DE3311299A1 - Verfahren und vorrichtung zum stabilisieren von frequenz und spannung eines aus einem antriebsaggregat gespeisten netzes - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum stabilisieren von frequenz und spannung eines aus einem antriebsaggregat gespeisten netzes

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DE3311299A1
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H02J3/32Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Stabilisieren von Frequenz
  • und Spannung eines aus einem Antriebsaggregat gespeisten Netzes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Stabilisieren von Frequenz und Spannung eines aus einem Antriebsaggregat mit vorgegebener Statik gespeisten Netzes, an das Verbraucher mit wechselndem Bedarf an Wirkleistung und Blindleistung angeschlossen sind. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Vorrichtung hierzu.
  • Im Mittelteil der Fig.1 ist symbolisch eine Verbraucherschiene 1 dargestellt, die ohmsche Verbraucher 2 und induktive oder kapazitive Verbraucher 3 speist. An das Netz sind ferner verschiedene elektrische Leistungserzeuger angeschlossen, deren Leistung von stark wechselnden Umweltbedingungen abhängig ist, z.B. ein Windkraftgenerator 4, ein Solargenerator 5 und/oder mit thermischer Sonnenenergie oder Abfall wärme betriebener thermischer Generator 6.Diesen Generatoren gemeinsam ist, daß die von ihnen gelieferte Wirkleistung von den Umweltbedingungen abhängt und weitgehend unabhängig ist vom Bedarf der ans Netz angeschlossenen Verbraucher 2, 3. Mit der Erzeugung der Wirkleistung ist jedoch auch eine (je nach den Umweltbedingungen schwankende) Abgabe oder Aufnahme von Blindleistung verbunden.
  • Sind die Generatoren 4, 5, 6 nicht in der Lage, den Leistungsbedarf der Verbraucher zu decken, so wird ein steuerbares Antriebsaggregat 7 zugeschaltet, das z.B. ein nach einer Drehzahl-Leistungs-Kennlinie n/P drehzahlgesteuerter Dieselmotor 8 sein kann, der über einen Generator 9 an das Netz angeschlossen ist. Durch eine Steuerein- rictunc 10 des Generators 9 Dabei tritt häufig der Fall auf, daß der Motor 8 trotz nahezu ausgeglichener Wirkleistungsbilanz des netzes aus Gründen der Blindleistungsbilanz zugeschaltet werden muß. Der Rotor läuft dann praktisch im Leerlauf bei hohen Drehzahlen, also außerhalb des Bereiches, in dem die Verbrennungsvorgänge im Motor optimal arbeiten und Motor und Cenerator gut ausgenutzt sind. Ferner ist es hierbei oft schwierig, Frequenz und Spannung des Netzes innerhalb der gewünschten Toleranzgrenzen auf den Nenngrößen zu halten.
  • In Fig.2 ist die Abhängigkeit der Drehzahl n des Motors bzw. der Frequenz f des gesamten Aggregats 7 in Abhängigkeit von der Wirkleistung P dargestellt. Die Wirkleistung ist durch die Bilanz des Netzes vorgegeben, die Drehzahl bzw. Frequenz kann jedoch durch die Antriebsregelung des Motors nur innerhalb enger Grenzen variiert werden. Im allgemeinen ist die als "Statik" des Antriebs bezeichnete Drehzahl/Leistungskennlinie vom Hersteller eingestellt.
  • Häufig werden mehrere parallel arbeitende Antriebsaggregate verwendet, bei denen jeweils identische Kennlinien eingestellt sind, die Wirkleistung zu gleichen Teilen auf beide Antriebe verteilt wird.
  • Für die Abhängigkeit der Ausgangsspannung u von der abgegebenen (positiven) oder aufgenommenen (negativen) Blindleistung des Aggregats ist meist ebenfalls eine lineare, in Fig.3 dargestellte "Statik" eingestellt. Die Auslegung des Aggregats ist im allgemeinen so auf das Netz abgestimmt, daß das Aggregat bei Nenndrehzahl nNenn die Nennfrequenz fNenn des Netzes und bei der Blindleistung O = 0 die ennspannun UNenn des Netzes erzeugt. In diesen Nennpunkt herrschen optimale Bedingungen für den Betrieb des Aggregats. Ein steigender Wirkleistungsbedarf oder Blindleistungsbedarf des Netzes führt jedoch zu einem Absinken der Drehzahl bzw. der Netzfrequenz und der Netzspannung.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, Spannung und Frequenz des Netzes bei einem Betrieb, bei dem das speisende Antriebsaggregat und andere an das Netz angeschlossene Verbraucher bzw. weitgehend unabhängig voneinander und von der Leistungsbilanz des Netzes entsprechend ihren optimalen Bedingungen betrieben werden können, zu stabiliseren.
