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Dokumentenidentifikation DE3607279C2 21.02.1991
Titel Verfahren zum automatischen Einstellen eines Unempfindlichkeitsbereichs für einen Blindleistungsregler
Anmelder Heliowatt Werke Elektrizitäts- Gesellschaft mbH, 1000 Berlin, DE
Erfinder Kusche, Peter, Dr.;
Bartels, Helmut, 1000 Berlin, DE
DE-Anmeldedatum 03.03.1986
DE-Aktenzeichen 3607279
Offenlegungstag 17.09.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 21.02.1991
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.02.1991
IPC-Hauptklasse G05F 1/70

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum automatischen Einstellen eines Unempfindlichkeitsbereichs für einen Blindleistungsregler gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Ein Blindleistungsregler der im Oberbegriff angegebenen Art ist aus "elektrische ausrüstung" Nr. 5, 1974, Seiten 17-22 bekannt.

Blindleistungsregler dienen zum Steuern der Zu- bzw. Abschaltung von Kondensatoren zur Kompensation von Blindleistung. Kennzeichnend für eine stufenweise Regelung ist, daß der Blindleistungsregler einen Unempfindlichkeitsbereich aufweist, dessen Breite durch die sogenannte C/K-Einstellung bestimmt ist (C ist die Kondensatorleistung und K das Übersetzungsverhältnis im Wandler). Der C/K-Wert repräsentiert die Blindleistung der kleinsten Kondensatorstufe, bezogen auf den Eingang des Blindleistungsreglers. Bei richtiger Einstellung des C/K-Wertes steuert der Regler solange das Zu- bzw. Abschalten der Kondensatoren bis die resultierende Blindleistung innerhalb des Unempfindlichkeitsbereiches liegt. Werden Kondensatoren unterschiedlicher Kompensationsleistungen vom Blindleistungsregler gesteuert, so ist die Einschwingzeit des Regelkreises bei steigender Kompensationsleistung der Kondensatoren am kürzesten. Eine gegenüber der vorangegangenen Kompensationsstufe geringere Stufung der Kompensationsleistung kann in bestimmten Betriebszuständen zum Schwingen des Regelkreises führen, so daß in der Regel die Kondensatorleistung der jeweils nächsten Stufe immer mindestens gleich groß oder größer als die der vorangegangenen Kompensationsstufe gewählt wird. In der Fig. 1 ist eine optimale C/K-Einstellung für einen Blindleistungsregler mit manueller Einstellung gezeigt. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn der durch den C/K-Wert vorgegebene Unempfindlichkeitsbereich 10% bis 20% größer ist als die Wirkung der ersten Kondensatorstufe.

Im praktischen Einsatz ergeben sich mit der C/K-Werteinstellung häufig Probleme. Bei zu niedriger C/K-Werteinstellung schwingt der Regelkreis, was innerhalb kürzester Zeit zum Verbrennen der Kondensatorschütz- Kontakte führt. Ein zu hoch eingestellter C/K-Wert äußert sich dadurch, daß der Ausregelvorgang erst bei größerer Über- bzw. Unterkompensation einsetzt. Der Blindleistungsregler arbeitet dann zufriedenstellend, wenn der C/K-Wert innerhalb der 1,05- . . . 1,95 fachen Stufenleistung der ersten Stufe liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur automatischen Einstellung des Unempfindlichkeitsbereichs anzugeben und damit eine optimale Arbeitspunkteinstellung des Reglers zu gewährleisten.

Diese Aufgabe ist durch die Erfindung gelöst, wie sie im ersten Patentanspruch dargelegt ist.

Anhand von vier Figuren wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Darin zeigen die

Fig. 1 das Diagramm einer optimalen C/K-Einstellung, die

Fig. 2 das Diagramm eines Adaptionsvorganges beim Blindleistungsregler, die

Fig. 3 das Diagramm eines Blindleistungsbedarfs vor der Zuschaltung der ersten Stufe und die

Fig. 4 eine Tabelle der Schaltzustände für drei Ausgangsrelais mit der Stufung 1 : 2 : 2.

Wie bereits beschrieben, schwingt der Blindleistungsregler bei zu klein eingestelltem C/K-Wert. Diese Tatsache wird im Algorithmus zur Adaption des C/K- Wertes im Steuerteil des Blindleistungsreglers genutzt. Als Ausgangspunkt der Adaption dient der Kompensationszustand, bei dem die erste Kompensationsstufe ausgeschaltet ist und Kompensationsleistung angefordert wird. Muß der Regler, nachdem er die erste Kompensationsstufe eingeschaltet hat, diese gleich darauf wieder abschalten, weil die resultierende Blindleistung außerhalb des Unempfindlichkeitsbereiches im kapazitiven Bereich liegt (Fig. 2), so ist der Unempfindlichkeitsbereich zu klein und muß erweitert werden. Das heißt, der C/K-Wert muß vergrößert werden. Abhängig vom Blindleistungsbedarf der Anlage wird sich dieser Vorgang so oft wiederholen, bis auch im Grenzfall nach dem Zuschalten der ersten Stufe diese nicht unmittelbar anschließend wieder abgeschaltet wird. Der optimale C/K-Wert ist dann ermittelt, wenn der Unempfindlichkeitsbereich gerade gleich oder geringfügig größer ist als die Wirkung der ersten Kondensatorstufe.

Im Regelfall wird der Regler den optimalen C/K-Wert nicht in einem Durchgang ermitteln, weil dazu ein bestimmter Kompensationsleistungsbedarf der Anlage erforderlich ist (A in Fig. 1); man kann jedoch davon ausgehen, daß einmal am Tag eine Kompensationsleistung angefordert wird, die in der Nähe dieses Punktes A liegt. In jedem Fall arbeitet der Regler mit einem C/K-Wert, der immer kleiner oder maximal gleich dem optimalen Wert ist und deshalb mit guten Regeleigenschaften.

Ist die angeforderte Kompensationsleistung sehr viel größer als die halbe Stufenleistung, so hat dies keinen Einfluß auf den Adaptions-Algorithmus. Die Fig. 3 zeigt den Blindleistungsbedarf der Anlage vor dem Zuschalten der kleinsten Stufe. Die Kondensatorleistungen der eingeschalteten Stufen verhalten sich in diesem Beispiel wie 1 : 1 : 2 : 2.

Wie bereits eingangs erwähnt, ist nicht auszuschließen, daß die Kondensatoren bezüglich ihrer Kompensationsleistung anders als aufsteigend gestuft sind. Der beschriebene Spezialfall - Schwingen der ersten Stufe - reicht dann zur Beurteilung der Stabilität des Regelkreises nicht mehr aus.

Das Kriterium für das Schwingen des Regelkreises ist ein zyklisches Wiederkehren von gleichen Schaltzuständen der Ausgangsrelais Rn (n = 1, 2 . . . Anzahl der Relais) nach 2 hoch n unmittelbar aufeinander folgenden Schaltzyklen. Das Erkennen eines gleichen Schaltzustandes hat die Erhöhung des C/K-Wertes zur Folge. Fig. 4 zeigt hierzu ein Beispiel mit drei Ausgangsrelais R 1, R 2, R 3, wobei der Regelkreis über das Relais R2 schwingt.

Tritt der Betriebszustand auf, daß die resultierende Blindleistung in den Unempfindlichkeitsbereich fällt, dann werden alle bis dahin gespeicherten Schaltzustände ungültig. Ein neuer Zyklus beginnt mit der nächsten Zustandsänderung der Ausgangsrelais R 1 . . . R 3.

Der optimale C/K-Wert ist ermittelt, wenn in den verschiedensten Betriebszuständen der Anlage nach jeweils 2 hoch n (n = 1, 2 . . . Anzahl der Ausgangsschaltglieder) Schaltungen keine Gleichheit der Schaltzustände mehr auftritt.

Zur Ermittlung des optimalen C/K-Wertes benötigt der Adaptions-Algorithmus in der Regel mehrere Schaltungen. Eine Verbesserung läßt sich dadurch erzielen, daß der C/K-Wert bei der Initialisierung des Reglers nicht auf den kleinsten, sondern auf den höchsten Wert gesetzt wird. Nachdem die resultierende Blindleistung im Unempfindlichkeitsbereich liegt - entweder wird keine Blindleistung angefordert oder der Regler schaltet vorher die erforderlichen Kondensatoren ein -, wird der C/K-Wert auf einen Wert verringert, welcher der resultierenden Blindleistung entspricht. Dieses kann sich bei jedem Ausregelvorgang bis zu dem Zeitpunkt wiederholen, an dem die Wirkung der kleinsten Kondensatorstufe größer als der Unempfindlichkeitsbereich ist. Die Initialisierungsphase ist damit abgeschlossen. Der optimale C/K-Wert wird von nun an wie oben beschrieben ermittelt.

