DE582014C - Anordnung zur Unterdrueckung von gegenseitigen Pendelungen der an ein elektrisches Netz angeschlossenen Synchronmaschinen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM Ϊ0. AUGUST 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Vr 582014 KLASSE 2Id 2 GRUPPE

angeschlossenen Synchronmaschinen

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Mai 1931 ab

Die Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung der Stabilität beim Betriebe von elektrischen Kraftwerken oder ganzer Netze. Es sollen durch die Erfindung gegenseitige Pendelungen der einzelnen Synchronmaschinen (Generatoren oder Motoren) insbesondere bei plötzlichen Belastungsänderungen oder Stößen unterdrückt werden. In Abb. 1 der Zeichnung sind drei Kraftwerke 1, 2 und 3 mit je mehreren Synchronmaschinen dargestellt, die zu einem Kraftversorgungsnetz zusammengeschlossen sind. Wenn durch irgendeine Ursache, wie z. B. stoßweise Belastung, Abschalten von Leitungen, Kurzschlußvorgänge usw., ein plötzlicher Be- oder Entlastungsstoß Δ W auftritt, so verteilt sich derselbe auf die einzelnen Synchronmaschinen im ersten Augenblick genau proportional zu deren synchronisierender Leistung. Die syn-

ao chronisierende Leistung der einzelnen Synchronmaschinen ist dabei bekanntlich diejenige Leistung (bzw. unter Berücksichtigung der konstanten Winkelgeschwindigkeit jenes Drehmoment), die das Polrad bei Abweichungen seiner räumlichen Phasenlage von der Sollage um die Winkeleinheit in diese zurückzuführen trachtet. Die synchronisierende Leistung W_s bzw. ihr Verhältnis zur Nennleistung W₀ ist dabei durch den Ausdruck gegeben :

Ws __ E T_b

W_n

Darin bedeuten E die Netzspannung, /₀ den Maschinenstrom bei Nennleistung, J₁, den Blindstrom der Synchronmaschine, E_SQ die Streuspannung der Statorwicklung, E_m die Streuspannung des Ankerquerfeldes, beide Streuspannungen bezogen auf den Strom J₀. Jede Synchronmaschine sucht sich nun bei einem Stoß zu verzögern oder zu beschleunigen mit einem Wert, der ihrem individuellen Leistungsstoß direkt und "der kinetischen Energie ihrer Schwungmassen umgekehrt proportional ist. Da nun aber sämtliche Synchronmaschinen durch ihre synchronisierenden Kräfte an eine einheitliche Geschwindigkeit gebunden, sind, so können sie sich auf die Dauer nicht verschiedenartig beschleunigen oder verzögern, sondern sie können sich nach einiger Zeit nur mit einem gemeinsamen Wert beschleunigen, der gegeben ist durch den gesamten Leistungsstoß und die gesamte kinetische Energie sämtlicher Synchronmaschinen.

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. e. h. Dr.-Ing. Reinhold Rüdenberg in Berlin-Grunewald.

Diese Verzögerung kurze Zeit nach dem Laststoß ist im allgemeinen sehr verschieden von der Anfangsbeschleunigung unmittelbar nach dem Laststoß. Der Unterschied führt zu Pendelungen der Synchronmaschinen gegeneinander, die so stark sein können, daß eine oder mehrere Maschinen außer Tritt fallen und das Netz durcheinanderläuft. Nur diejenigen Synchronmaschinen kommen nicht erheblich ins Pendeln, bei denen das Verhältnis der synchronisierenden Leistung zur kinetischen Energie übereinstimmt mit dem Mittelwert aller synchronisierenden Kräfte und aller kinetischen Leistungen sämtlicher Netzmaschinen. Denn für solche Maschinen ist die anfängliche und die spätere Verteilung der Überlastungsstöße die gleiche, und daher ist kein Anlaß zum Pendeln gegeben. Da durch das genannte Verhältnis von synchronisierender Leistung und kinetischer Energie der Maschine ihre Pendeleigenfrequenz bestimmt ist, so bleiben die gesamten Synchronmaschinen des ganzen Netzes dann gegeneinander in Ruhe, wenn ihre Eigenfrequenzen übereinstimmen. Die synchronisierenden Leistungen, ebenso die Eigenfrequenzen sind dabei zu beziehen auf jeden zufällig eintretenden Punkt des Netzes, an dem stoßweise Belastungen auftreten können. Für die Berechnung der synchronisierenden Leistung gemäß der oben angegebenen Formel tritt dann für die einzelnen Maschinen zu der Streuspannung der Statorwicklung f_s0 noch die Streuspannung hinzu, die durch die Reaktanz des Leitungsnetzes zwischen dem Lastanfallpunkt und der betreffenden Maschine gegeben ist.

