УДК 621.3

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАПАЗДЫВАНИЯ НАРАСТАНИЯ МОЩНОСТИ АВТОНОМНОГО ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ ОТ МОЩНОСТИ ПОТРЕБИТЕЛЯ

Яковлева Эмилия Владимировна1, Момот Борис Александрович2
1ФГБОУ ВПО «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный», кандидат технических наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики
2ФГУП «Крыловский государственный научный центр», кандидат технических наук, инженер-программист

Аннотация
Данная статья посвящена проблеме запаздывания скорости нарастания мощности, вырабатываемой дизельгенератором, от скорости нарастания мощности, потребляемой преобразователем частоты на автономных объектах. Целью экспериментальных исследований является нахождение пути решения поставленной задачи. Данная проблематика является актуальной.

Ключевые слова: автономные системы электродвижения, автономный потребитель, дизельгенератор, преобразователь частоты, судно


MATHEMATICAL MODELING OF POWER GROWTH RETARDATION INDEPENDENT SOURCE OF ENERGY FROM THE POWER OF THE CONSUMER

Iakovleva Emiliia Vladimirovna1, Momot Boris Alexandrovich2
1National mineral resources university (University of Mines), PhD in technical science, assistant of the Electric Engineering, Electrical Energetics and Electromechanics Department
2Krylov State Research Centre, PhD in technical science, software development engineer

Abstract
This article is devoted to the problem of delay slew rate power generated by the diesel generator, the rate of rise of power consumed by the inverter to stand-alone facilities. The purpose of experimental research is to find ways to solve the problem. This problem is current.

Keywords: conversion transducer, diesel generator, electric propulsion isolated system, off-grid load, watercraft


Библиографическая ссылка на статью:
Яковлева Э.В., Момот Б.А. Математическое моделирование процесса запаздывания нарастания мощности автономного источника энергии от мощности потребителя // Современная техника и технологии. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/04/6658 (дата обращения: 26.05.2017).

Сегодня существует вероятность запаздывания скорости нарастания мощности, вырабатываемой дизельгенератором, от скорости нарастания мощности, потребляемой преобразователем частоты на автономных объектах. Представленная проблема является особенно актуальной в системах с электродвижением (рисунок 1) на судах различного типа, а именно на судах ледового класса, буксирных и паромных судах, а также на судах технического флота. К системам с таким типом электродвижения [1] относятся системы электродвижения судов, для которых характерны высокие требования по маневренным возможностям, свободная компоновка оборудования привода гребного вала и/или установка длинного валопровода экономически не целесообразна.


Рисунок 1 – Схема судна с системой электродвижения

Система электродвижения судна может получать электропитание двумя способами – от отдельной энергетической установки или быть включеной в общесудовую систему энергоснабжения. Развитие полупроводниковой техники позволило конструировать суда с единой энергосистемой, которая обеспечивает питание всех потребителей. Такая энергосистема обеспечивает эффективное распределение нагрузок, повышение КПД и снижение массо-габаритных показателей. Однако система с единым ГРЩ накладывает ограничения на электромагнитную совместимость и согласование по мощности системы электровдижения и судовой сети. На судне система электродвижения является самым мощным и, следовательно, оказывает наибольшее влияние на судовую сеть. Поэтому проблемы искажения формы кривой тока и скорости изменения нагрузки становится крайне важными.

Режим работы энергетической установки судна определяется характеристикой нагрузки гребного электродвигателя. Требуемая мощность и скорость вращения гребной установки определяется на этапе проектирования, исходя из нагрузочных характеристик привода, приведенных в техническом задании.

Однако данные характеристики отличаются невысокой точностью. Реальная нагрузочная характеристика привода снимается только при проведении ходовых испытаний судна. В приведенных в техническом задании характеристиках не указывается разница нагрузочной характеристики в режимах реверса привода, при движении в ледовых условиях, а также сильные колебания нагрузки во время качки и при маневрировании. Мощность, потребляемая двигателем при движении на номинальных оборотах, может значительно отличаться от предполагаемой в техническом задании.

Переходные процессы, протекающие в энергетической системе судна, зависят от динамических характеристик системы электродвижения [2]. Современные системы судового электропривода выполняются с использованием двухзвенного преобразователя частоты и двигателей переменного тока. Из-за небольшой разницы мощности судовой электростанции и гребной электроустановки, в автономных системах не допустимо значительное искажение кривой формы тока, потребляемой преобразователем частоты. Автономные системы не позволяют строить системы с выпрямительной частью преобразователя, выполненной по схеме Ларионова. Поэтому выпрямительную часть схемы выполняют по 12 пульсной схеме или используют активный выпрямитель.

В современном судовом приводе переменного тока в качестве алгоритма управления чаще всего используется векторный алгоритм управления. Векторный алгоритм обеспечивает приводу хорошие энергетические характеристики [3] и более чем достаточное для привода гребной установки, быстродействие.

Для решения проблемы рассогласования скорости нарастания мощности, потребляемой преобразователем частоты и скорости, с которой дизель-генератор может обеспечить увеличение мощности,
было произведено математическое моделирования процесса увеличения задания в системах с электродвижением.

Для решения поставленной задачи была построена математическая модель судового электропривода при питании от системы безгранично большой мощности с целью оценки скорости изменения потребляемой мощности. График моделирования мощности, потребляемой приводом системы электродвижения судна приведен на рисунке 2.

Рисунок 2 – График мощности, потребляемой приводом гребной электроустановки

На графике токов, протекающих в статоре (рисунок 3), видно, что при изменении задания частоты вращения ток, потребляемый двигателем, увеличивается почти мгновенно. Энергосистема ограниченной мощности не способна обеспечить такое быстрое увеличение нагрузки, что подтверждается результатами моделирования.

Рисунок 3 – График токов статора гребного электродвигателя

На рисунке 4 приведено изменение мощности дизель-генератора при набросе нагрузки. Как видно на графике для набора соответствующей мощности требуется время порядка нескольких секунд. В то время как ток системы электродвижения может возрастать за время на несколько порядков меньшее.

Рисунок 4 – График изменения мощности на валу дизеля при увеличении нагрузки

Из-за разной скорости изменения уровня тока частота в сети будет снижаться ниже регламентируемых значений. График изменения частоты при набросе нагрузки сопоставимой по мощности с дизель-генератором приведен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Частота вращения дизеля при увеличении нагрузки

Как следует из графика, частота в сети при изменении нагрузки снижается ниже 45 Гц на время порядка нескольких секунд, что подтверждается данными полученными на действующем проекте.

Моделирование процесса, описывающего запаздывание скорости нарастания мощности, вырабатываемой дизельгенератором, от скорости нарастания мощности, потребляемой преобразователем частоты, это подтверждает тот факт, что энергосистема ограниченной мощности не способна обеспечить быстрое увеличение нагрузки.


Библиографический список
  1. Фрид Е.Г., Устройство судна // чебник. – 5-е изд., стереотип: – Л.: Судостроение, 1989. — 341 с.
  2. Момот Б.А., Снижение влияния частотно регулируемого привода переменного тока н а качество электрической энергии в сетях с автономным источником: дис. канд. тех. наук: защищена 15.10.2014/ Момот Борис Александрович. СПб., 2014. 152с.
  3. Момот Б.А., Горбик В.С., Сравнение различных схем выпрямления в составе электроприводов переменного тока // Естественные и технические науки. – 2014. – №1. – С. 153-155.


Все статьи автора «Яковлева Эмилия Владимировна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: