DE2105066B2

DE2105066B2 - ARRANGEMENT FOR INDUCTIVE LIMITATION OF OVERCURRENTS IN POWER SUPPLY GRIDS

Info

Publication number: DE2105066B2
Application number: DE19712105066
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing.Dr. 6000 Bergen-Enkheim Becker
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1971-02-04
Filing date: 1971-02-04
Publication date: 1972-08-31
Also published as: DE2105066A1

Description

Durch hohe Reaktanzwerte von Drosselspulen wird einerseits eine merkliche Reduzierung der Kurzschlußleistung bewirkt, andererseits wird aber die Spannungshaltung gefährdet. Letzteres ist der Grund, On the one hand, the high reactance values of choke coils result in a noticeable Reduction of the short-circuit power causes, on the other hand, however, the voltage stability endangered. The latter is the reason

daß Drosselspulen hoher Reaktanz zur Begrenzung von Überströmen bislang nicht verwendet wurden, sondern wesentlich kompliziertere Anordnungen getroffen wurden.that choke coils of high reactance to limit overcurrents so far were not used, but made much more complicated arrangements became.

Durch den Ausgleich der Blindleistungen in jedem der zu verbindenden Netzteile, wodurch bei Leistungsübertragung praktisch nur eine Phasendrehung der Spannungen der beiden Netzteile erfolgt, kann die Gefährdung der Spannungshaltung beseitigt werden. By balancing the reactive powers in each of the connected Power supply units, which means that practically only a phase shift of the Voltage of the two power supply units takes place, the voltage stability can be endangered be eliminated.

Es ist bereits bekannt, bei einem Energieversorgungsnetz, bei dem einzelne Netzteile über Stelltransformatoren miteinander verbunden sind, Mittel zum Blindleistungsausgleich in jedem der Netzteile vorzusehen, um zwecks besserer Spannungshaltung der Netzteile einen Blindleistungsfluß zwischen den einzelnen Netzteilen zu vermeiden (Zeitschrift »ETZ-A«, 1960, S. 176 bis 181). It is already known in a power supply network in which individual power supplies are connected to one another via variable transformers, means to provide for reactive power compensation in each of the power supply units in order to improve Voltage maintenance of the power supply units ensures a flow of reactive power between the individual power supply units to be avoided (magazine "ETZ-A", 1960, pp. 176 to 181).

Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. The invention is based on the embodiments shown in the drawing explained in more detail.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, zerfällt das in sich autarke Netz in zwei Teile, A und B. Die beiden Netzteile A und B, in die mehrere Generatoren GA 1 bis GA 3 und GB1 bis GB3 einspeisen und von denen mehrere Verbraucher VA 1, VA 2 und VB 1, VB2 gespeist werden, sind dabei über eine Kuppelstelle verbunden. Es können auch mehr als drei Generatoren vorhanden sein. Außerdem können mehrere Kuppelstellen vorgesehen sein. Je nach gefordertem Grad der Versorgungssicherheit muß diese bei Ausfall einer Einheit, z. B. GA 1, gewahrt bleiben.As can be seen from FIG. 1, the self-sufficient network is divided into two Parts, A and B. The two power supplies A and B, in which several generators GA 1 bis Feed GA 3 and GB1 to GB3 and of which several consumers VA 1, VA 2 and VB 1, VB2 are fed, are connected via a coupling point. It can there may also be more than three generators. In addition, several coupling points can be used be provided. Depending on the required level of security of supply, this must be at Failure of a unit, e.g. B. GA 1, are maintained.

