УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ Российский патент 2022 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к области электротехники и может использоваться для предупредительного управления судовыми электроэнергетическими системами (СЭЭС).

Известно устройство, реализующее 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), которое производит отключение неработоспособного ГА (генераторного агрегата) 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).

Это устройство 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. В аналоге дано определение предупредительного управления как процесса 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.

Недостатком устройства является относительная сложность и высокая стоимость, вызванная необходимостью прокладки кабельных трасс, например, от датчика включения рекуперативного торможения, расположенного в кабине крановщика, до системы предупредительного управления, расположенной в Главном распределительном щите судна. Даже для судна средних размеров это расстояние составляет более сотни метров.

Для обеспечения идентификации неработоспособного состояния ГА, с целью предупредительного управления СЭЭС, может быть использовано устройство, реализующее способ определения неработоспособного генераторного агрегата (ГА) (патент RU 2686103, опубликован 24.04.2019. Бюл.№12.), согласно которому при параллельной работе нескольких ГА измеряют загрузку каждого из ГА, определяют величину неравномерности загрузки генераторных агрегатов и определяют момент отклонения последней за установленные пределы уставки, определяют момент перехода ГА в двигательный режим и при совпадении этого момента с моментом отклонения неравномерности загрузки генераторных агрегатов за пределы уставки, ГА, перешедший в двигательный режим, признается неработоспособным. Устройство для определения неработоспособного ГА содержит: блок контроля неравномерности загрузки ГА, блоки контроля перехода ГА в двигательный режим по числу ГА, логические элементы «И», причем соответствующие выходы блока контроля неравномерности загрузки ГА соединены с первыми входами соответствующих логических элементов «И», выходы блоков контроля перехода ГА в двигательный режим соединены со вторыми входами соответствующих логических элементов «И». В рассматриваемом случае отсутствует необходимость в прокладке дополнительных кабельных трасс, что позволяет существенно упростить техническую реализацию предупредительного управления.

Недостатком устройства является большое время диагностирования. Это объясняется тем, что при его применении неисправный ГА идентифицируют как неработоспособный только в момент его перехода в двигательный режим. При этом в течение интервала времени, измеряемого от момента возникновения дефекта до момента полной разгрузки вышедшего из строя агрегата, устройство будет определять его как работоспособный, нагрузка агрегата перейдет на работоспособную машину, что может привести к ее перегрузке, отключению генератора и обесточиванию судна.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения (прототипом) является устройство для предупредительного управления СЭЭС (патент №2758465, опубликован 28.10.2021), содержащее: по числу генераторных агрегатов (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, блок отключения потребителей, по числу ГА вторые логические элементы «И» и блоки отключения ГА, логический элемент «НЕ», по числу ГА третьи логические элементы «И» и ждущие одновибраторы с инвертирующим выходом, 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 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 и входом блока отключения потребителей; выход первого логического элемента «ИЛИ» соединен с входом логического элемента «НЕ», выход которого соединен со вторыми входами всех третьих логических элементов «И», выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки соединен соответствующим входом первого логического элемента «ИЛИ» и первым входом соответствующего из вторых логических элементов «И»; выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен со вторым входом соответствующего из первых логических элементов «И», выход второго логического элемента «ИЛИ» соединен со вторым входом каждого из вторых логических элементов «И», выход каждого из вторых логических элементов «И» соединен с входом соответствующего ждущего одновибратора с инвертирующим выходом, выход каждого ждущего одновибратора с инвертирующим выходом соединен с первым входом соответствующего третьего логического элемента «И», выход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса соединен с третьими входами всех третьих логических элементов «И», выход каждого из третьих логических элементов «И» соединен с входом соответствующего блока отключения ГА.

Устройство обеспечивает предупредительное управление СЭЭС в случае отказов системы управления (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. При этом прототип реализует подход, 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 не увеличивается и в этот момент отключают ГА, загрузка которого (которых) до уменьшения нагрузки СЭЭС уменьшалась. Устройство хорошо работает, если перед формированием сигнала на уменьшение нагрузки СЭЭС (посредством блока отключения потребителей) нагрузка СЭЭС остается постоянной. Если после поступления сигнала логической «1» на вход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса нагрузка СЭЭС существенно (в данном случае на величину, превосходящую мощность отключаемых потребителей) увеличится, то увеличится загрузка всех параллельно работающих ГА, кроме неработоспособного агрегата. В связи с тем, что после срабатывания блока отключения потребителей загрузка не всех ГА снизится, на выходе первого логического элемента «ИЛИ» и входе логического элемента «НЕ» сохранится сигнал логической «1», на выходе логического элемента «НЕ» и на вторых входах всех третьих логических элементов «И» -сигнал логического «0», отключение неработоспособного агрегата не произойдет. В этом случае при использовании устройства, принятого за прототип, будет допущена ошибка второго рода, управляющее воздействие по отключению вышедшего из строя ГА сформировано не будет. Данная ситуация предопределяет появление ошибок при идентификации неработоспособного агрегата и снижает достоверность предупредительного управления СЭЭС.

Заявляемое изобретения решает проблему повышения достоверности предупредительного управления СЭЭС в режиме увеличения нагрузки сети.

Для решения проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: устройство для предупредительного управления СЭЭС, содержащее так же, как и прототип: по числу генераторных агрегатов (ГА) датчики загрузки ГА, блоки контроля уменьшения загрузки, логические элементы «И», блоки отключения ГА а также блок контроля разницы загрузок, причем при этом выход каждого из датчиков загрузки ГА соединен с входом соответствующего из блоков контроля уменьшения загрузки и соответствующим входом блока контроля разницы загрузок, выход которого соединен с третьим входом каждого из логических элементов «И», при этом выход каждого из логических элементов «И» соединен с входом соответствующего блока отключения ГА, в отличие от прототипа дополнительно содержит блок идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА, блок определения режима работы трех и более ГА , причем выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен с первым входом соответствующего логического элемента «И» и соответствующим входом блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА, выход которого соединен со вторым входом каждого из логических элементов «И», при этом выход блока определения режима работы трех и более ГА соединен с четвертым входом каждого из логических элементов «И».

Сущность изобретения заключается в том, что в случае внезапного отказа системы управления судовой электроэнергетической системы (СУ СЭЭС), при котором СУ сформировала постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА при его параллельной работе с двумя и более генераторными агрегатами (режим работы СЭЭС с тремя и более ГА), его загрузка постоянно уменьшается. Без применения средств предупредительного управления разгружаемый ГА перейдет в двигательный режим и дополнительно загрузит исправные агрегаты обратной мощностью. При этом исправные ГА, работающие параллельно, загружаются, их загрузка увеличивается вплоть до аварийного значения и отключения защитой от перегрузки. Данный режим работы в подавляющем числе случаев приводит к аварийной ситуации, связанной с перерывом в электроснабжении СЭЭС.

Отказы, в результате которых СУ СЭЭС формируют постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель ГА, как правило, связаны с залипанием контактов соответствующих кнопок, реле или контакторов и происходят не часто. При этом вероятность события, при котором подобная неисправность одновременно произойдет в каналах управления сразу двух ГА, ничтожно мала, поэтому данная ситуация на практике может быть исключена из рассмотрения. В этой связи диагностический признак, заключающийся в уменьшении загрузки только одного из трех и более параллельно работающих ГА позволяет заранее спрогнозировать аварийную ситуацию по обесточиванию СЭЭС. В данном случае возникает необходимость в отключении ГА, загрузка которого уменьшается, от сети, которой при необходимости может предшествовать разгрузка СЭЭС, например, способом, описанном в Патенте на изобретение RU 2653361 С1, опубл.08.05.2018.

В этой связи предлагаемое устройство реализует подход к решению задачи, согласно которому при работе в составе СЭЭС трех и более ГА определяют момент перехода СЭЭС в неработоспособное состояние, определяют режим, при котором загрузка только одного ГА уменьшается и отключают этот ГА от сети.

В отличие от прототипа работа предложенного устройства не зависит от существенного увеличения нагрузки сети при переходе СЭЭС в неработоспособное состояние. В данном случае прирост нагрузки будет перераспределен между оставшимися работоспособными агрегатами и их загрузка при этом увеличится, а загрузка неработоспособного ГА продолжит уменьшаться и он будет отключен от сети.

