Функціональна структура логіко-динамічного процесу синхронізації генератора з мережею

Реферат: UA 82745 U . UA 82745 U 5 10 15 20 Корисна модель належить до електроенергетики, зокрема до функціональних структур пристроїв, що забезпечують паралельну роботу дизель-генераторів. Відома функціональна структура синхронізації генератора з мережею по напрузі і частоті (Бекіров Е.А. Патент № 56708А "Пристрій синхронізації генератора з мережею по напрузі і частоті" від 15.05.2003), що містить синхронізатор живильної напруги, задавальний генератор, дільник частоти і RS-тригер. Недоліками пристрою є відсутність можливості керування збудженням генератора та обертами привідного двигуна; неможливість дистанційного керування пристроєм. Найбільш близьким до пристрою, функціональна структура якого заявляється, по технічній суті і результату, що досягається, і вибраним як прототип є мікропроцесорний пристрій синхронізації генератора з мережею АС-М (Овчаренко Н.И. Микропроцессорная автоматика синхронных генераторов и компенсаторов / Овчаренко Н.И. - М.: НТФ "Энергопрогресс", "Энергетик",-2004. - С. 21-28), що містить вимірювально-перетворюючий, виконавчий та обчислювальний блоки. Недоліками прототипу є відсутність зв'язку з автоматизованим робочим місцем оператора, а також можливості зміни умов синхронізації, якщо пристрій вже почав процес підготовки генератора до включення на паралельну роботу. Корисною моделлю поставлена задача розробки функціональної структури пристрою синхронізації, що містить вимірювально-перетворюючий, обчислювальний та виконавчий блоки, блоки індикації та зв'язку з автоматизованим робочим місцем оператора. Вирішується поставлена задача тим, що функціональна структура логіко-динамічного процесу синхронізації генератора з мережею, що включає функціональні структури     трансформатора f1  U A  Ф   U A й f2  U Aг  Ф   U Aг , функціональні вхідні зв'язки якого є функціональними вхідними зв'язками для прийому аргументу аналогового сигналу напруги 25 мережі  U Aм 0  й аналогового сигналу генератора  U Aг  фази "А", а функціональні вихідні зв'язки є функціональними вхідними зв'язками функціональних структур порогових елементів f1пэ та f2 пэ  й функціональних структур відповідних випрямлячів f1   U Aм та f1   U Aг , вихідні функціональні функціональних зв'язки яких є функціональним вхідним зв'язком послідовних f1  U Aм  f1 С Ф   f1R1 / R 2   f1 R / С  структур й f2   U Aг  f2 С Ф   f2 R1 / R 2   f2 R / С , які включають функціональні структури інтеграторів 30 35 f1СФ  й f2 СФ  , функціональні структури дільників напруги f1R1 / R 2  й f2 R1 / R 2  , функціональні структури низькочастотних фільтрів f1R / С й f2 R / С , в яких функціональні вихідні зв'язки функціональних структур низькочастотних фільтрів f1R / С й f2 R / С є функціональними другими зв'язками функціональної структури мікроконтролера f1МК  , при цьому функціональні вихідні зв'язки функціональних структур порогових елементів f1пэ й f2 пэ  є функціональними першими вхідними зв'язками функціональної структури мікроконтролера f1МК  , що включає функціональні вхідні структури f1 АЦП мк , при цьому введені функціональна послідовна структура f1Demux   f1Shift  , функціональна паралельнопослідовна структура: f1 Mux   f1 АЦП  f1 Int   f1 CT   f1 Core  & f1 Port  f1 USART   f1 USART  RS  485  , 40 функціональна послідовна     f1,2 ОУ   f1,2 СЗ   f 2 СЗ   f A C p  n 0  n , структура функціональні послідовні структури f3,4 ОУ   f3,4 &   f3,4  СЧ Т   f3  СЧ Т   f1    ОД              та функціональна послідовна структура f5 ОУ   f5 &   f1( ) для об'єднання енергетичних U A С 0 м й енергетичного аргументу генератора  U A С г & 1  , при цьому функціональні зв'язки виконані у відповідності з математичною моделлю, в якій аргументів мережі 45    функціональна послідовність f1  U Ам Ф   U Ам  f1   U Ам  f1С Ф   f1R1 / R 2   f1R / C для перетворення вхідного аргументу аналогового сигналу фази "А"  U Ам 0  й функціональна послідовність   f2  U Аг Ф   U Аг  f2   