DE657588C - Verfahren und Einrichtung zur Regelung mehrerer aus einem Synchrongenerator und einem Synchronmotor oder Asynchronmotor ohne Hintermaschine bestehender Frequenzumformer - Google Patents

Description

Zur Regelung· der Lastverteilung auf mehrere Synchron-Synchron-Uniformer, die zur Kupplung zweier Netze dienen, ist es bekannt, eine Regelung· vorzunehmen, die sowohl die Blind- als auch die Wirklastverteilung beeinflußt. Die Wirkleistung wird dabei durch Verdrehen eines verdrehbar ausgebildeten, aber nicht umlaufenden Ständers je einer Synchronmaschine des Umformers beeinflußt, während die Verteilung der Blindlast bzw. der Spannung durch Veränderung der Erregung der einzelnen Umformer herbeigeführt wird. Dabei werden sämtliche Erregerströme der einzelnen Umformer vergrößert oder verkleinert, ohne daß ihr Verhältnis beeinflußt werden darf, da sonst auch gleichzeitig die Verteilung der Wirkleistung der Maschine hierdurch in Mitleidenschaft gezogen würde. Ein Verfahren, das jedoch bei den einzelnen Masehinen dafür sorgt, daß die Erregerströmie in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, ist umständlich, namentlich dann, wenn es gleichzeitig neben einem Verfahren angewendet wird, das die Ständerverdrehung· nach einem gegebenen Schlüssel bewirkt. Eine viel einfachere Durchführung des Netzbetriebes läßt sich, nach der Erfindung dadurch herbeiführen, daß die Ständerverdrehung bei jedem Umformer in Abhängigkeit von der Winkelabweichung des Polrades des Umformergenerators von dem Mittelwert der Polradstellungen aller Umformergeneratoren um einen vorausbestimmten, gegebenenfalls fahrplanmäßig sich ändernden Winkel vorgenommen wird und daß die Erregung mindestens eines Umformergenerators auf konstante Spannung an irgendeinem Punkt des gespeisten Netzes geregelt wird und die Erregung der übrigen Umformergeneratoren bei einer Ständerverdrehung im Sinne einer Wirkleistungserhöhung verstärkt, bei einer Ständerverdrehung im Sinne einer Wirkleistungsverminderung geschwächt wird.

Hierdurch erhält man eine beliebige Wirklastverteilung bei einer Blindlastverteilung, die den geringsten Blindleistungsaustauseh und Blindleistungsaufwand erfordert. Besondere Anordnungen, die die Erregerströme der einzelnen Umformer miteinander vergleichen, sind nicht erforderlich. Hierdurch wird eine besonders einfache Regelung erzielt; dennnoch werden die Maschinen auf das höchste ausgenutzt und die Stabilität des Netzbetriebes auf das günstigste Maß gebracht.

In Abb. ι ist ein Ausführungsbeispiel für eine Netzgestaltung gezeigt,' die nach der Erfindung ausgebildet und geregelt sein soll. Mit Bn ist das durch Umformer zu speisende Netz bezeichnet, das beispielswieise ein einphasiges Bahnnetz sein kann, bei dem die

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Karl Schmer in Berlin-Mariendorf.

Rückleitung durch eine Fahrschiene Fs gebildet wird. Die Speisung des Bahnnetzes erfolge an den Punkten i, 2, 3 über Um··, former, die aus einer einphasigen Synehroamaschine Es und einer dreiphasigen Synchronmaschine Ds bestehen. Die Drehstrommaschinen werden durch ein übergeordnetes Drehstromnetz D/z gespeist.

Jeder Umformersatz ist nun mit einer Regeleinrichtung R versehen, die entweder die Drehstrommaschine oder die einphasige Maschine beeinflussen kann. Durch die Regelung soll eine gewünschte Vier teilung der an den Punkten a, b, c, U, e angreifenden Lasten erreicht werden.

An 'das Bahnnetz 5/z können sich natürlich noch weitere Netze über Kuppelstellen,S₁, S₂ anschließen, die von irgendeiner anderen Seite her gespeist werden. Die Kuppelstellen ermöglichen auch eine Speisung· der benachbarten. Einphasennetze vom Dnehstrommetz Dn her, wenn die ihnen zugeordneten Speisequellen ausfallen.

In Abb. 2 ist die Ausbildung eines Umformersatzes mit seiner Regeleinrichtung dargestellt. Mit Ds ist die Drehstromsynchronimasehine bezeichnet, die an dem Drehstromnetz Dn liegt. Die MaschineDs ist mit einem Ständer St und einem Läufer La versehen.

