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Verfahren zur Regelung der Leistungsverteilung auf mehrere miteinander
gekuppelte Kraftwerke bzw. Netze Werden zwei oder mehrere Kraftwerke oder Netze
miteinander gekuppelt, so nimmt jedes Kraftwerk oder Netz zwangsläufig an den Belastungsschwankungen
seiner Nachbarkraftwerke oder Netze durch Regelvorgänge teil und erhöht oder erniedrigt
seine Leistung sowohl in Abhängigkeit von den eigenen Verbrauchern als auch denen
der gekuppelten Netze. Eine derartige Verteilung der Belastung wird im allgemeinen
abgelehnt, da die einzelnen Kraftwerke oder Netze nicht eine beliebige Leistung
an die Nachbarn abzugeben oder von ihnen zu beziehen wünschen, sondern nur eine
vertragsmäßig festgelegte Leistung. Außer durch diese Leistung sollen aber die Maschinen
des eigenen Netzes nicht durch die Verbraucher der gekuppelten Netze beeinflußt
werden. Um diese vertragsmäßig festgelegte Leistung einzuregeln, verwendet man für
eine oder mehrere Maschinen eines Kraftwerkes oder Netzes Regler, welche die Maschinen
so regeln, daß an der Kuppelstelle der Kraftwerke oder Netze gerade die vereinbarte
Leistung übertragen wird. Diese Regelung ist ganz auf die Einhaltung der gewünschten
Übergabeleistung abgestellt, sie ist aber nicht in der Lage, Störungen der Netze
durch Belastungsänderungen der gekuppelten Netze zu verhindern.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile der bekannten Regelung und
zeigt einen Weg, um die
Leistungsverteilung auf mehrere untereinander
gekuppelte Kraftwerke bzw. Netze in der Weise zu regeln, daß Belastungsänderungen
von den Kraftwerken bzw. Netzen übernommen werden, in deren Bereich die Änderung
aufgetreten ist, wobei dem Regler ein zusätzlicher Regeleinfluß zugeführt wird.
Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß jedes Netz in erster Linie den Bedarf
seiner eigenen Verbraucher zu decken hat und daß infolgedessen auch ein Kriterium
dafür, ob ein Regelvorgang nötig ist oder nicht, am sichersten dadurch zu gewinnen
ist, daß diese eigenen Verbraucher betrachtet werden.
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Gemäß der Erfindung wird der zusätzliche Regeleinfluß von der Änderung
der Verbraucherleistung abgeleitet. Die Erfindung ist sowohl für Gleichstromals
auch für Wechselstromnetze anwendbar. Die bisher für Wechselstromnetze allgemein
gebräuchliche Aufteilung in solche, welche Übergabeleistung regeln und solche, welche
Frequenz regeln, kann bei dieser Art der Regelung ohne weiteres aufrechterhalten
bleiben. Es ist sogar möglich, die Einrichtungen, welche den zusätzlichen Regeleinfluß
ausüben, noch nachträglich an den bereits vorhandenen Reglern anzubringen.
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In Fig. i sind die bei der Regelung zweier Netze vorliegenden Verhältnisse
schematisch dargestellt. Es sind zwei Netze J und A mit ihren Verbrauchern
Vi und Va und je einem Kraftwerk Ki und K" dargestellt. Das Netz J hat die Aufgabe,
die Übergabeleistung konstant zu halten, welche von dem Netz J an das Netz
A geliefert wird. Dem Netz A fällt die Aufgabe zu, für die Konstanthaltung
der Frequenz zu sorgen. Für die Regelung sei zunächst nur das Netz J betrachtet.
Für das Netz A liegen die Verhältnisse völlig gleich, es tritt lediglich als Regelgröße
an die Stelle der Übergabeleistung die Frequenz. Bisher wurde zur Regelung des Netzes
J die Übergabeleistung Nü gemessen, mit dem Soll-,vert der Übergabeleistung verglichen
und der Regler einer oder mehrerer Maschinen in dem Netz so lange verstellt, bis
die Übergabeleistung weder ihren Sollwert erreicht hat. Da sich aber die Übergabeleistung
sowohl dann ändert, wenn im Netz J die Belastung zu- oder abnimmt, als auch dann,
wenn dies im Netz A eintritt, kann man die Regelung so vornehmen, daß man die Verbraucherleistung
Nvi des eigenen Netzes meßtechnisch. erfaßt und die Regelung des die Übergabeleistung
einregelnden Reglers davon abhängig macht, ob sich die Verbraucherleistung ändert
oder nicht. Wenn sich nämlich bei einer Abweichung der Übergabeleistung die Verbraucherleistung
nicht ändert, so ist das ein eindeutiges Zeichen dafür, daß eine Belastungsabweichung
nur im Netz A vorliegt.
