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Verfahren zur Verteilung der Belastung auf parallel arbeitende Kraftwerke
Es ist bekannt, die Regelung der Übergabeleistung zwischen parallel arbeitenden
Kraftwerken sowohl von der Frequenz als auch von .der Leistung abhängig zu machen.
Dabei werden die Kraftwerke, die als Stützpunkte in jedem Netz zur Einhaltung der
Übergabeleistung besonders ausgewählt sind, entsprechend der Gangdifferenz zwischen
Synchron-und wahrer Zeit oder auch der Frequenz selbst und der Netzleistung gesteuert.
Als Regler dient ein Fahrplanregler, der eine bestimmte Übergabeleistung einregelt
und z. B. zusätzlich von der Frequenz beeinflußt wird.
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In einem großen Netzverband ist es bei der Regelung der Übergabeleistung
zur Erfüllung der verschiedenen Lieferungsverpflichtungen aber erforderlich, nicht
nur die eingetretene Frequenzänderung, sondern auch den Ort der Laständerung, -durch
die die Frequenzänderung hervorgerufen wird, zu berücksichtigen.
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Die Erfindung wird ' dieser Aufgabe dadurch gerecht, daß bei der an
sich bekannten Belastungsregelungparallel arbeitender Kraftwerke, die.unter dem
Einfluß von Geschwindigkeitsreglern stehen und bei denen in einzelne Veribindungsleitungen
zwischen den Kraftwerken Fahrplanre-gler eingebaut sind, die eine bestimmte Übergabeleistung
in Abhängigkeit von der Sollwert- (Fahrplan-)Abweichung der auf den Verbindungsleitungen
fließenden Übergabeleistung und von den Frequenzabweichungen im Netz einregeln,
bei Frequenzabsenkungen und/oder Frequenzsteigerungen im Netz der Sollwert des Fahrplanreglers
erhöht wird, wenn gleichzeitig eine Erhöhung des dem Fahrplanregler zugeführten
Istwertes der Leistung über den normal eingestellten Sollwert eintritt, und daß
er vermindert wird, wenn gleichzeitig am Fahrplanregler eine Istverminderung der
zugeführten Leistung erfolgt.
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Bei dem bekannten Regelverfahren von P i 1 o t y ist die Änderung
des Sollwertes des Fahrplanreglers in Abhängigkeit von Frequenzänderungen im Netz
gebracht. Bei den verschiedenen Lieferungsverpflichtungen in einem Netzverband ist
es aber zweckmäßig, nicht nur die eingetretene Frequenzänderung, sondern auch den
Ort der Laständerung, der .die Frequenzänderung bedingt, zu berücksichtigen. Die
Erfindung wird dieser Aufgabe gerecht.
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In den Zeichnungen sind Anlagen als Ausführungsbeispiele dargestellt,
die die selbsttätige Sollwertverstellung für Fahrplanregler gemäß der Erfindung
schematisch veranschaulichen.
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Abb. i stellt einen Fahrplanregler gemäß der Erfindung dar, während
die Abb. 3, 4, 5
und 6 die Wirkungsweise des Fahrplanreglers nach
Abb. i an fünf zu einer Gruppe zusammengeschlossenen Kraftwerken bei verschiedenen
Betriebszuständen erläutern.
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Das Kraftwerk I (Abb. 2) ist mit den Kra(t ,: werken II, III; IV und
V über Verbindun-@ 9"`' le:tungen zusammengeschaltet. Jedes der z. m-! samtnengeschlossenen
Kraftwerke hat d'ie Aufgabe, ein bestimmtes Versorgungsgebiet zu beliefern, also
Kraftwerk I Versorgungsgebiet I, Kraftwerk II Versorgungsgebiet II usw. Außer dieser
Aufgabe hat jedes Werk für den Netzverband noch eine Sonderaufgabe zu erfüllen.
- Diese Sonderaufgabe besteht für Kraftwerk I darin, für eine durchaus beständige
Frequenz im ganzen Netzzusammenschluß zu sorgen, für die Kraftwerke II und III darin,
eine bestimmte übergabeleistung an das Kraftwerk I zu liefern, für die Kraftwerke
II und III weiter darin, an die Kraftwerke IV und V noch zusätzliche Leistung abzugeben.
