Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Характеристика объекта исследования. Постановка задач исследования
1.1. Технологические комплексы нефтегазовой промышленности с многодвигательным электроприводом 10
1.2. Анализ существующих автономных СЭС технологических комплексов с многодвигательным электроприводом и способов улучшения их эксплуатационных характеристик 38
1.3. Постановка задач исследования 49
Выводы по главе 1 54
Глава 2. Принцип построения и теория работы автономной системы электроснабжения с объединенным звеном постоянного тока 55
2.1. Принцип построения автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока 55
2.2. Модель для исследования установившихся режимов в автономной системе электроснабжения 59
2.3. Статические характеристики звена постоянного тока 65
2.4. Построение системы управления агрегатами автономной СЭС 72
Выводы по главе 2 82
Глава 3. Переходные процессы в автономной системе электроснабжения с объединенным звеном постоянного тока 83
3.1. Особенности расчета переходных процессов в исследуемой системе электроснабжения 83
3.2. Применение интерактивного программного комплекса MATLAB+Sinrulmk для моделирования автономной СЭС 86
3.3. Переходные процессы в автономной СЭС с идеализированными источниками энергии 93
Выводы по главе 3 100
Глава 4. Технико-экономическая эффективность и варианты применения автономных систем электроснабжения с объединенным звеном постоянного тока 101
4.1. Технико-экономическая эффективность применения автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока 101
4.2. Экспериментальное исследование эффективности автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока 105
4.3. Варианты применение автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока 112
4.4. Возможности экономии топлива в автономной СЭС при эксплуатации в условиях резко континентального климата 115
Выводы по главе 4 121
Заключение 122
Список использованной литературы 124
Приложения
- Технологические комплексы нефтегазовой промышленности с многодвигательным электроприводом
- Принцип построения автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока
- Особенности расчета переходных процессов в исследуемой системе электроснабжения
- Технико-экономическая эффективность применения автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока
Введение к работе
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, ГОСТІ 3109-97. 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:
Разработка принципа построения автономной СЭС технологического комплекса с многодвигательным частотно-регулируемым электроприводом.
Построение схемы автономной СЭС технологического комплекса с многодвигательным электроприводом, обладающей функциональной возможностью оперативного изменения структуры при изменении нагрузки.
Разработка многоуровневой математической модели автономной СЭС с изменяемой структурой для исследования статических и динамических режимов.
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 б. 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.
Схемы автономных СЭС, позволяющие реализовать оперативное изменение структуры в зависимости от мощности нагрузки с целью уменьшения расхода топлива.
Результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока в статических и динамических режимах.
Результаты экспериментального исследования опытного образца ЭТК для автономного электроснабжения компрессорного цеха.
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:
Предложен принцип построения автономных СЭС технологических комплексов с много двигательным 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.
Определены зависимости, характеризующие влияние параметров и структуры СЭС на ее статические и динамические характеристики, в том числе на распределение нагрузки между одновременно работающими электроагрегатами.
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 экс плуатации в условиях резко континентального климата за счет изменения нагрузочной способности генераторов в зависимости от температуры окружающей среды.
Практическая ценность работы определяется следующим:
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.
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 рас пределение нагрузки между одновременно работающими электроагрегата ми.
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-техничесішх советах ОАО «Газпром» и других региональных конференциях и семинарах.
По теме диссертационной работы опубликовано 18 работ, в том числе 4 статьи в реферируемых журналах.
Технологические комплексы нефтегазовой промышленности с многодвигательным электроприводом
Неотъемлемой частью большого количества современных технологических комплексов является многодвигательный электропривод постоянного и/или переменного тока. Характерными примерами являются предприятия, осуществляющие бурение скважин, добычу и магистральный транспорт углеводородного сырья.
Перспективы развития нефтегазовой промышленности связаны с освоением новых месторождений углеводородного сырья, расположенных в шельфовой зоне и суровых по природно-климатическим условиям, труднодоступных и малонаселенных районах Западной и Восточной Сибири, Крайнего Севера. Одновременно с освоением месторождений в указанных районах намечено расширение объема добычи в сложных геологических условиях в уже освоенных традиционных районах добычи Европейской части России с глубоко залегающими пластами, некоторые из которых характеризуются аномально высокими давлением и температурой.
Природно-климатические, экологические, геологические условия, а также особенности социального характера выдвинули ряд задач по совершенствованию техники и технологии работ в нефтегазовом комплексе. За последние годы существенные изменения претерпели конструкции механического оборудования нефтегазовой отрасли с точки зрения улучшения транспортабельности, ускорения монтажа и демонтажа, повышения надежности, производительности и облегчения труда эксплуатационного персонала. Преимущественное распространение получил метод кустового бурения наклонно направленных скважин, все большее распространение получает метод горизонтального бурения. В связи с реконструкцией отрасли происходит ее оснащение новым оборудованием для добычи и транспорта углеводородного сырья.
