ΠΥΘΑΓΟΡΑΣ Συνέδριο για την επιστημονική έρευνα στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο 5-8 Ιουλίου 2007, Πλωμάρι Λέσβου

ΠΥΘΑΓΟΡΑΣ Συνέδριο για την επιστημονική έρευνα στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο 5-8 Ιουλίου 27, Πλωμάρι Λέσβου Διερεύνηση Φαινομένων Ποιότητας Ηλεκτρικής Ισχύος σε Συστήματα Ηλεκτρικής Ενέργειας Πλοίων με Βαρύτητα στα Φαινόμενα Διακύμανσης Τάσης Ι. Μ. Προυσαλίδης(*) Δρ Ι. Κ. Χατζηλάου Δρ E. Στυβακτάκης Δρ Φ. Κανέλλος Επ. Καθηγητής ΕΜΠ Καθηγητής ΣΝΔ Ερευνητής ΕΜΠ Μεταδιδάκτορας ΕΜΠ Ν. Χατζηαργυρίου Χ. Φραγκόπουλος Η. Σοφράς Καθηγητής ΕΜΠ Καθηγητής ΕΜΠ Υπ. Διδάκτορας ΕΜΠ (*) jprousal@naval.ntua.gr, τηλέφωνο: 21-7722869, fax: 21-7721117 ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Η ποιότητα ισχύος αποτελεί πλέον σημαντική παράμετρο λειτουργίας των ηλεκτρικών συστημάτων πλοίων. Οι αποκλίσεις της τάσης και σε ορισμένες περιπτώσεις της έντασης από τις ονομαστικές τιμές τους ενδέχεται να δημιουργήσουν δυσλειτουργίες, βλάβες ή και διακοπές λειτουργίας των συστημάτων του πλοίου. Ο πλήρης εξηλεκτρισμός των πλοίων δημιουργεί την ανάγκη για λεπτομερή εξέταση και κατηγοριοποίηση των φαινομένων αυτών. Σε αυτό το άρθρο γίνεται παρουσίαση της προόδου ενός ερευνητικού προγράμματος σε θέματα ποιότητας ισχύος σε ηλεκτρικά συστήματα πλοίων. Προσομοιώσεις και μετρήσεις χρησιμοποιήθηκαν για την μελέτη των προβλημάτων ποιότητας ισχύος που εμφανίζονται σε τέτοια συστήματα. Λέξεις Κλειδιά: Ποιότητα Ισχύος, ηλεκτρικά συστήματα πλοίων, αξονικές γεννήτριες, μετατροπείς ισχύος, αρμονικές, βυθίσεις τάσεις, κυψέλες καυσίμου. ABSTRACT: Power Quality has become an important concern for ship electrical systems. Voltage and in certain cases current deviations from nominal values could cause several malfunctions, interruptions or even damages of onboard equipment and systems. The All Electric Ship perspective domination, urges for detailed investigation and classification of power quality phenomena aboard. In this paper the progress of a research project on power quality phenomena on naval electrical systems is presented. Simulations and measurements were used to investigate the nature of the phenomena that appear in such systems. Keywords: power quality, naval electrical systems, shaft generators, power converters, harmonics, voltage dips, fuel cells. I. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η διαρκώς αυξανόμενη χρήση της ηλεκτροπρόωσης δημιουργεί νέα δεδομένα για τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας των πλοίων. Τα τεχνολογικά επιτεύγματα στον τομέα των ηλεκτρονικών ισχύος και η εφαρμογή τους στους κινητήρες πρόωσης προσφέρουν μεγάλα πλεονεκτήματα σε σχέση με το παρελθόν. Παράλληλα όμως δημιουργούν μεγαλύτερες απαιτήσεις από την πλευρά της παραγωγής, του ελέγχου, της διανομής και της ποιότητας της ηλεκτρικής ισχύος. Επιπλέον οι σύγχρονες τάσεις οδηγούν σε πλήρη «εξηλεκτρισμό» όλων των εγκατεστημένων υποσυστημάτων (ο όρος που έχει επικρατήσει είναι το πλήρως εξηλεκτρισμένο πλοίο από την απόδοση του All Electric Ship AES ) αυξάνοντας τη σημασία του συστήματος ηλεκτρικής ισχύος του πλοίου και της εύρυθμης λειτουργίας του για την ομαλή και ασφαλή πλεύση του αλλά και την επιβίωση του σκάφους, του πληρώματος και των επιβατών του. Ο όρος «ποιότητα ισχύος» σχετίζεται με ένα μεγάλο αριθμό φαινομένων που εμφανίζονται κατά τη παραγωγή, μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ισχύος και θέτουν σε κίνδυνο την ομαλή λειτουργία των στοιχείων του συστήματος και των φορτίων του [1]. Για τα ηλεκτρικά συστήματα των πλοίων, η ποιότητα ισχύος είναι πλέον απαραίτητη παράμετρος σχεδιασμού και λειτουργίας [2]. Αιτία είναι η αύξηση των φορτίων που είναι ευαίσθητα σε διαταραχές της τάσης τροφοδοσίας και η παράλληλη αύξηση φορτίων υπεύθυνων για τέτοιες διαταραχές. Επιπλέον, η ποιότητα ισχύος στα πλοία συνδέεται άμεσα με την ανθρώπινη ασφάλεια πέραν του οικονομικού κόστους που συνεπάγονται οι βλάβες και οι διακοπές λειτουργίας των διάφορων υποσυστημάτων που τροφοδοτούνται από το ηλεκτρικό σύστημα. Στο άρθρο αυτό γίνεται μια σύντομη εισαγωγή στα ηλεκτρικά συστήματα των πλοίων και τα φαινόμενα ποιότητας ισχύος και παρουσιάζονται συνοπτικά τα αποτελέσματα των πακέτων εργασίας τα οποία αποτελούν το ερευνητικό πρόγραμμα. II. ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΠΛΟΙΩΝ Το τυπικό σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας πλοίου αποτελείται από τις συσκευές και τον εξοπλισμό παραγωγής, μεταφοράς και διανομής της ηλεκτρικής

