Повышение качества электроэнергии в судовых электроэнергетических системах с использованием вольтодобавочных устройств

УДК 621.317.629.12.

Г.И. Коробко, С.В. Попов, В.В. Лебедев, А.С. Макаев

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЛЬТОДОБАВОЧНЫХ УСТРОЙСТВ

ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»

Рассмотрены основные показатели качества электроэнергии в судовых электроэнергетических системах и причины их ухудшения. Проведен анализ негативного влияния снижения качества электроэнергии на работу судового электрооборудования, а также устройств, позволяющих улучшить его показатели. Показана возможность комплексного решения задачи повышения качества электроэнергии с помощью вольтодобавочных устройств. Проведено моделирование переходных процессов судовой электроэнергетической системы, подтверждающее эффективность их использования.

Ключевые слова: качество электроэнергии, судовые электроэнергетические системы, вольтодобавочные устройства, моделирование переходных процессов.

Важнейшая из характеристик эффективности работы судовых электроэнергетических систем (СЭЭС) - это качество электроэнергии в различных режимах ее работы. Специфической особенностью судовой электростанции (СЭС) является то, что она представляет собой автономный объект, в котором процессы выработки, распределения и потребления электроэнергии неразделимы. Это означает, что любое изменение в состоянии одного из элементов судовой электростанции - генераторных агрегатов, преобразователей параметров электроэнергии, распределительных устройств и потребителей будет влиять на состояние других элементов. Следствием этого является многообразие переходных процессов работы СЭЭС, которое сопровождается изменением электрического, электромагнитного и механического состояния электрических машин, аппаратов, преобразователей и других устройств в составе судовой электроэнергетической системы.

Изменение нагрузки СЭС (включение и отключение потребителей) или изменение мощности, потребляемой отдельными мощными приемниками, приводит к изменению напряжения и частоты, т.е. к переходному процессу. Таким образом, показатели качества электроэнергии в СЭЭС постоянно меняются относительно значений, принятых за номинальные и допустимые.

Все потребители электроэнергии на судне нормально работают тогда, когда бесперебойно получают электроэнергию необходимого качества в необходимом количестве. Поэтому напряжение и частота на шинах ГРЩ должны поддерживаться на номинальном уровне, мощность работающих генераторных агрегатов должна превышать мощность, потребляемую приемниками, а действие регуляторов напряжения и частоты, и других устройств, улучшающих качество электроэнергии, должно восстанавливать номинальные параметры как можно быстрее.

Качество электроэнергии принято оценивать совокупностью свойств, обусловливающих ее пригодность для нормальной работы приемников в соответствии с их назначением. Его основные показатели - это отклонение частоты (А/) и напряжения (AU) в установившихся и переходных режимах.

В установившемся режиме работы СЭС, в соответствии с требованиями Российского Речного Регистра (РРР) [1], допускается отклонение частоты А/ст = ±1,0% и напряжения Аиуст = ±2,5%. В переходных режимах А/перех = ±10%, время восстановления 5 с; Аиперех = -15% +20%, время восстановления 1,5 с.

© Коробко Г.И., Попов С.В., Лебедев В.В., Макаев А.С., 2012.

Современные системы стабилизации частоты вращения дизель-генераторных агрегатов строятся на базе актуаторов, обеспечивающих непрерывное регулирование подачи топлива в дизель, и электронных регуляторов частоты вращения. Такие системы обладают высокой точностью поддержания частоты вращения, как в статических, так и динамических режимах работы. Применение в них ПИД (ПИ) - регуляторов, а также двухконтурных систем подчиненного регулирования, позволяет практически исключить статическую ошибку. Реально отклонение частоты вращения от номинального значения в установившемся режиме не превышает ±0,5%, во всем диапазоне изменения нагрузки. Динамические провалы и всплески частоты вращения (при набросе и сбросе активной нагрузки генератора) также имеют небольшую величину, вследствие высокого быстродействия системы регулирования подачи топлива и значительной механической инерционности дизель-генераторного агрегата. Таким образом, требования Регистра в отношении точности стабилизации частоты вращения дизель-генераторных агрегатов в установившихся и переходных режимах обеспечиваются с большим запасом.

