RU2731127C1 - Method of protecting autonomous power plant network - Google Patents
Method of protecting autonomous power plant network Download PDFInfo
- Publication number
- RU2731127C1 RU2731127C1 RU2019118214A RU2019118214A RU2731127C1 RU 2731127 C1 RU2731127 C1 RU 2731127C1 RU 2019118214 A RU2019118214 A RU 2019118214A RU 2019118214 A RU2019118214 A RU 2019118214A RU 2731127 C1 RU2731127 C1 RU 2731127C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- load
- inputs
- network
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/06—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Protection Of Generators And Motors (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для защиты судовых электростанций.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to protect ship power plants.
Известен способ защиты сети автономной электростанции при параллельной работе генераторных агрегатов (ГА), согласно которому при переходе ГА в двигательный режим он отключается от сети с заранее заданной выдержкой времени (Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы: Учебник-5-e изд., перераб. и доп. - Ленинград, Судостроение, 1987. - 272 с. (стр. 13). Величина выдержки времени, на которую блокируется сигнал отключения ГА, определяется составом и режимом работы потребителей электроэнергии и служит для того, чтобы избежать ошибочного уменьшения генерируемой мощности при переходных режимах, связанных с включением дополнительного ГА на параллельную работу, отключением мощных потребителей, рекуперацией электроэнергии и т.д. В соответствии с Правилами Российского Морского Регистра Судоходства (РМРС) выдержка времени может достигать 10 с.There is a known method of protecting the network of an autonomous power plant with parallel operation of generator units (GA), according to which, when the GA switches to motor mode, it is disconnected from the network with a predetermined time delay (Yakovlev G.S. Marine electric power systems: Textbook-5th ed., revised and supplemented - Leningrad, Sudostroenie, 1987. - 272 pp. (p. 13) The time delay for which the GA switch-off signal is blocked is determined by the composition and operation mode of electricity consumers and serves to avoid an erroneous decrease in the generated power during transient modes associated with the inclusion of an additional HA for parallel operation, disconnection of powerful consumers, energy recovery, etc. In accordance with the Rules of the Russian Maritime Register of Shipping (RMRS), the time delay can reach 10 s.
Однако в этом случае при переходе ГА в двигательный режим по причине неисправности, например, при выходе из строя системы подачи топлива в дизель, этот агрегат будет дополнительно нагружать сеть на величину собственных потерь, превышающую 20% от его номинальной мощности в течение времени задержки, что может привести к перегрузке оставшихся работоспособными ГА и отключению их от сети, обесточиванию судна и потере его управляемости.However, in this case, when the GA switches to the engine mode due to a malfunction, for example, if the fuel supply system to the diesel engine fails, this unit will additionally load the network by the value of its own losses exceeding 20% of its rated power during the delay time, which can lead to an overload of the remaining operational HA and their disconnection from the network, power outage of the vessel and loss of its controllability.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому решению является способ защиты сети автономной электростанции с параллельно работающими источниками электроэнергии (ИЭ) путем аварийного отключения от сети неисправного ИЭ (патент RU №2653706, МПК Н02Н 3/12, опубл. 14.05.2018). Способ заключается в том, что для установления неисправности ИЭ непрерывно контролируют рабочее состояние каждого ИЭ по переходу его в двигательный режим, при этом для установления неисправности ИЭ дополнительно проверяют электроэнергетическое состояние сети и при наличии в сети рекуперации электроэнергии от потребителей электроэнергии делают вывод об исправности ИЭ. В противном случае делают вывод о неисправности ИЭ. При этом при переходе ИЭ в двигательный режим формируют сигнал отключения ИЭ от сети, а при наличии рекуперации энергии от потребителей энергии формируют сигнал блокировки отключения ИЭ от сети, при этом при наличии обоих сигналов блокируют отключение ИЭ, а при наличии только сигнала отключения ИЭ от сети отключают ИЭ. Данный способ позволяет обеспечить эффективную защиту сети автономной электростанции, в составе которой работают потребители, отдающие электроэнергию в сеть в процессе торможения, например, электродвигатели грузоподъемных механизмов-кранов, лебедок.The closest analogue to the proposed solution is a method of protecting the network of an autonomous power plant with parallel operating sources of electricity (IE) by emergency disconnection from the network of a faulty IE (patent RU No. 2653706, IPC
Недостатком способа является возможность его применения только в автономных электроэнергетических системах, основными потребителями электроэнергии в которых являются грузоподъемные механизмы, работающие с рекуперацией электроэнергии в сеть.The disadvantage of this method is the possibility of its use only in autonomous electric power systems, the main consumers of electricity in which are lifting mechanisms operating with energy recovery in the network.
Заявляемое изобретения решает проблему расширения функциональных возможностей способа за счет защиты сетей автономных электростанций, не имеющих в своем составе потребителей, работающих с рекуперацией электроэнергии в сеть.The claimed invention solves the problem of expanding the functionality of the method by protecting the networks of autonomous power plants that do not include consumers working with energy recovery into the network.
Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в способе защиты сети автономной электростанции при параллельной работе генераторных агрегатов (ГА), также как в прототипе, путем отключения ГА, перешедшего в двигательный режим работы, в отличие от прототипа, отключение указанного ГА блокируется в случае, если нагрузка сети меньше заданного значения. При этом для определения времени действия блокировки отключения указанного ГА. измеряют суммарную нагрузку сети (Р сумм.), сравнивают полученную величину с заданным значением нагрузки (Р зад.) и в случае, когда выполнено условие Р сумм. < Р зад. формируют сигнал блокировки отключения указанного ГА, в противном случае блокировка не осуществляется и ГА отключается от сети.To solve this problem, the following set of essential features is used: in the method of protecting the network of an autonomous power plant during parallel operation of generating sets (GA), as well as in the prototype, by turning off the GA that has switched to the motor mode of operation, unlike the prototype, the shutdown of the specified GA is blocked in if the network load is less than the set value. In this case, to determine the duration of the blocking shutdown of the specified GA measure the total load of the network (P sum.), compare the resulting value with the given value of the load (P back.) and in the case when the condition P sums. <P ass. generate a signal for blocking the shutdown of the specified HA, otherwise the blocking is not carried out and the HA is disconnected from the network.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в следующем. В соответствии с Правилами РМРС точность распределения активных нагрузок одинаковых агрегатов на современных судах составляет 15% от номинальной мощности (Р ном.) одного ГА в диапазоне номинальной нагрузки (Р ном. сумм.) электростанции (суммы номинальных нагрузок всех работающих в данный момент ГА) в диапазоне от 20 до 100% Р ном. сумм., а в диапазоне от 0 до 20% от Р ном. сумм, эта величина Регистром не нормируется и на практике составляет 40% от Р ном. одного ГА и более. Этим объясняется то, что при работе электростанции в режиме малых нагрузок возможна ситуация, когда все ГА исправны, но хотя бы один из них перешел в двигательный режим. В таком случае применение способа, принятого за прототип, приведет к немедленному отключению работоспособного ГА, так как нет рекуперации электроэнергии в сеть, а применение способа, описанного в монографии Яковлева Г.С. «Судовые электроэнергетические системы»: Учебник-5-e изд., перераб. и доп. - Ленинград, Судостроение, 1987. - 272 с. (стр. 13) к отключению через выдержку времени. В связи с этим в случаях, когда суммарная нагрузка (Р сумм.) электростанции мала и оказывается меньше, чем заданное значение нагрузки (Р зад.) предлагается блокировать отключение ГА, перешедшего в двигательный режим. Величина Р зад. зависит от типа ГА и определяется величиной потерь и точностью распределения нагрузок. Однако для электростанций, удовлетворяющих требованиям РМРС, упрощенно эта величина может быть принята, например, 20% от номинальной мощности работающих ГА (Р ном. сумм.). В этом случае при Р сумм. > 0.2 Р ном. сумм, точность распределения активных нагрузок не хуже, чем 15% от Р ном. Тогда при любой загрузке исправных ГА ни один из них не перейдет в двигательный режим, поэтому блокировка отключения не требуется, а перешедший в двигательный режим агрегат неработоспособен и подлежит немедленному отключению. Если же выполняется условие Р сумм. < 0.2 Р ном. сумм., то точность распределения активных нагрузок такова, что возможен переход одного из работоспособных агрегатов в двигательный режим. В этом случае следует заблокировать его отключение от сети. Отметим, что возможна ситуация, когда при выполнении условия Р сумм. < 0.2 Р ном. сумм, произойдет отказ хотя бы одного из ГА и при этом его отключение окажется заблокированным. Однако вероятность наступление такого события не велика, так как с одной стороны отказы ГА происходят редко, а с другой стороны и режим работы со столь малой загрузкой происходит не часто, поэтому совпадение этих событий - величина маловероятная. При этом ввиду столь низкой загрузки переход ГА в двигательный режим и дополнительная нагрузка на работоспособный агрегат не приведут к его перегрузке, а значит и к обесточиванию сети. С увеличением нагрузки условие Р сумм. < 0.2 Р ном. сумм, перестанет выполняться и произойдет отключение от сети неработоспособного ГА.The essence of the invention is as follows. In accordance with the RMRS Rules, the accuracy of the distribution of active loads of identical units on modern ships is 15% of the nominal power (Pnom.) Of one HA in the range of the nominal load (Pnom. Sum) of the power plant (the sum of the nominal loads of all currently operating HA) in the range from 20 to 100% R nom. sum., and in the range from 0 to 20% of P nom. amounts, this value is not standardized by the Register and in practice is 40% of Rnom. one GA or more. This explains the fact that when the power plant is operating in the mode of low loads, a situation is possible when all HUs are in good order, but at least one of them has switched to the motor mode. In this case, the use of the method taken as a prototype will lead to an immediate shutdown of a workable HA, since there is no energy recuperation into the network, and the use of the method described in the monograph by G.S. Yakovlev. "Ship power systems": Textbook-5th ed., Revised. and add. - Leningrad, Shipbuilding, 1987 .-- 272 p. (page 13) timed shutdown. In this regard, in cases where the total load (P sum.) Of the power plant is small and turns out to be less than the specified load value (P set), it is proposed to block the shutdown of the HA, which has switched to the motor mode. The value of P back. depends on the type of GA and is determined by the amount of losses and the accuracy of the distribution of loads. However, for power plants that meet the requirements of the RMRS, this value can be simplified, for example, 20% of the nominal power of the operating HA (R nom. Sum). In this case, at P the sum. > 0.2 P number sums, the accuracy of the distribution of active loads is not worse than 15% of P nom. Then, with any loading of serviceable GAs, none of them will go into motor mode, therefore shutdown blocking is not required, and the unit that has switched to motor mode is inoperative and must be switched off immediately. If the condition P sums. <0.2 R nom. sum., the accuracy of the distribution of active loads is such that the transition of one of the efficient units to the motor mode is possible. In this case, you should block its disconnection from the network. Note that a situation is possible when, when condition P is satisfied, the sums. <0.2 R nom. amounts, at least one of the GAs will fail, and at the same time its shutdown will be blocked. However, the probability of the occurrence of such an event is not high, since on the one hand, GA failures occur rarely, and on the other hand, the mode of operation with such a low load does not occur often, therefore the coincidence of these events is an unlikely value. At the same time, due to such a low load, the transition of the GA into the motor mode and the additional load on the operable unit will not lead to its overload, and therefore to the power outage of the network. With increasing load, the condition P sum. <0.2 R nom. amounts, will cease to be executed and an inoperable GA will be disconnected from the network.
Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом.The proposed method can be implemented as follows.
При переходе в двигательный режим работы хотя бы одного из ГА, работающих параллельно, измеряют суммарную нагрузку сети (Р сумм.), сравнивают полученную величину с заданным значением нагрузки (Р зад.) и в случае, когда выполнено условие Р сумм. < Р зад. формируют сигнал блокировки отключения ГА, перешедшего в двигательный режим работы, в противном случае блокировка не осуществляется и перешедший в двигательный режим ГА отключается от сети.When switching to the motor mode of operation of at least one of the GAs operating in parallel, the total network load (P sum.) Is measured, the resulting value is compared with the specified load value (P set) and in the case when the condition P sum is satisfied. <P ass. a signal for blocking the shutdown of the HA, which has switched to the motor mode of operation, is formed, otherwise the blocking is not carried out and the HA that has passed into the motor mode is disconnected from the network.
Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - расширение функциональных возможностей способа за счет защиты сетей автономных электростанций, не имеющих в своем составе потребителей, работающих с рекуперацией электроэнергии в сеть, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию «новизна».Comparison of the proposed method and the prototype showed that the task at hand - expanding the functionality of the method by protecting the networks of autonomous power plants that do not include consumers working with energy recovery into the network - is solved as a result of a new set of features, which proves the compliance of the proposed invention with the criterion " novelty".
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области электротехники не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «изобретательский уровень».In turn, the conducted information search in the field of electrical engineering did not reveal solutions containing individual distinctive features of the claimed invention, which allows us to conclude that the method meets the criterion of "inventive step".
На Фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предложенный способ.FIG. 1 shows a functional diagram of a device that implements the proposed method.
Устройство (Фиг. 1) содержит по числу ГА: 1.1, 1.2 …. 1.n - блоки формирования сигнала отключения ГА, перешедшего в двигательный режим работы (ФС), 2.1,2.2 … 2.n - логические элементы «И», 3.1,3.2 … 3.n - блоки отключения ГА, 4.1,4.2 … 4.n - датчики активной нагрузки; а также 5 - блок сложения, 6 - блок формирования заданного значения нагрузки и 7 - блок сравнения; при этом выходы блоков ФС - 1.1, 1.2 … 1.n соединены с первыми входами соответствующих логических элементов «И» - 2.1,2.2 … 2.n, выходы которых соединены с входами блоков отключения соответствующих ГА -3.1,3.2 … 3.n, выходы датчиков активной нагрузки - 4.1,4.2 … 4.n соединены с соответствующими входами блока сложения - 5, выход которого соединен с первым входом блока сравнения - 7, выход блока формирования заданного значения нагрузки - 6 соединен со вторым входом блока сравнения - 7, выход которого соединен со вторыми входами логических элементов «И» - 2.1,2.2 … 2.n.The device (Fig. 1) contains the number of HA: 1.1, 1.2 .... 1.n - blocks for generating a signal for switching off the GA, which has switched to the motor mode of operation (FS), 2.1,2.2 ... 2.n - logic elements "I", 3.1,3.2 ... 3.n - blocks for switching off GA, 4.1,4.2 ... 4 .n - active load sensors; and also 5 - addition unit, 6 - unit for generating a given load value and 7 - comparison unit; while the outputs of the FS blocks - 1.1, 1.2 ... 1.n are connected to the first inputs of the corresponding logical elements "AND" - 2.1,2.2 ... 2.n, the outputs of which are connected to the inputs of the shutdown blocks of the corresponding GA -3.1,3.2 ... 3.n, outputs of active load sensors - 4.1,4.2 ... 4.n are connected to the corresponding inputs of the addition unit - 5, the output of which is connected to the first input of the comparison unit - 7, the output of the unit for generating the set load value - 6 is connected to the second input of the comparison unit - 7, the output which is connected to the second inputs of the logic elements "AND" - 2.1,2.2 ... 2.n.
