitung einer bestimmten einstellbaren, gegebenenfalls fernverstellbaren Belastung mit kapazitivem Leistungsfaktor (d. h. mit Aufnahme von Magnetisierung.sleistung) um einen gewissen Betrag erhöht wird.·. Beispielsweise kann der einzuhaltende Spannungswert bei Überschreitung eines bestimmten, einstellbaren, gegebenenfalls fernverstellbaren Belastungsstromes um einen gewissen Betrag erniedrigt oder erhöht werden, je nachdem ob die geregelte Maschine Magnetisierungsleistung abgibt oder aufnimmt, d. h., je nachdem ob der Blindstrom nach- oder voreilt, oder ob Erregerström und -spannung über oder unter ihrem Mittelwert liegen, oder ob das Stellglied des Reglers im Übererregungs- oder im Untererregungsbereich steht, wobei in der Mitte des. gesamten .Erreger- bzw. Stellbereichs eine Zone vorgesehen sein kann, innerhalb welcher der einzuhaltende Spannungswert unverändert bleibt. '

Die Abb. i und 2 zeigen zwei Beispiele der Spannungs-Belastungs-Keninlinien solcher Regler. Auf den Abszissen sind rechts ( + ) die Belastungen mit Abgabe, linksi ( —).die mit Aufnahme von, Magnetisierungsleistung aufgetragen.· Die Kennlinie nach Abb. 1 ist waagerecht oder, anders ausgedrückt, astatisch eingestellt, Sie könnte aber ebensogut auch leicht nach rechts unten geneigt sein. Die Kennlinie nach Abb. 2 dagegen steigt etwas nach rechts oben an, wie dies zweckmäßig ist, wenn man Spannungsabfälle in 'Umspannern oder Leitungen kompensieren will. Für die Stufen oder Absätze an den Enden der Kennlinien sind verschiedene Formen gezeichnet. Wesentlich ist dabei, daß es sich bei diesen Stufen nicht etwa um Sprünge handelt, sondern daß auf jedem Punkt der Stufe gearbeitet werden kann.

Mit Spannungsreglern, die solche Kennlinien einhalten, kann man den Aufgaben der. Spannungsregelung und Blindleistungsverteilung in · großen Netzen voll gerecht werden. Am zweckmäßigsten wird der Betrieb bekanntlich, so geführt, daß an den Maschinenklemmen, den Sammelschienen von Kraftoder Umspannwerken, in den Knotenpunkten usw. konstante, überall gleich hohe Spannungen gehalten werden, einerseits, um.die Spannungsschwankungen möglichst klein zu halten, andererseits, um die Blind-

IO Anordnung zur Einregelung

von Spannungskennlinien mit Stufen,

Knicken oder Absätzen durch mehrere

parallel arbeitende Einheiten

Patentiert für:
Dr.-Ing. Hans Graner, Stuttgart

Dr.-Ing. Hans Graner, Stuttgart,
ist als Erfinder genannt worden

leistung nach Möglichkeit örtlich zu decken und so die Verbindungsleitungen vom Blindstrom zu entlasten. Dabei entsteht freilich die Gefahr, daß die Maschinen usw. mit Blindleistung oder Blindstrom überlastet werden. Dies gilt besonders für Maschinensätze und Umformer, da bei ihnen der Regelbereich für den Erregerstrom mit Rücksicht auf außergewöhnliehe Betriebszustände und -vorfalle stets ziemlich viel größer gewählt werden muß, als dies für den. Nennbetrieb erforderlich ist. Je flacher allgemein die Kennlinien eingestellt werden, desto größer.ist die Wahrscheinlichkeit von Überlastungen schon, bei kleinen Spannungsschwankungen. Dies tritt um so mehr in Erscheinung, je größer und leistungsfähiger die Netze werden;. Der einzelne Maschinensatz oder das einzelne,Kraft- oder Umspannwerk werden dann in ihrer Spannungsbaltung immer mehr von der Umweit abhängig, d.h. von der Gesamtheit aller umliegenden Kraftwerke. Denn die elektrischem Entfernungen verringern sich, einmal weil die Zahl der Kraftwerke größer - wird und damit ihre mittleren geographischen Abstände kleiner werden und weil die Gesamtleistungsfähigkeit sowohl der Kraftwerke als auch der Verbindungsleitungen zunimmt.

