CC BY
9
2300. Электронные текстовые данные - Режим свободный (дата обращения: 12.01.2020). - Загл. с доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200014959, экрана.
УДК 62-565
К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ _РАБОТЫ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРНЫХ УСТАНОВОК_
DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2021.7.84.1310
Пронина А.К.
ФГАУ ВО «Севастопольский государственный университет» Морской институт кафедра «Судовое электрооборудование»
ON THE ISSUE OF IMPROVING THE QUALITY OF ELECTRICITY IN THE TRANSIENT OPERATING MODES OF MARINE DIESEL GENERATOR SETS
A.K. Pronina
FSAU VO "Sevastopol State University" Marine Institute Department "Ship Electrical Equipment»
АННОТАЦИЯ
Исследуется работа дизель-генераторных установок (ДГУ) в условиях значительных отклонений частоты при резких изменениях нагрузки. Системы, содержащие мощные статические преобразователи в переходных режимах работы, испытывают резкое ухудшение качества электроэнергии по показателю несинусоидальности напряжения. Использование фильтро-компенсирующих устройств в условиях отклонения частоты оказывается не эффективно. С целью улучшения качества переходного процесса предлагается снизить провалы скорости (частоты) увеличением инерционной массы ДГУ путем навешивания маховика.
ABSTRACT
The operation of diesel generator sets (DGS) under conditions of significant frequency deviations with sharp load changes is investigated. Systems containing powerful static converters in transient operating modes experience a sharp deterioration in the quality of electricity in terms of non-sinusoidal voltage. The use of filter-compensating devices in conditions of frequency deviation is not effective. In order to improve the quality of the transition process, it is proposed to reduce the speed (frequency) dips by increasing the inertial mass of the DGU by hanging the flywheel.
Ключевые слова дизель-генераторные установки, газотурбинный наддув, момент инерции установки, качество переходного процесса, отклонения частоты, несинусоидальность напряжения, фильтро-компенсирующие устройства, инерционный маховиковый накопитель
Keywords: diesel generator sets, gas turbine supercharging, moment of inertia of the installation, quality of the transient process, frequency deviations, voltage non-sinusoidality, filter-compensating devices, inertial flywheel drive
Объектом исследования являются судовые электроэнергетические системы (СЭЭС), в которых имеют место режимы со значительными колебаниями нагрузки. Ввиду ограниченной мощности дизель-генераторных установок, в судовой сети могут возникнуть значительные отклонения частоты при внезапных набросах и сбросах нагрузки на генератор.
При резком увеличении нагрузки на генератор на валу ДГУ мгновенно возникает тормозной электромагнитный момент М [Н>м], определяемый по формуле
р
М = -^,
п
где Рнг- набрасываемая мощность (Вт);П -скорость вращения вала генератора (1/с).
Согласно уравнению движения привода
йП
М„-М = 3—< 0 , д dt
(2)
где Мд - момент дизеля; 3 - момент инерции установки.
При резком увеличении момента возникает отрицательное ускорение, при этом скорость и частота генератора уменьшаются. Очевидно, что быстрота падения скорости ограничивается только за счет механической инерционности вращающихся масс дизеля и генератора. Характерный вид переходных процессов изменения скорости дизеля на рис.1.
Рисунок1 - Переходный процесс системы автоматического регулирования дизель-генератора
при резких изменениях нагрузки
При сбросе нагрузки возникает заброс скорости (+Д ^заб), а при набросе нагрузки - провал скорости (-Д^заб). Величина заштрихованной площадки представляет собой интегральный критерий качества переходного процесса: чем больше площадь, тем хуже качество.
При набросе нагрузки на генератор с уменьшением скорости вращения (2) начинает действовать система автоматического
регулирования скорости (АРС). Восстановление баланса моментов происходит за счет повышения мощности дизеля путем увеличении подачи топлива в цилиндры дизеля. В обычных
конструкциях дизелей с уменьшением скорости происходит и уменьшение подачи воздуха в цилиндры. В дизель-электрических установках наибольшее распространение получили двигатели с газотурбинным наддувом(ГТН), как имеющие лучшие технико-экономические показатели. В условиях полного сгорания топлива эти дизели имеют 30% и выигрыш в масс-габаритных размерах.
Схема дизель-генератора с ГТН дизеля Д приведена на рис.2
топливо
Выхлопной Воздух
газ наддува
Рисунок 2 - Принципиальная схема дизель-генератора с автоматическим регулированием скорости
вращения и с газотурбинным наддувом АРС- автоматический регулятор скорости; ТН-топливный насос; Т - газовая турбина; К- компрессор (турбонагнетатель); Зы- дополнительная инерционная масса на валу ДГУ (маховик)
Турбокомпрессорный агрегат (Т-К) играет важную роль в переходном процессе дизеля. С увеличением подачи топлива увеличивается количество выхлопных газов, в результате чего
увеличивается скорость турбины Т и компрессора К (нагнетателя воздуха).
