DE1176265B

DE1176265B - Device for adjusting any curved characteristic curves in single-phase or three-phase generators

Info

Publication number: DE1176265B
Application number: DES81823A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Walter Roth
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1962-09-29
Filing date: 1962-09-29
Publication date: 1964-08-20

Description

Einrichtung zur Einregelung von beliebig gekrümmten Kennlinien bei Einphasen- oder Drehstrom-Generatoren Im Verbundbetrieb ist es vielfach erwünscht, den Blindstrom (JB) der Wechsel- oder Drehstromgeneratoren selbsttätig in ein gewünschtes Verhältnis zum Wirkstrom (Jw) einzustellen, d. h. den Leistungsfaktor cos T, zu regeln. Bei bekannten Einrichtungen wird diese Aufgabe mit der Einschränkung gelöst, daß die entsprechende JB-JW-Kennlinie im rechtwinkligen Koordinatensystem JB, Jjx, eine Gerade ist, vorzugsweise eine Ursprungsgerade, oder daß die JB-Jw-Kennlinie eine geknickte Gerade ist. Im letzteren Fall wird eine Regelung auf konstanten cosgp-Wert erzielt, solange sich der Arbeitspunkt auf einem Kennlinienabschnitt bewegt, der selbst oder in seiner Verlängerung durch den Ursprung des Koordinatensystems führt. Verläuft ein Kennlinienabschnitt parallel zur Wirkstrom- oder Blindstrom-Koordinatenachse, so wird in diesem Bereich die eine Stromkomponente konstant gehalten, wobei sich der Leistungsfaktor cos (p entsprechend ändert.Device for the adjustment of arbitrarily curved characteristics Single-phase or three-phase generators In interconnected operation, it is often desirable to automatically converts the reactive current (JB) of the alternating or three-phase generators into a desired one Set ratio to active current (Jw), d. H. the power factor cos T, too rules. In known devices, this problem is solved with the restriction that the corresponding JB-JW characteristic curve in the right-angled coordinate system JB, Jjx, is a straight line, preferably a straight line through the origin, or that the JB-Jw characteristic is a kinked straight line. In the latter case, a constant cosgp value is regulated achieved as long as the operating point moves on a characteristic section that itself or in its extension through the origin of the coordinate system. If a characteristic curve section runs parallel to the active current or reactive current coordinate axis, one current component is kept constant in this area, whereby the power factor cos (p changes accordingly.

Ähnliche Verhältnisse wie bei der Kennlinienregelung liegen bei Begrenzungsregelungen vor, wie sie z. B. beim untererregten Betrieb von Synchrongeneratoren zur Verhinderung des Kippens des Polrades vorgenommen werden. Im Gegensatz zur Kennlinienregelung besteht die Aufgabe der Begrenzungsregelung aber darin, den Arbeitspunkt nicht auf der Kennlinie zu halten, sondern ihn nur in dem zulässigen Feld auf der einen Seite der vorgegebenen Grenzkennlinie zuzulassen.Similar relationships as with the characteristic curve control exist with limitation controls before how they z. B. in the underexcited operation of synchronous generators to prevent the tilting of the pole wheel. In contrast to characteristic control the task of the limitation control is to keep the operating point off to keep the characteristic curve, but only in the permissible field on one side to allow the specified limit characteristic.

Die Erfindung beseitigt die genannte Einschränkung auf gerade Kennlinien oder geknickte Kennlinien, die sich aus Geradenstücken zusammensetzen, dadurch, daß mit Verwendung der Koordinaten Scheinstromwert und Phasenwinkel zur Definition des jeweiligen Arbeitspunktes eine elektrische Phasenwinkelmeßeinrichtung mit einem nachgeschalteten elektronischen Funktionsgenerator, z. B. mit vorgespannten Dioden, und ein Strommeßfühler zur Bildung einer dem Betrag des Generatorscheinstromes proportionalen elektrischen Hilfsgröße vorgesehen sind, wobei an den Ausgängen des Funktionsgenerators und des Strommeßfühlers ein Soll-Istwert-Vergleich erfolgt und der nachgeordnete Spannungs-oder Erregungsregler des Generators im Sinne der Einhaltung der am Funktionsgenerator vorgegebenen Wirkstrom-Blindstrom-Kennlinie oder mit einem zusätzlichen Ventilglied im Sinne der Einhaltung der vorgegebenen Begrenzungskennlinie beeinfiußt wird. Auf diese Weise wird es möglich, beliebig gekrümmte Wirkstrom-Blindstrom-Kennlinien bzw. Begrenzungskennlinien einzuregeln. An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 Beispiele verschiedener Kennlinien, dargestellt in den rechtwinkligen Koordinaten Wirkstrom Jw und Blindstrom JB, F i g. 2 zwei der in F i g. 1 dargestellten Kennlinien in den Koordinaten Scheinstrom Js und Phasenwinkel 99 und F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei der in F i g. 1 dargestellten Kennlinie a ist der Wert des Leistungsfaktors im gesamten Bereich konstant. Ist durch die Turbinenöffnung z. B. der Wirkstrom Jw,1 gegeben, so wird durch entsprechende Beeinflussung der Erregungsregelung hierzu der Blindstrom JBl eingestellt.The invention eliminates the above-mentioned restriction on straight characteristics or kinked characteristics, which are composed of straight lines, in that with the use of the coordinates apparent current value and phase angle to define the respective working point, an electrical phase angle measuring device with a downstream electronic function generator, z. B. with biased diodes, and a current sensor for forming an auxiliary electrical variable proportional to the amount of the generator apparent current are provided, with a target / actual value comparison taking place at the outputs of the function generator and the current sensor and the downstream voltage or excitation regulator of the generator in the sense of Compliance with the active current / reactive current characteristic curve specified on the function generator or with an additional valve element in the sense of compliance with the specified limiting characteristic curve is influenced. In this way it is possible to regulate active current / reactive current characteristics or limiting characteristics with any curvature. The invention is explained in more detail with reference to the drawing. It shows F i g. 1 Examples of different characteristics, shown in the rectangular coordinates active current Jw and reactive current JB, F i g. 2 two of the in F i g. 1 in the coordinates of apparent current Js and phase angle 99 and F i g. 3 shows an embodiment of the invention. In the case of the in FIG. 1, the value of the power factor is constant over the entire range. Is through the turbine opening z. If, for example, the active current Jw, 1 is given, the reactive current JBl is set by influencing the excitation control accordingly.

Bei der Kennlinie b wird im oberen Lastbereich auf konstanten Leistungsfaktor geregelt. Unterhalb des Knickpunktes A bleibt der Blindstrom konstant, so daß bei abnehmendem Wirkstrom auch der cos (p immer kleiner wird.In the case of characteristic curve b, the power factor is constant in the upper load range regulated. Below the break point A, the reactive current remains constant, so that at decreasing active current also the cos (p becomes smaller and smaller.

Bei der Kennlinie c wird umgekehrt im Bereich der kleinen Belastungen auf konstanten Leistungsfaktor geregelt, und bei hoher Belastung ist der Blindstrom konstant.In the case of characteristic curve c, the reverse occurs in the area of small loads Regulated to a constant power factor, and the reactive current is at high load constant.

Im Gegensatz zu den geknickten Kennlinien b und c, die sich aus geraden Teilstücken zusammensetzen, ist als ein Beispiel für stetig gekrümmte Kennlinien die Kennlinie d dargestellt. Sie schneidet die Ordinatenachse im Punkt JWo. In diesem Punkt ist der Blindstrom 0, also cos 9p = 1. Wird der Wirkstrom kleiner als Jwo, so nimmt der Generator Blindstrom auf (untererregter Betrieb). Die Blindstromaufnahme erfolgt zunächst verhältnismäßig rasch und wird langsamer entsprechend der Krümmung der Kennlinie d. Vergrößert sich der Wirk- Strom über Jwo hinaus, so liefert der Generator zusätzlichen Blindstrom durch Übererregung.In contrast to the kinked characteristic curves b and c, which are composed of straight sections, the characteristic curve d is shown as an example of continuously curved characteristic curves. It intersects the ordinate axis at point JWo. At this point the reactive current is 0, i.e. cos 9p = 1. If the active current is less than Jwo, the generator consumes reactive current (underexcited operation). The reactive current consumption is initially relatively rapid and slows down according to the curvature of the characteristic curve d. If the active current increases beyond Jwo, the generator supplies additional reactive current through overexcitation.

Die Kennlinie e ist eine Begrenzungskennlinie, die ebenfalls als stetig gekrümmte Linie dargestellt ist. Da die zulässigen Grenzwerte von der jeweiligen Betriebsspannung abhängig sind, soll sich die Kennlinie bei wachsender Generatorspannung etwas nach links und bei sinkender Generatorspannung nach rechts verschieben.The characteristic curve e is a limiting characteristic, which is also called continuous curved line is shown. Since the permissible limit values depend on the respective Are dependent on the operating voltage, the characteristic curve should change as the generator voltage increases Shift it a little to the left and, if the generator voltage drops, to the right.

In F i g. 2 sind die in die Koordinaten Scheinstrom JS und Phasenwinkel 7. umgezeichneten stetig gekrümmten Kennlinien aus F i g. 1 nochmals dargestellt (d' und e' entsprechend d und e). In dieser Form werden die Kennlinien bei der erfindungsaemäßen Schaltung weiterverwendet.In Fig. 2 are the continuously curved characteristic curves from FIG. 2, redrawn in the coordinates of apparent current JS and phase angle 7. 1 shown again (d ' and e' corresponding to d and e). In this form, the characteristics are used in the circuit according to the invention.

F i g. 3 zeigt die neue Schaltung für die Regelung mit beliebig gekrümmten Kennlinien. Bei dem Drehstromgenerator 10 werden mit Hilfe des Stromwandlers 11 mit nachgeschaltetem Bürdenwiderstand 12 und Gleichrichter 13 sowie mit Hilfe des Spannungswandlers 14 und einer bekannten elektrischen Phasenwinkelmeßeinrichtung 15 die Hilfsgleichspannungen Uj und U,, erzeugt, welche als Maß für den Generatorscheinstrom JS bzw. den Phasenwinkel (f, zwischen Strom und Spannung dienen. Die Phasenwinkelmeßeinrichtung 15 hat zwei Meßeingänge 16 und 17, die mit den sekundären Wechselspannungen der Wandler gespeist werden, welche zum Generatorscheinstrom Js bzw. zur Generatorspannung UG amplitudenproportional und phasengleich sind. Die Ausgangsgleichspannung U,, ist in Betrag und Vorzeichen dem Phasenwinkel (1-proportional, wie aus der im Kästchen 13 eingetragenen Kennlinie ersichtlich ist, d. h. von den Meßgrößen wird nur der Parameter der Phasenverschiebung ausgewertet.F i g. 3 shows the new circuit for the regulation with arbitrarily curved characteristics. In the three-phase generator 10 , the auxiliary DC voltages Uj and U ,, are generated with the aid of the current transformer 11 with a downstream load resistor 12 and rectifier 13 and with the aid of the voltage transformer 14 and a known electrical phase angle measuring device 15, which are used as a measure for the generator apparent current JS or the phase angle ( f, between current and voltage. The phase angle measuring device 15 has two measuring inputs 16 and 17, which are fed with the secondary AC voltages of the converter, which are amplitude proportional to the generator apparent current Js and to the generator voltage UG and in phase. The output DC voltage U ,, is in amount and the sign of the phase angle (1-proportional, as can be seen from the characteristic curve entered in box 13, ie of the measured variables only the parameter of the phase shift is evaluated.

Die Hilfsgleichspannung Uewird einem elektronischen Funktionsgenerator 18 mit der Ausgangs-Hilfsgleichspannung Us zugeführt, in dem der gewünschte Kennlinienzusammenhang in Form der Hilfskennlinie US = f (U,) einprogrammiert ist, derart, daß an den Ausgangsklemmen 19 für jeden Ug-Wert ein Wert der Hilfsspannung U5 erscheint, der als Maß für den zugehörigen Scheinstromsollwert bzw. Grenzwert nach der vorgegebenen Kennlinie dient.The auxiliary DC voltage Uew is fed to an electronic function generator 18 with the output auxiliary DC voltage Us, in which the desired characteristic relationship in the form of the auxiliary characteristic US = f (U,) is programmed, so that at the output terminals 19 for each Ug value a value of the auxiliary voltage U5 appears, which serves as a measure for the associated apparent current setpoint or limit value according to the specified characteristic.