Блоки ФС 1.1, 1.2 … 1.n - известные функциональные блоки, на выходе каждого из которых появляется сигнал логической «1», когда соответствующий ГА переходит в двигательный режим работы. В качестве таких блоков могут служить реле обратной мощности, например RMR-121D с отключенной или установленной на минимальное значение (для защиты от помех) выдержкой времени. Логические элементы «И» 2.1,2.2 … 2.n - известные функциональные блоки, на выходе каждого из которых появляется сигнал логической «1», когда на все его входы поступает сигнал логической «1» и сигнал логического «0», когда хотя бы на одном из его входов - сигнал логического «0». Блоки отключения соответствующих ГА 3.1,3.2 … 3.n - известные функциональные блоки, каждый из которых обеспечивает отключение соответствующего ГА при поступлении сигнала логической «1» на его вход. В качестве такого блока может служить электромагнитное реле, размыкающие контакты которого включены в цепь минимального расцепителя автоматического выключателя ГА. Датчики активной нагрузки 4.1,4.2 … 4.n - известные функциональные блоки, на выходе которых формируется сигналы в виде напряжения постоянного тока, пропорционального величине активной мощности соответствующего ГА (P1, Р2 … Pn). Блок сложения 5 - известный блок, используемый по своему назначению, может быть выполнен как сумматор на базе операционных усилителей. Формирует на своем выходе сигнал, пропорциональный суммарной мощности электростанции (Рсум=Р1+Р2+ …+Pn). Блок формирования заданного значения нагрузки 6 - формирует на своем выходе сигнал, пропорциональный величине Р зад. Для автономных электростанций, в которых количество параллельно работающих ГА не меняется в зависимости от режима работы в качестве этого блока можно использовать источник напряжения заранее заданной величины, соответствующей Р зад. В более общем случае, когда с изменением нагрузки изменяют и количество параллельно работающих ГА, можно использовать блок формирования заданного значения нагрузки, учитывающий число ГА, работающих в данный момент времени. На Фиг. 2 представлена функциональная схема такого блока формирования заданного значения нагрузки. Блок сравнения 7 - известный функциональный блок, на выходе которого появляется сигнал логической «1», когда сигнал на его первом входе больше, чем значение сигнала на втором его входе, может быть выполнен на базе операционных усилителей. Если на первый вход блока сравнения подать сигнал, пропорциональный суммарному значению нагрузки Р сумм, а на второй его вход -заранее вычисленное или определенное в процессе работы, исходя из количества работающих ГА, заданное значение нагрузки Р зад, то на выходе блока сравнения 7 формируется сигнал логической «1», когда выполняется условие Р сумм. > Р зад. и сигнал логического «0», когда Р сумм. < Р зад.FS blocks 1.1, 1.2 ... 1.n are known functional blocks, at the output of each of which a logical "1" signal appears when the corresponding HA switches to the motor mode of operation. Reverse power relays, for example RMR-121D with disconnected or set to the minimum value (to protect against interference) time delay, can serve as such units. Logic elements "AND" 2.1,2.2 ... 2.n are known functional blocks, at the output of each of which a logical "1" signal appears when all its inputs receive a logical "1" signal and a logical "0" signal, when at least at one of its inputs - a logical "0" signal. Blocks for shutting down the corresponding HA 3.1,3.2 ... 3.n are known functional blocks, each of which ensures the shutdown of the corresponding HA when a logical "1" signal arrives at its input. An electromagnetic relay can serve as such a unit, the opening contacts of which are included in the minimum release circuit of the GA circuit breaker. Active load sensors 4.1,4.2 ... 4.n are known functional blocks, at the output of which signals are generated in the form of a DC voltage proportional to the active power of the corresponding GA (P1, P2 ... Pn). Adding unit 5 - a well-known unit used for its intended purpose, can be performed as an adder based on operational amplifiers. It generates at its output a signal proportional to the total power of the power plant (Рсум = Р1 + Р2 +… + Pn). The unit for generating a given load value 6 - generates at its output a signal proportional to the value of P back. For autonomous power plants, in which the number of parallel operating HA does not change depending on the operating mode, as this unit, you can use a voltage source of a predetermined value corresponding to P ass. In a more general case, when the number of parallel operating HA is changed with a change in the load, it is possible to use a unit for generating a given load value, taking into account the number of HA operating at a given time. FIG. 2 shows a functional diagram of such a block for generating a given load value.
Блок формирования заданного значения нагрузки, функциональная схема которого представлена на Фиг. 2, содержит по числу ГА: датчики работы ГА 8.1,8.2 … 8.n, управляемые ключи 9.1,9.2 … 9.n, блок памяти 10, второй блок сложения 11 и блок умножения 12; причем выходы датчиков работы ГА 8.1,8.2 … 8.n соединены с управляющими входами соответствующих управляемых ключей 9.1,9.2 … 9.n; выход блока памяти 10 соединен с информационными входами всех управляемых ключей 9.1,9.2 … 9.n, выходы которых соединены с соответствующими входами второго блока сложения 11, выход второго блока сложения 11 соединен с входом блока умножения 12, выход которого является выходом блока формирования заданного значения нагрузки 6 (Фиг. 1).The unit for generating the set load value, the functional diagram of which is shown in FIG. 2, contains by the number of GAs: GA operation sensors 8.1,8.2 ... 8.n, controlled keys 9.1,9.2 ... 9.n,
Датчики работы ГА 8.1,8.2 … 8.n - известные функциональные блоки, формирующие на своем выходе сигнал логической «1», если соответствующий ГА работает и сигнал логического «0», если он не работает. В качестве этих блоков могут служить блок контакты автоматических выключателей ГА, которые замыкаются в момент включения генераторов на параллельную работу. Управляемые ключи 9.1,9.2 … 9.n - известные функциональные блоки, на выходе каждого из которых появляется сигнал, поданный на его информационный вход, когда на его управляющий вход поступил сигнал логической «1». Такие ключи могут быть выполнены, например, на базе полевых транзисторов (Воловиков В.А. Схемотехника электронных устройств судовой автоматики. Учебное пособие. 1986 г., с. 61, рис. 27). Блок памяти 10 - известный функциональный блок, на выходе которого сохраняется сигнал, пропорциональный величине Р ном. В качестве такого блока может быть использован делитель напряжения, с которого снимается сигнал, пропорциональный Р ном. Второй блок сложения 11 - известный блок, применяемый по прямому назначению, может быть выполнен на базе операционных усилителей. Блок умножения 12 - известный функциональный блок, используемый по прямому назначению. Может быть выполнен на базе операционных усилителей и работать с коэффициентом усиления К, величина которого для судовых электростанций может быть выбрана, например, равной 0,2 (К=0,2).GA operation sensors 8.1,8.2… 8.n are known functional blocks that generate a logical "1" signal at their output if the corresponding GA is working and a logical "0" signal if it does not work. As these blocks can serve as a block of contacts of automatic switches GA, which are closed at the moment the generators are switched on for parallel operation. Controlled keys 9.1, 9.2 ... 9.n are known functional blocks, at the output of each of which a signal appears, applied to its information input, when a logical "1" signal is received at its control input. Such keys can be made, for example, on the basis of field-effect transistors (Volovikov VA Circuitry of electronic devices of ship automation. Textbook. 1986, p. 61, Fig. 27).