Однако переход к новому установившемуся режиму дизеля оказывается замедленным, по мере преодоления тепловой и механической инерции
турбо-нагнетателя, что вызывает сравнительно затяжной характер переходного процесса. Длительность переходного процесса и максимальные отклонения скорости определяются постоянными времени дизеля турбонагнетателя и системы АРС. При этом, в первую очередь, стремятся ограничить длительности переходного процесса [1].
Однако, для ДГУ существуют жесткие требования к точности поддержания частоты в сетях переменного тока. Обычно, в двигателях применяют регуляторы непрямого действия с гибкими обратными связями и остающимся статизмом.
Динамика самого двигателя дизель-электрической установки описывается
дифференциальным уравнением первого порядка с очень малым коэффициентом самовыравнивания. То же относится и к турбонагнетателю.
Если пренебречь инерционностью системы АРС из-за ее малости, уравнение движения двигателя с турбо наддувом, как объекта регулирования скорости вращения вала может быть представлено дифференциальным уравнением второго порядка. Результаты исследований таких уравнений применительно к дизель-генераторным установкам с ГТН можно найти в [2,3].
Вопросы моделирования дизель-генераторных установок в судовых электроэнергетических системах рассматривались также автором данной публикации [4].
Этими вопросами в свое время занимались сотрудники ЛВИМУ им.адм. Макарова [5].
Важно отметить, что переходные процессы в ЭЭС ограниченной мощности, к которым относятся судовые электроэнергетические установки, отличаются по характеру от переходных процессов, протекающих в мощных энергосистемах. Это связано, не столько со значительными провалами напряжения, так и с увеличением отклонения частоты, возникающими при набросах и сбросах нагрузки на дизель-генераторы системы. Так, предельно допустимые отклонения частоты для береговых систем составляют ±0,4Гц (ГОСТ 32144-2013), в то время как отклонения частоты в судовых системах, согласно требований Морского Регистра допускаются до ±5% и даже ±10% (кратковременно).
Такие отклонения частоты ранее не влияли на надежность функционирования СЭЭС. Однако, с внедрением в судовые системы мощных статических преобразователей, в частности вентильных электроприводов большой мощности, работа ЭЭС значительно осложнилась [6,7].
Так, в публикации [6] представлен анализ работы ЭЭС плавкрана «Феодосиец», грузоподъемностью 150т, имеющего в качестве приводов механизмов движения крана вентильные электроприводы постоянного тока с двигателями мощностью 2*140кВт. Так, при работе крана в ЭЭС с генераторами 625кВА (3*625кВА) возникают значительные провалы напряжения и, что более важно, недопустимые отклонения частоты.
Результаты анализа ставят под сомнение надежность функционирования ЭЭС, в том числе и из-за искажения синусоидальности напряжения в сети.
Включение в состав СЭЭС мощных преобразователей приводит к ухудшению качества электроэнергии [6,7], прежде всего по показателю несинусоидальности напряжения. Для уменьшения искажения в ЭЭС ограниченной мощности предусматриваются фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ), предназначенные для подавления высших гармоник, при этом самые простые и надежные ФКУ работают на принципе пассивных резонансных фильтров.
ФКУ эффективно действуют при точной настройке на резонансную частоту подавляемых гармоник. Но частоты опасных гармоник прямо пропорциональны частоте сети, и при значительных отклонениях частоты от допустимых согласно Морскому Регистру, уже не отвечают современным требованиям по качеству электроэнергии для систем со статическими преобразователями энергии (СПЭ). Отклонения частоты в СЭЭС со СПЭ опасно и в связи с возникновением резонансных явлений в системах, содержащих конденсаторы. При значительных отклонениях частоты сети спектр высших гармоник из-за ФКУ может даже усиливаться [4]. "Всплески" высших гармоник в переходных режимах системы, даже и кратковременные, представляют исключительно большую опасность для работы многочисленной радиоэлектронной техники судна [8].
Анализ способов подавления высших гармоник с помощью активных фильтров, приводит к неоправданным и дорогостоящим усложнениям как самих преобразователей, так и схем фильтров, включая схемы управления. Учитывая, что переходные процессы в СЭЭС оказывают отрицательное воздействие как на саму систему, так и на работающее в ней электрооборудование (например, влияют на возникновение колебаний в распределении нагрузки между параллельно работающими дизель-генераторами), представляется актуальным ставить задачу улучшения качества самих переходных процессов, например, за счет увеличения постоянных инерции дизель-генераторных установок (ДГУ). С этой целью предлагается навешивать на вал ДГУ дополнительную маховую массу (так называемый инерционный маховиковый накопитель механической энергии). При этом длительность переходных процессов изменения скорости при набросах и сбросах нагрузки может несколько затягиваться, но выбросы и провалы скорости (частоты) при этом уменьшаются обратно пропорционально моменту инерции маховика. Способ отличается простотой и уже используется в источниках бесперебойного или гарантированного питания.
Увеличение инерционных постоянных способствует одновременно повышению устойчивости параллельной работе и самих ДГУ.
При этом достаточно иметь одну ДГУ с маховиком. Маховик может размещаться на валу между генератором и возбудителем или каким-либо другим способом (например, отдельно от вала генератора и быть связанным с ним цепной или клиноременной передачей).
Литература
1.Numata Respouse of Exhaust Turbolower by sudden Load Change Mitsubishi Nippon Heavy Industries Technical Review, 1981,vol.2N1.
2.Антонович С.А. Динамические характеристики объектов регулирования судовых дизельных установок - Л.:Судостроение, 1986. -277с.
3.Крутов В.И. Автоматическое регулирование двигателей внутреннего сгорания. Москва: Машиностроение, 1968. - 535с.
4.Пронина А.К. Моделирование дизель-генераторной установки в режимах резких изменений нагрузок / А.М. Олейников // сб. науч. тр. / СНУЯЭ и П - Севастополь, 2014. - Вып. 2(50). - С.169-175.
5.Мелешкин Г.А. Переходные режимы судовых электроэнергетических систем / Г.А. Мелешкин. Ленинград: Судостроение, 1971 - 344с.
б.Запальский В.Н. Влияние отклонения напряжения и частоты на качество электроснабжения морского подвижного объекта / В.Н. Запальский, К.Н. Запальский //Вестник -
Энергетика и энергоресурсосбережение: сб. науч. тр. / КДПУ им. Михайло Остроградского, 2009. -Вып.3(56). - С. 187-190.
7.Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях И.В. Жежеленко. - 3-е изд., доп. -Москва: Энергоатомиздат, 2000. - 190с.
8.Воршевский А.А. Электромагнитная совместимость судовых технических средств / Воршевский А.А , Гальперин В.Е. СПбГМТУ. -СПб 2006. - 317с.
9.Савенко А.Е. Разработка и исследование методов и средств устранения обменных колебаний мощности в судовых электротехнических комплексах. Автореферат диссертации соиск. Степ. к.т.н. ФГБОУ ВО «Керченский государственный морской технологический университет. г.Керчь, 2015 - 24с.
Сведения об авторах
Пронина Анна Константиновна - старший преподаватель кафедры «Судового
электрооборудования» Морской институт Севастопольский государственный университет, г. Севастополь. Information about authors
Pronina Anna Konstantinova - senior lecturer in the Department of Ship Electrical Equipment of the Maritime Institute of Sevastopol State University, Sevastopol
РАЗРАБОТКА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ОНЛАЙН
ОБУЧЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ПАНДЕМИЙ_
]Боранбаев А.С., 2Боранбаев С.Н., 3Сагидолда Б.
2,3 Евразийский национальный университет имени Л.Н.Гумилева,
1 Назарбаев Университет, г. Нур-Султан, Казахстан
АННОТОЦИЯ
В настоящее время в условиях пандемии СОУ[Э-19 школы Казахстана перешли на дистанционную форму обучения. В связи с этим возросла роль информационных технологии, различных компьютерных приложений и программ для онлайн обучения. В статье описано создание и функционирование интеллектуальной информационной технологии для онлайн обучения в условиях пандемий.
Ключевые слова: Образование, портал, контент, мультимедиа, программа, информационные технологии, система.
1. ВВЕДЕНИЕ
Пандемия СОУГО-19 внесла свои корректировки в образовательный процесс в Казахстане. Свою роль сыграли также маленькая плотность населения в Казахстане - 6,84 человек на один квадратный километр (большая площадь территорий страны при относительно небольшом количестве проживающих в ней людей).
В связи со сложившейся ситуацией, школы Казахстана были вынуждены перейти на новые формы обучения:
•обучение через Интернет; •обучение через телевизионные каналы и радио;
•обучение в штатном режиме в отдаленных селах, а также направление учебных материалов по почте в отдаленные малонаселенные пункты.
Именно по такому формату была начата учеба в школах страны. Подавляющее большинство школьников, а именно 2,4 млн. человек, обучаются через Интернет. Для обучения доступны интернет-платформы <Юагуп.Оп1ше», «^нделж> и «ВШтЬаМ». На данных платформах школьники находят видео уроки, которые соответствуют учебной программе школы. После просмотра видео уроков учащиеся получают задания от своих учителей и отвечают на вопросы по пройденному материалу. При необходимости можно пересматривать видео урок и обсуждать имеющиеся вопросы с учителями. В некоторых
