УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ Российский патент 2023 года по МПК H02H3/08 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для идентификации неработоспособного состояния генераторного агрегата ГА с целью предупредительного управления судовыми электроэнергетическими системами (СЭЭС).

Известно устройство, реализующее способ определения неработоспособного генераторного агрегата (ГА), по пат. RU № 2686103, опубл. 24.04.2019, согласно которому при параллельной работе нескольких ГА измеряют загрузку каждого из них, определяют величину неравномерности загрузки ГА 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, реализующее данный способ содержит: блок контроля неравномерности загрузки ГА, по числу ГА, блоки контроля перехода ГА в двигательный режим, 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».

Данное устройство позволяет определить неработоспособный ГА в момент перехода в двигательный режим и затем отключить его от сети, осуществляя, таким образом, предупредительное управление (ПУ) до перегрузки сети обратной мощностью.

Недостатком данного 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, его нагрузка перейдет на исправную машину, что может привести к ее перегрузке, отключению генератора и обесточиванию судна.

Этого недостатка лишено устройство для предупредительного управления автономной электроэнергетической системой (патент № 2784000, опубл. 23.11.2022), которое 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, блок идентификации режима уменьшения загрузки одного ГА, блок определения режима работы трех и более ГА, 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, 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».

Данное устройство позволяет заранее, до полной разгрузки и перехода в двигательный режим определить ГА, имеющий неисправность, вызванную формированием сигнала системой управления (СУ) на постоянное уменьшение подачи топлива в один из ГА. Недостатком способа является невозможность его применения в случае отказов СУ, приводящих к постоянному увеличению подачи топлива в один из параллельно работающих ГА. В этом случае нагрузка одного ГА будет увеличиваться, а всех остальных уменьшаться. При этом момент, при котором загрузка только одного из ГА, работающих параллельно, уменьшится, не наступит и дальнейшие действия указанного устройства, окажутся не эффективными. Если нагрузка сети мала, то неисправный ГА примет ее на себя, переведя остальные в двигательный режим, что приведет к отключению исправных агрегатов защитой от обратной мощности. После этого частота вращения вала дизеля неисправного ГА начнет увеличиваться и агрегат будет отключен после превышения оборотов двигателя, что приведет к перерыву в электроснабжении судна, потере его управляемости и хода. Если же нагрузка сети достаточно велика, то из-за неконтролируемого увеличения подачи топлива неисправный агрегат будет брать на себя нагрузку, разгружая остальные, перегрузится и будет отключен защитой от перегрузки. При этом его нагрузка ударно перейдет на оставшиеся исправные ГА, их нагрузка резко увеличится, превысит допустимое значение, и они также будут отключены защитой от перегрузки.

Наиболее близким и принятым авторами за прототип является устройство, реализующее способ предупредительного управления автономной электроэнергетической системой (патент № 2785561, опубл. 08.12.2022 г.), согласно которому при работе автономной электроэнергетической системы с числом параллельно работающих ГА более двух определяют режим, при котором загрузка только одного из ГА увеличивается и через заданный интервал времени, определяемый различиями в инерционности регуляторов первичных двигателей, отключают этот ГА от сети. Устройство, реализующее данный способ содержит: по числу ГА датчики загрузки ГА, блоки контроля увеличения загрузки, а также блок идентификации режима загрузки одного ГА, блок контроля заданного интервала времени, блок определения режима работы трех и более ГА, по числу ГА логические элементы «И» и блоки отключения ГА; при этом выход каждого из датчиков загрузки ГА соединен с входом соответствующего из блоков контроля увеличения загрузки, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом блока идентификации режима увеличения загрузки одного ГА и первым входом соответствующего логического элемента «И», выход блока идентификации режима увеличения загрузки одного ГА соединен с входом блока контроля заданного интервала времени, выход которого соединен со вторым входом каждого из логических элементов «И», выход блока определения режима работы трех и более ГА соединен с третьим входом каждого из логических элементов «И», выход каждого из элементов «И» соединен с входом соответствующего блока отключения ГА.

