DE2529943B2

DE2529943B2 - Elektronische Schaltungsanordnung zum Parallelschalten von Wechselstromnetzen

Info

Publication number: DE2529943B2
Application number: DE2529943A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dipl.-Phys. 1000 Berlin Born; Josef Dr.-Ing. Cerny; Helmut Ing.(Grad.) 8520 Erlangen Leibold; Karl Tvrdik
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-07-02
Filing date: 1975-07-02
Publication date: 1979-01-04
Also published as: CH607403A5; SE409790B; DE2529943C3; AT348070B; JPS526958A; DE2529943A1; ATA294176A; SE7607359L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Schaltungsanordnung für das Parallelschalten von Wechselstromnetzen oder das Zuschalten von Generatoren auf in Betrieb befindliche elektrische Wechselstromnetze, bei der die parallelzuschaltenden Spannungen hinsichtlich ihrer Phasenlage in einer Phasenvergleicheinrichtung verglichen werden, die eine dem Phasenunterschied der beiden Spannungen entsprechende Dreieckspannung erzeugt und zu einer vor der Phasenübereinstimmung liegenden Vorgabezeit einen Scrtaltbefehl erzeugt.

Bei einer bekannten elektronischen Schaltungsanordnung dieser Art (DE-PS 15 38 087) ist dafür gesorgt, daß unter Berücksichtigung der jeweiligen Frequenzdifferenz und der jeweiligen Schaltereinschaltzeit ein Parallelschaltkommando genau dann gegeben wird, wenn die Spannungen der beiden parallelzuschaltenden Netze den momentanen Phasenwinkel Null aufweisen. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Frequenzdifferenz während der Schaltereinschaltzeit konstant bleibt. Übliche Schalter besitzen Einschaltzeiten bis zu etwa ms. Für eine bei Gasturbinen zulässige Fiequenzdifferenz von z, B. 1 Hz bedeutet dies, daß ein Parallelschaltbefehl bereits bei einem Vorschaltwinkel von > 180° vor dem Phasengleichheitspunkt von dieser Schaltungsanordnung abgegeben wird. Infolge Streuung der Schaltereinschaltzeit und/oder Änderung der Frequenzdifferenz während der Schaltereinschaltzeit kann die Parallelschaltung zu einem vom Synchronpunkt erheblich abweichenden Zeitpunkt erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese elektronische Schaltungsanordnung insofern z«i verbessern, daß ein Parallelschaltkommando nur in einem bestimmten Vorschaltwinkelbereich abgegeben wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer elektronischen Schalteranordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß ein zusätzlich zur Phasenvergleicheinrichtung vorhandenes Differenzierglied mit der Dreieckspannung beaufschlagt, das an seinem Ausgang eine dem Differentialquotienten der Dreieckspannung proportionale Rechteckspannung erzeugt, und dem Differenzierglied ist eine Summiereinrichtung nachgeordnet, die ebenfalls mit der Dreieckspannung beaufschlagt ist; an den Ausgang der Summiereinrichtung ist eine Grenzwertstufe angeschlossen, die bei einer einen vorgegebenen Mindestwert überschreitenden Ausgangsspannung der Summiereinrichtung ein Freigabesignal erzeugt, und der Phasenvergleicheinrichtung und der Grenzwertstufe ist eine Verknüpfungsschaltung für die Weitergabe des Schaltbefehls bei anstehendem Freigabesignal nachgeordnet.

