DE1962412A1

DE1962412A1 - Kraftzentrale zum Speisen einer Gleichstrom-Kraftuebertragungsanlage

Info

Publication number: DE1962412A1
Application number: DE19691962412
Authority: DE
Inventors: Kurt Wedin
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1968-12-16
Filing date: 1969-12-12
Publication date: 1970-12-10
Also published as: SE327234B; CH510948A; US3614585A; FR2026279A1

Description

Kraftζeatrale zum Speisen einer Gleichstrom— Kraftübertragungsanlage

Die Erfindung betrifft eine Kraftzentrale mit einer Kraftmaschine zum Antreiben eines Wechselstromgenerators zum Speisen einer Gleichetrom-Kraftübertragungsanlage, mit einer Gleichrichterstation und. einer Wechselrichterstation, die durch eine Gleiohstromleitung verbunden sind, wobei die Kraftmaschine von einem Regler mit Hinsicht auf eine gewisse gewünschte Drehzahl und die Gleichstrom-Kraftübertragung von einem Steuerregler mit Hinsicht auf eine gewisse gewünschte Betriebsgrösse gesteuert werden. Die Erfindung betrifft dabei die Steuerung der beiden Hegler der Kraftzentrale je für sich sowie im Verhältnis zueinander, insbesondere wenn die Gleichstrom-Kraftübertragung den wesentlichen Teil der Belastung der Kraftzenträle ausmaoht« Dies ist beispielsweise der Pail, wenn eine grössere Kraftzentrale in einem dünn besiedelten Gebiet vorgesehen ist, ein entlegenes Verbrauchergebiet mit Kraft über eine Gleichstromübertragungsleitung zu versorgen. In diesem Pail muss der Regler der Kraftmaschine dem Steuerregler der Gleichstrom-Kraftübertragung folgen, was groase Probleme aufgrund der verschiedenen Charakteristiken der beiden Regler ergeben kann.

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Der Hegler der Gleichstrom-Kraftübertragung ist dabei als ein sehr schneller Regler zu betrachten, weil z„B. eine veränderte Leistungsorder in einer oder einigen wenigen Perioden der speisenden Wechselspannung ausgeführt werden kann· Verglichen hiermit ist der Regler der Kraftmaschine sehr langsam wegen der maximal zugelassenen Veränderungsgeschwindigkeit des Anlassers derMaschine. Bei Dampfturbinen gilt ζ_βΒ_β, daß geringere Anlaßänderungen recht schnell durchgeführt werden können, wänrend größerere Eingriffe sehr viel Zeit nehmen» Bei Wasserturbinen gilt, daß der Strom in den Wasserwegen nicht zu schnell verändert werden darf, wenn gefährliche Druckveränderungen vermieden werden sollen, weshalb die Betätigungsgeschwindigkeit des Turbinenanlassers immer durch besondere Begrenzungsanordnungen stark begrenzt ist_e

Hierzu kommt, daß die Anlasser der Kraftmaschinen normalerweise von der Drehzahl gesteuert sind, weshalb eine veränderte ieistungsentnahme aus der Gleichstrom-Kraftübertragung erst eine veränderte Drehzahl des Generators und der Kraftmaschine, veranlassen muß, ehe der Anlassregler reagiert. Dies erfordert an sich «ine gewisse Zeit, und danach noch mehr Zeit, bis der Anlassregler die maximal zugelassene Geschwindigkeit erreicht.

In reinen Wechselstromnetzen, in denen die Belastung frequenzabhängig ist -■ genauer gesagt proportional zur Frequenz - wird eine Frequenzabweichung auon eine Belastungsänderung verursachen, was die

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Arbeit des Anlassreglers erleichtert. Bei einer Gleichstromübertragung dagegen arbeitet der Regler der Stromrichter ganz unabhängig von der Frequenz des speisenden Netzes und hält wenigstens in gewissen Grenzen, trotz veränderter Frequenz, eine konstante Leistungsentnahme aufrecht» Somit wird eine Erhöhung der Leistungsorder der Gleichstromübertragung eine Aufsteuerung des Gleichrichters zur Folge haben, wobei die Generatorbelastung steigt und die Frequenz sinkt. Dabei sinken das Antriebsmoment der Turbine und die Frequenz ■ noch mehrο Der Gleichrichter setzt jedoch fort, die erhöhte Leistungsorder zu entnehmen, und die Turbine bleibt immer mehr nach, bis ihr Anlasser die erhöhte Leistungsentnahme einholte Erst danach kann die Turbine ihre normale Drehzahl wiedergewinnen, umgekehrt wird eine verminderte Leistungsentnahme aus der Gleichstromübertragung eine Drehzahlerhöhung des Generators mit sich bringen, und die Kraftmaschine hat dann eine Tendenz zum Durchgehen.

