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Rechengerät, das die Aufteilung der Gesamtlast auf im
Verbundbetrieb zusammenarbeitende Kraftwerkseinheiten im Sinne geringster Erzeugungskosten der Gesamtlast bestimmt
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Sind in einer Netzgruppe neben Dampfkraftwerken, bei denen eine genaue Kostenfunktionskurve aufgestellt werden kann, auch noch Wasserkraftwerke beteiligt, so besteht das Problem, dass zu jeder Menge Wasser eine entsprechende Brennstoffmenge und damit die dazu erforderlichen Kohlenkosten als Äquivalent ermittelt werden müssen. Diese Zuordnung der Kosten zu einer bestimmten Menge Wasser muss unter Berücksichtigung der Lastsituation und der Wasserdarbietung erfolgen. Die Kostenfunktion hängt also vom Einsatz aller Kraftwerke, von der Lastverteilung und von der geforderten Gesamtleistung aller Verbraucher ab.
Die Schwierigkeit für den Einsatz der Kraftwerke nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten in einem Netzkomplex besteht also darin, dass es früher keine Methode gab, die auf das einzelne Kraftwerk anfallenden Netzverluste, also die kraftwerksanteiligen Netzverluste zu erfassen. Dabei handelt es sich keineswegs darum, etwa die Gesamtverluste des Netzes zu kennen, sondern es muss bekannt sein, welche Anteile der Gesamtverluste auf das einzelne Kraftwerk entfallen. Es sind nunmehr Rechenmethoden bekannt geworden, die es ermöglichen, die auf das einzelne Kraftwerk anfallenden Netzverluste zu bestimmen.
Im folgenden seien ganz kurz die Grundzüge dieser Rechenmethoden näher erläutert. Wird z. B. ein Netz durch ein einziges Kraftwerk gespeist, das aber beliebig viele Lasten versorgt, so ist es möglich, die Gesamtheit aller Lasten zu einer einzigen Last zusammenzufassen, wobei die Summe aller Wirkleistungen der Belastungen gleich der Wirkleistung dieser zusammengefassten Einzellast sein soll. Gleichzeitig wird dadurch das Netzgebilde zu einem Impedanzkomplex zusammengefasst, der an der Anschlussstelle dieser einzigen Last auf einen einzigen Punkt zusammenläuft. Die Abmessungen und die Kenngrössen dieses Impedanzkomplexes müssen so gewählt werden, dass das Kraftwerk die gleiche Leistung abgibt, wie in dem Fall, bei dem das Kraftwerk auf den Netzkomplex arbeitet.
Auch die im Gesaminetz auftretenden Verluste sollen in gleicher Grösse in der zusammengefassten Streckenimpedanz auftreten. Setzt man nun voraus, dass die Spannung am Speisepunkt auch bei veränderlicher Last konstant ist, so kann hiefür die Gleichung
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gesetzt werden ; es bedeutet : U1 die Spannung am Speisepunkt, N 1 die eingespeiste Wirkleistung,
A U1 die Projektion des Spannungsabfalles A U auf den Strom Bj einen dimensions-behafteten Proportionalitätsfaktor,
L, den prozentualen Wirkspannungsabfall zwischen dem Einspeise- punkt des Kraftwerkes 1 und einem hypothetischen Lastanschluss bezogen auf den Spannungswert am Einspeisepunkt.
In diesem Fall sind die gesamten Verluste des Netzes Ny identisch mit den Kraftwerksnetzverlusten Nu. 1, da ja nur ein einziges Kraftwerk vorhanden ist, das somit die Verluste Nv allein zu decken hat.
Die Verluste Ny sind demnach gleich der vom Kraftwerk aufzubringenden Verlustleistung. Da die Grösse L1 = B11. N1 den bezogenen Spannungsabfall bei durchgehend gedachten : Gzsamtstrom zwischen Kraftwerk und Verbraucher angibt, stellt sie auch den WirkleistungsverlusL dar. Die wirklichen Netzverluste Ny sind also dann
Ny = NI. L, = N1. Bl,.
