Способ распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 1 3/ 4 (51 Ю ПИСАНИЕ ИЗОБРЕАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ О ВЕИИОТЕКР генераторыервичногоратора,что, с целью повышения надежности и точности распределения нагрузок, осуществляют контроль частоты вырабатываемого генератором переменного тока и разгружают перегруженный генератор при одновременном превышении загрузки этого генератора над поминальным значением и частоты над заданным минимальным значением, загружают недогруженный генератор при значении частоты ниже задан ного минимального значения и значении вели чины нагрузки генератора. ниже номинально.го значения до тех пор, пока значениеО частоты не превысит заданного минимального значения, при одновременном значении в те.чение заданного интервала времени частоты ниже минимального значения и значения загрузкилюбого нз генератороввыше минимальной величины формируют сигнал о перегрузке всей системы работающих генераторов. ТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) 1. Авторское свидетельство СССР 1 Чф 629590, кл, Н 02 1 3/46, 1976.2. Авторское свидетельство СССР Нф 528663, кл, Н 02 1 .3/46, 1974.3. Авторское свидетельство СССР К 4 983894, кл. Н 02,1 3/46, 1981. (54) СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАГРУЗКИ МЕЖДУ ПАРАЛЛЕЛЬНО РАБОТАЮЩИМИ ГЕНЕРАТОРАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1. Способ распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами, заключающийся в том, что выявляют генераторы, имеющие загрузку выше и ниже номинального значения и разгружают перегруженные генераЯО 1157613 торы и загружают недогруженные при помощи изменения уставки регулятора скорости привода ген отличающийся тем12. Устройство для распределения нагрузки между параллельно работаюццми гецерато. рами, содержащее реле цагруэочцого царамет- ра, один вход которого предназначен для подключения к клемме тока, другойк клемме напряжения, о т л ц ч а ю ш ее с я тем, что, с целью повьццеция надежности и точности распределения нагрузок, оно снабжено реле минимальной частоты, тремя логическими элементами И, реле вре. мени и двумя инверторами, причем вход- реле минимальной частоты предназначен для подключения к клемме напряжения, входы первого логического элемента И под. ключены соответственно к выходу реле нагрузочного параметра и к выходу реле минимальной частоты, входы второго логичсс 17613кого элемента И подключены через первый ивторой инверторы соответственно к выходуреле на рузочцого параметра и к выходу ре.ле минимальной частоты, входы третьего логи.ческого элемента И подключены соответствен.цо к выходу реле цагрузочиого параметра и к выходу второго ицвертора, а выход третьего логического элемента И подсоединен креле времени, цри этом выход первого логи - ческого элемента И является выходом, осу.шествляющим умецыпение загрузки генерато ра, выход второго логического элемента И выходом, осуществляющим увеличение загрузки генератора, а выход реле времени - вы.ходом, указывающим на перегрузку всех параллельно работающих генераторов.Изобретение относится к автоматическому управлению режимом электрических систем, в частности к устройствам распределения нагрузог между параллельно работающими генераторами переменного тока, и может ис. пользоваться при параллельной работе электроагрегатов и передвижных электростанций,Известны .способы распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами, основанные ца выявлении генератора с экстре.10 мальной нагрузкой и последующей разгрузкой его, При этом разгрузка генератора осуществляется, как правило, воздействием ца уставку первичного (механического) регулятора частоты двигателя внутреннего сгорания, исполь зуемого в качестве привода генератора 1) и 121.Недостатком этих способов является то, что при перегрузке всей системы параллельно работающих электроагрегатов осуществляется непрерывное воздействие на уставки первичных регуляторов всех электроагрегатов и непрерыв-. ное снижение частоты в системе, следствием чего может явиться недопустимое снижение частоты в системе, которое сохранится и после ликвидации режима перегрузки в соответствиис оставшимися неизменными уставками первич. ных регуляторов.