Der Erfindungsgedanke besteht nun darin, die beiden Regler der Kraftzentrale einander anzupassen, so dass bei einer Veränderung der üt-euerorder des Gleichrichters einerseits die Anlassänderung der Kraftmaschine beschleunigt wird, anderseits der Regeleingriff des Gleichrichters gedämpft wird, so dass die resultierende Regelgesehwindigkeit ,für die ganze Kraftzentrale möglichst hoch wird und gleichzeitig die aus Sicherheitsgründen diktierten Begrenzungen respektiert werden-

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Gemäss der Erfindung besteht deshalb der Wunsch, dass eine veränderte Steuerorder für die Gleichstrom-Kraftübertragung so schnell wie möglich, direkt oder indirekt, dem Anlassregler der Kraftmaschine zugeführt wird und dass die Steuerorder für die Stromrichter frequenzabhängig gemacht wird, wobei die Belastungscharakteristik der Gleichetrom-Kraftubertragung frequenzabhängig wird, ungefähr wie eine reine Wechselstrombelastung. Eine beschriebene Kraftzentrale ist deshalb·erfindungsgemäss mit einem Steuersystem ausgerüstet, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Steuerregler der Grleichstrom-Kraftübertragung auf der Eingangsseite vom unterschied zwischen dem Istwert und dem Sollwert für die genannte Betriebsgrösse beeinflusst wird und dass dieser Unterschied auch den genannten Anlassregler beeinflusst.

Die Beeinflussung des Anlassreglers der Kraftmaschine kann direkt dadurch geschehen, dass eine veränderte Steuerorder zur Kraftübertragung auch dem Anlassregler zugeführt werden kann, oder indirekt dadurch, dass die Änderung der Steuerorder der Kraftübertragung nach einem solchen Programm erfolgt, dass man schnell eine gewisse Frequenzabweichung erreicht, die den Anlassregler beeinflusst. Ein solches Programm muss dann* aus einer momentanen Stufe in der Order zum Stromrichterregler mit einem darauf folgenden festgelegten Programm für das schliessliche Durchführen der Order bestehen. In seiner äussersten Konsequenz besteht ein solches Programm darin, dass die Stromorderveränderung in voller GrÖsse momentan dem Stromrichterregler zugeführt und danach von einem stark frequenzabhängigen Eingriff begrenzt wird, wjLe aus der weiteren Beschreibung hervorgeht.

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Die Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben, in dieser zeigens

]?ig_e 1 eine erfindungsgemäße Kraftzentrale, 3?igo 4, 7 und 9 - 12 die Ausführung von verschiedenen Einzelheiten der Programmsteuerung nach der

Erfindung
Figo 2, 3, 5, 6, 8 und 13 Kurven für die verschiedenen Betriebs- und Steuergrößen in der Anlage*

Pig» 1 zeigt eine (Reichstrom-Kraftübertragung mit einer Grleiohriohterstation 1 und einer Wechselrichterstation 2, die durch eine Grleichstromleitung 7 verbunden sind. In lig« 1 ist nur ein Stromrichter je Station gezeigt, aber in der Regel gibt es mehrere reihengeschaltete Stromrichter in jeder Station, Der Gleichrichter 1 wird über seinen Transformator 10 von einem Weohselstromgenerator 3 gespeist, der von einer Turbine 4 angetrieben wird, während der Wechselrichter 2 über seinen Transformator 20 ein nicht gezeigtes Wechselstromnetz speist. Jeder Stromrichter ist eine Ventilgruppe 11 bzw· 21, die τοη einem Steuerimpulsgenerator .12 bzw„ 22 gesteuert wird, der an die Ventile Steuerimpulse mit einem gewissen SteuerwinkeljCabgibt, der wiederum durch die Ausgangsgröße von einem Regelverstärker 13 bzw, 23 bestimmt ist. Diese Regelverstärker sind auf der Eingangsseite mit summierenden Organen 14 bzw«, 24 versehen.

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An diese summierenden Organe wird einerseits der Istwert I des Gleichstroms, der mit einem Messtransduktor 15 bzw, .25 in jeder Station gemessen wird, anderseits ein Bezugswert, der Sollwert In, für den Gleichstrom angeschlossen, wobei Ist- u· Sollwert mit verschiedenen Vorzeichen angeschlossen werden. In der Weohselrichterstation 2 ist weiter am Organ 24 ein Potentiometer 26 angeschlossen, wobei ein sogenanntes Strommarginal Im Tom Sollwert In des Stroms subtrahiert wird»

Der Bezugswert In, der für die beiden Stationen gemeinsam ist, wird mit Hilfe eines Regelkreises in. Abhängigkeit von einer gewissen gewünschten Betriebsgrösse hergeleitet, die nach lig_o aus der übertragenen Gleichstromleistung P besteht„ Der Regelkreis 6, der zweckmässig an der Gleichriehterstation angeordnet ist, wird direkt an den Regelverstärker 13 der einen Station angeschlossen, während sein Ausgangssignal über eine Televerbindung dem Regelverstärker 23 der anderen Station zugeführt wird»

