DE821518C

DE821518C - Einrichtung zur Regelung von Synchronkompensatoren in Netzen grosser Leistung

Info

Publication number: DE821518C
Application number: DEP43969A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Charles Lavanchy
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1948-06-26
Filing date: 1949-05-26
Publication date: 1951-11-19

Description

Einrichtung zur Regelung von Synchronkompensatoren in Netzen großer Leistung Bei an ein Dreiphasennetz großer Leistung angeschlossenen Synchronkompensatoren mit ausgeprägten Polen ergeben sich besondere Arbeitsbedingungen, wenn sie nach Art gewöhnlicher Blindwiderstände so geregelt werden, daß sie Blindleistung aufnehmen, anstatt welche abzugeben. Diese Blindleistungsaufnahme tritt ein, wenn die Erregung des Kompensators unter den Wert -der Erregung bei Leerlauf herunterreguliert wird. Dabei kann die Erregung allmählich fortschreitend auf den Wert Null oder auf einen gewissen negativen Wert gebracht werden, um die Scheinleistung zu kompensieren, welche eine Synchronmaschine ohne Erregung erzeugt. Man ist indessen auf diesem Wege beschränkt, weil der Synchronkompensator bei sehr kleiner Erregung seine Stabilitätsgrenze erreicht und außer Tritt fällt. Diese natürliche Stabilitätsgrenze eines Synchronkompensators kann gemäß der der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis mit Hilfe einer besonderen Erregung überschritten werden, und der Blindleistungsverbrauch kann erhöht werden, bis eine zweite, künstliche Stabilitätsgrenze erreicht ist, welche theoretisch der Umkehr des im Rotor des Kompensators resultierenden Flusses entspricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Regelung von an ein Netz großer Leistung angeschlossenen Synchronkompensatoren unter Ausnutzung dieser Möglichkeit vollkommen selbsttätig durchzuführen und insbesondere beim Arbeiten mit verminderter Erregung zu stabilisieren, um den maximalen Blindleistungsverbrauch zu erhalten, ohne daß -die Kompensatoren außer Tritt fallen.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Einrichtung zur Regelring von Synchronkompensatoren in Netzen großer Leistung für die Erzielung eines stabilen Laufesderselben bei erhöhter Blindleistungsaufnahme im Bereich verminderter Erregung unter Verwendung einer zusätzlichen veränderlichen Erregung des Kompen.sators, bei welcher erfindungsgemäß die zusätzliche Erregung in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen, dem Vektor der EMK der Erregung des Synchronkompensators und dem Vektor einer Netzspannung selbsttätig so verändert wird, daß diese Zusatzerregung nach Durohlaufen der Stabilitätsgrenze des ungeregelten Kompensators bei kleiner negativer Erregung wieder erhöht wird.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch in Fig. i und 2 dargestellt. Der Synchronkompensator i ist an das Netz 2 großer Leistung angeschlossen. Die Erregung 12 desselben wird von der Erregermaschine 8 gespeist, welche eine in üblicher Weise geregelte, während des Betriebes unveränderte Erregung i i, eine zusätzliche veränderliche Erregungg und eine Compoundwicklung io besitzt. Auf der Welle des Synchronkompensators i sitzt der Synchrongenerator 3, der die Lagedes Polrades des Kompensators zur Welle anzeigt. Die Spannung des Generators 3 wird mit der Sekundärspannung des an das Netz 2 angeschlossenen Induktionsreglers ,4 mit Hilfe der Widerstände 5, 6 verglichen. An den Widerständen wird die vektorielle Differenz dieser beiden Spannungen abgegriffen und dem Triebsystem des Wälzsektorreglers 7 zugeführt. Der Regler 7 liefert der Erregermaschine 8 eine zusätzliche veränderliche Erregung, welche in Größe und Vorzeichen in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen dem Polrad des Svnchronkompensators und der Spannung an den Klemmen seines Stators und damit zugleich in Funktion der Regelung des Induktionsreglers 4 sich ändert. Die zusätzliche Erregung ist somit eine Funktion der vektoriellen Differenz der Netzspannung und der in dem Synchrongenerator erzeugten Spannung, dessen Rotor mechanisch mit dem Rotor des Synchronkompensators gekuppelt ist.

Die für die Regelung der zusätzlichen Erregung notwendige selbsttätige Änderung des Winkels der beiden Spannungsvektoren wird mit Hilfe der an das Netz 2 angehängten Meß- und Steuereinrichtung bekannter Art 13 proportional der Blindleistung im Netz 2 herbeigeführt, so daß d'ie Zusatzerregung nach Durchlaufen der Stabilitätsgienze des ungeregelten Kompensators wieder erhöht wird. Jeder Blindleistung, welche erzeugt oder verbraucht werden soll, entspricht eine bestimmte Einstellung des Induktionsreglers 4. Der Zusammenhang wird mit Hilfe der Meß- und Steuereinrichtung 13 selbsttätig hergestellt. Die Stabilisierung auf einen bestimmten Betriebspunkt erfolgt insofern selbsttätig, als bei einer kleinen Schwankung des Polrades sofort, d. h. ohne Verstellung des

Induktionsreglers 4, die viel langsamer vor -ich

gehen kann, der M'inkel der beiden an den @Vider-

ständen 5, 6 abgegriffenen Spannungen sich ändert

und damit die zusätzliche Erregung der Erreger-

maschine 8 je nach der Richtung der Schwankung

vergrößert oder verkleinert wird.