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Damit nun jedes Kraftwerk die ihm gestellte Aufgabe erfüllen kann,
hat das Kraftwerk I eine Frequenzregelungseinrichtung, während die übrigen Kraftwerke
fahrplangeregelte Werke sind, d.li. also, die Kraftwerke 1I und III haben Fahrplanregler
in Richtung nach dem frequenzregelnden Werk eingebaut. Die Fahrplanregler sorgen
dafür; daß immer eine ganz bestimmte eingestellte Leistung auf dieser Verbindungsleitung
fließt. Durch diese Fährplaneinstellung kann nach dem Kraftwerk I nur ein vorher
festgelegter Lieferungsbetrag fließen.
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Für die folgenden Betrachtungen gilt die bekannte Tatsache, daß der
Geschwindiglzeitsregler mit einer sehr großen Regelgeschwindigkeit ausgerüstet ist,
während die Fahrplanregelung als überlagerte Regelung mit kleinerer Geschwindigkeit
arbeitet. A. Frequenz fällt Beispiel i (Abb.3) Fällt im Kraftwerk :I eine Maschine
aus, so werden in diesem Augenblick zunächst die noch in Betrieb befindlichen zwei
weiteren Maschinen versuchen, die ausgefallene Last zu übernehmen. Da im gleichen
Augenblick die Frequenz fällt und die Geschwindigkeitsregler öffnen, tritt auch
gleichzeitig eine Istwerterhöhung ein. Die Geschwindigkeitsregler der Kraftwerke
II, III, IV und V öffnen und versuchen, mehr Last in das Netz zu liefern. Die eingebauten
Fahrplanregler auf den Verbindungsleitungen nach dem frequenzregelnden Werk verhindern
jedoch den vollen Einsatz. Die Mehrlieferung, die durch das Öffnen der Geschwindigkeitsregler
verursacht ist, wird durch den Fahrplanregler zurückgestellt. Es bleibt also ein
vollkommen gleichbleibender Lieferungsfluß auf den @_erbindungsleitungen bestehen.
Man erkennt also, daß in diesem Augenblick der Fahrplanr-egler nachteilig ist. Die
eingebauten Ge-,#ewindiglzeitsregler würden zweifellos in %eseni Falle das Richtige
ausführen. Die `lieschwindigkeitsregler öffnen nämlich und versuchen, die Lieferung
zu erhöhen; dagegen halten die Fahrplanregler die ursprüngliche Solleistung trotz
Mehrbedarfes des Kraftwerkes I ein. Dieser Nachteil, den der Einbau des Fahrplanreglers
mit sich bringt, wird durch die Einrichtung gemäß der Erfindung beseitigt.
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Im Augenblick des Maschinenausfalles im Kraftwerk I tritt am Istwertgeber
i (Abb. i) des Fahrplanreglers eine Erhöhung des Istwertes ein, worauf .der Fahrplanregler
den Befehl »tiefer« an das Steuerrelais -2 erteilt. Dieses gibt wiederum über eine
Stromstoß. «-alte q. den Befehl an die Drehzahlverstellvorrichtung 5 der Hauptmaschine
weiter, wodurch diese im Sinne der, - Lastminderung beeinflußt wird. Gleichzeitig
mit diesem Vorgang fällt die Netzfrequenz; das Frequenzrelais 6 spricht an und schließt
sein Kontaktpaar 7'. Dadurch läuft nach einer vorher eingestellten Zeit das Relais
8 ab. und die Fallklappe wird betätigt. Andererseits erfolgt über das durch den
Fahrplanregler beeinflußte Steuerrelais 2 ein Stromstoß auf die Fallklappe 9. Durch
den dadurch erfolgten Kontaktschluß wird ein Teil des Widerstandes R4 im Brückenkreis
kurzgeschlossen, was gleichbedeutend ist mit einer Sollwerterhöhung. Dadurch wird
eine zwangsweise Lastübernahme durch das fahrplangeregelte Kraftwerk erreicht. Der
Regler selbst sorgt nur dafür, daß ein neuer Leistungsfluß entsprechend dem eingestellten
Mehrbetrag eintritt. Die Fallklappe 9 bleibt so lange in der unteren Ruhelage, bis
der normale Zustand wieder eintritt und die Verstellung der Fallklappe 9 von Hand
erfolgt, worauf dann der Sollwert wieder seinen früheren Wert erhält. Beispiele
(Abb.4) Fällt im Kraftwerk V eine Maschine aus, so treten zunächst rein äußerlich
dieselben Voraussetzungen ein wie die im Beispiel i geschilderten. Sämtliche Geschwindigizeitsregler
im zusammengeschalteten Netzverband öffnen. Der Fahrplanregler des Kraftwerkes III
sorgt dafür, daß die Lieferung trotz des Mehrbedarfes des Kraftwerkes V, bedingt
durch den Ausfall der Maschine in diesem Kraftwerk, an das Kraftwerk I in vollem
Umfang aufrechterhalten wird. Andererseits kann das Kraftwerk II nicht zur Mehrlieferung
herangezogen werden, da der
Fahrplanregler .des Kraftwerkes II nur
die eingestellte Lieferung an das Kraftwerk I zuläßt. Würde man eine Sollwertv erstellung
nur in Abhängigkeit von dem Frequenzabfall vornehmen, so würde in dem genannten
Fall eine erhöhte Lieferung nach dem Kraftwerk I erfolgen, obwohl gar keine größere
Leistung angefordert wird.
