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Anordnung zur Frequenzmittelwertsregelung in gekuppelten Netzen Es
ist bekannt, miteinander gekuppelte Netze nach Frequenzübergabeleistungskennlinien
in der Weise zu-regeln, daß den Kraftmaschinenreglern Regelgrößen zugeführt werden,
die aus der Abweichung der Frequenz vom Sollwert und der Abweichung der übergabeleistung
vom Sollwert zusammengesetzt sind. Man erhält hierbei eine Einregelung sowohl der
Frequenz als auch der Übergabeleistung. In vielen Fällen genügt jedoch diese Regelung
noch nicht, da sie lediglich die Augenblickswerte berücksichtigt, während oft die
Forderung gestellt wird, daß auch der Frequenzmiftelwert konstant gehalten wird,
damit beispielsweise an das Netz angeschlossene Synchronuhren stets genaue Zeit
anzeigen. Die Einfügung einer Nachregelung mit einer Periodenkontrolluhr, die den
Frequenzsollwert gemäß der Abweichung der Netzzeit von der astronomischen Zeit korrigiert,
ist hierbei nicht ohne weiteres möglich, da sich bei jeder Veränderung des Frequenzsollwertes
auch eine Verschiebung des Übergabeleistungswertes einstellen würde.
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Diese Nachteile werden gemäß der Erfindung in der Weise vermieden,
daß in dem einen Netz der Augenblickswertregelung eine Frequenzmittelwertsregelung
und in den
anderen ',-etzcn ein;. Übergabeleistungsmittclwertregzlung
überlagert wird. Hierbei «-erden die Frequenz- und Übergabeleistungswerte stets
so eingeregelt, daß auch bei einer in Abhängigkeit von Uhrzeitabweichungen vorgenommenen
Frequenzverstellung trotzdem die Übergabeleistung im Mittel konstant gehalten wird.
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In Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die
Fig. 2a bis 3 dienen zur Erläuterung der Wirkungsweise der Regelung und zeigen die:
Kennlinien, nach denen die Netze eingeregelt werden.
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In Fig. i ist die Schaltung des elektrischen Teiles einer Regeleinrichtung
für zwei parallel geregelte 1laschinengruppen dargestellt, die sich in einem Kraftwerk
des einen Netzes befinden. In dem zweiten Netz befinden sich in einem entsprechenden
Kraftwerk Maschinen, die durch den gleichenRegler geregelt werden.
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Die beiden Anregeglieder des Reglers sind die beiden 1leßwertverstärker
JIl und 11'. Der kontaktlose Meßwertverstärker ist ein Gerät, das sowohl zur Meßwertumformung
als auch zur Meßwertverstärkung dient (vgl. Sieinens-Zeitschrift, Bd. 15, September
1935, S. q.6;, »Ein neuer Gleichstromverstärker für -2\leßzwecl-ze«). Das Gerät
1111 beispielsweise dient zur Umformung des Frequenzineßwertes in einen proportionalen
Gleichstrom. Die Frequenzniessung erfolgt wechselstroms°itig über den Resonanzkreis
C, L und einen elektromagnetischen Spannungsgleichhalter RF', so daß die Frequenzmessung
spannungsunabhängig wird. Der Meßwertumfornier besteht aus einer Widerstandsbrücke
deren veränderlicher Widerstand li"R bei Auftreten einer Abweichung des Istwertes
vom Sollwert verändert wird. so daß im Diagonalzweig der Brücke eine Spannung auftritt,
die der Abweichung direkt proportional ist, und von der der Regler beeinflußt wird.
