SE444247B - Forfarande och anordning for styrning av en mellan en vexelstromsgenerator och ett vexelstromsnet inkopplad transformator med styrbar fasvridning - Google Patents

Description

sso1so7-6 v ß gl att få en ny karakterístika, vilken är betecknad med C! 1 figuren- I första ögonblicket arbetar generatorn i punkten U och på grund av den tidigare accelerationen kommer lastvinkeln att fortsätta att öka, arbetspunkten pas- serar punkten 3 och generatorn kommer att falla ur fas. Ben i figuren \j1 streckade ytan A1 motsvarar den före felets bortkoppling tillförda driv- energin. Under förloppet mellan punkterna ü och 5 är generatorns avgivna effekt större än den tillförda driveffekten, och den under denna period av- givna nettoenergin motsvarar den streckade ytan A i figuren. Eftersom ytan 2 A är mindre än ytan A kommer generatorn 1 punkten 5 att ha en hastighet 2 1 10 som överskrider den synkrona hastigheten, vilket medför urfasfall.

Genom den europeiska patentskríften med publiceringsnr 23 366 är en trans- formator med styrbar fasvridning känd. Det anges vidare hur en sådan trans- formator kan ínkopplas mellan olika delar av ett växelströmsnät för utjäm- ning av svängningar i nätet och för begränsning av eventuella kortslutnings- .u l-fl strömmar och skydd av generatorer mot överbelastning.

Uppfinningens syfte ____________________ Uppfinningen avser att åstadkomma ett förfarande och en anordning av inled- ningsvis angivet slag med vars hjälp urfasfall av generatorn effektivt kan förhindras. 20 Kortfattad redogörelse för uppfinningen Enligt uppfinningen avkänns uppnåendet av en förutbestämd punkt på genera- torns aktuella effekt-lastvinkelkarakteristik och därefter ändras transfor- matsrns fasvridning i takt med ändringen av geie en föredragen utföringsform avkänns uppnåendet av den förutbestämda punkten 25 på karakteristiken genom att en storhet, som motsvarar derivatan av genera- torns avgivna aktiva effekt med avseende på lastvinkeln, bildas och jämförs med ett förutbestämt gränsvärde, vilket företrädesvis är noll eller nära noll. Härigenom uppnås att ändringen av den styrbara transformatorns fas- vridníng kommer att inítieras vid eller nära maximum hos generatorns aktu- ÉO ella karakteristika..Den retarderande effekten på generatorn kommer därvid alltid att hållas vid ett maximalt värde oberoende av förändringar i karak- teristikan (karakteristikan påverkas på ett för styrsystemet obekant sätt av vilka nätdelar och belastningar som för tillfället är inkoppladel. Enligt 20 30 Figurbeskrivning 3 8501307-6 en föredranvn utföringsform ändras fasvridningen hos transformatorn med samma hantírwet som ändríngshastigheten hos generatorns lastvinkel, varigenom upo- nå: att det hronsande momentet på generatorn hela tiden är maximalt och en retardation till svnkron hastighet erhålles på kortast möjliga tid. Enligt en ytterligare föredragen utföringsform av uppfinningen avkänns generatorns lastvinkelhastighet och ändringen av transformatorns fasvridning avbryts när denna hastighet nedgått till ett förutbestämt gränsvärde, företrädesvis noll.

Härigenom uppnås att ändringsförloppet för transformatorns fasvridning av- brytes i det teoretiskt riktiga ögonblicket, nämligen då generatorn åter retarderats till synkron hastighet. På ett föredraget sätt kan den mot last- vínkelhastigheten svarande storheten bildas genom att generatorns rotations- hastighet avkänns och skillnaden mellan den avkända rotatíonshastigheten och den synkrona hastigheten bildas.

Med "lastvinkelhastighet“ avses ändringshastigheten (gg) hos generatorns Ritningsfigurer Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till fig 1-3, där fig 1 visar en anordning för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen, fig 2 visar förloppet vid urfasfall av en tidigare känd generator, och fig 3 visar hur med hjälp av förfarandet och anordningen enligt uppfinningen urfasfall effektivt förhindras.

Fig ï visar en trefasig växelströmsgeneratoríl vilken via en ledning L äri förbunden med ett trefasigt elektriskt kraftnät N. En vatten- eller ång- turbin T är kopplad till generatorns drivaxel, och till axeln är vidare kopplad en takometergenerator TG, vilken avger en signal w, som är ett mått på generatorns momentana rotatíonshastighet. En strömtransformator IT mäter generatorströmmen I, och en spänningstransformator UT avkänner gcneratorspänningen U. Dessa storheter tillförs en effektmätkrets PM, vilken på i och för sig känt sätt bildar en signal som är ett mått på generatorns avgivna aktiva elektriska effekt P.

