Режимы работы систем электроснабжения объектов нефтегазовых месторождений
Цель работы:
Повысить энергетическую эффективность установок механизированной добычи нефти с погружными насосами и систем электроснабжения нефтепромыслов за счет совершенствования управления режимами напряжения электрических сетей.
В работе требуется решить следующие задачи:
1. Провести анализ режимов электропотребления наиболее распространенных установок механизированной добычи нефти - установок с электроцентробежными погружными насосами (УЭЦН) и типовых систем электроснабжения нефтяных промыслов в целом.
2. Модифицировать математическую модель электропривода УЭЦН для расчета режимов энергопотребления и технологических параметров. При решении этой задачи учесть механическую характеристику погружного насоса при работе на напорную характеристику скважины, исследовать влияние напряжения на вводах погружного электродвигателя (ПЭД) на технологические и энергетические параметры УЭЦН.
3. Разработать методику оптимизации законов регулирования напряжения в промысловых электрических сетях, обеспечивающую минимизацию потерь электроэнергии при эффективных технологических режимах производственного оборудования, и апробировать ее на типовых схемах электроснабжения нефтепромыслов.
Методы исследования, используемые в работе:
Являются электротехнические комплексы и системы нефтегазовых промыслов. Данные электротехнические комплексы системы обладают рядом особенностей, весьма существенных для рассматриваемой проблематики
Актуальность работы:
Объекты нефтегазовых промыслов являются крупными потребителями энергии, на долю которых приходится до 50% общего объема потребления электроэнергии в отрасли. Особенностью систем электроснабжения нефтегазовых промыслов является рассредоточенность приемников электроэнергии на достаточно больших площадях. Вместе с большой энергоемкостью потребителей, это определяет особенности схемных решений электроснабжения, наличие многоуровневой трансформации энергии, значительный уровень потерь электроэнергии в системе электроснабжения.
Рекомендации по содержанию работы (содержание теоретической и экспериментальной частей корректируется по указанию научного руководителя или по заданию предприятия-заказчика при выдаче задания на выполнение работы) :
Введение.
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕПРОМЫСЛОВ.
1.1. Характеристика нефтепромыслового электрооборудования.
1.2. Анализ систем электроснабжения объектов нефтепромыслов и режимов их работы.
1.3. Постановка задач исследования.
2. КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРИ ДОБЫЧЕ НЕФТИ УЭЦН.
2.1. Последовательность проведения комплексного анализа режимов электропотребления нефтяных промыслов.
2.2. Экспериментальное исследование электрических нагрузок на нефтепромысловых подстанциях.
2.3. Экспериментальное исследование качества электрической энергии.
2.4. Анализ энергетических показателей УЭЦН.
2.5 Выводы й результаты исследования.
I 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ
РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА УЭЦН.
3.1. Методология моделирования и задачи исследования режимов работы электропривода УЭЦН.
3.2. Механическая характеристика погружного центробежного насоса добычи нефти.
3.3. Математическая модель электропривода УЭЦН.
3.4. Исследование режимов работы электропривода УЭЦН.
3.5. Выбор рациональных режимов работы электропривода УЭЦН
3.6. Выводы и результаты исследований.
4. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СЕТЯХ НЕФТЕПРОМЫСЛА.
4.1. Выбор оптимального режима напряжения на шинах 6 кВ ПС
35/6.
4.2. Оптимизация законов регулирования напряжения в центрах питания.
4.3. Выбор рациональных значений напряжения на шинах РУ ПС 35/6 с позиций обеспечения устойчивости электротехнической системы.
4.4 Выводы и результаты исследований.
Расширенный список рекомендуемой литературы:
1. Ивановский B.H., Дарищев В.И., Сабиров A.A., Каштанов B.C., Пекин С.С. Скважинные насосные установки для добычи нефти. М.: ГУП Изд-во «Нефть и газ», 2002. - 824 с.
2. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. М.: Недра, 2000. - 487 с.
3. Бак С.И., Читипаховян С.П. Электрификация блочно-комплектных установок нефтяной промышленности. -М.: Недра, 1989. 183 с.
4. Дунюшкин И.И. Сбор и подготовка скважинной продукции нефтяных месторождений. М.: Нефть и газ, 2006. - 320 с.
5. Справочник по проектированию электрических сетей/под ред. Д.Л. Файбисо-вича. 2-е изд., перераб. И доп. - М.: ЭНАС, 2007. - 352 с.
6. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: ИПК Издательство Стандартов. -32 с.
7. Управление качеством электроэнергии/ И.И. Карташов, В.Н. Тульский, Р.Г. Шаманов и др.; под ред. Ю.В. Шарова. М.: М.: Издательский дом МЭИ, 2006. -320 с.
8. Качество энергии в электрических сетях/ Куско А., Томпсон. М.: Додэка-XXI, 2008.-336 с.
9. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов/ Ю.С. Железко. М.: ЭНАС.-456 с.
10. Маркушевич Н.С. Регулирование напряжения и экономия электроэнергии. -М.: Энергоатомиздат, 1984. 320 с.
11. Церазов A.JL, Якименко Н.И. Исследование влияния напряжения на работу асинхронных двигателей. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 150 с.
12. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей/Под ред. Л.Г. Мамиконянца, 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1984.-240 с.
13. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения предприятий. 5-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 2004. - 146 с.
14. Оптимизация режимов работы электрооборудования погружных электроцентробежных насосов нефтедобычи/ Б.Н. Абрамович, К.А. Ананьев, О.В. Иванов, Ю.Г. Антонов// Промышленная энергетика. 1983, №6, с.22-25.
15. Энергетические показатели режимов работы электрооборудования УЭЦН и способы их улучшения/ В.Я. Чаронов, Б.Н. Абрамович, К.А. Ананьев и др.// Нефтяное хозяйство. 1995, №3, с.43-46.
16. Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Электропривод турбомеханизмов. М.: Энергоатомиздат, 1982. - 240 с.
17. Онищенко Г.Б., Рожанковский Ю.В. Определение механических характеристик центробежных насосов с регулируемым приводом// Электротехникап, 1990, №2, с. 16-19.
18. Меньшов Б.Г., Рахимов В.И. Комплексный анализ режимов электропотребления// Совершенствование нормирования и регулирования энергопотребления в промышленности. Материалы семинара. -М.: МДНТП, 1987, с. 58-59.
19. Норенков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. М.: Наука, 1996. -304 с.
20. Шуров В.И. Технология и техника добычей нефти. М.: Недра, 1983. -510с.
21. Филиппов В.Н. Надежность установок погружных центробежных насосов для добычи нефти. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1983. - 50 с.
22. Ивановский Н.Ф. Определение моментов сопротивления и динамического нагружения при запуске погружных центробежных насосов// Нефтяное хозяйство, 1965, №11, с. 50-53.
23. Меньшов Б.Г., Егоров A.B., Цветков H.A. Диалоговая система феноменологического моделирования в решении задач повышения надежности и эффективности электроснабжения// Надежность и экономичность электроснабжения нефтехимических заводов, 1986, с. 42-47.
24. Меньшов Б.Г., Доброжанов В.И., Ершов М.С. Теоретические основы управления электропотреблением промышленных предприятий. М.: Издательство «Нефть и газ», 1995. -264 с.
25. Лыкин A.B. Электрические системы и сети. М.: Логос, 2008. - 254 с.
26. Ершов М.С., Егоров A.B., Трифонов A.A. Некоторые итоги исследования устойчивости промышленных электротехнических систем. Тр. РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2009, №3 (256)
27. Ершов М.С., Егоров A.B., Яценко Д.Е. О влиянии параметров энергосистемы на устойчивость узлов электрической нагрузки промышленных предприятий. Промышленная энергетика, 1997, №5.
28. Ершов М.С., Егоров A.B., Одинец A.C. Энергетические показатели устойчивости асинхронных многомашинных промышленных комплексов. Промышленная энергетика, 1999, №2.
29. Ершов М.С., Егоров A.B., Трифонов A.A. Устойчивость промышленных электротехнических систем. М.: Недра, 2010. - 320 с.
30. Ершов М.С., Егоров A.B., Валов Н.В., Мукани Э.Б. О некоторых закономерностях областей устойчивости асинхронных электротехнических систем// Промышленная энергетика, 2010, №7, с. 22-26.
Повышение энергоэффективности асинхронного электропривода методом многокритериальной оптимизации параметров и режимов работы
Цель работы:
Повысить эффективность работы асинхронного электропривода как составной части технологического оборудования путем определения оптимальной совокупности параметров и режимов работы привода и разработка на её основе алгоритма управления, обеспечивающего улучшение энергетических и динамических показателей.
В работе требуется решить следующие задачи:
1. Разработать проблемно-ориентированную модель оптимизационного расчета асинхронного электропривода, позволяющую исследовать и оценивать энергетические и динамические процессы привода;
2. Выполнить поиск оптимальной совокупности параметров асинхронного электропривода "адаптивным методом исследования пространства параметров" (АМИПП) по энергетическим и динамическим критериям;
3. Установить для асинхронного электродвигателя взаимную связь между суммарными потерями и электромагнитным моментом;
4. Определить значения аппроксимирующего полинома управляющего воздействия для частотно-регулируемого электропривода.
Методы исследования, используемые в работе:
В работе рекомендуется использовать методы дифференциального и интегрального исчисления, методы теории электрических цепей, методы автоматического управления, математическая теория равномерно распределенных ЛПТ - последовательностей, языки программирования, методы моделирования на ЭВМ с применением современных интегрированных пакетов.
Обоснованность и достоверность результатов работы подтверждаются корректным использованием математического аппарата, согласованностью теоретических выводов и данных экспериментальных исследований, использованием современных численных методов, а также экспериментальной проверкой расчетных результатов.
Актуальность работы:
Электропривод, осуществляющий электромеханическое преобразование энергии, широко используется во всех областях деятельности для обеспечения нужд производства и жилищно-коммунального хозяйства, потребляет более 60 % всей вырабатываемой электроэнергии.
Повышение энергетической эффективности может быть достигнуто при использовании регулируемых электроприводов для управления технологическими процессами, что в сочетании с возможностями автоматизации может обеспечить оптимальное использование электроэнергии и других ресурсов. экономический потенциал энергосбережения в электроприводе практически исчерпан, т.к. отдельные компоненты электропривода достаточно совершенны. Вместе с тем остается громадный потенциал, основанный на совершенствовании проектирования систем в целом и оптимизации их параметров".
Среди регулируемых электроприводов доминирующее положение занимают частотно-регулируемые асинхронные электроприводы, их массовое применение позволяет решать не только технологические задачи, но и проблемы энерго - и ресурсосбережения.
Значения конструктивных, режимных параметров и законов управления устанавливают эксплуатационные, энергетические и динамические характеристики асинхронного электропривода, которые в свою очередь определяют эффективность функционирования технологического оборудования.
При разработке автоматизированного электропривода необходимо учитывать такие требования как уменьшение времени переходного процесса, точность и диапазон регулирования, энергетические свойства, которые обычно характеризуются необходимой мощностью, коэффициентами полезного действия привода, преобразования электрической и механической энергии двигателя, coscp и удельным расходом энергии на единицу полезного продукта.
Таким образом, электрический привод, являясь энергосиловой установкой, должен обладать высокими динамическими и энергетическими свойствами, определяемыми критериями, которые имеют часто противоречивый характер.
Так как критерии имеют противоречивый характер и их экстремальные значения не могут быть реализованы одновременно, то принимаемое решение должно обеспечивать наилучшее сочетание всех показателей.
Улучшение энергетических показателей можно осуществить также за счет разработки новых алгоритмов управления, учитывающих оптимальные конструктивные и режимные параметры электрического привода, полученные в результате оптимизации по нескольким критериям.
Несмотря на значительное количество работ, посвященных методикам оптимального проектирования электрических машин и электроприводов, научная проблема создания электропривода, оптимального по конструкции и режимам работы, остается до конца не решенной.
Поэтому повышение энергоэффективности асинхронного электропривода методом многокритериальной оптимизации параметров и режимов работы актуально и представляет интерес в настоящее время.
Объектом исследования является регулируемый привод переменного тока, в состав которого входит асинхронный электродвигатель с ко-роткозамкнутым ротором.
Рекомендации по содержанию работы (содержание теоретической и экспериментальной частей корректируется по указанию научного руководителя или по заданию предприятия-заказчика при выдаче задания на выполнение работы):
Введение.
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА.
1.1 Энергоэффективность работы асинхронного электропривода .
1.2 Состояние работ по оптимизации электропривода.
1.3 Постановка задачи оптимизации параметров асинхронного электропривода.
1.4 Постановка задачи оптимального управления асинхронного электропривода.
1.5 Выводы.
2 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ОПТИМИЗАЦИОННОГО РАСЧЕТА АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА.
2.1 Разработка модели асинхронного электропривода как объекта оптимизации.
2.2 Преобразование энергии магнитного поля в асинхронном двигателе.
2.3 Математическая модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
2.4 Представление результатов расчетов в относительных единицах.
2.5 Моделирование процессов асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
2.6 Лабораторные исследования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
2.7 Обобщенная математическая модель механической части асинхронного электропривода вибрационного грохота.
2.8 Обобщенная математическая модель гидравлической части асинхронного электропривода центробежного насосного агрегата.
2.9 Выводы.
3 ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА.
3.1 Особенности динамической системы асинхронного электропривода.
3.2 Параметры и параметрические ограничения модели оптимизационного расчета электропривода.
3.3 Критерии асинхронного электропривода.
3.4 Функциональные и критериальные ограничения.
3.5 Применение ЛПт- последовательности при разработке адаптивного метода исследования пространства параметров.
3.6 Разработка адаптивного метода исследования пространства параметров.
3.7 Оценка эффективности расчетных вариантов упорядоченной таблицы испытаний оптимизационного расчета асинхронного электропривода.
3.8 Достоверность принимаемого оптимального варианта.
3.9 Оптимизация параметров асинхронного электропривода.
З.10 Основные закономерности векторных взаимодействий и преобразования энергии в асинхронном двигателе.
3.11 Оптимизация асинхронного электропривода вибрационного грохота.
3.12 Выводы.
4 ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА.
4.1 Оптимальное управляющее воздействие асинхронного электропривода.
4.2 Аппроксимирующий полином.
4.3 Формирование управляющего воздействия.
4.4 Определение управляющего воздействия для асинхронного привода.
4.5 Оптимизация режимов работы системы водоснабжения с емкостями.
4.7 Выводы.
Расширенный список рекомендуемой литературы:
1. Абрамов Б. И. Энергосбережение средствами электропривода вкоммунальном хозяйстве города / Б. И. Абрамов, Г. М. Иванов, Б. С. Лезнов // Электротехника. 2001. - №1. - С 59-63.
2. Алферов В.Г., Терехов В.М., Цаценкин В.К. Многокритериальная оптимизация следящих электроприводов опорно-поворотных устройств в кн. Автоматизированный электропривод /под общ. ред. Н.Ф.Ильинского, М.Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1990. - С. 112-118.
3. Антонова Г.М. Сеточные методы равномерного зондирования для исследования и оптимизации динамических стохастических систем / Г.М. Антонова. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2007. - 224 с.
4. Аоки М. Введение в методы оптимизации. Перев. с англ. / М. Аоки. -М.: Наука, 1977.-344 с.
5. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс: пер. с англ. / Б. Бан-ди. -М.: Радио и связь, 1988. 128 с.
6. Башарин А.В. Примеры расчета автоматизированного электропривода на ЭВМ : учеб. пособие для вузов./ А. В. Башарин, Ю. В. Постников. -3-е изд. Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 512 е.: ил.
7. Башарин А.В. Управление электроприводами / А. В. Башарин, В. А. Новиков, Г. Г. Соколовский. Л.: Энергоиздат, 1982. - 391 е.: ил.
8. Белов М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для вузов / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 576 е.: ил.
9. Ю.Боченков Б.М. Оптимизация электропривода переменного тока по векторному критерию качества / Б.М. Боченков, Ю.П. Филюшов / Электротехника. 2007. № 8, С.13-17.
10. П.Браславский И.Я. Математические модели для определения энергопотребления различными типами асинхронных электроприводов и примеры их использования / И. Я. Браславский, Ю. В. Плотников // Электротехника. -2005.-№9.-С. 14-18.
11. Браславский И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И.Я. Браславский, З.Ш. Иш-матов, В.Н. Поляков; под ред. И.Я. Браславского. М.: Издательский центр «Академия», 2004. -256 е.: ил.
12. Браславский И.Я. Некоторые результаты энергетического обследования электроприводов промышленных предприятий / И.Я. Браславский, В .В. Куцин, Е.Г. Казаков // Электротехника. 2004. - № 9. - С. 43-45.
13. Браславский И.Я. Энерго- и ресурсосберегающие технологии на основе регулируемых асинхронных электроприводов / И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, Ю.В. Плотников // Электротехника. 2004. - № 9. - С. 33-39.
14. Брахман Т.Б. Многокритериальность и выбор альтернативы в технике / Т.Б. Брахман. М.: Радио и связь, 1984, - 288 с.
15. Бродовский В. Н. Приводы с частотно-токовым управлением Под ред. В. Н. Бродовского. / В.Н. Бродовский, Е.С.Иванов М.: Энергия, 1974.168 с.
16. Булгаков А. А. Частотное управление асинхронными двигателями / А. А. Булгаков. М.: Наука, 1966. - 295 е.: ил.
17. Важнов А. И. Электрические машины: учебник / А. И. Важнов. Д.: Энергия, 1968.-768 с.
18. Вайсберг JI.A. Проектирование и расчет вибрационных грохотов / JI.A. Вайсберг -М.: Недра, 1986. 143 с.
19. Войнова Т. В. Математическая модель для исследования трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором как объекта регулирования и для прямого процессорного управления / Т. В. Войнова // Электротехника. 1998. - № 6. - С. 51-61.
20. ГОСТ Р 50369-92. Электроприводы. Термины и определения. — Введ. 1992-21-10. М.: Госстандарт России: Издательство стандартов, 1993. - 16 с.
21. Дмитриев Б. Ф. К вопросу о построении универсальной математической модели обобщенной электрической машины в программной среде Mat-Lab-Simulink / Б.Ф. Дмитриев, А.И. Черевко, Д.А. Гаврилов // Электротехника. 2005. - № 7. - С. 3-8.
22. Дьяконов В. П. MATLAB 6.0/6.1/6.5/6.5+SPl+Simulink 4/5. Обработка сигналов и изображений / В. П. Дьяконов. М.: СОЛОН-Пресс, 2005. -592 с.
23. Дьяконов В. П. Математические пакеты расширения MATLAB: справочник. / В. П. Дьяконов, В. Круглов. СПб.: Питер, 2001. - 480 с.
24. Епифанов А. П. Электромеханические преобразователи энергии: учеб. пособие / А. П. Епифанов СПб: Издательство «Лань», 2004. - 208 с.
25. Закон «Об энергосбережении» от 3 апреля 1996 г. № 28-ФЗ.
26. Зима Е.А. Метод энергооптимального управления асинхронными электроприводами //Сб. науч. тр. /Новосиб. гос. техн. ун-т. Новосибирск: НГТУ, 2002. - № 3 (29). - С 3-10.
27. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: учебник для вузов. в 2-х т. Том 1 / А.В. Иванов-Смоленский 3-е изд., - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 652 с.
28. Иванов-Смоленский А.В. Электрические машины: учебник для вузов. в 2-х т., Том 2 / А.В. Иванов-Смоленский 3-е изд., - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 532 с.
29. Иванов-Смоленский А.В. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и их физическое моделирование / А.В. Иванов-Смоленский М.: Энергия, 1969. - 304 с.
30. Ильинский Н.Ф. Основы электропривода: учеб. пособие для вузов, -2-е изд., перераб. и доп. /Н.Ф. Ильинский М.: Издательство МЭИ, 2003. -224 е.: ил.
31. Ильинский Н.Ф. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Н. Ф. Ильинский, В.В. Москаленко. М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 208 с.
32. Инжиниринг электроприводов и систем автоматизации : Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений /М. П. Белов и др.; под ред. В. А. Новикова, Л. М. Чернигова. М.: Издательский центр «Академия», 2006. — 368 с.
33. Инкин А. И. Электромагнитные поля и параметры электрических машин. Учеб. пособие / А.И. Инкин Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2002.-464 с.
34. Ключев В.И. Теория электропривода: учебник / В. И. Ключев. 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 2001, - 704 с.
35. Ковач К.П. Переходные процессы в машинах переменного тока / К. П. Ковач. И. Рац. М. - Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 744 с.
36. Козаченко В.Ф. Заказные разработки микропроцессорных контроллеров управления комплектными электроприводами и преобразователями энергии // Электронные компоненты. 2005. - № 3 . - С 144-147.
37. Козярук А.Е. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов / А.Е. Козярук, В.В. Рудаков СПб: Санкт-Петербургская Электротехническая компания, 2004 - 127 с.
38. Колесников А.А. Проектирование многокритериальных систем управления промышленными объектами. / А.А. Колесников, А.Г. Гельфгат. — М.: Энергоатомиздат, 1993. 304 с.
39. Копылов И.П. Электромеханические преобразователи энергии / И. П. Копылов. М.: Энергия. 1973.-400 с.
40. Копылов И.П. Развитие методов и средств макромоделирования электрических машин /И.П. Копылов, Т.Т. Амбарцумова // Электротехника. — 2007.-№7.-С. 19-24.
41. Костышин B.C. Моделирование режимов работы центробежных насосов на основе электрогидравлической аналогии /B.C. Костышин. Ивано-Франковск, 2000. 163 с.
42. Кравчик А.Э. Асинхронные двигатели серии 4А: справочник. / А. Э. Кравчик и др.. -М.: Энергоиздат, 1982. 146 с.
43. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый привод в насосных и воздуходувных установках / Б.С. Лезнов. — М.: Энергоатомиздат, 2006. -360 с.
44. Лопухина Е.М. Автоматизированное проектирование электрических машин малой мощности / Е.М. Лопухина, Г.А. Семенчуков М.: Высшая школа, 2002.-511 с.
45. Лыщинский Г.П., Гуревич В.А., Семиков Ю.И. Выбор силовых параметров электропривода методом «предпочтительного критерия» в кн. Автоматизированный электропривод /под общ. ред. Н.Ф.Ильинского, М.Г. Юнькова. -М.: Энергоатомиздат, 1990. С. 158-164.
46. Мещеряков В.Н. Структурно-топологический анализ моделей вентильного индукторного и асинхронного двигателей / В.Н. Мещеряков, А.А. Петунин // Электротехника. 2004. - № 9. - С. 47-51.
47. Миляшов А.Н. Многокритериальная оптимизация электромехано-тронной системы / А.Н. Миляшов // Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы: сб. Томск, 2003. - С. 190-191.
48. Мищенко В.А. Оптимальный по минимуму потерь закон частотного управления асинхронным двигателем / В. А. Мищенко, Р. Т. Шрейнер, В. А. Шубенко // Изв. вузов. Электротехника. 1969. - № 8. - С. 115-118.
49. Мищенко В.А. Теория, способы и системы векторного и оптимального векторного управления электроприводами переменного тока / В. А. Мищенко. М.: Информэлектро, 2002. - 168 с.
50. Мищенко В.А. Фазовый принцип векторного управления динамикой асинхронного электропривода / В. А. Мищенко // Электротехника. — 2008. -№ 1.-С. 2-9.
51. Многокритериальная оптимизация: Математические аспекты / Б. А. Березовский, Ю. М. Барышников, В. И. Борзенко, JI. М. Кемпнер. М.: Наука, 1989, - 128 с.
52. Мощинский Ю.А. Определение параметров схемы замещения асинхронной машины по каталожным данным /Ю.А. Мощинский, В.Я. Беспалов, А.А. Карякин // Электричество. 1998. - №4, - С. 11-18.
53. Ногин В.Д. Основы теории оптимизации: учеб. пособ. / под ред. И.О. Протодъяконова./ В.Д. Ногин, И.О. Протодьяконов, И.И. Евлампиев -М.: Высш. шк., 1986, 384 с.
54. Ногин В.Д. Принятие решений в многокритериальной среде: количественный подход / В. Д. Ногин. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 176 с.
55. Олейников В.А. Основы оптимального и экстремального управления / В. А. Олейников, Н. С. Зотов, А. М. Пришвин. М.: Высш. шк., 1969. -259 с.бЗ.Онищенко Г.Б. Электропривод турбомеханизмов / Г. Б. Онищенко, М. Г. Юньков. М.: Энергия, 1972. - 240 с.
56. Панкратов В.В. Метод многокритериальной оптимизации алгоритмов векторного управления асинхронными электроприводами / В. В. Панкратов, Е. А. Зима // Изв. вузов. Электромеханика. 2002. - № 2. - С. 44-49.
57. Петров Ю.П. Оптимальное управление электрическим приводом с учетом ограничений по нагреву / Ю. П. Петров. Л.: Энергия, 1971. - 144 с.
58. Подиновский В.В. Оптимизация по последовательно применяемым критериям /В. В. Подиновский, В. М. Гаврилов. М.: Сов. радио, 1975. - 192 с.
59. Подиновский В.В. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач. / В. В. Подиновский, В.Д. Ногин М.: Наука. 1982. - 256 с.
60. Поляков В.Н. Обобщение задач оптимизации установившихся режимов электрических двигателей / В. Н. Поляков, Р. Т. Шрейнер // Электротехника. 2005 - № 9. - С. 18-22.
61. Поляков В.Н. Экстремальное управление электрическими двигателями : моногр. / В.Н. Поляков, Р.Т. Шрейнер; под общей ред. д-ра техн. наук, проф. Р.Т. Шрейнера. Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. -420 с.
62. Понтрягин JI.C. Математическая теория оптимальных процессов / JI.C. Понтрягин и др. -4-е изд. М.: Наука, Главная ред. Физ.-мат. Литературы, 1983.-392 с.
63. Попов А.Н. Синергетический синтез законов энергосберегающего управления электромеханическими системами. / А.Н. Попов. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003. 67 с.
64. Растригин Л.А. Системы экстремального управления / Л.А. Растри-гин -М.: Наука, 1974. 630 с.
65. Растригин Л.А. Адаптация сложных систем / Л. А. Растригин Рига: Зинатне, 1981.-375 с.
66. Растригин Л.А. Современные принципы управления сложными объектами / Л. А. Растригин. М.: Сов. радио, 1980. - 232 с.
67. Решмин Б.И. Уточненная модель асинхронного двигателя как объект для построения системы управления / Б.И. Решмин // Электротехника. -2005. № 7. -С.14-19.
68. Сандлер А.С. Частотное управление асинхронными двигателями / А. С. Сандлер, Р. С. Сарбатов. М.: Энергия. 1966. - 144 с.
69. Саушев А.В. Метод построения границы области работоспособности электротехнических объектов /А.В. Саушев // Электричество, 1990. - № 4. - С.14-19.
70. Системы автоматизированного управления электроприводами: учеб. пособие / Г. И. Гульков и др.; под общ. ред. Ю. Н. Петренко. Минск: Новое знание, 2004. - 394 с.
71. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями / О. В. Слежановский и др.. М.: Энергоатомиздат, 1983. — 256 с.
72. Соболь И.М. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями : учебное пособие для вузов / И.М. Соболь, Р. Б. Статников. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Дрофа, 2006. — 175 е.: ил.
73. Соболь И.М. Постановка некоторых задач оптимального проектирования при помощи ЭВМ / И.М. Соболь, Р.Б. Статников: — Препринт № 24. -М.: Институт прикладной математики АН СССР, 1977.
74. Соболь И.М. ЛП-поиск и задачи оптимального конструирования / И.М. Соболь, Р.Б. Статников // Проблемы случайного поиска. Рига: Зинат-не, 1972. -№ 1.-С. 177-135.
75. Современная прикладная теория управления: Оптимизационный подход в теории управления / под ред. А.А. Колесникова. 4.1. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. - 400 с.
76. Современная прикладная теория управления: Синергетический подход в теории управления / под ред. А.А. Колесникова. Ч.И. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. - 559 с.
77. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Г.Г. Соколовский. М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 272 с.
78. Степанов А.И. Центробежные и осевые насосы Теория, конструирование и применение: пер. с англ. / А.И. Степанов; под ред. В.И. Поликовско-го М.: Машгиз, 1060, 464 с.
79. Сушкин В.А. Постановка задачи оптимального проектирования системы привода исполнительного органа стругового агрегата. В кн.: Механизация горных работ на угольных шахтах. Тула, ТПИ, 1979, с. 93-99.
80. Сушкин В.А. Эффективное множество расчетных вариантов оценки электромеханических систем. / О.А. Кузнецова, В.А. Сушкин. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. - 80 с.
81. Терехов В. М. Системы управления электроприводов: учебник / В. М. Терехов, О. И. Осипов; Под ред. В. М. Терехова. М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 304 с.
