WO2014056695A2 - Verfahren zur spannungsregelung eines transformators - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for voltage regulation of a transformer with different winding taps and a voltage regulator.
- the voltage regulator consists of a current transformer connected to the secondary side of the transformer. An ohmic resistor and a capacitance are connected to this current transformer, which are used to influence an inductive or capacitive voltage drop. Through switches, both the tap for the ohmic voltage drop and the tap for the inductive voltage drop can be reversed independently.
- a voltage regulator and a method for voltage regulation of a transformer with a tap changer are known.
- the automatic control of transformers with tap changers, which are actuated by a motor drive is known from the company publication "microprocessor-controlled voltage regulator MK30" of the applicant.
- This voltage regulator controls the motor drive, which operates on the principle of stepping; this causes a voltage change of the transformer winding by one stage.
- the voltage controller sends a "higher” or “lower” control command to the motor drive if the voltage actual value deviates from the voltage setpoint within specified limits.
- This known voltage regulator has numerous function keys and setting elements, with which a parameterization of the voltage regulator is performed, d. H. certain criteria for the control to be set by the operator manually.
- the object of the present invention is to specify a method which is able to regulate different load flow directions with conventional transformer systems and voltage regulators in order to ensure a safe and reliable voltage supply.
- the dependent claims relate to particularly advantageous developments of the method.
- the idea according to the invention consists in using a generator A / consumer quadrant system in the voltage regulation process and mapping the line current in it. As soon as the line current is in a consumer quadrant, the setpoint of the voltage regulator is increased. When positioning the line current in a generator quadrant, the setpoint of the voltage regulator is lowered.
- the fundamental distinction between consumer and generator makes it possible to determine the load flow direction and thus to prevent the voltage band from being damaged by too high a feed-in power.
- windings of the winding on the primary side of the transformer are switched off after the increase in the setpoint value.
- turns of the winding are switched on the primary side of the transformer after lowering the set value.
- Figure 1 shows a schematic view of a transformer with the necessary means for reliable power supply at different load flow directions.
- FIG. 2 shows a quadrant system according to the invention.
- FIG. 3 shows a diagram in which a voltage curve runs in the setpoint range.
- FIG. 4 shows a flow diagram according to the invention for the method according to the invention.
- FIG. 1 illustrates a transformer 1 with a step winding 2 and different winding taps 3. This has a primary side P and a secondary side S.
- the winding taps 3 are switched on and off by an on-load tap-changer 4.
- the disconnection can, however, be implemented by any means, such as load selectors, switches, etc.
- the operation of the on-load tap-changer 4 takes place via a motor drive 5.
- This motor drive 5 is controlled by a controller 6 and a voltage regulator 7 integrated therein.
- the voltage regulator 7 detects at a point of entry 8 a line current I in a line 9 which connects the transformer 1 to a consumer / generator 10. This can of course also be a variety of consumers / producers.
- the voltage regulator 7 detects a voltage U, which is applied between the transformer 1 and the consumers / generators 7.
- the quadrant system 11 depicted in FIG. 2 consists of an X-axis X and a Y-axis Y which delimit a first quadrant 12, a second quadrant 13, a third quadrant 14 and a fourth quadrant 15.
- the real part of the line current I which is determined by the load of the consumers / generators and the lines, is plotted on the X-axis.
- the Y-axis represents the imaginary part of the line current I.
- the angle ⁇ between the vector representing the line current I and the X-axis represents the phase shift.
- angle ⁇ is a value between 0 ° and + 180 ° assumes the line current I of the voltage U, ie an inductive generator A / consumer is connected. If the angle ⁇ assumes a value between 0 ° and -180 °, the line current I precedes the voltage U, ie a capacitive generator / consumer is connected.
- a voltage drop can occur within a nominal value range 16, which is defined by an upper voltage limit value G 1 and a lower voltage limit value G 1
- the control method is shown as a flowchart.
- the first step 20 an input of the performance parameters of the system takes place.
- the transformer 1, the on-load tap-changer 4 and the associated lines understood. This also includes technical characteristics of the transformer 1, the on-load tap-changer 4 and the line lengths to the consumers / generators.
- This process step is commonly used in all control methods known in the art.
- the second step then takes place, namely the measurement 30 or 40 of the line current I or the voltage 40 at the transformer 1.
- These data are finally evaluated by the voltage regulator 7 and used to determine that the position of the line current I coincides with that associated phase position, in the illustrated in Figure 2 quadrant system is performed.
