Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электротехнические комплексы и системы

Диссертационная работа:

Егоров Андрей Валентинович. Устойчивость промышленных электротехнических систем при возмущениях в системах электроснабжения : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.09.03 : Москва, 2004 300 c. РГБ ОД, 71:05-5/270

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4.

1. Модели и алгоритмы расчета электромеханических переходных
процессов
14.

1.1. Модели и алгоритмы для расчета электромеханических
переходных процессов в асинхронных электроприводах.

Исходные допущения и предположения 15.

  1. Алгоритмы расчета переходных процессов в электротехнических системах. Программное обеспечение. Демонстрационный пример 24.

  2. Моделирование электромеханических переходных процессов в синхронных электроприводах и ЭТС, содержащих автономные генераторы, при возмущениях ограниченной интенсивности 36.

  3. Моделирование электромеханических переходных процессов в ЭТС произвольного состава при неограниченных по

интенсивности возмущениях 45.

1.5. Основные итоги разработки моделей и алгоритмов расчета
электромеханических переходных процессов в
электротехнических системах 52.

2. Устойчивость асинхронных многомашинных систем 54.

2.1. Статическая и динамическая устойчивость. Понятия и

определения 54.

  1. Характеристики режимов. Устойчивые промежуточные режимы 64.

  2. Влияние основных параметров питающей энергосистемы на устойчивость ЭТС 72.

  3. Энергетические характеристики устойчивости 81.

  4. Влияние дополнительных параметров питающей энергосистемы

на устойчивость ЭТС 87.

  1. Качественное обоснование основных закономерностей устойчивости асинхронных систем 96.

  2. Об устойчивости асинхронных систем при внутренних возмущениях ПО.

  3. Основные результаты исследований устойчивости асинхронных электротехнических систем 112.

3. Устойчивость электротехнических систем к внешним

возмущениям при наличии синхронных машин 114.

114.

117.

  1. Критерии сохранения устойчивости электротехнических систем с синхронными машинами

  2. Границы статической и динамической устойчивости электротехнических систем при наличии синхронных электроприводов

  3. Исследование влияния параметров питающей энергосистемы на устойчивость ЭТС смешанного состава 123.

  4. Сравнение устойчивости асинхронных электротехнических

систем и систем смешанного состава Ї 31.

3.5. Основные выводы и результаты 137.

4. Мероприятия по использованию существующего уровня и по
повышению устойчивости электротехнических систем
139.

  1. Общие соображения 139.

  2. Методическое обеспечение расчетов устойчивости 142.

  3. Мероприятия по повышению устойчивости электротехнических

систем 154.

4.4. Использование защиты минимального напряжения в качестве

защиты от потери устойчивости 160.

4.5 Возможности адаптации защиты от потери устойчивости 169.

4.6. Возможности использования трансформаторов двойного

питания для организации шин гарантированного питания 178,

4.7. Основные итоги анализа методов использования
существующего запаса устойчивости электротехнических

систем и повышения уровня их устойчивости 190.

5. Повышение устойчивости электротехнической системы
Астраханского газоперерабатывающего завода
192.

  1. Краткое описание объекта и общая характеристика проблем устойчивости электротехнической системы Астраханского ГПЗ 192.

  2. Работы, по повышению устойчивости первой очереди завода 198.

  3. Проблемы устойчивости для второй очереди завода 209.

  4. Общие итоги работ и их эффективность 219.

6. Вопросы устойчивости при объединении генерирующих
мощностей Центрального технологического комплекса 2
месторождения «Белый тигр» СП «Вьетсовпетро»
223.

  1. Описание объекта 223.

  2. Анализ существующего состояния и возможностей объединения генерирующих мощностей 225.

  3. Предварительный выбор варианта объединения генерирующих мощностей 230.

  4. Параметры режима и надежность объединенной системы электроснабжения 234.

  5. Короткие замыкания и устойчивость объединенной системы электроснабжения 245.

  6. Общая оценка вариантов объединения генерирующих

мощностей. Экономическая эффективность 253.

Заключение 259.

Литература 263.

Приложения 277.