  • Im Anspruch 1 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe angegeben. Vorteilhafte Weiterbil-dungen dieses Verfahrens und eine entsprechende Vorrichtung sind in den Unteransprüche enthalten.
  • Mit Hilfe eines Ausführungsbeispieles und der weiteren Figuren 4 bis 7 werden die Erfindung und ihre Weiterbildungen näher erläutert.
  • Die Figuren zeigen: Fig.1 das bereits erläuterte Netz mit den daran angeschlossenen Verbrauchern, Generatoren und dem Antriebsaggregat sowie einer Vorrichtung nach der Erfindung, Fig.2 die bereits erläuterte Statik der Wirkleistung des Antriebsaggregats, Fig.3 die bereits erläuterte Statik der Blindleistung des Antriebsaggregats, Fig.4 einen beiliebig angenommenen Verlauf des Wirkleistungsbedarfes PNetZ und der Wirkleistungsabgabe Paq P des Antriebsaggregats sowie den zeitlichen Verlauf der mittels eines Wechselrichters gesteuerten Wirkleistungsabgabe PWR eines erfindungsgemäß benutzten Energiespeichers, Fig.5 die entsprechenden Diagramme für die Blindleistung9 Fig.6 ein anderes Diagramm für die bereits in Fig.4 dargestellten Größen, und Fig.7 nähere Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Die Statik des Antriebsaggregats, im Beispiel von Fig.1 des Dieselmotors 8 und des Generators 9, ist so vorgegeben, daß das Aggregat bei Nennspannung und Nennfrequenz des Netzes in einem optimalen Betriebspunkt betrieben wird. An das Netz 1 ist nun ein elektrischer Energiespeicher, z.B. eine oder mehrere Batterien 11, über einen steuerbaren elektrischen Energieübertrager gekoppelt, z.B. ein oder mehrere über eine Wechselrichtersteuerung 13 steuerbare Wechselrichter 12. Die Steuerung 13 des Energieübertragers ist dabei so ausgebildet, daß durch einen Sollwert P*WR als Führungsgröße die dem Netz über den Drehstromausgang des Wechselrichters eingespeiste Wirkleistung und über einen Sollwert QWR als Führungsgröße die Blindleistung getrennt steuerbar ist. Aus der Regelabweichung f - f* der Netzfrequenz f von der Nenn-K f* = f wird der Sollwert W*R für die Wirkfrequenz f = wird der Sollwert PWR für doe Prleistungsübertragung des Energieübertragers und aus der * Regelabweichung u - u der Netzspannung u von der Nenn-* spannung u = uNenn wird der Sollwert für die Wirkleistungsübertragung gebildet.
  • Hierzu wird nach dem Prinzipschaltbild von Fig.1 am Netz 1 mittels eines Wandlers 14 die Netzspannung u abgegriffen um daraus mittels eines Frequenzgebers 15 die Frequenz f des Netzes zu bilden, die als Istwert einem Frequenzregler 16 zugeführt wird. Der Sollwert des Frequenzreglers 16 ist an einer Einstelleinrichtung (Potentiometer 17) entsprechend der Nennfrequenz des Netzes abgegriffen.
  • In analoger Weise wird aus der Netzspannung u mittels eines Spannungsamplituden-Cebers (Gleichrichter 18) der Istwert u der Netzspannungsamplitude gemessen und zusammen mit einem an einer Anstelleinrichtung (Potentiometer 19) abgegriffenen, der Nennspannung des Netzes entsprechen-* den Sollwert u einer Amplitudenregler 20 zugeführt. Der Ausgang des Frequenzreglers 16 liefert den Wirkleistungssollwert, der Ausgang des Amplitudenreglers 20 den Blindleistungssollwert.
