DE1941047A1 - Verbundeinrichtung fuer Starkstromnetze - Google Patents

Description

Patentanwalt· Dlpl.-lng.R.Beetzu. 81-14.845* 12.8.1969 Dipl.-Ing. tamprecht MQnchen 22, Steinsdorf·«. 10 HITACHI, LTD., Tokio (Japan)

und THE ΤΟΚΧΌ ELECTRIC POWER CO., INC., Tokio (Japan)

Verbundeinrichtung für Starkstromnetze

Die Erfindung betrifft eine Verbundeinriohtung für Starkstromnetze.

Mit steigendem Verbrauch elektrischer Energie nimmt die Größenordnung der Starkstromnetze zu· Die zunehmende Größenordnung der Starkstromnetze ermöglicht beträchtliche wirtschaftliche Vorteile wie die Verringerung der Reservekapazität an elektrischer Energie oder dergleichen, wenn alle Starkstromnetze für einen Parallelbetrieb verwendbar sind. Wenn jedoch in einem Starkstromnetz eine Störung auftritt, fließt ein sehr großer Störstrom oder Stoßstrom durch die Starkstromnetze, so daß Leistungssohalter großer Ausschaltleistung notwendig sind. Es treten ferner verschiedene andere Nachteile hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Stromversorgung auf, da die Störung in einem Netz sich in alle anderen Netze ausbreiten kann, so daß die ganze Stromversorgung zusammenbrechen kann.

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Daher werden anstelle eines einzigen Starkstromnetzes großer Leistung einzelne Blöcke verwendet, die ihrerseits untereinander durch geeignete Verbundeinrichtungen verbunden sind. Es ist wünschenswert, daß bei Abwesenheit einer Störung diese Blocknetze so betrieben werden, als wenn sie ein einziges Netz bilden würden. Sollte jedoch eine Störung in irgendeinem der Blocknetze auftreten, dann sollte der Störstrom nicht nur sofort begrenzt werden, sondern es muß auch verhindert werden, daß die Störung sich in die übrigen störungsfreien Netze ausbreitet, so daß also ein Netz geschaffen wird, das eine zuverlässige Stromversorgung gewährleistet und gleichzeitig die Vorteile eines Netzes großer Leistung aufweist. Daher müssen die Verbundeinriohtungen folgende Bedingungen erfüllen:

1· Die Verbundeinrichtung muß ständig einen Austausch elektrischer Leistung ermöglichen.

Ss sollen beispielsweise zwei Blocknetze betrachtet werden, die über eine Verbundeinrichtung miteinander verbunden sind. Der Ausgleich von Strombedarf und Stromzufuhr für jedes der Blocknetze braucht dann nicht notwendigerweise selbst unter normalen Umständen gewährleistet zu sein, weshalb es notwendig ist, zwischen den beiden Blocknetzen einen Stromaustausch zu erlauben. Die verwendete Verbundeinriohtung sollte kein Hinder*· nis für einen derartigen Leistungsaustausch darstellen.

2. Die Verbundeinrichtung muß Kurzschlußströme begrenzen können.

Wenn eine Störung in dem einen Blocknetz auftritt, ist es notwendig, den Störstrom, der in das andere störungsfreie Blocknetz fließt, auf einen niedrigen Wert zu verringern, um

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den Störstrom an der Stelle seiner Entstehung zu begrenzen. Das führt zu einer Reduzierung der von dem Störstrora erzeugten Induktion und der für die Leistungsschalter erforderlichen Ausschaltleistung.

5. Die Verbundeinrichtung muß außerdem die elektrische Austauschleistung begrenzen können.

Obwohl es einerseits notwendig ist, nachdem eine Störung in einem Blocknetz behoben worden ist, wieder einen freien Austausch der elektrischen Leistung zu erlauben, so daß Frequenzänderungen verringert werden können, selbst wenn ein Leistungsabfall der elektrischen Stromquelle oder dergleichen durch die Störung verursacht wurde, so daß der stationäre Betrieb fortgesetzt werden kann, sollte andererseits die von dem störungsfreien Blocknetz abgegebene Austauschleistung begrenzt sein, um den stationären Betrieb des störungsfreien Blocknetzes zu gewährleisten, wenn der Leistungsabfall der elektrischen Stromquelle so groß ist, daß nur schwierig die Netzfrequenz aufrechterhalten werden kann.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Verbundeinrichtung anzugeben, die den oben genannten Forderungen genügt»

Durch die Erfindung wird eine Verbundeinrichtung für Starkstromnetze angegeben, wobei die beiden Starkstromnetze untereinander durch einen Reihentransformator verbunden sind und die Sekundärwicklung des Reihentransformators durch eine Kompensationsspannung erregt wird, deren Wert und Vorzeichen so bemessen sind, daß der Spannungsabfall an dem Transformator aufgehoben wird, wenn die Starkstromnetze normal arbeiten. Die Kompensationsspannung wird aus der Sekundärwicklung eines Erregertransformators abgeleitet, der zwischen die Mittelanzapfung

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des Reihentransformators und Erde geschaltet ist. Die Sekundärwicklung des Reihentransforinators ist dreieck- und die Sekundärwicklung des Erregertransformators sterngeschaltet. Bei Bedarf kann der Reihentransformator mit einer Tertiärwicklung versehen sein, um die Spannung der einzelnen Starkstromnetze durch die Spannung der Tertiärwicklung zu regeln.

Die Verbundeinrichtung gemäß der Erfindung verfügt also über folgende Vorteile:

1. Obwohl die Reaktanz der Verbundeinrichtung immer so gesteuert ist, daß sie einen Scheinwert nahe Null hat, ist die Reaktanz ständig vorhanden, so daß ihre störstrombegrenzende Wirkung im Zeitpunkt des Auftretens einer Störung eintritt.

2. Es treten keinerlei Wellenverzerrungen oder anomale

transiente Phänomene infolge eines Störstroms auf, da die

keine
Verbundeinrichtung/nichtlinearen Elemente wie eine sättigbare Drossel und eine Entladungsstrecke aufweist.

J. Durch geeignete Einstellung einer Kompensationsspannung kann eine größere Wirkung erzielt werden, als von einem einfachen Impedanzelement erwartet werden könnte.

Die Erfindung soll anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Pig. 1 ein 1-Leitungsdlagramm zur Erläuterung der Art und Weise, in der Starkstroranetze verbunden werden;

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild der Verbundeinrichtung gemäß der Erfindung;

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Pig. J5a, b Vektor-Diagramme für eine Phase, um die Wirkung der Kompensationsspannung gemäß der Erfindung zu erklären;

Fig. 4 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;

Fig. 5 das Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;

Fig. 6a,b Vektordiagramme zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels von Fig. 5;

Fig. 7a,b das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung;

Fig. 8 . das Blockschaltbild einer Einrichtung zur Gewinnung von Regelsignalen zur Regelung des Ausführungsbeispiels von Fig. 7a, b;

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit der Austausohleistung, die durch die.Verbundeinriohtung geleitet wird, vom Phasendifferenzwinkel zwischen den Spannungen der einzelnen Blocknetze;

Fig. 10 ein Flußdiagramm, das die Regelung der Austausohleistung zeigt; und

Fig. 11 ein Regelblockschaltbild, das die Begrenzung der Austausohleistung und die Regelung durch eine zusätzliche Drossel zeigt.

In Fig. 1 sind Blocknetze 1 und 2 dargestellt, die ihre eigenen Generatoren und Verbraucher haben und durch eine Verbundeinrichtung 3 verbunden sind. Welchen Aufbau die Blooknetz· haben, spielt keine Rolle. Es let wichtig, daß bei einer Auf»

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hebung des Gleichgewichts zwischen der Erzeugung elektrischer Leistung und dem Verbrauch der Leistungsaustausch ungehindert über die Verbundeinrichtung 3 vorgenommen werden kann, um den Leistungsbedarf durch einen Leistungeüberschuß zu kompensieren. Wenn andererseits eine Störung beispielsweise im Blooknetz 2 auftreten sollte, sollte der Störstrom vom Blocknetz 1 vorzugsweise auf den niedrlgstmöglichen Wert durch die Verbundeinrichtung 3 begrenzt werden. Ss ist noch vorteilhafter, wenn die Verbundeinrichtung 3 zusätzlich den Leistungsaustausch vom Blocknetz 1 begrenzt, um den stabilisierten Betrieb des störungsfreien Blocknetzes 1 zu gewährleisten und die Netzspannung des Blocknetzes 2 zu verringern, damit der Ausgleich von Leistungsbedarf und -abgabe im Blocknetz 2 erleichtert wird, wenn der Leistungsabfall der Stromquelle im Blocknetz 2 nach Behebung der Störung so groß ist, daß ein Versuch, die fehlende Leistung vollständig vom Blocknetz 1 zu liefern, es für beide Blocknetze schwierig macht, die Netzfrequenz aufrechtzuerhalten, wobei die große Gefahr besteht, daß das ganze Netz zusammenbricht. Gemäß der Erfindung können diese Forderungen getrennt oder gleichzeitig erfüllt werden, wie aus der weiteren Beschreibung ersichtlich sein wird. Durch die Verbundeinrichtung 3 wird in keiner Weise ein Stabilitätsverlust des ganzen Netzes unter normalen Bedingungen erzielt.

Pig. 2 erläutert das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip der Verbundeinrichtung 3 von Pig. 1, Die Verbundeinriohtung 3 hat Anschlüsse 301 und 302* einen Reihentransformator 303» der den Hauptbestandteil der Verbundeinrichtung bildet, eine Primär- und Sekundärwicklung 304 bzw. 305 des Reihentransformators und eine Kompensationsspannungsquelie 306, um die Sekundärwicklung 305 zu erregen. Wenn die Anschlüsse 301 und 302 an die Blooknetze 1 bzw· 2 angeschlossen Bind und die Streureaktanz •n der Seite der Primärwicklung 304 des Serientransformators

