DE636516C - Einrichtung zur Regelung von Kraftmaschinen zum Antrieb parallel arbeitender Generatoren - Google Patents

Einrichtung zur Regelung von Kraftmaschinen zum Antrieb parallel arbeitender Generatoren

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DE636516C
DE636516C DEB151110D DEB0151110D DE636516C DE 636516 C DE636516 C DE 636516C DE B151110 D DEB151110 D DE B151110D DE B0151110 D DEB0151110 D DE B0151110D DE 636516 C DE636516 C DE 636516C
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Germany
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Expired
Application number
DEB151110D
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Waldemar Brueckel
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AEG AG
Original Assignee
AEG AG
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/04Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for connecting networks of the same frequency but supplied from different sources
    • H02J3/08Synchronising of networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Regelung von Kraftmaschinen zum Antrieb parallel arbeitender Generatoren In elektrischen Kraftnetzen war es bisher üblich, die Frequenzhaltung einem einzigen Kraftwerk zuzuweisen, während den übrigen Werken die Einhaltung einer bestimmten Last, gegebenenfalls nach einem vorliegenden Fahrplan, vorgeschrieben wurde. Mit zunehmender Vergrößerung der Netze macht jedoch dies sowohl in betriebstechnischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht Schwierigkeiten, und man hat daher vorgeschlagen, die Frequenzhaltung auf mehrere Kraftwerke zu verteilen.
  • Da ein Parallelarbeiten mehrerer frequenzhaltender Kraftwerke nicht ohne weiteres möglich ist, sind zu diesem Zwecke bereits besondere Regeleinrichtungen vorgesehen «-orden, welche den Kraftmaschinenreglern zugeschaltet werden. Diese sollen in der Weise arbeiten, daß die Spannungsvektoren der parallel arbeitenden frequenzhaltenden U'erke gegenüber einem mit konstanter Frequenz umlaufenden Vektor (Normalvektor) nur um einen verhältnismäßig gleichen Betrag nacheilen können. Die so gewonnene, auf den Normalvektor bezogene Statik der parallel arbeitenden Regler gewährleistet als-. dann, daß sich die anfallende Last auf die einzelnen Werke in einem durch sonstige Maßnahmen gegebenen Verhältnis verteilt. Im Gegensatz dazu wäre zwischen parallel arbeitenden Kraftwerken, in denen die Frequenz in der üblichen Weise geregelt wird, infolge der unvermeidlichen Ungenauigkeiten der Regler dauernd die Neigung zu einer zunehmenden gegenseitigen Lastverschiebung vorhanden.
  • Anstatt den Normalvektor an einer einzigen Stelle zu erzeugen und ihn zu den einzelnen Kraftwerken hinzuleiten, kann dieser auch in den betreffenden Werken jeweilig selbständig erzeugt werden, sofern dafür gesorgt ist, daß ein genauer Gleichlauf zwischen den einzelnen Normalvektoren besteht. Dies geschieht in bekannter Weise dadurch, daß in den in Betracht kommenden Kraftwerken ein umlaufendes Organ mit einer definierten Normaldrehzahl versehen und dieses mit einem an die Netzspannung angeschlossenen Synchronmotor in differentieller ZVeise gekuppelt wird. Die erforderliche Normaldrehzahl kann mit genügender gegenseitiger Übereinstimmung beispielsweise dadurch gewonnen werden, daß das betreffende Organ durch L hrenmechanismen gesteuert wird.
  • Die auf diese Weise gebildete Differenz zwischen der Lage des jeweiligen Netzvektors und des \Tormalvektors ergibt sich zu ja =Q-.l»do9#dt, wenn d 0o = 0) - wo und co = Kreisfrequenz des Netzvektors, - Kreisfrequenz des Normalvektors, = die zwischengeschaltete, im nachfolgenden noch näher erläuterte Übersetzung ist. Infolge der obigen Beziehung soll diese Art der Reglung mit Frequenzintegralreglung bezeichnet werden.