ενέργειας καθώς επίσης και από τους διάφορους καταναλωτές. Τα κύρια στοιχεία που το απαρτίζουν όπως φαίνονται και στο Σχήμα 1 είναι τα ακόλουθα: Πηγές ηλεκτρικής ενέργειας. Συνήθως αποτελούνται από τρεις ηλεκτρογεννήτριες (diesel generators, DG) από τις οποίες συνήθως η μια είναι σε εφεδρεία. Σε αρκετές περιπτώσεις χρησιμοποιούνται αξονικές γεννήτριες (shaft generators, SG) η οποίες είναι ηλεκτρικές μηχανές οι οποίες παίρνουν κίνηση από τον ελικοφόρο άξονα του πλοίου καθώς και στρόβιλογεννήτριες (turbo generators, TG). Κύριος πίνακας μαζί με τις διατάξεις προστασίας τους διακόπτες τα όργανα ελέγχου και τους κύριους ζυγούς διανομής. Ηλεκτρικός πίνακας ανάγκης (emergency) που καλύπτει μόνο κρίσιμα φορτία. Καλώδια μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Ηλεκτρικοί καταναλωτές που ενδέχεται να είναι και μεγάλοι κινητήρες, συγκρίσιμης ονομαστικής ισχύος με αυτήν των γεννητριών όπως π.χ κινητήρες πρόωσης, αντλιών φορτίου κ.τ.λ Πρόκειται για συγκεντρωμένα δίκτυα με διακεκριμένα συστήματα παραγωγής και καταναλωτών συγκεντρωμένα σε πολύ μικρό χώρο ανά μονάδα ισχύος (σε σύγχρονες ναυπηγήσεις με ηλεκτρική πρόωση, η εγκατεστημένη ισχύς φτάνει τα 4-8 ΜW σε έκταση μερικών τετραγωνικών μέτρων). Το όλο σύστημα είναι εξαιρετικά αυτόνομο και η μόνη εφεδρική πηγή ενέργειας είναι το ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος ανάγκης το οποίο όμως είναι ικανό να τροφοδοτήσει ορισμένα μόνο φορτία ανάγκης. Για το λόγο αυτό το όλο σύστημα πρέπει να είναι εξαιρετικά αξιόπιστο. Το δίκτυο γείωσής του είναι κατά κανόνα αγείωτο. Η διανομή της ηλεκτρικής ενέργειας γίνεται μέσω συστήματος διανομής (καλωδιώσεις, μετασχηματιστές, διακόπτες κλπ) πολύ περιορισμένου μήκους (της τάξης των 5 έως το πολύ 1 μέτρων). Σε αντίθεση με τα συστήματα ξηράς, αποτελούνται από υποσυστήματα συνεχούς ρεύματος (ΣΡ) και εναλλασσομένου ρεύματος (ΕΡ), στο οποίο μάλιστα ΕΡ μπορεί κανείς ενίοτε να διακρίνει περισσότερες από μία συχνότητες λειτουργίες (η γνωστή «βιομηχανική συχνότητα» των 5 ή 6 Hz, αλλά και αυτή των 4 Hz για εξειδικευμένου τύπου καταναλωτές, όπως π.χ. όργανα ναυσιπλοϊας, ραντάρ κοκ). Σε συγκεκριμένες εφαρμογές (π.χ. νέου τύπου υποβρύχια) μάλιστα με την εκτεταμένη εφαρμογή των κυψελών καυσίμου τα δίκτυα είναι κατεξοχήν ΣΡ. Η εφαρμογή της τεχνολογίας της ηλεκτροκίνησης και ειδικότερα των αζιμουθιακών προωστήρων (POD) στα πλοία έχει σαν συνέπεια την χρήση υψηλότερων επιπέδων τάσης. Επίπεδα τάσης από 1 kv έως 11 kv είναι τα πιο συνηθισμένα. Σύμφωνα με την τρέχουσα πρακτική κινητήρες ντίζελ χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας η οποία χρησιμοποιείται τόσο για τις απαιτήσεις σε ηλεκτρισμό του πλοίου όσο και για την πρόωση του, μέσω μεγάλων κινητήρων πρόωσης οι οποίοι είναι συνδεδεμένοι απευθείας στον κύριο ζυγό του ηλεκτρικού πίνακα του πλοίου. Οι κινητήρες αυτοί χρησιμοποιούν ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος για τη ρύθμιση στροφών πολύ συχνά ενσωματωμένους πάνω τους [3]. Σχήμα 1 Ηλεκτρικό σύστημα πλοίου III. ΙΔΙΑΙΤΕΡΟΤΗΤΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΛΟΙΩΝ Το ηλεκτρικό σύστημα ενός πλοίου μπορεί να θεωρηθεί ως ένα αυτόνομο, μικρής κλίμακας βιομηχανικού τύπου σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας, παρ όλα αυτά υπάρχουν αρκετές αξιοσημείωτες διαφορές ανάμεσα σε ένα ηπειρωτικό ηλεκτρικό σύστημα και σε ένα ηλεκτρικό σύστημα πλοίου οι κυριότερες από τις οποίες είναι: Τα συστήματα πρόωσης πλέον χρησιμοποιούν κινητήρες εναλλασσομένου ρεύματος. Σε ένα σύστημα κύριας πρόωσης με κινητήρες εναλλασσομένου ρεύματος (σύγχρονους ή ασύγχρονους) για την ρύθμιση των στροφών χρησιμοποιείται πηγή μεταβλητής συχνότητας και τάσης η οποία μπορεί να είναι: κυκλομετατροπέας. σύστημα σύγχρονου κινητήρα που τροφοδοτείται από αντιστροφείς φυσικής μεταγωγής (load commutated inverter). αντιστροφέας διαμόρφωσης παλμών (impulse modulated inverter) όπου η τάση και η συχνότητα του κινητήρα ελέγχονται μεταβάλλοντας το πλάτος των παλμών που παράγει ο αντιστροφέας ο οποίος τροφοδοτείται από έναν ανορθωτή μέσω ενός συνδέσμου συνεχούς ρεύματος.

