DE1097552B

DE1097552B - Arrangement for parallel work of several synchronous machines with load-dependent rectifier excitation in current circuit

Info

Publication number: DE1097552B
Application number: DES60899A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hermann Harz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-12-09
Filing date: 1958-12-09
Publication date: 1961-01-19

Description

Anordnung zum Parallelarbeiten mehrerer Synchronmaschinen mit lastabhängiger Gleichrichtererregung in Stromschaltung Zum Parallelarbeiten mehrerer Synchronmaschinen mit lastabhängiger Gleichrichtererregung in Stromschaltung ist es bekannt, bei Maschinen mit gleichen Erregerspannungen die Erregerwicklungen unmittelbar, d. h. auf der Gleichstromseite der Gleichrichter, parallel zu schalten. Für Maschinen mit ungleichen Erregerspannungen ist bereits vorgeschlagen worden, in den Wechselstromteilen der Erregerkreise potentialgleiche Punkte der die Erregerstromanteile überlagernden Stromwandler untereinander zu verbinden. Diese .Maßnahme läßt sich jedoch häufig nicht durchführen, weil die parallel arbeitenden Maschinen in ihren elektrischen Daten, vor allem in ihren Erregerspannungen, zu stark voneinander abweichen, so daß bei zu starker Belastung keine potentialgleichen Punkte vorhanden sind. Werden die den einzelnen Maschinen zugeordneten Stromwandler dennoch miteinander verbunden, so haben die entstehenden Ausgleichströme nicht zur Folge, daß sich die Blindbelastungen der Maschinen ausgleichen, wie es gewünscht wird, sondern die Maschinen können sich unter Umständen entregen. Hieran wird auch dadurch nichts geändert, daß man, wie es ebenfalls bereits bekannt ist, in die Ausgleichsleitungen, die während des normalen Betriebes potentialgleiche Punkte der Wechselstromseite der Erregerkreise miteinander verbinden, Transformatoren einschaltet. Durch die Einschaltung dieser Transformatoren soll eine starre Verbindung der Erregerkreise erzwungen werden, d. h., es soll das Verhältnis der Erregerspannungen bei jedem Betriebszustand aufrechterhalten werden. Durch diese starre Verbindung der Erregerkreise der parallel arbeitenden Synchronmaschinen kann jedoch die Stabilität der Generatoren gefährdet werden, was insbesondere dann zu befürchten ist, wenn ein leer laufender Generator parallel zu einem voll belasteten Generator zugeschaltet wird.Arrangement for parallel work of several synchronous machines with load-dependent Rectifier excitation in current circuit For working several synchronous machines in parallel with load-dependent rectifier excitation in a current circuit, it is known in machines with the same excitation voltages the excitation windings directly, d. H. on the DC side of the rectifier to be connected in parallel. For machines with unequal Excitation voltages has already been proposed in the AC parts of the Excitation circuits equipotential points of those superimposed on the excitation current components To connect current transformers to each other. This .Measure can, however, often do not perform because the machines working in parallel in their electrical Data, especially in their excitation voltages, differ too much from each other, like that that if the load is too heavy, there are no points with the same potential. Will the current transformers assigned to the individual machines are nevertheless connected to one another, the resulting equalizing currents do not result in the reactive loads The machines balance as desired, but the machines can move may de-excite. Nothing in this is changed by the fact that one, how it is also already known in the equalizing lines that occur during normal Operational potential points of the alternating current side of the excitation circuits with each other connect, switch on transformers. By switching on these transformers a rigid connection of the excitation circuits is to be enforced, d. h., it should Ratio of excitation voltages can be maintained in any operating condition. This rigid connection of the excitation circuits of the synchronous machines working in parallel however, the stability of the generators can be endangered, which is particularly important then It is to be feared if an idling generator parallel to a fully loaded one Generator is switched on.

Weiterhin ist bereits vorgeschlagen worden, Zusatzgleichrichter zu verwenden, die an geeignete Anzapfungen der den Synchronmaschinen zugeordneten Stromwandler angeschlossen werden und dadurch trotz unterschiedlicher Erregerspannungen auf die Gleichstromseite der Erregerkreise einen Ausgleich bewirken. Hierbei erhält aber jede Maschine so viel Zusatzgleichrichter, wie unterschiedliche Erregerspannungen vorhanden sind. Beim Parallelarbeiten vieler unterschiedlicher Generatoren in einer Zentrale ist daher der Aufwand dieser bekannten Anordnung sehr groß.Furthermore, it has already been proposed to add additional rectifiers use the appropriate taps on the current transformers assigned to the synchronous machines connected and thus despite different excitation voltages on the Equalize the DC side of the excitation circuits. Here, however, receives each machine has as many additional rectifiers as different excitation voltages available. When many different generators work in parallel in one Central, therefore, the cost of this known arrangement is very great.

Die Erfindung geht einen anderen Weg, der es ermöglicht, mit Synchronmaschinen beliebiger Anzahl, deren elektrische Daten, insbesondere deren Erregerspannungen, stark voneinander abweichen, einen guten Parallelbetrieb zu erreichen, Gemäß der Erfindung wird die Parallelschaltung der Erregerkreise über im Wechselstromteil der Erregerkreise befindliche zusätzlicheBlindwiderstände, wieDrosselspulen oderKondensatoren, vorgenommen. Diese zusätzlichen Blindwiderstände nehmen also die Spannungsunterschiede zwischen den Anzapfungen der den einzelnen Synchronmaschinen zugeordneten Stromwandler, an denen die Ausgleichsleitung angeschlossen ist, auf, so daß eine starre Kopplung der Erregerkreise der parallel arbeitenden Synchronmaschinen, wie sie die bekannten Anordnungen vorsehen, vermieden ist. Der durch diese zusätzlichen Blindwiderstände fließende Ausgleichsstrom ist gegenüber den an ihnen auftretenden Spannungen um etwa 90° elektrisch verschoben und erhält dadurch gerade diejenige Richtung, die für einen Ausgleich der Blindbelastungen der parallel arbeitenden Maschinen günstig ist. Es wird auf diese Weise also erreicht, daß die zu stark belasteten Maschinen entlastet werden, während die zu schwach belasteten Maschinen mehr Last übernehmen.The invention takes a different approach, which makes it possible to use synchronous machines any number, their electrical data, in particular their excitation voltages, differ greatly from each other to achieve good parallel operation, according to the Invention is the parallel connection of the excitation circuits in the AC part additional reactive resistances, such as choke coils or capacitors, performed. These additional reactances take the voltage differences away between the taps of the current transformers assigned to the individual synchronous machines, to which the compensation line is connected, so that a rigid coupling the excitation circuits of the synchronous machines working in parallel, as they are known Provide arrangements is avoided. The result of these additional reactances flowing equalizing current is opposite to the voltages occurring on them about 90 ° electrically shifted and thus receives just the direction that favorable for balancing the reactive loads of the machines working in parallel is. It is thus achieved in this way that the too heavily loaded machines are relieved, while the under-loaded machines take on more of the load.

In der Fig. 1 ist zur Erläuterung der Erfindung als Ausführungsbeispiel ein Schaltschema von drei parallel arbeitenden Synchrongeneratoren dargestellt. Die Fig. 2 und 3 geben Zeigerbilder bei verschiedenen Betriebszuständen wieder.In Fig. 1 is to explain the invention as an embodiment a circuit diagram of three synchronous generators working in parallel is shown. FIGS. 2 and 3 show pointer images in different operating states.

In der Schaltungsanordnung der Fig. 1 arbeiten die drei Synchrongeneratoren G1, G2 und G3 parallel auf das Bordnetz RST eines Schiffes. Die drei Generatoren sind bezüglich -ihrer Leistung, Drehzahl, Erregerleistung und Erregerspannung sowie ihres Kurzschlußverhältnisses voneinander verschieden. Die Generatoren G1, G, und G3 werden in bekannter Weise über die Gleichrichter G11, G12 und G13, die Stromwandler W1, W, und W3, die Drosselspulen Dl, D2 und D3 sowie die Kondensatoren Cl, C2 -und C3 .lastabhängig erregt. Der Erregerstrom jedes einzelnen Generators setzt sich also aus einem lastunabhängigen Anteil, der durch die Größe der Drosselspulen Dl, D2 bzw. D3 erzwungen wird, und einem- lastabhängigen Anteil zusammen. Beide Anteile werden im Wechselstromteil des Erregerkreises mit Hilfe der vorgesehenen Stromwandler W1, W2 bzw. Wä. Überlagert. In bekannter Weise dienen die vorgesehenen Kondensatoren Cl, C2 bzw. C3 zur Einleitung der Erregung; die Resonanzfrequenzen der aus den Drosselspulen Dl, D2 bzw. D3 und den Kondensatoren Cl;: C2 bzw. C3 bestehenden Reihenschwingkreise werden nämlich so gewählt, daß sich die zugehörigen Generatoren beim Hochlaufen erst von einer bestimmten Drehzahl ab erregen.In the circuit arrangement of FIG. 1, the three synchronous generators operate G1, G2 and G3 parallel to the on-board network RST of a ship. The three generators are with regard to their power, speed, excitation power and excitation voltage as well their short circuit ratio different from each other. The generators G1, G, and G3 are processed in a known manner via the rectifiers G11, G12 and G13, the current transformers W1, W, and W3, the inductors Dl, D2 and D3 and the capacitors Cl, C2 and C3, excited depending on the load. The excitation current of each individual generator It is made up of a load-independent component that is determined by the size of the choke coils Dl, D2 or D3 is forced, and a load-dependent portion together. Both Shares are in the alternating current part of the excitation circuit with the help of the provided Current transformer W1, W2 or Wä. Superimposed. The provided ones are used in a known manner Capacitors C1, C2 and C3 to initiate the excitation; the resonance frequencies the one consisting of the choke coils Dl, D2 or D3 and the capacitors Cl ;: C2 and C3, respectively Series resonant circuits are chosen so that the associated generators only excite from a certain speed when starting up.

Damit ein einwandfreier Parallelbetrieb der drei Generatoren G1, G, und G3 ermöglicht wird, sind gemäß der Erfindung die zusäätzlichen Drosselspulen Z1, Z2 und Z3 vorgesehen, die im Wechselstromteil der Erregerkreise an etwa potentialgleiche Punkte der drei Generatoren angeschlossen sind; diese Punkte sind aber im allgemeinen nicht phasengleich. Zum Zuschalten der zusätzlichen Drosselspulen sind mit den Hauptschaltern S1, S2 und S3. der drei Generatoren G1, G2 und G3 im Stromkreis der zusätzlichen Drosselspulen Z1, Z2 und Z3 liegende Hilfsschalter S11, S22 und S33 jeweils zwangläufig gekoppelt, so daß mit dem Zuschalten eines Generators auf das Netz RST auch die zugehörige zusätzliche Drosselspule an die Ausgleichsleitung L angeschlossen wird, über die die zusätzlichen Drosselspulen dann parallel geschaltet sind.So that a perfect parallel operation of the three generators G1, G, and G3 is made possible, the additional choke coils Z1, Z2 and Z3 are provided according to the invention, which are connected in the AC part of the excitation circuits to approximately the same potential points of the three generators; however, these points are generally not in phase. The main switches S1, S2 and S3 are used to connect the additional choke coils. of the three generators G1, G2 and G3 in the circuit of the additional choke coils Z1, Z2 and Z3 lying auxiliary switches S11, S22 and S33 are each positively coupled, so that when a generator is connected to the network RST, the associated additional choke coil is also connected to the compensation line L. via which the additional choke coils are then connected in parallel.

Infolge der Phasenverschiebung in den zusätzlichen Drosselspulen Z1, Z2 und Z3 fließt in der Ausgleichsleitung L ein Ausgleichsstrom von solchem Betrag und solcher Richtung, daß er im Sinne eines Ausgleichs unterschiedlicher Blindbelastungen der Generatoren wirkt. Zur Erläuterung ist in der Fig. 2 das Zeigerbild der Ströme im Wechselstromteil des Erregerkreises für den Fall wiedergegeben, daß der Generator G1 mit Vollast am Netz RST liegt, während der Generator G2 bei Leerlauf zugeschaltet wird. Der Zeiger OB stellt den Gesamtstrom im Wechselstromteil des Erregerkreises des Generators G.,. bezogen auf die mit der Drosselspule Dl verbundene Wicklung des Stromwandlers W1, dar. Die Größe des Zeigers OB ist dabei gleichzeitig ein Maß für den in der Erregerwicklung des Generators G1 fließenden Erregerstrom und damit auch für die Erregerspannung dieses Generators bei Vollast. Der durch den Zeiger OB .dargestellte Gesamtstrom im Wechselstromteil _ des Erregerkreises setzt sich aus dem lastunabhängigen Leerlaufanteil 0A und dem lastabhängigen Anteil AB zusammen. Der Strom im Wechselstromteil des Erregerkreises des Generators G2 ist im Leerlauf, bezogen auf die mit der Drosselspule D2 verbundene Wicklung des Stromwandlers W2, nach Betrag und Richtung durch den Zeiger 0C veranschaulicht. -Demnach gibt der Zeiger CB den Spannungsunterschied zwischen den Stromwandlern Wi und W2 an, der von den beiden zusätzlichen Drosselspulen Z1 und Z2 aufgenommen werden muß. Es entsteht daher der durch den Zeiger CD dar- gestellte Ausgleichsstrom,- so daß der Erregerstrom des Generators G2 durch den Gesamtstrom 0D bestimmt wird. Hingegen bewirkt der durch den Spannungsunterschied CB hervorgerufene Ausgleichsstrom, daß dem im Wechselstromteil des Erregerkreises des Generators G1 fließende Strom OB der Strom BB' hinzugefügt wird. Mithin wird der Erregerstrom und auch die Erregerspannung des Generators G1 durch den Zeiger OB' bestimmt. Es wird also der Generator G1 hinsichtlich seiner Blindleistung entlastet, während der Generator G2 zur Blindleistungsabgabe veranlaßt wird; der hierbei im Erregerkreis des Generators G2 auftretende Lastanteil hat ein ,,weiteres Ansteigen des Erregerstromkreises zur Folge. Der Generator G2 beteiligt sich also sehr schnell an der Blindlastübernahme. Es zeigt sich hierbei ein erheblicher Vorteil gegenüber der bekannten unmittelbaren Parallelschaltung der Wechselstromteile der Erregerkreise parallel arbeitender Generatoren, da bei diesen Anordnungen eine gleiche Spannung in den Wechselstromteilen der Erregerkreise erzwungen wird. Demgegenüber können sich bei der Anordnung gemäß der Erfindung die Erregerspannungen entsprechend den erforderlichen Betriebsverhältnissen ausbilden.As a result of the phase shift in the additional choke coils Z1, Z2 and Z3, a compensating current flows in the compensating line L of such magnitude and direction that it acts to compensate for different reactive loads on the generators. 2 shows the vector diagram of the currents in the alternating current part of the excitation circuit for the case that the generator G1 is connected to the network RST at full load, while the generator G2 is switched on when idling. The pointer OB represents the total current in the alternating current part of the excitation circuit of the generator G.,. based on the winding of the current transformer W1 connected to the choke coil Dl. The size of the pointer OB is at the same time a measure for the excitation current flowing in the excitation winding of the generator G1 and thus also for the excitation voltage of this generator at full load. The total current shown by the pointer OB . In the alternating current part _ of the excitation circuit is made up of the load-independent no-load component 0A and the load-dependent component AB . The current in the alternating current part of the excitation circuit of the generator G2 is illustrated in terms of magnitude and direction by the pointer 0C during idling, based on the winding of the current transformer W2 connected to the choke coil D2. Accordingly, the pointer CB indicates the voltage difference between the current transformers Wi and W2, which must be absorbed by the two additional choke coils Z1 and Z2. The compensating current represented by the pointer CD therefore arises, so that the excitation current of the generator G2 is determined by the total current OD. On the other hand, the compensating current caused by the voltage difference CB has the effect that the current OB 'is added to the current OB flowing in the alternating current part of the excitation circuit of the generator G1. The excitation current and also the excitation voltage of the generator G1 are therefore determined by the pointer OB '. The generator G1 is thus relieved of its reactive power, while the generator G2 is caused to output reactive power; the load component occurring in the excitation circuit of the generator G2 results in a further increase in the excitation circuit. The generator G2 therefore takes part in the reactive load transfer very quickly. This shows a considerable advantage over the known direct parallel connection of the alternating current parts of the excitation circuits of generators operating in parallel, since in these arrangements an identical voltage is enforced in the alternating current parts of the excitation circuits. In contrast, with the arrangement according to the invention, the excitation voltages can develop in accordance with the required operating conditions.

In Fig. 3 ist schließlich das Zeigerbild bei Vollast der beiden Generatoren G1 und G2, ebenfalls wieder bezogen auf die mit den Drosselspulen verbundenen Wicklungen der beiden Stromwandler W1 und W2, dargestellt. Der im Wechselstromteil des Erregerkreises des Generators G1 fließende Strom ist wieder durch den Zeiger OB dargestellt, der gleichzeitig ein Maß für die Erregerspannung dieses Generators ist. Der Zeiger OB setzt sich zusammen aus dem lastunabhängigen Leerlaufanteil 0A und dem lastabhängigen Anteil AB. Der Zeiger 0D mit dem lastunabhängigen Leerlaufanteil OG und dem lastabhängigen Anteil CD veranschaulicht den im Wechselstromteil des Erregerkreises des Generators G2 fließenden Strom; der Zeiger 0D ist also auch ein Maß für die Erregerspannung des Generators G2. Die beiden Zeiger OB und 0D sind wieder auf die mit den Drosselspulen Dl bzw. D2 verbundenen Wicklungen der Stromwandler W1 bzw. W2 bezogen.Finally, FIG. 3 shows the vector image at full load of the two generators G1 and G2, again based on the windings of the two current transformers W1 and W2 connected to the choke coils. The current flowing in the alternating current part of the excitation circuit of the generator G1 is again shown by the pointer OB , which is also a measure of the excitation voltage of this generator. The pointer OB is made up of the load-independent idling component 0A and the load-dependent component AB. The pointer 0D with the load-independent no-load component OG and the load-dependent component CD illustrates the current flowing in the alternating current part of the excitation circuit of the generator G2; the pointer 0D is therefore also a measure of the excitation voltage of the generator G2. The two pointers OB and 0D are again related to the windings of the current transformers W1 and W2 connected to the inductors D1 and D2.

