АНАЛИЗ РАБОТЫ СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С ПАРАЛЛЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ В МАНЕВРЕННЫХ РЕЖИМАХ ПРИ СЛЕДОВАНИИ ПО УЗКОСТИ

ВВЕДЕНИЕ

Прохождение узкостей — каналов, фарватеров, шлюзовых ворот — является одним из наиболее ответственных этапов судовождения. В этих условиях судно движется с минимальными запасами хода, часто против течения, с частыми изменениями курса и скорости.

Цель настоящей работы — провести анализ переходных процессов в СЭЭС с параллельно включенными генераторами при маневрировании в узкости и предложить алгоритм управления, повышающий устойчивость электростанции без замены оборудования.

1. ОСОБЕННОСТИ РЕЖИМОВ НАГРУЗКИ ПРИ СЛЕДОВАНИИ ПО УЗКОСТИ

Маневренные режимы при следовании по узкости существенно отличаются от ходовых по характеру и динамике изменения нагрузки. Для анализа были использованы суточные ведомости работы СЭЭС при прохождении Керченского пролива и Волго-Балтийского водного пути.

Особую проблему представляют одновременные включения нескольких крупных потребителей. Например, при входе в шлюз часто требуется одновременная работа носового и кормового подруливающих устройств и лебедок. Суммарный бросок пускового тока может достигать 2000–3000 А при номинальном токе генератора 600–800 А. При параллельной работе двух генераторов по 400 кВт это создает нагрузку, близкую к предельной [1].

Таким образом, для устойчивой параллельной работы СЭЭС при следовании по узкости необходимо применять специальные алгоритмы управления, учитывающие прогнозируемый характер нагрузки.

2. ОСОБЕННОСТИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРОВ В МАНЕВРЕННЫХ РЕЖИМАХ

Параллельная работа синхронных генераторов основана на поддержании неизменной частоты (регулирование активной мощности) и напряжения (регулирование реактивной мощности). В маневренных режимах динамические свойства регуляторов выходят на первый план.

При резком набросе активной нагрузки происходит снижение частоты вращения обоих генераторов. Дизели с большей инерционностью восстанавливают частоту медленнее, создавая рассогласование углов роторов. Возникает «волна» активной мощности: генератор с более быстрым регулятором берет повышенную нагрузку, что может привести к перегрузке и срабатыванию защиты.

Дополнительной проблемой является различие в угловых характеристиках, вызванное разной степенью износа регуляторов. При прохождении узкости даже небольшие колебания угла нагрузки (2–3°) могут привести к сбоям в системе динамического позиционирования (DP) [2].

Таким образом, параллельная работа генераторов при следовании по узкости представляет собой сложную динамическую задачу, где стабильность системы зависит от согласованности регуляторов частоты, напряжения и распределения нагрузки [3].

На основе анализа предложен алгоритм упреждающего управления. Основная идея — прогнозирование набросов нагрузки (по сигналу с мостика) и упреждающее изменение уставок регуляторов.

Алгоритм включает шаги:

Шаг 1. С мостика поступает сигнал о предстоящем маневре. Формируется прогнозный график нагрузки на 30–60 с.

Шаг 2. За 3–5 с до наброса регуляторы частоты повышают уставку на 0,5 Гц (до 50,5 Гц), создавая запас по частоте.

Шаг 3. После окончания маневра производится плавный возврат параметров регуляторов к штатным значениям в течение 10–15 с.

Моделирование показало, что амплитуда провала напряжения снижается с 15 % до 5 % (с 380 В до 361 В), частота не опускается ниже 49,4 Гц, разница реактивных нагрузок не превышает 5 %. Вероятность срабатывания защит становится практически нулевой.

ВЫВОДЫ

1. При параллельной работе генераторов основными проблемами являются неравномерное распределение реактивной мощности (разница до 20 %) и риск выхода одного генератора на ограничение по току возбуждения.
2. Решение не требует замены оборудования и реализуется на базе существующих ПЛК с доработкой программного обеспечения, что делает его доступным для большинства судов.