Устройство для регулирования частоты с выравниванием нагрузок параллельно работающих дизель-генераторов

(56) Авторское свВ 629590, кл. Н 0Авторское свидУ 583528, кл, Н 0 с" хническии 088.8)идетельство ССС2 ) 3/46, 1978.етельство СССР2 3 3/46, 1977. ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОКАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЧАСТОТЫ С ВЫРАВНИВАНИЕМ НАГРУЗОКПАРАЛЛЕЛЬНО РАБОТАОЦИХ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОВ, подключенных через линейные контакторы на питающие шины,содержащее ключевые элементы почислу дизель-генераторов, выходы которых подключены к дизель-генераторам, блок датчиков активных нагрузок, входы которого соединены .с выходами дизель-генераторов, датчикчастоты с уставкой заданной частоты,подключенный к питающим шинам, выход которого соединен с входом первого релейного элемента с петлейгистерезиса, блок выбора экстремального тока нагрузки, первый входкоторого подключен к выходу блокадатчиков активной нагрузки, второйвход соединен с выходом релейногоэлемента с петлей гистерезиса, авыходы подключены к входам ключевыхэлементов, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью увеличения ресурса работы дизель-генераторов и экономии топлива путем устранения автоколебаний в системе регулирования, оно снабжено дифференциатором и вторым релейным элементом с петлей гистерезиса и зоной нечувствительности, а блок выбора экстремального тока нагрузки содержит три элемента сравнения, три инвертора,шесть трехвходовых элементов И, триреле, причем входы дифференциатораи второго релейного элемента подключены к выходу датчика частоты, выход дифференциатора соединен с входамипервого и второго релейных элемен-тов, входы элементов сравнения соедииены по схеме треугольника, вершиныкоторого связаны с выходом блока датчиков активной нагрузки, вхо реле соединены через замыкающие блокконтакты линейных контакторов первого, второго и третьего дизель-генераторов соответственно с источником питания, первые входы первых трехэлементов И соединены с выходомпервого релейного элемента, а третьвходы вторых трех элементов И - с выходом второго релейного элемента,выход первого элемента сравнения соединен с вторым входом первого элемента И и через первый инвертор - стретьим входом второго элемента И,выход второго элемента сравнения соединен с вторым входом второго элемента И и через второй инвертор - стретьим входом третьего элемента И,выход третьего элемента сравнениясоединен с вторым входом третьегоэлемента И и через третий инверторс третьим входом первого элемента И,причем первый вход четвертого элемента И соединен через первый замыкающий контакт второго реле .с выходом первого инвертора и через первый69078 11 размыкающий контакт этого реле - с выходом второго релейного элемента, второй вход четвертого элемента И соединен через второй замыкающий контакт третьего реле с выходом третьего элемента сравнения и через второй размыкающий контакт, этого реле - с выходом второго релейного элемента, первый вход пятого элемента И соединен через первый замыкающий контакт третьего реле с выходом второго инвертора и через первый размыкающий контакт этого реле - с выходом второго релейного элемента, второй вход пятого элемента И соединен через первый замыкающий контакт первого реле с выходом первого элемента сравнения и через первый размыкающий контакт этого реле - с выходом второго релейного элемента, первый вход шестого элемента И соединен через второйзамыкающий контакт первого реле свыходом третьего инвертора и черезвторой размыкающий контакт этого реле - с выходом второго релейного элемента, второй вход шестого элемен"та И соединен через второй замыкающийконтакт второго реле с выходом второго элемента сравнения и через второй размыкающий контакт этого релес выходом второго релейного элемента,вьмоды первого и четвертого элементов И соединены с входами ключевогоэлемента первого дизель-генераторавыходы третьего и пятого элементов Исоединены с входами ключевого элемента второгодизель-генератора, а выходы третьего и шестого элементов Иподключены к входам ключевого элемента третьего дизель-генератора.1Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического регулирования частоты с выравниванием активных нагрузок при управлении параллельной работой ди 5 зель-генераторов постоянного и переменного тока автономных электростанций, напримерсудовых.Цель изобретения - увеличение ресурса работы дизелей и экономии 10 топлива путем устранения автоколебаний в системе регулирования.Иа фиг. 1 представлена структурная схема устройства трех параллельно работающих дизель-генераторов 15 на фиг. 2 - релейный элемент, образованный двумя релейными элементами, на фиг. 3 - нереверсивная харак теристика с зоной нечувствительности релейного элемента. 