DE592510C - Device to increase the stability of AC power lines or machines or networks working in parallel - Google Patents

Description

Einrichtung zur Erhöhung der Stabilität von Wechselstromfernleitungen oder von parallel arbeitenden Maschinen oder Netzen Bei Übertragung von Leistungen auf große Entfernungen muß man bei Leistungen, die über die natürliche Leistung der Fernleitung hinausgehen, dieser induktiven Strom Abschnitt für Abschnitt zuführen, d. h. die Leitung kapazitiv belasten. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man Kondensatoren parallel zur Leitung schaltet. Dabei ist es erforderlich, daß die Größe der Kapazität bei Änderung der übertragenen Leistung geändert wird. Es ist zu diesem Zweck bereits vorgeschlagen worden, Regeleinrichtungen vorzusehen, die beispielsweise in Abhängigkeit von der Spannung oder anderen Betriebsgrößen der Leitung die Größe der wirksamen parallel geschalteten Kapazität stetig oder durch Zu- oder Abschalten von Kondensatoren stufenweise verändern.Device to increase the stability of AC transmission lines or from machines or networks working in parallel when power is transferred At great distances one has to do with performances which are beyond natural performance go out of the pipeline, feed this inductive current section by section, d. H. load the line capacitively. This can be done, for example, by that capacitors are connected in parallel with the line. It is necessary to that the size of the capacity is changed when the transmitted power changes. For this purpose it has already been proposed to provide control devices, for example, depending on the voltage or other operating parameters the size of the effective capacitance connected in parallel continuously or change gradually by connecting or disconnecting capacitors.

Bei solchen Einrichtungen ist es jedoch nicht ohne weiteres möglich, einen maximalen Spreizwinkel von go ° zwischen den Spannungen zweier Spannungsfestpunkte, also beispielsweise zwi-. schen Anfang und Ende der ganzen Übertragungsanlage, zu überschreiten. Die Erhöhung des zulässigen Spreizwinkels längs einer Übertragung mittels eingeschalteter Blindstromerzeuger hat nämlich zur Voraussetzung, daß diese mit sinkender Spannung eine zunehmende voreilende Blindstromaufnahme erfahren. Dieses Verhalten zeigt von Natur lediglich die Synchronmaschine. Will man Kondensatoren zu wachsender Blindstromaufnahme bei sinkender Spannung veranlassen, so ist es erforderlich, die Kapazität bei abnehmender Spannung mit großer Geschwindigkeit zu erhöhen. Eine Steigerung der Stabilität ist unter diesen Umständen möglich, wenn die Regelgeschwindigkeit gegenüber der Eigenschwingungsdauer des ganzen Systems hinreichend hoch gewählt ist. Dabei ist es aber erforderlich, daß die Kapazität stetig oder in sehr kleinen Stufen geregelt wird. Steigt der Phasenwinkel zwischen den starren Spannungspunkten der Anlage bei einer solchen Anordnung über go °, so versucht die Spannung immer wieder abzusinken und muß durch den Regler periodisch gesteigert werden. Sie pendelt daher dauernd um ihren Sollwert, wobei die Regler fortgesetzt arbeiten müssen.With such facilities, however, it is not easily possible a maximum spread angle of go ° between the stresses of two stress fixed points, so for example between. between the beginning and the end of the entire transmission system exceed. The increase in the permissible spread angle along a transmission by means of switched-on reactive power generator has the prerequisite that this experience an increasing leading reactive current consumption with decreasing voltage. This By nature, only the synchronous machine shows behavior. Do you want capacitors cause the reactive current consumption to increase with decreasing voltage, it is necessary to to increase the capacity with decreasing voltage at great speed. One Stability can be increased under these circumstances if the control speed chosen to be sufficiently high compared to the period of natural oscillation of the entire system is. But it is necessary that the capacity is steady or very small Levels is regulated. The phase angle between the rigid stress points increases of the system with such an arrangement above go °, the voltage always tries decrease again and must be increased periodically by the controller. She commutes therefore constantly around their setpoint, whereby the controller must continue to work.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Erhöhung der Stabilität von Wechselstromfernleitungen, bei der diese Nachteile vermieden sind. Gemäß der Erfindung werden parallel zur Wechselstromfernleitung Kondensatoren mit dazu parallel liegenden Drosselspulen geschaltet, die bei der Normalspannung im Sättigungsbereich arbeiten. Diese Anordnung wird so bemessen, daß innerhalb eines bestimmten Spannungsbereiches ihre voreilende Blindstromaufnahme bei sinkender Spannung zunimmt. Dadurch wird erreicht, daß der Winkel zwischen den Spannungsvektoren über go` vergrößert werden kann, ohne daß die Stabilität der Anlage gefährdet wird.The invention relates to an arrangement for increasing stability AC power lines, in which these disadvantages are avoided. According to the Invention are parallel to the AC power line capacitors with parallel to it lying inductors switched, which at normal voltage in the saturation range work. This arrangement is dimensioned so that within a certain voltage range their leading reactive current consumption increases with decreasing voltage. Through this will achieves that the angle between the voltage vectors can be increased via go` can without endangering the stability of the system.

