DE1079186B

DE1079186B - Device for connecting a synchronous generator in parallel to a network

Info

Publication number: DE1079186B
Application number: DES45529A
Authority: DE
Inventors: Jean Emile Trottier
Original assignee: GRAMME SOC
Current assignee: GRAMME SOC
Priority date: 1954-09-10
Filing date: 1955-09-10
Publication date: 1960-04-07

Description

Einrichtung zum Parallelschalten eines Synchrongenerators zu einem Netz Es ist bekannt, bei der Parallelschaltung eines Synchrongenerators zu einem Netz zwischen die Generatorklemmen und das Netz kurzschließbare Drosseln zu legen, um den bei Asynchronismus fließenden Ausgleichstrom zu begrenzen. Mit solchen Drosseln ist es möglich, die Generatorklemmen mit dem Netz zu verbinden, wenn noch eine verhältnismäßig große Differenz zwischen den beiderseitigen Spannungen nach Größe und Phase besteht.Device for connecting a synchronous generator in parallel to one Network It is known when a synchronous generator is connected in parallel to one To lay the network between the generator terminals and the network short-circuitable chokes, to limit the equalizing current flowing with asynchronism. With such throttles it is possible to connect the generator terminals to the mains, if there is still one relatively there is a large difference between the two-sided tensions according to size and phase.

Bei einer bekannten Einrichtung dieser Art ist die Impedanz der zwischengeschalteten Drosseln konstant. Bei der Bemessung der Drosseln muß dann ein Kompromiß zwischen zwei einander entgegengesetzten Forderungen geschlossen werden. Denn Drosseln von großer Impedanz halten den Ausgleichstrom, der bei Asynchronismus fließt, in tragbaren Grenzen selbst dann, wenn die beiden Spannungsvektoren noch beträchtlich voneinander abweichen. Dafür ist aber auch das synchronisierende Moment, mit dem die Netzspannung auf den Generator wirkt, verhältnismäßig klein, so daß Gefahr besteht, daß der Generator überhaupt nicht in Tritt fällt. Drosseln kleiner Impedanz, die diesen Mangel nicht haben, nötigen umgekehrt dazu, die Vektordifferenz zwischen den beiden. Spannungen sehr klein zu machen, bevor man die Generatorklemmen über die Drosseln an das Netz legen kann. Das erfordert Geschicklichkeit, Sorgfalt und Zeit. Zwar sind Einrichtungen bekannt, die die Synchroniserung automatisch vollziehen. Bei kleineren Anlagen und wenig Raumbedarf, also beispielsweise auf Schiffen, ist der Aufwand, den solche automatischen Einrichtungen bedeuten, jedoch häufig nicht vertretbar.In a known device of this type, the impedance is the intermediate one Constant throttling. When dimensioning the chokes, a compromise must then be made between two opposing demands are made. Because chokes from large impedance keep the equalizing current, which flows with asynchronism, in a portable Limits even if the two voltage vectors are still considerably apart differ. But there is also the synchronizing moment with which the mains voltage acts on the generator, relatively small, so that there is a risk that the generator does not fall into step at all. Chokes of small impedance that do not have this defect conversely, require the vector difference between the two. Tensions to be made very small before connecting the generator terminals to the mains via the chokes can lay. This requires skill, care and time. True are facilities known, which carry out the synchronization automatically. For smaller systems and Little space required, for example on ships, is the effort involved automatic facilities mean, however, often not justifiable.

