ПРЕВЕНТИВНАЯ ЗАЩИТА СУДОВОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОТ РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРНЫХ АГРЕГАТОВ В ДВИГАТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ

DOI: 10.47026/1810-1909-2024-2-130-140

УДК 621.316.658.58

ББК 39.462

А.В. САУШЕВ, А.М. СМОЛЕНКОВ, Н.В. ШИРОКОВ

Ключевые слова

судовая электроэнергетическая система, нагрузка, генераторный агрегат, предупредительное управление, обратная мощность, первичный двигатель, защита

Аннотация

В статье представлены результаты исследования функционирования судовой электроэнергетической системы в нештатной ситуации, вызванной переходом одного из генераторных агрегатов в двигательный режим. Показано, что существующие средства защиты от обратной мощности оказываются неэффективными в случаях неконтролируемого увеличения подачи топлива в первичный двигатель одного из работающих генераторных агрегатов и не могут предотвратить перерыв в электроснабжении потребителей первой категории. В этой связи сформулирована задача по разработке методов и средств для обеспечения безаварийного перехода в состояние правильного функционирования судовой электроэнергетической системы, предотвращающих работу исправных генераторов в двигательном режиме.

Целью исследования является разработка способа формирования управляющего воздействия на судовую электроэнергетическую систему, в составе которой работают три и более генераторных агрегата, для обеспечения ее безаварийного функционирования в состоянии неконтролируемого увеличения подачи топлива в дизель одного из агрегатов.

Материалы и методы. Для достижения поставленной цели исследования применялись функционально-логический подход и метод предупредительного управления судовой электроэнергетической системой.

Результаты исследований. Предложен новый диагностический признак неработоспособного состояния судовой электроэнергетической системы, согласно которому система признается неработоспособной в момент, когда нагрузка только одного из работающих агрегатов растет, а разность нагрузок генераторов превысила допустимое значение и продолжает увеличиваться. Разработан оригинальный способ превентивной защиты судовой электроэнергетической системы, обеспечивающий безаварийный переход в состояние правильного функционирования в случае неконтролируемого увеличения подачи топлива в дизель одного из агрегатов. Согласно предложенному подходу идентифицируют неработоспособное состояние системы, в составе которой более двух генераторных агрегатов осуществляют превентивную разгрузку сети, определяют агрегат, нагрузка которого увеличивается, и подают команду на размыкание его автоматического выключателя. Представлена функциональная схема устройства, реализующего разработанный способ превентивной защиты.

Выводы. Предложенный подход позволяет своевременно идентифицировать и отключить неработоспособный генераторный агрегат в случае несанкционированного увеличения подачи топлива в дизель. При этом не допускаются переход в двигательный режим и отключение работоспособных агрегатов, исключается перерыв в электроснабжении потребителей электроэнергии первой категории.