Τέλος, έδαφος κερδίζει και η χρήση των αζιμουθιακών προωστήρων (POD) η οποία παρουσιάζει μεγάλα πλεονεκτήματα. Μεταφέροντας τους προωστήρες εκτός και κάτω από την γάστρα του πλοίου, οι αζιμουθιακοί προωστήρες προσφέρουν οικονομία χώρου εντός του πλοίου, υψηλότερο βαθμό απόδοσης και μεγαλύτερη δυνατότητα ελιγμών. Οι αζιμουθιακοί προωστήρες εφαρμόζονται επιτυχώς σε κρουαζιερόπλοια και το μέγεθός τους φτάνει τα 2 MW. Τέλος πρέπει να σημειωθεί η παρουσία μιας ακόμα κατηγορίας φορτίων που εμφανίζεται στο πλήρως εξηλεκτρισμένο πλοίο: τα παλμικά φορτία. Αυτά τα φορτία απαιτούν μεγάλη ισχύ (της τάξης αρκετών GW) για σύντομο χρονικό διάστημα (της τάξης μερικών sec ή msec). Παραδείγματα φορτίων που μπορούν να χαρακτηριστούν παλμικά είναι: Ηλεκτρομαγνητικά Συστήματα Απογείωσης Electro-magnetic Aircraft Launch Systems (EMALS). Ηλεκτρομαγνητικά Οπλικά Συστήματα Electromagnetic Guns (Rail Guns, Coil Guns, Lasers, High Energy Microwaves). Ραντάρ, σόναρ, επικοινωνιακά συστήματα κλπ.. IV. ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ ΙΣΧΥΟΣ Τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα τα οποία καλύπτονται από τον όρο ποιότητα ισχύος είναι πολλά και διαφορετικά μεταξύ τους, και έχουν γίνει πολλές προσπάθειες έτσι ώστε να κατηγοριοποιηθούν με τρόπο τέτοιο ώστε να διευκολυνθεί η μελέτη τους αλλά και η επικοινωνία της επιστημονικής κοινότητας και των μηχανικών γενικότερα. Τα αποτελέσματα αυτής της προσπάθειας αντικατοπτρίζονται στις σχετικές προδιαγραφές. Τα σημαντικότερα φαινόμενα, αυτά δηλαδή που έχουν συγκεντρώσει το μεγαλύτερο ενδιαφέρον δίνονται στον Πίνακα 1. ΠΕ2. Διερεύνηση αρμονικών μόνιμης κατάστασης σε δίκτυα ΕΡ και συνδέσμους ΕΡ/ΣΡ Τα φαινόμενα αρμονικής παραμόρφωσης «μονίμου καταστάσεως» οφείλονται κυρίως σε διατάξεις ηλεκτρονικών ισχύος. Εξάλλου, σε μία προσπάθεια ομαδοποίησης για τέτοιες μεγάλης ισχύος διατάξεις με τα συναφή τους φαινόμενα αρμονικής παραμόρφωσης, προέκυψε ότι αυτές απαντώνται στα πλοία στις εξής δύο μεγάλες κατηγορίες: Α) διατάξεις ηλεκτρονικής ρύθμισης κινητήρων μεγάλης ισχύος π.χ. κύριας ή σπανιότερα και βοηθητικής πρόωσης, αντλιών φορτίου, αντλιών έρματος (ballast pumps ) για υποβοήθηση κατά τον ελλιμενισμό δεξαμενισμό κ.λπ Β)διατάξεις αξονικών γεννητριών που παραλληλίζονται με υπόλοιπο ΣΗΕ του πλοίου (Σχήμα 2) ΠΕ1. Συλλογή στοιχείων V. ΠΑΚΕΤΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Διαφορετικοί τύποι πλοίων εξυπηρετούν διαφορετικά φορτία και παρουσιάζουν ειδικά χαρακτηριστικά αναφορικά με τα προβλήματα ποιότητας ισχύος. Προκειμένου να κατηγοριοποιηθούν οι διαφορετικές περιπτώσεις δημιουργήθηκε μια βάση δεδομένων με δίκτυα πλοίων με στοιχεία για καταναλωτές για δέκα πλοία διαφόρων αντιπροσωπευτικών τύπων. Επιπλέον έγινε καταγραφή των διαφόρων κανονισμών για τα ηλεκτρολογικά συστήματα πλοία με έμφαση στα θέματα ποιότητας ισχύος [4]-[6]. Διαπιστώθηκε ότι οι κανονισμοί δεν καλύπτουν τα θέματα αυτά σε όλο τους το εύρος και χρειάζονται προσθήκες και προσαρμογές προκειμένου να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις των σύγχρονων πλοίων ενόψει του πλήρους εξηλεκτρισμού [7]-[9]. Πίνακας 1 Σημαντικότερα φαινόμενα ποιότητας ισχύος Σχήμα 2 Αξονική γεννήτρια συνδεδεμένη μέσω αντιστροφέα στο ηλεκτρικό δίκτυο. Οι διατάξεις (Α) χρησιμοποιούνται για επίτευξη συγκεκριμένης ροπής και περιστροφικής ταχύτητας των ηλεκτρικών κινητήρων που τροφοδοτούν, οι οποίοι εκ κατασκευής είναι συμμετρικά ηλεκτρικά φορτία. Οι μετατροπείς ηλεκτρονικών ισχύος, όμως, παράγουν συγκεκριμένα επίπεδα αρμονικής παραμόρφωσης που μάλιστα είναι και προβλέψιμα από τη θεωρία των ηλεκτρονικών ισχύος. Έτσι, είναι δεδομένο ότι εφόσον ο κύκλος εναύσεων και σβέσεων των διακοπτικών

στοιχείων εξελίσσεται ομαλά, παράγονται «μονές» ανώτερες αρμονικές συνιστώσες (3η, 5η, 7η, 9η, 11η κοκ) στην πλευρά του δικτύου (στα ανάντη του μετατροπέα). Ανάλογα με την τοπολογία και τη διακοπτική τεχνική που αξιοποιούν οι διατάξεις αυτές, κάποιες ανώτερες αρμονικές συνιστώσες καταστέλλονται πλήρως (π.