DE612100C

DE612100C - Arrangement for suppressing pendulum oscillations of parallel running synchronous generators by acting on the power supply of the engine coupled with the generator

Info

Publication number: DE612100C
Application number: DES98731D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Dr-Ing E H R Ruedenberg
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1931-05-17
Filing date: 1931-05-17
Publication date: 1935-04-15

Description

Anordnung zur Unterdrückung von Pendelschwingungen parallel laufender Synchrongeneratoren durch Einwirkung auf die Leistungszufuhr der mit dem Generator gekuppelten Kraftmaschine Synchrongeneratoren, die zum Betriebe großer Kraftwerke und Netze dienen, sind dadurch im Nachteil gegenüber Asynchronmaschinen, daß sie Pendelschwingungen um, ihre Gleichgewichtslege ausführen können. Dabei wird häufig ihre Kippleistung überschritten, und sie fallen außer Tritt. In Fig. z der Zeichnung ist das Pendeldiagramm einer Synchronmaschine dargestellt. Im Gleichgewichtszustand besitzt das Polrad der Maschine gegenüber der äußeren Spannung D eine Phasenvoreilung üo, die der jeweiligen Belastung der Maschine entspricht. Bei - Pendelungen schwingt nun der Polradwinkel 0 unter dem Einfluß oder der Nachwirkung irgendwelcher Kräfte um seine Nulllage ü. herum, etwa zwischen den Grenzen und Y". Bei konstanter innerer EMK Ei und äußerer Spannung E der Maschine ändert sich dadurch der Strom der Maschine und ebenso auch die Leistung W = E . J_. cos p. Insbesondere vollführt die Wirkleistung der Maschine ebenso regelmäßige Schwingungen wie der Pendelwinkel.Arrangement to suppress pendulum oscillations running in parallel Synchronous generators by acting on the power supply with the generator coupled prime mover synchronous generators, which are used to operate large power plants and networks are used, are at a disadvantage compared to asynchronous machines that they Pendulum oscillations to be able to carry out their equilibrium. Doing so often their overturning power is exceeded and they fall out of step. In Fig. Z of the drawing the pendulum diagram of a synchronous machine is shown. In a state of equilibrium the rotor of the machine has a phase lead with respect to the external voltage D. üo, which corresponds to the respective load on the machine. With - oscillations oscillates now the pole wheel angle 0 under the influence or the aftereffect of some forces to its zero position ü. around, roughly between the limits and Y ". At constant inner With the EMF Ei and the external voltage E of the machine, the current of the machine changes and also the power W = E. J_. cos p. In particular, the real power performs of the machine as well as regular oscillations such as the pendulum angle.

Gemäß der Erfindung werden Pendelungen von. Synchrongeneratoren dadurch unterdrückt, daß die Leistungszufuhr der mit dem Generator gekuppelten Kraftmaschine in Abhängigkeit von den Pendelschwingungen geregelt wird. Die Regelung ist derart, daß die dabei dem Generator zugeführten periodischen Antriebsmomente den bei der Pendelung auftretenden Massenkräften entgegenwirken.According to the invention, oscillations of. Synchronous generators thereby suppresses the power supply to the engine coupled to the generator is regulated depending on the pendulum oscillations. The scheme is such that the periodic drive torques supplied to the generator in the process Counteract the oscillation occurring inertia forces.

Die Differentialgleichung für die Pendelung von Synchronmaschinen lautet bekanntlich Darin ist O durch das Schwungmoment, D durch das Dämpfungsmoment, WS durch die synchronisierende Leistung ausgedrückt, und W" stellt die jeweilige Antriebsleistung der Kraftmaschine dar. Macht man nun die Antriebsleistung in jedem Augenblick wobei die rechte Seite der Gleichung (z) für ungedämpfte harmonische Schwingungen e --_ ei ° t mit der Eigenfrequenz v gilt, so bleiben nur die beiden mittleren Glieder der Gleichung (z) übrig, welche zeigen, daß das Polrad nunmehr nur noch gedämpfte Bewegungen ohne Schwingungen ausführen kann.The differential equation for the oscillation of synchronous machines is known to be In this, O is expressed by the moment of inertia, D by the damping torque, WS by the synchronizing power, and W "represents the respective drive power of the prime mover where the right-hand side of equation (z) applies to undamped harmonic oscillations e --_ ei ° t with the natural frequency v, only the two middle terms of equation (z) remain, which show that the pole wheel is now only damped Can perform movements without vibrations.