  • Bei der gewählten Einstellung des Antriebsaggregats gibt dieses seine Nennleistung bei der Netzfrequenz (z.B.60 Hz) ab. Im Falle einer Entlastung des Aggregats durch einen kleineren Wirkleistungsbedarf des Netzes PNetz Netz ( nimmt ohne die erfindungsgemäße Einrichtung die Frequenz des Aggregates und des Netzes proportional zu und erreicht im Leerlauf z.B. 105 % der Nennfrequenz. Übersteigt andererseits die dem Aggregat entnommene Wirkleistung die Nennleistung, so nimmt die Netzfrequenz mit steigender Wirkleistung ab.
  • Der Frequenzregler 16 liefert nun den Wirkleistungssollwert und bewirkt, daß vom Energiespeicher 11 über den Energieübertrager 12 und dessen Steuerung 13 Wirkleistung PAg in das Netz eingespeist wird. Der Wirkleistungsaustausch zwischen Netz und Speicher ist dabei Null, wenn die Netzfrequenz gleich der Nennfrequenz (Sollfrequenz ist. Der Regelsinn des Reglers ist so, daß bei steigender Netzfrequenz zunehmend Wirkleistung aufgenommen und damit der Speicher aufgeladen wird Im Fall sinkender Netzfrequenz wird Wirkleistung ans Netz abgegeben und der Speicher dadurch entladen.
  • In Fig.4 ist der zeitliche Verlauf des Wirkleistungsbedarfes Netz des Netzes 1 in Form einer Sinusschwingung dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 sei der Wirkleistungsbedarf P Netz gleich der Nennleistung ( Nenn des Antriebs- aggregats. Zum Zeitpunkt t0 ist also, wie man dem Drehzahl/Leistungsdiagramm in der Mitte von Fig.4 entnimmt, die Frequenz des Antriebsaggregats bzw. des Netzes gleich der Nennfrequenz. Neben dem entsprechenben Diagramm ist die Wirkleistungsabgabe PWR des Wechselrichters 12 aufgetragen, die sich jeweils aus dem horizontalen Abstand des durch den entsprechenden Zeitpunkt gekennzeichneten Punktes von der zu PWR = 0 gehörenden Vertikalen gegeben ist.
  • Gemäß dem Verlauf von PNetZ im oberen Diagramm von Fig.4 steigt bis zum Zeitpunkt t1 der Wirkleistungsbedarf des Netzes, dieser Anstieg wird jedoch durch eine entsprechende Steuerung der Wirkleistungsabgabe PWR des Wechselrichters gedeckt. Folglich bleibt die Netzfrequenz bis zum Zeitpunkt t1 auf dem gleichen Wert, während jedoch PWR ansteigt.
  • Es kann hierbei der Fall auftreten, daß der Wechselrichter bis an seine Leistungsgrenze aufgesteuert wird. Dies ist dann der Fall, wenn der übertragene Strom einen Maximalwert erreicht hat. Für diesen Fall ist vorgesehen, aus der Regelabweichung zwischen dem Strommeßwert und dieser Stromgrenze einen Grenzwert zu bilden, auf den der Ausgangsstrom des Wechselrichters begrenzt wird.
  • Zwischen den Zeiten t1 und t3 sei diese Strombegrenzung wirksam, so daß der Wechselrichter nur noch seine konstante Wirk-Grenzleistung (PWR)o übertragen kann. Solange der Wirkleistungsbedarf des Netzes noch ansteigt (Zeitpunkt t2> erniedrigt sich daher die Netzfrequenz, deren Änderung entsprechend der Statik nach Fig.2 gegeben ist und in Fig.4 zur besseren Deutlichkeit überproportional dargestellt ist. Zum Zeitpunkt t2 erniedrigt sich der Wirkleistungsbedarf, um zum Zeitpunkt t3 wieder ganz von der Nennleistung des Antriebsaggregats und der Grenzl eistung des Wechselrichters gedeckt zu werden. Bis zum Zeitpunkt t4 an dem der Wirkleistungsbedarf des Netzes wieder vollständig durch die Nennleistung des Aggregats gedeckt und der Wechselrichter daher mit der Aussteuerung Null betrieben wird, bleibt wieder die Nennfrequenz des Netzes erhalten. Für die Zeiten 1 Lt bis t8, an dem nunmehr der Wirkleistungsbedarf des Netzes unterhalb dr Nennleistung des Aggregats liegt, spielt sich die Steuerung des Wechselrichters mit negativem Vorzeichen ab und die Netzfrequenz kann lediglich im Zeitintervall zwischen t5 bis t7 (Eingriffsdauer der Strombegrenzung des Wechselrichters) von der Nennfrequenz abweichen.
