автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Совершенствование автономных систем электроснабжения технологических комплексов с многодвигательным электроприводом

На правах рукописи

КОРОТКОВ Александр Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ С МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2005

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Артюхов Иван Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Дрогайцев Валентин Серафимович

доктор технических наук, профессор Ерошенко Геннадий Петрович

Ведущая организация:

ОАО КБ «Электроприбор», г. Саратов

Защита состоится «26» декабря 2005 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет по адресу:

410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, корп.1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет».

Автореферат разослан « 2- б"» ноября 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.А.Казинский

Шб-ч

№092/

2 2/ГШ7

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

На предприятиях нефтегазовой промышленности находят применение технологические комплексы с многодвигательными электроприводами переменного и постоянного тока, электроснабжение которых осуществляется от автономных источников электроэнергии. Характерным примером являются технологические комплексы предприятий, осуществляющих разведывательное бурение, добычу и магистральный транспорт нефти и газа. Необходимость автономного электроснабжения может быть обусловлена различными факторами. Прежде всего, оно является целесообразным для объектов, расположенных в отдаленных районах. В последнее время из-за снижения надежности внешнего электроснабжения и постоянного роста тарифов на электроэнергию перевод на автономное электроснабжение становится приоритетным направлением в электроэнергетике нефтегазовой и других отраслей промышленности. Параллельно с процессом перевода большого количества объектов на автономное электроснабжение происходит оснащение технологических комплексов автоматизированным частотно-регулируемым электроприводом.

Создание автономных систем электроснабжения (СЭС) приводит к необходимости решения ряда задач. Одна из них обусловлена тем, что существующие автономные источники электроэнергии, выполненные на базе различных первичных двигателей, не позволяют во многих случаях генерировать электроэнергию с параметрами, удовлетворяющими требованиям нормативных документов. Более того, из-за жесткой зависимости мгновенной мощности автономных источников от графика электрической нагрузки уменьшается продолжительность работы электрогенераторов в номинальном режиме. Переменный характер нагрузки автономной СЭС многодвигательного электропривода технологического комплекса неизбежно приводит к недоиспользованию номинальной мощности электрогенераторов, снижению их КПД, непроизводительному расходу топлива.

Учитывая то обстоятельство, что существует устойчивая тенденция к возрастанию мощности автономных источников электроэнергии в общем энергетическом балансе нефтегазовой и других отраслей промышленности, совершенствование автономных СЭС с многодвигательным электроприводом является актуальной задачей, решение которой способствует экономии топливно-энергетических ресурсов, снижению себестоимости добычи и магистрального транспорта углеводородного сырья.

Целью диссертационной работы является улучшение эксплуатационных характеристик автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным частотно-регулируемым электроприводом: сокращение времени ввода генераторов в работу, уменьшение расхода топлива, возможность объединения в систему генераторов с различными частотами

выходного напряжения.

Основные задачи исследования:

1. Разработка принципа построения автономной СЭС технологического комплекса с многодвигательным частотно-регулируемым электроприводом.

2. Построение схемы автономной СЭС технологического комплекса с многодвигательным электроприводом, обладающей функциональной возможностью оперативного изменения структуры при изменении нагрузки.

3. Разработка многоуровневой математической модели автономной СЭС с изменяемой структурой для исследования статических и динамических режимов.

4. Проведение с помощью разработанной математической модели исследований для установления влияния параметров силовых элементов СЭС и количества одновременно работающих электроагрегатов на величину напряжения на шине постоянного тока и распределение нагрузки между электроагрегатами в статических и динамических режимах.

5. Разработка схемы управления электроагрегатами автономной СЭС, обеспечивающей оперативное управление группой электроагрегатов с целью минимизации расхода топлива.

6. Создание опытного образца электротехнического комплекса (ЭТК) для проверки эффективности предложенных технических решений.

Методы исследования. Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и экспериментальных исследований. В работе использованы основные положения теоретических основ электротехники и электрических машин, методы современного компьютерного моделирования (МАЛЪАВ 6.5 с пакетом расширения внпиПпк 5.6), математических вычислений и обработки результатов (МаШсаё 2001). Для проведения экспериментальных исследований использовались современные приборы для визуального контроля и записи электрических величин.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается корректным применением положений теоретических основ электротехники, электрических машин и электропривода, апробированных методов компьютерного моделирования ЭТК, а также использованием аттестованных средств измерения при проведении экспериментальных исследований опытного образца ЭТК для автономного электроснабжения.

На защиту выносятся:

1. Принцип построения автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным частотно-регулируемым электроприводом, основанный на суммировании мощности генераторов на общей шине постоянного тока.

2. Схемы автономных СЭС, позволяющие реализовать оперативное изменение структуры в зависимости от мощности нагрузки с целью уменьшения расхода топлива.

3. Результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока в статических и динамических режимах.

4. Способ управления электроагрегатами автономной СЭС, обеспечивающий экономию топлива и ресурса агрегатов при эксплуатации в условиях резко континентального климата.

Научная новизна работы.

1. Предложен принцип построения автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным частотно-регулируемым электроприводом, основанный на суммировании мощности электроагрегатов на объединенной шине постоянного тока с варьированием их количества и режима работы в зависимости от нагрузки электроприводов.

2. Определены зависимости, характеризующие влияние параметров и структуры СЭС на ее статические и динамические характеристики, в том числе на распределение нагрузки между одновременно работающими электроагрегатами.

3. Предложены варианты схемы автономной СЭС технологического комплекса с многодвигательным электроприводом, в которых реализована функциональная возможность оперативного изменения структуры при изменении нагрузки с целью минимизации расхода топлива.

4. Разработан способ управления электроагрегатами автономной СЭС, обеспечивающий экономию топлива и ресурса агрегатов при эксплуатации в условиях резко континентального климата за счет изменения нагрузочной способности генераторов в зависимости от температуры окружающей среды.

Практическая ценность.

1. Предложены рекомендации, применение которых при построении автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным электроприводом обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик: сокращение времени ввода генераторов в работу, снижение расхода топлива, возможность объединения в систему генераторов с различными частотами выходного напряжения, увеличение ресурса электроагрегатов, повышение надежности электроснабжения.

2. Разработаны схемы управления электроагрегатами автономной СЭС, обеспечивающие оперативное изменение структуры СЭС, стабилизацию напряжения на шине постоянного тока и заданное распределение нагрузки между одновременно работающими электроагрегатами.

3. Освоено серийное производство микропроцессорных блоков управления возбуждением генераторов, в которых реализуются функции стабилизации напряжения на объединенной шине постоянного тока и распределение нагрузки между одновременно работающими электроагрегатами.

Реализация и внедрение результатов работы. Разработан и создан экспериментальный образец ЭТК для автономного электроснабжения компрессорного цеха Комсомольского ЛПУ МГ ООО «Тюментрансгаз». Производственные испытания ЭТК подтвердили эффективность применения перестраиваемых по структуре автономных систем электроснабжения с объединенным звеном постоянного тока. Экономия топлива по сравнению с автономными СЭС типовой структуры составляет более 8 %. Кроме того, результаты диссертационной работы использованы для оптимизации режимов работы автономных СЭС технологических комплексов буровых установок филиала «Астраханьбургаз».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на Международных научно-технических конференциях: «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2002), «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (Екатеринбург, 2003), «Радиотехника и связь» (Саратов, 2004), «Проблемы современной электротехники» (Киев, 2004), Научно-технических советах ОАО «Газпром» и других региональных конференциях и семинарах.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 работ, в том числе 4 статьи в реферируемых журналах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 40 рисунков, 2 таблицы. Список использованной литературы включает 128 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы ее цель и задачи, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводятся основные сведения о технологических комплексах нефтегазовой промышленности с многодвигательным электроприводом. Показано, что процесс оснащения технологических комплексов автоматизированным электроприводом идет параллельно с процессом перевода большого количества объектов на автономное электроснабжение.

' В качестве характерных примеров технологических комплексов с многодвигательным электроприводом, электроснабжение которых частично или полностью осуществляется от автономных источников, в главе рассмотрены буровые установки и компрессорные станции магистральных газопроводов. Приведены и проанализированы типовые схемы электроснабжения этих комплексов, а также дизельные и газотурбинные электроагрегаты, режимы их работы.

