RU2645387C1 - Способ распределения нагрузки между параллельно работающими судовыми дизель-генераторными агрегатами - Google Patents
Способ распределения нагрузки между параллельно работающими судовыми дизель-генераторными агрегатами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2645387C1 RU2645387C1 RU2017118845A RU2017118845A RU2645387C1 RU 2645387 C1 RU2645387 C1 RU 2645387C1 RU 2017118845 A RU2017118845 A RU 2017118845A RU 2017118845 A RU2017118845 A RU 2017118845A RU 2645387 C1 RU2645387 C1 RU 2645387C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- power
- load
- dga
- fuel consumption
- cosφ
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D45/00—Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области энергетики, а именно к средствам распределения нагрузки между параллельно работающими судовыми дизель-генераторными агрегатами. Способ позволяет оптимально загрузить агрегаты и сократить удельный расход топлива (УРТ) при их работе. Сущность указанного способа заключается в непрерывном измерении электрической мощности и коэффициента мощности судовой электростанции, результаты измерений которых вводятся в компьютерную модель, содержащую характеристики зависимости УРТ от мощности и коэффициента мощности для каждого ДГА и устанавливающую оптимальное распределение электрической нагрузки между параллельно работающими ДГА, соответствующее минимальному общему УРТ этих ДГА. Способ позволяет учитывать изменение технического состояния ДГА в процессе их эксплуатации путем соответствующей корректировки регрессионных зависимостей УРТ от мощности и коэффициента мощности для каждого ДГА. Техническим результатом является снижение удельных расходных характеристик. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области энергетики, а именно к средствам распределения нагрузки между параллельно работающими судовыми дизель-генераторными агрегатами. Способ позволяет оптимально загрузить агрегаты и сократить расход топлива при их работе.
Известны способы распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами, основанные на исследовании нагрузочных характеристик генераторов во время работы, выявлении генератора с максимальной нагрузкой и последующей разгрузки его. При этом разгрузка генератора осуществляется воздействием на уставку первичного регулятора частоты ДВС, используемого в качестве привода генератора (см. а.с. СССР №629590, МПК H02J 3/28, опубл. 1976; а.с. №1157613, МПК H02J 3/28, опубл. 1986).
Недостатком способов является недостаточная точность распределения нагрузки между генераторами.
Из известных способов распределения нагрузки между параллельно работающими ДГА по технической сущности и назначению наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является способ, изложенный в а.с. СССР №488300, МПК H02P 9/04, опубл. 1975. Способ-прототип основан на определении конечного прироста расхода энергоносителя каждого агрегата как отношение полного прироста расхода к нагрузке, сравнении конечного прироста с удельным приростом расхода энергоносителя этого же агрегата, выборе минимального значения из этих двух приростов и последующей нагрузке в первую очередь агрегата с наименьшими указанными минимальными значениями.
Недостатком способа является недостаточно экономичный расход топлива при параллельной работе ДГА, так как:
- при росте общей нагрузки рассматривается только отдельное увеличение нагрузки каждого параллельно работающего агрегата и по результатам этого рассмотрения нагружают в первую очередь агрегат с наименьшим приростом расхода топлива;
- не учитывается влияние на удельный расход топлива (УРТ) каждого агрегата коэффициента мощности cosϕ. А, как показано в статье Кузнецова С.Е. «Влияние нагрузки и коэффициента мощности на расход топлива судового дизель-генераторного агрегата» // Судостроение, №6, 2011. - с. 30-32, удельный расход топлива ДГА существенно зависит от значения cosϕ и фактического технического состояния ДГА.
Заявляемое изобретение позволяет решить проблему сокращения УРТ параллельно работающих дизель-генераторных агрегатов за счет оптимального распределения мощности между ними в соответствии с их характеристиками зависимости УРТ от вырабатываемой электрической мощности и cosϕ путем выбора из возможных распределений нагрузки между ДГА распределения, соответствующего минимальному общему УРТ.
