Brevet FR2289916A1 — publié le 19760528

Ia présente invention se rapporte à un dispositif de surveillance de deux appareillages fonctionnant en parallèle et dont la puissance de sortie est envoyée à une charge consommatrice commune. Le terme appareillage de puissance désigne dans la suite du texte des dispositifs de tout genre produisant ou transmettant de l'énergie électrique, mécanique, hydraulique ou pneumatique. ainsi, les appareillages de puissance peuvent par exemple être des dispositifs générateurs de courant, des dispositifs transmetteurs, des transformateurs, des convertisseurs, des ensembles générateurs Diesel, des groupes turbogénérateurs, des moteurs d'entratnement électriques ou mécaniques, des transformateurs de couple de rotation, des entraine- ments à turbine d'hélices de navire, des pompes, ainsi que des dispositifs pneumatiques, hydrauliques ou mécaniques. Par contre, le terme d'appareillage de puissance n'englobe pas les dispositifs se rapportant à la technique de commande ou de régulation dont la fonction est le traitement de signaux. En général, on met en parallèle deux appareillages de puissance pour augmenter la fiabilité de fonctionnement d'une charge consommatrice. Lors d'une panne de l'un des appareillages, l'autre prend en charge l'alimentation de la charge. Cependant, le contrôle du fonctionnement de deux appareillages fonctionnant en parallèle et ayant pratiquement la même puissance cst problématique car le dérangement de l'un des appareils n'entraînant pas sa mise hors fonctionnement complète ne peut être détecté que très difficilement avec les procédés habituels de surveillance.La surveillance des paramètres de fonctionnement caractéristiques de chaque appareillage de puissance, et en particulier du dépassement de valeur limite prédéterminée est rendue plus difficile du fait que pour un fonctionnement non perturbe les différents appareillages ne fonctionnent qu'à mi-puissance. Lorsque l'on établit les valeurs différentielles entre des paramètres de fonctionnement de même nature des deux appareillages de puissance, on ne peut déterminer lequel d'entre eux est en panne. Ces problèmes seront expliqués plus en détail ci-dessous à l'aide d'un exemple simple. On suppose qu'une charge est alimentée via une barre collectrice par deux onduleurs identiques en tant qu'appareillages de puissance, chacun de ces onduleurs pouvant fournir tout seu la puissance de charge nécessaire maximale. Si une panne se produit dans l'un des onduleurs, ce qui peut par exemple se traduire par une diminution de la puissance fournie, on ne dépassera dans aucun des onduleurs le seuil prédéterminé d'un paramètre de fonctionnement caractéristique, par exemple le courant de sortie. On ne pourra donc détecter la panne qui pourra entraîner d'autres dommages. On ne peut également détecter à coup str pour tous les états de fonctionnement une panne si l'on a affaire à un grand nombre de paramètres de fonctionnement à surveiller aussi bien dans les étages fournissant les informations que dans les étages de puissance des onduleurs. On peut même envisager le cas où, à la suite d'un défaut se produisant dans un onduleur, le courant de sortie de l'onduleur qui n'est pas en panne dépasse un seuil prédéterminé, et que ce dernier est mis hors circuit. Si l'on forme la valeur différentielle entre les courants de sortie des deux onduleurs, on peut effectivement déterminer qu'une panne vient de se produire, mais on ne peut cependant pas déterminer lequel des deux onduleurs est en panne. Par conséquent la présente invantion a pour objet un dispositif simple de surveillance de deux appareillages fonctionnant en parallèle, dispositif de surveillance permettant de déterminer à coup sûr quel est l'appareillage en panne. Selon la présente invention, un tel dispositif comporte un modèle d'appareillage ou un simulateur dont le signal de sortie correspond au comportement d'au moins un paramètre de fonctionnement caractéristique des appareillages de puissance et comporte ensuite un étage discriminateur attaqué par les valeurs mesurées d'un paramètre de fonctionnement des deux appareillages de puissance et par le signal de sortie du modèle d'appareillage ou du simulateur, ledit discriminateur déterminant quel est celui des deux appareillages de puissance dont le paramètre de fonctionnement caractéristique présente le plus grand écart par rapport au signal de sortie du modèle d'appareillage ou du simulateur0 Le dispositif conforme à la présente inven- tion part du fait que lorsqu'il se produit une panne dans l'un des deux appareillages