Die Hilfsspannung US wird im Vergleicher 20 mit der Istwert-Hilfsspannung Uj verglichen, so daß an den Ausgangsklemmen 21 die Differenzspannung .9 = Uj - U5 erscheint, welche ein Maß für die Abweichung des Arbeitspunktes von der Kennlinie bedeutet. Der Vergleicher 20 kann als einfache Spannungsdifferenzschaltung oder als besonderer Differenzverstärker ausgeführt sein.The auxiliary voltage US is compared in the comparator 20 with the actual value auxiliary voltage Uj, so that the differential voltage .9 = Uj - U5 appears at the output terminals 21 , which is a measure of the deviation of the operating point from the characteristic curve. The comparator 20 can be designed as a simple voltage differential circuit or as a special differential amplifier.

Im Fall der Wirkstrom-Blindstrom-Kennlinienregelung beeinflußt die Differenzspannung .4 den in F i g. 3 nicht dargestellten Spannungs- bzw. Erregungsregler des Synchrongenerators 10 im Sinn einer Verstärkung oder Schwächung der Erregung derart, daß J zu 0 wird, womit gleichzeitig der Arbeitspunkt auf die vorgegebene Kennlinie zu liegen kommt. Die Beeinflussung des Generatorspannungsreglers kann direkt oder indirekt, z. B. durch motorische Verstellung des Spannungsregler-Sollwerteinstellers, erfolgen. Es ist auch möglich, die im Soll-Ist-Vergleicher 20 durchgeführte Differenzbildung im Eingang des Spannungsreglers selbst vorzunehmen. Zur Durchführung einer Regelung mit Begrenzungskennlinie im Untererregungsbereich wird zwischen die Ausgangsklemmen 21. des Vergleichers 20 und den nicht dargestellten Generatorregler noch ein Ventilglied 22 mit solcher Durchlaßrichtung geschaltet, daß nur dann ein Einfluß auf die Generatorregelung ausgeübt wird, und zwar im Sinn einer Erregungsverstärkung, wenn die Istwert-Hilfsspannung Uj größer ist als die Hilfsspannung U5, die in diesem Fall den Grenzwert angibt. Durch die Erregungsverstärkung wird im untererregten Betrieb der Scheinstrom Js reduziert, womit der Arbeitspunkt aus dem unzulässigen Bereich auf die Begrenzungskennlinie zurückgebracht wird. Liegt der Arbeitspunkt im zulässigen Arbeitsbereich, d. h. es ist Uj< U5, dann verhindert die Sperrwirkung des Ventilgliedes 22 eine Beeinflussung des Spannungsreglers.In the case of the active current / reactive current characteristic control, the differential voltage .4 influences the in FIG. 3 voltage or excitation regulator, not shown, of the synchronous generator 10 in the sense of an amplification or weakening of the excitation in such a way that J becomes 0, with which at the same time the operating point comes to lie on the predetermined characteristic curve. The generator voltage regulator can be influenced directly or indirectly, e.g. B. by motorized adjustment of the voltage regulator setpoint adjuster. It is also possible to make the difference formation carried out in the nominal / actual comparator 20 in the input of the voltage regulator itself. To carry out a control with a limiting characteristic in the underexcitation range, a valve member 22 is connected between the output terminals 21 of the comparator 20 and the generator controller, not shown, with such a flow direction that an influence is exerted on the generator control, in the sense of an excitation amplification, if the actual value auxiliary voltage Uj is greater than the auxiliary voltage U5, which in this case specifies the limit value. The amplification of the excitation reduces the apparent current Js in underexcited operation, so that the operating point is brought back from the impermissible range to the limiting characteristic. If the operating point is in the permissible operating range, ie if Uj <U5, then the blocking effect of the valve member 22 prevents the voltage regulator from being influenced.

