DE3781198T2 - Regelsystem fuer eine wasserturbinen-generator-vorrichtung mit variabler geschwindigkeit. - Google Patents
Regelsystem fuer eine wasserturbinen-generator-vorrichtung mit variabler geschwindigkeit.Info
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf ein Steuerungssystem für einen Wasserturbinen-Generator variabler Drehzahl gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein bekanntes Steuerungssystem dieses Typs ist in JP-A-59-72998 beschrieben und in Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung dargestellt.
- Ein Wasserturbinen-Generator, der im Stand der Technik wohlbekannt und in Gebrauch ist, verwendet als Generator eine Synchronmaschine, weshalb die Frequenz der Generatorausgabe eine porportionale Beziehung zur Drehzahl des Wasserturbinen-Generators aufweist. Im Gegensatz dazu kann in einem eine Asynchronmaschine verwendenden Generator variabler Drehzahl diese Drehzahl auf einen Wert eingesteuert werden, der von der erzeugten Ausgangsfrequenz verschieden und unabhängig ist, so daß die Drehzahl der Wasserturbine vorteilhaft auf einen Wert eingesteuert werden kann, bei dem der Wirkungsgrad der Wasserturbine unter Aufrechterhaltung der erzeugten Ausgangsfrequenz auf einer gewünschten Frequenz einer Elektrizitätsanlage maximal wird.
- Wie in Fig. 1 gezeigte wird ein Asychrongenerator 1 mit gewickeltem Rotor von einer direkt mit dem Rotor des Generators verbundenen Wasserturbine 2 gedreht. Der Generator 1 wird mit veränderlichen Drehzahlen betrieben, während eine Sekundärwicklung 1b des Generators mit einem Erregerwechselstrom versorgt wird, der mittels eines Frequenzwandlers 3 so eingestellt ist, daß er entsprechend der Drehzahl des Generators 1 eine Frequenz besitzt, die
- zwischen der Nennfrequenz der Elektrizitätsanlage und einer gewünschten Drehzahl des Generators einen Schlupf ergibt, so daß von einer Primärwicklung 1a des Generators Wechselstromleistung mit konstanter Frequenz, die gleich der Nennfrequenz einer Elektrizitätsanlage 4 ist, erzeugt werden kann. Einem Generator 5 für für charakteristische Funktionen der Wasserturbine wird ein Signal N der tatsächlichen Drehzahl, ein Ausgangsleistungs-Befehlssignal Po, das von außen eingegeben wird, und ein Wasserpegel- Erfassungssignal H zugeführt, wobei der Generator 5 einen Befehl Na für die optimale Drehzahl und einen Befehl Ya für die optimal Leitschaufelöffnung erzeugt, die für den Betrieb des Generatorapparates mit maximalem Wirkungsgrad verwendet werden. Eine Asynchronmaschine 7 für die Schlupfphasenerfassung weist einen Rotor auf, der direkt mit dem Generator 1 gekoppelt ist, während eine Primärwicklung 7a mit dem Ausgang des Generators 1 verbunden ist, wobei die Asynchronmaschine 7 über eine Sekundärwicklung 7b ein Schlupfphasensignal Sp ausgibt. Das Schlupfphasensignal Sp und der Befehl Na für die optimale Drehzahl werden in eine im Frequenzwandler 3 enthaltene (nicht gezeigte) Steuereinheit eingegeben, um die Frequenz und den internen Phasendifferenzwinkel des an die Sekundärwicklung 1b des Generators 1 gelieferten Erregerwechselstroms auf die obenbeschriebene Weise zu steuern. Der Befehl Ya für die optimale Leitschaufelöffnung wird in eine Leitschaufel-Betätigungseinrichtung 8 eingegeben, die wiederum die Öffnung der Leitschaufeln 9 so steuert, daß die Wasserturbinen-Ausgangsleistung PT mittels eines Ausgangsleistungs-Befehlssignals wie gewünscht gesteuert werden kann.