20Устройство содержит дизель-генераторы 1-3. На выходы дизель-генераторов подключены датчики активного тока нагрузки, которые объединены в блок 4 датчиков нагрузки, На входе 25 дизель-генераторов установлены ключевые элементы 5-7 для управления серводвигателями реек топливных на.сосов пизелей.управление ключевых элементов 5-7 осуществляется с вы- З 0 хода блока 8 выбора экстремального 2тока нагрузки. Входы блока 8 подключены к выходу блока 4 датчиков нагрузки к выходам релейных элементов 9 и 10, входы которых подключены к датчику 11 частоты, подсоединенному к питающим шинам 12. Дополнительно выход датчика 11 частоты подается на вход дифференциатора 13, выход которого подключен к входам реле иных элементов 9 и 10. Блок 8 выбора экстремального тока нагрузки содержит реле 14 - 16, элементы сравнения 17-19 и дешифратор с инверторами 20-22, элементами И 23-28 на три входа. Управление реле 14-16 выполняется замыкающимися блок-контактами 29-31 линейных контакторов 1-3.Первые входы элементов И 23-25 соединены с выходом релейного элемента 9, а третьи входы элементов 26-28 подключены к выходу релейного элемента 10, Выход элемента 17 сравнения соединен с вторым входом элемента 23, через замыкающий контакт 32, реле 14 " с вторым входом элемента 27, через инвертор 20 - с третьим входом элемента 24,а также через инвертор 20 и замыкающий контакт 33 реле 15 с первым входом элемента 26. Выход элемента 18 сравнения подключен1169078 4вительности репейного элемента 44, который реализует пороговую функцию Р . 1,( йГ + йГ)Э + --Е Ег 0 (1 Е + аЕ)( ---2А) Е 2 й.) О, (дГ + ЛГ) (д - 1, (дЕ + дГ) Г+ Ег Р д ф Ринвертор 22 - с третьим входом элемента 23, а также через инвертор 22и замыкающий контакт 37 реле 14с первым входом элемента 28. Дополкительно выход релейного элемента 10соединен через размыкающий контакт 38реле 14 с вторым входом элемента 27,через размыкающий контакт 39 реле 15 с первым входом элемента 26, через 20размыкающий контакт 40 реле 15 -с вторым входом элемента 28, черезразмыкающий контакт 41 реле 16 - спервым входом элемента 27, черезразмыкающий контакт 42 реле 16 - с 25вторым входом элемента 26, черезразмыкающий контакт 43 реле 14 - спервым входом элемента 28. Выходыэлемектов 23 и 26, 24 и 27, 25 и 28соединены соответственно с первыми ЗОи вторыми входами ключевых элемен тов 5-7. Выходы элементов 23-25 дешифратора на максимум выдают сигналына уменьшение подачи топлива в дизели.Выходы элементов 26-28 дешифрато 35ра на минимум выдают сигналы на увеличение подачи топлива в дизели.Релейный элемент 44 (фиг. 2), образованный релейными элементами 9и 10, содержит операционные усилите Оли 45 и 46, переменные резисторы 4751, постоянные резисторы 52-55 и диоды 56-59, где резистор 50 задаетуровень Ру, резистор 51 вуровень Р.,гФрезистор 47 задает ширину петли гистерезиса Е, релейного элемента 9,резистор 48 - ширину петли гистерезиса Ег релейного элемента 1 О, а резистор 49 - ширину зонынечувствительности О релейного элемента О,50Сигнал с выхода датчика 11 частоты и дифференциатора 13 через постоянные резисторы 60 и 61 подаются напрямой вход операционного усилителя 62, выход которого связан с входами релейных элементов 9 и 10.На фиг. 3 изображена нереверсивная характеристика с зоной нечувст-к второму входу элемента 24, череззамыкающий контакт 34 реле 15к второму входу элемента 28, черезинвертор 21 - к третьему, входу элемента 25, а также через инвертор 21и замыкающий контакт 35 реле 16к первому входу элемента 27. Выходэлемента 19 сравнения подключен свторым входом элемента 25, череззамыкающий контакт 36 реле 16 - совто ым вхо ом элемента 26 че ез где Е - ширина петли гистерезисарелейного элемента 9,К - ширина петли гистерезисарелейного элемента 1 Од - зона нечувствительности релейного элемента 1 О.Устройство работает следующим образом.При параллельной работе дизель- генераторов 1-3, включенных на шинах 12, замкнуты блок-контакты 29-31 линейных контакторов (см фиг, 2). Включены реле 14-16, а их контакты коммутируют цены в блоке 8. Блок 4 датчиков выдает сигналы в аналоговой форме на выход блока 8, При частоте на шинах 12 больше заданнойЕГ - й )+ - свыхода релейтек йа 2ного элемента 9 ка блок 8 входа поступает сигнал Р= 1, При этом дешифратор блока 8 выявляет дизель- генератор с максимальным активным током нагрузки.В случае (Й - Г) 4 ( д+ - )Е с выхода релейного элемента 10 следует Р = 1. Дешифратор блока 8 выявляет дизель-генератор с минимальным активным током нагрузки. Сигналы с выхода блока 8, соответствующие выявленным генераторам, управляют ключевыми элементами 5-7, которые в зависимости от текущей частоты на шинах 12 управляют серводвигателями реек топливных насосов дизель- генераторов 1-3 с целью равномерного распределения активного тока нагрузки между дизель-генераторами и поддерживания частоты ка шинах 12.Рассмотрим работу устройства, когда частота ка шинах 12 меньше заданной, т.