DE3446847C1

DE3446847C1 - Voltage regulating device for the busbar of a transformer station

Info

Publication number: DE3446847C1
Application number: DE3446847A
Authority: DE
Inventors: York Dipl.-Ing. 1000 Berlin Rogowsky
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1986-01-16
Also published as: IN161929B; ZA859230B

Abstract

In the case of a voltage regulating device for the busbar of a transformer station, the output signal of a voltage regulator (1, 2) predetermines the conductance (YTCR) of a reactive-power source which is continuously adjustable over a limited adjustment range. The operation of this adjustable reactive-power source is intended to be coordinated with the connection of further reactive-power units which can be connected via switches to the busbar and have a rated power which is greater than the adjustment range of the adjustable reactive-power source. For this purpose, an additional control loop (5, 6, 7, 8, 9) is provided which influences the reference variable (UREF) of the voltage regulator (1, 2) with an additional value ( DELTA UREF) such that the set conductance (YTCR) for the continuously adjustable reactive-power source remains in a predetermined range, and such that one of the further reactive-power units is connected or disconnected on reaching predetermined limiting values (K1, K2) of the additional value ( DELTA UREF). <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsregelungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Regelung ist in der Firmenschrift A52V1.8.49/0482 von AEG-TELEFUNKEN, »Blindleistungskompensation mit Stromrichtern«, S. 47 bis 51, beschrieben.The invention relates to a voltage regulating device according to the preamble of the claim 1. Such a regulation is in the company publication A52V1.8.49 / 0482 from AEG-TELEFUNKEN, »Reactive power compensation with power converters «, pp. 47 to 51.

In den Umspannwerken von Elektrizitätsversorgungsunternehmen und in den Verteilanlagen von Industriewerken werden häufig Kompensatoren eingesetzt, mittels derer die Spannung auf einer Sammelschiene trotz schwankender Lasten konstant gehalten werden soll.In the substations of electricity supply companies and in the distribution systems of industrial plants Compensators are often used, by means of which the voltage on a busbar should be kept constant despite fluctuating loads.

Unter Kompensatoren sind elektronisch verstellbare Blindleistungserzeuger zu verstehen. Deise können z. B. aus einer ans Netz geschalteten Kondensatorbatterie bestehen, welcher eine Drossel parallel geschaltet ist, die über Thyristoren in ihrer Wirkung entsprechend einer Induktivität von Lmin bis L-* oo gesteuert werden kann, was bei fester Netzfrequenz einem Blindleitwert Ymax bis Y=O entspricht.Compensators are to be understood as meaning electronically adjustable reactive power generators. Deise can e.g. B. consist of a capacitor bank connected to the mains, which is connected in parallel with a choke, which can be controlled in its effect via thyristors according to an inductance from Lmin to L- * oo, which corresponds to a reactance value Ymax to Y = O at a fixed mains frequency.

Aber auch alle anderen Ausführungen von Kompen-But also all other versions of compen-

u² u ²

ω L₁ ω L ₁

•MIN• MIN

worin mit ω die Frequenz bezeichnet ist Der Kurvenzug c stellt die Leistung an der kapazitiven Stellgrenze nach der Beziehungwhere ω denotes the frequency. The curve c represents the power at the capacitive setting limit according to the relationship

U² U ²

dar.
Die Gerade b ist die Regelungskennlinie; die Spannung wird auf dem Wert einer Führungsgröße Uref konstant gehalten. Für eine andere Führungsgröße U'REFgilt die Regelungskennlinie b'. represent.
The straight line b is the control characteristic; the voltage is kept constant at the value of a reference variable Uref. The control characteristic b ' applies to another reference variable U'REF.

Der Betriebspunkt P1 des Kompensators stellt sich als Schnittpunkt der Netzcharakteristik c/mit der Regelungskennlinie b ein.The operating point P 1 of the compensator is established as the intersection of the network characteristic c / with the control characteristic curve b .

