DE19528827C1 - Verfahren zur Regelung von Stufenschaltern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung von Stufenschaltern gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.

Ein solches Verfahren ist aus der Firmenschrift "Mikroprozessorgesteuerter Spannungsregler MK30E" der Anmelderin, Impressum VK35/91de - 1193/1000, bereits bekannt.

Das bekannte Verfahren dient zur automatischen Regelung von Transformatoren mit Stufenschalter, die durch einen Motorantrieb betätigt werden. Die Ansteuerung des Motorantriebes, der nach dem Prinzip der Schrittschaltung arbeitet, bewirkt eine Spannungsänderung der Transformatorwicklung um eine Stufe. Hierbei wird der Stellbefehl "Höher" oder "Tiefer" von einem Spannungsregler an den Motorantrieb dann abgegeben, wenn der Spannungs-Istwert in vorgegebenen Grenzen vom Spannungs-Sollwert abweicht. Bei diesem Verfahren sind zwei unterschiedliche, voreinstellbare Schaltverzögerungen vorgesehen:

Eine erste Schaltverzögerung 1 bewirkt eine Auslöseverzögerung des Reglers, sobald die Regelabweichung die eingestellte Empfindlichkeit nach oben oder unten überschreitet. Fällt die Regelabweichung unter die Empfindlichkeitsgrenze zurück, so wird die laufende Auslöseverzögerung des Reglers gelöscht. Wahlweise kann auch ein inverses Zeitverhalten des Reglers vorgesehen werden, wobei sich dann die Auslöseverzögerung umgekehrt proportional zur Regelabweichung verhält.

Eine zweite optional einstellbare Schaltverzögerung 2 bewirkt eine Auslöseverzögerung nach erfolglosem Ablauf der Schaltverzögerung, d. h. bei mehr als einer Stufenschaltung zur Rücksteuerung der Regelabweichung unter die eingestellte Empfindlichkeitsgrenze. Bei diesem Verfahren wird ein Stellbefehl durch den Regler jeweils erst dann ausgelöst, wenn die Empfindlichkeitsgrenzen durch die Regelabweichung nach oben oder unten überschritten werden. Die Einstellung der Empfindlichkeit muß daher der relativen Stufenspannung einer Lastumschaltung angepaßt werden.

Der Hauptnachteil dieses bekannten Verfahrens, bei dem der Spannungs-Istwert gemessen, mit dem Spannungs-Sollwert verglichen und nach einer gewissen Schaltverzögerung eine Regelung ausgelöst wird, liegt dann, daß lediglich eine symmetrische Regelung möglich ist.

Die voreinstellbare Empfindlichkeit des Reglers gilt für Abweichungen des Spannungs-Ist- vom -Sollwert nach oben als auch nach unten gleichermaßen. Ein Stellbefehl des Reglers wird unabhängig davon ausgelöst, welches Vorzeichen diese Regelabweichung hat.

Für zahlreiche Betreiber von Stufentransformatoren, besonders für Energieversorgungsunternehmen, sind jedoch Abweichungen der Spannung nach oben bzw. unten durchaus unterschiedlich zu bewerten. In vielen Fällen können z. B. Unterspannungen in einem gewissen Bereich durchaus noch akzeptiert werden oder müssen, bei Netzüberlastung etwa, sogar hingenommen werden, während auch schon geringe oder geringste Überspannungen unbedingt vermieden werden müssen, damit sind beispielsweise Sanktionszahlungen zu vermeiden. Diese unterschiedliche regelungstechnische Bewertung von Überspannung einerseits und Unterspannung andererseits ist mit den bekannten Verfahren nicht realisierbar. Allenfalls könnte man, um auch schon geringe Überspannungen zu vermeiden, beim bekannten Verfahren eine sehr hohe Empfindlichkeit und kurze Schaltverzögerung vorwählen; dies würde jedoch zu zahlreichen Betätigungen des Stufenschalters bei kleinsten Abweichungen der Spannung nach oben als auch nach unten gleichermaßen führen, was die Lebensdauer des Stufenschalters vermindern würde und insgesamt unerwünscht ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren anzugeben, das eine unterschiedliche regelungstechnische Bewertung von Regelabweichungen abhängig von deren Vorzeichen gestattet - oder anders formuliert: Es soll ein Verfahren angegeben werden, das bei Unterschreiten des Spannungs-Sollwertes ein anderes Regelverhalten gestattet als beim Überschreiten dieses Spannungs-Sollwertes.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Der abhängige Patentanspruch 2 beinhaltet eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, daß, getrennt für positive und negative Regelabweichungen, unterschiedliche Schaltverzögerungen und unterschiedliche Empfindlichkeiten des Reglers vorgegeben werden können, die nichtflüchtig speicherbar sind. Je nach dem, welches Vorzeichen die Regelabweichung hat und wie groß sie, absolut gesehen, bezogen auf die Zahl der Spannungsstufen, ist, werden aus dem nichtflüchtigen Speicher die für diese Konstellation relevanten Werte für Schaltverzögerung und Empfindlichkeit abgerufen und deren weiteren Regelung zugrundegelegt.

