DE3741749A1 - Kompensationsleistungssystem fuer eine spannungsverteileranlage - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kompensations­ leistungssystem für eine Spannungsverteileranlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Kompensationsleistungssysteme enthalten Be­ triebsregler, welche eine Blindlast darstellenden elek­ trischen Anlagen zugeordnet sind, um die elektrische Blindleistung auszukompensieren, welche sonst erhebliche Leistungsverluste in zu der elektrischen Anlage führen­ den Leitungen hervorrufen kann. Bei einer solchen elek­ trischen Anlage kann es sich beispielsweise um eine Elektromotoranlage handeln, welche eine induktive Blindlast darstellt. Der Betriebsregler schaltet in einem solchen Fall kapazitive Lasten, welche der durch die Elektromotoranlage gegebenen induktiven Last zugeord­ net werden, um die durch diese aufgenommene Blindleistung auszukompensieren.

Speziell dann, wenn eine Spannungsverteileranlage zu mehreren Blindlasten darstellenden elektrischen Anlagen führt, können Blindlastverhältnisse auftreten, welche durch jeweils einen jeweils einer elektrischen Anlage zugeordneten Betriebsregler nicht vollständig kompen­ siert werden können. Dies ist beispielsweise in größe­ ren Betrieben der Fall, in denen die Leistungskompen­ sation in mehrere Anlagenteile zerlegt werden muß. Die einzelnen Kompensationsanlagen richten sich dabei nach den örtlichen Gegebenheiten, dem Blindleistungsbedarf und der Leitungsbelastbarkeit. Die Ermittlung der Kompensationsleistung der Teilanlagen richtet sich nach dem dort vorhandenen Bedarf. Dieser Bedarf läßt sich entweder meßtechnisch oder rechnerisch bestimmen, wobei in vielen Fällen noch eine Leistungsreserve für even­ tuelle Erweiterungen eingeplant wird.

Bezogen auf die gesamtbetrieblichen Verhältnisse ergeben sich unter Zugrundelegung des sogenannten Gleichzeitig­ keitsfaktors folgende Besonderheiten:

• 1. ist der Gesamtgleichzeitigkeitsfaktor in der Regel kleiner als die angenommenen Werte für die Teilkom­ pensationsanlagen.
• 2. sind bei Produktionsstillstand oder Störungen in Teilbereichen auch die dort vorhandenen Kompen­ sationsleistungen nicht am Netz.
• 3. Besteht aufgrund von Regeltoleranzen die Möglich­ keit, daß im ungünstigsten Fall der Soll-Leistungs­ faktor an der Anschlußstelle der Spannungsverteiler­ anlage am Netz nicht erreicht wird.
• 4. Einzelne nicht kompensierte Abgänge können durch Ak­ tivierung von Reserveleistung mitkompensiert werden.

Daraus folgt, daß der durchschnittliche Auslastungsgrad der Betriebskompensation insgesamt maximal bei lediglich 70 bis 80% liegt. Durch diese Überdimensionierung ent­ steht ein nicht unwesentlicher Aufwand und daraus ein erheblicher Kostenfaktor.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit der Optimierung der Leistungskompensa­ tion bzw. der Regeleigenschaften anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem Kompensationsleistungs­ system der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentan­ spruchs 1 gelöst.

Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungs­ gemäßen Kompensationsleistungssystems;

Fig. 2 eine Abwandlung des Kompensationsleistungs­ systems nach Fig. 1;

Fig. 3 eine weitere Abwandlung des Kompensations­ leistungssystems nach Fig. 1; und

Fig. 4 ein Kompensationsleistungssystem für mehrere Spannungsverteileranlagen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist eine Spannungs­ verteileranlage über einen Transformator 3 an ein Netz angekoppelt, das schematisch durch ein Leitungsstück 1 angegeben ist. Das Netz 1 stellt dabei die Oberspan­ nungsseite dar. Der Transformator kann dabei auch im Parallelbetrieb arbeiten. Um diesen Sachverhalt anzu­ deuten, ist parallel zum Transformator 3 ein weiterer Transformator 3-1 dargestellt.

An der Transformator-Sekundärseite liegt über eine Leitung 4 eine Spannungsverteileranlage mit mehreren Spannungsabgängen 5, 6, 7, 8, 9 und 9′, an die jeweils eine eine Blindlast darstellende (nicht dargestellte) elek­ trische Anlage angeschlossen ist.

