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Verfahren zur Einregelung einer frei einstellbaren Leistungskennlinie
von parallel arbeitenden Synchron-Synchron-Umformern Zur Verbindung zweier Wechselstromnetze
und zur Leistungsübergabe kann man Synchron-Synchron-Umformer verwenden. Bei mehreren
derartigen parallel arbeitendenUmformern verteilt sich die Leistung entsprechend
der Kennlinie der Maschinen sowie den Leitungsimpedanzen zwischen den einzelnen
kuppelstellen.
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Maßgeblich für die Leistungsübergabe ist dabei diejenige Kennlinie
der Maschinen, die die Leistung in Abhängigkeit von dem Winkel ß zwischen
der Maschinen-EMK und der Netzspannung zeigt. In Abb. i sind zwei derartige Kennlinien
c. und c. für zwei Synchronumformer gezeichnet. Im Parallelbetrieb ist die Vektorlage
der Polräder beider Maschinen die gleiche, Der Winkel ß ist für einen bestimmten
Betriebsfall der Maschinen also gleich groß und mit ßm bezeichnet. Infolgedessen
übernimmt die Maschine mit der Kennlinie ci die Leistung N, und die Maschine
mit der Kennlinie c. die Leistung N2.
Die Maschine mit der steileren Kennlinie
ci übernimmt also den kleineren Lastanteil.
Es sind bereits Einrichtungen
bekannt, bei denen die Verdrehung des Erregerfeldes von Synchron-Svncliron-Umformern
von der Durchgan,-sleistung abhängig ist.
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Auch ist bereits vorgeschlagen worden, eine sog. Netzkennliniensteuerung
von Netzverbänden vorzusehen. Diese besteht darin. daß zwei parallel arbeitenden
-L\etzen, von denen das eine vorzugsweise frequenz-, das andere vorzugsweise leistungsgesteuert
ist, eine Kennlinie in ähnlicher Weise gegeben wird ' wie sie eine einzelne
Maschine besitzt. Hierzu ist es erforderlich, daß eine oder mehrere Kraftmaschinenregler
gleichzeitig von der Frequenz und der Netzaustauschleistung beeinflußt werden. Zwischen
der Drehzahl und den Austauschleistungen zwischen den i Netzen oder den Leistun-sflüssen
zu und von anderen -Netzverbänden "verden durch Frequenz-Leistungs-I-Zennlinien
darstellbare Beziehungen eingeregelt. Umformer werden hierbei nicht zur Regelung
herangezogen.
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,Z. ZD e Beim Gegenstand der Erfindung handelt es sich darum,
parallel arbeitenden Synchron-Syncliron-Umformern, die zwei N:etze beliebiger Frequenz
und Pliasenzahl an verschiedenen Stellen unter Verwendung einer der bekannten Methoden
zur willkürlichen Verstellung der Phasenlage der Maschinen-EMK gegenüber der Netzspannung
starr kuppeln, bestimmte Kennlinien zu geben. Erfindungsgemäß wird die Verstellung
der Phasenlage der --%laschinen-EMK nach einer bestimmten vorschreibbaren Abhängigkeit
von der Durchgangsleistung des Synchron-Svnchron-Umformers vorgenommen, indem die
Durchgangsleistung, und die Verstellung der Verdrehvorrichtung für die Pliasenlage
des Maschinenvektors in je eine von zwei miteinander vergleichbaren Meßgrößen
umgewandelt werden und die Abweichung dieser beiden 'Meßgrößen voneinander zur Bilduneiner
Regelgröße herangezogen wird, welche auf die V2rstellvorrichtung für die Verdrehun
' - des 'Maschinenvektors -wirkt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
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In Abb.2 ist sinnbildlich eine Svnchronmaschine mit dem LäuferLa.
und dem StänderSt dargestellt. Ve ist eine Verdrehvorrichtung für den Ständer.,
o-o sei die Bezugsgerade für die Winkelniessung. Die Maschine sei der Einfachheit
halber zweipolig angenommen, so daß räumliche Winkelverdrehungen des Ständers
St den elektrischen Winkelverdrehungen der Maschinen-E.NIK entsprechen. Bei
unbelasteter Maschine wird ß = o und der Winkel a -, der die Lage
des Ständers gegenüber der Bezugsgeraden o-o bezeichnet, ebenfalls gleich Null.
Wird die Maschine nun als Motor in der durch den Pfeil)t bezeichneten Drehrichtung
belastet, so bleibt der Läufer mit dein Winkel fl hinter dem Ständerdrehfeld zurück.
