DE866695C

DE866695C - Voltage or reactive current control in power plants with interconnected operation

Info

Publication number: DE866695C
Application number: DEP21581D
Authority: DE
Inventors: Adolf Dr-Ing Leonhard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1948-11-13
Filing date: 1948-11-13
Publication date: 1953-02-12

Description

Spannungs- bzw. Blindstromregelung in Kraftwerken bei Verbundbetrieb Über die Spannungsregelung der Stromerzeuger in Drehstromkraftwerken läßt sich folgendes sagen.Voltage or reactive current control in power plants with interconnected operation The following can be achieved by regulating the voltage of the power generator in three-phase power plants to say.

Wenn nur ein einziger Stromerzeuger ein Drehstromnetz speist, so wird dessen Spannung zweckmäßig astatisch geregelt, d. h. so, daß die Spannung unabhängig von der jeweiligen Belastung konstant gehalten wird.If only a single power generator feeds a three-phase network, it will whose voltage is appropriately regulated astatically, d. H. so that the voltage is independent is kept constant by the respective load.

Wird das Drehstromnetz von nur einem Kraftwerk gespeist, in dem aber mehrere Stromerzeuger zueinander parallel arbeiten, so wird bei gleichzeitiger astatischer Spannungsregelung der verschiedenen Maschinen die Blindlastverteilung unbestimmt. Ein Stromerzeuger kann z. B. durch zu starke Erregung überlastet werden, ein anderer infolge zu ,geringer Erregung und damit verringerter Höchstwirkleistung kippen und somit außer Tritt fallen. Die Regelung wird in diesem Fall zweckmäßig so durchgeführt, daß nur ein Stromerzeuger astatisch und die übrigen statisch geregelt werden, d. h. daß ihr Spannungsregler so beeinflußt wird, daß er eine von der jeweiligen Blindlast des zugehörigen Stromerzeugers abhängige Spannung einstellen will. Da aber die Spannung von der einen astatisch geregelten Maschine konstant gehalten wird, werden damit die übrigen auf konstanten Blindstrom geregelt. Eine andere Möglichkeit für die Regelung in diesem Betriebsfall, die auch schon praktisch durchgeführt worden ist, ist die, daß alle Maschinen statisch geregelt werden, daß aber durch einen sog. Statikausgleich die Abhängigkeit der Spannung von der Belastung des Kraftwerkes wieder rückgängig gemacht wird. Dieser Statikausgleich ist aber abhängig vom Leistungsfaktor, unter dem die Maschine ihre Leistung abgibt, und ist voll wirksam nur dann, wenn der tatsächliche, durch die Netzbelastung bestimmte Leistungsfaktor dem am Statikausgleicher eingestellten Wert entspricht.If the three-phase network is fed by only one power plant, but in which several power generators work in parallel with each other, so if at the same time it becomes astatic Voltage regulation of the various machines the reactive load distribution indefinitely. A power generator can e.g. B. be overloaded by excessive excitement, another overturn due to too low excitation and thus reduced maximum active power and thus falling out of step. In this case, the regulation is expediently carried out in such a way that that only one generator is astatic and the others are statically controlled, d. H. that your voltage regulator is influenced so that it is one of the respective reactive load wants to set the voltage dependent on the associated generator. But there is the tension is kept constant by the one astatically controlled machine, are thus the rest are regulated to constant reactive current. Another possibility for the regulation in this operating case, which has already been carried out in practice is that all machines are statically controlled, but that by one so-called static compensation the dependence of the voltage on the load on the power plant is reversed. However, this static compensation is dependent on the power factor, under which the machine delivers its power and is only fully effective when the actual power factor determined by the network load is that of the static compensator corresponds to the set value.

Wesentlich schwieriger gestaltet sich die selbsttätige Spannungsregelung in einem Kraftwerk, wenn dieses auf ein großes Netz arbeitet, das auch noch von anderen, unter Umständen wesentlich leistungsfähigeren Kraftwerken gespeist wird, so daß durch das eine Kraftwerk die Netzspannung nur wenig oder überhaupt nicht beeinflußt werden kann. Praktisch liegen die Verhältnisse heute auch so, daß mit Rücksicht auf die vielfach zu knappe Leistung der Kraftwerke die Netzspannung in ziemlich weiten Grenzen schwankt, so daß Spannungsänderungen um -I- 5 bis -2o o/o, vom Sollwert aws gerechnet, wenn auch innerhalb mehrerer Stunden, als durchaus normal anzusehen sind. Auch bei statischer Spannungsregelung, die im allgemeinen mit einer Statik von 5 bis io o/o arbeitet, ändert sich bei diesen Verhältnistsen die Blindlast der Stromerzeuger so stark, daß ein Betrieb mit Spannungsreglern überhaupt nur dann möglich wird, wenn von Zeit zu Zeit der Sollwerteinsteller am Regler nachgestellt wird. Da mit Rücksicht auf günstigste Ausnutzung der Maschinen in solchen Fällen im allgemeinen sowohl die Blind- als Auch die Wirklast der einzelnen Maschinen nach Fahrplan gehalten werden sollen, bedingt ein Betrieb mit Spannungsregler, auch wenn dieser statisch arbeitet, ein ständiges Nachregeln des Sollwerteinstellers.The automatic voltage regulation is much more difficult in a power plant, if it works on a large network that is also from other, possibly much more efficient power plants are fed, so that through the one power station the mains voltage is only little or not at all can be influenced. In practice, the situation today is such that with Consideration of the often insufficient power of the power plants the grid voltage in fluctuates fairly wide limits, so that voltage changes by -I- 5 to -2o o / o, calculated from the setpoint aws, albeit within several hours, as perfectly normal are to be seen. Even with static voltage regulation, which is generally with a Statics from 5 to io o / o works, the reactive load changes with these ratios the power generator is so strong that it can only be operated with voltage regulators possible if the setpoint adjuster is readjusted on the controller from time to time will. Because with consideration for the most efficient utilization of the machines in such cases in general, both the reactive and the active load of the individual machines The schedule should be kept, requires operation with a voltage regulator, even if this works statically, a constant readjustment of the setpoint adjuster.

Da eine brauchbare Lösung dieser Aufgabe bisher nicht bekanntgeworden ist, hat man sich bisher einfach so geholfen, daß man die Stromerzeuger ohne Spannungsregler arbeiten ließ und die Blindleistung von Hand einstellte. Da sich innerhalb ,größerer Netzverbände Belastungsstöße weitgehend ausgleichen und sich somit größere Spannungsänderungen nur in längeren Zeitabschnitten abspielen, gelingt es auf diese Weise, im Normalbetrieb durchaus brauchbare Spannungs- und Blindlastverhältnisse zu erzielen. Wesentlich anders werden aber die Verhältnisse im Störungsfall. Bei Kurzschlüssen oder Ausfall einer größeren Kraftwerksgruppe ist das stabile Zusammenbleiben des Netzverbandes nur dann, gewährleistet, wenn die Erregung möglichst aller Stromerzeuger am besten mittels Stoßerregung soweit gesteigert wird; daß die Spannung nur wenig unter ihren Sollwert abfällt. Bei Nachregelung der Erregung lediglich von Hand bleibt aber die Erregung konstant, und .es besteht damit die große Gefahr, daß der Netzverband schon bei verhältnismäßig geringen Störungen auseinanderfällt und damit unangenehme Unterbrechungen der Stromlieferung eintreten. Die Praxis lehrt, daß solche Störungen mit deri angedeuteten Folgen immer wieder auftreten.Since a usable solution to this problem has not yet become known is, so far one has simply helped oneself in such a way that one can use the power generator without a voltage regulator let work and set the reactive power by hand. Because inside, bigger Network associations largely compensate for load surges and thus allow larger voltage changes play only in longer periods of time, it succeeds in this way in normal operation to achieve quite usable voltage and reactive load ratios. Essential however, the situation is different in the event of a fault. In the event of a short circuit or failure a larger group of power plants is the stable cohesion of the network association only guaranteed if the excitation of as many electricity generators as possible is at its best is increased by means of shock excitation; that the tension is just a little below theirs Setpoint drops. With readjustment of the excitation only by hand, however, remains the The excitation is constant, and there is therefore a great risk that the network association will falls apart in the case of relatively minor disturbances and thus unpleasant interruptions the delivery of electricity occur. Practice teaches that such disorders are indicated with the i Consequences occur again and again.

Gelegentlich hat man schon besondere Blindleistungsregler verwendet, .die unabhängig von der Spannung die Blindleistung konstant halten. Wegen des verhältnismäßig großen Aufwandes für ein Blindleistungsmeßgerät hat sich diese Lösung aber nicht einbürgern können. Gemäß, der Erfindung soll nun durch Einbau eines mit Verzögerung arbeitenden Spannungsgleichhalters vor die Eingangsspule eines normalen Spannungsreglers, der außerdem noch vom Blindstrom der Maschine beeinfiußt wird, erreicht werden, daß über einen .gewissen, durch die Netzverhältnisse gegebenen Spannungsbereich der Blindstrom geregelt wird und,daß nach Überschreitung dieses Bereiches nach der einen oder anderen Seite die Blindstromregelung selbsttätig in eine Spannungsregelung übergeht.Occasionally special reactive power regulators have been used, .that keep the reactive power constant regardless of the voltage. Because of the relatively However, this solution does not involve a great deal of effort for a reactive power meter be able to naturalize. According to the invention, it is now intended to incorporate a delayed working voltage equalizer in front of the input coil of a normal voltage regulator, which is also influenced by the reactive current of the machine, can be achieved, that over a certain voltage range given by the network conditions the reactive current is regulated and that after this range is exceeded after the on one side or the other, the reactive current regulation automatically turns into a voltage regulation transforms.

