AT512734A2

AT512734A2 - Startvorrichtung und/oder Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung für mindestens zwei Synchronmaschinen

Info

Publication number: AT512734A2
Application number: ATA50100/2012A
Authority: AT
Inventors: Andreas Dipl Ing Kunkel; Stefan Dipl Ing Rohm
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2012-03-26
Publication date: 2013-10-15
Also published as: CN104185949A; DE112013001684A5; WO2013143715A3; CN104185949B; AT512734A3; WO2013143715A2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Startvorrichtung und/oder Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung für mindestens zwei Synchronmaschinen (G), umfassend - zumindest eine Erregereinheit (ERR) für jede Synchronmaschine, wobei die jeweilige Erregereinheit mit der Erregerwicklung der zugehörigen Synchronmaschine (G) verbunden ist,- eine ringförmige Kommunikationsverbindung (K, VK), welche alle Erregereinheiten miteinander verbindet,- zumindest einen Anfahrumrichter (AUR), wobei der Anfahrumrichter über Schaltvorrichtungen (S1, S2) mit mehreren Synchronmaschinen (G) verbindbar ist.- Um die Übertragung zwischen benachbarten Erregereinheiten (ERR) zu vereinfachen, ist vorgesehen, dass die Erregereinheiten (ERR) Teil der ringförmigen Kommunikationsverbindung (K, VK) sind, indem die Erregereinheiten (ERR) seriell durch die - Kommunikationsverbindung (K, VK) miteinander verbunden sind.

Description

1Printeei: 27-03-2012 ooc zunzb885 E014.1 10 2012/50100

Beschreibung

Startvorrichtung und/oder Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung für mindestens zwei 5 Synchronmaschinen

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Startvorrichtung und/oder 10 Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung für mindestens zwei Synchronmaschinen/ umfassend - zumindest eine Erregereinheit für jede Synchronmaschine/ wobei die jeweilige Erregereinheit mit der Erregerwicklung der zugehörigen Synchronmaschine verbunden ist, IS - eine ringförmige Kommunikationsverbindung, welche alle Erregereinheiten miteinander verbindet, - zumindest einen Anfahrumrichter, wobei der Anfahrumrichter über Schaltvorrichtungen mit mehreren Synchronmaschinen verbindbar ist. 20

Synchronmaschinen werden heute in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Beispielsweise werden bei einem Gasturbinenkraftwerk mit mehreren Gasturbinen und mit den Gasturbinen verbundene Generatoren, welche als 25 Synchronmaschinen ausgebildet sind, die Synchronmaschinen zum Start der Gasturbinen verwendet. Dafür wird typischer Weise eine Startvorrichtung eingesetzt, welche die Synchronmaschinen und damit auch die Gasturbinen startet. 30

Stand der Technik

Eine derartige Startvorrichtung ist etwa aus der EP 2 128 973 Al bekannt. Jeder Synchronmaschine ist eine Erregereinheit 35 zugeordnet. Eine übergeordnete Steuereinheit ist über eine KommunikationsVerbindung mit jeder Erregereinheit verbunden. Die Erregereinheiten sind über eine

Ringkommunikationsverbindung miteinander verbunden, und zwar 1/13 26-03-2012

Printed: 27-03-2012 rtnr. ζυιιζο885 E014.1 10 2012/50100 2 in Form einer Bus-Topologie: es gibt einen ringförmigen Bus, von dem Verbindungen zu den einzelnen Erregereinheiten sowie zu den - dort als Statorspeiseeinheiten bezeichneten -Anfahrumrichtern abzweigen. Ein Ausfall einer Erregereinheit 5 hat keinen Einfluss auf die Datenübertragung in der RingkommunikationsVerbindung.