Die Maschinen-E-IJK nimmt die LageII i ein. Verdreht man nun den Ständer St ebenfalls
im Sinn von ß um den Winkel 7, so daß seine Achse die Richtung
.113 einnimmt, so kommt der Maschinenvektor in die Lage JI 2 üntsprechend
einem Winkel a fl gegenüber der Ausgangslage. Gemäß diesem Winkel hat sich
t' 2n1 nun auch die Leistun,-sübernahme der 'Maschine geändert. Durch entsprechende
Einregelung des Winkels a lassen sich also beliebige Belastungskennlinien des Umformers
einstellen.
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Abb. 3 und 4 veranschaulichen diese Beziehungen. In A-bb.
3 ist als Ordinate die Wirklast _V,-en des Umformers aufgetragen. Die Verhältnisse
sind für Generatorwirkung dargestellt; sie gelten natürlich sinngemäß auch für Motorwirkung.
Auf der Abszisse sind die Winkel a und 13 aufgetragen, wobei der Deutlichkeit
halber positiven Werten von ß negative Werte von 7 und umgekehrt zugeordnet
sind. Dabei sei a positiv gerechriet, wenn die Drehung des Ständers im Sinn der
Drehrichtung von fl erfolgt, d. li. wenn die resultierende Winkellage der
'Maschinen-EMK gegenüber dem 'Netzvektor den Winkel a + ß einschließt. Rechts
von der Ordinate stellt in Abb. 3 die aus,ezOgene Linie o-ß" die natürliche
Winlel-ß-Kennlinie des 'Umformers dar. Dabei sei der Einfachheit halber eine konstante
Erregung vorausgesetzt. Die -estrichelten Linien o-2 0.-2-o#,-a, seien Beispiele
von linien-, d. h. sie sollen durch irgendwelche Regelanordnungen hergestellte
Beziehungen zwischen der Wirkleistung bzw. Durchgangsleistun- des Umformers und
der Ständerverdrehung darstellen. Aus beiden Kennlinien für 7, Lind fl ergeben
sieh dann die resultierenden Leistungskemilinien. wie sie in Abb. -1
dargestellt
sind. Als Abszisse ist nun wiederum dieWirkleistung-Vgen aufgetragen, als Ordinate
die Winkelsumnie 7 4- fl. wobei selbstverständlich oc auch negativ sein kann.
Die Kennlinien 21 und ß" der Abb. 3 ergeben die resultierende Kennlinie o
(a, -, ß.) , die Kennlinien a., und j% von Abb. 3 die
Kennlinie c# (a" + ß") usw. Man sieht aus Abb. 4, daß es möglich ist,
ähnlich wie bei Kraftwerksgeneratoren den Sviicliroii-Sviicliron-Umformern durch
dieses I#egelverfahren eine beliebige Kennlinie zuzuschreiben und damit innerhalb
des über Syncliroii-Sviicliroii-Umformer gekuppelten -Netzverl)addes jede gewünschte
Leistungsverteilung zwischen den t' el einzelnen Umformern zu erzielen.
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Ein Beispiel, wie im Prinzip eine derartige Regelanordnung durchgeführt
werden kann,
sei an Hand von Abb. 5 erläutert. ND,. bedeute
ein Drehstromnetz, an welchem die Drehstrorasynchronmaschine DS mit der Haupterregermaschine
DE, und der Hilfserregermaschine HDE, sitzt. Diese Drehstromsynchronmaschine
besitzt einen verdrehbaren, aber nicht rotierenden Ständer St, welcher über ein
Getriebe G, von dem Verstellmotor VM aus verdreht werden kann. Starr mit
der Synchronmaschine DS ist z. B. ein Einphasensynchrongenerator EiS' mit der zugehörigen
Erregermaschine Ei E., gekuppelt. Die Einphasenmaschine speist in
das Einphasennetz NEI. Beide Netze, das Drehstromnetz ND, und das
Einphasennetz NEi, sind dabei an verschiedenen Stellen über derartige Umformer bzw.
Umformerwerke miteinander gekuppelt.
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Durch die Regelanordnung wird nun die Stellung des Ständers St,
d. h. der Winkel a, in Abhängigkeit von der Durchgangsleistung gebracht.
Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß in der Apparatenanordnung A, die Drehstromleistung
und die Winkel-a-Stellung in zwei vergleichbare Meßgrößen umgewandelt. Die Strom-
und Spannungswerte für die Bildung einer der Leistung proportionalen Größe werden
dem Spannungswandler SpW und dem Stromwandler StrW entnommen und dem wattmeterähnlichen
Apparat Wy der Anordnung Al zugeführt. Der Leistungswert von W7 wird über einen
Spannungsteiler und eine Zeigervorrichtung in eine Gleichstromleistung übergeführt,
welche der Größe und Richtung nach der Umformerleistung proportional ist. Ebenso
wird die Winkelstellung a mit einer ähnlichen Anordnung über den Regelapparat W"
in eine Gleichstromvergleichsgröße umgewandelt. Das Übersetzungsverhältnis
(71 des Getriebes G, und dasjenige ü. von W" sind einander gleich.
Die beiden von der Apparatur A,. ge-
bildeten Vergleichsgrößen werden
nun der Apparateanordnung A2 zugeführt und miteinander verglichen. Die der
Umformerleistung proportionale Gleichstromgröße wird in dem meßinstrumentähnlichen
Teil Ny von A, gemessen und in einen entsprechenden Ausschlag des Zeigers
Z, umgewandelt; ebenso wird die dem Winkel a proportionale Gleichstromgröße in dem
meßinstrumentähnlichen Teil N, von A, in einen entsprechenden
Ausschlag von Zeiger Z#, umgewandelt. Die beiden Zeiger Z, und Z" haben dann eine
gegenseitige Winkellage zueinander, welche der Differenz a - 7 entspricht,
wobei a und y die beiden Zeigerstellungen von der Apparatur A, bedeuten.
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über die beiden Zeiger Z, und Z" von A2
fließt nun der
#Strom, welcher zur Regelung der Zu- und Abschaltung des Verstellmotors VM benutzt
wird. Gebildet wird diese Regelgröße über die in A, vorgesehene Stromteileranordnung.
Dieser Regelstrom wird in dem Augenblick Null, in dem die beiden Zeiger Z, und Z
a den Winkel Null miteinander einschließen- Die Regelbedingung erfolgt also durch
die Apparate Al und A2
so, daß immer der Unterschied zwischen Winkel a und
y zu Null gemacht wird, d. h. der Ständer und damit der Winkel a der
Leistung entsprechend eingeregelt wird.
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Die Zu- und Abschaltung des zur Ständerverdrehung dienenden Verstellmotors
VM bzw. dessen Vorwärts- und Rückwärtslauf wird von der Regelapparatur
A 4 aus gesteuert. Als Beispiel für den Verstellmotor ist ein Drehstromasynchronmotor
zugrunde gelegt worden. Es könnte ebensogut ein Gleichstrommotor genommen werden
oder ein Wechselstrornkommutatorinotor Lisw. Der Schaltapparat A4 besitzt zwei Schalterhälften,
eine Hälfte K, für Ein- und Ausschaltung des Vorwärtslaufes des Verstellmotors und
eine Hälfte K., für Ein- und Ausschaltung des Rückwärtslaufes. Die Schaltstangen
zur Betätigung der Kontakte hängen an zwei Federn Fi und F2 und werden im stromlosen
Zustand von diesen in der Aus-Stellung gehalten. über die Magnetspulen
MS, und MS.,
die aus der Batterie B4 über einen Kontakt S4 gespeist
werden, werden die Federn Fi und F2 so gespannt gehalten, daß ein kleiner zusätzlicher,
in der Einschaltrichtung wirkender Strom in den Stenerspulen M, und M, genügt, um
die zwei Sehalterhälften zum Einschalten zu bringen. Der von A2 über die
Zeigeranordnung Z, und Z" kommende Steuerstrom wird dabei so durch die beiden Steuerspulen
M, und M, geführt, daß die magnetischen Zugrichtungen in beiden Spulen entgegengesetzt
gerichtet sind. Dadurch ist es möglich, daß bei Nacheilung von Z" gegenüber Z, von
A2 der Verstellmotor V.11 in dem Sinn gesteuert wird, daß der, Ständer vorgedreht
wird und bei Voreilung von Z" gegenüber Z,' zurückgedreht wird.
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Um nun der Maschine bzw. dem Umformer eine beliebige Leistungskennlinie
im Sinn von Abb, 4 geben zu können, müssen in den Stromkreis der Regelapparatur,
welche eine der Leistung oder der Ständerstellung entsprechende Vergleichsgröße
abbildet,. zusätzliche Regelapparate eingefügt werden. Zum Beispiel kann dies geschehen,
indem man in den Spannungskreis der Leistungsmesseranordnung eine Apparatur A.a
einfügt, welche einen Drehtransformator Dj enthält, der eine beliebige Verschiebung
der Spannung gegenüber dem Strom im LeistungszeigerW, von A, ermöglicht.