de puissance fonctionnant en parallèle, il n'est pas exclu qu'il y ait rétroaction sur l'appareillage de puissance non encore en panne. Selon la présente invention, on prévoit donc un modèle d'appareillage complémentaire ou un simulateur ainsi qu'un étage discriminateur. L'étage discriminateur détermine lequel des deux appareillages de puissance s'éloigne le plus dans son comportement de fonctionnement du comportement du modèle ou du simulateur.L'étage discriminateur peut commander des appareils indicateurs de panne pour signaler l'appareillage de puissance qui a été déterminé comme étant en panne, ou bien des dispositifs amenant au repos l'ap- pareillage de puissance en panne. De tels discriminateurs peuvent également commander un autre dispositif de signalisation de panne permettant de signaler une panne et/ou un dispositif arrêtant le fonctionnement du modèle d'appareillage ou du simulateur. Le choix du paramètre de fonctionnement approprio et de son capteur dépend du genre d'appareillage de puissance à surfeiller. Il faut par exemple tenir compte des valeurs de courant et de tension dans le cas de dispositifs électriques de production d'énergie, de transmission ou de transfornation, ainsi que d'autres grandeurs physiques comme la température, la pression, le débit, le couple de rotation et la torsion dans le cas d'appareillages de puissances mécaniqués, pneumatiques ou hydrauliques. L'étage discriminsteur peut être réalisé, de façon connue, à l'aide de moyens électroniques. On peut également réaliser un étage discriminateur à l'aide de composants pneumatiques ou hydrauliques et il peut Autre construit à l'aide d'étages différentiateurs, d' avertisseurs de valeur limite et d'éléments de liaison correspondants. En tant que modèle d'appareillage, on désigne un appareillage réalisé de la même façon que les appareillages de puissance correspondants , mais à l'aide de composants plus petits.Un modèle d'appareillage peut produire une puissance plus faible dans le rapport de l'échelle du modèle . Le capteur associé au modèle d'appareillage et permettant de déterminer un paramètre de fonctionnement caractéristique peut alors autre avantageusement choisi de façon à fournir une valeur de mesure plus grande dans le même rapport de modèle, cette valeur pouvant alors être traitée sans transformation ultérieure concurremment avec les valeurs mesurées par les capteurs des appareillages de puissance dans l'étage- discriminateur. Par simulateur d'un appareillage de puissance on entend un dispositif simulant, à l'aide de moyens électroniques, mécaniques, pneumatiques ou hydrauliques le comportement d'au moins un paramètre de fonctionnement des appareillages de puissance.Le cas-échéant, on peut également incorporer le capteur correspondant dans un tel simulateur, De façon avanta- gueuse, on réalise un simulateur de façon que son signal de sortie puisse être directement traité avec les valeurs fournies par les capteurs des appareillages de puissance dans un étage discr iminateur La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé sur lequel la la figure 1 est une représentation -schématique d'un dispositif de surveillance de deux appareillages de puis sance fonctionnant en parallèle, dispositif conforme à la pré- sente invention la figure 2 est le schéma de principe d'un étage discriminateur conforme à l'invention -;- la figure' 3 est le schéma de principe d'un dispositif conforme à l'invention pour la surveillance de deux dispositåfs générateurs de courant fonctionnant en parallèle la figure 4a est le schéma d'un onduleur connu avec son transformateur de sortie , et la figure 4b est le schéma d'un simulateur de onduleur selon la figure 4a. Sur la figure 1, -on voit ùne 'cargé consommatrice l qui est reliée à une barre omnibus S alimentée par deux appareillages de puissance 2a et 2b. Chscun de ces appareillages de puissance est associé à un dispositif 3a., 3b-respectivement de mise au repos ou à l'arr8t de l'appareillage de puissance correspondant. Ces dispositifs peuvent être réalisés a l'aide de moyens connus électroniques, mécaniques, pneumati ques ou hydrauliques. Il est également possible en particulier d'incorporer ces dispositifs dans le dispositif de régulation de l'appareillage de puissance correspondant.Les appareillages de puissance 2a, 2b sont en outre associés à des indicateurs de panne 6a et 6b. Des capteurs 4a et 4b déterminent les paramètres de fonctionnement caractéristiques des appareillages de puissance. Pour assurer la surveillance des deux appareillages de puissance 2a et 2b fonctionnant