SE514068C2 - Roterande kraftsystemsstabilisator - Google Patents

Description

Intill till! »intill m 10 15 20 30 514 068 g '||i»|' 2 Kraftnâtet bör också drivas inom vissa givna spänningsmarginaler. Flera apparater såsom transformatorer och motorer är konstruerade for drift inom givna spänningsområden. Spänningen i ett växelströmskraftnät regleras genom att styra den reaktiva effektbalansen i nätet. Vid brist på reaktiv effekt eller vid ogynnsam fördelning mellan var reaktiv effekt produceras och förbrukas, kan inte nätet vid vissa tillfällen klara av att upprätthålla spänningen och man får en så kallad spänningskollaps, varefter nätet bryter samman.

Synkronmaskiner används, förutom för energiomvandling, också som synkronkompensatorer utan att de är kopplade till någon drivmaskin eller mekanisk last och de utför därför ingen energiomvandling. Dessa maskiner roterar synkront med kraftnätet och kan leverera/ förbruka reaktiv effekt. De bidrar dessutom till att stabilisera kraftnätet vid driftstörningar genom att maskinens magnetisering regleras och genom att synkronkompensatorn ökar kraftnätets kortslutningseffekt. En synkronmaskins förmåga till Stabilisering av kraftnätet genom att modulera aktiv effekt begränsas av att den aktiva effekt som kan regleras måste tillhandahållas från den magnetiska energin i maskinens luftgap eller från roterande massa genom en transient varvtalsvariation då maskinens lastvinkel ändras.

ASH betecknar Asynchronous Hydro (också känd som ASG - Asynchronous Generator) och är en asynkronmaskin där rotorlindningen matas via släpringar från en strömriktare som är ansluten till samma kraftnät som maskinens statorpoler. Dessa maskiner har fått sin användning först och främst i samband med pumpkraftverk. Fördelarna är flera, bland annat att kraftverkets verkningsgrad förbättras och att man kan göra så kallad lastföljd i pumpdrift, dvs. att effektuttaget från kraftnätet kan regleras i pumpdrift. Sådana maskiner finns i drift på flera platser i Japan och beskrivs av Takao Kuwabars et. al i ”Design and dynamic response characteristics of 400 MW adjustable speed pumped storage unit for Ohkawachi power station” i IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 10 15 20 30 514 068 |f||.|' 3 11, nr. 2, juni 1996, sid. 376 - 384. En ASH kan också drivas som en synkronmaskin genom att likström matas till rotorn. Emellertid bör man vara uppmärksam på att detta kan ge termisk överlast på en fas om denna stationärt leder full magnetiseringsström.

En ASH kan utnyttjas för att förbättra nätets stabilitet genom att man snabbt kan reglera avgiven aktiv effekt till nätet från maskinen vid driftsstörningar och fel i nätet. Till skillnad från en synkronmaskin kan man reglera aktiv och reaktiv effekt oberoende av varandra. Förbättringen av kraftnätets stabilitet möjliggör högre utnyttjande av kraftnätet genom att större effektmängder kan överföras. Detta beskrivs av Jan O. Gjerde et. al. i "Integration of Adjustable Speed Hydro Machines in Established Networks", Proc. of Hydropower into the Next Century - III (Hydropower '99), Gmunden, Österrike, 1999, sid. 559-567. En annan fördel med ASH-maskiner är att arbetseffekten på strömriktaren är liten i förhållande till maskinens totala arbetseffekt, typiskt 15-30 % i anläggningar som har satts i drift.

Ett problem med dagens ASH-maskiner är att frekvensomformaren som är kopplad till kraftnätet snabbt kommer att kopplas ur vid driftstörningar.

Maskinen blir därför känslig för fel i kraftnätet. Detta gäller speciellt när den del av omformaren som är kopplad till kraftnätet behöver reaktiv effekt för att kommutera och i synnerhet när omformaren är en cyklo-converter, där även nätspänningen bör ha en god symmetri mellan faserna. I två amerikanska patent 4,8l2,73O och 4,870,339 beskrivs olika metoder för att upprätthålla en styrbar växelspänning i maskinens stator vid bortfall av det anslutna kraftnätet. Detta är helt nödvändigt för att upprätthålla maskinens magnetisering så att den kan fasas in igen när spänningen i kraftnätet kommer tillbaka.

FACTS - en akronym för “Flexible AC Transmission System” är en samlingsbeteckning för flera olika komponenter som innefattar kraftelektronik och som används för att reglera effektflödet och 1 ll. l lill) U) 10 15 20 3G 514 068 |||;-| 4 spänningsfördelningen i ett kraftnät. Den av IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) uppsatta definitionen säger att FACTS är: “Alternating current transmission systems incorporating power electronic-based and other static controllers to enhance controllability and increase power transfer capability. “ Förenklat kan FACTS-komponenter beskrivas som utrustningar, i vilka det i de flesta fallen ingår kraftelektroniska ventilelement (tyristorer och transistorer), för att snabbt och precist kunna variera spänningen, strömmen, impedansen och/ eller fasvinkeln i eller mellan de knutpunkter (noder) till vilka komponenten är ansluten. Eftersom införandet av dessa komponenter skapar möjligheter att styra effektflödet kan de utnyttjas för att öka kraftsystemets överföringsförmåga mellan olika områden eller punkter.

Dessutom kan införandet av komponenterna minska överföringsförlusterna i transmissionssystemet genom att bättre fördela effektflödet mellan olika transmissionsvägar.

FACTS-komponenter kan vara kopplade till kraftnätet genom shuntkoppling, seriekoppling eller en kombinerad shunt- och seriekoppling.

Shuntkopplade enheter används huvudsakligen for in- /utmatning av reaktiv effekt och kraftelektroniska komponenter utnyttjas då för en snabb reglering av reaktiv effektinmatning/-utmatning. Ett exempel är SVC - “Static Var Compensator” som består av parallellkopplade reaktorer (spolar) och kondensatorer och där kraftelektroniken används för att styra den reaktiva effektproduktionen/ förbrukningen till enheten. Detta görs vanligtvis genom att styra strömmen genom reaktorerna. Önskas full styrbarhet, dvs- i 100% av effekten till SVC-enheten, bör de kraftelektroniska delarna dimensioneras för enhetens totala reaktiva effekt. Emellertid så generar en SVC övertoner och filtrering år därför nödvändig. Vidare så kommer förmågan hos en SVC att injicera reaktiv ström i kraftnätet att reduceras med spänningen, dvs. när 10 15 20 30 3 514 068 11' 5 behovet ofta är som störst. En "Static Synchronous Compensator" (STATCOM) har emellertid inte detta problem eftersom shuntkopplade kondensatorer och reaktorer inte ingår i den reaktiva effektproduktionen/ förbrukningen. Den reaktiva effekten genereras direkt av kraftelektroniska ventilelement och enheten fungerar i verkligheten som en synkronkompensator utan roterande massa och med kontrollerbar och begränsad kortslutningseffekt. Emellertid bör all reaktiv effekt gå genom strömriktaren, så denna måste alltså dimensioneras för full effekt.

Seriekopplade element i transmíssionssammanhang består huvudsakligen av kondensatorer och används huvudsakligen för att kompensera för en kraftlinjes reaktans, och således för att reducera linjens “elektriska längd”.

En seriekopplad kondensator injicerar en spänning som är fasförskjuten 90 elektriska grader mot strömmen i kraftlinjen. Amplituden på den injicerade spänningen kan styras, såsom till exempel i en tyristorkontrollerad seriekondensator (TCSC).

En UPFC - "Universal Power Flow Controller" - består av två strömriktare, den ena i serie och den andra kopplad i shunt med transmissionssystemet.

Detta leder till att en UPFC såväl kan reglera en reaktiva effekt som kan injiceras i shunt med elkraftledningen som en styrbar spänning som kan injiceras i serie, vilket leder till att spänningen både kan regleras till amplitud och fas. En UPFC kan således samtidigt, och oberoende, styra både det aktiva och reaktiva effektilödet i en transmissionslinje, och kombinerar därigenom möjlighet till effektstyrning och spänningsreglering. UPFC utgör ett flexibelt redskap för styrning av effektflöden, till priset av en komplicerad kretslösning med dyra strömriktare.

FACTS har stor dynamik, vilket gör det möjligt att använda dem för att förbättra kraftnätets dynamiska egenskaper. De kan också kompensera för osymmetrisk drift, t.ex. när spänningen mellan de olika faserna skiljer sig.

En översikt över de olika FACTS-komponenterna och deras användning och 10 15 20 3G i 514 068 1|| 6 tekniska ståndpunkt ges i artikeln “FACTS - powerful systems for flexible power transmission” av R. Grünbaum et. al. i ABB Review, nr. 5, 1999, sid. 4-17.

För alla FACTS-komponenter gäller generellt att de traditionellt inte innehåller något nämnvärt energilager. Energin som lagras i kondensatorer och reaktorer är starkt begränsad i förhållande till enhetens arbetseffekt och dessa enheterna kan därför inte tillföra eller dra bort aktiv effekt från kraftnätet. Genom att exempelvis koppla in en energikälla till DC-sidan i en STATCOM kan man emellertid realisera detta. I befintliga experimentella anläggningar utnyttjas antingen batterier (Battery Energy Storage - BES) eller supraledande spolar (Superconductive Magnetic Energy Storage - SMES) som energilager. I en artikel av Y. Mitani et. al. "Application of Superconductive Magnet Energy Storage to Improve Power System Dynamic Performance", IEEE Transactions on Power Systems, vol. 3, nr. 4, nov. 1988, sid. 1418-1425, visas det hur en sådan enhet kan brukas till att förbättra kraftnätets stabilitet. En nackdel både med SMES och BES är att strömriktaren måste designas för full effekt samt att energilagren är dyrbara och att en del typer av batterier innehåller tungmetaller och andra milj öskadliga material.