NI
Auf Grund des Helmholz'sehen Überlagerungssatzes lassen sich demnach die Kraftwerksnetzverluste des Netzes bei beliebigen Kraftwerkseinspeisungen und bei beliebiger Netzgestaltung folgendermassen ausdrücken : Nv =-Si. kNiNkBik
Voraussetzung für die obigen Überlagerungen ist, dass bei Änderungen der Lastfälle sämtliche Leistungsfaktoren sowohl bei den Kraftwerken als auch bei den Belastungen nicht geändert werden und dass ausserdem das Verhältnis aller Lasten zueinander bei einer Laständerung konstant bleibt.
Diese Forderung besteht deswegen, weil die relativen Spannungsabfälle mit Hilfe der Koeffizienten durch Wirkleistungen und nicht durch Ströme ausgedrückt sind und weil die Spannungen an allen Einspeisepunkten bei Lasten-
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glied und Masse abgebildet und ist cer jeweiligen ebenfalls als Spannung nachgebildeten Kraftwerksleistung am Spannungstpiler l zugeordnet. Deshalb werden die Potentiale längs der Spannungsteiler 1 und 2 entsprechei-d eingestellt. Die Wirkungsweise des Funktionsgetriebes ist folgende :
Am Verstärker 5 liegt eine Eingangsspannung, die sich als Summe der Spannungen am Spannungsteiler 2 und der Einstellspannung des Rechengerätes ergibt.
Bei einer Differenz zwischen den anliegenden Spannungswerten bewegt sich der Motor 4 in der einen oder andern Richtung so, dass durch Verstellung der Stellglieder die Differenz Null zwischen den beiden vorgenannten Spannungen auftritt. Wird dieser Zustand erreicht, so bleibt der Motor 4 stehen und das Funktionsgetriebe ist eingesteuert.
In Fig. 2 ist das gleiche Funktionsgetriebe wie in Fig. 1 dargestellt, nur mit dem Unterschied, dass die Wicklungen des Spartransformators 3 nicht an ihrem Ende gemeinsam an Masse gelegt sind, sondern ihre Mittenanzapfungen an Masse liegen. Hiedurch ist es möglich, die Verhältnisse für negative Abgabeleistung nachzubilden, u. zw. einmal der Betrieb bei Erzeugung von elektrischer Energie und zum andern der Betrieb bei Entnahme von elektrischer Energie, wie er z. B. in Pumpspeicherwerken laufend vorkommt.
InFig. 3istdasStellglieddesSpannungsteilers6übereinGetriebemitdemVerstellmotor7verbunden. Der Verstellmotor ist an den Ausgang eines Verstärkers 8 angeschlossen, der seinerseits durch die Differenzspannung zwischen einer der Kraftwerkssollsummenleistung proportionalen Spannung und der im Rechengerät eingestellten Gesamtleistung steht. Tritt eine Differenzspannung zwischen den genannten Vergleichsspannungen auf, so tritt der Motor in Tätigkeit und verstellt das Stellglied des Spannungsteilers 6 so lange, bis sich am Eingang des Verstärkers 6 eine Differenzspannung Null einstellt.
In Fig.. 4 ist die Kombination eines Multiplikationsgliedes mit einem Übertrager im Verhältnis 1 : in Zwangsstromverteilungsschaltung gezeigt. Als Multiplikationsglied dient der Widerstand 9, dessen Leitwert entsprechend des zu multiplizierenden Faktors gewählt wird. Dieser Widerstand 9 kann wahlweise an die normierte positive oder die um 1800 elektrisch phasenverschobene negative Einheitsspannung angeschlossen werden. Der Strom im Widerstand entspricht dann dem Produkt aus der Einheitsspannung und dem durch den Leitwert gewählten Faktor. Dieser Strom wird dem Stromtransformator 10 zugeführt und im Verhältnis (+2) : (-1) aufgeteilt.
Fig. 5 zeigt ein Übersichtsschaltbild des gesamten Rechengerätes. Mit A, B und C sind drei Funktionsgetriebe bezeichnet, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind, die je einer Kraftwerkseinheit zugeordnet sind. Die Funktionsgetriebe A und C dienen dabei zur Nachbildung von Warmekraftwerken, wahrend das Funktionsgetriebe B z. B. zur Nachbildung eines Pumpspeicherwerkes dient. Der Eingang der Spartransformatoren dieser FunktionsgetriebeA bis C ist an den Ausgang eines Transformators 11, der eine normierte Spannung erzeugt, angeschlossen. Die Sekundärwicklung des Transformators 11 liegt mit einer Mittenanzapfung an Masse.
