WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

«СТРУКТУРА И ЭФФЕКТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАГНЕТАТЕЛЯ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА ...»

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВ Богдан Юрьевич

СТРУКТУРА И ЭФФЕКТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ

УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ

ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАГНЕТАТЕЛЯ

ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩЕГО АГРЕГАТА

Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы



Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ- 2013

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Козярук Анатолий Евтихиевич

Официальные оппоненты:

Ершов Михаил Сергеевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина», кафедра теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности, заведующий кафедрой Курмашев Арон Даутханович кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «СанктПетербургский государственный политехнический университет», кафедра систем и технологий управления, доцент Ведущее предприятие: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им.

В.И. Ульянова».

Защита диссертации состоится 7 июня 2013 г. в 14 часов 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Национальном минерально-сырьевом университете «Горный»

по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, В.О., 21-я линия, д. 2, ауд. № 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального минерально-сырьевого университета «Горный».

Автореферат разослан 29 апреля 2013 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ ГАБОВ

диссертационного совета Виктор Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Российская Федерация в мировой системе оборота энергоресурсов занимает одно из ведущих и ключевых мест, и особенно значимы позиции нашей страны на мировом рынке природного газа. Повышение энерго- и ресурсосбережения трубопроводного транспорта природного газа целесообразно путем обоснования эффективности (технической, экономической и экологической) использования электроприводных газоперекачивающих агрегатов (ЭГПА), разработки и внедрения частотно-регулируемых электроприводов центробежных нагнетателей газоперекачивающих агрегатов (ГПА), с использованием релейно-импульсных табличных алгоритмов управления.

Главной целью энергетической политики Российской Федерации является максимально эффективное использование природных энергетических ресурсов и всего потенциала энергетического сектора дляустойчивого роста экономики и качества жизни населения страны и содействия укреплению ее внешнеэкономических позиций.

Важнейшими направлениями развития газотранспортной системы (ГТС) является повышение ее энерго- и ресурсосбережения, надежности, безопасности и экологичности. Для этого в «Энергетической стратегии России до 2030 года» и основных программных документах ОАО «Газпром», которые определяют вектор развития ГТС, выделены следующие основные направления: реконструкция газотранспортных объектов и системная организация технологических режимов работы магистральных газопроводов; сокращение потерь газа; внедрение автоматизированных систем управления и телемеханики; улучшение технического состояния ГПА; расширение использования регулируемых ЭГПА.

Большое внимание повышению энерго- и ресурсосбережения, надежности, безопасности и экологичности трубопроводного транспорта природного газа, за счет использования электротехнических комплексов на основе частотно-регулируемых электроприводов, в разные годы уделяли такие известные отечественные ученые как:

Демирчян К.С., Жежеленко И.В., Микитченко А.Я., Шидловский А.К., Чаплыгин Е.Е., Рудаков В.В., Браславский И.Я., Шрейнер Р.Т., Ершов М.С., Козаченко А.Н., Пронин М.В., Абрамович Б.Н., Ефимов А.А., Емельянов А.П., Крюков О.В., Будзуляк Б.В. и др. Интерес к разработке и использованию ЭГПА проявляют различные электротехнические, газодобывающие и транспортирующие компании мира: ОАО «Газпром», Statoil, ABB, Siemens, MAN и др.





Несмотря на уже накопленный в мировой практике опыт разработки и строительства компрессорных станций (КС) не до конца решен ряд вопросов с выбором типа привода центробежных нагнетателей (ЦН) ГПА и обоснованием его эффективности. В настоящее время продолжается поиск, направленный на разработку методик рационального выбора типа привода ГПА с учетом всех факторов эффективной, надежной, безопасной и экологичной работы ГТС.

Так, сегодня, на КС в Российской Федерации, доминирующее положение занимает газотурбинный привод (ГТ) ГПА, доля которого около 86%, с износом в среднем 20-25 лет, по отдельным агрегатам 40 лет. Это обстоятельство приводит к сжиганию природного газа в качестве топлива ГПА от 11 до 15 % всего транспортируемого газа, а транспортная составляющая в его стоимости достигает 52%. Эти обстоятельства делают российский природный газ менее конкурентоспособным на мировом рынке энергоресурсов.

Другим актуальным вопросом создания ГПА на основе высоковольтных частотно-регулируемых электроприводов ЦН является разработка рациональной структуры электропривода и алгоритмов управления полупроводниковыми ключами преобразователей частоты и режимами работы электродвигателей с улучшенной электромагнитной и электромеханической совместимостью.

