DE708036C

DE708036C - Device for regulating the frequency or power of generators driven by turbines

Info

Publication number: DE708036C
Application number: DEA81955D
Authority: DE
Inventors: Robert Keller
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1937-01-21
Filing date: 1937-01-21
Publication date: 1941-07-10

Description

Einrichtung zur Regelung der Frequenz bzw. Leistung von durch Turbinen angetriebenen Generatoren Es sind Einrichtungen zur Regelung der Frequenz bzw. Leistung von durch Turbinen angetriebenen Generatoren bekamntgeworden, bei welchen eine Turbine außer in Abhängigkeit von der Befehlsgabe z. B. eines Sollwertgebers ,auch .abhängig von einer elektrischen Hilfsgröße gesteuert wird, die ausschließlich durch die öfnungsstellung dieser Turbine bestimmt ist. Bei: dieser Art der Rückführung wird die Erzeugung der Hilfsgröße in den bekannten Einrichtungen. mittels eines vom Steuergestänge dieser Turbine betätigten, stufenweise veränderlichen Ohmschen Widerstandes vorgenommen. Es wurde nun festgestellt, daß bei Parallelschaltung mehrerer Generatoren, deren Turbinen je einzeln nach den genannten Einrichtungen gesteuert werden, bei Laständerungen des Netzes oder bei Änderungen der Befehlsgabe u.,dgl. häufig unangenehme Lastpendelungen zwischen den einzelnen parallel geschalteten Generatoren; auch dann auftreten, wenn die GesamtleistunZ, die an das Netz abgegeben wird, pendelungsfrei bleibt. Diese Erscheinung hat als Ursache die nicht vermeidbaren Unterschiede in den Reaktionszeiten der einzelnen Turbinen einschließlich ihrer Steuerapparate. Besonders in Anordnungen mit größeren Reaktionszeiten, wie z. B. bei Niederdruckturbinen, bei denen sich wegen der Trägheit der großen Wassermassen der der veränderten Turbinenöffnungentsprechende Leistungs- oder Frequenzwert erst nach einem verhältnismäßig großen Zeitraum einstellt, sind große Unterschiede in den Reaktionszeiten zu beobachten, die die genannten Störerscheinungen zur Folge haben und ein zuverlässiges Arbeiten der Anlage verhindern.Device for regulating the frequency or power of turbines driven generators There are devices for regulating the frequency or power from generators driven by turbines, which have a turbine except depending on the command, e.g. B. a setpoint generator, also .dependent is controlled by an electrical auxiliary variable that is exclusively controlled by the opening position this turbine is intended. With: this type of return is the generation the auxiliary variable in the known institutions. by means of one of the control rods of this turbine actuated, step-wise variable ohmic resistance made. It has now been found that when several generators are connected in parallel, their Turbines are controlled individually according to the facilities mentioned, in the event of load changes of the network or changes in command and the like. frequently uncomfortable load swings between the individual generators connected in parallel; occur even if the total power that is transferred to the network remains free of commuting. These The cause of the phenomenon is the unavoidable differences in the response times of the individual turbines including their control apparatus. Especially in arrangements with longer response times, such as B. in low pressure turbines, in which due to the inertia of the large masses of water, it corresponds to that of the modified turbine opening The power or frequency value only sets after a relatively long period of time, large differences in the response times can be observed compared to those mentioned Result in malfunctions and prevent the system from working reliably.

