Устройство для управления и контроля автономной электроэнергетической установки Советский патент 1979 года по МПК H02J13/00 G01R31/40 H02J3/42 H02J3/46 

Изобретение относится к технике управления распределением электроэнергии в автономных электроэнергетических установках и может быть использовано для управления, контроля и зан1иты в судовых электроэнергетических установках.

Известны устройства для управления и контроля автономной электроэнергетической установки, содер кан1,ие датчики разности фаз, активных моаиюстей, сопротивления изоляции, напряжения и частоты и положения автоматических выключателей, входы которых служат для подключения к соответствующим участкам установки. Эти датчики входят в состав функциональных устройств автоматической синхронизации, уравнивания частот, распределения активной мощности между параллельно работающими генераторами, токовой защиты генераторов от перегрузки по активной и полной мощности, ко 1троля сопротивления изоляции и др. 1.

Однако такое устройство обеспечивает основные режимы работы установки только при непосредственном участии оператора, что приводит к его повыщенной загрузке, снижению, оперативности управления и к увеличению вероятности принятия неправильного рещения в сложных ситуациях, следствием чего может явиться вознн1чН01им;1 е аварийных режимов. Кроме того, оно не выполняет нрогнозироваяия отказиг; эле.ментов установки и самих устройств, что не позволяет выявить н устранить аварийные ситуации до момента их возникпопсиля.

Целью изобретсгПя яи,1ястся ;к1вь ; ич;ио надежности и оперативности упр: влс1 я пвTOHOMiibiAU; электрО:)ие|- Чтимсск1:мн г п чэками.

Это достигается тем, что предложенное устройство Д.1Я управления и контро.чя ; втон ом ной элект1) готической устан()вх1;, содержащее датчики разности фаз. активных мощностей, сопротив, изоляии| ;. напряжения и чистсчЧ) и положения агло чатических В11ц лючател.сй. входы которь1х сл жат для подключения i соответств 1ОПл1 М участкам уста.човк, С11абже ю согласу-ошил блоком, переключателем режимов, блоком дистанционного мтранления, блоком пгнобразования ин4 ормаи.пи и Ц фровь: решающим блоком, вклк;ча;огци и в себя блокг: нпмяти разности фаз, активных MoniHocTeil, сопротивления изоляции, напряхчения и частоты, положения автоматических выклюмателей, режимов работы установки, блок вычислеиия отклонения параметров, блок сравнения отклонений параметров с допустимыми значениями, блок программного управления, блоки формирования команд на автоматические выключатели, на разгрузку генераторов, воздействия на регуляторы скорости, на вывод информации, блоки памяти номинальных значений параметров и допустимых отклонений параметров системы, причем выходы датчиков и переключателя режимов через согласующий блок и блок преобразования информации подключены к соответствующим блокам памяти цифрового решающего блока, входы и выходы блока дистанционного управления служат для подключения через согласующий блок к управляемым элементам установки, входы блока вычисления отклонений параметров по информационным каналам подключены к выходам блоков памяти разности фаз, активных мощностей, сопротивления изоляции, напряжения и частоты, номинальных значений параметров, а вход управления этого блока подключен к выходу блока программного управления, входы которого подключены к выходам блоков памяти напряжения и частоты, положения автоматических выключателей, режимов работы, выходы блока программного управления подключены к блоку формирования команд на автоматические выключатели и к блоку сравнения отклонений параметров с допустимыми значениями, другие входы которого подключены к выходу блока памяти допустимых отклонений параметров и к выходу блока вычисления отклонений параметров, а выходы блока сравнения через блоки формирования команд на автоматические выключатели, на разгрузку генераторов, воздействия на регуляторы скорости и на вывод информации служат для подключения к соответствующим управляемым элементам установки. На чертеже представлена структурная схема предложенного устрбйства для управления и контроля автономной электроэнергетической установки. Оно содержит первичные двигатели 1 с регуляторами скорости, синхронные генераторы 2, автоматические выключатели 3, главный распределительный щит 4 (ГРЩ) и нагрузки 5. Входы датчиков 6 разности фаз напряжений генераторов, датчиков 7 напряжения и частоты, датчиков 8 активной мощности, датчиков 9 положения автоматических выключателей и датчиков 10 сопротивления изоляции подключены к соответствующим участкам электроэнергетической установки, а их выходы через согласующий блок 11 и через блок 12 преобразования информации подключены к входам соответствующих блоков памяти цифрового рещающего блока 13 (блок 14 - памяти разности фаз, блок 15 - памяти активных мощностей, блок 16- па.мяти сопротивления изоляции, блок 17 - памяти значений напряжения и частоты и блок 18 - памяти положения автоматических выключателей). Устройство снабжено также переключателем 19 режимов работы установки, который через согласующий блок 11 подключен к блоку 20 дистанционного управления и к блоку 21 памяти режи.мов работы. По цепям управления блок 20 дистанционного управления через согласующий блок подключен к объектам управления. Цифровой рещающий блок - 13 снабжен блоком 22 памяти номинальных значений параметров системы и блоком 23 памяти допустимых отклонений параметров системы. Выходы блоков памяти 14, 15, 16, 17 и 22 подклк)чены к соответствующим входам блока 24 вычисления отклонения параметров, выход которого подключен к входу блока 25 сравнения отклонений параметров с допустимыми значениями, который по второ.му входу связан с выходом блока 23 па.мяти допустимых отклонений параметров. Выходы блоков памяти 17, 18 и 21 подключены к входам блока 26 программного управления, выходы которых подключены один - к блоку 24 вычисления отклонения параметров, а другой - к блоку 27 фор.мирования команд на автоматические выключатели. Выходы управления блока 25 сравнения отклонений параметров с допустимыми значениями подключены соответственно к блоку 27 формирования команд на автоматические выключатели, к блоку 28 команд на разгрузку генераторов и к блоку 29 формирования воздействия на регуляторы скорости, а информационный выход блока 25 через блок 30 формирования информации к блоку 31 сигнализации и контроля параметров. Выходы блоков 27, 28, 29 формирования ко.манд через согласующий блок 11 подключены к соответствующим объектам управления. Устройство работает в двух режи.мах - дистанционного управления и автоматического управления. Задание режима работы установки осуществляется оператором с помощью переключателя 19 режимов работы. При задании режима дистанционного управления согласующий блок 11 подключает входы и выходы блока 20 дистанционного управления к соответствующим участкам электроэнергетической установки и к объектам управления. При этом управление установкой осуществляется оператором с пульта управления блока 20. При задании режима автоматического управления согласующий блок 11 отключает блок 20 дистанционного управления и подключает выходы датчиков параметров и состояния установки через блок 12 преобразования информации к входам цифрового рещающего блока 13, а выходы этого блока - к соответствующим объектам управления. Управление электроэнергетической установкой осуществляется блоком 13 по заложенным в него алгоритмам управления в соответствии с поступающей от датчиков информацией без участия оператора.

