RU109801U1

RU109801U1 - DIESEL POWER STATION

Info

Publication number: RU109801U1
Application number: RU2011121488/28U
Authority: RU
Inventors: Борис Владимирович Лукутин; Сергей Геннадьевич Обухов; Евгений Владимирович Тарасов; Елена Борисовна Шандарова; Евгений Алексеевич Шутов
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2011-05-27
Publication date: 2011-10-27

Abstract

Дизельная электростанция, содержащая микроконтроллер, к которому подключены два блока управления, два дизель-генератора и два выключателя, причем вход каждого дизель-генератора соединен со своим блоком управления, а выход каждого дизель-генератора связан с соответствующим выключателем, выходы которых подключены к шине дизельной электростанции, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен блок прогнозирования нагрузки дизельной электростанции по температуре окружающей среды, вход которого подключен к датчику температуры, а выход связан с микроконтроллером. A diesel power plant containing a microcontroller to which two control units, two diesel generators and two switches are connected, the input of each diesel generator being connected to its control unit, and the output of each diesel generator connected to a corresponding switch, the outputs of which are connected to the diesel bus power plants, characterized in that it additionally includes a unit for predicting the load of a diesel power plant by ambient temperature, the input of which is connected to a temperature sensor, and the output connected to the microcontroller.

Description

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности к дизельным электростанциям, включающим два и более дизель-генератора, и может быть использована в автономных энергоустановках, работающих независимо от сети централизованного энергоснабжения.The utility model relates to the field of engine building, in particular to diesel power plants, including two or more diesel generators, and can be used in stand-alone power plants operating independently of a centralized power supply network.

Известна конструкция для преобразования энергии воспламенения дизельного топлива в электрическую энергию - дизельная электростанция (ДЭС), выбранная в качестве прототипа, содержащая преобразователь активной мощности трехфазного тока, вход которого подключен к шине ДЭС, а выход соединен с микроконтроллером, к которому подключены два блока управления, два дизель-генератора и два выключателя, при этом вход каждого дизель-генератора соединен со своим блоком управления, а выход с соответствующим выключателем, выход которого подключен к шине ДЭС.[Патент РФ №2282733, МПК F02B 63/04 (2006.01), F02D 41/00 (2006.01), H02J 9/00 (2006.01), опубл. 27.08.2006].A known design for converting ignition energy of diesel fuel into electrical energy is a diesel power plant (DES), selected as a prototype, containing a three-phase current active power converter, the input of which is connected to the DES bus, and the output is connected to a microcontroller, to which two control units are connected, two diesel generators and two switches, while the input of each diesel generator is connected to its control unit, and the output with the corresponding switch, the output of which is connected to the tires e DES. [RF Patent No. 2282733, IPC F02B 63/04 (2006.01), F02D 41/00 (2006.01), H02J 9/00 (2006.01), publ. 08/27/2006].

Это устройство не решает проблему максимального снижения расхода топлива в дизельных электростанциях, так как автоматический останов или пуск конкретного дизель-генератора производится по текущему значению потребляемой мощности, исходя из условия минимизации расхода топлива. Так как режимы работы потребителей постоянно меняются, может возникнуть ситуация, при которой ДЭС работает на границе или в пределах выбранного условия, при этом дизель-генераторы будут работать в тяжелых условиях пуск-остановка, что сокращает срок их службы и увеличивает расход топлива.This device does not solve the problem of maximally reducing fuel consumption in diesel power plants, since a specific diesel generator is automatically stopped or started according to the current value of power consumption, based on the condition of minimizing fuel consumption. Since the operating modes of consumers are constantly changing, a situation may arise in which the DES works at the border or within the selected conditions, while the diesel generators will work in difficult start-stop conditions, which reduces their service life and increases fuel consumption.

Задачей полезной модели является расширение арсенала средств аналогичного назначения, а также снижение расхода топлива и оптимизация режимов работы дизель-генераторов.The objective of the utility model is to expand the arsenal of tools for similar purposes, as well as reducing fuel consumption and optimizing the operating modes of diesel generators.