In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. i ist die Wechselstromfernleitung, die der Einfachheit halber einphasig dargestellt ist. Mit 2 sind die Generatoren des Kraftwerkes bezeichnet, welche die Fernleitung speisen, 3 ist der Abnehmer oder ein zweites Kraftwerk. Mit 4 und 5 sind die Induktivität bzw. die Kapazität der Fernleitung angedeutet. Gemäß der Erfindung werden parallel zur Fernleitung längs der Leitung verteilt Kondensatoren 6 geschaltet, zu denen parallel Drosselspulen ,7 liegen, die bei der normalen Spannung im Sättigungsbereich arbeiten. In Fig. 2 ist die Charakteristik der Drosselspule und des Kondensators dargestellt. Es bedeuten J, die Blindstromaufnahme des Kondensators, JI die Blindstromaufnahme der Drosselspule bei der Spannung U. In Fig. 3 ist die resultierende Blindstromaufnahme dieses aus Kondensator undDrosselspule bestehendenZwischengliedes dargestellt. Wie die Figur zeigt, besitzt diese Kombination die Eigenschaft einer Synchronmaschine im Bereiche a bis b, d. h. bei sinkender Spannung vom Punkt b zum Punkt c nimmt die induktive Blindstromaufnahme ab und bei weiterem Sinken der Spannung bis zum Punkt a nimmt die voreilende Blindstromaufnahme bei sinkender Spannung zu. Wie bereits erwähnt, ist es mit Hilfe solcher Zwischenglieder möglich, die Stabilität von Wechselstromfernleitungen auch bei einem Winkel von mehr als go ° zwischen den Spannungsvektoren zu halten. Die Anwendung solcher Zwischenglieder ist nicht nur auf die Übertragung längs langer Fernleitungen beschränkt, sondern es ist auch vorteilhaft, z. B. bei Kupplungen von Maschinen oder Kraftnetzen, die beispielsweise über verhältnismäßig schwache Transformatoren oder, Strombegrenzungsdrosselspulen gekoppelt sind, ein oder mehrere derartige Zwischenglieder parallel zur Verbindungsleitung einzuschalten.In the figure, an embodiment of the invention is shown. i is the AC trunk line, which is shown single-phase for the sake of simplicity. With 2 the generators of the power plant are referred to, which feed the pipeline, 3 is the consumer or a second power plant. With 4 and 5, the inductance and the capacitance of the long-distance line are indicated. According to the invention, capacitors 6 are connected in parallel with the long-distance line and distributed along the line, to which there are inductors 7, 7, which operate at the normal voltage in the saturation range. In Fig. 2, the characteristics of the choke coil and the capacitor are shown. J denotes the reactive current consumption of the capacitor, JI the reactive current consumption of the choke coil at the voltage U. FIG. 3 shows the resulting reactive current consumption of this intermediate element consisting of the capacitor and the choke coil. As the figure shows, this combination has the property of a synchronous machine in areas a to b, i.e. when the voltage drops from point b to point c, the inductive reactive current consumption decreases and when the voltage drops further to point a, the leading reactive current consumption decreases when the voltage drops to. As already mentioned, with the help of such intermediate links it is possible to maintain the stability of AC power lines even at an angle of more than go ° between the voltage vectors. The use of such links is not only limited to transmission along long trunk lines, but it is also advantageous, e.g. B. in the case of couplings of machines or power networks, which are coupled, for example, via relatively weak transformers or current-limiting reactors, to switch on one or more such intermediate elements parallel to the connecting line.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, tritt noch eine gewisse Spannungsänderung auf, die man bei Verwendung von Maschinen durch Einbau von Reglern kompensiert. Diese Spannungsänderung läßt sich nun nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung vollkommen ausgleichen bzw. auf ein geringes Maß vermindern, wenn man der Eisendrosselspule, wie in Fig. 4 dargestellt, noch einen Kondensator mit verhältnismäßig großer Kapazität, aber für kleine Spannung vorschaltet, so daß die resultierende Charakteristik der Eiseninduktivität mit dem vorgeschalteten Kondensator im Sättigungsbereich nur noch schwach ansteigt. Das ganze Gebilde bekommt dann eine Blindleistungscharakteristik, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist. Um Unstabilitäten zu vermeiden, muß man dafür sorgen, daß die Charakteristik von a nach b schwach ansteigt.As can be seen from FIG. 3, a certain change in voltage still occurs, which is compensated for by installing regulators when using machines. According to a further embodiment of the invention, this change in voltage can now be completely compensated for or reduced to a small extent if the iron choke coil, as shown in FIG The resulting characteristic of the iron inductance with the upstream capacitor only increases slightly in the saturation area. The entire structure is then given a reactive power characteristic as shown in FIG. In order to avoid instabilities, one must ensure that the characteristic increases slightly from a to b.