  • Insgesamt ergibt sich, daß im Normalbetrieb (das entspricht den Zuständen zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 bzw. t3 bis t5 bzw. t7 bis t8) das Antriebsaggregat in seinem normalen, optimalen Arbeitspunkt arbeiten kann, ohne daß in die Steuerung des Antriebsaggregates oder der anderen in Fig.1 gezeigten Generatoren und Verbraucher eingegriffen werden muß.
  • In Fig.4 ist anhand des Eingriffs der Strombegrenzung auch der Fall berücksichtigt, daß die Wirkleistungsabgabe des Wechselrichters bei einem nicht-überlastbaren Energiespeicher beschränkt ist.
  • In Fig.5 sind ähnliche Verhältnisse für die Blindleistung dargestellt. Zum Zeitpunkt tC liegt eine rein ohmsche Belastung des Netzes vor, das Antriebsaggregat erzeugt gemäß seinen Arbeitspunkt keine Blindleistung und der Amplitudenregler 20 gibt den Blindleistungsollwert QWR = 0 vor. Die Netzspannung bleibt bis zum Zeitpunkt t1 auf dem Nennwert Wenn, da ein Anstieg des Blindleistungsbedarfes QNetz vollkommen durch eine entsprechend aufgesteuerte eistungsabgabe des Wechselrichters gedeckt wird.
  • Die Höhe der Blindleistungsabgabe ist durch die Kommutierfähigkeit des Leistungsteiles im Wechsel richter begrenzt.
  • Über die bereits besprochene Strombegrenzung wird erreicht, daß nur ein maximaler Strom durch den Wechselrichter fließen kann. Während dieser Strombegrenzung folgt daher die Netzspannung der in Fig.3 gezeigten u/Q-Kennlinie.
  • Zum Zeitpunkt t3 kann wieder der gesamte Blindleistungsbedarf des. Netzes über den Wechselrichter gedeckt werden und die Netzspannung ist auf ihren Nennwert zurückgekehrt.
  • Es kann nun auch der Fall eintreten, daß bei anhaltendem Leistungsbedarf des Netzes die Kapazität des Energiespeichers praktisch erschöpft oder bei anhaltender Lei- stungsabgabe des Netzes ditrAufnahmefähigkeit des Energiespeichers erreicht ist. Für diesen Fall ist es vorteilhaft, aus den Regelabweichungen zwischen der Ausgangsspannung Ud des Energiespeichers einerseits und einer für den vollen Speicher vorgegebenen Spannungsgrenze Ud max bzw. einer für den erschöpften Energiespeicher eingestellten Spannungsuntergrenze U d min Grenzwerte zur Begrenzung des Sollwertes für die Wirkleistungsübertragung zu bilden.
  • Dieser Fall ist in Fig. 6 dargestellt, wo zum Zeitpunkt t1 infolge Erschöpfung des Energiespeichers die abgegebene Leistung bis zum Wert PWR - 0 (Zeitpunkt t2) abgesenkt wird. Der Energiebedarf des Netzes muß daher in zunehmenden Maße vom Leistungsaggregat gedeckt werden, so daß sich insgesamt bis zum Zeitpunkt t Netzfrequenzen unterhalb der Nennfrequenz ergeben. Ahnliche Verhältnisse liegen vor, wenn zum Zeitpunkt t4 die Kapazität des Energiespeichers bereits voll ausgelastet ist und der Energiespeiches keine Wirkleistung aus dem Netz mehr übernehmen kann, so daß die Netzfrequenz über die Nennfrequenz ansteigt.
  • Insgesamt ergibt sich fur die dargestellten Verläufe des Leistungsbedarfes des Netzes, daß die entsprechende Frequenz/Wirkleistungs-Kennlinie bzw. Spannung/Blindleistungs-Kennlinie entsprechend der an den Diagrammen der Figuren 4 bis G angogebenen Reihenfolge der Zeitpunkte durchlaufen wird. Abweichungen von den Nenuwerten liegen nur dann vor, wenn Leis tungsgrenzen der Speichereinheit und des Energieübertragers erreicht sind, was jedoch bei entsprechend großer Auslegung dieser Einheiten weitgehend vermieden werden kann.
