СПОСОБ ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ Российский патент 2021 года по МПК H02H3/08 H02H7/85 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к средствам предупредительного управления судовыми электроэнергетическими системами (СЭЭС).

Известен способ автоматической разгрузки электроэнергетической системы с параллельно работающими генераторными агрегатами (ГА) (патент RU 2 653 361, опубликован 08.05.2018. Бюл.№13.), согласно которому измеряют величины активной нагрузки каждого ГА (Рi), вычисляют суммарную активную нагрузку всей электроэнергетической системы (Рсумм.i), вычисляют величину суммарной допустимой активной нагрузки электроэнергетической системы (Рсум.доп.откл.) для случаев отключения неработоспособного или неработоспособных ГА, сравнивают вычисленную величину Рсумм.i с допустимой величиной Рсум.доп.откл. и при Рсумм.i > Рсум.доп.откл. формируют сигнал на отключение выбранных потребителей электроэнергии до момента отключения неработоспособных ГА.

Данный способ относится к предупредительному управлению СЭЭС так как позволяет разгрузить сеть до момента отключения неработоспособного, но продолжающего выполнять свои функции ГА и тем самым избежать перегрузки и отключения работоспособных агрегатов.

Недостаток способа – невозможность эффективного применения в случае отказа системы управления (СУ) СЭЭС при котором СУ сформировала постоянный сигнал на увеличение или уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА. В этом случае отключение выбранной группы потребителей приведет лишь к снижению загрузки разгружаемых ГА, более быстрому переходу их в двигательный режим и отключению защитой с последующим отключением ГА с максимальной подачей топлива по превышению частоты сети.

Известен способ предупредительного управления СЭЭС (Широков Н.В. Предупредительное управление судовой электроэнергетической системой при отказе источников электроэнергии / Н.В. Широков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. – 2019. – № 2(54). – С.396-405. DOI: 10/21821/2309-5180-2019-11-2-396-405), согласно которому отключение неработоспособного ГА осуществляется непосредственно в момент его перехода в двигательный режим работы при условии, что в электроэнергетической системе не происходят процессы, при которых работоспособный агрегат на время может перейти в двигательный режим работы (например, включение одного из ГА на параллельную работу или рекуперативное торможение при опускании груза).

Этот способ предполагает отключение неработоспособного ГА без выдержки времени, что позволяет исключить перегрузку СЭЭС обратной мощностью. В данном случае условие, согласно которому в электроэнергетической системе не происходят процессы, при которых работоспособный агрегат на время может перейти в двигательный режим работы в момент, когда ГА переходит в двигательный режим, является диагностическим признаком неработоспособного состояния ГА и одновременно предупредительным сигналом о том, что с этого момента генератор начнет работать как электродвигатель. Отключение неработоспособного агрегата по предупредительному сигналу позволяет исключить перегрузку оставшихся работоспособными машин и предотвратить возникновение аварийной ситуации, вызванной обесточиванием судна вследствие отключения по перегрузке работоспособных ГА. При этом согласно ГОСТ (ГОСТ 19176-85. Системы управления техническими средствами корабля. Термины и определения) предупредительным называется управление по предупредительным сигналам отклонения параметров от их номинальных значений и предназначенное для предотвращения аварийной ситуации. Предупредительное управление предназначено для изменения состояния и режимов работы установки до вступления в действие аварийного управления. Это определение предупредительного управления с точки зрения его назначения. В прототипе дано определение предупредительного управления как процесса. Предупредительное управление — это процесс формирования такого воздействия на СЭЭС, в результате которого техническое состояние системы после срабатывания защиты будет принадлежать усеченной области правильного функционирования. При этом аварийный режим работы исключается.