Der veränderliche «'iderstand ff-p, ist eine Röhre in Rückkopplungsschaltung, die
dauernd schwingt und die ihren Anodengleichstrom bzw. ihren Gleichstromwiderstand
entsprechend dem Rückkopplungsgrad ändert. Die Änderung des letzten guuschielit
dur..li ein Meßgerät, bestehend aus zwei elel#ztrodynainischen Systemen zur Messung
der Frequenzabweichung und einem Drehspulkompensationsglied, das über einen 'lebenschluß
I1"., an die Brücke angeschlossen ist. An der lleßachsy -sitzt eine Fahne, durch
di:c die Gitterspule L., gegen das Feld der Aiioci@°nsl>ule L, jj! nach dein Meßmoment
mehr oder weniger abgeschirmt wird, so daß sich durch die damit gegebene Änderung
der Rüclcl;opplung ein entsprechender Gleichstromwid#-rstand der Röhre ergibt. Bei
Auftreten einer Abweichung des Istwertes vom Sollwert dreht sich daher die Welle
des richtkraftlosen Meßwerks so lange, bis sich infolge der Änderung von
WR ein Brückenstrom ergibt, der im Drehspulsystem das Abweichungsinoment
kompensiert.
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Der 1,Ießwertumformer 11., dient zur Umformung des ankommenden Gleichstromfernmeßwertes
auf einen Wert, der für die Reglerbeeinflussung brauchbar ist. Der Meßwertumformer
.11., hat nur ein Drehspulsystem mit zwei Rähinchenwicklungen, von denen die eine
vom Fernmeßwert gespeist wird, und die andere zur Kompensation dient. Ist der Leistungswert
an Ort und Stelle, also ohne Anwendung einer Fernmessung zu erfassen, so wird für
Il, dasselbe Gerät wie für Q111 gewählt, das außer dem Drelispulm.eß- und Kompeiisationssy
stem noch zwei dynamometrische Systeme hat, die zur Messung der Leistung in Aronschaltung
dienen. Auch zur Leistungsinessung wird der Meßwertumformer so geschaltet, daß sich
ein Gleichstrom ergibt, der proportional der Abweichung vom Sollwert ist. Mit Hilfe
des Regelwiderstandes W5 kann der Frequenzsollwert und mit Ws der einzuhaltend;
Leistungswert eingestellt werden.
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Die beiden Meßwertumformer arbeiten auf die beiden Regelwiderstände
"'7 und l'i'8. An diesen kann der Einfluß von Frequenz und Leistung aufeinander
abgestimmt werden. Entsprechend der Einstellung ergibt sich eine der jeweiligen
Abweichung verhältnisgleiche Spannung sowohl für die Frequenz wie für die UTbergabeleistung.
An den Widerständen 11'7 und TI', ist also die Spannung Null, wenn der Sollzustand
vorhanden ist.
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Die an den Widerständen 1f'7 und lVs gewonnenen Spannungswerte werden
addiert und den Steuerspulen von hydraulischen Zusatzreglern zugeführt, die unmittelbar
auf die Turbinensteuerung,einwirlc-:n. Hierdurch wird eine schnelle Regelung erreicht,
während sich bei dem bisher gebräuchlichen Weg über einen Drehzahlverstellmotor
nur eine träge Regelung ergibt. Die Steuerspulen R1 und R, werden bei Parallelbetrieb
der beiden Maschinen in Reihe geschaltet. Sollten von dieser einen elektrischen
Regeleinrichtung, die gemeinsam für sämtliche zu regelnden Maschinen ist, sehr viel
Maschinen beeinflußt werden müssen, so kann es vorkommen, daß deren Leistung nicht
mehr ausreicht. In diesem Fall muß ein Meßwertverstärker eingeschaltet werden. der
die an lV7 und TV, sich ergebenden und addierten Spannungen nochmals verstärkt.
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Die hydraulischen Zusatzregler erhalten zwei Steuerspulen, von denen
die eine für die Aufnahme der einzuhaltenden Meßgrößen dient und die andere für
die Herstellung der gewünschten Lastv erteilung der parallel geregelten
Maschinen.
Zu diesem Zweck werden von dem Füllungsanzeiger der Turbinen Spannungsteilerwiderstände
Wla und W11 verstellt. Der an einem Spannungsteiler abgegriffene Spannungswert ist
daher verhältnisgleich der Belastung der entsprechenden Maschine. Zeigt nun der
Widerstand Wlo dieselbe Belastung bei Maschine i wie der Widerstand i i bei der
zweiten Maschine, so ergibt sich zwischen den beiden Angriffspunkten kein Spannungsunterschied.
