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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft generell das Begrenzen von Unterbrechungen der elektrischen Stromversorgung in einem elektrischen Wechselstromsystem und insbesondere ein nichtlineares Variieren der Ausgangsspannung eines elektrischen Generators, um eine Blindstromabschaltung zu verhindern.
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Hintergrund
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Elektrische Stromsysteme, die Generatorsätze einsetzen, welche durch Verbrennungsmotoren, Dampf oder andere Mittel angetrieben werden, sind bekannte Einrichtungen, die in der ganzen Welt eingesetzt werden. Solche Systeme können einen oder mehrere Generatorsätze umfassen, deren Zweck es ist, ein lokales Stromnetz, wie z. B. für eine Gemeinde oder eine Fabrik, mit elektrischem Strom zu versorgen, oder viel größere Anlagen zur Versorgung ganzer Städte. Es ist üblich, dass die Generatoren parallel an eine elektrische Stromschiene gekoppelt sind, die oft sowohl mit einem lokalen als auch einem regionalen Stromnetz verbunden sein kann. Unabhängig von der Größenordnung ist es im Allgemeinen wünschenswert, das elektrische Stromsystem ohne Unterbrechungen der Stromversorgung und mit so wenig Störungen wie möglich zu betreiben.
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Wenn Generatoren für Parallelbetrieb verbunden sind, ist es üblich, dass einer oder mehrere der Generatoren im sogenannten Absenkungsbetrieb arbeiten, sodass Laständerungen an einer elektrischen Stromschiene dazu führen, dass die Drehzahl und/oder die Ausgangsspannung des Generators in einem Maße variiert, das normalerweise vom Betreiber ausgewählt werden kann, wie z. B. 5 % Absenkung, 10 % Absenkung usw. Es ist auch typisch, dass ein weiterer Generator im gleichen System im isochronen Modus betrieben wird, sodass die Frequenz als Basis zum Steuern als Reaktion auf Laständerungen dient.
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Ingenieure haben jahrzehntelang experimentiert, wie Drehzahl, Spannung, Frequenz und andere Variablen beim Betrieb von parallelen Generatoren am besten gesteuert werden können. Wenn die Lastanforderungen relativ stabil und konsistent sind, variieren die Generatordrehzahlen und Ausgangsleistungen relativ gering. Viele elektrische Stromsysteme sind jedoch dynamisch, da elektrische Lasten zu- und abgeschaltet werden. In Anlagen, in denen mehrere im Wesentlichen identische Generatorsätze verwendet werden, kann die Steuerung mehrerer Generatoren während transienten Laständerungen oder „Transienten“ relativ einfach sein, da das Verhalten und die Reaktion von den an einem ähnlichen Ort befindlichen Maschinen relativ vorhersehbar ist. Viele Systeme weisen jedoch eine Vielfalt von Maschinen mit z. B. mehreren gasturbinengetriebenen Generatoren verschiedener Hersteller oder mit unterschiedlichen Auslegungen und/oder Betriebswerten, gasturbinengetriebenen Generatoren parallel zu Generatoren mit Hubkolbenmotoren, Gasturbinen mit Dampfturbinen oder noch weiteren Kombinationen auf. In diesen weniger einheitlichen Systemen kann eine zusätzliche Komplexität hinsichtlich der Steuerungscharakteristik und des Steuerverhaltens der verschiedenen Maschinen eingeführt werden.
JP2014029736(A ) von Kawabata Yasahara et al. ist an einen beispielhaften Rückstromregler gerichtet, der die Instabilität der Versorgung in bestimmten elektrischen Stromsystemen offenbar begrenzt.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Bei einem Aspekt umfasst ein Steuersystem zur Verhinderung von Unterbrechungen der elektrischen Stromversorgung in einem elektrischen Stromversorgungssystem mit mehreren Generatorsätzen, die mit einer elektrischen Stromschiene elektrisch verbunden sind, einen Stromüberwachungseinheit. Die Stromüberwachungseinheit ist derart ausgelegt, dass sie ein Stromsignal ausgibt, das den Blindstrom in einem elektrischen Generator in einem der mehreren Generatorsätze anzeigt, der als Reaktion auf eine Änderung der elektrischen Last der elektrischen Stromschiene erzeugt wird. Das Steuersystem umfasst ferner eine elektronische Steuereinheit, die ausgelegt ist, Spannungssteuerbefehle an einen Spannungsregulierungsmechanismus auszugeben, um die Ausgangsspannung eines elektrischen Generators zu variieren. Die elektronische Steuereinheit ist ferner ausgelegt, das Stromsignal zu empfangen, die Spannungssteuerbefehle basierend auf dem Stromsignal zu bestimmen und die Ausgangsspannung des elektrischen Generators mithilfe der Spannungssteuerbefehle basierend auf dem Stromsignal nichtlinear zu variieren, sodass das Auftreten einer Blindstromabschaltbedingung verhindert wird.