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Aus diesem Grunde wird die Sollwertverstellung erst eingreifen, wenn
der Ort, wo der Ausfall eintrat, bekannt ist. Dieser Ort läßt sich leicht dadurch
feststellen, daß selbsttätig die Reglerbew egung (Geschwindigkeitsregier - Fahrplanregler)
verglichen wird. Beim Ausfall der Maschine im Kraftwerk V beteiligen sich zunächst
die Geschwindigkeitsregler der Kraftwerke I bis V an der Regelung und verändern
dadurch den Istwert der Leistung auf den Verbindungsleitungen. Das Kraftwerk II
liefert in Richtung nach dem Kraftwerk I mehr Leistung. Das Kraftwerk I deckt außerdem
eine größere Teillast für das eigene Versorgungsgebiet. Kraftwerk III hat infolgedessen
überschüssige Leistung, die sofort nach dem Kraftwerk V abgegeben werden kann. Der
Fahrplanregler im Kraftwerk II versucht aber danach sogleich wieder, die ursprünglich
an das Kraftwerk I abgegebene Leistung einzustellen, d. h. der Geschwindigkeitsregler
öffnet, der Fahrplanregler schließt. Im Kraftwerk III öffnen sich dagegen der Geschwindigkeitsregler
und der Fahrplanregler. Beide Regler im Kraftwerk III führen also eine gleichsinnige
Regelbewegung durch. Man kann hierfür folgende Regel aufstellen: Frequenzabfall
und Istwerterhöhung = Sollwerterhöhung. Frequenzabfall und Ist wertverminderung
= Sollwertverminderung. Im Kraftwerk III sind jetzt dem Geschwindigkeitsregler und
dem Fahrplanregler der Befehl »auf« gegeben worden. Dadurch ergibt sich eine Sollwertverminderung.
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Im Kraftwerk II erhält dagegen der Geschwindigkeitsregler den Befehl
»auf« und der Fahrplanregler den Befehl »zu«. Es ergibt sich mithin eine Sollwerterhöhung.
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Für den Fahrplanregler des Kraftwerkes 1I gilt die bereits vorher
geschilderte Wirkungsweise gemäß Beispiel i (Abt. 3), während bei dem Fahrplanregler
-des Kraftwerkes III jetzt der Istwertgeber i eine Verminderung des Istwertes gegenüber
-dem eingestellten Sollwert v eranlaßt. Der Fahrplanregler erteilt den Befehl »höher«
über die unteren Kontakte des Steuerrelais 3 und die Stromstoßwalze 4 auf die Drehzahlverstellvorrichtung
5 der Hauptmaschine. Gleichzeitig mit diesem Vorgang fällt die Netzfrequenz. Dadurch
spricht das Frequenzrelais 6 an, und sein Kontaktpaar 7' schließt. Das Zeitrelais
8 läuft jetzt ab und schließt nach einer eingestellten Zeit den Stromkreis für die
Betätigung der Fallklappe. Jetzt erteilt das vom Fahrplanregler betätigte Steuerrelais
3 dem Fallklappenrelais io einen Stromstoß, wodurch ein Teilwiderstand von R4 zugeschaltet
wird. Die Vergrößerung des Widerstandes R4 ist gleichbedeutend mit einer Sollwertverminderung.@
Bei richtiger Wahl der Einstellung des Widerstandes R4 kann im Störungsfalle mittels
der Einrichtung nach der Erfindung ein vollkommen selbsttätiger Ausgleich der Belastungsverhältnisse
der einzelnen Kraftwerke erreicht werden. B. Frequenz steigt Beispiel 3 (Abb.5)
Bei der Versorgung größerer Abnehmer kommt es z. B. vor, daß durch plötzliche Abschaltung
eines dieser Abnehmer eine Sammelschiene irgendeines der Kraftwerke I bis V stark
entlastet wird. Würde z. B. im Kraftwerk I eine plötzliche Entlastung in einer solchen
Höhe eintreten, die etwa in der Größenordnung einer Maschineneinheit liegt, so würde
im gesamten Netzverband eine Frequenzsteigerung stattfinden. Im Augenblick der Entlastung
würden nämlich sämtliche Geschwindigkeitsregler im Netz schließen, und es würde
vom Kraftwerk I zu den Kraftwerken II und III auf den Verbindungsleitungen ein Leistungsaustausch
stattfinden. Die Fahrplanregler der Kraftwerke II und III werden aber sofort wieder
auf die normale Übergabeleistung einregem, wodurch Kraftwerk I bald wieder stark
entlastet wird. Da sich aber die Dampferzeugung im Kraftwerk I nicht so schnell
herabsetzen läßt, so sprechen die Sicherheitsventile der entsprechenden Kessel im
Kraftwerk I an und blasen in unwirtschaftlicher Weise die überschüssige Dampfmenge
ab. Würden sich dagegen sofort andere Kraftwerke an der plötzlich aufgetretenen
Entlastung beteiligen, so ist eine wesentlich geringere Dampfdrucksteigerung in
den einzelnen Kraftwerken zu erwarten.