Устройство-прототип позволяет своевременно идентифицировать неработоспособное состояние ГА, вызванное неисправностью СУ, формирующей постоянный сигнал на увеличение подачи топлива в данный агрегат. Устройство хорошо работает в автономных электроэнергетических система с неизменной структурой.

Недостатком устройства является низкая достоверность предупредительного управления при использовании в электроэнергетических системах с переменной структурой, например в судовых электроэнергетических системах (СЭЭС). На судах нагрузка имеет явно выраженный переменный характер. При этом структура СЭЭС изменяется в функции нагрузки, что проявляется в изменении числа ГА, работающих в параллель. В данном случае применение устройства, принятого за прототип, приведет к появлению ошибки первого рода и отключению исправного агрегата.

В качестве примера прототипа рассмотрим СЭЭС, в составе которой работают два ГА. Предположим, что нагрузка существенно возросла и СУ подключила на параллельную работу третий агрегат. Вновь подключенная машина начнет принимать на себя нагрузку, разгружая остальные. Время, за которое загрузка вновь подключенного ГА с заданной точностью сравняется с загрузкой ранее работавших агрегатов, обозначим временем первоначального приема нагрузки (). При этом обычно составляет 4-5 секунд, что существенно превышает интервал времени, определяемый различиями в инерционности регуляторов первичных двигателей ГА (1-2 секунды). Следовательно, можно записать:, где - заданный интервал времени, который в соответствии со способом, принятом за прототип принимается как интервал времени, определяемый различиями в инерционности регуляторов первичных двигателей ГА. Таким образом, при увеличении числа параллельно работающих ГА может сложиться ситуация, при которой уже работают три ГА, загрузка только одного из них увеличивается, и этот процесс продолжается в течение времени, превышающем заданный интервал времени, определяемый различиями в инерционности регуляторов первичных двигателей. В этом случае на выходе датчика загрузки вновь включаемого (третьего) ГА сигнал начнет увеличиваться, а на выходах остальных датчиков загрузки – уменьшаться. При этом на выходе блока контроля увеличения загрузки вновь включенного агрегата появится сигнал логической «1», который поступит на первый вход третьего логического элемента «И» и третий вход блока идентификации режима увеличения загрузки одного ГА. Так как на первый и второй входы блока идентификации режима увеличения загрузки одного ГА поступают сигналы логического «0», свидетельствующие о том, что загрузка первого и второго ГА не увеличивается, то на его выходе формируется сигнал логической «1» и поступает на вход блока контроля заданного интервала времени. Так как через время на выходе блока контроля заданного интервала времени появится сигнал логической «1» и поступит на вторые входы всех логических элементов «И». Учитывая, что после включения третьего ГА на параллельную работу число работающих агрегатов достигло трех, на выходе блока определения режима работы трех и более ГА появится сигнал логической «1» и поступит на третьи входы всех логических элементов «И». Так как на все три входа третьего логического элемента «И» поступит сигнал логической «1», то на его выходе также появится сигнал логической «1», который поступит на вход блока отключения третьего ГА. При этом устройство, принятое за прототип, отключит исправный вновь подключенный на параллельную работу третий ГА, допустив ошибку первого рода, что обусловливает низкую достоверность предупредительного управления при увеличении числа работающих ГА.

Заявляемое изобретение решает проблему повышения достоверности предупредительного управления СЭЭС в режиме увеличения числа работающих ГА за счет исключения формирования сигнала на отключение ГА при увеличении числа работающих ГА. При этом принятие решения о целесообразности отключения того или иного из ГА происходит только в том случае, если количество параллельно работающих ГА не увеличивается.

Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: устройство для предупредительного управления СЭЭС, содержащее так же как и прототип: по числу ГА датчики загрузки, блоки контроля увеличения загрузки, а также блок идентификации режима увеличения загрузки одного ГА, блок контроля заданного интервала времени, блок определения режима работы трех и более ГА, по числу ГА логические элементы «И» и блоки отключения ГА; при этом выход каждого из датчиков загрузки ГА соединен с входом соответствующего из блоков контроля увеличения загрузки, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом блока идентификации режима увеличения загрузки одного ГА и первым входом соответствующего логического элемента «И», выход блока идентификации режима увеличения загрузки одного ГА соединен с входом блока контроля заданного интервала времени, выход блока определения режима работы трех и более ГА соединен с третьим входом каждого из логических элементов «И», в отличие от прототипа дополнительно содержит по числу ГА датчики замыкания автоматических выключателей ГА и одновибраторы, вторые блоки контроля заданного интервала времени, а так же второй логический элемент «И», логический элемент «ИЛИ», логический элемент «ИЛИ-НЕ», блок отключения потребителей, причем выход каждого из датчиков замыкания автоматических выключателей ГА соединен с входом соответствующего одновибратора, выход каждого из одновибраторов соединен с соответствующим входом логического элемента «ИЛИ-НЕ», выход которого соединен со вторым входом второго логического элемента «И», выход блока контроля заданного интервала времени соединен с первым входом второго логического элемента «И», выход которого соединен со вторыми входами всех логических элементов «И», выход каждого из которых соединен с соответствующим входом логического элемента «ИЛИ» и входом соответствующего из вторых блоков контроля заданного интервала времени, выход логического элемента «ИЛИ» соединен с входом блока отключения потребителей, выход каждого из вторых блоков контроля заданного интервала времени соединен с входом соответствующего блока отключения ГА.

Сущность изобретения заключается в том, что при работе СЭЭС с числом параллельно работающих ГА более двух в режиме, при котором загрузка только одного из ГА увеличивается в течение заданного интервала времени, определяемого различиями в инерционности регуляторов первичных двигателей, отключение ГА от сети блокируют на время первоначального приема этим агрегатом нагрузки.

Исключение ошибки первого рода обусловливает повышение достоверности работы устройства для предупредительного управления СЭЭС в режиме увеличения количества работающих ГА, 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 количества работающих ГА – 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.

Предлагаемое устройство содержит: по числу ГА датчики загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n и блоки контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, а также блок идентификации режима увеличения загрузки одного ГА 3, блок контроля заданного интервала времени 4, второй логический элемент «И» 5, блок определения режима работы трех и более ГА 6, по числу ГА логические элементы «И» 7.1, 7.2 … 7.n , логический элемент «ИЛИ» 8, блок отключения потребителей 9, по числу ГА вторые блоки контроля заданного интервала времени 10.1, 10.2 … 10.n, блоки отключения ГА 11.1, 11.2 … 11.n, датчики замыкания автоматического выключателя ГА 12.1, 12.2 … 12.n, одновибраторы 13.1, 13.2 … 13.n, а также логический элемент «ИЛИ-НЕ» 14, причем выход каждого из датчиков загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n соединен с входом соответствующего блока контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n соединен с первым входом соответствующего логического элемента «И» 7.1, 7.2 … 7.n и соответствующим входом блока идентификации режима увеличения загрузки одного ГА 3, выход которого соединен с входом блока контроля заданного интервала времени 4, выход блока контроля заданного интервала времени 4 соединен с первым входом второго логического элемента «И» 5, выход которого соединен со вторым входом каждого из логических элементов «И» 7.1, 7.2 … 7.n, выход блока определения режима работы трех и более ГА 6 соединен с третьим входом каждого из логических элементов «И» 7.1, 7.2 … 7.n, выход каждого из логических элементов «И» 7.1, 7.2 … 7.n соединен с входом соответствующего из вторых блоков контроля заданного интервала времени 10.1, 10.2 … 10.n и соответствующим входом логического элемента «ИЛИ» 8, выход которого соединен с входом блока отключения потребителей 9; выход каждого из вторых блоков контроля заданного интервала времени 10.1, 10.2 … 10.n соединен с входом соответствующего блока отключения ГА 11.1, 11.2 … 11.n; выход каждого из датчиков замыкания автоматического выключателя ГА 12.1, 12.2 … 12.n соединен с входом соответствующего одновибратора 13.1, 13.2 … 13.n, выход каждого из одновибраторов соединен с соответствующим входом логического элемента «ИЛИ-НЕ» 14, выход которого соединен со вторым входом второго логического элемента «И» 5.