Die Gleichstromübertragung wird somit nach dem bekannten Strommarginalprinzip gesteuert, wobei jede Station für sich ver-

- Im sucht, ihre resultierende Stromorder In bzw«, In/zu erfüllen durch Einstellen ihres Steuerwinkelso^und damit ihrer inneren Gleiohspannung, die proportional coexist. Wenn man z· B, von einem Gleichstromwert I ausgeht, der zwischen der Stromorder In des Gleichrichters und der Stromorder In — Im des Weohselriohters liegt, so wird das Eingangssignal I - In auf dem

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Regelverstärker 13 und I + Im - In auf dem Hegelverstärker 23, Diese Eingangssignale werden in den Regelverstärkern in Ausgangssignale umgewandelt, die in den Regelverstärkern normalerweise nach oben zu auf einen Maximalwert begrenzt sind, der einem minimalen S teuerwinkel«*'entsprechend Gleichrichtung entspricht, und nach unten zu auf den Wert Null entsprechend einem maximalen Steuerwinicelc^entspreehend Wechselrichtung, und aufgrund des Strommarginals arbeiten die Stationen Je in einer Richtung, bis Gleichgewicht erreicht ist. Der übertragene ^ Gleichstrom wird gleich In oder in - Im, je nach dem ob die Gleichrichterstation oder die Wechselrichterstation die grössten Spannungsreserven auf der Wechselstromseite hat„

Die Bezugsgrösse für die Gleichstromübertragung wird wie erwähnt mit Hilfe des Regelkreises 6 hergeleitet, wie z„B_e mit Hinsicht auf eine gewisse übertragene Gleichstromleistung P gezeigt ist, die mit einem Wattmeter 68 von irgendeiner Art, ZoB. einem Hall-Generator gemessen wird. Statt übertragener _Λ Gleichstromleistung kann man den Gleichstrom selbst oder die Frequenz im empfangenden Wechselstromnetz oder irgendeine andere Betriebsgrösse wählen. Der Sollwert, Pn, für die Gleichstromleistung wird auf einem Potentiometer 61 eingestellte Das Potentiometer 61 und das Wattmeter 68 werden mit entgegengesetzten Vorzeichen an ein summierendes Organ 62 angeschlossen, von wo der UnterschiecLdP = P - Pn an den Regelverstärker 67 für die Gleichstrom-Kraftübertragung angeschlossen wird. In erster Linie wird von den Organen 60 u. 63 - 66 abgesehen.

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Der "Verstärker 67 kann von integrierendem. Typ sein, wie mit der kapazitiven Rückführung angedeutet ist, was-"bedeutet, dass er sein Ausgangssignal festhält, solange die übertragene Leistung P gleich dem eingestellten Pn ist, während das Ausgangssignal und damit der Bezugswert für 13 und 23 verändert werden, wenn 2,B„ die Leistungseinstellung Pn verändert wird ο

Der Generator 3 wird wie erwähnt von einer Turbine 4 angetrieben, die von ihrem Anlassregler 5 in Abhängigkeit von der Drehzahl 7 gesteuert wird, die mit einem Tachometergenerator 40 auf der Turbinenwelle gemessen wird» Die gewünschte Drehzahl fn, die dem Nennwert der Frequenz des Generators 3 entspricht, wird auf einem Potentiometer 52 eingestellt, und der Istwert f und Sollwert fn werden mit entgegengesetzten Vorzeichen an ein summierendes Organ 53 angeschlossen, von wo eine ev„ Drehzahlabweichung ^f über ein anderes summierendes Organ 54 an den Regelverstärker 55 angeschlossen wird. Die Ausgangsspannung von hier steuert einen Motor 56, der den Turbinenanlasser in der Form eines Ventils 51 antreibt. Wie ^ schon erwähnt muss die Geschwindigkeit einer Änderung des Turbinenanlassers innerhalb gewisser Grenzen gehalten werden, weshalb die Ausgangsspannung vom Verstärker 55 von einem Grenzwertgeber 50 begrenzt wird, der rein symbolisch als zwei vorgespannte Dioden gezeigt ist. Die genannte Ausgangsspannung kann also niemals die Vorspannungen dieser Dioden übersteigen oder unterschreiten, wobei die Motorgesohwindigkeit begrenzt wird. Statt einer Begrenzung der Betätigungsspannung ist eine

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rein mechanische Begrenzung denkbar. Die Lage des Anlassers kann auf der Abzapfung 59 eines Potentiometers abgetastet werden..

