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Anordnung zur annähernden Konstanthaltung der Austauschleistung zwischen
zwei Netzen oder Kraftwerken Die Regelung des Leistungsaustausches zwischen ausgedehnten
Netzen bereitet große Schwierigkeiten. Die Beeinflussung der ausgetauschten Leistung
ist dadurch möglich, daß man in dem einen Netz die Frequenz konstant hält, in dem
anderen Netz dagegen in Abhängigkeit von der Übergabeleistung die erzeugte Leistung
z. B. durch Beeinflussung eines beliebigen Generators so regelt, daß ein mehr oder
weniger großer überschuß oder Mangel der erzeugten Leistung des zweiten Netzes gegenüber
der in demselben Netz verbrauchten Leistung auftritt. Es muß dann die Differenz
aus dem ersten Netz über die Kuppelleitung, über die beispielsweise eine konstante
Leistungsübergabe erfolgen soll, ausgetauscht werden. Die regeltechnischen Schwierigkeiten,
die hierbei auftreten, rühren in erster Linie davon her, daß die Trägheiten sämtlicher
Maschinen- und Verbraucherschwungmassen beider Netze den Regelvorgang verzögern.
Verändert man nämlich die Generatorleistung des einen Netzes plötzlich um einen
bestimmten Betrag, so tritt zunächst eine beiden Netzen gemeinsame Frequenzänderung
mit einer gewissen Geschwindigkeit auf. Die erzeugte Mehrleistung verteilt sich
jetzt zunächst auf die beiden parallel fahrenden Netze ausschließlich nach Maßgabe
derSchwungmassen der rotierenden Maschinen im Netz. Praktisch dauert dieser Zustand
bei dem häufig vorkommenden Fall, daß die gesteuerte Übergabeleistung klein ist
im Verhältnis zur Gesamtleistung der parallel fahrenden Netze, viele Sekunden an,
ehe sich die Frequenz soweit geändert hat, daß -auf Seiten des frequenzfahrenden
Kraftwerkes bzw. infolge der Statik der parallel arbeitenden Maschinen irgendeine
andere Verteilung auftritt. Die Folge davon ist, daß sich erst eine ungenügende,
später eine weit über das gewünschte Maß hinausschießende Leistungsübergabe einstellt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur annähernden Konstanthaltung
der Austauschleistung zwischen zwei Netzen oder Kraftwerken, insbesondere der Austauschleistung
in deren Küppelleitung, durch welche die Leistungsschwingungen verringert werden.
Gemäß der Erfindung liegt in Reihe mit der Kuppelleitung der beiden Netze oder
Kraftwerke
eine Drosselspule, deren Induktivität von der- gegenseitigen Phasenlage einander
zugeordneter , Netzspannungsvektoren an den Anschlußpunkten der Drosselspule abhängig
ist.
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Zu diesem Zweck kann man beispielsweise eine Drosselspule mit veränderlichem
Luftspalt verwenden, und kann "in Abhängigkeit von der Übergabeleistung die Induktivität
so ändern, daß die Leistung noch eine Zeit lang ungefähr auf ihrem Sollwert gehalten
wird. Versucht also zum Beispiel die Übergabeleistung zu steigen, so wird die ,Induktivität
der Drosselspule vergrößert. Ehe die Drossel an das Ende ihres Regelwertes kommt,
-muß inzwischen beispielsweise in Abhängigkeit von *der Spannung an der Drosselspule
das eine Kraftwerk so beeinflußt werden, daß die Spannungsvektoren der beiden Netze
in ihre ursprüngliche gegenseitige Phasenlage zurückkehren. . Gleichzeitig wird
auch die Induktivität der Drosselspule auf .ihren ursprünglichen Wert zurückgebracht.
Versucht also z. B. in einer Anordnung nach Fig. i das Netz 2 zuviel Leistung an
das Netz=-i abzugeben, so wird die Leistung des Netzes :2 verringert. Dadurch kommen
die Spannungsvek-. tör en wieder in ihre ursprüngliche gegenseitige Phasenlage zueinander,
und gleichzeitig damit wird auch die Induktivität der Drosselspule wieder auf ihren
ursprünglichen Wert gebracht, .so daß wieder bei derselben gegenseitigen Phasenlage-
der Spannungsvektoren beider Netze die konstant zu haltende Leistung -übertragen
wird. Durch die Änderung der Induktivität wird erreicht, daß die beiden Netze-beim
Versuch einer ,Änderung der-Übergabeleistung ausweichen können, so daß die Übergabeleistung-von
den gegenseitigen- Pendelbewegungen der Spannungsvektoren nicht nennenswert beeinflußt
wird. Durch die Regelung des einen Kraftwerkes wird dann erreicht, daß die Abweichung
in der-gegenseitigen Phasenlage der Spannungsvektoren- beider Netze wieder rückgängig
gemacht wird, so daß die gleiche Austauschleistung bei. derselben gegenseitigen
Phasenlage der Netzsparmungsvektoren von dem einen Netz an das andere geliefert
wird: Die Regelung - des magnetischen Widerstandes kann, wie bereits erwähnt, durch
Änderung der Größe eines Luftspaltes, beispielsweise mit Hilfe eines drehbaren Anker's,°
erfolgen.
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Zu diesem Zweck kann man beispielsweise die Lage des drehbaren Ankers
auf Grund der Messung der- Übergabeleistung, des-Phasenwinkels zwischen den Spannungsvektoren
der beiden Netze oder der Differenzspannung ändern. Z. B. könnte man den magnetischen
Widerstand in Abhängigkeit von der -Phasenlage so einstellen, daß ungefähr immer
-der gleiche Strom übergeht, bzw. daß verhältnismäßig große Änderungen der Differenzspannung
nur mit kleinen Änderungen der Stromstärke verbunden sind.
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Besonders zweckmäßig ist es, eine mit Gleichstrom vormagnetisierte
Drosselspule zu verwenden.
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In Fig. 2 ist die Charakteristik einer solchen mit Gleichstrom vormagnetisierten
Drosselspule aufgetragen. In einem gewissen Arbeitsbereich, der in der Figur durch
gestrichelte Linien angedeutet ist, ändert sich die Wechselspannung A U an
der Drosselspule bei wenig veränderlichem Wechselstrom I sehr stark. Das bedeutet
also, daß, wenn man eine solche Drosselspule in die Kuppelleitung zweier Netze legt,
die Spannungsvektoren der beiden Netze gegeneinander nennenswerte gegenseitige Bewegungen
ausführen können, ohne daß die Übergabeleistung an den Schwankungen in entsprechender
Weise teilnimmt. Man braucht dann nur die in dem einen Netz insgesamt erzeugte Leistung
dahin zu beeinflussen, daß die Spannung A U an der Ausgleichsdrossel einen geeigneten
Mittelwert A U, einhält bzw. um diesen schwingt. An diesen Schwingungen wird jetzt
die übergehende Leistung nicht mehr nennenswert teilnehmen.
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Die Zeichnung zeigt verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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In Fig. i sind i und 2 die beiden Netze, die durch eine Leitung 16
miteinander gekuppelt sind. In dieser Leitung liegt eine Drosselspule ,9 mit einer
Gleichstromwicklung io, weiclfe an eine Spannungsquelle, beispielsweise eine Batterie
i i, angeschlossen ist. Es sei angenommen, daß Leistung aus dem Netz 2 nach dem
Netz i übertragen wird. Das Netz i soll auf Frequenz geregelt werden. Zu diesem
Zweck wirkt auf den Generator 3, der von der Turbine 4 angetrieben `wird, ein Frequenzregler
5 ein. Statt = den Frequenzregler auf eine einzige Maschine einwirken zu lassen,
kann er auch auf mehrere Maschinen einwirken. Die Regelung der Übergabeleistung
geschieht im Ausführungsbeispiel dadurch, daß ein Spannungsrelais 12 von der Spannung
A U an der Drosselspule über -einen nicht näher bezeichneten Spannungswandler beeinflußt
wird. Ist die Spannung an der Drosselspule gleich dem Normalwert AU, so steht
der Kontakt des Spannungsrelais 12 in der Mittellage. Bei zu großer Spannung
A U > 0 Uo- gibt er nach oben, bei zu kleiner Spannung A U G A U,
nach unten Kontakt. Dadurch wird eine Regelvorrichtung 8 betätigt, die beim Schließen
des oberenKontaktes dieKraftmaschinefi des Generators 6 so beeinflußt, daß deren
Leistung -verringert wird. Beim Schließen
des unteren Kontaktes
wird die Leistung des Generators 6 verstärkt. Auch hier kann wieder das Regelgerät
8 auf eine Gruppe von Maschinen einwirken. DerRegelvorgang wird sich so abspielen,
daß sich bei plötzlicher Änderung der Übergabeleistung der Winkel zwischen den Spannungsvektoren
der beiden Netze zunächst vergrößert oder verringert und daß hierauf der Regler
8 die Spannungsvektoren wieder auf ihre ursprüngliche gegenseitige Lage zurückzuführen
versucht.