Die zweiten Spulen der beiden Zusatzregler bleiben daher stromlos. Ergibt sich jedoch
eine Abweichung, so bekommt der Zusatzregler der zurückgebliebenen Maschine ein
Zusatzmoment und umgekehrt der Zusatzregler der anderen Turbine ein Gegenmoment.
Dadurch ergibt sich eine vollständig gleichmäßige Belastung -der verschiedenen Maschinen.
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Durch diese Art der Lastverteilung kann nun, wie oben beschrieben,
eine verhältnisgleiche Lastverteilung erreicht werden, oder die Lastv erteilung
auf die einzelnen Maschinen kann auch nach anderen Gesichtspunkten, z. B. nach günstigstem
Gesamtwirkungsgrad, erfolgen.
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Die in Fig. i dargestellten Regler, mit denen die Frequenz und die
Übergabeleistung eingeregelt werden, folgen Kennlinien nach Fig. 2 a bis 2 c. In
diesen Figuren bedeutet Ns den Sollwert der einzuhaltenden Austauschleistungen an
der Netzkuppelstelle, und zwar soll diese Leistung beispielsweise von dem Netz I
an das Netz II geliefert werden. Daher muß der Regler im Kraftwerk des Netzes I
der Kennlinie nach Fig. 2 a und der Regler im Kraftwerk des Netzes II der Kennlinie
nach Fig. 2 b folgen. In der Fig. 2 c ist die Kennlinie des Verbandes II bezogen
auf den Verband I eingezeichnet. Tritt nun z. B. im Netz I eine Laständerung im
Sinn einer Belastung auf, so greift der schnellwirkende Frequenzregier sofort ein.
Ist die Kuppelleitung lang und verhältnismäßig schwach, so wird die Ausregelung
erfolgen, ohne daß im Netz II der Regler zum Eingreifen kommt. Ergibt sich .trotzdem
eine Abweichung der übergabeleistung z. B. im Sinn der Verminderung derselben, so
ist aus Fig. 2 c erkennbar, daß in I sofort höher und in II entsprechend tiefer
geregelt wird, bis sich im Schnittpunkt der beiden Kennlinien der Sollzustand (richtige
Frequenz und Übergabeleistung) ergibt. Gerade umgekehrt liegen die Verhältnisse
bei Laständerung in II. Ist der Kopplungsgrad sehr gut, so wird beim oben angenommenen
Belastungsfall sich der Regler in II sofort an der Belastung beteiligen, er wird
jedoch gleich durch den fallenden Leistungsaustausch (da II nach I zu liefern beginnt)
abgestoppt, so daß das Kraftwerk des Netzes I die Belastungsänderung seines Netzes
selbst übernimmt bzw. umgekehrt. Die Ausregelung der Last erfolgt 'deshalb immer
dort, wo sie anfällt. Um eine völlig pendelfreie Einregelung zu bekommen, muß die
Neigung der Kennlinie des Reglers im Netz I um so geringer sein, je größer die für
die Frequenzregelung eingesetzte Maschinenleistung ist. Dasselbe gilt für Netz II,
wo ebenfalls die Neigung der frequenzregelnden Maschinenleistung entsprechen muß.
Bei dieser Regelart ergibt sich daher eine schnelle und außerdem bei richtiger Einstellung
eine pendelfreie Einregelung sowohl der Frequenz wie der Übergabeleistung.
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Da sich trotz der Frequenzregelung im Laufe der Zeit doch Frequenzabweichungen
ergeben können, ist es erforderlich, für die genaue Einhaltung eines Mittelwertes
der Frequenz zu sorgen, so daß die angeschlossenen Uhren keine Zeitabweichungen
aufweisen. Diese Frequenzintegral- oder Uhrzeitregelung kann von einem Netz durch
sein frequenzhaltendes Z@Terk übernommen werden. Von einer Periodenkontrolluhr PIh'
aus wird entsprechend der Abweichung der Netzzeit von der astronomischen Zeit über
den Motorantrieb m der Widerstand W, so verstellt, daß der Zeitfehler wieder verschwindet.