U Аг  f2 С Ф   f2 R1 / R 2   f2 R / C 1 для UA 82745 U  перетворення вхідного аргументу генератора аналітичного виразу вигляду: U Aг  реалізована у відповідності до й у відповідності до аналітичного виразу вигляду: 5 до яких включено функціональні структури: f1,2 U  Ам ,    U Ам - трансформатора; f1,2 пэ Ф  - порогового елемента; f1,2   U Аг - випрямляча; f1,2 С Ф  - інтегратора; f1,2 R1 / R 2  - дільника напруги; f1,2 R / C - низькочастотного фільтра;для перетворення вхідних аргументів    U Ам й    U Аг - мінімізованих діючих напруг фази 10 "А" мережі й генератора та перетворення вхідних аргументів    U jT Ам й    U jT Аг інформаційних сигналів періодів напруг фази "А" мережі й генератора в функціональній послідовності: f1 Mux   f1 АЦП  f1 Int   f1 CT   f1 Core  & f1 Port  f1 USART   f1 USART  RS  485  мікроконтролера f1МК  , яка реалізована у відповідності з аналітичним виразом вигляду: 15 , в які включені функціональні структури: f1Mux  - селектора каналів; f1АЦП  - аналогоцифрового перетворювача; f1 Int  - переривання; f1CT  - таймера-лічильника; f1Core  мікропроцесора; драйвера порту; послідовного порту; f1USART  f1Port  f1USART  RS  485  - перетворювача інтерфейсів; 2 UA 82745 U   для перетворення вхідних аргументів мк  Uінл і мк  Uвиб інд - інформаційного сигналу даних й інформаційних адресних сигналів для управління f1Demux  та вхідного аргументу    UдU, f, , Uд.с. - інформаційного сигналу різниці напруг U , різниці частот f  ,     різниці фаз   й стану дискретних входів функціональної структури процедури синхронізації мк 5 генераторів Uд.с. в функціональній послідовності f1Demux   f1Shift  , яка реалізована у відповідності до аналітичного виразу вигляду: , до якої включено функціональні структури: f1Demux  - селектор каналів; f1Shift  - регістр зсуву; 10 для перетворення вхідних аргументів зменшення й збільшення   U , U , U  й  Аг Вг Сг      f1,2 ОУ   f1,2 СЗ   f 2 СЗ  виразу вигляду: 15 мк  U ЗГ й мк  U ЗГ - інформаційних сигналів для енергетичного аргументу генератора U Аг , UВг , UСг  в функціональній послідовності    f A C p  n 0  n , яка реалізована у відповідності до аналітичного  й у відповідності до аналітичного виразу вигляду: ,   до яких включено функціональні структури: f1,2 ОУ  - операційний підсилювач; f1 СЗ  формувач імпульсів системи збудження; f A  C p  n0  n - тиристори; 20 для перетворення вхідних аргументів мк  U й мк  U - інформаційних сигналів для ОД ОД зменшення й збільшення частоти обертів дизеля в функціональній послідовності f3,4 ОУ   f3,4 &   f3,4  СЧ Т   f3  СЧ Т   f1    ОД  , яка реалізована у відповідності до             аналітичного виразу вигляду: 25 , до якого включені функціональні структури: f3,4 ОУ  - операційний підсилювач; f3,4 &      логічна структура; f 4 СЧ Т ; f3 СЧ Т - формувач зміни обертів дизеля; 3 UA 82745 U для перетворення вхідного аргументу мк  UЗА - інформаційного сигналу на підключення генератора до мережі у функціональній послідовності f1ОУ   f3,4 & , яка реалізована у відповідності до аналітичного виразу вигляду: мк  UЗА  f1 ОУ    & 5   UА Сг &1   UА См ,  UА Сг    5 до якого включено функціональні структури: f1ОУ  - підсилювач; f2 & - логічна структура.  За допомогою першої функціональної структури трансформатора f1  U Ам Ф   U Ам    U Ам 0   f1  U Ам Ф   U Ам   U Ам  та другої функціональної структури трансформатора f2  U Aг  Ф   U Aг   U Aг   f2  U Aг  Ф   U Aг   U Aг виконують перетворення аналогового сигналу напруги мережі  U Aм 0  та аналогового сигналу напруги генератора  U Aг  фази "А" в аналогові сигнали зменшеної амплітуди  10     U Ам та   U Аг , які за допомогою функціональних структур першого порогового елемента f1пэ та першого випрямляча f1   U A у відповідності до аналітичної структури вигляду: 15 а також за допомогою функціональних структур другого порогового елемента f2 пэ  та другого випрямляча f2   U Aг у відповідності до аналітичної структури вигляду: виконують в порогових елементах f1пэ та f2 пэ  порівняння аналогових сигналів напруги зменшеної амплітуди   U Ам та   U Аг з вхідною опорною напругою Uп та формують 20   перетворений аргумент напруги U j T А з періодом, рівним періоду напруги фази "А", а за допомогою функціональних структур випрямлячів f1   U Aм та f2   U Aг формують додатні аргументи аналогових сигналів   U Ам та   U Ам , після чого у відповідності до аналітичної структури вигляду:     U Аг  f2   U Аг   U Ам       мк f1С Ф  U Ам  f1R1 / R 2  U Ам U  f1R / C U Ам   U0   25 та у відповідності до аналітичної структури вигляду:     U Аг  f2   U Аг   U Аг       мк f2 С Ф  U Аг  f2 R1 / R 2  U Аг U   f2 R / C U Аг   U0   30 за допомогою послідовних функціональних структур інтеграторів f1СФ  та f2 СФ  , дільників напруги f1R1 / R 2  та f2 R1 / R 2  , низькочастотних фільтрів f1R / C та f2 R / C формують 4 UA 82745 U  інформаційний аргумент аналогового сигналу напруги відповідності до аналітичного виразу вигляду: U Аг  мк     U Ам  мк    f1 АЦП   U j     U j ОП    U Ам  мк та  U Аг  мк , що у      5  Аг  Uj (МК ) подають до відповідного функціонального зв'язку функціональної структури аналогоцифрового перетворювача f1АЦП  мікроконтролера f1МК  , в якому f1АЦП  реалізовано з   процедурою послідовного наближення структури інформаційних сигналів U j  до попередньо   U , U  введеної структури інформаційних аналогових сигналів U j ОП , при цьому індикацію виконують шляхом створення функціональних зв'язків між функціональною структурою мікроконтролера f1МК  за допомогою структур цифрових сигналів 10 виб інл інд та  Uд U, f , , д.с. та функціональними структурами демультиплексора f1Demux  та регістрів зсуву f1Shift  , при цьому в останніх формують аналогові сигнали для візуального контролю за допомогою світлодіодів-індикаторів кута зсуву між фазами напруг мережі та генератора Uсв  , різниці їхніх напруг та частот Uсв U, f  , стану керуючих дискретних входів Uсв д.с. , в результаті 15 вхідний аргумент  U Aг 0  фази "А" перетворюють у відповідності до математичної моделі вигляду: , а аналоговий сигнал напруги мережі математичної моделі вигляду:  U Aм  20 При цьому після подачі аналогових сигналів U  j T Ам   та U j T Аг у відповідності до . та подачі аналогових U Aм та   U Aг на відповідні вхідні зв'язки функціональної структури мікроконтролера f1МК  у відповідності до аналітичного виразу вигляду: сигналів  перетворюють 5 UA 82745 U за допомогою функціональної структури селектора каналу f1Mux  здійснюють послідовну подачу аналогових сигналів   U Aм та   U Aг на функціональний вхідний зв'язок аналого5 цифрового перетворювача f1АЦП  , а з нього інформаційні аргументи структури аналогових сигналів подають на перший інформаційний вхід функціональної структури обчислювального   ядра мікроконтролера f1Core  , одночасно з цим аналогові сигнали U j T Ам   та U j T Аг за допомогою функціональної структури переривань f1 Int  подають на функціональну структуру таймера-лічильника f1CT  для формування структури цифрових сигналів, які відповідають     10 15 періоду "Т" повторення аналогових сигналів U j T та U j T та які також надходять до Ам Аг другого інформаційного входу функціональної структури обчислювального ядра мікроконтролера f1Core  , в якому у відповідності до попередньо введеної процедури перетворення вхідних аргументів формують інформаційні аналогові сигнали та подають їх до функціональної структури драйвера портів f1Port  : , а також формують аргумент аналогового сигналу та подають його до функціональної структури послідовного порту f1USART  : , при цьому з вихідних функціональних зв'язків функціональної структури драйвера портів 20 f1Port  інформаційні аналогові сигнали аналітичного виразу вигляду: мп  U ЗГ ,СЗ  U1 та мп  U ЗГ ,СЗ  U 2 у відповідності до та у відповідності до аналітичного виразу вигляду: f1ОУ  та f2 ОУ  , а потім на та f2 & , за допомогою яких формують аргументи подають на функціональні структури підсилювачів 25 функціональні логічні структури f1& аналогових сигналів з часовими послідовностями СЗ  