χ. οι λεγόμενες «τριπλές - ομοπολικές» ήτοι 3η,9η, 15η κοκ) και κάποιες άλλες σε σημαντικά μεγάλο βαθμό. Την περαιτέρω καταστολή αναλαμβάνουν τα φίλτρα (παθητικά ή ενεργητικά). Οι διατάξεις (Β) από την άλλη πλευρά, χρησιμεύουν για να καταστεί δυνατή η παράλληλη λειτουργία μεταξύ αξονικών και συμβατικών γεννητριών του πλοίου. Πιο συγκεκριμένα, επειδή οι αξονικές γεννήτριες κινούνται από την κύρια μηχανή του πλοίου της οποίας η ταχύτητα μεταβάλλεται, η ηλεκτρική της συχνότητα παρουσιάζει έντονες διακυμάνσεις. Μέσω μετατροπέων ηλεκτρονικών ισχύος (συνηθέστερα διάταξη ανόρθωση αντιστροφή με ενδιάμεσο σύνδεσμο συνεχούς τάσης) επιτυγχάνεται η σταθεροποίηση της ηλεκτρικής συχνότητας. Εξαιτίας των αρμονικών ενδέχεται να λειτουργήσουν λανθασμένα συσκευές προστασίας ειδικά αυτές που χρησιμοποιούν θερμικά μοντέλα. Αν ο υπολογισμός της ενεργού τιμής της έντασης γίνεται χρησιμοποιώντας τη μέγιστη τιμή της κυματομορφής της αυξάνεται η πιθανότητα λάθους και ανεπιθύμητης λειτουργίας της προστασίας. Για τον ίδιο λόγο λάθη παρουσιάζονται σε μετρητικές συσκευές. Επίσης, παρουσιάζονται προβλήματα στην λειτουργία ηλεκτρονικών συστημάτων αλλά και βλάβες καθώς και προβλήματα ηλεκτρομαγνητικής συμβατότητας σε ηλεκτρονικές συσκευές πλοήγησης, επικοινωνίας, ελέγχου και αυτοματισμών με αποτέλεσμα λανθασμένη λειτουργία, διακοπή λειτουργίας, απώλεια δεδομένων και βλάβες.. Οι αρμονικές προκαλούν υπερφόρτιση (δηλαδή υπερθέρμανση) και εξαιτίας τους αυξάνονται οι δονήσεις και ο θόρυβος (μηχανική καταπόνηση) σε συσκευές όπως μετασχηματιστές, μηχανές και πίνακες χαμηλής τάσης και μακροχρόνια προκαλείται πρόωρη γήρανση του εξοπλισμού. Γενικά, περιορίζονται οι δυνατότητες των στοιχείων του ηλεκτρικού συστήματος σε τιμές χαμηλότερες των ονομαστικών. Με τη βοήθεια του υπολογιστικού πακέτου PSCAD έγινε μοντελοποίηση ανορθωτών 6 παλμών για κινητήρες διαφόρων μεγεθών οι οποίοι τροφοδοτούνται από γεννήτριες με χαρακτηριστικά όπως αυτών των τυπικών πλοίων ή των πλήρως εξηλεκτρισμένων πλοίων. Σκοπός των προσομοιώσεων ήταν η διερεύνηση των συνδυασμών των αρμονικών που προκύπτουν κατά τη λειτουργία συσκευών με διατάξεις 6-παλμικών ανορθωτών και η διερεύνηση της καταπόνησης φίλτρων αρμονικών για τον περιορισμό των αρμονικών στο δίκτυο των πλοίων ιδιαίτερα σε συνθήκες οι οποίες δεν είναι ιδανικές (ασυμμετρία τάσης). Η διερεύνηση έδειξε ότι σε περιπτώσεις ασυμμετρίας τάσης ο 6-παλμικός μετατροπέας παράγει επιπλέον αρμονικές διαφορετικής τάξης από τις συνηθισμένες (κυρίως αρμονικές 3 ης τάξης) και συνολικά η παραμόρφωση λόγω αρμονικών αυξάνεται (Σχήματα 3 και 4). Τα παθητικά φίλτρα αρμονικών (συνδυασμός πηνίων και πυκνωτών) είναι μια απλή λύση για τον περιορισμό της διάδοσης των αρμονικών στο δίκτυο αλλά ο σχεδιασμός τους απαιτεί καλή γνώση της αρμονικής παραμόρφωσης. Η ασυμμετρία τάσης δημιουργεί αρμονικές που δεν εμφανίζονται στην κανονική λειτουργία των μετατροπέων. Το γεγονός αυτό δημιουργεί επιπλέον καταπόνηση στα φίλτρα (μεγαλύτερη ένταση από την αναμενόμενη). Καθώς τα δίκτυα των πλοίων είναι ασθενή (άρα ασυμμετρία στο φορτίο οδηγεί σε μεγαλύτερη ασυμμετρία τάσης) ενδέχεται το πρόβλημα να είναι σημαντικό. phase a (A) phase b (A) phase c (A) 5-5.5 1 1.5 2 2.5 3 1-1.5 1 1.5 2 2.5 3 1-1.5 1 1.5 2 2.5 3 cycles Σχήμα 3 Κυματομορφές έντασης 6-παλμικού μετατροπέα κατά την τροφοδότηση του από τάσεις που παρουσιάζουν ασυμμετρία 2%. (%) of the fundamental 8 7 6 5 4 3 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 11 12 13 Harmonic number Σχήμα 4 Αρμονικές έντασης 6-παλμικού μετατροπέα κατά την τροφοδότηση του από τάσεις που παρουσιάζουν ασυμμετρία 2% με (στενή μπάρα) και χωρίς (πλατειά μπάρα) την ασυμμετρία. ΠΕ3. Διερεύνηση μεταβατικών καταστάσεων διακύμανσης τάσης Μεταβατικές καταστάσεις προκύπτουν είτε από σφάλματα πάσης φύσεως είτε από διακοπτικά φαινόμενα ζεύξης ή απόζευξης εξοπλισμού (π.χ. ηλέκτριση μετασχηματιστή, εκκίνηση ενός κινητήρα ή περισσότερων διαδοχικά, ζεύξη απόζευξη πηνίων ή πυκνωτών ισχύος,) [1].

Οι βυθίσεις τάσης, οι οποίες αποτελούν σημαντική παράμετρος της ποιότητας ισχύος, εμφανίζονται όταν σε κάποιο σημείο του ηλεκτρικού δικτύου παρουσιάζεται αύξηση του ρεύματος για σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα δηλαδή σε περίπτωση σφάλματος,. Για την μελέτη αυτών των φαινομένων πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις στο πρόγραμμα PSCAD για σφάλματα, εκκινήσεις κινητήρων και ηλεκτρίσεις μετασχηματιστών σε διαφορετικές διακριτές καταστάσεις λειτουργίας του πλοίου (στις οποίες τα επιμέρους μηχανήματα συμμετέχουν διαφορετικά) όπως: ελλιμενισμός, φόρτωση, εκφόρτωση, εκκίνηση και απόπλευση, παύση μηχανών, ομαλή πλεύση κοκ. Για βυθίσεις τάσης που προκαλούνται από σφάλματα στο δίκτυο (Σχήμα 5), η τιμή της τάσης κατά την διάρκεια της βύθισης εξαρτάται: από την απόσταση του σφάλματος από το φορτίο (σύνθετη αντίσταση καλωδιώσεων), την ισχύ βραχυκύκλωσης στο σημείο όπου ενώνονται ηλεκτρικά το φορτίο, το σφάλμα και την παροχή ισχύος του δικτύου (σημείο ζεύξης), την τοπολογία του δικτύου και τον τύπο του σφάλματος καθώς και τις συνδεσμολογίες των μετασχηματιστών μεταξύ του σφάλματος και του φορτίου. Η διάρκεια της βύθισης τάσης εξαρτάται κυρίως από το πόσο γρήγορα θα λειτουργήσει το σύστημα προστασίας προκειμένου να απομονωθεί το τμήμα του δικτύου όπου εμφανίστηκε το σφάλμα (χρόνος εντοπισμού και ο χρόνος ο χρόνος λειτουργίας των συσκευών διακοπής του ρεύματος). Βυθίσεις τάσης λόγω της σύνδεσης μεγάλων κινητήρων έχουν χαρακτηριστικά που εξαρτώνται από το μέγεθος των κινητήρων, τα χαρακτηριστικά τους (αδράνεια, τρόπος εκκίνησης κτλ) καθώς και από την ισχύ βραχυκύκλωσης στο σημείο ζεύξης. Βυθίσεις τάσης κατά την ηλέκτριση μετασχηματιστών προκαλούνται από τα μεγάλα ασύμμετρα ρεύματα αποτέλεσμα της λειτουργίας του μαγνητικού πυρήνα στην περιοχή κορεσμού. Η ένταση αυτών των ρευμάτων και κατ επέκταση οι τιμές τάσης κατά τη διάρκεια της βύθισης εξαρτώνται από το χρονικό σημείο στην κυματομορφή της τάσης όπου γίνεται η ηλέκτριση, την παραμένουσα ροή στον πυρήνα και τα χαρακτηριστικά της καμπύλης κορεσμού. Οι βυθίσεις αυτές δεν παρουσιάζουν συνήθως μεγάλες τιμές. Στόχος της διερεύνησης είναι η μεθοδολογία ταξινόμησης που έχει αναπτυχθεί για καταστάσεις βραχυκυκλώματος τελικά να επεκταθεί ενσωματώνοντας όλες τις υπόλοιπες περιπτώσεις, στις οποίες παρατηρείται διαταραχή στην τάση λειτουργίας του ΣΗΕ. Η κατηγοριοποίηση που προέκυψε δημοσιεύτηκε στην παραπομπή [11] και στηρίζεται στις τιμές της τάσης στις τρεις φάσεις, για την περίπτωση βραχυκυκλωμάτων, και στις σχετικές τιμές της τάσης των τριών φάσεων στις βυθίσεις εξαιτίας κινητήρων και μετασχηματιστών (στην περίπτωση των κινητήρων η βύθιση της τάσης είναι η ίδια σε όλες τις φάσεις ενώ στην περίπτωση του μετασχηματιστή η βύθιση δεν είναι συμμετρική). διερεύνησης τα αποτελέσματα της οποίας συνοψίζονται στη συνέχεια. Τα παλμικά φορτία ήτοι φορτία που έχουν μεγάλες απαιτήσεις σε ισχύ, αλλά για πολύ μικρό χρονικό διάστημα (π.χ. ηλεκτρικά όπλα, ηλεκτρομαγνητικοί εκτοξευτές, υψηλής ισχύος αισθητήρες, συστήματα ναυσιπλοΐας) σχετίζονται με φαινόμενα όχι μόνον βύθισης τάσης (και ακριβέστερα διακύμανσης τάσης) αλλά και διακύμανσης συχνότητας. Voltage rms (pu) 1.2 1.1 1.9.8.7.6.5.4.3.2.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 Time (sec) Σχήμα 5 Βύθιση τάσης η οποία προκλήθηκε από ασύμμετρο σφάλμα σε δίκτυο πλοίου. Εξάλλου, έγινε η προσπάθεια διερεύνησης των φαινομένων διαμόρφωσης τάσης και συχνότητας που προκαλούν τα λεγόμενα παλμικά φορτία (Σχήμα 7). Τα συμπεράσματα αυτής της διερεύνησης παρουσιάζονται στην [12]. Να σημειωθεί ότι, για να ποσοτικοποιηθεί η διαμόρφωση της τάσης και της συχνότητας λαμβάνεται στα διάφορα στάνταρτ και κανονισμούς το ποσοστό της διαφοράς μεταξύ μέγιστης και ελάχιστης τιμής της ως προς το διπλάσιο της ονομαστικής της τιμής. Επιπλέον, για την αντιμετώπιση αυτού το προβλήματος, όλα τα παλμικά φορτία λειτουργούν με την αρωγή βοηθητικών ενδιάμεσων πηγών ενέργειας. Στην απλούστερη έκδοσή τους, υφίσταται πυκνωτής που φορτίζεται προοδευτικά και αυτός πλέον όντας αποσυνδεδεμένος από το υπόλοιπο σύστημα εκφορτιζόμενος τροφοδοτεί το παλμικό φορτίο, κατά το δυνατόν με τα ελάχιστα προβλήματα βυθίσεων. Από τη διερεύνηση που έγινε στα πλαίσια του ΠΕ3, προέκυψε ότι τα προβλήματα που προκαλούνται από τα παλμικά φορτία έχουν πολλές παραμέτρους (από αυτό καθεαυτό το ηλεκτρικό κύκλωμα, αλλά και από τα λοιπά χαρακτηριστικά του φορτίου). Ειδική περίπτωση αποτελούν τα παλμικά φορτία, για την μελέτη των οποίων δόθηκε ειδικό βάρος

Σχήμα 6 Διαμόρφωση τάσης και συχνότητας. ΠΕ4. Διερεύνηση προβλημάτων λειτουργίας δικτύων ΣΡ Κυψέλες καυσίμου. Μια διεξοδική διερεύνηση των διεθνών κανονισμών (για δίκτυα ξηράς και πλοία) όσον αφορά σε προβλήματα ποιότητας ισχύος σε δίκτυα με κυψέλες καυσίμου έδειξε ότι δεν υφίστανται συναφείς κανονισμοί, ενώ πολύ περιορισμένης έκτασης αναφορές σε κυψέλες καυσίμου γενικά γίνονται μόνον από κάποιους κανονισμούς (αφορούν σε θέματα ασφαλούς εγκατάστασης και λειτουργίας). Έτσι, όπου απαιτείται προτείνονται αντίστοιχοι περιορισμοί με εκείνους για τα υπόλοιπα δίκτυα ΣΡ και δη εκείνα με συσσωρευτές (μπαταρίες), καθώς σε αντιδιαστολή με τα κυκλώματα με μηχανές ΣΡ, η κυψέλη καυσίμου δεν περιλαμβάνει «ενεργό» στρεφόμενο μέρος. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκαν δυναμικά μαθηματικά μοντέλα που περιγράφουν τη μαθηματική συμπεριφορά μίας κυψέλης καυσίμου ως χαρακτηριστική τάσηςρεύματος με κάποιους σχετικούς χρόνους απόκρισης: Ι) Ακριβούς εξομοίωσης της στατικής αλλά κυρίως και δυναμικής συμπεριφοράς μίας κυψέλης καυσίμου (με είσοδο, παραμέτρους «καυσίμου» ήτοι παροχές αερίων και την απαίτηση σε ρεύμα εξόδου και έξοδο την αναπτυσσόμενη τάση ακροδεκτών θερμοκρασία λειτουργίας κ.