Auf der gleichen Welle mit der Drehstrommaschine ist die das Bahnnetz Bn speisende einphasige Maschine fs angeordnet sowie die Erregermaschine EM der Drchstrommasehine. Die Erregermaschine des Einphasengenerators ist nicht gezeichnet.

Zur Regelung der Leistungsabgabe ist nun der Ständer der Drehstrommaschine drehbar ausgebildet und zu diesem Zweck mit einem Zahnsegment Z₁ versehen, das mit einem Ritzel Z₂ in Eingriff steht. Das Ritzel Z₂ ist auf der Welle eines Verstellmotors VM angebracht, der seinerseits von einem Regel- gexätRA gesteuert wird. Das Regelgerät RA vergleicht nun den Winkel ß, den der Läufer La mit dem Ständerdrehfeld einschließt, mit dem mittleren Winkel der sämtlichen übrigen, das gleiche Bahnnetz speisenden Umformer. Zur Gewinnung des. Winkels β dient eine Meßeinrichtung Me, die aus einem Differentialgetriebe besteht, dessen Sonnenrad mit einem Zeiger Mz verbunden ist, während dessen Planetenräder einerseits auf der Welle der DrehstrommaschineDs sitzen und andererseits von einer Hilfsdrehstrommaschine HD beeinflußt werden, die an dem. Drehstromnietz Dn liegt. Bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ist die Hilfsdrehstrommaschine HD über ein Getriebe G mit dem einen Planetenrad der Meßeinrichtung Ms verbunden. Mit HEM ist die Erregermaschine für die Hilfst drehstrommaschine IiD bezeichnet, mit HV eine Verstellvorrichtung für die Maschine HD, die gestattet, eine bestimmte konstante ■· Winkel verschiebung des Zeigers Mz gegen-.iAer dem tatsächlichen Verschiebungswinkel /;dex- Maschine Ds einzustellen.
.>*.Der Zeiger Mz spielt nun über einen Schiebewiderstand zwischen den beiden Endlagen Qe und Mo. Die Mittellage ist mit O bezeichnet. Spielt der Zeiger Mz innerhalb des Bereiches Ö und .Mo, 'dann bedeutet dies, daß die Maschine Ds als Motor belastet ist, spielt er innerhalb des Bereiches O und Qe, dann zeigt dies eine Generatorbelastung der Maschine Ds an.

Zur Vergleichsbildung· des Winkels β mit dem mittleren Winkel ß_m aller Maschinen in dem Regelgerät/M ist es erforderlich, diesem Gerät den mittleren Winkel ß_m zuzuführen. In der Zeichnung ist dies durch die Leitungen Av angedeutet.

Die Gewinnung des Winkels ß_m ist in Abb. 3 für zwei Umformersätze dargestellt. Die Abweichung des Winkels β eines Uniformersatzes von dem Winkel ß_m ist dabei proportional der Winkelab weichung der beiden Umformersätze. Es genügt also, wenn man über die Leitung Av der Abb. 2 den Winkel β des zweiten Umformersatzes zuführt. Entsprechend der Abb. 3 werden die beiden Winkel ß_l5 ß₂ in Meßeinrichtungen M₁, M₂ gewonnen, die entsprechend der Meßeinrichtung .Afe der Abb. 2 ausgebildet sein „ können. Die Übertragung erfolgt von der Umformerstation 2 über eine FemmeßeinrichtungF₂ nach der Fernmeßeinrichtung F₁ der Umformerstation 1, wo der Wert ß₂ der Regeleinrichtung AM₁ zugeführt wird. Die Regeleinrichtung RA₂ der Station 2 entspricht dabei der Regeleinrichtung/Mj. der Station 1. Die beiden Zeiger B₁, B₂ der Regeleinrichtung RA₁ nehmen dann eine Lage ein, die den einzelnen Winkeln ß·,, ß₂ entspricht. Der Winkel, den beide miteinander einschließen, ist dann ß₁-ß₂. Dieser Winkel entspricht einer bestimmten, auf einem Widerstand abgegriffenen Größe, die einen Regelimpuls an den Verstellmotor VjW₁ abgibt, sio daß die beiden Zeiger B₁ und B₂ einer MittellageE₀ zustreben. In der Zuleitung liegt eine Gleichstrombatterie, so daß die Richtung des Regelimpulses davon abhängig ist, ob der Winkel ß_x größer« ist als der Winkel ß₂, oder umgekehrt. Es wird dann ein Regelimpuls in der einen oder anderen Richtung dem Verstellmotor VM₁ erteilt.