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Um zu vermeiden, daß bei plötzlicher Umkehr der Leistungsrichtung
eine Fehlregelung zustande kommt, ist ein Leistungsrichtungsrelais 13 vorgesehen,
welches über den Stromwandler 14 und den Spannungswandler 15 erregt wird. Die Schaltung
ist dabei so getroffen, daß bei richtiger Leistungsrichtung das Spannungsrelais
12 allein eingreift. Kehrt sich aber einmal die Leistung um, so schließt das Relais
13 seinen unteren Kontakt und beeinflußt dadurch die Leistungsabgabe des Netzes
2 so lange, bis wieder die gewünschte Richtung des Leistungsflusses herbeigeführt
ist und bis dann das Spannungsrelais 12 wieder allein eingreifen kann. Im Ausführungsbeispiel
war, wie bereits erwähnt, angenommen, daß die Leistung vom Netz 2 auf das Netz i
übertragen wird. Will man umgekehrt vom Netz i auf Netz 2 Leistung übertragen, $o
sind an den rechts gezeichneten Kontakten des Leistungsrichtungsrelais 13 die Anschlüsse
zu vertauschen.
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BeiVerwendung einer mitGleichstrom vormagnetisierten Drosselspule
ändert sich die Induktivität selbsttätig, sobald sich die Austauschleistung zu verändern
sucht. Die Austauschleistung bleibt wegen der Neigung der Charakteristik der vormagnetisiertenDrosselspule
nicht genau konstant. Man kann daher, um die Anordnung noch zu verbessern, die Gleichstromerregung
inAbhängigkeit von der Austauschleistung derart steuern, daß jeweils die Induktivität
so verändert wird, daß die Austauschleistung für eine kurze Zeit konstant bleibt.
Im ersten Augenblick würde zunächst diese Veränderung der Induktivität das gegenseitige
Ausweichen der Spannungsvektoren bei annähernd gleichbleibender Übergabeleistung
ermöglichen, hierauf würde dann das Steuergerät 8 eingreifen, um die Spannungsvektoren
wieder in ihre ursprüngliche gegenseitige Lage zurückzuführen.
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Die Eigentümlichkeit der vormagnetisierten Drosselspule, in weiten
Grenzen der anliegenden Wechselspannung den hindurchfließenden Wechselstrom konstant
zu halten, läßt sich auch für die Leistungsaufteilung zwischen parallelen Leitungen
nutzbringend verwenden. Ist z. B., wie in Fig. 3 dargestellt, das Netz i mit dem
Netz 2 über zwei verschiedene Leitungen 2o und 21 gekuppelt, so besteht häufig'
das Bedürfnis,` wenigstens auf einer dieser Leitungen die Austauschleistung konstant
zu halten. Das kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß man, wie in
Fig. 3 dargestellt, eine Drosselspule 9
in die Leitung einschaltet, deren
Gleichstromwicklung io von einer Spannungsquelle i z gespeist wird, und die so weit
vormagnetisiert ist, daß sie im Normalbetrieb in dem in Fig.2 dargestellten Arbeitsbereich
arbeitet. Zur' genauen Konstanthaltung kann man auch die Gleichstromvormagnetisierung
der Drosselspule in der vorher beschriebenen Weise verändern.
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Statt dieser gleichstromvormagnetisierten Drosselspule kann auch eine
andere regelbare Drosselspule verwendet werden, deren Induktivität in Abhängigkeit
von der Übergabeleistung so geändert wird, daß diese wieder konstant bleibt. Die
vormagnetisierteDrosselspule bietet aber den Vorteil, daß man auch ohne jede Regeleinrichtung
einen annähernd konstanten Wirkleistungsfluß auf der Leitung 2o erreichen karm,
wenn die beiden Netze i und 2 konstante oder annähernd konstante Spannung besitzen.
