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

 

1, Способ распределения нагрузки между параллельно работаюищми генераторами, заключающийся в том, что выявляют генераторы, имеющие загрузку выше и ниже номинального значения и разгружают перегруженные генераторы и загружают недогруженные генераторы при помощи изменения уставки первичного регулятора скорюсти привода генератора, отличающийся тем, что, с целью повыщения надежности и точности распределения нагрузок, осуществляют контроль частоты вырабатываемого генераторомпеременного тока и разгружают перегруженный генератор при одновременном превышении загрузки зтого генератора над номинальным значением и частоты над заданным минимальным значением, загружают недогруженный генератор при значении частоты ниже заданного минимального значения и значении .величийы нагрузки генератора, ниже номинального значения до тех пор, пока значение частоты не превыс1ггзаданного минимального (Л значения, при одновременном значении в течение заданного интервала времени частоты ниже минимального значения и значения загрузки любого из генераторов выше минимальной величины формируют сигнал о перегрузке всей системы работающих генераторов. сд sj а со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(s)1 Н 02 J 3/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l3, . :, 1ч, ВЕЬЛИОТЕКМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3685269/24-07 (22) 04.01.84 (46) 23.05.85. Ьюл. У 19 (72) М. Я. Каплан (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электроагрегатов и передвижных электростанций (53) 621.313.322.016.31 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 629590, кл, Н 02 J 3/46, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

N 528663, кл. Н 02 J 3/46, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

К4 983894, кл. H 02 J 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 генераÄÄSUÄÄ 1157613 торы и загружают недогруженные генераторы при помощи изменения уставки первичного регулятора скорости привода генератора, отличающийся тем,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 номинального значения до тех пор, пока значение частоты не превысит заданного минимального значения, при одновременном значении в течение заданного интервала времени частоты ниже минимального значения и значения загрузки любого нз генераторов выше минимальной величины формируют сигнал о перегрузке всей системы работающих генераторов.

2. Устройство для распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами, содержащее реле нагрузочного нарамет ра, один вход которого предназначен для подключения к клемме тока, другой -- к клемме напряжения, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьнпения надежности и точности распределения нагрузок, оно снабжено реле минимальной частоты, тремя логическими элементами И, реле времени и двумя инверторами, причем входреле минимальной частоты предназначен для подключения к клемме напряжения, входы первого логического элемента И nog,ключены соответственно к выходу реле нагрузочного параметра и к выходу реле минимальной частоты, входы второго логичсс1>7613 кого элемента И подключены через первый и второй инверторы соответственно к выходу реле нагрузочкого параметра и к выходу реле минимальной частоты, входы третьего логического элемента И подключены соответственно к выходу реле нагрузочиого параметра и к выходу второго инвсртора, а выход третьего логического элемента И подсоединен к реле времени, нри этом выход первого логи— ческого элемента И является выходом, осуществляющим уменыпение загрузки генерато. ра, выход второго логического элемента И выходом, осуществляющим увеличение загрузки генератора, а выход реле времени — выходом, 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 использоваться при параллельной работе электроагрегатов и передвижных электростанций, Известны .способы распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами, основанные на выявлении генератора с экстре30 мальной нагрузкой и последующей разгрузкой его. При этом разгрузка генератора осуществляется, как правило, воздействием на уставку первичного (механического) регулятора частоты двигателя внутреннего сгорания, исполь. зуемого в качестве привода генератора (1) и (2(.

Недостатком этих способов является то, что при перегрузке всей системы параллельно работающих электроагрегатов осуществляется непрерывное воздействие на уставки первичньгх 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 соответствии с оставшимися неизменными уставками первичных регуляторов.

Недопустимое снижение частоты в системе может происходить при указанных способах также в условиях отсутствия перегрузки и в ЗО случае длительной работы при часто изменяющейся нагрузке за счет инерционности снижения загрузки перегруженного генератора, так как разгрузка перегруженного генератора в результате инерционности системы регулирования может осуществляться не до номинальной величины, а несколько ниже. Поэтому при новом изменении нагрузки в сторону увеличения разгружаться начнет другой агрегат и изменится уставка его первичного регулятора.

