DE845670C

DE845670C - Device for stabilizing the operation of synchronous generators

Info

Publication number: DE845670C
Application number: DEP28995A
Authority: DE
Inventors: Charles Dr-Ing Lavanchy
Original assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BROWN AG; BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1946-05-04
Filing date: 1949-01-01
Publication date: 1952-08-04

Description

Einrichtung zum Stabilisieren des Betriebes von Synchrongeneratoren Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Stabilisieren des Betriebes von Synchrongeneratoren, die ein \Tetz speisen und bei welchen der Vektor der EMK der Erregung einen großen Winkel mit dem Vektor einer Spannung des Netzes einschließt, unter Verwendung einer zusätzlichen veränderlichen Gleichstromerregung, die in Abhängigkeit von der Größe des Winkels mit zunehmender Größe desselben vergrößert wird, wobei zur Regelung des zusätzlichen Erregerstromes in Abhängigkeit des Winkels zwischen der EMK der Erregung der Synchronmaschine und einer Netzspannung eine zusätzliche Spannung in den Erregerkreis der Synchronmaschine eingeführt wird. Die Erfindung besteht darin, daß die zusätzliche Erregung durch einen Strom erfolgt, der proportional der Resultierenden der gleichgerichteten Differenz von zwei Spannungsvektoren ist, deren einer in Phase mit der EMK der Erregung der Synchronmaschine ist oder einen festen Winkel 'mit derselben bildet und deren anderer in Phase mit der Netzspannung ist.Device for stabilizing the operation of synchronous generators The invention relates to a device for stabilizing the operation of synchronous generators, which feed a \ Tetz and in which the vector of the EMF of excitation has a large Angle with the vector of a voltage of the network includes, using a additional variable direct current excitation that depends on the size of the angle is increased with increasing size of the same, with for regulation of the additional excitation current depending on the angle between the EMF of the Excitation of the synchronous machine and a line voltage an additional voltage in the excitation circuit of the synchronous machine is introduced. The invention consists in that the additional excitation takes place by a current which is proportional to the resultant is the rectified difference of two voltage vectors, one of which is in phase with the EMF of the excitation of the synchronous machine is or a fixed angle 'with the same forms and the other is in phase with the mains voltage.

Zur Durchführung des Erfindungsgedankens wird für die zusätzliche Erregung ein Strom benutzt, der proportional der sich aus der vektoriellen Addition von zwei Spannungswerten der .Anlage ergebenden Resultierenden (Differenz oder Summe) ist. Zur Bildung der Resultierenden der beiden Spannungsvektoren wird der eine derselben irrt Vektordiagramm um. einen Regelwinkel nach rückwärts verschoben, der sich aus den Arbeitsbedingungen des Generators bestimmt.To carry out the idea of the invention is for the additional Excitation uses a current that is proportional to that resulting from the vectorial addition of two voltage values of the system resulting from the resultant (difference or sum) is. To form the resultant of the two voltage vectors, one of them is used wrong Vector diagram around. shifted one control angle backwards, which is determined by the working conditions of the generator.

In Fig. i der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Die Fig. 2 und 3 zeigen ein Vektor- und ein Leistungsdiagramm.In Fig. I of the drawing is an embodiment of a device shown schematically according to the invention. Figs. 2 and 3 show a vector and a performance graph.

Der Synchrongenerator i (Fig. i) wird vom Motor 2 angetrieben. Er arbeitet über die Verbindungsleitung oder die Gesamtheit der Verbindungsleitungen 4 auf das Netz 3 größer Leistung, wobei die Verbindungsleitungen 4 insbesondere ein Netz großer Länge darstellen. 5 ist ein auf der gleichen Welle mit dem Synchrongenerator i sitzender Hilf ssynchrongenerator. Mit 6 ist ein Induktionsregler und mit 7 ein Transformator zur Erzeugung von Spannungsvektoren für die Bildung der zuslätzlichen Erregung bezeichnet. Die beim Vergleich der beiden so erzeugten Vektorwerte sich ergebende Differenz wird in der Gleichrichterschaltung 8 gleichgerichtet und der als Verstärker dienenden Erregermaschine 9 zugeführt, welche außerdem noch eine gleichbleibende Erregung aufweist.The synchronous generator i (FIG. I) is driven by the engine 2. He works via the connecting line or the entirety of the connecting lines 4 to the network 3 greater power, the connecting lines 4 in particular represent a network of great length. 5 is one on the same shaft with the synchronous generator i seated auxiliary synchronous generator. With 6 is an induction regulator and with 7 a Transformer for the generation of voltage vectors for the formation of the additional Denotes excitement. The vector values generated in this way when comparing the two resulting difference is rectified in the rectifier circuit 8 and the Serving as an amplifier exciter 9 supplied, which also has a exhibits constant excitation.