U ЗГ &1  та СЗ  U ЗГ &1  , при цьому   аналогові сигнали з часовими послідовностями з виходів функціональних структур f1 СЗ  та   подають до функціонального вхідного зв'язку керування f2 СЗ  6 n0  відповідної тиристорної UA 82745 U структури f A  C p  n0  n , в яких на функціональний енергетичний зв'язок p  подають аналоговий сигнал однієї з фаз напруги мережі  U A  C sint  , при цьому тиристорні структури f A  C p  n0  n формують аналогові вихідні енергетичні напруги  U Аг ,   UВг  та U Сг  генератора, одночасно з цією процедурою аргументи мк  UОД та мк  UОД у відповідності до аналітичного виразу вигляду:  5 f3 ОУ  та f4 ОУ  , а потім до та f4 & , за допомогою яких формують аргументи подають до функціональних структур підсилювачів функціональних логічних структур f3 & аналогових сигналів з часовими послідовностями СЧ  U та СЧ  U та які за  ОД &3   ОД &3  10 15 допомогою функціональних структур f3  СЧ Т  та f 4  СЧ Т  надходять на функціональні вхідні             , за допомогою якої виконують зміну частоти зв'язки функціональної структури f1  ОД        , а також у відповідності до аналітичного виразу вигляду: обертів дизеля       аргумент напруги мк  UЗА подають до функціональної структури f5 ОУ  , а потім до функціонального вхідного керуючого зв'язка логічної структури f5 & , при цьому на її функціональний енергетичний зв'язок подають енергетичний аргумент трьох фаз генератора  UA  C г та формують функціональної  20 25 30 U А С г &1  та структури  енергетичний паралельного аргумент  U  підключення ACг &1  , f1( ) який за допомогою енергетичних аргументів U А С 0 м формує загальний енергетичний аргумент мережі та генератора UACг &1   U АС 0 м , при цьому аргументи аналогових сигналів мк  U Д та пк  U Д вихідного зв'язку функціональної структури послідовного порту f1USART  у відповідності до аналітичного виразу вигляду:  подають на функціональні вхідні зв'язки функціональної структури перетворювача інтерфейсів f1USART  RS  485  для формування інформаційних сигналів обміну даними з автоматизованим робочим місцем оператора. Використання запропонованого технічного рішення дозволить віддалено здійснювати керування та моніторинг процесу підготовки генератора до включення на паралельну роботу з мережею, що зменшить час, який витрачається на виконання синхронізації генератора з мережею, на 50 %. 7 UA 82745 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Функціональна структура логіко-динамічного процесу синхронізації генератора з мережею, що   5   включає функціональні структури трансформатора f1  U A  Ф   U A й f2  U Aг Ф   U Aг , функціональні вхідні зв'язки якого є функціональними вхідними зв'язками для прийому  аргументу аналогового сигналу напруги мережі  U Aм 0  й аналогового сигналу генератора U Aг  фази "А", а функціональні вихідні зв'язки є функціональними вхідними зв'язками функціональних структур порогових елементів f1пэ та f2 пэ  й функціональних структур відповідних випрямлячів 10 функціональним f1   U Aм вхідним та f1   U Aг , вихідні функціональні зв'язки яких є зв'язком f1  U Aм  f1СФ   f1R1 / R 2   f1R / С  послідовних функціональних структур f2  U Aг  f2 СФ   f2 R1 / R 2   f2 R / С ,  й які включають функціональні структури інтеграторів f1СФ  й f2 СФ  , функціональні структури дільників напруги f1R1 / R 2  й f2 R1 / R 2  , функціональні структури низькочастотних фільтрів 15 f1R / С й f2 R / С , в яких функціональні вихідні зв'язки функціональних структур низькочастотних фільтрів f1R / С й f2 R / С є функціональними другими зв'язками функціональної структури мікроконтролера f1МК  , при цьому функціональні вихідні зв'язки функціональних структур порогових елементів f1пэ й f2 пэ  є функціональними першими вхідними зв'язками функціональної структури мікроконтролера f1МК  , що включає мк функціональні вхідні структури f1 АЦП  , яка відрізняється тим, що введені функціональна 20 послідовна структура f1Demux   f1Shift  , функціональна паралельно-послідовна структура f1 Mux   f1 АЦП  f1 