Die synchronisierenden Kräfte jeder Synchronmaschine sind nur relativ schwach abhängig von der Wirkleistung, die die Maschine abgibt, jedoch stark abhängig von der Blindleistung, die sie ans Netz liefert. In der obigen Formel für die synchronisierende Leistung zeigt der zweite Summand den Einfluß des Blindstromes, während der Einfluß des Wirkstromes in dieser Formel nicht berücksichtigt ist. In Abb. 2 der Zeichnung ist eine Kurvenschar aufgetragen, die die Abhängigkeit der synchronisierenden Leistung W₅ im Verhältnis zur Nennleistung W₅, von der Blindleistung W_b und von der Wirkleistung W_w darstellt. Eine solche Kurvenschar kann für jede Synchronmaschine bestimmt werden, sie ändert sich nicht, solange die Netzspannung konstant bleibt. Es ist somit möglich, durch veränderte Blindleistung jeder Synchronmaschine, was durch Nachregeln der Erregung leicht erfolgen kann, die synchronisierende Leistung im weiten Bereich einzustellen.

Gemäß der Erfindung ist nun die Verteilung der Blindleistungen auf die einzelnen Synchronmaschinen des Kraftwerkes bzw. des elektrischen Netzes derart gegeneinander abgestimmt, daß dadurch alle Maschinen ganz oder nahezu übereinstimmende Pendelungsfrequenz erhalten. Bekanntlich ist die Eigenschwingungszahl einer Synchronmaschine proportional der Quadratwurzel eines Bruches, in dessen Zähler die synchronisierende Leistung und in dessen Nenner das durch die rotierenden Massen der Maschine gegebene Schwungmoment steht. Solchen Synchronmaschinen, die relativ geringes Schwungmoment besitzen, das, bezogen auf die Nennleistung der Maschine, unter dem Mittel des ganzen Netzes liegt, wird man nur geringe voreilende Blindleistung oder gar nacheilende Blindleistung aufdrücken, um auch ihre synchronisierende Leistung gering zu machen. Man wird sie also untererregen. Maschinen mit relativ schweren Schwungrädern dagegen wird man verhältnismäßig viel Blindleistung zuteilen und wird sie entsprechend übererregen. Da die Schwungmassen ein für allemal festliegen, so ist es ein leichtes, aus den individuellen Kurvenscharen für die synchronisierenden Leistungen diejenige Verteilung der Blindleistung abzugreifen, die die Eigenfrequenzen für alle untereinander gleich macht.

Da die synchronisierende Leistung von der go Wirkleistung, also von der Belastung der Synchronmaschine, nur relativ wenig abhängt, so kann man zur annähernden Erreichung des gewünschten Zieles für jede Maschine mit einer mittleren Wirkleistung rechnen. Da die synchronisierenden Leistungen linear abhängig sind von der Blindleistung, so kann man dann den Verteilungsschlüssel für jede beliebige gesamte Blindleistung des Netzes festlegen. Man kann aber auch den individuellen Einfluß der Wirkleistung auf die synchronisierende Leistung gemäß dem Diagramm der Abb. 2 genau berücksichtigen, wenn man entsprechend der jeweiligen Belastung der einzelnen Synchronmaschinen eine Korrektur ihrer Blindleistung auf Grund der Kurvenschar der Abb. 2 durchführt. Diese Korrektur kann auch selbsttätig vorgenommen werden, indem etwa ein von der Wirkleistung gesteuertes Relais entsprechend auf die Erregung der Synchronmaschine und damit auf ihre Blindleistung einwirkt.

