DE911030C - Verfahren zur Regelung von zusammenarbeitenden Wasserkraftwerken - Google Patents

Verfahren zur Regelung von zusammenarbeitenden Wasserkraftwerken

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DE911030C
DE911030C DEA14778D DEA0014778D DE911030C DE 911030 C DE911030 C DE 911030C DE A14778 D DEA14778 D DE A14778D DE A0014778 D DEA0014778 D DE A0014778D DE 911030 C DE911030 C DE 911030C
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
change
power
proportional
frequency
regulated
Prior art date
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Expired
Application number
DEA14778D
Other languages
English (en)
Inventor
Ragnar Forsgren
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Norden Holding AB
Original Assignee
ASEA AB
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Publication date
Application filed by ASEA AB filed Critical ASEA AB
Application granted granted Critical
Publication of DE911030C publication Critical patent/DE911030C/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/42Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output to obtain desired frequency without varying speed of the generator

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Description

  • Verfahren zur Regelung von zusammenarbeitenden Wasserkraftwerken In Kraftnetzen mit mehreren zusammenarbeitenden Wasserkraftwerken wird gewöhnlich ein Werk, und zwar das größte, auf die Periodenzahl geregelt, während die übrigen auf ein vorbestimmtes Entleerungsprogramm des Wasserspeichers geregelt werden. Diese Kraftwerke werden deshalb ohne Rücksicht auf die Belastung geregelt, außer in gewissen Sonderfällen, wenn sie durch manuelle Eingriffe zur Regelung der Frequenz herangezogen werden. Sie werden also nicht direkt zur Frequenzregelung beitragen, sondern die Turbinengeschwindigkeit wird ganz von dem führenden Kraftwerk bestimmt.
  • Man kann auch mehrere parallel arbeitende Kraftwerke so regeln, daß ein oder mehrere an das Netz angeschlossene Kraftwerke, die an ein bestimmtes Entleerungsprogramm gebunden sind, vorübergehend so geregelt werden, daß sie zum Aufrechterhalten der Frequenz auf einen bestimmten Wert beitragen. Diese Kraftwerke werden dann individuell so geregelt, daB sie bei einer Frequenzsenkung im Netz zu der Energieversorgung mit einem zusätzlichen, zur Frequenzsenkung proportionalen, momentan einsetzenden und nachher abnehmenden Leistungsbetrag beitragen. Bei einer Frequenzerhöhung im Netz erfolgt in entsprechender Weise eine momentan einsetzende und nachher abnehmende Verminderung der von dem Kraftwerk abgegebenen Leistung.
  • Bei den bisher gebräuchlichen Turbinenreglern liegt es auf der Hand, die Regelung so vorzunehmen, daß die Leistungserhöhung mit einer konstanten Geschwindigkeit abnimmt. Eine derartige Regelung ist aber mit dem Nachteil verbunden, daB der Energiezuschuß, der einer gewissen Frequenzsenkung entspricht, dem Quadrat dieser Senkung proportional wird. Hieraus folgt, daß die Entnahme von Energie aus dem Kraftwerk, die bei einer plötzlichen Senkung der Frequenz erfolgt, nicht gleich der Verminderung der Energieentnahme wird, die eine Folge eines nachher eintretenden Rückganges der Frequenz auf den Normalwert ist, sofern dieser Rückgang nicht momentan erfolgt, sondern in mehreren Schritten oder kontinuierlich innerhalb einer gewissen Zeit stattfindet.
  • Das oben Gesagte dürfte aus folgenden Überlegungen klar sein: Wenn die Netzfrequenz zunächst um einen gewissen Betrag d fa momentan vermindert wird, wird die vom Kraftwerk abgegebene Leistung um einen zu dieser Frequenzz3 proportionalen Betrag dP erhöht. Wenn die Leistungserhöhung nachher mit konstanter Geschwindigkeit abnimmt, entspricht sie einer Energiemenge, die dem Ouadrat des Anfangswertes der Leistung proportional ist, also E = a (J P)2, und entspricht einer Wassermenge, die auch dem Quadrat der Leistungserhöhung proportional ist. Diese Wassermenge ihrerseits entspricht einer ihr proportionalen Senkung des Wasserspiegels, 1i. in dem Wasserspeicher. Wenn nachher die Frequenz im Netz mit einem Schritt um denselben Betrag An steigt, wird die vom Kraftwerk entnommene Leistung um einen Betrag d P momentan vermindert, und da die Leistungsverminderung auch in derselben Weise wie vorher die Leistungserhöhung mit einer konstanten Geschwindigkeit abklingt, wird hierdurch derselbe Energiebetrag gespart. Hierdurch wird wieder der Wasserspiegel um den Betrag d h erhöht, und in diesem Falle wird also die Höhe des Wasserspiegels in dem-Speicher beibehalten.