Ein Teil der Reserveleistung ist in den verbleibenden Generatoren, z. B. GA 2, GA 3, des betreffenden Netzteiles, z. B. A, vorhanden, während der Rest aus dem anderen Netzteil, z. B. B, bezogen werden muß, um eine einwandfreie Versorgung zu gewährleisten. Die Kuppelstellen sind aus diesem Grunde auf die im Störungsfall zu übertragende Austauschleistung auszulegen. Durch die Verwendung von Drosselspulen hoher Reaktanz an der Kuppelstelle und sofern die Blindleistungen im jeden Netzteil, z. B. mittels geeigneter Phasenschieber PhA, PhB, entsprechend einreguliert werden, tritt nur eine Phasenverdrehung zwischen den Netzspannungen der Netzteile A und B auf, und zwar wird der Austauschstrom voreilend für das belieferte und nacheilend für das liefernde Netzteil. Das bedeutet, daß bei mehreren Kuppelstellen diese aufeinander abzustimmen sind, d. h., sie müssen die gleiche prozentuale Kuppelreaktanz aufweisen. Dabei sind gegebenenfalls vorhandene Reaktanzen der Transformatoren TA 1 bis TA 3 bzw. TB 1 bis TB3 und der Leitungen zu berücksichtigen. Als geeignet für die Auslegung der Kuppelstellen hat sich eine Kurzschlußspannung von 25 bis 70 O/o, bezogen auf die Durchgangsleistung der Kupplung, herausgestellt. Bei einem derartigen Bereich der Kurzchlußspannung und einer entsprechenden Bemessung der Kuppelstelle erhöht sich die gesicherte Leistung des Gesamtnetzes sehr beträchtlich, so daß in einem Netzteil A oder B ein Generator ohne Beeinträchtigung des Gesamtsystems ausfallen kann. Fällt z. B. ein Generator an der Sammelschiene aus, so ergeben sich zunächst zwei zeitliche Grenzfälle. Zu Beginn des Ausgleichsvorganges werden die Generatoren durch ihre transiente Reaktanz und die konstant anzunehmende transiente Spannung ersetzt. Infolge der hohen Kuppelreaktanz wird das Netzteil B zu diesem Zeitpunkt praktisch noch nicht beeinflußt. Erst am Ende des Ausgleichsvorganges wird die Lastverteilung z. B. durch die verwendeten Turbinen- und Spannungsregler bestimmt. Bei gleicher prozentualer Statik (Drehzahlabfall) mit steigender Wirkbelastung teilt sich die Wirkleistung auf die Generatoren im Verhältnis der entsprechenden Nennleistungen auf. Durch Eingriff in die Regelung von Hand oder durch eine übergeordnete Regelung kann aber auch jede andere Leistungsaufteilung erreicht werden. Die Blindleistungsaufteilung wird durch die Eigenschaften der Spannungsregler, die Reaktanzen des Systems und bei großen Reaktanzen auch durch den Wirklastfluß bestimmt.Part of the reserve power is in the remaining generators, z. B. GA 2, GA 3, the power supply concerned, z. B. A, while the rest from the other power supply, e.g. B. B, must be related to a proper supply to ensure. For this reason, the coupling points are on in the event of a malfunction to interpret the exchange service to be transferred. Through the use of reactors high reactance at the coupling point and provided the reactive power in each power supply unit, z. B. can be adjusted accordingly by means of suitable phase shifters PhA, PhB, only a phase shift occurs between the line voltages of the power supply units A and B on, namely the exchange flow is leading and lagging for that supplied for the supplying power supply unit. This means that if there are several coupling points, these are on top of each other are to be agreed, d. that is, they must have the same percent coupling reactance. In this case, any reactances of the transformers TA 1 to TA are present 3 or TB 1 to TB3 and the cables must be taken into account. As suitable for interpretation of the coupling points has a short-circuit voltage of 25 to 70 O / o, based on the throughput of the clutch. In such an area the short-circuit voltage and a corresponding dimensioning of the coupling point increased the secured performance of the entire network is very considerable, so that in one Power supply A or B a generator fail without affecting the overall system can. Falls e.g. B. from a generator on the busbar, so result first two temporal borderline cases. At the beginning of the equalization process, the generators by their transient reactance and the constant transient voltage to be assumed replaced. Due to the high coupling reactance, the power supply unit B becomes at this point in time practically not yet affected. Only at the end of the balancing process is the load distribution z. B. determined by the turbine and voltage regulator used. With the same Percentage static (drop in speed) with increasing active load is shared by the Active power on the generators in relation to the corresponding nominal powers on. By manual intervention in the control or by a higher-level control however, any other division of services can also be achieved. The reactive power distribution is determined by the characteristics of the voltage regulator, the reactances of the system and with large reactances also determined by the active load flow.

Wären beide Netzteile getrennt, so würde sich bei dem Ausfall eines Generators für den betroffenen Netzteil ein neuer Betriebspunkt einstellen, d. h., in diesem Netzteil sinkt die Spannung um einen gewissen Betrag ab. Sind beide Netzteile direkt miteinander verbunden, so teilt sich die resultierende Blindleistung entsprechend den Kennlinienneigungen der beiden Generatorengruppen GA und GB auf. Die Spannungen in beiden Netzteilen sinken dabei entsprechend ab. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung der Drosselspule ergeben sich im ersten Moment Betriebspunkte, die zwischen denen liegen, die sich bei offenen und verbundenen Netzteilen A und B ergeben. Infolge der Übertragung eines Wirkstromes über die Drosselspule von dem Netzteil A zu dem Netzteil B werden durch den Spannungsabfall der Drosselspule die Spannungen gegeneinander phasenverschoben, und es wird ein Spannungsunterschied zwischen den beiden Netzteilen auftreten können. Ist der Strom in Phase mit der Spannung U des Netzteiles A, so stellt er für das Netzteil B eine zusätzliche kapazitive Belastung dar. Die Spannung U des Netzteiles B ist somit größer als die Spannung U des Netzteiles A. Ist der Strom in Phase mit der Spannung U des Netzteiles B, so muß daß Netzteil A zusätzliche induktive Blindleistung liefern. Die Spannung U des Netzteiles A ist damit größer als die Spannung U des Netzteiles B. Liegt die Phase des Stromes zwischen diesen beiden Werten, so wird das Netzteil A induktiv und das Netzteil B kapazitiv belastet. Die Spannungsunterschiede gleichen sich aus, wenn die Stromphase die Winkeldifferenz gerade halbiert. If both power supplies were separated, one of them would fail Set a new operating point in the generator for the power supply unit concerned, d. H., In this power supply unit, the voltage drops by a certain amount. Are both power supplies connected directly to one another, the resulting reactive power is divided accordingly the slope of the characteristic of the two generator groups GA and GB. The tension in both power supplies decrease accordingly. When used according to the invention the choke coil at the first moment there are operating points between those that result from open and connected power supplies A and B. As a result the transmission of an active current via the choke coil from the power supply unit A to the Power supply unit B is the voltages against each other due to the voltage drop in the choke coil out of phase, and there will be a voltage difference between the two power supplies may occur. If the current is in phase with the voltage U of the power supply unit A, then it represents an additional capacitive load for the power supply unit B. The voltage U of the power supply unit B is thus greater than the voltage U of the power supply unit A. Is the Current in phase with the voltage U of the power supply unit B, so that the power supply unit A must be additional deliver inductive reactive power. The voltage U of the power supply unit A is thus greater than the voltage U of the power supply B. Is the phase of the current between these two values, then the power supply unit A is inductively and the power supply unit B is loaded capacitively. The voltage differences balance out if the current phase has the angle difference just cut in half.

Um bei unterschiedlicher Belastung der Kuppelstelle bzw. den Kuppelstellen dem gewünschten Zustand, nämlich daß die Spannungen der Teilnetze nur im Winkel, nicht in der Amplitude verschieden sind, möglichst nahezukommen, sind verschiedene Maßnahmen möglich. Setzt man schaltbare Kondensatorbatterien ein, die man dem Netzteil mit Generatorausfall zuschaltet, so werden einmal die Generatoren vom Blindstrom entlastet, zum anderen kann durch geeignete Wahl der Größe der Kondensatorbatterie Amplitudengleichheit der Spannungen der beiden Netzteile erreicht werden. To with different loads of the coupling point or the coupling points the desired state, namely that the tensions of the subnetworks are only at an angle, are not different in amplitude, come as close as possible, are different Measures possible. If you use switchable capacitor batteries that you connect to the power supply unit switches on when the generator fails, the generators are once powered by the reactive current relieved, on the other hand, by suitable choice of the size of the capacitor bank Equal amplitude of the voltages of the two power supplies can be achieved.

Will man schaltbare Kondensatoren vermeiden, so kann man beiden Netzteilen je eine feste Kondensatorbatterie mit verminderter Leistung zuordnen, d. h., diese sind auch im Normalbetrieb an den Netzteilen angeschlossen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Generatoren gerade mit ihrer Nennleistung belastet sind, wobei durch Sollwertverstellung ebenfalls Spannungsabsenkungen ausgeglichen werden können. If you want to avoid switchable capacitors, you can use both power supplies assign a fixed capacitor bank with reduced power, d. i.e., this are also connected to the power supply units during normal operation. By this measure it is achieved that the generators are loaded with their nominal power, voltage drops are also compensated for by adjusting the setpoint can.

Neben Kondensatoren kann man auch Phasenschieber einsetzen, die man kontinuierlich den jeweiligen Lastverhältnissen der Kupplung anpassen kann. In addition to capacitors, you can also use phase shifters that you can continuously adapt to the respective load conditions of the clutch.

Man kann hierfür aber auch vorhandene Synchrongeneratoren oder Motoren heranziehen, wenn man sie mit einer entsprechenden Regelung ausrüstet.However, existing synchronous generators or motors can also be used for this purpose consult if you equip them with a corresponding regulation.

Als besonders vorteilhaft hat sich für die vorliegende erfindungsgemäße Anordnung eine regelbare Drosselspule in Verbindung mit einer parallelliegenden Kondensatorbatterie herausgestellt, die zusammen einen statischen Phasenschieber darstellen, der in vielen Fällen den wirtschaftlichen und technischen Vergleich mit einem rotierenden Phasenschieber nicht zu scheuen braucht. Wie in F i g. 2 dargestellt, wird eine regelbare Drossel RD mit ihren 3phasigen Wechselstromwicklungen an eine Drehstrom-Sammelschiene B' angeschlossen. Der Magnetisierungsblindstrom der Wicklungen läßt sich von annähernd Null kontinuierlich bis zum Nennstrom ändern, wenn man über eine vorhandene zweite Wicklungsanordnung einen Gleichstrom einspeist und diesen Gleichstrom verändert. Dabei ist der Wechselstrom annähernd proportional dem Gleichstrom und relativ unabhängig von der anliegenden Wechselspannung. It has been found to be particularly advantageous for the present invention Arrangement of an adjustable choke coil in connection with a parallel one Capacitor battery turned out to be a static phase shifter together represent the economic and technical comparison in many cases need not be afraid of using a rotating phase shifter. As in Fig. 2 shown, an adjustable choke RD with its 3-phase alternating current windings is connected to a Three-phase busbar B 'connected. The magnetizing reactive current of the windings can be changed continuously from almost zero to the rated current if you over an existing second winding arrangement feeds a direct current and this Direct current changed. The alternating current is approximately proportional to the direct current and relatively independent of the applied AC voltage.

Das von den Generatoren GB gespeiste Netzteil B versorgt dabei über die Drosselspule (Reaktanz) die Sammelschiene B', die keinerlei Eigenerzeugung hat.The power supply unit B fed by the generators GB supplies over the choke coil (reactance) the busbar B ', which has no self-generation.

Die ReaktanzXK dient zur Begrenzung der Kurzschlußleistung auf der SammelschieneB. Die Sammelschiene B' ist belastet mit einer ohmschinduktiven Last, dargestellt durch den WiderstandRL und die Reaktanzen XL 1 und XL 2. Diese Reaktanzen sind schaltbar und erzeugen einen rasch veränderlichen Blindstrom.The ReaktanzXK is used to limit the short-circuit power on the Busbar B. The busbar B 'is loaded with an ohmic inductive load, represented by the resistance RL and the reactances XL 1 and XL 2. These reactances are switchable and generate a rapidly changing reactive current.

Eine Kondensatorbatterte XC kompensiert die Summe der Blindströme von XL 1 bis XL2, so daß der Netzstrom ein reiner Wirkstrom ist. Die regelbare Drosselspule RD wird über einen Thyristorstromrichter GL erregt. Die Ansteuerung der Thyristoren erfolgt so über eine MeßeinrichtungBM für den Netzblindstrom und einen Verstärker V, daß bei veränderlichen Werten von XL der resultierende Netzblindstrom weiterhin Null bleibt. A capacitor bank XC compensates the sum of the reactive currents from XL 1 to XL2, so that the mains current is a pure active current. The adjustable choke coil RD is excited via a thyristor converter GL. The control of the thyristors takes place via a measuring device BM for the mains reactive current and an amplifier V that with variable values of XL the resulting mains reactive current continues Remains zero.

Die Erregung der Regeldrossel RD kann ähnlich wie bei Synchronmaschinen von einer Reihe von Einflußgrößen bestimmt werden. Es ist neben einer Blindstromregelung eine Spannungsregelung, eine Blindleistungsregelung oder eine Regelung des cos P möglich. The excitation of the control throttle RD can be similar to that of synchronous machines can be determined by a number of influencing factors. It is next to a reactive current control a voltage regulation, a reactive power regulation or a regulation of the cos P possible.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß bei einwandfreiem Stabilitätsverhalten und guter Spannungshaltung 50°/o der bislang für notwendig erachteten Reserveleistung eingespart wird. The advantages of the present invention are particularly therein too see that with perfect stability behavior and good voltage maintenance 50% the reserve power previously considered necessary is saved.

