Aplicación de filtro armónico activo y generador de var estático en sistemas eléctricos marinos

Un barco, en particular un buque moderno y avanzado, es esencialmente una ciudad flotante con una alta concentración de sistemas de energía. La estabilidad, la eficiencia y la fiabilidad de su sistema eléctrico están directamente relacionadas con la seguridad operativa, los costes operativos y la misión del barco. El SVG, como... Dinámico, preciso y de alto rendimiento. El dispositivo de compensación de potencia reactiva desempeña un papel irreemplazable a la hora de abordar los desafíos especiales de los sistemas eléctricos marinos.

I. Características y desafíos de los sistemas eléctricos marinos

Antes de analizar las aplicaciones de SVG, es necesario comprender los aspectos únicos de una red eléctrica marina:

1. Modo de funcionamiento "en isla" La red eléctrica del barco es una microrred típica en isla. Su energía es suministrada íntegramente por generadores síncronos a bordo (generadores diésel, generadores de turbina de gas). La red tiene una capacidad limitada y una pequeña capacidad de cortocircuito, lo que dificulta... fluctuación de voltaje y estabilidad de frecuencia mucho más pronunciado que en las grandes redes terrestres.

2. Características de carga complejas y dinámicas :

   • Cargas de impacto de alta potencia :Los propulsores, mecanismos de dirección, cabrestantes, grúas y elevadores generan sobretensiones reactivas masivas y rápidamente cambiantes durante el arranque y el funcionamiento, lo que provoca caídas de tensión en la red.

   • Abundantes cargas no lineales :Los variadores de frecuencia (VFD) se utilizan ampliamente en propulsores principales (para barcos de propulsión eléctrica), bombas, ventiladores, etc., generando armónicos significativos y absorbiendo potencia reactiva.

   • Cargas pulsantes Los equipos como el radar y el sonar generan energía pulsada durante su funcionamiento.

3. Restricciones de espacio y peso El espacio de la nave es extremadamente valioso. Cualquier equipo debe tener Alta densidad de potencia, tamaño reducido y peso ligero .

4. Ambiente áspero :El equipo debe resistir Altas temperaturas, alta humedad, corrosión por niebla salina y vibración e inclinación continuas. .

Los métodos tradicionales de compensación de bancos de condensadores/reactores (TSC/TCR) son de respuesta lenta, impreciso, voluminoso , y propenso a resonancia armónica Con impedancia de red, lo que los hace inadecuados para embarcaciones modernas. Aquí es precisamente donde el SVG destaca.

II. Escenarios específicos de aplicación de SVG en la industria marítima

Los SVG utilizan convertidores electrónicos de potencia para generar o absorber corriente reactiva instantáneamente (tiempo de respuesta <5 ms), estabilizando dinámicamente la tensión de la red. Sus principales aplicaciones son las siguientes:

1. Soporte de potencia reactiva y voltaje para sistemas de propulsión eléctrica

• Buques objetivo :Buques de gran tamaño con propulsión eléctrica (Azipod u otros propulsores con cápsulas), como rompehielos, buques de investigación, cruceros, buques de apoyo en alta mar (OSV) y transportadores de GNL.

• Problema Los principales convertidores de propulsión son enormes cargas reactivas cuya demanda varía drásticamente con la velocidad y la carga. Esto provoca:

  • Fluctuaciones de voltaje en los terminales del generador que afectan a otros equipos sensibles.

  • Obliga a varios generadores a funcionar en paralelo para proporcionar suficiente capacidad reactiva, lo que conduce a Muy baja eficiencia de combustible en funcionamiento con carga baja ("funcionamiento con poca carga").

• Solución SVG :

  • Instale SVG de manera central cerca del tablero de distribución principal (MSB) para proporcionar soporte dinámico de potencia reactiva Para el sistema de propulsión, estabilizando el voltaje de la red.

  • Permite la operación "N-1" o incluso "N-2" :El SVG puede reemplazar uno o incluso dos generadores para proporcionar la potencia reactiva requerida, lo que permite que los motores diésel funcionen con factores de carga más altos y más eficientes. reduciendo significativamente el consumo de combustible y las emisiones Esta es una de las aplicaciones económicamente más valiosas del SVG en los barcos.

2. Supresión de fluctuaciones de voltaje y parpadeo

• Buques objetivo :Todos los buques con cargas fluctuantes de alta potencia, como buques portacontenedores (grúas de barco), buques de investigación (barcos tipo A, rosetas CTD), dragas y buques remolcadores y abastecedores con manejo de anclas (AHTS).

• Problema :Los propulsores y las grúas de cubierta consumen corrientes reactivas masivas durante el arranque y la carga repentina, lo que provoca caídas de tensión y parpadeo de la luz en toda la red del barco, lo que afecta gravemente el funcionamiento de otros equipos y la comodidad de la tripulación.

• Solución SVG :

  • Instale SVG cerca de los circuitos de distribución de cargas fluctuantes (por ejemplo, placas de propulsión).

  • En el instante en que se inicia la carga, el SVG inyecta inmediatamente la corriente reactiva capacitiva requerida, compensación perfecta la potencia reactiva inductiva absorbida por la carga, limitando así las fluctuaciones de tensión a un rango muy pequeño (por ejemplo, ±1%) y eliminando el parpadeo.

3. Corrección dinámica del factor de potencia (PFC)

• Buques objetivo :Todos los buques comerciales, para cumplir con los requisitos de factor de potencia de las sociedades de clasificación (por ejemplo, DNV, ABS, LR, CCS).

• Problema Numerosas cargas de motor (bombas, ventiladores) provocan un bajo factor de potencia general, incluso al funcionar a la frecuencia de red. Los bancos de condensadores tradicionales no pueden seguir los cambios de carga, lo que conlleva el riesgo de sobrecompensación o subcompensación.

• Solución SVG :

  • El SVG puede controlar con precisión todo el factor de potencia de la red del barco a un valor establecido (normalmente 0,98 de adelanto o retraso), evitando penalizaciones a los servicios públicos (en tierra) y optimizando el rendimiento del generador.

4. Trabajo en conjunto con equipos de filtrado armónico (APF + SVG)

• Problema :Las cargas no lineales, como los VFD, generan armónicos y potencia reactiva.

• Solución :

  • Solución integrada :Los dispositivos modernos de calidad de energía a menudo integran Filtro de potencia activo (APF) y SVG funcionalidades en una sola unidad (llamada Acondicionador de potencia activo o Dispositivo híbrido de compensación armónica y reactiva ).

  • División del trabajo El módulo APF filtra las corrientes armónicas, mientras que el módulo SVG compensa la potencia reactiva. Un solo dispositivo resuelve simultáneamente dos importantes problemas de calidad de la energía, ahorrando espacio y simplificando la estructura del sistema. Esto resulta muy atractivo para buques con limitaciones de espacio.

III. Resumen de las ventajas de SVG sobre las soluciones tradicionales

IV. Puntos clave para la selección e implementación

La selección de un SVG para uso marino requiere consideraciones adicionales:

1. Idoneidad ambiental :El equipo debe cumplir Certificaciones de sociedades de clasificación (por ejemplo, DNV-GL, ABS, LR, CCS, etc.), tienen una clasificación de protección de ingreso (IP) suficiente (por ejemplo, IP22 o superior) y utilizan diseños y materiales adecuados para un entorno marino ( antisal, anticorrosión ).

2. Cálculo de capacidad :Debe basarse en las condiciones operativas más severas (por ejemplo, el propulsor arranca a máxima potencia mientras la propulsión principal también está acelerando).

3. Ubicación de la instalación :

   • Compensación centralizada :Instalado cerca del Cuadro de Distribución Principal (MSB) para abordar problemas globales.

   • Compensación local :Se instala cerca de cargas fluctuantes específicas (por ejemplo, tablero de distribución del propulsor) para una mitigación más específica y efectiva.

4. Integración de sistemas :El SVG debe integrarse en el sistema de gestión de energía (PMS) o el sistema de gestión de energía (EMS) del barco para lograr un control coordinado inteligente.

En la industria marítima, la Generador de variables estáticas (SVG) ya no es simplemente un dispositivo de "corrección del factor de potencia", sino un tecnología central clave que mejora la estabilidad, seguridad, economía y desempeño ambiental del sistema eléctrico del barco.

Es especialmente adecuado para:

• Buques de propulsión eléctrica , para lograr ahorro de energía y un funcionamiento estable.

• Buques de trabajo (por ejemplo, buques de investigación, buques de construcción), para garantizar la ejecución de la misión y la seguridad del equipo bajo cargas fluctuantes de alta potencia.

• Todos los buques comerciales de alta gama , como configuración característica de una red inteligente moderna, que cumple con los estándares medioambientales y de eficiencia más estrictos del futuro (por ejemplo, EEXI, CII).

Invertir en SVG es invertir en la confiabilidad, la eficiencia y la competitividad a largo plazo de las operaciones de los buques.