Die Antriebsleistung soll also erfindungsgemäß proportional den periodischen Abweichungen des Polradwinkels iü von der Nullage z9, und mit einer Kraftwirkung gesteuert werden, welche den Massenkräften entgegengesetzt ist. Man kann diese periodische Steuerung auch als eine Verstärkung der synchronisierenden Leistung WS (bzw. des synchronisierenden Momentes zwischen Polrad und Ständerdrehfeld)' des Generators bezeichnen, weil sie auf das Polrad eine mit der synchronisierenden Leistung gleichphasige Kraftwirkung ausübt. Die Steuerung gemäß der Erfindung bewirkt eine Aufhebung der Schwingungen und eine Verkleinerung .der Amplitude der Pendelungen, so daß diese infolge der stets vorhandenen Dämpfung rasch zum Erlöschen kommen.According to the invention, the drive power should therefore be proportional to the periodic Deviations of the pole wheel angle iü from the zero position z9, and with a force effect be controlled, which is opposite to the mass forces. Man This periodic control can also be used as an amplification of the synchronizing Power WS (or the synchronizing torque between the pole wheel and the stator rotating field) ' of the generator because they are synchronizing with the pole wheel Power exerts in-phase force effect. The control according to the invention is effected a cancellation of the oscillations and a reduction in the amplitude of the oscillations, so that these are quickly extinguished as a result of the damping that is always present.

Die periodische Steuerung der Leistungszufuhr der Kraftmaschine kann entweder in Abhängigkeit vom Pendelwinkel Ü oder vom Strom J oder von der Leistung W oder von irgendeiner anderen pendelnden elektrischen oder mechanischen Größe erfolgen. Man benutzt dazu, wie in Fig. 2 der Zeichnung schematisch angedeutet ist, entweder einen elektrischen Indikator im Belastungsstromkreis des Generators (W, J) oder einen Winkelindikator auf der Welle der Maschine (t9). Man läßt einen oder beide dieser Indikatoren auf die Verstellung der Leistungszufuhr oder auf ihre Vorsteuerung arbeiten.The periodic control of the power supply to the prime mover can take place either as a function of the oscillation angle U or the current J or the power W or any other oscillating electrical or mechanical variable. For this purpose, as indicated schematically in FIG. 2 of the drawing, either an electrical indicator in the load circuit of the generator (W, J) or an angle indicator on the shaft of the machine (t9). One or both of these indicators are allowed to operate on the adjustment of the power supply or on its precontrol.

Bei der Anordnung nach der Erfindung ist es zweckmäßig, daß die periodische Regelung der Leistungszufuhr der Kraftmaschine möglichst im Gegentakte zu den Beschleunigungskräften der Pendelungen gemäß der Gleichung (2) steht. Jedenfalls sollen die Verzögerungszeiten zwischen dem jeweiligen Wert der Pendelung und den jeweiligen Werten der Leistungszufuhr geringer als eine viertel Schwingungsdauer der Pendelung sein, da nur dann eine ausreichende Gewähr für eine gute Dämpfung der Schwingung gegeben ist. Um diese kurzen Regelzeiten zu erzielen, ist es zweckmäßig, die periodische Regelung der Leistungszufuhr nicht über den Geschwindigkeitsregler der Maschine zu leiten, sondern das Verstell organ direkt oder durch Servomotoren mechanischer oder elektrischer Art unmittelbar zu beeinflussen. Der Geschwindigkeitsregler kann dabei ebenfalls vorhanden sein und die normale, ohne Pendelungen verlaufende Regelung der Leistung durchführen.In the arrangement according to the invention, it is advantageous that the periodic Regulation of the power supply to the prime mover as far as possible in opposition to the acceleration forces of the oscillations according to equation (2). In any case, the delay times should between the respective value of the oscillation and the respective values of the power supply be less than a quarter oscillation period of the pendulum, since only one there is sufficient guarantee of good vibration damping. Around To achieve short control times, it is advisable to use the periodic control of the The power supply should not be directed through the speed controller of the machine, but rather the adjustment organ directly or by servomotors mechanical or electrical Kind of influencing directly. The cruise control can also do this be available and the normal, without oscillations running control of the power carry out.

Fig. 3 der Zeichnung. veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Winkelabweichung ü auf die Leistungszufuhr einwirkt. i ist ein an ein Drehstromnetz angeschlossener Synchrongenerator, der von einer Dampfturbine 2 angetrieben wird. In das Dampfzufuhrrohr der Turbine ist ein Ventil 3 eingebaut, das von einem Gleichstromservomotor 4 gesteuert wird. Der Servomotor bekommt seine Spannung von einer Batterie 5. Die Größe dieser Spannung und damit auch die Größe der durch das Ventil 3 gesteuerten Dampfzufuhr ist nun proportional dem Winkelt9, den das Polrad des Generators i bei Pendelungen gegenüber dem Winkel z9, einnimmt. Es ist dazu ein Differentialgetriebe 6 vorgesehen, das einerseits mit der Welle des Generators i, anderseits mit einem leer laufenden Hilfssynchronmotor 7 gekuppelt ist. Der Hilfssynchronmotor ist derart gebaut (möglichst geringe umlaufende Massen, sehr starke Dämpfung, starke Erregung usw.), daß er bei Schwankungen der Netzspannung möglichst nicht bzw. nur ganz wenig pendelt. Pendelt nunmehr das Polrad des Generators i, so dreht sich der Hebel 8 des Differentialgetriebes im Takte dieser Pendelungen nach der einen bzw. anderen Seite urid gleitet dabei auf den mit den einzelnen Elementen der Batterie 5 verbundenen Kontakten g. Da der Servomotor 4 einerseits mit der Mitte der Batterie 5, anderseits mit dem Hebel 8 verbunden ist, bekommt er im Takte der Pendelungen positive und negative und der Amplitude der Pendelungen entsprechende Steuerimpulse, die eine Änderung der Leistungszufuhr an der Turbine 2 im geschilderten Sinne herbeiführen.3 of the drawing. illustrates an embodiment of FIG Invention, in which the angular deviation ü acts on the power supply. i is a synchronous generator connected to a three-phase network, powered by a steam turbine 2 is driven. A valve 3 is built into the steam supply pipe of the turbine, which is controlled by a DC servo motor 4. The servo motor gets its Voltage from a battery 5. The magnitude of this voltage and therefore the magnitude the steam supply controlled by valve 3 is now proportional to the angle9, which the pole wheel of the generator i assumes when oscillating with respect to the angle z9. For this purpose, a differential gear 6 is provided which, on the one hand, is connected to the shaft of the generator i, on the other hand coupled to an idle auxiliary synchronous motor 7 is. The auxiliary synchronous motor is built in this way (the lowest possible rotating masses, very strong attenuation, strong excitation, etc.) that it occurs in the event of fluctuations in the mains voltage if possible not or only very little commute. The generator's pole wheel now oscillates i, the lever 8 of the differential gear rotates in time with these oscillations to one or the other side urid slides on the one with the individual elements the battery 5 connected contacts g. Since the servomotor 4 on the one hand with the middle the battery 5, on the other hand, is connected to the lever 8, he gets in the cycle of the Oscillations positive and negative and corresponding to the amplitude of the oscillations Control pulses that change the power supply to the turbine 2 in the outlined Induce senses.