Введение к работе:

Актуальность темы. В настоящее время эксплуатируется значительное число крупных промышленных предприятий с непрерывным технологическим процессом. Велика доля таких производств в нефтяной и газовой промышленности, представляющей на сегодняшний день существенную часть экономического потенциала страны, Особенности развития нефтегазового комплекса привели к тому, что большая часть крупных производств расположена в регионах достаточно удаленных от центральных областей. Одним из следствий такого удаления является и относительно слабая развитость электроэнергетических систем, приводящая в ряде случаев к целесообразности применения автономных источников электроснабжения. Одна из характерных особенностей технологических процессов нефтегазовой промышленности в целом — это непрерывность и напряженность технологических процессов, В еще большей степени это относится к технологическим процессам нефтеперерабатывающих и газоперерабатывающих заводов. При этом установленная мощность таких предприятий весьма значительна и может достигать нескольких сотен МВт [1].

При недостаточной развитости системы внешнего электроснабжения достаточно часто происходят определенного рода возмущения, связанные с возникновением и ликвидации различных аварийных ситуаций. У потребителя электрической энергии подобные возмущения проявляются в виде провалов напряжения с определенными характеристиками. В большинстве случаев подобные возмущения существуют весьма малое время — порядка долей секунды и ликвидируются достаточно успешно. Тем не менее, опыт эксплуатации крупных промышленных комплексов нефтяной и газовой промышленности показывает, что и такие кратковременные возмущения весьма часто приводят к аварийным остановкам технологических процессов [2]. Сам по себе факт аварийной остановки приводит, разумеется, к определенным экономическим убыткам. Еще большие финансовые потери возникают па стадии ликвидации аварийных простоев: часто на восстановление нормального режима

технологического процесса тратится время несопоставимое с временем самого аварийного возмущения. Так для крупных газоперерабатывающих предприятий время восстановления режима оценивается величиной от десятка часов до суток. Проблема осложняется еще и высокой пожарной и взрывоопасностью исходного сырья, промежуточных и конечных продуктов. В целом ряде случаев определенная часть продукции обладает высокой токсичностью. Снижение числа аварийных остановок производства позволит улучшить экономические показатели работы отрасли и существенно облегчить экологическую ситуацию в районах размещения подобных производств. Во многом решение этой задачи связано с повышением устойчивости электротехнических систем предприятий к внешним и внутренним возмущениям. Проблема обеспечения требуемого уровня устойчивости возникала на таких крупных предприятиях, как Лстраханский и Оренбургский газоперерабатывающие заводы, Нижневартовское нефтедобывающее предприятие, Сургутский завод по стабилизации конденсата и на ряде других объектов. Таким образом, представляется, что предлагаемая тема работы является достаточно актуальной. Подтверждением актуальности может проблемы служить ряд государственных и отраслевых постановлений, решений, а также заданий, научно-технических программ предприятий нефтяной и газовой промышленности [3, 4].

Состояние и изученность проблемы. Проблема устойчивости узлов электродвигательной нагрузки разрабатывалась многими исследователями [5 — 8]. Так, достаточно давно было установлено существование такого явления, как лавина напряжения, возникающая при постепенном снижении напряжения в узле. Также с проблематикой устойчивости достаточно плотно связаны проблемы исследования условий самозапуска крупных электрических двигателей [9]. На этой стадии были разработаны математические модели вполне удовлетворительно и достаточно просто описывающие поведение электрических машин в послеаварийных режимах [10 - 18]. Дальнейшее развитие данное направление получило с появлением достаточно мощных средств вычислительной техники. Был разработан ряд специализированных программных продуктов, различающихся как степенью полноты используемых

математических моделей электрических машин, так и алгоритмами расчета собственно электрического состояния электротехнической системы. Особую роль в развитии программного обеспечения сыграл комплекс работ, проведенных кафедрой Электроснабжения промышленных предприятий Московского энергетического института (технического университета) [19, 20]. Таким образом, к настоящему моменту практически нет проблемы рассчитать поведение сколь угодно сложной электротехнической системы с любой степенью подробности при внешних и внутренних возмущениях. Тем не менее, проблема информационного обеспечения подобных расчетов остается. В частности, получаемые результаты и их достоверность в значительной степени зависят от полноты и достоверности исходной информации. Данный факт делает отнюдь не безусловной целесообразность применения полных электромагнитных моделей электрических машин в подавляющем большинстве подобных задач.

Существует и другой аспект развития и текущего состояния рассматриваемой проблематики. Как отмечалось выше, проблема устойчивости электротехнических систем существует для весьма ограниченного числа промышленных предприятий, в том числе, крупных. С очевидностью эти проблемы возникают только в тех случаях, когда потеря устойчивости электротехнической системы приводит к развалу технологического процесса. Если при этом сам технологический процесс достаточно инерционен, или его нормальный режим может быть достаточно легко и быстро восстановлен, то потеря устойчивости не рассматривается, как достаточно существенный технический и экономический фактор. Такая ситуация привела к тому, что в большинстве случаев исследователями решались более или менее частные задачи и происходило определенное накопление эмпирического материала. Объем существующей информации по рассматриваемой проблематике весьма значителен. При этом обобщения накопленного материала с точки зрения поиска общих закономерностей практически не происходило.

Развитие исследований в области поиска общих закономерностей, описывающих устойчивость многомашинных электротехнических систем

применительно к нефтяной и газовой промышленности, связано с научной школой, основанной профессором Б.Г. Меньшовым в Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина [21, 22]. К данной школе отеюсит себя и автор представляемой работы. В рамках работ этой школы был получен ряд результатов и выводов, на которых во многом строится представляемая работа. Так, в частности, было предложено общее описание границы устойчивости при симметричных и несимметричных внешних возмущениях, разработано математическое и программное обеспечение расчетов электромеханических переходных процессов. Были выполнены первые работы по исследованию устойчивости Астраханского газоперерабатывающего завода и ряда других объектов газовой промышленности, предложены средства и методы повышения уровня устойчивости. Обобщению и теоретическому осмыслению результатов, полученных на начальном этапе исследований, посвящена докторская диссертация профессора М.С. Ершова [23], защищенная в 1995 году. С тех пор получены принципиально новые научные результаты, апробированные и опубликованные в целом ряде научных работ, положенные в основу инженерных методик и практических рекомендаций. Отдельные вопросы устойчивости промышленных электротехнических систем решены и исследуются в работах ряда аспирантов и соискателей [24, 25]. Тем не менее, представляется, что накопленный объем знаний позволяет сделать новые обобщения, невозможные в рамках отдельных публикаций. Решению этой задачи и посвящена представляемая работа.

Идея работы. Основная идея предлагаемой работы может быть кратко сформулирована в виде следующих положений:

  1. Устойчивость электротехнических систем с преобладающей электродвигательной нагрузкой к внешним возмущениям определяется в основном характером протекания электромеханических переходных процессов.

  2. Основные закономерности, качественно и количественно описывающие устойчивость электротехнических систем, могут быть получены в результате

математического и компьютерного моделирования электромеханических

переходных процессов. 3. Знание основных закономерностей, описывающих устойчивость

электротехнических систем, позволяет принимать обоснованные решения по

максимально полному использованию существующего запаса устойчивости и

по повышению устойчивости.

Цель работы заключается в создании методов и развитии средств расчета электромеханических переходных процессов в электротехнических системах промышленных предприятий; установлении общих качественных и количественных закономерностей описывающих устойчивость таких систем при внешних возмущениях; поиске общих закономерностей поведения электротехнических систем при внутренних возмущениях; разработке и анализе методов повышения устойчивости электротехнических систем.

Реализация сформулированных целей требует решения следующих основных задач исследования;

  1. Разработка математического, алгоритмического, программного, методического и информационного обеспечения расчетов электромеханических переходных процессов в электротехнических системах промышленных предприятий.

  2. Выполнение вычислительных экспериментов с целью моделирования поведения электротехнической системы при различного рода возмущениях и анализ результатов этих экспериментов.

  3. Установление основных уравнений, описывающих устойчивость электротехнической системы при внешних возмущениях различной степени сложности.

  4. Исследование влияния различных параметров электротехнической системы на показатели, характеризующие ее устойчивость.

  5. Исследование физического смысла эмпирически полученных закономерностей.