Указанные изменения не могли не коснуться электротехнических установок и комплексов нефтегазовой отрасли промышленности. На этапе развития техники, достигнутого к концу XX века, электротехнические комплексы (ЭТК) и системы стали во многом определять технологические возможности и технический уровень технологических установок.
Особенностью развития ЭТК на современном этапе является расширение области применения регулируемых электроприводов в основном за счет количественного и качественного роста электроприводов переменного тока. Достигнутые за последние годы успехи в совершенствовании полупроводниковых преобразователей частоты (ПЧ) дают основание предполагать, что в ближайшие годы развитие регулируемых электроприводов переменного тока, использующих асинхронные короткозамкнутые двигатели, более простой конструкции и меньшей металлоемкости, приведет к интенсивному вытеснению регулируемых электроприводов постоянного тока.
Развитие регулируемого электропривода за последние годы неразрывно связано с принципиально новыми достижениями в области силовой и информационной электроники. Создание силовых полностью управляемых полупроводниковых приборов позволило осуществить преобразование электрической энергии в формах, наиболее удобных для электропривода, что открыло широкие возможности для создания технически современных регулируемых электроприводов. Использование достижений микропроцессорной техники принципиально изменило элементную базу и функциональные возможности систем управления электроприводами.
Другой особенностью является повышение требований к характеристикам регулируемого электропривода, усложнение и расширение его функций, связанных с управлением технологическим процессом, и соответствующее возрастание сложности систем управления. Важное место в развитии современного электропривода занимают вопросы унификации элементной базы и схемотехнических решений, создания унифицированных комплектных систем электропривода. Эти принципы положены в основу создания современных систем регулируемого электропривода постоянного и переменного тока [67].
Активное внедрение систем автоматизированного электропривода в различные технологические комплексы идет параллельно с процессом перевода объектов нефтегазовой промышленности на автономное электроснабжение. Основные направления этого процесса определены «Концепцией развития энергетики ОАО «Газпром» на базе применения автоматизированных электростанций и энергоустановок на период до 2005 года и на перспективу до 2010 года» [17].
Рассмотрим некоторые характерные примеры технологических комплексов с многодвигательным электроприводом, электроснабжение которых частично или полностью осуществляется от автономных источников.
Буровая установка - это комплекс наземных сооружений, бурового и энергетического оборудования, необходимый для бурения скважины. Конструкция буровой установки зависит от климатических, геологических условий, типа скважин и целей бурения - геофизического, структурно-поискового, эксплуатационного и глубокого разведочного бурения.
В общем случае процесс бурения состоит из следующих основных операций: спуска бурового инструмента в скважину (колонна бурильных труб и долото), работы долота в забое (процесса разрушения породы, вращения и углубления долота при циркуляции жидкости); наращивания инструмента по мере углубления скважины; подъёма и спуска колонны бурильных труб для смены изношенного долота; вспомогательных или аварийных работ. Все исполнительные механизмы подразделяются на главные и вспомогательные, в зависимости от характера выполняемой ими работы. К главным исполнительным машинам буровой установки относятся лебёдка, ротор и буровые насосы. К вспомогательным машинам и механизмам можно отнести гидромешалки, гидроциклоны, вибрационные сита, сепараторы, компрессоры, механические ключи, клиновые захваты и др. [59]
Принцип построения автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока
Обратимся снова к схеме ЭТК, в котором суммирование мощности генераторов осуществляется на шине переменного тока (рис.1.11). Функционирование этого ЭТК возможно при выполнении условий, которые предъявляются к системе параллельно работающих синхронных генераторов [39]. Одно из них - равенство частот, с которыми вращаются 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.
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. Дальнейшая задача состоит в создании схемы «черного ящика», в состав которого должны входит коммутационно-распределительная аппаратура и преобразовательные устройства. Причем для решения поставленной задачи создаваемый блок должен обеспечивать оперативное изменение структуры автономной СЭС и режимов работы АИЭ при изменении нагрузки электроприводов.
Идея создания гибких СЭС на основе преобразователей частоты была выдвинута в 80-х годах прошлого века в Саратовской школе преобразовательной техники, основателем которой является профессор Кантер И.И. В работах Артюхова И.И., Голембиовского Ю.М., Митяшина Н.П., Резчи-кова А.Ф., Томашевского Ю.Б. и других ученых этой школы изложены теоретические основы построения, моделирования и расчета СЭС с перестраиваемой структурой [8, 9, 24, 46, 47, 61, 62, 103], предложен ряд оригинальных технических решений [105 - 109].
Полученные в указанных работах результаты являются хорошим фундаментом для решения поставленной задачи. Вместе с тем надо заметить, что эти результаты были получены главным образом в предположении, что источником питания является внешняя сеть. В нашем же случае определяющим является учет характеристик электро агрегатов, так как именно от них в значительной степени зависят эксплуатационные характеристики СЭС в целом.