λπ) στο υπολογιστικό περιβάλλον Matlab/Simulink. Το ακριβές μοντέλο για τα (Ι) αναφέρεται σε ένα στοιχείο κι όχι σε συστοιχία κυψελών καυσίμου, όπως στην πλειονότητα των επιστημονικών εργασιών της διεθνούς βιβλιογραφίας. Ο «μικροσκοπικός» αυτός χαρακτήρας του μοντέλου αυξάνει την ευελιξία ως προς την εφαρμοσιμότητα σε διερεύνηση μεγάλου πλήθους περιπτώσεων για μελέτη. Ωστόσο, διαφάνηκε ότι οι χρονικές σταθερές απόκρισης των κυψελών καυσίμου είναι της τάξεως μερικών έως αρκετών δευτερολέπτων (1-25 sec), κάτι που σημαίνει ότι οι κυψέλες καυσίμου δεν προλαβαίνουν να αντιδράσουν δυναμικά στα ταχέα μεταβατικά φαινόμενα που συνιστούν π.χ. οι βυθίσεις τάσης που ενδιαφέρουν στο παρόν ερευνητικό έργο. Το γεγονός αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη και απλοποιημένου κυκλωματικού (μη γραμμικού) μοντέλου το οποίο περιγράφεται στη συνέχεια. ΙΙ) Κυκλωματικό μοντέλο ως μη ιδανική πηγή τάσεως με μη γραμμική εσωτερική αντίσταση για λιγότερο ακριβή αλλά επαρκή αναπαράσταση της συμπεριφοράς της κυψέλης καυσίμου σε μία σειρά μεταβατικών καταστάσεων του ηλεκτρικού δικτύου στο οποίο συμμετέχει η κυψέλη. Εφόσον όπως προαναφέρθηκε, η δυναμική μεταβολή των χαρακτηριστικών μεγεθών της κυψέλης καυσίμου είναι αρκετά αργή συγκρινόμενη με τα μελετώμενα μεταβατικά φαινόμενα ποιότητας ηλεκτρικής ισχύος (π.χ. βυθίσεις τάσης), η μη γραμμική συμπεριφορά της κυψέλης καυσίμου περιλαμβάνει μία «μέση στατική» χαρακτηριστική τάσης-ρεύματος η οποία κατά τη διάρκεια των μελετώμενων φαινομένων διατηρείται με πολύ καλή ακρίβεια σταθερή και αμετάβλητη. Έτσι, το προαναφερθέν κυκλωματικό μοντέλο που αναπτύχθηκε στο υπολογιστικό περιβάλλον PSCAD, βλ. Σχήμα 7, δοκιμάστηκε σε διάφορες περιπτώσεις. Στα μοντέλα κυψελών καυσίμου προστέθηκαν και μαθηματικά μοντέλα για όσα στοιχεία δικτύου ΣΡ, χρειάστηκε να εξομοιωθεί η συμπεριφορά τους και δεν υφίσταντο διαθέσιμα κυκλωματικά όπως παλμικά φορτία και διακόπτες ισχύος ΣΡ. R= Eo R(i) + i Vo (α) (β) Σχήμα 7 (α) Απλοποιημένο ηλεκτρικό ισοδύναμο κυψέλης καυσίμου (β) Χαρακτηριστική τάσης-ρεύματος κυψέλης καυσίμου V (kvolt) Από την άλλη πλευρά, στα δίκτυα ΣΡ εμφανίζονται σε μεταβατικές καταστάσεις, φαινόμενα κακής ποιότητας ηλεκτρικής ισχύος που δεν έχουν διερευνηθεί επαρκώς. Έτσι, για παράδειγμα κατά τις ζεύξεις ή αποζεύξεις εξοπλισμού εμφανίζονται προβλήματα αστάθειας και τελικά κατάρρευσης της συνεχούς τάσης (το σύστημα υπεισέρχεται σε ασταθές σημείο λειτουργίας ζητώντας όλο και μεγαλύτερο ρεύμα ενώ η τιμή της τάσης συνεχώς φθίνει). Επιπλέον, η διακοπή συνεχούς ρεύματος είναι εξαιρετικά δύσκολη υπόθεση (ειδικά σε υψηλά επίπεδα τάσης λειτουργίας, δηλαδή πάνω από 1 kv) οδηγώντας σε εξαιρετικά μεγάλες υπερτάσεις κάτι που έχει οδηγήσει σε έντονο ερευνητικό ενδιαφέρον για το σχεδιασμό και την κατασκευή κατάλληλων διακοπτικών διατάξεων. Επιπλέον, έγινε διερεύνηση συγκεκριμένων μεταβατικών καταστάσεων που σχετίζονται με προβλήματα ποιότητας ισχύος κατά τρόπο που και πάλι να αξιολογούνται και ει δυνατόν να ταξινομούνται κατά αύξοντα βαθμό σοβαρότητας. Έτσι, εξετάστηκαν οι εξής περιπτώσεις α) η διακοπή ΣΡ, β) η εκκίνηση κινητήρα ΣΡ, γ) εκκίνηση κινητήρα ΕΡ με τη μεσολάβηση διάταξης ΣΡ/ΕΡ, δ) βραχυκύκλωμα ε) τροφοδοσία παλμικού φορτίου περιοδικού και μη περιοδικού, στ) διερεύνηση ευστάθειας τάσης κατά την ενεργοποίηση τροφοδοσίας εξοπλισμού ΣΡ. Τα αποτελέσματα της διερεύνησης συνοψίζονται ως εξής [13]: Η διακοπή ΣΡ είναι ιδιαιτέρως δύσκολη περίπτωση καθώς περιλαμβάνει βοηθητικό κύκλωμα δημιουργίας τεχνητού μηδενισμού του ρεύματος ενώ κατά την διακοπή αναπτύσσεται πολύ μεγάλη υπέρταση που για να μην υπερβεί τα όρια καταστροφής του εξοπλισμού και των μονώσεων τοποθετείται παράλληλα στο διακόπτη ΣΡ και ένα στοιχείο varistor για αποκοπή ακριβώς αυτής της απότομης αιχμής τάσης.. Κατά τις εκκινήσεις κινητήρων ΣΡ παρατηρούνται βυθίσεις τάσεως λόγω των μεταβατικών υπερεντάσεων εκκινήσεων. Οι βυθίσεις τάσεως αυτές μπορεί να είναι εντός των ορίων των κανονισμών, ωστόσο είναι αμφίβολο εάν οι κυψέλες καυσίμου μπορεί να ανταποκριθούν γρήγορα και να εξισορροπήσουν αυτές τις βυθίσεις. Κατά τις εκκινήσεις κινητήρων ΕΡ μέσω διατάξεων μετατροπής ΣΡ/ΕΡ (αντιστροφείς), το πρόβλημα των A B V - I I (ka) C

υπερεντάσεων εκκινήσεως είναι κι εδώ (όπως και στο ΣΡ) υπαρκτό αλλά συνδυάζεται επιπλέον και με την ύπαρξη ανώτερων αρμονικών συνιστωσών (βλ. και ΠΕ2). Το πλέον δυσάρεστο είναι ότι ειδικά οι ανώτερες αρμονικές ρεύματος στην είσοδο του αντιστροφέα πρέπει να τροφοδοτηθούν από την κυψέλη καυσίμου κάτι που ενδέχεται να την καταπονούν (θερμικές, ηλεκτρικές υπερφορτίσεις κοκ). Κατά το βραχυκύκλωμα, αποδεικνύεται ότι η χειρότερη περίπτωση (μέγιστο ρεύμα βραχυκύκλωσης) προκύπτει με την μικρότερη τιμή αντίστασης της μη γραμμικής χαρακτηριστικής τάσης-ρεύματος της κυψέλης καυσίμου. Μάλιστα, καθώς αυτή η τιμή αντίστασης αντιστοιχεί σε μεγάλες τιμές ρεύματος (όπως είναι οι υπερεντάσεις βραχυκυκλώματος), συνάγεται ότι σε μελέτες βραχυκυκλώματος οι κυψέλες καυσίμου συμμετέχουν με την (μικρή) αντίσταση που αντιστοιχεί στις μεγάλες τιμές ρεύματος. Τα παλμικά φορτία προκαλούν έντονες βυθίσεις τάσης για πολύ σύντομο χρονικό διάστημα βέβαια. Οι βυθίσεις αυτές ενίοτε μπορεί να είναι εντός των ορίων των κανονισμών, ωστόσο αποτελούν δυσάρεστες εμπειρίες για τον λειτουργούντα εξοπλισμό. Έτσι, τα παλμικά τροφοδοτούνται μέσω βοηθητικού κυκλώματος με πυκνωτή. Αρχικά φορτίζεται ο πυκνωτής, απομονώνεται από το υπόλοιπο δίκτυο και πλέον όταν λειτουργήσει το παλμικό φορτίο, την απαιτούμενη ενέργεια του τη δίνει ο φορτισμένος πυκνωτής. Τέλος έγινε μία διερεύνηση της ευστάθειας τάσης του όλου δικτύου ΣΡ για διάφορους συσχετισμούς των εσωτερικών αντιστάσεων των κυψελών καυσίμου με τις αντιστάσεις των φορτίων. Στη βιβλιογραφία, έχει αποδειχθεί ότι είναι αρκετά πιθανόν, το σύστημα να οδηγείται σε κατάρρευση τάσης ανάλογα με το εάν η αντίσταση φορτίου είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από την εσωτερική αντίσταση των πηγών ΣΡ. Στην περίπτωση βέβαια των κυψελών καυσίμου, η εσωτερική αντίσταση τους δεν είναι μίας σταθερής τιμής αλλά μεταβλητής, κάτι που δυσχεραίνει τη θεωρητική διερεύνηση. Ωστόσο, με τη βοήθεια υπολογιστικών πακέτων όπως το PSCAD, υπερκεράστηκαν αυτές οι δυσκολίες και διαφάνηκε ότι για τις τυπικές τιμές (μη γραμμικής εσωτερικής) αντίστασης κυψελών καυσίμου ενδέχεται να παρουσιαστούν μεν προβλήματα ταλαντώσεων συγκλινουσών όμως δεν οδηγούμαστε σε προοδευτική κατάρρευση τάσης. ΠΕ5. Διεξαγωγή μετρήσεων Μέσω μετρήσεων διαπιστώθηκαν και μελετήθηκαν μία σειρά από προβλήματα όπως α) εκκίνηση κινητήρων πολύ μεγάλης ισχύος, β) αντιμετώπιση προβλημάτων ισοζυγίου ενεργού και άεργου ισχύος κατά τη μεταβατική περίοδο εκκίνησης και γ) εναλλακτικές λύσεις εκκίνησης κινητήρων πολύ μεγάλης ισχύος με σύγκριση παραγόντων όπως κόστος επένδυσης-κτήσης, όγκος, βάρος, χρόνος αποκαταστάσεως ομαλούς λειτουργίας, προβλήματα ποιότητας ηλεκτρικής ισχύος. Οι κινητήρες πλευρικής πρόωσης thrusters- είναι μεγάλης ισχύος (.5-2 MW) και χρησιμοποιούνται για επαύξηση της ελικτικής ικανότητας των πλοίων κυρίως σε ελιγμούς ελλιμενισμού. Ωστόσο, ενώ η τεχνολογία των κινητήρων και των κυκλωμάτων οδήγησής τους έχει προχωρήσει τις τελευταίες δεκαετίες, σε αυτόν τον τομέα εφαρμόζονται παλαιότερες τεχνολογίες. Έτσι, αξιοποιούνται τυπικοί κινητήρες επαγωγής (δακτυλίων ή και κλωβού λόγω χαμηλού κόστους) ενώ ελέγχονται μέσω διατάξεων αντιστάσεων. Για «τεχνητή αποφυγή» προβλημάτων ποιότητας ηλεκτρικής ισχύος κατά την εκκίνηση (μεγάλες βυθίσεις τάσης με μεγάλες μεταβατικές απαιτήσεις σε ενεργό και άεργο ισχύ) συχνά τροφοδοτούνται από αυτόνομο σύστημα ηλεκτροπαραγωγής που συνηθέστατα είναι μία αξονική γεννήτρια (εξαρτημένη από την κύρια μηχανή πρόωσης). Η λύση αυτή από μόνη της δεν επαρκεί, καθώς η ισχύς της αξονικής γεννήτριας είναι συγκρίσιμη με αυτή του μεγάλου κινητήρα και κατά την εκκίνηση δεν επαρκεί (ο κινητήρας απαιτεί 4-πλάσια ποσά από την ονομαστική του ισχύ για χρονικό διάστημα 1-15 sec κάτι που η γεννήτρια που είναι ίδιας ονομαστικής ισχύος με τον κινητήρα δεν μπορεί να δώσει). Η μελέτη με βάση τις μετρήσεις αλλά και τις προσομοιώσεις που έγιναν στο PSCAD, έδειξε ότι από τις διάφορες εναλλακτικές λύσεις πιο αποδοτική για τη συγκεκριμένη περίπτωση είναι η εφαρμογή της προοδευτικής εκκίνησης μέσω του ρυθμιστή τάσης της αξονικής γεννήτριας (AVR-soft starting technique). Ο ρυθμιστής προοδευτικά αυξάνει την τάση εξόδου της αξονικής γεννήτριας που τροφοδοτεί μόνον τον κινητήρα με τρόπο παρόμοιο με αυτόν που κάνουν οι αντίστοιχες διατάξεις προοδευτικής εκκίνησης των ηλεκτρονικών ισχύος (soft starters). Η λύση αυτή πλεονεκτεί έναντι άλλων λύσεων εκκίνησης (αυτομετασχηματιστές μόνοι τους ή μαζί με πυκνωτές εκκίνησης, βλ. Σχήμα 8 ή soft starters) επιπλέον καθώς συνδυάζει μικρό βάρος, όγκο και κόστος (αυτά της ηλεκτρονικής μονάδας ρύθμισης με AVR-soft starting technique) [14]. Current (A) 35 3 25 2 15 1 5, rms value of phase "A" current (Amps) 59, 75,88 93, 117,13 127,53 119, 119,73 12,93 136,94 138,93 133, 159, 182, 29, time (s) (α) (β) Σχήμα 8 - Εκκίνηση κινητήρα πλευρικού προωστήριου μηχανισμού 1.4 MW (α) μετρηθέν παλμογράφημα μεταβατικού ρεύματος (β) αντίστοιχη προσομοίωση στο PSCAD.

