Введение к работе
Актуальность темы.В условиях кризисных явлений с топливоэ-нергетическими ресурсами (ТЭР) на судах флота рыбной промышленности (ФРП) особое значение приобретают технические мероприятия, позволяющие экономить топливо на выработку электроэнергии в эксплуатационных режимах судовой электростанции [СЪО. Одним из таких мероприятий является использование системы автоматического регулирования (САР) частоты и распределения активной мощности для экономиии топлива за счет повышения качества распределения активной нагрузки между параллельно работающими судовыми генераторными агрегатами (СТА).Одним из факторов,который позволит сдержать рост затрат на единицу выпускаемой продукции, должна быть экономия ТЭР,доля которых в общих эксплуатационных расходах на промысловых судах составляет порядка 20 %.
Регулирование частоты и распределения активной мощности на судах Калининградской рыбопромышленной компании тралового флота (КРПК) "ТРАЛФЛОТ" производится в основном с помощью статических регуляторов скорости (PC) дизелей устаревших моделей.Регуляторы параллельной работы вспомогательных дизельгенераторов (ВДГ) не нашли до сих пор широкого применения на судах КРПК "ТРАЛФЛОТ", хотя промышленностью освоен выпуск отдельных типов и блоков систем распределения активной нагрузки.Такое положение объясняется тем,что с одной стороны,эксплуатационники не имели до сих пор достаточно достоверных сведений о том,как влияет качество распределения активной нагрузки (степень неравномерности tO^) на топливную эффективность СЭЗ.С другой стороны организовать поставку современных САР на суда ФРП не представлялось возможным, так как при существовавшей системе фондирования в СССР системы выпускались в ограниченном количестве и поставлялись только на строящиеся суда Минсудпрома. Дополнительный выпуск систем и оснащение ими СЭС были возможны только при увеличении их производства на заводах изготовителях .
В ранее выполненных исследованиях САР частоты и распределения активной нагрузки СТА не решалась задача рационального сочетания структуры системы (например, "базовый-ведомый", "равноправная") с законами управления серводвигателем (СД) штатного PC ("ШИМ'У'ЧИМ","релейная"), не рассматривался вопрос создания регулятора на любой тип СД простой конструкции и с минимальными зат-
ратами на производство, не проводились расчеты влияния фактора эксплуатации на перерасход топлива в СЭС.
В этой связи представляется актуальным проведение исследований, направленных на создание регулятора параллельной работы ВДР, который обеспечит оптимальные режимы СТА с использованием имеющихся в КРПК "ТРАЛФЛОТ" технических средств.
Цель и задачи работы.Конечной целью работы является создание САР частоты и распределения активной мощности ВДТ для судов КРПК "ТРАЛФЛОТ", обеспечивающей снижение расхода топлива на выработку электроэнергии, разработка инженерной методики расчета процессов в СЭС для определения параметров САР,обеспечивающих устойчивость и необходимое качество регулирования.Снижение расхода топлива достигается повышением точности стабилизации частоты вращения и распределения активных нагрузок между параллельно работающими ВДГ в статическом режиме за счет управления параметром -0-L .Для этого необходимо было решить следующие задачи:
1.Провести анализ технических средств регулирования частоты и распределения активной мощности, выпускаемых промышленностью (УРЧН, УРМ35, ПРЧ-1М и др.) и выбрать предпочтительный вариант структуры САР.
2.Разработать математическое описание СЭС, адекватно отражающее электромеханические процессы в системе.
3.Обосновать выбор рациональной структуры САР.Для этого необходимо было исследовать качество переходных процессов (максимальное изменение частоты, время переходного процесса и др.) в динамических режимах нагружения при различных структурах управления' ("базовый ЧИМ-ведомый ШИМ", "равноправная ШИМ", "равноправная релейная"') "штатная") с различными статическими настройками ( ( ) штатных PC.Исследовать устойчивость САР выбранной структуры и предложить рекомендации по настройке параметров системы,
4.Исследовать влияние параметров настройки САР, в том числе величины зоны нечувствительности на характер переходных процессов изменения активной мощности и тока синхронных генераторов (СТ), при их параллельной работе в динамических режимах нагружения. Предложить рекомендации по определению значений параметров.