In Anlehnung an die bei der Erregung von Generatoren benutzten Verkettungsschaltungen, künnbe man nun versuchen, die schädlichen Lastpiendelungen zwischen den einzelnen Turbinen der Anlage dadurch zu unterdrücken, daß für sämtliche Turbinen des: Aggregates die einer Turbine zugeordnete elektrische Hilfsgröße durch elektrische Verkettung der von den den einzelnen Turbinen zugeordneten Regelvorrichtungen erzeugten Hilfsgrößen gebildet wird, so daß sämtliche Turbinen auf gleiche Öffnungsstellung ge;,. steuert werden. Es zeigt sich dabei aber;'' daß die Lastpendelungen während des BeJ trieb-es, nicht aber während der Ausführung.: eines Steuerbefehles verhindert werden kön-" nen. Lastpendelungen während der Ausführung der Befehlsgabe sind jedoch ebenfalls sehr unerwünscht, weil dadurch ein rasch aufeinanderfolgendes Ansprechen der die Gesamtleistung und die Netzfrequenz überwachenden Vorrichtung die Folge sein kann. Außerdem können hohe Belastungsstöße auftreten.Based on the interlinking circuits used to excite generators, One could try now, the harmful load billows between the individual To suppress the turbines of the system that for all turbines of the: aggregate the auxiliary electrical variable assigned to a turbine through electrical interlinking that of the individual turbines associated control devices generated auxiliary variables is formed so that all turbines are in the same open position ge;,. be controlled. It shows, however, `` that the load oscillations during of the company, but not during the execution of a control command can be. Load fluctuations during the execution of the command are, however also very undesirable because it means that they respond quickly one after the other of the device monitoring the total power and the network frequency can be. In addition, high shock loads can occur.

Erfindungsgemäß wird nun eine von den beschriebenen Mängeln freie Einrichtung der genannten Art zur Steuerung von Turbinen dadurch erzielt, daß eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, welche bewirkt, daß die Ausführung der Befehlsgabe und die Steuerung auf gleiche Öffnungsstellung zeitlich nacheinander erfolgt.According to the invention, one of the deficiencies described is now free Device of the type mentioned for controlling turbines achieved in that a Switching device is provided, which causes the execution of the command and the control to the same opening position takes place one after the other.

