DE1111724B

DE1111724B - Automatic reactive power control of electrical machines in the network

Info

Publication number: DE1111724B
Application number: DEM35922A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Richard Modlinger
Original assignee: RICHARD MODLINGER DR ING
Current assignee: RICHARD MODLINGER DR ING
Priority date: 1957-11-15
Filing date: 1957-11-15
Publication date: 1961-07-27

Description

Selbsttätige Blindleistungsregelung elektrischer Maschinen im Netz Die selbsttätige Regelung der Wirkleistung im Verbundnetz findet fortschreitende Verbreitung.Automatic reactive power control of electrical machines in the network The automatic regulation of the active power in the interconnected network is progressing Distribution.

Eine selbsttätige Blindleistungsverteilung wurde bisher nur unter verschiedenen Maschinen eines Kraftwerkes vorgeschlagen, soweit diese Maschinen auf eine gemeinsame Sammelschiene arbeiteten. Sie beruhte auf dem System einer Kompensation und hatte den Zweck, die einzelnen Maschinensätze gleichmäßig und stabil an der gesamten zu liefernden Blindleistung zu beteiligen.An automatic reactive power distribution was previously only available under various machines of a power plant proposed, as far as these machines worked on a common busbar. It was based on the system of compensation and had the purpose of keeping the individual machine sets uniformly and stably at the to participate in the total reactive power to be supplied.

Eine selbsttätige Blindleistungsregelung der Maschinen im Netz wurde bisher nicht verwendet. Der Blindleistungsanteil, der von den verschiedenen Maschinensätzen geliefert wird, wird von Hand eingestellt.An automatic reactive power control of the machines in the network was not used so far. The proportion of reactive power generated by the various machine sets is supplied is set by hand.

Der Gegenstand der Erfindung bewirkt die selbsttätige Regelung der Blindleistung, entsprechend der Leistungsfähigkeit der einzelnen Maschinen, und dem Blindleistungsbedarf des Netzes und betrifft die selbsttätige Blindleistungsregelung elektrischer Maschinen zur Herabsetzung der Blindleistungstransporte im Verbundnetz auf ein Minimum. Erfindungsgemäß wird hierzu die Blindleistung proportional der Spannung von einem induktiven bis zu einem kapazitiven Höchstwert geregelt und nach Erreichen des maximal zulässigen Dauererregerstromes eine thermische Begrenzung vorgesehen. Außerdem wird die Abgabe kapazitiver Blindleistung durch eine Polradwinkelregelung begrenzt.The object of the invention causes the automatic regulation of the Reactive power, according to the performance of the individual machines, and the reactive power demand of the network and concerns the automatic reactive power control electrical machines to reduce reactive power transport in the interconnected network to a minimum. According to the invention, the reactive power is proportional to this Voltage regulated from an inductive to a capacitive maximum value and according to A thermal limit is reached when the maximum permissible continuous excitation current is reached intended. In addition, the output of capacitive reactive power is controlled by a pole wheel angle control limited.

Als Kriterium für den Blindleistungsbedarf des Netzes oder für die aufzubringende Blindleistung an den einzelnen Stellen des Netzes dienen: a) Der Wert der Spannung am Einsatzpunkt oder an einem bevorzugten Punkt des Netzes oder an den Klemmen der Maschinen, b) die Werte von Blindleistungsmessungen an übergabepunkten, c) die Größe der erzeugten Wirkleistung, d) Mischwerte aus diesen Größen bzw. ihren ersten Ableitungen nach der Zeit.As a criterion for the reactive power requirement of the network or for the Reactive power to be applied at the individual points of the network are used: a) The Value of the voltage at the point of use or at a preferred point in the network or at the terminals of the machines, b) the values of reactive power measurements at transfer points, c) the size of the generated active power, d) mixed values from these sizes or their first derivatives according to time.

In Abb. 1 ist der einfachste Fall einer Regelung in Abhängigkeit von der Spannung als Beispiel dargestellt.In Fig. 1 is the simplest case of a regulation in dependence on the voltage shown as an example.