  • Häufig können bei derartigen Anlagen gewisse Spannungsschwankungen toleriert werden. Es können daher für die Blindleistungsübertragung gewisse Toleranztrenzen vorgegeben werden. Der Sollwert für die Blindleistungsübertragung wird in diesem Fall bei Absinken oder Ansteigen der Netzspannung aus der Regelabweichung zwischen der Netzspannung und einer unterhalb bzw. oberhalb der Nennspannung liegenden Toleranzgrenze gebildet. Es ergeben sich dann zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 bza. t3 und t5 bzw. t7 und t8 in Fig.5 gewisse dort nicht berücksichtigte Schwankungen.
  • Unter Umständen enthält die Steuereinheit tes Energieübertragers keinen Führungsgrößen-Eingang für (ie entsprechenden Leistungen, sondern nur für den Wirkstt om bzw. Blindstrom. Man kann aus den jeweiligen Sollwerten durch Division mit dem Meßwert der die benötigten Soll werten für Cen zu übertragenden Wirkstrom bzw. Blindstrom bilden. Eine Messung der ist ohnehin Ein geeigneter Energieübertrager mit Steuerung ist in der deutschen Patentanmeldung P 32 36 071.1 beschrieben und als Bauteil 30 in Fig.7 im einzelnen dargestellt. Dabei sind im wesentlichen die in dieser Patentanmeldung definierten Symbole verwendet, eine weitere Beschreibung der Steuerung erübrigt sich. Für die Erfindung ist es nur wesentlich, daß das Bauteil 30 Steuereingänge 31 und 32 für einen Wirkstrom-Sollwert 1W cos T und einen Blindstromsollwert #*W sin* enthält und in der Lage ist, aus einer als Energiespeicher dienenden Batterie 11 (Batteriespannung Ud) den durch die Sollwerte gegebenen Wirk- und Blindstrom in das Netz 1-einzuspeisen. Erwähnt sei ferner, daß am Bauteil 30 die Amplitude Au der Netzspannung UN gebildet und abgreifbar ist. Außerdem ist das vorbeschriebene Bauteil 30 durch eine Begrenzungsschaltung 33 ergänzt, die den Ausgangsstrom 1u des Energieübertragers auf einen Maximal-* wert 1 max beschränkt und ein Gleichrichter 34 liefert u max aus den Meßwerten des Ausgangsstromsystems 1w des Energieübertragers einen an einem Glättungsglied 35 geglätteten Stromistwert I .
  • w Man erkennt in Bild 7 wieder den Frequenzgeber 15, der aus dem Spannungssystem u des Netzes die entsprechende Netzfrequenz f bildet und die Regelabweichung f - f zwischen * der Netzfrequenz und der als Sollwert f vorgegebenen Netz-Nennfrequenz dem Frequenzregler 16 zuführt. Dem Regler 16 ist eine Spannungsbegrenzungs-Schaltung 40 nachgeordnet, die die als Wirkleistungssollwert PWR abgegriffene Ausgangsspannung des Reglers 16 auf einen Maximalwert und einen Minimal wert begrenzt. Der obere Grenzwert wird dabei von einem Regler 41 geliefert, dem die Regelabweichung d max - U d zwischen der Ausgangsspannung d des Energiespeichers 11 und einem, dem geladenen Zustand des Energie-* speichers entsprechenden Grenzwert Ud d max zugeführt ist.
  • In analoger Weise ist der untere Grenzwert der Begrenzungsschaltung 40 von einem Regler 42 aus der Regelabweichung d U d min zwischen Ud und einem dem entladenen Zustand des Speichers 11 entsprechenden unteren Grenzwertes U*d min gebildet. Ferner ist ein Umschalter 43 vorsehen, durch den von dem vom Regler 16 gebildeten Wirkleistungssollwert auf einen extern vorgegebenen Wirkleistungssollwert umgeschaltet werden kann. Diese Umschaltung ist auch für den Blindleistungssollwert vorgesehen (Umschalter 60) und ist dann vorteilhaft, wenn die Anlage zusammen mit einem Rechner betrieben wird, der die verschiedenen Generatoren und Aggregate im Sinne eines Lastausgleiches steuert.
  • * Um nun aus den Wirkleistungssollwert PWR den am Eingang 31 benötigten Wirkstromsollwert IW cos ç zu bilden, ist in diesem Fall ein Quotientenbildner 44 vorgesehen, dessen Divisoreingang der Betrag u der Netzspannung zugeführt ist.