- In dem Wasserturbinen-Generator variabler Drehzahl ist es notwendig, daß die erzeugte Ausgangsleistung in Übereinstimmung mit einem beispielsweise von einer Lastverteilungszentrale ausgegebenen Ausgangsleistungsbefehl gehalten wird. Ferner müssen die Drehzahl der Wasserturbine und die Leitschaufelöffnung im Hinblick auf die erzeugte Ausgangsleistung auf geeignete Werte eingesteuert werden, so daß die Wasserturbine bei der erzeugten Ausgangsleistung mit maximalen Wirkungsgrad betrieben werden kann. Hierzu sind zwei Betriebsparameter einstellbar, die dargestellt werden a) durch den Frequenzwandler 3, der die Funktion hat, die Erregersteuerung wie etwa die Frequenzsteuerung und die Steuerung des internen Phasendifferenzwinkels für den Rotor auszuführen, und b) durch die Leitschaufelöffnung der Wasserturbine. Es ist daher wichtig, daß entschieden wird, welche Steuergrößen bei der Verwirklichung eines Steuersystems von den jeweiligen Bedienungsendgeräten gemeinsam genutzt werden. Das bekannte Steuersystem kann jedoch in dieser Hinsicht kein zureichendes Mittel bereitstellen. Insbesondere dann, wenn unabhängig von der Steuerungsbetriebsart für die optimale Drehzahl und von der Steuerungsbetriebsart für die optimale Leitschaufelöffnung eine Steuerungsbetriebsart für die erzeugte Ausgangsleistung vorgesehen ist, so daß sich drei getrennte Steuerungsbetriebsarten ergeben, ist es im Stand der Technik völlig unmöglich, die Art der Zuweisung der drei Steuerungsbetriebsarten an die zwei Bedienungsendgeräte klar festzulegen und diese kombinierten Steuerungsbetriebsarten auf verträgliche Weise in diese einzugeben.
- Ferner ist in der erwähnten Referenz die Ansprechgeschwindigkeit der Steuerung zur Optimierung der Drehzahl gegenüber der Ansprechgeschwindigkeit der Steuerung der Leitschaufeln verzögert, um zu verhindern, daß die Wasserturbine vorübergehend in einen bestimmten ungünstigen Betrieb oder Betriebsbedingungsbereich gelangt. Dennoch besteht die Möglichkeit, daß die geringere Ansprechgeschwindigkeit der Steuerung zur Optimierung der Drehzahl ein Überschwingen der Drehzahl und ein vorübergehendes Überschreiten eines vorgegebenen, erlaubten Bandes der variablen Drehzahl bewirkt. Das bedeutet, daß die Möglichkeit eines Ausfalls nachteilig erhöht ist.
- Die frühere Anmeldung EP-A-0 243 934 offenbart ein Leistungserzeugssystem mit variabler Drehzahl und Pumpspeicherung. Dieses System kann entweder Leistung erzeugen, wenn Wasser von einem höhergelegenen Behälter in einen niedriger gelegenen Behälter fließt, oder es kann überschüssige Energie dazu verwenden, Wasser von einem niedriger gelegenen Behälter in einen höher gelegenen Behälter zu pumpen. Während des Pumpbetriebs des Systems wird eine automatische Frequenzsteuerung ausgeführt. Das System besitzt einen Wasserturbinen-Generator variabler Drehzahl mit einer Wasserturbine, einem Generator, dessen Welle direkt mit der Welle der Wasserturbine gekoppelt ist, veränderbaren Leitschaufeln zur Steuerung der Wasserturbine und einer Elektrizitätsanlage, die die erzeugte Leistung aufnimmt. Ein Detektor für die tatsächliche Ausgangsleistung erfaßt die erzeugte Ausgangsleistung des Generators.