Недостаток способа – низкая достоверность предупредительного управления, вызванная тем, что в процессе принятия решения не учитывается возможность отказа системы управления (СУ) СЭЭС. На практике это может привести к ошибочным действиям, не способным предотвратить аварийную ситуацию. При этом под достоверностью предупредительного управления будем понимать степень объективного соответствия сформированного воздействия на СЭЭС ее техническому состоянию. В качестве примера рассмотрим ситуацию параллельной работы двух ГА (ГА1 и ГА2). Допустим, что в процессе работы произошел отказ СУ СЭЭС типа замыкание (мгновенный отказ), при котором СУ сформировала постоянный сигнал на увеличение подачи топлива в первичный двигатель ГА1 (например, произошло «залипание» контакта контактора увеличения подачи топлива). В данном случае ГА1 начнет принимать на себя всю нагрузку, разгружая ГА2 и переводя его в двигательный режим. При этом реализация способа, принятого за прототип приведет к ошибочному отключению ГА2. Так как ГА1 примет на себя всю нагрузку, он окажется перегруженным и через выдержку времени защита от перегрузки отключит его от сети. Произойдет обесточивание СЭЭС. Если будет применена разгрузка СЭЭС, например, способом, представленным в патенте RU 2 653 361, то вследствие большого количества топлива, поступающего в первичный двигатель ГА1 (его количество будет максимально возможным), и снижения нагрузки при одиночной работе агрегата резко вырастут обороты дизеля и частота генерируемого напряжения. В этом случае сработает защита по оборотам первичного двигателя или по превышению частоты сети и отключит ГА1, что также приведет к обесточиванию судна и возникновению аварийной ситуации, связанной с потерей его управления (электропривод рулевого устройства не будет получать питание).

Если в процессе работы произошел отказ СУ СЭЭС типа замыкание, при котором СУ сформировала постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель ГА1 (например, произошло «залипание» контакта контактора уменьшения подачи топлива), то ГА1 начнет стремительно разгружаться. При этом загрузка ГА2 начнет увеличиваться, что может привести к его перегрузке и отключению от сети. Но даже после этого подача топлива в ГА1 будет уменьшаться, что приведет к уменьшению частоты сети и его отключению. В этом случае воспользоваться способом предупредительной разгрузки, описанным в патенте RU 2 653 361, невозможно, так как сигнал о неисправности ГА1 сформируется только при его полной разгрузке. В этот момент ГА2 уже, как правило, отключен защитой от перегрузки.

Наиболее близким и выбранным автором за прототип является способ предупредительного управления СЭЭС (патент RU 2739364, МПК H02H 3/08, опубл. 23.12.2020), согласно которому определяют момент перехода СЭЭС в неработоспособное состояние, уменьшают нагрузку СЭЭС, определяют ГА, загрузка которого при уменьшении нагрузки СЭЭС увеличивается, и отключают этот ГА.

Данный подход позволяет эффективно, минуя аварийную ситуацию на судне, переводить работу СЭЭС в режим правильного функционирования в случае отказа, вызванного формированием сигнала СУ на постоянное увеличение подачи топлива хотя бы в один из ГА. Недостатком способа, принятого за прототип, является невозможность его применения в случае отказов СУ, вызванных уменьшением подачи топлива хотя бы в один из параллельно работающих ГА или отказов, связанных с выходом из строя топливной аппаратуры хотя бы одного из этих ГА. В этом случае при уменьшении нагрузки СЭЭС загрузка всех ГА, работающих параллельно, уменьшается и дальнейшие действия устройств, реализующих способ предупредительного управления, принятый за прототип, не определены.

Предлагаемое изобретение расширяет возможности прототипа в случае внезапного отказа СУ.

Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в способе предупредительного управления СЭЭС с параллельно работающими ГА определяют момент перехода СЭЭС в неработоспособное состояние, определяют ГА (группу ГА), загрузка которого (которых) уменьшается, уменьшают нагрузку СЭЭС, определяют момент, когда при уменьшении нагрузки СЭЭС загрузка всех ГА уменьшается, и в этот момент отключают ГА, загрузка которого (которых) до уменьшения нагрузки СЭЭС уменьшалась.

Сущность изобретения заключается в том, что в случае внезапного отказа СУ СЭЭС, при котором СУ сформировала постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА при его параллельной работе с хотя бы одним из других генераторных агрегатов или отказе топливной аппаратуры первичного двигателя (например, дизеля) ГА, его загрузка постоянно уменьшается вплоть до полной разгрузки и перехода в двигательный режим и не зависит от изменения нагрузки СЭЭС. При этом остальные ГА, работающие параллельно, принимают на себя нагрузку разгружаемого агрегата и их загрузка увеличивается в случае, если нагрузка СЭЭС остается постоянной. В случае подобного типа отказов уменьшение нагрузки СЭЭС приводит к уменьшению загрузки всех ГА как и в случае с исправной СУ или исправным ГА. Однако применение предложенного подхода позволяет исключить ситуацию, когда имеется неисправность, связанная с формированием сигнала на увеличение подачи топлива в один из агрегатов. С другой стороны, имеется неисправность СЭЭС, при которой хотя бы один из ГА разгружается. С точки зрения предупредительного управления не имеет значения происходит ли разгрузка по причине формирования постоянного сигнала СУ на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель ГА со стороны СУ или по причине выхода из строя самого агрегата, например, вследствие неисправности топливной системы (разрыв трубопровода, выход из строя топливного насоса и т.д.). И в том и другом случае отключение разгружаемого ГА после разгрузки сети приводит к тому, что СЭЭС переходит в режим правильного функционирования, при котором оставшиеся в работе машины принимают на себя нагрузку без перегрузки, минуя аварийную ситуацию.