I linjen L mellan generatorn och nätet är en transformator TR med styrhar Fasvridning n inkopplad. Denna transformator kan exempelvis vara av den 10 20 TU V? ÉO 'sso1so7-6 v typ som finns beskriven i den ovannämnda europeiska patentskriften med nubli- oeringsnr 23 Bön. Transformatorn tillförs en styrsianal a på sådant sätt, att transformatorns fasvridning alltid kommer att motsvara den tillfördaa ntyrsinnalens belopp.

En summeringskrets SC tillförs dels takometerns utsígnal m och dels,_med negativt Förtecken, en signal mn som motsvarar den s k synkrona hastigheten eller frekvensen. Den synkrona hastigheten är den rotationshastighet (eller frekvens) som generatorn har om den arbetar med konstant lastvínkel, dvs med exakt samma frekvens som frekvensen hos nätet N. Om nätfrekvensen är kon- tant kan siflnalen en utgöras av ett konstant belopp. Alternativt kan sig- nalen mn erhållas genom mätning, företrädesvis med lämplig fördröjning, av frekvensen i nätet N. Utsignalen från kretsen SC utgör därför ändringshastig- gg. Denna storhet tillförs en íntegrator INT1, vars utsignal utgör ett mått på den aktuella lastvinkeln 6. Denna signal heten hos lastvínkeln 6, dvs tillförs, liksom signalen P, en deriveríngskrets DM, vilken bildar derivatan av generatorns avgivna aktiva elektriska effekt med avseende på lastvinkeln. dP Deriveringskretsens utsignal är betecknad med Eg.

Deríveringskretsens inre uppbyggnad är inte föremål för uppfinningen och den kan arbeta på godtyckligt i min för sig känn sann. Exempeivis kan kreu sen bilda tidsderivatan av P och tidsderivatan av 6 och dlvidera dessa båda storheter för alstrande av utsignalen. Alternativt kan deriveríngskretsen med jämna mellanrum avkänna P och 6, bilda ändringarna 1 dessa storheter mellan de två senaste avkänningsintervallen och dividera dessa båda änd~ ringar med varandra.

Signalen gg tillförs en nivådetektor ND1, vars utsignal blir hög om insig- nalen är noll eller nära noll. Nivådetektorns utsignal betecknas i figuren i med gå = 0 och tillförs en ingång hos en OCH-krets AG.

OCH-kretsens utsignal tillförs S~ingängarna hos två bístabila vippor FF1 och FF?. Utsignalen O från vinnan FFl tillförs och styr ett elektroniskt kooolingsorgan SW, vilket - när nämnda utsignal är hög - vidarebefordrar signalen gå till en integrator INT2. Utsignalen Ü från vippan FF2 tillförs dt en andra ingång hos OCH-kretsen AF. utsignalen gå från kretsen SC tillförs en andra nivådetektor ND2, vars Gli utsignal blir hög om ââ understiger ett förutbestämt värde. företrädesvis 10 -u kr! 20 25 šü šfl sso1zo7-6 noll eller nära noll. Utsignalen från denna nivådetektor är i figuren be- tecknad med šš e G och tillförs R-ingångarna (reset-ingångarnal hos vip- porna FFI och FF2. När utsignalen från vippan FF1 är hög matas signalen gg via kopplingsorganet SW till integratorn INT2. Integratorn kommer där- vid att ändra värdet på sin utsignal u, vilken bestämmer transformatorns fasvridning, med samma hastighet som ändringen hos lastvinkeln 6.

Uppfinningens funktion skall nu beskrivas i anslutning till fig 3, som lik- som fig 2 visar generatorns G avgivna elektriska aktiva effekt P som funk- tion av generatorns lastvinkel öl Förutsättningarna är desamma som de i fig 2 visade. Generatorn arbetar först i stabil drift i punkten 1 på effekt- lastvinkelkarakteristiken CO. Ett inträffat trefasigt fel i nätet N får_den avgivna effekten att sjunka till nära noll, vilket ger arbetspunkten 2. Den efterföljande av överskottet i driveffekt orsakade accelerationen medför en ökning av lastvinkeln och en förflyttning av arbetspunkten till punkten 3.