Damit ist es möglich, bei positiver Regelabweichung anders zu regeln als bei negativer; es ist ferner möglich, bei z. B. einer eine Spannungsstufe umfassenden Regelabweichung anders zu regeln als bei einer etwa größeren absoluten Regelabweichung, beispielsweise einer zwei oder drei Spannungsstufen umfassenden. Die Formulierung "anders regeln" bedeutet hierbei, daß sowohl die Empfindlichkeit des Reglers, die jeweilige Ansprechschwelle also, als auch die Schaltverzögerung, die Zeit bis zum Beginn des eigentlichen Regelvorganges also, unterschiedliche Werte besitzen können.

Durch diese Variabilität gestatten es die erfindungsgemäßen Verfahren, die Regelcharakteristik ganz individuell auf die Bedürfnisse und Anforderungen des jeweiligen Betreibers zuzuschneiden und die Regelkriterien für den Regler so zu wählen, daß die einander entgegenstehenden Kriterien

• - möglichst genaue Regelung
• - möglichst lange Lebensdauer des Stufenschalters durch wenig Schaltungen optimiert werden können.

Zwar ist es aus der DE 42 14 431 C2 an sich bereits bekannt, betriebswichtige Daten eines Stufenschalterantriebes in einem nichtflüchtigen Speicher abzulegen. Eine Speicherung den unterschiedlichen Spannungsstufen zugeordneter Wertepaare, bestehend jeweils aus individuellen Werten für die Empfindlichkeit sowie für die Schaltverzögerung, ist durch diese Veröffentlichung jedoch nicht nahegelegt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung eines Verfahrens nach Anspruch 1,

Fig. 2 und Fig. 3 zeigen ebensolche Diagramme zur Verdeutlichung eines Verfahrens nach Anspruch 2, das gegenüber dem Verfahren nach Anspruch 1 um weitere Verfahrensschritte zur noch besseren Optimierung ergänzt ist.

Zunächst soll das in Fig. 1 dargestellte erste erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert werden.

In einem nichtflüchtigen Speicher des Reglers sind individuelle Werte für die Schaltverzögerung T und für die Empfindlichkeit E matrixartig sowohl für positive als auch negative Regelabweichungen und unterschiedliche absolute Beträge der Regelabweichung, bezogen auf die Zahl n der Spannungsstufen, abgelegt.

Werden alle Werte belegt, ergibt sich folgende Matrix:

usw.

In der Praxis wird es in aller Regel ausreichend sein, bis zu einem Betrag der Regelabweichung von max. 3 Spannungsstufen unterschiedliche Werte vorzugeben.

Als Grenzwerte der Schaltverzögerung sind sowohl der Wert "unendlich" möglich - beispielsweise für den Fall n = ± 1 als auch der Wert O. Im ersten Fall erfolgt überhaupt keine Regelung, d. h. die Regelabweichung wird ignoriert, im zweiten Fall erfolgt ein sofortiger Durchlauf des Motorantriebes.

Auf übliche Weise wird, z. B. mittels Spannungswandler, der Istwert der zu regelnden Spannung gemessen, in einer Vergleichseinheit mit dem voreingestellten Sollwert der Regelspannung verglichen und daraus die Regelabweichung ermittelt.

Daraus wiederum werden

• - das Vorzeichen der Regelabweichung + oder -
• - der absolute Betrag der Regelabweichung, ausgedrückt als Zahl n der Spannungsstufen ermittelt.

Anschließend wird aus den matrixartig nichtflüchtig gespeicherten Wertepaaren für Schaltverzögerung T(n) und Empfindlichkeit E(n) das jeweils zutreffende Wertepaar T(n_akt) und E(n_akt) für den aktuellen Wert n=n_akt ermittelt, ausgelesen und dem Regler für die weitere Verarbeitung, d. h. letztendlich die entsprechende Ausgabe von Schaltbefehlen an den Motorantrieb, weitergegeben.

Günstige Werte für T(n) liegen erfahrungsgemäß im Bereich von 0 . . . 30 Minuten; günstige Werte für die Empfindlichkeit E(n) im Bereich von 0,5 . . . 9% des jeweiligen Grundwertes.

Es ist auch möglich und in vielen Fällen sinnvoll, nicht alle Felder der oben dargestellten Matrix mit unterschiedlichen Parametern auszufüllen, sondern z. B. für alle Regelabweichungen < ± 1 etwa die gleiche Schaltverzögerung anzusetzen. Auch kann es sinnvoll sein, die asymmetrische Regelung auf bestimmte ausgewählte Bereiche zu begrenzen. Wesentlich ist, daß sich durch die beschriebene matrixartige Abspeicherung und Zuordnung unterschiedlicher Schaltverzögerungs- und Empfindlichkeitswerte des Reglers für nach Vorzeichen und Betrag unterschiedliche Regelabweichungen eine Vielzahl individueller Regelkriterien nach den Regeln der Kombinatorik ableiten lassen.