Литература

1. Арцишевский Я.Л., Гиёев Б.М. Эффективность автоматической частотной разгрузки с передачей команд на отключение электроприемников 0,4 кВ // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2017. Т. 60, № 6. С. 37–44.
2. Булатов Ю.Н. Интеллектуальные системы управления установками распределенной генерации // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21, № 10(129). С. 78–94. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-10-78-94.
3. Бычков Е.В., Захаров П.А. Обеспечение устойчивой работы автономных энергосистем в газовой промышленности // Автоматизация и IT в нефтегазовой промышленности. 2019. № 3(37). С. 30–40.
4. Воропай Н.И., Чулюкова М.В. Противоаварийное управление нагрузкой для обеспечения гибкости электроэнергетических систем // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2020. Т. 24, № 4. С. 781–794. DOI: 10.21285/1814-3520-2020-4-781-794.
5. Саушев А.В., Широков Н.В. Превентивная защита автономных электроэнергетических систем от обратной мощности на основе предупредительного управления // Электротехника. 2023. № 2. С. 34-40.
6. Филиппов С.П., Дильман М.Д., Илюшин П.В. Распределенная генерация и устойчивое развитие регионов // Теплоэнергетика. 2019. № 12. С. 4–17. DOI:1134/S0040363619120038.
7. Широков Н.В. Предупредительное управление судовой электроэнергетической системой при отказе источников электроэнергии // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. 2019. Т. 11, № 2. С. 396–405. DOI: 10.21821/2309-5180- 2019-11-2-396-405.
8. Широков Н. В. Превентивная защита судовой электроэнергетической системы с параллельно работающими генераторными агрегатами // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. 2021. №. 62-63. С. 121–130.
9. Правила классификации и постройки морских судов. СПб.: РМРС, 2017. 807 с.
10. Эффективность распределенной энергетики в условиях минерально-сырьевого комплекса / Б.Н. Абрамович, Ю.А. Сычев, Д.А. Устинов и др. // Промышленная энергетика. №5. С. 8–16.
11. Aman M.M. Modeling and simulation of reverse power relay for generator protection. In: 2012 IEEE International Power Engineering and Optimization Conference Melaka. Malaysia, 2012, pp. 317–322. DOI: 10.1109/PEOCO.2012.6230882.
12. Dileep G. A survey on smart grid technologies and applications. Renewable Energy, 2020, vol. 146, pp. 2589–2625. DOI: 10.1016/j.renene.2019.08.092.
13. Davarzani S., Pisica I., Taylor G.A., Munisami K.J. Residential demand response strategies and applications in active distribution network management. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2021, 138, p. 110567. DOI: 10.1016/j.rser.2020.110567.
14. Guo J., Badesa L., Teng F. et al. Value of point-of-load voltage control for enhanced frequency response in future GB power system. IEEE Transactions on Smart Grid, 2020, 11(6), pp. 4938–4948. DOI: 10.1109/TSG.2020.3000728.
15. Holguin J.P., Rodriguez D.C., Ramos G. Reverse Power Flow (RPF) Detection and Impact on Protection Coordination of Distribution Systems. IEEE Transactions on Industry Applications, 2020, vol. 56(3), pp. 2393–2401. DOI: 1109/TIA.2020.2969640.
16. Mishra D.P., Senapati R., Patra S. et al. Enhancing the Performance of Reverse Power Relay for Generator Protection. WSEAS Transactions on Power Systems, 2021, vol. 16, pp. 336–343. DOI: 10.37394/232016.2021.16.33.
17. Rammal Z.A., Daher N.A., Kanaan H. et.al. Optimal PMU placement for reverse power detection. In: 2018 4^th International Conference on Renewable Energies for Developing Countries (REDEC). IEEE, 2018, pp. 1–5. DOI: 10.1109/REDEC.2018.8597975.
18. Samami M.M., Azary N. Novel fast and secure approach for revers power protection in synchronous generators. IET Electric Power Applications, 2019, vol. 13(12), pp. 2128–2138. DOI: 10.1049/iet-epa.2018.5961.
19. Saushev A., Shirokov N., Kuznetsov S. Preventive Protection of Ship’s Electric Power System from Reverse Power. Advances in Intelligent Systems and Computing, 2021, 1258 AISC, р 388–398. DOI: 10.1007/978-3-030-57450-533.
20. Xiong J. The additional control strategies to improve primary frequency response for hybrid power plant with gas turbines and steam turbines. Energy Reports, 2022, 8, pp. 557–564.

Сведения об авторах

Саушев Александр Васильевич – доктор технических наук, заведующий кафедрой электропривода и электрооборудования береговых установок, Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова, Россия, Санкт-Петербург (saushev@bk.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0003- 2657-9500).

Смоленков Анатолий Михайлович – кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Научно-исследовательский институт кораблестроения и вооружения Военно-Морского Флота, Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота «Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова», Россия, Санкт-Петербург (saman48@mail.ru).

Широков Николай Викторович – кандидат технических наук, доцент кафедры электропривода и электрооборудования береговых установок, Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова, Россия, Санкт-Петербург (shirokovn@inbox.ru; ORCID: https://orcid.org/0000-0001- 7170-0678).

Формат цитирования

Саушев А.В., Смоленков А.М., Широков Н.В. Превентивная защита судовой электроэнергетической системы от работы генераторных агрегатов в двигательном режиме // Вестник Чувашского университета. – 2024. – № 2. – С. 130–140. DOI: 10.47026/1810-1909-2024-2-130-140.

Загрузить полный текст статьи