Application de filtre harmonique actif et de générateur de var statique dans les systèmes électriques marins

Un navire, en particulier un navire moderne et perfectionné, est essentiellement une ville flottante, hautement concentrée en systèmes électriques. La stabilité, l'efficacité et la fiabilité de son système électrique sont directement liées à la sécurité opérationnelle, aux coûts d'exploitation et à la mission du navire. Le SVG, en tant que dynamique, précis et performant Le dispositif de compensation de puissance réactive joue un rôle irremplaçable pour relever les défis particuliers des systèmes électriques marins.

I. Caractéristiques et défis des systèmes électriques marins

Avant de discuter des applications SVG, il faut comprendre les aspects uniques d’un réseau électrique marin :

1. Mode de fonctionnement « insulaire » :Le réseau électrique du navire est un micro-réseau insulaire classique. Son électricité est entièrement fournie par des générateurs synchrones embarqués (générateurs diesel, turbines à gaz). La capacité du réseau est limitée et sa faible capacité de court-circuit pose des problèmes. fluctuation de tension et stabilité de fréquence beaucoup plus prononcé que dans les grands réseaux terrestres.

2. Caractéristiques de charge complexes et dynamiques :

   • Charges d'impact à haute puissance :Les propulseurs, les appareils à gouverner, les treuils, les grues et les ascenseurs génèrent des surtensions de puissance réactive massives et à évolution rapide lors du démarrage et du fonctionnement, provoquant des chutes de tension du réseau.

   • Charges non linéaires abondantes :Les variateurs de fréquence (VFD) sont largement utilisés dans les propulseurs principaux (pour les navires à propulsion électrique), les pompes, les ventilateurs, etc., générant des harmoniques importantes et absorbant la puissance réactive.

   • Charges pulsées :Les équipements tels que les radars et les sonars génèrent de l'énergie pulsée pendant leur fonctionnement.

3. Contraintes d'espace et de poids :L'espace du navire est extrêmement précieux. Tout équipement doit avoir densité de puissance élevée, faible encombrement et poids léger .

4. Environnement difficile : L'équipement doit résister températures élevées, humidité élevée, corrosion par brouillard salin et vibrations et inclinaisons continues .

Les méthodes traditionnelles de compensation de batteries de condensateurs/réacteurs (TSC/TCR) sont réponse lente, imprécise, volumineuse , et sujet à résonance harmonique avec impédance de grille, ce qui les rend inadaptés aux navires modernes. C'est précisément là que le SVG excelle.

II. Scénarios d'application spécifiques du SVG dans l'industrie maritime

Les SVG utilisent des convertisseurs électroniques de puissance pour générer ou absorber instantanément (temps de réponse < 5 ms) du courant réactif, stabilisant ainsi dynamiquement la tension du réseau. Leurs principales applications sont les suivantes :

1. Puissance réactive et support de tension pour les systèmes de propulsion électrique

• Navires cibles :Grands navires à propulsion électrique (Azipod ou autres propulseurs à nacelle) tels que les brise-glaces, les navires de recherche, les paquebots de croisière, les navires de soutien offshore (OSV) et les transporteurs de GNL.

• Problème :Les principaux convertisseurs de propulsion sont d'énormes charges réactives dont la demande varie considérablement avec la vitesse et la charge. Cela entraîne :

  • Fluctuations de tension aux bornes du générateur, affectant d'autres équipements sensibles.

  • Oblige plusieurs générateurs à fonctionner en parallèle pour fournir une capacité réactive suffisante, ce qui conduit à très faible rendement énergétique en fonctionnement à faible charge (« fonctionnement à faible charge »).

• Solution SVG :

  • Installez les SVG de manière centralisée près du tableau principal (MSB) pour fournir support de puissance réactive dynamique pour le système de propulsion, stabilisation de la tension du réseau.

  • Permet le fonctionnement « N-1 » ou même « N-2 » :Le SVG peut remplacer un ou même deux générateurs en fournissant la puissance réactive requise, permettant aux moteurs diesel de fonctionner à des facteurs de charge plus élevés et plus efficaces, réduire considérablement la consommation de carburant et les émissions Il s’agit de l’une des applications les plus rentables du SVG sur les navires.

2. Suppression des fluctuations de tension et du scintillement

• Navires cibles :Tous les navires ayant des charges fluctuantes de grande puissance, tels que les porte-conteneurs (grues de navire), les navires de recherche (cadres en A, rosettes CTD), les dragues et les navires de ravitaillement de remorqueurs de manutention d'ancres (AHTS).

• Problème :Les propulseurs et les grues de pont consomment des courants réactifs massifs lors du démarrage et du chargement soudain, ce qui provoque chutes de tension et scintillement de la lumière sur l'ensemble du réseau du navire, affectant gravement le fonctionnement des autres équipements et le confort de l'équipage.

• Solution SVG :

  • Installer des SVG à proximité des circuits de distribution de charges fluctuantes (par exemple, les cartes de propulseur).

  • Dès que la charge démarre, le SVG injecte immédiatement le courant réactif capacitif requis, parfaitement compensé la puissance réactive inductive absorbée par la charge, limitant ainsi les fluctuations de tension à une très petite plage (par exemple, ± 1 %) et éliminant le scintillement.

3. Correction dynamique du facteur de puissance (PFC)

• Navires cibles :Tous les navires commerciaux doivent répondre aux exigences de facteur de puissance des sociétés de classification (par exemple, DNV, ABS, LR, CCS).

• Problème : De nombreuses charges de moteur (pompes, ventilateurs) entraînent un faible facteur de puissance global, même à la fréquence du réseau. Les batteries de condensateurs traditionnelles ne peuvent pas suivre les variations de charge, ce qui entraîne un risque de surcompensation ou de sous-compensation.

• Solution SVG :

  • Le SVG peut contrôler avec précision le facteur de puissance du réseau de l'ensemble du navire à une valeur définie (généralement 0,98 de retard ou d'avance), évitant ainsi les pénalités des services publics (à terre) et optimisant les performances du générateur.

4. Travailler de concert avec un équipement de filtrage harmonique (APF + SVG)

• Problème :Les charges non linéaires telles que les variateurs de fréquence génèrent à la fois des harmoniques et de la puissance réactive.

• Solution :

  • Solution intégrée :Les appareils modernes de qualité de l'énergie intègrent souvent Filtre de puissance actif (APF) et SVG fonctionnalités en une seule unité (appelée Conditionneur de puissance active ou Dispositif hybride de compensation harmonique et réactive ).

  • Division du travail Le module APF filtre les courants harmoniques, tandis que le module SVG compense la puissance réactive. Un seul dispositif résout simultanément deux problèmes majeurs de qualité de l'énergie, économisant ainsi de l'espace et simplifiant la structure du système. Ce dispositif est particulièrement intéressant pour les navires à espace restreint.

III. Résumé des avantages du SVG par rapport aux solutions traditionnelles

IV. Points clés pour la sélection et la mise en œuvre

La sélection d'un SVG pour une utilisation marine nécessite des considérations supplémentaires :

1. Adéquation environnementale : L'équipement doit être conforme Certifications des sociétés de classification (par exemple, DNV-GL, ABS, LR, CCS, etc.), avoir un indice de protection contre les intrusions (IP) suffisant (par exemple, IP22 ou supérieur) et utiliser des conceptions et des matériaux adaptés à un environnement marin ( anti-brouillard salin, anti-corrosion ).

2. Calcul de capacité :Doit être basé sur les conditions de fonctionnement les plus sévères (par exemple, le propulseur démarre à pleine puissance tandis que la propulsion principale accélère également).

3. Emplacement d'installation :

   • Rémunération centralisée :Installé à proximité du tableau principal (TSP) pour répondre aux problèmes mondiaux.

   • Rémunération locale :Installé à proximité de charges fluctuantes spécifiques (par exemple, tableau de distribution du propulseur) pour une atténuation plus ciblée et plus efficace.

4. Intégration de systèmes :Le SVG doit être intégré au système de gestion de l'énergie (PMS) ou au système de gestion de l'énergie (EMS) du navire pour un contrôle coordonné intelligent.

Dans l’industrie maritime, le Générateur de variables statiques (SVG) n'est plus simplement un dispositif de « correction du facteur de puissance » mais un technologie de base clé qui améliore la stabilité, sécurité, économie et performance environnementale du système électrique du navire.

Il est particulièrement adapté pour :

• Navires à propulsion électrique , pour réaliser des économies d'énergie et un fonctionnement stable.

• Navires de travail (par exemple, navires de recherche, navires de construction), pour assurer l'exécution de la mission et la sécurité de l'équipement sous des charges fluctuantes de forte puissance.

• Tous les navires commerciaux haut de gamme , en tant que configuration de signature d'un réseau intelligent moderne, répondant à des normes d'efficacité et d'environnement plus strictes à l'avenir (par exemple, EEXI, CII).

Investir dans SVG, c’est investir dans la fiabilité, l’efficacité et la compétitivité à long terme des opérations des navires.