Die Meß- und Steuereinrichtung 13 zur selbst-

tädgen Einstellung der für die Übertragung einer

bestimmten Blindleistung notwendigen Phasen-

drehung der Netzspannung und der entsprechenden

Änderung der zusätzlichen Erregung des Synchron-

kompensators kann nun mit einer Einrichtung kom-

biniert werden, welche den Kompensator selbsttätig

wieder in Tritt bringt, wenn er zufällig während

der Regulierung außer Tritt fallen sollte. Eine

solche Einrichtung ist in Fig. 2 dargestellt, in

welcher gleichartige Teile wie in Fig. i mit den

gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Die selbsttätige Verstellung des unmittelbar an

das Netz 2 angeschlossenen Induktionsreglers.4 er-

folgt durch zwei Steuermotoren 14 und 16, die auf

der Welle 15 sitzen, von welcher der Rotor des

Induktionsreglers 4 m_t T lilfe der Schnecke 20 und

des Schneckenrades 21 verstellt wird. Der Motor 14

erzeugt an der Welle 15 ein Drehmoment, das pro-

portional der vom Kompensator erzeugten Blind-

leistung ist, während der Motor 16 ein Drehmoment

proportional dem Sollwert der Blindleistung er-

zeugt. Die Drehrichtung des an das Netz 2 an-

geschlossenen Motors 14 ändert sich mit der Rich-

tung der Leistung im Netz 2. Die Erregung 25 des

auf der gleichen Welle mit dem Motor 14 sitzenden

Gleichstrommotors 16 wird über das Potentiometer

18 mit drehbarer Scheifbürste icg gespeist, mit

welchem der Sollwart der Blindleistung auf einer

Skala 17 eingestellt und markiert werden kann.

In einer gegebenen Stellung der Schleifbürste ig

des Potentiometers 18 wird bei Ungleichheit der an

den Motoren 14 und 16 erzetigten I)relimomente die

Welle 15 und über die Schnecke 20 sowie das

Sohneckenrad 21 der Rotor des Induktionsreglers

in Umdrehung versetzt. und zwar so lange die Diffe-

renz der beiden Drehmomente besteht. Die Regelung

erfolgt im Sinne der Verringerung -der Dreh-

momente, und zwar unabhängig von der Richtung

der vom Synchronkompensator erzeugten Blind-

leistung. Es genügt also, die Schleifbürste i9 auf

den gewünschten Sollwert der Blindleistung einzu-

stellen, damit der Induktionsreglerbei irgendwelchen

Störungen in der Blindleistungsübertragung stets

wieder selbsttätig in die Stellung zurückgeführt

wird, in welcher die beiden Meß- und Steuer-

systeme 14 und 16 im Gleichgewicht sind. Diese

Rückführung ka,rnn durch die nachfolgend be-

schriebene zusätzliche Einrichtung so verbessert

werden, daß es möglich ist, sogar außer Tritt ge-

fallene Synchronkompensatoren selbsttätig wieder

in Tritt zu bringen. Da der Kompensator bei

starkem Blindleistungsverbraucli Gefahr läuft, in-

stabil zu werden, wird bei einer solchen Störung

der Sollwert der Blindleistung selbsttätig auf einen

Wert gebracht, welcher einem wesentlich kleineren

Blindleistungsverbrauch, also einem sicheren

stabilen Betrieb entspricht. Zu diesem Zweck ist der Motor 16 mit einer zweiten Erregung 26 versehen, die praktisch beim normalen Betrieb wenig wirksam ist, weil der Widerstand 22 im Erregerkreis groß ist, die aber wirksam wird, sobald ein Außertrittfallen des Synchronkompensatorsauftritt, weil in dem Fall der Widerstand 22 durch den Kurzschließer 23 überbrückt ist. Der Kurzschließer 23 wird durch ein Maximalspannungsrelais 24 betätigt, das an die Widerstände 5, 6 angeschlossen ist. Wenn nun der Kompensator unstabil wird, verschieben sich die Vektoren der beiden Spannungen an den Widerständen 5, 6 gegeneinander, so daß bei Wachsendem Winkel die Differenzspannung größer wird und das Maximalspannungsrelais 24 anziehen kann. Damit ist eine Sicherheitseinrichtung geschaffen, welche die Rückführung des Induktionsreglers beim Außertrittfall-en des Kompensators selbsttätig durch eine plötzliche Änderung desDrehmomentes des Motors auslöst, welcher den Sollwert der Blindleistung erzeugt.