Für die Realisierung dieses Verfahrens in einem elektronischen Spannungsregler ist es in vielen Fällen sinnvoll, bestimmte feststehende Werte fest vorzugeben, aus denen der Anwender für alle n, wie beschrieben, entsprechende Wertepaare auswählen kann.

Beispielsweise können für die Schaltverzögerung T(n) die Werte T1, T2, T3 und "unendlich" optional vorgegeben sein. T1 . . . T3 bezeichnen dabei unterschiedliche Zeiten; "unendlich" bedeutet, daß überhaupt keine Schaltung vorgenommen werden soll. Für die Empfindlichkeit können z. B. die Werte 0,5 . . . 9%, gestuft in Schriften zu 0,1, vorgesehen sein.

Fig. 2 und 3 zeigen Ausführungsbeispiele eines Verfahrens nach Patentanspruch 2, dem zur noch besseren Optimierung des Regelverhaltens und zur individuellen Anpassung an die Anforderungen des jeweiligen Betreibers ein weiterer Verfahrensteil hinzugefügt ist.

Es wurde weiter oben bei der Erläuterung des Standes der Technik bereits ausgeführt, daß beim bekannten Verfahren dann, wenn innerhalb der voreingestellten Auslöseverzögerung die Regelabweichung wieder unter die Empfindlichkeitsgrenze zurückfällt, keine Regelung stattfindet. Es kann also vorkommen, daß der Spannungs-Istwert während einer Zeitdauer, die nur geringfügig kürzer ist als die Auslöseverzögerung, z. B. wesentlich höher ist als die Sollspannung, ohne daß eine Regelung stattfindet.

Um diesem Umstand abzuhelfen, wird beim in Fig. 2 und 3 dargestellten Verfahren zusätzlich die Tendenz der Istspannung erfaßt, d. h. es wird erfaßt, zu welchem prozentualen Anteil a1 an der jeweiligen Schaltverzögerung T(n) der Istwert der Spannung die jeweilige Empfindlichkeitsgrenze nach oben oder unten überschreitet. Statt der entsprechenden Schaltverzögerung kann auch eine andere beliebige Zeit vorgewählt werden. Diese Erfassung kann durch eine Zeitmessung oder auch eine Integration erfolgen. Der ermittelte Anteil a1 wird mit einem voreingestellten Anteil a2, der beispielsweise 60 . . . 90% betragen kann, verglichen. Bei a1 < a2, d. h. tendenzieller Spannungsveränderung außerhalb der jeweils eingestellten Empfindlichkeit, wird die Regelung veranlaßt, d. h. vom Regler ein entsprechendes Signal an den Motorantrieb gegeben.

Die beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren sind beispielsweise in dem in der o.a. Firmendruckschrift zum Stand der Technik beschriebenen mikroprozessorgesteuerten Spannungsregler realisierbar.

Die nichtflüchtige Speicherung der voreingestellten Werte, der Vergleich der jeweiligen Ist- und Sollwerte und das Abrufen der relevanten Parameter erfolgt über die CPU.

Die Messung des Spannungs-Istwertes selbst erfolgt beispielsweise durch einen Spannungswandler mit nachgeschaltetem A/D-Wandler.

Die Ausgabe der Stellbefehle an die Motorantriebe kann über Relais erfolgen.

Claims (2)

1. Verfahren zur Regelung eines Stufenschalters, der durch einen Motorantrieb betätigt wird,
wobei ein Spannungs-Istwert gemessen und mit einem voreingestellten Spannungs-Sollwert verglichen wird,
wobei aus diesem Vergleich eine Regelabweichung ermittelt wird
und wobei ein Stellbefehl erzeugt und dann an den Motorantrieb gegeben wird, wenn nach einer vorgegebenen Schaltverzögerung die Regelabweichung größer ist als eine vorgegebene Empfindlichkeit,
dadurch gekennzeichnet,
daß für jeden Wert der möglichen vorzeichenbehafteten Regelabweichung, ausgedrückt als Zahl n der Spannungsstufen, wobei n die Werte . . . , -3, -2, - 1, +1, +2, +3, . . . annehmen kann, ein individueller Wert für die Empfindlichkeit E(n) sowie für die Schaltverzögerung T(n) voreingestellt und nichtflüchtig, beispielsweise matrixartig, als Wertepaar gespeichert wird, daß aus der Regelabweichung die aktuelle vorzeichenbehaftete Zahl der Spannungsstufen für n=n_akt ermittelt wird, und
daß aus dem nichtflüchtigen Speicher das zu diesem aktuellen Wert n=n_akt gehörende Wertepaar für die Empfindlichkeit E(n_akt) sowie die Schaltverzögerung T(n_akt) ausgelesen und der Regelung zugrundegelegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich verglichen wird, ob die Regelabweichung mindestens während eines voreinstellbaren Teiles a2 der vorgegebenen Schaltverzögerung T(n_akt)größer war als die vorgegebene Empfindlichkeit E(n_akt) und in diesem Fall ein Stellbefehl erzeugt wird.