Mit U3 (Fig. i und 2) ist der Spannungsvektor des Netzes 3 bezeichnet, der als unveränderlich vorausgesetzt ist; Up ist der Spannungsvektor an den Klemmen des Synchrongenerators i und E, der Vektor seiner Leerlauf-EMK. Der Vektor E, eilt gegenüber dem Vektor U3 um den Winkel z9 vor.With U3 (Fig. I and 2) the voltage vector of the network 3 is designated, which is assumed to be unchangeable; Up is the voltage vector across the terminals of the synchronous generator i and E, the vector of its idle EMF. The vector E, rushes in front of the vector U3 by the angle z9.

Der Erregerstrom i des Synchrongenerators i setzt sich aus dem gleichbleibendem Strom i. und dem veränderlichen Strom il zusammen. Der Ström il ist nicht eine Funktion des Vektors A entsprechend der Differenz der Vektoren U3 und E., sondern eine Funktion des Vektors Al entsprechend der Differenz des Vektors U3 und des Vektors E" , der vom Vektor E, durch Rückdrehung um einen Regelwinkel 19, abgeleitet ist (s. Vektordiagramm der Fig. 2). Der Winkel z9, kann an sich willkürlich gewählt werden; er bedeutet, daß die zusätzliche Erregung erst dann einsetzen soll, wenn der Winkel 0 zunimmt und den Winkel z9, übersteigt. Der Winkel 19, wird kleiner als t9 gewählt, so daß die zusätzliche Erregung in einem Betriebspunkt der Synchronmaschine einsetzt, wo diese ohne besondere Mittel gerade noch stabil ist.The excitation current i of the synchronous generator i consists of the constant current i. and the changeable stream il together. The flow il is not a function of the vector A corresponding to the difference between the vectors U3 and E., but a function of the vector A1 corresponding to the difference between the vector U3 and the vector E ", which is derived from the vector E by turning back by a control angle 19, . is derived (.. s vector diagram of Figure 2) the angle z9, can be arbitrarily selected per se; it means that the additional excitation should only be used if the angle 0 is increased and the angle z9, exceeds the angle 19. , is selected to be smaller than t9, so that the additional excitation begins at an operating point of the synchronous machine where it is just stable without any special means.

An Stelle des Vektors E, der Leerlauf-EMK des Synchrongenerators i kann auch ein anderer Spannungsvektor der Anlage treten. Der Hilfssynchrongenerator 5 z. B. liefert eine Spannung, welche auf Grund der nachstehend angegebenen Maßnahmen in Phase mit der Leerlauf@EMK Eo des Synchrongenerators i ist. Die Übereinstimmung der Phasen wird entweder dadurch erhalten, daß die Läufer des Synchrongerwrators i und des Hilfssynchrongenerators 5 in die gleiche gegenseitige Lage eingestellt werden, oder durch Einwirkung auf den Induktionsregler 6, mit dessen Hilfe die Phasenlage korrigiert werden kann. Der gleiche Induktionsregler gestattet, den Vektor eo um den Winkel 19, zu verzögern, um ihn als Spannungsvektor eö in Phase mit dem Vektor Eö der Fig. -- zu bringen. Die Spannung U3 des Netzes 3 wird mit Hilfe des Transformators 7 auf den Wert u3 verringert.Instead of the vector E, the no-load EMF of the synchronous generator i, another voltage vector of the system can be used. The auxiliary synchronous generator 5 z. B. supplies a voltage which is in phase with the idle @ EMK Eo of the synchronous generator i due to the measures specified below. The correspondence of the phases is obtained either by setting the rotors of the synchronous generator i and the auxiliary synchronous generator 5 in the same mutual position, or by acting on the induction regulator 6, with the aid of which the phase position can be corrected. The same induction regulator allows to adjust the angle 19 to delay the vector eo, to as a voltage vector in phase with the vector EE EE of FIG him -. To bring. The voltage U3 of the network 3 is reduced to the value u3 with the help of the transformer 7.