Блок формирования заданного значения нагрузки, функциональная схема которого представлена на Фиг. 2, работает следующим образом. Допустим, что в данный момент работают ГА1, ГА2 … ГА j, тогда на управляющие входы управляемых ключей 9.1,9.2 … 9.j поступает сигнал логической «1» с датчиков работы ГА 8.1,8.2 … 8.j. В этом случае управляемые ключи 9.1,9.2 … 9.j откроются и из блока памяти 10 через их информационные входы на выходы, а затем на соответствующие 1,2 … j-ый входы второго блока сложения 11 поступят сигналы, соответствующие Р ном на каждый вход, следовательно, на выходе второго блока сложения 11, появится сигнал, соответствующий jP ном. = Р ном. сумм. Этот сигнал поступает на вход блока умножения 12, где умножается на коэффициент К и на выходе блока вычисления заданного значения нагрузки формируется сигнал, пропорциональный Р зад = КjP ном. (20% от Р ном. сумм).The unit for generating the set load value, the functional diagram of which is shown in FIG. 2 works as follows. Let us assume that GA1, GA2 ... GA j are currently operating, then a logical “1” signal is received from the GA operation sensors 8.1,8.2 ... 8.j to the control inputs of the controlled keys 9.1, 9.2 ... 9.j. In this case, the controlled keys 9.1, 9.2 ... 9.j will also open from the
Устройство (Фиг. 1) работает следующим образом. При переходе одного или нескольких ГА (например ГА1,ГА2… ГАm) в двигательный режим работы, на выходах соответствующих блоков ФС 1.1,1.2 … 1.m появляются сигналы логической «1» и поступают на первые входы соответствующих логических элементов «И» 2.1.2.2 … 2.m. С выходов датчиков активной нагрузки 4.1,4.2 … 4.n сигналы, пропорциональные нагрузке всех ГА, поступают на соответствующие входы блока сложения 5, где суммируются и на его выходе формируется сигнал, пропорциональный суммарной нагрузке электростанции Р сумм. Сигнал Р сумм, поступает на первый вход блока сравнения 7, на второй вход которого поступает сигнал Р зад. с выхода блока формирования заданного значения нагрузки 6. Если нагрузка электростанции мала и Р сумм. < Р зад., то на выходе блока 7 появляется сигнал логического «0» и поступает на входы всех логических элементов «И» 2.1.2.2 … 2.n, в том числе и на входы 2.1.2.2 … 2.m, а значит на выходах всех логических элементов «И» 2.1.2.2 … 2.n сохранятся сигналы логического «0», отключение ГА не произойдет. Если же нагрузка электростанции достаточно велика и будет выполнено условие Р сумм. > Р зад., то на выходе блока сравнения 7 появится сигнал логической «1» и поступит на вторые входы всех логических элементов «И» 2.1.2.2 … 2.n.Так как на оба входа логических элементов «И» 2.1.2.2 … 2.m поступят сигналы логической «1», то на их выходах также сформируются сигналы логической «1» и поступят на входы соответствующих блоков отключения ГА 3.1,3.2 … 3.m, которые отключат ГА1, ГА2 … ГАm.The device (Fig. 1) works as follows. When one or more HA (for example, HA1, HA2 ... HAm) switches to the motor mode of operation, signals of a logical "1" appear at the outputs of the corresponding FS 1.1,1.2 ... 1.m blocks and go to the first inputs of the corresponding logical elements "AND" 2.1. 2.2 ... 2.m. From the outputs of the active load sensors 4.1,4.2 ... 4.n signals proportional to the load of all HA are fed to the corresponding inputs of the
Пример реализации способа.An example of the implementation of the method.
В качестве примера рассмотрим судовую электростанцию, в которой количество работающих параллельно ГА не меняется. В настоящее время эта ситуация встречается довольно часто. Так, когда на судне имеется три ГА, то, как правило, для обеспечения электроэнергией потребителей во всех режимах достаточно работы двух из них, а третий выполняет роль резервного агрегата на случай выхода из строя одного из работающих. Допустим, что в составе автономной электростанции имеются три ГА (ГА1, ГА2, ГА3) с одинаковой номинальной мощностью по 500 кВт каждый. И пусть работают только два из них ГА1 и ГА2, а ГА3 находится в резерве. Для этого случая определим Р зад. как 20% от номинальной мощности двух работающих ГА, а именно: Р зад = 0,2×(Р1ном+Р2ном) = 0.2×(500+500) = 200 кВт. Предположим, что нагрузка ГА1 составляет 180 кВт (Р1=180 кВт), а ГА2 перешел в двигательный режим и успел нагрузить сеть только на 0,5 кВт (Р2=-0,5 кВт). В этот момент на выходе блока ФС 1.2 появится сигнал логической «1», который поступит на первый вход логического элемента «И» 2.2. С выходов датчиков активной нагрузки 1.1 и 1.2 сигналы, пропорциональные нагрузкам первого и второго ГА (180 кВт и -0,5 кВт соответственно) поступают на первый и второй входы блока сложения 5, на выходе которого появляется сигнал, пропорциональный суммарному значению нагрузки судовой электростанции Р сумм. = 179,5 кВт. Этот сигнал приходит на первый вход блока сравнения 7, на второй вход которого поступает сигнал Рзад.=200кВт с выхода блока формирования заданного значения нагрузки 6. Так как Р сумм. < Р зад. (179,5<200), то на выходе блока сравнения 7 формируется сигнал логического «0» и поступает на вторые входы логических элементов «И» 2.1,2.2 и 2.3. На выходах всех логических элементов «И» - сигнал логического «0», который поступает на входы всех блоков отключения ГА 3.1,3.2.3.3, а значит, отключения ГА не происходит. Хотя ГА2 и перешел в двигательный режим, его отключение блокируется.As an example, let us consider a ship power plant, in which the number of hydroelectric units operating in parallel does not change. Nowadays, this situation is quite common. So, when there are three HUs on the ship, then, as a rule, to provide electricity to consumers in all modes, it is enough to operate two of them, and the third acts as a backup unit in case one of the working ones fails. Let us assume that the autonomous power plant includes three HA (HA1, HA2, HA3) with the same rated power of 500 kW each. And let only two of them work, GA1 and GA2, while GA3 is in reserve. For this case, we define P ass. as 20% of the rated power of two working HA, namely: P back = 0.2 × (P1nom + P2nom) = 0.2 × (500 + 500) = 200 kW. Suppose that the load of GA1 is 180 kW (P1 = 180 kW), and GA2 switched to the motor mode and managed to load the network only by 0.5 kW (P2 = -0.5 kW). At this moment, a logical "1" signal will appear at the output of the FS 1.2 block, which will go to the first input of the logical element "AND" 2.2. From the outputs of active load sensors 1.1 and 1.2, signals proportional to the loads of the first and second GA (180 kW and -0.5 kW, respectively) are fed to the first and second inputs of the
Но существуют судовые электростанции, в которых при разных режимах эксплуатации предусмотрена параллельная работа разного числа ГА.But there are ship power plants in which, under different operating modes, the parallel operation of a different number of GAs is provided.