6. Разработка, практическая реализация и анализ эффективности мероприятий по повышению устойчивости электротехнических систем ряда предприятий нефтяной и газовой промышленности.

Объекты исследования. Объектами исследования в представляемой работе явились электротехнические системы ряда крупных предприятий нефтяной и газовой промышленности. Данные электротехнические системы обладают рядом особенностей, весьма существенных для рассматриваемой проблематики. Необходимо отметить следующие из них: большая установленная мощность электрооборудования; преобладание электродвигательной, причем, преимущественно асинхронной, нагрузки; непрерывность технологического процесса; малая доля или полное отсутствие электроприводов с переменной нагрузкой; высокие требования к бесперебойности электроснабжения. Для удобства изложения и ради сохранения единой логики представляемой работы в качестве иллюстраций выполненных исследований и полученных результатов используется несколько примеров электротехнических систем. Данные примеры являются по существу тестовыми. Приложение разработанных подходов к анализу устойчивости электротехнических систем предприятий нефтяной и газовой отрасли показано на двух примерах в заключительных главах работы.

Методы исследования. В работе использовались положения и методы следующих областей знания: теории электрических цепей, теории электрических машин и электропривода, математического анализа, математического и компьютерного моделирования электротехнических объектов, линейного и нелинейного программирования, теории катастроф. Научная новизна полученных результатов:

  1. Уточнены понятия статической и динамической устойчивости электротехнических систем и определены параметры, достаточно полно характеризующие устойчивость электротехнических систем к внешним возмущениям.

  2. Разработаны модели и алгоритмы расчета электромеханических переходных процессов в многомашинных электротехнических системах с разомкнутой и замкнутой структурой электрических сетей, имеющих как внешние, так и

внутренние источники электроснабжения. Методы и алгоритмы ориентированы на итерационные процедуры определения параметров устойчивости систем при внешних и внутренних, симметричных и несимметричных возмущениях в единой расчетной схеме.

  1. Установлены функциональные зависимости, описывающие связь параметров устойчивости электротехнических систем с параметрами внешнего возмущающего воздействия. Выполнено теоретическое обоснование эмпирически установленных зависимостей.

  2. Установлен теоретический и практический критерии устойчивости электротехнических систем при многопараметрических внешних возмущениях любой степени сложности. Установлен теоретический критерий устойчивости электротехнических систем при внутренних возмущениях.

  3. Исследовано влияние параметров питающей энергосистемы на устойчивость электротехнических систем. Показан нелинейный и разрывный характер такого влияния. Установлено существование множества устойчивых режимов электротехнической системы, определены условия реализации и основные характеристики этих режимов.

Практическая ценность представляемой работы заключается в следующем:

  1. Разработаны программные и методические средства для расчета устойчивости электротехнических систем к внешним и внутренним возмущениям

  2. Показана целесообразность создания защит от потери устойчивости для крупных электротехнических систем. Выполнен анализ способов наиболее полного использования существующего запаса устойчивости электротехнических систем. Разработана методика адаптации систем защиты от потери устойчивости к изменению внешних и внутренних параметров электротехнической системы.

  3. Выполнен анализ методов повышения устойчивости электротехнических систем. Показана необходимость выполнения расчетов устойчивости

электротехнических систем для крупных многомашинных комплексов на стадии их проектирования.

Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся следующие положения представляемой работы:

  1. Предложенные определения понятий статической и динамической устойчивости электротехнических систем промышленных предприятий.

  2. Модели и алгоритмы расчета переходных процессов в многомашинных электротехнических системах с комбинированными источниками электроснабжения и электродвигательной нагрузкой и процедуры определения параметров устойчивости узлов нагрузки в единой расчетной схеме.

  3. Математические описания границ устойчивости электротехнических систем при многопараметрических внешних возмущениях.

  4. Основные закономерности влияния параметров питающей энергосистемы на устойчивость электротехнических систем промышленных предприятий.

  5. Критерии устойчивости и методы расчета границ устойчивости электротехнических систем и построения защит от потери устойчивости.

