Gekoppelde alternatoren
Isochrone werking en werking met droop
Generatoren
Root server » TechTalk » Electriciteit » Generatoren » Parallelbedrijf » Verdeling van het vermogen
Eenmaal de generatoren gesynchroniseerd worden ze aan elkaar gekoppeld. Maar dan moet het te leveren vermogen verdeeld worden over de alternatoren. Generatoren die onderling gesynchroniseerd moeten worden hebben een vereffeningskabel om het vermogen evenwichtig te verdelen over de verschillende stroomgroepen, zelfs al hebben ze niet hetzelfde nominaal vermogen. Die verdelingskabel is enkel nodig bij een isochrone werking.
-

-

TMF: netfrekwentie gemeten op de busbarren
Load G...: vermogen geleverd door de generator

Ingangen op module:
O: netfrekwentie
I: referentievermogen (totaal vermogen geleverd)
P: geleverd vermogen eigen generator
C: nulleiding voor alle ingangen
A: eventuele correctie

Met de I ingang (vermogen geleverd door alle generatoren) en de P ingang (eigen vermogen) kan er bepaald worden of er minder of meer vermogen door de generator geleverd moet worden. De module doet enkel de load sharing, de verdeling van het vermogen over alle generatoren.

De aansluitingen komen overeen met een DEIF load sharing module.

De belangrijkste instelling is het percentage vermogen dat een generator mag leveren ten opzichte van zijn nominaal vermogen. Veronderstellen we een generator van 250kW. Met een instelling op 80% mag de generator maximaal 80% van zijn nominaal vermogen leveren, dus 200kW. Normaal blijft de instelling op 100%, behalve in specifieke gevallen (versleten generator, generator met slechte koeling,...).

De Xp regeling bepaalt het regelgebied, bijvoorbeeld 20% (pulserende regeling met variabele duty cycle). Buiten deze zone blijft de "+" of "-" relais permanent aangetrokken.

De Tn regeling geeft de gemiddelde pulsduur van de + of - relais.

Indien het vermogen dat de generator levert te laag of te hoog is ten opzichte van het gemiddelde, dan wordt de relais "+" of "-" in werking gesteld om de servo motor aan te drijven voor de brandstofinspuiting. Om een op- en neerregelen te vermijden (pendelen) is er een instelbare dode zone (niet bereikbaar via het frontpaneel).


De verbindingskabel (paars) dient niet om de generatoren te synchroniseren, maar om de parallelwerking te stabiliseren.

Beide stroombronnen van ieder generator leveren een stroom evenredig met de belasting van de generator, 5mA bij nominaal vermogen.

De op amp vergelijkt het lokaal vermogen (local power) met het algemeen vermogen (gemiddelde: common power of global power) en stelt de brandstofinspuiting bij totdat het onevenwicht weggeregeld is.

Dankzij de verbindingskabel kunnen de groepen isochroon werken (constante snelheid ongeacht de belasting). De droop kan op nul ingesteld worden.

Isochrone werking of werking met droop

Een generator in isochrone werking zal het motortoerental zo stabiel mogelijk houden (vaste frekwentie) ongeacht de belasting. Bij een generator met droop zakt de frekwentie lichtjes bij een stijgende belasting (doorgaans maximum 5%).

Werking met droop

De werking met droop is gemakkelijk in te stellen, dat het een losse generator of een gekoppelde generator betreft. Deze werking heeft nog andere voordelen: de motor draait soepeler, verslijt minder en er is mindere brandstofverbruik.

Als de belasting stijgt gaat de aandrijfmotor automatisch trager draaien. De electronica zal dit compenseren door meer brandstof in te spuiten, maar er blijft altijd een kleine "fout" over: de droop. Een generator met droop zal bijvoorbeeld een onbelaste frekwentie van 52Hz geven, terwijl de frekwentie op nominale belasting 48.5Hz bedraagt.

De werking met droop is ook interessant voor gekoppelde generatoren: iedere generator levert een vermogen proportioneel aan zijn nominaal vermogen. Men moet enkel de frekwentie in onbelaste toestand en de drooppercentage instellen (identiek voor alle generatoren). Als de frekwentie daalt, gaat een generator automatisch een hoger vermogen leveren.

In de meeste gevallen (losse en gekoppelde generatoren) zal men proberen de generatoren te laten werken met een droop. Men probeert de droop te beperken tot maximaal 4%.