Während für normale Laständerungen herkömmliche Spannungsregler und Erregersysteme ausreichen, wenn man im seltenen Störungsfall einen gewissen kurzzeitigen Spannungseinbruch hinnimmt, muß man bei vorhandenen rasch veränderlichen induktiven Verbrauchern der Kompensation der Blindleistung erhöhte Beachtung schenken. Man kann dieses Problem durch die Anwendung einer Stoßerregung bei den Generatoren, den rotierenden oder statischen Phasenschiebern lösen. While for normal load changes conventional voltage regulators and Excitation systems are sufficient if, in the rare event of a fault, a certain short-term Takes a voltage drop, one has to with existing rapidly changing inductive Pay greater attention to the compensation of reactive power for consumers. Man can solve this problem by applying shock excitation to the generators, loosen the rotating or static phase shifter.

Claims

Claims: 1. Arrangement for inductive limitation of overcurrents in energy supply networks by means of inductors, via which the individual power supplies are connected to one another, g e k e n n - characterized by the use of inductors with short-circuit voltages of 0.25 to 0.7 times the nominal voltage, based on the Through power, and means for reactive power compensation in each of the power supplies.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that all Chokes used at a coupling point with regard to the percentage coupling reactance are carried out roughly the same.

3. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the choke coils are designed as concrete or cast resin coils.

4. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that that in each of the interconnected networks a capacitor battery is optional can be switched on in the event of a fault.

5. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that that in addition to the capacitor banks arranged in the power supply units, one can be regulated Choke coil is provided to compensate for rapidly changing reactive currents.

6. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the adjustable inductor is excited by a thyristor converter, the is controlled by a measuring device located in the main current path.

7. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that that the existing generators with appropriate controllers for reactive power compensation and exciter arrangements are equipped.

8. Arrangement according to claim 1 or one of the following, characterized in that that for reactive power compensation rotating phase shifters with appropriate regulators and exciter arrangements are used.

The invention relates to an arrangement for inductive limiting of overcurrents in power supply networks by means of inductors through which the individual power supplies are connected to each other, especially at the coupling point of powerful high-voltage alternating current networks.

The constantly increasing energy demand and the changing concentration the energy producer and consumer in a confined space inevitably lead to a quite a considerable increase in the short-circuit power, what in terms of time at the time unavoidable malfunction very many difficulties brings with it problems. These relationships are particularly pronounced in the energy supply of industrial plants, z. B. Refineries. While one in the construction of new plants in many cases by appropriate design of the devices, in particular the switches and switchgear, To be able to counter this tendency in an economical way requires the often necessary Expansion of existing systems, special measures to ensure the security of the systems to guarantee even under difficult conditions.

The introduction of a higher voltage level usually leads to a certain solution to the short circuit current problem. In doing so, however, the economy and the need for such a measure due to power transmission problems and the introduction of larger machine units.

It is known to use a so-called limiting clutch for short-circuit current limitation to use.

The damping necessary for the operating behavior of the coupling causes that the coupling becomes an active power consumer in the event of a short circuit.

This property of the coupling is in some cases for the network stability cheap, but in certain applications this can have very significant disadvantages entail.

A means of limiting short-circuit power that has been known for a long time are choke coils, which are robustly designed as concrete or cast resin coils suitable places in the system. These reactors represent in many cases a useful means of converting existing systems for larger distribution tasks to be upgraded or, in the case of new systems, by reducing the short-circuit power to achieve economic advantages using cheaper switching devices. Their However, possible applications are limited by the voltage maintenance; because In predominantly inductive networks, the voltage stability is determined by the Reactive load ratios determined, which leads to certain stability problems. So amounts the relative short-circuit voltage of choke coils used up to now is about Uk = 0.03 up to 0.15U, so that there are no problems with maintaining the voltage.

The invention is based on the object of an arrangement for inductive Limitation of overcurrents in energy supply networks, especially at the coupling points of powerful high-voltage AC networks by means of choke coils, over which the individual power supplies are connected to each other, to create with the occurring short-circuit currents are reduced in a particularly economical way, without affecting the stability and voltage maintenance of the networks.

According to the invention, this object is achieved through the use of choke coils with short-circuit voltages of 0.25 to 0.7 times the nominal voltage, based on the Through power and means for reactive power compensation in each of the power supply units, solved.

In claim 1 protection is given only for the entirety of its features desired.