Die Neigung der Netzcharakteristik d ergibt sich aus dem Netz-Innenwiderstand; ihre Höhenlage ist durch die Spannungs- und Lastverhältnisse des Wechselspannungsnetzes gegeben. Sie wird also durch Laständerungen parallel verschoben. Wird z. B. in dem Umspannwerk ein Kondensator an die Sammelschiene gschaltet, wird die Netzcharakteristik um AU nach oben parallel verschoben (Kennlinie d' in Fi g. 2). Als Arbeitspunkt des Kompensators stellt sich in dem dargestellten Fall P 3 ein, ein Punkt auf der induktiven Steuerbereichsgrenze. Hier verhält sich der Kompensator wie eine nicht steuerbare Induktivität; das bedeutet, daß er die vorgegebene Spannung UREFnicht anregein kann.
Wenn zusätzliche an die Sammelschiene schaltbare Kondensatoren oder Drosseln vorhanden sind, dann müssen deren Schaltanweisungen mit der Spannungsregelung des Kompensators koordiniert werden. Diese weiteren — weil nicht im Kompensator enthaltenen — »externen« Blindleistungseinheiten dienen dann zur Bereichserweiterung der Regelung. Man wird die weiteren Blindleistungseinheiten dann schalten, wenn der Be-. triebspunkt des Kompensators sich einer Stellgrenze nähert. Dies ist in F i g. 3 näher dargestellt. Arbeitet derThe slope of the network characteristic d results from the internal network resistance; their altitude is given by the voltage and load conditions of the alternating voltage network. It is therefore shifted in parallel by changes in the load. Is z. For example, if a capacitor is connected to the busbar in the substation, the network characteristic is shifted parallel upwards by AU (characteristic curve d ' in Fi g. 2). In the illustrated case, P 3, a point on the inductive control range limit, is set as the operating point of the compensator. Here the compensator behaves like a non-controllable inductance; this means that it can not excite the specified voltage UREF.
If there are additional capacitors or chokes that can be connected to the busbar, their switching instructions must be coordinated with the voltage regulation of the compensator. These other "external" reactive power units - because they are not contained in the compensator - then serve to expand the control range. The other reactive power units will then be switched when the loading. operating point of the compensator is approaching an adjustment limit. This is in FIG. 3 shown in more detail. Does the

Kompensator im Betriebspunkt P1 auf der Neztkennlinie d, kann ein Kondensator zugeschaltet werden, mit dem sich die Netzkennlinie d' ergibt, worauf sich der Betriebspunkt P 2 einstellt.Compensator at operating point P 1 on the network characteristic curve d, a capacitor can be switched on, with which the network characteristic curve d ' results, whereupon the operating point P 2 is set.

Die Lage der Punkte Pl und P 2 auf der Regelungskennlinie b ist z. B. bei einem Kondensator, der aus einer steuerbaren Drosselspule mit parallelen festen Kondensatoren besteht, durch den eingestellten Leitwert Ytcr der Drossel gekennzeichnet. Auf der Grenzkennlinie c ist der Leitwert VVcS = O, auf der Grenzkennlinie a ist dagegen der Leitwert Ytcr=100%. Das Ein- und Ausschalten von weiteren Blindleistungseinheiten kann also von dem Erreichen von eingestellten Leitwerten Ytcr abhängig machen. Das geht jedoch nur solange gut, wie die geschaltete »externe« Blindleistung kleiner ist als der Stellbereich des Kompensators. Anderenfalls werden die Schaltkriterien nach jedem Schalten sofort überschritten und es kommt zum sogenannten »Pumpen«, was nicht zulässig ist.The position of the points Pl and P 2 on the control characteristic curve b is z. B. in the case of a capacitor consisting of a controllable choke coil with parallel fixed capacitors, characterized by the set conductance Ytcr of the choke. On the limit characteristic curve c , the conductance value VVcS = O, on the other hand, on the limit characteristic curve a , the conductance value Ytcr = 100%. The switching on and off of further reactive power units can therefore make it dependent on the attainment of the set conductance values Ytcr. However, this only works as long as the switched »external« reactive power is smaller than the setting range of the compensator. Otherwise the switching criteria will be exceeded immediately after each switching and so-called "pumping" occurs, which is not permitted.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Spannungsregelungseinrichtung der eingangs angegebenen Art auch das Schalten von solchen weiteren Blindleistungseinheiten mit dem Kompensatorbetrieb zu koordinieren, deren Leistung größer ist als der Stellbereich des Kompensators.The invention is based on the problem of a voltage regulating device of the type specified at the beginning Type also the switching of such other reactive power units with the compensator operation to coordinate the performance of which is greater than the adjustment range of the compensator.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the features characterized in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous refinements of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine automatische Spannungsregelung, zu der in einem Umspannwerk auch das Schalten der weiteren Blindleistungseinheiten gehört, nur richtig arbeiten kann, wenn keines ihrer Elemente am Anschlag liegt und damit inaktiv ist. Es darf deshalb nicht auf dem Einhalten der Spannungshöhe beharrt werden, sondern die durch die Führungsgröße Uref vorgegebene Spannungshöhe muß so verändert werden, daß die Regelung frei arbeiten kann. Von dieser grundsätzlichen Erkenntnis abgesehen bietet diese Art der Regelung auch den weiteren Vorteil, daß der Kompensator in der Lage bleibt, schnelle Spannungsänderungen auszuregeln, wenn auch auf einem veränderten stationären Pegel.The invention is based on the knowledge that an automatic voltage control, which also includes the switching of the other reactive power units in a substation, can only work properly if none of its elements is in contact with the stop and is therefore inactive. It is therefore not permissible to insist on maintaining the voltage level, but rather the voltage level specified by the reference variable Uref must be changed so that the control can work freely. Apart from this basic knowledge, this type of regulation also offers the further advantage that the compensator remains able to regulate rapid voltage changes, even if at a changed steady-state level.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungsfiguren 1 und 4 für ein Beispiel erläutert.The invention is explained below with reference to the drawing Figures 1 and 4 for an example.

F i g. 1 stellt den Aufbau der Regelungseinrichtung als Blockschaltbild dar. Fig.4 bietet ein Kennlinien-Diagramm zur Erläuterung der Vorgänge.F i g. 1 shows the structure of the control device as a block diagram. FIG. 4 offers a characteristic curve diagram to explain the processes.

In F i g. 1 stellt der Verstärker 1 mit dem Summationsein die obere Grenze eines vorgegebenen Bereiches bildender Referenzwert Yrefi, legt das Zeitglied nach einer vorgegebenen Verzögerung einen positiven, konstanten Wert an den Eingang des Integrators 9, der dann zeitlinear sein Ausgangssignal AUref erhöht, das im Summationspunkt 4 als Zusatzwert zum Grundsollwert Urefo addiert wird. Um eine höhere Spannung als bisher einzustellen, verkleinert der Regler 1, 2 den Leitwert Ytcr· Wenn der Leitwert Y_m den Referenzwert Yrefx unterschreitet, schaltet das Zeitglied 7 den Eingangswert vom Integrator 9 ab und das Ausgangssignal AUref bleibt auf dem vorhandenen Wert stehen. Entsprechendes mit anderen Vorzeichen wird durch die Glieder 6 und 8 in Hinblick auf die untere Grenze des vorgegebenen Bereiches bei einem Referenzwert Yref2 bewirkt.In Fig. 1, the amplifier 1 sets with the summation in the reference value Yrefi forming the upper limit of a given range, the timer applies a positive, constant value to the input of the integrator 9 after a given delay, which then increases its output signal AUref linearly in time, which at summation point 4 as Additional value is added to the basic setpoint Urefo. In order to set a higher voltage than before, the controller 1, 2 reduces the conductance YtcrIf the conductance Y _m falls below the reference value Yrefx, the timer 7 switches off the input value from the integrator 9 and the output signal AUref remains at the existing value. The same with a different sign is effected by the elements 6 and 8 with regard to the lower limit of the predetermined range at a reference value Yref2 .