Um bei der Begrenzungsregelung eine Verschiebung der Kennlinie in Abhängigkeit der Spannungshöhe zu erzielen, können zusätzliche Mittel vorgesehen werden, die vor oder hinter dem Vergleicher 20 oder am Funktionsgenerator 18 eine von den Klemmenspannungsänderungen des Generators abhängige Zusatzspannung mittelbar oder unmittelbar einführen und damit eine Änderung der Beeinflussung der Generatorregelung bewirken. In F i g. 3 ist eine solche Lösung mit unterbrochenen Linien angedeutet. Mit Hilfe der nichtlinearen Brücke 31 und des ihr nachgeschalteten Gleichrichters 32 wird die Zusatzspannung Uz erzeugt, welche der Abweichung der tatsächlichen Spannung vom Nennwert proportional ist. Uz wird zusätzlich dem Glied 20 zugeführt, derart, daß bei Spannungserhöhungen an den Generatorklemmen sich scheinbar der US-Wert erhöht, d. h. die Grenzkennlinie wird scheinbar zu größeren Scheinstromwerten verschoben als dem der im Glied 18 einprogrammierten Kennlinie entspricht. Zur Dosierung des Spannungseinflusses auf die Kennlinienverschiebung ist es vorteilhaft, im Stromkreis der Zusatzspannung Uz Einstellglieder vorzusehen. Um den Spannungseinfluß einer beliebigen Gesetzmäßigkeit folgen zu lassen. kann in den Stromkreis der Zusatzspannung ein weiterer Funktionsgenerator eingeschaltet sein. der entweder von der Hilfsspannung U, oder Uj gesteuert wird, d. h., die wirksame Zusatzspannung ist eine Funktion von L', bzw. Uj. Damit ist es möglich, der effektiven Kennlinie neben der spannungsabhängigen Verschiebung gleichzeitig eine andere Gestalt zu geben.In order to achieve a shift in the characteristic curve as a function of the voltage level in the limitation control, additional means can be provided that directly or indirectly introduce an additional voltage dependent on the terminal voltage changes of the generator upstream or downstream of the comparator 20 or on the function generator 18 and thus a change in the influence cause the generator control. In Fig. 3, such a solution is indicated with broken lines. With the help of the non-linear bridge 31 and the rectifier 32 connected downstream of it, the additional voltage Uz is generated, which is proportional to the deviation of the actual voltage from the nominal value. Uz is also fed to element 20 in such a way that when the voltage at the generator terminals increases, the US value appears to be increased, ie the limit characteristic is apparently shifted to larger apparent current values than corresponds to the characteristic programmed into element 18. For metering the influence of the voltage on the shift in the characteristic curve, it is advantageous to provide adjusting elements in the circuit of the additional voltage Uz. In order to let the influence of tension follow an arbitrary law. a further function generator can be switched on in the circuit of the additional voltage. which is controlled either by the auxiliary voltage U or Uj, ie the effective additional voltage is a function of L 'or Uj. This makes it possible to give the effective characteristic curve a different shape in addition to the voltage-dependent shift.

Claims

Claims: 1. Device for adjusting arbitrarily curved Active current-reactive current characteristics for single-phase or three-phase generators, thereby characterized in that the coordinates apparent current and phase angle for definition of the operating point can be used by an electrical phase angle measuring device is provided with a downstream electronic function generator whose Output voltage is a measure of the nominal value of the apparent current, this nominal value auxiliary voltage compared directly or indirectly with the output voltage of an actual value current sensor and the difference between the two voltages as a measure for the deviation from the characteristic to the downstream voltage or excitation control of the Generator acts in terms of compliance with the specified characteristic curve.

2. Establishment according to claim 1, but for regulation with limiting characteristic, characterized in that that between the output of the setpoint-actual value comparator and the input of the voltage or excitation control an electrical valve member is switched on, which one The generator control can only be influenced if the actual value is greater is than the value according to the characteristic.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized characterized in that means are provided which one of the deviation of the generator voltage from an adjustable value, e.g. B. nominal, proportional (positive or negative) Add additional voltage directly or indirectly in such a way that an automatic Shift of the characteristic depending on the voltage level results.

4. Establishment according to claim 3, characterized in that the additional voltage in the circuit generating means adjusting elements for the dosage of the additional voltage influence are provided.

5. Device according to claim 3 and 4, characterized in that Another function generator in the circuit of the means generating the additional voltage is switched on, which is simultaneously with the phase angle or the generator current proportional auxiliary voltage is connected so that the additional voltage influence in accordance with the set characteristic of the function generator, also from the phase angle or depends on the amount of electricity.

6. Device according to claim 2 to 5, characterized characterized in that the difference between setpoint and actual value auxiliary voltage or the ratio of the actual value to the setpoint auxiliary voltage as a measure of the apparent current difference is displayed by the limiting characteristic in a measuring device.