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Diese Nachteile, die bei einer Frequenzsteigerung durch plötzliche
Entlastung des Sammelschienensystems irgendeines Kraftwerkes auftreten, werden durch
die in den Beispielen i und 2 beschriebene Einrichtung gemäß der Erfindung ebenfalls
beseitigt. Dieses geht etwa folgendermaßen vonstatten: Im Augenblick einer plötzlichen
Entlastung im Kraftwerk I tritt an den Istwertgebern i der Fahrplanregler in den
Kraftwerken 1I und III eine Verminderung des Istwertes ein.
Der
Fahrplanregler erteilt daher den Befehl »höher« an das Steuerrelais 3. Dieser Befehl
wird wiederum über eine Stromstoßwalze q. an die Drehzahlverstellvorrichtung 5 der
Hauptmaschine weitergegeben, worauf diese ;m Sinne der Lasterhöhung beeinflußt wird.
Gleichzeitig mit diesem Vorgang steigt die LMetzfrequenz; das Frequenzrelais 6 spricht
an, und sein Kontaktpaar 7" wird geschlossen. Das Zeitrelais 8 läuft nun ab und
schließt nach einer vorher eingestellten Zeit den Stromkreis zur Betätigung .der
Fallklappe. Jetzt übermittelt das vom Fahrplanregler betätigte Steuerrelais 3 dem
Fallklappenrelais io einen Stromstoß und schaltet einen Teilwiderstand von R4 zu.
Die Vergrößerung des Widerstandes R4 im Brückenkreis ist aber gleichbedeutend mit
einer Sollwertverminderung. Dadurch wird eine zwangsweise Lastverminderung durch
den Fahrplanregler erreicht. Der Regler selbst sorgt nun dafür, daß ein neuer Belastungswert
entsprechend dem neu eingestellten Sollwert :eingestellt wird. Die Fallklappe io
bleibt so lange in der unteren Ruhelage, bis der normale Zustand wieder eingetreten
ist, worauf :die Rückführung der Fallklappe io in der ursprünglichen Lage von Hand
erfolgt. Der Sollwert nimmt nun wieder seinen früheren Wert ein. Beispiel .4 (Abb.6)
Fällt an der Sammelschiene des Kraftwerkes V plötzlich durch Störung ein Großabnehmer
aus, so ergeben sich zunächst, rein äußerlich gesehen, dieselben Voraussetzungen
wie die im Beispiel 3 geschilderten. Sämtliche Geschwindigkeitsregler im zusammengeschalteten
Netzverband führen entsprechend ihrer Ungleichförmigkeit (Statik) Schließbewegungen
aus. Die Fahrplanregl.er der Kraftwerke IH und II sorgen weiterhin dafür, daß die
Lieferung auf den Verbindungsleitungen nach dem Kraftwerk I trotz starker Entlastung
des Kraftwerkes V in vollem Umfange aufrechterhalten bleibt. Nach einer gewissen
Zeit würde das Kraftwerk III sogar den gesamten Ausfall des Abnehmers vom Kraftwerk
V tragen.