Zur Erzeugung der Schaltkommandos für die weiteren Blindleistungseinheiten dienen Vergleicher 10 und 11, in denen der Zusatzwert AUref^ die Spannungsführungsgröße mit eingestellten Grenzwerten K1, K 2 verglichen werden. Ist AUref größer als der Wert K1, wird vom Vergleicher 10 ein Kommando Coff zum Abschalten eines Kondensators oder zum Einschalten einer Drosselspule erzeugt. Entsprechendes geschieht mit umgekehrtem Vorzeichen durch den Vergleicher 11 mit dem Grenzwert K 2 durch ein Kommando Con zum Einschalten eines weiteren Kondensators oder zum Abschalten einer weiteren Drosselspule. Comparators 10 and 11, in which the additional value AUref ^ the voltage command variable are compared with set limit values K 1, K 2 , are used to generate the switching commands for the other reactive power units. If AUref is greater than the value K 1, the comparator 10 generates a command Coff to switch off a capacitor or switch on a choke coil. The same happens with the opposite sign through the comparator 11 with the limit value K 2 through a command Con to switch on a further capacitor or to switch off a further choke coil.

F i g. 4 dient zur Erläuterung mit Hilfe der Charakteristik. Es ist angenommen, daß Uref0 auf 1 p.u. steht und Yrefi=0,8 p.u., Yref2=0,2 p.u. sind. Mit der Netz-Charakteristik d arbeitet der Kompensator im Punkt P1. Wenn die Netzcharakteristik durch Vorgänge im Netz in die Position d' geschoben wird, wird die Spannung zu hoch, die Spannungsregelung stellt den induktiven Grenzwert (Ytcr= 1) im Punkt P2' ein. Über das Vergleichsglied 5 wird nun der Zusatzwert AUref so lange erhöht, bis der Kompensator im Punkt Pl mit Ytcr=0,8 p.u. arbeitet.F i g. 4 is used for explanation with the help of the characteristic. It is assumed that Uref 0 is 1 pu and Yrefi = 0.8 pu, Yref2 = 0.2 pu. The compensator works with the network characteristic d at point P 1. If the network characteristic is shifted to position d ' due to processes in the network, the voltage becomes too high, the voltage regulation sets the inductive limit value (Ytcr = 1) at point P2' a. The additional value AUref is now increased via the comparison element 5 until the compensator works with Ytcr = 0.8 pu at point P1.

Die Verschiebung der Netz-Charakteristik wird auch durch das Schalten von externen Blindleistungseinheiten bewirkt, wobei die Höhe der Verschiebung abhängig von der Größe der Blindleistungs-Einheit ist. Bei der Festlegung der Schaltpunkte muß diese Spannungsänderung AUc bekannt sein. Sie wird in die Grenzwerte K1 und K 2 aufgeteilt, wie das in F i g. 4 zu erkennen ist, wobei noch ein zusätzliches Marginal bleiben muß, um das »Pumpen« zu vermeiden.The shift in the network characteristic is also brought about by switching external reactive power units, the amount of the shift depending on the size of the reactive power unit. When defining the switching points, this voltage change AUc must be known. It is divided into the limit values K 1 and K 2 , as in FIG. 4 can be seen, whereby an additional marginal must remain in order to avoid "pumping".

2525th

3030th

3535

40 Wenn der Kompensator mit Spannungsreglern für 40 If the compensator is equipped with voltage regulators for

punkt 2 den Spannungsregler dar, dessen Ausgangssi- 50 jede Phase ausgeführt ist, um die Spannungen des Drehgnal der Leitwert Ytcr für den verstellbaren Kompen- Stromsystems zu symmetrieren, gibt es gegenüber sator ist, der auf (nicht gezeigte) Stelleinrichtungen (z. B. Stromrichterventile) von stellbaren Drosselspulen an den Phasen R, S, Tdes Wechselspannungsnetzes weitergegeben wird. Im Summationspunkt 2 wird die Füh- 55 rungsgröße Uref mit der Regelgröße Uact verglichen, die im einfachsten Fall z. B. durch 3phasige Gleichrichtung der über Meßwandler gemessenen Sammelschienenspannung erhalten wird. Die Führungsgröße Uref wird aus einer Grundgröße Urefo, die durch eine Ein- 60 stell-Vorrichtung 3, z. B. ein Potentiometer vorgegeben wird, und aus in den Summationspunkten 4 und 14 erfindungsgemäß zugeführten, noch näher zu erläuternden Zusatzwerten erhalten.Point 2 represents the voltage regulator, the output of which each phase is designed to balance the voltages of the rotary signal of the conductance Ytcr for the adjustable compensation current system, there is a sator, which is based on actuating devices (not shown) (e.g. Converter valves) is passed on by adjustable inductors to phases R, S, T of the AC voltage network. In the leadership 2 summation point 55 is compared approximate size Uref with the controlled variable Uact, which in the simplest case. B. is obtained by 3-phase rectification of the busbar voltage measured via transducers. The reference variable Uref is derived from a basic variable Urefo, which is set by an adjusting device 3, e.g. B. a potentiometer is specified, and obtained from additional values to be explained in more detail, which are supplied according to the invention in the summation points 4 and 14.