Es ist zwar ein Parallelschaltgerät bekannt (DE-OS 15 63 351), bei dem eine aus der Differenz der Wechselspannung der parallel zu schaltenden Netze gebildete Schwebungsspannung einem Differenzierglied zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung zusammen mit der Schwebungsspannung an einen Signalgeber angeschlossen ist, jedoch werden hier die Augenblickswerte der Spannungen der parallel zu schaltenden Netze berücksichtigt, was für die Funktionssicherheit des bekannten Parallelschaltgerätes nachteilig ist. Demgegenüber wird bei der erfin.-'üngsgemäßen Schaltungsanordnung in einer Phasenvergleicheinrichtung eine Dreieckspannung gebildet, die nur vom Phasenunterschied der parallel zu schaltenden Spannungen abhängig ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß durch die Festlegung eines Mindestwertes der Ausgangsspannung der Summiereinrichtung ein Winkelbereich festgelegt wird, innerhalb dessen die Schaltungsanordnung ein Freigabesignal erzeugt; von der elektronischen Schaltungsanordnung wird daher für einen bestimmten vorgegebenen Winkel vor dem Zeitpunkt der Phasengleichheit der Spannungen der beiden parallelzuschaltenden Netze gerechnet ein Bereich freigegeben, innerhalb dessen ein Parallelschaltkommando erzeugt werden kann. Dabei wird in vorteilhafter Weise dafür gesorgt, daß bei langen Schaltereinschaltzeiten nur bei einer verhältnismäßig kleinen Frequenzdifferenz ein Parallelschaltkommando und nur bei Verwendung von Schaltern mit verhältnismäßig kurzer Einschaltzeit bei einer verhältnismäßig hohen Frequenzdifferenz ein Parallelschaltkommando erzeugt werden kann. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß unabhängig von einer Streuung der Einschaltzeiten bei Schaltern ein und desselben Typs bzw. Frequenzdifferenzänderungen während der Schaltereinschaltzeit ein Parallelschalten zumindest in unmittelbarer Nähe des Zeitpunktes der Phasenübereinstimmung erfolgen kann.

Besonders vorteilhart ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dann, wenn mit der Dreieckspannung ein weiteres Differenzglied beaufschlagt ist, das an seinem Ausgang eine dem Differentialquotienten der Dreieckspannung proportionale weitere Spannung ϊ erzeugt, und wenn dem weiteren Differenzierglied eine weitere Grenzwertstufe nachgeordnet ist, die bei einer einen vorgegebenen Höchstwert überschreitenden Spannung am Ausgang des weiteren Differenziergliedes ein Sperrsignal erzeugt Mittels einer derartigen ι ο Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist mit verhältnismäßig geringem Schaltungsaufwand sichergestellt, daß oberhalb einer maximal zugelassenen Frequenzdifferenz ein Parallelschaltkommando überhaupt nichü erzeugt werden kann, weil in diesem Falle ein Dauer-Sperrsignal erzeugt wird. Nur wenn die Ausgangsspannung des weiteren Differenziergliedes einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet, also die Frequenzdifferenz zwischen den beiden Spannungen der parallelzuschaltenden Netze kleiner als ein vorgegebener Wert ist, wird die Abgabe eines Parallelschaltkommandos bei Erfüllung aller übrigen Forderungen zugelassen.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in den F i g. 1 bis 4 Diagramme dargestellt, während in Fig.5 ein Schal- 2Ί tungsbeispiel für die Ausführung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung wiedergegeben ist.

In der Fig. 1 ist in einem Diagramm über der Frequenzdifferenz Af in Hz der Winkel « in Winkelgraden aufgetragen, wobei mit dem Winkel <x der j< > Phasenwinkel zwischen den beiden Spannungen der parallelzuschaltenden Netze gemeint ist. Das Diagramm nach F i g. 1 läßt erkennen, daß für Af = 0 ein zulässige; Winkel zwischen den beiden Spannungen von 10° zugelassen wird. Bei Δι' = 1 wird ein Winkel von r. ma/imal 90" gerechnet vom Zeitpunkt der Phasenglei.'hheit zugelassen. Dies bedeutet, daß bei Af — 1 gerade noch ein Freigabesignal herausgegeben und dabei ein Bereich freigegeben wird, der sich durch den Winkel 90° vom Zeitpunkt der Phasengleichheit beschreibe-, läßt.

Die in Fig. 1 dargestellte Abhängigkeit des Winkels α von der Frequenzdifferenz Af läßt sich durch die Gleichung (1) ausdrücken:

■ 10 + XO- I //II/.

