METHOD AND DEVICE FOR STABILIZING THE VOLTAGE CONTROL OF ELECTRICAL GENERATORS

Abstract: 1. Method for stabilising the voltage regulation on electric generators, in which method a first auxiliary controlled variable (DELTA omega), corresponding to the deviation of the speed of rotation of the generator (G) from the mean time value of the speed of rotation, is derived, in which method a second auxiliary controlled variable (DELTA P), corresponding to the deviation of the generator output from the means time value of the generator output, is derived, in which method an auxiliary correcting variable (HST) is formed from one or both of the auxiliary controlled variables (DELTA omega, DELTA P) and in which method the auxiliary correcting variable (HST) is added to the correcting variable (ST) of the voltage regulation system, characterised in that the auxiliary correcting variable (HST) is added to the correcting variable (ST) of the voltage regulation system only between zero transitions of the first auxiliary controlled variable (DELTA omega) and the respective following zero transitions of the second auxiliary controlled variable (DELTA P).

Description: Verfahren und Einrichtung zur Stabilisierung der Spannungsregelung an elektrischen Generatoren Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Stabilisierung der Spannungsregelung an elektrischen Generatoren gemäss dem Oberbegriff des Verfahrensanspruchs 1 sowie des Einrichtungsanspruchs 6. Ein solches Verfahren, resp. eine solche Einrichtung, sind bereits bekannt, z.B. aus dem Artikel "Adapted regulator for the exitation of large turbogenerators" aus "Methods and Applications in Adaptive Control", Springer Verlag 1980, S. 242 - 250. Die Spannungsregelung hat bei elektrischen Generatoren für eine konstante Spannung des angeschlossenen Netzes zu sorgen. Da sich die Betriebsbedingungen im Netz zum Teil recht drastisch ändern, muss die Spannungsregelung eine tolerante Regelwirkung aufweisen. Darüber hinaus soll sie gefährliche Oszillationen des Rotors im Generator wirkungsvoll dämpfen. Zur Stabilisierung der Spannungsregelung und zur Dämpfung der Rotoroszillationen hat es sich als zweckmässig erwiesen, zu der Stellgrösse der Spannungsregelung noch eine Hilfsstellgrösse zu addieren. Diese wird von einem Hilfs regler aus einer ersten von der Abweichung der Drehzahl des Generators vom Zeitmittelwert der Drehzahl abgeleiteten Hilfsregelgrösse und/oder einer zweiten von der Abweichung der Generatorleistung vom Zeitmittelwert der Generator leistung abgeleiteten Hilfsregelgrösse gebildet. Die Regeleigenschaften der Hilfsregelung oder Stabilisierung werden nach dem Stand der Technik gleichzeitig für verschiedene Betriebsbedingungen optimiert oder fortlaufend den aktuellen Betriebsbedingungen im Netz angepasst. In der Praxis treten jedoch Fälle auf, wie z.B. Rehrma- schinen-Schwingmodi mit verschiedenen Pendeifrequenzen in mehrfach gespeisten Netzen, in denen die bekannte Stabilisierung versagt, ja sogar eine schädliche, d.h. schwingungsanhebende Wirkung haben kann. Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren für die Stabilisierung sowie eine Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zu finden das, resp. die, auch bei problematischen Betriebsbedingungen im Netz eine sichere Stabilisierungswirkung garantiert. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6, d.h. durch ein mit der Regelabweichung immer richtig korreliert es Zuund Wegschalten der Hilfsstellgrösse zur Stellgrösse der Spannungsregelung. Das erfindungsgemässe Verfahren bzw. die erfindungsgemässe Einrichtung garantieren, dass in vorteilhafter Weise das Stabilisierungssignal immer, auch bei den erwähnten Mehrmaschinen-Schwingmodi, frei von jeder schädlichen, schwingungsanhebenden Komponente ist. Aus der Auswahl der Nulldurchgänge der ersten Hilfsregelgrösse, die in den Ansprüchen 3, 4 und 5 bzw. 8-11 spezifiziert ist, ergeben sich gleich mehrere Vorteile: - Im stationären Fall, in dem die Hilfsregelgrössen haupt sächlich aus Zufallsrauschen bestehen, kann die Zuschal tung der Stabilisierung verhindert werden. Damit tritt keine Selbsterregung der Stabilisierung auf und es wird ein ruhiger Verlauf der Generatorspannung garantiert. - Die Stabilisierung arbeitet auch dann noch zuverlässig, wenn die Hilfsregelgrössen z.B. durch den störenden Ein fluss eines örtlichen Industrieverbrauchers oder durch Torsionsschwingungen des Rotors von Turbogeneratoren stark verrauscht sind. Schliesslich muss als besonderer Vorteil der Erfindung angesehen werden, dass der Projektierungsaufwand bei der Anpassung der Stabilisierung an einen bestimmten Generator praktisch wegfällt. Die Stabilisierung arbeitet für einen weiten Bereich der Regelparameter im Hilfsregler zuverlässig. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild der Spannungsregelung mit der Stabilisierung, Fig. 2 ein erstes Impulsdiagramm der Stabilisierungslogik und Fig. 3 ein ebensolches zweites Impulsdiagramm mit stark verrauschten Hilfsregelgrössen. Gemäss Fig. 1 wird die der Spannung entsprechende Regelgrösse U am Generator G, der Regelstrecke, netzseitig abgeleitet und nach Vergleich mit der Puhrungsgrösse UF im Subtrahierglied S dem Regler R zugeleitet, der die Stellgrösse ST der Spannungsregelung bildet. Parallel zur Regelgrösse U werden am Generator G netzseitig die erste Hilfsregelgrösse wuo und die zweite Hilfsregelgrösse a P abgeleitet. Eine oder beide Hilfsregelgrössen wO , aP, in Fig. 1 die Hilfsregelgrösse P, werden dem Hllfsregler HR zugeführt, der die Hilfsstellgrösse HST, z.B. durch Verstärkung vorzugsweise um einen Faktor zwischen -10 und -30 bildet. Die Hilfsstellgrösse HST wird, vorzugsweise nach Begrenzung ihrer Amplitude durch den Begrenzer B,auf etwa 20 % des grössten des mit ihr zu bewirkenaen Ausschlages des Stellgliedes der Spannungsregelungoim Addierglied A zur Stellgrösse ST addiert wird, jedoch nur dann, wenn der Digital-Analog-Schalter DAS geschlossen ist. Der Schaltzustand des Digital-Analog-Schalters DAS hängt vom Ausgangspegel des ersten bistabilen Kippgliedes FF1 ab. Dessen Setzeingang S1 ist entweder direkt, vorzugsweise jedoch, und wie in Fig. 1 gezeichnet, über das Und-Glied UG mit dem Ausgang des ersten Nulldurchgangsdiskriminators D1 verbunden. Sein Rücksetzeingang Rl ist mit dem Ausgang des zweiten Nulldurchgangsdiskriminators D2 -verbunden. Der erste Nulldurchgangsdiskriminator D1 ist mit der er sten hx und der zweite Nulldurchgangsdiskriminator D2 mit der zweiten Hilfsregelgrösse P beaufschlagt. Die Arbeitsweise der den Schaltzustand des Digital-Analog Schalters DAS steuernden Logik wird weiter anhand der Impulsdiagramme in Fig. 2 und 3 erläutert. Fig. 2a zeigt die Hilfsregelgrössen AM, , P in einer z.B. bei Rotoroszil- lationen typischen gegenseitigen Phasenlage. Bei jedem Nulldurchgang der beiden Hilfsregelgrössen to , 4 P wird entsprechend Fig. 2b und c von den Nulldurchgangsdiskriminatoren D1, D2 ein Rechtecksignal erzeugt. Im folgenden sei unter "Null" der Signalpegel der Grundlinie und unter "Eins" der Signalpegel der Dächer der Rechtecksignale verstanden. Mit dem vom ersten Nulldurchgangsdiskriminator D1 gebildeten Rechtecksignal wird, sofern kein Und-Glied UG vorhanden ist, der Ausgangspegel des