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In vielen Fällen wird es ohne zusätzlichen Aufwand nicht möglich sein,
die Verbraucherleistung Ny#i unmittelbar zu erfassen. Es besteht jedoch die Möglichkeit,
die Verbraucherleistung Nvi aus der Maschinenleistung NL und der Übergabeleistung
Nü nach der Gleichung NE ± N 0 --- Nvi zu ermitteln. Diese Gleichung ergibt
sich aus der einfachen Überlegung, daß in einem Netz die gesamte von den Maschinen
abgegebene Leistung NE, vermindert um die Leistung, welche aus dem Netz an fremde
Netze hinausfließt bzw, erhöht urn die Leistung, welche in das Netz aus fremden
Netzen hineinfließt, gerade die von den Verbrauchern benötigte Leistung ergibt.
Die gesamte Maschinenleistung der Kraftwerke ist fast stets meßtechniscb zu erfassen.
Da auch die Übergabeleistung gemessen wird, schon rtm die Übergabeleistungsregelung
durchzuführen, kann man aus den Meßwerten der gesamten Maschinenleistung NE und
der Übergabeleistung Nri den Meßwert der Verbraucherleistung Ny#i bilden. Von diesem
Meßwert der Verbraucherleistung kann man dann eine zusätzliche Beeinflussung des
Regelvorganges ableiten. Zweckmäßigerweise leitet man jedoch den Regeleinfluß nicht
von der Verbraucherleistung unmittelbar ab, sondern nur von der Änderung der Verbraucherleistung;
dabei ist dann der Einfluß auf einen Regelvorgang nur vorübergehend während einer
Änderung der Verbraucherleistung wirksam.
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Anstatt die gesamte Maschinenleistung zu messen und ihre Änderung
zu berücksichtigen, kann man auch so vorgehen, daß man alle Maschinen unberücksichtigt
läßt, die mit konstanter Kraftstoffzufuhr arbeiten. Auch von den übrigen Maschinen,
bei denen die Kennlinien der Drehzahlregler geradlinig verlaufen, kann man einen
Teil bei der Messung unberücksichtigt lassen. Im äußersten Fall genügt es sogar,
wenn man nur die Leistungsänderung der Maschine meßtechnisch erfaßt, die durch den
Regelvorgang unmittelbar beeinflußt wird. Wenn man die Messung in dieser Form vereinfacht,
muß man allerdings bei einer Einführung des Meßwertes in den Regelvorgang eine Angleichung
der Größenordnungen der Meßwerte vornehmen.
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In den Fig. 2 bis 5 sind verschiedene Möglichkeiten für die zusätzliche
Beeinflussung eines Reglers dargestellt. Das hierbei vorausgesetzte Netzgebilde
entspricht dem in Fig. r gezeigten. Die Übergabeleistung wird von Netz
J nach dem Netz A übertragen.
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In Fig. 2 stellt i ein Gerät dar, welches eine der Maschinenleistung
proportionale Gleichspannung oder einen entsprechenden Strom abgibt. 2 ist ein Gerät,
welches eine der Übergabeleistung proportionale Gleichspannung oder einen entsprechenden
Strom abgibt.
