CC BY
6УДК 621.313.3
О. С. Хватов, д. т. н., профессор,
Е. М. Бурда, к. т. п., доцент,
И. А. Тарпанов, аспирант, ВГАВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
ВЛИЯНИЕ СЕКЦИОНИРОВАИНОСТИ ИСТОЧНИКА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НА МОЩНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ АВТОНОМНОЙ СУДОВОЙ ВАЛОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ МДП-ГЕНЕРАТОРА
Проанализованы установившиеся режимы работы судовой валогенераторной установки на основе МДП-генератора с целью выбора силового электрооборудования по установленной мощности. Приведено технико-экономическое сравнение некоторых вариантов комплектации валогенераторной установки.
Важным этаном разработки автономной судовой валогенераторной установки (ВГУ) на основе машины двойного питания (МДП-генератор) является синтез элементов силового электрооборудования, который непосредственно связан с исследованием установившихся режимов работы. В общем случае, установившийся режим работы автономного МДП-генерагора характеризуется балансом активных (Рі) и реактивных (Оі) мощностей между асинхронным генератором (АГ), преобразователем частоты (ПЧ), секционированным источником реактивной мощности (ИРМ) и нагрузкой [1,2]:
Нарушение баланса приводит к переходному процессу и, как следствие, к новому установившемуся режиму со значениями амплитуды ((/,) и частоты (/i) напряжения генератора, отличными от требуемых. Данное нарушение может быть вызвано изменением следующих факторов:
- мощности и характера нагрузки;
- частоты вращения вала МДП-генератора.
Стабилизация параметров U\ и f\ обеспечивается воздействием системы автоматического регулирования (САР) на величину и фазу тока ротора МДП-генератора с помощью ПЧ [1].
Распределение активных и реактивных мощностей в автономной судовой ВГУ на основе МДП-генератора показано на рис. 1.
Регулирование фазы тока ротора средствами управления ПЧ позволяет осуществить работу МДП-генератора при стабильных значениях (1Д) и (/i), т. к. при этом обеспечивается баланс активных и реактивных мощностей между МДП-генератором и нафузкой.
В качестве ПЧ в составе МДП-генератора используется ПЧ с широтноимпульсной модуляцией (ПЧ с ШИМ). За счет независимого управления фазами тока роторного (фг) и сетевого блоков (српч) МДП-генератор обеспечивает режимы как потребления, так и генерирования реактивной мощности.
(1)
ОООООО
МДП
НАГРУЗКА
Рис. 1. Распределение мощностей в автономной ВГУ на основе МДП-генератора
Расчет мощности ПЧ основывается на балансе активных и реактивных мощностей в системе "автономный МДП-генератор - нагрузка" [1-3].
Активная мощность, генерируемая через ПЧ. при сверхсинхронной скорости (ш > о)0):
где 5 - рабочее скольжение АГ; 5Н - полная мощность нагрузки; соэфн - характер нагрузки; АР2 - потери активной мощности в роторе АГ; ДЛш - потери активной мощности в ПЧ.
Баланс реактивных мощностей в системе "автономный МДП-генератор - нагрузка" осуществляется с помощью ПЧ и ИРМ. Реактивная мощность ПЧ определяется по выражению:
где 2ирм1 ~ реактивная мощность ;-ой секции ИРМ при числе их п\
На рис. 2 приведены векторные диаграммы автономной судовой ВГУ на основе МДП-генератора при использовании конденсаторного ИРМ для соБфн = 0,7 и двух значений скольжения АГ з = - 0,2; - 1.
На рис. 3 представлены зависимости изменения мощности Г1Ч (Бпч) от количества секций ИРМ (п) в составе автономной судовой ВГУ мощностью 160кВт.
С увеличением числа секций ИРМ (и) уменьшается мощность ПЧ (вцч), что объясняется уменьшением реактивной мощности, генерируемой ПЧ (<2пч). Для поддержания баланса реактивных мощностей в системе "автономный МДП-генератор - нагрузка".
Анализ изменения Бпч при использовании ИРМ показал, что мощность Г1Ч определяется величиной максимальной активной мощностью нагрузки (Бц = $Ном. совфн = 0,9), максимальным по абсолютной величине скольжением АГ (|з | =|- 1|) в рабочем диапазоне скоростей валопровода О = 2:1 и количеством секций ИРМ (и). С увеличением п уменьшается Бпч- Для п = 1 - БПч = 124 кВ А, для п = 2 - Бпч = 93 кВ А, для и = 3 - Бпч = 83 кВ А, для п = 4 - Бпч = 80 кВ А. Увеличение количества секций ИРМ более четырех представляется нецелесообразным, т.к. при этом массогабаритные показатели ИРМ увеличиваются существеннее, чем снижается мощность ПЧ.
Проведено технико-экономическое сравнение вариантов автономной судовой ВГУ на основе МДП-генератора с ИРМ и без ИРМ.
(2)
(3)
5=-0.2 costp = 0.7
<Pm.>0
J=-l cos<p = 0.7
<%=°
ФЛч>0"'
Рис. 2. Векторные диаграммы автономной ВГУ на основе МДП-генератора при использовании конденсаторного ИРМ:
П
(ф: = 0, Qz = 0. фпч > 0. Qm > 0. Хбирм/ = const) а - cos<pH = 0.7, s — — 0,2: 6 - сояфн = 0,7. I = - 1
SiPi, кВЛ
12 3 4
Количество ггккий ИРМ, п
Рис. 3. Зависимости изменения мощности ПЧ от количества секций ИРМ
В качестве основных экономических показателей в расчетах приняты чистый дисконтированный доход (ЧДД) в течение установленного периода эксплуатации и срок оку паемости (7ок)-
Для расчета указанных экономических показателей предварительно определены: себестоимость электроэнергии (Сэ) и суммарные капитальные затраты на проект. Средняя себестоимость электроэнергии определяется по двум составляющим: себестоимость. определяемая затратами на топливо (Сэ’)- и себестоимость, определяемая капитальными затратами на оборудование (Сэ”). Для ВГУ имеют место оба слагаемых. Себестоимость электроэнергии определяется по выражению [4. 5]:
Сэ *Сэ,+Сэ"*Сг10"вв +
-6 , 0,18 Е£0Б
А
(4)
где Ст - стоимость топлива, включая расходы на хранение: g = Кз gнoм - удельный расход топлива; К3 - средний коэффициент загрузки; £ном - номинальный удельный расход топлива; А - годовая выработка электроэнергии.
Суммарные капитальные затраты в общем случае рассчитываются по выражению [4. 5]:
Ш0ъ = Косн + К0 + Ку + Км. (5)
где Коен - затраты на основное и дополнительное оборудование, включающие стоимость монтажа и наладки; - затраты на создание реактивной мощности; К? - затраты на снижение влияния искажения формы напряжения; К№ - затраты, вьпванные потерями активной мощности.
Годовая выработка электроэнергии может бьггь представлена в виде:
А = Ям'м * Р\<х. (6)
где /м, /х - время работы судна в течение года в маневренном и ходовом режимах соответственно. Для судна типа «Наливное» /м = 5 сут., /X = 232 сут.;
Рм, Рх, - активная мощность подключаемой нагрузки при различных режимах работы судна. кВт;
При расчетах стоимость топлива для главного двигателя принята равной Сгд = 10 3(Х) р>б/г. а удельный расход топлива главного двигателя -gгд=210-218 г/кВтч [5].
На основании полученных результатов построены диаграммы, отражающие соотношение суммарных капитальных затрат компонентов ВГУ (рис. 4), и диаграмма стоимости (суммарные капитальные затраты) для рассматриваемых вариантов ВГУ (рис. 5).
САР . 34
Рвдугтср
124
т
614
ИРМ 35% Д
АГ
17%
Редактор
11%
( КБв САР 4% 3%
ПЧ
30%
Рис. 4. Диаграммы, отражающие соотношение стоимости компонентов ВГУ к полной стоимости: а-л = 0;(7-я= 1; в- я = 2;г-я = 3; д-п = 4(л - число секций ИРМ)
При расчете величины суммарных капитальных затрат полагаем, что после демонтажа и реализации одного из ДГ мы возвращаем часть его стоимости, что составляет 320 (XX) руб.
1000000
800000
Суммарные 600000 капитальные
затраты, руб 400000 200000 О
Рис. 5. Диаграмма соотношения суммарных капитальных затрат для рассматриваемых вариантов BIT: 1-л = 0;2-л=1:3-л = 2:4-л = 3;5-л = 4
Данные расчетов показывают, что наименьшая величина суммарных капитальных затрат соответствует варианту ВГУ без ИРМ. т. к. удельная стоимость выработки 1 кварч с помощью ГТЧ дешевле, чем при использовании ИРМ.
Исходя из комплексного анализа приведенных показателей следует, что вариант ВГУ без ИРМ является наиболее выгодным, т. к. за счет меньшей удельной стоимости выработки 1 квар ч снижаются суммарные капитальные затраты. Благодаря этому данный вариант обладает меньшим сроком окупаемости Т0к = 21 мес. и более высоким ЧДД = 3 380 ООО руб. по сравнению с вариантами ВГУ при использовании ИРМ.
Список литературы
[1] Хватов О.С. Управляемые генераторные комплексы на основе машины двойного питания: Монография. - Н. Новгород: НГТУ, 2000. - 204 с.
[2] Титов В.Г., Хватов О.С. Стабилизация параметров электроэнергии автономного генератора на основе машины двойного питания // Электричество. - № 10. - 2001. - С. 17-21.
[3] Хватов О.С., Харитонычев М.Ю. Динамические режимы автономного электротехнического генераторного комплекса на основе машины двойного питания // Приводная техника. - Выпуск № 6. - Москва. - 2006.
[4| Хватов О.С., Харитонычев М.Ю. Технико-экономическое сравнение вариантов автономного МДП-генератора // Труды НГТУ. Актуальные проблемы электроэнергетики. Юбилейный том, посвященный 100-летию со дня рождения С.Н. Шевчука. Том 59. - Н. Новгород: НГТУ, 2006.
[5] Инновационные ресурсосберегающие решения и их экономические оценки: Учебное пособие / под ред. О.В. Федорова. - М.: Инфра-М, 2005.
INFLUENCE OF SECTIONALITY OF THE SOURCE OF JET CAPACIRY ON FREQUENCY CONVERTER CAPACITY AND TECHN1CO-ECONOMIC PARAMETERS OF INDEPENDENT SHIP SHAFT INSTALLATION ON THE BASIS OF DOUBLE FED
GENERATOR
O. S. Hvatov, E. M. Burda, /. A. Tarpanov
The established operating modes of ship shaft installation on the basis of double fed generator are analysed with the purpose of a choice of power equipment on the established capacity. Technico-economic comparison of some variants of shaft installation sets is given.
Ill