Bild i der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens. Der Stromerzeuger i mit der Erregermaschine :2 wird in an sich bekannter Weise durch einen Spannungsregler 3, z. B. einen Wälzregler, der einen nicht näher bezeichneten Widerstand im Erregerkreis der Erregermaschine 2 verstellt, geregelt. Die Spannungsspule des Reglers 3 wird, wenn die Zusatzeinrichtung, in der Abbildung durch Umrahmung besonders gekennzeichnet, vorläufig außer acht gelassen wird, über einen Spannungswandler q. von- der Netzspannung R, S gespeist, erhält aber außerdem noch eine Zusatzspannung, die hinter dem Widerstand 6 abgegriffen wird, der über den Stromwandler 5 vom Strom (Phase T) des Stromerzeugers durchflossen wird, so daß diese Zusatzspannung dem Strom des Stromerzeugers proportional ist. Da der Wirkstrom in Phase T auf der verketteten Spannung URs senkrecht steht, wird also die Gesamtspannung an der Spannungsspule des Reglers 3 praktisch nur vom Blindstrom beeinflußt. Durch den Sollwerteinsteller 7 kann der vorn Regler einzuregelnde Sollwert in gewissen Grenzen verändert werden. Bei dieser- bisher beschriebenen und an sich längst bekanntere Anordnung wird, solange die Spannung des Stromerzeugers etwa durch einen zu diesem parallel arbeitenden, astatisch geregelten zweiten Stromerzeuger konstant gehalten wird, lediglich der Blindstrom geregelt, d. h. konstant gehalten, wie ohne weiteres einzusehen ist. Bei einer bestimmtere Stellung des Sollwerteinstellers 7 befindet sich der Regler 3 nur dann im Gleichgewicht, wenn die vom Spannungswandler 4 und vom Stromwandler 5 gelieferte Gesamtspannung an seiner Erregerwicklung einen bestimmten Wert aufweist. Bleibt nun die Netzspannung konstant, so muß auch der dann die Gesamtspannung an Regler 3 allein beeinflussende Blindstrom konstant sein, ändert sich aber die Netz-und damit auch die Spannung des Stromerzeugers, so maß sich auch der Blindstrom ändern, wenn sich der Regler wieder im Gleichgewicht befinden soll.Figure i of the drawing shows an embodiment of the inventive concept. The power generator i with the exciter: 2 is controlled in a manner known per se by a voltage regulator 3, e.g. B. a rolling regulator that adjusts an unspecified resistance in the excitation circuit of the exciter 2, regulated. The voltage coil of the regulator 3 is, if the additional device, specially marked in the figure by a frame, is temporarily disregarded, via a voltage converter q. fed by the mains voltage R, S, but also receives an additional voltage that is tapped behind the resistor 6 through which the current (phase T) of the generator flows via the current transformer 5, so that this additional voltage is proportional to the current of the generator . Since the active current in phase T is perpendicular to the linked voltage URs, the total voltage at the voltage coil of the regulator 3 is practically only influenced by the reactive current. By means of the setpoint adjuster 7, the setpoint to be adjusted in front of the controller can be changed within certain limits. In this arrangement, which has been described so far and has long been known, only the reactive current is regulated, ie kept constant, as is readily apparent, as long as the voltage of the power generator is kept constant, for example by an astatically controlled second power generator operating in parallel with it. In a more specific position of the setpoint adjuster 7, the controller 3 is only in equilibrium when the total voltage supplied by the voltage converter 4 and the current converter 5 at its field winding has a specific value. If the mains voltage now remains constant, then the reactive current, which then alone influences the total voltage at controller 3, must also be constant, but if the mains and thus also the voltage of the power generator change, the reactive current will also change when the regulator is back on Should be in balance.