  • Der Quotient PwR/u, der noch über einen Glättungsglied 45 geglättet werden kann, ist dem Eingang 31 über eine Begrenzungsschaltung 46 zugeführt, die den den Energieübertrager durchfließenden Strom 1 auf einen vorgegebenen, * w maximalen Stromwert 1w max begrenzt. Auch hier wird die Spannungsgrenze an einem Regler 47 abgegriffen, dem die * Regelabweichung 1 max 1 zugeführt ist.
  • w max w Auch dem Eingang 32 für den Blindstromsollwert 1w sint ist eine Begrenzungsschaltung 48 vorgeschaltet, die ihren Grenzwert am Ausgang des Reglers 47 erhält. Der Blindstromsollwert wird, gegebenenfalls über ein Glättungsglied 49, als Quotient QwR/u am Ausgang eines Quotientenbildners 55 abgegriffen, dessen Dividendeneingang von dem Blindleistungssollwert QWR beaufschlagt ist. Dieser Blindleistungssollwert wird, wie schon in Zusammenhang mit Fig.1 beschrieben ist, aus der Differenz zwischen der als Soll-* wert U am Geber 19 eingestellten Netz-Nennspannung und der gemessenen Netzspannung u gebildet.
  • Im vorgegebenen Fall ist der in Fig.1 dargestellte Amplitudenregler 20 mit einer Hysterese versehen. Dies kann gemäß Fig.7 dadurch geschehen, daß ein negativer Sollwert über eine entsprechend gepolte Diode 56 an einem Einzel regler 57 abgegriffen ist, dem als Regelabweichung die Differenz Au - (U - t U ) zugeführt ist und der daher nur anspricht, wenn die gemessene Spannungsamplitude die unteren Toleranzgrenze U - U unterschreitet. Positive Blindleistungssollwerte werden über eine entsprechende gepolte Diode 58 an einem zweiten Einzel regler 59 abgegriffen, dem nunmehr die Regelabweichung (U* + AU ) - u zwischen der gemessenen * Netzspannung und einer oberen Toleranzgrenze U + bU zugeführt ist.
  • Insgesamt wird mit dieser Anordnung erreicht, daß die an das Netz 1 angeschl-ossenen Verbraucher 2,3 und auch die den Verbrauchern in dieser Hinsicht gleichgestellten Generatoren 4, 5 und 6 weitgehend unabhängig von der Blindleistungsbilanz des Netzes 1 auf ihrem den jeweiligen Arbeitsbedingungen entsprechenden optimalen Arbeitspunkt arbeiten können. Auch der Arbeitspunkt des Antriebsaggregates 7 bleibt fast stets unverändert, und Frequenz und Spannung des Netzes ändern sich nicht. Vielmehr wird die Blindleistungsbilanz und ein kurzzeitiger Wirkleistungsüberschuß oder Wirkleistungsbedarf des Netzes weitgehend vom Energiespeicher 11 und dem selbsttätig gesteuerten Energieübertrager 12 gedeckt. Lediglich wenn Leistungsgrenzen des Speichers bzw. Energieübertragers erreicht sind, sind noch Schwankungen in Frequenz und Spannung des Netzes zu befürchten.
  • 10 Patentansprüche 7 Figuren

Claims (1)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zum Stabilisieren von Frequenz (f) und Spanng (u) eines aus einem Antriebsaggregat (7) mit vorgegebener Statik gespeisten Netzes (1), an dem Verbraucher (2 bis 6) mit wechselndem Bedarf an Wirkleistung (PNetz) und Blindleistung (QNetz) angeschlossen sind, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Statik des Antriebsaggregats (7) so vorgegeben wird, daß das Aggregat bei Nennspannung und Nennfrequenz des Netzes im optimalen Betriebspunkt betrieben wird, daß an das Versorgungsnetz (1) ein elektrischer Energiespeicher (11) über einen Energieübertrager (12) mit getrennt steuerbarer Wirkleistungsübertragung und Blindleistungsübertragung gekoppelt wird und daß aus der Regelabweichung (f* - f) der Netzfrequenz (f) von der Nennfrequenz (f*) des Netzes ein Sollwert (PWR) für die Wirkleistungsübertragung und aus der Regelabweichung (U - u) der Netz-* spannung (u) von der Nennspannung (U ) des Netzes ein Sollwert (QWR) für die Wirkleistungsübertragung gebildet wird. (Fig.l) 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -g e k e n n z e i c h n e t , daß aus den Regel ab weichungen zwischen der Ausgangsspannung (und) des Energiespeichers und einer für den vollen Speicher eingestellten * Spannungsobergrenze (Ud max) bzw. einer für den erschöp£-ten Energiespeicher eingestellten Spannungsuntergrenze * (Ud min> Grenzwerte zur Begrenzung des Sollwertes für die Wirkleistungsübertragung gebildet werden. (Fig.7) 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sollwert (Q*WR) für die Blindleistungsübertragung bei Absinken oder Ansteigen der Netzspannung (u) aus der Regelabweichung zwischen einer unteren bzw. oberen Toleranzgrenze (U* - # U* bzw. U* + # U * ) und der Netzspannung (u) gebildet wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Energieübertrager eine Stromrichteranordnung mit einer Regelung des Wirkstromes und des Blindstromes verwendet wird und daß die Sollwerte für den Wirkstrom und den Blindstrom aus den Soll werten der Wirkleistung und der Bl,ndleistung durch Division mit dem Meßwert der gebildet werden.
