2. Расчет мощности сэс и выбор генераторных агрегатов

2.1. Предварительные замечания

Существуют несколько методов расчета мощности СЭС. Рассмотрим основные из них.

Метод аналитического определения параметров нагрузки

Подробное исследование основных свойств суммарной электрической нагрузки на станцию как случайной функции времени убеждает в том, что функция (нагрузка) обладает свойствами стационарности и, следовательно, имеет постоянные, независимые от конкретной реализации параметры распределения: математическое ожидание, дисперсию (среднеквадратичное отклонение) – характеристику рассеивания, разбросанности значения случайной величины около её математического ожидания.

Математическое ожидание суммарной нагрузки на станцию в рассматриваемом режиме судна:

, (7)

где – постоянная составляющая нагрузки (сумма нагрузок потребителей, включенных постоянно с примерно постоянной нагрузкой); – сумма математических ожиданий нагрузки; – отдельных потребителей.

Дисперсия суммарной нагрузки определяется как сумма дисперсий

. (8)

Среднее квадратичное отклонение суммарной нагрузки на станцию:

(9)

Таким образом, определив математическое ожидание и среднее квадратичное отклонение нагрузки, можно утверждать, что в ходовом режиме, равно как и в любом другом режиме с нормальным законом распределения, нагрузка на судовую станцию практически не превзойдет M (p) + 2 (, т. е. P<= M (p) + 2).

Для выполнения расчетов нужно знать характер графика, время нагрузки для каждого потребителя, а также мощность потребителя с учетом коэффициента загрузки каждого приемника.

Метод статистического моделирования с применением ЭВМ

Из выражения P<=M (p) + 2 (следует, что для определения верхней границы нагрузки на СЭС нужно знать параметры распределения нагрузки: математическое ожидание и среднее квадратичное отклонение. Параметры можно определять аналитически, как это было уже рассмотрено, и при помощи статистического моделирования суммарной нагрузки на цифровой вычислительной машине. Этот метод называют также методом статистических испытаний или методом Монте-Карло.

Цифровые вычислительные машины позволяют за очень короткое время получить такое множество отдельных результатов суммирования (множество реализаций), при котором статистические средние величины вполне можно принять за основные характеристики случайного процесса: M [p], D[p].

Метод статистических испытаний основан на розыгрыше единичного жребия для каждого потребителя. Результаты жребия, полученные при переменном режиме работы в виде конкретного значения мощности (Px), суммируются и прибавляются при моделировании к постоянной составляющей электрической нагрузки на станцию. Постоянная составляющая нагрузки вычисляется суммированием мощностей всех потребителей с постоянным графиком нагрузки.

Табличный метод

Этот метод отличается наглядностью, простотой расчетов и может считаться универсальным для большинства судов, поэтому он получил широкое распространение. Задача составления таблицы является определением мощности электростанции в различных режимах работы судна и выбор основных и резервных генераторов. Согласно требованиям Морского Регистра таблицы нагрузок должны отражать для ледокола следующие режимы [22]:

а) стоянка без грузовых операций;

б) стоянка с грузовыми операциями;

в) маневры (снятие с якоря и т.д.);

г) ходовой

д) аварийный.

Особенности этих режимов не требуют специальных пояснений, за исключением аварийного режима. В таблицы нагрузок электростанций всегда включается аварийный режим, который надо рассматривать как ходовой режим, но при возникновении пожара на судне или частичном затоплении помещений вне судовой электростанции. Данный аварийный режим не следует смешивать с другим аварийным режимом, который соответствует полному затоплению судовой электростанции и других помещений. При этом судно полностью теряет ход и погружается в воду по главную палубу. В предположении такого режима на судах предусматривается аварийный генератор.

Выбор единичной мощности ГА надо производить на основании расчетных данных, полученных для всех эксплуатационных режимов судна, а также с учетом требований Морского Регистра [22]:

С целью повышения живучести СЭЭС станция должна состоять из не менее 2-х ГА и не более 6-и ГА;

Необходимо обеспечить оптимальную загрузку в пределах 70-90% суммарной мощности ГА в основных режимах работы судна;

По возможности ГА должны быть однотипными и соизмеримыми по мощности и приводному двигателю.

В процессе составления таблицы нагрузок ГА по режимам особое внимание следует уделять точному определению, в каких режимах и с какой нагрузкой работают потребители электроэнергии. При этом должно быть обращено внимание на длительную, кратковременную и эпизодическую работу потребителей электроэнергии в режимах.

На основании полученных расчетных величин суммарной потребляемой мощности по всем режимам с учетом коэффициентов одновременности и потерь сети производится выбор единичных и суммарных мощностей ГА СЭС.

Основная сложность при составлении таблиц нагрузок ГА – определение коэффициентов загрузки судовых электрифицированных механизмов и устройств в режимах. Указанные коэффициенты в большинстве случаев принимаются по максимальным значениям.

Аналитический метод расчета

При выборе ГА основные затруднения обусловливаются сложностью определения потребляемых мощностей большого количества потребителей электроэнергии, работающих с различными нагрузками во многих режимах работы судна. Аналитический метод определения мощности ГА базируется на том, что мощность электрифицированных механизмов и устройств энергетической установки непосредственно зависит от мощности главных двигателей энергетической установки, а все остальные потребители зависят косвенно от мощности главных двигателей энергетической установки судна.

Аналитический метод расчета исключает применение коэффициентов одновременности, которые в табличном методе расчетов могут привести к некоторым погрешностям при расчетах нагрузки генераторных агрегатов судовых электростанций. При расчете мощности СЭС и выборе ГА будет использован данный метод.