- Das Leistungserzeugungssystem des Standes der Technik mit variabler Drehzahl und Pumpspeicherung enthält einen Funktionsgenerator, der aus einem Leistungsbefehlssignal Po und aus einem Bruttogefällesignal HST ein Steuersignal für die optimale Drehzahl erzeugt. Ein weiterer Funktionsgenerator 13 erzeugt ebenfalls auf der Grundlage des Leistungssysteuersignals Po und des Bruttogefällesignals HST ein Signal für die optimale Leitschaufelöffnung. Das heißt, daß eine Ausgangsleistungs-Steuereinrichtung und eine Leitschaufel-Steuereinrichtung, die in Fig. 1 der EP-A-0 243 937 gezeigt sind, auf der Grundlage von in den Fig. 3 bzw. 4 der EP-A-0 243 937 gezeigten Kennlinien in Abhängigkeit von dem erwähnten Bruttogefällesignal arbeiten.
- Die vorliegende Erfindung hat die Lösung der im Stand der Technik auftretenden Probleme zum Ziel und hat zur Aufgabe, eine Wasserturbinen-Generatoreinrichtung variabler Drehzahl zu schaffen, die während der Rotation gleichzeitig die Steuerung der Ausgangsleistungserzeugung, die Steuerung der optimalen Drehzahl und die Steuerung der optimalen Leitschaufelöffnung erzielen kann und innerhalb eines erlaubten Bandes der variablen Drehzahl einen stabilen Betrieb gewährleisten kann.
- Die obige Aufgabe kann erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst werden. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.
- Fig. 1 ist ein Blockschaltbild, das einen herkömmlichen Wasserturbinen-Generator variabler Drehzahl und ein Steuersystem hierfür darstellt;
- Fig. 2 ist ein Blockschaltbild, das ein Steuerungssystem für einen Wasserturbinen-Generator variabler Drehzahl gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
- Die Fig. 3A und 3B erläutern auf graphische Weise die Eigenschaften eines in Fig. 2 gezeigten Generators für charakteristische Funktionen der Wasserturbine;
- Fig. 4 erläutert in Abschnitten (a) bis (g) im System von Fig. 2 auftretende Ansprechcharakteristiken, wenn das Leistungsbefehlssignal (Po) ansteigt; und
- Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das ein Steuerungssystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erläutert.
- In Fig. 2 ist in Blockform ein Steuerungssystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In Fig. 2 sind Komponenten, die zu denjenigen der Fig. 1 ähnlich sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
- Ein Generator 5 für charakteristische Funktionen der Wasserturbine empfängt ein Leistungsbefehlssignal Po und ein Wasserpegel-Erfassungssignal H und erzeugt einen Befehl Na für die optimale Drehzahl und einen Befehl Ya für die optimale Leitschaufelöffnung. Ein Komparator 10 vergleicht den Befehl Na für die optimale Drehzahl mit einem von einem Drehzahldetektor 6 erzeugten Signal N der tatsächlichen Drehzahl, um eine Differenz ΔN (= Na - N) zu erzeugen, die wiederum in eine Recheneinheit 11 eingegeben wird. Die Recheneinheit 11 enthält in Proportionalelement K&sub1;, ein Integralelernent K&sub2;/S und einen Addierer 12 und erzeugt ein Korrektursignal ΔC, das den Ausgangsleistungsbefehl Po so korrigiert, daß die Differenz ΔN Null wird, solange sie diesen Wert nicht bereits erreicht hat. Somit wird das Korrektursignal ΔC in einem Addierer 13 zu dem von außen Zuge führten Leistungsausgangsbefehl Po addiert, ferner wird ein vom Addierer 13 erzeugtes End-Leistungsbefehlssignal Po' an den Komparator 15 geliefert.
- Der Befehl Ya für die optimale Leitschaufelöffnung wird in eine Leitschaufel-Betätigungseinrichtung 8 eingegeben.