Um den einzelnen Kraftwerksgruppen eine eindeutige Zuteilung der zu erzeugenden Blindleistung vorzugeben, wird sie in Kennlinien, die die Abhängigkeit von der Spannung darstellen, festgelegt. Der gesamte Proportionalbereich der Regelung umfaßt eine so geringe Spannungsdifferenz, daß die daraus sich ergebenden Unterschiede zwischen maximaler und minimaler Spannung im Netz ohne Bedeutung für die Betriebsführung bleiben. Die Kennlinie wird bei zu tiefer Spannung im übererregten Bereich der Erzeugereinheiten durch die thermische Belastbarkeit der Maschinen und Transformatoren begrenzt. Nach Erreichen der maximalen Blindleistung nimmt bei weiterem Abfall der Spannung der zulässig abgebbare Wert der Blindleistung wieder ab (Ständerstrom konstant). Im untererregten Zustand bei zu hohen Spannungen tritt als Begrenzung des Regelbereiches der Einfluß der Stabilität auf. Die zur Begrenzung verwendete Stabilitätsregelung schaltet z. B. mit Hilfe einer Polradwinkelmeßeinrichtung nach Erreichen eines jeweils festzulegenden Wertes den Einfluß der Spannung ab bzw. kompensiert ihn, so daß die Spannung, wie in der Abb. 1 dargestellt, weiter ansteigt, ohne daß eine merkliche Zunahme an kapazitiver Blindleistung entsteht. Besonders wichtig ist es, diese Grenzen der Kennlinien für jede Maschine durch Versuche zu bestimmen und regeltechnisch eindeutig zu erfassen.In order to clearly assign the individual power plant groups generating reactive power, it is converted into characteristic curves that show the dependency from the voltage represent, set. The entire proportional range of the regulation includes such a small voltage difference that the resulting differences between maximum and minimum voltage in the network is irrelevant for operational management stay. If the voltage is too low in the overexcited area of the generating units, the characteristic curve becomes too low limited by the thermal load capacity of the machines and transformers. To If the maximum reactive power is reached, the permissible output value of the reactive power again (stator current constant). in the underexcited state at too high voltages occurs as a limitation of the control range the influence of stability on. The stability control used for the limitation switches z. B. with the help of a Polradwinkelmeßeinrichtung after reaching each value to be determined from the influence of the voltage or compensates for it, so that the Voltage, as shown in Fig. 1, continues to rise without any noticeable Increase in capacitive reactive power occurs. It is especially important to keep these limits the characteristics for each machine to be determined through experiments and control technology to be clearly recorded.

Im untererregten Bereich kann an Stelle der beschriebenen Begrenzung durch den Polradwinkel auch eine vom Polradwinkel abhängige Regeleinrichtung verwendet werden, die es ermöglicht, bei Polradwinkelmeßwerten über 90° im Bereich der künstlichen Stabilität zu arbeiten.In the underexcited area, instead of the described limitation Due to the pole wheel angle, a control device dependent on the pole wheel angle is also used which makes it possible to measure values of the pole wheel angle over 90 ° in the range of the artificial Work stability.

Um die Spannung an den Klemmen der Maschinen unabhängig von der Höhe der Spannung im Netz konstant halten zu können, wurden bisher in Stufen regelbare Maschinentransformatoren verwendet. Mit Hilfe dieser Regelbarkeit war es auch möglich, über schwache Verbindungsleitungen im Netz hohe Wirkleistunaen in den Starklastzeiten bei hohen Spannungen zu übertragen. Umgekehrt hat man in Schwachlastzeiten mit den Stufenschaltern der Transformatoren die Spannung im Netz möglichst tief herabgesetzt, um mit kleinen Blindleistungen auszukommen. Diese Stufenschalter werden erfindungsgemäß bei der selbsttätigen Blindleistungsregelung im Netz so ausgelegt und betätigt, daß sie zusammen mit der selbsttätigen Blindleistungsregelung als Blindlaststeller arbeiten. Stabilitätsregeleinrichtungen Als Regeleinrichtung zur Begrenzung des Proportionalbereiches im untererregten Zustand der Maschinen werden erfindungsgemäß folgende Einrichtungen angegeben: a) Gerät zur Begrenzung des Polradwinkels auf einen einstellbaren Wert.To keep the voltage at the terminals of the machines regardless of the height To be able to keep the voltage in the network constant, up to now it was possible to regulate the voltage in steps Machine transformers used. With the help of this controllability it was also possible high real power through weak connection lines in the network in to transfer the heavy load times at high voltages. Conversely, you have in off-peak times Use the step switches on the transformers to keep the voltage in the network as low as possible reduced in order to manage with small reactive powers. These tap changers are according to the invention so designed for the automatic reactive power control in the network and actuated that it together with the automatic reactive power control as Reactive load plates are working. Stability control devices As a control device for Limitation of the proportional range in the underexcited state of the machines according to the invention the following devices are specified: a) Device for limiting the rotor angle to an adjustable value.