Указанные актуальные вопросы по разработке ЭГПА и их рациональному использованию определили содержание настоящей работы.

Цель работы. Повышение энерго- и ресурсосбережения трубопроводного транспорта природного газа путем обоснования эффективности (технической, экономической и экологической) использования ЭГПА и разработки частотно-регулируемых электроприводов ЦН ГПА, с использованием предложенной структуры и алгоритмов управления электроприводами.

Для реализации поставленной цели были решены следующие основные задачи исследования:

1. Проведен анализ и дана оценка основных типов приводов ГПА с различных точек зрения, а именно, энерго- и ресурсосбережения, технико-экономических характеристик, надежности, безопасности и экологичности, и обоснована эффективность использования высоковольтных частотно-регулируемых электроприводов ЦН ГПА.

2. Разработан алгоритм формирования управляющих сигналов силовыми полупроводниковыми ключами трехуровневого активного выпрямителя и автономного инвертора и управления режимами работ приводным асинхронным электродвигателем ГПА на основе релейно-импульсных табличных алгоритмов управления (ТАУ).

3. Предложена мультиструктурная система управления технологическими режимами работы ЭГПА на базе разработанных алгоритмов управления электроприводом.

4. Построена математическая модель системы «питающая сеть электроснабжения – преобразователь частоты – асинхронный электродвигатель – центробежный нагнетатель – магистральный газопровод» с возможностью исследования характеристик электропривода.

5. Исследованы энергетические, регулировочные и электромагнитные характеристики частотно-регулируемого электропривода в различных технологических режимах работы ГПА и обоснована эффективность применения разработанных алгоритмов управления.

Идея работы. Обеспечение энерго- и ресурсосбережения, повышение технико-экономических характеристик, надежности, безопасности и экологичности транспортировки природного газа по магистральным газопроводам при переменной газоподаче и газопотреблении, целесообразно производить с использованием частотнорегулируемых электроприводов ЦН ГПА c релейно-импульсными ТАУ режимами работы электродвигателей и преобразователями частоты, что позволит улучшить энергетические показатели электроприводов.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались методы теории электропривода, методы теории автоматического управления сложной электромеханической системой.

Математическое имитационное моделирование, расчеты и анализ полученных результатов проводились с использованием пакета прикладных программ MatLab. Экспериментальные исследования проводились на лабораторном макете частотно-регулируемого электропривода.

Научная новизна:

1. Разработана математическая модель системы «питающая сеть электроснабжения – преобразователь частоты – асинхронный электродвигатель – центробежный нагнетатель – магистральный газопровод».

2. Установлены зависимости изменения электромагнитной и электромеханической совместимости электропривода от динамических нагрузок и производительности ЭГПА в различных технологических режимах работы, позволяющие обосновать необходимый алгоритм системы управления ЭГПА, обеспечивающий энергетически эффективный режим работы агрегата.

Защищаемые научные положения:

1. Применение частотно-регулируемых электроприводов центробежных нагнетателей газоперекачивающих агрегатов на основе высокооборотных асинхронных электродвигателей обеспечивает энерго-, ресурсосбережение, а именно, снижение расхода топливноэнергетических ресурсов компрессорных станций, повышения надежности и технико-экономических показателей электроприводных газоперекачивающих агрегатов, а также безопасности и экологичности компрессорных станций.

2. Для обеспечения электромагнитной и электромеханической совместимости в электротехнических комплексах газоперекачивающих агрегатов целесообразно использование релейно-импульсных табличных алгоритмов управления трехуровневыми преобразователями частоты, состоящими из активных выпрямителей и автономных инверторов, и режимами работы приводного электродвигателя, что обеспечит повышение коэффициента мощности электропривода до 0,92-0,97 и снижение коэффициентов несинусоидальных искажений формы тока сети электроснабжения и тока статора асинхронного электродвигателя ниже 5 %.

Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, основывается на сходимости результатов математического моделирования, а также экспериментальных исследований частотнорегулируемого электропривода с релейно-импульсными табличными алгоритмами управления не менее 95%.

Практическая ценность работы:

1. Проведена оценка эффективности расхода топливноэнергетических ресурсов на компрессорных станциях при использовании ГПА с газотурбинным и электрическим приводом, проведена технико-экономическая оценка различных типов электроприводов, рассмотрены экологические особенности использования газотурбинного и электрического приводов ГПА.

