Способ автоматического управления системой гарантированного питания Советский патент 1991 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к энергетике, а именно к противоаварийной автоматике энергосистем, и может быть применено в энергосистемах, содержащих обратимую электрическую машину с регулятором воз- буждения и инерционным маховиком, меха- нически связанную с помощью разобщительной муфты с первичным двигателем внутреннего сгорания и подключенную параллельно сетевому вводу к шинам гарантированного питания.

Цель изобретения - сохранение ресурса приводного двигателя и повышение качества напряжения на шинах гарантированного питания в динамических режимах работы.

На чертеже приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Сетевой ввод 1 с помощью выключателя 2 сетевого ввода подключен к шинам 3 га- рантированного питания. Параллельно сетевому вводу к шинам гарантированного питания через выключатель 4 подключена обратимая электрическая машина 5 с инерционным маховиком 6. Через разобщитель- ную муфту 7 первичный двигатель 8 связан с обратимой электрической машиной 5. Обмотка 9 возбуждения обратимой электрической машины 5, к приводному двигателю которой подключено реле 10 пуска привод- ного двигателя, подключена к регулятору 11 напряжения, к которому через электронный ключ 12 подключен корректор 13 напряжения. Параллельно обмотке возбуждения 9 включены первый 14м второй 15 пороговые элементы. Схема управления содержит также первую схему НЕ 16, замыкающий контакт 17 реле пуска 10, элемент 18 времени, первую схему И 19, вторую схему НЕ 20, первый RS-триггер 21, вторую схему И 22, второй RS-триггер 23, третью схему И 24, схему ИЛИ 25. Выход первого порогового элемента 14 непосредственно подключен к одному из входов первой 19 и третьей 24

схем И и к входу второй схемы НЕ 20, а через замыкающие контакты 17 реле 10 пуска к R-входам первого 21 и второго 23 RS-тригге- ров. Выход второго порогового элемента 15 подключен к входу первой схемы НЕ 16 и к одному из входов схемы ИЛИ 25. Выход первой схемы НЕ 16 подключен к второму входу первой схемы И 19, выход которой подключен к S-входу первого RS-триггера 21. Единичный выход первого RS-триггера 21 подключен к одному из входов второй схемы И 22, к другому входу которой подключен выход второй схемы НЕ 20. Выход второй схемы И 22 непосредственно подключен к S-входу второго RS-триггера 23, к управляющему входу электронного ключа 12, а через элемент времени 18 к электромагниту отключения выключателя 4. Единичный выход второго RS-триггера 23 подключен к другому входу третьей схемы И 24, выход которой подключен к другому входу схемы ИЛИ 25. Выход схемы ИЛИ 25 подключен к электромагниту отключения выключателя 2 сетевого ввода и к реле 10 пуска, которое обеспечивает запуск первичного двигателя 8.

Цепи измерения напряжения блока 26 выявления режимов работы обратимой электрической машины и регулятор возбуждения 11 присоединены к шинам гарантированного питания и к выходным клеммам обратимой электрической машины. Первый вход корректора 13 напряжения подключен к цепям измерения напряжения обратимой электрической машины, а второй .вход - к выходам второго 27 и третьего 28 электронных ключей, подключающих выходы датчика 29 величины тока обратной связи к корректору 13 напряжения. Датчик 29 включен па- раллельно обмотке возбуждения обратимой электрической машины. Управляющие входы второго 27 и третьего 28 электронных ключей подключены к выходу блока 26 выявления режимов работы обратимой электрической машины, причем управляющий вход второго электронного ключа 27 подключен непосредственно, а управляющий вход третьего электронного ключа 28 включен через третью схему НЕ 30, вход которой подключен к выходу блока 26. Выход блока 26 подключен также к отключающему электромагниту выключателя 2 сетевого ввода и к реле 10 пуска приводного двигателя 8.

Входящие в состав устройства блоки выполняют следующие функции.

Сетевой ввод 1 с выключателем 2, шинами 3 гарантированного питания, обратимая электрическая машина 5 с инерционным маховиком 6, связанная через разобщительную муфту 7 с первичным двигателем 8 и присоединенная к шинам гарантированного питания выключателей 4, образуют установку гарантированного питания, Обмотка 9 возбуждения с регулятором 11 возбуждения, корректором 13 напряжения и электронным ключом 12 образуют управляемый регулятор возбуждения обратимой электрической машины. Первый 14 и второй 15 пороговые элементы образуют измеритель напряжения в цепи обмотки возбуждения, содержащей ограничители по минимальной и максимальной величинам напряжения.

Первая схема НЕ 16 совместное первой схемой И 19 и первым RS-триггером 21 образуют элемент памяти, фиксирующий, что величина напряжения в цепи обмотки возбуждения находится в диапазоне допустимых значений. Вторая схема НЕ 20 совместно с второй схемой И 22 обеспечивают управление электронным ключом 12 в случае, когда напряжение в цепи обмотки возбуждения меньше допустимого значения. При этом схемы НЕ 20 и И 22 обеспечивают отключение корректора 13 напряжения от регулятора возбуждения, создавая тем самым возможность для увеличения напряжения в цепи обмотки возбуждения. Определение величины напряжения после отключения корректора напряжения позволяет установить причину снижения напряжения в цепи возбуждения. Если напряжение возбуждения восстанавливается, то снижение величины напряжения в цепи обмотки возбуждения вызвано недопустим : большой величиной напряжения основного источника, вследствие чего корректор напряжения снижал до минимума напряжение на выходе регулятора возбуждения. Если напряжение возбуждения не восстанавливается, то причина снижения напряжения на шинах гарантированного питания - короткое замыкание в цепи обратимой электрической машины. Элемент Т8 времени обеспечивает выдержку времени.

необходимую для завершения переходных процессов в цепи возбуждения. Второй RS- триггер 23 и третья схема И 24 обеспечивают отключение сетевого ввода 1 и запуск

5 первичного двигателя 8 с помощью реле 10 пуска при недопустимо большой величине напряжения основного источника. Замыкающие контакты 17 реле 10 пуска обеспечивают возврат RS-триггеров 21 и 23 в нулевое

0 состояние при пуске первичного двигателя и предотвращают тем самым ложное срабатывание схемы управления. Датчик 29 вели- чины тока обратной связи с выхода регулятора возбуждения совместно с вто5 рым 27 и третьим 28 электронными ключами и третьей 30 схемой НЕ образуют управляемую цепь обратной связи корректора напряжения регулятора возбуждения. Трансформатор тока 31 подключен к выходу

0 статорной обмотки обратимой электрической машины.

Устройство работает следующим образом.

5 В нормальном режиме работы электроэнергия поступает на шины 3 гарантированного-питания через выключатель 2 сетевого ввода от основного источника 1. Обратимая электрическая машина 5 через свой

0 выключатель 4 подключена к шинам гарантированного питания и вращает маховик 6. Муфта 7 разобщена, и первичный двигатель 8 находится в готовности к пуску. Обмотка 9 возбуждения обратимой

5 электрической машины подключена на выход регулятора 11 возбуждения, управление работой которого осуществляется через открытый электронный ключ 12 корректором 13 напряжения. Напряжение в цепи обмот0 ки 9 возбуждения находится в диапазоне допустимых значений, при которых открыт первый пороговый элемент 14 и закрыт второй пороговый элемент 15. Напряжение с выхода первого порогового элемента 14 по5 дается на один из выходов первой 19 и третьей 24 схем И и на вход второй схемы НЕ 20. На другой вход первой схемы И 19 поступает сигнал с вы ода первой схемы НЕ 16, на выходе этой схемы напряжение есть

0 потому, что второй пороговый элемент 15 закрыт, а значит, на вход первой схемы НЕ 16 напряжение не подается. Сигнал с выхода первой схемы И 19 поступает на S-вход первого RS-триггера 21 и переводит этот

5 триггер в единичное состояние на его прямом выходе, подготавливая к срабатыванию вторую схему И 22. Первый RS-триггер , 21 фиксирует наличие нормального режима работы установки гарантированного питания.

В рассматриваемом режиме работы системы на выходе блока 26 выявления режимов работы обратимой электрической машины сигнал отсутствует. При этом цепь обратной связи через третий электронный ключ 28, открытый сигналом с выхода третьей схемы НЕ 30, подключена к входу корректора 13 напряжения так, что обеспечивает максимальный статизм. Изменения напряжения сетевого ввода воспринимаются и сглаживаются обратимой электрической машиной, при этом ее роторные цепи оказываются подготовленными к происходящим динамическим процессам и не перегружаются.

При понижении напряжения основного источника обратимая электрическая машина переходит в режим синхронного компенсатора и начинает генерировать реактивную энергию во внешнюю сеть. При этом напряжение на зажимах ее обмотки возбуждения растет. В случае, когда напряжение основного источника снизилось настолько, что вышло за пределы диапазона допустимых значений или исчезло совсем, величина напряжения в цепи обмотки возбуждения превышает допустимое значение, при этом открывается второй пороговый элемент 15. Напряжение с его выхода поступает на первую схему НЕ 16 и на один из входов схемы ИЛИ 25. При этом исчезает напряжение на выходе схемы НЕ 16, но первый RS-триггер 21 остается пока в единичном состоянии.

Сигнал с выхода схемы ИЛИ 25 подается на отключающий электромагнит сетевого выключателя 2 и на реле 10 пуска. Сетевой выключатель 2 отключает от шин гарантированного питания основной источник, а реле 10 пуска, срабатывая обеспечивает запуск первичного двигателя 8. Во время пуска первичного двигателя 8 энергия на шины гарантированного питания подается от обратимой электрической машины 5, приводимой во вращение инерционным маховиком 6. После выхода на номинальные обороты первичного двигателя 8 включается разобщительная муфта 7 и привод обратимой электрической машины начинает-осуществ- ляться от первичного двигателя. Срабатывание реле 10 пуска обеспечивает включение его замыкающего контакта 17, через который сигнал с выхода первого порогового элемента 14 поступает на RS-входы первого 21 и второго 23 RS-триггеров, которые при этом переключаются в нулевое состояние.

В момент перехода обратимой электрической машины в режим синхронного генератора появляется сигнал на выходе блока 26 выявления режимов работы. При этом

отключается выключатель 2 сетевого ввода, подается команда на запуск приводного двигателя, закрывается третий электронный ключ 28 и открывается второй электронный

ключ 27, включая тем самым цепь обратной связи на вход корректора напряжения и устанавливая минимальный статизм регулирования возбуждения.

При снижении напряжения в цепи об0 мотки 9 возбуждения ниже допустимого значения закрывается первый пороговый элемент 14 и исчезает напряжение на его выходе. При этом появляется сигнал на выходе второй схемы НЕ 20, вход которой под5 ключей к выходу первого порогового элемента 14. Сигнал с выхода схемы НЕ 20 подается на второй вход второй схемы И 22. На первом входе схемы есть сигнал с выхода первого RS-триггера, запомнившего, что ра0 нее напряжение в цепи возбуждения было в пределах допустимого диапазона. Если же имеет место режим пуска установки гарантированного питания, то появление сигнала на выходе второй схемы НЕ 20 не приводит

5 к срабатыванию второй схемы И 22, так как первый RS-триггер находится в нулевом состоянии. Срабатывание второй схемы И 22 обеспечивает запирание электронного ключа 12 и отключение тем самым корректора

0 13 напряжения от регулятора 11 возбуждения. Одновременно с запиранием электронного ключа 12 запускается элемент 18 времени и переводится в единичное состояние второй RS-триггер 23, подготавливаю5 щийсрабатываниетретьей схемы И24. Если причиной резкого снижения напряжения в цепи обмотки возбуждения было увеличение напряжения основного источника, то после отключения корректора 13 напряже0 ния напряжение в цепи обмотки возбуждения увеличивается, открывается первый пороговый элемент 14, на выходе которого появляется напряжение. При этом исчезает сигнал с выхода второй схемы НЕ 20, а зна5 чит, исчезает сигнал и с выхода второй схемы И 22, прекращая тем самым работу элемента 18 времени и снимая запирающий сигнал с входа электронного ключа 12. Одновременно с этим сигнал с выхода первого

0 порогового элемента 14 подается на второй вход третьей схемы И 24, которая обеспечивает через схему ИЛИ 25 отключение выключателя сетевого ввода 2 и включение реле 10 пуска первичного двигателя 8. Сиг5 нал с выхода первого порогового элемента 14 через контакты 17 реле пуска переводит первый 21 и второй 23 RS-триггеры в нулевое состояние, блокируя повторное отключение корректора напряжения. Выдержка времени у элемента 18 времени выбирается

большей, чем время электромагнитных переходных процессов регулятора возбуждения и обмотки возбуждения. В случае, когда причиной резкого снижения напряжения в цепи обмотки возбуждения является корот- кое замыкание в статорной цепи обратимой электрической машины 5, то после отключения корректора напряжения 13 напряжение в цепи обмотки возбуждения не восстанавливается и на выходе первого порогового элемента 14 напряжение не появляется. По истечении выдержки времени элемента 18 времени напряжение с выхода этого элемента подается на электромагнит отключе- ния выключателя 4 обратимой электрической машины, которая при этом отключается от шин гарантированного питания 3, а затем останавливается.

Изобретение позволяет обеспечить работу обратимой электрической машины в режиме синхронного компенсатора при изменении напряжения сетевого ввода в широких пределах, а тем самым сохранить ресурс приводного двигателя и повысить качество напряжения на шинах гарантирован- ного питания в динамических режимах работы.

Сохранение ресурса приводного двигателя и повышение качества напряжения в динамических режимах работы позволяет повысить надежность системы гарантированного питания, продлить срок ее службы и исключить возможные отказы и сбои в работе оборудования, включенного на шины гарантированного питания.

Если в режиме работы синхронного компенсатора не изменять характеристику корректора напряжения и регулятора возбуждения и не устанавливать максимальный статизм, то при колебаниях напряжения питающего ввода роторные цепи обратимой электрической машины будут перегружаться и обратимая электрическая машина будет переходить в режим синхронного генератора с запуском приводного- двигателя. В связи с этим вследствие частых пусков расходуется ресурс работы системы гарантированного питания, определяемый числом пусков приводного двигателя. При работе обратимой электрической машины в режиме синхронного компенсатора с максимальным статизмом ее роторные цепи оказываются подготовленными к возможным колебаниям напряжения сетевого ввода и выключатель сетевого ввода отключаться не будет, следовательно не понадобится включение приводного двигателя и обратимая электрическая машина, оставаясь в режиме синхронного компенсатора, будет способствовать выравниванию напряжения на шинах гарантированного питания.

Формула изобретения Способ автоматического управления системой гарантированного питания по авт. св. № 1348949, отличающийся тем, что, с целью сохранения ресурса приводного двигателя и повышения качества напряжения на шинах гарантированного питания в динамических режимах работы, определяют режим работы обратимой электрической машины и изменяют в режиме синхронного компенсатора характеристику корректора напряжения и регулятора возбуждения, устанавливая максимальный статизм и фиксируя уставку номинального напряжения так, чтобы номинальные напряжения соответствовали 50%-ной нагрузке, а в режиме синх- ронного генератора устанавливают минимальный статизм, сохраняя неизменной уставку номинального напряжения для 50%-ной нагрузки.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в системах электроснабжения, содержащих обратимую электрическую машину с инерционным маховиком и регулятором возбуждения.