Моделювання усталених режимів електромережі із синхронним електроприводом гідравлічного навантаження

Abstract

Помпові станції, які забезпечують переміщення рідини трубопровідним транспортом, є істотними споживачами електричної енергії. Перевитрати електроенергії внаслідок неоптимальних режимів роботи окремих потужних агрегатів чи неоптимальної кількості менш потужних агрегатів, які одночасно працюють, доволі значні й можуть суттєво впливати на загальне енергоспоживання. Перевитрати електроенергії на помпових станціях призводять також до відчутних її перевитрат в елементах електричних мереж. Режими роботи потужних помпових станцій характеризуються повільною зміною координат у часі. У багатьох випадках це дає змогу обґрунтовано розглядати такі режими як сукупність квазістаціонарних станів, що змінюють один одного, без урахування впливу перехідних процесів. Проведений аналіз характеру типових режимів помпувальних агрегатів потужних помпових станцій та їхніх систем електропостачання обґрунтовує доцільність виокремлення досліджень усталених режимів. Переважна кількість наукових праць із моделювання й аналізу режимів роботи потужних помпових станцій стосується асинхронних електроприводних помпових агрегатів. Упровадження перспективного регульованого синхронного електроприводу на помпових станціях потребує створення відповідних засобів досліджень. Проводити натурні експерименти на діючих помпових станціях дорого, а доволі часто й недопустимо, оскільки під час експериментів необхідно порушувати їх безперервне функціонування. Тому моделювання процесів, які відбуваються на таких об’єктах, – здебільшого єдино можливий засіб їх безпечного дослідження, а також прогнозування безаварійних енергоощадних режимів і заходів. Показано, що синтез енергоефективних систем керування усталеними режимами таких об’єктів з метою підвищення їхньої енергоефективності зазвичай неможливий без комп’ютерного моделювання силової частини. Запропоновано математичну модель усталених режимів електромережі з частотно керованим синхронним електроприводом відцентрової помпи. Із використанням створеної моделі виконано низку тестових розрахунків усталених режимів. Наведено отримані графічні залежності основних координат від відносної витрати робочої рідини на вході трубопроводу.

Pumping stations that provide fluid transportation by pipeline are significant consumers of electricity. Energy overruns due to sub-optimal modes of operation of individual high-power units or sub-optimal number of simultaneously operating less powerful units are quite significant and can have a significant impact on overall energy consumption. Energy overruns at pumping stations also lead to significant overruns in electricity grid elements. The modes of operation of powerful pumping stations are characterized by a slow change of coordinates over time. In many cases, this makes it possible to reasonably consider such modes as the set of quasi-stationary states that change each other without taking into account the influence of transients. The analysis of the nature of typical modes of pumping units of high-power pumping stations and their power supply systems substantiates the feasibility of isolating the studies of the steady state modes. The overwhelming amount of scientific work devoted to the modeling and analysis of modes of operation of high-power pumping stations concerns asynchronous electric drive pump units. The implementation of prospective controlled synchronous electric drive at pumping stations requires the creation of appropriate research tools. Conducting full-scale experiments at operating pumping stations is costly, and quite often unacceptable, due to the need to disrupt their continuous functioning during experiments. Therefore, modeling the processes occurring in such objects is in most cases the only possible means of safely investigating them, as well as predicting energy-saving modes and measures. It is shown that the synthesis of energy-efficient steady-state control systems for such objects to improve their energy efficiency is usually not possible without computer simulation of the power unit. A mathematical model of steady state modes of power supply with frequency controlled synchronous electric drive of a centrifugal pump is offered. Using the created model, a number of test calculations of the established modes were performed. The graphical dependences of the basic coordinates on the relative flow rate of the working fluid at the inlet of the pipeline are presented.