    5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß aus der Regelabweichung zwischen dem gemessenen, die Stromrichteranordnung durchfließenden Stromes und einem vorgegebenen Stromgrenzwert eine Obergrenze für den Stromsollwert gebildet wird.
    6. Vorrichtung zum Stabilisieren von Frequenz und Spannung eines aus einem Antriebsaggregat (7) mit vorgebbarer Statik gespeisten Netzes (1), an das Verbraucher (2 bis 6) mit wechselndem Bedarf an Wirkleistung und Blindleistung angeschlossen sind, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende Merkmale: - ein elektrischer Energiespeicher (11) ist über einen Energieübertrager (12) an das Netz (1) angeschlossen, der über eine Steuereinheit (13) eine steuerbare Wirkleistung und Blindleistung einspeist, - der Wirkleistungsollwert (PWR) ist an einem Frequenzregler (16) abgegriffen, dem die Differenz zwischen der mittels eines Frequenzgebers (ins) am Netz abgegriffenen Netzfrequenz (f) und eine eingestellten Nennfrequenz * (f ) des Netzes zugeführt ist, und - der Blindleistungssollwert (QWR) ist an einem Amplitudenregler (20) abgegriffen, dem die Differenz zwischen der mittels eines Spannungsamplitudengebers (18) am Netz abgegriffenen Spannungsamplitude und einer eingestellten Nennspannung (U ) des Netzes zugeführt ist.
    7. Vorric.htung nach Anspruch 6., d a d u r c h g e -k e-n- n z e i c h n e t , daß dem Frequenzregler (16) eine Spannungsbegrenzungs-Schaltung (40) nachgeschaltet ist, die ihren unteren -Grenzwert von einem von der Ausgangsspannung (ud) des Energiespeichers (11) und einem zudem erschöpSten'Energiespeicher zugeordneten Sollwert (U*d min) beaufschlagten Regler (42) und ihren oberen Grenzwert von einem von der Ausgangsspannung des Energiespeichers und- einem dem aufgeladenen'Energiespeicher entsp-rechenden Grenzwert (U*d max) beaufschlagten Regler (41) erhält.-8. Vorrichtung nach,Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Amplitudenregler eine Regelanordnung (56 bis 59) mit Toleranzbreite verwendet ist.
    9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, d a -d u r c -h g e k e n n z e i c h n e t , daß als Energieübertrager eine Stromrichteranordnung mit einer Steuerung verwendet ist, die als Führungsgrößen den Blindstrom und den Wirkstrom verwendet, daß den Führungsgröß-eneingängen (31, 32) eine Strombegrenzungsschaltung (46, 48) mit einer.oberen Stronigrenze.vorgeschaltet ist,-die an.einem Stromgrenzwert-Regler (47) abgegriffen ist, und daß die Führungsgrößen jeweils von einem Quotientenbildner (55) gebildet sind, deren Dividendeneingängen mit den Ausgängen des Amplitudenreglers und des Frequenzreglers verbünden sind und deren Divisoreingänge vom Meßwert der Spannungsamplitude beaufschlagt sind.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, d a --d u r c h g e k e,n n z e i c h n e t , daß die Führungsgrößen von den Ausgängen der Regler auf eines Rechners umschaltbar sind (Umschalter 43, 60).
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