CC BY
57
УДК 62-83:621/.69
B.И. Воронков, нач. отд. электроснабжения, (831) 428-28-03, oes@ggc.nnov.ru (Россия, Н. Новгород, ОАО «Гипрогазцентр»),
C.Е. Степанов, инженер-проектировщик, (831) 428-28-03, oes@ggc.nnov.ru (Россия, Н. Новгород, ОАО «Гипрогазцентр»), В.Г. Титов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (831) 437-36-93, titov@nntu.nnov.ru (Россия, Н. Новгород, НГТУ),
О.В. Крюков, канд. техн. наук, доц., главный специалист ОТД и НТИ,
(831) 428-25-84, titov@nntu.nnov.ru
(Россия, Н. Новгород, ОАО "Гипрогазцентр")
ВЕКТОРНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЕМ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ГАЗОПЕРЕКАЧИВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ
Рассмотрены направления модернизации электроприводов газоперекачивающих агрегатов магистральных газопроводов на основе внедрения преобразовательной и микропроцессорной техники. Предложена система автоматического управления током возбуждения синхронного двигателя с идентификатором угла нагрузки, обеспечивающая демпфирование колебаний машины. Представлены результаты моделирования переходных процессов синхронного привода нагнетателя при различной нагрузке.
Ключевые слова: мощностной ряд, суммарная установленная мощность, моделирования переходных процессов синхронного привода.
В настоящее время в Российской Федерации значительно возросли объемы реконструкции и нового строительства на технологических объектах добычи, транспорта, подземного хранения и переработки газа с целью повышения производительности и обеспечения надежности функционирования Единой системы газоснабжения (ЕСГ). Реализация вышеуказанных объемов напрямую связана с выполнением реконструкций и новым строительством систем электроснабжения объектов транспорта газа.
Учитывая настоящие и планируемые объемы строительства новых объектов ЕСГ магистрального трубопроводного транспорта ОАО «Газпром» РФ вопрос эффективного и надежного электроснабжения потребителей магистральных газопроводов (МГ) является наиболее важным и актуальным для газовой промышленности России. При построении схемы электроснабжения магистральных газопроводов следует учитывать следующие их особенности [1]:
значительную протяженность магистральных газопроводов, рассредоточенность потребителей по трассе магистрального газопровода, удаленность от существующих внешних источников электроснабжения.
Для компрессорных станций (КС) с электроприводными газоперекачивающими агрегатами (ЭГПА) основными потребителями электроэнергии являются приводные синхронные двигатели (СД), имеющие мощност-ной ряд 4-25 МВт. При этом суммарная установленная мощность
синхронных электроприводов компрессоров составляет 6000 МВт или 14 % от общей установленной мощности парка нагнетателей КС. Поэтому от эксплуатационных и энергетических показателей работы СД в установившихся и переходных режимах зависят показатели энергоэффективности КС и надёжности работы всей системы магистрального транспорта газа.
Повышение эффективности синхронного электропривода ЭГПА достигается решением следующих задач [2]:
- увеличением перегрузочной способности и повышением устойчивости СД при набросе нагрузки или снижении напряжения в сети;
- демпфированием колебаний ротора в переходных процессах при возмущениях детерминированного и стохастического характера;
- электромагнитной совместимости при работе в ЭГПА с обеспечением минимальных потерь в двигателе и питающей сети;
- уменьшением колебаний активной, реактивной мощности и напряжения в питающей сети.
Комплексное оптимальное решение указанных задач возможно только в структурах векторного управлением СД на основе внедрения преобразовательной и микропроцессорной техники (рис. 1) с новыми законами автоматического регулирования возбуждения (АРВ) в соответствии с характером нагрузки и стохастических возмущений [3,4].
Рис. 1. Векторное управление частотно-регулируемым электроприводов ЭГПА
При системной работе синхронных двигателей в структуре ЭГПА с постоянной или медленно изменяющейся нагрузкой задание на ток возбуждения формируется в соответствии с векторной диаграммой статического режима привода в зависимости от нагрузки на валу двигателя и напряжения питающей сети, а также оптимальных значений газоподачи и выходного давления. При этом регулятор возбуждения АРВ может настраивается на поддержание постоянства реактивной мощности или коэффициента мощности СД. Однако такой регулятор не позволяет обеспечить устойчивую работу двигателя при быстро меняющихся нагрузках, которые вызывают значительные качания ротора СД.
Для повышения динамической устойчивости и эффективного гашения качаний ротора синхронного электропривода, наиболее совершенной признана система АРВ, которая работает в функции угла нагрузки 8 СД и его производной. Информация о мгновенном значении угла нагрузки позволяет прогнозировать момент выпадения СД из синхронизма и своевременно форсировать возбуждение, тем самым, предотвращая асинхронный ход двигателя. Демпфирование колебаний ротора осуществляется посредством форсировок возбуждения в соответствии со значением скорости изменения угла 8.
Непосредственное измерение угла нагрузки 8 с использованием магнитоэлектрических или вращающихся датчиков положения ротора требует вмешательства в конструкцию двигателя, что повышает стоимость электропривода и снижает его эксплуатационную надежность. Наиболее приемлемым вариантом решения данной проблемы является использование методов косвенного определения угла 8 с помощью идентификатора, с малой динамической погрешностью вычисляющего угол нагрузки без использования датчиков внутри и на валу двигателя. Такой идентификатор должен быть нечувствителен к разбросу параметров электромагнитной цепи СД и надежен в эксплуатации.
Структурная схема системы регулирования с идентификатором угла нагрузки представлена на рис. 2, где ИМ - исполнительный механизм (турбокомпрессор ЭГПА), В - тиристорный выпрямитель, Т - трансформатор, ДНС - датчик напряжения статора, ДТС - датчик тока статора, ДТР -датчик тока ротора, ФИУ - формирователь импульсов управления тиристорами выпрямителя, ВАРМ - вычисление активной и реактивной мощностей СД, РТВ - регулятор тока возбуждения, РРТ - регулятор реактивного тока, РН - регулятор напряжения, БДК - блок демпфирования колебаний ротора, ИУН - идентификатор угла нагрузки СД.
и*
Рис. 2. Структурная схема системы АРВ СД с идентификатором угла нагрузки
Регулятор тока возбуждения компенсирует постоянную времени обмотки возбуждения и обеспечивает требуемое быстродействие в контуре регулирования тока возбуждения. Регулятор реактивного тока (реактивной мощности) необходим для обеспечения экономичного режима работы двигателя. В тех случаях, когда узел нагрузки не испытывает дефицита реактивной мощности, оптимальным является режим работы СД с соб ф близким к 1.0, не связанный с потреблением реактивной мощности из сети и обеспечивающий минимум электрических потерь и благоприятный тепловой режим двигателя.
Регулятор напряжения обеспечивает стабилизацию напряжения в узле нагрузки путем изменения величины реактивной мощности, потребляемой или генерируемой двигателем в сеть. Блок демпфирования колебаний ротора СД предназначен для ограничения амплитуды колебаний ротора, снижения колебаний активной и реактивной мощности СД. Тем самым повышается устойчивость и надежность работы двигателя при ударном приложении нагрузки.
Регулирование тока возбуждения в целях демпфирования качаний ротора осуществляется по углу нагрузки 8 и его производной, которые являются параметрами, непосредственно определяющими устойчивость двигателя. Угол 8 и его производная вычисляются идентификатором угла нагрузки, структурная схема которого приведена на рис. 3.
Для косвенного измерения угла нагрузки используются сигналы датчика тока возбуждения ДТР, датчика напряжения возбуждения ДНР, датчика тока ДТС и напряжения ДНС статора (рис. 2). Для проверки работоспособности идентификатора угла нагрузки была разработана соответствующая модель СД с идентификатором угла нагрузки и его производной. В результате моделирования работы идентификатора при сбросе и набросе
нагрузки СД были получены временные зависимости угла нагрузки 8 и скольжения ротора (производной угла нагрузки).
Yf
ДНР
Интегратор Uf
ДТР
3 / дне
Дифферен- Выч. p / 2 Us
BAPM
циатор 8 блок Q
Д1С
it у 2 L
Сеть
г- J им
Рис. 3. Структурная схема идентификатора угла нагрузки СД
Результаты компьютерного моделирования функционирования идентификатора свидетельствуют о высокой точности косвенного измерения угла нагрузки по токам и напряжениям в статорных контурах СД и в его обмотке возбуждения без использования датчиков внутри и на валу двигателя.
Список литературы
1. Воронков В.И., Рубцова И.Е., Крюков О.В. Электроснабжение и электрооборудование линейных потребителей магистральных газопроводов // Газовая промышленность. 2010. №3. С.32-36.
2. Захаров П.А., Киянов Н.В., Крюков О.В. Системы электрооборудования и автоматизации для эффективного транспорта газа // Автоматизация в промышленности. 2008. №6. С.6-10.
3. Крюков О.В. Интеллектуальные электроприводы с 1Т-алгорит-мами // Автоматизация в промышленности. 2008. №6. С.36-39.
4. Титов В.Г., Крюков О.В., Степанов С.Е. Инновационные алгоритмы регулирования возбуждения синхронных двигателей // Материалы XIII МНТК «Информационные системы и технологии» (ИСТ-10). Н.Новгород, 2010.
V. Voronkov, S. Stepanov, V. Titov, O. Kryukov
Vector management of excitation of synchronous engines gas-pumping units
Directions of modernization of electric drives of the gas compressor units on the basis of introduction of converting and microprocessor technics are considered. The system of automatic control by a current of excitation of the synchronous engine with the identifier of a corner of the loading, providing smoothing fluctuations is offered. Results of modeling of transients of a synchronous drive of a supercharger are presented at various loading.
Keywords: a number ofpower, the total established power, modeling of transients of a synchronous drive.
Получено 06.07.10