Der erfindungsgemäße Zusatzregelkreis besteht aus Vergleichsgliedern 5 und 6, Zeitverzögerungsgliedern 7 und 8 und einem Integrator 9. Wird im Vergleichsglied 5 festgestellt, daß der Leitwert Y_m= Ytcr größer ist als F i g. 1 drei Spannungsregler 1, 2 mit je einem eigenen Istwert Uact, aber für alle gleichen Sollwert U_REf- Die Ausgänge Ytcr sind dann je Netzphase R, S, Tverschieden: Ytcr,r\ Ytcr,s; Ytcr,t- Als Meßwert Y_m für den erfindungsgemäßen Zusatzregelkreis muß dann der arithmetische Mittelwert aus den drei Leitungswertvorgaben verwendet werden. Die Korrekturgröße ist aber für alle Register gleich. The additional control loop according to the invention consists of comparison elements 5 and 6, time delay elements 7 and 8 and an integrator 9. If it is determined in comparison element 5 that the conductance Y _m = Ytcr is greater than F i g. 1 three voltage regulators 1, 2 each with its own actual value Uact, but for all the same setpoint value U _RE f- The outputs Ytcr are then different for each network phase R, S, T: Ytcr, r \ Ytcr, s; Ytcr, t- The arithmetic mean value from the three line value specifications must then be used as the measured value Y _{m for the additional control loop according to the invention.} However, the correction value is the same for all registers.

Derartige Kompensatoren mit drei individuellen Spannungsreglern werden auch zur Symmetrierung von Einphasen-Wirklast auf die drei Phasen des Drehstromsystems eingesetzt (Verfahren nach Steinmetz). Dabei müssen von den nicht belasteten Phasen eine Kompensatorphase auf induktive Blindleistung, die andere auf den gleichen Betrag kapazitiver Blindleistung gestellt werden. Hierfür ist es dann zweckmäßig, wenn der Kompensator immer nahe Ytcr=0J5 p.u. betriebenSuch compensators with three individual voltage regulators are also used to balance the single-phase active load on the three phases of the three-phase system (Steinmetz method). Of the unloaded phases, one compensator phase must be set to inductive reactive power, the other to the same amount of capacitive reactive power. For this it is useful if the compensator is always operated close to Ytcr = 0J5 pu

wird. Dann kann eine Phase um 0,5 p.u. ins induktive Gebiet nach YtCr=I p.u. verstellt werden; die andere um 0,5 p.u. ins kapazitive Gebiet auf 0 p.u.will. Then a phase can decrease by 0.5 p.u. into the inductive area according to YtCr = I p.u. be adjusted; the other by 0.5 p.u. into the capacitive area to 0 p.u.

In diesem Fall ist bei dem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren Yref\ fast gleich Yref2=0,5 p.u. zu machen. In this case, with the control method according to the invention, Yref \ should be made almost equal to Yref2 = 0.5 pu.