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.

Блок идентификации режима увеличения загрузки одного ГА (далее блок идентификации режима) 3 - функциональный блок, формирующий на своем выходе сигнал логической «1» в режиме работы СЭЭС, при котором увеличивается загрузка только одного из ГА и сигнал логического «0» в режиме, при котором увеличивается загрузка двух и более ГА, аналогичен блоку, используемому в прототипе.

Блок контроля заданного интервала времени 4 и вторые блоки контроля заданного интервала времени 10.1, 10.2 … 10.n - известные функциональные блоки, каждый из которых формирует на своем выходе сигнал логической «1», если длительность интервала времени, в течение которого сигнал логической «1» поступает на его вход больше, чем длительность заданного интервала времени и соответственно. При этом соответствует заданному интервалу времени, который в соответствии со способом, принятом за прототип принимается как интервал времени, определяемый различиями в инерционности регуляторов первичных двигателей ГА, а - интервал времени, соответствующий времени отключения потребителей. В качестве такого блока может быть использован обычный элемент задержки, выполненный в виде R-C цепочки. При этом длительность заданных интервалов времени и - формируется заранее посредством параметров R и С и в процессе работы не меняется.

Логические элементы «И» 7.1, 7.2 …7.n и второй логический элемент «И» 5- 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 обратном случае.

Блок определения режима работы трех и более ГА 6 - функциональный блок, на выходе которого формируется сигнал логической «1» в период времени, когда в составе СЭЭС работают три и более ГА и сигнал логического «0» в обратном случае. Блок аналогичен соответствующему блоку, используемому в прототипе.

Логический элемент «ИЛИ» 8 - 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 обратном случае.

Блок отключения потребителей 9 – известный функциональный блок, обеспечивает отключение потребителей до отключения неработоспособного ГА при поступлении сигнала логической «1» на его вход. В качестве такого блока, например, может быть использовано устройство, реализующее способ автоматической разгрузки электроэнергетической системы с параллельно работающими генераторными агрегатами (патент 2653361, опубл. 08.05.2018).

Блоки отключения ГА 11.1, 11.2 … 11.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 минимального расцепителя автоматического выключателя соответствующего генератора.

Датчики замыкания автоматического выключателя ГА 12.1, 12.2 … 12.n – известные функциональные блоки, формирующие сигнал логической «1» при замыкании автоматического выключателя генератора. Для этой цели может быть использован сигнал с блок контакта соответствующего автоматического выключателя.

Одновибраторы 13.1, 13.2 … 13.n – известные функциональные блоки, каждый из которых формирует на своем выходе сигнал логической «1» строго определенной длительности при поступлении сигнала логической «1» на его вход (по переднему фронту сигнала логической «1» на входе блока). В данном случае длительность импульса логической «1» на выходе каждого одновибратора соответствует времени первоначального приема нагрузки ГА .

