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Schaltanordnung zur Verteilung der Last.
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möglichst hoher Wirkungsgrad erzielt wird. Bei mehreren gleichartigen parallel arbeitenden Maschinen ist im allgemeinen die Forderung nach dem günstigsten Wirkungsgrad erfüllt, wenn die Last gleichmässig auf die Maschinen verteilt wird. Hier bereitet also die wirtschaftliche Lastverteilung keinerlei Schwierigkeiten und die Erfindung erstreckt sich deshalb auch nicht auf den Fall, dass alle Maschinen gleiches Verhalten aufweisen.
Gemäss der Erfindung erhält man die wirtschaftlichste Belastungsverteilung zwischen mehreren Maschineneinheiten, wenn man die Differentialquotienten der Kurven, welche die Verluste jeder Maschineneinheit in Abhängigkeit von der Belastung darstellen (Verlustkurve), vergleicht und alle zu regelnden Einheiten möglichst auf den gleichen Wert des Differentialquotienten selbsttätig einstellt. Wenn man die Erfindung in die Praxis umsetzt, geht man zweckmässig von der für jede Maschine bekannten Abhängigkeit zwischen der abgegebenen Leistung und der zugeführten Leistung aus. An Hand dieser Kurve lassen sich ohne weiteres die Verluste der betreffenden Einheit in Abhängigkeit von der Belastung bilden. Auf Grund der so gewonnenen Verlustkurve lässt sieh auf Grund bekannter Methoden für jeden Belastungspunkt der Differentialquotient der Verlustkurve angeben.
In Fig. 1 sind die Verlustkurven zweier verschieden grosser Maschinen dargestellt und mit A und B bezeichnet. In dieser Abbildung sind die Verluste V in Kilowatt über der Belastung L der Maschinen aufgetragen. Man kann nun auf Grund der Kurven A und B die beim Parallelarbeiten dieser beiden Maschinen entstehenden Verluste für verschiedene Arbeitsbedingungen ermitteln, wenn man z. B. für eine angenommene Belastung der Maschine B zu den Verlusten dieser Maschine noch die Verluste der Maschine A hinzufügt. Man erhält auf diese Weise Kurvenscharen, welche die mit A + B bezeichnete Hüllkurve aufweisen, welche die geringsten Verluste bei jeder beliebigen Gesamtbelastung der beiden Maschinen A und B erkennen lässt.
Man kann zwangsläufig auf dieser Hüllkurve arbeiten, wenn man gemäss der Erfindung selbsttätig dafür sorgt, dass die Maschinen A und B so belastet sind, dass bei jeder beliebigen Gesamtlast die Differentialquotienten der Verlustkurven möglichst gleich gross sind. Die Differentialquotienten der Kurven . und B sind in Abbildung- ? mit /und B'bezeichnet.
Sie laufen in einem weiten Bereich parallel. In diesem Bereich ist es zunächst unmöglich, die Differentialquotienten auf den gleichen Wert zu bringen. Man wird in diesen Fällen zunächst diejenige Maschine belasten, bei der die Verluste mit der Belastung am stärksten abnehmen bzw. am wenigsten ansteigen, d. h. man wird zunächst die Maschine B, deren Verlustkurve den grössten negativen Differentialquotienten aufweist, so lange belasten, bis dieser Differentialquotient dem Differentialquotienten der Verlustkurve der Maschine A gleich geworden ist. Dies ist im Punkt 1 der Fall. Man wird dann die Maschine A belasten, bis der Differentialquotient der Verlustkurve dieser Maschine zu steigen beginnt.
Von diesem mit 2 bezeichneten Punkt ab werden beide Maschinen, da nun der Differentialquotient beider Kurven ansteigt, gemeinsam hochgefahren, u. zw. derart, dass die Differentialquotienten der Verlustkurven einander annähernd gleich sind.
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dreier Maschinen dargestellt, wobei angenommen ist, dass zwei Maschinen die Charakteristik A und eine Maschine die Charakteristik B besitzen. Man arbeitet in der Praxis auf dieser Kurve, wenn man, ebenso wie an Hand der Maschinen je und Bbeschrieben, dafür sorgt, dass die Differentialquotienten der Verlust-
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zahlen, die in ihrem Verhalten beliebige Verschiedenheiten aufweisen können.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 für drei Maschinen dargestellt. Das Ausführungsbeispiel lässt sich für eine beliebige Zahl von Maschinen erweitern, da die einzelnen Geräte parallel geschaltet sind und die Schaltung durch neue Geräte beliebig ergänzt werden kann. Jeder Maschine ist eine Vorrichtung zugeordnet, die den Differentialquotienten ihrer Verlustkurve in eine elektrische Grösse umwandelt. Diese Geräte sind mit 3, 4 und 5 bezeichnet. Als Mass für die Belastung wird hier nicht die tatsächliche Belastung der Maschine, sondern die Öffnung der Kraftmittelzufuhr, also beispielsweise die Leitradstellung bei Turbinen benutzt. Jeder Leitradstellung ist hier ein bestimmter Wert des Differentialquotienten der Verlustkurve zugeordnet.