Wenn die Leistungsordner Pn für die Gleichstromübertragung geändert wird, z.B. erhöht, wird der Gleichrichter aufgesteuert, wobei der Generator 3 stärker belastet wird. Dabei sinkt seine Drehzahl, und man bekommt eine negative Drehzahlabweichung ^ f» die dem Re- ^ gelverstärker 55 zugeführt wird, der den Motor 56 beeinflußt. Dieser öffnet den Anlasser 51» bis die Turbinenleistung die eingestellte Gleichstromleistung eingeholt hat. Wenn keine besonderen Maßnahmen ergriffen werden, wird dies doch eine gewisse nicht unbeträchtliche Zeit erfordern, während der die Gleichstromübertragung die.gewünschte Leistung entnimmt, weshalb die Drehzahl und damit die Generatorfrequenz in dieser Zeit erheblich sinken kann ·

Der bisher beschriebene Vorgang, der ganz konventionell ist, geht aus den Kurven in Mg. 2 hervor, wo die Kurve a die eingestellte Gleichstromleistung darstellt, die beim Zeitpunkt to von P₁ auf Pp erhöht wird. Die Drehzahl, die zum Zeitpunkt to der nominellen Frequenz fn entsprach, sinkt danach gemäß der Kurve d um den Betrag von Δι. Dabei wird der Turbinenanlasser gemäß der Kurve c geöffnet, d.h. zu Beginn mit der Geschwindigkeit EFuIl, aber danach mit zunehmender Geschwindigkeit auf die vom Grenzwertgeber 50 diktierte maximale Geschwindigkeit. Die Türbinenleistung nach der

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Kurve b bekommt anfangs eine stark fallende Tendenz, und erst nachdem der Turbinenanlasser genügend geöffnet worden ist, steigt die Turbinenleistung. Die Drehzahl und damit die Frequenz sinken weiterhin und die Frequenzabweichung ^ f erreicht nicht ihr Maximum, ehe die Turbinenleistung nach der Kurve b die Gleichstromleistung nach der Kurve a passiert. Erst bei Überschuss der Turbinenleistung kann die gewünschte Drehzahl und Frequenz wiederhergestellt werden·

Um diesen Vorgang zu beschleunigen, möchte man nach der Erfindung die Öffnung des Turbinenanlassers beschleunigen, so dass dieser so schnell wie möglich und mögliehst mit der zugelassenen Geschwindigkeit gestartet wird. Man kann dies auch so sehen, dass die Kurve d in dem beschriebenen Fall das Eingangssignal für den Turbinenanlasser angibt, und es gilt nach der Erfindung zum Zeitpunkt to die grösstmöglichste Zeitableitung dieses Signals zu bekommen, möglichst eine unendliche.

Dies erreicht man nach einer Ausführungsform der Erfindung durch Anschliessen des SignalsAP vom Organ 62, das die Leistungsabweichung der Gleichstromübertragung angibt, direkt an daö summierende Organ 54 am Eingang des Turbinenanlassers und mit demselben Vorzeichen wie die Drehzahlabweichung Δ. f. Dabei erhält man momentan ein Eingangssignal des Turbinenanlassers, der naoh der Kurve c in Fig. 3 gestartet wird, d.h. mit maximal zugelassenes; Geschwindigkeit. Als Folge hiervon steigt die

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Turbinenleistung naoli der Kurve b in Fig. 3, also bedeutend schneller als Fig«, 2, und die Frequenzabweichung der Kurve d wird bedeutend kleiner. Man erhält also nach dieser Ausführungsform ein Zusatzsignal des Turbinenanlassers.

nachdem die Änderung der Gleichstromleistungaorder von den Reglern 13 und 23 durchgeführt worden ist, versehwindet das SignalAP zu 54» aber inzwischen hat die Frequenzabweichung δ f eine solche Grosse erreicht, dass sie den Turbinenanlasser auf den gewünschten Wert herauftreiben kann.

Aus Stabilitätsrücksicht ist es nicht wünschenswert und auch nicht notwendig, dass kleinere Änderungen der übertragenen Leistung den Turbinenanlasser beeinflussen. Deshalb ist zwischen 62 u· 54 ein Schwellenwertgeber in der Form einer vorgespannten Gleichrichter brücke eingeführt. Nur wenn die Änderung der Leistungsorder A P die Vorspannung in 66 übersteigt, wird ein Direktsignal 54 zugeführt. In derselben Weise fällt dies Signal fort, wenn die übertragene Gleichstromleistung sich der eingestellten nähert, was wünschenswert ist, da dieses Signal spätestens, wenn die Frequenzabweichung ihr Maximum passiert, weg sein soll.

Trotz der direkten Übertragung des Signals von 62 zu 54 wird jedoch die Geschwindigkeit der· Anlassregelung 5 immer noch wesentlich die Geschwindigkeit der Stromrichterregelung 6 übersteigen, und es kann deshalb zweokmässig sein, die Stromrichterregelung so zu modifizieren, dass ihre Geschwindigkeit besser mit

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der der Anlassregelung übereinstimmt, wobei die Abweichung der Turbinenleistung und damit der Drehzahl und Frequenz innerhalb annehmbarer Grenzen gehalten werden. Die am nächsten zur Hand liegende Massnahme wäre dabei, zwischen dem Potentiometer 61 Ue dem Organ 62 irgendeine Form von verzögerndem Organ einzuführen, so dass eine veränderte Einstellung von 61 sich nur langsam im Regelverstärker 67 geltend macht. Anderseits besteht wie erwähnt der Wunsch, den Turbinenanlasser schnell in Gang zu bringen, und dieser Wunsch führt zu einer anderen Ausführungsform der Erfindung, wobei eine veränderte Steuerorder für die Gleichstromübertragung dem Turbinenanlasser indirekt zugeführt wird, d.h. über den drehzahl- oder frequenzabhängigen Eingang des Anlassers nach einem gewissen Programm, was bedeutet, dass die Steuerorder als ein momentaner Schritt mit nachfolgender Ausführung der restlichen Steuerorder nach einem gewissen Programm ausgeführt wird. Ein solcher momentaner Schritt bringt in erster Linie eine starke Frequenzänderung mit sich, die den Turbinenanlasser startet, wonach die Stromrichterregelung nach dem gegebenen Programm modifiziert wird.

Ih seiner einfachsten Form oder äussersten Eonsequenz besteht der momentane Schritt in der totalen Änderung der Steuerorder, deh. nach Fig. 2. Gleichzeitig wird die Steuerorder in Abhängigkeit von der Drehzahl-oder Frequenzabweichung reduziert mit Hilfe des Organs 64, an dessen Eingangsseite das Signal Δ f von 53 angeschlossen ist und das hiervon ein Signal F (Λ, f) herleitet, das im Organ 63 am Eingang zum Verstärker 67 vom

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Signal ϊ± P von 62 subtrahiert wird.

Das Organ 64 kann nach Hg. 4 ausgebildet sein, wobei es einen Verstärker 641 umfasst, der zwischen den Organen 53 u. 65 eingeschaltet ist. Das SignalAf von 53 wird an den Verstärker 641 über einen ersten Eingangswiderstand 645 und eine Anzahl damit parallelgeschalteter Eingangskreise a-f mit je einem Ventil 642 und einem Widerstand 643 angeschlossen. Die,Ventile sind in zwei antiparallelgeschaltete Gruppen a-c u. d-f aufgeteilt und über entsprechende Potentiometer 644 vorgespannt, die an einer positiven bzw· negativen Spannungsquelle mit den Klemmen 647 bzw. 648 angeschlossen sind* Um die Buheströme von 647 zu 648 durch die Potentiometer 644 und die Widerstände 643 zu kompensieren, ist die Eingangsseite des Verstärkers 641 an Anzapfungen eines Potentiometers 646 angeschlossen, wobei man die Eingangsspannung des Verstärkers 641 auf Hull stellen kann, wenn das EingangssignalAf Null ist.

Die Ausgangs spannung F (A f) des Verstärkers 641 als funktion der Eingangsspannung Δ f bekommt in dieser Weise das in Fig. 5. gezeigte Aussehen. Bei niedrigen positiven oder negativen Werten von Δ f sind alle Ventile a-f durch ihre Vorspannungen gesperrt und P (A f) wird ein· lineare Punktion von Δ f entsprechend dem Linienstüok L1. Wenn Δ f in positiver oder negativer Richtung zunimmt, wird in erster Linie das Ventil a bzw. d leitend, wobei Δ f an den Eingang des Verstärkers 641 über den Widerstand 645 und den entsprechenden Widerstand 643 ange-

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schlossen wird. P (Af) folgt dabei den linien 12. Bei fortgesetzter Erhöhung von Af wird das Ventil b bzw. e und danach ο bzw. f leitend, wobei F (Af) den Linien 13

u. 14 folgt. Man sieht also, dass F (Af) im wesentlichen einer kubischen Parabel folgt.

Das Signal von 64 wird wie erwähnt vom Signal 62 subtrahiert, wobei das letztere Signal um die Grosse F (Af) reduziert wird. Kleinere Frequenzabweichungen bringen somit eine massige Reduktion des Signals von 62 mit sich, während grossere Frequenzabweichungen ev. dieses Signal ganz beseitigen.

Man sieht weiter, dass die obere und untere Hälfte in Fig. 4 nicht symmetrisch zu sein brauchen. Bei einer verhältnismässig grossen Turbinenbelastung kann man in der Regel eine recht schnelle Hinaufsteuerung der Anlage auf eine höhere leistung zulassen, wogegen eine Reduktion vorsichtig geschehen muss, um gefährliche Drucksteigerungen in den Wasserwegen zu der Turbine zu vermeiden. Dies kann man durch Wahl der Vorspannungen der Ventile 642 und der Eingangäwidtrstände 643 in der oberen und unteren Hälfte der Schaltung in Fig. 4 berücksichtigen . Dabei können die zwei Zweige der Parabelkurve in Fig· 5 verschieden sein, was jedoch keinen prinzipiellen Unterschied der Funktion mit sich bringt.