2. Разработан алгоритм формирования управляющих сигналов силовыми полупроводниковыми ключами трехуровневого преобразователя частоты, состоящего из активного выпрямителя и автономного инвертора, и алгоритм управления режимами работы асинхронного электродвигателя ГПА на основе релейно-импульсных ТАУ, обеспечивающих электромагнитную и электромеханическую совместимость ЭГПА.

3. Получен патент на изобретение Российской Федерации №2467462 «Трехфазный активный выпрямитель».

4. Получен патент на изобретение Российской Федерации №2476982 «Способ управления электромагнитным моментом асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором».

Внедрение разработанных алгоритмов управления ЭГПА осуществлено в ЗАО «РЭП Холдинг» и ОАО «Газпром автоматизация».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на следующих конференциях: всероссийской конференции «Проведение научных исследований в области энергетики и энергосбережения» в 2011 году в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)» (СПбГЭТУ); на всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ «Эврикав Южно-Российском государственном техническом университете (НПИ); международной пятнадцатой научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока» в 2012 году в Уральском федеральном университете имени первого Президента России Б.

Н. Ельцина»; на XIV международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты» в 2012 году (Национальный исследовательский университет «МЭИ»); на VII Международной конференции по автоматизированному электроприводу в 2012 году в Ивановском государственном энергетическом университете имени В.И.Ленина; а также, на следующих выставках: на форуме-выставке «Нефть Газ Промышленность» в 2012 в г.Москва; 64-ой международной выставке Ideas – Inventions - New Products (IENA-2012) в г. Нюрнберг (Германия); на X Международном энергетическом форуме – выставке «ТЭК России в XXI веке» в 2012 году в г.Москве; на XV Международном салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед» в 2012 году в г.Москва. Также в диссертации представлены результаты научно-исследовательской работы, выполняемой в рамках государственного контракта № 14.740.11.1290 от 17 июня 2011 года, на тему «Энергоэффективность и энергосбережение объектов магистрального газопровода», выполняемой в 2011-2012 годах, на кафедре электротехники, электроэнергетики, электромеханики Национального минерально-сырьевого университета «Горный»

(научный руководитель работы Васильев Б.Ю.).

Личный вклад автора. Обоснована эффективность использования ЭГПА на КС в части обеспечения энерго- и ресурсосбережения, экономической эффективности и экологической и промышленной безопасности. Разработаны структура и алгоритмы управления частотно-регулируемым электроприводом ГПА. Разработана математическая модель системы «питающая сеть электроснабжения – преобразователь частоты – асинхронный электродвигатель – центробежный нагнетатель – магистральный газопровод» с возможностью исследования характеристик электропривода с различными алгоритмами управления. Произведены лабораторные исследования на стендовом макете асинхронного частотно-регулируемого электропривода.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 11 печатных работах, в том числе в 7 научных изданиях, включенных в «Перечень ВАК…» и двух патентах РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 192 страницах, содержит 83 рисунка, 24 таблицы, список литературы из 98 наименований.

Во введении обоснована актуальность темы работы, сформулирована идея работы, на основании которой определены цель и основные задачи исследования, а также научная новизна и практическая ценность результатов работы.

В главе 1 проведен краткий анализ состояния газотранспортной системы Российской Федерации. Приведены основные типы приводов газоперекачивающих агрегатов. Приведены специфические технические требования, предъявляемые к электроприводу газоперекачивающих агрегатов, и основные современные технические решения. Обоснована эффективность использования электроприводных газоперекачивающих агрегатов с различных точек зрения, а именно, энерго- и ресурсосбережения, технико-экономической эффективности, надежности, промышленной и экологической безопасности.

В главе 2 обоснованы энергоэффективные режимы работ основных элементов агрегата, а именно, центробежного нагнетателя, электродвигателя, преобразователя частоты. Разработана рациональная структура газоперекачивающего агрегата, состоящая из высокооборотного асинхронного электродвигателя и трехуровневого активного выпрямителя и автономного инвертора.

В главе 3 рассмотрены скалярные и векторные алгоритмы управления электродвигателем и векторный алгоритм управления активным выпрямителем преобразователя частоты. Даны их основные преимущества и недостатки. Разработана мультиструктурная система управления на основе релейно-импульсных ТАУ преобразователем частоты и режимами работы приводным электродвигателем ГПА.

В главе 4 представлена имитационная математическая модель разработанного ЭГПА и результаты моделирования. Приведены описание макета электропривода частотно-регулируемого электропривода и результаты экспериментальных исследований.