Обоснованность и достоверность основных выводов подтверждается использованием апробированного математического аппарата, корректностью исходных предположений и допущений, строгостью математических выкладок, совпадением результатов численного моделирования и теоретического анализа основных зависимостей, хорошей сходимостью результатов расчетных и экспериментальных исследований, успешной реализацией основных положений работы на практике.

Апробация работы. Основные положения и выводы представляемой работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах:

первой Всесоюзной конференции «Комплексное освоение нефтегазовых ресурсов континентального шельфа СССР» (Москва, 1986),

Всесоюзной научно-технической конференции «Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта» (Днепропетровск, 1990),

международном симпозиуме «Энергосберегающие технологии добычи, транспортировки и переработки твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых» (Санкт-Петербург, 1996),

конференции «Проблемы разработки нефтяных месторождений и подготовки инженеров в вузе» (Альметьевск, 1996),

международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в преподавании электротехнических дисциплин» (Астрахань, 1998),

научно-технических конференциях «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» (Москва, 1997, 1999, 2001,2002),

всероссийском электротехническом конгрессе (Москва 1999),

а также на научно-технических советах ОАО «Газпром», СП «Вьетсовпетро», ДАО « Нижневартовска ергонефть», научных семинарах кафедры ТЭЭП РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Апробация результатов работы и их успешное использование в промышленности подтверждаются также премией НТО им. академика И.М. Губкина за 1997 год и премией ОАО «Газпром» за 2003 год.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 печатных работ, в том числе 15 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 патента.

Структура и объем работы. Представляемая работа состоит из введения, шести глав основного текста, заключения, списка литературы и приложений. Во введении обоснована актуальность темы и показана степень изученности рассматриваемой проблематики. В первой главе описаны используемые модели электрических машин и иных электроприемников, предложены алгоритмы и программное обеспечение расчета электромеханических переходных процессов. Во второй главе приводятся и анализируются результаты исследования устойчивости асинхронных электротехнических систем к внешним и внутренним возмущениям. Третья глава содержит результаты исследования

устойчивости электротехнических систем, содержащих синхронные электроприводы при внешних возмущениях. В четвертой главе излагаются и анализируются основные методы использования и повышения запаса устойчивости электротехнических систем. В пятой главе излагаются основные итоги работ по повышению устойчивости электротехнической системы Астраханского газоперерабатывающего завода, выполненных в 1988 - 2001 годах. В шестой главе излагаются краткие итоги работ по созданию объединенной системы электроснабжения одного из морских объектов СП «Вьетсовпетро», выполненных в 2001 - 2002 годах. В заключении подводятся основные итоги исследования. В приложениях приведен иллюстративный материал, не вошедший в основной текст работы, приводятся сведения о реализации ряда результатов исследования. Работа изложена на 300 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков и 24 таблицы, библиография включает 154 наименования.

*

Подобные работы
Ротанова Юлия Николаевна
Повышение устойчивости системы электроснабжения промышленного предприятия с собственными электростанциями при коротких замыканиях
Рупчев Илья Олегович
Адаптация параметров релейных защит от потери устойчивости узлов нагрузки систем промышленного электроснабжения
Петриченко Виктор Евгеньевич
Моделирование и анализ устойчивости электротехнических систем нефтегазовых производств при возмущениях в электрических сетях
Салтыков Александр Валентинович
Электромагнитная совместимость параллельных дуговых сталеплавильных печей с системой электроснабжения
Зацепин Евгений Петрович
Симметрирование параметров систем электроснабжения электросталеплавильных производств
Золотарев Сергей Евгеньевич
Разработка и обоснование требований к надежности систем электроснабжения производственных предприятий добычи газа в условиях Крайнего Севера
Черных Иван Алексеевич
Обеспечение эффективности функционирования систем электроснабжения металлургических производств посредством безотказности электроизоляционных элементов распределительных сетей
Лыков Алексей Алексеевич
Повышение эффективности работы систем электроснабжения на основе совершенствования моделей силовых трансформаторов и кабелей
Саженкова Наталья Викторовна
Разработка методики проверки эффективности работы защиты при косвенном прикосновении в электроустановках до 1кВ на этапе проектирования систем электроснабжения
Танаев Алексей Кимович
Повышение надежности защиты от перенапряжений систем электроснабжения нефтяной промышленности в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net