  • Es besteht nun die Frage, mit welcher. Geschwindigkeit bzw. mit welcher Über='''. setzung QO diese Regeleinrichtung mit Riieksicht auf die zugelassenen Frequenzschwan-n kungen und die Stabilität des Betriebes arbeiten darf. Es liegen zwar schon Angaben darüber vor, wobei in einem Fälle die Verwendung der synchronen Differenzgeschwindigkeit selbst und im anderen Falle eine Drehzahl entsprechend der Schwingungsfrequenz eines normalen Pendels vorgeschlagen wurde. Diese grundverschiedenen Angaben für den Übersetzungsfaktor, die sich im VerhäVnis i : So bis i : iooo voneinander unterscheiden, lassen erkennen, daß die theoretische Bedeutung dieser Bemessungsfrage noch nicht klar erkannt ist.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eindeutige Bemessungsregel für den Übersetzungsfaktor aus dem dynamischen Ablauf des Regelvorganges und nicht aus sonstigen Zufälligkeiten heraus herzuleiten. Um bei der Betrachtung den üblichen Weg einzuschlagen, sei angenommen, daß der Frequenzintegralregler in das Rückführungsgestänge eines mittelbar wirkenden Reglers eingreife. Die dabei gewonnenen Ergebnisse lassen sich dann sinngemäß auf dessen Eingreifen auch an anderer Stelle des Reglers übertragen.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, und zwar zeigt Abb. i eine Regelanordnung gemäß der Erfindung, Abb. 2 einen Einzelteil des Reglers.
  • In der Abb. i ist i ein Tachometer, dessen Muffe 2 eine der Drehzahl des Tachometers entsprechende Stellung einnimmt und das Gestänge 3 verstellt. Die Verstellung des Punktes 2 sei mit y und die verhältnismäßige Verstellung, d. h. das Verhältnis von y zu den größtmöglichen y, d. h. y.", sei mit 1c bezeichnet. Diese Verstellung ist aber auch infolge. der Wirkungsweise des Tachometers gleich der verhältnismäßigen Frequenzänderung, d. h. gleich dem Quotienten aus der bestehenden Frequenzabweichung gegenüber der einzuregelnden Frequenz zu der zum ganzen Muffenhub gehörigen Frequenzabweichung. Also ist auch Das Gestänge 3 verstellt einerseits den Punkt 4. und damit den Steuerkolben 5. Der Steuerkolben 5 ist in der sog. Decklage dargestellt, in der die beiden Druckölzuführungen zu dem Servomotor mit dem Motorkolben 6 abgedeckt sind. Die Abweichung des Punktes .4 und damit des Steuerkolbens 5 von der Mittellage sei mit s und die verhältnismäßige Ab- weichung mit ß bezeichnet. Die Stellung des #'lIotorkolbens sei mit in und die verhältnismäßigeStellung finit,ec bezeichnet. Der Motorkolben 6 steuert einerseits den Kraftzufluß zur Maschine durch den Leitapparat 7 und anderseits über den Punkt 8 und den festen Drehpunkt 9 den verstellbar angeordneten Punkt io. Das dadurch einstellbare Verhältnis . der Bewegungsgeschwindigkeiten des Punktes io zu der des Punktes 8 sei als Rückführungsübersetzung ß bezeichnet. Durch den Punkt io wird der Punkt 12, der den zweiten Endpunkt des Gestänges 3 bildet, gesteuert. Die Verstellung des Punktes 12 sei mit ,s, die verhältnismäßige Verstellung mit @ bezeichnet. Zwischen den Punkten io und 12 ist nun noch ein verstellbares Glied gedacht, welches aus der Spindel i i und der in einer Gabel drehbar gelagerten Mutter 13 mit der Scheibe 14 besteht. Die Scheibe 14. steht beispielsweise durch Reibung oder Zahnrad mit dem Zylinder 15 im Eingriff, so daß sie sich längs der Mantellinie des Zylinders 15 bewegen kann. Der Zylinder 15 läuft proportional der Winkelgeschwindigkeit d w um, wobei A co gleich der Differenz zwischen Kreisfrequenz des Spannungsvektors und derjenigen coo des Normalvektors ist. Diese Differenz kann z. B. durch zwei Motoren, die miteinander durch ein Differentialgetriebe gekuppelt sind, oder durch einen doppelt gespeisten Motor gebildet werden, wobei der eine Motor bzw. der Stator mit der Kreisfrequenz m und der andere Motor bzw. Rotor des doppelt gespeisten Motors von einer Einrichtung gespeist wird, welche die gewünschte Normalfrequenz cuo erzeugt. Bei den im folgenden aufgestellten Bewegungsgleichungen ist also angenommen, daß die Bildung der Differenz und die Reglung nicht etwa intermittierend, sondern stetig erfolgt. Sieht man von anderen Bewegungen mit dem beschriebenen Regelgestänge ab, so ergibt sich infolge der Rotation des Zylinders 15 eine Relativbewegung des Punktes 12 gegenüber der Spindel ii. Bezeichnet man weiterhin diese Verstellung mit n und die verhältnismäßige Verstellung, d. h: den Betrag der Relativverstellung zu der größtmöglichsten Verstellung Z"""x des Rückführpunktes 12, mit v, so ergibt sich w ei *t e rhin worin 9 das Cbersetzungsverhältnis zwischen der Frequenzdifferenz d w und der tatsächlich erfolgten Relativverstellung des PunkteS 12, multipliziert mit der Längeneinheit, darstellt.
  • Durch Division der Gleichung (i) mit Z,n" ergibt sich wenn mit ö co. erweitert wird.
  • Für den auf der rechten Seite der Gleichung stehenden ersten und zweiten Faktor kann nun gesetzt werden: oder 2 # b«). # Tf = Z.",. Die letztere Gleichung besagt, daß Tf eine Zeit, und zwar diejenige Zeit darstellt, in welcher Z"", durchlaufen wird, wenn sich die Mutter 12 mit der größten Geschwindigkeit O # ö # oo"Z bewegt. Tf sei daher mit der Integralzeit bezeichnet. Für den dritten Faktor in Gleichung (2) sei nach der schon oben gegebenen Erklärung eingesetzt: Alsdann ergibt sich Betrachtet man nun die aus der Darstellung des Punktes io und aus der Relativverschiebung der Mutter 12 gegenüber der Spindel ii sich ergebende Gesamtverschiebung des Punktes 12, so ergibt sich diese aus der Differenz der beiden ersteren. Die Gleichung hierfür lautet, wenn sie mit dem verhältnismäßigen Wert angeschrieben wird: S = ß - y-v. (4) Durch Differentiation dieser Gleichung erhält man oder mit Gleichung (3) und mit Tf multipliziert In dieser Gleichung sei noch eine Umformung vorgenommen. Infolge der starren Verbindung der Punkte i2-2-4 durch die Reglerstange 3 ist einerseits ii = t -f- 6, anderseits besteht zu ß und ,u die aus der Reglertechnik bekannte Beziehung wenn Ts eine Zeitgröße, und zwar die sog. Schlußzeit des Reglers, bezeichnet. Hiermit wird zunächst und nach Einsetzen dieses Ausdrucks in Gleichung (5') Durch diese Rückführungseinrichtung ist das Verhalten des mit einem Frequenzintegralindikator verbundenen mittelbar wirkenden Reglers auf dasjenige eines mit einer Isodromvorrichtung versehenen Reglers zurückgeführt, sofern von der Massenwirkung des Frequenzintegralindikators einerseits und der Isodromvorrichtung anderseits der Einfachheit halber abgesehen wird. Die Rückführungsgleichung eines Isodromreglers lautet nämlich Durch Koeffizientenvergleich ergibt sich, daß an Stelle der Isodromzeit Ti die Integralzeit Tf und an Stelle der Rückführungsübersetzung ß die reduzierte Übersetzung weise des Frequenzintegralreglers maßgeben- tritt. Die für die Arbeitsden Größen für die Integralzeit Tf und die reduzierte Rückführungsübersetzung ßf unterliegen also den gleichen Bedingungen wie die entsprechenden Größen für die Isodromzeit Ti und die Rückführungsübersetzung ß eines Isodromreglers, wenn die übrigen . Betriebsbedingungen in beiden Fällen die gleichen sind.
  • Gemäß der Erfindung wird daher der Frequenzintegralregler derart ausgeführt, daß zwischen dem Frequenzintegralindikator und dem Eingriffspunkt in die Regelanordnung eine solche Übersetzung O eingeschaltet ist, daß sich für die Integralzeit Tf ein Wert ergibt, welcher gleich der unter sonst gleichen Umständen günstigsten Isodromzeit Ti ist. Ferner wird zweckmäßig das übersetzungsverhältnis der Rückführung ß gegenüber einem sonst gleichen Isodromregler um die Größe vergrößert. In solchen Fällen, in denen mit verhältnismäßig großen Schlußzeiten T, zu rechnen ist und sich infolgedessen eine zu große Rückführungsübersetzung ergeben würde, kann es zweckmäßig sein, die Integralzeit um ein entsprechendes Maß zu vergrößern.
  • Die Dimensionierungsfrage sei an Hand eines einfachen Beispiels näher erläutert. Es sei dabei angenommen, daß der Frequenzintegralindikator eine Drehbewegung mit der Kreisfrequenz ausführt, die statt durch die Übersetzung, die in der Abb. i durch die Teile 13, 14, i5 gebildet wird, durch eine Zahnstangenübersetzung in die Rückführungsanordnung eingeschaltet wird. Das in die Zahnstange eingreifende Zahnrad habe den Radius r, und es sei ein Übersetzungsgetriebe mit dem Übersetzungsverhältnis ü zwischen Frequenzintegralindikator und Zahnrad eingeschaltet. Dann ergibt sich die Verstellgeschwindigkeit des Rückführungspunktes durch den Frequenzintegralindikator zu wenn O = ü # y ist.
  • Es sei nun ein Kraftmaschinenregler mit einem Frequenzintegralindikator auszurüsten, für welchen folgende Daten ermittelt sind: Günstigste Integralzeit Tf- i Sekunde. Maximale ' Geschwindigkeitsschwankung Maximale Rückführungsabweichung Zmax = 5 cm.
  • Alsdann ergibt sich für die Übersetzung oder bei Annahme eines Zahnrades mit dem Radius y = i cm Es ist also zwischen Frequenzintegralindikator und Zahnstangenrad eine Übersetzung von ü - 1 : 2,5 einzuschalten.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Regelung von Kraftmaschinen zum Antrieb von parallel arbeitenden Generatoren, bei der in die vorzugsweise mittelbar wirkende Regelung eine zweite Regelung eingreift, welche dem Zeitintegral der Frequenzabweichung von einer Normalfrequenz proportional ist (Frequenzintegralregler), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Frequenzintegralindikator und dem Eingriffspunkt in die Regelanordnung eine solche Übersetzung eingeschaltet ist, daß die Zeitkonstante des überlagerten Regelvorganges (die Integralzeit) gleich der Zeitkonstante eines entsprechenden Isodromregelvorganges ist und in der Größenordnung von i bis 25 liegt.
  2. 2. Einrichtung zur Regelung von Kraftmaschinen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, däß das übersetzungsverhältnis der Rückführung gegenüber einem sonst gleichen Isodromregler um die Größe vergrößert ist, wobei Ts die Schlußzeit und Tf die Integralzeit bedeuten.
  3. 3. Einrichtung zur Regelung von Kraftmaschinen nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei verhältnismäßig großer Schlußzeit die Integralzeit gegenüber dem günstigsten Wert um ein solches Maß vergrößert ist, daß sich bei einem praktisch erreichbaren Rückführungsübersetzungsverhältnis noch ein positiver Wert für die reduzierte Rückführungsübersetzung ergibt.
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