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Die beiden Meßströme sind in einer Differenzschaltung zusammengeschaltet,
in der über den Widerstand 3 ein resultierender Strom fließt, welcher der Differenz
der beiden Meßströme gleich ist. An dem Widerstand 3 und damit auch an dem Kondensator
q. liegt eine Spannung, welche sich aus dem Spannungsabfall des resultierenden Stromes
am Widerstand 3 ergibt und welche gemäß der Gleichung NE - Nu
= Nvi
proportional der Verbraucherleistung Nvi ist. Da dem Meßinstrument 5 der Kondensator
q von großer Kapazität vorgeschaltet ist, fließt durch das Meßinstrument nur dann
ein Strom, wenn sich die Verbraucherleistung Nvi ändert. Dies macht sich bei der
vorliegenden Schaltung dadurch bemerkbar, daß sich die der Gesamtmaschinenleistung
NE proportionale Spannung in anderer Weise ändert als die der Übergabeleistung No
proportionale Spannung, so daß also ein größerer oder kleinerer Differenzbetrag
übrigbleibt. Tritt eine solche Änderung ein, so schlägt das Instrument 5 aus und
bewirkt eine Freigabe oder Beschleunigung der Übergabeleistungsregelung, da in
diesem
Falle die Laständerung in dem Netz J eingetreten ist. Tritt dagegen im Netz A eine
Belastungsänderung ein, so ändert sich die Gesamtmaschinenleistung INTE des Netzes
J und die Übergabeleistung Ne um den gleichen Betrag, so daß das Instrument
5 nicht zum Ansprechen kommen kann und infolgedessen ein Regelvorgang gesperrt bz«-.
verzögert bleiben muß. Der Ausschlag des Instrumentes 5 ist der Änderung der Verbraucherleistung
proportional.
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Bei der Schaltung nach Fig.3 sind die gleichen Schaltungselemente
wie bei der vorangehenden Schaltung vorgesehen, es sind lediglich die beiden Meßgrößen
in einer Summenschaltung zusammengeschaltet. Verwendet man diese Schaltung mit gleicher
Polung der Meßgleichströme wie bei dem vorangehenden Beispiel, so erhält man die
umgekehrte Wirkung. Die Übergabeleistungsregelung wird durch das Instrument 5 gesperrt,
wenn die Verbraucher Va im Netz A ihre Belastung ändern, dagegen wird die
Regelung sonst immer freigegeben. Allerdings ist der Ausschlag des Instrumentes
nicht der Änderung der Verbraucherleistung Nya proportional, so daß diese Schaltung
nur zur Sperrung benutzt werden kann. Außerdem bleibt das Instrument 5 bei einer
Änderung der Verbraucher Vi nur dann in Ruhe, wenn die beiden Gleichströme der Geräte
i und 2 der anteilmäßigen Beteiligung der beiden Kraftwerke Ki und K" an einer solchen
Belastungsänderung angepaßt sind.
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In den Fig. 4 und 5 sind zwei Schaltungen dargestellt, bei denen das
Produkt aus der Änderung der Maschinenleistung und der Übergabeleistung
(A NE # A Nü) gebildet wird. Bei der Schaltung nach Fig. 4 ist das
Produkt positiv, d. h. schlägt das Instrument 5 im positiven Sinne aus, wenn sich
die Belastung der Verbraucher Va des Netzes A geändert hat. Dementsprechend ist
bei der Schaltung nach Fig. 5 der Ausschlag des Instrumentes 5 positiv, wenn sich
die Belastung des Verbrauchers Vi geändert hat. Bei der Schaltung nach Fig. 4 wird
bei einem positiven Ausschlag des Instrumentes 5 die Regelung gesperrt, bei der
Schaltung nach Fig. 5 wird die Regelung bei positivem Ausschlag des Instrumentes
5 freigegeben. Die Widerstände 31, 32 und die Kondensatoren 44 42 sind in entsprechender
Weise geschaltet wie die Widerstände 3 und 4 in den Fig. 2 und 3.
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Die Sperrung und Freigabe der Regelung kann elektrisch oder mechanisch
vor sich gehen. Bei einer elektrischen Sperrung, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist,
kann man einen Kontakt in den Betätigungskreis des Reglers einschalten, der den
Stromkreis für die Höher-und Tiefersteuerrelais unterbricht. In Fig. 8 ist dies
durch einen Ruhekontakt verwirklicht, der von einer Änderung des Verbrauchers ±
A Va geöffnet wird. Dieser Kontakt kann durch eine Schaltung entsprechend
Fig. 3 oder 4 gesteuert werden. In Reihe mit dem Sperrkontakt liegt ein Kontakt
des Regelrelais, welches in dem Netz J bei einer Abweichung der Übergabeleistung
Ntj, in dem Netz A bei einer Abweichung der Frequenz anspricht und den V erstellsinn
des Reglers bestimmt.
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Die erfindungsgemäße Regelung ist nicht darauf beschränkt, daß man
durch sie sperrend oder freigebend auf den Übergabeleistungs- oder Frequenzregier
einwirkt. Es ist auch möglich, die Regelung unmittelbar durch Beeinflussung des
Meßkreises oder des Regelkreises durchzuführen. Dies zeigen die Fig.6 und 7. In
Fig. 6 ist mit 6 eine Spule eines Reglers, beispielsweise eines Thoma-Reglers, bezeichnet.
7 ist eine zweite Spule, welche auf den gleichen Regler einwirkt. Der Regler wirkt
in bekannter Weise auf die Verstellung der Kraftzufuhr der Antriebsmaschinen ein.
Der Spule 6 des Reglers wird eine Gleichspannung zugeführt, welche der Abweichung
der Übergabeleistung von ihrem Sollwert A Nty proportional ist. Dieser Regeleinfluß
ist also bestrebt, die Übergabeleistung konstant zu halten. Der Spule 7 wird ein
Regeleinfluß zugeführt, welcher der Änderung der Gesamtmaschinenleistung
A NE proportional ist. Dieser der Änderung proportionale Einfluß wird dadurch
hervorgerufen, daß der Reglerspule 7 ein Kondensator 4 und ein Widerstand 3 vorgeschaltet
wird, und an dieser Reihenschaltung der Spule 7, des Xondensators 4 und des Widerstandes
3 eine Spannung angelegt wird, welche der Gesamterzeugerleistung der Maschine
NE proportional ist. Ändert sich die Maschinenleistung, so fließt über den
Kondensator 4 ein dieser Änderung proportionaler Strom, der in der Reglerspule 7
wirksam wird. Ein so ausgebildeter Regler wirkt folgendermaßen, wobei angenommen
sei, daß die Übergabeleistung von dem Netz J an das Netz A
abgegeben
wird.
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Ändert sich die. Belastung im Netz A, während die Belastung der Verbraucher
Vi konstant bleibt, so ändert sich die Gesamtmaschinenleistung NEdes Netzes j um
den gleichen Betrag wie die Übergabeleistung Na. Da die Reglerspulen 6 und 7 so
geschaltet sind, daß in diesem Falle die beiden Spulen in entgegengesetztem Sinne
wirken, heben sich die Regeleinflüsse gerade auf. Dem Netz A ist also Zeit gelassen,
seine Maschinen entsprechend der Belastungsänderung nachzuregeln.
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Ändern dagegen die Verbraucher im Netz J ihre Leistung, so kehrt sich
das Vorzeichen der Abweichung der Übergabeleistung A Na um, und der Einfluß der
Übergabeleistungsabweichung und der Einfluß der Abweichung der Maschinenleistung
wirken im gleichen Sinne auf den Regler ein. Hierdurch wird also ein Regelvorgang
beschleunigt. Da der Einfluß der Maschinenleistung mit der Zeit abklingt, wird schließlich
nur von der Übergabeleistung her geregelt und der gewünschte Wert der Übergabeleistung
wieder hergestellt.
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Bei der Regelanordnung nach Fig. 7 ist wieder ein Regler mit zwei
Spulen 6 und 7 dargestellt, auf den einerseits eine Abweichung der Übergabeleistung
vom Sollwert und andererseits eine Abweichung der Verbraucherleistung einwirkt.
Der Einfluß der Übergabeleistung wirkt auf die Reglerspule 6 verzögert ein, da über
die Widerstände g und io ein Kondensator 8 der Reglerspule parallel geschaltet ist.
Der Kondensator 4 und der Widerstand 3 bewirken, daß an der Reglerspule 7 nur die
Änderung der Verbraucherleistung wirksam wird. Dieser Regler wirkt folgendermaßen
`'renn eine Belastungsänderung im Netz A auftritt, während im Netz J die von den
Verbrauchern abgenommene Leistung sich nicht ändert, tritt zwar eine
Abweichung
der Übergabeleistung ein. Diese Abweichung wird jedoch erst mit einer gewissen Verzögerung
an der Reglerspule 6 wirksam. Während dieser Zeit hat der Regler des -Netzes
A Gelegenheit, den Fehler auszuregeln. Da sich die Verbraucher des Netzes J nicht
geändert haben, wird auf die Reglerspule 7 kein Einfluß ausgeübt. Ändert sich dagegen
die Belastung der Verbraucher des Netzes J, während die der Verbraucher des Netzes
A sich dagegen nicht ändert, so tritt zwar auch eine Abweichung der Übergabeleistung
ein, welche erst verzögert auf den Regler einwirkt. Jedoch wirkt auf den Regler
sofort eine Regelgröße ein, die der Änderung der Verbraucherleistung A Nyi des Netzes
J proportional ist. Dieser vorübergehenden Regelung nach der Verbraucherleistung
wird eine Regelung nach der Übergabeleistung überlagert.
