Адаптивное автоматическое включение резерва Российский патент 2023 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам противоаварийной автоматики систем электроснабжения и может быть использовано для электропитания потребителей переменного тока.

Известно устройство адаптивного автоматического включения резерва, которое содержит блок защиты от потери питания, исполнительный блок отключения ввода, первый таймер, пусковой орган автоматического включения резерва, блок управления автоматическим включением резерва, блок связи с автоматизированной системой управления трансформаторной подстанцией, второй логический элемент «и», исполнительный блок включения секционного выключателя. Блок управления устройства выполнен в виде процессора, на вход которого поступает информация от датчиков тока, напряжения системы электроснабжения и информация от автоматизированной системы управления трансформаторной подстанцией [1].

Недостатком такого устройства, позволяющего выбирать оптимальный алгоритм управляющих воздействий, является низкая надежность резервирования питания потребителей при переключениях.

Известно также устройство автоматического включения резервного источника, которое содержит подключенные к шинам переменного тока два источника переменного тока, активный фильтр, а также подключенные к одной шине переменного тока ответственные потребители. Два источника переменного тока подключены к шине переменного тока через тиристорные коммутационные аппараты. Устройство снабжено блоками контроля показателей качества электрической энергии, подключенными к источникам переменного тока, активному фильтру и шине ответственных потребителей, блоком управления, к входам которого подключены блоки контроля показателей качества электрической энергии, а его выходы подключены к тиристорным коммутационным аппаратам и активному фильтру, с подключенным к нему блоком задания допустимых показателей качества электрической энергии, и линиями связи с автоматизированной системой управления технологическим процессом, контролируемыми отдельным блоком [2].

Недостатком указанного устройства является отсутствие возможности адаптироваться к изменениям в структуре системы электроснабжения.

Наиболее близким к предлагаемому устройству адаптивного автоматического включения резерва является устройство быстродействующего автоматического включения резерва, содержащее две секции шин, соединенные секционным выключателем, параллельно которому включен тиристорный коммутатор, на каждой секции шин расположены орган контроля снижения напряжения, орган контроля режима системы, орган выдержки времени, датчик тока, орган контроля направления мощности, элемент «память», трехвходовый элемент «и», а также общие для двух секций блок разности частот, фазочувствительный орган, два пороговых элемента, два элемента «или» и третий элемент «и». Устройство формирует сигнал на автоматическое включение резерва при внешних коротких замыканиях и неуспешном самозапуске, не формирует - при коротких замыканиях на шинах и успешном самозапуске. Возможность успешности самозапуска определяется до начала процесса по изменению частоты напряжения, направлению активной мощности на каждой секции шин, а также разности частот на обеих секциях [3].

Недостатками указанного устройства является низкая надежность резервирования питания потребителей при переключениях с применением автоматического включения резерва, а также отсутствие способности адаптироваться к изменениям структуры, состава и характера перетоков мощности в системе электроснабжения.

Целью изобретения является обеспечение адаптивности автоматического включения резерва к изменениям структуры, состава и характера перетоков мощности в системе электроснабжения, а также повышение надежности резервирования питания потребителей при переключениях с применением автоматического включения резерва.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве, в котором применены две линии питания, каждая из которых включает источник переменного тока, блок контроля параметров сети и направления мощности, силовой ключ и секцию сборных шин, а также силовой ключ между линиями питания, подключенный после силовых ключей на них, согласно изобретению дополнительно введены блок адаптации, получающий сигналы от блоков контроля параметров сети и направления мощности, а также блоки управления исполнительной частью устройства, получающие сигналы от блока адаптации. Кроме того, блок адаптации состоит из блока задания правил, блока фаззификации, блока формирования логического решения, блока дефаззификации, блока логического согласования, блока настройки управления и шины управления. Кроме того, в блоке настройки управления применены два режима работы: ожидания и настройки, что позволяет адаптировать автоматическое включение резерва к изменениям структуры, состава и характера перетоков мощности в системе электроснабжения. Кроме того, блоки управления исполнительной частью устройства управляют каждым силовым ключом отдельно друг от друга и подключены к схеме управления в блоке адаптации через шину управления, что позволяет контролировать работу каждого отдельного узла при резервировании питания и обеспечивает повышение надежности резервирования питания потребителей при переключениях с применением автоматического включения резерва.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