Bildet man die Differenz zwischen e: und u3, so erhält man einen Vektor, der proportional A1 in Fig.2 ist. Der Wechselstrom entsprechend Vektor A1 wird dann durch die Gleichrichterschaltung 8 gleichgerichtet, die aus vier nicht näher bezeichneten Gleichrichtern gebildet ist. Der gleichrichtete Strom wird durch die Erregermaschine 9 mit zwei Erregerwicklungen verstärkt, von welchen die eine mit einem unveränderlichen Gleichstrom gespeist ist, während die andere mit dem gleichgerichteten Strom gespeist wird, welcher, da u3 und e: die gleiche oder angenähert die gleiche Amplitude haben, proportional ist dem Wert der sich, weil der Winkel 19-z9, klein ist, auf u3 (z9-z9,) verringert, und der damit proportional der Differenz z9-29, ist. Die Spannung e0 bleibt der Größe nach unveränderlich und gleich oder ungefähr gleich der als konstant vorausgesetzten Spannung u3. Nur die Phasenlage von eö wird durch E, beeinflußt.If one forms the difference between e: and u3, one obtains a vector which is proportional to A1 in FIG. The alternating current corresponding to vector A1 is then rectified by the rectifier circuit 8, which is formed from four rectifiers (not shown in more detail). The rectified current is amplified by the exciter 9 with two exciter windings, one of which is fed with an invariable direct current, while the other is fed with the rectified current which, since u3 and e: have the same or approximately the same amplitude, is proportional to the value which, because the angle 19-z9, is small, reduces to u3 (z9-z9,), and which is therefore proportional to the difference z9-29. The voltage e0 remains unchangeable in terms of magnitude and is equal to or approximately equal to the voltage u3, which is assumed to be constant. Only the phase position of eö is influenced by E,.

An Stelle der Erregermaschine 9 mit doppelter Erregung kann auch eine Hilfserregermaschine verwendet werden, die ihrerseits eine Haupterregermaschine erregt, um die Leistungen der Elemente 5, 6, 7und8 der Schaltung zu verkleinern.Instead of the exciter 9 with double excitation, a Auxiliary exciter are used, which in turn is a main exciter energized to reduce the powers of elements 5, 6, 7 and 8 of the circuit.

Auf die beschriebene Weise ist es möglich, den Synchronlauf eines Synchrongenerators über einen Winkel 0, der größer als 9o° ist, aufrechtzuerhalten, wie im Diagramm der Fig. 3 gezeigt, wo die Leistung P eines Synchrongenerators als Funktion des Winkels z9 aufgetragen ist. Für eine konstante Erregung ergibt sich als Kennlinie der Leistung die gestrichelte Sinuslinie. Für eine doppelte Erregung und für Winkel größer als der Regelwinkel z9, nimmt die Kennlinie im nützlichen Teil ihres Bereiches einen Verlauf nach der ausgezogenen Linie an. Man erzielt also ein stabiles Arbeiten der Maschine ohne erhebliche Schwankungen im Punkt M, d. h. über einen Winkel größer als 9o°.In the manner described, it is possible to run a To maintain the synchronous generator over an angle 0 which is greater than 9o °, as shown in the diagram of Fig. 3, where the power P of a synchronous generator as Function of the angle z9 is plotted. For constant excitation results the dashed sine curve as the power characteristic. For double the excitement and for angles greater than the control angle z9, the characteristic curve is useful Part of their area shows a course according to the solid line. So one achieves a stable operation of the machine without significant fluctuations in point M, d. H. over an angle greater than 9o °.

Es versteht sich von selbst, daß die beim Beispiel. verwendete Vergleichsspannung U3 nicht dem Netz 3 entnommen zu werden braucht, falls dieses sehr ausgedehnt ist, sondern es kann auch mit an sich bekannten Mitteln in der Nähe des Synchrongenerators i eine Spannung gebildet werden, die vektoriell der Spannung U3 proportional ist.It goes without saying that the example. used equivalent stress U3 does not need to be taken from network 3 if this is very extensive, but it can also be done with means known per se in the vicinity of the synchronous generator i a voltage are generated which is vectorially proportional to the voltage U3.

