-
Die Erfindung betrifft ein intelligentes Elektroenergiesystem mit Schnellregelung der Wirkleistung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Die Erfindung ist in der Elektroenergiewirtschaft einsetzbar. Sie kann in intelligenten Elektroenergiesystemen mit einem aktiven Anpassnetz zur Wirkleistungsregelung verwendet werden.
-
Die bekannte als Prototyp gewählte Einrichtung zur Wirkleistungsregelung im Verbundnetz weist ein Stromerzeugungsaggregat mit einer Turbine und einem Wechselstromgenerator, einen an den Generatorausgang angeschlossenen Elektroenergiespeicher mit einem reversiblen ruhenden Umformer, der mit einer Steuerung ausgerüstet ist, und einen Geber auf, der am Eingang der Steuerung angeschlossen ist [Patent
RU2121746 , IPC H02J 3/66,1998].
-
Der Generator dieses Prototyps stellt einen Synchronturbogenerator auf der Basis einer Kondensator-Dampfturbine dar. Ein Messwertgeber misst einen elektrischen Kennwert (Strom, Spannung, Drehzahl oder Leistung). Der Ausgang der Steuerung für den reversiblen Umformer ist zusätzlich an ein Ventil angeschlossen, welches die Dampfentnahmeleitung absperrt. Der Dampf kommt dabei von der Turbine und wird für die Erwärmung von Speisewasser benutzt.
-
Der Mangel dieses Prototyps ist die Trägheit der Wirkleistungsregelung und die begrenzten Funktionalitäten. Das liegt daran, dass die Absperrung des Ventils in der Dampfentnahmeleitung nur kurze Lastspitzen und keine Lasteinsenkungen oder -stürze ausgleichen kann. Dieser Mangel verhindert einen nutzvollen Einsatz bei einer Online-Zentralsteuerung der Wirkleistung in intelligenten Elektroenergiesystemen mit einem aktiven Anpassnetz.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, die genannten Mängel zu beseitigen.
-
Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
-
Das intelligente Elektroenergiesystem weist wenigstens ein Stromerzeugungsaggregat mit einer Turbine und einem Wechselstromgenerator auf. An die Schienen des Wechselstromgenerators sind ein Elektroenergiespeicher mit einem reversiblen ruhenden Umformer und wenigstens eine Starkstromleitung über Anschlusskreise angeschlossen. Dabei ist der reversible ruhende Umformer mit einer Steuerung ausgerüstet. Die Steuerung ist an ihrem Eingang mit einem Drehzahlgeber des Generators verbunden. Die Steuerung ist so ausgebildet, dass der Umformer entweder als Wechselrichter oder als Gleichrichter umschaltbar ist. Die Umschaltung erfolgt je nach Sollabweichung der Generatordrehzahl von dem entsprechenden Synchronwert jeweils in die eine oder die andere Richtung. Die Starkstromleitung weist eine Phasenumkehreinrichtung auf. Der Steuereingang der Phasenumkehrenrichtung dient zur Fernregelung der Wirkleistung.
-
Die Gesamtheit dieser Merkmale sorgt für eine Steigerung der Geschwindigkeit und des Wirkungsgrades der Wirkleistungsregelung zur Online-Aufrechterhaltung ihres Gleichgewichts in intelligenten Elektroenergiesystemen mit dem aktiven Anpassnetz.
-
Die Erfindung hat weitere Ausgestaltungen. Sollte das Stromerzeugungsaggregat gemäß seinen Ausgestaltungen als ein Synchron- oder Asynchron-Turbogenerator ausgebildet sein, so beträgt die Drehzahl-Sollabweichung der Welle des Generators von dem entsprechenden Synchronwert ±(0,1–1,0)%. Sollte das Stromerzeugungsaggregat als Asynchron-Wasserkraftgenerator ausgeführt sein, beträgt die Sollabweichung ±(5–10)%.
-
Gemäß weiteren Ausgestaltungen können die Anschlusskreise in Einzelfällen Krafttransformatoren und Schaltvorrichtungen enthalten. An den Enden der Starkstromleitung können Spannungszeigergeber eingebaut sein.
-
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
-
1 das Blockschaltbild der Einrichtung.
-
Das Stromerzeugungsaggregat umfasst eine Turbine 1 und einen Wechselstromgenerator 2. Der Wechselstromgenerator 2 ist mit Schienen 3 verbunden. Ein Energiespeicher 5 ist mit einem reversiblen ruhenden Umformer 6 und einer Starkstromleitung 7 an die Schienen 3 über Anschlusskreise 4 angeschlossen. Der Umformer 6 ist mit einer Steuerung 8 versehen. Der Eingang der Steuerung 8 ist an einen Drehzahlgeber 9 der Welle des Wechselstromgenerators 2 angeschlossen. Die Steuerung 8 ist so ausgebildet, dass der Umformer 6 umschaltbar ist. Das heißt, der Umformer 6 kann entweder als Wechselrichter oder als Gleichrichter betrieben werden, je nach der Sollabweichung der Wellendrehzahl des Wechselstromgenerators 2 von dem entsprechenden Synchronwert jeweils in der einen oder der anderen Richtung. Die Starkstromleitung 7 enthält eine steuerbare Phasenumkehreinrichtung 10. Ein Steuereingang 11 der Phasenumkehreinrichtung 10 dient zur Fernregelung der Wirkleistung.
-
Sollte das Stromerzeugungsaggregat als Synchron- oder als Asynchron-Turbogenerator ausgestaltet sein, so beträgt die Drehzahl-Sollabweichung ±(0,1–1,0)%. Handelt es sich beim Stromerzeugungsaggregat um einen Asynchron-Wasserkraftgenerator, so beträgt die Sollabweichung ±(5–10)%.
-
Die Anschlusskreise 4 können Krafttransformatoren 12 und Schaltvorrichtungen aufweisen.
-
An den Enden der Starkstromleitung 7 sind ein PMU-Geber (Spannungszeigergeber) 13 angebaut, welcher die Spannung misst (Phasor).
-
Die Funktionsweise der Einrichtung ist wie folgt:
Der Wechselstromgenerator 2 wird mittels der Turbine 1 angetrieben und erzeugt den elektrischen Strom, dessen Teil über die entsprechenden Anschlusskreise 4 und die Phasenumkehreinrichtung 10 mittels der Starkstromleitung 7 an die Verbraucher weiterleitbar ist. Die Starkstromleitung 7 verbindet einzelne Knoten des Stromnetzes. Diese Knoten sind die Schienen 3 und die Schienen 14 eines Fernunterwerkes. Der Augenblicksphasenwinkel der Wechselspannung in den einzelnen Knoten des Verbundnetzes sind durch die Messwertgeber 13 gleichzeitig messbar. Diese Messwertgeber 13 sind über Signale von einem Satellitensystem GPS und/oder GLONASS synchronisiert.
-
Es ist bekannt [s.
P. S. Zhdanov. Probleme der Stabilität von Stromversorgungsnetzen. Moskau. Verlag ENERGIA, 1979, S. 14], dass die über die Starkstromleitungen übertragene Wirkleistung P nach folgender Formel ermittelbar ist:
dabei stehen
- U1 und U2
- für die Effektivwerte der Spannung an den Leitungsenden (d. h. jeweils an den Schienen 3 und den Schienen 14),
- δ12
- für den Phasenwinkel zwischen den Vektoren dieser Spannungen und
- Xn
- für den Induktionswiderstand der Starkstromleitung 7.
-
Die Starkstromleitung 7 weist die Phasenumkehreinrichtung 10 auf. Darum ist Winkel δ12 = γ + δn, wobei γ und δn die Phasenwinkel sind, die jeweils durch die Einrichtung 10 und die Starkstromleitung 7 miteingebracht werden.