- An advantage of this method is the fundamental distinction between consumer and generator on the secondary side of a transformer 1. Determining whether power is fed or consumed on the secondary side, by adjusting the transformation ratio of the transform atros, prevents a voltage overshoot, ie an exceeding of the limits of the voltage band 16, from being caused by a high feed-in power. Another advantage of this method is that no additional equipment must be installed to detect the changing load flow and correct accordingly. By the method it is possible to use the existing components, eg transformer, voltage regulator, etc. LIST OF REFERENCE NUMBERS
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spannungsregelung eines Transformators (1) mit unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen (3). Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das in der Lage ist, unterschiedliche Lastflussrichtungen mit herkömmlichen Transformatoren (1) und Spannungsreglern (7) zu regeln, um eine sichere und zuverlässige Spannungsversorgung zu gewährleisten. Die allgemeine Erfinderische Idee besteht darin, mit Hilfe eines Verfahrens, bei dem ein Quadrantensystem (11) verwendet wird, die Phasenlage des Leitungsstromes (I) und damit die Lastflussrichtung zu bestimmen und damit die Verletzung des Spannungsbandes durch eine zu hohe Einspeiseleistung, über die Steuerung des Laststufenschalters, (4) zu verhindern.
Description
Verfahren zur Spannungsregelung eines Transformators
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spannungsregelung eines Transformators mit unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen und einem Spannungsregler.
Aus der DE 25 04 278 C2 ist eine Anordnung für Spannungsregelung eines Transformators bekannt, die mit Hilfe eines ohmschen Widerstands, eines Kondensators und mehrerer Potentiometer über Vektoraddition in der Lage ist, Spannungsabfälle zu kompensieren.
Weiterhin ist aus der DE 26 16 798 C2 ein Spannungsregler zur Kompensation des Leistungs-Spannungsabfalls für Stufentransformatoren bekannt. Der Spannungsregler besteht unter anderem aus einem, an der Sekundärseite des Transformators angeschlossenen, Stromwandler. An diesem Stromwandler sind ein ohmscher Widerstand und eine Kapazität angeschlossen, die zur Beeinflussung eines induktiven oder kapazitiven Spannungsabfalls verwendet werden. Durch Umschalter sind sowohl der Abgriff für den ohmschen Spannungsabfall als auch der Abgriff für den induktiven Spannungsabfall unabhängig voneinander umpolbar.
Aus der DE 197 28 220 C1 sind ein Spannungsregler und ein Verfahren zur Spannungsregelung eines Transformators mit einem Stufenschalter bekannt. Bei dem beschriebenen Spannungsregler, der zur automatischen Steuerung von Transformatoren mit Stufenschaltern, die durch einen Motorantrieb betätigt werden, handelt es sich um den aus der Firmenschrift bekannte "Mikroprozessorgesteuerter Spannungsregler MK30" der Anmelderin. Dieser Spannungsregler steuert den Motorantrieb an, der nach dem Prinzip der Schrittschaltung arbeitet; dies bewirkt eine Spannungsänderung der Transformatorwicklung um eine Stufe. Vom Spannungsregler wird ein Stellbefehl "Höher" oder "Tiefer" an den Motorantrieb abgegeben, wenn der Spannungsistwert in vorgegebenen Grenzen vom Spannungssollwert abweicht. Dieser bekannte Spannungsregler verfügt über zahlreiche Funktionstasten und Einstellorgane, mit denen eine Parametrierung des Spannungsreglers vorgenommen wird, d. h. bestimmte Kriterien für die vorzunehmende Regelung vom Bedienenden manuell eingestellt werden.
Wie aus den Dokumenten des Standes der Technik zu entnehmen ist, wird stets davon ausgegangen, dass die Lastflussrichtung, nämlich von der Hochspannungsseite zur Niederspannungsseite, stets die gleiche ist. Man ist also davon ausgegangen, dass die Last von den Energieerzeugern, wie z.B. Kraftwerken, zu den Endverbrauchern, wie z.B. Industrie
oder Privathaushalte, fließt. Auf Grund dieser Annahme wurden die bekannten Spannungsregler auf der Sekundärseite, also auf der Niederspannungsseite, angebracht. Diese messen die Spannungsschwankungen und steuern damit die Spannungen jeder Phase jedes Schenkels durch Laststufenschalter auf der Primärseite des Stufentransformators, also auf der Hochspannungsseite. Somit hat die Energieversorgung stets auf den Verbraucher reagiert und versucht, über die Hochspannungsseite gezielt die an der Niederspannungsseite abgegebene Versorgungspannung zu regeln.