Wie in F i g. 4 zu erkennen ist, bewirkt die Spannungsregelung bei einer Netzkennlinien-Verschiebung zunächst einen Betrieb mit Grenzaussteuerung (Punkt P2'), bis der Integrator den Zusatzwert generiert und den Betriebspunkt auf die gewünschte Betriebscharakteristik bringt. Betrieb mit Grenzsaussteuerung bedeutet aber, daß zum Symmetrieren nicht zwei Phasen in entgegengesetzte Richtung gesteuert werden können. Um beim Schalten der weiteren Blindleistungseinheiten diese Zeit zu verkürzen, kann abhängig von den Kommandos Con, Coff zum Zu- bzw. Abschalten der Blindleistungseinheiten ein abklingender Zusatzsollwert dem Spannungsregler aufgeschaltet werden, so daß auch während der Übergangszeit von AUref die Abweichung des Ansteuerwertes Ytcr nur durch den Vorgabewert im Vergleichsglied 5 gegeben ist und beim Grenzlagenbetrieb auftritt. Der abklingende Zusatzsollwert wird, wie in F i g. 1 gezeigt, in Gliedern 12, 13 bereitgestellt und im Summationspunkt 14 der Führungsgröße hinzuaddiert. As in Fig. 4, the voltage regulation initially causes operation with limit modulation (point P2 ') in the event of a network characteristic shift, until the integrator generates the additional value and brings the operating point to the desired operating characteristic. Operation with limit control means, however, that two phases cannot be controlled in opposite directions for balancing. In order to shorten this time when switching the other reactive power units, depending on the commands Con, Coff to switch the reactive power units on and off, a decaying additional setpoint can be switched to the voltage regulator, so that the deviation of the control value Ytcr only occurs during the transition time from AUref the default value is given in the comparison element 5 and occurs in borderline operation. The decaying additional setpoint is, as shown in FIG. 1, provided in elements 12, 13 and added to the reference variable at summation point 14.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

3030th

4545

5050

5555

6060

6565

Claims

Patent claims:

1. Voltage regulating device for the busbar of a substation with a voltage regulator which, with its output signal, specifies the conductance of a reactive power source that is continuously adjustable over a limited setting range, and further reactive power units with a nominal power that is greater than the setting range of the adjustable reactive power source that can be connected to the busbar via switches , characterized in that an additional control circuit (5,6,7,8,9) is provided which influences the reference variable (Uref) of the voltage regulator (1, 2) with an additional value (AU ref) so that the set Conductance (Ytcr) for the continuously adjustable reactive power source remains in a predetermined range and that when the predetermined limit values (Ki, K 2) of the additional value (AUref) are reached, one of the other reactive power units is switched on or off.

2. Voltage regulating device according to claim

1, characterized in that in a three-phase system with separate voltage regulators for each phase the arithmetic mean value from the conductance values of all phases is decisive for the additional control circuit (5, 6, 7, 8, 9) and the additional control circuit (5, 6, 7.8 _S 9) influences the reference variable (Uref) for all voltage regulators to the same extent.

3. Voltage regulating device according to claim

2, characterized in that the mean value from the conductance values of all phases of the continuously adjustable Reactive power source even if the power of the other reactive power units is less than the Adjustment range of the adjustable reactive power source is kept at a value of 50%.

4. Voltage regulating device according to one of claims 1 to 3, characterized in that when switching one of the other reactive power units, a decaying additional jump value for The reference variable of the voltage regulator (1, 2) is added so that the master value setting is also dynamic remains roughly constant.

sators, such as those in the above-mentioned company pamphlet by AEG-TELEFUNKEN, »Reactive power compensation with power converters«, pp. 4 to 11 are eligible for the application.

Except for the compensators, which are used to compensate for special consumer reactive powers, the voltage at a selected network point is determined by the compensator by means of a voltage regulating device of the type mentioned kept constant.

In Fig. 1 of the drawing, only a voltage regulator with an amplifier 1 and a summation point 2 is shown in a block diagram of the known control device, which, from the comparison of the measured busbar voltage Uact with a predetermined reference variable Uref, generates a conductance Ytcr of an adjustable reactive power source (not shown) serving as a compensator adjusts.

Since the conductance Ytcr is continuously adjustable, the busbar voltage can be set precisely as long as the compensator does not reach its control limits. In Fig. 2, the power is represented Q of the compensator as a function of the busbar voltage U to an AC mains This describes the curve a is the power at the output limit of the inductance ZM / wnach the relationship