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

CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014

Nguồn cấp
Điều khiển

Khởi động và
điều khiển

-ß

-n
Bơm
thủy lực
2 chiều
cấp

Động
cơ điện

Q=var

Động cơ
thủy lực
hay xilanh
lực

Bánh
lái
+ß

+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
Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải

Số 37 – 01/2014

23


CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014

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:


Р t
1
(N)  0,2177  669,2
N
N

(1)



Р
1
Vậy Р t  t (N)  N  (0,2177  669,2 )  N
N
N

(2)

Trong đó N là công suất của máy chính (kW), Р t là công suất tổng của tải và đồ thị phần
dư như hình 1.


Р t
1
(D)  0,1363  648,2
D
D

(3)



Р
1
Vậy Р t  t (D)  D  (0,1363  648,2 )  D

D
D

(4)

Trong đó D là trọng tải của tàu (T), Р t là công suất tổng của tải và đồ thị phần dư như hình 2.

24

Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải

Số 37 – 01/2014


CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014

ei=f(1/Ni)

ei

ei=f(1/Di)

ei

0,4

0,20

0,3

0,15

0,2

0,10

0,1

0,05
1/Ni

0,0
0,0000
-0,1

0,0002

0,0004

0,0006

0,0008

0,0010

0,0012

0,0014

0,0016

0,0018

0,00
1/Di
0,0000 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006 0,0007 0,0008 0,0009 0,0010
-0,05

-0,2

-0,10

-0,3

-0,15

-0,4

-0,20

Hình 1. Quan hệ ei  f ( 1 )
Ni

Hình 2. Quan hệ ei  f (

1
)
Di

Để giảm sai số tính toán thì ta tính Р t theo N và D của công thức (2), (4) như sau:





Р t
Р
(N)  N  t (D)  D
N
D
Р t 
2

(5)

3. Xác định tổng phụ tải điện năng bằng phương pháp thay đổi thông số của tải
3.1. Mô hình toán học
Pt.i  3U i I i Cos i
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).
Pt.i  3 (U Hi  U i )(I Hi  I i )(Cos Hi  Cos i )

Pt.i  3 (UHi IHi CosHi  IHi CosHi Ui  UHi CosHi Ii  UHi IHi Cosi )
Pt.i  PHi  Pi
PHi  3U Hi I Hi Cos Hi ; Pi  3 (I Hi CosHi U i  UHi CosHi I i  UHi I Hi Cos i )
Рнi: công suất định mức của tải.
Theo luật phân phối chuẩn [3, 4] ta có:

12  n

 i  0,5n  *  ui  m ui


n  i 1


U i 

P.i 
P. 

(8)

(10)


12  n
 i  0,5n  *  Cosi  m Cosi


n  i 1


Cos i 

(7)

(9)



12  n
 i  0,5n  *  Ii  m Ii


n  i 1


I i 

(6)

(11)

N1

 Pt.i

(12)

i 1

1 N2
 P.i
N 2 i 1

(13)

N2

 (P.i  P. ) 2

DP.i   i 1

(14)

(N 2  1)

Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải

Số 37 – 01/2014

25


CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014

Trong đó:  i - Đại lượng ngẫu nhiên; n – Số đại lượng ngẫu nhiên; mui , mIi , m cos  – Kỳ
i
vọng toán học;  ui ,  Ii ,   cos i - Độ lệch tiêu chuẩn; N1- Số phụ tải, N2- Số vòng lặp quá
trình mô hình hóa đạt ổn định; P.i - Tổng công suất của tải; P. - Tổng công suất trung bình của
tải; DP.i  - 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.

Bắt đầu
Nhập dữ liệu: Р Н.i ,
U Н.i , Cos Н.i ,…
Luật phân phối chuẩn
Xác định các thông số mx,σx,tlv, tn và dải thay đổi

Thời gian tính (ngày)
Phát số ngẫu nhiên
Tính giá trị mới của các thông số
(ΔUi, ΔIi, ΔCosφi, …)

Tính Р i и Р t .i
tlv, tn
t≥1440
S

Đ
Tính Р .i . , Р ..
Tính D[Р .i . ] ,  (Р .i . )
Xây dựng đồ thị
Р .i . , Р .. , D[Р .i . ]
Kết thúc

Hình 3. Lưu đồ thuật toán tính toán công suất tổng
của phụ tải với các chế độ làm việc theo thời gian

26

Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải

Số 37 – 01/2014


CHóC MỪNG NĂM MỚI 2014

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.
Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải

Số 37 – 01/2014

27