RU2802913C1

RU2802913C1 - Method for preventive control of ship electric power system

Info

Publication number: RU2802913C1
Application number: RU2023102225A
Authority: RU
Inventors: Николай Викторович Широков
Filing date: 2023-02-01
Publication date: 2023-09-05

Abstract

FIELD: ship electric power systems.

SUBSTANCE: invention can be used for predictive control of ship electric power systems (SEPS). A method is proposed for preventive control of SEPS with parallel operating generator units (GU), while all GUs are divided into pairs and the absolute value of the difference in the loads of each pair is calculated and its increase is controlled, according to the method, the moment of transition of the SEPS to an inoperable state is determined. At the same time, the ship electric power system (SEPS) is recognized as inoperable if at least in one of the pairs of GUs one of the GUs increases its load, while the other reduces its load, and at the same time, the load difference exceeds the permissible value and increases. After that, the load of the SEPS is increased, it is determined by controlling the increase in the load of the GUs, the load of which decreases with an increase in the load of the SEPS, and this GU is turned off.

EFFECT: providing the possibility of preventive control of the SEPS in case of failures caused by an increase in the fuel supply to at least one of the parallel operating GUs.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электроснабжению и может использоваться для предупредительного управления судовыми электроэнергетическими системами (СЭЭС).The invention relates to power supply and can be used for predictive control of ship electrical power systems (SEPS).

Известен способ автоматической разгрузки электроэнергетической системы с параллельно работающими генераторными агрегатами (ГА) (патент RU 2653361, опубликован 08.05.2018. Бюл.№13), согласно которому измеряют величины активной нагрузки каждого ГА (Рi), вычисляют суммарную активную нагрузку всей электроэнергетической системы (Рсумм.i), вычисляют величину суммарной допустимой активной нагрузки электроэнергетической системы (Рсум.доп.откл.) для случаев отключения неработоспособного или неработоспособных ГА, сравнивают вычисленную величину Рсумм.i с допустимой величиной Рсум.доп.откл. и при Рсумм.i>Рсум.доп.откл. формируют сигнал на отключение выбранных потребителей электроэнергии до момента отключения неработоспособных ГА.There is a known method for automatically unloading an electric power system with parallel operating generator units (GU) (patent RU 2653361, published on 05/08/2018. Bulletin No. 13), according to which the values of the active load of each GE (Pi) are measured and the total active load of the entire electric power system is calculated ( Рsum.i), calculate the value of the total permissible active load of the electric power system (Рsum.additional decl.) for cases of disconnection of an inoperative or inoperable GA, compare the calculated value Psum.i with the permissible value Psum.additional decl. and at Рsum.i>Рsum.additional deviation. generate a signal to disconnect selected electricity consumers until the inoperative GAs are disconnected.

Данный способ относится к предупредительному управлению СЭЭС, так как позволяет разгрузить сеть до момента отключения неработоспособного, но продолжающего выполнять свои функции ГА, и тем самым избежать перегрузки и отключения работоспособных агрегатов.This method relates to the preventive management of SEPS, since it allows you to unload the network until the moment of disconnection of an inoperative GA that continues to perform its functions, and thereby avoid overloading and shutdown of operable units.

Недостаток способа – невозможность применения в случае отказа системы управления (СУ) СЭЭС, при котором СУ сформировала постоянный сигнал на увеличение или уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА. В этом случае отключение выбранной группы потребителей приведет лишь к снижению загрузки разгружаемых ГА, более быстрому переходу их в двигательный режим и отключению защиты.The disadvantage of this method is that it cannot be used in the event of a failure of the control system (CS) of the SEES, in which the control system generated a constant signal to increase or decrease the fuel supply to the prime mover of one of the propellers. In this case, disabling the selected group of consumers will only lead to a decrease in the load of the unloaded GAs, a faster transition to the propulsion mode and disabling the protection.

Наиболее близким и выбранным за прототип предлагаемого изобретения является способ предупредительного управления судовой электроэнергетической системой с параллельно работающими генераторными агрегатами (патент RU 2739364, МПК H02H 3/08, опубл. 23.12.2020), согласно которому определяют момент перехода СЭЭС в неработоспособное состояние, уменьшают нагрузку СЭЭС, определяют ГА, загрузка которого при уменьшении нагрузки СЭЭС увеличивается, и отключают этот ГА.The closest and chosen for the prototype of the proposed invention is a method of predictive control of a ship's electrical power system with parallel operating generator sets (patent RU 2739364, IPC H02H 3/08, published 12/23/2020), according to which the moment of transition of the SEPS into an inoperative state is determined, the load is reduced SEES, determine the GA, the load of which increases when the SEES load decreases, and turn off this GA.

Применение данного способа позволяет эффективно, минуя аварийную ситуацию на судне, переводить работу СЭЭС в режим правильного функционирования в случае отказа, вызванного формированием сигнала СУ на постоянное увеличение подачи топлива хотя бы в один из ГА. Недостатком способа, принятого за прототип, является невозможность его применения в случае отказов СУ, приводящих к неконтролируемому уменьшению подачи топлива хотя бы в один из параллельно работающих ГА. Данная ситуация возникает, например, при залипании контактов контактора в цепи уменьшения подачи топлива СУ, выходе из строя топливного насоса дизеля, нарушении герметичности (разрыве) трубопровода подачи топлива. В этом случае при уменьшении нагрузки СЭЭС ситуация, при которой загрузка хотя бы одного из ГА, работающих параллельно, увеличивается, не наступает и применение способа, принятого за прототип, не позволяет осуществить предупредительное управление СЭЭС.The use of this method makes it possible to effectively, bypassing an emergency situation on the ship, transfer the operation of the SEES to the correct functioning mode in the event of a failure caused by the formation of a signal from the control system to constantly increase the fuel supply to at least one of the hydraulic units. The disadvantage of the method adopted as a prototype is the impossibility of its use in the event of failures of the control system, leading to an uncontrolled decrease in the fuel supply to at least one of the parallel operating hydrodynamic units. This situation arises, for example, when the contactor contacts in the fuel supply reduction circuit of the control system stick, the diesel fuel pump fails, or the fuel supply pipeline breaks (ruptures). In this case, when the load of the SEPS is reduced, the situation in which the load of at least one of the GAs operating in parallel increases does not occur and the use of the method adopted as a prototype does not allow for preventive control of the SEES.

Целью изобретение является обеспечение возможности применения способа в случае отказов СУ, приводящих к неконтролируемому уменьшению подачи топлива хотя бы в один из параллельно работающих ГА (неконтролируемому уменьшению загрузки хотя бы одного из параллельно работающих ГА).The purpose of the invention is to provide the possibility of using the method in the event of CS failures leading to an uncontrolled reduction in the fuel supply to at least one of the parallel operating GAs (an uncontrolled reduction in the load of at least one of the parallel operating GAs).

Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в способе предупредительного управления СЭЭС с параллельно работающими ГА определяют момент перехода СЭЭС в неработоспособное состояние, увеличивают нагрузку СЭЭС, определяют ГА, загрузка которого при увеличении нагрузки СЭЭС уменьшается, и отключают этот ГА.To solve this problem, the following set of essential features is used: in the method of preventive control of a SEPS with parallel operating GAs, the moment of transition of the SEPS to an inoperable state is determined, the load of the SEPS is increased, the GA is determined, the load of which decreases when the load of the SEPS increases, and this GA is turned off.

Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

В случае внезапного отказа СУ СЭЭС, при котором СУ сформировала постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА при его параллельной работе хотя бы с одним из других генераторных агрегатов или отказе топливной аппаратуры первичного двигателя (например, дизеля) ГА, его загрузка уменьшается вплоть до полной разгрузки и перехода в двигательный режим и не зависит от изменения нагрузки СЭЭС. При этом остальные ГА, работающие параллельно, принимают на себя нагрузку разгружаемого агрегата и их загрузка увеличивается в случае, если нагрузка СЭЭС остается постоянной. В случае подобного типа отказов уменьшение нагрузки СЭЭС приводит к уменьшению загрузки всех ГА, как и в случае с исправной СУ и ГА. В этой случае применение способа, принятого за прототип, не позволяет своевременно идентифицировать и отключить неработоспособный ГА, и таким образом осуществить предупредительное управление СЭЭС. При этом увеличение нагрузки СЭЭС приведет к тому, что загрузка ГА, подача топлива в который неконтролируемо уменьшается, будет уменьшаться, так как не зависит от нагрузки сети. В это же время загрузка исправных ГА при увеличении нагрузки СЭЭС увеличится. Уменьшение загрузки ГА при увеличении нагрузки СЭЭС является диагностическим признаком, позволяющим идентифицировать данный агрегат как неработоспособный. Отличие предлагаемого решения от прототипа заключается в том, что при отключении неработоспособного ГА СЭЭС переходит в режим правильного функционирования, при котором оставшиеся в работе машины принимают на себя нагрузку. При этом своевременное отключение неработоспособного ГА позволяет предотвратить дальнейшее развитие дефекта, который мог быть вызван повреждением трубопровода, прекратить разлив топлива, предотвратить возникновение пожароопасной ситуации на судне.In the event of a sudden failure of the SEES control system, in which the control system has generated a constant signal to reduce the fuel supply to the prime mover of one of the generator sets when it is operating in parallel with at least one of the other generating sets or failure of the fuel equipment of the primary engine (for example, a diesel engine) of the generator set, its loading decreases until complete unloading and transition to motor mode and does not depend on changes in the SEES load. At the same time, the remaining GAs operating in parallel take on the load of the unloaded unit and their load increases if the load of the SEES remains constant. In the case of this type of failure, reducing the load of the SEES leads to a decrease in the load of all GAs, as in the case of a serviceable CS and GA. In this case, the use of the method adopted as a prototype does not allow timely identification and shutdown of an inoperative GA, and thus the implementation of preventive control of the SEES. At the same time, an increase in the load of the SEPS will lead to the fact that the load of the GA, the fuel supply to which is uncontrollably reduced, will decrease, since it does not depend on the network load. At the same time, the load on serviceable GAs will increase as the load on the SEPS increases. A decrease in the HA load with an increase in the SEES load is a diagnostic sign that allows one to identify a given unit as inoperable. The difference between the proposed solution and the prototype is that when the inoperative GA is switched off, the SEES goes into the correct functioning mode, in which the remaining machines in operation take on the load. At the same time, timely shutdown of an inoperative hydraulic cylinder makes it possible to prevent the further development of a defect that could be caused by damage to the pipeline, stop fuel spills, and prevent the occurrence of a fire hazard on the ship.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача – обеспечение возможности применения в случае отказов СУ, приводящих к неконтролируемому уменьшению подачи топлива хотя бы в один из параллельно работающих ГА (неконтролируемому уменьшению загрузки хотя бы одного из параллельно работающих ГА), решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».A comparison of the proposed method and the prototype showed that the task at hand - ensuring the possibility of application in the event of CS failures leading to an uncontrolled reduction in the fuel supply to at least one of the parallel operating GAs (an uncontrolled reduction in the load of at least one of the parallel operating GAs), is solved as a result of a new a set of features, which proves that the proposed invention meets the patentability criterion of “novelty”.