Логический элемент «ИЛИ-НЕ» 14 - известный функциональный блок, который формирует на своем выходе сигнал логического «0», если хотя бы на один из его входов поступил сигнал логической «1» и сигнал логической «1» в обратном случае.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Если в процессе работы СЭЭС с тремя и более ГА СУ сформирует сигнал на постоянное увеличение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА, например i-го, то его загрузка и сигнал на выходе датчика загрузки ГА 1.i начнет увеличиваться, а загрузка остальных ГА и сигналы на выходах их датчиков загрузки 1.1, 1.2 … 1.n (кроме 1.i) – уменьшаться. При этом на выходе i-го блока контроля увеличения загрузки 2.i появится сигнал логической «1», который поступит на i-ый вход блока идентификации режима 3 и первый вход i-го логического элемента «И» 7i. Так как загрузка всех ГА, работающих параллельно, кроме i-го, уменьшится, на выходах всех блоков контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, кроме 2i, сохранится сигнал логического «0». Этот сигнал поступит на соответствующие входы блока идентификации режима 3 и первый вход каждого из логических элементов «И» 7.1, 7.2 … 7.n, кроме 7.i. Так как сигнал логической «1» поступит только на один из входов блока 3, на его выходе появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока контроля заданного интервала времени 4. Через время на выходе блока 4 появится сигнал логической «1» и поступит на первый вход второго логического элемента «И»5. Вследствие того, что загрузка i-го ГА увеличивается по причине неисправности, а не в процессе его запуска ни один из автоматических выключателей генераторов в это время не замкнется. При этом на выходах датчиков замыкания автоматического выключателя ГА 12.1, 12.2 … 12.n сигнал с логического «0» на сигнал логической «1» не изменится, а значит, не сформируется сигнал логической «1» на выходе ни одного из одновибраторов 13.1, 13.2 … 13.n, на выходе каждого из них фиксирован сигнал логического «0». Сигнал логического «0» с выхода каждого из одновибраторов 13.1, 13.2 … 13.n поступит на соответствующий из входов логического элемента «ИЛИ-НЕ» 14, На выходе блока 14 – сигнал логической «1», который поступит на второй вход второго логического элемента «И»5. Так как на оба входа второго логического элемента «И» 5 поступит сигнал логической «1», то на его выходе сформируется сигнал логической «1», который поступит на второй вход каждого из логических элементов «И» 7.1, 7.2 … 7.n. СЭЭС функционирует в режиме, при котором параллельно работают более двух ГА, поэтому на выходе блока определения режима работы трех и более ГА 6 сформируется сигнал логической «1» и поступит на третий вход каждого из логических элементов «И» 7.1, 7.2 … 7.n. Так как на все три входа i-го логического элемента «И» 7.i поступит сигнал логической «1», то на его выходе появится сигнал логической «1», информирующий о необходимости в отключении i-го ГА. Этот сигнал поступит на i-ый вход логического элемента «ИЛИ» 8 и вход i-го из вторых блоков контроля заданного интервала времени 10.i. Так как на один из входов логического элемента «ИЛИ» 8 поступит сигнал логической «1», то на его выходе сформируется сигнал логической «1» и поступит на вход блока отключения потребителей 9. Блок 9 осуществит отключение необходимого числа потребителей, например, в соответствии со способом, описанном в патенте № 2653361, разгрузив сеть. Через время, необходимое для отключения потребителей (для разгрузки сети) на выходе блока10.i появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока отключения i-го ГА 11.i. Блок 11.i отключит i-ый ГА. Оставшиеся в работе ГА примут на себя его нагрузку, будут работать без перегрузки. В случае появления неисправности предлагаемое устройство в целом функционирует, как и устройство, принятое за прототип. Однако, если при параллельной работе i-1 ГА произойдет включение на параллельную работу i-го ГА, причем , то после замыкания автоматического выключателя i-го ГА на выходе датчика замыкания автоматического выключателя 12.i сигнал изменится с логического «0» на сигнал логической «1». При этом на выходе одновибратора 13.i появится сигнал логической «1» с длительностью, соответствующей времени первоначального приема нагрузки ГА . Этот сигнал поступит на i-ый вход логического элемента «ИЛИ-НЕ» 14, на выходе которого появится сигнал логического «0». Сигнал логического «0» с выхода логического элемента «ИЛИ-НЕ» 14 поступит на второй вход второго логического элемента «И» 5, на выходе которого сохранится сигнал логического «0», заблокировав отключение i-го ГА. При этом после замыкания автоматического выключателя i-го ГА, подключенный на параллельную работу агрегат начнет принимать на себя нагрузку, его загрузка будет увеличиваться, а загрузка остальных ГА, работающих параллельно, будет уменьшаться. При этом сигнал на выходе датчика загрузки i-го ГА 1.i будет увеличиваться, а на выходах остальных – уменьшаться. На выходе i-го блока контроля увеличения загрузки 2.i появится сигнал логической «1», который поступит на i-ый вход блока идентификации режима 3 и первый вход i-го логического элемента «И» 7i. Так как загрузка всех ГА, работающих параллельно, кроме i-го, уменьшится, то на выходах всех блоков контроля увеличения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, кроме 2i, сохранится сигнал логического «0». Этот сигнал поступит на соответствующие входы блока идентификации режима 3 и первый вход каждого из логических элементов «И» 7.1, 7.2 … 7.n, кроме 7.i. Так как сигнал логической «1» поступит только на один из входов блока 3, на его выходе появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока контроля заданного интервала времени 4. Через время на выходе блока 4 появится сигнал логической «1» и поступит на первый вход второго логического элемента «И»5. Так как на второй вход второго логического элемента «И» 5 поступит сигнал логического «0», то на его выходе сохранится сигнал логического «0», который поступит на второй вход каждого из логических элементов «И» 7.1, 7.2 … 7.n. Так как на второй вход i-го логического элемента «И» 7i поступит сигнал логического «0», то на его выходе сохранится сигнал логического «0», исключающий целесообразность отключения i-го ГА. Устройство, принятое за прототип, в данном режиме работы СЭЭС осуществит отключение исправного i-го ГА.

