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Verfahren zur Drehzahlregelung von insbesondere synchronen reinen
Blindleistungsmaschinen in Starkstromnetzen . Bei der Übertragung von großen Leistungen
über Fernleitungen ist es bekannt, zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der Fernleitung
diese zu kompensieren, d. h. durch besondere Apparate oder Maschinen Blindstrom
zuzusetzen, um die Spannung längs der Leitung konstant zu halten. Für diese Kompensationseinrichtungen
werden insbesondere rotierende Maschinen verwendet, die die Aufgabe haben, als synchrone
oder asynchrone Phasenschieber die durch die Kapazitäts- oder Belastungsströme der
Leitung hervorgerufenen Blindleistungen aufzunehmen. Zur Erhöhung der Stabilität
der Leitung werden die Blindleistungsmaschinen in bestimmten Abständen längs der
Leitung verteilt; die -für die Deckung der eigenen Betriebsverluste erforderliche
mechanische Leistung nehmen sie dabei vom Netze als Motor auf.
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Treten nun auf der Fernleitung Belastungsstöße auf, so wird dieser
Mehrbedarf an Leistung zunächst teilweise oder ganz aus der kinetischen Energie
der rotierenden Massen der Maschinen gedeckt. Durch den Belastungsstoß wird zunächst
die Frequenz aller umläufenden Maschinen vermindert. Haben alle am Netze hängenden
Generatoren in ihrer Charakteristik übereinstimmende und gleich empfindliche Drehzahlregler,
so werden alle Generatoren durch diese Regler,- die den Zufluß der Leistung der
Antriebsmaschine regeln, wieder gleichmäßig auf ihre Solldrehzahl gebracht. Die
Phasenwinkel zwischen den Spannungen der einzelnen Generatoren-, die während dieses
Ausgleichsvorganges auftreten, werden durch eine schnelle Drehzahlregelung verkleinert
und daher die Stabilität des ganzen Systems verbessert.
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Die Stabilität wird jedoch unter Umständen durch die über die Leitung
verteilten Blindleistungsmaschinen gefährdet. Es liegt dann der Fall vor, daß die
in der Drehzahl geregelten Generatoren in den Kraftwerken mit in der Drehzahl ungeregelten
Blindleistungsmaschinen parallel laufen. Da nun der Laststoß sich auf alle Maschinen
verteilt, so werden bei schneller Drehzahlregelung der Generatoren zunächst diese
Maschinen auf ihre Solldrehzahl gebracht. Den Generatoren wird dabei zusätzliche
mechanische Energie zugeführt, während diese Zufuhr von Ener= gie bei den Blindleistungsmaschinen
fehlt. Hierdurch wird aber der Phasenwinkel zwischen den Blindleistungsmaschinen
und den Generatoren im Kraftwerk vergrößert und kann bei langen Leitungen, wo man
schon in der Nähe der statischen Stabilität arbeitet, unzulässig groß werden, so
daß die Stabilität gefährdet wird.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Drehzahlregelung
von reinen Blindleistungsmaschinen, das diese Schwierigkeiten beseitigt. Die insbesondere
synchron ausgebildete Blindleistungsmaschine ist dabei dauernd oder vorübergehend
(während des Regelverfahrens gemäß der Erfindung) mit einer Antriebsmaschine gekuppelt.
Erfindungsgemäß wird die Drehzahl dieser Antriebsmaschine bei plötzlichen und größeren
Schwankungen der Netzfrequenz selbsttätig derart geregelt, daß bei einer Frequenzsenkung
die Blindleistungsmaschine gebremst und bei einer Frequenzerhöhung beschleunigt
wird. Während also die gewöhnliche Blindleistungsmaschine, die ihre Antriebsenergie
unmittelbar vom Netze aufnimmt, bei starken Schwankungen der Netzfrequenz infolge
der dann sich vorübergehend einstellenden Überlastung in der aufgenommenen Wirkleistung
außer Tritt fällt, wird dies bei der Anordnung nach der Erfindung dadurch verhütet,
daß diese zusätzliche Leistung der Blindleistungsmaschine nicht elektrisch vom Netze
zugeführt wird, sondern mechanisch durch Drehzahlregelung der die Blindleistungsmaschine
antreibenden Maschine. Die Antriebsmaschine für die Blindleistungsmaschine besitzt
also eine Anordnung zur Regelung ihrer Drehzahl. Die Antriebsmaschine kann unmittelbar
vom Netz gespeist werden. Nachdem aber dabei die Schwankungen in der Leistung doch
wieder dem Netze entnommen .werden, was für die Herbeiführung eines möglichst raschen
normalen Wertes der Netzfrequenz hinderlich ist, so erweist es eich als zweckmäßig,