ersten bistabilen Kippgliedes FF1 immer auf "Eins" und mit dem vom zweiten Nulldurchgangsdiskriminators D2 gebildeten Rechtecksignal auf Null geschaltet. Wird, wie in Fig. 1 gezeichnet, das Und-Glied UG verwendet, so kann dieses, neben dem Ausgangssignal des ersten Nulldurchgangsdiskriminators D1 noch mit folgenden Auswahlsignalen, entweder einzeln oder mit Kombinationen derselben beaufschlagt sein: - mit dem Ausgangs signal der dem ersten Nulldurchgangsdis kriminator D1 nachgeschalteten Reihenschaltung aus dem ersten monostabilen Kippglied MF1 und dem ersten Inver ter I1, - mit dem Ausgangs signal der dem zweiten Nulldurchgangs diskriminator D2 nachgeschalteten Reihenschaltung aus dem zweiten monostabilen Kippglied MF2 und dem zweiten Inverter I2 oder - mit dem Ausgangspegel des zweiten bistabilen Kippgliedes FF2, dessen Setzeingang S2 mit dem Ausgang des zweiten D2 und dessen Rücksetzeingang R2 mit dem Ausgang des ersten Nulldurchgangsdiskriminators D1 verbunden ist. Der Ausgangs pegel des ersten bistabilen Kippgliedes FF1 wird nur dann auf Eins geschaltet, wenn am Und-Glied UG alle vorhandenen Eingänge gleichzeitig t'Eins" sind. Mit jedem Nulldurchgang der ersten ow bzw. zweiten HilSs- regelgrösse A P wird jedoch über die Reihenschaltung des ersten MF1 bzw. zweiten monostabilen Kippgliedes MF2 mit dem ersten I1 bzw. zweiten Inverter I2, nach einer für die verwendeten Bauelemente typischen Schaltverzögerung, der zugehörige Eingang am Und-Glied UG für eine jeweils vorgebbare Zeit auf "Null" gesetzt. Dies ist in Fig. 3 d und e dargestellt. Die monostabilen Kippglieder MF1 und MF2 wirken also in Reihe mit den Invertern I1 und I2 für die erste Hilfsregelgrösse oder für die von dieser abgeleiteten Rechtecksignale wie ein Frequenzfilter. Das erste bistabile Kippglied FF1 kann deshalb von hochfrequentem Rauschen nicht auf t'Eins", jedoch immer auf "Null" geschaltet werden. Für welche Zeitspanne die Auswahlsignale am Und-Glied UG zweckmässigerweise auf Null geschaltet werden, d.h. welche Rückfallzeiten an den monostabilen Kippgliedern MF1 und MF2 vorgegeben werden sollen, hängt entscheidend von der Grösse der zu dämpfenden Schwingungsfrequenzen ab. Erfahrungsgemäss liegen die gefährlichen Frequenzen z.B. bei den-Mehrmaschinen-Schwingmodi unterhalb von 1,5 Hz. Bei 1,5 Hz erfolgen die Nulldurchgänge im zeitlichen Abstand von etwa 333 ms. Eine solche Rückfallzeit ist daher am ersten monostabilen Kippglied MF1 vorzugsweise einzustellen. Die Rückfallzeit des zweiten monostabilen Kippgliedes MF2 sollte etwa halb so lang sein, da die Hilfsregelgrössen c und a P bei tt echten Störfällen um 900 phasenverschoben sind. Durch diese Phasenverschiebung ergeben sich abwechselnde Nulldurchgänge von ac und P. Auch dies wird ausgenutzt um die "echten" Störfälle vom stationären Fall zu unterscheiden, in dem, wie oben erwähnt, die HilSsregelgrössen t und 4 P hauptsächlich aus Zufalls- rauschen bestehen und keine feste Korrelation zwischen ihnen existiert. Dazu dient das zweite bistabile Kippglied FF2. Es wird bei jedem Nulldurchgang der ersten Hilfsregelgrösse & auf "Null" und bei jedem Nulldurchgang der zweiten Hilfsregelgrösse o P auf "Eins" geschaltet. Es erlaubt das auf "Eins" schalten des ersten bistabilen Kippgliedes FF1 über das Und-Glied UG nur, sofern dem schaltenden Nulldurchgang der ersten Hilfsregelgrösse Ao ein Nulldurchgang der zweiten Hilfsregelgrösse a P vorausgegangen ist. Diese Bedingung schränkt die Möglichkeit eines unerwünschten auf "Eins" schalten des ersten bistabilen Kippgliedes weiter stark ein, wodurch eine zuverlässige Arbeit der Stabilisierung garantiert wird.