Angesichts schwindender fossiler Brennstoffe für Kohlekraftwerke, sowie der ausgehenden Gefahr von der Atomenergie, wird vermehrt auf Energiequellen aus umweltfreundlichen Ressourcen, wie z. B. Wind, Sonne, etc. , zurückgegriffen. Einige dieser neuen Energiequellen befinden sich bei den Verbrauchern in Form von Solaranlagen auf Dächern o.a. Diese neue Ausgangssituation stellt neue Anforderungen an die Infrastruktur der Energieversorgungsnetze, insbesondere an Transformatoranlagen sowie an die Verfahren zu deren Steuerung.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das in der Lage ist, unterschiedliche Lastflussrichtungen mit herkömmlichen Transformatoranlagen und Spannungsreglern zu regeln, um eine sichere und zuverlässige Spannungsversorgung zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst. Die Unteransprüche betreffen dabei besonders vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens. Die erfindungsgemäße Idee besteht dabei darin, beim Verfahren zur Spannungsregelung ein Erzeuger-A/erbraucher-Quadrantensystem zu verwenden und in diesem den Leitungsstrom abzubilden. Sobald sich der Leitungsstrom in einem Verbraucher-Quadrant befindet wird der Sollwert des Spannungsreglers erhöht. Bei einer Positionierung des Leitungsstromes in einem Erzeuger-Quadranten wird der Sollwert des Spannungsreglers abgesenkt. Die grundlegende Unterscheidung zwischen Verbraucher und Erzeuger ermöglich es die Lastflussrichtung zu bestimmen und damit die Verletzung des Spannungsbandes durch eine zu hohe Einspeiseleistung zu verhindern.
Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens, werden nach dem Erhöhen des Sollwertes Windungen der Wicklung auf der Primärseite des Transformators abgeschaltet.
Nach einer nochmals weiteren Ausführungsform des Verfahrens, werden nach dem Absenken des Sollwertes Windungen der Wicklung auf der Primärseite des Transformators zugeschaltet. Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels noch näher erläutert werden.
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Transformators mit erforderlichen Mitteln zur zuverlässigen Spannungsversorgung bei unterschiedlichen Lastflussrichtungen.
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Quadrantensystem.
Figur 3 zeigt Diagramm in dem ein Spannungsverlauf im Sollwertbereich verläuft. Figur 4 zeigt ein erfindungsgemäßes Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren.
In Figur 1 ist ein Transformator 1 mit einer Stufenwicklung 2 und unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen 3 abgebildet. Dieser weist eine Primärseite P und eine Sekundärseite S auf. Die Wicklungsanzapfungen 3 werden durch einen Laststufenschalter 4 zu- bzw. abgeschaltet. Das Ab- bzw. Zuschalten kann jedoch mit beliebigen Mitteln, wie z.B. Lastwähleren, Umstellern, etc., umgesetzt werden. Die Betätigung des Laststufenschalters 4 erfolgt über einen Motorantrieb 5. Dieser Motorantrieb 5 wird durch eine Steuerung 6 und einem darin integrierten Spannungsregler 7 gesteuert. Der Spannungsregler 7 erfasst an einer Eingangsstelle 8 einen Leitungsstrom I in einer Leitung 9 die den Transformator 1 mit einem Verbraucher/Erzeuger 10 verbindet. Hierbei kann es sich natürlich auch um eine Vielzahl von Verbrauchern/Erzeugern handelt. Weiterhin erfasst der der Spannungsregler 7 eine Spannung U, die zwischen dem Transformator 1 und den Verbrauchern/Erzeugern 7 anliegt. Das in Figur 2 abgebildete Quadrantensystem 11 besteht aus einer X-Achse X und einer Y- Achse Y, die einen ersten Quadrant 12, einen zweiten Quadrant 13, einen dritten Quadrant 14 und einen vierten Quadrant 15 abgrenzen. Auf der X-Achse ist der reelle Teil des Leitungsstromes I, der durch die Last der Verbraucher/Erzeuger und der Leitungen bestimmt wird, aufgetragen. Die Y-Achse stellt den imaginären Teil des Leitungsstromes I dar. Der Winkel φ zwischen dem Vektor, der den Leitungsstrom I repräsentiert, und der X-Achse bildet die Phasenverschiebung ab. Wenn der Winkel φ einen Wert zwischen 0° und +180°
annimmt, eilt der Leitungsstrom I der Spannung U nach, d.h. ein induktiver Erzeuger- A/erbraucher ist angeschlossen. Wenn der Winkel φ einen Wert zwischen 0° und -180° annimmt, eilt der Leitungsstrom I der Spannung U voraus, d.h. ein kapazitiver Erzeuger- Λ/erbraucher ist angeschlossen.