Ill

Berücksichtigt man ferner, daß sich an Hand des Diagramms nach F i g. 2, in dem eine beispielsweise mit einer Schaltung nach DE-PS 15 38 087 erzeugte Dreieckspannung dargestellt ist, die folgende Gleichung (2) aulstellen laßt:

>, = .ViO- I / · T₁

(2)

in der 7/_;die Scnaltereinschaltzeit und α/?der entsprechende Vorhaltwinkel ist, dann ergibt sich mit Gleichung (1), daß Δ « S 80° sein muß. Unter Berücksichtigung dieser Verhältnisse erhält man dann, daß die Einschaltzeit durch folgende Ungleichung (3) «> beschreibbar ist:

T₁

.160 ι/

1/ ■

ben, wobei sich der von Af = 1,0 bis Af = 0,37 erstreckende Bereich aus dieser Ungleichung ergibt, während die maximale Einschaltzeit von 600 ms als die größte vorkommende Schalteinschaltzeit als obare Grenze gewählt ist. Der Inhalt der von dieser Kurve beschriebenen Fläche gibt dann den Freigabebereich der Schaltereinschaltzeiten in Abhängigkeit von den Frequenzdifferenzen wieder.

Diese Verhältnisse sollen an Hand der F i g. 4 in einer anderen Darstellung nochmals erläutert werden:

In der Fig.4 ist die Dreieckspannung in Form eines Kurvenzuges 1 dargestellt, der sich bei einer maximal zulässigen Frequenzdifferenz Af= 1 ergibt Die Periode der Dreieckspannung ist dann T — 1. Da sich bei Af= 1 ein Bereich von α = 90° gerechnet vom Punkt 2 der Kurve 1 mit « = 0 ergeben soll, muß sich aus der dargestellten Dreieckkurve 1 dieser Bereich als Maximalbereich ableiten lassen. In der Fig.4 ist strichliert eine Gerade 3 eingetragen, die für Af = 0 einen Bereich α = 10° beschreibt Bei« = -90°,das ist der Punkt 4 der Dreieckspannung 1, soll der Beginn des Freigabebereichs bei Af = 1 liegen. Dies bedeutet, daß im Punkt 4 ein Spannungswert vorhanJen sein muß, der bis zur Geraden 3 reicht Aus der Strecke 5 läßt sich dann der Betrag ermitteln, um den die Kurve 1 auf ihrem ansteigenden Ast anzuheben ist, um die äußerste Grenze des Freigabebereichs zu beschreiben. Da ein von der Frequenzdifferenz abhängiger Freigabebereich

«+T

dt

Die durch diese Ungleichung dargestellten Verhältnisse sind in dem Diagramm nach Fig.3 wiedergegeerreicht werden soll, läßt sich aus der Strecke 5 der Fig.4 die konstante Größe Termitteln. Daraus folgt dann, daß sich bei allen kleineren Frequenzdifferenzen unter Berücksichtigung dieser Größe T jeweils immer kleinere Freigabebereiche ergeben, wie dies auch angestrebt wird. Zur Veranschaulichung ist in die F i g. 4 noch die Kurve 6 für Af = 0,5 Hz strichpunktiert eingezeichnet, wobei sich dann als Schnittpunkt mit der Geraden3 ein Freigabebereich von« = 50° ergibt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 liegt an einer Eingangsklemme 10 eine Dreieckspannung 11 an, die beispielsweise so erzeugt sein kann, wie 2s in DE-PS 15 38 087 beschrieben ist. Mit der Eir.gangsklemme 10 ist ein Differenzierglied 12 verbunden, an dessen Ausgang 13 eine Rechteckspannung 14 entsteht, deren Wert der Frequenzdifferenz Af der Spannungen der parallelzuschaltenden Wechselstromnetze proportional ist. Die Ausgangsspannung 14 des Differenziergliedes 12 wird zusammen mit der über einen weiteren Operationsverstärker 15 zugeführten Dreieckspannung in einer Summiereinrichtung 16 zu der Rechteckspannung 14 addiert, so daß am Ausgang 17 der Summiereinrichtung 16 eine Spannung entsteht, die beispielsweise in ihrem Verlauf der Kurve 6 nach Fig.4 entsprechen kann. Die Spannung 17 liegt an einer Grenzwertstufe 18, mit der der Wert 3 nach Fig.4 eingestellt wird. Überschreitet c":e Spannung am Ausgang 17 der Summiereinrichtung 16 diesen vorgegebenen Wert, dann tritt am Ausgang 19 der Grenzstufe ein Signal auf, das ein Freigabesignal für ein Parallelschaltkommando darstellt. Steht also am Ausgang 19 dieses Signal an und wird von einer Schaltungsanordnung zur Bestimmung des genauen Scha'.'zeitpunktes der Phasenübereinstimmung zur selben Zeit ein Parallelschaltkommando gegeben, dann wird dieses Parallelschaltkommando