82. Уайлд Д. Оптимальное проектирование: пер. с англ. / Д. Уайлд. -М.: Мир, 1981.-272 с.
83. Уайт Д. Электромеханическое преобразование энергии, перев. с англ., / Д. Уайт, Г. Вудсон. М. - Л.: Энергия, 1964. - 528 с.
84. Усольцев А. А. Векторное управление асинхронными двигателями: учебное пособие / А. А. Усольцев. СПб: СПбГИТМО (ТУ), 2002. - 43 с.
85. Уткин В. И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления / В. И. Уткин // М.: Наука, 1981. - 386 с.
86. Фильц Р.В. Математические основы теории электромеханических преобразований / Р.В Фильц // Киев: Наукова думка, 1979. - 208 с.
87. Фираго Б. И. Регулируемые электроприводы переменного тока / Б. И. Фираго, JI. Б. Павлячик. Минск: Техноперспектива, 2006. - 363 с.
88. Флоренцев С.Н. Силовая электроника начала тысячелетия / С.Н. Флоренцев // Электротехника. 2003. - № 6. - С 3-9.
89. Хеллман О. Введение в теорию оптимального поиска. — Пер. с англ. / под ред. Н.Н.Моисеева. М.: Наука. 1985. — 248 с.
90. Чиликин М. Г. Общий курс электропривода: учебник / М. Г. Чи-ликин, А. С. Сандлер. 6-е изд., доп. и перераб. - М.: Энергоиздат, 1981. -576 с.
91. Шалтянис В. Исследование эффективности ЛП-поиска на классе многоэкстремальных задач / В. Шалтянис // В кн. Теория оптимальных решений. Вильнюс, 1976. - вып. 2. - С. 59-65.
92. Шрейнер Р. Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты / Р. Т. Шрейнер Екатеринбург: УрО РАН, 2000. - 654 с.
93. Шрейнер Р. Т. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами моногр. / Р. Т. Шрейнер, Ю. А. Дмитриенко. Кишинев: Штиинца, 1982. — 234 с.
94. Шрейнер Р. Т. Электромеханические и тепловые режимы асинхронных двигателей в системах частотного управления: учеб. пособие / Р.Т. Шрейнер и др.; под ред. проф. д.т.н. Р.Т. Шрейнера. Екатеринбург: ГОУ ВПО «Рос. Гос. проф.-пед. ун-т», 2008. 361 с.
95. Штойер Р. Многокритериальная оптимизация. Теория, вычисления и приложения: пер. с англ. / Р. Штойер. М.: Радио и связь, 1992. - 504 с.
96. Энергосберегающая технология электроснабжения народного хозяйства: В 5 кн.: практ. пособие / Под ред. В.А. Веникова. Кн. 2. Энергосбережение в электроприводе / Ильинский Н. Ф. и др. М.: Высш. шк., 1989. -127 с.
97. Эпштейн И. И. Автоматизитованный электропривод переменного тока /И. И. Эпштейн. М.: Энергоиздат, 1982. - 192 с.
98. Юргенсон Т. С. Поиск оптимизационного решения при проектировании электрических машин / Т. С. Юргенсон // Электротехника. 2004. -№7-С. 31-33.
99. Austin Hughes Electric motors and drives: fundamentals, types,and applications 1993 Pp 339.
100. Blachke F. Das Prinzip der Feldorientierung die Grundlage fur die TRANSVEKTOR-Regeling von Drehfeldmaschinen Text. / F. Blachke // Sie-mens-Z. 1971. Bd.45. H. 10. S. 757-760.
101. Floter W. Die Transvector Regelung fur den feldorientierten Betrieb einer Asynchronmashine / W. Floter, H. Ripperger // Siemens Z. -1971. - Bd. 45. -№ 10.-S. 761-764.
102. K. Harms, W. Leonhard, Parameter adaptive control of induction motor based on steady-state machine model, I Europ. Conf. on Power Electr. and Ap-plic., Brussel, 1995.
103. N. K. De, P.K. Sen Electric Drivers 2006 p324.
104. Power Converter Circuits. W. Shepherd and L. Zhang. Marcel Dekker, Inc. 270 Madison Ave. New York, NY 10016. ISBN# 0-8247-5054-3. Phone + 800 228 1160
105. Sakae Yamamura AC motors high-performanse applications: analysis and control 1986-Pp: 215.
106. Sobol' I.M., Myshetskaya E.E. Convergence Estimates for Crude Approximations of a Pareto Set. Computers&Maths with Applies, 2002. Vol.44. -Pp.877-886.
107. Statnikov R.B., Bordetsky A., Statnikov A. Multicriteria Analysis of Real-Life Engineering Optimization Problems: Statement and Solution // Nonlinear Analysis. 2005. - № 63. - Pp.e 685-e 696.
Системы и алгоритмы энергосберегающего управления частотно-регулируемыми электроприводами штанговых скважинных насосных установок
Цель работы:
Разработать методы, систем и алгоритмов энерго- и ресурсосберегающего управления системой «частотно-регулируемый электропривод — станок-качалка — штанговая скважинная насосная установка», обеспечивающих повышение энергетической эффективности и ресурса работы оборудования.
В работе требуется решить следующие задачи:
1. Провести сравнительный анализ современных типов электроприводов ШСНУ и систем их управления.
2. Разработать математическую модель системы «частотно-регулируемый электропривод - станок-качалка - штанговая скважинная насосная установка», описывающую кинематические, динамические и электромеханические процессы, происходящие в элементах системы.
3. Определить законы движения точки подвеса колонны штанг, обеспечивающие снижение максимальных значений усилий в элементах ШСНУ.
4. Разработать и исследовать систему управления частотно-регулируемым электроприводом ШСНУ, обеспечивающую требуемый закон движения ТПКШ с целью снижения максимальных значений усилий в элементах установки, а также поддержание динамического уровня нефти в скважине, на заданном уровне с целью согласования производительности насоса с дебитом скважины.
5. Разработать датчик параметров движения ТПКШ и датчик угла наклона балансира станка-качалки для организации обратной связи в системе управления по положению ТПКШ.
6. Разработать метод определения динамического уровня нефти в скважине по ваттметрограмме для организации обратной связи в системе управления по технологическому параметру.
Методы исследования, используемые в работе:
При решении поставленных в работе задач использовались методы математического моделирования электрических машин, кинематики и динамики механизмов, а также систем с распределенными параметрами; методы электромеханических и электрогидравлических аналогий; аналитические и численные методы прикладной математики. В работе широко использовались методы имитационного компьютерного моделирования электротехнических и механических систем, а также экспериментальные исследования в лабораторных и промысловых условиях.
Актуальность работы:
Современное состояние нефтедобывающей промышленности Российской Федерации характеризуется тем, что большинство нефтяных месторождений находятся в завершающей стадии разработки, отличительной особенностью которой являются низкие темпы добычи нефти и ее высокая себестоимость. Снижение темпов добычи нефти обуславливает увеличение числа скважин, эксплуатируемых штанговыми скважинными насосными установками, доля которых на отдельных нефтепромыслах достигает 80%, а в среднем составляет около 50% от общего числа нефтедобывающих скважин. В структуре затрат на добычу нефти с использованием ШСНУ амортизационные отчисления составляют 30%, а расходы на электроэнергию - от 20 до 25%. Поэтому одним из важнейших факторов развития нефтедобывающей промышленности в условиях современной рыночной экономики является повышение энергетической эффективности и ресурса работы оборудования ШСНУ, что в настоящее время является крайне актуальной проблемой.
Перспективным направлением решения указанной выше проблемы является совершенствование электротехнической части системы «электропривод — станок-качалка — штанговая скважинная насосная установка», а также разработка новых методов и систем управления электроприводами ШСНУ, обеспечивающих снижение энергопотребления установки и повышение срока службы оборудования. Этому вопросу посвящены труды многих ведущих ученых, таких как Ершов М.С., Зюзев A.M., Кулизаде К.Н., Парфенов А.Н., Плющ Б.М., Фархадзаде Э.М.,Чаронов В.Я., Шаньгин Е.С., Яризов А.Д. и других.
В настоящее время большинство ШСНУ оснащаются нерегулируемыми электроприводами на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором. Кроме того, применяются электроприводы по системе «тиристорный преобразователь напряжения - односкоростной АД» и по системе «тиристорный преобразователь напряжения - двухскоростной АД». Однако указанные типы электроприводов обладают низкими энергетическими показателями и не обеспечивают требуемого диапазона регулирования производительности насоса в непрерывном режиме работы установки, что существенно ограничивает возможности оптимизации технологического процесса. Кроме того, электроприводы на основе тиристорных преобразователей напряжения ограничены в возможностях обеспечения энерго- и ресурсосбережения ШСНУ.
В этих условиях становится целесообразным применение частотно-регулируемых электроприводов ШСНУ, которые обладают возможностью плавно регулировать среднюю и мгновенную скорости вращения вала кривошипа станка-качалки в широком диапазоне скоростей и, таким образом, обладают наилучшими возможностями по обеспечению энерго- и ресурсосбережения установки. Однако, несмотря на все преимущества, частотно-регулируемые электроприводы до настоящего времени не получили широкого применения в качестве приводов ШСНУ, что объясняется, главным образом, отсутствием комплексных исследований кинематических, динамических и энергетических процессов, происходящих в системе «частотно-регулируемый электропривод — станок-качалка - штанговая скважинная насосная установка» с целью разработки новых методов, систем и алгоритмов энерго- и ресурсосберегающего управления ЧРЭП ШСНУ.
Рекомендации по содержанию работы (содержание теоретической и экспериментальной частей корректируется по указанию научного руководителя или по заданию предприятия-заказчика при выдаче задания на выполнение работы):
Введение
|