Для решения проблемы предлагается следующая совокупность существенных признаков: в способе распределения нагрузки между параллельно работающими судовыми дизель-генераторными агрегатами (ДГА), основанном также как и прототип на использовании удельных расходных характеристик (УРТ) каждого ДГА, в виде зависимости от нагрузки для каждого ДГА, в отличие от прототипа, распределение нагрузки осуществляют с учетом фактического технического состояния ДГА и коэффициента мощности cosϕ, при этом при заданных общей нагрузке судовой электростанции (СЭС) и cosϕ удельный расход топлива каждого ДГА представляют в виде регрессионной зависимости УРТ от его электрической мощности PГ и cosϕ, корректируемых в процессе эксплуатации с учетом фактического состояния ДГА, в виде:
PГ (кВт) - мощность синхронного генератора;
Q (кг/ч) - расход топлива;
cosϕ - коэффициент мощности нагрузки;
k3=103⋅KД1 (г/кВт⋅ч),
k4=103⋅Qпост (г/ч),
k5=103⋅КД2 (г/кВт2⋅ч),
Kг (кВт/А2),
Kд1 (кг/кВт⋅ч),
Kд2 (кг/кВт2⋅ч);
Q (кг/ч) - расход топлива;
U (В) - напряжение генератора;
Qпост (кг/ч) - постоянная составляющая расхода топлива, соответствующая расходу топлива на холостом ходу.
При этом в способе непрерывно измеряют мощность и cosϕ СЭС, результаты измерений и регрессионные зависимости q(PГ) для каждого ДГА вводят в компьютерную модель, в которой на основе анализа возможных распределений нагрузки между параллельно работающими ДГА при заданных мощности СЭС и cosϕ определяется распределение нагрузки с минимальным общим УРТ.
Сущность указанного способа заключается в непрерывном измерении электрической мощности и коэффициента мощности судовой электростанции, результаты измерений которых вводятся в компьютерную модель, содержащую характеристики зависимости УРТ от мощности и коэффициента мощности для каждого ДГА и устанавливающую оптимальное распределение электрической нагрузки между параллельно работающими ДГА, соответствующее минимальному общему удельному расходу топлива этих ДГА при измеренных значениях мощности и коэффициента мощности электростанции.
Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - сокращение удельного расхода топлива параллельно работающих дизель-генераторных агрегатов - решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности - «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области энергетики не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «изобретательский уровень».
Согласно требованиям Правил классификации и постройки морских судов [Т. 2. - СПб: РМРС, 2015. - 807 с. ] Российского морского регистра судоходства (РМРС) при параллельной работе генераторов переменного тока в диапазоне от 20 до 100% общей нагрузки распределение ее на каждый генератор должно происходить пропорционально их мощностям и не должно отличаться более чем на 15% от расчетной нагрузки большего из генераторов или на 25% от расчетной нагрузки рассматриваемого генератора в зависимости от того, что меньше. В настоящее время распределение общей нагрузки между параллельно работающими ДГА производится согласно этим требованиям, но без учета зависимости УРТ от вырабатываемой электрической мощности каждого ДГА.
Для дизель-генераторных агрегатов даже одинаковой номинальной мощности и сборки зависимости УРТ от относительной мощности генератора и коэффициента мощности cosϕ, как правило, не совпадают (Pгн - номинальная мощность, Pг - фактическая мощность генератора, - относительная мощность). На фиг. 1 приведены зависимости УРТ (q1 и q2) от электрической мощности для двух судовых ДГА с бесщеточным синхронным генератором одной сборки и одинаковой мощности (Pгн=750 кВт, U=440 В) при cosϕ=1, построенные по данным заводских испытаний перед вводом в эксплуатацию. Для ДГА неодинаковой мощности различие зависимостей может быть значительнее, чем на фиг. 1.
В связи с неодинаковым характером изменения УРТ от и cosϕ, а в ходе длительной эксплуатации ДГА эти зависимости изменяются, и различие может увеличиться, для каждого из параллельно работающих генераторов распределение общей нагрузки судовой электростанции строго пропорционально их номинальным мощностям может оказаться неэффективным с точки зрения минимизации удельного расхода топлива.
Так как Правилами классификации и постройки морских судов РМРС допускаются отклонения при распределении нагрузки между параллельно работающими генераторами пропорционально их мощностям, в связи с чем и с учетом различия зависимостей УРТ от мощности, нагрузку между генераторами можно делить с учетом этих зависимостей так, чтобы общий удельный расход топлива был меньше, чем если бы нагрузка делилась строго пропорционально.
Как указывалось выше, первоначальная регрессионная зависимость q(Pг) определяется на основе заводских испытаний ДГА. В дальнейшем она корректируется (непрерывно или периодически при техническом обслуживании ДГА) с учетом фактического состояния ДГА.
При параллельной работе двух ДГА решается задача выбора мощности параллельно работающих ДГА (Pг1 и Pг2), обеспечивающих требуемую нагрузку судовой электростанции
при минимальном суммарном удельном расходе топлива
Зависимость удельного расхода топлива судового ДГА от мощности генератора и cosϕ может быть представлена в соответствии с методикой, изложенной в статье Кузнецова С.Е. и др. «Влияние нагрузки и коэффициента мощности на расход топлива судового дизель-генераторного агрегата». // Судостроение. - 2011. - №6 - с. 30-32 в виде уравнения (1). Минимальный суммарный удельный расход топлива (3), соответствующий измеренным электрической мощности судовой электростанции P и коэффициента мощности cosϕ, определяется на основе совместного решения системы двух уравнений (1) для первого и второго ДГА и уравнения (2). Укрупненная схема алгоритма решения данной задачи представлена на фиг. 2.
Техническая реализация данного алгоритма может быть осуществлена в автоматическом режиме в современных судовых программируемых микропроцессорных системах управления, например в системе управления электростанцией РРМ-300 (см. https://dvk-electro.ru/06powerStation/ppm300.html «Общее описание, инструкцию оператора, инструкцию по установке»), содержащей широкий набор функций, необходимый для управления электроустановками морского базирования. В полуавтоматическом режиме автономная реализация данного алгоритма позволит использовать полученные результаты в качестве поддержки принятия решения обслуживающим персоналом (вахтенным) по рациональному распределению нагрузки параллельно работающих ДГА в конкретном режиме работы судовой электростанции.
Предлагаемое изобретение было создано в составе научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре «Судовых автоматизированных электроэнергетических систем» ФБГОУ ВО «Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова». Были произведены расчеты, показавшие возможность использования заявляемого способа в судовых энергетических установках и электроэнергетических системах, что с учетом вышеизложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.
Claims (20)
1. Способ распределения нагрузки между параллельно работающими судовыми дизель-генераторными агрегатами (ДГА), основанный на использовании удельных расходных характеристик (УРТ) каждого ДГА, отличающийся тем, что распределение нагрузки осуществляют с учетом фактического технического состояния ДГА и коэффициента мощности cosϕ, при заданных общей нагрузке судовой электростанции (СЭС) и cosϕ удельный расход топлива каждого ДГА представляют в виде регрессионной зависимости УРТ (1) от его электрической мощности РГ и cosϕ, корректируемых в процессе эксплуатации с учетом фактического состояния ДГА:
Рг (кВт) - мощность синхронного генератора;
Q (кг/ч) - расход топлива;
cosϕ - коэффициент мощности нагрузки;
k1÷k6 - постоянные коэффициенты, зависящие от технического состояния ДГА:
k3=103⋅KД1 (г/кВт⋅ч),
k4=103⋅Qпост (г/ч),
k5=103⋅КД2 (г/кВт2⋅ч),
KГ (кВт/А2),
KД1 (кг/кВт⋅ч),
KД2 (кг/кВт2⋅ч);
Q (кг/ч) - расход топлива;
U(В) - напряжение генератора;
Qпост (кг/ч) - постоянная составляющая расхода топлива, соответствующая расходу топлива на холостом ходу.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в нем непрерывно измеряют мощность и cosϕ СЭС, результаты измерений и регрессионные зависимости (1) для каждого ДГА вводят в компьютерную модель, в которой на основе анализа возможных распределений нагрузки между параллельно работающими ДГА при заданных мощности СЭС и cosϕ определяется распределение нагрузки с минимальным общим УРТ.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017118845A RU2645387C1 (ru) | 2017-05-30 | 2017-05-30 | Способ распределения нагрузки между параллельно работающими судовыми дизель-генераторными агрегатами |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017118845A RU2645387C1 (ru) | 2017-05-30 | 2017-05-30 | Способ распределения нагрузки между параллельно работающими судовыми дизель-генераторными агрегатами |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2645387C1 true RU2645387C1 (ru) | 2018-02-21 |
Family
ID=61258782
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017118845A RU2645387C1 (ru) | 2017-05-30 | 2017-05-30 | Способ распределения нагрузки между параллельно работающими судовыми дизель-генераторными агрегатами |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2645387C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110266049A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-20 | 上海阜有海洋科技有限公司 | 多类型发电方式的船舶电站最佳经济模式复合控制系统 |