Sind mehr als zwei Umformer im Netz vorhanden, dann wird der Winkel ß_m, der !gleich ist der durch die Anzahl der Umformer dividierten Summe der Einzclwinkel ß, durch irgendeine der bekannten Summierungsmethoden gewonnen. Dies kann bei-

spielsweise dadurch geschehen, daß in jeder Station ein dem Winkel β proportionaler Strom erzeugt wird und diese Ströme jeweils in sämtliche Stationen nach irgendeinem Übertragungsverfahren, beispielsweise dem sog. Rompensationsverfahren, femgemeldet werden. In jeder Station wird dann die Summe der Ströme gebildet, durch die Anzahl der parallel arbeitenden Umformer geteilt

ίο und ein diesem Wert entsprechender Winkel ß,„ in der Regeleinrichtung RA mit dem Winkel β der betreffenden Station verglichen.

Die Summcnzähleinrichtung· wird dabei zweckmäßig mit einer Vorrichtung· bekannter Art, z. B. ab- und zuschaltbaren Widerständen, versehen, welche die Größe des angezeigten Stromwertes noch abhängig macht von der Zahl der im Netz parallel arbeitendein/ Umformersätze. Dabei können mehrere in einem Unterwerk parallel arbeitende Umformereinheiten als eine einzige große Maschine aufgefaßt werden.

Wird innerhalb' der Regelvorrichtung RA der Winkel der zu steuernden Maschine dem mittleren Winkel sämtlicher Umformermaschinen angepaßt, dann bedeutet dies, daß die Belastung bei allen Umformern gleich groß ist. Statt dessen können auch die Umformer nach anderen Gesichtspunkten geregelt werden, beispielsweise nach einem. Fahrplan oder in der Weise, daß die Belastung in ungleicher Weise auf die Umformer, beispielsweise entsprechend ihrer Größe, verteilt wird. Alle diese Verhältnisse lassen sich durch Einstellung der Vorrichtung HV der Abb. 2 berücksichtigen.

Befindet sich an den beiden Netzenden noch eine zusätzliche Last, dann wäre es unzweckmäßig, diese Last von weiter entfernten Umformern zu decken. Man wird vielmehr hierzu lediglich die ebenfalls an den Enden angeordneten Umformer heranziehen. Zu diesem Zweck kann der in der Meßeinrichtung· Me wirkende Winkel um einen Wert vergrößert werden, der der Zusatzlast entspricht.

Diese Winkelvergrößerung muß natürlich bei der Summenbildung wieder rückgängig gemacht werden, da ja die Zusatzlast bei der Gesamtregelung unberücksichtigt bleiben soll. Zur Beeinflussung der Spannung und der Blindlastverteilung muß noch eine weitere Regelung· vorgenommen werden, und zwar hält man die Spannung an einem Punkt des Netzes konstant und überträgt diese Aufgabe einem Umformerwerk. Die übrigen Umformer dienen dann zur Blindlastregehiing·, und zwar in der Weise, daß bei einer Ständerverdrehung, die einer WMdeistungserhöfcung entspricht, die Erregung verstärkt und umgekehrt bei einer Ständerverdrehung, die einer Wirkleistungsverminderung· entspricht, die Erregung geschwächt wird. Dadurch treten nur geringe Schwankungen in dem Leistungsfaktor des Netzes auf. Um eine Überlastung der Maschinen zu vermeiden, ist es hierbei zweckmäßig, die Wirk- oder Blindleistungsabgabe oder -aufnahme einzeln oder insgesamt zu begrenzen.

Werden die einzelnen Umformer von Netzen gespeist, die voneinander unabhängig sind, dann können als Antriebsmaschinen keine Synchronmaschinen mehr verwendet werden. Statt dessen werden Asynchronmaschinen As vorgesehen, die entsprechend der Abb. 4 von getrennten Drehstromnetzen Dn₁₁Dn₂ usw. gespeist werden. Beim Ausfall eines Speiaenetzes werden natürlich Kuppelstellen /C₁, K₂, /C₃, Ki vorgesehen, die die Speisung von einem anderen Netz her ermöglichen. Die Verstellung des Ständers kann natürlich bei dieser Ausführungsform nur bei der einphasigen Synchronmaschine Es erfolgen. Demientsprechend ist auch der Regler R mit dieser Maschine verbunden dargestellt. Die Einrichtung gleicht im übrigen der zuvor beschriebenen, insbesondere sind die Regelvorgänge die gleichen.