Auch die Erfindung sieht kurzschließbare Drosseln zwischen den Generatorklemmen und dem Netz vor, um den bei Asynchronismus fließenden Ausgleichstrom zu begrenzen. Die Impedanz dieser Drosseln ist jedoch keine Konstante. Gemäß der Erfindung werden nämlich die Drosseln mit zweifacher Gleichstrom-Vormagnetisierung versehen, von denen die erste nach Maßgabe der Netzspannung und die zweite der ersten entgegenwirkend nach Maßgabe der Vektordifferenz zwischen Netz- und Generatorspannung wirkt. Bei dieser Einrichtung stellt sich selbsttätig eine Drosselimpedanz ein, die zu Beginn des Vorganges der Parallelschaltung verhältnismäßig groß ist und dadurch den Ausgleichstrom klein hält. Wenn dann durch das synchronisierende Moment die Vektordiferenz zwischen Netzspannung und Generatorspannung stetig verkleinert wird, vermindert sich auch die nach Maßgabe dieser Vektordifferenz wirkende Vormagnetisierung, und es überwiegt zunehmend die nach Maßgabe der Netzspannung wirkende Vormagnetisierung, so daß die scheinbare Impedanz der Drosseln sinkt. Dadurch wiederum steigt das synchronisierende Moment, so daß der Generator trotz der großen Anfangsimpedanz schließlich mit Sicherheit in Tritt fällt.The invention also provides chokes that can be short-circuited between the generator terminals and the network in order to limit the equalizing current flowing in the event of asynchronism. However, the impedance of these chokes is not a constant. According to the invention namely, the chokes are provided with double direct current bias, from the first depending on the mains voltage and the second counteracting the first acts according to the vector difference between mains and generator voltage. at this device automatically sets a choke impedance, which at the beginning the process of parallel connection is relatively large and thus the equalizing current keeps it small. If then by the synchronizing moment the vector difference between Mains voltage and generator voltage is steadily reduced, also decreases the premagnetization acting in accordance with this vector difference, and it predominates increasing the premagnetization acting in accordance with the mains voltage, so that the apparent impedance of the chokes decreases. This in turn increases the synchronizing Moment, so that the generator will finally be safe despite the large initial impedance falls into step.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Generator für eine die Nennspannung um 30 bis 40 % übersteigende Leerlaufspannung ausgelegt und mit einer den Kurzschlußstrom begrenzenden Dämpfungswicklung versehen, während seine Erregermaschine für eine das zwei- bis dreifache der normalen Erregerspannung betragende Klemmspannung ausgelegt und von einem Schnellregler gesteuert wird, der auf Abweichungen der Generatorspannung von deren Sollwert anspricht und bei kleiner werdender Generatorspannung die Erregung erhöht und umgekehrt. Dadurch ist es möglich, auf die sonst üblichen Schnellschalter zu verzichten und an deren Stelle relativ einfache und billige Überstromschalter von verhältnismäßig hoher Ansprechzeit zu setzen. Denn Generatoren, deren Leerlaufspannung die Nennspannung um den genannten erheblichen Betrag übersteigt, haben eine entsprechend hohe Ankerimpedanz. Dadurch und durch die Wirkung der Dämpferwicklung ist der Kurzschlußstrom im Verhältnis zum Vollaststrom verhältnismäßig klein und beträgt beispielsweise nur das drei- bis dreieinhalbfache des Vollaststromes. Eine derartige Stromerhöhung vermag der Generator für die nicht unbeträchtliche Zeit von etwa fünf bis sechs Perioden ohne Schaden auszuhalten. Tritt dann im Netz ein Kurzschluß auf, so findet keine sofortige Unterbrechung der Energiezufuhr statt, wie es bei Verwendung der üblichen Schnellschalter geschieht. Vielmehr sucht die in der Spannung reichlich ausgelegte Erregermaschine, beeinflußt durch den Schnellregler, die Generatorspannung auf ihrem Nennwert zu halten. Ist die Ursache des Kurzschlusses, wie es häufig geschieht, innerhalb weniger Perioden fortgefallen, bevor ein normaler und relativ träger Überstromschalter anzusprechen vermöchte, so geht der Betrieb ungestört weiter. Dies ist vor allem bei Stromversorgungsanlagen auf Schiffen erwünscht. Dazu bedeutet der Fortfall von Schnellschaltern verminderte Kosten und geringeren Raumbedarf.In the preferred embodiment of the invention, the generator designed for an open circuit voltage that exceeds the nominal voltage by 30 to 40% and provided with a damping winding limiting the short-circuit current, while his exciter machine for two to three times the normal excitation voltage amount of clamping voltage is designed and controlled by a fast regulator, the responds to deviations of the generator voltage from its nominal value and if it is smaller increasing generator voltage increases the excitation and vice versa. This makes it possible to do without the usual quick switches and in their place relatively simple and cheap overcurrent switches with a relatively long response time set. Because generators, the open circuit voltage of which the nominal voltage around the mentioned exceeds a significant amount, have a correspondingly high armature impedance. Through this and by the action of the damper winding, the short circuit current is in proportion relatively small to the full load current and is, for example, only the three- up to three and a half times the full load current. Such a current increase is capable of Generator for the not inconsiderable time of around five to six periods without To endure damage. If a short circuit then occurs in the network, it does not take place immediately Interruption of the energy supply instead, as is the case when using the usual quick switch happens. Rather, the exciter machine, which is amply laid out in the tension, seeks to be influenced by the fast regulator to keep the generator voltage at its nominal value. is the cause of the short circuit, as it often happens, within a few periods ceased to respond before a normal and relatively slow overcurrent switch business continues undisturbed. This is especially true for power systems desirable on ships. In addition, the elimination of high-speed switches means less Cost and less space required.