Решение поставленной задачи достигается тем, что дизельная электростанция, также как в прототипе, содержит микроконтроллер, к которому подключены два блока управления, два дизель-генератора и два выключателя, при этом вход каждого дизель-генератора соединен со своим блоком управления, а выход - с соответствующим выключателем, выходы которых подключены к шине дизельной электростанции.The solution to this problem is achieved by the fact that the diesel power plant, as in the prototype, contains a microcontroller to which two control units, two diesel generators and two switches are connected, while the input of each diesel generator is connected to its control unit, and the output to corresponding switch, the outputs of which are connected to the bus of a diesel power station.

Полезная модель в отличие от прототипа снабжена блоком прогнозирования нагрузки, вход которого подключен к датчику температуры, а выход - к микроконтроллеру.The utility model, in contrast to the prototype, is equipped with a load forecasting unit, the input of which is connected to a temperature sensor, and the output to a microcontroller.

Заявленное выполнение конструкции ДЭС обеспечивает снижение расхода топлива и оптимизацию режимов работы дизель-генераторов за счет того, что микроконтроллер управляет процессом включения и выключения дизель-генераторов на основании информации, поступающей от блока прогнозирования нагрузки по температуре окружающей среды, которую измеряет датчик температуры.The claimed design of the DES ensures the reduction of fuel consumption and optimization of the diesel generator operating modes due to the fact that the microcontroller controls the process of turning the diesel generators on and off based on information from the temperature prediction unit measured by the temperature sensor.

Системный анализ экспериментальных данных, представленных в виде суточных ведомостей электрических нагрузок ДЭС, и их статистическая обработка позволяет определить зависимость суточной выработки электрической энергии и суточной мощности нагрузки от температуры окружающего воздуха для конкретной ДЭС. Установлено, что изменение продолжительности светового дня происходит синфазно с сезонным изменением температуры [Лукутин Б.В., Климова Г.Н., Обухов С.Г., Шутов Е.А. Исследование закономерностей формирования графиков электрических нагрузок децентрализованных потребителей Республики Саха (Якутия)//Электрические станции. - 2008. - №9. - С.53-58].A systematic analysis of experimental data presented in the form of daily lists of electrical loads of DES and their statistical processing allows us to determine the dependence of the daily production of electric energy and daily load power on the ambient temperature for a specific DES. It was established that a change in the duration of daylight hours occurs in phase with a seasonal change in temperature [Lukutin B.V., Klimova G.N., Obukhov S.G., Shutov E.A. The study of the laws governing the formation of graphs of electrical loads of decentralized consumers of the Republic of Sakha (Yakutia) // Electric stations. - 2008. - No. 9. - S.53-58].

Дизель-генераторы обеспечивают наилучшие технико-экономические показатели при нагрузке от 35 до 80% от номинальной, следовательно, можно управлять процессом их пуска и остановки на основании зависимости, которая связывает величину мощности электрической нагрузки ДЭС с температурой окружающего воздуха и находится в блоке прогнозирования нагрузки. Так как температура воздуха с течением времени изменяется плавно, из процесса работы ДЭС исключаются режимы, при которых происходят частые пуски и остановки дизель-генераторов, и они работают в режимах, близких к номинальным. В результате происходит снижение расхода топлива и оптимизация режимов работы дизель-генераторов.Diesel generators provide the best technical and economic indicators at a load of 35 to 80% of the nominal, therefore, it is possible to control the process of starting and stopping them on the basis of a relationship that connects the power of the electric load of the DES with the ambient temperature and is located in the load forecasting unit. Since the air temperature changes smoothly over time, the modes in which frequent starts and stops of diesel generators occur and are excluded from the nominal ones are excluded from the process of the DES operation. As a result, there is a reduction in fuel consumption and optimization of diesel generator operating modes.

На фиг.1 представлена структурная схема ДЭС.Figure 1 presents the structural diagram of the DES.

Дизельная электростанция содержит микроконтроллер 1, к которому подключены блок прогнозирования нагрузки 2, два блока управления 3 и 4, два дизель-генератора 5 и 6, два выключателя 7 и 8. Вход первого дизель-генератора 5 соединен с первым блоком управления 3, а выход с первым выключателем 7. Выход первого выключателя 7 подключен к шине ДЭС 9. Вход второго дизель-генератора 6 соединен со вторым блоком управления 4, а выход со вторым выключателем 8. Выход второго выключателя 8 подключен к шине ДЭС 9. При этом вход блока прогнозирования нагрузки 2 подключен к датчику температуры 10.The diesel power plant contains a microcontroller 1, to which a load forecasting unit 2, two control units 3 and 4, two diesel generators 5 and 6, two switches 7 and 8 are connected. The input of the first diesel generator 5 is connected to the first control unit 3, and the output with the first switch 7. The output of the first switch 7 is connected to the DES bus 9. The input of the second diesel generator 6 is connected to the second control unit 4, and the output is from the second switch 8. The output of the second switch 8 is connected to the DES bus 9. In this case, the input of the prediction block load 2 connect n to the temperature sensor 10.

В данной схеме могут быть использованы микроконтроллер 1 Modicon Micro 612, блоки управления 3, 4 серии ЩАУ-2. В качестве выключателей 7, 8 могут применяться малогабаритные контакторы серии КМИ. В качестве дизель-генераторов 5 и 6 используются сочлененные своими валами с помощью специального дискового соединения и смонтированные на стальной раме 4х-тактный многоцилиндровый дизельный двигатель и синхронный генератор. Мощность первого дизель-генератора 5 меньше мощности второго дизель-генератора 6 в соотношении, например 1:2, в зависимости от графика мощности электрических нагрузок. Максимальная суммарная мощность дизель-генераторов 5, 6 должна быть не меньше максимальной активной мощности нагрузки ДЭС. В качестве шины ДЭС 9 может использоваться главная заземляющая шина нагрузки, обычно выполняемая из стальной полосы 4х40 мм.In this circuit, a Modicon Micro 612 microcontroller 1, control units 3, 4 of the ЩАУ-2 series can be used. As switches 7, 8 small-sized contactors of the KMI series can be used. As the diesel generators 5 and 6 are used articulated by their shafts using a special disk connection and mounted on a steel frame 4-stroke multi-cylinder diesel engine and synchronous generator. The power of the first diesel generator 5 is less than the power of the second diesel generator 6 in a ratio, for example 1: 2, depending on the schedule of power of electrical loads. The maximum total power of diesel generators 5, 6 should be not less than the maximum active load power of the DES. As the bus DES 9 can be used the main grounding bus load, usually made of steel strip 4x40 mm

В качестве блока прогнозирования нагрузки 2 может использоваться микроконтроллер Modicon Micro 612 с зависимостью, связывающей величину мощности электрической нагрузки ДЭС с температурой окружающей среды, которую измеряет датчик температуры 10. В качестве датчика температуры 10 можно использовать датчик ТС5008, Для определения зависимости, связывающей мощность нагрузки конкретной ДЭС с температурой окружающей среды, используются суточные ведомости электрических нагрузок ДЭС, годовой график среднедневной температуры района, в котором расположена ДЭС, а также, суточные графики нагрузок в характерные сезоны года. Эти зависимости аппроксимируют полиномами четвертого порядка, а затем производят нормирование-сортировку значений по температуре. Это позволяет получить зависимости температуры окружающей среды, объемы выработки электрической энергии и мощности электрической нагрузки ДЭС от дней года в виде линейных трендов. Решение полученных алгебраических выражений относительно общей переменной позволяет получить линейные зависимости, связывающие суточную выработку электрической энергии и мощность электрической нагрузки с температурой окружающего воздуха. Данная методика была опробована на нескольких ДЭС Сахаэнерго и показала хорошую достоверность полученных результатов. Погрешность этой методики составляет порядка 14%. [Лукутин Б.В., Климова Г.Н., Обухов С.Г., Шутов Е.А. Исследование закономерностей формирования графиков электрических нагрузок децентрализованных потребителей Республики Саха (Якутия)//Электрические станции. - 2008. - №9. - С.53-58].As a load forecasting unit 2, a Modicon Micro 612 microcontroller can be used with a relationship linking the power of the electric load of the DES with the ambient temperature measured by the temperature sensor 10. As a temperature sensor 10, you can use the TC5008 sensor. To determine the relationship connecting the load power of a specific DES with ambient temperature, daily electrical load lists of DES are used, the annual schedule of the average daily temperature of the area in which on DES, as well as daily schedules loads in specific seasons of the year. These dependences are approximated by fourth-order polynomials, and then the temperature is normalized and sorted. This makes it possible to obtain the dependences of the ambient temperature, the volumes of electric energy generation and the electric load capacity of the DES from the days of the year in the form of linear trends. Solving the obtained algebraic expressions with respect to a common variable allows one to obtain linear dependencies connecting the daily production of electric energy and the power of the electric load with the temperature of the surrounding air. This technique was tested at several DES Sakhaenergo and showed good reliability of the results. The error of this technique is about 14%. [Lukutin B.V., Klimova G.N., Obukhov S.G., Shutov E.A. The study of the laws governing the formation of graphs of electrical loads of decentralized consumers of the Republic of Sakha (Yakutia) // Electric stations. - 2008. - No. 9. - S.53-58].

