Phương pháp mới xác định tải cho trạm phát điện tàu thủy

CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 23 Nguồn cấp Động cơ điện Bánh lái Bơm thủy lực 2 chiều cấp Q=var Điều khiểnKhởi động và điều khiển -ß +ß Động cơ thủy lực hay xilanh lực - n + n Hình 7. Sơ đồ khối cấu trúc máy lái điện - thủy lực dùng bơm 2 chiều cấp, có lưu lượng ra thay đổi Trên hình 7 động cơ điện lai bơm thủy lực tất nhiên phải được đảo chiều quay và điều chỉnh tốc độ. Thông thường để khởi động, đảo chiều quay và điều chỉnh động cơ điện thì người ta sử dụng bộ biến đổi tần số, tức là khối Khởi động và điều khiển trên hình 7 là các bộ biến tần công nghiệp. 3. Kết luận Bài báo đã nêu cấu trúc tổng thể các dạng khác nhau của các loại máy lái được trang bị trên tàu thủy hiện nay nói chung và đặc biệt các dạng máy lái điện - thủy lực nói riêng. Đặc biệt bài báo đã đề cập đến rất nhiều quan niệm mới về máy lái điện - thủy lực hiện nay so với quan niệm trước kia đã không còn phù hợp nữa. Một số quan niệm cũ cho rằng cứ hệ máy lái điện - thủy lực thì động cơ điện lai bơm thủy lực là loại động cơ công tác ở chế độ dài hạn, không đảo chiều quay, không điều chỉnh tốc độ, hay cứ loại máy lái điện - thủy lực sử dụng bơm thủy lực có lưu lượng ra thay đổi là có đi kèm theo động cơ điều khiển servô motor và bơm có lưu lượng ra không đổi là có đi kèm theo van điện từ điều khiển. Các quan niệm trên không còn phù hợp nữa mà phải quan niệm rộng hơn như theo nội dung bài báo đã trình bày. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hệ thống lái tự động hãng Rolls- Royce (Na–uy). [2] Hệ thống lái tự động hãng Raytheon Anchuz (Đức). [3] Hệ thống lái tự động hãng Sperry (Đức). [4] Hệ thống tự động PT70 (Nhật Bản). [5] Hệ thống máy lái hãng Hydroster (Ba Lan). Người phản biện: ThS. Tống Lâm Tùng PHƯƠNG PHÁP MỚI XÁC ĐỊNH TẢI CHO TRẠM PHÁT ĐIỆN TÀU THỦY A NEW APPROACH FOR DETERMINING ELECTRICAL LOAD OF MARINE POWER STATION TS. HOÀNG ĐỨC TUẤN Khoa Điện - Điện tử, Trường ĐHHH Việt Nam Tóm tắt Phụ tải của trạm phát điện tàu thủy có tính chất ngẫu nhiên, chúng phụ thuộc vào các thông số của tải như dòng điện tải, hệ số công suất, điện áp, thời gian đóng, cắt, làm việc và hệ số làm việc đồng thời của các phụ tải. Vì vậy, việc xác định tải cho trạm phát điện tàu thủy cần phải tính đến các thông số này nhằm tăng độ chính xác khi tính toán. Bài báo trình bày phương pháp mới xác định tải cho trạm phát điện tàu thủy khi xét đến các yếu tố ngẫu nhiên của phụ tải. Abstract Electrical load of marine power station has random nature, they depend on the parameters of the electrical load as current, power factor, voltage, time closing, openning, working and the same working coefficient of the electrical loads. So that, determining CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 24 electrical load for marine power station need to take these parameters to increase the accuracy of the calculation. This paper presents a new approach to determine electrical load of marine power station when considering the random factors of the electrical load. Key words: Marine power station, the random factors of the electrical load. 1. Giới thiệu Tải của trạm phát điện trong hệ thống điện năng tàu thủy phụ thuộc vào chế độ làm việc, vùng hoạt động, tốc độ tàu, trạng thái bề mặt biển và các yếu tố khác, chúng đều có tính chất ngẫu nhiên [1, 2]. Hiện nay để xác định tải cho trạm phát điện tàu thủy sử dụng các phương pháp như phương pháp tải không đổi, phương pháp tải thay đổi, phương pháp mô hình hóa thống kê trên máy tính và phương pháp hàm tương quan [1, 2]. Ba phương pháp đầu dựa trên mô hình bảng tải và cũng có thể sử dụng để xác định tải cho các thiết bị biến đổi điện năng, bảng phân phối điện và dây cáp,... Trong các phương pháp đó thì phương pháp tải không đổi và phương pháp hàm tương quan được sử dụng khá phổ biến khi thiết kế hệ thống điện năng tàu thủy. Thực tế khai thác các thiết bị điện tàu thủy đã chỉ ra rằng thậm chí khi cùng các thành phần của phụ tải điện năng thì tổng các phụ tải cũng là một đại lượng ngẫu nhiên, nó phụ thuộc vào thông số làm việc của tải như dòng điện tải, hệ số công suất, điện áp lưới và các thông số về thời gian làm việc của phụ tải như thời gian đóng, cắt, làm việc, hệ số làm việc đồng thời của các phụ tải. Khi xác định tải bằng phương pháp bảng tải đã không tính tới các yếu tố này do vậy sẽ dẫn đến sai số lớn khi tính toán tải và việc chọn số lượng, công suất của các máy phát sẽ không tối ưu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi các máy phát làm việc non tải thì suất tiêu hao nhiên liệu trong khai thác sẽ tăng lên so với tải định mức, hơn nữa chi phí đầu tư ban đầu tăng, do vậy sẽ giảm hiệu quả khai thác và giảm tính cạnh tranh trong đóng tàu. Bài báo đề cập đến phương pháp mới xác định tải điện năng cho trạm phát điện tàu thủy khi thiết kế ban đầu trong điều kiện thay đổi ngẫu nhiên các thông số và chế độ làm việc của tải điện năng, nhằm nâng cao độ chính xác, hiệu quả trong quá trình thiết kế đóng mới tàu thủy. Kết quả nghiên cứu được trình bày trong các phần sau. 2. Xác định tổng phụ tải điện năng dựa trên các thông số của tàu Dựa trên phương pháp phân tích và tổng hợp hồi quy - tương quan [3] để xác định hàm quan hệ giữa tổng phụ tải điện năng và công suất máy chính hoặc trọng tải của tàu theo giá trị tuyệt đối riêng của chúng với dữ liệu tính toán trong tài liệu [5] ta nhận được các hàm quan hệ như sau: N 1 669,20,2177)N( N Р t    (1) Vậy N) N 1 669,20,2177(N)N( N Р Р tt     (2) Trong đó N là công suất của máy chính (kW), tР là công suất tổng của tải và đồ thị phần dư như hình 1. D 1 648,20,1363)D( D Р t    (3) Vậy D) D 1 648,20,1363(D)D( D Р Р tt     (4) Trong đó D là trọng tải của tàu (T), tР là công suất tổng của tải và đồ thị phần dư như hình 2. CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 25 ei=f(1/Ni) -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0,0012 0,0014 0,0016 0,0018 1/Ni ei ei=f(1/Di) -0,20 -0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,0000 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006 0,0007 0,0008 0,0009 0,0010 1/Di ei Hình 1. Quan hệ ) 1 ( i i N fe  Hình 2. Quan hệ ) 1 ( i i D fe  Để giảm sai số tính toán thì ta tính tР theo N và D của công thức (2), (4) như sau: 2 D)D( D Р N)N( N Р Р tt t        (5) 3. Xác định tổng phụ tải điện năng bằng phương pháp thay đổi thông số của tải 3.1. Mô hình toán học iii CosIU 3Pt.i  (6) Trong đó Ui - Giá trị điện áp hiệu dụng của tải; (V); Ii – Giá trị dòng điện hiệu dụng của tải, (A); Сosφi – Hệ số công suất; Pt.i – Công suất của tải, (W). ))()((3Pt.i iHiiHiiHi CosCosIIUU   )(3Pt.i iHiHiiHiHiiHiHiHiHiHi CosIUICosUUCosICosIU   iHi PP t.iP (7) HiHiHi CosIU 3PHi  ; )(3Pi iHiHiiHiHiiHiHi CosIUICosUUCosI   (8) Рнi: công suất định mức của tải. Theo luật phân phối chuẩn [3, 4] ta có: uiui n i ii mn n U               *5,0 12 1 (9) IiIi n i ii mn n I               *5,0 12 1 (10) ii CosCos n i ii mn n Cos               *5,0 12 1 (11) PP 1N 1i t.i.i     (12) P 1 P 2N 1i .i 2 .     N (13)   )1( )P(P P 2 N 1i 2 ..i .i 2        N D (14) CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 26 Trong đó: i - Đại lượng ngẫu nhiên; n – Số đại lượng ngẫu nhiên; i mmm Iiui  cos,, – Kỳ vọng toán học; ui , Ii , i cos - Độ lệch tiêu chuẩn; N1- Số phụ tải, N2- Số vòng lặp quá trình mô hình hóa đạt ổn định; .iP - Tổng công suất của tải; .P - Tổng công suất trung bình của tải;  .iPD - Phương sai. 3.2. Lưu đồ thuật toán Thuật toán tính toán công suất tổng của phụ tải với các chế độ làm việc theo thời gian trình bày trên hình 3. Hình 3. Lưu đồ thuật toán tính toán công suất tổng của phụ tải với các chế độ làm việc theo thời gian Thời gian tính (ngày) Bắt đầu Phát số ngẫu nhiên Tính giá trị mới của các thông số (ΔUi, ΔIi, ΔCosφi, ) Tính iР и itР . Nhập dữ liệu: iНР . , iНU . , iНCos . , Luật phân phối chuẩn Xác định các thông số mx,σx,tlv, tn và dải thay đổi t≥1440 tlv, tn S Kết thúc Tính ][ ..iРD  , )( ..iР Xây dựng đồ thị ..iР , ..Р , ][ ..iРD  Tính ..iР , ..Р Đ CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014 Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 37 – 01/2014 27 3.3. Thực hiện tính toán tổng tải điện năng bằng phần mềm ứng dụng Phần mềm ứng dụng được xây dựng bằng ngôn ngữ Delphi, làm việc trên hệ điều hành windows 32 – bit bao gồm các chương trình con như nhập dữ liệu, tính toán công suất của phụ tải, công suất tổng, công suất trung bình, phương sai theo mô hình toán đã trình bày, xây dựng đồ thị, xuất dữ liệu ra ở dạng file. Một số giao diện, đồ thị, kết quả sau khi tính toán được trình bày trên hình 4, 5, 6. Hình 4. Cửa sổ nhập dữ liệu Hình 5. Đồ thị tổng phụ tải tiêu thụ theo thời gian Hình 6. Đồ thị tổng phụ tải trung bình và phương sai 4. Kết luận Phương pháp mới tính toán tải cho trạm phát điện tàu thủy được đề xuất bao gồm hai phần, phần thứ nhất tính toán tải dựa vào thông số của tàu là trọng tải tàu và công suất máy chính, đảm bảo sai số tính toán từ 8 ÷ 15 % mà không phân biệt chủng loại tàu, loại tải. Phần thứ hai được tính toán dựa trên sự thay đổi các thông số của tải và đã tính đến các yếu tố ngẫu nhiên mà phương pháp bảng tải không xét đến, cũng như chế độ làm việc của tàu. Dựa vào kết quả tính toán cho phép người thiết kế lựa chọn được số lượng và công suất tổ hợp máy phát từ bước thiết kế ban đầu. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Баранов А. П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы. - СПб.: Судостроение, 2005. [2] Богомолов В.С. Судовые электроэнергетические системы и их эксплуатация. - М.: Мир, 2006. [3] Герман Г.В., Киреев Ю.Н., Мельницкая Е.А. Надёжность судовых электроэнергетических систем и систем судовой автоматики. - СПб.: СПбГМТУ, 2004.