Bei der Anordnung nach der Zeichnung sind die Generatoren i, i', welche auf das gemeinsame Netz z arbeiten, unmittelbar mit den Turbinen 3, 3' gekuppelt. Die Betätigung der Steuerung der Turbinen erfolgt, wie üblich, durch Verstellmotoren 4, 4', welche je nach der Befehlsgabe eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Turbinenöffnung bewirken. Die Vorrichtungen 5, 5' dienen zur Erzeugung der elektrischen Hilfsgrößen und werden unmittelbar vom Steuergestänge der ihnen zugeordneten Turbinen betätigt. Diese Vorrichtungen «erden vorzugsweise als Induktionsregler mit Wechselstromfremderregung ausgeführt, so daß sie, von ihrer Sekundärseite aus betrachtet, im wesentlichen als Wechselstromgeilerator mit stufenlos veränderlicher Leerlaufspannung wirken. Die früher üblichen stufenweise veränderlichen Ollmschen Widerstände sind für den vorliegenden Fall nicht geeignet, weil ihre Anwendung zu imerwünschten Störerscheinungen führt. Die Vorrichtungen 5, 5' «"erdeil ferner derart aus. geführt, daß die induzierten elektromotorischen Kräfte, gegebenenfalls unter Berücksichtigung ihrer Phase, ein direktes und eindeutiges Maß für die Turbinenöffnung darstellen. Mit 6, 6' sind Zwischenapparate angedeutet, mittels welcher der Lastausgleich vorgenommen wird. Der Rotor 7 eines solchen Zwischenapparates befindet sich in der gezeichneten Ruhestellung dann, wenn ein Drehmoment auf ihn nicht ausgeübt wird, d. h. wenn die an seiner Wicklung 8 wirkende Hilfsgröße nahezu oder ganz verschwindet. Die mit dem Wechselstromzeichen versehenen Erregerwicklungen der Zwischenapparate 6 sowie auch der Regelvorrichtungen 5 können gemeinsam an ein an sich beliebiges Wechselstromnetz angeschlossen werden. Eine Abhängigkeit der Wirkungsweise dieser Hilfs->räte von Frequenz und/oder Spannung diexsbs Wechselstromnetzes ist infolge der be-@,%chriebenen Ausführung weitgehend vermieden. Die erfindungsgemäße Verkettung der an den Zwischenapparaten wirkenden, Hilfsgrößen ist hier dadurch erreicht, daß eine Wicklung des Zwischenapparates mit dem vom Steuergestänge betätigten Regler je in Reihe und die derart entstehenden Zweipole mittels der Ausgleichleitung g untereinander parallel geschaltet sind. Die Befehlsgabe z. B. eines Sollwertgebers wird auf die Wicklung i o des polarisierten Relais I I geführt, welches je nach der Kontaktgabe über die Leitungen 13 oder 14 die eine oder die andere Hälfte der Erregerwicklung 15 der Verstellmotoren 4 an den Pluspol einer nicht eingezeichneten Batterie anlegt, deren -Minuspol geerdet ist. Auch die Rotoren der; Zwischenapparate sind an diese Batterie angeschlossen, wodurch in analoger Weise entsprechend der Kontaktgabe der Umlaufssinn der Verstellmotoren bestimmt wird. An Stelbe einer Batterie kann bei geeigneter Bemessung der Anlage auch eine Wechselstromquelle verwendet werden. Mittels der vom Relais 16 gemeinsam gesteuerten Umschalter 17, 17' wird erreicht, daß die Ausführung der Befehlsgabe und die Steuerung auf gleiche öffnungsstellung zeitlich nacheinander erfolgt. In der Ruhelage sollen die Umschalter 17, 17' beispielsweise durch eine Feder nach rechts gezogen werden, wodurch die Erregerwicklung 15 der Motoren 4 an die Kontakte der Zwischenapparate 6 gelegt sind. Die Steuerwicklung des Relais 16 sowie die Steuerwicklung des die Befehlsgabe vermittelnden polarisierten Relais i i werden zweckmäßig parallel geschaltet, so daß sie stromlos sind, wenn die von den Generatoren abgegebene Leistung oder Frequenz dem Sollwert entspricht.In the arrangement according to the drawing, the generators i, i ', which work on the common network z, are coupled directly to the turbines 3, 3'. The actuation of the control of the turbines takes place, as usual, by adjusting motors 4, 4 'which, depending on the command, cause the turbine opening to be enlarged or reduced. The devices 5, 5 'are used to generate the electrical auxiliary variables and are actuated directly by the control rods of the turbines assigned to them. These devices are preferably designed as induction regulators with external alternating current excitation, so that, viewed from their secondary side, they essentially act as an alternating current cooler with continuously variable no-load voltage. Ollm's resistances, which were customary in the past, are not suitable for the present case, because their use leads to the desired disturbance phenomena. The devices 5, 5 '"" are also designed in such a way that the induced electromotive forces, possibly taking their phase into account, represent a direct and unambiguous measure for the turbine opening The rotor 7 of such an intermediate device is in the rest position shown when a torque is not exerted on it, ie when the auxiliary variable acting on its winding 8 almost or completely disappears The control devices 5 can also be connected together to any alternating current network. A dependency of the mode of operation of these auxiliary devices on the frequency and / or voltage of the alternating current network is largely avoided as a result of the embodiment described the intermediate apparatus end, auxiliary variables are achieved here in that one winding of the intermediate apparatus with the controller actuated by the control linkage is connected in series and the two-pole terminals thus created are connected in parallel to one another by means of the compensating line g. The command z. B. a setpoint generator is fed to the winding io of the polarized relay I I, which, depending on the contact via the lines 13 or 14, applies one or the other half of the excitation winding 15 of the adjustment motors 4 to the positive pole of a battery not shown, whose - Negative pole is grounded. Also the rotors of the; Intermediate devices are connected to this battery, whereby the direction of rotation of the adjusting motors is determined in an analogous manner according to the contact. If the system is suitably dimensioned, an alternating current source can also be used on the same side of a battery. By means of the changeover switches 17, 17 'jointly controlled by the relay 16, it is achieved that the execution of the command and the control for the same open position take place one after the other. In the rest position, the changeover switches 17, 17 'are to be pulled to the right, for example by a spring, whereby the excitation winding 15 of the motors 4 are connected to the contacts of the intermediate devices 6. The control winding of the relay 16 as well as the control winding of the polarized relay ii, which provides the command, are expediently connected in parallel so that they are de-energized when the power or frequency delivered by the generators corresponds to the setpoint value.