Исключение ошибки второго рода обусловливает повышение достоверности работы устройства для предупредительного управления СЭЭС в режиме увеличения нагрузки сети, и таким образом обеспечивает достижение цели настоящего изобретения.

Сопоставление предлагаемого устройства и прототипа показало, что поставленная задача – повышение достоверности предупредительного управления СЭЭС в режиме увеличения нагрузки сети – 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 устройства критерию «изобретательский уровень».

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где

на фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства для предупредительного управления судовой электроэнергетической системой, имеющей в своем составе «n» параллельно работающих ГА;

на фиг.2 представлена одна из возможных схем блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА для СЭЭС, имеющей в своем составе три ГА;

на фиг.3 представлена одна из возможных схем блока определения режима работы трех и более ГА для случая, когда в составе СЭЭС работают четыре ГА.

Устройство (фиг.1) содержит по числу ГА датчики загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n и блоки контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, а также блок идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА 3, блок контроля разницы загрузок 4, блок определения режима работы трех и более ГА 5; по числу ГА логические элементы «И» 6.1, 6.2 …6.n и блоки отключения ГА 7.1, 7.2 … 7.n, при этом выход каждого из датчиков загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n соединен с входом соответствующего из блоков контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n и соответствующим входом блока контроля разницы загрузок 4, выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n соединен с соответствующим входом блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА 3 и первым входом соответствующего логического элемента «И» 6.1, 6.2 …6.n, выход блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА 3 соединен со вторым входом каждого из логических элементов «И» 6.1, 6.2 …6.n, выход блока контроля разницы загрузок 4, соединен с третьим входом каждого из логических элементов «И» » 6.1, 6.2 …6.n, выход блока определения режима работы трех и более ГА 5 соединен с четвертым входом каждого из логических элементов «И» 6.1, 6.2 …6.n, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего блока отключения ГА 7.1, 7.2 … 7.n

Датчики загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n представляют собой 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 уменьшения 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 уменьшается и сигнал логического «0» в обратном случае.

Блок идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА 3 (Фиг.2) представляет собой новый функциональный блок, формирующий на своем выходе сигнал логической «1» в режиме работы СЭЭС, при котором уменьшается загрузка только одного из ГА и сигнал логического «0» в режиме, при котором уменьшается загрузка двух и более ГА или не уменьшается нагрузка ни одного из ГА. Блок 3 содержит первый из вторых логических элементов «И» 8.1, второй из вторых логических элементов «И» 8.2, третий из вторых логических элементов «И» 8.3, первый логический элемент «ИЛИ-НЕ» 9.1 и второй логический элемент «ИЛИ-НЕ» 9.2, при этом первый вход блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА 3 (Фиг.1) соединен с первыми входами первого и второго из вторых логических элементов «И» 8.1, 8.2 и первым входом первого логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.1, второй вход блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА 3 соединен со вторым входом первого из вторых логических элементов «И» 8,1, первым входом третьего из вторых логических элементов «И» 8.3 и вторым входом первого логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.1, третий вход блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА 3 соединен со вторыми входами второго и третьего из вторых логических элементов «И» 8.2 и 8.3 и третьим входом первого логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.1, выходы первого, второго и третьего из вторых логический элементов «И» 8.1,8.2, 8.3 и выход первого логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.1 соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами второго логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.2 соответственно.

Вторые логические элементы «И» 8.1, 8.2 и 8.3 представляют собой известные функциональные блоки, которые формируют на своих выходах сигнал логической «1», если на все их входы поступили сигналы логической «1» и сигнал логического «0» в противоположном случае.

Логические элементы «ИЛИ-НЕ» 9.1 и 9.2 – известные функциональные блоки, которые формируют на своем выходе сигнал логического «0», если хотя бы на один из его входов поступил сигнал логической «1» и сигнал логической «1» в противоположном случае