Die Stufen oder Absätze in den Spannungkennlinien nach Abb. 1 und 2 verhindern Überlastungen der Maschinen, usw. trotz ihres sehr empfindlichen Ansprechens auf jede Spannungsänderung und des damit verbundenen Bestrebens, örtliche Blindlaständerungen an sich zu ziehen. Sobald die Maschinen usw. zu stark mit Magnetisierungsleistung belastet sind (rechtes Ende der Kennlinie), gehen sie mit der

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Spannung zurück, wodurch nicht nur der örtliche Ver- nungsregler vorgesehen wird, der die Sollwerteinstelbrauch etwas erniedrigt wird, sondern vor allem ler der einzelnen Spannungsregler der parallel arbei-Magnetisierungsleistung von außen her zufließt. Diese tenden Einheiten laufend so nachstellt,· daß an den letztere Wirkung überwiegt bei weitem, da beispiels- Sammelschienen'bzw. dem Knotenpunkt die Spanweise 1% Spannungsabsenkung für den Spannungs- 5 nungskennlinie den gewünschten asiatischen, steigenunterschied zwischen den zwei Enden einer Leitung den oder fallenden Verlauf nimmt, und dessen Sollschon sehr viel ausmacht, für den Strombezug eines werteinsteller seinerseits durch die Belastung einer der Verbrauchers dagegen nur sehr wenig. Wenn, die parallel arbeitenden Einheiten oder mehrerer von Spannung um einen gewissen Betrag abgesunken ist, ihnen oder aller zusammen so beeinflußt wird, daß bei kann die Magnetisierungsstromabgabe wieder' gestei- io bestimmten Belastungswerten· Stufen, Knicke oder gert erhöht werden. Dies ist besonders bei Maschinen- Absätze in der Gesamfckennlinie entstehen, sätzen und Umformern wichtig, um bei Kurzschlüssen In Abb. 3 ist als Beispiel schematisch ein Kraftdurch schnelle Erhöhung der Erregung das Außer- werk mit drei von Kraftmaschinen 1,2,3 irgendwelcher trittfallen verhindern zu können und, wenn dies nicht Art angetriebenen Wechsel- oder Drehstromgeneragelingt, die Maschinen usw. sicher abtrennen zu 15 toren 4, 5, 6 dargestellt, die über Umspanner 7, 8, 9 lassen. parallel auf die Sämmelschienen 10 und über die ab- ^:

Entsprechendes gilt für das entgegengesetzte Ende gehende Leitung 11 auf einen nicht mehr gezeichneten der Kennlinie, wo die Maschinen usw. von kapaziti- Knoten- oder Speisepunkt arbeiten. Jeder der Generaven Verbrauchern her, also beispielsweise von leer- toren 4, 5, 6 ist mit einem an die Spannungswandler laufenden Leitungen, Magnetisierungsleistung be- 20 12, 13, 14 angeschlossenen Spannungsregler 15, 16·, 17 ziehen. Wird diese Belastung zu groß, so erhöhen in ausgerüstet. Die Spannungsregler seien in üblicher diesem Falle die Maschinen ihre Spannung und er- Weise astatisch eingestellt. Die durch, die Umspanreichen damit, daß ihnen weniger Magnetisierungs- ner 7, 8, 9 hervorgebrachte Statik der Spannungsleistung von außen her zugeführt wird. Damit schüt- Blindleistungs-Kennlinien an den Sämmelschienen10 zen sie sich vor Überlastung, obwohl nun die Ver- 25 stellt, die Verteilung der insgesamt erzeugten Blinidbraucher etwas mehr kapazitive Leistung aufnehmen. leistung auf die drei Maschinensätze sicher. Zwischen Dies macht aber wiederum viel weniger aus als die den Spannungswandlern 12,13,14 und den Spannungs-Verringerung des· Zuflusses an Magnetisierungs- reglern 15, 16, 17 liegen die Sollwerteinsteller 18, 19, leistung von außen her. Die Höhe der Stufe richtet 20, die je in einen von Hand einstellbaren Widerstand sich auf dieser Seite der Kennlinie hauptsächlich nach 30 18a, 19a, 20a und einen zusätzlichen, an einer Wälzder höchsten noch zulässigen Spannung. 'kontaktbahn angeschlossenen Widerstand 18 6, 19 6/ Im Ganzen genommen erreicht man mit Hilfe der 206 aufgeteilt sind. Diese Zusatzwiderstände werden so geregelten· Maschinen usw., daß der Blindleistungs- durch Wälzsektoren 21, 22, 23 bekannter Bauart über bedarf bis zur Grenze ihrer Belastbarkeit örtlich ge- die Welle 24 von dem Spannungsregler 25 zusammen deckt wird und erst dann von außen her Magnetisie- 35 verstellt. Dieser den anderen Reglern gewissermaßen rungsleistung zufließt oder nach dorthin abgegeben übergeordnete »Werkspannungsregler« (oder Werkswird. Wenn, wie eingangs bemerkt, der Blindleistungs- regler oder Sammelschienenregler), wie man ihn nenstrom als Maß für die Belastung dient, wird sogar bei nen kann, wird über den Spannungswandler 26 an den sinkender Wkkbelastung der Maschinen usw. die Sammelschienen 10 von der Sammelschienenspannung Blindleistungsabgabe bzw. -aufnahme sofort von 40 gespeist. Soll an den Sammelschienen eime mit der selbst.erhöht, falls Bedarf vorliegt, und somit immer Gesamtleis.tungsabgabe des Werkes ansteigende 'Spannut, dem vollen, als Lastgrenze eingestellten Strom nung eingeregelt werden, so daß die Spannung im gefahren. Dies gestattet die beste überhaupt denkbare Knotenpunkt am Ende der Leitung 11 konstant bleibt, Ausnutzung der Maschinen usw. bei gleichzeitig ge- so wird der Werkspannungsregler 25 zusätzlich von nauester Einhaltung des Spannungssollwertes. 45 der Werkbelastung (Strom;, Blindstrom, Schein- öder Auch für die konstruktive Ausbildung von Span- Blindleistung in der Leitung 11), also beispielsweise nungsreglern, die solche Kennlinien mit Stufen und über den Stromwandler 27 durch den Strom der Phase Absätzen an ihren Enden einregeln, wie auch für beeinflußt, an die der Spannungswandler 26 nicht an-Zusatzeinrichtungen zu Spannungsreglern üblicher geschlossen ist, wie dies in Abb. 3 gestrichtelt anBauart, die diese zur Einregelung solcher Stufen oder 50 gedeutet ist.

Absätze veranlassen, wurden, schon sehr eingehende Der Werkspannungsregler 25 kann von irgendeiner Vorschläge ausgearbeitet. Alle beziehen sich aber der bekannten Bauart sein. Sein Sollwerteinsteller 28 nur auf einzelne Maschinen- usw. Einheiten. ^; ist in den. von Hand einstellbaren Widerstand· 28a Eine wesentliche Verbesserung und gegebenenfalls und einen von dem Wälzsektor 29 mehr oder weniger Vereinfachung würde es aber bedeuten, wenn man 55 weit kurz geschlossenen Widerstand 286 mit Kon-Einrichtungen hätte, mit denen die vorhandenen taktbahn aufgeteilt. Der Wälzsektor 29 wird durch Spannungsregler mehrerer parallel arbeitenden Ein- eine Hebelstange 30 verstellt, an der auf der einen beiten, beispielsweise der Maschinensätze eines Kraft- Seite drei kurze Querbalken 31, 32, 33 und auf der werks, mit einer einzigen Zusatzeinrichtung so ge- anderen Seite ein Querbalken 34 befestigt sind, der steuert werden könnten, daß die Belastung unter sie 60 in der Ruhestellung durch die Feder 35 gegen den gleichmäßig aufgeteilt wird und an den Kraftwerks- Anschlag 36 gedrückt wird. Die Querbalken 31, 32, 33 sämmelschienen Kennlinien der in Abb. 1 und 2 ge- bilden Anschläge für die Zeiger oder Arme 37, 38, 39 zeichneten Art entstehen. Diese Aufgabe zu lösen/ ist der drei Meß werke oder Drehmagnete. 40, 41, 42. Ihre das Ziel der vorliegenden Erfindung. Sie ist dadurch Stellungen entsprechen den Belastungen der Generatogekennzeichnet, daß für die auf eine. Sammelschiene 65 ren, also ihrem Strom, ihrem Blindstrom, ihrer oder einen Knotenpunkt parallel arbeitenden, mit Schein- oder Blindleistung. In Abb. 3 ist der Fall anSpannungsreglern üblicher Art ausgerüsteten Maschi- genommen, daß die Meßwerke oder Magnete über die nensätze, Umformer, Umspanner, Stromrichter usw. Stromwandler 43, 44, 45 die Generatorströme anoder Kraftwerke ein übergeordneter/an der Sammel- zeigen. Die· Meßwerke kann man so einstellen, daß schienen-bzw. Knotenpunktsspannung liegender Span- 70 ihre Zeiger bei einer bestimmten gewünschten

Belastung die Querbalken 31, 32, 33 berühren und sie bei Überschreitung dieser Belastung mitnehmen, wodurch ein mehr oder weniger großer Teil des SoIlwerteinstellwiderstandes 28 kurzgeschlossen und der vom Werksregler 25 einzuhaltende Sollwert entsprechend erniedrigt wird.

Der Werkspannungsregler 25 hat bei der dargestellten Anordnung zwei Aufgaben zu erfüllen. Erstens beseitigt er den durch die Umspanner 7, 8, 9 an den Sammelschienen entstehenden Spannungsabfall und hält die gewünschte astatische oder ansteigende Spannungskennlinie so genau ein, wie dies mit keinem anderen Mittel erreichbar ist. Man wird ihn etwas langsamer arbeiten lassen als die Spannungsregler der Generatoren, damit sich die Regelvorgänge nicht überlagern, sondern aneinander anschließen. Zweitens bringt der Werkspannungsregler in der von ihm eingestellten Kennlinie saubere Stufen, Knicke oder Absätze hervor, weil, durch die getroffene Anordnung erreicht wird, daß nur eines der Meßwerke 40, 41, 42 den Widerstand 28 b verändert, nämlich dasjenige, das bei Überschreitung des eingestellten Grenzwertes für den Maschinenstrom zuerst eingreift bzw. wenn der Maschinenstrom umgekehrt zu groß war und dann wieder absinkt, dasjenige, das bei Unterschreitung des Grenzwertes als¹ letztes in seine Ausgangslage zurückgeht.

Die dargestellte Anordnung arbeitet nur auf der einen Seite der Kennlinie richtig, nämlich nach der üblichen und auch in den Abb. 1 und 2 angewendeten Darstell'ungsweise auf der rechten Seite, also im Übererregungsbereich, wo eine Stufe, ein Knick oder ein Absatz im Sinne der Spannungserniedrigung hervorgebracht werden muß. Soll auch am anderen Ende der Kennlinie, also für 'Untererregung, eine Stufe, ein Knick oder Absatz eingeregelt werden, der hier eine Spannungserhö'hung sein muß, so bedarf die Anordnung der Ergänzung.