-
Bei fehlenden Störungen und Steuereinwirkungen am Eingang 11 treibt die Turbine 1 den Wechselstromgenerator 2 mit einer solchen Drehzahl an, welche die Wechselstromerzeugung mit einer Synchrondrehzahl sicherstellt. Die Steuergröße zur Steigerung oder Minderung der über die Starkstromleitung 7 übertragenen Wirkleistung kommt vom Schaltmeister oder von einer automatischen Einrichtung des aktiven Anpassnetzes zum Eingang 11 der Phasenumkehreinrichtung 10. Dementsprechend macht die Phasenumkehreinrichtung 10 den Winkel γ kleiner oder größer. Die erforderliche Änderung des Winkels γ wird mit dem Geber 13 überwacht. Die Messwerte des Gebers 13 sind über das Überwachungssystem des aktiven Anpassnetzes ablesbar.
-
Die modernen Phasenumkehreinrichtungen [s. z. B. V. N. Stelmakov und andere. „Phasenumkehreinrichtungen mit Thyristorsteuerung". ENERGETIK, Heft 8, 2010] zeichnen sich durch ihre hohe Geschwindigkeit aus. Deswegen nimmt die dem Wechselstromgenerator 2 über die Starkstromleitung 7 entnommene Wirkleistung beachtlich schneller zu (oder ab), als es bei der Leistung der mit einem Drehzahlgleichhalter ausgerüsteten Turbine 1 der Falls ist. Die somit entstehende Nichtausgeglichenheit der Leistung verursacht dementsprechend eine Verzögerung oder eine Beschleunigung der Turbine 1 und ihre Abweichung ω von der Drehzahl gegenüber dem Synchronwert. Eine solche Einwirkung auf die Turbine 1 kann als Regelungseinwirkung betrachtet werden (sie ersetzt die im Prototyp benutzte Einwirkung auf das Dampfentnahmeventil).
-
Solange die absolute Abweichung den Sollwert Δω nicht überschreitet, beeinflusst die Steuerung 8 die Betriebsart des Umformers 6 nicht. Dadurch sind unkontrollierte schwankungsbedingte Betriebsartumstellungen des Umformers 6 bei Schwankungen und zufälligen Abweichungen der vom Geber 9 gemessenen Drehzahl gegenüber der Synchrondrehzahl vermieden. Sobald die absolute Drehzahlabweichung der Turbine 1 den Δω-Wert überschreitet, wirkt die Steuerung 8 auf den Umformer 6 ein und stellt seine nachfolgende Funktion je nach dem als Wechselrichter oder als Gleichrichter ein, bis die Drehzahl um den vorgegebenen Sollwert in der Gegenrichtung wieder abweicht. Der Speicher 5 gibt innerhalb dieses Zeitraums die vorher gespeicherte Energie an das Netz ab oder nimmt die überflüssige Energie vom Netz auf und reduziert somit die Maximalgröße der Nichtausgeglichenheit der Leistungen sowie die dementsprechende Drehzahlabweichung der Turbine 1 gegenüber der Synchrondrehzahl. Da der Drehzahlgleichhalter der Turbine 1 eine kleinere Abweichung nachbessern muss, ist der eingeschwungene Betriebszustand schneller wiederhergestellt.
-
Der zweckmäßige Bereich für Drehzahl-Sollabweichungen hängt von den Eigenschaften der Turbine 1 und des Generators 2 ab.
-
Beim Einsatz von Synchron- oder Asynchron-Generatoren mit einer Dampf-, Gas- oder Dampf-Gas-Turbine, und wenn die Turbinenträgheit relativ kleine Drehzahlabweichungen gegenüber der Synchrondrehzahl bei Lastsprüngen (Wirkleistung) sicherstellt, kann dieser Bereich ±(0,1–1,0)% betragen. Im Falle eines Asynchrongenerators mit einer Wasserturbine, die eine niedrigere Trägheit aufweist, kann die Umschalt-Drehzahlabweichung des Umformers 6 im Bereich ±(5–10)% vorgegeben werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- P. S. Zhdanov. Probleme der Stabilität von Stromversorgungsnetzen. Moskau. Verlag ENERGIA, 1979, S. 14 [0019]
- V. N. Stelmakov und andere. „Phasenumkehreinrichtungen mit Thyristorsteuerung”. ENERGETIK, Heft 8, 2010 [0022]