В свою очередь, проведенный информационный поиск в области электроснабжения не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «изобретательский уровень».In turn, an information search in the field of power supply did not reveal solutions containing individual distinctive features of the claimed invention, which allows us to conclude that the method meets the “inventive step” criterion.

Сущность предложенного способа поясняется чертежом (Фиг.1), на котором представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на примере параллельной работы «n» ГА. Устройство предупредительного управления СЭЭС (Фиг.1) содержит: по числу ГА датчики загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n, блоки контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, блоки контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n, а также первый логический элемент «ИЛИ» 4 и блок контроля разности загрузок ГА 5, по числу ГА первые логические элементы «И» 6.1, 6.2, … 6.n, а также второй логический элемент «ИЛИ» 7, ждущий одновибратор с задержкой формирования импульса 8, блок подключения потребителей 9, по числу ГА: вторые логические элементы «И» 10.1, 10.2 … 10.n и блоки отключения ГА 11.1, 11.2 … 11.n; причем выход каждого из датчиков загрузки 1.1, 1.2 … 1.n соединен с входом соответствующего блока контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n, с входом соответствующего блока контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n и соответствующим входом блока контроля разности загрузок ГА 5, выход каждого из блоков контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n соединен со вторым входом соответствующего из первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n и первым входом соответствующего из вторых логических элементов «И» 10.1, 10.2 … 10.n, выход каждого из блоков контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n соединен с соответствующим входом первого логического элемента «ИЛИ» 4, выход первого логического элемента «ИЛИ» 4 соединен с первыми входами всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n, выходблока контроля разности загрузок ГА 5 соединен с третьими входами всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n, выход каждого из первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n соединен с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ» 7, выход которого соединен с входом ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8 и входом блока подключения потребителей 9, выход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8 соединен со вторыми входами всех вторых логических элементов «И» 10.1, 10.2 … 10.n, выход каждого из которых соединен с входом соответствующего блока отключения ГА соединен с третьими входами логических элементов 11.1, 11.2 … 11.n.The essence of the proposed method is illustrated by the drawing (Figure 1), which shows a functional diagram of a device that implements the proposed method, using the example of parallel operation of “n” GA. The SEES warning control device (Fig. 1) contains: according to the number of GAs, GA load sensors 1.1, 1.2 ... 1.n, load reduction control units 2.1, 2.2 ... 2.n, load increase control units 3.1, 3.2 ... 3.n, and also the first logical element “OR” 4 and the load difference control unit GA 5, according to the number of GAs the first logical elements “AND” 6.1, 6.2, ... 6.n, as well as the second logical element “OR” 7, waiting for a one-shot with a delay in pulse formation 8, consumer connection block 9, according to the number of GAs: second logical elements “AND” 10.1, 10.2 ... 10.n and GA shutdown blocks 11.1, 11.2 ... 11.n; Moreover, the output of each of the load sensors 1.1, 1.2 ... 1.n is connected to the input of the corresponding load reduction control unit 2.1, 2.2 ... 2.n, with the input of the corresponding load increase control unit 3.1, 3.2 ... 3.n and the corresponding input of the load difference control unit GA 5, the output of each of the load reduction control blocks 2.1, 2.2 ... 2.n is connected to the second input of the corresponding one of the first logical elements "AND" 6.1, 6.2, ... 6.n and the first input of the corresponding one of the second logical elements "AND" 10.1, 10.2 ... 10.n, the output of each of the load increase control blocks 3.1, 3.2 ... 3.n is connected to the corresponding input of the first logical element "OR" 4, the output of the first logical element "OR" 4 is connected to the first inputs of all first logical elements "AND" "6.1, 6.2, ... 6.n, the output of the load difference control unit GA 5 is connected to the third inputs of all the first logical elements "AND" 6.1, 6.2, ... 6.n, the output of each of the first logical elements "AND" 6.1, 6.2, ... 6.n is connected to the corresponding input of the second logical element “OR” 7, the output of which is connected to the input of the waiting one-shot with a delay in pulse formation 8 and the input of the consumer connection unit 9, the output of the waiting one-shot with a delay in pulse formation 8 is connected to the second inputs of all second logical elements “And” 10.1, 10.2 ... 10.n, the output of each of which is connected to the input of the corresponding GA shutdown unit is connected to the third inputs of logic elements 11.1, 11.2 ... 11.n.

Датчики загрузки ГА 1.1, 1.2 … 1.n – известные функциональные блоки, формирующие на своем выходе сигналы в виде напряжения постоянного тока, пропорционального загрузке ГА (нагрузке сети, которую принимает на себя данный ГА). GA load sensors 1.1, 1.2 ... 1.n are well-known functional blocks that generate signals at their output in the form of a direct current voltage proportional to the GA load (the network load that this GA takes on).

Блоки контроля уменьшения загрузки 2.1, 2.2 … 2.n – известные функциональные блоки, формирующие на своих выходах сигнал логической «1», когда сигнал в виде напряжения на их входах уменьшается и сигнал логического «0» в обратном случае. Load reduction control blocks 2.1, 2.2 ... 2.n are well-known functional blocks that generate a logical “1” signal at their outputs when the voltage signal at their inputs decreases and a logical “0” signal in the opposite case.

Блоки контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n - известные функциональные блоки, формирующие на своих выходах сигнал логической «1», когда сигнал в виде напряжения на их входах увеличивается и сигнал логического «0» в обратном случае. Load increase control blocks 3.1, 3.2 ... 3.n are well-known functional blocks that generate a logical “1” signal at their outputs when the voltage signal at their inputs increases and a logical “0” signal in the opposite case.

Первые и вторые логические элементы «И» 6.1, 6.2, … 6n и 10.1, 10.2 … 10.n – известные функциональные блоки, которые формируют на своих выходах сигналы логической «1», если на все их входы поступили сигналы логической «1» и сигнал логического «0» в обратном случае.The first and second logical elements “AND” 6.1, 6.2, ... 6n and 10.1, 10.2 ... 10.n are well-known functional blocks that generate logical “1” signals at their outputs if all their inputs receive logical “1” signals and logical "0" signal in the opposite case.

Первый и второй логические элементы «ИЛИ» 4, 7 – известные функциональные блоки, которые формируют на своих выходах сигналы логической «1», если хотя бы на один из его входов поступил сигнал логической «1» и сигнал логического «0» в обратном случае. The first and second logical elements “OR” 4, 7 are well-known functional blocks that generate logical “1” signals at their outputs if at least one of its inputs receives a logical “1” signal and a logical “0” signal in the opposite case .

Блок контроля разности загрузок ГА 5 – функциональный блок (имеющий n входов и один выход), на выходе которого появляется сигнал логической «1», если разность загрузок хотя бы одной из пар ГА из числа n превысит допустимое значение и будет увеличиваться. Для реализации данной функции все n ГА разбиты на возможное число пар (k) и вычисляется разность загрузок в каждой паре ГА. Вычисляется абсолютная величина разности загрузок каждой пары и контролируется ее увеличение. Если абсолютная величина хотя бы одной пары будет увеличиваться и при этом превысит допустимое значение разности загрузок ГА, то на выходе блока 5 сформируется сигнал логической «1». Блок полностью аналогичен соответствующему блоку, используемому в прототипе.Load difference control block GA 5 is a functional block (having n inputs and one output), at the output of which a logical “1” signal appears if the load difference of at least one of the n GA pairs exceeds the permissible value and increases. To implement this function, all n GAs are divided into a possible number of pairs (k) and the difference in loads in each pair of GAs is calculated. The absolute value of the difference in loads of each pair is calculated and its increase is monitored. If the absolute value of at least one pair increases and at the same time exceeds the permissible value of the difference in GA loads, then a logical “1” signal will be generated at the output of block 5. The block is completely similar to the corresponding block used in the prototype.