Устройство адаптивного автоматического включения резерва содержит (фиг. 1):

1, 2 - источник переменного тока;

3.1, 3.2 - блок контроля параметров сети и направления мощности;

4.1, 4.2, 4.3 - блок управления исполнительной частью устройства (БУ1, БУ2, БУ3);

5.1, 5.2, 5.3 - силовой ключ;

6 - блок адаптации, в состав которого входят (фиг. 2):

6.1 - блок задания правил;

6.2 - блок фаззификации;

6.3 - блок формирования логического решения;

6.4 - блок деффазификации;

6.5 - блок логического согласования;

6.6 - блок настройки управления;

6.7 - шина управления;

7.1, 7.2 - секция сборных шин.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии исполнительная часть устройства - силовые ключи 5.1, 5.3 включены, силовой ключ 5.2 - выключен.

Питание потребителей, подключенных к секциям сборных шин 7.1, 7.2 осуществляется по двум линиям:

линия 1 - от источника переменного тока 1 через блок контроля параметров сети и направления мощности 3.1, силовой ключ 5.1, секцию сборных шин 7.1;

линия 2 - от источника переменного тока 2 через блок контроля параметров сети и направления мощности 3.2, силовой ключ 5.3, секцию сборных шин 7.2.

При питании потребителей по каждой линии информация с выходов блоков контроля параметров сети и направления мощности 3.1, 3.2 поступает на входы блока адаптации 6, с выходов которого передаются команды на входы блоков управления исполнительной частью устройства 4.1, 4.2, 4.3.

При пропадании питания с источника переменного тока 1 или изменения направления мощности в линии 1 на обратное с выхода блока контроля параметров сети и направления мощности 3.1 поступает сигнал на вход блока адаптации 6, где с учетом признаков режима формируется сигнал, который с выхода блока адаптации 6 поступает на вход блока управления исполнительной частью устройства 4.1 и на вход блока управления исполнительной частью устройства 4.2. С выхода блока управления исполнительной частью устройства 4.1 сигнал подается на вход силового ключа 5.1 на его отключение. С выхода блока управления исполнительной частью устройства 4.2 подается сигнал на вход силового ключа 5.2 на его включение. Питание потребителей, подключенных к секциям сборных шин 7.1, 7.2, осуществляется от источника переменного тока 2.

При возобновлении питания на источнике переменного тока 1 или изменения направления мощностью в линии 1 на прямое схема приходит в исходное состояние, с выхода блока адаптации 6 подается сигналы на вход блока управления исполнительной частью устройства 4.1 и на вход блока управления исполнительной частью устройства 4.2. С выхода блока управления исполнительной частью устройства 4.1 подается сигнал на вход силового ключа 5.1 на его включение. С выхода блока управления исполнительной частью устройства 4.2 подается сигнал на вход силового ключа 5.2 на его выключение. Питание потребителей, подключенных к секциям сборных шин 7.1, 7.2, осуществляется раздельно, соответственно от источника переменного тока 1 и источника переменного тока 2.

При пропадании питания с источника переменного тока 2 или изменения направления мощности в линии 2 на обратное с выхода блока контроля параметров сети и направления мощности 3.2 поступает сигнал на вход блока адаптации 6, где с учетом признаков режима формируется сигнал, который с выхода блока адаптации 6 поступает на вход блока управления исполнительной частью устройства 4.3 и на вход блока управления исполнительной частью устройства 4.2. С выхода блока управления исполнительной частью устройства 4.3 сигнал подается на вход силового ключа 5.3 на его отключение. С выхода блока управления исполнительной частью устройства 4.2 подается сигнал на вход силового ключа 5.2 на его включение. Питание потребителей, подключенных к секциям сборных шин 7.1, 7.2, осуществляется от источника переменного тока 1.