Placeringen av olika typer av kompensatorer i kraftnätet är mycket viktigt för att de ska ha den önskade effekten. För att stabilisera elektromekaniska svängningar mellan generatorer eller grupper av generatorer bör till exempel shuntkopplade reaktiva kompensatorer placeras på lika elektriskt avstånd till de två generatorerna (eller grupperna av generatorer) för att ha en god verkan. För att förbättra kraftnätets reaktiva balans bör emellertid dessa enheterna placeras i närheten av eller i stora lastområden. Shuntkopplade enheter som kan reglera aktiv effekt, såsom en ASH, bör placeras nära andra effektproducenter för att verka stabiliserande. 10 15 20 25 30 'i 514 068 7 För alla kraftelektroniska omforrnare gäller generellt att deras överlastförrnåga begränsas av korta "terrniska" tidskonstanter. En strömriktare har till exempel en mycket liten förmåga till att tåla överlast. En strömriktare bör därför dimensioneras för maximal belastning i ström och spänning.

Ett kraftnät som innehar stor andel icke-termisk kraft, t.ex. hydrokraftnät eller vindkraftnät, kan kunna uppleva stora säsongs- eller dygnsvariationer i kraftnätets effektflöde. Det finns således ett behov av att kunna använda stabilisatorer som både kan kompensera reaktiv och/ eller aktiv effekt “så att de kan utnyttjas under olika driftsförhållanden i kraftnätet.

En speciell utföringsform av roterande elmaskiner visas i WO 97/ 45919, där den högspända statorlindningen är baserad på kabelteknik. Någon transformator för anslutning till ett högspänningsnät behövs då inte.

Maskiner utförda med denna typ av statorlindning kännetecknas av att den har mycket låg strörntäthet i statorledarna och av att kylningen väsentligen sker på jordpotential i statorns plåtpaket. Maskinerna har, genom lämpligt utförande av rotorns lindningars area och/eller skydd, god förmåga att tillfälligt, under tiotals minuter ja enstaka timmar, generera mycket stor reaktiv effekt. Ett utförande av skydd beskrivs i WO 98 / 34312, där rotorns temperatur avbildas i ett reläskydd stationärt placerat i anläggningen.

Ett gemensamt problem med stabilisatorer enligt teknikens ståndpunkt är att det är svårt att tillhandahålla stabilisatorer med tillräckliga energilagringsresurser. Kostnaderna och komplexiteten för stabilisatorer med stor kapacitet är mycket stora, och man väljer istället medvetet att endast använda sig av mindre stabilisatorer och istället stänga av delar av elkraftnätet om felsituationerna blir tillräckligt allvarliga. Ett annat gemensamt problem med stabilisatorer enligt teknikens ståndpunkt är att de inte på ett flexibelt sätt kan användas för att kompensera både reaktiv och aktiv effekt. 10 15 20 25 30 _* 514 068 SUMMERING Det är alltså ett allmänt syfte med den föreliggande uppfinningen att tillhandahålla stabilisatorer för elkraftsystem som tillhandahåller större energilagringskapaciteter. Ytterligare ett allmänt syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla stabilisatorer som är mindre, mer flexibla och enklare än dagens anläggningar.

De ovanstående syftena åstadkoms genom anordningar och förfaranden enligt de medföljande patentkraven. I allmänna termer avser uppñnningen en roterande kraftsystemsstabilisator, innefattande en huvudmaskín i form av en asynkronmaskin med lindad rotor. Rotorns varvtal kan varieras för att ändra mängden lagrad energi. Kraftsystemsstabilisatorn kännetecknas av att huvudmaskinens stator är kopplad till ett kraftnät, att huvudmaskinens rotorlindning är kopplad till en strömriktare samt att strömriktaren hämtar sin aktiv effekt från en spänningskälla som företrädesvis är oberoende av kraftnätet. Spänningskällan utgörs företrädesvis av en roterande elektrisk reglermaskin som har en gemensam axel med asynkronmaskinen.

Strömriktaren är anordnad för styrning och reglering av huvudmaskinens aktiva och reaktiva effektproduktion/-förbrukning. Strömriktaren reglerar varvid maskinens magnetisering och strömmen i rotorlindningen effektomvandling regleras. Strömriktaren är företrädesvis placerad medroterande med den gemensamma axeln till huvudmaskinen och reglerrnaskinen.

Kraftsystemsstabilisatorns axel kan kopplas ett svänghjul för att förstärka rotorns energilagringskapacitet. Kraftsystemsstabilisatorn ska främst kunna dämpa svängningar i kraftnät under och efter driftstörningar, alltså förbättra nätets transienta stabilitet, och arbetar därför aktivt endast i korta perioder.

Kraftsystemsstabilisatorn enligt den föreliggande uppfinningen kan överlastas under en sådan kortare tid, vilket möjliggör att hålla dess 10 15 20 25 i 514 068 9 nominella effekt, och därmed kostnad, låg. Genom att direkt övervaka temperaturer i stator- och/ eller rotorlindníngar, kan överlastutnyttjandet av den elektriska huvudmaskinen ske temporärt vid stora effektöverföringar, som vida överstiger märkeffekten, utan att riskera några skador på maskinen.

Kraftsystemsstabilisatom kan användas pä flera sätt. Den kan användas som ett shuntkopplat element i kraftnätet, där den under driftstörningar och vid feltillstånd i kraftnätet stabiliserar kraftnätet genom att tillföra/ förbruka aktiv och reaktiv effekt. Den aktiva effekten tas upp/ avges genom att ändra varvtalet för maskinens rotor, där mekanisk energi lagras p.g.a. rotorns tröghetsmoment. Vid normal drift kan den roterande kraftsystems- stabilisatorn kompensera för reaktiv effekt och arbetar då huvudsakligen som en roterande synkronkompensator. Kraftsystemsstabilisatorn kan vidare användas som effektomvandlare, där maskinen, förutom funktionerna ovan, omvandlar mekanisk energi till elektrisk energi, eller elektrisk energi till mekanisk energi, genom att kraftstabilisatorns axel kopplas till en turbin respektive mekanisk last.

Kraftsystemsstabilisatorn drivs normalt nära sitt synkrona varvtal. Den aktiva elektriska effekten som matas från strömríktaren till/frän rotorlindningen utgör därför endast en liten andel av den aktiva elektriska effekt som kraftsystemsstabilisatorn matar till/från kraftnätet. Den roterande asynkronmaskínen utgör därför en aktiv effektförstärkare för strömriktaren som är kopplad till maskinens rotor.

Uppfinningen avser även ett förfarande för Stabilisering av ett kraftsystem, innefattande huvudstegen att överföra elektrisk effekt mellan en kraftledning och en roterande huvudmaskin samt att reglera denna elektriska effekt genom ändring av huvudmaskinens varvtal. 10 15 20 25 30 e 514 oss lO En anordning och förfarande enligt den föreliggande uppfinningen har en mängd fördelar. Den roterande stabilisatorn har till skillnad från statiska kompensatorer ett stort energilager i den roterande axeln, som kan användas till transient in- och utmatning av aktiv effekt för dämpning av effektpendlingar i elkraftnätet. Vid transient överlast av maskinen kan dennas egenskaper ökas betydligt. Energilagret kan förstärkas på ett kostnadseffektivt sätt genom att använda svänghjul. Den roterande stabilisatorn kan till skillnad från traditionella roterande kompensatorer kompensera för osymmetrisk drift (minusföljdsystem). Använd som en shunt-kopplad reaktiv kompensator kan maskinen i begränsade perioder av t.ex. 5 - 60 minuter överlastas betydligt med reaktiv effekt genom att isolationens temperaturmarginaler kan utnyttjas kontrollerat genom att mäta temperaturen i stator- och/ eller rotorlindningen. En maskin med högspänd kabellindning har dessutom en stor termisk tidskonstant som medför att perioden där maskinen inte är i termisk jämvikt ökar. Under denna period kan belastningen ökas ytterligare. Överlastbarhet medför att maskinens nominella effekt kan reduceras. Den roterande stabilisatorn har en inre emk som i princip är styrbar även vid fel i kraftnätet så länge reglermaskinen kan leverera effekt till strömriktaren. Maskinen kan därmed ha en styrd inmatning av aktiv och/ eller reaktiv effekt under transienta förlopp vid fel i kraftnätet. Maskinen har därför en kontrollerbar kortslutningseffekt. Rotorlindningen kan utformas med frekvensberoende resistans så att maskinens förmåga till att tåla stora nätstörníngar ökar.

Maskinen kan till skillnad från statiska kompensatorer exempelvis användas som kombinerad effektomvandlare och kompensator i en kraftstation för att dämpa svängningar både i kraftnät och t.ex. vattenvägar.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppñnningen samt ytterligare syftemål och fördelar som uppnås därmed förstås bäst genom hänvisning till nedanstående beskrivning och de bifogade ritningarna, i vilka: 10 15 20 30 _ 514 068 11 Fig. la är en schematisk illustration av en kraftsystemsstabilisator enligt den föreliggande uppfinningen, innefattande en transformator, men utan koppling till drivmaskin eller last; Fig. lb är en schematisk illustration av en kraftsystemsstabilisator enligt den föreliggande uppfinningen, innefattande högspända kabellindningar, men utan koppling till drivmaskin eller last; Fig. 2a är en schematisk illustration av en kraftsystemsstabilisator enligt den föreliggande uppfinningen, innefattande en transformator och kopplad till drivmaskin eller last; Fig. 2b är en schematisk illustration av en kraftsystemsstabilisator enligt den föreliggande uppfinningen, innefattande högspända kabellindningar och kopplad till drivmaskin eller last; Fig. 3 är en schematisk illustration av en första utföringsform av en stabilisator enligt den föreliggande uppfinningen, innefattande en borstlös huvudmaskin; Fig. 4 är en schematisk illustration av en andra utföringsform av en stabilisator enligt den föreliggande uppfinningen, innefattande en huvudmaskin med borstar; Fig. Sa är ett ekvivalensschema per fas för huvudmaskinen i ñg. 3; Fig. Sb är ett omformulerat ekvivalensschema motsvarande det i fig. 5a; Fig. 6 är ett visardiagram för en driftsituation där stabilisatorn enligt den föreliggande uppfinningen stationärt arbetar som en synkronkompensator; Fig. 7 visar statorflödets position refererat till stator- och rotorlindningarnas lindningsaxlar; Fig. 8 är ett blockdiagram för styrning av stabilisatorn i ett statorflödesorienterat system med strömriktaren kopplad till huvudmaskinens rotor; Fig. 9a är ett diagram som visar effektpendlingar mellan en kraftsystemsstabilisator enligt den föreliggande uppfinningen och ett Clkraftnåt; lll 10 15 20 37) ' 514 068 12 Fig. 9b är ett diagram som visar varvtalsvariationer som uppkommer i en kraftsystemsstabilisator enligt den föreliggande uppfinningen vid effektpendlingarna i fig. 9a; Fig. 10 är ett diagram som visar icke-periodiska effektpendlingar mellan en kraftsystemsstabilisator enligt den föreliggande uppfinningen och ett elkraftnät; Fig. 11 illustrerar schematiskt ett kraftnät med ett produktíonsområde och ett lastområde; Fig. 12 illustrerar schematiskt ett kraftnät med två produktions- områden och ett lastområde, där en kraftsystemsstabilisator är ansluten till ett av produktionsområdena; Fig. 13 illustrerar schematiskt ett kraftnät med två produktions- områden och ett lastornråde, där en kraftsystemsstabilisator är ansluten till lastområdet; Fig. 14 visar hur reglersystemet för spännings- och effektregulatorerna som visas i fig. 8 utvidgas till att kunna utföra aktiv och reaktiv effektmodulering; samt Fig. 15 är ett flödesdiagram som illustrerar ett stabiliseringsförfarande enligt den föreliggande uppfinningen.

DETALJERAD BESKRIVNING Som angetts ovan så består en föredragen utföringsform av uppfinningen sammanfattningsvis av en kraftsystemsstabilisator uppbyggd av en roterande elektrisk maskin (huvudmaskin) där statorlindningen är shuntkopplad till ett kraítnät. Maskinens rotorlindning är utförd som en flerfasig växelströmslindning och denna matas från en strömriktare.

Strömriktaren är vidare kopplad till en roterande maskin (reglerrnaskin) monterad på samma axel som huvudmaskinen.

Inledningsvis beskrivs kort hur stabilisatorn kopplas till ett kraftnät och vilka effekter som kan styras för att stabilisera kraftnätet. Därnäst beskrivs 10 15 20 514 068 13 först de effektförande delarna i den roterande stabilisatorn, dvs. stator och rotor till huvudmaskin och reglerrnaskin, samt strömriktaren, vilken är kopplad mellan reglermaskinen och huvudmaskinens rotorlindning. Efter det beskrivs styrningen och övervakningen av stabilisatorn och hur detta görs med sensorer och digitala styrenheter placerade i maskinens rotor och/ eller stator. Till slut anges det närmare hur stabilisatorn kan drivas och användas i ett kraftnät.

För växelströmsmaskiner gäller generellt att de är gjorda för energiomvandling, dvs. att de arbetar antingen som motorer eller generatorer. Maskinens axel är då kopplad till en mekanisk last eller en drivmaskin.

Enligt en första utföringsform är kraftsystemsstabilisatorns huvudmaskin, såsom visas i ñg. la, i princip en asynkronmaskin 2, där statorlindningen är en 3-fas växelströmslindning som är kopplad till ett kraftnät 1 via en transformator 3 och ett kopplingsorgan 4. I fig. la är huvudmaskinen inte kopplad till någon drivmaskin ("prime mover") eller mekanisk last och dess möjliga effektutväxling med kraftnätet är då: Q: Stabilisatorn kan stationärt tillföra/ förbruka reaktiv effekt till/ från kraftnätet. Detta värde kan raskt ändras från ett stationärt värde Ql till ett nytt stationärt värde Q2. Den maximala effekten ges av stationära termiska gränser i huvudmaskinen.

AQ: Detta symboliserar stabilisatorns möjlighet, att under en begränsad tidsrymd, vid en driftstörning eller fel leverera/ absorbera en reaktiv effekt som kan vara större än vad som stationärt är termiskt tillåtet. Detta redogörs det för mer i detalj nedan.

AP: Detta symboliserar maskinens möjlighet, att under en begränsad tidsrymd, avge/motta aktiv elektrisk effekt som avviker från axeleffekten 10 15 20 514 068 14 genom att låta maskinens varvtal ändras. Energi kan då hämtas från roterande massa genom att varvtalet reduceras eller lagras i roterande massa genom att varvtalet ökas. Detta beskrivs mer i detalj nedan.

I utföringsformen i fig. lb är kraftsystemsstabilisatorns huvudmaskin en asynkronmaskin 2', där statorlindningen är en högspänd kabellindning.

Lindningen är då kopplad direkt via kopplingsorganet 4 till kraftnätet utan mellanliggande transformator. I ñg. lb är huvudmaskinen inte heller kopplad till någon drivmaskin ("prime mover") eller mekanisk last och dess möjliga effektutväxling med kraftnätet är då analogt med vad som angetts i samband med fig. la.

Stabilisatorn kan, såsom i ñg. 2a, kopplas till en last/drivmaskin 5.

Drivmaskinen tillför mekanisk energi till axeln ("prime mover"). En mekanisk last hämtar istället ut mekanisk energi från stabilisatorns axel.

Drivmaskinen kan till exempel vara en turbin (vatten-, äng- eller gasturbin), en förbränningsmaskin (kolvmotor eller Stirling-maskin) eller en elektrisk motor. Den mekaniska lasten kan vara en pump, en elektrisk generator eller broms. När en sådan maskin är kopplad till stabilisatorns axel, kan den förutom de tidigare nämnda storheterna stationärt tillföra eller ta emot aktiv effekt från kraftnätet, dvs. arbeta som en generator eller motor.

I ñg. 2b illustreras en asynkronmaskin med högspänd kabellindning, kopplad till en last/drivmaskin 5. Denna konfiguration kan på samma sätt som ovan tillföra eller ta emot aktiv effekt från kraftnätet.

Fig. 3 visar en utföringsform av en kraftsystemsstabilisator enligt den föreliggande uppfinningen. En huvudmaskin 2 är här en asynkronmaskin med lindad rotor 10. Huvudmaskinens stator 12 har en 3-fas-lindning 14 kopplad via en transformator 3 till ett kraftnät. Rotorlindningen 16 kan i princip ha ett fastal större än eller lika med två. Det synkrona varvtalet som sätts upp av S-fas-lindningen 14 i statorn 12 bestäms av frekvensen i 10 15 20 514 068 15 kraftnätet och av antalet poler som lindningen 14 är gjord med. Rotorns 10 varvtal kan ändras i förhållande till detta genom att det flyter en växelström i huvudmaskinens 2 rotorlindning 16. Denna ström matas av en strömriktare 18. Frekvensen för denna ström bestäms av skillnaden mellan det synkrona varvtalet, rotorns varvtal och maskinens poltal. En reglermaskin 20 är monterad på samma gemensamma axel 22. Reglermaskinen 20 är i detta exempel en synkronmaskin där ankarlíndningen 24 sitter i rotorn 26. Den medroterande strömriktaren 18 kan därför överföra effekt mellan reglermaskinens rotor 26 och huvudmaskinens rotor 10. När huvudmaskinen 2 roterar med synkron hastighet överförs all effekt mellan maskinens rotor 10 och stator 12 genom rotationsinduktion. Det tillförs därför ingen aktiv elektrisk effekt till rotorlindningen 16 vid detta tillfälle (om man bortser från förluster). När maskinen 2 roterar asynkront, kommer en viss andel av effekten i statorn 12 överföras från rotorn 10 transformatoriskt.

Denna elektriska energi bör därför tillföras rotorlindningen 16 från strömriktaren 18. Strömriktaren 18 sörjer alltså för magnetiseringen av huvudmaskinen 2 och för att tillföra/motta reglereffekt (aktiv elektrisk effekt) till/ från rotorlindningen 16 från/ till huvudmaskinen 2.

Reglermaskinens 20 uppgift är att fungera som en spänningskälla för strömriktaren 18 så att denna kan magnetisera huvudmaskinen 2 och att överföra reglereffekten till mekanisk effekt på den gemensamma axeln 22 genom att den växelvis arbetar som motor eller generator. I en föredragen utföringsform arbetar reglermaskinen 20 i drift som synkronmaskin.

Reglermaskinen 20 kan ha ett annat poltal än huvudmaskinen 2 så att frekvensen i denna kan ökas. Reglermaskinen 20 uppvisar likströmsmatade fältlindningar 34 i statom 28. Dessa försörjs i normal drift via en växelström-likström-omvandlare 42 ansluten till samma trefasledningar som huvudmaskinens statorlindningar 14, via en transformator 44. Vid frånfall av det anslutna kraftnätet eller andra typer av driftstörningar kan fältlindningen till reglermaskinen förses frän en batteri-backup 65 eller genom att reglermaskinen 20 förses med permanentmagneter. I det första fallet kommer omformaren vara en UPS (Uninterruptable Power Supply). 10 15 20 514 068 16 I fig. 5a visas ekvivalensschemat för huvudmaskinen per fas. Man bortser här från resistansen i stator- och rotorlindningen. XM är magnetiseringsreaktansen, medan XLs betecknar läckreaktansen i statorlindningen och XLR är läckreaktansen i rotorlindningen. IM betecknar magnetiseringsströmmen, Is strömmen genom statorlindningarna och IR strömmen genom rotorlindningama. s betecknar rotorns eftersläpning i förhållande till statorflödets synkrona varvtal. Statorn har generatorisk referens, medan rotorn har motorisk referens.

Kraftsystemstabilisatorn arbetar normalt med ett varvtal som är nära det synkrona. Av ekvivalensschemat ser man då att spänningen i rotorlindningen är låg, eftersom eftersläpningen s är mycket liten. Om stabilisatorn ska drivas inom ett varvtalsområde, såsom :10% av det synkrona, kommer andelen aktiv elektrisk effekt som ska tillföras till rotorlindningen 16 inte att överstiga 10% av huvudmaskinens. Detta betyder att effekten till strömriktaren blir liten i förhållande till huvudmaskinens (och därmed stabilísatorns) totala effekt. Dessutom bör strömriktaren kunna magnetisera stabilisatorns huvudmaskin, vilket betyder att strömriktarens effekt måste vara något större. Reglermaskinens effekt bestäms därför av maximal reglereffekt och av strömriktarens reaktiva effektbehov.

Fig. 4 visar en altemativ utföringsform enligt den föreliggande uppfinningen.

Den liknar i stora drag den tidigare beskrivna utföringsformer och gemensamma delar kommer inte ånyo att beskrivas. Reglermaskinens 20' ankarlindning 24' sitter detta fall i statorn 28. Strömriktaren 18' är stationär och kopplad till huvudmaskinens 2 rotorlindning 16 via borstar 30 och släpringar 32. Reglermaskinens 20' fältlindning 36 är följaktligen anordnad vid rotorn 26 och strömförsörjs genom från 'växelström-likström- omvandlaren via borstar 38 och släpringar 40. 10 15 20 [\1 UT 514 068 17 Fig. Sb visar ett omformulerat ekvivalensschema för asynkronmaskinen med lindad rotor där XM är magnetiseringsreaktansen, medan XLs betecknar läckreaktansen i statorlindningen. Summan av dessa utgör statorlindningens reaktans och betecknas XA. Rotorströmmens IR värde och fas relateras till maskinens statorsida.

Fig. 6 visar ett visardiagram för en driftsituation där stabilisatorn stationärt arbetar som en synkronkompensator. Ingen mekanisk drivmaskin eller last är kopplad till axeln. Gränsen för den maximalt avgivna stationära reaktiva effekten ges då normalt av den termiska påkänningen i rotorn. Det är därför normalt behovet av magnetomotorisk kraft (MMK) i rotorn som bestämmer maskinens huvuddímensioner. När stabilisatorn arbetar som en kompensator för reaktiv effekt kan rotorns ström ur fig. 5b härledas till: Lwigiaflyfi) XM (JS XM Av detta ser man att magnetiseringsbehovet (rotorströmmen IR) blir lägre ju högre magnetiseringsreaktansen XM är. Utgående från detta bör maskinen ha hög magnetiseringsreaktans och låg läckreaktans i stator. Jämfört med en konventionell synkronkompensator baserad på en konventionell synkronmaskin, ser man att MMK-behovet blir lägre än vad som normalt tillåts i en konventionell synkronmaskin. Detta beror bland annat på kraven på stabilitet vid störningar i kraftnätet. Eftersom man, via strömriktaren 18 som är kopplad till rotorlindningen 16, kan styra rotorströmmen i amplitud och fas, kommer inte rotor- och statorflödet i denna maskin att bli asynkrona. Man förlorar därför inte synkronism såsom i en konventionell synkronmaskin, och kraven på stabilitet kan modereras och därmed reducerar man MMK-behovet i rotorn jämfört med en konventionell synkronkompensator. Detta betyder att för att dimensionera stabilisatorn för stationär reaktiv effektkompensering, kan man, jämfört med en konventionell synkronmaskin, tillverka maskinen med mindre dimensioner. 10 15 20 514 068 18 Detta kommer sig av att det är rotorn som är dimensionerande för maskinen och/ eller av att man kan reducera förlusterna i rotorn genom att reducera strömtätheten i rotorlindningen.

Fel i kraftnätet, såsom en kortslutning eller jordfel, kommer normalt leda till en störning i kraftnätets drift. När felet fortfarande ligger kvar i nätet, kommer strömmarna öka och spänningar-na sjunka i kraftnätet. Störst är naturligtvis ändringen nära felstället. Under tiden felet är närvarande kommer synkronmaskiner i kraftnätet få sin momentbalans ändrad genom att det elektriska lastmomentet ändras medan det mekaniska är ungefär oförändrat. De transienta förloppen i ett kraftnät är mycket komplicerade så att det till exempel kan vara önskvärt att medan felet ligger kvar förse nätet med reaktiv effekt, för att upprätthålla en bästa möjlig momentbalans. Vid andra tillfällen är detta inte önskvärt eftersom felströmmarna då kommer att bli för stora. Man kan då tvärtom ha ett önskemål om att begränsa både aktiv och reaktiv effekt (ström) som matas in vid fel. Eftersom strömriktaren 18 i figur 3 matas från reglermaskinen 20 kommer inte mätningen till strömriktaren 18 att påverkas av felet. Strömriktaren 18 kan därför själv under fel i kraftnätet förse rotorlindningen 16 med önskad ström och spänning. På detta sätt kan man styra inmatad reaktiv effekt från stabilisatorn under felsituationer. l traditionell ASH, som beskrivits tidigare, kommer strömriktaren att koppla ur vid en för stor reduktion av spänningen i kraftnätet och/ eller vid stor osymmetri. I stabilisatorn enligt uppfinningen har man däremot en styrbar kortslutningseffekt under hela felförloppet. I en traditionell synkronkompensator kommer man vidare normalt bara kunna styra kortslutningsströmmen efter det att det subtransienta förloppet avslutats.

Också efter detta begränsas dynamiken i styrningen i en synkronmaskin p.g.a. fältlindningens stora tidskonstant. Sammanhanget mellan fältlindningens spänning och maskinens inre spänning kan betraktas som ett första ordningens system med en karakteristisk tidskonstant. Denna 10 15 20 514 068 19 tidskonstant är maskinens transienta reaktans vid öppna statorpoler och bestäms huvudsakligen av fältlindningen. Denna betecknas i litteraturen som Tho. Denna har en storlek av 1-8 sekunder för stora synkronmaskiner.

Eftersom huvudmaskínen i den roterande stabilisatorn är en asynkronmaskin är rotorlindningen till skillnad från en synkronmaskin utförd som en växelströmslindning. Denna har lägre tidskonstant och man kan förutom att ändra strömmens amplitud även ändra dess fas.

För att ytterligare öka stabilisatorns robusthet vid fel och för att öka dess därnpningsförmåga, kan rotorlindningen 16 utföras så att dess resistans ökar med strömmens frekvens. Detta görs genom att läckflödet i rotorn utnyttjas till att ge en strömförträngning, dvs. att strömmen i rotorlindningen 16 inte fördelar sig homogent över dess tvärsnitt, utan trängs ihop mot den del av lindningen 16 som ligger närmast luftgapet i maskinen. Denna effekt ökar med frekvensen.

Vanligtvis kommer man koppla bort den linje där det finns ett fel. Den roterande stabilisatorn kommer inte längre att vara ansluten till kraftnätet om den är ansluten till den kraftlinje som kopplas ur. Kraftnätets styrsystemet kommer som regel att försöka utföra en snabb äterinkoppling, efter det att linjen först blivit urkopplad. Det är då viktigt att stabilisatorn kan uppföra sig analogt med en traditionell synkrongenerator, så att den återigen kan fasas in på nätet. Stabilisatorn enligt uppfinningen har ett eget separat kraftnät i rotorn, bestående av rotorlindningen 16 i huvudmaskinen 2, strömriktaren 18 och reglermaskinen 20. Eftersom reglermaskínen 20 inte förlorar sin magnetisering, kan kinetisk energi i de roterande delarna utnyttjas för att magnetisera systemet och för att tillföra effekt till själva huvudmaskinens rotor om det yttre kraftnätet är bortkopplat.

Reglerrnaskinens magnetisering kräver inte särskilt mycket effekt och den kan såsom tidigare nämnts dessutom säkras genom att försörjningen till denna förses med batteri-backupen 65, eller genom att reglermaskinen 20 utförs med permanentmagneter. Även om det yttre kraftnätet skulle falla 10 15 20 514 068 20 bort under en viss tid (i värsta fall någon minut) kan spänningen i stabilisatoms huvudmaskin 2 regleras till korrekt frekvens och fas så att automatisk inkoppling kan göras. När det detekterats att urkoppling har ägt rum, kan man låta stabilisatorns kontrollsystem (vilket beskrivs mer i detalj nedan) generera ett referensvärde för statorflödet, till exempel att den roterar med samma hastighet som före felet.

Från fig. 6 ser man att när stabilisatorn arbetar som en kompensator nära sin nominella effekt, kommer en ökning i aktiv effekt AP eller i reaktiv effekt AQ lätt leda till en överlast av maskinen. Nominella effekter sätts idag normalt efter tillverkarens rekommendationer, eventuellt med en viss marginal. Tillverkarens rekommendationer brukar dessutom gälla stationära situationer, där omgivningstemperaturer etc. antas vara högre än normalt.

Dessutom brukar tillverkarna själva ange rekommendationerna med vissa marginaler. I de flesta elektriska maskiner och transformatorer idag finns alltså normalt sett vissa termiska marginaler som kan utnyttjas till att överlasta en elektrisk maskin, åtminstone temporärt. För att hindra att huvudmaskinen skadas när detta görs, så kan temperaturen i rotor- och/ eller statorlindningen övervakas under drift med temperatursensorer. I fig. 3 är sålunda huvudmaskinen försedd med en temperatursensor 60 på rotorlindningen 16 och en temperatursensor 64 på statorlindningen.

Maskinen i fig. 4 är på liknande sätt försedd med temperatursensorer 60, 64. Detta gör det då möjligt att under en begränsad period arbeta utanför maskinens nominella kapabilitet, såsom anges i fig. 6.

Jämfört med existerande shuntkopplade kompensatorer enligt teknikens ståndpunkt, så betyder detta att stabilisatorns förmåga att leverera/ förbruka reaktiv effekt på ett kostnadseffektivt sätt kan ökas långt utöver stabilisatorns nominella effekt under en kortare period. I en SVC, är inte detta möjligt, utan att hela anläggningen måste dimensioneras upp till sin toppeffekt. Överlastbarhet är där inte möjlig. För en STATCOM- anläggning ska hela den reaktiva effekten levereras genom en 10 15 20 FC (71 Lv.

F) 514 068 21 kraftelektronisk omforrnare. Denna har däremot en mycket liten överlastbarhet. Detta betyder att anläggningen måste dimensioneras för sin toppeffekt. I kraftsystemstabilisatorn enligt uppfinningen så bör däremot endast frekvensomformaren dimensioneras för att kunna klara den ökade rotoreffekten. Eftersom effekten på denna omformaren är låg i förhållande till stabilisatorns totala effekt, blir omkostnaderna för detta motsvarande lägre.

Stabilisatorn kan också leverera/ förbruka aktiv effekt till/ från kraftnätet.

Detta kan göras genom att ändra varvtalet för stabilisatorn och/ eller genom att ha en drívmaskin / mekanisk last kopplad till stabilisatorn. Först beskrivs en utföringsform där maskinen inte har någon drívmaskin eller mekanisk last kopplad till sin axel, vilket motsvarar systemen i ñg. la och ñg. lb.

Energin som finns lagrad i stabilisatorns roterande delar bestäms till stor del av tröghetsmomentet och varvtalet. För elektriska maskiner uttrycks det ofta i tídskonstanten H för maskinens tröghet, som ges av: J (og SN H: NI-I där J anger maskinens tröghetsmoment, wo nominell mekaniskt varvtal (rad/ s) och SN maskinens effekt. H anger därför mängden lagrad energi i roterande delar vid nominellt varvtal i förhållande till maskinens effekt. För större elektriska maskiner är denna typiskt i området 2-8 sekunder.

Fig. 9a visar ett tidsförlopp för avgiven aktiv effekt P från kraftsystems- stabilisatorn. Effekten varierar mellan Po och -Po, men medelvärdet av effekten är noll. När effekten pendlar efter en sinusfunktion såsom i ñg. 9a, kommer omsatt energi A1 i en halvperiod vara )PT, där P är maximal aktiv effekt och T är svängningens periodtid. Under nästa halvperiod kommer sedan samma energi A2 omsättas igen, men nu i motsatt riktning. 10 15 20 30 514 068 22 Varvtalet vid en sådan process kommer då att få ett förlopp som ges i ñg. 9b.

En typisk periodtid för effektpendlingar grundade på polhjulssvängningar, som beror på hastighetspendlingar mellan synkronmaskiners varvtal, i synkronmaskiner år 0,5 -2 sekunder. För en sínusvarierande effektvariation såsom i ñg. 9a, blir behovet för ett energilager då mellan 0,32 P och 1,3 P. I artikeln ”Application for Superconducting Magnet Energy Storage to Improve Power System Dynamic Performance”, av Y. Mitani et. al i IEEE Trans. on Power Systems, vol. 3, nr. 4, november 1998, sid. 1418-1425 och i artikeln ”Active-Power Stabilizers for Multimachine Power Systems: Challenges and Prospects” av I. Kamwa et. al. i IEEE Trans. on Power Systems, vol. 13, nr. 4, november 1998, redogörs det närmare för den mängd energi som bör kunna lagras i förhållande till stabílisatorns effekt. Det visas då att till och med med ett energilager för E mätt i Watt, så kan man få en tillräcklig dämpning av pendlingar i kraftnätet. Anta nu att varvtalsvariationen är 110% från det synkrona varvtalet. Detta betyder att cza 20% av den roterande energi kan nyttiggöras för stabilisering, vilket innebär att tröghetskonstanten H bör vara i storleksordningen 1,6 - 6,5 sekunder för detta exempel. Om stabilisatorn inte har tillräckligt naturligt tröghetsmoment, kan detta ökas på ett kostnadseffektivt sätt genom att använda svänghjul på stabilisatorn. Detta visas schematiskt i ñg. 3 med hänvisningsbeteckningen 72. Detta kommer att ha störst nytta för snabbroterande maskiner, alltså där varvtalet är högt eftersom man då lagrar mer energi ett svänghjul med samma fysiska dimensioner. Såsom det framgår av artikeln ”Large-Scale Active-Load Modulation for Angle Stability Improvement” av Kamwa et. al., IEEE Transactions on Power Systems, vol. 14, nr. 2, maj 1999, sid. 582-590, så behöver man typiskt endast modulera 5% av den aktiva effekten. Detta betyder att en effekt på 1000 MW i en kraftlinje kan stabiliseras genom att modulera en effekt på 50 MW. Den roterande stabilisatorn tillhandahåller alltså ett kostnadseffektivt energilager med en kapacitet för E i samma storleksordning som P och när man dessutom tar hänsyn till att stabilisatorn enligt uppfinningen kan överlastas betydligt, inser man hur 10 15 20 b) CD 514 068 23 kraftfull stabilisatorn är i förhållande till sin nominella elektriska effekt. Det är endast strömriktaren som år kopplad till huvudmaskinens rotorlindningar som bör dimensioneras upp i effekt, men denna omformare utgör endast en liten andel av stabilisatorns totala effekt.

För tillfällen där pendlingens frekvens är så låg, att behovet av modulerad energi är stor i förhållande till effekten, kan man utnyttja mekaniska laster. I fig. 4 finns en broms 70 anordnad vid rotoraxeln 22. Denna broms 70 kan användas för att göra sig av med för höga rotationsenergier. Detta ökar flexibiliteten för stabilisatorn ytterligare, genom att låta medelvärdet av uttagen effekt från kraftnätet skilja sig från noll och vid behov göra sig av med överbliven energi via bromsen 70. Bromsen 70 kan vid behov utföras med kylanordningar som gör det möjligt att stationärt under en period av flera minuter utnyttja bromsen 70.

Fig. 10 visar ett annat tidsförlopp för avgiven aktiv effekt P från kraftsystemsstabilisatorn. Effekten varierar ícke-periodiskt, utan effekten styrs vid varje tillfälle enligt behoven. Varvtalet för kraftsystemsstabilisatorn kommer att även det variera icke-periodiskt som följd av effektflödena.

Integralen under effektkurvan motsvarar på samma sätt som ovan den energi som avlämnats till elkraftsystemet. Så länge som denna integral håller sig mindre än den tillåtna varvtalsvariationen i stabilisatorn, behöver ingen energi tillföras eller bortföras från stabilisatorn. Om emellertid effektpendlingarna är för stora måste en drivmaskin eller last kopplas till stabilisatorns axel, för att moderera dess varvtal. huvuddelarna i I fig. 3 illustreras även övervakningssystemen. En statisk styrenhet 48 är anordnad att förse styrnings- och växelström-likström-omvandlaren 42 med styrsignaler via en styranslutning 52. Växelström-likström-omvandlaren 42 förser reglermaskinens fältlindning 34 med lämplig magnetiseringsström. På motsvarande sätt är en roterande styrenhet 46, vilken är anordnad medroterande med den gemensamma axeln 10 15 20 514 068 24 22 och därmed med huvudmaskinens rotor 10, anordnad att förse strömriktaren 18 med lämpliga styrsignaler via en styranslutning 66.

Strömriktaren 18 förser därmed huvudmaskinens rotorlindning 16 med ström av lämplig fas, amplitud och frekvens. Hur denna styrning sker beskrivs mer i detalj nedan. Den medroterande styrenheten 46 innefattar vidare ett kommunikatíonsorgan 56 för trådlös kommunikation med ett kommunikatíonsorgan 54 i den statiska styrenheten 48. Styrenheterna 46 och 48 kan således utbyta information. Båda styrenheterna 46, 48 innefattar processenheter 47, 49 för bearbetning av signaler och data.

Den medroterande styrenheten 46 är ansluten till temperatursensorn 60 och förses därigenom med temperaturdata om rotorlindningen. Vidare finns en sensor 58, för mätning av ström/ spänning i rotorlindningen till huvudmaskinen, och en sensor 62, för mätning av ström/ spänning i lindningen till reglermaskinen, anslutna till styrenheten 46, vilka övervakar strömmen och/ eller spänningen till rotorlindningarna 16 resp. strömmen och/ eller spänningen mellan reglermaskinen 20 och strömriktaren.

Den statiska styrenheten 48 är på liknande sätt ansluten till temperatursensorn 64 för mätning av statorlindningens temperatur. Vidare är en sensor 50 ansluten till styrenheten 48 för mätning av strömmen och/ eller spänningen till/ från huvudmaskinens stator 12. Med kännedom om transformatorns 3 egenskaper avkänner denna sensor 50 indirekt egenskaperna för kraftnätet. Alternativt kan en sensor 51 vara anordnad på kraftnätsidan om transformatorn 3, alltså i den elkraftanläggning i vilken stabilisatorn är placerad, för direkt mätning någonstans i elkraftanläggningen. En sådan lösning kräver dock normalt sett p.g.a. de högre spänningama dyrare tekniska lösningar. Sensorn 50 eller sensorn 51 kan alltså detektera störningar i kraftnätet, t.ex. avseende spänningens effektivvärde, fas och/ eller amplitud och/ eller strömmens effektivvärde, fas och/ eller amplitud, samt deras frekvens. 10 15 20 514 068 25 På detta sätt kan data erhållas såväl rörande elektriska som termiska parametrar, och detta data kommuniceras mellan styrenheterna 46, 48, företrädesvis via en radioförbindelse. Den medroterande styrenheten 46 kan därför förses med aktuell information som underlag för att på ett lämpligt sätt styra rotorströmmen genom strömriktaren 18.

I ñg. 4 visas motsvarande styrenheter 46, 48. Den roterande styrenheten 46 ansvarar här främst för insamling av data från temperatursensorn 60 och sensorn 58. Detta data bearbetas i processenheten 47 och sänds trådlöst över till den statiska styrenheten 48. Den statiska styrenheten 48 ansvarar här för styrningen av både växelström-likström-omvandlaren 42 och strömriktaren 18'.

Stabilisatorn enligt fig. 3 har sålunda ett integrerat styr- och reglersystem som innefattar roterande 47 och stationära 49 digitala processorer med borstlös digital kommunikation 54, 56 samt givare 50, 51, 58, 60, 62, 64 för mätning och övervakning av aktuella storheter. Processorerna 47, 49 arbetar normalt i ett master/slav-förhållande med den roterande processorn 47 som slav. I huvudsak styr den stationära processorn 49 effektomvandlingen, mäter och övervakar storheter associerade med den elektriska maskinens stator 12 samt kommunicerar med andra yttre styr- och reglersystem. Den roterande processorns 47 huvuduppgift är att styra den med den elektriska maskinens axel roterande strömriktaren 18 samt mäta och övervaka storheter associerade med maskinens rotor 10.

Den roterande processorn 47 är programmerad så att den vid upprepade och svåra störningar i den trådlösa digitala kommunikationen 54, 56 under en tid autonomt kan styra och reglera stabilisatorn.

Huvudmaskinen kan regleras efter samma principer som normalt utnyttjas för ASH-maskiner. Regleringsmetoden kan baseras på en så kallad ot-ß- transformation, där maskinens dynamiska ekvationssystem och fysiska 10 15 20 30 514 068 26 strömmar och spänningar i rotor och stator transformeras till ett system bestående av fiktiva rotor- och statorlindningar som är orienterade på ett bestämt sätt i förhållande till statorns flöde. Man kan då visa att en komponent av rotorströmmen styr moment och därmed aktiv effekt P medan den andra komponenten styr statorns polspänning och därmed reaktiv effekt Q. Regulatorstrukturen för detta visas i fig. 8, där 91 är en spänningsregulator eller regulator för reaktiv effekt och 92 är en regulator för aktiv effekt. Strömregulatorn betecknas med 90. Spänningarna uar, ubf, um är anslutna till en modulator i omformaren. En närmare beskrivning ges i ”Consequences of introducing Adjustable Speed Hydro (ASH) in Established Power Networks”, Proc. of PSCC'99, vol. 1, sid. 150-156, Norwegian Univ. for Technology and Science, Trondheim, 1999 av Jan O Gjerde et. al. När stabilisatorn är kopplad till en turbin och arbetar som generator är varvtalet styrt av turbinen som har ett eget styrningssystem. Exempel på detta visas i publikationen ”Design of dynamic response Characteristics of 400 MW adjustable speed pumped storage unit for Ohkawachi Power Station”, IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. ll, nr. 2, juni 1996, sid. 376-384, av T.

Kuwabara et.al.

Beräkning av tänd- och släcktidpunkter för strömriktaren kopplad till rotorn kan göras såsom visas i ñgur 7. Statorflödets (WS) position i förhållande till statorlindningarna os kan bestämmas på flera sätt, till exempel genom att montera sensorer i maskinens luftgap eller genom att integrera mätt statorspänning. Genom att integrera det mätta varvtalet erhålles rotorns position o i förhållande till stator. Därmed kan of beräknas och ot- och ß- komponenten av rotorströmmen kan transformeras till verkliga fasströmmar i rotorn. Varvtalet på maskinen kan till exempel mätas/ beräknas genom integrering av spänningen från reglermaskinen.

Mätning av spänningsvärden i högspänningsutrustningar är kostsamt eftersom man behöver mätutrustning som kopplas till högspända ledare och som därför behöver isoleras mot dessa spänningar. För elektriska maskiner 10 15 20 514 oesi 27 med högspänd statorlindning är det kostsamt att utrusta maskinen med egna spänningstransformatorer för mätning av polspänning, medan mätning av ström är billigt eftersom det inte är nödvändigt att koppla in sig galvaniskt. Detta behövs normalt en spänningsmätning på maskinens poler för att kunna fasa in den på kraftnätet när den ska fungera som generator.

På samlingsskenan kommer det alltid vara spänningsmätning eftersom detta är nödvändigt för infasning av andra linjer och maskiner etc. Stabilisatorn enligt uppfinningen kan fasas in mot ett yttre kraftnät utan egen mätning av spänningen på maskinens poler. Mätningen av den spänning som maskinen ska fasas in mot överförs till t.ex. den stationära datorn. Denna dator beräknar sedan positionen för statorflödet för att spänningen ska ligga i fas med den mätta spänningen. Därefter kan man genom att styra amplitud och frekvens och fas till rotorströmmen generera en spänning ut från maskinen som är i fas med den mätta. Detta representerar en klar förbättring i förhållande till teknikens ståndpunkt eftersom man inte behöver egna spänningstransformatorer för infasning. Eftersom dynamiken i maskinen är betydligt snabbare än till drivmaskinen behöver denna inte gå stabilt på ett varvtal som sammanfaller med det synkrona, eftersom differensen mellan det synkrona varvtalet och stabilisatorns verkliga varvtal kan kompenseras för genom att styra frekvensen på rotorströmmarna. Detta är inte möjligt för en synkronmaskin.

Genom att ha en roterande digital styrenhet och en kommunikationslinje mellan rotor och stationära delar av stabilisatorn kan man använda avancerade övervakningssystem i rotorn, även om dessa kräver omfattande Signalbehandling. Partiella urladdningar i isolationen kan när urladdningsnivån blir för stor ödelägga isolationen vilket kan leda till haveri.

I publikationen "Continuous On-line Partial Discharge Monitoring of Power Generators", 1996 IEEE Annual Report - Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, sid. 496-499 av A. Kheirmand et. al., beskrivs ett system INTECH som under drift ska kunna övervaka nivån av partiella urladdningar i statorlindningen till en roterande växelströmsmaskin. Ett 10 15 20 30 514 068 28 liknande system kan, när man har en roterande digital styrenhet, också utnyttjas för att övervaka isolationen i rotorn.

Den roterande stabilisatorn enligt uppfinningen är flexibel i sin användning.

För att exemplifiera detta kommer det ges en närmare redogörelse för hur den används i ett kraftnät. I ñg. 11 visas ett kraftnät bestående av huvudsakligen ett produktionsområde 80 och ett lastområde 82. För att effektivt kunna stabilisera effektpendlingar mellan dessa områden kan ett pådragsorgan 84A, 84B anslutas till kraftnätet. Modulering av aktiv effekt kommer vara mest effektiv när pådragsorganet är placerat nära en producent 88, såsom pådragsorganet 84A, eller en förbrukare 86 av aktiv effekt, såsom pådragsorganet 84B. Stabilisatorn kan då placeras antingen i produktionsområdet 80 eller i lastområdet 82. Om stabilisatorn 84A är placerad i produktionsområdet 80 kan den också dessutom användas som effektomvandlare genom att den kopplas till en turbin. Om stabilisatorn 84B är placerad i lastområdet 82 kan den till exempel dessutom arbeta som synkronkompensator. Dess förmåga till överlastbarhet gör att den vid fara för spånningskollaps kan överlastas betydligt under en kritisk period på typiskt 1 - 30 minuter.

Effektpendlingar kan uppstå i elkraftnät till följd av dåligt dämpade lågfrekventa (exempelvis 0,1 till 2 Hz) oscillationer mellan rotorerna på generatorer. Det ñnns två huvudgrupper av oscillatoriska problem kännetecknade av att pendlingarna sker antingen mellan olika områden (eng. inter-area) eller mer lokalt (eng. intra-area). Införandet av kraftsystemstabilisatorer (PSS, Power System Stabilizer) på generatorer kan aktivt medverka till att dämpa effektpendlingar. En stor del av det dämpande momentet, avseende effektpendlingar mellan områden, tillkommer via en modulering av elkraftnätets laster.

