摘要：本文通过船用变速发电机与定速发电机的设计和运行工况进行对比阐述CTV项目的变速发电机技术，从而给出了一套行之有效的方法。
关键词：变速发电机；定速发电机；调试技术；节能
引言
海洋工程船运行工况复杂多变，节油潜力巨大。CTV 项目是一种新型的原油转驳船，通常情况下只有26%左右的情况下工作在满负荷，其他时间都工作在低负荷下。因此，变速发电机在以后的船舶应用中，必将占据着及其重要的地位，下面就针对船用变速发电机与普通发电机的设计上的区别进行分析阐述CTV项目的变速发电机技术，仅供参考。
1.船用变速发电机和定速发电机在设计上的区别
CTV 项目配备的变速发电机系统，其节能技术是一种能从根本上节省燃油、降低排放的技术，其主要装置为变速柴油机和与之同轴连接的同步发电机。变速发电机系统，其主机是变速机，根据不同的负荷运行在不同的转速下，主机转速是可以变化的.由UNIREC将发电机发出的交流电（从低频低压到额定频率额定电压）转变成可利用的直流电能，并通过对负载所需的实际功率的检测以及直流储能和缓冲单元，控制该系统输出电源的电压和频率符合负载的要求，从而实现油量与负载的全程匹配，采用变速发电机，主机转速是可变的，耗油量会显著降低。
2.船用变速发电机和定速发电机运行工况对比
CTV 项目配有4台3450KW的发电机组，在正常工作中，至少有一台发电机在线运行，但是船上常规辅助设备运行才1000KW左右，特别是船舶处于DP状态下，要保证有2台发电机在线运行，而使用到的功率只用到发电机的20%左右，如果柴油发动机不能跟随负荷的大小改变供油量，时常处于“大马拉小车”状态。
通过上面柴油机组油耗图可以看出，柴油机在低负荷状态下运行，降低柴油机转速，使柴油机运行在高效区域，节油率高达10~20%。整个燃油降低10%-15%，氮氧化物可以减少排放约80%-85%左右。
下图为更直观的定速机和变速机的能耗对比：
通过上图可以清楚的知道，在负荷小于85%时，同等负载下，变速机比定速机所需的能耗低，在15%负荷情况下，可以减少能耗约25%。
变速柴油机的方案，是柴油机在低负荷状态下降速运行，柴油机运行在高效区域，节油率达10%~20%，同时柴油机降速运行时运行在噪音优化区域，噪音可降低30%。
3.CTV项目变速发电机系统阐述
柴油发电机节油的最初设想来源于柴油发动机负载特性。柴油发动机的使用特性主要有负载特性、速度特性和调速特性。分析柴油机的负载特性不难发现，独特的工作特点和负荷状态，为CTV这样的工程船的使用提供了节约油耗的可能，即给柴油发电机组调速，使柴油机组可以根据负载的变化而改变柴油机组的转速，达到节油的目的。改变柴油发电机组转速，意味着发电机发出电的频率和电压不能达到用电设备的额定要求。对于一般柴油发电机组，要求拖动发电机转子旋转的柴油发动机转速基本恒定，因为同步发电机具有转子转速和交流电频率之间保持严格不变的关系特点。如果转子的转速变化，将导致发电机输出频率和电压不能满足用电设备工况，为使输出的电压和频率满足配电系统要求，就需要增加一套整流逆变控制系统。
CTV 项目为发电机系统给每台发电机配备单独的一套逆变调试控制系统UNIREC，这套系统简单来说就是将变速发电机的交流电整流逆变再输出稳定的1000V直流电供给直流配电系统。实现手段为：通过电力电子设备将交流电整流逆变和对发电机的转矩进行控制，负载的变化引起的直流母线的功率的变化，该功率变化动态地提供了柴油机组供油量的调节信号，油量供给执行机构根据信号调节油门大小，从而实现燃油的最优控制。船舶在低负荷时，发电机已设定的最低转速600转运行，当系统判断到负载增加时，自动将柴油机调速到所需转速或额定转速750转，令发电机发出足够的电来满足配电系统的需求。
发电机负载与柴油机转速变化如下图所示：
变速柴油机节能方案直接以负载变化实现柴油机调节，最大化节省了柴油机消耗，同时采用电力电子器件IGBT实现交直流转换，传递效率很高，从整体的观点考虑系统，实现了控制过程的效率的最优化。外加一套1350KW电池组主要用于能量缓冲，对整个配电系统削峰平谷，让系统更加稳定。该控制模式实现了油量同负载的全程匹配。改变以往发电机组在轻负荷状态时仍工作于全速状况下造成的高耗油的状况。变速发电机节能效果，与单纯使用超级电容储存释放能量等其他节能方案相比，该变速柴油机节能方法直接以负载变化对柴油机进行调节，最大化节省了柴油机的能量消耗。
结语
目前变速发电机技术在国内船舶上的应用还不多，通过本项目的研究，使项目成员对变速发电机技术有更加系统的认识，以填补变速发电机直流配电的技术空白，希望可以给社会和业内人士带来一点帮助，参考和借鉴。
参考文献：
[1]赛思亿直流组网样本
[2]RTG变速柴油发电机节能技术应用
论文作者:杨立,钟赣斌
论文发表刊物:《基层建设》2019年第4期
论文发表时间:2019/4/29
标签：发电机论文; 柴油机论文; 负载论文; 转速论文; 系统论文; 负荷论文; 柴油论文; 《基层建设》2019年第4期论文;