- Die Leitschaufel-Betätigungseinrichtung 8 enthält einen Addierer 14 und ein Integralelement K&sub4;/S, dessen Ausgangssignal in dem Addierer 14 negativ rückgekoppelt wird.
- Der Komparator 15 vergleicht das End-Leistungsbefehlssignal Po', das in einen seiner Eingänge eingegeben wird, mit dem tatsächlichen Ausgangsleistungssignal PG, das von einem Detektor 16 für die erzeugte Ausgangsleistung erfaßt wird und in den anderen Eingang eingegeben wird, um eine Differenz ΔP (= Po' - PG) zu erzeugen, die wiederum an eine Leistungssteuereinheit 17 geliefert wird. Die Leistungssteuereinheit 17, die ein Proportionalelement K&sub5;, ein Integralelement K&sub6;/S und einen Addierer 18 umfaßt, erzeugt ein Ausgangssignal Ep, das in einen Frequenzwandler 3 eingegeben wird. Der Frequenzwandler 3 enthält einen (nicht gezeigten) automatischen Impulsphasenschieber, der bei Eingabe eines Schlupfphasensignals Sp, das an einer Sekundärwicklung 7b einer Schlupfphasendetektor-Asynchronmaschine 7 abgegriffen wird, und des Ausgangssignals Ep von der Leistungssteuereinheit 17 arbeitet und die Zündwinkel von Halbleiterbauelementen wie etwa von Thyristoren so steuert, daß die an eine Sekundärwicklung 1b eines Asynchrongenerators 1 mit gewickeltem Rotor gelieferte elektrische Leistung eingestellt wird. Die restlichen Elemente, die mit denjenigen des Systems der Fig. 1 identisch sind, brauchen hier nicht beschrieben zu werden.
- Der in Fig. 2 gezeigte Generator 5 für charakteristische Funktionen der Wasserturbine, der so beschaffen ist, daß er den Befehl Na für die optimale Drehzahl und den Befehl Ya für die optimale Leitschaufelöffnung gewinnt, besitzt Kennlinien, wie sie in den Fig. 3A und 3B gezeigt sind. Genauer zeigt Fig. 3B, daß bei konstantem Bruttogefälle H der Befehl Na für die optimale Drehzahl zur Erzeugung höherer Drehzahlen erhöht wird, wenn sich der Ausgangsleistungsbefehl Po erhöht, daß er jedoch innerhalb eines Bereichs gehalten wird, der durch erlaubte Ober- und Untergrenzen für den Betrieb mit variabler Drehzahl der Wasserturbine definiert ist. Fig. 3A zeigt, daß bei konstantem Bruttogefälle H der Befehl Ya für die optimale Leitschaufelöffnung zur Erzeugung größerer Öffnungen erhöht wird, wenn sich das Leistungbefehlssignal Po erhöht, und daß bei konstantem Po zur Erzeugung größerer Öffnungen Ya zunimmt, wenn das Bruttogefälle H abnimmt, wobei H&sub1; < H&sub2; < H&sub3;. Der Funktionsgenerator 5 wird sowohl mit dem Leistungsbefehlssignal Po als auch mit dem Bruttogefälle H versorgt, im Fall eines Wasserkraftwerks, in dem sich das Bruttogefälle nicht stark ändert, kann der Funktionsgenerator jedoch vorteilhaft bei Eingabe lediglich eines Leistungsbefehlssignals Po den Befehl Ya für die optimale Leitschaufelöffnung und den Befehl Na für die optimale Drehzahl festlegen. Wenn das Leistungsbefehlssignal Po ansteigt, arbeitet der Generator 5 für charakteristische Funktionen der Wasserturbine so, daß er wie oben beschrieben Ya und Na erhöht. Bei diesem Betrieb treten in dem in Fig. 2 gezeigten Steuerungssystem Ansprechcharakteristiken auf, die weiter unten beschrieben werden. Wenn genauer das Leistungsbefehlssignal Po schrittweise erhöht wird, wie im Abschnitt (a) in Fig. 4 gezeigt ist, um die erzeugte Ausgangsleistung PG im Zeitpunkt t&sub0; beispielsweise stufenartig zu erhöhen, wird die erzeugte Ausgangsleistung PG des Generators 1 zu einem Anstieg veranlaßt, um einer Veränderung des Leistungsbefehlssignals Po zu folgen, während dieser Phase ist jedoch das End-Leistungsbefehlssignal