Beim Betrieb der Regelanlage kann gleichzeitig mit dem Einschalten der kleinsten Kondensatorstufe ein Blindleistungsverbraucher ausgeschaltet werden. War der C/K-Wert vorher bereits optimal eingestellt, so wird jetzt ein größerer Wert gewählt. Zur Korrektur eines solchen Fehlers wird der C/K-Wert deshalb täglich um eine oder zwei Stufen verkleinert.

Eine wirksame Verbesserung des Verhaltens in solchen Störungsfällen bietet die Ermittlung des C/K-Wertes über eine Mittelung. Außer seinem C/K-Register besitzt der Regler noch zwei weitere Register. Im zweiten Register ist der Mittelwert aus den vorhergehenden, in einem Zeitraum von jeweils 24 Stunden ermittelten C/K-Wertes abgespeichert und in dem dritten Register die Anzahl N der vorausgegangenen Mittelungen z. B. eines Tages oder der gesamten Mittelungen seit der Inbetriebnahme des Blindleistungsreglers. Am Anfang eines 24-Stunden-Zyklus wird der bis zu diesem Zeitpunkt ermittelnde gleitende C/K-Wert ausgelesen und ggf. um eine Stufe empfindlicher in das C/K- Register eingeschrieben. Der Regler korrigiert, wenn erforderlich im Laufe des Tages den C/K-Wert. Am Ende des Zyklusses wird der neue Mittelwert aus dem C/K-Wert und dem mit der Anzahl N gewichteten alten Mittelwert gebildet und in das Mittelwertregister eingeschrieben.

In Anlagen mit hoher Schalthäufigkeit ist die Belastung der Schützkontakte groß. Um einem vorzeitigen Verschleiß der Schütze vorzubeugen, wird die Zuschalt- Verzögerungszeit von z. B. 30 Sekunden bei mehr als 30 Schaltspielen innerhalb von z. B. 30 Minuten auf eine Verzögerungszeit von z. B. 60 Sekunden erhöht. Nach einer vorgegebenen Zeit, z. B. 3 Stunden, wird die Verzögerungszeit dann wieder auf die ursprüngliche Zeit, im obigen Beispiel auf 30 Sekunden, zurückgesetzt.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum automatischen Einstellen eines Unempfindlichkeitsbereichs (C/K-Wert) für einen Blindleistungsregler zum Einsatz in Regelanlagen mit diskreten Kondensatorstufen, die selbsttätig über Ausgangsschaltglieder zu- bzw. abgeschaltet werden, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
    1. a) ausgehend von einem Kompensationszustand der Regelanlage, bei dem die resultierende Blindleistung innerhalb des Unempfindlichkeitsbereiches liegt, wird geprüft, ob sich das Schaltzustands-Muster der Ausgangsschaltglieder ändert,
    2. b) bei einer Änderung des Schaltzustands-Musters wird es verglichen mit den sich aufgrund des selbsttätigen Zu- und Abschaltens der Kondensatorstufen ergebenden folgenden Schaltzustands-Mustern,
    3. c) eine Anpassung des Unempfindlichkeitsbereichs erfolgt, wenn sich nach zwei hoch n Schaltzustandsänderungen des Schaltzustands-Muster wiederholt, wobei n die Anzahl der am selbsttätigen Zu- und Abschalten beteiligten Ausgangsschaltglieder ist,
    4. d) bei Auftreten des Kompensationszustandes, bei dem die resultierende Blindleistung wieder innerhalb des Unempfindlichkeitsbereich liegt, wird der momentane Einstellwert des Unempfindlichkeitsbereichs in einem ersten Register abgelegt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einstellvorgang bei der Initialisierung des Blindleistungsreglers mit dem größten Unempfindlichkeitsbereich beginnt und dieser abhängig von der resultierenden Blindleistung solange verringert wird, bis die Wirkung der ersten Stufe größer ist als der Unempfindlichkeitsbereich.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus in mehreren Zeitperioden ermittelten momentanen optimalen Werten ein Mittelwert gebildet und in einem zweiten Register abgelegt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Mitteilungen in einem dritten Register gespeichert wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang jeder neuen Kompensations- Zeitperiode der im zweiten Register abgelegte Mittelwert in das erste Register überführt wird und, sofern aufgrund der Kondensatorstufungen möglich, um eine Empfindlichkeitsstufe erhöht wird.






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