Claims: F a t- e. n t a n s. -p. r ü c -h e 1. Verfahren zur Stabilisierung der Spannungsregelung an elektrischen Generatoren, bei welchem eine der Abwei chung der Drehzahl des Generators (G) vom Zeitmittel wert der Drehzahl entsprechende erste Hilfsregelgrösse (##) abgeleitet wird, bei welchem eine der Abwei chung der Generatorleistung vom Zeitmittelwert der Generatorleistung entsprechende zweite Hilfsregelgrösse ( A P) abgeleitet wird, bei welchem aus einer oder bei den Hilfsregelgrössen ( , P) eine Hilfsstell grösse (HST) gebildet wird und bei welchem die Hilfs stellgrösse (HST) zur Stellgrösse (ST) der Spannungs regelung addiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsstellgrösse (HST) nur zwischen Nulldurchgängen der ersten Hilfsregelgrösse (4Q ) und den jeweils folgenden Nulldurchgängen der zweiten Hilfsregelgrösse ( # P) zur Stellgrösse (ST) der Spannungsregelung addiert wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsstellgrösse (HST) durch Verstärkung aus der ersten (4 ) oder der zweiten Hilfsregelgrösse ( # P) gebildet wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Hilfsstellgrösse (HST) nur nach solchen Nulldurchgängen der ersten Hilfsregelgrösse ( ## ) zur Stellgrösse (ST) der Spannungsregelung addiert wird, denen kein ebensolcher Nulldurchgang der ersten HilSs- regelgrösse ( ^o ) innerhalb einer ersten vorgebbaren Zeitspanne vorausgegangen ist. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die HilSsstellgrösse (HST) nur nach solchen Nulldurchgängen der ersten Hilfsregel grösse ( aw ) zur Stellgrösse (ST) der Spannungsrege- lung addiert wird, denen kein Nulldurchgang der zweiten Hilfsregelgrösse ( A P) innerhalb einer zweiten vorgeb baren Zeitspanne vorausgegangen ist. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass die Hilfsstellgrösse (HST) nur nach solchen Nulldurchgängen der ersten Hilfsregelgrösse (4- ) zur Stellgrösse (ST) der Spannungsregelung addiert wird, denen als letzter Nulldurchgang ein Null durchgang der zweiten Hilfsregelgrösse (b A P) voraus- gegangen ist. 6. Einrichtung zur Stabilisierung der Spannungsregelung an elektrischen Generatoren mit einem Addierglied (A) dessen Eingänge mit der Stellgrösse (ST) der Spannungs regelung und einer am Ausgang eines Hilfsreglers (HR) abgegriffenen Hilfsstellgrösse (HST) beaufschlagt sind, wobei der Hilfsregler (HR) eingangsseitig mit einer von der Abweichung der Drehzahl des Generators vom Zeit mittelwert der Drehzahl abgeleiteten ersten Hilfsregel grösse ( aw ) und/oder mit einer von der Abweichung der Generatorleistung vom Zeitmittelwert der Generatorlei stung abgeleiteten zweiten Hilfsregelgrösse ( a P) be aufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Hilfsregler (HR), und dem Addierglied (A) ein Digi tal-Analog-Schalter (DAS) angeordnet ist, dessen Schalt zustand vom Ausgangspegel eines ersten bistabilen Kipp gliedes (FF1) abhängig ist, dessen Setzeingang (S1) mit dem Ausgang eines ersten Nulldurchgangsdiskrimina tors (D1) und dessen Rücksetzeingang (R1) mit dem Aus gang eines zweiten Nulldurchgangsdiskriminators (D2) kontaktiert ist, wobei der erste Nulldurchgangsdis kriminator (Dl) mit der ersten Hilfsregelgrösse ( - ) und der zweite Nulldurchgangsdiskriminator (D2) mit der zweiten Hilfsregelgrösse ( o P) beauf schlagt ist. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass der Hilfsregler (HR) als Verstärker ausgeführt ist. 8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, dass der Ausgang des ersten Nulldurchgangs diskriminators (Dl) über ein Und-Glied (UG) mit dem Setzeingang (S1) des ersten monostabilen Kippgliedes (FF1) verbunden ist, wobei das Und-Glied (UG) noch mit mindestens einem Auswahlsignal beaufschlägt ist. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Auswahlsignal das Ausgangssignal einer dem ersten Nulldurchgangsdiskri minator (D1) nachgeschalteten Reihenschaltung aus einem ersten monostabilen Kippglied (MF1) und einem ersten Inverter (I1) ist. 1Q. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Auswahlsignal das Ausgangs signal einer dem zweiten Nulldurchgangsdis kriminator (D2) nachgeschalteten Reihenschaltung aus einem zweiten monostabilen Kippglied (MF2) und einem zweiten Inverter (12) ist. 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein drittes Auswahlsignal das Ausgangssignal bzw. der Ausgangspegel eines zweiten bistabilen Kippgliedes (FF2) ist, dessen Setzeingang (S2) mit dem Ausgang des zweiten (D2) und dessen Rücksetzeingang (R2) mit dem Ausgang des ersten Nulldurchgangsdiskriminators (D1) verbunden ist.

Inventors: BONANOMI, PIERRE, DIPL.-ING.
Applicants: BBC AKTIENGESELLSCHAFT BROWN, BOVERI & CIE.
Application year: 1982
Main classification: H02P9
IPC codes: H02P9