CC BY
51
4. Дадабаев Ш.Т. Перспективы внедрения регулируемых электроприводов в насосных агрегатах большой мощности // Энергетик.2015. №7.С. 31-33.
5. Дадабаев Ш.Т., Ларионов В.Н. Исследования применения энергоэффективных способов управления в электроприводах с вентиляторной нагрузкой //Вестн. ТТУ.2014.№4.С. 56-59.
Дадабаев Шахбоз Толибджонович, асп., shahhozdadohoevamail.ru, Россия, Чебоксары, ЧГУ имени Ульянова И.Н.
DEVELOPMENT OF A MATHEMATICAL MODEL FOR THE CONTROL SYSTEM OF PUMPING UNITS OF THE FIRST-STAGE IRRIGATION PLANT
Sh. T. Dadahaev
To study the modes of operation of the pumping station, mathematical models are required, which must take into account all parts and parameters of the station. For the mathematical description of the technological processes of the irrigation plant, it is necessary to create a structural diagram of the object, which in turn requires the derivation of equations of the mathematical model. As a result of the study, a basic structural diagram of the pumping station was compiled, and a mathematical model for controlling the pump capacity was developed hy switching off/ on the units of the irrigation plant.
Key words: pumping station, mathematical model, structural diagram, tank area, pumping unit.
Dadahaev Shakhhoz Tolihjonovich, postgraduate, shahhozdadohoevamail. ru, Russia, Chehoksary, ChGU hy name of Ulyanov I.N.
УДК 621.398; 621.316
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ УСТРОЙСТВА КОМПЕНСАЦИИ
РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ
Д.В. Ишутинов, Е.Н. Малышев, Н.С. Сластихин, В.И. Лалетин
Рассмотрена имитационная модель устройства компенсации реактивной мощности на базе конденсаторных батарей, подключаемых параллельно индуктивной нагрузке, учитывающая работу датчика реактивной мощности и системы управления. В основу модели положена разработанная авторами методика выбора структуры и основных элементов схемы. Показано, что использование модели позволяет уточнить и детализировать как технические, так и экономические показатели системы электроснабжения.
Ключевые слова: конденсаторная батарея, имитационная модель, компенсация реактивной мощности, датчик реактивной мощности.
Одним из негативных факторов, ухудшающих качество электрической энергии [1] и снижающих энергоэффективность потребителей электрической энергии [2], является циркуляция реактивной мощности (РМ) в электрических распределительных сетях промышленных предприятий.
536
Основными потребителями, для работы которых необходима РМ, являются: линии электропередач, силовые трансформаторыи асинхронные двигатели. Компенсация РМ может быть выполнена различными способами. Достаточно простым и эффективным из них является статическая компенсация РМ с помощью устройств компенсации реактивной мощности (УКРМ), подключающих косинусные конденсаторы параллельно потребителям.
Известные методики синтеза УКРМ [3] позволяют осуществить вы-бормощности, оптимального количества ступеней конденсаторной батареи (КБ) и алгоритма работы, опираясь на статистические оценки (математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение) графиков реактивной мощности, коэффициент загрузки и средневзвешенное значения еоБф для исследуемой силовой трансформаторной подстанции.
Однако графики электрических нагрузокпредприятий представляют случайные процессы, поэтому выбор параметров КБ и алгоритма работы УКРМ требует проверки. С этой целью авторами разработана математическая модель системы электроснабжения предприятия с УКРМ, учитывающая реальную форму графика РМ.
При построении модели учтено, что режимы работы систем электроснабжения предприятий описываются вероятностными характеристиками, параметры отдельных элементов могут описываться нелинейными зависимостями. Кроме того, учет переменных параметров и сложных взаимных связей между отдельными элементами систем электроснабжения часто оказывается затруднительным. В силу указанных обстоятельств системы дифференциальных уравнений имеют высокий порядок, являются нелинейными, а точность определения некоторых параметров элементов, как правило, невысока. Наличие сложных взаимных связей может привести к тому, что математическое описание системы электроснабжения оказывается вырожденным или (и) неразрешимы относительно необходимых для анализа переменных. Поэтому далее рассмотрена имитационная модель, в которой воспроизводится процесс функционирования технической системы во времени. Здесь имитируется работа реальных технических устройств и отдельных элементов, составляющихдинамическую систему, с сохранением наиболее значимых особенностей их функционирования и последовательности протекания процессовв этих элементах и всей исследуемой системе во времени.
Исходной информацией для разработки модели являются параметры и технические характеристики элементов (в том числе УКРМ), а также результаты экспериментальных исследований системы электроснабжения предприятий. К ним относятся параметры источника электрической энергии, активное сопротивление линии электропередачи, технические характеристики понижающего трансформатора и т.д., а также графики электрических нагрузок, полученные при мониторинге потребителей.
Модель системы автоматического регулирования разработана в соответствии с функциональной схемой УКРМ [4], в состав которой входят датчик реактивной мощности, управляемый генератор импульсов, компаратор, логический блок, интегральный распределитель, блок ручного управления, блок усилителей и выходных реле.
Для того чтобы разработать простую, но достаточно эффективную и функциональную модель, позволяющую оценить, в первую очередь, правильность работы системы автоматического управления УКРМ, а также исследовать статические режимы компенсации реактивной мощности, циркулирующей в системе электроснабжения, приняты следующие допущения:
1. Режимы энергопотребления отдельных потребителей электроэнергии в системе электроснабжения предприятия учитываются в модели с помощью групповых графиков активной и реактивной нагрузки.
2. В модели принят масштаб времени1:360. Таким образом, рабочий цикл, составляющий 24 ч реального времени, в модели равен 240 с.
3. Из модели системы управления УКРМ исключен блок усилителей и выходных реле.
4. Конденсаторная батарея условно представлена усилителями с коэффициентом усиления численно равным реактивной мощности соответствующей ступени КБ.
5. Влияние на режимы работы системы электроснабжения относительно быстрых - по отношению к рабочему циклу - динамических электромагнитных процессов(заряд и разряд конденсаторов), возникающих при коммутации КБ,не учитывается.
В качестве инструмента применен пакет для инженерных и математических расчетов МаШЬаЬс интегрированным средством визуального имитационного моделирования динамических систем 81шиНпк.
Структурная схема статической имитационной модели системы электроснабжения с УКРМпредставленана рис. 1.
Модель включает в свой состав следующие элементы:
1. Виртуальную модель УКРМ, разработанную в соответствии с функциональной схемой [4].
2. Виртуальную модель конденсаторной батареи.
3. Блок вычисления коэффициентов еоБф и tgф.
4.Виртуальную статическую модель потребителей электроэнер-гии,позволяющую проводить исследования с помощью реальных графиков активной и реактивной мощностиснятых на предприятиях.
Исследование описанной выше модели позволило проверить режимы работы УКРМ системы электроснабжения ООО «Вятский фанерный комбинат». В качестве исходных данных использованы графики активной и реактивной мощности, снятые на втором трансформаторе трансформаторной подстанции №1 в марте 2017 года.Шаг значений по
времени для графиков нагрузок, вводимых в модель, составляет 1 с (5 мин реального времени). Система управления УКРМ работает по алгоритму 1:2:2[5]. Конденсаторная батарея УКРМ содержит три ступени: первая с реактивной мощностью 40 кВАр, вторая и третья с реактивной мощностью 80 кВАр. Результаты моделирования системы электроснабжения с автоматическим УКРМ представлены на рис. 2 - 4.
Рис. 1. Структурная схема модели системы электроснабжения
с УКРМ в ЗтиИнк
На рис. 2 показаны графики реактивной мощности, циркулирующей в системе электроснабжения и генерируемой конденсаторной установкой (Окб).
Рис. 2. Графики реактивной мощности
Анализ графиков коэффициентов соБф (рис. 3) и tgф (рис. 4) показывает, что значения показателей энергоэффективности лежат в допустимых пределах: соБф> 0,94, tgф< 0,34 [6].
539
О 50 100 150 200 250
Рис.3. График показателя энергоэффективности cosy
Рис. 4. График показателя энергоэффективности tgф
Ниже показаны диаграммы работы датчика реактивной мощности: информация о модуле (рис. 5) и знаке (рис.6) измеряемой мощности.
4Q-Qkb|,kBAP
Рис.5. Показания датчика реактивной энергии о модуле измеряемой мощности
Рис. 6. Выходной сигнал датчика реактивной о знаке мощности
Представленные результаты имитационного моделирования режимов работы системы электроснабжения и функционирования основных элементов системы автоматического управления УКРМ доказывают эффективность применения компенсационной установки и обеспечение ею требуемых нормативными документами [1,2,6] параметров энергопотребления. Кроме того,применениеописанной в статье модели системы автоматического управления УКРМ в дальнейшем позволит уточнить и детализироватькак технические, так и экономические показателисистемы электроснабжения с УКРМ.
Список литературы
1. Национальный стандарт РФ ГОСТР 54149-2010 "Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения". М.: Стандартинформ, 2012.
2. Федеральный закон от 23.11.2009г. №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».
3. Выбор элементов и алгоритмов работы устройств повышения качества энергопотребления / Д.В. Ишутинов, С. И. Охапкин, Н.И. Присмот-ров, М.А. Мищихин // Тр^ШМеждунар. ^^Всерос.) конф. по автомати-зир. электроприводу АЭП-2014 : в 2 т. Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2014.
4. Ишутинов Д.В.,ОхапкинС.И., Присмотров Н.И. Энергосбережение и средства его реализации на предприятиях лесного комплекса // Тр^ПМеждунар. (XVПВсерос.) конф. по автоматизир.Электроприводу /Иванов.гос.энергет. ун-т имени В.И. Ленина. Иваново, 2012. 708 с.
541
5. Выбор параметров конденсаторной батареи устройства компенсации реактивной мощности / Д.В. Ишутинов, Е.Н. Малышев, В.С. Хорошавин, М.А. Мищихин // Тр. IX Междунар. (XX Всерос.) науч.-техн. конф. по автоматизир. электроприводу АЭП-2016. С. 42 - 43.
6.Приказ Минпромэнерго РФ от 22 февраля 2007 г. №49 «Порядок расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (группэнергоприни-мающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии».
Ишутинов Дмитрий Владимирович, ст. преподаватель, ishutinov@vyatsu.ru, Россия, Киров, Вятский государственный университет,
Малышев Евгений Николаевич,канд.техн.наук, доц.,malyshev@vyatsu.ru, Россия, Киров, Вятский государственный университет,
Сластихин Николай Сергеевич, ст. преподаватель, favt_slastihinv@vyatsu.ru, Россия, Киров, Вятский государственный университет,
Лалетин Вениамин Иванович, канд.техн.наук, доц., laletin@vyatsu. ru Россия, Киров, Вятский государственный университет
IMITATION MODEL OF THE DEVICE FOR COMPENSATION OF REACTIVE POWER D.V. Ishutinov, E.N. Malyshev, N.S. Slastihinv, V.I. Laletin
The simulation model of the reactive power compensation device based on capacitor batteries connected in parallel to the inductive load is considered, taking into account the work of the reactive power sensor and the control system. The model is based on the method of selecting the structure and the main elements of the scheme developed by the authors. It is shown that the use of the model makes it possible to specify and detail both technical and economic indicators of the power supply system.
Key words: capacitor bank, simulation model, reactive power compensation, reactive power sensor.
Ishutinov Dmitriy Vladimirovich, senior lecturer, ishii/inov a vya/sii.ru, Russia, Kirov, Vyatka State University,
Malyshev Evgeny Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, malyshe va, vyatsu. ru, Russia, Kirov, Vyatka State University,
Slastihinv Nikolay Sergeevich, senior lecturer, slastihinv@,vyatsu.ru,Russia, Kirov, Vyatka State University,
Laletin Veniamin Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, lale-tin@vyatsu.ru, Russia, Kirov, Vyatka State University