В отличие от прототипа данный подход позволяет эффективно, минуя аварийную ситуацию на судне, переводить работу СЭЭС в режим правильного функционирования в случае отказа, вызванного формированием сигнала СУ на постоянное уменьшение подачи топлива хотя бы в один из ГА или выхода из строя его топливной аппаратуры.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача – расширение функциональных возможностей предупредительного управления СЭЭС в случае ее внезапного отказа, при котором СУ сформировала постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель хотя бы одного из ГА или отказа его топливной аппаратуры, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».

В свою очередь, проведенный информационный поиск в области электроснабжения не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «изобретательский уровень».

Сущность предложенного способа поясняется чертежом (Фигура), на котором представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на примере параллельной работы «n» ГА. Устройство предупредительного управления СЭЭС (Фигура) содержит: по числу ГА датчики загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n, блоки контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, блоки контроля уменьшения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n, а также первый логический элемент «ИЛИ» 4 и блок контроля разности загрузок ГА 5; по числу ГА: первые логические элементы «И» 6.1, 6.2, … 6.n, а также второй логический элемент «ИЛИ» 7, ждущий одновибратор с задержкой формирования импульса 8 и блок отключения потребителей 9; по числу ГА: вторые логические элементы «И» 10.1, 10.2 … 10.n и одновибраторы 11.1, 11.2 … 11.n, третий логический элемент «И» 12; по числу ГА: четвертые логические элементы «И» 13.1, 13.2 … 13.n и блоки отключения ГА14.1, 14.2 … 14.n; причем выход каждого из датчиков загрузки 1.1, 1.2 … 1.n соединен с входом соответствующего блока контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, с входом соответствующего блока контроля уменьшения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n и соответствующим входом блока контроля разности загрузок ГА 5; выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n соединен со вторым входом соответствующего из первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n; выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n соединен с соответствующим входом первого логического элемента «ИЛИ» 4, первым входом соответствующего из вторых логических элементов «И» 10.1, 10.2 … 10.n и соответствующим из первых входов третьего логического элемента «И» 12; выход первого логического элемента «ИЛИ» 4 соединен с первыми входами всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n, выход блока контроля разности загрузок ГА 5 соединен с третьими входами всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n; выход каждого из первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n соединен с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ» 7, выход которого соединен с входом ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8, входом блока отключения потребителей 9, вторыми входами вторых логических элементов «И» 10.1, 10.2 … 10.n; выход каждого из вторых логических элементов «И» 10.1, 10.2 … 10.n соединен с входом соответствующего одновибратора 11.1, 11.2 … 11.n, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего из четвертых логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n; выход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8 соединен со вторым входом третьего логического элемента «И» 12, выход которого соединен со вторыми входами всех четвертых логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего блока отключения ГА14.1, 14.2 … 14.n.

Датчики загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n – известные функциональные блоки, формирующие на своем выходе сигналы в виде напряжения постоянного тока, пропорционального загрузке ГА (нагрузке сети, которую принимает на себя данный ГА).

Блоки контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n – известные функциональные блоки, формирующие на своих выходах сигнал логической «1», когда сигнал в виде напряжения на их входах увеличивается и сигнал логического «0» в обратном случае.

Блоки контроля уменьшения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n - известные функциональные блоки, формирующие на своих выходах сигнал логической «1», когда сигнал в виде напряжения на их входах уменьшается и сигнал логического «0» в обратном случае.

Логические элементы «И» – известные функциональные блоки, которые формируют на своих выходах сигналы логической «1», если на все их входы поступили сигналы логической «1» и сигнал логического «0» в обратном случае.

Первый и второй логические элементы «ИЛИ» 4, 7 – известные функциональные блоки, которые формируют на своих выходах сигналы логической «1», если хотя бы на один из его входов поступил сигнал логической «1» и сигнал логического «0» в обратном случае.

Блок контроля разности загрузок ГА 5 – функциональный блок (имеющий n входов и один выход), на выходе которого появляется сигнал логической «1», если разность загрузок хотя бы одной из пар ГА из числа n превысит допустимое значение и будет увеличиваться. Для реализации данной функции все n ГА разбиты на возможное число пар (k) и вычисляется разность загрузок в каждой паре ГА. Вычисляется абсолютная величина разности загрузок каждой пары и контролируется ее увеличение. Если абсолютная величина хотя бы одной пары будет увеличиваться и при этом превысит допустимое значение разности загрузок ГА, то на выходе блока 5 сформируется сигнал логической «1». Данный блок полностью аналогичен соответствующему блоку, используемому в прототипе.

Ждущий одновибратор с задержкой формирования импульса 8 – известный функциональный блок, формирующий на своем выходе сигнал логической «1» определенной длительности (t_имп) через выдержку времени (t_выд) после появления сигнала логической «1» на его входе. Может быть выполнен на базе обычного ждущего одновибратора с цепью задержки на входе или на базе микросхемы LM 555 (m.grz.ru).

Одновибраторы 11.1, 11.2 … 11.n – известные функциональные блоки, каждый из которых формирует на своем выходе сигнал логической «1» определенной длительности (t_имп1) при поступлении сигнала логической «1» на его вход. При этом для успешной работы устройства необходимо, чтобы длительность сигнала логической «1» на выходе каждого из одновибраторов была больше выдержки времени ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8, т.е. ( t_имп1> t_выд).

Блок отключения потребителей 9 – известный функциональный блок, обеспечивающий отключение соответствующих потребителей (групп потребителей) электроэнергии при поступлении сигнала логической «1» на его вход. В качестве такого блока может быть использовано обычное электромагнитное реле, размыкающие контакты которого включены в цепь катушки нулевой защиты автоматического выключателя соответствующего потребителя (группы потребителей) электрической энергии.

Блоки отключения ГА 14.1, 14.2 … 14.n – известные функциональные блоки, каждый из которых обеспечивает отключение соответствующего ГА при поступлении сигнала логической «1» на его вход. В качестве такого блока может быть использовано обычное электромагнитное реле, размыкающие контакты которого включены в цепь катушки нулевой защиты автоматического выключателя соответствующего генератора.

Устройство предупредительного управления СЭЭС (Фигура) работает следующим образом. В случае внезапного отказа СЭЭС, при котором СУ сформировала постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА, например, g-го, загрузка g-го агрегата начнет уменьшаться. Тогда уменьшится значение выходного сигнала на выходе соответствующего датчика загрузки 1.g. Этот сигнал поступает на вход соответствующего блока контроля уменьшения загрузки 3.g и g-й вход блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходе блока контроля уменьшения загрузки 3.g формируется сигнал логической «1» и поступает на соответствующий (g-ый) вход первого логического элемента «ИЛИ» 4, на выходе которого также появится сигнал логической «1» и поступит на первые входы всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n., первый вход g-го из вторых логических элементов «И» 10.g и g-й из первых входов третьего логического элемента «И» 12. Так как загрузка g-го агрегата уменьшается, а общая нагрузка сети остается неизменной, то загрузка оставшихся ГА начнет увеличиваться. При этом сигналы на выходах всех датчиков загрузки соответствующих ГА 1.1,1.2 … 1.n, кроме 1.g, начнут увеличиваться. Эти сигналы поступят на входы соответствующих блоков контроля увеличения загрузки и соответствующие входы блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходах каждого из блоков контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, кроме 2.g, появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход соответствующего из первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n . Так как сигнал на g-м входе блока 5 уменьшается, а на остальных его входах увеличивается, то разность загрузок g-го ГА и остальных растет и в момент, когда она превысит допустимое значение на выходе блока контроля разности загрузок ГА 5 появится сигнал логической «1» и поступит на третьи входы всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n. При этом на все входы первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n, кроме 6.g, поступит сигнал логической «1», на их выходах появится сигнал логической «1», который поступит на входы (кроме g-го) второго логического элемента «ИЛИ» 7. Так как хотя бы на один из входов второго логического элемента «ИЛИ» 7 поступит сигнал логической «1» на его выходе тоже появится сигнал логической «1», свидетельствующий о неработоспособном техническом состоянии СЭЭС (в данном случае СЭЭС признается неработоспособной, если один (одни) из ГА увеличивают свою загрузку, в то время как другой (другие) уменьшают свою загрузку, и при этом разность загрузок превышает допустимое значение и увеличивается).