Für den vorliegenden Zweck kann die Erregermaschine drei Erregerwicklungen erhalten, von denen eine in Eigenerregungsschaltung liegt, während die beiden anderen entgegengesetzt wirkend von dem Schnellregler beeinflußt werden. Solche Erregermaschinen sind bekannt.For the present purpose, the exciter machine can have three exciter windings obtained, of which one is in self-excitation circuit, while the other two be influenced in the opposite direction by the rapid regulator. Such exciters are known.

Die Zeichnung veranschaulicht in Fig. 1 und 2 zwei Schaltbilder, an Hand. deren die Wirkungsweise der Einrichtung nach der Erfindung näher erläutert werden soll.The drawing illustrates two circuit diagrams in FIGS. 1 and 2 Hand. which explains the operation of the device according to the invention in more detail shall be.

Gemäß Fig. 1 sind Drehstromgeneratoren 1 und 2 zur Speisung eines Netzes 9 vorgesehen. Der Generator 2 ist bereits an das Netz angeschlossen, und es sei nun verlangt, den Generator 1 an das unter Spannung stehende Netz anzuschalten.According to Fig. 1, three-phase generators 1 and 2 are for feeding a Network 9 provided. The generator 2 is already connected to the network, and it is now required to connect the generator 1 to the live network.

Zwischen den GeneratorklemmenR1, S1 und T1 einerseits und, den Sammelschienen R, S und T des Netzes andererseits liegt je eine Drossel. Die Gesamtheit dieser Drosseln ist mit 4 bezeichnet. Jeder Drossel ist eine Wicklung 5 und eine Wicklung 7 zugeordnet, die beide zur Gleichstrom-Vormagnetisierung dienen. Die drei Wicklungen 5 liegen in Reihe miteinander und werden von einem Gleichrichter 6 gespeist. Entsprechendes gilt für die Wicklungen 7, die an einen Gleichrichter 8 angeschlossen sind. In der gezeichneten Stellung der aus Fig. 1 ersichtlichen Schalter liegt der Gleichrichter 6 an der Netzspannung, während im Gleichrichter 8 die Vektordifferenz zwischen der Generatorspannung und der Netzspannung gebildet wird. In den Wicklungen, 5 fließt mithin ein der Netzspannung entsprechender, praktisch konstanter Gleichstrom, während der Gleichstrom in den Wicklungen 7 der Vektordifferenz zwischen den beim Anschalten des Generators nach Größe und Phase in Übereinstimmung miteinander zu bringenden Spannungen entspricht. Die vormagnetisierenden Wirkungen der Wicklungen 5 und 7 sind einander entgegengesetzt: Zu Beginn sind die beiden miteinander zu synchronisierenden Spannungen noch wesentlich verschieden, und der durch die Wicklungen 7 fließende Gleichstrom ist daher beträchtlich, so daß er die Wirkung des Gleichstromes in den Wicklungen 5 stark vermindert. Die resultierende Vormagnetisierung der Drosseln ist daher gering und die scheinbare Drosselimpedanz entsprechend groß. Dadurch wird der zwischen Netz und Generator fließende Ausgleichstrom niedrig gehalten. Wenn durch die Wirkung des synchronisierenden Momentes die Vektordifferenz zwischen den beiden Spannungen sinkt, so vermindert sich auch der Gleichstrom in den Wicklungen 7, der Gleichstrom in den Wicklungen 5 überwiegt und die Vormagnetisierung nimmt zu. Infolgedessen sinkt die scheinbare Impedanz der Drosseln, und das auf den Generator synchronisierend wirkende Moment steigt. Dieser Vorgang setzt sich fort, bis der Generator ganz oder nahezu in Tritt gefallen ist. Dann können die Drosseln durch die gezeichneten Schalter kurzgeschlossen werden, und die Parallelschaltung ist hergestellt.Between the generator terminals R1, S1 and T1 on the one hand and the busbars R, S and T of the network, on the other hand, have a choke each. The entirety of these Throttles are denoted by 4. Each choke is a winding 5 and a winding 7, both of which are used for direct current bias. The three windings 5 are in series with one another and are fed by a rectifier 6. Corresponding applies to the windings 7 which are connected to a rectifier 8. In the The position of the switch shown in FIG. 1 is the rectifier 6 at the mains voltage, while in the rectifier 8 the vector difference between the Generator voltage and the mains voltage is formed. In the windings, 5 flows consequently a practically constant direct current corresponding to the mains voltage, while the direct current in the windings 7 is the vector difference between the when switched on of the generator to be brought into agreement with one another in terms of size and phase Corresponds to stresses. The pre-magnetizing effects of windings 5 and 7 are opposite to each other: At the beginning the two are to be synchronized with each other Tensions are still significantly different, and the one flowing through the windings 7 Direct current is therefore considerable, so that it has the effect of direct current in the Windings 5 greatly reduced. The resulting premagnetization of the chokes is therefore low and the apparent choke impedance is correspondingly large. This will the equalizing current flowing between the grid and generator is kept low. if by the effect of the synchronizing moment the vector difference between the If both voltages decrease, the direct current in the windings also decreases 7, the direct current predominates in the windings 5 and the bias increases to. As a result, the apparent impedance of the chokes drops, and that on the generator synchronizing moment increases. This process continues until the Generator has fallen completely or almost in step. Then the chokes can get through the drawn switches are short-circuited, and the parallel connection is manufactured.