Hierfür gibt es verschiedene Möglichkeiten. Soll die Lage der Stufen, Knicke oder Absätze nach wie vor von einem bestimmten: Maschinenstrom abhängen, so muß die Anordnung so getroffen werden, daß der Widerstand 28 b verkleinert oder vergrößert wird, je nachdem, ob die Generatoren im Über- oder im Untererregungsbereich, arbeiten. Soll dagegen nicht der Strom, sondern der Blindstrom oder die Blindleistung der Generatoren für die Lage der Stufen, Knicke oder Absätze maßgebend sein,, so muß man die Anordnung so abändern, daß sie zweiseitig wirkt, d. h. bei Überschreitung eines positiven Blindstrom- bzw. Blind-. leistungswertes den Widerstand 28 b im entgegengesetzten Sinne verändert wie bei Überschreitung eines negativen Blindstrom- bzw. Blindleistungswertes. Auf die Beschreibung eines Beispiels hierfür kann verzichtet werden, da es sich dabei um einfache Umschaltungen handelt.

. Ebenso erübrigt sich auch ein näheres Eingehen auf Beispiele für weitere Abwandlungen) des Erfindungsgedankens. Man kann beispielsweise auch einen Summenausdruck aus den Maschinenströmen (Blindströmen, Schein- oder, Blindleistungen) bilden und auf den Widerstand 28 b einwirken'lassen. An Stelle des Summenstroms kann auch der durch den Stromwandler 27 gemessene Gesamtstrom des Werkes oder seine gesamte Schein- oder Blindleistung treten. Man kann ferner die Anordnung auch so treffen., daß nur eine der Maschinen auf den Widerstand 28b einwirkt: dabei muß freilich, wenn die Maschinen bis zur Grenze ihrer Leistungsfähigkeit ausgenutzt werden sollen, die Lastverteilung auf sie sehr genau erfolgen, damit, wenn eine von ihnen die Grenzbelastung erreicht, dies auch bei den anderen :de.r Fall ist. Den Werkspannungsregler kann man schließlich statt an die Sammelschienen 10 über eine Fernmeßeinrichtung auch an den Knotenpunkt anschließen, zu dem die Leitung 11 hinführt, und von dort abgehenden Strömen oder Leistungen oder Summen von solchen beeinflussen lassen, womit der Werkspannungsregler zum Knotenpunktsregler und die Spannungsregelung zur Netzregelung wird. .

Im übrigen ist die Erfindung nicht nur auf die im vorstehenden beispielsweise betrachteten Maschinensätze mit Kraftmaschinenantrieb beschränkt, sondern kann ebenso gut auch auf parallel arbeitende Umformersätze, Umspanner, Stromrichter usw. angewendet werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung zur Einregelung von Spannungskennlinien mit "Stufen, Knicken oder Absätzen durch mehrere, auf eine Sammelschiene oder einen Knotenpunkt parallel arbeitende Maschinensätze, Umformer, Umspanner, Stromrichter usw. oder Kraftwerke, die zwecks .Sicherstellung¹ einer eindeutigen Belastungsverteilung mit statischen, statisierten oder bezüglich der Sammelschiene oder des Knotenpunktes statisch wirkenden Spannungsreglern ausgerüstet sind, gekennzeichnet durch einen übergeordneten, an der Sammelschienen- bzw. Knotenpunktsspannung liegenden Spannungsregler, der die Sollwerteineteller der einzelnen Spannungsregler der parallel arbeitenden Einheiten laufend so nachstellt, daß an den Sammelschienen bzw. dem Knotenpunkt die Spannungskennlinie den gewünschten astatischen, steigenden oder fallenden Verlauf nimmt, und dessen Sollwerteinsteller seinerseits durch die Belastung einer der parallel arbeitenden Einheiten oder mehrerer von ihnen oder aller zusammen so beeinflußt wird, daß bei bestimmten Belastungswerten Stufen, Knicke oder Absätze in der Gesamtkennlinie entstehen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 90» 507/443 4. (909 616/245 10. 59)