die bei Schwankungen der Netzfrequenz erforderliche zusätzliche Energie für die
Antriebsmaschine aus einem Energiespeicher zu entnehmen. Die Energieverluste, die
der Speicher auf diese Weise erleidet, können vom Netze aus kontinuierlich ausgeglichen
werden. Dieselben Überlegungen, die hier für die Synchronmaschine durchgeführt wurden,
gelten nun auch entsprechend für die Asynchronmaschine, die bei Frequenzänderungen
über ihren Kipppunkt (Kreisdiagramm) herüberlaufen kann, wodurch" die Spannung an
der Leitung und daher auch ihre Leistung zusammenbricht. Diese Überschreitung des
Kippunktes wird noch dadurch begünstigt, daß die asynchrone Blindleistungsmaschine
gewöhnlich eine sehr große Maschine darstellt, bei der bekanntlich der Schlupf zwischen
Leerlauf und voller Wirkbelastung nur sehr gering ist, so daß bereits eine geringe
plötzliche Änderung der Netzfrequenz einen Schlupf zwischen dem Ständerdrehfeld
der asynchronen Blindleistungsmaschine und dem Läufer hervorrufen kann, der jenseits
der Kippgrenze liegt. Durch die Steuerung der Asynchronmaschine gemäß der Erfindung
wird daher dieselbe günstige Wirkung auf die Stabilität wie bei der Drehzahlsteuerung
von synchronen Blindleistungsmaschinen erzielt.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. r ist eine
Drehstromfernleitung, an die eine Synchronmaschine z als Blindleistungsmaschine
angeschlossen ist. Mit der Blindleistungsmaschine ist als Antriebsmaschine ein Gleichstromnebenschlußmotor
3. gekuppelt, der von einer Akkumulatorenbatterie 4 aus gespeist wird. Die Batterie
4 wird vom Netze aus über einen Drehstrom-Gleichstrom-Umformer g aufgeladen. Mit
der Blindleistungsmaschine a bz-,v. der Antriebsmaschine 3 ist noch ein Drehzahlregler
6. gekuppelt, der mittels eines übertragungsgestänges 8 auf einen Regelwiderstand
7 im Nebenschlußerregerkreis des Gleichstrommotors 3 einwirkt. Der Regler 6 ist
derart eingestellt, daß beispielsweise beim Sinken der Netzfrequenz unter den Normalwert
zier Regelwiderstand derart verstellt wird, daß das Feld in der Gleichstrommaschine
3 geschwächt wird, die Maschine also einen erheblich höheren Strom aus dem Akkumulator
4 aufnimmt. Die Gleichstrommaschine gibt dann eine größere mechanische Energie an
die Blindleistungsmaschine z ab. Die Anordnung wirkt also genau so wie die Drehzahlregler'
der Generatoren, die beim Rückgange der Frequenz die antreibende Kraftmaschine zu
erhöhter Energieabgabe veranlassen. Man kann daher auch an den Blindleistungsmaschinen
die Verhältnisse derart abstimmen, daß diese sich bei Schwankungen der Netzfrequenz
genau so verhalten wie die Generatoren.
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Die Gleichstrommaschine 3 kann bei der dargestellten Anordnung während
des normalen Betriebes, wenn also die-Netzfrequenz ihren Sollwert aufweist, derart
eingestellt sein, daß sie entweder leer mitläuft oder auch die Verluste an der Blindleistungsmaschine
a ganz oder teilweise deckt, so daß diese aus dem Netze eine geringere Wirkleistung
aufnimmt. Die Antriebsmaschine für die Blindleistungsmaschine kann aber auch während
des Normalbetriebes abgeschaltet sein; sie wird dann bei Schwankungen der Netzfrequenz
selbsttätig eingeschaltet und übernimmt die geschilderten Funktionen. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel kann dies dadurch erreicht werden, daß in dem Ankerstromkreis
des Gleichstrommotors 3 ein Schalter 9 liegt. Dieser Schalter wird von einer Hilfssynchronmaschinezo
gesteuert. Die Hilfssynchronmaschine ist an das Netz angeschlossen; sie besitzt
für ihre geringe Größe ein erhebliches Schwungmoment, also eine große Normalanlaufzeit.
Dementsprechend wird sie bei Schwankungen der Netzfrequenz
erhebliche
Schwankungen in der vom Netze aufgenommenen Leistung aufweisen. Wenn nach dem Rückgange
der Netzfrequenz diese durch die Generatoren wieder rasch auf den Sollwert gebracht
,wird, so wird die Hilfssynchronmaschine eine erhebliche Zusatzleistung aufnehmen,
die für die Beschleunigung ihrer Schwungmassen gebraucht wird. Diese Zusatzleistung
bewirkt nun über ein wattmetrisches Relais i i, daß der Schalter g an der Gleichstrommaschine
3 geschlossen wird und diese nunmehr die oben geschilderten Funktionen übernehmen
kann.