Dämpning av (inter-area) oscillationer sker genom att öka dämpningen för de pendlingsmoder som är av intresse, vilket idealt sker genom att applicera ett lO 15 20 w LW 514 068 29 bromsande moment proportionellt mot hastighetsavvikelsen i maskinen. Två praktiska alternativ att stabilisera via magnetiseringsregleringen av elektriska maskiner är att modulera det elektriska eller mekaniska momentet. I praktiken kan förbättrad dämpning erhållas genom att en kraftsystemstabilisator, PSS, får ge en tilläggssignal till maskinens magnetiseringssystem. Insignalerna till en PSS kan exempelvis utgöras av hastighetsavvikelsen på rotoraxeln, frekvensen vid generatorns terminal eller integralen av den elektriska effekten.

Placering av anordningar för Stabilisering av kraftnätet är ett komplicerat ämne som vid varje tillfälle kräver en omfattande analys. Emellertid kan man baserat på förenklade modeller förstå hur man bör försöka att använda olika anordningar. I artikeln "Utilising HVDC to Damp Power Oscillations" av T.

Smed och G. Andersson, IEEE-Transactions on Power Delivery, vol. 8, nr. 2, april 1993, sid. 620-627 ges en del anvisningar. Anordningar som huvudsakligen kan modulera aktiv effekt bör placeras nära förbrukare eller producenter av aktiv effekt, medan anordningar som huvudsakligen kan modulera reaktiv effekt bör sättas i en elektrisk mittpunkt mellan producenter/ förbrukare av aktiv effekt. Nätfrekvensen utgör enligt artikeln en lämplig insignal för styrningen av den aktiva effektmoduleringen medan derivatan av spänningens amplitud utgör en lämplig insignal för den reaktiva effektmoduleringen.

Momentanvärdet för aktiv elektrisk effekt från stabilisatorns huvudmaskin kan till exempel beräknas genom multiplikation av mätta momentanvärden av ström och spänning tillhörande samma fas. Den reaktiva effekten från stabilisatorns huvudmaskin kan beräknas genom mätning av effektivvärdena för ström och spänning samt fasvinkeln mellan ström och spänning tillhörande samma fas.

Fig. 14 visar hur reglersystemet i fig. 8 kan ändras för detta ändamål.

Signalerna AU och Aw bearbetas i egna filter/signalbehandlare beteckmed 10 15 20 514 068 30 sina transferfunktioner Gp och Gu. Dessa genererar då en signal AQ som representerar en transient ändring av den stationära referensen för stabilisatorns spänning/ reaktiva effekt, och en signal AP som representerar en transient ändring av referensen för maskinens aktiva effekt.

I fig. 12 har man ett kraftnät med två produktíonsområden 80A och 8OB samt ett lastområde 82. Anta nu att dessa produktionsområden 80A, 8OB skiljer sig i dygns- och/ eller säsongsvariation. Om produktionsområdet 80A baseras på vattenkraft med stora magasin, kommer detta att vara dominerande om vintern. Kraften kommer då huvudsakligen att flyta från produktionsområdet 80A till lastområdet 82. Produktionsområdet 8OB kan vara baserat på till exempel vattenkraft med älvkraftverk. Dess produktion är då störst vid stor vattenföring i vattendragen t.ex. om våren. Man kommer då huvudsakligen ha ett effektflöde från området 8OB till lastområdet 82.

Genom att placera en stabilisator 84 i området 8OB kan denna själv utnyttjas om man har säsongsvariationer i effektflödet såsom beskrivits. När produktionsområdet 80A dominerar, kommer stabilisatorn 84 kunna leverera reaktiv effekt till kraftnätet för att uppnå en optimal spänningsfördelning i kraftnätet. Vid fel kan stabilisatorn leverera en reglerad temporär reaktiv effekt AQ för att stabilisera aktiva effektpendlingar mellan produktionsområdet 80A och lastområdet 82. När produktionsområdet 8OB är dominerande kan man såsom i figur 11 modulera den aktiv effekten för att stabilisera pendlingar mellan produktionsområdet 8OB och lastområdet 82.

Fig. 13 beskriver ett kraftnät med två dominerande produktionsomräden 8OC, 80D som matar in effekt till ett större lastområde 82. Här kan stabilisatorn 86 utnyttjas stationärt som synkronkompensator och leverera reaktiv effekt i lastområdet 82, leverera en temporär reaktiv effekt AQ för Stabilisering av pendlingar mellan de två produktionsområdena 8OC, 80D, samt leverera en temporär aktiv effekt AP för att stabilisera pendlingar mellan lastområdet 82 och ett av produktionsområdena 8OC eller 80D. Ett lO 15 20 514 068 31 exempel på detta ges i artikeln "Large-Scale Active-Load Modulation for Angle Stability Improvement" av I. Kamwa et. al., IEEE Transactions on Power Systems, vol. 14, nr. 2, maj 1999, sid. 582-590.

Fig. 15 visar ett flödesschema som pà ett enkelt sätt sammanfattar styrningsförfarandet enligt uppfinningen. Processen startar i steg 100. I steg 102 överförs en effekt antingen från stabilisatorns huvudmaskin till kraftnätet eller från kraftnätet till stabilisatorns huvudmaskin. I steg 104 regleras denna effektöverföring. Regleringen sker genom att ändra huvudmaskinens varvtal. Detta åstadkoms genom att en ström med lämplig frekvens, fas och amplitud sänds genom huvudmaskinens rotorlindningar.

Processen avslutas i steg 106.

Fackmannen inser att olika modifieringar och förändringar kan göras vid föreliggande uppfinning utan avvikelse från uppñnningens omfattning, som definieras av de bifogade patentkraven. Det är t.ex. möjligt att istället för en medroterande reglermaskin använda en annan typ av spänningskälla. För att stabilisatorn ska kunna behålla sina goda egenskaper vid fel i kraftnätet bör denna spänningskälla vara oberoende av kraftnätet. Spänningskällan kan t.ex. utgöras av något energilager eller separat maskin. Den separata maskinen kan vara av vilken typ som helst som klarar av att ge erforderliga strömmar och spänningar för att styra huvudmaskinens rotor. Den kan mycket väl ha en axel som är separerad från huvudmaskinen, även om vissa finesser då omöjliggörs.

Claims (62)

10 15 20 7.5 30 514 068 32 PATENTKRAV

1. Kraftsystemsstabilisator innefattande en roterande elektrisk huvudmaskin (2, 2') med kraftledningsanslutningar, en strömriktare (18, 18') och en spänningskâlla, kännetecknad av att lindningar (14) i en stator (12) i den elektriska huvudmaskinen (2, 2') är ansluten till elkraftnâtanslutningarna; en rotor (10) i den elektriska huvudmaskinen (2, 2') innefattar växelströmslindningar ( 16); strömriktarens (18, 18') ena terminal är ansluten till rotorns växelströmslindningar (16); strömriktarens (18, 18') andra terminal är ansluten till spänningskällan; varvid elektrisk effekt utbytes via kraftledningsanslutningarna genom att rotorns (10) varvtal ändras.

2. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 1, kännetecknad av att spänningskällan är en från kraftledningarna oberoende spänningskälla;

3. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att spänningskällan är en reglermaskin (20, 20').

4. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 1, 2 eller 3, kännetecknad av att reglermaskinen (20, 20') och huvudmaskinen (2, 2') har en gemensam axel (22).

5. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 4, kännetecknad av att strömriktaren (18') är anordnad vid huvudmaskinens statiska delar och ansluten till huvudmaskinens rotorlinclningar (16) via borstar (30) och slåpringar (32). 10 15 20 3G 514 068 33

6. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 5, kännetecknad av ett styrsystem, vilket innefattar en första styrenhet (48) för styrning av den statiska strömriktaren (18').

7. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 6, kännetecknad av att styrsystemet innefattar en andra styrenhet (46) som är anordnad medroterande med den gemensamma rotorn (22).

8. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 6 eller 7, kännetecknad av att den första styrenheten (48) är anordnad för styrning av spänningskällan.

9. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 4, kännetecknad av att reglermaskinen (20) och huvudmaskinen (2) är borstlösa och att strömriktaren (18) är anordnad medroterande vid rotorns axel (22).

10. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 9, kännetecknad av ett styrsystem, vilket innefattar en första styrenhet (46). för styrning av strömriktaren ( 18), vilken första styrenhet (46) är anordnad medroterande vid rotorns axel (22).

11. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 10, kännetecknad av att styrsystemet innefattar en andra styrenhet (48) som är anordnad för styrning av spânningskällan.

12. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 8 eller 11, kännetecknad av att styrsystemet (46, 48) innefattar en elkraftnätsensor (50; 51) för avkânning av en elektrisk störning i elkraftnätet.

13. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 12, kännetecknad av att den elektriska störningen är en störning av åtminstone en storhet vald ur gruppen: spänningens amplitud; 10 15 20 25 3 C- 514 068 34 spånningens effektivvârde; spänningens fas; spånningens frekvens; strömmens amplitucl; strömmens effektivvårde; strömmens fas; samt strömmens frekvens.

14. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 12 eller 13, kännetecknad av att styrsystemet innefattar en första temperatursensor (64) för avkânning av statortemperaturen.

15. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 14, kännetecknad av att styrsystemet innefattar en andra ternperatursensor (60) för avkänning av rotortemperaturen, vilken andra ternperatursensor (60) är ansluten till den medroterande styrenheten (46).

16. Kraftsystemsstabílisator enligt patentkrav 14 eller 15, kännetecknad av att styrsystemet innefattar komrnunikationsorgan (54, 56) för trådlös kommunikation mellan styrenheterna (46, 48).