Недопустимое снижение частоты в системе может происходить при указанных способах также в условиях отсутствия перегрузки и в ЗО случае длительной работы при часто изменяю. щейся нагрузке за счет инерционности сцижеция загрузки перегруженного генератора, так как разгрузка перегруженного генератора в результате инерционности системы регулирова. ния может осуществляться не до номинальной величины, а несколько ниже. Поэтому при новом изменении нагрузки в сторону увеличе. ция разгружаться начнет другой агрегат и из. мецится уставка его первичного регулятора. В результате постепенно могут изменяться уставки первичных регуляторов всех агрега-" тов и частота в системе снижаться до недопустимого уровня.Наиболее близким по технической сущкос. ти к предлагаемому является способ распределения нагрузки между параллельно работа. юшими генераторами, заключающийся в том,что выявляют генераторы, имеющие загрузку выше и ниже номинального значения, разгружают перегруженные генераторы и загружают недогруженные генераторы посредством изме. пения уставки первичного регулятора скорости привода генератора (33.Устройство, реализующее указанный способ, содержит реле нагрузочного параметра по числу генератора, вход которого предназначен для подключения к клемме тока, другой вход - . к клемме напряженкя, уравнительные соединения, блоки управления нагрузочным режимом генератора и источник питания.Недостатком указапого способа являетсявозможность недопустимого снижения частотыв системе даже прк кратковременных перегруз.ках всей системы и дальнейшее сохранение сниженного значения частоты после выхода системы из режима перегрузки, что обусловлено изменением значения уставок первичных регуляторов при перегрузке и сохранении этих уставок после прекращения перегрузки.Поскольку скорости изменения загрузки каждого генератора могут значительно различаться между собой, а воздействие на измене. ние загрузки иметь инерционность при эксплу атации особенно при частых и значительных изменениях нагрузки, уставки первичных регуляторов могут измениться в недопустимых пределах относительно первоначально заданных и соответственно в недопустимых пределах. может измениться частота в системе. Кроме того, необходимо использовать уравнительные соединения между генераторами, что усложняет систему распределения нагрузок и значитель. но снижает надежность системы особенно при удаленном расположении агрегатов один от друтого.Цель изобретения - повышение надежности и точности распределения нагрузок.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами, заключающемуся в том, что выявляют генераторы, имеющие загрузку выше и ниже номинального значения и разгружают перегру 30 женные генераторы и загружают недогруженные генераторы при помощи изменения уставки первичного регулятора скорости привода генератора, осуществляют контроль часто. ты вырабатываемого генератором неременно. го тока и разгружают перегруженный генера- З 5 тор при одновременном превышении загрузки этого генератора над номинальным значением и частоты над заданным минимальным значением, при значении частоты ниже заданного минимального значения и значении величинызагрузки генератора ниже номинального значения загружают недогруженный генератор дотех пор, пока значение частоты не превыситзаданного минимального значения, при одновременном значении в течение заданного интер.45вала времени частоты ниже минимального значения и значения загрузки любого из генераторов выше минимальной величины формируют сигнал о перегрузке всей системы работатающих генераторов,50Устройство для распределения нагрузкимежду параллельно работающими генераторами,содержащее реле нагруэочного параметра,один вход которого предназначен дпя подключения к клемме тока, а другой - к клемме 55напряжения, снабжено реле минимальной частоты, тремя логическими элементами И, релевремени и двумя инверторами, при зтоМ вхол реле минимальной частоты подключен к клемме напряжения, входы первого логического элемента И подсоединены соответственно к выходу реле нагрузочного параметра и к выходу реле минимальной частоты, входы второго логического элемента И подключены через первый и второй инверторы соответственно к выходу реле нагрузочного параметра и к выходу реле минимальной частоты, входы третьего логического элемента И подключены соответственно к выходу реле нагрузочного параметра и к выходу второго инвертора, а выход третьего логического элемента И подключен к реле времени,. выход первого логи-, ческого элемента И является выходом, осу. шествляющим уменьшение загрузки генерато. ра, выход второго логического элемента И - . выходом, осуществляющим увеличение загруз. ки генератора, выход реле времени - выходом, указывающим на перегрузку всех параллельно работающих генераторов.Для осуществления предлагаемого способа производят постоянный контроль частоты вы-. рабатываемого генераторами переменного тока либо непосредственно частоты вращения вала двигателя и сравнивают его с заданным минимальным значением 1 тн (например, 49 Гц для промышленной частоты). Если отдельный генератор оказался перегруженным при1 ь то уменьшают загрузку генератора, изменяя уставку первичного регулятора скорости до тех пор, пока генератор не. раэгру. зится, что может произойти только в том случае, если в системе аналогично работающих электроагрегатов переменного тока имеется резерв мощности. Если резерв мощности в системе отсутствует и. вся система перегружена, то уменьшение эагруз. ки перегруженного генератора (уменьшение подачи топлива в него, воздействуя на пер. вичный регулятор) не приведет к его разгрузке, так как окажутся перегруженными другие генераторы системы, в которых также соглас. но указанному способу начнется разгрузка (уменьшение подачи топлива). В результате, если вся система загружена до номинальной мощности, окажутся загруженными до номинальной мощности все генетаторы, а еслИ вся система перегружена, окажутсяперегруженны. ми все генераторы, и частота в системе снижается до тех пор, пока не выйдет за заданное минимальное значение.Тогда, контролируя загрузку какого-либо отдельного генератора и его частоту, можно идентифицировать перегрузку всей системы, не имея сведений о загрузке других генерато. ров, т. е. не имея информационных связей между генераторами, так как нри указанномспособе распределения нагрузок в течениезаданного интервала времени, достаточного дляразгрузки генератора в наихудших условияхпрн наличии резерва мощности в системе (илиноминальной загрузке системы), ситуация, . 5когда одновременно совпадают два условия -частота меньше заданного минимального зна.мания и генератор перегружен, - может не.изменно сохраняться только в том случае,когда вся. система перегружена (в противном 10случае генератор успевает разгрузиться).По окончании этого интервала необходимоформировать Сигнал о перегрузке системы,по которому производится отключение частипотребителей, либо другие действия, необходи. 15мые для перегрузки системы. Заданный интервал времени необходимо выбирать из условияобеспечения разгрузки генератора в наихудшихусловиях, которые, очевидно, могут быть вмомент резкого наброса нагрузки, Величина 29интервала времени выбирается при этом взависимости от максимального провалачастоты в момент наброса номинальной наг.рузки и темпа регулирования частоты (по.дача топлива) и как правило может иметь Изначение 10 - 15 с,Если система имеет резерв мощности (илиблизкую к номинальнои загрузку) н частотав сети меньше заданного минимального значения, уставка первичных регуляторовскорости изменяется в сторону увеличенияподачи топлива до тех пор, пока частота недостигнет заданного минимального значения.Таким образом, частота в сети при отсутствии перегрузки системы не может иметь величину меньше заданного минимального значения, При этом нагрузочные характеристикикаждого, генератора откорректируются вмоменты перегрузки всей системы или отдельных генераторов так, что при загрузке 100%,частота каждого генератора (в автоматическомрежиме работы) совпадает с заданным мини.мальным значением частоты, т. е, откорректируется оптимальным образом с точки зренияточности распределения нагрузок, Соответственно максимально возможное значение часто.ты каждого генератора, либо частоты в системе генераторов отличается наклоном нагрузочиой характеристики отдельных генераторов.Распределение нагрузок согласно указанномуспособу вступает в действие в тем случаях,когда оказывается перегруженным хотя быодин генератор, либо когда частота в сетименыде заданного минимального значения.В остальных случаях нагрузка распределяетсяпо нагрузочным характеристикам первичныхрегуляторов,На фиг, 1 представлена бдок схема нредлагаемого устройства; на фиг. 2 - вариант исполнения реле нагрузочного параметра;на фиг. 3 - вариант выполнения реле минимальной частоты.