Gemäß Fig. 2 ist zur Speisung des Netzes 9 außer den Generatoren 1 und 2 noch ein Generator 3 vorgesehen. Jeder Generator ist mit dem Netz über einen Schalter 10 verbunden, der kein Schnellschalter ist und für eine niedrige Abschaltleitung bemessen sein kann. Jedem Generator ist ferner eine Erregermaschine 11 zugeordnet, die durch einen Schnellregler 12 gesteuert wird. Dem Netz wird Energie durch einen Verbraucher 13 entnommen, der über einen Schalter 14 angeschlossen ist. Auch der Schalter 14 ist lediglich ein einfacher, verhältnismäßig träger Überstromschalter. Die Generatoren sind für eine-Leerlaufspannung ausgelegt, die die Nennspannung um 30 bis 40 % übersteigt, und haben eine den Kurzschlußstrom begrenzende Dämpfungswicklung. Der Schnellregler 12 spricht auf Abweichungen der Generatorspannungen von deren Sollwert an und erhöht die Erregung bei kleiner werdender Generatorspannung, und umgekehrt.According to FIG. 2, in addition to the generators 1, the power supply to the network 9 and 2 a generator 3 is also provided. Each generator is connected to the grid via one Switch 10 connected which is not a quick switch and for a low shutdown line can be measured. An exciter 11 is also assigned to each generator, which is controlled by a rapid regulator 12. The network is powered by a Load 13 removed, which is connected via a switch 14. Also the Switch 14 is just a simple, relatively sluggish overcurrent switch. The generators are designed for an open-circuit voltage that corresponds to the nominal voltage 30 to 40% and have a damping winding that limits the short-circuit current. The fast regulator 12 speaks to deviations of the generator voltages from them Setpoint and increases the excitation as the generator voltage decreases, and vice versa.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 2 ist bereits weiter oben erläutert worden.The mode of operation of the circuit according to FIG. 2 is already above has been explained.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for connecting a synchronous generator in parallel to a network with lying between the generator terminals and the network, the Asynchronism flowing equalizing current limiting, short-circuitable chokes, characterized in that the chokes (4) have double direct current bias (5, 7) are provided, of which the first (5) according to the mains voltage and the second (7) counteracting the first according to the vector difference between Mains and generator voltage are effective.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the generator (1) for an open circuit voltage which exceeds the nominal voltage by 30 to 40 A / o designed and provided with a damping winding that limits the short-circuit current is, and that his exciter (11) for a two to three times the normal Clamping voltage corresponding to the excitation voltage and controlled by a fast regulator (12) is controlled, which responds to deviations of the generator voltage from its setpoint and with decreasing generator voltage the excitation increases, and vice versa.

3. Device according to claim 2, characterized in that the excitation machine (11) has three excitation windings in a manner known per se, one of which is in the self-excitation circuit, while the other two are influenced in opposite directions by the fast regulator. Considered publications: German Patent Nos. 276 609, 740 921, 598 451, 590 590, 595 124, 750 983; Book by Rziha, "Starkstromtechnik", B. Edition, 1952, Part 2, p. 480.