en parallèle, on prévoit un dispositif simulateur 2 qui est associé à un au * dispositif * tre dispositif 6 d'indication de panne. Le simulateur 2 pro- duit un signal de sortie correspondant au comportement de fonctionnement du paramètre de fonctionnement caractéristique des appareillages de puissance surveillés lorsqu'ils fonctionnent sans panne. On envoie le signal de sortie du simulateur 2* et les signaux de sortie des capteurs 4a, 4b des deux appareillages de puissance 2a, 2b à un étage discriminateur 5.L'étage discriminateur 5 compare le signal de sortie du simulateur 2* aux valeurs mesurées d'un paramètre de fonctionnement caractéristique des deux appareillages de puissance et détermine laquelle de ces deux valeurs mesurées s'écarte le plus du signal de sortie du simulateur 2*. L'étage discriminateur 5 commande les dispositifs indicateurs de panne 6a et 6b ainsi que 6* et les dispositifs 3a, et 3b d'arrêt des dispositifs de puissance. Sur la figure 2 on a représenté un exemple de réalisation d'un tel étage discriminateur 5. Du c8té entrée, il reçoit les valeurs mesurées fournies par les capteurs 4a, 4b et le signal de sortie du simulateur 2*. Dans un premier élément différentiateur 7, on élabore la différence des valeur mesurées des paramètres de fonctionnement caractéristiques des deux appareillages de puissance et on l'envoie via un filtre 8 à deux éléments à seuil 9 et 10. L'élément à seuil 9 a un seuil de réponse au-delà duquel sont actionnés les dispositifs indicateurs de panne, l'élément à seuil 10 a un seuil de réponse audelà duquel les dispositifs de mise à l'arrêt des appareillages de puissance correspondants sont actionnés. Dans deux autres éléments différentiateurs ll et 12 on compare chaque fois le signal de sortie du simulateur 2* avec une valeur mesurée fournie par l'un des capteurs 4a ou 4b. A la suite de l'élément différentiateur 12 on branche un amplificateur inverseur 13. A la sortie de l'élément différentiateur ll apparat ainsi la différence entre le signal de sortie du simulateur 2* et la valeur mesurée fournie par le capteur 4a. À la sortie de l'amplificateur inverseur 13 apparaît l'inverse de la différence entre le signal de sortie du simulateur 2* et la valeur mesurée fournie par le capteur 4b.Ces deux signaux de différence sont convertis en une valeur moyenne à l'aide de pésistances R1 et R2 et envoyés via un filtre 1 > a l'entrée d'un indicateur ue polarité pOlal;XSe 1 dicateur de polarité 16 produit des signaux logiques indiquant si sa tension d'entrée est positive ou négative. L'indicateur de polarité 16 fournit par exemple un signal logique 1 pour une tension d'entrée positive et un signal logique zéro pour une tension d'entrée négative. A la suite de l'indicateur de polarité 16 on branche un inverseur 17. Lors d'un fonctionnement sans panne, la tension au point de jonction des deux résistances R1 et R2 est pratiquement nulle. Si la différence entre la tension fournie par le capteur 4a et le signal de sortie du simulateur 2* est supérieure à la différence du signal du capteur 4b par rapport au signal de sortie du simulateur 2*, la valeur moyenne au point de jonction des deux résistances R1, R2 est positive. On va maintenant considérer le cas où l'écart entre le signal de sortie du simulateur 2 et la valeur fournie par le capteur 4a est supérieure à l'écart par rapport à la valeur fournie par le capteur 4b. Dans ce cas ,pour un faible écart entre les valeurs fournies par les deux capteurs, l'élément à seuil 9 produit un signal logique 1 quiest envoyé aux entrées des portes ET 18 et 20. La tension au point de jonction des deux résistances R1, R2 est positive.Le signal de sortie de l'indicateur de polarité 16 est alors 'e signal logique 1. La porte ET 18 est rendue passante et commande la fermeture d'un commutateur électronique 19 excitant le dispositif indicateur de panne 6a. Si la différence entre les valeurs fournies par les deux capteurs 4a et 4b dépasse le seuil de réponse de l'élément à seuil 10, ce dernier produit un signal logique 1 qui est envoyé aux entrées de deux autres portes ET 14, 22. Etant donné que l'on a déjà à la deuxième entrée de la porte ET 14 un signal 1 provenant de l'indicateur de polarité 16, la porte ET 14 est rendue passante et excite le dispositif 3a pour provoquer l'arrêt de l'appareillage de puissance 2a. Lorsque l'écart entre le signal de sortie du simulateur 2* et le signal du capteur 4b est supérieur à l'é cart entre le signal de sortie du simulateur 2* et le signal du capteur 4a, la tension au point de jonction des résistanees R1 et R2 est négative.