Оптимизация режимов работы синхронных двигателей в узлах нагрузки систем электроснабжения компрессорных станций магистральных газопроводов
|
Скачать 298.62 Kb.
|
|
На правах рукописи  ГОЛУБОВСКИЙ Александр Владимирович ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В УЗЛАХ НАГРУЗКИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ МАГИСТРАЛЬНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Самара – 2008 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» на кафедре «Электропривод и промышленная автоматика» 
Защита состоится «26» июня 2008 года в 1100 часов на заседании диссертационного совета Д 212.217.04 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Самарский государственный технический университет" по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, ауд. 200. С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СамГТУ, а с авторефератом диссертации на официальном сайте: www.samgtu.ru/disertac/d4.html Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, СамГТУ, Главный корпус, учёному секретарю диссертационного совета Д 212.217.04 ; факс (8462) 278-44-00; E-mail: aees@samgtu.ru Автореферат разослан «__» мая 2008 г.  Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент Е.А. Кротков ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Повышение энергетической эффективности и надёжности электропривода компрессорных станций (КС) магистральных газопроводов (МГ) связано с оптимизацией систем автоматического регулирования возбуждения (АРВ) синхронных двигателей (СД) газоперекачивающих агрегатов (ГПА). Задачи автоматического регулирования возбуждения синхронных машин и оптимизации режимов узлов нагрузки систем электроснабжения отражены в работах многих авторов: Д.П. Петелина, И.Д. Сыромятникова, Б.Н. Абрамовича, И.Д. Лищенко, В.А. Веникова, Ф.Г. Гусейнова, Н.И. Воропая и других учёных. В работах Н.Д. Абдуллаева, В.Ф. Шумилова, Г.Р. Шварца и др. рассмотрены вопросы синтеза оптимальных систем АРВ при случайных изменениях нагрузки. Тем не менее, задача оптимизации систем АРВ СД, синтеза оптимальных и гарантирующих АРВ с учётом специфики приложения случайных возмущающих воздействий остаются открытыми. Также актуальным является построение цифровых возбудителей СД ГПА. Цель и задачи исследований. Основной целью работы является повышение эффективности функционирования, устойчивости узлов нагрузки систем электроснабжения газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций магистральных газопроводов с синхронными электродвигателями путём оптимизации алгоритмов автоматического регулирования возбуждения. Исходя из указанной цели, в диссертационной работе решаются следующие научные и практические задачи: 1. Формирование математической модели синхронного электропривода ГПА. 2. Разработка методики оптимизации режимов работы СД ГПА. 3. Исследование гарантирующих управлений возбуждением СД ГПА. 4. Определение областей динамической устойчивости СД ГПА при различных законах регулирования возбуждения. 5. Практическая реализация алгоритмов оптимальных и гарантирующих АРВ в цифровых системах регулирования возбуждения. Основные методы научных исследований. При выполнении работы использовались основные положения теории электропривода, аппарат передаточных функций и метод пространства состояний, теория оптимального управления, теория случайных процессов, методы синтеза оптимального регулятора, алгоритмы математического моделирования на ЭВМ и др. Научная новизна работы. 1. Разработана математическая модель синхронного электропривода ГПА с учётом вероятностных характеристик регулируемых координат. 2. С использованием метода пространства состояний разработана методика синтеза оптимальных систем АРВ при случайных возмущениях. 3. Поставлена и решена задача синтеза гарантирующих управлений СД ГПА. 4. Разработана вычислительная процедура для определения областей динамической устойчивости СД ГПА при различных законах регулирования возбуждения. Практическая ценность. 1. Разработаны инженерные методики синтеза оптимальных и гарантирующих систем АРВ при возмущениях случайного характера. 2. Получены оптимальный регулятор напряжения и гарантирующий регулятор внутреннего угла СД, которые реализованы в цифровых системах регулирования возбуждения. 3. Показана практическая реализуемость этих регуляторов, эффективность оптимальных систем регулирования возбуждения по сравнению с традиционными. Достоверность полученных результатов определяется корректным использованием соответствующего математического аппарата, модельных исследований, и подтверждается удовлетворительным совпадением результатов расчёта и экспериментальных данных. Реализация результатов работы. Поставленные в диссертационной работе задачи решались в соответствии с «Концепцией энергосбережения в ОАО «Газпром» в 2001-2010 гг.». Цифровые системы регулирования возбуждения внедрены на ряде ЛПУ МГ ООО «Волготрансгаз». Проведена замена аналоговых возбудителей ВТЕ 320/230 на цифровые ВТЦ 320/230 в четырёх из шести филиалов с ЭП ГПА. Установлены ВТЦ 320/230 в: Починовском ЛПУ МГ, Сееповском ЛПУ МГ, Волжском ЛПУ МГ, Чебоксарском ЛПУ МГ. Замена возбудителей производилась согласно договора представителями ОАО «НИПОМ» г. Дзержинск совместно КТИ ВТ СО РАН г. Новосибирска и Починовского филиала ООО «Волготрансгаз». Разработанные в диссертации методики также внедрены в учебный процесс Самарского государственного технического университета и используются при подготовке специалистов предприятий ОАО «Газпром» в Сервис-центре САМГТУ МИЭИ. Основные положения, выносимые на защиту. 1. Математическая модель синхронного электропривода ГПА с учётом вероятностных характеристик регулируемых координат. 2. Методика синтеза оптимальных систем АРВ СД ГПА при случайных возмущениях. 3. Алгоритмы синтеза гарантирующих управлений возбуждением СД ГПА. 4. Методика определения областей динамической устойчивости СД ГПА при различных законах регулирования возбуждения. 5. Конкретная реализация микропроцессорной системы регулирования возбуждения СД. Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и были одобрены на отраслевой конференции «Новые техники и технологии в энергетике ОАО «Газпром» (г. Москва, 1999 г), на заседании НТС ОАО «Газпром» по теме «Энергосбережение и энергосберегающие технологии в энергетика газовой промышленности» (г. Москва, 2000 г), на заседании НТС ОАО «Газпром» по теме «Концепция применения электропривода газоперекачивающих агрегатов» (г. Нижний Новгород, 2002 г), на заседании НТС ОАО «Газпром» по теме «Обеспечение надёжности работы энергетического оборудования» (г. Нижний Новгород, 2006 г), отраслевой конференции «Энергетическое оборудование нового поколения для ОАО «Газпром» (г. С.-Петербург, 2004 г), отраслевых конференциях ОАО «НИПОМ» (г. Дзержинск, 2001-2007 гг), отраслевых конференцях в Сервис-центр САМГТУ МИЭИ (г. Самара, 2001-2008 гг.), расширенных заседаниях НТС кафедры «Электропривод и промышленная автоматика» СамГТУ (г. Самара, 2003-2008 гг), на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы электротехники, электроэнергетики, электротехнологии» (г. Тольятти, 2004 г), Второй Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи» (г. Самара, 2005 г). Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 – в изданиях, включённых в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ [1-3]. Объем и структура и работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, приложения и содержит 164 страницы основного текста, включая 52 рисунка. Список литературы включает 122 наименования. Общий объём работы 183 страницы машинописного текста. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость полученных результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту. Краткий обзор работ проведён в двух направлениях: 1. По алгоритмам и системам регулирования возбуждения синхронных машин. 2. По методам синтеза оптимального регулятора при случайных возмущениях. Обзор работ по первому направлению говорит о том, что проблеме автоматического регулирования возбуждения СД целью оптимизации режимов его работы и работы узлов нагрузки СЭС посвящено значительное количество исследований, среди которых следует выделить фундаментальные работы И.А. Сыромятникова, Д.П. Петелина, И.А. Глебова, А.И. Лишенко, Б.Н. Абрамовича, А.А. Круглого и др. Вопросами идентификации и управления режимами регулируемых узлов нагрузки энергосистем посвящены работы В.А. Веникова, Ф.Г. Гусейнова, Н.И. Воропая, Ю.Е. Гуревича, Л.Е. Либовой, З.А. Хачатрян и др. В известных исследованиях подробно рассмотрены вопросы автоматического управления возбуждением СД с точки зрения повышения их динамической устойчивости и улучшения технико-экономических показателей питающей сети, получены математические модели СД как объекта управления, изучены рациональные законы регулирования возбуждения СД, учитывающие разнообразие условий их работы, рассмотрены особенности исследования динамики систем АРВ, отражающие существенные нелинейности, присущие объекту управления, дано описание и сравнительный анализ различных схем систем управления возбуждением СД. Задачи синтеза оптимальных систем АРВ при случайных изменениях нагрузки, отражены в работах Н.Д. Абдуллаева, В.Ф. Шумилова, Г.Р. Шварца. При этом были использованы частотные методы синтеза оптимальных систем. Тем не менее задачи оптимизации систем АРВ СД, синтеза оптимальных и гарантирующих АРВ в пространстве состояний с учётом специфики случайных возмущающих воздействий остаются актуальными. Обзор работ по второму направлению говорит о том, что при синтезе систем управления до недавнего времени игнорировался случайный характер возмущающих сил, что не имело логического обоснования. Традиционными методами синтезировались системы с хорошим протеканием переходных процессов (быстрым затуханием, малой колебательностью и перерегулированием и т.п.) при детерминированных, чаще всего скачкообразных, воздействиях. В реальных условиях работы такие системы управления не обеспечивали требуемых показателей качества. Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется методам синтеза систем управления при наличии возмущающих сил, имеющих вероятностный характер. При этом для широкого класса объектов управления критерий оптимальности может быть представлен в виде среднеквадратичной формы от фазовых координат системы и управляющих воздействий. Указанные подходы к синтезу систем управления базируются на корреляционной и спектральной теории случайных процессов, разработанных в середине 20 века на основе работ А.Н. Колмогорова и Н.В. Винера. Определился ряд методов, позволяющих решать задачу оптимального синтеза линейных систем управления с учетом случайных возмущений. Фундаментальные результаты получены в трудах B.C. Пугачева, Н.А. Лившица, Р.А. Полуэктова, В.Б. Ларина, В.Н. Сунцева, К.И. Науменко, а также Р. Калмана, Р. Бьюси, Дж. Кушнера, М. Уонема, других советских и зарубежных ученых. При этом синтез оптимальных регуляторов производится или в частотной области - Винеровская фильтрация, или во временной области - в области пространства состояний, что связано с теорией аналитического конструирования регуляторов A.M. Летова, теорией оптимальной фильтрации Р. Калмана. Однако, при конкретной реализации этих методов возникают проблемы, связанные с определением весовых коэффициентов среднеквадратичного критерия качества управления, учета ограничений на модуль управляющего воздействия, сохранением устойчивости при неизбежных на практике вариациях параметров объекта управления и статистических характеристик возмущающих воздействий, проблема реализуемости регуляторов без "идеальных" дифференцирующих звеньев, хорошей стабильности системы, определения эффективности измерения дополнительных фазовых координат системы и др. Решению указанных проблем посвящен цикл работ, выполненных в Государственном Санкт-Петербургском университете под руководством профессора Ю.П. Петрова. Применение этих методов при оптимизации систем управления электротехническими комплексами отражено в работах Н.Д. Абдуллаева, В.Ф Шумилова, Н.И. Шумиловой, Ф.Н. Рассказова, А.М. Абакумова и др. В настоящей диссертационной работе используются алгоритмы синтеза оптимальных систем управления, разработанные М.А. Галактионовым, Ф.Н. Рассказовым в научной школе профессора Ю.П. Петрова. В первой главе разработаны математические модели синхронного электропривода газоперекачивающих агрегатов с учётом вероятностных характеристик возмущающих воздействий. На рис. 1 представлена схема узла нагрузки.  Рис. 1 Схема замещения узла нагрузки с синхронными двигателями ГПА VC - напряжение в периферийной точке электрической системы; ZC - эквивалентное сопротивление питающей линии и трансформаторов; V - напряжение в узле нагрузки (напряжение питания синхронных двигателей). Наиболее полной математической моделью синхронного двигателя является система уравнений Парка-Горева. Данная система уравнений является нелинейной, где независимыми переменными являются входная величина VB- напряжение возбуждения, возмущающее воздействие MН - момент на валу двигателя. Используя принцип линеаризации, переходя к изображению по Лапласу в системе уравнений, можно получить передаточные функции СД по управляющему и возмущающему воздействиям   (1)При этом указанные передаточные функции, полученные для полной системы уравнений Парка-Горева будут иметь 7 порядок. В большинстве случаев при анализе переходных процессов в СД можно пренебречь электромагнитными переходными процессами в статорной цепи, а также не учитывать активное сопротивление обмотки статора, величина которого значительно меньше индуктивного. С учётом указанных допущений передаточные функции (1) будут иметь 3-й порядок. Синхронный двигатель приводит во вращение центробежный нагнетатель (ЦН) газоперекачивающего агрегата. При этом нагрузка ЦН зависит от скорости. В статических режимах характеристика нагрузки является вентиляторной. Проведена линеаризация нелинейной характеристики ЦН. Получена структурная схема СД с учетом характеристики ЦН и внутреннего контура регулирования тока возбуждения, рис 2.  Рис. 2 Структурная схема СД U – управляющее воздействие, Ed – э.д.с. обмотки статора, θ – внутренний угол, Q – реактивная мощность, V – напряжение в узле Параметры передаточных функций определяются через паспортные данные СД и характеристику ЦН. На основании структурной схемы получена система уравнений состояния синхронного электропривода в виде  (2)Определены матрицы A, B, C, D, D', G. Электропривод ГПА работает в условиях многочисленных случайных возмущений, таких как изменение нагрузки на валу, колебания напряжения в системе энергоснабжения, изменение мощности смежных электроприемников, подключенных к узлу нагрузки и т.д. В большинстве случаев возмущающие воздействия недоступны измерению и, следовательно, нельзя снять их реализации и тем самым рассчитать их вероятностные характеристики. Измерению подлежит выходная, регулируемая координата объекта управления, т.е. напряжение в узле нагрузки V. В этом случае все возмущения приводятся к выходу объекта. При этом эквивалентное возмущающее воздействие φЭ = ΔV можно определить записав реализацию V в узле нагрузки в разомкнутой системе, т.е. при U = 0 (рис. 3). На рис. 4 приведена автокорреляционная функция случайного процесса изменения напряжения, а на рис. 5 – спектральная плотность мощности.  Рис. 3 Реализация изменения напряжения  Рис. 4 Автокорреляционная функция Рис. 5 Спектральная плотность мощности В большинстве случаев корреляционная функция отклонения напряжения в узле нагрузки аппроксимируется выражением  ; (3)и соответствующее уравнение формирующего фильтра для возмущающего воздействия будет иметь вид  (4) где ξ – «белый шум». Объединяя систему уравнений объекта управления (2) с системой уравнений формирующего фильтра (4), получим следующую систему матричных уравнений  (5) (6)где Х0 = [XXФ]T – расширенный вектор переменных состояния,  – расширенные матрицы соответствующих размерностей. Уравнения (5),(6) являются нормальной формой записи системы стохастических уравнений синхронного электропривода. |
Похожие:
 |
В. В. Первунин (нпп «Дон-Инк», Россия) О ремонтно-техническом обслуживании технологической системы электрохимической защиты на промплощадках компрессорных станций магистральных... |
|
Перечень нормативных документов зарегистрированных в 2000 г Положение по технической эксплуатации газораспределительных станций магистральных газопроводов |
|
Техническое задание 1 на кр лч (указывается обобщенное наименование работ, услуг) ... |
|
Письмо Временную инструкцию по безопасному проведению работ в охранных зонах действующих магистральных газопроводов предприятия "Мострансгаз"... |
|
Письмо Временную инструкцию по безопасному проведению работ в охранных зонах действующих магистральных газопроводов предприятия "Мострансгаз"... |
|
Оптимизация режимов лечения больных с бластным кризом хронического... Оптимизация режимов лечения больных с бластным кризом хронического миелолейкоза с учетом лекарственной чувствительности бластных... |
 |
Газотурбинные установки На тему: Научно-технический прогресс газотурбинных установок магистральных газопроводов |
|
Справочник для специалиста по электроснабжению Эти данные могут быть использованы при проектировании систем электроснабжения, выполнении обследований, проверок, ремонтов систем... |
|
Руководство по эксплуатации эип 08. 00. 00. 000 Рэ оглавление Ипм-25/15, ипм-25/22, ипм-15/15, ипм-9/15, ипм-35/15 (в дальнейшем ипм), размещенных на расстоянии до 300м от бу. В бу предусмотрены... |
|
Пао «Газпром» Нормативные документы Инструкция по сварке магистральных газопроводов с рабочим давлением до 9,8 мпа включительно |
|
Для современных судовых двигателей характерен высокий уровень напряженности... Поэтому большое значение имеет правильный выбор режима работы. Это особенно важно при назначении режимов работы в условиях повышенного... |
|
Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных... Все компрессорные установки следует снабжать контрольно-измерительными приборами |
|
Оглавление Анализ действующих схем использования контроллеров в системах асу тп компрессорных станций 4 |
|
Профессиональный стандарт Эксплуатация, обслуживание и ремонт стационарных компрессоров, турбокомпрессоров и автоматизированных компрессорных станций |
|
Учебное пособие Самара Самарский государственный технический университет... Сапр систем электроснабжения: Учеб пособие/ Самар гос тех ун-т; Ю. Ф. Лыков. Самара, 2008. 65 с |
|
23. 02. 07 Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей Минимальные требования к результатам освоения основных видов деятельности образовательной программы среднего профессионального образования... |