Устройство (фиг. 1), )еализующее предло.женный способ, устанавливается на каждомиз параллельно работающих генераторови содержит реле 1 нагрузочного параметра,например реле номинального активного токаили активной мощности, выдающее на своем выходе уровень логической единицы, когда активный ток или активная мощность превышают номинальную величину, реле 2 минимальнои частоты,.выдавшее на своем выходеуровень логического нуля, когда значениечастоты генерируемого напряжения превышает заданное значение, и уровень логическойединицы при надопустимом снижении частоты, первый, второй и третий логические элемен. ты И 3 - 5, два инвертора б и 7 и реле 8 времени, на выходе. которого формируется сигнал только в том случае, если на его вход без перерыва поступает сигнал в течение интервала времени большего заданного значения.Вариант исполнения реле нагрузочного параметра может быть выполнен в видедатчика 9 активного тока или активноймощности, подключенного к входу компаратора 1 О напряжения, установкой порога срабатывания которого задается номинальная величина нагрузочного параметра.Вариант выполнения реле минимальной частоты приведен на фиг. 3 и содержит формирователь 11 поямоугольных импульсов, который для повышения точности определения частоты может выполняться в вМде триг. гера. формирователя, осуществляющего одно. временное преобразование входной синусоиды напряжения в прямоугольные импульсы и последующее деление на два полученной импульсной последовательности, одновибратор 12, формирующий по одному из фронтов поступающих на него импульсов, короткий установочный импульс, генератор 13 импульсов эталонной частоты, которыя может иметь кварцевую стабилизацию частоты, счетчик 14 импульсов, имеющий вход Ч разрешения счета, счетный вход Т и вход й нулевой ус тановки, логический элемент И - НЕ 15, подключенный к тем выходам разрядов счетчика 14, наличие единиц в котором опре. деляет код счетчика, соответствующий задан. ному минимальному значению частоты, элемент 16 кратковременной временной задержки и синхронный О.триггер 7, имеющий информационный вход О и вход С синхронизации, по переднему фронту импульса иа котором в триггере 17 записывается состояние логичес. кого сигнала с его О.входа.ФУстройство работзст следующим образом.1 ри перегрузке на выходе реле 1 нагрузочного параметра формируется сигнал логи. ческой единицы, который поступает нз олин вход логического элемента ИЗ. При одновре менном поступлении на второй вход логического элемента И 3 уровня логической единицы с реле минимальной частоты когда) значение частоты меньше минимального зна. чения, на выходе логического элемента И 3 О формируется сигнзл логической единицы, ко. торый поступает на исполнительные элементы, осуществляющие изменение уставки первичного регулятора в сторону снижения загрузки гене ратора (уменьшение подачи топлива). 5Определение момента перегрузки может осуществляться с помощью реле 1 нагрузочного параметра, представляющего собой, напри. мер, датчик 9 активного тока или активной мощности и компаратор 1 О напряжения. 20Датчик 9 по значению тока и напряжения вычисляет значение требуемого нагрузочного параметра, выдавая на своем вьходе напряжение, пропорциональное величине нагрузочного параметра. ФКомпаратор 10 напряжения сравнивает вели. чину напряжения с датчика 9 с фиксированным заданным значением напряжения, соответствующим номинальной величине нагрузочного параметра, 30В результате на выходе компаратора 10 формируется сигнал логической единицы при перегрузке и логического нуля при величине нагруэочного параметра меньше номинального значения.Определение граничного значения частоты осуществляется с помощью реле 2 минимальной частоты, нредставляюшего собой цифровое устройство высокой точности.Принцип работы реле минимальной частоты заключается в заполнении интервала времени40 между. началами двух периодов синусоиды импульсами стабильной частоты от генератора 13 импульсов, имеющего, например, квар. цевую стабилизацию частоты, вычислении колй. чества импульсов эталонной частоты, укладыва 4 юшихся в этот интервал, и анализе этого количества.Для этого входной синусоидальный сигнал преобраэовывается в прямоугольные импульсы формирователем 11. По одному из фронтов ф (например, переднему) одновибратор 12 формирует короткий установочный импульс, осу. ществляющий установку счетчика 14 импуль. сов в нулевое состояние. Таким образом, интервал времени между двумя импульсами одновибратора 12 соответствует периоду гене. рируемого объектом регулирования напряже. Подключенный к выходу счетчика логичсс.кий элемент И - 11. 15 фиксирует заданныйкод счетчика 14 и в момент достижениязначения этого кода запирает сче 1 чик с уров.нем логического напряжения Р по его вхо.ду Ч разрешения счета. Заданный код счет.чика соответствует м ини мал ь ной величинечастоты. В случае превышения частоты надзаданным минимальным значением состояниесчетчика не достигает заданного значения,и на выходе элемента И - НЕ 15 неизменноприсутствует логическая единица.Если действительная частота меныце минимального зуачения, состояние счетчика дости.гает заданного кода, и в момент его дос.тижения на выходе логической схемы 15формируется. уровень логического нуля,ззпрещающий дальнейший счет счетчиком 14до его очередной нулевой установки импульсом с одновибратора 12. Таким образом, состояние с выхода логического элемента 15 кначалу каждого очередного периода свидетельствует о том, больше (уровень логическойединицы) или меныпе (уровень логическогонуля) фактическое значение частоты посравнению с заданной величиной. Для фикса.ции этого соотношения используется 0-триггер 17, который по переднему фронту импульса с одновибратора 12 записывает состояние выхода элемента 15. Для того, чтобысброс счетчикз 14 в момент записи информации в О-триггер 17 не приводил к сбою, информация с выхода элемента 15 задерживаетсяна некоторое время (достаточное для записив О.триггер) с помощью элемента 1 б времен.ной задержки,В случае отсутствия перегрузки генератораи частоте в сети меньше заданного минималь.ного значения на оба входа логического элемента И 4 приходят сигналы логической единицы (один с выхода реле 2 минимальнойчастоты - частоты меньше минимальной, дру.гой - с инвертора 7 - перегрузкаотсутствует), В результате на выходе элементаИ 4 появится сигнал логической единиць, пос.тупзющий на исполнительный элемент, осуществляющий изменение уставки первичногорегулятора скорости в сторону увеличения подачи топлива в двигзтель.Когда генератор перегружен (на выходе реле нагрузочного параметра уровень логического нуля) и частота меньше минимальногозаданного значения, одновременно лва сигналалогической единицы приходят только на входыэлемента И 5. При этом на выхопзх элемсн.тов И 3 и 4 находится сигнал логическогануля, и регулирование загрузки нс происходит,з на выходе элемента И 5сипсзл логической единицы, запускзюншй рсдс К выдержкиЛог,упри Р(р Логл п,в Р)р Уйи; Ути НИИПИ Заказ 338 б/51 Тираж 62 ПИ филиал ППП Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 911576 времени. Если сигнал логической единиы на выходе элемента И 5 пе снимется в течение заданного интервала времени, что свидетельству.ет о перегрузке всей системы параллельноработающих генераторов, на выходе реле 8выдержки времени формируется сигнал логической единицы, указывающий на перегрузкувсей системы. Применение предлагаемого способа и реали.10 зующего его устройства позволяет осугцест.влять точное распределение нагрузок при па. раллельной работе генераторов вблизи номинальной мощности всей системы параллельно работающих генераторов, т. е. в той ситуации, когда наиболее важно точное и равномерное распределение нагрузок для обеспечения с од. ной стороны максимального использования мощности всех генераторов систем, а с дрч 1 Огой - для обеспечения работы без перегрузки отдельных генераторов.При этом обеспечиваются контроль и под. держание заданного граничного значения час. тоты с высокой точностью, обусловленной возможностью использования современных микроэлектронных средств цифровой техники и, что особенно важно, появляется возможность полностью отказаться от информацион. ных связей (уравнительных соединений), что в значительной степени упрощает систему, повышает ее надежность. Кроме того, осуществляется автоматическая коррекция положения нагрузочных характеристик отдельных агрегатов, что обеспечи. вает высокую точность распределения нагру. зок, особенно вблизи номинальных значений загрузки генераторов.