Den generatorn under detta intervall tillförda rörelseenergin, vilken met= svarar generatorns hastighetsökning, är i figuren betecknade med den streck- ade ytan A1. Vid felets bortkoppling förflyttas generatorns arbetspunkt till L.- _.. _ Eftersom generatorns hastignnc su 1 | Fl punkten 3 på den nya karakteristikan överstiger den synkrona hastigheten, kommer lastvinkeln 6 att fortsatta att öka och generatorns arbetspunkt förflytta sig utefter karakteristikan C1 åt höger från punkten U. När arbetspunkten når maximipunkten på kafakteristikan Cl (eller något dessförinnan) blir utsignalen från nivådetekto~n ND1 hög.

Båda vipporna FF1 och FF2 förutsätts vara nollställda. På båda ingångarna till OCH-kretsen AG blir alltså insignalen hög, kretsens utsignal blir hög och ett-ställer vippan FFI, varvid det elektroniska kopplingsorflanet SW släpper fram signalen -2 till integratorn INT2. Integratorns utsignal att ändra sig med exakt samma hastighet som ändringshastig= heten gg hos lastvinkeln 6. Eftersom integratorns utsignal styr transforma- torns fasvridning kommer därför fasvridningen att ändra sig med samma has- tiehet.'Detta medför att i fig 3 karakteristikan C1 kommer att förflyttas åt höger med samma hastighet som ökningen i lastvinkeln 6, vilket l sin tur medför att generatorns arbetsounkt hela tiden kommer att befinna sig i karakteristikans maximipunkt. Generatorns avgivna elektriska effekt,' och därmed det bromsande momentet oå generatorn, hålls därför hela tiden vid sitt maximivärde. Den streckade ytan ha i figuren motsvarar den retar- derade nettoenergin hos generatorn, och när denna energi blir lika stor som den under felets varaktighet tillförda accelererande energin har genera- torn retardørats så att den åter går med synkron hastighet. Detta inträffar sso1so7-6 i i den med 6 betecknade punkten i fik 3. I eller vid denna punkt blir utsig- dó I 'IQ _ .II A f Jltße 1,. 1 a: nslen - från kretsen SC noll eller nära noll, viiket menxor att utsxznalen z. dt från nivådetektorn N02 blir hö Vipporna FFI och FF? återställes därvid, vinm mean» att :asiat-ålen :in integratern nn: kopplas borr. och inm- % zratorns utsimnal blir konstant. Transformatorns fasvridning ändras då inte länmre, och zeneratorns karakteristika förflyttas inte längre åt höger i fig 3 utan antar det med Cl' betecknade läget. Eftersom den avgivna effek- ten överstiger den tillförda effekten till generatorn, kommer eeneratorn att retarderas något ytterligare och därmed minska lastvinkeln till dess 10 att stabil drift erhålles 5 arbetspunkten 7 i figuren.

Vipporna FF1 och FF2 kan eventuellt vara försedda med automatiska eller manuellt aktiverade återställníngsorgan som vid start av anordningen och? eller efter det att den trätt i funktion återställer vípporna (Q = O, Ö = ll.

Som framgår av ovanstående beskrivning erhålles med hjälp av förfarandet ! 15 och anordningen enligt uppfinningen ett effektivt förhindrande av urfasfall och snabbast möjliga återställning av stabil drift.

Som framgår av fig 3 har transformatorns TR fasvridning under det beskrivna förloppet ändrats med beloppet Am. Beroende på utformningen av transforma- torn TR och dess styrsystem kan det eventuellt vara lämpligt att anordna en 20 långsam återföring av transformatorns fasvridníng u till ett lämpligt ini- tialvärde. Likaså kan lämpligen integratorn INT1 förses med en långsamt verkande återföring som nollställer íntegratorn.

Ovan har beskrivits hur fastställandet av den punkt på karakteristikan, där initieringen av ändringen av transformatorns fasvridning utlöses, görs genom å 25 att generatoreffektens derívata med avseende på lastvinkeln bildas och jäm- förs med ett förutbestämt värde, vilket i det ovan beskrivna exemplet är noll eller nära noll. Det är givetvis tänkbart att nämnda förutbestämda värde avviker mer eller mindre från noll, men i så fall fås en reduktion av det retarderande momentet på generatorn. Alternativt kan givetvis fast- ÉO ställandet av den punkt på generatorkarakteristikan, där ändringen av trans- formatorns fasvridning skall utlösas, göras på andra sätt. Exempelvis kan sålunda generatorns lastvinkel mätas eller bestämmas på i och för sig känt sätt och jämföras med ett förutbestâmt gränsvärde, företrädesvis ett gräns- värde som är ca QOÛ. Om ett värde på lastvinkeln beräknas eller bestäms på 3% detta sätt kan detta värde på lastvinkeln användas som insignal till deri- verinnnkretsen UH och, efter derivering, till nivådetektorn N02.