RU2705865C1 (ru) * | 2019-01-10 | 2019-11-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Способ определения перерасхода топлива в судовых дизель-генераторных агрегатах |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU488300A1 (ru) * | 1974-01-28 | 1975-10-15 | Белорусский Филиал Государственного Научно-Исследовательского Энергетического Института Им.Г.М.Кржижановского | Способ распределени нагрузок между параллельного работающими агрегатами электростанции |
DE19733212A1 (de) * | 1997-08-01 | 1999-02-04 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Regelung eines von einer Brennkraftmaschine antreibbaren Generators |
US6359421B1 (en) * | 1998-10-29 | 2002-03-19 | Robert Bosch Gmbh | Method for the optimized control in terms of output and efficiency of synchronous machines |
RU2417916C1 (ru) * | 2009-11-09 | 2011-05-10 | ФГОУ ВПО "ГМА им. адмирала С.О. Макарова" | Способ определения вида дефекта в судовых дизель-генераторных агрегатах |
RU2488708C2 (ru) * | 2011-09-09 | 2013-07-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" | Способ автоматизированного управления синхронным дизель-генератором |
-
2017
- 2017-05-30 RU RU2017118845A patent/RU2645387C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU488300A1 (ru) * | 1974-01-28 | 1975-10-15 | Белорусский Филиал Государственного Научно-Исследовательского Энергетического Института Им.Г.М.Кржижановского | Способ распределени нагрузок между параллельного работающими агрегатами электростанции |
DE19733212A1 (de) * | 1997-08-01 | 1999-02-04 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Regelung eines von einer Brennkraftmaschine antreibbaren Generators |
US6359421B1 (en) * | 1998-10-29 | 2002-03-19 | Robert Bosch Gmbh | Method for the optimized control in terms of output and efficiency of synchronous machines |
RU2417916C1 (ru) * | 2009-11-09 | 2011-05-10 | ФГОУ ВПО "ГМА им. адмирала С.О. Макарова" | Способ определения вида дефекта в судовых дизель-генераторных агрегатах |
RU2488708C2 (ru) * | 2011-09-09 | 2013-07-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского" | Способ автоматизированного управления синхронным дизель-генератором |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2705865C1 (ru) * | 2019-01-10 | 2019-11-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Способ определения перерасхода топлива в судовых дизель-генераторных агрегатах |
CN110266049A (zh) * | 2019-07-09 | 2019-09-20 | 上海阜有海洋科技有限公司 | 多类型发电方式的船舶电站最佳经济模式复合控制系统 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2745357C (en) | Energy management system | |
Bechert et al. | Area automatic generation control by multi-pass dynamic programming | |
RU2645387C1 (ru) | Способ распределения нагрузки между параллельно работающими судовыми дизель-генераторными агрегатами | |
CN109973300B (zh) | 风力发电机组功率控制方法及装置 | |
Falahi et al. | Reactive power coordination of shipboard power systems in presence of pulsed loads | |
Mobarra et al. | Variable speed diesel generators: Performance and characteristic comparison | |
DE102015121754A1 (de) | Modellbasierte Lastregelung eines Gas-und-Dampf-Kombikraftwerks | |
Hoshimov et al. | Main regularities of change in energy indicators of energy consuming facilities of industrial enterprises | |
US20160036367A1 (en) | Variable speed generator and motor | |
US20170187194A1 (en) | Method and systems for managing power systems | |
Iwanski et al. | Speed control with incremental algorithm of minimum fuel consumption tracking for variable speed diesel generator | |
Alamir et al. | Constrained control framework for a stand-alone hybrid (Stirling engine)/supercapacitor power generation system | |
EP3012939A1 (en) | Generator management system and method that selectively activate at least one of a plurality of generators in a power generation system | |
JP5855964B2 (ja) | プラント設備の最適制御方法及び最適制御装置 | |
RU178096U1 (ru) | Автономная генераторная установка | |
Kiryanova et al. | Energy storage device application for load oscillations damping in isolated power systems | |
KR101167578B1 (ko) | 선박용 엔진의 제어 장치 및 방법 | |
RU2578780C1 (ru) | Способ регулирования авиационного турбореактивного двигателя | |
Al-suod et al. | Optimization of the structure of diesel-generator units of ship power system | |
Li et al. | Study on the frequency control method and AGC model of wind power integration based on the full dynamic process simulation program | |
DE102012222308A1 (de) | Fahrzeug-Energieerzeugungssystem und Energieerzeugungs-Steuerverfahren für dasselbe | |
Anuchin | Structures of a digital PI controller for an electric drive | |
Kavalerov et al. | Adaptive control of the rotational frequency of a gas-turbine unit using a tunable model | |
Kuznetsov et al. | System of load distribution of ship diesel generators based on neural networks | |
Michalopoulos et al. | Comparison of ship power systems from an optimal economic operation point of view |