Int   f1 CT   f1 Core  & f1 Port  f1 USART   f1 USART  RS  485  , функціональна послідовна     f1,2 ОУ   f1,2 СЗ   f2 СЗ   f A  C p  n0  n , структура       функціональні послідовні структури f3,4 ОУ   f3,4 &   f3,4  СЧ Т   f3  СЧ Т   f1    ОД        та функціональна послідовна структура f5 ОУ   f5 &   f1( ) для об'єднання енергетичних 25 аргументів мережі  U A  С 0 м й енергетичного аргументу генератора  U A  С г &1  , при цьому функціональні зв'язки виконані у відповідності з математичною моделлю, в якій   f1  U Ам Ф   U Ам  f1   U Ам  f1СФ   f1R1 / R 2   f1R / C функціональна послідовність для перетворення вхідного аргументу аналогового сигналу фази "А" послідовність 30 f2 U  Аг   U Ам 0  й функціональна   U Аг  f2  U Аг  f2 СФ   f2 R1 / R 2   f2 R / C Ф   перетворення вхідного аргументу генератора аналітичного виразу вигляду: й у відповідності до аналітичного виразу вигляду: 8  U Aг  для реалізована у відповідності до UA 82745 U до яких включено функціональні структури: f1,2 U  Ам ,    U Ам - трансформатора; f1,2 пэ  Ф порогового елемента; f1,2   U Аг - випрямляча; f1,2 С Ф  - інтегратора; f1,2 R1 / R 2  - дільника напруги; f1,2 R / C - низькочастотного фільтра, 5 для перетворення вхідних аргументів    U Ам й    U Аг - мінімізованих діючих напруг фази "А"     мережі й генератора та перетворення вхідних аргументів  U j T й  U jT - інформаційних Ам Аг сигналів періодів напруг фази "А" мережі й генератора в функціональній послідовності: f1 Mux   f1 АЦП  f1 Int   f1 CT   f1 Core  & f1 Port  f1 USART   f1 USART  RS  485  мікроконтролера f1МК  , яка реалізована у відповідності з аналітичним виразом вигляду: 10 , в які включені функціональні структури: f1 Mux  - селектора каналів; f1АЦП  - аналогоцифрового перетворювача; f1 Int  - переривання; f1CT  - таймера-лічильника; f1Core  мікропроцесора; драйвера порту; послідовного порту; f1Port  f1USART  15 f1USART  RS  485  - перетворювача інтерфейсів, для перетворення вхідних аргументів інформаційних адресних сигналів мк    Uінд і мк  Uвиб інд - інформаційного сигналу даних й для управління f1Demux  та вхідного аргументу    UдU, f, , Uд.с. - інформаційного сигналу різниці напруг U , різниці частот f  ,     різниці фаз   й стану дискретних входів функціональної структури процедури синхронізації мк 20 генераторів Uд.с. в функціональній послідовності f1Demux   f1Shift  , яка реалізована у відповідності до аналітичного виразу вигляду: 9 UA 82745 U до якої включено функціональні структури: f1Demux зсуву, для перетворення вхідних аргументів 5 мк  U  ЗГ й  мк , - селектор каналів; f1Shift  - регістр  U  ЗГ - інформаційних сигналів для зменшення й збільшення енергетичного   U , U , U  й  U , U , U    Аг Вг Сг Аг Вг Сг     аргументу генератора в функціональній послідовності   f1,2 ОУ   f1,2 СЗ   f2 СЗ   f A  C p  n0  n , яка реалізована у відповідності до аналітичного виразу вигляду: 10 й у відповідності до аналітичного виразу вигляду: ,   до яких включено функціональні структури: f1,2 ОУ  - операційний підсилювач; f1 СЗ  формувач імпульсів системи збудження; f A  C p  n0  n - тиристори, 15 для перетворення вхідних аргументів мк  U ОД й мк  U ОД - інформаційних сигналів для зменшення й збільшення частоти обертів дизеля в функціональній послідовності f3,4 ОУ   f3,4 &   f3,4  СЧ Т   f3  СЧ Т   f1    ОД  , яка реалізована у відповідності до             аналітичного виразу вигляду: , до якого включені функціональні структури: f3,4 ОУ  - операційний підсилювач; f3,4 &  - логічна 20     структура; f 4 СЧ Т ; f3 СЧ Т - формувач зміни обертів дизеля, для перетворення вхідного аргументу мк  UЗА - інформаційного сигналу на підключення генератора до мережі у функціональній послідовності f1ОУ   f3,4 & , яка реалізована у відповідності до аналітичного виразу вигляду: мк  UЗА  f1ОУ    & 5   UА  С г &1   UА  С м ,  U А  С  г    10 UA 82745 U до якого включено функціональні структури: f1ОУ  - підсилювач; f2 & - логічна структура. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 11