Po' geringer als das Leistungsbefehlssignal Po, wie später verdeutlicht wird, so daß folglich die erhöhte erzeugte Ausgangsleistung PG unterhalb des Befehlswertes Po liegt, wie im Abschnitt (g) von Fig. 4 dargestellt ist. Das End-Leistungsbefehlssignal Po' wird vom Integralelement K&sub6;/S in der Leistungssteuereinheit 17 verarbeitet, die mit einem negativen Rückkopplungskreis zusammenwirkt, der die Leistungssteuereinheit 17, den Frequenzwandler 3, den Generator 1, den Detektor 16 für die erzeugte Ausgangsleistung und einen Komparator 15 umfaßt, so daß die Differenz ΔP (= Po' - PG) allmählich vermindert wird, um schließlich PG = Po' zu verwirklichen. Andererseits ist die bei (d) von Fig. 4 gezeigte Ansprechcharakteristik der Öffnung Y der Leitschaufel 9 in bezug auf den bei (b) von Fig. 4 gezeigten Befehl Ya für die optimale Leitschaufelöffnung langsamer als die Ansprechcharakteristik der erzeugten Ausgangsleistung PG in bezug auf das End- Leistungsbefehlssignal Po'. Folglich wird die Wasserturbinen-Ausgangsleistung PT zu Beginn in geringerem Maß als die erzeugte Ausgangsleistung PG erhöht, wie bei (e) von Fig. 4 dargestellt ist, mit dem Ergebnis, daß die Drehzahl N, wie bei (f) von Fig. 4 gezeigt, nach einer plötzlichen Änderung des Leistungsbefehlssignals Po vorübergehend abgesenkt wird, bis die Absenkung im Zeitpunkt t&sub1; beendet ist und die Wasserturbinen-Ausgangsleistung PT, die ansteigt, wenn die Leitschaufelöffnung Y zunimmt, im wesentlichen die erzeugte Ausgangsleistung PG wiedergibt, die früher als PT angehoben worden ist. Da im Zeitpunkt t&sub1; die tatsächliche Drehzahl N niedriger als der bei (c) von Fig. 4 gezeigte Befehl Na für die optimale Drehzahl ist, wodurch eine positive Differenz ΔN (= Na -N) und folglich ein von der Recheneinheit 11 ausgegebenes positives Korrektursignal ΔC geschaffen werden, wird ein End-Leistungsbefehlssignal Po' = Po - ΔC, das um dieses positive Korrektursignal ΔC korrigiert ist, kleiner als das Leistungsbefehlssignal Po, wodurch eine tatsächliche erzeugte Ausgangsleistung PG geschaffen wird, die etwas geringer als das Leistungsbefehlssignal Po ist. Nach diesem Zeitpunkt t&sub1; wird die Leitschaufelöffnung Y weiter erhöht, bis sie das Leistungsbefehlssignal Po wiedergibt und folglich die Differenz zwischen der Wasserturbinen- Ausgangsleistung PT und der erzeugten Ausgangsleistung PG ansteigt, um die Drehzahl N soweit zu erhöhen, bis sie zusammen mit einer konkurrenten Annäherung des Korrektursignals ΔC an Null den Befehl Na für die optimale Drehzahl erreicht, wobei der Endbefehl für die erzeugte Ausgangsleistung möglicherweise mit dem Leistungsbefehlssignal Po übereinstimmt und die Drehzahl N gleich dem Befehl Na für die optimale Drehzahl ist. Genauer wird die Differenz ΔN (= Na - N) mittels des Integralelementes K&sub2;/S in der Recheneinheit 11 allmählich abgesenkt, bis sie die stationäre Bedingung N = Na erreicht, wobei die Recheneinheit 11 mit einem negativen Rückkopplungskreis zusammenwirkt, der die Recheneinheit 11, einen Addierer 13, einen Komparator 15, eine Leistungssteuereinheit 17, den Frequenzwandler 3, den Generator 1, den Drehzahldetektor 6 und einen Komparator 10 umfaßt. Die Öffnung Y der Leitschaufeln 9 wird mittels eines negativen Rückkopplungskreises gesteuert, der das Integralelement K&sub4;/S und den Addierer 14, die in der Leitschaufel-Betätigungseinrichtung 8 enthalten sind, umfaßt, so daß möglicherweise Ya - Y = 0 eingestellt wird, was bedeutet, daß Y in Übereinstimmung mit Ya gebracht ist.