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mit X bezeichnet wird, findet ein Austausch elektrischer Leistung in der Richtung vom Anschluß 302 zum Anschluß JOl statt, d.h. vom Blocknetz 1 zum Blocknetz 2, wobei ein Strom I fließt. Die Beziehung zwischen den Spannungen V; und Vp an den Anschlüssen 301 und 302 ist in Fig. 3a und b abgebildet. Pig· 3a und b zeigen Vektordiagramme für eine Phase, wobei Pig. 3a den Zustand angibt, wenn die Spannung (V.,) der Kompensatlonsspannungsquile 306 Null ist (V, =0). Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß eine Spannungsdifferenz zwischen den Spannungen V. und Vp erzeugt wird, die einem Spannungsabfall gleich dem Produkt (IX) der Streureaktanz X des Reihentransformators 303 und des Stroms I entspricht, während gleichzeitig ein Phasendifferenzwinkel S zwischen den Spannungen V, und V₂ der beiden Blocknetze 1 und 2 entsteht. Mit anderen Worten, wenn die Blocknetze 1 und 2 durch einen Reihentransformator 3 verbunden sind, findet ein Austausch elektrischer Leistung zwischen den beiden Netzen statt, der durch das Gleichgewicht von Bedarf und Erzeugung elektrischer Leistung bestimmt ist. Da jedoch der Spannungsphasendifferenzwinkel S zwischen den Spannungen V. und V₂ der beiden Netze mit dem Betrag der Austauschleistung ansteigt, existiert eine Grenze für den Wert der Äustauschleistung, für V, = 0.

Im Gegensatz dazu zeigt Fig. Jh, wie eine Kompensationsspannung V-,, die senkrecht auf den Spannungen V, und V_g steht (also 90° Phasendifferenz hat) und deren Betrag IX entspricht, an der Sekundärwicklung 305 des Reihentransformators 303 angelegt wird. Aus einem Vergleich von Fig. Ja. und yo ist ersichtlich, daß es bei Anlegen der Kompensationsspannung V, mit geeignetem Betrag als gleichwertig erscheint, wenn die beiden Blocknetze durch eine Verbundimpedanz mit sehr kleinem Wert verbunden sind, so daß der Phasendifferenzwinkel ο zwischen den Spannungen der Blocknetze klein gehalten werden kann, selbst

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wenn eine große Leistung ausgetauscht wird. Daher kann auf diese Weise ein stabiler Betrieb erreicht werden.

Ein Vergleich von Fig. 3a und b zeigt auch, daß gemäß der Erfindung die Streureaktanz X des Reihentransformators 303 allein durch die Kompensationsspannung V, geregelt wird, um einen Scheinwert anzunehmen, der nahe Null ist. Das bedeutet, daß die Streureaktanz X im wesentlichen zwischen den beiden Blocknetzen vorhanden ist. Wenn also eine Störung in dem einen Blocknetz auftritt, kann der von dem anderen, störungsfreien Blocknetz in das gestörte Netz fließende Strom leicht begrenzt werden.

Kurz gesagt, das wesentliche Merkmal der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Begrenzung der Austauschleistung und des Störstroms im wesentlichen gleichzeitig vorgenommen wird.

Fig. 4 zeigt das Schaltbild eines grundlegenden Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, das nach dem oben erläuterten Prinzip arbeitet. Die in Fig. 4 verwendeten Bezugszeichen stimmen mit denen von Fig. 2 und 3 überein, soweit die Bauteile gleich oder äquivalent sind, und Buchstaben a, b und c sind hinzugefügt, falls notwendig, um die drei Phasen a, b und c voneinander zu unterscheiden. Der Reihentransformator 303 hat für jede seiner drei Phasen a, b und c Sekundärwicklungen 305a, 305b und 305c* die in Dreieckschaltung verbunden sind. Ferner sind Erregertransformatoren 307 vorhanden, um die Kompensationsspannungsquelle 306 von Fig. 2 zu bilden. Von den Primär- und Sekundärwicklungen 308 bzw. 309 der Erregertransformatoren 307 ist jeweils ein Ende mit einem anderen verbunden und geerdet. Die anderen Enden der Primärwicklungen 308a, 308b und 308c der Erregertransformatoren 307 sind mit den Mittelan«. ■

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zapfungen der Primärwicklungen 3O4a, 3OAb und 3O4c der entsprechenden Phasen in den Reihentransformatoren 303 verbunden. D.h. die Primärwicklung 308a ist mit der Mittelanzapfung von 3O4a, 308b mit der von 304b und 308c mit der von 304c verbunden. Es ist nicht unbedingt notwendig, die Sekundärwicklungen der Erregertransformatoren 307 mit den Mittelanzapfungen der Primärwicklungen der Reihentransformatoren 303 zu verbinden, beispielsweise können sie auch mit den Anschlüssen 301 oder 302 verbunden sein, obwohl sie vorzugsweise wie im abgebildeten Ausführungsbeispiel geschaltet sein sollten, weil die Mittelanzapfungsspannungen der Reihentransformatoren die erforderlichen Kompensationsspannungen am besten liefern können und diese Mittelanzapfungen der Reihentransformatoren die Stellen sind, die am wenigsten empfindlich gegenüber Störungen im Blocknetz sind. Die anderen Enden der Sekundärwicklungen 309a* 309b und 309c der Erregertransformatoren 307 sind mit den Verbindungspunkten der in Dreieckschaltung verbundenen Sekundärwicklungen 305a* 305b und 305c der Reihentransformatoren 303 gekoppelt, wie aus dieser Figur ersichtlich ist. D.h. die Spannungsdifferenz zwischen den Spannungen, die in den Sekundärwicklungen 309b und 309c induziert werden, wird an der Sekundärwicklung 305a angelegt, und ähnlich wird die Spannungsdifferenz zwischen den Spannungen von 3O9e und 309a an 305b und die Spannungsdifferenz zwischen den Spannungen von 309a und 309b an 305ο angelegt. Da die Sekundärwicklung 305 des Reihentransformators durch die Spannung erregt wird, die der Differenz zwischen den Phasenspannungen der anderen beiden Phasen entspricht, ist die Kompensationsspannung V~ eine Spannung, die senkreoht auf den Phasenspannungen V- und V₂ steht. Daher können durch die in Flg. 4 abgebildete Schaltung die anhand von Fig. 2 und 3 beschriebenen Ergebnisse erreicht werden· Der Betrag und das Vorzeichen der Spannung zur Erregung der Sekundärwicklung 305 nuS

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geeignet entsprechend der Richtung und dem Betrag der elektrischen Leistung geregelt werden, die zwischen den Blocknetzen auszutauschen ist, wie noch genauer erläutert werden wird.