Das Resultat geht aus Fig. 6 hervor, in der die Kurven a, b, ο und d denselben Kurven in Fig. 2 u. 3 entsprechen. Zum Zeitpunkt to wird die Steuerorder des Potentiometers 61 momentan

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von P-, auf Pp vergrössert. Die Drehzahl der Turbine fällt schnell nach der Kurve d, und der Turbinenanlasser wird nach der Kurve c geöffnet. Die Steuerorder von 63 zu 67 nach der Kurve a wird mit steigender Frequenzabweichung nach der Funktion F (zsf) reduziert, siehe Fig. 4 u. 5. Um den Zeitpunkt t₁ herum passiert die Frequenzabweichung das Knie der Kurve in Fig. 5, so dass F (Δί) der linie 14 folgt, und die Steuerorder zu 67 wird auf ihren ursprünglichen Wert oder ungefähr auf diesen reduziert. Dabei bekommt die Turbine die Möglichkeit, ihre verlorene Leistung wieder einzuholen, die Frequenzabweichung wird in annehmbaren Grenzen gehalten, statt der gestrichelten Linie d in Figo 6 zu folgen, und die frequenzabhängige Steuerorderreduktion nimmt allmählich ab, so dass die Steuerorder der Gleichstromübertragung durchgeführt werden kann.

Da die Zeit, die die Turbine braucht, um ihre ursprüngliche Drehzahl wieder zu erreichen, stark von der Frequenzabweichung abhängt, sieht man, dass die begrenzte Frequenzabweichung die Durchführung des Regeleingriffs beschleunigt.

Die momentan eingeführte totale Steuerorderänderung ist wie erwähnt, als Srenzfall zu betrachten, der vermutlich in den meisten Fällen zu roh und grob ist. Dieselbe Schnelligkeit des Regeleingriffs bei einem weicheren Verlauf kann dadurch erreicht werden, dass der momentane Schritt der Steuerorder auf einen Bruchteil, z.B. ein Dritt.el der totalen Veränderung be- und von einem weicheren Programm gefolgt wird. Für diesen

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Zweck ist ein Programmgeber 60 zwischen 61 u. 62 eingeschaltet, der nach einer der Fig. 7 oder 9-12 ausgeführt werden kann.

In Fig. 7 umfaßt der Programmgeber 60 ein Potentiometer 601, das über einen Kondensator 605 an Erde u. am Potentiometer 61 angeschlossen ist 'und mehrere Anzapfungen hat, die über einen Stufenschalter 603> der von einem Servomotor 602 angetrieben wird, an das Organ 62 angeschlossen werden können. Der Servomotor wird von einer Spannung angetrieben, die über einen Kontakt eines Relais 604 angeschlossen wird, das von der Spannung über 601 gesteuert wird. Bei Änderung der Steuerordner der Gleichstrom-Kraftübertragung auf dem Potentiometer 61 wird diese Änderung über dem Potentiometer 601 unter Umladung des Kondensators 605 auftreten, und ein Teil dieses Signals, z.B. ein Drittel, wird über die untere Anzapfung des Potentiometers direkt an die Organe 62 u. 63 und somit an den Regelverstärker 67 angeschlossen, wobei die übertragene Gleichstromleistung im Verhältnis hierzu geändert wird. Gleichzeitig wird der Servomotor 602 vom Relais 604 gestartet, und mit einer gewissen Zeitverzögerung wird das Signal' 62 schrittweise erhöht, bis die ganze Steuerorderänderung durchgeführt ist. Wenn der Kondensator umgeladen worden ist, wird die Spannung über 601 Null und das Relais fällt ab, wobei der Stufenschalter 603 in seine untere Lage zurückgeht, während die neue Steuerorder im Regelverstärker 67 bleibt. Das Relais 604 muß ein Zeitrelais sein so daß es nicht anspricht, ehe wenigstens ein Teil

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der ersten Stufe dem Inlasser 5 durch die betreffenden Regelkreise zugeführt worden ist·

Der Vorgang geht aus Mg. 8 hervor, in der die Kurven a, b, c u. d denselben Kurven in Pig. 2, 3 u. 6 entsprechen. Man sieht, daß die Steuerorder für die Gleiehstromleistung stufenförmig nach der Kurve a anwächst. Aufgrund des ersten momentanen Schrittes in der Steuerorder bekommt die Frequenzkurve d wie nach Pig. 2 eine stark negative Zeitableitung zur Zeit to, so daß der lurbinenanlasser schnell nach der Kurve c startet, wobei die Turbinenleistung nach einem kurzen Rückgang schnell wieder steigt. Man sieht, daß die Turbinenleistung, aber nicht die Drehzahl, im großen und ganzen bei jedem Schritt die Gleichstromleistung einholt. Es scheint, daß optimale Regelgeschwindigkeit erreicht wird, wenn die Steuerger· schwindigkeit des Stufenschalters 603 so angepaßt wird, daß die Drehzahlabweichung ständig der vom Anlaßbegrenzer 50 in lig. 1 angegebenen maximalen Anlaßgeschwindigkeit entspricht. Dabei erhält man nämlich eine maximale Anlaßgeschwindigkeit bei minimaler Frequenzabweichung, was ideal sein dürfte.