Для полученной структуры может быть решена задача улучшения массогабаритных показателей путем выбора оптимального количества параллельных ветвей в звене преобразования электрической энергии переменного тока с параметрами U0, f0 в энергию постоянного тока с напряжением Ud [24]. При этом сохраняются проблемы оперативного управления синхронными генераторами, работающими на общую нагрузку, присущие схеме рис. 1.11. Дальнейшее развитие схемы ЭТК предполагает отказ от общей шины переменного тока с параметрами U0, f0 и получение принципиально новых технико-экономических показателей.
Принципиальным для схемы рис.2.3 является то, что суммирование мощности генераторов осуществляется на шине постоянного тока и 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 І, N). Более того, вариация этого параметра может быть использована для уменьшения расхода топлива [27]. Если N S, то суммарные масса и стоимость выпрямителей в схеме рис.2.3 будут меньше аналогичных показателей схемы рис Л Л1.
Особенности расчета переходных процессов в исследуемой системе электроснабжения
Расчет переходных процессов в ЭТК, в состав которого входят электрические машины, полупроводниковые преобразователи и большое количество индуктивных и емкостных элементов, является достаточно сложной задачей. Математическая модель, описывающая поведение подобного ЭТК, представляет собой систему нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка. До появления вычислительной техники их анализ и расчёт производился с высокой степенью идеализации электромагнитных и электромеханических процессов, что приводило к ошибкам не только количественного, но и качественного характера. Внедрение вычислительной техники сделало возможным получать численное решение систем нелинейных дифференциальных уравнений высокого порядка. Благодаря этому не только увеличилась точность расчётов, но и неизмеримо расширилось их содержание. В частности, стало возможным определение мгновенных значений фазных токов и напряжений всех элементов ЭТК, максимальных и интегральных значений тех переменных, которые определяют выбор элементов, спектрального состава кривых напряжений и токов нагрузки, конденсаторов и других элементов. Помимо расчёта отдельных схем с помощью ЭВМ производится анализ работы целых комплексов, содержащих несколько преобразователей и электрических машин [12, 40].
Аналитические методы анализа применимы в ограниченном числе случаев. Причина не только в нелинейном характере процессов, происходящих в исследуемых комплексах, но, в частности, в большой размерности их математических моделей. Поскольку сами объекты исследования представляют собой результаты агрегирования, то и их математические модели могут строиться как агрегаты математических моделей составляющих модулей. Для электротехнических систем это усложнение проявляется в возникновении цепей, общих для двух или более агрегируемых объектов, которые не могли существовать до агрегирования. В частности, это может вызвать неожиданный системный эффект [61].
Другой особенностью агрегированного оборудования является то, что временные масштабы, характерные для переходных процессов отдельных модулей, могут отличаться на порядки. При численном моделировании динамики агрегированного объекта шаг интегрирования системы дифференциальных уравнений приходится выбирать в соответствии с наиболее высокими собственными частотами системы. Такой выбор шага интегрирования часто оказывается чрезмерно малым для большинства модулей.
Таким образом, при моделировании агрегированных объектов помимо обычных трудностей приходится иметь дело со следующими характерными для этого класса проблемами: высокая размерность; возникновение неожидаемых системных эффектов; необходимость согласования временных масштабов процессов модулей.
Определенную сложность при составлении моделей системы электроснабжения представляет математическое описание злектричесішх машин, в частности, синхронных генераторов. Поэтому при их моделировании принимают определенные допущения, чаще всего следующие [51]: магнитная проницаемость стали постоянна и не зависит от режимных параметров машины (т.е. не учитывается насыщение или оно учитывается упрощенно - средними насыщенными значениями индуктивно-стей), что позволяет применить принцип наложения при определении потоков и потокосцеплений при действии токов во всех обмотках машины; распределение полей самоиндукции обмоток статора и взаимоиндукции этих обмоток между собой и с обмотками ротора вдоль окружности статора является синусоидальным (т.е. высшие гармоники не учитываются); фазовые обмотки обладают симметрией; потери в стали и вихревые токи пренебрежимо малы. стержни демпферных обмоток и магнитопровод ротора симметричны относительно осей ротора d и q; все демпферные обмотки представлены двумя эквивалентными обмотками.
При указанных выше допущениях электромагнитные процессы в синхронном генераторе в системе координат Парка - Горева описываются шестью дифференциальными уравнениями (3 - для статора, 3 - для ротора) и тремя линейными алгебраическими уравнениями потокосцеплений. Необходимость нахождения обратных матриц при преобразованиях затрудняет практическое использование даже упрощенной модели синхронного генератора без использования современных ЭВМ и развитого программного обеспечения.
Сложность модели должна соответствовать решаемой задачи. Если необходимо исследовать влияние параметров сглаживающих дросселей и емкости фильтрующего конденсатора на динамику процесса перераспределения токов между агрегатами вне зависимости от параметров синхронного генератора, то надо воспользоваться упрощенной моделью генератора, например, в виде двухполюсника. Если же решается задача исследования устойчивости ЭТК при изменении его структуры или параметров нагрузки, то необходимо учитывать динамические характеристики приводных двигателей с системой стабилизации частоты вращения вала, генераторов с системой возбуждения и другие факторы. При вариации частоты вращения ротора необходим учет характеристик намагничивания генератора.
Технико-экономическая эффективность применения автономных СЭС с объединенным звеном постоянного тока
Из выражений (1.8) и (1.9) следует, что с увеличением диапазона изменения нагрузки СЭС реализация предлагаемого принципа построения ЭТК позволяет получить экономию топлива за счет работы электроагрегатов в режимах, близких к номинальному. Для проверки теоретических положений, изложенных в диссертации, был поставлен эксперимент на действующем оборудовании компрессорной станции Комсомольского ЛПУ предприятия ООО «Тюментраисгаз».
Основу опытно-экспериментальной автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока (рис.4.1) составляли 3 дизельных электростанции КАС-315 с номинальной мощностью 315 кВт. Удельный расход дизельного топлива при номинальной нагрузке равен 220 г/кВт-ч. Длительность пуска электростанции в работу (с приемом 100 % нагрузки) не превышает 5 с. Электростанции КАС-315 автоматизированы в объеме 3 степени автоматизации по ГОСТ 14228-80. В них предусмотрены: автоматическое и ручное управление, автоматический контроль рабочих параметров, автоматическое пополнение расходных материалов (топлива и масла), защиту, звуковую и световую сигнализацию с расшифровкой неисправности на щите автоматического управления.
Информация о величине напряжения на шинах постоянного тока и загрузке генераторов подавалась в систему управления ЭТК с помощью датчика напряжения ДН и датчиков тока ДТ1...ДТЗ. Последние выполнены на основе трансформаторов тока ТТ1...ТТЗ, установленных в цепях питания выпрямителей В1...ВЗ. Для реализации алгоритмов автоматического управления двигателями Д1...ДЗ электроагрегатов была произведена модернизация блоков управления двигателей БУД1.. .БУДЗ путем оснащения их устройствами сопряжения с системой управления ЭТК.
В качестве объекта электроснабжения была выбрана экспериментальная установка охлаждения газа, оснащенная преобразователями частоты для управления электродвигателями вентиляторов. Всего в состав установки входит 24 асинхронных электродвигателя ВАСО-16-14-24 с номинальной мощностью 37 кВт. Преобразователи частоты ПЧ1.1...ПЧ1.12 и ПЧ2.1...ПЧ2.12 типа ATV58 фирмы «Schneider Electric» построены по схеме диодный выпрямитель — сглаживающий фильтр - инвертор напряжения на IGBT модулях. 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. Фотографии оборудования, на котором проводились эксперименты, показаны на рис.4.2.
Для определения эффективности предложенной схемы автономной СЭС с объединенным звеном постоянного тока производились замеры расхода топлива с помощью соответствующих датчиков, которыми были оснащены двигатели Д1...ДЗ, а также записывались данные об электрических величинах с помощью счетчиков «Альфа Плюс» версии A2R-4-AL-00Т, установленных на выходе генераторов Г1...ГЗ. Запись мгновенных значений токов и напряжений производилась с помощью цифрового запоминающего осциллографа Fluke 196С, имеющего два изолированных входа с входным сопротивлением 1 МОм.
Через оптический порт интерфейса RS-232 результаты измерения сигналов и растровые изображения экранов передавались на персональный компьютер для последующей обработки с помощью программного обеспечения FlukeView для Windows. На компьютер записывались также данные из памяти информационных систем преобразователей с помощью диалоговых средств PowerSuite.
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 электродвигателей. Во второй серии опытов вначале запускался только один генератор, состояние остальных генераторов зависело от нагрузки СЭС и автоматически определялось системой управления ЭТК.
Сравнение результатов испытаний показывает, 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. Разница между значениями выработанной и потребленной электроэнергии в сериях опытов объясняется влиянием климатических факторов на аэродинамические характеристики вентиляторов и соответственно на потребляемую электродвигателями мощность.
Некоторые осциллограммы напряжений и токов, полученные при экспериментальном исследовании работы электрооборудования ЭТК, представлены на рис.4.3 и 4.4. При снятии этих осциллограмм на вход «А» осциллографа Fluke 196С через делитель 1:10 подавалось напряжение, а вход «В» был подключен к датчику тока, выполненному на основе трансформатора тока с калиброванным нагрузочным сопротивлением 0,2 Ом.