В результате постепенно могут изменяться уставкк первичных регуляторов всех агрега-" тов и частота в системе снижаться до недопустимого уровня.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами, заключающийся в том, что выявляют генераторы, имеющие загрузку выше и ниже номинального значения, разгружают перегруженные генераторы и загружают недогруженные генераторы посредством изменения 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 указанного способа является возможность недопустимого снижения частоты в системе даже прк кратковременных перегруэ1157613 4 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 прекрашения перегрузки.

Поскольку скорости изменения загрузки каждого генератора могут значительно различаться между собой, а воздействие на изменеwe загрузки иметь инерционность при эксплу- 1О 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 значительно 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 работаюшими генераторами, заключающемуся в том, что выявляют генераторы, имеющие загрузку выше и ниже номинального значения и разгружают перегру30 женные генераторы и загружают недогруженные генераторы при помощи изменения уставки первичного регулятора скорости привода генератора, осушествляют контроль частоты вырабатываемого генератором переменного тока и разгружают перегруженный генератор при одновременном превышении загрузки этого генератора над номинальным значением и частоты над заданным минимальным значением, при значении частоты ниже заданного минимального значения и значении величины загрузки генератора ниже номинального значения загружают недогруженный генератор до тех пор, пока значение частоты не превысит заданного минимального значения, при од.повременном значении в течение заданного интер-45 вала времени частоты ниже минимального значения и значения загрузки любого из генераторов выше минимальной величины формируют сигнал о перегрузке всей системы работатающих генераторов.

Устройство для распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами, содержашее реле нагруэочного параметра, один вход которого предназначен для подключения к клемме тока, а другой — к клемме ээ напряжения, снабжено реле минимальной частоты, тремя логическими элементами. И, реле времени и двумя инверторами, при этом вход 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, осушествляюшим уменьшение загрузки генератора, выход второго логического элемента И-выходом, осушествляюшим увеличение загрузки генератора, выход реле времени — выходом, указывающим на перегрузку всех параллельно работаюших генераторов.

Для осуществления предлагаемого способа производят постоянный контроль частоты вы -. рабатываемого генераторами переменного тока либо непосредственно частоты врашения вала двигателя и сравнивают его с заданным минимальным значением f ., (например, 49Гц для промышленной частоты). Если отдельный генератор оказался перегруженным при

f > f » . ч, то уменьшают загрузку генератора, изменяя уставку первичного регулятора скорости до тех пор, пока генератор не. разгрузится, 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 загрузки перегруженного генератора (уменьшение подачи топлива в него, воздействуя на первичный регулятор) не приведет к его разгрузке, так как окажутся перегруженными другие генераторы системы, в которых также согласно 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, окажутся перегруженными 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 генератоpos, т. е. не имея информационных связей между генераторами, так как при указанном

1157613 способе распределения нагрузок в течение заданного интервала времени, достаточного для разгрузки генератора в наихудших условиях прн наличии резерва мощности в системе (или номинальной загрузке системы), ситуация, . 5 когда одновременно совпадают два условия— частота меньше заданного минимального значения и генератор перегружен, — может неизменно сохраняться только в том случае, когда вся. система перегружена (в противном случае генератор успевает разгрузиться).

По окончании этого интервала необходимо формировать сигнал о перегрузке системы, по которому производится отключение части потребителей, либо другие действия, необходи- 1$ мые для перегрузки системы. Заданный интервал времени необходимо выбирать из условия обеспечения разгрузки генератора в наихудших условиях, которые, очевидно, могут быть в момент резкого наброса нагрузки, Величина интервала времени выбирается при этом в зависимости от максимального провала частоты в момент наброса номинальной нагрузки и темпа регулирования частоты (подача топлива) и как правило может иметь 2S значение 10 — 15 с.

