Способ распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК H02J3/46 

2. Устройство для распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами, содержащее реле нагрузочного нараметч ра, один вход которого предназначен для подключения к клемме тока, другой -- к клемме напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности распределения нагрузок, оно снабжено реле минимальной частоты, тремя логическими элементами И, реле времени и двумя инверторами, причем вход реле минимальной частоты предназначен для подключения к клемме напряжения, входы первого логического элемента И подключены соответственно к выходу реле нагрузочного параметра и к выходу реле минимальной частоты, входы вторйэго логичес7613

кого элемента И подключены через первый и второй инверторы соответственно к выходу реле Hai-рузочного параметра и к выходу реле минимальной частоты, входы третьего логического элемента И подключены соответственно к выходу репе нагрузочного параметра и к выходу второго инвертора, а выход третьего логического элемента И подсоединен к реле времени, при этом первого логического элемента И является выходом, осуществляющим уменьн1ение загрузки генератора, выход второго логического элемента И выходом, осуществляюнхим увеличение загрузки генератора, а выход реле времени - выходом, указывающим на перегрузку всех параллельно работаюишх генераторов.

1, Способ распределения нагрузки между параллельно работаюищми генераторами, заключающийся в том, что выявляют генераторы, имеющие загрузку выше и ниже номинального значения и разгружают перегруженные генераторы и загружают недогруженные генераторы при помощи изменения уставки первичного регулятора скорюсти привода генератора, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности и точности распределения нагрузок, осуществляют контроль частоты вырабатываемого генераторомпеременного тока и разгружают перегруженный генератор при одновременном превышении загрузки зтого генератора над номинальным значением и частоты над заданным минимальным значением, загружают недогруженный генератор при значении частоты ниже заданного минимального значения и значении .величийы нагрузки генератора, ниже номинального значения до тех пор, пока значение частоты не превыс1ггзаданного минимального (Л значения, при одновременном значении в течение заданного интервала времени частоты ниже минимального значения и значения загрузки любого из генераторов выше минимальной величины формируют сигнал о перегрузке всей системы работающих генераторов. сд sj а со

Изобретение относится к автоматическому управлению режимом электрических систем, в частности к устройствам распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами переменного тока, и может использоваться при параллельной работе электроагрегатов и передвижных электростанций. Известны способы распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами основанные на выявлении генератора с экстре мальной нагрузкой и последующей разгрузкой его. При этом разгрузка генератора осуществляется, как правило, воздействием на уставку первичного (механического) регулятора частоты двигателя внутреннего сгорания, испо зуемого в качестве привода генератора 1 и (21. Недостатком этих способов является то, что при перегрузке всей системы параллельно работающих злектроагрегатов осуществляется непрерывное воздействие на уставки первичных регуляторов iscex электроагрегатов и непреры ное снижение частоты в системе, следствием чего может явиться недопустимое снижение частоты в системе, которое сохранится и посл ликвидации режима перегрузки в соответстви с оставшимися неизменными уставками перви ных регуляторов. Недопустимое снижение частоты в системе может происходить при указанных способах также в условиях отсутствия перегрузки и в случае длительной работы при часто изменяющейся нагрузке за счет инер1шонности снижения загрузки перегруженного генератора, так как разгрузка перегруженного генератора в результате инерционности системы регулирования может осуществляться не до номинальной величины, а несколько ниже. Поэтому при новом изменении нагрузки в сторону увеличения разгружаться начнет другой агрегат и изменится уставка его первичного регулятора. В результате постепенно могут изменяться уставки первичных регуляторов всех агрегатов и частота в системе снижаться до недопустимого уровня. Наиболее близким по технической суишости к предлагаемому является способ распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами, заключаюидийся в том, что выявляют генераторы, имеющие загрузку выще и ниже номинального значения, разгружают перегруженные генераторы и загружают недогруженные генераторы посредством изменения уставки первичного регулятора скорости привода генератора . Устройство, реализующее указанный способ, содержит реле нагрузочного параметра по числу генератора, вход которого предназначен для подключения к клемме тока, другой вход к клемме напряжения, уравнительные соединения, блоки управления нагрузочным режимом генератора и источник питания. Недостатком указанного способа является возможность недоггустимого снижения частоты в системе даже при кратковременных перегрузках всеи систем| | и дальнейшее сохранение сниженного значения частоты после выхода системы из режима перегрузки, что обусловле но изменением значения уставок первичных регуляторов при перегрузке и сохранении этих уставок после прекращения перегрузки. Поскольку скорости изменения загрузки каждого генератора могут значительно различаться между собой, а воздействие на измене ние загрузки иметь инерционность при эксплу атации особенно при частых и значительных изменениях нагрузки, устабки первичных регу ляторов могут измениться в недопустимых пределах относительно первоначально заданных и соответственно в недопустимых пределах может измениться частота в системе. Кроме того, необходимо использовать уравнительные соединения между генераторами, что усложняе систему распределения нагрузок и значительно снижает надежность системы особенно при удаленном расположении агрегатов один от другого. Цель изобретения - повышение надежности и точности распределения нагрузок. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами заключающемуся в том, что выявляют генераторы, имеющие загрузку выше и ниже номинального значения и разгружают перегруженные генераторы и загружают недогруженные генераторы при помощи изменения уставки первичного регулятора скорости при вода генератора, осуществляют контроль часто ты вырабатываемого генератором переменного тока и разгружают перегруженный генератор при одновременном превышении загрузк этого генератора над номинальнъ1м значением и частоты над заданным минимальным значением, при значении частоты ниже заданного минимального значения и значении величины мгрузки генератора ниже номинального значения загружают недогруженный генератор до тех пор, пока значение частоты не превысит заданного минимального значения, при одтю временном значении в течение заданного интер вала времени частоты ниже минимального зна чения и значения загрузки любого из генераторов выше минимальной величины формируют сигнал о перегрузке всей системы работатающих генераторов. Устройство для распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами содержащее реле нагрузочного параметра, один вход которого предназначен для подклю чения к клемме тока, а другой - к клемме напряжения, снабжено реле минимальной часто ты, тремя логическими злементами И, реле времени и двумя инверторами, при этом 1 4 вход реле минимальной частоты подключен к клемме напряжения, входы первого логического элемента И подсоединены соответственно к выходу реле нагрузочного параметра и к выходу реле минимальной частоты, входы второго логического элемента И подключены через первый и второй инверторы соответственно к выходу реле нагрузочного параметра и к выходу реле минимальной частоты, входы третьего логического элемента И подключены соответственно к выходу реле нагрузочного параметра и к выходу второго инвертора, а выход третьего логического элемента И подключен к реле времени,. выход первого логи-. ческого элемента И является выходом, осуществляющим уменьшение загрузки генератора, выход второго логического элемента И выходом, осуществляющим увеличение загрузки генератора, выход реле времени - выходом, указывающим на перегрузку всех параллельно работающих генераторов. Для осуц1ествления предлагаемого способа производят постоянный контроль частоты вы т рабатываемого генераторами переменного тока либо непосредственно частоты вращения вала двигателя и сравнивают его с заданным минимальным значением f ITIWV (например, 49Гц для промышленной частоты). Если отдельный генератор оказался перегруженным при .n, то уме):ьшают загрузку генератора, изменяя уставку первичного регулятора скорости до тех пор, пока генератор не. разгрузится, что может произойти только в том случае, если в системе аналогично работающих электроагрегатов переменного тока имеется резерв мощности. Если резерв мощности в системе отсутствует .вся система перегружена, то уменьшение загрузи перегруженного генератора (уменьшение одачи топлива в него, воздействуя на перичный регулятор) не приведет к его pa3rpy3tе, так как окажутся перегруженными другие енераторы системы, в которых также согласо указанному способу начнется разгрузка (уменьшение подачи топлива). В результате, сли вся система загружена до номинальной О1Ш1ОСТИ, окажутся загруженными до номиальной мощности все генетаторы, а если вся истема перегружена, окажутся перегруженныи все генераторы, и частота в системе снижатся до тех пор, пока не выйдет за заданое минимальиое значение. Тогда,контрюлируя загрузку какого-либо тдельного генератора и его частоту, можно дентифицировать перегрузку всей системы, е имея сведений о загрузке других генератоов, т. е. не имея информационных связей ежду генераторами, так как при указанном способе распределения нагрузок в течение заданного интервала времени, достаточного дл разгрузки генератора в наихудших условиях при наличии резерва мощности в системе (ил номинальной загрузке системы), ситуация, . когда одновременно совпадают два условия - частота меньше заданного минимального значения и генератор перегружен, - может неизменно сохраняться только в том случае, когда вся система перегружена {в противном случае генератор успевает разгрузиться). По окончании этого интервала необходимо формировать Сигнал о перегрузке системы, по которому производится отключение части потребителей, либо другие действия, необходи мые для перегрузки системы. Заданный интер вал времени необходимо выбирать из условия обеспечения разгрузки генератора в наихудши условиях, которые, очевидно, могут быть в момент . резкого наброса нагрузки. Величина интервала 1времени выбирается при этом в зависимости от максимального провала частоты в момент наброса номинальной нагрузки и темпа регулирования частоты (подача топлива) и как правило может иметь значение 10-15 с. Если система имеет резерв мощности (или близкую к номинальной загрузку) и частота в сети меньше заданного минимального значения, уставка первичных регуляторов скорости изменяется в сторону увеличения подачи топлива до тех пор, ijoxa частота не достигнет заданного минимального значения. Таким образом, частота в сети при отсутствии перегрузки системы не может иметь величину меньше заджного минимального значения. При этом нагрузочные характеристики каждого .генератора откорректируются в моменты перегрузки всей системы или отдель ных генераторов так, что при загрузке 100% частота каждого генератора (в автоматическом режиме работы) совпадает с заданным минимальным значением частоты, т. е. откорректи руется оптимальным образом с точки зрения точности распределения нагрузок. Соответственно максимально воэможнЬе значение часто ты каждого гетератора, либо частоты в систе ме генераторов отличается наклоном нагрузоч ной характеристики отдельных генераторов. Распределение нагрузок согласно указанном способу вступает в действие в тем случаях, когда оказывается перегруженным хотя бы один генератор, либо когда частота в сети меньше заданного минимального значения. В остальных случаях нагрузка распределяется по нагрузочным характеристикам первичных регуляторов. На фиг. 1 предотавлена бдок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 -- вариаЕтт исполнения реле нагрузочного параметра; на фиг. 3 - вариант выполнения реле минимальной частоты. Устройство (фиг. 1), реализую1пее предложенный способ, устанавливается на каждом из параллельно работающих генераторов и содержит реле 1 нагрузочного параметра, например реле номинального активного тока или активной мощности, выдающее на своем выходе уровень логической единицы, когда активный ток или активная мощность превыщают; номинальную величину, реле 2 минимальной частоты, .выдающее на своем выходе уровень логического нуля, когда значение частоты генерируемого напряжения превышает заданное значение, н уровень логической единнщ, при иадопустимом снижении частоты, первый, второй и третий логические элеменТ1 г И 3-5, два инвертора 6 и 7 и реле 8 времени, на выходе, которого формируется сигнал только в том случае, если на его вход без перерыва поступает сигнал в течение интервала времени большего заданного значения. Вариант исполнения реле нагрузочного параметра может быть выполнен в виде датчика 9 активного тока нли активной мощности, подключенного к входу компаратора 10 напряжения, установкой порога срабатывания которого задается номинальная величина нагрузочного параметра. Вариант выполнения реле минимальной частоты приведен на фиг. 3 н содержит формирователь 11 прямоугольных импульсов, который для повышения точности определения частоты может выполняться в триггера-формирователя, осуществляющего одновременное преобразование входной сннусонды напряжения в прямоугольные импульсы и последующее деление на два полученной импульсной гюследовательиости, одновнбратор 12, формирующий по одному из фронтов поступающих на него импульсов, короткий установочный импульс, генератор 13 импульсов эталонной частоты, который может иметь кварцевую стабилизацию частоты, счетчик 14 импульсов, имеющий вход V разрешения . счета, счетный вход Т н вход R нулевой ус тановкн, логический элемент И-НЕ 15, подключенный к тем выхрдам разрядов счетчика 14, наличие единиц в котором определяет код счетчика, соответствующий заданному минимальному значению частоты, элемент 16 кратковременной временной задержки и синхронный D-триггер 17, имеющий ннформаш1о гный вход О и вход С синхроннзацни, гю переднему фронту импульса на котором в триггере 17 записывается состояние логического сигнала с его О-входа. )йство работает следующим образом. При перегрузке на выходе реле 1 нагрузочного параметра формируется cHiHaji логической е/гинины, который пост ттает на один вход логического элемента ИЗ. При одновременном поступлении на второй вход логического элемента И 3 урювня логической ед11ни иы с реле минимальной частоты когда значение частоты меньше минимального значения, на выходе логического элемента И 3 формируется сигнал логической единицы, который поступает на исполнительные элементы осуществляющие изменение уставки первичног регулятора в сторону снижения загрузки гене ратора (уменьшение подачи топлива). Определение момента перегрузки может осуществляться с помощью реле I нагрузочного параметра, представляющего собой, напр мер, датчик 9 активного тока или активной мощности и компаратор 10 напряжения. Датчик 9 по значению тока и напряжения вычисляет значение требуемого нагрузочного параметра, выдавая на своем выходе напряжение, пропорциональное величине нагрузочного параметра. Компаратор 10 напряжения сравнивает вели чину напряжения с датчика 9 с фиксированны заданным значением напряжения, соответствующим номинальной величине нагрузочного параметра. В результате на выходе компаратора 10 формируется сигнал логической единицы при перегрузке и логического нуля при величи не нагрузочного параметра меныие номинального значения. Определение грпничного значения частоты осуществляется с помощью реле 2 минималь ной частоты,- представляющего собой цифровое устройство высокой точности. Приншт работы реле минимальной частоты заключается в заполнении интервала времени между началами двух периодов синусоиды импульсами стабильной частоты от генератора 13 импульсов, имеющего, например, кварцевую стабилизацию частоты, вычислении коли чества импульсов эталонной частоты, укладыв ющихся в этот интервал, и анализе этого количества. Для этого входной си{гусоилальный сигнал преобразовывается в прямоу1Х)льные имггульсы формирователем П. По одному из фронтов (например, переднему) одновибратор 12 формирует короткий установочный импульс, осуществляющий установку счетчика 14 импульсов в нулевое состояние. Таким образом, интервал времени между двумя импульсами одновибратора 12 соответствует периоду генерируемого объектом регулирования напряжения. 3 Подключенный к выходу счетчика логический элемент И-НН 15 фиксирует ;);1Ианный код счетчика 14 и в момент достижения значения этого кода запирает счегжк с уровнем логического напряжения Р по его входу V разреи1ения счета. Заданный код счетчика соответствует минимальной величине частоты. В случае превышения частоты над заданным минимальным значением состояние счетчика не достигает заданного значения, и на выходе элемента И-НЕ 15 неизменно присутствует логическая единица. Если действительная частота меныие минимального значения, состояние счетчика достигает заданного кода, и в момент его достижения на выходе логической схемы 15 формируется, уровень логического нуля, запрещающий дальнейший счет счетчиком 14 до его очередной нулевой установки импульсом с одновибратора 12. Таким образом, состояние с выхода логического элемента 15 к началу каждого О4ере1шого периода свидетельствует о том, больше (уровень логической единицы) или меныие (уровень логического нуля) фактическое значение частоты lio сравнению с заданной величиной. Для фиксации этого соотношения используется D-триггер 17, который по пере;шему фронту импульса с одновибратора 12 записывает состояние выхода элемента 15. Для того, чтобы сброс счетчика 14 в момент записи информации в D-триггер 17 не приводил к сбою, информация с выхода элемента 15 задерживается на некоторое время (достаточное для записи Б D-триггер) с помощью элемента 16 временной задержки. В случае отсутствия перегрузки генератора и частоте в сети меньше заданного минимального значения на оба входа логического элемента И 4 приходят сигналы логической единицы (один с выхода реле 2 минимальной частоты - частоты меньше минимальной, другой - с инвертора 1 - перегрузка отсутствует). В результате на выходе элемента И 4 появится сигнал логической единицы, поступающий на исполнительный элемент, осуществляющий изменение уставки первичного регулятора скорости в сторону увеличения подачи топлива в, двигатель. Когда генератор перегружен (на выходе реле нагрузочного параметра уровень логического нуля) и частота меньше минимального заданного значения, одновременно два сигнала логической едини11ы приходят только на входы элемента И 5. При этом на выходах элементов И 3 и 4 находится сигнал логического нуля, и регулирование загру.жи не происходит, а На выходе элемента И 5 -- сигнал логической единицы, запускаюпшй реле X выдержки

11576

времени. Если сигнал логической единиы на

выходе элемента И 5 не снимется в течение заданного интервала времени, что свидетельствует о перегрузке всей системы параллельно работающих генераторов, на выходе реле 8 . выдержки времени формируется сигнал логи«кской единицы, указывающий на перегрузку всей системы.

Применение предлагаемого способа и реали-jQ зующего его устройства позволяет осуществлять точное распределение нагрузок при параллельной работе генераторов вблизи номинальной мощности всей системы параллельно работающих генераторов, т. е. в той ситуации,, когда наибо; ее важно точное и равномерное распределение нагрузок для обеспечения с одной стороны максимального использования мощности всех генераторов систем, а с

гой - для обеспечения работы без перегрузки отдельных генераторов.

П|)и JTOM обеспечиваются контроль и поддержание, заданного граничного значения частоты с высокой точностью, обусловленной возможностью использования современных микрозлектронных средств цифровой техники и, что особенно важно, появляется возмож- . ность полностью отказаться от информационных связей (уравнительных соединений), что в значительной степени упрощает систему, повышает ее надежность.

Кроме того, осуществляется автоматическая коррекция положения нагрузочных характеристик отдельных агрегатов, что обеспечивает высокую точность распределения нагрузок, особенно вблизи номинальных значений загрузки генераторов.

Ло1.0приР Р„ JlozA при РУРн

Фиг.2