Im Stand der Technik wurde stets davon ausgegangen, dass der Leitungsstrom I, ausgehend von einem Verbraucher-Zählpfeil-System, im dritten Quadranten 14 oder vierten oder im vierten Quadranten 15 zu finden war, d.h. unterschiedliche induktive Verbraucher mit kapazitiven oder resistiven Anteilen auf der Niederspannungsseite angeschlossen waren.
Wie in Figur 3 zu sehen ist, kann sich ein Spannungsabfall innerhalb eines Sollwertbereichs 16, der durch einen oberen Spannungsgrenzwert Gl und einen unteren
Spannungsgrenzwert G2 bewegen, ohne dass ein Eingriff durch den Spannungsregler 7 erforderlich ist. Die Spannung fällt über die Länge einer Leitung L zu den Verbrauchern hin stets ab. gefalleBei Überschreitung des oberen Spannungsgrenzwerts G1 oder des unteren Spannungsgrenzwert G2 e ist ein Eingreifen des Spannungsreglers 7 erforderlich. Son kann durch das Zuschalten von einer oder mehrerer Windungen einer Stufenwicklung 4 mit dem Laststufenschalter 2 auf der Primärseite P des Transformators 1 der Spannungsabfall innerhalb des oberen Spannungsgrenzwerts G1 und des unteren Spannungsgrenzwerts G2 gehalten werden. Der Spannungsabfall liegt innerhalb des Sollwertbereichs 16
(Spannungsbandes).
Da nun auf der Sekundärseite S des Transformators 1 nicht nur Verbraucher angeschlossen sein können, sondern auch Erzeuger, ist es notwendig, diese abbilden zu können. Diese Erzeuger werden ebenfalls durch den Leitungsstrom I abgebildet. Erfindungsgemäß wurde erstmals erkannt, dass die Erzeuger, die ebenfalls durch die Phasenlagen φ des Leitungsstromes I repräsentiert werden, im Gegensatz zu den Verbrauchern in dem ersten und dem zweiten Quadraten 12, 13 abgebildet werden sind. Diese können ebenfalls induktive oder kapazitive Anteile aufweisen.
In Figur 4 ist das Regelverfahren als Ablaufdiagramm dargestellt. Im ersten Schritt 20 erfolgt eine Eingabe der Leistungsparameter der Anlage. Unter Anlage wird erfindungsgemäß der Transformator 1 , der Laststufenschalter 4 sowie die dazu gehörenden Leitungen verstanden. Dazu gehören auch technische Kenngrößen des Transformators 1 , des Laststufenschalters 4 sowie der Leitungslängen zu den Verbrauchern/Erzeugern. Dieser Verfahrensschritt wird üblicherweise bei allen aus dem Stand der Technik bekannten Regelverfahren verwendet.
Im Betrieb erfolgt dann der zweite Schritt, nämlich die Messung 30 bzw. 40 des Leitungsstromes I bzw. der Spannung 40 am Transformator 1. Diese Daten werden schließlich vom Spannungsregler 7 ausgewertet und dazu verwendet, dass eine Bestimmung 50 der Lage des Leitungsstromes I mit der dazugehörenden Phasenlage, in dem in Figur 2 erläuterten Quadrantensystem, durchgeführt wird.
Befindet sich nun der Vektor des Leitungsstromes I in einem der Verbraucher-Quadranten, also im dritten oder vierten Quadrant 14 oder 15, erfolgt eine Erhöhung 60 der Sollwert Us des Spannungsreglers. Dies hat zur Folge, dass auf der Oberspannungsseite Windungen der Stufenwicklung des Transformators 1 abgeschaltet werden; das Übersetzungsverhältnis zwischen Primärwicklungen und Sekundärwicklungen wird kleiner. Somit erfolgt eine Ausregelung 70 des Spannungsabfalls infolge einer hohen Verbrauchsleistung. Befindet sich der Leitungsstrom im Erzeuger-Quadranten, also im ersten oder zweiten Quadrant 12 oder 13, kommt es zu einer Absenkung 80 des Sollwerts des Spannungsreglers. Auf der Oberspannungsseite werden Windungen der Stufenwicklung zugeschaltet; das Übersetzungsverhältnis zwischen Primärwicklungen und Sekundärwicklungen wird größer. Dadurch wird eine Ausregelung 90 der Spannungsüberhöhung infolge hoher Einspeiseleistung bewirkt. Das Verfahren ist als Algorithmus in einem Festwertspeicher im Spannungsregler hinterlegt.