Fig. 5 zeigt ein Schaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung. Wie aus einem Vergleich von Fig. 4 und 5 ersichtlich ist, gleicht das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 dem von Fig. 4 bis auf die Ausnahme, daß zweite Kompensationsspannungsquellen 510 vorhanden sind. Die zweite Kompensationsspannungsquelle 310 erzeugt, wie noch genauer erläutert werden wird, eine Spannung, die in Phase mit den entsprechenden Phasenspannungen ist, so daß die Belastung der Blocknetze durch die Regelung dieser Spannung geregelt werden kann, um den Ausgleich von Leistungsbedarf und -abgabe in einem Blocknetz zu erleichtern, in dem ein Leistungsabfall der Stromquelle stattgefunden hat. Dieser Umstand soll anhand der Vektordiagramme von Fig. 6 näher erklärt werden.

Fig. 6a und 6b sind entsprechend den Vektordiagrammen von Fig» Ja und b gezeichnet. Da die zweite Kompensationsspannungsquelle JlO die gleiche Phase wie die Phasenspannungen hat (vgl. Fig· 6b), wenn sie mit dem bei V^ in der Figur abgebildeten Vorzeichen angelegt wird, wird die Spannung Vp des Blocknetzes 2 um diesen Betrag verringert· Obwohl in der Figur nicht abgebildet, ist es klar, daß das Anlegen der Spannung V^ mit umgekehrten Vorzeichen die Spannung V. des Blocknetzes 1 verringert. Die Belastung des Blocknetzes ändert sich proportional dem 1,2-bis 1,3-fachen der Netzspannung, und die Belastung des Blockriet «es 2 nimmt ab, wenn dessen Spannung Vg um die zweite Kompensationsspannung Vh abfällt· Das entspricht der Zufuhr einer bestimmten elektrischen Leistung zum Ausgleich des Leistungsabfalls der Spannungsquelle, was zur Wiederherstellung des

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Gleichgewichts von Leistungsbedarf und Leistungsabgabe beiträgt. Die Generatoren dieser Blocknetze sind mit automatischen Spannungsreglern versehen, und die Haupttransformatoren in den Netzen haben einen Last-Spannungsregler, so daß bis zum Zeitpunkt, in dem diese Einrichtungen wirksam werden, die spannungsverringernde Wirkung der zweiten Kompensationsspannung V^ ihren praktischen Wert verloren hätte, weshalb eine andere wirksame Einrichtung zur Netzregelung wie Lastabschaltung oder dergleichen vorgesehen sein muß, die während dieser Zwischenzeit arbeiten sollte.

Big. 7a und 7b zeigen das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung, das in zusätzlicher Weise die Austauschleistung begrenzt. In Pig. 7 ist eine Tertiärwicklung 511 mit einem Erregertransformator 507 abgebildet, dessen induzierte Spannung als Spannung V^, der zweiten Korapensationsspannungsquelle 510 von Fig. 5 dient. Daher sind die Tertiärwicklungen 511a, 511b und 5Ho für die zugehörigen Phasen so verbunden, daß Beziehungen zwischen den Sekundärwicklungen 511a, 511b und 511c und den Sekundärwicklungen 505a, 505b und 505c der Reihentransformatoren 505 wie in Fig. 5 abgebildet existieren. Anzapfungsumschalter 512 - 515 dienen zur Änderung des Vorzeichens der zweiten Kompensationsspannungen V^, (der Kompensationsspannungen in Phase). Anzapfungeumschalter J>l6 - 520 dienen zur Änderung des Betrags und des Vorzeichens der Kompensationsspannung V, (die Querkompensationsspannungen sollen im folgenden einfach erste Kompensationsspannungen genannt werden), wie in Zusammenhang mit Fig. 2 und k erklärt ist. Eine Strombegrenzungsdrossel 521 begrenzt den Stromfluß während des Urasohaltens der Anzapfungen. Ferner ist eine Drossel 522 vorhanden, um die Austauschleistung zwischen den Blocknetzen zu begrenzen. Leistungsschalter 525 - 526 sind steuerbar, um geöffnet oder geschlossen zu werden, wenn die Anzapfungsumschalter betätigt werden oder die Drosseln 522 angeschlossen oder abgetrennt werden.

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Die Arbeltsweise dieser Anzapfungsumschalter und der Leistungsschalter soll welter unten erläutert werden.

