DE2159722A1

DE2159722A1 - Electric power supply system

Info

Publication number: DE2159722A1
Application number: DE19712159722
Authority: DE
Inventors: Harry Hawley Hadley Wood Hertfordshire; Roche Peter Stafford; Begent (Großbritannien)
Original assignee: English Electric Co Ltd
Current assignee: English Electric Co Ltd
Priority date: 1970-12-04
Filing date: 1971-12-02
Publication date: 1972-06-15
Also published as: GB1330473A; CH544432A; ZA717895B; AU459066B2; AU3625071A; FR2117353A5

Description

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Dr.-Ing. Wilhelm Reichel WjL-fcg. Wolfing Reichel 6 Frankfurt a. M. 1 13Dr.-Ing. Wilhelm Reichel WjL-fcg. Wolfing Reichel 6 Frankfurt a. M. 1 13th

The English Electric Company Limited 1 Stanhope Gate, London, W.1, EnglandThe English Electric Company Limited 1 Stanhope Gate, London, W.1, England

Elektrisches EnergieversorgungßsystemElectrical power supply system

I Die Erfindung besieht sich auf ein Energieversorgungssystem, ' bei dem insbesondere mindestens 1 Wechselstromgenerator von einer Antriebsmaschine angetrieben wird, um einem Versorgungsnets Energie zuzuführen. I is The invention shall look to a power supply system 'in which in particular at least 1 alternator of an engine driven to a supply Nets supply power.

Bei den meisten Wechselstrom-Energieversorgungosystemen ist es erwünscht die Versorgungsfrequenz in der Nähe ihres Nennwertes zu halten und die Stabilität zwischen benachbarten Teilen des Systems aufrechtzuerhalten. Venn eine plötzliche -Änderung entweder der elektrischen Last in dem System oder der Anzahl der miteinander verbundenen Stromerzeugungsanlagen auftritt, ändert eich die Frequenz des Systems undIn most AC power systems, it is desirable to keep the supply frequency near its nominal value and to maintain stability between adjacent parts of the system. If there is a sudden change in either the electrical load on the system or the number of interconnected power plants, the frequency of the system and will change

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setzt ihre Änderung solange fort, bis ein neues Ener^iegleichgewicht erreicht ist, so daß die Gesamtlast gleich der Gesamtenergieerzeugung ist. Den Reglern bei den elektrischen Generatoren obliegt es die Größe der erzeugten Leistung einzustellen, um tu versuchen, die Systemfrequenz auf einen gewünschten Wert zu halten. Bei den bekannten Enersieerzeugungssystemen wird bei einer Bewegung der Regler die erzeugte Leistung nicht unmittelbar erhöht. Bei thermischen Energieerzeugungsanlagen, z. B. können Verzögerungen bis zu vielen Sekunden auftreten, bevor der erhöhte oder erniedrigte Danpfstrom,aufgrund der Bewegung des Reglers, durch die verschiedenen (Purbinenstufen gelangt, so daß sich~nur eine langsame Änderung der Ausgangsenergie ergibt. Ähnliche Verzögerungen treten erfahrungsgemäß bei der Erzielung einer,gewünschten Ausgangeleistung auch bei anderen Erzeugungsarten, wie beispielsweise bei hydraulischen !Turbinen und in einem geringeren Auemaß bei Gasturbinen-Generatoren auf.continues to change until there is a new energy equilibrium is reached so that the total load is equal to the total energy production. The controls on the electric It is the responsibility of generators to adjust the amount of power generated, in order to try to keep the system frequency at a desired value. In the known energy generation systems the generated power is not increased immediately when the controller is moved. In the case of thermal energy generation systems, z. B. delays of up to many seconds can occur before the increased or decreased steam current, due to the movement of the regulator, through the various (turbine stages, so that ~ only a slow Change in output energy results. Experience has shown that similar delays occur in the achievement of a desired one Output power also with other types of generation, such as in hydraulic turbines and to a lesser extent in gas turbine generators.

