Разработка модели электротехнического комплекса для аппаратов воздушного охлаждения газа газового промысла №1ооо «Газпром добыча Ямбург» с централизованной системой электроснабжения в программе MATLAB/SIMULINK

ЦЕЛЬ. Разработать модель в среде MATLAB/SIMULINK для системы мехатронных модулей движения (ММД) электротехнического комплекса (ЭТК), имеющего в своём составе аппараты воздушного охлаждения (АВО) газа с централизованной системой электроснабжения газового промысла (ГП) №1 ООО «Газпром добыча Ямбург». Произвести анализ энергетической эффективности ММД ЭТК АВО. Выполнить экспериментальное исследование модели ММД ЭТК АВО в динамических режимах для определения закономерности влияния одиночных (групповых) запусков на перегрузку источника электроснабжения. Разработать алгоритм включения для ММД ЭТК АВО при прямых пусках асинхронных двигателей (АД), обеспечивающий восстановление технологического режима в течение оптимального времени после исчезновения напряжения для централизованной системы электроснабжения.

МЕТОДЫ. Представленные в работе результаты получены с использованием методов теории электрических и магнитных цепей, теории электропривода и электрических машин, методов оптимизации систем электроснабжения, аналитических и численных методов прикладной математики, методов математического и компьютерного моделирования.

РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье описана актуальность темы, рассмотрены особенности построения и моделирования ЭТК ГП в среде MATLAB/SIMULINK с централизованной системой электроснабжения. Выполнен сравнительный анализ существующих методик и расчет параметров схем замещения ММД ЭТК ГП. Произведен ориентировочный расчет механических и инерционных характеристик для создания модели нагрузки (момента сопротивления) для АД. Создана модель ММД ЭТК АВО, максимально приближенная к реально существующей системе на основе каталожных (паспортных) данных отдельных элементов ЭТК. Выполнен анализ и разработаны предложения для повышения энергетической эффективности ММД ЭТК АВО и предложены алгоритмы, обеспечивающие оптимальный прямой запуск группы вентиляторов АВО в течение заданного времени после исчезновения напряжения без перегрузки источника электроснабжения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. На основе результатов компьютерного моделирования были выявлены особенности функционирования ММД ЭТК АВО, требующие дальнейшего изучения и разработки корректирующих мероприятий по повышению энергетической эффективности и надежности системы электроснабжения ГП. Комбинирование прямых запусков одиночных (групповых) вентиляторов АВО, полученное на данном этапе исследования модели ММД ЭТК АВО, позволит создать основу (алгоритм) для автоматизированной системы управления данным комплексом, что обеспечит восстановление технологического режима в течение оптимального времени после исчезновения напряжения без перегрузки централизованного источника электроснабжения. Расчёт параметров отдельных элементов модели ММД ЭТК АВО позволит использовать данные для создания других моделей ЭТК ГП, что позволит проводить углубленное исследование и совершенствование энергетической эффективности всей системы электроснабжения ГП.

1. Меньшов Б.Г. Суд И.И. Электрификация предприятий нефтяной и газовой промышленности. М.: Недра. 1984. 416 с.

2. Ziyodullo E. Holboiv F. Modernization of Control Systems of Electric Drives of Mine Lifting Machines. E3S Web of Conferences: 3rd International Innovative Mining Symposium, IIMS 2018: Electronic edition, Kemerovo, 3–5 октября 2018 г, Kemerovo: EDP Sciences, 2018.

3. Козярук А.Е. Энергоэффективные электротехнические комплексы горнодобывающих и транспортных машин // Записки Горного института. 2016. Т. 218. С. 261-269.

4. Abdulhy Al-Ali M.A., Kornilov V.Y., Gorodnov A.G. Optimal operation of electrical power generators for wells operated by artificial lifting at Rumaila field. // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2018. Т. 20. № 11-12. С. 127-132.

5. Шклярский Я.Э., Замятина Е.Н., Замятин Е.О. Оценка энергетической эффективности электротехнического комплекса // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 3. с. 339-347.

6. Городнов А.Г. Оценка энергоэффективности электротехнического комплекса нефтедобывающего предприятия с автономной системой электроснабжения // Инновационная наука в глобализующемся мире. 2020. № 1 (7). С. 30-31.

7. Савенко А.Е., Савенко П.С. Оптимизация использования автономного электротехнического комплекса на объектах нефтегазовой промышленности // Достижения, проблемы и перспективы развития нефтегазовой отрасли: материалы IV Международной научно-практической конференции; 16–18 октября 2019 г., Альметьевск: АГНИ, 2019. С. 429-432.