Isochrone werking

In bepaalde gevallen is een meer stabiele frekwentie nodig. De generator zal de frekwentie stabiliseren, ongeacht de belasting. De generator heeft vaak een vermogensmeting om voor te zijn op de toerentaldaling bij stijgende belasting. Door de strakke regeling heeft men doorgaans een hoger verbruik en slijt de motor sneller.

In het geval van gekoppelde generatoren moet iedere generator het totaal geleverd vermogen kennen, zodat iedere generator een vermogen kan leveren in proportie met het totaal vermogen. Er moet dus een verbinding zijn tussen alle electronische modules die voor de load sharing zorgen. Bepaalde combinaties kunnen niet isochroon werken, het systeem wordt instabiel.

Een 100% isochrone werking met een perfect stabiele frekwentie bestaat niet in de praktijk: een sterke verandering van de belasting veroorzaakt een frekwentiedaling vooralleer het systeem de tijd heeft om te reageren. Zelfs het distributienetwerk heeft een frekwentie die heel lichtjes verloopt naargelang de belasting van het net.

Werking in programma-modus

In bepaalde grote bedrijven worden er generatoren gestart en aan het distributienetwerk gekoppeld om de belastingspieken te onderdrukken (load shaving). De generatoren kunnen niet isochroon werken (hoewel het electriciteitsnet isochroon is) omdat de generatoren niet de totale belasting kunnen kenne en dus niet weten hoe groot hun bijdrage moet zijn.

Dergelijke generatoren hebben een specifieke werking ("programma" werking). Iedere generator krijgt een vermogen setwaarde die gehandhaafd moet worden. Het vermogen van de generator wordt gemonitored en de brandstofinspuiting wordt indien nodig bijgeregeld. De motorsnelheid/frekwentie wordt niet bewaakt, het is het net dat de frekwentie bepaalt (oneindig net) en de bijdrage van een generator heeft geen meetbaar invloed op de netfrekwentie.

De te leveren vermogen kan een vaste waarde zijn, maar kan ook dynamisch bepaald worden naargelang het verbruik van de onderneming, om het piekvermogen dat van het net gehaald wordt te beperken.

Koppeling van generatoren

De bespreking die volgt heeft betrekking op een bepaalde reeks generatoren, maar de uitleg is zo algemeen mogelijk gehouden.

Bij de vorige afschakelplan heb ik meegeholpen om stroomgroepen te plaatsen bij ondernemingen. Het benodigd vermogen ging van 40 tot meer dan 100kW. In het algemeen was een vermogen van 40kW voldoende, maar soms was er meer vermogen nodig en dan moesten twee of meer groepen parallel geschakeld worden.

Er zijn bedrijven die generatoren verkopen, maar de prijs is te hoog voor stroomgroepen die slechts incidenteel gebruikt worden. Maar men kan generatoren aantreffen op bepaalde verkoopssites zoals Troostwijk. Zij verkopen vaak surplus legermateriaal aan zeer interessante voorwaarden.

De generatoren hadden een vermogen van 50 tot 85kW. Ze zijn geschikt om los te werken of lokaal gekoppeld (generatoren gekoppeld, maar niet op het electriciteitsnet aangesloten). De generatoren hebben een vereffeningskabel. Die wordt niet gebruikt voor de synchronisatie (die moet manueel gebeuren), maar om het benodigd vermogen te verdelen over de verschillende groepen. Een generator kan zelf niet bepalen hoeveel vermogen ie moet leveren.

De schakeling wordt in alle generatoren van deze reeks gebruikt, ongeacht het vermogen (de generatoren worden in het lichtblauw aangegeven). De schakeling bestaat uit twee stroombronnen die 5mA leveren als de generator op nominaal vermogen werkt. Een generator van 50kW heeft dus twee stroombron die 1mA levert als de generator 10kW levert, terwijl een generator van 85kW een stroombron heeft van 1mA per 17kW. Als een generator op nominaal vermogen werkt, levert de stroombron 5mA, ongeacht het effektief vermogen.

De twee stroombronnen (blauw en rood per generator) produceren een spanningsval over een weerstand van 1kΩ, de spanningsval hangt natuurlijk af van de stroom door de weerstand, en hangt dus af van het vermogen dat de generator levert. De spanningsval bedraagt 5V als de generator op nominaal vermogen werkt.

Om het vermogen beter te verdelen over de verschillende groepen is er een vereffeningskabel die de electronische massa van de verschillende groepen verbindt (niet de electrische massa of "terre" of "neutre") en ook de andere kant van de ÚÚn van de weerstanden van 1kΩ. Alle stroombronnen en meetweerstanden (in het rood aangegeven) van alle groepen zijn dus samen verbonden. De spanning die opgewerkt wordt komt overeen met het belastingspercentage van alle aangesloten groepen (common signal = common power).

Iedere stroomgroep heeft twee connectoren om de vereffeningskabel aan te sluiten, de eerste connector om de vorige stroomgroep aan te sluiten, de tweede om de volgende aan te sluiten. De kabel verbindt alle generatoren.

We veronderstellen dat alle groepen aan 80% van hun nominaal vermogen werken. Onze generator van 50kW werkt ook op 80% van zijn capaciteit, dus op 40kW. De spanning over de individuele meetweerstand bedraagt dus 4V (blauw), wat overeenkomt met de spanning over de algemene weerstand (rood), 80% van 5V. De op amp krijgt geen verschilspanning en de governor (die de hoeveelheid brandstof regelt) wordt niet aangestuurd.

Veronderstel nu dat onze generator slechts 60% van zijn vermogen levert, terwijl de andere groepen 80% leveren. De spanning over de lokale meetweerstand bedraagt nu 3V, terwijl de algemene spanning 4V bedraagt. De op amp krijgt nu een verschilspanning (local power - common power) en stuurt de governor aan. Er blijft een verschilspanning aanwezig zolang de generator minder proportioneel vermogen levert dan de andere generatoren.

Indien er geen vereeffeningskabel aangesloten is, dan krijgt de op amp een gelijke spanning op beide ingangen en levert dus geen regelspanning. Dit is de situatie als de generator niet gekoppeld is aan andere generatoren.

Het systeem is eenvoudig, er moet manueel gesynchroniseerd worden en het is niet de bedoeling dat de generatoren ingesteld worden om een verschillende bijdrage te leveren. Het systeem werkt trouwens enkel goed op alle vermogens als iedere generator ongeveer eenzelfde percentuele bijdrage levert. Het systeem is betrouwbaar vanwege zijn eenvoud en reageert snel en evenwichtig op plotse belastingsveranderingen. De droop (zie lager) mag nul zijn want iedere generator stelt zich automatisch bij.

Iedere generator heeft een offsetregeling van de op amp. Bij een generator die los gebruikt wordt, wordt hiermee de rotatiesnelheid van de motor beinvloed (en dus de netfrekwentie). Als de generator gekoppeld wordt, moet de offsetregeling dienen om het gevraagd vermogen te verdelen over de verschillende groepen. Als de generator gesynchroniseerd is wordt de regeling gebruikt om de generator te laten bijdragen tot de groep. V˛˛r het weghalen van de generator uit de groep wordt het vermogen van de betrekkende groep teruggedraaid om overspeed te vermijden bij het effektief loskoppelen. Indien men de offsetregelaars van alle stroomgroepen verdraait kan men de netfrekwentie bijstellen.

De vereffeningskabel is niet absoluut noodzakelijk, de verdeling van de belasting gebeurt dan door de droopregeling die dan op maximum ingesteld moet worden. Als de generator meer belast wordt, dan daalt zijn rotatiesnelheid waardoor de belasting automatisch verdeeld wordt. Het nadeel is een daling van de netfrekwentie als de groepen belast worden (verschil van 2 Ó 3Hz tussen onbelast en vollast).

Er moet ook een evenwicht zijn wat betreft het blindvermogen (reactief vermogen). Het blindvermogen kan ongeveer bepaald worden door de stroomtransfo (faseverschil tussen stroom en spanning). De stroomtransfo heeft enkel nut bij parallelbadrijf. De nieuwere uitvoeringen van deze stroomgroep hebben ook een vereffening voor het blindvermogen, waarvan de werking identiek is als de vereffening van het aktief vermogen. Daardoor volstaat er een grove regeling van de spanning: de electronika regelt automatisch de exciterspanning om juist voldoende blindvermogen te leveren.

PublicitÚs - Reklame

-