В качестве примера рассмотрим судовую электростанцию, в составе которой имеются четыре ГА (ГА1, ГА2, ГА3 и ГА4) с номинальной мощностью по 500 кВт каждый (Рном1=Рном2=Рном3=Рном4=500 кВт), но в данный момент работают только три ГА (ГА1, ГА2 и ГА4). Допустим, что нагрузка электростанции снизилась до 200 кВт. При этом нагрузка ГА1 составила 120 кВт (Р1=120 кВт), нагрузка ГА2 составила 110 кВт (Р2=110 кВт), а ГА4, хотя и остался работоспособным, но перешел в двигательный режим работы и нагрузил сеть на 30 кВт (Р4=- 30 кВт). В этом случае на выходе блока ФС 1.4 (Фиг. 1) появится сигнал логической «1» и поступит на первый вход логического элемента «И» 2.4. На выходе датчиков активной нагрузки появятся сигналы, пропорциональные нагрузке соответствующих ГА, а именно: на выходе 4.1=120 кВт, выходе 4.2=110 кВт, выходе 4.3=0 кВт, а на выходе 4.4=- 30 кВт. Эти сигналы поступят на первый, второй, третий и четвертый входы блока сложения 5, где суммируются и на его выходе появится сигнал, пропорциональный суммарному значению нагрузки Р сумм. = (120+110+0-30) = 200 кВт и поступит на первый вход блока сравнения 7. Так как в этот момент работают ГА1, ГА2 и ГА4, то на выходах соответствующих им блоков работы ГА 8.1,8.2 и 8.4 блока формирования заданного значения нагрузки (Фиг. 2) сформирован сигнал логической «1», а на выходе блока 8.3 - сигнал логического «0». Эти сигналы поступают на управляющие входы управляемых ключей 9.1,9.2,9.3 и 9.4. Так как на управляющие входы 9.1,9.2 и 9.4 поступает сигнал логической «1», то эти ключи открываются и из блока памяти 10 через их информационные входы на выходы поступают сигналы, пропорциональные номинальному значению ГА Рном1=Рном2=Рном4=500 кВт. С выходов управляемых ключей 9.1,9.2 и 9.4 указанные сигналы поступают на первый, второй и четвертый входы второго блока сложения 11, где суммируются и сигнал, пропорциональный 1500 кВт, поступает на вход блока умножения 12, где умножается на К=0,2 и на выходе блока формирования заданного значения нагрузки 6 (Фиг. 1) появляется сигнал, пропорциональный Р зад. = 300 кВт и поступает на второй вход блока сравнения 7. Так как нагрузка электростанции мала и Р сумм. < Р зад. (200<300), то на выходе блока сравнения 7 формируется сигнал логического «0» и поступает на вторые входы всех блоков «И» 2.1, 2.2, 2.3 и 2.4, на их выходах формируется сигнал логического «0», отключение перешедшего в двигательный режим работы ГА4 блокируется, он не отключается от сети.As an example, consider a ship power plant, which includes four GAs (GA1, GA2, GA3 and GA4) with a rated power of 500 kW each (Pnom1 = Pnom2 = Pnom3 = Pnom4 = 500 kW), but at the moment only three GAs are operating (GA1, GA2 and GA4). Let's say that the power plant load has dropped to 200 kW. At the same time, the load of GA1 was 120 kW (P1 = 120 kW), the load of GA2 was 110 kW (P2 = 110 kW), and GA4, although it remained operational, switched to a motor mode of operation and loaded the network by 30 kW (P4 = - 30 kW). In this case, a logical "1" signal will appear at the output of the FS 1.4 block (Fig. 1) and will go to the first input of the logical element "AND" 2.4. At the output of the active load sensors, signals will appear proportional to the load of the corresponding GA, namely: at the output 4.1 = 120 kW, output 4.2 = 110 kW, output 4.3 = 0 kW, and at the output 4.4 = - 30 kW. These signals will go to the first, second, third and fourth inputs of the
Отметим, что применение способа, принятого за прототип, приведет к мгновенному отключению работоспособного ГА4, так как в этот момент не было рекуперации электроэнергии в сеть. Использование способа, представленного в (Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы: Учебник-5-e изд., перераб. и доп. - Ленинград, Судостроение, 1987. - 272 с. ил. (стр. 13) тоже приведет к отключению ГА4, но только через выдержку времени.Note that the application of the method taken as a prototype will lead to an instant shutdown of the operable GA4, since at that moment there was no electricity recuperation into the network. The use of the method presented in (Yakovlev G.S. Ship electric power systems: Textbook-5th ed., Revised and additional - Leningrad, Sudostroenie, 1987. - 272 p. Ill. (P. 13) will also lead to a shutdown GA4, but only after a time delay.
