Verfahren zur Regelung von zusammenarbeitenden Wasserkraftwerken. In Kraftnetzen mit mehreren zusammen arbeitenden Wasserkraftwerken wird gewöhn- liell ein Werk, und zwar das grösste, auf die Periodenzahl geregelt, während die übrigen auf ein vorbestinmites Entleerungsprogranlin des Wasserspeiehers geregelt werden. Diese Kraftwerke werden deshalb ohne Rüeksieht auf die Belastung geregelt, ausser in gewissen Sonderfällen, wenn sie durch manuelle Ein griffe zur Regelung der Frequenz herangezo gen werden. Sie werden also nicht direkt zür Frequenzregelung beitragen, sondern die Tur- binengesehwindigkeit wird ganz von dem füh renden Kraftwerk bestimmt.
Man kann auch mehrere parallel arbei tende Kraftwerke so regeln, dass ein oder mehrere an das Netz angeschlossene Kraft werke, die an ein bestimmtes Entleerungs- programin gebunden sind, vorübergehend so geregelt werden, dass sie zum Aufreehterhal- teil der Frequenz auf einem bestimmten Wert beitragen, und diese Kraftwerke werden dann individuell so gereoelt, dass sie bei einer Fre quenzsenkung auf dem Netz zu der Energie- versoroung mit einem zusätzlichen, zur Fre quenzsenkung proportionalen, momentan ein setzenden und nachher abnehmenden Lei shingsbetrag beitragen.
Bei einer Frequenz erhöhung uf dem Netz erfolgt in entspre- ehender Weise eine momentan einsetzende und naehher abnehmende Verminderung der von dem Kraftwerk abgegebenen Leistung.
Bei den bisher aebräuchliehen Turbinen n reglern liegt es auf der Hand, die Regelung so vorzunehmen, dass die Leistungserhöhung mit einer konstanten Geschwindigkeit ab nimmt. Eine derartige Regelung ist aber mit dem Naehteil verbunden, dass der Energiezu- sehuss, der einer<U>gewissen</U> Frequenzsenkung entspricht, dem Quadrat dieser Senkung pro portional -wird.
Hieraus folgt, dass die Ent nahme von Energie aus dem Kraftwerk, die bei einer plötzlichen Senkung der Frequenz erfolgt, nicht gleich der Verminderung der Energieentnahme wird, die eine Folge eines naehher eintretenden Rüekganges der Fre quenz auf den Normalwert ist, sofern dieser Rüekgan,y nicht momentan erfolgt, sondern in mehreren Schritten oder kontiniiierlieh innerhalb einer gewissen Zeit stattfindet.
Das oben Gesagte dürfte aus folgenden Überlegungen klar sein: Wenn die Netzfre quenz zunächst um einen gewissen Betrag<B>A</B><I>n</I> momentan vermindert wird, wird die vom Kraftwerk abgegebene Leistung um einen zu dieser Frequenzsenkung proportionalen Be trag<B><I>A</I></B><I> P</I> erhöht. Wenn die Leistungserhö- liung nachher mit konstanter Geschwindigkeit abnimmt, entspricht sie einer Energiemelige, die dem Quadrat des Anfangswertes der Lei stung proportional ist, also<B>E<I>=</I></B><I> a<B>(A</B> P)</I> 21 und entspricht einer -\Vassermenge, die auch dem Quadrat der Leistungserhöhung propor tional ist.
Diese Wassermenge, ihrerseits, ent- sprieht einer ihr proportionalen Senkung des, Wasserspiegels A h in dem Wasserspeieher. Wenn nachher die Frequenz auf dem Netz mit einem Schritt um denselben Betrag<B>A</B> n steigt, wird die vom Kraftwerk entnommene Lei stung um einen Betrag z P momentan ver mindert, und da die Leistungsverminderung auch in derselben Weise wie vorher die Lei stungserhöhung miteiner konstanten Gesehwin- digkeit abklingt, wird hierdurch derselbe Energiebetrag gespart.
Hierdurch wird wie- der der Wasserspiegel um den Betrag #] h. er- böht, und in diesem Falle wird also die Höhe des Wasserspiegels in dem Speieher beibehal ten.
Würde dagegen die Frequenzerhöhung auf dein Netz zurüek zu der Normalfrequenz nicht in einem, sondern in zwei gleich grossen Schrit ten ¸ A n erfolgen, so dass die Verminderung der Leistunasentnahme aus dem Kraftwerk mit jedem Schritt ¸ A P wird, so wird die bei jedem Schritt gesparte Energiemenge Ei = a (¸ A P) 2, und wenn die Normalfre quenz erreicht ist, ist also nur eine Energie menge 2 Ei = ¸ a (A P)ê gespart, das heisst nur die Hälfte der Energie bzw. W asser- menge, die bei der vorhergehenden Frequenz senkung verbraucht wurde.
Werden also mehrere solche Regelungsein- griffe wiederholt, so wird der Wasserspiegel des Speichers sinken.
Die vorlieaende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln von zusammenarbei tenden Wasserkraftwerken, von welchen min destens eines, das nach einem vorbestimmten Programm arbeitet, so geregelt wird, dass es bei einer Änderung der Netzfrequenz vorüber gehend durch eine Leistungserhöhung bzw. verminderung zum Zurückführen der Netz frequenz auf ihren Nennwert beiträgt. Nach der Erfindung erfolgt die Regelung so, dass der Anfangswert der Leistungserhöhung bzw.
verminderung proportional der Frequenzän- derung wird und dass die Leistungsänderung nachher mit einer Geschwindigkeit herabge- regelt wird, die der Leistungsänderung selbst proportional ist. Dies bedeutet, mit andern Worten, dass die Leistungsänderung nach einer e-Funktion abnehmen soll.
Bei Regelung von Kraftwerken, wo der Wirkungsgrad der Turbinen von der Bela stung abhängig ist und somit keine Propor- tionalitgt zwischen Energiemenge und Was sermenge besteht, kann man trotzdem durch besondere Mittel leicht eine solche Regelung erhalten, dass man eine Proportionalität zwi- sehen der Frequenzänderung des Netzes und der entsprechenden Wassernienge und somit auch in diesem Falle eine konstante Höhe des Wasserspiegels im Speicher erhält.
Die obengenannte Regelung kann z. B. da durch erhalten werden, dass die Veränderung in der Stellung des Leitapparates, die durch eine Frequenzänderung auf dein Netz herbei geführt wird, mit einer Geschwindigkeit zu rückgeführt wird, die in jedem Augenblick der Abweiehung der Stellung des Leitappa- rates von der Stellung, welebe der normalen Leistungsabgabe entspricht, proportional ist. Dies bedeutet mit andern Worten, dass der Leitapparat in die Normallage nach einer fallenden e-Funktion der Zeit zurückgeführt wird.
Diese Regelung kann auf verschiedene Weise erfolgen, abhängig von der Beschaffen heit des Reglers, der für die Turbinenrege lung verwendet wird. Wird z. B. ein ge-%vöbn- lieher iiieellaiiiseh-livdrauliselier Regler mit einem elektrischen Drehzahlverstellmotor für die Umstelluna derSpannunc der Pendelfeder benutzt, so wird dieser Motor so geregelt, dass er die Spannung der Pendelfeder so ändert,
dass der Leitapparat trotz der Frequenzände- rung des Netzes in die ursprün,-Iiielie Lage zurückgeführt wird, das heisst in die Lage, die er vor der auftretenden Frequenzände- rung hatte, wobei der Motor so geregelt wird, dass der Leitapparat mit einer Geschwindig keit zurüekgeführt wird, die in jedem Augen blick der Abweiehuno, des Leitapparates von der ursprüngliehen Lage proportional ist.
Auf der beiliegenden Zeiehnuing ist in Fig. <B>1-</B> eine Anordnung für die Regelung des Drehzahlverstellmotors auf die erwähnte Weise schematisch gezeigt. Auf der Zeieh- nung bezeichnet<B>1-</B> den Drehzahlverstellmotor mit einem konstanten Feld 2. Dieser Motor wird mit dem Spannungsuntersehied zwischen zwei Kontakten<B>3</B> und 4 auf zwei Spannun(11,s- teilern <B>5</B> und <B>6</B> gespeist, die ihrerseits von einer konstanten Gleiehstromquelle gespeist werden.
Die Lage des Kontaktes 3 ist fest, kann jedoch auf irgendeinen gewünschten Wert eingestellt werden, der von der ge- wünsehiten mittleren Strömung dureh die Turbine abhängig ist, wogegen die Lage des Kontaktes 4 dureh die Stellung des Leitappa- rates bestimmt ist. Die notwendige Propor tionalität zwisehen der Gesehwindigkeit des Drehzahlverstellmotors 1 und der Abweichung des Leitapparates von der Normalstellung des Leitapparates wird dadurch erreicht, dass der Spannungslintersehied zwischen den Kontak ten 3 und 4 proportional zur Abweichung der Stellung des Leitapparates ist.
Eine Be dingung für diese Regulierung besteht darin, dass eine direkte Proportionalität einerseits zwiselien den Umdrehungen, um welche sieh der Motor 1 bewegt hat, und der dadurch be wirkten inderung der Spannung der Regler pendelfeder, und anderseits zwischen dieser Änderung der Federspannung und der ent sprechenden Bewegung des Leitapparates bei unveränderter Netzfrequenz bestellt.
In Fig. 2 ist eine für praktische Zwecke besonders geeignete Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welche besonders für die Regulierung auf konstanten mittleren Durch fluss durch die Turbine geeignet ist. In dieser Figur bezeichnet, gleich wie in Fig. 1, 6 einen Widerstand mit einem Kontakt 4, dessen Lage von der Einstellung des Leitapparates abhängig ist. 5 ist ein Widerstand mit einem Kontakt 3, dessen Lage für eine gewisse mitt lere Strömung eingestellt werden kann. Zwi- sehen den Kontakten 4 und 3 sind zwei im pulsgebende Milliamperestundenzähler 17 und 18 eingeschaltet.
Jeder dieser Zähler ist mit einer Sperrvorriehtung versehen, so dass der eitle nur in der einen und der andere nur in der umgekehrten Riehtung laufen kann. Auf der Welle der Zähler sind Kontakte 19 bzw. 20 vorhanden, so dass die Impulsmotoren 21 bzw. 22 treibende Impulse erhalten. Die Impulsfrequenz wird somit proportional dem Spannungsuntersehied zwisehen den Kontak ten 3 und 4 und damit proportional der Ab- weiellung des Leitapparates voll der Normal- stellung. Die Impulskontakte 19 und 20 sind in Reihe mit Impulsmotoren 21 und 22 ein- gesehaitet, die über ein Differentialgetriebe einen Kontaktarm 24 am Widerstand<B>23</B> steuern.
Eine gewisse Leistungsabweiehung AP entspricht einer Verschiebung des Kon taktes 4 und damit einer gewissen Geschwin digkeit der Impulsgeber<B>17</B> und<B>18</B> und damit der Impulsmotoren 21 und 22. Da diese über ein Differentialgetriebe an den Kontakt 24 gekuppelt sind, wird dieser auf dem Wider stand<B>23</B> -um eine Strecke verschoben, welche dem Zeitintegral der Leistungsabweichung proportional ist. Zwischen diesem Kontakt arm und einem Kontakt<B>25</B> auf einem Wider stand<B>26</B> ist ein Relais<B>27</B> mit Kontakten<B>28</B> und<B>29</B> eingeschaltet, welche ihrerseits in Reihe mit dem Drehzahlverstellmotor <B>1</B> ein geschaltet sind.
Das Relais<B>27</B> steuert über die Kontakte<B>28</B> und<B>29</B> den Drehzahlver- stellmotor <B>1</B> so, dass der mit ihm zusammen- gekuppelte Kontakt<B>25</B> sieh so einstellt, dass der Strom durch das Relais<B>27</B> Null wird. Der Kontakt 23 und die mit demselben ver bundene Feder des Reolers folgt also stetig der Bewegutt,- des Kontaktes 24.
Bei elektro-hydrauiliselier Regulierung der Turbine wirkt der Drehzahlverstellmotor nicht auf eine Feder, sondern bewegt statt dessen einen Kontakt eines Spannungsteilers, von welchem eine Spannung zu einer Spule eines elektrischen Reglers abgenommen wird. Eine solche Anordnung ist in Fig. <B>3</B> gezeigt, wo<B>7</B> der Spannungsteiler und<B>8</B> der durch den Motor<B>1</B> verschobene Kontakt und<B>9</B> die, genannte Spule ist.
Die vorstehend erwähnten Anordnungen werden für Regulierung auf konstanten mitt leren Turbinendurchfluss benutzt.
Will man aber auf konstante mittlere Wasserspiegelhöhe des Speichers regeln, wird die durch die Frequenzänderung hervorge rufene Änderung der Stellung des Leitappa- rates der Turbine in Abhängigkeit von der veränderten Höhe des Wasserspiegels wieder hergestellt.
Eine Anordnung fÜr die Regelung auf eine konstante Wasserspiegelhöhe ist schema- tisch in Fig. 4 gezeigt, welche eine Anord nung für meehanisch-hydraulisehe Regelung zeigt. 10 ist ein Widerstand mit einem Kon takt 11, dessen Lage voll der Spannung der Regler-Pendelfeder abhängig ist. 12 ist ein Widerstand mit einem Kontakt 13, dessen Lage von der Lage eines Schwimmers, im Wasserspeieher des, Werkes abhängig ist, und zwischen den Kontakten 11 und lö ist ein polarisiertes Relais 14 eingeschaltet, welches über die Kontakte 15 und 16 den Drehzahl verstellmotor 1 für das Laufen in der einen oder andern Richtung einschaltet.
Dieser Motor wirkt auf die Regler-Pendelfeder, und die Anordnung wirkt auf die folgende Weise: Bei einer eintreffenden Frequenzveränderung wird der Drehzahlregler die Stellung des Leitapparates verändern. Zufolge der Ände rung der Stellung des Leitapparates wird das Gleieligewieht zwischen Zufluss und Abfluss aus dem Speicher gestört, so dass die Hölle des Wasserspiegels sieh verändert und somit die Lage des mit dem Sehwimmer verbunde nen Kontaktes 13.
Wenn der Kontakt 13 be wegt wird, tritt eine Spannungsdifferenz zwischen den Kontakten 11 und 13 auf, so dass die Kontakte 15 oder 16 im Relais 14 je nach der Richtung des Spannungsunter- sehiedes geschlossen werden, und der Motor 1 in der einen oder andern Richtung ange lassen wird und den Kontakt, 11 so bewegt, dass sein Potential die ganze Zeit dem Poten tial des Kontaktes 13 folgt. Durch die Bewe gung des Kontaktes 11 wird jedoch die Stel lung des Leitapparates so verändert, dass die ursprüngliehe Wasserspiegelhöhe wieder her gestellt wird.