Сигнал логической «1» с выхода второго логического элемента «ИЛИ» 7 поступит на вторые входы всех вторых логических элементов «И» 10.1, 10.2 … 10.n, а также на вход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8 и на вход блока отключения потребителей 9, который отключает выбранные группы потребителей электроэнергии. Так как на первый и второй входы второго логического элемента «И» 10.g, поступает сигнал логической «1», то на выходе появится сигнал логической «1» и поступит на вход соответствующего одновибратора 11.g, на выходе которого появится сигнал логической «1» заданной длительности t_имп1и поступит на первый вход соответствующего из четвертых логических элементов «И» 13.g. Через время t_выд, равное времени отключения потребителей электроэнергии, на выходе ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8 появится короткий сигнал логической «1», длительность которого t_имп несколько больше, чем время срабатывания топливного регулятора (t_сраб ) данной СУ. Этот сигнал поступит на второй вход третьего логического элемента «И» 12. Так как блок отключения потребителей 9 отключает выбранные группы потребителей электроэнергии, то нагрузка сети уменьшается. При этом загрузка всех ГА уменьшится и на выходах всех блоков контроля уменьшения загрузки ГА 3.1, 3.2 … 3.n формируется сигнал логической «1», который поступает на соответствующие из первых входов третьего логического элемента «И» 12. Так как на все входы третьего логического элемента «И» 12 поступает сигнал логической «1», то и на его выходе – сигнал логической «1», который поступает на вторые входы всех четвертых логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n. Так как на оба входа четвертого логического элемента «И» 13.g поступит сигнал логической «1», то на его выходе сформируется сигнал логической «1» и поступит на вход соответствующего блока отключения ГА 14.g, который отключит g-й ГА от сети.

Так как разгрузка сети уже произошла, переход на новый режим функционирования произойдет без аварийной ситуации, связанной с обесточиванием СЭЭС.

В соответствии с предлагаемым способом предупредительного управления СЭЭС устройство (Фигура) осуществляет следующие действия:

блоки 1.1, 1.2 … 1.n, 2.1, 2.2 … 2.n, 3.1, 3.2 … 3.n, 4, 5, 6.1, 6.2 … 6.n и 7 -определяют момент перехода СЭЭС в неработоспособное состояние;

блоки 10.1, 10.2 … 10.n и 11.1, 11.2 … 11.n определяют ГА, загрузка которого (которых) на момент идентификации неработоспособного состояния СЭЭС уменьшается;

блок 9 уменьшает нагрузку СЭЭС;

блок 12 совместно с блоками 3.1, 3.2 … 3.n и 8 определяют момент, когда после разгрузки сети загрузка всех ГА уменьшается;

блоки 13.1, 13.2 … 13.n определяют ГА, загрузка которого (которых) на момент идентификации неработоспособного состояния СЭЭС уменьшалась, и при этом снижение нагрузки сети привело к снижению загрузки всех агрегатов, эти ГА следует отключить;

блоки 14.1, 14.2 … 14.n осуществляют отключение выбранного (выбранных) ГА.