  • Würde dagegen die Frequenzerhöhung im Netz zurück zu der Normalfrequenz nicht in einem, sondern in zwei gleich großen Schritten 1/2d sa erfolgen, so daß die Verminderung der Leistungsentnahme aus dem Kraftwerk mit jedem Schritt 112,4P wird, so wird die bei jedem Schritt gesparte Energiemenge E1= a (1/2,4 P) 2, und wenn die Normalfrequenz erreicht ist, ist also nur eine Energiemenge a E1= 1/2 a (d P)2 gespart, das heißt nur die Hälfte der Energie bzw. Wassermenge, die bei der vorhergehenden Frequenzsenkung verbraucht wurde.
  • Werden also mehrere solche Regelungseingriffe wiederholt, so wird der Wasserspiegel des Speichers sinken.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von zusammenarbeitenden Wasserkraftlverken, von welchen mindestens eines, das nach einem vorbestimmten Programm arbeitet, so geregelt wird, daß es bei einer Änderung der »,Netzfrequenz vorübergehend durch eine Leistungserhöhung bzw. -verminderung zum Zurückführen der Netzfrequenz auf ihren Nennwert beiträgt. Nach der Erfindung erfolgt die Regelung so, daß der Anfangswert der Leistungserhöhung bzw. -verminderung proportional der Frequenzänderung wird. und daB die Leistungsänderung nachher mit einer Geschwindigkeit herabgeregelt wird, die der Leistungsänderung selbst proportional ist. Dies bedeutet, mit anderen Worten, dar die Leistungsänderung nach einer e-Funktion abnehmen soll.
  • Bei Regelung von Kraftwerken, wo der Wirkungsgrad der Turbinen von der Belastung abhängig ist und somit keine Proportionalität zwischen Energiemenge und Wassermenge besteht, kann man trotzdem durch besondere Mittel leicht eine solche Regelung erhalten, daß man eine Proportionalität zwischen der Frequenzänderung des Netzes und der entsprechenden Wassermenge und somit auch in diesem Falle eine konstante Höhe des Wasserspiegels im Speicher erhält.
  • Die obengenannte Regelung kann z. B. dadurch erhalten werden, daß die Veränderung in der Stellung des Leitapparates, die ,durch eine Frequenzänderung auf dem Netz herbeigeführt wird, mit einer Geschwindigkeit zurückgeführt wird, die in jedem Augenblick der Abweichung -der Stellung des Leitapparates von der Stellung, welche der normalen Leistungsabgabe entspricht, proportional ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß der Leitapparat in die Normallage nach einer fallenden e-Funktion der Zeit zurückgeführt wird.
  • Diese Regelung kann auf verschiedene Weise erfolgen, abhängig von der Beschaffenheit des Reglers, der für die Turbinenregelung verwendet wird. Wird z. B. ein gewöhnlicher mechanischhydraulischer Regler mit einem elektrischen Drehzahlv erstellmotor für die Umstellung der Spannung der Pendelfeder benutzt, so wird dieser Motor so geregelt, daß er die Spannung der Pendelfeder so ändert, daß der Leitapparat trotz der Frequenzänderung des Netzes in die ursprüngliche Lage zurückgeführt wird, d. h. in die Lage, die er vor der auftretenden Frequenzänderung hatte, wobei der Motor so geregelt wird, daß der Leitapparat mit einer Geschwindigkeit zurückgeführt wird, die in jedem Augenblick der Abweichung des Leitapparates von der ursprünglichen Lage proportional ist.
