Интегрированная распределенная система управления ЭЭС

Разработка систем управления корабельными ЭЭС и техническими средствами (ТС) нового поколения должна опираться:

- на новую элементную базу (компьютеры, микроконтроллеры, оптоизолированные твердотельные реле, гальваноразвязанные измерительные преобразователи, современные силовые полупроводниковые структуры, светодиодные, жидкокристаллические и люминесцентные индикаторы и дисплеи);

- на соответствующие алгоритмы и методы обработки и представления информации, включая измерения параметров, оценку состояний аппаратуры и диагностику систем;

- на новые достижения в области структурных построений микропроцессорных систем с учетом интеграции и локализации функциональных узлов и подсистем, а также межмодульных связей (интерфейсов обмена данными).

Основными функциями корабельной или судовой системы управления электроэнергетикой являются:

1. Управление элементами ЭЭС и ТС в автоматическом режиме для обеспечения системных требований к качеству электроэнергии потребителей в нормальных и аварийных режимах работы ЭЭС.

2. Обеспечение возможности перехода с автоматического на автоматизированное или ручное управление по инициативе оператора в критических и аварийных ситуациях.

3. Обеспечение постоянного мониторинга состояний оборудования и процессов на постах контроля и пультах управления с отображением текущей информации и сохранением «истории» для последующего анализа аварий и диагностики.

При выполнении последней функции необходимо уметь:

- постоянно отслеживать состояние оборудования с целью определения готовности к выполнению команд;

- отслеживать выполнение каждой команды с контролем времени исполнения и оценки последствий с целью диагностирования аппаратуры, связей, программного обеспечения, а также выявления возможных сбоев и видов неисправностей;

- выводить обобщенные (при нормальном функционировании) и/или конкретизированные сообщения и рекомендации оператору – в предаварийных и аварийных ситуациях, а также в процессе устранения неисправностей.

С учетом изложенного структура системы управления ЭЭС должна быть интегрированной распределенной с иерархической организацией, вариант которой приведен на рис. 35.

Узлы и функциональные устройства должны быть реализованы как самодостаточные автономные отказоустойчивые элементы системы, размещаемые по функциональному признаку с учетом оптимизации длины и помехозащищенности межмодульных связей.

Каждый автономный узел системы должен снабжаться коммуникационным модулем для связи с остальными (подчиненными, партнерами и старшими) элементами системы.

Физическое размещение аппаратуры в различных помещениях, щитах и пультах требует обеспечения надежной коммуникационной связью. В качестве вариантов для различных уровней могут быть рассмотрены интерфейсы: RS-232, RS-422/485, Ethernet, Manchester, CAN (сравнительный анализ приводится в разделе “Последовательные интерфейсы”).

Рассмотрим функции и алгоритмы работы конкретных элементов системы.

Контроллер генераторного агрегата (КГА) – должен решать задачи управления данным генераторным агрегатом (ГА), включая мониторинг режимных параметров и состояний подчиненной аппаратуры: САРН, САРЧ(М), функциональные защитные устройства (ФЗУ), систему подготовки и пуска приводного двигателя (дизеля, турбины и т. д.). Данные мониторинга передаются в системы верхнего уровня (ДАУ, ЦПУ) и на местный пульт управления.

Алгоритм работы КГА (укрупненные этапы рис.36)

1. Оценка готовности к пуску и ожидание команды.

2. Пуск агрегата с проверкой готовности к приему нагрузки.

3. Ожидание команды к включению на шины ГРЩ.

4. Включение на шины ГРЩ по алгоритмам одиночной или параллельной работы.

5. Прием (перераспределение) нагрузки.

6. Оценка режима работы с определением вероятности или факта перегрузки (недогрузки).

7.Выход на режим включения резерва мощности (или отключения второстепенных потребителей).

Системный контроллер станции (СКС) – должен решать задачи управления станцией через подчиненные КГА данной электростанции с учетом возможностей параллельной работы генераторов. СКК принимает данные о работе подчиненных контроллеров, обрабатывает их и передает в ЦПУ и систему архивации.

Алгоритм работы СКС (укрупненные этапы рис. 37)

1. Оценка состояний КГА, входящих в состав электростанции.

2. Выявление дефицита или переизбытка мощности с определением возможности обеспечения параллельной работы или отключения второстепенных потребителей.

3. Переход на новый режим работы (включение резерва или отключение потребителей).

4. Обеспечение перераспределения мощности и/или перевод нагрузки на другой ГА.

Общесистемный контроллер (ОСК) – решает задачи управления на уровне межстанционных взаимодействий и связей через подчиненные контроллеры, а также занимается сбором, архивацией и общесистемным анализом данных по обеспечению качества электроэнергии.

Так как объем данного учебного пособия весьма ограничен, рассмотрим структуру только одного, но одного из основных узлов системы – контроллера генераторного агрегата.