Der Vorteil der Startvorrichtung nach der EP 2 128 973 Al liege gemäß EP 2 128 973 Al darin, dass diese einfach zu 10 realisieren und zu warten sei und eine geringe

Störanfälligkeit aufweise, weil nicht alle Steueraufgaben von der übergeordneten Steuereinheit ausgeführt werden und bei einer Störung der Kommunikationsverbindung zu dieser die Startvorrichtung trotzdem zur Verfügung steht. 15

Ein Nachteil der Ausführung nach EP 2 128 973 Al ist aber, dass jede Kommunikation über die Ringkommunikationsverbindung läuft und es aufgrund der beteiligten Erregereinheiten einer komplexen Adressierung der Daten bedarf, auch wenn etwa nur 20 Daten zwischen zwei benachbarten Erregereinheiten ausgetauscht werden.

Eine einfache Lösung für den Austausch von Daten zwischen zwei benachbarten Erregereinheiten ist in Fig. 1 dargestellt. 25 Die Startvorrichtung ist für mehrere (hier für fünf dargestellte) Synchronmaschinen G vorgesehen, wobei jeder Synchronmaschine G eine Erregereinheit ERR zugeordnet ist, welche die Erregerwicklung im Rotor der Synchronmaschine G mit Strom versorgt. Da Verbrennungsturbinen nicht von sich 30 aus starten können, wird die Synchronmaschine G im motorischen Betrieb zur Beschleunigung der

Verbrennungsturbine verwendet. Dazu wird ein Anfahrumrichter AUR benötigt. Um die Verfügbarkeit dieses Anfahrumrichters AUR zu erhöhen, kann dieser bei mehreren Verbrennungsturbinen 35 (und daher mehreren Synchronmaschinen G) in einem Kraftwerk über Schaltvorrichtungen Sl, S2 mehreren Synchronmaschinen G zugeordnet sein, das heißt, er kann mittels der Schaltvorrichtungen Sl, S2 mit verschiedenen 2/13 26:03-2012 3Printed: 27-03-2012 onc zu±izb885 E014.1 10 2012/50100

Synchronmaschinen G verbunden werden. Für jeden Kraftwerksblock: - hier als strichlierter Kasten dargestellt -ist ein Anfahrumrichter AUR vorgesehen. Es können selbstverständlich auch noch mehr Kraftwerksblöcke vorgesehen 5 sein, was durch die strichlierten Linien zwischen mittlerem und rechtem Kraftwerksblock angedeutet ist.

Die Kommunikation zwischen diesen Kraftwerksblöcken bzw. den Erregereinheiten erfolgt in einer Linienstruktur (serielle 10 Kommunikationsverbindung K) über die jeweilige

Erregereinheit, also es gibt jeweils eine Zwei-Punkt-Verbindung zwischen den einzelnen Erregereinheiten. Eine derartige Kommunikation zwischen zwei Erregereinheiten kann nicht nur beim Starten bzw. Beschleunigen der 15 Synchronmaschinen verwendet werden, sondern auch bei der

Regelung betreffend den Blindleistungsausgleich zwischen den Synchronmaschinen. Bei der Blindleistungsregelung wird die Blindleistung auf alle im Kraftwerksverbund beteiligten Synchronmaschinen gleichmäßig verteilt. 20

Die Linienstruktur in der Kommunikation hat den Nachteil, dass bei Ausfall einer Erregereinheit die folgenden Erregereinheiten nicht mehr erreicht werden können. 25

Darstellung der Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine StartVorrichtung einschließlich Kommunikationsverbindung zur 30 Verfügung zu stellen, welche sowohl eine im Vergleich zu Bussystemen einfachere Kommunikation zwischen benachbarten Erregereinheiten gewährleistet, als auch im Vergleich zur Kommunikation in einer Linienstruktur sicherer gegenüber dem Ausfall einer Erregereinheit ist. Zudem soll die 35 KommunikationsVerbindung der Startvorrichtung auch zur