Стабилизацию напряжения на зажимах генератора обеспечивает регулятор тока возбуждения, которым управляет электронный регулятор (корректор) напряжения. Обычно такие системы используют отрицательную обратную связь по напряжению и положительную, зависящую от характера нагрузки, связь по току (системы компаундирования). В настоящее время, большинство судовых синхронных генераторов являются бесщеточными. В них встроен возбудитель в виде обращенной синхронной машины и блок вращающихся диодов, от которого питается обмотка возбуждения генератора. Применение бесщеточных генераторов позволяет существенно снизить мощность и габариты регулятора возбуждения. За счет двухкаскадной схемы значительно увеличивается остаточная ЭДС, что очень важно для обеспечения самовозбуждения генератора в судовых условиях. Однако в связи с этим бесщеточный генератор имеет существенный недостаток, который заключается в невозможности снижения до нуля основного магнитного потока машины. Следовательно, при сбросе нагрузки (особенно индуктивной) будет иметь место значительный всплеск напряжения на зажимах генератора, который невозможно быстро погасить. Дополнительным негативным фактором, влияющим на скорость переходных процессов в генераторе, является значительная постоянная времени обмотки возбуждения. В этом отношении щеточные генераторы находятся в более выгодных условиях, так как имеется возможность быстрого уменьшения тока возбуждения за счет смены полярности напряжения на обмотке возбуждения.

Уменьшение величины и длительности провалов напряжения достигают форсировкой возбуждения, которая позволяет ускорить процесс нарастания тока возбуждения (величина форсировки может достигать шестикратного значения относительно номинального напряжения возбуждения генератора). То же самое может быть обеспечено и в отношении всплесков напряжения, однако, только для генераторов со щетками.

Как показывает анализ, проведенный в [2], отклонение напряжения в судовой сети в переходных режимах может существенно превышать допустимые значения. Это будет негативно влиять на работу ряда элементов СЭЭС. В связи с этим, возникает необходимость создания специальных устройств, позволяющих снизить величину динамических провалов и всплесков напряжения.

Наиболее эффективным, на наш взгляд, является использование вольтодобавочных устройств, обеспечивающих стабилизацию напряжения во всей судовой сети, либо для группы потребителей, особо критичных к изменению питающего напряжения [3]. Мощность вольтодобавочных устройств может быть заметно снижена за счет применения накопителей электроэнергии, в качестве которых могут использоваться конденсаторы большой емкости, либо аккумуляторы сравнительно малой емкости, но на высокое напряжение (300В и более).

Еще одним важным показателем качества электроэнергии в СЭЭС является небаланс напряжений. Он оценивается коэффициентом небаланса трехфазной системы и равен разности максимального и минимального напряжений в фазах судовой сети, отнесенной к номинальному напряжению генератора, и выражен в процентах:

и - и  £неб = и тх и • 100% .

ином

Небаланс возникает вследствие несимметричного распределения токов нагрузки по отдельным обмоткам фаз статора генератора, по причине неравномерного распределения однофазных приемников по фазам и суммарного небаланса несимметричных трехфазных приемников. Также небаланс напряжений имеет место за счет собственного небаланса напряжений синхронного генератора в режиме холостого хода. По разным оценкам коэффициент небаланса генераторов колеблется от десятых долей до 2-2,5%.

Небаланс напряжений трехфазной системы отрицательно сказывается как на работе силового электрооборудования, так и на других приемниках. У синхронных генераторов возникает дополнительный нагрев ротора и статора, увеличивается вибрация генератора. У асинхронных двигателей возникают значительные дополнительные потери и, как следствие, дополнительный нагрев, снижаются обороты за счет увеличения вибрации. Однофазные приемники воспринимают небаланс как повышение или понижение напряжения. В трехфазных выпрямителях небаланс напряжений проявляется как низкочастотная пульсация выходного напряжения.