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Bei einem anderen Aspekt umfasst ein elektrisches Stromsystem eine elektrische Stromschiene, die ausgelegt ist, mit mehreren induktiven Lasten verbunden zu werden, und einen Generatorsatz, der mit der elektrische Stromschiene verbunden ist und einen Verbrennungsmotor und einen elektrischen Generator umfasst. Das Stromversorgungssystem umfasst ferner einen Schutzmechanismus, der ausgelegt ist, den elektrischen Generator als Reaktion auf das Auftreten einer Blindstromabschaltbedingung abzuschalten. Das elektrische Stromsystem umfasst ferner ein Steuersystem mit einem Spannungsregulierungsmechanismus, der die Ausgangsspannung des elektrischen Generators regelt, eine Stromüberwachungseinheit und eine elektronische Steuereinheit. Die Stromüberwachungseinheit ist ausgelegt, ein Stromsignal auszugeben, das den Blindstrom in dem elektrischen Generator anzeigt, der als Reaktion auf eine Laständerung an der elektrischen Stromschiene erzeugt wird. Die elektronische Steuereinheit ist ausgelegt, den Spannungsregulierungsmechanismus basierend auf dem Stromsignal derart zu steuern, dass die Ausgangsspannung des elektrischen Generators auf eine nichtlineare Weise variiert wird, die den Blindstrom kompensiert.
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Bei noch einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Stromsystems mit mehreren Generatorsätzen, die mit einer gemeinsamen elektrischen Stromschiene verbunden sind, das Betreiben der mehreren Generatorsätze, um elektrischen Strom an die gemeinsame elektrische Stromschiene zu liefern, und das Empfangen eines Stromsignals, das den in einem elektrischen Generator erzeugten Blindstrom in einem der mehreren Generatorsätze als Reaktion auf eine Laständerung an der elektrischen Stromschiene anzeigt. Das Verfahren umfasst ferner das Befehlen der Variation einer Ausgangsspannung des elektrischen Generators als Reaktion auf das Stromsignal und das Steuern der Variation der Ausgangsspannung, sodass eine Änderungsrate der Ausgangsspannung nicht linear ist, um das Auftreten einer Blindstromabschaltbedingung zu verhindern.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Stromsystems, gemäß einer Ausführungsform;
- 2 ist ein Diagramm, das die elektrischen Eigenschaften in einem elektrischen Stromsystem während eines Lastwechsels veranschaulicht;
- 3 ist ein Diagramm, das die elektrischen Eigenschaften in einem elektrischen Stromsystem während einer ersten Reihe von Blindstrombedingungen veranschaulicht;
- 4 ist ein Diagramm, das die elektrischen Eigenschaften in einem elektrischen Stromsystem während einer zweiten Reihe von Blindstrombedingungen veranschaulicht;
- 5 ist ein Diagramm, das die elektrischen Eigenschaften in einem elektrischen Stromsystem während einer dritten Reihe von Blindstrombedingungen veranschaulicht; und
- 6 ist ein Flussdiagramm, das den Ablauf der Steuerungslogik gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
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Ausführliche Beschreibung
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein elektrisches Wechselstrom- (AC) -Stromsystem 10 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das elektrische Stromsystem 10 (im Folgenden „System 10“) kann mehrere Generatorsätze 25, 50 und 75 umfassen, die mit einer elektrischen Stromschiene 40 elektrisch verbunden sind. Ein Steuersystem 12 ist für den Betrieb eines oder mehrerer der Generatorsätze 25, 50 und 75 und zum Verhindern von Unterbrechungen der elektrischen Stromversorgung im System 10 vorgesehen. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die elektrische Stromschiene 40 derart ausgelegt, dass sie mit mehreren Lasten 54, 56 und 58 elektrisch verbindet. Mehrere Schalter 60, 62 und 64 verbinden die Lasten 54, 56 und 58 elektrisch mit der elektrischen Stromschiene 40. Die Lasten 54, 56 und 58 können induktive Lasten wie elektrisch angetriebene rotierende Maschinen, elektrische Netze oder irgendeine von vielen anderen Vorrichtungen oder Systemen umfassen. Der Fachmann wird verstehen, dass der Stromfluss zwischen und unter den verschiedenen Komponenten, die mit der elektrischen Stromschiene 40 elektrisch verbunden sind, relativ komplex und unvorhersehbar sein kann. Der Fachmann wird auch verstehen, dass der Stromfluss zwischen und unter Lasten, einschließlich induktiver Lasten, nicht nur Schein- oder Wirkstrom, sondern auch Blindstrom umfassen kann. Wenn einer der Schalter 60, 62 oder 64 geöffnet oder geschlossen wird, um die entsprechende Last mit der elektrischen Stromschiene 40 elektrisch zu verbinden oder davon zu trennen, kann im System 10 und insbesondere in den mit elektrischem Strom versorgten Vorrichtungen oder den elektrischen Stromerzeugungsvorrichtungen, die mit der elektrischen Stromschiene 40 verbunden sind, Blindstrom erzeugt werden.
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Es wurde festgestellt, dass die Reaktion von einem von mehreren verschiedenen Generatorsätzen in Bezug auf den Blindstrom höchst unvorhersehbar sein kann. Jeder der Generatorsätze 25, 50 und 75 umfasst einen Generator, wie z. B. einen elektrischen Generator 34, der mit dem Gasturbinenmotor 26 über eine Antriebsmaschine 36 gekoppelt ist. Der Gasturbinenmotor 26 kann einen Verdichter 28, eine Turbine 30 und eine Brennkammer 32 in einer generell konventionellen Weise umfassen. Der Gasturbinenmotor 26 dreht die Antriebsmaschine 36, um den Generator 34 in einer generell konventionellen Weise zu betreiben. Während einer oder als Reaktion auf eine Änderung der elektrischen Last an der elektrischen Stromschiene 40, wird wie vorstehend erwähnt Blindstrom in dem elektrischen Generator 34 beobachtet. Das Ausmaß und die Eigenschaften des in dem Generator 34 erzeugten Blindstroms können je nach dem Verhalten der Generatorsätze 50 und 75 sowie anderer Generatorsätze und anderer Lasten, die mit der elektrischen Stromschiene 40 elektrisch verbunden sind, variieren. Wenn der Blindstrom unkontrolliert ist, kann ein Rückstromzustand erzeugt werden, bei dem elektrischer Strom in den Generator 34 fließen und möglicherweise die Ausrüstung beschädigen würde.
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Der Generatorsatz 25 sowie die anderen Generatorsätze, die mit der elektrischen Stromschiene 40 elektrisch verbunden sind, können mit verschiedenen Schutz- oder Abschaltmechanismen ausgestattet sein, wie es hierin weiter ausgeführt wird, die den betreffenden Generatorsatz abschalten und/oder von der elektrischen Stromschiene 40 elektrisch trennen können. Zu diesem Zweck ist die Schaltvorrichtung 46 zwischen dem Generator 34 und der elektrischen Stromschiene 40 gezeigt. Es ist im Allgemeinen wünschenswert, das Abschalten eines Generatorsatzes oder die Aktivierung einer Schaltvorrichtung zu vermeiden, da der elektrische Strom, der von dem Generatorsatz erzeugt werden könnte, nicht mehr verfügbar wird und das Wiederanfahren des Generatorsatzes erhebliche Ausfallzeiten und manuelle Eingriffe erfordern kann. Die Generatorsätze 25, 50 und 75 können auch Steuermechanismen zur Anpassung des Betriebs oder Zustandes des zugehörigen Generators umfassen, sodass der sich von einem Blindstromzustand erholt, ohne dass ein Abschalten oder die Aktivierung von Schaltvorrichtungen erforderlich ist. Es wurde beobachtet, dass Steuersysteme zum Schutz gegen Rückstromabschaltbedingungen verschiedene Mängel aufweisen, die zumindest teilweise durch die Verwendung verschiedener Generatorsätze in dem gleichen elektrischen Stromsystem entstehen können. Bei einigen Ausführungsformen könnte der Generatorsatz 50 gemäß einer TT3-Steuerstrategie gesteuert werden, während der Generatorsatz 75 mittels einer Strategie für einen automatischen Spannungsregler (AVR) gesteuert werden könnte, und noch weitere Generatorsätze in dem elektrischen Stromsystem 10 (nicht gezeigt) könnten durch eine