Blindleistungsausgleichsregelung verwendet werden können. 3/13 26-03-2012

Printed: 27-03-2012 0 n r zui±zo885 E014.1 10 2012/50100

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert. 5

Anspruch 1 betrifft eine Startvorrichtung und/oder Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung für mindestens zwei Synchronmaschinen, umfassend - zumindest eine Erregereinheit für jede Synchronmaschine, 10 wobei die jeweilige Erregereinheit mit der Erregerwicklung der zugehörigen Synchronmaschine verbunden ist, - eine ringförmige Kommunikationsverbindung, welche alle Erregereinheiten miteinander verbindet, - zumindest einen Anfahrumrichter, wobei der Anfahrumrichter 15 über Schaltvorrichtungen mit der Statorwicklung mehrerer

Synchronmaschinen verbindbar ist. Es ist vorgesehen, dass die Erregereinheiten Teil der ringförmigen

Kommunikationsverbindung sind, indem die Erregereinheiten seriell durch die Kommunikationsverbindung miteinander 20 verbunden sind.

Durch die serielle Verbindung der Erregereinheiten können einfacher Daten übertragen werden als mit einer Bus-Topologie. Andererseits wird durch das Schließen der 25 Linienstruktur zu einem Ring verhindert, das bei Ausfall einer Erregereinheit keine Kommunikation über diese Erregereinheit hinaus erfolgen kann: zwar wird der Ring dann unterbrochen, es kann aber zwischen allen übrigen Erregereinheiten weiterhin eine Kommunikation entlang der 30 verbleibenden Linienstruktur erfolgen. Im Unterschied zur EP 2 128 973 Al sind bei der vorliegenden Erfindung nur die Erregereinheiten über die ringförmige

Kommunikationsverbindung miteinander verschaltet, nicht jedoch die Anfahrumrichter. 35

Es sind zumindest zwei AusführungsVarianten der Erfindung möglich: Die Startvorrichtung kann so ausgebildet sein, dass diese eine Anzahl von Erregereinheiten aufweist und die 4/13 6-03-2012 5Printed: 27-03-2012 ΟΟΙΓ ζυιιζο885 E014.1 10 2012/50100

Kommunikationsverbindung einen Kanal umfasst/ der die erste mit der zweiten, die zweite mit der folgenden und so weiter und schließlich die vorletzte mit der letzten Erregereinheit verbindet sowie zur Bildung der ringförmigen 5 Kommunikationsverbindung die letzte mit der ersten Erregereinheit. Dies ist in Fig. 2 dargestellt.

Die zweite Ausführungsvariante sieht vor, dass die Startvorrichtung eine Anzahl von Erregereinheiten aufweist 10 und die Kommunikationsverbindung zwei voneinander unabhängige Kanäle umfasst, die jeweils die erste mit der zweiten, die zweite mit der folgenden und so weiter und schließlich die vorletzte mit der letzten Erregereinheit verbinden sowie zur Bildung der ringförmigen Kommunikationsverbindung in der 15 ersten und in der letzten Erregereinheit der erste Kanal mit dem zweiten Kanal verbunden ist. Dies ist in Fig. 3 dargestellt. Hier ist die Kommunikation im Vergleich zur Bus-Topologie vereinfacht, bei Ausfall eines Kanals bzw. einer Kommunikation kann noch über den anderen Kanal kommuniziert 20 werden, es gibt keinen totalen Kommunikationsausfall. Nur wenn eine Erregereinheit komplett ausfallen würde, wäre die Kommunikation unterbrochen.

Um die Zuordnung eines Anfahrumrichters zu einer bestimmten 25 Synchronmaschine möglichst einfach und unabhängig von der übergeordneten Steuereinheit zu gestalten, kann vorgesehen sein, dass die Erregereinheit mit einer ersten, vor jeder Synchronmaschine angeordneten Schaltvorrichtung verbunden ist, um einen Anfahrumrichter mit der (zu startenden) 30 Synchronmaschine leitend zu verbinden.

Weiters kann vorgesehen sein, dass mehrere, insbesondere alle, Anfahrumrichter durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind, wobei zumindest eine zweite 35 Schaltvorrichtung in der Verbindungsleitung zwischen zwei Anfahrumrichtern vorgesehen ist, welche durch die übergeordnete Steuereinheit schaltbar ist. Somit können 5/13 26-03-2012 6Printed: 27-03-2012 ΛΛΡ zui±zb885 E014.1 10 2012/50100 mehrere, insbesondere alle, Anfahrumrichter mit jeder Synchronmaschine verbunden werden. 5 Kurzbeschreibung der Figuren

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung auf die Figuren Bezug genommen, aus der weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und 10 Weiterbildungen der Erfindung zu entnehmen sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung einer Startvorrichtung und/oder Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung nach dem Stand der Technik mit einer offenen seriellen 15 Kommunikationsverbindung,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Ausführung einer Startvorrichtung und/oder Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung mit einer ringförmigen Kommunikationsverbindung mit einem, bzw. einem redundanten 20 Kanal, wobei die letzte Erregereinheit mit der Ersten verbunden ist,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausführung einer Startvorrichtung und/oder Blindleistungsausgleichsregelung mit einer ringförmigen Kommunikationsverbindung mit zwei 25 Kanälen, wobei die einzelnen Kanäle separat verbunden sind und der Ring über die beiden Kanäle nur in der ersten und der letzten Erregereinheit verbunden ist. 30 Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 ist, wie bereits oben beschrieben, eine Startvorrichtung für mehrere Synchronmaschinen G vorgesehen, wobei jeder Synchronmaschine G eine Erregereinheit ERR 35 zugeordnet ist, welche die Erregerwicklung im Rotor der Synchronmaschine G mit Strom versorgt. 264)3-2012 7 201126885

Eine bekannte Möglichkeit zur Erregung ist die statische Erregereinrichtung. Die statische Erregereinrichtung verfügt über einen Erregertransformator, der aus dem Ständerkreis der Synchronmaschine oder einem Eigenbedarfsnetz gespeist wird. Der Erregertransformator transformiert die angelegte Spannung aus Ständerkreis oder Eigenbedarfsnetz auf die nötige Erregerspannung und speist die Erregerwicklung der Synchronmaschine über ein netzgeführtes Thyristorstellglied. Die Übertragung auf die Erregerwicklung erfolgt mit Kohlebürsten und Schleifringen.

Um die Verfügbarkeit der Anfahrumrichter AUR zu erhöhen, sind alle über eine Verbindungsleitung V miteinander verbunden. Jeder strichliert dargestellte Kraftwerksblock verfügt über eine oder zwei Synchronmaschinen G, jedoch nur über je einen Anfahrumrichter AUR. Zwischen den benachbarten Kraftwerksblöcken ist in der Verbindungsleitung V jeweils eine Schaltvorrichtung S2 vorgesehen, um die elektrische Verbindung der Anfahrumrichter AUR zu den anderen Kraftwerksblöcken herzustellen oder zu unterbrechen. Diese Schaltvorrichtungen S2 werden direkt von der übergeordneten Steuereinheit LT geschaltet, die alle wesentlichen Vorgänge im Kraftwerk steuert. So könnte etwa der ganz links vorgesehene Anfahrumrichter AUR durch Schließen der beiden Schaltvorrichtungen S2 mit der ganz rechten Synchronmaschine verbunden werden.

Vor jeder Synchronmaschine G, genauer gesagt, vor jeder Statorwicklung derselben, ist eine weitere Schaltvorrichtung Sl vorgesehen, die direkt von der Erregereinheit ERR geschaltet wird. Wenn also eine bestimmte Synchronmaschine G gestartet werden soll, dann sendet die übergeordnete Steuereinheit LT ein Signal an die zugeordnete Erregereinheit ERR und diese sendet ein Signal zur Schaltvorrichtung Sl, um die Leitung von der Synchronmaschine G zur Verbindungsleitung V freizugeben, sodass in weiterer Folge eine Verbindung zu einem Anfahrumrichter AUR hergestellt werden kann. Die 8Printed: 27-03-2012 OQ c zunzo885 E014.1 10 2012/50100 übergeordneten Steuereinheit LT muss davor noch entsprechend die Schaltvorrichtungen S2 schalten.