  • In der Zeichnung ist in Fig. i eine Anordnung für die Regelung des Drehzahlverstellmotors auf die erwähnte Weise schematisch gezeigt. In der Zeichnung bezeichnet i den Drehzahlverstellmotor mit einem konstanten Feld a. Dieser Motor wird mit dem Spannungsunterschied zwischen zwei Kontakten 3 und q. auf zwei Spannungsteilern 5 und 6 gespeist, die ihrerseits von einer konstanten Gleichstromquelle gespeist werden. Die Lage des Kontaktes 3 ist fest, kann jedoch auf irgendeinen gewünschten Wert eingestellt werden, der von der gewünschten mittleren Strömung durch die Turbine abhängig ist, wogegen die Lage des Kontaktes q. durch die Stellung des Leitapparates bestimmt ist. Die notwendige Proportionalität zwischen der Geschwindigkeit des Drehzahlverstellmotors i und der Abweichung des Leitapparates von der Normalstellung des Leitapparates wird dadurch erreicht, daß der Spannungsunterschied zwischen den Kontakten 3 und 4 - proportional zur Abweichung der Stellung des Leitapparates ist. Eine Bedingung für diese Regulierung besteht darin, daß eine direkte Proportionalität einerseits zwischen den Umdrehungen, um welche sich der Motor i bewegt hat, und der dadurch bewirkten Änderung der Spannung der Reglerpendelfeder und andererseits zwischen dieser Änderung der Federspannung und der entsprechenden Bewegung des Leitapparates bei unveränderter Netzfrequenz besteht.
  • In Fig. 2 ist eine für praktische Zwecke besonders geeignete Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welche besonders für die Regulierung auf konstanten mittleren Durc.hfluß durch die Turbine geeignet ist. In dieser Figur bezeichnet. gleich wie in Fig. 1, 6 einen Widerstand mit einem Kontakt .4, dessen Lage von der Einstellung des Leitapparates abhängig ist. 5 ist ein Widerstand mit einem Kontäkt 3, dessen Lage für eine gewisse mittlere Strömung eingestellt werden kann. Zwischen den Kontakten q. und 3 sind zwei impulsgebende Milliamperestundenzähler 17 und 18 eingeschaltet. Jeder dieser Zähler ist mit einer Sperrvorrichtung versehen, so daß der eine nur in der einen und der andere nur in der umgekehrten Richtung laufen kann. Auf der Welle der Zähler sind Kontakt: i9 bzw. 20 vorhanden, so daß die Impulsmotoren 21 bzw. 22 treibende Impulse erhalten. Die Impulsfrequenz wird somit proportional dem Spannungsunterschied zwischen den Kontakten 3 und q. und damit proportional der Abweichung des Leitapparates von der Normalstellung. Die Impulskontakte i9 und 20 sind in Reihe mit Impulsmotoren 211 und 22 eingescha'tet, die über ein Differentialgetriebe einen Kontaktarm 24 am Widerstand 23 steuern. Eine gewisse Leistungsabweichung dP entspricht einer Verschiebung des Kontaktes q. und damit einer gewissen Geschwindigkeit der Impulsgeber 17 und i8 und damit der Impulsmotoren 21 und 22. Da diese über ein Differentialgetriebe mit dem Kontakt 241 gekuppelt sind, wird dieser auf dem Widerstand 23 um eine Strecke verschoben, welche dem Zeitintegral der Leistungsabweichung proportional ist. Zwischen diesem Kontaktarm und einem Kontakt 25 auf einem Widerstand 26 ist ein Relais 27 mit Kontakten 28 und 29 eingeschaltet, welche ihrerseits in Reihe mit dem Drehzahlverstellmotor i eingeschaltet sind. Das Relais 27 steuert über die Kontakte 28 und 29 den Drehzahlverstellmotor i so, daß der mit ihm zusammengekuppelte Kontakt 25 sich so einstellt, daß der Strom durch das Relais 27 Null wird. Der Kontakt 25 und die mit demselben verbundene Feder des Reglers folgt also stetig der Bewegung des Kontaktes 2q..
  • Bei elektrohydraulischer Regulierung der Turbine wirkt der Drehzah'lverstellmotor nicht auf eine Feder, sondern bewegt statt dessen einen Kontakt eines Spannungsteilers, von welchem eine Spannung zu einer Spule eines elektrischen Reglers abgenommen wird. Eine solche Anordnung ist. in Fig. 3 gezeigt, wo 7 der Spannungsteiler und 8 der durch den Motor i verschobene Kontakt und 9 die genannte Spule ist. Die vorstehend erwähnten Anordnungen werden für Regulierung auf konstanten mittleren Turbinendurchfluß benutzt.
  • Will man aber auf konstante mittlere Wasserspiegelhöhe des Speichers regeln, wird die durch die Frequenzänderung hervorgerufen-, Änderung der Stellung des Leitapparates der Turbine in Abhängigkeit von der veränderten Höhe des Wasserspiegels wiederhergestellt.
