автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка технических средств оперативного автоматического управления электропотреблением промысловых распределительных подстанций

На правах рукописи

ЕВСЕЕВ АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОПЕРАТИВНОГО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ ПРОМЫСЛОВЫХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1995

Работа выполнена в АО " Татнефть " и Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессс

Абрамович Б.Н.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессс

Лимитовский A.M.

кандидат технических наук Купцов А.Б.

Ведущее предприятие: институт "ТатНИПИнефть".

Защита состоится " МЯ^ТФ 199в час

/£" мин. на заседании специализированного совета К.063.15.04 в Санкт-Петербургском горном институте им. Г.В. Плеханова п адресу: 199026, Санкт-Петербург, В-26, 21 линия, д. 2, ауд. 22/^.

Автореферат разослан " .. , 99£~г

Ученый секретарь специализированного совета Б.Г. Анискин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Современное состояние нефтедобычи характеризуется непрерывным ростом как удельных расходов электроэнергии на единицу извлекаемой жидкости, так и доли энергетической составляющей в себестоимости продукции. В ряду электроустановок предприятии нефтегазодобычи (НГДП) особое место занимают промысловые распределительные электроподстанции (ПРЭП). Именно на их уровне формируются графики потребления активней и реактивной мощности, определяющие показатели электропотребления НГДП.

Основными потребителями электроэнергии для ПРЭП являются асинхронные электродвигатели погружных центробежных насосов (УЭЦН) и станков - качалок (СКН), синхронные доигатели (СД) кустовых насосных станций (КНС) для закажи жидкости с целью поддержания пластового давления п др. В ряду указанных выделяются установки, отключение которых наносит наименьший ущерб для технологии нефтедобычи. Эти установки используются в первую очередь в качестве потребителей - регуляторов (ПР) в целях регулирования элекгропотребления в экстремальных зонах суточных графиков нагрузки.

Вместе с тем ПРЭП оснащены значительным числом локальных регуляторов, таких как блоки автоматического регулирования напряжения под нагрузкой силовых трансформаторов (БАР РПН), автоматические регуляторы тока возбуждения синхронных электродвигателей (АРВ СД), автоматические регуляторы установок поперечной емкостной компенсации (УПЕК) и др., позволяющими при условии их согласованного действия по заданным алгоритмам осуществить регулирование потоков реактивной мощности, режима напряжения и, в конечном счете, злектропотребления. При этом может быть обеспечена минимизация возмущающего воздействия на технологически!! процесс нефтедобычи. Регулирование нагрузки воздейстаием на уровень питающего напряжения получило широкое распространение в электрических сетях США, Великобритании, Канады и др. и позволяет снизить потребление электроэнергии на 6-Н5 % . Реализация такого способа регулирования в условиях ПРЭП требует сог ласованного действия всех локальных регуляторов путем объединения их в составе комплексного микропроцессорного устройства, осуществляющего управление электропотреблением путем использования

регулирующих эффектов активной и реактивной мощностей по напряжению и свойств ПР. Предварительная оценка возможностей регулирования электропотребления на уровне ПРЭП показала, что оно может быть снижено по активной мощности на 5-г8 % , по реактивной мощности на 8-Н5 % .

Актуальность исследований, связанных с управлением электропотреблением на уровне ПРЭП, содержащих технические средства регулирования напряжения, потоков активной и реактивной мощностей, параметров СЭС и потребителей-регуляторов, с целью формирования ГЭН с заданными параметрами, снижение энергозатрат на добычу нефти, отмечается в работах ведущих ученых в данной области, в том числе в публикациях Меньшова Б.Г., Бака С.И., Веникова В.А., Гордеева В.И., Гусейнова Ф.Г., Гуртовцева А.Л., Железко Ю.С., Забелло Е.П., Идельчика В.И., Марушкевича Н.С., Новоселова Ю.Б., Орлова A.B. и др.

Указанные причины обуславливают актуальность разработки способа и технических средств оперативного автоматического управления электропотреблением ПРЭП, составляющих основу автоматизированной системы управления электроснабжением (АСУЭ) объектов нефтедобычи.

Работа выполнялась в АО "Татнефть" и на кафедре электротехники и электроснабжения горных предприятий Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В.Плеханова ( технического университета ) в соответствии с планами Министерства нефтяной промышленности СССР, концерна "Роснефть", АО "Татнефть", ХНО Минвуза РСФСР и Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию.

Целью диссертационной работы являлась разработка технических средств и способа автоматического управления электропотреблением ПРЭП путем использования регулирующих эффектов потоков нагрузки по напряжению в условиях лимитирования мощности и энергии.

Для практической реализации поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Оценка ПРЭП как объекта электрической системы, установление характеристик потоков активной и реактивной мощностей и режима напряжения при оперативном управлении в различных зонах графиков нагрузки энергосистемы.

2. Разработка математической модели ПРЭП при вариациях режимов напряжения, вызванных изменением параметров питающей энергосистемы, распределительной сети,

потоков активной и реактивной мощностей и коэффициента трансформации силовых трансформаторов.

3. Систематизация, оценка и ранжирование различных способов регулирования напряжения для реализации группового управления электропотреблением ПРЭП.

4. Разработка способа и алгоритма автоматического управления электропотреблением путем регулирования режимов напряжения и потоков активной и реактивной мощностей в нормальных и экстремальных зонах суточных графиков нагрузки.

5. Выбор и разработка дополнительных реализаций технических средств, позволяющих осуществить заданный алгоритм управления потоками активной и реактивной мощностей и режимов напряжения ПРЭП.

6. Разработка сопряжения микропроцессорной системы, коммутационных управляющих аппаратов и локальных регуляторов в комплексный групповой регулятор электропотребления ПРЭП.

7. Экспериментальное выявление эффективности элементов предложенного алгоритма и комплекса технических средств оперативного управления потоками активной и реактивной мощностей и режимами напряжения ПРЭП.

Идея работы заключается в определении и оценке зависимостей электропотребления ПРЭП от параметров системы электроснабжения (СЭС), характеристик нагрузки, режимов напряжения и реактивной мощности и разработке на их основе комплексной системы, обеспечивающей формирование графиков электрических нагрузок ( ГЭН ) ПРЭП с заданными параметрами.

Методы исследовании. При выполнении работы использованы: теория нелинейных электрических цепей; методы теории электромагнитных процессов в системах электроснабжения и электрических машинах; метод математического моделирования; численные методы решения алгебраических уравнений; методы теории апроксимации; теория программирования; экспериментальное определение параметров и показателей режимов электрооборудования и систем электроснабжения приборами непосредственной оценки и осцилографирующими приборами.

Научная новизна работы представлена следующими положениями:

- установлены диапазоны варьирования параметров системы электроснабжения (СЭС) всего множества ПРЭП объектов нефтедобычи, включая напряжение V, на вводе подстанции, коэффициент трансформации силового трансформатора, активное и индуктивное сопротивление СЭС,

активную и индуктивную нагрузку при номинальном напряжении на шинах ПРЭП, а также коэффициенты, характеризующие вариацию нагрузки при отклонениях напряжения от номинального значения;

- разработана универсальная математическая модель для оценки показателей режима напряжения на шинах ПРЭП, учитывающего параметры, характеризующие СЭС, зависимости показателей активной и реактивной нагрузок от режима напряжения;

- установлены закономерности изменения напряжения 1/: на шинах 6-НО кВ ПРЭП от напряжения в ЦП, коэффициента трансформации силового трансформатора Кт, индуктивного Хслс и активного Ясзс сопротивлений СЭС, активной Ро и реактивной <Зо мощностей нагрузки при И:=1 и параметров, характеризующих зависимость нагрузки от напряжения 1/2;

- установлена эффективность и выполнено ранжирование различных способов регулирования напряжения 11Ранг каждой из независимых переменных установлен по эффективности воздействия их на напряжение Ь': ;

- разработана концепция управления электропотреблением ПРЭП, обеспечивающая формирование ГЭН с заданными параметрами в соответствии с установленными рангами независимых переменных и фактическим техническим ресурсом средств управления.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендации подтверждается достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, близкой сходимостью расчетных и опытных данных, а также положительными результатами внедрения разработок в АО "Татнефть ".

Практическая ценность работы состоит в разработке:

- способа и алгоритма оперативного автоматического управления электропотреблением путем регулирования режимов напряжения, потоков активной и реактивной мощностей в нормальных и экстремальных зонах суточных графиков нагрузки;

- способа' регулирования реактивной мощности ПРЭП, позволяющего повысить экономичность работы компенсирующих устройств (КУ) с различными динамическими и экономическими характеристиками;

- комплекса технических средств оперативного автоматического управления электропотреблением ПРЭП. Один из элементов комплекса выполнен на уровне изобретения:

- системы сопряжения микропроцессорных систем управления злектропотреблением с локальными автоматическими б

регуляторами коэффициента трансформации силовых трансформаторов, СД и секционированных КУ и устройствами управления ПР.

Реализация в промышленности. Внедрены в промышленную эксплуатацию в АО "Татнефть": на 8-ми ПРЭП устройства управления реактивной мощностью с использованием СД, электронных программируемых приборов для учета электрической энергии и устройства автоматического регулирования коэффициента трансформащш силовых трансформаторов (БАР РПН), стенд для наладки и диагностики микропроцессорных систем управления электропотреблением. Фактический годовой экономический эффект от внедрения результатов работы составил 579.74 млн. рублей.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель Г1РЭП, позволяющая адекватно установить показатели режима напряжения при изменешш параметров питающей энергосистемы, распределительной сети, потоков активной и реактивной мощностей и коэффициентов трансформации силовых трансформаторов. Точность отображения обьекта моделью достигается тем, что учитывается наряду с параметрами, характеризующими систему электроснабжения, коэффициенты апроксимации характеристик нагрузки от напряжения. Модель является универсальной для отображения ПРЭП, что обусловлено оценкой ее адекватности в установленном диапазоне варьирования независимых переменных всего множества ПРЭП обьектов нефтедобычи.

2. Установленные закономерности изменения напряжения и: на шинах 6-5-10 кВ ПРЭП в установившемся режиме в зависимости от вариации множества из 12 независимых переменных, характеризующих электропотребление на уровне ПРЭП, а также ранг и эффективность воздействия каждой из переменных на показатели режима напряжения.

3. Концепция управления электропотреблением на уровне ПРЭП, обеспечивающая минимизацию возмущающего воздействия на технологический процесс при одновременном снижении энергозатрат на добычу нефти и газа. Концепция базируется на использовании регулирующих эффектов нагрузки но напряжению и предусматривает выбор в условиях лимитирования электропотреблёния способа группового автомагического управления ПРЭП в соответствии с установленным рангом независимых переменных и техническим ресурсом локальных средств управления силовыми трансформаторами, конденсаторными установками, синхронными двигателями и потребителями-регуляторами.

4. Выбор параметров и оценка эффективности комплексной микропроцессорной системы управления электропотреблением ПРЭП с локальными автоматическими регуляторами коэффициента трансформации силовых трансформаторов, устройствами управления СД, КУ и ПР, формирующих режим напряжения на шинах ПРЭП и ГЭН с заданными параметрами, а также дополнительные реализации технических средств управления потоками реактивной мощностей и режимом напряжения, позволяющей повысить экономичность работы КУ с различными динамическими характеристиками.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на конференциях молодых ученых в СПбГГИ (ТУ) им. Г. В. Плеханова в 1991 - 1994 гг., на 1 и 2 международных симпозиумах "Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности", Л., 1991, Санкт-Петербург, 1992, на научно - техническом семинаре " Реализация энергоснабжения в условиях полного хозрасчета и самофинансирования ", Л., 19 - 20 июня 1990 г, на научно -техническом Совете АО "Татнефть", семинарах кафедры электротехники и электроснабжения горных предприятий СПбГГИ (ТУ).

Публикация. На тему диссертации опубликовано 8 работ, в том числе одно авторское свидетельство.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 123 страницах печатного текста, содержит 46 рисунков, 14 таблиц, список литературы из Ш наименований и 6 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Графики электрических нагрузок ПРЭП образуются как совокупность суточных графиков различных электроприемников, подключенных к распределительным сетям подстанций, и в значительной степени зависят от режима напряжения. Экспериментальными исследованиями на ПРЭП установлено, что напряжение на электроприемниках предприятий нефтедобычи изменяется в течение суток в весьма широких пределах (0.9 -т-1.2IIн ). Столь значительные изменения напряжения питания приводят к существенным изменениям потоков активной и реактивной мощностей в силу регулирующих эффектов нагрузки. Регулирующие эффекты нагрузки для предприятий нефтедобычи

составляют по активной мощности Кр = 0.3 -Ь 0.5 и по реактивной

К0_= 5 + 1.

Наибольшие потери электроэнерпш имеют место по причине невыиолнашя режима реактивной мощности, неудовлетворительного режима напряжения, отсутствия автоматических устройств и систем, функционирующих по общим с технологическими системами алгоритмам.

Проведенный анализ оснащенности ПРЭП свидетельствует о наличии на ПРЭП достаточного количества технических средств, позволяющих осуществлять регулирование режимов электропотребления, снижение потерь электроэнергии.

Однако, на ПРЭП предприятий нефтедобычи

оборудование и устройства сетевой автоматики не используются для проведения регулировочных мероприятий, направленных на снижение потребления электроэнерпш без сокращения объема выпуска продукции. Реализация такой задачи в условиях ПРЭП требует согласования действия всех локальных регуляторов путем объединения их в составе комплексного микропроцессорного устройства, осуществляющего управление электропотреблением, в том числе путем использования регулирующих эффектов нагрузки по напряжению.

В работе дана краткая характеристика научно-технических проблем управления электропотреблением промышленных предприятий. Представлен обзор современных исследований в данной области. Показано, что при разработке технических средств и способа автоматического регулирования электропотребления ПРЭП с локальными регуляторами коэффициента трансформации силовых трансформаторов, устройствами управления режимами СД, КУ, ПР, должны быть рассмотрены вопросы, связанные с особенностями схем электроснабжения ПРЭП, характеристиками электроприемников предприятий нефтедобычи и условиями формирования ГЭН, а именно:

установлен диапазон варьирования параметров, характеризующих питающую энергосистему и зависимость потоков активной и реактивной мощностей от режима напряжения, определяющих границы изменения независимых параметров;

- установлены закономерности изменения напряжения 112 на шинах ПРЭП в установившемся режиме в зависимости от вариации переменных, характеризующих электропотребление на уровне ПРЭП, а также эффективность воздействия и ранг каждой из переменных на показатели режима напряжения;

- выбор способа и разработка алгоритма группового управления ПРЭП, обеспечивающего формирование ГЭН с заданными параметрами в соответствии с рангом наиболее значимых независимых переменных и техническим ресурсом локальных регуляторов;

- выбор параметров и разработка дополнительных реализаций технических средств для обеспечения принятого способа управления потоками активной и реактивной мощностей и режимом напряжения;

- сопряжете локальных регуляторов коэффициента трансформации силовых трансформаторов, потоков активной и реактивной мощностей и микропроцессорной системы в комплексный групповой ретулятор электропотребления ПРЭП.

Универсальная математическая модель ПРЭП при регулировании режима напряжения

На основании анализа массива схем и параметров силовых трансформаторов ПРЭП, параметров питающих электрических систем, учитывая, что

$нг=Рнг+№нг* О

рнг =Р0(а0 + а1иг+аги;), (2)

(3)

где: - активная и реактивная мощности,

потребляемые ПРЭП при и2 =1;

ай,а{,а2,Ь0,Ь1,Ь2 - коэффициенты, отображающие завися мость активной РИГ и реактивной (¿П! мощностей от напряжения 1!: ; установлен диапазон варьирования основных параметров ПРЭП, который составил:

Ро = 0.1 + 0.7; (¿о = 0.1 + 0.7; и, = 0.9 + 1.2;

Кт = 0.85 Н- 1.15; Ксэс = 0.01 -Ь 0.03; Хсэс = 0.04 + 0.15;

Величины а11,ага^.Ь1].ЬгЬ2 определены путем апроксимации методом наименьших квадратов экспериментальных зависимостей, характерных для НГДП нагрузок. В результате апроксимации установлены диапазоны варьирования коэффициентов, которые составляют:

а„= 1.059 ч- 1.143; а,= 0.566 Ч- 0.708; а,- 0.423 ч- 0.649; Ь0 = 3.207 ч- 8.529; Ь, = 5.547 ч- 1.130; Ь: = 3.340 ч- 9.601.

Общее число независимых переменных (факторов), определяю щих режимы напряжения, реактивной мощности, равно 12. Это обуславливает необходимость выявления значимое™ каждого из факторов и ранжирования их по степени влияния на режим напряжения U2 . Рассмотрены характеристики локальных регуляторов, таких как БАР РПН силовых трансформаторов, устройств автоматического регулирования параметров УПЕК, устройств АРВ СД. Рассмотрен технологический процесс нефтедобычи с точки зрения возможности использования технологических установок в качестве ПР в экстремальных зонах суточных ГЭН. Особый интерес представляет использование в качестве ПР электропривода насосов КНС, работающих в режиме циклической закачки, а также электропривода СКН и УЭЦН нефтедобывающих скважин, работающих в периодическом режиме. Использование названных технологических установок в качестве ПР возможно за счет выбора режимов таким образом, чтобы 1шклы работы приходились на часы минимума нагрузки энергосистемы, а на время утреннего и вечернего максимумов нагрузки установки были отключены.

На основании укрупненной схемы СЭС ПРЭП разработана схема замещения, отличающаяся наличием идеального трансформатора с коэффициентом трансформации Km = IV, / IV, н , где Wh¡ - номинальное число витков первичной обмотки, имеющее место при номинальных первичном и вторичном напряжениях; V/, - фактическое число витков первичной обмотки. За базисное значение коэффициента трансформации принято значение Ктб = W,H / IV, = U!h/U2h .

После ряда преобразований эквивалентная схема замещения СЭС ПРЭП в удобном для моделирования виде представлена на рис.

Из векторной диаграммы и эквивалентной схемы замещения определены параметры установившегося режима СЭС ПРЭП. В качестве математической модели режима напряжения ПРЭП используем выражение:

Цг _ + Рщ К-СЭС + (¿НГ^СЭС ч2 /Рщ ^сэс Онг^сэс \2 ■-

кт ~ \ и2 ' к и, м<

Подставив в выражение (4) значения Рнр. и ()н? в соответствии с (2) и (3), проведя ряд преобразований и сделав обозначения:

с10 - I + 2 Ро Ксэс а: + ( Роа1 + до Ъ2 ) ?}сос +2 до Хсэс Ь2 ; ё, -2 Ро Лсус + 2 ( Р~ а, а2 + 01 I), Ь:)7. \ж + 2 до Хсэс Ь2 ;. (1, =2 Ро Ясэс а0 + 2 (¿о Хсэс [ Р„2 (2 а0 а:+ и/)+ '

, и;

+ (); (2 Ро ь2 + ь,)] г ~сэс - —у ,-

КТ

с); =2 ( Р; а, а: + ()„ Ь, Ь2)Х 2сэс\

с14 = Г Р;а; +0,1 Ь;)7.:сэс,

получено:

й0 и2 + (¡1 и2 + й2 и{+ А и2 + с/4 = 0 ( 5 )

Закономерности изменения напряжения £/з на шинах 6 -т- 10 кВ ПРЭП

Решение уравнения (5) производилось методом Хичкока -выделением квадратного множителя. Определены регулирующие эффекты по напряжению £Л для наиболее значимых независимых переменных Кт, С/,, Оо, Хсэс, Ро, Ясэс. При моделировании выполнялось варьирование независимых переменных в поле, граничные значения которого указаны на стр. Ю , | (.

В результате моделирования получены наиболее значимые зависимости -Ди, ), и, -((Кт). и, =//2«Л ^ = ИМ. и2=/(Хсэс), и2 =/(Ясэс).

Построены графики для трех уровнен переменных, позволяющих в наиболее полной форме изучить их влияние на режим напряжения.

Результаты расчетов регулирующих эффектов и изменения напряжения приведены в таблице I.

Таблица 1

N независимые регулирующие эффекты

переменные пни шах ГШП шах

1 Кт 1.002 1.415 0.3006 0.3822

2 и, 0.969 1.270 0.2906 0.3476

3 Оо 0.076 0.325 0.0330 0.2047

4 Хсзс 0.200 1.958 0.0218 0.1938

5 Ро ■ 0.0087 0.1547 0.0061 0.0758

6 Ясэс 0.075 1.945 0.0015 0.0447

Независимые параметры расположены в порядке убывания их воздействия на напряжение. Ранг каждой из независимых переменных установлен по влиянию ее на величину изменения напряжения и2- Показано, что регулирующие эффекты напряжения £/- составляют: по напряжению и, 0.9694-).27, по коэффициенту трансформации Кт 1.0024-1.15, по реактивному сопротивлению СЭС 0.24-1.958. по активному сопротивлению СЭС 0.0754-1.945, по реактивной мощности 0.0764-0.325, по активной мощности 0.00874-0.0155.

Концепция управления электропотреблением на уровне ПРЭП

Выявленные закономерности изменения напряжения 112 на шинах 64-10 кВ ПРЭП позволяют рекомендовать способ группового автоматического регулирования режима напряжения

при котором технические средства регулирования используются в соответствии с их рангом. Способ предполагает в первую очередь изменять напряжение путем переключения ступеней РПН силового трансформатора ПРЭП. Затем следует изменять напряжение Ц/ переключением РПН силовых трансформаторов ЦП энергоснабжающих организаций, если они включены в систему автоматического управления. Далее следует изменять поток реактивной мощности регулированием тока возбуждения СД и переключением ступеней УПЕК, если это не противоречит требованиям по компенсации реактивной мощности и, наконец, изменять индуктивное сопротивление СЭС путем переключения ступеней УПК.

Однако изменение коэффициента трансформации силовых трансформаторов как на ПРЭП, так и в ЦП ограничено техническим ресурсом по числу переключений РПН. Поэтому при ограниченном диапазоне изменения напряжения

(А£/„ = 0.0218-г 0.205 o.e. ) в первую очередь следует изменять поток реактивной мощности в СЭС путем подключения (отключения) ступеней УПЕК и регулирования тока возбуждения СД, если это не противоречит требованиям по компенсации реактивной мощности, затем следует изменять индуктивное сопротивление СЭС путем переключения ступеней УПК. Изменение коэффициента трансформации силового

трансформатора ПРЭП и ЦП производится после использования технических возможностей регулирования потока реактивной мощности и индуктивного сопротивления СЭС с учетом ограничений по числу переключений РГ1Н.

азрабтан алгоритм, реализующий предложенный способ управления электропотреблением на уровне ПРЭП. Алгоритм содержит 92 блока, существляющих формирование ГЭН с заданными параметрами в нормальных и экстремальных зонах.

Таким образом, предложенная концепция обеспечивает минимизацию возмущающего воздействия на технологический процесс нефтедобьпш в условиях лимитирования электропотребления путем использования регулирующих эффектов нагрузки по напряжению.

Выбор параметров и оценка эффективности комплексной микропроцессорной системы управления электр{»потреблением

ПРЭП

Произведены выбор параметров и оценка эффективности комплексной микропроцессорной системы управления электропотреблением ПРЭП с локальными регуляторами, позволяющей формировать ГЭН с заданными параметрами. Определены функции и задачи, реализуемые микропроцессорной системой. Показано, что система управления выполняет следующие функции:

- опрос датчиков активной и реактивной мощностей на вводах узла нагрузки и, при необходимости, на отходящих линиях;

- преобразование сигналов от датчиков;

- усреднение текущих значении активной и реактивной мощностей;

- контроль усредненных значений активной и реактивной мощностей в соответствующих тарифальных зонах ГЭН;

- прогнозирование усредненных значений активной мощности в часы максимума энергосистемы;

- фиксация возможных превышений заявленных величин активной Рзм и реактивной О") мощностей;

- выработка управляющих воздействий для ликвидации возможных превышений Рзм и Оэ:

- определите отключаемых локальных регуляторов для реализации управляющих воздействий;

обеспечение контроля прохождения управляющих воздействий;

- опрос датчиков напряжения;

- определение оптимального (рационального) уровня напряжения при текущих значениях активной и реактивной мощностей;

- выработка управляющих воздействий, направленных на поддержание оптимального уровня напряжения;

- реализация и контроль выполнения управляющих воздействий.

Разработан способ и алгоритм регулирования реактивной мощности ПРЭП, позволяющий повысить экономичность работы КУ путем оптимального распределения подлежащей компенсации реактивной мощности с различными динамическими и экономическими характеристиками.

Технические средства управления электропотреблением ПРЭП. Выполнены выбор и разработка дополнительных реализаций технических средств управления потоками активной и реактивной мощностей и режимом напряжения ПРЭП. Дана структурная схема устройства автоматического формирования графиков активной и реактивной мощностей и напряжения на базе микропроцессорных систем. Выполнена адаптация электронных программируемых приборов дистанционного учета электроэнергии для автоматического управления

электропотреблением ПРЭП.

Разработана система сопряжения микропроцессорных систем управления электропотреблением с локальными автоматическими регуляторами коэффициента трансформации силовых трансформаторов, СД и секционированных КУ и устройствами управления ПР. Система позволяет объединить локальные регуляторы и микропроцессорную систему в комплексный групповой регулятор, формирующий заданные графики электропотребления и режим напряжения.

Разработано устройство управления потоками реактивной мощности, генерируемыми СД и секционированными КУ. В огл1пне от известных, устройство учитывает различие

динамических характеристик СД и секционированных КУ и позволяет посредством микропроцессорных устройств обеспечить их секционирование в составе комплексного регулятора.

Разработан стенд для предмонтажной подготовки, проверки работоспособности и правильности программирования, наладки и диагностики микропроцессорных систем управления электропотреблением. Стенд позволяет осуществить имитацию тока нагрузки в пределах 20%, 50 % и 100 % от номинального и в диапазоне 0-Н.75 изменять соотношение активной и реактивной составляющих тока при постоянстве его действующего значения.

Экспериментально выявлена эффективность

разработанного способа, алгоритма и комплекса технических средств оперативного управления потоками активной и реактивной мощностей и режимами напряжения ПРЭП. Установлено, что ввод БАР РПН, сопряженного с микропроцессорной системой, позволяет стабилизировать напряжение ПРЭП. снизить потребление реактивной мощности и потребление электрической энергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

- на основе анализа массива параметров ПРЭП обьектов нефтедобычи выявлен диапазон варьирования параметров СЭС и электрических нагрузок, определяющих показатели электропотребления в нормальных и экстремальных зонах суточных ГЭН;

- разработана универсальная математическая модель ПРЭП в виде полинома 4-ой степени, позволяющая адекватно установить показатели режима напряжения на шинах 6-И 0 кВ при вариации 12-ти независимых переменных, включая параметры питающей энергосистемы, распределительной сети и потоков активной и реактивной мощностей;

- установлены закономерности изменения напряжения II2 на шинах 6-МО кВ от напряжения, в ЦП, коэффициентов трансформации силовых трансформаторов, активного и реактивного сопротивлений СЭС и параметров, характеризующих активную и реактивную нагрузки ПРЭП. Произведены ранжирование и оценка эффективности воздействия различных факторов на режим напряжения и2. Показано, что наиболее высоким рангом обладает коэффициент трансформации силового трансформатора Кт. Затем в порядке убывания располагаются напряжение реактивная мощность ()о, индуктивное 16

сопротивление Хсо с, активная мощность Ро и активное сопротивление Ясэс\

- разработана концепция управления электропотреблением на уровне ПРЭГТ, обеспечивающая минимизацию воздействия на технологический процесс нефтедобычи в условиях лимитирования энергозатрат.

Концепция базируется на использовашш регулирующих эффектов нагрузки по напряжению и ограничений по техническому ресурсу локальных регулирующих устройств. Концепция предусматривает вариацию способов и алгоритмов оперативного автоматического управления электропотреблением в зависимости от величины нагрузки н диапазона изменения напряжения U:\

- разработан способ и алгоритм управления потоками реактивной мощности ПРЭП, позволяющие повысить экономичность работы КУ путем оптимального распределения подлежащей компенсации реактивной мощности между источниками с различными динамическими и экономическими характеристиками;

- выполнены выбор и разработка дополнительных реализаций технических средств управления потоками активной и реактивной мощностей и режимом напряжения ПРЭП;

- разработана структурная схема устройства автоматического формирования графиков активной, реактивной мощности и режима напряжения на базе микропроцессорных систем;

- выполнена адаптация электронных программируемых приборов дистанционного учета электроэнергии ETS-M для автоматического управления электропотреблением;

- разработана система сопряжения микропроцессорной системы с БАР РПН силовых трансформаторов, АРВ СД, устройствами управления КУ и ПР. Система позволяет объединить локальные регуляторы и микропроцессорную систему в комплексный групповой регулятор, формирующий заданные графики электропотребления и режим напряжения;

экспериментально выявлена эффективность

разработанного алгоритма и комплекса технических средств оперативного управления потоками активной и реактивной мощностей и режимами напряжения ПРЭП.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Абрамович Б.Н., Коновалов Ю.В., Логинов A.C., Чаронов В.Я. Евсеев А.Н. Учет и регулирование электроэнергии с использованием микропроцессорной техники. "Эл.станции", N 9, 1989.

2. Абрамович Б.H., Чернявская И.А., Евсеев А.Н. Регулирование электропотребления на предприятиях нефтедобычи. В сб. "Реализациязнергосбережения в промышленности в условиях полного хозрасчета и самофинансирования", Л., 1990.

3. Чаронов В.Я., Абрамович Б.Н., Коновалов Ю.В., Логинов A.C. Евсеев А.Н. Электродвигатели насосных станции как потребители-регуляторы активной и реактивной мощностей. "Нефтяное хозяйство", N 5, 1990.

4. Нурбосынов Д.Н., Логинов A.C., Евсеев А.Н. Регулируемая установка компенсации реактивной мощности для нефтегазодобывающего предприятия. "Промышленная энергетика", N 5, 1990.

5. Чаронов В .Я., Евсеев А.Н,, Абрамович Б.Н., Логинов A.C., Нурбосьшов Д.Н. Эффективность автоматического регулирования режима напряжения в центрах питания промышленных предприятий. В сб. " Нефтяная промышленность, научно-производственные достижения нефтяной промышленности в новых условиях хозяйствования ", M., N 12, 1989.

6. Абрамович Б.Н., Полищук В.А., Евсеев А.Н. Показатели регулирования режима напряжения в СЭС. В сб. " Автоматическое управление энерго объекта ми ограниченной мощности ". Л., 1991.

7. Абрамович Б.Н., Евсеев А.Н. Управление режимами напряжения и компенсации реактивной мощности на предприятиях горной промьшшенности. В сб. " Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности ", Л., 1992.

8. Ананьев К.А., Павлов В.Г., Ганский В.П., Макурова Л.В., Проскуряков Е.М., Трухалева C.B., Евсеев А.Н., а.с. N 1781764 (СССР). Способ автоматического регулирования режимов реактивной мощности узла нагрузки электрической сети. Открытия. Изобретения. 1992.