Если нагрузка сети достаточно велика, например, составит 400 кВт, то в этом случае в установившемся режиме работы работоспособные ГА распределяют нагрузку с точностью не менее 15% от Р ном, поэтому ни один из них не может перейти в двигательный режим работы. В этом случае, если ГА4 неработоспособен и в момент перехода в двигательный режим нагрузил сеть, допустим, на 1 кВт (Р4=-1 кВт), что фактически может произойти из-за защиты от помех в блоке ФС 1.4, и предположим при этом, что нагрузка ГА1 составит 220 кВт (Р1=220 кВт), а нагрузка ГА2 составит 181 кВт (Р2=181 кВт). В этом случае на выходе блока 1.4 также появится сигнал логической «1» и поступит на первый вход логического элемента «И» 2.4. Сигналы, пропорциональные нагрузке ГА суммируются в блоке сложения 5 и на его выходе появится сигнал, пропорциональный 400 кВт (Р сумм. = Р1+Р2+ +Р4=220 кВт +181 кВт-1 кВт=400 кВт), который поступит на первый вход блока сравнения 7, на второй вход которого, как и в предыдущем случае поступит сигнал Р зад, пропорциональный 300 кВт (Р зад = 300 кВт). Так как Р. сумм. > Р. зад. (400>300), то на выходе блока сравнения 7 появляется сигнал логической «1», который поступает на вторые входы логических элементов «И» 2.1,2.2,2.3 и 2.4. Вследствие того, что на первый и второй входы логического элемента «И» 2.4 поступил сигнал логической «1», на его выходе - тоже сигнал логической «1», который поступает на вход блока отключения 3.4 и ГА4 отключается от сети.If the network load is large enough, for example, it will be 400 kW, then in this case, in the steady-state mode of operation, workable GAs distribute the load with an accuracy of at least 15% of Pnom, therefore none of them can switch to the motor mode of operation. In this case, if GA4 is inoperative and at the time of the transition to the motor mode, it loaded the network, say, by 1 kW (P4 = -1 kW), which in fact can happen due to protection against interference in the FS 1.4 unit, and suppose in this case, that the load of GA1 will be 220 kW (P1 = 220 kW), and the load of GA2 will be 181 kW (P2 = 181 kW). In this case, a logical "1" signal will also appear at the output of block 1.4 and go to the first input of the logical element "AND" 2.4. Signals proportional to the HA load are summed up in the
При использования устройства, реализующего способ, принятый за прототип, отключение неработоспособного ГА4 произойдет в то же время, а при реализации способа, описанного в (Яковлев Г.С. Судовые электроэнергетические системы: Учебник-5-e изд., перераб. и доп. - Ленинград, Судостроение, 1987.-272 с. ил. (стр. 13)) отключение произойдет только через выдержку времени, что в случае большой загрузки может привести к перегрузке сети.When using a device that implements the method taken as a prototype, the disconnection of the inoperative GA4 will occur at the same time, and when implementing the method described in (Yakovlev G.S. Ship electric power systems: Textbook-5th ed., Revised and add. - Leningrad, Sudostroenie, 1987.-272 pp. Ill. (P. 13)) shutdown will occur only after a time delay, which in case of heavy load can lead to network overload.
Предположим теперь, что в составе электростанции также имеются четыре ГА с номинальной мощностью по 500 кВт каждый, но параллельно работают только два из них - ГА1 и ГА4. Пусть суммарная нагрузка электростанции составит 90 кВт, при этом ГА1 будет нагружен на 91 кВт (Р1=91 кВт), а ГА4 перешел в двигательный режим и нагрузил сеть на 1 кВт (Р4=-1 кВт). В этом случае на выходе блока ФС 1.4 (Фиг. 1) будет сформирован сигнал логической «1», который поступит на первый вход логического элемента «И» 2.4. Сигналы, пропорциональные Р1 и Р4 с выходов датчиков активной нагрузки 4.1 и 4.4 поступят на первый и четвертый входы блока сложения 5, на выходе которого появится сигнал, пропорциональный суммарной активной нагрузке электростанции Р сум = 90 кВт и поступит на первый вход блока сравнения 7. Так как работают ГА1 и ГА4, то (Фиг. 2) сформированные на выходах блоков работы 8.1 и 8.4 сигналы логической «1» поступают на управляющие входы первого и четвертого управляемых ключей 9.1 и 9.4, которые открываются и от блока памяти 10 через информационные входы на их выходы поступают сигналы, пропорциональные номинальному значению мощности ГА и передаются на первый и четвертый входы второго блока сложения 11 (сигналы, пропорциональные 500 кВт поступают на первый и четвертый входы блока сложения 11). На выходе блока сложения 11 формируется сигнал, пропорциональный 1000 кВт и поступает на вход блока умножения 12, где умножается на коэффициент К=0,2. С выхода блока умножения 12 сигнал, пропорциональный заданному значению нагрузки Рзад. = 200 кВт поступает на второй вход блока сравнения 7 (Фиг. 1). Так как Р сумм. < Р зад. (90<200), то на выходе блока сравнения - сигнал логического «0», который поступает на вторые входы всех логических элементов «И» 2.1,2.2,2.3. и 2.4, на их выходах - сигнал логического «0», отключение перешедшего в двигательный режим агрегата блокируется. Из приведенных примеров видно, что с изменением количества работающих параллельно ГА изменяется значение сигнала Р зад.Suppose now that the power plant also has four HA with a rated power of 500 kW each, but only two of them are operating in parallel - HA1 and HA4. Let the total load of the power plant be 90 kW, while GA1 will be loaded by 91 kW (P1 = 91 kW), and GA4 has switched to the motor mode and loaded the network by 1 kW (P4 = -1 kW). In this case, the output of the FS 1.4 block (Fig. 1) will generate a logical "1" signal, which will go to the first input of the logical element "AND" 2.4. Signals proportional to P1 and P4 from the outputs of active load sensors 4.1 and 4.4 will go to the first and fourth inputs of the