Bei der dargestellten Anordnung würden auch dauernde Änderungen der Leistung des Generators eine Verstellung des Hebels 8 und damit eine Beeinflussung der Dampfzufuhr am Ventil 3 herbeiführen. Um dies zu vermeiden, kann man beispielsweise den Ständer des Synchronmotors 7 verdrehbar machen und ihn mit Hilfe eines wattmetrischen Relais proportional der Wirkleistung des Generators i verstellen. Da der Winkel 29 der Wirkleistung proportional ist, bleibt dann der Hebel 8 bei dauernden und langsamen Änderungen der Wirkleistung des Generators i in Ruhe. Damit diese Verstellung des Ständers des Motors 7 nicht durch periodische Leistungsschwankungen gestört wird, kann man die Steuerung von dem wattmetrischen Relais aus mit entsprechender Trägheit und Dämpfung durchführen.In the arrangement shown, permanent changes would also be made to the Power of the generator an adjustment of the lever 8 and thus an influence bring about the steam supply at valve 3. To avoid this, you can, for example make the stator of the synchronous motor 7 rotatable and use a wattmetric Adjust the relay proportionally to the active power of the generator i. Because the angle 29 is proportional to the active power, then the lever 8 remains at permanent and slow changes in the active power of the generator i at rest. So this adjustment of the stator of the motor 7 is not disturbed by periodic power fluctuations you can control the wattmetric relay with the appropriate Perform inertia and damping.

Im allgemeinen wird eine momentane Steuerung der Antriebsleistung W a vom Winkel 17 oder von der Leistung W aus schwer durchzuführen sein. Man wird viehmehr mit einer gewissen Verzögerung rechnen müssen. Dies läßt sich leicht dadurch ausgleichen, daß man dem Steuerungstakt, der ja periodisch verläuft, eine künstliche Phasenvoreilung gibt. Beispielsweise kann man bei mechanischer Steuerung nicht nur den Winkel 7i, sondern auch seine Veränderungsgeschwindigkeit gemeinsam auf die Leistungszufuhr einwirken lassen. Bei elektrischer Steuerung kann man außer der elektrischen Wirkleistung oder dem Wirkstrom auch .die Blindleistung oder den Blindstrom mitbenutzen, oder man kann eine andere bekannte Methode zur Phasenvoreilung der Steuerimpulse benutzen, beispielsweise kann man in die Steuerleitung vom Wirkleistungsindikator aus eine entsprechend große Kapazität einschalten, die den Steuerimpulsen eine Voreilung erteilt.In general, a momentary control of the drive power W a from the angle 17 or from the power W will be difficult to carry out. One will have to reckon with a certain delay. This can easily be compensated for by giving the control cycle, which runs periodically, an artificial phase lead. For example, with mechanical control, not only can the angle 7i, but also its rate of change let act together on the power supply. In the case of electrical control, in addition to the active electrical power or the active current, the reactive power or the reactive current can also be used, or another known method for leading the phase of the control pulses can be used, for example a correspondingly large capacitance can be switched into the control line from the active power indicator, which gives the control impulses an advance.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Arrangement for suppressing pendulum oscillations synchronous generators running in parallel by affecting the power supply the engine coupled to the generator, characterized in that the Power supply is influenced by the pendulum oscillations in such a way that the generator periodic drive torques supplied to the inertia forces occurring during the pendulum movement counteract.

2. Arrangement according to claim i, characterized in that the phase shift between the periodic inertia forces and the opposing drive torques is less than a quarter of the oscillation period of the pendulums.

3. Arrangement according to Claim i, characterized in that the periodic deviations of the pole wheel angle z9 from the position corresponding to the instantaneous static load on the power supply act on the engine. q ..

Arrangement according to claim j, characterized in that that the electrical power of the generator (especially the real power) or the generator current with its periodic changes occurring during the oscillations act on the power supply to the engine.

5. Arrangement according to claim i or 2 to compensate for the delay between that emanating from the generator Impulse and the effective periodic change of the drive torque, characterized in that that of that. Generator outgoing periodic impulse on the power supply a phase lead is granted.

6. Arrangement according to claim 3 or 5, characterized characterized in that the control of the power supply except for the pole wheel angle e also depends on the size of the rate of change of the rotor angle iÜ is.

7. Arrangement according to claim 5, wherein the periodic changes in the active power of the generator act on the power supply, characterized in that in the control line has a capacity to achieve the phase lead of the control pulse is switched on. B. Arrangement according to claim i or 2 with speed controller for the normal regulation of the power, characterized in that the periodic Control of the power supply from the generator directly, bypassing the speed regulator he follows.