Пример реализации способа

Рассмотрим в качестве примера СЭЭС с двумя параллельно работающими ГА (ГА1 и ГА2 соответственно). Предположим, что номинальная мощность каждого из них – 100кВт (Рн1=Рн2=100кВт), точность распределения нагрузок-10%Рн (ΔРраспр =10%Рн=10кВт), время срабатывания топливного регулятора равно 0,5с (t_сраб=0,5с ), время отключения потребителей электроэнергии (t_отк) равно 0,3с. Для данной СЭЭС установим допустимое значение разности загрузок (ΔРдоп >ΔРраспр) ГА равным 15%Рн (ΔРдоп =15%Рн=15кВт), время задержки (выдержки) ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса равным 0,3с (t_выд=t_отк=0,3с), длительность сигнала логической «1» ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса равным 1,0с (t_имп=1,0с > t_сраб=0,5c). Предположим, что загрузка ГА1 составила 65%Рн (Р1=65кВт), а загрузка ГА2 составила 60%Рн (Р2=60кВт). Допустим, что в процессе эксплуатации произошла неисправность СУ СЭЭС, при которой СУ сформировала постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель ГА2 или вышла из строя его топливная аппаратура. При этом ГА1 начал принимать на себя нагрузку, его загрузка начала увеличиваться, а загрузка ГА2 уменьшаться. Так как загрузка ГА1 увеличивается, увеличивается и сигнал на выходе датчика загрузки 1.1 устройства, реализующего настоящий способ (Фигура), который поступает на вход блока контроля увеличения загрузки 2.1 и первый вход блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходе блока 2.1 появляется сигнал логической «1» и поступает на второй вход первого из первых логических элементов «И» 6.1. Так как ГА2 разгружается, на выходе датчика загрузки 1.2 сигнал уменьшается и поступает на вход блока уменьшения загрузки 3.2 и второй вход блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходе блока уменьшения загрузки 3.2 формируется сигнал логической «1» и поступает на второй вход первого логического элемента «ИЛИ» 4, на первый вход второго из вторых логических элементов «И» 10.2 и на второй из первых входов третьего логического элемента «И» 12. Так как на второй вход первого логического элемента «ИЛИ» 4 поступает сигнал логической «1», то на его выходе тоже появляется сигнал логической «1» и поступает на первые входы всех первых логических элементов «И» 6.1 и 6.2. В момент, когда разница загрузок ГА превысила допустимое значение (ΔР>ΔРдоп), например, когда загрузка агрегатов составила: Р1=70,5кВт, а Р2=54,5 кВт, и продолжила увеличиваться, так как ГА1 загружается, а ГА2 разгружается, на выходе блока контроля разности загрузок ГА 5 формируется сигнал логической «1» и поступает на третьи входы первых логических элементов «И» 6.1 и 6.2. Так как на все три входа первого из первых логических элементов «И» 6.1поступают сигналы логической «1» то и на его выходе – сигнал логической «1», который поступает на первый вход второго логического элемента «ИЛИ» 7. При поступлении сигнала логической «1» на первый вход второго логического элемента «ИЛИ» 7 на его выходе формируется сигнал логической «1», информирующий о том, что СЭЭС неработоспособна. Сигнал логической «1» с выхода блока 7 поступает на вторые входы вторых логических элементов «И» 10.1 и 10.2, на вход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8 и на вход блока отключения потребителей 9. Так как на оба входа второго из вторых логических элементов «И» 10.2 поступает сигнал логической «1», то на его выходе формируется сигнал логической «1» и поступает на вход второго одновибратора 11.2, на выходе которого появляется сигнал логической «1» длительностью равной, например, 1,0 секунде. Этот сигнал поступает на первый вход второго из четвертых логических элементов «И» 13.2 . Блок 9 отключает группы потребителей электроэнергии за время t_отк=0,3с, осуществляя уменьшение нагрузки СЭЭС до значения, менее номинального, например, до 40 кВт. Через выдержку времени t_выд=t_отк=0,3 с на выходе ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8 появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход третьего логического элемента «И» 12. Так как нагрузка сети уменьшилась, начала уменьшаться загрузка первого ГА. При этом на выходе блока контроля увеличения загрузки первого агрегата 2.1 появляется сигнал логического «0», что приводит к формированию сигнала логического «0» на выходе второго логического элемента «ИЛИ» 7. Однако это не приведет к нарушению работы схемы – на выходах одновибратора 11.2 и ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8 сохранятся сигналы логической «1», запущенные по переднему фронту входного сигнала в течение 1,0 секунды (в данном случае t_имп=1,0 с). При этом на выходе блока контроля уменьшения загрузки 3.1 формируется сигнал логической «1» и поступает на первый из первых входов третьего логического элемента «И» 12. Так как на все три входа третьего логического элемента «И»12 поступает сигнал логической «1», то на его выходе – тоже сигнал логической «1», который поступает на вторые входы четвертых логических элементов «И» 13.1 и 13.2. Так как на оба входа второго из четвертых логических элементов «И» 13.2 поступает сигнал логической «1», то на его выходе формируется сигнал логической «1», который поступает на вход второго блока отключения ГА 14.2. ГА2 отключается от сети.

