Способ управления судовой комбинированной установкой отбора мощности Советский патент 1987 года по МПК H02J3/46 H02P9/42 

Изобретение отнооггся к рогумирок-анию еудор.ых э,: ектроэнер1 е 1 ически}; систем и мо жет быть использовано па судах и друч их подвижных обт ектах, в которых от бо) мош- иости от 1 давпого двигателя д,ля 1:итапия потреб1 телей электроэнергии собственных иужд осуществляется посредством параллельно работаюп1.их ути.тнзапиоииого турбогенератора и ва;1огеператора.

Целью изобретения является повьпиение экономичности установки отбора мои.1ностп и точности стабилизации напряжения электрической сети и его частоты и увеличение быстродейетвия смстемы автоматического регулирования частоты и распределения актнв- ной нагрузки.

На фиг. 1 изображена принципиально- б.точная схема системы уиравления судовой комб11ии)ованной установкой отбора мсмц- ности, в к.оторой реа;1изуетея нр-едлагаемый способ, на фиг. 2 ---- внешние характеристики утилизационного турбогенератора и синх)онного компеиеатора.

Система соетоит из об ьекто15 pei-улирова- иия, в соетав которых входят валогеие- ратор 1, соединенный механкчееки через редуктор 2 е валом главного двигате.тя 3, ути.тизациопный еинхронный турбог епе|;)а- тор 4, работающий на царе, 1 ьграбатывае- мом утИоПизациогшым котлом 5, и еипхроп- ный комненеатор 6. Ути.тизационшяй турбогенератор электрически подключен к Н1ицам 7 главиого расиределительного ндита судовой электрое анции поередетвом ав/гоматическо- го выключателя 8.1 который имеет контакт 8.2--8.4 синхроииый комиепсатор чере;-; автоматический вык;цочатель 9, а валог ене- ратор - через статический полуироводл И- ковый преобразователь 10 н автоматический выключате. 1ь 11.1. с ко ггактом 11.2. Утили- зационньп турбогенератор спаб.жен автома- тически.ч регулятором 12 наиряжепия. а ва- логе1гсратор и синхронный ком 1енеатор имеют (л-ор1п 1е регу.тяторы 13 н 14 возбуждения соответственно, снабженные каждый в отдельности системами 15 и 16 управления. В еоетав регулято|)а возбуж;|,е- пня синхронного комненсатора входят также датчик 17 иапряжеиия, вход которого соедииен с клеммами сиихрониого комиен- еатора, а выход через блок-ко ггакт 8.2 ав- TOMaTHHeL Koi o выключателя 8.1 турбогенератора с входом сиете.мы 16 унравл(

и датчик 18 тока, соединенныГ своим входом с трансс эорматором 19 гока. Выход датчика 18 тока нодк.иочен пара.млельно к входам системы 16 унравле1п-1я и ио)ог о- вого уст ройства 20. Сигнал на выхо/ie этого порогового устройства усиливается усилите.тем 21 и подают па реле 22.1 с коитакто.м 22.2. В нодеистемы автоматичееко- го распределения реактивной па -рузки входит датчик 23 реактивного тока, входные каналы которого соедииены с трансформатором 24 тока и к.теммами утилизанлон