Блок 3 работает следующим образом. Если СЭЭС работает в режиме, при котором загрузка только одного из ГА уменьшается, то только на один из входов блока 3 поступает сигнал логической «1». В этом случае, по крайней мере, на один из входов каждого из вторых логических элементов «И» 8.1, 8.2, 8.3 поступает сигнал логического «0», а на один из входов первого логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.1 поступает сигнал логической «1», а значит на их выходах – сигнал логического «0», на все четыре входа второго логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.2 поступает сигнал логического «0», а на его выходе фиксируется сигнал логической «1». Если же уменьшается загрузка нескольких ГА, например, первого и третьего, тогда сигнал логической «1» поступит на первый и третий входы блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА, на второй вход которого поступит сигнал логического «0». Сигнал логической «1» с первого входа блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА поступает на первый вход первого из вторых логических элементов «И» 8.1 и на первый вход второго из вторых логических элементов «И» 8.2. Сигнал логического «0» со второго входа блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА поступит на второй вход первого из вторых логических элементов «И» 8.1 и на первый вход третьего из вторых логических элементов «И» 8.3. На выходах первого и третьего из вторых логических элементов «И» 8.1 и 8.3 сохранится сигнал логического «0». Сигнал логической «1» с третьего входа блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА поступит на второй вход второго из вторых логических элементов «И» 8.2 и второй вход третьего из вторых логических элементов «И» 8.3. Так как на первый и второй входы второго из вторых логических элементов «И» 8.2 поступит сигнал логической «1», то на его выходе сформируется сигнал логической «1» и поступит на второй вход второго логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.2, на выходе которого появится сигнал логического «0». Аналогично, если уменьшится загрузка первого и второго ГА, то сигнал логической «1» поступит на первый и второй входы блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА, на выходе первого из вторых логических элементов «И» 8.1 появится сигнал логической «1», поступит на первый вход второго логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.2, на выходе которого появится сигнал логического «0». Если уменьшится загрузка второго и третьего ГА, то сигнал логической «1» поступит на второй и третий входы блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА, на выходе третьего из вторых логических элементов «И» 8.3 появится сигнал логической «1», поступит на третий вход второго логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.2, на выходе которого появится сигнал логического «0». Если уменьшится загрузка всех трех ГА, то сигнал логической «1» поступит на все три входа блока идентификации режима и входы всех трех вторых логических элементов «И» 8.1, 8.2 и 8.3, на выходах каждого из которых появится сигнал логической «1» и поступит на соответствующий вход второго логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.2. На выходе второго логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.2 и выходе блока идентификации режима зафиксируется сигнал логического «0». Если загрузка первого, второго и третьего ГА не уменьшится (останется неизменной или увеличится), то на первый, второй и третий входы блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА с выходов соответствующих блоков контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2, 2.3 (Фиг.1) поступит сигнал логического «0». При этом на выходах первого, второго и третьего из вторых логических элементов «И» 8.1, 8.2 и 8.3 сформируется сигнал логического «0» и поступит на первый, второй и третий входы второго логического элемента «ИЛИ-НЕ»9.2. Сигнал логического «0» с первого, второго и третьего входов блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА поступит на первый, второй и третий вход первого логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.1, на выходе которого появится сигнал логической «1» и поступит на четвертый вход второго логического элемента «ИЛИ-НЕ» 9.2, на выходе которого сохранится сигнал логического «0».

Таким образом, на выходе блока 3 формируется сигнал логической «1» в режиме работы СЭЭС, при котором уменьшается загрузка только одного из ГА и сигнал логического «0» в режиме, при котором уменьшается загрузка двух и более ГА или не уменьшается загрузка ни одного из ГА.

Блок контроля разности загрузок 4 представляет собой известный 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 заданное 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 заданное значение разности загрузок ГА, то на выходе блока 4 сформируется сигнал логической «1». Аналогичен соответствующему блоку, используемому в прототипе.