Автономные СЭС технологических комплексов с многодвигательным электроприводом могут быть отражены укрупненной схемой, которая показана на рис.1. Источником электрической энергии является совокупность N генераторов Гк(к = 1,14) с приводными двигателями Дк(к = 1,>1). С помощью коммутаторов К1|с(к = 1, IV) на общую шину с напряжением ио и частотой может быть включено необходимое количество генераторов. Потребители разделены на две группы, основная по мощности из которых - асинхронные двигатели М^ = 1,8). Напряжения 11,0 = 1,8) и частоты

= 1,8) на статорных обмотках этих двигателей должны регулироваться в ходе технологического процесса, поэтому они получают питание через преобразователи частоты ПЧ^ = 1,8). Для второй группы потребителей

необходима электроэнергия промышленной частоты, поэтому они подключаются непосредственно к общей шине переменного тока.

Рис. 1. Обобщенная схема автономной СЭС технологического комплекса с многодвигательным электроприводом

Для большинства технологических комплексов нефтегазовой промышленности характерным является изменение в широких пределах режимов работы многодвигательного электропривода. При этом графики электрических нагрузок генераторов Гк(к = 1,Ы) отличаются большим разнообразием.

К потребителяы электроэнергии 50 Гц

Известно, что КПД автономных генераторов с газотурбинным приводом и приводом двигателями внутреннего сгорания тем выше, чем больше его коэффициент загрузки. Удельный расход топлива возрастает при снижении нагрузки. Одновременно с существенным увеличением удельного расхода топлива при малых загрузках ухудшаются условия эксплуатации первичного двигателя, и сокращается его моторесурс, поэтому устанавливается минимально допустимая нагрузка. В режимах, когда нагрузка падает ниже допустимого значения, приходится увеличивать ее искусственно. Так как средняя нагрузка автономной СЭС всегда меньше, чем номинальная мощность генераторов, то значительную часть времени электроагрегаты работают в режиме с увеличенным расходом топлива.

Потребление топлива можно уменьшить, если количество и мощности одновременно работающих электроагрегатов ЭТК по схеме рис.1 оперативно приводить в соответствие с нагрузкой СЭС. Иначе говоря, должна решаться задача минимизации функционала

■л г

Ф = ХРк.жж~£Р|-Р50> Л)

1с=1 '¡-I

где Рк ном - номинальная мощность к-го электроагрегата;

Р] - мощность, потребляемая ]-м частотно-регулируемым приводом;

Р30-мощность электроприемников стандартной частоты.

Для надежной работы автономной СЭС всегда необходим определенный запас по мощности АР, величина которого в значительной степени зависит от того, насколько быстро может быть произведена перестройка структуры СЭС. Это определяется временем запуска первичного двигателя, а также длительностью процесса ввода запускаемого генератора в синхронизм. Поэтому улучшение динамических характеристик электроагрегатов, входящих в состав ЭТК по схеме рис.1, является важным фактором снижения топливных затрат.

Улучшение эксплуатационных характеристик автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным электроприводом: снижение расхода топлива, повышение надежности и качества электроснабжения, - в настоящее время происходит, в основном, в направлении улучшения технических параметров и характеристик отдельных блоков и узлов совершенствуемых систем без изменения их структуры.

В заключение главы формулируются задачи, которые ставятся и решаются в диссертационной работе.

Во второй главе излагается принцип построения автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока.

Функционирование ЭТК по схеме рис.1 возможно при выполнении условий, которые предъявляются к системе параллельно работающих синхронных генераторов. Одно из них - равенство частот, с которыми враща-

ются валы приводных двигателей во всех режимах работы ЭТК, и стабилизация их значений. Между тем, сложный график изменения нагрузки ЭТК, обусловленный пусками электродвигателей и изменением их загрузки, приводит к значительным колебаниям указанных частот. Кроме того, оперативность управления электроагрегатами ограничена необходимостью выполнения процедуры ввода в синхронизм при включении очередного агрегата.

Если нагрузкой автономной СЭС по схеме рис.1 является регулируемый многодвигательный частотно-регулируемый электропривод, то вообще возникает парадоксальная ситуация. Вначале прилагаются огромные усилия для того, чтобы обеспечить заданное качество электроэнергии на общих шинах переменного тока, затем полученную электрическую энергию стандартной частоты преобразуют либо в электрическую энергию постоянного тока, либо в электрическую энергию переменного тока регулируемой частоты. При этом в СЭС технологических комплексов с регулируемым электроприводом потребность в электроэнергии стандартной частоты существенно меньше, чем в электроэнергии, необходимой для функционирования приводов.

Преобразователи частоты в ЭТК на рис.1 чаще всего выполняют по схеме с явновыраженным звеном постоянного тока, т.е. по схеме: сетевой выпрямитель + инвертор. При этом выпрямитель является неуправляемым, а функции регулирования возлагаются на инвертор, построенный на ЮВТ модулях. Производя определенные трансформации схемы, можно получить ЭТК с перестраиваемой структурой, в котором количество выпрямителей Вк равно количеству N электроагрегатов, как это показано на рис.2.

К» и,

0,4 кВ

/л. 50 Гц

Рис.2. Схема автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока

Принципиальным для схемы рис.2 является то, что суммирование мощности генераторов осуществляется на шине постоянного тока, поэтому в ней могут быть использованы генераторы любого типа, как синхронные, так и асинхронные. При этом не ставится задача стабилизации частоты

вращения первичных двигателей Дк(к = 1, Ы). Более того, вариация этого параметра может быть использована для уменьшения расхода топлива.

Для оптимизации расхода топлива на привод генераторов в системе управления электроагрегатами должна быть заложена функция определения количества т одновременно работающих агрегатов, при котором разность между суммой номинальных мощностей Рк иом этих агрегатов и фактической мощностью Рй на шине постоянного тока была бы минимальной, оставаясь при этом всегда положительной.

Вывод основных соотношений, характеризующих работу автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока, проведен с помощью схемы замещения, которая показана на рис.3.

'-Л

с объединенным звеном постоянного тока

В обмотках якоря к-го генератора индуктируется трехфазная система ЭДС Ек = со1шпп(ек,ек,ек), каждая фаза источника имеет индуктивность Ь0к и активное сопротивление Я0к. Фазные токи генераторов являются компонентами векторов 10к = Со1иШП(1ок > ¡Ок > 'ок ) •

На выходе каждого выпрямителя установлен сглаживающий дроссель с индуктивностью Ьйк и активным сопротивлением . Выходные токи ¡^ выпрямителей суммируются в эквивалентном сопротивлении нагрузки звена постоянного тока Я.

На основании теории выпрямителей получены выражения для расчета напряжения иа на общей шине постоянного тока и выходных токов выпрямителей ЭТК в установившемся режиме:

к=1

Зл/6

п

Е.-2ДП

Г Зл/6

с„+1ок к-1

\

Еь -2Ди. -11,

•Ок; к = 1,т,

(2)

(3)

где Ек - ЭДС к-го генератора, которая зависит от тока возбуждения 1Вк соответствующего генератора; Лид - падение напряжения на диоде выпрямителя; Он - эквивалентная проводимость нагрузки. Эквивалентная проводимость ветви с источником ЭДС определяется следующим образом

(Ъ 4

гЛ- -©Ьок+г-^+я,

ок=(кА+кЛ)г

«-01с

(4)

С помощью выражений (2) и (3) исследовано влияние параметров силовых элементов СЭС и количества одновременно работающих электроагрегатов на величину напряжения на шине постоянного тока и распределение нагрузки между электроагрегатами. Из (2) и (3) следует, что изменение ЭДС одного из генераторов приводит к изменению напряжения иа на шине постоянного тока и перераспределению токов . Чувствительность системы по каналу напряжения к изменению ЭДС .¡-го генератора определяется выражением

. _ Эи«, _ Зл/б

Лтт — __ —

8Е;

71 он+£ск к-1

(5)

В предположении, что все т каналов генерирования и преобразования электрической энергии имеют одинаковые параметры (0к=0;

к = 1,т), выражение (5) преобразуется следующим образом

дил Зл/б ст

А.,, — ■

дЕ) я Ь + т-сг

(6)

где сг = 0/0НН0м; Ь = Он/Снном; Онном - проводимость нагрузки звена постоянного тока в номинальном режиме работы автономной СЭС.

Выражение (6) показывает, что влияние изменений ЭДС генератора на величину напряжения иа на шине постоянного тока уменьшается с увеличением количества одновременно работающих агрегатов и увеличением нагрузки СЭС.

Из формулы (3) следует, что изменение ЭДС .¡-го генератора вызывает приращение тока с соответствующим знаком. В предположении, что в автономной СЭС осуществляется стабилизация напряжения и,,, получено выражение для коэффициента X,, характеризующего чувствительность системы по каналу тока к изменениям ЭДС генератора

оЬ] те тс )

Очевидно, что существует определенный диапазон изменения ЭДС Ej соответствующего генератора, в котором ток 1а имеет положительное значение. Такая ситуация сохраняется до тех пор, пока выполняется условие

(1-2Аи;).д.(ш-1) 41 Ь+а-(т-1) д

где - параметр, характеризующий глубину регулирования

ЭДС ^го генератора относительно базовой величины Е.

Анализ зависимости (8) показывает, что диапазон изменения ЭДС генератора, в котором обеспечивается его управляемость в группе одновременно работающих агрегатов, зависит от их количества и суммарной нагрузки СЭС, а также параметров ее последовательных элементов. Глубина возможного регулирования ЭДС генератора составляет всего несколько процентов от ее базовой величины. Так, например, в системе из трех одновременно работающих агрегатов при загрузке Ь=0,75 параметр £

не должен быть меньше 0,96 при ст = 10. Это означает, что в такой системе диапазон изменения ЭДС генератора относительно базовой величины не превышает 4 %. При увеличении параметра ст указанный диапазон регулирования ЭДС становится еще меньше.

Узкий диапазон регулирования ЭДС объясняется тем, что рассматриваемая система имеет высокую чувствительность по каналу тока к изменениям ЭДС генератора. Коэффициент X, в соответствии с формулой (7) зависит от ряда параметров. Однако наибольшее влияние на его величину оказывает эквивалентное индуктивное сопротивление в цепи переменного тока выпрямителей, так как оно существенно больше, чем активные сопротивления, входящие в указанную формулу.

С учетом полученных результатов сформулированы требования к системе управления агрегатами СЭС по схеме рис.2. Она должна выполнять следующие функции:

• включение в работу необходимого количества т агрегатов, при ко^ тором затраты топлива имеют минимальное значение;

• стабилизацию напряжения на шине постоянного тока при любом количестве одновременно работающих агрегатов;

• заданное распределение нагрузки между одновременно работающими агрегатами.

Структурная схема ЭТК на основе группы электроагрегатов с синхронными генераторами показана на рис.4.

г, к„ ДТ,

а?

Д2 г, к„ в, дт,

Вы ДТ„

—-войн

Управляющее устройство

О.

К„ И,

КЩРО*

-ЩЖРО*

К* И,

'—СИ^

4кв 50 Гц

Рис.4. ЭТК на основе синхронных генераторов

С помощью вьшрямителей Вк электрическая энергия переменного тока, вырабатываемая генераторами Гк(к = 1,>1), преобразуется в электрическую энергию постоянного тока. К объединенной шине постоянного тока подключены инверторы И 0 = 1,8), которые управляют асинхронными

двигателями М^ = 1,8), а также инвертор Иг, который обеспечивает питание потребителей стабилизированным напряжением на часто тс 50 Гц.

Выпрямители Вк снабжены датчиками тока ДТк, выходные сигналы Хк которых пропорциональны токам 1Л. На выходе датчика напряжения ДН формируется сигнал Хк+], пропорциональный напряжению на шине постоянного тока.

Сигналы Х1,Х2)...,Хк,Х>1+1 являются компонентами вектора входных переменных X управляющего устройства, которое формирует вектор управляющих воздействий

У = со1ишп( У1 , Уг.., Ун).

Каждый из векторов Ук имеет по три составляющих, одна из которых Ук1 управляет процессом включения - отключения приводного двигателя Дк, другая Ук2 воздействует на величину тока возбуждения генератора Гк, третья Ук3 задает состояние коммутатора К,к.

В заключение главы приведен вариант построения управляющего устройства аппаратными средствами, описан алгоритм его работы, а также рассмотрены особенности построения автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока на основе синхронных генераторов с постоянными магнитами.

В третьей главе рассматриваются особенности расчета переходных процессов в автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока, анализируются подходы к построению математических моделей агрегированных объектов.

Учитывая определенную сложность математического описания объекта исследования, предложено осуществить его моделирование в среде МАТЬАВ с пакетом расширения втиПпк. В нем реализованы принципы визуально-ориентированного программирования, что позволяет легко набирать нужные блоки и соединять их с целью составления модели системы или устройства. При этом уравнения состояния, описывающие работу моделей систем или устройств, формируются автоматически.

С помощью разработанной математической модели проведено исследование переходных процессов, которые происходят в автономной СЭС при изменении ее структуры и параметров нагрузки. В результате моделирования получены графики входных и выходных токов выпрямителей, напряжения на шине постоянного и других переменных, характеризующих работу ЭТК, для ряда значений ЭДС, индуктивностей и активных сопротивлений первичных источников энергии, индуктивностей сглаживающих дросселей и емкости фильтрующего конденсатора.

Проведенными исследованиями установлено, что индуктивности сглаживающих дросселей, установленных на выходе выпрямителей, оказывают существенное влияние на динамику процессов, происходящих при изменении структуры СЭС. При увеличении индуктивности сглаживаю-

щих дросселей время переходного процесса возрастает, однако при этом не превышает одной секунды для реальных значений индуктивностей. Изменение суммарной емкости фильтрующего конденсатора практически не приводит к изменению динамики перераспределения токов между агрегатами. Однако при этом уменьшается величина провалов в кривой напряжения на шине постоянного тока при ступенчатом возрастании нагрузки и отключении источников энергии при изменении структуры СЭС.

В четвертой главе рассматриваются вопросы технико-экономической эффективности и варианты применения автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока.

Эффективность автономной СЭС характеризуется, прежде всего, расходом топлива на выработку электрической энергии, которая используется для выполнения определенного технологического процесса. В главе показано, что сокращение времени, в течение которого осуществляется ввод генератора в работу, является важным фактором минимизации функционала (1) при интенсивных колебаниях графика нагрузки. Прямым следствием этого является уменьшение расхода топлива в автономной СЭС. В предлагаемой СЭС время ввода генераторов в работу существенно сокращается за счет исключения операции синхронизации.

Для проверки теоретических положений, изложенных в диссертации, был поставлен эксперимент на действующем оборудовании компрессорной станции Комсомольского ЛПУ предприятия ООО «Тюментрансгаз».

Основу опытно-экспериментальной автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока составляли 3 дизельных электростанции КАС-315 с номинальной мощностью 315 кВт. Электроагрегаты были оснащены блоками управления возбуждением генераторов, которые имели входы для подключения к системе управления ЭТК. Выходы синхронных генераторов электроагрегатов были подключены к выпрямителям через контакторы, которые имели возможность изменять свое состояние по командам из системы управления ЭТК.

Информация о величине напряжения на шинах постоянного тока и загрузке генераторов подавалась в систему управления ЭТК с помощью датчика напряжения и датчиков тока. Для реализации алгоритмов автоматического управления двигателями электроагрегатов была произведена модернизация блоков управления двигателей путем оснащения их устройствами сопряжения с системой управления ЭТК.

В качестве объекта электроснабжения была выбрана экспериментальная установка охлаждения газа, оснащенная преобразователями частоты типа ATV58 фирмы «Schneider Electric» для управления электродвигателями вентиляторов. Всего в состав установки входит 24 асинхронных электродвигателя ВАСО-16-14-24 с номинальной мощностью 37 кВт. Преобразователи частоты ATV58 построены по схеме диодный выпрямитель - сглаживающий фильтр - инвертор напряжения на IGBT модулях.

15

Для проведения экспериментов были произведены необходимые перекоммутации в схеме преобразователей, после чего к объединенной шине постоянного тока через автоматические выключатели подключались входы инверторов с фильтрующими конденсаторами.

Для определения эффективности автономной СЭС производились замеры расхода топлива с помощью соответствующих датчиков, которыми были оснащены приводные двигатели, а также записывались данные об электрических величинах с помощью счетчиков «Альфа Плюс» версии A2R-4-AL-00T, установленных на выходе генераторов. Запись мгновенных значений токов и напряжений производилась цифровым запоминающим осциллографом Fluke 196С, имеющим два изолированных входа.

Согласно программе испытаний проводились две серии опытов. В первой из них все три генератора запускались в работу и постоянно оставались во включенном состоянии независимо от режима работы электроприводов. Во второй серии опытов вначале запускался только один генератор, состояние остальных генераторов зависело от нагрузки СЭС и автоматически определялось системой управления ЭТК.

График изменения нагрузки автономной СЭС формировался следующим образом. После появления напряжения на шинах постоянного тока с интервалом в 2,5 минуты осуществлялось вначале поочередное включение всех 24 электродвигателей вентиляторов, затем - их поочередное отключение. По показаниям приборов фиксировался расход топлива приводными двигателями и количество электроэнергии, выработанной генераторами. Показания счетчиков «Альфа Плюс» сопоставлялись с данными о потребленной электроприводами мощности, которые предоставляют информационные системы преобразователей «Altivar».

Сравнение результатов испытаний показало, что за счет оперативного изменения структуры автономной СЭС при изменениях нагрузки расход дизельного топлива уменьшился на 8 % по сравнению с ситуацией, когда все электроагрегаты постоянно включены в работу.

В главе показаны перспективные области применения автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока. Рассмотрен вариант использования этой схемы в системе электроснабжения компрессорной станции с газотурбинными агрегатами, имеющими генераторы на валу. За счет суммирования мощности этих генераторов на общей шине постоянного тока исключается необходимость их работы с фиксированной частотой, что позволяет оптимизировать режим работы газовой турбины.

Показано также, что при построении автономных СЭС, предназначенных для эксплуатации в условиях резко континентального климата, экономию топлива может обеспечить адаптивное управление электроагрегатами при изменении температуры окружающей среды. Предложена схема управляющего устройства, в котором обеспечивается температурная коррекция условий изменения структуры автономной СЭС.

Заключение

1. Предложен принцип построения автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным электроприводом, основанный на суммировании мощности электроагрегатов на объединенной шине постоянного тока с варьированием их количества и режима работы в зависимости от нагрузки электроприводов.

2. Проведено расчетно-теоретическое исследование статических режимов автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока, на основании которого установлено влияние параметров силовых элементов СЭС и количества одновременно работающих электроагрегатов на величину напряжения на шине постоянного тока и распределение нагрузки между электроагрегатами.

3. Предложены варианты построения автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока на основе генераторов различного типа, в которых реализованы функции оперативного изменения структуры при изменении нагрузки с целью минимизации расхода топлива, стабилизации напряжения на шине постоянного тока и заданного распределения нагрузки между одновременно работающими электроагрегатами.

4. Разработана математическая модель автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока на базе интерактивного программного комплекса МАТЪАВ+ЗнпиНпк, позволяющая проводить исследования переходных процессов, обусловленных изменением параметров и структуры СЭС, а также ее нагрузки. Модель имеет открытую структуру, топология которой и параметры образующих ее блоков могут быть оперативно изменены в зависимости от конкретно решаемой задачи.

5. Установлено, что длительность переходных процессов в автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока зависит, главным образом, от индуктивности дросселей на выходе диодных мостов и для фактических значений этих величин не превышает 1 с. В результате суммарная длительность процесса ввода электроагрегата в работу не превышает 6 с, что на порядок меньше, чем в типовой СЭС с суммированием мощности на шине переменного тока.

6. Проведены экспериментальные исследования опытного образца ЭТК для электроснабжения компрессорного цеха Комсомольского ЛПУ ООО «Тюментрансгаз», которые подтвердили эффективность применения перестраиваемых по структуре автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока. Экономия топлива по сравнению с автономными СЭС типовой структуры составляет более 8 %.

7. Разработан способ управления электроагрегатами автономной СЭС, обеспечивающий экономию топлива и ресурса агрегатов при эксплуатации в условиях резко континентального климата.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Направления и перспективы применения регулируемого электропривода на компрессорных станциях транспорта и хранения газа / И.И.Артюхов, И.И.Аршакян, А.В.Коротков, Н.В.Погодин // Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: межвуз.науч.сб. - Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2001. - С.26 — 30.

2. Короткое A.B. Состояние и перспективы развития систем возбуждения синхронных генераторов, установленных на объектах ОАО «Газпром» / И.И.Артюхов, А.В.Коротков, Н.В.Погодин // Новые техника и технологии в энергетике ОАО «Газпром»: материалы науч. - техн. совета (Москва, ноябрь 2001 г.). 4.1. - М.: ИРЦ Газпром, 2002. - С. 110 - 114.

3. Повышение эффективности использования электростанций собственных нужд в системах электроснабжения газотурбинных компрессорных станций / И.И.Артюхов, И.И.Аршакян, А.В.Коротков, Н.В.Погодин // Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: межвуз.науч.сб. - Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2002. -С.93-97.

4. Применение микропроцессорных устройств в системах электроснабжения компрессорных станций магистрального транспорта газа / И.И.Аршакян, А.В.Коротков, Н.В.Погодин и др. // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2002): материалы Междунар. науч. - техн. конф. - Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2002. - С.386 - 390.

5. Энергосберегающий электропривод на объектах магистрального транспорта и хранения газа / И.И.Артюхов, И.П.Крылов, А.В.Коротков, Н.В.Погодин // Энергосбережение в Саратовской области - 2002 - № 4(10). - С.32-34.

6. Короткое A.B. Повышение эффективности отдельных видов энергооборудования / А.В.Коротков, Н.В.Погодин, И.И.Артюхов // Разработка, внедрение и опыт применения нового электрооборудования для нефтегазовых предприятий: материалы Всерос. совещания энергетиков нефтяной и газовой промышленности. СПб.,2002. - С. 44.

7. Модернизация синхронных генераторов в системах электроснабжения газотурбинных компрессорных станций / И.И.Артюхов, И.И.Аршакян, А.В.Коротков, Н.В.Погодин // Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы: Вестник УГТУ-УПИ. - 2003. - № 5(25). - Ч. 1. - С.202 - 205.

8. Комплексное обследование силовых трансформаторов / А.В.Коротков, Н.В.Погодин, А.Н.Поликарпов, В.М.Борцов // Промышленная энергетика. - 2003. - № 4. - С.21 - 23.

9. Автономная система электроснабжения с перестраиваемой структурой / И.И.Артюхов, С.Ф.Степанов, А.В.Коротков, Н.В.Погодин // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. - Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2004.-С.9-14.

10. Математическая модель для исследования динамических режимов в автономной системе электроснабжения / И.И.Артюхов, С.Ф.Степанов, И.И.Аршакян, А.В.Коротков, Н.В.Погодин // Проблемы электроэнергетики: межвуз.науч.сб. - Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2004. -С. 23-31.

11. Динамическая компенсация реактивной мощности в системе электроснабжения аппаратов воздушного охлаждения газа / И.И.Артюхов, С.Ф.Степанов, И.И.Аршакян, А.В.Коротков, Н.В.Погодин // Промышленная энергетика. - 2004. - № 6. - С.47 - 50.

12. Переходные процессы в системе электроснабжения многополюсных асинхронных двигателей с вентиляторной нагрузкой / И.И.Артюхов, С.Ф.Степанов, И.И.Аршакян, А.В.Коротков, Н.В.Погодин // Техтчна елек-тродинам1ка: тематичний випуск. Проблеми сучасно! електротехшки. -КиТв, 2004. - 4.4. - С.65 - 68.

13. Некоторые аспекты применения силовой преобразовательной техники в автономных источниках электроснабжения / С.Ф.Степанов, И.И.Артюхов, А.В.Коротков, Н.В.Погодин // Вестник СГТУ. - 2004. -№4(5).-С. 91-96.

14. Короткое A.B. Автономные источники электроэнергии для питания радиотехнических комплексов / С.Ф.Степанов, И.И.Артюхов, А.В.Коротков // Радиотехника и связь: материалы Междунар. науч.-техн. конф. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2004.- С.286 - 288.

15. Короткое A.B. Моделирование переходных процессов в автономной системе электроснабжения с объединенным звеном постоянного тока / И.И.Артюхов, А.В.Коротков // Проблемы электроэнергетики: межвуз.науч.сб. - Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2005. - С. 11 - 16.

16. Свидетельство РФ на полезную модель № 7780, МКИ Н02Р 5/00. Регулятор напряжения турбоэлектрогенераторов / А.В.Коротков, Н.В.Погодин, В.Ю.Токаев и др. - Заявл. 27.10.97. Опубл. 16.09.98, БИ № 9.

17. Свидетельство РФ на полезную модель № 7785, МКИ H03L 7/00. Система общецеховой синхронизации турбоэлектрогенераторов / А.В.Коротков, В.Ю.Токаев, Н.В.Погодин и др. - Заявл. 27.10.97. Опубл. 16.09.98, БИ№ 9.

18. Патент РФ на полезную модель № 33468, МКИ Н02Н 7/22. Устройство централизованной дуговой защиты / А.В.Коротков. - Заявл. 08.07.03. Опубл. 20.10.03, БИ № 29.

»»25 4 09

I

РНБ Русский фонд

2006-4 28092

КОРОТКОВ Александр Викторович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ С МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Автореферат

Корректор О.А.Панина

Лицензия ИД № 06268 от 14.11.01

Подписано в печать 24.11.05 Формат 60x84 1/16

Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 420 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Отпечатано в РИЦ СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Введение.

Глава 1. Характеристика объекта исследования. Постановка задач гф исследования.

1.1. Технологические комплексы нефтегазовой промышленности с много двигательным электроприводом.

1.2. Анализ существующих автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным электроприводом и способов улучшения их эксплуатационных характеристик.

Ф 1.3. Постановка задач исследования.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Принцип построения и теория работы автономной системы электроснабжения с объединенным звеном постоянного тока.

2.1. Принцип построения автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока.

2.2. Модель для исследования установившихся режимов в автономной системе электроснабжения. ф 2.3. Статические характеристики звена постоянного тока.

2.4. Построение системы управления агрегатами автономной СЭС.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Переходные процессы в автономной системе электроснабжения с объединенным звеном постоянного тока.

3.1. Особенности расчета переходных процессов в исследуемой системе электроснабжения.

3.2. Применение интерактивного программного комплекса MATLAB+Simulink для моделирования автономной СЭС.

3.3. Переходные процессы в автономной СЭС ф с идеализированными источниками энергии.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Технико-экономическая эффективность и варианты ® применения автономных систем электроснабжения с объединенным звеном постоянного тока.

4.1. Технико-экономическая эффективность применения автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока.

4.2. Экспериментальное исследование эффективности автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока. ф 4.3. Варианты применение автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока.

4.4. Возможности экономии топлива в автономной СЭС при эксплуатации в условиях резко континентального климата.

Выводы по главе 4.

Многодвигательный электропривод является составной частью большого числа технологических комплексов в различных отраслях промышленности [1,67]. Необходимая для его функционирования электрическая энергия поступает, в основном, из сетей РАО «ЕЭС России». Вместе с тем, имеется определенная группа объектов, для электроснабжения которых требуются автономные источники энергии (АИЭ). Характерным примером являются технологические комплексы предприятий нефтегазовой промышленности [58 - 60]. Необходимость применения АИЭ на предприятиях, осуществляющих бурение скважин, добычу, магистральный транспорт нефти и газа, а также другие технологические операции, обусловлена рядом факторов. Прежде всего, это - требуемая категорийность электроснабжения, которая обеспечивается применением дизельных и газотурбинных электростанций в дополнение к внешним источникам электроэнергии [48, 78]. Если предприятие нефтегазовой отрасли расположено в труднодоступном районе на значительном удалении от центров производства электроэнергии, то потребность электроприемников может обеспечиваться на 100 % за счет АИЭ. В последнее время важным фактором возрастающего применения АИЭ на многих объектах является постоянный рост тарифов на покупную электроэнергию [15 - 18, 73, 74].

Создание автономных систем электроснабжения (СЭС) приводит к необходимости решения ряда задач. Одна из них обусловлена тем, что существующие АИЭ, выполненные на базе различных первичных двигателей, не позволяют во многих случаях генерировать электроэнергию с параметрами, удовлетворяющими требованиям нормативных документов, в частности, ГОСТ13109-97. Более того, из-за жесткой зависимости мгновенной мощности АИЭ от графика электрической нагрузки уменьшается продолжительность работы электрогенераторов в номинальном режиме. Переменный характер нагрузки автономной СЭС многодвигательного электропривода технологического комплекса неизбежно приводит к недоиспользованию номинальной мощности электрогенераторов, снижению их КПД, непроизводительному расходу топлива.

Учитывая то обстоятельство, что существует устойчивая тенденция к возрастанию мощности АИЭ в общем энергетическом балансе нефтегазовой и других отраслей промышленности, совершенствование автономных СЭС с многодвигательным электроприводом является актуальной задачей, решение которой способствует экономии топливно-энергетических ресурсов, снижению себестоимости добычи и магистрального транспорта углеводородного сырья [80,89].

Целью диссертационной работы является улучшение эксплуатационных характеристик автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным частотно-регулируемым электроприводом: сокращение времени ввода генераторов в работу, уменьшение расхода топлива, возможность объединения в систему генераторов с различными частотами выходного напряжения и др.

Реализация поставленной цели достигается решением следующих задач:

1. Разработка принципа построения автономной СЭС технологического комплекса с многодвигательным частотно-регулируемым электроприводом.

2. Построение схемы автономной СЭС технологического комплекса с многодвигательным электроприводом, обладающей функциональной возможностью оперативного изменения структуры при изменении нагрузки.

3. Разработка многоуровневой математической модели автономной СЭС с изменяемой структурой для исследования статических и динамических режимов.

4. Проведение с помощью разработанной математической модели исследований для установления влияния параметров силовых элементов

СЭС и количества одновременно работающих электроагрегатов на величину напряжения на шине постоянного тока и распределение нагрузки между электроагрегатами в статических и динамических режимах.

5. Разработка схемы управления электроагрегатами автономной СЭС, обеспечивающей оперативное управление группой электроагрегатов с целью минимизации расхода топлива

6. Создание опытного образца ЭТК для проверки эффективности предложенных технических решений.

Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и экспериментальных исследований. В работе использованы основные положения теоретических основ электротехники и электрических машин, методы современного компьютерного моделирования (MATLAB 6.0 с пакетом расширения Simulink 4.0), математических вычислений и обработки результатов (Mathcad 2001). Для проведения экспериментальных исследований использовались современные приборы для визуального контроля и записи электрических величин.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается корректным применением положений теоретических основ электротехники, электрических машин и электропривода, апробированных методов компьютерного моделирования ЭТК, а также использованием аттестованных средств измерения при проведении экспериментальных исследований опытного образца электротехнического комплекса для автономного электроснабжения.

На защиту выносятся:

1. Принцип построения автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным частотно-регулируемым электроприводом, основанный на суммировании мощности генераторов на общей шине постоянного тока.

2. Схемы автономных СЭС, позволяющие реализовать оперативное изменение структуры в зависимости от мощности нагрузки с целью уменьшения расхода топлива.

3. Результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока в статических и динамических режимах.

4. Результаты экспериментального исследования опытного образца ЭТК для автономного электроснабжения компрессорного цеха.

5. Способ управления электроагрегатами автономной СЭС, обеспечивающий экономию топлива и ресурса агрегатов при эксплуатации в условиях резко континентального климата.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в следующем:

1. Предложен принцип построения автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным частотно-регулируемым электроприводом, основанный на суммировании мощности электроагрегатов на объединенной шине постоянного тока с варьированием их количества и режима работы в зависимости от нагрузки электроприводов.

2. Определены зависимости, характеризующие влияние параметров и структуры СЭС на ее статические и динамические характеристики, в том числе на распределение нагрузки между одновременно работающими электроагрегатами.

3. Предложены варианты схемы автономной СЭС технологического комплекса с многодвигательным электроприводом, в которых реализована функциональная возможность оперативного изменения структуры при изменении нагрузки с целью минимизации расхода топлива.

4. Разработан способ управления электроагрегатами автономной СЭС, обеспечивающий экономию топлива и ресурса агрегатов при эксплуатации в условиях резко континентального климата за счет изменения нагрузочной способности генераторов в зависимости от температуры окружающей среды.

Практическая ценность работы определяется следующим:

1. Предложены рекомендации, применение которых при построении автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным электроприводом обеспечивает улучшение эксплуатационных характеристик: сокращение времени ввода генераторов в работу, снижение расхода топлива, возможность объединения в систему генераторов с различными частотами выходного напряжения, увеличение ресурса электроагрегатов, повышение надежности электроснабжения.

2. Разработаны схемы управления электроагрегатами автономной СЭС, обеспечивающие оперативное изменение структуры СЭС, стабилизацию напряжения на шине постоянного тока и заданное распределение нагрузки между одновременно работающими электроагрегатами.

3. Освоено серийное производство микропроцессорных блоков управления возбуждением генераторов, в которых реализуются функции стабилизации напряжения на объединенной шине постоянного тока и распределение нагрузки между одновременно работающими электроагрегатами.

По результатам проведенных исследований разработан и создан экспериментальный образец ЭТК для автономного электроснабжения компрессорного цеха Комсомольского ЛПУ МГ ООО «Тюментрансгаз». Производственные испытания ЭТК подтвердили эффективность применения перестраиваемых по структуре автономных систем электроснабжения с объединенным звеном постоянного тока. Экономия топлива по сравнению с автономными СЭС типовой структуры составляет более 8 %. Кроме того, результаты диссертационной работы использованы для оптимизации режимов работы автономных СЭС технологических комплексов буровых установок филиала «Астраханьбургаз».

Основные результаты работы докладывались на Международных научно-технических конференциях: «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, 2002), «Электромеханические и электромагнитные преобразователи энергии и управляемые электромеханические системы» (Екатеринбург, 2003), «Проблемы современной электротехники» (Киев, 2004), «Радиотехника и связь» (Саратов, 2004), Научно-технических советах ОАО «Газпром» и других региональных конференциях и семинарах.

По теме диссертационной работы опубликовано 18 работ, в том числе 4 статьи в реферируемых журналах.

Выводы по главе 4

1. В качестве основного критерия эффективности автономной СЭС целесообразно рассматривать удельный расход топлива, характеризуемый отношением суммарного количества затраченного топлива к выработанной электрической энергии, которая использована для выполнения определенного технологического процесса в течение заданного интервала времени.

2. В оперативно управляемой автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока удельный расход топлива меньше, чем в системе, построенной по типовой схеме, за счет более продолжительной работы в режимах, максимально приближенных к номинальному. Оперативность управления достигается сокращением времени ввода электроагрегата в работу за счет исключения операции синхронизации.

3. Экспериментальные исследования опытного образца ЭТК для электроснабжения компрессорного цеха Комсомольского ЛПУ ООО «Тю-ментрансгаз» показали, что экономия топлива в оперативно перестраиваемых СЭС составляет более 8 % по сравнению с автономными СЭС типовой структуры.

4. При суммировании мощности генераторов на шине постоянного тока исключается необходимость их работы с фиксированной частотой, что позволяет оптимизировать режим работы газовых турбин, валы которых соединены с валами генераторов.

5. При построении автономных СЭС, предназначенных для эксплуатации в условиях резко континентального климата, экономию топлива может обеспечить адаптивное управление электроагрегатами при изменении температуры окружающей среды.

Заключение

1. Предложен принцип построения автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным электроприводом, основанный на суммировании мощности электроагрегатов на объединенной шине постоянного тока с варьированием их количества и режима работы в зависимости от нагрузки электроприводов.

2. Проведено расчетно-теоретическое исследование статических режимов автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока, на основании которого установлено влияние параметров силовых элементов СЭС и количества одновременно работающих электроагрегатов на величину напряжения на шине постоянного тока и распределение нагрузки между электроагрегатами.

3. Предложены варианты построения автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока на основе генераторов различного типа, в которых реализованы функции оперативного изменения структуры при изменении нагрузки с целью минимизации расхода топлива, стабилизации напряжения на шине постоянного тока и заданного распределения нагрузки между одновременно работающими электроагрегатами.

4. Разработана математическая модель автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока на базе интерактивного программного комплекса MATLAB+Simulink, позволяющая проводить исследования переходных процессов, обусловленных изменением параметров и структуры СЭС, а также ее нагрузки. Модель имеет открытую структуру, топология которой и параметры образующих ее блоков могут быть оперативно изменены в зависимости от конкретно решаемой задачи.

5. В результате моделирования переходных процессов в автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока установлено, что их длительность зависит в основном от индуктивности дросселей на выходе диодных мостов и для фактических значений этих величин не превышает 1 с. В результате суммарная длительность процесса ввода электроагрегата в работу не превышает 6 с, что на порядок меньше, чем в типовой СЭС с суммированием мощности на шине переменного тока.

6. Проведены экспериментальные исследования опытного образца ЭТК для электроснабжения компрессорного цеха Комсомольского ЛПУ ООО «Тюментрансгаз», которые подтвердили эффективность применения перестраиваемых по структуре автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока. Экономия топлива по сравнению с автономными СЭС типовой структуры составляет более 8 %.

7. Предложен способ управления электроагрегатами автономной СЭС, обеспечивающий экономию топлива и ресурса агрегатов при эксплуатации в условиях резко континентального климата.

1. Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф.Ильинского, М.Г.Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 544 с.

2. Автономная система электроснабжения с перестраиваемой структурой / И.И.Артюхов, С.Ф.Степанов, А.В.Коротков и др. // Проблемы электроэнергетики: Межвуз. науч. сб. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2004. -С.9-14.

3. Андрианов М.В., Родионов Р.В. Особенности электропотребления комплектных приводов на базе преобразователей частоты с асинхронными электродвигателями с короткозамкнутым ротором // Электротехника. -2002.-№ 11.-С.6- 10.

4. Анисимов Я.Ф. Судовая силовая полупроводниковая техника. Л.: Судостроение, 1979. - 192 с.

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

6. Артюхов И.И., Коротков А.В. Моделирование переходных процессов в автономной системе электроснабжения с объединенным звеном постоянного тока // Проблемы электроэнергетики: Межвуз.науч.сб. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2005. - С.11 - 16.

7. Артюхов И.И., Митяшин Н.П., Серветник В.А. Автономные инверторы тока в системах электропитания. Саратов: Сарат. политехи, ин-т, 1992.- 152 с.

8. Аршакян И.И. Эксплуатация ЭСН на объектах ООО «Тюмен-трансгаз» // Энергосбережение и энергосберегающие технологии в энергетике газовой промышленности: Материалы науч.-техн. совета ОАО «Газпром». Т.2. -М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2001.- С.53 - 59.

9. Атрощенко В.А., Григораш О.В., Мирошниченко А.В. К вопросу проектирования перспективных систем автономного электроснабжения // Промышленная энергетика. 1997. - № 5.

10. Баранов Г.Л., Макаров А.В. Структурное моделирование сложных динамических систем. Киев: Наукова думка, 1986. - 272 с.

11. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. Л.: Энергоиздат, 1982. - 392 с.

12. Белоусенко И.В., Горюнов О.А. Моделирование надежности систем электроснабжения газовых комплексов с автономными источниками питания и эффективность их применения // Промышленная энергетика. -1999.- №6.- С. 19-23.

13. Белоусенко И.В., Островский Э.П. Качество электроэнергии в электрических сетях газодобывающих предприятий Севера Тюменской области. М.: Недра, 1995. - 160 с.

14. Белоусенко И.В., Трегубов И.А. Проблемы создания блочных электростанций повышенной живучести для районов Крайнего Севера и полуострова Ямал. М.: ИРЦ «Газпром» , 1994. - 18 с.

15. Белоусенко И.В., Трегубов И.А. Реконструкция электростанций собственных нужд ОАО «Газпром» // Энергетик. 2000. - № 10. - С.8 - 9.

16. Белоусенко И.В., Шварц Г.Р., Шпилевой В.А. Энергетика и электрификация газовых промыслов и месторождений. Тюмень, 2000. - 273 с.

17. Березин В.JI., Бобрицкий Н.В. Сооружение насосных и компрессорных станций. -М.: Недра, 1985. 288 с.

18. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. М.: Академия, 2004. - 256 с.

19. Бородин Н.И. Структурная схема при параллельной работе непосредственных преобразователей частоты // Полупроводниковые преобразователи электрической энергии. Новосибирск, 1983. С.94-103.

20. Вопросы модернизации асинхронных электроприводов / Л.Х.Дацковский, А.Б.Кац, Б.Л.Коринев и др. // Электротехника. 1995. -№ 7. - С. 43 - 52.

21. Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой. М.: Изд-во МЭИ, 1997. - 424 с.

22. Голембиовский Ю.М., Митяшин Н.П. Методы синтеза преобразовательных систем. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2001. - 136 с.

23. Григораш О.В. Асинхронные генераторы в системах автономного электроснабжения. Электротехника, 2002, № 1. - С.ЗО - 34.

24. Григораш О.В., Педько М.Н. Состояние и перспективы развития систем гарантированного электроснабжения // Промышленная энергетика. 2002. - № 7.-С.32-34.

25. Гуревич Ю.Е., Мамикоянц Л.Г., Шакарян Ю.Г. Проблемы обеспечения надежного электроснабжения потребителей от газотурбинных электростанций небольшой мощности // Электричество. 2002. - № 2. -С. 2-9.

26. Гуров А.А., Каримский И.А. Расчет энергетических показателей источников питания для систем автономного электроснабжения // Электротехника. 2002. - № 11. - С. 14 - 18.

27. Джюджи Л., Пели Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 400 с.

28. Динамическая компенсация реактивной мощности в системе электроснабжения аппаратов воздушного охлаждения газа / И.И.Артюхов, С.Ф.Степанов, И.И.Аршакян, А.В.Коротков, Н.В.Погодин // Промышленная энергетика. 2004. - № 6. - С.47 - 50.

29. Дьяконов В.П. Simulink 4. Специальный справочник. СПб.: Питер, 2002. - 528 с.

30. Ершов М.С., Егоров А.В., Одинец А.С. Энергетические показатели устойчивости асинхронных многомашинных промышленных комплексов // Промышленная энергетика. 1999. - № 2. - С. 20-23.

31. Ещин Е.К. Модель асинхронного электродвигателя в системе электроснабжения // Электротехника. 2002. - № 1. - С. 40 - 43.

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

33. Жемеров Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью. -М.: Энергия, 1977. -280 с.

34. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учеб. пособие. -Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2003. 664 с.

35. Зюзев A.M. Современные тенденции проектирования асинхронных электроприводов агрегатов нефтегазового комплекса / Электроприводы переменного тока: Труды Международной тринадцатой научно-технической конференции. Екатеринбург: УГТУ УПИ, 2005. - С. 24 - 27.

36. Иванов Смоленский А.В. Электрические машины. - М.: Энергия, 1980.-928 с.

37. Иванушкин В.А., Сарапулов Ф.Н., Шымчак П. Структурное моделирование электромеханических систем и их элементов. Щецин, 2000. -310с.

38. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1978. - 736 с.

39. Ильинский Н.Ф. Перспективы развития регулируемого электропривода // Электричество. 2003. - № 2. - С. 2 - 7.

40. К вопросу выбора оптимальной структуры автономного электроснабжения / О.В.Григораш, Д.В.Мельников, С.В.Мелехов и др. // Промышленная энергетика. 2002. - № 11.- С.23 - 26.

41. Калашников Б.Е. Проблема «длинного кабеля» в электроприводах с IGBT-инверторами // Электротехника. 2002 - № 12. - С. 24 - 26.

42. Кантер И.И. Преобразовательные устройства в системах автономного электроснабжения. Саратов: СГТУ, 1989. - 208 с.

43. Кантер И.И., Томашевский Ю.Б., Голембиовский Ю.М. Система централизованного электроснабжения на базе параллельно работающих преобразователей частоты // Электричество. 1991. - №1. - С.39 - 47.

44. Категорийность электроприемников промышленных объектов ОАО «Газпром»: Ведомственный руководящий документ ВРД 39-1.21-0722003. М.: ВНИИгаз, 2003. - 22 с.

45. Киреева Э.А., Юнее Т., Айюби М. Автоматизация и экономия электроэнергии в системах промышленного электроснабжения: Справочные материалы и примеры расчетов. М.: Энергоатомиздат, 1998. - 320 с.

46. Комплексное обследование силовых трансформаторов / А.В.Коротков, Н.В.Погодин, А.Н.Поликарпов и др. // Промышленная энергетика. 2003. - № 4. С.21 - 23.

47. Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа, 2001. — 327 с.

48. Кучеренко В.И., Коротков А.В., Погодин Н.В. Контроль изоляции статоров вращающихся машин. Устройства. Варианты применения // Новости электротехники. 2001. - № 6(12). - С. 38 - 39.

49. Левин А.В., Лаптев Н.Н. Автономные системы электроснабжения // Интеграл. 2003. - № 1(9). - С. 12 - 13.

50. Меньшов Б.Г., Доброжанов В.И., Ершов М.С. Теоретические основы управления электропотреблением промышленных предприятий. -М.: Нефть и газ, 1995. 263 с.

51. Меньшов Б.Г., Ершов М.С. Надежность электроснабжения газотурбинных компрессорных станций. — М.: Недра, 1995. 283 с.

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

53. Меньшов Б.Г., Суд И.И. Электротехнические устройства буровых установок. М.: Высшая школа, 1986. - 191 с.

54. Меньшов Б.Г., Суд И.И., Яризов А.Д. Электрооборудование нефтяной промышленности. М.: Недра, 1990. - 365 с.

55. Митяшин Н.П., Томашевский Ю.Б. Гибкие преобразовательные комплексы. Саратов: Сарат.гос.техн.ун-т, 2002. - 128 с.

56. Митяшин Н.П., Томашевский Ю.Б., Артюхов И.И. Адаптивные системы электроснабжения на базе агрегированных преобразователей частоты // Проблемы энергетики: Известия вузов-2002.-№ 5-6.- С.93 103.

57. Моцохейн Б.И., Парфенов Б.М., Шпилевой В.А. Электропривод, электрооборудование и электроснабжение буровых установок. Тюмень, 1999.-203 с.

58. Некоторые аспекты применения силовой преобразовательной техники в автономных источниках электроснабжения / С.Ф.Степанов, И.И.Артюхов, А.В.Коротков и др. // Вестник СГТУ. 2004. № 4(5). -С. 91-96.

59. Новиков В.А., Рассудов JI.H. Тенденция развития электроприводов, систем автоматизации промышленных установок и технологических комплексов // Электротехника. 1996. - № 7. - С. 3 - 12.

60. Новые технологии и современное оборудование в электроэнергетике газовой промышленности / И.В.Белоусенко, Г.Р.Шварц, С.Н.Великий и др. М.: Недра, 2002. - 300 с.

61. Овчаренко Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. - 504 с.

62. Омаров Б.И., Башкиров В.И. Новое поколение IGBT-транзисторов для электропривода // Электротехника.-2002.-№12.-С.15-18.

63. Петров Л.П. Управление пуском и торможением асинхронных двигателей. -М.: Энергоатомиздат, 1981.

64. Поконов Н.З. Электроэнергетика нефтепроводного транспорта. -М.: Недра, 1977.-253 с.

65. Полупроводниковые выпрямители / Е.И.Беркович, В.Н.Ковалев, Ф.И.Ковалев и др. М.: Энергия, 1978. - 448 с.

66. Поспелов Г.Е., Сыч Н.М. Потери мощности и энергии в электрических сетях. М.: Энергоиздат, 1981. - 216 с.

67. Правила устройства электроустановок. 6-е изд., перераб. и до-полн., с изм. М.: Главгосэнергонадзор России, 1998.

68. Программа энергосбережения в ОАО «Газпром» на 2004 2006 годы: В 3 кн. - М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2004. - Кн. 1. - 230 с.

69. Рабинович З.Я. Электроснабжение и электрооборудование магистральных газопроводов. М.: Недра, 1976. - 256 с.

70. Розанов Ю.К. Параллельная работа преобразователей постоянного тока // Электротехника. 1982. - №4. - С.37-39.

71. Соскин Э.А., Киреева Э.А. Автоматизация управления промышленным энергоснабжением. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 400 с.

72. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А.А.Красовского. М.: Наука, 1987. - 712 с.

73. Стабилизированные автономные инверторы с синусоидальным выходным напряжением / Ф.И.Ковалев, Г.П.Мосткова, В.А.Чванов и др. -М.: Энергия, 1972.- 152 с.

74. Стрелков Ю.И., Шарапов С.В., Мельников Д.В. Перспективы развития дизельных электростанций // Промышленная энергетика. 2001. - № 11.- С. 28-31.

75. Строев В.А., Шульженко С.В. Математическое моделирование элементов электрических систем. М.: Изд-во МЭИ, 2002 . - 56 с.

76. Федеральная целевая программа «Энергосбережение России» (1998-2005 гг.). -М., 1998. 62 с.

77. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий. М.: Энергия, 1979. - 408 с.

78. Фишман B.C. Интеллектуальная система РЗиА с элементами автоадаптации // Промышленная энергетика. 2002. № 11.- С.27 - 30.

79. Флоренцев С.Н. Состояние и перспективы развития приборов силовой электроники на рубеже столетий (анализ рынка) // Электротехника.- 1999. № 4. - С.2 - 10.

80. Чехет Э.М., Мордач В.П., Соболев В.Н. Непосредственные преобразователи частоты для электропривода. К.: Наук. Думка, 1988 - 224 с.

81. Шкута А.Ф., Трегубов И.А. Оптимизация систем электроснабжения компрессорных станций // Газовая промышленность. 1980. - № 1 — С.18 - 21.

82. Шпилевой В.А. Структура и надежность электроснабжения газовых промыслов Западной Сибири / Изв. вузов. Электромеханика. 1988. -№ 9. - С.61 - 65.

83. Шпилевой В.А., Гришин В.Г., Болгарцев Г.Е. Электроэнергетика газовой промышленности Западной Сибири.-М.: Недра, 1986. 156 с.

84. Шубенко В.А., Браславский И.Я. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением. М.: Энергия, 1972. - 200 с.

85. Экономия энергоресурсов в промышленных технологиях: Спра-вочно-методическое пособие / Г.Я.Вагин, Л.В.Дудникова, Е.А.Зенютич и др. Н.Новгород: НГТУ, 2001. - 296 с.

86. Электрические машины различного назначения: Информационно-справочный каталог. 4.1. М.: Даугелло, 1994. - 244 с.

87. Электромагнитные переходные процессы в асинхронном электроприводе / М.М.Соколов, Л.П.Петров, Л.Б.Масандилов и др. М.: Энергия, 1967.-200 с.

88. Энергосберегающий электропривод на объектах магистрального транспорта и хранения газа / И.И.Артюхов, И.П.Крылов, А.В.Коротков и др. // Энергосбережение в Саратовской области 2002.-№ 4(10).- С.32-34.

89. Ямамура С., Хрисанов В.И. Анализ переходных процессов в ме-хатронной системе пуска асинхронных двигателей // Сб. трудов 1-й Меж-дунар. конф. по мехатронике и робототехнике. Т.2. - СПб., 2000. -С. 394-399.

90. А.с. 1127057 СССР, МКИ Н02 М7/515. Устройство электроснабжения / И.И.Артюхов // Открытия. Изобретения. 1984. - № 44.

91. А.с. 1265951 СССР, МКИ Н02 М7/515. Устройство электроснабжения / И.И.Артюхов, В.А.Серветник, Ю.Б.Томашевский // Открытия. Изобретения. 1986. - № 39.

92. А.с. 1267563 СССР, МКИ Н02 М 5/44. Групповой преобразователь частоты / И.И.Артюхов, Ю.Б.Томашевский, В.А.Серветник // Открытия. Изобретения. 1986. - № 40.

93. А.с. 1436236 СССР, МКИ Н02 М 5/44. Групповой преобразователь частоты / И.И.Артюхов, Ю.Б.Томашевский, В.А.Серветник // Открытия. Изобретения. 1988. - № 41.

94. А.с. 1665479 СССР, МКИ Н02 М 5/44. Устройство для управления включенными параллельно по входу и выходу N статическими преобразователями частоты / И.И.Артюхов, В.А.Серветник, Ю.Б.Томашевский и др. // Открытия. Изобретения. 1991. - № 27.

95. Патент РФ на полезную модель № 33468, МКИ Н02Н 7/22. Устройство централизованной дуговой защиты // А.В.Коротков. Заявл. 08.07.03. Опубл. 20.10.03, БИ № 29.

96. Свидетельство на полезную модель № 7774. Устройство защиты оборудования подстанций от дуговых коротких замыканий (УСЗ). Заявл.2710.97, зарегистр. 16.09.98. Авторы: Н.В.Погодин, А.В.Коротков, В.А.Усошин и др.

97. Свидетельство на полезную модель № 7780. Регулятор напряжения турбоэлектрогенераторов. Заявл. 27.10.97, зарегистр. 16.09.98. Авторы: А.В.Коротков, Н.В.Погодин, В.Ю.Токаев и др.

98. Свидетельство на полезную модель № 7785. Система общецеховой синхронизации турбоэлектрогенераторов. Заявл. 27.10.97, зарегистр.1609.98. Авторы: А.В.Коротков, В.Ю.Токаев, Н.В.Погодин и др.

99. Anderson L. New ASEA system for no-break power supply // ASEA Jornal. V.45. -№6. -P. 157- 160.

100. George Nelson R. 400 Hz regulated power supply using thyristor parallel inverter // Elec. India. 1981. Spec. Suppl. P. 13-24.

101. Gohrbaand В., Lange D. Development of a three-phase DC/AC inverter with sinusoidal output voltage at 400 Hz for the European Spase Laboratory SpaseLab // Wiss. Ber. AEG-Telefunken. 1977. № 4 5. - P.166 - 170.

102. Gyu Hycong, Sun - Soon Park A New Current Source Inverter with Simultaneous Recovery and Commutation // Conf. rec. IEEE Ind. Appl. Soc. 22 - nd Annu. Meet., Atlanta, Pt, 1987. - P. 691 - 698.

103. Herwing K. Asynchronmaschinenantrieb mit Stromzwischenkrei-sumrichtern // Siemens-Z. 1976. Bd. 50. № 1. S.23 - 28.

104. Hombu M., Ikimi Т., Veda A. Quick response and low-distortion current control for multiple inverter-fed induction motor drives // European coference on power electronics and application. Florence. 1991. - V.l. -P.42-47.

105. Laitwaite E.R., Kuznetsov S.B. Reactive power generation in high speed induction macsines by continuously occurring spase-trasient. IEEE Trans, on Magnetics. Vol. Mag. 16. №5. Sept. 1980. -P. 716-718.

106. Meyer M. 500 KW-inverter in "Hibrid-concept" for a large photovoltaic statio // European coference on power electronics and application. Florence, 1991. V.4. P.34-39.

107. Ramizez J.M., Davalos R.S., Valenzuela A. Coordination of FACTS Based Stabilizers for Damping Oscillations / IEEE Power Engineering Review. Dec. 2000. V. 20. - № 12. - P. 46 - 49.

108. Schweickardt H.E., Beeler H. The Evolution of URS System over Varions Generations and Their Development // RGE, 1988, №2. - P.23 - 36.

109. Slonim M.A., Biringer P.P. Analisysis of the Transient and Stady-State Processes in the Parallel Inverter // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 1992. V.29. № 4. - P. 329 - 336.

110. Szekely I., Macelaru M., Duck W. Current Equalization System for a Medium Frequency Static Converter with Parallel Operating Inverters // Proc. Conf. Optimiz., Elec., Electron. Driving, Atom, and Comput. Equip., Brasov. 1994. V.l. P.213 - 218.

111. Szekely I., Vittek J., Dobrucky В., Vzednicek Z. Moddeling of dynamic state of current inverter with load7s reactive power Control // Modell., Simul. and Contr. A.8 (1995), №1. - P.23 - 40.

112. Thorborg K. New type of threephase thyristor inverter // ASEA Jor-nal. 1972.-№l. P.9-12.