3.3 Алгоритмы управления судовыми электроэнергетическими системами

Вспомогательные алгоритмы подготовки исходной информа­ции для основных алгоритмов управления ЭЭС. Для выполнения ядра алгоритмов управления судовой электроэ­нергетической системой требуется определение истинного значения мощности, отдаваемой каждым ГА в судовую сеть, резервной мощ­ности, средней величины генерируемой мощности для каждого ГА. Для вычисления истинного значения мощности, отдаваемой ГА в су­довую сеть, используется аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Как правило, используется один АЦП, а параметры каждого из ГА с помощью специального мультиплексора, управляемого микропро­цессорной системой, подключаются к нему. Для упрощения процесса расчета величины активной мощности, преобразования в АЦП на­пряжения и тока осуществляются в момент, когда активный ток в фазе имеет максимальную величину. Кроме того, для оптимальной организации процесса расчета мощности, отдаваемой ГА в сеть в слу­чае, когда ЭЭС имеет ГА различной мощности, выполняется норми­рование параметров тока. Для этого настройкой каждого измеритель­ного канала тока мультиплексора добиваются того, чтобы при номинальной нагрузке, независимо от истинной мощности ГА, на выходе мультиплексора была одинаковая его величина. Истинное значение мощности ГА рассчитывается умножением полученных значений тока и напряжения на специальный коэффициент, величина которого для каждого ГА хранится в специальной области ПЗУ.

Расчет текущего значения активной мощности ГА осуществляется путем перемножения активного тока I_а на напряжение U каждую по­ловину периода. На каждом цикле измерения осуществляется про­верка исправности модулей, используемых в процессе измерения и значимости преобразованных измеряемых величин.

Во избежание случайных ошибок при измерении Р_а ГА, рассчиты­вается интегральное значение активной мощности Р_аи, путем усред­нения результатов измерений в предыдущих циклах. Другие необхо­димые значения мощности рассчитываются по величине Р_аи. Так, суммарная активная мощность  Р_аи, отдаваемая ГА в сеть, рассчиты­вается суммированием Р_аи каждого из ГА, подключенного к сети. Среднее значение мощности Р_аис определяется путем деления  Р_аи на число подключенных к сети ГА.

Рисунок 3.13 - Алгоритм измерения активной мощности генераторного агрегата

Значения операторов граф-схемы алгоритма измерения активной мощности ГА (рис. 3.13) следующие:

A1 — установка метки «ГА_i подключен к сети»;

А2 — управление мультиплексором, т.е. подключение токового ка­нала данного ГА к АЦП;

А3 — управление АЦП;

А4 — измерение величины активного тока I_а данного ГА и напряже­ния U;

А5 — вычисление активной мощности ГА Р_аi = KI_aiU;

А6 — контроль исправности модулей и значимости измеряемых ве­личин;

А7 — установка знака «Оценка проверок»;

Р8 - оценка результатов проверок исправности модулей и значи­мости измеряемых величин;

А9 — установка знака «Деблокирование вычисленных значений ак­тивной мощности Р_аi» для расчета ее интегрального значения Р_аiu;

А10 — расчет интегрального значения активной мощности Р_аiu;

А11 — расчет истинного значения активной мощности ГА;

А12 — расчет суммарной мощности, отдаваемой ГА в сеть  Р_аи;

Р13 — все агрегаты учтены;

А14 — формирование результата оценки неисправностей модулей АЦП по результатам проверок;

P15 — неисправность модулей АЦП имеет место;

А16 — формирование кода неисправности;

А17 — вывод сигнализации о неисправности модулей либо о значи­мости результатов измерений;

A18 — расчет среднего значения активной мощности, отдаваемой ГА в сеть;

P19 — число циклов измерений больше 4 (превысило уставку);

А20 — деблокирование измеренных и рассчитанных величин.

Алгоритм разгрузки генераторного агрегата перед отключением его от сети. Отключение ГА от сети осуществляется при регистрации заявки на его нормальную или экстренную остановку. Для улучшения условий ра­боты главных контактов автоматического выключателя при их размыка­нии, при регистрации заявки на нормальную остановку, генераторный аг­регат предварительно разгружается до 0,1Р_н = Р_пост. Р_пост записывается в качестве константы для каждого ГА в постоянную память. Перед разгруз­кой постоянная мощность Р_пост для каждого ГА сравнивается с измерен­ным значением интегральной мощности Р_аи для этого ГА. Если измерен­ная интегральная мощность больше Р_пост, то формируется команда на серводвигатель регулятора частоты вращения приводного двигателя для сокращения подачи топлива до за­данной величины. После этого устанавливается метка «Мощность уменьшается», что является разре­шающим сигналом для отключе­ния АВ генератора.

П ри регистрации заявки на экс­тренную остановку предваритель­ная разгрузка ГА перед отключе­нием его АВ не осуществляется. Граф-схема алгоритма разгрузки ГА перед отключением его АВ (рис. 3.14) имеет следующие зна­чения операторов:

P1 —- заявка на нормальную остановку ГА;

А2 — определение номера от­ключаемого ГА;

А3 — определение текущего значения интегральной мощности от­ключаемого ГА;

Р4 — интегральная мощность отключаемого генератора определена;

А5 — формирование значения уставки мощности разгрузки Р_пост подключаемого ГА;

Р6 — текущее значение интегральной мощности Р_аи больше уставки Р_пост;

А7 — запоминание команды на разгрузку ГА;

A8 — выдача команды на разгрузку ГА;

А9 — установка знака «Мощность уменьшается».

Алгоритм синхронизации генераторного агрегата и включения его на параллельную работу. Наличие запроса на синхронизацию ГА опрашивается циклически через каждые 0,8 с. Если запрос на синхронизацию имеется, то вклю­чается сигнализация «Синхронизация» и запоминается номер ГА, для которого поступил запрос на синхронизацию.

Запрос на подключение ГА может поступить, когда требуется подключить ГА на параллельную работу либо когда выполняется об­работка «Black out», т.е. требуется подключить ГА на обесточенные шины. Поэтому вначале проверяются условия первичного подключе­ния (ни один из ГА не должен быть подключен к сети). Если условия первичного подключения выполняются, то выдается команда на включение АВ генератора, проверяется условие его включения и за­поминается, что ГА включен на шины.

Если не удовлетворяются условия для первичного подключения, т.е. к шинам ГРЩ уже подключен другой ГА, то определяется разность частот сети и синхронизируемого ГА ( ). Для ускорения процесса син­хронизации, в зависимости от средней нагрузки Р_ср в ЭЭС, разность час­тот и , при которой разрешается включение ГА на параллельную ра­боту, устанавливается в диапазоне от 0,1 до 1 Гц. Чем меньше Р_ср, тем меньше , при которой разрешается включение ГА на параллельную ра­боту. В зависимости от Р_ср изменяется и длительность управляющих им­пульсов, подаваемых на серводвигатель регулятора частоты вращения приводного двигателя. При большом значении длительность управля­ющих импульсов составляет 0,4 с. При малом значении длительность управляющих импульсов устанавливается в диапазоне от 50 до 200 мс. После каждой серии импульсов, т.е. по истечении времени регулирования t_р определяется .

Если не находится в заданном диапазоне (устанавливается в за­висимости от Р_ср), в котором разрешается включение ГА на шины, то формируется команда на изменение частоты вращения приводного двигателя. После каждого изменения частоты вращения двигателя проверяются наличие запроса на синхронизацию и условие первич­ного подключения.

В зависимости от знака командами «Повысить частоту враще­ния» или «Понизить частоту вращения» частота вращения приводно­го двигателя изменяется до тех пор, пока не будет в заданном диа­пазоне _з (определяется в зависимости от Р_ср), после чего определяется момент подключения. Всегда устанавливается + , т.е. положительная разностная частота, для того чтобы после подключе­ния ГА сразу принял нагрузку.

Для определения момента включения АВ генератора с помощью специальных вычислений устанавливается, является ли смещение фазы < 180°, т.е. измерения выполняются на восходящей или на ни­сходящей ветвях кривой огибающей напряжения биения. Измерения повторяются до тех пор, пока не будет определено, что угол опереже­ния включения АВ находится на ниспадающей ветви огибающей на­пряжения биений.

Затем, с учетом заданной разности частот рассчитывается мо­мент, когда напряжения синхронизируемого генератора и сети совпа­дают по фазе. С учетом собственного времени включения выключа­теля генератора выдается команда на его включение. После включения АВ генератора запоминается информация о том, что гене­ратор подключен к сети, и выключается сигнализация о выполнении синхронизации.

В случае, если АВ генератора не включился либо превышено об­щее время синхронизации, выдается сигнализация «Неудачная син­хронизация», и генераторный агрегат блокируется.

Значения операторов алгоритма синхронизации ГА (рис. 3.15) следующие:

P1 — имеется заявка на синхронизацию ГА;

Р2 — уставка времени (t = 0,8 с) между проверками запроса на син­хронизацию истекла;

А3 — включить сигнализацию «Синхронизация»;

Р4 — запомнить номер ГА, для которого поступил запрос на син­хронизацию;

Р5 — первичное подключение ГА;

Рб — имеется заявка на синхронизацию;

А7 -— определение разности частот ;

Р8 — разность частот — отрицательное число < 0;

Р9 — разность частот меньше 0,2 Гц;

А10 — определение заданного значения , при котором разрешает­ся включать АВ генератора с учетом средней нагрузки ЭЭС Р_ср;

А11 — расчет =f_зад + 0,25 Гц;

Р12, Р13 — заданная разность частот меньше разности истинной f_зад <f_ист;

Р14, Р15 — требуется грубое регулирование;

A16, A18 — расчет времени грубого регулирования (0,4 сn);

А17, А19 — расчет времени точного регулирования (50... 200 мс);

А20 — формирование управляющего воздействия на серводвига­тель для уменьшения частоты вращения приводного двигателя;

A21 — формирование управляющего воздействия на серводвига­тель для увеличения частоты вращения приводного двигателя;

А22 — двукратное измерение разности фаз напряжений синхрони­зируемого ГА и сети;

Р23 — фазовый сдвиг напряжений меньше 180°;

А24 — расчет абсолютного значения разности частот;

А25 — расчет заданного значения разности фаз напряжений до 90, 100 мс;

А26 — измерение разности фаз напряжений синхронизируемого ГА и сети; Р27 — фактическое значение фаз напряжений больше 90 мс, т.е. за­данного значения разности фаз;

Р28 — фактическое значение фаз напряжений меньше 100 мс, т.е. за­данного значения разности фаз;

Р29 — время синхронизации больше заданного (t_зад = 30 с);

А30 — расчет времени опережения выдачи команды на включение АВ генератора;

А31 — формирование команды на включение АВ синхронизируе­мого ГА (длительность команды 1,2 с);

Р32 — АВ синхронизируемого ГА включен;

А33 — формирование сигнализации о неудачной синхронизации, блокирование ГА;

A34 — выключить сигнализацию «Синхронизация».

Алгоритм регулирования частоты и распределения активной нагрузки между параллельно работающими генераторными агрегатами. Поддержание частоты вращения ГА в заданных пределах необхо­димо при сбросе/набросе нагрузки и его одиночной работе. При па­раллельной работе частота вращения синхронно работающих ГА должна поддерживаться в заданных пределах.

Для этого, в соответствии с нагрузкой и статической характерис­тикой ГА, вначале рассчитывается уставка допустимого отклонения частоты:

,

где f₀ — стандартное значение частоты;

, — рассчитанное интегральное значение активной нагрузки ГА_i; К₁ и К₂ - статические коэффициенты, задаваемые изготовите­лем ГА.

Если фактическая частота вращения ГА отличается от заданного значения, то определяется, в какую сторону задается вращение серводвигателя. Для того чтобы избежать частых включений серводви­гателя, устанавливают границы изменения частоты вращения (чувствительность регулирования). В зависимости от фактического изменения частоты вращения по сравнению с , так же, как и при синхронизации, рассчитывают длительность управляющего воздействия (грубо или точно).

После включения генератора на параллельную работу распределе­ния нагрузки между генераторами и регулированием частоты до за­данного значения, дальнейшее регулирование частоты и распределе­ние активной нагрузки определяются положением переключателя «Включение/ выключение регулирования частоты выравнивания ак­тивной нагрузки». Если он включен, то производится циклическое регулирование для всех ГА, подключенных к сети.

Граф-схема алгоритма представлена на рис. 3.16. Значения операторов алгоритма, представленного на рис. 3.16, следующие:

А1 — расчет заданного значения частоты вращения в соответствии с нагрузкой ГА;

Р2 — фактическое значение частоты вращения ГА в соответствии с заданным;

Р3, Р4 — величина фактического отклонения частоты вращения пре­высила заданные значения;

Рисунок 3.16 - Алгоритм регулирования частоты и распределения активной нагрузки

Р5, Р6 — требуется грубое регулирование;

А7, А9 — расчет времени грубого регулирования;

A8, А10 — расчет времени точного регулирования;

А11 — формирование управляющего воздействия на серводвига­тель для снижения частоты вращения ГА;

А12 — формирование управляющего воздействия на серводвига­тель для повышения частоты вращения ГА.

Алгоритм включения программируемых приемников (потребителей) электроэнергии. На современных судах устанавливаются приемники электроэнер­гии, мощность которых соизмерима, а иногда и превосходит мощ­ность единичного ГА. Для безопасного подключения таких приемни­ков в ЭЭС должен быть достаточный резерв мощности. Современные МПСУ обеспечивают контроль за пуском десяти таких приемников.

Для простоты рассмотрим алго­ритм включения двух програм­мируемых приемников. После регистрации заявки на подклю­чение одного из них рассчитыва­ется суммарная интегральная мощность .

Затем рассчитывается резер­вная мощность:

,

где — суммарная ак­тивная мощность п подклю­ченных к сети ГА с номи­нальной мощностью . Рассчитанная резервная мощ­ность сравнивается с заявленной для пуска. Если резервная мощность достаточна, то выдается разре­шение на деблокирование пуска заявленного приемника. В случае от­сутствия достаточной резервной мощности формируется заявка на пуск и подключение резервного ГА. В ЦПУ выдается сигнализация о блокировании пуска заявленного приемника.

А лгоритм включения программируемых приемников представлен на рис. 3.17. Значения граф-схемы алгоритма, представленного на рис. 3.17, следующие:

Р1, Р2 — имеется заявка на включение приемников № 1 и 2, соответ­ственно;

А3, А4 — расчет величины резервной мощности;

Р5, Р6 — определение достаточности резервной мощности для пус­ка приемников № 2, соответственно;

А7, А9 — разрешение на подключение приемников № 1 и 2, сигна­лизация в ЦПУ о деблокировании пуска заявленного приемника № 1 и/или 2;

A8 — формирование заявки на пуск и подключение резервного ГА;

А10 — сигнализация в ЦПУ о блокировании пуска заявленного при­емника № 1 и/или 2.

Алгоритм выхода ЭЭС из обесточивания. В качестве примера рассмотрим выполнение этой функции на су­дах, ЭЭС которых автоматизированы на базе МПСУ типа ASA-S. Средства автоматизации ЭЭС таких судов состоят из двух частей: микропроцессорной системы ASA-S, управляющей всеми генератор­ными агрегатами, и устройства защиты генераторного агрегата AGS. Устройством AGS снабжен каждый генераторный агрегат. Эти устройства установлены в генераторных панелях главного энерго­распределительного щита (ГРЩ). Сигнал «Black out» формируется в блоке FAM устройства защиты генераторного агрегата AGS при ре­гистрации выхода за установленные значения следующих парамет­ров: (частота сети меньше 0,9f_н); (напряжение сети меньше 0,8 U_н); (напряжение в сети больше 1,1 U_н); P_h (обрыв одной из фаз) и условии, что автоматический выключатель данного генераторного агрегата включен.

При наличии сигнала «Black out» требуется отключение и блоки­ровка всех подключенных к сети генераторных агрегатов и подклю­чение к сети не менее одного генераторного агрегата. При этом дол­жно быть обеспечено минимальное время обесточенного состояния. Наличие сигнала «Black out» контролируется циклически специаль­ной программой системы ASA-S. Если устройство AGS выдает сиг­нал «Black out», то в центральном файле оперативной памяти систе­мы ASA-S запоминаются состояния: «Агрегат заблокирован», «Агрегат неисправен», «Запрос ускоренной остановки», «Black out». На обработку заявляется программа ускоренной остановки работаю­щих генераторных агрегатов, включается сигнальная лампа «Black out» и подается сигнал в систему централизованного контроля «Урсадат 4100».

При выборе агрегата для ускоренного пуска и его подключения, во избежание лишних пусковых попыток, проверяется: находится ли один из резервных генераторных агрегатов в состоянии «Способен к синхронизации»; находится ли генераторный агрегат в режиме выбе­га; не заблокирован ли генераторный агрегат. В случае, если резер­вные генераторные агрегаты не удовлетворяют указанным требова­ниям, для ускоренного пуска и подключения выбирается агрегат, который не работает, не заблокирован и у которого переключателем режимов работы задан режим «Автоматика» или «Тест».

После отработки алгоритма ускоренного пуска контролируется подключение генераторного агрегата к сети. Как только по одному из агрегатов будет фиксирован режим «Подключен к сети», происходит выключение сигнальной лампы «Black out» и снимается сигнал «Black out» с системы централизованного контроля «Урсадат 4100». Граф-схема алгоритма обработки сигнала «Black out» представлена на рис. 3.18.

Операторы граф-схемы алгоритма обработки сигнала «Black out» (см. рис. 3.18) следующие:

P1 — агрегат i подключен к сети;

Р2 — имеется сигнал «Black out» устройства AGS агрегата;

А3 — установить метку — сигнал «Black out» агрегата i зарегистри­рован;

Р4 — все агрегаты учтены;

P5 — зарегистрирована метка «Black out»;

А6 — включить сигнальную лампу «Black out»;

А7—выдать сигнал «Black out» в систему централизованного контроля;

P8 — агрегат i подключен к сети;

А9 — блокировать агрегат i;

А10 — установить заявку на ускоренную остановку агрегата i;

А11 — подалгоритм ускоренной остановки ГА;

А12 — запомнить, что агрегат i остановлен по сигналу «Black out»;

Рисунок 3.18 - Алгоритм обработки сигнала «Black out»

А13 — вывести сигнализацию «Black out» на цифровой индикатор системы ASA-S;

Р14 — все агрегаты учтены;

Р15 — агрегат i на выбеге;

P16 — агрегат i готов к синхронизации;

Р17 — агрегат i блокирован;

P18 — агрегат i блокирован;

Р19 — все агрегаты учтены;

А20 — установить заявку на ускоренный пуск агрегата i;

A21 — запомнить заявку на ускоренный пуск агрегата г;

А22 — установить знак «Black out» — заявка на подключение;

А23 — запомнить номер агрегата;

Р24 — знак «Black out» — заявка на подключение — установлен;

Р25 — агрегат i остановлен;

Р26 — агрегат i блокирован;

Р27 — агрегат i в режиме работы «Автоматика»;

Р28 — установить заявки ускоренного пуска агрегата;

Р29 — все агрегаты учтены;

А30 — запомнить заявку на ускоренный пуск агрегата;

А31 — установить знак «Black out» — заявка на подключение;

А32 — запомнить номер агрегата;

А33 — подалгоритм ускоренного пуска агрегата;

Р34 — знак «Black out» — заявка на подключение - установлен;

Р35 — агрегат i подключен к сети;

А36 — снять знак «Black out» зарегистрирован;

А37 — снять знак «Black out» — заявка на подключение;

A38 — выключить сигнальную лампу «Black out»;

А39—снять сигнал «Black out» на систему централизованного контроля.

Контрольные вопросы:

1. Назначение и структурно-функциональные схемы системы управления типа ASA-S.

2. Функции управления, реализуемые системой управления типа ASA-S.

3. Алгоритм контроля положения переключателя режимов работы генераторного агрегата.

4. Алгоритм контроля положения переключателя выбора очередности пуска генераторных агрегатов.

5. Алгоритм контроля переключателя выбора очередности остановки резервных генераторных агрегатов.

6. Алгоритм оценки состояния генераторного агрегата.

7. Алгоритм пуска дизель-генераторного агрегата.

8. Алгоритм остановки дизель-генераторного агрегата.

9. Алгоритм поддержания дизель-генераторного агрегата в готовности к немедленному пуску.

10. Алгоритм измерения активной мощности генераторного агрегата.

11. Алгоритм разгрузки генераторного агрегата перед отключением его от сети.

12. Алгоритм синхронизации генераторного агрегата и включения его на параллельную работу.

13. Алгоритм регулирования частоты и распределения активной нагрузки между параллельно работающими генераторными агрегатами.

14. Алгоритм включения программируемых приемников (потребителей) электроэнергии.

15. Алгоритм выхода ЭЭС из обесточивания.

Литература: [ ].