Man kann beispielsweise bei der Anordnung nach Fig.3 auch in der anderen Leitung
2i eine gleichstromvormagnetisierte Drosselspule einschalten und in Abhängigkeit
von der Spannung dieser Drosselspule die Leistung des Netzes 2 wie bei der Anordnung
nach Fig. i so verändern, daß die Austauschleistung in der Leitung 21 konstant bleibt.
Es bleibt dann auch ohne jede Regelung in der Leitung 2o die übertrageneWirkleistungannähernd
konstant.
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In Fig. 4 ist ein anderes Ausführungsbeispiel -der Erfindung dargestellt.
Hier wird durch eine Drosselspule g in einer Leitung 31 eines vermaschten Netzes,
das von demKraftwerk 3o gespeist wird, die Wirkleistung in der Leitung 31 annähernd
konstant gehalten. Voraussetzung ist dabei, daß die Spannung an den - Endpunkten
der Leitung annähernd konstant bleibt.
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Es können auch bei der Regelung der Leistungsübergabe in Abhängigkeit
von der Spannung der Ausgleichsdrosselspule Rückführungen zur Verminderung des Überregelns
benutzt werden. Besonders zweckmäßig ist es, das Relais 12 der Fig. i nicht nur
von der Spannungsänderung A U - A Uo, sondern auch von - dem Differentialquotienten
der Spannung A U nach der Zeit abhängig zu machen. Das Relais spricht dann an auf
Dann täuscht eine plötzliche .Änderung der Spannung sofort eine größere Spannungsänderung
vor, während bei Rückkehr der Spannung auf ihren
Sollwert bereits
vorher die Regelung unterbrochen wird, so daß keine Überregelung auftritt.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel für die Vermeidung des Überregelns
zeigt Fig. 5. Soweit die Teile mit denen der Fig. i übereinstimmen, sind dieselben
Bezugszeichen gewählt. Bei der Anordnung nach Fig. 5 wird davon Gebrauch gemacht,
daß der Gleichstrom der vormagnetisierten Drosselspule unter dem Einfluß der Spannungsänderung
an der Drosselspule 9 eine vorübergehende Beeinflussung erfährt, und zwar wird der
Gleichstrom bei steigender Spannung vorübergehend erhöht, bei sinkender Spannung
vermindert. Man kann nun dafür sorgen, daß durch Zwischenschaltung geeigneter Stromrelais
im Gleichstromkreis, welche die Steuerleitungen zum Regler 8 bei -starken Änderungen
der Spannung an der Drosselspule 9. wahlweise abschalten, z. B. ein Regelvorgang,
der eine Verminderung der Spannung an der Drosselspule 9 bewirkt, nur so lange möglich
ist, als die Spannung an ihr noch steigt, dagegen bei sinkender Spannung bereits
unterbunden wird. Zu diesem Zweck ist der obere Kontakt des Relais 12 über den Kontakt
eines Relais q.o, der untere Kontakt des Relais 12 über den Kontakt eines Relais
41 geführt, die Relais q.o und ¢i liegen im Gleichstromkreis der Drosselspule. Die
beiden Relais haben im Normalbetrieb ihre Kontakte geschlossen. Bei sinkender Spannung
an der Drosselspule 9 öffnet das Relais q.ö, bei steigender Spannung öffnet das
Relais 41 seinen Kontakt. Versucht beispielsweise die Übergabeleistung vom Netz
2 nach dem Netz i zu steigen, so schließt das Relais 12; wie bereits erwähnt, seinen
oberen Kontakt, wodurch der Regler 8 so beeinflußt wird, daß das Netz?, seine
Leistung vermindert. Der Kontakt des Relais. 40 ist dabei geschlossen. Sobald aber
.die Spannung an der Drosselspule 9- sich dem Normalwert wieder zu nähern beginnt,
wird der Gleichstrom geschwächt, und das. Relais q.o öffnet seinen Kontakt und unterbindet
dadurch kurzzeitig den Regelvorgang. In entsprechender Weise unterbricht das Relais
41 den Regelvorgang, wenn die Spannung an der Drosselspule 9 von zu niedrigen Werten
auf ihren Sollwert zu ansteigt. Man kann das Ansprechen der beiden Relais von -der
Änderungsgeschwindigkeit der Spannung abhängig machen, so daß nur dann, wenn sich
die Spannung sehr schnell ihrem Sollwert nähert, eine Sperrung der Regelung erfolgt.