Den gleichen Erfolg kann man auch erzielen, wenn man den Kondensator nicht, wie in Fig. 4 dargestellt ist, unmittelbar vor die Eiseninduktivität legt, sondern vor die Parallelschaltung von Eisendrossel und Kondensator. Da der Kondensator 8 nur von geringen Spannungen beansprucht wird, kann man ihn auch zur besseren Ausnutzung über einen Zwischentransformator anschließen.The same success can also be achieved if you use the capacitor not, as shown in Fig. 4, put directly in front of the iron inductance, but before the parallel connection of iron choke and capacitor. Because the capacitor 8 is only subjected to low voltages, it can also be used for better utilization Connect via an intermediate transformer.

Um die durch die Sättigung der Drosselspule erzeugten höheren Harmonischen unschädlich zu machen, kann man vor den Kondensator 6 eine Drosselspule schalten, die mit dem Kondensator auf die zu unterdrückende Oberwelle abgestimmt ist. Zweckmäßig wird man, da der Kondensator aus Einzelelementen aufgebaut ist, vor jedes einzelne Element oder vor je eine parallel geschalteter Elemente je eine besondere Drosselspule schalten und diese Reihenschaltungen auf verschiedene Oberwellen abstimmen. Man hat dadurch die Möglichkeit, die verschiedenen im Eisen erzeugten Oberwellen zu unterdrücken. Bei Drehstromleitungen, bei denen man die Drosselspule in Stern schalten kann, ist es nicht erforderlich, besondere Resonanzkreise zur Unterdrückung der dritten Oberwelle zu verwenden, da diese im Strom nicht auftreten kann. ':Ulan wird dann die Resonanzkreise auf die 5., 7. usw. Oberwelle abstimmen.About the higher harmonics created by the saturation of the choke coil To make it harmless, you can connect a choke coil in front of the capacitor 6, which is matched with the capacitor to the harmonic to be suppressed. Appropriate Since the capacitor is made up of individual elements, one will be in front of each individual element Element or in front of one parallel-connected elements each a special choke coil switch and tune these series connections to different harmonics. Man thereby has the opportunity to view the various harmonics generated in the iron suppress. With three-phase lines, where you connect the choke coil in star it is not necessary to have special resonance circuits to suppress the third harmonic should be used, as this cannot occur in the current. ': Ulan will then adjust the resonance circles to the 5th, 7th, etc. harmonic.

