автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Обоснование и повышение энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок

На правах рукоииси ШЕВЫРЁВ ЮРИЙ ВАДИМОВИЧ ¡<($,¿¿(1

ОБОСНОВАНИЕ И ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва 2005

¡Чюом нмпочнена в Московском кнлдлрсшепном 1 со 101 ор.ннс ючном \ Н1ШС|Х1| юк- им Сер| о Орджонмки не

11а\ чнын котллылн I Заслуженным лея 1 ель на\ки 1'Ф.

домор юхнических наук, профессор Атексеев Виталий Васитьевич Официальные оппонешы

доктор технических наук, профессор Ершов Михаил Сергеевич доктор технических наук, профессор Бабокин Геннадий Иванович доктор технических наук, профессор Терехов Владимир Михайлович

Ведущая организация - Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт электромеханики с заводом им. А.Г. Иосифьяна"

Защита состоится 1 июля 2005 г. в 12 час на заседании диссертационного совета Д 212.128 09 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, ГСП, г Москва, В-49, Ленинский проспект, д. 6, ауд. Д-251.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного чниверситета

Автореферат разослан "

мая 2005 г

Учёный секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Электроэнергия - это продукт производства, и как всякий продукт он должен обладать определённым качеством. Однако рост нелинейных потребителей электроэнергии обострил проблему качества электроэнергии в аспекте искажения синусоидальности напряжения сети и ухудшения коэффициента мощности потребителей. Страны Европейского Союза (ЕС) например, от некачественного электроснабжения теряют в год около 10 млрд. евро.

К потребителям, ухудшающим качество электроэнергии, относятся электротехнические комплексы многих объектов, которые характеризуются применением нескольких вентильных электроприводов постоянного тока, получающих энергию от источника питания, мощность которого соизмерима с мощностью электроприводов. Это обстоятельство приводит к тому, что вентильные электроприводы постоянного тока и источник энергии образуют систему соизмеримой мощности (ССМ), которой присущи: низкий коэффициент мощности, значительное отклонение напряжения сети от номинального, искажение синусоидальной формы напряжения. Указанные особенности отрицательно влияют как на характеристики самих электроприводов, так и на условия работы другого электрооборудования.

Весьма типичным примером таких объектов являются современные отечественные буровые установки (БУ) для разведочного и эксплуатационного бурения на нефть и газ, для главных технологических механизмов которых применяются электродвигатели постоянного тока, получающие питание от трехфазных мостовых тиристорных преобразователей (система ТП-Д). При этом возможны два варианта поступления электроэнергии: от местной линии электропередачи или синхронных генераторов (СГ), приводимых в движение дизелями (система Диз-СГ-ТП-Д).

В настоящее время эксплуатируются более 300 буровых установок с регулируемыми электроприводами, выполненными по системе ТП-Д. Установленная мощность электроприводов главных технологических механизмов, в зависимости от класса буровой установки, лежит в пределах от 1000 до 3000 кВА. Для морских буровых установок установленная мощность достигает величины 6000 кВА.

Для электротехнических комплексов буровых установок (ЭТК БУ), оснащённых системой ТП-Д, на практике имеют место все проблемы питания от источника энергии соизмеримой мощности: низкий коэффициент мощности тиристорных преобразователей (0,5-0,6); значительный коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения, превышающий 20%; отклонение напряжения на вводе буровой установки до минус 15-20%. Из-за низкого качества электроэнергии, если не принимать специальных мер, нормальная эксплуатация буровых установок затруднительна._

Решением проблемы повышения качества электроэнергии в ССМ, содержащей электроприводы с полупроводниковыми преобразователями, является применение фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ). Однако проектирование и выбор ФКУ для ЭТК БУ с регулируемым электроприводом существенно затрудняются из-за следующих специфических особенностей работы буровой установки- переменный характер нагрузок от относительно спокойных режимов бурения до повторно-кратковременных при спуске и подъеме бурильной колонны; значительные изменения уровня максимальных нагрузок в зависимости от текущей глубины скважины; изменение числа работающих электроприводов при проводке скважины; зависимость длины питающей линии от места нахождения БУ; изменение числа параллельно работающих синхронных генераторов при автономном электроснабжении. В зависимости от режимов работы электроприводов необходимо регулирование реактивной мощности, генерируемой ФКУ. Проблема повышения энергетических показателей ещё более обострилась, когда в целях разведки и освоения более удаленных месторождений возникла необходимость обеспечения работоспособности БУ с питанием от существующих маломощных линий длиной до 10-12 км без строительства новых линий электропередач (в настоящее время эта длина не превышает 6-8 км).

Если учитывать всё возрастающую роль нефтегазодобывающего комплекса в экономике России, связанный с этим дальнейший рост числа буровых установок с регулируемым электроприводом, то повышение энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок является актуальной научной проблемой.

Цель работы. Обоснование способов повышения энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок, обеспечивающих нормативные значения показателей качества электроэнергии.

Идея работы заключается в обеспечении нормативных значений показателей качества электроэнергии на основе применения фильтро-компенсирующих устройств двух типов: со ступенчатым регулированием реактивной мощности и с косвенной компенсацией реактивной мощности.

Методологической основой исследования послужили работы

B.В. Алексеева, С.И. Гамазина, М.С. Ершова, И.И. Карташёва, A.B. Ляхомского, Б.Г. Меньшова, В.И. Щуцкого, посвященные повышению качества электроэнергии; работы В.А. Андреюка, Я.Ф. Анисимова, П. Бюхнера,

C.Р. Глинтерника, Л.А. Добрусина, И.В. Жежеленко, А.Е. Козярука, А.Г. Павловича, Ю.И. Пайкина, Я.Ю. Солодухо, М.Г. Шехтмана, в которых рассмотрены проблемы, связанные с влиянием полупроводниковых преобразователей на питающую сеть, и мероприятия по уменьшению этого влияния; работы Б.И. Абрамова, А.И. Когана, О.И. Кожакова, Б.И. Моцохейна, Т.З. Портного, Б.М. Парфёнова, М.Г. Юнькова, посвященные проектированию электротехнических комплексов буровых установок и применению ФКУ в составе комплексов; работы М.М. Соколова, С.П. Степаняна, A.B. Шинянского,

посвященные изучению влияния тиристорного электропривода постоянного тока буровых установок на электрическую сеть соизмеримой мощности; работы О.В. Фёдорова, где развиваются научные основы определения областей эффективности электротехнических комплексов и систем.

Методы исследования. В работе использованы методы теорий дифференциальных уравнений, преобразования Лапласа, электрических цепей, полупроводниковых преобразователей, автоматизированного электропривода, имитационного моделирования, теории планирования эксперимента, технико-экономического анализа.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Математические модели системы соизмеримой мощности, основанные на раздельном исследовании переходных электромеханических процессов и установившихся электромагнитных процессов, учитывающие структуру электрической сети, одновременную работу нескольких полупроводниковых преобразователей и реальные процессы коммутации в преобразователях.

2. Закономерности влияния ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности и "интегральной" фильтрацией высших гармоник на энергетические показатели автономных электротехнических комплексов буровых установок с регулируемым электроприводом, позволяющие обосновать способ повышения энергетических показателей при автономном электроснабжении.

3. Закономерности влияния ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности и "интегральной" фильтрацией высших гармоник на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок при питании электротехнических комплексов от централизованной системы электроснабжения, позволяющие обосновать способ повышения энергетических показателей для рассматриваемого варианта питания.

4. Закономерности влияния на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок плавно регулируемого ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности и "интегральной" фильтрацией высших гармоник, позволяющие обосновать способ повышения энергетических показателей, основанный на косвенной компенсации реактивной мощности и "интегральной" фильтрации высших гармоник.

5. Принцип построения структур систем автоматического регулирования ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности на основе подчинённого регулирования координат, обеспечивающий требуемое качество переходных процессов и повышающий энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок в динамических режимах.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Основные научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, подтверждаются: корректным применением методов теорий дифференциальных уравнений, преобразования Лапласа, электрических цепей, полупроводниковых преобразователей,

автоматизированного электропривода; сравнением и сходимостью результатов имитационного моделирования с данными экспериментальных исследований на объектах, расхождение между которыми не превышает 12%

Научная новизна результатов исследования.

1. Разработана математическая модель установившихся электромагнитных процессов в системе соизмеримой мощности, отличающаяся учётом пульсаций выпрямленного тока, одновременной работы нескольких вентильных электроприводов, процессов коммутации в преобразователях, структуры системы соизмеримой мощности.

2 Разработана математическая модель переходных электромеханических процессов в системе соизмеримой мощности, отличающаяся учётом одновременной работы нескольких вентильных электроприводов, структуры системы соизмеримой мощности, взаимного влияния системы электроснабжения и вентильных электроприводов.

3. Установлены закономерности влияния ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности и "интегральной" фильтрацией высших гармоник на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок в установившихся режимах работы, учитывающие структуру электрической сети, одновременную работу нескольких полупроводниковых преобразователей, реальные процессы коммутации в преобразователях.

4. Установлены закономерности влияния плавно регулируемого ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности и "интегральной" фильтрацией высших гармоник на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок в статических и динамических режимах работы, учитывающие структуру электрической сети, одновременную работу нескольких полупроводниковых преобразователей, реальные процессы коммутации в преобразователях.

Научное значение работы состоит: в разработке математических моделей установившихся электромагнитных и переходных электромеханических процессов в системе соизмеримой мощности с вентильными электроприводами, позволяющих установить закономерности влияния ФКУ на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок; установлении закономерностей влияния ФКУ на показатели качества электроэнергии в системах электроснабжения буровых установок, позволяющих обосновать способы повышения энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок: в установившихся режимах при применении ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности и "интегральной" фильтрации высших гармоник; в статических и динамических режимах при применении ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности и "интегральной" фильтрации высших гармоник.

Практическое значение работы заключается в разработке:

- методики выбора ФКУ для электротехнических комплексов буровых установок с вентильным электроприводом постоянного тока, включающей этапы предварительного выбора параметров ФКУ и точных расчётов энергетических показателей;

- методики определения областей эффективности вариантов ЭТК БУ с ФКУ и без ФКУ при централизованном и автономном электроснабжении, позволяющей предварительно оценить целесообразность применения ФКУ для повышения энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок;

- программных средств для ЭВМ, позволяющих рассчитывать энергетические показатели электротехнических комплексов буровых установок с регулируемым электроприводом в установившихся и переходных режимах работы и обеспечивающих принятие рациональных решений на стадиях проектирования и эксплуатации данных систем;

научно обоснованных технических требований к фильтро-компенсирующим устройствам для электротехнических комплексов буровых установок с вентильными электроприводами постоянного тока в зависимости от класса буровой установки, выполнение которых обеспечивает нормально допустимые показатели качества электроэнергии.

Реализация результатов работы.

Разработанные технические требования к ФКУ электротехнических комплексов буровых установок, методики и программы расчёта энергетических показателей электротехнических комплексов буровых установок используются в проектных работах ОАО "Электропривод" при конструировании и внедрении электротехнических комплексов буровых установок с регулируемым электроприводом.

При помощи предложенных математических моделей и методик осуществлён выбор электрооборудования для морской буровой установки 1111ЬУ-6500/200 (серия "Шельф"). Программные средства и методики расчёта и выбора фильтро-компенсирующих устройств со ступенчатым регулированием реактивной мощности использованы в ОАО "Электропривод" при создании комплектных низковольтных фильтро-компенсирующих устройств ФКУ-2500 и ФКУ-3900, предназначенных для работы в составе основного электрооборудования электрических буровых установок 2-6 классов. Программные средства и методики расчёта и выбора плавно регулируемого фильтро-компенсирующего устройства с косвенной компенсацией реактивной мощности использованы в ОАО "Электропривод" при создании фильтро-компенсирующих устройств для электрической буровой установки с электроприводом постоянного тока БУ-3900/225 ЭКБМЦ

Результаты работы внедрены в учебный процесс Московского государственного геологоразведочного университета при подготовке специалистов, обучающихся по направлению 650200 "Технологии

leojioi ической разведки", специальность 080700 "Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых", специализация "Механизация и энергоснабжение горных и геологоразведочных работ"

Апробация работы Основные положения работы докладывались на Всесоюзных и Международных конференциях: Всесоюзной научной конференции "Моделирование электроэнергетических систем" (Баку, 1982); XI Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам автоматизированного электропривода (Суздаль, 1991); III Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 1997); IV Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 1999), III Международной (XIV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (Н. Новгород, 2001); IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (Магнитогорск, 2004), VII Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 2005),

Публикации. По теме диссертации опубликованы 24 научные работы, в числе которых 7 статей, опубликованных в ведущих научных журналах, рекомендованных ВАК России, и 1 монография.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 199 наименований и включает 53 рисунка, 30 таблиц и 2 приложения.

Автор выражает благодарность за помощь и поддержку при работе над диссертацией коллективу ОАО "Электропривод", а также сотрудникам кафедр механизации и автоматизации горных и геологоразведочных работ МГТРУ и электрификации и энергоэффективности горных предприятий МТТУ за содержательные научные консультации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертационной работы, цели и задачи работы, основные научные положения, выносимые на защиту, изложение научной новизны результатов исследования, научное и практическое значение работы.

В первой 1лаве даны общие сведения о буровых установках, рассмотрены особенности регулируемого электропривода буровых установок, его влияние на электрическую сеть соизмеримой мощности и способы повышения качества электроэнергии при работе электропривода буровых установок в системе электроснабжения соизмеримой мощности

Буровая установка представляет собой комплекс различных функционально взаимосвязанных машин, механизмов и конструктивных элементов для выполнения основных и вспомогательных работ при строительстве буровой скважины. По величине допускаемой нагрузки на крюке буровые установки для эксплуатационного и разведочного бурения в

соответствии с ГОСТ 16293-89 подразделяются на 11 классов Основные объёмы бурения в России буровыми установками с регулируемым электроприводом приходятся на установки 2-6 класса, используемые для бурения скважин глубиной от 1600 до 4000 м

Важнейшей составной частью буровой установки является её электротехнический комплекс (ЭТК) Особенностью электротехническою комплекса буровой установки (ЭТК БУ) является то, что он в значительной степени определяет технико-экономические показатели буровой установки

Преобладающее применение на буровых установках с регулируемым электроприводом в настоящее время получил вентильный электропривод по системе "тиристорный преобразователь - двигатель постоянного тока" (система ТП-Д) Тиристорный электропривод постоянного тока применяется на всех буровых установках для бурения на глубины 2500 м и более, а также на некоторой части установок для бурения на глубину 1600 м Аналогичное положение имеет место и в зарубежной буровой технике.

Наличие вентильного электропривода постоянного тока в системе электроснабжения соизмеримой мощности приводит к ухудшению качества электроэнергии системы: возрастает потребление реактивной мощности, происходит искажение формы напряжения сети из-за генерации тиристорными преобразователями токов высших гармоник. Основным средством повышения качества электроэнергии в рассматриваемом случае является применение регулируемого фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ). Если учитывать реальные условия эксплуатации электрооборудования на буровых установках, необходимость уменьшения затрат на изготовление электрооборудования в условиях жёсткой конкуренции на рынке буровой техники, то, при обязательном выполнении условия обеспечения допустимых показателей качества электроэнергии, критериями выбора ФКУ должны являться минимальная стоимость, простота и надёжность схемы. В наибольшей степени этим требованиям отвечают две группы ФКУ: со ступенчатым регулированием реактивной мощности (кратко ФКУ ступенчатого типа, ФКУ-С) и с непрерывным "косвенным" регулированием реактивной мощности (ФКУ-К)

В завершении первой главы рассмотрены основные проблемы, которые могут возникнуть при применении ФКУ-С или ФКУ-К. Делается вывод, чю принятие решения по выбору конкретного типа ФКУ возможно только на основании расчётов показателей качества электроэнергии, что требует максимального учёта свойств ССМ, содержащей полупроводниковые преобразователи Для этого необходимо иметь математические модели ССМ, приспособленные для решения задачи повышения энергетических показа гепей ЭТК БУ с регулируемым электроприводом, достаточно простые и удобные для пользователя.

Во второй главе рассматриваются вопросы математического описания ССМ и методы исследования и проектирования ФКУ для ЭТК БУ с регулируемым электроприводом.

Основная трудность исследования ССМ, содержащих вентильные электроприводы, заключается в том, что работу электроприводов в таких системах нельзя рассматривать изолированно от системы энергоснабжения При изучении 1аких сложных систем необходим системный подход Непосредственное экспериментирование с ССМ зачастую невозможно. В то же время при построении модели реальной системы на ней могут быть проведены необходимые эксперименты с относительной легкостью и недорого По этим причинам наиболее рациональным методом исследования подобных сложных систем является метод имитационно! о моделирования

При исследовании вентильных электроприводов, получающих питание от систем электроснабжения соизмеримой мощности, необходимо решать систему нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка, описывающих работу каждого элемента системы При составлении дифференциальных уравнений имеется ряд возможностей Одна из них заключается в описании ССМ по мгновенным значениям напряжений и токов в электрической части и моментов и скоростей в механической части системы. Тем самым достигается наиболее полное математическое описание всей системы. Основная проблема при решении на ЭВМ дифференциальных уравнений, составленных относительно мгновенных значений, заключается в больших затратах машинного времени. Это затруднение вызвано главным образом высоким порядком решаемой системы дифференциальных уравнений и существенным различием значений постоянных времени в анализируемой системе. Выходом из этого положения является раздельное изучение электромеханических переходных процессов и электромагнитных установившихся процессов, что даёт возможность в значительной степени упростить модель и сократить время решения уравнений на ЭВМ

Так как энергетические показатели определяются в той или иной мере всеми элементами, входящими в состав ЭТК БУ, то число возможных сочетаний их параметров при исследовании может достигать очень большого числа. В этом случае рекомендуется воспользоваться методами, разработанными в теории планирования эксперимента (ТПЭ).

Многообразие технологических операций при строительстве буровой скважины, изменяющиеся геолого-технические условия бурения скважин приводят к тому, что возможны различные режимы работы буровых установок Это существенно усложняет анализ энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок Поэтому возникает задача выделения небольшого количества типовых режимов, наиболее тяжелых с точки зрения влияния на электрическую сеть, что позволит сократить число анализируемых вариантов Выбор типовых режимов осуществляется на основе анализа технологических операций при строительстве буровой скважины, баланса времени бурения и способов бурения.

Для приобретения ФКУ требуются дополнительные инвестиции. На основе технико-экономического подхода в работе предложена методика

опредетения областей экономичности вариантов ЭТК БУ с ФКУ и без ФКУ при нейтрализованном и автономном э 1ектроснабжении В основу методики положено сопоставление приведенных затрат и других частных показателей по рассма!рипаемым вариантам

В заключительной части гчавы приведено описание методики выбора ФКУ для ЭТК БУ с регулируемым э ]ектроприводом Особенностью методики является наличие двух этапов На первом этапе на основе упрощенных расчетов и инженерных соображений предварительно выбираются параметры ФКУ На втором этапе выполняются точные расчеты для различных режимов по всем интересующим энергетическим показателям

В трс!ьей главе приводится математическое описание установившихся режимов работы вентильных электроприводов постоянного тока в ССМ.

В установившемся режиме все напряжения и токи в ССМ, содержащей полупроводниковые преобразователи, являются периодическими функциями времени. В этом случае их можно разложить в ряды Фурье в комплексной форме. Для нахождения комплексных амплитуд искомых переменных в схемах, содержащих произвольное количество узлов, удобно воспользоваться методом узловых потенциалов. В матричной форме полученную систему уравнений относительно комплексных амплитуд с номером I можно записать следующим образом:

[С,]-[р,] = [Л] , (1)

где \_фс ] - матрица-столбец комплексных амплитуд узловых потенциалов; [У, ] - матрица-столбец комплексных амтит\д узловых токов; ] - квадратная матрица проводимостей для комплексных амплитуд с номером (.

Аналогичные уравнения записываются для каждой гармоники. В результате будем иметь систему уравнений относительно высших гармоник узловых потенциалов. При расчётах по методу узловых потенциалов преобразователь представляется со стороны переменного тока источником тока, комплексная амплитуда которого для гармоники с номером ( равна /,,.

Решая полученные уравнения, можно найти реальные токи и напряжения в системе Однако в уравнении (]), кроме узловых потенциалов, неизвестными величинами также являются высшие гармонические составляющие фазных токов ТП /„, которые входят в состав >зловых токов. Следовательно, число неизвестных здесь превышает число )равнений Поэтому в работе были найдены уравнения связи между неизвестными /„ и высшими гармониками напряжения в точке подключения преобразователя. В отличие от традиционного метода гармонических составляющих при их выводе были учтены пульсации выпрямленных токов Уравнения связи между высшими гармониками токов и напряжений в этом случае записываются следующим образом:

¡ __ (l - c\p(-y/p)X< - c\p( ¡<nj) у и

(- 1 + cxp(jkp)) к - I

(c\p( j (k - ()(Tn + a, + y,)~e\p(j(k - ()(rn +a, )))1 -

_ ('~exp( -Jlpjft- exP( -Iе"))

4 ntj ' ~ (2)

Y exp( j (6» - Q(ru + a, )) 6«(1 + e\p( j (6/; - f)y, ))

L "" 6 n-l

и

uta

где / ¡ - комплексная амплитуда ( -й гармоники фазного тока j-ro ТП,

подключённого к узлу сети переменного тока, номер которого равен т, V тк -комплексная амплитуда k-Pi гармоники фазного напряжения в узле сети с номером ш; /яи - комплексная амплитуда п-й гармоники выпрямленного тока í-ro ТП; Хр, - индуктивное сопротивление сетевого реактора ¡-го ТП; а,, у, -углы управления и коммутации ;-го ТП; г0 - момент прохождения через ноль первой гармоники линейного напряжения фаз А и С в узле т, относительно

которого ведётся отсчёт угла а, ; Р = -у ~ сдвиг фаз напряжений в трёхфазной системе.

Так как высшие гармоники /„,„ выпрямленного тока /„, неизвестны, то была найдена связь между высшими гармониками выпрямленного тока и гармоническими составляющими фазного напряжения в точке подключения /-го ТП. Это было сделано при помощи преобразования Лапласа. Полученные уравнения связи имеют следующий вид:

/« = к, .V„ +(S„2 ,V,2) ехрНб^Г,)], (3)

где ¿u ~

[(expfrff|)-exp(-pl7'i)) e\p(rp¿T2) Bu ) (exp¡/¿T2)-e\p( р2Т2)) (1-£, Ег)

= [(e\p<j(T2)-cxp(-p¿r2)) expC-p^i) В21 +(ехр(//7|)-ехр(-р|7"|)) Bu] (1 -ЕгЕг)

ехр(; f(r0 +а, + у, ))(1 - cxp(-j(p))

+Jf„,

(е\р(-7,'(д+;6н))-1) (е\р(-7"2(р3 +у6/?))-1)

------, о(2 ~ ~ ~

р| + убл Р2 + )Ь1

еХр((/-у6»)7;Ы _„ (ехр(К-/адГ2)-1)

\|=й1< -:—;----% -V л/.2 ; : ч/ л<2 •

](- ¡ы

я„ __

=с\р(-р,7,), £2 = ехр(-р2Г2). /'I з ; .. ";

_ у +Х ~ I" «<

о /7/ Л/

= - длительность коммутации тиристоров; I г - (р/2)- у, - длительность частка отсутствия коммутации; Т= Т\+ Т2- период пульсаций выпрямленного тока, Хя„ Яя, - индуктивное и активное сопротивпения цепи выпрямленного тока /-го ТП.

Алгебраические уравнения связи (2) и (3) позволяют решить уравнения установившегося режима работы ССМ (1). Однако при решении уравнений (1) совместно с уравнениями (2) и (3) возникает трудность, связанная с тем, чю коэффициенты в (2) и (3) зависят от у\лов управления а, и углов коммутации у, ТП. Эти углы в общем случае заранее неизвестны. В то же время известными величинами являются средние значения выпрямленных токов 1Л и напряжений электроприводов, так как их значения определяются режимами работы буровой установки. Между средними значениями выпрямленных токов и напряжений и высшими гармониками переменною напряжения и выпрямленного тока существуют зависимости, которые записываются в виде:

Лй = ~~ (ехр(;'(г0+а,+Г,))-ехр(Жг0 +«,)))-

(=-са Я

[ +00 .

I ^схр06лг,) + 1)ехр(/6«(г-+ <*,)).

4

и*0

*х и

иА = ехр04г»+а, )) О+схрО'Г,))+

X.

+ У ^-ехр(/6«(г0 ))(схр(/'6«г,) ]) /„,,,. (5)

2 Р

п- ОС

п«0

Следовательно, при нахождении высших гармоник напряжения необходимо совместно решать две системы нелинейных уравнений: (1) и систему, состоящую из уравнений (4) и (5), которые записываются для каждого работающего ТП. Тем самым при известных значениях выпрямленных токов и напряжений будут определены неизвестные значения высших гармонических узловых потенциалов и углы коммутации и управления всех работающих ТГ1. Так как система уравнений (1), (4), (5) является нелинейной, то в качестве

метода их совместного решения рекомендуется метод Ныоюна В ряде случаев (например, при больших искажениях напряжения сети) система уравнений (1), (4), (5) с выбранными начальными значениями неизвестных может не сходи!ься Поэтому при решении уравнений рекомендуется использовать метод скольжения по параметру, который позволяет избежать трудностей с выбором начальных условий.

В работе проведено сравнение результатов расчёта коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения сети Ки по общепринятой методике и по предлагаемой методике расчёта установившихся режимов. Погрешность расчёта Ки по общепринятой методике по сравнению с предлагаемой при увеличении длины питающей линии значительно возрастает; при отсутствии ФКУ - с 15 до 137%; при наличии ФКУ - с 8 до 77%.

На основании предложенной математической модели разработаны программы решения на ЭВМ уравнений ССМ, учитывающие её структуру, одновременную работу нескольких вентильных электроприводов и наличие ФКУ.

Разработанные математические модели могут также использоваться для исследования регулируемого электропривода переменного тока, выполненного по схеме асинхронного вентильного каскада и часто гно-регулируемого электропривода переменного тока, получающего питание от преобразователя частоты со звеном постоянного тока.

В четвёртой главе рассматривается математическое описание электромеханических переходных процессов в ССМ.

При исследовании электромеханических переходных процессов достаточно ограничиться их изучением относительно средних значений выпрямленных токов и напряжений. Так как переходные процессы пуска и торможения в электроприводе протекают существенно медленнее, чем изменения мгновенных значений токов и напряжений на сюроне переменного тока, то при составлении уравнений для исследования динамических процессов в ССМ можно считать, что электромагнитные процессы на стороне переменного тока являются установившимися. Наличие ФКУ приводит к тому, что форма кривой напряжения сети становится близкой к синусоидальной Это позволяет при расчете переходных процессов в системе приближенно считать напряжение синусоидальным и вести расчёт по первой гармонике напряжения и тока.

Для нахождения токов и напряжений в исследуемой системе электроснабжения следует воспользоваться уравнениями (1), которые записываются относительно первых гармоник искомых узловых потенциалов. Решая полученные уравнения, можно найти первые гармоники токов и напряжений в системе.

Уравнения связи между неизвестными первыми гармониками фазных токов ТП /, | и потенциалами тех узлов, к которым подключены преобразователи, находятся из уравнения (2), если в нём принять равными

н\"!ю все выстие гармоники напряжения сет кроме первой, а также считать ичеачьно сглаженным выпрямленный ток

Уравнения (1) и (2) необходимо дополни ¡ь дифференциальными уравнениями, которые описывают электромеханические переходные процессы в тиристорных электроприводах „ с1и„,

г»,--г-+"«, = "„; (6)

ш

1.1-^ + 1л-г1+Е1=иф-, (7)

а/

а,=/(иа,)-, (8)

Мдв1-МС1=Зэш^, (9)

а!

где и^, среднее значение выпрямленного напряжения ыо ТП; а,- угол управления /-го ТП; ма, - входной сигнал системы импульсно-фазового управления (СИФУ) /-го ТП; Т„, - эквивалентная постоянная времени ТП; г/,, -входной сигнал /-го ТП; Ь, ,г,- индуктивность и активное сопротивление цепи выпрямленного тока; Е, - противо-ЭДС электродвигателя, получающего питание от 1-го ТП; Мде, - момент 1-го электродвигателя; Ми - статический момент /-го электродвигателя; ■/,„, - момент инерции /-го электропривода.

Среднее значение выпрямленного напряжения г'-го ТП находится по формуле (5), в которой необходимо принять равными нулю все высшие гармоники напряжения и выпрямленного тока. Уравнения (6) - (9) должны быть дополнены уравнениями систем автоматического управления электроприводами. Угол управления а1 находится при решении дифференциального уравнения (6) и известной зависимости (8). Для нахождения угла коммутации необходимо воспользоваться выражением для среднего значения выпрямленного тока (4) при пренебрежении высшими гармониками напряжения сети и выпрямленного тока.

Система алгебраических и дифференциальных уравнений (1), (2), (4), (5), (6) - (9) вместе с уравнениями системы автоматического управления электроприводами позволяет полностью исследовать динамические процессы относительно средних значений переменных. В качестве численного метода решения дифференциальных уравнений используется метод Рунге-Кутта. Система нелинейных алгебраических уравнений (1), (4) решается методом Ньютона на каждом шаге интегрирования дифференциальных уравнений. После нахождения узловых потенциалов и углов коммутации находим среднее значение выпрямленного напряжения по (5) и подставляем его в дифференциальное уравнение (7). Далее решаем систему дифференциальных уравнений на следующем шаге интегрирования.

При исследовании электромеханических переходных процессов в автономной системе Диз-СГ-ТП-Д вместо системы уравнений (1) составляются

уравнения СГ относительно первых гармоник его токов и напряжений. В этом случае СГ наиболее просто описывается уравнениями Парка-Горева. Если параллельно работают несколько СГ, то их уравнения дополняются уравнениями связи между генераторами Кроме этого, учитываются регуляторы напряжения СГ, дизели и их регуляторы скорости. Каждый из этих элементе системы Диз-СГ-ТП-Д описывается своей системой уравнений

В разработанной методике расчёта электромеханических переходных процессов принято допущение о том, чтобы вести расчёт на стороне переменного тока но первой гармонике напряжения и тока. Выполненный анализ показал, что расчёт при учёте высших гармоник практически не отличается от расчёта по предлагаемой методике.

Предложенные математические модели положены в основу программ расчета на ЭВМ электромеханических переходных процессов в ССМ. Программы учитывают структуру системы, одновременную работу нескольких ТП и наличие ФКУ.

Пятая глава посвящена исследованию автономной системы Диз-СГ-ТП-Д в установившихся и переходных режимах работы.

Задачами исследования автономных систем Диз-СГ-ТП-Д являются оценка влияния реактивной мощности на нагрузку синхронных генераторов, определение искажений напряжения сети, определение качества электроэнергии в сети при пуске вентильных электроприводов постоянного тока и оценка влияния ФКУ на показатели качества электроэнергии. Конечным результатом этого исследования должно быть обоснование применения ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности (ФКУ-С) и "интегральной" фильтрацией высших гармоник.

Исследование автономных систем Диз-СГ-ТП-Д проводилось на примере систем, применяемых на отечественных морских буровых установках (МБУ).

На рис. 1 показана схема основного электрооборудования для морской буровой установки, которая аналогична полупогружной плавучей буровой установке ППБУ 6000/200 "Шельф". Последовательно с тиристорными преобразователями ТП включены сетевые реакторы Ьр. Питание электродвигателей М1-М5 осуществляется от тиристорных преобразователей ТП. Каждый преобразователь снабжен сглаживающим реактором .Число работающих синхронных генераторов (СГ) может колебаться от одного до пяти. Полная мощность одного СГ составляет 1250 кВА. Для регулирования величины реактивной мощности и фильтрации высших гармоник к общим шинам системы подключено фильтро-компенсирующее устройство со ступенчатым регулированием реактивной мощности (ФКУ-С). Оно состоит из пяти звеньев ФКУ1...ФКУ5, представляющих последовательное соединение конденсаторов С и фильтровых реакторов /.„. Электрооборудование якорных лебедок, комплекс вспомогательных электроприводов и т.п на схеме показаны условно, в виде вспомогательных электропотребителей ЭВ.

Рис. 1. Схема электрооборудования морской буровой установки

На рис. 2 показана расчётная схема замещения цепей переменного тока системы Диз-СГ-ТП-Д, на основе которой составлены уравнения установившихся режимов работы автономной системы Диз-СГ-ТП-Д. Тиристорные преобразователи представлены в трёхфазной цепи переменного тока источниками тока /,. Вспомогательные электропотребители ЭВ показаны на схеме в виде эквивалентных сопротивлений Д, и Хэ.

Общие шины и о 5*Р ^Р ^

Хр

5Хэ

т»

Рис. 2. Схема замещении системы Диз-СГ-ТП-Д

Для количественной оценки влияния параметров ФКУ и нагр\зки т иристорных электроприводов на коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения К„ удобно пользоваться аналитическими зависимостями данного показателя от параметров элементов ССМ Для их получения рекомендуются методы ТПЭ Проведение предварительных экспериментов на ЭВМ показало, что наибольшие искажения напряжения сети возникают в случае работы двух тиристорных электроприводов буровой лебедки при их питании от двух СГ. Поэтому этот вариант был выбран в качестве расчётного. Весь диапазон изменения индуктивности фильтрового реактора Л/. разбивается на три поддиапазона, что позволяет учесть нелинейную зависимость К„ от Л}

При проведении опытов варьировались значения следующих факторов-реактивной мощности конденсаторов Qc одной ступени ФКУ, противо-ЭДС электродвигателя Еае, тока якорной цепи электродвигателя /А эквивалентного сопротивления одного СГ Xиндуктивных сопротивлений сетевого и фильтрового реакторов Хр и Х^ В уравнениях регрессии все факторы даны в кодированном виде.

Уравнения регрессии Ки при включении 2-х ступеней ФКУ имеют следующий вид:

1) правая область изменения Л^ :

К, = 14,20+0,81?, + 0,992с ~г +161^ -0,69£а„ + (10)

2) средняя область изменения Лх :

Ки =1280-1,44?,, +1,15^ -0,84^ +1,06У5; (11)

3) левая область изменения Хь :

Ки =1Д15-1,522С +Ц2Г, -0,94£Л +0,70?5. (12)

Полученные уравнения регрессии рекомендуется использовать для выбора индуктивности фильтрового реактора, обеспечивающей при "интегральной" фильтрации минимальный Ки.

Нагрузка на дизель-электрический агрегат при проводке скважины меняется в широких пределах. При работе тиристорного электропривода с малым коэффициентом мощности и отсутствии компенсации реактивной мощности возможна перегрузка СГ по полной мощности и недогрузка по активной мощности. Однако включение ФКУ может существенно снизить полную мощность СГ и тем самым обеспечить проводку скважины при меньшем числе работающих дизелей. Уменьшение числа работающих дизелей приводит к увеличению их нагрузки и, как следствие этого, к сокращению удельного расхода топлива, улучшению условий эксплуатации дизелей. Кроме снижения нагрузки синхронных генераторов по току, применение ФКУ позволяет решить задачу фильтрации высших гармоник.

Созданная математическая модель позволила выполнить точные расчеты энергетических показателей. При выполнении расчётов в качестве независимой

переменной принята суммарная активная мощность работающих тиристорных электроприводов Рш. Графики, иллюстрирующие результаты расчётов на примере режима роторного бурения, приведены на рис. 3.

дСт.к*«с

» _ ___ н н _

» - - н ЕЯ — /1

б

1*

*

н

I »1 • .

и * • м • 1 в и • и - и * н Г.

Рис. 3. Графики изменения параметров в зависимости от активной мощности электроприводов насосов и ротора в системе Диз-СГ-ТП-Д: а - полная мощность СГ; б - разность расходов топлива дизеля при наличии и отсутствии ФКУ; в - коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения; г - суммарные потерн мощности в системе

С увеличением мощности электроприводов нагрузка синхронных генераторов не должна выходить за допустимый предел. Поэтому принят следующий алгоритм управления включением дополнительных дизель-генераторов и ступеней ФКУ. При достижении СГ номинальной полной мощности и отсутствии ФКУ включается дополнительный дизель-генератор; при наличии ФКУ включается дополнительная ступень ФКУ.

При включённом ФКУ рассматривался случай "интегральной" фильтрации высших гармоник.

Анализ полученных зависимостей позволяет сделать следующие выводы о закономерностях влияния ФКУ на энергетические показатели автономных

электротехнических комплексов буровых установок с регулируемым электроприводом.

Управление полной мощностью СГ при помощи изменения числа ступеней ФКУ даёт возможность полностью реализовать мощность дизелей. Благодаря наличию ФКУ в работу вводится меньшее количество дизель-генераторов, чем при отсутствии ФКУ. Это даёт экономию топлива, улучшение условий эксплуатации дизеля и увеличение его моторесурса. Включение ФКУ приводит к уменьшению электрических потерь в системе Диз-СГ-ТП-Д.

Одним из принципиальных вопросов является целесообразность "интегральной" фильтрации высших гармоник по сравнению с "точной" фильтрацией определенного ряда высших гармоник. В результате выполненных исследований доказано, что для автономных систем Диз-СГ-ТП-Д настройка ФКУ на "интегральную" фильтрацию высших гармоник обеспечивает уменьшение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения до нормально допустимого уровня 8%.

Готкпмфащи я»

- Х^-ЗВос пС

— РТ*

-- 1*7-111»« л<

• * 1 •>

Я

■ ччгч«« я«

• и«

• ч»'«"' г*

Рнс. 4. Технико-экономическая оценка целесообразности использования ФКУ в системе Диз-СГ-ТП-Д: а - разность затрат на топливо дизеля при отсутствии и наличии ФКУ; б - граница эффективности дополнительных инвестиций в ФКУ; в - срок окупаемости при различных инвестициях в ФКУ

Приобретение, установка, эксплуатация ФКУ требуют дополнительных инвестиций. Поэтому в работе проведена технико-экономическая оценка целесообразности использования ФКУ для повышения энергетических показателей автономного ЭТК БУ с регулируемым электроприводом. При

расчёте приведенных затрат в качестве типовых режимов выбраны режимы бурения, для которых характерными являются максимальная длительность в общем балансе времени бурения и наибольшее потребление энергии по сравнению с другими режимами. При проведении технико-экономической оценки удобно полученные результаты представить в виде функций от относительной длительности tam работы дополнительного дизель-генератора в общем времени бурения в случае отсутствия ФКУ. На рис. 4 приведены графики разности затрат на топливо дизеля, границы эффективности дополнительных инвестиций в ФКУ, срока окупаемости Ток при различных инвестициях в ФКУ (от 100 тыс. руб. до 1 млн. руб.) в зависимости от t^.

Для исследования электромеханических переходных процессов при пуске электроприводов используется разработанное математическое описание электромеханических переходных процессов в системе Диз-СГ-ТП-Д. В качестве объекта исследования взят электропривод буровой лебёдки. В отличие от других электроприводов, электропривод лебёдки работает в повторно-кратковременном режиме, что приводит к возникновению колебаний напряжения и частоты сети. При больших пусковых токах и нагрузках буровой лебёдки возможно превышение ими допустимых значений.

Анализ переходных процессов при различных условиях пуска электропривода буровой лебёдки позволил сделать следующие выводы.

Наибольшая нагрузка СГ по току и дизелей по активной мощности в переходных режимах имеет место при одновременном пуске двух тиристорных электроприводов лебёдки при подъёме колонны бурильных труб. При этом число работающих дизель-генераторов равно двум. Если максимальная активная мощность системы Диз-СГ-ТП-Д при пуске электропривода не превышает суммарной номинальной мощности работающих дизелей, то кратковременные отклонения напряжения и частоты сети находятся в допустимых пределах. Увеличение реактивной мощности ФКУ приводит к уменьшению при пуске электропривода кратковременных отклонений напряжения и частоты сети. Однако эти уменьшения незначительны, что не позволяет использовать ФКУ для эффективного управления данными показателями качества электроэнергии в переходных режимах.

На основании проведённых научных исследований сформулированы научно обоснованные технические требования к ФКУ для морских буровых установок 7-8 классов по величине максимальной реактивной мощности ФКУ, числу ступеней ФКУ и рекомендуемой настройке фильтров. Выполнение данных требований позволяет получить Ки, не превышающий нормально допустимое по ГОСТ 13109-97 значение 8%, нагрузку синхронных генераторов, не превышающую номинальную при полном использовании дизелей по активной мощности.

Технические требования к ФКУ для ЭТК морских буровых установок 7-8 классов приведены в табл. 1

Таблица 1

Технические требования к ФКУ для ЭТК морских буровых установок 7-8 класса

Наименование параметров Значения параметров для буровых установок классов

7 8

Допустимая нагрузка на крюке, кН 3200 4000

Условная глубина бурения, м 5000 6500

Общая реактивная мощность ФКУ, не менее, квар 1200 1200

Число ступеней ФКУ, не менее 5-6 5-6

Рекомендуемая настройка фильтров "Интегральная" настройка фильтров

В заключение главы приведены результаты экспериментальных исследований влияния ступенчатого ФКУ на энергетические показатели автономного ЭТК морской буровой установки с вентильным электроприводом постоянного тока. Экспериментальные исследования на объекте подтвердили теоретические выводы о том, что применение ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности и "интегральной" фильтрацией высших гармоник позволяет получить допустимое значение Ки, уменьшить нагрузку синхронных генераторов в среднем на 10-15%. Установлено, что разработанные модели достаточно точно отражают реальные процессы в автономных ССМ с вентильными электроприводами постоянного тока. Расхождения между результатами теоретических и экспериментальных исследований не превышают: для электромеханических переходных процессов - 10%, для электромагнитных установившихся процессов - 8%.

В шестой главе рассматриваются вопросы применения простейших фильтро-компенсирующих устройств ступенчатого типа (ФКУ-С) с целью повышения энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок при питании от местной линии электропередачи.

Предлагаемые методы расчета и выбора ФКУ рассматриваются на примере электропривода буровой установки БУ-3900 ЭПКБМ.

На рис. 5 показана схема электрооборудования буровой установки БУ-3900 ЭПКБМ, имеющего следующие особенности:

- электроснабжение буровой установки осуществляется от воздушной линии электропередачи напряжением 6 кВ;

- номинальная мощность электродвигателей насосов и лебёдки 750 кВт, электродвигателя ротора 630 кВт при номинальном напряжении постоянного тока 800 В;

- используется ФКУ ступенчатого типа ФКУ-С, содержащее 4 ступени, в каждой из которых имеются конденсаторы и фильтровые реакторы

бЗкВ

м«хани>ироааниая 1 добыча

ВЛ ,

6 КВ

маханиаированиая 1 доСыча Т1 1 Т2, ТВ]

660 В ОШ

н п

Рис. 5. Схема электрооборудования установки БУ-3900 ЭПКБМ с ФКУ ступенчатого типа ФКУ-С

Расчётная схема замещения для рассматриваемой схемы электрооборудования представлена на рис. 6. Данная схема содержит источники тока 1„\, /„2, 1Р и /л, моделирующие работу тиристорных электроприводов постоянного тока (/н1, /„2 - электроприводы насосов, 1Р- электропривод ротора, /,, - электропривод лебёдки).

Выполненный анализ показал, что ёмкость линии при расчёте установившихся режимов можно не учитывать.

Потребляемые буровой установкой мощности достаточно велики по отношению к сравнительно слабой электрической линии, особенно при значительной её длине. Поэтому основной задачей следует считать поддержание напряжения на вводе в буровую в допустимых пределах. Одновременно должны выполняться требования по содержанию в сети высших гармоник в соответствии с ГОСТ 13109-97.

С учётом данных по типовым режимам на предварительном этапе исследования определена суммарная реактивная рабочая мощность ФКУ-С около 1000 квар, и выбраны четыре ступени ФКУ (Ф1 - Ф4). Правильность выбора необходимо проверить точными расчётами показателей качества электроэнергии.

Для количественной оценки влияния параметров ФКУ и нагрузки тиристорных электроприводов на отклонение напряжения питания на вводе установки, коэффициент мощности и коэффициент искажения

синусоидальности кривой напряжения удобно пользоваться аналитическими зависимостями данных показателей от параметров элементов ССМ.

о

Рис.6. Схема замещения электрооборудования установки БУ-3900 ЭПКБМ

с ФКУ ступенчатого типа ФКУ-С

Для получения этих зависимостей рекомендуется применение методов ТПЭ. Эксперименты проводились для двух случаев: ФКУ отключено и ФКУ включено. В обоих случаях работают одновременно два тиристорных электропривода БУ. Варьировались значения следующих факторов: противо-ЭДС Ед„ и токи электродвигателей /д длина питающей линии 6 кВ £л6, количество включённых ступеней ФКУ ц. Функциями отклика являются: коэффициент искажений синусоидальности кривой напряжения сети Ки в %, отклонение напряжения питания на вводе установки от номинального Ш в %, коэффициент мощности по первой гармонике на вводе установки со%(р.

После вычисления коэффициентов уравнения регрессии принимают следующий вид:

1. Отсутствие ФКУ.

Кя = 12.99+3.047,6 + 2,32/„ -2,2 -0,\61Л7Л -1207*2* -1,54/^ "0,637,6/Д„; (13)

»=461-3,817* -2,521 <1 +0,604 -0.94^ +0,+0^Едв +0,187*7^; (14)

со$<р = 0,73 + 0,037,6 +0,16£Л + 0,027,4,. (15)

2. Наличие ФКУ.

К„ =5,42+ 124(я6 +1,45/^ -0.784-1,1 <?+О-0.66?л64-0,29^--0,76^4-0,12/^+0,394?,

£/ = -2.94-5,23^ -3,94/^ +0,44^,+1,7^-2.227 .Д, +0,1271бЯ,„ +0,69?,+ + 0,497,4 -0,34/^-0,344?;

со^=0,90-0,02/^ +0,064 +0,029+0,04/^4 + 0.03/^д 0,044?

(17)

(18)

Применение методов ТПЭ позволяет получить простые аналитические зависимости, которые на стадии проектирования ССМ дают возможность оценить правильность предварительного выбора параметров ФКУ-С.

На заключительном этапе были выполнены точные расчеты для всех режимов по интересующим энергетическим показателям при выбранных параметрах ФКУ. С учётом того что основной задачей является проверка работоспособности электрооборудования при увеличенной длине питающей линии 6 кВ, расчёты производятся для каждого из установленных типовых режимов нагрузки в виде зависимости от длины линии Ья6. Графики, иллюстрирующие результаты расчетов на примере режима турбинного бурения двумя насосами, который является наиболее тяжёлым по активной мощности, приведены на рис. 7.

Условно принят следующий алгоритм управления ФКУ-С:

- при любой длине линии включена одна ступень Ф1, в том числе и при нулевой длине;

- с увеличением длины линии, а соответственно и снижением напряжения на вводе БУ, каждая последующая ступень ФКУ включается после снижения напряжения на 10 % по сравнению с номинальной величиной.

Анализ результатов расчётов, выполненных для всех режимов, позволяет сделать следующие общие выводы о закономерностях влияния ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок при питании от централизованной системы электроснабжения.

Предлагаемое ФКУ при изменении числа ступеней ФКУ от 1 до 4 даёт возможность получить требуемые показатели качества электроэнергии по отклонению напряжения, реактивной мощности и по уровню искажений напряжения в питающей сети для заданных режимов работы, буровой установки при изменении длины линии от 0 до 12 км. Полученные результаты следует оценить весьма положительно, поскольку при правильном выборе ФКУ возможно обеспечить нормальную» работу установки при длине линии, в 1;5 - 2 раза превышающей общепринятые в настоящее время нормы.

В результате выполненных исследований доказано, что при питании регулируемых электроприводов БУ от местной линии электропередачи настройка ФКУ на "интегральную" фильтрацию высших гармоник

обеспечивает уменьшение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения до допустимого уровня.

1-4-1

1 " Ь ' —

ч 1

-ч н N ф

ф ч

°Т- ••—

1

/ ■

/ —.

—1

/

• > « » ' к « ♦» Ч

г

111

>

---БезФКУ

- ФКУ, настроенное на 5 и 7 гармоники

----ФКУ, настроенное на 3 гармонику

Рис. 7. Графики изменения параметров в мвпспмоетп от длины линии для установки БУ-3900 ЭПКБМ с ФКУ-С: а - отклонение напряженка; б - реактивная мощность; в - коэффициент мощности; г - коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения; д - суммарные потери мощности в системе; е - потери мощности в ФКУ

Применение ФКУ со ступенчатым регулированием обеспечивает экономию электроэнергии, главным образом - в питающей линии. Потери

мощности в ФКУ практически не вызывают ухудшения энергетических показателей.

Разности з-трэт тыс р>6

Разность затрат на эл< гтро энергию

'ззнос-ъ над >эеок за кач4 ство энеогии

эоо-

' V- V ■ Раз Р^ЭНОСТ* юсть над бае платы ээ эл{ |«г за реактив лооэнеогию 1*ю энвопГю

К фку тыс руб

1300*1

Т ок гад

Кфку - 1 мт руб

Кфку - 800 < ¿с руб

¿с руб

Кфку = 400

—— Кфку= 200 »1С руб

1.А«*

Рис. 8. Технико-экономическая оценка целесообразности использования ФКУ: а - разность затрат на электроэнергию и её составляющие; б - граница эффективности дополнительных инвестиций в ФКУ; в - срок окупаемости при различных инвестициях в ФКУ

В работе выполнена технико-экономическая оценка целесообразности использования ФКУ при питании регулируемых электроприводов БУ от местной линии электропередачи. В качестве типовых режимов были выбраны режимы бурения, так как они характеризуются максимальной длительностью в общем балансе времени и наибольшим потреблением энергии по сравнению с другими режимами. На рис. 8 построены графики составляющих разности затрат на электроэнергию, граница эффективности дополнительных инвестиций в ФКУ, график срока окупаемости Т0> при различных инвестициях в ФКУ (от 100 тыс. руб. до 1 млн. руб.) в зависимости от длины питающей линии 1,6.

В заключительной части главы на основе выполненных исследований сформулированы технические требования к ФКУ для буровых установок 2-6 классов по величине реактивной мощности ФКУ, числу ступеней ФКУ и рекомендуемой настройке фильтров. Их выполнение позволит получить Ки не более 5-8%, коэффициент мощности, лежащий в пределах 0,9-0,99, отклонение напряжения, не превышающее 15% при длине высоковольтной воздушной линии электропередачи 12 км. Технические требования к ФКУ приведены в табл. 2.

Таблица 2

Технические требования к ФКУ для ЭТК буровых установок 2-6 класса

Наименование параметров Значения параметров для буровых установок классов

2 3 4 5 6

Допустимая нагрузка на крюке, кН 1000 1250 1600 2000 2500

Условная глубина бурения, м 1600 2000 2500 3200 4000

Общая реактивная мощность ФКУ, не менее, квар 675 675 675 1040 1040

Число ступеней ФКУ, не менее 2 2 2 4 4

Рекомендуемая настройка фильтров "Точная" настройка фильтров на 5 и 7 гармоники; "интегральная" настройка фильтров

Седьмая глава посвящена исследованию статических и динамических режимов фильтро-компенсирующих устройств с косвенной компенсацией реактивной мощности в ССМ, содержащих тиристорные электроприводы.

ФКУ ступенчатого типа может обеспечить нормальные показатели качества электроэнергии в статических режимах работы, т.е. при сравнительно медленных изменениях режимов электропривода. Однако при резкопеременных - "динамических" режимах работы предпочтительно применение ФКУ с непрерывным "косвенным" регулированием (ФКУ-К), содержащее постоянно подключенную к сети фильтро-конденсаторную группу (ФКГ) и тиристорно-реакторную регулирующую группу (ТРГ). Это устройство позволяет получить высокое быстродействие и достаточную точность

регулирования, причем в группе ТРГ могут быть применены тиристорные преобразователи и реакторное оборудование, унифицированные с аналогичными изделиями для собственно тиристорных электроприводов. Система управления ФКУ может быть выполнена по традиционному принципу подчиненного регулирования координат

Предлагаемые методы расчета и выбора ФКУ-К рассматриваются на примере системы электропривода буровой установки БУ-3900 ЭКБМЦ при питании от электрической сети соизмеримой мощности.

На рис 9 показана схема электрооборудования буровой установки БУ-3900 ЭКБМЦ, которая предназначена для несколько более тяжелых режимов бурения, чем буровая установка БУ-3900 ЭПКБМ

мсхаиижроааниая добыча

М«хаииаиро»аииая добыча

Рис. 9. Схема электрооборудования б\ ровой установки БУ-3900 ЭКБМЦ с ФКУ косвенного типа ФКУ-К

Схема и основное электрооборудование установки имеют следующие особенности:

- электроснабжение буровой установки осуществляется от воздушной линии электропередачи напряжением 6 кВ.

- номина шшя мощность всех птвныч электродвигателе!-! - 1000 кВт при номинальном напряжении иостянного тока 800 В;

- используется фильтро-компенсирующее устройство "косвенного" типа ФКУ-К

Устройство ФКУ-К построено следующим образом'

- имеется фильтро-компенсирующая группа ФКГ, содержащая две ступени Ф1 и Ф2 (работают совместно), в каждой из которых имеются конденсаторы и фидыровые реакторы, причем каждая ступень настроена на 5-ю гармонику;

- каждая ступень ФКГ имеет емкостную рабочую мощность 1000 квар;

- указанная группа ФКГ - высоковольтная и подключается на напряжение 6 кВ, т е параллельно первичной обмотке трансформатора Т;

- тиристорная регулирующая группа ТРГ подключается к общим шинам OLLI на номинальное напряжение 660 В, причем используется тот же тип ТП, что и для главных электроприводов.

Для схемы электрооборудования по рис 9 составлена расчётная схема замещения рис. 10. Схема замещения содержит источники тока /„;, 1и2,1Р, /л, /трг, которые моделируют работу тиристорных электроприводов постоянного тока, а также тиристорного преобразователя ТРГ.

Расчёты проводятся для каждого из типовых режимов нагрузки в виде зависимости от длины линии Графики, иллюстрирующие результаты расчетов на примере режима турбинного бурения двумя насосами, который является наиболее тяжёлым по активной мощности, приведены на рис. 11. Условно принят следующий алгоритм управления ФКУ-К:

- при любой длине линии L,6 включена фильтро-компенсирующая группа ФКГ, содержащая две ступени Ф1 и Ф2, в том числе и при нулевой длине;

- с увеличением длины линии компенсирующая реактивная мощность должна плавно изменяться таким образом, чтобы обеспечить минимально возможное отклонение напряжения.

Анализ результатов расчётов, которые получены для всех режимов, позволяет сделать следующие общие выводы о закономерностях влияния плавно регулируемого ФКУ с косвенной компенсацией реак£ивной мощности и "интегральной" фильтрацией высших гармоник на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок.

В продолжительных режимах работы использование ФКУ-К на устновке БУ-3900 ЭКБМЦ позволяет получить отклонение напряжения, не превышающее 15%, при изменении длины линии от 0 до 9 км. Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения сети при этом меньше 5%, а коэффициент мощности возможно сделать равным 1. Реально длина линии может превышать 9 км, так как нагрузки электроприводов взяты максимальные. На практике их значения могут быть меньше на 10-20%. Полученные результаты следует оценить весьма положительно, поскольку до настоящего времени допустимой считайся длина линии не более 6-8 км.

о

Рис. 10. Схема замещения электрооборудования установки БУ-3900 ЭКБМЦ с ФКУ косвенного типа ФК> -К

Потери в линии зависят от режима работы буровой установки и мо1у! достигать значительной величины (в среднем 200-300 кВт в зависимости от режима). Включение ФКУ приводит во всех случаях к их уменьшению по сравнению с отсутствием ФКУ (в среднем на 50-100 кВт в зависимости от режима работы электроприводов) и экономии электроэнергии, главным образом - в питающей линии.

Существует мнение, что дополнительные потери в ТРГ могут ухудши 1ь КПД системы в целом, а также вызвать дополнительные искажения напряжения питающей сети. Проведенные расчеты показали, что мощность потерь в ТРГ изменяется в пределах от нуля до 4 - 6 кВт, т.е практически незначительна Дополнительные искажения синусоидальности напряжения из-за действия ТРГ практически не имеют значения, так как Ки во всех режимах не превышает допустимой величины.

Без ФКУ ФКУ

---Потери в ФКГ

---Потери в ТРГ

- Общие потери в ФКУ-К

Рис. 11. График» изменения параметров в зависимости от длины линии для установки БУ-3900 ЭКБМЦ с ФКУ-К:

а - отклонение напряжения; б - реактивная мощность; в - коэффициент мощности; г - коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения; д - суммарные потерн мощности в системе; е - потери мощности в ФКУ

Во второй части главы были рассмотрены динамические режимы работы ФКУ-К.

На основании предложенной в главе 4 математической модели расчёта электромеханических переходных процессов разработана программа расчета на

')ВМ уравнений рассматриваемой системы, которая учитывает наличие ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности.

В зависимости от характеристики сети, требований потребителя и энергосистемы автоматическое регулирование ФКУ-К можег выполняться по реактивному току, реактивной мощности и напряжению. Струк1урные схемы систем автоматического регулирования для этих случаев выполнены по принципу подчинённого регулирования координат. Внутренним контуром во всех случаях является замкнутый контур регулирования выпрямленного тока преобразователя ТРГ. Регулятор выпрямленного тока является ПИ-регулятором Внешним контуром сис1емы автоматического регулирования в зависимости от регулируемой величины может являться контур риулирования реактивного тока линии электропередачи 6 кВ, контур регулирования реактивной мощности системы, контур регулирования напряжения на первичной стороне преобразовательного трансформатора Т Регуляторы реактивного тока, реактивной мощности и напряжения являются И-регуляторами.

Рассмотрим работу ФКУ-К в динамике для случая повторно-кратковременного режима работы электропривода буровой лебёдки, когда имее1 место максимальное влияние электропривода на сеть в переходных режимах. Исследование динамических режимов осуществлялось для трёх случаев регулирования ФКУ-К. В первом случае регулируемой величиной является реактивный ток 1,р, во втором - реактивная мощность системы в третьем - напряжение сети С/и-

На рис. 12 приведены графики переходных процессов при пуске и торможении электропривода лебёдки при длине питающей линии Ь„ь = 6 км.

Графики были построены для случая включения ТРГ в момент времени ? = 0 с, когда электропривод отключён. В момент времени I - 1с происходит пуск электропривода. После пуска электропривод движется с установившейся скоростью и спустя некоторое время осуществляется рекуперативное торможение электропривода, после чего наступает пауза и затем цикл повторяется. Анализ графиков позволяет сделать следующие выводы.

Применение ФКУ с непрерывным "косвенным" регулированием реактивной мощности и системой подчинённого регулирования координат позволяет значительно улучшить энергетические показатели в переходных и установившихся процессах по сравнению со случаем отсутствия ФКУ. Из графиков видно, что отклонение напряжения не превышает заданного уровня > 15 % ниже номинального, значительно уменьшается потребление реактивной

мощности и увеличивается коэффициент мощности в переходных и установившихся режимах работы электропривода по сравнению со случаем отсутствия ФКУ. В случае регулирования ФКУ-К по реактивному току переходные процессы практически совпадают с переходными процессами при регулировании ФКУ-К по реактивной мощности.

-

{-

1

Г _ __„

1

— — — -

1 -

к

>» 1 II

Регулирование по реактивном} том Регулирование по реакпганой мощности Регулирование по шшейиому напряженно Бет ФЬЛ'-К

Рис. 12. Переходные процессы:

а - ток якоря; б - скорость электродвигателя; в - напряжение ТРГ; г - юк ТРГ; д - реактивная мощность системы; с - коэффициент мощности сис!смы; ж - отклонение напряжения на вводе блровой установки

На основании выполненных исследований сделан вывод, что прсдпоженные структурные схемы системы автомагическою регулирования ФКУ-К позволяют получить хорошее качество переходных процессов в ТРГ при его включении, а также при пуске и торможении электропривода Изменения тока и напряжения ТРГ в этих случаях происходят без заметных колебаний, с достаточным быстродействием

Эффективным средством улучшения качества переходных процессов является дополнение системы подчиненного регулирования координат корректирующей отрицательной обратной связью по регулируемой величине, сигнал которой необходимо подавать на вход регулятора выпрямленного тока. Выполненные на модели исследования показали, чю в этом сл)чае существенно уменьшаются величины реактивной мощности и отклонений напряжения в начале пуска и торможения электропривода. По сравнению со случаем отсутствия корректирующей обратной связи отклонение напряжения в начале пуска и торможения уменьшается соответственно на 40 и 20%.

В заключение главы приведены результаты испытаний на объекте ФКУ-К Их анализ показал, что разработанное на основе предложенных математических моделей и методик фильтро-компенсирующее устройство обеспечивает требуемый уровень напряжения и заданное качество электромеханических переходных процессов.

Подтверждён вывод о том, что разработанные модели достаточно точно отражают реальные процессы в ССМ с вентильными электроприводами постоянного тока. Расхождения межд> результатами теоретических и экспериментальных исследований не превышают: для электромеханических переходных процессов - 10%, для электромагнитных установившихся процессов -12%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе разработанных математических моделей и установленных закономерностей влияния ФКУ па показатели качества электроэнергии в системах электроснабжения буровых установок изложены научно обоснованные технические решения по повышению энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок, внедрение которых вносит значительный вклад в создание и усовершенствование электрооборудования для нефтегазодобывающего комплекса России.

Основные результаты и выводы по работе заключаются в следующем 1 Разработаны математические модели для исследования установившихся электромагнитных процессов и переходных электромеханических процессов в системе соизмеримой мощности с вентильными электроприводами, которые учитывают пульсации выпрямленного тока и реальные процессы коммутации в преобразователях в

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА 3' СПетврбург 1 09 юа «кг

\ становившихся режимах, одновременную работу нескольких вентипьных эпсктроприводов, структуру системы соизмеримой мощности, взаимное влияние системы электроснабжения и вентильных электроприводов и позволяющие установить закономерности влияния ФКУ на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок Предложенные математические модели сиаем соизмеримой мощности с вентильными электроприводами существенно упрощают их профаммную реализацию на ЭВМ, обеспечивают значительную экономию времени при многовариантных расчётах по сравнению со случаем решения дифференциапьных уравнений, составленных относительно мгновенных значений переменных, увеличивают точность расчётов высших гармоник гоков и напряжений по сравнению с приближёнными методиками, описанными в литературе

2. Установлены закономерности влияния ФКУ на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок, учитывающие структуру электрической сети, одновременную работу нескольких полупроводниковых преобразователей, реальные процессы коммутации в преобразователях и позволяющие обосновать способы повышения энергетических показателей: в установившихся режимах при применении ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности и "интегральной" фильтрации высших гармоник; в статических и динамических режимах при применении ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности и "интегральной" фильтрации высших гармоник

3 Управление полной мощностью синхронного генератора изменением числа ступеней ФКУ позволяет реализовать активную мощность дизель-электрической станции, получить экономию топлива дизелей, обеспечить нормально допустимое значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения 8%. В то же время ФКУ незначительно влияет на уменьшение кратковременных отклонений напряжения и частоты сети при пуске электропривода.

4. При питании электротехнических комплексов буровых установок от линии электропередачи оба типа ФКУ' ступенчатое ФКУ и ФКУ косвенной компенсации в установившихся режимах работы электроприводов могут обеспечить приемлемые показатели по компенсации реактивной мощности, отклонению напряжения (10-15%) и уровню искажений напряжения в питающей сети (5-8%). При правильном выборе ФКУ возможно обеспечить нормальную работу установки при длине линии до 12 км, что превышает общепринятые в настоящее время нормы (6-8 км)

5. Доказана целесообразность "интегральной" фильтрации высших гармоник по сравнению с "точной" фильтрацией определенного ряда высших гармоник, обеспечивающая уменьшение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения на вводе буровой установки до допустимого уровня 5-8%.

6. Применение ФКУ обеспечивает существенную экономию электроэнергии главным образом в питающей линии При длине линии 6-7 км потери электроэнергии в зависимости от режима бурения и типа буровой установки уменьшаются на 20-30%. Мощность потерь собственно в ФКУ во всех рассмотренных случаях практически не вызывает ухудшения интегральных энергетических показателей

7 Потери в тиристорной регулирующей группе ТРГ и дополнительные искажения напряжения из-за её действия на сеть в количественном отношении несущественны, и поэтому не должны являться препятствием для применения ФКУ косвенной компенсации в электротехнических комплексах буровых установок с регулируемым электроприводом

8 Построение структур систем автоматического регулирования ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности на основе принципа подчинённого регулирования координат обеспечивает требуемое качество переходных процессов и улучшает энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок в динамических режимах по сравнению со случаем отсутствия ФКУ. Эффективным способом устранения бросков реактивной мощности в начале пуска и торможения электропривода является дополнение системы подчинённого регулирования координат ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности корректирующей отрицательной обратной связью по регулируемой величине, что приводит к уменьшению отклонения напряжения в начале пуска и торможения соответственно на 40% и 20% по сравнению со случаем отсутствия корректирующей отрицательной обратной связи.

9. Разработан комплекс методик выбора ФКУ для электротехнических комплексов буровых установок с вентильным электроприводом постоянного тока и определения областей эффективности вариантов ЭТК БУ с ФКУ и без ФКУ при централизованном и автономном электроснабжении.

10. Научно обоснованы технические требования к фильтро-компенсирующим устройствам электротехнических комплексов буровых установок с вентильными электроприводами постоянного тока в зависимости от класса буровой установки морского и наземного бурения, включающие минимальную величину реактивной мощности ФКУ, число ступеней ФКУ, рекомендуемую настройку фильтров, что позволяет получить коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения не более 5-8%; максимальное отклонение напряжения, не превышающее 15% при длине питающей линии до 12 км; уменьшить потребление топлива дизель-электрическими буровыми установками на 9-15%.

11. При питании от местной линии электропередачи вариант ЭТК БУ с ФКУ является экономически оправданным если для выбранного варианта ФКУ инвестиции не превышают 1,25-1,30 млн руб. в ценах 1 01 2004 г Для случая автономных ЭТК БУ в зависимости от изменения относительной длительности работы дополнительного дизель-генератора при отсутствии ФКУ в наиболее

вероятных пределах от 0,1 до 0,3 граница эффективности дополнительных инвестиций в ФКУ изменяется от 450 до 800 тыс руб в ценах 1 01.2004 г.

12 При помощи предложенных математических моделей и методик осуществлён выбор электрооборудования для морской буровой установки ППБУ-6500/200 (серия "Шельф"), созданы комплектные низковольтные фильтро-компенсирующие устройства ФКУ-2500 и ФКУ-3900, предназначенные для работы в составе основного электрооборудования электрических буровых установок 2-6 классов, разработано плавно регулируемое фильтро-комиенсирующее устройство с косвенной компенсацией реактивной мощности для электрической буровой установки с электроприводом постоянного тока БУ-3900/225 ЭКБМЦ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Шевырёв Ю. В. Методы моделирования и повышения электроэнергетических показателей электротехнических комплексов буровых установок. - М.: РИО МГГРУ, 2005. - 177 с.

2. Шевырёв Ю. В. Математическое описание автономных тиристорных электроприводов постоянного тока // Изв АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1980. - № 6. - С. 77-85.

3. Шевырёв Ю. В. Динамические процессы в электромеханических системах соизмеримой мощности с фильтро-компенсирующими устройствами // Электротехника. - 2004. - №12. - С. 24-30.

4. Шевырёв Ю. В. Способы повышения электроэнергетических показателей электротехнических комплексов буровых установок с тиристорным электроприводом постоянного тока // Изв. вузов. Геология и разведка. - 2004. - №6 - С. 64-69.

5. Шевырёв Ю. В. Математические модели электротехнических комплексов горных машин и буровых установок с тиристорным электроприводом постоянного тока // НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", 2004 - №12. - С. 20-27.

6. Шевырёв Ю. В Закономерности влияния фильтро-компенсирующих устройств на электроэнергетические показатели электротехнических комплексов буровых установок с регулируемым электроприводом // НТЖ Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", 2005. - №1. С. 27-34.

7. Шевырёв Ю.В. Энергетические характеристики тиристорных электроприводов буровых установок // III Международная конференция «Новые идеи в науках о земле»: Тез докл.- М.: МГГА, 1997 - Том 3 - С. 120.

8. Шевырёв Ю.В. Проблемы и перспективы применения регулируемого электропривода в геологоразведочной отрасли // IV Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле»: Избранные доклады. - М.: МГТА, 2000. - С. 235-240.

9 Шевырёв Ю В Электроэнергетические показатели электротехнических комплексов горных машин и буровых установок с регулируемым электроприводом // VII Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле»: Материалы докладов. - М : КДУ, 2005 - Том 3 -С. 220

10 Автоматизация главных электроприводов буровых установок / А И Коган, Б И. Моцохейн, А Д Чурсин, Ю В Шевырёв // Электротехника -1986 - №10 - С 19-21.

11. Абрамов Б.И, Парфёнов Б.М., Шевырёв ЮВ. Методы выбора параметров фильтро-компенсирующих устройств ступенчатого типа для тиристорных электроприводов в системах соизмеримой мощности // Электротехника -200! -№1. -С. 38-42.

12. Парфенов БМ, Шевырев Ю В., Шинянский AB. Особенности тиристорных электроприводов при питании от энергоисточников соизмеримой мощности // Электротехническая промышленность. Сер.' Электропривод -1981.-№ З.-С. 18-21.

13. Шевырев Ю.В , Шинянский A.B. Анализ искажения напряжения в системе ограниченной мощности с тиристорными электроприводами // Электротехническая промышленность. Сер.: Электропривод - 1982. - № 7. -С. 1-3.

14. Шевырев Ю.В., Шинянский A.B. Моделирование автономных систем, содержащих тиристорные электроприводы постоянного тока // Моделирование электроэнергетических систем: Всесоюзная научная конференция: Тез докл. - Баку: 1982. - С. 276-277.

15. Парфенов БМ., Шевырев Ю В., Шинянский A.B. Тиристорные электроприводы главных механизмов буровых установок в системах электроснабжения соизмеримой мощности // Обзорная информация М.. Информэлектро, 1984 - 37 с.

16. Повышение энергетической эффективности тиристорных электроприводов буровых установок / Б.И. Абрамов, Е.В. Давыдов, Ю.В. Шевырёв, A.B. Шинянский // XI Всесоюзная научно-техническая конференция по проблемам автоматизированного электропривода: Тез докп -М." 1991.-С. 98.

17. Методика исследования энергетических характеристик тиристорных электроприводов буровых установок / Ю.В. Шевырёв, А.В Шинянский, Б И Абрамов и др. // III Международная конференция «Новые идеи в науках о Земле»: Избранные доклады. - М.: МГТА, 1998. -С. 243-246

18 Энергосбережение в геологоразведочной отрасли посредством выбора рационального электропривода / Ю В Шевырёв, В.В Алексеев, Б.М Парфёнов, О В Смирнов // Геологическое изучение и использование недр: Информационный сборник. - М.: ЗАО "Геоинформмарк", 2000. - Вып. 4. -С. 44-60.

19 11арфёнов Ь М , Шевырёв Ю В Разработка методов расчёта ФКУ для тиристорных электроприводов горных машин с питанием от сетей соизмеримой мощности // Труды III Международной (XIV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП - 2001 /Подред С.В.Хватова Нижний Новгород-Вектор-Тисс, 2001. - С 234-235

20 Парфёнов Б М , Шевырёв Ю.В. Статические режимы фильтро-компенсирующих устройств в системах электропривода соизмеримой мощности // Автоматизированный электропривод Сб. науч. тр -М : ОАО "Электропривод", 2002 - С. 134-153.

21. Парфёнов БМ, Шевырёв ЮВ. Фильтро-компенсирующие устройства ступенчатого типа для мощных тиристорных электроприводов постоянного тока // Привод и управление. - 2002. - №4. - С. 28-31.

22 Оценка технико-экономических показателей при выборе электропривода в геологоразведочной отрасли / В.В Алексеев, М.В. Алексеев, Ю.В. Шевырёв, О.В Фёдоров // Техн., технол. и орг. геол.- развед. работ: Обзорная информация -М : ООО "Геоинформцентр", 2002. - Вып. 3. - 94 с.

23. Парфёнов Б М., Шевырёв Ю.В. Улучшение электроэнергетических характеристик электроприводов буровых установок при помощи фильтрокомпенсирующих устройств // ЭЛЕКТРО- - 2003. - №5. - С. 43-48.

24. Повышение энергетических показателей электротехнических комплексов буровых установок и экскаваторов / Б.И. Абрамов, О.И. Кожаков, Б.М. Парфёнов, Ю.В. Шевырёв и др. // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу -2004 / Часть II. - Магнитогорск, 2004. - С. 196-198.

Подписано в печать 2Ъ.04-2005 г. Объем 2,0 п.л. Тираж А00 экз. Зак. №36

Редакционно-издательский отдел МГГРУ Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23

€.9989

РНБ Русский фонд

2006-4 6531

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ БУРОВЫХ УСТАНОВОК.

1.1. Общие сведения о буровых установках.

1.2. Особенности регулируемых электроприводов главных буровых механизмов.

1.3. Электроснабжение буровых установок.

1.4. Влияние вентильного электропривода на электрическую сеть соизмеримой мощности.

1.5. Регулирование реактивной мощности.

1.6. Улучшение качества электроэнергии при работе вентильного электропривода буровых установок.

Выводы.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ БУРОВЫХ УСТАНОВОК С ФИЛЬТРО-КОМПЕНСИРУЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ.

2.1. Особенности математического описания и исследования систем соизмеримой мощности.

2.2. Выбор типовых режимов работы буровых установок и определение электромеханических параметров электроприводов.

2.3. Методика оценки эффективности дополнительных затрат на фильтро-компенсирующее устройство в составе электротехнического комплекса буровой установки.

2.4. Методика выбора фильтро-компенсирующего устройства.

Выводы.

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ УСТАНОВИВШИХСЯ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ СОИЗМЕРИМОЙ МОЩНОСТИ С ВЕНТИЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

3.1. Уравнения установившегося режима работы системы соизмеримой мощности.

3.2. Аналитические зависимости между высшими гармониками фазного тока тиристорного преобразователя и напряжением сети

3.3. Нахождение высших гармоник выпрямленного тока при помощи преобразования Лапласа.

3.4. Выпрямленное напряжение тиристорного преобразователя.

3.5. Методика решения уравнений установившегося режима работы системы соизмеримой мощности.

3.6. Обобщение уравнений связи на электропривод переменного тока.

3.7. Сравнение методик расчёта установившихся режимов.

Выводы.

ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ СОИЗМЕРИМОЙ МОЩНОСТИ С ВЕНТИЛЬНЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

4.1. Уравнения электромеханических переходных процессов в системе соизмеримой мощности.

4.2. Математическое описание электромеханических переходных процессов в автономной системе Диз-СГ-ТП-Д.

4.3. Математическая модель дизеля.

4.4. Оценка погрешности расчёта электромеханических переходных процессов по средним значениям.

Выводы.

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОНОМНЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ БУРОВЫХ УСТАНОВОК С ФИЛЬТРО-КОМПЕНСИРУЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ СТУПЕНЧАТОГО

ТИПА.

5.1 Математическая модель автономного электротехнического комплекса.

5.2. Определение условий возникновения резонансных явлений в автономной системе Диз-СГ-ТП-Д.

5.3. Влияние тиристорных электроприводов на сеть.

5.4. Аналитические зависимости для коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения в системе Диз-СГ-ТП-Д.

5.5. Влияние фильтро-компенсирующего устройства на нагрузку синхронного генератора и качество электроэнергии.

5.6. Технико-экономическая оценка эффективности затрат на фильтро-компенсирующее устройство для автономного электротехнического комплекса буровой установки.

5.7. Электромеханические переходные процессы в автономной системе Диз-СГ-ТП-Д.

5.8. Технические требования к фильтро-компенсирующим устройствам электротехнических комплексов морских буровых установок.

5.9.Результаты экспериментальных исследований влияния фильтро-компенсирующего устройства на энергетические показатели электротехнического комплекса буровой установки. 184 Выводы.

ГЛАВА 6. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ БУРОВЫХ УСТАНОВОК С ФИЛЬТРО-КОМПЕНСИРУЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ СТУПЕНЧАТОГО ТИПА ПРИ ПИТАНИИ ОТ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.

6.1. Математическая модель электротехнического комплекса буровой установки при питании от линии электропередачи.

6.2. Оценка влияния ёмкости воздушной линии электропередачи на результаты расчёта установившихся режимов.

6.3. Режимы работы главных электроприводов и предварительный выбор реактивной мощности ФКУ ступенчатого типа.

6.4. Влияние индуктивности фильтровых реакторов на коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения сети.

6.5. Аналитические зависимости для показателей качества электроэнергии.

6.6. Закономерности влияния фильтро-компенсирующего устройства на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровой установки.

6.7. Технико-экономическая оценка эффективности дополнительных затрат на фильтро-компенсирующее устройство.

6.8. Технические требования к фильтро-компенсирующим устройствам электротехнических комплексов буровых установок. 238 Выводы.

ГЛАВА 7. СТАТИЧЕСКИЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РЕГУЛИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ БУРОВЫХ УСТАНОВОК С ФИЛЬТРО-КОМПЕНСИРУЮЩИМИ УСТРОЙСТВАМИ

КОСВЕННОЙ" КОМПЕНСАЦИИ.

7.1. Математическая модель электротехнического комплекса буровой установки с фильтро-компенсирующими устройствами "косвенной" компенсации.

7.2. Режимы работы главных электроприводов буровой установки.

7.3. Моделирование статических режимов электроприводов буровой установки при работе ФКУ "косвенной" компенсации.

7.4. Некоторые сравнительные данные систем ФКУ-С и ФКУ-К.

7.5. Особенности математического описания динамических процессов в системе соизмеримой мощности, содержащей ФКУ-К.

7.6. Структура и методика расчёта регуляторов системы автоматического регулирования ФКУ "косвенной" компенсации.

7.7. Моделирование динамических режимов электроприводов буровой установки при работе ФКУ "косвенной" компенсации.

7.8. Повышение качества регулирования реактивной мощности.

7.9. Результаты промышленных испытаний ФКУ "косвенной" компенсации.

Выводы.

Актуальность работы. Электроэнергия - это продукт производства, и как всякий продукт он должен обладать определённым качеством. Однако рост нелинейных потребителей электроэнергии обострили проблему качества электроэнергии в аспекте искажения синусоидальности напряжения сети и ухудшения коэффициента мощности потребителей. Страны Европейского Союза (ЕС), например, от некачественного электроснабжения теряют в год около 10 млрд. евро [176].

К потребителям, ухудшающим качество электроэнергии, относятся электротехнические комплексы многих объектов, которые характеризуются применением нескольких вентильных электроприводов постоянного тока, получающих энергию от источника питания, мощность которого соизмерима с мощностью электроприводов. Это обстоятельство приводит к тому, что вентильные электроприводы постоянного тока и источник энергии образуют систему соизмеримой мощности [54], которой присущи следующие особенности: низкий коэффициент мощности, значительное отклонение напряжения сети от номинального, искажение синусоидальной формы напряжения. Указанные особенности отрицательно влияют как на характеристики самих электроприводов, так и на условия работы другого электрооборудования. Увеличиваются потери электроэнергии в электрооборудовании, сокращается срок службы электроприёмников за счёт дополнительного старения изоляции, увеличивается погрешность электроизмерительных приборов, ухудшается работа систем автоматики, телемеханики и связи и т.п. [11, 49]. При значительных отклонениях напряжения происходит срабатывание релейной защиты и отключение электрооборудования, что приводит к нарушению технологических процессов, сокращению выпуска продукции и потерям сырья [95].

Весьма типичным примером таких объектов являются современные отечественные буровые установки (БУ) для разведочного и эксплуатационного бурения на нефть и газ, для главных технологических механизмов 7 которых применяются электродвигатели постоянного тока, получающие питание от трехфазных мостовых тиристорных преобразователей (система ТП-Д). При этом возможно два варианта поступления электроэнергии. При наличии централизованного электроснабжения электроэнергия на общие шины поступает через один или два параллельно включённых трансформатора от местной линии электропередачи. На буровых установках, которые эксплуатируются в тех местах, где централизованное электроснабжение отсутствует, питание осуществляется от синхронных генераторов (СГ), приводимых в движение дизелями (система Диз-СГ-ТП-Д).

Для электротехнических комплексов буровых установок (ЭТК БУ), оснащённых системой ТП-Д, на практике имеют место все проблемы питания от источника энергии соизмеримой мощности: низкий коэффициент мощности тиристорных преобразователей (0,5-0,6); заметное увеличение искажения синусоидальной формы напряжения сети (коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения сети может превышать 20%); значительное снижение напряжения при питании от относительно слабой линии (отклонение напряжения на вводе буровой установки в этом случае достигает минус 15-20%). Из-за низкого качества электроэнергии, если не принимать специальных мер, нормальная эксплуатация буровых установок затруднительна.

В настоящее время эксплуатируется более 300 буровых установок с регулируемыми электроприводами, выполненными по системе ТП-Д [122]. Установленная мощность электроприводов главных технологических механизмов буровой установки, в зависимости от её класса, лежит в пределах от 1000 до 3000 кВт. Для морских буровых установок установленная мощность достигает величины 6000 кВт [100].

Широкое применение на буровых установках тиристорных электроприводов постоянного тока делает актуальной задачу повышения их энергетических показателей.

Решением проблемы повышения качества электроэнергии в системе электроснабжения соизмеримой мощности, содержащей электроприводы с 8 полупроводниковыми преобразователями, является применение фильтро-компенсирующего устройства (ФКУ) [42, 153].

Выполненный обзор литературы показал, что имеется большое число работ, посвященных исследованию качества электроэнергии в системах соизмеримой мощности, содержащих полупроводниковые преобразователи. Вопросы, связанные с искажением формы напряжения питающей сети, применением ФКУ в системах соизмеримой мощности с полупроводниковыми преобразователями рассматривались, например, в работах Я.Ф. Ани-симова, Е.П. Васильева [11], П. Бюхнера [198], A.B. Грина [35], JI.A. Доб-русина [42, 43], И.В. Жежеленко [47, 49], В.Н. Ивакина, В.В. Худякова [56], Ю.И. Пайкина [113], В.В. Шейниховича и др. [65], В.И. Полонского, А.Б. Хайкина [127], Я.Ю. Солодухо [151, 154], Ю.К. Тимофеева [167].

Однако в указанных работах рассматриваются варианты питания ти-ристорных преобразователей либо от системы электроснабжения промышленных предприятий, либо от судовой электроэнергетической системы. Особенности работы этих объектов отличаются от условий работы электротехнических комплексов буровых установок. Поэтому, несмотря на большое количество работ, посвящённых повышению качества электроэнергии в системах электроснабжения соизмеримой мощности, содержащих полупроводниковые преобразователи, эту проблему нельзя считать решенной для случая применения тиристорного электропривода постоянного тока на буровых установках, число которых увеличивается с каждым годом, в то время, как многие вопросы, связанные с повышением энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок до сих пор остаются открытыми.

Проектирование и выбор ФКУ для ЭТК БУ с регулируемым электроприводом существенно затрудняется из-за следующих специфических особенностей работы буровой установки: переменный характер нагрузок от относительно спокойных режимов бурения до повторно-кратковременных при спуске и подъеме бурильной колонны; значительные изменения уровня максимальных нагрузок в зависимости от текущей глубины скважины; измене9 ние числа работающих электроприводов при проходке скважины; зависимость длины питающей линии от места нахождения буровой установки; изменение числа параллельно работающих синхронных генераторов при автономном электроснабжении [99,101,108, 131].

При указанных особенностях работы буровых установок для получения требуемых энергетических показателей необходимо применение ФКУ, позволяющих регулировать величину генерируемой реактивной мощности.

Проблема повышения энергетических показателей ещё более обострилась, когда в целях разведки и освоения более удаленных месторождений возникла необходимость обеспечения работоспособности буровой установки с питанием от существующих маломощных линий длиной до 10 - 12 км, а по возможности и большей длины, без строительства новых линий электропередач (в настоящее время эта длина не превышает 6-8 км) [38, 129]. Очевидно, эта проблема может быть решена только за счет наиболее рационального выбора ФКУ, что должно обеспечить существенный технико-экономический эффект за счет экономии капитальных затрат.

При проектировании ФКУ необходимо обязательно учитывать, что ФКУ является частью электротехнического комплекса буровой установки и во многом определяет технические показатели буровой установки в целом. При этом только комплексный подход [100], учитывающий все подсистемы электротехнического комплекса, обеспечивающие выработку электроэнергии, её распределение, преобразование и использование, позволит решить задачу локального проектирования и выбора ФКУ. Рациональное сочетание всех подсистем, входящих в комплекс, оказывает решающее влияние на конструкцию установки и её технико-экономические показатели. Следовательно, проблема проектирования и выбора ФКУ как подсистемы электротехнического комплекса является одной из важнейших при создании современных буровых установок с регулируемым электроприводом. Решение этой проблемы возможно только при наличии научно обоснованных технических требований к фильтро-компенсирующим уст

10 ройствам в зависимости от класса буровой установки наземного и морского бурения.

На стадии проектирования, а также в процессе наладки ЭТК БУ необходимо иметь математические модели, позволяющие судить о качестве электроэнергии при различных режимах работы электроприводов для выбора оптимальных параметров ФКУ. Ввиду сложности рассматриваемых систем соизмеримой мощности рассчитать их характеристики можно только на ЭВМ.

При создании математических моделей необходимо учитывать, что регулируемый электропривод буровых установок потребляет энергию от источников, мощность которых соизмерима с мощностью самого электропривода. Особенности систем соизмеримой мощности приводят к тому, что исследование и проектирование тиристорных электроприводов постоянного тока в таких системах нельзя проводить без учета свойств системы электроснабжения.

Методы расчёта показателей качества электроэнергии и выбора ФКУ при работе вентильных электроприводов в системах соизмеримой мощности, описанные в литературе, например в [11, 49, 195, 198], приближённо учитывают высшие гармоники тока полупроводниковых преобразователей, сложную структуру системы соизмеримой мощности и одновременность работы нескольких преобразователей. Принятые допущения учитывают либо условия работы системы электроснабжения промышленных предприятий, либо судовых электроэнергетических систем. Проектирование ФКУ для систем соизмеримой мощности требует по возможности точного расчёта несинусоидальных токов и напряжений в элементах системы. Неправильный выбор параметров ФКУ может привести либо к завышению массогабаритных показателей элементов ФКУ, либо к перегрузке элементов ФКУ и выходу из строя электрооборудования. Использование методов расчёта, описанных в научной литературе, для условий работы регулируемых электроприводов буровых установок может привести к существенным погрешностям и ошибкам при выборе электрооборудования. Следовательно, необходима разработка более точных математических моделей систем

11 соизмеримой мощности, которые позволяют учитывать действительную структуру электрических сетей, одновременную работу нескольких полупроводниковых преобразователей, реальные процессы коммутации в преобразователях. В то же время это не должно приводить к существенному усложнению программ и значительному увеличению времени решения уравнений на ЭВМ по сравнению с использованием приближённых методик, описанных в литературе.

Другая проблема заключается в том, что выбор и проектирование ФКУ необходимо проводить с учётом взаимозависимости режимов работы всех подсистем ЭТК БУ. Только такой подход позволит выбрать ФКУ, которое обеспечит требуемое качество электроэнергии при минимальной стоимости и массогабаритных показателях. Однако в этом случае расчет режимов и нахождение параметров ФКУ представляет собой сложную многофакторную задачу, что требует разработки методики исследования рассматриваемых систем соизмеримой мощности.

Применение ФКУ обеспечивает требуемый коэффициент мощности, допустимые значения отклонения напряжения и коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения. Однако приобретение ФКУ требует дополнительных инвестиций. Поэтому необходимо иметь методику технико-экономической оценки эффективности дополнительных затрат на ФКУ, учитывающую особенности работы регулируемых электроприводов буровых установок.

Если учитывать всё возрастающую роль нефтегазодобывающего комплекса в экономике России [166], связанный с этим дальнейший рост числа буровых установок с регулируемым электроприводом [122], то повышение энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок является актуальной научной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Цель работы. Обоснование способов повышения энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок, обеспечивающих нормативные значения показателей качества электроэнергии.

Идея работы заключается в обеспечении нормативных значений показателей качества электроэнергии на основе применения фильтро-компенсирующих устройств двух типов: со ступенчатым регулированием реактивной мощности и с косвенной компенсацией реактивной мощности.

В соответствии с идеей работы для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Создать математическую модель системы соизмеримой мощности, учитывающую действительную структуру электрической сети, одновременную работу нескольких полупроводниковых преобразователей, реальные процессы коммутации в преобразователях.

2. Разработать методику расчёта и выбора ФКУ для электротехнических комплексов буровых установок, содержащих вентильные электроприводы, при питании от системы электроснабжения соизмеримой мощности.

3. Разработать методику определения областей эффективности вариантов ЭТК БУ с ФКУ и без ФКУ, позволяющую предварительно оценить целесообразность использования ФКУ для повышения энергетических показателей ЭТК БУ с регулируемым электроприводом;

4. Установить закономерности влияния ФКУ со ступенчатым и плавным регулированием реактивной мощности на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок при автономном и централизованном электроснабжении, позволяющие обосновать способы повышения энергетических показателей для рассматриваемых вариантов питания;

5. Обосновать принцип построения структур систем автоматического регулирования ФКУ, обеспечивающий требуемое качество переходных процессов и улучшающий энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок в динамических режимах.

Методологической основой исследования послужили работы В.В. Алексеева, С.И. Гамазина, М.С. Ершова, И.И. Карташёва, A.B. Ляхомского, Б.Г. Меньшова, В.И. Щуцкого, посвящённые повышению качества электроэнергии; работы В.А. Андреюка, Я.Ф. Анисимова, П. Бюхнера, С.Р. Глинтерника, JI.A. Добрусина, И.В. Жежеленко, А.Е. Козярука, А.Г. Павловича, Ю.И. Пайкина, Я.Ю. Солодухо, М.Г. Шехтмана, в которых рассмотрены проблемы, связанные с влиянием полупроводниковых преобразователей на питающую сеть и мероприятия по уменьшению этого влияния; работы Б.И. Абрамова, А.И. Когана, О.И. Кожакова, Б.И. Моцохейна, Т.З. Портного, Б.М. Парфёнова, М.Г. Юнькова, посвящённые проектированию электротехнических комплексов буровых установок и применению ФКУ в составе комплексов; работы М.М. Соколова, С.П. Степаняна, A.B. Шинянского, посвящённые изучению влияния тиристорного электропривода постоянного тока буровых установок на электрическую сеть соизмеримой мощности; работы О.В. Фёдорова, где развиваются научные основы определения областей эффективности электротехнических комплексов и систем.

Методы исследования. В работе использованы методы теорий дифференциальных уравнений, преобразования Лапласа, электрических цепей, полупроводниковых преобразователей, автоматизированного электропривода, имитационного моделирования, теории планирования эксперимента, технико-экономического анализа.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Математические модели системы соизмеримой мощности, основанные на раздельном исследовании переходных электромеханических процессов и установившихся электромагнитных процессов, учитывающие структуру электрической сети, одновременную работу нескольких полупроводниковых преобразователей и реальные процессы коммутации в преобразователях.

2. Закономерности влияния ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности и "интегральной" фильтрацией высших гармоник на энергетические показатели автономных электротехнических комплексов буровых установок с регулируемым электроприводом, позволяющие обосновать способ повышения энергетических показателей при автономном электроснабжении.

3. Закономерности влияния ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности и "интегральной" фильтрацией высших гармоник на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок при питании электротехнических комплексов от централизованной системы электроснабжения, позволяющие обосновать способ повышения энергетических показателей для рассматриваемого варианта питания.

4. Закономерности влияния на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок плавно регулируемого ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности и "интегральной" фильтрацией высших гармоник, позволяющие обосновать способ повышения энергетических показателей, основанный на косвенной компенсации реактивной мощности и "интегральной" фильтрации высших гармоник.

5. Принцип построения структур систем автоматического регулирования ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности на основе подчинённого регулирования координат, обеспечивающий требуемое качество переходных процессов и повышающий энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок в динамических режимах.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций. Основные научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, подтверждаются: корректным применением методов теорий дифференциальных уравнений, преобразования Лапласа, электрических цепей, полупроводниковых преобразователей, автоматизированного электропривода; сравнением и сходимостью результатов имитационного моделирования с данными экспериментальных исследований на объектах, расхождение между которыми не превышает 12%.

Научная новизна результатов исследования.

1. Разработана математическая модель установившихся электромагнитных процессов в системе соизмеримой мощности, отличающаяся учётом пульсаций выпрямленного тока, одновременной работы нескольких вентильных электроприводов, процессов коммутации в преобразователях, структуры системы соизмеримой мощности.

2. Разработана математическая модель переходных электромеханических процессов в системе соизмеримой мощности, отличающаяся учётом одновременной работы нескольких вентильных электроприводов, структуры системы соизмеримой мощности, взаимного влияния системы электроснабжения и вентильных электроприводов.

3. Установлены закономерности влияния ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности и "интегральной" фильтрацией высших гармоник на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок в установившихся режимах работы, учитывающие структуру электрической сети, одновременную работу нескольких полупроводниковых преобразователей, реальные процессы коммутации в преобразователях.

4. Установлены закономерности влияния плавно регулируемого ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности и "интегральной" фильтрацией высших гармоник на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок в статических и динамических режимах работы, учитывающие структуру электрической сети, одновременную работу нескольких полупроводниковых преобразователей, реальные процессы коммутации в преобразователях.

Научное значение работы состоит: в разработке математических моделей установившихся электромагнитных и переходных электромеханических процессов в системе соизмеримой мощности с вентильными электроприводами, позволяющих установить закономерности влияния

ФКУ на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок; установлении закономерностей влияния ФКУ на показатели качества электроэнергии в системах электроснабжения буровых установок, позволяющих обосновать способы повышения энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок: в установившихся режимах при применении ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности и "интегральной" фильтрации высших гармоник; в статических и динамических режимах при применении ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности и "интегральной" фильтрации высших гармоник.

Практическое значение работы заключается в разработке:

- методики выбора ФКУ для электротехнических комплексов буровых установок с вентильным электроприводом постоянного тока, включающей этапы предварительного выбора параметров ФКУ и точных расчётов энергетических показателей;

- методики определения областей эффективности вариантов ЭТК БУ с ФКУ и без ФКУ при централизованном и автономном электроснабжении, позволяющей предварительно оценить целесообразность применения ФКУ для повышения энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок;

- программных средств для ЭВМ, позволяющих рассчитывать энергетические показатели электротехнических комплексов буровых установок с регулируемым электроприводом в установившихся и переходных режимах работы и обеспечивающих принятие рациональных решений на стадиях проектирования и эксплуатации данных систем;

- научно обоснованных технических требований к фильтро-компенсирующим устройствам для электротехнических комплексов буровых установок с вентильными электроприводами постоянного тока в зависимости от класса буровой установки, выполнение которых обеспечивает нормально допустимые показатели качества электроэнергии.

Реализация результатов работы.

Разработанные технические требования к ФКУ электротехнических комплексов буровых установок, методики и программы расчёта энергетических показателей электротехнических комплексов буровых установок используются в проектных работах ОАО "Электропривод" при конструировании и внедрении электротехнических комплексов буровых установок с регулируемым электроприводом.

При помощи предложенных математических моделей и методик осуществлён выбор электрооборудования для морской буровой установки ППБУ-6500/200 (серия "Шельф"). Программные средства и методики расчёта и выбора фильтро-компенсирующих устройств со ступенчатым регулированием реактивной мощности использованы в ОАО "Электропривод" при создании комплектных низковольтных фильтро-компенсирующих устройств ФКУ-2500 и ФКУ-3900, предназначенных для работы в составе основного электрооборудования электрических буровых установок 2-6 классов. Программные средства и методики расчёта и выбора плавно регулируемого фильтро-компенсирующего устройства с косвенной компенсацией реактивной мощности использованы в ОАО "Электропривод" при создании фильтро-компенсирующих устройств для электрической буровой установки с электроприводом постоянного тока БУ-3900/225 ЭКБМЦ.

Результаты работы внедрены в учебный процесс Московского государственного геологоразведочного университета при подготовке специалистов, обучающихся по направлению 650200 "Технологии геологической разведки", специальность 080700 "Технология и техника разведки месторождений полезных ископаемых", специализация "Механизация и энергоснабжение горных и геологоразведочных работ".

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались на Всесоюзных и Международных конференциях: Всесоюзной научной конференции "Моделирование электроэнергетических систем" (Баку, 1982); XI Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам автоматизированного электропривода (Суздаль, 1991); III Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 1997); IV Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 1999); III Международной (XIV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (Н. Новгород, 2001); IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу (Магнитогорск, 2004); VII Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле" (Москва, 2005)

Автор выражает благодарность за помощь и поддержку при работе над диссертацией коллективу ОАО "Электропривод", а также сотрудникам кафедр механизации и автоматизации горных и геологоразведочных работ МГГРУ и электрификации и энергоэффективности горных предприятий МГГУ за содержательные научные консультации.

Основные результаты и выводы по работе заключаются в следующем.

1. Разработаны математические модели для исследования установившихся электромагнитных процессов и переходных электромеханических процессов в системе соизмеримой мощности с вентильными электроприводами, которые учитывают пульсации выпрямленного тока и реальные процессы коммутации в преобразователях в установившихся режимах, одновременную работу нескольких вентильных электроприводов, структуру системы соизмеримой мощности, взаимное влияние системы электроснабжения и вентильных электроприводов и позволяющие установить закономерности влияния ФКУ на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок. Предложенные математические модели систем соизмеримой мощности с вентильными электроприводами существенно упрощают их программную реализацию на ЭВМ, обеспечивают значительную экономию времени при многовариантных расчётах по сравнению со случаем решения дифференциальных уравнений, составленных относительно мгновенных значений переменных, увеличивают точность расчётов высших гармоник токов и напряжений по сравнению с приближёнными методиками, описанными в литературе.

2. Установлены закономерности влияния ФКУ на энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок, учитывающие структуру электрической сети, одновременную работу нескольких полупроводниковых преобразователей, реальные процессы коммутации в преобразователях и позволяющие обосновать способы повышения энергетических показателей: в установившихся режимах при применении ФКУ со ступенчатым регулированием реактивной мощности и "интегральной" фильтрации высших гармоник; в статических и динамических режимах при применении ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности и "интегральной" фильтрации высших гармоник.

3. Управление полной мощностью синхронного генератора изменением числа ступеней ФКУ позволяет реализовать активную мощность дизель-электрической станции, получить экономию топлива дизелей, обеспечить нормально допустимое значение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения 8%. В то же время ФКУ незначительно влияет на уменьшение кратковременных отклонений напряжения и частоты сети при пуске электропривода.

4. При питании электротехнических комплексов буровых установок от линии электропередачи оба типа ФКУ: ступенчатое ФКУ и ФКУ косвенной компенсации в установившихся режимах работы электроприводов могут обеспечить приемлемые показатели по компенсации реактивной мощности, отклонению напряжения (10-15%) и уровню искажений напряжения в питающей сети (5-8%). При правильном выборе ФКУ возможно обеспечить нормальную работу установки при длине линии до 12 км, что превышает общепринятые в настоящее время нормы (6-8 км).

5. Доказана целесообразность "интегральной" фильтрации высших гармоник по сравнению с "точной" фильтрацией определенного ряда высших гармоник, обеспечивающая уменьшение коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения на вводе буровой установки до допустимого уровня 5-8%.

6. Применение ФКУ обеспечивает существенную экономию электроэнергии главным образом в питающей линии. При длине линии 6-7 км потери электроэнергии в зависимости от режима бурения и типа буровой установки уменьшаются на 20-30%. Мощность потерь собственно в ФКУ во всех рассмотренных случаях практически не вызывает ухудшения интегральных энергетических показателей.

7. Потери в тиристорной регулирующей группе ТРГ и дополнительные искажения напряжения из-за её действия на сеть в количественном отношении несущественны, и поэтому не должны являться препятствием для применения ФКУ косвенной компенсации в электротехнических комплексах буровых установок с регулируемым электроприводом.

8. Построение структур систем автоматического регулирования ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности на основе принципа подчинённого регулирования координат обеспечивает требуемое качество переходных процессов и улучшает энергетические показатели регулируемых электроприводов буровых установок в динамических режимах по сравнению со случаем отсутствия ФКУ. Эффективным способом устранения бросков реактивной мощности в начале пуска и торможения электропривода является дополнение системы подчинённого регулирования координат ФКУ с косвенной компенсацией реактивной мощности корректирующей отрицательной обратной связью по регулируемой величине, что приводит к уменьшению отклонения напряжения в начале пуска и торможения соответственно на 40% и 20% по сравнению со случаем отсутствия корректирующей отрицательной обратной связи.

9. Разработан комплекс методик выбора ФКУ для электротехнических комплексов буровых установок с вентильным электроприводом постоянного тока и определения областей эффективности вариантов ЭТК БУ с ФКУ и без ФКУ при централизованном и автономном электроснабжении.

10. Научно обоснованы технические требования к фильтро-компенсирующим устройствам электротехнических комплексов буровых установок с вентильными электроприводами постоянного тока в зависимости от класса буровой установки морского и наземного бурения, включающие минимальную величину реактивной мощности ФКУ, число ступеней ФКУ, рекомендуемую настройку фильтров, что позволяет получить коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения не более 5-8%; максимальное отклонение напряжения, не превышающее 15% при длине питающей линии до 12 км; уменьшить потребление топлива дизель-электрическими буровыми установками на 9-15%.

11. При питании от местной линии электропередачи вариант ЭТК БУ с ФКУ является экономически оправданным, если для выбранного варианта ФКУ инвестиции не превышают 1,25-1,30 млн. руб. в ценах 1.01.2004 г. Для случая автономных ЭТК БУ в зависимости от изменения относительной длительности работы дополнительного дизель-генератора при отсутствии ФКУ в наиболее вероятных пределах от 0,1 до 0,3 граница эффективности дополнительных инвестиций в ФКУ изменяется от 450 до 800 тыс. руб. в ценах 1.01.2004 г.

12. При помощи предложенных математических моделей и методик осуществлён выбор электрооборудования для морской буровой установки ППБУ-6500/200 (серия "Шельф"), созданы комплектные низковольтные фильтро-компенсирующие устройства ФКУ-2500 и ФКУ-3900, предназначенные для работы в составе основного электрооборудования электрических буровых установок 2-6 классов, разработано плавно регулируемое фильтро-компенсирующее устройство с косвенной компенсацией реактивной мощности для электрической буровой установки с электроприводом постоянного тока БУ-3900/225 ЭКБМЦ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе разработанных математических моделей и установленных закономерностей влияния ФКУ на показатели качества электроэнергии в системах электроснабжения буровых установок изложены научно обоснованные технические решения по повышению энергетических показателей регулируемых электроприводов буровых установок, внедрение которых вносит значительный вклад в создание и усовершенствование электрооборудования для нефтегазодобывающего комплекса России.

1. Абрамов Б.И., Парфёнов Б.М., Шевырёв Ю.В. Методы выбора параметров фильтро-компенсирующих устройств ступенчатого типа для тиристорных электроприводов в системах соизмеримой мощности.//Электротехника. -2001.-№1.-С. 38-42.

2. Автоматизация главных электроприводов буровых установок./ А.И. Коган, Б.И. Моцохейн, А.Д. Чурсин, Ю.В. Шевырёв.// Электротехника. 1986. -№10.-С. 19-21.

3. Автоматизация электроэнергетических систем./ О.П.Алексеев, В.Л.Козис, В.В.Кривенков и др.-М.:Энергоатомиздат, 1994. — 448 с.

4. Агунов A.B. Компьютерное моделирование активной фильтрации напряжения.// Электричество. 2003- №6.- С. 2 - 6.

5. Алатырев М.С., Быков К.В. Гармонический состав потребляемого тока и коэффициент мощности выпрямителей на полностью управляемых полупроводниковых приборах. // Электротехника. 2000. - №4. - С. 23 - 27.

6. Алексеев В. В., Гланц А. А. Энергоснабжение геологоразведочных организаций. -М.: Недра, 1980.

7. Алексеев В.В., Шевырёв Ю.В., Акимов В.Д. Основы автоматики и автоматизация горных и геологоразведочных работ. М: Недра, 1998. -432 с.

8. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров. М.: Наука, 1965. -780 с.

9. Ю.Анисимов Я.Ф. Оценка влияния тиристорных преобразователей на качество энергии в автономных системах электроснабжения.// Повышение качества электрической энергии в распределительных сетях. Киев.: 1974. -С. 148-150.

10. П.Анисимов Я.Ф., Васильев Е.П. Электромагнитная совместимость полупроводниковых преобразователей и судовых электроустановок. -Л.: Судостроение, 1990. 264 с.

11. Аррилага Дж., Брэдли Д., Боджер П. Гармоники в электрических сетях: Пер. с англ. М.:Энергоатомиздат, 1990. - 319 с.

12. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента в химии и химической технологии. — М.: Высшая школа, 1978. 319 с.

13. Н.Баранов А. П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы. М.: Транспорт, 1988. 328 с.

14. Бессекерский В. А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1973. - 768 с.

15. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. М.: Высшая школа, 1973.-752 с.

16. Блашкин А.Т. Исследование процессов в системах синхронный генератор — выпрямитель двигатель постоянного тока. // Изв. вузов. Электромеханика. -1976.- №6.- С. 635-640.

17. Богачков М.Л. Математическое моделирование переходных процессов в системах с мощными преобразователями.// Системы возбуждения и регулирования синхронных машин и мощные статические преобразователи. -М.-Л.: 1967.-С. 156- 162.

18. Богачков М.Л., Глинтерник С.Р., Новицкий В.Г. Математическое моделирование режимов работы мощных преобразователей в электрических системах.// Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1967. - № 5. - с. 60-71.

19. Болотин Б.И., Вайнер В.Л. Инженерные методы расчетов устойчивости судовых автоматизированных электростанций.- Л.:Судостроение, 1974332 с.

20. Булатов О.Г., Лабунцов В.А., Шитов В.А. Особенности применения принудительной коммутации в ведомых сетью преобразователях.// Электричество. 1985 - №12.- С. 30 - 37.

21. Важнов А.И. Электрические машины. — Л.: Энергия, 1968. -768 с.

22. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. — М.:Высшая школа, 1978. 414 с.

23. Веретенников Л.П. Исследование процессов в судовых электроэнергетических системах. Теория и методы. Л.'.Судостроение, 1975. -575 с.

24. Вилесов Д.В., Гальперин В.Е., Левин А.М. Характеристики напряжения синхронного генератора при работе на выпрямительную нагрузку.// Труды ЛКИ. Судовые дизельные агрегаты и энергетические установки. Л.: 1974-Вып.94.-С. 9- 15.

25. Волков A.B. Анализ электромагнитных процессов и совершенствование регулирования активного фильтра.// Электротехника. 2002.-№12-С. 40-48.

26. Гамазин С.И., Петрович В.А., Никифоров В.Н. Определение фактического вклада потребителя в искажение параметров качества электрической энергии.// Промышленная энергетика. 2003- №1.- С. 32 - 38.

27. Геращенко Е.И., Геращенко С.М. Метод разделения движений и оптимизация нелинейных систем. -М.: Наука, 1975. 296 с.31 .Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. СПб.: КОРОНА принт, 2001. - 320 с.

28. Глебов H.A. Системы возбуждения синхронных генераторов с управляемыми преобразователями. M.-JL: Изд. АН СССР, 1960. - 556 с.

29. Глинтерник С.Р. Тиристорные преобразователи со статическими компенсирующими устройствами Л.:Энергоатомиздат, 1988. - 240 с.

30. ГОСТ 13109-97. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

31. Грин А. В. Фильтрокомпенсирующие устройства для обеспечения электромагнитной совместимости в электротехнических комплексах с вентильной нагрузкой: Автореф. дис. . канд. техн. наук/ Санкт-Петербургский государственный горный ин-т СПб., 1998. - 19 с.

32. Гросберг Ю.И. Численные методы решения уравнений. М.:МЭИ, 1977 — 84 с.

33. Гультяев А. Визуальное моделирование в среде MATLAB. -СПб.: Питер, 2000. 432 с.

34. Давидовский Г.А., Росляков В.П., Фомин В.А. Электроэнергетика западносибирского нефтегазового комплекса. М.: Энергоатомиздат, 1989. 168 с.

35. Демирчян К.С., Бутырин П.А. Моделирование и машинный расчёт электрических цепей. -М: Высшая школа, 1988. 335 с.

36. Добрусин Л.А., Павлович А.Г. Сопоставление вариантов распределения реактивной мощности между параллельными цепями фильтрокомпенсирующего устройства.// Электричество. 1977- №4-С.21 -26.

37. Добрусин Л. А. Расчёт фильтрокомпенсирующих устройств.// Электротехника.- 1980-№11-С. 56-59.

38. Добрусин Л.А. Статические фильтрокомпенсирующие устройства.// Автоматизированный электропривод, силовые полупроводниковые приборы, преобразовательная техника (Актуальные проблемы и задачи). -М.: Энергоатомиздат, 1983. С. 372 - 377.

39. Добрусин JI. А. Основы теории и проектирования оптимальных фильтрокомпенсирующих устройств для преобразователей: Автореф. дис. . докт. техн. наук/ Всеросийский электротехнический институт. М., 1999. -40 с.

40. Добрусин Л.А. Автоматизация расчёта гармоник в электрических сетях, питающих преобразователи.// Промышленная энергетика. 2003- №4-С. 44 - 49.

41. Добрусин Л.А. Методология и библиотека моделей для анализа влияния преобразователей на качество электроэнергии.// ЭЛЕКТРО. 2003. - №5. -С. 28-33.

42. Дьяконов В.П. Справочник по MathCAD 7.0 PRO. М.: CK Пресс, 1998. -352 с.

43. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии на промышленных предприятиях. -М.: Энергия, 1977. 128 с.

44. Жежеленко И.В., Рабинович М.Л., Божко В.М. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. Киев: Техшка, 1981. - 160 с.

45. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.:Энергоатомиздат, 1994. - 264 с.

46. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии. М.:Энергоатомиздат, 1985. - 224 с.

47. Жемеров Г.Г., Крылов Д.С. Характеристики управляемого выпрямителя в режиме полной компенсации реактивной мощности.// Электричество. — 2002.- №11.- С. 40-46.

48. Жернаков А.П., Акимов В.Д., Алексеев В.В. Экономия топливно-энергетических ресурсов при геологоразведочных работах. М.:ЗАО "Геоинформмарк", 2000. - 324 с.

49. Ивакин В.Н., Худяков В.В. Синтез фильтров высших гармоник для промышленных предприятий и энергосистем.// Электротехника. 1997. -№3. - С. 40-44.

50. Ивоботенко Б.А., Ильинский Н.Ф., Копылов И.П. Планирование эксперимента в электромеханике. М.: Энергия, 1976. - 184 с.

51. Ильяшов В.П. Автоматическое регулирование мощности конденсаторных батарей. М.: Энергия, 1977. - 104 с.

52. Инструктивные материалы Главэнергонадзора России. Изд. 1. М.: Главэнергонадзор России. АОЗТ "Энергосервис", 1996. - 365 с.

53. Использование метода гармонического баланса для расчёта несинусоидальных и несимметричных режимов в системах электроснабжения./ JI.A. Кучумов, H.H. Харлов, Н.Ю. Картасиди и др.// Электричество. 1999.- №12 - С. 10 - 20.

54. Калиткин H.H. Численные методы. -М.: Наука, 1978. 512 с.

55. Карташёв И.И. Электромагнитная совместимость в системах электроснабжения.// Электротехника. 2001. - № 4. - С. 57 - 61.

56. Карташёв И.И. Качество электроснабжения в распределительных сетях.// ЭЛЕКТРО. — 2003. -№5. С. 49 - 51.

57. Качество напряжения при сильном регулировании./ Д.В. Вилесов, В.Д. Кебко, Э.В. Педан, В.Н. Толчеев. Труды ЦНИИСЭТ. - Л.: 1973.-вып.7. - С. 52 - 64.

58. Качество электрической энергии на судах/ В.В. Шейнихович, О.Н. Климанов, Ю.И. Пайкин, Ю.Я. Зубарев. Л.: Судостроение, 1988. - 160 с.

59. Кене Ю.А., Жураховский A.B. Реактивная мощность в линейных электрических цепях при периодических несинусоидальных режимах.// Электричество. 1998.-№12.- С. 55-63.

60. Клепка П.К., Шестоухов В.А., Яковлев В.Г. Программа решения на ЦВМ уравнений энергосистемы синхронный генератор выпрямительная нагрузка.// Труды ЦНИИСЭТ. - Л.: 1973. - Вып. 7. - С. 72-94.

61. Козловский Е.А., Гафиятуллин Р.Х. Автоматизация процесса геологоразведочного бурения-М.: Недра, 1977. — 215 с.

62. Козловский Е.А., Питерский В.М., Мурашёв С.Ф. Автоматизация управления геологоразведочным бурением-М.: Недра, 1991.- 199 с.

63. Козярук А.Е., Плахтына Е.Г. Вентильные преобразователи в судовых электромеханических системах. Д.: Судостроение, 1987. - 192 с.

64. Козярук А.Е., Кулыгин A.B. Технико-экономические показатели ЭЭС горных машин при использовании преобразователей частоты с активным выпрямителем // ЭЛЕКТРОСИЛА. Приложение к сборнику № 42. 2003. -С. 57 - 64.

65. Константинов Б.А., Зайцев Г.З. Компенсация реактивной мощности. -Л.: Энергия, 1976.-104 с.

66. Конюхова Е.А. Регулирование электропотребления промышленного предприятия при взаимосвязанном выборе режима и компенсации реактивной мощности: Автореф. дис. . докт. техн. наук/ Московский энергетический институт. -М., 1998. -35 с.

67. Кочкин В.И. Управляемые статические устройства компенсации реактивной мощности для линий электропередачи.// Электричество. 2000- №9-С. 13-19.

68. Кочкин В.И., Нечаев О.П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий. -М.: НЦ ЭНАС, 2000. 248 с.

69. Кошелев П.А. Операторные модели статических преобразователей.// Электротехника. 1998. - №7. - С. 15 - 19.

70. Краснов В.В., Мещанинов П.А. Мещанинов А.П. Основы теории и расчёта судовых электроэнергетических систем. JL: Судостроение, 1989. - 328 с.

71. Крутов В.И. Двигатель внутреннего сгорания как регулируемый объект. -М.: Машиностроение, 1978. 472 с.

72. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 1995. 416 с.

73. Кузнецов A.B., Магазинник JI.T., Шингаров В.П. Структура и тарифное стимулирование управления режимами потребления электрической энергии. -Ульяновск: УлГТУ, 2003. 104 с.

74. Кузьменко В.А., Таратута И.П., Чуприков B.C. Статические тиристорные компенсаторы реактивной мощности (опыт разработки и внедрения). // ЭЛЕКТРО. 2003. - №5. - С. 34 - 38.

75. Кумзин Е.К., Рагозин A.A. Применение ЦВМ для исследования электромагнитных переходных процессов в цепях, содержащих управляемые вентили.// Изв. вузов. Энергетика. 1976 - № 1. - С. 152- 155.

76. Лабунцов В.А., Чжан Дайжун. Трёхфазный выпрямитель с ёмкостным фильтром и улучшенной кривой потребляемого из сети тока.// Электричество. 1993. - №6.- С.45 - 48.

77. Лабунцов В.А., Чжан Дайжун. Однофазные полупроводниковые компенсаторы пассивной составляющей мгновенной мощности.// Электричество. 1993. - №12.- С.32 - 38.

78. Левин A.M. Расчёт коэффициента нелинейных искажений, вносимых статическими преобразователями в питающую сеть.// Электротехническая промышленность. Сер. Преобразовательная техника, 1974, № 2, с. 21 25.

79. Левченко В.В. Расчет установившихся режимов в системах переменного тока сложной структуры, содержащих мощные преобразователи// Преобразовательные устройства и системы возбуждения синхронных машин. Л.:Наука, 1975.-е. 80-89.

80. Лоханин Е.К., Скрыпник А.И. Методика расчёта длительных переходных режимов энергосистем с учётом электромеханических переходных процессов.// Электричество. 2002.-№7- С. 9 - 14.

81. Ляхомский A.B. Развитие теории и совершенствование методов повышения эффективности применения электроэнергии на горных предприятиях: Автореф. дис. . докт. техн. наук/ Московский горный институт. М., 1990. -40 с.

82. Маевский O.A. Энергетические показатели вентильных преобразователей. -М: Энергия, 1978. 320 с.

83. Мельников H.A. Реактивная мощность в электрических сетях. М.: Энергия, 1975.- 128 с.

84. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Яризов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. М.: Недра, 2000. - 487 с.

85. Мощные управляемые выпрямители для электроприводов постоянного тока. /Э.М. Аптер, Г.Г. Жемеров, И.И. Левитан, А.Г. Элькин. М.: Энергия, 1975. -208 с.

86. Моцохейн Б.И. Электропривод зарубежных установок для морского бурения. Обзор зарубежной литературы. М.: ВНИИОЭНГ, 1977. - 76 с.

87. Моцохейн Б.И., Парфенов Б.М. Электропривод буровых лебедок. -М.: Недра, 1978-504 с.

88. Моцохейн Б.И. Электротехнические комплексы буровых установок. — М.: Недра, 1991.-253 с.

89. Моцохейн Б.И., Парфенов Б.М., Шпилевой В.М. Электропривод, электрооборудование и электроснабжение буровых установок. Тюмень, 1999-263 с.

90. Мустафа Г.М., Шарапов И.М. Математическое моделирование тиристорных преобразователей.// Электричество, 1978, № 1, с. 40 45.

91. Мыцык Г.С. Улучшение электромагнитной совместимости статических преобразователей повышенной мощности.// Электричество 2000 - №8. -С. 42- 52.

92. Нефтегазовый комплекс Российской федерации 2001, 2002 г.г.: Справочник/ Под ред. А. А. Козорезова, В.П. Лавушенко. -М.:ОАО "ВНИИОЭНГ", 2003. 144 с.

93. Новосёлов Ю.Б., Росляков В.П., Шпилевой В.А. Электрификация нефтяной и газовой промышленности Западной Сибири. М: Недра, 1980.

94. Нуманов Т.И. Определение параметров ФКУ для обеспечения требуемого качества электроэнергии в точке подключения электрооборудования БУ.// Электротехника. 1994- №8. - С. 7 - 8.

95. Нуманов Т.И. Исследование энергетических показателей электроприводов главных механизмов буровой установки при питании от сетей ограниченной мощности: Автореф. дис. . канд. техн. наук/ Московский энергетический институт М., 1996. - 20 с.

96. Оптимизированный гибридный фильтр для силовых цепей переменного тока./В.В. Шевченко, Т. Куровски, И.Г. Буре, Г. Бенысек// Электричество. -2002.-№7 С. 15-22.

97. Опыт использования программ схемотехнического моделирования для расчёта режимов силовых трёхфазных цепей с нелинейной нагрузкой. /И.М. Антонов, И.Г. Буре, Д. Стрикос, В.В. Шевченко// Электричество. -2002.-№3- С. 43-48.

98. Павлович А.Г. Некоторые вопросы взаимосвязи режимов работы питающей сети переменного тока и тиристорных преобразователей.// Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод. 1979 - №2. -С. 34-36.

99. Пайкин Ю.И. О влиянии статических преобразователей на форму кривой питающего напряжения.// Судовая электротехника и связь. Д.: 1970. -№42-43.-С. 21-24.

100. Парфёнов Б. М. Современное и перспективное электрооборудование для буровых установок производства ОАО "ВЗБТ" // Состояние и перспективы отечественного нефтегазового машиностроения. — М., 1999.

101. Парфёнов Б.М., Шевырёв Ю.В. Статические режимы фильтро-компенсирующих устройств в системах электропривода соизмеримой мощности// Автоматизированный электропривод. Сб. науч. тр. ОАО "Электропривод" -М.: 2002. С. 134 - 153.

102. Парфёнов Б.М., Шевырёв Ю.В. Улучшение электроэнергетических характеристик электроприводов буровых установок при помощи фильтрокомпенсирующих устройств.// ЭЛЕКТРО. 2003. - №5. - С. 43 - 48.

103. Парфенов Б.М., Шевырев Ю.В., Шинянский A.B. Особенности тиристорных электроприводов при питании от энергоисточников соизмеримой мощности // Электротехническая, промышленностьсть. Сер. Электропривод, 1981.-№. З.-С. 18-21.

104. Парфенов Б.М., Шевырев Ю.В., Шинянский A.B. Тиристорные электроприводы главных механизмов буровых установок в системах электроснабжения соизмеримой мощности. // Обзорная информация. М.: Информэлектро, 1984.-37 с.

105. Перспективы совершенствования электроприводов постоянного тока./Б.И. Абрамов, А.И. Коган, О.И. Кожаков, Б.И. Моцохейн, Б.М.Парфёнов // Электричество. 2002 - №3.- С. 43 - 48.

106. Перспективы совершенствования электроприводов постоянного тока для буровых установок./Б.И. Абрамов, А.И. Коган, О.И. Кожаков, Б.И. Моцохейн, Б.М.Парфёнов // Энергетика Тюменского региона. -2003.-№1.- С. 20-24.

107. Пеньков A.A. Моделирование преобразовательных устройств на базе современных математических систем: Автореф. дис. . канд. техн. наук/ Московский энергетический институт —М., 1999. -20 с.

108. Подавление высших гармоник в трёхфазных сетях переменного тока. / В.В Шевченко, И.М. Хевсуриани, А.Б. Буре и др.// Промышленная энергетика. 1996.-№9.- С. 21 - 27.

109. Полонский В.И., Хайкин А.Б. Автоматизированные гребные электрические установки. М.: Транспорт, 1976. - 432 с.

110. Поссе A.B. Схемы и режимы электропередач постоянного тока. -JI. ¡Энергия, 1973.

111. Прогнозирование качества и оптимальное проектирование электротехнических комплексов./ Б. И. Абрамов, А.И. Коган, Б.И. Моцохейн, Б.М. Парфёнов, Т.З. Портной// Автоматизированный электропривод. Сб. науч. тр. ОАО "Электропривод" М.:, 2002. - С. 4 - 26.

112. Прня Р., Чехов В.И. Качество напряжения новое в решении проблемы компенсации реактивной мощности.// Электротехника. - 1999. - №4. -С. 32-34.

113. Разведочное бурение. /А.Г.Калинин, О.В.Ошкордин, В.М.Питерский, Н.В.Соловьёв. -М: ООО Недра-Бизнесцентр, 2000. 748 с.

114. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования MICRO-CAP V. -ML: СОЛОН, 1997.-273 с.

115. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В. Современные методы улучшения качества электроэнергии.// Электротехника. 1998. - №3. - С. 10-17.

116. Розанов Ю.К., Рябчицкий М.В., Кваснюк A.A. Современные методы регулирования качества электроэнергии средствами силовой электроники.// Электротехника. 1999. - №4. - С. 28 - 32.

117. Руденко B.C., Сенько В.И., Чиженко И.М. Основы преобразовательной техники. -М.: Высшая школа, 1980. -422 с.

118. Рябчицкий М.В. Регулятор качества электроэнергии на базе активного фильтра.// Электротехника. 2000. - №7. - С. 37 - 41.

119. Саляк И.И., Скоклюк Н.И. К определению мощности автономного синхронного генератора при его работе на управляемый выпрямитель соизмеримой мощности.// Электротехника. 1975. - №11. - С. 26 - 27.

120. Саляк И.И., Скоклюк Н.И. Исследование гармонических составляющих напряжения автономного синхронного генератора при выпрямительной нагрузке.// Электротехника. 1976. - №3. - С. 45 - 49.

121. Саляк И.И., Скоклюк Н.И., Парфенов Б.М. Выбор конденсаторов для компенсации реактивной мощности автономного синхронного генератора.// Электротехника. 1977. - №9. - С. 36 - 39.

122. Сборник научных программ на Фортране. Вып.2. М.: Статистика, 1974. - 224 с.

123. Сивокобыленко В.Ф., Меженкова М.А. Математическое моделирование электромеханичесих переходных процессов на электрических станциях.// Электричество. 2001.- №4- С. 5 - 9.

124. Сидоров С.И. Энергетические процессы и показатели вентильного преобразователя в сети ограниченной мощности.// Электротехника. 2002-№5.-С. 16-22.

125. Силовая электроника и качество электроэнергии./ Ю.К. Розанов, М.В. Рябчицкий, A.A. Кваснюк, Р.П. Гринберг// Электротехника. 2002-№2,-С. 16-23.

126. Современное и перспективное электрооборудование установок для бурения скважин глубиной до 3900 м./ Б. И. Абрамов, Е.И. Авдийский, А.И. Коган и др.// Электротехника. 2001. - №1. - С. 11-16.

127. Современные концепции построения систем автоматизированного электропривода для электротехнических комплексов горных машин и буровых установок./Б.И. Абрамов, А.И.Коган, Б.М.Парфёнов и др.// Электротехника. 2002.-№3- С. 36 - 41.

128. Соколов М.М. Шевырев Ю.В., Шинянский A.B. Расчет характеристик систем ТП-Д при питании от синхронных генераторов.// Труды МЭИ. -М.: 1977.-Вып. 325.-С. 48-51.

129. Соколов М.М. Шевырев Ю.В., Шинянский A.B. Моделирование на ЭВМ тиристорных электроприводов постоянного тока при питании от синхронных генераторов.//Труды МЭИ. М.: 1978. - Вып. 388. - С. 38 - 43.

130. Соколов М.М., Шевырев Ю.В., Шинянский A.B. Методика исследования тиристорных электроприводов в системах соизмеримой мощности.//Электричество. 1979. - №9. - С. 37 - 40

131. Солодухо Я.Ю. Состояние и перспективы внедрения в электропривод статических компенсаторов реактивной мощности (обобщение отечественного и зарубежного опыта). -М.: Информэлектро, 1981. 89 с.

132. Солодухо Я.Ю. Тенденции компенсации реактивной мощности. 4.1. Реактивная мощность при несинусоидальных режимах работы-М.: Информэлектро, 1987. 50 с.

133. Солодухо Я.Ю. Тенденции компенсации реактивной мощности. 4.2. Методы и средства компенсации реактивной мощности-М.: Информэлектро, 1988. 49 с.

134. Солодухо Я.Ю. Вентильные электроприводы постоянного тока и обеспечение их электромагнитной соместимости в металлургических и специальных установках: Автореф. дис. . докт. техн. наук/ Московский энергетический институт. М., 1990. - 40 с.

135. Справочник судового электротехника. Т.1. / Под ред. Г. И. Китаенко. -Л.: Судостроение, 1975. 520 с.

136. Статические источники реактивной мощности в электрических сетях. /В.А. Веников, JI.A. Жуков, И.И. Карташёв, Ю.Л. Рыжов. М.: Энергия, 1975.- 136 с.

137. Статические компенсаторы для регулирования реактивной мощности.: Пер. с англ./ Под ред. P.M. Матура. М.:Энергоатомиздат, 1987. - 155 с.

138. Статические компенсаторы реактивной мощности в электрических системах./ Под ред. И.И. Карташёва. М.:Энергоатомиздат, 1990. - 175 с.

139. Степанян С.П., Парфёнов Б.М., Шинянский A.B. Моделирование автономной системы СГ-ТП-Д.// Электротехника. 1974- №10 - С. 39 - 41.

140. Степанян С.П. Исследование тиристорного электропривода постоянного тока, питаемого от источника соизмеримой мощности: Автореф. дис. . канд. техн. наук/ Московский энергетический институт.- М., 1974. 34 с.

141. Стрикос Д. Анализ и исследование нового класса силовых фильтров для трёхфазных промышленных сетей 380 В: Автореф. дис. . канд. техн. наук/ Московский энергетический институт М., 2000. — 20 с.

142. Строев В.А., Шульженко C.B. Математическое моделирование элементов электрических систем. М.: Издательство МЭИ, 2002. - 56 с.

143. Суднова В.В., Чикина Е.В. Оценка влияния электроприёмников потребителя на качество электрической энергии в точке общего присоединения.// Промышленная энергетика. 2003- №5- С. 43-45.

144. Судовые электроустановки и их автоматизация./ К. Т. Витюк, П. И. Гриценко, П. К. Коробов, В. В. Тихонов. Л.: Транспорт, 1977. - 496 с.

145. Супрунович Г. Улучшение коэффициента мощности преобразовательных установок-М.:Энергоатомиздат, 1985.- 136 с.

146. Тахаутдинов Ш. Организация управления нефтегазовым комплексом-М.:ОАО "ВНИИОЭНГ", 2003. 280 с.

147. Тимофеев Ю.К. Расчет высших гармоник на стороне переменного тока в схемах ГЭУ двойного рода.// Труды ЦНИИМФ. Электрооборудование морских судов.-Л.: 1967.- Вып. 27.-С. 12-23.

148. Титов В.Г., Хватов C.B. Асинхронный вентильный каскад с улучшенными энергетическими показателями. — Горький: ГГУ, 1978. 86 с.

149. Унт М.Ю. Моделирование параллельной работы дизель-генератора и турбогенератора на цифровой вычислительной машине.// Сборник научно-технических статей НИПТИ. Автоматика и вычислительная техника. -М.: 1971.-Вып. 14.-С. .90-101.

150. Фархадзаде Э.М., Гулиев Г.Б. Расчёт показателей несинусоидального режима узла нагрузки.// Электричество. 2002 - №8 - С. 20 - 25.

151. Фёдоров О.В., Карпова Э.Л. Основы технико-экономического выбора электроприводов промышленных установок — Нижний Новгород: НГУ, 1991.-164 с.

152. Хохлов Ю.И. Компенсированные выпрямители с фильтрацией в коммутирующие конденсаторы нечётнократных гармоник токов преобразовательных блоков. Челябинск: Изд. ЧГТУ, 1995. - 355 с.

153. Худяков В.В. Компенсация реактивной мощности и высших гармоник преобразовательных подстанций электропередач постоянного тока. //Передача энергии постоянным током. М.:Энергоатомиздат, 1985-С. 102-118.

154. Цицикян Г.Н. Работы Кваде и некоторые замечания по понятиям электрической мощности. // Электричество. 2000.-№8.- С. 34 - 41.

155. Чэпмэн Д. Цена низкого качества электроэнергии. // Энергосбережение. -2004-№1.- С. 66-69.

156. Шевченко В.В., Буре А.Б., Гапеенков A.B. Простое комбинированное фильтро-компенсирующее устройство.// Межвуз. сб. науч. тр. Нижегор. Гос. Техн. ун-та. Н. Новгород, 1995. - С. 111-115.

157. Шевырёв Ю. В. Математическое описание автономных тиристорных электроприводов постоянного тока.// Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1980. -№ 6. - С. 77 - 85.

158. Шевырёв Ю.В. Энергетические характеристики тиристорных электроприводов буровых установок.// III Международная конференция "Новые идеи в науках о земле". Тез. докл. М.: МГГА, 1997. - Том 3. -С. 120.

159. Шевырёв Ю.В. Проблемы и перспективы применения регулируемого электропривода в геологоразведочной отрасли.//1У Международная конференция "Новые идеи в науках о Земле". Избранные доклады. М.: МГГА, 2000. - С. 235 - 240.

160. Шевырёв Ю. В. Динамические процессы в электромеханических системах соизмеримой мощности с фильтро-компенсирующими устройствами. // Электротехника. 2004. - №12. - С. 24 - 30.

161. Шевырёв Ю. В. Способы повышения электроэнергетических показателей электротехнических комплексов буровых установок с тиристорным электроприводом постоянного тока. // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 2004. - №6 - С. 64 - 69.

162. Шевырёв Ю.В., Шинянский A.B. Моделирование работы мостового тиристорного преобразователя на ЦВМIII Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию автоматизированного электропривода — М.: МЭИ, 1977.-С. 25-55.

163. Шевырев Ю.В., Шинянский A.B. Анализ искажения напряжения в системе ограниченной мощности с тиристорными электроприводами.// Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод. 1982. - № 7. -С. 1-3.

164. Шевырев Ю.В., Шинянский A.B. Моделирование автономных систем, содержащих тиристорные электроприводы постоянного тока.// Моделирование электроэнергетических систем: Всесоюзная научная конференция: Тез. докл. Баку: 1982. - С. 276 - 277.

165. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука. — М.: Мир, 1978.-420 с.

166. Шёнфельд Р., Хабигер Э. Автоматизированные электроприводы: Пер. с нем. — М.:Энергоатомиздат, 1985. 464 с.

167. Шестоухов В.А., Булатов И.Б., Чибисов А.И. Моделирование статических преобразователей на ЦВМ.// Электротехническая промышленность. Сер. Преобразовательная техника. 1973. - № 1. - С. 14-17.

168. Шехтман М.Г. Работа генератора на выпрямительную нагрузку.// Труды Ленинградского индустриального института. Л.: 1940. - Вып. 3. -С. 104-124.

169. Шипилло В.П. Влияние тиристорного электропривода на питающую сеть// Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод. 1970. -№ 1. - С. 5 - 10.

170. Щуцкий В.И., Бабокин Г.И., Ставцев В.А. Повышение надёжности и безопасности электромеханических систем с преобразователями частоты. — М: Недра, 1996.- 167 с.

171. Электрические системы и сети в примерах и иллюстрациях./ В.В. Ежков, Г.К. Зарудский, Э.Н. Зуев и др. М.: Высшая школа, 1999. - 352 с.

172. Электропередача постоянного тока как элемент энергетических систем./ J1.P. Нейман, С.Р. Глинтерник, A.B. Емельянов, В.Г. Новицкий M.-JL: Изд. АН СССР, 1962. - 540 с.

173. Buchner Р. Stromrichter Netzruckwirkungen und ihre Beherrschung. -Leipzig: VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, 1982. - 250 S.

174. Volker D. Digitale Simulation netzgefiihrter Stromrichter -Stellgliedier// Wissenschaftliche Zeitschrift technischen Universität Dresden. 1972. №2, S. 337-340.