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Statt .die Leistung des einen Netzes oder Kzaftwerkes -von der Abweichung
der Spannung an der Drosselspule 9 von ihrem Mittelwert A U, zu beeinflussen,
kann man auch beispielsweise die Leistung des einen Netzes beeinflussen von dem
Winkel, welchen die Spannungsvektoren der beiden Netze miteinander einschließen.
Zu diesem Zweck kann man ein Phasenwinkelinstrument verwenden, welches bei einem
bestimmten Winkel der beiden Spannungsvektoren in der Mittellage steht, bei Vergrößerung
oder Verkleinerung des Winkels dagegen nach der einen oder anderen Seite Kontakt
macht und dadurch die Leistung des Netzes beeinflußt. Der Winkel wird so gewählt,
.daß man ungefähr in der Mitte des in Fig:2 dargestellten Regelbereiches der Drosselspule
arbeitet. Da der Ausschlag des Phasenwinkelmeßgerätes nicht nur von der Größe, sondern
auch von der Richtung des Winkels zwischen den beiden Spannungsvektoren abhängig
ist, kann man auf die Verwendung eines besonderen Leistungsrichtungsrelais verzichten.
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Will man die Größe der übertragenen Leistung ändern, so ist @es nur
@erforderlich, die Gleichstromvormagnetisierung der Drosselspule zu ändern. Es wird
dann bei derselben Spannung an der Drosselspule 9 bzw. bei demselben Phasenwinkel
zwischen den Spannungsvektoren der beiden Netze der Strom und damit dieÜbergabeleistung
größer oder kleiner. Die Einstellung des Spannungsrelais bzw. des Phasenwinkelmeßgerätes
braucht dabei nicht geändert zu werden. In den Fällen, in denen man durch eine besondere
Regelvorrichtung in Abhängigkeit von der Austauschleistung die Induktivität der
Drosselspule ändert, ist es bei Änderung der Größe der Übergabeleistung erforderlich,
auch diese Vorrichtung zu ändern, derart, daß sie jedem Phasenwinkel zwischen den
Spannungsvektoren der beiden Netze einen anderen Wert der Induktivität zuordnet.
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Bei Verwendung der gleichstromvormagnetisierten Drosselspule treten
bekanntlich Oberwellen auf. Um diese zu unterdrücken, kann man beispielsweise Resonanzkreise
für die Oberwellen vorsehen, die parallel zur Drosselspule geschaltet werden. Man
kann aber auch zur Unterdrückung der geradzahligen Oberwellen zwei gleiche Drosselspulen
in Reihe oder -parallel schalten, deren Gleichstromwicklungen so geschaltet sind,
daß die Drosselspulen im entgegengesetzten Sinne vom Gleichfeld durchsetzt werden,
so daß die geradzahligen Oberwellen im Strom bzw. der resultierenden Spannung herausfallen.
Um bei Drehstromschaltungen noch die fünften und siebenten Oberwellen zu unterdrücken,
kann man außer dieser aus zwei Drosselspulen bestehenden Einheit noch eine weitere
aus zwei gleichfalls im entgegengesetzten Sinne vom Gleichfeld durchsetzten Drosselspulen
bestehende Einheit vorsehen, deren
Wechselstromwicklungen beispielsweise
so geschaltet sind, daß sie fünfte und siebente Oberwellen gleicher Größe aber entgegengesetzten
Vorzeichens wie die erste Einheit verursachen. Zu diesem Zweck kann man beispielsweise
die Drosselspule der exsten Einheit in offenem Stern und die der 4weiten in Zickzack
und die Stern- und Zickzackwicklungen in Reihe schalten. Man kann auch jede andere
Schaltung verwenden, durch die man erreicht, daß die Wechselflüsse in den beiden
Einheiten um 3o° gegeneinander versetzt sind. Zur Vereinfachung kann man auch für
alle Drosselspulen einen gemeinsamen Eisenkern vorsehen.