Zur Auskompensation induktiver Blindleistung, welche durch die an die Spannungsabgänge angeschlossenen elek­ trischen Anlagen hervorgerufen wird, sind Betriebsregler 10, 11, 12, 13 und 14 vorgesehen, die jeweils über einen Meßstromwandler 15, 17, 19, 21 und 23 sowie einen Meßspannungswandler 16, 18, 20, 22 und 24 an den jeweili­ gen Spannungsabgang 5 bis 9 angekoppelt sind. Bei Nieder­ spannungsnetzen erfolgt der Anschluß direkt, bei Mit­ telspannungsnetzen über Spannungswandler. Diese Betriebsregler 10 bis 14 haben die Aufgabe, in an sich bekannter Weise an ihrem zugeordneten Spannungsabgang vorhandene induktive Blindleistung mit Hilfe von Kon­ densatoren auszukompensieren, um einen vorgegebenen Sollwert einzuhalten.

Wie bereits eingangs ausgeführt, ist dabei ein optimaler Auslastungsgrad der Betriebskompensation noch nicht erreichbar.

Um eine solche Optimierung herbeizuführen, ist ein Leitregler 25 vorgesehen, der in der Ausführungsform nach Fig. 1 auf der Oberspannungsseite über einen Meßstromwandler 27 sowie einen Meßspannungswandler 28 an die Leitung 2 angekoppelt ist.

In allen Reglern 10 bis 14 sowie 25 in der Ausführungs­ form nach Fig. 1 sind der entsprechende Meßspannungs­ eingang mit U und der entsprechende Meßstromeingang mit I bezeichnet.

Der Leitregler 25 ist über eine zweipolige Ringsteuer­ leitung 26 an alle Betriebsregler 10 bis 14 angeschlos­ sen.

Wie bereits ausgeführt, dienen die Betriebsregler 10 bis 14 dazu, an den Spannungsabgängen 5 bis 9 vorhan­ dene induktive Blindleistung auszukompensieren. Haben alle Betriebsregler oder doch der überwiegende Teil der Betriebsregler in ihrem Bereich induktive Blindleistung auskompensiert und ist dennoch auf der Anschlußseite der Spannungsverteileranlage am Netz die Sollkompensation noch nicht erreicht, so tritt der Leitregler 25 in Funktion. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 erfaßt er auf der Oberspannungsseite an der Leitung 2 Strom und Spannung, um die Blindleistungsverhältnisse bzw. den Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom zu ermitteln. Aufgrund dieser Meßwerterfassung verursacht der Leitregler 25 nach einer Zeitverzögerung eine Sollwertverschiebung in induktiver oder kapazitiver Richtung. Diese zeitlineare Sollwertverschiebung ist für alle Betriebsregler 10 bis 14 gleich. Solange im Bereich der Betriebsregler noch eine Abweichung von Soll- und Istwert vorhanden ist, wird unter Steuerung durch den Leitregler 25 eine weitere Kompensation vorgenonmen. Ist an der Meßstelle des Leitreglers der Sollwert erreicht, so beendet der Leitregler die Sollwertverschiebung. Der dann erreichte Sollwert kann beispielsweise gespeichert werden.

Für die Betriebsregler 10 bis 14 bedeutet dies, daß sich der aktuelle Sollwert nun aus dem am einzelnen Betriebsregler eingestellten Sollwert und der durch den Leitregler 25 hervorgerufenen Sollwertstellung zusam­ mensetzt.

Ändern sich an einem Spannungsabgang die Leistungsver­ hältnisse in geringem Umfang so, daß der Leitregler 25 noch nicht anspricht, so sucht der betreffende Betriebs­ regler diese Veränderung auszukompensieren, um den aktuellen Sollwert beibehalten zu können.

Bei Laständerungen, die auch den Leitregler 25 anspre­ chen lassen, wird zweckmäßig zuerst eine Zeitsperre wirksam. Damit soll erreicht werden, daß der entspre­ chende Betriebsregler Zeit hat, die Laständerung selbst auszukompensieren. Sollte nach Ablauf dieser Zeitsperre die Auskompensation noch nicht voll erreicht worden sein, so wird der Leitregler 25 wirksam und veranlaßt eine Sollwertverschiebung in die entsprechende Richtung.

Der Leitregler 25 kann also die Sollwerte der entspre­ chenden Betriebsregler 10 bis 14 so beeinflussen, daß an der Anschlußstelle der Spannungsverteileranlage der gewünschte Sollwert erreicht wird.

Die Datenübertragung vom Leitregler 25 zu den Betriebs­ reglern 10 bis 14 erfolgt nach dem Stromschleifenprin­ zip, wobei über die zweipolige Ringsteuerleitung 26 eine Übertragung im Simplexbetrieb stattfindet. Die Betriebsregler können beispielsweise mit Hilfe von Optokopplern an die Ringsteuerleitung 26 angeschlossen sein, wobei dann eine galvanische Entkoppelung zwischen Leitregler und Betriebsreglern vorhanden ist.

