УДК 621.311:629.5
С.Ю. Труднев, А.А. Марченко
Камчатский государственный технический университет Петропавловск-Камчатский, 683003 e-mail: trudnev@mail.ru
АНАЛИЗ КАЧЕСТВА СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
В статье произведена оценка качества судовых электроэнергетических систем. Изложены и определены параметры, влияющие на качество электрической энергии. Разработана компьютерная модель судовой электроэнергетической системы. Сделаны выводы о целесообразности модернизации основных устаревших энергоузлов электростанций.
Ключевые слова: качество, дизель-генератор, электростанция.
S.U. Trudnev, A.A. Marchenko (Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003) Quality analysis of the ship electric power systems
The materials evaluated the quality of marine power systems. Parameters affecting the quality of electrical energy are determined. Computer model of the ship's power system is designed. Conclusions about the reasonabil-ity of upgrading the main outdated power plants assemblies are made.
Key words: quality, diesel-generator, power plant.
DOI: 10.17217/2079-0333-2015-33-15-17
По способу преобразования энергии судовые электроэнергетические системы делятся на тепловые и атомные. На рыбопромысловых судах из-за целенаправленного спектра задач и в целях рационального использования энергозатрат устанавливают тепловые электростанции с дизель -генераторами в качестве основных источников электроэнергии. Ядерные реакторы, как правило, устанавливают на транспортные суда и суда типа ледокол. Процессы распределения, потребления и выработки электрической энергии в судовых электроэнергетических системах неразрывны. Любое изменение в состоянии одного из элементов электростанции - от генератора до приемника - мгновенно сказывается на состоянии других элементов. В результате работа электростанции сопровождается большим разнообразием переходных процессов, которые сопровождаются изменением электромеханического состояния электрических машин, устройств и аппаратов. Эффективность работы электроэнергетической системы определяется качеством электроэнергии в статических и динамических режимах, в которых протекают переходные, установившиеся и квазиустановившиеся процессы. Все указанные процессы сопровождаются изменением качества электроэнергии как резким и высоким, так и незначительным.
Все потребители работают нормально только в том случае, когда они бесперебойно получают электроэнергию необходимого качества и в необходимом количестве [1]. Из-за инерционности основных частей дизель-генераторного агрегата на восстановление параметров качества к номинальным необходимо время. Безусловно, это значительно снижает качество электроэнергии электростанции в целом. Поэтому современные дизель-генераторы нуждаются в модернизации, которая позволит улучшить качество электроэнергии на судне и исключить зависимость выходных параметров источников от инерционности дизеля.
Предлагается произвести анализ работы судовой электростанции базового и нового проекта с использованием прикладного программного моделирования в программе МаАаЬ Я2012а.
На рис. 1 представлена модель двух одинаковых по мощности электростанций базового и нового проекта.
<Field current ifd (A)>
lf_nom for 1 pu voltage = 100 A ~>Vf_nom = 9.2837 V (seen from rotor terminal
Controlled Voltage Source
Three-Phase Breakerl
Discrete, Ts = 5e-05 s.
_r
Controlled Voltage Sourcel
"L
Controlled Voltage Source2
о
lf_nom for 1 pu voltage = 100 A -> Vf_nom = 9.2837 V (seen from rotor terminals)
TTl
>
10 kVA 400V/400V
гЩ
Данные электростанции нового проекта
Out1
ток возбуждения напряжение статора вращения
Measurements
Данные электростанции базового проекта
п
ток В0362 напряжение статора 2 вращения 2
Measurements!
Рис. 1. Компьютерная модель электростанции базового и нового проекта
Я
«
и п
S «
«
и
3
П>
К н (э а»
№
Обе модели содержат:
- статическую нагрузку, активная мощность которой составляет 50% от мощности генератора;
- динамическую нагрузку, мощность которой составляет от 25% до 50% от мощности генератора;
- судовой синхронный генератор мощностью Р = 2000кВА;
- судовой дизель (Diesel Engine & Speed regulator);
- систему автоматического регулирования напряжения.
Единственным отличием нового проекта от базового является неинерционный источник электрической энергии, работающий в горячем режиме с дизель-генератором, собранный при помощи блока Controlled Voltage Source библиотеки Simscape.
Был проведен следующий эксперимент: произведен запуск двух электростанций, в момент времени t = 4 с, каждая была нагружена статической и динамической нагрузкой, суммарная мощность которых соизмерима с мощностью самой электростанции. Любое изменение нагрузки судовой электростанции, вызванное включением, отключением или изменением мощности отдельных потребителей, приводит к изменению величины частоты и напряжения в переходном процессе. Исходя из этого, в ходе эксперимента была зафиксирована зависимость напряжения и частоты от времени работы электроэнергетической системы, представленная на рис. 2.
1 0.9 0.8 с, 0.6 0.5 ----
.............................
i
i
0.9 0.8 0, 0.6 [1.5
-
0 1 2 3 Í 5 В 7 Time offset 0
Рис. 2. Результаты моделирования: сверху - иф; снизу - /(1)
Выходные характеристики электростанции и базового проекта, и нового отмечены сплошными линиями. Для стабильной работы энергосистемы необходимо, чтобы номинальные значения напряжения и частоты в результате автоматических регуляторов генераторных агрегатов, улучшающих качество электроэнергии, как можно быстрее восстанавливались после переходного процесса. Как видно на рис. 2, автоматика электростанции базового проекта не смогла восстановить выходные данные к номинальным, в отличие от автоматики электростанции нового проекта, а значит дизель-генераторный агрегат базового проекта неспособен перенести кратковременный перегруз.
Анализируя полученные экспериментальные данные, можно судить о том, что существующие судовые электростанции не всегда могут производить электроэнергию необходимого качества. С другой стороны, в связи с научно-техническим прогрессом появляются более новые приемники, потребляющие электрическую энергию более высокого качества. Поэтому на сегодняшний день неизбежна модернизация судовых электроэнергетических систем путем внедрения современных неинерционных источников электрической энергии.
Литература
1. Качество электрической энергии на судах: Справочник / В.В. Шейнихович, О.Н. Климанов, Ю.И. Пайкин, Ю.Я. Зубарев. - Л.: Судостроение, 1988. - 160 с.