Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. В связи с увеличивающимся дефицитом и удорожанием топливно-энергетических ресурсов за последние годы существенно возросли энергозатраты на добычу нефти: доля энергетических затрат в себестоимости нефтедобычи достигла 50% и выше. Доля оплаты заявленного максимума активной потребляемой мощности нефтегазодобывающего предприятия (НГДП) составила 50...60% от суммарных затрат на оплату электрической энергии.
Существующая система учета электропотребления на предприятиях нефтедобычи включает в себя, как правило, от 20 до 30 точек учета,территориально рассредоточенных друг от друга на десятки километров. По каждой отдельной подстанции заявляется максимум активной мощности. Ввиду отсутствия терминального оборудования для регистрации совмещенного максимума нагрузки, суммарная величина заявленного максимума в целом по предприятию значительно выше его фактического значения. При этом, нефтегазодобывающие предприятия (НГДП) несут значительный материальный ущерб по причине завышения заявленного максимума потребляемой активной мощности и отсутствия технических средств для оперативного управления режимами электропотребления в часы максимальных нагрузок энергосистемы.
В связи с этим .чрезвычайно важно не только уменьшить фактическое эпектропотребление,но и ограничивать величину заявленного максимума нагрузки. Данная задача в работе решена с помощью автоматизированной системы контроля и управления электропотреблением (АСКУЭ) НГДП. При построении такой системы учтены специфические особенности предприятий НГДП, заключающиеся в территориальной рассредоточенности основных энергообъектов на площади до 400 и более kbjcm., участие в формировании максимума нагрузки 25 и более электроподстанций и необходимости организации информационно-управляющего взаимодействия в режиме между электроустановками НГДП.
Работа выполнена в АО"Татнефть" и на кафедре электротехники и электро-снабжения горных предприятий Санкт-Петербургского государственного горного института (технического университета) им.Г.В.Плеханова в соответствии с планами научно-исследовательских работ Миинефтепрома СССР, ГП "Роснефть ", АО "Татнефть", ХНО Минвуза РСФСР и Государственного комитета Российской Федерации по высшему образованию.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью настоящей работы является разработка физико-информационного обеспечения и компановки комплекса технических средств АСКУЭ для управления электрическими нагрузками НГДП.
Для практической реализации поставленной цели в работе решались следующие задачи:
составление методики оценки параметров электропотребления НГДП с учетом вероятностного характера нагрузки;
выявление вариаций статистических параметров графиков электрических нагрузок(ГЭН) в нормальных и экстремальных временных зонах на основе упорядоченных диаграмм нагрузки с учетом связанности показателей технологического процесса, режимов напряжения и реактивной мощности;
- разработка вероятностной модели упорядоченного графика
нагрузки НГДП;
выявление рационального способа управления электропотреблением НГДП в нормальных и экстремальных зонах суточного ГЭН;
разработка структуры и выбор компонентов АСКУЭ НГДП. МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ. Исследования вьшолнялись с использованием статистических методов обработки экспериментальных данных,теории случайных процессов, корреляционного анализа, методов математического моделирования, теории программирования, методов активного и пассивного эксперимента.
ИДЕЯ РАБОТЫ. Заключается в определении и оценке зависимостей электропотребления ГДП от показателей, характеризующих технологический процесс, параметры нагрузки, режимы напряжения и реактивной мощности и разработке на их основе физико-информационного обеспечения АСКУЭ, позволяющего уменьшить энергетическую составляющую приведенных затрат на добычу нефти.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ представлена следующими положениями:
установлено, что электрические нагрузки отдельных электроподстанций в составе НГДП подчиняются нормальному закону;
выявлены статистические параметры нагрузок, характеризующие электроподстанции НГДУ; показано, что частота выбросов нагрузки может достигать 1 раза в неделю при средней продолжительности 2-3 часа;
- разработана вероятностная метематическая модель упорядочен
ного графика нагрузки НГДП, охватывающая все электропод
станции НГДП; в состав независимых переменных модели входят
16 величин, характеризующих нагрузку, включая ее дисперсию и технологическую бронь, питающую подстанцию электрическую сеть, чило подстанций и вариацию напряжения в питающей сети; показано, что моделирование с погрешностью не более 10 % обеспечивается при апроксимации упорядоченного графика НГДП полиномом второй степени;
разработана концепция управления электропотреблением, позво-лящая значительно (на 10-15%) уменьшить нагрузку НГДП и исключить выбросы ее за заявленный максимум Рзм.; концепция предусматривает уменьшение среднего значения потребляемой активной мощности в соответствии с рангом и категорией надежности и бесперебойности электроснабжения определенных электроустановок и электроподстанций в составе НГДП, а также снижение дисперсии нагрузки путем минимизации уровня и отклонения напряжения на нагрузке;
дана оценка результирующей погрешности разработанной структуры АСКУЭ НГДП, включая погрешность дискретизации передачи информации за заданный интервал времени; обоснованы параметры применяемых в АСКУЭ НГДП электросчетчиков. ДОСТОВЕРНОСТЬ научных положений и выводов подтверждается достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований.близкой сходимостью расчетных и экспериментальных данных.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы состоит в следующем:
разработана структура АСКУЭ, позволяющая:
осуществлять управление электропотреблением территориально рассредоточенных энергообъектов НГДП в режиме реального времени;
уменьшить суммарный заявленный максимум активной мощности и снизить фактическое потребление электрической энергии за счет обепечения экономичного режима напряжения в распределительной сети (PC) и режима компенсации реактивной мощности (КРМ), а также обеспечить автоматическое поддержание уровня заявленной мощности и задаваемых энергосистемой ограничений;
разработан алгоритм управления режимами электропотребления НГДП в экстремальных зонах суточного ГЭН, позволяющий реализовать предложенный способ управления нагрузккой;
определены объемы и скорость передачи информационных потоков в АСКУЭ;
уменьшена энергетическая составляющая приведенных затрат на добычу нефти.
РЕАЛИЗАЦИЯ. На первом этапе внедрения АСКУЭ ввод в промышленную эксплуатацию системы учета электроэнергии на базе микропроцессорных приборов типа ETS-M и устройств автоматического регулирования максимальной нагрузки типа АРМН с использованием существующих стандартных систем телемеханики ТМ-620 и аппаратуры передачи сигналов телеинформации типа АПСТ в НГД "Джалильнефть" позволил:
организовать дистанционный технический и коммерческий учет потребления электроэнергии;
управлять отключением и включением оборудования с привязкой их к зонам учета;
- сигнализировать о возможности превышения заданных величин
потребления и управлять отключением нагрузок,выделенных для
целей регулирования электропотребления.
Внедрение результатов работы позволило получить экономический эффект свыше 80 млн. рублей. ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.
-
Выявленные закономерности изменения статистических параметров, характеризующих электропотребление узлов НГДП, включая вероятность появления, частоту и длительность выбросов в эстремальных временных зонах ГЭН за заявлеїшьш максимум, в зависимости от показателей технологического режима, режимов напряжения и реактивной мощности.
-
Вероятностная математическая модель упорядоточенного графика нагрузки НГДП как композиция 25-30 и более ГЭН отдельных злектроподсташшй , входящих в состав НГДП, с независимыми переменными в виде постоянных апроксимации, отображающих зависимости потребляемой мощности от напряжения, эквивалентных параметров питающей сети, коэффициентов вариации нагрузки и вектора-строки идентификаторов номеров электроподстанций в порядке возрастания электропотребления.
-
Концепция управления электропотреблением НГДП, предусматривающая воздействие на потребители-регуляторы отдельных электроподстанций, число и дисперсию нагрузки электроподстанций, участвующих в формировании ГЭН НГДП, в соответсвии с их рангом и категорий надежности и бесперебойности электроснабжения.
Установленные закономерности изменения элетропотребления НГДП от параметров, характеризующих нагрузку, ее дисперсию и технологическую бронь, число электроподстанций в составе НГДП, минимальный уровень и диапазон изменени янапряжения.
4. Выбор параметров, компановка, оценка точности и эффективности автоматизированной системы измерения контроля и управления электропотреблением нефтегазодобывающих предприятий, включая обоснование скорости передачи данных для организации управления в режиме текущего времени.
АПРОБАЦИЯ. Основные положения и результаты
диссертациоішои работы докладывались на конференциях молодых ученых в СПГИ имени Г.В.Плеханова в 1990-1992 г.,на научно-техническом семинаре "Реализация энергосбережения в промьппленнсти в условиях полного хозрасчета и самофинансирования " в 1990 г.в г.Санкт-Петербурге, на научно-практической конференции " Проблемы энергосбережения и эффективность экономики региона " в 1990 глз г.Санкт-Петербурге; на первом международном симпозиуме "Автоматическое управление энергообъектами ограниченной мощности" в 1991 г^в г.Санкт-Петербурге; на российско - финляндском семинаре "Автоматизированные системы управления электропотреблением предприятий горнодобывающей промышленности и нефтеперерабатывающего комплекса " в 1994 г. в г.Санкт-Петербурге . ПУБЛШСАЦИИ. Основные результаты работы опубликованы в 6-ти печатных работах.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 134-х страницах. Содержит 24 рисунка , 12 таблиц, список литературы из 113 наименований и 7 приложений. Общий объем работы - 220 стр.