Fig. 8 zeigt ein.Blookschaltbild einer Einrichtung zur Gewinnung von Regelsignalen zur Regelung des Ausführungsbeispiels von Pig, 7a und b. Stromtransformatoren 11 und 12 leiten Strom, der in die Verbundeinrichtung 3 von einem der Blocknetze 1 und 2 fließt. Ferner sind Spannungstransformatoren 12 und 22 vorhanden, die die Netzspannung des Blooknetzes 1 bzw. 2 erfassen. Frequenzrelais 13 und 25 sprechen auf die Frequenz (Netzfrequenz) der Ausgangsspannungen der Spannungstransformatoren 12 bzw. 22 an und sind jeweils mit drei Anschlüssen zur Abgabe eines Ausgangssignals versehen, z.B. wenn die Netzfrequenz unter 48,5* 49 und 49,5 Hz abfällt. Die Relais 13 und 23 können einen beliebigen Aufbau haben, wenn die vorher genannten Bedingungen erfüllt werden. Unterspannungsrelais 14 und 24 sprechen auf die Ausgangsspannung der Spannungstransformatoren 12 bzw. 22 an, so daß sie ein Ausgangssignal erzeugen, beispielsweise wenn die Netzspannungen V, und V₂ auf 9O# ihres Sollwerts abfallen. Diese Relais können ebenfalls einen beliebigen Aufbau haben· Austauschleistungsfühler 15 und 25 empfangen an ihren Eingängen die Ausgangssignale der Stromtransformatoren 11 und 21 sowie der Spannungstransformatoren 12 und 22 und geben nur bei Austausch elektrischer Leistung in Pfellriohtung vom Blocknetz 1 in das Blocknetz 2 oder umgekehrt Ausgangssignale ab, die dem Betrag der Austauschleistung entsprechen. Fühler 16 und 26 zur Erfassung der Fequenzänderungsgeschwlndigkeit, die einen beliebigen Aufbau haben können, sprechen auf die Frequenz (Netzfrequenz) der Ausgangespannungen der Transformatoren 12 und 22 an, um an mehreren Ausgangsansehlüssen Auegangssignale abzugeben, die· ' der Änderungsgeschwindigkeit df/dt (oder Af/ At) entsprechen. Ein Relaisfühler 30 zur Erfassung einer Phaeendifferen« (eines .Phasendifferenzwlnkels) kann ebenfalls beliebigen Aufbau '

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haben, vorausgesetzt, daß er durch die Ausgangsspannungen der Transformatoren 12 und 22 erregt wird, spricht auf die Phasendifferenz S zwischen den Spannungen der Blocknetze an und gibt an zwei Anschlüssen Ausgangssignale ab, z.B. wenn entweder die Phasendifferenz 5 90° überschreitet bzw. 5° unterschreitet. Austauschleistungsänderungsfühler 17 und 27* die beliebigen Aufbau haben können» vorausgesetzt, daß sie ähnlich wie die Austausohleistungsfühler 15 und 25 die Ausgangssignale der Stromtransformatoren 11 und 12 und der Spannungstransformatoren 12 und 22 empfangen können und zwar nur, wenn elektrische Leistung in Pfeilrichtung vom Blocknetz 1 zum Blocknetz 2 oder umgekehrt ausgetauscht wird, erzeugen Ausgangssignale in Abhängigkeit von diesen Änderungen oder den Beträgen oder den Änderungsgesohwindigkeiten der Austauschleistung, wenn vorbestimmte Werte überschritten werden·

Flg. 9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Austausehleistung Pm₁, die durch die Verbundeinrichtung geleitet wird, und der Phasendifferenzozwisehen den Spannungen der Blocknetze angibt, wobei die erste Kompensationsspannung Υ-, als Parameter verwendet wird. Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß die Phasendifferenz € mit der elektrischen Leistung P^₁ Im wesentlichen linear ansteigt (genauer gesagt, proportional zur Sinuskurve sinus S )· Wenn die erste Kompensationsspannung sioh von V₅ = 0 auf V~ » V geändert hat, wobei ^PT1 "* ^yT00 ^i8fc* Ändert sieh auoh die Phasendifferenz von S = S_Q auf Sm Q, Wenn die Spannung von V, = V₀₀ auf V, » 2V_eo geregelt Worden ist, wobei P^₁ = P^₀₁ ist, änderet sich die Phasendifferenz von £=* £q auf <P=* 0. D.h. durch geeignetes Umschalten der AnzapfungsumeGhalter >l6 - 520 kann, wenn die Ausgangs-•ignale der Auetausohlelstungsfühler 15 und 25 ?_T00 bzw. ?_T01 erreicht haben, die Phasendifferenz so klein wi« im Vektordiagramm von Fig. 3b gezeigt gemacht werden« Daher überschreitet gemKI der Erfindung die Phasendifferenz zwischen den beiden Block-

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netzen niemals S₀ (beispielsweise 10°).