Die Wirkungsweise der neuen Steuerebnrichtung ist nun die folgende: Bei einer Abweichung vom Sollwert der Frequenz und/oder Leistung wird über den Befehlsgeber je nach dem Vorzeichen dieser Abweichung das polarisierte Relais i i erregt, und gleichzeitig werden unabhängig vom Vorzeichen der Befehlsgabe die Schalter 17, 17' nach links gelegt. Die Verstellmotoren beginnen zu laufen und verändern die Öffnungsstellung der Turbinen so lange, bis die Gesamtleistung und die Frequenz der Anlage wieder dem Sollwert entsprechen. Das Relais i i nimmt wieder seine Mittellage ein, und die Umschalter 17 werden nach rechts gezogen. Wegen der ver. schledenen Reaktionszeiten der einzelnen Turbinen sind nun aber die einzelnen öffnungsstellungen nicht ,untereinander gleich, wodurch unter Umständen Überlastungen einzelner Maschinen auftreten können. Den verschiedenen Öffnungsstellungen entsprechend werden in den Reglern 5 auch verschiedene elektrische Spannungen erzeugt. Beispielsweise sei angenommen, daß die Öffnung der Turbine 3' größer ist als diejenige der Turbine 3. Demzufolge übertrifft auch die am Rotor von 5' erzeugte EMK diejenige des Reglers. 5. Über die Leitung g setzen Ausgleichströme ein, welche die Wicklungen 8, 8' in verschiedenem Sinn durchfließen und entgegengesetzte D@rehmomente an den Rotoren 7, 7' erzeugen, so daß die Turbine 3 auf etwas größere öffnwngsstellung, die Turbine 3' auf geringere Öffnungsstellung so langte gesteuert werden, bis in der Ausgleichleitung g die Potentialdifferenz verschwindet, d. h. bis die Turbinen auf gleiche Öffnung gesteuert sind. Dann kehren die Rotoren 7, 7' in die Ruhelage zurück und schalten die Motoren 4, 4' vom Pluspol der Stromquelle ab. Bei erneuertem Einsetzen einer Befehlsgabe wiederholt sich dieser gesamte Vorgang.The mode of operation of the new control device is as follows: In the event of a deviation from the setpoint of the frequency and / or power, the polarized relay ii is excited via the command generator depending on the sign of this deviation, and at the same time the switches 17, 17 are activated regardless of the sign of the command 'placed to the left. The adjusting motors start to run and change the opening position of the turbines until the total output and the frequency of the system correspond to the setpoint again. The relay ii resumes its central position, and the changeover switches 17 are pulled to the right. Because of the slow response times of the individual turbines, however, the individual opening positions are not identical to one another, which means that, under certain circumstances, individual machines may be overloaded. In accordance with the different opening positions, different electrical voltages are also generated in the regulators 5. For example, it is assumed that the opening of the turbine 3 'is larger than that of the turbine 3. As a result, the EMF generated on the rotor of 5' also exceeds that of the controller. 5. Equalizing currents set in via the line g, which flow through the windings 8, 8 'in different directions and generate opposite torques on the rotors 7, 7', so that the turbine 3 is in a somewhat larger opening position, the turbine 3 ' The lower opening position can be controlled until the potential difference in the equalizing line g disappears, ie until the turbines are controlled to the same opening. Then the rotors 7, 7 'return to the rest position and switch off the motors 4, 4' from the positive pole of the power source. This entire process is repeated when a command is issued again.

Mit dem Widerstand 19 ist der Grad der Verkettung zwischen den Hilfsgrößen in weiten Grenzen,einstellbar, und zwar wird die gegenseitige Verkettung bei kleinem Widerstand verhältnismäßig gering, während bei höherem Widerstand eine stärkere Verkettung resultiert. Mit der Vergrößerung oder Verminderung des Widerstandes i g hat natürlich auch eine entsprechende Änderung der Primärspannung der Regelvorrichtungen 5 zu erfolgen, wenn die Zwischenapparate 6 unverändert beibehalten werden und gleiche Empfindlichkeit verlangt wird.With the resistor 19 is the degree of concatenation between the auxiliary variables within wide limits, adjustable, namely the mutual concatenation with small Resistance comparatively low, while with higher resistance a stronger one Concatenation results. With the increase or decrease in resistance i Of course, g also has a corresponding change in the primary voltage of the regulating devices 5 to take place if the intermediate devices 6 are retained unchanged and the same Sensitivity is required.