Die Langsamkeit der meisten elektrischen Energiesysteme,hinsichtlich ihrer Energieerzeugungshöhe, bedeutet, daß mindestens eine kurzfristige Änderung der Frequenz auftritt, die mehr oder weniger unerwünscht ist. Um irgendwelchen plötzlichen Änderungen der elektrischen Last oder der erzeugten elektrischen Energie folgen zu können, ist es erforderlich, daß eine Energiequelle oder Senke unmittelbar zur Verfügung steht, um der Änderung entgegenzuwirken.The slowness of most electrical power systems, as to their level of energy production, means that at least there is a short-term change in frequency that is more or less undesirable. Any sudden To be able to follow changes in the electrical load or the electrical energy generated, it is necessary that a Energy source or sink is immediately available to counteract the change.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Energieversorgungssystem vorzuschlagen, welches diese Forderungen erfüllt. ■--.■■-The invention is based on the object of an electrical To propose energy supply system that meets these requirements. ■ -. ■■ -

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem elektrischen Energieversorgungssystem, bei dem mindestens Λ Wechselstromgenerator von einer.Antriebsmaschine angetrieben wird, um einem Versorgungsnetz Energie zuzuführen, eine dynamoelektrische Hilfsmaschine, die als Motor und als Generator arbei-The solution to this problem is that in an electrical power supply system in which at least Λ alternating current generator is driven by a drive machine in order to supply energy to a supply network, a dynamo-electric auxiliary machine, which works as a motor and a generator.

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ten kann, über eine Gleichstromverbindung mit den Versorgungsnetz verbunden ist, wobei zur Messung der Frequenz oder Phase des Versorgungsnetzes und zur Steuerung des über die Gleichstromverbindung fließenden Leistungsflußes ein Steuerkreis zwischen der Hilfsmaschine und dem Versorgungsnetz derart vorgesehen ist, daß die Frequenz oder Phase bestrebt ist, innerhalb bestimmter Grenzen zu bleiben.via a direct current connection to the supply network is connected, for measuring the frequency or phase of the supply network and for controlling the via the direct current connection flowing power flow a control circuit between the auxiliary machine and the supply network in such a way it is provided that the frequency or phase strives to remain within certain limits.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung eine Ausführungsform der Erfindung als Beispiel näher'beschrieben, wobei die Zeichnung in schematischer Form ein Schaltdiagramm eines elektrischen Energieversorgungssystems,gemäß der Erfindung, wiedergibt.In the following, an embodiment of the invention is described in more detail as an example with reference to the drawing, the Drawing in schematic form a circuit diagram of a electrical power supply system, according to the invention, reproduces.

Das in der Zeichung dargestellte Energieversorgungssystem weist Generatoren 1, 2, 3 und 4 auf, die mit ihrer vollen Nennlast arbeiten, um den Lastkreisen 3o, 31 über die Reaktanzen 5» 6, 7 und 8 und den Vermaschungsreaktanzen 9 und Io Energie zuzuführen. Das System weist ferner Generatoren 11, 12 und 13 auf, die nur bei 75 % ihre Nennlast arbeiten, so daß sie eine längerfristige Leistungsreserve zur Verfügung stellen können.The energy supply system shown in the drawing has generators 1, 2, 3 and 4 which work with their full nominal load in order to supply energy to the load circuits 3o, 31 via the reactances 5 »6, 7 and 8 and the meshing reactances 9 and Io. The system also has generators 11, 12 and 13 which only work at 75 % of their nominal load, so that they can provide a longer-term power reserve.

Um eine kurzfristig einsatzfähige Leistungsreserve zu haben, sind Hilfsmaschinen 14, 15 und 16 ebenfalls mit dem Netz gekoppelt, jedoch sind diese Maschinen über die Gleichstroraleitungen 17» 18 und 19 entsprechend verbunden. Jede dieser Gleichstromleitungen 17» 18 und 19 weist an einem Ende einen ersten Gleichrichter/Umformerkreis 2o, 21 und entsprechend 22 sowie einen zweiten Gleichrichter/Umformerkreis 23» 24 und entsprechend 25 am anderen Ende auf. Jeder dieser Kreise 2o bis 25 kann entweder als ein Umformer oder als ein Gleichrichter betrieben werden, und zwar je nach dem wie der Schaltkreis Geschaltet wird. Hit den Hilfsmaschinen 14, 15, 16 sindIn order to have a short-term operational reserve, auxiliary machines 14, 15 and 16 are also connected to the network, however, these machines are on the DC lines 17 »18 and 19 connected accordingly. Each of these direct current lines 17 »18 and 19 has one at one end first rectifier / converter circuit 2o, 21 and correspondingly 22 and a second rectifier / converter circuit 23 »24 and corresponding to 25 at the other end. Each of these circles 2o to 25 can operate either as a converter or as a rectifier, depending on how the circuit is Is switched. Hit the auxiliary machines 14, 15, 16 are

