DE3332544C2 - Regeleinrichtung für Kleinwasserkraftanlagen - Google Patents

Abstract

Es wird eine Regeleinrichtung für eine Kleinwasserkraftanlage, insbesondere eine Durchströmturbine, zum Betrieb bei einem Kraftwerk mit einem Synchrongenerator beschrieben, der zwischen Insel- und Netzbetrieb umgeschaltet werden kann. Im Inselbetrieb arbeitet die Regeleinrichtung mit einer Drehzahlregelung. Wird auf Netzbetrieb umgeschaltet, so wird auf die Drehzahl als Regelgröße verzichtet, und die Regeleinrichtung arbeitet mit einer Wasserstands- bzw. Volumenstromregelung. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Drehzahl des Synchrongenerators und der Wasserturbine vom Netz konstant gehalten wird, falls die Netzleistung gegenüber der Turbinenleistung praktisch unendlich groß ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Regeleinrichtung für eine Kleinwasserkraftanlage, insbesondere eine Durchströmturbine, zum Betrieb bei einem Kraftwerk mit einem Synchrongenerator, der zwischen Insel- und Netzbetrieb umschaltbar ist. mit einem Drehzahlgeber zur Erzeugung eines Drehzahl-Istwertsignals. einem Wasserstandsregler zur Erzeugung eines Wasserstands-Istwertsignales, einem Sollwertgeber zur Erzeugung eines Sollwertsignals und einem Strahlrohrsteuerwerk, das in Abhängigkeit von den Soll- und Istwertsignalen ein Steuersignal zur Verstellung eines Servomotors erzeugt, wobei die Regeleinrichtung im Inselbetrieb mit einer Drehzahlregelung betreibbar ist.

Bei derartigen Kraftwerken arbeitet die Regeleinrichtung im Inselbetrieb (also bei Energieerzeugung für den Eigenbedarf) üblicherweise mit einer Drehzahlregelung. Im Fall einer Durchströmturbine (Michell-Ossberger-Turbine) wird mit Hilfe des von dem Strahlrohrsteuerwerk abgegebenen Steuersignals die Leitschaufel der Turbine so verstellt, daß die Drehzahl der Turbine und somit des Synchrongenerators unabhängig von Last- und Wasserstandsschwankungen konstant bleibt.

Wird das Kraftwerk auf Netzbetrieb umgeschaltet, so war es üblich, der Drehzahlregelung eine Wasserstandsregelung zu überlagern, um zu erreichen, daß der Synchrongenerator der vergleichsweise kleinen Wasserturbine Strom an das ungleich größere Netz abgibt. Eine derartige kombinierte Drehzahl- und Wasserstandsregelung ist verhältnismäßig kompliziert und aufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Regeleinrichtung der eingangs angegebenen Gattung zu vereinfachen.

Eine Regeleinrichtung mit den eingangs angegebenen Merkmalen ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung im Netzbetrieb mit einer Wasserstandsregelung ohne Drehzahlregelung betreibbar ist.

Wie die Praxis gezeigt hat, wird bei einer W :sserstandsregelung im Netzbetrieb die Drehzahl der Wasserturbine und somit des Synchrongenerators vom Netz stabilisiert und konstant gehalten, falls die Netzleistung im Vergleich zur Leistung der Turbine praktisch unendlich groß ist. Es ist daher möglich, bei Netzbetrieb auf dr Drehzahl als Regelgröße zu verzichten. Die Regeleinrichtung braucht daher lediglich zwischen Drehzahl- und Wasserstandsregelung umgeschaltet zu werden, wenn das Kraftwerk zwischen Insel- und Netzbetrieb umgeschaltet wird. Dies bedeutet eine beträchtliche Vereinfachung der Regeleinrichtung.