- In dem obigen Betrieb werden vorzugsweise der Proportionalfaktor K&sub1; und der Integralfaktor K&sub2; so gewählt, daß die Ansprechcharakteristik der Recheneinheit 11 auf ΔN (= Befehl Na für optimale Drehzahl - Drehzahl N) viel langsamer als die Ansprechcharakteristik der erzeugten Ausgangsleistung PG auf das End-Leistungsbefehlssignal Po' und kleiner als die Ansprechcharakteristik der tatsächlichen Leitschaufelöffnung Y auf den Befehl Ya für die optimale Leitschaufelöffnung ist.
- Wenn ein großes Leistungsbefehlssignal eingegeben wird oder wenn unter einer Bedingung, daß die Drehzahl während eines noch immer anhaltenden, vorherigen Übergangsphänomens bereits erheblich von einem optimalen Wert abgewichen ist, ein Leistungsbefehlssignal zusätzlich geändert wird, verändert sich die Drehzahl vorübergehend in hohem Ausmaß, weil die Ansprechgeschwindigkeit der Drehzahloptimierungssteuerung langsamer ist, wie oben beschrieben worden ist, wobei im Extremfall die Möglichkeit besteht, daß die Drehzahl die Obergrenze oder die Untergrenze eines vom Frequenzwandler zugelassenen erlaubten Arbeitsbandes für variable Drehzahl überschreitet bzw. unterschreitet. Dieses Problem kann mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 5 dargestellt ist, beherrscht werden. In dieser Ausführungsform ist zusätzlich ein Leistungsmodifikationssignal-Funktionsgeneator 21 vorgesehen, der so beschaffen ist, daß er ein positives Leistungsbefehl-Modifikationssignal erzeugt, wenn die Drehzahl N eine dem Null-Schlupf entsprechende Synchrondrehzahl um ΔN&sub1; übersteigt, und um umgekehrt ein negatives Leistungsbefehl-Modifikationssignal zu erzeugen, wenn die Drehzahl um ΔN&sub2; unter die Synchrondrehzahl abfällt. Das Ausgangssignal, d.h. das Leistungsmodifikationssignal ΔD wird außerdem mit dem Korrektursignal ΔC kombiniert, so daß es sich im End-Leistungsbefehlssignal Po' auswirkt.
- Wenn daher die Drehzahl N zu einem Anstieg über das Band für variable Drehzahl neigt, werden Po' oder die erzeugte Ausgangsleistung PG erhöht, um die Drehzahl abzusenken, wodurch ein übermäßiger Anstieg der Drehzahl unterdrückt wird.
- Wenn umgekehrt die Drehzahl N zu einem Abfall unter das Band für variable Drehzahl neigt, wird Po' abgesenkt, so daß folglich die erzeugte Ausgangsleistung PG abgesenkt wird, um die Drehzahl zu erhöhen, wodurch ein übermäßiger Abfall der Drehzahl unterdrückt wird.