Наибольшая несимметрия напряжения возникает при включении однофазной нагрузки на генератор, работающий в режиме холостого хода. Трехфазная симметричная нагрузка (особенно асинхронная) способствуют уменьшению несимметрии напряжения.

Одним из наиболее простых методов уменьшения несимметрии напряжений является равномерное распределение однофазной нагрузки по фазам. Однако в действительности полностью достичь этого практически не удается.

В настоящее время для снижения несимметрии применяют специальные симметрирующие устройства, использующие компенсационный способ, которые позволяют снизить токи нулевой и обратной последовательности. Эти устройства могут быть нерегулируемыми, либо регулируемыми, при заведомо известном изменении коэффициента несимметрии, а для их построения используются электрические и электромагнитные связи. К таким устройствам относится так называемая «схема Штейнметца», «схема Скотта» [4], а также устройства на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем, в котором, за счет изменения угла поворота вторичной обмотки, можно добиться изменения потребления устройством токов нулевой и обратной последовательностей.

В СЭЭС изменение параметров нагрузки может происходить достаточно быстро и по неизвестному заранее закону. В связи с этим, применение существующих симметрирующих устройств не дает желаемого эффекта. Поэтому возникает необходимость использования устройств компенсации асимметрии с автоматически изменяющимися параметрами, обладающих достаточно высоким быстродействием.

Одним из вариантов реализации такого устройства является система, использующая принцип вольтодобавки (вольтоотбавки). При появлении несимметрии, например, вследствие включения однофазной нагрузки, происходит «вольтодобавка» в две фазы, к которым подключена нагрузка, и «вольтоотбавка» из третьей фазы. Как следует из изложенного, система компенсации несимметрии во многом схожа с системой стабилизации напряжения в судовой сети при его провалах и всплесках. Ее отличие будет заключаться в длительном режиме вольтодобавки (вольтоотбавки) и меньшей ее величине (2-3% от номинального значения).

В настоящее время существенное значение приобретает такой показатель качества электроэнергии, как коэффициент нелинейных искажений, показывающий насколько фактическая форма кривой напряжения отличается от синусоидальной, который определяется выражением:

ки -

\

TUI

n-2

U1

где п - порядок высшей гармоники; ип - действующее значение гармоники напряжения п-го порядка; и1 - действующее значение первой (основной) гармоники напряжения.

Нелинейные искажения присутствуют в сети постоянно, так как сами генераторные агрегаты, даже на холостом ходу генерируют напряжение, форма которого отлична от синусоидальной. Такие искажения относятся к собственным искажениям источников напряжения и обусловлены их конструктивным исполнением. Однако величина собственных искажений для большинства судовых синхронных генераторов не превышает 2-3%, что соответствует требованиям Российского Речного Регистра.

Основными источниками нелинейных искажений в судовой сети являются статические преобразователи, основу силовых схем которых составляют полупроводниковые приборы - диоды и тиристоры, являющиеся по своей природе нелинейными элементами.

Нелинейное искажение оказывает отрицательное влияние, как на работу самой электростанции, так и на работу потребителей, вызывая дополнительные потери и снижение коэффициента мощности. Наибольшие потери имеют место в трансформаторах, генераторах и двигателях, что приводит к их перегреву и повышенной вибрации. Присутствие высших гармоник в судовой сети может привести к «качанию» дизель-генераторного агрегата при совпадении частоты собственных колебаний дизеля с частотой высших гармоник генератора.

При наличии высших гармоник в кривой напряжения более интенсивно протекает процесс старения изоляции, что ведет к повышению аварийности в кабельных сетях.

Системы автоматики отрицательно реагируют на наличие высших гармоник тока и напряжения, что является причиной необоснованных срабатываний и колебаний в замкнутых системах регулирования. Высокий уровень гармоник в питающем напряжении может приводить к сбоям в работе различного рода радиоэлектронной аппаратуры. Высшие гармоники тока, кроме того, могут быть причиной возбуждения радиопомех.

Способы снижения искажений напряжения питающей сети основываются на уменьшении двух факторов: амплитуд высших гармонических составляющих потребляемого преобразователями тока и импедансов системы для этих гармоник. Это приводит к необходимости использования многофазных схем преобразователей, совершенствованию схем их управления, а также к применению генераторов с меньшими значениями сверхпереходных сопротивлений X" и X" и установке специальных сетевых дросселей и фильтров [5].

Установка сетевых дросселей и особенно фильтров - достаточно дорогостоящее мероприятие, а более дешевые резонансные фильтры не нашли применения в СЭЭС, в силу того, что частота судовой сети может отклоняться от номинальной как в установившихся, так и в переходных режимах, кроме того, в процессе эксплуатации суммарная емкость конденсатора фильтра может уменьшиться, поэтому требуется непрерывный контроль за состоянием батареи конденсаторов.

В настоящее время ведется разработка полупроводниковых преобразователей-компенсаторов высших гармоник на базе силовых активных фильтров (САФ) [6]. Достоинством данного способа компенсации является возможность учета импеданса источника, что позволяет компенсировать нелинейные искажения более эффективно. Однако САФ являются довольно сложными устройствами, поэтому их разработка и настройка является трудоемкой задачей. К недостаткам данных устройств следует отнести эффективность их работы только в системах с симметричной нелинейной нагрузкой.

Альтернативным вариантом активного устройства компенсации нелинейных искажений является компенсатор высших гармоник на базе вольтодобавочных устройств. Принцип действия данного компенсатора заключается в том, что напряжение сети сравнивается с эталонным напряжением, а полученное напряжение рассогласования, после усиления, поступает вольтодо-бавочный трансформатор, включенный последовательно с сетью. Степень компенсации искажений зависит в основном от частотных свойств вольтодобавочного трансформатора и настройки регуляторов системы.

Таким образом, существенного улучшения качества электроэнергии в СЭС можно достичь в комплексе, решая задачу с использованием вольтодобавочных устройств.

Как показывает анализ [7], построение силовой схемы вольтодобавочного устройства должно быть выполнено с использованием трех однофазных вольтодобавочных трансформаторов (рис. 1). Они включены в каждую из фаз судовой сети между генератором СЭС и нагрузкой.

ВДТА

"ЧААХУ"

Рис. 1. Функциональная схема вольтодобавочного устройства

На первичную обмотку трансформаторов подано напряжение с выхода широтно-импульсных преобразователей (ШИП), выполненных по реверсивной мостовой схеме. Питание преобразователей осуществляется от трехфазного мостового выпрямителя - В, через согласующий трансформатор - Т. Он собран по схеме «звезда-треугольник» и подключен к судовой сети. Данная схема включения может позволить снизить уровень нелинейных искажений в сети, за счет их частичной компенсации при наличии в составе СЭЭС других выпрямителей [5]. Выходное напряжение выпрямителя фильтруется ¿(Д)С-фильтром, конденсатор которого одновременно служит для сброса энергии при работе устройства в режиме «вольтоотбавки» напряжения. ШИП работает в режиме несимметричной модуляции и формирует на выходе импульсный сигнал в соответствии с управляющим напряжением -Цу. Последнее поступает на вход ШИМ-контроллера от системы управления (СУ). С помощью фильтра Ь2С2 выходной сигнал преобразователя фильтруется и поступает на первичную обмотку вольтодобавочного трансформатора. Параллельно обмотке включен силовой контакт контактора КМ, шунтирующий ее в случае выхода из строя преобразователя. При этом вольтодобавочный трансформатор переводится в режим трансформатора тока, сохраняя тем самым работоспособность СЭЭС. Управление контактором обеспечивает система защиты преобразователя.

Для контроля напряжения в судовой сети и обеспечения работы системы управления в схеме использован трехфазный трансформатор - Т¥1. Его обмотки включены по схеме «звезда-звезда с нулевым выводом», что позволяет контролировать фазные напряжения сети.

Нулевой вывод трансформатора может быть соединен с нулевой точкой обмотки статора генератора при ее включении в «звезду».

В качестве Zн при исследованиях могут быть использованы активная, активно-индуктивная, асинхронная, симметричная, несимметричная, нелинейная нагрузки и их сочетания.

Блок-схема системы управления компенсацией провалов и всплесков, а также несимметрии напряжения, выполненная на базе сигналов постоянного тока, показана на рис. 2.

Сеть

Аи РН X

в PWM

и

и

БУ

У

ЭТ

Рис. 2. Блок-схема одного канала системы управления компенсацией провалов (всплесков) и асимметрии напряжения на постоянном токе

Сигнал пропорциональный фазному напряжению сети, снимаемый с измерительного трансформатора, преобразуется преобразователем - П в постоянное напряжение и сравнивается с эталонным напряжением иЭТ, соответствующим номинальному фазному напряжению сети. Сформированное на выходе блока сравнения отклонение поступает на регулятор напряжения РН, где усиливается и преобразуется в соответствии с его передаточной функцией. Выходной сигнал регулятора поступает на блок умножения - БУ, где умножается на синусоидальное напряжение соответствующей фазы, в результате чего формируется сигнал управления - иУ.

На рис. 3 представлена блок-схема системы управления, выполненная на переменном токе.

Рис. 3. Блок-схема системы управления на переменном токе

Она является универсальной и может быть использована как для компенсации нелинейных искажений, так и для компенсации провалов (всплесков) и асимметрии напряжения сети.

Напряжение обратной связи - иОС, поступающее с измерительного трансформатора Т, сравнивается с эталонным напряжением - иЭТ, которое формирует генератор эталонного синусоидального напряжения (ГЭСН). Его выходной сигнал синхронизирован с сетью по частоте и имеет постоянную амплитуду [8]. Сигнал рассогласования - Аи будет содержать отклонение основной гармоники сетевого напряжения (50 Гц) от номинального значения, а также суммарный сигнал высших гармоник, присутствующих в сети. Для управления системой компенсации нелинейных искажений из общего сигнала, с помощью фильтра высоких частот - ФВЧ, выделяется сумма высших гармоник. Этот сигнал поступает на вход регулятора напряжения - РН, выходной сигнал которого управляет работой ШИП.

При управлении системой компенсации провалов (всплесков) и асимметрии напряжения сети вместо ФВЧ используется фильтр низких частот ФНЧ.

Для исследования разработанных устройств были построены их модели и проведено моделирование переходных процессов. Моделирование проводилось в пакете прикладных программ МайаЪ 81шиМпк. Модель силовой части системы вольтодобавки показана на рис. 4.

RL Load

^WV-OiF-»

Three-Phase Load

Рис. 4. Модель силовой части трехфазного вольтодобавочного устройства

i i i i

Рис. 5. Диаграммы переходных процессов при прямом пуске асинхронного двигателя:

а - без устройства компенсации провалов напряжения; б, в - с устройством компенсации; 1 - модуль напряжения на нагрузке; 2 - огибающая напряжения; 3 - напряжение вольтодобавки

За основу была взята модель синхронной машины с демпферной обмоткой - Synchronous Machine с постоянным входным параметром угловой частоты вращения, а также стан-

дартный блок Excitation System, который является моделью системы возбуждения синхронной машины. К выходам генератора подключена измерительная система, с помощью которой можно определить значения линейных напряжений и фазных токов сети. В качестве симметричной нагрузки взят блок трехфазной последовательной активно-индуктивной нагрузки, по мощности соизмеримой с мощностью генератора. Через блок Breaker в модели может подключаться активно-индуктивная нагрузка, трехфазный асинхронный двигатель и трехфазный неуправляемый выпрямитель с RLC нагрузкой на выходе. Питание вольтодобавки обеспечивает трехфазный трансформатор напряжения с выбранной в параметрах модели схемой «звезда-треугольник». К его выходу подключен трехфазный выпрямитель с Г-образным фильтром, собранным из двух моделей цепей: RL-Branch и C-Branch. Широтно-импульсные преобразователи (PWT1-PWT3) собираются на базе модели Universal Bridge. В их параметрах задается количество плечей и базовые элементы - IGBT транзисторы с обратными диодами. Вход «g» служит для управления ключами, на этот порт поступают четыре последовательности импульсов от PWM-модуляторов.

К выходам ШИП подключаются фильтры, собранные таким же образом, как и предыдущий. Параллельно конденсатору фильтра включена первичная обмотка вольтодобавочного трансформатора, а вторичная включается в соответствующую фазу сети.

Таким образом, приведенная модель позволяет, используя различные варианты систем управления и нагрузок, произвести моделирование работы СЭЭС в переходных режимах, а также оценить установившиеся значения параметров электроэнергии судовой сети.

Для исследования системы вольтодобавки было произведено ее моделирование в режиме компенсации провалов напряжения сети при пуске асинхронного двигателя соизмеримой мощности. При моделировании был использован синхронный генератор мощностью 100 кВт и двигатель мощностью 30 кВт напряжением 400 В, частотой 50 Гц.

На диаграмме рис. 5, а представлен переходный процесс прямого пуска электродвигателя для системы управления на переменном токе, с использованием ГЭСН (рис. 3). Провал напряжения в первый момент пуска составил 23% от номинального напряжения сети. По мере разгона двигателя напряжение в сети увеличивается и, при достижении двигателем критического скольжения (t « 0,25 с), быстро возрастает до номинального значения.

Включение устройства вольтодобавки позволяет снизить величину провала напряжения, в зависимости от коэффициента усиления регулятора. Как видно из диаграмм рис. 5, б, в, полученных для коэффициентов усиления 10 и 40, величина максимального провала напряжения составляет 12,8% и 7,8%, а достижение допустимого, для установившегося режима, отклонения (±2,5%) происходит через 0,22 с и 0,16 с соответственно.

Аналогичное моделирование было проведено и для системы управления, построенной на постоянном токе (рис. 2). Его результаты показали, что система вольтодобавки обладает меньшим быстродействием, поэтому величина максимального провала и его длительность несколько больше.

Результаты моделирования устройства вольтодобавки в режиме компенсации асимметрии с СУ на переменном токе представлены на рис. 6. Здесь, в момент времени ti = 0,21 с в сеть включалась однофазная нагрузка, что приводило к отклонению напряжения примерно на 10%. В момент времени t2 = 0,23 с вступала в действие система компенсации, за счет чего напряжение в «просевшей» фазе поднималось. Величина установившейся ошибки составила 3,6 и 1,0% для коэффициентов усиления регулятора 10 и 40 соответственно. Такая большая асимметрия вводилась с целью более наглядного визуального представления работы системы. На самом деле реальная величина асимметрии значительно меньше.

Моделирование устройства с системой управления на постоянном токе дало результаты, аналогичные описанным ранее, для случая компенсации провалов напряжения.

Моделирование вольтодобавочных устройств в режиме компенсации всплесков напряжения и вольтоотбавки при компенсации асимметрии практически полностью совпадают с результатами, описанными ранее.

Для моделирования системы компенсации нелинейных искажений в качестве нелинейного потребителя был использован трехфазный мостовой неуправляемый выпрямитель с активно-индуктивной нагрузкой на выходе.

Результаты моделирования иллюстрируются диаграммами, представленными на рис. 7.

/г / 2 /1 1 1

1_ у _ _ _ _ 1 1 Л 1 я

а)

С»

\

&

/

V

- -

«_ _ _ _1 _

з /

о,_

Рис. 6. Диаграммы переходных процессов при включении однофазной нагрузки:

а - при коэффициенте усиления регулятора напряжения 10; б - при коэффициенте усиления регулятора напряжения 40; 1 - номинальное напряжение сети; 2 - напряжение на нагрузке; 3 - напряжение вольтодобавки

Степень искажения напряжения сети регулировалась за счет изменения величины и характера нагрузки, которая была соизмерима с мощностью генератора. Из диаграмм видно, что после включения компенсации высших гармоник, напряжение сети становится более синусоидальным (кривая 3). Нелинейные искажения уменьшаются в 3-5 раз. Анализ диаграмм на рис. 7, а и на рис. 7, б показывает, что с увеличением нагрузки напряжение рассогласования растет, однако степень компенсации снижается. Сравнивая рис. 7, б и рис. 7, в видно, что увеличение несущей частоты модуляции ШИП увеличивает степень компенсации нелинейных искажений.

Рис

в) то же. что и б) при повышении частоты модуляции 7. Результаты моделирования системы компенсации нелинейных искажений:

1 - эталонное напряжение; 2 - напряжение сети до компенсации; 3- напряжение сети после компенсации; 4 - напряжение иу

При моделировании устройства компенсации искажений напряжения их величина была сильно завышена, как и при моделировании асимметрии, для лучшего визуального представления работы устройства.

Результаты проведенных исследований и моделирования показали, что использование вольтодобавочных устройств позволяет повысить качество электроэнергии в судовых (и других автономных) электростанциях, в отношении уменьшения провалов и всплесков напряжения, его асимметрии, а также снижения уровня высших гармоник. С точки зрения быстродействия и точности работы устройств вольтодобавки предпочтение следует отдать системам управления, построенным с использованием сигналов переменного тока. Разработанные модели могут быть использованы для выбора параметров элементов вольтодобавочных устройств, с целью их наилучшего использования, а также для оценки их энергетических показателей.

Библиографический список

1. Российский Речной Регистр. Правила: в 4 т. Т. 3. - М., 2008. - 432 с.

2. Качество электрической энергии на судах / В.В. Шейнихович [и др.]: справочник. - Л.: Судостроение, 1988. - 160 с.

3. Коробко, Г.И. Накопители электроэнергии в стабилизаторах переменного напряжения для специальных судовых потребителей / Г.И. Коробко, С.В. Попов // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. Вып. 13. Судовая и промышленная энергетика / ФГОУ ВПО ВГАВТ. - Н. Новгород. 2005. С. 54-57.

4. Жежеленко, И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях / И.В. Жежеленко, Ю.Л. Саенко. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 2000. - 252 с.

5. Анисимов, Я.Ф. Особенности применения полупроводниковых преобразователей в судовых электроустановках / Я.Ф. Анисимов. - Л.: «Судостроение», 1983. - 232 с.

6. Кириенко, В.П. Математическая модель трехфазного силового параллельного активного фильтра / В.П. Кириенко, А.И. Чивенков, М.Н. Слепченков // Электрооборудование промышленных установок: Тр. НГТУ / НГТУ. - Н. Новгород, 2005. Т. 49.

7. Коробко, Г.И. Анализ построения силовых схем стабилизаторов переменного напряжения (СПН) с широтно-импульсными преобразователями. / Г.И. Коробко, С.В. Попов // Электрооборудование промышленных установок: межвуз. сб. научн. тр. / НГТУ. - Н. Новгород, 2001. С. 25-28.

8. Коробко, Г.И. Источник эталонного синусоидального напряжения, синхронизированного с сетью / Г.И. Коробко, С.В. Попов, В.В. Лебедев // 12-й Международный научно-промышленный форум «Великие реки 2010»: труды конгресса / ННГАСУ. - Н. Новгород, 2011. Т. 2. С. 576-578.

Дата поступления в редакцию 06.02.2012

G.I. Korobko, S.V. Popov, V.V. Lebedev, A.S. Makaev

INCREASING OF ELECTRIC POWER QUALITY IN SHIP ELECTRIC POWER SYSTEMS BY MEANS OF VOLT-ADDING DEVICES

Volga State Academy of Water Transport

The article describes the main parameters of power quality in ship electric power systems and the causes of their deterioration. The analysis of the negative impact of reducing the quality of electricity to work the ship electrical equipment and devices for bettering its characteristics. The possibility of a complex solution to improve the quality of electricity with the help of volt-adding devices. The simulation of transient ship power system, confirming the effectiveness of their use

Key words: quality of electric power, ship power system, volt-adding devices, simulation of transient processes.

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.