Durch die Zusatzeinrichtung gemäß der Erfindung wird nun dafür gesorgt, daß die dem Regler 3 zugeführte, vom Spannungswandler q. gelieferte Netzspannwng durch eine Zusatzspannung auf einen konstanten Wert gebracht wird, -auch «renn sich die Spannung des Stromerzeugers ändert. Damit muß also dann auch unabhängig von Netzspannungsschwankungen der Blindstrom der Maschine konstant bleiben. Nach Bild i wird die Spannung des Spannungswandlers d. über einen Stufenschalter 9 einem Stufentransformator 8 in Sparschaltung als Eingangsspannung zugeführt, und an einer festen nicht näher bezeichneten Anzapfung des Stufentransformators wird die Ausgangsspannung für den Regler abgegriffen.. Durch einen Hilfsmotor io wird der Stufenschalter 9 so verstellt, daß diese Ausgangsspannung unabhängig von der Eingangsspannung konstant bleibt. Der Hilfsmotor io wird nämlich gesteuert von einem spannungsempfindlichen Relais i i, dessen Erregerwicklung an der Ausgangsspannung liegt. Uni die Möglichkeit einer stetigen Verstellung der Ausgangsspannung zu erhalten, wird der Stufenschalter 9 zweckmäßig als Kollektor ausgebildet, auf dem als Stromabnehmer eine Kohlenbürste schleift. Da bei Wechselstromrelais der bewegliche Anker mit Rücksicht auf Vibrationen verhältnismäßig große Massen aufweisen muß, kann es unter Umständen zweckmäßig sein, das Relais i i als Gleichstromrelais auszubilden und somit vor die Erregerwicklung noch einen Gleichrieliter mit Glättungseinrichtung zu schalten.The additional device according to the invention now ensures that the controller 3 supplied by the voltage converter q. supplied mains voltage by an additional voltage to a constant Value is brought, -also the voltage of the generator changes. So then must The reactive current of the machine remains constant regardless of mains voltage fluctuations. According to Figure i, the voltage of the voltage converter d. via a step switch 9 fed to a step transformer 8 in economy circuit as input voltage, and at a fixed, unspecified tap of the step transformer the output voltage for the controller is tapped. An auxiliary motor io the step switch 9 adjusted so that this output voltage is independent of the Input voltage remains constant. Namely, the auxiliary motor io is controlled by one voltage-sensitive relay i i, whose excitation winding is connected to the output voltage lies. Uni to get the possibility of a constant adjustment of the output voltage, the tap changer 9 is expediently designed as a collector on which as a current collector a carbon brush grinds. Since with AC relays the movable armature with consideration must have relatively large masses due to vibrations, it can under certain circumstances be expedient to train the relay i i as a DC relay and thus before the excitation winding to switch a DC liter with smoothing device.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist nun folgende: Im normalen ruhigen IN'etzbetrieb mit verhältnismäßig langsamen Änderungen der Netzspannung folgt der Spannungsgleichhalter ohne weiteres diesen Schwankungen, hält also die Ausgangsspannung konstant, und damit bleibt auch der Blindstrom des Stromerzeugers konstant. Treten aber Belastungsstöße oder andere Störungen mit plötzlicher Spannungsänderung im Netz auf, so folgt der verhältnismäßig träg arbeitende Spannungsgleichhalter nicht sofort, der Regler greift daher wirksam ein und hilft somit durch Stärkung bzw. Schwächung der Erregung des Stromerzeugers die Spannungsstöße auszugleichen und die Stabilität des Netzes zu sichern.The mode of operation of the arrangement is now as follows: In normal quiet IN 'mains operation with relatively slow changes in the mains voltage follows Voltage equalizer easily compensates for these fluctuations, thus holding the output voltage constant, and thus the reactive current of the power generator also remains constant. Step but load surges or other disturbances with a sudden change in voltage in the Network on, the relatively slow working voltage equalizer does not follow immediately, the regulator intervenes effectively and thus helps by strengthening or Weakening the excitation of the power generator to compensate for the voltage surges and to ensure the stability of the network.

