ОЦЕНКА ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ В СУДОВЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Аннотация

Доказано, что при анализе электропотребления в судовых электроэнергетических системах с полупроводниковыми преобразователями необходимо учитывать такие их свойства, как большое число переключений вентилей на периоде работы, наличие интервалов времени на периоде работы судовых электроэнергетических систем, в течение которых элементы системы отключены друг от друга, искажения токов и напряжений, переменный характер интенсивности преобразования электроэнергии в другие виды. В судовых эксплуатационных условиях перечисленные свойства полупроводниковых преобразователей приводят к нелинейным характеристикам судовых электроэнергетических систем и необходимости рассмотрения таких электросистем, как нелинейные цепи с вентилями. Показано, что с целью оценки эффективности генерирования электрической энергии, её потребления и преобразования в линейных судовых электроэнергетических системах широко применяются понятия реактивной, активной и полной мощностей, которые имеют строгий физический смысл. Подтверждено, что при оценке энергетических характеристик судовых электроэнергетических систем с полупроводниковыми преобразователями формальный перенос математического аппарата, разработанного для линейных электроэнергетических цепей, в ряде случаев приводит к ошибочным результатам и не отражает реальные физические процессы. Рассмотрены энергетические характеристики судовых электроэнергетических систем с полупроводниковыми преобразователями, определение которых основано на адекватном им математическом аппарате. Приведены наиболее распространённые понятия интегральной реактивной мощности для нелинейных электроэнергетических систем. Представлен качественно новый подход при анализе энергетических процессов в нелинейных электросистемах, основанный на оценке кривой мгновенной мощности, содержащей достаточно полную информацию о физических процессах. Выявлено, что перспективным является метод оценки энергетических процессов в судовых электроэнергетических системах с несинусоидальными токами и напряжениями посредством понятия обменной энергии, отражающего интенсивность физических процессов обмена электромагнитной энергией между отдельными частями электрической цепи. Проведена оценка корректности использования различных методов расчета реактивной мощности. Установлено, что метод определения обменной и реактивной энергии на базе обменных процессов отражает реальные физические процессы, позволяет вскрыть существующие противоречия и исключить ошибки формального подхода.

Ключевые слова

судовые электроэнергетические системы, полупроводниковые преобразователи, реактивная мощность, интегральные характеристики, обменная энергия, обменная мощность, электропотребление

Читать полный текст статьи:  PDF

Список литературы

Музыка М. М. Исследование эффективности работы управляемых выпрямителей методами математического моделирования в MC и/или Matlab: монография / М. М. Музыка [и др.]; под ред. проф. А. И. Черевко. - Архангельск: САФУ имени М. В. Ломоносова, 2014. - 108 с.
Черевко А. И. Качество выходного напряжения выпрямителя, построенного на базе ТВМП, при четном и нечетном числе секций КО ТВМП / А. И. Черевко, М. М. Музыка, С. В. Платоненков [и др.] // Электротехника. - 2012. - № 4. - С. 41-45.
Сакович И. А. Качество выходного напряжения управляемого выпрямителя на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем / И. А. Сакович, А. И. Черевко, С. В. Платоненков // Электричество. - 2016. - № 1. - С. 43-49.
Гурьев В. В. Валогенераторные установки нового поколения / В. В. Гурьев, А. В. Григорьев // Корабел. - 2013. - № 3 (21). - С. 94-95.
Губанов Ю. А. Электроснабжение и электропитание корабельных потребителей: работа по исправлению нагрузки / Ю. А. Губанов, К. В. Жданов, А. Г. Сотников, Д. С. Муликов // Морской вестник. - 2014. - № 1 (49). - С. 43-48.
Приходько В. М. Интенсификация комплексных испытаний судового электрооборудования по энергосберегающей технологии в судостроении и судоремонте: монография / В. М. Приходько. - СПб.: СПГУВК, 2013. - 244 с.
Приходько В. М. Реактивная мощность как критерий оценки потерь при распределении электроэнергии в судовых электроэнергетических системах / В. М. Приходько, И. В. Приходько // IV Международный Балтийский морской форум: материалы форума. - Калининград: Изд-во БГАРФ, 2016. - С. 247-251.
Приходько В. М. Критерий оценки потерь при распределении электроэнергии в судовых электроэнергетических системах / В. М. Приходько, И. В. Приходько // Региональная информатика (РИ-2016). Юбилейная ХV Санкт-Петербургская междунар. конф. «Региональная информатика (РИ-2016)». Санкт- Петербург, 26 - 28 октября 2016 г.: материалы конф. - СПб.: РАН, 2016. - С. 314-315.
Приходько В. М. Эффективность компенсатора реактивной мощности дискретного типа / В. М. Приходько, М. Л. Ивлев, И. В. Приходько // Журнал Университета водных коммуникаций. - 2012. - № 3. - С. 68-75.
Мелкауи Х. Методы и средства комплексных испытаний электрооборудования по энергосберегающей технологии в судостроении и судоремонте: автореферат дис. на соиск.. канд. техн. наук / Х. Мелкауи. - СПб.: ФГОУ ВПО СПГУВК, 2012. - 23 с.
Приходько В. М. Резонансные явления в электроэнергетических системах с полупроводниковыми преобразователями при питании судов с берега / В. М. Приходько, М. Л. Ивлев, И. В. Приходько // Журнал Университета водных коммуникаций. - 2013. - № 3 (19). - С. 28-34.
Приходько В. Транзисторный компенсатор реактивной мощности / В. Приходько, М. Ивлев, И. Приходько // Силовая электроника. - 2017. - Т. 1. - № 64. - С. 65-68.
Azuma K. New 3.3-kV IGBT Module with Low Power Loss and High Current Rating / K. Azuma, I. Yo- shida, A. Konno, Y. Toyoda, K. Saito // Proc. PCIM Europe. - 2013. - Pp. 345-350.
Toyota Y. Novel 3.3-kV Advanced Trench HiGT with Low Loss and Low dv/dt Noise / Y. Toyota, S. Watanabe, T. Arai, M. Wakagi, M. Mori, M. Shinagawa, K. Azuma, Y. Shima, T. Oda, Y. Toyoda, K. Saito // Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD), 2013 25th International Symposium on. - IEEE, 2013. - Pp. 29-32. DOI: 10.1109/ISPSD.2013.6694391.
Nagel A. Robustness Requirements on Semiconductors for High Power Applications / A. Nagel, M. M. Bakran // Power Electronics and Applications (EPE), 2013 15th European Conference on. - IEEE, 2013. - Pp. 1-9. DOI: 10.1109/EPE.2013.6631910.
Jones P. S. Calculation of Power Losses for MMC-based VSC HVDC Stations / P. S. Jones, C. C. Davidson // Power Electronics and Applications (EPE), 2013 15th European Conference on. - IEEE, 2013. - Pp. 1-10. DOI: 10.1109/EPE.2013.6631955.
Application Manual (High voltage IGBT module). - Hitachi Power Semiconductor Device, Ltd., 2009. - 35 p.
Кусима Т. 1800 A/3,3 кВ IGBT-модуль с пазовой структурой затвора Advanced Trench HIGT и оптимизированной конструкцией / Т. Кусима, К. Адзума, Я. Нэмото [и др.] // Силовая электроника. - 2017. - Т. 1. - № 64. - С. 14-18.
Хофштёттер Н. Вопросы управления IGBT: однополярное управление, использование внешней емкости затвора / Н. Хофштёттер, П. Бекедаль, А. Колпаков // Силовая электроника. - 2017. - Т. 1. - № 64. - С. 21-26.

Об авторах

Приходько Валентин Макарович - кандидат технических наук, профессор

prihodki-3@yandex.ru. kaf_saees@gumrf.ru

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»

Приходько Ирина Валентиновна - старший преподаватель

prihodki-3@yandex.ru. kaf_upvt@gumrf.ru

ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»