Die Spannungsteiler der Funktionsgetriebe A, B und C sind an die Spannungs-
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geographischen Netzverhältnisse positiv oder negativ sind, wird im Rechenbetrieb die eine oder die andere Sammelschiene mit dem nachfolgenden Rechenmechanismus verbunden. An eine dieser Samwelschienen, z. B. Asi, Bsl, Csi wird also bei jedem und fürjedesFunktionsgetriebe ein Widerstand, z. B. für das Funktionsgetriebe A die Widerstände W , W..., W-. angeschlossen, dessen Leitwert den Koeffizienten zweiten Grades zur Kennzeichnung der elektrogeographischen Netzverhältnisse entspricht. Auf Grund der an diesem Widerstand, z. B. WAA, liegenden Spannung und dem Leitwert dieses Widerstandes, z. B.
WAA, fliesst demnach ein Strom, der proportional ist dem Produkt aus dem Koeffizienten zur Darstellung der elektrogeographischen Netzverhältnisse und der zugehörigen Kraftwerksleistung.
Die an die Sammelschiene, z. B. As der beschriebenen Funktionsgetriebe angeschlossenen Widerstände zur Kennzeichnung der elektrogeographischen Netzverhältnisse, die einem Kraftwerk zugeordnet
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sind, sind zeilenmässig parallel geschaltet, so dass sich die Summe EiNiBik als Summenstrom am rechten Ende in dem gemeinsamen Leiter der Widerstände ergibt. Dieser Summenstrom wird einem Hallgenera- tor 12A bzw. 12B oder 12C'wie er in dem Aufsatz von F. Kuhrt in der Siemens-Zeitschrift, 28. Jahrgang,
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einen dem doppelten spezifischen Kostenfaktor 2 X proportionalen Strom beeinflusst. Dieser Strom ergibt sich dadurch, dass der Spannungsteiler 13 (vgl.
Fig. 3) für den spezifischen Kostenfaktor À an die normierte Spannung des Transformators 11 angeschlossen ist. Der Strom weist also den zweifachen Wert des spezifischen Kostenfaktors X auf. Die Hallelektroden jedes Hallgenerators 12A-12C sind über die Trans- formatoren l2AT-12CT einmal mit Masse verbunden und zum andern über eine Gleichrichteranordnung an die nicht an einen Spannungsteiler eines Funktionsgetriebes A, B, C angeschlossene Klemme des Verstärkers gelegt. Besteht nun eine Differenz zwischen der Spannung am Spannungsteiler des Funktionsgetriebes und der Spannung am Ausgang des Hallgenerators, z. B. l2A'so verstellt sich der Verstellmotor des Funktionsgetriebes, z. B. A, so lange, bis sich die Differenz Null ergibt.
Dieser Differenz Null entspricht dann eine Einstellung des Funktionsgetriebes, aus der der für den wirtschaftlichen Betrieb richtige Wert der Kraftwerksabgabeleistung entnommen werden kann.
Es ist noch nachzutragen, dass den Hallgeneratoren 12A-12C neben dem über die Widerstände WAAW für die Berücksichtigung der elektrogeographischen Netzverhältnisse gewonnenen Summenstrom ein weiterer Strom über je eine Anordnung 16arc wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, zugeführt wird, der dem Verlustkoeffizienten ersten Grades proportional ist, und dass zugleich vom Summenstrom über einen Widerstand 15A-15C der dem Faktor 1/2 entsprechende Strom abgezogen wird. Durch die dargestellte Recheneinrichtung wird also die Gleichung
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;i, k =die Ordnungszahl der Kraftwerkseinheit, Bio = den Verlustkoeffizienten ersten Grades zur Kennzeichnung der Verlustanteile der jeweiligen Kraft- werkseinheit.
Zur Nachbildung der netzanteiligen Gesamtverluste in einem Verbundnetz, die durch die folgende Gleichung
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wiedergegeben werden können, dient die im folgenden beschriebene Anordnung :
Die Hallgeueracoren 17 17B und 17C, die jeweils einem Funktionsgetriebe A, B oder C zugeordnet sind, werden von einem Steuerstrom durchflossen, der, wie schon im vorhergehenden Abschnitt beschrieben, dem Faktor
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Die Erregerwicklung17C sind Primärwicklungen der Transformatoren 17AT. 17BT und 17CT angeschlossen. Die Sekundärwicklungen sind in Reihe geschaltet.
Die Spannungssumme aller an den Sekundärwicklungen der Transforma- toren 17 A T-1 7 CT liegenden Spannungen ist also proportional dem Ausdruck
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Über das Potentiometer 18, das an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, wird in die Reihenschaltung der Sekundärwicklungen der Transformatoren 17 AT-17CT eine dem Summanden B"proportio- nale Gleichspannung zugeschaltet, die an den Transformatoren anliegenden Wechselspannungen werden jedoch über die Gleichrichteranordnung 19 gleichgerichtet. Die Gesamtsumme aller Spannungen ist demnach der Gesamtnetzverlustleistung proportional.
Zur Erfassung der Kraftwerkssummenleistung sind an die Ausgänge der Spannungstransformatoren der Funktionsgetriebe A-C die Primärwicklungen der Transformatoren 20, 20n und 20C angeschlossen. Ihre Sekundärwicklungen sind über eine Gleichrichteranordnung 21 in Reihe geschaltet, so dass an den freien Klemmen der Reihenschaltung eine der Kraftwerks-Istsummenleistung proportionale Gleichspannung anliegt, Durch Zusammenschaltung einer der Kraftwerks-Sollsummenleistung proportionalen Steuergleichspannung ond einer der Kraftwerks-Istsummenleistung proportionalen Summengleichspannung wird die Differenz zwischen beiden Spannungen gebildet und der Spannungsdifferenzwert dem Magnetverstärker der Anordnung 13 zugeführt.
Dadurch verstellt sich der Stellmotor der Anordnung 13 so lange, bis der Differenzwert zwisehen der Kraftwerks-Istsummenleistung und der Kraftwerks-Sollsummenleistung Null ist. Hiedurch ist eine automatische Steuerung nach einer vorgegebenen Kraftwerks-Sollsummenleistung unter Berücksichtigung geringster Erzeugungskosten möglich, da die am Ausgang der Spartransformatorsn der Funktionsgetriebe anliegen- de W ec. l1selspannung jeweils der einzustellenden Kraftwerksleistung jedes Kraftwerkes proportional ist und die ihnen zugeordneten Kraftwerkseinheiten entsprechend eingeregelt werden können.
PATENT ANSPRUCHE :
1. Rechengerät, das die Aufteilung der Gesamtlast auf im Verbundbetriebe zusammenarbeitende Kraftwerkseinheiten im Sinne geringster Erzeugungskosten der Gesamtlast bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass für jede Kraftwerkseinheit ein Funktionsgetriebe (A, B, C) vorgesehen ist, das in Abhängigkeit von der eingestellten Abgabeleistung die differentiellen Erzeugungskosten (Zuwachskosten), z.
B. in Form einer elektrischen Grösse, liefert, und dass jedem Funktionsgetriebe (A, B, C) eine Summenschaltung von Multiplikationsgliedern (WAA-W-. -.-12A-12C) zugeordnet ist, die aus dengegebenen Netzverhalt- nissen und aus dem von der Gesamilast abhängigen spezifischen Kostenfaktor der Verbraucher die kraftwerksanteiligen differentiellen Netzverlustkosten errechnet, und dass die Ausgangsgrösse jeder einzelnen
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differentiellen Erzeugungskosten vergleicht und in Abhängigkeit von der Differenz dieses Vergleiches die am zugeordneten Funktionsgetriebe (A, B, C) eingestellte Abgabeleistung verstellt, im Sinne der Herbeiführung der Differenz Null,
womit bei dem durch die Gesamtlast vorgegebenen spezifischen Kostenfaktor die preismässig günstigste Abgabeleistung für jede Kraftwerkseinheit bestimmt tot.