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Schwungräder 26, 27, 28 verbunden, von denen jedes ein Gesamtgevricht von 16o Tonnen,einen Drehradius von 6o,0 cn (2 Fuß) aufweist und mit 5ooo Umdrehungen pro Minute drehbar ist. Wenn 4o ^c/o der gespeicherten kinetischen Energie in elektrische Energie umgewandelt werden kann, kann jede Maschine 14,. 15 und 16 8 Sek. lang o,15 GU leisten. (Für einige Anwendungsfälle kann die kinetische Energie der Hilfι maschinen selbst ausreichend sein, wobei in diesem Falle die Schwungräder 26, 27 und 28 nicht notwendig sind.)Flywheels 26, 27, 28 connected, each of which has a total weight of 160 tons, a turning radius of 6o, 0 cn (2 feet) and is rotatable at 500 revolutions per minute. If 4o ^c / o of the stored kinetic energy can be converted into electrical energy, each machine 14,. 15 and 16 for 8 seconds o.15 GU. (For some applications, the kinetic energy of the auxiliary machines themselves may be sufficient, in which case the flywheels 26, 27 and 28 are not necessary.)

Die kinetische Energie jeder Hilfsmaschine ist somit bedeutsam und durch eine entsprechende Einschaltung der Steuerungen der Gleichstromverbindungsleitungen kann somit Leistung ab-oder zugeführt werden. Durch Betätigung des Schaltkreises 2o als ein Gleichrichter und des Schaltkreises 23 als ein Umformer kann daher z.B. von der Hilfsmaschine 14 eine Leistung über die Gleichstromverbindungsleitung 17 dem Hauptsystem zuge-"führt werden. Diese Leistung wird von.der kinetischen Energie der Maschine gewonnen, die als ein Generator wirkt. Wenn der Schaltkreis 23 als Gleichrichter betätigt wird, und der Schaltkreis 2o als Umformer, so v/ird die Leistung in entsprechender Weise über die Gleichstromverbindungsleitung der HiIfsmaschine 14 zugeführt, die als ein Motor wirkt, welcher die elektrische Energie in kinetische Energie umwandelt. Die kinetische Energie der Hilfsmaschinen stellt somit eine schnell zur Verfügung stehende Quelle oder Senke für einen kurzfristigen Leistungsbedarf der Hauptgeneratoren dar.The kinetic energy of each auxiliary machine is therefore significant, and power can be supplied or removed by switching on the controls of the direct current connection lines accordingly. By actuating the circuit 2o as a rectifier and the circuit 23 as a converter, power can therefore be supplied from the auxiliary machine 14 to the main system via the direct current connection line 17. This power is obtained from the kinetic energy of the machine, which is used as a When the circuit 23 is operated as a rectifier and the circuit 2o as a converter, the power is correspondingly supplied via the direct current connection line to the auxiliary machine 14, which acts as a motor which converts electrical energy into kinetic energy The kinetic energy of the auxiliary machines thus represents a quickly available source or sink for a short-term power requirement of the main generators.

V/ährend des Betriebes werden die Hilfsmaschinen 14, 15 "und und die mit ihnen verbundenen Schwungräder normalerweise bei einer stetigen Geschwindigkeit in Drehung gehalten, wobei lediglich soviel Leistung aus dem Hauptleistungssystem über die Gleichstromverbindungsleitungen entnommen wird, daß die Verluste der Hilfsmaschinen kompensiert werden. During operation, the auxiliary machines 14, 15 "and and their associated flywheels are normally kept rotating at a steady speed , with only enough power being drawn from the main power system via the direct current connection lines to compensate for the losses of the auxiliary machines.