Предлагаемое изобретение было создано в составе научно-исследовательских работ, проводимых в Котласском филиале ФБГОУ ВО «Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова». Были произведены расчеты, показавшие возможность использования заявляемого способа в судовых энергетических установках и электроэнергетических системах, что с учетом выше изложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.The proposed invention was created as part of research work carried out in the Kotlas branch of the FBGOU VO "State University of Maritime and River Fleet named after Admiral S.O. Makarov ". Calculations were made that showed the possibility of using the proposed method in ship power plants and electric power systems, which, taking into account the above, allows us to conclude about the possibility of its industrial application.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019118214A RU2731127C1 (en) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | Method of protecting autonomous power plant network |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019118214A RU2731127C1 (en) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | Method of protecting autonomous power plant network |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2731127C1 true RU2731127C1 (en) | 2020-08-31 |
Family
ID=72421647
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019118214A RU2731127C1 (en) | 2019-06-10 | 2019-06-10 | Method of protecting autonomous power plant network |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2731127C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2785561C1 (en) * | 2022-01-31 | 2022-12-08 | Николай Викторович Широков | Method for preventive control of autonomous electric power system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4047097A (en) * | 1976-04-15 | 1977-09-06 | Westinghouse Electric Corporation | Apparatus and method for transient free energization and deenergization of static VAR generators |
WO2001082444A1 (en) * | 2000-04-20 | 2001-11-01 | The Power Generation Company Ltd. | Generator protection apparatus |
RU2449447C2 (en) * | 2007-10-26 | 2012-04-27 | РОЛЛС-РОЙС Пи-Эл-Си, Великобритания | Layouts of electric generators |
US20160281684A1 (en) * | 2013-11-05 | 2016-09-29 | Openhydro Ip Limited | Turbulence protection system and method for turbine generators |
-
2019
- 2019-06-10 RU RU2019118214A patent/RU2731127C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4047097A (en) * | 1976-04-15 | 1977-09-06 | Westinghouse Electric Corporation | Apparatus and method for transient free energization and deenergization of static VAR generators |
WO2001082444A1 (en) * | 2000-04-20 | 2001-11-01 | The Power Generation Company Ltd. | Generator protection apparatus |
RU2449447C2 (en) * | 2007-10-26 | 2012-04-27 | РОЛЛС-РОЙС Пи-Эл-Си, Великобритания | Layouts of electric generators |
US20160281684A1 (en) * | 2013-11-05 | 2016-09-29 | Openhydro Ip Limited | Turbulence protection system and method for turbine generators |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2785561C1 (en) * | 2022-01-31 | 2022-12-08 | Николай Викторович Широков | Method for preventive control of autonomous electric power system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Magdy et al. | Microgrid dynamic security considering high penetration of renewable energy | |
RU2653361C1 (en) | Method of automatic discharge of the electric power system with parallely operating generator units | |
CN109494869A (en) | A kind of atomic-powered ship electric system | |
RU2731127C1 (en) | Method of protecting autonomous power plant network | |
Zhao et al. | Relay protection based on multi-agent system | |
Gomez et al. | Distributed generation: Exploitation of islanding operation advantages | |
RU188256U1 (en) | Power supply control device for an industrial energy district with distributed generation sources during a short circuit on a redundant section of substation buses | |
Yusuf et al. | Study of blackout prevention of a power system | |
Silva et al. | Protection elements for self-healing microgrids using only local measurements | |
RU2681522C1 (en) | Method of protection of the ship electric power system | |
RU2816507C1 (en) | Method for protection of ship electric power system against overload | |
RU2731756C1 (en) | Method for preventive control of generator unit switching off | |
RU2736880C1 (en) | Method for preventive unloading of independent electric power system | |
RU2739364C1 (en) | Method for preventive control of ship electric power system | |
RU2702730C1 (en) | Method for automatic unloading of parallel operating generators | |
RU2758465C1 (en) | Device for preventive control of ship's electric power system | |
RU2653706C1 (en) | Method for protecting mains of stand-alone power plant | |
Thorat et al. | Load-dependent start-stop of gensets modeled as a hybrid dynamical system | |
RU2785561C1 (en) | Method for preventive control of autonomous electric power system | |
RU2758453C1 (en) | Method for preventive control of the ship's electric power system | |
RU2802913C1 (en) | Method for preventive control of ship electric power system | |
Rahman et al. | Agent based power system transient stability enhancement | |
RU2742817C1 (en) | Device for preventive control of generator unit switching off | |
RU2773503C1 (en) | Device for preventive control of autonomous electric power system | |
RU71046U1 (en) | SECURITY DEVICE FOR POWER SUPPLY SYSTEMS |