In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel für die Unterdrückung der höheren Harmonischen dargestellt. 7 ist die eisengesättigte Drosselspule, 8 der vorgeschaltete Kondensator. Der parallel zur Drosselspule liegende Kondensator 6 besteht aus den einzelnen Teilkondensatoren 16, 17 und 18, die aus einem einzigen Element oder Elementegruppen bestehen können. Vor die Teilkondensatoren sind Drosselspulen z6, 27 und 28 geschaltet, die so bemessen sind, daß die Kreise beispielsweise auf die 5., 7., 11. Oberwelle abgestimmt sind. Dadurch gelingt es, die Oberwellen im Magnetisierungsstrom der Eisendrossel über den parallelen Kondensator abzuführen, so daß sie nicht in das Netz gelangen können.In Fig. 7 is an embodiment for the suppression of the higher Harmonics shown. 7 is the iron-saturated choke coil, 8 the upstream one Capacitor. The capacitor 6 lying parallel to the choke coil consists of the individual partial capacitors 16, 17 and 18, which consist of a single element or groups of elements can exist. Choke coils z6, 27 and 28 are connected in front of the partial capacitors, which are dimensioned so that the circles, for example, on the 5th, 7th, 11th harmonic are matched. This makes it possible to reduce the harmonics in the magnetizing current The iron choke must be discharged via the parallel capacitor so that it does not fall into the Can reach network.

Es ist nicht erforderlich, daß man vor jedes einzelne Element bzw. Elemente,-nippe eine Drosselspule schaltet. Man wird zweckmäßig nur so viele Reihenschaltungen anwenden, als man Oberwellen unterdrücken will.It is not necessary to go in front of each individual element or Elements, -nippe a choke coil switches. It is only practical to use so many series connections apply when you want to suppress harmonics.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Erhöhung der Stabilität von Wechselstromfernleitungen oder von parallel arbeitenden Maschinen oder Netzen, dadurch gekennzeichnet, daß parallel an die Fernleitung, zweckmäßig längs der Leitung verteilt oder parallel zur Verbindungsleitung der Maschinen oder Netze, Kondensatoren mit dazu parallel liegenden, im Sättigungsbereich arbeitenden Drosselspulen geschaltet sind, deren Kapazität und Induktivität so bemessen sind, daß innerhalb eines vorbestimmten Spannungsbereiches die voreilende Blindstromaufnahme dieser Parallelschaltung von Kondensator und Drossel bei sinkender Spannung zunimmt. PATENT CLAIMS: i. Device to increase the stability of AC transmission lines or by machines or networks operating in parallel, characterized in that parallel to the long-distance line, expediently distributed along the line or in parallel to the connection line of machines or networks, capacitors with connected in parallel to this, working in the saturation range, choke coils are, the capacitance and inductance are such that within a predetermined Voltage range the leading reactive current consumption of this parallel connection of Capacitor and choke increases with decreasing voltage. 2. Einrichtung nach Anspruch =, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der gesättigten Drosselspule oder in Reihe mit der Parallelschaltung von Drosselspule und Kondensator ein weiterer Kondensator geschaltet ist. 2. Device according to claim =, characterized in that in series with the saturated inductor or in Series with the parallel connection of the choke coil and capacitor is another capacitor is switched. 3. Einrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem parallel zur Drosselspule liegenden Kondensator eine weitere Drosselspule oder in Reihe mit einzelnen Teilkondensatoren, aus welchen dieser Kondensator aufgebaut ist, je eine Drosselspule geschaltet ist und diese Reihenschaltungen auf höhere Harmonische abgestimmt sind.3. Device according to claim i or 2, characterized in that in series with the capacitor lying parallel to the choke coil, another choke coil or in series with individual partial capacitors from which this capacitor is built is, a choke coil is connected and these series connections to higher Harmonics are matched.