weitere Strategie wie ein Blindstromschutzrelais gesteuert werden. Der Generatorsatz 25 kann, wie vorstehend erwähnt, durch das Steuersystem 12 gesteuert werden, das eine elektronische Steuereinheit 14 umfassen kann. In einer praktischen Implementierungsstrategie könnte die elektronische Steuereinheit 14 ein kombiniertes Generatorsteuermodul oder „CGCM“ umfassen oder darin integriert sein. Wie aus der folgenden Beschreibung weiter ersichtlich, ist die elektronische Steuereinheit 14 spezifisch derart konfiguriert, dass sie Unterbrechungen der elektrischen Stromversorgung verhindert, indem sie ermöglicht, dass sich der Generatorsatz 25 von dem Blindstrom, der als Reaktion auf eine Laständerung erzeugt wurde, erholt, wodurch das Auftreten einer Blindstromabschaltbedingung verhindert wird.
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Die elektronische Steuereinheit 14 kann einen Prozessor 16 umfassen, der jeden geeigneten Computerprozessor, wie z. B. einen Mikroprozessor, einen Mikrocontroller, ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) usw., umfassen kann. Die elektronische Steuereinheit 14 umfasst ferner eine Ein-/Ausgabeschnittstelle 17, welche die Ausgabe von Steuerbefehlen oder Signalen an verschiedene gesteuerte Komponenten des Steuersystems 12 und des elektrischen Stromsystems 10, wie hierin weiter beschrieben, und den Empfang elektrischer Daten von verschiedenen Erfassungsmechanismen ermöglicht. Es kann ein Schienensensor 52 vorgesehen werden, der über die Ein-/Ausgabeschnittstelle 17 mit dem Prozessor 16 in Verbindung steht und derart ausgelegt ist, dass er eine Spannung, einen elektrischen Strom oder beides der elektrischen Stromschiene 40 erfasst. Die Schaltvorrichtung 46 kann ebenfalls über die Ein-/Ausgabeschnittstelle 17 mit dem Prozessor 16 in Kommunikation sein. Im Steuersystem 12 befindet sich zudem eine Stromüberwachungseinheit 42 mit einem Sensor 43, der ausgelegt ist, ein Stromsignal auszugeben, das den Blindstrom in dem elektrischen Generator 34 anzeigt, der als Reaktion auf eine Änderung der elektrischen Last der elektrischen Stromschiene 40 erzeugt wird. Die Stromüberwachungseinheit 42 könnte sowohl den Sensor 43 als auch einen separaten Prozessor (nicht abgebildet) oder den Prozessor 16 selbst umfassen. Der Sensor 43 kann eine Spannungssonde, eine Stromsonde oder beides umfassen, was die elektronische Steuereinheit 14 in die Lage versetzt, Daten zur Berechnung des Blindstroms zu jedem beliebigen Zeitpunkt gemäß bekannten Techniken zu sammeln. Es versteht sich daher, dass der Begriff „Stromsignal“, wie er hier verwendet wird, sowohl rohe Sensordaten, die den Blindstrom anzeigen, als auch ein Signal umfasst, das von dem Prozessor 16 oder einem anderen Prozessor als Reaktion auf Berechnungen erzeugt wird, die basierend auf den empfangenen rohen Sensordaten durchgeführt werden.
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Das Steuersystem 12 enthält ferner einen Spannungsregulierungsmechanismus 44, der ausgelegt ist, mit einem Erreger (nicht gezeigt) im Generator 34 gekoppelt zu werden, um eine Erregerspannung von Generator 34 zu steuern, die wiederum zur Steuerung einer Ausgangsspannung des Generators 34 verwendet wird. Bei einer Implementierung ist die elektronische Steuereinheit 14 ausgelegt, Spannungssteuerbefehle an den Spannungsregulierungsmechanismus 44 auszugeben, um die Ausgangsspannung des Generators 34 zu variieren. Die elektronische Steuereinheit 14 ist ferner ausgelegt, das Stromsignal zu empfangen, die Spannungssteuerbefehle basierend auf dem Stromsignal zu bestimmen und die Ausgangsspannung des elektrischen Generators mithilfe der Spannungssteuerbefehle basierend auf dem Stromsignal zu variieren. Durch das nichtlineare Variieren der Ausgangsspannung des elektrischen Generators kann der Blindstrom kompensiert werden, sodass das Auftreten einer Blindstromabschaltbedingung verhindert wird, wie es hierin weiter beschrieben wird.
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In der veranschaulichten Ausführungsform ist die elektronische Steuereinheit 14 mittels einer Computersoftware, die in einem computerlesbaren Speicher 18 gespeichert ist, ausgelegt, diese und andere verschiedene Funktionen auszuführen. Der Speicher 18 kann jeden geeigneten Speicher wie RAM, ROM, DRAM, SDRAM, FLASH, eine Festplatte oder noch weitere umfassen. In dem Speicher 18 können viele verschiedene Softwaremodule, wie z. B. ein Betriebssystem, Software für die Steuerung der Gasturbinenmotoren und noch weitere, gespeichert sein. In der veranschaulichten Ausführungsform speichert der Speicher 18 ein SPANNUNGSSTEUER-Modul 22, wobei die elektronische Steuereinheit 14 die Ausgangsspannung des Generators 34 während des normalen Betriebs mittels Steuerbefehlen an den Spannungsregulierungsmechanismus 44 steuert. Der Speicher 18 speichert auch ein ABSCHALT-Modul 20, wobei die elektronische Steuereinheit 14 den Betrieb des Generatorsatzes 25 abschalten und/oder den Generator 34 elektrisch von der elektrischen Stromschiene 40 trennen kann. Es ist ein Betankungssteuerelement 45 für den Gasturbinenmotor 26 in 1 gezeigt und es könnte ein Brennstoffzufuhrventil oder dergleichen umfassen, dessen Zustand durch das ABSCHALT-Modul 20 in einen geschlossenen Zustand versetzt wird. Ein RÜCKSTROMSCHUTZ-Modul 24 ist ebenfalls in dem Speicher 18 gespeichert und kann, wie hierin näher beschrieben, ausgeführt werden, um den Betrieb des SPANNUNGSSTEUER-Moduls 22 in Szenarien zu übersteuern, in denen der normale Betrieb des Generatorsatzes 25 zur Auslösung einer Abschaltung führen könnte. Eine weitere Möglichkeit, die Funktionen und das Zusammenspiel der verschiedenen Steuerkomponenten zu verstehen, die in dem Speicher 18 gespeichert und von dem Prozessor 16 ausführbar sind, besteht darin, dass eine normale Betriebsstrategie zur Spannungssteuerung die meiste Zeit ausgeführt werden kann, aber unter bestimmten Bedingungen zur Auslösung einer Abschaltung führen würde, wenn die RÜCKSTROMSCHUTZ-Komponente oder das -Modul 24 nicht berücksichtigt wird. Bei einer Implementierung kann die elektronische Steuereinheit 14 weiter ausgelegt sein, die Erfüllung der Spannungssteuerungs-Übersteuerungskriterien basierend auf mindestens einem von dem Blindstrom oder einer Änderung in dem Blindstrom zu bestimmen. Es können mit anderen Worten Kriterien zur Übersteuerung der normalen Ausgangsspannungssteuerstrategie festgelegt werden, die einen Pegel (Voltampere reaktiv oder Var) des Blindstroms, eine Änderung des Blindstroms oder eine Änderungsrate des Blindstroms oder noch weitere Faktoren umfassen, die erfüllt sein müssen, damit die Steuerlogik zwischen der normalen Ausgangs-SPANNUNGSSTEUER-Strategie und der RÜCKSTROMSCHUTZ-Strategie umgeschaltet werden kann. Es ist auch zu beachten, dass die Darstellung in 1 eine vereinfachte Veranschaulichung ist und keine Beschränkung auf einen Spannungssteuerungsalgorithmus mit Unterroutinen oder mehrere separate Spannungssteuerungsalgorithmen, die in jedem Fall eine Form der logischen Übergabe erfordern, und keine andere Beschränkung durch die vorliegende Beschreibung beabsichtigt ist. In Anbetracht der hierin dargelegten Lehren wird ein Fachmann verschiedene Möglichkeiten zur Konfiguration des Steuersystems 12 erkennen.
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Es wird daran erinnert, dass das Variieren der Ausgangsspannung des Generators 34 zum Verhindern des Auftretens einer Blindstromabschaltbedingung das nichtlineare Variieren der Ausgangsspannung umfassen kann. Bei einer Implementierung kann die normale Spannungssteuerung, wie sie hierin beschrieben wird, die lineare Steuerung der Spannung und im Verhältnis zur elektrischen Strombelastung an der elektrischen Stromschiene 40 umfassen. Die vorliegende Offenbarung reflektiert die Entdeckung, dass die nichtlineare Änderung der Ausgangsspannung, und in einer praktischen Implementierung die nichtlineare Erhöhung der Ausgangsspannung, das Auftreten einer Blindstromabschaltbedingung verhindern kann. Eine Blindstromabschaltbedingung könnte mehrere verschiedene Faktoren umfassen oder von diesen abhängig sein, wie z. B. eine Blindstromänderungsrate, ein Blindstrompegel, eine Zeitdauer auf einem Blindstrompegel oder noch weitere Faktoren. Bei einer Implementierung umfasst die Blindstromabschaltbedingung einen Rückstromzustand, obwohl es sich versteht, dass die vorliegende Offenbarung die Protokollierung eines Fehlers und die Behandlung des Blindstroms vor dem Punkt, an dem sich der Stromfluss tatsächlich umkehrt, oder andere Abschaltkriterien wie eine minimale Turbinendrehzahl oder eine minimale Ausgangsspannung oder -frequenz in Betracht zieht.
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Es wird im Allgemeinen wünschenswert sein, das elektrische Stromsystem 10 derart zu betreiben, dass eine konstante Spannung an der elektrischen Stromschiene 40 erzeugt wird. Ebenso ist es wünschenswert, die Ausgangsleistung der Generatoren, welche die Schiene 40 speisen, im Wesentlichen konstant zu halten. Eine Laständerung an der elektrischen Stromschiene 40 kann eine Änderung der Schienenspannung verursachen, wobei es in diesem Fall wünschenswert ist, die Ausgangsspannung der Generatoren, einschließlich des Generators 34, zumindest vorübergehend zu variieren. Wie vorstehend erwähnt, kann die Ausgangsspannung des Generators unter normalen Betriebsbedingungen proportional zu einer elektrischen Last oder einer Änderung in der elektrischen Last der elektrischen Stromschiene 40 linear angepasst werden. Wenn der Blindstrom wie hierin beschrieben ein offensichtliches Risiko des Auftretens einer Blindstromabschaltbedingung verursacht, kann die Generatorausgangsspannung entsprechend dem RÜCKSTROMSCHUTZ-Modul oder der - Strategie 24 wie hierin beschrieben variiert werden. Die elektronische Steuereinheit 14 kann ausgelegt sein, Spannungssteuerbefehle für den Spannungsregulierungsmechanismus 44 basierend auf der elektrischen Last oder einer Änderung in der elektrischen Last der elektrischen Stromschiene 40 und auch basierend auf dem Stromsignal zu bestimmen. Es versteht sich daher, dass die Spannung zum Anpassen an oder als Reaktion auf eine elektrische Laständerung erhöht werden kann, und die elektronische Steuereinheit 14 kann so verstanden werden, dass sie die Erhöhung der Ausgangsspannung, die bereits basierend auf einer Erhöhung des überwachten Blindstrompegels erfolgt, beschleunigt.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Diagramm 100 gezeigt, das mehrere Signalkurven einschließlich der Schienenspannung 106, einer ersten Generatorspannung 102 und einer zweiten Generatorspannung 104 veranschaulicht. Die Generatorspannung 102 kann eine Generatorspannung umfassen, die in einem gemäß der vorliegenden Offenbarung gesteuerten Generator, wie z. B. Generator 34, beobachtet werden könnte. Die Generatorspannung 104 könnte eine Generatorspannung in einem Generator umfassen, der gemäß einer anderen Strategie, wie den anderen hierin erwähnten Steuerstrategien, gesteuert wird. Bei Bezugsnummer 114 ist zu erkennen, dass alle drei Spannungen zu steigen begonnen haben. In 2 sind auch Kurven dargestellt, die den Blindstrom einschließlich eines