Man sieht weiter, daß der Kondensator 605 und das Potentiometer 601 so angepaßt sein müssen, daß ihre gemeinsame Zeitkonstante wesentlich die Zeitkonstante des ganzen Regelsysteme Übersteigt, um die stufenweise Aufsteuerung des Systeme zu sichern. ..

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Das genannte optimale Verhältnis zwischen der Anlaßgeschwindigkeit und Frequenzabweichung kann ev. automatisch erreicht werden, wenn der Servomotor 602 nach Fig. 91 die eine Variante der Fig. 7 ist, gesteuert wird. Das Potentiometer 601, der Servomotor 602, Stufenschalter 603 u. das Relais 604 sind wie nach Fig. 7 geschaltet. In Reihe mit dem Relaiskontakt 604 ist ein Kontakt eines anderen Relais 608. angeordnet, das im Verhältnis zur Anlaßgeschwindigkeit für die Turbine gesteuert ist. Dies geschieht so, daß die Anzapfung 59 vom Potentiometer 58 in Fig. 1 über die Klemme 65 und den Kondensator 606 an den Steuerkreis für das Relais 608 angesdiossen wird·. Dabei Wird das Relais 608 von der Zeitableitung der Spannung auf der Anzapfung 59 gesteuert, so daß das Relais abfällt, wenn diese Zeitableitung bei maximaler Anlaßgeschwindigkeit eine gewisse Größe erreicht.

Der Programmgeber 60 nach Fig. 9 wirkt also in derselben Weise wie nach Fig. 7, nur mit dem Unterschied, daß die Stufenzeit von der Anlaßgeschwindigkeit gesteuert wird, d.h. gestoppt, solange man volle Anlaßgeschwindigkeit hat, und wieder gestartet, wenn die Anlaßgesohwindigkeit sinkt. Der Kurvenverlauf wird wie in Fig. 8, abgesehen davonj daß die Stufenzeiten variieren können. ^:

Bs ist leicht ersichtlich, daß auch die Lage des Anlassers berüdkaichtigt werden muß, genauer gesagt, daß bedeutend größere Variationen bei niedrigerem als bei höherem Anlassen zulässig sind· Dies

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Verhältnis kann bei der in Pig. 10 gezeigten Variante von Fig. 7 beachtet werden, in der der Servomotor 602 mit einer Dämpfungsoder Bremswicklung 607 versehen ist, die an der Anzapfung 59
des Potentiometers 58 angeschlossen ist. Bei niedrigem Anlassen
ist die Spannung auf 59 niedrig, weshalb der Servomotor relativ
frei lauft. Bei starkem Anlassen ist die Spannung auf 59 hoch und die Schrittgabegeschwiiidigkeit wird gedämpft. Das Prinzip kann
so weiterentwickelt werden, daß die programmierte Geschwindigkeit richtungsabhäiigig gemacht wird.

Dies wird damit motiviert, daß bei stärkerem Anlassen eine Erhöhung verhältnismäßig schnell sein darf, während eine Absenkung langsam ausgeführt werden muß, z.B. bei Wasserturbinen, bei denen der Wasserstrom nicht zu schnell gedrosselt werden darf, wenn
gefährliche Drucksteigerungen vermieden werden sollen. Umgekehrt kann man bei langsamen Anlassen eine relativ schnelle Verlangsamung zulassen, während es Zeit braucht, eine Beschleunigung durchzuführen .

Pig. 11 ist eine Variante von Pig. 9, bei der das Eelais 608 direkt vom Regelverstärker 55 gesteuert wird, des'sen Ausgangsspannung ein Maß der Anlaßgeschwindigkeit ist. Der Kurvenverlauf für Pig« 9-11 ist gleich dem in Pig. 8.

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Fig. 12 zeigt noch eine Variante des Programmgebers 60, bei der das Potentiometer 601 mit einer kontinuierlich arbeitenden Anzapfung 609 ausgeführt und mit einem festen Widerstand 610 reihengeschaltet ist.

Der Vorgang nach Fig. 12 geht aus Pig. 13 hervor, man sieht, daß das Programm bei einer momentanen Änderung der Steuerorder mit einer gewissen Stufe eingeleitet wird und die Durchführung linear mit einer gewissen Zeitverzögerung geschieht. Dies ergibt eine gute Anpassung zwischen G-leichstromleistung, Turbinenanlassen und Turbinenleistung.