В режиме автоматического управления в зависимости от принятой схемы генерирования, количества и типов автоматических выключателей, типов регуляторов скорости в память блока 25 программного управления записывается программа автоматического управления, включающая в себя подпрограммы перестройки структуры установки, синхронизации генераторов, распределения активных мощностей, перевода нагрузки с одного генератора на другой, разгрузки генераторов путем отключения второстепенных потребителей, а также подпрограммы контроля параметров установки и прогнозирования неисправностей.

Порядок взаимодействия указанных подпрограмм определяется основными режимами работы судна в целом, задаваемы.ми оператором из центрального поста с помощью переключателя режимов 19. Функйионирование устройства в режиме автоматического управления может быть рассмотрено на примере перехода из режима работы судна в порту в режим работы при маневрировании, когда требуется подключение дополнительного источника электроэнергии. Сигнал о предполагаемо.м изменении режима работы судна поступает от переключателя режимов 19 на блок памяти 21 режимов работы и затем на блок 25 программного управления. Этот сигнал является онераторо.м пуска для алгоритма подключения на щины ГРЩ резервного агрегата. По этому алгоритму блок 26 программного управления задает на блох 24 вычисления отклонения параметров программу опроса датчика 10 сопротивления изоляции, подключенного к шинам включаемого генератора. Сигнал датчика в блоке 24 сравнивается с номинальным значением сопротивления изоляции, поступающим на блок 24 от блока 22 па.мяти номинальных значений пара.метров. После чего полученная разность сравнивается в блоке 25 с допустимым отклонением, поступающим на этот блок от блока 23 памяти допустимых отклонений. Если сопротивление изоляции находится в допустимых пределах, блок 26 вырабатывает команду на пуск резервного агрегата. При выходе генераторного агрегата на номинальные обороты блок 26 через блок 24 опрашивает датчики 7 напряжения и частоты, подключенные по обе стороны автоматического выключателя 3, т.е. на шинах подключаемого агрегата и на соответствующей секции ГРЩ. В случае, если на подключае.мом генераторе оказываются номинальные параметры напряжения и частоты и на секции ГРЩ отсутствует напряжение, блок 26 программного управления вырабатывает команду на включение агрегата на шины ГРЩ без синхронизации. Эта ко.манда проходит через блок 27 фор.мирования команды на соответствующий автоматический выключатель. Если но.минальные параметры присутствуют как на агрегате так и на щинах ГРЩ блок 26 задает приоритет подпрограмме синхронизации. В соответст5 ВИИ с этой подпрограммой блок 24 периодически опрашивает датчики 6 разности фаз напряжений и датчики 7 напряжения и частоты. В случае допустимых отклонений по разности частот, напряжений и фаз источников производится уравнивание указанных параметров но цепям воздействия через блок 29 на регуляторы скорости синхронизируе.мых генераторов. После уравнивания частоты и фаз блоком 25 вырабатывается команда на включение соответствующего авто.матического выключателя с постоянным временем опережения .момента синхронизма, равным времени срабатывания автоматического выключения.

