Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение надежности и сачества электроснабжения является одной из важнейших за-Х&ч электроэнергетики па ближайшие годы. Выполнение поставленной задачи требует уделить особое внимание многомашинным системам промышленного электроснабжения, содержащим крупные электродвигатели переменного тока. Проблема повышения эффективности электротехнических систем остро стоит для предприятий нефтяной, газовой, нефтехимической, горной и других отраслей промышленности. На предприятиях со сложными непрерывными технологическими процессами отказы электрооборудования и систем электроснабжения нарушают ритмичность производства, снижают объем выпускаемой продукции, увеличивают непроизводственные расходы электроэнергии, материальных ресурсоз и трудозатрат, осложняют экологическую обстановку. Особенно опасными для предприятий нефтяной и газовой промышленности является возникновение аварийных ситуаций в системах электроснабжения, которые при несвоевременных действиях могут привести к значительному материальному ущербу, а в некоторых случаях к пожарам и взрывам. Это приводит к необходимости предъявления более жестких требований к повышению эффективности работы систем электроснабжения в указанных условиях, так как современные промышленные предприятия характеризуются увеличением энергоемкости технологических процессов, ростом электропотребления,, увеличением общей установленной мощности электродвигателей, увеличением их единичных мощностей, что существенно влияет на характер протекания переходных процессов в системах электроснабжения при аварийных ситуациях. Анализ аварийности на предприятиях газовой промышленности показал-,-огго остановка производства произошла по следующим причинам:
- необеспеченно самозапуска мощных электродвигателей -
59%;
- несвоевременное срабатывание устройств релейной защиты
и автоматики - 19%;
нерациональные действия обслуживающего персонала - 3%
метеоусловия, вызвавшие повреждения электрооборудова шія - 5%;
некачественное выполнение профилактических осмотров и ремонтов - 6%;'
выход из строя электрооборудования по вине заводов-изготовителей - 8%.
Основные причины вызывающие остановку производства связаны с протеканием неблагоприятных переходных процессов многомашинных систем при аварийных ситуациях, а так же с несовершенством существующей релейной защиты и автоматики таких сложных технических систем.
Трудности исследования переходных процессов в многомашинных системах промышленного электроснабжения обусловлены большим разнообразием конструкций и типов электрических машин переменного тока,-объединенных электрическими сетями в единую систему. .Наиболее сложными при анализе являются системы электроснабжения с синхронными двигателями, разработка математических моделей которых и методов анализа переходных процессов имеют особенности, характерные для сложных динамических систем: сложность отдельных элементов, входящих в систему, разнородность элементов; большая размерность моделей; многокритериальность оценок процессов.
Применение современных устройств релзйной защиты и автоматики в многомашинных системах промышленного электроснабжения с синхронными двигателями вызывает необходимость в создании новых математических моделей таких систем и методов расчета переходных процессов, которые позволяли бы производить определение мгновенных значений электрических величин.
Целью работы является разработка математических моделей систем электроснабжения с синхронными двигателями с идентификацией их параметров, методов и алгоритмов анализа переходных процессов многомашинных систем промышленно-
го электроснабжения с синхронными электродвигателями.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
проведен анализ существующих методов моделирования синхронных двигателей;
разработана симметричная математическая модель синхрон-пых двигателей в координатах обобщенного вектора;
разработала методика идентификации параметров математической модели сипхронпых двигателей;
разработана методтса формирования уравнений состояния для системы электроснабжения, содержащей группу спнхроп-ных двигателей;
разработана математическая модель для анализа режимов работы синхронных двигателей;
усовершенствованы методы решения уравнения состояния для группы синхронных двигателей;
произведено исследование режимов работы синхронных двигателей азотно-кислородной станции Оренбургского гелиевого завода.
Методика исследования. При решении поставленных задач использовалась теория переходных процессов электрических машин переменного тока и методы их математического моделирования на ЭВМ, теория оптимизации и методы нелинейного программирования, теория решения жестких систем дифференциальных уравнений.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработан метод идентификации параметров математических моделей синхронных двигателей на основе теории оптимизации с обоснованными ограничениями по условиям физической реализуемости и начальным вектором параметров при поиске глобально^ минимума целевой функции.
-
Получены аналитические выражения для анализа режимов работы симметричного синхронного двигателя в' координатах обобщенного вектора.
-
Рассмотрено формирование уравнений состояния для груп-
пы синхронных двигателей в системе электроснабжения.
4. Предложен метод решепия уравнений состояния для анализа режимов работы группы синхронных двигателей. Автор выносит на защиту:
-
Математическую модель симметричного синхронного двигателя в координатах обобщенного вектора с идентификацией параметров.
-
Теоретические основы формирования и решения уравнений состояния для группы синхронных двигателей в системе промышленного электроснабжения.
-
Результаты исследования переходных процессов синхронных двигателей технологических установок промышленного предприятия.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
, 1. Разработана методика идентификации параметров математических моделей синхронных двигателей по каталожным и экспериментальным данным.
2. Разработана методика анализа режимов работы группы синхронных двигателей в системе промышленного электроснабжения.
Исследования по теме диссертации производились в соответствии с комплексной отраслевой научно-техйической программой РАО "Газпром" "Разработать и внедрить комплекс научно-технических решений и технических средств для промышленного комплекса по добыче и переработке газа и конденсата". Результаты диссертационной работы внедрены в АО "Ку-ба'ньэнерго" и в учебном процессе по курсу: "Переходные процессы в системах электроснабжения".
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на заседаниях научных семинаров кафедр "Электротехника" и "Электроснабжение промышленных предприятий" Кубанского государственного технологического университета, на научно-практической конференции "Повышение эффективности работы систем электроснабжения и
электрооборудования Кубани" (г. Краснодар, 199ог.), панаучпо-практической конференции "Улучшение характеристик электротехнических комплексов, энергетических систем и систем промышленного электроснабжения" (г. Краснодар, 1936г.).
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ.
Структура п объем диссертации. Диссертация состоит из введепия, четырех глав и заключения, списка использованной литературы, включающего 86 найменований, приложения, содержит 171 страницу, 46 рисунков, 11 таблиц.