Blindstroms 108, der in einem Generator beobachtet werden könnte, eines Blindstroms 110, der in einem weiteren Generator beobachtet werden könnte, und eines Blindstroms 112, der in noch einem weiteren Generator beobachtet werden könnte, veranschaulichen. Der Blindstrom 112 könnte Blindstrom in einem gemäß der vorliegenden Offenbarung gesteuerten Generator umfassen, während der Blindstrom 108 und der Blindstrom 110 den Blindstrom in Generatoren umfassen könnten, die gemäß anderen Strategien gesteuert werden. Der Blindstrom 110 könnte der Blindstrom in einem Generator sein, der z. B. über ein Blindstromrelais gesteuert wird. Der Blindstrom 108 könnte der Blindstrom in einem Generator sein, der nach der TT3-Steuerung oder AVR-Steuerung gesteuert wird. Es ist jedoch zu beachten, dass 2 nur beispielhaft ist und das Vorzeichen, die Muster oder andere Blindstromeigenschaften je nach Generatorkonfiguration, Steuerungsstrategie und Architektur des betreffenden elektrischen Stromsystems sehr unterschiedlich erscheinen können. Es ist beobachtbar, dass der Blindstrom 110 und der Blindstrom 112 nach der Laständerung an der elektrischen Stromschiene abnehmen, wobei der Blindstrom 110 an einer Stelle 118 und der Blindstrom 112 an einer Stelle 116 seinen Tiefpunkt erreicht. Der Blindstrom 112, der Blindstrom 110 und der Blindstrom 108 erholen sich alle und kehren wie unter der Bezugsnummer 120 gezeigt zu einem Nennwert zurück. Bei anderen Strategien, wie z. B. der CGCM-Steuerung, hätte man ohne den Nutzen der vorliegenden Offenlegung erwarten können, dass sich der Blindstrom 112 nie wieder erholt, was letztlich zu einem Rückstrom und möglicherweise zu einer Beschädigung des zugehörigen Generators und/oder des zugehörigen Verbrennungsmotors oder, was wahrscheinlicher ist, zu einer vollständigen Abschaltung und Trennung von der elektrischen Stromschiene 40 führt, wenn andere Fehler erzeugt werden. Durch eine nichtlineare Erhöhung der Generatorausgangsspannung von Generator 34 kann die Abschaltbedingung verhindert werden und der Generator 34 kann sich erholen. Eine weitere Möglichkeit, um die Prinzipien zu verstehen, die hier am Werk sind, ist, dass die Generatorausgangsspannung von Generator 34 zwar als Reaktion auf die Laständerung an der elektrischen Stromschiene 40 erhöht würde, dass aber die gegenwärtige Offenbarung es ermöglicht, die Generatorausgangsspannung schneller zu erhöhen, um den Blindstrom zu kompensieren. Bei einer Implementierung kann die Generatorausgangsspannung, während der Blindstrompegel zunimmt, schneller erhöht werden, um dem Anstieg des Blindstrompegels voraus zu sein. Die elektronische Steuereinheit 14 kann ausgelegt sein, die Spannungssteuerbefehle derart zu erzeugen, dass eine momentane Anstiegsrate der Ausgangsspannung des Generators 34 beispielsweise mit dem Blindstrompegel positiv korreliert.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist ein weiteres Diagramm 200 veranschaulicht, das die elektrischen Eigenschaften in einem nach der vorliegenden Offenbarung gesteuerten elektrischen Stromsystem veranschaulicht, das die Generatorausgangsspannung 202, der Blindstrom 204, die Stromabgabe des Generators bei 208 und ein Steuersignal bei 206 umfast. Es kann festgestellt werden, dass der Blindstrom 204 kurz vor der Korrektur des Signals 206 beginnt, sich in Richtung negativ zu reduzieren. Der Beginn der Änderung des Blindstroms kann derart verstanden werden, dass er im Allgemeinen dem entspricht, was man dort beobachten könnte, wo eine Laständerung an einer zugehörigen elektrischen Stromschiene auftritt. Es ist zu erkennen, dass die Ausgangsspannung 202 des Generators erhöht ist, und nach der vorliegenden Offenbarung nichtlinear erhöht sein wird, um den Blindstrom zu kompensieren und eine Blindstromabschaltung zu vermeiden. In 3 sind die elektrischen Eigenschaften ersichtlich, wenn die normale Generatorausgangsleistung 350 VAC und 1.000 KW beträgt und sich der Blindstrom bei 5 %, mit anderen Worten -50 KVAR, befindet.