Claims (12)

1t l sso13o7-6 ßen i samband med utföríngsexemnlet ovan beskrivna transformatorn med styr- bar Frsvridninz är endast ett exempel, och inom ramen För uppfinningen kan andra tvpvr av transformatorer med stvrbar fasvridninz användas. Det ovan beskrivna utförandet av styrkretsen är endast ett exempel på hur den önskade funktionen enligt upufinninzen kan åstadkommas. Alternativt kan i stället för de visade analoga och logiska kretsarna en mikroprocessor användas, vilken enkelt kan prozrammeras att ge den önskade funktionen.

1. Sätt för styrning av fasvridníngen hos en transformator (TR) med stvr- bar faavridnine (a), vilken transformator är inkopplad mellan en växelströms~ generator (G) och ett växelströmsnät (N). Sättet k ä n n e t e c k n a s av att för förhíndrande av urfasfall av generatorn uppnåendet av en förutbestämd punkt på generatorns aktuella effekt-lastvinkelkarakterístík (C1) avkänns och att därefter transformatorns fasvridníng (a) ändras i takt med ändringen av generatorns lastvinkel (6).

2. Sätt enliet oatentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att uppnå- endet av den förutbestämda punkten avkänns genom att en storhet (gå) mot- svarande derivatan av generatorns avgivna aktiva effekt (P) med avseende på lastvínkeln (6) bildas och jämförs med ett förutbestämt gränsvärde.

3. Sätt enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda gränsvärde är i huvudsak lika med noll. N.

4. Sätt enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att gene~ 6 ratorns lastvinkelhastighet (åï) avkänns och att ändringen av transforma- torns fasvridníng avbryts när lastvinkelhastigheten nedgått till ett förut» bestämt gränsvärde.

5. Sätt enligt patentkrav U, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda eränsvärde är i huvudsak lika med noll. G.

6. Sätt enligt patentkrav U, k ä n n e t e c k n a t därav, att last» 5 _ vinkelnnstígheten (åï) bildas genom att skillnaden mellan generatorns reta- tiensnastighet (w) och den synkrona hastigheten (mn) bildas- '8501307-6 7- 3ï*¿ Gflïïßfi Däïflflëkfêv 1, k ä n n e t e c k n a t därav; att trans- fflfflfißflrflß fäßvridning fa) styrs så att den ändras med samma hastighet dr, . .i .<3 _ (gg) *^* I1^tvínke1n (6)

7. 3. Anordning för genomförande av sättet enligt patentkrav 1 för styrning av fasvridningen (a) hos en mellan en växelströmsgenerator (G) och ett växe1~ atrömsnat (N) inkopplad transformator (TR) med styrbar fasvridning.

8. Anord- ningen k a n n e t e c k n a s av att den innefattar första kännande organ (DM, ND1) för avkänning av att en förutbestämd punkt på generatorns aktuella effekt-lastvínkelkarakteristik (C1) uppnåtts, samt styrorgan (SC, SW, INTE) anordnade att därefter styra transformatorns fasvridning så att den ändras i takt med ändringen av generatorns lastvínkel (6).

9. - Anordning enlígt_patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda första kännande organ innefattar organ (DM) anordnade att bilda en storhet (åäö motsvarande derivatan av generatorns avgivna aktiva e med avseende på lastvinkeln (6) samt jämförande organ (ND1) anordnade att jämföra nämnda storhet med ett förutbestämt gränsvärde.

10. - Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar organ (ND2, AG) anordnade att avkänna generatorns 1astvinkel~ 6 , hastighet (gšö och att avbryta ändringen av transformatorns fasvridninq när lastvinkelhastigheten understiger ett förutbestämt gränsvärde.

11. Anordning enligt patentkrav 10, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar organ (TG, SC) för bildande av en mot generatorns lastvinkel- _ dö * hastighet svarande storhet (az) genom att bilda skillnaden mellan genera- torns rotationshastíghet (w} och den synkrona hastigheten (mn).

12. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att den innefattar organ (SC, INT2) för styrning av transformatorns fasvrid- ning (o) så att denna ändras med samma hastighet (å%).som lastvinkeln (6).