Джон М. Проусалидис
Новые применения анализа переходных процессов: Электрический транспорт
Морская инженерная лаборатория, военно-морской архитектуры и морской департамент инженерии, Национальный технический университет Афин, Греция
Перевод с английского языка Козыревой Е. В.
PSCAD ® и другие применения моделирования переходных процессов, которые исторически использовали источники энергии для работы с системой планирования и применения качества электроэнергии. Однако есть много других новых применений для моделирования переходных процессов. С тенденцией к использованию электрических и гибридных электрических транспортных средств, электрических судов, а также расширение метрополитенов на основе электроэнергии, энергетические программы моделирования системы необходимо будет приспособить к этим небольшим мощным системам.
Электрические суда
Энергосистема судна может рассматриваться как в малых масштабах, автономного, индустриального типа компактная система мощности. Система электроэнергии судна состоит из генераторной установки и системы телеграфирования распределения, служащей грузам.
В случае переменного тока в обычных энергосистемах корабля есть, по крайней мере, два основных генератора переменного тока на дизельном топливе, газовые турбины или главный двигатель. Электроэнергия поставляется часто через подстанции для всех электрических нагрузок, состоящий из:
1. Обычных вспомогательных систем (освещение, двигатели, приводящие во вращение машины), как и промышленных предприятий.
2. Главных и вспомогательных судовых систем двигательной установки.
Типичные сети судового электрооборудования могут работать при частоте 50/60 Гц, а корабль часто требует 400 Гц систем. Увеличение требований электрической мощности на судах привели к введению среды ("высокий" в судовых установок) рабочее напряжение 3,3 и 6 кВ. Система основания судна имеет обычно раскопанный тип.
Рисунок 1. "Полностью электрическое судно"
Новейшие разработки в области силовых полупроводниковых приборов и технологии силовой электроники и их применение в приводах и систем управления позволили сделать Интегрированный Полный Электрический Толчок (IFEP) судов. Термин "Электрический Корабль" сейчас в основном относится к кораблям с полной электрической силовой установкой. Появление переменного электрического двигателя на кораблях ввело целый ряд новых сложностей на корабле:
1. Основная двигательная установка включает, по крайней мере, одну огромную мощность двигателя для вождения воздушного винта судна. Новый электродвигатель типа (постоянный магнит, синхронные двигатели, передовые асинхронных электродвигателей, многофазные двигатели радиальные, осевые и поперечные потоки моторов) были построены в попытке добиться более высокой эффективности и надежности показателей. Двигатели питаются силовыми преобразователями, которые отвечают за контроль скорости судно в сочетании со связанными с ними контроллеров. Регулирование скорости осуществляется главным образом либо по борьбе с переносчиками болезни потока или прямого контроля крутящего момента.
2. Вспомогательная силовая установка (также называемая динамической Positioning System, DPS), состоящая из стороны винта, носового и кормового двигателей, помощь корабль маневров. DPS, как правило, Руководствуясь асинхронных электродвигателей переменного тока подается через PWM (широтно-импульсную модуляцию) контроллеров.
3. В соответствии с AES ("Полностью электрическое судно") концепцией, каждая крупная или мелкая системы на борту судна, двигателей является преобладающим 1, в конечном итоге будет электрифицировано и служил на довольно широко электрической системы (несколько десятков МВт) с многочисленными увольнениями в компоненты и цепи.
Требования к моделированию
Появление электрических двигателей на кораблях сделало точное моделирование и моделирование необходимым. Математическое моделирование переходных процессов используется для выполнения исследований с участием моделирования электромагнитных и других переключений переходных процессов в судовых электрических энергосистемах в составе как постоянного и переменного тока подсистем.
Системы требуют моделирования как и любая современная мощная система. Системы содержат высокую степень силовых электронных компонентов, а также переключение требует понимания воздействия всех модулей системы эксплуатации судна электрических систем.
Широко исследуются двигатели, переключение переходных процессов и исследования качества электроэнергии.
Энергетическая установка: главный и вспомогательный двигатели, двигательный запуск и стационарный режим в связи с их силовыми электронными преобразователями (цикло-преобразователи, синхронно преобразователи и инверторы PWM).
Переключение переходных процессов: перенапряжение и ток в связи с внесением или нарушением выключателей (например, электрификация трансформатора, отключение кабеля, неисправность разрешений, сброс нагрузки т.д.).
Качество электроэнергии: исследование качества электроэнергии, проблемы, вызванные широким использованием силовой электроники в дисках двигателя, импульсные нагрузки (например, оружие в военных кораблях) и навигационные приборы (например, РЛС). Гармонические искажения в токе и напряжении вызывает увеличение реактивных потерь и EMI проблемы.
Требования к мощности системы моделирования необходимо в таких критических автономных образованиях в качестве корабля. Те же инструменты, которые сыграли определенную роль в оптимизации наших электрических сетей, утилита будет играть существенную роль в проведении исследований и внедрении передовых судовых электрооборудованиях и двигательных установок.
PSCAD Тематические исследования
Мотор запуска. Пусковой широтно-импульсный модулятор грузовых насосов
Два грузовых насоса начинают работать одновременно. Насос двигателя поставляются их PWM инверторов в свою очередь, питаются общей DC-шины, где переменное напряжение выпрямляется (см. Рисунок 2). На рисунке 3, выходное напряжение инвертора PWM представлено, в то время как на рисунке 4, пусковой ток двигателя 1 (не значительно искажено) приводится в сравнении с AC источником суммарный ток поставки туфли (очень искажено).
Рисунок 2. Схема двойного системного грузового насоса
Рисунок 3. PWM выход напряжения автотранспортных грузовых насосов
Рисунок 4. Пусковой ток во время пуско-наладочной работы двигательного насоса
На рисунке 5 средней продукции напряжения конвертера трёхколёсного, поставляющего главный толчок изображен синхронный двигатель судна, в то время как на рисунке 6 показывается соответствующий поток наплыва во время моторного запуска. Это выдвинуто на первый план, что синхронный двигатель первоначально запускается как асинхронный двигатель через его вспомогательные проветривающие клетки, в то время как немного циклов позже его полевое проветривание активизировано, и двигатель синхронизирован.
Рисунок 5. Цикло-преобразователь выходного напряжения вождения грузового насоса
Рисунок 6. Пусковой ток линии циклотронного преобразователя напряжения выходного автотранспортных грузовых насосов
Короткое повреждение линии в морском кабеле
Последствия прояснения ошибки единственной фазы короткой линии (приблизительно на расстоянии в 200 м. от выключателя) показывают в форме волны напряжения нарушенной фазы-ясному (иллюстрация 7). Это стоит отмечать, что в морском кабеле типа, компонент имеющий сопротивление имеет равный, если не большей ценности чем индуктивный реактанс (~0.2 ома/км), в то время как емкостная проводимость имеет существенную ценность, также (~8000 омов 1 / км).
Рисунок 7. Переходный процесс восстановления напряжения (TRV)