-L'indicateur de polarité 16 produit alors un signal logique zéro qui est converti par l'inver seur 17 en un signal logique 1. Ce signal logique 1 est envoyé aux entrées de deux autres portes ET 20 et 22.Suivant que la différence entre les valeurs fournies par les capteurs 4a et 4b dépasse le seuil de réponse de l'élément à seuil 9 ou également celui de l'élément à seuil 10, on commande, via un commutateur électronique 21, le dispositif indicateur de panne 6b, ou, en plus, l'excitation du dispositif 3b provoquant la mise à l'arrêt de l'appareillage de puissance 2b. Les signaux de différence des éléments différentiels 11 et 12 sont combinés à l'aide de résistances R3 et R4 en une valeur moyenne. Cette valeur moyenne est norma lement pratiquement nulle. Lorsqu'il se produit une panne dans le dispositif simulateur 2* , il apparat par contre une valeusmoyenne plus élevée. Lorsque cette dernière dépasse le seuil de réponse d'un autre élément à seuil 23, son signal de sortie commande la fermeture d'un commutateur électronique 24. Le dispositif indicateur de panne 6* indique une panne du simulateur 2*. La figure 3 est le schéma de principe d'un dispositif conforme à l'invention pour la surveillance de deux générateurs de courant 25a et 25b à l'aide d'un modèle d'ar- pareillage 25*. On associe aux générateurs de courant 25a, 25b des dispositifs de régulatn 26a, 26b et au modèle d'appareillage un dispositif de régulation 26*. Le modèle d'appareillage 25* correspond au moins dans le comportement d'au moins un paramètre de fonctionnement caractéristique au comportement des deux générateurs de courant 25a et 25b. Le modèle d'appareillage 25* peut être réalisé fondamentalement comme un générateur de courant en réduction. Sa puissance de sortie est envoyée à la barre omnibus commune à laquelle est reliée une charge 29. Les dispositifs de régulation 26a, 26b et 26* reçoivent en tant que grandeurs d'entrée le courant de charge depuis un capteur de courant 30 et la tension sur la barre omnibus depuis un capteur de tension 31. En outre, les dispositifs de régulation reçoivent, de façon connue et non représentée, les valeurs vraies et de consigne correspondantes des générateurs de. courant correspondants.En tant que para mètres de fonctionnement caractéristiques, on exploite les courants de sortie des générateurs de courant, ces courants étant déterminés à l'aide de transformateurs de mesure de courant 27a et 27b, On associe au modèle d'appareillage 25* un transformateur de mesure de courant 27* dont le rapport de transformation diffère dans le rapport de modèle aes rapports de transformation des deux transformateurs de. mesure de cou rant 27a et'27b. Ainsi, on peut directement comparer dans l'é targe discriminateur 5 les deux valeurs fournies par les trans formateurs de mesure de courant 27a, 27b etia valeur fournie par le transformêteur de mesure de courant ?7*. Llétage dis criminateur 5' commandé des relais 28a et 28b qui, à l'appari tion d'une panne dans l'un des deux générateurs de courant, sé parent le générateur de courant piloté de la barre omnibus. S'il se se produit une panne dans une panne dans le modèle d'appareillage 25*, 25*, celui-ci est mis hors circuit à l'aide du relais 28*. Au lieu d'utiliser un modèle d'appareillage, on peut également utiliser un simulateur de générateur de cou rant. Sur-la figure 4a, on a représenté un circuit connu d'on du leur à transformateur de sortie, tandis que sur la figure '4b -on a représente une simulation électronique-de ce circuit. L'onduleur représenté sur la figure 4a est re lié à une batterie par ses bornes d'entrée 32 et 33. L'ondu leur comporte les valves commandées nll à n16 et n21 à n26 qui sont pilotées par un appareil de commande non représenté. Les trois phases R.S.T apparaissent sur les bornes de sortie d'un transf'orm"ateur,en tant que tensions URj Us, UT Le simulateur électronique représenté sur la figure 4 et s'i'l't ledit circuit onduleur comporte, du c & é entrée, les mêmes bornes d'entrée 32 et 33 recevant la tension de la batterie ou une tension proportionnelle à la tension de batterie. En outre, on prévoit des entrées recevant les impul sions d'amorçage des valves commandées.Les entrées correspon dantes-sont référéncées (nll) à (nl6) et (n21) à (n26). L'en trée nll reçoit par exemple l'impulsion d'amorçage de la valve -nll. Les impulsions d' amorçage pour une valve principale ou une valve d'extinction d'une polarité d'une phase de la tension de sortie de l'onduleur sont chaque fois envoyées à l'entrée de positionnement ou à l'entrée de