Die erfindungsgemäße Startvorrichtung in Fig. 2 unterscheidet 5 sich von jener in Fig. 1 nur durch die

Kommunikationsverbindung. In Fig. 2 weist die Kommunikationsverbindung zusätzlich zur seriellen Kommunikationsverbindung K einen Verbindungskanal VK zwischen erster (linker) und letzter (rechter) Erregereinheit ERR auf, 10 der über die einzelnen Erregereinheiten ERR geführt ist. Die ringförmige Kommunikationsverbindung K, VK verbindet somit alle benachbarten Erregereinheiten ERR miteinander. Wird eine Erregereinheit ERR abgeschaltet, also spannungslos, so ist die KommunikationsVerbindung an dieser Stelle unterbrochen. 15

Durch die Verbindung der letzten (rechten) Erregereinheit ERR mit der ersten (linken) Erregereinheit ERR entsteht eine ringförmige Kommunikationsverbindung, die auch dann noch Daten übertragen kann, wenn eine oder mehrere benachbarte 20 Erregereinheiten ERR ungeplant ausgefallen sind oder absichtlich spannungslos geschaltet worden sind.

Gemäß Fig. 3 ist ein erster Kanal CHI der

Kommunikationsverbindung vorgesehen, der in seiner Ausführung 25 dem einzigen Kanal der seriellen Kommunikationsverbindung K aus Fig. 1 entspricht. Zusätzlich ist noch ein zweiter (redundanter) Kanal CH2 vorgesehen, der unabhängig von ersten Kanal CHI Daten übertragen kann. Der zweite Kanal CH2 verbindet die einzelnen Erregereinheiten ERR ebenso wie die 30 serielle KommunikationsVerbindung K in Fig. 1. Allerdings sind die beiden Kanäle CHI, CH2 in Fig. 3 an zwei Stellen durch jeweils einen Verbindungskanal VCH miteinander verbunden, sodass auf diese Weise ebenfalls eine ringförmige Kommunikationsverbindung entsteht. Die beiden 35 Verbindungskanäle VCH sind in der ersten und in der letzten Erregereinheit ERR vorgesehen. 8/13 26-03-2012 9Printed: 27-03-2012ooc zuiizo885 E014.1 10 2012/50100

Diese AusführungsVariante hat den Vorteil gegenüber Fig. 1, dass auch eine Ringkommunikation vorhanden ist, bei der ein Kanal abgeschaltet werden kann, bzw. eine KommunikationsVerbindung unterbrochen werden kann. Im . 5 Vergleich zu Fig. 2 muss bei Fig. 3 kein langes

Kommunikationskabel von der letzten zur ersten Erregereinheit verlegt werden, Fig. 3 hat aber den Nachteil bezüglich Fig. 2, dass eine Erregereinheit nicht komplett spannungslos geschaltet werden kann. 10

Die Blindleistungsausgleichsregelung benötigt keine ' zusätzlichen Einrichtungen, sie ist in der Regel als Softwareapplikation ausgeführt, für welche Daten zwischen den Erregereinheiten ausgetauscht werden. Der Datenaustausch für 15 die Blindleistungsausgleichsregelung erfolgt über die gleiche erfindungsgemäße RingkommunikationsVerbindung.