Заключение отражает обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и решенными задачами.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Применение высоковольтных частотно-регулируемых электроприводов центробежных нагнетателей газоперекачивающих агрегатов на основе высокооборотных асинхронных электродвигателей обеспечивает энерго-, ресурсосбережение, а именно, снижение расхода топливно-энергетических ресурсов компрессорных станций, повышения надежности и техникоэкономических показателей электроприводных газоперекачивающих агрегатов, а также безопасности и экологичности компрессорных станций.

Поскольку в диссертационной работе ставилась задача обоснования эффективности использования ЭГПА, в части расхода топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), то этот вопрос был рассмотрен на примере двух КС: ОАО «Газпром» (КС «Портовая») в г. Выборг; Statoil ASA в г.Берген (Норвегия). Сравнительная оценка технических характеристик станций приведена в таблице 1.

Анализ таблицы 1 показывает превосходство ЭГПА по всем техническим характеристикам. Так, электропривод обладает более высоким КПД и более широким диапазоном регулирования частоты вращения, чем ГТ привод. При использовании электропривода нет необходимости содержать маслохозяйство для агрегатов, что обеспечивает высокую надежность и экологическую безопасность.

Результаты расчета показателей эффективности расхода ТЭР представлены в таблице 2. Расчетный период показателей эффективности один год. По результатам расчета показателей эффективности видно, что КПД агрегатов с электроприводом выше, чем у агрегатов с ГТ приводом более чем в два раза. Удельный расход ТЭР компрессорной станций с ЭГПА 2,56 кгу.т./кВтч, что на 42% меньше, по сравнению со станцией с ГТ приводом ГПА, аналогичный показатель которой равен 4,39 кгу.т./кВтч. Удельный показатель эффективности расхода ТЭР на КС с ГТГПА (57,9) превышает аналогичный показатель электроприводной КС (43,8) на 24%. Это свидетельствует о высокой энергетической эффективности ЭГПА.

При использовании ЭГПА на КС «Портовая», экономия энергоресурсов составит около 1,83 кгу.т./кВтч. Эта экономия, прежде всего, выражается в сбережении 1012% от всего транспортируемого через КС природного газа, который используется в качестве топлива ГТ привода. Если принять, что стоимость российского природного газа в Германии в 2013 составит 300 долл./тыс.м3, то при реализации высвобожденных 0,8 млрд.м3 возможная выручка может составить примерно 240 млн.долл. в год.

Основными источниками угроз экологической безопасности являются ГТГПА и технологические процессы, связанные с их эксплуатацией. Выбросы продуктов сгорания и природного газа, безвозвратные потери масла из систем маслосмазки и маслоуплотнений, шум, вибрация, тепловые выбросы и другие факторы приводят к негативному воздействию на окружающую среду и человека. В таблице 3 приведен состав продуктов сгорания агрегатов мощностью 24-60 МВт.

Анализ данных таблицы 3 показывает, что при низком КПД (около 40%) на выходе ГТ температура выхлопа выше 600 К, причем, эта тепловая энергия образуется как побочный продукт и никак не используется. ГТ установки Rolls-Royce Trend 60 производят 262 мг/м3 оксида азота, при предельно допустимом 51,25 мг/м3. На станции в г.Бергене выбор в пользу ЭГПА был сделан, исходя из экологического аспекта транспортировки природного газа.

Сделанные в диссертационной работе технико-экономические расчеты показывают, что дополнительные затраты на применение частотно-регулируемого электропривода ГПА составят 24млн.руб.

по отношению к нерегулируемому. Однако, ежегодное потребление электроэнергии ЭГПА снижается на 32 850тыс. кВтчас и текущие затраты снижаются на 27млн.руб. Чистый дисконтированный доход за 10 лет составит 58,55млн.руб., при этом срок окупаемости меньше года. Таким образом, внедрение частотно-регулируемого ЭГПА является экономически целесообразным.

Загрузка...

К основным районам Российской Федерации, в которых наиболее целесообразно использование ЭГПА, относятся территории, по которым проходят магистральные газопроводы Южный и Северный поток. Также к числу таких регионов можно отнести, например, Красноярский центр газодобычи.

На сегодняшний день основной акцент в развитии газовой отрасли делается на освоение шельфовых месторождений природного газа северных морей и разработку технических средств подводного обустройства этих месторождений. Использование электроприводных подводных перекачивающих комплексов позволяет обеспечить транспортировку природного газа без использования транспортных судов и минимизирует влияние на экосистему. Также, обеспечивает высокий уровень ресурсосбережения и энергоэффективности процесса освоения месторождений природного газа, за счет экономии топливно-энергетических ресурсов транспортных судов, добывающих платформ и других традиционных технических средств освоения морских месторождений. Электроприводной подводный перекачивающий комплекс построен по принципу интеграции различных компонентов в едином корпусе. Так, в подводном перекачивающем комплексе объединена совокупность технических средств (автономного инвертора, электродвигателя, центробежного нагнетателя, микропроцессорных систем связи и диагностики) в едином герметичном корпусе. Структура подводного перекачивающего комплекса представлена на рисунке 1 (подана заявка на патент на изобретение Российской Федерации №2012100910 «Подводный газоперекачивающий агрегат для многониточного трубопровода» и получено положительное решение о выдаче патента от 2013.01.09.

2. Для обеспечения электромагнитной и электромеханической совместимости в электротехнических комплексах газоперекачивающих агрегатов целесообразно использование релейноимпульсных табличных алгоритмов управления трехуровневыми преобразователями частоты, состоящими из активных выпрямителей и автономных инверторов, и режимами работы приводного электродвигателя, что обеспечит повышение коэффициента мощности электропривода до 0,92-0,97 и снижение коэффициентов несинусоидальных искажений формы тока сети электроснабжения и тока статора асинхронного электродвигателя ниже 5 %.

Для эффективного управления трехуровневым преобразователем частоты и режимами работы приводного асинхронного электродвигателя ЭГПА, и обеспечения электромагнитной и электромеханической совместимости, наиболее целесообразно использование алгоритма с разрывным управлением и скользящими режимами – релейно-импульсного табличного алгоритма управления. Основные преимущества заключаются в простоте, надежности и инвариантности управления к внешним и параметрическим возмущениям, за счет

–  –  –

0, при М dt 0 1, при dt 0 где dМ, d - выходные значения регуляторов электромагнитного момента и потокосцепления статора, соответственно; М / dt, / dt скорость изменения рассогласований по электромагнитному моменту и потокосцепления статора, соответственно.

Номера столбцов определяются номером сектора (Nс, с=1-12), в котором в текущий момент времени находится вектор потокосцепления статора.

Для этого фазовую плоскость в координатах (-) условно разбивают на двенадцать секторов, как показано на рисунке 3:

если 23 12 s 12, то N c 1; если 11 12 s 13 12, то N c 7 ;

если 12 s 4, то N c 2 ; если 13 12 s 15 12, то N c 8 ;

если 4 s 5 12, то N c 3 ; если 15 12 s 17 12, то N c 9 ;

если 5 12 s 7 12, то N c 4 ; если 17 12 s 19 12, то N c 10 ;

если 7 12 s 9 12, то N c 5 ; если 19 12 s 21 12, то N c 11 ;

если 9 12 s 11 12, то N c 6 ; если 21 12 s 23 12, то N c 12.

Таким образом, в зависимости от комбинации выходных значений релейных регуляторов и угла положения вектора потокосцепления статора s по таблице переключений выбирается результирующий вектор напряжения таким образом, чтобы обеспечить максимальное значение электромагнитного момента электродвигателя.

В таблице 4 указаны условия выбора результирующего вектора напряжения автономного инвертора. Релейно-импульсный ТАУ режимами работы электродвигателей защищен патентом на изобретение Российской Федерации №2476982 от 01.08.2011 «Способ управления электромагнитным моментом асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором».

Для обеспечения электромагнитной совместимости целесообразно использовать активный выпрямитель с системой управления на основе релейно-импульсного ТАУ, унифицированной с системой

–  –  –

где выходные значения регуляторов составляющих тока dI gd, dI gq сети электроснабжения, соответственно; I gd / dt, I gq / dt - скорость изменения рассогласований по составляющим тока сети электроснабжения, соответственно.

На рисунке 6-8 представлены общая схема имитационной математической модели разработанного ЭГПА и примеры схем блоков системы управления режимами работы электродвигателя, реализованные в MatLab, а именно, наблюдателя координат и определителя столбца таблицы переключений. Параметры моделируемого электродвигателя приведены в таблице 6. Система управления активным выпрямителем унифицирована и имеет аналогичную структуру. Для подтверждения адекватности имитационных математических моделей реальным электроприводам были проведены опыты на стендовом макете частотно-регулируемого электропривода. Данные, полученные на стендовом макете, совпадают с соответствующими значениями для имитационной модели, что позволяет сделать вывод об удовлетворительной сходимости результатов, а, следовательно, об адекватности математической модели реальному объекту.

На рисунке 9 приведены осциллограммы частоты вращения и электромагнитного момента при пуске ЭГПА с релейноимпульсным ТАУ режимами работы асинхронного электродвигателя. Время пуска составляет 30 с. Анализ осциллограмм показывает, что перерегулирование по частоте вращения составляет 1,5%. Динамическая ошибка в процессе регулирования практически отсутствует, статическая – равна нулю. Амплитуда пульсаций электромагнитного момента в установившемся режиме составляет около 1400 Нм.

Коэффициент несинусоидальных искажений тока за счет использования релейно-импульсного ТАУ равен 1,2%, что обеспечивает более высокий уровень электромагнитной и электромеханической совместимости преобразователя частоты и приводного электродвигателя.

На рисунке 10а приведена осциллограмма потребляемой разработанным электроприводом мощности. На рисунке 10б осциллограммы потребляемой электроприводом мощности, в состав силовой части которого входит неуправляемый двенадцатипульсный выпрямитель. На рисунке 11а. приведена осциллограмма напряжения и тока сети электроснабжения разработанного электропривода при работе в установившемся режиме. На рисунке 11б приведен спектральный состав тока сети электроснабжения. На рисунке 11в и рисунке 11г приведены аналогичные осциллограммы альтернативного варианта ЭГПА.

Разработанный электропривод с релейно-импульсным ТАУ активным выпрямителем обеспечивает значительное снижение коэффициента несинусоидальных искажений формы тока в сети электроснабжения, который равен 1,27%. Все гармоники не превышают 1,7%, практически полностью подавляются 5 и 7 гармоника. При использовании двенадцатипульсного выпрямителя коэффициент несинусоидальных искажений равен 6,7, что в 5,27 раза больше, и превышает предельно допустимый уровень, установленный в ГОСТ 13109-97, в 5% для сетей в 6-20 кВ.

За счет использования активного выпрямителя в составе преобразователя частоты, обеспечивается синфазность тока и напряжения сети электроснабжения. Коэффициент мощности разработанного электропривода составляет около (0,92 - 0,97), против 0,76-0,8 у альтернативного варианта. За счет высокого коэффициента мощности действующее значение тока разработанного электропривода (I1450A) меньше, чем у электропривода с двенадцатипульсным выпрямителем (I1600A), на 11%, а полная мощность S, потребляемая электроприводом, равна активной мощности P.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится научно-обоснованное решение актуальной научно-технической задачи обоснования эффективности использования ЭГПА и создания перспективных структуры и алгоритмов управления электроприводов ГПА с обеспечением электромагнитной и электромеханической совместимости.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Обоснована эффективность использования ЭГПА на КС в части обеспечения энерго- и ресурсосбережения, повышения техникоэкономических характеристик, надежности, безопасности и экологичности. Показано, что удельный расход ТЭР компрессорной станции с ЭГПА равен 2,56 кгу.т./кВтч, что на 42% меньше, по сравнению со станцией с ГТ приводом ГПА. Удельный показатель эффективности расхода ТЭР на станции с ГТ приводом ГПА (57,9) превышает аналогичный показатель электроприводной (43,8) на 24%. Это свидетельствует о высокой энергетической эффективности ЭГПА. Рассмотрены перспективные районы применения ЭГПА, как на континентальных магистральных газопроводах, так и на подводных, для транспортировки природного газ с шельфовых месторождений и предложена структура подводного ЭГПА.

2. Предложена структура электроприводного газоперекачивающего агрегата на базе асинхронного электродвигателя и преобразователя частоты, в состав которого входит трехуровневый автономный инвертор и активный выпрямитель, которая обеспечивает электромагнитную совместимость, что позволяет работать с коэффициентом мощности, близким к единице, и минимальным коэффициентом несинусоидальных искажений тока в сети электроснабжения, и электромеханическую совместимость, которая заключается в снижении коэффициента несинусоидальных искажений формы тока статора электродвигателя и колебаний электромагнитного момента.

3. Для эффективного управления режимами работы приводного асинхронного электродвигателя ЭГПА и трехуровневым преобразователем частоты и обеспечения электромагнитной и электромеханической совместимости разработаны и обоснованы алгоритмы с разрывным управлением и скользящими режимами (табличные алгоритмы управления).

4. При использовании разработанного электропривода с релейно-импульсными ТАУ обеспечиваются высокая точность управления частотой вращения, снижение пульсаций электромагнитного момента, низкие коэффициенты несинусоидальных искажений тока сети электроснабжения и тока статора электродвигателя и работу электропривода с коэффициентом мощности в пределах 0,92 - 0,97.

5. Исследования разработанного электропривода ГПА на имитационной математической модели и испытательном стенде, включающем преобразователь частоты и асинхронный электродвигатель, показали удовлетворительное совпадение результатов исследований.

6. Выработаны рекомендации по обоснованию эффективности использования ЭГПА, структуре и алгоритмам управления режимами работ электроприводов ГПА.

7. По результатам исследований был получен патент Российской Федерации «Трехфазный активный выпрямитель» №2467462 и «Способ управления электромагнитным моментом асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором» №2476982. Также поданы заявки на патенты Российской Федерации: «Подводный газоперекачивающий агрегат для многониточного трубопровода» № 2012100910 (решение о выдаче патента от 09.01.2013); «Высокодинамичный бездатчиковый асинхронный электропривод с непосредственным управлением моментом» № 2012131807 (приоритетная справка от 24.07.2012); «Электроприводная перекачивающая станция на морской платформе» № 2012123034 (приоритетная справка от 04.06.2012); «Энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом» № 2012125705 (приоритетная справка от 19.06.2012).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих наиболее значимых работах:

1. Козярук А.Е. Структура, состав и алгоритмы управления высокоэффективных электроприводов газоперекачивающих агрегатов / А.Е.Козярук, Б.Ю.Васильев // Электротехника, 2013, №2. С. 43-51.

2. Емельянов А.П. Алгоритмы и технические средства управления автоматизированным электроприводом турбомеханизмов / А.П.

Емельянов, Б.Ю.Васильев // Вестник ИГЭУ, 2013, № 1. С.92-95.

3. Васильев Б.Ю. Мехатронные перекачивающие комплексы на основе регулируемых электроприводов для подводного компремирования и транспортировки природного газа / Мехатроника, автоматизация, управление. 2013, №3. С.55-60.

4. Козярук А.Е. Алгоритмы управления энергоэффективным высокооборотным электроприводом газоперекачивающего агрегата / А.Е.Козярук, Б.Ю.Васильев // Известия ВУЗов. Электромеханика.

2012, №3. С. 40-44.

5. Васильев Б.Ю. Исследование эффективности современных электроприводных газоперекачивающих агрегатов / Электронный научный журнал «Нефтегазовое дело». 2012, №4. С. 104-110. URL:

http://www.ogbus.ru/authors/Vasiliev/Vasiliev_1.pdf.

6. Васильев Б.Ю. Повышение эффективности алгоритмов управления электроприводами методами нечеткой логики / Научнотехнические ведомости СПбГПУ. 2012, №3-2(154). С. 229 - 233.

7. Алексеев В.В.Определение параметров векторов потокосцепления в электроприводах с векторным управлением / В.В. Алексеев, В.И. Вершинин, Б.Ю.Васильев //Записки Горного института. 2012, №196. С.222 - 225.

8. Емельянов А.П. Алгоритмы и технические средства управления автоматизированным электроприводом турбомеханизмов / А.П.

Емельянов, Б.Ю.Васильев // Труды VII Международной (VIII Всероссийской) научно-технической конференции по автоматизированному электроприводу: ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И.Ленина».-Иваново,2012. С.624 – 628.

9. Васильев Б.Ю. Актуальность и перспективы использования высоковольтных электроприводов газоперекачивающих агрегатов /

Б.Ю.Васильев, А.Е.Козярук // Электроприводы переменного тока:

Труды международной четырнадцатой научно-технической конференции. Екатеринбург: ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина». - Екатеринбург, 2012. - С.7-11.

10. Пат. РФ. №2467462. Трехфазный активный выпрямитель.

Патент на изобретение/А.Е.Козярук, Б.Ю.Васильев, А.О.Свириденко

- 2011133095/07 заявл. 05.08.2011; опубл. 20.11.2012.

11. Пат. РФ. 2476982. Способ управления электромагнитным моментом асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором / А.Е.Козярук, Б.Ю.Васильев - 2011132450/07 заявл.

01.08.2011; опубл. 27.02.2013.

–  –  –

211) КПД, % 31,4 31,9 31,9 37 36,1

–  –  –



Похожие работы:

«Абрамкин Сергей Евгеньевич РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА АБСОРБЦИОННОЙ ОСУШКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ Специальность: 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего...»

«Калмычков Игорь Евгеньевич Методы обеспечения семантического доступа к речевым сообщениям при радиоперехвате сигналов диапазона ВЧ с амплитудной однополосной модуляцией в режиме псевдослучайной перестройки рабочей частоты Специальность 05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2012 Работа выполнена в федеральном государственном казённом военном...»

«Чистяков Валерий Валентинович АРХИТЕКТУРА ПРИЕМНИКА СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ И МЕТОДЫ ПЕРВИЧНОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ Специальность: 05.11.03 – Приборы навигации АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»...»

«ЖАРКОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ И МИКРОКОНТРОЛЛЕРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Специальность 05.09.03 – электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва, 2007 Работа выполнена на кафедре «Автоматизированного электропривода» Московского энергетического института (Технического Университета). Научный руководитель: кандидат...»

«Мирзаев Зайнудин Нурмагомедович ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ДИОДНЫХ СВЧ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ 05.12.07 Антенны, СВЧ устройства и их технологии Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Махачкала 2013 Работа выполнена в Дагестанском государственном техническом университете Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Гусейнов Мурад Саидович Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Мироненко Игорь Германович,...»

«МИТРОФАНОВ Сергей Владимирович РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ НА ОСНОВЕ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ СОСТАВА АГРЕГАТОВ ГЭС Специальность 05.14.02 – Электрические станции и электроэнергетические системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учной степени кандидата технических наук Новосибирск – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический...»

«Аль Джурни Рагхад А.М.ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОТВЕТСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НА БАЗЕ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ ИРАКА Специальность 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Новочеркасск 2015 Работа выполнена на кафедре «Электромеханика и электрические аппараты» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего...»

«БУЙ ЧЫОНГ ЗАНГ Методы обработки сигналов для стационарной системы, работающей в режиме шумопеленгования и согласованной с каналом распространения и характеристиками полей сигнала и помехи Специальность: 01.04.06 Акустика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский государственный...»

«Бассам Ахмед Махмуд Абдулкадер ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМИЧЕСКОГО И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПАРАМЕТРИЗАЦИИ КОНСТРУКТОРСКИХ ЧЕРТЕЖЕЙ НА ОСНОВЕ АДАПТИВНОЙ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ Специальность: 05.13.12 Системы автоматизации проектирования (промышленность) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2013 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования...»

«Ухов Андрей Александрович ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРОМЕТРЫ С МНОГОЭЛЕМЕНТНЫМИ ФОТОПРИЕМНИКАМИ Специальность 05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Автореферат Диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук Санкт-Петербург – 2015 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) (СПБГЭТУ...»

«Фролов Илья Владимирович СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ МАЛОСИГНАЛЬНЫХ И ШУМОВЫХ ПАРАМЕТРОВ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ДИОДОВ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ДИАГНОСТИКИ ИХ КАЧЕСТВА Специальность: 05.11.01 – Приборы и методы измерения по видам измерения (электрические измерения) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Ульяновск – 2014 Работа выполнена на базовой кафедре «Радиотехника, оптои наноэлектроника» Ульяновского государственного технического университета Научный...»

«Гантулга Дамдинсурэнгийн СПОСОБЫ НОРМАЛИЗАЦИИ КАЧЕСТВА И СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКИХ СЕТЯХ 0,38 кВ МОНГОЛИИ Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Иркутск – 2015 Работа выполнена на кафедре электроснабжения и электротехники ФГБОУ ВО «Иркутский государственный аграрный университет имени А.А Ежевского» Научный руководитель: Наумов...»

«Потемин Игорь Станиславович ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВЕТОПРОВОДЯЩИХ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С РАССЕИВАЮЩИМИ МИКРОСТРУКТУРАМИ Специальность 05.11.07 – оптические и оптико-электронные приборы и комплексы. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2015 год Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете ЛЭТИ им. В.И. Ульянова (Ленина), кафедра лазерных измерительных и навигационных систем. Научный...»

«АНЦИФОРОВ Виталий Алексеевич МЕТОДЫ ОЦЕНКИ НЕЗАВИСИМОСТИ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ И УСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ НЕПРЕРЫВНЫХ ПРОИЗВОДСТВ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2015 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина» Научный руководитель – доктор технических...»

«Каршиев Зайнидин Абдувалиевич СРЕДСТВА СОЗДАНИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО АНАЛИЗА ДАННЫХ 05.13.11 – Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2013 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.