Если система имеет резерв мощности (или близкую к номинальнои загрузку) н частота в сети меньше заданного минимального значения, уставка первичных регуляторов скорости изменяется в сторону увеличения подачи топлива до тех пор, пока частота не достигнет заданного минимального значения.

Таким образом, частота в сети при отсутствии перегрузки системы не может иметь величину меньше заданного минимального значения. При этом нагрузочные характеристики каждого . генератора откорректируются в моменты перегрузки всей системы или отдельных генераторов так, что при загрузке 100%, частота каждого генератора (в автоматическом режиме работы) совпадает с заданным минимальным значением частоты, т. е. откорректируется оптимальным образом с точки .зрения точности распределения нагрузок, Соответственно максимально возможное значение частоты каждого генератора, либо частоты в системе генераторов отличается наклоном нагрузоч. иой характеристики отдельных генераторов.

Распределение нагрузок согласно указанному способу вступает в действие в тем случаях, когда оказывается перегруженным хотя бы один генератор, либо когда частота в сети меньше заданного минимального значения.

В остальных случаях нагрузка распределяется по нагрузочным характеристикам первичных регуляторов.

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), реализующее предложенный способ, устанавливается на каждом из параллельно работающих генераторов и содержит реле 1 нагрузочного параметра, например реле номинального активного тока или активной мощности, выдающее на своем выходе уровень логической единицы, когда активный ток или активная мощность преBbliBIoT номинальную величину, реле 2 минимальнои частоты, .выдавшее на своем выходе уровень логического нуля, когда значение частоты генерируемого напряжения превышает заданное значение, и уровень логической единицы при надопустимом снижении частоты, первый, второй и третий логические элементы И 3 — 5, два инвертора 6 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 виде датчика 9 активного тока или активной мощности, подключенного к входу компаратора 10 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 виде триггера- формирователя, осуществляющего одновременное 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 Я нулевой ус. тановки, логический элемент И вЂ” НЕ 15, подключенный к тем выходам разрядов счетчика 14, наличие единиц в котором определяет код счетчика, соответствующий заданному минимальному значению частоты, элемент 16 кратковременной временной задержки и синхронный 0-триггер !7, имеющий информационный вход 0 и вход С синхронизации, по переднему фронту импульса иа котором в триггере 17 записывается состояние логического сигнала с его О-входа.

l!57613

Устройство работаст следующим образом.

1!ри перегрузке на выходе реле 1 нагрузочного параметра формируется сигнал логической единицы, который поступает на один вход логического элемента ИЗ. При одновременном поступлении »а второй вход логического лемента И 3 уровня логической единицы с реле минимальной частоты когда

) значение частоты меньше минимального значения, на выходе логического элемента И 3 !О формируется сигнал логической единицы, который п на исполнительные элементы, осуществляющие изменение уставки первичного регулятора в сторону снижения загрузки гене ратора (уменьшение подачи топлива). !5

Определение момента перегрузки может осуществляться с помощью реле 1 нагрузочного параметра, представляющего собой, например, датчик 9 активного тока или активной мощности и компаратор 10 напряжения. 20

Датчик 9 по значению тока и напряжения вычисляет значение требуемого нагрузочного параметра, выдавая на своем вь|ходе напряжение, пропорциональное величине нагрузочного параметра. Ж

Компаратор 10 напряжения сравнивает величину напряжения с датчика 9 с фиксированным заданным значением напряжения, соответствующим номинальной величине нагрузочного параметра. 30

В результате на выходе компаратора 10 формируется сигнал логической единицы при перегрузке и логического нуля при величине нагруэочного параметра меньше номинального значения.

Определение rp: ничного значения частоты осуществляется с помощью реле 2 минимальной частоты, представляющего собой цифровое устройство высокой точности.

Принцип работы реле минимальной частоты заключается в заполнении интервала времени

40 между. началами двух периодов синусоиды импульсами стабильной частоты от генератора 13 импульсов, имеющего, например, кварцевую стабилизацию частоты, вычислении колйчества импульсов эталонной частоты, укладыва 45 ющихся в этот интервал, и анализе этого количества.