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Die gleiche Art der Regelung läßt sich auch in dem Netz A durchführen,
wobei der Reglerspule 6 die Abweichung der Frequenz und der Reglerspule 7 die Änderung
der Verbraucherleistung des Netzes A als Regelgröße zugeführt wird.
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Die Regelung kann auch so durchgeführt werden, daß man in Abhängigkeit
von der Änderung der Verbraucherleistung die Empfindlichkeit des Meß- oder Regelorgans
beeinflußt. Dies zeigt in einem Ausführungsbeispiel die Fig. g. Hier ist als Meßorgan
ein Kompensationssystem vorgesehen, welches einen der Abweichung der Übergabeleistung
proportionalen Strom bildet, welcher dem Regler 15 zugeführt wird. Ein der Abweichung
der Übergabeleistung von ihrem Sollwert proportionaler Wert wird einem Drehspulinstrument
12 zugeführt. Dieses Instrument besitzt keinen permanenten Magneten, sondern einen
Elektromagneten, der von einer Gleichstromquelle erregt wird. Mit Hilfe des Widerstandes
il kann der Magnetisierungsstrom des Instrumentes 12 geändert werden. Der Widerstand
1x wird dabei in Abhängigkeit von der Änderung der Verbraucherleistung, beispielsweise
durch ein gemäß Fig. 2 geschaltetes Instrument verstellt. Mit der Änderung des Magnetisierungsstromes
wird aber auch die Empfindlichkeit des Instrumentesi2 geändert. Mit dem Instrument
12 ist durch eine Achse ein Kompensationssystem und ein Einstellorgan für einen
einstellbaren Widerstand 13 verbunden. An dem Widerstand 13 wird durch dieses Gerät
also stets ein Strom eingeregelt, der der Abweichung der Übergabeleistung entspricht.
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Die Empfindlichkeit eines Meß- oder Regelorgans läßt sich auch noch
in beliebiger anderer Weise verändern, beispielsweise dadurch, daß bei einem hydraulischen
Regler der Öldruck verändert wird oder daß der Regler mechanisch mehr oder weniger
abgebremst wird.
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In Fig. io ist eine weitere Anordnung zur Regelung gemäß der Erfindung
dargestellt. Der Stromerzeuger Ki wird von der Turbine Ti angetrieben. Über das
Ventil 2i wird die Dampfzufuhr zur Turbine Ti geregelt. Die Turbine besitzt einen
nicht gezeichneten Fliehkraftregler und einen an dem Gestänge des Fliehkraftreglers
angreifenden oder den Drehzahlverstellmotor beeinflussenden elektrischen Regler
Ri. Die Regelung wird durchgeführt auf Grund der gemessenen Leistung NLj der Maschine
Ki und der gemessenen Übergabeleistung Nüj. Die Messung ist durch die Wandler i
und 2 angedeutet. Außer der an das Netz abgegebenen Übergabeleistung Nu versorgt
das Kraftwerk auch noch die eigenen Verbraucher Vi, die jedoch meßtechnisch nicht
zu erfassen sind. Aus dem Wert der Überleistung Naj und dem Sollwert der Übergabeleistung
NaS, welcher an dem Widerstand ig eingestellt wird, wird in dem Meßwertumformer
17 eine Meßgröße gebildet, welche der Abweichung der Übergabeleistung vom Sollwert
A Na proportional ist. Diese Größe wird einem zweiten Meßwertumformer 18
zugeführt. Der elektrische Regler Ri ist mit einem Kontakt verbunden, welcher auf
dem Widerstand 2o einen bestimmten Widerstandswert abgreift. Er stellt also eine
der Reglerstellung proportionale Spannung NL,q ein. Diese Spannung wird gemeinsam
mit der dem Istwert der Maschinenleistung NLJ proportionalen Spannung dem Meßwertumformer
16 zugeführt. Aus diesen beiden Spannungen wird eine resultierende Spannung gebildet,
welche der Abweichung der Maschinenleistung von der durch den elektrischen Regler
eingestellten Leistung proportional ist. Dieser der Größe c1 NL proportionale
Wert wird ebenfalls dem Meßwertumformer 18 zugeführt. In diesem Meßwertumformer
wird eine Meßgröße gebildet, welche dem Wert A NL -,J Na proportional
ist. Diese Größe ist aber proportional der Abweichung der Verbraucherleistung. Sie
beeinflußt unmittelbar den elektrischen Regler und verstellt ihn bei einer Abweichung
der Verbraucherleistung um einen dieser Abweichung proportionalen Betrag.