Die Rückführung des Induktionsreglers kann in Abweichung von, der beschriebenen Art auch durch das Ansteigen des Statorstromes beim Außertrittfallen des Synchronkompensators herbeigeführt werden.
Wie in Fig. i gestrichelt angedeutet, kann der Induktionsregler 4 durch einen Synchron-Synähron-Umformersatz 27, 28 an das Netz 2. angeschlossen sein. Der Motor 27 hängt unmittelbar am Netz 2, während der Generator 28 eine Erregung besitzt, die im allgemeinen konstant ist, die aber auch von einer anderen Größe, z. B. dem Strom des Netzes 2, abhängig sein kann. Die Vergleichsspannung am Induktionsregler .4 bleibt dann unabhängig von den Vorgängen im Netz konstant bzw. sie ändert sich nach einer gewünschten Gesetzmäßigkeit.
Die Steuerung des Induktionsreglers 4 kann selbstverständlich durch eine Öldrucksteuerung ersetzt werden, ohne daß an dem Prinzip der Regelung eine Änderung nötig ist.
:Xnstatt wie bei den Beispielen für die Steuerung des Induktionsreglers als Phasenlage die der Kompensatorspannung zu benutzen, kann ebensogut die Phase der Spannung an einem beliebigen Punkt des oder der Netze verwendet werden, an die der Kompensator angeschlossen ist. Ferner kann an Stelle des in den Beispielen verwendeten Wälzsektorreglers ein Regler anderer bekannter Bauart verwendet werden. Schließlich kann die Vektordifferenz der beiden Spannungen auch transformatorisch gebildet werden, da es in manchen Fällen von Vorteil sein kann, die Vergleichsspannungen nicht wie in Fig. i galvanisch zusammenzuschließen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Regelung von Synchronkompensatoren in Netzen großer Leistung für die Erzielung eines stabilen Laufes derselben hei erhöhter Blindleistungsaufnahme im Bereich verminderter Erregung unter Verwendung einer zusätzlichen veränderlichen Erregung des Kompensators, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche die zusätzliche Erregung in Abhängigkeit von diem Winkel zwischen dem Vektor der EMK der Erregung des Synchronkompensators und dem Vektor einer Netzspannung selbsttätig so verändern, daß diese Zusatzerregung nach Durchlaufen der Stabilitätsgrenze des ungeregelten Kompensators bei kleiner negativer Erregung wieder erhöht wird.
2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzerregung eine Funktion der vektoriellen Differenz der Netzspannung und einer Vergleichsspannung ist, die in einem Synchrongenerator erzeugt wird, dessen Rotor mechanisch mit dem Rotor des Kompensators gekuppelt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vektorielle Differenz der beiden Spannungen dem Triebsystem eines Reglers zugeführt wird, der die zusätzliche Erregung verändert. .
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, .daß der Regler ein Wälzsektorregler ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungen transformatorisch verglichen werden.
6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spannungen an Widerständen abgegriffen werden.
7. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch ge--kennzeichnet, daß die für die selbsttätige Regelung der zusätzlichen Erregung notwendige Änderung des Winkels der beiden Spannungsvektoren mit Hilfe eines Induktionsreglers erfolgt, der an das Netz großer Leistung angeschlossen ist. B. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsttätige Verstellung des Induktionsreglers durch zwei Motoren, erfolgt, von welchen der eine ein Drehmoment erzeugt, das proportional der vom Kompensator erzeugten Blindleistung ist, währende der andere ein Drehmoment proportional dem Sollwert der Blindleistung erzeugt. 9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, d'aß der Induktionsregler beim Außertrittfallen des Kompensators im Bereich starken Blindleistungsverbrauches vorübergehend und rasch selbsttätig in eine das Wiederintrittbringen des Kompensators begünstigende Stellung zurückgeführt wird. io. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des Induktionsreglers beim Eintritt des Außertrittfallens des Kompensators selbsttätig durch eine plötzliche Änderung des Drehmomentes des :Motors, welcher den Sollwert der Blindleistung erzeugt, ausgelöst wird. i i. Einrichtung nach Anspruch 9 und io, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des Induktionsreglers durch ein Maximalspannungsrelais ausgelöst wird, welches durch das Anwachsen der vektoriellen Differenz der beiden Spannungen zum Ansprechen gebracht wird. 1a. Einrichtung nach Anspruch9 und to, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung des Induktionsreglers durch das Ansteigen des Statorstromes beim Außertrittfallen des Synchronkompensators ausgelöst "wird. 13. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktionsregler durch einen Synchron-Synchrorn-lbiaschinensatz an das Netz großer Leistung angeschlossen ist.