Zweckmäßig wird man jedoch bei der Ausbildung der Asynchronmaschine auf das besondere Anwendungsgebiet Rücksicht nehmen. Durch die siekundärseitige Verbindung der go einphasigen Synchronmaschinen wird nämlich bei einer Frequenzabweichung der speisenden Netze eine Ausgleichsleistung fließen. Diese Ausgleichsleistung hängt von dear Charakteristik der Asynchronmaschine ab. Sie ist um so· kleiner, je elastischer die Asynchronmaschine ist, d.h. je stärker ihr Driehzahlabfall mit der Leistung zunimmt. Diese Verhältnisse sind aus Abb. 5 zu ersehen. Hier sind in Abhängigkeit von der Leistung N für Motor- und Generatorbetrieb verschiedene Drehzahlcharakteristiken dargestellt. n_o bezeichnet hierbei die Charakteristik einer Synchronmaschine, Ji₁₁ die Charakteristik des normalen Asynchronmotors, die so gewählt ist, daß die Maschine im normalen Betrieb ihren günstigsten Wirkungsgrad besitzt. Zweckmäßig ist es nun, die Charakteristik n_u noch weiter zu neigen, so daß sie die Gestalt n„ annimmt. Hierdurch wird erreicht, daß für die gleiche Drehzahl«' die Leistung von N' auf N" vermindert wird. Bei dem Frequenzunterschied zweier speisender Netze wird daher bei der Charakteristik n_a die Ausgleichsleisitung bedeutend verringert. Bei einem praktischen Fall wird man beispielsweise für einen Umformer von 5000 Kilowatt die Asynchronmaschine statt normal mit einem Schlupf von 2 o/o mit einem Schlupf von 4 ß/o laufen lassen. Die dabei eintretende Verschlechterung des Wirkungsgrades kann ohne weiteres in Kauf genommen werden, da sie im Ver-

Claims (6)

1. gleich, zu dem Wirkungsgrad der Gesamtanlage ganz unwesentlich ist. ■

   In allen Fällen wird man vorteilhaft die Regelvorgänge zeitlich verzögern, damit kurzzeitige Belastungsstöße keine unnötige Beunruhigung· im Netz hervorrufen. In vielen Fällen wird es auch zweckmäßig sein, die Verzögerungszeit proportional der Winkelverschiebung der einzelnen Umformer gegenüber ίο der Vergleichs winkellage zu ändern, damit bei großen Belastungen die Regelzeit gegenüber der bei kleinen sich einstellenden verkürzt wird.

   ¹S Patentansprüche:

   ι . Verfahren zur Regelung mehrerer aus einem. Synchrongenerator und einem Synchronmotor oder Asynchronmotor ohne Hintermaschine bestehender Frequenzumformer, die zur Speisung eines zusammenhängenden Wechsel-stromnetzes aus anderen Wechselstromnetzen abweichender Frequenz an verschiedenen Speisestellen angeordnet sind, wobei die Wirkleistung durch Verdrehen des verdrehbar ausgebildeten, aber nicht umlaufenden Ständers einer Synchronmaschine des Umformers und die Blindleistung bzw. Spannung durch Verändern der Erregung des Umformergenerators geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die- Ständer\ierjdreih<uing^! bei jedem Umformer in Abhängigkeit von der Winkelabweichung des Polrades des Urnforrnergenerators von dem Mittelwert der Polradstellungen aller Umformergeneratoren um einen vorausbestimmten, gegebenenfalls fahrplanmäßig sich ändernden Winkel vorgenommen wird und daß die Erregung mindestens eines Umformergenerators auf konstante Spannung an irgendeinem Punkte des gespeisten Netzesgeregelt und die Erregung der übrigen Umformergeneratoren bei einer Ständerverdrehung im Sinne einer Wirkleistungserhöhung verstärkt, bei einer Ständerverdrehung im Sinne einer Wirkleistungsverminderung geschwächt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, .daß bei dien an den Leitungsenden des gespeisten Netzes angeordneten Umformern der Vergleichswinkel um einen der am Leitungsemde anfallenden Last !entsprechenden Betrag derart verdreht wird, daß diese Last nur von diesen Umformern übernommen wird und daß bei der Bildung des der mittleren Belastung entsprechenden Vergleichswinkels der der Last am Leitungsemde entsprechende Betrag abgezogen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelvorgang zeitlich verzögert wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzögerungszeit verhältnisgleich der Winkelverschiebung des einzelnen Umformers gegenüber der Vergleichswinkellage ist.
5. 5. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch. gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die Wirk- oder BlükUeistungsabgabe und -aufnahme jedes Umformers begrenzen.
6. 6. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4 für primäre Speisenetze mit voneinander unabhängigen Frequenzen, dadurch, gekennzeichnet, daß als- Antriebsmaschinen für die Umformer Asynchronmaschinen vorgesehen sind, deren Drehzahl mit der Belastung stärker abfällt als die einer normalen, mit Rücksicht auf den günstigsten Wirkungsgrad ausgelegten Maschine.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen