УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕДУПРЕДИТЕЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ Российский патент 2024 года по МПК H02H3/08 

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

Известен способ автоматической разгрузки электроэнергетической системы с параллельно работающими генераторными агрегатами (ГА) (пат. RU 2653361, опубликован 08.05.2018. Бюл.№13.), в котором устройство его реализующее содержит по числу ГА: датчики активной нагрузки соответствующих ГА, блоки контроля работы соответствующих ГА, блоки определения работоспособности соответствующих ГА, а также блок сложения, блок вычисления величины суммарной допустимой активной нагрузки ЭЭС для случаев отключения неработоспособного или неработоспособных ГА и блок сравнения, при этом выходы датчиков активной нагрузки соответствующих ГА соединены с соответствующими входами блока сложения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выходы блоков контроля работы соответствующих ГА соединены с соответствующими первыми входами блока вычисления величины суммарной допустимой активной нагрузки ЭЭС для случаев отключения неработоспособного или неработоспособных ГА, блоки определения работоспособности соответствующих ГА соединены с соответствующими вторыми входами блока вычисления величины суммарной допустимой активной нагрузки ЭЭС для случаев отключения неработоспособного или неработоспособных ГА, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения. Указанный способ и реализующее его устройство относятся к предупредительному управлению СЭЭС, так как позволяют разгрузить сеть до момента отключения неработоспособного, но продолжающего выполнять свои функции ГА и тем самым избежать перегрузки и отключения работоспособных агрегатов.

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

Известно устройство, реализующее способ предупредительного управления автономной электроэнергетической системой (пат. RU № 2785561, опубликован 08.12.2022г.), 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.

Данное устройство позволяет своевременно идентифицировать неработоспособное состояние ГА, вызванное неисправностью СУ, формирующей постоянный сигнал на увеличение подачи топлива в данный агрегат. Недостаток устройства - невозможность определить неработоспособный агрегат в случае неисправности СУ, формирующей постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА.

Наиболее близким к заявляемому устройству аналогом (прототипом) является устройство, реализующее способ предупредительного управления СЭЭС с параллельно работающими ГА по пат. RU № 2758453, опубл. 28.10.2021г., согласно которому определяют момент перехода СЭЭС в неработоспособное состояние, определяют ГА (группу ГА), загрузка которого (которых) уменьшается, уменьшают нагрузку СЭЭС, определяют момент, когда при уменьшении нагрузки СЭЭС загрузка всех ГА уменьшается и в этот момент отключают ГА, загрузка которого (которых) до уменьшения нагрузки СЭЭС уменьшалась. Устройство, реализующее данный способ содержит: по числу ГА датчики загрузки ГА, блоки контроля увеличения загрузки, блоки контроля уменьшения загрузки, а также первый логический элемент «ИЛИ» и блок контроля разности загрузок ГА ; по числу ГА: первые логические элементы «И», а также второй логический элемент «ИЛИ», ждущий одновибратор с задержкой формирования импульса и блок отключения потребителей; по числу ГА: вторые логические элементы «И» и одновибраторы, третий логический элемент «И»; по числу ГА: четвертые логические элементы «И» и блоки отключения ГА; причем выход каждого из датчиков загрузки соединен с входом соответствующего блока контроля увеличения загрузки, с входом соответствующего блока контроля уменьшения загрузки и соответствующим входом блока контроля разности загрузок ГА; выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки соединен со вторым входом соответствующего из первых логических элементов «И»; выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен с соответствующим входом первого логического элемента «ИЛИ», первым входом соответствующего из вторых логических элементов «И» и соответствующим из первых входов третьего логического элемента «И»; выход первого логического элемента «ИЛИ» соединен с первыми входами всех первых логических элементов «И», выход блока контроля разности загрузок ГА соединен с третьими входами всех первых логических элементов «И»; выход каждого из первых логических элементов «И» соединен с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с входом ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса, входом блока отключения потребителей, вторыми входами вторых логических элементов «И»; выход каждого из вторых логических элементов «И» соединен с входом соответствующего одновибратора, выход каждого из которых соединен с первым входом соответствующего из четвертых логических элементов «И»; выход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса соединен со вторым входом третьего логического элемента «И» , выход которого соединен со вторыми входами всех четвертых логических элементов «И», выход каждого из которых соединен с входом соответствующего блока отключения.

Устройство, принятое за прототип, позволяет своевременно идентифицировать неработоспособное состояние любого из параллельно работающих ГА, например, g-го, вызванное неисправностью СУ, формирующей постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в данный агрегат и осуществить его отключение от сети. Однако работа устройства предполагает, что при отключении части потребителей произойдет снижение нагрузки сети и одновременно снизится загрузка всех ГА одновременно. Но т.к. регуляторы подачи топлива имеют разную инерционность, в момент отключения потребителей и снижения нагрузки сети регуляторы одних ГА сравнительно быстро переключатся на уменьшение подачи топлива, и эти ГА начнут снижать свою загрузку, а другие, по инерции, еще некоторое время будут работать на увеличение подачи топлива и загрузка этих агрегатов будет расти. В этот промежуток времени сохранятся все условия идентификации неработоспособного состояния СЭЭС и на выходе второго логического элемента «ИЛИ» прототипа сохранится сигнал логической «1», который поступит на вторые входы всех вторых логических элементов «И». Так как при этом снизится не только загрузка ГА, а и загрузка агрегатов, регуляторы подачи топлива которых имеют наименьшую инерционность, то на выходе соответствующих им блоков контроля уменьшения загрузки появится сигнал логической «1». На выходе каждого из вторых логических элементов «И», соответствующих ГА, имеющих регуляторы с наименьшей инерционностью, сформируется сигнал логической «1», при этом на выходах соответствующих одновибраторов появится сигнал логической «1». В момент, когда ГА, имеющие регуляторы подачи топлива с наибольшей инерционностью, уменьшат подачу топлива, на всех входах и на выходе третьего логического элемента «И» прототипа появится сигнал логической «1». В этом случае при появлении сигнала логической «1» на выходе одновибратора с задержкой формирования импульса произойдет отключение не только g -го ГА, но и всех агрегатов, инерционность регуляторов подачи топлива которых будет наименьшей. При этом произойдет ошибка первого рода, заключающаяся в отключении ГА, отключение которых не требуется.

Указанное обстоятельство обусловливает низкую достоверность предупредительного управления прототипа. В данном случае под достоверностью предупредительного управления понимается степень приближения результатов работы устройства к достоверному предупредительному управлению. При этом предупредительное управление считается достоверным, если в результате его использования происходят только те изменения в структуре СЭЭС, которые в случае потери работоспособности, минуя аварийное состояние, переведут ее в режим правильного функционирования.

Так как в результате работы устройства-прототипа, вследствие различий в инерционности регуляторов подачи топлива первичных двигателей произойдет отключение не только неработоспособного g-го ГА, но и других агрегатов, отключение которых не требуется, то достоверность предупредительного управления, реализуемого устройством, следует считать низкой.

Целью настоящего предложения является повышение достоверности предупредительного управления СЭЭС, реализуемого устройством, принятым за прототип, в случае неисправности СУ, формирующей постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА.

Заявляемое изобретение позволяет повысить достоверность работы устройства предупредительного управления СЭЭС за счет исключения возможности формирования сигнала на отключение ГА, загрузка которых до снижения нагрузки сети не уменьшалась.

Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: устройство для предупредительного управления СЭЭС, имеющей в своем составе n ГА, работающих параллельно, содержащее, так же как и прототип, по числу ГА: датчики загрузки, блоки контроля увеличения загрузки, блоки контроля уменьшения загрузки, первые, вторые, четвертые логические элементы «И», одновибраторы и блоки отключения ГА, а также первый и второй логические элементы «ИЛИ», блок контроля разности загрузок и блок отключения потребителей, причем выход каждого из датчиков загрузки соединен с входом соответствующего из блоков контроля уменьшения загрузки и входом соответствующего из блоков контроля увеличения загрузки и соответствующим входом блока контроля разности загрузок; выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен с соответствующим входом первого логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с первым входом каждого из первых логических элементов «И», выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки соединен со вторым входом соответствующего из первых логического элемента «И», выход блока контроля разности загрузок соединен с третьим входом каждого из первых логических элементов «И», выход каждого из которых соединен с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ», выход каждого из вторых логических элементов «И» соединен с входом соответствующего одновибратора, выход каждого из четвертых логических элементов «И» соединен с соответствующим блоком отключения ГА, в отличие от прототипа дополнительно содержит по числу ГА: третьи логические элементы «И», а также блок задержки, управляемый ключ, блок сложения, второй блок контроля уменьшения загрузки и второй одновибратор; при этом выход каждого из датчиков загрузки соединен с соответствующим информационным входом управляемого ключа, каждый из выходов которого соединен с соответствующим входом блока сложения, выход второго логического элемента «ИЛИ» соединен с третьим входом каждого из вторых логических элементов «И», входом блока задержки, и управляющим входом управляемого ключа; выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен со вторым входом соответствующего из вторых логических элементов «И», и соответствующим их первых входов каждого из четвертых логических элементов «И»; выход каждого i-го блока контроля увеличения загрузки, i=1 … n, соединен с одним из входов каждого из 1 … i-1, i+1…n третьих логических элементов «И»; выход каждого из третьих логических элементов «И» соединен с первым входом соответствующего из вторых логических элементов «И», выход блока задержки соединен с входом блока отключения потребителей, выход каждого из одновибраторов соединен со вторым входом соответствующего из четвертых логических элементов «И», выход блока сложения соединен с входом второго блока контроля снижения загрузки, выход которого соединен с входом второго одновибратора, выход второго одновибратора соединен с третьим входом каждого из четвертых логических элементов «И».

Сущность изобретения заключается в том, что при работе СЭЭС в режиме неисправности СУ, формирующей постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА, для исключения возможности формирования сигнала на отключение ГА, загрузка которых до снижения нагрузки сети не уменьшается, до момента разгрузки сети формируют дополнительный блокирующий сигнал логического «0» на один из входов каждого из вторых логических элементов «И», кроме второго логического элемента «И» соответствующего генераторному агрегату, нагрузка которого уменьшается. В этом случае не зависимо от инерционности регуляторов подачи топлива первичных двигателей ГА, работающих в составе СЭЭС, будет отключен только неисправный ГА, ошибка первого рода не произойдет. При этом отметим, что так как вероятность появления неисправности СУ, формирующей постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА невелика, то вероятность одновременного появления такой же неисправности, приводящей к формированию постоянного сигнала на уменьшение подачи топлива в другой ГА СЭЭС, ничтожно мала и на практике может не рассматриваться.

Исключение ошибки первого рода обусловливает повышение достоверности работы устройства для предупредительного управления СЭЭС в режиме неисправности СУ, формирующей постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из 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 неисправности СУ, формирующей постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из 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.

Устройство для предупредительного управления СЭЭС (Фиг.1) содержит: по числу ГА датчики загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n, блоки контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, блоки контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n, а также первый логический элемент «ИЛИ» 4 и блок контроля разности загрузок 5; по числу ГА: первые логические элементы «И» 6.1, 6.2, … 6.n, а также второй логический элемент «ИЛИ» 7, блок задержки 8, блок отключения потребителей 9 и управляемый ключ 10; по числу ГА: вторые логические элементы «И» 11.1, 11.2 … 11.n и одновибраторы 12.1, 12.2 … 12.n, третьи логические элементы «И» 13.1, 13.2 … 13.n, блок сложения 14, второй блок контроля уменьшения нагрузки 15, второй одновибратор 16, по числу ГА: четвертые логические элементы «И» 17.1, 17.2 … 17.n и блоки отключения ГА18.1, 18.2 … 18.n; причем выход каждого из датчиков загрузки 1.1, 1.2 … 1.n соединен с входом соответствующего блока контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, с входом соответствующего блока контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n, соответствующим входом блока контроля разности загрузок 5 и соответствующим информационным входом управляемого ключа 10; выход каждого из блоков контроля уменьшения 2.1, 2.2 … 2.n соединен с соответствующим входом первого логического элемента «ИЛИ» 4, вторым входом каждого из соответствующих вторых логических элементов «И» 11.1, 11.2 … 11.n и соответствующим из первых входов каждого из четвертых логических элементов «И» 17.1, 17.2 … 17.n, выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n соединен со вторым входом соответствующего из первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n; выход каждого i-го блока контроля увеличения загрузки, i=1 … n, соединен с одним из входов каждого из 1… i-1, i+1…n третьих логических элементов «И»; выход каждого из третьих логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n соединен с первым входом соответствующего из вторых логических элементов «И» 11.1, 11.2 … 11.n, выход первого логического элемента «ИЛИ» 4 соединен с первыми входами всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n; выход блока контроля разности загрузок 5 соединен с третьими входами всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n; выход каждого из первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n соединен с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ» 7, выход которого соединен с входом блока задержки 8, третьими входами всех вторых логических элементов «И» 11.1, 11.2 … 11.n и управляющим входом управляемого ключа 10; выход блока задержки 8 соединен с входом блока отключения потребителей 9; выход каждого из вторых логических элементов «И» 11.1, 11.2 … 11.n соединен с входом соответствующего из одновибраторов 12.1, 12.2 … 12.n , выход каждого из которых соединен со вторым входом соответствующего из четвертых логических элементов «И» 17.1, 17.2 … 17.n; выходы управляемого ключа 10 соединены с соответствующими входами блока сложения 14, выход которого соединен с входом второго блока контроля уменьшения загрузки 15, выход второго блока контроля уменьшения загрузки 15 соединен с входом второго одновибратора 16, выход которого соединен с третьим входом каждого из четвертых логических элементов «И» 17.1, 17.2 … 17.n, выход каждого из четвертых логических элементов «И» 17.1, 17.2 … 17.n, соединен с входом соответствующего блока отключения ГА18.1, 18.2 … 18.n.