8. Xiaodong L., Omid G., Wilsun X. Downhole Tool Design for Conditional Monitoring of Electrical Submersible Motors in Oil Field Facilities // IEEE Transactions on Industry Applications. 2017. V. 53. N3. pp. 3164-3174.

9. Масков Л.Р., Корнилов В.Ю. Анализ структуры и энергетических параметров электротехнического комплекса газового промысла No1 ООО «Газпром добыча Ямбург» // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2021. Т. 23. № 6. С. 66-86. doi:10.30724/1998-9903-2021-23-6-66-86.

10. Шабанов В.А., Пашкин В.В., Ивашкин О. Н. Моделирование процесса пуска электропривода АВО газа в режиме противовключения // Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий: сборник научных трудов конференции. Уфа: УГНТУ, 2013. С. 127-133.

11. Аршакян И.И., Артюхов И.И., Степанов С.Ф. Компенсация реактивной мощности в системах электроснабжения аппаратов воздушного охлаждения газа // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2004. № 1(2). С. 92-100.

12. Qiong W., Saeed J., Francisco L. Parameter Estimation of Three-phase Transformer Models for Low-frequency Transient Studies from Terminal Measurements // IEEE Trans. Magnetics. 2017. V. 53. N7. pp. 1-8.

13. Wenxia S., Daixiao P., Ming Y., et al. Low-frequency model for single-phase transformers based on the three-component Preisach model considering deep saturation // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2018. V. 110. N2. pp. 107-117.

14. Новаш И.В., Румянцев Ю.В. Расчет параметров модели трехфазного трансформатора из библиотеки MATLAB-SIMULINK с учетом насыщения магнитопровода // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2015. № 1. С. 12-24.

15. SimPower Systems. User’s Guide Version 3. The MathWorks, Inc.; 2003. 620 p.

16. Wu B and Narimani M. High-Power converters and AC drives. Wiley-IEEE Press, 2nd ed. 2017.

17. Кузнецов Е.М., Зубов Д.Д., Кошман Р.В. Идентификация параметров схемы замещения асинхронного электродвигателя в программной среде Multysim // Актуальные вопросы энергетики: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием; 17 мая 2018 г., Омск: ОГТУ, 2018. С. 248-251.

18. Макаров В.Г., Цвенгер И.Г., Шаряпов А.М., и др. Анализ спектральных характеристик тока асинхронного электропривода // Вестник Технологического университета. 2018. Т. 21. № 7. С. 80-86.

19. Zhen G., Qing-wei Z. The Study on Mathematical Model and Simulation of Asynchronous Motor Considering Iron Loss // Journal of Physics: Conference Series. 2018. V. 1060.

20. Пиляев С.Н., Афоничев Д.Н. Обоснование параметров схемы замещения асинхронного электродвигателя // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2020. Т. 13. № 4 (67). С. 129-138.

21. Гридин В.М. Расчет характеристик асинхронных двигателей по каталожным данным // Электричество. 2018. № 9. С. 44-48.

22. Мясовский В. А. Исследование методов расчета параметров схемы замещения асинхронного двигателя по данным каталога производителя // Молодой ученый. 2020. № 20. (310). С. 127-133.

23. Фаттахов К. М., Фаттахов Р. К. Метод определения параметров схемы замещения асинхронной машины по паспортным и каталожным данным // Электропривод, электротехнологии и электрооборудование предприятий: сборник научных трудов конференции; 08–09 апреля 2011 г., Уфа: УГНТУ, 2011. С. 123-131.

24. Мощинский Ю.А., Беспалов В.Я., Кирякин А.А. Определение параметров схемы замещения асинхронных двигателей по каталожным данным // Электричество. 1998. №4. С. 38-42.

25. Влияние загрузки электродвигателей на коэффициенты полезного действия и мощности [Электронный ресурс] // Образовательный сайт Школа для электрика. URL: http://electricalschool.info/spravochnik/maschiny/1113-vlijanie-zagruzki-jelektrodvigatelejj.html. (дата обращения 21.01.2022).

26. Электропривод вентиляционной установки [Электронный ресурс] // Образовательный сайт. URL:https://works.doklad.ru/view/1aTyWgvjBKc/2.html (дата обращения 01.04.2022).

27. Лезнов Б.С. Энергосбережение и регулируемый электропривод в насосных и воздуходувных установках. М.: Энергоатомиздат. 2006. 360 с.

28. Голубев М.Л. Расчет токов короткого замыкания в электросетях 0,4-35 кВ. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1980. 88 с.