Русская версия English version

Разработка и моделирование дизель-генератора с изменяемой частотой вращения в судовой единой электроэнергетической системе

Г.И. Коробко, О.С. Хватов, И.Г. Коробко

Вестник ИГЭУ, 2017 г. выпуск 1, сс. 55—61

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса: Применение в судовой единой электроэнергетической системе мощных статических преобразователей, являющихся нелинейной нагрузкой и соизмеримых с мощностью источников, вызывает существенные искажения напряжения в судовой сети. Это отрицательно сказывается на работе многих элементов электростанции, и в первую очередь таких потребителей, как системы автоматики и управления судном. Решение данной проблемы заключается в использовании в составе электростанции стояночного дизель-генератора, выполняющего в настоящее время функции аварийного и специального источника, обеспечивающего живучесть судна. В связи с этим для ряда судов требуется постоянная работа стояночного генератора, при этом его нагрузка будет изменяться в широком диапазоне – от номинальной до минимального значения (20–30 % от PH). Актуальным направлением является разработка и создание дизель-генераторных установок, работающих с изменяемой частотой вращения приводного двигателя в зависимости от нагрузки генератора, обеспечивающих ощутимую экономию топлива (до 10–20 %) в судовой единой энергетической системе. В настоящее время ведутся активные исследования в области моделирования и создания таких установок, однако вопрос поддержания постоянства выходного напряжения и частоты требует проработки.

Материалы и методы: Математический расчет, моделирование генераторного агрегата с изменяемой и фиксированной частотой вращения осуществлены в пакете MATLAB Simulink с использованием библиотеки SimPowerSystems, расчет – методом Рунге-Кутта (ode4) с фиксированным шагом. В модели учтены изменения индуктивных составляющих при изменении частоты напряжения на выходе генератора, а также смоделирована кривая намагничивания с учетом насыщения. Дизельный двигатель рассматривается без учета изменения тепловых потерь в разных режимах работы.

Результаты: Разработана блок-схема и модель генераторного агрегата с системами автоматического регулирования частоты вращения дизеля, напряжения синхронного генератора, частоты и амплитуды выходного напряжения преобразователя частоты. Для этих систем определены оптимальные параметры и настройка элементов.

Выводы: Предложенные системы регулирования параметров выходного напряжения на нагрузке показали высокую статическую и динамическую точность амплитуды и синусоидальность формы благодаря применению простого фильтра низкой частоты. Как показало моделирование, при изменении активной нагрузки синхронного генератора происходит изменение частоты вращения дизеля, что позволяет достигнуть снижения расхода топлива (максимальная экономия составляет 16–22 %), при этом напряжение генератора остается номинальным и поддерживается с высокой точностью.

Ключевые слова: автономная электростанция, дизель-генератор, система регулирования напряжения, преобразователь частоты, экономия топлива, регулирование скорости.

Список литературы на русском языке: 
  1. Анисимов  Я.Ф., Васильев Е.П. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок. – Л.: Судостроение, 1990. – 264 с.
  2. Двигатели внутреннего сгорания: теория поршневых и комбинированных двигателей / под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1993. – 372 c.
  3. Климаш В.С. Вольтодобавочные устройства для компенсации отклонений напряжения и реактивной энергии с амплитудным, импульсным и фазовым регулированием // Комсомол.-на-Амуре гос. техн. ун-т. – Владивосток: Дальнаука, 2002. – 140 c.
  4. Обухов С.Г., Плотников И.А. Экспериментальные исследования дизель-генераторной установки на переменной частоте вращения // Известия Томского политехнического университета. – 2015. – Т. 326, № 6.
  5. Электроснабжение потребителей на судах с ЕЭС / Г.И. Коробко, В.В. Лебедев, И.Г. Коробко, С.В. Попов //  Вестник ВГАВТ. – 2015. – Вып. 44.
Ключевые слова на русском языке: 
автономная электростанция, дизель-генератор, система регулирования напряжения, преобразователь частоты, экономия топлива, регулирование скорости
Ключевые слова на английском языке: 
autonomous electric power plant, diesel generator, voltage control system, frequency converter, fuel economy, speed control
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2017.1.055-061
Количество скачиваний: 
38