Обеспечение устойчивой работы судовой системы электропитания грузовых насосов с помощью компенсационного преобразователя частоты Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.314

12 3

А.С. Плехов , В.Г. Титов , Д.В. Умяров

ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОЙ РАБОТЫ СУДОВОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ГРУЗОВЫХ НАСОСОВ С ПОМОЩЬЮ КОМПЕНСАЦИОННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

ООО «Энергосбережение»1, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева ,

ОАО «ЦКБ «ВЫМПЕЛ»3

Обсуждаются вопросы чувствительности электротехнической судовой системы к кратковременным нарушениям нормального режима электроснабжения. Реальный запас устойчивости энергетической системы должен обеспечиваться не только системой токовых защит, согласованностью программ работы систем проти-воаварийной автоматики, но и структурой системы электроприводов, алгоритмом управления ее работы. Предложены технические решения, ограничивающие токи в энергосистеме при пуске грузовых насосов танкера и допускающие динамическое управление реактивной мощностью, генерируемой в судовую сеть, обеспечивающее значения показателей качества электроэнергии в допустимых пределах и устойчивое протекание переходных процессов.

Ключевые слова: возмущения в сети электроснабжения; запас устойчивости узла нагрузки; динамическая компенсация реактивной мощности; компенсационный преобразователь частоты; условия режима генерации реактивной мощности.

Известны проблемы проектирования судовой электроэнергетической системы, обусловленные необходимостью ограничения провалов напряжения в сети при пуске мощных асинхронных двигателей, уменьшения потерь электроэнергии и габаритов электроаппаратов, вызванных перетоками реактивной мощности. Настоящая статья посвящена обсуждению одного из подходов к решению этих проблем.

Во всех возможных режимах любой, в том числе судовой, электроэнергетической системы (СЭС) должны выполняться функции:

• генерирование электроэнергии требуемого количества и качества;

• бесперебойное обеспечение потребителей электроэнергией определенного качества и в нужном количестве;

• обеспечение возможности приведения в действие потребителей в соответствии с их назначением.

Обязательными для любой электроэнергетической системы являются установившийся и переходный режимы. Допуская возможность отождествления понятий «переходный режим» и «переходный процесс» (переход), следует иметь в виду, что режим - более широкое понятие и включает в себя множество процессов, в том числе нормальные, аварийные и по-слеаварийные переходные процессы [1].

Особенностями судовых систем, влияющими на переходные процессы в них, являются:

• отсутствие мощной сети и, следовательно, наличие резкого изменения значений напряжения и частоты тока сети при набросах нагрузки и авариях;

• наличие коротких линий и связанное с этим отсутствие значительных реактивных линий и в то же время наличие относительно больших активных сопротивлений в цепи статора;

• наличие значительно меньших постоянных времени электрических цепей системы и связанных с этим больших скоростей протекания электромагнитных переходных процессов;

• соизмеримость мощностей генераторов и приводов и связанные с этим более тяжелые переходные режимы.

© Плехов А.С., Титов В.Г., Умяров Д.В., 2012.

Методы исследования и расчета в зависимости от принятых допущений могут быть различными [2]. Сделаем допущение, что происходят значительные изменения параметров режима при малых изменениях угловой скорости генераторов. Это относится к решению задач динамической устойчивости, точной синхронизации, больших качаний роторов генераторов, токов коротких замыканий, провалов напряжений. Здесь для статорных уравнений генераторов допускается ^ = 0 и частота в СЭС полагается неизменной.

Основную часть нагрузки СЭС составляют асинхронные двигатели, свойства которых существенно проявляются в характере переходных процессов всего узла нагрузки. Анализ статической устойчивости асинхронных двигателей можно осуществлять на основе статических характеристик. Для построения статической характеристики асинхронного электродвигателя обычно используют упрощенную Г-образную схему замещения, представленную на рис. 1, в которой не учитываются потери активной мощности в стали, а также активные потери в статоре.

Рис. 1. Схема замещения асинхронного двигателя

Активная мощность, потребляемая двигателем, определяется как произведение вращающего момента на угловую скорость вращения магнитного потока двигателя. Данная скорость при неизменной частоте питающей сети остается постоянной при любом скольжении двигателя, и поэтому вращающий момент двигателя пропорционален его активной мощности. В относительных единицах вращающий момент двигателя принимается равным потребляемой им активной мощности.

Зависимость активной мощности от скольжения определяется выражением

r2 r U r U rs

s x2 + (r / s)2 s x2s2 + r2

P = I2" = 2., , ,2 = CD

Эта зависимость дает известную характеристику мощности или вращающего момента двигателя, показанную на рис. 2.

Статическая устойчивость асинхронного двигателя будет осуществляться только в тех случаях, когда рабочие точки располагаются на восходящей части характеристики двигателя, для которой справедливо соотношение

Т >0. (2)

ds

Таким образом, критерием статической устойчивости асинхронного двигателя является положительный знак избыточного момента dP при увеличении скольжения 5.

Следует отметить, что в общем случае, когда PMex ^ const , критерий статической устойчивости асинхронного двигателя имеет вид

dP - > о. (3)

ds ds

Предельный по сохранению устойчивости режим имеет место при dP/ds = 0 и характеризуется максимальной мощностью Pm (или, так называемым, максимальным опрокидывающим моментом) и критическим скольжением 5кр, что отображено на рис. 2.

Математически эти параметры режима можно найти, воспользовавшись выражением (1), продифференцировав его по скольжению и приравняв производную к нулю

dP „2 r2 - х2s2

ds (r + x;s )

Тогда

— = U2r, 2 2 2,2 = 0. (4)

r

sKp = —; (5)

XS

U2

P = US' (6)

а'/Г

Ly ¡1 1

/I / • 1 / • ■ löT iA 2 Рмех

/1 • / • ' / ! ASv

/ » 1 /

So st s,ф soг s> s

Рис. 2. Статическая характеристика мощности и вращающего момента асинхронного двигателя:

1 — Рмех СОП31, 2 — Рмех = ^

Зная предельные значения скольжения и мощности по условию сохранения статической устойчивости двигателя, можно определить запасы устойчивости по скольжению и мощности (опрокидывающему моменту) путем расчета коэффициентов запаса по этим параметрам:

к = ¿кр ~ ^ 100%; (7)

кр = Р ~ р° 100%. (8)

Р0

При нормальном напряжении на выводах двигателя значение максимальной мощности или опрокидывающего момента примерно вдвое превышает номинальную мощность двигателя. С уменьшением напряжения на выводах двигателя значение опрокидывающего момента падает по квадратичной зависимости в соответствии с формулой (4), и при снижении напряжения примерно на 30%, двигатель опрокидывается.

Напряжение, при котором электромагнитная мощность, развиваемая двигателем, становится равной механической мощности (Р0 = Рт ), называют критическим, и его значение, согласно формуле (4), определяется выражением

икр . (9)

Запас устойчивости двигателя по напряжению в этом случае оценивается коэффициентом запаса, вычисляемым по выражению

ки = ~ икр 100%. (10)

и0

Обычно двигатели, подключенные непосредственно к шинам напряжения, не зависящего от их режима, работают с большим запасом устойчивости. Иная ситуация возникает, когда двигатель подключается к шинам через внешнее сопротивление хвн (например, при

подключении двигателя с помощью кабеля). В этом случае значения критического скольжения и опрокидывающего момента могут быть найдены по формулам:

г

^ =-; (11)

^ у А- у

и2

^ = ^оХЦХВН). (12)

Изменение характеристики мощности при учете внешнего сопротивления показано на

рис. 3.

Рис. 3. Влияние внешнего сопротивления на характеристику мощности:

1 - характеристика без учета внешнего сопротивления;

2 - с учетом внешнего сопротивления

Как известно, асинхронный двигатель может устойчиво работать в диапазоне от 50 до 5кр. С учетом внешнего сопротивления уменьшается диапазон устойчивой работы и значительно снижается запас устойчивости двигателя. При больших внешних сопротивлениях возможны такие режимы, при которых небольшое понижение напряжения на шинах может привести к нарушению статической устойчивости и опрокидыванию асинхронного двигателя.

Большие возмущения, оказывающие влияние на систему электроснабжения, вызывают существенные и резкие изменения режима работы потребителей. Эти возмущения могут быть как внешними (идущими от энергосистемы), так и внутренними (возникающими в схеме электроснабжения предприятия).

Большие возмущающие воздействия на систему электроснабжения приводят к снижению напряжения на зажимах двигателя и изменению механического момента на валу двигателя.

Предположим, что как изменение напряжения, так и изменение момента происходит скачком в момент времени ^ и как это показано на рис. 4. При отключении двигателя от сети и1 = 0 . В обоих случаях в момент времени ^ возмущение прекращается и механический момент и напряжение восстанавливают свои прежние значения.

В нормальном установившемся режиме при напряжении и0 асинхронный двигатель работает со скольжением 50, соответствует точке а на рис. 2. При резком снижении напряжения до и1 происходит переход на другую электромагнитную характеристику, расположенную ниже характеристики при и0 .

Так как электромагнитный момент Мэм становится меньше механического Ммех , то на валу двигателя появляется избыточный момент тормозящего характера. Двигатель переходит в режим постоянного торможения, скольжение двигателя возрастает вплоть до 5 = 1 и он останавливается (опрокидывается).

Чтобы сохранить устойчивость двигателя, необходимо своевременно восстановить напряжение. Если прежнее значение напряжения будет восстановлено при скольжении 51, меньшем чем 5пр в соответствии с рис. 5, а, то на вал двигателя начнет действовать ускоряю-

щий избыточный момент ДМ1, который вернет двигатель в устойчивый режим работы со скольжением 50 .

Если восстановление произойдет при скольжении 52 , которое превышает 5пр, то избыточный момент ДМ2 будет иметь тормозной характер, скольжение будет продолжать увеличиваться и двигатель опрокинется.

Аналогичная картина будет наблюдаться при увеличении механического момента на валу асинхронного двигателя.

При резком набросе нагрузки механический момент возрастает до М1, превосходящего максимальное значение электромагнитного момента Мт в соответствии с рис. 5, б. Если механический момент будет уменьшен при скольжении, большем чем 5пр, то торможение двигателя продолжится и он остановится.

Таким образом, как при снижении напряжения, так и при увеличении механического момента, вызванного набросом нагрузки, возмущение должно быть снято до достижения скольжением значения 5пр. Но для практической реализации противоаварийного управления в системах электроснабжения необходимо знать время, в течение которого будет достигнуто то или иное значение скольжения. Для этого следует решить уравнение движения ротора асинхронного двигателя, которое можно записать в виде

Г}— = МмЕХ -МЭМ, (13)

М

где Т - постоянная инерции ротора агрегата «двигатель - механизм».

Решение уравнения движения ротора асинхронного двигателя в форме 5 = / (^ ) дает возможность определить скольжение, соответствующее времени ^ на рис. 4. Зная это значение, можно судить о возможности сохранения устойчивости двигателя при больших возмущениях.

Рис. 4. Изменение напряжения (а) на зажимах и механического момента (б) на валу двигателя

М

а / ' \ / 1 -г / дмл

1 1 л

/ . 1 1

У ln"4. 1 1 1 1 1 .

Si>

а

б

Рис. 5. Изменение режима работы асинхронного двигателя при снижении напряжения (а) и при увеличении механического момента (б)

Пуск двигателей - нормальный переходный процесс, который заключается в переходе двигателей и соответствующих рабочих механизмов из неподвижного состояния (ю = 0) в состояние вращения с нормальной скоростью (ю = ю0 ).

Пуск двигателей рассматривается с точки зрения нормальной работы системы электроснабжения. При расчете пуска двигателей решаются такие основные задачи, как

• определение пускового тока двигателя;

• определение остаточного напряжения на выводах двигателя;

• определение пускового момента;

• оценка возможности группового пуска двигателей.

Во время пуска двигатель должен развивать вращающий момент, необходимый для преодоления момента сопротивления механизма и для создания определенной кинетической энергии вращающихся масс агрегата. При этом он потребляет значительно большее количество энергии, чем в нормальном режиме, что сопровождается увеличением пускового тока. Кратность пускового тока по отношению к номинальному составляет при пуске с короткоза-мкнутым ротором - 5... 8.

Условия пуска обычно разделяют на легкие, нормальные и тяжелые.

При легких условиях требуемый момент в начале вращения составляет 10.40 % от номинального.

К нормальным условиям относятся такие, при которых механизм требует пускового момента, равного 50.75 % от номинального.

К тяжелым условиям относятся такие, при которых требуемый начальный момент составляет 100 % от номинального и выше.

Для облегчения тяжелых условий пуска в некоторых приводах применяются специальные механизмы: центробежные, гидравлические, сцепные и другие муфты, с помощью которых двигатель нагружается лишь после того, как он достигнет нужной скорости вращения и станет развивать соответствующий этой скорости механический момент.

Для управления пуском и ограничения пускового тока могут применяться пускорегу-лирующая аппаратура и специальные схемы пуска.

Для повышения надежности работы ответственных электроустановок при кратковременных понижениях или отключениях напряжения в питающей сети используется самозапуск электродвигателей.

Самозапуск - это процесс восстановления нормального режима работы двигателей после кратковременного отключения источников питания или снижения напряжения. Основная задача самозапуска заключается в том, чтобы не допустить останова ответственных рабочих механизмов и, тем самым, предотвратить нарушение технологического процесса.

Переходный электромеханический процесс при кратковременных нарушениях электроснабжения потребителей с учетом самозапуска может быть условно представлен тремя периодами:

I - групповой выбег, характеризующийся затормаживанием двигателей, увеличением их скольжения. При этом между двигателями, подключенными к общим шинам, происходит переток мощностей за счет запасенной кинетической и электромагнитной энергии;

II - индивидуальный выбег, наступающий после того, как напряжение на общих шинах снизится до 50 % от номинального или даже станет равным нулю. Двигатели при этом начинают затормаживаться в основном в соответствии с индивидуальными механическими характеристиками.

Ш - самозапуск, наступающий после восстановления напряжения на питающих шинах.

Перерыв питания должен быть таким, чтобы к моменту восстановления питания частота вращения самозапускаемых двигателей была больше нуля, и значение остаточного напряжения на зажимах электропремников должно быть таким, чтобы вращающий момент электродвигателей превышал статический момент сопротивления механизмов.

Необходимо отметить, что в процессе самозапуска и повторного пуска асинхронные

электродвигатели потребляют преимущественно реактивную мощность. Электропотребление выбегающего асинхронного двигателя, сохранившего связь с питающей энергосистемой, также имеет в основном реактивный характер. Реактивный характер тока пуска и самозапуска асинхронных двигателей при преимущественно реактивном характере эквивалентного сопротивления питающей энергосистемы и генераторов собственных нужд приводит к практически максимально возможному снижению напряжения в узлах нагрузки в послеаварийных режимах. Данное обстоятельство лимитирует суммарную мощность приводов, участвующих в повторном пуске и самозапуске, и приводит к увеличению времени раскрутки каждой из ступеней и времени паузы между ступенями повторного пуска. В целом это приводит к увеличению продолжительности послеаварийных режимов. В целях сокращения этой продолжительности можно рекомендовать включение устройств компенсации реактивной мощности на свою максимальную мощность в режимах самозапуска и автоматического повторного пуска.

В практике проектирования применяются методы, основанные на рассмотрении статических режимов и предусматривающие большие запасы устойчивости [3]. Поэтому зачастую при проектировании не прибегают к устройствам динамической компенсации. Однако тенденции к оптимизации массогабаритных показателей оборудования, к увеличению степени использования установленной мощности и к развитию СЭС при модернизации требуют улучшения использования возможностей генерирующего оборудования. В этих целях целесообразно использование быстродействующих систем компенсации реактивной мощности в СЭС переменного тока.

Авторы предлагают использовать компенсирующее устройство в составе двухзвенного преобразователя частоты [4, 5, 6] для обеспечения плавного пуска асинхронных двигателей привода грузовых насосов (рис. 6). По известной схеме приводные асинхронные двигатели грузовых насосов в количестве, например, 12 штук поочередно запускаются через двухзвенный преобразователь частоты с током статора, не превышающем двукратного номинального. После достижения номинальной скорости запускаемый двигатель напрямую подключается к сети СЭС.

В установившемся режиме работы этих механизмов компенсационный выпрямитель (КВ) в звене постоянного тока используется в качестве динамического компенсатора реактивной мощности. При таком режиме работы выход КВ замкнут на дроссель Ь через открытые ключи автономного инвертора тока (АИТ), отключенного от двигателя.

Рис. 6. Принципиальная схема двухзвенного преобразователя частоты

В этой связи необходимо определить полную реактивную мощность устройства

компенсации, которую необходимо генерировать в сеть, а также требования к структуре такого устройства.

Уровень генерируемой в распределительную сеть реактивной мощности емкостного характера требует непрерывной коррекции из-за непрестанного изменения нагрузки электроприемников, включенных параллельно на эту сеть, о чем свидетельствует изменение мгновенного значения напряжения в сети.

Предложены два способа решения этой проблемы [5, 6]:

• использовать раздельное управление углами ае и аи вентилей групп, работающих соответственно при естественной и принудительной коммутации;

• применять наряду с фазовым регулированием выпрямленного напряжения на выходе посредством изменения угла управления аи КВ также и регулирование тока двигателя на выходе автономного инвертора тока посредством широтно-импульсной модуляции (ШИМ), изменяя степень регулирования y .

i oei

Такие подходы позволяют решать и технологическую задачу, обеспечивая заданные момент и скорость вращения двигателя, и регулирование величины компенсируемой реактивной мощности в сети. Изменением управления - в координатах ае и аи в допустимой для них области можно обеспечить обоснованное значение циркулирующей в сети реактивной мощности в определенных границах, которые зависят от технологической загрузки двигателя и установленной мощности компенсационного выпрямителя.

Рассмотрим зависимости переменных процесса электропотребления, характерные для первого технического решения.

Реактивная мощность, генерируемая компенсационным выпрямителем в сеть, будет:

U г , . . Л S — ■ I ■ (sinае + sin аи) = —

6акв = m ■U •1 ■ (sinae + sin au) = — • (sin ae + sin au) . (14)

Потребляемая электроприводом активная мощность при углах управления ае и аи:

U S

ракв = m ■ — ■1 ■ (cos ae + cos au) = — ■ (cos ae + cos au). (15)

Разделим уравнения (14) и (15) на полную мощность, получив относительные значения активной и реактивной мощностей:

&АКВ = 1 ■ (sin ae + sin au ) , (16)

Р'АКВ = 1 ■ (cos ae + cos au ). (17)

Выражая из (17) a и подставляя в (16), получаем:

q'arb = 1 ■ (sin(arccos(2pakb - cos au )) + sin au ). (18)

Полученное выражение (18) позволяет:

• при заданном значении относительной активной мощности и требуемой реактивной мощности вычислить угол коммутации a ;

• при заданном значении относительной активной мощности и определенном угле коммутации вычислить генерируемую реактивную мощность.

Однако для оптимального использования компенсационного выпрямителя необходимо произвести вычисление угла управления, при котором достигается максимально возможная генерация реактивной мощности. Для этого, по формуле (18), задаваясь относительным значением активной мощности Ржв от 0, до 1, с шагом 0,1 построим серию графиков Q^b , при изменении аи в диапазоне (-л,л/2), которые приведены на рис. 7.

По приведенным графикам можно сделать следующие выводы:

1. Для заданной активной мощности, оптимальный угол коммутации аи и максимально генерируемая реактивная мощность определяются по формуле (18) с начальным условием Р=0, поскольку, если через максимумы кривых Q 'АКВ(<хи)1Р дкв = 0...1 провести линию, она будет совпадать с кривой при Р=0.

2. Кривые с обеих сторон ограничены определенными значениями Р и aM. Это обусловлено тем, что значение аргумента функции агссов() в выражении (18) должно находиться в пределах:

-1 < (2Ракв - C0S au ) < 1. (19)

Из этой формулы можно находить угол управления аи , при котором происходит максимальная генерация в сеть реактивной энергии емкостного характера. При этом уравнение примет следующий вид:

au = arccos(2PAKB -1). (20)

3. При полном диапазоне генерирования реактивной энергии индуктивного характера от 0 до 100% с положительными углами управления аи, имеется две области при отрицательных углах управления a . До определенного момента в сеть продолжает генерироваться реактивная энергия индуктивного характера и при дальнейшем увеличении модуля угла аи происходит смена знака генерируемой реактивной энергии. Диапазон генерируемой энергии при этом варьируется от 20 до 40%. Подставляя условие (19) в (18), получим численное значение максимально возможного численного значения активной емкостной мощности:

qcmax = 1 • (sin 0 + sin au ) = 1 • sin(arcc0s (2pakв - 1)) . (21)

Угол управления аи, при котором происходит смена знака, находится путем подстановки в уравнение (18) значений P=0 и Q=0.

Резервы компенсационного выпрямителя в части генерирования в сеть реактивной

мощности Q в зависимости от активной мощности, потребляемой рабочей машиной могут характеризоваться диаграммой на рис. 8.

Рис. 8. Резервы компенсационного выпрямителя в части генерирования в сеть реактивной мощности Q в зависимости от активной мощности, потребляемой рабочей машиной

Однако при таком управлении преобразователем проявляется отрицательный фактор -гармоники тока в сети, в том числе и четные. Применение активного фильтра гармоник позволяет улучшить качество электрической энергии [6].

Другая использованная авторами возможность - регулирование тока двигателя на

выходе автономного инвертора посредством изменения степени ШИМ ушим независимо от напряжения на входе инвертора, то есть независимо от напряжения на выходе КВ, изменяемого только углом управления аи. Такое управление позволяет обеспечить как заданные момент и скорость вращения двигателя, так и регулирование величины компенсируемой реактивной мощности.

Задача управления рассматриваемыми системами электроприводов - найти оптимальное соотношение между значениями углов управления ае и аи , в первом случае, и угла управления аи вентилями компенсационного выпрямителя и степенью широтно-

импульсной модуляции тока инвертора ушим, во втором случае, доставляющие

С

^Фсети =

бсети 6 КВ

Р КВ

Л

аи = уаг, ушим = уаг.

(22)

где QКВ и РКВ - реактивная и активная мощности компенсационного выпрямителя. В этом случае требуется вычислить такие значения углов управления группами вентилей ае и аи, которые обеспечат как необходимое значение выпрямленного напряжения Ud, так и желаемую величину потребляемой или генерируемой в сеть реактивной мощности. Это достигается не только совместным решением уравнений (16), (17) и (22). При вычислении углов необходимо исходить из резервов установленной мощности электрооборудования привода, принимая во внимание как мощность искажения, так и необходимую величину и а при заданной технологической мощности на валу двигателя.

Мощность искажений, потребляемая компенсационным выпрямителем учитывается посредством вычисления ТИБое в зависимости от углов управления КВ. Зависимость ТИВое от углов управления разными группами вентилей ае, аи в виде результата линейной регрессии, определяется, согласно [7], формулой (24).

THDoe = 7.8958 + 0.1897 • X + 0.1847 • X2 - 0.0042 • X • X2 + 0.0009 • X( + 0.001 • X( + e, (23)

где X1 - это ае, а X2 - соответствует аи.

Для второй структуры с одинаковыми углами управления обеими группами вентилей а вычисление значения THDoe следует производить на основе уравнения

THDoe = 12.85703 - 0.151206 • X + 0.010149 • X\ - 0.000084 • X¡, (24)

где X1 - значение углов управления аи .

Авторы используют в алгоритмах микропроцессорного управления соотношениями ае, аи и аи, ушим опорную таблицу значений THDa е в зависимости от углов управления

разными группами вентилей ае и аи или от переменных аи, ушим , соответственно структуре

преобразователя частоты, с последующей интерполяцией для вычисления мощности искажений при определении ограничений на величины переменных управления.

При допущении малости угла перекрытия у /2 = 0, можно считать, что ф(1) = а. Тогда реактивная мощность, генерируемая (потребляемая) КВ будет:

QKB = mU 11(1) (sin ае + sin аи), где аи < 0. (25)

В этом случае требуется вычислить такие значения углов управления группами вентилей ае и аи, которые обеспечат как необходимое значение выпрямленного напряжения Ud , так и желаемую величину потребляемой или генерируемой в сеть реактивной мощности. В этом случае THD будет функцией двух углов управления согласно (23).

Результаты вычислений THDoe для второй схемы ДПЧ с компенсационным преобразователем [6], все вентили которого принудительно коммутируются с углом управления аи, были аппроксимированы полиноминальным выражением (24). Поскольку АИТ с ШИМ не влияет на потребляемую из сети мощность искажения, то значения THD , полученные из аппроксимирующего выражения, являются опорными для вычисления мощности искажений, потребляемой компенсационным преобразователем при текущем угле управления аи.

Таким образом, решена задача определения резерва при проектировании или ограничений при эксплуатации предложенных схем ДПЧ с компенсационными преобразователями в разрезе предельной генерируемой в сеть реактивной мощности.

Для первой схемы предельная реактивная мощность может быть вычислена согласно зависимости [7]:

Q(1) = - P(21) - (Sуст* THD0e (аи , ае))2 ' (26)

Для второй схемы с компенсационным преобразователем и АИТ с ШИМ:

Q(1) = ,¡S2ycm-р1) - <Л\,„Г THDoe (аи))2 . (27)

Выводы

1. Компенсационный преобразователь частоты обеспечивает плавный пуск очередного двигателя в группе электроприводов грузовых насосов с ограничением пускового тока в пределах Ип^ за время в два раза меньшее времени прямого пуска приводного двигателя грузового насоса.

2. Динамическое управление реактивной мощностью, генерируемой в судовую сеть, обеспечивает значения показателей качества электрической энергии в допустимых пределах.

3. Перечень требований к качеству электропотребления с их количественной оценкой позволяет определить необходимую для их обеспечения полную установленную мощность для управления потоком генерируемой реактивной мощности.

Библиографический список

1. Веретенников, Л.П. Исследование процессов в судовых электроэнергетических системах. Теория и методы / Л.П. Веретенников. - Л.: Судостроение, 1975. - 375 с.

2. Веников, В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах / В.А. Веников. - М.: Высшая школа, 1970.

3. Дьюдьи, Л. Силовая электроника в энергосистемах: Статические компенсаторы реактивной мощности // ТИИЭР. 1988. Т. 76. № 6. С. 204-217.

4. Пат. Полупроводниковый компенсатор реактивной мощности / Зайцев А.И., Плехов А.С., № 78018; 2008, Бюл. № 31.

5. Плехов, А.С. Возможности применения компенсационных преобразователей в звене постоянного тока электроприводов на основе автономного инвертора тока / А.И. Зайцев, А.С. Плехов, В.Г. Титов // Известия ТулГУ. Технические науки: в 5 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 3. Ч. 4. С. 23-35.

6. Титов, В.Г. Комплексные технические решения для энергосберегающих электроприводов / А.С. Плехов, М.Н. Охотников, В.Г. Титов // Актуальные проблемы электроэнергетики. -Нижний Новгород, 2010. С. 44-53.

7. Плехов, А.С. Учет мощности искажений при энергосберегающем управлении электроприводами / А.С. Плехов, В.Г. Титов, К.А. Бинда // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. -Нижний Новгород, 2011. № 4(91). С. 203-210.

Дата поступления в редакцию 06.02.2012

A.S. Plehov1, V.G. Titov2, D.V. Umyarov3

ENSURING THE FIRM FUNCTIONING THE SHIP SYSTEM OF THE POWER SUPPLY CARGO PUMP BY MEANS OF COMPENSATION CONVERTER OF THE FREQUENCY

Ltd "Energy Saving" 1, Nizhny Novgorod State Technical University. RE Alexeeva , JSC "Design Bureau" Vympel "3

They Are Discussed questions to sensitivity ship system electrical to short breaches of the normal mode of supply. The Real spare to stability of the energy system must be provided not only by system of current protection, consensus of the programs of the functioning the systems automations, but also structure of the system electrical drive, algorithm of control of its functioning. They Are Offered technical decisions, limiting токи in power system when starting cargo pump tanker and allowing dynamic control reactive power, generated in ship network, providing importances of the factors quality to electric powers in possible limit and firm behavior connecting processes.

Key words: indignations in network of supply; the spare to stability of the element of the load; the dynamic compensation to reactive power; the compensation converter of the frequency; the conditions of the mode to generations to reactive power.