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

Блоки контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n; и второй блок контроля уменьшения загрузки 15 - 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.

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

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

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

Первые, вторые, третьи и четвертые логические элементы «И» 6.1, 6.2, … 6.n; 11.1, 11.2 … 11.n; 13.1, 13.2 … 13.n; 17.1, 17.2 … 17.n - известные функциональные блоки, которые формируют на своих выходах сигналы логической «1», если на все их входы поступили сигналы логической «1» и сигнал логического «0» в обратном случае. При этом, в отличие от прототипа, вторые логические элементы «И» имеют не два, а три входа, четвертые логические элементы «И» имеют не 2 входа, а n+2 входа. Количество третьих логических элементов «И» не один, а n и при этом число входов не n+1, а n-1. При этом к каждому из n-1 входов любого из третьих логических элементов «И», например, i-го, подключен выход одного из несоответствующих ему блоков контроля увеличения загрузки 3.1…3.i-1, 3.i+1…3.n, а выход соответствующего блока контроля увеличения загрузки 3.i не подключается.

Блок задержки 8 - известный функциональный блок, формирующий на своем выходе сигнал логической «1» через выдержку времени (t_выд), равную времени гарантированного срабатывания двух логических микросхем, например, 0,3с, после появления сигнала логической «1» на его входе. Может быть выполнен на базе обычной R-C цепочки.

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

Управляемый ключ 10 - известный функциональный блок, имеющий один управляющий вход, n информационных входов и n выходов. При этом при поступлении сигнала логической «1» на управляющий вход ключ срабатывает, и сигналы с информационных входов поступают на соответствующие выходы. Может быть выполнен на базе электромагнитного реле, имеющего n замыкающих контактов.

Одновибраторы 12.1, 12.2 … 12.n и второй одновибратор 16 - известные функциональные блоки, каждый из которых формирует на своем выходе сигнал логической «1» определенной длительности (t_имп1) при поступлении сигнала логической «1» на его вход. При этом для успешной работы устройства необходимо, чтобы длительность сигнала логической «1» на выходе каждого из одновибраторов была гарантированно больше, чем время реагирования регулятора подачи топлива первичного двигателя любого из ГА, например, 10с.

Блок сложения 14 - известный функциональный блок, на выходе которого формируется сигнал в виде напряжения, пропорционального сумме входных сигналов.

Блоки отключения ГА 18.1, 18.2 … 18.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.

Устройство предупредительного управления СЭЭС (Фиг,1) работает следующим образом. В случае внезапного отказа СЭЭС, при котором СУ сформировала постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА, например, g-го, загрузка g-го агрегата начнет уменьшаться. Тогда уменьшится значение выходного сигнала на выходе соответствующего датчика загрузки 1.g. Этот сигнал поступит на вход соответствующего из первых блоков контроля уменьшения загрузки 2.g и g-й вход блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходе блока контроля уменьшения загрузки 2.g сформируется сигнал логической «1» и поступит на второй вход g-го из вторых логических элементов «И» 11.g, g-ый из первых входов всех четвертых логических элементов «И» 17.1, 17.2 … 17.n и на соответствующий (g-ый) вход первого логического элемента «ИЛИ» 4, на выходе которого также появится сигнал логической «1» и поступит на первые входы всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n..Так как загрузка g-го агрегата уменьшается, а общая нагрузка сети остается неизменной, то загрузка оставшихся ГА начнет увеличиваться. При этом сигналы на выходах всех датчиков загрузки соответствующих ГА 1.1,1.2 … 1.n, кроме 1.g, начнут увеличиваться. Эти сигналы поступят на входы соответствующих блоков контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n и соответствующие входы блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходах каждого из блоков контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n, кроме 3.g, появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход соответствующего из первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n, . Так как сигнал на g-м входе блока 5 уменьшается, а на остальных его входах увеличивается, то разность загрузок g-го ГА и остальных растет и в момент, когда она превысит допустимое значение на выходе блока контроля разности загрузок ГА 5 появится сигнал логической «1» и поступит на третьи входы всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n. При этом на все входы первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n, кроме 6. g , поступит сигнал логической «1», на их выходах появится сигнал логической «1», который поступит на соответствующие входы второго логического элемента «ИЛИ» 7. Так как хотя бы на один из входов второго логического элемента «ИЛИ» 7 поступит сигнал логической «1», на его выходе тоже появится сигнал логической «1», свидетельствующий о неработоспособном техническом состоянии СЭЭС (в данном случае, как и в прототипе, СЭЭС признается неработоспособной, если один (одни) из ГА увеличивают свою загрузку, в то время как другой уменьшает свою загрузку, и при этом разность загрузок превышает допустимое значение и увеличивается). Сигнал логической «1» с выхода второго логического элемента «ИЛИ» 7 поступит на управляющий вход управляемого ключа 10, на вход блока задержки 8, а также на третьи входы всех вторых логических элементов «И» 11.1, 11.2 … 11.n. При поступлении сигнала логической «1» на управляющий вход управляемого ключа 10 он откроется на его выходах появятся сигналы, пропорциональные загрузке ГА с выходов датчиков загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n и поступят на соответствующие входы блока сложения 14, на выходе которого сформируется сигнал, пропорциональный нагрузке сети. Так как загрузка всех ГА, кроме g-го, увеличивается, то на все входы третьего логического элемента «И» 13.g поступит сигнал логической «1», на его выходе сформируется сигнал логической «1» и поступит на первый вход g-го из вторых логических элементов «И» 11.g. При этом на выходах остальных третьих логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n, кроме 13.g, сохранится сигнал логического «0», так как на один из входов каждого из них поступит сигнал логического «0» с выхода блока 3. g, соответствующий снижению нагрузки на g-ом ГА. Так как на первые входы всех вторых логических элементов «И» 11.1, 11.2 … 1.n, кроме g-го, с выходов соответствующих третьих логических элементов «И» 13.1, 13.2 … 13.n поступит сигнал логического «0» то на их выходах - сигнал логического «0». При этом на все три входа g-го из вторых логического элемента «И» 11.g поступит сигнал логической «1» и на его выходе сформируется сигнал логической «1», поступит на вход g-го из одновибраторов 12.g, на его выходе сформируетя сигнал логической «1» и поступит на второй вход g-го из четвертых логических элементов «И» 17.g. Через выдержку времени, меньшую, чем длительность сигнала логической «1» на выходе одновибратора 12.g, на выходе блока задержки 8 появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока отключения потребителей 9, который отключает выбранные группы потребителей электроэнергии, нагрузка сети уменьшится. При этом уменьшится сигнал на выходе блока сложения 14 и на выходе второго блока контроля уменьшения загрузки 15 появится сигнал логической «1», поступит на вход второго одновибратора 16, на выходе которого сформируется сигнал логической «1» и поступит на третьи входы всех четвертых логических элементов «И» 17.1, 17.2 … 17.n. Так как при снижении нагрузки сети загрузка всех ГА снизится, то на выходах всех первых блоков контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n появится сигнал логической «1» и поступит на все первые входы всех четвертых логических элементов «И» 17.1, 17.2 … 17.n. Так как загрузка всех ГА уменьшится, то на выходе каждого из блоков контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n появится сигнал логического «0», поступит на вторые входы всех первых логических элементов «И» » 6.1, 6.2, … 6.n, на выходах которых появится сигнал логического «0», который поступит на все входы второго логического элемента «ИЛИ» 7, на его выходе сформируется сигнал логического «0» и поступит на третьи входы всех вторых логических элементов «И», в том числе и 11.g, на выходах всех вторых логических элементов «И» 11.1, 11.2 … 11.n - появится сигнал логического «0», но на выходе g-го из первых одновибраторов, а значит и на втором входе g-го из четвертых логических элементов «И» 17.g сигнал логической «1» сохранится. При этом на все входы g-го из четвертых логических элементов «И» 17.g поступит сигнал логической «1», на его выходе появится сигнал логической «1»и поступит на вход соответствующего блока отключения ГА 18.g, который отключит g-й ГА от сети. Так как разгрузка сети уже произошла, переход на новый режим функционирования произойдет без аварийной ситуации, связанной с обесточиванием СЭЭС.

При этом, в отличие от прототипа, ошибка первого рода не произойдет, сигнал логической «1» на выходе любого из третьих логических элементов «И» 13.1, 11.3 … 13.n, кроме g-го (13.g) не появится, так как на один из его входов поступит сигнал логического «0» с выхода блока 3.g. Следовательно, на выходе любого из вторых логических элементов «И» 11.1, 11.2 … 11.n, кроме 11.g, - фиксируется сигнал логического «0», на выходах всех первых одновибраторов 12.1, 12.2 … 12.n ,кроме 12.g, и вторых входах всех четвертых логических элементов «И» 17.1, 17.2 … 17.n, кроме 17.g, - также сигнал логического «0».

Предложенное устройство позволяет своевременно идентифицировать и отключить ГА, отключение которого, позволит избежать перерыва в электроснабжении судна. При этом работа устройства не зависит от различий в инерционности регуляторов подачи топлива первичных двигателей ГА, что существенно уменьшает методическую ошибку предупредительного управления и повышает его достоверность в сравнении с прототипом. В этой связи цель предлагаемого изобретения, заключающуюся в повышении достоверности предупредительного управления, можно считать достигнутой.

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_{ном 2}, Р_{ном 3}). Пусть допустимая точность распределения нагрузок составит 10 кВт, интервал времени, определяющий различия в инерционности регуляторов первичных двигателей ГА для ГА1 составляет 1,0 с, для ГА2 - 1,2 с, а для ГА3 - 1,5с. Допустим, что интервал времени, соответствующий времени отключения потребителей составляет 0,8 с, При этом примем время задержки блока задержки 8 равным 0,3с, а длительность импульса на выходе всех одновибраторов - 10с. Предположим, что загрузка ГА составляет для ГА 85 кВт (Р1), для ГА2 - 80кВт (Р2), а для ГА3 - 75 кВт (Р3). Допустим, что произошла неисправность, характеризуемая формированием сигнала на постоянное уменьшение подачи топлива в дизель третьего ГА. При этом ГА3 начнет снижать, а ГА1 и ГА2 увеличивать свою загрузку, сигнал на выходе датчика загрузки 1.3 начнет уменьшаться, а на выходе 1.1 и 1.2 - увеличиваться. Сигнал с выхода датчика загрузки 1.3 поступит на вход блока контроля уменьшения загрузки 2.3 и третий вход блока контроля разности загрузок ГА 5.

На выходе блока контроля уменьшения загрузки 2.3 сформируется сигнал логической «1» и поступит на второй вход третьего из вторых логических элементов «И» 11.3, на третий из первых входов всех четвертых логических элементов «И» 17.1, 17.2, 17.3 и на третий вход первого логического элемента «ИЛИ» 4, на выходе которого также появится сигнал логической «1» и поступит на первые входы всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, 6.3. Так как загрузка ГА3 уменьшается, а общая нагрузка сети остается неизменной, то загрузка оставшихся ГА начнет увеличиваться. При этом сигналы на выходах всех датчиков загрузки, соответствующих ГА 1.1,1.2, начнут увеличиваться. Эти сигналы поступят на входы соответствующих блоков контроля увеличения загрузки 3.1 и 3.2 и первый и второй входы блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходах каждого из блоков контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2 появится сигнал логической «1» и поступит на второй вход соответствующего из первых логических элементов «И» 6.1 и 6.2.

Так как сигнал на третьем входе блока 5 уменьшается, а на остальных его входах увеличивается, то разность загрузок ГА3 и остальных растет, и в момент, когда она превысит допустимое значение, на выходе блока контроля разности загрузок ГА 5 появится сигнал логической «1» и поступит на третьи входы всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, 6.3. При этом на все входы первых логических элементов «И» 6.1 и 6.2 поступит сигнал логической «1», на их выходах появится сигнал логической «1», который поступит на соответствующие входы второго логического элемента «ИЛИ» 7. Так как хотя бы на один из входов второго логического элемента «ИЛИ» 7 поступит сигнал логической «1», на его выходе тоже появится сигнал логической «1», свидетельствующий о неработоспособном техническом состоянии СЭЭС (в данном случае, как и в прототипе, СЭЭС признается неработоспособной, если один (одни) из ГА увеличивают свою загрузку, в то время как другой уменьшает свою загрузку, и при этом разность загрузок превышает допустимое значение и увеличивается).

Сигнал логической «1» с выхода второго логического элемента «ИЛИ» 7 поступит на управляющий вход управляемого ключа 10, на вход блока задержки 8, а также на третьи входы всех вторых логических элементов «И» 11.1, 11.2, 11.3. При поступлении сигнала логической «1» на управляющий вход управляемого ключа 10 он откроется на его выходах появятся сигналы, пропорциональные загрузке ГА с выходов датчиков загрузки ГА 1.1, 1.2, 1.3 и поступят на соответствующие входы блока сложения 14, на выходе которого сформируется сигнал, пропорциональный нагрузке сети.

Сигнал логической «1» с выхода второго логического элемента «ИЛИ» 7 поступит на третьи входы всех вторых логических элементов «И» 11.1, 11.2, 11.3. Так как загрузка всех ГА, кроме ГА3, увеличивается, то на первый и второй входы третьего логического элемента «И» 13.3 поступит сигнал логической «1», на его выходе сформируется сигнал логической «1» и поступит на первый вход третьего из вторых логических элементов «И» 11.3. При этом на выходах остальных третьих логических элементов «И» 13.1 и 13.2 сохранится сигнал логического «0», так как на один из входов каждого из них поступит сигнал логического «0» с выхода блока 3.3, соответствующий ситуации, что загрузка ГА3 не увеличивается.

Так как на первые входы вторых логических элементов «И» 11.1, 11.2 с выходов соответствующих третьих логических элементов «И» 13.1, 13.2 поступит сигнал логического «0», то на их выходах - сигнал логического «0». При этом на все три входа третьего из вторых логического элемента «И» 11.3 поступит сигнал логической «1» и на его выходе сформируется сигнал логической «1», поступит на вход одновибратора 12.3, на его выходе сформируется сигнал логической «1» и поступит на второй вход третьего из четвертых логических элементов «И» 17.3.

Через выдержку времени в 0,3с, меньшую, чем длительность сигнала логической «1» на выходе одновибратора 12.3 (10с), на выходе блока задержки 8 появится сигнал логической «1» и поступит на вход блока отключения потребителей 9, который отключит выбранные группы потребителей электроэнергии, например посредством устройства, реализующего способ, по патенту RU 2653361. При этом через 0,8с нагрузка сети уменьшится, например, на 60 кВт. В данном случае уменьшится сигнал на выходе блока сложения 14 и на выходе второго блока контроля уменьшения нагрузки 15 появится сигнал логической «1», поступит на вход второго одновибратора 16, на выходе которого сформируется сигнал логической «1» длительностью 10с и поступит на третьи входы всех четвертых логических элементов «И» 17.1, 17.2 , 17.3.

Так как при снижении нагрузки сети загрузка всех ГА снизится, то на выходах всех первых блоков контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2, 2.3 появится сигнал логической «1» и поступит на все первые входы всех четвертых логических элементов «И» 17.1, 17.2, 17.3. Так как загрузка всех ГА уменьшится, то на выходе каждого из блоков контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2, 3.3 появится сигнал логического «0», поступит на вторые входы всех первых логических элементов «И» » 6.1, 6.2, 6.3, на выходах которых появится сигнал логического «0», который поступит на все входы второго логического элемента «ИЛИ» 7, на его выходе сформируется сигнал логического «0» и поступит на третьи входы всех вторых логических элементов «И», в том числе и 11.3, на выходах всех вторых логических элементов «И» 11.1, 11.2, 11.3 появится сигнал логического «0», но на выходе одновибратора 13.3, а значит и на втором входе третьего из четвертых логических элементов «И» 17.3 сигнал логической «1» сохранится. При этом на все входы третьего из четвертых логических элементов «И» 17.3 поступит сигнал логической «1», на его выходе появится сигнал логической «1» и поступит на вход соответствующего блока отключения ГА 18.3, который отключит ГА3 от сети. Так как разгрузка сети уже произошла, переход на новый режим функционирования произойдет без аварийной ситуации, связанной с обесточиванием СЭЭС.

В случае использования устройства, принятого за прототип, в аналогичной ситуации будет отключен не только ГА3, но и ГА1, инерционность регулятора подачи топлива которого окажется меньше, чем у ГА2. На практике это приведет к существенному уменьшению генерирующей способности СЭЭС, перегрузке ГА2 и обесточиванию судна.

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.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для предупредительного управления судовыми электроэнергетическими системами (СЭЭС). Технический результат - повышение достоверности предупредительного управления СЭЭС в случае неисправности системы управления, формирующей постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из генераторных агрегатов (ГА). Для этого предложено устройство для предупредительного управления СЭЭС, имеющей в своем составе n ГА, работающих параллельно, которое в отличие от прототипа дополнительно содержит по числу ГА: третьи логические элементы «И», а также блок задержки, управляемый ключ, блок сложения, второй блок контроля уменьшения загрузки и второй одновибратор. 1 ил.

Устройство для предупредительного управления судовой электроэнергетической системой, в состав которой входят n генераторных агрегатов (ГА), содержащее по числу ГА: датчики загрузки, блоки контроля увеличения загрузки, блоки контроля уменьшения загрузки, первые, вторые, четвертые логические элементы «И», одновибраторы и блоки отключения ГА, а также первый и второй логические элементы «ИЛИ», блок контроля разности загрузок и блок отключения потребителей, причем выход каждого из датчиков загрузки соединен с входом соответствующего из блоков контроля уменьшения загрузки и входом соответствующего из блоков контроля увеличения загрузки и соответствующим входом блока контроля разности загрузок; выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен с соответствующим входом первого логического элемента «ИЛИ», выход которого соединен с первым входом каждого из первых логических элементов «И»; выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки соединен со вторым входом соответствующего из первых логического элемента «И», выход блока контроля разности загрузок соединен с третьим входом каждого из первых логических элементов «И», выход каждого из которых соединен с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ», выход каждого из вторых логических элементов «И» соединен с входом соответствующего одновибратора, выход каждого из четвертых логических элементов «И» соединен с входом соответствующего блока отключения ГА, отличающееся тем, что дополнительно содержит по числу ГА: третьи логические элементы «И», а также блок задержки, управляемый ключ, блок сложения, второй блок контроля уменьшения загрузки и второй одновибратор; при этом выход каждого из датчиков загрузки соединен с соответствующим информационным входом управляемого ключа, каждый из выходов которого соединен с соответствующим входом блока сложения, выход второго логического элемента «ИЛИ» соединен с третьим входом каждого из вторых логических элементов «И», входом блока задержки и управляющим входом управляемого ключа; выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки соединен со вторым входом соответствующего из вторых логических элементов «И» и соответствующим их первых входов каждого из четвертых логических элементов «И»; выход каждого i-го блока контроля увеличения загрузки, где i=1 … n, соединен с одним из входов каждого из 1… i-1, i+1…n третьих логических элементов «И»; выход каждого из третьих логических элементов «И» соединен с первым входом соответствующего из вторых логических элементов «И», выход блока задержки соединен с входом блока отключения потребителей; выход каждого из одновибраторов соединен со вторым входом соответствующего из четвертых логических элементов «И»; выход блока сложения соединен с входом второго блока контроля снижения загрузки, выход которого соединен с входом второго одновибратора, выход которого соединен с третьим входом каждого из четырех логических элементов «И».