Нагрузка сети невелика и ГА1 принимает ее на себя, осуществляя переход неработоспособной СЭЭС в режим правильного функционирования без аварийной ситуации, связанной с перерывом в электроснабжении судна. При этом, если причиной отказа СЭЭС явился выход из строя топливной аппаратуры первичного двигателя одного из ГА, его отключение осуществляется значительно раньше, чем произошла бы полная разгрузка при использовании способа, описанного в приведенном аналоге (Широков Н.В. Предупредительное управление судовой электроэнергетической системой при отказе источников электроэнергии / Н.В.Широков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. – 2019. № 2(54). – С. 396-405. DOI: 10/21821/2309-5180-2019-11-2-396-405). Более раннее отключение неработоспособного агрегата в большинстве случаев позволяет предотвратить дальнейшее развитие неисправности.

Предлагаемое изобретение было создано в составе научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре «Электропривода и электрооборудования береговых установок» ФБГОУ ВО «Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова». Были произведены расчеты, показавшие возможность использования заявляемого способа в судовых энергетических установках и электроэнергетических системах, что с учетом вышеизложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к средствам предупредительного управления судовыми электроэнергетическими системами (СЭЭС). Технический результат заключается в обеспечении возможности предупредительного управления СЭЭС в случае отказов, вызванных уменьшением подачи топлива хотя бы в один из параллельно работающих генераторных агрегатов (ГА), или отказов, связанных с выходом из строя топливной аппаратуры хотя бы одного из этих ГА. Достигается тем, что в предложенном способе предупредительного управления СЭЭС с параллельно работающими ГА определяют момент перехода СЭЭС в неработоспособное состояние, определяют ГА (группу ГА), загрузка которого (которых) уменьшается, уменьшают нагрузку СЭЭС, определяют момент, когда при уменьшении нагрузки СЭЭС загрузка всех ГА уменьшается, и в этот момент отключают ГА, загрузка которого (которых) до уменьшения нагрузки СЭЭС уменьшалась. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ предупредительного управления судовой электроэнергетической системой (СЭЭС) с параллельно работающими генераторными агрегатами (ГА), согласно которому определяют момент перехода СЭЭС в неработоспособное состояние, определяют ГА (группу ГА), загрузка которого (которых) уменьшается, уменьшают нагрузку СЭЭС, определяют момент, когда при уменьшении нагрузки СЭЭС загрузка всех ГА уменьшается, и в этот момент отключают ГА, загрузка которого (которых) до уменьшения нагрузки СЭЭС уменьшалась.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для его осуществления используется устройство, содержащее: по числу ГА датчики загрузки ГА, блоки контроля увеличения загрузки, блоки контроля уменьшения загрузки, а также первый логический элемент «ИЛИ» и блок контроля разности загрузок ГА; по числу ГА: первые логические элементы «И», а также второй логический элемент «ИЛИ», ждущий одновибратор с задержкой формирования импульса и блок отключения потребителей; по числу ГА: вторые логические элементы «И» и одновибраторы, третий логический элемент «И»; по числу ГА: четвертые логические элементы «И» и блоки отключения ГА; причем выход каждого из датчиков загрузки соединен с входом соответствующего блока контроля увеличения загрузки, с входом соответствующего блока контроля уменьшения загрузки и соответствующим входом блока контроля разности загрузок ГА; выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки соединен со вторым входом соответствующего из первых логических элементов «И»; выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен с соответствующим входом первого логического элемента «ИЛИ», первым входом соответствующего из вторых логических элементов «И» и соответствующим из первых входов третьего логического элемента «И»; выход первого логического элемента «ИЛИ» соединен с первыми входами всех первых логических элементов «И», выход блока контроля разности загрузок ГА соединен с третьими входами всех первых логических элементов «И»; выход каждого из первых логических элементов «И» соединен с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с входом ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса, входом блока отключения потребителей, вторыми входами вторых логических элементов «И»; выход каждого из вторых логических элементов «И» соединен с входом соответствующего одновибратора, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего из четвертых логических элементов «И»; выход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса соединен со вторым входом третьего логического элемента «И», выход которого соединен со вторыми входами всех четвертых логических элементов «И», выход каждого из которых соединен с входом соответствующего блока отключения.