Es werden deshalb in Abhängigkeit der Leitradstellung die Kurvenscheiben 6, 7 und 8 angetrieben, die derart geschnitten sind, dass der Abstand der jeder Kurvenscheibe zugeordneten Tastrolle. 9, 10 und 11 vom Drehpunkt der Kurvenscheibe dem jeder Leitradstellung zugeordneten Differentialquotienten der Verlustkurve entspricht.
Da es bei der Gesamtanordnung darauf ankommt, die Differentialquotienten zu vergleichen, so können sämtliche Differentialquotienten um einen konstanten Betrag vermindert werden. Man kann aus dem gleichen Grunde auch die Kurvenseheiben nach einer andern Gesetzmässigkeit schneiden. welche den Verlauf des Differentialquotienten noch genügend klar erkennen lässt. Hievon wird aus einem noch zu beschreibenden Grunde in der Praxis Gebrauch gemacht. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht also die Lage der Abtastrolle jeweils dem Differentialquotienten der Verlustkurve beim jeweiligen Betriebszustand. Diese Lage wird mit Hilfe der Ringrohre 12, 13, 14 in eine elektrische Grösse umgewandelt.
Der Widerstand dieser Ringrohre liegt in Reihenschaltung mit der einen Wicklung eines Kreuzspul-oder wattmetrischen Relais. Diese Relais sind mit 15, 16 und 17 bezeichnet. Durch die Verdrehung der Ringrohre wandert der Quecksilberkontakt 18, 19 und 20 jedes Ringrohres an eine andere Stelle des Widerstandes, so dass je nach der Stellung des Ringrohres ver-
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Weichen die Stellungen voneinander ab, so fliesst ein Ausgleichsstrom, der den über die eine Wicklung der Relais 15, 16, 17 fliessenden Strom beeinflusst und diese Relais zum Ansprechen bringt. Um die Relais spannungsunabhängig zu machen, wird die zweite Wicklung dieser Relais von der Netzspannung erregt.
Die Kontakte der Relais 15, 16, 17 sind so angeordnet, dass die Kontaktzunge zwischen den Kontakten liegt, wenn die Ringrohre 12, 13, 14 die gleiche Stellung einnehmen. Weicht die Stellung eines dieser Ringrohre von den übrigen ab, so fliesst über das zugeordnete Relais ein Ausgleiehsstrom, der das Relais entsprechend dem Sinne der Abweichung zum Ansprechen bringt, Hiedureh kann entweder die zugeordnete Maschine unmittelbar beeinflusst werden derart, dass die Kraftmittelzufuhr zu dieser Maschine im Sinne einer Angleiehung des Differentialquotienten der Verlustkurve an die übrigen Maschinen beeinflusst wird oder dass die von einem besonderen Regler (z.
B. Frequenz-oder Leistungs- regler) gegebenen Regelimpulse gesperrt werden, wenn die betreffende Maschine im Sinne des Regelimpulses den andern Maschinen vorauseilt. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 2 für eine Maschine dargestellt. Die übrigen Maschinen werden in der gleichen Weise mit Regelanordnungen ausgerüstet.
Der von Hand oder einem automatischen Regler gesteuerte Kontakt 42 setzt wahlweise die Sammelschienen 40 und 41 unter Spannung, je nachdem die Maschinen höher oder tiefer geregelt werden sollen.
Die Regelimpulse werden über die Kontakte 22 und 23 der Hilfsrelais 24 und 25 dem Drehzahlverstellmotor 26 zugeführt. Dieser Motor kann auch unmittelbar auf die Kraftmittelzufuhr einwirken. Die Hilfsrelais 24, 25 werden von den Kontakten des Relais 15 gesteuert. Die Hilfsrelais 24, 25 besitzen noch weitere Kontakte 27 und 28, die mit den Signallampen 29 und 30 in Reihe geschaltet sind. Das Aufleuchten einer dieser Lampen zeigt an, dass die zugehörige Maschine nicht richtig belastet ist.
Die Anordnung wirkt nun in folgender Weise : Es sei angenommen, dass die dem Ringrohr 12 zugeordnete Maschine zu stark belastet ist und dass der Differentialquotient der Verlustkurve dieser Maschine grösser ist, als der der übrigen Maschinen. Es wird deshalb über das Relais 15 ein Ausgleichstrom fliessen. Wenn die Sammelsehiene 41 zur Weitergabe der Befehle zum Steigern der Leistungsabgabe dient, muss die Schaltung so getroffen sein, dass das Relais M unter dem Einfluss des Ausgleichsstromes das Relais 25 erregt. Dieses Relais öffnet dann seinen Kontakt 23 und verhindert, dass ein Kommando zum Steigern der Leistungsabgabe dem Verstellmotor 26 zugeleitet wird.
Bei zu geringer Leistung der dem Ringrohr zugeordneten Maschine setzt sinngemäss der gleiche Vorgang ein, lediglich mit dem Unterschied, dass das Relais 24 erregt wird und die Weitergabe der Kommandos zum Vermindern der Leistungsabgabe an dem Verstellmotor 26 verhindert wird.
Es ist denkbar, dass bei ungleicher Einstellung der Ringrohre 12-14 auch die Relais 16 und 17 ansprechen. Im allgemeinen wird dies jedoch nicht der Fall sein, weil sich der Ausgleichsstrom auf diese beiden Relais verteilt und nicht immer zum Schliessen der Kontakte ausreicht. Sprechen auch diese Relais an, dann wird auch dort die Weitergabe der Regelkommandos im richtigen Sinn gesperrt.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die Differential- quotienten der Verlustkurven mit Hilfe von Widerständen in elektrische Grössen umgewandelt. Zu dieser Umwandlung kann man auch andere Einrichtungen, beispielweise veränderliche Drosselspule
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oder Regeltransformatoren verwenden, die in Abhängigkeit von einer Eurvenscheibe gesteuert werden. Man kann auch auf kapazitivem Wege eine dem Differentialquotienten der Verlustkurve entsprechende elektrische Grösse einstellen. Die auf irgendeine Weise gewonnenen dem Differentialquotienten der Verlustkurven entsprechenden Werte können auch auf andere Weise, als in Fig. 2 dargestellt, miteinander verglichen werden.
Man kann beispielsweise den einer bestimmten Maschine entsprechenden Wert als Sollwert für die übrigen Maschinen benutzen und mit Hilfe von Differentialrelais die Werte der Differentialquotienten der übrigen Maschinen mit dem der ersten Maschine vergleichen.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 wird dem Differentialquotienten eine Kurve zugrunde gelegt, welche die Verluste in Abhängigkeit von der Kraftmittelzufuhr (z. B. der Leitradstellung) darstellt. Hier ist abgesehen vom Bereich geringer Belastungen die Verlustkurve praktisch unabhängig von der Gefällshöhe oder dem Dampfdruck, weil sie auch als Darstellung des Prozentsatzes der Verluste von der Maximallast der Maschine (bei voller geöffneter Kraftmittelzufuhr) aufgefasst werden kann.
Man kann die Verlustkurven bzw. den Differentialquotienten der Verlustkurve aber auch von der von einem Generator elektrisch abgegebenen Leistung gegebenenfalls ebenfalls unter Anwendung von Kurvenscheiben ermitteln und zum Vergleich heranziehen. Hier ist allerdings der Dampfdruck und die Gefällshöhe nicht ohne Einfluss, und es kann deshalb erforderlich sein, in Abhängigkeit von diesen Grössen Korrekturen vorzunehmen, welche den Differentialquotienten der Verlustkurve auf den tatsächlichen Wert bringen.
Die beschriebene Anordnung ist nicht auf die Regelung von Maschinensätzen in einem Kraftwerk beschränkt. Man kann auch mehrere Kraftwerke in der gleichen Weise regeln. Man kann hier so vorgehen, dass man eine Maschine als Führermaschine benutzt, d. h. den Differentialquotienten ihrer Verlustkurve als Sollwert für den Differentialquotienten der Verlustkuiven der übrigen Maschinen oder Kraftwerke verwendet. Man kann aber auch so vorgehen, dass man die Differentialquotienten der Verlustkurven sämtlicher zusammenarbeitender Maschinen in der ausFig. 2 ersiehtlichen Weise regelt.
Ein anderer Weg zur Regelung der Lastverteilung in der wirtschaftlichsten Weise zwischen mehreren Kraftwerken besteht darin, dass man für jedes Kraftwerk als Gesamtheit die günstigste Verlustkurve für jede Belastung festlegt. Man kann dann den Differentialquotienten dieser Gesamtverlustkurve bestimmen und die Kraftwerke selbsttätig auf gleichen Differentialquotienten regeln.
Innerhalb der einzelnen Kraftwerke kann dann die wirtschaftlichste Lastverteilung, die zur Innehaltung der Minimalverlustkuive führt, in der im vorangehenden beschriebenen Weise durchgeführt werden.
Da die Übertragung des jeweiligen Differentialquotienten nur in gewissen Zeitabstände !) erforderlich ist, so kann man auch das Impulszeitverfahren zur Übertragung benutzen. In ändern Fällen dagegen wird man das Impulsfrequenzverfahren der grösseren Übertragungsgesch windigkeit wegen vollziehen.
In vielen Fällen wird der Differentialquotient der Verlustkurve den in Fig. 1 daigestellten Verlauf
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vom Differentialquotienten der Verlustkuive abgeleiteten Wert im unteren Teil des Belastujigsbereieres (bis etwa 5% der Gesamtbelastung) von dem durch den Diiferentialquotienten bestimmten Wert abweichen zu lassen und dafür zu sorgen, dass in diesem Bereich bei allen oder mehreren Maschinen sich die Werte der vom Differentialquotienten abgeleiteten Grössen dem gleicl en Betrage nähern.
Auch im oberen Teil des Belastungsbereiehes empfiehlt es sich. durch Angleichen der von dem Differentialquotienten der Verlustkurve abgeleiteten Werte dafür zu sorgen, dass dort diese Werte einem gemeinsamen Endwert zustreben, d. h. dass in diesem Bereich (etwa zwischen 95 und 100%) alle Maschinen ohne Rücksicht auf die wirtschaftliche Lastverteilung annäheind gleich stark beeinflusst werden.
Praktisch ergeben sich noch gewisse Schwierigkeiten bei der Regelung, wenn die Differentialquotienten der Verlustkurven mehrerer Maschinen in einem grösseren Bereich konstant sind, weil sich dann theoretisch die Notwendigkeit ergibt, in einem weiten Bereich nur eine einzige Maschine zu regulieren. Man weicht deshalb zweckmässig etwas vom tatsächlichen Verlauf des Differentialquotienten ab und erteilt der vorn Differentialquotienten abgeleiteten Grösse eine schweche Neigung. Wenn man die drei zuletzt erwähnten Gesichtsprunkte bearchtet, dann erhält man einen Verlauf des Differentialquotienten der Verlustkurve, wie er in Fig. 3 dargestellt ist.
In der Praxis sind am häufigsten die Fälle, in welchen zwei verschiedenartige Maschinen zusammenarbeiten und einen Maschinensatz bilden. Ein solcher Fall liegt beispielsweise beim Antrieb von Stromerzeugern bei Kraftmaschine vor. In den meisten Fällen wird es dabei genügen, nur den Teil des Maschinensatzes bei der Aufstellung der Verlustkurve zu berücksichtigen, bei dem die Abhängigkeit der Verluste von der Belastung am stärksten ist. Man wird deshalb die Abhängigkeit des Wirkunggrades des Generators in vielen Fällen vernachlässigen können. Man kann seine Verluste aber auch bei der Aufstellung der Verlustkurve berücksichtigen. Ähnliche Gesichtspunkte gelten auch, wenn es sieh darum handelt, mehrere parallel arbeitende Ventilatoren in der günstigsten Weise zu betreiben.
Auch hier wird es in vielen Fällen genügen, nur die Abhängigkeit der Verluste des Ventilators selbst zu berücksichtigen und die Verluste des Antriebsmotors ausser acht zu lassen. In besonderen Fällen kann aber auch hierauf Rücksicht genommen werden.
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Bei der Erzeugung elektrischer Energie in Dampfkraftwerken spielt auch der Wirkungsgrad der Kesselanlagen eine wichtige Rolle. Man kann auch hier die in der Kesselanlage auftretenden Verluste bei der Aufstellung der Verlustkurve und damit bei der Lastverteilung berücksichtigen und so die Gesamtanlage auf die wirtschaftlichste Lastverteilung einregeln.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltanordnung zur Verteilung der Last auf mehrere gegebenenfalls räumlich weit auseinander liegende Maschinen oder Maschinensätze, wie elektrische Generatoren u. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass die Differentialquotienten der Kurven, welche die Verluste jeder Maschineneinheit in Abhängigkeit von der Belastung darstellen (Verlustkurven) verglichen und alle zu regelnden Einheiten möglichst auf den gleichen Wert des Differentialquotienten selbsttätig eingestellt werden.