Блок определения режима работы трех и более ГА 5 (фиг.3) – новый функциональный блок, на выходе которого формируется сигнал логической «1» в период времени, когда в составе СЭЭС работают три и более ГА. Он может быть выполнен в виде датчиков работы ГА по числу работающих агрегатов, соединенных с трехвходовыми логическими элементами «И», число которых равно максимальной выборке по три из количества работающих ГА и выходы которых соединены с логическим элементом «ИЛИ». Блок 5 (Фиг. 3) содержит датчики работы первого, второго, третьего и четвертого ГА 10.1, 10.2, 10.3 и 10.4 соответственно, третьи логические элементы «И» 11.1, 11.2, 11.3 и 11.4, логический элемент «ИЛИ» 12; причем выход датчика работы первого ГА 10.1 соединен с первыми входами первого, второго и третьего из третьих логических элементов «И» 11.1, 11.2 и 11.3; выход датчика работы второго ГА 10.2 соединен со вторыми входами первого и второго из третьих логических элементов «И» 11.1 и 11.2, а также с первым входом четвертого из третьих логического элемента «И»11.4; выход датчика работы третьего ГА 10.3 соединен с третьим входом первого из третьих логического элемента «И» 11.1 и вторыми входами третьего и четвертого из третьих логических элементов «И» 11.3 и 11.4; выход датчика работы четвертого ГА 10.4 соединен с третьими входами второго, третьего и четвертого из третьих логических элементов «И» 11.2, 11.3 и 11.4, выходы третьих логических элементов «И» 11.1, 11.2, 11.3 и 1.4 соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами логического элемента «ИЛИ» 12 соответственно.

Датчики работы первого, второго, третьего и четвертого ГА 10.1, 10.2, 10.3, 10.4 - известные функциональные блоки, каждый из которых формирует сигнал логической «1» в случае, если соответствующий ГА работает в составе СЭЭС и сигнал логического «0» в противоположном случае. В качестве такого блока можно использовать блок-контакты автоматического выключателя соответствующего генератора.

Третьи логические элементы «И» 11.1, 11.2, 11.3 и 11.4 – 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 противоположном случае.

Логический элемент «ИЛИ» 12 – известный функциональный блок, который формирует на своем выходе сигнал логической «1», если хотя бы на один из его входов поступил сигнал логической «1» и сигнал логического «0» в противоположном случае.

Блок 5 работает следующим образом. Предположим, что СЭЭС будет работать в режиме, при котором в ее составе будут включены первый, второй и третий ГА. При этом на выходах датчиков работы первого ГА 10.1, второго ГА 10.2 и третьего ГА 10.3 появится сигнал логической «1», который поступит на первый, второй и третий входы первого из третьих логического элемента «И» 11.1. Так как на все три входа первого из третьих логического элемента «И» 11.1 поступит сигнал логической «1», то на его выходе сформируется сигнал логической «1» и поступит на первый вход логического элемента «ИЛИ» 12, на выходе которого появится сигнал логической «1». Этот сигнал информирует о том, что хотя бы три ГА работают в составе СЭЭС. Аналогично, если СЭЭС будет работать в режиме, при котором в ее составе будут включены первый, второй и четвертый ГА, то на выходах датчиков работы первого ГА 10.1, второго ГА 10.2 и четвертого ГА 10.4 появится сигнал логической «1». Этот сигнал поступит на первый, второй и третий входы второго из третьих логического элемента «И» 11.2. Так как на все три входа второго из третьих логического элемента «И» 11.2 поступит сигнал логической «1», то на его выходе сформируется сигнал логической «1». Этот сигнал поступит на второй вход логического элемента «ИЛИ» 12, на выходе которого появится сигнал логической «1», информирующий о том, что хотя бы три ГА работают в составе СЭЭС. Если СЭЭС будет работать в режиме, при котором в ее составе будут включены первый, третий и четвертый ГА, то на выходах датчиков работы первого ГА 10.1, третьего ГА 10.3 и четвертого ГА 10.4 появится сигнал логической «1». Этот сигнал поступит на первый, второй и третий входы третьего из третьих логического элемента «И» 11.3. Так как на все три входа третьего из третьих логического элемента «И» 11.3 поступит сигнал логической «1», то на его выходе сформируется сигнал логической «1». Этот сигнал поступит на третий вход логического элемента «ИЛИ» 12, на выходе которого появится сигнал логической «1», информирующий о том, что хотя бы три ГА работают в составе СЭЭС. Если СЭЭС будет работать в режиме, при котором в ее составе будут включены второй третий и четвертый ГА, то на выходах датчиков работы второго ГА 10.2, третьего ГА 10.3 и четвертого ГА 10.4 появится сигнал логической «1». Этот сигнал поступит на первый, второй и третий входы четвертого из третьих логического элемента «И» 11.4. Так как на все три входа четвертого из третьих логического элемента «И» 11.4 поступит сигнал логической «1», то на его выходе сформируется сигнал логической «1» и поступит на четвертый вход логического элемента «ИЛИ» 12, на выходе которого появится сигнал логической «1». Этот сигнал информирует о том, что хотя бы три ГА работают в составе СЭЭС. Если СЭЭС будет работать в режиме, при котором в ее составе будут включены первый, второй, третий и четвертый ГА, то на выходах датчиков работы первого ГА 10.1, второго ГА 10.2 третьего ГА 10.3 и четвертого ГА 10.4 появится сигнал логической «1», который поступит на первый, второй и третий входы каждого из третьих логических элементов «И» 11.1, 11.2, 11.3 и 11.4. Так как на все три входа каждого из третьих логических элементов «И» 11.1, 11.2, 11.3 и 11.4 поступит сигнал логической «1», то на их выходах сформируется сигнал логической «1» и поступит на первый, второй, третий и четвертый входы логического элемента «ИЛИ» 12, на выходе которого появится сигнал логической «1». Этот сигнал информирует о том, что хотя бы три ГА работают в составе СЭЭС. Если СЭЭС будет работать в режиме, при котором будут включены только один или два ГА, то хотя бы на один из входов каждого из третьих логических элементов «И» » 11.1, 11.2, 11.3, 11.4 поступит сигнал логического «0». На их выходах и всех входах логического элемента «ИЛИ» 12 сформируется сигнал логического «0» и на его выходе сохранится сигнал логического «0». Этот сигнал информирует о том, что в составе СЭЭС работает менее чем три ГА.

