ДИЗЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

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.
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].
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.
Задачей полезной модели является расширение арсенала средств аналогичного назначения, а также снижение расхода топлива и оптимизация режимов работы дизель-генераторов.
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.
Полезная модель в отличие от прототипа снабжена блоком прогнозирования нагрузки, вход которого подключен к датчику температуры, а выход - к микроконтроллеру.
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.
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].
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.
На фиг.1 представлена структурная схема ДЭС.
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.
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.
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].
Устройство работает следующим образом.
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.
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.
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.