Ein Vorteil dieses Verfahrens ist die grundlegende Unterscheidung zwischen Verbraucher und Erzeuger auf der Sekundärseite eines Transformators 1 . Das Feststellen, ob auf der Sekundärseite Leistung eingespeist oder verbraucht wird, verhindert durch Anpassung des Übersetzungsverhältnisses des Transform atros, dass eine Spannungsüberhöhung, d.h. eine Überschreitung der Grenzwerte des Spannungsbandes 16 , durch eine hohe Einspeiseleistung verursacht wird. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist, dass keine zusätzlichen Geräte eingebaut werden müssen, um den sich ändernden Lastfluss zu detektieren und entsprechend auszuregeln. Durch das Verfahren ist es möglich, die vorhandenen Bestandteile, z.B. Transformator, Spannungsregler, etc., zu nutzen.
Bezugszeichenliste
1 Transformator
2 Stufenwicklung
3 Wicklungsanzapfungen
4 Laststufenschalter
5 Motorantrieb
6 Steuerung
7 Spannungsregler
8 Eingangsstelle
9 Leitung
10 Verbraucher/Erzeuger
1 1 Quadrantensystem
12 erster Quadrant
13 zweiter Quadrant
14 dritter Quadrant
15 vierter Quadrant
16 Sollwertbereich der Spannung
20 Eingabe der Leistungsparameter
30 Messung des Leitungsstromes am Transformator
40 Messung der Spannung am Transformator
50 Bestimmung der Phasenlage des Stromzeigers (Leitungsstromes) im
Quadrantensystem
60 Erhöhung des Sollwertes des Spannungsreglers
70 Ausregeln des Spannungsabfalls infolge einer hohen Verbrauchsleistung
80 Absenken des Sollwertes des Spannungsreglers
90 Ausregeln der Überspannung infolge einer hohen Einspeiseleistung
G1 oberer Spannungsgrenzwert
G2 unterer Spannungsgrenzwert
I Leitungsstrom
P Primärseite
S Sekundärseite
U Spannung
m Winkel
Claims
1. Verfahren zur Spannungsregelung eines Transformators (1) mit unterschiedlichen Wicklungsanzapfungen (3) und einem Spannungsregler (7),
wobei zunächst der am Transformator (1) anliegende Leitungsstrom (I) bestimmt und parallel dazu die am Transformator (1) anliegende aktuelle Spannung (U) ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Quadrantensystem (1 1 ) verwendet wird wobei ein erster Quadrant (12) und ein zweiter Quadrant (13) zur Abbildung der Phasenlage φ des Leitungsstroms (I) von Erzeugern zum Transformator (1) und ein dritter Quadrant (14) und ein vierter Quadrant (15) zur Abbildung der Phasenlage φ des Leitungsstroms (I) vom Transformator (1 ) zu den Verbrauchern verwendet werden; und
dass bei einer ermittelten Phasenlage φ des Leitungsstroms (I) im dritten Quadrant (14) oder im vierten Quadrant (15) der Spannungsregler (7) eine aktuelle Spannung (U) in einen Sollwertbereich (16) anhebt; oder
dass bei einer ermittelten Phasenlage φ des Leitungsstroms (I) im ersten Quadrant (12) oder im zweiten Quadrant (13) der Spannungsregler (7) eine aktuelle Spannung (U) in einen Sollwertbereich (16) absenkt.
2. Verfahren zur Spannungsregelung nach Anspruch 1 ,
wobei beim Anheben der aktuellen Spannung (U) in den Sollwertbereich (16) Windungen der Stufenwicklung (2) auf einer Primärseite (P) des Transformators (1) abgeschaltet werden.
3. Verfahren zur Spannungsregelung nach Anspruch 1 ,
wobei beim Absenken der aktuellen Spannung (U) in den Sollwertbereich (16) Windungen der Stufenwicklung (3) auf der Primärseite (P) des Transformators (1) zugeschaltet werden.
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- 2016-02-19 HK HK16101870.5A patent/HK1214037A1/zh unknown
Patent Citations (3)
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