Для этого входной синусоидальный сигнал преобраэовывается в прямоугольные импульсы формирователем !3. По одному из фронтов (например, переднему) одновибратор 12 формирует короткий установочный импульс, осуществляющий установку счетчика 14 импульсов s нулевое состояние. Таким образом, интервал времени между двумя импульсами одновибратора 12 соответствует периоду генерируемого объектом регулирования напряжения.

Подключенный к выходу счетчика л1гичсский элемент И вЂ” ill . 15 фиксирует заданный код счетчика 14 и в момент достижения значения этого кода запирает сче1чик с уровнем логического напряжения P по его входу V разрешения счета. Заданный код счетчика соответствует минимальной величине частоты. В случае превышения частоты над заданным минимальным значением состояние счетчика не достигает заданного значения, и на выходе элемента И вЂ” HF. 15 неизменно присутствует логическая единица.

Если действительная частота меныце минимального зуачения, состояние счетчика достигает заданного кода, и в момент его достижения на выходе логической схемы 15 формируется. уровень логического нуля, запрещающий дальнейший счет счетчиком 14 до его очередной нулевой установки импульсом с одновибратора 12. Таким образом, состояние с выхода логического элемента 15 к началу каждого очередного периода свидетельствует о том, больше (уровень логической единицы) или меньше (уровень логического нуля) фактическое значение частоты по сравнению с заданной величиной. Для фиксации этого соотношения используется D-триггер 17, который по переднему фронту импульса с одиовибратора 12 записывает состояние выхода элемента 15. Для того, чтобы сброс счетчика 14 в момент записи информации в D-триггер 17 не приводил к сбою, информация с выхода элемента 15 задерживается на некоторое время (достаточное для записи в О-триггер) с помощью элемента 16 временной задержки.

В случае отсутствия перегрузки генератора и частоте в сети меньше заданного минимального значения на оба входа логического элемента И 4 приходят сигналы логической единицы (один с выхода реле 2 минимальной частоты — частоты меньше минимальной, другой — с инвертора 7 — перегрузка отсутствует). В результате на выходе элемента

И 4 появится сигнал логической единиць!, поступающий на исполнительный элемент, осуществляющий изменение уставки первичного регулятора скорости в сторону увеличения подачи топлива в двигатель.

Когда генератор перегружен (на выходе реле нагрузочного параметра уровень логического нуля) и частота меньше минимального заданного значения, одновременно два сигнала логической единицы приходят только на входы элемента И 5. При этом на выходах элементов И 3 и 4 находится сигнал логическога нуля, и регулирование загрузки klc происходит, а на выходе элемента И 5 -- сигнал логической единицы, запускающий рсдс К выдержки

Лог. упри Р< p„

F08Ë при Р7

nplмт46

4@ «hei n

ВНИИПИ Заказ 338б/51 Тираж 620 Подписное

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

)157б времени. Если сигнал логической единиц на выходе элемента И S не снимется в течение заданного интервала времени, что свидетельствует о перегрузке всей системы параллельно работающих генераторов, на выходе реле. 8 выдержки времени формируется сигнал логической единицы, указывающий на перегрузку всей системы.

Применение предлагаемого способа и реали->О зующего его устройства позволяет осуществлять точное распределение нагрузок при параллельной 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 одной стороны максимального использования мощности всех генераторов систем, а с др 13

1О гой -- для обеспечения работы без перегрузки отдельных генераторов.

При этом обеспечиваются контроль и поддержание заданного грани,ного значения частоты с высокой точностью, обусловленной возможностью использования современных микроэлектронных средств иифровой техники и, что особенно важно, появляется возможность полностью отказатьсн от информационных связей (уравнительных соединений), что в значительной степени упрощает систему, повышает ее надежность.

Кроме того, осуществляется автоматическая коррекция положения нагрузочных характеристик отдельных агрегатов, что обеспечивает высокую точность распределения нагрузок, особенно вблизи номинальных значений загрузки генераторов.