Im vorhergehenden sind die verschiedenen Möglichkeiten und Variationen der Erfindung je für sich behandelt worden, aber es ist klar, daß diese verschiedenen Varianten in größerer oder kleinerer Anzahl kombiniert werden können. Somit ist die frequenzabhängige Korrektion vom Organ 64 in der Regel als wünschenswert zu betrachten. Weiter ergibt die direkte Verbindung von 62 zu 54 über · den Schwellenwertgeber 66 die größte Regelgeschwindigkeit, ohne die Stabilität zu gefährden. Welches Programm schließlich im Geber 60 gewählt werden soll, wird von Fall zu Fall entschieden.

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Claims

1962A12 Patentansprüche;

1.) Kraftzentrale mit einer Kraftmaschine zum Antreiben eines Wechselstromgenerators zum Speisen einer Gleichstrom-Kraftübertragungsanlage mit einer Gleichrichterstation und einer. Wechselrichterstation, die durch eine Gleichstromleitung verbunden sind, wobei die Kraftmaschine von einem Anlassregler mit Hinsicht auf eine gewisse gewünschte Drehzahl und die Gleichstrom-Kraftübertragung von einem Steuerregler mit Hinsicht auf eine gewisse gewünsehte Betriebsgröße gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerregler (67) der Gleichstrom-Kraftübertragung auf der Eingangsseite (63) vom unterschied zwischen dem Istwert und dem Sollwert für die genannte Betriebsgröße beeinflußt wird und daß dieser Unterschied auch den genannten Anlaßregler (5) beeinflußt.

2. Kraftzentrale nach Anspruch 1, bei der der Anlaßregler der Kraftmaschine auf der Eingangsseite mit dem Unterschied zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Drehzahl gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaßregler einen zusätzlichen Eingang hat, der mit dem Unterschied zwischen dem Istwert und dem Sollwert der genannten Betriebsgröße gespeist wird (Mg. 3)·

3. Kraftzentrale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Anlaßregler (5) indirekt von dem genannten Unter schied dadurch beeinflußt wird, daß ein entstandenerUnterschied

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dem genannten Steuerregler (67) in erster Linie als momentaner Schritt und danach nach einem im voraus festgelegten Programm zugeführt wird, nach welchem momentanen Schritt ein Unterschied zwischen dem Istwert und dem Sollwert der Drehzahl der Kraftmaschine schnell anwächst und den Anlaßregler "beeinflußt.

_Ä

4. Kraftzentrale nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß

der genannte Schritt aus dem vollen Wert des genannten Unterschieds besteht, während das genannte Programm "bedeutet, daß eine von dem Unterschied zwischen dem Ist- und Sollwert der Drehzahl der Kraftmaschine abhängige Größe von dem genannten Betriebsgrößenunterschied subtrahiert wird.

5. Kraftzentrale nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerregler (67) der Gleichstrom-Kraftübertragung einen besonderen Eingang (64) hat, über den von dem Unterschied zwischen dem Ist- und Sollwert-der genannten Betriebsgröße eine Größe subtrahiert wird, die vom Unterschied zwischen dem Ist- und Sollwert der Drehzahl abhängt (Fig. 4)· ■

6. Kraftzentrale nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitung der genannten drehzahlabhängigen Größe mit Hinsicht auf den Drehzahlunterschied bis zu einem gewissen Wert des Drehzahlunterschiedes verhältnismäßig klein und über diesen " Wert hinaus sehr groß ist.

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7. Kraftzentrale nacli Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerregler (67) der Gleichetrom-Kraftubertragung auf der Eingangsseite ein Programmierungsgerät (60) zum Einschalten eines entstandenen Unterschiedes zwischen dem Ist- und Sollwert der genannten Betriebsgröße nach einem gewissen Programm hat, was "bedeutet, daß der Unterschied in erster linie als ein momentaner Schritt eingeschaltet wrird, der einen Bruchteil des totalen Unter- j schieds ausmacht, während der Rest des Unterschieds nach einem "besonderen Programm eingeschaltet wird.

8. Kraftzentrale nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Programmierungsgerät (60) einen Stufenschalter (601, 602, 603) für Einschaltung des restlichen Unterschieds enthält.

9· Kraftzentrale nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Stufenschalter (601, 602, 603) mit gleichmäßigen Schritten arbeitet (Fig. 7).

10. Kraftzentrale nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Stufenschalter (601, 602, 603) vom Anlaßregler (5) der Kraftmaschine in Abhängigkeit von seiner Geschwindigkeit oder Lage gesteuert wird (Pig. 9, 10, 11). . '

11. Kraftzentrale nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Programmierungsgerät (60) einen zweiten Geber (610) enthält für hauptsächlich lineare Einschaltung des restlichen Unterschieds mit einer gewissen Zeitverzögerung.

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