Für Fig. i ist angenommen, daß die Erregung in Abhängigkeit von der vektoriellen Differenz zwischen dem Vektor eö , der die gleiche Phasenlage aufweist wie der Vektor Eö der Leerlauf-EMK des Synchrongenerators i, und dem der Spannung U3 des Netzes entsprechenden Vektor u3 erfolgt. Man kann aber die Erregung ebensogut in Abhängigkeit von der Differenz zweier anderer Spannungsvektoren durchführen, z. B. in Abhängigkeit von der Vektordifferenz zwischen U2 und U3 oder von der Vektordifferenz zwischen E, und .U2 oder von der Differenz zwischen einem der Vektoren Eo, U2, Uz und einem Vektor U4, der einem Zwischenpunkt des Netzes 4 entnommen ist, oder schließlich von der Vektordifferenz zwischen einem der Vektoren E., U2, U3, U4 mit der Leerlauf-EMK einer der Maschinen des Netzes 3. In allen diesen Fällen ist das grundsätzliche Schema der Fig. i maßgebend, zu verändern ist lediglich der Regelwinkel 19, entsprechend dem angestrebten Zweck.For Fig. I it is assumed that the excitation as a function of the vectorial difference between the vector eö, which has the same phase position like the vector Eö of the no-load EMF of the synchronous generator i, and that of the voltage U3 of the network corresponding vector u3 takes place. But one can just as well excite depending on the difference between two other voltage vectors, z. B. depending on the vector difference between U2 and U3 or on the vector difference between E, and .U2 or from the difference between one of the vectors Eo, U2, Uz and a vector U4, which is taken from an intermediate point of the network 4, or finally from the vector difference between one of the vectors E., U2, U3, U4 with the idle EMF of one of the machines in network 3. In all these cases the basic scheme of FIG. i is decisive, only the one needs to be changed Control angle 19, according to the intended purpose.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for stabilizing the operation of Synchronous generators that feed a network and in which the vector of the EMF of Excitation encloses a large angle with the vector of a voltage of the network, using an additional variable direct current excitation which is dependent on is increased by the size of the angle with increasing size of the same, wherein to control the additional excitation current depending on the angle between the EMF of the excitation of the synchronous machine and a mains voltage an additional one Voltage is introduced into the excitation circuit of the synchronous machine, characterized in that that the additional excitation takes place by a current which is proportional to the resultant is the rectified difference of two voltage vectors, one of which is in phase with the EMF of the excitation of the synchronous machine or a fixed angle with the same and the other is in phase with the mains voltage.

2. Set up according to Claim i, characterized in that the additional voltage is the resultant the idle EMF of the synchronous generator and the voltage of the synchronous generator powered network is.

3. Device according to claim i, characterized in that the additional voltage is the resultant of the terminal voltage of the synchronous generator and is the voltage of the network fed by the synchronous generator.

4. Establishment according to claim i, characterized in that the additional voltage is the resultant the voltage of the connection line between the synchronous generator and the network and is the voltage of the network fed by the synchronous generator.

5. Establishment according to claim i, characterized in that the additional voltage is the resultant is the no-load EMF and the terminal voltage of the synchronous generator.

6. Establishment according to claim i, characterized in that the additional voltage is the resultant the voltage of the connecting line and the no-load emf of the generator.

7th Device according to Claim i, characterized in that the additional voltage the resultant of the voltage of the connection line and the terminal voltage of the Synchronous generator is. B. Device according to claim i, characterized in that that the additional voltage is the resultant of a voltage on the feed side and a voltage on the consumer side of the network. G. Establishment according to Claim i, characterized in that the additional voltage is the resultant the voltage of an auxiliary synchronous generator sitting on the shaft of the synchronous generator and any equivalent voltage on the supply or consumer side of the Network is. ok Device according to Claim i, characterized in that the rectified Electricity is amplified. i i. Device according to claim io, characterized in that that an excitation machine with two excitation circuits serves as an amplifier, one of which the one with constant direct current, the other with the rectified variable current is fed.