CC BY
9Д. И. Бевза
Анализ конструкций судовых утилизационных котлов
THE ANALYSIS OF VESSEL'S UTILIZING BOILERS CONSTRUCTION
D.I. Bevza
The analysis of vessel's utilizing boilers construction is presented in the article for the purpose of advantages and disadvantages discovering. The construction scheme of straight-pipe vessel's utilizing boiler is proposed according the criticism remark.
УДК 621.317.629.12.
Г.И. Коробко, к.т.н., доцент ФБОУ ВПО «ВГАВТ»
В.В. Лебедев, зав. лабораторией, аспирант ФБОУ ВПО «ВГАВТ»
603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5А.
СИСТЕМЫ КОМПЕНСАЦИИ НЕЛИНЕЙНЫХ ИСКАЖЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ СУДОВОЙ СЕТИ НА БАЗЕ ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ
В статье рассматриваются варианты построения систем компенсации нелинейных искажений напряжения судовой сети с использованием параллельного и последовательного вольтодобавочных устройств. Произведен расчет и показана зависимость мощности вольтодобавки от способа построения системы компенсации.
В настоящее время, проблема компенсации нелинейных искажений напряжения судовой сети становится все более актуальной. Причиной этого является наличие потребителей, представляющих собой нелинейную нагрузку, в составе судовой электроэнергетической системы. Сейчас, на судах все чаще применяются статические преобразователи, которые являются основными источниками нелинейных искажений напряжения. Мощность таких преобразователей, зачастую, соизмерима с мощностью самой электростанции. Как известно, наличие высших гармоник в напряжении судовой сети негативно сказывается на работе всей электроэнергетической системы. Нелинейные искажения могут сокращать срок службы различных элементов СЭЭС, увеличивать количество их отказов и, как следствие, повышать эксплуатационные расходы. Анализ существующих пассивных способов снижения нелинейных искажений напряжения показал, что все они, вследствие различных причин, малоэффективны [1].
В настоящее время разработка активных систем компенсации нелинейных искажений является одним из перспективных направлений в повышении качества электроэнергии судовой сети. Одним из вариантов построения таких систем является система на базе вольтодобавочных устройств [2]. Такая система, по сравнению с другими, обладает относительной простотой реализации, возможностью компенсации высших гармоник, как при симметричной, так и несимметричной нагрузке, приемлемыми массогабаритными показателями. Одной из основных характеристик, определяющей массогабаритные показатели, а, следовательно, стоимость системы, является мощность вольтодобавки. Ниже произведена ее оценка для возможных вариантов построения системы компенсации нелинейных искажений.
На рис. 1 представлен вариант построения системы с полной компенсацией искажений напряжения СЭЭС, включая собственные искажения, вносимые синхронным генератором.
Потребители „_л_
а л а
ис
СП
шип
дн
иэт
и3
Рис. 1. Система полной компенсации искажений (последовательная вольтодобавка)
Вторичная обмотка вольтодобавочного трансформатора (Т) включается последовательно между генератором (О) и нагрузкой. Мощность вольтодобавочного трансформатора, в данном случае, будет определяться напряжением вольтодобавки Пщ и током вторичной обмотки трансформатора, который будет соответствовать номинальному току генератора IВД = IГН .
Второй вариант построения системы компенсации нелинейных искажений представлен на рис. 2. Она основана на параллельной вольтодобавке.
Рис. 2. Система полной компенсации искажений (параллельная вольтодобавка)
Вторичная обмотка трансформатора подключена параллельно сети, а напряжение на ней будет соответствовать номинальному напряжению генератора ПВД = ис.
Мощность вольтодобавки будет определяться суммой высших гармонических составляющих тока, которые генерирует в сеть статический преобразователь (СП).
На рис. 3 представлена схема системы компенсации нелинейных искажений для случая, когда в СЭЭС работает один статический преобразователь или все статические преобразователи могут быть выделены в отдельную группу потребителей.
Данная система работает аналогично первой, однако мощность вольтодобавки в ней будет ниже, т. к. определяется суммой всех высших гармонических составляющих напряжения, генерируемых в сеть статическим преобразователем, и его номинальным током.
Г. И. Коробко, В. В. Лебедев
Системы компенсации нелинейных искажений напряжения судовой сети на базе .
Рис. 3. Система компенсации искажений, вносимых статическими преобразователями
В отдельную группу также можно выделить потребители, которые критичны к наличию высших гармоник напряжения. Система компенсации нелинейных искажений для такой группы потребителей представлена на рис. 4.
Рис. 4. Система компенсация искажений для отдельной группы потребителей
Мощность вольтодобавки, в ней, будет определяться суммарным номинальным током данной группы потребителей (Потребители 2) и суммой высших гармоник напряжения, которые генерирует в сеть статический преобразователь.
Для оценки мощности вольтодобавки для каждой из рассмотренных схем примем мощность статического преобразователя равной половине номинальной мощности
(IП = 0,5 • IГН), фазное
генератора
8П - 0,5 • 8ГН
напряжение сети
иф = игя = 230В .
Мощность вольтодобавки:
р = и ■ I
1 вд и вд 1вд
Коэффициент нелинейных искажений, в данном случае, будет лежать в пределах:
КНИ = 0,11 - 0,14
Сумма высших гармоник тока, потребляемых преобразователем:
V
П
£ I2 = (0,2 * 0,27) • !ПН = 0,5 • (0,2 * 0,27) • I
- гн
Произведем расчет мощности вольтодобавки для:
\
к ни = 0,125,
ЁII = 0,25 • 1ПН = 0,125 • I
- гн
Для первого варианта системы компенсации получаем:
iвд
ёii - iгн ; ивд = кни • игн = 0,125 • и
Рвд = ивд • 1вд = 0,125 • игн • 1гн = 0,125 • ргн
Для второго варианта системы компенсации
~ игн ; ^вд =
и ВД =
ЁI- = 0,125 ■ ^Н;
Рвд = ивд ■ 1ВД = 0,125 • 1ГН ■ игн = 0,125 • Ргн
Для третьего варианта системы компенсации:
и вд = к ни ' и гн = 0,125 ■ и гн ; i вд
ЁI' = I пн = 0,5 • I гн ;
Рвд = ивд ■ iвд = 0,125 • 0,5 • игн ■ iгн = 0,0625 • Ргн
Для четвертого варианта системы компенсации:
ивд - кни • игн - 0,125 • игн ; ^вд -
ЕI- -1
нагр2 ■
Рвд иВД ' ^ВД 0,125игн ' ^'НАГР2 0,125 ' Р НАГР2
При РЯАТР2 = 0,5 • Ргя Рвд = 0,0625 • Ргя
Как видно из расчетов, наименьшая мощность вольтодобавки будет в системах компенсации, построенных по третьему и четвертому варианту. Следовательно они имеют меньшие массогабаритные показатели и стоимость. Однако, применение этих схем возможно, в случае если на этапе проектирования электроэнергетической системы, обеспечить выделение в отдельную группу потребителей с нелинейными характеристиками или критичных к действию высших гармоник напряжения. Для существующих судов, где выделение отдельных групп потребителей зачастую невозможно, следует использовать системы компенсации нелинейных искажений, построенные по двум первым вариантам или применять несколько компенсирующих устройств.
Различные варианты реализации систем компенсации высших гармоник позволяют решать задачи повышения качества электроэнергии СЭЭС как на этапе проектирования, так и при модернизации существующих судовых электростанций.
2
1
Г. И. Коробко, В. В. Лебедев
Системы компенсации нелинейных искажений напряжения судовой сети на базе ...
Список литературы
[1] Коробко Г.И., Лебедев В.В. Влияние высших гармоник на работу судового электрооборудования и способы их снижения: 13-й Международный научно-промышленный форум «Великие реки'2011», труды конгресса, Н. Новгород, ННГАСУ.
[2] Коробко Г.И., Лебедев В.В. Система компенсации нелинейных искажений судовой сети: Труды НГТУ «Актуальные проблемы электроэнергетики» Н.Новгород, НГТУ, 2011г.
[3] Шейнихович В.В., Климанов О.Н., Пайкин Ю.И., Зубарев Ю.Я. Качество электрической энергии на судах: Справочник/Л.: Судостроение, 1988. - 160 с.
COMPENSATION SYSTEMS OF NONLINEAR VOLTAGE DISTORTION IN SHIP POWER SYSTEM BASED ON VOLTAGE BOOSTERS
G.I. Korobko, V. V. Lebedev
Different modifications of nonlinear voltage distortion compensation systems which use a parallel and series voltage boosters are described in this article. Calculation of voltage booster power was made. Also it was shown that booster power depends on configuration way of compensation system.
УДК 621.317
Г.И. Коробко, доцент, к.т.н. ФБОУ ВПО «ВГАВТ», А.С. Макаев, аспирант ФБОУ ВПО «ВГАВТ». г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, д. 5а
УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ КОМПЕНСАЦИИ НЕСИММЕТРИИ НАПРЯЖЕНИЯ СУДОВОЙ СЕТИ С ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫМ ТРАНСФОРМАТОРОМ
Рассмотрен метод компенсации небаланса напряжений судовой сети с использованием вольтодобавочного трансформатора. Показан вариант реализации системы управления вольтодобавкой на базе преобразователя с дифференцирующим устройством. Проведен анализ характеристик и моделирование устройства, подтверждающие целесообразность его использования.
Стабилизация и компенсация асимметрии напряжения в судовой сети является актуальной задачей, особенно это относится к динамическим режимам работы СЭЭС.
Решение этой задачи может быть обеспечено за счет использования вольтодоба-вочных устройств, питание которых осуществляется от сети постоянного тока [1]. Функциональная схема такого устройства представлена на рис. 1.
Задающее воздействие Us представляет собой гармонический сигнал, находящийся в фазе (либо противофазе) с напряжением сети (для каждой из фаз). Величина этого напряжения пропорциональна отклонению напряжения сети от номинальной величины. Она формируется системой управления - СУ. Напряжение Us управляет работой широтно-импульсного преобразователя - ШИП, от которого питается первичная обмотка вольтодобавочного трансформатора - ВДТ. Питание ШИП осуществляется