weitergegeben. Voraussetzung dafür ist. daß die Frequenzdifferenz Af einen vorgegebenen Höchstwert nicht überschreitet (vgl. Fig. 1).

Um die Frequen/differenz Af auf einen zulässigen Höchstwert zu überwachen, ist mit der Eingangsklemme 10 ein weiteres Differenzierglied 20 verbunden, das an seinem Ausgang 21 eine weitere Rechteckspannung 22 erzeugt. Die Höhe der Rechtechtimpulse dieser Spannung 22 ist der Frequenzdifferenz Af proportional. Diese Rechteckspannung 22 wird über Operationsverstärker 23 und 24 einer weiteren Grenzwertstufe 25 zugeführt, die einen Operationsverstärker 26 und einer einstellbaren Widerstand 27 enthält. Mit dieser Grenzwertstufe 25 wird ein derartiger Grenzwert eingestellt daß bei einer Frequenzdifferen/. Af > I Hz am Ausgang 28 ein Sperrsignal auftritt.

Bei Af = I oder geringen Werten der Frequenzdifferenz tritt ein derartiges Sperrsignal nicht auf, so daß dann das am Ausgang 19 erzeugte Freigabesignal zusammen mit einem Signal über den Einschaltzeitpunkt ungehindert zur Auslösung eines Parallelschaltkommandos verarbeitet werden kann.

Hier/u 7> Bkitl

Claims

Patentansprüche;

1. Elektronische Schaltungsanordnung für das Parallelschalten von Wechselstromnetzen oder das ι Zuschalten von Generatoren auf in Betrieb befindliche elektrische Wechselstromnetze, bei der die parallelzuschaltenden Spannungen hinsichtlich ihrer Phasenlage in einer Phasenvergleicheinrichtung verglichen werden, die eine dem Phasenunterschied ι ο der beiden Spannungen entsprechende Dreieckspannung erzeugt und zu einer vor der Phasenübereinstimmung liegenden Vorgabezeit einen Schaltbefehl erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlich zur Phasenvergleicheinrichtung ii vorhandenes Differenzierglied (12) mit der Dreieckspannung (11) beaufschlagt ist, das an seinem Ausgang (13) eine dem Differentialquotienten der Dreieckspannung (11) proportionale Rechteckspannung (14) erzeugt, und dem Differenzierglied (12) eine SurnnJereinrichtung (16) nachgeordnet ist, die ebenfalls mil der Dreieckspannung (11) beaufschlagt ist, und daß an den Ausgang (17) der Summiereinrichtung (16) eine Grenzwertstufe (18) angeschlossen ist, die bei einer einen vorgegebenen Mindest- 2 > wert überschreitenden Ausgangsspannung der Summiereinrichtung (16) ein Freifjabesignal erzeugt, und der Phasenvergleichseinrichtung und der Grenzwertstufe (18) eine Verknüpfungsschaltung für die Weitergabe des Schaltbefehls bei anstehendem Freigabesignal nachgeordnet ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Dreieckspannung (11) ein weiteres Differenzierglied (20) beaufschlagt ist, das an seinem Ausgang (21) eine dem Differential- r, quotienten der Dreieckspannung (11) proportionale weitere Spannung (22) erzeugt, und daß dem weiteren Differenzierglied (20) eine weitere Grenzwertstufe (25) nachgeordnet ist, die bei einer einen vorgegebenen Höchstwert überschreitenden Span- ad nung (22) am Ausgang (21) des weiteren Differenziergliedes (20) ein Sperrsignal erzeugt.