Der Regelbereich des Spannungsgleichhalters wird so abgeglichen, daß er die Ausgangsspannung nur solange, wie die Spannungsschwankungen des Netzes innerhalb bestimmter, am Gleichhalter einstellbarer Grenzen liegen, konstant hält. Werden diese Grenzen überschritten, so steigt oder sinkt die :#,usgangsspannung und darnit die dem Spannungsregler 3 zugeführte Spannung einfach proportional mit der Spannung des Stromerzeugers, was bedeutet, daß derRegler wieder so arbeitet wieohne Zusatzeinrichtung, daß er also eine nur wenig vom Blindstrom abhängige Spannung einstellen will. Die am Spannungsgleichhalter eingestellten Grenzen werden nun -Zweckmäßig so gelegt, daß sie nur in Störungsfällen, also z. B. bei Ausfall einer Kraftwerksgruippe oder bei Abschaltung eines größeren Abschnittes des Verbrauchernetzes, überschritten werden. In diesen Fällen ist es dann aber durchaus richtig und zweckmäßig, wenn. der Regler kräftig als Spannungsregler eingreift.The control range of the voltage equalizer is adjusted so that the output voltage only as long as the voltage fluctuations of the network within certain limits that can be set at the equalizer are kept constant. Will If these limits are exceeded, the: #, output voltage and then increase or decrease the voltage supplied to the voltage regulator 3 is simply proportional to the voltage of the power generator, which means that the controller works again as without additional equipment, that he wants to set a voltage that is only slightly dependent on the reactive current. the Limits set on the voltage equalizer are now set for the purpose of that they can only be used in malfunctions, e.g. B. in the event of failure of a power plant group or when a larger section of the consumer network is switched off, exceeded will. In these cases, however, it is then entirely correct and expedient if. the regulator intervenes vigorously as a voltage regulator.

Durch Betätigung des Ausschalters 12 kann die Zusafzeinrichtung jederzeit unwirksam gemacht werden, so .daß dann -der Regler 3 wieder als normaler, statischer Spannungsregler arbeitet.By actuating the switch 12, the additional device can at any time can be made ineffective, so .that then -the controller 3 again as normal, static Voltage regulator works.

Die Kennlinie der Regelung mit der neuen Zusatzeinrichtung entspricht also dem Verlauf, wie er in Bild :2 aufbezeichnet ist. Spielen sich die normalen Spannungsschwankungen innerhalb eines Bereiches ab, der in Bild 2 mit a bezeichnet ist, so wird der Regelbereich des Spannungsgleichhalters zweckmäßig etwa auf den dem Abschnitt b entsprechenden Bereich festgelegt.The characteristic curve corresponds to the regulation with the new additional device So the course as it is shown in Figure: 2. The normal ones play Voltage fluctuations within a range indicated by a in Figure 2 is, the control range of the voltage equalizer is expediently approximately to the the area corresponding to section b.

Falls die Erregerleistung des Reglermeßwerks nicht zu groß ist und außerdem das Meßwerk so bemessen ist, daß bei Normalspannung noch eine gewisse Spannungsreserve vorhanden ist, die in einem Vorschaltwiderstand aufgebraucht wird, so kann an die Stelle des Stufentransformators 8 auch ein einfacher regelbarer Vorschaltwi@derstand treten, der ähnlich wie bei der .3nordnung nach Bild i so verstellt wird, daß die an diesem Widerstand abgegriffene und .dem Regelmeßwerk zugeführte Spannung im normalen Spannungsbereich konstant gehalten wird.If the excitation power of the regulator measuring mechanism is not too great and In addition, the measuring mechanism is dimensioned in such a way that at normal voltage there is still a certain voltage reserve is present, which is used up in a series resistor, so can to the Place of the step transformer 8 also a simple adjustable ballast resistor occur, which is adjusted similar to the .3 arrangement according to Figure i so that the at this resistor tapped and .dem standard measuring mechanism supplied voltage in normal Voltage range is kept constant.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Spami or reactive current control in power plants in interconnected operation, characterized in that in a fixed, in general adjustable voltage range the regulator of the power generator the reactive current in normal Keep network operation constant regardless of voltage fluctuations in the network that but this reactive current regulation is automatically converted into a voltage regulation if rapid voltage changes occur in the network or if the adjustable Voltage range is exceeded.

2. Arrangement for regulation according to claim i, characterized in that the measuring mechanism of the controller both from the reactive current of the machine as well as one in a fixed voltage range by one that works slowly Voltage equalizer kept constant regardless of mains voltage fluctuations Voltage is affected.

3. Arrangement for regulation according to claim 2, characterized in that that a step transformer is used as a voltage equalizer, its output voltage by adjusting a multiple switch that is activated by a voltage relay connected to the Output voltage is controlled by an auxiliary motor, kept constant will.

Arrangement for regulation according to the claims? and 3, characterized in that that as a step switch for the voltage equalizer a collector of normal design with a carbon brush dragging on it, so that the tension of the Voltage equalizer can be regulated practically completely continuously.

5. Arrangement for regulation according to claims 2 and 3, characterized in that as Voltage relay a DC relay is used for the voltage equalizer, This is done by means of a rectifier with a smoothing device from the output voltage . is fed.

6. Arrangement for regulation according to claims 2 and 5, characterized in that that an adjustable resistor is used as a voltage equalizer. Dressed Publications: German patents No. 714 o42, 698 81o, 6o5 85z.