При возобновлении питания на источнике переменного тока 2 или изменения направления мощностью в линии 2 на прямое схема приходит в исходное состояние, с выхода блока адаптации 6 подается сигналы на вход блока управления исполнительной частью устройства 4.3 и на вход блока управления исполнительной частью устройства 4.2. С выхода блока управления исполнительной частью устройства 4.3 подается сигнал на вход силового ключа 5.3 на его включение. С выхода блока управления исполнительной частью устройства 4.2 подается сигнал на вход силового ключа 5.2 на его выключение. Питание потребителей, подключенных к секциям сборных шин 7.1, 7.2, осуществляется раздельно, соответственно от источника переменного тока 1 и источника переменного тока 2.

Блок адаптации 6 отвечает за общее управление устройством при резервировании питания, а также за принятие решения на изменение структуры системы электроснабжения и ее адаптацию к изменениям структуры на основе информации, поступающей с выходов блоков контроля параметров сети и направления мощности 3.1, 3.2 о направлении перетоков мощности электрической энергии в системе.

Сигналы о состоянии параметров питания с выходов блоков контроля параметров сети и направления мощности 3.1, 3.2 через шину управления 6.7 блока адаптации 6 поступают на вход блока логического согласования 6.5, в котором выставляются параметры управления автоматическим включением резерва в соответствии с положением автоматического включения резерва в структуре системы электроснабжения и ее конфигурацией. С выхода блока логического согласования 6.5 информация о состоянии системы электроснабжения передается на вход блока фаззификации 6.2, в котором определяется степень истинности входных параметров в соответствии с заданной функцией принадлежности и передается с его выхода на вход блока формирования логического решения 6.3. С выхода блока задания правил 6.1 на вход блока формирования логического решения 6.3 поступают рабочие правила импликации. В блоке формирования логического решения 6.3 рабочие правила импликации применяются к выводам значений из предпосылок каждого параметра, после чего полученные нечеткие значения объединяются вместе для формирования одного нечеткого подмножества и параметра вывода в виде функции принадлежности. Полученные значения в виде сигналов передаются с выхода блока формирования логического решения 6.3 на вход блока дефаззификации 6.4, в котором полученная функция принадлежности для управляющего воздействия на объект управления преобразуется в числовую величину, передаваемую с выхода блока дефаззификации 6.4 на вход блока настройки управления 6.6. В блоке настройки управления 6.6 на основании сравнения полученной числовой величины принимается решение на корректировку параметров управления автоматическим включением резерва в блоке логического согласования 6.5.

Блок настройки управления 6.6 работает в двух режимах: ожидания и настройки.

В режиме ожидания, при отсутствии необходимости корректировки, с выхода блока настройки управления 6.6 напрямую на вход блока логического согласования 6.5 подается подтверждающий сигнал на управление автоматическим включением резерва с заданными параметрами, а через шину управления 6.7 на входы блоков управления исполнительной частью устройства 4.1, 4.2, 4.3 подается подтверждающий сигнал на принятие команды управления с блока логического согласования 6.5.

В режиме настройки при необходимости корректировки параметров сигнал с выхода блока настройки управления 6.6 напрямую на вход блока логического согласования 6.5 подается сигнал на изменение значений параметров управления автоматическим включением резерва, а через шину управления 6.7 на входы блоков управления исполнительной частью устройства 4.1, 4.2, 4.3 подается сигнал, блокирующий принятие команды управления с блока логического согласования 6.5 до момента изменения параметров управления в блоке логического согласования 6.5 и принятия от блока настройки управления 6.6 подтверждающего сигнала на принятие команды управления с блока логического согласования 6.5.

При изменении структуры, состава и характера перетоков мощности в системе электроснабжения расхождения в параметрах срабатывая автоматического включения резерва, определяемые блоком адаптации 6 с параметрами нормального режима на основании правил, хранящихся в блоке задания правил 6.1, приводит к настройке с помощью блока настройки управления 6.6 блока логического согласования 6.5 и адаптации автоматического включения резерва к новым условиям функционирования.

Таким образом, использование блока адаптации, получающего сигналы от блоков контроля параметров сети и направления мощности, в котором имеются блок задания правил, блок фаззификации, блок формирования логического решения, блок дефаззификации, блок логического согласования, блок настройки управления и шина управления, и примененные двух режимов работы, ожидания и настройки, в блоке настройки управления позволяет адаптировать автоматическое включение резерва к изменениям структуры, состава и характера перетоков мощности в системе электроснабжения. А управление каждым силовым ключом отдельно друг от друга с помощью блока управления исполнительной частью устройства и подключение его к схеме управления в блоке адаптации через шину управления позволяет контролировать работу каждого отдельного узла при резервировании питания и обеспечивает повышение надежности резервирования питания потребителей при переключениях с применением автоматического включения резерва.

Заявителям неизвестен путь решения поставленной задачи с приведенной совокупностью существенных признаков, что говорит об «изобретательском уровне» технического решения.

Устройство может быть выполнено на современной элементной базе промышленного изготовления и найдет широкое применение при резервировании в системах электроснабжения со сложной структурой.

Источники информации

1. RU №2563629, 2015 г.

2. RU №2612394, 2017 г.

3. SU №1721708, 1989 г.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам противоаварийной автоматики систем электроснабжения. Технический результат заключается в обеспечении адаптивности автоматического включения резерва к изменениям структуры, состава и характера перетоков мощности в системе электроснабжения, а также в повышении надежности резервирования питания потребителей при переключениях. Достигается тем, что в устройстве применены две линии питания, каждая из которых включает источник переменного тока, блок контроля параметров сети и направления мощности, силовой ключ и секцию сборных шин, а также силовой ключ между линиями питания, подключенный после силовых ключей на них, при этом содержится блок адаптации, в состав которого входят блок задания правил, блок фаззификации, блок формирования логического решения, блок дефаззификации, блок логического согласования, блок настройки управления, шина управления, а также применение двух режимов работы, ожидания и настройки, в блоке настройки управления, блоки управления исполнительной частью устройства и совокупность новых связей. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Адаптивное автоматическое включение резерва, содержащее две линии питания, каждая из которых включает источник переменного тока, блок контроля параметров сети и направления мощности, силовой ключ и секцию сборных шин, а также силовой ключ между линиями питания, подключенный после силовых ключей на них, отличающееся тем, что в него дополнительно введены блок адаптации, получающий сигналы от блоков контроля параметров сети и направления мощности, в котором выставляются параметры управления автоматическим включением резерва в соответствии с положением автоматического включения резерва в структуре системы электроснабжения и ее конфигурацией, а также блоки управления исполнительной частью устройства, получающие сигналы от блока адаптации, при этом выходы блоков контроля параметров сети и направления мощности через шину управления блока адаптации подключены ко входу блока логического согласования, выход блока логического согласования соединен со входом блока фаззификации, а выход блока фаззификации со входом блока формирования логического решения, к другому входу которого подключен выход блока задания правил, при этом выход блока формирования логического решения соединен со входом блока дефаззификации, а выход блока дефаззификации соединен со входом блока настройки управления, первый выход которого подключен ко входу блока логического согласования, а второй выход блока логического согласования через шину управления соединен со входами блоков управления исполнительной частью устройства, вместе с тем второй выход блока настройки управления также через шину управления соединен со входами блоков управления исполнительной частью устройства, что позволяет обеспечить бесперебойное питание потребителей при переключениях в условиях изменения структуры, состава и характера перетоков мощности в системе электроснабжения.

2. Адаптивное автоматическое включение резерва по п. 1, отличающееся тем, что блок адаптации состоит из блока задания правил, блока фаззификации, блока формирования логического решения, блока дефаззификации, блока логического согласования, блока настройки управления и шины управления, что позволяет снизить количество ошибок при переключениях и повысить надежность резервирования питания потребителей при переключениях с применением автоматического включения резерва.

3. Адаптивное автоматическое включение резерва по п. 1, отличающееся тем, что в блоке настройки управления применены два режима работы: ожидания и настройки, что позволяет адаптировать автоматическое включение резерва к изменениям структуры, состава и характера перетоков мощности в системе электроснабжения.

4. Адаптивное автоматическое включение резерва по п. 1, отличающееся тем, что блоки управления исполнительной частью устройства управляют каждым силовым ключом отдельно друг от друга и подключены к схеме управления в блоке адаптации через шину управления, что позволяет контролировать работу каждого отдельного узла при резервировании питания.