Es ist einleuchtend, daß durch die Verkettung und Zusammenfassung der Hilfsgrößen Steuereinrichtungen erhalten werden, bei welchen interne Lastpendelungen nicht auftreten können. Für Anlagen, die mehr als zwei Turbinen enthalten, deren Generatoren auf das gemeinsame Netz 2 arbeiten, sind die Einrichtungen analog auszuführen. An die die Befehlsgabe vermittelnden Leitungen 13, 14 sind die Umschalter 17 anzuschließen, welche je einer Turbine zugeordnet sind. Außerdem faßt auch die Leitung g sämtliche Zweipole zusammen, die aus den Reihenschaltungen der Wicklungen 8 der Zwischenapparate mit dein dazugehörigen Rotoren der Regler 5 entstehen. Man erhält dann eine Steuereinrichtung, in welcher die einer beliebigen Turbine zustehende Hilfsgröße durch Verkettung der von den Reglern sämtlicher Turbinen erzeugten Hilfsgrößen entsteht, so daß diese Turbinen alle auf gleiche Öffnungsstellung gesteuert werden. Es ist auch möglich, andere Verkettungen als die beschriebenen zu verwenden und beispielsweise je zwei Turbinen zu einer Gruppe zusammenzufassen Lund die von verschiedenen Gruppen erzeugten Hilfsgrößen untereinander zu verketten. Um die Bendelung der Gesamtleistung des Aggregates zu verhindern, ist es ferner vorteilhaft, die Zeitkonstante der Regeleinrichtungen für die Ausgleichvorgänge bzw. für die Steuerung auf gleiche Öffnungsstellung wesentlich verschieden gegenüber der Zeitkonstanten des die Befehlsgabe vermittelnden Frequenz-oder Leistungsreglers zu wählen. In der beschriebenen Einrichtung wird dieser Forderung vorzugsweise dadurch Rechnung getragen, daß die Zeitkonstante des Frequenz- oder Leistungsreglers kleiner als die Zeitkonstante für die Ausgleichvorgänge genommen wird.It is evident that by concatenation and summary of the auxiliary variables control devices are obtained in which internal load swings cannot occur. For systems that contain more than two turbines, their Generators work on the common network 2, the facilities are to be implemented analogously. The changeover switches 17 are to be connected to the lines 13, 14 conveying the command, which are each assigned to a turbine. In addition, line g also holds all of them Two poles together, from the series connections of the windings 8 of the intermediate devices with your associated rotors of the controller 5 arise. A control device is then obtained in which the auxiliary variable to which any turbine is entitled by linking the Auxiliary variables generated by the controllers of all turbines arise, so that these Turbines are all controlled to the same opening position. It is also possible, to use other concatenations than those described and, for example, two each To group turbines and those produced by different groups To link auxiliary variables with one another. In order to improve the overall performance of the To prevent aggregate, it is also advantageous to reduce the time constant of the control devices essential for the equalization processes or for the control to the same opening position different in relation to the time constant of the frequency or frequency conveying the command To select the power regulator. This requirement is met in the device described preferably taken into account that the time constant of the frequency or Capacity controller is taken less than the time constant for the equalization processes will.

Claims

PATENTANSP1ZÜc11r ": i. Device for regulating the frequency or Power from turbines driven on a common network Generators in which the turbine except in dependence on the command of electrical Auxiliary variables are controlled that the turbines only on the same open position control, characterized by a switching device (16, 17, 17 '), by means of which the execution of the command and the control to the same opening position in terms of time is effected sequentially.

2. Device according to claim i, wherein the controller of the turbines takes place via intermediate devices assigned to them, which ai a winding (8, 8 ') with a controller (5, 5') each in Series and the resulting two-poles are connected in parallel with one another, characterized in that a preferably variable resistor (ig) is provided is, which is also parallel to these two-pole terminals connected in parallel, to the Purpose, the accuracy of the control on the same opening with the turbines on one to be able to set the specified dimension.

3. Device according to claim i or 2, characterized through the use of infinitely adjustable induction regulators with external AC excitation in the circuits that regulate the turbines to the same opening position.