Das Zeigerbild der Fig. 3 läßt erkennen, daß der Generator G2 ein größeres Kurzschlußverhältnis als der Generator G1 hat. Bei Vollast sind die Zeiger OB und 0D dem Betrage nach gleich, der Richtung nach aber etwas voneinander verschieden. Es muß demnach ein Spannungsunterschied von der Größe und Richtung des Zeigers DB von den zusätzlichen Drosselspulen Z1 und Z2 aufgenommen werden. Die entstehenden Ausgleichsströme DD' und BB' haben eine geringfügige Zunahme der Blindleistung beim Generator G2 und eine entsprechende Abnahme beim Generator G1 zur Folge. Dies läßt sich jedoch dadurch beseitigen, daß man den Ausgleichspunkt beim Stromwandler W1 entsprechend tiefer legt.The vector image in FIG. 3 shows that the generator G2 has a greater short-circuit ratio than the generator G1. At full load, the pointers OB and 0D are the same in terms of amount, but slightly different in terms of direction. A voltage difference from the size and direction of the pointer DB must therefore be absorbed by the additional choke coils Z1 and Z2. The resulting equalizing currents DD 'and BB' result in a slight increase in the reactive power in generator G2 and a corresponding decrease in generator G1. However, this can be eliminated by lowering the compensation point at the current transformer W1 accordingly.

Die .Größe der gemäß der Erfindung vorgesehenen zusätzlichen Drosselspulen richtet sich nach der Größe der Ausgleichsströme, die man unter ungünstigsten Umständen erreichen will. Solche Umstände ergeben sich im allgemeinen dann, wenn ein Generator mit Vollast fährt und der zweite bei Leerlauf zugeschaltet wird. Der Blindwiderstand der zusätzlichen Drosselspulen richtet sich jedoch auch nach der Größe der Generatorleistung und der Größe der Erregerleistung. Zweckmäßigerweise wird hierbei dem Generator mit der größeren Erregerleistung eine zusätzliche Drosselspule mit kleinerem Blindwiderstandswert zugeordnet als dem Generator mit der kleineren Erregerleistung. Im allgemeinen wird sich die Größe der zusätzlichen Drosselspulen etwa bei 5 bis 10°/o der Erregerleistung des zugehörigen Generators halten, so daß sich durch die Erfindung kein ins Gewicht fallender Aufwand ergibt. An Stelle der zusätzlichen Drosselspulen können auch zusätzliche Kondensatoren verwendet werden. Diese sind dann an solche Punkte der Wechselstromteile der Erregerkreise anzuschließen, zwischen denen die Spannung gegenüber den bisher geschilderten Verhältnissen um 180° elektrisch verschoben ist.The size of the additional choke coils provided according to the invention depends on the size of the equalizing currents, which one under the most unfavorable circumstances want to achieve. Such circumstances generally arise when a generator runs at full load and the second is switched on when idling. The reactance however, the additional choke coils also depend on the size of the generator power and the size of the excitation power. Appropriately, the generator with the greater excitation power, an additional choke coil with a lower reactance value assigned than the generator with the lower excitation power. Generally will the size of the additional choke coils is about 5 to 10% of the excitation power of the associated generator, so that the invention does not matter falling effort results. Instead of the additional choke coils additional capacitors can also be used. These are then to such To connect points of the alternating current parts of the excitation circuits between which the Voltage compared to the previously described conditions shifted electrically by 180 ° is.

Claims

PATENT APPEAL: 1. Arrangement for parallel work of several synchronous machines with load-dependent rectifier excitation in current circuit and with parallel circuit in the alternating current part of the excitation circuits, characterized in that the parallel circuit of the excitation circuits is carried out via additional reactive resistances, such as inductors or capacitors, located in the alternating current part of the excitation circuits.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that each Synchronous machine is assigned an additional reactance.

3. Arrangement according to Claim 1 or 2, characterized in that simultaneously with the connection of the Synchronous machine connected to the network in parallel with the additional reactances will.

4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the generator with the greater excitation power is assigned a reactance with a smaller reactance value than the generator with the smaller excitation power. Considered publications: German Patent Specifications No. 960 834, 1009 288.