17. Kraftsystemsstabílisator enligt något av patentkraven 12 till 16, kännetecknad av en transformator (3) anordnad mellan statorlindningen (14) och kraftledningsanslutningama.

18. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 17, kännetecknad av att styrsystemets elkraftnätsensor (50) år anordnad för avkänning av spänning och/ eller ström i anslutningen mellan transformatorn (3) och statorlindningen (14). 10 15 20 30 1514 oss 35

19. Kraftsystemsstabilisator enligt något av patentkraven 1 till 18, kännetecknad av ett svänghjul anordnat vid den elektriska huvudmaskinens axel (22).

20. Kraftsystemsstabilisator enligt något av patentkraven 1 till 19, kännetecknad av ett drivande organ anordnat för påföring av en kraft till den elektriska huvudmaskinens axel (22).

21. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 20, kännetecknad av att det drivande organet är en turbin.

22. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 20, kännetecknad av att det drivande organet är en förbränningsmotor.

23. Kraftsystemsstabilisator enligt något av patentkraven 1 till 22, kännetecknad av ett lastorgan anordnat för upptagande av den drivande kraften hos den elektriska huvudmaskinens axel (22).

24. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 23, kännetecknad av att lastorganet är en broms (70).

25. Kraftsystemsstabilisator enligt patentkrav 23, kännetecknad av att lastorganet är en elektrisk generator.

26. Kraftsystemsstabilisator enligt något av patentkraven 1 till 25, kännetecknad av att rotorlindningen (16) är anordnad för att ha en strömförträngning, som beror av rotorströmmens frekvens.

27. Kraftnät innefattande kraftledningar och en shuntstabilisator (84, 84A, 84B), vilken shuntstabilisator innefattar en roterande elektrisk huvudmaskin (2, 2') ansluten till kraftledningarna, en strömriktare (18, 18') och en spänningskälla, kännetecknat av att 10 15 20 25 30 514 068 36 lindningar (14) i en stator (12) i den elektriska huvudmaskinen (2, 2') är ansluten till kraftledningar-na; en rotor (10) i den elektriska huvudmaskinen (2, 2') innefattar växelströmslindningar (16); strömriktarens (18, 18') ena terminal år ansluten till rotoms växelströmslindningar (16); strömriktarens (18, 18') andra terminal är ansluten till spänningskållan; varvid elektrisk effekt utbytes mellan kraftledningarna och shuntstabilisatorn (84, 84A, 84B) genom att rotorns ( 10) varvtal ändras.

28. Kraftnät enligt patentlaav 27, kännetecknat av att spänníngskâllan är en från kraftledningarna oberoende spârinirigskälla;

29. Kraftnät enligt patentkrav 27 eller 28, kännetecknat av att spänningskällan är en reglermaskin (20, 20').

30. Kraftnät enligt patentln-av 27, 28 eller 29, kännetecknat av att regler-maskinen (20, 20') och huvudmaskinen (2, 2') har en gemensam axel (22).

31. Kraftnät enligt patentkrav 30, kännetecknat av att strömrilctaren (18') är anordnad vid huvudmaskinens statiska delar och ansluten till huvudmaskinens rotorlindningar (16) via borstar (30) och släpringar (32).

32. Kraftnät enligt patentkrav 31, kännetecknat av ett styrsystem, vilket innefattar en första styrenhet (48) för styrning av den statiska strömriktaren (18').

33. Kraftnät enligt patentkrav 32, kännetecknat av att styrsystemet innefattar en andra styrenhet (46) som år anordnad medroterande med den gemensamma rotom (22). 10 15 20 3G 514 oss 37

34. Kraftnät enligt patentkrav 32 eller 33, kännetecknat av att den första styrenheten (48) är anordnad för styrning av spänningskållan.

35. Kraftnät enligt patentkrav 30, kännetecknat av att reglermaskinen (20) och huvudmaskinen (2, 2') är borstlösa och att strömriktaren (18) är anordnad medroterande vid rotorns axel (22).

36. Kraftnät enligt patentkrav 35, kännetecknat av ett styrsystem, vilket innefattar en första styrenhet (46) för styrning av strömriktaren (18), vilken första styrenhet (46) är anordnad medroterande vid rotorns axel (22).

37. Kraftnät enligt patentkrav 36, kännetecknat av att styrsystemet innefattar en andra styrenhet (48) som är anordnad för styrning av spänningskällan.

38. Kraftnät enligt patentkrav 34 eller 37, kännetecknat av att styrsystemet (46, 48) för styrning av spänningskällan och strömriktaren, innefattar en elkraftnätsensor (50; 51) för avkänning av en elektrisk störning i elkraftnätet

39. Kraftnät enligt patentkrav 38, kännetecknat av att den elektriska stömingen är en störning av åtminstone en storhet vald ur gruppen: spänningens amplitud; spänningens effektivvärde; spänningens fas; spänningens frekvens; strömmens amplitud; strömmens effektivvärde; strömmens fas; samt strömmens frekvens. 10 15 20 3 C- 514 068 38

40. Kraftnät enligt patentkrav 39, kännetecknat av att styrsystemet innefattar en första temperatursensor (64) för avkänning av statortemperaturen.

41. Kraftnät enligt patentkrav 40, kännetecknat av att styrsystemet innefattar en andra temperatursensor (60) för avkänning av rotortemperaturen, vilken andra temperatursensor (60) är ansluten till den medroterande styrenheten (46).

42. Kraftnät enligt patentkrav 40 eller 41, kännetecknat av att styrsystemet innefattar kommunikationsorgan (54, 56) för trådlös kommunikation mellan styrenheterna (46, 48).

43. Kraftnät enligt något av patentkraven 38 till 42, kännetecknat av en transformator (3) anordnad mellan statorlindningen (14) och kraftledningarna.

44. Kraftnät enligt patentkrav 43, känna-tecknat av att styrsystemets elkraftnätsensor (50) är anordnad för avkänning av spänningen i anslutningen mellan transformatorn (3) och statorlindningen (14).

45. Kraftnät enligt något av patentkraven 27 till 44, kännetecknat av ett svänghjul anordnat vid den elektriska huvudmaskinens axel (22).

46. Kraftnät enligt något av patentkraven 27 till 45, kännetecknat av ett drivande organ anordnat för päföring av en kraft till den elektriska huvudmaskinens axel (22).

47. Kraftnät enligt patentkrav 46, kännetecknat av att det drivande organet är en turbin. 10 15 20 30 514 068 39

48. Kraftnät enligt patentkrav 46, kännetecknat av att det drivande organet är en förbränningsmotor.

49. Kraftnät enligt något av patentkraven 27 till 48, kännetecknat av ett lastorgan anordnat för upptagande av den drivande kraften hos den elektriska huvudmaskinens axel.

50. Kraftnät enligt patentkrav 49, kännetecknat av att lastorganet är en broms (70).

51. Kraftnät enligt patentkrav 49, kännetecknat av att drivorganet är en elektrisk generator.

52. Kraftnät enligt något av patentkraven 27 till 51, kännetecknat av att rotorlindningen (16) är anordnad för att ha en strömförträngning, som beror aV TOÉOTSÉTÖIDITICHS ffCkVCnS.

53. Förfarande för Stabilisering av spänningen i ett kraftsystem, innefattande steget: överföring av elektrisk effekt mellan en kraftledning och en roterande elektrisk huvudmaskin (2, 2'), kännetecknat av steget: reglering av den elektriska huvudmaskinens (2, 2') avgivna/ tillförda elektriska effekt genom ändring av den elektriska huvudmaskinens varvtal.

54. Förfarande enligt patentkrav 53, kännetecknat av att regleringssteget innefattar stegen: tillhandahållande av en rotorström genom rotorlindningar (16) på den elektriska huvudmaskinen (2, 2'); styrning av rotorspänningens amplitud, fas och frekvens för erhållande av önskvärd amplitud, fas och frekvens för spänningen över statorlindningar (14) på den elektriska huvudmaskinen (2, 2'). 10 15 20 3 C' 514 068 40

55. Förfarande enligt patentkrav 54, kännetecknat av att reglereffekten för huvudmaskinens rotorlindning tillhandahålls genom en reglermaskin (20, 20).

56. Förfarande enligt patentkrav 55, kännetecknat av att en axel till reglerrnaskinen (20, 20') drivs mekaniskt av en axel (22) till den elektriska huvudmaskinens (2, 2').

57. Förfarande enligt något av patentkraven 53 till 56, kännetecknat av steget: avkänning av kraftledningens spånning/ ström för detektering av störningar i dess amplitud, effektivvärde, fas eller frekvens; varvid regleringen sker grundat på minst en av de detekterade störningama.

58. Förfarande enligt patentkrav 57, kännetecknat av steget: avkänning av temperaturen för huvudmaskinens statorlindningar (l4); varvid regleringen sker grundat även på statortemperaturen.

59. Förfarande enligt patentkrav 57 eller 58, kännetecknat av steget: avkänning av temperaturen för huvudmaskinens rotorlindningar (l6); varvid regleringen sker grundat även på rotortemperaturen.

60. Förfarande enligt patentkrav 59, kännetecknat av att regleringssteget under en begränsad tid ger elektriska effekter som överskrider märkeffekt, gällande för kontinuerlig drift, för den elektriska huvudmaskinen (2, 2').

61. Förfarande enligt något av patentkraven 53 till 60, kännetecknat av steget: överföring av styrinformation mellan huvudmaskinens stationära och roterande delar. 514 068 41

62. Förfarande enligt något av patentkraven 53 till 61, kännetecknat av steget: transformering av spänningen över huvudmaskínens statorlindningar (14) till lämplig nâtspänning.