Ждущий одновибратор с задержкой формирования импульса 8 – известный функциональный блок, формирующий на своем выходе сигнал логической «1» определенной длительности (t_имп) через выдержку времени (t_выд) после появления сигнала логической «1» на его входе. Может быть выполнен на базе обычного ждущего одновибратора с цепью задержки на входе или на базе микросхемы LM 555 (m.grz.ru).Waiting one-shot with pulse generation delay 8 is a well-known functional block that generates at its output a logical “1” signal of a certain duration ( _timp ) after a time delay ( _tout ) after the appearance of a logical “1” signal at its input. It can be made on the basis of a conventional standby monostable with an input delay circuit or on the basis of the LM 555 microcircuit (m.grz.ru).

Блок подключения потребителей 9 – известный функциональный блок, обеспечивающий подключение заранее выбранных потребителей (групп потребителей) электроэнергии при поступлении сигнала логической «1» на его вход. В качестве такого блока может быть использовано обычное электромагнитное реле, замыкающие контакты которого включены параллельно кнопки «Пуск» магнитного пускателя соответствующего потребителя (группы потребителей) электрической энергии.Consumer connection block 9 is a well-known functional block that provides connection to pre-selected consumers (consumer groups) of electricity when a logical “1” signal is received at its input. As such a block, a conventional electromagnetic relay can be used, the closing contacts of which are connected in parallel with the “Start” button of the magnetic starter of the corresponding consumer (group of consumers) of electrical energy.

Блоки отключения ГА 11.1, 11.2 … 11.n - известные функциональные блоки, каждый из которых обеспечивает отключение соответствующего ГА при поступлении сигнала логической «1» на его вход. В качестве такого блока может быть использовано обычное электромагнитное реле, размыкающие контакты которого включены в цепь катушки нулевой защиты автоматического выключателя соответствующего генератора.GA shutdown blocks 11.1, 11.2 ... 11.n are well-known functional blocks, each of which ensures shutdown of the corresponding GA when a logical “1” signal is received at its input. As such a unit, a conventional electromagnetic relay can be used, the opening contacts of which are connected to the zero protection coil circuit of the circuit breaker of the corresponding generator.

Устройство предупредительного управления СЭЭС (Фиг.1) работает следующим образом. В случае внезапного отказа СЭЭС, при котором СУ сформировала постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель одного из ГА, например, g –го, загрузка g–го агрегата начнет уменьшаться. Тогда уменьшается значение выходного сигнала на выходе соответствующего датчика загрузки 1.g. Этот сигнал поступает на вход соответствующего блока контроля уменьшения загрузки 2.g и g–ый вход блока контроля разности загрузок ГА 5. The SEES warning control device (Figure 1) operates as follows. In the event of a sudden failure of the SEPS, in which the control system has generated a constant signal to reduce the fuel supply to the prime mover of one of the GAs, for example, the gth unit, the load of the gth unit will begin to decrease. Then the value of the output signal at the output of the corresponding load sensor 1.g decreases. This signal is supplied to the input of the corresponding load reduction control block 2.g and the g-th input of the load difference control block GA 5.