remise à l'état initial de l'une des bascules 34 à 39. L'entrée de po sitionnementde la bascule 34 est par exemple attaquée par l'impulsion amorçage pour la valve nll, tandis que l'entrée de remise à l'état initial de la bascule 34 est at guée par l'impulsion d'amorçage pour la valve d'extinction n21. Le signal de sortie de la bascule 34 commande un commutateur électronique 40. ta bascule 37 reçoit à son entrée les impulsions d'amorçage pour une valve principale n14 et une valve d'extinction n24 de polarité opposée de la phase correspondante de la tension de sortie de l'onduleur. Le signal de sortie de la bascule 37 commande un commutateur électronique 41.Les deux commutateurs 40 et 41 commutent alterna nativement la polarité positive et la polarité négative de la tension de batterie à l'entrée d'un amplificateur opérationnel 424 A la sortie de l'amplificateur opérationnel 42, apparat une -tension correspondant à une tension de phase inverse de l'onduleur. À la suite de l'amplificateur opérationnel 42 on branche un amplificateur inverseur 43 dont la tension de sortie représente une tension de phase de l'onduleur. On transforme chaque fois une tension de phase et une tension de phase inverse dans un autre amplificateur opérationnel 44, branché en amplificateur additionneur, en tensions de phase interconnectées. Le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 44 est inversé dans un autre amplificateur inverseur 45. Après une autre combinaison des tensions interconnectées et des tensions inverses interconnectées dans d'autres amplificateurs opérationnels 46, 47 , 48 également branchés en amplificateurs additionneurs, on obtient-des tensions de phase simulées UR , Us* o UT présentant la m8me allure que les tensions de phases réelles UR, US, UT, à la sortie du transformateur de l'ondu- leur représenté sur la figure 4a. REVENDICATIONS 1. Dispositif de surveillance d'appareillages de puissance fonctionnant en parallèle dont les puissances de sortie sont envoyées à une charge commune, caractérisé par un modèle d'appareillage ou un simulateur dont le signal de sortie correspond au comportement d'au moins un paramètre de fonctionnement caractéristique des appareillages de puissance, et par un étage discriminateur recevant les valeurs mesurées des paramètres de fonctionnement de même nature des deux appareillages de puissance et le signal de sortie du modèle d'appareillage ou du simulateur, ledit discriminateur servant à déterminer l'appareillage de puissance dont le pa paramètre de fonctionnement caractéristique s'écarte le plus du signal de sortie du modèle d'appareillage ou du simulateur. 2. Dispositif de surveillance selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'étage discriminateur commande des dispositifs indicateurs de panne indiquant que 1 est l'appareillage de puissance qui a été déterminé comme étant en panne. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que l'étage discriminateur commande des dispositifs d'arrêt de l'appareillage de puissance déterminé comme étant en panne. 4. Dispositif de surveillance selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'étage discriminateur commande un autre dispositif indicateur de panne permettant d'indiquer une panne et/ou un dispositif d'arrêt du modèle d'appareillage ou du simulateur. 5. Dispositif de surveillance selon la revendication 1 caractérisé par un étage discriminateur présentant les caractéristiques suivantes a) un premier canal comporte un différentiateur (7) qui reçoit à son entrée les valeurs mesurées du paramètre de fonctionnement caractéristique des deux appareillages de puissance et dont le signal de sortie est envoyé à un élément à seuil (9 ou 10) ayant un seuil de réponse prédéterminé4 b) un deuxième canal qui comporte deux autres différentiateurs (11,12) recevant à leurs entrées le signal de sortie du modèle d'appareillage ou du simulateur et à chaque fois une valeur mesurée du paramètre de fonctionnement caractéristique d'un appareillage de puissance, et dont les signaux de sortie sont envoyés à un dispositif formateur de valeur moyenne (roi, R2) à l'entrée dtun indicateur de polarité (16) produisant des signaux logiques en fonction de la polarité de son signal d'entrée. o) un dispositif d'interconnexion composé d'éléments d'interconnexion logiques (18,20 et 14,22) élaborant à partir du signal de sortie de l'élément à seuil (9 ou 10) qu'il re çoit à son entrée et à partir des signaux de l'indicateur de polarité (16) un signal permettant l'indication et/ou la mise à l'arrêt de l'appareillage de puissance défectueux.