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Wenn in dem Hauptleistungssystem ein Verlust oder eine Verringerung der Last oder eine Erzeugung stattfindet, so wird die sich ergebende .Änderung der Frequenz, Hinse oder der Leistung in den System durch nicht näher dargestellte Steuerkreise gemessen, die mit den Hilfsmaschinen 14, 15 und 16 in Verbindung stehen. Wenn z.B. die Systemgeschwindigkeit abfällt, so werden die Gleichstronverbindungsleitungen 17, 18 und 19 derart betätigt, daß ein Leistungsstrom von den Hilfsmaschinen, welche nunmehr als Generatoren arbeiten, zu den Lastkreisen stattfindet. Ahnliche Maßnahmen werden ergriffen, wenn die Frequenz des Hauptsystems ansteigt, wobei in diesem Falle die EiIfsmaschinen als. Motoren betrieben v/er- λ den, welche von dem Hauptsysten Energie absorbieren. Der Leistungsfluß durch die Gleichstromverbindungsleitungen wird somit in einer Weise gesteuert, welche dazu neigt die Frequenz des Hauptsystems innerhalb gewisser Grenzen zu halten.If there is a loss or a reduction in load or generation in the main power system, the resulting change in frequency, feed or power in the system is measured by control circuits (not shown) connected to auxiliary machines 14, 15 and 16 in Connected. If, for example, the system speed drops, the DC connection lines 17, 18 and 19 are operated in such a way that a power flow takes place from the auxiliary machines, which now operate as generators, to the load circuits. Similar measures are taken when the frequency of the main system increases, in which case the control machines as. Motors operated v / λ which absorb energy from the main system. The flow of power through the direct current connection lines is thus controlled in a manner which tends to keep the frequency of the main system within certain limits.

Bei Kopplung der Hilfsmaschinen 14, 15 und 16 mit dem Hauptleistungssystem über die Gleichstromverbindungsleitungen ist es nicht notwendig, daß.die Maschinen 14, 15 und 16 mit dem übrigen Teil des Systems synchron laufen. Dies erlaubt eine . beträchtlich größere Verwendung der leinetischen Energie der Hilfsmaschinaials es bei einer synchronen Verbindung mit dem Hauptleistungssystem möglich wäre. Die Gleichstromver- ™ bindungsleitung ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, da sie eine schnelle und genaue Steuerung sowohl der Größe als auch der Richtung des Leistungsstromes in die und aus der Hilfsmaschine erlaubt.When coupling the auxiliary machines 14, 15 and 16 to the main power system It is not necessary that the machines 14, 15 and 16 with the the rest of the system run synchronously. This allows one. considerably greater use of the linetic energy of the Auxiliary machinaials it with a synchronous connection with the main benefit system would be possible. The DC power ™ Link line is an essential feature of the invention as it provides quick and accurate control of both size as well as the direction of the power flow in and out the auxiliary machine allowed.

Eine weitere Verwendung der Erfindung liegt in der Verbesserung der Übergangsstabilität eines elektrischen Energieversorgungseystens. Hierbei wird ein herkömmliches Generatorsystem zugrunde gelegt, welches mehrere Generatoren aufweist, die ein großes Energieversorgungsnetz speisen. Ein Fehler auf einer die Generatoren verbindenden Leitung bewirkt, daß die elektrische Last von den Generatoren elektrisch in der Rühe desAnother use of the invention is in improving the transition stability of an electrical power supply system. This is based on a conventional generator system laid, which has several generators that feed a large power supply network. A bug on one The line connecting the generators causes the electrical load from the generators to be electrical in the rest of the

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Fehlers entfernt wird, wodurch bewirkt wire!, doG diene Generatoren hochlaufen. In ähnlicher Weine werfen andere Generatoren, die von den Fehler elektrisch entfernt liefen, ein Defizit hinsichtlich der Energieerzeugung aufweisen, wodurch sie langsamer laufen werden. Nach Entfernung des Fehlers v/erden die zwei Generatorsätze versuchen v/i ede r in den Synchronismus zu gelangen und werden dies jedoch nur dann erreichen, wenn die Phasenwinkel der zwei Systeme eich nicht zu weit voneinander entfernt haben. Eine ifbergangcinstabilität ist in einer solchen Situation eine potentielle Gefahr.Error is removed, which causes wire !, doG diene Generators start up. Others throw in similar wines Generators that ran electrically away from the fault have a deficit in terms of power generation, as a result of which they will run slower. After the error has been removed, the two generator sets try v / i e r to synchronism and will only achieve this if the phase angles of the two systems are not calibrated too far apart. A transition instability is a potential hazard in such a situation.