Через время произойдет выравнивание загрузки i-го ГА и остальных агрегатов, увеличение загрузки i-го ГА прекратится, на выходе датчика 1.i прекратится увеличение сигнала о загрузке. На выходе блока 2.i появится сигнал логического «0», который поступит на i-ый вход блока идентификации режима 3, на выходе которого появится сигнал логического «0». На выходе блока контроля заданного интервала времени 4 и первом входе второго логического элемента «И» 5 появится сигнал логического «0». При этом на выходе одновибратора 13.i появится сигнал логического «0», который поступит на i-ый вход логического элемента «ИЛИ-НЕ» 14. На выходе логического элемента «ИЛИ-НЕ» 14 сформируется сигнал логической «1», который поступит на второй вход второго логического элемента «И» 5. Устройство будет вновь готово к предупредительному управлению.

Пример практической реализации предлагаемого изобретения

В качестве примера рассмотрим работу СЭЭС в составе которой имеется три ГА (ГА1, ГА2 и ГА3) с номинальной мощностью по 100 кВт каждый (Р_ном1, Р_ном2, Р_ном3). Пусть допустимая точность распределения нагрузок составит 10 кВт, интервал времени, определяемый различиями в инерционности регуляторов первичных двигателей ГА составляет 1,0 с, интервал времени, соответствующий времени отключения потребителей составляет 0,8 с, а время первоначального приема нагрузки ГА составляет 4с. Предположим, что СЭЭС функционирует в режиме, при котором параллельно работают ГА1 ГА2, причем загрузка ГА1 составляет 95 кВт, а загрузка ГА2 составляет 85 кВт. В этом режиме СУ формирует команду на автоматический запуск ГА3. После синхронизацией генератора с сетью автоматический выключатель ГА3 замкнется, и агрегат начнет принимать нагрузку, разгружая ГА1 и ГА2. При этом сигнал на выходе датчика загрузки 1.3 начнет увеличиваться, а на выходе датчика 1.1 и датчика 1.2 – уменьшаться. На выходе блока контроля увеличения загрузки 2.3появится сигнал логической «1» и поступит на первый вход логического элемента «И» 7.3 и третий вход блока идентификации режима 3. На выходах блоков 1.1 и 1.2 сохранится сигнал логического «0», который поступит на первый и второй входы блока 3 и первые входы блоков 7.1 и 7.2. Так как сигнал логической «1» поступит только на один из входов блока 3, на его выходе появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока контроля заданного интервала времени 4. Через время , равное 1 с, на выходе блока 4 появится сигнал логической «1» и поступит на первый вход второго логического элемента «И»5. В момент замыкания автоматического выключателя ГА3 на выходе датчика замыкания автоматического выключателя 12.3 сигнал изменится с логического «0» на сигнал логической «1». При этом на выходе одновибратора 13.3 появится сигнал логической «1» с длительностью, соответствующей времени первоначального приема нагрузки ГА 4с=. Этот сигнал поступит на третий вход логического элемента «ИЛИ-НЕ» 14, на выходе которого появится сигнал логического «0». Сигнал логического «0» с выхода логического элемента «ИЛИ-НЕ» 14 поступит на второй вход второго логического элемента «И» 5, на выходе которого сохранится сигнал логического «0», заблокировав отключение ГА3. В течение 4 с загрузки ГА выровняются и составят, например, Р1=65 кВт, Р2=60 кВт и Р3=55 кВт. При этом увеличение загрузки ГА3 прекратится, сигнал на выходе блока контроля увеличения загрузки 2.3 изменится на сигнал логического «0», на выходе блока идентификации режима 3 появится сигнал логического «0», на выходе блока