Die Erfindung kann bei Kraftwerken mit Verbrennungsturbinen, wie Gasturbinen oder Ölturbinen, sowie bei Dampfturbinen 20 eingesetzt werden, wobei die Startvorrichtung nur auf Verbrennungsturbinen angewendet werden kann, die Blindleistungsausgleichsregelung zusätzlich auch auf Dampfturbinen. 25

Bezugszeichenliste:

Anfahrumrichter

Erregereinheit

Synchronmaschine serielle KommunikationsVerbindung erster Kanal der KommunikationsVerbindung zweiter Kanal der KommunikationsVerbindung übergeordnete Steuereinheit (Leittechnik) erste Schaltvorrichtung {schaltbar durch Erregereinheit ERR) zweite Schaltvorrichtung (schaltbar durch übergeordnete Steuereinheit LT) 9/13 AUR ERR 30 G K CHI CH2 LT 35 S1 S2 26-03-2012 10Printed: 27-03-2012^ ζυιιζο885 E014.1 10 2012/50100

V Verbindungsleitung für Erregereinheiten ERR VCH Verbindungskanal zwischen erstem und zweitem Kanal der Kommunikationsverbindung VK Verbindungskanal zwischen erster und letzter 5 Erregereinheit 10/13 26-03-2012

Claims

11 Printed: 27-03-2012 nnc zuij.zo885 E014.1 10 2012/50100 Patentansprüche 5 10 15 20 1. Startvorrichtung und/oder Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung für mindestens zwei Synchronmaschinen (G), umfassend - zumindest eine Erregereinheit (ERR) für jede Synchronmaschine, wobei die jeweilige Erregereinheit mit der Erregerwicklung der zugehörigen Synchronmaschine (G) verbunden ist, - eine ringförmige Kommunikationsverbindung (K, VK; CHI, CH2, VCH}, welche alle Erregereinheiten miteinander verbindet, - zumindest einen Anfahrumrichter (AUR), wobei der Anfahrumrichter über Schaltvorrichtungen (Sl, S2) mit mehreren Synchronmaschinen (G) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinheiten (ERR) Teil der ringförmigen Kommunikationsverbindung {K, VK; CHI, CH2, VCH) sind, indem die Erregereinheiten (ERR) seriell durch die Kommunikationsverbindung (K, VK; CHI, CH2, VCH) miteinander verbunden sind.

2. Startvorrichtung und/oder Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Anzahl von Erregereinheiten (ERR) aufweist und die 25 Kommunikationsverbindung einen Kanal (K, VK) umfasst, der die erste mit der zweiten, die zweite mit der folgenden und so weiter und schließlich die vorletzte mit der letzten Erregereinheit (ERR) verbindet sowie zur Bildung der ringförmigen Kommunikationsverbindung die 30 letzte (n) mit der ersten Erregereinheit (ERR).

3. Startvorrichtung und/oder Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Anzahl von 11/13 26-03-2012 12Printed: 27-03-2012 zunzci885 E014.1 10 2012/50100 Erregereinheiten (ERR) aufweist und die KonraiunikationsVerbindung zwei voneinander unabhängige Kanäle (CHI, CH2) umfasst, die jeweils die erste mit der zweiten, die zweite mit der folgenden und so weiter und 5 schließlich die vorletzte mit der letzten Erregereinheit (ERR) verbinden sowie zur Bildung der ringförmigen KommunikationsVerbindung in der ersten und in der letzten Erregereinheit (ERR) der erste Kanal (CHI) mit dem zweiten Kanal (CH2) verbunden ist.

4. Startvorrichtung und/oder Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinheit (ERR) mit einer ersten, vor jeder Synchronmaschine (G) angeordneten SchaltVorrichtung (Sl) 15 verbunden ist, um einen Anfahrumrichter (AUR) mit der Synchronmaschine (G) leitend zu verbinden.

5. Startvorrichtung und/oder Vorrichtung zur Blindleistungsausgleichsregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, 20 insbesondere alle, Anfahrumrichter (AUR) durch eine Verbindungsleitung (V) miteinander verbunden sind, wobei zumindest eine zweite Schaltvorrichtung (S2) in der Verbindungsleitung (V) zwischen zwei Anfahrumrichtern (AUR) vorgesehen ist, welche durch die übergeordnete 25 Steuereinheit (LT) schaltbar ist. 12/13 26-03-2012