Fig. 10 zeigt ein Regelflußdiagraram, das den in Fig. 9 dargestellten Beziehungen genügt. Mit anderen Worten, wenn die Ausgangssignale P_T1 und ^m₁₂ ^{der Leis}fcungsfühler 15 bzw· 25 bei Änderung der Austauschleistung größer als Pm₀₀ bzw. Pm₀₁ während einer Zeit T₁ bleiben, ändert sich die erste Kompensationsspannung V, von 0 auf i "\T oder von - V_„ auf £ 2V„. Im Gegensatz dazu ändert sich die Spannung V, von - 2V_CO auf * V₀₀, wenn die Ausgangssignale P_T1 und P_Tg von mehr als Pm₀₁ auf mehr als I»T00 gefallen sind und länger als während der Zeit T₁ dabei bleiben. Hler bedeutet die Zeit T₁ die Bestätigungszeit, die notwendig ist, um irgendwelche unerwünschten Umschaltungen in» folge momentaner Änderungen der elektrischen Leistung zu vermeiden, wobei 10 - 60 see als geeignete Werte in Abhängigkeit vom Netzaufbau und anderer Faktoren angesehen werden können. Verschiedene Regelvorgänge von Fig. 11 können ebenfalls mit entsprechenden Bestätigungszeiten durchgeführt werden, die auf diesem Prinzip beruhen. Es ist auch möglich, daß die Ausgangssignale Pm₁ und P_T2 in relativ kurzer Zeit ansteigen, so daß zwei Erregervorgänge gleichzeitig durchgeführt werden müssen. In diesem Fall sollte eine Regelfolge ablaufen, bei der ein Regelvorgang höherer Priorität zuerst stattfindet. Andererseits wird die erste Kompensationsspannung V, auf Null reduziert, wenn die Ausgangssignale P_„ und P^₂ kleiner als P_T00 ^wänrend einer Zeit bleiben, die größer als T₁ ist.

In dem in Flg. 7a und 7b abgebildeten Ausführungsbeispiel verursachen beispielsweise die oben beschriebenen Änderungen der Kompensationsspannung eine derartige Betätigung der Anzapfungsumachalter 516 - 3520. D.h. beide Anzapfungsumschalter 318 und ?19 werden gleichzeitig geschlossen« damit V, » 0 wird.

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Ähnlich können die entsprechenden Anzapfungsumschalter 517 und für V, « V_co, 319 und 316 für V, = 2V₀₀, 320 und 317 für V, » -V₀₀ sowie 320 und 318 für V, =» -2V gleichzeitig geschlossen werden. Unter normalen Betriebsbedingungen werden beide Leistungsschalter 323 und 324 geschlossen sowie 325 und 326 geöffnet. Wenn vorbestimmte Bedingungen festgestellt werden« so daß Anzapfungsumschaltungen vorgenommen werden müssen, können die Anzapfungen in folgender Reihenfolge umgeschaltet werden: die vorbestimmten Bedingungen werden festgestellt, der Leistungsschalter 323 wird geöffnet, der Leistungsschalter 326 wird geschlossen, der Leistungssohalter 324 wird geöffnet, die Anzapfungen werden umge-

schaltet, der Leistungeschalter 324 wird geschlossen, der Leistungsschalter wird geöffnet, und der Leistungsschalter 323 wird geschlossen. Bei diesem Ablauf können die Anzapfungen ohne Stromfluß umgeschaltet werden, und gleichzeitig können die Einwirkungen auf die Netze infolge der Anzapfungsumsohaltungen klein gehalten werden. Diese Anzapfungsumschaltung kann in etwa 0,5 see beendet sein.

Bei Bedingungen, unter denen eine Regelung durch die erste Kompensationsspannung allein durchgeführt wird, d.h. unter den durch die Vektordiagramme in Fig. 3a und 3b gezeigten Bedingungen, ist die zweite Kompensationsspannung von der Tertiärwicklung 311 des Erregertransformators 307 nicht erforderlich, so daß die Anzapfungen 313 und 315 beide geschlossen sind und nur die erste Kompensatiohsspannung an der Sekundärwicklung 305 des Reihentraneformat ors 303 angelegt wird.

Flg. 11 zeigt ein Flufldiagramm der Regelvorgänge wie der Regelung der Austauschleistung, die in den Vektordiagrammen von Fig. 6a und 6b gezeigt 1st, und ferner der Begrenzung der Austausohleistung. Die zweite Kompensationsspannung Vj, wird von

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O auf - V_vo geändert, wenn das Ausgangssignal Δ Pm der AustausohleistungßSnderungefUhler 17 und 27 vorbestimmte Werte ΔΡ_Τ1 und Δί_Τ2 überschreitet, die Netzfrequenz der entsprechenden Blocknetze auf weniger als beispielsweise 49 Hz gefallen ist und diese beiden Torgänge während einer Zeit T₂ andauern. Damit V^ = ν wird, wird die Spannung des Blocknetzes 2 verringert· Im Gegensatz dazu wird« um V^ - -V_VQ zu machen, die Spannung des Blocknetzes 1 verringert· Das Bin- oder Abschalten und die Vorzeichenumkehr der zweiten Kompensationsspannung VY im Aueführungsbeispiel von Big. 7a und b beispielsweise veranlaßt die Anzapfungsumschalter 312 - 315 in folgender Weise zu arbeiten. Damit V^ « O wird, werden die Anzapfungeumschalter JlJ und 515 gleichseitig geschlossen. Ähnlich werden, damit V^ « T_yo oder T^ ■ "^v _Vo entweder die Anzapfungsumsohalter 313 und 312 oder 314 und 315 gleichzeitig geschlossen. Außer der Tatsache, dai die Anzapfungeumschalter unterschiedlich sind, muß berücksichtigt werden, daß die zweite Kompensationsspannung geändert werden kann, ohne dal Strom in der gleichen Reihenfolge der Torgänge wie bei der ersten Kompensationsspannung fließt, so daß keine Wirkungen auf die Blocknetze ausgeübt werden.

Wenn die zweite Kompensationsspannung Vh * T oder Tj. « -^Vy_O ist und die erste Kompensation«spannung V, einen bestimmten Wert hat, hat das Ausführungebeispiel von Pig. 7a und b die gleiche Schaltung wie das von Flg. 5·

Die Bestätigungszelt T₂ zum Regeln des Sin- oder Abschalten· der zweiten Kompensationsspannung V^ braucht duroh die Schaltung der Netze nicht festgelegt zu sein. Sie kann im Gegenteil io gewählt sein, daß sie sich im Bereich von 1 bis 10 see entsprechend den AuBgangsBignalen dfj/dt und df-/dt der Frequen«- Inderungegeeohwindigkeitefühler 16 und 26 ändert. Je eehneller

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sich also die Frequenz ändert (abfällt), desto schneller muß die Regelung vorgenommen werden, und eine längere Bestätigungszeit wird zur ^Regelung verwendet, wenn die Frequenzänderung relativ gering ist.

Die Regelung zur Begrenzung der Aüstauschleistung durch das Einschalten/der Drossel 322 soll Jetzt für das Ausführungsbeispiel von Fig. 7a und b erläutert werden. Die Drossel 322 wird unter sogenannten anomalen Bedingungen eingeschaltet, um die Austäuschleistung zu begrenzen, und ihr Einschalten wird vollkommen unabhängig von der ersten und zweiten Kompensationsspannung in folgender Reihenfolge vorgenommen: Feststellen der vorbestimmten Bedingungen, Sohließen des Leistungsschalters 325* öffnen des Leistungsschalters 324; Ein Beispiel für derartige vorbestimmte Bedingungen, die das Einschalten einer Drossel erfordern, ist aus dem Regelflußdiägraram von Fig. 11 ersichtlich, wie im Fall der Regelung der zweiten Kompensationsspannung V^. Die Drossel wird eingeschaltet, wenn die zweite Kompensationsspannung angelegt worden ist und dieser Zustand während einer Zeit größer als T-z aufrechterhalten wurde. Mit anderen Worten, wenn derartige Bedingungen auftreten, kann eine einfache Verringerung der Netzspannungen nicht länger den stabilisierten kontinuierlichen Betrieb beider Blocknetze gewährleisten« so daß das Einschalten der Drossel 322 notwendig ist, um die Austauschleistung zu be grenzen, damit das störungsfreie Blocknetz welter stabil arbeitet. Für die Zeit T, sind beispielsweise 5-10 see angemessen. Zweitens wird die Drossel eingesehaltet, wenn die Frequenz der Blocknetze unter beispielsweise 48,5 Hz gefallen ist und dieser Zustand während einer Zeit länger als T₁, andauert! wenn die Spannungen der Bloefcnetze unter 90# gefallen sind und dieser Zustand während einer Zeit länger als T₅ andauert; und wenn die Phasendifferenz zwischen den Spannungen der beiden Blocknetze größer als 90°

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geworden ist und dieser Zustand länger als während einer Zeit IE-andauert. Alle diese zweiten Beispiele zeigen Bedingungen an, ' die auftreten, wenn eine verhältnismäßig große Störung entstanden ist, so daß in diesem Fall die Drossel in kurzer Zeit eingeschaltet werden muß, damit das störungsfreie Blocknetz weiter stabil arbeiten kann. Insbesondere S >90° zeigt sehr anomale Zustände an, die sofort beachtet werden müssen, weshalb die Bestätigungszeit Tj^ 3 - 5 see betragen sollte. Die Zeit T₅ kann 10 - 30 see und die Zeit T^ 0,1 - 0,2 see groß sein·

Wie oben angegeben wurde, kann der Austausch elektrischer Leistung unter normalen Bedingungen frei vor sich gehen, während die Regelung ebenso wie die Begrenzung der Austauschleistung vorgenommen werden können, um sofort das Auftreten anomaler Bedingungen wie einer Störung zu berücksichtigen. Wenn die eingeschaltete zweite Kompensationsspannung Vj, oder die Drossel 322 nicht länger für den vorgesehenen Zweck benötigt werden, z. B., wenn die Netzfrequenz auf 49,5 Hz zurückgekehrt ist oder die Phasendifferenz auf weniger als 5° abgefallen ist, sollte die Spannung Vj, abgeschaltet und die Drossel 322 ausgeschaltet werden.

Um die Regelvorgänge von Fig. 10 und 11 vorzunehmen, ist ein Folgeregelkreis mit verschiedenen Zeltgebern, Hilfsrelais und anderen in vorbestimmter Anordnung verbundenen Einrichtungen zusätzlich zu den Ausgangssignalen der in Fig, 8 abgebildeten Fühler erforderlich. Da jedoch derartige Regelkreise von der Fachwelt leicht aus Fig. 10 und 11 abgeleitet werden können, soll hier kein spezielles Ausführungsbeisplel eines derartigen Regelkreises angegeben werden. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß, wenn die Bedingungen für das Einschalten der ersten und zweiten Kompensationsspannung oder der Drossel 322 sich gleich-

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zeitig einstellen« vorteilhafterweise die Regelung vorgezogen werden muß, da die Regelung durch die Drossel 222 Vorrang hat, während die Regelung durch die zweite Kompensationsspannung an zweiter Stelle und die Regelung durch die erste Kompensationsspannung an letzter Stelle folgt. Auf diese Weise kann eine unerwünschte überlagerung der Regelvorgänge vermieden werden.

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Claims (14)

1. Patentansprüche

   L/ Verbundeinrichtung für Starkstromnetze, gekennzeichnet durch eine zwischen die Starkstromnetze (501,502) schaltbare Drossel (305) und durch eine Einrichtung (506) zur Erzeugung einer ersten Kompensationsspannung (V,), die ein solches Vorzeichen und einen solchen Betrag hat, daß durch sie ein an der Drossel auftretender Spannungsabfall kompensierbar ist (Pig. 2, 3).
2. 2. Verbundeinriohtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (310) zur Erzeugung einer zweiten Kompensationsspannung (Vh), die eine Phasendifferenz von 90° elektrisch zu der an der Drossel (303) abfallenden Spannung hat (Fig. 5*6)·
3. 3. Verbundeinriohtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Drossel (322), die zur stärkeren Erhöhung der Reaktanz der Drossel (303) einsohaltbar ist (Pig. 7)·
4. 4. Verbundeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnetdaß die erste Kompensationsspannung (V,) durch die Phasenspannungen (V-, V«) der Starkstromnetze (1,2) erzeugt ist·
5. 5· Verbundeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel ein Reihentransformator (303) ist, der eine zwischen die Starkstromnetze (301, 302) schaltbare Primärwicklung (304) und eine Sekundärwicklung (305) hat, die durch die erste Kompensationsspannung (V*) erregbar ist, die eine Querkomponente zu den Phasenspannungen (V., Vp) der Starkstrom« netze hat (Fig. 2,3).

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6. 6. Verbundeinrichtung nach Anspruch 2 und 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung (505) durch die zweite Korapensationsspannung (V₂.) erregbar ist, die eine zu den Phasenspannungen (V-, Vg) der Starkstroranetze (501, 502) phasengleiche Komponente hat (Fig. 2,6).
7. 7. Verblaseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenspannungen (V,, V₂) der Starkstromnetze (501, 502) zwischen der Mittelanzapfung der Primärwicklung (504) des Reihentransformators (505) und Erde ableitbar sind (Fig· 5*4).
8. 8. Verbundeinrichtung nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche

   5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Drossel (525) absohaltbar in Serie mit der Sekundärwicklung (505) geschaltet ist (Fig. 7).
9. 9« Verbundeinrichtung nach Anspruoh 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (508) eines Erregertransformators (507) zwischen die Mittelanzapfung der Primärwicklung (5O4) und Erde geschaltet ist, daß ein Leistungssohalter (525) zur Steuerung des Sin- und Aussohaltens der zusätzlichen Drossel (522) vorgesehen 1st, daß die erste Kompensationsspannung (V-,) durch die Ausgangsspannung der Sekundärwicklung (509) des Brregertransformators gebildet wird, daß die zweite Kompensationsspannung (V^) durch die Auegangsspannung einer Tertiärwicklung (5H) des Erregertransformators gebildet wird, daß Anzapfungsumsohalter (516 - 520) zur Änderung des Werte der Ausgangsspannung und des Erdungeendes der Sekundärwicklung vorgesehen sind, daß Anzapfungsumschalter (512 - 515) zur Änderung des Vorzeichens der Ausgangespannung der Tertiärwicklung vorgesehen elnd, daß eine Strombegrenzungsdroeeel (521) den bei Betrieb der Anzapfungsumschalter fließenden Strom begrenzt, und daß ein

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   erster, zweiter und dritter Leistungssehalter (323, 324, 326) die erste und zweite Kompensatlonsspannung bzw. das Ein- und Ausschalten der Strombegrenzungsdrossel steuert (Fig. 7).
10. 10. Verbundeinrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Bin- und Ausschalten der ersten und zweiten Kompensationsspannung (V,, V^) und der Strombegrenzungsdrossel (321) vorgenommen wird, nachdem vorbestimmte Bedingungen festgestellt und vorbestimmte Bestätigungszeiten (T, -Tg) abgelaufen sind (Fig. 11).
11. 11. Verbundeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kompensationsspannung (V,) durch die Größe der zwischen den Blocknetzen (1, 2) ausgetauschten Leistung regelbar ist (Fig. U).
12. 12. Verbundeinrichtung naoh Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kompensationsspannung (Vj.) in Abhängigkeit von der Änderung der Austausohleistung zwischen den Blocknetzen (1, 2) und der Netzfrequenz regelbar 1st (Fig. 11).
13. 13. Verbundeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestätigungszeit (T₂) für die Regelung der zweiten Korapensationsapannung (V^) von der Frequenzänderungsgeschwindigkeit (dfj/dt, dfg/dt) der Blocknetze (1, 2) abhängt (Fig. 11).
14. 14. Verbundeinrichtung nach Anspruoh 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Drossel (322) in Abhängigkeit von der Frequenz und der Spannung der Blocknetze (1,2) und der Phasendifferenz (S) zwischen den Netzen betätigbar ist (Fig. U).

    15· .Verbundeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

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    daß die zweite Kompensationsspannung (V₂.) in Abhängigkeit
    von der vorbestimmten Bestätigungszeit (T₂) abschaltbar ist, wenn die Netzfrequenz auf einen vorbestimmten Wert zurückgekehrt ist (Fig. 11).

    l6. Verbundeinrichtung naoh Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Drossel (322) in Abhängigkeit
    von der vorbestimmten Bestätigungszeit (Tg) absohaltbar ist, wenn die Phasendifferenz (S) zwischen den Blocknetzen (1, 2) unter einen vorbestimmten Wert gefallen ist (Pig. 11).

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