  • Eine Anordnung für die Regelung auf eine konstante Wasserspiegelhöhe ist schematisch in Fig. q. gezeigt, welche eine Anordnung für mechanischhydraulische Regelung zeigt. io ist ein Widerstand mit einem Kontakt i i, ,dessen Lage von der Spannung der Reglerpendelfeder abhängig ist. 12 ist ein Widerstand mit einem Kontakt 13, dessen Lage von der Lage eines Schwimmers im Wasserspeicher des Werkes abhängig ist, und zwischen den Kontakten i i und 13 ist ein polarisiertes Relais 14 eingeschaltet, welches über die Kontakte 15 und 16 den Drehzahlverstellmotor i für das Laufen in der einen oder anderen Richtung einschaltet.. Dieser Motor wirkt auf die Reglerpendelfeder, und die Anordnung wirkt auf die folgende Weise: Bei einer eintreffenden Frequenzveränderung wird der Drehzahlregler die Stellung des Leitapparates verändern. Zufolge der Änderung der Stellung des Leitapparates wird das Gleichgewicht zwischen Zufluß und Abfluß aus dem Speicher gestört, so daß die Höhe des Wasserspiegels sich verändert und somit die Lage des mit dem Schwimmer verbundenen Kontaktes 13. Wenn der Kontakt 13 bewegt wird, tritt eine Spannungsdifferenz zwischen den Kontakten i i und 13 auf, so daß die Kontakte 15 oder 16 im Relais 14 je nach der Richtung des Spannungsunterschiedes geschlossen werden und der =Motor i in der einen oder anderen Richtung angelassen wird und den Kontakt i i so bewegt, daß sein Potential die ganze Zeit dem Potential des Kontaktes 13 folgt.. Durch die Bewegung des Kontaktes i i wird jedoch die Stellung des Leitapparates so verändert, daß die ursprüngliche Wasserspiegel'höhe wieder hergestellt wird.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. `'erfahren zum Regeln von zusammenarbeitenden Wasserkraftwerken, von welchen mindestens eines, das nach einem vorbestimmten Programm arbeitet, so geregelt wird, daß es bei einer Änderung der Netzfrequenz vorübergehend durch eine Leistungserhöhung bzw. -verminderung zum Zurückführen der Netzfrequenz auf ihren Nennwert beiträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung so erfolgt, daß der Anfangswert der Leistungsänderung proportional der Frequenzänderung und die Leistungsänderung nachher mit einer Geschwindigkeit herabgeregelt wird, die der Leistungsänderung selbst proportional ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, wobei mindestens eines der Werke normalerweise auf einen konstanten mittleren Wasserstand seines Speichers geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Turbinendurchfluß auf seine ursprüngliche Einstellung mit einer Geschwindigkeit zurückgeführt wird, welche proportonal der Geschwindigkeit der Veränderung des Wasserstandes im Speicher des Werkes ist.
  3. 3. Verfahren zum Regeln nach Anspruch r, wobei mindestens eines der Werke normalerweise auf einen mittleren konstanten Wass°rdurchfluß durch ihre Turbine geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbinendurchflußeinstellung nach dem Auftreten einer Belastungsänderung auf die ursprüngliche Einstellung mit einer Geschwindigkeit zurückgeführt wird, welche in jedem Augenblick proportional der Abweichung der Turbinendurchflußeinstellung von der ursprünglichen Einstellung ist.
DEA14778D 1947-09-30 1948-09-30 Verfahren zur Regelung von zusammenarbeitenden Wasserkraftwerken Expired DE911030C (de)

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SE911030X 1947-09-30

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ID=20384752

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DEA14778D Expired DE911030C (de) 1947-09-30 1948-09-30 Verfahren zur Regelung von zusammenarbeitenden Wasserkraftwerken

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DE (1) DE911030C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1213037B (de) * 1959-07-11 1966-03-24 Siemens Ag Einrichtung zur Regelung des Hochlaufes der Antriebsmaschine eines dem Netz zuzuschaltenden Synchrongenerators

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1213037B (de) * 1959-07-11 1966-03-24 Siemens Ag Einrichtung zur Regelung des Hochlaufes der Antriebsmaschine eines dem Netz zuzuschaltenden Synchrongenerators

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