So kann insbesondere für Drehzahl- und Wasserstandsregelung ein gemeinsamer Sollwertgeber vorgesehen werden, da im Insel- und Netzbetrieb jeweils nur eine Regelgröße erforderlich ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Drehzahlgeber und der Wasserstandsgeber jeweils über eine Ath gangsleitung mit einer zu dem Strahlrohrsteuerwerk führenden gemeinsamen Signalleitung verbunden sind und daß zum Umschalten der Regeleinrichtung zwischen Insel- und Netzbetrieb ein Zweistellungsschalter vorgesehen ist, der in der einen Stellung die eine Ausgangsleitung schließt und die andere öffnet und in der anderen Stellung die beiden Ausgangsleitungen umgekehrt steuert.

Anhand der einzigen Figur, die ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäß ausgebildeten Regeleinrichtung zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Die in der Figur gezeigte Regeleinrichtung dient zur Erzeugung eines Steuersignals für die Verstellung der Leitschaufel einer Wasserdurchströmturbine. Bei Wasserdurchströmturbinen (Michell-Ossberger-Turbinen) handelt es sich um Kleinturbinen mit einer Leistung von nicht mehr als 1000 kW und einer Drehzahl zwischen 50 und 2000 U/min. Die Durchströmturbine treibt einen Synchrongenerator an, der den von ihm erzeugten elektrischen Strom im Inselbetrieb an einen eigenen Verbraucher und im Netzbetrieb an ein elektrisches Netz abgibt.

Die in der Figur dargestellte Regeleinrichtung weist zwei Istwertgeber auf, und zwar einen Wasserstandsgeber 2 und einen Drehzahlgeber 4. Der Wasserstandgeber 2 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Drehwinkel-Synchro mit einem Geber 2a und einem Empfänger 2b ausgebildet. Der Drehzahlgeber 4 ist z. B. ein Tachogenerator.

Der Wasserstandsgeber 2 und der Drehzahlgeber 4 sind jeweils über eine Ausgangsleitung 6 bzw. 8 an eine gemeinsame Signalleitung 10 angeschlossen. Die Ausgangsleitungen 6 und 8 enthalten jeweils einen Spannungs-Strom-Wandier 12 bzw. 14, die die von den Gebern abgegebenen Spannungssignale in Stromsignale umwandeln.

Für die Ausgangsleitungen 6,8 ist ferner ein Zweistellungsschalter 16 vorgesehen, der in seiner einen (in der Figur dargestellten) Stellung die Ausgangsleitung 6 öffnet und die Ausgangsleitung 8 schließt, während er in seiner anderen (in der Zeichnung gestrichelt angedeuteten) Stellung die Ausgangsleitung 6 schließt und die

Ausgangsleitung 8 öffnet.

Die von den Istwertgebern kommende Signalleitung 10 führt zu einem Strahlrohrsteuerwerk 18, an dem ferner ein Sollwertgeber 20 angeschlossen ist. Das Strahlrohrsteuerwerk 18 gibt ein Steuersignal an einen Servomotor 22 ab, der zur Verstellung der Leitschaufel (nicht gezeigt) der Durchströmturbine dient.

Am Ausgang des Servomotors 22 ist ein Stellungsgeber 24 angeschlossen, der in Abhängigkeit von der Stellung der Leitschaufel ein Rückführsignal erzeugt.

Das Strahlrohrsteuerwerk 18 hat eine I-Charakteristik. Um eine gewünschte Pl-Regelung zu erzielen, sind dem Strahlrohrsteuerwerk 18 verschiedene Glieder 26, 28, 30 und 32 zugeordnet. So wird durch das vom Stellungsgeber 24 abgegebene Rückführungssignal durch das Rückführglied 26 ein bleibender P-Grad erzielt, während die als einstellbarer Kondensator ausgebildeten Glieder 28, 30 für einen vorübergehenden P-Grad und eine gewünschte Dämpfungszeitkonstante sorgen und das als Differentialglied ausgebildete Glied 32 die gewünschte Vorhaltzeit liefert.

Die Betriebsweise der Regeleinrichtung ist wie folgt: Wenn die Turbine und der zugehörige Synchrongenerator im Inselbetrieb arbeiten und somit Strom an einen eigenen Verbraucher abgeben, befindet sich der Zwei-Stellungsschalter 16 in der in der Zeichnung gezeigten Stellung. Das bedeutet, daß der Drehzahlgeber 4 ein Drehzahl-Istwertsignal über die Ausgangsleitung 8 und die Signalleitung 10 an das Strahlrohrsteuerwerk 18 abgibt. Das Strahlrohrsteuerwerk 18 empfängt gleichzeitig ein Sollwertsignal vom Sollwertgeber 20, der z. B. als unterschiedlich vorspannbare Feder ausgebildet sein kann. Das Strahlrohrsteuerwerk 18 erzeugt dann in Abhängigkeit von dem Sollwert- und Istwertsignal entsprechend der ihm aufgeprägten Regelungs-Charakteristik ein Steuersignal, das den Servomotor 22 der Leitschaufel so steuert, daß die Drehzahl der Turbine und des Synchrongenerators konstant gehalten werden.

Die Rege'einrichtung arbeitet somit im Inselbetrieb mit einer Drehzahlregelung.

Soll nun das Kraftwerk im Netzbetrieb arbeiten (d. h. der Sychrongenerator soll Strom in ein elektrisches Netz einspeisen), so wird die Regeleinrichtung zunächst ebenfalls mit einer Drehzahlregelung betrieben. Sobald die Wasserkraftanlage mit dem einzrspeisenden elektrisehen Netz synchron ist, wird der Zweitstellungsschalter 16 in seine in der Figur gestrichelt angedeutete Stellung umgestellt. Damit ist der Drehzahlgeber 4 vom Strahlrohrsteuerwerk 18 getrennt, und das Strahlrohrsteuerwerk 18 empfängt vom Wasserstandsgeber 2 ein dem Wasserstand bzw. Volumenstrom entsprechendes Wasserstands-lstwertsignal. Das Sollwertsignal kommt wieder vom Sollwertgeber 20, dessen Einstellung unverändert bleiben kann. Das Strahlrohrsteuerwerk 18 erzeugt dann in Abhängigkeit von dem Istwert- und Sollwertsignal ein Steuersignal für den Servomotor 22.

Die Regeleinrichtung arbeitet nun mit einer Wasserstands- bzw. Volumenstromregelung, bei der die Drehzahl nicht mehr als Regelgröße benötigt wird. Dies wird dadurch ermöglicht, daß die Drehzahl des Synchronge- ω nerators und somit der Turbine vom elektrischen Netz stabilisiert und konstant gehalten wird. Voraussetzung hierfür ist, daß die Leistung des elektrischen Netzes gegenüber der Leistung der Turbine praktisch unendlich groß ist.

Hierzu 1 Bfatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für eine Kleiawasserkraitanlage, insbesondere eine Durchströmturbine, zum Betrieb bei einem Kraftwerk mit einem Synchrongenerator, der zwischen Insel- und Netzbetrieb umschaltbar ist, mit einem Drehzahlgeber zur Erzeugung eines Drehzahl-Istwertsignals, einem Wasserstandsregler zur Erzeugung eines Wasserstands-Istwertsignales, einem Sollwertgeber zur Erzeugung eines Sollwertsignals und einem Strahlrohrsteuerwerk, das in Abhängigkeit von den Soll- und Istwertsignalen ein Steuersignal zur Verstellung eines Servomotors erzeugt, wobei die Regeleinrichtung im Inselbetrieb mit einer Drehzahlregelung betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung im Netzbetrieb mit einer Wasserstandsvegelung ohnei'rehzahlregelung betreibbar ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlregler (4) und der Wasserstandsgeber (2) jeweils über eine Ausgangsleitung (6,8) mit einer zu dem Strahlrohrsteuerwerk (18) führenden Signalleitung (10) verbunden sind und daß zum Umschalten der Regeleinrichtung zwischen Insel- und Netzbetrieb ein Zweisteilungsschalter (16) vorgesehen ist, der in der einen Stellung die eine Ausgangsleitung schließt und die andere öffnet und in der anderen Stellung die beiden Ausgangsleitungen umgekehrt steuert.

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für drehzahl- und Wasserstandsregelung ein gemeinsamer Sollwertgeber (20) vorgesehen ist.