Предположим, что СЭЭС работает в режиме, при котором в ее составе будут включены первый и второй ГА. При этом на выходах датчиков работы первого ГА 10.1, второго ГА 10.2 появится сигнал логической «1», который поступит на первый и второй входы первого и второго из третьих логических элементов «И» 11.1, 11.2 и первые входы третьего и четвертого из третьих логических элементов «И» 11.3 и 11.4. Так как третий и четвертый ГА не работают, то на выходах датчиков работы ГА 10.3 и 10.4 сохраняется сигнал логического «0», который поступает на третьи входы первого и второго из третьих логических элементов «И» 11.1 и 11.2 и второй и третий входы третьих логических элементов «И» 11.3 и 11.4. Так как хотя бы на один из входов каждого из третьих логических элементов «И» 11.1, 11.2, 11.3 и 11.4 поступит сигнал логического «0», то на их выходах, а также всех входах и выходе логического элемента «ИЛИ» 12 сохранится сигнал логического «0». Этот сигнал информирует о том, что в составе СЭЭС работает менее чем три ГА.

Логические элементы «И» 6.1, 9.2, … 6.n – известные функциональные блоки, которые формируют на своих выходах сигнал логической «1», если на все их входы поступил сигнал логической «1» и сигнал логического «0» в обратном случае.

Блоки отключения ГА 7.1, 7.2 … 7.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 для предупредительного управления СЭЭС в целом (фиг.1) работает следующим образом. В случае отказа одного из ГА, например i-го, связанного с формированием постоянного сигнала на уменьшение величины подачи топлива в его первичный двигатель, на выходе i-го датчика загрузки 1.i сигнал уменьшится, при этом на выходе соответствующего блока контроля уменьшения загрузки 2.i появится сигнал логической «1» и поступит на i-ый вход блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА 3 и первый вход i-го из логических элементов «И» 6.i. Так как загрузка остальных ГА не уменьшится, то не уменьшатся сигналы на выходах датчиков загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n (кроме 1.i), на выходах блоков контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n (кроме 2.i) сохранится сигнал логического «0», который поступит на все входы (кроме i-го) блока идентификации уменьшения загрузки одного ГА 3 и первые входы каждого из логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n кроме i-го (кроме 6.i). Так как только на один из входов блока 3 поступит сигнал логической «1», а на все остальные его входы поступит сигнал логического «0», то на его выходе зафиксируется сигнал логической «1» и поступит на вторые входы всех логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n; сигналы, пропорциональные загрузке ГА с выходов датчиков загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n поступят на соответствующие входы блока 4. Так как загрузка i-го ГА уменьшится, а нагрузка сети останется неизменной или увеличится, то загрузка остальных ГА увеличится. При этом в момент времени, когда разность загрузок i-го ГА и любого другого из работающих ГА превысит допустимое значение и продолжит увеличиваться, на выходе блока 4 сформируется сигнал логической «1», который поступит на третьи входы каждого из логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n . Если СЭЭС будет функционировать в режиме, при котором работают более двух ГА, то на выходе блока 5 появится сигнал логической «1», который поступит на четвертые входы всех логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n. Так как на все четыре входа логического элемента 6.i поступит сигнал логической «1», то на его выходе также сформируется сигнал логической «1» и поступит на вход блока 7.i, который отключит i-ый ГА.