контроля заданного интервала времени 4 и первом входе второго логического блока «И» 5 – сигнал логического «0». Через 4 с после замыкания автоматического выключателя ГА3 на выходе одновибратора 13.3 появится сигнал логического «0», который поступит на третий вход логического элемента «ИЛИ-НЕ» 14. Так как на все три входа логического элемента «ИЛИ-НЕ» 14 поступит сигнал логического «0», то на его выходе появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход второго логического элемента «И»5. Предположим, что в процессе работы нагрузка СЭЭС увеличилась и загрузка агрегатов составила: Р1=75 кВт, Р2=70 кВт и Р3=65 кВт. Допустим, что произошла неисправность СЭЭС, проявляющаяся в том, что СУ начала формировать постоянный сигнал на увеличение подачи топлива в ГА2. При этом ГА2 начнет принимать на себя нагрузку, его загрузка и сигнал на выходе датчика 1.2 начнет увеличиваться. При этом на выходе 2-го блока контроля увеличения загрузки 2.2 появится сигнал логической «1», который поступит на 2-ой вход блока идентификации режима 3 и первый вход второго логического элемента 7.2. Так как загрузка всех ГА, работающих параллельно, кроме второго, уменьшится, то на выходах блоков контроля увеличения загрузки 2.1, 2.3, сохранится сигнал логического «0». Этот сигнал поступит на первый и третий входы блока идентификации режима 3 и первый вход каждого из логических элементов «И» 7.1, 7.3. Так как сигнал логической «1» поступит только на один из входов блока 3, на его выходе появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока контроля заданного интервала времени 4. Через время 1 с= на выходе блока 4 появится сигнал логической «1» и поступит на первый вход второго логического элемента «И»5. Вследствие того, что загрузка ГА2 увеличится по причине неисправности, а не в процессе его запуска ни один из автоматических выключателей генераторов в это время не замкнется. При этом на выходе блока «ИЛИ-НЕ»14 – сигнал логической «1», который поступит на второй вход второго логического элемента «И»5. Так как на оба входа второго логического элемента «И» 5 поступит сигнал логической «1», то на его выходе сформируется сигнал логической «1», который поступит на второй вход каждого из логических элементов «И» 7.1, 7.2, 7.3. СЭЭС функционирует в режиме, при котором параллельно работают более двух ГА, поэтому на выходе блока определения режима работы трех и более ГА 6 сформируется сигнал логической «1» и поступит на третий вход каждого из логических элементов «И» 7.1, 7.2, 7.3. Так как на все три входа 2-го логического элемента «И» 7.2 поступит сигнал логической «1», то на его выходе появится сигнал логической «1», информирующий о необходимости в отключении ГА2. Этот сигнал поступит на второй вход логического элемента «ИЛИ» 8 и вход 2-го из вторых блоков контроля заданного интервала времени 10.2. Так как на один из входов логического элемента «ИЛИ» 8 поступит сигнал логической «1», то на его выходе сформируется сигнал логической «1» и поступит на вход блока отключения потребителей 9. Блок 9 осуществит отключение необходимого числа потребителей, например, создающих нагрузку в 25 кВт, разгрузив сеть. Через время, необходимое для отключения потребителей (для разгрузки сети) 0,8 с= на выходе блока 10.2появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока отключения ГА2 11.2. Блок 11.2 отключит ГА2. Оставшиеся в работе агрегаты перераспределят нагрузку, например, в соотношении Р1=95 кВт и Р3=90 кВт и продолжат работу без перегрузки.