На выходе блока контроля уменьшения загрузки 2.g формируется сигнал логической «1» и поступает на второй вход g –го из первых логических элементов «И» 6.g и первый вход g –го из вторых логических элементов «И» 10.g. Так как загрузка g–го агрегата уменьшается, а общая нагрузка сети остается неизменной, то загрузка оставшихся ГА начнет увеличиваться. При этом сигналы на выходах всех датчиков загрузки соответствующих ГА 1.1,1.2 … 1.n, кроме 1.g, начнут увеличиваться. Эти сигналы поступают на входы соответствующих блоков контроля увеличения загрузки и соответствующие входы блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходах блоков контроля увеличения загрузки 3.1, 3.2 … 3.n, кроме 3.g, появится сигнал логической «1» и поступит на соответствующий вход первого логического элемента «ИЛИ» 4, на выходе которого также появится сигнал логической «1» и поступит на первые входы всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n. Так как сигнал на g-ом входе блока 5 уменьшается, а на остальных его входах увеличивается, то разность загрузок g –го ГА и остальных растет и в момент, когда она превысит допустимое значение на выходе блока контроля разности загрузок ГА 5 появится сигнал логической «1» и поступит на третьи входы всех первых логических элементов «И» 6.1, 6.2, … 6.n. При этом на все входы g –го из первых логических элементов «И» 6.g поступит сигнал логической «1», на его выходе появится сигнал логической «1», который поступит на g-ый вход второго логического элемента «ИЛИ» 7. Так как на один из входов второго логического элемента «ИЛИ» 7 поступит сигнал логической «1» на его выходе тоже появится сигнал логической «1», свидетельствующий о неработоспособном техническом состоянии СЭЭС (В данном случае СЭЭС признается неработоспособной, если один (одни) из ГА увеличивают свою загрузку, в то время как другой (другие) уменьшают свою загрузку и при этом разность загрузок превышает допустимое значение и увеличивается)At the output of the load reduction control unit 2.g, a logical “1” signal is generated and supplied to the second input g of the first logical elements “AND” 6.g and the first input g of the second logical elements “AND” 10.g. Since the load of the g-th unit decreases, and the total network load remains unchanged, the load of the remaining GAs will begin to increase. In this case, the signals at the outputs of all load sensors of the corresponding GAs 1.1,1.2 ... 1.n, except 1.g, will begin to increase. These signals arrive at the inputs of the corresponding load increase control blocks and the corresponding inputs of the load difference control block GA 5. At the outputs of the load increase control blocks 3.1, 3.2 ... 3.n, except for 3.g, a logical “1” signal will appear and go to the corresponding input the first logical element “OR” 4, at the output of which a logical signal “1” will also appear and will go to the first inputs of all the first logical elements “AND” 6.1, 6.2, ... 6.n. Since the signal at the g-th input of block 5 decreases, and at its remaining inputs increases, the difference in loads of the g-th GA and the others increases and at the moment when it exceeds the permissible value, a logical signal “ 1" and will go to the third inputs of all the first logical elements "AND" 6.1, 6.2, ... 6.n. In this case, all inputs of the g-th of the first logical elements “AND” 6.g will receive a logical “1” signal, a logical “1” signal will appear at its output, which will be sent to the g-th input of the second logical element “OR” 7. Since one of the inputs of the second logical element “OR” 7 receives a logical “1” signal, a logical “1” signal will also appear at its output, indicating the inoperative technical condition of the SEES (In this case, the SEES is recognized as inoperative if one (one) of GAs increase their load, while the other (others) reduce their load and at the same time the load difference exceeds the permissible value and increases)

Сигнал логической «1» с выхода блока 7 поступает на вход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8 и на вход блока подключения потребителей 9, который подключает выбранные группы потребителей электроэнергии. Нагрузка сети увеличивается. Через время t_выд, равное времени подключения потребителей электроэнергии, на выходе ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8 появится короткий сигнал логической «1», длительность которого t_имп несколько больше, чем время срабатывания топливного регулятора (t_сраб) данной СУ. Этот сигнал поступит на вторые входы всех вторых логических элементов «И» 10.1, 10.2 … 10.n. Так как на оба входа g–го из вторых логических элементов «И» 10.g поступят сигналы логической «1», то на его выходе – тоже появится короткий сигнал логической «1», который поступит на вход g–го блока отключения ГА 11.g. Блок 11.g отключит g-ый ГА, что предотвратит наступление аварийной ситуации на судне.The logical “1” signal from the output of block 7 is supplied to the input of the standby monostable with a delay in pulse formation 8 and to the input of the consumer connection block 9, which connects selected groups of electricity consumers. Network load increases. After a time _tout equal to the time of connection of electricity consumers, a short signal of logical “1” will appear at the output of the waiting one-shot with a delay in pulse formation 8, the duration of which _{timp is} slightly longer than the response time of the fuel regulator ( _tact ) of this control system. This signal will go to the second inputs of all second logical elements “AND” 10.1, 10.2 ... 10.n. Since both inputs of the g-th of the second logical elements “AND” 10.g will receive logical “1” signals, then at its output a short logical “1” signal will also appear, which will go to the input of the g-th shutdown block GA 11 .g. Block 11.g will turn off the g-th GA, which will prevent the occurrence of an emergency on the ship.

В соответствие с предлагаемым способом предупредительного управления СЭЭС устройство (Фиг.1) осуществляет следующие действия:In accordance with the proposed method of preventive control of the SEES, the device (Figure 1) performs the following actions:

блоки 1.1, 1.2 … 1.n, 2.1, 2.2 … 2.n, 3.1, 3.2 … 3.n, 4, 5, 6.1, 6.2 … 6.n и 7 - определяют момент перехода СЭЭС в неработоспособное состояние;blocks 1.1, 1.2 … 1.n, 2.1, 2.2 … 2.n, 3.1, 3.2 … 3.n, 4, 5, 6.1, 6.2 … 6.n and 7 - determine the moment of transition of the SEPS into an inoperative state;

блок 9 - увеличивает нагрузку СЭЭС;block 9 - increases the load of SEES;

блоки 3.1, 3.2 … 3.n, 8 и 10.1, 10.2 … 10.n - определяют ГА, загрузка которого при увеличении нагрузки СЭЭС уменьшается;blocks 3.1, 3.2 … 3.n, 8 and 10.1, 10.2 … 10.n - determine the GA, the load of which decreases with increasing SEES load;

блоки 11.1, 11.2 … 11.n – отключают ГА, загрузка которого при увеличении нагрузки СЭЭС уменьшается.blocks 11.1, 11.2 ... 11.n - turn off the GA, the load of which decreases with increasing SEPS load.