5.Обосновать необходимость применения САР частоты и распределения активной мощности на судах КРПК "ТРАЛФЛОТ", для чего провести анализ топливной эффективности, первичных двигателей (ПД) при параллельной работе СТА и изменении их нагрузки.Оценить эф-
- ;j -
фективность работы САР выбранной структуры с точки зрения экономии топлива, сравнивая расчетные и экспериментальные данные.
6. Разработать программные средства (ПС) для решения задач расчета топливной эффективности СЭС, анализа переходных процессов параллельной работы ВДГ при различных структурах управления, исследования устойчивости САР.
7.Разработать на базе типовых элементов модульной системы "TRANSLOG'Y'RELOG'' основные функциональные узлы регулятора и системы в целом.Провести эксплуатационные испытания регулятора.
Методы исследования.В работе использовались основные положения электротехники, теории синхронных машин и двигателей внутреннего сгорания, теории автоматического регулирования, в том числе методы исследования нелинейных систем.Расчётные данные получены с использованием математического моделирования на ЭВМ.
Научная новизна.В процессе решения поставленной задачи получены следующие основные результаты:
1.Разработана математическая модель и методика моделирования электромеханических процессов в СЭС с новой САР частоты и распределения активной мощности ВДГ.Проведены исследования, рассмотрены особенности переходных процессов при моделировании структур САР для работающих в "параллель" ВДГ ("базовый ЧИМ-ведо-мый ШИМ","равноправная ШИМ", "равноправная релейная","штатная"). Выполнен анализ предпочтительного варианта - "равноправной" системы релейного регулирования, обеспечивающей предложенный закон управления и подтвержденный экспериментально при испытаниях. Найдена возможность распространить предложенный вариант на СЭС различных типов судов.
2.Определены условия устойчивости параллельной работы ВДГ с новой САР частоты и распределения активной нагрузки.
3.Разработаны структурная и принципиальная схемы новой САР частоты и распределения активной нагрузки, а также рекомендации по настройке системы.
4. Разработана , методика расчета перерасхода топлива при параллельной работе ВДГ в зависимости от ± & для различных вариантов компановки Щ и изменении их суммарной нагрузки.Построены номограммы для определения перерасхода топлива по типам параллельно работаощих двигателей в зависимости от ^ штатных PC.
Практическая ценность.Положения, выводы и рекомендации, полученные в работе, позволяют:
1.Экономить топливо на выработку электроэнергии ь размере не менее 3 % от суммарного расхода топлива параллельно работающими ВДГ на заданном режиме нагружения СЭС.Определить по предложенным номограммам перерасход топлива, возникающий при параллельной работе ВДГ, в зависимости от S}i штатных PC.
2,Повысить качество регулирования частоты и распределения активной нагрузки между параллельно работающими ВДГ.
3.Увеличить срок эксплуатации штатных PC при отклонении их статических настроек от требований ТУ завода изготовителя посредством использования центрального (вторичного) управления.
4.Использовать судовой ЗИП для ремонта элементной базы регулятора.
Реализация работы.Результаты исследований, полученные в работе, использованы для создания поставочного образца регулятора ВДГ для СЭС промыслового судна типа РТМ-А.Проведены испытания регулятора, даны рекомендации по снижению расхода топлива в СЭС. Использование результатов работы подтверждено актами, выданными КВИМУ, КУТФ, ЦНИИСЭТ.
Апробация работы.Результаты работы обсуждались на 15-й межвузовской научно-технической конференции Калининградских вузе в Минрыбхоза /г.Калининград, КТИРПиХ, 1987 г./; на кафедре электро-фикации и автоматизации судов СПбГЭТУ /г.Санкт-Петербург,1994г./; на кафедре электротехники и электрооборудования судов КТИРШ.Х /г.Калининград, 1994 г./; на научно-технической конференции кафедры судовых энергетических установок ГБА /г.Калининград 1994 г./
Публикации.По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ: 5 статей, 2 депонированных рукописи, 2 программы, тезисы доклада.
Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения,четырех глав,заключения,списка литературы, включающего 146 наименований, двух приложений.Основная часть работы изложена на 136 страницах машинописного текста.Работа содержит 49 рисунков,12 таблиц.