Q

.5 5

0

0

5

0

пого туроогенератора, а выходной канал подключен параллел1з110 через размыкающий контакт 22.2 реле, 22.1 к входу системы 16 унравления, а через замЕ 1каюцдие контакты 25.1 реле 25.2, которое имеет еще один размыкаюгций контакт 25.3, - к клеммам датчика 26 активного тока утилизационного турбогенератора и блок-контакта 8.3 его авто.матического выключателя 8.1. В ь одеиетему раепределения активной нагрузки вход.чт датчик 26 активного тока, датчик 27 давления пара на входе турбины турбогенератора, уси.титель 28 регулятора 29 частоты вращения турбины турбогенератора, п система 15 управления тириетор- iHiiM регулятором напряжения валогенера- тора. Датчик 26 активного тока подключен CBOiiMM входными каналами к транс- фор.матору 30 тока и клеммами утилизационного турбогенератора. Выходы датчиков 26 и 27 и входы уеилителя 28 и системы 15 управления соединены в замкнутый контур носредетво.м замыкающих блок- контактов 11.2 и 8.4 автоматических выключателей 8.1 и 11.1 и размыкаюи|,его контакта 25.3 реле 25.2. Реле 25.2 подключено в цепь, еоетоящую из последовательно соединеншмх уеилителя 31, норогового устройства 32 и сумматора 33. Входы пос- .теднего подключены к выходам датчика 23 реактивпого тока и датчика 26 активного тока. Вход усилителя 28 шунтирован размыкающим контактом 34.1 реле 34.2, которое включено последовательно в цень, состоящую из усилителя 35 и порогового устройства 36. Вход гюс.тедпего соединен с потенциометром 37, вк.тюченны.м параллельно входным клеммам еистемы 15 унравле- ння и усилителя 28. В состав регулятора частоты напряжения электричеекой сети входит датчик 38 частоты напряжения, который своим входом нодключен к ншнам 7 главного распределительного щита. Выходы датчика 38 соединены через замыкающие блок- контакты 11.2 и 8.4 автоматических выключателей 8.1 и 11.1 турбогеператора и ва- логенератора к входам уеилителя 28 регулятора частоты вращения турбины и еистемы 15 унравления регулятором возбуждения г алогенератора.

Способ управления судовой ко.мбини- рованной установкой отбора мощности заключается в следующем.

Регу.тировапие частот151 и активной нагрузки.

В режиме нарал.чельной геиератора 1, содержащего статический зователь 10

распределение

раооты в цени

полупроводниковый нреобра- с еетеетвенной коммутацией.

вало- якоря

п утилизационного турбогенератора 4, измеряют посредством датчика 38 частоты напряжения отклонение фактического зиачеиия частоты от заданного и сигналом раесо- г-.лаеования воздейетв ют через усилитель 28 на регулятор 29 частоты вращения турбины

утилизационного турбогенератора, настроенного на обеспечение астатической частотной характеристики 1 этого генераторного агрегата.

Для иовьциения быстродействия процесса регу.тирования частоты напряжения указан- ным сигналом рассогмасования воздействуют также на систему 15 управления тирис- ториым регулятором 13 возбуждении вало- генератора.

Согласование частот напряжения турбо- генератора, работаюн1,его со стабилизированной частотой 50 Гц, и синхронного ва- логенератора выходные иараметры напряжения которого определяют переменной частотой враигения двигателя, выполпяют посредством статического полупроводникового преобразователя 10. Коммутацию его тиристоров при этом осуц ествляют по известному принципу естественной коммутации с частотой напряжения ведупдего генератора, т.е. ути.1изационпого турбогенератора.

Производство электроэнергии турбогенератором происходит без доцолнительных затрат топлива, так как приводная турбина работает на паре, полученном от утилизации тепла выхлопны.х газов. На генерирование электроэнергии валогенератором дополнительпо расходуют ТОПЛИЕЮ в главном двигате;1е. Учитьц ая это обстоятельство наименьшие экеплуатациопцые расходы получают в том случае, когда утилизационный турбогенератор испо. 1ьзуют в режиме максимальной нагрузки, допустимой по условиям работы утилизационного котла 5. Оставшуюся часть нагрузки электрической сети переводят иа валогеператор. Поскольку давление пара на входе утилизационного турбогенератора зависит от переменных режимов главного двигателя, расхода пара па собственные пужды и технического сос- тояпия утилизационного котла, то и допустимая нагрузка на турбогенератор не остается постоянной. В этих условиях осуществляют ненрерывное принудительное перераспределепие активной мощности между вало- генератором и турбогенератором в функции давления нара ца входе последнего.

Для этого в момент замыкания автоматических выключателей, 8.1 и 11.1 турбогенератора и валогенератора образуют замкнутый контур распределения активной нагрузки, в который включают выходные цепи датчика 26 активного тока турбогенератора и датчика 27 давления пара на входе его турбины и входные цепи усилителя 28 регулятора частоты вращения турбо- генератора и системы 15 управления тирис- торным регулятором возбуждения валогенератора, причем выходные цепи датчиков 26 и 27 соединяют встречно. В процессе параллельной работы турбогенератора и валогенератора непрерывно измеряют посредст- вом датчиков 27 и 26 давление пара на входе турбины турбогенератора и его ак0

Q 5

5 0

0 5

тивный ток нагрчзк ,: соответственно. Формируют на выходе этих датчиков CHi-iia. ib;, пропорциональные измеренным ве.тичинам, и сравнивают (вычитают) их. Полученный па цотеь:циометре 37 сш нал разности контролируют с помоп1,ью )вого устройства 36. В случае 1ревы1пепия этим сигна. юм уста- повленно о значсн Я на BI IXO;IC nopoi orioro уст|1ойства 36 получают сигнал. кот;)ры11 успл1 вают ,1, уси. П1те, 1Я 35 п нк. по- мак)1 им реле 34.2. Размыкающим контактом эт(Уго pe.ic дощх итируют вХ1)Д11ую цепь усп.читсля 28. Torj.a упомяпутым сигналом разности изменяют iiocpe. U TBOM уси.чител.я 28 и рсгу.пято К 29 положение регули- руюн1его кла11а1 а турбины турбоге11ератора, а посредством системы 15 управ. 1епия и ти- рпсторного ре1 у. ятор;1 13 - ток возбх жде- нпя ва. югенератора. 1:слп cuina/i разности иа потенциометре 37 обусловлен пре1М)Иие- пием снгна. К датчи1 а активншч) i-oixa над сигналол датчика ;и1в. 1ения пара в е- зультате наб)оса ;1а1 рузки и. Щ умеиьп ения давления пара на ( ту 1богеператора, то регу.чятором 29 мепь1п;иот расход пара турбогенератором, обуслов.швая сброс его нагрузки. Регулятором 13 ири этом увеличивают ток 1и).ения вало1 енератора. вызывая прием им нагрузки.

Бл.агодаря воз. К т к твию сигна/юм разности по двум Kaiia.iaM одновременно достигают увеличения быстродействия и роцесса распределепия нагрузки и иск. почают ricpe- регулирование ;io частоте на11ряже1 ия. По мере выравнива1;ия сигна.тов lia выходах датчиков 26 и 27 и у, ве.шчшМ) их разности до хстаповки нор01Ч)во1 о л т- ройства 36 пос. сднее вознранииот в исходное (нулевое) состоя1П е, реле 34.2 отключают, входную уси. ппчмя 28 шунтируют посредством контакта реле 34 и прекращают тем самым, воздействовать на регулятор 29 частоты вращения турбо1чЧ1е- ратора. Этим ограничивают частоту коммутирующих воздействий на сервомотор регулятора 29 частоты вранхения, который является наиболее c;ia6i):M звеном в рассматриваемой системе. После шунтирования входа усилите.чя 28 сигналом разности на иотенциометре 37 изменяют то,1ько ток возбуждения валогенератора, обеспечивая дальнейший неревод нагрузки на него до полного исчезновения С1 гнала разности на потенциометре 37. Наблюдающееся при этом пезпачите.чьное уве.1ичепие частоты иа- пряжения электрическо сети устраняют по цепи регулирования этой частот1.

При увеличении давлен1 1Я иара на входе турбогенератора и.чи сбросе нагрузки электрической сети у сигна.ча разности па потепцпометре 37 мепяют полярность и иро- цеес перераспределения нагрузки производят анало1-ичпо, действуя па капа.лы регу, 1ирО15а- пия расхода najia турбогеперато 1а i тока

возбуждения валогенератора в обратном направлении.

Регулирование напряжения и распределение активной нагрузки.

Валогенераторные системы, содержащие в своем составе статические полупроводниковые преобразователи с естественной коммутацией их тиристоров, способны выработать только активную электроэнергию. Что касается реактивной электроэнергии, то они

том 22.2 этого реле блокируют канал повышения тока возбуждения синхронного компенсатора. Поэтому дальнейшее увеличение реактивной нагрузки электрической сети воспринимается только утилизационным турбогенератором.

При увеличении полного тока утилизационного турбогенератора номинальной (либо иной установленной) величины и при дальнейшем возрастании реактивной нагрузявляются ее дополнительными потребите- 10 ки электрической сети уменьшают активную

лями. Для достижения наибольшей экономичности и обеспечения в связи с этим максимальной загрузки утилизационного турбогенератора активной нагрузкой включают синхронный компенсатор 6 на панагрузку турбогенератора во избежание его нагрузки по току. Это производят следую- Ш.ИМ образом. При работе турбогенератора суммируют посредством сумматора 33 сигналы, пропорциональные активной и реакраллельную работу с генераторами 1 и 4 тивной составляющим тока его нагрузки, отбора мощности. Распределяют реактивную При увеличении суммарного полного тока

турбогенератора до номинальной величины

нагрузку так, чтобы основная часть реактивной нагрузки электрической сети и преобразователя 10 приходилась на синхронный компенсатор, а утилизационный турбоге- jo нератор воспринимал только ту ее часть, которая возникает в отдельных случаях в сети сверх номинальной мощности синхронного компенсатора.

Для этого напряжение электрической сеполучают на выходе порогового устройства 32 единичный сигнал, усиливают его в усилителе 31 и включают им реле 25. Замкнутый контур распределения активной нагрузки включают дополнительно посредством замыкающих и размыкающего контактов реле 25.2 выходную цепь датчика 23 реактивного тока. В этом контуре суммити Uc регулируют известным способом за 25 руют выходные сигналы датчика 26 актив- счет изменения тока возбуждения утилизационного турбогенератора 4 его автоматическим регулятором 12 напряжения, настроенного на поддержание Uc const. С целью обеспечения режима работы утиного тока и датчика 23 реактивного тока и полученный суммарный сигнал сравнивают с сигналом датчика 27 давления пара на входе турбины турбогенератора. Превышение суммарного сигнала датчиков

лизационного турбогенератора с коэффи- 30 26 и 23 над сигналом датчика 27 приводит к тому, что сигналом их разности уменьшают активную нагрузку на турбогенератор, переводя ее на валогенератор, до тех пор пока сигнал датчиков 26 и 23 и сигнал датчика 25 не станут равными. При выключении утилизационного турбогенератора системой управления обеспечивают режим автономной работы валогенератора на сеть. При этом потребность в активной электроэнергии обеспечивают вало- Q генератором, а в реактивной электроэнергии - синхронным компенсатором. Для регулирования напряжения электрической сети включают посредством размыкающего блок- контакта 8.2 автоматического выключателя 8.1 турбогенератора канал регулирования

циентом мощности, равным единице, измеряют посредством датчика 23 реактивную составляющую его тока нагрузки, получают на выходе этого датчика пропорциональный ему сигнал и воздействуют им на систему 16 управления тиристорным регулято- ром 14 возбуждения синхронного компенсатора. При включении в сеть дополнительной реактивной нагрузки на первом (переходном) этапе часть этой нагрузки берет на себя турбогенератор, так как он имеет астатическую внешнюю характеристику II (фиг. 2). При этом на выходе датчика 23 формируют сигнал, пропорциональный этой части реактивной нагрузки, и воздействуют им на увеличение тока

возбуждения синхронного компенсатора. За 45 по отклонению напряжения, (датчик 17) счет увеличения его электродвижущей силы синхронного компенсатора и регулируют на- переводят реактивную нагрузку с турбогене- пряжение сети за счет изменения его тока ратора на синхронный компенсатор. Его возбуждения. Стабилизацию частоты при внещняя характеристика при этом переме- этом осуществляют известным способом за щается из положения I в положение Г счет воздействия сигналом отклонения по (фиг. 2), а ток нагрузки увеличивается частоте на ток возбуждения валогенера- с Ipr до Ipi. Нагрузку компенсатора непрерывно контролируют посредством порогового устройства 20. При увеличении тока нагрузки до установленной величины, например до номинальной, на выходе пороготора. Контур распределения активной нагрузки размыкают посредством блок-контакта автоматического выключателя 8.1 турбогенератора.

вого устройства 20 получают сигнал, который усиливают в усилителе 21 и включают им реле 22.1 размыкающим контак55

Формула изобретения

Способ управления судовой комбинированной установкой отбора мощности, содертом 22.2 этого реле блокируют канал повышения тока возбуждения синхронного компенсатора. Поэтому дальнейшее увеличение реактивной нагрузки электрической сети воспринимается только утилизационным турбогенератором.

При увеличении полного тока утилизационного турбогенератора номинальной (либо иной установленной) величины и при дальнейшем возрастании реактивной нагрузки электрической сети уменьшают активную

нагрузку турбогенератора во избежание его нагрузки по току. Это производят следую- Ш.ИМ образом. При работе турбогенератора суммируют посредством сумматора 33 сигналы, пропорциональные активной и реактивной составляющим тока его нагрузки, При увеличении суммарного полного тока

получают на выходе порогового устройства 32 единичный сигнал, усиливают его в усилителе 31 и включают им реле 25. Замкнутый контур распределения активной нагрузки включают дополнительно посредством замыкающих и размыкающего контактов реле 25.2 выходную цепь датчика 23 реактивного тока. В этом контуре суммируют выходные сигналы датчика 26 актив-

руют выходные сигналы датчика 26 актив-

ного тока и датчика 23 реактивного тока и полученный суммарный сигнал сравнивают с сигналом датчика 27 давления пара на входе турбины турбогенератора. Превышение суммарного сигнала датчиков

26 и 23 над сигналом датчика 27 приводит к тому, что сигналом их разности уменьшают активную нагрузку на турбогенератор, переводя ее на валогенератор, до тех пор пока сигнал датчиков 26 и 23 и сигнал датчика 25 не станут равными. При выключении утилизационного турбогенератора системой управления обеспечивают режим автономной работы валогенератора на сеть. При этом потребность в активной электроэнергии обеспечивают вало- генератором, а в реактивной электроэнергии - синхронным компенсатором. Для регулирования напряжения электрической сети включают посредством размыкающего блок- контакта 8.2 автоматического выключателя 8.1 турбогенератора канал регулирования

по отклонению напряжения, (датчик 17) синхронного компенсатора и регулируют на- пряжение сети за счет изменения его тока возбуждения. Стабилизацию частоты при этом осуществляют известным способом за счет воздействия сигналом отклонения по частоте на ток возбуждения валогенера-

тора. Контур распределения активной нагрузки размыкают посредством блок-контакта автоматического выключателя 8.1 турбогенератора.

по отклонению напряжения, (датчик 17) синхронного компенсатора и регулируют на- пряжение сети за счет изменения его тока возбуждения. Стабилизацию частоты при этом осуществляют известным способом за счет воздействия сигналом отклонения по частоте на ток возбуждения валогенера-

Формула изобретения

Способ управления судовой комбинированной установкой отбора мощности, содержащий валогенератор, подключенный к электрической сети через статический полупроводниковый преобразователь, утилизационный синхронный турбогенератор и синхронный компенсатор, состояниш в том, что измеряют сигнал отклонения напряжения на клеммах утилизационного турбогенератора и сигналы, пропорциональные давлению пара на входе турбины этого турбогенератора и его активному току нагрузки, сравнивают последние два сигнала между собой, формируют сигнал их разности, изменяют сигналом разности положение ре- гулируюш,его клапана турбины турбогенератора, а сигналом отклонения напряжения - его ток возбуждения, отличающийся тем, что, с целью повышения эко- номичности установки отбора мощности и точности стабилизации напряжения электрической сети и его частоты и увеличения быстродействия системы автоматического регулирования частоты и распрсде- ления активной нагрузки, упомянутым сигналом разности донолнительно изменяют ток возбуждения валогенератора обратно пропорционально изменению величины давления пара, измеряют дополнительно частоту напряжения электрической сети, реактивный ток нагрузки утилизационного турбогенератора и ток нагрузки синхронного компенсатора, формируют сигналы, пропорциональные измеренным величинам, суммируют сигналы, пропорциональные активной и реактивной составляющим тока нагрузки утилизационного турбогенератора, формируют сиг - нал, пропорциональпый его по.чном} току, сравнивают величины сигналов, пропорциональных частоте напряжения сети, току нагрузки синхронного компенсатора, полному току утилизационного турбогенератора, и упомянутый сигнал разности с установленными значениями, причем при уменьшении последнего до установленной величины прекращают воздействие этого сигнала на регулирующий клапан турбины, сигналом отклонения частоты напряжения сети изменяют одновременно положение регулирующего клапана турбогенератора и ток возбуждения валогенератора, сигналом, пропорциональным реактивному току нагрузки утилизационного турбогенератора изменяют пропорционально ему ток возбуждения синхронного компенсатора, при увелпчепин сигнала, пропорционального току нагрузки этого компенсатора, до установленной величины прекращают повышать его ток возбуждения, при увеличении сигнала, пропорционального полному току ути,1изационно1 0 турбогенератора, до установленной величины переключают сигнал, нронорциональный давлению пара на входе этого туобогенера- тора, на сравнение с сигналом, пропорциональным его по.чному току, при вык. 1ю- чении утилизационного турбогенератора измеряют и формируют сигпал рассогласования по напряжению на клеммах синхронного компенсатора и изменяют этим сигналом ток возбуждения носледнего.

ш-/

о оо о

(риг. 1

lfc-- H

фиг. г

Изобретение относится к области регулирования судовых электроэнергетических систем и может быть иснользовано на судах и других нодвижных объектах, в которых отбор мощности от главного двигателя для питания потребителей электроэнергии собственных нужд осуществляется посредством параллельно работающих утилизационного турбогенератора и валогенерато- ра. Цель изобретения - повыщение экономичности установки отбора мощности и точности стабилизации напряжения электрической сети и его частоты и увеличение быстродействия системы автоматического регулирования частоты и распределения активной нагрузки. При параллельной работе валогенератора (ВГ), подключенного к электрической сети через статический полупроводниковый преобразователь, утилизационного турбогенератора (УТГ) и синхронного компенсатора (СК) измеряют его отклонения на клеммах УТГ и отклонение частоты напряжения сети. Первым сигналом изменяют ток возбуждения УТГ, вторым - положение регулирующего клапана УТГ и ток возбуждения ВГ. Реактивную нагрузку вырабатывают СК и лищь после того, как ток его нагрузки достигает номинальной величины, начинают нагружать реактивным током УТГ. Таким образом, УТГ боль- щую часть времени работает в режиме активной нагрузки и может быть нагружен ею до номинальной величины, если это возможно по условиям работы утилизационного котла. Для распределения активной нагрузки между УТГ и ВГ воздействуют сигналом разности измеренных величин давления пара на входе турбогенератора и его тока нагрузки одновременно на два канала: на изменение положения регулирующего клапана турбины и тока возбуждения ВГ. УТГ, являясь ведущим, настроен на работу с астатическими внешней и частотной характеристиками, что обуславливает независимость параметров напряжения установки отбора мощности от режимов нагрузки электрической сети и утилизационного котла. 2 ил. i (Л со о сд