Dieser Drehregler Dj wird von einer Relaisanordnung R 3 a in Ab-
hängigkeit
von der Durchgangsleistung verstellt. Mit Hilfe einer solchen Anordnung --!3a, ist
es möglich, eine Winkel-a-Steuerung im Sinn voll Abb. 4 durchzuführen.
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Ebenso kann eine derartige Winlzel-a-Steuerung auch mit einer Anordnung
nach A3b im Vergleichsstromkreis für die Winkel-7-Messung vorgenommen werden. Hier
wird über eine Relaisanordnung R.b bekannter Art eine Stromteilervorrichtung gesteuert,
welche den Meßstromkreis für den Winkel a
ebenfalls in einem solchen Sinn
zu beeinflussen erlaubt, daß der Winkel a wiederum abhängig von der Wirkleistung
im Sinn von Abb. 4 gesteuert werden kann. Schließlich können beide Regelapparaturen
Aa und A3b "leichzeitiz er vorhanden sein. Dabei kann z. B.
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so vorgegangen werden, daß mit A3b die Regelkennlinie züi sieh selbst
parallel verschoben wird, mit Aa eine entsprechende Drehung derselben vorgenommen
wird.
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In Abb. 5 ist weiterhin noch der Erregungsregler
A, der Drelistromsynchrontnaschine DS eingezeichnet, welcher von einer Regieranordnung
R, aus gesteuert wird. Durch gestrichelte Verbindungslinien von R, zu
Tv# der Anordnung --11 und zum Stromkreis fü# die Meßgröße von Winkel a ist
angedeutet, daß gleichzeitig mit der Einregelung der ZD Zn l# Belastungskennlinie
eine entsprechende Erregungsänderung vorgenommen -,verden kann.
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Selbstverständlich gibt es für die Winkel a
eine Grenzlage,
von welcher aus eine Beeinflussung der natürlichen Winlel-ß-Keiinlinie nicht mehr
möglich ist. Außerdem wird der Umformer auch durch eine normale Leistungsbegtenzung
vor Überlast geschützt. 11 2n Hierbei wird vom Überlastschutz die Winkel-a-Aussteuerung
bis zur Grenzlage hin aus-- ge nutzt, die Abschaltung des Umformers erfolgt
dann, sobald die Grenzleistung in dieser Endstellung des Winkels a überschritten
wird. Ebenso kann durch bekannte Einrichtungen der Umformer vor unzulässiger Blindleistungslieferung
und zu großer und zu kleiner Spannungsabgabe geschützt werden.
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Die Ständerverdrehung kann auch über einen Gleichstrommotor erfolgen,
welcher über ein Leonard-A- ,gregat bekannter Ansführun g in seiner Dreligesch,#vindi,-i#:-oit
und Drehrichtun'- feinstufig geregelt wird, wobei all Stelle dLS Schalters der Apparatur--1,
in Abb. _5 eine entsprechende Einstellun', der Erregung des Leonard-Generators
tritt. Ebenso kann an Stelle des Drehtransf,3rmators in der Apparattir-4.,tz ein
irgendwie auf- gebauter Phasenschieberizreis treten, bei welchem entweder ein Ohnischer
Widerstand oder eine Drosselspule oder ein Kondensator entsprechend geregelt wird.
Auch kann die Einstellung der Belastungskennlinie durch eine Ausführung vorgenommen
werden ähnlich der Leitschaufelregulierung voll Wasserturbinen über einen Öldruckregler
und eine federnde Abstützung des verdrehbaren Ständers, wie dies in Abb.
6
angedeutet ist. Hier bedeutet La den in Richtun- des Pfeiles ;" unilaufenden
Läufer und St den Ständer eines Synchron-Synchron-Umformers. Der Ständer
wird einerseits über eine Feder F abgestützt und andererseits über einen Öldruckregler
ÖR gehalten, welcher durch den Steueröldruckregler St R gesteuert wird. Dieser
Steuerölregler kann dann durch eine ähnliche Anordnung, wie in Abb. 6 dargestellt,
beeinflußt werden. Auch kann die Beeinflussung der Leistungskennlinie dadurch vorgenommen
werden, daß über eine Vorspanneinrichtung der Feder F, z. B. wieder durch
einen Öldruckregler, eine verschiedene Federkennlinie gegeben wird. Diese Vorspanneinrichtung
kann dann durch Relaisanordnungen bekannter Art, ähnlich wie in Abb. 6 fest
oder von irgendeiner Bezugsgröße abhängig, veränderlich eingestellt ZD werden. Die
Steuerung der Ständerverdrehung und damit der #Yinkel-a-Regulierung kann bei einer
Anordnung nach Abb. 6 auch unter Zuhilfenahme eines Thomareglers bekannter
Bauweise erfolgen.