Diese Zeitkorrektur bedingt ein vorübergehendes Höher-oder Tieferschieben der Reglerkennlinie
im frequenzregelnden Netz, z. B. in I. Wie Fig. 3 zeigt, tritt, wenn die Uhrzeitregelung
im Netz I vorgenommen wird und z. B. die Frequenz im Mittelwert etwas zu tief ist,
die Kennlinie I daher hochgeschoben worden ist, eine Erhöhung der Frequenz um
A fit und demzufolge eine Vermehrung der Austauschleistung um d Nic
ein, da der Endpunkt der Regelung im Schnittpunkt der beiden wirksamen Statiken
liegt.
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Um nun die Übergabeleistung trotzdem wieder auf den richtigen Wert
zu bringen, wird im Netz II der Motor in. (gestrichelt gezeichnet) in den Sekundärkreis
des Meßwertverstärkers für die Leistungsbeeinflussung eingeschaltet. Dieser läuft
nun beim Auftreten einer Abweichung mit einer der Abweichung verhältnisgleichen
Geschwindigkeit und verstellt den Widerstand WS langsam, und zwar so lange, bis
der Frequenzsollwert entsprechend der Uhrzeitregelung im anderen System nachgestellt
worden ist und der Sollwert derAustauschleistung wiedereingehalten hat. Dieser Motor
bewirkt daher nicht nur eine Nachregelung der Frequenzeinstellung bei Uhrzeitregelung,
sondern auch eine Mittelwertregelung der Übergabeleistung.
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Die Inbetriebnahme eines derartigen Reglers bzw. einer Maschine, die
in die Regelung einbezogen werden soll, ist außerordentlich einfach. Jede Maschine
bekommt einen Umschalter
für selbsttätige oder Handregelung. Soll
die Maschine angelassen werden, so muß dieser Umschalter auf Handregelung stehen.'
Die Maschine wird hochgefahren und wie normal synchronisiert. Nach der Parallelschaltung
wird dann einfach der Schalter auf selbsttätige Regelung umgelegt, worauf der Regler
in Tätigkeit tritt. Es muß lediglich festgelegt werden, welches Werk die Uhrzeitkontrolle
übernimmt, und dementsprechend der Motor m auf Uhrzeitkontrolle oder auf Nachregelung
der Übergabeleistung umgeschaltet werden.
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Mit diesem Verfahren können auch n. Netze parallel geregelt werden,
sofern die Anzahl der gewünschten Übergabeleistungen nicht n-i übersteigt. Es ist
lediglich notwendig, jedem frequenzregelndenWerk die Übergabeleistung durch Fernmessung
zuzuleiten, die zur Festlegung einer eindeutigen Lastverteilung im Netzverband erforderlich
ist.
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Eine Regelanordnung dieser Art sorgt für schnelle Ausregelungen von
Abweichungen des Istzustandes vom Sollzustand durch beide bzw. durch alle Systeme
in gleicher Weise. Dieser schnellen Ausregelung von Augenblickswerten ist dann übergeordnet
eine träge Zeitintegralregelung in einem Werk und eine träge Leistungsintegralregelung
in den anderen Werken. Fallen die Werke aus irgendeinem Grund auseinander, so übernimmt
jedes Werk für sich eine rein astatische Frequenzregelung. Durch ein empfindliches
Drehspulrelais D, wird bei längerem Bestehenbleiben des Leistungseinflusses, wenn
derselbe also weder durch die schnelle Augenblickswertregelung noch durch die Zeitintegralregelung
ausgeregelt wird, der Einfluß der Übergabeleistung ausgeschaltet, so daß lediglich
der Meßwertumformer 1k11 in Tätigkeit bleibt und eine. reine Frequenzregelung durchführt.
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Sollte in einem Netzteil ein Werk für die Frequenzhaltung nicht mehr
ausreichen, so besteht die Möglichkeit, mehrere Werke dadurch zur Frequenzregelung
heranzuziehen, daß man ein Werk als Führerwerk bestimmt und das andere oder die
anderen Werke im Verhältnis ihrer Belastungen nachregelt, und zwar muß dies selbstverständlich
wieder durch ein schnelles Regelverfahren geschehen.