е. Руг= 1. Пусть активные токи нагрузки генераторов 1-3, находятся в следующих соотношениях1 а,71 1 3 1 С За25 вующие им серводвигатели на уменыпение подачи топлива в цилиндры дизе лей,В случае отключения, например, дизель-генератора 1 размыкается блок- контакт 29, отключается реле 14, которое замыкающими контактами 37 и 55 32 отключит пороговый вход 28 и второй вход 27, Одновременно с помощью размыкающихся контактов 43 и 38 этого На выходе элементов 17-19 сравнения формируется соответственно дискретная информация 1, О, О, При этом на первые входы элементов 23-25 поступает логический "О" от релейного элемента 9, На вторые входы элементов 23-25 поступает информация 1, О, О, а на вторые входы элементов 26-28 соответственно О, 1, О, 1 О На третьи входы элементов 23-25 поступает информация 1, О, 1, а на первые входы элементов 26-28 аналогично О, 1, 1. При этом на выходах элементов 23-28 формируется следую щая последовательность: О, О, О, О, 1, О.Таким образом, выбран дизель- генератор 2 с минимальным активным током, Срабатывает ключевой эле мент б (фиг. 1), который включает сердодвигатель рейки топливного насоса дизель-генератора 2 в направлении увеличения подачи топлива в цилиндры дизеля.По мере увеличения подачи топлива в дизель-генератор 2, частота вращения увеличивается, а генератор набирает активную мощность. Это будет происходить до тех пор, пока 30 блок 8 не выявит следующий дизель- генератор с минимальным током нагрузки, например 3, Серводвигатель дизель-генератора 2 останавливается, а серводвигатель дизель-генератора 3 включается и т даЧастота на шинах 12 будет увели;чиваться, При превьппении частоты выше Г , на величину Е /2, формируются йороговые сигналы Р = 1 с 40 выхода релейного элемента 9 и Р 12 = О с выхода релейного элемента 10. Аналогичным образом, на. выходах элементов 23-25 будут сформированы сигналы в зависимости от выбранного 45 дизель-генератора с максимальным током нагрузки, которые через ключевые элементы 5-7 включат соответстреле данные входы подключатся к выходу релейного элемента 10 с пороговой функцией Р= 1. Принудительное формирование "1" по первому входу элемента 38 и второму входу элемента 27 исключает влияние отключенногодизель-генератора на параллельнуюработу оставшихся включенными дизельгенераторов по управлению, т.е. обеспечивает нормальную работу дешифратора с настройкой на минимум в случаепараллельной работы дизель-генераторов 2 и 3. Теперь в зависимости оттого, какой из этих дизель-генераторов будет иметь минимальный ток нагрузки на выходе элемента 27 или элемента 28 будет сформирована "1" и подана команда на увеличение подачитоплива в их дизели. Аналогичнобудет выполнена перестройка дешифратора с настройкой на минимум приотключении дизель-генератора 2 или 3.Отключенный дизель-генератор длядешифратора с настройкой на максимуместь дизель-генератор с минимальной(нулевой) нагрузкой и на работу егоне влияет.Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет сэкономитьтопливо и увеличить ресурс дизелейза счет срыва автоколебаний в системе регулирования. Это достигаетсявведением в систему поддержания частоты и распределения активной мощности между генераторами релейного элемента с нереверсивной релейной ха -рактеристикой и зоной нечувствительности,Автоколебания в системе регулирования могут быть и не быть. Еслиавтоколебаний нет, в случае малыхпостоянных времени дизель-генераторов, то переключения (реверс) серводвигателей выполняется только помере необходимости. При наличии автококолебаний в системе регулированияв устройстве предусмотрена коррекция за счет введения гибкой" обратФной связи с помощьюдифференциатора 13.Путем выбора коэффициента передачипо каналу (гибкой" обратной связис помощью резистора 61 всегда можносорвать автоколебания. При работесистемы без автоколебаний уменьшается износ дизелей, осуществляетсяэкономия топлива, более равномерноподается топливо в цилиндры дизелей,7обеспечивая их "мягкую" работу. В противном случае дизели работают с постоянной динамикой, приводящей к быстрому износу поршней и цилиндров дизелей, а также к возможным разрушениям коленчатых валов при пиковых нагрузках, Применение предлагаемого устройства к совокупности с серводвигателями топливных насосов дизель-генераторов позволяет реализовать астатическое регулиро 169078вание, имеющее известное преимущество перед статическим регулированием, а также реализовать экономически наивыгоднейший режим работы электроэнергетической установки. Кроме того, устройство позволяетвключать дизель-генераторы на парал"лельную работу в любой последова 1 О тельности, что повышает надежностьэлектроснабжения.11 б 9078 Составитель О.НаказнаяРедактор Н.Данкулич . Техред О,Неце Коррект учар одписное Тирнног етений 35, Ра 4/5 Патент.", г,ужгород, ул.Проектная,Филиа Заказ 4624/49 ВНИИПИ Государств по делам изоб 113035, Москва, Ж