В случае существенного увеличения нагрузки сети ее увеличение примут на себя работоспособные ГА и их загрузка увеличится. При этом загрузка неработоспособного агрегата продолжит уменьшаться, разность загрузок ГА увеличится. Все условия для осуществления предупредительного управления предлагаемым изобретением сохранятся. Следовательно, в отличие от прототипа, увеличение нагрузки сети на работу предлагаемого устройства негативно не скажется.

В случае существенного снижения нагрузки сети произойдет снижение загрузки не только неработоспособного агрегата, но и остальных ГА, на выходе блока 3 фиксируется сигнал логического «0», блокирующий работу устройства. После того как нагрузка сети стабилизируется или начнет увеличиваться устройство вновь начнет осуществлять предупредительное управление, отключая неработоспособный ГА.

Пример работы устройства.

В качестве примера рассмотрим работу СЭЭС в режиме, при котором параллельно работают три ГА с номинальной мощностью по 100 кВт каждый (Рном.1=Рном.2=Рном.3=Рном.=100кВт). Предположим, что допустимое отклонение нагрузок между параллельно работающими ГА (), установленное системой распределения нагрузок, составляет 10% от Рном. (=10 кВт), а заданное значение (.), при котором на выходе блока 4 устройства формируется сигнал логической «1» равно 20 кВт (.=20 кВт). Для устойчивой работы устройства целесообразно выбирать заданное значение . несколько большим, чем допустимое значение отклонения нагрузок (). Пусть в установившемся режиме работы СЭЭС первый и второй агрегаты имеют загрузку 56 кВт каждый ( 56 кВт), а загрузка третьего агрегата составляет 52кВт (52кВт). В связи с тем, что СЭЭС функционирует в режиме, при котором работают три ГА на выходе блока 5 устройства зафиксирован сигнал логической «1», поступающий на четвертый вход каждого из логических элементов «И» 6.1, 6.2, 6.3. Допустим, что произошла неисправность ГА3, при которой сформировался постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в его первичный двигатель, например, дизель. При этом ГА3 начнет разгружаться, переводя нагрузку на ГА1 и ГА2. Загрузка ГА3 будет уменьшаться, а загрузка ГА1 и ГА2 увеличиваться. При этом на выходе блока контроля уменьшения загрузки 2.3 появится сигнал логической «1» и поступит на первый вход логического элемента «И» 6.3, на выходах блоков 2.1 и 2.2 и первых входах логических элементов «И» 6.1 и 6.2 сохранится сигнал логического «0». Так как СЭЭС будет работать в режиме, при котором загрузка только одного ГА уменьшается, то на выходе блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА 3 устройства сформируется сигнал логической «1», который поступит на второй вход каждого из логических элементов «И» 6.1, 6.2, 6.3. Так как загрузка ГА3 будет уменьшаться, а загрузка ГА1 и ГА2 увеличиваться, то в момент времени загрузка агрегатов может составить 60 кВт, а 44кВт. Предположим, что в этот момент времени произошло резкое увеличение нагрузки СЭЭС на 12кВт. При этом ГА1 и ГА2 приняли ее на себя, и загрузка агрегатов составила 67 кВт, 65кВт, а 44кВт. Так как разница загрузок агрегатов будет увеличиваться и в момент времени превысит 20 кВт, то на выходе блока контроля разности загрузок ГА 4 устройства появится сигнал логической «1» и поступит на третий вход каждого из логических элементов «И» 6.1, 6.2, 6.3. Так как на все четыре входа логического элемента «И» 6.3 поступит сигнал логической «1» , то на его выходе и входе блока отключения второго агрегата 7.3 появится сигнал логической «1». Блок отключения 7.3 отключит ГА3 от сети. При этом исправные агрегаты после отключения ГА3 примут его нагрузку и загрузка ГА1 составит, например, 90 кВт, а загрузка ГА2 составит 86кВт, СЭЭС продолжит работу без перегрузки.