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist ein Diagramm 300 gezeigt, das veranschaulicht, was beobachtet werden könnte, wenn KVAR 10 % beträgt, wie z. B. -100 KVAR bei einer Generatorausgangsleistung von 350 VAC und 1.000 KW. Die Generatorausgangsspannung ist bei 302, der Blindstrom bei 304, das Steuersignal bei 306 und die Generatorausgangsleistung bei 308 gezeigt. Unter Bezugnahme auf 5 ist ein Diagramm 400 gezeigt, das elektrische Eigenschaften veranschaulicht, die bei einem KVAR-Pegel von 20 % beobachtet werden können. Die Generatorausgangsspannung ist bei 402, der Blindstrom bei 404, ein Steuersignal bei 406 und die Generatorausgangsleistung bei 408 gezeigt. Im Fall von 3 wäre zur Erholung eine Erhöhung der Generatorausgangsspannung von 350 V auf 405 V erforderlich. Im Fall von 4 ist zur Erholung ein Anstieg der Generatorausgangsspannung auf 444 V zu beobachten. Im Fall von 5 ist zur Erholung ein Anstieg der Generatorausgangsspannung auf 485 V zu beobachten.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Unter Bezugnahme auf 6 ist ein Flussdiagramm gezeigt, das den beispielhaften Ablauf der Steuerlogik gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. In Flussdiagramm 500 wird an einem Block 520 bestimmt, dass die Bedingungen die Messung und Steuerung des Blindstroms erlauben. Von Block 520 kann die Logik zu Block 530 fortschreiten, um abzufragen: Beträgt der KVAR-Rückstrom 20 %? Wenn ja, kann die Logik zu Block 560 fortschreiten, wo die Generatorspannung um das Vierfache der normalen Rate erhöht wird. Wenn nein, kann die Logik zu Block 540 fortschreiten, um abzufragen: Beträgt der KVAR-Rückstrom 10 %? Wenn ja, kann die Logik zu Block 570 fortschreiten, wo die Generatorspannung um das Dreifache der normalen Rate erhöht wird. Wenn nein, kann die Logik zu Block 550 fortschreiten, um abzufragen: Beträgt der KVAR-Rückstrom 5 %? Wenn ja, kann die Logik zu Block 580 fortschreiten, wo die Generatorspannung um das Zweifache der normalen Rate erhöht wird. Wenn nein, kann die Logik zu Block 590 fortschreiten, wo die Generatorspannung mit der gewählten Rate angepasst wird. In Block 600 wird die Generatorspannung mit der normalen Rate gesteuert. Es wird davon ausgegangen, dass die Anpassungsrate der Generatorspannung, wenn die Bedingungen in Block 550 nicht zutreffen, die normale Anpassungsrate sein könnte, wie es hierin beschrieben wird. Es wird daran erinnert, dass unter normalen Spannungssteuerungsbedingungen, d. h., wenn die Kriterien für die Überbrückung der Spannungssteuerung nicht erfüllt sind, die Generatorausgangsspannung auf standardmäßige Weise aufrechterhalten oder variiert werden kann.
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Die vorliegende Beschreibung dient nur zur Veranschaulichung und sollte nicht derart ausgelegt werden, dass sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkt.
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Daher wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen an den hierin offenbarten Ausführungsformen erfolgen könnten, ohne von dem beabsichtigten und angemessenen Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei einer Prüfung der beigefügten Zeichnungen und angefügten Ansprüche deutlich werden. In der hierin verwendeten Form sollen die Artikel „ein/eine/einen“ ein oder mehrere Elemente umfassen und können austauschbar mit „ein oder mehreren“ verwendet werden. Wenn nur ein Gegenstand beabsichtigt ist, wird der Begriff „ein“ oder eine ähnliche Sprache verwendet. Auch die Begriffe „aufweist“, „aufweisen“, „aufweisend“ oder dergleichen sind als offene Begriffe gedacht. Des Weiteren soll der Ausdruck „basierend auf“ „mindestens teilweise basierend auf“ bedeuten, es sei denn, es ist ausdrücklich etwas anderes angegeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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