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Датчик температуры 10 измеряет температуру окружающей среды и посылает сигнал на блок прогнозирования нагрузки 2, который, на основании измеренной температуры, по заданной линейной зависимости определяет прогнозируемую мощность нагрузки ДЭС и посылает сигнал на микроконтроллер 1. Если мощность нагрузки не превышает значения мощности, при которой удельные расходы топлива первого дизель-генератора 5 и второго дизель-генератора 6 равны, микроконтроллер 1 посылает сигнал на первый блок управления 3, который запускает первый дизель-генератор 5 меньшей мощности. После запуска первого дизель-генератора 5 сигнал с первого дизель-генератора 5 подается на микроконтроллер 1, который подает сигнал на включение первого выключателя 7 и выключение второго выключателя 8. При этом на всю нагрузку ДЭС работает только первый дизель-генератор 5 меньшей мощности. Если блок прогнозирования нагрузки 2 на основании изменения температуры, которую фиксирует датчик температуры 10, прогнозирует увеличение мощности нагрузки, с блока прогнозирования нагрузки 2 поступает сигнал на микроконтроллер 1. Если прогнозируемая мощность нагрузки превышает значение мощности, при которой удельные расходы топлива дизель-генераторов 5 и 6 равны, микроконтроллер 1 посылает сигнал на второй блок управления 4, который запускает в работу второй дизель-генератор 6. При этом со второго дизель-генератора 6 сигнал подается обратно на микроконтроллер 1, который подает сигнал на отключение первого выключателя 7 и включение второго выключателя 8. В результате на всю нагрузку ДЭС работает второй дизель-генератор 6 большей мощности.The temperature sensor 10 measures the ambient temperature and sends a signal to the load prediction unit 2, which, based on the measured temperature, determines the predicted power of the DEL and the signal is sent to the microcontroller 1. Using the specified linear dependence, if the load power does not exceed the power value at which specific the fuel consumption of the first diesel generator 5 and the second diesel generator 6 are equal, the microcontroller 1 sends a signal to the first control unit 3, which starts the first diesel generator 5 less power. After the start of the first diesel generator 5, the signal from the first diesel generator 5 is supplied to the microcontroller 1, which sends a signal to turn on the first switch 7 and turn off the second switch 8. In this case, only the first diesel generator 5 of lower power works for the entire load of the DES. If the load forecasting unit 2, based on the temperature change recorded by the temperature sensor 10, predicts an increase in the load power, a signal is sent from the load forecasting unit 2 to the microcontroller 1. If the predicted load power exceeds the power value at which the specific fuel consumption of diesel generators 5 and 6 are equal, the microcontroller 1 sends a signal to the second control unit 4, which starts the second diesel generator 6. In this case, a signal is sent from the second diesel generator 6 of the microcontroller 1, which provides a signal to turn off the first switch 7 and switch the second switch 8. As a result, the entire load works DES second diesel generator 6 more power.