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Diese Nachteile des Fahrplanreglers werden wiederum durch die Einrichtung
gemäß der Erfindung wie folgt beseitigt: Beim Ausfall des an Kraftwerk V angeschlossenen
Abnehmers beteiligen sich zunächst die Geschwindigkeitsregler der Kraftwerke I bis
V an der Leistungsverminderung des Netzverbandes um den ausgefallenen Betrag des
Abnehmers im Kraftwerk V. Durch ihre sofortige Beteiligung verändern die Geschwindigkeitsregler
den Istwert der Leistung auf den Verbindungsleitungen. Das Kraftwerk III liefert
nun in Richtung nach dem Kraftwerk I mehr Leistung. Kraftwerk I kann aber auf Grund
der Mehrlieferung des Kraftwerkes III vom Kraftwerk II nicht mehr den eingestellten
Istwert abnehmen. Die Fahrplanregler der Kraftwerke II und 111
versuchen daher
sogleich, auf ihre ursprünglich an das Kraftwerk I gelieferte Leistung wieder einzuregeln,
d. h. im Kraftwerk 1I schließt der Geschwindigkeitsregler, der Fahrplanregler dagegen
öffnet. Im Kraftwerk III schließen sowohl der Geschwindigkeitsregler als auch der
Fahrplanregler. Beide Regler im Kraftwerk III führen also eine gleichsinnige Regelbewegung
durch. Man kann also hierfür wieder, wie im Beispiel i und 2 gezeigt, folgende Regel
aufstellen: Frequenzsteigerung und Istwerterhöhung = Sollwerterhöhung. Frequenzsteigerung
und Istwertverminderung = Sollwertv erminderung.
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Im Kraftwerk III- wird jetzt der Befehl gegeben: Geschwindigkeitsregler
»zu« und Fahrplanregler »zu«. Es tritt also eine Sollwerterhöhung ein. Im Kraftwerk
11 wird dagegen der Befehl: Geschwindigkeitsregler »zu« und Fahrplanregler
»auf« gegeben, wodurch eine Sollwertverminderung erzielt .wird.
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Für das Kraftwerk II gilt die bereits vorher mehrfach geschilderte
Wirkungs-,veise, während für das Kraftwerk III jetzt der Istwertgeber i des Fahrplanreglers
den Befehl ..tiefer« an das Steuerrelais 2 erteilt. Dieser wird wiederum über eine
Stromstoßwalze .1 an die Drehzahlverstellvorrichtung 5 der Hauptmaschine weitergegeben,
worauf diese im Sinne der Lastverminderung beeinflußt wird. Gleichzeitig mit diesem
Vorgang steigt die Netzfrequenz; das Frequenzrelais 6 spricht an, und sein Kontaktpaar
7' wird geschlossen. Dadurch läuft nach einer vorher eingestellten Zeit das Relais
8 ab und betätigt die Fallklappe. Andererseits wirkt über das durch den Fahrplanregler
betätigte Steuerrelais 2 ein Stromstoß auf die Fallklappe 9 ein.
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Nach erfolgtem Kontaktschluß wird ein Teil des Widerstandes R4 im
Brückenkreis kurzgeschlossen, was gleichbedeutend ist mit einer Sollwerterhöhung.
Dadurch wird eine zwangsweise Lastübernahme durch den Fahrplanregl.er erreicht.
Der Fahrplanregler selbst sorgt nur dafür, daß ein neuer Leistungsfluß entsprechend
dem eingestellten Mehrbetrag eintritt. Die Fallklappe 9 bleibt so lange in der unteren
Ruhelage, bis der normale Zustand wieder eingetreten ist, worauf die Rückstellung
der Fallklappe 9 von Hand erfolgt, und der Sollwert wieder seinen früheren Wert
erhält.
Die Sollwerteinstellung kann nun entweder, wie in den beschriebenen
Beispielen gezeigt, mit Hilfe einer. Brückenschaltung oder auch rein mechanisch
dadurch erfolgen, daß im letzteren Falle die Sollwertkurbel auf mechanische Weise
selbsttätig auf »höher%'' oder »tiefer« eingestellt wird.
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Durch die Einrichtung nach der Erfindung werden die aufgezeigten Nachteile
des fahrplangeregelten Betriebes in Störungsfällen vollkommen vermieden. Der einmal
festgelegte Leistungsfluß auf den Verbindungsleitungen wird durch die selbsttätige
Sollwertverstellung so @beeinflußt, daß die Kraftwerke jederzeit in der Lage sind,
eine planmäßig eingestellte Zusatzlieferung bei Ausfall einer Maschine in irgendeinem
Kraftwerk und andererseits auch eine planmäßig eingestellte Lieferungsverminderung
bei Ausfall eines an irgendein Kraftwerk angeschlossenen Großabnehmers im Netzverband
durchzuführen, ohne daß langwierige fernmündliche Verständigungen zwischen den einzelnen
Kraftwerken erforderlich sind.