Пример реализации способа.An example of the method implementation.

Рассмотрим в качестве примера СЭЭС с двумя параллельно работающими ГА (ГА1 и ГА2 соответственно). Предположим, что номинальная мощность каждого из них – 100кВт (Рн1=Рн2=100кВт), точность распределения нагрузок-10%Рн(∆Рраспр =10%Рн=10кВт), время срабатывания топливного регулятора равно 0,4с (t_сраб=0,4с), время подключения потребителей электроэнергии (t_подкл) равно 0,03с. Для данной СЭЭС установим допустимое значение разности загрузок (∆Рдоп>∆Рраспр) ГА равным 15%Рн (∆Рдоп =15%Рн=15кВт), время задержки (выдержки) ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса равным 0,45с (t_выд>t_сраб +t_подкл), длительность сигнала логической «1» ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса равным 0,1с (t_имп=0,1с). Предположим, что загрузка ГА1 составила 50%Рн (Р1=50кВт), а загрузка ГА2 составила 40%Рн (Р2=40кВт). Допустим, что в процессе эксплуатации произошла неисправность СУ СЭЭС, при которой СУ сформировала постоянный сигнал на уменьшение подачи топлива в первичный двигатель ГА1. При этом ГА1 начал отдавать нагрузку (разгружаться), его загрузка начала уменьшаться, а загрузка ГА2 увеличиваться. Так как загрузка ГА1 уменьшается, уменьшается и сигнал на выходе датчика загрузки 1.1 устройства, реализующего настоящий способ (Фиг.1), который поступает на вход блока контроля уменьшения загрузки 2.1 и первый вход блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходе блока 2.1 появляется сигнал логической «1» и поступает на второй вход первого из первых логических элементов «И» 6.1 и первый вход первого из вторых логических элементов «И» 10.1. Так как ГА2увеличивает загрузку, на выходе датчика загрузки 1.2 сигнал увеличивается и поступает на вход блока контроля увеличения загрузки 3.2 и второй вход блока контроля разности загрузок ГА 5. На выходе блока контроля увеличения загрузки 3.2 формируется сигнал логической «1» и поступает на второй вход первого логического элемента «ИЛИ» 4, на выходе которого появляется сигнал логической «1» и поступает на первые входы всех первых логических элементов «И» 6.1 и 6.2. В момент, когда разница загрузок ГА превысила допустимое значение (∆Р>∆Рдоп), например, когда загрузка агрегатов составила: Р1=37,4кВт, а Р2=52,6 кВт, и продолжила увеличиваться, так как ГА2 загружается, а ГА1 разгружается, на выходе блока контроля разности загрузок ГА 5 формируется сигнал логической «1» и поступает на третьи входы первых логических элементов «И» 6.1 и 6.2. Так как на все три входа первого из первых логических элементов «И» 6.1поступают сигналы логической «1» то и на его выходе – сигнал логической «1», который поступает на первый вход второго логического элемента «ИЛИ» 7. При поступлении сигнала логической «1» на первый вход второго логического элемента «ИЛИ» 7 на его выходе формируется сигнал логической «1», информирующий о том, что СЭЭС неработоспособна. Сигнал логической «1» с выхода блока 7 поступает на вход ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8 и на вход блока подключения потребителей 9. Блок 9 подключает группы потребителей электроэнергии за время t_отк=0,03с, осуществляя увеличение нагрузки СЭЭС, например, посредством запуска пожарного насоса мощностью 5,0 кВт. Через выдержку времени t_выд=0,45с на выходе ждущего одновибратора с задержкой формирования импульса 8 появится короткий импульс логической «1» и поступит на вторые входы вторых логических элементов «И» 10.1 и 10.2. Так как загрузка ГА1 при этом продолжит уменьшаться, то сигнал логической «1» на выходе блока 2.1 сохранится. При этом на оба входа первого из вторых логических элементов «И» 6.1 поступят сигналы логической «1», на его выходе тоже сформируется сигнал логической «1» и поступит на вход блока отключения первого ГА 11.1. ГА1 отключится от сети. ГА2 примет на себя 95 кВт нагрузки, осуществляя переход неработоспособной СЭЭС в режим правильного функционирования. При этом своевременное отключение неработоспособного ГА1 позволит прекратить розлив топлива и предотвратить возникновение пожароопасной ситуации на судне.Let us consider as an example a SEPS with two parallel operating GAs (GA1 and GA2, respectively). Let us assume that the rated power of each of them is 100 kW (Рн1=Рн2=100 kW), the accuracy of load distribution is 10% Рн (∆Рdisp = 10% Рн = 10 kW), the response time of the fuel regulator is 0.4 s (t _actuated = 0, 4s), the connection time for electricity consumers (t _connected ) is 0.03s. For this SEES, we will set the permissible value of the load difference (∆Рdop>∆Рdisp) of the GA equal to 15%Рн (∆Рдпп =15%Рн=15 kW), the delay (exposure) time of the waiting monovibrator with a pulse formation delay equal to 0.45 s (t _ext > t _activated +t _connected ), the duration of the logical “1” signal of the standby monostable with a pulse formation delay equal to 0.1 s (t _pulse = 0.1 s). Let's assume that the load of GA1 was 50%Рн (Р1=50kW), and the load of GA2 was 40%Рн (Р2=40kW). Let us assume that during operation a malfunction of the SEES control system occurred, during which the control system generated a constant signal to reduce the fuel supply to the prime mover GA1. At the same time, GA1 began to give up the load (unload), its load began to decrease, and the load of GA2 increased. Since the load of GA1 decreases, the signal at the output of the load sensor 1.1 of the device implementing the present method (Figure 1) also decreases, which is supplied to the input of the load reduction control block 2.1 and the first input of the load difference control block GA 5. A signal appears at the output of block 2.1 logical “1” and is supplied to the second input of the first of the first logical elements “AND” 6.1 and the first input of the first of the second logical elements “AND” 10.1. Since GA2 increases the load, the signal at the output of load sensor 1.2 increases and is sent to the input of the load increase control block 3.2 and the second input of the load difference control block GA 5. At the output of the load increase control block 3.2, a logical “1” signal is generated and sent to the second input of the first logical element “OR” 4, at the output of which a logical signal “1” appears and is supplied to the first inputs of all the first logical elements “AND” 6.1 and 6.2. At the moment when the difference in GA loads exceeded the permissible value (∆P>∆Pdop), for example, when the load of the units was: P1 = 37.4 kW, and P2 = 52.6 kW, and continued to increase, since GA2 is loaded, and GA1 is unloaded, a logical “1” signal is generated at the output of the load difference control unit GA 5 and is sent to the third inputs of the first logical elements “AND” 6.1 and 6.2. Since all three inputs of the first of the first logical elements “AND” 6.1 receive logical “1” signals, then at its output there is a logical “1” signal, which arrives at the first input of the second logical element “OR” 7. When a logical signal is received “1” to the first input of the second logical element “OR” 7 at its output a logical “1” signal is generated, informing that the SEES is inoperative. The logical “1” signal from the output of block 7 is supplied to the input of the standby monovibrator with a delay in pulse formation 8 and to the input of the consumer connection block 9. Block 9 connects groups of electricity consumers during the time t _off = 0.03 s, increasing the load of the SEES, for example, by starting a fire pump with a power of 5.0 kW. After a time delay t _ext =0.45 s, a short pulse of logical “1” will appear at the output of the waiting one-shot with a delay of pulse formation 8 and will be sent to the second inputs of the second logical elements “AND” 10.1 and 10.2. Since the load of GA1 will continue to decrease, the logical “1” signal at the output of block 2.1 will remain. In this case, both inputs of the first of the second logical elements “AND” 6.1 will receive logical “1” signals; a logical “1” signal will also be generated at its output and will be sent to the input of the shutdown block of the first GA 11.1. GA1 will disconnect from the network. GA2 will take on 95 kW of load, transitioning the inoperative SEPS to the correct functioning mode. At the same time, timely shutdown of the inoperative GA1 will stop fuel spilling and prevent the occurrence of a fire hazard on the ship.

Предлагаемое изобретение было создано в составе научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре Электропривода и электрооборудования береговых установок ФБГОУ ВО «Государственный университет 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 at the Department of Electric Drive and Electrical Equipment of Coastal Installations of the State University of Maritime and River Fleet named after Admiral S.O. Makarova". Calculations were made that showed the possibility of using the proposed method in ship power plants and electrical power systems, which, taking into account the above, allows us to conclude about the possibility of its industrial application.

Claims

A method of preventive control of a ship's electrical power system (SEPS) with parallel operating generator units (GA), with all GEs divided into pairs and the absolute value of the difference in loads of each pair is calculated and its increase is controlled, according to the method, the moment of transition of the SEPS to an inoperative state is determined, while The ship's electrical power system (SEPS) is considered inoperative if in at least one of the pairs of power generators, one of the power generators increases its load, while the other reduces its load, and the difference in loads exceeds the permissible value and increases, after which the load of the ship power system is increased for the account for connecting selected groups of electricity consumers is determined by monitoring the increase in the load of the GA, the load of which decreases with an increase in the load of the SEES, and this GA is turned off.