Если блок прогнозирования нагрузки 2 по заданной линейной зависимости на основании изменения температуры, которую фиксирует датчик температуры 10, определяет, что мощность нагрузки будет увеличиваться, он посылает сигнал на микроконтроллер 1. При этом, если прогнозируемая мощность нагрузки превышает значение мощности, при которой расход топлива ДЭС одинаков при работе одного второго дизель-генератора 6 большей мощности или совместной работе дизель-генераторов 5 и 6, то микроконтроллер 1 подает сигнал на первый блок управления 3, который включает первый дизель-генератор 5. При этом сигнал с первого дизель-генератора 5 поступает на микроконтроллер 1, который включает первый выключатель 7 и оба дизель-генератора 5 и 6 работают на нагрузку, которая распределяется между ними.If the load prediction unit 2 determines, based on the temperature change that the temperature sensor 10 detects, that the load power will increase, it sends a signal to microcontroller 1. Moreover, if the predicted load power exceeds the power value at which fuel consumption DES is the same when one of the second diesel generators 6 is more powerful or the diesel generators 5 and 6 work together, then the microcontroller 1 sends a signal to the first control unit 3, which yuchaet first diesel generator 5. The signal from the first diesel-generator 5 is supplied to the microcontroller 1, which comprises a first switch 7 and the two diesel-generator 5 and 6 operate on a load which is distributed among them.

Если на основании измеренной температуры окружающей среды блок прогнозирования нагрузки 2 определяет, что прогнозируемая мощность нагрузки будет уменьшаться, с блока прогнозирования нагрузки 2 поступает сигнал на микроконтроллер 1. При этом если мощность нагрузки превышает значение мощности, при которой удельные расходы топлива дизель-генераторов 5 и 6 равны, то микроконтроллер 1 подает сигнал на первый блок управления 3 и первый выключатель 7. Первый дизель-генератор 5 меньшей мощности отключается, и первый выключатель 7 размыкается. Если блок прогнозирования нагрузки 2 прогнозирует, что мощность нагрузки будет продолжать уменьшаться, то сигнал с блока прогнозирования нагрузки 2 поступает на микроконтроллер 1. При этом если мощность нагрузки не превышает значения мощности, при которой удельные расходы топлива дизель-генераторов 5 и 6 равны, микроконтроллер 1, подает сигнал на первый блок управления 3, при этом запускается первый дизель-генератор 5, сигнал с которого поступает на микроконтроллер 1. С микроконтроллера 1 сигналы поступают на выключатели 7, 8 и второй блок управления 4. В результате первый выключатель 7 замыкается, второй выключатель 8 размыкается, второй дизель-генератор 6 отключается, и на всю нагрузку работает только первый дизель-генератор 5.If, based on the measured ambient temperature, the load forecasting unit 2 determines that the predicted load power will decrease, a signal is sent from the load forecasting unit 2 to the microcontroller 1. Moreover, if the load power exceeds the power value at which the specific fuel consumption of diesel generators 5 and 6 are equal, the microcontroller 1 sends a signal to the first control unit 3 and the first switch 7. The first diesel generator 5 of lower power is turned off, and the first switch 7 is opened. If the load prediction unit 2 predicts that the load power will continue to decrease, then the signal from the load prediction unit 2 is supplied to the microcontroller 1. Moreover, if the load power does not exceed the power value at which the specific fuel consumption of diesel generators 5 and 6 are equal, the microcontroller 1, sends a signal to the first control unit 3, while the first diesel generator 5 is started, the signal from which is fed to microcontroller 1. From microcontroller 1, the signals are sent to switches 7, 8 and the second control unit 4. As a result, the first switch 7 closes, the second switch 8 opens, the second diesel generator 6 is turned off, and only the first diesel generator 5 is working for the entire load.

Claims

A diesel power plant containing a microcontroller to which two control units, two diesel generators and two switches are connected, the input of each diesel generator being connected to its control unit, and the output of each diesel generator connected to a corresponding switch, the outputs of which are connected to the diesel bus power plants, characterized in that it additionally includes a unit for predicting the load of a diesel power plant by ambient temperature, the input of which is connected to a temperature sensor, and the output connected to the microcontroller.