Man kann die nach dieser Erfindung zweckmäßigste Verteilung der Blindleistung somit für jeden' Belastungszustand des Netzes rechnerisch festlegen. Man kann aber diese Berechnung auch automatisch von elektrischen Meßeinrichtungen durchführen lassen. Dies ist deshalb leicht möglich, weil die Abhängigkeit der synchronisierenden Leistung von der Blindleistung linear und von der Wirkleistung quadratisch ist und weil sich diese beiden

Einflüsse leicht durch elektrische Meßsysteme darstellen lassen. Man kann in einem Netzmodell, das sämtliche Synchronmaschinen enthält und sie durch Instrumente zur Darstellung bringt, die Kurvenschar (Abb. 2) abbilden und unmittelbar ablesen, welcher Anteil der Blindleistung jeder Synchronmaschine zuzuweisen ist. Durch Anwendung geeigneter Relais kann man diese Einstellung sogar von den Meßinstrumenten aus selbsttätig einregulieren lassen, wodurch man sicher ist, daß das gesamte Netz jederzeit im günstigsten Zustande der Blindleistungsverteilung ist. Alsdann kann irgendein Belastungsstoß die Synchronmaschinen nicht mehr ins Pendeln gegeneinander bringen, so daß die Stabilität des gesamten Systems außerordentlich erhöht ist. Bei den bisherigen Ausführungen ist vorausgesetzt, daß in elektrischen Netzen sämtliehe Synchronmaschinen auf die gleiche Eigenfrequenz abgestimmt werden. Es kommt nun häufig vor, daß man die Verteilung der Blindleistungen auf die verschiedenen Kraftwerke, besonders wenn diese sehr weit auseinander liegen und große zwischenliegende Reaktanzen besitzen, nach den Spannungsabfällen abstimmen muß, um im ganzen Netz möglichst gleiche Spannung zu erhalten. In diesem Falle hat die Abstimmung der Blindleistungen sämtlicher Synchronmaschinen unter sich nach der Eigenfrequenz den Nachteil, daß die Spannungshaltung ungünstig wird. Jedoch genügt es alsdann häufig, die Blindleistungen jedes Kraftwerkes für sich oder mehrerer Kraftwerke, die nur geringe zwischenliegende Reaktanzen besitzen, entsprechend der Gleichheit der Eigenfrequenzen innerhalb dieser Kraftwerke abzustimmen. Auch dann wird schon ein sehr erheblicher Vorteil gegenüber den nicht abgestimmten Eigenfrequenzen erzielt, weil man jetzt wenigstens vermieden hat, daß einzelne Synchronmaschinen eine starke, vom gesamten Mittelwert abweichende Eigenfrequenz besitzen, was bekanntlich für die Stabilität am ungünstigsten ist. Man gleicht also hierbei die Eigenfrequenzen nicht vollständig, sondern nur teilweise oder lokal aufeinander ab, erzielt aber damit auch schon erhebliche Betriebsvorteile hinsichtlich der Stabilität des Gesamtsystems.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Unterdrückung von gegenseitigen Pendelungen der an ein elektrisches Netz angeschlossenen Synchronmaschinen bei Laststößen, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindleistung jeweils auf die einzelnen Synchronmaschinen derart verteilt ist, daß dadurch die Synchronmaschinen ganz oder nahezu übereinstimmende Pendelungseigenfrequenz erhalten.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Eigenschwingungsfrequenz an den einzelnen Synchronmaschinen unter Annahme einer mittleren Wirkleistung eingestellt ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfluß der Wirkleistung auf die Eigenschwingungsfrequenz an den einzelnen Synchronmaschinen durch selbsttätige, die Blindleistung zusätzlich beeinflussende Einrichtungen berücksichtigt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in verzweigten und insbesondere durch längere Fern- So leitungen miteinander gekuppelten Leitungsnetzen die Abstimmung der einzelnen Synchronmaschinen auf gemeinsame Pendelungsfrequenz nur innerhalb einzelner Kraftwerke oder Kraftwerksgruppen durchgeführt ist.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen