Введение к работе
Актуальность темы. Одним из важнейших элементов АЭС с ВВЭР является парогенератор, в котором за счет тепловой энергии, выделяемой в реакторе, образуется пар, подаваемый под большим давлением в паровую турбину. Производительность парогенератора в большой степени зависит от режима функционирования питательных насосов, обеспечивающих подачу воды в парогенератор. Эффективность работы последних с точки зрения энергопотребления определяется качеством управления и регулирования электропривода насоса. Например, питательные насосы энергоблока АЭС с ВВЭР-1000 потребляют около 1,5% производимой электроэнергии. В условиях неравномерности суточного графика нагрузок использование системы преобразователь частоты - асинхронный двигатель (ПЧ-АД) позволяет уменьшить этот показатель и тем самым увеличить выработку полезной энергии. Однако наряду с экономичностью большое значение имеет обеспечение надежной, безаварийной работы электростанции. Разработка способов и систем высоконадежного управления приводом насоса с учетом неравномерности нагрузки, а также возможного изменения внутренних параметров энергоблока дает возможность обеспечить высокий уровень качества и надежности всей паропроизводящей установки, а именно обеспечить неизменный уровень воды в парогенераторе во всех режимах работы энергоблока. В связи с этим задача дальнейшего совершенствования математических средств анализа, синтеза и регулирования питательных насосов на базе системы ПЧ-АД, обеспечивающих высокий уровень надежности и энергосберегающее управление сложными технологическими объектами в рамках систем водоснабжения тепловых генерирующих комплексов, является актуальной.
Тематика диссертации соответствует одному из основных научных направлений ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Программно-аппаратные электротехнические комплексы и системы» (ГБ2010.18 «Разработка моделей и алгоритмов энергосберегающего управления программно-аппаратными электротехническими комплексами и системами»).
Цель н задачи исследования. Целью работы является разработка средств повышения эффективности управления электроприводом питатель-
ных насосов на основе реализации метода частотного регулирования, обеспечивающих высоконадежную работу тепловых генерирующих комплексов в условиях повышенных требований безопасности и энергосбережения.
В соответствии с данной целью, в работе поставлены и решены следующие задачи:
-
Произвести анализ подходов к задаче поддержания уровня воды в парогенераторе при различных типах возмущения, разработать структурную модель объекта исследования, учитывающую характеристики элементов парогенераторной установки.
-
Разработать структурную модель объекта исследования, ориентированную на анализ динамических и статических свойств объекта исследования с максимальной точностью за счет учета характеристик элементов парогенераторной установки.
-
Разработать структуру системы управления питательным насосом энергоблока, с включением в контур управления регулятора с переменной структурой, а также датчика в контуре расхода пара, обеспечивающего требуемую реактивность системы.
-
Разработать регулятор с переменной структурой, позволяющий улучшить энергетические показатели и показатели надежности энергоблока и осуществить его адаптацию к специфическим особенностям объекта управления.
5. Провести исследования на основе моделирования режимов ра
боты парогенераторной установки по программам р2 = const и р2 = var.
Осуществить сравнительный анализ разработанных моделей с ПИ-
регулятором и регулятором с переменной структурой при отработке слу
чайных возмущающих воздействий и выявить характерные особенности
каждой модели. Провести вычислительные эксперименты и сравнительный
анализ с архивными данными.
6. Разработать комплекс программно-аппаратного обеспечения
системы управления питательным насосом энергоблока, обеспечивающий
требуемые показатели точности и быстродействия.
Методы исследования. В работе использовались методы теории электропривода, теории автоматического управления, теории теплоэнерге-
тики, численные и аналитические методы решения дифференциальных уравнений, теории моделирования.
Научная новизна. В работе получены следующие результаты, отличающиеся научной новизной:
разработана математическая модель объекта управления, отличающаяся комплексным учетом процессов, протекающих в парогенератор-ной установке;
предложена структура системы управления питательным насосом энергоблока, отличающаяся включением в контур управления регулятора с переменной структурой, а также датчика в контуре расхода пара, обеспечивающего требуемую реактивность системы;
предложен регулятор с переменной структурой и осуществлена его адаптация к специфическим особенностям объекта управления, который обеспечивает существенное улучшение энергетических показателей и показателей надежности работы энергоблока;
разработана структурная модель объекта исследования, позволяющая провести анализ динамических и статических свойств объекта исследования с максимальной точностью за счет учета характеристик элементов парогенераторной установки средствами инструментальной системы моделирования;
предложен комплекс программно-аппаратного обеспечения системы управления питательным насосом энергоблока, обеспечивающий требуемые показатели точности и быстродействия.
Практическая значимость работы. Практическая значимость диссертационной работы заключается в следующем:
структура системы питательных насосов обеспечивает поддержание номинальной мощности энергоблока при выходе из строя любых двух основных питательных насосов;
разработанная система поддержания уровня воды в парогенераторе позволит более достоверно получать информацию о процессах в парогенераторе за счет применения непосредственного измерения расхода пара;
внедрение регулируемого электропривода питательного насоса, обеспечивающего устойчивую работу во всем диапазоне регулирования без ухудшения его динамических характеристик, позволит сократить потери энергии на собственные нужды.
Реализация результатов работы. Полученные теоретические и экспериментальные результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры автоматики и информатики в технических системах ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» при изучении дисциплин «Моделирование электроприводов» и «Системы управления электроприводами».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергетика, энергосберегающие технологии» (Липецк, 2004), Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» (Воронеж, 2011), научно-технических конференциях и семинарах профессорско-преподавательского состава и аспирантов кафедры автоматики и информатики в технических системах Воронежского государственного технического университета (Воронеж, 2006-2010).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, в том числе 4 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем предложены: [5, 6, 7] - обоснование и целесообразность разработки электропривода питательного насоса; [8] -структурная схема трехимпульсной системы регулирования уровня для объектов с «эффектом вскипания»; [1] - математическая модель системы регулирования уровня при частотном управлении питательным насосом; [2] - математическая модель электропривода питательного насоса с регулятором переменной структуры; [3, 4] - анализ влияния возмущающих воздействий на работу питательного тракта энергоблока, исследование модели электропривода питательного насоса в условиях неравномерности нагрузки.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из НО наименований. Основная часть работы изложена на 175 страницах, содержит 64 рисунка и 3 таблицы.