При использовании устройства, принятого за прототип, неработоспособный агрегат не будет своевременно идентифицирован, продолжит разгружаться и будет отключен защитой от обратной мощности только после того, как перейдет в двигательный режим. Более раннее отключение неработоспособного агрегата, осуществляемое предлагаемым устройством, имеющим более высокую достоверность предупредительного управления, в большинстве случаев позволит 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 устройства в судовых энергетических установках и электроэнергетических системах, что с учетом выше изложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.

Использование: в области электроэнергетики для предупредительного управления судовой электроэнергетической системой. Технический результат – устранение ошибок при идентификации неработоспособного агрегата в режиме увеличения нагрузки, которые снижают достоверность предупредительного управления судовой электроэнергетической системой. Устройство содержит по числу генераторных агрегатов (ГА) датчики загрузки ГА, блоки контроля уменьшения загрузки, логические элементы «И», блоки отключения ГА, а также блок контроля разницы загрузок. Дополнительно введены блок идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА, блок определения режима работы трех и более ГА, при этом выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен с первым входом соответствующего логического элемента «И» и соответствующим входом блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА, выход которого соединен со вторым входом каждого из логических элементов «И», при этом выход блока определения режима работы трех и более ГА соединен с четвертым входом каждого из логических элементов «И». 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для предупредительного управления судовой электроэнергетической системой, содержащее: по числу генераторных агрегатов (ГА) датчики загрузки ГА, блоки контроля уменьшения загрузки, логические элементы «И», блоки отключения ГА, а также блок контроля разницы загрузок, причем выход каждого из датчиков загрузки ГА соединен с входом соответствующего из блоков контроля уменьшения загрузки и соответствующим входом блока контроля разницы загрузок, выход которого соединен с третьим входом каждого из логических элементов «И», выход каждого из логических элементов «И» соединен с входом соответствующего блока отключения ГА, отличающееся тем, что дополнительно содержит блок идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА, блок определения режима работы трех и более ГА, при этом выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен с первым входом соответствующего логического элемента «И» и соответствующим входом блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА, выход которого соединен со вторым входом каждого из логических элементов «И», выход блока определения режима работы трех и более ГА соединен с четвертым входом каждого из логических элементов «И».

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА содержит первый из вторых логических элементов «И», второй из вторых логических элементов «И», третий из вторых логических элементов «И», первый логический элемент «ИЛИ-НЕ» и второй логический элемент «ИЛИ-НЕ», при этом первый вход блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА соединен с первыми входами первого и второго из вторых логических элементов «И» и первым входом первого логического элемента «ИЛИ-НЕ», второй вход блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА соединен со вторым входом первого из вторых логических элементов «И», первым входом третьего из вторых логических элементов «И» и вторым входом первого логического элемента «ИЛИ-НЕ», третий вход блока идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА соединен со вторыми входами второго и третьего из вторых логических элементов «И» и третьим входом первого логического элемента «ИЛИ-НЕ», выходы первого, второго и третьего из вторых логический элементов «И» и выход первого логического элемента «ИЛИ-НЕ» соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами второго логического элемента «ИЛИ-НЕ» соответственно.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок определения режима работы трех и более ГА содержит датчики работы первого, второго, третьего и четвертого ГА соответственно, третьи логические элементы «И» и логический элемент «ИЛИ», причем выход датчика работы первого ГА соединен с первыми входами первого, второго и третьего из третьих логических элементов «И», выход датчика работы второго ГА соединен со вторыми входами первого и второго из третьих логических элементов «И», а также с первым входом четвертого из третьих логического элемента «И», выход датчика работы третьего ГА соединен с третьим входом первого из третьих логического элемента «И» и вторыми входами третьего и четвертого из третьих логических элементов «И», выход датчика работы четвертого ГА соединен с третьими входами второго, третьего и четвертого из третьих логических элементов «И», выходы третьих логических элементов «И» соединены с первым, вторым, третьим и четвертым входами логического элемента «ИЛИ» соответственно.