Durch eine geeignete Anwendung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Auseinandergehen der Phasenwinkel der zv/ei Generatorsätze zu verlangsamen, so daß die Wiedergewinnung des Synchronismus nach Entfernung des Fehlers erfolgreich durchgeführt werden kann.By a suitable application of the present invention, it is possible to determine the divergence of the phase angles of the zv / ei generator sets to slow down, so that the regaining of synchronism after removal of the fault is successful can be carried out.

Ein Fehler, der z.B. in dem Versorgungssystem, welches anhand der Zeichnung oben beschrieben wurde, elektrisch in der Nähe des Generators 2 auftritt, kann bewirken, daß der Generator 2 hochläuft und daß die Generatoren 3 .und 4· langsamer werden. Durch eine geeignete Betriebsweise der Gleichstromverbindungsleitungen 17» 18 und 19 kann die Hilfsmaschine 14 veranlaßt werden, dem System 'elektrische Energie zu entziehen, während die Hilfsmaschinen 15 und 16 elektrische Energie in das System einspeisen. Auf diese Weise wird das Auseinandergehen der Phasenwinkel der Generatoren 2, 3 und 4 verlangsamt, so daß hierdurch eine Resynchronisation erfolgreich durchgeführt werden kann, die auf andere Weise nicht möglich wäre.A fault, for example in the supply system, which was described with reference to the drawing above, is electrically nearby of the generator 2 occurs, can cause the generator 2 to run up and that the generators 3 .and 4 · slower. The auxiliary machine 14 can be initiated by a suitable mode of operation of the direct current connection lines 17 »18 and 19 are to extract electrical energy from the system, while auxiliary machines 15 and 16 feed electrical energy into the Feed the system. In this way the divergence of the phase angles of the generators 2, 3 and 4 is slowed down, see above that a resynchronization was successfully carried out as a result that would not be possible any other way.

Bei einer Abwandlung der in der Zeichnung dargestellten Ausführuncsform der Erfindung, können die HiIfsmaschinen 15 und 16 durch Gleiehstromaschinen ersetzt v/erden. In diesem Falle sind die Gleichrichter/ünformerschaltkreise 2o, 21 und 22In a modification of the embodiment of the invention shown in the drawing, the auxiliary machines 15 and 16 replaced by traction machines. In this Trap are the rectifier / transformer circuits 2o, 21 and 22

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nicht notwendig, da die. Gleiclir.tronnfinchinen mit Hilfenot necessary because the. Gleiclir.tronnfinchinen with help

mechanischer Mittel selbst Tür eine G sorgen.mechanical means itself door a G care for.

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Claims

Electrical energy supply system, for at least the c a Y / echselstromgenerator driven by a prime mover is to supply energy to a supply network, characterized in that a dynamo-electric auxiliary machine (14, 15, 16), which as Hotor and can work as a generator, via a direct current connection (17 »18, 19) is connected to the supply network, and that for measuring the frequency or "phase of the supply network and for controlling the power flow flowing through the direct current connection (17, 16, 19), a control circuit between the Auxiliary machine (14, 15, 16) and the supply network is provided in such a way that the frequency or phase strives to stay within certain limits.

2. Electrical energy supply system according to claim 1, characterized marked that the auxiliary machine (14, 15, 16) is an alternating current phase line.

Electrical energy supply device according to claim 2, characterized in that the direct current connection (17, 18, 19) has first and far cold tea means (2o, 23 or 21, 24 or 25, 22) has, 'each of which can be operated as a rectifier or as a converter.

4. Electrical energy supply system according to claim 1 or one of the following, characterized in that the auxiliary machine (14, 15, 16) is connected to a flywheel (26, 27) (28).

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