Über die Ringsteuerleitung 26 kann der Leitregler 25 vier Steuerbefehle übermitteln, wodurch die bereits erläuterten Funktionsabläufe realisiert werden. Die Be­ fehle stehen den Betriebsreglern über einen längeren Zeitraum zur Verfügung und werden periodisch abgefragt. Die Übermittlungsgeschwindigkeit spielt dabei nur eine untergeordnete Rolle; es kommt vielmehr primär nur auf das Vorhandensein der statischen Werte an.

Aufgrund dieser Übermittlungsart ist das System sehr störsicher. Kurzzeitig starke Magnetfelder, die bei Schaltvorgängen entstehen können, haben aufgrund ihrer kurzen Dauer keinen Einfluß. Die Verwendung von Opto­ kopplern zur Ankopplung der Betriebsregler an den Leit­ regler hat neben der galvanischen Trennung auch eine hohe Gleichtaktunterdrückung zur Folge.

Fig. 2, die einen Teil der Spannungsverteileranlage nach Fig. 2 zeigt und in der gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, zeigt eine Aus­ führungsform, bei der die Meßwerterfassung für den Leitregler 25 auf der Niederspannungsseite, d.h. auf der Transformator-Sekundärseite in der Leitung 4 er­ folgt. Bei dieser Ausführungsform wird jedoch gegenüber der Ausführungsform die induktive Blindlast des Trans­ formators nicht berücksichtigt.

Gemäß Fig. 3, welche ebenfalls einen Teil der Spannungs­ verteileranlage nach Fig. 1 zeigt und in der ebenfalls gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist ein Parallelbetrieb von Transformatoren 3, 3-2 dargestellt, wobei der zweite Transformator 3-2 auf eine weitere Spannungsverteileranlage entsprechend derjenigen nach Fig. 2 führt, die jedoch im einzelnen nicht dargestellt ist, da sie der Spannungsverteileran­ lage nach Fig. 1 entspricht.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Leit­ regler 25 drei Steuerkreise 25-1, 25-2 und 25-3 enthält, die jeweils über eine Ringsteuerleitung 26-1, 26-2 bzw. 26-3 ein Betriebsreglersystem 100 bis 103, 200 bis 203 sowie 300 bis 303 steuern. Die Ansteuerung ist dabei für alle Steuerkreise gleich. Pro Steuerkreis können bis zu 10 Betriebsregler angeschlossen werden, so daß sich ein Maximum von 30 Betriebsreglern für den Leitregler ergibt. Falls einer der Steuerkreise nicht ausgenutzt ist, hat dies auf die anderen Kreise keinen Einfluß.

Claims (5)

1. Kompensationsleistungssystem für eine Spannungs­ verteileranlage, in der von einer Oberspannungs­ seite (1, 2) über einen Transformator (3) von einer Niederspannungsseite (4) Spannung in mehrere Spannungsabgänge (5 bis 9) eingespeist wird und in der allen oder der Mehrzahl der Spannungsabgänge (5 bis 9) ein Kompensationsleistungs-Betriebsregler (10 bis 14) zur Kompensation induktiver Blind­ leistung einer an den Spannungsabgang angeschlosse­ nen elektrischen Anlage zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leitregler (25) vorgesehen ist, der zur Erfassung der Blindleistungsverhältnisse vor der Verzweigung der Spannungsverteileranlage in alle oder die Mehrzahl der Spannungsabgänge (5 bis 9) sowie zur Kompensation von nach der Auskompen­ sation durch die Betriebsregler (10 bis 14) noch vorhandenen induktiven Blindleistung dient.

2. Kompensationsleistungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitregler (25) über eine zweipolige Ring­ steuerleitung (26) mit den Betriebsreglern (10 bis 14) gekoppelt ist.

3. Kompensationsleistungssystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leit­ regler (25) auf der Oberspannungsseite (1, 2) an die Spannungsverteileranlage angekoppelt ist.

4. Kompensationsleistungssystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Leit­ regler (25) auf der Niederspannungsseite (4) an die Spannungsverteileranlage angekoppelt ist.

5. Kompensationsleistungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Spannungsverteileranlagen transformatorisch an die Oberspannungsseite (1, 2) angekoppelt sind und daß ein Leitregler (25) Steuerkreise (25-1, 25-2, 25-3) aufweist, deren Anzahl gleich derjenigen der jeweils mehrere Betriebsregler (100 bis 103, 200 bis 203, 300 bis 303) enthaltenden Spannungsver­ teileranlagen ist.