CC BY
48
УДК 621.313.322-843.6:629.5
ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЫЯВЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ РАБОТЫ СУДОВОГО ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНОГО АГРЕГАТА
С.Ю. Труднев
Камчатский государственный технический университет, г. Петропавловск-Камчатский, 683003
e-mail:trudnev@mail.ru
В статье представлена модель, позволяющая осуществить резкий наброс активной нагрузки на шины судового синхронного генератора, это позволит создать динамическое возмущение в судовой электроэнергетической системе. Представленный в статье график зависимости частоты вращения от времени позволяет судить о том, что ненадежным элементом в судовой системе является дизель.
Ключевые слова: дизель, генератор, надежность, нагрузка, модель.
Research and identification of optimum ship diesel-generator set. S.Y. Trudnev (Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003)
The given model allows to make a quick rise of active load on synchronous generator wires. It will allow to create dynamic disturbance in ship power system. The diagram of rpm dependence on time support our idea that unreliable part in ship system is diesel.
Key words: diesel, generator, reliability, loading, model.
^временные судовые электроэнергетические системы состоят из большого количества элементов (электрические машины, приборы систем управления, аппараты, кабель, различные распределительные устройства). Успешное выполнение задач, выполняемых судном, в большой степени зависит от нормальной работы всей судовой электроэнергетической системы в целом. Поэтому главным требованием к каждому элементу электроэнергетической системы является высокая надежность в работе. На судне самой главной единицей считается источник электрической энергии, функции которого выполняет судовой дизель-генератор. Обеспечение бесперебойной подачи электрической энергии всецело зависит от нормального режима работы дизель-генератора и от надежности работы каждого его элемента. Исходя из этого создание и исследование математической модели работы дизель-генератора и отдельных его элементов, обеспечивающих процесс автоматизации, позволит выявить наиболее оптимальный режим работы дизель-генератора и проанализировать надежность и качество работы каждого его устройства.
В этой ситуации компьютерное моделирование рассматриваемых процессов позволяет выбрать и оценить величины параметров, частоты, времени переходного процесса, биений и т. п. В статье предлагается модель, настроенная на компьютерный эксперимент, позволяющий снять параметры каждого элемента, осуществляющего работу дизель-генераторного агрегата.
В судовой электроэнергетической системе определяют два основных режима работы: статический и динамический. Последний считается наиболее опасным режимом, так как при таком режиме генератор нагружается импульсом различной периодичностью и амплитудой. Это негативно сказывается на работе дизель-генератора, так при этом может произойти недопустимый провал по частоте и напряжению, что негативно сказывается на устойчивости судовой энергосистемы [1].
Из всего вышесказанного можно сделать вывод о том, что необходимо разработать модель работы дизель-генератора на импульсную нагрузку, это позволит исследовать оптимальный режим работы дизель-генератора и выявить причины, влияющие на
устойчивость судовой
электроэнергетической системы. На рис. 1 представлена структурная
Рис. 1. Структурная схема модели работы ДГА на импульсную нагрузку: ДГ— дизель-генератор; QF1,QF2,QF3 - автоматический выключатель; САРН - система автоматического регулирования напряжения; САРЧ- система автоматического регулирования частоты
схема модели.
Представленная на рис. 1 схема позволит смоделировать динамический режим работы путем подключения импульсной нагрузки необходимым интервалом и определить предел устойчивости дизель-генераторного агрегата.
На рис. 2 представлена модель дизель-генераторного агрегата, работающего на статическую и динамическую нагрузку, реализованная в программе компьютерного моделирования средствами пакета МЛТЬЛБ 7.0 [2-4].
Модель включает в себя:
1) синхронный генератор 3„ = 2000 кВт,^ = 400 В, / = 50Гц ;
2) систему автоматического регулирования частоты;
3) систему автоматического регулирования напряжения;
4) импульсную нагрузку Р =1000 кВт;
5) статическую нагрузку Р =1000 кВт с интервалом 0,1 с.
В момент времени ( = 0 происходит запуск дизель-генератора, после этого подключается статическая нагрузка мощностью 50% от номинальной мощности генератора. В момент времени ( = 3 с через трехфазный выключатель с интервалом 0,1 с на протяжении 2 с происходит динамическое нагружение генератора импульсом мощностью 50% от номинальной мощности генератора.
Рис. 2. Модель дизель-генераторного агрегата
На рис. 3 представлены результаты моделирования. По правилам морского регистра отклонение частоты вращения при импульсном нагружении в 50% от номинальной мощности судового синхронного генератора не должно превышать 10%. Результаты исследования показывают, что подключение импульсной нагрузки сопровождалось неустойчивой работой генератора, провал по частоте вращения длился на протяжении 3 с. Причем отклонение по частоте вращения составило 9,2% от номинального, что является близким к допустимому морским регистром (10%). Дизель является инерционным элементом и не может мгновенно компенсировать импульсную нагрузку, так как проваливается по частоте вращения, и ему необходимо время для того, чтобы восставить частоту вращения.
6 ■ 10 Pmc DmdPmc SMfw)
1
..........................................i..........................................;../..................................i..........................................
- ---
Sewaw
105 1 1 1 1
096 — \ ______-__—------ .........................................
09 г». Н* 0 1 1 ------- 2 Э 4
Рис. 3. Результаты моделирования динамического нагружения с шагом 0,1 с
Полученные нами результаты моделирования позволяют сделать выводы.
1. Динамическая устойчивость всецело зависит от работы дизеля.
2. Причиной провалов по частоте вращения при импульсной нагрузке является инерционность дизеля.
3. Эффективным решением будет является создание и усовершенствование схемы дизель-генераторной установки.
Таким образом модель позволяет сделать выводы о том, что дизель не имеет достаточной надежности, чтобы обеспечить качество энергии, соизмеримое с береговым. В любой момент при возникновении динамических перегрузок дизель может не обеспечить необходимую частоту вращения. Это приведет к непредвиденному отключению потребителей, что нарушит бесперебойную подачу электрической энергии. Последствия могут быть серьезными. Так, например, если произойдет перегрузка момента траловой лебедки, то остановка привода приведет к тому, что трал, переполненный уловом, останется за бортом, в любой момент это может стать причиной переворота всего судна, что приведет к гибели и судна, и всего экипажа.
Литература
1. Труднее С.Ю., Портнягин Н.Н. Разработка цифровых моделей режимных свойств для исследования динамической устойчивости судовой электроэнергетической системы // Вестник КамчатГТУ. - 2012. - № 20. - С. 37-40.
2. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB Sim Power Systems и Simulink. - М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. - 288 с.
3. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учеб. пособие. - СПб.: КОРОНА принт, 2001. - 146 с.
4. Баранов А.П., Раимое М.М. Моделирование электрооборудования и средств автоматизации: Учеб. для вузов. - СПб.: Элмор, 1997. - 232 с.