Die Klemmenspannung des Generators wird bei diesem Gerät über Spannungswandler an einen Drehregler DR in Abb. 3 gelegt. Der Drehregler besitzt sekundärseitig eine sechsphasige Wicklung. Die sechs Phasenanschlüsse der Wicklung liegen an den Anoden von sechs Stromtoren St. Die Leitfähigkeit der Stromtore wird durch Steuerung ihrer Gitter mit Hilfe eines Impulses aus magnetischen oder lichtelektrischen Gebern G durchgeführt. In den Gebern G wird mit Hilfe einer auf der Welle des Induktors angebrachten Marke ein Stromstoß bekannter Art induziert. Mit Hilfe des Drehreglers ist es möglich, den Stromstoß bei einem bestimmten Polradwinkel (z. B. 70°) so zu legen, daß das dazugehörige Stromtor im Augenblick der Negativwerdens seiner Anodenspannung zündfähig wird. Der durch das Stromtor fließende Strom ist in dieser Lage praktisch gleich Null. Nimmt der Polradwinkel um 6= (Abb. 4) zu, so erfolgt das Zünden des Stromtores um 6 elektrische Grade früher, wodurch aus der sinusförmigen Anodenspannung ein entsprechender Wert ausgeschnitten wird. Bei der in Abb. 3 dargestellten Schaltung entstehen innerhalb der Zeit einer Periode sechs derartige positive Ausschnitte (Abb. 4), die als Steuerwert zur Verstärkung der Erregung nach verschiedenen Methoden verwendet werden können.With this device, the terminal voltage of the generator is supplied via a voltage converter connected to a rotary control DR in Fig. 3. The rotary control has a on the secondary side six-phase winding. The six phase connections of the winding are connected to the anodes of six electricity gates St. The conductivity of the electricity gates is controlled by their Grid with the help of a pulse from magnetic or photoelectric sensors G carried out. In the sensors G is attached to the shaft of the inductor with the help of a Brand induced an electric surge of a known type. With the help of the rotary control it is possible to to place the current impulse at a certain pole wheel angle (e.g. 70 °) in such a way that the The associated current gate can be ignited at the moment when its anode voltage becomes negative will. The current flowing through the current gate is practically the same in this situation Zero. If the pole wheel angle increases by 6 = (Fig. 4), the current gate is ignited 6 electrical degrees earlier, resulting in a sinusoidal anode voltage corresponding value is cut out. In the circuit shown in Fig. 3 six such positive excerpts arise within the time of a period (Fig. 4), used as a control value for amplifying the excitation according to various methods can be used.

b) Gerät zur künstlichen Stabilisierung bei Polrad--- winkeln über 90'.b) Device for artificial stabilization at pole wheel - angles over 90 ' .

Verwendung finden bekannte Meßanordnungen, wie z. B. die von L i v i n g s t o n vorgeschlagene. Das Polradwinkelgerät betätigt nach dem Kompensationsprinzip ein Potentiometer, an dem eine Hilfsgleichspannung liegt. Zwischen einem Ende des Potentiometers und dem Schleifer wird daher eine dem Polradwinkel entsprechende Gleichspannung abgegriffen. Wird dieser Gleichspannung, entgegengesetzt gepolt, ein mit einem Sollwertgeber (verstellbares Potentiometer) abgreifbarer Gleichspannungswert entgegengeschaltet, so ist am Ausgang der Anordnung, die in Abb. 2 schematisch dargestellt ist, eine positive Spannung vorhanden, die von einem bestimmten Polradwinkel ab direkt proportional ansteigt. Der unterhalb dieses Winkels vorhandene negative Wert der Gleichspannung kann in einfacher Weise mit Hilfe eines elektrischen Ventiles gesperrt werden. Begrenzung des Proportionalbereiches bei Übererregung Zur- Begrenzung der Blindleistungsabgabe im übererregten Gebiet kann eine Reihe von Kriterien verwendet werden, und zwar a) der Ständerstrom, b) der Läuferstrom, c) Temperaturmeßwerte von den verschiedensten Teilen der Maschine. - Viele der dazu notwendigen Geräte sind in der Praxis bekannt.Known measuring arrangements are used, such as. B. that of L i v i n g s t o n proposed. The rotor angle device operates according to the compensation principle a potentiometer to which an auxiliary DC voltage is applied. Between one end of the Potentiometer and the wiper is therefore a corresponding to the pole wheel angle DC voltage tapped. If this DC voltage is polarized in the opposite direction, a DC voltage value that can be tapped off with a setpoint generator (adjustable potentiometer) connected in the opposite direction, it is at the output of the arrangement that is shown schematically in Fig. 2 is, a positive voltage is present, which depends on a certain pole wheel angle increases in direct proportion. The negative value present below this angle the DC voltage can easily be achieved with the help of an electric valve be blocked. Limitation of the proportional range in the event of overexcitation to limit The reactive power output in the overexcited area can use a number of criteria a) the stator current, b) the rotor current, c) temperature readings from various parts of the machine. - Lots of the necessary equipment are known in practice.

Zum Verändern des Erregerstromes nach den vorstehend beschriebenen Methoden können a) Relaiseinrichtungen, b) die handelsüblichen Spannungsregler, c) die in der jüngsten Zeit zur Anwendung gekommenen Mittelfrequenzanlagen, die Magnetverstärker- oder Gleichrichteranlagen verwendet werden, wenn sie geeignet sind, Änderungen des Induktorstromes mit genügender Geschwindigkeit durchzuführen.To change the excitation current as described above Methods can be a) relay devices, b) the commercially available voltage regulators, c) the recently used medium-frequency systems that Magnetic amplifier or rectifier systems are used when appropriate are to change the inductor current with sufficient speed.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Automatic reactive power control electrical Machines to reduce the reactive power transport in the network to a minimum, characterized in that the reactive power is proportional to the voltage of one inductive up to a capacitive maximum value is steadily regulated and that after thermal limitation when the maximum permissible continuous excitation current is reached is provided and that the output of capacitive reactive power by a pole wheel angle control is limited. z. Reactive power control of electrical machines according to Claim 1, characterized characterized in that for setting the limitation of the capacitive reactive power the voltage regulator an additional measured value from a load angle measuring device is fed from a rotary controller (DR) as load angle limit value adjuster and consists of a rectifier arrangement (St) whose grid is controlled by a pulse generator (G) can be controlled. 3. reactive power control of electrical machines according to claim 1 and 2, characterized in that machines of different sizes when operated in parallel the measured values or setpoints of the voltage regulator of each individual machine by a higher-level main controller connected to the busbar adjusted together will. 4. Automatic reactive power control of electrical machines according to claim 1, characterized in that as criteria for the reactive power requirement in addition the voltage in the network or at the terminals of the machine and the reactive power Transfer points or the total active power of the feed point or mixed values from these criteria and their first derivatives with respect to time can be used. 5. Step control for machine transformers, characterized by that the type of design of the stages is done so that the tap changer for the Reactive power control according to claims 1 to 4 used as a reactive power controller can be. Publications considered: German Patent Specifications No. 968 846, 848 380; "Journal for German Mining", 20 (1955), p. 345 ff.