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Wenn die Verbraucherleistung Vi sich ändert, so wird zunächst der
Fliehkraftregler der Turbine eingreifen und die Leistung der Maschine entsprechend
verstellen. Da der elektrische Regler Ri sich zunächst noch nicht verstellt hat,
wird zwischen der am Regler eingestellten Leistung NLL und der von der Maschine
abgegebenen Leistung Ar-,j eine Differenz auftreten und ferner wird, da sich die
Maschinenleistung und die Übergabeleistung im entgegengesetzten Sinne ändern, an
dem Meßwertumformer 18 eine der Verbraucheränderung entsprechende Spannung auftreten.
Der Regler Ri wird demgemäß verstellt, und zwar so lange, bis die durch die Verbraucher
hervorgerufene Belastungsänderung wieder ausgeglichen wird.
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Um über eine bestimmte Zeitdauer eine bestimmte Übergabeleistung einzuhalten,
kann man der Regelung in Abhängigkeit von den Verbrauchern eine Regelung in Abhängigkeit
vom zeitlichen Mittelwert der Übergabeleistungsabweichung überlagern. Dies ist in
Fig. io in der Weise angedeutet, daß von dem Meßwertumformer 17 eine einen unmittelbaren
Einfluß in Abhängigkeit von dem zeitlichen Mittelwert der Übergabeleistung darstellende
strichliniierte Linie zu dem Regler R; geführt ist. Dieser Einfluß kann von einer
zusätzlichen Zähl- oder Summierungseinrichtung abgeleitet werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Fig. ii. In ihr ist wiederum
eine Maschine Ki dargestellt, welche durch eine Turbine T angetrieben wird und deren
Dampfzufuhr mit Hilfe des Ventils 21 verändert werden kann. Auf das Reglergestänge
des Drehzahlreglers
wirkt der Regler Ri ein, welcher an dem Widerstand
2o eine seiner Einstellung proportionale Spannung abgreift. Gemessen wird, angedeutet
durch den Wandler 22, lediglich die Leistung Nvi der Verbraucher Vi. Läßt sich diese
Leistung nicht direkt meßtechnisch erfassen, so kann man sie in schon da,rgestellter
Weise aus den Meßwerten der Maschinenleistung und der Übergabeleistung bilden. Dieser
Meßwert der Verbraucherleistung Nyi sowie der am Widerstand i9 eingestellte Sollwert
der Übergabeleistung N(Is werden dem Meßwertumformer 23 zugeführt. In diesem Meßwertumformer
wird eine Meßgröße gebildet, welche der Summe aus Verbraucherleistung und Sollwert
der Übergabeleistung Nyi + Nos proportional ist. Diese Summenleistung entspricht
der Erzeugerleistung, welche von der Maschine ständig abgegeben werden soll. Mit
dieser Leistung wird die von dem elektrischen Regler eingestellte Erzeugerleistung
NER verglichen, und gemäß der Abweichung der vom Regler eingestellten Erzeugerleistung
NER und der von der Maschine abzugebenden Erzeugerleistung Nyi + NUs wird der elektrische
Regler nachgestellt. Um die Übergabeleistung über längere Zeit konstant zu halten,
kann man auch hier der Momentanwertregelung eine Mittelwertregelung überlagern.
Eine hierfür geeignete Meßgröße wird in dem Gerät 17 gebildet.