После синхронизации генераторов в соответствии с алгоритмом ввода источника

получает приоритет подпрограмма распределения активны.х нагрузок между параллельно работаюпдими генераторами. По этой подпрограмме блоком 24 опрашиваются датчики 8 активной мощности, включенные на

5 тины каждого работающего генератора. В зависимости от соотношения активных мощностей генераторов, которое вычисляется в блоке 24 и сравнивается с допустимым рассогласованием в блоке 25, осуп ествляется воздействие на регулятор скорости соответствующего агрегата (тем самым уменьшается величина рассогласования по нагрузке). Наряду с распределением нагрузок устройство непрерывно следит за наличием перегрузок в системе по активной и полной мощности и в случае выявления перегрузок вы5рабатывает команду через блок 28 на отключение второстепенных потребителей.

Одновременно с операциями, обладающими приоритетом {токовая защита от перегрузок, синхрон1 зацця, распределение активных мощностей) устройство осуществляет обегающий контроль всех датчиков и анализирует тенденцию изменения во времени основных параметров установки. Например, периодический контроль отклонения частоты работающих генераторов позволяет стабилизировать частоту путем воздействия на регулятор скорости в функции отклонения. Обработка результатов измерений по заданным алгоритмам и аналитическим зависимостям позволяет осуществлять диагностику

Q состояния установки, прогнозировать возможные неисправности и давать советы оператору в сл)чае необ.чоди.мости его вмешательства в процесс управления. Например, контроль тенденции изменения во времени величины сопротивления изоляции сети позволяет вовремя отключать неисправпые участки до возможного наступления электрического пробоя и возникновения aBapnii.

Обобцд.енная сигнализация (как предупредительная, так и аварийная) поступает

на блок 31 сигнализации и контроля от блока 30 формирования информации.

Построение управления, контроля и защиты электроэнергетических установок с использованием нредложенного устройства позволит отказаться от решающей части функциональных устройств электроавтоматики, что дает существенный выигрыш в элементной базе, надежности эксплуатации, потребляемой мощности, стоимости проектирования и изготовления, а также в улучшении условий обслуживания. Кроме того, появляется возможность использования онтимальных законов регулирования и управления элементами системы, изменяющихся в зависимости -от изменения схе.мы генерирования, параметров агрегатов и регуляторов, что позволит перейти от проектирования сложных систем автоматизации к решению более эффективной задачи программирования управления распределение.м электроэнергии.

Формула изобретения

Устройство для управления и контроля автономной электроэнергетической установки, содержащее датчики разности фаз, активных мощностей, сопротивления изоляции, напряжения и частоты и по.чожеиия автоматических выключателей, входы которых служат для подключения к соответствующим участкам установки, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и оперативности управления, оно сиабжеио согласующим блоком, переключателем режимов, блоком дистанционного управления, блоком преобразования информации и цифровым реп1ающим блоком, включающим в себя блоки памяти разности фаз, активных мощностей, сопротивления изоляции, напряжения и частоты, положения автоматических выключателей, режимов работы установки, блок вычисления отклонения параметров, блок сравнения отклонений нараметров с допусти.мыми значениями, блок программного унравления, блок формирования команд на автоматические выключатели, на разгрузку генераторов, воздействия на регуляторы скорости, на вывод информации, блоки памяти номинальных значений параметров и допустимых отклонений параметров системы, причем выходы датчиков и переключателя режимов через согласующий блок и блок преобразования информации подключены к соответствующим блокам памяти цифрового решающего блока, выходы и входы блока дистанционного управления служат для подключения через согласующий блок к управляемым элементам устано&ки, входы блока вычисления отклонений нараметров по информационным каналам подключены к вь ходам блоков памяти разности фаз, активных мощностей, сопротивления изоляции, напряжения и частоты, номир альиых значений параметров, а вход управления этого блока подключен к выходу б.юка программного управления, входы которого подключены к выхода.м блоков памяти нанряжения и частоты, положения автоматических выключателей, режимов работы, выходы блока программного управления ,чючены

„ к блоку формирования команд на автоматические выключатели и к блоку сравнения отклонений параметров с допуст; мы.ми значениями, другие входы которого подключены к выходу блока памяти допусти.мых отклонений нараметров и к выходу б.юка вычисления отклонений параметрог5, а выходы блока сравнения через блоки (ормировагщя команд на автомагические вы.ключатели, на разгрузку генераторов, воздействия на регуляторы скорости и на вывод информации служат для подключения к соответствующим

у н р а в л я е м ы м э л е м е нт а м у с т а н о в к и.

Источники информации,принятые во внимание ири экспертизе

1. Константинов В. М. Систе.мы и устройства авто.матизации судовых электроэнергетических установок. «Судостроение, 1972, с. 205-235.

I

n

f