- Auf diese Weise kann die Drehzahl N stets innerhalb des Bandes für variable Drehzahl gehalten werden.
- Wie oben beschrieben, können gemäß der vorliegenden Erfindung die Steuerung der erzeugten Ausgangsleistung, die Steuerung der Drehzahloptimierung und die Steuerung der Leitschaufelöffnungsoptimierung sämtlich gleichzeitig auf miteinander verträgliche Weise ausgeführt werden, ferner kann ein stabiler Betrieb mit variabler Drehzahl innerhalb des erlaubten Bandes für variable Drehzahl gewährleistet werden.
Claims (5)
1. Steuerungssystem für einen Wasserturbinen-Generator
variabler Drehzahl mit
- einer Wasserturbine (2),
- einem Generator (1) mit einer Primärwicklung (1a) und
einer Sekundärwicklung (1b), dessen Welle direkt mit
der Welle der Wasserturbine (2) verbunden ist,
- einer Betätigungseinrichtung (8) für veränderliche
Leitschaufeln zum Antreiben der veränderlichen
Leitschaufeln (9) der Wasserturbine (2) und
- einem elektrischen Leistungssystem (4), das die
erzeugte Leistung aufnimmt, wobei das Steuerungssystem
aufweist
- einen Detektor (6) für die tatsächliche Drehzahl,
- eine Einrichtung zum Bereitstellen eines
Befehlssignals (Po) für die Ausgangssleistung,
- eine Einrichtung (5) zum Erzeugen eines
Befehlssignals (Na) für die gewünschte Drehzahl, und
- einen Frequenzwandler (3), der mit dem elektrischen
Leistungssystem (4) und der Primärwicklung (1b) des
Generators (1) verbunden ist und der synchron mit dem
Leistungssystem (4) betrieben wird,
wobei das Steuerungssystem außerdem aufweist:
- einen Detektor (16) für die tatsächliche
Ausgangsleistung zum Erfassen der erzeugten Ausgangsleistung des
Generators (1),
- eine Leistungssteuerungseinrichtung (15, 17) zum
Vergleichen des Befehlssignals (Po) für die
Ausgangsleistung und des Signals des Detektors (16) für die
tatsächliche Ausgangsleistung, sowie zum Steuern der
tatsächlichen Ausgangsleistung über den
Freguenzwandler (3) derart, daß sie dem Befehlssignal (Po) für
die Ausgangsleistung entspricht,
- eine Drehzahlsteuerungseinrichtung (10, 11) zum
Vergleichen des Befehlssignals (Na) für die gewünschte
Drehzahl und des Ausgangssignals des Detektors (6)
der tatsächlichen Drehzahl, sowie zum Steuern der
tatsächlichen Drehzahl (N) über die
Leistungssteuerungseinrichtung (15, 17) derart, daß sie dem
Befehlssignal (Na) für die gewünschte Drehzahl
entspricht,
- eine Einrichtung zum Kombinieren der
Leistungssteuerungseinrichtung (15, 17) und der
Drehzahlsteuerungseinrichtung (10, 11), um ein zusammengesetztes
Steuerungssignal oder Steuerungssignale an den Generator
(1) anzulegen, um die Steuerungsfunktionen parallel
zu verwirklichen, wobei
die Ansprechgeschwindigkeit der
Leistungssteuerungseinrichtung (15, 17) so eingestellt ist, daß sie
schneller ist als die Ansprechgeschwindigkeit der
Einrichtung (8) zum Betätigen der veränderlichen
Leitschaufeln (9) der Wasserturbine (2).
2 Steuerungssystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ansprechgeschwindigkeit der
Leistungssteuerungseinrichtung (15, 17) schneller ist als die
Ansprechgeschwindigkeit der Drehzahlsteuerungseinrichtung (10,
11).
3. Steuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem
- der Generator (1) eine Primärwicklung (1a) aufweist,
die mit dem elektrischen Leistungssystem (4)
verbunden
ist, sowie eine Sekundärwicklung (1b), die mit
dem elektrischen Leistungssystem (4) über den
Frequenzwandler (3) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Einrichtung (5) zum Erzeugen eines Befehlssignals
(Na) für eine gewünschte Drehzahl einen ersten
Funktionsgenerator aufweist, der zumindest nach Maßgabe
des Befehlssignals (Po) für die Ausgangsleistung
wirkt, um das Befehlssignal (Na) für die Drehzahl zu
bestimmen, und daß sie außerdem einen zweiten
Funktionsgenerator aufweist, der nach Maßgabe zumindest des
Befehlssignals (Po) für die Ausgangsleistung wirkt,
um ein Öffnungs-Befehlssignal (Ya) für die
veränderlichen Leitschaufeln (9) der Wasserturbine (2) zu
bestimmen,
- es außerdem einen Addierer (13) aufweist zum Addieren
des Befehlssignals (Po) für die Ausgangsleistung zum
invertierten Ausgangssignal der
Drehzahlsteuerungseinrichtung (10, 11), um ein kombiniertes
Ausgangsbefehlssignal (Po') zu bestimmen,
- die Leistungssteuerungseinrichtung (15, 17) ein
Ausgangssignal erzeugt entsprechend einem Signal, das
die Differenz zwischen dem kombinierten
Ausgangs-Befehlssignal (Po') des Addierers (13) und dem
Ausgangssignal des Detektors (16) für die tatsächliche
Ausgangsleistung anzeigt, um die Zündwinkel der
Frequenzwandlereinrichtung (3) zu steuern, und
- die Betätigungseinrichtung die Position der
veränderlichen Leitschaufeln (9) derart steuert, daß letztere
die Zielposition entsprechend dem
Öffnungsbefehlssignal (Ya) einnehmen.
4. Steuerungssystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der erste und der zweite Funktionsgenerator die
jeweiligen Befehlswerte (Na, Ya) für die Drehzahl (N) und
die veränderlichen Leitschaufeln (9) vergrößern, wenn
das Befehlssignal (Po) für die Ausgangsleistung
zunimmt.
5. Steuerungssystem nach Anspruch 3,
weiter gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (21, 22), die dazu ausgelegt ist, ein
positives Modifizierungssignal (ΔD) für den
Leistungsbefehl nur dann zu erzeugen, wenn die Drehzahl N eine
Synchrondrehzahl um ΔN&sub1; überschreitet und ein negatives
Modifikationssignal (ΔD) für den Leistungsbefehl nur
dann zu erzeugen, wenn die Drehzahl N unter die
Synchrondrehzahl um ΔN&sub2; sinkt, um die
Frequenzwandlereinrichtung (3) derart zu steuern, daß das kombinierte
Ausgangsbefehlssignal (Po') so geführt wird, daß die
Drehzahl N in einen vorbestimmten
Geschwindigkeitsbereich (ΔN&sub1;, ΔN&sub2;) zurückgebracht wird, wenn die
Drehzahl einmal den Geschwindigkeitsbereich (ΔN&sub1;, ΔN&sub2;)
verläßt.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61106641A JPS62282172A (ja) | 1986-05-12 | 1986-05-12 | 可変速水車発電装置 |
Publications (2)
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| US5754446A (en) * | 1996-08-19 | 1998-05-19 | Voith Hydro, Inc. | Method and apparatus for optimizing performance of a kaplan turbine |
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| DE19719406C1 (de) * | 1997-05-12 | 1998-11-19 | Voith Hydro Gmbh & Co Kg | Verfahren zum Betreiben einer hydraulischen Maschine |
| US6038494A (en) * | 1997-05-21 | 2000-03-14 | Voith Hydro, Inc. | Control system for enhancing fish survivability in a hydroelectric power generation installation |
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