Τέλος, στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις στο Εργαστήριο Ναυτικής Μηχανολογίας (ΕΝΜ) του ΕΜΠ: στο ηλεκτροπαραγωγό ζεύγος και στην πέδη που εξομοιώνει της συμπεριφορά της αξονικής γεννήτρια με μετατροπείς ηλεκτρονικών ισχύος στο UPS του εργαστηρίου. Παρατηρήθηκε αυξημένη αρμονική παραμόρφωση κυρίως λόγω του ασύμμετρου χαρακτήρα του φορτίου ως προς τις τρεις φάσεις (τα φορτία του τριφασικού UPS είναι κατά κανόνα μονοφασικά και απλά «ισοκατανέμονται» στις γραμμές του με βάση την ονομαστική τους ισχύ). VII. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στο άρθρο αυτό έγινε παρουσίαση των διαφόρων θεμάτων που σχετίζονται με την ηλεκτροκίνηση των πλοίων και ειδικότερα των θεμάτων ποιότητας ισχύος που προκύπτουν από την εφαρμογή των νέων τεχνολογιών και εκτέθηκαν τα μέχρι τώρα αποτελέσματα του ερευνητικού προγράμματος που στόχο έχει την μελέτη αυτών των θεμάτων. Η παρουσίαση έγινε με βάση τα πακέτα εργασίας του προγράμματος. Στόχος του ερευνητικού προγράμματος είναι η συστηματική καταγραφή, κατηγοριοποίηση και ανάλυση των φαινομένων που παρουσιάζονται στα ηλεκτρικά συστήματα πλοίων. Η σταδιακή εξηλέκτριση των πλοίων δημιουργεί νέες απαιτήσεις και προβλήματα για τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας πάνω στο πλοίο. Από την καταγραφή των προβλημάτων αυτών μέχρι την επίλυση τους δημιουργείται η ανάγκη για συστηματική μελέτη των ιδιαίτερων χαρακτηριστικών των πλοίων και αξιολόγηση τους με βάση τις πρακτικές και την εμπειρία από τα ηπειρωτικά συστήματα. Οι κανονισμοί και οι προδιαγραφές οι οποίες πρέπει να υποστηρίζουν το πλήρως εξηλεκτρισμένο πλοίο πρέπει να συμπεριλάβουν τα νέα δεδομένα αναφορικά με τα αναμενόμενα προβλήματα ποιότητας ισχύος. Η έρευνα που έχει πραγματοποιηθεί σε σχέση με την ποιότητα ισχύος των ηπειρωτικών συστημάτων αποτελεί αφετηρία για αντιμετώπιση των παραπάνω ζητημάτων. Ο εναρμονισμός των κανονισμών των πλοίων με αυτούς της ξηράς θα επιτρέψει την ευκολότερη εκμετάλλευση της σχετικής εμπειρίας και γνώσης. Η οικονομική λειτουργία των τεράστιων ηλεκτρικών συστημάτων απαιτεί τον ελάχιστο δυνατό αριθμό γεννητριών σε λειτουργία καθώς και την εξισορροπημένη φόρτιση με φορτία πρόωσης αλλά και φορτία υπηρεσίας. Αυτές οι απαιτήσεις δημιουργούν την ανάγκη για ένα εκτεταμένο σύστημα μετρήσεων και εποπτείας σε πραγματικό χρόνο και δυνατότητα δυναμικής ανακατανομής των φορτίων. Μέθοδοι για την αξιοποίηση των μετρήσεων (εμπειρικά συστήματα τα οποία θα λειτουργούν επικουρικά στη λήψη αποφάσεων) πρέπει να αναπτυχθούν προκειμένου να εξασφαλιστεί η αξιόπιστη λειτουργία των πλοίων. Εκτεταμένα συμπεράσματα και περισσότερες πληροφορίες για το ερευνητικό πρόγραμμα βρίσκονται στη σχετική ιστοσελίδα [15]. VIII. ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Το έργο αυτό συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο (75%) και από Εθνικούς πόρους (25%) Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Εκπαίδευσης και Αρχικής Επαγγελματικής Κατάρτισης (ΕΠΕΑΕΚ) και ειδικότερα από το πρόγραμμα ΠΥΘΑΓΟΡΑΣ. X. ΑΝΑΦΟΡΕΣ [1] M.H.J. Bollen, Understanding power quality problems: voltage sags and interruptions, IEEE Press, New York, 1999. [2] J. Mindykowski, Assessment of electric power quality in ship systems fitted with converter subsystems, Shipbuilding and Shipping, 23. [3] Prousalidis, I.K. Hatzilau, P. Michalopoulos, I. Pavlou, D. Muthumuni «Studying ship electric energy systems with shaft generator», Proceedings of 25 IEEE Electric Ship Technologies Symposium (ΕSTS 5), Philadelphia (USA), July 25. [4] STANAG 18, Characteristics of Shipboard Electrical Power Systems in Warships of the North Atlantic Treaty Navies, NATO, Edition 8, 21 Febr. 1994 / Edition 9, 24 Aug. 24. [5] ΙΕEE Standard 45-1993, Recommended Practice for Electrical Installations on Shipboard, IEEE Press, New York, 1993. [6] USA MIL-STD-1399 (NAVY), Interface standard for Shipboard systems - Section 3A - Electric Power, Alternating Current. [7].K. Hatzilau, J. Prousalidis, E. Styvaktakis, E. Sofras Voltage and Current Spikes & Transients - Power Supply Quality aspects for the AES, Proceedings of 25 All Electric Ship Symposium (AES25), Paris (France), October 25. [8] I.K. Hatzilau, J. Prousalidis, E. Styvaktakis, F. Kanellos, S. Perros, E. Sofras, Electric power supply quality concepts for the All Electric Ship (AES), 26 World Marine Transport Technology Conference, London (UK), March 26. [9] Ι. Μ. Προυσαλίδης, Ι. Κ. Χατζηλάου, E. Στυβακτάκης, Φ. Κανέλλος, Ν. Χατζηαργυρίου, Χ. Φραγκόπουλος, Η. Σοφράς, «Hλεκτροπρόωση πλοίων και πλήρως εξηλεκτρισμένο πλοίο: προβλήματα ποιότητας ηλεκτρικής ισχύος», ΔΙΗΜΕΡΟ TEE με θέμα «ΗΛΕΚΤΡΟΚΙΝΗΤΑ ΜΕΣΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ», ΕΒΕΑ, Ιανουάριος 26. [1] E. Styvaktakis, M.H.J. Bollen, Signatures of voltage dips: transformer saturation and multistage dips, IEEE Trans. on Power Delivery, vol.18, no.1, pp. 265-27, January 23. [11] E.Sofras, J.Prousalidis: On Performing Short Circuit Studies On Ship Electric Energy Systems, Proceedings of 25 All Electric Ship Symposium (AES25), Paris (France), October 25. [12] F. Kanellos, I.K. Hatzilau, J. Prousalidis, E. Styvaktakis,, Simulation of a Shipboard Electrical Network (AES) Comprising Pulsed Loads, International Symposium Engine as a Weapon II, 5-6 December 26, London (UK). [13] G. Petropoulos, J. Prousalidis, Modeling a Fuel Cell Generator set for DC Transient-State studies, Proceedings of International Conference on Electric Machines (ICEM-26), Chania (Crete), September 26. Η παρούσα δημοσίευση έχει προκριθεί για δημοσίευση σε περιοδικό-έκδοση του Elsevier. [14] P. Vallianatos, J. Prousalidis, E. Styvaktakis, On starting-up large power motors rotating high inertia loads in autonomous systems, Proceedings of International Conference on Electric Machines (ICEM- 26), Chania (Crete), September 26. Η παρούσα δημοσίευση έχει προκριθεί για περαιτέρω αξιολόγηση-κρίση σε περιοδικό του IEEE. [15] http://www.ntua.gr/marine_electrical/ Ιστοσελίδα ερευνητικού προγράμματος.