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 вышеизложенного, позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.

Изобретение может использоваться для предупредительного управления судовыми электроэнергетическими системами (СЭЭС). Технический результат - повышение достоверности предупредительного управления СЭЭС в режиме увеличения числа работающих генераторных агрегатов (ГА). Он достигается тем, что предложенное устройство для предупредительного управления СЭЭС содержит: по числу ГА датчики загрузки, блоки контроля увеличения загрузки, логические элементы «И» и блоки отключения ГА; а также блок идентификации режима увеличения загрузки одного ГА, блок контроля заданного интервала времени, блок определения режима работы трех и более ГА, второй логический элемент «И», логический элемент «ИЛИ», логический элемент «ИЛИ-НЕ», блок отключения потребителей; по числу ГА датчики замыкания автоматических выключателей ГА и одновибраторы, вторые блоки контроля заданного интервала времени. 1 ил.

Устройство для предупредительного управления судовой электроэнергетической системой, содержащее: по числу генераторных агрегатов (ГА) датчики загрузки, блоки контроля увеличения загрузки, а также блок идентификации режима увеличения загрузки одного ГА, блок контроля заданного интервала времени, блок определения режима работы трех и более ГА, по числу ГА логические элементы «И» и блоки отключения ГА; при этом выход каждого из датчиков загрузки ГА соединен с входом соответствующего из блоков контроля увеличения загрузки, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом блока идентификации режима увеличения загрузки одного ГА и первым входом соответствующего логического элемента «И», выход блока идентификации режима увеличения загрузки одного ГА соединен с входом блока контроля заданного интервала времени, выход блока определения режима работы трех и более ГА соединен с третьим входом каждого из логических элементов «И», отличающееся тем, что дополнительно содержит по числу ГА датчики замыкания автоматических выключателей ГА и одновибраторы, вторые блоки контроля заданного интервала времени, а также второй логический элемент «И», логический элемент «ИЛИ», логический элемент «ИЛИ-НЕ», блок отключения потребителей, причем выход каждого из датчиков замыкания автоматических выключателей ГА соединен с входом соответствующего одновибратора, выход каждого из одновибраторов соединен с соответствующим входом логического элемента «ИЛИ-НЕ», выход которого соединен со вторым входом второго логического элемента «И», выход блока контроля заданного интервала времени соединен с первым входом второго логического элемента «И», выход которого соединен со вторым входом каждого из логических элементов «И», выход каждого из которых соединен с соответствующим входом логического элемента «ИЛИ» и входом соответствующего из вторых блоков контроля заданного интервала времени, выход логического элемента «ИЛИ» соединен с входом блока отключения потребителей, выход каждого из вторых блоков контроля заданного интервала времени соединен с входом соответствующего блока отключения ГА.